(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト粒子と、塩化ビニリデン系重合体と、流動パラフィンと、を含み、
前記グラファイト粒子の含有量１００質量部に対する、前記塩化ビニリデン系重合体の含有量が５〜４０質量部である、
バルブ機構用潤滑剤。
【請求項２】
前記グラファイト粒子の平均粒子径が３〜１０μｍである、
請求項１に記載のバルブ機構用潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバルブ機構用潤滑剤に関し、特に排気ブレーキ装置のバルブ機構用の潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の内燃機関には、高温高圧流体の流量を制御するための各種バルブ機構を設けることが知られている。例えばディーゼルエンジンの排気管には、バタフライバルブ機構を含む排気ブレーキ装置を設けることが知られている。排気ブレーキ装置では、バルブ機構が有する円盤状の弁体により排気管を閉塞することで、エンジンの回転抵抗を増やし、エンジンブレーキの作用を強化している（特許文献１）。
【０００３】
このような排気ブレーキ装置では、弁体が円滑に動作する、つまり弁体が取り付けられたシャフトが円滑に回動することが重要である。しかしながら、排気ブレーキ装置では、その作動時に弁体に大きな負荷（排気ガス圧）が加わる。そのため、弁体を支持するシャフトや、当該シャフトを軸支するブッシュが擦れ合いやすく、これらが徐々に劣化して摩擦係数が大きくなる。そして、これらの摩擦係数が大きくなると、弁体の開閉動作に要する時間が長くなり、ドライバビリティが低下する。
【０００４】
ここで、一般的なバルブ機構の動作の円滑性の向上には、油脂からなる潤滑剤が用いられている。しかしながら、排気ブレーキ装置は、エンジンから排出される燃焼ガスに晒されて、非常に高温となる。そのため、排気ブレーキ装置のバルブ機構に油脂からなる潤滑剤を用いると、油脂が揮発や分解によって消失してしまい、所望の効果が得られない。そこで、従来は、アルミニウムやニッケル等を含む潤滑剤をバルブ機構のシャフトやブッシュの表面に塗布し、これらの潤滑性を高めていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のアルミニウムやニッケル等の金属を含む潤滑剤は、共に含まれる油脂剤が揮発や分解によって消失すると、アルミニウムやニッケル等の金属が主成分となるが、これらは摩擦係数が比較的大きい。そのため、当該潤滑剤によって、バルブ機構の潤滑性を長期間に亘って維持することは難しかった。また、これらが、シャフトやブッシュ表面に固着すると、これらはシャフトとブッシュとが摺動しても変形したり剥離し難い。そのため、シャフトとブッシュとの間に潤滑剤（固着物）のない領域が生じると、当該領域では潤滑剤がないままになりやすく、当該領域でシャフトとブッシュが当接し、これらが劣化しやすくなるとの課題もあった。
【０００７】
一方、潤滑性の高いグラファイトを含む潤滑剤を、シャフトとブッシュとの間に塗布すること等も考えられる。しかしながら、グラファイトを含む潤滑剤は、共に含まれる油脂剤が揮発や分解によって消失すると、粉体状となる。そして、このような粉体状の潤滑剤は、シャフトとブッシュとの摺動によって移動しやすく、シャフト及びブッシュが当接する部分に十分に留まり難い。そのため、当該潤滑剤によっても、バルブ機構の潤滑性を長期間に亘って維持することは難しかった。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、排気ブレーキ装置のバルブ機構等、高温に晒されるバルブ機構にも適用可能であり、長期間に亘って、バルブ機構の潤滑性を維持可能なバルブ機構用潤滑剤の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のバルブ機構用潤滑剤では、グラファイト粒子と、塩化ビニリデン系重合体と、を含むものとし、前記グラファイト粒子の含有量１００質量部に対する、前記塩化ビニリデン系重合体の含有量を５〜４０質量部とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の潤滑剤によれば、排気ブレーキ装置のバルブ機構等、高温に晒されるバルブ機構にも適用可能であり、長期間に亘って、バルブ機構の潤滑性を維持可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ブレーキ装置を示す模式的な概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気ブレーキ装置のバルブ機構を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気ブレーキ装置の排気ブレーキ駆動シリンダーのガス圧力と、バルブ機構のシャフトの位相（角度）との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る潤滑剤を試験するための試験装置の模式的な部分断面図である。
【図５】実施例及び比較例の潤滑剤を用いた際、試験装置にて計測される排気ブレーキ駆動シリンダーの開弁開始圧力と開閉サイクル数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、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あれば種々に変更して実施することができる。なお、本明細書において、数値範囲を表す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
【００１３】
また以下、本発明のバルブ機構用潤滑剤（以下、単に「潤滑剤」とも称する）を、排気ブレーキ装置のバルブ機構に適用する実施形態を例に説明する。ただし、本発明の潤滑剤は、排気ブレーキ装置のバルブ機構以外にも適用可能であり、例えば、スロットルのバルブ機構や、ＥＧＲ装置のバルブ機構等にも適用可能である。
【００１４】
本実施形態において、潤滑剤を適用する排気ブレーキ装置の一例の概略構成図を図１に示す。排気ブレーキ装置１は、エンジン１００から排出される排気ガスを案内する排気管１１０の途中に設けられたバルブ機構１０と、バルブ機構１０にリンク等で連結された排気ブレーキ駆動シリンダー２と、排気ブレーキ駆動シリンダー２に供給管３を介して作動エアを供給するエアタンク４と、エアタンク４から排気ブレーキ駆動シリンダー２への作動エアの供給をコントロールする電磁バルブ５と、アクセルセンサ（図示せず）や排気ブレーキスイッチ（図示せず）からの入力信号に応じて電磁バルブ５のＯＮ・ＯＦＦを切り替える電子制御ユニット６と、を備える。
【００１５】
当該排気ブレーキ装置１では、電磁バルブ５をＯＮにすると、エアタンク４から作動エアが供給され、排気ブレーキ駆動シリンダー２が作動する。そして、排気ブレーキ駆動シリンダー２の作動に伴い、バルブ機構１０が備える円盤状の弁体１１が閉弁作動する。弁体１１が閉弁すると、排気管１１０内の排気流れが制限されるため、排気ブレーキが作用する。一方、電磁バルブ４をＯＦＦにすると、排気ポート（図示せず）から作動エアが排出されると共に、バルブ機構１０が備えるスプリング（図示せず）の付勢力によって弁体１１が開弁作動して、排気ブレーキが解除される。
【００１６】
排気ブレーキ装置１のバルブ機構１０の模式的な部分断面図を図２に示す。当該バルブ機構１０は、排気管１１０内の排気の流れを遮断可能な弁体１１と、弁体１１がボルト等で固定されたシャフト１２と、シャフト１２を排気管１１０に回転自在に取り付ける一対の取付部材（以下、「ブッシュ」とも称する）２０とを備える。一対のブッシュ２０は、排気管１１０のボス部１１０Ａに形成された貫通孔にそれぞれ嵌合固定されている。なお、図中符号１３で示される部材は、排気ブレーキ駆動シリンダー２（図１にのみ示す）に連結されるレバーである。上記ブッシュ２０は、その内径がシャフト１２の外径と略同一径とされている。
【００１７】
当該バルブ機構１０では、弁体１１の開閉に伴い、ブッシュ２０の内周面とシャフト１２の外周面とが摺動する。前述のように、弁体１１には、その作動時に大きな負荷（排気ガス圧）が加わる。
【００１８】
ここで、図３は、排気ブレーキ装置１について、バルブ機構１０のシャフト１２の位相と、排気ブレーキ駆動シリンダー２内の圧力との関係を説明するグラフであり、縦軸は排気ブレーキ駆動シリンダー２内のガス圧力を示し、横軸はシャフト１２の位相（回転角度）を示している。図３では、開弁状態の位相を横軸左側に、閉弁状態の位相を右側に定めている。排気ブレーキ装置１のバルブ機構１０の弁体１１が開弁している状態（図３中、符号Ａで示される状態）から電磁バルブ５をＯＮにし、エアタンク４から排気ブレーキ駆動シリンダー２に作動エアを供給すると、図３中、符号Ｂで示されるように、排気ブレーキ駆動シリンダー２内のガス圧力が上昇する。ただし、バルブ機構１０に設けられたスプリング（図示せず）の弾性力の方が強いため、シャフト１２の位相は開弁状態のまま維持される。そして、スプリングの弾性力とガス圧力とが釣り合った状態（図３中、符号Ｃで示される状態）からさらにガス圧力が上昇すると、図３中、符号Ｄで示されるように、シャフト１２が回転し、弁体１１が閉弁する（図３中、符号Ｅで示される状態）。
【００１９】
続いて、排気ブレーキを解除、つまり電磁バルブ５をＯＦＦにすると、排気ブレーキ駆動シリンダー２内の作動エアが外部に排出される。ただし、スプリングの弾性力より排気ブレーキ駆動シリンダー２内のガス圧力の方が高い状態（図３中、符号Ｆで示される状態）では、シャフト１２の位相が変化しない。そして、スプリングの弾性力とガス圧力とが釣り合った状態（図３中、符号Ｇで表される状態）からさらにガス圧力が低下すると、スプリングの復元力によってシャフト１２が回転する（図３中、符号Ｈで表される状態）。そして、スプリングの復元力によってシャフト１２は、開弁状態（図３中、符号Ａで表される状態）まで回転する。
【００２０】
ここで、排気ブレーキ装置１のシャフト１２が円滑に動作する場合、閉弁状態から開弁方向にシャフト１２が回転し始めるガス圧力（図３中、符号Ｇで表される状態のガス圧力）は、開弁状態から閉弁方向にシャフト１２が回転し始めるガス圧力（図３中、符号Ｃで表される状態のガス圧力）と概ね一致する。しかしながら、排気ブレーキ装置１の作動によって、弁体１１に大きな負荷が繰返し加わると、シャフト１２とブッシュ２０とが擦れ合い、これらが徐々に劣化する。そして、図３中、符号Ｇ１や符号Ｇ２で示されるように、閉弁状態から開弁方向にシャフト１２が回転し始める際のガス圧力が低下しやすくなる。つまり、シャフト１２やブッシュ２０が劣化すると、弁体１１の開弁時の静摩擦係数が徐々に大きくなり、ドライバビリティが低下しやすくなる。
【００２１】
これに対し、本実施形態では、後述の潤滑剤を上記シャフト１２とブッシュ２０との間に塗布する。これにより、弁体１１に大きな負荷が加わっても、シャフト１２とバルブ２０とが擦れ難くなり、シャフト１２及びバルブ２０の劣化が抑制される。つまり、後述の潤滑剤の使用により、長期間に亘って、弁体１１の開弁動作を円滑に行うことが可能となり、良好なドライバビリティが維持される。
【００２２】
以下、本実施形態の潤滑剤について詳細に説明する。本実施形態の潤滑剤は、グラファイト粒子と、塩化ビニリデン系重合体と、を少なくとも含み、グラファイト粒子の含有量１００質量部に対する塩化ビニリデン系重合体の含有量が５〜４０質量部である。当該潤滑剤では、使用時の熱によって温度が高まると、塩化ビニリデン系重合体が溶融し、グラファイト粒子を包み込む。そしてさらに温度が高まると、塩化ビニリデン系重合体が炭化する。これにより、塩化ビニリデン系重合体の炭化物にグラファイト粒子が内包された皮膜が、シャフトやブッシュの表面に形成される。当該皮膜は、実質的に金属を含まず、炭素のみからなる。そのため摩擦係数が非常に低く、シャフト及びブッシュの摺動面において、固形潤滑剤として効果的に作用する。一方、塩化ビニリデン系重合体の炭化物は、ポーラス状となりやすく、比較的脆い性質を有する。そのため、シャフトとブッシュとが摺動すると、当該皮膜の一部が適度に崩れて粒子状となる。したがって、シャフトとブッシュの間に上記皮膜のない領域が生じても、上記皮膜から脱離したグラファイト粒子や塩化ビニリデン系重合体の炭化物が当該領域に入り込み、潤滑剤として機能する。
【００２３】
ここで、グラファイト粒子の含有量１００質量部に対する、塩化ビニリデン系重合体の量は、５〜４０質量部であるが、好ましくは５〜２０質量部であり、さらに好ましくは５〜１０質量部である。グラファイト粒子の含有量１００質量部に対して、塩化ビニリデン系重合体の量が５質量部以上であると、塩化ビニリデン系重合体の炭化物によってグラファイト粒子がシャフトやブッシュの表面に固定されやすくなる。一方、塩化ビニリデン系重合体の量が過剰であると、塩化ビニリデン系重合体の炭化の際に発生する塩素ガスによって、金属（シャフトやブッシュ）が腐食することがあるが、塩化ビニリデン系重合体の量が上記範囲であれば、金属の腐食が生じ難く、安定して使用が可能である。
【００２４】
なお、本実施形態の潤滑剤は、グラファイト粒子及び塩化ビニリデン系重合体のみからなるものであってもよいが、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。他の成分の例としては、油脂剤が挙げられる。以下、本実施形態の潤滑剤が含む各成分について、詳しく説明する。
【００２５】
（１）グラファイト粒子
本実施形態の潤滑剤が含むグラファイト粒子は、グラファイトからなる粒子であれば特に制限されない。例えば、鱗片状、球状、塊状等、いずれの形状であってもよいが、潤滑性や分散性に優れる等の観点から、鱗片状または球状であることが好ましく、シャフトとブッシュとの間の潤滑性を高めやすいとの観点から、鱗片状であることがより好ましい。
【００２６】
また、グラファイト粒子の平均粒子径は３〜１０μｍであることが好ましく、３〜７μｍであることがより好ましく、５〜７μｍであることがさらに好ましい。グラファイト粒子の平均粒子径が３μｍ以上であると、シャフトとブッシュとが摺動する際に、グラファイト粒子が内包された皮膜がシャフトやブッシュと接触して適度に崩れやすくなり、シャフトとブッシュとの間の潤滑性が良好になりやすい。一方、平均粒子径が過度に大きいと、グラファイト粒子がシャフトとブッシュとの隙間に入り込み難いが、１０μｍ以下であれば、シャフトとブッシュとの間に入り混み、潤滑剤として機能しやすい。上記平均粒子径は、レーザー回折法により測定される値である。
【００２７】
（２）塩化ビニリデン系重合体
本実施形態の潤滑剤が含む塩化ビニリデン系重合体は、主に塩化ビニリデンを含むモノマーを重合したものであればよく、塩化ビニリデン単独重合体であってもよく、塩化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体であってもよい。塩化ビニリデン系重合体における、塩化ビニリデン由来の繰返し単位の量は、１００質量％であってもよいが、６０〜９６質量％であることが好ましく、８５〜９６質量％であることがより好ましい。
【００２８】
塩化ビニリデン系重合体が塩化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体である場合、他のモノマーの種類は、特に制限されず、その例にはメタアクリロニトリル、アクリロニトリル、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸等が含まれる。なお、本明細書において（メタ）アクリルとは、アクリル及びメタクリルのいずれも含むことを意味する。塩化ビニリデン系重合体には、他のモノマー由来の繰返し単位が一種のみ含まれてもよく、二種以上含まれていてもよい。
【００２９】
上記塩化ビニリデン系重合体は市販品を用いてもよく、市販品の例には、旭化成社のサランレジン等が含まれる。
【００３０】
また、本実施形態の潤滑剤において、塩化ビニリデン系重合体の形状は、グラファイト粒子と均一に分散させることが可能であれば特に制限されず、塊状等であってもよいが、グラファイト粒子と潤滑剤とを均一に分散させるとの観点から、粒子状であることが好ましい。また、塩化ビニリデン系重合体は、前述のように、潤滑剤使用時の熱によって溶解し、最終的には炭化して皮膜となるため、その平均粒子径は特に制限されない。
【００３１】
（３）油脂剤
本実施形態の潤滑剤は、前述のように、油脂剤を含んでいてもよい。潤滑剤が油脂剤を含むと、油脂剤を液状にすることができ、グラファイト粒子や塩化ビニリデン重合体が金属表面に付着しやすくなる。油脂剤は、常温で液体の公知の油脂を用いることができ、その一例として流動パラフィン、シリコーンオイル等が挙げられるが、特に好ましくは流動パラフィンである。流動パラフィンは金属を含まず、さらに潤滑剤使用時の熱によって炭化される。したがって、流動パラフィンはその炭化後、グラファイト粒子や塩化ビニリデン系重合体の固化物と共に、固形潤滑剤として機能しやすいとの利点がある。
【００３２】
潤滑剤における油脂剤の含有量は、グラファイト粒子の含有量１００質量部に対して、１００〜４００質量部であることが好ましく、１２５〜２５０質量部であることが好ましく、１５０〜２００質量部であることがさらに好ましい。油脂剤の量が上記範囲であると、潤滑剤を金属表面に塗布しやすくなる。
【００３３】
（４）潤滑剤の製造方法
本実施形態の潤滑剤は、グラファイト粒子、塩化ビニリデン系重合体、及び必要に応じて油脂剤を混合して得られる。各成分の混合は、公知の攪拌機や混合機、混練機等により行うことができる。
【００３４】
（５）潤滑剤の使用方法
また本実施形態において、潤滑剤を前述の排気ブレーキ装置のバルブ機構のシャフトやブッシュの表面に塗布する方法は特に制限されず、はけ塗り法や浸漬法、スプレー法等、公知の方法で塗布することができる。また、潤滑剤を塩化ビニリデン系重合体の融点以上まで加熱して液体状としてから塗布し、シャフトやブッシュの表面に皮膜を形成してもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。
【００３６】
上記実施形態の潤滑剤（実施例）には、以下の材料を用いた。
・グラファイト粒子（日本黒鉛工業社製、Ｊ−ＣＰＢ（商品名）、平均粒子径：５μｍ）
・塩化ビニリデン系共重合体（旭化成社製、サランレジンＦ２１６（商品名））
・流動パラフィン
【００３７】
また、公知の潤滑剤（比較例）としては、以下の潤滑剤を使用した。
・グラファイト／アルミニウム含有潤滑剤（ヘンケル社製ロックタイト  アンチシーズ  ７６７（商品名））
・グラファイト／ニッケル含有潤滑剤（ヘンケル社製、ロックタイト  アンチシーズ  ７７１（商品名））
・グラファイト／銅含有潤滑剤（ヘンケル社製、ロックタイト  アンチシーズ  Ｃ５−Ａ（商品名））
・グラファイト含有潤滑剤（日立化成社製、ヒタゾル  ＧＯ−２２２Ｃ（商品名））
・グラファイト含有潤滑剤（住鉱潤滑剤社製、グラファイトスプレーＧ（商品名））
【００３８】
（実施例１〜４）
以下の表１に示される組成比で各成分を混合し、上記実施形態の潤滑剤とした。
【００３９】
【表１】
0006710965.tif 000002
【００４０】
（比較例１〜７）
以下の表２に示される市販品、もしくは二種以上の成分を混合し、比較用の潤滑剤とした。
【表２】
0006710965.tif 000003
【００４１】
（評価）
前述のように、排気ブレーキ装置では、経年劣化により、バルブ機構の弁体が開き始める際の排気ブレーキ駆動シリンダー内のガス圧力が変化する（図３）。そこで、実施例及び比較例の潤滑剤を塗布した際の、バルブ機構の開弁開始時の排気ブレーキ駆動シリンダー内のガス圧力（以下、「開弁開始圧力」とも称する）と弁体の開閉サイクル数（以下、「サイクル数」とも称する）との関係を、以下の試験装置にて試験し、その性能を評価した。
【００４２】
試験装置の断面図を図４に示す。車両の排気ブレーキ装置のバルブ機構１０のフランジ部に、ヒーターブロック６１を設けて４００℃以上に加熱し、排気管１１０の内部温度が一定となるように管理した。また、シャフト１２とブッシュ（図示せず）との摺動面にそれぞれ実施例及び比較例の潤滑剤を塗布し、これらを組み付けた。さらに、シャフト１２の一端は、排気ブレーキ装置の排気ブレーキ駆動シリンダー（図示せず）と連結した。また、バタフライバルブの弁体の代わりに円筒形状の治具２１をシャフト１２に取付け、シャフト１２の円筒面に、ベアリング７３を介してエアーシリンダー７０で、排気ブレーキ装置の駆動時と同様の負荷荷重を、シャフト１２の円筒面に与えた。また、シャフト１２を排気ブレーキ装置の駆動時と同様の角度範囲で動作させた。このときの、シャフト１２に連結された排気ブレーキ駆動シリンダー（図示せず）内の圧力を、圧力センサー（図示せず）で計測し、一定の動作回数毎のデータを記録した。
【００４３】
各実施例及び比較例の潤滑剤をそれぞれ使用した場合の、開弁開始圧力と、サイクル数との関係を示すグラフを図５に示す。グラフにおいて、サイクル数が多くなっても開弁開始圧力の初期値からの低下が少ない程、シャフト及びブッシュの摺動面の潤滑性が良好であることを示す。
【００４４】
図５のグラフに示されるように、従来の金属を含む潤滑剤（例えば、比較例１〜３）では、少ないサイクル数でも、開弁開始圧力が低下しやすかった。また、グラファイト及び油脂剤からなる潤滑剤（比較例４〜６）、もしくはグラファイトのみからなる潤滑剤（比較例７）では、金属を含む潤滑剤より、開弁開始圧力が下がり難かったものの、潤滑性の改善効果は不十分であった。これに対し、グラファイト粒子及び塩化ビニリデン系重合体を含む上記実施形態の潤滑剤（実施例１〜４）によれば、サイクル数が多くなっても、開弁開始圧力の低下が少なく、長期間に亘って、潤滑性が良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る潤滑剤は、排気ブレーキ装置のバルブ機構等、高温に晒されるバルブ機構に適用可能であり、かつ長期間に亘って、金属からなる部材間の潤滑性を維持可能である。したがって、各種バルブ機構に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  排気ブレーキ装置
１０  バルブ機構
１１  弁体
１２  シャフト
２０  ブッシュ
１００  エンジン
１１０  排気管
【図１】
0006710965.tif 000004
【図２】
0006710965.tif 000005
【図３】
0006710965.tif 000006
【図４】
0006710965.tif 000007
【図５】
0006710965.tif 000008