JP6763615B2 - 潤滑剤及び移動用機器 - Google Patents

Description

本発明は潤滑剤及び移動用機器に関し、特に人力を動力源とした移動用機器の摺動部への使用に好適な潤滑剤及び移動用機器に関する。

潤滑剤は、部材間の摩擦を減少させ、潤滑するために用いられるもので、鉱物油や合成油が使用されており、さらに、固体潤滑剤の使用も検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
従来の検討は、バイク、原動機、自動車等の機械用潤滑剤が主であり、人力を動力源とした移動用機器の摺動部、例えば自転車のチェーン等に使用される潤滑剤についての検討は殆ど行われてこなかった。
そのため、人力を動力源とした移動用機器の摺動部に対しては、バイク、原動機、自動車等の機械用潤滑剤を転用することが一般的であった。

特開２０１２−２４６４９９号公報

しかし、人力を動力源とした移動用機器と、自動車等では、トルク（例えば、自動二輪車であれば２０〜２００馬力程度であるのに対して、自転車では１馬力未満程度）や、車輪の主たる回転領域（モーターサイクルであれば、車輪は約２０から３００ｒｐｍであるの対して、自転車では５〜１００ｒｐｍ）が全く異なる。
また、自転車などの用途では、比較的生活に密着していることが多いので、塵埃や砂塵の多い場所であっても、また寒暖の差があったとしても、比較的低回転領域において安定的な潤滑性能を出すことを期待される。
このように、用途が異なることで使用条件や状況が異なるため、潤滑剤も自転車等の用途に対応したものが提案されるべきである。

そこで、本発明は、自転車等、人力を動力源とした移動用機器に対応した潤滑剤及び移動用機器を提案することを目的とし、特に、低回転領域において必要な潤滑性を発揮し、かつ各部材の摺動部に充分に浸透し、必要な潤滑特性が維持される潤滑剤及び移動用機器を提案することを目的とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するため、以下の如く鋭意検討を行った。
機械用潤滑剤を自転車等の用途にそのまま転用した場合、粘度が高すぎたり、あるいは、最適な皮膜の膜厚形成に至らないで、厚すぎたり、ムラになったりして、必ずしも満足できるレベルでの潤滑剤とはならない。また、自転車等の用途では、高速で回転したりしないために潤滑剤としての皮膜の厚みはそれほど必要なく、また皮膜維持のための粘度も必要ないものと思われ、逆に高粘度による塵埃の吸着の怖れや抵抗化が危惧された。
そこで、上記の問題を回避するために低粘度の基油を検討することとし、かつ、低粘度の基油を用いても潤滑性を維持するため、固体潤滑剤を使用することとした。
しかし、上記のみでは、基油が低粘度であるために固体潤滑剤の浸透性が十分に確保できないことが分かった。すなわち、自転車等の摺動部では、様々な部材が組み合わされて使用されており、それら部材全体にわたって潤滑剤が浸透して成膜する必要があることが判明した。
そこで、さらに、固体潤滑剤の摺動部への展開を助ける潤滑助剤について検討し、高級アルコール及び水溶性高分子が有効であることを見出した。

本発明は、上記知見に基づき完成された。
すなわち、本発明にかかる潤滑剤は、基油と、固体潤滑剤と、前記固体潤滑剤の摺動部への展開を助ける潤滑助剤とを含み、前記潤滑助剤が、ポリ（メタ）アクリル酸塩類、カルボキシビニルポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及び炭素数６〜２５の高級アルコールから選ばれる少なくとも一種であり、２５℃での動粘度が１０〜７５ｍｍ²／ｓであり、人力を動力源とする移動用機器、又は前記人力が人力以外の動力源で補助若しくは代替された移動用機器の摺動部に使用される。
また、本発明にかかる移動用機器は、人力を動力源とする移動用機器、又は前記人力が人力以外の動力源で補助若しくは代替された移動用機器であって、前記本発明にかかる潤滑剤が摺動部に適用されたものである。

本発明によれば、潤滑剤が低粘度であるので、粘性抵抗が低く、塵埃や砂塵の吸着が抑制される。その上で、高い潤滑性能を維持しつつ、高い浸透性をもって摺動部全体にわたって成膜させることができる。

実施例における評価試験１の結果（実施例１）を示すグラフである。 実施例における評価試験１の結果（ブランク）を示すグラフである。 実施例における評価試験２で用いた試験装置を示す写真である。 実施例における評価試験３において、ブラックライト照射時の自転車チェーンの構成部材（実施例１）の写真である。 実施例における評価試験３において、ブラックライト照射時の自転車チェーンの構成部材（ブランク）の写真である。

以下、本発明にかかる潤滑剤及び移動用機器の好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。

〔基油〕
基油としては、特に限定するわけではなく、鉱油、合成油のいずれでも良いが、好ましくは鉱油であり、特にパラフィン系基油が好ましい。
基油は、複数を組み合わせた混合油であってもよい。

〔固体潤滑剤〕
固体潤滑剤としては、特に限定されず、例えば、窒化ホウ素、黒鉛、硫化亜鉛、二硫化モリブデンなどが挙げられ、２種以上を併用しても良い。中でも、窒化ホウ素、燐片状黒鉛、硫化亜鉛が好ましい。
固体潤滑剤の平均粒径は、例えば、０．１〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１〜５０μｍの範囲がより好ましい。
なお、本発明において、固体潤滑剤の平均粒径は、コールカウンターを使用して測定された値をいうものとする。例えば、ベックマン製コールターカウンター「Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ」を用いて、分散媒として超純水を使用し、計測の前に１分間超音波洗浄機で揺動したあと、計測することにより、固体潤滑剤の平均粒径を求めることができる。
固体潤滑剤の添加量は、特に限定するわけではないが、例えば、潤滑剤全量に対して、０．１〜５重量％であることが好ましい。

〔潤滑助剤〕
潤滑助剤は、固体潤滑剤の摺動部への展開を助けるものであり、高級アルコール及び水溶性高分子から選ばれる少なくとも一種である。
高級アルコールとしては、直鎖・分岐、飽和・不飽和のいずれでもよい。また、炭素数は、例えば、６〜２５の範囲が好ましい。直鎖の飽和アルコールであることが好ましく、特にセチルアルコール、トリデカノールなどが好ましい。
水溶性高分子としては、特に限定するわけではないが、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸塩類、カルボキシビニルポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンなどが挙げられ、ポリエチレンイミンが特に好ましい。
なお、本発明における水溶性高分子の「水溶性」は、１０ｇを１Ｌの水（２５℃）に入れて混合したとき、速やかに完溶することを意味する。
潤滑助剤の添加量は、特に限定するわけではないが、例えば、潤滑剤全量に対して、０．０５〜５重量％であることが好ましく、０．２〜３重量％であることがより好ましい。

〔その他の添加剤〕
本発明にかかる潤滑剤は、本発明の効果を害しない範囲で、他の一般的な成分を含んでいても良い。
そのような他の添加剤としては、具体的には、例えば、酸化防止剤、防錆剤、消泡剤、油性向上剤などが挙げられる。

〔潤滑剤の粘度〕
本発明の潤滑剤は、比較的低粘度であることを前提としており、２５℃での動粘度が１０〜７５ｍｍ²／ｓである。好ましくは、２５〜７０ｍｍ²／ｓである。
潤滑剤の動粘度を上記の範囲とすることにより、粘性抵抗を低減し、汚れ等の付着も回避することができる。
なお、動粘度は、毛細管粘度計を用いて測定することができる。
本発明の潤滑剤の動粘度は、用いる基油の粘度の調整、混合油を基油とする場合はその混合割合の調整、添加剤を使用して粘度調整する場合はその添加剤の種類・添加量の調整などにより、調整することができる。

〔移動用機器〕
本発明にかかる潤滑剤は、比較的低粘度の潤滑剤であり、人力を動力源とする移動用機器（例えば、自転車、三輪車、乳母車、大八車又は車椅子など）の摺動部（例えば、車軸、チェーン、変速機など）に好適に使用することができる。
人力を動力源とする移動用機器では、高速で回転したりしないために潤滑剤としての皮膜の厚みはそれほど必要ではなく、皮膜維持のための粘度も必要なく、むしろ、高粘度であると、塵埃の吸着の怖れや抵抗化が危惧されるからである。また、本発明にかかる潤滑剤は、多数の部材が組み合わされた摺動部にも十分に浸透するため、この点でも適している。
また、同様の理由から、人力が人力以外の動力源で補助又は代替された移動用機器（例えば、電動自転車）の摺動部にも好適に使用することができる。

以下、実施例を用いて、本発明にかかる潤滑剤について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
平均粒径６μｍの窒化ホウ素と、ポリエチレンイミンを混合した。
鉱油を基油とする動粘度６７．３ｍｍ²／ｓ（４０℃）の潤滑油「ダフニースーパーマルチオイル グレード６８」（出光興産社製）に対し、上記混合物を添加し、さらに混合して、実施例１の潤滑剤を得た。
上記において、潤滑剤全量に対し、窒化ホウ素は０．５重量％、ポリエチレンイミンは０．１重量％とした。
実施例１の潤滑剤の２５℃における動粘度は、７０ｍｍ²／ｓであった。

〔実施例２〜１６、比較例１〜１５〕
実施例１とは異なる原料を用いるか、配合割合を変更することにより、実施例２〜１６、比較例１〜１５の各潤滑剤を得た。
具体的な配合は下表１〜４のとおりである。なお、実施例１の配合も併記した。

表１〜４において、各原料の詳細は以下のとおりである。また、表１〜４中の数値は重量％を表す。。
マイティスーパー２：鉱油を基油とする動粘度２．１４０ｍｍ²／ｓ（４０℃）のコスモ石油社製の潤滑油「コスモＮＥＷマイティスーパー グレード２」
マイティスーパー１０：鉱油を基油とする動粘度９．７８２ｍｍ²／ｓ（４０℃）のコスモ石油社製の潤滑油「コスモＮＥＷマイティスーパー グレード１０」
スーパーマルチオイル２：鉱油を基油とする動粘度１．９９８ｍｍ²／ｓ（４０℃）の出光興産社製の潤滑油「ダフニースーパーマルチオイル グレード２」
スーパーマルチオイル３２：鉱油を基油とする動粘度３２．１４ｍｍ²／ｓ（４０℃）の出光興産社製の潤滑油「ダフニースーパーマルチオイル グレード３２」
スーパーマルチオイル６８：鉱油を基油とする動粘度６７．３ｍｍ²／ｓ（４０℃）の出光興産社製の潤滑油「ダフニースーパーマルチオイル グレード６８」
スーパーマルチオイル１５０：鉱油を基油とする動粘度１５０．６ｍｍ²／ｓ（４０℃）の出光興産社製の潤滑油「ダフニースーパーマルチオイル グレード１５０」
ポリエチレンイミン：日本触媒社製の「エポミン６６０」
セチルアルコール：日本高級アルコール工業製
ＰＥＧ２００００：三洋化成社製の平均分子量２００００のポリエチレングリコール（本発明における「水溶性」の定義に従えば、非水溶性である）

〔評価試験１〕
自転車チェーンに対して、実施例１の潤滑剤を塗布して、原動用モーターにスプロケットを装着し、一定の荷重をかけることで張力を一定にしてギアとチェーンの間あるいはチェーンのプレート同士の摺動により生じる摩擦に対して、これらの潤滑剤がどのように効果があるかを検証した。
潤滑性が優秀であれば、チェーンの伸びが少ないと経験的に判断されたので、評価試験１では伸びを潤滑剤の潤滑性の優劣を示す評価項目とした。
実施例１の結果を図１に示す。
潤滑助剤を添加しないこと以外は実施例１と同様に作製した潤滑剤（ブランク）を用いて同様の試験を行った結果を図２に示す。

〔評価試験２〕
図３に示す写真のとおり、回転台の上にサンプル試験片をセットし、回転台を回転した時の温度上昇がどの程度出るかについて、評価を行った。
試験機器は、東京衝機試験機製「ＦＰＤ−５」に若干の改造を加え、押し当てるべき鋼球のボールの温度を測定できるように工夫したものである。
試験条件は、恒温室において、荷重１０ｋｇ、回転数１２０ＲＰＭとし、その際のボールの温度上昇を測定した。

結果は、上記表１〜４の各最下欄に併記した。試験結果として記載されている数値（℃）は、実験前の鋼球のボールの温度と、実験後の鋼球のボールの温度との差（℃）である。この数値（温度差）が小さいほど、潤滑性が高いために温度上昇が抑えられたものと評価することができる。

〔評価試験３〕
浸透性については、実際の使用感から、各実施例と各比較例とで明らかに差が認められたが、本発明の効果の客観性を担保するため、代表データとして、実施例１について、下記評価試験３により浸透性を評価した。
具体的には、潤滑剤を約４００ｃｃ入れたピッチャーに自転車チェーンを２分間浸漬したのち、数回手動にて扱き、動かした。その後、自転車チェーンを各構成部材に分解した後、ブラックライトを照射した。
ブラックライトでも反応する程度に油滴が残っている部分は光るため、高い浸透性が発揮されている場合は、部材全体にわたって光ることとなる。
実施例１の潤滑剤を用いて上記試験を行ったときのブラックライト照射時の写真を図４に示す。
また、潤滑助剤を添加しないこと以外は実施例１と同様に作製した潤滑剤（ブランク）を用いて上記試験を行ったときのブラックライト照射時の写真を図５に示す。

〔考察〕
評価試験１において、実施例１の潤滑剤を用いた場合に、部材の伸びが少ないことから、本発明の潤滑剤によれば高い潤滑性が発揮されると判断された。
評価試験２により、他の実施例の潤滑剤についても、各比較例の潤滑剤と比べて、高い潤滑性が発揮されることが確認できた。
さらに、評価試験３によって、本発明の潤滑剤によれば、高い浸透性が発揮されることが確認できた。
上記評価試験１〜３によって確認された本発明の潤滑剤における優れた潤滑性、浸透性については、次のように考えられる。
すなわち、まず、基油のみでは、微細な部品間にかかる摩擦応力に対して、充分に抗して潤滑皮膜を維持することができないと思われるのに対し、固体潤滑剤を添加することで、摩擦応力に対しての潤滑特性の発揮が期待される。
しかし、単に固体潤滑剤を添加させただけでは、二次凝集による偏析や必要な摺動部分への持続的な固体潤滑剤の滞在が不可能となると考えられる。
これに対し、本発明においては、さらに、本発明所定の潤滑助剤を添加することで固体潤滑剤を必要な摺動部分に持続的に担持することが可能となり、優れた潤滑性、浸透性が発揮されるものと推測される。

Claims (8)

1. 基油と、
   固体潤滑剤と、
   前記固体潤滑剤の摺動部への展開を助ける潤滑助剤と
   を含み、
   前記潤滑助剤が、ポリ（メタ）アクリル酸塩類、カルボキシビニルポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及び炭素数６〜２５の高級アルコールから選ばれる少なくとも一種であり、
   ２５℃での動粘度が１０〜７５ｍｍ²／ｓであり、
   人力を動力源とする移動用機器、又は前記人力が人力以外の動力源で補助若しくは代替された移動用機器の摺動部に使用される、
   潤滑剤。
2. 前記基油が鉱油系基油である、請求項１に記載の潤滑剤。
3. 前記固体潤滑剤が、窒化ホウ素、黒鉛及び硫化亜鉛から選ばれる少なくとも一種である、請求項１又は２に記載の潤滑剤。
4. 前記潤滑助剤の含有割合が、潤滑剤全量に対し、０．１〜５重量％である、請求項１から３までのいずれかに記載の潤滑剤。
5. 前記潤滑助剤がセチルアルコールである、請求項１から４までのいずれかに記載の潤滑剤。
6. 前記潤滑助剤がポリエチレンイミンである、請求項１から４までのいずれかに記載の潤滑剤。
7. 前記移動用機器が、自転車、三輪車、乳母車、大八車又は車椅子である、請求項１から６までのいずれかに記載の潤滑剤。
8. 人力を動力源とする移動用機器、又は前記人力が人力以外の動力源で補助若しくは代替された移動用機器であって、請求項１から７までのいずれかに記載の潤滑剤が摺動部に適用された、移動用機器。