JP4008992B2 - 焼結含油軸受油組成物 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、工業的に使用される含油軸受の潤滑性、熱安定性および防錆性を高め、軸受寿命の延長を図るための焼結含油軸受油組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
高速、軽荷重用として含油軸受は、給油を必要としない特長から小型モータの普及とともに自動車、音響機器、事務機器、家電製品、農業機械などあらゆる分野に広く使われている。各種機器の高性能化に伴い、含油軸受に求められる性能も高度化、多様化され、その解決には高度な潤滑技術が要求されるようになってきた。各種軸受メーカーはこれまで材質面で種々改善に努めてきたが、最近は軸受の金属組成よりも潤滑油の特性を重視している。その背景は、油潤滑とはいえ含油軸受が流体潤滑よりも境界潤滑に近い状態で使用されることにある。そのため、軸受性能は含油される潤滑油の特性に大きく依存し、油膜形成能力の高い潤滑油が要望されている。例えば特開平9−48989号公報には、基油に特定の有機リン化合物を添加してなるものが、特開平9−125086号公報には、ポリオレフィンとポリオールエステルを配合してなるものが記載されているが、該軸受油によっても焼結含油軸受油の要求特性である防錆性、耐摩耗性、酸化安定性、低摩擦係数のすべての特性を満足することは出来なかった。
【0003】
また、含油軸受の製造場所が高温多湿な海外で実施される背景から、使用する潤滑油にはより優れた防錆性が要望されている。しかし、従来の組み合わせでは耐摩耗性を阻害する問題が発生し、両性能を同時に満足させる潤滑油は存在しないのが現状である。
【0004】
従来の含油軸受用潤滑油としては、パラフィン系、ナフテン系の各種鉱油や、ジエステル、ポリオールエステル、ポリ−α−オレフィン水素化物などの合成油が特性に応じて使用されているが、含油軸受用の専用潤滑油はなく、市販の油圧作動油やエンジン油などを転用しているのが現状である。
【0005】
一般に、鉱油系潤滑油には、鉱油系基油に酸化防止剤、防錆剤、耐摩耗剤、消泡剤、金属不活性剤などが配合され、必要に応じて清浄分散剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤などの添加剤が配合されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、防錆能力・油膜形成能力が高く、使用温度範囲が広く、潤滑性が優れ、長寿命の焼結含油軸受油組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、(a)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物、(b)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物、(c)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物とエステルとの混合物、(d)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物とエステルとの混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる基油に、防錆剤として有機スルフォン酸亜鉛塩を0.01〜3.0重量%配合してなる焼結含油軸受油組成物である。
【0008】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の焼結含油軸受油組成物には、防錆剤として有機スルフォン酸亜鉛塩を用いる。
【0010】
本発明において防錆剤として用いる有機スルフォン酸亜鉛塩はジノニルナフタレンスルフォン酸亜鉛塩が好適であり、下記一般式(1)で表されるものである。通常、キャリアとして鉱油を用いるがスラッジが多く発生したり、潤滑性能が低下するため、本発明においてはポリ−α−オレフィンをキャリアとして用いた。使用する有機スルフォン酸亜鉛塩として例えばキングインダストリーズ社製NA−SUL ZS/PAOなどが好適である。
【0011】
【化1】
【0012】
これら防錆剤の基油に対する添加量は、0.01〜3.0重量%、好ましくは0.01〜0.1重量%である。防錆剤の添加量が0.01重量%より少ないと防錆効果が無く、3.0重量%を越えると濁りが発生し、品質不良が発生するため好ましくない。
【0013】
本発明の焼結含油軸受油組成物は、上記のとおり、基油にカルボン酸エステル、有機スルフォン酸亜鉛塩を単独もしくは混合して配合してなるものであるが、必要に応じて、この組成物に各種の添加剤を配合することができる。これらの添加剤は1種のみを配合してもよいが、2種以上を配合してもよい。
【0014】
本発明の焼結含油軸受油組成物においては、耐摩耗剤として耐摩耗性、熱安定性に優れるものを使用できるが、上記の基油に下記一般式(2)で表されるリン酸エステルを配合することが好適である。このリン酸エステルとしては、たとえばリン酸トリオクチルやリン酸トリクレジル等のリン酸トリエステルやリン酸モノオクチルエステル、リン酸ジオクチルエステル等の酸性リン酸エステルやアルキルリン酸エステルアミン塩(一部アミン塩)などが挙げることができるが、好ましくはリン酸トリエステルである。リン酸エステルを使用することで油膜形成能力を増大させることができる。(R1 〜R3 は、同一又は異なってもよく水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、アルキレン基若しくはアルコキシ置換アルキル基、または炭素数6〜12を有するアリール基若しくはアルキル置換アリール基を示す)
【0015】
【化2】
【0016】
このリン酸エステルの基油に対する配合割合は、0.1〜5重量%好ましくは0.5〜3重量%である。リン酸エステルの配合割合が0.1重量%より少ないと耐摩耗性を改善することができず、5重量%を越えて添加しても大幅な耐摩耗性能力の向上は認められない。
【0017】
本発明で基油の粘度指数は粘度指数向上剤を添加することで改善できる。粘度指数向上剤としては、たとえばポリメタクリレート系のものや、ポリブテン(ポリイソブチレン)系のものなどが挙げられる。ポリメタクリレート系の平均分子量は20,000〜1,500,000程度である。粘度指数向上効果とせん断安定性との関係から平均分子量は20,000〜50,000が好ましい。またポリブテン系の平均分子量は5,000〜300,000程度がよい。粘度指数向上剤の配合割合は、基油に対して1〜30重量%、好ましくは1〜5重量%の範囲がよい。
【0018】
また、本発明の組成物には、金属不活性剤を配合することができる。金属不活性剤としては、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体が代表的なものであるが、その他にイミダゾリン、ピリジン誘導体がある。これらは、少なくともN−C−N結合を有する化合物中に効果のあるものが多く、金属表面に不活性皮膜を作る作用と酸化防止作用を有する。これ以外では、N−C−S結合を有する化合物もあるが、基油への溶解性および揮発性などから、ベンゾトリアゾール誘導体などが有効である。金属不活性剤の配合割合は、基油に対して0.05〜5重量%の範囲がよい。
【0019】
さらに、本発明の組成物には、酸化防止剤を配合することができる。酸化防止剤としては、遊離基連鎖反応停止剤として働くフェノール系、アミン系あるいは過酸化物分解剤として働く硫黄系酸化防止剤からなる群から選ばれる1種または2種以上の酸化防止剤を単独又は混合して用いることができるが、好適な酸化防止剤としてはアミン系とフェノール系を併用することが好ましい。フェノール系酸化防止剤としては、例えば2,6−ジ−t−ブチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、2,6,−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、2,6−ジ−t−4−n−ブチルフェノールが挙げられる。蒸発特性および基油との相溶性の点からは、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)が好適である。また、アミン系酸化防止剤としては、ジオクチルジフェニールアミンやフェニル−α−ナフチルアミンが挙げられる。なお、蒸発特性および基油との相溶性の点からは、ジオクチルジフェニールアミンが好適である。その配合量は、基油に対しての溶解性を考慮して、基油に対して、アミン系酸化防止剤0.1〜10重量%、フェノール系酸化防止剤0.1〜10重量%が好ましい。単独使用の場合は、アミン系酸化防止剤0.1〜10重量%が好適である。フェノール系酸化防止剤は併用のみに効果がある。
【0020】
本発明における基油は、(a)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物、(b)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物、(c)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物とエステルとの混合物、(d)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物とエステルとの混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなるものである。本発明において基油の一成分として用いるポリ−α−オレフィン水素化物(以下PAOと略称する)は平均分子量200〜1600、好ましくは400〜800のものであり、1−デセン、イソブテン等をルイス酸コンプレックスあるいは酸化アルミニウム触媒等で重合させて得られた重合物を水素化することにより得られる。PAOを基油に用いることで、耐熱性の向上が図れ、なおかつ、油から生じるスラッジの量を極端に抑えることができる。
【0021】
本発明において基油として使用するエチレン−α−オレフィン共重合体水素化物は、例えばエチレンと1−デセン、イソブテン等をルイス酸等の触媒で重合させて得られた重合物を水素化することにより得られる。これらは、数平均分子量が200〜4,000程度のものがあり、数平均分子量1,450のものが好ましい。
【0022】
本発明において基油として用いるエステルは、モノエステル(1価アルコールと1価脂肪酸のエステル)、ジエステル(1価アルコールと2価脂肪酸のエステル)、ポリオールエステル(ネオペンチル骨格を有するアルコールと1価脂肪酸のエステル)、コンプレックスエステル(ポリオールエステルを原料に多価脂肪酸を加え、ポリオールを架橋したオリゴマーエステル)などのいずれを使用してもかまわないが、相溶性と低粘度でかつ蒸発特性に優れるポリオールエステルが好ましい。エステルを用いることでポリオレフィン類の欠点である溶解性を克服でき、さらに蒸発特性・潤滑性を改善することができる。
【0023】
上記の添加剤を配合する場合、本発明の組成物における各成分の配合割合は、基油100重量部に対し、防錆剤0.01〜3重量部、耐摩耗剤としてリン酸エステル0.5〜3重量部とすることがよい。そして、組成物の動粘度を100cSt以下とすることが好ましい。動粘度が100cStを越えるとモータのトルクに悪影響を与える。
【0024】
本発明の焼結含油軸受潤滑油組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて、粘度指数向上剤、流動点降下剤、無灰系分散剤、酸化防止剤、金属不活性剤、金属系清浄剤、油性剤、界面活性剤、消泡剤、摩擦調整剤などを用途に応じて配合することができる。本発明の焼結含油軸受油組成物は各種焼結金属材に含浸して焼結合金軸受として使用する。このような焼結合金軸受は各種の軸受に使用することができるが、例えばポータブルラジカセ、軸流ファンモーター、ステッピングモーター、ポータブルCDプレーヤー、ポータブルMDプレーヤー等のキャプスタン軸受やモーター軸受に適用することができる。また、焼結合金軸受に動圧機構があっても同様に適用することができる。
【0025】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。実施例及び比較例で用いた各成分の略号は次のとおりである。また、配合割合は重量%で示されている。
PAO:ポリ−α−オレフィン水素化物(新日鐵化学製:シンフルード 801 炭素数30+:2〜4重量%、炭素数40+:52〜54重量%、炭素数50+:45〜47重量%)
TP:リン酸トリオクチル
TA:アルキルリン酸エステルアミン塩
L57:ジオクチルジフェニールアミン
POE:ポリオールエステル(HATCO社製:H2937)
Zn:ジノニルナフタレンスルフォン酸亜鉛塩
Ba:ジノニルナフタレンスルフォン酸バリウム中性塩
BTA:金属不活性剤(ベンゾトリアゾール誘導体)
K2:100%Active Tertiary Amine Blend(キングインダストリーズ社製:K−CORR100A2)
DTA:Diethylenetriamine dinonylnaphtha−
lene sulfonate synergistic blend
729:Calcium dinonylnaphthalene sulfonate
【0026】
実施例1〜2、比較例1〜7
表1に示す各成分を配合して実施例1〜2および比較例1〜7の焼結含油軸受油組成物(以下、潤滑油という)を調整した。これら潤滑油について、旧ASTM D2783−88に記載されている試験機を用いて評価を行った。試験条件は、回転数9,000rpm、負荷荷重10kg(平均圧力;14,650kg/cm2、すべり速度;3.46m/sec)で、測定項目として、摩耗痕径(mm)と電気抵抗法による油膜形成率の測定を実施した。試験球の材質は上部球にSUJ2を使用し、下部球の3つは黄銅のものを使用した(評価時間は30分)。熱安定性は175℃×24時間の環境下に供試油を置き、粘度変化(JIS K2283)、全酸価変化(JIS K2501)、スラッジ発生量(JIS B9931準拠)を測定した。防錆試験は、JIS K2246湿潤試験方法に準拠して実施し、焼結含油軸受に試料を含油させて300時間後の錆の発生有無を確認した。試験結果を表2に示す。なお、表1の「Bal」は、全体を100として、数値表示したもの以外の残りがそのものであることを表している。また、表2中の発錆状況とは、湿潤試験における軸受外観の状態であり、少しでも発錆が認められた場合は「あり」とした。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
表2から明らかなように、大半の防錆剤は添加することで、油膜形成率、潤滑性能、熱安定性能のすべて又はいずれかが低下するが、実施例1に示すように有機スルフォン酸亜鉛塩を使用することによって、防錆性、耐摩耗性、熱安定性のすべてを満足した潤滑油が得られた。また、実施例2に示すようにエステルを混合してもその性能は変わらないことが確認された。油膜形成率については、防錆剤を添加することで低下することは避けられないが、有機スルフォン酸亜鉛塩を使用することで必要最低油膜形成率である15%以上は確保できることが確認された。実施例と比較例からもわかるように油膜形成率が15%以下では摩耗痕径が大きくなる。また、耐摩耗性に優れ、油膜形成率が高くても、防錆性や熱安定性に悪影響を及ぼす防錆剤があり、使用に際しては十分な評価が必要であることが確認される。従来、焼結含油軸受油が防錆剤によって性能が大きく変化することは知られていなかったが、実用性能を含めて考えると防錆剤などの補助的役割を果たす添加剤の影響は大きく、使用する耐摩耗剤および基油の性能を著しく低下させるのが現状であり、本発明の意義は大きい。
【0030】
【発明の効果】
本発明の焼結含油軸受油組成物は、耐摩耗剤の性能低下を抑制し、熱安定性及び防錆性能等の諸特性を向上させることができる。従って、焼結含油軸受等の非常に簡易な構造であっても良好な特性を得ることができ、焼結含油軸受およびその装着装置の実現性及び信頼性を向上させることができる。さらに、本発明の焼結含油軸受油組成物に、粘度指数向上剤、金属不活性剤、酸化防止剤等を配合することによって、特に蒸発量などを一層向上させることができる。
Claims (4)
- (a)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物、(b)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物、(c)ポリ−α−オレフィンまたはその水素化物とエステルとの混合物、(d)エチレン−α−オレフィン共重合体またはその水素化物とエステルとの混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる基油に、防錆剤として有機スルフォン酸亜鉛塩を0.01〜3.0重量%配合してなる焼結含油軸受油組成物。
- 請求項1又は2記載の焼結含油軸受油組成物に、耐摩耗剤としてリン酸エステルを0.1〜5.0重量%配合してなる焼結含油軸受油組成物。
- 含油軸受が焼結合金軸受である請求項1〜3のいずれかに記載の焼結含油軸受油組成物。
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