JP6405216B2 - すべり案内面用潤滑油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械等のすべり案内面の潤滑に好適に用いられる潤滑油組成物に関する。

工作機械によって高精度な加工を行うためには、工作機械の送り軸の位置決め精度が優れていることが必要であり、物によってはミクロン単位の精度が要求される。しかし、すべり案内面を有する工作機械では案内面において発生する摩擦抵抗のために、位置決め精度が低下してしまうことがあるので潤滑油が使用されており、この案内面に使用される潤滑油には低摩擦であることが要求される。

また、工作機械に用いる潤滑油は、上記の如き案内面のみならず歯車等の潤滑にも用いられる場合があり、そうした場合には耐荷重性についても重要な性能として求められている。

このように、案内面におけるスムーズな動きと高精度が求められるところから、ここに使用される潤滑油には摩擦を低減するため種々の摩擦低減剤が配合されている。例えば、燐酸の酸性エステルとホスホン酸エステルを併用することによって低摩擦性とし、良好な滑り性を得ようとするものが知られている。（特許文献１）

特表平１１−５０５２８３号公報

しかしながら、従来の潤滑油組成物は高精度な加工が要求される工作機械に対して、未だ充分な潤滑性を得るに至っていないものであり、本発明はこのような状況に鑑みて為されたものであって、より改良された優れた摩擦特性や極圧特性を有する潤滑油組成物を得ようとするものである。

上記したように摩擦の低減と、良好な極圧性を得ることを目的として種々の検討と研究を重ねていたところ、ホスホン酸エステルと脂肪酸を組み合わせて配合した場合に、それぞれの添加剤を単独で配合した場合よりも、より低い摩擦係数と高い耐荷重性が得られることを見出し、こうした知見に基づいて本発明を完成したものである。

本発明は、ＡＰＩ（American Petroleum Institute）の基油カテゴリーにおけるグループIの基油、グループIIの基油、グループIIIの基油、グループIVの基油のいずれか又はこれらの混合物を基油とし、これにホスホネート（ホスホン酸エステル）と、中級又は高級脂肪酸を組み合わせて添加するようにしてすべり案内面用潤滑油組成物としたものである。
また、上記の基油としては、ＡＰＩの基油カテゴリーにおける高度精製された鉱油のグループIIIの基油や、グループIVの合成油の基油及びこれらの混合物であるものを用いると一層好ましい。

本発明における潤滑油組成物は、工作機械などのすべり案内面において優れた摩擦特性と、耐荷重性を示すことができるもので、すべり案内面用潤滑油組成物として有効に使用することができる。

本発明のグリースの基油には、ＡＰＩの基油カテゴリーにおけるグループI〜グループIVの基油、又はこれらの混合物が用いられる。

グループI基油には、例えば、原油を常圧蒸留して得られる潤滑油留分に対して、溶剤精製、水素化精製、脱ろうなどの精製手段を適宜組合せて適用することにより得られるパラフィン系鉱油がある。
粘度指数は８０〜１２０、好ましくは９５〜１１０がよい。４０℃における動粘度は、好ましくは２〜６８０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは８〜２２０ｍｍ^２／ｓである。また全硫黄分は３００ｐｐｍより多くて、７００ｐｐｍ未満、好ましくは５００ｐｐｍ未満がよい。全窒素分も５０ｐｐｍ未満、好ましくは２５ｐｐｍ未満がよい。さらにアニリン点は８０〜１５０℃、好ましくは９０〜１２０℃のものを使用するのがよい。

グループIIの基油には、例えば、原油を常圧蒸留して得られる潤滑油留分に対して、水素化分解、脱ろうなどの精製手段を適宜組合せて適用することにより得られたパラフィン系鉱油がある。
これらの基油の粘度は特に制限されないが、粘度指数は８０〜１２０未満、好ましくは１００〜１２０未満がよい。４０℃における動粘度は、好ましくは２〜６８０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは８〜２２０ｍｍ^２／ｓである。
また、これらの全硫黄分は３００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下がよい。全窒素分も１０ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満がよい。さらにアニリン点は８０〜１５０℃、好ましくは１００〜１３５℃のものを使用するのがよい。
そして、ガルフ社法などの水素化精製法により精製されたグループII基油は、全硫黄分が１０ｐｐｍ未満、アロマ分が５％以下であり、本発明において好適に用いることができる。

グループIII基油には、例えば、原油を常圧蒸留して得られる潤滑油留分に対して、高度水素化精製により製造されるパラフィン系鉱油や、脱ろうプロセスにて生成されるワックスをイソパラフィンに変換・脱ろうするＩＳＯＤＥＷＡＸプロセスにより精製された基油や、モービルＷＡＸ異性化プロセスにより精製された基油がある。
これらのグループIII基油の粘度は特に制限されないが、粘度指数は１２０〜１８０、好ましくは１３０〜１５０がよい。４０℃における動粘度は、好ましくは２〜６８０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは８〜２２０ｍｍ^２／ｓである。また全硫黄分は、３００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下がよい。全窒素分も１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下がよい。さらにアニリン点は８０〜１５０℃、好ましくは１１０〜１３５℃のものを使用するのがよい。

また、グループIIIに属するものとして、天然ガスの液体燃料化技術のフィッシャートロプッシュ法により合成されたＧＴＬ（ガストゥリキッド）は、原油から精製された鉱油基油と比較して、硫黄分や芳香族分が極めて低く、パラフィン構成比率が極めて高いため、酸化安定性に優れ、蒸発損失も非常に小さいため、本発明の基油として好適に用いることができる。
このＧＴＬ基油の粘度性状は特に制限されないが、通例、粘度指数は１３０〜１８０、より好ましくは１４０〜１７５である。また４０℃における動粘度は、２〜６８０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは５〜１２０ｍｍ^２／ｓである。また、通例、全硫黄分は１０ｐｐｍ未満、全窒素分１ｐｐｍ未満である。そのようなＧＴＬ基油商品の一例として、ＳＨＥＬＬ ＸＨＶＩ（登録商標）がある。

グループIV基油に属するものとしてポリオレフィンがあり、各種オレフィンの重合物又はこれらの水素化物が含まれる。オレフィンとしては任意のものが用いられるが、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、炭素数５以上のα−オレフィンなどが挙げられる。ポリオレフィンの製造にあたっては、上記オレフィンの１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いても良い。特にポリα−オレフィン（ＰＡＯ）と呼ばれているポリオレフィンが好適である。
これらの粘度は特に制限されないが、４０℃における動粘度は、好ましくは２〜６８０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは８〜２２０ｍｍ^２／ｓである。

上記したホスホネートは、下記の式１に示すものである。

上記式１中、Ｒ_１はアルキル基又はアルケニル基であり、炭素数１２〜２２、好ましくは炭素数１２〜１８である。Ｒ_２は炭素数１〜１８のアルキル基又はアルケニル基である。このアルキル基又はアルケニル基は通常直鎖のものであることが多いが、分岐鎖のものであってもよい。
こうしたホスホネートとして、例えば、ジメチルドデシルホスホネート、ジメチルトリデシルホスホネート、ジメチルテトラデシルホスホネート、ジメチルペンタデシルホスホネート、ジメチルヘキサデシルホスホネート、ジメチルヘプタデシルホスホネート、ジメチルオクタデシルホスホネート、ジメチルノナデシルホスホネート、ジメチルエイコシルホスホネート、トリドデシルホスホネート、トリトリデシルホスホネート、トリテトラデシルホスホネート、トリペンタデシルホスホネート、トリヘキサデシルホスホネート、トリヘプタデシルホスホネート、トリオクタデシルホスホネート（トリステアリルホスファイト：互変異性体）、トリオレイルホスホネートなどが挙げられる。

こうしたホスホネートは、潤滑油組成物の全量に対して０.２質量％以上で２質量％未満程度使用され、好ましくは０.５質量％以上で１.５質量％以下程度使用すると良い。

上記した脂肪酸は、下記の式２の炭素数８〜１８の飽和又は不飽和脂肪酸である。

こうした脂肪酸としては、例えば、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。

こうした脂肪酸は、潤滑油組成物の全量に対して０.０３質量％以上で１質量％未満程度使用され、好ましくは０.１質量％以上で０.７質量％以下程度使用すると良い。

この潤滑油組成物には、金属不活性剤や耐摩耗剤などを更に加えることができる。
金属不活性剤としては、２，５−ビス（ヘプチルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（ノニルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（ドデシルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（オクタデシルジチオ）−１，３，４−チアジアゾールなどの２，５−ビス（アルキルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール類、２，５−ビス（Ｎ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミル）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（Ｎ，Ｎ−ジブチルジチオカルバミル）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（Ｎ，Ｎ−ジオクチルジチオカルバミル）−１，３，４−チアジアゾールなどの２，５−ビス（Ｎ，Ｎ−ジアルキルジチオカルバミル）−１，３，４−チアジアゾール類、２−Ｎ，Ｎ−ジブチルジチオカルバミル−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、２−Ｎ，Ｎ−ジオクチルジチオカルバミル−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾールなどの２−Ｎ，Ｎ−ジアルキルジチオカルバミル−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール類等のチアジアゾール誘導体などがある。

また、場合に応じてベンゾトリアゾールやベンゾトリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾールやベンゾイミダゾール誘導体、インダゾールやインダゾール誘導体、ベンゾチアゾールやベンゾチアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体などを使用することができる。
これらの金属不活性剤は、潤滑油組成物中に約０.０１〜０.５質量％の範囲で単独又は複数組み合わせて使用できる。

上記耐摩耗剤としては、ジイソブチルジサルファイド、ジイソブチルトリサルファイド、ジターシャリーブチルトリサルファイド、ジオクチルトリサルファイド、ジターシャリーノニルトリサルファイド、ジターシャリーベンジルトリサルファイド、その他のポリサルファイドなどがある。また、硫化オレフィン、硫化油脂なども用いることができる。

これらの硫黄系の耐摩耗剤は、潤滑油組成物中に約０.１〜３質量％の範囲で単独又は複数組み合わせて使用できる。
そして、上記金属不活性剤や耐摩耗剤は、各々単独で用いたり、適宜に組み合わせて用いることができ、両者を併用した場合には低摩擦係数が得られると共に、一層良好な耐摩耗性能と極圧性能が得られることとなり、条件の厳しいすべり案内面の潤滑に有効である。

本発明の潤滑油組成物には、必要に応じて、適宜アミン系やフェノール系などの酸化防止剤、防錆剤、構造安定剤、粘度調整剤、分散剤、流動点降下剤、消泡剤その他の公知の各種添加剤を配合することができる。
上記したすべり案内面用潤滑油組成物の粘度はＩＳＯの粘度グレードにおいてＶＧ２２〜ＶＧ２２０程度のものとするとよく、好ましくはＶＧ３２〜ＶＧ６８にするとよい。

以下、本発明のすべり案内面用潤滑油組成物について実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
実施例及び比較例を作製するために、下記する材料を用意した。

〔１〕基油
基油１：グループIIIに属するＧＴＬ（ガストゥリキッド）（性状：１００℃の動粘度が７.５７９ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が４３.６９ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１４１、１５℃の密度が０.８２８４。）（ロイヤル・ダッチ・シェル社製、シェルＸＨＶＩ-８）
基油２：グループIIIに属する精製鉱油（性状：１００℃の動粘度が７.５４５ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が４５.５０ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１３２、１５℃の密度が０.８４５３。）（ＳＫイノベーション社製、Ｙｕ-Ｂａｓｅ８）
基油３：グループIVに属するＰＡＯ（ポリαオレフィン）（性状：１００℃の動粘度が７.７４１ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が４６.２５ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１３６、１５℃の密度が０.８３２２。）（Ｉｎｅｏｓ Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ社製、Ｄｕｒａｓｙｎ１６８）
基油４：グループIIに属する精製鉱油（性状：１００℃の動粘度が５.３５２ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が３１.１０ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１０５、１５℃の密度が０.８６２７。）
基油５：グループIIに属する精製鉱油（性状：１００℃の動粘度が９.４９０ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が７３.６６ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１０６、１５℃の密度が０.８６８３。）
基油６：グループIに属する精製鉱油（性状：１００℃の動粘度が４.６２８ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が２４.３２ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１０６、１５℃の密度が０.８６２５。）
基油７：グループIに属する精製鉱油（性状：１００℃の動粘度が７.４４６ｍｍ²/ｓ、４０℃の動粘度が５１.３７ｍｍ²/ｓ、粘度指数（ＶＩ）が１０６、１５℃の密度が０.８７３６。）

〔２〕添加剤
添加剤１-１：ジメチルオクタデシルホスホネート
添加剤１-２：トリドデシルホスホネート
添加剤１-３：トリステアリルホスファイト
添加剤２-１：カプリル酸
添加剤２-２：ラウリン酸
添加剤２-３：ステアリン酸
添加剤２-４：オレイン酸

添加剤３：ジエチルベンジルホスホネート
添加剤４：ベヘン酸
添加剤５：チアジアゾール
添加剤６：ジターシャリードデシルトリサルファイド

（実施例１〜１６、比較例１〜１２）
上記した材料を用いて、表１〜３に示す組成により実施例１〜１６、比較例１〜１２のすべり案内面用潤滑油組成物を調製した。組成分の配合量は質量％で表記した。

〔試験〕
（摩擦係数：振り子摩擦係数試験）
実施例１〜１６及び比較例１〜１２の潤滑油組成物について、神鋼造機株式会社製の曽田式振子型油性試験機により摩擦係数を測定した。この試験は、振子支点の摩擦部分に試験油を与え、振子を振動させ、振動の減衰から摩擦係数を求めるものである。試験は室温（２５℃）にて行った。
試験の評価は次の基準によって行った。
摩擦係数が０.１１０以下・・・・・・・・・・○（良）
摩擦係数が０.１１０を超えるもの・・・・・・×（不可）

（引火点）
引火点の測定は、ＪＩＳ Ｋ２２６５−４によるクリーブランド開放式自動引火点測定装置によって、実施例１〜１６と比較例１〜１２の各試料について５回の繰り返し測定を行い、平均値を小数点以下１桁の四捨五入により求めた。
温度計はＪＩＳ Ｂ７４１０に規定する温度計番号３２（ＣＯＣ）とした。
試験の評価は次の基準によって行った。
２２０℃以上・・・・・・・・・・○（良）
２２０℃未満・・・・・・・・・・×（不可）

（耐荷重特性試験：シェル四球ＥＰ試験）
ＡＳＴＭ Ｄ２７８３に従い、実施例１，１２及び比較例５，６について耐荷重能の試験を行った。
条件：回転数； １７６０±４０ｒｐｍ、
時 間； １０秒、
温 度； 室温
試験項目：ＩＳＬ（初期焼付荷重（Initial Seizure Load），単位kgf）及びＷＬ（融着荷重（Weld Load），単位kgf）を求めた。
試験方法：上記ＷＬに至るまで５０ｋｇｆ，６３ｋｇｆ，８０ｋｇｆ，１００ｋｇｆ，１２６ｋｇｆ，１６０ｋｇｆ，２００ｋｇｆ，２５０ｋｇｆ，３１５ｋｇｆの荷重を加えて数値を求めた。

上記ＩＳＬの評価は次の基準によって行った。
８０ｋｇｆ以上・・・・・・・・・・○（良）
８０ｋｇｆ未満・・・・・・・・・・×（不可）
また、ＷＬの評価は次の基準によって行った。
１２６ｋｇｆ以上・・・・・・・・・○（良）
１２６ｋｇｆ未満・・・・・・・・・×（不可）

（耐摩耗性試験：シェル四球ＷＥＡＲ試験）
試験機器及び試験方法等は、ＡＳＴＭ Ｄ４１７２に準拠し、４０ｋｇｆの荷重を加え、油温７５℃において１２００回転／minの速度で、１時間回転させ、接触点に生じた摩耗痕径を測定する。実施例１，１２及び比較例５，６について試験を行った。
試験の評価は次の基準によって行った。
摩耗痕径が０.５０ｍｍ以下・・・・・・・・・・○（良）
摩耗痕径が０.５０ｍｍを超えるもの・・・・・・×（不可）

（貯蔵安定性）
実施例１〜１６及び比較例１〜１２の潤滑油組成物について、２５℃に１日間（２４ｈｒ）静置し、濁りや沈殿物の有無について、目視で観察した。
濁りや沈殿を生じなかったもの・・・・・・○（良）
濁りや沈殿を生じたものはこれを表記した。
貯蔵安定性において、濁りや沈殿を生じたものは、すべり案内面潤滑油組成物として不適正であるので、上記した他の各試験は行わなかった。

（試験結果）
実施例及び比較例の試験結果を表１〜３に記載した。

〔考察〕
表１に示すように、実施例１の基油１に添加剤１-１と添加剤２-３を含むものでは、摩擦係数が０.０９３と低く、引火点も２７０℃と高くすべり案内面用潤滑油組成物として優良であることが判る。これに対して比較例１の一方の添加剤２-３を欠くものでは、引火点では合格しているが、摩擦係数が０.１１４と高くて好ましくないことが判る。
同じく実施例２と比較例２を比べると、実施例２が好ましいものであるのに対して、一方の実施例２より添加剤２-３を欠く比較例２のものは好ましくないことが判る。また、実施例２の基油１を基油２に変えた実施例３のものも良好である。
また、比較例３、４のように添加剤１-２を含んでいても、添加剤２を含まないものでは良好な結果が得られない。

比較例５は、実施例１の一方の添加剤１-１を含まないものであるが、摩擦係数、引火点において合格している。しかし、比較例５では実施例１に比べてシェル四球ＥＰ試験のＷＬが１２６ｋｇｆで同じであるが、ＩＳＬが実施例１の８０ｋｇｆに比べて６３ｋｇｆと低く、また、シェル四球ＷＥＡＲ試験の摩耗痕径が実施例１の０.４１に比べて０.７３と低下しており、好ましくないことが判る。
比較例６は、実施例１と同じ組成分を使用したものであるが、添加剤１及び添加剤２の含有量が少なく、摩擦係数、シェル四球ＥＰ試験のＩＳＬ、ＷＬ及びシェル四球ＷＥＡＲ試験の摩耗痕径においていずれも不合格であり、実施例１よりも大きく劣っている。
比較例７は、実施例１と同じ組成分を使用したものであるが、添加剤１及び添加剤２の含有量を多くしたものであり、貯蔵安定性において濁りが発生してしまい、好ましくなかった。上記したように濁りが発生したために他の試験は行わなかった。

表２に示すように、実施例４〜８のものは、基油１、添加剤１-１が共通しており、またいずれにも添加剤５を加えると共に、添加剤２についてその種類と含有量を変えたものであるが、いずれも摩擦係数と引火点において合格しており、好ましいものであることが判る。
実施例９は、実施例７の添加剤１-１を添加剤１-２に変更したものであり、実施例１０は実施例９の基油１を基油２に変えたものであるが、いずれも摩擦係数と引火点において合格している好ましいものである。

比較例８は、実施例４〜８に対して添加剤２の代りに添加剤４（ベヘン酸）を０.３質量％用いたもの、比較例９は同じく１.５質量％用いたものであり、いずれも貯蔵安定性において沈殿が生成してしまい、好ましくなかった。また、沈殿が発生したために他の試験は行わなかった。
比較例１０は、基油１に添加剤５を含んでいるが、添加剤１及び添加剤２のいずれも含まないもので、引火点は合格しているが、摩擦係数が０.１４６と非常に高く、好ましくないことが判る。

また、表３に示すように、実施例１１は、実施例１に添加剤６を加えたものであり、摩擦係数及び引火点において合格している。
実施例１２は、実施例１に添加剤５、６を加えたものであり、摩擦係数及び引火点において合格しているし、実施例１と比較して、シェル四球ＷＥＡＲ試験の摩耗痕径においてほぼ同様であるが、シェル四球ＥＰ試験のＩＳＬ、ＷＬのいずれにおいても数値が高く、高い極圧性が要求される場合に一層好ましいものであることが判る。
実施例１３〜１６は、実施例１２の基油１を他の基油に変更したものであり、いずれも摩擦係数において合格しており、また引火点について実施例１５、１６ではやや低いものの、いずれも合格している。

比較例１１は、実施例１１の添加剤１および添加剤２の両組成分を含まないものであり、引火点は合格しているが、比較例１０と同様に摩擦係数が高くて好ましいものではなかった。
比較例１２は、実施例１２の添加剤１-１の代りに添加剤３のベンゼン環を有するホスホン酸エステルを使用したものであり、摩擦係数及び引火点の双方において不合格となっており、好ましいものではないことが判る。

Claims (4)

1. ＡＰＩの基油カテゴリーにおけるグループI〜グループIVの基油のいずれか又はこれらの混合物である基油と、下記式１に記載のホスホネートと、
   

   

   （式１中、Ｒ_１は炭素数１２〜２２のアルキル基又はアルケニル基を、Ｒ_２は炭素数１〜１８のアルキル基又はアルケニル基を示す。）
   下記式２に記載の炭素数８〜１８の飽和又は不飽和脂肪酸と
   

   

   を含むすべり案内面用潤滑油組成物。
2. 上記ホスホネートは組成物全量に対して０.２質量％以上で２質量％未満であり、上記脂肪酸は０.０３質量％以上で１質量％未満含有されている請求項１に記載のすべり案内面用潤滑油組成物。
3. 上記基油は、ＡＰＩの基油カテゴリーにおけるグループIIIの基油及び／又はグループIVの基油である請求項１又は２に記載のすべり案内面用潤滑油組成物。
4. 耐摩耗剤及び／又は金属不活性剤を更に含む請求項１〜３のいずれかに記載のすべり案内面用潤滑油組成物。