JP2020132643A - Lubricant composition and rolling bearing - Google Patents

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元博 伊藤
Motohiro Ito
元博 伊藤
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Abstract

To provide a lubricant composition that has an excellent high-temperature durability and can be used for a long time in a high-temperature environment, and to provide a rolling bearing in which the lubricant composition is encapsulated.SOLUTION: The lubricant composition 7 is a lubricant composition containing a base oil and a compounding agent, and in which the compounding agent is a metal organic structure composed of a metal ion and an organic compound coordinated to the metal ion, the metal organic structure has a porous structure and has a density of 0.5 g/cmor less, and is (a) a structure in which the metal ion is an aluminum ion and the organic compound is terephthalic acid, (b) a structure in which the metal ion is zinc ion and the organic compound is 2-methylimidazole, or (c) a structure in which the metal ion is a copper ion or an iron ion, and the organic compound is 1,3,5-benzenetricarboxylic acid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は潤滑剤組成物、および該潤滑剤組成物を封入した転がり軸受に関する。 The present invention relates to a lubricant composition and a rolling bearing in which the lubricant composition is encapsulated.

各種産業機械や車両などに組み込まれる転がり軸受には、潤滑性を付与するために潤滑剤組成物(潤滑グリースや潤滑油など)が封入されている。潤滑剤組成物は、転がり軸受の使用条件によって要求特性が異なり、例えば高温条件下で使用される潤滑剤組成物には耐熱性などが要求される。 Rolling bearings incorporated in various industrial machines and vehicles are filled with a lubricant composition (lubricating grease, lubricating oil, etc.) in order to impart lubricity. The required characteristics of the lubricant composition differ depending on the usage conditions of the rolling bearing. For example, the lubricant composition used under high temperature conditions is required to have heat resistance and the like.

従来、潤滑グリースとしては、カルシウム石けんを増ちょう剤とするグリースや、リチウム石けんを増ちょう剤とし、硫黄−リン系極圧剤を含有するグリースが広く使用されている(例えば非特許文献1)。しかしながら、リチウム石けんを用いたグリースは使用温度が120℃程度までであり、使用温度範囲が限られる。そこで、耐熱用グリースとして、非石けん系増ちょう剤を用いたグリースが開発されている。例えば、特許文献1には、高温下でも基油に溶解せず、耐熱性の指標である滴点が高いことから、増ちょう剤として親油化処理ベントナイトやシリカゲルを用いた高温用グリースが記載されている。 Conventionally, as a lubricating grease, a grease containing calcium soap as a thickener and a grease containing lithium soap as a thickener and containing a sulfur-phosphorus extreme pressure agent have been widely used (for example, Non-Patent Document 1). .. However, the operating temperature of grease using lithium soap is up to about 120 ° C., and the operating temperature range is limited. Therefore, as a heat-resistant grease, a grease using a non-soap-based thickener has been developed. For example, Patent Document 1 describes a high-temperature grease that uses bentonite or silica gel as a thickener because it does not dissolve in base oil even at high temperatures and has a high drip point, which is an index of heat resistance. Has been done.

特表2017−538838号公報Special Table 2017-538838

日本トライボロジー学会グリース研究会編:「潤滑グリースの基礎と応用」、養賢堂、2007年発行、p.3−8Japan Tribology Society Grease Study Group ed .: "Basics and Applications of Lubricating Grease", Yokendo, 2007, p. 3-8

近年、各種産業機械の高速化、高性能化などにより、転がり軸受が使用される条件がますます過酷なものとなっている。また、設備や機械などの稼働時間向上のため、高温環境下で使用される潤滑剤組成物において更なる長寿命化が求められている。潤滑剤組成物の耐熱性については、いまだ検討の余地がある。 In recent years, the conditions under which rolling bearings are used have become increasingly harsh due to the increasing speed and performance of various industrial machines. Further, in order to improve the operating time of equipment and machines, it is required to further extend the life of the lubricant composition used in a high temperature environment. There is still room for consideration regarding the heat resistance of the lubricant composition.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温耐久性に優れ、高温環境下で長時間使用することができる潤滑剤組成物、および該潤滑剤組成物を封入してなる転がり軸受の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a lubricant composition having excellent high temperature durability and being able to be used for a long time in a high temperature environment, and rolling formed by encapsulating the lubricant composition. The purpose is to provide bearings.

本発明の潤滑剤組成物は、基油と配合剤とを含む潤滑剤組成物であって、上記配合剤が、金属イオンと、該金属イオンに配位した有機化合物とからなる金属有機構造体(Metal Organic Framework:以下、MOFともいう)であることを特徴とする。本発明において、MOFとは、金属イオンとそれらを連結する架橋性の有機化合物とを組み合わせて形成された高分子構造を有する結晶性の構造体である。 The lubricant composition of the present invention is a lubricant composition containing a base oil and a compounding agent, and the compounding agent is a metal-organic framework composed of a metal ion and an organic compound coordinated to the metal ion. (Metal Organic Framework: hereinafter, also referred to as MOF). In the present invention, the MOF is a crystalline structure having a polymer structure formed by combining metal ions and a crosslinkable organic compound connecting them.

上記金属有機構造体が多孔質構造を有し、密度が0.5g/cm3以下であることを特徴とする。 The metal-organic framework has a porous structure and has a density of 0.5 g / cm 3 or less.

上記金属有機構造体が、(a)上記金属イオンがアルミニウム(Al)イオンであり、上記有機化合物がテレフタル酸である構造体、(b)上記金属イオンが亜鉛(Zn)イオンであり、上記有機化合物が2−メチルイミダゾールである構造体、または(c)上記金属イオンが銅(Cu)イオンまたは鉄(Fe)イオンであり、上記有機化合物が1,3,5−ベンゼントリカルボン酸であることを特徴とする。 The metal organic structure is (a) a structure in which the metal ion is aluminum (Al) ion and the organic compound is terephthalic acid, and (b) the metal ion is zinc (Zn) ion and the organic compound. A structure in which the compound is 2-methylimidazole, or (c) the metal ion is a copper (Cu) ion or an iron (Fe) ion, and the organic compound is 1,3,5-benzenetricarboxylic acid. It is a feature.

上記基油が、合成炭化水素油、エーテル油、またはエステル油であることを特徴とする。 The base oil is a synthetic hydrocarbon oil, an ether oil, or an ester oil.

上記潤滑剤組成物が、増ちょう剤として、上記(a)の構造体、または上記(b)の構造体を含むグリース組成物であることを特徴とする。 The lubricant composition is a grease composition containing the structure (a) or the structure (b) as a thickener.

上記潤滑剤組成物が、アルキルジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)を含むことを特徴とする。 The lubricant composition is characterized by containing zinc alkyl dithiophosphate (ZnDTP).

本発明の転がり軸受は、本発明の潤滑剤組成物を封入してなることを特徴とする。 The rolling bearing of the present invention is characterized by encapsulating the lubricant composition of the present invention.

本発明の潤滑剤組成物は、基油と配合剤とを含む潤滑剤組成物であって、配合剤が、金属イオンと、該金属イオンに配位した有機化合物とからなるMOFである。ここで、MOFは、金属と有機化合物が相互作用することで、活性炭やゼオライトをはるかに超える高表面積を持つ多孔質の配位ネットワーク構造を持つ材料である。MOFは耐熱性が高く、基油と混合することで適度なちょう度が得られるので、高温環境下で長時間使用することができる。 The lubricant composition of the present invention is a lubricant composition containing a base oil and a compounding agent, and the compounding agent is a MOF composed of a metal ion and an organic compound coordinated to the metal ion. Here, MOF is a material having a porous coordination network structure having a high surface area far exceeding that of activated carbon or zeolite by the interaction of a metal and an organic compound. MOF has high heat resistance and can be used for a long time in a high temperature environment because an appropriate consistency can be obtained by mixing it with a base oil.

MOFが多孔質構造を有し、密度が0.5g/cm3以下であるので、基油と混合することで適度なちょう度が一層得られやすい。 Since the MOF has a porous structure and a density of 0.5 g / cm 3 or less, it is easier to obtain an appropriate consistency by mixing with a base oil.

MOFが、(a)金属イオンがAlイオンであり、有機化合物がテレフタル酸である構造体、(b)金属イオンがZnイオンであり、有機化合物が2−メチルイミダゾールである構造体、または(c)金属イオンがCuイオンまたはFeイオンであり、有機化合物が1,3,5−ベンゼントリカルボン酸であるので、上記効果がより発揮できる。 The MOF is (a) a structure in which the metal ion is an Al ion and the organic compound is a terephthalic acid, (b) a structure in which the metal ion is a Zn ion and the organic compound is 2-methylimidazole, or (c). ) Since the metal ion is Cu ion or Fe ion and the organic compound is 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, the above effect can be more exerted.

潤滑剤組成物が、増ちょう剤として、(a)の構造体、または(b)の構造体を含むグリース組成物である、つまり金属石けんやウレア化合物といった一般的な増ちょう剤を含まないので、これら熱分解物による不具合が生じない。また、基油と混合することで半固体状のグリースを得ることができる。半固体状であるため、油漏れしにくく、潤滑システムを簡易化、小型化することができる。 Since the lubricant composition is a grease composition containing the structure (a) or the structure (b) as a thickener, that is, it does not contain a general thickener such as a metal soap or a urea compound. , There is no problem due to these thermal decomposition products. Further, a semi-solid grease can be obtained by mixing with the base oil. Since it is semi-solid, it does not easily leak oil, and the lubrication system can be simplified and miniaturized.

潤滑剤組成物が、ZnDTPを含むので、金属有機構造体とZnDTPの組み合わせにより、耐熱性が一層向上し、高温環境下での使用により適したものとなる。 Since the lubricant composition contains ZnDTP, the combination of the metal-organic framework and ZnDTP further improves the heat resistance and makes it more suitable for use in a high temperature environment.

本発明の転がり軸受は、本発明の潤滑剤組成物を封入してなるので、高温耐久性に優れ、高温下でも長時間使用できる。 Since the rolling bearing of the present invention is formed by encapsulating the lubricant composition of the present invention, it has excellent high temperature durability and can be used for a long time even at a high temperature.

本発明の転がり軸受の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the rolling bearing of this invention. MOFの熱重量測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the thermogravimetric analysis of MOF. MOFの増ちょう性を示す図である。It is a figure which shows the thickening property of MOF. 180℃におけるCRC寿命試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the CRC life test at 180 degreeC. 150℃におけるCRC寿命試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the CRC life test at 150 degreeC.

本発明者らは、高温環境下でも優れた軸受寿命を有する潤滑剤組成物を得るべく鋭意検討を行った。その結果、潤滑剤組成物に金属有機構造体(MOF)を添加することで、該MOFが増ちょう効果を発揮するとともに、潤滑剤組成物の耐熱性を向上させることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。 The present inventors have diligently studied to obtain a lubricant composition having an excellent bearing life even in a high temperature environment. As a result, it was found that by adding a metal-organic framework (MOF) to the lubricant composition, the MOF exerts a thickening effect and improves the heat resistance of the lubricant composition. The present invention is based on such findings.

本発明の潤滑剤組成物は、基油と配合剤とを含み、その配合剤が、金属有機構造体であることを特徴としている。MOFは、金属イオンと有機化合物の配位結合を利用して多孔質構造を形成している。MOFの密度は、0.7g/cm3以下であることが好ましく、0.5g/cm3以下であることがより好ましい。上述したように、従来、ベントナイト(密度2〜3g/cm3)やシリカゲル(密度0.7g/cm3)を増ちょう剤として用いたグリースが知られているところ、MOFは、ベントナイトやシリカゲルよりも密度が小さい。 The lubricant composition of the present invention contains a base oil and a compounding agent, and the compounding agent is a metal-organic structure. The MOF forms a porous structure by utilizing the coordination bond between the metal ion and the organic compound. The density of MOF is preferably 0.7 g / cm 3 or less, and more preferably 0.5 g / cm 3 or less. As described above, greases using bentonite (density 2-3 g / cm 3 ) or silica gel (density 0.7 g / cm 3 ) as a thickener have been conventionally known, but MOF is more than bentonite or silica gel. Is also low in density.

金属有機構造体の粉末の比表面積は、BET法やLangmuir法により求められる。例えば、MOFのBET比表面積としては500〜3000m2/gであることが好ましく、1000〜2500m2/gであることがより好ましい。また、MOFのLangmuir比表面積としては1000〜3500m2/gであることが好ましく、1000〜2500m2/gであることがより好ましい。MOFは、均一な骨格構造に基づく高い比表面積を有するので、基油中の分散性に優れる。有機部位(有機化合物)及び無機部位(金属イオン)を適切に組み合わせることで、細孔径、細孔構造、表面機能などの特性の調整が可能である。 The specific surface area of the powder of the metal-organic framework is determined by the BET method or the Langmuir method. For example, it is preferable that a BET specific surface area of MOF is 500~3000m 2 / g, more preferably 1000~2500m 2 / g. It is preferable that as the Langmuir specific surface area of MOF is 1000~3500m 2 / g, more preferably 1000~2500m 2 / g. Since MOF has a high specific surface area based on a uniform skeletal structure, it has excellent dispersibility in a base oil. By appropriately combining the organic moiety (organic compound) and the inorganic moiety (metal ion), it is possible to adjust the characteristics such as pore diameter, pore structure, and surface function.

金属有機構造体の粒子の平均粒径は、特に限定されず、例えば50%平均粒径(D50)で、3〜100μmの範囲にある。50%平均粒径は、好ましくは3〜50μmであり、より好ましくは3〜20μmである。50%平均粒径は、公知の粒度分布測定装置(例えば、レーザー回析式粒度分布測定装置)を用いて測定される。 The average particle size of the particles of the metal-organic framework is not particularly limited, and is, for example, 50% average particle size (D50) in the range of 3 to 100 μm. The 50% average particle size is preferably 3 to 50 μm, more preferably 3 to 20 μm. The 50% average particle size is measured using a known particle size distribution measuring device (for example, a laser diffraction type particle size distribution measuring device).

金属有機構造体を構成する金属イオンとしては、例えば、Mgイオン、Alイオン、Crイオン、Mnイオン、Feイオン、Coイオン、Niイオン、Cuイオン、Znイオン、Pdイオン、Cdイオンなどが挙げられる。これらの中でも、Alイオン、Feイオン、Cuイオン、Znイオンがより好ましい。なお、Cuイオンとしては2価のCuイオンがさらに好ましく、Feイオンとしては2価のFeイオンがさらに好ましい。 Examples of the metal ions constituting the metal organic structure include Mg ions, Al ions, Cr ions, Mn ions, Fe ions, Co ions, Ni ions, Cu ions, Zn ions, Pd ions, and Cd ions. .. Among these, Al ion, Fe ion, Cu ion and Zn ion are more preferable. The Cu ion is more preferably divalent Cu ion, and the Fe ion is further preferably divalent Fe ion.

金属有機構造体を構成する有機化合物としては、上述の金属イオンと配位結合を形成できる有機配位子であればよく、例えば、分子構造内に窒素原子や酸素原子を含む化合物が挙げられる。具体的には、フマル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,5−ピリジンジカルボン酸などのジカルボン酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)三安息香酸などのトリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸などのテトラカルボン酸、4,4’−ビピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、1,4−エチレンピペラジン、1,2−ジ(4−ピリジル)エチレンなどが挙げられる。 The organic compound constituting the metal-organic framework may be any organic ligand capable of forming a coordinate bond with the above-mentioned metal ion, and examples thereof include compounds containing a nitrogen atom or an oxygen atom in the molecular structure. Specifically, dicarboxylic acids such as fumaric acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and 3,5-pyridinedicarboxylic acid. , 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 4,4', 4''-(benzene-1,3,5-triyl) tricarboxylic acids such as tribenzoic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid Examples thereof include tetracarboxylic acids such as acids, 4,4'-bipyridine, imidazole, benzimidazole, triazole, 1,4-ethylene piperazine, and 1,2-di (4-pyridyl) ethylene.

上記有機化合物は、骨格中に別の置換基として、ヒドロキシル基、アミノ基、メトキシ基、メチル基、ニトロ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、シアノ基、ハロゲン基などを有していてもよい。例えば、メチル基が置換された有機化合物として2−メチルイミダゾールなどを用いることができる。 The organic compound may have a hydroxyl group, an amino group, a methoxy group, a methyl group, a nitro group, a methylamino group, a dimethylamino group, a cyano group, a halogen group or the like as another substituent in the skeleton. .. For example, 2-methylimidazole or the like can be used as the organic compound in which the methyl group is substituted.

MOFの作製方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的には、常温・常圧下で金属イオンと有機化合物の各溶液を拡散法や撹拌法によって混合することで得られる。混合する速度を調整することで、生成する結晶サイズなどを調整できる。また、MOFとして市販品を用いてもよい。 The method for producing MOF is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, it is obtained by mixing each solution of a metal ion and an organic compound under normal temperature and pressure by a diffusion method or a stirring method. By adjusting the mixing speed, the size of the crystal to be produced can be adjusted. Further, a commercially available product may be used as the MOF.

MOFとして好ましい態様は、(a)金属イオンがAlイオンであり、有機化合物がテレフタル酸である構造体、(b)金属イオンがZnイオンであり、有機化合物が2−メチルイミダゾールである構造体、または(c)金属イオンがCuイオンまたはFeイオンであり、有機化合物が1,3,5−ベンゼントリカルボン酸である。これらの市販品としては、Sigma−Aldrich社製:Basolite(登録商標)A100、Z1200、C300、F300が挙げられる。本発明の潤滑剤組成物がグリース組成物である場合、増ちょう性に優れ、半固体状が得られやすいという点で、上記(a)の構造体または上記(b)の構造体が好ましい。 Preferred embodiments of the MOF include (a) a structure in which the metal ion is an Al ion and the organic compound is a terephthalic acid, and (b) a structure in which the metal ion is a Zn ion and the organic compound is 2-methylimidazole. Alternatively, (c) the metal ion is a Cu ion or Fe ion, and the organic compound is a 1,3,5-benzenetricarboxylic acid. Examples of these commercially available products include: Basolite (registered trademark) A100, Z1200, C300, and F300 manufactured by Sigma-Aldrich. When the lubricant composition of the present invention is a grease composition, the structure of the above (a) or the structure of the above (b) is preferable in that it is excellent in thickening property and a semi-solid state can be easily obtained.

本発明に用いる基油としては、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリαオレフィン油(PAO油)、アルキルベンゼン油などの合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、シリコーン油、フッ素油などが挙げられる。これらの基油は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。これら基油の中でも、合成炭化水素油、エステル油、およびエーテル油が好ましく、エーテル油がより好ましい。 The base oil used in the present invention is not particularly limited as long as it is usually used for rolling bearings. Examples thereof include mineral oils such as paraffin-based mineral oils and naphthenic mineral oils, synthetic hydrocarbon oils such as polyα-olefin oil (PAO oil) and alkylbenzene oils, ester oils, ether oils, silicone oils and fluorine oils. These base oils may be used alone or in combination of two or more. Among these base oils, synthetic hydrocarbon oils, ester oils, and ether oils are preferable, and ether oils are more preferable.

合成炭化水素油としてはPAO油がより好ましい。PAO油は、α−オレフィンまたは異性化されたα−オレフィンのオリゴマーまたはポリマーの混合物である。α−オレフィンの具体例としては、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン、1−ドコセン、1−テトラドコセンなどが挙げられ、通常はこれらの混合物が使用される。 PAO oil is more preferable as the synthetic hydrocarbon oil. PAO oils are α-olefins or mixtures of isomerized α-olefin oligomers or polymers. Specific examples of the α-olefin include 1-octene, 1-nonene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tridecene, 1-tetradecene, 1-pentadecene, 1-hexadecene, 1-heptadecene, 1-octadecene, 1 -Nonadecene, 1-eicosene, 1-dodecene, 1-tetradodecene and the like are mentioned, and a mixture thereof is usually used.

エステル油としては、ジブチルセバケート、ジ−2−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレートなどのジエステル油、トリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテートなどの芳香族エステル油、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンベラルゴネート、ペンタエリスリトール−2−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネートなどのポリオールエステル油、炭酸エステル油、りん酸エステル油などが挙げられる。 Ester oils include diester oils such as dibutyl sebacate, di-2-ethylhexyl sebacate, dioctyl adipate, diisodecyl adipate, ditridecyl adipate, ditridecylglutarate, and methyl acetylsinolate, trioctyl remeritate, and tridecyl. Aromatic ester oils such as trimellitate and tetraoctylpyromerite, polyol ester oils such as trimethylolpropane caprilate, trimethylolpropane verargonate, pentaerythritol-2-ethylhexanoate and pentaerythritol verargonate, Examples thereof include carbonic acid ester oil and phosphoric acid ester oil.

エーテル油としては、例えば、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油などが挙げられる。これらの中でも、高温での耐久性の点から、アルキルジフェニルエーテル油が好ましい。アルキルジフェニルエーテル油としては、モノアルキルジフェニルエーテル油、ジアルキルジフェニルエーテル油、ポリアルキルジフェニルエーテル油などが挙げられる。 Examples of the ether oil include polyphenyl ether oil, alkyl diphenyl ether oil, alkyl triphenyl ether oil, and alkyl tetraphenyl ether oil. Among these, alkyldiphenyl ether oil is preferable from the viewpoint of durability at high temperatures. Examples of the alkyl diphenyl ether oil include monoalkyl diphenyl ether oil, dialkyl diphenyl ether oil, and polyalkyl diphenyl ether oil.

基油の動粘度(混合油の場合は、混合油の動粘度)としては、40℃において20〜150mm/sが好ましい。より好ましくは20〜100mm/sであり、さらに好ましくは50〜80mm/sである。 The kinematic viscosity of the base oil (in the case of a mixed oil, the kinematic viscosity of the mixed oil) is preferably 20 to 150 mm 2 / s at 40 ° C. It is more preferably 20 to 100 mm 2 / s, and even more preferably 50 to 80 mm 2 / s.

MOFの含有量は、潤滑剤組成物全体に対して0.5〜40質量%である。MOFの含有量を上記範囲とすることで、潤滑剤組成物に適度なちょう度を付与できる。特に、本発明の潤滑剤組成物を潤滑油(液状またはペースト状組成物)として用いる場合、MOFの含有量は、0.5〜10質量%であることが好ましく、1〜5質量%であることがより好ましい。 The content of MOF is 0.5 to 40% by mass with respect to the entire lubricant composition. By setting the MOF content in the above range, it is possible to impart an appropriate consistency to the lubricant composition. In particular, when the lubricant composition of the present invention is used as a lubricating oil (liquid or paste-like composition), the content of MOF is preferably 0.5 to 10% by mass, preferably 1 to 5% by mass. Is more preferable.

また、本発明の潤滑剤組成物をグリース組成物として用いる場合、MOFの含有量は、15〜40質量%であることが好ましく、25〜35質量%であることがより好ましい。本発明において、グリース組成物とは、液状の基油に増ちょう剤を分散させ半固体状にした油剤である。この場合、MOFが増ちょう剤として機能する。このグリース組成物の混和ちょう度(JIS K 2220)は、200〜300の範囲にあることが好ましい。 When the lubricant composition of the present invention is used as a grease composition, the MOF content is preferably 15 to 40% by mass, more preferably 25 to 35% by mass. In the present invention, the grease composition is an oil agent in which a thickener is dispersed in a liquid base oil to make it semi-solid. In this case, the MOF functions as a thickener. The miscibility of this grease composition (JIS K 2220) is preferably in the range of 200 to 300.

本発明の潤滑剤組成物は、基油、MOFの2成分を必須成分とするが、これら以外に、本発明の目的を損なわない範囲でさらに他の添加剤を配合してもよい。例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗防止剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、グラファイトなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。本発明の潤滑剤組成物には、金属石けんやウレア化合物、ベントンといった一般的な増ちょう剤を含まないことが好ましい。 The lubricant composition of the present invention contains two components, a base oil and MOF, as essential components, but in addition to these, other additives may be added as long as the object of the present invention is not impaired. For example, extreme pressure agents such as organic zinc compounds and organic molybdenum compounds, antioxidants such as amine-based, phenol-based and sulfur-based compounds, anti-wear agents such as sulfur-based and phosphorus-based compounds, and rust prevention such as polyhydric alcohol esters. Examples thereof include agents, friction reducing agents such as graphite, and oily agents such as esters and alcohols. The lubricant composition of the present invention preferably does not contain common thickeners such as metallic soaps, urea compounds and Benton.

特に、本発明の潤滑剤組成物はZnDTPを含むことが好ましい。ZnDTPは下記式(1)で示される。ZnDTPの市販品としては、例えば、アデカ社製、キクルーブZ112などが挙げられる。ZnDTPは、酸化防止剤や極圧剤、摩耗防止剤として使用されるが、後述の実施例で示すように、MOFと組み合わせて用いることでZnDTPの酸化防止能が向上し、ひいては潤滑剤組成物の耐熱性が向上すると考えられる。 In particular, the lubricant composition of the present invention preferably contains ZnDTP. ZnDTP is represented by the following formula (1). Examples of commercially available ZnDTP products include Kikurub Z112 manufactured by ADEKA CORPORATION. ZnDTP is used as an antioxidant, an extreme pressure agent, and an anti-wear agent. However, as shown in Examples described later, when used in combination with MOF, the antioxidant ability of ZnDTP is improved, and as a result, a lubricant composition is used. It is thought that the heat resistance of

(式中、Rは炭素原子数1〜24のアルキル基または炭素原子数6〜30のアリール基である。Rは、好ましくは、炭素原子数3〜21の一級アルキル基である。) (In the formula, R is an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms. R is preferably a primary alkyl group having 3 to 21 carbon atoms.)

本発明の潤滑剤組成物は、転がり軸受の潤滑に使用されるものである。この潤滑剤組成物において想定される使用温度は、例えば、150℃以上、特に180℃以上であり、上限は200℃程度である。すなわち、使用温度範囲としては、例えば、150〜200℃、特に180〜200℃の範囲である。また、上記のような高温雰囲気で、かつ、急加減速が加わるような過酷な条件であっても好適に利用できる。 The lubricant composition of the present invention is used for lubrication of rolling bearings. The assumed operating temperature of this lubricant composition is, for example, 150 ° C. or higher, particularly 180 ° C. or higher, and the upper limit is about 200 ° C. That is, the operating temperature range is, for example, 150 to 200 ° C., particularly 180 to 200 ° C. Further, it can be suitably used even in a high temperature atmosphere as described above and in harsh conditions such as sudden acceleration / deceleration.

本発明の潤滑剤組成物を封入してなる転がり軸受について図1に基づいて説明する。図1は深溝玉軸受の断面図である。転がり軸受1は、外周面に内輪軌道面2aを有する内輪2と内周面に外輪軌道面3aを有する外輪3とが同心に配置され、内輪軌道面2aと外輪軌道面3aとの間に複数個の転動体4が配置される。この転動体4は、保持器5により保持される。また、内・外輪の軸方向両端開口部8a、8bがシール部材6によりシールされ、少なくとも転動体4の周囲に上述の潤滑剤組成物7が封入される。内輪2、外輪3および転動体4は鉄系金属材料からなり、潤滑剤組成物7が転動体4との転走面に介在して潤滑される。 A rolling bearing in which the lubricant composition of the present invention is sealed will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a deep groove ball bearing. In the rolling bearing 1, an inner ring 2 having an inner ring raceway surface 2a on the outer peripheral surface and an outer ring 3 having an outer ring raceway surface 3a on the inner peripheral surface are concentrically arranged, and a plurality of rolling bearings 1 are arranged between the inner ring raceway surface 2a and the outer ring raceway surface 3a. The rolling elements 4 are arranged. The rolling element 4 is held by the cage 5. Further, the openings 8a and 8b at both ends in the axial direction of the inner and outer rings are sealed by the sealing member 6, and the above-mentioned lubricant composition 7 is sealed at least around the rolling element 4. The inner ring 2, the outer ring 3, and the rolling element 4 are made of an iron-based metal material, and the lubricant composition 7 is lubricated by interposing the rolling surface with the rolling element 4.

転がり軸受1において、内輪2、外輪3、転動体4、保持器5などの軸受部材を構成する鉄系金属材料は、軸受材料として一般的に用いられる任意の材料であり、例えば、高炭素クロム軸受鋼(SUJ1、SUJ2、SUJ3、SUJ4、SUJ5など;JIS G 4805)、浸炭鋼(SCr420、SCM420など;JIS G 4053)、ステンレス鋼(SUS440Cなど;JIS G 4303)、高速度鋼(M50など)、冷間圧延鋼などが挙げられる。また、シール部材6は、金属製またはゴム成形体単独でよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、またはセラミック板との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。 In the rolling bearing 1, the iron-based metal material constituting the bearing member such as the inner ring 2, the outer ring 3, the rolling element 4, and the cage 5 is an arbitrary material generally used as the bearing material, for example, high carbon chromium. Bearing steel (SUJ1, SUJ2, SUJ3, SUJ4, SUJ5, etc .; JIS G 4805), carburized steel (SCr420, SCM420, etc .; JIS G 4053), stainless steel (SUS440C, etc .; JIS G 4303), high-speed steel (M50, etc.) , Cold rolled steel and the like. Further, the sealing member 6 may be made of metal or a rubber molded body alone, or may be a composite of a rubber molded body and a metal plate, a plastic plate, or a ceramic plate. A composite of a rubber molded body and a metal plate is preferable from the viewpoint of durability and ease of fixing.

図1では軸受として玉軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などとしても使用できる。 In FIG. 1, a ball bearing is illustrated as a bearing, but the rolling bearings of the present invention include cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, self-aligning roller bearings, needle roller bearings, thrust cylindrical roller bearings, and thrust tapered roller bearings other than the above. , Thrust needle roller bearings, thrust self-aligning roller bearings, etc.

実施例では、MOFとして表1に示す市販品を用いた。表1に、各MOFの有機化合物、金属イオン、密度、D50、および比表面積を示す。表1のMOFには、Sigma−Aldrich社製のBasolite(登録商標)シリーズのものを用いた。 In the examples, the commercially available products shown in Table 1 were used as the MOF. Table 1 shows the organic compounds, metal ions, density, D50, and specific surface area of each MOF. As the MOF in Table 1, those of the Basolite (registered trademark) series manufactured by Sigma-Aldrich were used.

<熱重量(TG)測定試験>
表1のMOFを用いて熱重量測定試験を実施した。試験は、大気雰囲気下(200ml/min)、加速温度5℃/minで、40℃から600℃まで温度を上昇させ、各MOFの重量を経時的に測定した。加熱温度におけるMOFの重量減少率をプロットした図を図2に示す。
<Thermogravimetric (TG) measurement test>
A thermogravimetric analysis test was performed using the MOF shown in Table 1. In the test, the temperature was raised from 40 ° C. to 600 ° C. under an air atmosphere (200 ml / min) at an acceleration temperature of 5 ° C./min, and the weight of each MOF was measured over time. The figure which plotted the weight loss rate of MOF at the heating temperature is shown in FIG.

図2に示すように、Z1200およびA100は、C300およびF300に比べて300℃付近でも重量減少が小さく、その重量減少率は10%未満であった。A100は、初期の重量減少以降は500℃付近まで重量減少が抑えられており、分解温度は約560℃と高い値であった。また、Z1200の分解温度は約400℃と高い値であった。これらは分解されにくいため耐熱性が高いと考えられる。 As shown in FIG. 2, the weight loss of Z1200 and A100 was smaller than that of C300 and F300 even at around 300 ° C., and the weight loss rate was less than 10%. After the initial weight loss, the weight loss of A100 was suppressed to around 500 ° C., and the decomposition temperature was as high as about 560 ° C. The decomposition temperature of Z1200 was as high as about 400 ° C. Since these are not easily decomposed, they are considered to have high heat resistance.

<増ちょう性の確認試験>
表1のMOFを用いて、基油と混合した場合の増ちょう性を確認した。具体的には、各MOF1gに対して基油(PAO油)を2g混合した場合の潤滑剤組成物の性状を確認した。この確認試験におけるMOFの含有量は、潤滑剤組成物全体の33質量%である。各MOFを用いた場合の写真を図3に示す。
<Confirmation test for increase in thickness>
Using the MOF shown in Table 1, the increase in thickness when mixed with the base oil was confirmed. Specifically, the properties of the lubricant composition when 2 g of the base oil (PAO oil) was mixed with 1 g of each MOF were confirmed. The MOF content in this confirmation test is 33% by mass of the total lubricant composition. A photograph when each MOF is used is shown in FIG.

図3に示すように、潤滑剤組成物が半固体状(グリース状)となったのは、A100とZ1200であった。本発明の潤滑剤組成物をグリース組成物として使用する場合には、MOFとしてZ1200またはA100を用いることが好ましい。なお、粒子が小さく、一般的なグリース組成物に性状がより近いのはZ1200であった。一方、F300はペースト状、C300は液状であったが、本発明の潤滑剤組成物を潤滑油として使用する場合には、これらを用いることができる。 As shown in FIG. 3, it was A100 and Z1200 that the lubricant composition became semi-solid (grease-like). When the lubricant composition of the present invention is used as a grease composition, it is preferable to use Z1200 or A100 as the MOF. It was Z1200 that had small particles and had properties closer to those of a general grease composition. On the other hand, F300 was a paste and C300 was a liquid, but when the lubricant composition of the present invention is used as a lubricating oil, these can be used.

<高温グリース寿命試験>
試験例A1〜試験例A7
表2および表3に示した組成で調整したグリース組成物を転がり軸受に封入して、以下に示すCRC寿命試験(ASTM D 3336)を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。
<High temperature grease life test>
Test Example A1 to Test Example A7
The grease composition adjusted to the compositions shown in Tables 2 and 3 was sealed in a rolling bearing, and the CRC life test (ASTM D 3336) shown below was performed. The test method and test conditions are shown below.

グリース組成物を転がり軸受(内径20mm×外径47mm×厚さ14mm、型番:6204ZZ(シール付き))に封入し、アキシャル荷重67Nとラジアル荷重67Nの下で、温度150℃または180℃で、10000min-1の回転速度で回転させ、焼き付きに至るまでの時間(寿命時間、h)を測定した。軸受温度が初期温度から15℃以上上昇するか、または、モータ電流が初期値から2倍以上上昇するまでの時間を寿命時間として計測した。結果を表2〜表3、および図4〜図5に示す。なお、表2および図4の試験では温度180℃で実施し、表3および図5の試験では温度150℃で実施した。 The grease composition is sealed in a rolling bearing (inner diameter 20 mm × outer diameter 47 mm × thickness 14 mm, model number: 6204ZZ (with seal)), and under an axial load 67N and a radial load 67N, at a temperature of 150 ° C. or 180 ° C., 10,000 min. It was rotated at a rotation speed of -1 and the time until seizure (lifetime, h) was measured. The time until the bearing temperature rises by 15 ° C. or more from the initial temperature or the motor current rises by 2 times or more from the initial value is measured as the life time. The results are shown in Tables 2 to 3 and FIGS. 4 to 5. The tests in Tables 2 and 4 were carried out at a temperature of 180 ° C., and the tests in Tables 3 and 5 were carried out at a temperature of 150 ° C.

表2および図4に示すとおり、180℃の試験において、Z1200を増ちょう剤として用い、各基油と組み合わせた試験例A1〜A3は、増ちょう剤としてベントンを用いたグリース(試験例A4)よりも、軸受寿命が延長した。特に、基油にエーテル油またはエステル油を用いた試験例A2および試験例A3が他の試験例に比べて大幅に軸受寿命が延長した。 As shown in Table 2 and FIG. 4, in the test at 180 ° C., Test Examples A1 to A3 in which Z1200 was used as a thickener and combined with each base oil were greases using Benton as a thickener (Test Example A4). The bearing life was extended. In particular, Test Example A2 and Test Example A3 in which ether oil or ester oil was used as the base oil had a significantly extended bearing life as compared with other test examples.

また、表3および図5に示すとおり、150℃の試験において、Z1200を増ちょう剤として用い、各基油と組み合わせた試験例A5〜A6は、増ちょう剤としてベントンを用いたグリース(試験例A7)よりも、軸受寿命が延長した。この場合も、基油にエーテル油を用いた試験例A6が特に優れた軸受寿命を示した。 Further, as shown in Table 3 and FIG. 5, in the test at 150 ° C., Test Examples A5 to A6 in which Z1200 was used as a thickener and combined with each base oil were greases using Benton as a thickener (Test Example). The bearing life was longer than that of A7). In this case as well, Test Example A6 in which ether oil was used as the base oil showed particularly excellent bearing life.

このようにMOFは、グリース組成物の耐熱性を向上させるという性質を有する。これは、MOF自体の高い熱安定性により、高温環境下でも構造が破壊されず、安定した増ちょう効果が発揮され、潤滑膜の破断が抑制されたためと考えられる。また、MOFと組み合わせる基油としては、エーテル油やエステル油といった分子構造中にヘテロ原子(酸素原子など)が含まれる基油を用いるとよいことが判明した。 As described above, MOF has a property of improving the heat resistance of the grease composition. It is considered that this is because the high thermal stability of the MOF itself does not destroy the structure even in a high temperature environment, exerts a stable thickening effect, and suppresses the breakage of the lubricating film. Further, it has been found that as the base oil to be combined with MOF, it is preferable to use a base oil such as ether oil or ester oil in which a hetero atom (oxygen atom or the like) is contained in the molecular structure.

<高温放置試験>
試験例B1〜試験例B15
表4における潤滑剤組成物(潤滑油)について、その高温耐久性を高温放置時の重量減少率の測定により評価した。ビーカーに約10gの基油(アルキルジフェニルエーテル油)を秤量し、150℃の恒温槽中に空気雰囲気で放置して、500時間経過した時点で恒温槽より取り出し、それぞれの重量を測定した。重量減少率は下記式より求めた。結果を表4に併記する。
重量減少率(重量%)=100×(恒温槽放置前の潤滑剤組成物の重量(g)−恒温槽放置後の潤滑剤組成物の重量(g))/恒温槽放置前の潤滑剤組成物の重量(g)
<High temperature standing test>
Test Example B1 to Test Example B15
The high temperature durability of the lubricant composition (lubricating oil) in Table 4 was evaluated by measuring the weight loss rate when left at a high temperature. Approximately 10 g of base oil (alkyl diphenyl ether oil) was weighed in a beaker, left in a constant temperature bath at 150 ° C. in an air atmosphere, taken out from the constant temperature bath after 500 hours, and the weight of each was measured. The weight loss rate was calculated from the following formula. The results are also shown in Table 4.
Weight reduction rate (% by weight) = 100 × (weight of lubricant composition before leaving in constant temperature bath (g) -weight of lubricant composition after leaving in constant temperature bath (g)) / lubricant composition before leaving in constant temperature bath Weight of thing (g)

表4に示すとおり、試験例B3(基油のみ)に対して、MOFを配合した試験例B4〜B7では、重量減少の抑制効果は見られなかった。一方、試験例B3(基油のみ)に対して、アミン系酸化防止剤を配合した試験例B8、および、ZnDTPを配合した試験例B13では、重量減少の抑制効果を示した。 As shown in Table 4, in Test Examples B4 to B7 in which MOF was added to Test Example B3 (base oil only), no effect of suppressing weight loss was observed. On the other hand, Test Example B8 in which an amine-based antioxidant was added to Test Example B3 (base oil only) and Test Example B13 in which ZnDTP was added showed an effect of suppressing weight loss.

上記結果を基に、さらに組み合わせによる効果を確認した。アミン系酸化防止剤とMOFを組み合わせた試験例B9〜B12は、アミン系酸化防止剤による抑制効果をMOFが減弱させる結果となった。これに対して、ZnDTPとMOFを組み合わせた試験例B1〜B2、B14〜B15は、ZnDTPによる抑制効果をMOFが減弱させず、むしろ試験例B1〜B2では、重量減少の一層の抑制効果を示した。 Based on the above results, the effect of the combination was further confirmed. In Test Examples B9 to B12 in which the amine-based antioxidant and MOF were combined, the result was that MOF attenuated the inhibitory effect of the amine-based antioxidant. On the other hand, in Test Examples B1 to B2 and B14 to B15 in which ZnDTP and MOF were combined, MOF did not attenuate the inhibitory effect of ZnDTP, but rather, Test Examples B1 to B2 showed a further inhibitory effect on weight reduction. It was.

このように、所定のMOFとZnDTPとを配合した試験例B1〜B2は、他の組み合わせに比べて、高温放置試験において重量減少率が小さく、長期間にわたり酸化劣化を抑制した結果、優れた耐熱性を発揮したと考えられる。 As described above, Test Examples B1 to B2 in which the predetermined MOF and ZnDTP are blended have a smaller weight loss rate in the high temperature standing test as compared with other combinations, and as a result of suppressing oxidative deterioration for a long period of time, they have excellent heat resistance. It is thought that he demonstrated his sexuality.

本発明の潤滑剤組成物は、高温耐久性に優れ、高温下で長時間使用することができるので、例えば、高温、高速、急加減速などの過酷条件で使用される転がり軸受用の潤滑剤組成物として好適に利用できる。 The lubricant composition of the present invention has excellent high-temperature durability and can be used for a long time at high temperatures. Therefore, for example, a lubricant for rolling bearings used under harsh conditions such as high temperature, high speed, and rapid acceleration / deceleration. It can be suitably used as a composition.

1 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 潤滑剤組成物
8a、8b 開口部
1 Rolling bearing 2 Inner ring 3 Outer ring 4 Rolling element 5 Cage 6 Sealing member 7 Lubricant composition 8a, 8b Openings

Claims (7)

基油と配合剤とを含む潤滑剤組成物であって、
前記配合剤が、金属イオンと、該金属イオンに配位した有機化合物とからなる金属有機構造体であることを特徴とする潤滑剤組成物。
A lubricant composition containing a base oil and a compounding agent.
A lubricant composition, wherein the compounding agent is a metal-organic structure composed of metal ions and an organic compound coordinated to the metal ions.
前記金属有機構造体が多孔質構造を有し、密度が0.5g/cm3以下であることを特徴とする請求項1記載の潤滑剤組成物。 The lubricant composition according to claim 1, wherein the metal-organic structure has a porous structure and a density of 0.5 g / cm 3 or less. 前記金属有機構造体が、(a)前記金属イオンがアルミニウムイオンであり、前記有機化合物がテレフタル酸である構造体、(b)前記金属イオンが亜鉛イオンであり、前記有機化合物が2−メチルイミダゾールである構造体、または(c)前記金属イオンが銅イオンまたは鉄イオンであり、前記有機化合物が1,3,5−ベンゼントリカルボン酸であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の潤滑剤組成物。 The metal organic structure is (a) a structure in which the metal ion is an aluminum ion and the organic compound is terephthalic acid, and (b) the metal ion is a zinc ion and the organic compound is 2-methylimidazole. The structure according to claim 1 or 2, wherein the metal ion is copper ion or iron ion, and the organic compound is 1,3,5-benzenetricarboxylic acid. Lubricating composition. 前記基油が、合成炭化水素油、エーテル油、またはエステル油であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の潤滑剤組成物。 The lubricant composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the base oil is a synthetic hydrocarbon oil, an ether oil, or an ester oil. 前記潤滑剤組成物が、増ちょう剤として、前記(a)の構造体、または前記(b)の構造体を含むグリース組成物であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の潤滑剤組成物。 Any of claims 1 to 4, wherein the lubricant composition is a structure of (a) or a grease composition containing the structure of (b) as a thickener. The lubricant composition according to claim 1. 前記潤滑剤組成物が、アルキルジチオリン酸亜鉛を含むことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項記載の潤滑剤組成物。 The lubricant composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the lubricant composition contains zinc alkyl dithiophosphate. 潤滑剤組成物を封入してなる転がり軸受であって、
前記潤滑剤組成物が請求項1から請求項6までのいずれか1項記載の潤滑剤組成物であることを特徴とする転がり軸受。
A rolling bearing in which a lubricant composition is sealed.
A rolling bearing according to any one of claims 1 to 6, wherein the lubricant composition is the lubricant composition.
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WO2023176918A1 (en) * 2022-03-17 2023-09-21 国立大学法人京都大学 Metal-organic framework

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