(57)【要約】【課題】潤滑油中において保存安定性に優れ、かつ自動車などの各種機械製品の摩擦低減効果に優れる固体潤滑剤を提供すること。【解決手段】鉄酸化物系強磁性体、コバルト酸化物系強磁性体、クロム酸化物系強磁性体および希土類系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体粉末を含むことを特徴とする摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄酸化物系強磁性体、コバルト酸化物系強磁性体、クロム酸化物系強磁性体および希土類系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体粉末を含むことを特徴とする摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【請求項２】
前記鉄酸化物系強磁性体が、バリウム・フェライト系強磁性体およびストロンチウム・フェライト系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【請求項３】
前記希土類系強磁性体が、サマリウム−コバルト系強磁性体および鉄−ネオジウム系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤を、０．００１〜５重量％含むことを特徴とする潤滑油組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの各種機械製品において、摩擦低減効果および保存安定性に優れる固体潤滑剤ならびに該固体粉潤滑剤を含む潤滑油組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの多くの機械製品の動作効率を低下させる要因に摩擦の存在がある。通常、機械製品には摩擦を低減させるために潤滑油が利用されるが、潤滑油には粘性抵抗があるため、摩擦損失が無くなるわけではない。また、自動車などのエンジンのように高温・高圧に晒される条件下では、いわゆる「油膜切れ」が発生して摩擦損失が急上昇し、場合によっては機械そのものを破壊してしまうこともある。
【０００３】
このような問題を有する液体の潤滑油が研究される一方で、近年、固体の潤滑剤（固体潤滑剤）が研究されている（例えば、特許文献１参照）。固体潤滑剤は、必ずしも通常用いられている潤滑油ほどの摩擦低減効果を持たないが、その摩擦低減メカニズムが液体の潤滑油のそれとは根本的に異なるため、（ｉ）摺動面のせん断速度に関わらず一定の摩擦低減効果が得られる、（ｉｉ）高温の条件下においても摩擦特性がさほど劣化しない、などの特性を有する。
【０００４】
このような特性を有する固体潤滑剤と潤滑油とを併用し、両者の欠点を上手く補完することが出来れば、各種機械製品において優れた摩擦低減効果を有する潤滑油組成物が得られることが期待されている。
【０００５】
しかしながら、従来技術では固体潤滑剤の効果が十分発揮出来るだけの粉末を安定に潤滑油中に保持することは困難であり、例えば自動車業界などでも潤滑油中に固体潤滑剤を添加することに対して消極的である。
【特許文献１】特開２００４−１８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、潤滑油中において保存安定性に優れ、かつ自動車などの各種機械製品の摩擦低減効果に優れる固体潤滑剤を提供することにある。また、各種機械製品への腐食作用が少なく、長時間の使用後においても潤滑油の摩擦損失を低く維持しうる固体潤滑剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、従来の固体潤滑剤には以下のような問題があることを見出した。
（１）従来知られている固体潤滑剤は、潤滑油中にいかに安定に「分散」させるか、という発想で製造されているが、多くの固体潤滑剤はいわゆる無機粉末である。しかしながら、有機物質である潤滑油中で、前記無機粉末を長時間安定分散させることは困難である。
【０００８】
（２）従来知られている固体潤滑剤は、自動車などの各種機械製品の摺動面に対して「静電的に」吸着することにより、潤滑作用を発現しているものと考えられる。しかしながら、このような静電作用においては、温度変化や、固体潤滑剤の粉末が磨耗して粉末表面の特性が変化することにより、長時間安定的に吸着状態を維持することは困難である。
【０００９】
本発明者らは、上記知見の元、従来の固体潤滑剤とは全く異なる「磁着」というメカニズムにより、固体潤滑剤と潤滑油とが安定に共存でき、かつ摩擦低減効果に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。なお、上記特許文献１では、セラミックスとして少なくともフェライトを含有し、該フェライトが磁化されている潤滑油用添加剤が記載されている。しかしながら、前記磁化されているフェライトについては具体的に開示されておらず、また磁化されることによる効果も分散性に関するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は以下の事項に関する。
［１］鉄酸化物系強磁性体、コバルト酸化物系強磁性体、クロム酸化物系強磁性体および希土類系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体粉末を含むことを特徴とする摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【００１１】
［２］上記鉄酸化物系強磁性体が、バリウム・フェライト系強磁性体およびストロンチウム・フェライト系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体であることを特徴とする上記［１］に記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【００１２】
［３］上記希土類系強磁性体が、サマリウム−コバルト系強磁性体および鉄−ネオジウム系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤。
【００１３】
［４］上記［１］〜［３］の何れかに記載の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤を、０．００１〜５重量％含むことを特徴とする潤滑油組成物。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、潤滑油中において保存安定性に優れ、かつ自動車などの各種機械製品の摩擦低減効果に優れる固体潤滑剤を提供することが出来る。また、各種機械製品への腐食作用が少なく、長時間の使用後においても潤滑油の摩擦損失を低く維持しうる固体潤滑剤を提供することが出来る。
【００１５】
特に、従来に比べて極めて微量の固体潤滑剤を潤滑油に添加するだけで、長時間安定的に固体潤滑剤の効果が維持出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤および該固体潤滑剤を含む潤滑油組成物について具体的に説明する。
〔摺動面に磁着可能な固体潤滑剤〕
本発明の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤は、鉄酸化物系強磁性体、コバルト酸化物系強磁性体、クロム酸化物系強磁性体および希土類系強磁性体からなる群から選択される少なくとも１種の強磁性体粉末を含むことを特徴とする。なお、本発明において「磁着」とは、強磁性体の有する磁力により、強磁性体粉末が鉄などの各種機械製品の摺動面に吸着することをいう。具体的には、保持力（ｉＨｃ）が２０００（Ｏｅ）以上、または最大エネルギー積（ＢＨ積）が０．５（Ｍ．Ｇ．Ｏｅ）以上の磁力を有する強磁性体粉末であれば，鉄などの各種機械製品に良好に吸着する。
【００１７】
上記鉄酸化物系強磁性体としては、例えばバリウム・フェライト系、ストロンチウム・フェライト系の強磁性体が挙げられる。上記希土類系強磁性体としては、例えばサマリウム−コバルト系、鉄−ネオジウム系の強磁性体が挙げられる。これらの中では、鉄酸化物系強磁性体が好ましく、バリウム・フェライト系強磁性体が特に好ましい。
【００１８】
また、本発明の固体潤滑剤には、本発明の目的を損なわない範囲で、窒化硼素（ＢＮ）
、テフロン（登録商標）、アルミナ、酸化硼素（Ｂ2Ｏ3）、炭素などが含まれていてもよい。
【００１９】
本発明で用いられる上記強磁性体粉末の一次粒子の平均粒径は、通常２０μｍ以下、好ましくは０．１〜３μｍ、より好ましくは０．５〜２μｍの範囲にある。上記強磁性体粉末の一次粒子の平均粒径が前記範囲にあると、該粒子が狭小な空間に入り込みやすく、少ない添加量でも固体潤滑剤としての機能がよりよく発揮される。なお、本発明において上記強磁性体粉末の一次粒子の平均粒径は、レーザー回析・散乱法によって測定され、平均粒径は重量積算粒度分布の積算重量が５０重量％の位置の粒径をいう。
【００２０】
上記強磁性体粉末の一次粒子の平均粒径は、必要に応じてセラミックスのビーズやボールを粉砕メディアとするアトリションミル、ボールミル、その他２本式または３本式を含むロール式のせん断性ミルなどを用いての湿式粉砕、あるいはジェットミルなどの乾式粉砕により、上記範囲に調節することが出来る。
【００２１】
本発明で用いられる上記強磁性体粉末の形状は特に限定されないが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大写真で観察される一次粒子の形状が、破砕状でも十分に機能するが、略円板状または略球形状であると、固体潤滑剤としての機能がよりよく発揮される。
【００２２】
一般的に、すべり速度が遅くなる条件下では、油膜に生じる圧力が低下するため、機械製品の部材同士の接触の機会が増えることが知られている（境界潤滑）。本発明の固体潤滑剤は、特に前記の境界潤滑における摩擦低減効果に優れる。このように、本発明において上記強磁性体粉末を含む固体潤滑剤が潤滑油中において保存安定性に優れ、かつ自動車などの各種機械製品の摩擦低減効果に優れる理由は、以下のように考えられる。
【００２３】
上記強磁性体粉末を１種単独で、あるいは２種以上を組み合わせて潤滑油中に添加し、該潤滑油を例えばエンジンなどの各種機械製品に用いると、潤滑油中の強磁性体粉末が早い段階で、例えばＡ部材とＢ部材とからなる機械製品のＡ部材あるいはＢ部材の摺動面に磁着、すなわち強磁性体粉末が摩擦面に偏在する。従来知られている固体潤滑剤は、自動車などの各種機械製品の摺動面に対して「静電的に」吸着することにより、潤滑作用を発現しているものと考えられる。これに対して本発明の固体潤滑剤は、固体潤滑剤に含まれる強磁性体粉末自体が有する性質である磁着を利用するため、強磁性体粉末が磨耗しても、あるいはある程度の高温に晒されたりしても特性の劣化が少ない。また、上記強磁性体粉末は、鉄酸化物系あるいは金属間化合物であるため基本的に鉄系材料と親和性が低く、鉄系材料と反応して溶け込んだりせず、かつ高硬度な粉末である。
【００２４】
以上の理由により、従来よりも潤滑油中における固体潤滑剤の添加量が極めて微量であっても、長時間にわたって摩擦低減効果を持続することが出来ると考えられる。また、固体潤滑剤の添加量が極めて微量であるため、固体潤滑剤同士が凝集することなく保存安定性に優れると考えられる。
【００２５】
〔摺動面に磁着可能な固体潤滑剤を含む潤滑油組成物〕
本発明の潤滑油組成物は、上記摺動面に磁着可能な固体潤滑剤と潤滑油とを含み、さらに任意成分である各種添加剤を含んでいてもよい。
【００２６】
＜摺動面に磁着可能な固体潤滑剤＞
潤滑油組成物中における上記摺動面に磁着可能な固体潤滑剤の含有量は、上記の磁着を利用した潤滑作用を利用するため、極微量でよい。潤滑油組成物の使用条件によって適切で経済的な含有量が存在するが、良好な潤滑効果を付与出来ると共に広範な使用条件をカバー出来ることから、潤滑油組成物中における上記摺動面に磁着可能な固体潤滑剤の含有
量は、通常０．００１〜５重量％、好ましくは０．０１〜０．５重量％、より好ましくは０．０２〜０．１重量％の範囲にある。上記摺動面に磁着可能な固体潤滑剤の含有量が前記範囲を下回ると、潤滑効果が充分ではなく、前記範囲を上回ると、均一な懸濁液にすることが難しく、添加時に沈降してオイルパンに付着して残留する問題が生じ、またコストパーフォーマンスの観点から好ましくない。
【００２７】
潤滑油組成物は、好ましくは高濃度の摺動面に磁着可能な固体潤滑剤の懸濁液を予め調製して保存しておき、使用に際して必要とする濃度となるように潤滑油で薄めて使用すると、運搬あるいは保存に際して嵩張らないため便利である。
【００２８】
＜潤滑油＞
本発明で用いられる潤滑油としては、通常使用される潤滑油であれば特に制限されない。このような潤滑油としては、例えばニュートラルオイル、ブライトストック、水素接触精製油、接触脱漏精製油などの鉱物油；液状ポリブテン、液状デセンオリゴマーなどのα−オレフィンオリゴマー、液状エチレン・α−オレフィンコオリゴマーなどの炭化水素系合成油；アジピン酸ジイソオクチル、セバチン酸ジイソオクチル、セバチン酸ジラウリルなどの２塩基酸エステル；トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどのポリオールを脂肪酸でエステル化したポリオールエステル系合成油などが挙げられる。これらは１種単独で、または２種以上を組み合せて用いることが出来る。
【００２９】
＜添加剤＞
本発明で任意成分として用いられる潤滑油の添加剤としては、それぞれの目的に応じて各種添加剤を用いることが出来る。このような添加剤としては、例えば耐荷重添加剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、消泡剤、清浄分散剤、耐摩耗添加剤、防錆剤、腐食防止剤、流動性向上剤などが挙げられる。また、ポリ（メタ）アクリレート系、エチレンープロピレン共重合体、スチレンーイソプレン共重合体の水添物に代表されるＯＣＰ系などの粘度指数向上剤；ポリ（メタ）アクリレート系、スチレン−フマレート系、ナフタリンと塩素化パラフィンとの縮合物系などの流動点降下剤；スルフォネート系、サリチレート系、フェネート系、ナフテネート系などの清浄剤；ジンクジチオフォスフェート、アミン系、ヒンダードフェノール系などの抗酸化剤；脂肪酸系、脂肪酸エステル系などの油性剤；モリブデンジチオフォスフェート、モリブデンカーバメイトなどの摩擦摩耗調整剤；硫黄リン系、クロル系などの極圧剤などが挙げられる。
【００３０】
本発明の潤滑油に含まれる上記固体潤滑剤は上記のように極微量であるため、特に分散剤を用いることなく潤滑油中において安定な懸濁状態を保つことが出来る。しかしながら、一般に、上記固体潤滑剤に含まれる強磁性体粉末は親水性が強いため、そのままでは潤滑油中で凝集することがある。そこで、強磁性体粉末の表面に界面活性剤などの分散剤を吸着させて、親油性を付与することが好ましい。また、潤滑油に分散剤を添加しておけば、潤滑油との比重差によって上記固体潤滑剤が潤滑油中で沈降分離することがあっても、容易に再分散を行うことが出来る。
【００３１】
上記分散剤としては、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、油溶性界面活性剤などが挙げられる。これらの中では、特に両性界面活性剤あるいは油溶性界面活性剤が好ましい。
【００３２】
〔用途〕
本発明の固体潤滑剤あるいは潤滑油組成物は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを搭載している乗用車、トラック、作業車、トラクター、２輪車などの車両用エンジン油、ギヤ油または自動変速機油、耕運機・コンバインなどの農耕機用エンジン油、その他船
舶用エンジン油、ショックアブソーバー油、工業用作動油、工業用ギヤ油、真空ポンプ油、軸受け油などの工業用潤滑油、発電機用潤滑油、コンプレッサー用潤滑油、人工衛星の軸受け部の潤滑油などに利用することが出来る。これらの中では特に、近年要求が増大した省燃費型自動車用エンジン油に添加した場合、優れた性能を発揮する。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本実施例で摩擦力測定用に用いたジグを図１に示す。ジグはａ：ローテータ，ｂ：ステータ、ｃ：ステージ、ｄ：歪みゲージ、の四つの部品から構成されており、全体が汎用ボール盤の上に乗せられている。なお、ａ：ローテータは、外形φ１００、内径φ５６、幅２２ｍｍのドーナツ状の摺動面を有する。また、ａ：ローテータおよびｂ：ステータの材質はいずれもＳ４５Ｃである。
【００３４】
上記の汎用ボール盤には、インバーターが組み合わされており、回転数が５〜１６０ｒｐｍまで変化でき、この時の摺動面の接線速度（すべり速度）は０．０４〜１．２８ｍ／ｓに対応する。
【００３５】
［実施例１］
潤滑油としてＳｖｅｌｔ(スヴェルト)（日本サン石油（株）製、ＳＡＥ規格で５Ｗ−５０）を用い、固体潤滑剤としてバリウム・フェライト系粉末（戸田工業（株）製、ＧＰ‐５００；一次粒子の平均粒径が１μｍ、保持力が２０５０（Ｏｅ）、ＢＨ積が０．６４（Ｍ．Ｇ．Ｏｅ））を用い、潤滑油組成物中における固体潤滑剤の濃度が、潤滑油組成物４Ｌに対して２ｇ（０．０７重量％）となるように調製した。なお、平均粒径はレーザー回折・散乱法によって測定された値である。
【００３６】
上記潤滑油組成物を図１に示すジグに注ぎ、該潤滑油組成物の温度が４０℃の条件で、摺動面におけるすべり速度に対する摩擦係数の測定を行った。結果を図２に示す。
［比較例１］
固体潤滑剤を添加しないこと以外は実施例１と同様に潤滑油組成物を調製し、摺動面におけるすべり速度に対する摩擦係数の測定を行った。結果を図２に示す。
【００３７】
上記実施例１および比較例１の結果（図２）から、固体潤滑剤（バリウム・フェライト系粉末）の添加により、明らかに摩擦係数が低減していることが分かる。しかも、摩擦係数の低減は、すべり速度が小さい条件で顕著になる。図２の結果において、すべり速度が小さい領域（境界潤滑）でより顕著な摩擦係数の低減が見られていることから、固体潤滑剤は、固体同士の接触による摩擦（乾性摩擦）の値を主に低減させていると解釈することが出来る。
【００３８】
また、図３に比較例１に対する実施例１の摩擦係数低減量および割合を示す。固体潤滑剤を用いた実施例１は該固体潤滑剤を用いない比較例１に対して、境界潤滑が顕著になる領域で３０％以上の摩擦係数の低減効果が得られている。
【００３９】
摩擦係数の低減効果の原因を明らかにするために、摺動面をＳＥＭを用いて観察した結果を図４に示す。多くのバリウム・フェライト系粉末が摺動面に磁着していることが分かり、さらに摺動実験後でも、それらが摺動面に擦りつけられて崩れたり、凝着していないことが分かる。
【００４０】
以上のように、本発明の固体潤滑剤に含まれる強磁性体粉末は、磁性の他に鉄系材料との親和性が低く高硬度であるという特徴を有するため、潤滑油に対して極めて微量の添加
でも、効率よく鉄などの摺動面に吸着し、さらに元々の形状を保持しながら長時間安定して固体潤滑剤として機能したものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１および比較例１で用いた摩擦力実験装置
【図２】すべり速度と摩擦係数（摩擦力）との関係
【図３】固体潤滑剤（強磁性体粉末）添加による摩擦係数の低減量および改善率
【図４】摺動実験後の摺動面の観察結果
【符号の説明】
【００４２】
ａ・・・ローテータ
ｂ・・・ステータ
ｃ・・・ステージ
ｄ・・・歪ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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