(57)【要約】【課題】フッ素グリースにおいて、従来に比べて、耐摩耗性能を向上させたグリース組成物を提供することを目的とする。【解決手段】本発明におけるグリース組成物は、フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤を含有することを特徴とする。ナノファイバーには、セルロースナノファイバー及び芳香族ポリマーのうち少なくとも１種が選択されることが好ましい。セルロースナノファイバーは、少なくとも化学修飾されていないナノファイバーを１種含むことが好ましい。グリース組成物中に占める前記ナノファイバーの含有量は、０質量％より大きく１０質量％以下であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤を含有することを特徴とするグリース組成物。
【請求項２】
前記ナノファイバーには、セルロースナノファイバー及び芳香族ポリマーのうち少なくとも１種が選択されることを特徴とする請求項１に記載のグリース組成物。
【請求項３】
前記セルロースナノファイバーは、少なくとも化学修飾されていない前記セルロースナノファイバーを１種含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のグリース組成物。
【請求項４】
前記芳香族ポリマーは、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドのうち少なくとも１種が選択されることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のグリース組成物。
【請求項５】
前記グリース組成物中に占める前記ナノファイバーの含有量は、０質量％より大きく１０質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のグリース組成物。
【請求項６】
前記界面活性剤は、フッ素系界面活性剤であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のグリース組成物。
【請求項７】
前記界面活性剤は、ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基を含有することを特徴とする請求項６に記載のグリース組成物。
【請求項８】
前記グリース組成物中に占める前記界面活性剤の含有量は、０質量％より大きく２０質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のグリース組成物。
【請求項９】
前記フッ素油は、パーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のグリース組成物。
【請求項１０】
前記パーフルオロポリエーテルは、変性していないことを特徴とする請求項９に記載のグリース組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素油を有するグリース組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
フッ素グリースは、耐熱性、耐薬品性、及び、低蒸気圧性などに優れたグリースである。また、幅広い温度範囲で使用可能であり、他のグリースには見られない多くの優秀な性能を有している。そのため、フッ素グリースは、原子力産業、機械、半導体、自動車、及び、宇宙分野など幅広い用途で使用されており、今後、需要がますます増えていくものと期待されている。
【０００３】
従来のフッ素グリースは、基油にフッ素油と、増ちょう剤にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主に用いていた。
【０００４】
しかしながら、従来のフッ素グリースは、耐摩耗性能が十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５４９８６号公報
【特許文献２】特許第４５４８４２０号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０７９号公報
【特許文献４】特許第３０５６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１から特許文献４には、フッ素グリースが開示されており、いずれの特許文献にも耐摩耗性能に関する記載がある。
【０００７】
しかしながら、これらの特許文献に記載のフッ素グリースでも、耐摩耗性能が十分とはいえない。
【０００８】
また、特許文献２〜４に記載の発明では、変性タイプの極めて特殊なパーフルオロポリエーテルを用いており、実用的とは言えない。
【０００９】
そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、フッ素グリースにおいて、従来に比べて、耐摩耗性能を向上させたグリース組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のグリース組成物は、フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤を含有することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、前記ナノファイバーには、セルロースナノファイバー及び芳香族ポリマーのうち少なくとも１種が選択されることが好ましい。
【００１２】
本発明では、前記セルロースナノファイバーは、少なくとも化学修飾されていない前記ナノファイバーを１種含むことが好ましい。
【００１３】
本発明では、前記芳香族ポリマーとしては、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドなどが挙げられ、より好ましくはポリアミドである。
【００１４】
本発明では、前記グリース組成物中に占める前記ナノファイバーの含有量は、０質量％より大きく１０質量％以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明では、前記界面活性剤は、フッ素系界面活性剤であることが好ましい。
【００１６】
本発明では、前記界面活性剤は、ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基を含有することが好ましい。
【００１７】
本発明では、前記グリース組成物中に占める前記界面活性剤の含有量は、０質量％より大きく２０質量％以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明では、前記フッ素油は、パーフルオロポリエーテルであることが好ましい。
【００１９】
本発明では、前記パーフルオロポリエーテルは、変性していないことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のグリース組成物によれば、従来に比べて、フッ素グリースの耐摩耗性能を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００２２】
本発明者らは、フッ素油を含有するフッ素グリースについて誠意研究を重ねた結果、基油としてフッ素油を用い、増ちょう剤としてナノファイバーを用い、更に、界面活性剤を添加することで、フッ素グリースの耐摩耗性能を向上させるに至った。
【００２３】
（グリース組成物）
本実施形態におけるグリース組成物は、フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤の３成分を必須成分として含むフッ素グリースである。以下、各成分について説明する。
【００２４】
（１）基油
基油は、フッ素油であり、市販されているフッ素系合成油を用いることができる。フッ素油は、脂肪族炭化水素ポリエーテルの水素原子をフッ素原子で置換した化合物であることが好ましく、具体的には、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を好ましく用いることができる。パーフルオロポリエーテルは、直鎖構造であっても、側鎖構造であってもどちらでもよい。
【００２５】
パーフルオロポリエーテルは、変性していない一般的なパーフルオロポリエーテルであることが好ましい。「変性」は、化学的変性であり、構成単位の少なくとも一部が変化して化学的性質が変化したことを指す。限定するものではないが、変性には、カルボン酸化、アルコール化、アミド化、ケトン化、アミン化、アルコキシル化を含む。
【００２６】
また、本実施形態では、パーフルオロポリエーテル以外のフッ素油を用いても良く、フッ素油を２種以上添加してもよい。どのような種類の基油を用いるかは、フッ素グリースを使用する用途により適宜使い分けることができる。
【００２７】
（２）増ちょう剤
増ちょう剤は、ナノファイバーである。「ナノファイバー」とは、直径がｎｍ単位の繊維を指す。直径を限定するものではないが、直径は、０.１ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であり、１ｍ〜５００ｎｍ程度であることが好ましく、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度であることがより好ましい。
【００２８】
ナノファイバーには、セルロースナノファイバー、及び、芳香族ポリマーのうち少なくとも１種が選択されることが好ましい。
【００２９】
ここで、セルロースナノファイバーは、化学修飾されていないことが好ましい。「化学修飾」とは、セルロースナノファイバーの表面に対して、化学反応により分子等を結合させて化学構造を変化させることを言う。化学修飾を限定するものではないが、化学修飾の一例としては、カルボキシメチル化、ＴＥＭＰＯ酸化、及び、過ヨウ素酸酸化等である。
【００３０】
このように、本実施形態では、セルロースナノファイバーの表面は化学修飾されていないことが好ましいが、化学修飾されたセルロースナノファイバーを、化学修飾されていないセルロースナノファイバーと組み合わせて使用することが可能である。
【００３１】
グリース組成物中に占めるナノファイバーの含有量は、０質量％より大きく１０質量％以下であることが好ましい。なお、１００質量％は、フッ素油、ナノファイバー及び、後述する界面活性剤を合わせた合計含有量である。ナノファイバーの含有量は、０．５質量％以上７.５質量％以下であることがより好ましい。
【００３２】
また、本実施形態では、使用するナノファイバーは、一種類であっても複数種類であってもよい。なお、「複数種類」には、例えば、セルロースナノファイバーであっても、一方が、化学修飾されていないセルロースナノファイバーと、他方が、化学修飾されたセルロースナノファイバーのように、基本構造としてのナノファイバーが同じものや、セルロースナノファイバーとアラミドファイバーのように基本構造自体が異なるものを含む。
【００３３】
（３）界面活性剤
本実施形態における界面活性剤は、限定されるものではないが、フッ素系界面活性剤であることが好ましい。基油がフッ素油であるため、界面活性剤にもフッ素系を用いることで界面活性剤として適切に機能する。これにより、基油と増ちょう剤とを適切に混合でき、グリース化することができる。
【００３４】
フッ素系界面活性剤は、ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基とを含有することが好ましい。一例を示すと下記の一般式（１）に示される化合物が挙げられる。
【００３５】
【化１】
2019077813.tif 000002
ここで、式中のｎは、任意の整数である。
【００３６】
また、フッ素系界面活性剤のパーフルオロアルキル基は直鎖構造であっても、分岐構造であってもどちらでもよい。
【００３７】
グリース組成物中に占める界面活性剤の含有量は、０質量％より大きく２０質量％以下であることが好ましい。なお、１００質量％は、フッ素油、ナノファイバー及び、後述する界面活性剤を合わせた合計含有量である。また、界面活性剤の含有量は、０．５質量％以上１０質量％以下であることがより好ましく、１質量％以上５質量％以下であることが更に好ましい。
【００３８】
また、本実施形態では、界面活性剤を１種類だけ添加しても２種類以上添加してもよい。２種類以上添加する場合、異なるフッ素系界面活性剤を２種以上用いても、少なくとも１種類のフッ素系界面活性剤と、フッ素系以外の界面活性剤とを組み合わせてもよい。フッ素系以外の界面活性剤としては、フッ素系以外の界面活性剤であってフッ素処理が施されたもの、例えば、フッ素処理されたシロキサンなどを提示できる。
【００３９】
上記したように、本実施形態のグリース組成物は、フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤を含有する。従来において、フッ素グリースに、増ちょう剤としてナノファイバーを用いたグリース組成物は存在しない。また、フッ素油にナノファイバーを含有しただけではグリース化しないことが後述する実験でわかっている。そのため、グリース化するために、更に、界面活性剤を含有する。これによって、フッ素油をグリース化できると共に、耐摩耗性能を向上させることが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態では、ナノファイバーには、セルロースナノファイバー及び耐熱性ポリマーのうち少なくとも１種が選択されることが好ましい。これにより、効果的に、フッ素グリースの耐摩耗性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、セルロースナノファイバーは、化学修飾されていないことが好ましい。なお、化学修飾されていないセルロースナノファイバーと、化学修飾されたセルロースナノファイバーを組み合わせて用いることは可能である。これにより、効果的に、フッ素グリースの耐摩耗性能を向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、グリース組成物中に占めるナノファイバーの含有量は、０質量％より大きく１０質量％以下であることが好ましい。このように、本実施形態では、ナノファイバーの含有量を少なくすることができる。そして、ナノファイバーの含有量が少なくても、効果的に、フッ素グリースの耐摩耗性能を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態では、界面活性剤は、フッ素系界面活性剤であることが好ましい。界面活性剤としてフッ素系を用いることで、基油としてのフッ素油と相性が良く、適切にグリース化することができる。
【００４４】
本実施形態では、具体的には、界面活性剤は、ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基を含有することが好ましい。これにより、基油としてフッ素油、及び増ちょう剤としてナノファイバー、特に、セルロースナノファイバー及び芳香族ポリマーのうち少なくとも１種を用いてフッ素油を適切にグリース化できる。
【００４５】
また、本実施形態では、グリース組成物中に占める界面活性剤の含有量は、０質量％より大きく２０質量％以下であることが好ましい。これにより、適切にグリース化でき、耐摩耗性能に優れたフッ素グリースを実現できる。
【００４６】
また、本実施形態では、フッ素油は、パーフルオロポリエーテルであることが好ましい。このとき、パーフルオロポリエーテルは、変性していないことが好ましい。すなわち、本実施形態では、特許文献４に示したような、特殊なパーフルオロポリエーテルを用いずとも、一般的なパーフルオロポリエーテルを用いることができる。したがって、低コストで、耐摩耗性能に優れたフッ素グリースを実現することができる。
【００４７】
（用途）
本実施形態のフッ素グリースの用途を特に限定するものでないが、これまでに半導体製造装置、クリーンルームの軸受、摺動部や航空宇宙関連機器などで用いられている。より具体的には、例えば、半導体製造に使用されるロボットアームや、コルゲートマシン、塗装ライン等に用いられる各種軸受等に塗布される。本実施形態のフッ素グリースを用いることで、耐摩耗性能を向上させることができ、軸受の潤滑性能を適切に向上させることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の効果を明確にするために実施した実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。まず、原料について説明する。
【００４９】
（ａ:パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）；Ｓｏｌｖａｙ社製、製品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）  Ｍ３０）
基油として使用した。直鎖タイプであり、４０℃における動粘度は、１５９ｍｍ２/ｓであった。
【００５０】
（ｂ:パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）；Ｓｏｌｖａｙ社製、製品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）  Ｙ４５）
基油として使用した。側鎖タイプであり、４０℃における動粘度は、１４７ｍｍ２／ｓであった。
【００５１】
（ｃ：パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）；Ｓｏｌｖａｙ社製、製品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）  ＹＲ）
基油として使用した。側鎖タイプであり、４０℃における動粘度は、３４５ｍｍ２／ｓであった。
【００５２】
（ｄ：パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）；Ｓｏｌｖａｙ社製、製品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）  Ｍ０３）
基油として使用した。直鎖タイプであり、４０℃における動粘度は、１７ｍｍ２／ｓであった。
【００５３】
（ｅ：パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）；Ｓｏｌｖａｙ社製、製品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）  Ｍ１５）
基油として使用した。直鎖タイプであり、４０℃における動粘度は、８５ｍｍ２／ｓであった。
【００５４】
（ｆ：セルロースナノファイバー；ダイセルファインケム社製、製品名セリッシュ（登録商標）ＫＹ１００Ｇ（１０％水溶液））
増ちょう剤として使用した。化学的修飾はされていない。
【００５５】
（ｇ：セルロースナノファイバー；日本製紙社製）
増ちょう剤として用いた。カルボキシメチル化処理がされている。カルボキシルメチル化後、セルロースナノファイバー粉末を５％水溶液に調製した。
【００５６】
（ｈ：セルロースナノファイバー；日本製紙社製）
増ちょう剤として用いた。ＴＥＭＰＯ酸化処理がされている。ＴＥＭＰＯ酸化処理がされたセルロースナノファイバー３％水溶液を用いた。
【００５７】
（ｉ：アラミドファイバー；ダイセルファインケム社製、製品名ティアラ（登録商標）ＫＹ４００Ｓ）
増ちょう剤として用いた。ミクロフィブリル化されたアラミド繊維である。製品名ティアラＫＹ４００Ｓ（２０％水溶液）を２．５％水溶液に調製し用いた。
【００５８】
（ｊ：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；喜多村社製の製品名ＫＴＬ−８Ｆ及び、３Ｍ社製の製品名Ｄｙｎｅｏｎ（登録商標）  ＴＦ―９２０７Ｚを混合）
増ちょう剤として使用した。製品名ＫＴＬ−８Ｆと、製品名Ｄｙｎｅｏｎ  ＴＦ―９２０７Ｚを３：２の割合で用いた。
【００５９】
（ｋ：シリカゲル；日本アエロジル社製、製品名ＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）  ２００）
増ちょう剤として使用した。
【００６０】
（ｌ：グラファイト；ライオン社製、製品名ケッチェンブラック（登録商標）ＥＣ３００Ｊ）
増ちょう剤として使用した。
【００６１】
（ｍ：フッ素系界面活性剤；第一工業製薬社製、製品名ノイゲン（登録商標）ＦＮ―１２８７）
ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基とを含有する界面活性剤である。
【００６２】
（ｎ：フッ素系界面活性剤；デュポン社製、製品名Ｃａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）  ＦＳ−３１００）
ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基とを含有する界面活性剤である。
【００６３】
（ｏ：フッ素系界面活性剤；ＤＩＣ社製、製品名メガファック（登録商標）Ｆ−４４４）
ポリオキシアルキレン基とパーフルオロアルキル基とを含有する界面活性剤である。
【００６４】
実験では、上記に挙げた各種原料を適宜、選択して、グリース組成物を作製した。実施例１〜実施例１０、及び比較例１については、ＰＦＰＥ、ナノファイバー水溶液、及び、フッ素系界面活性剤を混合したものを、１３０℃まで攪拌加熱し脱水を行った。その後、冷却し、三本ロールで均質化して、グリース組成物を得た。
【００６５】
比較例２〜比較例７については、ＰＦＰＥと増ちょう剤、又は、ＰＦＰＥ、増ちょう剤、フッ素系界面活性剤を混合し、三本ロールで均質化し、グリース組成物を得た。
【００６６】
これらグリース組成物については、以下の評価を行った。
【００６７】
（１）不混和ちょう度
ＪＩＳ  Ｋ  ２２２０により測定した。
【００６８】
（２）高速四球耐摩耗  （ＡＳＴＭ  Ｄ２２６６）
高速四球試験機を用いて、下記の条件下で摩耗試験を行い、試験後の摩耗痕径（ｍｍ）を測定した。
試験片：ＳＵＪ２（１／２インチ）  ２８等級
試験条件：回転数１２００ｒｐｍ、荷重３９２Ｎ、温度７５℃、試験時間６０分間
【００６９】
（３）フレッチング摩耗試験  （ＡＳＴＭ  Ｄ４１７０準拠）
下記の試験条件下で摩耗試験を行った。２つのスラスト玉軸受を高速揺動させ、その際に生じる軸受１個当たりの軌道盤の摩耗量（ｍｇ）を評価した。
試験軸受：Ｏ−５
試験条件：周波数３０Ｈｚ、荷重２４５０Ｎ、温度室温、揺動角１２°、試験時間４時間
【００７０】
以下、表１に実施例の実験結果を、表２に比較例の実験結果をまとめた。
【００７１】
【表１】
2019077813.tif 000003
【００７２】
【表２】
2019077813.tif 000004
【００７３】
表１に示す実施例では、フッ素油の種類を変えても、高い耐摩耗性能を示すことがわかった。表１に示すように、高速四球耐摩耗試験における摩耗痕径を０．７ｍｍ以下にでき、好ましくは、０．６ｍｍ以下にでき、より好ましくは、０．５５ｍｍ以下にでき、更に好ましくは、０．５ｍｍ以下にできることがわかった。
【００７４】
一方、比較例１では界面活性剤を用いずに試作を行ったが、グリース化しなかった。また、比較例２〜比較例７では、増ちょう剤としてナノファイバーを用いず、ＰＴＦＥ、シリカゲル、あるいは、グラファイトを用いたところ、高速四球耐摩耗試験における摩耗痕径が０．８８ｍｍ以上に大きくなることがわかった。
【００７５】
また、実施例１及び１０と比較例２に関しては、フレッチング摩耗についても測定したところ、実施例１０のフレッチング摩耗を、比較例２の半分以下に抑えることができるとわかった。
【００７６】
実施例５及び実施例６では、２種類のセルロースナノファイバーを混合したが、問題なくグリース化し高い耐摩耗性能を示すことがわかった。また、実施例１０では、セルロースナノファイバーではなく、アラミドファイバーを用いたが、高い耐摩耗性能を示すことがわかった。
【００７７】
また、実施例７〜９では、実施例１〜実施例６及び実施例１０とは、フッ素系界面活性剤の種類を変えたが、いずれも高い耐摩耗性能を示すことがわかった。これに対して、比較例３、比較例５、比較例７のように、ナノファイバー以外の増ちょう剤を用いたフッ素グリースに、フッ素系界面活性剤を添加しただけでは、実施例のような高い耐摩耗性能は得られないことがわかった。
【００７８】
以上の実験結果により、本実施例に示すように、フッ素油、ナノファイバー、及び、界面活性剤を含有することで、グリース化とともに高い耐摩耗性能を得ることができるとわかった。
【００７９】
また、実施例１〜実施例１０に示すように、ナノファイバーには、セルロースナノファイバー及び芳香族ポリマーのうち少なくとも１種を選択することが好ましいとわかった。なお、実験で用いたセルロースナノファイバーは、化学修飾されていないか、化学修飾されていないセルロースナノファイバーと、化学修飾されたセルロースナノファイバーとを組み合わせて用いた。
【００８０】
また、実施例１〜実施例１０に示すように、グリース組成物中に占めるナノファイバーの含有量を、０質量％より大きく１０質量％以下にできることがわかった。
【００８１】
また、実施例１〜実施例１０に示すように、界面活性剤は、フッ素系界面活性剤であることが好ましいとわかった。また、フッ素界面活性剤には、ポリオキシエチレン基とパーフルオロアルキル基を含有する界面活性剤を用いた。
【００８２】
また、実施例１〜実施例１０に示すように、グリース組成物中に占める界面活性剤の含有量は、０質量％より大きく２０質量％以下、好ましくは、１０質量％以下、より好ましくは、５質量％以下にできることがわかった。
【００８３】
また、実施例１〜実施例１０に示すように、フッ素油として、パーフルオロポリエーテルを用いることができるとわかった。なお、パーフルオロポリエーテルは、変性していない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
フッ素グリースは、これまでに半導体製造装置、クリーンルームの軸受、摺動部や航空宇宙関連機器などで用いられている。本発明のグリース組成物は、高い耐摩耗性を持つフッ素グリースであり、これまでにフッ素グリースが用いられてきた環境よりもさらに過酷な環境においても好適に利用できる。