JP2009091464A

JP2009091464A - 潤滑グリース組成物

Info

Publication number: JP2009091464A
Application number: JP2007263456A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Shimura; 明彦志村; Tetsuhiro Kitahara; 哲宏北原; Tetsuhiro Miyamoto; 哲浩宮元
Original assignee: Nok Klueber Co Ltd
Current assignee: Nok Klueber Co Ltd
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】高温時の耐久性にすぐれ、かつ低温時の作動性も良好な潤滑グリース組成物を提供する。
【解決手段】(A)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式 RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_a(CF₂CF₂O)_b(CF₂O)_cRf(ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、a+b=15〜150、bは0または1以上の整数で、a：b=100〜50：0〜50であり、cは0または1以上の整数であり、CF(CF₃)CF₂O基、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油および(B)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式 RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf(ここで、Rfは前記定義と同じであり、m+n=20〜200、m:n=10〜90：90〜10であり、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油よりなる混合物基油に、増稠剤を組成物合計量中15〜50重量％を占める割合で添加してなる潤滑グリース組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、潤滑グリース組成物に関する。さらに詳しくは、高温時の耐久性にすぐれ、かつ低温時の作動性も良好な、転がり軸受などに好適に用いられる潤滑グリース組成物に関する。

グリースは、自動車、電気機器、情報機器、建設機械、産業機械、工作機械等の各種機器や機械およびそれらを構成する各部品の潤滑に広く用いられている。近年、これらの機器や機械の高速化、小型化、高性能化、軽量化などに伴い、これら周辺機器の温度は益々上昇する傾向にある。一方、寒冷地での使用や、起動後待機時間なしで使用可能とすることなど、周辺機器使用による雰囲気温度が上昇する以前での潤滑性も要求されるため、低温時の作動性もより改善されることが求められている。

通常、高温性改善のためには、基油の粘度を上げる手法が用いられる。しかしながら、この手法では耐熱性は向上するものの、低温時の作動性の低下を免れない。

こうした問題を解決するために、互いに分子構造の異なるフッ素油を混合する手法も提案されているが、基油粘度についての規定はなく、近年の産業機器、例えば複写機、自動車補機などの事務機器の進歩に対応し得る耐熱性および低温特性を得ることはできない。さらに、増稠剤の融点についても考慮がなされていない。また、同様の手法において、増稠剤の一種であるPTFEの粒子径を規定した提案もなされているが、摩耗および摩擦係数の低減を目的としているため、基油粘度や増稠剤融点について規定はみられない。
特開昭６１−６３３０８８号公報特開２００３−１４７３８０号公報

また、互いに粘度の異なる直鎖フッ素油を混合することにより、低温から比較的高温まで使用し得るグリースも提案されているが、200℃以上での使用条件下では耐久性に改善の余地がみられる。また、フッ素油と炭化水素油とを混合したグリースも提案されており、このものは低価格でしかも従来よりも高い温度では使用可能であるが、200℃以上の高温では炭化水素油の方が劣化するため、このような高温では使用できない。
特開２００３−２０６４９１号公報特開平７−２６８３７０号公報

本発明の目的は、高温時の耐久性にすぐれ、かつ低温時の作動性も良好な潤滑グリース組成物を提供することにある。

かかる本発明の目的は、
(A)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式
RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_a(CF₂CF₂O)_b(CF₂O)_cRf
(ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、a+b=15〜150、bは0または1以上の整数で、a：b=100〜50：0〜50であり、cは0または1以上の整数であり、CF(CF₃)CF₂O基、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油および
(B)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式
RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf
(ここで、Rfは前記定義と同じであり、m+n=20〜200、m:n=10〜90：90〜10であり、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油
よりなる混合物基油に、増稠剤を組成物合計量中15〜50重量％を占める割合で添加してなる潤滑グリース組成物によって達成される。

本発明に係る潤滑グリース組成物は、機器や機械の高速化、小型化、高性能化、軽量化などに伴う高温下での使用および寒冷地での作動に伴う低温下での使用を想定したグリースであり、高温時の耐久性にすぐれかつ低温時の作動性も良好であるので、低温度領域から高温度領域での使用を可能とさせる。

より具体的には、塗布された状態(内径36mmのアルミニウム皿にグリース0.4gを塗布した状態)で250℃の恒温槽中に24時間放置した後の蒸発損失率が10％以上となると、グリースの基油成分が急激に減少し、軸受やギヤ等の摺動部の潤滑不良がひき起され、寿命が低下するが、本発明の潤滑グリース組成物にあっては、その蒸発損失率を10％以下、好ましくは9％以下とすることができる。また、JIS K2220.5.7に準拠した離油度試験においても、250℃、24時間の条件での離油度が20％以上になると、蒸発試験と同様に、潤滑不良になる寿命の低下がひき起されるが、本発明の潤滑グリース組成物にあっては、その離油度を20％以下、好ましくは16％以下とすることができる。さらに、JIS K2220.5.14に準拠した低温トルク試験において、-30℃の起動トルクが15N・cm以上となると、軸受やギヤを回転させるのに高いトルクが必要となり、かつトルクむらの発生や異音の発生の原因となることが認められているが、本発明の潤滑グリース組成物にあっては、その起動トルクがを15N・cm以下とすることができる。

このように、本発明に係る潤滑グリース組成物は、従来からパーフルオロポリエーテル油が用いられていた用途の内、特に低温から高温の環境下で使用される部品、例えば金属部や樹脂部の潤滑に広く適用することができる。

具体的には、転がり軸受、すべり軸受、焼結軸受、ギヤ、バブル、コック、オイルシール、電気接点等の摺動部個体間接触部の潤滑を目的として使用される。例えば、自動車のハブユニット、トラクションモータ、燃料噴射装置、オルタネータ等の耐熱性、低温性、耐荷重性などが要求される軸受、自動車の動力伝達装置、パワーウィンドウモータ、ワイパ等の耐摩耗性、低摩擦特性、高トルク効率が要求されるギヤ部、情報機器に使用される複写機、プリンタ、ファクシミリ等の定着ロール部分によって代表される軸受、摺動部分や真空ポンプ、樹脂製造装置、コンベア、木材産業機器、クロムコーティング機器等に使用される軸受やギヤ等の摺動部、すべり接触するロールの摺動部、ブレーカ、遮断器、リレー、スイッチ等に使用されている電気機器の電気接点部に使用されている金属表面を有効に潤滑する。

パーフルオロポリエーテル基油(A)および(B)は、次のようにして得られる。ここで、パーフルオロアルキル基Rfとしては、一般にパーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基等が用いられる。
パーフルオロポリエーテル油(A)：ヘキサフルオロプロペンおよびテトラフルオロエチレンの光酸化重合により得られる。これは、40℃における動粘度が150〜1500mm²/秒、好ましくは150〜1200mm²/秒の範囲にあるものを使用することができ、このようなものはパーフルオロポリエーテル油(A)の一般式でa+b=15〜150、a：b=100〜50：0〜50という条件を満足させる。
パーフルオロポリエーテル油(B)：テトラフルオロエチレンの光酸化重合により得られる。これは、40℃における動粘度が150〜1500mm²/秒、好ましくは150〜1000mm²/秒の範囲にあるものを使用することができ、このようなものはパーフルオロポリエーテル油(B)の一般式でm+n=20〜200、m:n=10〜90：90〜10という条件を満足させる。

これらのパーフルオロポリエーテル基油(A)と(B)とは、これらに増稠剤を加えた組成物合計量中、基油(A)が10〜60重量％、好ましくは15〜50重量％、基油(B)が10〜60重量％、好ましくは20〜50重量％で、これら両者の合計量が99.9〜50重量％、好ましくは85〜60重量％を占めるような割合で用いられる。基油(A)および基油(B)が、それぞれこのような割合で用いられるのは、高温特性に優れる基油(A)と低温特性に優れる基油(B)の各々の特性を兼ね備えたグリースを実現し得るためである。

これらのパーフルオロポリエーテル油(A)、(B)よりなるパーフルオロポリエーテル油基油は、その動粘度が150mm²/秒以下の場合は、蒸発損失の増加や油膜強度の低下など、寿命の低下や摩耗、焼き付きの原因となる可能性がある。一方、1500mm²/秒以上の場合は粘性抵抗の増加など、消費動力やトルクが大きくなる不具合が生じる可能性がある。

このような基油は、増稠剤が添加されて用いられ、好ましくはフッ素樹脂が用いられる。フッ素樹脂としては、従来から潤滑剤として用いられているポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロペン共重合体〔FEP〕、パーフルオロアルキレン樹脂等が用いられる。ポリテトラフルオロエチレンは、テトラフルオロエチレンの乳化重合、けん濁重合、溶液重合などの方法によって、数平均分子量Mnを約1000〜1000000程度としたポリテトラフルオロエチレンを製造し、それを熱分解、電子線照射分解、物理的粉砕などの方法によって処理し、数平均分子量Mnを約1000〜500000程度としたものが用いられる。また、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロペンとの共重合反応および低分子量化処理も、ポリテトラフルオロエチレンの場合と同様にして行われ、数平均分子量Mnを約1000〜600000程度としたものが用いられる。なお、分子量の制御は、共重合反応時に連鎖移動剤を用いて行うことができる。得られた粉末状のフッ素樹脂は、一般に約500μm以下、好ましくは約0.1〜30μmの平均一次粒径を有する。

また、フッ素樹脂以外の増稠剤として、Li石けん等の金属石けん、ウレア樹脂、ベントナイト等の鉱物、有機顔料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等も使用できるが、耐熱性、潤滑性の面から考えると、脂肪族ジカルボン酸金属塩、モノアミドモノカルボン酸金属塩、モノエステルカルボン酸金属塩、ジウレア、トリウレア、テトラウレア等が好んで用いられる。

これらのフッ素樹脂粉末、金属石けん、ウレア、その他の増稠剤は、２種類のパーフルオロポリエーテル油よりなる基油に増稠剤を加えた組成物全体の15〜50重量％、好ましくは15〜40重量％の割合で添加混合される。これ以上の添加割合では、組成物が硬くなりすぎてしまい、一方これ以下の添加割合では、フッ素樹脂の増稠能力が発揮されず、離油の悪化を招き、耐飛散・漏洩性の向上が十分期待されず、また基油(A)と基油(B)との配合割合によっては、後記比較例９に示されるように組成物の流動性が高く、グリースとしての形状保持ができなくなる。

組成物中にはさらに、酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、極圧剤、油性剤、固体潤滑剤等の従来潤滑剤に添加されている添加剤を必要に応じて添加することができる。酸化防止剤としては、例えば2,6-ジ第3ブチル-4-メチルフェノール、4,4′-メチレンビス(2,6-ジ第3ブチルフェノール)等のフェノール系酸化防止剤、アルキルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニル-α-ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキル化-α-ナフチルアミン、アルキル化フェニチアジン等のアミン系酸化防止剤が挙げられる。

防錆剤としては、例えば脂肪酸、脂肪酸アミン、アルキルスルホン酸金属塩、アルキルスルホン酸アミン塩、酸化パラフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられ、腐食防止剤としては、例えばベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、チアジアゾール等が挙げられる。

極圧剤としては、例えばリン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩等のリン系化合物、スルフィド類、ジスルフィド類等の硫黄系化合物、ジアルキルジチオリン酸金属塩、ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩等が挙げられる。

油性剤としては、例えば脂肪酸またはそのエステル、高級アルコール、多価アルコールまたはこれらのエステル、脂肪族アミン、脂肪酸モノグリセライド等が挙げられる。

また、固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、窒化シラン等が挙げられる。

組成物の調製は、例えば次のような調製方法がとられる。
(a)パーフルオロポリエーテル基油に増稠剤をそれぞれ所定量配合し、3本ロールもしくは高圧ホモジナイザで十分に混練する方法、(b)加熱攪拌が可能な反応釜に、パーフルオロポリエーテル油と脂肪族カルボン酸とを加えて加熱溶融させ、そこに金属水酸化物(およびアミド化合物またはアルコール化合物)を所定量添加して金属塩化反応(およびアミド化反応またはエステル化反応)させて冷却した後、3本ロールもしくは高圧ホモジナイザで十分に混練する方法、あるいは(c)加熱攪拌が可能な反応釜に、パーフルオロポリエーテル油とイソシアンネートを加えて加熱し、そこにアミンを所定量添加して反応させ冷却した後、3本ロールもしくは高圧ホモジナイザで十分に混練する方法などによって行われる。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１〜１１、比較例１〜９
〔基油；Rfはパーフルオロ低級アルキル基〕
A-1：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_nRf 動粘度(40℃) 230mm²/秒
A-2：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_nRf 動粘度(40℃) 400mm²/秒
A-3：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_nRf 動粘度(40℃) 800mm²/秒
A-4：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_nRf 動粘度(40℃)1200mm²/秒
A-5：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_m(CF₂O)_nRf 動粘度(40℃) 400mm²/秒
A-6：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_m(CF₂O)_nRf 動粘度(40℃) 700mm²/秒
A-7：RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_nRf 動粘度(40℃) 100mm²/秒
B-1：RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf 動粘度(40℃) 160mm²/秒
B-2：RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf 動粘度(40℃) 320mm²/秒
B-3：RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf 動粘度(40℃) 90mm²/秒
C-1：ポリ(α-オレフィン) 動粘度(40℃) 400mm²/秒
C-2：ジペンタエリスリトールエステル動粘度(40℃) 400mm²/秒
〔増稠剤〕
D-1：乳化重合法PTFE (Mn約10〜20万、平均一次粒径0.2μm)
D-2：けん濁重合法PTFE (Mn約1〜10万、平均一次粒径5μm)
D-3：溶液重合法FEP (Mn約5〜15万、平均一次粒径0.2μm)
D-4：ヘキサメチレンジイソシアネートとオクチルアミンとの反応生成物
D-5：アゼライン酸リチウムと12-ヒドロキシステアリン酸リチウムとのコンプレックス石けん
上記基油の1〜2種類および増稠剤を用い、前記(a)の組成物調製方法でグリース組成物を調製した。

調製されたグリース組成物(組成：重量％)について、次の各項目の測定を行った。得られた結果は、下記表に示される。なお、比較例９では、組成物の流動性が高く、グリースとしての形状保持ができず、各項目とも測定不可であった。
蒸発損失：36mm径のアルミニウム皿にグリース組成物約0.4gを塗布し、250℃の恒温槽内に入れ、5時間後の蒸発損失率を測定
離油度：JIS K2220.5.7準拠；250℃、24時間後の離油度を測定
低温トルク：JIS K2220.5.14準拠；-30℃における起動トルクを測定
表
蒸発損離油度低温トル
例基油増稠剤失率(%) (%) ク(N・cm)
実施例１ (A-2) 40％ (B-1) 30％ (D-1) 30％ 2.0 9.9 9.8
〃２ (A-5) 30％ (B-2) 40％ (D-1) 30％ 2.5 8.7 9.3
〃３ (A-2) 20％ (B-2) 40％ (D-2) 40％ 1.8 8.5 9.5
〃４ (A-2) 50％ (B-2) 30％ (D-3) 20％ 2.3 10.2 9.0
〃５ (A-2) 40％ (B-2) 30％ (D-1) 15％ (B-5) 15％ 2.4 11.0 9.5
〃６ (A-3) 50％ (B-1) 20％ (D-1) 30％ 1.5 7.5 10.4
〃７ (A-3) 30％ (B-2) 50％ (D-4) 20％ 1.1 9.4 9.8
〃８ (A-4) 35％ (B-2) 35％ (D-1) 30％ 0.8 5.7 10.2
〃９ (A-3) 15％ (B-2) 45％ (D-2) 40％ 1.0 6.0 9.8
〃 10 (A-1) 50％ (B-1) 20％ (D-1) 30％ 7.5 14.9 10.0
〃 11 (A-6) 20％ (B-2) 50％ (D-1) 30％ 7.7 11.3 7.0
比較例１ (A-5) 70％ (D-1) 30％ 10.5 16.0 ＞100
〃２ (A-2) 50％ (B-3) 20％ (D-1) 30％ 11.2 15.3 19.7
〃３ (A-7) 20％ (B-3) 50％ (D-2) 40％ 15.6 17.6 15.5
〃４ (A-7) 35％ (B-1) 30％ (D-2) 30％ 18.0 19.3 15.2
〃５ (B-2) 60％ (D-1) 40％ 2.3 5.7 18.8
〃６ (C-1) 80％ (D-5) 20％固化固化＞100
〃７ (A-3) 70％ (D-1) 30％ 3.2 6.2 ＞100
〃８ (C-2) 80％ (D-4) 20％固化 1.5 ＞100
〃９ (A-1) 54％ (B-1) 36％ (D-1) 10％ − − −

Claims

(A)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式
RfO〔CF(CF₃)CF₂O〕_a(CF₂CF₂O)_b(CF₂O)_cRf
(ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基であり、a+b=15〜150、bは0または1以上の整数で、a：b=100〜50：0〜50であり、cは0または1以上の整数であり、CF(CF₃)CF₂O基、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油および
(B)動粘度(40℃)が150〜1500mm²/秒である、一般式
RfO(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nRf
(ここで、Rfは前記定義と同じであり、m+n=20〜200、m:n=10〜90：90〜10であり、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油
よりなる混合物基油に、増稠剤を組成物合計量中15〜50重量％を占める割合で添加してなる潤滑グリース組成物。
組成物合計中、パーフルオロポリエーテル油(A)が10〜60重量％、パーフルオロポリエーテル油(B)が10〜60重量％で、これら両者の合計量が85〜50重量％を占める割合で用いられた請求項１記載の潤滑グリース組成物。
転がり軸受用途に用いられる請求項１または２記載の潤滑グリース組成物。
転がり軸受が、事務機器に適用される転がり軸受である請求項３記載の潤滑グリース組成物。
事務機器が、複写機および自動車補機である請求項４記載の潤滑グリース組成物。