JP4245717B2 - ボールジョイント用潤滑剤組成物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールジョイントに使用する潤滑剤組成物に関する。特に合成樹脂製ボールシートと金属製ボールスタット並びにソケットから構成されるボールジョイントにおいて、ボールシートとボールスタット間の潤滑に適したボールジョイント用潤滑剤組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に自動車に使用されているプラスチックボールジョイントは、基本的には図1に示すように合成樹脂製ボールシート1と金属製ボールスタット2の間に塗布されて潤滑の機能を果たす。ボールジョイントはその性能の維持及び向上を計るため、従来からいくつかの手法がとられており、例えば、ボールスタットの硬度を増し摩耗を抑制したり、ボールシートにモリブデンや黒鉛あるいは潤滑油を含有させ、樹脂自体の潤滑性を高めたり、またはボールシート内面に溝をつけ油溜(グリース溜)を設けることで潤滑性の向上を計ったもの等がある。
【0003】
しかしながら、これらの手法によりボールジョイントの性能を向上させるには限度があり、また効果も小さいことからジョイントの性能に大きく関与するグリース等の潤滑剤に頼っているのが現状であり、より高性能なグリースへの期待は大きい。
【0004】
またボールジョイントは懸架装置やかじとり装置の作動系において極めて重要な部分に位置しており、ジョイントのガタ等が生じた場合は、直接的に車輌の走行性に影響を及ぼす部分であるため、荷重下においてボールスタットの変位量が変動ならびに増大することはボールジョイントにとって致命的な問題となる。このことからプラスチックボールジョイントは、ボールスタットと合成樹脂製ボールシートをソケットに組み込む際に、ある一定の荷重を加え、この荷重を維持した状態で組み立て、合成樹脂の粘弾性を利用してボールスタットとボールシート間のクリアランスを可及的に小さくし、また負荷時におけるボールスタットの変位を極力抑える機構になっている。そのため、ボールスタットとボールシート間にはある一定の圧力が維持されていることから、一般的な潤滑グリースでは時間の経過と共にグリースがボールスタットとボールシート間より押し出され、その結果、作動トルクが大きくなり、作動が繰り返される過程において油膜破断が起き、ボールスタットとボールシートが直接接触し摩耗が生じ、ボールスタットの変位量が増大する。
【0005】
したがって、ボールジョイント用グリースの要求性能としては、荷重下においてグリースが、ボールスタットとボールシート間に強く付着し、一定の膜厚を維持しかつ静止状態から運動状態に移った時に潤滑剤が摺動部で円滑に流動し、またこれらは繰り返し作動しても形成された潤滑膜に変化が少なく、安定した潤滑性能を与えるものでなければならない。
【0006】
従来、ボールジョイント関係の特許としては、特開昭60−31598号公報に開示されている40℃の動粘度が500〜2000mm/secのポリ−α−オレフィン系合成油とパラフィンワックスや脂肪酸アミドワックスおよびウレア系増ちょう剤を配合するグリースや、特開平2−194095号公報に開示されている。ウレア系増ちょう剤と40℃動粘度が50〜500mm/secの水素化脱ろう鉱油並びにパラフィンワックスや脂肪酸アミドワックスを含有して成るボールジョイント用グリース組成物がある。また出願人らの発明としては、特開平06−116581号公報記載の25℃の粘度が3×10〜10センチポアズのポリイソプレンゴムまたはポリイソプレンゴム粘稠物と脂肪族アマイドや脂肪族ビスアマイドを含有することを特徴とするボールジョイント用潤滑剤組成物がある。本発明者らは、この特開平06−116581号公報の発明組成物の技術をさらに改良するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自動車などの懸架装置のリンク部やかじとり装置のリンク部(例えばタイロッドエンド部等)に多く使用されるボールジョイントにおいて、作動トルクが低く、また繰り返し作動された後のトルクの変化並びにボールスタットの変異量を極力抑えることが可能な潤滑剤組成物を提供する点にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
(イ)下記の
(i)ポリイソプレンゴム
および
(ii)ポリイソプレンゴム粘稠物
よりなる群から選ばれた少なくとも1種であって、その25℃における粘度が3×10〜10センチポアズである粘稠物100重量部と
(ロ)下記一般式(1)
【化3】
CONH ……(1)
(式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示す。)
で示される脂肪族アマイドおよび下記一般式(2)
【化4】
CONHRNHCOR ……(2)
(式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示し、Rはメチレン基またはエチレン基を示す。)
で示される脂肪族ビスアマイドよりなる群から選ばれた少なくとも1種類のアマイド化合物15〜45重量部、
(ハ)ポリエチレンワックス、パラフィンワックスおよびマイクロクリスタリンワックスよりなる群から選ばれた少なくとも1種のワックス5〜30重量部、とを含有することを特徴とするボールジョイント用潤滑剤組成物に関する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明において(イ)成分として用いられている粘稠物は、ボールジョイントの摺動面間の付着性と円滑な作動性に関係があり、25℃の粘度が3×10〜10センチポアズの範囲内になければならない。粘度が3×10センチポアズより小さいと付着性が弱く、また潤滑膜が薄くなるため、境界面で樹脂と金属が直接接触してしまい発生するトルクが大きくなる。一方粘度が10センチポアズより大きいと、潤滑剤内部での粘性抵抗が増大し、ボールジョイントにおけるトルクが上昇する。
【0010】
前記ポリイソプレンゴムは、繰り返し単位が
【化5】
Figure 0004245717
をもつものあるいは前記(3)と(4)のブロック共重合体である。ポリイソプレン以外の高分子添加剤、例えば、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリメタクリレートなどはいずれもポリイソプレンの場合と異なり、本発明の目的を達成することはできなかった。
【0011】
ポリイソプレンゴム粘稠物は高分子のポリイソプレンゴムに鉱油および/または合成油を加えて得られた粘稠物であって、その混合比率は特に限定されず、混合して得られた粘稠物の粘度が3×10〜10センチポアズの範囲にあれば良い。
【0012】
ここで合成油とは通常の潤滑油あるいはグリースの基油として用いられる公知のものを指し、例えば、鉱物系のパラフィン系鉱油やナフテン系鉱油、炭化水素系合成油のポリ−α−オレフィン、α−オレフィンとエチレンのコオリゴマー、アルキレングリコール系のポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール、エーテル系のアルキルジフェニルエーテルあるいはシリコン系のジメチルシリコーン等があげられる。
【0013】
(ロ)成分として用いられるアマイドは粘稠状である(イ)成分を固体化あるいは半固体化させるための機能と樹脂と金属間の摩擦係数の低減および粘稠物の内部流動を向上させる機能を示す。その配合量が15重量部より少ないと潤滑剤が軟らかすぎて流出しやすくなったり、樹脂と金属間の潤滑性を向上させる効果が弱くなる。一方、45重量部より多いと潤滑剤は硬くなり過ぎて取り扱いが困難になるばかりでその効果は上がりにくく、また充填工程において圧送が出来なくなる可能性がある。
【0014】
(ハ)成分として用いられるポリエチレンワックス、パラフィンワックスまたはマイクロクリスタリンワックスは、(イ)成分と(ロ)成分により形成される潤滑剤の内部で生ずる流動抵抗を減少させる機能があり、粘性抵抗に係わるボールジョイントのトルクの上昇を軽減させる効果がある。その配合量が5重量部より少ないと流動抵抗を減少させる効果が弱くトルクの低減が期待できない。一方30重量部より多いと潤滑剤は硬くなり過ぎて取り扱いが困難になるばかりでその効果は上がりにくく、また充填工程において圧送が出来なくなる可能性がある。前記ポリエチレンワックスは、ポリエチレン製造時の副産物により得られる物、ポリエチレンの熱分解により生成する物およびエチレンから直接重合して得られるなどの合成ワックスであり、平均分子量が900〜4,000で融点が100℃〜130℃の範囲にあるものが好ましい。またパラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックスは、天然ワックスに分離される石油ワックスである。パラフィンワックスは、原料油を減圧蒸留し、その留出油から分離精製して得られる物で、直鎖状炭化水素を主成分とする平均分子量が300〜500の飽和炭化水素化合物で、融点が40℃〜70℃の範囲にあるものが好ましい。またマイクロクリスタリンワックスは、原料油を減圧蒸留し、その残渣油から分離精製して得られる物で、側鎖状炭化水素や環状炭化水素を主成分とする平均分子量が500〜700の微結晶の飽和炭化水素化合物であり、融点が60℃〜100℃の範囲にあるものが好ましい。
【0015】
さらに本発明のグリース組成物には、通常の潤滑グリースに使用されている酸化防止剤、防錆剤、油性向上剤、固体潤滑剤、耐摩耗剤、極圧剤を必要に応じて添加することができる。
【0016】
本発明のボールジョイント用潤滑剤組成物は、耐久試験リフト量(10回)が0.1mm以下、とくに0.08mm以下、さらに好ましくは0.05mm以下であり、−20℃の起動トルクは50.0kg・cm以下、−20℃の回転トルクは30.0kg・cm以下、25℃の起動トルクは30.0kg・cm以下、25℃の回転トルクは13.0kg・cm以下であることが好ましい。
【0017】
本発明のボールジョイント用潤滑剤組成物のちょう度は220〜340の範囲が好ましく、特に好ましくは260〜320の範囲が好ましい。ちょう度が220より小さい(硬い)と取扱いが困難になったり、充填の際に給脂できなくなる可能性がある。また、340より大きい(軟らかい)とボールジョイントの摺動面より潤滑油が流れ出し、潤滑不足となりトルクが上昇したり、異常摩耗を引き起こすことが懸念される。
【0018】
本発明のボールジョイント用潤滑剤組成物の滴点は80℃以上が好ましく、特に好ましくは100℃以上が好ましい。滴点が80℃より低いと、実車で使用された場合、例えばエンジン部付近のジョイントでは輻射熱により80℃程度の温度になる可能性があり、この付近の温度で使用された場合ボールジョイントの摺動面より潤滑剤が溶融して流れ出し、異常摩耗を引き起こし損傷の原因となる。
【0019】
【実施例】
以下に、実施例および比較例をあげて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【0020】
実施例1
ステンレス製容器に25℃の粘度が5.2×10センチポアズのポリイソプレン(以下粘稠物Aと言う)を200g取り、次にエチレンビスステアリルアマイド(以下アマイドAと言う)を80g加え、更にポリエチレンワックスを30g添加し、攪拌しながら150℃まで加熱した。内容物が溶解し透明になったので加熱をやめ、アミン系の酸化防止剤1.0%を添加して、常温まで冷却した後、三本ロールミルで均一に仕上げて潤滑剤組成物を得た。得られた潤滑剤組成物のちょう度は283で、滴点は130℃であった。
【0021】
実施例2
25℃の粘度が5.2×10センチポアズのポリイソプレン60重量%と合成油として40℃の動粘度が33.0mm/secのポリ−α−オレフィン40重量%を混合して得られた粘稠物(以下粘稠物Bと言う)の粘度をB型粘度計により測定したところ、25℃の粘度が8.0×10センチポアズであった。そこで、この粘稠物Bをステンレス製容器に200g取り、つづいて、アマイドAを70g加え、更にパラフィンワックスを30g添加した。次に攪拌しながら150℃まで加熱し、内容物が溶解し透明になったので加熱をやめ、アミン系の酸化防止剤を1.0%添加して常温まで冷却した。冷却後三本ロールミルで均一に仕上げて潤滑剤組成物を得た。得られた潤滑剤組成物のちょう度は268で、滴点は124℃であった。
【0022】
実施例3
25℃の粘度が5.2×10センチポアズのポリイソプレン40重量%と40℃の動粘度が23.5mm/secの鉱物油60重量%を混合して得られた粘稠物(以下粘稠物Cと言う)の粘度をB型粘度計により測定したところ、25℃の粘度が1.1×10センチポアズであった。そこで、ステンレス製容器に、この粘稠物Cを200g取り、つづいて、アマイドAを60g加え、更にマイクロクリスタリンワックスを40g添加した。次に攪拌しながら150℃まで加熱し、内容物が溶解し透明になったので加熱をやめ、アミン系の酸化防止剤を1.0%添加して常温まで冷却した。冷却後三本ロールミルで均一に仕上げて潤滑剤組成物を得た。得られた潤滑剤組成物のちょう度は295で、滴点は129℃であった。
【0023】
実施例4
ステンレス製容器に粘稠物Bを200g取り、次にステアリルアマイド(以下アマイドBと言う)80gとマイクロクリスタリンワックス30gを添加した。次に攪拌しながら150℃まで加熱し、内容物が溶解し透明になったので加熱をやめ、アミン系の酸化防止剤を1.0%添加して常温まで冷却した。冷却後三本ロールミルで均一に仕上げて潤滑剤組成物を得た。得られた潤滑剤組成物のちょう度は310で、滴点は95℃であった。
【0024】
実施例5
ステンレス製容器に粘稠物Bを200g取り、つづいて、アマイドAとオレイルアマイド(以下アマイドCと言う)をそれぞれ40gづづ加え、更に、マイクロクリスタリンワックス30gを添加した。次に攪拌しながら150℃まで加熱し、内容物が溶解し透明になったので加熱をやめ、アミン系の酸化防止剤を1.0%添加して常温まで冷却した。冷却後三本ロールミルで均一に仕上げて潤滑剤組成物を得た。得られた潤滑剤組成物のちょう度は292で、滴点は102℃であった。
【0025】
比較例1
ステンレス製容器に粘稠物Bを200g取り、つづいて、アマイドAとオレイルアマイドCをそれぞれ50gづづ加え、攪拌しながら150℃まで加熱した。以下の工程並びに方法は実施例1〜5と同じである。得られた潤滑剤組成物のちょう度は294で、滴点は107℃であった。
【0026】
比較例2
25℃の粘度が3.0×10センチポアズのポリイソプレン80重量%と40℃の動粘度が33.0mm/secのポリ−α−オレフィン20重量%を混合して得られた粘稠物(以下粘稠物Dと言う)の粘度をB型粘度計により測定したところ、25℃の粘度が5.0×10センチポアズ(本発明の範囲外の粘度)であった。そこで、この粘稠物D200gと、アマイドA70g、更に、パラフィンワックス20gをステンレス製容器に取り、攪拌しながら150℃まで加熱した。以下の工程並びに方法は実施例1〜5と同じである。得られた潤滑剤組成物のちょう度は255で、滴点は130℃であった。
【0027】
比較例3
25℃の粘度が1.5×10センチポアズのポリイソプレン30重量%と40℃の動粘度が26.0mm/secの鉱油70重量%を混合して得られた粘稠物(以下粘稠物Eと言う)の粘度をB型粘度計により測定したところ、25℃の粘度が800センチポアズ(本発明の範囲外の粘度)であった。この粘稠物E200gとアマイドA70g、更に、マイクロクリスタリンワックス30gをステンレス製容器に取り、攪拌しながら150℃まで加熱した。以下の工程並びに方法は実施例1〜5と同じである。得られた潤滑剤組成物のちょう度は294で、滴点は125℃であった。
【0028】
比較例4
当社の市販ボールジョイント用リチウム系グリースを示す。
【0029】
比較例5
他社の市販汎用リチウム系グリースを示す。
【0030】
比較例6
他社の市販アマイド系ボールジョイント用グリースを示す。
【0031】
(評価)
実施例1〜5で得られた潤滑剤組成物と比較例1〜6の潤滑剤並びにグリースの一般性状、トルク試験、および耐久試験の結果を表1〜表2に示す。これらの試験方法は下記のとおりである。すなわち、図2に示すボールジョイント試験機を用いて各種潤滑剤組成物のグリースのトルク試験およびに耐久試験を行なった。
【0032】
1)トルク試験の方法
ボールスタット:クロムモリブテン鋼、球状頭部の直径20mm
ボールシート:ポリアミド樹脂
[試験条件]
・温 度 :25℃及び−20℃
・予 圧 :1,000kg
・回 転 :±30℃、30cpm
・起動トルク:組み立てから2時間経過後の動きはじめの最大トルク(kg・cm)
・回転トルク:前期起動トルクを測定後、ボールスタットを10回回転させた後のトルク値(kg・cm)
供試潤滑剤ならびにグリースは、ボールスタットとボールシートの表面にそれぞれ均一に塗布して組み立てた。起動トルクは組み立てから2時間経過後の動きはじめの最大トルクを測定し、回転トルクは、前記起動トルクを測定した後、ボールスタットを10回回転させた直後のトルクを測定した。
【0033】
2)ボールジョイント耐久試験の方法
前記1)で組み立てたボールジョイントを下記の条件により耐久試験を行い、ボールスタットのリフト量により、その良否の判定を行なった。この時のリフト量とはボールスタットの軸方向に50kgの荷重を加えた時にボールスタットが移動(歪んだ)量を言う。
[試験条件]
・温 度 : 25℃
・予 圧 : 1,000kg
・荷 重 : ±250kg、60cpm(軸方向)
・揺 動 : ±15°、50cpm
・回 転 : ±15°、50cpm
・揺動回数 : 10
・リフト測定時:±50kgを掛ける
【0034】
実施例および比較例の(ハ)成分で使用したワックス類は一般的に市場で流通しているものを入手し使用したが、その物性値は以下の通りである。
・ポリエチレンワックス……………平均分子量が1,000、針入度が25、融点109の市販品を使用
・パラフィンワックス………………平均分子量が640、針入度が13、融点66℃の市販品を使用
・マイクロクリスタリンワックス…平均分子量が620、針入度が21、融点70℃の市販品を使用
【0035】
実施例1〜5の潤滑剤組成物は、ボールジョイントのトルクが常温(25℃)〜低温(−20℃)まで低く、起動と回転のトルクの差が少ない。また特に常温でのトルクが低くその効果は明らかである。また耐久試験においてもリフト量の少ない安定した結果が得られた。比較例1は(ハ)成分を添加しないで作った潤滑剤であるが、実施例5などと比較すると常温および低温でのトルクは何れも高い。また比較例2は(イ)成分の粘度が10センチポアズ以上の高い粘稠物を混合して得た潤滑剤であるが、この潤滑剤は常温および高温においてともに高いトルク値を示した。比較例3は(イ)成分の粘度が3×10以下の低い粘度の粘稠物を混合して得た潤滑剤であるが、この潤滑剤は低温では比較的低いトルク値を示すが、常温でのトルクは高い。比較例4〜6は市場で広く使われているグリースであるが、比較例4は常温でのトルク値が大きく、比較例6は低温でのトルク値が大きい。また比較例5は常温および低温でのトルク値が高く耐久試験後のリフト量の増加が非常に大きい。
【0036】
【表1】
Figure 0004245717
【0037】
【表2】
Figure 0004245717
【0038】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤組成物は、ボールジョイントに必要な潤滑性能、例えば、ボールスタットとボールシートの間での強い付着力による一定の潤滑膜の維持と、相反する流動抵抗を低く安定に保つことが出来る。本発明の潤滑剤組成物は、ボールジョイントにおいて常温から高温まで幅広い温度範囲でトルクが低く安定であり、特に常温でのトルクが低く、また耐久テストにおいても耐摩耗性が良好である。
【0039】
本発明の実施態様項を下記に列挙する。
(1)
(イ)下記の
(i)ポリイソプレンゴム
および
(ii)ポリイソプレンゴム粘稠物
よりなる群から選ばれた少なくとも1種であって、その25℃における粘度が3×10〜10センチポアズである粘稠物100重量部と
(ロ)下記一般式(1)
【化6】
CONH ……(1)
(式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示す。)
で示される脂肪族アマイドおよび下記一般式(2)
【化7】
CONHRNHCOR ……(2)
(式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示し、Rはメチレン基またはエチレン基を示す。)
で示される脂肪族ビスアマイドよりなる群から選ばれた少なくとも1種類のアマイド化合物15〜45重量部、
(ハ)ポリエチレンワックス、パラフィンワックスおよびマイクロクリスタリンワックスよりなる群から選ばれた少なくとも1種のワックス5〜30重量部、
とを含有することを特徴とするボールジョイント用潤滑剤組成物。
(2)耐久試験リフト量(10回)が0.1mm以下である前項(1)記載のボールジョイント用潤滑剤組成物。
(3)耐久試験リフト量(10回)が0.08mm以下である前項(1)記載のボールジョイント用潤滑剤組成物。
(4)耐久試験リフト量(10回)が0.05mm以下である前項(1)記載のボールジョイント用潤滑剤組成物。
(5)−20℃の起動トルクが50.0kg・cm以下、−20℃の回転トルクが30.0kg・cm以下、25℃の起動トルクが30.0kg・cm以下、25℃の回転トルクが13.0kg・cm以下である前項(1)〜(4)いずれか記載のボールジョイント用潤滑剤組成物。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスッチックボールジョイントの構造の概略を示す図であり、(a)は部品とその組み立ての概略を、(b)は組み立てられた製品の概略を示す図である。
【図2】ボールジョイントにおけるグリースのトルク性能を評価する試験機の概略図である。
【図3】図2の負荷部の分解図である。
【図4】図2の旋回部の分解図である。
【符号の説明】
1 ボールシート
2 ボールスタット
3 ソケット
4 鋼板
5 ボールジョイント
6 負荷部
7 旋回部
8 締付カバー
9 熱伝対取り付け部
10 受座
11 予圧プラグ
12 予圧固定ナット
13 固定ナット
14 取付座
15 標示針
16 回り止ナット
17 回り止ナット
18 調節ナット
19 旋回枠
20 締付ナット
21 アダプタ
22 安全柵
23 負荷シリンダーDPセル
24 負荷シリンダーレリーフ弁
25 振動シリンダーレリーフ弁
26 旋回シリンダーレリーフ弁
27 負荷シリンダー
28 標示計
29 振動シリンダー油圧計
30 旋回シリンダー油圧計
31 リミットスイッチ
32 リミットスイッチ
33 リミットスイッチボールジョイント
34 近接スイッチ
35 近接スイッチ
36 近接スイッチ

Claims (1)

  1. (イ)下記の
    (i)ポリイソプレンゴム
    および
    (ii)ポリイソプレンゴム粘稠物
    よりなる群から選ばれた少なくとも1種であって、その25℃における粘度が3×10〜10センチポアズである粘稠物100重量部と
    (ロ)下記一般式(1)
    【化1】
    CONH ……(1)
    (式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示す。)
    で示される脂肪族アマイドおよび下記一般式(2)
    【化2】
    CONHRNHCOR ……(2)
    (式中、Rは炭素数15〜17の飽和または不飽和のアルキル基を示し、Rはメチレン基またはエチレン基を示す。)
    で示される脂肪族ビスアマイドよりなる群から選ばれた少なくとも1種類のアマイド化合物15〜45重量部、
    (ハ)ポリエチレンワックス、パラフィンワックスおよびマイクロクリスタリンワックスよりなる群から選ばれた少なくとも1種のワックス5〜30重量部、とを含有することを特徴とするボールジョイント用潤滑剤組成物。
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