JP6929861B2 - トラクション駆動流体 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様では、駆動素子から被駆動素子へトルクを伝達するための方法であって、前記駆動素子と前記被駆動素子との間にトラクション駆動流体を配置することと、前記駆動素子を回転させることとを含み、前記駆動素子の回転によって前記被駆動素子の回転が生じ、前記トラクション駆動流体は、1気圧下で測定した沸点が約100℃より高く、1気圧下で測定した融点が約10℃より低いキャリアと、複数の薄片からなる粒子状固体とを含み、前記薄片は、前記キャリア中に均一に分布している、方法が提供される。
腐食防止剤は、トラクション駆動流体に接触する物質の腐食率を低下させるように作用し得る。腐食防止剤は、トラクション駆動流体に接触する金属の錆の形成率を低下させるように作用し得る。腐食防止剤は、トラクション駆動流体に接触する物質、特に金属の腐食率を、腐食防止剤を含まないトラクション駆動流体の場合と比べて低下させるように作用し得る。腐食防止剤は、酸化防止剤であってもよい。腐食防止剤は、物質の表面をコーティングおよび/または不動態化して物質の腐食率を低下させるように作用し得る。腐食防止剤は、例えば、ポリホスフェート、ベンゾトリアゾール誘導体、リン酸二カリウム、有機酸、有機二酸、有機エステル、有機ジエステル、シリケート、ケイ酸誘導体、ホウ酸エステル、他の何らかの好適な腐食防止剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。腐食防止剤の選択は、トラクション駆動流体に接触する物質の種類に基づいて行ってもよい。トラクション駆動流体に接触する物質は、例えば、鋼などの各種金属のいずれかであってもよく、セラミック、ゴム、プラスチック、他の何らかの好適な物質、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。トラクション駆動流体に接触する物質は、例えば、ダイヤモンド状炭素や有機物などのコーティング物質、他の何らかの好適なコーティング物質、またはこれらコーティング物質のいずれか2種以上の混合物であってもよい。
抗菌剤は、トラクション駆動流体で生じる微生物増殖を低減または防止するように作用し得る。抗菌剤は、トラクション駆動流体で生じる微生物増殖を阻害するように作用し得る。抗菌剤は、トラクション駆動流体での微生物増殖を低減することによってトラクション駆動流体の長期安定性を向上させるように作用し得る。抗菌剤は、抗真菌剤であってもよい。抗菌剤は、抗バクテリア剤であってもよい。抗菌剤は、有機酸、重炭酸ナトリウム、トリアジン、塩化ベンザルコニウム、他の何らかの好適な抗菌剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
酸化防止剤は、トラクション駆動流体で生じる酸化の速度を低減するように作用し得る。酸化防止剤は、トラクション駆動流体で生じる酸化を阻害するように作用し得る。酸化防止剤は、トラクション駆動流体での酸化を低減することによってトラクション駆動流体の長期安定性を向上させるように作用し得る。酸化防止剤は、腐食防止剤としても作用し得る。酸化防止剤は、トラクション駆動流体内でラジカルを分解するように作用し得る。酸化防止剤は、トラクション駆動流体内で、遊離ラジカルと反応して非反応性種を生成するように作用し得る。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール、ヒンダードアミン、二級アリールアミン、ホスファイト、ニトライト、チオエステル、他の何らかの好適な酸化防止剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
摩耗防止剤は、トラクション駆動流体に接触する物質の表面をコーティングして、該表面を摩耗させる可能性のある何らかの物質と該表面が接触するのを防止するように作用し得る。摩耗防止剤は、ポリホスフェートであってもよい。摩耗防止剤は、チオホスフェートであってもよい。摩耗防止剤は、例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジチオリン酸亜鉛、他の何らかの好適な摩耗防止剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
粘度指数向上剤は、トラクション駆動流体の高温での粘度を向上させるように作用し得る。粘度指数向上剤は、分散剤であってもよい。粘度指数向上剤は、キャリアの成分であってもよく、キャリアとは別に存在してもよい。粘度指数向上剤は、ポリマーであってもよい。粘度指数向上剤は、オリゴマーであってもよい。粘度指数向上剤は、例えば、ポリイソブチレン、ポリ(メタ)アクリレート、オレフィン共重合体、スチレン‐無水マレイン酸エステル共重合体、水素化スチレン‐ジエン共重合体、水素化ラジアルポリイソプレン重合体、ポロキサマー、ポリアルキレングリコール、他の何らかの好適な粘度指数向上剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
金属不活性化剤は、使用中のトラクション駆動流体に接触する金属部品の摩耗の結果トラクション駆動流体に混入される可能性のある金属イオンを不活性化するように作用し得る。金属不活性化剤は、トラクション駆動流体中の金属イオンを封鎖するように作用し得る。金属不活性化剤は、トラクション駆動流体中の金属イオンの触媒作用を阻害するように作用し得る。金属不活性化剤は、金属イオンキレート剤であってもよい。金属不活性化剤は、例えば、N,N−ジサリチリデン‐1,2−プロパンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、他の何らかの好適な金属不活性化剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
流動点降下剤は、トラクション駆動流体の流動点を低下させるように作用し得る。流動点降下剤は、低温でのトラクション駆動流体の流動性能を向上するように作用し得る。流動点降下剤は、低温時にトラクション駆動流体中に結晶性物質が生成することを防止するように作用し得る。流動点降下剤は、例えば、ポリ(メタ)アクリレート、スチレンエステル誘導体、他の何らかの好適な流動点降下剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
消泡剤は、使用中のトラクション駆動流体での泡の形成を低減するように作用し得る。消泡剤は、トラクション駆動流体での泡の形成を防止するように作用し得る。消泡剤は、例えば、アルキルポリアクリレート、シリコーンオイル誘導体、エチレングリコール‐プロピレングリコール共重合体、フッ素系界面活性剤、ポリジメチルシロキサン、他の何らかの好適な消泡剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
摩擦調整剤は、使用中のトラクション駆動流体に接触する表面の表面摩擦を低減するように作用し得る。摩擦調整剤は、トラクション駆動流体に接触する表面と反応して該表面をコーティングすることによって、該表面の表面摩擦を低減させ得る。摩擦調整剤は、トラクション駆動流体と使用時にトラクション駆動流体が接触する表面との間の表面摩擦を調整するために用いられ得る。摩擦調整剤は、例えば、二硫化モリブデン、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、他の何らかの好適な摩擦調整剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。上記粒子状固体が摩擦調整剤として作用してもよい。摩擦調整剤は、粒子状固体の成分であってもよい。
極圧添加剤は、使用中のトラクション駆動流体に接触し、高い圧力を受ける表面の摩耗を低減するように作用し得る。極圧添加剤は、トラクション駆動流体にさらされる表面と反応して該表面上に保護コーティングを形成し得る。極圧添加剤は、例えば、油溶性の有機ホスフェート、ポリスルフィド、モリブデン誘導体、ホウ酸エステル、油溶性のホウ酸化アミン誘導体、他の何らかの好適な極圧添加剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。
分散剤は、薄片をトラクション駆動流体中に均一に分布させるように作用し得る。ここで、「均一な」分布の好適な基準は、トラクション駆動流体を1時間静置した後、組成物の体積の上部半分および下部半分のそれぞれが、薄片を20%以内、場合によっては10%、5%、2%、または1%以内の同等の量(equivalent amount)で含む、というものであってもよい。本明細書を通じて用いられる「均一に分布している」という表現は、ここで定義される「均一な」分布を有することを意味すると理解され得る。分散剤は、界面活性剤であってもよい。分散剤は、アニオン性界面活性剤であってもよく、カチオン性界面活性剤であってもよく、両性イオン性界面活性剤であってもよく、非イオン性界面活性剤であってもよい。分散剤は、高分子界面活性剤であってもよく、オリゴマー界面活性剤であってもよく、単量体界面活性剤であってもよい。分散剤は、例えば、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、エトキシ化ビスフェノールA、エトキシ化アクリレート、ポロキサマー、ポリアルキレングリコール、他の何らかの好適な分散剤、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物であってもよい。分散剤の選択は、キャリアの性質に基づいて行ってもよい。分散剤の選択は、所望の温度範囲における分散剤の溶解性特性に基づいて行ってもよい。例えば、トラクション駆動流体の作動温度範囲内のあらゆる温度でキャリアに溶解可能または部分的に溶解可能な分散剤を選択してもよい。分散剤は、トラクション駆動流体中で、1つより多くの機能を果たしてもよい。分散剤は、例えば、腐食防止剤としても機能してもよく、摩耗防止剤としても機能してもよく、抗菌剤としても機能してもよく、または他の機能を果たしてもよい。好適な界面活性剤については、本明細書の他の箇所でさらに説明する。
滑り/転がり比=(滑り速度/転がり速度)×100
式中、滑り速度=|U1−U2|、転がり速度=(U1+U2)/2であり、U1およびU2は、2つの接触面の表面速度である。ここで、「速度」とは、上記のように定義される転がり速度と定義し得る。ここで、接触圧力とは、2つの転がり面の接触点において測定された2つの転がり面の間に加わった圧力として定義し得る。
1.液相(水)の表面張力を界面活性剤の濃度の関数として測定し、下方値(C1)から予想閾値(C2e、通常約48〜50mJ/m2より大きい表面張力に対応)までの表面張力に対応する濃度領域を特定する。
2.まず、界面活性剤を層状材料の分散系に加えて濃度約C1の液を作る。
3.分散系の超音波処理を開始し、一定の時間間隔で試料を取り出す。液相の表面張力を超音波処理開始からの経過時間の関数として求める。
4.工程3で得られたデータから検量線(例えば図3参照)を作成する。この検量線は、界面活性剤が剥離材料に吸着して消費された結果である溶液の表面張力を時間の関数として示す。
5.工程4で得た表面張力/時間曲線が横ばいになることを確認することによって、剥離が終了した時点(T1)を求めることができる。その時点における濃度が閾値C2である。
6.最小限の消費率(C1−C2)/T1にて界面活性剤を補給する。
WO2013/010211に記載されている方法を用いて、グラファイトからグラフェンを剥離した。平均粒径約2mmのフレーク状グラファイト20gを水1Lに加え、濃度を2%w/wとした。この懸濁液に、固体のPluronic(登録商標)F108を1g加えた。Pluronic(登録商標)F108は、概ね式(エチレンオキシド)130(プロピレンオキシド)50(エチレンオキシド)130で表わされるポリ(エチレングリコール)‐ブロック‐ポリ(プロピレングリコール)‐ブロック‐ポリ(エチレングリコール)(CAS番号9003‐11‐6)である。得られた混合懸濁液に対し、超音波処理器Qsonica(登録商標)Q700を固体ソニトロード(sonitrode)プローブとともに用いて、出力160Wで超音波処理を継続的に行った。処理中、冷却再循環装置を用いて、懸濁液槽を温度25℃に保持した。超音波処理開始から10分後、Pluronic(登録商標)F108の濃度10%w/wの水溶液を100mL/時間の割合で懸濁液に滴下した。10時間後に超音波処理を停止して、次いで80℃で加熱することによって懸濁液の量を500mL(4分の1)まで減らした。量を減らした後、懸濁液を冷却して遠心分離管に移し入れた。3000rpmで15分間遠心分離することで、大きな、剥離粒子ではない粒子を沈殿させた。その後、上澄み液を回収した。これにより、グラファイトが高程度に剥離され、薄い膜の付いたグラフェンが濃度1.05%w/wで得られた。この方法はグラフェンを製造するために用いたが、原理上、あらゆるグラフェン状材料が、出発材料として使用可能であり、さらに分散剤を用いる後工程の表面処理の対象となり得る。グラフェン懸濁液を濃度0.5%w/wに希釈し、次いで、発泡を抑えるために、Dow Corning Antifoam B Emulsionを0.1%w/wの濃度で加えたが、このことは、使用時に、駆動素子および被駆動素子に関連するせん断力によって著しい空気の混入が生じて潤滑が不均一になる可能性のあるトラクション流体にとって必要な条件である。
WO2013/010211に記載されている方法を用いて、グラファイトからグラフェンを剥離した。平均粒径約2mmのフレーク状グラファイト20gを水1Lに加え、濃度を2%w/wとした。この懸濁液に、固体のPluronic(登録商標)F108を1g加えた。得られた混合懸濁液に対し、超音波処理器Qsonica(登録商標)Q700を固体ソニトロード(sonitrode)プローブとともに用いて、出力160Wで超音波処理を継続的に行った。処理中、冷却再循環装置を用いて、懸濁液槽を温度25℃に保持した。超音波処理開始から10分後、Pluronic(登録商標)F108の濃度10%w/wの水溶液を100mL/時間の割合で懸濁液に滴下した。10時間後に超音波処理を停止して、次いで80℃で加熱することによって懸濁液の量を500mL(4分の1)まで減らした。量を減らした後、懸濁液を冷却して遠心分離管に移し入れた。3000rpmで15分間遠心分離することで、大きな、剥離粒子ではない粒子を沈殿させた。その後、上澄み液を回収した。次いで、凍結乾燥機内で、懸濁液を−60℃で凍結させてから圧力5Paで乾燥させて水を全て除去した。その後、界面活性剤であるPluronic(登録商標)F108が付着したグラフェン粉末(グラフェンが0.1g、F108が0.9g)をテトラエチレングリコール20g中に、出力70W、5分間の超音波処理を行って分散させた。これにより、テトラエチレングリコールにグラフェンが均一に分散している濃度0.5%w/wの懸濁液が得られた。
WO2013/010211に記載されている方法を用いて、グラファイトからグラフェンを剥離した。平均粒径約2mmのフレーク状グラファイト20gを水1Lに加え、濃度を2%w/wとした。この懸濁液に、固体のPluronic(登録商標)F108を1g加えた。得られた混合懸濁液に対し、超音波処理器Qsonica(登録商標)Q700を固体ソニトロード(sonitrode)プローブとともに用いて、出力160Wで超音波処理を継続的に行った。処理中、冷却再循環装置を用いて、懸濁液槽を温度25℃に保持した。超音波処理開始から10分後、Pluronic(登録商標)F108の濃度10%w/wの水溶液を100mL/時間の割合で懸濁液に滴下した。10時間後に超音波処理を停止して、次いで80℃で加熱することによって懸濁液の量を500mL(4分の1)まで減らした。量を減らした後、懸濁液を冷却して遠心分離管に移し入れた。3000rpmで15分間遠心分離することで、大きな、剥離粒子ではない粒子を沈殿させた。その後、上澄み液を回収した。次いで、凍結乾燥機内で、懸濁液を−60℃で凍結させてから圧力5Paで乾燥させて水を全て除去した。その後、界面活性剤であるPluronic(登録商標)F108が付着したグラフェン粉末を、テトラエチレングリコール−プロピレングリコール混合物(質量比85:15)中に、出力70W、5分間の超音波処理を行って分散させた。グラフェンの最終濃度は、0.5%w/wであった。
WO2013/010211に記載されている方法を用いて、MoS2原末から、単層のMoS2および少数の層からなるMoS2を剥離した。平均粒径約200μmのMoS220gを水1Lに加え、濃度を2%w/wとした。この懸濁液に、固体のPluronic(登録商標)F108を1g加えた。得られた混合懸濁液に対し、超音波処理器Qsonica(登録商標)Q700を固体ソニトロード(sonitrode)プローブとともに用いて、出力160Wで超音波処理を継続的に行った。処理中、冷却再循環装置を用いて、懸濁液槽を温度25℃に保持した。超音波処理開始から10分後、Pluronic(登録商標)F108の濃度10%w/wの水溶液を100mL/時間の割合で懸濁液に滴下した。10時間後に超音波処理を停止して、次いで80℃で加熱することによって懸濁液の量を500mL(4分の1)まで減らした。量を減らした後、懸濁液を冷却して遠心分離管に移し入れた。3000rpmで15分間遠心分離することで、大きな、剥離粒子ではない粒子を沈殿させた。その後、上澄み液を回収した。この懸濁液を濃度5mg/mL、すなわち0.5%w/wまで希釈し、ボルテックススターラーを用いてエチレングリコールと混合して、質量比水:エチレングリコールを95:5とした。この流体のトラクション係数を求めるために、回転ディスクに回転ボールが配置された小型トラクションマシンにおいて、この流体を潤滑剤として使用した。変化させたパラメータには、負荷(接触圧力)、滑り/転がり比、速度、および流体の温度がある。図10は、印加負荷10N、速度100mm/s、温度25℃で、SRR範囲−200%〜200%にわたって測定したトラクション係数を示している。
Claims (12)
- 1気圧下で測定した沸点が少なくとも100℃であり、1気圧下で測定した融点が10℃より低いキャリアと、
複数の薄片からなる粒子状固体とを含むトラクション駆動流体であって、
前記薄片は、層状材料の複数のシートから形成された粒子を含むとともに、平均アスペクト比が少なくとも20であり、
前記粒子のそれぞれにおける個別のシートの数の平均は、1シート〜100シートであり、
前記薄片は、前記キャリア中に均一に分布しており、
前記トラクション駆動流体における前記粒子状固体の割合が、0.05%w/w〜10%w/wであり、
前記キャリアは、水、アルキレングリコール、アルキレングリコールオリゴマー、アルキレングリコールポリマー、及びこれらのうちいずれか2種以上の混合物からなる群より選択され、
前記トラクション駆動流体は、接触圧力0.8GPa、速度100mms-1、滑り/転がり比10%で測定したトラクション係数が25℃で0.05よりも大きい、トラクション駆動流体。 - 前記キャリアは、1気圧下で測定した沸点が少なくとも200℃である、請求項1に記載のトラクション駆動流体。
- 腐食防止剤、抗菌剤、酸化防止剤、摩耗防止剤、流動点降下剤、金属不活性化剤、極圧添加剤、消泡剤、摩擦調整剤、および粘度指数向上剤のうちの1つ以上をさらに含む、請求項1または2に記載のトラクション駆動流体。
- 前記薄片を前記キャリア中に分散させるための分散剤をさらに含み、
前記分散剤は、界面活性剤かつ/又は前記薄片を前記トラクション駆動流体中に均一に分布させるように作用するものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のトラクション駆動流体。 - 前記分散剤は、ポリエーテル、ポリエーテルアミン、エトキシ化ビスフェノールA、エトキシ化アクリレート、ポロキサマー、またはこれらのうちいずれか2種以上の混合物である、請求項4に記載のトラクション駆動流体。
- 前記分散剤は、ポリアルキレングリコールを含む、請求項5に記載のトラクション駆動 流体。
- 前記薄片は、平均厚さが50nm未満である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のトラクション駆動流体。
- 前記薄片は、グラフェンを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のトラクション駆動流体。
- 前記トラクション駆動流体は、ASTM D 97−16に準じて測定した流動点が10℃未満である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のトラクション駆動流体。
- 駆動素子から被駆動素子へトルクを伝達するための方法であって、前記駆動素子と前記被駆動素子との間にトラクション駆動流体を配置することと、前記駆動素子を回転させることとを含み、
前記駆動素子の回転によって前記被駆動素子の回転が生じ、
前記トラクション駆動流体は、
1気圧下で測定した沸点が100℃より高く、1気圧下で測定した融点が10℃より低いキャリアと、
複数の薄片からなる粒子状固体とを含み、
前記薄片は、層状材料の複数のシートから形成された粒子を含むとともに、平均アスペクト比が少なくとも20であり、
前記粒子のそれぞれにおける個別のシートの数の平均は、1シート〜100シートであり、
前記薄片は、前記キャリア中に均一に分布しており、
前記トラクション駆動流体における前記粒子状固体の割合が、0.05%w/w〜5%w/wであり、
前記キャリアは、水、アルキレングリコール、アルキレングリコールオリゴマー、アルキレングリコールポリマー、及びこれらのうちいずれか2種以上の混合物からなる群より選択され、
前記トラクション駆動流体は、接触圧力0.8GPa、速度100mms-1、滑り/転がり比10%で測定したトラクション係数が25℃で0.05よりも大きい、方法。 - トラクション駆動装置の製造または運転におけるトラクション駆動流体の使用であって、
前記トラクション駆動流体は、
1気圧下で測定した沸点が100℃より高く、1気圧下で測定した融点が10℃より低いキャリアと、
複数の薄片からなる粒子状固体とを含み、
前記薄片は、層状材料の複数のシートから形成された粒子を含むとともに、平均アスペクト比が少なくとも20であり、
前記粒子のそれぞれにおける個別のシートの数の平均は、1シート〜100シートであり、
前記薄片は、前記キャリア中に均一に分布しており、
前記トラクション駆動流体における前記粒子状固体の割合が、0.05%w/w〜5%w/wであり、
前記キャリアは、水、アルキレングリコール、アルキレングリコールオリゴマー、アルキレングリコールポリマー、及びこれらのうちいずれか2種以上の混合物からなる群より選択され、
前記トラクション駆動流体は、接触圧力0.8GPa、速度100mms-1、滑り/転がり比10%で測定したトラクション係数が25℃で0.05よりも大きい、使用。 - 駆動素子と、
被駆動素子と、
トラクション駆動流体と、
を含むトラクション駆動装置であって、
前記トラクション駆動流体は、前記駆動素子と前記被駆動素子との間に配置され、
前記トラクション駆動流体は、
1気圧下で測定した沸点が100℃より高く、1気圧下で測定した融点が10℃より低いキャリアと、
複数の薄片からなる粒子状固体とを含み、
前記薄片は、層状材料の複数のシートから形成された粒子を含むとともに、平均アスペクト比が少なくとも20であり、
前記粒子のそれぞれにおける個別のシートの数の平均は、1シート〜100シートであり、
前記薄片は、前記キャリア中に均一に分布しており、
前記トラクション駆動流体における前記粒子状固体の割合が、0.05%w/w〜5%w/wであり、
前記キャリアは、水、アルキレングリコール、アルキレングリコールオリゴマー、アルキレングリコールポリマー、及びこれらのうちいずれか2種以上の混合物からなる群より選択され、
前記トラクション駆動流体は、接触圧力0.8GPa、速度100mms-1、滑り/転がり比10%で測定したトラクション係数が25℃で0.05よりも大きい、トラクション駆動装置。
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