JPS5815594A - 潤滑組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 分とする潤滑組成物に関するもので、詳しくはカルシウ
ムフエライトと酢酸カルシウムの組合せを必須成分とし
て含有する潤滑組成物に関するものである。

カルシウムフェライトは固体潤滑剤として優れた性質を
もっていることは本発明者等が先に出願した特願昭ｓｓ
−ｓ２ｉＩＩ号明細書に開示した。

すなわちカルシウムフェライトは化学的に安定な化合物
であり、耐熱性が高く、潤滑個所において優れた耐焼付
性を示すもので一般に使用される固体潤滑剤であるグラ
ファイト、二硫化モリブデン等に較べてより優れた固体
潤滑剤である。

所カコのカルシウムフェライトを各種の潤滑個所に使用
した場合に改良を要する点があることが新たに見出され
た。それは比較的軽荷重の条件の潤滑個所に使用した場
合に必ずしも期待通りの高性能を示さないことである。

ここにおいてカルシウムフェライトの優れた潤滑特性を
広い範囲の潤滑条件に適応させ産業上の利用範囲を広め
るためには軽荷重に対する潤滑性能を改良する必要に迫
られたのである。

本発明はかような目的を達成しようとして研究を進めた
結果得られたものであって、カルシウムフェライトと酢
酸カルシウムを組合せ共存させることにより軽荷重の条
件の潤滑個所に使用して潤滑性能が著しく改良された効
果が得られるという新規な知見に基くものである。さら
に低温の軽荷重の場合にも高温の軽荷重にも優れた効果
があるという新規な知見に基づくものである。すなわち
本発明はカルシウムフェライトと酢酸カルシウムを必須
成分とする潤滑組成物である。

ここで酢酸カルシウムは比較的低融点の化合物でしかも
高温で分解し易い化合物であるので、カルシウムフェラ
イトと混合し潤滑剤として使用した場合に普通の考え方
からすれば低温軽荷重の条件の潤滑個所に効果があるこ
とは当然予測し得ても高温軽萌重の条件に効果があるこ
とは当然予測し得ない所である。ところが本発明のカル
シウムフェライトと酢酸カルシウムの組合せの潤滑組成
物においては、低温の場合に限らず高温軽荷重の条件に
も効果が大きいことを研究の結果、知り得たのである。

この理由についてはまだ確証した訳ではないがカルシウ
ムフェライトと酢酸カルシウムとは高温において反応し
て新しい潤滑物質を生成しこれが高温軽荷重の条件で効
果をもたらすものと推定している。酢酸カルシウムは２
ｊｔＯ〜３００°Ｃ程度の温度でまず分解して炭酸カル
シウムとなり、より高温になるとさらに約に２Ｓ″Ｃで
分解して酸化カルシウムとなる。

この酸化カルシウムとカルシウムフェライトが高温（１
０００°Ｃ程度と推定）で固溶体をつくりこの固溶体が
高温軽荷重の条件で潤滑効果を発揮するものと推定して
いる。すなわち低温の酢酸カルシウムの安定な温度領域
においてはカルシウム７エライトと酢酸カルシウムの組
合せが軽荷重において潤滑効果を示し、それよりや＼高
温の炭酸カルシウムの存在する温度領域においてはカル
シウムフェライトと炭酸カルシウムの組合せが存在して
軽荷重において潤滑効果を示しく筐た酢酸と潤滑面の鉄
と反応して酢酸鉄が生成し潤滑効果を示すことも、更に
酢酸と鉄とカルシウムとが反応して三者の複合塩を生成
して潤滑効果を示すことも考えられる）、さらに高温に
おいてはカルシウム７エライトと酸化カルシウムの組合
せが存在して潤滑効果を示し、より高温では前述のカル
シウムフェライト−酸化カルシウム固溶体が存在し該固
溶体もしくはカルシウムフェライトと該固溶体の組合せ
が効果を示すこととなる。従って低温から高温までのあ
らゆる温度段階において軽荷重の条件に適合するものと
いえる。

本発明者等はカルシウムフェライトと各種の潤滑剤との
組合せについて軽荷重の条件について研究を進めた結果
、カルシウムフェライトと酢酸カルシウムの組合せには
上記のように他の組合せには見られない％異性があり低
温から高温にいたるすべての温度範囲に効果があること
を知り得たのであって、カルシウムフェライトと他の潤
滑剤との組合せではかような効果は得られないことも知
り得た。また二硫化モリブデン、プラファイトのような
格子状層状固形潤滑剤と酢酸カルシウムとの組合せの潤
滑剤は特公昭ψ−７３１１９３号公報で公知のものであ
るが、上述のような特殊な反応機構はなく、本発明の潤
滑組成物とは全く異なるもので、二硫化モリブデン、ブ
ラファイトなどは力、ルシウムフェライトより高温潤滑
性能が劣るし、固溶体をつくり高温軽荷重の条件に効果
を示すことや、低温より高温にいたる各温度段階におい
てそれぞれ分解生成物が効果を示すことは考えられず本
発明の目的は全く達成し得ないものである。従って本発
明はカルシウムフェライトと酢酸カルシウムを必須成分
として含有する潤滑組成物であって、この両成分の組合
せに特徴を有するものである。

本発明のカルシウムフェライトと酢酸カルシウムの混合
比率は重量比で９５１５ないし５／ｇ５が使用し得る範
囲であり７７／／３３ないし３３／、７が適当な範囲で
ある。９５１５ないし！５／９’５の範囲外においては
上述の共同潤滑効果が発揮し得す、本発明の目的を達し
ないので不適である。

７′７／ｉ３ないし３３／７７の範囲内が両成分の効果
のバランスがよく高温における固溶体の性状も良好で最
も好適な範囲である。本発明に使用し得るカルシウムフ
ェライトは次の一般式 ％式％（１） （式中のＸは１筐たは２、ｙは２″！、たは４を示し、
Ｘが１の場合はｙは２または４、Ｘが２の場合はｙは２
を示す）で表わされるカルシウム７工ライト群から選ば
れた／橿筐たは一種以上を主成分とするものである。

カルシウムフェライト群は、元素の構成比、すなわちＯ
ａＯとＦｅ、０３のモル比により］、モノカルシウムフ
ェライト　０ａＦｅ２０４　（−０ａＯＦｅ２０３　）
２　シカルシウム７エライト　　０ａ２Ｆｅ２０５　　
（−、ｚｏａｏｖｅ２ｏ３）３、ヘミカルシウム７エラ
イト　０ａＦｅ４０７　　（−０ａＯ，ｚＦｅ２０３）
があり、このうちシカルシウムフェライトが潤滑性能が
他の三者より優れていることが研究の結果認められたが
、他の三者も本発明の目的を十分に達し得るものであり
、いずれのものも本発明に使用することができることは
勿論である。

これらのカルシウムフェライト群は酸化鉄とカルシウム
化合物を反応させて製造するが、製造時の両者のモル比
を適当に選ぶことにより嘔−組成のカルシウムフェライ
トを得ることができるし、また任意の比率の混合物をつ
くることもできる。

本発明ではかならずしも単一組成にする必要はない。

本発明に使用するカルシウムフェライトで重要なことは
その純度で、該フェライトが主成分であることか必要で
、６０重量％以上含有することが望ましく、にＯ重量係
以上含有することが適当であり、式らに、９５重量係以
上含有することが最も適当である。不純物としては、製
造時における未反応物である各種の鉄酸化物、酸化カル
シウム及び原料に含まれる不純物としてシリカ、アルミ
ナ等が考えられる。これらのうち、酸化カルシウムは比
較的影響しないが、酸化第二鉄、シリカ、アルミナは硬
度が高く研摩作用を有し潤滑性に悪影響を与えるため、
出来るだけ含有しない様にすることが望ましく、少くと
も〃重量％以下にすることが望ましく、ｓｘ量量販以下
することが適当である。

従って、原料としての酸化鉄やカルシウム化合物はでき
るだけシリカ、アルミナ等の不純物の含有量の少ないも
のを使用することが望ましい。また、調造条件は遊離の
酸化第二鉄の生成量をできるだけ少なくなる様に選ぶこ
とが望ましく、カルシウム化合物の量を理論上より若干
量過剰に使用する方が良い。

カルシウムフェライト群の合成方法は、製鋼における焼
結鉱やペレット等において研究されており種々の方法が
あり、いずれの方法で製造しても良い。カルシウムフェ
ライト群の製造方法の一例を次に示す。

酸化第二鉄と生石灰（酸化カルシウム）、消石灰（水酸
化カルシウム）、炭酸カルシウム等から選定したカルシ
ウム化合物を、酸化第二鉄／カルシウム化合物−Ｍ、５
〜ｌ／／２の範囲のモル比で混合し溶融するまで加熱（
／２００−　／ｌｌ００″Ｃ１組成比により異なる）シ
、数時間保持後冷却する。その他、共沈や摩砕を利用し
固相反応（７００，−１０００′Ｃ）で合成する方法、
湿式で合成する方法などがある。

上記の方法や他の方法にて製造されたカルシウムフェラ
イト群を本発明に使用するためには、ボールミル、ジェ
ットミル等の粉砕機で微粉化スルが粒度は少なくとも平
均径１００μ以下にすることが適当であり、Ｏ３／〜Ｓ
μにすることが最も適当である。１００μより大きいと
潤滑面への付着が弱いので効果的でなく、Ｏ１／μより
小さくても使用できるが著しい性能の向上は認められず
粉砕のコストアップが大きく経済的に不利である。分散
性、潤滑性能、経済性等で総合的に判断すると０．７〜
５Ｐが適当である。

本発明に使用し得る酢酸カルシウムはすべての形態のも
のを包含する。すなわち酢酸カルシウム無水物（０Ｈ３
０００）２０ａ１酢酸カルシウムｌ水和物（０Ｈ３００
０）、Ｏａ　−Ｈ２Ｏ、酢酸カルシラムコ水和物（ＯＨ
３０００）２０ａ−，２Ｈ２０、これらの混合物、およ
び有機物で表面を被覆処理したこれらの酢酸カルシウム
等の各種の形態のものが使用し得る。

しかし本発明の目的からいって、酢酸カルシウムは微粉
状でろってカルシウムフェライトと混和性が良く熱分解
反応が容易に生起し得る形態のものが良い。また室温で
安定であり取扱い易く、さらに入手し易く安価なものが
実用的である。これらの点より酢酸カルシウム無水物ま
たは酢酸カルシウム／水和物の微粉状のものが適当とい
える。

また酢酸カルシウムの表面を有機物で被覆処理すると耐
水性が向上しまた潤滑油類と混和して使用する場合の分
散性も向上し好ましいことである。

カルシウム７エライトと酢酸カルシウムの混合物を表面
処理すれば分散性はより向上しさらに好ましい。表面処
理に使用する処理剤には表面を被覆して撥水性および親
油性を付与する効果を有するものでかつ高温潤滑に使用
した場合に上記のカルシウム７エライトと酢酸カルシウ
ムの共同作用に障害にならないものであることが必要で
ある。

具体的にはメチレンビスステアロアミド、アルキルケテ
ンダイマー、エチレン尿素、親油性極微粒子シリカゲル
等をあげることができる。中でもメチレンビスステアロ
アミドは本発明において表面処理を行う目的を最もよく
達し得るもので最も適当である。

表面処理の処理方法にはボールミル中に処理剤と酢酸カ
ルシウムまたはカルシウムフェライトと酢酸カルシウム
の混合物とを入れ粉砕混和する方法、処理剤を有機溶剤
に溶解しその中に酢酸カルシウムまたはカルシウムフェ
ライトと酢酸カルシウムの混合物とを入れ攪拌混和し吸
着する方法等の各種の処理方法をあげることができる。

この内組１の方法が均一な付着複合物を得ることができ
、また引火等の危険性も少なくより適当である。

本発明はその他の固体潤滑剤全併用することもできる。

本発明に併用し得る固体潤滑剤としてはポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）、炭１ｍ２カルシウム、酸化
カルシウム、水酸化カルシウム、はう酸カルシウム、ピ
ロリン酸カルシウム等のカルシウム化合物、マグネタイ
ト、ウースタイト等の鉄化合物、銀、銅、亜鉛等の金属
の粉末、はう酸カリ、はう砂、はう酸、窒化はう素等の
ほう素化合物、二硫化モリブデン、硫化カルバミン酸モ
リブデン等のモリブデン化合物、ステアリン酸、ダイマ
ー酸、オレイン酸等の有機酸およびそれらの塩、酢酸亜
鉛等の酢酸金属塩、硫化油脂、ジチオカルバミン酸亜鉛
、塩素化パラフィン等をあげることができる。この中で
は種々の検討の結果ＰＴＦＥが最も効果的であることが
判った。この理由については完全に確認し得た訳ではな
いが、高温においてカルシウムフェライトや酢酸カルシ
ウムと何等かの反応をなし、より好ましい状態を呈する
ものと考えられる。固体潤滑剤の使用量はカルシウムフ
ェライトと酢酸カルシウムの合計量と固体潤滑剤との重
量比で６０／４ｏないし１００１０の範囲内が好ましい
。固体潤滑剤が僅重量％以上になると耐熱性が低下し好
ましくない。

これらの固体潤滑剤も表面処理すると分散性が向上し好
ましく、カルシウムフェライトと酢酸カルシウムと固体
潤滑剤の混合物を表面処理することが最も適当である。

本発明はカルシウム７エライトと酢酸カルシウムの混合
粉末、この二成分の１種または２種が表面処理されてい
る混合粉末、カルシウムフェライト、酢酸カルシウム、
その他の固体潤滑剤の混合粉末、これらの７種又はコ種
以上が表面処理されている混合粉末の外これらの混合粉
末を潤滑油類・と混合した混合物としても使用できる。

この場合の潤滑油類（基油）には潤滑剤として使用され
るすべての油類が使用できる。例えば鉱物油、動植物油
、エステル油、シリコーン油、フッ素？ｄｌの合成潤滑
油、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワック
ス、エステルワックス等のワックス類あるいはグリース
、フンパウンド等の二次加工された油類をあげることが
できる。基油に対する本発明の潤滑組成物の混合量は基
油と潤滑組成物粉末との重量比で９９．９１０．１ない
し０／ｌｏｏの範囲内のすべてが使用し得るものである
。また上記の混合粉末をアルキッド樹脂、アクリル樹脂
、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等のバインダーと混和し
この混合物としても使用できる。この場合は潤滑面に固
体皮膜を形成して潤滑する。

次に本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ （１）　　カルシウムフェライトの製造酸化第二鉄粉末
（平均径３μ）　Ｓｔりと水酸化カルシウム粉末（平均
径３μ）５２ｇを磁製ルツボに秤量し、均一になる様に
混合し、電気炉に入れ／２００′ＣでＳ時間加熱した。

冷却後ルツボより内容物を取り出し、ボールミルにて平
均径３μに粉砕し暗褐色のさらさらした粉末を得た。

この粉末はＸ線回析によりジヵルシウムフェライ）　（
０ａ２Ｆｅ２０５）が灯重量％以上であることを確認し
た。

（２）潤滑組成物試料の調製 （１）で得られたカルシウムフェライト５重量係と酢酸
カルシウム無水物粉末灯重量％を混合しボールミルにて
７０時間粉砕、混和し粉末状の潤滑組成物試料を得た。

この粉末の粒度は光学顕微鏡により測定して平均径２μ
であった。

（３）潤滑性能評価 （２）で得られた混合粉末７０重量％を鉱油（ｊ、４’
ｃｓｔ　、　　１０ｏ″Ｃ）９０重量％と混合し三段ロ
ールミルにて均一に分散混和した試料を７アレツクス（
Ｆａｌｅｘ　）試験機でフォード（Ｆｏｒｄ　）法（Ｉ
Ｐ２４１−ＭｅｔｈｏｄＡ法）にて試験し、焼付荷重お
よび焼付荷重までの摩擦係数φ）を測定しこの数値によ
り潤滑性能を評価した。

実施例２ （１）　　カルシウムフェライトの製造実施例１と同じ
方法で行った。

（２）潤滑組成物試料の調製 メチレンビスステアロアミ１１０重量％をボールミルに
入れ十分に粉砕し、その後、酢酸カルシウム／水利物ａ
Ｓ重量％を少量ずつ添加しながらボールミルで混練し、
その後（１）のカルシウムフェライト６０重量％、全量
を加え十分に粉砕、混和し粉末状の潤滑組成物試料を得
た。この粉末の粒度は光学顕微鏡で測定して平均径ｌμ
であった。

（３）潤滑性能評価 実施例１と同じ方法で行った。

実施例３ 潤滑組成物試料の配合がカルシウム７工ライト９５重量
％、酢酸カルシウム無水物ｊ％であること以外はすべて
実施例１と同じ方法で試料を調製し潤滑性能を評価した
。

実施例４ 潤滑組成物試料の配合をメチレンビスステアロアミド９
重量％、酢酸カルシウムｌ水和物刀重量％、カルシウム
フェライト刀重量％、ＰＴＦＥ２７重量％とし、その他
はすべて実施例２と同じ方法で試料を調製し潤滑性能を
評価した。ただし試料の調製の際にＰＴＦＥはカルシウ
ムフェライトと同時に加えた。

実施例５ 潤滑組成物試料の配合がメチレンビスステアロアミ１１
０重量％、酢酸カルシウムｌ水和物３θ重量％、カルシ
ウムフェライト６０重量％であること以外はすべて実施
例２と同じ方法で試料を調製し潤滑性能を評価した。

実施例６ 潤滑組成物試料の配合がエチレンビスステアロアミド７
０重量％、酢酸カルシウム／水和物６０重量％、カルシ
ウムフェライト３θ重量％であること以外はすべて実施
例２と同じ方法で試料を６１１し、潤滑性能を評価した
。

比較例１〜４ 実施例１の（１）のカルシウムフェライト単独の試料（
比較例１）、酢酸カルシウム無水物粉末を実施例１の（
２）の方法で粉砕して得た平均径２μの酢酸カルシウム
無水物単独の粉末の試料（比較例２）、二硫化モリブデ
ンの粉末（平均径３μ）（比較例３）、二硫化モリブデ
ン粉末（平均径３μ）５０重量％と比較例２の粉末５０
重量％の混合物（比較例４）について実施例１の（３）
の方法で潤滑性能を評価した。各側の潤滑性能評価結果 第１図に示す様に横軸に荷重、縦軸に摩擦係数（ロ）を
とり荷重の増加に伴う摩擦係数の変動と焼付荷重を表示
した。第１図より現在一般に使用てれている固体潤滑剤
の二硫化モリブデン（比較例３）と較べてカルシウム７
エライト単独（比較例１）・・・は焼付荷重は遥かに大
きいものの摩擦係数、特に／２！；０ボンド（３６Ｉｒ
ｋｇ）位の軽荷重における摩擦係数が大きいことが認め
られる。この改良を目的として調製した実施例１〜６に
おいてはいずれも軽荷重における摩擦係数の大幅な低下
に成功した・ことが認められる。焼付荷重においても二
硫化モリブデンより遥かに優れているカルシウムフェラ
イト単独と比較しても実施例１〜６はさらに改良され、
いずれも同等もしくは格段に優れた成績であることが認
められる。

荷重を増大し焼付に至る過程においては摩擦部分は局部
的に著しい高温となり潤滑剤が高温に耐えなくなり摩擦
部分の金属同志が局部的に溶着し焼付きとなるのである
から焼付荷重の太ない実施例１〜６は高温にもよく耐え
る潤滑組成物である（比較例４）はいずれも成績が劣る
ことが認められた。すなわちカルシウムフェライトと酢
酸カルシウムを組合せ共存はせた本発明の潤滑組成物に
よりカルシウムフェライト単独の場合より軽荷重の条件
の潤滑性能が著しく改良され、また高温においても優れ
た効果が得られることが実証され、ここに本発明者等は
カルシウムフェライトの優れた潤滑特性をさらに広い範
囲の潤滑条件に適応させることに成功したものである。

従って本発明は機械および機械部品のすべり摩擦面、こ
ろがり摩擦面、圧延、引抜、伸線プレス、鍛造、切削、
研削等の金属加工における摩擦面等の広い範囲の潤滑開
所に適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の潤滑組成物（実施例１〜６）および対
照品の固体潤滑剤（比較例１〜４）についてファレツク
ス試験機によシ試験しその結果を比較図示したもので荷
重を変化させた場合の摩擦係数の変化および焼付荷重を
示した線図である。 ｌ・・・実施例１．２・・・実施例２．３・・・実施例
３、グ・・・実施例４、ｊ・・・実施例５．６・・・実
施例６．７・・・比較例１．ざ・・・比較例２、ワ・・
・比較例３、／θ・・・比較例４、↑・・・焼付、→・
・・焼付なし。 特許出願人　協同油脂株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　カルシウムフェライトｊ〜９５重量慢、酢酸カルシ
   ウム９ｊ−５重ｆチ、固体潤滑剤Ｏ−ψ重量％より成る
   ことを特徴とする潤滑組成物。 ２　酢酸カルシウムまたはカルシウムフェライトおよび
   酢酸カルシウムおよび固体潤滑剤が表面処理されたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の潤滑組成物。