JP5414030B2 - プランジャー用潤滑剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦を低減させるために用いるプランジャー用潤滑剤組成物に関する。

アルミニウム等の金属の溶融物（溶湯）を成形するダイカスト鋳造においては、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦を低減させて、金属溶融物をキャビティー内にスムーズに射出して送り込むため、潤滑剤組成物が用いられている。

潤滑剤組成物としては、種々の油性潤滑剤組成物が様々な分野で広く用いられており、ダイカスト鋳造においては、例えば基油成分（例えばパラフィン系鉱油）、グリース等の増稠剤、ベンゾトリアゾール等の防腐剤、及び黒鉛等の固体潤滑剤を含む油性潤滑剤組成物が用いられることがある。

しかし、ダイカスト鋳造における金属溶融物の温度は約６００℃にもなるため、上記のような従来の油性潤滑剤組成物は高温の金属溶融物と接触して燃焼し、油煙を発生させて作業環境を汚染したり、炭酸ガス等の不活性ガスを発生させこれが金属溶融物内に混入して最終鋳物製品に内部欠陥を生じさせたりすることがあった。

また、固体潤滑剤として黒鉛を含む油性潤滑剤組成物は黒く、一般的にプランジャーを使用する度に上記油性潤滑剤組成物をスプレー噴霧するダイカスト鋳造において用いれば、作業環境や最終鋳物製品を容易に汚染したり、特に黒鉛は導電性を有するため最終鋳物製品が帯電して品質低下に繋がったりすることがあった。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明の目的は、高温でも燃焼しにくく作業環境を汚染せず高品質の鋳物製品を製造することができ、固体潤滑剤として黒鉛を用いなくても十分低い摩擦力を有し潤滑性能に優れる油性潤滑剤組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記のような課題を解決すべく油性潤滑剤組成物の配合について鋭意実験を繰り返して研究した結果、黒鉛を除く固体潤滑剤を用い、摩耗防止剤としてジアルキルジチオリン酸亜鉛を含む油性潤滑剤組成物をダイカスト鋳造に使用したところ、優れた潤滑性能を有し、作業環境を汚染せず高品質の鋳物製品を製造することができることを見出した。

そして、本発明者らは、固体潤滑剤として黒鉛を含まず摩耗防止剤としてチオリン酸亜鉛を含む油性潤滑剤組成物は、高温での加熱減量が少ないことから燃焼しにくく作業環境を汚染せず高品質の鋳物製品を製造することができ、しかも摩擦力が十分に低く潤滑性能に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、基油成分と、黒鉛を除く固体潤滑剤と、チオリン酸亜鉛を含む摩耗防止剤と、を含むプランジャー用油性潤剤滑組成物に関する。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦を低減させるために用いるものである。

また、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物における「油性」とは、プランジャー用油性潤滑剤組成物が実質的に水分を含まないことを意味し、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物の原料としての構成成分が不可避的に含む水分は含まれていてもよい。したがって、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物の水分含有量は１質量％以下であればよい。

なお、潤滑剤組成物の水分含有量を測定するためには、例えば、カールフィッシャー法（ＪＩＳ Ｋ２２１１）に基づいて測定することができる。

黒鉛を除く固体潤滑剤は、油状の基油成分のみでは潤滑が厳しい高温条件下、ダイカストマシン等の大型機器のように大きな負荷がプランジャーチップにかかる場合に有効であり、射出スリーブとプランジャーチップとの間の潤滑を効果的に補助する役割を果たすものである。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物においては、このように黒鉛を除く固体潤滑剤を用いるため、ダイカスト鋳造の際にプランジャーを使用する度に油性潤滑剤組成物をスプレー噴霧しても、作業環境や最終鋳物製品を汚染しにくく、最終鋳物製品の帯電による品質低下のおそれもない。

チオリン酸亜鉛を含む摩耗防止剤は、金属表面に吸着して吸着膜を形成し、この吸着膜によって境界潤滑状態にある金属間の直接の接触を妨げ、摩擦及び摩耗を減少させる役割を果たすものであり、チオリン酸亜鉛は、金属間での温度及び圧力の影響で分解し、金属原子とリン原子及び硫黄原子を含む化合物を形成し、この化合物の被膜によって金属間の摩耗及び融着を防止する。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、基油成分が本来有する潤滑性能を発揮することができるように、前記基油成分の含有量が約８０質量％以上であることが好ましい。

また、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦及び摩耗の減少や、焼付の防止のため、さらに極圧添加剤を含むことが好ましい。

極圧添加剤とは、金属の二面の間の摩擦及び摩耗の減少や焼付の防止のために潤滑油に加えられる添加剤であり、具体的には、硫黄原子、塩素原子、リン原子等を含む化学的に活性な物質であり、金属面と反応して硫黄原子、塩素原子、リン原子等を含む化合物を生成し、せん断力の小さい被膜を形成し、摩耗、焼付、融着を防止するものである。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、高温でも燃焼しにくく作業環境を汚染せず高品質の鋳物製品を製造することができ、固体潤滑剤として黒鉛を用いなくても十分低い摩擦力を有し潤滑性能に優れるものであり、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦を低減させるために好適に用いることができる。

本発明に係るプランジャー用油性潤剤滑組成物は、必須構成成分として、基油成分と、黒鉛を除く固体潤滑剤と、チオリン酸亜鉛を含む摩耗防止剤と、を含む。以下、これら各必須構成成分と、本発明に係るプランジャー用油性潤剤滑組成物が含み得る任意構成成分について、説明する。

１．必須成分
（１）基油成分
本発明において用いることのできる基油成分としては、例えば鉱物油、油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルが挙げられ、これらのうちの１種以上を使用することができ、これらのうちの２種以上の混合物を使用することもできる。また、本発明に係るプランジャー用油性潤剤滑組成物は、上記のいずれかの基油成分において、２種以上の基油成分を含んでいてもよい（例えば２種類以上の鉱物油）。

鉱物油としては、例えばマシン油、タービン油、スピンドル油及びプロセスオイル等として用いられるナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油、芳香族系鉱油及び高度精製鉱油等が挙げられる。

油脂としては、例えば大豆油、菜種（白絞）油、ひまし油、椰子油、牛脂及びサクワラン等の動植物油が挙げられる。

脂肪酸としては、例えばカルボン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、パルミチン酸及びラウリン酸等が挙げられる。

脂肪酸エステルとしては、上記の脂肪酸の一価又は多価アルコール（又はグリセリン）エステルが挙げられる。脂肪酸エステルを構成するアルコールとしては、例えば２−エチルヘキサノール、イソデカノール及びトリデカノール等の炭素数１〜１８の一価アルコール、並びにトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール及びジペンタエリスリトール等の多価アルコールが挙げられる。

（２）固体潤滑剤
本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、固体潤滑剤として黒鉛を除く個体潤滑剤を含む。かかる固体潤滑剤としては、例えば雲母、タルク、カオリン、窒化硼素及び有機ベントナイト等が挙げられ、これらのうちの１種以上を使用することができ、これらのうちの２種以上の混合物を使用することもできる。

これら固体潤滑剤は、油状の基油成分のみでは潤滑が厳しい高温条件下、ダイカストマシン等の大型機器のように大きな負荷がプランジャーチップにかかる場合に有効であり、射出スリーブとプランジャーチップとの間の潤滑を効果的に補助する役割を果たす。

（３）摩耗防止剤
本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、摩耗防止剤として、チオリン酸亜鉛を含む。摩耗防止剤とは、金属表面に吸着して吸着膜を形成し、この吸着膜によって境界潤滑状態にある金属間の直接の接触を妨げ、摩擦及び摩耗を減少させる役割を果たすものであり、チオリン酸亜鉛は、金属接触面での温度及び圧力の影響で分解し、金属原子とリン原子及び硫黄原子を含む化合物を形成し、この化合物の被膜によって接触面の摩耗及び融着を防止する。

チオリン酸亜鉛としては、例えば一般式：（ＲＯ）_２ ＰＳ_２ −Ｚｎ−ＰＳ_２（ＯＲ）_２ （式中、Ｒはアルキル基）で示されるジアルキルジチオリンリン酸亜鉛（ＺＤＴＰ）、及び一般式：（ＡｒＯ）_２ＰＳ_２ −Ｚｎ−ＰＳ_２ （ＯＡｒ）_２（式中、Ａｒはアリル基）で示されるジアリルジチオリン酸亜鉛等が挙げられ、本発明においては１種又は２種以上のチオリン酸亜鉛を用いることができる。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、チオリン酸亜鉛に加えて他の摩耗防止剤を含んでいてもよい。本発明においてジアルキルジチオリン酸亜鉛とともに用いることのできる摩耗防止剤としては、例えばトリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）及びラウリルアシドホスフェート等のリン酸エステル；トリブチルホスファイト及びジラウリルホスファイト等の亜リン酸エステル；リン酸エステルのアミン塩；ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛；等が挙げられる。

２．任意成分
（１）極圧添加剤
本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦及び摩耗の減少や、焼付の防止のため、さらに極圧添加剤を含むことが好ましい。

上記のように、極圧添加剤とは、金属の二面の間の摩擦及び摩耗の減少や焼付の防止のために潤滑油に加えられる添加剤であり、具体的には、硫黄原子、塩素原子、リン原子等を含む化学的に活性な物質であり、金属面と反応して硫黄原子、塩素原子、リン原子等を含む化合物を生成し、せん断力の小さい被膜を形成し、摩耗、焼付、融着を防止するものである。

ここで、極圧添加剤としては、具体的には、硫黄系化合物、ホウ素系化合物、リン系化合物（上記摩耗防止剤を除く。）、有機金属系化合物及び硫黄−リン系化合物（上記摩耗防止剤を除く。）等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。

硫黄系化合物としては、例えば硫化スパーム油等の硫化油脂、硫化脂肪エステル等の硫化エステル、ジベンジルサルファイド、アルキルポリサルファイド、オレフィンポリサルアフィド及びザンチックサルファイド等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。なかでも、例えば独バイエル（Ｂａｙｅｒ ＡＧ）社製や大日本インキ化学工業（株）製の硫黄系化合物（例えば商品名：ＤＡＩＬＵＢＥ）を好適に用いることができる。

ホウ素系化合物としては、例えばホウ酸カリウム等のホウ酸塩、トリベンジルボレート、オルガノメルカプトアルキルボレート、トリベンジルボレートとエチレングリコールの反応生成物、ボレートエステルのホスフェートスルフォオキサイドの付加化合物等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。

また、有機金属系化合物であるＭｏ−ジアルキルジチオカルバメートは、一般式：（Ｒ_２ＮＣＳ_２ ）_２ Ｍｏ_２Ｏ_ｘ Ｓ_ｙ （式中、Ｒはアルキル基）で示される。

硫黄−リン系化合物とは、硫化油脂（動植物油）、硫化テルペン、硫化オレフィン及びサルファイド等の硫黄系添加剤と、亜リン酸エステル、リン酸エステル及びリン酸エステルのアミン塩等のリン系極圧剤と、を含む混合物である。

（２）その他の任意成分
本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、上記（１）〜（４）の成分の他、必要に応じて酸化防止剤や防錆剤（防腐剤）等の、潤滑剤に通常添加される一般的な添加剤を含むことができる。

酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾール、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）及び４，４’−メチレンビス（６−ｔ−ブチル−ｏ−クレゾール）等のフェノール系や、ｐ，ｐ’−ジオクチルジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン及びフェノチアジン等の芳香族アミン系の連鎖停止型酸化防止剤；硫化油脂、ベンジルサルファイド及びジアセチルサルファイド等の硫黄系の過酸化物分解型酸化防止剤；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、２−（ｎ−ドデシルジチオ）ベンズイミダゾール等の金属不活性型酸化防止剤；等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を使用することができる。

防錆剤としては、バリウムナフタレンスルフォネート等のスルフォネート系、Ｎ−アルキルトリメチレンジアミンジオレエート、脂肪族アミン−ナフテン酸縮合物等のアミン系、各種ナフテン酸塩類、オレイルザルコシン等のアミノ酸誘導体、亜硝酸ナトリウム、ベンゾトリアゾール及びその誘導体、並びにジメチルカプトチアゾール及びその誘導体等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を用いることができる。

その他にも、例えばグリース等の増稠剤（粘稠剤）や、ワックス、脂肪酸塩及びポリマーのうちから選択される潤滑添加剤成分を使用することができる。これら潤滑添加剤成分は、高温下での潤滑膜を強化すると共に、潤滑有効成分を射出スリーブ内に強固に付着させて高温の金属溶融物に洗い流されないようにする役割を果たす。

ワックスとしては、例えばパラフィンワックス、石油系ワックス、カルナバワックス、木ロウ等の天然ワックス、ポリエチレン、ポリプロピレンの重合ワックス等の合成ワックスが挙げられ、好ましくはこれらの一部を酸化させた酸化、酸変性ワックスを選択するのが有効である。例えば低分子量のポリエチレン酸化物等が、高融点、溶解性及び潤滑性能等という点から好ましい。

脂肪酸塩としては、例えば上記の脂肪酸とナトリウム、カリウム、マグネシウム、リチウム、カルシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄などの金属塩が挙げられる。例えば、ポリカルボキシレート等の有機カルボン酸塩も挙げられる。

ポリマー類としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エチレン及びプロピレンの重合体等の合成ポリマー及び樹脂類、松ヤニ、膠等の天然樹脂を挙げることができる。

３．組成及び製法
本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、本発明の効果を損なわない配合比で、基油成分と、黒鉛を除く固体潤滑剤と、ジチオリン酸亜鉛を含む摩耗防止剤と、を含む。

なかでも、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、基油成分が本来有する潤滑性能を発揮することができるように、前記基油成分の含有量が約８０質量％以上であることが好ましい。

なお、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、上記の必須構成成分と、任意成分と、を常法によって混合することにより得ることができる。

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

≪実施例１〜３≫
表１に示す成分を用いて表１に示す配合で、各成分を定量後容量１０００リットルの仕込み用タンクに投入し、攪拌機にて加温しながら混合した。続いて、固体潤滑剤の粒度を平均化するためホモジナイザー（みづほ工業（株）製）にて処理を行った。このような操作により、本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物（組成物）１〜３を調製した。

≪比較例１〜４≫
用いた成分及び配合を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして、比較のためのプランジャー用油性潤滑剤組成物（比較用組成物）１〜４を調製した。

≪比較例５≫
日本黒鉛（株）製の油性潤滑剤組成物である商品名：プランジャーハイトを、比較例５の比較用組成物５として準備した。

≪比較例６≫
松村石油（株）製の油性潤滑剤組成物である商品名：ネオキャスターを、比較例６の比較用組成物６として準備した。

［評価試験］
（１）摩擦係数測定
（１−ａ）リング圧縮試験による摩擦係数測定
上記の実施例１〜３で得た組成物１〜３及び比較例１〜６で得た比較組成物１〜６の潤滑性能を評価すべく、以下の手順及び条件にしがたってリング圧縮試験による摩擦係数測定を行った。

ＡＬ５０５２のアルミニウム合金で構成され、外径３０ｍｍ、内径１５ｍｍ及び厚さ１０ｍｍの寸法を有するリングを複数個用意した。このリングを（株）ダルトン製の電気炉に投入して５００℃に加熱し、組成物１〜３及び比較組成物１〜６のうちのいずれかに浸漬した後、アサイ産業（株）製の５００トンプレス機で、１４５トン、成形速度：７．５ｍｍ／秒、加圧保持時間：０．１秒、及び圧縮率５０％の条件で、圧縮を行った。

圧縮前後のリングの厚さから、圧縮率及び内径変化の数値から、久能木真人著「科学研究所報告」、３０−２（１９５４）、ｐ６３−９２に記載された方法を用い、摩擦係数を算出した。結果を表２に示した。

（１−ｂ）ファレックス試験による摩擦係数測定
上記の実施例１〜３で得た組成物１〜３及び比較例１〜６で得た比較組成物１〜６の潤滑性能を評価すべく、ＡＳＴＭ Ｄ３２３３に基づき以下の条件にしたがって耐荷重特性試験による摩擦係数測定を行った。

試験機としてファレックス式ジャーナルＶブロックタイプ試験機を用い、試験片としてはＳＡＥ３１３５鋼製ジャーナル試験片1個と、これを挟むＡＩＳＩ Ｃ−１１３７鋼製Ｖブロック試験片２個とを1セットとして使用した。試験条件は、回転数２９０ｒｐｍ、油温（組成物の温度）については室温状態から試験を行った。結果を表２に示した。

（２）加熱減量測定
上記の実施例１〜３で得た組成物１〜３及び比較例１〜６で得た比較組成物１〜６の、高温での燃焼しにくさを評価するため、ＪＩＳ Ｋ５５００に基づき、ダイカスト鋳造における温度の上昇を考慮して、６００℃、７００℃及び８００℃での加熱減量（％）を求めた結果を表２に示した。なお、表２中の数値は、加熱前の組成物の質量を１００として、当該組成物をそれぞれ６００℃、７００℃又は８００℃に加熱したときの、加熱後の組成物の残渣の質量を％で示したものである。

（３）引火点
上記の実施例１〜３で得た組成物１〜３の引火点を、参考のため、クリープランド開放式（ＣＯＣ）（ＪＩＳ Ｋ２２７４）により測定した。結果を表２に示した。

表２から、黒鉛を固体潤滑剤として含む従来の油性潤滑剤組成物（比較例５及び６）に比べて、本発明の組成物（実施例１〜３）は優れた潤滑性能を有することがわかる。また、基油成分量が多い本発明の組成物（実施例１〜３）は、基油成分量の少ない比較組成物１〜４（比較例１〜４）に比べてさらに優れた潤滑性能を有することがわかる。また、本発明の組成物（実施例１〜３）は、例えば７００℃までの加熱減量が比較的少なくかつ引火点も高いため、高温でも燃焼しにくく安全性に優れる傾向にあることがわかる。なお、比較組成物１〜４（比較例１〜４）が含む有機カルボン酸は、経時的に他の成分と反応等して変化して増粘効果を有するため、組成物の分散（安定）性等を損なう。

本発明に係るプランジャー用油性潤滑剤組成物は、アルミニウム等の金属のダイカスト鋳造において、射出スリーブとプランジャーチップとの間の摩擦を低減させるために好適に用いることができる。

Claims (2)

1. 基油成分と、黒鉛を除く固体潤滑剤と、チオリン酸亜鉛を含む摩耗防止剤と、極圧添加剤と、を含み、
   前記基油成分の含有量が８０質量％以上であり、
   前記基油成分はひまし油系縮合脂肪酸を含むこと、
   を特徴とするプランジャー用油性潤滑剤組成物。
2. 前記固体潤滑剤がカオリンであり、
   アルミニウムダイカスト鋳造に用いること、
   を特徴とする請求項１に記載のプランジャー用油性潤滑剤組成物。