JP6511128B2 - グリース組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、摺動部分の摩耗量を低減できるグリース組成物に関する。
グリースは、主にすべり軸受けやころがり軸受け(ベアリング)、あるいは接触面が動くために潤滑剤の膜を付着した状態に保つのが難しい摺動面に用いられる。通常、グリースは、潤滑油基油に、増ちょう剤や必要に応じて添加剤を配合して調製されている。
近年、自動車や電気機器等の機械技術の進歩に伴い、各種機器は小型軽量化、高出力化、ロングライフ化の傾向あり、運転条件が過酷になってきている。これに伴い、各種機器に使用されるグリースも潤滑性等の要求性能が高まっている。
このグリースの潤滑性の改善のため、基油、増ちょう剤、添加剤の選択が種々提案され、例えば、アミド化合物と固体潤滑剤を添加することにより、耐摩耗性などの潤滑性を向上させたグリース(特許文献1、2参照)が提案されている。しかしながら、さらに優れた潤滑性を有するグリースが求められていた。
ところで、ヒドロキシ脂肪酸金属塩は、グリースの増ちょう剤として用いられている(例えば、特許文献3参照)。しかし、この増ちょう剤として用いられるヒドロキシ脂肪酸金属塩は、もっぱら12‐ヒドロキシステアリン酸リチウムであり、α‐またはω‐ヒドロキシ脂肪酸金属塩は用いられていないし、この種の化合物をグリースの添加剤として用いると、防錆性能は向上するが、寿命が低下することが知られている(例えば、特許文献4)。
特開2013−181154号公報 特開2013−181156号公報 国際公開2012/141222号公報 特公平7−000796号公報
本発明は上記現状に鑑みなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、自動車や電気機器等の各種部材の摺動部分の摩耗量をさらに低減することが可能なグリース組成物を提供することである。
本発明者は、かかる課題を解決するために、鋭意、研究を進めた結果、驚くべきことに、特定のヒドロキシカルボン酸の金属塩とアミド化合物の相乗効果により、摩耗量を大幅に低減できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次のものからなる。
(1)潤滑油基油、増ちょう剤、アミド化合物、ならびに、α‐ヒドロキシカルボン酸金属塩およびω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩の少なくとも一方を含有し、そのヒドロキシカルボン酸金属塩の合計の含有量がグリース組成物全量基準で0.1〜2質量%であるグリース組成物。
(2)ヒドロキシカルボン酸金属塩がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩である上記(1)に記載のグリース組成物。
(3)ヒドロキシカルボン酸金属塩がカルシウムまたはバリウムの塩である上記(2)に記載のグリース組成物。
(4)ヒドロキシカルボン酸が、炭素数8〜24の一価のヒドロキシカルボン酸である上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のグリース組成物。
(5)増ちょう剤が、ウレア系増ちょう剤および金属石けん系増ちょう剤の少なくとも一方を含有する上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のグリース組成物。
(6)さらに、固体潤滑成分を含有する上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のグリース組成物。
(7)摺動部分に上記(1)〜(6)のいずれか1つに記載のグリース組成物を介在させる潤滑方法。
本発明のグリース組成物は、自動車や電気機器等の各種部材の摺動部において、その摩耗を著しく低減することができるという、格別の効果を奏する。
〔潤滑油基油〕
本発明の潤滑油基油としては、通常のグリースで用いられている潤滑油基油であれば、鉱油系または合成系のいずれも用いることができるが、40℃における動粘度が1〜500mm2/sのものが好ましく、5〜100mm2/sがより好ましい。40℃における動粘度が1〜500mm2/sであると、所望のちょう度を有するグリース組成物を簡便に調製しやすい。さらに、優れた潤滑性を有するグリースを調製するためには、粘度指数が90以上、特には95〜250、流動点が−10℃以下、特には−15〜−70℃、引火点が150℃以上の物性を有する潤滑油基油が好ましい。
また、固体潤滑剤を含有する場合には、潤滑油基油の15℃における密度が、0.75〜0.95g/cm3の範囲のものが好ましい。この密度は、特には0.8〜0.9g/cm3のものが好ましい。
鉱油系潤滑油基油としては、原油を常圧蒸留し、あるいはさらに減圧蒸留して得られる留出油を各種の精製プロセスで精製した潤滑油留分が挙げられる。精製プロセスは、水素化精製、溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化脱ろう、硫酸洗浄、白土処理などであり、これらを適宜の順序で組み合わせて処理して本発明の基油を得ることができる。異なる原油あるいは留出油を、異なるプロセスの組合せ、順序により得られた、性状の異なる複数の精製油の混合物も有用である。いずれの方法によっても、得られる基油の性状が、前述した密度を満足するように調整することによって好ましく使用することができる。
合成系潤滑油基油としては、加水分解安定性に優れる基材を用いることが好ましく、例えば、ポリ‐α‐オレフィン、ポリブテンや2種以上の各種オレフィンの共重合体などのポリオレフィン、ポリエステル、ポリアルキレングリコール、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンなどが挙げられる。なかでも、ポリ‐α‐オレフィンが、入手性、コスト面、粘度特性、酸化安定性、システム部材との適合性の面で好ましい。ポリ‐α‐オレフィンは、1‐ドデセンや1‐デセンなどの重合物がコスト面でさらに好ましい。
他の好ましい合成系潤滑油基油は、エステル系基油であり、多価アルコールと一価カルボン酸とのポリオールエステル、2価カルボン酸とアルコールとのジエステルなどが挙げられる。ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパンおよびペンタエリスリトールから選ばれる多価アルコールと、炭素数4〜22の脂肪酸から得られるポリオールエステルが好ましい。特に、脂肪酸が炭素数12〜20の脂肪酸、さらには不飽和脂肪酸が好ましい。
潤滑油基油として、ポリ‐α‐オレフィンおよびエステル系基油以外の基油を用いることもできるが、潤滑油基油質量を基準として、ポリ‐α‐オレフィンおよびエステル系基油の含有量が80質量%以上、特には90質量%以上が好ましい。
潤滑油基油は、例示した合成系を単独で、あるいは2種以上混合して用いることができる。さらに、前記鉱油系と混合しても使用することもできる。
この潤滑油基油の含有量は、グリース組成物全量基準で、50〜95質量%が好ましく、60〜85質量%とすることが特に好ましい。潤滑油基油の含有量が50〜95質量%の範囲とすると、所望のちょう度を有するグリース組成物を簡便に調製できる。
〔増ちょう剤〕
本発明の増ちょう剤としては、通常のグリースで用いられている増ちょう剤であれば、特に支障なく用いることができるが、金属石けん系増ちょう剤やウレア系増ちょう剤を用いることが好ましい。増ちょう剤は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。この増ちょう剤の含有量は、所望のちょう度が得られれば良く、例えば、グリース組成物の全量基準で、好ましくは2〜30質量%、さらに好ましくは5〜20質量%である。
このうち、金属石けん系増ちょう剤はカルボン酸金属塩からなる増ちょう剤であるが、カルボン酸はヒドロキシ基などを有するカルボン酸誘導体であってもよい。
カルボン酸は、ステアリン酸、アゼライン酸などの脂肪族カルボン酸でも、テレフタル酸などの芳香族カルボン酸でもよいが、1価または2価の脂肪族カルボン酸、特には炭素数6〜20の脂肪族カルボン酸が用いられる。特には、炭素数12〜20の1価脂肪族カルボン酸や炭素数6〜14の2価脂肪族カルボン酸が好ましく用いられる。1個のヒドロキシル基を含む1価脂肪族カルボン酸が好ましい。
金属としては、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウムのような両性金属でもよいが、アルカリ金属、特にはリチウムが好ましく用いられる。
ただし、α‐またはω‐ヒドロキシ脂肪酸金属塩は、増ちょう能力不足のため、増ちょう剤としては好ましくない。
なお、この増ちょう剤は、金属石けんの形で配合してもよいが、カルボン酸と金属源(金属塩、金属塩水酸化物等)を別々に配合して、グリース作製時に反応させて、金属石けん増ちょう剤としてもよい。
このようなカルボン酸金属塩は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。例えば、12‐ヒドロキシステアリン酸リチウムとアゼライン酸リチウムの混合物は特に好ましい。
一方、ウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られるジウレア化合物やジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られるポリウレア化合物等を用いることができる。
ジイソシアネートとは、炭化水素の2つの水素がイソシアネート基で置換された化合物であり、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが好ましく、炭化水素が、非環状炭化水素でも環状炭化水素でもよく、芳香族炭化水素でも脂環族炭化水素、脂肪族炭化水素でもよいが、芳香族炭化水素が好ましい。その炭素数は、4〜20、特には8〜18が好ましい。
また、モノアミンとは、アンモニアの1つの水素が炭化水素基で置換された化合物であり、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、p‐トルイジン、シクロヘキシルアミン等が好ましい。ジアミンとは、アンモニアの2つの水素が炭化水素基で置換された化合物であり、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が好ましい。モノアミン、ジアミンの炭化水素基は、非環状炭化水素基でも環状炭化水素基でもよく、芳香族炭化水素基でも脂環族炭化水素基、脂肪族炭化水素基でもよいが、脂肪族炭化水素基を含むことが好ましい。その炭素数は、2〜20、特には4〜18が好ましい。
〔ヒドロキシカルボン酸金属塩〕
本発明は、α‐ヒドロキシカルボン酸金属塩およびω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩の少なくとも一方を含有する。α‐ヒドロキシカルボン酸金属塩、ω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩は、一方のみを含有してもよいが、両方を含有することが好ましい。塩を形成する金属元素は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が好ましく、特には、カルシウムまたはバリウムが好ましい。このようなヒドロキシカルボン酸金属塩の合計の含有量は、グリース組成物全量基準で0.1〜2質量%であり、好ましくは0.2〜1質量%である。0.1質量%未満では、摩耗量の低減効果がなく、2質量%を超えると、他の成分の効果を阻害するおそれがある。
本発明においては、α‐およびω‐ヒドロキシカルボン酸は1価のものが好ましく、炭素数8〜24の1価のものがより好ましい。この1価のα‐ヒドロキシカルボン酸は、R1-CH(-OH)-COOHで表され、ω‐ヒドロキシカルボン酸は、HO-CH2-R2-COOHで表されるが、本発明においては、R1は、炭素数1〜38のアルキル基または炭素数2〜38のアルケニル基が好ましく、炭素数6〜22のアルキル基または炭素数6〜22のアルケニル基がより好ましい。一方、R2は、炭素数1〜38のアルキレン基または炭素数2〜38のアルケニレン基が好ましく、炭素数6〜22のアルキレン基または炭素数6〜22のアルケニレン基がより好ましい。
また、本発明のα‐およびω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩には、α‐ヒドロキシカルボン酸およびω‐ヒドロキシカルボン酸以外のヒドロキシカルボン酸金属塩や、ヒドロキシ基を含まないカルボン酸金属塩をさらに含んでいることが好ましい。このようなカルボン酸金属塩としては、上述のα‐またはω‐ヒドロキシカルボン酸において、ヒドロキシ基の置換位置が異なるものやヒドロキシ基が2以上置換したもの、さらにはヒドロキシ基が置換していないカルボン酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属が好ましく、カルシウムまたはバリウムの金属塩がより好ましい。
上述のヒドロキシカルボン酸やカルボン酸は化学合成で得ることもできるが、羊の毛に付着するろう状物質を精製(加水分解等)して得られるラノリン脂肪酸を原料として入手することが好ましい。このラノリン脂肪酸を原料とする場合、α‐およびω‐ヒドロキシカルボン酸、その他好ましいカルボン酸を分離して用いてもよいが、分離することなくラノリン脂肪酸をそのまま、金属塩にして用いることが好ましい。
〔アミド化合物〕
本発明は、アミド化合物をさらに含有する。アミド化合物は、アミド基(‐NH‐CO‐)を少なくとも1つ有する化合物で、アミド基を1つ含む化合物(モノアミド)またはアミド基を2つ含む化合物(ビスアミド)のいずれをも用いることができるが、飽和脂肪族モノアミドまたは飽和脂肪族ビスアミドを用いることが好ましい。
特に、飽和脂肪族ビスアミドは、耐熱性に優れ、比較的少量でも摺動部の摩擦抵抗を軽減できる利点があり、最も好適である。
飽和脂肪族モノアミドは、飽和脂肪族モノアミンと飽和脂肪族モノカルボン酸のアミド化合物で、飽和脂肪族ビスアミドは、飽和脂肪族ジアミンと飽和脂肪族モノカルボン酸のアミド化合物でも、飽和脂肪族ジカルボン酸と飽和脂肪族モノアミンのアミド化合物のいずれでも良い。
好ましく用いられる飽和脂肪族アミド化合物は、融点が100〜170℃、分子量が298〜876のものである。
飽和脂肪族モノアミド、及びビスアミドは、下記の一般式(1)、一般式(2)及び(3)でそれぞれ表される。
R11‐CO‐NH‐R12 ・・・・(1)
R13‐CO‐NH‐A1‐NH‐CO‐R14 ・・・・(2)
R15‐NH‐CO‐A2‐CO‐NH‐R16 ・・・・(3)
上記各式において、R11、R12、R13、R14、R15、R16は、それぞれ独立して、炭素数5〜25の飽和脂肪族炭化水素基であり、また、一般式(1)の場合にはR12が水素の場合も含む。A1、A2は、炭素数1〜10の2価の飽和脂肪族炭化水素基で、特には、炭素数1〜4の2価の飽和鎖状炭化水素基が好ましい。
飽和脂肪族モノアミドとしては、具体的には、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミドなどが好適である。
また、式(2)で表される飽和脂肪族ビスアミドとしては、具体的には、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスイソステアリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、メチレンビスラウリン酸アミド等が、式(3)で表される飽和脂肪族ビスアミドとしては、具体的には、N,N’‐ビスステアリルセバシン酸アミド等が好適である。
これらビスアミドの中でも、式(2)及び式(3)のR13、R14、R15、R16がそれぞれ独立して炭素数12〜20の飽和鎖状炭化水素基のアミド化合物であることが好ましい。
上記アミド化合物はそれぞれ単独で用いても、2種以上を任意の割合で組み合わせて用いてもよい。このアミド化合物の含有量は、グリース組成物全量基準で、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%とすることがより好ましい。
なお、このアミド化合物は潤滑油基油の存在下で加熱溶融すると、三次元網目構造を形成するアミド化合物中に潤滑油基油が保持された状態になり、ただ単にアミド化合物をグリース中に分散、混合した場合に比べて、摺動部における摩擦係数がさらに低くなる。
〔固体潤滑成分〕
本発明においては、さらに固体潤滑成分を含有させることが好ましい。
この固体潤滑成分としては、一般に潤滑剤に使用されているメラミンシアヌレート、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、黒鉛、雲母、フッ素樹脂、フッ化黒鉛、モリブデン有機化合物などを用いることができる。固体潤滑成分の含有量は、グリース組成物全量基準で、0.1〜10質量%が好ましく、0.2〜5質量%とすることがより好ましい。
本発明においては、この固体潤滑成分として、窒化ホウ素やメラミンシアヌレートを用いることがより好ましく、特には六方晶系、常圧相の窒化ホウ素(h‐BN)の粉末のもので、使用用途により適正な粒径のものを適宜選定して使用できる。固体潤滑成分は、粒子直径が1〜10μmのものがさらに好ましい。
〔その他の添加剤〕
本発明のグリース組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般に潤滑油やグリースに用いられている、清浄剤、分散剤、摩耗防止剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、腐食防止剤などを適宜添加することができる。
〔潤滑対象〕
本発明のグリース組成物は、摺動部分に介在させることによって、種々の摺動部材間の潤滑、例えば、金属‐金属間、金属‐樹脂間及び樹脂‐樹脂間の潤滑に好適に用いられる。
摺動部材となる樹脂は天然樹脂でも、合成樹脂でもよいが、合成樹脂の汎用プラスチック(ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニールなど)やエンジニアリングプラスチックが良く、特にはエンジニアプラスチックが耐熱性、機械的強度の点で好ましく、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂などが挙げられ、特には、ポリアミド樹脂、ポリオキシメチレン樹脂の潤滑に好ましく用いられる。
本発明のグリース組成物を用いる用途としては、自動車・鉄道・航空機などの輸送機械、工作機械などの産業機械、洗濯機・冷蔵庫・掃除機などの家庭電化製品、時計・カメラなどの精密機械があり、これら機械に用いられる軸受、歯車、摺動面、ベルト、ジョイント、カムなどがある。特に、高面圧の摺動環境となる歯車(平歯車、はすば歯車、ねじ歯車、ハイポイドギヤ、ウォームギヤ、ホイールギヤ など)などの耐摩耗性の向上に有用である。
本発明の実施態様である実施例を用いて、以下に本発明を説明する。本発明は、以下の実施態様に限定されるものではない。
〔調製方法〕
各成分を表1及び表2に示す配合量(質量%で示す)で容器に入れ、150℃(アミド化合物の融点以上)に加熱して、マグネチックスターラーで攪拌したのち、室温に冷却した。これをローラ(3本ロール)で加圧分散処理を行い、グリース組成物を調製した。
成分としては、次のものを用いた。
1.潤滑油基油:
(1)ポリ‐α‐オレフィン(INEOS社製Durasyn170)
40℃における動粘度;68mm2/s
15℃における密度;0.83g/cm3
粘度指数;133
流動点;−45℃
引火点;250℃
(2)ポリオールエステル(トリメチロールプロパンと炭素数18のオレイン酸とのエステル)
40℃における動粘度;46mm2/s
15℃における密度;0.92g/cm3
粘度指数;146
流動点:−32.5℃
引火点:310℃
2.増ちょう剤:
(1)ウレア系増ちょう剤
シクロヘキシルアミンとメチレンジフェニルジイソシアネートからなる脂環族ジウレア
(2)リチウム系増ちょう剤
12‐ヒドロキシステアリン酸とアゼライン酸との混合酸のリチウム塩
3.固体潤滑成分:
(1)窒化ホウ素
六方晶で、レーザー光回折法による平均粒子径が2μmのもの
(2)メラミンシアヌレート(MCA)
レーザー光回折法による平均粒子径が1μmのもの
4.アミド化合物:
(1)エチレンビスステアリン酸アミド(特級試薬)
(2)エチレンビスラウリン酸アミド(特級試薬)
5.カルボン酸金属塩
(1)ラノリン酸バリウム:
α‐ヒドロキシカルボン酸塩の含有量;30質量%
ω‐ヒドロキシカルボン酸塩の含有量;5質量%
α‐およびω‐ヒドロキシカルボン酸塩以外のヒドロキシカルボン酸塩の含有量;1質量%
ヒドロキシル基を有しないカルボン酸塩の含有量;40質量%
ヒドロキシカルボン酸の炭素数;8〜24
ヒドロキシル基を有しないカルボン酸の炭素数;8〜24
(2)ラノリン酸カルシウム:
α‐ヒドロキシカルボン酸塩の含有量;30質量%
ω‐ヒドロキシカルボン酸塩の含有量;5質量%
α‐およびω‐ヒドロキシカルボン酸塩以外のヒドロキシカルボン酸塩の含有量;1質量%
ヒドロキシル基を有しないカルボン酸塩の含有量;40質量%
ヒドロキシカルボン酸の炭素数;8〜24
ヒドロキシル基を有しないカルボン酸の炭素数;8〜24
〔摩耗量の評価〕
ASTM D 3233「潤滑油の耐荷重試験方法」に準拠してファレックス型摩擦試験機で実施した。本試験は、樹脂(ポリアミド樹脂(PA66))製のピンを鋼(SUJ-2)製のVブロック2個で挟み、試料を試料容器に満たす。回転軸を静止させた状態で55MPaの荷重を加え、潤滑油の温度120℃において、毎分360回転の速度耐荷重試験を行い、10分後のピンの重量減少を測定することで、摩耗量を測定した。その結果を表1、2に併せて記載する。
〔評価結果〕
αヒドロキシカルボン酸金属塩およびωヒドロキシカルボン酸金属塩の少なくとも一方と増ちょう剤とアミド化合物とを含有する実施例のグリース組成物は、摩耗量が極めて少ない。一方、このようなヒドロキシカルボン酸金属塩を含有しない場合は、単なるカルボン酸塩や耐摩耗添加剤として知られている亜リン酸エステルなどを添加しても、摩耗量は大きく低減することはない(比較例1〜7)。

本発明のグリース組成物は、摺動部材間での摩耗量を著しく低減できるので、自動車や電気機器等における各種部材の摺動部の潤滑に有用である。

Claims (8)

  1. 潤滑油基油、増ちょう剤、飽和脂肪族モノアミドおよび飽和脂肪族ビスアミドの少なくとも一方、ならびに、α‐ヒドロキシカルボン酸金属塩およびω‐ヒドロキシカルボン酸金属塩の少なくとも一方を含有し、そのヒドロキシカルボン酸金属塩の合計の含有量がグリース組成物全量基準で0.1〜2質量%であるグリース組成物。
  2. 飽和脂肪族ビスアミドを含む、請求項1に記載のグリース組成物。
  3. ヒドロキシカルボン酸金属塩がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩である請求項1又は2に記載のグリース組成物。
  4. ヒドロキシカルボン酸金属塩がカルシウムまたはバリウムの塩である請求項1〜3のいずれかに記載のグリース組成物。
  5. ヒドロキシカルボン酸が、炭素数8〜24の一価のヒドロキシカルボン酸である請求項1〜のいずれか1項に記載のグリース組成物。
  6. 増ちょう剤が、ウレア系増ちょう剤および金属石けん系増ちょう剤の少なくとも一方を含有する請求項1〜のいずれか1項に記載のグリース組成物。
  7. さらに、固体潤滑成分を含有する請求項1〜のいずれか1項に記載のグリース組成物。
  8. 摺動部分に請求項1〜のいずれか1項に記載のグリース組成物を介在させる潤滑方法。
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