JP6885686B2 - グリース組成物 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受、特に、４点接触軸受に使用するのに好適なグリース組成物に関する。

近年、消費エネルギー削減の観点から、各産業で使用される機械部品には高効率化が求められており、部品の軽量化や小型化、構造の改良など、種々の検討がなされている。しかし、部品の小型化に伴い、回転変動時の速度差が大きくなることで転がり運動のみではなく転がりすべり運動が起こったり、伝達効率を上げるために回転体を含む機械部品への荷重が高くなったり、転がりや転がりすべり運動での軸受のトルクが高くなる問題がある。
部品の小型化の観点から、アキシャル荷重が両方向からかかる用途では、従来の複列アンギュラ玉軸受に替わり４点接触軸受の適応が進められている。４点接触軸受は、単列玉軸受並みの主寸法にも関わらずアキシャル荷重を両方向から受けることが可能な特徴を持ち、一般に純アキシャル荷重、またはアキシャル荷重の大きい使用条件下において２点接触状態で使用されている。また、アキシャル方向の内部隙間を負の値（即ち、予圧付与した状態）に設定することで、内部隙間に起因した騒音や不快振動の発生を抑制し、高い精度が要求される部品にも適応することが出来る。
しかし、アキシャル荷重に対してラジアル荷重が大きい使用条件下や、転がり速度が非常に遅い使用条件下では、２点接触状態から４点接触状態になることで接触部に大きなすべり運動が発生し、トルクの増大やスティックスリップが発生することが問題になっている。
従来、転がり軸受のトルクを低減する方法として、転がり粘性抵抗を低減するために基油の動粘度をできるだけ低くしたり、攪拌抵抗を低減するためにグリースの見掛け粘度を小さくしたり、機械部材で使用する際のグリースの量を減らしたりする手段がある。例えば特許文献１では、４０℃における動粘度１０ｍｍ²/ｓ以上のエステル油を含有する基油を用いたグリース組成物が提案されている。例えば特許文献２では、攪拌抵抗を低くするために増ちょう剤として脂環式脂肪族ジウレアを用いたグリース組成物が提案されている。
しかし、上述の方法では、すべり運動に起因するトルクの増大を抑制することはできない。特許文献１，２に開示されている軸受は４点接触軸受ではない。

特開２０００−１９８９９３号公報 特開２０１２−１７２０６６号公報

したがって、本発明が解決しようとする課題は、効果的にトルクを低減することができるグリース組成物を提供することである。

本発明者らは、上記課題に対し、適切な添加剤を選定することでこれを解決した。すなわち、本発明により、以下のグリース組成物を提供する。
１．増ちょう剤、基油、及び摩擦調整剤を含み、
前記摩擦調整剤が脂肪酸、脂肪酸金属塩、リン酸エステル、チオリン酸エステル、及びジチオリン酸亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種と、多価アルコールエステルとを含む、
グリース組成物。
２．前記摩擦調整剤がリン酸エステル及び多価アルコールエステルである、前記１項記載のグリース組成物。
３．前記リン酸エステルが、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、及び酸性リン酸エステルアミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記１又は２項記載のグリース組成物。
４．転がり軸受用である、前記１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物。
５．転がり軸受が転がりすべり運動を行う軸受である、前記４項記載のグリース組成物。
６．転がり軸受が４点接触軸受である、前記４又は５項記載のグリース組成物。

本発明のグリース組成物により、効率よくトルクを低減することができる。本発明のグリース組成物を転がりすべり運動を行う転がり軸受に適用すると、当該軸受のすべり時の摩擦を低減することができる。

〔増ちょう剤〕
本発明に使用可能な増ちょう剤としては、リチウム石けんやリチウムコンプレックス石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、ＰＴＦＥに代表される有機系増ちょう剤などが挙げられる。
好ましくは石けん系増ちょう剤であり、より好ましくはリチウム石けんまたはリチウムコンプレックス石けんである。リチウム石けんとしては、ステアリン酸リチウム又は１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムが好ましく、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムがさらに好ましい。リチウムコンプレックス石けんとしては、ステアリン酸や１２−ヒドロキシステアリン酸等の脂肪族カルボン酸のリチウム塩と二塩基酸リチウム塩とのコンプレックス等が好ましい。二塩基酸としては、コハク酸、マロン酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が好ましく、アゼライン酸、セバシン酸がさらに好ましい。アゼライン酸と水酸化リチウムとの塩と、１２−ヒドロキシステアリン酸と水酸化リチウムとの塩との混合物であるリチウムコンプレックス石けんが特に好ましい。
リチウム石けんおよびリチウムコンプレックス石けんは、潤滑性が良好であるため、特にすべりの大きい転がりすべり環境下でトルクの低減効果が大きい。また、欠点が少なく、且つ高価でないため、実用性のある増ちょう剤である。さらにリチウムコンプレックス石けんは、耐熱性に優れるため、高温環境下でも寿命にも優れる。
増ちょう剤の含有量は、本発明のグリース組成物の質量に対して、好ましくは３〜２０質量％、さらに好ましくは５〜１５質量％である。増ちょう剤の含有量がこのような範囲にあると、グリースが適度な硬さを有して漏洩することが少なく、流動性も良好であるため低温性にも優れる。

〔基油〕
本発明において使用可能な基油は特に限定されない。鉱油、合成油又はそれらの混合物を使用できる。合成油としては、ジエステル、ポリオールエステルに代表されるエステル系合成油、ポリαオレフィン、ポリブデンに代表される合成炭化水素油、アルキルジフェニルエーテル、ポリプロピレングリコ−ルに代表されるエーテル系合成油、シリコーン油、フッ素化油など各種合成油などがあげられる。
本発明の基油としては、鉱油、ポリαオレフィン、ポリオールエステル、アルキルジフェニルエーテルが好ましく、ポリオールエステル、アルキルジフェニルエーテルがさらに好ましい。ポリαオレフィンが特に好ましい。

基油の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量を基準として、少なくとも５０質量％であるのが好ましい。８０〜９０質量％であるのがより好ましい。８５〜９０質量％であるのがさらに好ましい。
４０℃における基油の動粘度は特に限定しないが、１５〜２００ｍｍ²/ｓであるのが好ましい。より好ましくは３０〜１００ｍｍ²/ｓであり、４０〜８０ｍｍ²/ｓが特に好ましい。４０℃における基油の動粘度がこのような範囲にあると、満足できる低温流動性を確保しつつ、良好な耐熱性を有することができる。

〔摩擦調整剤〕
本発明の摩擦調整剤は、脂肪酸、脂肪酸金属塩、リン酸エステル、チオリン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛から選ばれる少なくとも１種と、多価アルコールエステルとの組み合わせを含む。

脂肪酸としては、例えば、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプチル酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ヘンイコシル酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸などの飽和脂肪酸や、クロトン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、ルボン酸、リノール酸、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸、リノレン酸、ピノレン酸、エレオステアリン酸、ミード酸、ジホモ-γ-リノレン酸、エイコサトリエン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、エイコサテトラエン酸、アドレン酸、ボセオペンタエン酸、エイコサペンタエン酸、オズボンド酸、イワシ酸、テトラコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、ニシン酸などの不飽和脂肪酸及びこれらの混合物が挙げられる。脂肪酸としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミスチリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸が好ましく、オレイン酸が更に好ましい。

脂肪酸金属塩としては、例えば、炭素原子数が好ましくは６〜２４、さらに好ましくは１２〜１８の脂肪酸の金属石けん及びこれらの混合物が挙げられる。脂肪酸の好ましい具体例としてはステアリン酸、パルミチン酸等が挙げられる。金属石けんとしては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属石けん、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属石けん、亜鉛石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん及びこれらの混合物が挙げられる。脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸金属石けんが好ましく、特にステアリン酸のリチウム石けんが好ましい。

リン酸エステルとしては、例えば、リン酸エステル、亜リン酸エステル、次亜リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、酸性亜リン酸エステルのアミン塩、酸性次亜リン酸エステルのアミン塩及びこれらの混合物が挙げられる。
リン酸エステルとしては、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩が好ましい。トリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）、トリオクチルホスフェート（ＴＯＰ）がより好ましい。
亜リン酸エステルとしては、トリフェニルホスファイト、トリエチルホスファイトが好ましい。
酸性リン酸エステルとしては、ジフェニルハイドロゲンホスファイト、ジエチルハイドロゲンホスファイトが好ましい。
酸性リン酸エステルのアミン塩としては、酸性リン酸エステルが式（１）により表される化合物のアミン塩が好ましい。
Ｒ¹⁵Ｏ_AＰＯ（ＯＨ）_3-A （１）
（式中、Ｒ１５は炭素数１〜３０の直鎖又は分岐アルキル基を示し、好ましくは炭素数１〜１８の直鎖又は分岐アルキル基を示し、更に好ましくは炭素数１〜８のアルキル基を示し、特に好ましくは炭素数１〜４のアルキル基を示す。Ａは１又は２、好ましくは２を示す。）酸性リン酸エステルのアミン塩としては、特に、ターシャリーアルキルアミン-ジメチルホスフェートが好ましい。

チオリン酸エステルとしては、エチル-３-[[ビス(１-メチルエトキシ)フォスフィノチオイル]チオ]プロピオネート、トリフェニルチオリン酸エステルとｔｅｒｔ-ブチルフェニル誘導体の混合物、３-(ジ-イソブトキシ-チオホスホリルスルファニル)-２-メチル-プロピオン酸、トリス[(２又は４)-イソアルキルフェノール]チオホスフェート、トリフェニルホスホロチオネートが挙げられる。チオリン酸エステルとしては、トリフェニルホスホロチオネートが好ましい。

ジチオリン酸亜鉛としては、ジブチルジチオリン酸亜鉛、ジペンチルジチオリン酸亜鉛、ジヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジヘプチルジチオリン酸亜鉛、ジオクチルジチオリン酸亜鉛、ジノニルジチオリン酸亜鉛、ジデシルジチオリン酸亜鉛、ジウンデシルジチオリン酸亜鉛、ジドデシルジチオリン酸亜鉛、硫化ジブチルジチオリン酸亜鉛、硫化ジペンチルジチオリン酸亜鉛、硫化ジヘキシルジチオリン酸亜鉛、硫化ジヘプチルジチオリン酸亜鉛、硫化ジオクチルジチオリン酸亜鉛、硫化ジノニルジチオリン酸亜鉛、硫化ジデシルジチオリン酸亜鉛、硫化ジウンデシルジチオリン酸亜鉛、硫化ジドデシルジチオリン酸亜鉛、及びこれらの混合物等が挙げられる。ジチオリン酸亜鉛としては、ジブチルジチオリン酸亜鉛及びジペンチルジチオリン酸亜鉛の混合物が好ましい。

多価アルコールエステル系摩擦調整剤としては、グリセリン脂肪酸エステルや、ソルビタントリオレート、ソルビタンモノオレートなどのソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。多価アルコールエステル系摩擦調整剤としては、ソルビタントリオレート、ソルビタンモノオレートが好ましく、ソルビタントリオレートがより好ましい。

本発明の摩擦調整剤としては、リン酸エステルと多価アルコールエステルを併用することが好ましい。本発明の摩擦調整剤が、脂肪酸、脂肪酸金属塩、リン酸エステル、チオリン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛から選ばれる少なくとも１種と、多価アルコールエステルとの組み合わせのみからなるのもまた好ましい。本発明の摩擦調整剤が、リン酸エステルと多価アルコールエステルであるのがより好ましい。亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、及び酸性リン酸エステルアミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であるであるリン酸エステルと、多価アルコールエステルとの組合せがより好ましい。なかでも、オレイン酸、ターシャリーアルキルアミン-ジメチルホスフェート、トリフェニルホスホロチオエート、及びジアルキルジチオリン酸亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種と、ソルビタントリオレートとの組合せであるのが好ましい。とりわけ、ターシャリーアルキルアミン-ジメチルホスフェートとソルビタントリオレートとの組合せであるのが好ましい。

本発明の摩擦調整剤の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量を基準として、０．２〜１０質量％であるのが好ましく、０．５〜５質量％であるのがより好ましく、１〜３質量％であるのがさらに好ましい。本発明のグリース組成物が、上記所定の摩擦調整剤以外の摩擦調整剤を含む場合、摩擦調整剤の１００質量部に対して、本願所定の摩擦調整剤の含有量は、５質量部であるのが好ましい。

〔添加剤〕
本発明のグリース組成物は、摩擦調整剤のほかに、各種潤滑油やグリースに一般的に用いられる添加剤を更に含むことができる。このような添加剤としては、酸化防止剤、錆止め剤、耐荷重添加剤、金属腐食防止剤、油性剤、固体潤滑剤、その他の摩擦調整剤等があげられる。このうち、酸化防止剤、錆止め剤又は金属腐食防止剤を含むのが好ましい。
これら任意の添加剤の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量に対して、通常、０.２〜２５質量％である。

酸化防止剤としては、アミン系酸化防止剤及びフェノール系酸化防止剤等があげられる。
アミン系酸化防止剤としては、Ｎ-ｎ-ブチル-ｐ-アミノフェノール、４,４’-テトラメチル-ジ-アミノジフェニルメタン、α-ナフチルアミン、Ｎ-フェニル-α-ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキルジフェニルアミン等が挙げられる。このうち、アルキルジフェニルアミンが好ましい。

フェノール系酸化防止剤としては、２,６-ジ-ターシャリーブチル-ｐ-クレゾール（ＢＨＴ）、２,２’-メチレンビス(４-メチル-６-ターシャリーブチルフェノール)、４,４’-ブチリデンビス(３-メチル-６-ターシャリーブチルフェノール)、２,６-ジ-ターシャリーブチル-フェノール、２,４-ジメチル-６-ターシャリーブチルフェノール、ターシャリーブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）、４,４’-ブチリデンビス(３-メチル-６-ターシャリーブチルフェノール)、４,４’-メチレンビス(２,３-ジ-ターシャリーブチルフェノール)、４,４’-チオビス(３-メチル-６-ターシャリーブチルフェノール)、オクタデシル-３-(３,５-ジ-ｔ-ブチル-４-ヒドロキシフェニル)プロピオネート等があげられる。このうち、オクタデシル-３-(３,５-ジ-ｔ-ブチル-４-ヒドロキシフェニル)プロピオネートが好ましい。
酸化防止剤としては、アミン系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤とを含有するのが好ましい。アルキルジフェニルアミンとオクタデシル-３-(３,５-ジ-ｔ-ブチル-４-ヒドロキシフェニル)プロピオネートとを含有するのが特に好ましい。
酸化防止剤の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量に対して、０.５〜６質量％であるのが好ましい。

錆止め剤としては、無機系錆止め剤と有機系錆止め剤が挙げられる。無機系錆止め剤としては、ケイ酸Ｎａ、炭酸Ｌｉ、炭酸Ｋ、酸化Ｚｎ等の無機金属塩が挙げられる。酸化亜鉛が好ましい。有機系錆止め剤としては、亜鉛スルホネート、Ｃａスルホネートの有機スルホン酸塩；安息香酸Ｎａ、安息香酸Ｌｉの安息香酸；セバシン酸Ｎａ等のカルボン酸塩；コハク酸、コハク酸無水物、コハク酸ハーフエステルのコハク酸誘導体；ソルビタンモノオレート、ソルビタントリオレート等のソルビタンエステル；飽和又は不飽和の炭素数４〜２２の脂肪酸、好ましくは、飽和又は不飽和の炭素数８〜１８の脂肪酸と、飽和又は不飽和の炭素数１〜４２のアミン、好ましくは、飽和又は不飽和の炭素数４〜２２のアミンからなる脂肪酸アミン塩等が挙げられる。コハク酸誘導体、有機スルホン酸塩、脂肪酸アミン塩が好ましく、特に、コハク酸ハーフエステル；亜鉛スルホネート（特に、ジノニルナフタレンスルホン酸亜鉛）；炭素数８の脂肪酸と炭素数１２のアミンとの塩、および、炭素数１８の脂肪酸と炭素数１２〜２０（混合）アミンとの塩を含む混合物が好ましい。
錆止め剤の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量を基準にして、０．２〜１０質量％であるのが好ましい。

金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、インドール、メチルベンゾトリアゾール等のトリアゾール化合物が挙げられる。その中でも、ベンゾトリアゾールがより好ましい。
金属不活性化剤の含有量は本発明のグリース組成物の全質量を基準にして、０.０１〜５質量％であるのが好ましい。

〔混和ちょう度〕
本発明のグリース組成物の６０回混和ちょう度は、好ましくは２００〜３５０である。混和ちょう度がこの範囲にあると、高速回転による漏洩が少なくなり、潤滑寿命を満足することができる一方、グリースの流動性も良好であり、潤滑寿命を満足することができる。

〔軸受〕
本発明のグリース組成物を封入する軸受は、転がりすべり運動を行う転がり軸受であるのが好ましい。すべりの大きい転がりすべり運動を行う転がり軸受が好ましく、種類としては４点接触軸受が挙げられる。

・ 試験グリースの調製
増ちょう剤としてリチウム石けんを含むグリース組成物は、基油中に、１２ヒドロキシステアリン酸を投入し、加温した後、水酸化リチウム水溶液を添加し、再度加熱した後、急冷したものをベースグリースとし、そこに、基油と添加剤を加え、混和ちょう度が３００(ＪＩＳ Ｋ２２２０、６０回混和ちょう度)となるようにミル処理してグリースを調製した。
増ちょう剤としてリチウムコンプレックス石けんを含むグリース組成物は、基油中に、アゼライン酸及び１２ヒドロキシステアリン酸を投入し、加温した後、水酸化リチウム水溶液を添加し、再度加熱した後、急冷したものをベースグリースとし、そこに、基油と添加剤を加え、混和ちょう度が３００(ＪＩＳ Ｋ２２２０、６０回混和ちょう度)となるようにミル処理してグリースを調製した。

＜増ちょう剤＞
・リチウム石けん・・・１２ヒドロキシステアリン酸と、水酸化リチウムとから合成される石けん
・リチウムコンプレックス石けん・・・アゼライン酸及び１２ヒドロキシステアリン酸と、水酸化リチウムとから合成される複合石けん

＜基油＞
・ポリαオレフィン（動粘度：４８.５ｍｍ²/ｓ@４０℃）
基油の４０℃における動粘度はＪＩＳ Ｋ ２２２０ ２３.に従って測定した。

＜摩擦調整剤＞
・脂肪酸・・・オレイン酸（ルナックＯ-Ｐ、花王株式会社製）
・脂肪酸金属塩・・・ステアリン酸リチウム（勝田化工株式会社製）
・リン酸エステル・・・ターシャリーアルキルアミン−ジメチルホスフェート（Ｖａｎｌｕｂｅ６７２、Ｒ. Ｔ. Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ社製）
・チオリン酸エステル・・・トリフェニルホスホロチオエート（ＩＲＧＡＬＵＢＥ ＴＰＰＴ、ＢＡＳＦ社製）
・ジチオリン酸亜鉛・・・ジアルキルジチオリン酸亜鉛（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ１３９５、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社製）
・多価アルコールエステル・・・ソルビタントリオレート（ノニオンＯＰ-８５Ｒ、日油株式会社製）

＜その他添加剤＞
・ アミン系酸化防止剤(アルキルジフェニルアミン)
・ フェノール系酸化防止剤(オクタデシル-３-(３,５-ジ-ｔ-ブチル-４
-ヒドロキシフェニル)プロピオネート)
・ アルケニルコハク酸無水物（防錆剤）
・ ベンゾトリアゾール（金属不活性化剤）

＜試験方法＞
・ 軸受トルク試験
本試験は、軸受トルクを評価する試験である。下記の条件で転がり軸受を運転し、軸受のハウジングに取り付けたバーを架台に固定したロードセルと接触させて、トルクを測定した。
軸受形式：ＱＪ２０５（４点接触軸受）
試験温度：２５℃
回転数 ：１ｒｐｍ
試験荷重：ラジアル荷重５００Ｎ、アキシャル荷重５０Ｎ
評価 ：比較例１の測定値を基準とする軸受トルク低減率として表した。
結果を表１及び表２に示す。

Claims (6)

1. 増ちょう剤、基油、及び摩擦調整剤を含み、
   前記基油が、鉱油、ポリαオレフィン、及びアルキルジフェニルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、
   前記摩擦調整剤がリン酸エステル及び多価アルコールエステルである、
   グリース組成物。
2. 前記リン酸エステルが、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、及び酸性リン酸エステルアミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１記載のグリース組成物。
3. 基油が、ポリαオレフィンである、請求項１又は２記載のグリース組成物。
4. 転がり軸受用である、請求項１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物。
5. 転がり軸受が転がりすべり運動を行う軸受である、請求項４記載のグリース組成物。
6. 転がり軸受が４点接触軸受である、請求項４又は５記載のグリース組成物。