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JP5362247B2 - グリース組成物およびグリース封入軸受 - Google Patents

グリース組成物およびグリース封入軸受 Download PDF

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Description

本発明は、グリース組成物および該グリース封入軸受に関し、特にイオン性液体を基油に含むグリース組成物および該グリース封入軸受に関する。
軸受用潤滑剤として、一般的に潤滑油またはグリースが多用されている。これらの潤滑油またはグリースの主成分となる基油としては、鉱物油やポリ-α-オレフィン油、エステル油、シリコーン油、フッ素油などの合成油を挙げることができる。近年、省エネルギーの観点から軸受などに用いられる潤滑油またはグリースについては低摩擦、低粘化の要求が高まっている。また、自動車の電装品等に用いられる軸受については小型化、高性能化の要求に伴い、軸受に封入される潤滑剤に対し高温耐久性向上の要求が高まっている。
この要求に対し解決の可能性を示唆する技術として、例えば導電性付与剤としてイオン性液体を添加した潤滑剤を用いた流体軸受装置（特許文献１参照）や、イオン性液体を含んでなる基油と、増ちょう剤とからなるグリース組成物（特許文献２参照）が知られている。これらは常温溶融塩であるイオン性液体が、様々な有機イオンの組合せによって低粘度であることを利用したものである。
しかしながら、特許文献１には潤滑剤が導電性付与添加剤であるイオン性液体を含有することにより回転部位に静電気が蓄積することなく、高速回転等の使用条件下でも安定かつ低トルク損失を実現できると記載されてはいるものの、イオン性液体を含有することによる潤滑剤の低粘化効果や高温耐久性の向上効果等については不明である。また、特許文献２についてもイオン性液体を用いて潤滑剤の低粘化が図られているものの、イオン性液体による軸受鋼の腐食が進行しやすくなると予想され、この潤滑剤を用いた軸受の高温耐久性をより高めるには十分ではない。
特開２００４−１８３８６８号公報 特開２００６−２４９３６８号公報
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、低摩擦、低粘化を図りながら、高温耐久性をより高めることができるグリース組成物、およびこのグリースを封入したグリース封入軸受を提供することを目的とする。
本発明のグリース組成物は、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含むグリース組成物であって、上記基油は、カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン性液体を含んでなり、上記添加剤は腐食抑制剤を含有することを特徴とする。
上記腐食抑制剤は、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩から選ばれた少なくとも一つを含有することを特徴とする。また、上記腐食抑制剤は、亜硝酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、セバシン酸ナトリウムから選ばれた少なくとも一つを含有することを特徴とする。
上記腐食抑制剤は、上記基油と上記増ちょう剤との合計量に対して 0.1〜29 重量％含有されることを特徴とする。
上記イオン性液体は、40℃における動粘度が 100 mm2/sec 以下であり、上記カチオン成分はイミダゾリウムカチオンであり、上記アニオン成分はビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオンであることを特徴とする。
上記増ちょう剤は、フッ素系樹脂を含有することを特徴とする。また、上記フッ素系樹脂はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂であることを特徴とする。
本発明のグリース封入軸受は、上記グリース組成物が封入されてなるグリース封入軸受であることを特徴とする。また、上記グリース封入軸受は、モータ、オルタネータ、コンプレッサ、ファンクラッチに使用される軸受であることを特徴とする。
本発明のグリース組成物は、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含み、上記基油は、カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン性液体を含んでなり、上記添加剤は、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩などの腐食抑制剤を含有するので、低摩擦、低粘化を図れるとともに、高温時の該グリース組成物による軸受鋼などの腐食を防止できる。
さらに、増ちょう剤として、ＰＴＦＥ樹脂を用いることにより、イオン性液体を含む基油の増ちょう性に優れるとともに、高温耐久性を向上できる。
本発明のグリース封入軸受は、上記グリースを封入してなるので、軸受の低トルク化が図れ、かつ、軸受高温耐久性を向上させることができる。このため、高温、高速回転で使用されるモータ、オルタネータ、コンプレッサ、ファンクラッチの軸受として好適に利用できる。
イオン性液体を含む基油を用いたグリースを軸受に封入する際において、軸受の高温耐久性をより高めるべく鋭意検討を行なった結果、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩などの腐食防止剤を併用することで、軸受の高温耐久性を大幅に向上できることがわかった。この原因は現在特定できていないが、イオン性液体と鋼との高温での反応で、腐食生成物が生成されることを抑制できるためであると考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
本発明のグリース組成物に使用できる基油は、イオン性液体を含む基油である。イオン性液体とは、カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン結合性化合物であるにもかかわらず室温付近で液体となる物質をいう。基油としてイオン性液体とその他の油とを併用する場合、耐熱性を維持するために、イオン性液体を基油全体に対して 50 重量％以上とすることが好ましい。
本発明で使用できるイオン性液体のカチオン成分としては、脂肪族アミンカチオン（下記の化１参照）、脂環式アミンカチオン（下記の化２参照）、イミダゾリウムカチオン（下記の化３参照）、ピリジンカチオン（下記の化４参照）等が挙げられる。これらの中で耐熱性と低温流動性と環境適合性に優れることから、イミダゾリウムカチオンを用いることが好ましい。化１〜化４においてＲはアルキル基またはアルコキシ基を示す。
化１〜化４においてアニオン成分（Ｘ- ）としては、ハロゲン化物イオン、ＳＣＮ-、ＢＦ4 -、ＣｌＯ4 -、ＰＦ6 -、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（ＣＦ3ＣＦ2ＳＯ2）2Ｎ-、ＣＦ3ＳＯ3 -、ＣＦ3ＣＯＯ-、Ｐｈ4Ｂ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ- 、ＰＦ3（Ｃ2Ｆ5）3 - 等が挙げられる。これらの中で耐熱性と低温流動性と環境適合性に優れることから、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-（ビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオン）を用いることが好ましい。
Figure 0005362247
Figure 0005362247
Figure 0005362247
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本発明において基油は、40℃における動粘度が 100 mm2/sec 以下であることが好ましい。100 mm2/sec をこえるとグリースの十分な低粘化が図れなくなる。基油としてイオン性液体のみを用いる場合、イオン性液体を単独または 2 種類以上組み合わせて上記範囲に調節できる。
本発明のグリース組成物に使用できる増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂などのフッ素系樹脂等を挙げることができる。
これらの中で、高温化でのグリースの性状変化を抑えるために耐熱性の良好なフッ素系樹脂を用いることが好ましく、フッ素系樹脂の中でも基油であるイオン性液体の増ちょう性に優れたＰＴＦＥ樹脂を用いることが特に好ましい。
本発明において増ちょう剤は、グリース組成物全体に対して、3〜70 重量％含有させることが好ましい。より好ましくは 5〜60 重量％である。増ちょう剤の含有量が 3 重量％未満では、増ちょう効果が少なくなることでグリース化が困難となり、70 重量％をこえると得られたグリースが硬くなりすぎ、所定の効果が得られにくくなる。
本発明に使用できる腐食抑制剤としては、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩等を用いることが好ましい。また、二塩基酸塩としてはアジピン酸塩、スペリン酸塩、ピメリン酸塩、アゼライン酸塩、セバシン酸塩等が挙げられる。二塩基酸塩の中ではセバシン酸塩がより好ましい。これらの塩の代表的なものとしてカリウム塩、ナトリウム塩、リチウム塩などが挙げられる。これらの中ではナトリウム塩を用いることが特に好ましい。
本発明に使用できる腐食抑制剤の配合量は、基油と増ちょう剤との合計量に対してに対して 0.1〜29 重量％、好ましくは 1〜20 重量％である。0.1 重量％未満の場合には効果は期待できない。また、29 重量％をこえる場合には効果は頭打ちになりコスト的に不利になる。
本発明のグリース組成物には、必要に応じて従来から一般に使用されている極圧剤、油性剤等の各種添加剤を配合することができる。
本発明のグリース封入軸受を図面に基づいて説明する。図１は本発明のグリース組成物が封入されている深溝玉軸受の断面図である。深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５が設けられている。外輪３等に固定されるシール部材６が、内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている。少なくとも転動体４の周囲にグリース組成物７が封入される。グリース組成物７は、上述の本発明のグリース組成物である。
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これによって何ら制限されるものではない。
実施例１〜実施例３
表１に示す配合割合で、基油と、増ちょう剤と、腐食抑制剤とを用いてグリース組成物を得た。基油であるイオン性液体はカチオン成分を１-オクチル-３-メチルイミダゾリウムカチオン、アニオン成分をビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオンとするメルク社製：１-オクチル-３-メチルイミダゾリウム-ビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミド（下記の化５に示すもの；表１にはＯＭＩ−ＴＦＳＩと記す）を用いた。得られたグリース組成物を供試グリースとして以下に示す高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
Figure 0005362247
＜高温高速グリース寿命試験＞
得られた供試グリースを転がり軸受６２０４（内径 20 mm×外径 47 mm×厚さ 14 mm ）に全空間容積の 38％封入し、アキシアル荷重 67 N とラジアル荷重 67 N の下で、軸受温度 180℃、10000 rpm の回転速度で回転させ、焼き付きに至るまでの時間を高温高速グリース寿命時間として測定した。
実施例４、実施例６〜実施例１０および比較例７
表１に示す配合割合で、基油と、増ちょう剤と、腐食抑制剤とを用いてグリース組成物を得た。基油であるイオン性液体はカチオン成分を１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウムカチオン、アニオン成分をビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオンとするメルク社製：１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウム-ビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミド（下記の化６に示すもの；表１にはＨＭＩ−ＴＦＳＩと記す）を用いた。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
Figure 0005362247
実施例５
表１に示す配合割合で、基油と、増ちょう剤と、腐食抑制剤とを用いてグリース組成物を得た。基油であるイオン性液体はカチオン成分を１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウムカチオン、アニオン成分をトリフルオロ-トリ（ペンタフルオロエチル）フォスファイドアニオンとするメルク社製：１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウム-トリ（ペンタフルオロエチル）-トリフルオロフォスファイド（下記の化７に示すもの；表１にはＨＭＩ−（Ｃ2Ｆ5）3ＰＦ3- と記す）を用いた。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
Figure 0005362247
比較例１〜比較例２
表１に示す配合割合で、イオン性液体を含まない基油と、ウレア系増ちょう剤とを用いてグリース組成物を得た。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
比較例３
腐食抑制剤を用いなかったこと以外は、実施例１と同様に処理して、グリース組成物を得た。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
比較例４
腐食抑制剤を用いなかったこと以外は、実施例５と同様に処理して、グリース組成物を得た。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
比較例５
腐食抑制剤を用いなかったこと以外は、実施例４と同様に処理して、グリース組成物を得た。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
比較例６
表１に示す配合割合で、基油と、ウレア系増ちょう剤とを用いてグリース組成物を得た。基油であるイオン性液体はカチオン成分を１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウムカチオン、アニオン成分をビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオンとするメルク社製：１-ヘキシル-３-メチルイミダゾリウム-ビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミド（上記の化６に示すもの；表１にはＨＭＩ−ＴＦＳＩと記す）を用いた。得られたグリース組成物を供試グリースとして上述の高温高速グリース寿命試験に供し、高温高速グリース寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
Figure 0005362247
表１に示すように実施例１〜実施例１０は、高温、高速回転を伴う軸受などの潤滑剤に有用であることが分かる。
本発明のグリース組成物は、低摩擦、低粘化を図りながら、高温耐久性をより高めることができるので、高温、高速回転を伴う軸受などの潤滑剤として好適に利用できる。また、本発明のグリース封入軸受はモータ、オルタネータ、コンプレッサなどの電装品などに好適に利用できる。
本発明のグリース封入軸受の例を示す深溝玉軸受の断面図である。
符号の説明
１ グリース封入軸受（転がり軸受）
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース組成物
８ａ、８ｂ 開口部

Claims (4)

  1. グリース組成物が封入されてなるグリース封入軸受であって、
    前記グリース組成物が、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含むグリース組成物であって、前記基油は、カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン性液体を含んでなり、前記添加剤は腐食抑制剤を含有し、
    前記イオン性液体は、40℃における動粘度が 100 mm 2 /sec 以下であり、前記カチオン成分はイミダゾリウムカチオンであり、前記アニオン成分はビス-トリフルオロメチルスルホニル-イミドアニオンまたはトリ（ペンタフルオロエチル）-トリフルオロフォスファイドアニオンであり、
    前記増ちょう剤は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂であり、
    前記腐食抑制剤は、亜硝酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、セバシン酸ナトリウムから選ばれた少なくとも一つであり、
    前記腐食抑制剤は、前記基油と前記増ちょう剤との合計量に対して 1〜20 重量％含有されることを特徴とするグリース封入軸受。
  2. 前記グリース封入軸受は、モータ、オルタネータ、コンプレッサ、ファンクラッチに使用される軸受であることを特徴とする請求項１記載のグリース封入軸受。
  3. 前記増ちょう剤は、前記グリース組成物全体に対して 3〜70 重量％含有されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース封入軸受。
  4. 前記グリース組成物において、前記基油と前記増ちょう剤との含有量の重量比が、基油：増ちょう剤＝７：３であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース封入軸受。
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