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【発明の名称】 発泡潤滑剤およびその製造方法
【発明者】 【氏名】小原 美香

【氏名】姫野 芳英

【要約】 【課題】固形潤滑剤の使用が困難であった圧縮・屈曲などの外部応力の働く場所においても使用でき、潤滑剤保持力に優れ、外力による変形を受けても潤滑剤の染み出し量を必要最小限に抑制し、かつ安価に製造できる発泡潤滑剤およびその製造方法を提供する。

【構成】潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させてなる発泡潤滑剤であって、上記潤滑成分の配合割合は、混合物全体に対して 1 重量%〜90 重量%であり、上記硬化剤が芳香族ポリアミン化合物であり、上記発泡剤が水であり、上記混合物を、摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填して、該混合物を発泡・硬化させてなる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させてなる発泡潤滑剤であって、
前記潤滑成分の配合割合は、前記混合物全体に対して 1 重量%〜90 重量%であることを特徴とする発泡潤滑剤。
【請求項2】
前記硬化剤が芳香族ポリアミン化合物であり、前記発泡剤が水であることを特徴とする請求項1記載の発泡潤滑剤。
【請求項3】
前記混合物を摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填して、発泡・硬化させてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の発泡潤滑剤。
【請求項4】
前記発泡潤滑剤の連続気泡率が 50%以上であることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の発泡潤滑剤。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれか一項記載の発泡潤滑剤の製造方法であって
潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む成分を混合して混合物を得る混合工程と、
前記混合物の発泡・硬化が完了する前に、前記混合物を摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填する充填工程と、
前記充填された前記混合物を発泡・硬化させる発泡・硬化工程とを備えることを特徴とする発泡潤滑剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は発泡潤滑剤およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、自動車や産業用機械に代表されるようなほとんどの機械の摺動部や回転部において潤滑剤が使用されている。潤滑剤は大別して液体潤滑剤と固形潤滑剤に分けられるが、潤滑油を増ちょうさせて保形性を持たせたグリースや、液体潤滑剤を保持してその飛散や垂れ落ちを防止できる固形潤滑剤も知られている。
例えば、潤滑油やグリースに、超高分子量ポリオレフィン、またはウレタン樹脂およびその硬化剤を混合し、樹脂の分子間に液状の潤滑成分を保持させて徐々に染み出る物性を持たせた固形潤滑剤が知られている(特許文献1〜特許文献3参照)。
また、ポリウレタン原料であるポリオールとジイソシアネートとを潤滑成分中で反応させた自己潤滑性のポリウレタンエラストマーが知られている(特許文献4参照)。
このような固形潤滑剤は、軸受に封入して固化させると、潤滑油を徐々に染み出させるものであり、これを用いると潤滑油の補充のためのメンテナンスが不要になり、水分の多い厳しい使用環境や強い慣性力の働く環境などでも軸受寿命の長期化に役立つ場合が多い。
しかしながら、このような固形潤滑剤を、等速ジョイントの駆動部のような圧縮や屈曲などの外部応力が高い頻度で繰り返し加わる部位に使用すると、圧縮や屈曲に追従して変形させるために非常に大きな力が必要になり、または非常に大きな応力が固形潤滑剤に加わって、それを保持する部分にも機械的強度が必要になる。しかし、固形潤滑剤の強度と充填率は通常、相反するものであるので、潤滑剤を高充填率で保持することが困難であり、長寿命化を妨げる可能性がある。
【0003】
そのため、圧縮や屈曲などの外部応力が高い頻度で繰り返し起こるような部位においても簡便に使用可能な固形潤滑剤が求められている。この対処例として、発泡して連通気孔を形成した柔軟な樹脂の気孔内に潤滑油を保持させた含油発泡体を軸受や等速ジョイントの内部に充填して使用する固形潤滑剤が知られている(特許文献5参照)。
【0004】
しかしながら、特許文献1〜特許文献4による固形潤滑剤は、潤滑油保持力は大きいが、柔軟な変形性に欠ける。また、特許文献5による固形潤滑剤は外力に応じる柔軟な変形性があって圧縮や屈曲変形にも追従することはできるが、潤滑油保持力が小さく、軸受などの高速条件で使用した場合には、潤滑油が急速に抜け出て枯渇する可能性もある。
このような固形潤滑剤は、短時間での潤滑や密閉空間においては使用可能であるが、長時間の潤滑を要する部分や開放空間で使用すると潤滑油が供給不足になり、または、油保持力が弱いと、余剰の潤滑油は気孔から放出および吸収を繰り返し、耐えず空間内を流動することになる。
このような固形潤滑剤から余剰に染み出した潤滑油は、ゴムなどの外装材に接すると、その素材を潤滑油やその添加剤が化学的に腐食または劣化させるものもある。
また、このような固形潤滑剤を製造する工程では、潤滑油やグリースを確実に含浸させるために多くの製造工程が必要になり、これでは低コスト化の要求に応えることも困難である。
【特許文献1】特開平6−41569号公報
【特許文献2】特開平6−172770号公報
【特許文献3】特開2000−319681号公報
【特許文献4】特開平11−286601号公報
【特許文献5】特開平9−42297号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような問題に対処するためになされたものであり、固形潤滑剤の使用が困難であった圧縮・屈曲などの外部応力の働く場所においても使用することができ、潤滑剤保持力に優れ、外力による変形を受けても潤滑剤の染み出し量を必要最小限に抑制し、かつ安価に製造できる発泡潤滑剤およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の発泡潤滑剤は、潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させてなる発泡潤滑剤であって、上記潤滑成分の配合割合は、上記混合物全体に対して 1 重量%〜90 重量%であることを特徴とする。
【0007】
上記硬化剤が芳香族ポリアミン化合物であり、上記発泡剤が水であることを特徴とする。
また、上記混合物を摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填して、発泡・硬化させてなることを特徴とする。
また、上記発泡潤滑剤の連続気泡率が 50%以上であることを特徴とする。
【0008】
本発明の発泡潤滑剤の製造方法は、潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む成分を混合して混合物を得る混合工程と、上記混合物の発泡・硬化が完了する前に、上記混合物を摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填する充填工程と、上記充填された上記混合物を発泡・硬化させる発泡・硬化工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明の発泡潤滑剤は、潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む、発泡潤滑剤を生成するための混合物を発泡・硬化させてなるので、潤滑成分が発泡・硬化した固形成分内に保持される。この固形成分を発泡させることで、外部応力に対する自在な変形を可能にし、特に柔軟性を向上させることができる。この潤滑成分は主として固形成分に存在し、例えば圧縮、屈曲、ねじり、膨張などの外的な因子によって潤滑成分を必要部位に徐放することができる。
また、上記発泡潤滑剤は摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に混合物を充填して、発泡・硬化させてなるので、切削等の後加工が不要であり、潤滑成分保持力に優れる。
【0010】
本発明の発泡潤滑剤の製造方法は、上記混合工程と、充填工程と、発泡・硬化工程とを備えるので、潤滑剤を保持した発泡・硬化物である発泡潤滑剤を直接製造することができ、切削や後含浸などの後加工の必要がない。その結果、生産効率が向上し、安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
潤滑油などの保持力に優れ、潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制できる固形潤滑剤について鋭意検討の結果、潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させて発泡潤滑剤を得た。この発泡潤滑剤はウレタンプレポリマーが発泡・硬化して多孔質化された固形物であり、かつ潤滑成分を樹脂内部に吸蔵してなる発泡潤滑剤である。なお、潤滑成分が発泡・硬化した固形成分内に吸蔵されるとは、後述する潤滑油やグリースなどの液体・半固体状の潤滑成分が発泡・硬化した固形成分中にウレタンプレポリマーや硬化剤と反応することなく、化合物にならないで含まれることをいう。
この発泡潤滑剤は潤滑剤保持力に優れ、外力による変形を受けても潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制し、かつ安価に製造できることがわかった。本発明はこのような知見に基づくものである。
【0012】
本発明の発泡潤滑剤は、樹脂内に潤滑成分を吸蔵させるので、樹脂の柔軟性により、例えば圧縮、膨張、屈曲、ねじりなどの外力による変形により潤滑剤を染み出させて樹脂の分子間から外部に徐放できる。この際、染み出す潤滑油量は、外力の大きさに応じて弾性変形する程度を樹脂の選択などによって変えることにより、必要最小限にすることができる。
また、本発明の発泡潤滑剤において樹脂成分は、発泡により表面積が大きくなっており、染み出した余剰の潤滑油を再び発泡体の気泡内に一時的に保持することもできて染み出す潤滑油量は安定しており、また樹脂内に潤滑剤を吸蔵させると共に気泡内に含浸させることによって非発泡の状態より潤滑油の保持量も多くなる。
【0013】
その上、本発明の発泡潤滑剤は、非発泡体と比較して屈曲時に必要なエネルギーが非常に小さく、潤滑油を高密度に保持しながら柔軟な変形が可能である。また、発泡により嵩密度が小さくなり、多孔質な部分を多く持つため、軽量化の点でも有利である。
また、潤滑成分と、ウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させるだけであるので、特別な設備も不要であり、任意の場所に充填して成形することが可能である。
また、潤滑成分と、ウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物の配合量をコントロールすることにより発泡潤滑剤の密度を変化させることができる。
【0014】
本発明に使用するウレタンプレポリマーは分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーであって、このイソシアネート基は他の置換基によってブロックされていてもよい。分子内に含まれるイソシアネート基は、分子鎖末端であっても、あるいは分子鎖内から分岐した側鎖末端に含まれていてもよい。また、ウレタンプレポリマーは分子鎖内にウレタン結合を有していてもよい。
【0015】
ウレタンプレポリマーは、活性水素基を有する化合物とポリイソシアネートとの反応によって得ることができる。
活性水素基を有する化合物としては低分子ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ひまし油系ポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または2種類以上の混合物として使用することができる。低分子ポリオールとしては、2価のもの例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノールA等、3価以上のもの(3〜8価のもの)例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ等が挙げられる。
【0016】
ポリエーテル系ポリオールとしては上記低分子ポリオールのアルキレンオキサイド(炭素数2〜4のアルキレンオキサイド、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド)付加物およびアルキレンオキサイドの開環重合物が挙げられ、具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが含まれる。
【0017】
ポリエステル系ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールおよびポリエーテルエステルポリオール等が挙げられる。ポリエステルポリオールはカルボン酸(脂肪族飽和または不飽和カルボン酸、例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、二量化リノール酸およびまたは芳香族カルボン酸、例えば、フタル酸、イソフタル酸)とポリオール(上記低分子ポリオールおよび/またはポリエーテルポリオール)との縮合重合により得られる。
【0018】
ポリカプロラクトンポリオールは、グリコール類やトリオール類の重合開始剤にε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、ε-メチル-ε-カプロラクトン等を有機金属化合物、金属キレート化合物、脂肪酸金属アシル化物等の触媒の存在下で付加重合により得られる。ポリエーテルエステルポリオールには、末端にカルボキシル基および/またはOH基を有するポリエステルにアルキレンオキサイド例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を付加反応させて得られる。ひまし油系ポリオールとしては、ひまし油およびひまし油またはひまし油脂肪酸と上記低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールとのエステル交換あるいは、エステル化ポリオールが挙げられる。
本発明で用いるウレタンプレポリマーは、イソシアネート基(−NCO)含有量が 2 重量%以上のものが望ましい。イソシアネート基(−NCO)含有量がこれ未満であると、発泡性と弾力性の両立が難しくなる。
【0019】
ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族または脂環式およびポリイソシアネート化合物がある。
芳香族ジイソシアネートは、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネートおよびその混合物、1,5-ナフチレンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族または脂環式ジイソシアネートは、例えば、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、1,3-シクロブタンジイソシアネート、1,3-シクロヘキサンジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、イソプロパンジイソシアネート、2,4-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、2,6-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、1,3-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、1,4-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、2,4′パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′-パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。
ポリイソシアネート化合物としては、4,4′,4″-トリフェニルメタントリイソシアネート、4,6,4′-ジフェニルトリイソシアネート、2,4,4′-ジフェニルエーテルトリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが挙げられる。
また、これらイソシアネートの一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものが挙げられる。
【0020】
本発明に好適なウレタンプレポリマーとしては、注型用ウレタンプレポリマーとして知られている、ポリラクトンエステルポリオール、ポリエーテルポリオールにポリイソシアネートを付加重合させて得られるプレポリマー等が挙げられる。
上記ポリラクトンエステルポリオールはカプロラクトンを開環反応させて得られるポリラクトンエステルポリオールに短鎖ポリオールの存在下、ポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
上記ポリエーテルポリオールとしては、アルキレンオキサイドの付加物または開環重合物が挙げられ、これらとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
【0021】
本発明に好適に使用できるウレタンプレポリマーの市販品を例示すれば、ダイセル化学社製の商品名プラクセルEP、日本ポリウレタン社製の商品名コロネート4090、4047などが挙げられる。プラクセルEPは室温以上の融点を有する白色固体のウレタンプレポリマーである。
【0022】
上記ウレタンプレポリマーを硬化させる硬化剤としては、3,3′-ジクロロ-4,4′-ジアミノジフェニルメタン(以下、MOCAと記す)や4,4′-ジアミノ-3,3′-ジエチル-5,5′-ジメチルジフェニルメタン、トリメチレン-ビス-(4-アミノベンゾアート)、ビス(メチルチオ)-2,4-トルエンジアミン、ビス(メチルチオ)-2,6-トルエンジアミン、メチルチオトルエンジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,4-ジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,6-ジアミンに代表される芳香族ポリアミン、上記ポリイソシアネート、1,4-ブタングリコールやトリメチロールプロパンに代表される低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ひまし油系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、水酸基末端液状ポリブタジエン、水酸基末端液状ポリイソプレン、水酸基末端ポリオレフィン系ポリオールやこれら化合物の末端水酸基をイソシアネート基やエポキシ基などで変性した化合物に代表される2個以上の水酸基を有する液状ゴム等を単独でまたは併用して用いることができる。これらの中でコストおよび物性の点で優位であることから、芳香族ポリアミンがポリラクトンエステルポリオールとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーを硬化させるのに好ましい。
【0023】
イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、末端水酸基または末端アミン基を有する硬化剤との配合割合は、水酸基(−OH)またはアミン基(−NH2)とイソシアネート基(−NCO)との当量比で(OHまたはNH2/NCO)=1/(0.9〜1.7)の範囲が好ましく、特に発泡性および弾力性を考慮すると、(OHまたはNH2/NCO)=1/(1.0〜1.5)の範囲が好ましい。
【0024】
また固形成分中には必要により添加剤を用いることができる。添加剤としてはヒンダードフェノール系に代表される酸化防止剤、補強剤(カ−ボンブラック、ホワイトカーボン、コロイダルシリカなど)、無機充填剤(炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレイ、硅石粉など)老化防止剤、難燃剤、金属不活性剤、帯電防止剤、防黴剤やフィラーおよび着色剤などが挙げられる。
【0025】
本発明に使用できる発泡剤は、ウレタンプレポリマーを発泡させることができるものであれば使用できる。発泡剤としては、(a)イソシアネート化合物と反応して二酸化炭素ガスを発生させる水などの化学的発泡剤、(b)加熱処理や光照射によって化学分解させ、窒素ガスなどを発生させるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾジカルボンアミド(ADCA)等の分解型発泡剤、(c)アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的発泡剤、(d)窒素などの不活性ガスや空気を外部から吹き込む機械的発泡剤が挙げられる。
本発明においては、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを用いることから、イソシアネート化合物と反応して二酸化炭素ガスを発生させる水が好ましい。
【0026】
また、このような反応を伴う化学的発泡方法を用いる場合には必要に応じて触媒を使用することが好ましく、例えば、3級アミン系触媒や有機金属触媒などが用いられる。3級アミン系触媒としてはモノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類、イミダゾール誘導体、酸ブロックアミン触媒などが挙げられる。
また、有機金属触媒としてはスタナオクタエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンメルカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンマレエート、ジオクチルチンジメルカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、オクテン酸塩などが挙げられる。また、反応のバランスを整えるなどの目的でこれら複数種類を混合して用いてもよい。
【0027】
本発明に使用できる潤滑成分は、発泡体を形成する固形成分を溶解しないものであれば種類を選ばずに使用することができる。潤滑成分としては、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独でもしくは混合して使用できる。
潤滑油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油、GTL基油、フッ素油、シリコーン油等が挙げられる。これらは単独でも混合油としても使用できる。
【0028】
グリースは、基油に増ちょう剤を加えたものであり、基油としては上述の潤滑油を挙げることができる。
増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。
ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、フェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。
【0029】
上記グリースにおける基油の配合割合は、グリース成分全体に対して、基油が 1〜98 重量%、好ましくは 5〜95 重量%である。基油が 1 重量%未満であると、潤滑油を必要箇所に十分に供給することが困難になる。また 98 重量%より多いときには、低温でもグリースなどでは固まらずに液状のままとなる。
【0030】
ワックスとしては、炭化水素系合成ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、ケトン・アミン類、水素硬化油などを挙げることができる。これらのワックスに油を混合してもよく使用する油成分としては上述の潤滑油と同様のものを用いることができる。
【0031】
潤滑成分には、さらに二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、有機モリブデン等の摩擦調整剤、アミン、脂肪酸、油脂類等の油性剤、アミン系、フェノール系化合物などの酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステルなどの錆止め剤、イオウ系、イオウ−リン系化合物などの極圧剤、有機亜鉛、リン系化合物などの摩耗防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【0032】
本発明の発泡潤滑剤は、上記潤滑成分と、ウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を発泡・硬化させて得られる。
上記潤滑成分の配合割合は、混合物全体に対して、1 重量%〜90 重量%、好ましくは 5 重量%〜80 重量%である。潤滑成分が 1 重量%未満であると、潤滑成分の供給量が少なく発泡潤滑剤としての機能を発揮できず、90 重量%より多いときには固化しなくなる。
上記分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーの配合割合は、混合物全体に対して、8 重量%〜98 重量%、好ましくは 20 重量%〜80 重量%である。8 重量%より少ないときは固化しないため発泡潤滑剤としての機能を持たず、98 重量%より多いときには潤滑成分の供給量が少なく、発泡潤滑剤としての機能を持たない。
【0033】
上記硬化剤の配合割合は、ウレタンプレポリマーの配合量と発泡倍率により、上記発泡剤の配合割合は、後述する発泡倍率との関係でそれぞれ定まる。すなわち、硬化剤量(割合)は分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーの水酸基当量と水の当量との関係で定まる。
【0034】
本発明において潤滑油などの潤滑成分存在下で発泡反応と硬化反応とを同時に行なう反応型含浸法を用いることが、潤滑成分の高充填化と材料物性の高強度化を同時に両立させるためには望ましい。これは発泡体形成段階において発泡体に形成された気泡に潤滑剤が均一に含浸されるとともに、潤滑成分が発泡・硬化した固形成分内に吸蔵されることにより潤滑剤の高充填化と材料物性の高強度化が両立するものと考えられる。
これに対してあらかじめ発泡体を製造しておき、これに潤滑剤を含浸させる後含浸法では潤滑剤保持力が十分でなく、短時間で潤滑剤が放出され長期的に使用すると潤滑剤が供給不足となる。
【0035】
本発明において発泡により多孔質化される際に生成させる気泡は気泡が連通している連続気泡であることが好ましい。これは、外部応力によって潤滑成分を樹脂の表面から連続気泡を介して外部に直接供給するためである。気泡間が連通していない独立気泡の場合は固形成分中の潤滑油の全量が一時的に独立気泡中に隔離され気泡間での移動が困難となり、必要なときに外部に十分供給されない場合がある。
【0036】
本発明の発泡潤滑剤の連続気泡率は 50%以上が好ましく、より好ましくは 70%以上である。連続気泡率が 50%未満の場合は、樹脂成分(固形成分)の潤滑油が一時的に独立気泡中に取り込まれている割合が多くなり、必要な時に外部へ供給されない場合がある。
【0037】
本発明の発泡潤滑剤の連続気泡率は以下の手順で算出できる。
(1)発泡硬化した発泡潤滑剤を適当な大きさにカットし、試料Aを得る。試料Aの重量を測定する。
(2)Aを 3 時間ソックスレー洗浄(溶剤:石油ベンジン)する。その後 80℃で 2 時間恒温槽に放置し、有機溶剤を完全に乾燥させ、試料Bを得る。試料Bの重量を測定する。
(3)連続気泡率を以下の手順で算出する。
連続気泡率=(1−(試料Bの樹脂成分重量−試料Aの樹脂成分重量)/試料Aの潤滑成分重量)×100
なお、試料A、Bの樹脂成分重量、潤滑成分重量は、試料A、Bの重量に組成の仕込み割合を乗じて算出する。
連続していない独立気泡中に取り込まれた潤滑成分は 3 時間ソックスレー洗浄では外部へ放出されないため試料Bの重量を減少させることがないので、上記の操作で試料Bの重量減少分は連続気泡からの潤滑成分の放出によるものとして連続気泡率が算出できる。
【0038】
本発明において発泡潤滑剤の発泡倍率は 1.1 倍〜100 倍であることが好ましく、より好ましくは 1.1 倍〜10 倍である。発泡倍率 1.1 倍未満の場合は気泡体積が小さく、外部応力が加わったときに変形を許容できない。また、100 倍をこえる場合は外部応力に耐える強度を得ることが困難となる。
【0039】
本発明の発泡潤滑剤の製造方法は、潤滑成分と、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む成分を混合して混合物を得る混合工程と、上記混合物の発泡・硬化が完了する前に、上記混合物を摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用型内に充填する充填工程と、上記充填された上記混合物を発泡・硬化させる発泡・硬化工程とからなる。
上記混合工程において、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと、硬化剤と、潤滑成分と、発泡剤とを混合する方法は、特に限定されることなく、例えばヘンシェルミキサー、リボンミキサー、ジューサーミキサー、ミキシングヘッド等、一般に用いられる撹拌機を使用して混合することができる。
混合物は硬化剤および発泡剤である水により速やかに硬化するため、硬化剤および発泡剤である水を除く他の成分を撹拌機へ投入し、最後に硬化剤および発泡剤である水を投入することが望ましい。
【0040】
上記充填工程において、ウレタンプレポリマーと、硬化剤と、潤滑成分と、発泡剤とを含む混合物を混合物の発泡・硬化が完了する前に摺動部もしくは転動部の周囲または、成形用型内に充填する。摺動部材の周囲、または成形用型内に充填された混合物中のウレタンプレポリマーと硬化剤とによる硬化反応と、また混合物中のイソシアネートと水との化学反応により生成する二酸化炭素を発泡剤とする発泡反応とが同時に進行し、充填空間の形状を有する発泡・硬化物である発泡体が摺動部もしくは転動部の周囲、または成形用金型内で形成される。このとき混合物中の潤滑成分は樹脂内に吸蔵されるとともに発泡体の気泡に含浸されて存在する。この潤滑成分が含浸された発泡体が本発明の発泡潤滑剤である。
【0041】
上記製造方法において、市販のシリコーン系整泡剤などの界面活性剤を使用し、各原料分子を均一に分散させておくことが望ましい。また、この整泡剤の種類によって表面張力を制御し、生じる気泡の種類を連続気泡または独立気泡に制御することが可能となる。このような界面活性剤としては陰イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
【0042】
また、上記製造方法において摺動部材を有する機材としては軸受や自在継手、ボールねじやリニアガイド、球面ブッシュ等があり、これらの機材の摺動部もしくは転動部の周囲に、潤滑成分と、ウレタンプレポリマーと、硬化剤と、発泡剤とを含む混合物を充填後に発泡・硬化させて、発泡潤滑剤が封入された機材を直接製造することができる。
【0043】
また、上記製造方法において成形用金型や摺動部もしくは転動部を有する機材(以下、成形用金型等と記す)を用いずに成形することもできる。この場合は発泡・硬化物を裁断や研削等で目的の形状に後加工する必要がある。また、成形用金型等を用いない場合は潤滑成分が発泡・硬化物中に保持されにくいので、潤滑剤量が不足する場合は目的の形状に後加工した後、潤滑剤を後含浸する必要がある。また、硬化した発泡体に潤滑剤を後含浸しても、潤滑剤保持性が成形用金型等を用いる方法に比べて低下することや、発泡体のハンドリング時に潤滑剤が漏出しやすい等の不具合が生じやすい。
以上のことから本発明においては、品質面、作業面、コスト面で混合物を成形用金型等に充填する方法を採用することが好ましい。
【0044】
本発明において、発泡潤滑剤中に含浸された状態で含まれる潤滑成分は、外力による発泡体の変形によっても急激に染み出すことがなく、潤滑成分を効率よく染み出させて用いることができる。その結果、潤滑成分量は必要最小限でよく、しかも長期間にわたって潤滑性能を保つことができる。
【実施例】
【0045】
実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3
80℃のポリテトラフルオロエチレン製ビーカ(直径 60 mm×高さ 150 mm )内で、硬化剤、アミン触媒および発泡剤を除く配合材料を表1に示す配合割合でよく混合した。次に、120℃で溶解したMOCAをビーカ内に投入し、よく撹拌した。続いてアミン触媒および発泡剤を投入し撹拌した。数秒後に発泡反応が始まり、100℃で 30分間放置し硬化させて試験片を得た。この試験片を目視および光学顕微鏡を用いて観察した。また、指で押したときに油が滲み出す形状の弾性ゴム状の発泡体であるものを優れた発泡潤滑剤であると評価して「○」印を、不十分な水準にあるものには「△」印を、それぞれ表1の触感での評価欄に併記した。また、前述の連続気泡率の算出法に基づき発泡潤滑剤の連続気泡率を測定した。結果を表1に併記する。
また、得られた試験片について潤滑剤の徐放性を調べるために以下に示す潤滑油徐放試験に供し、結果を表1に併記した。
【0046】
<潤滑油徐放試験>
ロータ半径 75 mm の遠心分離器に試験片を投入し、回転速度 1500 rpm で1時間回転させ、試験前後の潤滑剤重量変化率を測定した。ここで潤滑剤重量変化率を以下の式により算出して評価した。
潤滑剤重量変化率(%)=100×(試験前潤滑剤重量−試験後潤滑剤重量)/試験前潤滑剤重量
算出した重量変化率(%)が小さいほど油放出量が少なく、潤滑剤保持力が大きいといえる。
【0047】
【表1】


【0048】
表1に示すように実施例1〜実施例6では指で押したときに油が滲み出す形状の弾性ゴム状の発泡体であり、優れた発泡潤滑剤であることが認められた。これに対し、比較例1では発泡はしたものの一部固化せず、発泡潤滑剤としては機能しないことがわかった。また、比較例2はウレタンと潤滑剤が分離してしまった。また、比較例3では発泡固化したが、連続気泡率が低く、触感も硬かった。
実施例1〜実施例6では遠心力が加わった状態において、即時に発泡体より抜け出てしまうことなく潤滑剤が徐々に放出されることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明の発泡潤滑剤は、外力による発泡体の変形によっても急激に染み出すことがなく、潤滑成分を効率よく染み出させて用いることができる。その結果、潤滑成分量は必要最小限でよく、しかも長寿命である。このため摺動部もしくは転動部を有する撚線機、電動機器、印刷機、自動車部品、電装補機、建設機械等の各種産業用機械の軸受や自在継手の固形潤滑剤として好適に利用できる。
【出願人】 【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
【出願日】 平成18年12月21日(2006.12.21)
【代理人】 【識別番号】100100251
【弁理士】
【氏名又は名称】和気 操


【公開番号】 特開2008−31410(P2008−31410A)
【公開日】 平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願番号】 特願2006−343742(P2006−343742)