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TWI481704B - Grease composition and a linear mobile device using the grease composition - Google Patents

Grease composition and a linear mobile device using the grease composition Download PDF

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TWI481704B
TWI481704B TW098112056A TW98112056A TWI481704B TW I481704 B TWI481704 B TW I481704B TW 098112056 A TW098112056 A TW 098112056A TW 98112056 A TW98112056 A TW 98112056A TW I481704 B TWI481704 B TW I481704B
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TW
Taiwan
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oil
fat
olefin
poly
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TW098112056A
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TW201005083A (en
Inventor
Yukitoshi Fujinami
Shigeo Hara
Hiroyuki Kitano
Kensaku Fujinaka
Hironori Yoshimura
Yasushi Ohara
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co filed Critical Idemitsu Kosan Co
Publication of TW201005083A publication Critical patent/TW201005083A/zh
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Description

油脂組成物及使用該油脂組成物之線性移動裝置
本發明係關於油脂組成物。更詳細而言，係關於無塵環境下所使用之線性移動裝置所使用之油脂組成物。
對潤滑齒輪或軸承等，為防止摩擦，提高驅動效率或機械壽命，使用油脂。另一方面，於無塵室(Clean Room)、精密機械製造、半導體製造、平面顯示器製造、及食品製造等之需要無塵環境之領域，因自油脂發生(以下亦稱為「發塵」)之微細粒子(例如平均徑為5μm以下)影響製造物之良率(yield rate)，所以要求極力抑制如此之發塵。
因此，對如此用途，揭示自油脂抑制發塵，所謂的「低發塵油脂」。例如揭示配合10~35質量%之作為增稠劑之硬脂酸鋰皂、及0.5~15.0質量%之1種或2種以上選自氧化鏈烷烴及磷酸二苯酯所成群之化合物之油脂組成物(參考文獻1：特開2001-139975號公報)。另外，揭示配合組成物整體之15~30質量%之作為增稠劑之碳數為10以上之不具有羥基之脂肪酸的鋰鹽，且長度及直徑為2μm以下之纖維狀者之油脂組成物(參考文獻2：特開2004-352953號公報)。
然而，上述文獻1、2所揭示之油脂組成物，即使可某程度地抑制發塵，但耐荷重性(極壓性)不足，不能涵蓋高荷重用途之潤滑性。另外，若配合通常所使用之耐荷重添加劑之ZnDTP或硫-磷系極壓劑時，對發塵造成不良影響。因此此等油脂組成物難以適用於特別要求低發塵性及潤滑性之無塵室用線性移動裝置。
因此，本發明之主要目的係提供即使於高荷重下，仍具有優異的潤滑性以及發塵少之油脂組成物、及使用該油脂組成物之線性移動裝置。
 發明之揭示
為解決上述課題，本發明係提供如下述之油脂組成物及使用該油脂組成物之線性移動裝置者。
[1]含40℃之動黏度為60~320mm2 /s之聚α-烯烴、及增稠劑之油脂組成物，以組合物總量基準，調配50質量%以上之前述聚α-烯烴而成，前述增稠劑係不具有羥基之碳數10~22之脂肪酸鋰鹽，非鋅系胺基二硫代甲酸鹽及/或胺基二硫代甲酸鋅係以硫份換算且組成物總量基準調配0.1~1.5質量%，該油脂組成物中磷量係組成物總量基準之0.05質量%以下，混和稠度為265~310為特徵之油脂組成物。
[2]前述本發明之油脂組成物中，以前述脂肪酸鋰鹽係硬脂酸鋰為特徵之油脂組成物。
[3]前述本發明之油脂組成物中，以前述聚α-烯烴係直鏈烯烴之寡聚物為特徵之油脂組成物。
[4]前述本發明之油脂組成物中，以該組成物係使用於無塵環境下所使用之線性移動裝置為特徵之油脂組成物。
[5]前述本發明之油脂組成物中，以前述線性移動裝置係含有滾珠螺桿(Ball Screw)等之轉動裝置作為機械要素，該組成物被使用於前述滾珠螺桿等之轉動裝置為特徵之油脂組成物。
[6]前述本發明之油脂組成物中，以前述線性移動裝置具有藉由齒輪之減速機構，該組成物被使用於前述齒輪為特徵之油脂組成物。
[7]使用前述本發明之油脂組成物為特徵之線性移動裝置。
若依據本發明之油脂組成物，因為即使於高荷重下，仍具有優異的潤滑性以及發塵少，所以特別適合使用於無塵室用線性移動裝置。
用以實施發明之最佳型態
以下係詳述用以實施本發明之最佳型態。
本實施型態之油脂組成物(以下亦稱「本組成物」。)係含聚α-烯烴、及增稠劑所構成。
在此，作為聚α-烯烴，可適用於潤滑油領域所使用者。但是，必須40℃之動黏度為60~320mm2 /s，以70~200mm2 /s為宜。若40℃之動黏度未滿60mm2 /s時，耐荷重性能降低。另一方面，若40℃之動黏度超過320mm2 /s時，耐磨損性降低，尤其微動磨耗(Fretting)有變大之虞。
此聚α-烯烴係相當於本組成物中之基油者。因為聚α-烯烴係發塵少，並且黏度指數高，所以作為基油使用時，組成物對溫度變化之黏度變化小，對廣範圍的溫度，特性不易變化。因此，必須以組合物總量基準，調配50質量%以上，以60質量%以上為宜，以70質量%以上較佳，以80質量%以上更好，以90質量%以上最好。聚α-烯烴之含量未滿50質量%時，將損害聚α-烯烴之特徵。
作為基油，僅配合前述量之規定聚α-烯烴即可，只要不損害本發明之效果，可再配合其他合成油或礦物油。作為如此合成油係可使用傳統已知之各種者，可使用例如聚丁烯、多元醇酯、二元酸酯(Dibasic Acid Esters)、磷酸酯、聚苯基醚、烷基苯、烷基萘、聚氧伸烷基二醇、新戊二醇、矽油、三甲醇丙烷、季戊四醇、進而受阻酯等。另外，作為礦物油，可使用傳統已知之各種者，可舉例如鏈烷烴基系礦物油、中間基系礦物油、環烷基系礦物油等。作為具體例係可列舉由溶劑精製或氫精製之輕質中性油、中間中性油、重質中性油或亮滑油(bright stock)等。
作為如此的合成油或基油，40℃之動黏度係與前述聚α-烯烴相同範圍為宜。
本組成物所配合之增稠劑係不具有羥基之碳數10~22之脂肪酸鋰鹽。
脂肪酸鋰鹽若具有羥基時，發塵量變多，不適合。另外，脂肪酸鋰鹽之碳數為9以下時，增稠效果變小，難以油脂化。另一方面，脂肪酸鋰鹽之碳數為23以上時，難以製造，亦難以取得，作為工業製品並不實用，所以不適宜。因此，脂肪酸鋰鹽之適合碳數係14~20。
作為如此之脂肪酸鋰鹽，就增稠效果高，耐熱性亦優異之觀點，以硬脂酸鋰為主體者最適宜。
本組成物中，作為極壓劑，配合以硫份換算為0.1~1.5質量%(組成物總量基準)之非鋅系胺基二硫代甲酸鹽(Dithiocarbamate)及胺基二硫代甲酸鋅中至少任一種。
作為非鋅系胺基二硫代甲酸鹽，可列舉伸甲基雙二乙基胺基二硫代甲酸鹽、伸甲基雙二丁基胺基二硫代甲酸鹽、伸甲基雙二戊基胺基二硫代甲酸鹽、伸甲基雙二芳基胺基二硫代甲酸鹽、胺基硫代甲酸鹽衍生物等。
作為胺基二硫代甲酸鋅，可列舉二戊基胺基二硫代甲酸鋅、二芳基胺基二硫代甲酸鋅、氧硫胺基二硫代甲酸鋅、硫胺基二硫代甲酸鋅等。尤其，廣泛市售，容易取得之二戊基胺基二硫代甲酸鋅為宜。
此等化合物係可使用單獨1種，或複合2種以上使用。
在此，非鋅系胺基二硫代甲酸鹽及胺基二硫代甲酸鋅中至少任一種之配合量，以硫份換算，未滿0.1質量%時，不能得到充分的耐荷重性能，另一方面，超過1.5質量%時，因容易發生熱硬化，所以油脂組成物的壽命變短。另外，非鋅系胺基二硫代甲酸鹽及胺基二硫代甲酸鋅中至少任一種之配合量，以硫份換算，以0.3~1.0質量%為宜，以0.3~0.7質量%尤佳。
本組成物中，磷量係組成物總量基準之0.05質量%以下，以0.03質量%以下為宜。
組成物中的磷量若超過組成物總量基準之0.05質量%時，有發塵變大之虞。因此，不宜添加ZnDTP、硫-磷系極壓劑、或TCP等之含磷極壓劑。假設添加時，應止於必要最低限度。
另外，本組成物中，混合稠度為265~310(依據JIS(Japanese Industrial Standard)K2220.7)。混合稠度若未滿265時，油脂組成物因「過硬」而耐磨損性降低。尤其微動磨耗有變大之虞。另一方面，混合稠度若超過310時，油脂組成物因「過軟」而發塵變大。
具備上述結構之油脂組成物，因為具有優異的潤滑性及發塵少，所以適合使用於低發塵型之轉動裝置(轉動軸承、滾珠螺桿、線性導軌(Linear guide)等之進行轉動運動裝置)。例如可適合使用電動汽缸、電動式線性制動器(Linear Actuator)、千斤頂(jack)、線性運作機等之無塵室用線性移動裝置。尤其於高荷重用途，此線性移動裝置含滾珠螺桿作為機械要素時具有效果，進而，此線性移動裝置具有藉由齒輪之減速機制時亦有效。
本發明之油脂組成物中，於達到本發明目的之範圍內，因應需要，亦可配合抗氧化劑、防銹劑、固體潤滑劑、填充劑、油性劑、金屬鈍化劑等之添加劑。
作為抗氧化劑，可舉例如烷基化二苯胺、苯基-α-萘胺、烷基化-α-萘胺等之胺系抗氧化劑、2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、4,4’-伸甲基雙(2,6-二-叔丁基苯酚)等之苯酚系抗氧化劑等，此等通常係以0.05~2質量%之比率使用。
作為防銹劑，可列舉亞硝酸鈉、石油磺酸鹽、山梨糖醇酐單油酸酯、脂肪酸皂、胺化合物等。
作為固體潤滑劑，可列舉聚醯亞胺、PTFE、石墨、金屬氧化物、氮化硼、三聚氰胺氰尿酸酯(MCA)、二硫化鉬等。如上述之各種添加劑係可單獨，或組合數種配合，本發明之潤滑油添加劑並非抑制此等效果者。
 [實施例]
以下係舉實施例及比較例，更詳細地說明本發明，但本發明並非受此等實施例之記載內容任何限制者。
[實施例1~7，比較例1~13] (製造油脂組成物)
實施例及比較例之各油脂組成物係如下述製造。各油脂組成物之配合組成如表1~3所示。
<實施例1~7，比較例1~5，比較例8~13>
(1)使如表所示之配合比率之部份基油(油脂完成量之50質量%)及硬脂酸，於反應釜中攪拌下加熱溶解。
(2)接著，將如表所示之氫氧化鋰(一水合物)之5倍水溶液者，添加於(1)之組成物，加熱混合。
(3)油脂組成物之溫度達到200℃後，保持5分鐘。
(4)接著，添加剩餘的基油後，以50℃/1小時之速度冷卻至80℃，如表所示，添加混合抗氧化劑、防銹劑．極壓劑。
(5)進而，於室溫下自然放冷後，進行銑削(milling)處理，得到如表所示稠度之油脂組成物。
<比較例6>
(1)使如表所示之配合比率之基油半量及二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯(組成物總量之4.1質量%)，於反應釜中攪拌下，以60~70℃加熱溶解。
(2)將溶解月桂基胺(組成物總量之6.0質量%)於基油剩餘量者，添加於(1)之組成物，加熱混合。
(3)油脂組成物之溫度達到160℃後，保持60分鐘。
(4)以50℃/1小時之速度冷卻至80℃，如表所示，添加混合抗氧化劑、防銹劑．極壓劑。
(5)進而，於室溫下自然放冷後，進行銑削(milling)處理，得到如表所示稠度之油脂組成物。
<比較例7>
除了將實施例1中之硬脂酸改變成12羥基硬脂酸以外，以相同製法製造。
(※ 1)聚α-烯烴，動黏度(40℃)28.8mm2 /s，動黏度(100℃)5.6mm2 /s，密度(15℃)0.826g/cm3
(※ 2)聚α-烯烴，動黏度(40℃)63mm2 /s，動黏度(100℃)9.8mm2 /s，密度(15℃)0.835g/cm3
(※ 3)聚α-烯烴，動黏度(40℃)396mm2 /s，動黏度(100℃)14mm2 /s，密度(15℃)0.849g/cm3
(※ 4)偏苯三酸-三-2乙基己酯
(※ 5)工業用硬脂酸、硬脂酸：棕櫚酸：肉豆蔻酸：油酸=64：30：5：1(質量%比)之混合物
(※ 6)月桂基胺及二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯之反應產物
(※ 7)二戊基胺基二硫代甲酸鋅
(※ 8)伸甲基雙二丁基胺基二硫代甲酸鹽
(※ 9)一代-二(2乙基己基)二硫代磷酸鋅
(※ 10)Lubrizol公司製Angramol 99表1~3中，所謂極壓劑之硫量係表示來自極壓劑之硫對油脂組成物總量之含有率。因此，不含基油或其他添加劑中所含硫份。
[評估方法]
對於上述實施例．比較例之油脂組成物，評估性狀、耐磨損性及發塵性。具體的評估方法如下所示。
混合稠度：以JIS K2220.7.5所規定的方法測定。
硫份：以ASTM(American Society for Testing and Materials)D1552所規定的方法測定。
微動磨耗試驗：使用ASTM D4170(潤滑油脂之耐微動磨耗評估方法)所規定之試驗機，僅改變頻率為25Hz，周圍溫度為25℃，進行測定22小時，自試驗前後之軸承(bearing)質量變化，算出磨耗量。
高速四球試驗：以ASTM D2596所規定之方法測定融合荷重，評估耐荷重性能。
發塵試驗：使用無塵室(ISO(International Organization for Standardization)14644-1所規定之class2)內所設置之滾珠螺桿，評估來自油脂組成物之發塵程度。具體上，於滾珠螺桿(直徑為16mm，導程(Lead)為8mm)之螺桿面整體，填充20g之油脂組成物，以球形螺帽(ball-nut)速度為100mm/s，行程(stroke)為150mm之條件，進行運轉50小時。自最近往返中心部位之螺桿所設置的吸氣口採取空氣(吸引速度為3L/min)，由微粒子計數器(Rion(股)製KC-03B)計數0.3μm以上之微粒子作為發塵數。以個/10L之單位表示試驗時間(50小時)之總計測數量。
滾珠螺桿負荷試驗：使用圖1所示之電動汽缸10((股)Tsubaki Emerson製，動力缸(power cylinder)LPTB500H4)，進行滾珠螺桿負荷試驗。圖2係放大表示電動汽缸10之滾珠螺桿部份11。滾珠螺桿部份11係含球形螺帽111、螺桿軸112及滾珠所構成。藉由於此螺絲軸112(螺桿整面)，填充40g之油脂組成物，以荷重5000N，行程為365mm，軸速為120mm/s之條件，137000次往返(移動距離為100km)，評估高荷重條件之潤滑性。具體上，於試驗後，分解滾珠螺桿部份11，觀察螺桿、螺帽、滾珠之損傷。另外，此滾珠螺桿負荷試驗係僅對實施例1及比較例1之油脂組成物進行。
[評估結果]
評估結果係如表1~3所示。另外，實施例1及比較例1之滾珠螺桿負荷試驗之結果係如下所示。
．螺桿的狀態
實施例1：不剝離，比較例1：剝離(4列)
．螺帽的狀態
實施例1：不磨耗，比較例1：磨耗
．滾珠的狀態
實施例1：不剝離，比較例1：剝離(20個)
由表1~3及前述滾珠螺桿負荷試驗之結果所示，可知實施例1~7之油脂組成物係任一種皆具有優異的潤滑性及低發塵性。
另一方面，比較例1雖配合ZnDTC作為極壓劑，但因為該添加量過少，潤滑性差。比較例2係因為稠度過小(過硬)，所以微動磨耗多。比較例3係相反地因為稠度過大(過軟)，所以發塵變多。比較例4係因為基油黏度過高，所以微動磨耗多。比較例5係相反地因為基油黏度過低，所以耐荷重性能惡化。比較例6係因為增稠劑為尿素，所以發塵變多。比較例7係因為使用含羥基之鋰皂作為增稠劑，所以發塵變多。比較例8係因為使用ZnDTP作為增稠劑，所以發塵變多。比較例9係因為使用硫-磷系添加劑作為極壓劑，所以發塵變多。比較例10、11使用磷系添加劑作為極壓劑，耐荷重性能不足。比較例12係併用ZnDTC及磷系添加劑，結果係磷份濃度變得過高，發塵變多。比較例13係因為使用酯作為基油，所以發塵變多。
10．．．電動汽缸
11．．．滾珠螺桿部份
111．．．球形螺帽
112．．．螺桿軸
圖1係表示有關於本發明實施例之電動汽缸之外形圖。
圖2係表示圖1之電動汽缸中滾珠螺桿部份之結構擴大圖。
10．．．電動汽缸
11．．．滾珠螺桿部份

Claims (8)

  1. 一種油脂組成物，其係含有40℃之動黏度為60~320mm2 /s之聚α-烯烴、及增稠劑之油脂組成物，其特徵係以組成物總量基準，調配50質量%以上之前述聚α-烯烴而成，前述增稠劑係不具有羥基之碳數10~22之脂肪酸鋰鹽，非鋅系胺基二硫代甲酸鹽及/或胺基二硫代甲酸鋅係以硫份換算且組成物總量基準調配0.1~1.5質量%，該油脂組成物中之磷量係組成物總量基準之0.05質量%以下，混和稠度為265~310。
  2. 如申請專利範圍第1項之油脂組成物，其中前述脂肪酸鋰鹽係選自由硬脂酸鋰、棕櫚酸鋰、肉荳蔻酸鋰及油酸所構成之群中之至少1種。
  3. 如申請專利範圍第1項之油脂組成物，其中前述脂肪酸鋰鹽係硬脂酸鋰。
  4. 如申請專利範圍第1項之油脂組成物，其中前述聚α-烯烴係直鏈烯烴之寡聚物。
  5. 如申請專利範圍第3項之油脂組成物，其中前述聚α-烯烴係直鏈烯烴之寡聚物。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之油脂組成物，其中該組成物係使用於無塵環境下所使用之線性移動裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項之油脂組成物，其中前述線性移動裝置係含有滾珠螺桿(Ball Screw)等之轉動裝置作為機械要素，該組成物被使用於前述滾珠螺桿等之轉動裝置。
  8. 如申請專利範圍第6項之油脂組成物，其中前述線性移動裝置具有藉由齒輪之減速機構，該組成物被使用於前述齒輪。
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