JP5220275B2 - グリース組成物及び軸受 - Google Patents

Description

本発明は、エステル油を含有する基油と増ちょう剤を含むグリース組成物に関する。詳しくは、転がり軸受に使用するのに好適な低温トルク性と潤滑寿命を向上したグリース組成物、及びこれを封入した軸受に関する。

グリース組成物の低温トルク性と潤滑寿命を向上する為に基油に求められる性能は、高粘度指数、低温流動性、熱酸化安定性及び低揮発性などであり、今までにもグリース組成物及び基油の性能向上に関する各種の提案が出されている。

グリース組成物に使用されている基油は、一般的には鉱物油と合成油に大別される。グリース基油としては、従来から鉱物油が広く用いられてきている。しかし、鉱物油は安価であるという利点がある反面、低温使用時の潤滑性が著しく悪いという欠点がある。
一方、前記欠点を解消するグリース基油として、近年各種の合成油が開発され用いられている。特に、低温使用時の潤滑性を向上したものとしてペンタエリスリトールとカプリル酸及び／又はカプリン酸と２−エチルヘキサン酸とをその重量比〔（カプリル酸及び／又はカプリン酸）／２−エチルヘキサン酸〕が８０／２０〜５０／５０となるように混合した酸成分とからなる合成潤滑油基油が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ペンタエリスリトールと脂肪酸が（Ａ）ｎ−ヘプタン酸と（Ｂ）２−エチルヘキサン酸及びｉ−ノナン酸から選ばれた少なくとも１種の分岐脂肪酸とのエステルからなるグリース基油が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これらの基油を使用したグリースを転がり軸受に利用しても低温流動性等が不十分であり、未だユーザーの満足するものは得られていないのが現状である。

特開平０７−２２４２８９ 特開平１１−８０７６６

本発明の課題は、低温下にある転がり軸受に好適であり、また安定した潤滑性を長期間示すグリース組成物を提供することである。即ち、低温トルク性と潤滑寿命に優れているグリース組成物とこれを封入した軸受を提供することである。

本発明者らは上記目的を達成するために鋭意研究の結果、基油に特定のエステル油を用いることにより低温トルク性と潤滑寿命を改善し、低温下にある転がり軸受に好適であり、また安定した潤滑性を長期間示すグリース組成物を完成させた。

本発明は以下に示すグリース組成物及び軸受を提供するものである。
１．基油と増ちょう剤を含み、基油がペンタエリスリトールと脂肪酸からなる一般式（１）で表されるエステル油を含むグリース組成物において、前記脂肪酸の組成が、少なくとも２-エチルヘキサン酸５１〜５５質量％、カプリル酸とカプリン酸の合計３９〜４９質量％（ただし、カプリル酸は３０質量％以上、及びカプリン酸は５〜１０質量％である）からなるペンタエリスリトールテトラエステル油を含有することを特徴とするグリース組成物。
Ｃ(ＣＨ₂ＯＣＯＲ¹)₄ （１）
（式中、Ｒ¹は炭素数６〜１２の直鎖及び／又は分岐の脂肪酸残基を表す）
２．前記脂肪酸の組成が、カプリル酸３８〜４１質量％、カプリン酸６〜８質量％及び２-エチルヘキサン酸５２〜５４質量％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．前記ペンタエリスリトールテトラエステル油の動粘度が４０ｍｍ²/ｓ以下（４０℃）であり、粘度指数が１００以上であり、かつ流動点が−４５℃以下である上記１又は２記載のグリース組成物。
４．グリース組成物全体に対して、基油５０質量％以上、増ちょう剤５〜３０質量％を含み、基油が該ペンタエリスリトールテトラエステル油単独又は該ペンタエリスリトールテトラエステル油とそれ以外の合成油及び／又は鉱物油との混合物である、上記１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物。
５．混和ちょう度が２００〜３５０である上記１〜４のいずれか１項記載のグリース組成物。
６．上記１〜５のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した軸受。

本発明のグリース組成物は、改善された低温トルク性と潤滑寿命を有し、低温下にある転がり軸受に使用するのに好適であり、また安定した潤滑性を長期間示すため、非常に有用である。

従来、エステル系合成油を利用したグリース組成物とこれを封入した軸受において、脂肪酸の種類と配合を特定することにより、高粘度指数、低温流動性、熱酸化安定性及び低揮発性が向上したエステル油、及びそのエステル油を基油に用いて、低温トルク性と潤滑寿命が大幅に向上したグリース組成物に関する提案はされておらず、極めて有用な発明と言える。

本発明は、ペンタエリスリトールと脂肪酸のエステルにおいて、脂肪酸の種類とその混合割合、直鎖成分と分岐成分との比率などを特定することにより、熱酸化安定性を損なうことなく、著しく粘度指数及び低温流動性が向上するという知見に基づいてなされたものである。

すなわち、ペンタエリスリトールと脂肪酸成分とのエステルにおいて、脂肪酸成分の炭素数が高くなると流動点は高くなり蒸発減量は低くなる、反面炭素数が低くなると流動点は低くなり蒸発減量は高くなる。また、脂肪酸成分が直鎖成分だけでは分子の対称性が良いために結晶化してしまい、低温における流動性が悪くなる。また、脂肪酸成分が分岐成分だけでも低温における流動性が悪くなり、また粘度指数も低くなり好ましくない。

このような知見から、本発明のグリース組成物に用いるペンタエリスリトールテトラエステル油では、合成に用いる脂肪酸の種類を炭素数６〜１２の直鎖及び／又は分岐の脂肪酸としている。
特に、カプリル酸、カプリン酸及び２−エチルヘキサン酸についてはその混合割合を特定することにより、そのペンタエリスリトールテトラエステル油の熱酸化安定性を損なうことなく、粘度指数及び低温流動性が向上している。この特定のペンタエリスリトールテトラエステル油を含有する基油を用いたことにより、本発明のグリース組成物の低温トルク性と潤滑寿命が向上したものであると考えられる。

以下本発明について詳細に説明する。
本発明のグリース組成物は、前記したように、特定のペンタエリスリトールテトラエステル油を含有する基油と増ちょう剤を含むグリース組成物であって、基油として、ペンタエリスリトールテトラエステル油単独でも良いし、例えば、鉱物油、ポリα‐オレフィン（ＰＡＯ）、前記のペンタエリスリトールテトラエステル油以外のエステル油、シリコン油、エーテル油などの各種の合成油と併用して、使用してもよい。
本発明のグリース組成物は、好ましくは、基油５０質量％以上、増ちょう剤５〜３０質量％及びその他の添加剤を必要に応じて含有し、混和ちょう度が２００〜３５０であるものである。

基油に用いられる一般式（１）で表されるペンタエリスリトールテトラエステル油は、ペンタエリスリトールと特定の脂肪酸からなり、その脂肪酸は炭素数６〜１２の直鎖及び／又は分岐の脂肪酸であり、特にカプリル酸、カプリン酸及び２−エチルヘキサン酸を合計含有量で９０質量％以上含むものである。その脂肪酸の組成は、少なくとも２-エチルヘキサン酸５１〜５５質量％、カプリル酸とカプリン酸の合計含有量が４０〜４９質量％（ただし、カプリル酸は３０％以上、及びカプリン酸は５〜１０質量％である）からなる。好ましくはカプリル酸３８〜４１質量％、カプリン酸６〜８質量％及び２-エチルヘキサン酸５２〜５４質量％からなる脂肪酸組成である。

ペンタエリスリトールとしては、一般に市販されている高純度品が用いられ、純度としては９０％以上のものが好ましく、９５％以上のものがさらに好ましい。ペンタエリスリトールの市販品には二量体や三量体など、二量体以上を含有したものもあるが、これらを使用しても良い。

本発明のグリース組成物に使用するペンタエリスリトールテトラエステル油は、合成原料に前記の脂肪酸組成のものを用いることにより、熱安定性、耐酸化性、粘度指数及び低温流動性が大幅に向上している。そのペンタエリスリトールテトラエステル油を基油として用いることにより、本発明のグリース組成物の低温トルク性と潤滑寿命が大幅に向上している。

本発明のグリース組成物に使われる基油としては、前記のペンタエリスリトールテトラエステル油単独でも良いし又は該ペンタエリスリトールテトラエステル油と鉱物油及び／又はエステル、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、ポリブテ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ールに代表されるエーテル系合成油、シリコン油、フッ素化油などの群の少なくとも１種類の合成油と併用して、使用してもよい。

前記一般式（１）で表されるペンタエリスリトールテトラエステル系合成油は熱酸化安定性、粘度指数及び低温流動性が向上し、その特定のペンタエリスリトールテトラエステル油からなる基油をグリース組成物に配合することにより、低温トルク性と潤滑寿命が大幅に改善する。

本発明のグリース組成物では、基油を５０質量％以上、好ましくは６０〜９０質量％、含み、その基油中には前記のペンタエリスリトールテトラエステル油が用いられ、その基油中のエステル油の割合が５０質量％以上であり、特に好ましくは７０質量％以上であり、更に好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは１００質量％含有したものである。

本発明では、前記のペンタエリスリトールテトラエステル油の４０℃における動粘度は好ましくは、４０ｍｍ²/ｓ以下であり、粘度指数が１００以上であり、かつ流動点が−４５℃以下である。

増ちょう剤としては、リチウム石けんや複合リチウム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、ポリテトラフルオロエチレン、及びメラミンシアヌレートに代表される有機系増ちょう剤等が挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも一種を使用することが出来る。

好ましくは、リチウム石けん、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん及びウレア化合物からなる群から選ばれる。特に好ましいのは、リチウム石けん、例えば、ステアリン酸リチウムや１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムである。

また、ウレア化合物では、ジウレア系増ちょう剤が好ましく、下記一般式（２）で表されるものである。
Ｒ²-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ³-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ⁴ （２）
Ｒ²、Ｒ⁴は同一もしくは異なる炭素数４〜２０の１価の炭化水素残基を示し、例えば脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基である。Ｒ³は炭素数６〜１５の２価の芳香族炭化水素基を示し、例えば、下記一般式（３）〜（５）で表されるものである。

上記ジウレア系増ちょう剤は、例えば、所定のジイソシアネートと、所定のモノアミンとを反応させることにより得ることができる。ジイソシアネートは、具体的には、ジフェニルメタン‐４，４’‐ジイソシアネートである。モノアミンとしては、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂環式アミン又はこれらの混合物が挙げられる。脂肪族アミンの具体例としては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン及びオレイルアミンが挙げられる。芳香族アミンの具体例としては、アニリン及びｐ‐トルイジンが挙げられる。脂環式アミンの具体例としては、シクロヘキシルアミンが挙げられる。上述したモノアミンのうち、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン又はこれらの混合物を用いて得られるジウレア系増ちょう剤が好ましい。

本発明のグリース組成物中の増ちょう剤の含有量は５〜３０質量％であり、好ましくは６〜１６質量％であり、更に好ましくは９〜１３質量％である。

その他の添加剤としては、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性化剤、清浄分散剤、極圧添加剤、消泡剤、抗乳化剤、油性向上剤など、グリースで通常使用される添加剤を単独又は２種以上混合して用いることができる。なお、これら添加剤は必要に応じて添加され、その添加量は、一般的には０．０１〜１０質量％であるが、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

このような原料を使用して造られた本発明のグリース組成物の混和ちょう度は好ましくは２００〜３５０、さらに好ましくは２３０〜２７０であり、各種の軸受を封入するのに最適である。

以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記の実施例は本発明を制限するものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。

１．試験用グリース
配合処方は、表１に実施例１〜６を、表２と表３に比較例１〜１３を示す。

２．ペンタエリスリトールテトラエステル油の合成
ペンタエリスリトールと脂肪酸を原料にして、アルキルベンゼンスルフォン酸などの酸触媒を用いた一般的な脱水化反応でエステル合成を行う。

３．グリースの製造方法
基油、増ちょう剤を容器に計量、２３０℃まで加熱し、冷却する。冷却後、所定量の添加剤を加えて良く混ぜ、３本ロールミルで混練した後、ニーダーにてちょう度を２３０〜２７０に調整、脱泡してグリース組成物を得た。

４．分析方法及び評価試験方法
動粘度及び粘度指数
JIS K2283 に規定された「原油及び石油製品の動粘度試験方法並びに石油製品粘度指数算出方法」により行う。
流動点
JIS K2269に規定された「原油及び石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」により行う。
蒸発減量
ガラスビーカー（100ml）に試験油50gを精秤し、これを150℃の空気循環型恒温槽
に500時間静置後、試験油の重量変化を測定し、蒸発減量(mass.%)を算出する。
低温トルク試験
JIS K 2220.18に規定された「低温トルク試験方法」により行う。
軸受潤滑寿命試験
ASTM D 3336に準拠した試験方法で行う。試験は150℃で行い、潤滑寿命を時間（h）で表示する。

５．評価試験の結果
表４、表５に実施例１〜６及び表５〜表７に比較例１〜１３を示す。

※1 酸化防止剤：アルキルジフェニルアミン
※2 防錆剤：ジノニルナフタレンスルホン酸バリウム
※3 金属不活性化剤：ベンゾトリアゾール

PET：本発明のペンタエリスリトールテトラエステル油

評価基準
低温流動性 ○：流動点−45.0℃以下、×：流動点−45.0℃超
蒸発減量 ○：減量4.0質量%以下、 ×：減量4.0質量%超
低温トルク 起動トルク 合格：500mNm以下、不合格：500mNm超
回転トルク 合格：100mNm以下、不合格：100mNm超
軸受潤滑寿命 合格：700h超、不合格：700h以下

試験結果
実施例１〜６は、低温トルク及び軸受潤滑寿命の両試験で良好な結果を示している。これに対して、比較例１〜１３は低温トルクと軸受潤滑寿命のどちらか又は両方の試験で悪い結果を示している。

Claims (7)

1. 基油と増ちょう剤を含む軸受用グリース組成物において、
   基油が、ペンタエリスリトールと脂肪酸からなる一般式（１）で表されるエステル油単独、又は式（１）で表されるエステル油とそれ以外の合成油及び／又は鉱物油との混合物であり、
   前記脂肪酸の組成が、少なくとも２-エチルヘキサン酸５１〜５５質量％、カプリル酸とカプリン酸の合計３９〜４９質量％（ただし、カプリル酸は３０質量％以上、及びカプリン酸は５〜１０質量％である）からなるペンタエリスリトールテトラエステル油を含有し、
   Ｃ(ＣＨ₂ＯＣＯＲ¹)₄ （１）
   （式中、Ｒ¹は炭素数６〜１２の直鎖及び／又は分岐の脂肪酸残基を表す）
   前記軸受用グリース組成物が、組成物の全質量を基準にして、５０質量％以上の基油と、５〜３０質量％の増ちょう剤とを含み、
   前記基油が、基油の全質量を基準にして、７０質量％以上の式（１）で表されるエステル油を含有し、
   前記増ちょう剤が、リチウム石けん又はジウレアである、前記軸受用グリース組成物。
2. 前記脂肪酸の組成が、カプリル酸３８〜４１質量％、カプリン酸６〜８質量％及び２-エチルヘキサン酸５２〜５４質量％であることを特徴とする請求項１記載の軸受用グリース組成物。
3. 前記ペンタエリスリトールテトラエステル油の動粘度が４０ｍｍ²/ｓ以下（４０℃）であり、粘度指数が１００以上であり、かつ流動点が−４５℃以下である請求項１又は２記載の軸受用グリース組成物。
4. グリース組成物全体に対して、基油６０〜９０質量％、増ちょう剤６〜１６質量％を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のグリース軸受用組成物。
5. 混和ちょう度が２００〜３５０である請求項１〜４のいずれか１項記載の軸受用グリース組成物。
6. ジウレアが、下記式（２）で表される請求項１〜５のいずれか１項記載の軸受用グリース組成物：
   Ｒ²-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ³-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ⁴ （２）
   （式中、Ｒ²、Ｒ⁴は同一もしくは異なる炭素数４〜２０の１価の炭化水素残基を示し、Ｒ³は炭素数６〜１５の２価の芳香族炭化水素基を示す。）
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した軸受。