JP5329110B2 - 樹脂用グリース組成物 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂を使用した軸受、ギヤ等の樹脂摺動部の潤滑箇所へ適用できる摩擦特性（低摩擦係数化）と耐摩耗性に優れた樹脂用グリース組成物に関する。

樹脂を使用した軸受やギヤ等の樹脂摺動部に適用するグリース組成物には、潤滑膜を形成するＺｎＤＴＰ硫黄系及びリン系等の極圧添加剤を配合しても、金属表面と反応する等して潤滑効果が期待できないため、通常、固体潤滑剤を配合している。このような樹脂用グリース組成物に使用される固体潤滑剤としてはポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという。）粉末が最も多く用いられており、このＰＴＦＥ粉末をベースとして更なる潤滑性の向上が試みられている（特許文献１、特許文献２参照。）。

樹脂はその種類により摺動特性が異なるが、ＰＴＦＥ樹脂や高密度ポリエチレン樹脂（以下、高密度ＰＥ樹脂という。）は、特に低摩擦性に優れているため、低摩擦を目的とする摺動部に使用されている。そして、これらの樹脂は、摩擦時に分子配向をとった後、表面層が小片として剥離（摩耗）することにより低摩擦性を示す機構になっている。しかしながら、この剥離した摩耗粉が増えすぎると、グリースを硬化させ、本来の性能を充分に発揮できなくなる可能性がある。したがって、このような樹脂を使用する箇所では、樹脂の摩耗を抑制することが重要であり、樹脂の摩耗抑制効果に優れた樹脂用グリース組成物が要望されている。

一方、ポリブチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＢＴ樹脂という。）のような、もともと耐摩耗性に優れ比較的硬い樹脂を用いた場合には、摺動部でスティックスリップを起こしやすい傾向にあり、このことにより摩擦係数が上昇する傾向にある。したがって、このような樹脂を使用する箇所では、樹脂摺動部のスティックスリップを抑制することによる摩擦特性の向上が要望されている。
先に発明した層状化合物を用いた樹脂用グリース組成物（特許文献３）においては、ＰＴＦＥ樹脂や高密度ＰＥ樹脂摺動部の耐摩耗性向上に効果があるものの、ＰＢＴ樹脂のような硬い樹脂摺動部での摩擦特性が不十分であった。

特開２００１−８９７７８号公報 特開２００５−２４７９７１号公報 特願２００７−４５８６３号公報

本発明は、樹脂摺動部に適用する際に摩擦特性、耐摩耗性に優れたグリース組成物を提供することを目的とするものであり、特にＰＢＴ樹脂摺動部の摩擦特性、ＰＴＦＥ樹脂摺動部の耐摩耗性を特に向上させることができるグリース組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意検討を重ねた結果、特定の層状構造を持つ化合物粉末を３〜２０質量％、ＰＴＦＥ粉末を５〜３０質量％含有させ、かつ、該層状構造を持つ化合物粉末とＰＴＦＥ粉末の配合質量比を２５：７５〜５０：５０にし、さらに、４０℃の動粘度が１〜２０００ｍｍ^２／ｓの鉱油系潤滑油基油及び合成系潤滑油基油から選ばれる少なくとも１種の基油及び増ちょう剤としてリチウム石けん系増ちょう剤を含有させることにより、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂又はポリブチレンテレフタレート樹脂を使用している樹脂摺動部で使用される樹脂用グリース組成物の摩耗防止性と摩擦特性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、４０℃の動粘度が１〜２０００ｍｍ^２／ｓの鉱油系潤滑油基油及び合成系潤滑油基油から選ばれる少なくとも１種の基油並びにリチウム石けん系増ちょう剤と、層状構造を持つ化合物粉末として黒鉛粉末、雲母粉末及び窒化ホウ素粉末から選ばれる少なくとも１種を３〜２０質量％、ポリテトラフルオロエチレン粉末を１０〜３０質量％配合し、かつ、該層状構造を持つ化合物粉末とポリテトラフルオロエチレン粉末の配合質量比が２５：７５〜５０：５０である樹脂用グリース組成物であって、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂又はポリブチレンテレフタレート樹脂を使用している樹脂摺動部で使用されることを特徴とする樹脂用グリース組成物を提供する。

また、本発明は、上記樹脂用グリース組成物において、前記樹脂用グリース組成物に含まれるリチウム石けん系増ちょう剤の粒子形状が鱗片状である樹脂用グリース組成物増を提供する。
また、本発明は、上記樹脂用グリース組成物において、前記リチウム石けん系増ちょう剤が９０〜１５０℃で基油中に分散された粒子形状が鱗片状のリチウム石けん系増ちょう剤である樹脂用グリース組成物を提供する。
また、本発明は、上記樹脂用グリース組成物において、基油が、シリコーン油である樹脂用グリース組成物を提供する。

本発明の樹脂用グリース組成物は、樹脂摺動部における樹脂の耐摩耗性、摩擦特性に優れている。従って、本発明の樹脂用グリース組成物は、実用上極めて有用である。

本発明に使用する基油としては、通常グリースに使用される鉱油系潤滑油基油、合成系潤滑油基油又はこれらの混合系のものなどの種々の潤滑油基油が用いられるが、４０℃における動粘度の値が、１〜２０００ｍｍ^２／ｓが好ましく、より好ましくは５〜１５００ｍｍ^２／ｓ、特に好ましくは１０〜１５００ｍｍ^２／ｓである。動粘度が、あまり小さすぎると耐摩耗性が低くなる傾向にある。動粘度が大きすぎると流動性が悪くなり、グリース本来の性能が出にくくなる傾向にある。
鉱油系潤滑油基油としては、例えば原油の潤滑油留分を溶剤精製、水素化精製など種々の精製方法の１種で、又は２種以上を適宜組み合わせて精製したものが挙げられる。

合成系潤滑油基油としては、例えば炭素数３〜１２のα−オレフィンの重合体であるα−オレフィンオリゴマー、２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルセバケートを始めとするセバケート、アゼレート、アジペートなどの炭素数４〜１２のジアルキルジエステル類、１−トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールと炭素数３〜１２の一塩基酸から得られるエステルを始めとするポリオール類、炭素数９〜４０のアルキル基を有するアルキルベンゼン類、ブチルアルコールをプロピレンオキシドと縮合させることにより得られるポリグリコールなどのポリグリコール類、約２〜５個のエーテル連鎖及び約３〜６個のフェニル基を有するポリフェニルエーテルなどのフェニルエーテル類、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンなどのシリコーン油が挙げられる。

上記鉱油系潤滑油基油及び合成系潤滑油基油は１種単独であるいは２種以上を混合して使用することができるが、グリースを使用する摺動部の樹脂の種類によっては、基油により樹脂自体の強度を低下させる可能性があるため、樹脂用グリースとしては、αオレフィンオリゴマーまたはシリコーン油を使用することが好ましい。また、耐摩耗性及び耐熱性の観点からは、シリコーン油を使用することが特に好ましい。
また、基油の量は、要求特性に応じて適宜選定することができるが、グリース全量に対して通常５５〜９８質量％の範囲であり、好ましくは６０〜９５質量％の範囲である。

本発明において使用する層状構造を持つ化合物粉末は、雲母、黒鉛、窒化ホウ素の少なくとも１種であり、特に好ましいものとしては、黒鉛、窒化ホウ素の粉末が挙げられる。

層状構造を持つ化合物粉末として使用されるグラファイト（黒鉛）は、大別して、人造黒鉛と天然黒鉛とに分けられる。人造黒鉛は、ピッチ・コークスをタール、ピッチ等により固めて１２００℃位で焼成後、黒鉛炉で高温で処理することにより炭素の結晶が成長して造られたものである。また、天然黒鉛は天然の地熱と地下の高圧下で長い年月を経て黒鉛化したものである。本発明において用いる黒鉛粉末としては、天然黒鉛粉末が好ましい。また、天然黒鉛粉末においては、その材質の違いにより鱗片状黒鉛粉末、鱗状黒鉛粉末、土状黒鉛粉末が挙げられるが、特に鱗片状黒鉛粉末又は鱗状黒鉛粉末が好ましい。
層状構造を持つ化合物粉末として使用される窒化ホウ素は、ホウ素の窒化物である。

層状構造を持つ化合物粉末の平均粒径は、０．１〜２５μｍが好ましく、２．１〜２０μｍがより好ましく、２．２〜１５μｍが特に好ましい。
層状構造を持つ化合物粉末のうち、特に黒鉛の平均粒径は、１〜１５μｍが好ましく、２．１〜１０μｍが特に好ましい。特に、麟片状黒鉛及び鱗状黒鉛の平均粒径は、２．１〜１０μｍが好ましく、２．１〜８μｍが特に好ましい。また、窒化ホウ素の平均粒径は、０．５〜２０μｍが好ましく、０．５〜１５μｍが更に好ましく、２．１〜１５μｍが特に好ましい。

層状構造を持つ化合物粉末のグリース全量に対する含有量は、その下限値は３質量％以上であり、より好ましくは５質量％以上である。層状構造を持つ化合物粉末の含有量の上限値は、２０質量％以下であるが、好ましくは１５質量％以下であり、更に好ましくは１０質量％以下である。配合量が少なすぎると所定の耐摩耗性が得られず、配合量が多すぎても効果が飽和してしまう傾向にある。

一方、本発明で固体潤滑剤として使用するＰＴＦＥ粉末は、フッ素系の代表的な樹脂の粉末である。ＰＴＦＥは、全体として帯状構造を持っており、その帯が板状結晶部分と非晶質部分がサンドイッチ状に交互に配置されているバンド構造といわれる構造をとっているものである。
ＰＴＦＥ粉末の平均粒径は、０．１〜２５μｍが好ましく、１．５〜２０μｍがより好ましく、１．９〜１５μｍが特に好ましい。

ＰＴＦＥ粉末のグリース全量に対する含有量は、その下限値は１０質量％以上であり、より好ましくは１４質量％以上である。ＰＴＦＥ粉末の含有量の上限値は、３０質量％以下であるが、好ましくは２５質量％以下であり、更に好ましくは２０質量％以下である。配合量が少なすぎると所定の耐摩耗性が得られず、配合量が多すぎても効果が飽和してしまう傾向にある。

本発明において、層状構造を持つ化合物粉末とＰＴＦＥ粉末の質量比は２５：７５〜５０：５０であり、より好ましくは２５：７５〜４０：６０である。層状構造を持つ化合物粉末の配合比率が少なすぎるとＰＴＦＥ樹脂摺動部、高密度ＰＥ樹脂摺動部での耐摩耗性が低下する傾向にあり、多すぎるとＰＢＴ樹脂摺動部での摩擦特性が低下する傾向にある。一方、ＰＴＦＥ粉末の配合比率が少なすぎるとＰＢＴ樹脂摺動部での摩擦特性が低下する傾向にあり、多すぎるとＰＴＦＥ樹脂摺動部、高密度ＰＥ樹脂摺動部での耐摩耗性が低下する傾向にある。したがって、層状構造を持つ化合物粉末とＰＴＦＥ粉末を適正な比率で配合することにより、樹脂摺動部での所定の耐摩耗性、摩擦特性を両立させることができる。

本発明の樹脂用グリース組成物において使用される増ちょう剤はリチウム石けん系増ちょう剤である。
リチウム石けん系増ちょう剤としては、リチウム−１２−ヒドロキシステアレート等の水酸基を有する脂肪族カルボン酸リチウム塩、リチウム−ステアレート等の脂肪族カルボン酸リチウム塩またはそれらの混合物などが挙げられるが、耐久性の観点からリチウムステアレートが特に好ましい。

また、リチウム石けん系増ちょう剤は、通常、鱗片状粒子のリチウム石けんを基油からなる溶媒中に配合し、２００℃付近まで加熱させ、基油中にリチウム石けんを溶解させた後、冷却して結晶化させる、いわゆる再結晶をさせることにより、リチウム石けん系増ちょう剤自体が繊維状になるように製造されるが、本発明においては、摩擦特性向上の観点から繊維状のリチウム石けん系増ちょう剤ではなく、９０〜１５０℃付近で基油中に分散させた鱗片状粒子のリチウム石けん系増ちょう剤を用いることが好ましい。この時、鱗片状粒子のリチウム石けんを油中へ撹拌分散させるための温度については、好ましくは９０〜１５０℃であり、より好ましくは９０〜１４０℃であり、更に好ましくは９５〜１３０℃である。温度が低すぎるとリチウム石けんの基油中への分散性が低下する傾向にある。また、温度が高すぎるとリチウム石けんの一部が繊維状となる可能性があり、所定の鱗片状粒子のリチウム石けん系増ちょう剤ができなくなる可能性がある。

本発明の樹脂用グリース組成物において使用される増ちょう剤は、本発明にちょう度を付与させるもので、好ましい配合量はグリース全量に対して５〜５０質量％、より好ましくは１０〜４０質量％である。配合量が少なすぎると、摩擦特性が低下する傾向にある。また、多すぎると、製品グリースの寿命が低下する傾向にある。
また、本発明の樹脂用グリース組成物は、上記各成分と基油と増ちょう剤を配合することにより製造されるものであるが、必要に応じて、各種添加剤を適宜配合することができる。

添加剤としては、例えば、アルカリ土類金属スルホネート、アルカリ土類金属フェネート、アルカリ土類金属サリシレートなどの金属系清浄剤；アルケニルこはく酸イミド、アルケニルこはく酸イミド硼素化変性物、ベンジルアミン、アルキルポリアミンなどの分散剤；亜鉛系、硫黄系、リン系、アミン系、エステル系などの各種摩耗防止剤；ポリメタクリレート系、エチレンプロピレン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体の水素化物あるいはポリイソブチレン等の各種粘度指数向上剤；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールなどのアルキルフェノール類、４，４’−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）などのビスフェノール類、ｎ−オクタデシル−３−（４’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）プロピオネートなどのフェノール系化合物、ナフチルアミン類やジアルキルジフェニルアミン類などの芳香族アミン化合物などの各種酸化防止剤；硫化オレフィン、硫化油脂、メチルトリクロロステアレート、塩素化ナフタレン、ヨウ素化ベンジル、フルオロアルキルポリシロキサン、ナフテン酸鉛などの極圧剤；ステアリン酸などのカルボン酸、ジカルボン酸、金属石鹸、カルボン酸アミン塩、重質スルホン酸の金属塩、多価アルコールのカルボン酸部分エステルなどの各種錆止め剤；ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾールなどの各種腐食防止剤などが挙げられる。添加剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明の樹脂用グリース組成物は、ＰＴＦＥ樹脂、高密度ＰＥ樹脂又はＰＢＴ樹脂を使用している摺動部に好適に用いることができる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例１〜７及び比較例１〜６）
実施例及び比較例では、以下に示す＊１〜＊１０成分を表１〜２に示した配合量（質量）の割合で含有させたグリース組成物を調製した。なお、グリース組成物は、＊１〜＊１０の各成分を適宜混合し、ミル処理を行ってグリース中に増ちょう剤を均一に分散させ、調製した。
得られたグリース組成物は、それぞれ樹脂の耐摩耗性評価を行った。

＊１：リチウム−ステアレートＡ（耐熱容器に表中の基油、固体潤滑剤及びその他添加剤とリチウム−ステアレート（堺化学製；商品名；Ｓ７０００Ｈ）を同時に投入し、約１００℃付近でリチウムステアレートを充分に撹拌分散させた後、ミル処理を行うことにより鱗片状粒子のリチウム−ステアレートを基油中に混合分散させたグリースを調製した。）。

＊２：リチウム−ステアレートＢ（耐熱容器に表中の各基油とリチウムーステアレート（堺化学製；商品名；Ｓ７０００）を投入して攪拌しながら加熱し、約２００℃付近で溶解させ、基油を添加し、冷却しする。次に、固体潤滑剤、その他添加剤を約１００℃付近で充分に撹拌分散し、ミル処理を行うことにより繊維状のリチウム−ステアレートの結晶を基油中に混合分散させたグリースを調製した。）。

＊３鉱油系潤滑油基油（４０℃動粘度：１００ｍｍ^２／ｓの水素化精製鉱油系潤滑油基油）
＊４ＰＡＯ（４０℃の動粘度：６０ｍｍ^２／ｓのポリアルファオレフィン）
＊５シリコーン油（４０℃動粘度：３８０ｍｍ^２／ｓのジメチルシリコーン）

＊６：平均粒径５μｍの鱗状黒鉛粉末
＊７：窒化ホウ素粉末（電気化学工業社製、ＨＧＰ）、平均粒径１．５μｍ
＊８：雲母粉末（コープケミカル社製：ミクロマイカＭＫ＜フッ素雲母＞）、平均粒径２．５μｍ
＊９：平均粒径２．０μｍのＰＴＦＥ粉末
＊１０：酸化防止剤：アミン系酸化防止剤

（測定方法）
（１）耐摩耗性試験
ファレックス型摩擦試験機を用いて行った。試験は、鋼製のピンとＰＴＦＥ樹脂製ブロックを用いてＰＴＦＥ樹脂摺動部にグリースを０．５ｇ塗布し、ピン回転数５００ｒｐｍ、温度は成りゆきの下で、締め付け荷重５０Ｎで５分間ならし運転を行い、次いで１００Ｎで５５分間本運転を行った。評価は、試験前後のブロックの重量減（摩耗量）を測定した。

（２）摩擦特性試験
ＳＲＶ試験を用いて行った。試験は、鋼製の玉とＰＢＴ樹脂製のディスクを用いてＰＢＴ樹脂摺動部にグリース０．２ｇ塗布し、荷重２０Ｎ、振動数３０Ｈｚ、温度４０℃、ストローク３ｍｍ、試験時間１５ｍｉｎの条件で実施した。評価は、３０ｍｉｎ後の摩擦係数（μ）を測定した。

（３）耐熱性
薄膜加熱試験により行った。本試験は、鋼板にグリースを２ｍｍの厚さに均一に塗り、１５０℃の恒温槽で９６時間放置した。評価は、試験前後の全酸価を測定し、全酸価の増加度合いにより、以下の基準で行った。
◎：全酸価増加が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であるとき。
○：全酸価増加が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上３．０未満であるとき。
×：全酸価増加が３．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であるとき。

Claims (4)

1. ４０℃の動粘度が１〜２０００ｍｍ^２／ｓの鉱油系潤滑油基油及び合成系潤滑油基油から選ばれる少なくとも１種の基油並びにリチウム石けん系増ちょう剤と、層状構造を持つ化合物粉末として黒鉛粉末、雲母粉末及び窒化ホウ素粉末から選ばれる少なくとも１種を３〜２０質量％、ポリテトラフルオロエチレン粉末を１０〜３０質量％配合し、かつ、該層状構造を持つ化合物粉末とポリテトラフルオロエチレン粉末の配合質量比が２５：７５〜５０：５０である樹脂用グリース組成物であって、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂又はポリブチレンテレフタレート樹脂を使用している樹脂摺動部で使用されることを特徴とする樹脂用グリース組成物。
2. 前記樹脂用グリース組成物に含まれるリチウム石けん系増ちょう剤の粒子形状が鱗片状である請求項１に記載の樹脂用グリース組成物。
3. 前記リチウム石けん系増ちょう剤が９０〜１５０℃で基油中に分散された粒子形状が鱗片状のリチウム石けん系増ちょう剤である請求項１又は２に記載の樹脂用グリース組成物。
4. 前記基油が、シリコーン油である請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂用グリース組成物。