JP2009203328A - マイクロカプセル含有潤滑剤組成物および転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適時にカプセル内包物の放出がなされ、十分な潤滑性能が得られるようにしたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物、および高温、高速回転など過酷な環境下で使用されても常に適切な潤滑性が確保され、油膜厚さの減少や油膜切れのおそれがなく、潤滑性能に優れた転動装置を提供する。
【解決手段】外面に軌道面を有する内側部材と、内側部材の軌道面に対向した軌道面を有する外側部材と、両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを有する転動装置において、転動体と前記両軌道面との間に、潤滑剤組成物内の劣化生成物５と反応して破壊される膜材でカプセル膜２が形成され、潤滑用基油および添加剤３を内包したマイクロカプセルが含有されたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物１５が封入されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受等の転動装置潤滑用のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物およびこの潤滑剤組成物を封入した転動装置に関する。

この種の転動装置においては、転動体とその軌道面との間に潤滑剤組成物を封入し、その間の潤滑膜の形成により、摩擦係数の低減、焼付き等の損傷防止を図っている。潤滑剤としては一般に潤滑油やグリースが用いられるが、これらの潤滑剤には、更に各種の添加剤、例えば、酸化防止剤、極圧剤、摩擦調整剤、磨耗防止剤等を添加して潤滑剤組成物として使用されるのが普通である。

前記酸化防止剤、極圧剤、摩擦調整剤、磨耗防止剤等は一般に化学的活性が強い化合物であるため、潤滑油やグリースの基油に直接添加すると、長期継続使用中の化学反応により、前記潤滑油や基油の劣化を促進し、酸価値が上がり、軌道面や転動体を腐食させる原因となる。また、添加剤が空気や基油と化学反応して添加剤自体の効果が低下する。２種以上の添加剤を併用した場合は、添加剤どうしの間で化学反応を起こすこともある。

特に、近年の機械技術の進歩に伴い、機械装置は小形軽量化、高速回転化が進んでいる。これに伴い、各種の転動装置においても、より過酷な環境における潤滑性能の維持を可能にする潤滑剤組成物が求められている。
この潤滑性能の維持を図るものとして、従来から潤滑剤の劣化を防ぐために何種類かの添加剤を潤滑剤に混合添加したり、添加量を増やしたりするといった対策がとられている。

しかしながら、上述したように高温高速作動条件といった過酷な条件下では、添加剤自体が作用する前に熱などによって分解してしまい、添加した分量すべてが有効に働かないことが分ってきている。また、分解することを想定して添加剤を増量して添加した場合、それによって潤滑剤の潤滑特性を低下させてしまうおそれがある。

これらの問題を解決するために、潤滑油の一部あるいは各種の添加剤を内包したマイクロカプセルを含有させたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物が知られている。転動装置あるいは摺動装置の転動面や摺動面に付与するマイクロカプセル含有の潤滑剤組成物としては、特許文献１，２に示すものがある。

特許文献１に記載の転動装置用潤滑剤組成物は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂組成物でカプセル膜が形成され、添加剤または潤滑剤を内包したマイクロカプセルを含有させた構成を有し、転動体とその軌道面との間で、該カプセル膜に接触する転動体と軌道面とによる物理的な破壊によりマイクロカプセル内の添加剤等の内包物を基油中に分散させるものである。

一方、特許文献２に記載の摺動部材用組成物は、アミノ樹脂と総称される、単一の樹脂あるいは２種以上の混合樹脂を膜材とし、この膜内に潤滑剤を内包したマイクロカプセルを基材のポリアミドイミド樹脂に分散させたものであって、マイクロカプセルを相手材との機械的な摩擦により破泡させることで潤滑剤が摺動面を覆って摺動面の潤滑性を確保することとしている。

その他、基材に水溶性樹脂を用い、該基材に加える低粘度の潤滑付与剤の一部をカプセル化することにより、従来成形型の樹脂被覆内に含ませることが困難であった低粘度油（プレス油、洗浄油）を有効に基材に配合することを可能とし、これによって成形型（金型）の成形加工性を高めた潤滑性樹脂組成物および樹脂被覆金属板も開示されている（特許文献３）。
特開２００５−３６２１２号公報 特開２００２−６９４７３号公報 特開２００６−５６９９２号公報

特許文献１に記載のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物は、マイクロカプセルの膜材が熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂等の樹脂組成物で形成されており、カプセル膜によって内包物の添加剤を熱から保護し、あるいは潤滑系内の金属表面に一時に過剰な添加剤が作用するのを避ける点で効果がある。

しかしながら、このような樹脂製のカプセル膜では、マイクロカプセルの粒子と接触する金属二面間、例えば転動体とその軌道面、の隙間に依存するカプセル膜の物理的な破壊のみによってしかカプセル内包物が放出されず、物理的な破壊作用が加わらないと添加剤など内包物の効果が得られない。特に、マイクロカプセルの粒子径が均一であった場合、転動面あるいは摺動面の金属二面間が或る一定の隙間になった際に、カプセル膜の粒子が一度にすべて破壊されてしまい、適時の内包物の効果が得られないおそれがあった。

また、熱環境などの過酷な条件下で使用された結果、潤滑剤組成物の劣化が生じた場合にも、金属二面間の物理的破壊作用が加わらない限り、カプセル内包物が放出されず、適切な油膜厚さの確保など十分な潤滑性能が得られない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、適時にカプセル内包物の放出がなされ、十分な潤滑性能が維持されるようにしたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物を提供することを課題とするものである。

本発明はまた、高温、高速条件など過酷な環境下で使用されても常に適切な潤滑性が確保され、油膜厚さの減少や油膜切れのおそれがなく、潤滑性能に優れた転動装置を提供することを課題とするものである。

上記の課題を達成するため、本発明に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物は、潤滑剤組成物内の劣化生成物と反応して破壊される膜材でカプセル膜が形成され、潤滑用基油および添加剤を内包したマイクロカプセルが含有されていることを特徴とする。
好適には、前記カプセル膜は炭酸カルシウムで形成されることを特徴とする。
また、好適には、前記カプセル膜は前記潤滑剤組成物の熱劣化またはせん断劣化による劣化生成物と反応して破壊されることを特徴とする。
また、好適には、前記添加剤は酸化防止剤を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内側部材と、前記内側部材の軌道面に対向した軌道面を有する外側部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを有する転動装置において、前記転動体と前記両軌道面との間に請求項１〜４のいずれか一項に記載されたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物が封入されていることを特徴とする。

このように構成された本発明のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物によれば、適時にカプセル内包物の放出がなされ、潤滑性能の向上が図られる。

また、本発明に係る転動装置によれば、転動装置が過酷な使用環境下に曝されても、適切な膜厚の油膜が転動体の転動面に保持され、磨耗の増大や焼付きのない潤滑性能の優れたものとなる。

本発明に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物および転動装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態およびその具体的な実施例はいずれも例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施形態１）
図１に示すように、本発明の実施形態１に係るマイクロカプセル１は炭酸カルシウムでカプセル膜２が形成され、このカプセル膜２に囲まれる形態で潤滑用基油および添加剤３が内包された構造を有している。添加剤３としては酸化防止剤、極圧剤などが好適である。なお、カプセル膜としては、熱劣化あるいはせん断劣化などによる潤滑剤組成物内の劣化生成物と反応して分解あるいは溶解するものであればよく、必ずしも炭酸カルシウムに限定されるものではない。またカプセル内包物の添加剤も使用環境、使用条件などに応じて適宜選定される。

次に、図２を参照して本発明に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物１５およびカプセル膜の破壊、内包物の放出の形態を説明する。
上述のような炭酸カルシウムで形成されたカプセル膜２および該カプセル膜２の内包物である潤滑用基油および添加剤３から成るマイクロカプセル１は、図２（ａ）に示すように、潤滑剤組成物４に分散される。潤滑剤組成物４は使用箇所の環境や使用中の熱、せん断作用などにより劣化し、劣化により生じた劣化生成物５が混在された状態となる。この劣化生成物５は、図２（ｂ）のごとく、マイクロカプセル１の炭酸カルシウムで形成されたカプセル膜２と反応し、これによって該膜２が徐々に溶解され、破壊される。カプセル膜２の破壊により、内包物である潤滑用基油および添加剤３は図２（ｃ）のように潤滑剤組成物４に次第に混入、拡散していき、全体として潤滑性能の維持、回復がなされる。このようなマイクロカプセル含有潤滑剤組成物１５を転動装置の転動面に適用した場合に潤滑剤組成物の油膜が良好な膜厚さで保持され、酸価値やトルク特性も低レベルで一定化し、良好な潤滑性能が維持される。

（実施形態２）
次に、酸化防止剤を内包し、カプセル膜が炭酸カルシウムで形成されたマイクロカプセルの製造方法を説明する。
まず、ポリαオレフィン（以下、ＰＡＯともいう。）油中に、酸化防止剤となるフェニル−α−ナフチルアミン（以下、ＰＡＮともいう。）を５質量％の濃度で溶解させた内包物溶液を用意しておく。
次に、カプセル膜の素材となる炭酸カリウム６．７ｇをイオン交換水１４ｍｌに溶解させた水溶液を準備する。この水溶液にＴｗｅｅｎ系，Ｓｐａｎ系またはその混合系の非イオン系界面活性剤と前記内包物溶液１ｇを加え、ホモジナイザーを用いて乳化した。これを水相１とする。

一方、水相１とは別に非イオン系界面活性剤を加えた有機相を準備し、さらにこの溶液に前記水相１の乳化液を加え、再度ホモジナイザーを用いて攪拌、乳化した。この溶液を、イオン交換水３２０ｍｌに塩化カルシウム１４ｇを溶解させた水相（水相２とする）に攪拌しながら加えた。その後、これをろ過、乾燥することによって、カプセル膜が炭酸カルシウムで形成され、前記酸化防止剤を内包物とするマイクロカプセルを得た。なお、得られたマイクロカプセルの平均粒径は１〜２μｍであった。

炭酸カルシウムを膜材とし、潤滑用基油および添加剤を内包物としたマイクロカプセルを製造する方法も特に上述の形態に限定されるものではなく、膜材となる具体的な素材の性質や内包物質の性質、粘度等を考慮して適宜選らばれる。具体例としては、界面重合法、ｉｎ−ｓｉｔｕ重合法、相分離法、噴霧乾燥法、液中乾燥法、オリフィス法、スプレードライ法、気中懸濁被覆法、ハイブリダンザー法等があげられる。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３に係る転動装置としての円筒コロ軸受の縦断面図である。円筒コロ軸受１４は、外周面に軌道面１０ａを有する内輪（内側部材）１０と、軌道面１０ａに対向する軌道面１１ａを内周面に有する外輪（外側部材）１１と、両軌道面１０ａ，１１ａ間に転動自在に配置された複数のコロ１２と、内輪１０と外輪１１との間に複数のコロ１２を保持する保持器１３とを有して構成されている。

また、内輪１０と外輪１１との間に形成され、コロ１２が転動する空隙部内には、実施形態１で説明したマイクロカプセル含有潤滑剤組成物１５が封入され、これによって両軌道面１０ａ，１１ａとコロ１２との間の潤滑が行われる。なお、この潤滑剤供給形態には、潤滑剤の種類および使用条件等によって、油浴潤滑、ジェット潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、プレーチング等の潤滑方法が適用される。

この転動装置が、例えば自動車ハブユニット、エンジン補機など高温高速の過酷な環境で使用され、マイクロカプセル含有潤滑剤組成物１５が劣化を生じた場合、物理的なカプセル破壊負荷が作用しなくても、この劣化生成物がカプセル膜２を形成する炭酸カルシウムと反応し、該膜２が破壊されてカプセル内包物が潤滑剤組成物中へ溶出し、転動体であるコロ１２と内外輪１０，１１の軌道面間に供給されることになるので、適切な油膜厚さがコロ１２と内外輪１０，１１の軌道面間に保持され、ひいては潤滑性能向上の効果が発揮される。

従来のように、マイクロカプセルが物理的な外力のみで破壊される場合は、破壊可能な外力が加わらないとカプセル内包物が放出されず、油膜が破断され、油膜厚さの減少、極端な場合には油切れが起こり、直接転動体と軌道面との金属接触を引き起こすことがあったが、本発明によれば、潤滑剤組成物内の劣化生成物によってカプセルが徐々に破壊され、適時の内包物の放出によって油膜厚さの減少、油膜の破断は防止される。

実施形態３では円筒コロ軸受を例にとって説明したが、転動装置としてはこれに限定されるものではなく、リニアガイド装置、ボールねじ、直動ベアリング等種々の転動装置に適用可能である。

次に、本発明の具体例として、熱劣化試験（実施例Ａ１）およびトルク試験（実施例Ａ２〜Ａ４）について、各種の比較例とともに説明する。

熱劣化試験
実施例Ａ１
実施形態２で得られた、カプセル膜が炭酸カルシウムで形成され、内包物を酸化防止剤（ＰＡＮ）とするマイクロカプセルを、潤滑用基油であるＰＡＯ油５ｇに２質量％の割合で添加し、雰囲気温度１５０℃で熱劣化試験を行い、一定時間毎の酸価値を測定した。

また、カプセル膜がウレタン樹脂で形成され、酸化防止剤（ＰＡＮ）を内包物とするマイクロカプセルを上記と同じ割合でＰＡＯ油に添加したもの（比較例Ｂ１）、マイクロカプセル無添加のＰＡＯ油のみのもの（カプセル非含有、比較例Ｂ２）、潤滑用基油であるＰＡＯ油に酸化防止剤であるＰＡＮを直接添加したもの（カプセル非含有、比較例Ｂ３）についても、同様の条件で熱劣化試験を行い、酸価値を測定した。実施例Ａ１および比較例Ｂ１〜Ｂ３の試料組成を表１に示す。

なお、試験に用いたＰＡＯ油の４０℃における動粘度はいずれも３０ｍｍ² ／ｓである。また比較例Ｂ３の直接添加したＰＡＮ濃度は実施例Ａ１と同様にＰＡＯ油に対して２質量％とした。図４に上記実施例Ａ１および比較例Ｂ１〜Ｂ３の熱劣化試験結果を示す。図４中ａは実施例Ａ１の場合、ｂは比較例Ｂ１、ｃは比較例Ｂ２、ｄは比較例Ｂ３の場合である。

図４に示すように、比較例Ｂ１、Ｂ２では試験開始後、数時間で酸価値が上昇し、ＰＡＮを直接添加した比較例Ｂ３の場合は試験開始から２５時間経過した後、急激な酸価値の上昇が見られたが、実施例Ａ１のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物では長期にわたって劣化を抑制できることが認められた。これにより、カプセル膜がＰＡＯ油中の該ＰＡＯ油の劣化生成物と反応することにより破壊され、内包物が放出されることで、適時酸化防止剤の効果を発揮することが分かる。

トルク試験
まず、潤滑剤組成物として３種類のグリース(比較例Ｂ４〜Ｂ６)を準備した。比較例Ｂ４のグリースは、基油としてポリオールエステルを用い、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用いたものである。比較例Ｂ５のグリースは、基油としてポリαオレフィンを用い、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用いたものである。比較例Ｂ６のグリースは、基油としてポリオールエステルとジエステルの混合組成物を用い、増ちょう剤にリチウム石けんを用いたものである。
これら比較例Ｂ４〜Ｂ６の潤滑剤組成物のそれぞれに対し、上記実施形態２で得られたマイクロカプセルを１０質量％添加して新たに３種類のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物を得た。これら新たな３種類のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物を実施例Ａ２〜Ａ４とした。実施例Ａ２〜Ａ４および比較例Ｂ４〜Ｂ６の組成について、それぞれの混和ちょう度の測定結果と合わせて表２に示す。

本トルク試験用の転動装置として、内径３０ｍｍ、外径７２ｍｍ、幅１９ｍｍの非接触シール形単列深みぞ玉軸受（日本精工株式会社製品、呼び番号６３０６ＶＶ、以下玉軸受という。）を使用した。表２に示すグリースおよびマイクロカプセル含有潤滑剤組成物をそれぞれ玉軸受に３．６ｇ封入した後、これら玉軸受にアキシアル荷重５０ｋｇｆを負荷した上、回転速度１５００ｒｐｍで内輪回転させて１時間のトルク試験を行った。表２記載の実施例および比較例のうち、潤滑剤組成物が同じ組成である実施例と比較例において、マイクロカプセルの添加の有無によりトルク特性の比較をした。すなわち、実施例Ａ２と比較例Ｂ４、実施例Ａ３と比較例Ｂ５、実施例Ａ４と比較例Ｂ６、の各組み合わせについて比較した。

実施例Ａ２
実施例Ａ２は、基油としてポリオールエステルを用い、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用いた潤滑剤組成物に、実施形態２で得たマイクロカプセルを１０質量％添加したものである。比較例Ｂ４は基油にポリオールエステル、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用い、マイクロカプセルを添加していないものである。実施例Ａ２と比較例Ｂ４のトルク試験結果を図５に示す。図５中ａは実施例Ａ２の場合、ｂは比較例Ｂ４の場合である。

実施例Ａ３
実施例Ａ３は基油としてポリαオレフィンを用い、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用いた潤滑剤組成物に、実施形態２で得たマイクロカプセルを１０質量％添加したものである。比較例Ｂ５は基油にポリαオレフィン、増ちょう剤にウレタン・ウレアを用い、マイクロカプセルを添加していないものである。実施例Ａ３と比較例Ｂ５のトルク試験結果を図６に示す。図６中ａは実施例Ａ３の場合、ｂは比較例Ｂ５の場合である。

実施例Ａ４
実施例Ａ４は基油としてポリオールエステルとジエステルの混合組成物を用い、増ちょう剤にリチウム石けんを用いた潤滑剤組成物に、実施形態２で得たマイクロカプセルを１０質量％添加したものである。比較例Ｂ６は基油にポリオールエステルとジエステルの混合組成物、増ちょう剤にリチウム石けんを用い、マイクロカプセルを添加していないものである。実施例Ａ４と比較例Ｂ６のトルク試験結果を図７に示す。図７中ａは実施例Ａ４の場合、ｂは比較例Ｂ６の場合である。

表２に示すように、実施例Ａ２〜Ａ４に示す本発明のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物のマイクロカプセルは、潤滑剤組成物の混和ちょう度に悪影響を及ぼしていないことが分かる。さらに、図５〜図７の結果からも明らかなように、本発明のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物は、トルク特性に関してトルク変動が少ないという優れた効果を有していることが分かる。
以上のように、潤滑剤組成物内の劣化生成物と反応して破壊されるカプセル膜で構成したマイクロカプセルを有する本発明のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物およびこの潤滑剤組成物を封入した転動装置は、劣化生成物とカプセル膜が反応してカプセル膜が破壊されることによりカプセル内包物が適時に放出され、このカプセル内包物の効果により潤滑性能を長期にわたって維持することができる。

マイクロカプセルの構造を示す拡大断面図である。 本発明に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物およびカプセル膜の破壊、内包物の放出の形態を説明した図である。 本発明の実施形態３に係る転動装置の縦断面図である。 本発明の実施例Ａ１に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物の熱劣化試験結果を従来例のものと比較して示した図である。 本発明の実施例Ａ２に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物のトルク試験結果を従来例のものと比較して示した図である。 本発明の実施例Ａ３に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物のトルク試験結果を従来例のものと比較して示した図である。 本発明の実施例Ａ４に係るマイクロカプセル含有潤滑剤組成物のトルク試験結果を従来例のものと比較して示した図である。

符号の説明

１ マイクロカプセル
２ カプセル膜
３ 添加剤
４ 潤滑剤組成物
５ 劣化生成物
１０ 内輪
１１ 外輪
１２ コロ
１５ マイクロカプセル含有潤滑剤組成物

Claims (5)

1. 潤滑剤組成物内の劣化生成物と反応して破壊される膜材でカプセル膜が形成され、潤滑用基油および添加剤を内包したマイクロカプセルが含有されていることを特徴とするマイクロカプセル含有潤滑剤組成物。
2. 前記カプセル膜は炭酸カルシウムで形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物。
3. 前記カプセル膜は前記潤滑剤組成物の熱劣化またはせん断劣化による劣化生成物と反応して破壊されることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物。
4. 前記添加剤は酸化防止剤を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロカプセル含有潤滑剤組成物。
5. 外面に軌道面を有する内側部材と、前記内側部材の軌道面に対向した軌道面を有する外側部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを有する転動装置において、前記転動体と前記両軌道面との間に請求項１〜４のいずれか一項に記載されたマイクロカプセル含有潤滑剤組成物が封入されていることを特徴とする転動装置。

Images