JP4976645B2 - 内燃機関摺動部用潤滑油組成物及び摺動方法 - Google Patents
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Description
前記摺動部材の役割は、エンジンの摺動部位の中で、摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対して、耐摩耗性に優れ、かつ低い摩擦係数を発現することであり、最近では、硬質薄膜材料の適用が進んでいる。
ところで、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)材料は、空気中、潤滑油非存在下における摩擦係数が、TiNやCrNなどの耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから、低摩擦摺動材料として期待されている。
一方、潤滑油における省燃費対策としては、(1)低粘度化による、流体潤滑領域における粘性抵抗及びエンジン内の攪拌抵抗の低減、(2)最適な摩擦低減剤と各種添加剤の配合による境界潤滑領域下での摩擦損失の低減、が提言されており、摩擦低減剤としては、MoDTCやMoDTPなどの有機モリブデン化合物を中心に多くの研究がなされており、従来の鋼材料から成る摺動面においては、使用開始初期に優れた低摩擦係数を示す有機Mo化合物を配合した潤滑油が適用され、効果を上げていた。
そこで、DLC部材と鉄基部材との摺動面に、あるいはDLC部材とアルミニウム合金部材との摺動面に、脂肪酸エステル系や脂肪族アミン系無灰摩擦低減剤を含む潤滑油組成物を用いる技術が開示されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
しかしながら、このような脂肪酸エステル系や脂肪族アミン系無灰摩擦低減剤を含む潤滑油組成物を、DLC部材を有する摺動部位に適用しても、低摩擦特性や省燃費効果は、有機モリブデン化合物を含む潤滑油組成物程度しか付与されず、充分に満足し得るものではない。
すなわち、本発明は、
(1)低摩擦摺動部材に用いられる潤滑油組成物であって、エーテル系無灰摩擦低減剤を含むことを特徴とする潤滑油組成物、
(2)エーテル系無灰摩擦低減剤が、一般式(I)
で表される(ポリ)グリセリンエーテル化合物である上記(1)項に記載の潤滑油組成物、
(3)エーテル系無灰摩擦低減剤の含有量が、組成物全量に基づき、0.05〜3質量%である上記(1)又は(2)項に記載の潤滑油組成物、
(4)ポリブテニルコハク酸イミド及び/又はその誘導体を、組成物全量に基づき、0.1〜15質量%の割合で含む上記(1)、(2)又は(3)項に記載の潤滑油組成物、
(5)ジチオリン酸亜鉛を、リン元素として組成物全量に基づき、0.01〜0.20質量%の割合で含む上記(1)ないし(4)項のいずれかに記載の潤滑油組成物、
(6)フェノール系酸化防止剤及び/又はアミン系酸化防止剤を、組成物全量に基づき、0.01〜5質量%の割合で含む上記(1)ないし(5)項のいずれかに記載の潤滑油組成物、
(7)低摩擦摺動部材が、表面にダイヤモンドライクカーボン膜を有する部材である上記(1)ないし(6)項のいずれかに記載の潤滑油組成物、及び
(8)ダイヤモンドライクカーボン膜が、水素を含まないアモルファスカーボン系材料からなるものである上記(7)項に記載の潤滑油組成物、
を提供するものである。
本発明においては、前記エーテル系無灰摩擦低減剤として、一般式(I)
で表される(ポリ)グリセリンエーテル化合物が用いられる。なお、ここで(ポリ)グリセリンエーテル化合物とは、グリセリンエーテル又はポリグリセリンエーテルの両方を指す。
前記一般式(I)において、R1で示される炭化水素基としては、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜30のアルケニル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアラルキル基を挙げることができる。炭素数1〜30のアルキル基は直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよく、具体的には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、イコシル、ドコシル、テトラコシル、トリアコンチル、2−オクチルドデシル、2−ドデシルヘキサデシル、2−テトラデシルオクタデシル、16−メチルヘプタデシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、シクロオクチルなどの基が挙げられる。
これらの基の中で、(ポリ)グリセリンエーテル化合物の性能及び入手の容易さなどの面から、炭素数8〜20のアルキル基及びアルケニル基が好ましい。
前記一般式(I)で表される(ポリ)グリセリンエーテル化合物の例としては、グリセリンモノドデシルエーテル、グリセリンモノテトラデシルエーテル、グリセリンモノヘキサデシルエーテル(キミルアルコール)、グリセリンモノオクタデシルエーテル(バチルアルコール)、グリセリンモノオレイルエーテル(セラキルアルコール)、ジグリセリンモノドデシルエーテル、ジグリセリンモノテトラデシルエーテル、ジグリセリンモノヘキサデシルエーテル、ジグリセリンモノオクタデシルエーテル、トリグリセリンモノドデシルエーテル、トリグリセリンモノテトラデシルエーテル、トリグリセリンモノヘキサデシルエーテル、トリグリセリンモノオクタデシルエーテルなどを挙げることができる。
本発明においては、これらの(ポリ)グリセリンエーテル化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、摩擦低減効果及び経済性のバランスなどの面から、潤滑油組成物全量に基づき、0.05〜3質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.1〜2.0質量%、特に好ましくは0.5〜1.4質量%である。
ここで、鉱油としては、例えばパラフィン基系原油、中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、又は常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、あるいはこれを常法に従って精製することによって得られる精製油、例えば溶剤精製油、水添精製油、脱ろう処理油、白土処理油などを挙げることができる。
一方、合成油としては、例えば炭素数8〜14のα−オレフィンオリゴマーであるポリ(α−オレフィン)、ポリブテン、ポリオールエステル、アルキルベンゼンなどを挙げることができる。
本発明においては、基油として、上記鉱油を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記合成油を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。さらには、鉱油一種以上と合成油一種以上とを組み合わせて用いてもよい。
また、この基油は、粘度指数が60以上、さらには70以上、特に80以上のものが好ましい。粘度指数が60以上であると、基油の温度による粘度変化が小さく、安定した潤滑性能を発揮する。
前記ポリブテニルコハク酸イミドとしては、一般式(II)及び一般式(III)
更に、上記ポリブテニルコハク酸イミドの製造方法としては、特に限定はないが、例えば、上記ポリブテンの塩素化物又は塩素やフッ素が充分除去されたポリブテンと無水マレイン酸とを100〜200℃程度で反応させて得られるブテニルコハク酸を、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン及びペンタエチレンヘキサミン等のポリアミンと反応させることにより得ることができる。
上記ホウ素化合物としては、ホウ酸、ホウ酸塩及びホウ酸エステル等が挙げられる。具体的には、上記ホウ酸としては、例えばオルトホウ酸、メタホウ酸等が挙げられる。また、上記ホウ酸塩としては、アンモニウム塩等、例えばメタホウ酸アンモニウム、四ホウ酸アンモニウム、五ホウ酸アンモニウム及び八ホウ酸アンモニウム等のホウ酸アンモニウム等が好適例として挙げられる。更に、ホウ酸エステルとしては、ホウ酸とアルキルアルコール(好ましくは炭素数1〜6)とのエステル、例えばホウ酸モノメチル、ホウ酸ジメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸モノエチル、ホウ酸ジエチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸モノプロピル、ホウ酸ジプロピル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸モノブチル、ホウ酸ジブチル及びホウ酸トリブチル等が好適例として挙げられる。なお、ホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミドにおけるホウ素含有量Bと窒素含有量Nとの質量比「B/N」は、通常0.1〜3であり、好ましくは0.2〜1である。また、上記含酸素有機化合物としては、具体的には、ギ酸、酢酸、グリコール酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸及びエイコサン酸等の炭素数1〜30のモノカルボン酸、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸及びピロメリット酸等の炭素数2〜30のポリカルボン酸並びにこれらの無水物、又はエステル化合物、炭素数2〜6のアルキレンオキサイド及びヒドロキシ(ポリ)オキシアルキレンカーボネート等が挙げられる。
本発明の潤滑油組成物には、ジチオリン酸亜鉛を含有させることが好ましい。このジチオリン酸亜鉛としては、一般式(IV)
前記一般式(IV)において、R2〜R5は、それぞれ独立に炭化水素基を示す。この炭化水素基としては、炭素数1〜24のアルキル基、炭素数3〜24のアルケニル基、炭素数6〜24のアリール基又は炭素数7〜24のアラルキル基を挙げることができる。
前記一般式(IV)で表されるジヒドロカルビルジチオリン酸亜鉛としては、例えばジイソプロピルジチオリン酸亜鉛、ジイソブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−sec−ブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−sec−ペンチルジチオリン酸亜鉛、ジ−n−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−sec−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−オクチルジチオリン酸亜鉛、ジ−2−エチルヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−n−デシルジチオリン酸亜鉛、ジ−n−ドデシルジチオリン酸亜鉛、ジイソトリデシルジチオリン酸亜鉛などのジアルキルジチオリン酸亜鉛を好ましく挙げることができるが、これらの中で、耐摩耗性の向上効果の面から、第二級アルキル基のジアルキルジチオリン酸亜鉛が特に好適である。
本発明の潤滑油組成物には、フェノール系酸化防止剤及び/又はアミン系酸化防止剤を含有させることができる。
本発明の潤滑油組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて他の添加剤、例えば金属系清浄剤、ジチオリン酸亜鉛以外の耐摩耗剤又は極圧剤、他の摩擦低減剤、他の無灰分散剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、防錆剤、界面活性剤又は抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤などを適宜配合することができる。
他の摩擦低減剤としては、脂肪酸エステル系、脂肪族アミン系、ホウ酸エステル系、高級アルコール系などの無灰摩擦低減剤、ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルバミン酸モリブデン及び二硫化モリブデン等の金属系摩擦低減剤等が挙げられる。また、他の無灰分散剤としては、数平均分子量が900〜3500程度のポリブテニル基を有するポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、数平均分子量が900未満のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド等及びそれらの誘導体等が挙げられる。
なお、他の摩擦低減剤、他の無灰分散剤、耐摩耗剤又は極圧剤、防錆剤、界面活性剤又は抗乳化剤の含有量は、組成物全量に基づき、0.01〜5質量%程度、金属不活性化剤の含有量は、組成物全量に基づき、0.0005〜1質量%程度である。
前記の低摩擦摺動部材を有する摺動面としては、一方の側に低摩擦摺動部材としてDLC(ダイヤモンドライクカーボン)部材を有するものが特に好ましい。この場合、相手部材については特に制限はなく、例えば該DLC部材と鉄基部材との摺動面あるいはDLC部材とアルミニウム合金部材との摺動面などを挙げることができる。
ここで、上記DLC部材は、表面にDLC膜を有し、該膜を構成するDLC材は、炭素元素を主として構成された非晶質であり、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造(SP3結合)とグラファイト結合(SP2結合)の両方から成る。具体的には、炭素元素だけから成るa−C(アモルファスカーボン)、水素を含有するa−C:H(水素アモルファスカーボン)、及びチタン(Ti)やモリブデン(Mo)等の金属元素を一部に含むMeCが挙げられるが、本発明においては、上記DLC部材は大幅な摩擦低減効果の発揮の面から、水素を含まないa−C系材料から成るDLC膜を有するものが好適である。
また、前記DLC部材及び鉄基部材、あるいはDLC部材及びアルミニウム合金部材のそれぞれの表面粗さは、算術平均粗さRaで、0.1μm以下であることが摺動の安定性の面から好適である。0.1μm以下であると局部的なスカッフィングが形成しにくく、摩擦係数の増大を抑制することができる。更に、上記DLC部材は、表面硬さが、マイクロビッカーズ硬さ(98mN荷重)でHv1000〜3500、厚さが0.3〜2.0μmであることが好ましい。
一方、前記鉄基部材は、表面硬さがロックウェル硬さ(Cスケール)でHRC45〜60であることが好ましい。この場合は、カムフォロワー部材のように700MPa程度の高面圧下の摺動条件においても、膜の耐久性を維持できるので有効である。
また、前記アルミニウム合金部材は、表面硬さがブリネル硬さHB80〜130であることが好ましい。
DLC部材の表面硬さ及び厚さが上記範囲にあると摩滅や剥離が抑制される。また、鉄基部材の表面硬さがHRC45以上であると、高面圧下で座屈し剥離するのを抑制することができる。一方、アルミニウム合金部材の表面硬さが上記範囲にあれば、アルミニウム合金の摩耗が抑制される。
実施例1〜3及び比較例1、2
第1表に示す組成を有する潤滑油組成物を調製し、以下に示す摩擦特性試験を行い、摩擦係数を求めた。その結果を第1表に示す。
<摩擦特性試験>
往復動摩擦試験機(SRV試験機)を用いて、摩擦特性試験を行った。
テストピースとして、SUJ−2材上にDLCをコーティングしたディスクを用い、その上に試料油(潤滑油組成物)を数滴滴下する。SUJ−2製のシリンダーを上記ディスク上部にセットした状態で、荷重400N,振幅3mm、周波数50Hz、温度80℃の条件で試験を行い、30分後の摩擦係数を求める。
1)パラフィン系鉱油、100℃動粘度4.7mm2/s
2)第二級アルキル型ジアルキルジチオリン酸亜鉛、リン含有量8.6質量%
3)Caスルホネート、Ca含有量12.5質量%
4)ポリブテニルコハク酸イミド、窒素量1.0質量%、硼素未含有
5)グリセリンモノオクタデシルエーテル(バチルアルコール)
6)n=1〜3のポリグリセリンモノオレイルエーテル
7)モリブデンジチオカーバメイト
8)モノグリセロールオレートとジグリセロールオレートとの混合物
9) 粘度指数向上剤、及び酸化防止剤
第1表の結果から、本発明の潤滑油組成物(実施例1〜3)は、摩擦係数が低く優れている。
これに対し、比較例1及び2の組成物は摩擦係数が高い。また、比較例1は、摩擦低減剤として、有機モリブデン化合物のモリブデンジチオカーバメイトを用いているが、このもの自体の劣化(消耗)により、低摩擦係数を長く維持できないという問題がある。本発明の潤滑油組成物は、低摩擦係数の維持性についても、有機モリブデン化合物より優れている。
Claims (6)
- 前記エーテル系無灰摩擦低減剤の含有量が、組成物全量に基づき、0.05〜3質量%である請求項1に記載の内燃機関摺動部用潤滑油組成物。
- ポリブテニルコハク酸イミド及び/又はその誘導体を、組成物全量に基づき、0.1〜15質量%の割合で含む請求項1または2に記載の内燃機関摺動部用潤滑油組成物。
- フェノール系酸化防止剤及び/又はアミン系酸化防止剤を、組成物全量に基づき、0.01〜5質量%の割合で含む請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関摺動部用潤滑油組成物。
- 前記ダイヤモンドライクカーボン膜が、水素を含まないアモルファスカーボン系材料からなるものである請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関摺動部用潤滑油組成物。
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