JP5235278B2 - 潤滑剤組成物 - Google Patents
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Description
これらの機械の品質ならびに特性の向上は、設計で対応する部分も多いが、摺動部においての耐摩耗性や摩擦特性などの潤滑性能は潤滑剤が大きく関係しており、円滑な潤滑を機械に与え、機械寿命の延長や信頼性の向上を図れる潤滑剤の要求は非常に多い。
これらの固体潤滑剤の相対運動をする二面間における潤滑機構としては、例えば、二硫化モリブテンやグラファイトを固体潤滑剤として用いた場合、相対運動をする機械の二面間に介入したこれらの固体潤滑剤は、幾層にも重なる層状構造が二面間の相対滑りにより、摺動方向にずれる事により(へき開性が起る事により)機械の二面間の摩擦や摩耗を低減したり、焼付きを抑制したりする作用機構が一般的である。しかしながら、この潤滑機構は相対滑りが多く発生する環境及び比較的高荷重領域にて効果が大きく、滑り速度の少ないころがり領域や、軽荷重の領域では、その効果は小さい。いわゆる、ストライベック曲線上から説明するならば、弾性流体潤滑領域から境界潤滑領域で、これらの固体潤滑剤の効果は大きく発揮され、弾性流体潤滑領域から流体潤滑領域では、その効果が小さいのが通常である。
これは、固体潤滑剤に限らず、リン系やイオウ系、有機金属系などの極圧および耐摩耗添加剤も同様に弾性流体潤滑領域から境界潤滑領域で効果は大きく、弾性流体潤滑領域から流体潤滑領域での効果は小さい。これは金属等の相対運動をする二面間が接触する境界潤滑領域にてリンやイオウなどの元素が積極的に金属表面と化学反応を起こすことにより、皮膜を形成させ、耐摩耗性の向上や焼付を防止するなどの機能を発揮させるため、相対運動をする二面間において十分な流体が存在し、接触面での発熱の影響も殆どない状態では、その作用は非常に小さい。また、相対運動をする二面の一方もしくは両方が樹脂ないしは樹脂をコーティングした不活性材料においては、添加剤の吸着または反応による皮膜が形成されず、リン系やイオウ系または有機金属系などの極圧および耐摩耗添加剤の効果は殆ど発揮されない。
しかし、本発明は、潤滑油に混合された粒子状物質が、界面に介入した時にその界面の圧力により粒子が膨潤、ゲル化し、粘度が増加する作用を見出し、その機能を有する粒状物質に限って、境界面の油膜が強化され、金属接触を抑制し、摩耗や焼付を防止する事を発見したものであり、従来までの技術とは全く異なる。
従来の技術では、潤滑油やグリースの境界面の油膜を向上させる場合は、粘度の高い潤滑基油や或いはポリマー等の高粘度物質を配合する技術が一般的である、しかし、この方法の場合は、おのずと潤滑剤およびグリースの粘度そのものが大きくなり、使用する時点で既に、構造粘性は大きく、流動性は悪化し、機械の始動性や低温性に影響を及ぼし、エネルギーロスが大きく環境に対しても時代とは逆行する状況となる。
本発明の潤滑剤組成物においては、初期の状態では、粒子状物質は潤滑油およびグリースに分散しているのみであり、この段階では、構造粘性は小さい状態を保っており、粒子状物質を混合する前の潤滑油やグリースの粘性とそれほど変わりはなく、容易に流動する事から、省エネルギー効果が悪化する事はない。そして、機械の潤滑個所である、二面間に介入した場合にのみに、本発明の増粘粒状物質は、境界面の圧力により本来の働きである、膨潤、ゲル化、増粘と言う機能を発揮し、二面間の金属接触を抑制し、摩耗や焼付を防止する効果が得られるものである。ここで、この二面間に介入した本発明の潤滑剤組成物は、使用経過と共に際限なく粘度が増し、潤滑剤全体が硬化をするような事はそもそもない、これは、界面に介在する潤滑剤は、全体のほんの一部であり、また、せん断により増ちょう剤等の構造体が軟化する作用もあるため、潤滑剤組成物全体が硬化の一途をたどる事は無い。
a:潤滑油に粒子状物質を混合した分散体の
加圧分散処理前の40℃、10sec−1における絶対粘度(ポアズ)
b:潤滑油に粒子状物質を混合した分散体の
加圧分散処理後の40℃、10sec−1における絶対粘度(ポアズ)
であり、該加圧分散処理は、ロール径180mm、ロール幅400mmの3本ロールミル装置を用い、ロール間に147.1kPaの圧力を掛けて分散体を処理するものである。
これは、機械の摺動する二面間に介入する潤滑油および/またはグリースがその圧力により構造粘性が上昇する現象と非常に近似した状態になり、粉体の増粘性を見極める上で非常に有効な方法の一つである。
例えば、分散体に内部圧力が生じ、均質に分散する装置としては、2本ロールミル処理装置、ホモジナイザー処理装置、コロイドミル装置、スパイクミル装置、マイティーミル装置、ロッキングミル装置などが挙げられ、このような装置で処理した時の粘度増加率が560%以上を有する粒子状増粘物質も本発明の請求範囲に該当するものである。
例えば、酸化防止剤としては、2,6−ジターシャリブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジターシャリブチルパラクレゾール、P,P′−ジオクチルジフェニルアミン、N−フェニル−α−ナフチルアミン、フェノチアジンなどがある。
防錆剤としては、酸化パラフィン、カルボン酸金属塩、スルフォン酸金属塩、カルボン酸エステル、スルフォン酸エステル、サリチル酸エステル、コハク酸エステル、ソルビタンエステルや各種アミン塩などがある。
油性剤や極圧剤並びに耐摩耗剤としては、硫化ジアルキルジチオリン酸亜鉛、硫化ジアリルジチオリン酸亜鉛、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛、硫化ジアリルジチオカルバミン酸亜鉛、硫化ジアルキルジチオリン酸モリブテン、硫化ジアリルジチオリン酸モリブテン、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブテン、硫化ジアリルジチオカルバミン酸モリブテン、有機モリブテン錯体、硫化オレフィン、トリフェニルフォスフェート、トリフェニルフォスフォロチオネート、トリクレジンフォスフェート、その他リン酸エステル類、硫化油脂類などがある。
固体潤滑剤としては、二硫化モリブテン、グラファイト、窒化ホウ素、メラミンシアヌレート、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、二硫化タングステン、フッ化黒鉛などがある。
金属不活性剤としては、N,N′ジサリチリデン−1,2−ジアミノプロパン、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、チアジアゾールなどがある。
ポリマーとしては、ポリブテン、ポリイソブテン、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、ポリメタクリレートなどが挙げられる。
これらの例示は発明を何ら限定するものではない。
この分散体を加圧分散処理前の試料として、岩本製作所製のレオロジーメーター(外筒回転型の同心二重円筒式回転粘度計)を用い、40℃におけるせん断速度10sec−1時の粘度をそれぞれ測定した。次にこの分散体をロール径180mm、ロール幅400mmの井上製作所製の3本ロールを用い、147.1kPaのロール間圧力にて、加圧分散処理し実施例記載の潤滑剤組成物を得た。
加圧分散処理後の潤滑剤組成物の絶対粘度を同様に岩本製作所製のレオロジーメーター(外筒回転型の同心二重円筒式回転粘度計)を用い、40℃におけるせん断速度10sec−1時の粘度をそれぞれ測定した。得られた、分散体の粘度増加率は実施例1〜14に記載したとおりである。
実施例1〜14記載の潤滑剤組成物は、全て半固体のグリース状で、適度な硬さのちょう度の値を示し良好な状態である。また、すべり摩擦試験における摩擦係数が低く、耐久回数も非常に長く、優れている。更に、ころがり軸受試験においても良好な潤滑状態を示す。
実施例15〜34記載の潤滑剤組成物は、全て半固体のグリース状で、適度な硬さのちょう度の値を示し外観も良好な状態であった。また、すべり摩擦試験における摩擦係数が低く、耐久回数を非常に長く優れている。更に、ころがり軸受試験においても良好な潤滑状態を示す。
この分散体を加圧分散処理前の試料として、岩本製作所製のレオロジーメーター(外筒回転型の同心二重円筒式回転粘度計)を用い、40℃におけるせん断速度10sec−1時の絶対粘度をそれぞれ測定した。次にこの分散体をロール径180mm、ロール幅400mmの井上製作所製の3本ロールを用い、147.1kPaのロール間圧力にて、加圧分散処理し比較例記載の潤滑剤を得た。
加圧分散処理後の潤滑剤の絶対粘度を同様に岩本製作所製のレオロジーメーター(外筒回転型の同心二重円筒式回転粘度計)を用い、40℃におけるせん断速度10sec−1時の粘度をそれぞれ測定した。得られた、分散体の粘度増加率は比較例1〜10に記載したとおりである。
比較例1〜10に記載の潤滑剤の全てが、グリース状態は示さず流動状であり、ちょう度及び滴点も測定不可能であった。また、すべり摩擦試験における摩擦係数は大きく、耐久回数も非常に短い。更に、ころがり軸受試験においても不良な潤滑状態を示す。
比較例11〜18に記載の潤滑剤組成物は、グリース状態を示すものの、すべり摩擦試験における摩擦係数は大きく、耐久回数も非常に短い。
なお、下記表1〜9における潤滑油、増ちょう剤、粒子状物質、それらの合計の欄における数字は、いずれも質量%を示す。
潤滑油Aは、40℃の動粘度が101.5mm2/sの鉱物油である。
潤滑油Bは、40℃の動粘度31.16mm2/sのポリα−オレフィン油である。
潤滑油Cは、40℃の動粘度62.20mm2/sのポリオキシプロピレングリコールモノエーテル油である。
増ちょう剤Aは、基油中で、ステアリン酸と水酸化リチウムとの反応により得られたリチウムステアレ−ト石けんである。
増ちょう剤Bは、基油中で、12ヒドロキシステアリン酸と水酸化リチウムとの反応で得られたリチウム12ヒドロキシステアレ−ト石けんである。
増ちょう剤Cは、基油中でオクチルアミン2モルとMDI(4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート)1モルの合成反応により得られたジウレア増ちょう剤である。
増ちょう剤Dは、基油中でNオクタデシルテレフタル酸メチルと水酸化ナトリウムとの合成反応により得られたナトリウム−N−オクタデシルテレフタラメート増ちょう剤である。
増ちょう剤Eは、基油中でベントナイトを有機溶媒で膨潤しゲル化させて得られたベントナイト増ちょう剤である。
粒子状物質Aは平均粒径10μmの工業用市販品のステアリン酸リチウム塩である。
粒子状物質Bは平均粒径10μmの工業用市販品の12ヒドロキシステアリン酸リチウム塩である。
粒子状物質Cは平均粒径10μmの工業用市販品のステアリン酸カルシウム塩である。
粒子状物質Dは平均粒径15μmの工業用市販品の12ヒドロキシステアリン酸カルシウム塩である。
粒子状物質Eは平均粒径10μmの工業用市販品のステアリン酸アルミニウム塩である。
粒子状物質Fは平均粒径10μmの工業用市販品のステアリン酸マグネシウム塩である。
粒子状物質Gは平均粒径20μmのMEK(メチルエチルケトン)の溶媒中にてオクチルアミン2モルと4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート1モルにより合成したジウレアである。
粒子状物質Hは平均粒径10μmの工業用市販品のポリテトラフルオロエチレンである。
粒子状物質Iは平均粒径25μmの工業用市販品のN,N′エチレンビスステアリルアミドである。
粒子状物質Jは平均粒径15μmの工業用市販品のベントナイトである。
粒子状物質Kは平均粒径15μmの一級試薬のケイ酸アルミニウムである。
粒子状物質Lは平均粒径10μmの一級試薬の第三リン酸カルシウムである。
粒子状物質Mは平均粒径10μmの一級試薬の硫酸バリウムである。
粒子状物質Nは平均粒径15μmの一級試薬のケイ酸カルシウムである。
粒子状物質Oは平均粒径10μmの一級試薬のケイ酸マグネシウムである。
粒子状物質Pは平均粒径10μmの一級試薬の炭酸カルシウムである。
粒子状物質Qは平均粒径15μmの一級試薬のリン酸第二カルシウムである。
粒子状物質Rは平均粒径15μmの一級試薬の安息香酸ナトリウムである。
粒子状物質Sは平均粒径10μmの工業用市販品の酸化亜鉛である。
粒子状物質Tは平均粒径10μmの工業用市販品の合成雲母である。
粒子状物質Uは平均粒径10μmの工業用市販品のメラミンシアヌレートである。
粒子状物質Vは平均粒径10μmの工業用市販品のモリブテンジチオカーバメートである。
粒子状物質Wは、平均粒径15μmの工業用市販品の二硫化モリブテンである。
(1)絶対粘度の測定は、岩本製作所製レオロジーメーターで外筒回転型の同心二重円筒式回転粘度計を用い測定した。
(2)ちょう度 :JIS K2220−7
(3)滴点 :JIS K2220−8
(4)基油の動粘度:JISK2283
(5)すべり摩擦試験
図1に示す試験装置を用い、試験材1bを往復動させ、その時に、試験材1aとの間で発生する摩擦力4a、4bを、ロードセル5a、5bを介してひずみ検出器6に入力および記録させる。
潤滑材は、設置した4箇所の試験材1aと試験材1bとの摺動部にそれぞれ約0.5g塗布し、下記試験条件にて往復摺動させる。実施例および比較例記載の摩擦係数とは、条件Iにて3往復摺動した時の平均の摩擦係数を示し、耐久時間とは、条件IIにて往復摺動した時の、1往復目の摩擦係数よりも30%を越えた摩擦力が発生した時点を耐久寿命とし、その回数を記載した。
条件I
試験材1a:材質;66ナイロン、
寸法;長さ12.5mm、幅7.5mmで4箇所
試験材1b:材質;鋼材S50C、
寸法;長さ200mm、幅52mm
荷重:21.8kg
面圧:5.81kg/cm2
すべり速度:10mm/min
条件II
試験材1a:材質;66ナイロン、
寸法;長さ12.5mm、幅7.5mmで4箇所
試験材1b:材質;鋼材S50C、
寸法;長さ200mm、幅52mm
荷重:21.8kg
面圧:5.81kg/cm2
すべり速度:20mm/min
(6)ころがり軸受試験
図2に示す試験装置を用い、条件IIIに従い、主軸4をモーター19からVベルト18を介して、500rpmの回転数にて運転した時の試験軸受の潤滑状態を油膜診断装置12にて、測定したものである。
油膜診断装置の原理は特開昭58−62537号公報に詳細に記載されているが、原理の要約は、微弱電圧を回転軸と外輪との間に印加した時に、軸受の摺動部において金属接触を起こす状態であれば通電し、非導電体である潤滑材の油膜の形成が十分であれば、通電しないと言った原理を応用したものであり、油膜が十分に形成され金属接触していない時間と、油膜の形成が不十分で金属接触している時間との比率により油膜の状態を診断する装置であり、下記の判定基準によりころがり軸受の油膜状態を判定した。
判定基準
A:十分な油膜が出来ている状態、0.01V未満の通電。
B:ときおり油膜がきれる状態、0.01V以上〜0.1V未満の通電。
C:かなり油膜がきれている状態、0.1V以上〜0.5V未満の通電。
D:油膜がほとんど形成されず金属接触が頻繁に起きている状態、0.5V以
上の通電。
但し、ころがり軸受部への印加電圧は1.0Vである。
条件III
試験軸受b :型番22208H
潤滑材の充填量:2.0g
回転数 :500rpm
温度 :25℃
時間 :15分
荷重 :10kg
本発明の潤滑剤組成物は、機械の転がりおよび/または滑りの摺動部において特に流体潤滑領域から弾性流体潤滑領域にて理想的な潤滑性が得られ、低い摩擦特性や、長い寿命、安定したころがり特性を示した。
1b 試験材B
2 荷重
3 摺動方向(往復動)
4a 往路の摩擦力
4b 復路の摩擦力
5a ロードセル
5b ロードセル
6 ひずみ検知器
7 摩擦面
11 試験軸受、型番22208H
11a 外輪レース
11b 内輪レース
11c タル型ころ
12 油膜状態診断部
12a 油膜形成時間比測定回路
12b 低電圧電源
12c 抵抗
13 支持軸受
14 軸
15 軸箱
16 試験軸側プリー
17 モーター側プリー
18 Vベルト
19 インバターモーター
20 荷重
Claims (1)
- 粘度増加率が下記一般式(I)で示される条件を満たし、平均粒径が10〜25μmである粒子状物質を、粒子状増粘物質として、フッ素油を含まない潤滑油および/またはグリースに対し、5〜35質量%の割合で混合したものであることを特徴とする潤滑剤組成物。
a:潤滑油に粒子状物質を混合した分散体の
加圧分散処理前の40℃、10sec−1における絶対粘度(ポアズ)
b:潤滑油に粒子状物質を混合した分散体の
加圧分散処理後の40℃、10sec−1における絶対粘度(ポアズ)
であり、該加圧分散処理は、ロール径180mm、ロール幅400mmの3本ロールミル装置を用い、ロール間に147.1kPaの圧力を掛けて分散体を処理するものである。
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