JP4916687B2

JP4916687B2 - エンジンオイル

Info

Publication number: JP4916687B2
Application number: JP2005238081A
Authority: JP
Inventors: 史裕黒川; 康人伏井; 豊平島
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: JP2007051228A

Description

本発明は、エンジンオイルに関する。

エンジンオイルは、例えば六方晶窒化硼素（以下、「ｈＢＮ」という。）、グラファイト、二硫化モリブデン、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、有機モリブデン化合物等の潤滑剤を基油に含有させたものであり、潤滑剤の種類によって一長一短がある。グラファイト及び二硫化モリブデンは、耐熱性が良いが黒色不透明であるのでエンジンオイルの劣化時期の判別が困難である。しかも、二硫化モリブデンは比重が大きいのでエンジンオイル内で沈澱しやすい問題がある。ＰＴＦＥは、白色かつ低摩擦であるが、約３００℃の低温で分解してエンジンを構成する金属を腐食するフッ化水素を発生する。有機モリブデン化合物は、液体であるので固体潤滑剤のような沈澱の問題はなく、また狭い隙間にも入り込む利点があるが、耐熱温度が２００℃以下と低い。

これに対し、ｈＢＮは白色粉末であるのでエンジンオイルの劣化時期の判別が容易であり、比重も小さいので沈澱し難く、１０００℃付近まで安定であり、しかも鱗片形状による劈開性を有しているので潤滑性にも優れている。しかし、エンジンオイルへの分散性を高めるべく１μｍ以下に粉砕すると、鱗片形状が失われて劈開性が小さくなり、期待したほどには潤滑性能が向上せず、むしろ硼素原子（Ｂ）と窒素原子（Ｎ）の強固な共有結合によって耐摩耗性が発現し、エンジンに損傷を与える懸念があった。

そこで、平均粒子径が１．０μｍ超３．０μｍ以下、最大粒子径が１５μｍ以下、粉末Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ）が４．０以下、酸化硼素含有率が０．５〜５質量％であるｈＢＮ粉末をエンジンオイルの潤滑剤とすることが提案された（特許文献１）。これによって、上記問題はかなり改善されたが、今日の更なる燃費向上（経済性向上）と出力向上（快適性向上）の要求を満たさせるには、まだ改善の余地があった。
特開２００３−３３６０８７号公報

本発明の目的は、燃費と出力を更に高めたエンジンオイルを提供することである。

本発明は、以下で定義される沈降率が５％以下であるｈＢＮ粉末を基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイルである。また、本発明は、平均粒子径が１〜３μｍ、酸化硼素含有率が０．２〜５質量％であって、Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ）が４〜１５である六方晶窒化硼素粉末（ＢＮ１）と、１．５以上４未満である六方晶窒化硼素粉末（ＢＮ２）とを、ＢＮ１／ＢＮ２の質量比が０．４〜２．４の割合にして基油に含有させてなることを特徴とするエンジンオイルである。いずれのエンジンオイルにあっても、ｈＢＮ粉末の含有量が基油１リットルに対して０．１〜１０ｇであることが好ましく、また基油は液温２０℃における粘度が０．３〜０．６ｍＰａ・ｓを示すものであることが好ましい。

本発明のエンジンオイルによれば、燃費と出力がいずれも向上する。

本明細書において、「沈降率が５％以下である六方晶窒化硼素粉末（ｈＢＮ粉末）」、とは、液温２０℃のヒマシ油１リットルにｈＢＮ粉末５ｇを添加し、パドル型攪拌混合機（例えば新東科学社製商品名「スリーワンモータ（型式：ＢＬ１２００）」）を用い回転数６００ｒｐｍで５分間混合した後、混合液をサンプル瓶（容積５０ｍｌ）にその底面から５０ｍｍ高さの量を採取して２４時間室温で静置し、混合液の液面高さ（ｈ１）と、ｈＢＮ粉末の沈殿層の高さ（ｈ２）を測定し、沈降率（％）＝（ｈ１−ｈ２）×１００／ｈ１、によって求められた沈降率が５％以下であるｈＢＮ粉末、であると定義される。ｈ１及びｈ２は、目視により容易に確認できるので、マイクロメーターによって測定することができる。

沈降率が５％をこえるｈＢＮ粉末を潤滑剤としたのでは、所期の目的を十分に達成することができない。特許文献１のｈＢＮ粉末の沈降率は６〜８％程度である。

沈降率が５％以下であるｈＢＮ粉末は、平均粒子径が１〜３μｍ、酸化硼素含有率が０．２〜５質量％であるｈＢＮ粉末の結晶化度を制御することによって製造することができる。具体的には、平均粒子径が１〜３μｍ、酸化硼素含有率が０．２〜５質量％のｈＢＮ粉末であって、Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ）が４〜１５であるＢＮ１と、１．５以上４未満であるＢＮ２とを、ＢＮ１／ＢＮ２の質量比が０．４〜２．４の割合で混合することによって製造することができる。沈降率５％以下の範囲内おける沈降率の増減は、例えばＢＮ１／ＢＮ２の質量比の変更によって可能となる。

ｈＢＮ粉末の平均粒子径が１μｍ未満ではもはや鱗片形状とは言えなくなり、また３μｍをこえると分散性が低下し、いずれも燃費及び出力の十分な向上はない。ｈＢＮ粉末の最大粒子径については、オイルフィルターに目詰まりを起こさせ難くすることの配慮から、１５μｍ以下が好ましく、特に１０μｍ以下であることが好ましい。

ｈＢＮ粉末の酸化硼素含有率は、潤滑性の向上、耐摩耗性の発現によるエンジンの損傷予防、更には窒化硼素が（加水）分解をして生成したアンモニアによってエンジンの構成部材が腐食するのを予防する観点から、０．２質量％以上であることが好ましい。一方、酸化硼素含有量があまりにも多いと、接着作用を示しｈＢＮを凝集させ、オイルフィルターに目詰まりを起こさせる恐れがあるので、５質量％以下であることが好ましい。

本発明で用いるｈＢＮ粉末の黒鉛化指数（ＧＩ）は、ＢＮ１が４〜１５で、ＢＮ２が１．５以上４未満である。ＢＮ１のＧＩが４未満では出力向上効果が十分でなくなり、１５をこえると凝集粒子を多く含むようになる。一方、ＢＮ２のＧＩが１．５未満では、酸化硼素含有量が少ないため、（加水）分解によるアンモニアを多く発生する恐れがあり、４以上であると燃費向上効果が十分でなくなる。また、ＢＮ１／ＢＮ２の質量比が０．４未満では出力向上効果があるが十分な燃費向上効果はなく、２．４をこえると燃費向上効果があるが十分な出力向上効果がない。

ＧＩは、ｈＢＮ粉末のＸ線回折図の（１００）、（１０１）及び（１０２）回折線の積分強度比（すなわち面積比）より、式、ＧＩ＝面積｛（１００）＋（１０１）｝／面積（１０２）、により求めることができる（Ｊ．Ｔｈｏｍａｓ．ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，８４，４６１９［１９６２］）。ＧＩは結晶性の指標であり、結晶性が高いほどこの値が小さくなり、鱗片形状が発達する。完全に結晶化（黒鉛化）したｈＢＮ粉末ではＧＩが１．６程度になる。

沈降率が５％以下であるｈＢＮ粉末、又はＢＮ１とＢＮ２の合計のｈＢＮ粉末の使用量は、基油１リットルに対して０．１〜１０ｇであることが好ましい。また、基油は鉱物油、合成油、亜麻仁油、ヒマシ油、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等いずれでもよいが、液温２０℃における粘度が０．３〜０．６ｍＰａ・ｓを示すものがより好ましい。

本明細書において、各物性は以下のようにして測定した。
（１）平均粒子径及び最大粒子径
レーザー回折・散乱法により測定した。粒度分布測定機として、ＬＥＥＤＳ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ社製商品名「マイクロトラックＳＰＡ−７９９７」を用いた。
（２）ＧＩ値
粉末Ｘ線回折装置（理学電機社製「ＧｅｉｇｅｒＦｌｅｘ２０１３型」）により測定した。
（３）酸化硼素含有率
ｈＢＮ粉末にメタノールを加え、酸化硼素とメタノールの反応によりホウ酸トリメチルを生成させた後、８０℃で加温してホウ酸トリメチルを揮発させた。ついで、１２０℃で加温して過剰なメタノールを全て揮発させた後、質量を測定し、メタノール添加前からの減量分をもって定量した。
（４）燃費及び出力
エンジンオイル（日産自動車社製商品名「ＳＨスペシャル」、液温２０℃における粘度：０．５ｍＰａ・ｓ）１リットルあたり表に示される量のｈＢＮ粉末を添加し、自動車（マツダ社製商品名「カペラ」、排気量が１．８ｌ）を１０００ｋｍ走行させ、シャシーダイナモ装置上で出力及び１０・１５モード法に基づく燃費を測定した。

実施例１〜１０
ＢＮ１の製造
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＳＰ−２）」、平均粒子径が４．０μｍ、最大粒子径が５９．７μｍ、ＧＩが９．７、酸化硼素含有率が０．６質量％｝を、ジェット粉砕機（セイシン企業社製商品名「シングルトラック・ジェットミル（型式：ＳＴＪ−２００）」）を用い、供給量０．５ｋｇ／ｈｒ、搬送空気圧０．５ＭＰａの条件で粉砕した後、サイクロン式分級器で気流分級してＢＮ１を製造した。ＢＮ１の平均粒子径、最大粒子径、ＧＩ及び酸化硼素含有率の測定結果を表に示す。

ＢＮ２の製造
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＨＧＰ）」、平均粒子径が５．０μｍ、最大粒子径が４２．２μｍ、ＧＩが１．０、酸化硼素含有率が０．２質量％｝を用いたこと以外は、ＢＮ１の製造条件と同様にしてＢＮ２を製造した。ＢＮ２の平均粒子径、最大粒子径、ＧＩ及び酸化硼素含有率の測定結果を表に示す。

ＢＮ１及びＢＮ２を表１に示す割合でポリエチレン袋に秤量し、５分間手混合してからｈＢＮ粉末の沈降率を測定した。このｈＢＮ粉末を市販の基油（日産自動車社製商品名「ＳＨスペシャル」、液温２０℃における粘度が０．５ｍＰａ・ｓ）に、表に示す割合で添加し、５分間攪拌混合してエンジンオイルを調製した。エンジンオイルの燃費及び出力を上記に従って測定した。それらの結果を表に示す。

実施例１１〜１４
搬送空気圧を０．７ＭＰａ（実施例１１）、０．４ＭＰａ（実施例１２）、０．４５ＭＰａ（実施例１３）又は０．３ＭＰａ（実施例１４）の条件で粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ１を製造した。これらのＢＮ１を実施例１のＢＮ１に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例１５
市販のホウ酸（関東化学社製試薬）、メラミン（三井化学社製）を質量比１：１の割合で混合し、窒素流通下２０００℃、７時間焼成させた。得られた焼成物を０．５質量％硝酸水溶液中に分散、１時間攪拌後、水洗、１２０℃で２４時間乾燥させたものを粉砕・分級したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ１を製造した。このＢＮ１を実施例１のＢＮ１に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例１６
ホウ酸とメラミンの混合物を、窒素流通下１３００℃、４時間の焼成としたこと以外は、実施例１５と同様にしてＢＮ１を製造した。このＢＮ１を実施例１のＢＮ１に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例１７
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＧＰ）」、平均粒子径が８．２μｍ、最大粒子径が５９．７μｍ、ＧＩが１．２、酸化硼素含有率が０．１質量％｝を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ１を製造した。このＢＮ１を実施例１のＢＮ１に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例１８
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＳＧＰＳ）」、平均粒子径が１１．０μｍ、最大粒子径が５９．７μｍ、ＧＩが２．０、酸化硼素含有率が５．０質量％｝を用い、それを搬送空気圧０．７ＭＰａの条件で粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ１を製造した。このＢＮ１を実施例１のＢＮ１に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例１９〜２２
搬送空気圧を０．７ＭＰａ（実施例１９）、０．４ＭＰａ（実施例２０）、０．４５ＭＰａ（実施例２１）又は０．３ＭＰａ（実施例２２）の条件で粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ２を製造した。これらのＢＮ２を実施例１のＢＮ２に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例２３
ホウ酸とメラミンの混合物を、窒素流通下１３００℃、４時間の焼成としたこと以外は、実施例１５と同様にして焼成物を製造し、それを粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ２を製造した。このＢＮ２を実施例１のＢＮ２に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例２４
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＧＰ）」、平均粒子径が８．２μｍ、最大粒子径が５９．７μｍ、ＧＩが１．２、酸化硼素含有率が０．１質量％｝を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ２を製造した。このＢＮ２を実施例１のＢＮ２に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

実施例２５
市販のｈＢＮ粉末｛電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレードＳＧＰＳ）」、平均粒子径が１１．０μｍ、最大粒子径が５９．７μｍ、ＧＩが２．０、酸化硼素含有率が５．０質量％｝を用い、搬送空気圧０．７ＭＰａの条件で粉砕したこと以外は、実施例１と同様にしてＢＮ２を製造した。このＢＮ２を実施例１のＢＮ２に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

比較例１
市販のｈＢＮ粉末（電気化学工業社製商品名「デンカボロンナイトライド（グレード：ＳＧＰ：平均粒子径１８．０μｍ、最大粒子径５９．６μｍ、ＧＩ＝１．０、酸化硼素含有率０．１質量％）」を、搬送空気圧０．４５ＭＰａの条件で粉砕した後分級し、平均粒子径が２．６μｍ、最大粒子径が１４．４μｍ、ＧＩが１．０、酸化硼素含有量が０．２質量％のｈＢＮ粉末を製造した（便宜的に表のＢＮ１の欄に特性を記載してある。）。このｈＢＮ粉末を実施例１のＢＮ１及びＢＮ２に置き換え使用したこと以外は、実施例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

比較例２
ｈＢＮ粉末の添加量を実施例４としたこと以外は、比較例１と同様にしてエンジンオイルを調製した。

本発明のエンジンオイルは、四輪自動車、二輪自動車、原動機付自転車、例えばタンカー等の大型船舶、例えばモーターボート等の小型船舶のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に用いることができる。

Claims

平均粒子径が１〜３μｍ、最大粒子径が１５μｍ以下、酸化硼素含有率が０．２〜５質量％であって、Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ）が４〜１５である六方晶窒化硼素粉末（ＢＮ１）と、１．５以上４未満である六方晶窒化硼素粉末（ＢＮ２）とを、ＢＮ１／ＢＮ２の質量比が０．４〜２．４の割合で、基油１リットルに対して０．１〜１０ｇ含有させてなることを特徴とするエンジンオイル。
基油の液温２０℃における粘度が０．３〜０．６ｍＰａ・ｓを示すものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンオイル。