JP7218242B2 - 導電性グリース組成物 - Google Patents

Description

本発明は、導電性グリース組成物に関する。本発明は、詳細は、転がり軸受における電食を防止することができ、さらに耐腐食性に優れる導電性グリース組成物に関する。また、本発明は、導電性グリース組成物を使用した、転がり軸受における電食の防止方法にも関する。

自動車等の電装部品・補機、及び複写機等の精密機械には、玉軸受、ころ軸受等の転がり軸受が使用されている。このような転がり軸受では、内輪と外輪の間に電位差による電食が発生し、転がり軸受の表面が損傷することがある。

転がり軸受の潤滑には主としてグリースが使用されている。グリースは、基油に親油性の強い固体の増ちょう剤を分散させて半固体状にした潤滑剤である。このグリースにカーボンブラック等の物質を添加して、転がり軸受の電食を防止する技術が知られている（特許文献１）。
しかしながら、この技術では、時間の経過と共にカーボンブラックを含有する導電性グリースが接触面から排除されたり、及び／又はカーボンブラック粒子のチェーンストラクチャーが破壊されたりするため、導電性が経時的に低下して、電食が発生してしまう恐れがある。また、カーボンブラック粒子が粉塵の原因となることも考えられる。

また、自動車等や精密機械の内部は密閉されており高温になることから、耐久性、及び耐腐食性に関しても具備する導電性グリースが必要とされている。

特開２００２－５３８９０号公報

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、転がり軸受における電食を防止することができ、さらに耐腐食性に優れる導電性グリース組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、かかる課題を解決するために、鋭意研究を進めた結果、驚くべきことに、潤滑油基油と増ちょう剤とホスホニウム系イオン液体とを特定割合でグリースに配合することにより、転がり軸受における電食を防止することができるのみではなく耐腐食性にも優れる導電性グリース組成物を提供できることを見出した。すなわち、本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、以下の通りである。

〔１〕潤滑油基油４０～９５質量％、増ちょう剤２～４０質量％、ホスホニウム系イオン液体０．１～１８質量％を含む、導電性グリース組成物。
〔２〕前記ホスホニウム系イオン液体のカチオン部分が、トリブチルラウリルホスホニウムカチオン及びトリヘキシルテトラデシルホスホニウムカチオンから選ばれる少なくとも１種である、〔１〕に記載の導電性グリース組成物。
〔３〕ＪＩＳ Ｃ ２１０１に準拠して測定した場合の絶縁破壊電圧が、３２ｋＶ以下である、〔１〕又は〔２〕に記載の導電性グリース組成物。
〔４〕前記増ちょう剤が、ウレア系増ちょう剤及び／又は金属石けん系増ちょう剤である、〔１〕～〔３〕のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物。
〔５〕〔１〕～〔４〕のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物を用いることを特徴とする、転がり軸受における電食の防止方法。

本発明の導電性グリース組成物によれば、カーボンブラックを含まなくとも、転がり軸受における電食を防止することができ、さらに耐腐食性に優れる導電性グリース組成物を提供することができる。

［１．導電性グリース組成物］
本発明の導電性グリース組成物は、潤滑油基油４０～９５質量％、増ちょう剤２～４０質量％、ホスホニウム系イオン液体０．１～１８質量％を含む。

〔潤滑油基油〕
本発明の潤滑油基油としては、通常のグリースで用いられている潤滑油基油を用いることができるが、４０℃における動粘度が２０～５００mm²／ｓのものが好ましく、５０～３００mm²／ｓがより好ましい。４０℃における動粘度を上記範囲とすることにより、所望のちょう度を有する導電性グリース組成物を簡便に調製することができる。

潤滑油基油としては、エーテル系基油が好ましく用いられる。エーテル系基油は、分子内にエーテル結合を有するエーテル化合物からなる。分子内に炭素、水素、酸素のみからなることが好ましく、フッ素などのハロゲンを含まないことが好ましい。エーテル化合物としては、ジアリールエーテル、特には、炭素数が１２～６０、さらには１８～３６であることが好ましい。このようなジアリールエーテルには、ジフェニルエーテル、フェニル基の水素が１~４つの直鎖又は分岐のアルキル基で置換されたアルキル化ジフェニルエーテルが含まれる。特に好ましい潤滑油基油は、ジアルキルジフェニルエーテルである。なお、エーテル系基油以外の他の基油を含んでいてもよいが、基油全体に対して、３０質量％以下、特に１０質量％以下が好ましい。

本発明の導電性グリース組成物では、潤滑油基油の含有量が、導電性グリース組成物基準で、４０～９５質量％、好ましくは５０～９０質量％、より好ましくは６０～８０質量％、最も好ましくは６５～７５質量％である。

〔増ちょう剤〕
本発明の増ちょう剤としては、通常のグリースで用いられている増ちょう剤であれば、特に支障なく用いることができるが、金属石けん系増ちょう剤及び／又はウレア系増ちょう剤を用いることが好ましい。増ちょう剤は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。増ちょう剤の含有量は、所望のちょう度が得られれば良く、例えば、導電性グリース組成物の全量基準で、２～４０質量％、より好ましくは５～３０質量％、さらに好ましくは１０～２０質量％である。

このうち、金属石けん系増ちょう剤はカルボン酸金属塩からなる増ちょう剤であるが、カルボン酸はヒドロキシ基などを有するカルボン酸誘導体であってもよい。
カルボン酸は、ステアリン酸、アゼライン酸などの脂肪族カルボン酸でも、テレフタル酸などの芳香族カルボン酸でもよいが、１価または２価の脂肪族カルボン酸、特には炭素数６～２０の脂肪族カルボン酸が用いられる。特には、炭素数１２～２０の１価脂肪族カルボン酸や炭素数６～１４の２価脂肪族カルボン酸が好ましく用いられる。１個のヒドロキシル基を含む１価脂肪族カルボン酸が好ましい。
金属としては、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウムのような両性金属でもよいが、アルカリ金属、特にはリチウムが好ましく用いられる。

なお、この増ちょう剤は、金属石けんの形で配合してもよいが、カルボン酸と金属源（金属塩、金属塩水酸化物等）を別々に配合して、グリース作製時に反応させて、金属石けん増ちょう剤としてもよい。
このようなカルボン酸金属塩は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。例えば、１２‐ヒドロキシステアリン酸リチウムとアゼライン酸リチウムの混合物は特に好ましい。

本発明の導電性グリース組成物に添加される増ちょう剤としては、ウレア系増ちょう剤を用いることができる。
ウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られるジウレア化合物やジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られるポリウレア化合物等を用いることができる。

ジイソシアネートとは、炭化水素の２つの水素がイソシアネート基で置換された化合物であり、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが好ましく、炭化水素が、非環状炭化水素でも環状炭化水素でもよく、芳香族炭化水素でも脂環族炭化水素、脂肪族炭化水素でもよい。その炭素数は、４～２０、特には８～１８が好ましい。

また、モノアミンとは、アンモニアの１つの水素が炭化水素基で置換された化合物であり、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ‐トルイジン、シクロヘキシルアミン等が好ましい。ジアミンとは、アンモニアの２つの水素が炭化水素基で置換された化合物であり、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が好ましい。モノアミン、ジアミンの炭化水素基は、非環状炭化水素基でも環状炭化水素基でもよく、芳香族炭化水素基でも脂環族炭化水素基、脂肪族炭化水素基でもよい。その炭素数は、２～２０、特には４～１８が好ましい。

ウレア系増ちょう剤としては、ジウレア化合物、特には、ジイソシアネートとして芳香族炭化水素、更にはメチレンジフェニルジイソシアネート等のアルキレンジアリールジイソシアネートが好ましい。その炭素数は１２～２４が好ましい。また、モノアミンとして、芳香族アミン、脂環族アミン又は脂肪族アミンを用いることができるが、これらを混合した混合アミンを用いることができる。脂環族アミン及び芳香族アミンを併用することが好ましく、シクロヘキシルアミンとｐ－トルイジンとを併用することがより好ましい。

本発明のウレア系増ちょう剤は、式（２）で示されるジウレア化合物であることが好ましい。
Ｒ^１１－ＮＨＣＯＮＨ－Ｒ^１２－ＮＨＣＯＮＨ－Ｒ^１３ （２）
（式中、Ｒ^１１及びＲ^１３はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数４～２０の炭化水素基を示し、Ｒ^１２は炭素数６～２４の２価の含芳香族炭化水素基を示す。）

〔イオン液体〕
本発明の導電性グリース組成物は、イオン液体、詳細にはホスホニウム系イオン液体を含む。イオン液体とは、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（例えば、２５℃）で液体となる物質をいう。ホスホニウム系イオン液体の含有量は、グリース組成物の全量基準で、製造コスト及び耐腐食性を考慮して０．１～１８質量％、好ましくは０．１～１６質量％、より好ましくは０．１～１５質量％さらに好ましくは０．１～１２質量％であり、最も好ましくは０．５～１２質量％である。
本発明の導電性グリース組成物においては、驚くべきことに、少量のイオン液体（例えば、１％、又は２．５％）を配合した場合でも十分な絶縁破壊電圧の低減効果が得られ、さらに良好な耐腐食性を実現できる。

本発明の導電性グリース組成物では、イオン液体としてホスホニウム系イオン液体を用いる。本明細書において「ホスホニウム系イオン液体」とは、４級ホスホニウムカチオン（下記の化１参照）をカチオン部分として有するイオン液体である。本発明の導電性グリース組成物では、カチオン部分としてトリブチルラウリルホスホニウムカチオン又はトリヘキシルテトラデシルホスホニウムカチオンを有するホスホニウム系イオン液体を用いることが好ましく、トリブチルラウリルホスホニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド及びトリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドから選ばれる少なくとも１種のホスホニウム系イオン液体を用いることがより好ましい。

化１において、式中のＲ、Ｒ’、Ｒ''、Ｒ''' は、水素、炭化水素含有基、又はアルキル基であり、同一でも、それぞれ異なっていてもよい。また、化１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。
他のイオン液体（例えば、イミダゾリウム系、ピリジン系等）は腐食性が問題となることも多かった。ホスホニウム系イオン液体を使用することで導電性及び耐腐食性の両方を併せ持つグリースを提供できたことは、驚くべきことである。

〔その他の添加剤〕
本発明のグリース組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般に潤滑油やグリースに用いられている、清浄剤、分散剤、摩耗防止剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、腐食防止剤などを適宜添加することができる。酸化防止剤としては、例えば、２，６－ジ－ｔ－ブチルフェノール、２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール等のフェノール系化合物、ジアルキルジフェニルアミン、フェニル－α－ナフチルアミン、ｐ－アルキルフェニル－α－ナフチルアミン等のアミン系化合物等が挙げられる。防錆剤としては、例えば、アミン類、中性又は過塩基性の石油系又は合成油系金属スルフォネート、金属石けん類、エステル類、リン酸、リン酸塩等が挙げられる。

〔絶縁破壊電圧〕
絶縁破壊とは、絶縁体にかかる電圧がある限度以上になった時に、絶縁体が電気的に破壊し絶縁性を失って電流を流すようになる現象である。絶縁破壊電圧とは、対象物において絶縁破壊が生じる際の電圧である。絶縁破壊電圧が高ければ、大きな電流が突如流れることとなり、深刻な電食が生じる原因となり得る。本発明の導電性グリース組成物では、絶縁破壊電圧が低く、したがって、転がり軸受の電食を効果的に防止することができる。本発明の導電性グリース組成物において、絶縁破壊電圧は、ＪＩＳＣ ２１０１に準拠して行った場合、好ましくは３２ｋＶ以下である。

［２．転がり軸受における電食の防止方法］
〔転がり軸受〕
転がり軸受とは、軌道輪、転動体、及び保持器から構成される、ベアリングの一種である。転がり軸受においては、軌道輪と転動体との間で放電が生じ、軌道面及び転動面に電食が発生する可能性がある。この様な原因で発生する電食は、軌道面及び転動面に摩耗を生じさせると共に潤滑油の劣化等を招き、振動の増大や騒音の原因になる。本発明の導電性グリース組成物を転がり軸受の潤滑のために使用することにより、転がり軸受の電食を効果的に防止することができる。また、本発明の導電性グリース組成物は、自動車等や精密機械の内部における電食の防止のために好適に用いることができる。

本発明の実施態様である実施例を用いて、以下に本発明を説明する。本発明は、以下の実施態様に限定されるものではない。なお、特に説明のない限り、％は質量％を示す。

〔調製方法〕
各成分を表１に示す配合量（質量％で示す）の通りに含有する、グリース組成物を調製した。なお、潤滑油基油の配合量は、潤滑油基油以外の成分をグリース組成物から除いた残部である。

成分としては、次のものを用いた。
１．潤滑油基油：ジアルキルジフェニルエーテル（４０℃における動粘度；１００mm²/s）

２．増ちょう剤：モノアミン（シクロヘキシルアミン及びｐ－トルイジン）とメチレンジフェニルジイソシアネートとから合成されたジウレアを増ちょう剤として用いた。

３．イオン液体：
以下のイオン液体を用いた。
イミダゾリウム系Ａ：ＩＬ－ＩＭ２（広栄化学社製）
イミダゾリウム系Ｂ：ＩＬ－ＩＭ９（広栄化学社製）
ピリジン系Ｃ：ＩＬ－Ｐ１４（広栄化学社製）
ホスホニウム系Ｄ：トリブチルラウリルホスホニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド
ホスホニウム系Ｅ：トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド

４．その他添加剤として、酸化防止剤等を添加した。

〔絶縁破壊電圧の評価〕
・絶縁破壊電圧試験をＪＩＳＣ ２１０１に準拠して行った。
電極間ギャップが調整された、相対する球電極を使い、毎秒約３ｋＶの割合で電圧を上昇させ、試料油の商用周波数における絶縁破壊電圧を測定した。

〔耐腐食性の評価〕
ＡＳＴＭ Ｄ １７４３に準拠した方法を用いて調製したグリースの耐腐食性を評価した。グリースを封入したベアリングを規定条件（塩水０．１％、２５度、２４時間）で静置し、錆発生の有無を確認した（Ｎ＝３で試験）。錆がなかったものを－、錆が発生したが錆の発生点数が少ないものを＋、錆が多数発生したものを＋＋と評価した。

〔評価結果〕
絶縁破壊電圧及び耐腐食性の評価結果を以下の表１及び２に示す。

グリースの絶縁破壊電圧が高ければ、グリースに一定の電圧が加わった際に、大電流が流れる恐れがある。イオン液体を含まない比較例１では、絶縁破壊電圧が３８ｋＶと高い値を示した。ホスホニウム系以外のイオン液体を含む比較例２～４では、絶縁破壊電圧は２２ｋＶ～２６ｋＶと比較例１より低い値を示したが、わずかに腐食が見られた。
一方で、ホスホニウム系イオン液体を含む実施例１～５の各々では、絶縁電圧が１９ｋＶ～３１ｋＶとなり、比較例１よりも低い値を示した。実施例１～３では、腐食が全く見られず、良好な耐腐食性を示した。また、実施例５の絶縁破壊電圧は１９ｋＶであり、最も良好な結果であったがわずかに腐食が見られた。
以上の結果から、ホスホニウム系イオン液体を含む実施例１～５の導電性グリース組成物では、転がり軸受における電食を効果的に防止できると考えられる。実施例５の導電性グリースの絶縁破壊電圧は１９ｋＶであり、特に良好な絶縁破壊電圧を示した。また、実施例１～５の導電性グリース組成物は良好な耐腐食性を有していた。

本発明の導電性グリース組成物は、耐腐食性に優れ、転がり軸受における電食を防止することができる。

Claims (5)

1. 潤滑油基油４０～９５質量％、増ちょう剤２～４０質量％、ホスホニウム系イオン液体０．１～１８質量％を含む、導電性グリース組成物であって、
   前記増ちょう剤が、炭素数１２～２４のアルキレンジアリールジイソシアネートと脂環族アミン及び芳香族アミンとの反応で得られるウレア系増ちょう剤である導電性グリース組成物。
2. 前記ホスホニウム系イオン液体のカチオン部分が、トリブチルラウリルホスホニウムカチオン及びトリヘキシルテトラデシルホスホニウムカチオンから選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の導電性グリース組成物。
3. 前記ホスホニウム系イオン液体のカチオン部分が、トリブチルラウリルホスホニウムカチオンである、請求項１に記載の導電性グリース組成物。
4. ＪＩＳＣ２１０１に準拠して測定した場合の絶縁破壊電圧が、３２ｋＶ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物を用いることを特徴とする、転がり軸受における電食の防止方法。