JP5046605B2 - 潤滑油組成物 - Google Patents
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精密金属加工は、通常NC工作機械(Numerical Control Machine Tools)、すなわち数値制御工作機械によって行われる。したがって、高い精度の精密金属加工を実現するためには、以下のことが要求される。
(1)加工工具と被加工物を目標の位置に正確に制御し続ける位置決め精度が高いこと。
(2)加工工具と被加工物が加工中に安定して作動し、いわゆるスティックスリップ現象を起こさないこと。
ところで、工作機械は、通常被加工物は、すべり案内面、すなわち摺動面を有する加工テーブルに固定して設置され、その加工テーブルを案内面を介して案内レール上を移動させることによって被加工物を移動させる構造を有している。そのため、加工工具と被加工物との位置決め精度の良否やスティックスリップ現象の発生の有無などは、移動する加工テーブルのすべり案内面に使用される潤滑油(以下「摺動面用潤滑油」と称することがある)の性質や性能に大きく左右されることになる。
したがって、摺動面用潤滑油には、加工テーブルが迅速に移動でき、良好な位置決め精度が得られるために、摩擦係数が極めて低いことが要求される。また、加工中に加工テーブルが振動し、その振動が被加工物に転写されて加工精度が低下することを回避するために、スティックスリップ現象を起こさない性質を有することなどが要求される。
さらに、工作機械では、上記摺動面用潤滑油以外に金属加工液を使用するが、工作機械の構造上摺動面用潤滑油が金属加工液に混入することがある。特に、金属加工液が水溶性金属加工液である場合、摺動面用潤滑油が混入すると、水溶性金属加工液が劣化し、水溶性金属加工液の加工性能が低下すると共に、腐敗も進む。従って、摺動面用潤滑油が水溶性金属加工液に混入した場合に、摺動面用潤滑油が分離しやすい性質であることが要求される。
しかしながら、これら(1)〜(4)に記載される摺動面用潤滑油は、いずれも酸性リン酸エステルや飽和脂肪酸など活性が強い化合物を含有するため、すべり案内面や給油系の金属材料を腐食させる問題があり、また、これらの摺動面用潤滑油が水溶性金属加工液に混入した場合、水溶性金属加工液の加工性能を低下させ、腐敗を促進させる恐れが高い。さらに摩擦係数の低減と位置決め性能についても改良の余地があった。
したがって、超低速すべり速度において低摩擦係数であり、かつ位置決め精度が高いこと、スティックスリップを生じないこと、水溶性金属加工液と混合した場合の分離性が良好であること、及びすべり案内面等を腐食させない性質を有することなどを備えた摺動面用潤滑油が求められている。
すなわち、本発明は、
1.基油に、下記の化合物(A)と化合物(B)との反応生成物及び/又は化合物(A)と化合物(B)の混合物を配合してなる潤滑油組成物、
化合物(A):炭素数2〜24の炭化水素基を有するリン酸エステル系化合物及び/又は亜リン酸エステル系化合物
化合物(B):炭素数4〜50のカルボン酸と炭素数2〜20のポリアミンとの反応生成物
2.化合物(A)のリン酸エステル系化合物が、下記の一般式(I)
(R1O)mP(=O)(OH)3-m ・・・(I)
(式中、R1は、炭素数2〜24の炭化水素基を示し、mは1又は2の整数である。mが2の場合、複数のR1Oは同一であっても異なってもよい。)
で表される酸性リン酸エステルである前記1に記載の潤滑油組成物、
3.化合物(B)のカルボン酸が、下記の一般式(III)
R3−COOH ・・・(III)
(式中、R3は、炭素数3〜29の一価の炭化水素基を示す。)
で表されるカルボン酸である前記1又は2に記載の潤滑油組成物、
4.化合物(B)のポリアミンが、下記の一般式(IV)
H2N(R4NH)nH ・・・(IV)
(式中、R4は、炭素数2〜4のアルキレン基を示し、nは、平均値が1〜6の数である。)
で表されるポリアルキレンポリアミンである前記1〜3のいずれかに記載の潤滑油組成物、及び
5.工作機械の案内面に用いられる前記1〜4のいずれかに記載の潤滑油組成物、
を提供するものである。
鉱油としては、例えば原油を常圧蒸留、あるいは常圧蒸留して得られる常圧残油を減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製等を1以上行って得られたパラフィン系又はナフテン系鉱油が挙げられる。
また、油脂としては、菜種油、大豆油、米ぬか油、椰子油などの植物油脂の他、牛脂、豚油などの動物油脂も挙げられる。
本発明においては、基油として、上記鉱油、合成油及び油脂の中から選ばれる1種又は2種以上を混合して使用することができる。
また、本発明の用いる基油の芳香族分(%CA)は、3以下が好ましく、2以下、さらには1以下であることがより好ましい。また、硫黄分は、100質量ppm以下であることが好ましく、50質量ppm以下であることがより好ましい。芳香族分が3以下であり、硫黄分が100質量ppm以下であれば、組成物の酸化安定性を良好に保つことができる。
本発明においては、化合物(A)は、分子内に炭素数2〜24の炭化水素基を有するリン酸エステル系化合物及び/又は亜リン酸エステル系化合物である。
(R1O)mP(=O)(OH)3-m ・・・(I)
(式中、R1は、炭素数2〜24の炭化水素基を示し、mは、1又は2の整数である。mが2の場合、R1Oは、同一であっても異なってもよい。)
で表される化合物を用いることができる。
前記一般式(I)において、R1で示される炭素数2〜24の炭化水素基としては、炭素数2〜24のアルキル基及びアルケニル基、炭素数6〜24のアリール基、炭素数7〜24のアラルキル基などを挙げることができる。
炭素数6〜24のアリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などが挙げられ、炭素数7〜24のアラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、メチルベンジル基、メチルフェネチル基、メチルナフチルメチル基などが挙げられる。
(R2O)2P−OH ・・・(II)
(式中、R2は、炭素数2〜24の炭化水素基を示し、複数のR2Oは、同一であっても異なってもよい。)
で表される化合物を用いることができる。
前記一般式(II)において、R2で示される炭素数2〜24の炭化水素基としては、前記一般式(I)において、R1で示されものと同じものを挙げることができる。
該カルボン酸としては、種々のものが使用できるが、例えば一価及び二価のカルボン酸が好ましく、中でも下記の一般式(III)
R3−COOH ・・・(III)
で表される一価のカルボン酸が、入手及び取り扱いが容易である点で好ましい。
式中、R3は、炭素数3〜29、好ましくは、7〜23、さらに好ましくは11〜17のアルキル基及びアルケニル基を示し、これらは直鎖状であっても分岐鎖を有していてもよい。
これらの中で、総炭素数18の分岐状カルボン酸であるイソステアリン酸が好ましい。
本発明の潤滑油組成物においては、化合物(B)のカルボン酸として、前記カルボン酸を1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
H2N(R4NH)nH ・・・(IV)
(式中、R4は、炭素数2〜4のアルキレン基を示し、nは平均値が1〜7の数である。)
で表されるポリアルキレンポリアミンが挙げられ、中でも、入手が容易である観点から、一般式(4)のR4がエチレン基である、下記の一般式(V)
H2N(CH2CH2NH)nH ・・・(V)
で表されるポリエチレンポリアミンが好適である。
一般式(IV)及び(V)におけるnは、平均値が2〜6であることが好ましい。
本発明の潤滑油組成物においては、化合物(B)のポリアミンとして、前記ポリアミンを1種用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
この反応生成物は、カルボン酸とポリアミンとをアミド反応として公知の方法で縮合反応させれば良い。例えば、反応温度100〜150℃、反応時間1〜5時間で反応させる。この場合、反応原料である、カルボン酸とポリアミンとの割合は、任意であるが、アミン基が残るように、ポリアミンをやや過剰に添加することが残存酸性成分少なくなる点で好ましい。
上記のようにして得られた化合物(B)は、通常アミド結合を有する酸アミド化合物である。
前記化合物(A)と化合物(B)との反応生成物は、化合物(A)と化合物(B)とが反応し得る温度での加温下で反応させて得られるものであればよく、その他の反応条件については特に制限はない。
反応温度については、40〜100℃であることが好ましく、50〜90℃であることがより好ましい。また、反応時間については、およそ30〜100分である。
アルコール類としては、炭素数8〜18の一価の脂肪族飽和若しくは不飽和アルコールを好ましく挙げることができる。このアルコールは直鎖状のものであってもよいし、分岐鎖状のものであってもよく、その具体例としては、直鎖状又は分岐鎖状である、オクタノール、デカノール、ドデカノール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノール、オクテノール、デセノール、ドデセノール、テトラデセノール、ヘキサデセノール、オクタデセノールなどが挙げられる。
また、脂肪酸類としては、例えばパルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、ダイマー酸、オレイン酸、イコサン酸などの高級飽和若しくは不飽和脂肪酸を挙げることができる。
これら油性剤の配合量は、組成物基準で、通常0.1〜30質量%程度であり、好ましくは、0.5〜10質量%である。
これら極圧剤の配合量は、組成物基準で、通常0.05〜10質量%程度であり、好ましくは、0.1〜5質量%である。
これら防錆剤の配合量は、組成物基準で、通常0.01〜20質量%程度であり、好ましくは、0.05〜10質量%である。
これら酸化防止剤の配合量は、組成物基準で、通常0.01〜10質量%程度であり、好ましくは、0.05〜3質量%である。
粘度指数向上剤としては、例えば、ポリメタクリレート、分散型ポリメタクリレート、オレフィン系共重合体(例えば、エチレン−プロピレン共重合体など)などが挙げられる。
これら粘度指数向上剤は、組成物基準で、通常0.05〜20質量%程度であり、好ましくは、0.1〜10質量%である。
これら抗乳化剤の配合量は、組成物基準で、通常0.005〜0.5質量%程度である。
消泡剤としては、シリコーン油、フルオロシリコーン油、ポリアクリレートなどを用いることができる。
これら消泡剤の配合量は、組成物基準で、通常0.0005〜0.01質量%程度である。
なお、潤滑油組成物の性能は、次の方法によって評価した。
(1)摩擦係数
第1表に示す仕様のNC制御式摺動面試験装置を用い、下記の条件における動摩擦係数(μ)を測定した。
面圧 :261kPa
送り速度 :0.1、10、50mm/min.
室温 :20±2℃
(1)の実験装置を用い、下記の条件におけるロストモーション値を測定した。
ロストモーション値は、テーブルを基準点からプラス方向に最大300mm数値制御指令で移動させた後、マイナス方向に最大300mm同様にして移動させる指令をしたときのテーブルの基準点からのずれの大きさ(μm)として評価した。ロストモーション値は小さい程、位置決め精度が優れており、ロストモーション値「0μm」は、指令値と実際の移動量に差がないことを示す。測定結果は、実験数n=7の平均値である。
面圧 :261kPa
送り速度 :0.1、10、100mm/min.
室温 :20±2℃
(1)1の実験装置を用い、面圧44〜261kPa下で、サドルを基準点からプラス方向に10秒毎、1μm/1パルスで30パルス微小送りをする数値制御指令をし、続いて、その後マイナス方向に同様の微小送りをする指令をした。その後、実際の移動量をリニアスケールで測定し、マイナス方向へ送る指令に対し、サドルが実際に動いた指令単位数(μm)を読取り、指令値に対する応答遅れ(バックラッシュ量)を求めた。バックラッシュ量が小さいほど、1パルス追従性に優れ、位置決め精度が良好であることを示す。測定結果は実験数n=3の平均値である。
トライボロジスト、Vol.36、No.12、p68の図2及び表1に記載される小型摩擦試験装置を用い、以下の条件におけるスティックスリップの発生を確認した。スティックスリップの発生は、テーブルに連結したロードセルからの信号をペンレコーダで読み取り、びびり現象の有無により判断した。なお、テーブルの材質は鋳鉄(FC25)を使用した。
面圧 :221kPa
送り速度 :10,50、100mm/min.
室温 :20±2℃
JIS K2520に準拠し、水の変わりに水溶性切削油〔出光興産(株)製、商品名「ダフニーアルファークールオイルEW(原液)」を純水で20倍希釈したもの〕を用いた。
以下の条件に貯蔵した後のスラッジの生成の有無を見た。
貯蔵条件:
温度を25℃から60℃、湿度を40%から80%に5時間で変化させ、温度、湿度が一定になった後18時間保持した。次いで温度を60℃から−5℃、湿度を80%から20%に5時間で変化させ、温度、湿度が一定になった後18時間保持した。さらに温度を−5℃から25℃、湿度を20%から40%に2時間で変化させた。以上のサイクルを15回繰り返した。
(7)スタック試験
2枚の鋳鉄(FC25)のテストピース間に試料油を挟んだ状態で、テストピースを60℃の恒温槽に7日間保持した後、錆やスラッジの有無を評価した。
イソステアリン酸を213gとテトラエチレンペンタミンを47.3g(モル比3.0:1.0)及び鉱油260gを1リットルの反応容器に採り、130℃で3時間攪拌して反応(縮合)させ、反応生成物を得た。反応生成物の赤外線スペクトルから、アミド結合に由来する1650cm-1の吸収が認められた。反応生成物の酸価は、8.28mgKOH/g、塩基価は73.7mgKOH/gであった。
オレイルアシッドフォスフェート(モノオレイルアシッドフォスフェートとジオレイルアシッドフォスフェートとの混合物:P含有量6.30質量%)と製造例1で得た酸アミド化合物を質量比1.0:0.49の割合で混合し、80℃で、30分間攪拌して反応させた。その後室温に冷却して反応生成物1を得た。反応生成物1の酸価は、108mgKOH/g、塩基価は24.5mgKOH/g、リンの含有量4.2質量%であった。
次いで、下記(i)に記載する基油に、反応生成物1を組成物基準で1.19質量%、下記(ii)のその他の添加剤を組成物基準で1.52質量%を加え、60℃で30分攪拌し混合し、その後室温まで冷却して実施例1の潤滑油組成物を得た。
この潤滑油組成物について、上記(1)〜(7)の性能評価を行った。結果を第2表に示す。
(i)基油:
パラフィン系鉱油[40℃動粘度68mm2/s(ISO VG68),硫黄分5質量ppm以下、酸価0.01mgKOH/g以下]
(ii)その他の添加剤
下記の添加剤の混合物(配合量:組成物基準)
(a)酸化防止剤:2,6‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐メチルフェノール(0.30質量%)
(b)錆止め剤:オクチルリン酸エステルアミン塩(0.10質量%)
(c)極圧剤:硫化ラード、硫黄分含有量14.5質量%(1.0質量%)
(d) 金属不活性化剤:ベンゾトリアゾール系金属不活性化剤(0.10質量%)
(e)抗乳化剤:ポリオキシエチレンアルキルエーテル(0.01質量%)
(f)消泡剤:シリコン系消泡剤(0.01質量%)
実施例1の反応生成物1の代わりに、実施例1で用いたオレイルアシッドフォスフェートと製造例1で得た酸アミド化合物の質量比を1.0:1.0に変更して得た反応生成物2を用い、かつ反応生成物2の配合量を組成物基準で0.7質量%にしたこと以外は、実施例1と同様にして実施例2の潤滑油組成物を得た。この潤滑油組成物について、上記(1)〜(6)の性能評価を行った。結果を第2表に示す。
実施例3
実施例1で用いたオレイルアシッドフォスフェートと製造例1で得た酸アミド化合物を質量比1.0:0.49の割合となるように、組成物基準で合計1.19質量%なる量を採取し、これに実施例1で用いた基油(1)の一部を加えて60℃で、30分攪拌混合した。次いで、残りの基油と、その他の添加剤(2)を1.52質量%添加し、再度60℃で攪拌混合し、実施例3の潤滑油組成物を得た。この潤滑油組成物について、上記(1)〜(6)の性能評価を行った。結果を第2表に示す。
実施例1の反応生成物1を1.19質量%含有する代わりに、2−エチルヘキシルアシッドフォスフェートオレイルアミン塩を組成物基準で0.85質量%配合し、その他の添加剤のうち、(b)の防錆剤(リン酸エステルアミン塩)を配合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして比較例1の潤滑油組成物を得た。この潤滑油組成物について、上記(1)〜(6)の性能評価を行った。結果を第2表に示す。
比較例2
実施例1の反応生成物1を1.19質量%含有する代わりに、オレイルリン酸エステルを組成物基準で0.78質量%配合した以外は、実施例1と同様にして比較例2の潤滑油組成物を得た。この潤滑油組成物について、上記(1)〜(6)の性能評価を行った。結果を第2表に示す。
小さく、スティックスリップの発生がなく、摺動面特性が優れている。また、これらは、水分離性、貯蔵安定性も良好であることが分る。これに対し、オレイルアシッドフォスフェートと酸アミド化合物の反応生成物等を含有しない、比較例1,2の潤滑油組成物は、低速送り速度における摩擦係数が高く、ロストモーション値及び1パルス追従性における応答遅れが大きい。また、オレイルリン酸エステルを含有する比較例2の潤滑油組成物は、スティックスリップが発生し、水分離性、貯蔵安定性についても好ましくない。
Claims (4)
- 基油に、下記の化合物(A)と化合物(B)とを下記反応条件で反応して得られる反応生成物を、潤滑油組成物全質量基準で、0.01〜10質量%配合してなる潤滑油組成物。
化合物(A):下記の一般式(I)で表される酸性リン酸エステル、
(R 1 O) m P(=O)(OH) 3-m ・・・(I)
(式中、R 1 は、炭素数2〜24の炭化水素基を示し、mは1又は2の整数である。mが2の場合、複数のR 1 Oは同一であっても異なってもよい)
化合物(B):炭素数4〜50のカルボン酸と炭素数2〜20のポリアミンとの反応生成物である酸アミド化合物、
反応条件:質量比で化合物(B)/化合物(A)=0.1〜10、反応温度が40〜100℃、及び反応時間が30〜100分。 - 化合物(B)のカルボン酸が、下記の一般式(III)
R3−COOH ・・・(III)
(式中、R3は、炭素数3〜29の一価の炭化水素基を示す。)
で表されるカルボン酸である請求項1に記載の潤滑油組成物。 - 化合物(B)のポリアミンが、下記の一般式(IV)
H2N(R4NH)nH ・・・(IV)
(式中、R4は、炭素数2〜4のアルキレン基を示し、nは、平均値が1〜7の数である。)
で表されるポリアルキレンポリアミンである請求項1又は2のいずれかに記載の潤滑油組成物。 - 工作機械の案内面に用いられる請求項1〜3のいずれかに記載の潤滑油組成物。
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