JP2007321042A - グリース組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係数が高く、クラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部の耐摩耗性の向上に優れ、これらの潤滑部に好適に使用されるグリース組成物を提供すること。
【解決手段】増ちょう剤と基油を含むグリース組成物において、基油がスクアレンを含有することを特徴とするグリース組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、スクアレンを含有するグリース組成物に関する。詳しくは、クラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部に好適に使用される、摩擦係数が高く、耐摩耗性の向上に優れるグリース組成物に関する。

地球の環境問題を考慮して自動車の軽量化が実施されてきており、それに伴って従来よりも多様な箇所にクラッチやトルクリミッタ機構の適用が行われ、またそれらの作動回数が増加してきている。一方、地球温暖化の原因の一つである自動車の排ガス対策として、信号停止時にエンジンを停止するアイドリングＳＴＯＰやハイブリッド自動車などが実用化されている。この中で、アイドリングＳＴＯＰの場合、信号停止からの再発信の度にスタータにてエンジンを始動することになり、その頻度は現状の１０倍以上になると予測されている。
グリース組成物が使用されているクラッチまたはトルクリミッタ機構の内、もっともトルクが大きく、使用条件の厳しい箇所は、自動車のエンジンスタータのクラッチである。この箇所に使用されるグリース組成物は、（１）摩擦係数が高いこと，（２）動粘度の温度依存性が小さいことなどであり、シリコーン油（ジメチルシリコーン，または、フェニル５％メチルシリコーン）を基油としたグリース組成物が主に使用されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。これは、シリコーン油の摩擦係数が高いことによるが、シリコーン油の表面張力は２０〜２５dyn/cm²と他の油に比べ小さいため、潤滑膜を形成しにくく、そして境界潤滑状態に成り易いという特徴がある。現状、市販されているシリコーングリースを使用したエンジンスタータのクラッチの市場での耐久回数は、３〜５万回程度とされているが、アイドリングＳＴＯＰを組み込んだ場合、その高い使用頻度から短期間（数年）でクラッチが摩耗してしまいトルクを伝達しなくなる。そのためモータが空回りし、エンジンが掛からない状態になってしまう。

スクアレンの二重結合を水素添加して飽和したスクアランを用いたスクアラングリースを時計油として使用することも提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、エンジンスタータのクラッチにスクアランを基油としたグリースを使用した場合には問題がある。すなわち、スクアランは動粘度がスクアレンに比べて高く、動粘度の温度に対する影響も大きいため、特に低温（−４０℃）の条件下では潤滑膜が厚くなり金属接触しなくなるため、クラッチが空回りし、トルクが伝達できない状態になる。
その他、伝達するトルクの絶対値が小さな箇所では、低粘度エステル油やナフテン系鉱油等が使用されている（例えば、特許文献５、６、７参照）。また、トルクの伝達方法には、上記に述べた金属接触（境界潤滑状態）以外にも、金属間の潤滑剤のトラクション力を利用するトラクションドライブがある。
しかし、クラッチやトルクリミッタ機構の小型・軽量化及び使用条件の過酷化に伴い、これらの機械部材に使用されるグリース組成物に対しては、シリコーン油を用いず、摩擦係数が高く、耐摩耗性の向上に優れ、さらに動粘度の温度依存性が小さく、低温域（−４０℃）から高温域（120〜130℃）の広い温度範囲において熱安定性に優れたグリース組成物の開発が望まれている。

特公平７−３５８２４ 特開平５−２３０４８６ 特開平６−２７９７７７ 特開昭５２-１２４５７７ 特開２０００−２３４６３８ 特開２０００−２５３６２０ 特開２００２−３４０１４６

本発明の目的は、クラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部に好適に使用されるグリース組成物を提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、基油成分中にスクアレンを使用することにより、シリコーングリースと比較して、同等の低温トルク伝達性を有し、かつ耐摩耗性の向上に優れたグリース組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は以下に示すグリース組成物を提供するものである。

１． 増ちょう剤と基油を含むグリース組成物において、基油がスクアレンを含有することを特徴とするグリース組成物。
２．基油中のスクアレンの含有量が、スクアレンを含む基油全体に対して１０質量％以上である上記１記載のグリース組成物。
３．基油の−４０℃における摩擦係数が０．１４以上である上記１又は２記載のグリース組成物。
４．増ちょう剤がシリカまたはウレア化合物である、上記１〜３のいずれか１項記載グリース組成物。
５．グリース組成物のトラクション係数が、２５℃で０．０３０以上である、上記１〜４のいずれか１項記載の、グリース組成物。
６．上記１〜５のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した機械部材。
７．クラッチ又はトルクリミッタ機構である上記６記載の機械部材。

本発明のグリース組成物は、摩擦係数が高く、またクラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部の耐摩耗性の向上に優れている。

機械部品は、設計する際に強度の安全係数をどの程度に設定するかにより、材料の肉厚の差、すなわち重量に反映される。特に自動車用の場合、排ガス規制や地球温暖化といった地球環境への影響を考慮すると、軽量材料の使用，薄肉化、シャフト径の減少等による軽量化は必須であり、強度上の余裕が少なくなると考えられる。これに対し、過大な衝撃を滑り機構で緩衝させることが考えられ、クラッチやトルクリミッタ機構の使用が増加している。

このクラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部に使用される潤滑グリースは、特性として摩擦係数が高く、耐摩耗性の向上に優れていることが必須条件である。特にエンジンスタータ用等、自動車用途では、低温(−４０℃)から、高温（１２０〜１３０℃）の広い温度領域に対応する必要がある。また、金属−金属間に潤滑剤を介した状態での摩擦係数は、潤滑剤の厚さにより、Ａ．境界潤滑状態（金属同士が直接接触する）、Ｂ．弾性流体潤滑状態、Ｃ．流体潤滑状態、の各状態に分けられるが、この機構に関しては、トルクを伝達する際には、上記のＡ．境界潤滑状態となり、トルクを逃がす場合は、Ｂ．弾性流体潤滑状態ないしＣ．流体潤滑状態となることが望ましい。本発明のグリース組成物は、この望ましい潤滑状態を取るため、シリコーングリースに匹敵する低温でのトルク伝達性を有し、かつ耐摩耗性の向上に優れた炭化水素系のグリース組成物であり、極めて有用な発明といえる。

以下、本発明のグリース組成物について詳細に説明する。
本発明のグリース組成物に使われる基油は、スクアレン（スクワレン、SQUALENE）を含むことが必須である。スクアレンの化学名は2,6,10,15,19,23-hexamethyl-2,6,10,14,18,22-tetracosahexaeneである。このスクアレンは主に深海鮫の肝油から採取されるものであり、その油は粘度指数が２１１と動粘度の温度依存性が小さく、またトラクション力が高いという特徴を有している。
本発明のグリース組成物に使用される基油は、スクアレン単独でも良いが、スクアレンと他の基油を混合して使用しても良い。スクアレンと混合できる基油は、潤滑油及びグリース組成物に使用出来るものであれば特に限定されない。具体例としては、鉱物油及び／又は合成油の群の少なくとも１種類が挙げられる。合成油としては、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、シリコーン油、フッ素化油などが挙げられる。
基油中のスクアレンの量は、スクアレンを含む基油全体に対して、好ましくは１０〜１００質量％、さらに好ましくは２０〜１００質量％、最も好ましくは５０〜１００質量％である。

本発明のグリース組成物に使用する増ちょう剤も特に限定されない。具体的には、リチウム石けんや複合リチウム石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、ポリテトラフルオロエチレン、及びメラミンシアヌレートに代表される有機系増ちょう剤等が挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも一種を使用することが出来る。

好ましくは、シリカ、リチウム石けん、複合リチウム石けん及びウレア化合物からなる群から選ばれる。特に好ましいのは、シリカ、ウレア化合物である。ウレア化合物では、ジウレア系増ちょう剤が好ましく、特に下記一般式（１）で表されるものが好ましい。
Ｒ¹-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ²-ＮＨＣＯＮＨ-Ｒ³ （１）
式中、Ｒ¹、Ｒ³は同一もしくは異なる炭素数４〜２０の１価の炭化水素残基を示し、例えば脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基である。Ｒ²は炭素数６〜１５の２価の芳香族炭化水素基を示し、例えば、下記一般式（２）〜（４）で表されるものである。

（２）

（３）

（４）

上記ジウレア系増ちょう剤は、例えば、基油中で、所定のジイソシアネートと、所定のモノアミンとを反応させることにより得ることができる。ジイソシアネートの好ましい具体例は、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネートである。モノアミンとしては、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂環式アミン又はこれらの混合物が挙げられる。脂肪族アミンの具体例としては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン及びオレイルアミンが挙げられる。芳香族アミンの具体例としては、アニリン及びｐ−トルイジンが挙げられる。脂環式アミンの具体例としては、シクロヘキシルアミンが挙げられる。上述したモノアミンのうち、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン又はこれらの混合物を用いて得られるジウレア系増ちょう剤が好ましい。

増ちょう剤の含有量は目的のちょう度に合わせて適宜決定されるが、通常は１．０〜３０．０質量％であり、好ましくは２．０〜２０．０質量％であり、更に好ましくは２．５〜１０．０質量％である。

本発明のグリース組成物に添加してもよいその他の添加剤としては、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性化剤、清浄分散剤、極圧添加剤、消泡剤、抗乳化剤、油性向上剤など、グリース組成物に通常使用される添加剤が挙げられる。これらは単独又は２種以上混合して用いることができる。なお、これら添加剤は必要に応じて添加され、その添加量は、一般的には０．０１〜１０質量％であるが、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の混和ちょう度は好ましくは２００〜５５０であり、さらに好ましくは２３０〜５２０であり、最も好ましくは２８０〜５００である。
以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することはすべて本発明の技術範囲に包含される。

１． 評価試験
１．１ バーベルプレート試験による摩擦係数の測定
バーベル形状の相手材をプレート表面に接触させ、この状態で荷重を加えながらプレートを回転させることにより、相手材の表面とプレート表面とを摺動させる実験である。相手材はφ１３ｍｍ×厚さ５ｍｍの二つの円盤とこれら二つの円盤の中央部分を連結する軸とからなるＦｅ−Ｃｒ合金鋼である。このうちプレート表面と摺接するのは円盤の周縁部分である。
(1) 試験片の材質
Barbell型試験片：SCr415
Plate型試験片 ：SUJ2

(2) 試験方法
円筒線接触形態をとることにより、比較的低面圧条件でも片当りの少ない安定した接触状態が得られる。試験条件を表１に示す。摺動方向のトルクをロードセルにより計測することで摩擦係数を測定した。

(3) 試験条件
表１

１．２ ボール／ディスクEHL試験機によるグリースのトラクション係数
鋼製ディスクは回転速度Udで回転、ボールは回転速度Ubでフリー状態。ボール回転軸はディスク中心からずれている。滑り運動Us（ボール回転に対する滑り速度）の発生により、ボール軸方向のトラクションをロードセルで検出し、その最大値対荷重の比を最大トラクション係数とする。
(1) 試験条件
最大ヘルツ圧：0.711Gpa
速 度：0.5m/s
温 度：25℃

１．３ オーバーランニングクラッチ滑り性試験
自動車のスターターのオーバーランニングクラッチ部にグリースを規定量封入し、規定の条件下（−４０℃）、スタートスイッチで回転させ、滑らず契合出来るかを調べた。Ｒ型（リダクション型）スタータを使用した。

２． グリースの製造
基油中で、所定量のジイソシアネートとアミン又はアミン混合物を、所定の条件下で加熱後、冷却し、ロールミルで処理し、添加剤を含むものは、所定量の添加剤を加え、グリースを製造した。

３． 効果の判定
バーベルプレート試験（−４０℃摩擦係数）
合格（○）：0.14以上 不合格（×）：0.14未満
グリースのトラクション係数（25℃）
合格（○）：0.035〜0.100 不合格（×）：合格範囲外の数値
(3) オーバーランニングクラッチ滑り性試験（実装地での試験結果）
合格（○）：滑りなし 不合格（×）：滑りあり
(4) 総合評価
合格（○）：全て合格の場合 不合格（×）：一つ以上不合格がある場合

４． 試験結果
グリースの配合処方（基油、増ちょう剤、酸化防止剤）、基油の成分比率及び増ちょう剤の化学構造を表２〜表６の上段部に示す。また、バーベルプレート試験結果、グリースのトラクション係数、オーバーランニングクラッチ滑り性試験及びその評価結果を表２〜表６の下段部に示す。

表２ 実施例１〜５

表３ 実施例６〜１０

表４ 実施例１１〜１５

表５ 実施例１６、比較例１〜４

表６ 比較例５〜８

PAO（ポリαオレフィン）：40℃動粘度 30 mm²/s
PET（ペンタエリスリトールエステル）：40℃動粘度 30 mm²/s
ADE（アルキルジフェニルエーテル）：40℃動粘度 100 mm²/s
P系鉱油：40℃動粘度 100 mm²/s
N系鉱油：40℃動粘度 100 mm²/s
*１ ウレア系増ちょう剤：
R¹−NHCONH−R²−NHCONH−R³
*２ DM：

*３ 酸化防止剤：フェノール系酸化防止剤（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニルプロパン酸プロピル）
*４ Ｌｉ石けん：１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム

以上のように、増ちょう剤と基油からなるグリース組成物において、基油成分中にスクアレンを含有している実施例１〜１６の場合、バーベルプレート試験（−４０℃）が0.14〜0.21、グリースのトラクション係数が0.035〜0.080及びオーバーランニングクラッチ滑り性試験が滑りなしの結果を示し、効果判定で全て合格であった。
一方、スクアレンを含有しない比較例１〜８の場合、バーベルプレート試験（−４０℃）が0.07〜0.12、グリースのトラクション係数が0.020〜0.085及びオーバーランニングクラッチ滑り性試験で滑りありの結果を示し、効果判定で不合格であり、実施例と比較して明らかに劣っていることがわかる。

Claims (7)

1. 増ちょう剤と基油を含むグリース組成物において、基油がスクアレンを含有することを特徴とするグリース組成物。
2. 基油中のスクアレンの含有量が、スクアレンを含む基油全体に対して１０質量％以上である請求項１記載のグリース組成物。
3. 基油の−４０℃における摩擦係数が０．１４以上である請求項１又は２記載のグリース組成物。
4. 増ちょう剤がシリカまたはウレア化合物である、請求項１〜３のいずれか１項記載グリース組成物。
5. グリース組成物のトラクション係数が、２５℃で０．０３０以上である、請求項１〜４のいずれか１項記載の、グリース組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した機械部材。
7. クラッチ又はトルクリミッタ機構である請求項６記載の機械部材。