(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤Ａと、この潤滑剤Ａに対して２０重量％以下の炭化ホウ素粉末とを有し、摺動部への塗布後に乾燥被膜を形成することを特徴とする潤滑剤。
【請求項２】
前記炭化ホウ素の含有量は２〜５重量％とされていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤。
【請求項３】
黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤Ａと、この潤滑剤Ａに対して２０重量％以下の炭化ホウ素粉末とを有し、摺動部への塗布後に乾燥被膜を形成する潤滑剤を、高温の摺動部に介在させて、摺動部の潤滑性を維持することを特徴とする潤滑方法。
【請求項４】
前記炭化ホウ素の含有量は２〜５重量％とされていることを特徴とする請求項３に記載の潤滑方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、潤滑剤および潤滑方法に係り、特に取鍋等の溶融金属容器の出湯口に装着される摺動開閉装置の摺動部等の高温に晒される部分の潤滑に用いられる潤滑剤および潤滑方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、取鍋等の溶融金属容器の出湯口に装着される摺動開閉装置は、図１に示すように、溶融金属容器１の出湯口２に貫通孔３を合致させるようにして固定ノズル４を前記容器１の底面に固定し、この固定ノズル４の下方に同様に貫通孔６を穿設された摺動ノズル５を、その上面７を前記固定ノズル４の下面８と摺動自在にして配設して形成されている。前記固定ノズル４および摺動ノズル５はともに耐火煉瓦により板状に製造されている。
【０００３】
この摺動開閉装置は、摺動ノズル５を往復移動若しくは回転移動させることにより、両貫通孔３、６の合致面積を調整することにより、出湯口２の開度を調整するものである。
【０００４】
前記固定ノズル４および摺動ノズル５は溶融金属の出湯時には、出湯口２が約１６００℃の高温に晒されることとなり、大きな熱的衝撃を受け、また、両者の摺動面間に溶融金属が侵入しようとする「地金さし」が発生してしまう。
【０００５】
このような不都合を防止するために、前記摺動面に塗布して用いる種々の潤滑剤が提案されており、例えば、黒鉛粉末、澱粉質糊料および水を組成分とするもの等がある。
【０００６】
そして、この潤滑剤の実際の使用時においては、前記固定ノズル４および摺動ノズル５の摺動面に最初にタールを塗布し、そのタールの上に前記潤滑剤を塗布して使用していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記タールは発癌物質であることが判明した後は、その使用が禁止されており、現在においてはタールを用いることなく、かつ、前記固定ノズル４および摺動ノズル５の摺動を良好に行なわせることのできる潤滑剤が要望されている。
【０００８】
一方、前記固定ノズル４および摺動ノズル５を形成している耐火煉瓦としては、タールを用いていた場合には、多孔性アルミナセラミックを主たる素材としていたが、タールを用いない現在においては、カーボンアルミナセラミックを主たる素材としている。
【０００９】
従って、今日においては、カーボンアルミナセラミックを素材とする耐火煉瓦製の固定ノズル４および摺動ノズル５に対して、高温域においても十分な潤滑性を維持することのできる潤滑剤の出現が待望されている。
【００１０】
そこで、本出願人は特開平１１−５００８２号公報に示すように、黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤に対して１２重量％以上のホウ酸粉末を含有させることにより、多孔性アルミナセラミックのみならずカーボンアルミナセラミックを主たる素材とした固定ノズルおよび摺動ノズルの間の摺動部等からなる摺動部分に対して、高温域においても潤滑剤の各組成分の潤滑特性を安定的に保持して十分な潤滑性を維持することができ、熱的交番衝撃にも強いものとすることのできる潤滑剤および潤滑方法を提案した。
【００１１】
本発明は、前記のホウ酸粉末を用いるものと同等の性能を発揮するとともに、更にホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることのできる潤滑剤および潤滑方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係る潤滑剤の特徴は、黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤Ａと、この潤滑剤Ａに対して２０重量％以下の炭化ホウ素粉末とを有し、摺動部への塗布後に乾燥被膜を形成する点にある。そして、このような構成を採用したことにより、炭化ホウ素粉末を有しているために、高温になると溶融して潤滑性を発揮し高温域において十分な潤滑性を維持することができる。更に、前記ホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。  このような相乗効果により、本発明の潤滑剤は、多孔性アルミナセラミックのみならずカーボンアルミナセラミックを主たる素材とした固定ノズルおよび摺動ノズルの間の摺動部等からなる摺動部分に塗布された後に乾燥被膜を形成して、高温域においても十分な潤滑性を維持することができ、熱的交番衝撃にも強いものとなる。
【００１３】
また、請求項３に記載の潤滑方法の特徴は、黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤Ａと、この潤滑剤Ａに対して２０重量％以下の炭化ホウ素粉末とを有し、摺動部への塗布後に乾燥被膜を形成する潤滑剤を、高温の摺動部に介在させる点にある。そして、このような方法を採用したことにより、潤滑部の潤滑性を高温域において十分な潤滑性を維持することができ、熱的交番衝撃にも強い潤滑剤とすることができる。
【００１４】
また、請求項２および請求項４に記載のように、炭化ホウ素粉末の含有量を２〜５重量％とすることにより、前記ホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を説明する。
【００１６】
本発明者は、前記のカーボンアルミナセラミックを素材とする耐火煉瓦製の固定ノズルおよび摺動ノズルの間の摺動面に対して、高温域においても十分な潤滑性を維持することのできる潤滑剤を求めて鋭意研究を重ね、その結果としてホウ酸に代えて炭化ホウ素を用いることにより、これらの素材に対する潤滑剤として極めて有効であることを見出だした。
【００１７】
本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、本発明の潤滑剤は炭化ホウ素粉末を１主成分として所定量含有している。そして、その炭化ホウ素粉末の他の主成分として黒鉛粉末５０重量％以下、有機系およびまたは無機系の水溶性バインダおよび他を水とする潤滑剤（以下、「潤滑剤Ａ」という）を所定量有していることを特徴とする。
【００１８】
本実施形態では、前記潤滑剤Ａとして、黒鉛粉末５０重量％以下、水溶性バインダである澱粉質糊料および他を水とする組成分からなり、糊状を呈するものを使用した。
【００１９】
また、前記炭化ホウ素粉末としてはＢ４Ｃを用いることができ、その粒径は混合する黒鉛（グラファイト）粉末と混合されやすい大きさとされており、具体的には前記黒鉛粉末の粒径と同等かそれ以下の粒径とされている。
【００２０】
さらに、前記潤滑剤Ａの黒鉛粉末について説明すると、この黒鉛粉末は、それ自体が軟らかい層状結晶構造物であり、金属に対して付着性が強いために、その結晶の端面が潤滑表面に埋められてフイルム（薄膜）を形成する（潤滑表面に金属酸化物があると、より効果的に作用する）。この黒鉛粉末の粒径は強いて制限を設けなくてもよいが、通常は微粉末のものがよく、例えば１〜３μｍであることが望ましい。このような潤滑剤Ａにおいて、黒鉛粉末を５０重量％以下（通常は５〜５０重量％）としたのは、あまりに少な過ぎると黒鉛の滑性作用が不十分となり、また上限を上回ると糊状を呈しなくなるからである。
【００２１】
また、前記水溶性バインダとして挙げた澱粉質糊料とは、水に溶解したときに澱粉糊料を呈するものを言い、通常の澱粉類はもとより、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、アルギン酸ソーダ等も含まれる。この澱粉質糊料は、有機質の水溶性バインダであるが、水溶性バインダとしては、無機質のものあるいは有機質および無機質の両者が混在したものであってもよい。また、澱粉質糊料の配合量は黒鉛粉末の配合量に応じて任意に定めてよいが、あまりに少な過ぎると糊状を呈しなくなり、また多過ぎると澱粉質が多すぎるために諸種の障害が発生する可能性があるため、これらの問題が生じない程度に適宜調整すればよい。なお、糊料に延展性や付着性を付与するために、けい酸アルミニウム、エチレングリコール等を添加してもよい。
【００２２】
更に、この澱粉質糊料は以下の性質を有するものとされている。
【００２３】
１）  塗布時と乾燥後とで略一定の厚さの塗膜を形成できる。
【００２４】
２）  溶融金属からの伝熱により熱膨張を起こし、間隙をつくらない。
【００２５】
３）  溶融金属からの伝熱により炭化を起こし、この炭素を主体とする層が耐熱煉瓦からなる各ノズル４、５の下面８および上面７の凸凹を充填する。
【００２６】
また、本実施形態における水とは、水単体のものと、水と水ガラスとを混合させて粘着性を付与させたものとを含むものである。
【００２７】
また、前記澱粉質糊料と水とは、前記の配合により予め糊料としておき、これに黒鉛粉末を添加し、混合、攪拌することが望ましい。
【００２８】
この潤滑剤Ａと炭化ホウ素粉末との成分割合は、潤滑剤Ａに対して炭化ホウ素粉末を２０重量％以下、好ましくは２〜５重量％含有している。炭化ホウ素粉末の含有量が２０重量％を越えると重いホウ素が沈殿して潤滑剤Ａと混合状態を維持できなくなる。炭化ホウ素粉末の含有量は２〜５重量％であると、少量の潤滑剤の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。また、高温になると含有されている炭化ホウ素粉末のうち３重量％前後の炭化ホウ素粉末が上記の機能発揮のために作用していると認められる。
【００２９】
次に、本実施形態の潤滑剤の使用方法を説明する。
【００３０】
本実施形態の潤滑剤は糊状を呈しているので、前記固定ノズル４および摺動ノズル５の相互に対向している摺動面に塗布して使用される。
【００３１】
すなわち、固定ノズル４および摺動ノズル５の相互に対向している摺動面となる下面８および上面７の双方またはいずれか一方に所定厚さに塗布するようにする。
【００３２】
このようにして、固定ノズル４および摺動ノズル５の相互に対向している摺動面に本実施形態の潤滑剤を介在させて潤滑試験を行なったところ、黒鉛粉末および水溶性バインダと炭化ホウ素粉末とによる潤滑性維持機能と、水溶性バインダの有する機能、つまり金属等の摺動部とは強固に付着し黒鉛や炭化ホウ素粉末とは適度な付着力を保持するという機能とが相乗的に作用して良好な潤滑作用が発揮され、熱的交番衝撃にも強いものとなることがわかった。
【００３３】
本実施形態の潤滑剤は、炭化ホウ素粉末と黒鉛粉末とを所定割合において有しているために、双方の作用が相乗的に機能して優れた潤滑性が発揮される。すなわち、炭化ホウ素粉末は摺動部において、加熱されて昇温され行くと、約１００℃ぐらいから各黒鉛粉末を包んで空気から遮断し、各黒鉛粉末が酸化されるのを確実に防止する。一方の黒鉛粉末は、酸化を防止された状態において、炭化ホウ素粉末に包まれた状態を保持したまま結晶層間の滑りを繰り返す。これにより炭化ホウ素粉末と黒鉛粉末との潤滑作用が相乗的に機能して、極めて優れた潤滑性が高温域において維持される。
【００３４】
この他に含有されている澱粉質糊料は、クッション材として「取り込み作用」などにより荷重を受け、黒鉛にかかる荷重の負担を軽減する。また、この澱粉質糊料も炭化ホウ素に包まれて空気から遮断されて、劣化が防止されるようになっており、高温域においても潤滑機能を維持できるようになっている。一方、もし前記炭化ホウ素被膜が破れたとしても、前記澱粉質糊料は温度上昇時に２酸化炭素と水とに変わり、その水等が黒鉛の結晶間の滑りを良好に行なわせ、潤滑性が向上される。
【００３５】
また、炭化ホウ素粉末は、水と反応することもなく、水溶性バインダとも相性が良いため、長期間安定的に保存することができる。
【００３６】
このように本実施形態の潤滑剤においては、各成分の有する作用が相乗的に発揮されて、極めて良好な潤滑作用が発揮され、熱的交番衝撃にもすこぶる強いものとなる。
【００３７】
そして、本実施形態の潤滑剤は、前記固定ノズル４および摺動ノズル５の素材である耐火煉瓦を、多孔性アルミナセラミックのみならずカーボンアルミナセラミックを主たる素材とした場合ににおいても、それぞれ十分な潤滑性を維持することができた。
【００３８】
従って、本実施形態の潤滑剤を本発明の潤滑方法に従って用いることにより、潤滑部の潤滑性を高温域において十分な状態に維持することができる。
【００３９】
なお、前記潤滑剤Ａには、本発明の効果を減じない限りにおいて、他の添加剤を適宜に配合することができる。例えば、混合性や保存性を高めるために、界面活性剤や防腐剤を適宜量添加してもよい。
【００４０】
次に、本発明の具体的実施例を更に説明する。
【００４１】
以下の本発明の各実施例をその比較例とともに、温度を一定（７５０℃）に保持して摩擦回数応じて摩擦係数を計測して、潤滑性の変化を求めて図２に示した。
【００４２】
本発明の実施例
潤滑剤Ａ＋１２重量％炭化ホウ素粉末（Ｂ４Ｃ）
潤滑剤Ａ＋３重量％炭化ホウ素粉末（Ｂ４Ｃ）
比較例
潤滑剤Ａ＋１２重量％ホウ酸粉末（Ｈ３ＢＯ３）
摩擦係数の測定は、往復スライダ型摩擦摩耗試験機を用い、最大摩擦速度０．０１９ｍ／ｓｅｃ  、摩擦行程往復８０ｍｍ、垂直荷重２１．２ｋｇｆ  とした。
【００４３】
図１より、本発明の２件の実施例は、ホウ酸粉末を用いる比較例に比べて摩擦係数が同等若しくはそれ以下であり耐摩耗性に優れており、しかも摩擦回数が増加しても摩擦係数はほぼ一定に保持されているのに対し、ホウ酸粉末を用いた比較例は摩擦回数が１１５０回を越えると次第に増加して行く。従って、本発明の２件の実施例は、ホウ酸粉末を用いる比較例に比べて、高性能であり、寿命も長く、しかも少量の潤滑剤の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。
【００４５】
【発明の効果】
このように本発明の潤滑剤および潤滑方法は構成され作用するものであるから、のホウ酸粉末を用いるものと同等の性能を発揮するとともに、更にホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる等の優れた効果を奏する。
【００４６】
具体的には、請求項１および３に記載の潤滑剤および潤滑方法にはおいては、炭化ホウ素粉末を有しているために、高温になると溶融して潤滑性を発揮し高温域において十分な潤滑性を維持することができる。更に、ホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。このような相乗効果により、本発明の潤滑剤は、多孔性アルミナセラミックのみならずカーボンアルミナセラミックを主たる素材とした固定ノズルおよび摺動ノズルの間の摺動部等からなる摺動部分に塗布された後に乾燥被膜を形成して、高温域においても十分な潤滑性を維持することができ、熱的交番衝撃にも強いものとなる。
【００４７】
また、請求項２および４に記載のように、炭化ホウ素粉末の含有量を２〜５重量％とすることにより、前記ホウ酸粉末を用いるものに比べて、少量の使用でも高温域において、黒鉛粉末また水溶性バインダーを覆う溶融物をより多く形成させ、これにより、黒鉛粉末また水溶性バインダーを保護し、潤滑性、密封性、および摺動面保護を長期間にわたり維持することができ、材料コストの低減による製造コストの低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摺動開閉装置の１例を示す断面図
【図２】本発明の実施例の摩擦回数と摩擦係数との関係を示す特性図
【図１】
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【図２】
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