JPWO2014200048A1 - グリース組成物及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

食用油を基油とし、ステアリン酸カルシウムを増ちょう剤とし、熱硬化を抑制するための構造安定剤を添加してなり、かつ、１００℃で１００時間加熱した後の不混和ちょう度が７７以上であるグリース組成物、並びに前記グリース組成物を封入した転がり軸受。

Description

本発明は、グリース組成物、特に人体に対する安全性が高く、例えば食品機械用として好適なグリース組成物に関する。また、本発明は、前記グリース組成物を封入した転がり軸受に関する。

環境負荷や人体に対する安全性を考慮して、例えば特許文献１には食用油を基油とし、脂肪酸金属塩を増ちょう剤としたグリース組成物が記載されている。また、特許文献２には、グリセリン由来またはプロピレングリコール由来のグリセリン脂肪酸エステルを基油とし、食品添加物として認定されているステアリン酸カルシウムを増ちょう剤とする食品機械用のグリース組成物が記載されている。

日本国特開平１１−２２８９８３号公報 日本国特開２００９−９１５０２号公報

しかしながら、ステアリン酸カルシウムは増ちょう剤としての構造が不安定であり、熱が加わる環境下では経時的に増ちょう剤繊維が成長し、グリース組成物が硬化する傾向にあり、耐熱性に劣るという問題がある。

そこで本発明は、ステアリン酸カルシウムの構造を安定化させ、環境負荷が少なく、人体に対する安全性が高いことに加えて耐熱性にも優れるグリース組成物を提供することを目的とする。また、食品機械用等に好適で、長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記のグリース組成物及び転がり軸受を提供する。
（１）食用油を基油とし、ステアリン酸カルシウムを増ちょう剤とし、熱硬化を抑制するための構造安定剤を添加してなり、かつ、１００℃で１００時間加熱した後の不混和ちょう度が７７以上であることを特徴とするグリース組成物。
（２）構造安定剤がモノグリセリドまたは多価アルコールであることを特徴とする上記（１）記載のグリース組成物。
（３）上記（１）または（２）記載のグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、基油の食用油及び増ちょう剤のステアリン酸カルシウムが共に食品用であり、環境負荷が少なく、人体に対する安全性が高いグリース組成物であり、更に構造安定剤を添加してステアリン酸カルシウムの構造安定性を向上させている。そのため、安全性が高く、耐熱性に優れている。

静置加熱試験の結果を示すグラフである。 焼付き耐久試験の結果を示すグラフである。 耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。 加熱後不混和ちょう度と、焼付き耐久寿命との関係を示すグラフである。 加熱前後のちょう度比と、耐摩耗比との関係を示すグラフである。 （混和ちょう度／離油度）と、耐摩耗比との関係を示すグラフである。

（グリース組成物）
本発明のグリース組成物は、食用油を基油とし、増ちょう剤としてステアリン酸カルシウムを用いる。

基油の食用油としては、例えば飽和脂肪酸とグリセリンとのエステルである飽和脂肪酸トリグリセライド、大豆油、菜種油、紅花油、コーン油、綿実油、ごま油、オリーブ油、やし油、パーム油等が挙げられ、これらの混合油であってもよい。また、他の動植物油を適用混合してもよい。

中でも飽和脂肪酸トリグリセライドが好ましく、炭素数８の飽和脂肪酸とグリセリンからなる飽和脂肪酸トリグリセライド（Ｃ８飽和脂肪酸トリグリセライド）と、炭素数１０の飽和脂肪酸とグリセリンからなる飽和脂肪酸トリグリセライド（Ｃ１０飽和脂肪酸トリグリセライド）との混合物、もしくは１分子の飽和脂肪酸トリグリセライドの中に、炭素数８の飽和脂肪酸エステル部分と炭素数１０の飽和脂肪酸エステル部分とが混在しているものが特に好ましい。尚、Ｃ８飽和脂肪酸トリグリセライドとＣ１０飽和脂肪酸トリグリセライドとの混合比率は、Ｃ８飽和脂肪酸トリグリセライド：Ｃ１０飽和脂肪酸トリグリセライドが６０：４０〜９０：１０であることが好ましく、７０：３０〜８０：２０であることがより好ましい。

また、飽和脂肪酸トリグリセライドを使用する場合、その４０℃における動粘度が８〜１２０ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。動粘度が８ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満では耐熱性に劣る可能性が高く、１２０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）を超えると基油自体のせん断抵抗が増加して転がり軸受に封入した場合に起動トルク及び回転トルクの上昇を招くようになる。４０℃における動粘度は、好ましくは８〜５０ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは１０〜３５ｍｍ^２／ｓであり、特に好ましくは１０〜２０ｍｍ^２／ｓである。

増ちょう剤のステアリン酸カルシウムは、食品添加物公定書や日本薬局方収載品等の企画に該当する食品添加物や医薬添加物を用いることが好ましい。また、増ちょう剤量は、グリース組成物全量の５〜３５質量％が好ましい。増ちょう剤量が５質量％未満ではせん断安定性が悪くなり、転がり軸受等の摺動・転動装置に適用したときに摺動・転動部分においてせん断作用により軟化し、過度に漏洩してしまう。一方、増ちょう剤量が３５質量％を超えると、潤滑の用に供する基油の割合が少なくなりすぎてバランスが悪くなるおそれがある。増ちょう剤量は、好ましくは１０〜２８質量％であり、より好ましくは１２〜２５質量％、特に好ましくは１３〜２３質量％である。

本発明のグリース組成物では、ステアリン酸カルシウムの構造安定化を図るために構造安定剤を添加する。構造安定剤としては、モノグリセリドまたは多価アルコールが好ましいが、食品添加物公定書や日本薬局方収載品等の企画に該当する食品添加物や医薬添加物が好ましい。具体的には、パーム硬化油モノグリセリド、オレイン酸モノグリセリド、グリセリン等が挙げられる。

また、構造安定剤の添加量は、ステアリン酸カルシウムの構造を安定化できるような量であれば制限はないが、パーム硬化油モノグリセリドではステアリン酸カルシウムに対して５〜６．５質量％、グリセリンでは１〜２質量％が好ましい。

この構造安定剤の添加により、グリース組成物の耐熱性が向上する。具体的には、後述する実施例にも示すように、１００℃で１００時間静置加熱した後の不混和ちょう度が７７以上になる。

また、混和ちょう度はＮＬＧＩちょう度番号２〜３が好ましい。

本発明のグリース組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で通常のグリース用添加剤を添加することができる。具体的には、酸化防止剤や錆止め剤、極圧剤、摩擦調整剤、ｐＨ調整剤等を挙げることができるが、環境負荷が低く、人体への安全性の高いものを選択することが好ましい。例えば、酸化防止剤としてビタミン類等を用いる。

グリース組成物も調製方法としては、基油の食用油に、ステアリン酸カルシウム及び構造安定剤を添加して加熱攪拌し、ステアリン酸カルシウムが完全に溶解した後に、全体を急冷して半固体状とし、必要に応じて他の添加剤を添加した後、ロールミル等の混練機で混練すればよい。ステアリン酸カルシウム溶解後の冷却を、放置して室温まで徐冷すると、ステアリン酸カルシウムが凝固して軟質のグリース組成物となり、グリース漏洩が問題になる。

（転がり軸受）
本発明はまた、上記のグリース組成物を封入した転がり軸受に関する。転がり軸受の種類には制限はなく、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受等に上記のグリース組成物を充填し、シール部材により封止する。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８０．２ｇに、ステアリン酸カルシウムを１４ｇ、パーム硬化油モノグリセリドを０．８ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２４４、滴点は１１２℃、離油度は０．１％であった。尚、離油度の測定は、 ＡＳＴＭ−Ｄ５６６−７６に準拠して行った。

（実施例２）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８０．８ｇに、ステアリン酸カルシウムを１４ｇ、グリセリンを０．２ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２３８、滴点は１１２℃、離油度は０．１％であった。

（実施例３）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８２．２ｇに、ステアリン酸カルシウムを１２ｇ、グリセリンを０．２ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２８６、滴点は１１２℃、離油度は０．４％であった。

（実施例４）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）７６．６ｇに、ステアリン酸カルシウムを１６ｇ、グリセリンを２．４ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２５７、滴点は１０９℃、離油度は０％であった。

（比較例１）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８１ｇに、ステアリン酸カルシウムを１４ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２４９、滴点は１１１℃、離油度は０．８％であった。

（比較例２）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８２ｇに、ステアリン酸カルシウムを１３ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２６２、滴点は１１１℃、離油度は１．１％であった。

（比較例３）
鉱油（４０℃動粘度２７．６ｍｍ^２／ｓ）８１ｇに、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを１２ｇ添加し、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、予め水冷したアルミ製バットに流し込み、流水で冷却した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は２４９、離油度は２％であった。

（比較例４）
飽和中鎖脂肪酸トリグリセライド（４０℃動粘度１４．８ｍｍ^２／ｓ）８０．２ｇに、ステアリン酸カルシウムを１４ｇ、パーム油トリグリセリドを０．８ｇ添加し、ステアリン酸カルシウムが溶解する温度で加熱攪拌した。次いで、ステアリン酸カルシウムが完全溶解した後、加熱を停止し、そのまま室温になるまで放冷した。そして、グリース状に固まった潤滑剤組成物９５ｇに、酸化防止剤としてビタミンＥを５ｇ添加して混ぜ合わせ、３本ロールミルにかけてグリース組成物を得た。尚、混和ちょう度は３４０、離油度は１．８％であった。

そして、上記で得たグリース組成物を用いて（１）静置加熱試験、（２）焼付き耐久試験及び（３）耐摩耗試験を行った。
（１）静置加熱試験
グリース組成物を１００℃の恒温槽内に１００時間静置した後、不混和ちょう度を測定し、初期混和ちょう度からの変化を評価した。
（２）焼付き耐久試験
日本精工（株）製のシール付深溝玉軸受「６２０３ＶＶ」（内径１７ｍｍ、外径４７ｍｍ）を用い、グリース組成物を１．３ｇ封入し、温度９５℃、Ｐ／C＝０．１２、ｄｍＮ＝７０万にて連続回転させ、急激に温度上昇した時点を焼付き時間とした。測定結果は、比較例１の焼付き時間に対する相対値とした。
（３）耐摩耗試験
試験は、シェル式のすべり四球試験機により行った。下部固定試験球、上部の回転試験球ともに１／２インチの鋼球を使用した。そして、回転球のみにグリース組成物を０．１ｇ塗布し、垂直荷重を４９Ｎ、回転数を１０００ｍｉｎ^−１、回転時間２０分、温度は常温より成り行きとして試験を行った。測定結果は、試験後の下部固定球３個の摩耗痕径の平均値を算出し、比較例１の摩耗痕径の平均値に対する相対値とした。

表１にグリース組成とともに、各試験結果を示す。また、図１に（１）静置加熱試験の結果を、図２に（２）焼付き耐久試験の結果を、図３に（３）耐摩耗試験の結果を示す。更に、これらの結果を基に、図４に加熱後不混和ちょう度と焼付き耐久寿命比との関係、図５に加熱前後のちょう度比と耐摩耗比との関係、図６に（混和ちょう度／離油度）と耐摩耗比との関係を、それぞれグラフ化して示す。

実施例１は、基油にトリグリセリド、増ちょう剤にステアリン酸カルシウムを用い、更に構造安定剤としてパーム硬化油モノグリセリドを用いたものであり、実施例２は実施例１の構造安定剤をグリセリンに変更したものでる。また、実施例３、４は、実施例２において増ちょう剤量を変えたものである。何れも、本発明の範囲であり、静置加熱後のグリース硬化が抑制され、軸受に封入した際の耐久寿命が長くなっており、耐摩耗性も良好である。そのため、軸受に限らず、グリース潤滑を必要とする部位（例えば歯車）での潤滑性に優れる。

また、図４から、加熱試験後、即ち１００℃で１００時間静置後の不混和ちょう度が７７以上であれば、耐焼付き寿命を向上させることができることがわかる。耐焼付き寿命の更なる向上には９３以上が好ましく、１２９以上がより好ましいことがわかる。

図５からは、静置加熱前後における（静置加熱後の不混和ちょう度／静置加熱前の混和ちょう度）を０．３０以上、好ましくは０．３３以上にすることにより、耐摩耗性の向上に効果があることがわかる、より好ましくは、０．５４以上とする。

図６からは、（混和ちょう度／離油度）を７１５以上、好ましくは２３８０以上にすることにより、耐摩耗性の向上に効果があることがわかる。

これに対し、比較例１は実施例１から構造安定剤を抜いたものであるが、構造安定剤が含まれない場合、熱によるグリース硬化が非常に大きくなる。また、摩擦により発生する熱でグリースが硬くなり、摩擦面にグリースが十分に供給されないため、耐摩耗試験における摩耗痕径が大きくなる。

比較例２は、比較例１の増ちょう剤量を減らしたものである。初期のちょう度が柔らかくなっても、構造安定剤が配合されていない場合には、加熱後のグリース硬化が大きい。

比較例３は汎用グリースであり、基油に鉱油、増ちょう剤に１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを用いている。そのため、実施例に比べて焼付き寿命が短く、基油に鉱油を用いているため潤滑性が低く、耐摩耗性にも劣っている。

比較例４は実施例１と組成は同じであるが、冷却方法を変えて調製したグリースである。増ちょう剤量も同じであるが、冷却方法を変えたことにより増ちょう剤が凝集してグリースが柔らかくなっている。そのため、焼付き耐久試験においてグリース漏れが大きくなり、早期に焼付き寿命に至っている。また、グリースが飛散しやすく、対摩耗試験でも摩耗痕径が大きい。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１３年６月１２日出願の日本特許出願（特願２０１３−１２３６２０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、食品製造装置に使用される転がり軸受として有用である。

Claims (3)

1. 食用油を基油とし、ステアリン酸カルシウムを増ちょう剤とし、熱硬化を抑制するための構造安定剤を添加してなり、かつ、１００℃で１００時間加熱した後の不混和ちょう度が７７以上であることを特徴とするグリース組成物。
2. 構造安定剤がモノグリセリドまたは多価アルコールであることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。
3. 請求項１または２記載のグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。

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