JP5282369B2

JP5282369B2 - 潤滑油組成物

Info

Publication number: JP5282369B2
Application number: JP2007100604A
Authority: JP
Inventors: 儀趙; 幸橋田; 敏夫新田
Original assignee: Nok Klueber Co Ltd
Current assignee: Nok Klueber Co Ltd
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008255271A

Description

本発明は、潤滑油組成物に関する。さらに詳しくは、耐荷重性にすぐれた潤滑油組成物に関する。

従来より、摺動部分に使用される潤滑油には、摩擦・摩耗特性の良好なことが要求されており、かかる要求に対して一般的には油性剤、摩耗防止剤、極圧剤を単独または複数配合することが行われている。これらの潤滑油組成物は、金属-金属、金属-樹脂、樹脂-樹脂間の摺動部に使用され、回転、往復動、揺動などの摺動に際し、焼付け、トルク上昇などの不具合なく円滑に行うことを目的に使用されるが、一方で金属、樹脂などの摺動部材に対して、金属の腐食やスラッジの発生、樹脂のクラックや割れの発生などの悪影響を及ぼすことが少なくないといった問題がある。

これに対して、グリースなどの潤滑剤では、化学的に比較的安定で、層状構造により摩擦特性および極圧性能を発揮する固体潤滑剤として、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)を用いることが行われている。このPTFEは、金属あるいは樹脂を侵す心配がないといった特徴を有する。

一方、軸受、ブッシュ、チェーン、ギヤに対しても、近年の機械装置の高出力化、高効率化に伴い、ますます耐荷重性が求められるようになっており、例えば自動変速機、緩衝器、パワーステアリングなど耐荷重性の求められる駆動系機器などにおいては、その作動を円滑にするためにイオウ系添加剤を含む潤滑油が提案されている。
特開２００６−０４５３３５号公報

しかるに、かかる潤滑油組成物は、特定のジスルフィド化合物を主成分とする添加剤を必要とするものであり、汎用性に欠けるものであった。

本発明の目的は、耐荷重性にすぐれた潤滑油組成物を提供することにある。

かかる本発明の目的は、合成炭化水素油40〜5重量％およびエステル系合成油60〜95重量％の混合油からなる基油に、固体潤滑油を組成物中0.1〜5重量％の割合で配合してなり、25℃、せん断速度300/秒の条件下で良好な流動性を示す潤滑油組成物によって達成される。

本発明者らは、潤滑剤組成物に固体潤滑剤として用いられるPTFEなどを潤滑油に添加した潤滑油組成物が、耐荷重性にすぐれていることを見出し、本発明に至ったものである。

本発明の潤滑油組成物は、従来グリースなどの潤滑剤に固体潤滑剤として用いられていたPTFEなどを潤滑油に添加することにより優れた耐荷重性を示す。従って、軸受、ブッシュ、チェーンまたはギヤなど耐荷重性が求められる各種機器に有効に用いられる。

合成炭化水素油としては、ポリα-オレフィン、エチレン-α-オレフィンコオリゴマー、ポリブテンまたはこれらの水素化物、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等が、またエステル系合成油としては、ポリオールエステル、二塩基性脂肪酸エステル、芳香族多価カルボン酸エステル、リン酸エステル、亜リン酸エステル、炭酸エステル等がそれぞれ例示される。これらの混合油は、合成炭化水素油が約40〜5重量％に対し、エステル系合成油が約60〜95重量％の割合で用いられる。

これらの混合油からなる基油は、40℃における動粘度(JIS K2283準拠)が約20〜800mm²/秒のものが一般に用いられる。このうち軸受、ブッシュ用途にあっては、約20〜250mm²/秒、好ましくは約20〜100mm²/秒のものが用いられ、またチェーンオイル、ギヤオイルなどあまり低温性を必要とはせず、耐熱性を重視する用途にあっては、約100〜800mm²/秒、好ましくは約100〜400mm²/秒のものが用いられる。ここで、軸受、ブッシュ用途としてこれ以上の動粘度の基油を用いると、低温流動性が悪化し、低温域でのトルクの上昇が生じるようになり、一方これ以下の動粘度の基油を用いると、揮発性の点で十分ではなく、さらに高温条件下において十分な油膜を保持することができない。また、あまり低温性を必要とはせず、耐熱性を重視するチェーン、ギヤ用途にあっては、これ以上の動粘度の基油を用いると、耐熱性の点では満足されるものの、広範な使用温度範囲内において良好な摺動特性を得るという観点からは好ましくなく、一方これ以下の動粘度の基油をを用いると、耐熱性を十分に満足させることができない。

基油には、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、黒鉛、二硫化モリブデン、メラミンシアヌレート(MCA)、好ましくはPTFEが添加される。これらの固体潤滑剤は、組成物中0.1〜5重量％、好ましくは0.3〜3重量％を占めるような割合で用いられる。固体潤滑剤が、これ以下の割合で用いられると固体潤滑剤による耐荷重性効果が十分に発揮されず、一方これ以上の割合で用いられると潤滑油組成物の粘度が高くなりすぎてしまい、流動性が失われてしまうようになる。

PTFEは、テトラフルオロエチレンの乳化重合、けん濁重合、溶液重合などの方法によってポリテトラフルオロエチレンを製造し、それを熱分解、電子線照射分解、物理的粉砕などの方法によって処理して数平均分子量Mnを約1000〜1000000、好ましくは約100000〜200000程度としたものが用いられる。なお、分子量の制御は、共重合反応時に連鎖移動剤を用いても行うことができる。用いられた粉末状のフッ素樹脂は、一般に約500μm以下、好ましくは約0.1〜30μmの平均一次粒径を有する。

組成物中には、予め潤滑油に添加する形で、さらに従来潤滑油に添加されている酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、極圧剤、油性剤、粘度指数向上剤等のその他の添加剤を必要に応じて添加し、潤滑油剤を形成させることができる。

酸化防止剤としては、例えば2,6-ジ第3ブチル-4-メチルフェノール、4,4′-メチレンビス(2,6-ジ第3ブチルフェノール)等のフェノール系の酸化防止剤、アルキルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニル-α-ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキル化フェニル-α-ナフチルアミン、アルキル化フェノチアジン等のアミン系の酸化防止剤、さらにはリン酸系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤などが挙げられる。

防錆剤としては、例えば脂肪酸、脂肪酸アミン、アルキルスルホン酸金属塩、アルキルスルホン酸アミン塩、酸化パラフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられ、また腐食防止剤としては、例えばベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、チアジアゾール等が挙げられる。

極圧剤としては、例えばリン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩等のリン系化合物、スルフィド類、ジスルフィド類等のイオウ系化合物、ジアルキルジチオリン酸金属塩、ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩等のイオウ系化合物金属塩、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニル等の塩素系化合物などが挙げられる。

油性剤としては、例えば脂肪酸またはそのエステル、高級アルコール、多価アルコールまたはそのエステル、脂肪族アミン、脂肪酸モノグリセライド、モンタンワックス、アミド系ワックス等が挙げられる。

粘度指数向上剤としては、ポリメタクリレート、エチレン-プロピレン共重合体、ポリイソブチレン、ポリアルキルスチレン、スチレン-イソプレン共重合体水素化物等が挙げられる。

組成物の調製は、基油に固体潤滑剤および他の必要な添加剤を所定量添加し、ホモミキサ、3本ロールまたは高圧ホモジナイザで十分に混練する方法等によって行われる。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１
ペンタエリスリトールC₆〜C₉カルボン酸エステル 87.1重量％
(コグニス製品、40℃動粘度；23mm²/秒)
合成炭化水素油(イノビーン製品PAO 6、40℃動粘度；31mm²/秒) 10.3重量％
合成炭化水素油(同社製品PAO 40、40℃動粘度；390mm²/秒) 2.6重量％
よりなる混合基油97.9重量部にペンタエリスリトールC₆〜C₉カルボン酸エステル中にて合成したPMA系粘度指数向上剤(Mw=250,000)1.0重量部、アミン系酸化防止剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製品イルガノックスL57)1.0重量部およびベンゾトリアゾール系金属不活性化剤0.1重量部をホモミキサで配合して、潤滑油剤Aを調製した。この潤滑油剤Aの40℃動粘度は25.3mm²/秒、150℃、100時間の蒸発損失は、18.1重量％であった。

この潤滑油剤A 99重量部に、PTFE(乳化重合法ポリテトラフルオロエチレン；平均一次粒子径0.2μm；Mn約100,000〜200,000)1重量部を混合して潤滑油組成物を調製した。なお、以下の各実施例および比較例でも、同じ粘度指数向上剤、酸化防止剤、金属不活性化剤およびPTFEが用いられた。

実施例２
実施例１において、潤滑油組成物として潤滑油剤A 97重量部に、PTFE 3重量部を混合したものが用いられた。

実施例３
実施例１において、潤滑油組成物として潤滑油剤A 95重量部に、PTFE 5重量部を混合したものが用いられた。

実施例４
トリメチロールプロパンC₈〜C₁₂カルボン酸エステル 72.9重量％
(コグニス製品、40℃動粘度；18mm²/秒)
合成炭化水素油(PAO 6、40℃動粘度；31mm²/秒) 20.8重量％
合成炭化水素油(PAO 40、40℃動粘度；390mm²/秒) 6.3重量％
よりなる混合基油90.9重量部にPMA系粘度指数向上剤8.0重量部、アミン系酸化防止剤1.0重量部およびベンゾトリアゾール系金属不活性化剤0.1重量部を配合して、潤滑油剤Bを調製した。この潤滑油剤Bの40℃動粘度は60.3mm²/秒、150℃、100時間の蒸発損失は、21.5重量％であった。次いで、この潤滑油剤B 97重量部に、PTFE 3重量部を混合して潤滑油組成物を調製した。

比較例１
合成炭化水素油(イノビーン製品PAO 10、40℃動粘度；68mm²/秒) 98.9重量部に、アミン系酸化防止剤1.0重量部およびベンゾトリアゾール系金属不活性化剤0.1重量％を配合して、潤滑油剤Cを調製した。この潤滑油剤Cの40℃動粘度は69.1mm²/秒、150℃、100時間の蒸発損失は、34.5重量％であった。次いで、この潤滑油剤C 99.5重量部に、PTFE 0.5重量部を混合して潤滑油組成物を調製した。

実施例５
トリメチロールプロパンC₈〜C₁₂カルボン酸エステル 65.0重量％
(コグニス製品、40℃動粘度；18mm²/秒)
ポリブテン 30.0重量％
アミン系酸化防止剤 2.5重量％
C₁₂ジチオリン酸亜鉛塩 2.5重量％
を配合して、潤滑油剤Dを調製した。この潤滑油剤Dの40℃動粘度は105mm²/秒、150℃、100時間の蒸発損失は、10.5重量％であった。次いで、この潤滑油剤D 97重量部に、PTFE 3重量部を混合して潤滑油組成物を調製した。

比較例２
実施例１の潤滑油組成物において、PTFEが用いられず、潤滑油剤A 100重量部のみが用いられた。

比較例３
実施例４の潤滑油組成物において、PTFEが用いられず、潤滑油剤B 100重量部のみが用いられた。

比較例４
比較例１の潤滑油組成物において、PTFEが用いられず、潤滑油剤C 100重量部のみが用いられた。

比較例５
実施例５の潤滑油組成物において、PTFEが用いられず、潤滑油剤D 100重量部のみが用いられた。

比較例６
実施例１において、潤滑油組成物として潤滑油剤A 90重量部に、PTFE 10重量部を混合したものが用いられた。

比較例７
ネオペンチルグリコールC₉カルボン酸エステル 98.9重量％
(コグニス製品、40℃動粘度；8.5mm²/秒)
アミン系酸化防止剤 1.0重量％
ベンゾトリアゾール系金属不活性化剤 0.1重量％
を配合して、潤滑油剤Fを調製した。この潤滑油剤Cの40℃動粘度は9.7mm²/秒、150℃、100時間の蒸発損失は、80.3重量％であった。次いで、この潤滑油剤F 97重量部に、PTFE 3重量部を混合して潤滑油組成物を調製した。

実施例６
実施例１において、PTFEの代わりに黒鉛(日本黒鉛製品J-CPB、平均粒径；5μm)が同量用いられた。

実施例７
実施例１において、PTFEの代わりに二硫化モリブデン(大東潤滑製品LM13-SMパウダー、平均粒径；0.4μm)が同量用いられた。

実施例８
実施例１において、PTFEの代わりにMCA(日産化学製品MCA-6000、平均粒径；1〜5μm)が同量用いられた。

実施例９
実施例４において、PTFEの代わりに黒鉛(J-CPB、平均粒径；5μm)が同量用いられた。

実施例１０
実施例４において、PTFEの代わりに二硫化モリブデン(LM13-SMパウダー、平均粒径；0.4μm)が同量用いられた。

比較例８
比較例１において、潤滑油組成物として潤滑油剤C 99重量部に、MCA(MCA-6000、平均粒径；1〜5μm)1重量部を混合したものが用いられた。

比較例９
比較例６において、PTFEの代わりに、黒鉛(J-CPB、平均粒径；5μm)が同量用いられた。

比較例１０
比較例６において、PTFEの代わりに、二硫化モリブデン(LM13-SMパウダー、平均粒径；0.4μm)が同量用いられた。

比較例１１
比較例６において、PTFEの代わりに、MCA(MCA-6000、平均粒径；1〜5μm)が同量用いられた。

比較例１２
比較例１において、潤滑油組成物として潤滑油剤C 90重量部に、MCA(MCA-6000、平均粒径；1〜5μm)10重量部を混合したものが用いられた。

以上の各実施例および比較例で得られた潤滑油組成物について、流動性、分散安定性の検討を行った。
流動性：コーンプレート型レオメータを使用して、25℃、せん断速度300/秒の条件下における粘度を測定し、5,000mPa・秒以下のものを流動性良好と評価した
分散性：10ml目盛り付き沈降管に、合成油中に各実施例および比較例で得られた潤滑油組成物10mlを入れて撹拌後一週間静置し、分散した固体潤滑剤粒子の沈降状態を目視により確認することにより、粒子が凝集して沈降することなく、均一な分散液が得られたものを分散性良好と評価した

その結果、各実施例および比較例１〜５，７〜８で得られた潤滑油組成物では、流動性、分散安定性のいずれも良好であったが、比較例６，９〜１２で得られた潤滑油組成物では、流動性は良好なものの、分散安定性が不十分であった。

また、各潤滑油組成物を用いて摺動特性試験(耐荷重性の評価および摩擦係数を測定)が行われた。耐荷重性は、SRV摩擦試験機を用いて、下部試験片をSUJ2製ディスク、上部試験片を10mm径のSUJ2製球とし、これらを点接触させ、振動数50Hz、振幅1mm、温度100℃の条件下で、1分毎に荷重を50Nずつ増加させ、これを500Nに達するまで連続して行い、焼付きが発生しない最大荷重により評価を行い、また摩擦係数を各荷重毎に測定した。ここで試験温度を100℃としたのは、油膜を保持されにくくするためである。

得られた結果は、次の表に示される。なお、比較例２〜５では耐荷重性に劣り、また比較例７の荷重200〜300Nでは摩擦係数の測定値が安定しなかった。
表
荷重(N)／接触面圧(N/mm ² )
耐荷重 50/ 100/ 150/ 200/ 250/ 300/ 350/ 400/ 450/ 500/
例性(N) 105 149 183 211 236 258 279 298 316 333
実施例１ 400 0.155 0.126 0.111 0.107 0.106 0.099 0.104 0.103 - -
〃２＞500 0.131 0.129 0.113 0.105 0.103 0.099 0.099 0.100 0.101 0.102
〃３＞500 0.127 0.119 0.110 0.103 0.101 0.100 0.097 0.098 0.096 0.097
〃４＞500 0.130 0.127 0.112 0.102 0.103 0.098 0.097 0.097 0.098 0.098
比較例１ 450 0.232 0.202 0.185 0.170 0.151 0.152 0.150 0.148 0.145 -
実施例５＞500 0.129 0.110 0.104 0.103 0.101 0.100 0.100 0.099 0.098 0.099
比較例２ 300 0.155 0.141 0.147 0.141 0.143 0.150 - - - -
〃３ 350 0.156 0.141 0.145 0.139 0.138 0.150 0.155 - - -
〃４ 300 0.297 0.230 0.198 0.188 0.177 0.166 - - - -
〃５ 400 0.128 0.117 0.109 0.104 0.102 0.103 0.102 - - -
〃７ 300 0.167 0.147 0.147 - - - - - - -
実施例６ 450 0.144 0.120 0.105 0.103 0.101 0.099 0.098 0.097 0.098 -
〃７＞500 0.131 0.127 0.125 0.120 0.117 0.113 0.110 0.105 0.101 0.101
〃８ 400 0.147 0.115 0.109 0.107 0.105 0.102 0.101 0.099 - -
〃９ 450 0.133 0.120 0.112 0.108 0.105 0.102 0.101 0.099 0.099 -
〃 10 ＞500 0.132 0.127 0.123 0.117 0.111 0.105 0.103 0.099 0.098 0.098
比較例８ 400 0.225 0.211 0.197 0.183 0.177 0.170 0.163 0.155 - -

本発明の潤滑油組成物は、軸受、ブッシュ、チェーンまたはギヤに適用される潤滑油として有効に用いられる。

Claims

合成炭化水素油40〜5重量％およびエステル系合成油60〜95重量％の混合油からなる基油に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンまたはメラミンシアヌレートを、組成物中0.1〜5重量％の割合で配合してなり、25℃、せん断速度300/秒の条件下で良好な流動性を示す潤滑油組成物。
40℃動粘度が20〜800mm ² /秒の基油が用いられた請求項１記載の潤滑油組成物。
40℃動粘度が20〜250mm ² /秒の基油が用いられ、軸受、ブッシュ用途に用いられる請求項２記載の潤滑油組成物。
40℃動粘度が100〜800mm ² /秒の基油が用いられ、チェーンオイルまたはギヤオイル用途に用いられる請求項２記載の潤滑油組成物。