JP2007191523A - グリース組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、潤滑性（摩擦係数）および耐久性を改善して樹脂と鋼のすべり潤滑の部位に好適に使用されるグリース組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基油と、増ちょう剤と、イオン性液体と、を含有することを特徴とするグリース組成物を提供するものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂と鋼のすべり潤滑の部位を有する自動車のパワーステアリング装置、電動チレテレ、樹脂コートスプライン等に好適に使用されるグリース組成物に関する。

近年自動車等の軽量化を目的として、種々の金属製部材に替えて樹脂（ポリアミド）製部材が使用されることが多くなってきている。例えば自動車の電動パワーステアリング装置の減速機構部には、樹脂製ウォームホイールギヤと、鋼製ウォームギヤとが使用されている。これら樹脂製部材の間、樹脂製部材と金属製部材との間の潤滑に使用されるグリース組成物としては、例えば特開平８−２０９１６７号公報（特許文献１）には、水酸基を含む脂肪酸又は多価アルコールの脂肪酸エステルを含む樹脂潤滑用グリース組成物が開示されている。このグリース組成物は、自動車の電動パワーステアリング装置の減速機構部に使用した場合、長時間使用後にもトルクの変動が抑制され、長時間運転してもハンドル操作に違和感がない点で優れている。

しかしながら、上記樹脂潤滑用グリース組成物を大型車の電動パワーステアリング装置に適用すると、潤滑箇所が高荷重になって使用条件が厳しくなり、静摩擦力の増大からハンドルをゆっくり切ったり引っ掛かりを生じたり、耐久寿命が短いなどの問題があった。
このような問題を解決したグリース組成物として、特開平９−１９４８６７号公報（特許文献２）には、平均分子量が９００〜１００００のポリエチレンワックスを０．５〜４０重量％含有する潤滑グリース組成物が提案されている。

また、特開２００２−３７１２９０号公報（特許文献３）には、基油に合成炭化水素油、増ちょう剤はウレア化合物、モンタンワックスを含有する樹脂潤滑用グリース組成物が提案されている。

さらに、特開２００３−３１８５号公報（特許文献４）には、ポリエチレンオキサイド系ワックスを０．１〜３０重量％含有する潤滑グリース組成物が提案されている。

しかしながら、上記潤滑グリース組成物は、金属製ウォームと合成樹脂製ウォームホイールとで成る減速ギヤの耐摩耗性を向上させる効果を有しているが、車両応答性や耐久性の観点からは、すべり潤滑が十分であるとは言えない。

一方、自動車の電動パワーステアリング装置においては、アシストトルクを発生させるためにモータが駆動されて減速ギヤが作動すると、減速ギヤの構成部品である鋼製ウォームとポリアミド合成樹脂製ウォームホイールとの噛合による自己発熱が発生する。例えば、ポリアミド合成樹脂がＰＡ６ＧＦ３０であれば、外気温度２５℃の場合に歯面温度が約６０℃になる。そのため、特開平７−２１５２２７号公報（特許文献５）には、雰囲気温度で芯間が変化しないように設定された減速ギヤが開示されているが、ギヤの噛合では線膨張係数の大きなポリアミド合成樹脂が集中的に温度上昇するため、減速ギヤの芯間が詰まってギヤの作動トルクが重くなってしまう。電動パワーステアリング装置における未制御（直進微小舵角）範囲においては、この作動トルクの重さがハンドル操舵時のフリクションとなるため、アシスト制御を続けると僅かなステアでは車両が応答しなくなるという問題がある。
特開平８−２０９１６７号公報 特開平９−１９４８６７号公報 特開２００２−３７１２９０号公報 特開２００３−３１８５号公報 特開平７−２１５２２７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、潤滑性（摩擦係数）および耐久性を改善して樹脂と鋼のすべり潤滑の部位にも好適に使用されるグリース組成物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るグリース組成物は、基油と増ちょう剤とイオン性液体とを含有する。

上記増ちょう剤としては、ジウレア化合物または金属複合石けんを用いることが好ましく、中でも脂肪族ジウレア化合物またはリチウム複合石けんが好ましい。

本発明に用いられるイオン性液体に含まれるカチオンおよびアニオンは特に限定されないが、カチオンとしては、例えば、脂肪族アミン系カチオン、脂環式アミン系カチオン、イミダゾリウム系カチオン、およびピリジン系カチオンが挙げられ、中でもイミダゾリウム系カチオンを含むイオン性液体が好ましい。また、アニオンとしては、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、[（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ]^-、Ｃｌ^-、およびＢｒ^-からなる群より選択される１以上のアニオンを含むことが好ましい。

また、本発明に係るグリース組成物においては、イオン性液体の含有量が、１０〜７０重量％であることが好ましい。

本発明に係るグリース組成物が用いられるすべり潤滑部の材料は特に限定されないが、樹脂と鋼のすべり潤滑に好適に用いられる。特に、電動パワーステアリング装置、電動チルテレ、樹脂コートスプライン等のすべり潤滑に適している。

本発明のグリース組成物は、室温以上で摩擦係数を従来よりも一段と下げることができ、種々の部材間のすべり潤滑の部位に適用すれば、当該部位の耐久性も改善される。また、本発明にグリース組成物を減速ギヤに適用すれば、自己発熱による芯間の詰まりが発生しても作動トルクが重くならず、アシスト状態に左右されない一定の車両応答性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係るグリース組成物は、基油と増ちょう剤とイオン性液体とを含有する。このグリース組成物について具体的に説明する。

（イオン性液体について）
イオン性液体とは、カチオンおよびアニオンからなる常温で液体の不揮発性の塩であり、導電性や耐熱性に優れている。

本発明に用いられるイオン性液体としては、下記の一般式（I）で表される脂肪族アミン系カチオン、一般式（II）で表される脂環式アミン系カチオン、一般式（III）または（IV）で表されるイミダゾリウム系カチオン、および一般式（V）または（VI）で表されるピリジン系カチオン等をカチオンとして含むものが挙げられる。式中、Ｒはアルキル基またはアルコキシ基を表す。また、アニオンＸ^-としては、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆
^-、[（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ]^-、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-等を挙げることができる。

上記カチオンの中でも、一般式（III）または（IV）で表されるイミダゾリウム系カチオンを用いたイオン液体が好ましく、さらに、イミダゾリウム系カチオンに含まれるＲ（炭素鎖長）を長くすることが好ましい。炭素数としてはＣ２以上の組合せが好ましい。特に側鎖炭素鎖長を伸ばすことでイオン間の静電気相互作用が弱まり流動点が下がる一方、炭素鎖の分子間相互作用が働き、動粘度を増加させることができることから、幅広い温度領域での使用が可能となる。

４０℃動粘度は、大凡１２ｍｍ²／ｓから２６０ｍｍ²／ｓ程度のものが知られ、イオン性液体を単独又は組合せることによって、適切な動粘度を得ることができる。

本発明のグリース組成物中、好ましくは、イオン性液体の含有量は１０〜７０重量％であり、より好ましくは３０〜５０重量％である。この範囲であればグリース組成物としてより好ましい潤滑効果が発揮される。

（増ちょう剤について）
本発明に用いられる増ちょう剤としては、下記の一般式（VII）で表されるジウレア化合物またはリチウム複合石けんが挙げられる。

なお、式（VII）中のＲ₂は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表す。この一般式（VII）で表されるジウレアは、基油中で、Ｒ₂を骨格中に含むジイソシアネート１モルに対して、Ｒ₁またはＲ₃を骨格中に含むモノアミンを合計で２モルの割合で反応させることにより得られる。

Ｒ₂を骨格中に含むジイソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネート、ジメチルジフェニレンジイソシアネート、あるいはこれらのアルキル置換体等を好適に使用できる。

Ｒ₁またはＲ₃として炭化水素基を骨格中に含むモノアミンとしては、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアニリン、ウンデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、オクタデシルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、エチルエキシルアミン、ドデシルアミン、ノナデシルアミン、エイコデシルアミン等の直鎖アミンを好適に使用できる。

また、本発明に用いられる増ちょう剤としては金属複合石けんも好適に用いられる。金属複合石けんとしては、本発明のグリース組成物において、周期律表１、２及び１３族の金属例えばリチウム、ナトリウム、バリウム、アルミニウムなどを含む金属源と、少なくとも１個のヒドロキシル基を含む炭素数１２〜２４の脂肪族モノカルボン酸と炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸とから合成されたものである。

ヒドロキシ脂肪族モノカルボン酸としては、９−ヒロドキシステアリン酸、１０−ヒドロキシステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、９、１０−ジヒドロキシステアリン酸等が挙げられるが、好ましくは１２−ヒドロキシステアリン酸である。

脂肪族ジカルボン酸としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等が挙げられるが、好ましくはアゼライン酸である。

本発明で使用する炭素数１２〜２４の脂肪族モノカルボン酸と炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸中に占める脂肪族ジカルボン酸の割合は２０〜４０重量％であることが重要である。２０重量％未満又は４０重量％を越えると熱的に安定なコンプレックスグリースが得られない。

増ちょう剤量としては、グリース組成物総量の３〜４０重量％含有させる。混和ちょう度から勘案すると増ちょう剤量は１０〜３０重量％が好ましい。３重量％より少ないとグリース状態を維持することは困難となり、また、４０重量％より多くなるとグリースが硬化し過ぎて十分な潤滑効果を発揮することができない。ちょう度は混和ちょう度で２２０〜３９５の範囲であり、好ましくは２６５〜３５０の範囲であり、２２０より小さいと硬くなりすぎて十分な潤滑効果が期待できず、３９５より大きいと直動装置から漏洩する恐れがある。

（基油について）
また、本発明の基油は、ジアルキルジフェニルエーテル及び／またはエステル系合成油、ポリαオレフィン油の少なくとも一方の合成潤滑油を使用することができる。前記ジアルキルジフェニルエーテルとは、下記一般式（VIII）で表される。

なお、式（VIII）中のＲ₅、Ｒ₆及びＲ₇は、同一又は異なる基であり、これらのうち一つは水素原子であり、他の二つはアルキル基であり、好ましくは炭素数８〜２０、さらに好ましくは１２〜１４の直鎖アルキル基である。

前記エステル系合成油としては、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などのジエステル、トリメチロールプロパンカプリレート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエートなどのポリオールエステル、トリメリット酸エステル、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の芳香族エステル油が挙げられる．
前記ポリαオレフィン油とは、下記一般式（IX）で表される。

なお、式（IX）中のＲ₈はアルキル基であり、同一分子中に２種類以上の異なったアルキル基が混在してもよいが、好ましくはｎ−オクチル基である。また、ｎは３〜８の数が好ましい。

更に上記基油が使用可能であるが、特に各種樹脂適合性を考慮すると合成炭化水素油が好ましい。

基油動粘度は４０℃で１５〜２００ｍｍ²／ｓであることが好ましい。潤滑特性、蒸発特性及び低温流動性を考慮すると、２０〜１５０ｍｍ²／ｓであることが好ましい．
（添加剤について）
本発明のグリース組成物においては、その各種性能をさらに向上させるため、所望により種々の添加剤を混合してもよい。極圧剤としては、例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアリールジチオリン酸亜鉛、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛等の有機亜鉛化合物やジアルキルジチオリン酸モリブデン、ジアリールジチオリン酸モリブデン、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン等の有機モリブデン化合物や、チオカルバミン化合物や、ホスフェート、ホスファイト類等を使用することができる。酸化防止剤としては一般的に使用される酸化防止剤を使用できる。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系、２、６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤を使用することができる。防錆剤としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属等の有機スルフォン酸塩、アルキル、アルケニルこはく酸エステル等のアルキル、アルケニルこはく酸誘導体、ソルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステル等の防錆剤を使用することができる。極圧剤としては、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデンなどの極圧剤を使用することができる。油性剤としては脂肪酸、動植物油、モンタン酸ワックスなどの油性向上剤を使用することができる。金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性化剤を使用することができる。グリースで使用される添加剤を単独又は２種以上混合して用いることができる。なお、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

（本発明のグリース組成物による潤滑される材料について）
なお、本発明のグリース組成物により潤滑される材料の種類は、上述のように特に限定されるものではないが、樹脂用潤滑剤として特に好適に用いられる。潤滑される樹脂の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等でも有効である。

以下、実施例と比較例をそれぞれ比較して説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

実施例１〜１１および比較例１〜３のグリース組成物の構成は、表１〜３に示す。

イオン性液体として用いられる試料１〜４は、下記に示すとおりである。

また、増ちょう剤としては脂肪族ジウレアまたはリチウム複合石けんを、基油としては表に示される合成油を用いた。

本実施例及び比較例のグリース組成物は、イオン性液体を基油とするベースグリースと、その他の合成油を基油とするベースグリースとをあらかじめ調製し、所定の比率で混合後、三本ロールミルに通して均一化することにより作成した。

（伝達効率の評価）
摩擦係数は図１に示す往復動摩擦摩耗試験により評価した。図中、白矢印の方向に垂直荷重をかけながら、試験球１０を試験平板２０の上で黒矢印の方向に摺動させ、試験条件を以下のとおりとして、摩擦係数が安定してきた時の摩擦係数を測定した。
試験条件
プレート：ＰＡ６６ＧＦ３０
玉：ＳＵＪ２
試験温度：６０℃
荷重：５８．８Ｎ
揺動距離：８ｍｍ
周波数：０．２５Ｈｚ
（ウォームホイール試験体による耐久性の評価）
まず、図２に示すウォームホイール試験体を作製した。クロスローレット加工を施し、脱脂した外径４５ｍｍ、幅１３ｍｍのＳ４５Ｃ製の芯管８０を、スプルー及びディスクゲートを装着した金型に配置し、ガラス繊維を３０重量％含有するポリアミド６６（宇部興産（株）製「ＵＢＥナイロン２０２０ＧＵ６」、銅系添加剤含有）を射出成型して外
径６０ｍｍ、幅１３ｍｍのウォームホイールブランク材とし、次いで樹脂部の外周を切削加工してギヤ歯８３を形成した。

続いて、作製したウォームホイール試験体を実際の電動パワーステアリング装置の減速ギヤ９０に組み込み、更に上記で調整した試験グリース組成物をウォームホイール８４のギヤ歯８３表面及びウォーム８５のギヤ歯表面に満遍なく塗布し、雰囲気温度８０℃に維持して操舵を行い、１万回毎にギヤ歯の摩耗量を測定した。試験前に比べて摩耗量が４０μｍ以下を合格とした。

以上の結果を表１および表２に示す。

表１および２に示すように、イオン性液体を含むグリース組成物（実施例１〜６）は、ウォームホイール試験体による耐久性試験の結果、磨耗量が４０μｍ以下とすべて合格基準を満たした。しかしながら、イオン性液体を含まないグリース組成物（比較例２）、及びイオン性液体を５％しか含まないグリース組成物（比較例１）は磨耗量が４０μｍ以上であり、イオン性液体を８０％含む場合はグリース状とならず、合格基準を満たさなかった。

往復動摩擦摩耗試験機の断面構成図である。 減速ギヤの一例（円筒ウォームギヤ）を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 試験球
２０ 試験平板
３０ ロードセル
４０ 熱電対
５０ 試験台
６０ ヒーター
７０ カム
８０ 芯管
８１ 樹脂部
８２ 接着層
８３ ギヤ歯
８４ ウォームホイール
８５ ウォーム
９０ 減速ギヤ

Claims (7)

1. 基油と、増ちょう剤と、イオン性液体と、を含有することを特徴とするグリース組成物。
2. 前記増ちょう剤が、ジウレア化合物または金属複合石けんである、請求項１に記載のグリース組成物。
3. 前記イオン性液体が、脂肪族アミン系カチオン、脂環式アミン系カチオン、イミダゾリウム系カチオン、およびピリジン系カチオンからなる群より選択される１以上のカチオンを含む、請求項１または２に記載のグリース組成物。
4. 前記イオン性液体が、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、[（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ]^-、Ｃｌ^-、およびＢｒ^-からなる群より選択される１以上のアニオンを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のグリース組成物。
5. 前記イオン性液体の含有量が、１０〜７０重量％である、請求項１から４のいずれか１項に記載のグリース組成物。
6. 樹脂と鋼のすべり潤滑に使用される請求項１から５のいずれか１項に記載のグリース組成物。
7. 電動パワーステアリング装置、電動チルテレ、樹脂コートスプラインに使用される請求項１から６のいずれか１項に記載のグリース組成物。
   
   

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