JP7846690B2 - グリース組成物 - Google Patents
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Description
しかしながら、ドラムポンピングは、グリース組成物をその特徴である固体状態のまま供給して充填する手法であるため、ユニットタイプの装置へグリース組成物を注入する際、当該装置の隙間や隅部にグリース組成物が行き渡りにくい。また、グリース組成物の充填量を不足させることなく、適切な量を注入するためには、実際に充填すべき量よりも過剰量のグリース組成物を供給する必要があり、無駄が多い。
すなわち、固体状のグリース組成物を一定温度以上に加温して液状化させ、当該液状化したグリース組成物中に装置を浸漬し、これを取り出して常温に戻しグリース組成物を固体状に戻すことで、当該装置の隙間に固体状のグリース組成物を行き渡らせながらも、適切な量の固体状のグリース組成物を当該装置に無駄なく充填できることを着想するに至った。
[1] 基油(A)、ウレア系増ちょう剤(B)、及び油脂硬化剤(C)を含有するグリース組成物であって、
前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が下記要件(I)を満たす、グリース組成物。
・要件(I):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の面積基準での算術平均粒子径が2.0μm以下である。
また、本明細書において、実施例の数値は、上限値又は下限値として用いられ得る数値である。
本発明において、室温とは、25℃を意味する。
また、本発明において、加温とは、常温よりも高い温度に加熱することであり、具体的には、60℃~80℃に加熱することを意味する。
本発明のグリース組成物は、基油(A)、ウレア系増ちょう剤(B)、及び油脂硬化剤(C)を含有するグリース組成物であって、前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が下記要件(I)を満たす、グリース組成物である。
・要件(I):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の面積基準での算術平均粒子径が2.0μm以下である。
以降の説明では、「基油(A)」、「ウレア系増ちょう剤(B)」、及び「油脂硬化剤(C)」を、それぞれ「成分(A)」、「成分(B)」、及び「成分(C)」ともいう。
なお、本発明の一態様のグリース組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、成分(A)、(B)、及び(C)以外の他の成分を含んでいてもよい。
本発明のグリース組成物は、前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が、下記要件(I)を満たす。
・要件(I):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の面積基準での算術平均粒子径が2.0μm以下である。
上記要件(I)を満たすことで、せん断応力をかけると軟化するグリース組成物となる。
ここで、レーザー回折・散乱法により測定する対象となる「ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子」とは、グリース組成物に含まれるウレア系増ちょう剤(B)が凝集してなる粒子を指す。
なお、グリース組成物中にウレア系増ちょう剤(B)以外の添加剤が含まれる場合、上記要件(I)で規定する粒子径は、当該添加剤を配合せずに同一条件で調製したグリース組成物をレーザー回折・散乱法により測定することで得られる。但し、当該添加剤が室温(25℃)で液状である場合、又は当該添加剤が基油(A)に溶解する場合には、当該添加剤が配合されたグリース組成物を測定対象としても構わない。
一方、上記要件(I)で規定する粒子径を2.0μm以下に微細化することで、せん断応力に対する応答性が高く、せん断応力が付与された際に軟化しやすいグリース組成物が得られることがわかった。
この効果は、上記要件(I)で規定する粒子径を2.0μm以下に微細化することで、グリース自身が太さと長さの分布が狭い、細かいバンドルで構成されることになり、それ故に、小さい歪で液体的性質に変化しやすいためと推察される。また、上記要件(I)で規定する粒子径を2.0μm以下に微細化することで、当該粒子による基油(A)の保持力が向上する。そのため、基油(A)を良好に行き渡らせると共に、これに随伴して油脂硬化剤(C)も潤滑部位に良好に行き渡らせる作用が向上するものと推察される。
上記観点から、本発明の一態様のグリース組成物において、上記要件(I)で規定する粒子径は、好ましくは1.5μm以下、より好ましくは1.0μm以下、更に好ましくは0.9μm以下、より更に好ましくは0.8μm以下、更になお好ましくは0.7μm以下、一層好ましくは0.6μm以下、より一層好ましくは0.5μm以下、更に一層好ましくは0.4μm以下である。また、通常0.01μm以上である。
ここで、本発明の一態様のグリース組成物は、更に下記要件(II)を満たすことが好ましい。
・要件(II):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の比表面積が0.5×105cm2/cm3以上である。
上記要件(II)で規定する比表面積は、グリース組成物中のウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子の微細化の状態と大きな粒子(ダマ)の存在とを示す副次的な指標である。即ち、上記要件(I)を満たし、更に上記要件(II)を満たすことで、グリース組成物中のウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子の微細化の状態がより良好であり、大きな粒子(ダマ)の存在もより抑えられていることを表す。したがって、せん断応力に対する応答性がより高く、せん断応力が付与された際により軟化しやすいグリース組成物とすることができる。
上記観点から、上記要件(II)で規定する比表面積は、好ましくは0.7×105cm2/cm3以上、より好ましくは0.8×105cm2/cm3以上、更に好ましくは1.2×105cm2/cm3以上、より更に好ましくは1.5×105cm2/cm3以上、更になお好ましくは1.8×105cm2/cm3以上、一層好ましくは2.0×105cm2/cm3以上である。なお、比表面積は、通常、1.0×106cm2/cm3以下である。
また、上記要件(I)、更には上記要件(II)で規定する値は、主にウレア系増ちょう剤(B)の製造条件により調整可能である。
以下、上記要件(I)、更には上記要件(II)を満たすようにするための具体的な手段に着目しながら、本発明のグリース組成物に含まれる各成分の詳細について説明する。
本発明のグリース組成物に含まれる基油(A)としては、従来、潤滑油基油として用いられている基油を特に制限なく使用することができ、例えば、鉱油及び合成油から選ばれる1種以上などが挙げられる。
精製方法としては、例えば、溶剤脱ろう処理、水素化異性化処理、水素化仕上げ処理、白土処理等が挙げられる。
鉱油は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、天然ガスからフィッシャー・トロプシュ法等により製造されるワックスを異性化することで得られるGTL(Gas To Liquids)基油も好適に使用される。
ブライトストックとは、原油の減圧蒸留残渣油に対して、溶剤脱れき、溶剤抽出、溶剤脱ろう、及び水素化精製等から選ばれる処理を経て製造される高粘度基油のことをいう。ブライトストックを製造するための原油としては、特に制限なく使用することができ、例えば、パラフィン系原油、ナフテン系原油等が挙げられる。
合成油は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、本実施形態の基油(A)は、40℃動粘度が、好ましくは415mm2/s以下、より好ましくは300mm2/s以下、更に好ましくは200mm2/s以下、より更に好ましくは100mm2/s以下、更になお好ましくは80mm2/s以下である。基油(A)の40℃動粘度が80mm2/s以下であると、本発明の効果をより発揮させやすい。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは10~300mm2/s、より好ましくは25~200mm2/s、更に好ましくは40~100mm2/sである。
なお、本発明の一態様で用いる基油(A)は、高粘度の基油と、低粘度の基油とを組み合わせて、動粘度を上記範囲に調整した混合基油を用いてもよい。
なお、本明細書において、動粘度及び粘度指数は、JIS K2283:2000に準拠して測定又は算出した値を意味する。
本発明のグリース組成物に含まれるウレア系増ちょう剤(B)としては、ウレア結合を有する化合物であればよいが、2つのウレア結合を有するジウレア化合物が好ましく、下記一般式(b1)で表されるジウレア化合物がより好ましい。
R1-NHCONH-R3-NHCONH-R2 (b1)
なお、本発明の一態様で用いるウレア系増ちょう剤(B)は、1種からなるものであってもよく、2種以上の混合物であってもよい。
また、R1及びR2として選択し得る1価の炭化水素基としては、飽和又は不飽和の1価の鎖式炭化水素基、飽和又は不飽和の1価の脂環式炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
・要件(a):[(X+Y)/(X+Y+Z)]×100の値が90以上(好ましくは95以上、より好ましくは98以上、更に好ましくは100)である。
・要件(b):X/Y比が、0/100(X=0、Y=100)~100/0(X=100、Y=0)(好ましくは10/90~90/10、より好ましくは20/80~80/20、更に好ましくは40/60~80/20)である。
なお、前記脂環式炭化水素基、前記鎖式炭化水素基、及び前記芳香族炭化水素基は、上記一般式(b1)中のR1及びR2として選択される基であることから、X、Y、及びZの値の総和は、上記一般式(b1)で示される化合物1モルに対して、2モル当量である。また、上記要件(a)及び(b)の値は、グリース組成物中に含まれる、上記一般式(b1)で示される化合物群全量に対する平均値を意味する。
上記要件(a)及び(b)を満たす、上記一般式(b1)で表される化合物を用いることで、低温特性に優れるグリース組成物としやすい。
なお、X、Y、及びZの値は、原料として使用する各アミンのモル当量から算出することができる。
1価の不飽和鎖式炭化水素基としては、炭素数6~24の直鎖又は分岐鎖のアルケニル基が挙げられ、具体的には、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、オレイル基、ゲラニル基、ファルネシル基、リノレイル基等が挙げられる。
なお、1価の飽和鎖式炭化水素基及び1価の不飽和鎖式炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
R3として選択し得る2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニレン基、ジフェニルメチレン基、ジフェニルエチレン基、ジフェニルプロピレン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基、エチルフェニレン基等が挙げられる。
これらの中でも、フェニレン基、ジフェニルメチレン基、ジフェニルエチレン基、又はジフェニルプロピレン基が好ましく、ジフェニルメチレン基がより好ましい。
成分(B)の含有量が上記範囲であれば、得られるグリース組成物の混和ちょう度を適度な範囲に調整し易い。
一方、成分(B)の含有量が20.0質量%以下であれば、加温した際に液状化しやすく(換言すれば、流動性がより高まりやすく)、装置を浸漬して当該装置にグリース組成物を充填する操作を行う際に扱いやすいグリース組成物となる。
ウレア系増ちょう剤(B)は、通常、イソシアネート化合物と、モノアミンとを反応させることによって得ることができる。当該反応は、上述の基油(A)にイソシアネート化合物を溶解させて得られる加熱した溶液αに、基油(A)にモノアミンを溶解させた溶液βを添加する方法が好ましい。
例えば、前記一般式(b1)で表される化合物を合成する場合に、イソシアネート化合物としては、前記一般式(b1)中のR3で示される2価の芳香族炭化水素基に対応する基を有するジイソシアネートを用い、モノアミンとしては、R1及びR2で示される1価の炭化水素基に対応する基を有するアミンを用いて、上記の方法により、所望のウレア系増ちょう剤(B)を合成することができる。
[1]グリース原料が導入される導入部、及び外部にグリースを吐出させる吐出部を有する容器本体と、
前記容器本体の内周の軸方向に回転軸を有し、前記容器本体の内部に回転可能に設けられた回転子とを備え、
前記回転子は、
(i)前記回転子の表面に沿って、凹凸が交互に設けられ、当該凹凸が前記回転軸に対して傾斜し、
(ii)前記導入部から前記吐出部方向への送り能力を有する
第一凹凸部を備えている、グリース製造装置。
図1に示すグリース製造装置1は、グリース原料を内部に導入する容器本体2と、容器本体2の内周の中心軸線上に回転軸12を有し、回転軸12を中心軸として回転する回転子3とを備える。
回転子3は、回転軸12を中心軸として高速回転し、容器本体2の内部でグリース原料に高いせん断力を与える。これにより、ウレア系増ちょう剤(B)を含むグリースが製造される。
容器本体2は、図1に示すように、上流側から順に、導入部4、滞留部5、第一内周面6、第二内周面7、及び吐出部8に区画されていることが好ましい。
容器本体2は、図1に示すように、導入部4から吐出部8に向かうにしたがって、次第に内径が拡径する円錐台状の内周面を有していることが好ましい。
容器本体2の一端となる導入部4は、容器本体2の外部からグリース原料を導入する複数の溶液導入管4A、4Bを備える。
第一内周面6は、滞留部5に隣接した下流部に配置され、第二内周面7は、第一内周面6に隣接した下流部に配置される。詳しくは後述するが、第一内周面6に第一凹凸部9を設けること、及び第二内周面7に第二凹凸部10を設けることが、第一内周面6及び第二内周面7をグリース原料又はグリースに高いせん断力を付与する高せん断部として機能させる上で好ましい。
容器本体2の他端となる吐出部8は、第一内周面6と第二内周面7で撹拌されたグリースを吐出する部分であり、グリースを吐出する吐出口11を備える。吐出口11は、回転軸12に直交する方向又は略直交する方向に形成されている。これにより、グリースが吐出口11から回転軸12に直交する方向又は略直交する方向に吐出される。但し、吐出口11は、必ずしも回転軸12に直交せずともよく、回転軸12と平行方向又は略平行方向に形成されていてもよい。
回転子3は、容器本体2の円錐台の内径の拡大に応じて拡大する外周面を有し、回転子3の外周面と、容器本体2の円錐台の内周面とは、一定の間隔が維持されている。
回転子3の外周面には、回転子3の表面に沿って凹凸が交互に設けられた回転子の第一凹凸部13が設けられている。
円周方向における回転子の第一凹凸部13の凸部13Bの数は、好ましくは2~1000個、より好ましくは6~500個、更に好ましくは12~200個である。
回転軸12に対する、回転子の第一凹凸部13の傾斜角度は、好ましくは2~85度、より好ましくは3~45度、更に好ましくは5~20度である。
また、容器本体2側の第一凹凸部9の凹凸は、回転子の第一凹凸部13とは逆向きに傾斜していることが好ましい。
即ち、容器本体2側の第一凹凸部9の複数の凹凸は、回転子3の回転軸12が図1に示される方向に回転する時に、溶液を下流側に押し出す方向に傾斜していることが好ましい。容器本体2の第一内周面6に備えられた複数の凹凸を有する第一凹凸部9によって、撹拌能力と吐出能力が更に増強される。
容器本体2側の第一凹凸部9の凹凸の本数は、好ましくは2~1000本、より好ましくは6~500本、更に好ましくは12~200本である。
回転軸12に対する、容器本体2側の第一凹凸部9の凹凸の傾斜角度は、好ましくは2~85度、より好ましくは3~45度、更に好ましくは5~20度である。
なお、容器本体2の第一内周面6に第一凹凸部9を備えることによって、第一内周面6をグリース原料又はグリースに高いせん断力を付与するせん断部として機能させることができるが、第一凹凸部9は必ずしも設けずともよい。
回転子の第二凹凸部14は、回転子3の回転軸12に対して傾斜し、導入部4から吐出部8に向けて、溶液を上流側に押し戻す送り抑制能力を有する。
円周方向における回転子の第二凹凸部14の凸部の数は、好ましくは2~1000個、より好ましくは6~500個、更に好ましくは12~200個である。
回転軸12に対する、回転子の第二凹凸部14の傾斜角度は、好ましくは2~85度、より好ましくは3~45度、更に好ましくは5~20度である。
凹凸は、容器本体2の内周面に複数形成され、それぞれの凹凸は、回転子の第二凹凸部14の傾斜方向とは逆向きに傾斜していることが好ましい。
即ち、容器本体2側の第二凹凸部10の複数の凹凸は、回転子3の回転軸12が図1に示される方向に回転する時に、溶液を上流側に押し戻す方向に傾斜していることが好ましい。容器本体2の第二内周面7に備えられた第二凹凸部10の凹凸によって、撹拌能力が更に増強される。また、容器本体の第二内周面7をグリース原料又はグリースに高いせん断力を付与するせん断部として機能させ得る。
容器本体2側の第二凹凸部10の凹部の本数は、好ましくは2~1000本、より好ましくは6~500本、更に好ましくは12~200本である。
回転軸12に対する、容器本体2側の第二凹凸部10の傾斜角度は、好ましくは2~85度、より好ましくは3~45度、更に好ましくは5~20度である。
容器本体2側の第一凹凸部9の長さと、容器本体2側の第二凹凸部10の長さとの比〔第一凹凸部の長さ/第二凹凸部の長さ〕は、好ましくは2/1~20/1である。
図2に示す、回転子の第一凹凸部13には、第一凹凸部13の凸部13Bの突出方向先端よりも、先端が容器本体2の内周面側に突出したスクレーパー15が複数設けられている。また、図示を省略するが、第二凹凸部14にも、第一凹凸部13と同様、凸部の先端が容器本体2の内周面側に突出したスクレーパーが複数設けられている。
スクレーパー15は、容器本体2側の第一凹凸部9、及び、容器本体2側の第二凹凸部10の内周面に付着したグリースを掻き取るものである。
回転子の第一凹凸部13の凸部13Bの突出量に対する、スクレーパー15の先端の突出量は、スクレーパー15の先端の半径(R2)と、凸部13Bの先端の半径(R1)との比〔R2/R1〕が、1.005を超え、2.0未満となることが好ましい。
なお、図1に示すグリース製造装置1では、スクレーパー15を設けているが、スクレーパー15を設けないものであってもよく、間欠的にスクレーパー15を設けたものであってもよい。
そして、このようにして得られたグリース基材に、油脂硬化剤(C)、及び添加剤(D)を配合しても、上記要件(I)、更には上記要件(II)を満たすように、グリース組成物中のウレア系増ちょう剤(B)を微細化することができる。
混合液に対するせん断速度ができるだけ均一であることにより、グリース組成物中のウレア系増ちょう剤(B)やその前駆体を微細化しやすくなり、より均一なグリース構造となる。
・最高せん断速度(Max)=(回転子の第一凹凸部13の凸部13B先端の線速度)/(回転子の第一凹凸部13の凸部13B先端と容器本体2の第一内周面6の第一凹凸部9の凸部のギャップA1)
・最低せん断速度(Min)=(回転子の第一凹凸部13の凹部13Aの線速度)/(回転子の第一凹凸部13の凹部13Aと容器本体2の第一内周面6の第一凹凸部9の凹部のギャップA2)
なお、ギャップA1とギャップA2は、図2に示されるとおりである。
また、スクレーパー15が、付着したグリースを掻き取ることにより、滞留グリースが回転子3の回転の抵抗となるのを防止することができるため、回転子3の回転トルクを低減することができ、駆動源の消費電力を低減して、効率的にグリースの連続製造を行うことができる。
回転子3の外周面に、回転子の第一凹凸部13が設けられ、回転子の第一凹凸部13が回転子3の回転軸12に対して傾斜し、導入部4から吐出部8への送り能力を有し、回転子の第二凹凸部14が回転子3の回転軸12に対して傾斜し、導入部4から吐出部8への送り抑制能力を有しているため、溶液に高いせん断力を付与することができ、添加剤を配合後も、上記要件(I)、更には上記要件(II)を満たすように、グリース組成物中のウレア系増ちょう剤(B)を微細化することができる。
また、容器本体2の第二内周面7に第二凹凸部10が設けられると共に、回転子3の外周面に回転子の第二凹凸部14が設けられることにより、グリース原料が必要以上に容器本体の第一内周面6から流出することを防止できるので、溶液に高いせん断力を与えてグリース原料を高分散化して、添加剤を配合後も、上記要件(I)、更には上記要件(II)を満たすように、ウレア系増ちょう剤(B)を微細化することができる。
本発明のグリース組成物は、成分(A)及び成分(B)と共に、油脂硬化剤(C)を含む。
本発明のグリース組成物が油脂硬化剤(C)を含むことにより、常温で固体状であり、加温すると液状化するグリース組成物にすることができる。更に、装置に対する充填性(付着性)を向上させることができる。
本発明において、油脂硬化剤とは、液状の油脂に添加して溶解することにより、当該油脂を常温にて増粘、固化、及び/又はゾル・ゲル化することが可能な物質であり、常温でグリース組成物を固化させる性質を有するものである。また、上記「液状化」とは、70℃での粘度が5,000mPa・s以下程度となった状態をいう。
これらの中でも、本発明の効果の観点及び入手容易性の観点から、グリセリン脂肪酸エステル(C1)を用いることが好ましい。
グリセリン脂肪酸エステル(C1)としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル等が挙げられる。
ポリグリセリン脂肪酸エステルを構成する脂肪酸(以下、「構成脂肪酸」と記載する)については、全構成脂肪酸の内、炭素数16~18の直鎖脂肪酸が分子数として45%以上含まれることが好ましい。
エステル化率(%)=(M/(n+2))×100
で算出される値である。
また、本発明においてポリグリセリン脂肪酸エステルは市販品を利用してもよく、例えば、TAISET AD(太陽化学株式会社製)、TAISET50(太陽化学株式会社製)、リョートーポリグリエステルB-100D(三菱ケミカル株式会社製)等を好適に用いることができる。
なお、本明細書において、油脂硬化剤(C)の融点は、JIS K0064に準拠して、測定された値を意味する。
本発明の一態様のグリース組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、一般的なグリースに配合される、成分(B)及び成分(C)以外の添加剤(D)を含有してもよい。
添加剤(D)としては、例えば、極圧剤、酸化防止剤、防錆剤、分散剤、金属不活性化剤等が挙げられる。
添加剤(D)は、それぞれ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
防錆剤としては、例えば、アルケニルコハク酸多価アルコールエステル等のカルボン酸系防錆剤、ステアリン酸亜鉛、チアジアゾール及びその誘導体、ベンゾトリアゾール及びその誘導体等が挙げられる。
分散剤としては、例えば、コハク酸イミド、ボロン系コハク酸イミド等の無灰分散剤が挙げられる。
金属不活性剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物等が挙げられる。
(不混和ちょう度)
本発明の一態様のグリース組成物の25℃における不混和ちょう度としては、常温での取り扱いの観点から、好ましくは220~430、より好ましくは240~360、更に好ましくは250~350、より更に好ましくは255~330である。
なお、本明細書において、グリース組成物の不混和ちょう度は、JIS K2220:2013(箇条7)に準拠して、25℃にて測定された値を意味する。
本発明の一態様のグリース組成物の25℃における混和ちょう度としては、せん断応力をかけた際の軟化の観点から、好ましくは220以上、より好ましくは250以上、更に好ましくは300以上、より更に好ましくは330以上であり、好ましくは500以下、より好ましくは450以下、更に好ましくは440以下、より更に好ましくは430以下である。
なお、本明細書において、グリース組成物の混和ちょう度は、JIS K2220:2013(箇条7)に準拠して、25℃にて測定された値を意味する。
本発明の一態様のグリース組成物の25℃における、前記混和ちょう度の数値から前記不混和ちょう度の数値を減じた差としては、せん断応力をかけた際の軟化による流動性の観点から、好ましくは10~150、より好ましくは30~130、更に好ましくは40~120、より更に好ましくは50~110である。
前記混和ちょう度の数値から前記不混和ちょう度の数値を減じた差が大きい程、混和によりグリース組成物がせん断され、グリース組成物が軟化することを意味する。
本発明の一態様のグリース組成物の滴点としては、グリースの流動性の観点から、好ましくは50~300、より好ましくは120~280、更に好ましくは150~270、より更に好ましくは180~260、更になお好ましくは190~250である。
なお、本明細書において、グリース組成物の滴点は、JIS K2220:2013(箇条8)に準拠して測定された値を意味する。
本発明の一態様のグリース組成物について、後述する実施例に記載の方法により、常温で固体状であり、加温すると液状化することを確認することができる。
本発明の一態様のグリース組成物について、後述する実施例に記載の方法により歪みが1×10-3%~1×103%の範囲において、歪みに対する貯蔵弾性率を測定し、貯蔵弾性率低下時の最大の傾きの絶対値を求めることで、レオロジー特性(本発明においては、せん断により軟化し流動的になる性質)を評価することができる。当該傾きの絶対値が大きいほど、歪み(せん断応力)に対する応答性が高く、せん断応力が付与された際に軟化しやすいグリース組成物であるといえる。
本発明のグリース組成物は、基油(A)、ウレア系増ちょう剤(B)を含むグリース(ベースグリース)、及び油脂硬化剤(C)、並びに必要に応じて添加剤(D)を混合することにより製造することができる。
例えば、基油(A)とウレア系増ちょう剤(B)を含むグリース(ベースグリース)とを混合し、必要に応じて添加剤(D)を添加して混合し、70℃~80℃程度にまで自然放冷で冷却した後、油脂硬化剤(C)を配合して混合することにより製造することができる。
本発明のグリース組成物は、常温で固体状であり、加温すると液状化し、かつ、せん断応力をかけると軟化する。
そのため、本発明の一態様のグリース組成物は、このような特性が求められる装置の軸受部分、摺動部分、ギヤ部分、接合部分等の潤滑部分に潤滑用途として用いることができる。より具体的には、ハブユニット、電動パワーステアリング、駆動用電動モータフライホイール、ボールジョイント、ホイールベアリング、スプライン部、等速ジョイント、クラッチブースター、サーボモータ、ブレードベアリング又は発電機の軸受部分に用いられることが好ましい。
また、本発明のグリース組成物を好適に使用し得る装置の分野としても、自動車分野、事務機器分野、工作機械分野、風車分野、建設用分野、農業機械用分野又は産業ロボット分野等が挙げられる。
本発明のグリース組成物を好適に使用し得る、自動車用分野の装置内での潤滑部分としては、例えば、ラジエータファンモータ、ファンカップリング、オルターネータ、アイドラプーリ、ハブユニット、ウォーターポンプ、パワーウィンドウ、ワイパ、電動パワーステアリング、駆動用電動モータフライホイール、ボールジョイント、ホイールベアリング、スプライン部、等速ジョイント等の装置内の軸受部分;ドアロック、ドアヒンジ、クラッチブースター等の装置内の軸受部分、サーボモータ、ブレードベアリング又は発電機の軸受部分、ギヤ部分、摺動部分;等が挙げられる。
本発明のグリース組成物を好適に使用し得る、事務機器分野の装置内での潤滑部分としては、例えば、プリンタ等の装置内の定着ロール、ポリゴンモーター等の装置内の軸受及びギヤ部分等が挙げられる。
本発明のグリース組成物を好適に使用し得る、工作機械分野の装置内での潤滑部分としては、例えば、スピンドル、サーボモータ、工作用ロボット等の減速機内の軸受部分等が挙げられる。
本発明のグリース組成物を好適に使用し得る、風車分野の装置内での潤滑部分としては、例えば、ブレードベアリング及び発電機等の軸受部分等が挙げられる。
本発明のグリース組成物を好適に使用し得る、建設用又は農業機械用分野の装置内での潤滑部分としては、例えば、ボールジョイント、スプライン部等の軸受部分、ギヤ部分及び摺動部分等が挙げられる。
また、産業用ロボット等が備える減速機や、風力発電設備が備える増速機等に好適に使用することができる。
当該減速機及び増速機としては、例えば、歯車機構からなる減速機及び歯車機構からなる増速機等が挙げられる。但し、本発明の一態様のグリース組成物の適用対象は、歯車機構からなる減速機及び歯車機構からなる増速機には限定されず、例えば、トラクションドライブ等にも適用することができる。また、減速機は、例えば、RVタイプ、ハーモニックタイプ、サイクロタイプ等が挙げられ、いずれにも好適に使用することができる。
また、本発明の一態様では、本発明のグリース組成物を、軸受部分、摺動部分、ギヤ部分、接合部分等の潤滑部位に有する装置、好ましくは減速機又は増速機が提供される。
更に、本発明の一態様では、本発明のグリース組成物により、減速機又は増速機等の装置の潤滑部位(例えば、軸受部分、摺動部分、ギヤ部分、接合部分等)を潤滑する、潤滑方法が提供される。
[1] 基油(A)、ウレア系増ちょう剤(B)、及び油脂硬化剤(C)を含有するグリース組成物であって、
前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が下記要件(I)を満たす、グリース組成物。
・要件(I):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の面積基準での算術平均粒子径が2.0μm以下である。
[2] 前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が、さらに下記要件(II)を満たす、前記[1]に記載のグリース組成物。
・要件(II):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の比表面積が、0.5×105cm2/cm3以上である。
[3] 前記油脂硬化剤(C)の含有量が、前記グリース組成物の全量基準で、0.1質量%~10質量%である、前記[1]又は[2]に記載のグリース組成物。
[4] 前記油脂硬化剤(C)の融点が、100℃以下である、前記[1]~[3]のいずれか1つに記載のグリース組成物。
[5] 前記ウレア系増ちょう剤(B)の含有量が、グリース組成物の全量基準で、1.0質量%~15.0質量%である、前記[1]~[4]のいずれか1つに記載のグリース組成物。
[6] 前記基油(A)の40℃動粘度が10mm2/s~80mm2/sである、前記[1]~[5]のいずれか1つに記載のグリース組成物。
[7] 混和ちょう度が300~500である、前記[1]~[6]のいずれか1つに記載のグリース組成物。
[8] 減速機又は増速機の潤滑部位を潤滑するために用いられる、前記[1]~[7]のいずれか1つに記載のグリース組成物。
[9] 前記[1]~[8]のいずれか1つに記載のグリース組成物により、減速機又は増速機の潤滑部位を潤滑する、潤滑方法。
各種物性値の測定法は、以下のとおりとした。
(1)基油(A)の40℃動粘度、100℃動粘度、及び粘度指数
JIS K2283:2000に準拠して測定及び算出した。
(2)油脂硬化剤(C)の融点
JIS K0064に準拠して測定した。
(3)グリース組成物の不混和ちょう度(1/4)
JIS K2220:2013(箇条7)に準拠して、25℃にて測定した。
(4)グリース組成物の混和ちょう度(1/4)
JIS K2220:2013(箇条7)に準拠して、25℃にて測定した。
(5)グリース組成物の混和ちょう度と不混和ちょう度の差
前記(4)の混和ちょう度の数値から前記(3)の不混和ちょう度の数値を減ずることで、差を算出した。
(6)グリース組成物の滴点
JIS K2220:2013(箇条8)に準拠して測定した。
実施例1~2及び比較例1~4において、グリース組成物を調製するための原料として使用した基油(A)及び油脂硬化剤(C)は、以下のとおりとした。
・基油(A1):API分類でグループIIIに分類される基油(40℃動粘度:19mm2/s、100℃動粘度:4.2mm2/s、粘度指数:126)
・基油(A2):ブライトストック(40℃動粘度:409mm2/s、100℃動粘度:30.9mm2/s、粘度指数:107)
<油脂硬化剤(C)>
・グリセリン脂肪酸エステル(C1):グリセリン脂肪酸エステル(商品名:TAISET AD、太陽化学株式会社製、融点:60℃)
(1)ウレアグリースの合成
基油(A1)及び基油(A2)の混合基油であり、70℃に加熱した基油(A)48.00質量部に、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)2.47質量部を加えて、溶液αを調製した。
また、別に用意した、基油(A1)及び基油(A2)の混合基油であり、70℃に加熱した基油(A)47.00質量部に、シクロヘキシルアミン1.51質量部と、オクタデシルアミン(ステアリルアミン)1.03質量部とを加えて、溶液βを調製した。
そして、図1に示すグリース製造装置1を用いて、溶液導入管4Aから70℃に加熱した溶液αを、溶液導入管4Bから70℃に加熱した溶液βを、それぞれ等量を同時に容器本体2内へ導入し、回転子3を回転させた状態で溶液αと溶液βとを容器本体2内へ連続的に導入し続けた。その後、この混合物を図3で示した撹拌装置で160℃に昇温し、1時間撹拌後、ロールミル処理して均一化して、ウレアグリース(b1)を合成した。
なお、使用したグリース製造装置1の回転子3の回転数は8,000rpmとした。また、この際の最高せん断速度(Max)は10,500s-1であり、最高せん断速度(Max)と最低せん断速度(Min)との比〔Max/Min〕は3.5として、撹拌を行った。
なお、得られたウレアグリース(b1)に含まれるウレア系増ちょう剤(B1)は、前記一般式(b1)中のR1及びR2が、シクロヘキシル基又はオクタデシル基(ステアリル基)であり、R3がジフェニルメチレン基である化合物に相当する。
また、原料として用いたシクロヘキシルアミンとオクタデシルアミンとのモル比(シクロヘキシルアミン/オクタデシルアミン)は、80/20である。
(2)グリース組成物の調製
上記(1)において、図1に示すグリース製造装置1から吐出されたウレアグリース(b1)を撹拌した後、70℃まで自然放冷で冷却した。
次に、自然放冷で70℃まで冷却したウレアグリース(b1)に、グリセリン脂肪酸エステル(C1)を、表1に示す配合量で添加して混合し、実施例1のグリース組成物を得た。
表1に示す配合量に変更した以外は、実施例1のグリース組成物と同様にして、実施例2、及び比較例1のグリース組成物を得た。
(1)ウレアグリースの合成
基油(A1)及び基油(A2)の混合基油であり、70℃に加熱した基油(A)48.00質量部に、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)2.47質量部を加えて、溶液αを調製した。
また、別に用意した、基油(A1)及び基油(A2)の混合基油であり、70℃に加熱した基油(A)47.00質量部に、シクロヘキシルアミン1.51質量部と、オクタデシルアミン(ステアリルアミン)1.03質量部とを加えて、溶液βを調製した。
そして、図3に示すグリース製造装置1を用いて、70℃に加熱した溶液αに、70℃に加熱した溶液βを投入して撹拌翼を回転させ、撹拌を継続しながら160℃に昇温し、1時間保持してウレアグリース(b2)を合成した。
なお、この際の最高せん断速度(Max)は約100s-1であり、最低せん断速度は1.23s-1であった。また、最高せん断速度(Max)と最低せん断速度(Min)の比(Max/Min)は約81であった。
なお、ウレアグリース(b2)に含まれるウレア系増ちょう剤(B2)は、前記一般式(b1)中のR1及びR2が、シクロヘキシル基又はオクタデシル基(ステアリル基)であり、R3がジフェニルメチレン基である化合物に相当する。
また、原料として用いたシクロヘキシルアミンとオクタデシルアミンとのモル比(シクロヘキシルアミン/オクタデシルアミン)は、80/20である。
(2)グリース組成物の調製
上記(1)において、図3に示すグリース製造装置1から吐出されたウレアグリース(b2)を撹拌した後、70℃まで自然放冷で冷却した。
次に、自然放冷で70℃まで冷却したウレアグリース(b2)に、グリセリン脂肪酸エステル(C1)を、表1に示す配合量で添加して混合し、比較例2のグリース組成物を得た。
表1に示す配合量に変更した以外は、比較例2のグリース組成物と同様にして、比較例3~4のグリース組成物を得た。
実施例1~2及び比較例1~4において合成したウレアグリースについて、下記の算出を行った。
グリース組成物中のウレア系増ちょう剤を含む粒子の粒子径を評価した。具体的には、実施例1において合成したウレアグリース及び比較例1において合成したウレアグリースを測定試料とし、以下の手順によりウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子の粒子径を含む粒子の粒子径を求めた。
まず、測定試料を真空脱泡した後1mLシリンジに充填し、シリンジから0.10~0.15mLの試料を押し出し、ペーストセル用固定治具の板状のセルの表面に押し出した試料を載せた。次に、試料の上に、更に別の板状のセルを重ねて、2枚のセルで試料を挟持した測定用セルを得た。次に、レーザー回折型粒径測定機(株式会社堀場製作所製、商品名:LA-920)を用いて、測定用セルの試料中の粒子の面積基準での算術平均粒子径を測定した。
ここで、「面積基準での算術平均粒子径」とは、面積基準での粒子径分布を算術平均した値を意味する。面積基準での粒子径分布は、測定対象である粒子全体における粒子径の頻度分布を、当該粒子径から算出される面積(詳細には、当該粒子径を有する粒子の断面積)を基準として示したものである。また、面積基準での粒子径分布を算術平均した値は、下記式(1)により計算することができる。
上記式(1)中、Jは、粒子径の分割番号を意味する。q(J)は、頻度分布値(単位:%)を意味する。X(J)は、J番目の粒子径範囲の代表径(単位:μm)である。
上記の要件(I)の欄において測定した、グリース組成物中の増ちょう剤を含む粒子の粒子径分布を用い、比表面積を算出した。具体的には、当該粒子径分布を用い、単位体積(1cm3)当たりの粒子の表面積(単位:cm2)の総計を算出し、これを比表面積(単位:cm2/cm3)とした。
室温において実施例1のグリース組成物を70℃に加温し、グリース組成物を液状化させた。その中に、軸受を投入し、軸受の隙間へのグリース組成物の充填状態を目視で確認した。また、室温に戻した後の充填状態を目視で確認するとともに、グリース組成物の保持性について、軸受けの開放面が下方になるように反転させて、液だれの有無を判定することで確認した。
また、比較例1も、実施例1と同様にして、軸受の隙間への充填状態、室温に戻した後の充填状態とグリース組成物の保持性を確認した。
一方、油脂硬化剤(C)を含有しない比較例1のグリース組成物は、70℃に加温した後に室温に戻した後もグリース組成物が液状化しており、軸受の隙間にグリース組成物が充填されず、軸受から液だれが確認された。即ち、油脂硬化剤(C)を含有しない比較例1のグリース組成物は、70℃に加温した後に室温に戻した後はグリース組成物が固体状に戻らないため、グリース組成物としての性能が発揮されなくなった。
室温(25℃)において、装置名:Anton-Paar MCR302を用いて、歪みが1×10-3%~1×103%の範囲における、貯蔵弾性率を測定した。
また、歪みに対する貯蔵弾性率をプロットし、貯蔵弾性率が低下するときの最大の傾き(負の数)を比較した。
実施例1~2のレオロジー曲線(歪に対する貯蔵弾性率変化)は、比較例1~4のレオロジー曲線よりも貯蔵弾性率の低下時の最大の傾き(負の数)が大きくなった。即ち、歪に対する貯蔵弾性率の低下度合い(低下の応答性)が高く、歪とともに流動的になりやすいことがわかった。この結果から、要件(I)を満たすウレア系増ちょう剤(B)は、せん断応力の付与に対する応答性が高く、軟化しやすいことがわかる。
なお、比較例1に示される結果から、油脂硬化剤(C)を含有しないウレアグリースは、加温して液状化させることができるものの、常温に戻しても固体状態に戻らないことが明らかとなったが、実施例1~2のグリース組成物は、加温して液状化させることができるとともに、常温に戻すと固体状となった。このことから、ウレア系増ちょう剤(B)と油脂硬化剤(C)とを含有するグリース組成物は、油脂硬化剤(C)により発揮される特性(加温して液状化させることができるとともに、常温に戻すと固体状となる特性)をウレア系増ちょう剤(B)が阻害することなく、しかもレオロジー特性に優れる(せん断応力の付与に対する応答性が高く、軟化しやすい)グリース組成物であるといえる。
2 容器本体
3 回転子
4 導入部
4A、4B 溶液導入管
5 滞留部
6 第一凹凸部
7 第二凹凸部
8 吐出部
9 容器本体側の第一凹凸部
10 容器本体側の第二凹凸部
11 吐出口
12 回転軸
13 回転子の第一凹凸部
13A 凹部
13B 凸部
14 回転子の第二凹凸部
15 スクレーパー
A1、A2 ギャップ
Claims (7)
- 基油(A)、ウレア系増ちょう剤(B)、及び油脂硬化剤(C)を含有するグリース組成物であって、
前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が下記要件(I)を満たし、
前記ウレア系増ちょう剤(B)の含有量が、前記グリース組成物の全量基準で、0.5質量%~15.0質量%であり、
前記油脂硬化剤(C)は、常温で液状の油脂を増粘、固化、及び/又はゾル・ゲル化することが可能であり、
前記油脂硬化剤(C)が、融点が50~80℃のグリセリン脂肪酸エステルであり、
前記油脂硬化剤(C)の含有量が、前記グリース組成物の全量基準で、0.1質量%~10質量%であるグリース組成物。
・要件(I):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の面積基準での算術平均粒子径が2.0μm以下である。 - 前記グリース組成物中の前記ウレア系増ちょう剤(B)を含む粒子が、さらに下記要件(II)を満たす、請求項1に記載のグリース組成物。
・要件(II):前記粒子をレーザー回折・散乱法により測定した際の比表面積が、0.5×105cm2/cm3以上である。 - 前記油脂硬化剤(C)の融点が、100℃以下である、請求項1又は2に記載のグリース組成物。
- 前記基油(A)の40℃動粘度が10mm2/s~80mm2/sである、請求項1又は2に記載のグリース組成物。
- 混和ちょう度が300~500である、請求項1又は2に記載のグリース組成物。
- 減速機又は増速機の潤滑部位を潤滑するために用いられる、請求項1又は2に記載のグリース組成物。
- 請求項1又は2に記載のグリース組成物により、減速機又は増速機の潤滑部位を潤滑する、潤滑方法。
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