JP2007051228A - エンジンオイル - Google Patents

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【課題】燃費と出力を更に高めたエンジンオイルを提供する。
【解決手段】ヒマシ油1リットルに対して窒化硼素粉末5gを添加し、5分攪拌混合後、24時間静置したときの窒化硼素粉末の沈降率が5質量%以下である窒化硼素粉末を基油に含有させてなるエンジンオイル。平均粒子径が1〜3μm、酸化硼素含有率が0.2〜5質量%であって、X線回折法による黒鉛化指数(GI)が4〜15である六方晶窒化硼素粉末(BN1)と1.5以上4未満である六方晶窒化硼素粉末(BN2)を、BN1/BN2の質量比が0.4〜2.4の割合にして基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイル。
【選択図】 なし

Description

本発明は、エンジンオイルに関する。
エンジンオイルは、例えば六方晶窒化硼素(以下、「hBN」という。)、グラファイト、二硫化モリブデン、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、有機モリブデン化合物等の潤滑剤を基油に含有させたものであり、潤滑剤の種類によって一長一短がある。グラファイト及び二硫化モリブデンは、耐熱性が良いが黒色不透明であるのでエンジンオイルの劣化時期の判別が困難である。しかも、二硫化モリブデンは比重が大きいのでエンジンオイル内で沈澱しやすい問題がある。PTFEは、白色かつ低摩擦であるが、約300℃の低温で分解してエンジンを構成する金属を腐食するフッ化水素を発生する。有機モリブデン化合物は、液体であるので固体潤滑剤のような沈澱の問題はなく、また狭い隙間にも入り込む利点があるが、耐熱温度が200℃以下と低い。
これに対し、hBNは白色粉末であるのでエンジンオイルの劣化時期の判別が容易であり、比重も小さいので沈澱し難く、1000℃付近まで安定であり、しかも鱗片形状による劈開性を有しているので潤滑性にも優れている。しかし、エンジンオイルへの分散性を高めるべく1μm以下に粉砕すると、鱗片形状が失われて劈開性が小さくなり、期待したほどには潤滑性能が向上せず、むしろ硼素原子(B)と窒素原子(N)の強固な共有結合によって耐摩耗性が発現し、エンジンに損傷を与える懸念があった。
そこで、平均粒子径が1.0μm超3.0μm以下、最大粒子径が15μm以下、粉末X線回折法による黒鉛化指数(GI)が4.0以下、酸化硼素含有率が0.5〜5質量%であるhBN粉末をエンジンオイルの潤滑剤とすることが提案された(特許文献1)。これによって、上記問題はかなり改善されたが、今日の更なる燃費向上(経済性向上)と出力向上(快適性向上)の要求を満たさせるには、まだ改善の余地があった。
特開2003−336087号公報
本発明の目的は、燃費と出力を更に高めたエンジンオイルを提供することである。
本発明は、以下で定義される沈降率が5%以下であるhBN粉末を基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイルである。また、本発明は、平均粒子径が1〜3μm、酸化硼素含有率が0.2〜5質量%であって、X線回折法による黒鉛化指数(GI)が4〜15である六方晶窒化硼素粉末(BN1)と、1.5以上4未満である六方晶窒化硼素粉末(BN2)とを、BN1/BN2の質量比が0.4〜2.4の割合にして基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイルである。いずれのエンジンオイルにあっても、hBN粉末の含有量が基油1リットルに対して0.1〜10gであることが好ましく、また基油は液温20℃における粘度が0.3〜0.6mPa・sを示すものであることが好ましい。
本発明のエンジンオイルによれば、燃費と出力がいずれも向上する。
本明細書において、「沈降率が5%以下である六方晶窒化硼素粉末(hBN粉末)」、とは、液温20℃のヒマシ油1リットルにhBN粉末5gを添加し、パドル型攪拌混合機(例えば新東科学社製商品名「スリーワンモータ(型式:BL1200)」)を用い回転数600rpmで5分間混合した後、混合液をサンプル瓶(容積50ml)にその底面から50mm高さの量を採取して24時間室温で静置し、混合液の液面高さ(h1)と、hBN粉末の沈殿層の高さ(h2)を測定し、沈降率(%)=(h1−h2)×100/h1、によって求められた沈降率が5%以下であるhBN粉末、であると定義される。h1及びh2は、目視により容易に確認できるので、マイクロメーターによって測定することができる。
沈降率が5%をこえるhBN粉末を潤滑剤としたのでは、所期の目的を十分に達成することができない。特許文献1のhBN粉末の沈降率は6〜8%程度である。
沈降率が5%以下であるhBN粉末は、平均粒子径が1〜3μm、酸化硼素含有率が0.2〜5質量%であるhBN粉末の結晶化度を制御することによって製造することができる。具体的には、平均粒子径が1〜3μm、酸化硼素含有率が0.2〜5質量%のhBN粉末であって、X線回折法による黒鉛化指数(GI)が4〜15であるBN1と、1.5以上4未満であるBN2とを、BN1/BN2の質量比が0.4〜2.4の割合で混合することによって製造することができる。沈降率5%以下の範囲内おける沈降率の増減は、例えばBN1/BN2の質量比の変更によって可能となる。
hBN粉末の平均粒子径が1μm未満ではもはや鱗片形状とは言えなくなり、また3μmをこえると分散性が低下し、いずれも燃費及び出力の十分な向上はない。hBN粉末の最大粒子径については、オイルフィルターに目詰まりを起こさせ難くすることの配慮から、15μm以下が好ましく、特に10μm以下であることが好ましい。
hBN粉末の酸化硼素含有率は、潤滑性の向上、耐摩耗性の発現によるエンジンの損傷予防、更には窒化硼素が(加水)分解をして生成したアンモニアによってエンジンの構成部材が腐食するのを予防する観点から、0.2質量%以上であることが好ましい。一方、酸化硼素含有量があまりにも多いと、接着作用を示しhBNを凝集させ、オイルフィルターに目詰まりを起こさせる恐れがあるので、5質量%以下であることが好ましい。
本発明で用いるhBN粉末の黒鉛化指数(GI)は、BN1が4〜15で、BN2が1.5以上4未満である。BN1のGIが4未満では出力向上効果が十分でなくなり、15をこえると凝集粒子を多く含むようになる。一方、BN2のGIが1.5未満では、酸化硼素含有量が少ないため、(加水)分解によるアンモニアを多く発生する恐れがあり、4以上であると燃費向上効果が十分でなくなる。また、BN1/BN2の質量比が0.4未満では出力向上効果があるが十分な燃費向上効果はなく、2.4をこえると燃費向上効果があるが十分な出力向上効果がない。
GIは、hBN粉末のX線回折図の(100)、(101)及び(102)回折線の積分強度比(すなわち面積比)より、式、GI=面積{(100)+(101)}/面積(102)、により求めることができる(J.Thomas.et.al,J.Am.Chem.Soc.,84,4619[1962])。GIは結晶性の指標であり、結晶性が高いほどこの値が小さくなり、鱗片形状が発達する。完全に結晶化(黒鉛化)したhBN粉末ではGIが1.6程度になる。
沈降率が5%以下であるhBN粉末、又はBN1とBN2の合計のhBN粉末の使用量は、基油1リットルに対して0.1〜10gであることが好ましい。また、基油は鉱物油、合成油、亜麻仁油、ヒマシ油、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等いずれでもよいが、液温20℃における粘度が0.3〜0.6mPa・sを示すものがより好ましい。
本明細書において、各物性は以下のようにして測定した。
(1)平均粒子径及び最大粒子径
レーザー回折・散乱法により測定した。粒度分布測定機として、LEEDS&NORTHRUP社製商品名「マイクロトラックSPA−7997」を用いた。
(2)GI値
粉末X線回折装置(理学電機社製「Geiger Flex 2013型」)により測定した。
(3)酸化硼素含有率
hBN粉末にメタノールを加え、酸化硼素とメタノールの反応によりホウ酸トリメチルを生成させた後、80℃で加温してホウ酸トリメチルを揮発させた。ついで、120℃で加温して過剰なメタノールを全て揮発させた後、質量を測定し、メタノール添加前からの減量分をもって定量した。
(4)燃費及び出力
エンジンオイル(日産自動車社製商品名「SHスペシャル」、液温20℃における粘度:0.5mPa・s)1リットルあたり表に示される量のhBN粉末を添加し、自動車(マツダ社製商品名「カペラ」、排気量が1.8l)を1000km走行させ、シャシーダイナモ装置上で出力及び10・15モード法に基づく燃費を測定した。
実施例1〜10
BN1の製造
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードSP−2)」、平均粒子径が4.0μm、最大粒子径が59.7μm、GIが9.7、酸化硼素含有率が0.6質量%}を、ジェット粉砕機(セイシン企業社製商品名「シングルトラック・ジェットミル(型式:STJ−200)」)を用い、供給量0.5kg/hr、搬送空気圧0.5MPaの条件で粉砕した後、サイクロン式分級器で気流分級してBN1を製造した。BN1の平均粒子径、最大粒子径、GI及び酸化硼素含有率の測定結果を表に示す。
BN2の製造
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードHGP)」、平均粒子径が5.0μm、最大粒子径が42.2μm、GIが1.0、酸化硼素含有率が0.2質量%}を用いたこと以外は、BN1の製造条件と同様にしてBN2を製造した。BN2の平均粒子径、最大粒子径、GI及び酸化硼素含有率の測定結果を表に示す。
BN1及びBN2を表1に示す割合でポリエチレン袋に秤量し、5分間手混合してからhBN粉末の沈降率を測定した。このhBN粉末を市販の基油(日産自動車社製商品名「SHスペシャル」、液温20℃における粘度が0.5mPa・s)に、表に示す割合で添加し、5分間攪拌混合してエンジンオイルを調製した。エンジンオイルの燃費及び出力を上記に従って測定した。それらの結果を表に示す。
実施例11〜14
搬送空気圧を0.7MPa(実施例11)、0.4MPa(実施例12)、0.45MPa(実施例13)又は0.3MPa(実施例14)の条件で粉砕したこと以外は、実施例1と同様にしてBN1を製造した。これらのBN1を実施例1のBN1に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例15
市販のホウ酸(関東化学社製試薬)、メラミン(三井化学社製)を質量比1:1の割合で混合し、窒素流通下2000℃、7時間焼成させた。得られた焼成物を0.5質量%硝酸水溶液中に分散、1時間攪拌後、水洗、120℃で24時間乾燥させたものを粉砕・分級したこと以外は、実施例1と同様にしてBN1を製造した。このBN1を実施例1のBN1に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例16
ホウ酸とメラミンの混合物を、窒素流通下1300℃、4時間の焼成としたこと以外は、実施例15と同様にしてBN1を製造した。このBN1を実施例1のBN1に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例17
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードGP)」、平均粒子径が8.2μm、最大粒子径が59.7μm、GIが1.2、酸化硼素含有率が0.1質量%}を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてBN1を製造した。このBN1を実施例1のBN1に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例18
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードSGPS)」、平均粒子径が11.0μm、最大粒子径が59.7μm、GIが2.0、酸化硼素含有率が5.0質量%}を用い、それを搬送空気圧0.7MPaの条件で粉砕したこと以外は、実施例1と同様にしてBN1を製造した。このBN1を実施例1のBN1に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例19〜22
搬送空気圧を0.7MPa(実施例19)、0.4MPa(実施例20)、0.45MPa(実施例21)又は0.3MPa(実施例22)の条件で粉砕したこと以外は、実施例1と同様にしてBN2を製造した。これらのBN2を実施例1のBN2に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例23
ホウ酸とメラミンの混合物を、窒素流通下1300℃、4時間の焼成としたこと以外は、実施例15と同様にして焼成物を製造し、それを粉砕したこと以外は、実施例1と同様にしてBN2を製造した。このBN2を実施例1のBN2に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例24
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードGP)」、平均粒子径が8.2μm、最大粒子径が59.7μm、GIが1.2、酸化硼素含有率が0.1質量%}を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてBN2を製造した。このBN2を実施例1のBN2に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
実施例25
市販のhBN粉末{電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレードSGPS)」、平均粒子径が11.0μm、最大粒子径が59.7μm、GIが2.0、酸化硼素含有率が5.0質量%}を用い、搬送空気圧0.7MPaの条件で粉砕したこと以外は、実施例1と同様にしてBN2を製造した。このBN2を実施例1のBN2に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
比較例1
市販のhBN粉末(電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド(グレード:SGP:平均粒子径18.0μm、最大粒子径59.6μm、GI=1.0、酸化硼素含有率0.1質量%)」を、搬送空気圧0.45MPaの条件で粉砕した後分級し、平均粒子径が2.6μm、最大粒子径が14.4μm、GIが1.0、酸化硼素含有量が0.2質量%のhBN粉末を製造した(便宜的に表のBN1の欄に特性を記載してある。)。このhBN粉末を実施例1のBN1及びBN2に置き換え使用したこと以外は、実施例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
比較例2
hBN粉末の添加量を実施例4としたこと以外は、比較例1と同様にしてエンジンオイルを調製した。
Figure 2007051228
Figure 2007051228
Figure 2007051228
本発明のエンジンオイルは、四輪自動車、二輪自動車、原動機付自転車、例えばタンカー等の大型船舶、例えばモーターボート等の小型船舶のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に用いることができる。

Claims (3)

  1. 本明細書で定義される沈降率が5%以下である六方晶窒化硼素粉末を基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイル。
  2. 平均粒子径が1〜3μm、酸化硼素含有率が0.2〜5質量%であって、X線回折法による黒鉛化指数(GI)が4〜15である六方晶窒化硼素粉末(BN1)と、1.5以上4未満である六方晶窒化硼素粉末(BN2)とを、BN1/BN2の質量比が0.4〜2.4の割合にして基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイル。
  3. 六方晶窒化硼素粉末の含有量が基油1リットルに対して0.1〜10gであり、基油が、液温20℃における粘度が0.3〜0.6mPa・sを示すものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンオイル。
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