JP2022075001A - グリース組成物及びこのグリース組成物を用いた摺動部分の潤滑方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼及び樹脂間の潤滑条件において、低速及び高速の両方の状態において、摩擦係数を低く維持することができるグリース組成物を提供することを課題とする。【解決手段】（Ａ）ポリαオレフィンを含む基油と、（Ｂ）脂環式アミンとジフェニルメタンジイソシアネートの反応生成物であるウレア系増ちょう剤と、（Ｃ）脂肪族アミドと、（Ｄ）テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物と、を含み、鋼及び樹脂間の潤滑に用いられるグリース組成物により、前記課題を解決することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、グリース組成物に関する。本発明はまた、このグリース組成物を用いた摺動部分の潤滑方法に関する。

グリースは、主にすべり軸受、転がり軸受（ベアリング）、又は摺動部に用いられている。使用されるグリースは、その使用条件に合わせて選別される。
グリースの潤滑性の改善のため、基油、増ちょう剤、添加剤の選択が種々提案されている。一方で、摺動部の条件により、摩擦特性は異なる。したがって、材質、温度、及び摺動速度などを考慮して、最適な組成を有するグリースを選択する必要がある。特に、鋼と樹脂は摩擦特性が異なり、両方の材質に接していても、低摩擦を維持できるグリース組成物が求められていた。

国際公開第２０１６／１４３８０７号

特許文献１は、潤滑油基油、増ちょう剤、アミド化合物、ならびに、α‐ヒドロキシカルボン酸金属塩、及びω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩の少なくとも一方を含有し、そのヒドロキシカルボン酸金属塩の合計の含有量がグリース組成物全量基準で０．１質量％以上２質量％以下であるグリース組成物を開示する。特許文献１に開示されたグリース組成物では、鋼及び樹脂間の摩耗量を低減することが可能である。しかしながら、本発明者らは、特許文献１に開示されたグリース組成物では、条件によっては摩擦係数を低く維持できない場合があることを発見した。

本発明者らは、鋼及び樹脂間において、低速及び高速の両方の状態において、摩擦係数を低く維持できるグリース組成物に関して鋭意検討した。そして、成分（Ａ）～（Ｄ）を組み合わせることで、前記課題を解決できることを見出し、発明を完成するに至った。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、以下の通りである。
＜１＞
（Ａ）ポリαオレフィンを含む基油と、
（Ｂ）脂環式アミンとジフェニルメタンジイソシアネートの反応生成物であるウレア系増ちょう剤と、
（Ｃ）脂肪族アミドと、
（Ｄ）テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物と、
を含み、鋼及び樹脂間の潤滑に用いられるグリース組成物。
＜２＞
（Ｅ）窒化ホウ素
をさらに含む、＜１＞に記載のグリース組成物。
＜３＞
前記（Ｄ）成分の含有量が、組成物全量基準で０．１質量％以上３質量％以下である、＜１＞又は＜２＞に記載のグリース組成物。
＜４＞
（Ｃ）脂肪族アミドが、ステアリン酸ビスアミドである、＜１＞～＜３＞のいずれかに記載のグリース組成物。
＜５＞
前記（Ａ）成分の含有量が、組成物全量基準で７０質量％以上８５質量％以下であり、
前記（Ｂ）成分の含有量が、組成物全量基準で５質量％以上２０質量％以下であり、そして
前記（Ｃ）成分の含有量が、組成物全量基準で５質量％以上２０質量％以下である、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載のグリース組成物。
＜６＞
摺動部分に＜１＞～＜５＞のいずれかに記載のグリース組成物を介在させる潤滑方法。

本発明のグリース組成物によれば、鋼及び樹脂間の潤滑条件において、低速及び高速の両方の状態において、摩擦係数を低く維持することができる。

〔成分（Ａ）：潤滑油基油〕
本発明のグリース組成物において、潤滑油基油としては、ポリαオレフィンを含む基油を用いることができる。４０℃における動粘度３０ｍｍ^２／ｓ以上１００ｍｍ^２／ｓ以下であるポリαオレフィンを用いることが好ましい。
４０℃における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３：２０００に準拠して測定することができる。

ポリαオレフィンとしては、炭素数２～３２、好ましくは６～１６のα－オレフィンのオリゴマー又はコオリゴマー（１－オクテンオリゴマー、デセンオリゴマー、エチレン－プロピレンコオリゴマー等）及びそれらの水素化物が挙げられる。なお、「炭素数２～３２」とは、炭素原子を２個以上３２個以下有することを意味する。
本発明のグリース組成物における、潤滑油基油の含有量は、グリース組成物全量基準で、好ましくは、７０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは７５質量％以上８５質量％以下である。

本発明のグリース組成物においては、潤滑油基油としてポリαオレフィンのみを含むこともでき、その他の潤滑油基油を含むこともできる。具体的には、本発明のグリース組成物において、ポリαオレフィンの含有量は、潤滑油基油基準で、例えば、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上、又は９９質量％以上であることができる。

〔成分（Ｂ）：ウレア系増ちょう剤〕
ウレア系増ちょう剤としては、脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とを反応させて得られるウレア系化合物を使用することができる。
脂環式アミンとしては、例えば、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等が挙げられる。

本発明のグリース組成物においては、脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とを反応させて得られるウレア系化合物のみを含んでもよく、その他のウレア系化合物を含んでもよい。本発明のグリース組成物において、脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて得られるウレア系増ちょう剤の含有量は、ウレア系増ちょう剤基準で、例えば、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上、又は９９質量％以上であることができる。

脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて得られるウレア系化合物は、種々の方法と条件下で反応させることができる。増ちょう剤の均一分散性が高いジウレア化合物が得られることから、潤滑油基油中で、脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させることが好ましい。また、反応は、脂環式アミンを溶解した潤滑油基油中に、ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解した潤滑油基油を添加して行ってもよく、ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解した潤滑油基油中に、脂環式アミンを溶解した潤滑油基油を添加して行ってもよい。これらの反応における温度及び時間は、特に限定されず、通常の反応と同様の温度及び時間が適用可能である。反応温度は、脂環式アミン及びジフェニルメタンジイソシアネートの溶解性及び揮発性の点から、６０℃以上１７０℃以下が好ましい。反応時間は、脂環式アミン及びジフェニルメタンジイソシアネートの反応を完結させるという点と製造時間短縮による効率化の点から、０．５時間以上２．０時間以下が好ましい。

脂環式アミンと、ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて得られるウレア系増ちょう剤の含有量は、グリース組成物全量に対して、好ましくは、５質量％以上２０質量％以下、より好ましくは５質量％以上１５質量％以下である。

〔成分（Ｃ）：脂肪族アミド〕
本発明のグリース組成物において使用される脂肪族アミドは、脂肪族炭化水素の少なくとも１つの水素がアミド基（‐ＮＨ‐ＣＯ‐）で置換された化合物である。本発明のグリース組成物では、脂肪族アミドとして、アミド基を１つ含む化合物（モノアミド）、アミド基を２つ含む化合物（ビスアミド）、又はアミド基を３つ含む化合物（トリアミド）のいずれを用いてもよい。

モノアミドとしては、モノアミンの酸アミドでも、モノ酸の酸アミドのいずれでも良い。ビスアミドしては、ジアミンの酸アミドでも、ジ酸の酸アミドのいずれでも良い。
脂肪族アミドは、好ましくは、融点が４０℃以上１８０℃以下、より好ましくは８０℃以上１８０℃以下、更に好ましくは１００℃以上１７０℃以下のものである。脂肪族アミドは、好ましくは、分子量が２４２以上９３２以下、より好ましくは２９８以上８７６以下のものである。
脂肪族のモノアミド、ビスアミド、及びトリアミドは、下記の一般式（１）、一般式（２）及び（３）、並びに一般式（４）でそれぞれ表される。

Ｒ^１‐ＣＯ‐ＮＨ‐Ｒ^２・・・・（１）
Ｒ^１‐ＣＯ‐ＮＨ‐Ａ^１‐ＮＨ‐ＣＯ‐Ｒ^２・・・・（２）
Ｒ^１‐ＮＨ‐ＣＯ‐Ａ^１‐ＣＯ‐ＮＨ‐Ｒ^２・・・・（３）
Ｒ^１‐Ｍ‐Ａ^１‐ＣＨ（Ａ^２‐Ｍ‐Ｒ^３）‐Ａ^３‐Ｍ‐Ｒ^２・・・・（４）

上記各式において、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は、それぞれ独立して、炭素数５～２５の脂肪族炭化水素基である。また、一般式（１）の場合にはＲ^２が水素の場合も含む。Ａ^１、Ａ^２、Ａ^３は、それぞれ独立して、炭素数１～１０の脂肪族炭化水素基で、Ｍはアミド基である。
なお、モノアミドの場合、Ｒ^２が水素又は炭素数１０～２０の飽和又は不飽和の鎖状炭化水素基であることが好ましい。
また、ジアミンの酸アミドの場合は、Ａ^１が炭素数１～４の飽和鎖状炭化水素基のものが好ましい。
さらに、式（２）及び（３）において、Ｒ^１、Ｒ^２、またはＡ^１で表される炭化水素基は、一部の水素が水酸基（‐ＯＨ）で置換されていてもよい。

上記一般式（１）で表されるモノアミドとしては、具体的には、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド等の飽和脂肪酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド、及びステアリルステアリン酸アミド、オレイルオレイン酸アミド、オレイルステアリン酸アミド、ステアリルオレイン酸アミド等の飽和又は不飽和の長鎖脂肪酸と長鎖アミンによる置換アミド類などが挙げられる。

上記一般式（２）で表されるジアミンの酸アミドとしては、具体的には、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスイソステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、メチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド等が挙げられる。
一般式（３）で表されるジ酸のビスアミドとしては、具体的には、Ｎ，Ｎ’‐ビスステアリルセバシン酸アミド等が挙げられる。
これらビスアミドの中でも、一般式（２）及び一般式（３）のＲ^１とＲ^２がそれぞれ独立して炭素数１２～２０の飽和鎖状炭化水素基又は不飽和鎖状炭化水素基の脂肪族アミドであることが好ましい。

本発明に好適に用いることができる上記一般式（４）で表される脂肪族アミドとしては、Ｎ‐アシルアミノ酸ジアミド化合物が挙げられる。この化合物のＮ‐アシル基は、炭素数１～３０の直鎖又は分枝の飽和又は不飽和の脂肪族アシル基又は芳香族アシル基、特にはカプロイル基、カプリロイル基、ラウロイル基、ミリストイル基、ステアロイル基からなるものが好ましく、またアミノ酸としてはアスパラギン酸、グルタミン酸からなるものが好ましく、また、アミド基のアミンは炭素数１～３０の直鎖又は分枝の飽和又は不飽和の脂肪族アミン、特にはブチルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、イソステアリルアミン、ステアリルアミン等が好ましい。特には、具体的な化合物としてＮ‐ラウロイル‐Ｌ‐グルタミン酸‐α，γ‐ジ‐ｎ‐ブチルアミドが好ましい。

本発明のグリース組成物において使用される脂肪族アミドは、式（２）で表される脂肪族ビスアミドが好ましい。中でも、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、及びメチレンビスラウリン酸アミドがより好ましい。
脂肪族アミドはそれぞれ単独で用いても、２種以上を任意の割合で組み合わせて用いてもよい。脂肪族アミドの含有量は、グリース組成物全量基準で、５質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、７質量％以上１５質量％以下とすることがより好ましい。脂肪族アミドの含有量が上記上限値以下であることにより、グリースが硬くなりすぎないため、潤滑不良を抑制することができ、上記下限値以上であることにより、低速および高速の両方の状態において、より摩擦係数を下げることができる。

〔成分（Ｄ）：テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物〕
本発明のグリース組成物において使用される、テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物は、以下の式（５）で表される。
式（５）

Ｒはいずれもイソステアリン酸である。成分（Ｄ）は、油性剤として、本発明のグリース組成物に添加される。成分（Ｄ）を含有することにより、鋼及び樹脂間の潤滑条件において、低速および高速の両方の状態において摩擦係数を下げることができる。

成分（Ｄ）の含有量は、グリース組成物全量基準で、０．１質量％以上３質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上２．５質量％以下であることがより好ましい。成分（Ｄ）の含有量が上記範囲内にあることにより、低速における摩擦係数をより下げることができる。

〔成分（Ｅ）：窒化ホウ素〕
本発明のグリース組成物は、成分（Ａ）～（Ｄ）に加えて、窒化ホウ素を含むことができる。本発明のグリース組成物では、固体潤滑剤として広く用いられている六方晶系の常圧相（ｈ‐ＢＮ）の粉末のものを使用することができる。使用用途により適正な粒径のものを適宜選定して使用できるが、粒子直径が１μｍ以上１０μｍ以下のものが好ましい。
この窒化ホウ素の含有量は、グリース組成物の全量基準で、好ましくは０．２質量％以上５質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上３質量％以下である。窒化ホウ素の含有量が上記上限値以下であることにより、他の添加剤の効果を阻害することなく、摩擦係数をより下げることができ、上記下限値以上であることにより、グリース組成物の長時間耐久性が向上する。

〔その他の添加剤〕
本発明のグリース組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般にグリースに用いられている、固体潤滑剤、摩耗防止剤又は極圧剤、酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤などを適宜添加することができる。

固体潤滑剤としては、窒化ホウ素以外に、例えば、黒鉛、フッ化黒鉛、メラミンシアヌレート、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、硫化アンチモン、アルカリ（土類）金属ホウ酸塩等が挙げられる。グリース組成物が、窒化ホウ素以外の固体潤滑剤を含有する場合、その含有量は、グリース組成物全量基準で０．１質量％以上２０質量％以下であることができる。

摩耗防止剤又は極圧剤としては、例えば、ジアリールジチオリン酸亜鉛、ジアリールジチオカルバミン酸亜鉛等の有機亜鉛化合物、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジハイドロカルビルポリサルファイド、硫化エステル、チアゾール化合物、チアジアゾール化合物等の硫黄含有化合物；リン酸エステル、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、亜リン酸エステル等のリン系極圧剤等が挙げられる。グリース組成物が摩耗防止剤又は極圧剤を含有する場合、その含有量は、グリース組成物全量基準で０．１質量％以上１０質量％以下であることができる。

酸化防止剤としては、例えば、２，６－ジ－ｔ－ブチルフェノール、２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール等のフェノール系化合物、モノブチルフェニルモノオクチルフェニルアミン、ジアルキルジフェニルアミン、フェニル－α－ナフチルアミン、ｐ－アルキルフェニル－α－ナフチルアミン等のアミン系化合物等が挙げられる。グリース組成物が酸化防止剤を含有する場合、その含有量はグリース組成物全量基準で０．５質量％以上１０質量％以下であることができる。

防錆剤としては、例えば、アミン類、中性又は過塩基性の石油系又は合成油系金属スルフォネート、カルボン酸金属塩類、エステル類、リン酸、リン酸塩等が挙げられる。グリース組成物が防錆剤を含有する場合、その含有量はグリース組成物全量基準で０．００５質量％以上５質量％以下であることができる。

腐食防止剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、トリルトリアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、及びイミダゾール系化合物等の公知の腐食防止剤を使用可能である。グリース組成物が腐食防止剤を含有する場合、その含有量はグリース組成物全量基準で、０．０１質量％以上１０質量％以下であることができる。

本発明のグリース組成物は、必須成分としての成分（Ａ）～（Ｄ）、さらに必要に応じてその他の添加剤を混合し、撹拌した後、ロールミル等を通すことによって得ることができる。

〔鋼及び樹脂間〕
本明細書において「鋼及び樹脂間」とは、本発明のグリース組成物が封入される部分において、当該グリースが接触する部分に、少なくとも鋼及び樹脂が存在することを意味する。したがって、鋼又は樹脂を含む部材が、それぞれ１つより多くてもよい。また、本発明のグリース組成物が、鋼及び樹脂の両方を含む単一の部材に封入されていてもよい。また、鋼及び樹脂以外の材質とも接する実施形態を除外するものではない。
本明細書において「鋼」とは、炭素を０．０４～２質量％含む、鉄の合金を意味する。
本明細書において「樹脂」には、天然樹脂及び合成樹脂の両方が含まれる。合成樹脂としては、汎用プラスチック（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニールなど）、及びエンジニアリングプラスチックが含まれる。耐熱性、機械的強度の観点で、合成樹脂として、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂などが好ましく、ポリアミド樹脂、及びポリオキシメチレン樹脂がより好ましい。

〔低速及び高速〕
本発明のグリース組成物を用いる機器としては、自動車・鉄道・航空機などの輸送機械、工作機械などの産業機械、洗濯機・冷蔵庫・掃除機などの家庭電化製品、時計・カメラなどの精密機械が挙げられる。これらの機器の軸受、歯車、摺動面、ベルト、ジョイント、及びカムなどに、本発明のグリース組成物を用いることができる。本発明のグリース組成物を使用することにより、上記機器の軸受等の低速（例えば、０．１ｍ／ｓ以下の速度の回転）及び高速（例えば、０．１ｍ／ｓを超える速度の回転）における摩擦係数を低く維持することができる。

次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。なお、特に説明のない限り、％は質量％を示す。

実施例１～４および比較例１～３
＜グリースの配合＞
各実施例及び各比較例について表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油および添加剤を配合することによって、試験用グリース組成物を調製した。得られた試験用グリース組成物に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表１に示す。

（１）基油
・ポリαオレフィン１：動粘度４６ｍｍ^２／ｓ（４０℃）
・ポリαオレフィン２：動粘度４００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）
表１に示した質量比で基油を混合し、潤滑油基油を調製した。
（２）増ちょう剤
・シクロヘキシルアミン（ＣＨＡ）とジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とを混合し、ウレア系化合物を調製した。
（３）添加剤
表１に記載の通り、添加剤を添加した。表中、添加剤の含有量は、グリース組成物全量基準を意味する。添加剤の詳細は以下の通りである。
・オクチルＮ（オクチルフェニル）アニリン 三洋化成社製（製品名：Ｖａｎｌｕｂｅ８１）
・エチレン Ｂｉｓ－ステアリルアミド アデカケミカルサプライ社製（製品名：ＰＡＬＭＯＷＡＸ ＥＢＳ）
・テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物 シェブロンオロナイト社製（製品名：ＯＬＯＡ ３４０Ｄ）
・窒化ホウ素 水島合金鉄社製（製品名：ＨＰ－Ｐ１）
・亜リン酸エステルとリン酸エステルの混合物 日本ルーブリゾール社製（製品名：ＬＵＢＲＩＺＯＬ ６１７８）

＜評価＞
（１）摩擦係数
ＪＩＳ Ｋ ７２１８に記載の鈴木式摩擦試験機を用いて、低速（０．０４ｍ／ｓ）及び高速（１ｍ／ｓ）における摩擦係数を測定した。樹脂にはポリアミドであるＰＡ６６をリング状（外径２５．６ｍｍ、内径２０．０ｍｍ、高さ１５ｍｍ）に加工したものを用い、鋼にはＳ４５Ｃのコロ（φ８ｍｍ、長さ５ｍｍ）を用いた。３つのコロを放射状に配置し回転しないよう固定した状態でグリースをコロに１ｇ塗布し、３つのコロに均等に接触するよう樹脂リングを押し付け、５０Ｎの荷重を付加した状態で、低速（０．０４ｍ／ｓ）又は高速（１ｍ／ｓ）で運転したときの５分後の摩擦係数を測定した。

実施例１～４のグリース組成物の各々では、摩擦係数が、低速試験時には０．０７０以下に、そして高速試験時には０．０４０以下に抑制された。
テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物ではなく亜リン酸エステルとリン酸エステルの混合物を含む比較例１、及びエチレンＢｉｓ－ステアリルアミドを含まない比較例２の各々では、低速試験時又は高速試験時の摩擦係数がそれぞれ０．０７０又は０．０４０を超える結果となった。
樹脂及び鋼の条件ではなく、鋼及び鋼の条件で計測した比較例３では、低速試験時又は高速試験時の摩擦係数が、いずれも大幅に上昇した。

本発明のグリース組成物によれば、鋼及び樹脂間の潤滑条件において、低速及び高速の両方の状態において、摩擦係数を低く維持することができる。

Claims (6)

1. （Ａ）ポリαオレフィンを含む基油と、
   （Ｂ）脂環式アミンとジフェニルメタンジイソシアネートの反応生成物であるウレア系増ちょう剤と、
   （Ｃ）脂肪族アミドと、
   （Ｄ）テトラエチレンペンタミンとイソステアリン酸のアミド化合物と、
   を含み、鋼及び樹脂間の潤滑に用いられるグリース組成物。
2. （Ｅ）窒化ホウ素
   をさらに含む、請求項１に記載のグリース組成物。
3. 前記（Ｄ）成分の含有量が、組成物全量基準で０．１質量％以上３質量％以下である、請求項１又は２に記載のグリース組成物。
4. （Ｃ）脂肪族アミドが、ステアリン酸ビスアミドである、請求項１～３のいずれか１項に記載のグリース組成物。
5. 前記（Ａ）成分の含有量が、組成物全量基準で７０質量％以上８５質量％以下であり、
   前記（Ｂ）成分の含有量が、組成物全量基準で５質量％以上２０質量％以下であり、そして
   前記（Ｃ）成分の含有量が、組成物全量基準で５質量％以上２０質量％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のグリース組成物。
6. 摺動部分に請求項１～５のいずれか１項に記載のグリース組成物を介在させる潤滑方法。