(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含油軸受装置に用いる焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤は、パラフィン系ベースオイルからなる潤滑油と、該潤滑油に相溶しないカルボン酸エステルとからなる、サブミクロンの大きさの２種類の液体の球状微粒子が、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる固体の粒状微粒子の分散媒中に、前記２種類の液体の球状微粒子が分散質として分散された懸濁液状の潤滑剤であって、該潤滑剤の製造方法は、
熱分解で酸化第一鉄を析出するナフテン酸第一鉄をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、該アルコール分散液に、融点がパラフィン系ベースオイルからなる潤滑油の流動点より低い第一の性質と、沸点が前記酸化第一鉄をマグネタイトないしはマグヘマイトに酸化する温度より高い第二の性質と、前記潤滑油と相溶しない第三の性質と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第四の性質と、前記アルコールより粘度が高い第五の性質とからなる、これら５つの性質を兼備するオレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルを混合して混合液を作成する第二の工程と、該混合液を大気雰囲気で熱処理し、前記ナフテン酸第一鉄を熱分解し酸化第一鉄の粒状微粒子を前記カルボン酸エステル中に析出させ、さらに昇温し、前記酸化第一鉄の粒状微粒子を、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子に酸化し、該マグネタイトないしは該マグヘマイトのいずれか一方の材質からなる粒状微粒子の集まりを、前記カルボン酸エステルに析出させる第三の工程と、前記第三の工程で熱処理した混合液に、パラフィン系ベースオイルからなる潤滑油を混合して撹拌する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施すると、サブミクロンの大きさからなる前記カルボン酸エステルと前記潤滑油とからなる２種類の液体の球状微粒子が、前記マグネタイトないしは前記マグヘマイトのいずれか一方の材質からなる固体の粒状微粒子の分散媒中に、前記２種類の液体の球状微粒子が分散質として分散された懸濁液状の潤滑剤が製造される、焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含油軸受装置に用いる焼結金属からなる多孔質体に、潤滑剤を真空含浸し、潤滑剤の自己給油性で滑り面に滲み出て皮膜を形成し、この皮膜が軸部材の回転と荷重とを支持する含油軸受装置に用いる焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部を有する産業用機器は、回転する軸部材と、この軸部材の回転と荷重とを支持する軸受部材とからなる軸受装置を有する。
軸受装置は、転がり軸受装置と滑り軸受装置に２分される。転がり軸受は、転動体と呼ばれる部品が軸部材の回転と荷重とを支持する。転動体は保持器によって保持され、内輪と外輪とで構成される軌道面上を転動するため、すべり軸受より大型でかつ高価である。また、軸部材の高速回転時には、転動体の慣性力が増大して転動体の保持器に過大の負荷を加える。あるいは、静荷重下でも転動体の軌道面には繰り返し応力が印加される。このため、流体潤滑を利用したすべり軸受に比べると寿命は短い。さらに転動体の転がりによって、静粛性はすべり軸受より劣る。
いっぽう滑り軸受は、滑り面に存在する潤滑油の油膜で軸部材の回転と荷重とを支持する。滑り面に潤滑油を供給する潤滑装置ないしは潤滑機構を設けた動圧・静圧軸受に比べ、滑り面に潤滑油を供給する手段を省いた含油軸受は小型で安価なため、動圧・静圧軸受に比べより多くの産業機器に用いられている。
【０００３】
含油軸受は、軸受部材である焼結金属からなる多孔質体に潤滑油を真空含浸する。真空含浸された潤滑油は、滑り面の摩擦熱で体積膨張し、自らが滑り面に潤滑油を供給する自己給油性を有する。さらに、滑り面に滲みでた潤滑油は、滑り面で油膜を形成する。この油膜の存在で、多孔質体と軸部材との焼付きと凝着を防ぐ。そして、軸部材が回転すると、レイノズルの式に基づいて油膜に圧力分布が形成される。油膜の陽圧部では、すべり面に存在する気孔から多孔質体内に潤滑油が入り込み、反対に油膜の負圧部では、多孔質体の気孔から摺接面に潤滑油が吐き出される。こうして、すべり面で形成される油膜の圧力分布によって、すべり面の気孔を介して、すべり面に潤滑油の自己循環が繰り返される。また、油膜の陽圧部が軸部材を押し上げ、軸部材が油膜によって支えられる。
しかし、焼結金属からなる多孔質体に設けられる内部気孔の体積は３０％余りに制限され、制限された含浸油の量で動作寿命が決まる。さらに、多孔質体は、潤滑油を内部に真空含浸できる構造と、滑り面へ潤滑油が供給できる構造とを兼備するため、気孔は通気性を有する。この気孔の通気性によって、含油軸受が使用できる負荷に制約がある。
【０００４】
ここで、含油軸受が適応できる負荷の領域を説明する。すべり面が軸部材から受ける負荷は、軸受面圧と軸部材の滑り速度とで表わされる。軸受面圧は、家電製品における面圧０．０２ＭＰａから自動車部品における８ＭＰａに及ぶ。また、滑り速度は音響・情報機器における１ｍ／ｍｉｎから掃除機や電動工具における５００ｍ／ｍｉｎに及ぶ。このように、軸受部材が軸部材から受ける負荷は、軸部材の回転力と回転速度とに応じて広範囲に及ぶ。
しかし、すべり面に存在する通気性の気孔によってすべり面の油圧が逃げ、含油軸受が適応できる軸受面圧Ｐは１ＭＰａまでであるとされている。さらに高速回転においては、通気性の気孔によってすべり面に供給される潤滑油が過小になり、含油軸受で適応できる軸部材の滑り速度は３００ｍ／ｍｉｎが限度であるとされている。
また、自動車に搭載された軸受装置の中には、−４０℃における始動性と、すべり面の最高温度２５０℃における連続動作とが求められる軸受装置がある。低温の始動時には、含浸油がすべり面に滲み出にくいため、すべり面の焼付きや凝着が起こり易くなる。また低温の始動時には、潤滑油の粘性が大きいため摩擦力が過大となり、軸部材の回転力を低減させる。反対に、高温の連続動作では、含浸油がすべり面に滲み出やすくなり、また、潤滑油の蒸気圧が高まって、含浸油が枯渇し易くなる。あるいは、すべり面における潤滑油の熱分解が進行し、潤滑油の潤滑性が損なわれる。
【０００５】
さらに、すべり面における潤滑油の摩擦係数から、含油軸受が適応できる領域の限界を説明する。気孔から滲み出た潤滑油がすべり面で理想的な流体潤滑を行う場合は、摩擦係数μはμ＝ηＮ・ｄ／Ｐ・Ｃで与えられる。ここで、ηは動作温度における潤滑油の粘度、Ｎは軸部材の回転数、ｄは軸部材の軸径、Ｐは軸受面圧、Ｃは摺接面のクリアランスである。
含油軸受では、軸部材の回転速度Ｎが低下し軸受面圧Ｐが増大すると、動作時の摩擦係数μは理想的な摩擦係数μから外れて増大する。つまり、低速回転時に軸受面圧Ｐが増大すると、気孔の通気性によって軸受面圧Ｐがリークし易くなり、すべり面に油膜が存在しなくなり、部分的に軸部材と軸受部材とが直接接触する境界潤滑の摩擦が支配的になり、軸受部材のすべり面における焼付や凝着が起こり易くなる。
【０００６】
このような含油軸受の様々な課題に対し、様々な提案がなされている。例えば、境界潤滑が起こる摩擦係数をより小さな摩擦係数の領域まで拡大する、つまり、流体潤滑の領域を拡大するため、焼結金属に固体潤滑剤である二硫化モリブデンや黒鉛を添加する事例がある（例えば、特許文献１および２を参照）。しかし、流体潤滑の領域が多少広がる効果はあるが、滑り面の気孔の通気性によって流体潤滑が広がる領域には自ずと限界がある。
また、潤滑油を滑り面に吸着しやすい性質とし、吸着活性が高い無極性潤滑油と、吸着活性が高い軸受材料とを組み合わせる事例がある（例えば、非特許文献１および２を参照）。この事例においても、流体潤滑の領域が多少広がる効果はあるが、滑り面の気孔の通気性によって流体潤滑が広がる領域には自ずと限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７９３４９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２１２３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】森誠之著、固体表面の活性と吸着および境界潤滑との関係、潤滑、Ｖｏｌ.３３、Ｎｏ.８（１９８８）、５８５−５９０
【非特許文献２】森誠之著、摩擦新生面の化学的性質、トライボロジスト、Ｖｏｌ.３８、Ｎｏ.１０（１９９３）、８８４−８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に説明した含油軸受における課題を整理すると次のようになる。第一に、過大な軸荷重を受けて軸受面圧が増大すると、軸受面圧がすべり面の気孔からリークしてすべり面が境界潤滑に至る。従って、軸部材の回転力が大きい用途では寿命が短い。第二に、軸部材の高速回転時では、すべり面に潤滑油を引き出す力が強くなり、潤滑油が枯渇し易くなる。従って、高速回転の頻度が高い用途では寿命が短い。第三に、軸部材の低速回転時では、すべり面に潤滑油を引き出す力が弱くなり境界潤滑に至り易くなる。従って、低速回転の頻度が高い用途では寿命が短い。第四に、極低温では潤滑油の粘性が著しく増大して摩擦係数が増大し、低温始動時の軸部材の回転力が低減する。第五に、低温動作ではすべり面に潤滑油が供給されにくくなり境界潤滑に至る。従って、極低温での始動性が必要な用途では使用できない。第六に、高温動作ではすべり面に供給される潤滑油が過多になり、あるいは、潤滑油の蒸気圧の上昇によって潤滑油の蒸発量が増大し、含浸油が枯渇する。第七に、高温動作では潤滑油の熱劣化が進行し、潤滑油の潤滑性能が低下する。従って、高温動作の頻度が高い用途では寿命が短い。
【００１０】
こうした課題は、含油軸受の原理と含浸油の性質とに基づく。従って、従来の含浸油とは全く異なる物質からなる含浸潤滑剤が、以下に説明する画期的な潤滑作用を滑り面にもたらせば、含油軸受の原理と含浸油の性質とに基づく前記の課題が根本的に解決できる。
第一の潤滑剤の作用は、焼結金属からなる多孔質体に真空含浸した潤滑剤の自己給油性で滲み出た潤滑剤が、軸部材の滑り面に吸着し、この吸着した潤滑剤が、滑り面での流体潤滑を永続する。このため、過大な軸荷重を受け多孔質体の滑り面の軸受面圧が増大し、軸受面圧が多孔質体の気孔からリークしても、軸部材に吸着した潤滑剤によって流体潤滑が続く。また、軸部材の高速回転時に、多孔質体の滑り面に潤滑剤を引き出す力が強くなるが、滑り面に吸着した潤滑剤が障害となって潤滑剤の引き出しを抑制する。また、高温動作時に潤滑剤が体積膨張し、多孔質体の滑り面に供給される潤滑剤が過多になるが、滑り面に吸着した潤滑剤が障害となって、滑り面への潤滑剤の供給を抑制する。さらに、軸部材の低速回転時に、多孔質体の滑り面に潤滑剤を引き出す力が弱くなるが、滑り面に吸着した潤滑剤の存在で境界潤滑に至らない。また、低温動作時に多孔質体の滑り面に潤滑剤が供給されにくくなるが、滑り面に吸着した潤滑剤の存在で境界潤滑に至らない。
第二の潤滑剤の作用は、軸部材に吸着した潤滑剤に依る流体潤滑が、潤滑剤の粘度に依存しない。このため、極低温で潤滑剤の粘度が著しく増大しても、また、高温で潤滑剤の粘度が低下しても、さらに、潤滑剤が熱劣化しても流体潤滑を続ける。
第三の潤滑剤の作用は、軸部材に吸着した潤滑剤に依る流体潤滑が、潤滑剤を構成する液体が蒸発しても流体潤滑を続ける。つまり、潤滑剤が沸点を有する液体のみで構成されず、液体と固体との複数種類の物質から構成されれば、高温動作が継続して潤滑剤を構成する液体が蒸発しても、残存した固体の物質が流体潤滑を続ける。
これら３つの作用を滑り面で発揮する画期的な潤滑剤を実現させることが、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係わる含油軸受装置に用いる焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤は、パラフィン系ベースオイルからなる潤滑油と、該潤滑油に相溶しないカルボン酸エステルとからなる、サブミクロンの大きさの２種類の液体の球状微粒子が、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる固体の粒状微粒子の分散媒中に、前記２種類の液体の球状微粒子が分散質として分散された懸濁液状の潤滑剤であって、該潤滑剤の製造方法は、
熱分解で酸化第一鉄を析出するナフテン酸第一鉄をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、該アルコール分散液に、融点がパラフィン系ベースオイルからなる潤滑油の流動点より低い第一の性質と、沸点が前記酸化第一鉄をマグネタイトないしはマグヘマイトに酸化する温度より高い第二の性質と、前記潤滑油と相溶しない第三の性質と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第四の性質と、前記アルコールより粘度が高い第五の性質とからなる、これら５つの性質を兼備するオレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルを混合して混合液を作成する第二の工程と、該混合液を大気雰囲気で熱処理し、前記ナフテン酸第一鉄を熱分解し酸化第一鉄の粒状微粒子を前記カルボン酸エステル中に析出させ、さらに昇温し、前記酸化第一鉄の粒状微粒子を、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子に酸化し、該マグネタイトないしは該マグヘマイトのいずれか一方の材質からなる粒状微粒子の集まりを、前記カルボン酸エステルに析出させる第三の工程と、前記第三の工程で熱処理した混合液に、パラフィン系ベースオイルからなる潤滑油を混合して撹拌する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施すると、サブミクロンの大きさからなる前記カルボン酸エステルと前記潤滑油とからなる２種類の液体の球状微粒子が、前記マグネタイトないしは前記マグヘマイトのいずれか一方の材質からなる固体の粒状微粒子の分散媒中に、前記２種類の液体の球状微粒子が分散質として分散された懸濁液状の潤滑剤が製造される、焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤の製造方法。
【００１２】
つまり、本製造方法に依れば、簡単な４つの工程を連続して実施すると、画期的な作用効果を持つ潤滑剤が製造される。第一の工程は、汎用的な工業用薬品である熱分解で酸化第一鉄を析出するナフテン酸第一鉄を、アルコールに分散するだけの処理である。第二の工程は、汎用的な工業用薬品である５つの性質を持つカルボン酸エステルを、アルコール分散液に混合するだけの処理である。第三の工程は、混合液を大気雰囲気で熱処理するだけの処理である。第四の工程は、熱処理した混合液に、潤滑油を混合して撹拌するだけの処理である。従って、安価な原料を用いて安価な費用で潤滑剤が製造できる。
この潤滑剤を焼結金属からなる多孔質体に真空含浸し、潤滑剤が自己給油性で滑り面に滲み出ると、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる粒状微粒子と、カルボン酸エステルと潤滑油との球状微粒子とからなる、３種類の微粒子の集まりからなる皮膜が、軸部材の滑り面に磁気吸着する。この皮膜は、微粒子の自己潤滑作用に依る流体潤滑が滑り面で永続する。また、この流体潤滑は微粒子の形状効果に依るため、カルボン酸エステルと潤滑油との粘度の変化の影響を受けずに流体潤滑を行う。また、皮膜が３種類の微粒子から構成されるため、カルボン酸エステルと潤滑油とが蒸発したとしても、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる粒状微粒子によって流体潤滑が続く。このように、含油軸受の原理と含浸油の性質に基づく従来の課題を根本的に解決する画期的な潤滑剤が、安価な原料を用いて安価な費用で製造できる。
つまり、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる金属酸化物の微粒子の集まりが析出したカルボン酸エステルに、潤滑油を混合して撹拌すると、カルボン酸エステルはパラフィン系ベースオイルの潤滑油と相溶しないため、粒子同士が引きちぎられまたぶつかり合って、カルボン酸エステルと潤滑油とは微粒子化を進める。この結果、サブミクロンの大きさで、最も安定した形状の球状微粒子になって微粒子化を終える。このサブミクロンの球状微粒子は、応力を受けてもさらに小さい微粒子にならないため、応力を受けると、自らが滑ることに依って応力を緩和する自己潤滑性を持つ。つまり、液体の粒子は、粒子の大きさに基づく表面自由エネルギーを持ち、微粒子になるほど粒子の表面自由エネルギーが増大する。このため、粒子の表面自由エネルギーが、撹拌時に加えられる応力に負けない大きさまで粒子の微粒子化が進む。いっぽう、固体の金属酸化物の微粒子は、数十ナノの大きさからなる硬い粒状微粒子であり、この粒状微粒子が応力を受けると、粒状形状であるため、自らが滑ることで応力を緩和させる自己潤滑性を発揮する。この結果、本潤滑剤の製造方法における焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤は、液体のカルボン酸エステルと潤滑油との球状微粒子と、固体の金属酸化物の粒状微粒子とからなる、３種類の微粒子の集まりからなる懸濁液で構成される。従って、懸濁液を構成する微粒子の大きさが、焼結金属からなる多孔質体の気孔の大きさより１桁以上小さいため、真空含浸によって多孔質体の内部に懸濁液が容易に含浸できる。なお、含油軸受に用いる潤滑油は、パラフィン系ベースオイルから構成される。
こうして焼結金属からなる多孔質体に真空含浸した潤滑剤が自己給油性で滑り面に滲み出ると、固体の金属酸化物の粒状微粒子と、液体のカルボン酸エステルと潤滑油との球状微粒子とからなる、３種類の微粒子の集まりからなる皮膜が、多孔質体と軸部材との滑り面に形成される。
いっぽう、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれか一方の材質からなる金属酸化物が自発磁化を持つ硬磁性体であり、軸部材が軟磁性体であるため、金属酸化物の粒状微粒子と軸部材との間で磁気吸引力が作用する。従って、金属酸化物の微粒子の数を、カルボン酸エステルと潤滑油との双方の微粒子の数より多くすれば、カルボン酸エステルと潤滑油との双方の微粒子が、金属酸化物の微粒子で囲まれ、非磁性体であるカルボン酸エステルと潤滑油との微粒子にも磁気吸引力が作用する。この結果、３種類の微粒子の集まりからなる皮膜が、軸部材の滑り面に磁気吸着し、重量を殆ど持たない微粒子は滑り面から脱落しない。従って、この皮膜に依る流体潤滑が滑り面で永続する。つまり、滑り面に微粒子の集まりからなる皮膜が磁気吸着するため、多孔質体と軸部材とが直接接触する固体同士の境界潤滑に至らず、微粒子が応力を受けると自己潤滑性を発揮し、微粒子が滑ることに依って潤滑する、全く新たな原理に基づく流体潤滑が滑り面で継続する。なお軸部材は、機械的強度を有する軟磁性体からなる様々な鋼で形成される。いっぽう、焼結金属からなる多孔質体は非磁性体であり、多孔質体に真空含浸した潤滑剤に、多孔質体との間で磁気吸引力は作用しない。また、金属酸化物は微粒子であるため磁気力が小さく、滑り面の温度上昇による潤滑剤の体積膨張が勝り、潤滑剤は滑り面に滲み出る自己給油性を持つ。
また、本潤滑剤の製造方法におけるナフテン酸第一鉄は、大気雰囲気の３４０℃で熱分解が完了して酸化第一鉄ＦｅＯになる。さらに、昇温速度を抑えて３８０℃まで昇温すると、酸化第一鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ２＋の一部が酸化されて３価の鉄イオンＦｅ３＋になってＦｅ２Ｏ３になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４になる。さらに、３８０℃に一定時間放置すると、酸化第一鉄ＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋の全てが３価の鉄イオンＦｅ３＋に酸化され、酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３になり酸化反応を終える。この酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３は、マグネタイトＦｅ３Ｏ４と同様の立方晶系である酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相であるマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３である。なお酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３のアルファ相であるヘマタイトα−Ｆｅ２Ｏ３の結晶構造は三方晶系であり、マグネタイトとは結晶構造が異なる。
従って、ナフテン酸第一鉄をカルボン酸エステル中で熱分解させて、酸化第一鉄ＦｅＯの粒状微粒子を析出させ、この酸化第一鉄ＦｅＯの粒状微粒子を酸化させると、マグネタイトＦｅ３Ｏ４の粒状微粒子が生成される。さらに、マグネタイトＦｅ３Ｏ４の粒状微粒子を酸化させると、マグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３の粒状微粒子が生成される。このため、ナフテン酸第一鉄はマグネタイトの粒状微粒子とマグヘマイトの粒状微粒子とを生成する原料になる。
さらに、本製造方法による潤滑剤を構成するマグネタイトＦｅ３Ｏ４ないしはマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３は以下に説明する４つの性質を持ち、これによって、画期的な作用効果をもたらす。
第一にマグネタイトとマグヘマイトとの双方は、硬磁性の一種のフェリ磁性の性質を持つ。このため、軸部材が軟磁性体であるため、自発磁化を持つマグネタイトないしはマグヘマイトからなる粒状微粒子に、軸部材との間で磁気吸引力が常時作用する。従って、マグネタイトないしはマグヘマイトの微粒子の数を、カルボン酸エステルと潤滑油との微粒子の数より多くすれば、カルボン酸エステルと潤滑油との双方の微粒子が、金属酸化物の微粒子で囲まれ、非磁性体であるカルボン酸エステルと潤滑油との微粒子にも磁気吸引力が作用し、３種類の微粒子の集まりからなる皮膜が、軸部材の滑り面に磁気吸着し、重量を殆ど持たない３種類の微粒子は滑り面から脱落しない。なお含油軸受装置で用いる軸部材は、機械構造用炭素鋼の炭素の含有量が０．２５ｗｔ％から０．４５ｗｔ％のＳ２５ＣからＳ４５Ｃや、炭素量が０．４５ｗｔ％以上の炭素鋼ないしはニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などの合金鋼から構成され、これらの鋼はいずれも軟磁性体である。
第二にマグネタイトの磁気キュリー点は５８５℃であり、マグへマイトの磁気キュリー点は６７５℃である。なおマグヘマイトは、大気中の４５０℃以上の温度で酸化第二鉄のα相であるヘマタイトα−Ｆｅ２Ｏ３に相転移する。この相転移は不可逆変化である。従って、潤滑油のベースオイルが蒸発するような高い温度であっても、マグネタイトとマグヘマイトとは硬磁性の性質を示す。
第三にマグネタイトのモース硬度が５．５であり、マグヘマイトのモース硬度が６．０であり、いずれも硬い粒状微粒子である。従って、軸部材が滑り面を滑る際に、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、応力を受けても破壊されない。この際、粒状微粒子が液体の球状微粒子と接する場合は、液体の球状微粒子が自己潤滑作用で優先して滑る。また、軸部材によって静荷重が加えられた際は、粒状微粒子は破壊されず、３種類の微粒子の大きさが、軸受部材の表面粗さより一桁以上小さいため、３種類の微粒子の集まりが軸部材の滑り面に磁気吸着し、自己潤滑性を発揮して加えられた静荷重を緩和し、多孔質体の滑り面が疲労しない。
第四にマグネタイトとマグヘマイトとの双方は、腐食しにくい安定した鉄の酸化物であるため、腐食することなく粒状微粒子に依る流体潤滑を続ける。
いっぽう、本潤滑剤の製造方法におけるオレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルが５つの性質を兼備するため、以下に説明する作用効果をもたらし、これによって、オレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルは焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤の原料となり、オレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルからなる球状微粒子によって潤滑油を構成する。
つまり、オレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルに、５つの性質を兼備するカルボン酸エステルが存在する。こうしたカルボン酸エステルは、焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤の原料になり、カルボン酸エステルからなる球状微粒子によって潤滑油を構成する。これらのカルボン酸エステルは汎用的な工業用薬品である。
従って、ナフテン酸第一鉄をアルコールに分散したアルコール分散液に、オレイン酸エステル類、フタル酸エステル類ないしはセバシン酸エステル類のいずれかに属するいずれか1種類のカルボン酸エステルを混合すると、アルコール中にナフテン酸第一鉄とカルボン酸エステルとが均一に混ざりあった混合液になる。この混合液を大気中で熱処理する。アルコールを気化させた後に３４０℃まで昇温すると、ナフテン酸第一鉄が熱分解し、カルボン酸エステル中に酸化第一鉄ＦｅＯの粒状微粒子が均一に析出する。さらに、昇温速度を抑えて３８０℃まで昇温すると、酸化第一鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ２＋の一部が酸化されて３価の鉄イオンＦｅ３＋になってＦｅ２Ｏ３になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４の粒状微粒子が生成される。さらに３８０℃に一定時間放置すると、酸化第一鉄ＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋の全てが３価の鉄イオンＦｅ３＋に酸化され、酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相であるマグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３の粒状微粒子が生成される。この結果、マグネタイトないしはマグヘマイトからなる粒状微粒子の集まりが、カルボン酸エステル中に均一に析出する。このカルボン酸エステルに潤滑油を混合して撹拌すれば、焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤となる懸濁液が作成される。
すなわち、第一に、カルボン酸エステルがアルコールに溶解ないしは混和する性質を持つため、ナフテン酸第一鉄をアルコールに分散したアルコール分散液にカルボン酸エステルを混合すると、ナフテン酸第一鉄とカルボン酸エステルとが均一に混ざり合う。従って、マグネタイトないしはマグヘマイトの微粒子の数を、カルボン酸エステルと潤滑油との双方の微粒子の数より多くし、カルボン酸エステルと潤滑油との双方の微粒子が、金属酸化物の微粒子で囲む場合は、有機金属化合物の使用量を、カルボン酸エステルと潤滑油との使用量より過多とする必要があるが、有機金属化合物を多量のアルコールに分散すれば、カルボン酸エステルが容易にアルコール分散液に溶解ないしは混和する。さらに、第二に、カルボン酸エステルはアルコールより粘度が高い性質を持つため、軸受部材と軸部材との滑り面に、粘度を有する球状微粒子を形成し、球状微粒子は応力によって潰れず、自らが滑ることで応力を緩和する自己潤滑作用を発揮する。
さらに、第三に、カルボン酸エステルの沸点は、マグネタイトないしはマグヘマイトの微粒子が生成される温度より高い性質を持つ。このため、前記した混合液を大気中で熱処理すると、最初にアルコールが気化し、カルボン酸エステル中にナフテン酸第一鉄の微細結晶が均一に析出する。さらにナフテン酸第一鉄が熱分解する温度まで昇温すると、ナフテン酸第一鉄が熱分解し、カルボン酸エステル中に酸化第一鉄ＦｅＯの４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状微粒子が均一に析出する。さらに、昇温速度を抑えて３８０℃まで昇温すると、酸化第一鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ２＋の一部が酸化されて３価の鉄イオンＦｅ３＋になってＦｅ２Ｏ３になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４の４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状微粒子が生成される。さらに、３８０℃に一定時間放置すると、酸化第一鉄ＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋の全てが３価の鉄イオンＦｅ３＋に酸化され、マグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３の４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状微粒子が生成される。この結果、マグネタイトないしはマグヘマイトからなる粒状微粒子が、カルボン酸エステル中に均一に析出する。さらに、潤滑油を混合して撹拌すれば、多孔質体に真空含浸する潤滑剤となる懸濁液が作成される。
また、第四に、カルボン酸エステルの融点は、潤滑油の流動点より一段と低い−３０℃より低い温度であるため、含油軸受装置が潤滑油の流動点より低い温度で稼働されても、軸部材の低温始動性を悪化させることなく、カルボン酸エステルの球状微粒子が流体潤滑を続ける。
さらに、第五に、カルボン酸エステルは、潤滑油と相溶しない性質を持つ。これによって、カルボン酸エステルと潤滑油との混合液を撹拌すると、粒子同士が引きちぎられまたぶつかり合って微粒子化を進め、応力を受けても粒子が潰れない球状微粒子を形成し、この球状微粒子は応力を受けた際に自らが滑ることで応力を緩和する自己潤滑性を持つ。
本製造方法による潤滑剤は、微粒子が滑ることに依って潤滑する、全く新たな原理に基づく流体潤滑は、含油軸受の原理と含浸油の性質に基づく従来の課題を根本的に解決する優れた作用効果をもたらす。第一に、過大な軸荷重を受けて多孔質体の滑り面の軸受面圧が増大し、滑り面の気孔から軸受面圧がリークしても、滑り面に磁気吸着した皮膜が流体潤滑を続ける。第二に、軸部材の高速回転時に、多孔質体の滑り面に潤滑剤を引き出す力が強くなるが、滑り面に磁気吸着した皮膜の存在が障害となって潤滑剤の引き出しを抑制し、潤滑剤が枯渇しない。第三に、高温動作時に潤滑剤の体積膨張で、多孔質体の滑り面に潤滑剤が過多に供給されようとするが、滑り面に磁気吸着した皮膜の存在が障害となって潤滑剤の供給を抑制し、潤滑剤が枯渇しない。第四に、軸部材の低速回転時に、多孔質体の滑り面に潤滑剤を引き出す力が弱くなるが、滑り面に磁気吸着した皮膜の存在で境界潤滑に至らない。第五に、低温動作時に多孔質体の滑り面に潤滑剤が供給されにくくなるが、滑り面に磁気吸着した皮膜の存在で境界潤滑に至らない。第六に、軸部材が滑り面を滑る際に、３種類の微粒子に応力が加わるが、３種類の微粒子が滑ることで応力が緩和され、軸部材は多孔質体の滑り面を攻撃しない。第七に、固体の粒状微粒子と液体の球状微粒子との接触に依る摩擦力は、液体の球状微粒子が優先して滑るため小さい。また、液体の球状微粒子同士の接触に依る摩擦力は、両者が滑るため小さい。この結果、流体潤滑における摩擦力は小さく、従来の含油軸受より静粛性が高い。第八に、３種類の微粒子の自己潤滑性は、微粒子の形状効果に依るため、微粒子が滑ることに依る流体潤滑は、液体の粘度の変化の影響を受けない。このため、極低温でカルボン酸エステルと潤滑油との粘度が増大しても、微粒子が滑ることに依る流体潤滑が継続し、軸部材の低温始動時の回転力が低減しない。また、高温でカルボン酸エステルと潤滑油との粘度が低下しても、微粒子が滑ることに依る流体潤滑が継続し、境界潤滑に至らない。さらに、潤滑油が熱劣化しても、潤滑油の球状微粒子は、滑ることに依る流体潤滑を続ける。第九に、軸部材が静荷重を多孔質体の滑り面に加えても、３種類の微粒子の大きさが、軸部材の表面粗さより一桁以上小さいため、３種類の微粒子の集まりが軸部材の滑り面に磁気吸着して皮膜を形成する。この皮膜に静荷重が加えられると、３種類の微粒子が自己潤滑性を発揮し、加えられた静荷重を緩和させ、多孔質体の滑り面は疲労しない。第十に、磁気吸着した皮膜は、厚みに対する表面積の比率が極めて大きいため、滑り面の昇温を抑える冷却作用を発揮する。第十一に、含油軸受が高温で連続稼働し、潤滑油の低揮発成分が蒸発しても、３種類の微粒子は滑ることに依る流体潤滑を続ける。含油軸受が高温でさらに連続稼働し、潤滑油の多くが蒸発しても、カルボン酸エステルが３８０℃を超える沸点であるため、３種類の微粒子が滑ることに依る流体潤滑を続ける。含油軸受が高温でさらに連続稼働し、高沸点のカルボン酸エステルが蒸発し、潤滑油の多くが蒸発しても、４００℃以上でも自発磁化を失わない金属酸化物の粒状微粒子の集まりが軸部材に磁気吸着し、粒状微粒子が滑ることに依る流体潤滑を続ける。このように、滑り面に磁気吸着した３種類の微粒子は、滑り面が高温になっても流体潤滑を続ける。第十二に、含油軸受が潤滑油の流動点より低い温度で動作しても、カルボン酸エステルの融点が、潤滑油の流動点より一段と低い−３０℃より低い温度であるため、軸部材の低温始動性を悪化させることなく、カルボン酸エステルの微粒子は流体潤滑を続ける。
以上に説明したように、本製造方法による焼結金属からなる多孔質体に真空含浸する潤滑剤は、３種類の微粒子からなる皮膜が滑り面に磁気吸着し、３種類の微粒子が滑ることに依る流体潤滑が滑り面で永続する。この結果１０段落で説明した３つの性質を兼備する潤滑剤が実現され、含油軸受の原理と含浸油の性質に基づく課題が根本的に解決できた。
なお、含油軸受装置に用いられる潤滑油は、炭素数がＣ１５−５０で、分子量が２００−７００で、常圧換算の沸点が２５０−６００℃の範囲に及び、流動点は−１０℃から−２５℃に及ぶ。また、自動車部品の含油軸受装置では、高温の連続動作が継続すると滑り面が２５０℃まで昇温する場合がある。しかし、含油軸受装置においては、潤滑油を構成するベースオイルの多くが蒸発する温度まで滑り面が昇温することは少ない。また、潤滑油の流動点の降下剤に依る降下点より低い温度で含油軸受装置が稼働されることはない。
また、超音波ホモジナイザーを用いて混合液を撹拌すると、カルボン酸エステルと潤滑油との微粒子化が短時間で進む。つまり、超音波振動を液体に加えると、超音波の周波数に応じた極めて短い周期で、超音波の縦振動による加圧と減圧とが液体で繰り返され、液体に大きな圧力差が発生する。この圧力差に依って微小な泡（キャビテーション）が発生し、この泡が液体中で縦振動を受けて弾けまたは潰れた瞬間に大きな衝撃波が起こり、この大きな衝撃波によって粒子が引きちぎられまたぶつかり合い、粒子の微粒子化が短時間で進む。この粒子の微粒子化は、粒子が衝撃波で潰れない球状の微粒子まで進み、この球状の微粒子は、応力を受けると自らが滑ることで応力を緩和する自己潤滑性を持つ。
【００１３】
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【００１４】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】３種類の微粒子の集まりからなる皮膜構造を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施形態１
本実施形態は、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二にアルコールより粘度が高く、第三に沸点が３８０℃より高く、第四に潤滑油の流動点より融点が低く、第五にパラフィン系オイルと相溶しない、これら５つの性質を兼備するカルボン酸エステルの実施形態である。なお、潤滑油のベースオイルであるパラフィン系オイルの流動点は、−１０℃から−２５℃である。こうしたカルボン酸エステルに、分子量が大きいカルボン酸エステルが存在する。
なお、カルボン酸エステル類は、飽和カルボン酸からなる第一のエステル類と、不飽和カルボン酸からなる第二のエステル類と、芳香族カルボン酸からなる第三のエステル類と、２つのカルボキシル基を持つジカルボン酸からなる第四のエステル類とからなる。
【００２５】
第一のエステル類である飽和カルボン酸からなるエステル類は、酢酸エステル類、プロピオン酸エステル類、酪酸エステル類、ビバリン酸エステル類、カプロン酸エステル類、カプリル酸エステル類、カプリン酸エステル類、ラウリン酸エステル類、ミリスチン酸エステル類、パルミチン酸エステル類、ステアリン酸エステル類などからなる。
沸点が３８０℃より高く、アルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高いカルボン酸エステルは、ステアリン酸ブチル以上の分子量を持つステアリン酸エステル類である。なお、ステアリン酸ブチルの沸点は３８９℃であるが融点が１８℃と高く、ステアリン酸オクチルの沸点は４３２℃であるが流動点が７℃と高い。従って、融点が高い飽和カルボン酸からなるエステル類は、潤滑剤を構成するカルボン酸エステルとして適切でない。
【００２６】
次に、不飽和カルボン酸からなるエステル類には、アクリル酸エステル類、クロトン酸エステル類、メタクリル酸エステル類、オレイン酸エステル類などがある。
このうち沸点が３８０℃より高く、アルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高いカルボン酸エステルは、オレイン酸エチル以上の分子量を持つオレイン酸エステル類である。ちなみに、オレイン酸エチルの沸点は３８６℃で融点が−３２℃で、オレイン酸ブチルの沸点は４１５℃で融点が−５５℃であり、融点は潤滑油の流動点より一段と低い。なお、オレイン酸エステル類は、パラフィン系オイルと相溶しない。
【００２７】
さらに、芳香族カルボン酸からなるエステル類には、安息香酸エステル類とフタル酸エステル類がある。沸点が３８０℃より高く、アルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高いカルボン酸エステルは、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）以上の分子量を持つフタル酸エステル類である。ちなみに、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）の沸点は３８５℃で融点が−５５℃であり、フタル酸ジイソノニルの沸点は４０３℃で融点が−４５℃である。なお、フタル酸エステル類は、パラフィン系オイルと相溶しない。
【００２８】
さらに、ジカルボン酸からなるエステル類には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸などのジカルボン酸とのエステル類がある。沸点が３８０℃より高く、アルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高いエステルは、セバシン酸ジオクチル以上の分子量を持つセバシン酸エステル類である。ちなみに、セバシン酸ジオクチルの沸点は４３５℃で融点が−４８℃であり、融点は潤滑油の流動点より一段と低い。なお、セバシン酸エステル類はパラフィン系オイルと相溶しない。
【００２９】
実施例１
本実施例は、マグネタイトの粒状微粒子が、カルボン酸エステルと潤滑油とに分散された懸濁液からなる潤滑剤を作成する実施例である。モル質量が３９８．２グラム／モルのナフテン酸第一鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）をマグネタイトの原料として用いた。化学式がＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ：ＣＨ（ＣＨ２）７からなるオレイン酸ブチル（例えば純正化学株式会社の製品）をカルボン酸エステルとして用いた。オレイン酸ブチルはメタノールと混和し、モル質量が３３８．６グラム／モルで、メタノールの８．６倍の粘度を持ち、密度が０．８７ｇ／ｃｍ３で、沸点が４１５℃で、融点が−５５℃で、パラフィン系オイルと相溶しない。さらに、潤滑油として出光興産株式会社のダフニーメカニックオイル１０を用いた。この潤滑油はベースオイルがパラフィン系オイルからなり、密度が０．８９９ｇ／ｃｍ３で、４０℃の動粘度が１０．００ｍｍ２／ｓの性質を持つ。
最初に、オレイン酸ブチルにマグネタイトの微粒子を析出させる。このため、ナフテン酸鉄の２モルに相当する７９６グラムをメタノールに１０重量％として分散させ、このメタノール分散液にオレイン酸ブチルの０．０３モルに相当する１０グラムを混合した。この混合液を大気中で熱処理する。なお、２モルのナフテン酸鉄から生成されるマグネタイトの体積は２９．７ｃｍ３で、０．０３モルのオレイン酸ブチルの体積１１．６７ｃｍ３の２．５倍に相当する。
最初に混合液を６５℃に昇温してメタノールを気化させ、オレイン酸ブチルにナフテン酸第一鉄の微細結晶を均一に析出させた。次に４０℃／ｍｉｎ．の昇温速度で３４０℃まで昇温し、５分間３４０℃に放置してナフテン酸鉄を熱分解し、酸化第一鉄ＦｅＯの粒状微粒子をオレイン酸ブチルに均一に析出させた。この後１℃／ｍｉｎ．の昇温速度で３８０℃まで昇温し、３８０℃に２分間放置し、酸化第一鉄ＦｅＯをマグネタイトＦｅ３Ｏ４に酸化させ、０．０３モルのオレイン酸ブチル中に、２モルに相当するマグネタイトの粒状微粒子の集まりを均一に析出させた。
次に、熱処理した混合液に、潤滑油の１１グラム（１２．２ｃｍ３の体積）を混合し、超音波ホモジナイザー（日本エマソン株式会社の製品）によって、２０ｋＨｚの超音波振動を混合液に３０秒間加え潤滑剤１を作成した。さらに、潤滑剤１の一部を取り出し、２０ｋＨｚの超音波振動を懸濁液１に５分間加え、潤滑剤２を作成した。さらに、潤滑剤２を取り出し、２０ｋＨｚの超音波振動を潤滑剤２に１０分間加え、潤滑剤３を作成した。なお、２モルのナフテン酸鉄から生成されるマグネタイトの体積は、１１グラムの潤滑油の体積の２．４倍に相当する。
なお、超音波振動ホモジナイザーは、１２段落で説明したように、微小な泡（キャビテーション）を利用し、乳濁液ないしは懸濁液を構成する液体の粒子を微粒子化させる装置であり、超音波の極めて短い周期の縦振動によって短時間で粒子の微粒子化が進む。
【００３０】
次に、作成した３種類の潤滑剤によって形成される被膜構造を電子顕微鏡で観察した。このため、５ｃｍ×５ｃｍのアルミニウム板に、３種類の潤滑剤を１ｃｍの幅と５ｃｍの長さと１０μｍの厚みで印刷し、この上に５ｃｍ×５ｃｍのアルミニウム板を重ね合わせ、さらに、１ｋｇの重りを載せて１００℃に１０分間放置した後、潤滑剤が塗布された塗布面を切断し、潤滑剤の切断面を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は１００ボルトからの極低加速電圧による表面観察が可能で、導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する装置である。
最初に、極低加速電圧の１００ボルトを印加して３種類の潤滑剤の切断面を観察した。この結果、アルミニウム板の間隙に、全ての潤滑剤が１０μｍの厚みの皮膜を形成し、この皮膜は潤滑剤１では２μｍ程度の粒子の集まりからなり、潤滑剤２では０．２μｍ程度の球状微粒子からなり、潤滑剤３では同様に０．２μｍ程度の球状微粒子の集まりから構成され、さらに各々の皮膜にはさらに小さい微粒子が無数に分散されていることが分かった。
次に、反射電子線の９００−１０００ボルトの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行ない、前記したさらに小さい微粒子を観察した。この結果、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の微粒子であった。
さらに、４０−６０ｎｍの大きさの粒状微粒子について、反射電子線の９００−１０００ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって微粒子の材質を観察した。濃淡が認められため、複数種類の元素から形成されていることが分かった。
次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し元素を分析した。粒状微粒子は、鉄原子と酸素原子との双方が均一に存在し、偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄である。さらに、ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果、粒状の微粒子がマグネタイトＦｅ３Ｏ４であることが確認できた。なおＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系が解析できる。
これらの結果から、超音波ホモジナイザーによって、オレイン酸ブチルと潤滑油との粒子の微細化が短時間で進み、粒子の微粒子化は０．２μｍで終えることが分かった。この超音波ホモジナイザーにおける衝撃波による粒子の微粒子化は、含油軸受装置において潤滑剤に加えられるせん断応力ないしは圧縮応力によって、粒子が微粒子化する現象に該当する。従って、含油軸受装置の滑り面においては、オレイン酸ブチルと潤滑油とは０．２μｍの球状微粒子となり、０．２μｍの球状微粒子は応力を受けてもさらに微細な粒子にはならず、自らが滑ることで応力を緩和する自己潤滑性を発揮する。
本実施例において作成した潤滑剤２及び３が形成する皮膜構造の一部を、図１に拡大して模式的に示す。潤滑剤２及び３は皮膜１を形成し、この皮膜１は、４０−６０ｎｍのマグネタイトの粒状微粒子４が、オレイン酸ブチルからなる０．２μｍの球状微粒子２と、潤滑油からなる０．２μｍの球状微粒子３とを覆い、マグネタイトの微粒子４で覆われたオレイン酸ブチルの球状微粒子２と潤滑油の球状微粒子３とが無数に分散された構成からなる。
【００３１】
実施例２
本実施例は、マグヘマイトの粒状微粒子が、カルボン酸エステルと潤滑油とに分散された懸濁液からなる潤滑剤を作成する実施例である。マグヘマイトの原料は、実施例１のナフテン酸第一鉄を用いた。カルボン酸エステルは、実施例１のオレイン酸ブチルを用いた。また、潤滑油は実施例１の出光興産株式会社のダフニーメカニックオイル１０を用いた。
最初に、オレイン酸ブチルにマグヘマイトの粒状微粒子を析出させる。このため、ナフテン酸鉄の２モルに相当する７９６グラムをメタノールに１０重量％として分散させ、このメタノール分散液に、オレイン酸ブチルの０.０３モルに相当する１０グラムを混合した。この混合液を大気中で熱処理する。なお、２モルのナフテン酸鉄から生成されるマグヘマイトの体積は、０.０３モルのオレイン酸ブチルの体積の２.５倍に相当する。
最初に混合液を６５℃に昇温してメタノールを気化し、オレイン酸ブチルにナフテン酸鉄の微細結晶を均一に析出させた。次に４０℃／ｍｉｎ．の昇温速度で３４０℃まで昇温し、５分間３４０℃に放置してナフテン酸第一鉄を熱分解し、酸化第一鉄ＦｅＯの粒状微粒子をオレイン酸ブチルに析出させた。この後、１℃／ｍｉｎ．の昇温速度で３８０℃まで昇温し、３０分間３８０℃に放置し、酸化第一鉄ＦｅＯをマグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させ、０．０３モルのオレイン酸ブチル中に、２モルに相当するマグヘマイトの粒状微粒子の集まりを均一に析出させた。
次に、熱処理した混合液に、潤滑油の１１グラムを混合し、実施例１と同様に超音波ホモジナイザーによって、２０ｋＨｚの超音波振動を混合液に３０秒間加え潤滑剤４を作成した。さらに、潤滑剤４の一部を取り出し、２０ｋＨｚの超音波振動を懸濁液４に５分間加え、潤滑剤５を作成した。さらに、潤滑剤５を取り出し、２０ｋＨｚの超音波振動を潤滑剤５に１０分間加え、潤滑剤６を作成した。なお、２モルのナフテン酸鉄から生成されるマグヘマイトの体積は、１１グラムの潤滑油の体積の２．４倍に相当する。
【００３２】
次に、作成した３種類の潤滑剤が形成する皮膜構造を、実施例１と同様に電子顕微鏡で観察した。アルミニウム板の間隙に１０μｍの厚みで３種類の潤滑剤を印刷し、各々の潤滑剤が塗布された塗布面を切断し、潤滑剤の切断面を電子顕微鏡で観察した。
最初に、極低加速電圧の１００ボルトを印加して３種類の潤滑剤の切断面を観察した。この結果、アルミニウム板の間隙に全ての潤滑剤が１０μｍの厚みの皮膜を形成し、この皮膜は潤滑剤４では２μｍ程度の粒子の集まりからなり、潤滑剤５では０．２μｍ程度の球状微粒子からなり、潤滑剤６では同様に０．２μｍ程度の球状微粒子の集まりから構成され、さらに各々の皮膜にはさらに小さい微粒子が無数に分散されていることが分かった。
次に、反射電子線の９００−１０００ボルトの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行ない、前記したさらに小さい微粒子を観察した。この結果、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の微粒子であった。
さらに、４０−６０ｎｍの大きさの粒状微粒子について、反射電子線の９００−１０００ボルトの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって微粒子の材質を観察した。濃淡が認められため、複数種類の元素から形成されていることが分かった。
次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し元素を分析した。粒状微粒子は、鉄原子と酸素原子との双方が均一に存在し、偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄である。さらにＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果、粒状の微粒子がマグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３であることが確認できた。
この結果から、超音波ホモジナイザーに依る粒子の微細化は、実施例１と同様に０．２μｍの球状微粒子で終えた。従って、実施例１と同様に、含油軸受装置においては、オレイン酸ブチルと潤滑油とは０．２μｍの球状微粒子となり、０．２μｍの球状微粒子は応力を受けてもさらに微細な粒子にならず、自らが滑ることで応力を緩和する自己潤滑性を持つ。なお、潤滑剤５および６の被膜構造は、図１と同様であるため図示しない。
【００３３】
実施例３
次にシェル四球式耐荷重能試験に基づく四球形摩擦試験機（神鋼造機株式会社の製品）を用いて、前記した潤滑油２と潤滑油５との溶着荷重を求めた。回転数を１２００ｒｐｍ、荷重を３９２Ｎ、試験時間を６０分とし、室温と２００℃とで各５回試験を行い、試験後の摩耗痕径を測定した。摩耗痕径は、室温で０．３０−０．３２ｍｍ、２００℃で０．３２−０．３４ｍｍであった。これらの値は、従来の含浸油に比べて２０％近く摩耗痕が小さい値であり、押し付けられた鋼球の接触部分が弾性変形することで形成される円形接触面の直径に当たるヘルツ直径に近い値である。この結果によって、３種類の微粒子が滑ることに依る流体潤滑が滑り面で継続し、摩耗痕を著しく縮減させることが実証された。また、自己潤滑性を持つ微粒子の集まりからなる潤滑剤が、耐摩耗性に優れた流体潤滑を滑り面で継続し、これによって、含油軸受の原理と含浸油の性質に基づく課題を根本的に解決することが実証された。
さらに、振子形油性摩擦試験機（神鋼造機株式会社の製品）を用いて、前記した潤滑油２と潤滑油５との摩擦係数を求めた。試験用鋼球は３／１６インチで、試験用ローラピンはφ２×３０ｍｍで、振動周期は４秒で、試験荷重は０．７ＧＰａで、室温と２００℃とで各５回試験を行った。摩擦係数は、室温で０．１１−０．１２で、２００℃で０．１０−０．１１であった。これらの値は、従来の含浸油に比べて２０％近く摩擦係数が小さい値である。この結果によって、自己潤滑性を持つ微粒子の集まりからなる潤滑剤は、摺接面において微粒子が滑ることに依る自己潤滑性を発揮し、極めて小さい摩擦力からなる流体潤滑を続けることが実証された。
【符号の説明】
【００３４】
１  皮膜    ２  オレイン酸ブチルの球状微粒子    ３  潤滑油の球状微粒子
４  マグネタイトの粒状微粒子
【図１】
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