JP2008038088A

JP2008038088A - グリース組成物及び風力発電機用転がり軸受

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Publication number: JP2008038088A
Application number: JP2006217022A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷; Atsushi Kuraishi; 淳倉石; Kaneaki Matsumoto; 兼明松本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】水分が混入した場合でも、白色組織剥離及び腐食の発生を抑制し、良好な潤滑を長時間維持することが可能なグリース組成物、並びに前記グリース組成物を封入してなり、耐水性に優れる風力発電機用転がり軸受を提供する。
【解決手段】鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有することを特徴とするグリース組成物、並びに前記グリース組成物を封入してなる風力発電機用転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、水が混入した場合でも優れた潤滑性能を示す耐水性のグリース組成物に関する。また、本発明は、水との接触機会の多い風力発電機に組み込まれ、水が混入した場合でも優れた潤滑寿命を示す転がり軸受に関する。

環境問題の高まりから化石燃料から再生可能エネルギーへの転換が求められており、環境への影響が最も少なく、二酸化炭素を全く発生せず、自然破壊をもたらすことが無いことなどから風力発電が通目されている。

図１は風力発電機の一例を示す一部断面図であるが、図示される風力発電機１はロータブレード１０と、このロータブレード１０のロータシャフト１１に取り付けられた変速機１２を介して駆動される発電機１７と、ロータブレート１０、変速機１２、発電機１７等を収容してなるナセル１９を所定の高さに保持するタワー１３とを備える。そして、ロータブレード１０が風を受けて回転することで発電機１７が駆動され、電気エネルギーとして取り出される。また、ロータシャフト１１には、自動調心ころ軸受や円すいころ軸受等のユニット軸受１４が装着されることが多い。

しかし、風力発電機は屋外に設置されるため降雨や降雪に曝され、組み込まれる転がり軸受では、封入グリースに水が混入して潤滑不良が誘発されることが多い。このようなグリースへの水分の影響について、例えば、古村らは、潤滑油（#180タービン油）に６％の水分が混入すると、混入しない場合に比べて転がり疲れ寿命が数分の１から２０分の１にまで低下することを報告している（古村恭三郎、城田伸一、平川清：表面起点および内部起点の転がり疲れについて、NSK Bearing Journal、No.636、pp.1-10、1977）。また、Schatzbergらは、潤滑油中に僅か１００ｐｐｍの水分が混入するだけで鋼の転がり強さが３２〜４８％も低下することを報告している（P.Schtzberg、I.M.Felsen：Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication、Wear 12、pp.331-342、1968）。

このような寿命低下は、混入した水分から発生した水素が軸受材料に作用し、白色組織剥離と呼ばわれる金属剥離を引き起こすことが考えられている。このような剥離を防ぐために、亜硝酸ナトリウム等の不動態酸化剤を添加したグリース（例えば、特許文献１参照）、有機アンチモン化合物や有機モリブデン化合物を添加したグリース（例えば、特許文献２参照）、粒径２μｍ以下の無機系化合物を添加したグリース（例えば、特許文献３参照）等のように、グリースを改良することが行われている。これらは、転がり接触部に添加剤に由来する被膜を生成して軸受材料への水素の浸入を防いでいるが、被膜が形成されるまでの間に振動や速度変化による転動体の滑りが起こると、転がり接触部で金属剥離が起こる場合がある。

グリースの改良以外の対策として、軸受材料にステンレス鋼を使用したり（例えば、特許文献４参照）、転動体をセラミックス製にすること（例えば、特許文献５参照）等が提案されているが、これら材料からなる軸受は一般に高価となる。

また、軸受鋼のような鉄は、水により容易に腐食（錆）が生じ、軸受から異音が発生するという問題がある。水の混入が考えられる軸受では、耐腐食性を有することも非常に重要であり、上記と同様の方法により耐腐食性を同時に付与することがなされているが、錆の発生を抑制する効果が十分に得られていない。

特許第２８７８７４９号公報特許第３５１２１８３号公報特開平９−１６９９８９号公報特開平３−１８３７４７号公報特開平４−２４４６２４号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、水分が混入した場合でも、白色組織剥離及び腐食の発生を抑制し、良好な潤滑を長時間維持することが可能なグリース組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなグリース組成物を封入してなり、耐水性に優れる風力発電機用の転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のグリース組成物及び風力発電機用転がり軸受を提供する。
（１）鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有することを特徴とするグリース組成物。
（２）風力発電機に組み込まれる転がり軸受であって、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内輪及び前記外輪の間に形成され前記転動体が配設された空間内に上記（１）記載のグリース組成物が封入されていることを特徴とする風力発電機用転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、防錆性能に優れるオレオイルザルコシンを含有することで耐腐食性及び白色組織剥離に対する優れた耐性を発現する。

また、本発明の風力発電機用転がり軸受は、このようなグリース組成物を封入したことにより、水分が混入した場合でも優れた潤滑寿命を示す。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明のグリース組成物において、基油は鉱油及び合成油から選ばれる。

鉱油は、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。

合成油としては、炭化水素系油、芳香族基油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル系油としては、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等のジエステル油、あるい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等の芳香族エステル油、更に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等のポリオールエステル油、更にはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。

上記の鉱油、合成油は、それぞれ単独で使用してもよく、混合物として使用してもよい。また、基油は、４０℃における動粘度が７０〜２５０ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。動粘度を前記範囲とすることで、低温起動時の異音の発生や、高温での油膜切れ等の不具合を解消することができる。このような効果をより確実にするために、４０℃における動粘度は、１２０〜１８５ｍｍ^２／ｓが好ましい。中でも４０℃における動粘度が１２０〜１８５ｍｍ^２／ｓのエステル油を基油全量の５０質量％以上含む基油が好ましく、同エステル油を単独使用した基油が最も好ましい。

増ちょう剤は、有機系及び無機系の何れの増ちょう剤も使用できるが、環境への影響を考慮すると重金属を含まないものが好ましい。具体的には、リチウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、マグネシウム石けん、ナトリウム石けん等の金属石けんまたはこれらの複合石けん、ウレア化合物、ベントナイト、シリカ、カーボンブラック等を好適に使用できる。中でも、金属石けん及びウレア化合物が好ましい。また、これらは単独でも、混合して使用してもよい。

増ちょう剤の配合量は、上記基油とともにグリースを形成し維持できる範囲であれば制限はないが、グリース全量の５〜３５質量％とすることが好ましく、５〜２５質量％がより好ましい。尚、混合使用の場合は、合計量でこの範囲とする。

本発明では、オレオイルザルコシンを必須添加剤とする。このオレオイルザコリシンは防錆剤として優れた性能を有する。オレオイルザルコシンの含有量はグリース全量の０．１〜５質量％であり、０．１質量％未満では充分な防錆性能が得られず、５質量％を超えて添加しても増分に見合う効果の向上がみられない。これらを考慮すると、オレオイルザルコシンの添加量は、グリース全量の０．５〜３質量％がより好ましい。

白色組織剥離の発生を抑制するには、オレオイルザルコシンによる防錆作用に加えて、転がり接触部に酸化膜が形成しやすくなれば、より効果的となる。そこで、グリース組成物には、下記の一般式（１）で表されるジアルキルジチオカルバミン酸系化合物、一般式（２）で表されるジアルキルジチオリン酸系化合物、一般式（３）〜（５）で表される有機亜鉛化合物、一般式（６）で表されるアルキルキサントゲン酸亜鉛から選ばれる少なくとも１種の有機金属塩を添加することが好ましい。

一般式（１）、（２）において、Ｍは金属種を示し、具体的にはＳｂ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｚｎから選択できる。また、Ｒ_１、Ｒ_２は、同一基であっても、異なる基であってもよく、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基から選択される。Ｒ_１、Ｒ_２として特に好ましい基としては、１，１，３，３−テトラメチルブチル基、１，１，３，３−テトラメチルヘキシル基、１，１，３−トリメチルヘキシル基、１，３−ジメチルブチル基、１−メチルウンデカン基、１−メチルヘキシル基、１−メチルペンチル基、２−エチルブチル基、２−エチルヘキシル基、２−メチルシクロヘキシル基、３−ヘプチル基、４−メチルシクロヘキシル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、イソプロピル基、イソヘプチル基、イソペンチル基、ウンデシル基、エイコシル基、エチル基、オクタデシル基、オクチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、シクロペンチル基、ジメチルシクロヘキシル基、デシル基、テトラデシル基、ドコシル基、ドデシル基、トリデシル基、トリメチルシクロヘキシル基、ノニル基、プロピル基、ヘキサデシル基、ヘキシル基、ヘニコシル基、ヘプタデシル基、ヘプチル基、ペンタデシル基、ペンチル基、メチル基、第三ブチルシクロヘキシル基、第三ブチル基、２−ヘキセニル基、２−メタリル基、アリル基、ウンデセニル基、オレイル基、デセニル基、ビニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、ヘプタデセニル基、トリル基、エチルフェニル基、イソプロピルフェニル基、第三ブチルフェニル基、第二ペンチルフェニル基、ｎ−ヘキシルフェニル基、第三オクチルフェニル基、イソノニルフェニル基、ｎ−ドデシルフェニル基、フェニル基、ベンジル基、１−フェニルメチル基、２−フェニルエチル基、３−フェニルプロピル基、１，１−ジメチルベンジル基、２−フェニルイソプロピル基、３−フェニルヘキシル基、ベンズヒドリル基、ビフェニル基等があり、またこれらの基はエーテル基を有していてもよい。

一般式（３）〜（５）において、Ｒ_３、Ｒ_４は、同一基であっても、異なる基であってもよく、炭素数１〜１８の炭化水素基及び水素原子から選択される。特に、Ｒ_３、Ｒ_４が共に水素原子である、メルカプトベンゾチアゾール亜鉛（一般式（３））、ベンゾアミドチオフェノール亜鉛（一般式（４））、メルカプトベンゾイミダゾール亜鉛（一般式（５））を好適に使用することができる。

一般式（６）において、Ｒ_５は炭素数１〜１８の炭化水素基である。

上記の有機金属塩の添加量は、単独使用、混合使用ともに、グリース全量に対して０．１〜２０質量％である。有機金属塩の添加量が、０．１質量％未満では酸化膜の形成促進に効果がなく、２０質量％を超えても増分に見合う効果の向上が得られないばかりか、軸受材料との酸化反応を異常に促進して腐食や異常摩耗を発生させるおそれがある。有機金属塩の添加量は、０．５〜１０質量％の範囲が特に好ましい。

更に、グリース組成物には、必要に応じて、従来からグリース組成物に添加されているその他の添加剤を添加してもよい。但し、環境への影響を考慮すると、重金属を含まない添加剤が好ましい。また、添加量は、合計でグリース全量の０．１〜１５質量％が好ましく、０．１〜１０質量％がより好ましく、０．１〜５質量％が特に好ましい。

尚、グリース組成物の製造方法には制限がないが、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。その際、オレオイルザルコシンは、得られたグリース組成物に所定量添加し、ニーダーやロールミル等で十分攪拌し、均一に分散させる。この距離を行うときは、加熱することも有効である。また、その他の添加剤は、オレオイルザルコシンと同時に添加することが工程上好ましい。

また、本発明は上記のグリース組成物を封入してなる風力発電機用の転がり軸受（例えば、図１のユニット軸受１４）に関する。風力発電機は水との接触機会が多いことから、これらに組み込まれる転がり軸受には水が浸入しやすい。しかし、上記のグリース組成物はオレオイルザイルコシンを含有するため、本発明の風力発電機用転がり軸受は、水分が混入しても腐食を効果的に抑え、白色組織剥離も効果的に抑えることができ、長寿命となる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されることはない。

（実施例１〜４、比較例１〜２）
表１に示す配合にて試験グリースを調製した。尚、各試験グリースとも、フェノール系酸化防止剤（２．６−ジ−ｔ−ブチルクレゾール；東京化成（株）製）、アミン系酸化防止剤（ｐ．ｐ´−ジオクチルジフェニルアミン；東京化成（株）製）、防錆剤（カルシウムフルホネート；Ｋｉｎｇ社製「ＮａｓｕｌＲ１−ＣＡ」）および極圧剤（無灰イオウ系；Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ社製「Ｖａｎｌｕｂｅ７７２３」）をそれぞれ０．５質量％添加してある。また、ジウレア化合物は４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートとオクタデシルアミンとの反応生成物、オレオイルザルコシンは日本油脂（株）製である。

そして、日本精工（株）製円すいころ軸受「ＨＲ３０２０５（内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、幅１６．２５ｍｍ）」に試験グリースを封入して試験軸受を作製した。この試験軸受の内部に水を封入グリース全量に対して１質量％となるように注入した後、１２０℃、ラジアル荷重９８Ｎ、アキシアル荷重１４７０Ｎ、回転速度３５００ｒｐｍにて１００時間連続回転させた。回転後に試験軸受を分解し、錆の発生及び剥離の発生の有無を目視にて観察した。結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明に従いオレオイルザルコシンを含有する各実施例のグリース組成物を封入することで、防錆性能及び剥離防止効果が極めて良好で、長寿命の転がり軸受となることがわかる。

風力発電機の一例を示す一部断面図である。

符号の説明

１風力発電機
１０ロータブレード
１１ロータシャフト
１２変速機
１３タワー
１４ユニット軸受
１７発電機

Claims

鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有することを特徴とするグリース組成物。
風力発電機に組み込まれる転がり軸受であって、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内輪及び前記外輪の間に形成され前記転動体が配設された空間内に請求項１記載のグリース組成物が封入されていることを特徴とする風力発電機用転がり軸受。