(57)【要約】【課題】高い生分解性を有しつつ、転がり軸受などに封入して使用した場合に低トルク化および長寿命化を図り得るグリース組成物、および、このグリース組成物を潤滑に使用した転動装置を提供する。【解決手段】転がり軸受１は、グリース組成物７が転動体４の周囲に封入されてなり、このグリース組成物７は、基油と増ちょう剤とを含み、この増ちょう剤が、セルロースナノファイバーなどの微細セルロース繊維であり、基油と増ちょう剤の合計質量に対して０．１〜１５質量％含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油と増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、
前記増ちょう剤が、微細セルロース繊維であり、前記基油と前記増ちょう剤の合計質量に対して０．１〜１５質量％含まれることを特徴とするグリース組成物。
【請求項２】
前記微細セルロース繊維が、平均繊維径４〜５００ｎｍであるセルロースナノファイバーであることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。
【請求項３】
前記グリース組成物の混和ちょう度が、２００〜４３０であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース組成物。
【請求項４】
前記基油が、植物油およびエステル油から選ばれる少なくとも１つを含む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項記載のグリース組成物。
【請求項５】
前記基油が、パラフィン系鉱油およびエーテル油から選ばれる少なくとも１つを含む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項記載のグリース組成物。
【請求項６】
転がり接触する２つの部材を含み、その転がり接触部をグリース組成物で潤滑してなる転動装置であって、
前記グリース組成物が請求項１から請求項５までのいずれか１項記載のグリース組成物であることを特徴とする転動装置。
【請求項７】
前記転動装置は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを有する転がり軸受であることを特徴とする請求項６記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグリース組成物および該グリース組成物を封入する等した転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動装置は、内方部材と、外方部材と、これらの間に転動自在に配された複数の転動体などから構成されるものである。このような転動装置としては、例えば、転がり軸受、等速ジョイント、リニアガイド装置、ボールねじなどが挙げられる。転がり軸受は、一般に機械部品として各種産業機械に数多く使用されている。所定の使用期間が終了すると、転がり軸受を取り外すことなく、産業廃棄物として装置ごと廃棄処分される場合が多い。この廃棄処分の方法としては、焼却処理、海洋廃棄、地中廃棄、山中放置などがほとんどである。
【０００３】
近年では、環境問題に対する意識が高まり、地球環境を悪くしない環境対応製品として生分解性を有する構造材を用いた転がり軸受などが開発されている。例えば、内輪、外輪および転動体を鋼から構成し、シールおよび保持器を生分解性であるポリエチレンテレフタレート−ブチレンアジペート共重合体から構成した転がり軸受が提案されている（特許文献１参照）。このような生分解性の部材を利用することで、化石資源由来のエンジニアリングプラスチックや合成ゴムのように自然環境中で分解されない部材を用いた場合と比較して、廃棄時における環境負荷を大幅に低減させ得る。
【０００４】
また、この特許文献１の転がり軸受では、潤滑剤に、基油として生分解性合成エステル油や植物油を用いた生分解性グリースを使用することが提案されている。転がり軸受などの転動装置の潤滑に使用されるグリース組成物は、使用時において、漏れ、飛散などが発生する場合がある。このため、生分解性グリースを使用することは、廃棄時のみならず、通常使用時も含めて環境保全の面から好ましい。
【０００５】
従来、耐熱性や耐久性を確保しつつ、生分解性を有するグリース組成物として、エステル油や植物油を基油とし、キトサンおよびキチンの少なくとも一方を増ちょう剤として含有するグリース組成物が提案されている（特許文献２参照）。キチンは天然資源である甲殻類の殻から単離でき、キトサンはこのキチンを強アルカリにより脱アセチル化して得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９３３７７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の転がり軸受における生分解性グリースでは、基油成分の生分解率は高いものの、増ちょう剤成分によってはその生分解率は高くない。また、特許文献２のグリース組成物では、増ちょう剤として天然物由来のキトサンやキチンを使用するため、生分解性には優れるものの高価である。
【０００８】
また、特許文献２では、所定ちょう度を得るための基油に対する配合量は不明である。増ちょう剤量が多くなる場合、軸受などにおいてトルクが高くなり、また、相対的に基油量が少なく潤滑寿命の観点で不利となる。
【０００９】
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、高い生分解性を有しつつ、転がり軸受などに封入して使用した場合に低トルク化および長寿命化を図り得るグリース組成物、および、このグリース組成物を潤滑に使用した転動装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、上記増ちょう剤が、微細セルロース繊維であり、上記基油と上記増ちょう剤の合計質量に対して０．１〜１５質量％含まれることを特徴とする。特に、上記微細セルロース繊維が、平均繊維径４〜５００ｎｍであるセルロースナノファイバーであることを特徴とする。
【００１１】
上記グリース組成物の混和ちょう度が、２００〜４３０であることを特徴とする。
【００１２】
上記基油が、植物油およびエステル油から選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする。また、上記基油が、パラフィン系鉱油およびエーテル油から選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の転動装置は、転がり接触する２つの部材を含み、その転がり接触部を上記本発明のグリース組成物で潤滑してなることを特徴とする。また、該転動装置は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、上記内輪軌道面と上記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを有する転がり軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、この増ちょう剤が、微細セルロース繊維（セルロースナノファイバー）であり、基油と増ちょう剤の合計質量に対して０．１〜１５質量％含まれるので、高い生分解性を有し、低環境負荷の潤滑剤となる。また、少量の添加で十分なちょう度（例えば２００〜４３０）の半固体状の物性のグリースが得られるので、増ちょう剤量が少なく、基油量が多くなり、転がり軸受などに封入して使用した場合に低トルク化および長寿命化を図り得る。
【００１５】
また、このようなセルロースナノファーバーの増ちょう剤に、植物油やエステル油などの生分解率の高い基油を組み合わせることで、環境負荷をより低減できる。また、基油に高温耐久性に優れるエーテル油を用いることで、増ちょう剤の面から環境負荷を低減しつつ、高温耐久性を向上できる。
【００１６】
本発明の転動装置は、転がり接触する２つの部材を含み、その転がり接触部を本発明のグリース組成物で潤滑してなるので、低トルクかつ長寿命でありながら、低環境負荷で環境にも優しい軸受となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の転動装置である転がり軸受の一例の断面図である。
【図２】トルクの経時変化を示す図である。
【図３】せん断速度と見掛け粘度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、この増ちょう剤として微細セルロース繊維を用いていることを特徴としている。また、この微細セルロース繊維の含有量は、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースにおいて、該ベースグリース全体質量に対して０．１〜１５質量％である。
【００１９】
本発明のグリース組成物で使用する微細セルロース繊維は、その繊維径（直径）がナノサイズであるセルロース繊維である。セルロース分子が複数本集まって、ナノサイズの径の繊維を形成しており、セルロース分子間は水素結合により連結されている。本発明では、このような微細セルロース繊維として、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）やセルロースナノクリスタル（ＣＮＣ）を使用できる。
【００２０】
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、例えば、平均繊維径が４〜５００ｎｍ、好ましく３０〜３００ｎｍ、さらに好ましくは３０〜１００ｎｍであり、平均繊維長が１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上である。また、平均繊維長／平均繊維径のアスペクト比が１０以上であることが好ましい。セルロースナノクリスタル（ＣＮＣ）は、例えば、平均繊維径が４〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍであり、平均繊維長が１００〜５００ｎｍである。なお、本発明における繊維径および繊維長さは、本分野において通常使用される電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などにより測定できる。また、平均繊維径と平均繊維長は、上記測定に基づき数平均繊維径、数平均繊維長として算出できる。
【００２１】
基油に対する増ちょう効果が高く、少量の配合量でも所望の混和ちょう度を達成しやすいことから、特にセルロースナノファイバー（平均繊維径が４〜５００ｎｍ、平均繊維長１μｍ以上、アスペクト比１０以上）を用いることが好ましい。
【００２２】
微細セルロース繊維であるセルロースナノファイバーの原料（セルロース）としては、針葉樹クラフトパルプ、広葉樹クラフトパルプ、マニラ麻パルプ、サイザル麻パルプ、竹パルプ、エスパルトパルプ、コットンパルプなどから得られる植物由来セルロース、低酸溶紡糸による高重合度の再生セルロース（ポリノジックレーヨン）、アミン・オキサイド系有機溶剤を用いた溶剤紡糸レーヨンなどの再生セルロース、バクテリア産生セルロース、ホヤなどの動物由来セルロース、電界紡糸法によるナノセルロースなどが挙げられる。
【００２３】
植物由来セルロースよりセルロースナノファイバーを製造する方法としては、物理的方法と化学的方法があり、本発明ではいずれの方法で得られたものでも使用できる。物理的方法（解繊）としては、高圧ホモジナイザー法、マイクロフリュイダイザー法、ボールミル粉砕法、およびグラインドミル粉砕法などが挙げられる。化学的方法としては、ＴＥＭＰＯ酸化法などが挙げられる。
【００２４】
本発明では、微細セルロース繊維として、リグニンやヘミセルロースが一部残存しているもの、表面を化学修飾処理したもの（修飾パルプ）なども使用できる。修飾パルプとしては、例えば、セルロース繊維の水酸基がエステル化およびエーテル化から選ばれる少なくとも１種の方法により修飾されたものが挙げられる。また、微細セルロース繊維の断面形状は、異方形状（扁平など）、等方形状（真円、正多角形など）のいずれであってもよい。
【００２５】
本発明のグリース組成物で使用する基油として、生分解率が高い油を使用してもよい。例えば、その生分解率が６０％以上のものが好ましい。生分解率は生分解性を計る指標であり、ＯＥＣＤ３０１法に従い測定した値をいう。このＯＥＣＤ３０１法は、経済協力開発機構（ＯＥＣＤ）の「化学品テストガイドライン」に記載された方法である。
【００２６】
このような生分解率が高い基油としては、例えば、植物油またはエステル油が挙げられる。植物油の具体例としては、菜種油、ひまし油、コーン油、大豆油、ひまわり油、パーム油、ごま油、米ぬか油などが挙げられる。
【００２７】
エステル油としては、二塩基酸と分岐アルコールの反応から得られるジエステル油、芳香族系三塩基酸と分岐アルコールの反応から得られる芳香族エステル油、多価アルコールと一塩基酸の反応から得られるポリオールエステル油などが挙げられる（特に生分解率が６０％以上のもの）。
【００２８】
ジエステル油の具体例としては、ジオクチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジブチルアジペート、ジオクチルアゼレート、ジブチルセバケート、ジオクチルセバケートなどが挙げられる。また、芳香族エステル油の具体例としては、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が挙げられる。
【００２９】
ポリオールエステル油において、多価アルコールに反応させる一塩基酸は単独で用いてもよく、また混合物として用いてもよい。多価アルコールとしては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオールなどが挙げられる。一塩基酸としては、炭素数４〜１８の１価の脂肪酸が挙げられる。例えば、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、牛脂酸、ステアリン酸、カプロレイン酸、ウンデシレン酸、リンデル酸、ツズ酸、フィゼテリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、サビニン酸、リシノール酸などが挙げられる。ポリオールエステル油の具体例としては、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ペラルゴネート、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ペラルゴネートなどが挙げられる。
【００３０】
本発明のグリース組成物で使用する基油として、上記以外にパラフィン系の鉱油やエーテル油が挙げられる。鉱油は、その分子構造の相違によりパラフィン系やナフテン系に分類されるが、パラフィン系はナフテン系に対して生分解率が高く、本発明においては好適に利用できる。
【００３１】
エーテル油としては、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、ジ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、ジアルキルジフェニルエーテル油などが挙げられる。これらのエーテル油は、酸価安定性に優れ、高温耐久性に優れる。また、増ちょう剤成分の生分解率が高いため、これらのエーテル油を用いた場合であってもグリース全体としては生分解率を高めることができる。
【００３２】
本発明のグリース組成物で使用する基油の動粘度（混合油の場合は、混合油の動粘度）としては、４０℃において１０〜２００ｍｍ２／ｓが好ましい。より好ましくは２０〜１５０ｍｍ２／ｓであり、さらに好ましくは２０〜８０ｍｍ２／ｓである。
【００３３】
基油に増ちょう剤（微細セルロース繊維）を配合してベースグリースが得られる。微細セルロース繊維は、例えば、水などの溶媒に分散して調整した分散体（ゲル状など）を基油に添加し、加熱混練などにより該溶媒を除去しつつ、基油中に繊維を均一に分散させてグリース化できる。なお、転動装置において、特に悪影響を与えない場合には、分散溶媒が一部残存していてもよい。
【００３４】
また、基油中で原料パルプなどを解繊してグリースを調整してもよい。例えば、上述の修飾パルプと基油との均一な懸濁液を作製後、グラインドミルなどを用いて該懸濁液中のパルプを解繊することでグリース化できる。
【００３５】
また、必要に応じて、その他の添加剤として、酸化防止剤、極圧剤、油性剤、金属不活性化剤、耐摩耗添加剤、防錆剤界面活性剤などの公知の添加剤を添加してもよい。
【００３６】
基油と増ちょう剤からなるベースグリース中に占める増ちょう剤の含有量は、０．１〜１５質量％、好ましくは１〜１０質量％、より好ましくは３〜８質量％である。増ちょう剤である微細セルロース繊維の含有量が０．１質量％未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となる。一方、１５質量％をこえると、相対的に基油量が少なくなり、所望の効果が得られないおそれがある。
【００３７】
本発明のグリース組成物の混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０：６０回混和ちょう度）は、２００〜４３０の範囲にあり、好ましくは３５０〜４３０である。このような範囲（３５０〜４３０）とすることで、低トルク化を図りつつ、増ちょう剤に微細セルロース繊維を用いることで軸受外への漏出も抑制できる。
【００３８】
増ちょう剤として微細セルロース繊維を用いることで、上記のような少量の添加で十分なちょう度の半固体状の物性のグリースが得られる。このため、基油割合が高くなり、潤滑寿命を延長できる。また、セルロースは、天然由来で生分解率が高い。このため、低環境負荷で生活環境に優しい軸受を提供できる。
【００３９】
本発明のグリース組成物は、転動装置の潤滑に使用されるものである。転動装置は、転がり接触する２つの部材を含む装置であり、内方部材と、外方部材と、これらの間に転動自在に配された複数の転動体などから構成される。具体的には、例えば、転がり軸受、等速ジョイント、リニアガイド装置、ボールねじなどが挙げられる。
【００４０】
本発明の転動装置である転がり軸受を図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の周囲に上述のグリース組成物７が封入される。グリース組成物７が、内輪２および外輪３と、転動体４との転がり接触部を潤滑している。
【００４１】
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材料は特に限定されず、軸受材料として一般的に用いられる任意の材料を使用できる。例えば、高炭素クロム軸受鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、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。以上の軸受部材のうち、特に保持器とシール部材を公知の生分解性材料（樹脂など）とすることで、上述のグリース組成物と併せて、環境負荷を大きく低減した転がり軸受とできる。
【００４２】
図１では軸受として玉軸受について例示したが、本発明の転動装置である転がり軸受は、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。
【実施例】
【００４３】
実施例
基油となるエーテル油１８６０ｇと、セルロース繊維の水酸基を修飾した修飾パルプ１４０ｇとを計量し、ラボミキサーを用いて均一な修飾パルプ懸濁液を作製した。この修飾パルプ懸濁液を、グラインドミルに１０回通し、該懸濁液中のパルプの解繊を行なった。これにより、基油であるエーテル油中に、増ちょう剤であるセルロースナノファイバーが分散した状態のグリース組成物を得た。なお、基油としたエーテル油はアルキルジフェニルエーテル油であり、基油の動粘度は表１に示すとおりである。このグリース組成物について、混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０：６０回混和ちょう度）を測定した。結果を表１に併記する。 また、このグリース組成物を６２０４転がり軸受（深溝玉軸受）の軸受内空間に静止空間体積比で１００体積％（１．６ｇ）封入し、シールド板で封止して試験軸受とした。この試験軸受を下記のトルク測定試験に供し、回転トルクの経時変化を調べた。結果を図２に示す。また、下記のグリース漏れ試験に供した。
【００４４】
比較例
実施例と同種の基油を用い、脂肪族ウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物を得た。増ちょう剤の含有量は表１のとおりである。なお、脂肪族ウレア化合物としては、ジイソシアネートである４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネートと、この２倍当量となるモノアミンであるオクチルアミンとを基油中で反応させて得られたものを用いた。このグリース組成物について、混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０：６０回混和ちょう度）を測定した。結果を表１に併記する。 また、このグリース組成物を６２０４転がり軸受（深溝玉軸受）の軸受内空間に静止空間体積比で１００体積％（１．６ｇ）封入し、シールド板で封止して試験軸受とした。この試験軸受を実施例と同じ下記のトルク測定試験に供し、回転トルクの経時変化を調べた。結果を図２に示す。また、実施例と同じ下記のグリース漏れ試験に供した。
【００４５】
＜トルク測定試験＞
試験軸受を固定し、回転数３６００ｒｐｍ、室温（２５℃）雰囲気、外輪にアキシャル荷重２０Ｎを負荷してロードセルで拘束し、内輪回転として、軸受で発生するトルク（Ｎｍｍ）を算出した。
【００４６】
＜グリース漏れ試験＞
試験軸受を固定し、回転数１００００ｒｐｍ、室温（２５℃）雰囲気、外輪にアキシャル荷重６７Ｎ、ラジアル荷重６７Ｎを負荷してロードセルで拘束し、内輪回転として、試験前に対する１００時間運転後のグリース残存率を測定した。なお、試験前は、軸受内空間に静止空間体積比で１００体積％相当の１．６ｇを封入している。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
図２に示すように、軸受で発生するトルクは、実施例は比較例の半分程度であり、低トルクであることが分かる。また、グリース漏れ試験において、実施例は１００時間運転後に試験前の９５％のグリースが軸受内に存在することが確認でき、比較例は１００時間運転後に試験前の９４％のグリースが軸受内に存在することが確認できた。この結果より、実施例のグリース組成物は、ちょう度が大きいものでありながら、比較例のグリース組成物と同等にグリース漏れを抑制でき、十分な長寿命が期待できる。
【００４９】
また、実施例と比較例のグリース組成物について以下のようにレオロジー特性を評価した。レオメータ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＨＡＡＫＥ ＲｈｅｏＷｉｎ ＭＡＲＳ１）において、直径２０ｍｍ先端角度１７８°のコーンプレート型のセルを用いて測定した。レオロジー測定条件は、一定温度・一定方向回転であり、温度は２５℃である。せん断速度を０．０１から８０００（単位：１／ｓ）まで増速し、各せん断速度で４５秒後の粘度変化を計測した。結果を図３に示す。
【００５０】
図３に示すように、実施例は、比較例と比較して少ない増ちょう剤量でありながら、同等の増粘効果が得られていることが分かる。このため、相対的に基油量を多くでき、長寿命化を図り得る。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のグリース組成物は、高い生分解性を有しつつ、低トルク化および長寿命化を図り得るので、転がり軸受、等速ジョイント、リニアガイド装置、ボールねじなどの転動装置の潤滑に使用する組成物として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
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  グリース組成物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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