JPWO2010010789A1 - 導電性グリース - Google Patents

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Abstract

フッ素油、導電性物質および増稠剤からなる導電性グリースにおいて、導電性物質としてDBP吸油量が250ml/100g以下のカーボンブラック5〜20重量％および増稠剤として平均一次粒子径が1.0μm以下の含フッ素樹脂粒子2〜15重量％をそれぞれ配合した導電性グリース。この導電性グリースは、特定性状のカーボンブラックと共にその平均一次粒子径が1.0μm以下の含フッ素樹脂粒子、好ましくはPTFE粒子を配合して用いることにより、離油特性にすぐれ、すなわち離油度を著しく低下させることができ、その値を10重量％以下とすることも可能である。

Description

本発明は、導電性グリースに関する。さらに詳しくは、フッ素油、導電性物質および増稠剤からなる導電性グリースに関する。
高温時における導電性グリースの基油の分離(離油)の問題は、実機軸受の寿命に直接影響するため、それの改善が望まれている。導電性グリースは、導電性物質に増稠効果を期待し、2成分系、例えばフッ素油基油およびカーボンブラック増稠剤よりなるものが特許文献１で提案されているが、離油の問題をクリヤーするためには、PTFEの配合が必須の条件とされる。
そのため、フッ素油等の基油にPTFE増稠剤と0.2〜10質量％のカーボンブラックを配合した導電性グリースが特許文献２で提案されており、用いられるカーボンブラックのDBP吸油量と軸受抵抗の最大値との相関関係から、DBP吸油量110〜300ml/100gの内、180ml/100g以上が好ましいとされている。しかしながら、用いられるPTFE増稠剤の性状およびその配合割合については何らの記載もみられない。
さらに、合成油およびフッ素油を基油とし、これにカーボンブラックおよびPTFEを増稠剤として、グリース全体の5〜40重量％含有するグリース組成物が特許文献３で提案されており、カーボンブラックとPTFE増稠剤とは20〜60質量％：80〜40質量％の割合で用いられ、カーボンブラックについてはDBP吸油量が100ml/100g以上のものが使用されると述べられているが、用いられるPTFE増稠剤の性状についての言及はみられない。
特開２００１−３０４２７６号公報 特開２００２−２５０３５３号公報 特開２００３−２６９４６９号公報
一般にグリースの構造は、増稠剤の分子や結晶相互の絡み合いによって形成される網目構造の隙間に基油が取り込まれ、ゲル状となっているため、圧力(応力)が加わらない状態では基油と増稠剤とは容易に分離しないが、自然に放置した状態でも長時間経過すると、基油自身の運動性によって次第に網目構造から基油が漏れ出て、基油が分離(離油)してくるようになる。このような離油現象は、運動性が高くなる高温程短時間で発生するようになるので、離油度は温度と時間の関数で表わされる。
離油が発生すると、分離した基油が摺動部から漏れ出してしまい、グリースの潤滑寿命が低下するばかりではなく、摺動部材周辺への油汚染が発生し、好ましくない状態となる。このような状態を形成し難い場合を、離油特性にすぐれていると称している。
本発明の目的は、フッ素油、導電性物質および増稠剤からなる導電性グリースにおいて、離油特性にすぐれ、すなわち離油度を著しく低下せしめたものを提供することにある。
かかる本発明の目的は、上記導電性グリースにおいて、導電性物質としてDBP吸油量が250ml/100g以下のカーボンブラック5〜20重量％および増稠剤として平均一次粒子径が1.0μm以下の含フッ素樹脂粒子2〜15重量％をそれぞれ配合した導電性グリースによって達成される。
本発明に係る導電性グリースは、特定性状のカーボンブラックと共にその平均一次粒子径が1.0μm以下の含フッ素樹脂粒子、好ましくはPTFE粒子を配合して用いることにより、離油特性にすぐれ、すなわち離油度を著しく低下させることができ、その値を10重量％以下とすることも可能である。
基油となるふっ素油としては、一般式
RfO(C3F6O)p(C2F4O)q(CF2O)rRf
で表わされるものが使用される。ここで、Rfはパーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基など、炭素数1〜5のパーフルオロ低級アルキル基であり、C3F6O基、C2F4O基およびCF2O基はランダムに結合しており、p＋q＋r＝2〜200で、p,qまたはrは0であり得る。このような一般式で表わされるポリエーテル系ふっ素油の具体例としては、以下のようなものがある。
(1)RfO〔CF(CF3)CF2O〕mRf
ここで、mは2〜200で、これはヘキサフルオロプロペンの光酸化重合で生成した先駆体を完全にふっ素化することにより、あるいはふっ化セシウム触媒の存在下にヘキサフルオロプロペンオキシドをアニオン重合させ、得られた末端−CF(CF3)COF基を有する酸フロリド化合物をふっ素ガス処理することにより得られる。
(2)RfO〔CF(CF3)CF2O〕m(CF2O)nRf
ここで、CF(CF3)CF2O基およびCF2O基はランダムに結合しており、m＋n＝3〜200、m：n＝(10：90)〜(90：10)であり、これはヘキサフルオロプロペンの光酸化重合で生成した先駆体を完全にふっ素化することにより得られる。
(3)RfO(CF2CF2O)m(CF2O)nRf
ここで、m＋n＝3〜200であり、m：n＝(10：90)〜(90：10)であり、これはテトラフルオロエチレンの光酸化重合で生成した先駆体を完全にふっ素化することにより得られる。
前記一般式で表わされる以外のふっ素油も用いることができ、例えば次のようなポリエーテル系ふっ素油が用いられる。
(4)F(CF2CF2CF2O)nCF2CF3
ここでn＝2〜100であり、これはふっ化セシウム触媒の存在下に2,2,3,3−テトラフルオロオキセタンをアニオン重合させ、得られた含ふっ素ポリエーテル(CH2CF2CF2O)nを160〜300℃の紫外線照射下でふっ素ガス処理することにより得られる。具体例として挙げた以上のふっ素油は、単独もしくは混合して用いることができるが、コストパーフォーマンスの点からは、上記(1)または(2)のフッ素油が好んで用いられる。
これらのふっ素油は、どのような値の動粘度のものでも使用できるが、潤滑剤としては5〜2000mm2／秒(40℃)、高温条件下での使用を考慮すると好ましくは100〜1500mm2／秒(40℃)のものが用いられる。すなわち、約5mm2／秒以下のものは蒸発量が多く、耐熱用グリースの規格であるJIS転がり軸受用グリース3種で規定されている蒸発量1.5%以下という条件を満たさなくなる。また、2000mm2／秒以上の動粘度のものは、流動点(JIS K-2283)が10℃以上となり、通常の方法では低温起動時に軸受が回転せず、それを使用可能とするには加熱する必要がある。そのため、一般的なグリースとしての使用適格を欠くことになる。
導電性物質としては、DBP吸油量(ASTM D1765-91準拠)が250ml/100g以下、好ましくは150ml/100g以下、さらに好ましくは140ml/100g以下のカーボンブラックが用いられる。DBP吸油量がこれ以上のものを用いると、少量の添加でも凝集してしまい、グリースが硬くなるため、良好な離油特性を得ることができなくなる。
かかる性状を有するカーボンブラックは、導電性グリース中5〜20重量％、好ましくは5〜15重量％、さらに好ましくは10〜15重量％を占めるような添加割合で用いられる。このような割合で用いられたカーボンブラックは、良好な導電性および離油特性を確保し、同時にグリースの稠度を適当なものとする。これ以下の添加割合では、十分な離油特性が得られず、一方これ以上の添加割合で用いられると、グリース組成物が硬くなり、用途に適した特性を発揮できなくなる。
増稠剤としての含フッ素樹脂粒子としては、ポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕粒子、テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体〔PFA〕粒子、エチレン-テトラフルオロエチレンポリマー〔ETFE〕粒子、ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンコポリマー〔FEP〕粒子、ポリフッ化ビニリデン〔PVDF〕粒子等の含フッ素樹脂粒子、好ましくはPTFE粒子であって、その平均一次粒子径が1.0μm以下、好ましくは0.1〜0.5μmのものが使用される。ここで、平均一次粒子径とは、走査型電子顕微鏡で観察された写真上の粒子100個以上についてそれらの粒子径を測定し、その平均値として求められる。なお、粒子の相互凝集によって形成された二次凝集粒子は含まれない。
PTFEは、好ましくはテトラフルオロエチレンの乳化重合法によって合成され、数平均分子量Mnが約1,000〜1,000,000程度で、平均一次粒子径が約500μm以下のものが得られるが、これを熱分解法、電子線照射法、γ線照射法、物理的粉砕法などにより、数平均分子量Mnを約1,000〜500,000程度で、平均一次粒子径が1.0μm、好ましくは0.1〜0.5μmとしたものが選別して用いられる。かかるPTFE粒子は、約250〜400℃、好ましくは約300〜350℃の融点を有している。
平均一次粒子径が1.0μm以上のPTFE粒子を用いると、高温時での離油特性の悪化を招き、耐飛散性や耐漏洩性の向上、長寿命化、安定した導電特性などが十分に期待できない。また、かかるPTFE粒子等の含フッ素樹脂粒子は、グリース組成物中2〜15重量％、好ましくは2〜9重量％、さらに好ましくは3〜7重量％の添加割合で用いられる。添加割合がこれよりも低いと、十分な離油抑制効果が得られず、また耐飛散性や耐漏洩性の向上が十分期待できず、一方これ以上の添加割合では、離油特性の向上がみられないばかりではなく、かえって悪化する傾向がみられる。
含フッ素樹脂粒子以外の増稠剤、例えばウレア樹脂、シリカ、ベントナイト等の鉱物、有機顔料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等を含フッ素樹脂粒子増稠剤と併用することもでき、耐熱性や潤滑性の点からはジウレア、トリウレア、テトラウレア等のウレア樹脂またはシリカが望ましい。
かかる基本組成からなる導電性グリースには、必要に応じて酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、極圧剤、油性剤、固体潤滑剤など、従来の潤滑剤に使用されている公知の添加剤を用途に応じて配合することができる。
酸化防止剤としては、例えば2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、4,4’-メチレンビス（2,6-ジ第3ブチルフェノール）などのフェノール系酸化防止剤や、アルキルジフェニルアミン（アルキル基は炭素数4〜20のもの）、トリフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキル化フェノチアジンなどのアミン系酸化防止剤などが挙げられ、これらは単独または２種以上を混合して用いることができる。
防錆剤としては、例えば脂肪酸、脂肪酸石鹸、アルキルスルホン酸塩、脂肪酸アミン、酸化パラフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどを挙げることができる。
腐食防止剤としては、例えばベンゾトリアゾールやベンゾイミダゾール、チアジアゾールなどを挙げることができる。
極圧剤としては、例えばリン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩などのリン系化合物、スルフィド類、ジスルフィド類などの硫黄系化合物、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニルなどの塩素系化合物およびジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンなどの有機金属化合物などを挙げることができる。
油性剤としては、例えば脂肪酸、高級アルコール、多価アルコール、多価アルコールエステル、脂肪酸エステル、脂肪族アミン、脂肪酸モノグリセライドなどを挙げることができる。
また、固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン、窒化ホウ素、窒化シランなどを挙げることができる。
以上の各成分よりなる潤滑グリース組成物は、フッ素油に導電性物質、増稠剤および必要な添加剤を所定量配合し、3本ロールまたは高圧ホモジナイザーで十分混練することにより調製される。
次に、実施例について本発明を説明する。
導電性グリースの調製
4種類のフッ素油基油Ａ〜Ｄを用い、カーボンブラックとしてＡ〜Ｃの3種類のものを用い、また増稠剤としてＡ〜Ｄの4種類のものを用い、表の配合組成（単位：重量％）に示すように、実施例1〜11および比較例1〜5のグリースを調製した。
《基油》
Ａ）RfO〔CF(CF3）CF2O〕mRf 動粘度（40℃） 400mm2／秒
Ｂ）RfO〔CF(CF3）CF2O〕mRf 動粘度（40℃） 230mm2／秒
Ｃ）RfO〔CF(CF3）CF2O〕mRf 動粘度（40℃） 100mm2／秒
Ｄ）RfO〔CF(CF3）CF2O〕m(CF2O)nRf 動粘度（40℃） 390mm2／秒
《カーボンブラック》
Ａ）DBP吸油量 68ml／100g
Ｂ）DBP吸油量140ml／100g
Ｃ）DBP吸油量360ml／100g
《増稠剤》
Ａ）ポリテトラフルオロエチレン
(乳化重合法、融点323〜333℃、平均一次粒子径0.12μm)
Ｂ）ポリテトラフルオロエチレン
(乳化重合法、融点328〜338℃、平均一次粒子径0.3μm)
Ｃ）ポリテトラフルオロエチレン
(懸濁重合法、融点320〜330℃、平均一次粒子径約9μm)
Ｄ）ポリテトラフルオロエチレン
(懸濁重合法、融点313〜323℃、平均一次粒子径約5μm)
導電性グリースについての各種試験
得られたグリースについて、次のような試験を行った。
１）稠度試験
実施例1〜11および比較例1〜5の各導電性グリースについて、下記条件で稠度を測定した。
ASTM D217に対応するJIS K2220.5.7に準拠
25℃、60W
２）離油度の確認試験
実施例1〜11および比較例1〜5の各導電性グリースについて、下記条件で離油度(単位：重量％)を測定した。
《測定条件》
ASTM D6184に対応するJIS K2220.5.7に準拠
温度：250℃
時間：24時間
３）体積抵抗率の測定試験
実施例1〜11および比較例1〜5の各導電性グリースについて、10cm径の2枚の円板状電極間(間隙1mm)にグリースを挟み、30分後の抵抗値と試料厚さ、電極面積とから、次式により体積抵抗率を求めた。
ρv＝Rv×(s/t)
ρv：体積抵抗率(単位：Ω・cm)
Rv：30分後の抵抗値(単位：Ω)
s：電極面積(単位：cm2)
t：試料厚さ(単位：cm)
Figure 2010010789
本発明に係る導電性グリースは、低離油性でありしかも静電気の放電機能と高温耐久性とが求められるグリースとして、転がり軸受、すべり軸受等に用いられ、特に静電転写複写機の感光ドラムや定着ロールの軸受等に好適に用いられる。また、静電転写複写機のブッシュや接点部分にも用いられる。
その他、導電性はそれ程要求されないが、耐熱性、潤滑性、耐久寿命などが要求される潤滑用途に使用することもでき、例えば次のような適用用途を挙げることができる。
自動車：電動ラジエータファンモータ、ファンカップリング、電子制御EGR、電子制御スロットルバルブ、オルターネータ、アイドラプーリ、電動ブレーキ、ハブユニット、ウォーターポンプ、パワーウィンドウ、ワイパ、電動パワーステアリング等の耐熱性、耐荷重性、せん断安定性が要求される転がり軸受、すべり軸受またはギヤ部分。
自動変速機用コントロールスイッチ、レバーコントロールスイッチ、プッシュスイッチ等の耐熱性、せん断安定性、耐摩耗性が要求される電気接点部分。
ビスカスカップリングのXリング部分、排気ブレーキのOリング等、耐熱性、せん断安定性が要求されるゴムシール部分。
樹脂製造装置：フィルムテンター、フィルムラミネータ、バンバリーミキサ等の耐熱性、耐荷重性が要求される転がり軸受、すべり軸受、ピン、オイルシール、ギヤ等。
製紙装置：耐熱性、耐荷重性が要求されるコルゲートマシン等の転がり軸受、すべり軸受、ピン、オイルシール、ギヤ等。
木材加工装置：耐熱性、耐荷重性が要求されるコンチプレス等の転がり軸受、すべり軸受、ピン、オイルシール、ギヤ等。
食品用機械：パン焼器、オーブン等のリニアガイド、耐熱性、耐摩耗性が要求される転がり軸受等。
その他：半導体製造装置、液晶製造装置、電子顕微鏡等の真空ポンプにおける転がり軸受、ギヤ等。
電力制御装置の遮断機の転がり軸受、自動車のヘッドライト、シート、ABS、ドアロック、ドアヒンジ、クラッチブースタ、２分割フライホイール、ウィンドレギュレータ、ボールジョイント、クラッチブースタ等の転がり軸受、すべり軸受、ギヤ、摺動部等。
パーソナルコンピュータの冷却ファン、掃除機、洗濯機等の転がり軸受、すべり軸受、オイルシール等。
家電・情報機器、工作機械のスピンドルまたはサボモータ等の転がり軸受、すべり軸受等。
携帯電話、パーソナルコンピュータのヒンジ摺動部等。
PTFEは、好ましくはテトラフルオロエチレンの乳化重合法によって合成され、数平均分子量Mnが約1,000〜1,000,000程度で、平均一次粒子径が約500μm以下のものが得られるが、これを熱分解法、電子線照射法、γ線照射法、物理的粉砕法などにより、数平均分子量Mnを約1,000〜500,000程度で、平均一次粒子径が1.0μm以下、好ましくは0.1〜0.5μmとしたものが選別して用いられる。かかるPTFE粒子は、約250〜400℃、好ましくは約300〜350℃の融点を有している。

Claims (11)

  1. フッ素油、導電性物質および増稠剤からなる導電性グリースにおいて、導電性物質としてDBP吸油量が250ml/100g以下のカーボンブラック5〜20重量％および増稠剤として平均一次粒子径が1.0μm以下の含フッ素樹脂粒子2〜15重量％をぞれぞれ配合してなる導電性グリース。
  2. DBP吸油量が150ml/100g以下のカーボンブラックが用いられた請求項１記載の導電性グリース。
  3. 含フッ素樹脂粒子がPTFE粒子である請求項１記載の導電性グリース。
  4. 平均一次粒子径が0.1〜0.5μmのPTFE粒子が用いられた請求項３記載の導電性グリース。
  5. 含フッ素樹脂粒子が2〜9重量％添加された請求項１記載の導電性グリース。
  6. 含フッ素樹脂粒子が2〜9重量％添加された請求項３記載の導電性グリース。
  7. 含フッ素樹脂粒子が3〜7重量％添加された請求項１記載の導電性グリース。
  8. 含フッ素樹脂粒子が3〜7重量％添加された請求項３記載の導電性グリース。
  9. 転がり軸受またはすべり軸受に用いられる請求項１記載の導電性グリース。
  10. 静電転写複写機の感光ドラムおよび定着ロールの少くとも一方の軸受に用いられる請求項９記載の導電性グリース。
  11. 静電転写複写機のブッシュおよび／または接点部分に用いられる請求項１記載の導電性グリース。
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