(57)【要約】【課題】水素脆性による剥離寿命を長くした、風力発電機増速機用潤滑剤組成物を提供すること。【解決手段】組成物の全質量を基準として、１．５〜２０質量％の有機スルホン酸亜鉛、０．８〜１０質量％のジチオリン酸亜鉛、及び基油を含有する風力発電機増速機用潤滑剤組成物【選択図】図１
2012180439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成物の全質量を基準として、
有機スルホン酸亜鉛  １．５〜２０質量％、
ジチオリン酸亜鉛    ０．８〜１０質量％、及び
基油
を含有する風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【請求項２】
前記有機スルホン酸亜鉛が、下記式（１）で表される請求項１記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
(Ｒ1−ＳＯ3)-Ｚｎ-(ＳＯ3−Ｒ2)  ・・・  （１）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜３４のアリール基、炭素数７〜３４のアルキルアリール基、又は石油高沸点留分残基を表す。）
【請求項３】
前記ジチオリン酸亜鉛が、下記式（２）で表される請求項１又は２記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【化１】
2012180439.tif 000007
（式中、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基、又は炭素数７〜１８のアルキルアリール基である。）
【請求項４】
有機スルホン酸亜鉛とジチオリン酸亜鉛との質量比が、ジチオリン酸亜鉛１に対して有機スルホン酸亜鉛が１〜５である請求項１〜３のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【請求項５】
有機スルホン酸亜鉛とジチオリン酸亜鉛の総量が、組成物の全質量を基準として３０％を超えないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【請求項６】
基油が、４０℃における動粘度が９５〜７５０ｍｍ2／ｓの鉱油及び合成炭化水素油からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜５のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【請求項７】
基油が、ＩＳＯ ＶＧ１５０〜６８０のギヤ油である請求項１〜６のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物を封入した風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機増速機用潤滑剤組成物に関する。詳しくは、風力発電装置においてブレードに接続された主軸の回転を増速して出力軸に伝達する増速機を潤滑するための潤滑剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機の主な設備は、ブレード、ブレードが取り付けられている主軸、主軸支持用転がり軸受、増速機、発電機等である。風力を受けることによってブレードが回転し、その回転を増速機で増速して発電機のロータを回転させ、発電する。
ここで、風力発電用の風車の主軸を支持する主軸用軸受、または主軸の回転を受けて回転する回転部材、例えば発電機のロータに接続されたロータ軸、発電機用軸受、また増速機の内部において回転する回転軸及び増速機用軸受などを含む風力発電用転がり軸受においては、風力の増減に合わせて動作するため、回転速度の増減が大きく、潤滑状態の変動が激しい。特に、増速機の内部において回転する回転軸及び増速機用軸受は、風力が弱い時には極めて低い回転数で回転するため、油膜が十分に形成されず、金属接触が容易におきるため、表面起点型のはく離が発生する問題がある。
【０００３】
このような表面起点型はく離を抑制するために、増速機の潤滑油には、低速時の油膜を確保することを目的に、比較的粘度の高いギヤ油が使用されているのが一般的である。
【０００４】
但し、近年では表面起点型のはく離ではなく、金属内部組織の変化を伴った内部起点型のはく離が発生する現象が認められることがあり、問題となってきている。これは、水素脆性はく離と呼ばれ、自動車電装補機転がり軸受の分野で認められる現象でもある。このタイプのはく離は、大気中の水分、もしくは潤滑剤が分解することによって発生した水素が起因とされており、油膜を厚くしても改善されない（非特許文献１、２）。
【０００５】
この水素脆性はく離を対策するためには、例えば、摩耗により生じる新生面の触媒作用を抑制するために、グリース中に不動態化酸化剤を添加し、金属表面を酸化して表面の触媒活性を抑制し、潤滑剤の分解による水素発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１）。また、潤滑剤の分解による水素発生を抑制するために、グリースの基油としてフェニルエーテル系合成油を使用することが提案されている（例えば、特許文献２）。特定の基油に特定の増ちょう剤、不動態化酸化剤及び有機スルホン酸塩を添加することが提案されている（例えば、特許文献３）。トライボロジー金属材料や各種部材さらに水が侵入しやすい部位に使用される軸受に封入されるグリースとして、水素を吸収するアゾ化合物を添加することが提案されている（例えば、特許文献４）。水の浸入を受けても水素脆性による剥離を起こすことが無く、長寿命の転がり軸受用として、基油にフッ素化ポリマー油、増ちょう剤にポリテトラフルオロエチレン、及び導電性物質を添加したグリース組成物が提案されている（例えば、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２１０３９４号公報
【特許文献２】特開平３−２５００９４号公報
【特許文献３】特開平５−２６３０９１号公報
【特許文献４】特開２００２−１３０３０１号公報
【特許文献５】特開２００２−２５０３５１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】玉田、前田、対馬：「電装・補機用軸受に見られる新しいタイプのミクロ組織変化」、ＮＴＮ  Technical Review、６１（１９９２）、２９
【非特許文献２】遠藤、董、今井、山本：「水素雰囲気での転がり疲れに関する研究」、トライボロジスト、第４９巻、第１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、水素脆性による剥離寿命を長くした、風力発電機増速機用潤滑剤組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、上記潤滑剤組成物を封入した風力発電機用増速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、有機スルホン酸亜鉛及びチオリン酸亜鉛とを組合せ、基油中にこれらの特定量を含ませることにより、風力発電機増速機における水素脆性剥離の抑制に有効であるということを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、以下に示す風力発電機増速機用潤滑剤組成物及び風力発電機を提供するものである。
１．組成物の全質量を基準として、
有機スルホン酸亜鉛  １．５〜２０質量％、
ジチオリン酸亜鉛    ０．８〜１０質量％、及び
基油
を含有する風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
２．前記有機スルホン酸亜鉛が、下記式（１）で表される前記１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
(Ｒ1−ＳＯ3)-Ｚｎ-(ＳＯ3−Ｒ2)  ・・・  （１）
（式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜３４のアリール基、炭素数７〜３４のアルキルアリール基、又は石油高沸点留分残基を表す。）
３．前記ジチオリン酸亜鉛が、下記式（２）で表される前記１又は２項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
【００１０】
【化１】
2012180439.tif 000003
【００１１】
（式中、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基、又は炭素数７〜１８のアルキルアリール基である。）
４．有機スルホン酸亜鉛とジチオリン酸亜鉛との質量比が、ジチオリン酸亜鉛１に対して有機スルホン酸亜鉛が１〜５である請求項１〜３のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
５．有機スルホン酸亜鉛とジチオリン酸亜鉛の総量が、組成物の全質量を基準として３０％を超えないことを特徴とする前記１〜４のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
６．基油が、４０℃における動粘度が９５〜７５０ｍｍ2／ｓの鉱油及び合成炭化水素油からなる群から選ばれる少なくとも１種である前記１〜５のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
７．基油が、ＩＳＯ ＶＧ１５０〜６８０のギヤ油である前記１〜６のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物。
８．前記１〜７のいずれか１項記載の風力発電機増速機用潤滑剤組成物を封入した風力発電機。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の潤滑剤組成物は、水素脆性による剥離寿命を長くすることができるので、風力発電機増速機の機械部材、特に風力発電機増速機の内部において回転する回転軸及び増速機用軸受、更に特に転がり軸受等の潤滑に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の潤滑油組成物を用いて転がり４球試験を行った後の上球の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【図２】比較例１の潤滑油組成物を用いて転がり４球試験を行った後の上球の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
有機スルホン酸亜鉛
本発明の潤滑剤組成物に使用する有機スルホン酸亜鉛（Ｚｎスルホネート）は、下記式（１）で表されるものが好ましい。式（１）に示すとおり、Ｚｎスルホネートは、親油基である有機基を有したスルホン酸の亜鉛塩である。
(Ｒ1−ＳＯ3)-Ｚｎ-(ＳＯ3−Ｒ2)  ・・・  式（１）
式中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜３４のアリール基、炭素数７〜３４のアルキルアリール基、又は石油高沸点留分残基を表す。Ｒ1及びＲ2がいずれも炭素数７〜３４のアルキルアリール基であるのが好ましい。アルキル基及びアルケニル基は、直鎖状でも分岐状でもよいが、直鎖が好ましい。アルキル基及びアルケニル基はまた、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。
【００１５】
スルホン酸としては潤滑油留分中の芳香族炭化水素成分、石油高沸点留分のスルホン化によって得られる石油スルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸や重質アルキルベンゼンスルホン酸のような合成スルホン酸等があげられる。
有機スルホン酸塩の中には酸中和作用を持たせるため、炭酸カルシウムや水酸化カルシウム微粒子等を分散させた高塩基性スルホン酸塩なども市販されており、これらも本発明の有機スルホン酸亜鉛として使用できる。
本発明において有機スルホン酸亜鉛は、中性、塩基性、高塩基性有機スルホン酸亜鉛のいずれでも良い。従って、有機スルホン酸亜鉛の塩基価は特に限定されないが、好ましくは０〜１０００mgKOH/gである。好ましくは１００mgKOH/g以下である。特に好ましくは５０mgKOH/g以下である。１mgKOH/g以上であるのが好ましい。なお、塩基価は、JIS K 2501に従って測定される値である。
【００１６】
代表的な化合物としては、ジオクチルナフタレンスルホン酸亜鉛、ジノニルナフタレンスルホン酸亜鉛、ジデシルナフタレンスルホン酸亜鉛、石油スルホン酸亜鉛、高塩基性アルキルベンゼンスルホン酸亜鉛等が挙げられる。このうち、ジノニルナフタレンスルホン酸亜鉛が好ましい。
【００１７】
本発明の潤滑剤組成物中の有機スルホン酸亜鉛の量は、１．５〜２０質量％、好ましくは２〜１５質量％である。１質量％未満では目標とする性能が不十分になるおそれがあり、また２０質量％を超えた場合は経済性が悪くなるため、適切な量とは言い難い。尚、この添加剤量は対象物質の有効成分量を指す。
【００１８】
ジチオリン酸亜鉛
本発明の潤滑剤組成物に使用するジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ、ジンクジチオフォスフェート）は下記式（２）で示されるものが好ましい。
【００１９】
【化２】
2012180439.tif 000004
【００２０】
式（２）中、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数４〜２４のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基、又は炭素数７〜１８のアルキルアリール基である。なお、アルキル基やアルケニル基は、直鎖状でも分岐状でもよいが、直鎖が好ましい。アルキル基やアルケニル基はまた、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。
【００２１】
本発明の潤滑剤組成物中のＺｎＤＴＰの量は、０．８〜１０質量％、好ましくは０．８〜７質量％である。０．８質量％未満では目標とする性能が不十分になるおそれがあり、また１０質量％を超えた場合は経済性が悪くなるため、適切な量とは言い難い。尚、この添加剤量は対象物質の有効成分量を指す。
【００２２】
風力発電機増速機用潤滑剤として、性能の結果と経済性の面から、有機スルホン酸亜鉛とＺｎＤＴＰとの混合比（質量比）が、ＺｎＤＴＰの１に対して有機スルホン酸亜鉛１〜５が好ましく、特に好ましくは１〜４である。また、組成物の全質量を基準とした有機スルホン酸亜鉛とＺｎＤＴＰの配合割合は３０質量％を超えないことが好ましく、特に好ましくは２５質量％を超えないことであり、さらに好ましくは２０質量％を超えないことである。過剰添加は、環境によっては金属組織に悪影響をあたえる。
【００２３】
基油
本発明に用いることのできる基油としては、使用する部材の条件に適合するものであれば、合成油及び鉱油いずれも特に制限なく用いることができる。
本発明に使用することのできる合成油としては、ジエステル、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などがあげられる。本発明に使用することのできる鉱油としては、４０℃における動粘度が９５〜７５０ｍｍ2/ｓであるものが好ましい。動粘度が４０℃で９５ｍｍ2/ｓ未満であると、高温で蒸発し易く、耐熱性が劣り、基油として適さなくなる。また、７５０ｍｍ2/ｓを超えると、充分良好な流動性が得られない。同じ理由から、２００〜４００ｍｍ2/ｓがさらに好ましい。さらに特に、流動点が−１０℃以下である鉱油が好ましい。このような鉱油を用いると、低温での流動性が良好となる。合成油及び鉱油の中でもギヤ油が好ましく、ＩＳＯ ＶＧが１５０〜６８０のギヤ油が好ましく、特にＶＧが２５０〜４５０のギヤ油が好ましい。
本発明では、合成油と鉱油との混合油を用いることもできる。この場合、合成油と鉱油との混合比は、質量比にして、２０：８０〜５：９５であるのが好ましい。
【００２４】
風力発電機増速機を構成する部材は、特に限定されるものではないが、例えば金属材料、具体的には、鉄や各種鋼材、例えば炭素鋼、合金鋼などがあげられる。
【００２５】
本発明の潤滑剤組成物には必要に応じて種々の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、固体潤滑剤、極圧剤、および錆止め剤等が挙げられる。本発明の組成物中のこれらの含有量は、通常０．５〜１５質量％である。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜６、比較例１〜８
表１及び表２に記載した量（質量部）で、基油に、所定量のＺｎスルホネート及びＺｎＤＴＰを添加し、潤滑剤組成物を製造した。
１．評価試験方法−転がり４球試験
直径１５ｍｍの軸受用鋼球３個を内径４０ｍｍ、高さ１４ｍｍの容器に配置し、試験油約２０ｍｌを満たす。上から５／８ｉｎ軸受用鋼球１個の回転球をあてがい、試験機にセットする。荷重を掛け４時間回転させて慣らし運転を行なった後、試験油に水素ガスを導入する。下の３個は自転しながら公転する。これをはく離が生じるまで連続回転させる。寿命は、はく離が生じた時点の上球の総回転数とする。これを５回繰り返し、Ｌ５０寿命（５０％が寿命となる回転数）の平均値を求める。Ｌ５０寿命が２０１×１０6を超えたところをもって合格とし、試験を終了とする。結果を表１〜表２に示す。
また、試験終了後、上球の断面における組織変化の有無を電子顕微鏡で観察した。結果を表１，表２及び図１及び図２に示す。なお、図１は、実施例１の結果を、図２は比較例１の結果であり、それぞれ、組織変化なし、組織変化ありの代表例として示す。
【００２７】
試験条件
試験鋼球      ：直径１５mm及び５/８in軸受用鋼球
水素ガス供給量：１５-２０ml/min
水素純度      ：９９.９９%
試験荷重（Ｗ）：１００kgf
最大接触面圧  ：４．１GPa
回転速度（ｎ）：１５００rpm
試験繰り返し数：５（平均寿命：ｎ＝５の平均）
【００２８】
【表１】
2012180439.tif 000005
【００２９】
【表２】
2012180439.tif 000006
【００３０】
Ｚｎスルホネート：ジノニルナフタレンスルホン酸亜鉛（塩基価  ２７mgKOH/g）
ＺｎＤＴＰ：ジチオリン酸亜鉛
ギヤ油  ：市販ギヤ油  ＩＳＯ  ＶＧ３２０  
鉱  油Ａ：粘度１００ｍｍ2／ｓ＠４０℃
鉱  油Ｂ：粘度３１０ｍｍ2／ｓ＠４０℃
【００３１】
本発明の、有機スルホン酸亜鉛、ＺｎＤＴＰおよび基油を適正配合した潤滑剤組成物の実施例１〜６は全てがＬ50寿命が２０１×１０6回以上と極めて長く、また組織変化なしの結果であった。
これに対して、いずれか一方又は両者を含まない比較例１〜５の潤滑剤組成物のＬ50寿命は１３８〜１９７×１０6回であり、実施例のＬ50寿命より短く、かつ組織変化がみられた。さらに、ＺｎＤＴＰ量が本発明で規定する範囲を下回る比較例６は、Ｌ50寿命と組織変化が不合格であった。また、比較例７及び８はＬ50寿命が２０１×１０6回以上と合格であったが、組織変化が不合格であった。
上記結果は有機スルホン酸亜鉛、ＺｎＤＴＰ及び基油の適正な配合により、水素脆性剥離の抑制に優れていることを明瞭に示している。
【図１】
2012180439.tif 000008
【図２】
2012180439.tif 000009