JP2019172790A - グリース組成物及びこれを用いた摺動部材 - Google Patents

グリース組成物及びこれを用いた摺動部材 Download PDF

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Abstract

【課題】従来に比べて、静止摩擦力を低減でき、また、グリース組成物を摺動部材に用いた際に低温下での作動性を向上させること。【解決手段】グリース組成物は、基油としてのシリコーン油と、添加剤とを含有し、添加剤は、アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンである。基油のシリコーン油により、グリース組成物の流動性が維持される。また、添加剤のアミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンは結合し強固な油膜を形成するため、グリース組成物が摺動部材に用いられた場合に摺動部分が停止している際の油膜破断を防ぐことができる。これらにより、グリース組成物の静止摩擦力を低減しながら、摺動部材の低温下での作動性を向上できる。【選択図】図1

Description

この発明は、グリース組成物及びこれを用いた摺動部材に関する。
従来、摺動部材の摺動部分においては、例えば、鉱油または合成炭化水素油を用いたグリースが使用され、グリースにより摺動部分の動きを円滑にしている。
グリースは、摺動部分の潤滑性を向上させるため、ポリテトラフルオロエチレン等の固体添加剤を含有している(例えば、特許文献1、2参照)。
特許第5931509号公報 特開2011−225781号公報
しかしながら、従来のグリースでは、静止摩擦力が高くなる問題があった。
また、従来のグリースは、潤滑性を維持するために高粘性であり、この影響で、摺動部分において、低温作動性が悪くなる問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来に比べて、静止摩擦力を低減でき、また、グリース組成物を摺動部材の潤滑剤に用いた際に低温下での作動性を向上できるグリース組成物、及び、これを用いた摺動部材を提供することを目的とする。
本発明の一態様のグリース組成物は、基油としてのシリコーン油と、添加剤とを含有し、前記添加剤として、アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンを含有することを特徴とする。
この構成により、基油のシリコーン油により、グリース組成物の低温下での流動性を維持することができる。また、添加剤のアミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンは結合し強固な油膜を形成するため、グリース組成物が摺動部材の潤滑剤に用いられた場合に摺動部分が停止している際の油膜破断を防ぐことができる。これにより、グリース組成物の静止摩擦力を低減しながら、摺動部材の低温下での作動性を向上できる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記シリコーン油として、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。この構成により、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油は、他の基油と比べて粘度指数が高く、温度が変化しても粘度が変化しにくい特性を持つため、グリースの流動性を維持できる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記アミノ変性シリコーンは、下記一般式(1)または(2)で表されることが好ましい。
Figure 2019172790
Figure 2019172790
この構成により、これらのアミノ変性シリコーンは変性ポリオレフィンと効果的に結合し、変性ポリオレフィンを基油に均一に分散させることができる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記変性ポリオレフィンとして、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン及び酸変性ポリプロピレンのうち少なくとも1種を含むことが好ましい。この構成により、これらの変性ポリオレフィンを用いることにより、アミノ変性シリコーンと効果的に結合して、油膜を良好に形成できる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記アミノ変性シリコーンの含有量は、0質量部より大きく30質量部以下であることが好ましい。また、前記変性ポリオレフィンの含有量は、0.1質量部より大きく20質量部以下であることが好ましい。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記変性ポリオレフィンに対する前記アミノ変性シリコーンの含有量が下記式(3)の範囲であることが好ましい。
0.5≦(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)≦30.0 (3)
これらの構成により、アミノ変性シリコーンと変性ポリオレフィンとを効果的に作用させて、変性ポリオレフィンを基油に均一に分散しながら、油膜を効果的に形成することができる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記変性ポリオレフィンの酸価が、0.1(mgKOH/g)より大きく100.0(mgKOH/g)以下であることが好ましい。この構成により、アミノ変性シリコーンとより効果的に結合して、油膜をより良好に形成できる。
本発明の一態様のグリース組成物においては、前記グリース組成物の静止摩擦係数は、0.050以下であることが好ましい。この構成により、静止摩擦力を効果的に低減できる。
本発明の一態様の摺動部材は、第1の部材と、第2の部材とを有し、前記第1の部材が前記第2の部材の表面を摺動するように支持された摺動部材であって、前記第1の部材または前記第2の部材が樹脂で形成されており、前記第1の部材と前記第2の部材との間に、上記のグリース組成物が充填されていることを特徴とする。
この構成により、グリース組成物に含まれるシリコーン油によって、グリース組成物の低温下での流動性が維持される。また、アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンは結合して、第1の部材または第2の部材に吸着し易くなる。このため、アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンにより、第1の部材または第2の部材に強固な油膜が形成され、第1の部材または第2の部材の摺動が停止している際の油膜破断を防ぐことができる。これらにより、摺動部材の作動性を向上することができる。
本発明のグリース組成物によれば、従来に比べて、静止摩擦力を低減でき、また、グリース組成物を摺動部材の潤滑剤に用いた際に低温下での作動性を向上できる。
よって、本発明のグリース組成物を、摺動部材の潤滑剤として好適に用いることができる。
静止摩擦係数の試験方法を説明するための模式図である。
以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明者は、摺動部材の潤滑用として使用されるグリース組成物について鋭意研究を重ねた結果、基油としてシリコーン油を用いるとともに、添加剤としてアミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンを用いることで、静止摩擦力及び摺動部材の低温下での作動性を向上させるに至った。
(グリース組成物)
本実施の形態におけるグリース組成物は、基油としてシリコーン油を含有し、また添加剤としてアミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンを含有するものである。なお、増ちょう剤等、グリース組成物として従来から含まれるものは、適宜添加されている。
基油のシリコーン油としては、限定されるものでないが、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。
基油の動粘度は、25℃において、100000mm/s以下であることが好ましい。また、基油の動粘度は、25℃において、10000mm/s以下であることがより好ましく、5000mm/s以下であることが更に好ましく、2000mm/s以下であることが更により好ましい。また、下限値を特に限定するものではないが、例えば、基油の動粘度を、25℃において、5mm/s程度まで低くすることができる。
また、添加剤のアミノ変性シリコーンとしては、下記一般式(1)または(2)で表されることが好ましい。
Figure 2019172790
Figure 2019172790
ここで、数値を限定するものではないが、mは、数十以上であり、具体的には50以上であり、後述する実施例では、80〜750程度である。また、nは、100程度以下であり、具体的には20以下であり、後述する実施例では、1〜10程度である。
また、アミノ変性シリコーンの動粘度は、25℃において、15000mm/s以下であることが好ましい。この動粘度は、上記の一般式に記載された化学式の繰り返し数によって調整することができる。
添加剤の変性ポリオレフィンとしては、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン及び酸変性ポリプロピレンのうち少なくとも1種を含むことが好ましい。また、変性ポリオレフィンの酸価は、0.1(mgKOH/g)より大きく100.0(mgKOH/g)以下であることが好ましい。また、変性ポリオレフィンの酸価は、0.5(mgKOH/g)以上80(mgKOH/g)以下であることがより好ましく、1.0(mgKOH/g)以上60(mgKOH/g)以下であることが更に好ましい。
基油のジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油は、他の基油と比べて粘度指数が高く、温度が変化しても粘度が変化しにくい特性を持つ。このため、基油として、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油のうち少なくとも1つを用いることで、グリースの流動性を維持できる。
また、添加剤のアミノ変性シリコーンは、添加剤の変性ポリオレフィンと結合して、変性ポリオレフィンを基油に均一に分散させることができる。また、アミノ変性シリコーンと変性ポリオレフィンとが結合した部位は極性があり、金属表面に吸着し易い。このため、アミノ変性シリコーンと変性ポリオレフィンとの混合物は、摺動部材の金属表面に強固な油膜を形成し、摺動部材が停止している際の油膜破断を防ぐことができる。よって、本実施の形態のグリース組成物により、静止摩擦力を低減でき、摺動部材の低温下での作動性を向上できる。
グリース組成物において、アミノ変性シリコーンの含有量は、0質量部より大きいことが好ましく、3質量部以上であることがより好ましく、4質量部以上であることが更に好ましい。また、アミノ変性シリコーンの含有量は、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましく、20質量部以下であることが更に好ましい。
変性ポリオレフィンの含有量は、0.1質量部より大きいことが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1.0質量部以上であることが更に好ましい。また、変性ポリオレフィンの含有量は、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましく、10質量部以下であることが更に好ましい。
また、変性ポリオレフィンに対するアミノ変性シリコーンの含有量が下記式(3)の範囲であることが好ましい。
0.5≦(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)≦30.0 (3)
(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)は、0.5以上であることが好ましく、0.7以上であることがより好ましく、0.9以上であることが更に好ましく、1.0以上であることが更により好ましい。また、(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)は、30.0以下であることが好ましく、10.0以下であることがより好ましく、5.0以下であることが更に好ましく、3.0以下であることが更により好ましい。アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンの含有量を規定することにより、アミノ変性シリコーンと変性ポリオレフィンとを効果的に作用させて、変性ポリオレフィンを基油に均一に分散しながら、油膜を効果的に形成することができる。
本実施の形態では、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油の他に、異なる基油を混合して用いることができる。ただし、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油以外の基油を組み合わせる場合、グリース組成物中に占める基油の半分以上は、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油のうち少なくとも1種で構成されることが好適である。
本実施の形態では、添加剤の合計の含有量を所定範囲内にて調整することが好ましい。添加剤の含有量は、多すぎると油分離が生じやすいので、具体的には、添加剤の含有量を、50質量部以下とすることが好ましい。ここで、100質量部は、基油と添加剤を合わせた100質量部に対する割合を意味する。以下、同様である。
上記のように構成されるグリース組成物の本実施の形態における静止摩擦係数は、0.050以下であることが好ましく、0.045以下であることがより好ましく、0.040以下であることが更に好ましい。これにより、静止摩擦力が効果的に低減される。本実施の形態における静止摩擦係数は、実施例の静止摩擦係数の実験条件による。
静止摩擦係数は、所定の荷重が掛けられた試験片と、グリース組成物が塗布された鋼板とを摺動させた際の、鋼板の引張力(摺動抵抗)を荷重で除して求められる(実施例参照)。
本実施の形態のグリース組成物に含まれる増ちょう剤は、特に限定されるものではないが、例えば、リチウム石けん、カルシウム石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、アルミニウム複合石けん、リチウム複合石けん、カルシウム複合石けん、アルミニウム複合石けん、ウレア化合物、有機化ベントナイト、ポリテトラフルオロエチレン、シリカゲル、ナトリウムテレフタラメートのうち、少なくとも1種から選択することができる。また、例えば、脂肪酸アマイドを用いることができる。なお、リチウム石けんは、脂肪酸またはその誘導体と水酸化リチウムとのけん化反応物である。用いられる脂肪酸は、炭素数が2〜22の飽和または不飽和の脂肪酸及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種である。また、前記の脂肪酸またはその誘導体と水酸化リチウムとを反応させた「石けん」が市販されており、これを用いることもできる。
また、必要に応じて、酸化防止剤、防錆剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤等を添加することができる。これら添加物の含有量は、0.01重量部〜20重量部程度の範囲内に収められる。酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン等から選択することができる。防錆剤としては、ステアリン酸などのカルボン酸、ジカルボン酸、金属石鹸、カルボン酸アミン塩、重質スルホン酸の金属塩、または多価アルコールのカルボン酸部分エステル等から選択することができる。金属腐食防止剤としては、ベンゾトリアゾールまたはベンゾイミダゾール等から選択することができる。油性剤としては、ラウリルアミンなどのアミン類、ミリスチルアルコール等の高級アルコール類、パルミチン酸などの高級脂肪酸類、ステアリン酸メチル等の脂肪酸エステル類、またはオレイルアミドなどのアミド類等から選択することができる。耐摩耗剤としては、亜鉛系、硫黄系、リン系、アミン系、またはエステル系等から選択することができる。極圧剤としては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアルキルジチオリン酸モリブデン、硫化オレフィン、硫化油脂、メチルトリクロロステアレート、塩素化ナフタレン、ヨウ素化ベンジル、フルオロアルキルポリシロキサン、または、ナフテン酸鉛等から選択することができる。また、固体潤滑剤としては、黒鉛、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン、メラミンシアヌレート、二硫化モリブデン、硫化アンチモン等から選択することができる。
また、グリース組成物のちょう度に関しては、200〜500程度とすることができる。なお、ちょう度の測定方法については、後述する実施例の欄に記載する。
本実施の形態では、第1の部材と、第2の部材とを有し、第1の部材が、第2の部材の表面を摺動するように支持された摺動部材の潤滑剤として用いることが可能である。このとき、第1の部材及び、第2の部材のいずれか一方が金属で、他方が樹脂であることが好ましい。そして、本実施の形態のグリース組成物が、第1の部材と第2の部材との間に充填される。
本実施の形態によれば、グリース組成物の静止摩擦係数を低くできるため、摺動部材の低温下での起動トルクを低く抑えることができる。なお、起動トルクは、摺動部材の起動時のトルクである。
以下、本発明の効果を明確にするために実施した実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
各実施例及び各比較例において、添加剤の種類、組成を変えてグリース組成物を作製し、グリース組成物のちょう度、静止摩擦係数を測定した。基油としては、ジメチルシリコーン油(信越シリコーン社製 KF96−1000cs)を用いた。増ちょう剤としては、リチウム石けんを用いた。更に、JISK2220の低温トルク試験方法を用いて、各実施例及び各比較例のグリース組成物の−40℃における起動トルクを測定した。結果を表1に示す。
Figure 2019172790
また、表1における「アミノ変性シリコーン−1」、「アミノ変性シリコーン−2」、「アミノ変性シリコーン−3」は、それぞれ以下の表2に示す物質に対応している。また、「酸変性ポリオレフィン−1」、「酸変性ポリオレフィン−2」、「酸変性ポリオレフィン−3」、「酸変性ポリオレフィン−4」は、それぞれ、酸化ポリエチレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、酸化ポリエチレンに対応している。表2中、かっこ内は、アミノ変性シリコーン−1、アミノ変性シリコーン−2、及び、アミノ変性シリコーン−3の粘度を示している。
Figure 2019172790
ちょう度は、JIS K2220に規定されたちょう度試験方法により測定した。
また、本実験では、静止摩擦係数を測定した。静止摩擦係数の実験条件は以下の通りである。
<静止摩擦係数の実験条件>
試験片:SPCC鋼板/φ10 POM球
荷重:2kgf
グリース塗布膜厚:0.05mm
試験温度:室温
試験時間:グリース組成物塗布後16時間静置
摺動速度:1mm/sec
摺動幅:1mm
摺動回数:1回
図1は、静止摩擦係数の試験方法を説明するための模式図である。図1に示す符号3は、POM球を示し、符号4は、SPCC鋼板を示す。そして、SPCC鋼板4を、B方向に荷重をかけながら、A方向に移動させ、直ちに、静摩擦係数を測定した。SPCC鋼板を移動させる引張力を摺動抵抗として測定した。
測定した摺動抵抗とPOM球に掛けた荷重に基づき、下記(4)式によって摩擦係数を求めた。
摩擦係数=(摺動抵抗/荷重) (4)
摺動抵抗の最大値である極大摺動抵抗から求めた摩擦係数を静止摩擦係数として求めた。
実施例1−9においては、比較例1−3に比べて、グリース組成物の静止摩擦係数が低い値を維持していた。また、実施例1−9においては、従来例よりも静止摩擦係数及び−40℃での起動トルクが低くなっていた。すなわち、実施例においては、静止摩擦力が低下するとともに、低温下での作動性が向上していた。
実施例1−9は、添加剤として、アミノ変性シリコーン及び酸変性ポリオレフィンが含まれていた。実施例1−9におけるグリース組成物の静止摩擦係数は、0.030以上0.050以下であった。実施例及び比較例より、グリース組成物の静止摩擦係数は、0.050以下であることが好ましく、0.045以下であることがより好ましく、0.040以下であることが更に好ましいことがわかった。また、実施例1−9におけるグリース組成物の−40℃での起動トルクは、130mN・m以下であった。これより、グリース組成物の−40℃での起動トルクは、130mN・m以下であることが好ましく、120mN・m以下であることがより好ましく、110mN・m以下であることが更に好ましく、100mN・m以下であることが更により好ましいことがわかった。
また、実施例1−9には、アミノ変性シリコーンが、4質量部以上20質量部以下含まれていた。実施例及び比較例より、グリース組成物におけるアミノ変性シリコーンの含有量は、0質量部より大きいことが好ましく、3質量部以上であることがより好ましく、4質量部以上であることが更に好ましいことがわかった。また、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましく、20質量部以下であることが更に好ましいことがわかった。
また、変性ポリオレフィンは、2質量部以上10質量部以下含まれていた。実施例及び比較例より、グリース組成物における変性ポリオレフィンの含有量は、0.1質量部より大きいことが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1.0質量部以上であることが更に好ましく、2質量部以上であることが更により好ましいことがわかった。また、変性ポリオレフィンの含有量は、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましく、10質量部以下であることが更に好ましいことがわかった。
また、変性ポリオレフィンに対するアミノ変性シリコーンの含有量は、1.0≦(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)≦3.0であった。これより、(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)は、0.5以上であることが好ましく、0.7以上であることがより好ましく、0.9以上であることが更に好ましく、1.0以上であることが更により好ましいことがわかった。また、(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)は、30.0以下であることが好ましく、10.0以下であることがより好ましく、5.0以下であることが更に好ましく、3.0以下であることが更により好ましいことがわかった。
特に、アミノ変性シリコーン−1が10質量部及び変性ポリオレフィン−1が5質量部、アミノ変性シリコーン−1が5質量部及び変性ポリオレフィン−1が5質量部、アミノ変性シリコーン−2が10質量部及び変性ポリオレフィン−2が5質量部含まれている際、静止摩擦係数は、低い値を効果的に維持できていた。
また、変性ポリオレフィンの酸価は、1.0(mgKOH/g)以上であった。これより、変性ポリオレフィンの酸価は、0.1(mgKOH/g)より大きく100.0(mgKOH/g)以下であることが好ましく、0.5(mgKOH/g)以上80(mgKOH/g)以下であることがより好ましく、1.0(mgKOH/g)以上60(mgKOH/g)以下であることが更に好ましい。
以上のように、本実施の形態に係るグリース組成物においては、基油のシリコーン油により、グリース組成物の流動性が維持される。また、添加剤のアミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンは結合し強固な油膜を形成するため、グリース組成物が摺動部材に用いられた場合に摺動部分が停止している際の油膜破断を防ぐことができる。これらにより、グリース組成物の静止摩擦力を低減しながら、摺動部材の低温下での起動トルクを向上できる。
上記の実施の形態のグリース組成物は、高い荷重が負荷され、且つ摺動部分を有する機器等であれば、輸送機器や産業機器における摺動部材に適用できる。グリース組成物は、異種材の摺動部材の潤滑剤として用いられる。例えば、金属と樹脂との摺動部分を有する部材であれば適用することができ、金属と樹脂との間に充填することで、低い静止摩擦力が維持されるとともに、低温下での作動性を向上できる。
以上説明したように、本発明は、従来に比べて、静止摩擦力を低減でき、また、グリース組成物を摺動部材の潤滑剤に用いた際に低温下での作動性を向上できるという効果を有し、特に金属と樹脂との摺動部分を有する部材のグリース組成物に有用である。
3 POM球
4 SPCC鋼板

Claims (10)

  1. 基油としてのシリコーン油と、添加剤とを含有し、
    前記添加剤として、アミノ変性シリコーン及び変性ポリオレフィンを含有することを特徴とするグリース組成物。
  2. 前記シリコーン油として、ジメチルシリコーン油及びフェニル変性シリコーン油のうち少なくとも1種を含むこと特徴とする請求項1に記載のグリース組成物。
  3. 前記アミノ変性シリコーンは、下記一般式(1)または(2)で表されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のグリース組成物。
    Figure 2019172790
    Figure 2019172790
  4. 前記変性ポリオレフィンとして、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン及び酸変性ポリプロピレンのうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のグリース組成物。
  5. 前記アミノ変性シリコーンの含有量は、0質量部より大きく30質量部以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のグリース組成物。
  6. 前記変性ポリオレフィンの含有量は、0.1質量部より大きく20質量部以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のグリース組成物。
  7. 前記変性ポリオレフィンに対する前記アミノ変性シリコーンの含有量が下記式(3)の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のグリース組成物。
    0.5≦(アミノ変性シリコーン質量/変性ポリオレフィン質量)≦30.0 (3)
  8. 前記変性ポリオレフィンの酸価が、0.1(mgKOH/g)より大きく100.0(mgKOH/g)以下であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のグリース組成物。
  9. 前記グリース組成物の静止摩擦係数は、0.050以下であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のグリース組成物。
  10. 第1の部材と、第2の部材とを有し、前記第1の部材が前記第2の部材の表面を摺動するように支持された摺動部材であって、
    前記第1の部材または前記第2の部材が樹脂で形成されており、
    前記第1の部材と前記第2の部材との間に、請求項1から請求項9のいずれかに記載のグリース組成物が充填されていることを特徴とする摺動部材。
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