JP5467723B2 - 潤滑剤組成物及び機械部材 - Google Patents
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Description
剥離寿命は、金属の転がり疲労による寿命であり、この寿命を全うするためには、潤滑油膜を厚くすることが常套手段とされている。
しかし、水素雰囲気下での剥離は、水素が鋼中に侵入、材料の機械的強度を低下させることが原因とされており(非特許文献1)、単に油膜を厚くするだけでは対策できない。この水素雰囲気下の剥離に対し、特許文献6には、錆止め剤である有機スルホン酸塩、カルボン酸塩、チオカルバミン酸塩等の添加が有効であることが記載されている。これは錆止め剤の被膜が水素の侵入を防ぐためであると考えられている。
本発明の他の目的は、水素雰囲気中で使用される、潤滑部が鋼製の転がり・転がり滑り運動を行う機械部材に使用される潤滑剤組成物を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、自動車電装・補機に使用される転がり軸受等の機械部材に使用される潤滑剤組成物を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記潤滑剤組成物を含む機械部材を提供することである。
1.転がり、転がり滑り運動を行う鋼製の機械部材の潤滑に使用される潤滑剤組成物であって、基油及び添加剤を含み、添加剤が、有機スルホン酸塩系錆止め剤及び耐荷重添加剤を含有することを特徴とする潤滑剤組成物。
2.耐荷重添加剤がチオカルバミン酸塩、チオリン酸塩、ナフテン酸塩、カルボン酸塩、及び有機リン酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である上記1記載の潤滑剤組成物。
3.有機スルホン酸塩系錆止め剤が下記一般式で示される上記1又は2記載の潤滑剤組成物。
[R1−SO3]n1M1 ・・・ 式(1)
(式中、R1はアルキル基、アルケニル基、アルキルナフチル基、ジアルキルナフチル基、アルキルフェニル基及び石油高沸点留分残基を表す。前記アルキル又はアルケニルは、直鎖又は分岐であり、炭素数は2〜22である。M1はアルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛、又はアンモニウムイオンを表す。n1はM1の価数を表す。)
4.さらに増ちょう剤を含む、上記1〜3のいずれか1項記載の潤滑剤組成物。
5.機械部材が、水素雰囲気中で使用される、転がり軸受、歯車、ボールネジ、リニアガイド、直動軸受、カム又は継ぎ手である上記1〜4のいずれか1項記載の潤滑剤組成物。
6.機械部材が、自動車電装・補機に使用される転がり軸受である上記1〜4のいずれか1項記載の潤滑剤組成物。
7.上記1〜6のいずれか1項記載の潤滑剤組成物を含む機械部材。
本発明の潤滑剤組成物は、鋼の金属疲労による剥離寿命を向上させることができるので、転がり、転がり滑り運動をしている機械部材、例えば、自動車電装・補機に使用される転がり軸受等の潤滑に好適に使用できる。
また、本発明の潤滑剤組成物は水素脆性による剥離寿命を長くすることができるので、水素雰囲気中で使用される、転がり軸受、歯車、ボールネジ、リニアガイド、直動軸受、カム、継ぎ手等の潤滑に好適に使用できる。
一方、実用上の鋼製機械部材の運転条件を考慮すると、油膜は比較的薄く、被潤滑面が直接接触している条件で運転されていることが多い。
上記を踏まえ、油膜が薄く被潤滑面が直接接触している条件で転がり4球試験を水素雰囲気中で実施し、潤滑性を評価したところ、有機スルホン酸塩の添加だけでは鋼の金属疲労による剥離寿命の向上が充分ではないことがわかった。そこでさらに検討した結果、有機スルホン酸塩に加え、耐荷重添加剤を併用することにより、より厳しい潤滑条件下でも剥離寿命の延長が可能となることを見出し本発明を完成するに至ったものである。
また、有機スルホン酸塩の中には酸中和作用を持たせるため、炭酸カルシウムや水酸化カルシウム微粒子等を分散させた高塩基性スルホン酸塩なども市販されており、これらも本発明の有機スルホン酸塩系錆止め剤として使用できる。
これらの中で特に好ましいものは、式(1)で示されるものである。
本発明において有機スルホン酸塩系錆止め剤は、中性、塩基性、高塩基性有機スルホン酸塩のいずれでも良い。従って、有機スルホン酸塩の塩基価は特に限定されないが、好ましくは0〜1000mgKOH/gである。
好ましい具体例としては、ジオクチルナフタレンスルホン酸塩、ジノニルナフタレンスルホン酸塩、ジデシルナフタレンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、高塩基性アルキルベンゼンスルホン酸塩等が挙げられる。
本発明の潤滑剤組成物中の有機スルホン酸塩の量は、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.2〜5質量%である。この添加剤量は対象物質の有効成分量を指す。
本発明の潤滑剤組成物中の耐荷重添加剤の量は、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.2〜5質量%である。この添加剤量は対象物質の有効成分量を指す。
本発明のグリース組成物に使用される増ちょう剤は、特に限定されない。好ましい例としては、Li石けんや複合Li石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、PTFEに代表される有機系増ちょう剤等が挙げられる。特に好ましいものは、ウレア系増ちょう剤である。
最近、耐剥離性が要求される用途にはウレア系増ちょう剤を使用したグリース組成物を使用することが多い。これは、ウレア化合物の転動面保護によるものと推察されており、本発明においてウレア系増ちょう剤を使用すると、剥離寿命向上効果がさらに顕著である。また、ウレア系増ちょう剤は、他の増ちょう剤と比較して欠点が少なく、比較的安価であり、実用性も高い。
本発明のグリース組成物中の増ちょう剤の含有量は、増ちょう剤の種類により異なる。本発明のグリース組成物のちょう度は、200〜400が好適であり、増ちょう剤の含有量はこのちょう度を得るのに必要な量となる。本発明のグリース組成物中、増ちょう剤の含有量は、通常3〜30質量%、好ましくは5〜25質量%である。
本発明において有機スルホン酸塩と極圧添加剤の併用による金属疲労寿命を向上させるメカニズムについては未だ不明な部分が多い。本発明者は次のように推論している。
錆止め剤の主要な働きは金属表面に緻密な吸着膜を作り、水や酸素と接触してさびるのを防ぐ役割をする。特に有機スルホン酸塩は錆止め性の強い極性基(-SO3 -)をもっており、他の錆止め剤、例えばエステル(アルコール)やアミン系と比較しても強固な皮膜を形成するものと思われる。但し、表面粗さが大きい場合、接触面圧が大きい場合、低粘度の潤滑剤を使用した場合等の厳しい潤滑条件(油膜パラメータΛ=3以下)では、一部錆止め剤の皮膜が破断し、金属接触が避けられない。このような潤滑領域では耐荷重添加剤が錆止め剤皮膜の上に強固な膜を形成し、この錆止め皮膜を保護するため、油膜が薄い場合においても、水素の鋼中への侵入を防ぎ、剥離発生を防止することができるものと考えられる。
実施例1〜16、比較例1〜9
表1〜表3に記載したように、基油に、所定量の添加剤を添加し、潤滑剤組成物を製造した。
1.評価試験方法
(1)試験概略
直径15mmの軸受用鋼球3個を内径40mm、高さ14mmの容器に配置し、試験油約20mlを満たす。上から5/8in軸受用鋼球1個の回転球をあてがい、試験機にセットする。荷重を掛け4時間回転させて慣らし運転を行なった後、試験油に水素ガスを導入する。下の3個は自転しながら公転する。これをはく離が生じるまで連続回転させる。はく離は、最も面圧の高い球−球間に生じる。寿命は、はく離が生じた時点の上球の総接触回数とする。これを5回繰り返し、L50寿命(50%が寿命となる回数の平均値)を求める。
試験鋼球 :直径15mm及び5/8in軸受用鋼球
水素ガス供給量:15-20ml/min
水素純度 :99.99%
試験荷重(W):100kgf
最大接触面圧 :4.1GPa
回転速度(n):1500rpm
試験繰り返し数:5(平均寿命:n=5の平均)
結果を表1〜表3に示す。
PAO6: ポリαオレフィン 40℃の動粘度30.5mm2/s
添加剤
A: ジノニルナフタレンスルホン酸Ca塩
B: ジノニルナフタレンスルホン酸Zn塩
C: チオカルバミン酸塩 (MoDTC)
D: チオカルバミン酸塩 (ZnDTC)
E: チオリン酸塩(ZnDTP)
F: 硫黄-りん系極圧剤(TPPT)
G: ナフテン酸Zn
増ちょう剤
H: ジフェニルメタンイソシアネートとp−トルイジンから得られたジウレア化合物
これを含むものはグリースであり、ちょう度350±15に仕上げた。
これに対して、いずれか一方又は両者を含まない比較例1〜9の潤滑剤組成物の剥離寿命は3.3〜12.7×106回であり、実施例の剥離寿命よりはるかに短いことがわかる。
上記結果は有機スルホン酸塩と耐荷重添加剤の併用により、油膜の厚膜化によらず、水素環境下の剥離寿命を顕著に向上させることができることを明瞭に示している。
Claims (4)
- 自動車電装・補機用転がり軸受用潤滑剤組成物であって、基油、増ちょう剤及び添加剤を含み、添加剤が、有機スルホン酸塩系錆止め剤及び耐荷重添加剤を含有し、
前記基油が、エステル系合成油、合成炭化水素油、エーテル系合成油、シリコーン油、及びフッ素化油からなる群から選ばれる合成油であり、
前記有機スルホン酸塩系錆止め剤が、有機スルホン酸とCa,Na,Li,Pb又はMgとの塩であり、
前記耐荷重添加剤がチオカルバミン酸塩、チオリン酸塩、カルボン酸塩、及び有機リン酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である前記潤滑剤組成物。 - 前記増ちょう剤が、ウレア系増ちょう剤である請求項1記載の潤滑剤組成物。
- 前記増ちょう剤が、ジフェニルメタンイソシアネートとp−トルイジンから得られるジウレア化合物である、請求項1又は2項記載の潤滑剤組成物。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の潤滑剤組成物を含む自動車電装・補機用転がり軸受。
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