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JP2007016168A - 樹脂潤滑用グリース組成物及び減速装置 - Google Patents

樹脂潤滑用グリース組成物及び減速装置 Download PDF

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JP2007016168A
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Kyodo Yushi Co Ltd
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Abstract

【課題】 室温のみならず高温雰囲気下の中でも低い摩擦係数を示し、かつ樹脂ギア等の寿命を大幅に延命させることができる樹脂潤滑用グリース組成物、このグリース組成物を封入した減速装置を提供すること。
【解決手段】 増ちょう剤と基油を含み、添加剤として粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有する樹脂潤滑用グリース組成物及びこれを封入した減速装置。

Description

本発明は、樹脂潤滑用グリース組成物に関し、特に、摩擦力の低減を目的とした樹脂潤滑用グリース組成物であって、例えば自動車用の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）に使用するのに好適なグリース組成物、並びに該グリース組成物を封入した減速装置に関するものである。
電動パワーステアリングの減速機構は鋼製のウォームギアと樹脂製のホイールから構成される。ホイールの樹脂としては通常は、ポリアミド（ナイロン）が使用され、潤滑形態は鋼と樹脂との滑りである。このような潤滑機構部品としては他にワイパーモーター用減速機やドアロック用アクチュエーター、パワーウィンドモーター等があり樹脂材にはエンジニアリングプラスチックが使用されている。
潤滑剤にはＢａ複合石けんを増ちょう剤とし、ポリαオレフィンを基油としたグリースが使用されているが潤滑性および耐久寿命で必ずしも満足されていない。今後、自動車、電化製品、精密機器などでエンジニアリングプラスチックの使用量増加が見込まれ、これに伴い、鋼−樹脂の組み合わせによる滑り潤滑および転がり滑り潤滑が増えると予想される。
樹脂ギアの破損は、その殆どが摩擦熱により樹脂材が軟化して摩耗が進行し寿命に至る。特に高温雰囲気では雰囲気温度も加わるため摩擦熱による影響は非常に大きい。鋼−樹脂の組み合わせによる潤滑のメカニズムは現在のところあまり解明されておらず、鋼−鋼で代表される反応型添加剤では摩擦係数の低減効果が見られないことからＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)などの軟らかい樹脂系添加剤や油性剤などにより摩擦抵抗を緩和する方法が多く取られている。
特許文献１には、脂肪酸金属石けんを増ちょう剤として摩擦係数を低減させたグリース組成物の例が記載されているが、充分な低摩擦係数効果は得られていない。また、特許文献１には、ＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんの実施例はなく、ＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを、粉末状でグリースの添加剤として使用された例は今までに報告されていない。
また特許文献２には、増ちょう剤としてＬｉステアレートとＬｉヒドロキシステアレートを併用した潤滑グリース組成物が記載されているが、両者は増ちょう剤として使用されており、粉末状の脂肪酸金属石けんを添加するという技術思想は開示されていない。
特開２００４−２５０４８１ 特開２００２−３６３５９０
従って、本発明の目的は、樹脂潤滑用グリースを提供することであり、特に、室温のみならず高温雰囲気下の中でも低い摩擦係数を示し、かつ樹脂ギア寿命を大幅に延命させることができる樹脂潤滑用グリース組成物を提供することである。
本発明の他の目的は上記グリース組成物を封入した減速装置を提供することである。
本発明は以下の樹脂潤滑用グリース組成物を提供するものである。
１．増ちょう剤と基油を含み、添加剤として、粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有する樹脂潤滑用グリース組成物。
２．基油が合成炭化水素油である上記１記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
３．鋼と樹脂との滑り潤滑用である上記１又は２記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
４．樹脂がエンジニアリングプラスチックである上記1〜３のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
５．グリース組成物中のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんの含有量が、０．１〜２０質量％である上記1〜４のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
６．上記１〜５のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物を封入した減速装置。
７．自動車用の電動パワーステアリング用である上記６記載の減速装置。
本発明の樹脂潤滑用グリース組成物は、添加剤として粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有しているため、室温のみならず高温雰囲気下の中でも低い摩擦係数を示し、樹脂ギア等の寿命を大幅に延命させることができる。添加剤として粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを添加したことにより摩擦係数が低減する理由は明らかではないが、次のように推察される。
粉末状の脂肪酸金属石けん自身が表面の凝集エネルギーの小さい層状の構造となっており、このような構造の結晶に沿ってせん断を加えた場合、層間に沿って結晶が割れて滑りやすい。このため摩擦の起こっている二つの物体間に介在させることで摩擦力が低減され、潤滑効果が得られる。脂肪酸金属石けんが極性部分と無極性部分よりなる界面活性物質であることから、グリースに分散させることで金属表面に分子の吸着膜を形成する。また、脂肪酸金属石けんの粒子径が非常に小さいため潤滑部に入り込み易く、二つの物体間の直接接触による摩耗・摩擦を効果的に防止する。
本発明のグリース組成物に添加剤として使用するＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けん（以下単に「脂肪酸金属石けん」ともいう）としては、炭素原子数が好ましくは６〜２４、さらに好ましくは１２〜１８の脂肪酸の金属石けんが挙げられる。脂肪酸の好ましい具体例としてはステアリン酸、パルミチン酸等が挙げられる。
金属石けんとしては、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属石けん、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属石けん、Ｚｎ石けん、Ａｌ石けん、Ｌｉ石けん、等が挙げられる。
好ましいものは、ステアリン酸金属石けんであり、特にステアリン酸のＮａ，Ｍｇ，Ｚｎ又はＡｌ石けんが好ましい。
本発明に使用する脂肪酸金属石けんの粒径は、好ましくは１〜１００μｍであり、さらに好ましくは３〜２０であり、最も好ましくは１０μｍ前後である。
粒径が１００μｍを超えると潤滑部へ進入しにくくなり、良好な潤滑特性が得られにくく、また１μｍ未満にしても、効果の増大は見られない。
脂肪酸金属石けんは、グリース組成物中に分散された状態でも元の粒径、例えば、約１０μｍの粒径を維持する。また粒子径が小さいほど表面積が大きくなるため少量でも優れた効果が期待される。
本発明のグリース組成物中、脂肪酸金属石けんの添加量は、好ましくは０．１〜２０質量％、より好ましくは、１〜１０質量％である。０．１質量％未満では目的とする効果の発現が不十分であり、２０質量％を超えて添加しても効果が飽和してしまう。
脂肪酸金属石けんの特性はその潤滑性の他に、離形性、ゲル化性や撥水性、界面活性性などがある。脂肪酸金属石けんは各々の分野で広く使用され、プラスチック用滑剤、顔料分散剤、ゴム加硫促進剤、粉末冶金、鋳物、塗料、医薬品などの用途があげられる。
グリースの増ちょう剤としては既にステアリン酸金属石けんが使用されているが、これはグリース基油中でステアリン酸と金属化合物を反応させて製造するものであり、あらかじめ製造した粉末状の脂肪酸金属石けんをグリースの添加剤として更に添加して使用した例は今まで報告されていない。また、樹脂潤滑用として使用された例もなく、低い摩擦係数を示したという報告は皆無である。
本発明のグリース組成物に使用される増ちょう剤は、特に限定されず、全ての増ちょう剤が使用可能である。例えば、Li石けんや複合Li石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、ＰＴＦＥに代表される有機系増ちょう剤などが挙げられる。ウレア化合物は高温に耐え得る増ちょう剤であり、高温・高負荷条件で要求される用途にはウレア系グリースの使用が好ましく、本発明においても、特に好ましいのはウレア系増ちょう剤である。
本発明のグリース組成物中の増ちょう剤の含有量は、増ちょう剤の種類により異なる。本発明のグリース組成物のちょう度は、２３５〜４１５が好適であり、増ちょう剤の含有量はこのちょう度を得るのに必要な量となる。本発明のグリース組成物中、増ちょう剤の含有量は、通常１〜３０質量％、好ましくは３〜２０質量％である。
本発明のグリース組成物に使用される基油も特に限定されず、鉱油を始めとした全ての基油が使用可能である。その他、ジエステル，ポリオールエステルに代表されるエステル系合成油、ポリαオレフィン，ポリブテンに代表される合成炭化水素油、アルキルジフェニルエーテル、ポリプロピレングリコールに代表されるエーテル系合成油、シリコーン油、フッ素化油など各種合成油が使用可能である。特に好ましいものは合成炭化水素油（ポリαオレフィン）である。
本発明のグリース組成物には、必要に応じて通常のグリース組成物に汎用されている全ての添加剤が使用可能であり、例えば、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤などを添加することができる。
本発明のグリース組成物は、上記各成分及びその他の添加剤を所望の配合割合で混合することにより容易に製造することができる。
実施例１〜６及び比較例１〜６
下記の表１及び表２に示す処方のグリース組成物を以下に示すように調製し、ちょう度及び摩擦係数を測定した。比較例６は市販グリースである。
使用した増ちょう剤は以下のとおりである。
ジウレア
イソシアネート（ＭＤＩ）５７．５ｇを基油（ＰＡＯ）４２５ｇに混合して８０℃で完全溶解させた。別容器にアミン９２．５ｇ（オクチルアミンとオクタデシルアミンをモル比５：５で混合）を基油（ＰＡＯ）４２５ｇに混合して８０℃で完全溶解させたのち、イソシアネート／基油溶解物と８０℃で１時間攪拌し、反応させた。その後１６５℃まで昇温した後、攪拌しながら冷却したものをベースグリースとした。
Ｌｉヒドロキシステアレート
プレフォームされたＬｉヒドロキシステアレート１５０ｇに基油（ＰＡＯ）８５０ｇを混合して２３０℃まで昇温して完全溶解させた。その後、攪拌しながら冷却したものをベースグリースとした。
各ベースグリースに実施例、比較例に示す配合で添加剤および基油を加えて三本ロールミルでちょう度No.２グレードに調整した。
基油（ＰＡＯ) ：ポリαオレフィン油（８．０mm2/s ＠１００℃）
酸化防止剤 ：ジフェニールアミン
防錆剤 ：Ｃａスルフォネート
添加剤
Ａ：Ｍｇステアレート（粒径１５μｍ）
Ｂ：Ｎａステアレート（粒径２０μｍ）
Ｃ：Ｌｉステアレート（粒径３μｍ）
Ｄ：Ｍｇヒドロキシステアレート（粒径１５μｍ）
Ｅ：Ｌｉヒドロキシステアレート（粒径３μｍ）
Ｆ：ＰＴＦＥ（粒径０．２μｍ）
Ｇ：ＺｎＤＴＰ（液体）
評価試験方法
バウデン試験
水平に配置したプレート（Ｓ４５Ｃ）上に試料グリース（１ｇ）を塗布し、プレートに対してピン（ＭＣナイロン製φ５．０の円柱）を垂直に接触させ、ピンに荷重をかけてプレートを水平方向に摺動させたときにピンにかかる抵抗力（摩擦力）を測定する。
試験条件
摺動速度 ：１mm／ｓ
摺動距離 ：１５mm
荷重 ：１０Ｎ（※面圧 ０．５MPa)
測定温度 ：６０℃
繰り返し数：ｎ＝２
Figure 2007016168
Figure 2007016168
粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有する本発明の実施例１〜６の樹脂潤滑用グリース組成物は摩擦係数が０．０３〜０．０４と低い。これに対して粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有しない比較例１のグリース組成物の摩擦係数は０．１８と高い。また、ＯＨ基を含む脂肪酸金属石けんを含有する比較例２及び３のグリース組成物の摩擦係数は０．０９であり、ＰＴＦＥを含有する比較例４、ＺｎＤＴＰを含有する比較例５及び市販品である比較例６のグリース組成物の摩擦係数は０．１４〜０．１６と高い。
上記結果は、粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有させることにより、樹脂潤滑用グリース組成物の摩擦係数を顕著に低減しうることを示している。

Claims (7)

  1. 増ちょう剤と基油を含み、添加剤として、粉末状のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんを含有する樹脂潤滑用グリース組成物。
  2. 基油が合成炭化水素油である請求項１記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
  3. 鋼と樹脂との滑り潤滑用である請求項１又は２記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
  4. 樹脂がエンジニアリングプラスチックである請求項1〜３のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
  5. グリース組成物中のＯＨ基を含まない脂肪酸金属石けんの含有量が、０．１〜２０質量％である請求項1〜４のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の樹脂潤滑用グリース組成物を封入した減速装置。
  7. 自動車用の電動パワーステアリング用である請求項６記載の減速装置。
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