JP4002745B2 - グリース組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用するグリース組成物に関し、特に被潤滑部の剥離寿命を長くすることができるグリース組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり運動、転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の代表的なものとしては、転がり軸受、ボールねじ、直動案内軸受、各種のギヤ、カム、及び等速ジョイントなどが挙げられる。一方、転がり運動及び転がり滑り運動の対向には、滑り運動がある。こちらの寿命は、剥離ではなく、主に摩耗や焼付きとなる。滑り運動の機械部品の代表例としては、ジャーナル軸受（滑り軸受）、ピストン、ねじ、ロープ、チェーンなどが挙げられる。
転がり運動、転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部の剥離寿命は、金属の疲労による寿命であり、この寿命を全うするためには潤滑油膜を厚くすることが古くから唯一の手段とされている。従って、この被潤滑部の潤滑に使用されるグリースには、従来、油膜を充分に厚くすること、すなわち充分に高い粘度を有する基油を使用することのみが求められていた。
【０００３】
一方では最近、特許第２８７８７４９号（特開平３−２１０３９４）に記載されているように、自動車オルタネータ用軸受に、上記のような通常の金属疲労によらない早期寿命を引き起こす特異性剥離が見られ、問題視された。これは水素脆化による剥離とされ、同公報には不働態化酸化剤を添加したグリースを使用することによりこの特異性剥離を解消ないし軽減しようとする試みが提案され、具体例としては、亜硝酸ソーダの添加例が開示されている。
しかし、一般の金属疲労剥離では、油膜が薄くなった場合、表面の微小突起が接触し、表面起点剥離が生じ易くなり寿命が短くなる。油膜厚さは機械部品の速度がゼロの際、限りなくゼロに近づく。この速度ゼロの状態は、実際の機械部品ではスタート・ストップの繰り返しや往復揺動運動などで頻繁に見られる状態である。この油膜が薄くなった場合の剥離寿命を延長するようなグリース組成物は知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用するグリース組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、油膜の薄膜化により発生する金属疲労による剥離を、油膜の厚膜化によらずに防止し、剥離寿命を延長することができるグリース組成物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、基油、増ちょう剤、及びベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体を含有することを特徴とするグリース組成物を提供するものである。
上述のように、金属疲労による剥離寿命は、従来、グリースの油膜を厚くすることで全うしていたが、本発明は、特定の添加剤を添加することにより、油膜を厚くしなくても所期の目的を達成しうるグリース組成物を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に使用するベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体は、銅及び銅合金の腐食抑制剤として広く使用されているものである。ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体をグリース中に添加することにより、鋼の金属剥離寿命を大幅に延長させることができる。
ベンゾトリアゾール及びその誘導体の好ましい例としては、以下の式で示されるもの、及びその塩(アルカリ金属塩、銀塩等)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００７】
【化１】

【０００８】
式中、R¹は、H、ハロゲン（例えば、塩素）、炭素原子数1〜１８のアルキル基（例えば、メチル、エチル）又はCOOR³を示し、R²は、H、ハロゲン（例えば、塩素）、CH₂CH₂COOH、CH₂CH(OH)CH₂OH、CH(COOH)CH₂COOH、CH₂CH(COOH)CH₂COOH、又はCH₂NR⁴R⁵を示し、R³、R⁴、R⁵は、H又は炭素原子数１〜１８のアルキル基（例えば、２−エチルヘキシル、オクチル）を示す。
【０００９】
ベンゾトリアゾール及びその誘導体の具体例としては、１，２，３−ベンゾトリアゾール、１，Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−メチル−１，Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−カルボキシル−１，Ｈ−ベンゾトリアゾール、ナトリウムトリルトリアゾール、５−メチル−１，Ｈ−ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾールブチルエーテル、銀ベンゾトリアゾール、５−クロロ−１，Ｈ−ベンゾトリアゾール、１−クロロ−ベンゾトリアゾール、１−ジ（Ｃ₈Ｈ₁₇）アミノメチル−ベンゾトリアゾール、２，３−ジヒドロキシプロピル−ベンゾトリアゾール、１，２−ジカルボキシエチル−ベンゾトリアゾール、（Ｃ₈Ｈ₁₇）アミノメチル−ベンゾトリアゾール、ビス（ベンゾトリアゾール−１−イル−メチル）（Ｃ₈Ｈ₁₇）アミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−４−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミン等が挙げられる。
【００１０】
ベンゾトリアゾール及びその誘導体は、銅及び銅合金に対する腐食抑制剤の中で最も効果的なものであり、広く利用されており、銅系金属の腐食抑制剤としては、グリースにも一般的に使われている添加剤である。しかし、被潤滑部またはその近傍に、銅または銅合金がなければ、通常は使用されることのない添加剤である。また、耐摩耗性や摩擦緩和などの効果はなく、潤滑性向上の目的で使われる添加剤でもない。銅系金属の腐食抑制剤としてグリース組成物中に添加されるベンゾトリアゾール及びその誘導体の量は、通常は０．０１〜０．１質量％である。
【００１１】
従来、ベンゾトリアゾール及びその誘導体が剥離寿命向上剤として使用されたことはなく、また剥離寿命を向上する旨の報告・開示も全くない。さらに、上述した通り、剥離寿命延長に関与すると考えられる潤滑性を向上させる働き、すなわち耐摩耗性を付与したり、摩擦を緩和させるための添加剤としての働きも全く報告されていない。さらに、これらの腐食抑制作用は銅及び銅合金に対してのものであり、鋼、すなわち鉄系の金属（銅系以外の金属）に対する腐食抑制作用は全く報告されていない。
以上のように、銅系金属に対する腐食抑制剤としてのベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体が、鉄系金属の金属疲労寿命を向上させることは、全く予想されなかったことである。
【００１２】
本発明のグリース組成物中、ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体の含有量は、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは、０．５〜５質量％である。０．１質量％未満では効果が不充分であり、１０質量％以上添加しても効果が飽和してしまう。
【００１３】
本発明のグリース組成物に使用される増ちょう剤は、特に限定されない。好ましい例としては、Ｌｉ石けんや複合Ｌｉ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、ＰＴＦＥに代表される有機系増ちょう剤などが挙げられる。特に好ましいものは、ウレア系増ちょう剤である。
最近耐剥離性が要求される用途にはウレア系増ちょう剤を使用したグリース組成物を使用することが多い。これは、ウレア化合物の転動面保護によるものと推察されており、本発明においてウレア系増ちょう剤を使用すると、剥離寿命向上効果がさらに顕著である。また、ウレア系増ちょう剤は、他の増ちょう剤と比較して欠点が少なく、比較的安価であり、実用性も高い。
本発明のグリース組成物中の増ちょう剤の含有量は、増ちょう剤の種類により異なる。本発明のグリース組成物のちょう度は、２００〜４００が好適であり、増ちょう剤の含有量はこのちょう度を得るのに必要な量となる。本発明のグリース組成物中、増ちょう剤の含有量は、通常３〜３０質量％、好ましくは５〜２５質量％である。
【００１４】
本発明のグリース組成物に使用される基油も、特に限定されない。例えば、鉱油をはじめとする全ての基油が使用できる。鉱油の他、ジエステル、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、フッ素化油など各種合成油が使用できる。
【００１５】
本発明のグリース組成物には必要に応じて種々の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤などが挙げられる。
【００１６】
本発明のグリース組成物において、ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体が金属疲労寿命を向上させるメカニズムについては未だ不明の部分が多いが、現段階では下記の推論が考えられる。
ベンゾトリアゾールの銅腐食防止のメカニズムは、下地の銅が緻密な酸化銅（Ｃｕ₂ Ｏ）となった上に有効な銅／ベンゾトリアゾール被膜を形成するためであるとされている。一方、鋼の表面起点剥離を防止するには、鋼表面を緻密で硬くすることが求められる。これには表面を酸化鉄にすることが有効である。通常、潤滑により鉄新生面が酸化されて酸化鉄層が形成されるが、油膜が薄い場合、この層は接触により取り去られてしまう。その結果、鉄新生面が露出し、剥離が発生する。しかし、ベンゾトリアゾール及び誘導体は、酸化鉄層の上に被膜を形成し、この硬く緻密な酸化鉄層を保護するため、油膜が薄い場合でも剥離発生を防止することができるものと考えられる。
【００１７】
実施例１〜５、比較例１〜４
表１及び表２に記載したように、ベースグリースに、所定量の添加剤を加えてよく混ぜ、３本ロールミルで混練し、グリース組成物を製造した。
ベースグリース
Ａ 増ちょう剤：ジウレア
基油：Ｐ系鉱油，２３０mm² ／ｓ＠４０℃
ちょう度：No. １グレード
Ｂ 増ちょう剤：Ｌｉ石けん
基油：Ｐ系鉱油，２３０mm² ／ｓ＠４０℃
ちょう度：No. １グレード
添加剤
Ｃ ベンゾトリアゾール（城北化学製、商品名：BT-120)
Ｄ ベンゾトリアゾール誘導体(CIBA製、商品名:Irgamet 39)(N,N-ビス(2-エチルヘキシル)-4(又は5)-メチル-1H-ベンゾトリアゾール-1-メチルアミン)
Ｅ チアジアゾール誘導体 (R.T.Vanderbilt製、商品名：VANLUBE 829) 5,5-ジチオビス(1,3,4-チアジアゾール-2-チオール)
Ｆ アルキルチアジアゾール（大日本インキ製、Dailube R-100) (2,5−ビス（アルキルジチオ）1,3,4−チアジアゾール）
【００１８】
評価試験方法
転がり４球試験
試験方法の概略
φ１５mmの軸受用鋼球を３個用意し、底面の内径３６．０mm、上端部の内径３１．６３mm、深さ１０．９５mmの円筒状容器内に置き、試験グリースを２０ｇ塗布する。この３個の鋼球の上にφ５／８インチの軸受用鋼球１個を接触させ、所定の回転数で回転させると、下側の３個の鋼球は自転しながら公転する。これを鋼球面に剥離が生じるまで連続回転させる。
※剥離は、最も面圧の高い球−球間に生じる。
※寿命は、剥離が生じた時点の総回転数とする。
試験条件
試験鋼球：φ５／８in軸受用鋼球（回転球）、φ１５mm軸受用鋼球（従動球）
試験荷重（Ｗ）：４００kgf （6.５ＧPa ）※
回転速度（ｎ）：１５００rpm
試験繰り返し数：５（平均寿命：ｎ＝５の平均）
※球−球間の最大ヘルツ圧。6.５ＧPa という値は、非常に高い面圧であり、油膜はかなりの薄膜になっている状態である。
グリースの組成及び試験結果を表１及び表２に示す。
【００１９】
【表１】
＜実施例＞

【００２０】
【表２】
＜比較例＞

【００２１】
考察
ウレア系ベースグリースＡを使用したもの（実施例１〜４、比較例１）は、Ｌｉ石けん系ベースグリースＢを使用したもの（実施例５、比較例２）よりも、剥離寿命が長いことが分かる（実施例２と実施例５の対比、及び比較例１と比較例２の対比）。
ベースグリースによって多少の差は認められるものの、ベンゾトリアゾールまたはその誘導体を添加すると、剥離寿命は１質量％添加で約２倍に延び、２質量％添加で約３倍に延びることが分かる（実施例１、２、３と比較例１の対比、及び実施例５と比較例２の対比）。また、剥離寿命の延長効果は添加量が多くなるほど大きいが、５質量％添加ではその効果の増大は少なくなる（実施例２、３、５の対比）。
【００２２】
比較例３及び４で使用した添加剤はチアジアゾール系のものである。このチアジアゾール系添加剤は、ベンゾトリアゾールと同様に、銅の腐食防止剤としてよく知られている。しかし、チアジアゾール系の添加剤の、剥離寿命向上効果は小さい。
以上のとおり、ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体の剥離寿命延長効果は、顕著であり、ウレア系増ちょう剤を使用した場合（実施例１〜４）は、特に優れていることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のグリース組成物は、油膜の厚膜化によらず、剥離寿命を向上させることができる。

Claims (3)

1. 転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、基油、増ちょう剤、及びベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体を含有すること、
   該増ちょう剤がジウレア化合物であること、
   該ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体の含有量が、グリース組成物中、０．５〜５質量％であること、
   該ベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体が以下の式で表されること
   

   

   （式中、Ｒ ¹ は、Ｈ、ハロゲン、炭素原子数１〜１８のアルキル基、又はＣＯＯＲ ³ を示し、Ｒ ² は、Ｈ、ハロゲン、ＣＨ ₂ ＣＨ ₂ ＣＯＯＨ、ＣＨ ₂ ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ ₂ ＯＨ、ＣＨ（ＣＯＯＨ）ＣＨ ₂ ＣＯＯＨ、ＣＨ ₂ ＣＨ（ＣＯＯＨ）ＣＨ ₂ ＣＯＯＨ、又はＣＨ ₂ ＮＲ ⁴ Ｒ ⁵ を示し、Ｒ ³ 、Ｒ ⁴ 、Ｒ ⁵ は、Ｈ又は炭素原子数１〜１８のアルキル基を示す。）
   を特徴とするグリース組成物。
2. 請求項１記載のグリース組成物を使用した転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品。
3. 転がり軸受である請求項２記載の機械部品。