JP2011168655A

JP2011168655A - 潤滑油の設計方法及び製造方法

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Publication number: JP2011168655A
Application number: JP2010031799A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shinke; 義弘新家; Fumihiko Yokoyama; 文彦横山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】コーキング抑制機能を備えた潤滑油を従来よりも効率良く設計する。
【解決手段】基油に所定の添加剤を混合してなる潤滑油の設計方法であって、少なくとも前記添加剤に関する複数の因子の計測値及びコーキング量の計測値に基づいて前記因子とコーキング予測値との関係式を求める第１設計工程と、該第１設計工程で得られた前記関係式に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定する第２設計工程とを有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、潤滑油の設計方法及び製造方法に関する。

周知のように、潤滑油は、各種機械装置の可動部における摩擦や摩耗を低減するためのものである。一般的な潤滑油は、主成分となる基油と少量の各種添加剤とからなる。添加剤には、潤滑油の潤滑性能を担う摩擦調整剤や粘度指数向上剤、潤滑油の酸化劣化を防止するための酸化防止剤、機械装置の清浄性に保つための清浄分散剤等がある。

このような潤滑油では、雰囲気温度が比較的高温（例えば３００℃以上）である場合に、熱によって変質・炭化し、コーキングと呼ばれる炭化物が生成されることが知られている。このコーキングは、機械装置の性能を低下させ、正常な運転を妨げることから、その生成量を抑制することが求められる。例えば、下記特許文献１には、このようなコーキングの抑制機能を備えた潤滑油が紹介されている。

特開２００１−１７２６６１号公報

ところで、コーキング抑制機能を備えた潤滑油の開発では、添加剤の種類や基油に対する添加量（混合量）を試行錯誤によって決定することが一般的に行われている。すなわちコーキング抑制機能を備えた潤滑油は、基油及び添加剤の種類や混合量を様々に変えた複数のテストサンプルについてコーキング生成に関する検証試験を行うことによって開発される。したがって、潤滑油の開発には、多くの手間及びコストが必要である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コーキング抑制機能を備えた潤滑油を従来よりも効率良く設計することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、潤滑油の設計方法に係る第１の解決手段として、基油に所定の添加剤を混合してなる潤滑油の設計方法であって、少なくとも前記添加剤に関する複数の因子の計測値及びコーキング量の計測値に基づいて前記因子とコーキング予測値との関係式を求める第１設計工程と、該第１設計工程で得られた前記関係式に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定する第２設計工程とを有する、という手段を採用する。

また、潤滑油の設計方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記第１設計工程では、前記複数の因子の計測値及び前記コーキング量の計測値を多変量解析処理することにより前記因子と前記コーキング予測値との関係を示す一次式を前記関係式として求める、という手段を採用する。

また、潤滑油の設計方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記第２設計工程では、前記関係式における各項の正負または大小に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定する、という手段を採用する。

また、潤滑油の設計方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記因子は、ポリメタクリレートの含有率またはカルシウム（Ｃａ）濃度のいずれか一方を含む、という手段を採用する。

さらに、本発明では、潤滑油の製造方法に係る第１の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの潤滑油の設計法により決定された少なくとも前記添加剤の種類及び混合量に従って少なくとも前記添加剤の種類や混合量を調製する、という手段を採用する。

本発明によれば、基油に所定の添加剤を混合してなる潤滑油の設計方法であって、少なくとも前記添加剤に関する複数の因子の計測値及びコーキング量の計測値に基づいて前記因子とコーキング予測値との関係を示す関係式を求める第１設計工程と、該第１設計工程で得られた前記関係式に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定する第２設計工程とを有するので、従来のような複数のテストサンプルに関する検証試験が不要であり、よってコーキング抑制機能を備えた潤滑油を従来よりも効率良く設計することが可能である。

本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法において、コーキング予測量Ｙと実際のコーキング量（計測値）との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法において、因子ＴＧ（ａｄｄ）の実測値と因子ＴＧ（ａｄｄ）の項「ａ・ＴＧ（ａｄｄ）」との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法において、各因子について実測値と各項の値との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法において、関係式（１）における各項の値を各既存油について示す第１の棒グラフである。本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法において、関係式（１）における各項の値を各既存油について示す第２の棒グラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る潤滑油の設計方法及び製造方法について、上記図１〜図４Ｂを参照して説明する。

本実施形態における潤滑油は、主成分となる基油（基剤）に少量の各種添加剤を混合したものである。基油は、例えば石油を精製して得られる鉱物油、石油や天然ガスを化学的に分解し再合成して得られるポリアルファオレフィンやエステル等の化学合成油、これら鉱物油と化学合成油とを混合した部分合成油等であり、必要に応じてひまし油等の植物油であっても良い。

添加剤は、潤滑油として要求される種々の性能を付加あるいは向上させるために基油に添加されるものである。このような添加剤は、潤滑油の潤滑性能に向上させる摩擦調整剤や粘度指数向上剤、潤滑油の酸化劣化を防ぐための酸化防止剤、エンジン内部や油流路内を清浄に保つための清浄分散剤、低温時の潤滑油の凝固を防止するための流動点降下剤等である。上記摩擦調整剤は、例えばモリブデン（Ｍｏ）化合物であり、また粘度指数向上剤は例えばポリメタクリレート（ＰＭＡ）であり、清浄分散剤は例えばカルシウム（Ｃａ）化合物である。これらの各種の添加剤のうち複数種が基油に添加されて潤滑油が調製される。

本潤滑油の設計方法は、既存の潤滑油（既存油）について、いくつかの因子をピックアップし、各因子のコーキング量（コーキング発生量）に対する関係性を多変量解析によって得られた結果に基づいて上記潤滑油における各添加剤の種類及び添加量を決定するものである。既存油としては、市販されている４社（Ａ〜Ｄ社）の合計７種類の未使用油、また当該未使用油のうち機械装置で実際に使用した３種類の使用油を用いた。また、具体的な各因子は以下の通りである。

因子ＴＧ（ａｄｄ）：高分子量の添加剤の蒸発率[ｍａｓｓ％]
因子ＴＧ（ＢＯ）：基油の蒸発率[ｍａｓｓ％]
因子ＩＲ（ＰＭＡ）：高分子量の添加剤中におけるＰＭＡの含有率[−]
因子Ｃ０：高分子量の添加剤の濃度[ｗｔ％]
因子Ｍｏ：Ｍｏ濃度[ｐｐｍ]
因子Ｃａ：Ｃａ濃度[ｐｐｍ]

これら各因子について具体的に説明すると、上記各既存油をゴム膜分離することによって高分子量の添加剤Ｔと油Ｌとを分離する。すなわち、このゴム膜分離では、潤滑油をゴム膜に入れ、ソックスレー抽出器を用いて高分子量の添加剤Ｔと油Ｌとを分離する。因子ＴＧ（ａｄｄ）は、このようにして得られた高分子量の添加剤Ｔの蒸発率[ｍａｓｓ％]である。ゴム膜分離で分離した油Ｌには、その他の添加剤が含有している。その他の添加剤とは、例えば酸化防止剤である。油Ｌをメタノールにて溶剤抽出することによって、その他の添加剤と基油Ｋとを分離する。

因子ＴＧ（ＢＯ）は、このようにして得られた基油Ｋの蒸発率[ｍａｓｓ％]である。また、因子ＩＲ（ＰＭＡ）は、このようにして得られた高分子量の添加剤Ｔにおけるポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]（無単位）であり、因子Ｃ０は、既存油における高分子量の添加剤Ｔの濃度[ｗｔ％]であり、因子Ｍｏは、既存油におけるモリブデン（Ｍｏ）の濃度であり、また因子Ｃａは、既存油におけるカルシウム（Ｃａ）の濃度[ｐｐｍ]である。なお、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]（無単位）は、ゴム膜分離した添加剤Ｔを赤外分光法で分析した結果の吸光度比である。

ここで、上記蒸発率は、高分子量の添加剤Ｔあるいは基油Ｋを常温（約２０℃）から所定温度（例えば９００℃）まで一定の上昇率（例えば１０℃／分）で加熱したときの気化率であり、加熱前の質量に対する気化分の質量の割合である。このような蒸発率[ｍａｓｓ％]は、高分子量の添加剤Ｔあるいは基油Ｋを不活性ガス雰囲気中に置き、示差熱天秤を用いた熱重量測定法（Thermo Gravimetry：ＴＧ）を用いて計測される。

また、コーキング量は、パネルコーキング試験法（Fed Test Method Std.791-3462準拠）を用いて計測される。この試験法は、加熱したパネルに潤滑油を間欠的に跳ねかけ、パネル上に生成する炭化物の量をコーキング量として計測するものである。

このように計測された各既存油に関する各因子とコーキング量を多変量解析処理することにより、コーキング予測値Ｙと各因子との関係を各因子の一次式として示す関係式（１）を求める（第１設計工程）。つまり、各既存油に関する各因子の計測値とコーキング量の計測値とを多変量解析処理することにより、関係式（１）の各係数ａ〜ｆ及び定数Ｇを決定する。
Ｙ＝ａ・ＴＧ（ａｄｄ）＋ｂ・ＴＧ（ＢＯ）＋ｃ・ＩＲ（ＰＭＡ）
＋ｄ・Ｃ０＋ｅ・Ｍｏ＋ｆ・Ｃａ＋Ｇ（１）

ａ＝−３．２４３１４
ｂ＝１．１８２８３４
ｃ＝１０２．８０７８
ｄ＝１１．０２０９６
ｅ＝−０．０００７９
ｆ＝−０．０３８０３
Ｇ＝９．０１１１２５

このようにして得られたコーキング予測値Ｙと実際のコーキング量（計測値）との関係は、図１に示すように明確な比例関係となる。したがって、このような各係数ａ〜ｆ及び定数Ｇ並びに各因子の関係式（１）として与えられるコーキング予測値Ｙは、実態としてのコーキング現象に合致したものである。

また、図２は、因子ＴＧ（ａｄｄ）の実測値と上記関係式（１）における因子ＴＧ（ａｄｄ）の項ａ・ＴＧ（ａｄｄ）との関係を一例として示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸で示す項ａ・ＴＧ（ａｄｄ）の値の広がり範囲は、因子ＴＧ（ａｄｄ）を操作することによるコーキング量の変化範囲を示すものである。この因子ＴＧ（ａｄｄ）以外の因子ＴＧ（ＢＯ）、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０、因子Ｍｏ及び因子Ｃａについても、上記因子ＴＧ（ａｄｄ）と同様に実測値と上記関係式（１）における項との関係が得られるが、縦軸（つまり関係式（１）における各項）の広がり範囲が広い因子ほど、コーキング量の変化に対する影響度が大きい因子である。

図３（ａ）〜（ｆ）は、各因子について実測値と関係式（１）における各項の値との関係を示すグラフである。図３（ａ）〜（ｆ）の相互比較から、因子ＩＲ（ＰＭＡ）の広がり範囲が最も広いので、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]が最もコーキング量の変化に対する影響度が大きいことが分かる。

また、図４Ａ及び図４Ｂは、上述した各既存油について、関係式（１）における各項の値を示す棒グラフである。これら各棒グラフにおいて、項ｂ・ＴＧ（ＢＯ）、項ｃ・ＩＲ（ＰＭＡ）、項ｄ・Ｃ０は、係数ｂ、ｃ、ｄが正の値をとるため、棒が正側に伸びている。一方、項ａ・ＴＧ（ａｄｄ）、項ｅ・Ｍｏ、項ｆ・Ｃａは、係数ａ、ｅ、ｆが負の値をとるため、棒が負側に伸びている。すなわち、棒が正側に伸びる因子ＴＧ（ＢＯ）、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０は、コーキング量を増加させる因子であり、これに対して棒が負側に伸びる因子ＴＧ（ａｄｄ）、因子Ｍｏ、因子Ｃａは、コーキング量を減少させる因子である。

また、各棒の長さが示す各項の絶対値は、コーキング量に対する影響度の大小を示している。すなわち、項ｃ・ＩＲ（ＰＭＡ）、項ｄ・Ｃ０及び項ｆ・Ｃａは棒の長さが比較的長いので、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０及び因子Ｃａは、コーキング量に対する影響度が比較的大きい。

すなわち、多変量解析によって得られたコーキング予測値Ｙに関する上記関係式（１）の各項の正負や大小によって、基油や添加剤に関する因子ＴＧ（ａｄｄ）、因子ＴＧ（ＢＯ）、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０、因子Ｍｏ及び因子Ｃａのコーキング量への影響の度合いを容易に評価することができる。したがって、本実施形態では、上記関係式（１）における各項の正負及び／または大小に基づいて基油の種類並びに添加剤の種類及び混合量（少なくとも添加剤の種類及び混合量）を決定する（第２設計工程）。

例えば、図４Ａ（ａ）に示すＡ社オイル１の場合、基油の蒸発率に係る因子ＴＧ（ＢＯ）のコーキングへの影響度が比較的小さいので、第１工程で実測値を取得した基油をそのまま用いることが考えられる。また、同じくＡ社オイル１の場合、Ｃａ濃度[ｐｐｍ]に係る因子Ｃａは、全ての既存油についてコーキング量を減少させる最も効果的な因子であり、また、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]に係る因子ＩＲ（ＰＭＡ）は、多数の既存油についてコーキング量を増加させる最も効果的な因子である。したがって、コーキング量を低下させるための方策として、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]及び／またはＣａ濃度[ｐｐｍ]を調整対象として選定し、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]及び／またはＣａ濃度[ｐｐｍ]を調整することが考えられる。

しかしながら、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）は粘度指数向上剤であり、本来担う機能は潤滑油の粘度指数向上であり、一方、カルシウム（Ｃａ）化合物は清浄分散剤であり、本来担う機能は清浄性の確保である。したがって、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]及び／またはＣａ濃度[ｐｐｍ]によってコーキング量が所望値以下の潤滑油を設計する場合には、各添加剤に要求される本来機能を最低限確保しつつ、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]及び／またはＣａ濃度[ｐｐｍ]を調整する必要がある。

このような第１設計工程及び第２設計工程を経て設計された潤滑油は、当該設計工程によって決定された基油の種類並びに添加剤の種類及び混合量に従って基油の種類を選定し、かつ添加剤の種類及び混合量を調製することによって製造される（製造工程）。

本実施形態によれば、上述した第１設計工程及び第２設計工程を経て基油の種類並びに添加剤の種類及び混合量が決定されるので、従来のような複数のテストサンプルに関する検証試験が不要であり、よってコーキング抑制機能を備えた潤滑油を従来よりも効率良く設計することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、因子ＴＧ（ａｄｄ）、因子ＴＧ（ＢＯ）、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０、因子Ｍｏ及び因子Ｃａ並びにコーキング量の計測値を多変量解析することによりコーキング予測値Ｙを関係式（１）として求めたが、本発明はこれに限定されない。コーキング予測値Ｙを求めるための因子は、因子ＴＧ（ａｄｄ）、因子ＴＧ（ＢＯ）、因子ＩＲ（ＰＭＡ）、因子Ｃ０、因子Ｍｏ及び因子Ｃａの中からいくつかを選択しても良く、またこれ以外のものを含んでも良い。すなわち、コーキング予測値Ｙを与える式の形態は、関係式（１）に限定されない。

（２）また、上記実施形態では、コーキング量を低下させるための方策として、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）の含有率[−]及び／またはＣａ濃度[ｐｐｍ]と調整することを述べたが、本発明はこれに限定されない。これら以外の因子を１あるいは複数選定してコーキング量を低下させるように潤滑油を設計しても良い。

Claims

基油に所定の添加剤を混合してなる潤滑油の設計方法であって、
少なくとも前記添加剤に関する複数の因子の計測値及びコーキング量の計測値に基づいて前記因子とコーキング予測値との関係式を求める第１設計工程と、
該第１設計工程で得られた前記関係式に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定する第２設計工程と
を有することを特徴とする潤滑油の設計方法。
前記第１設計工程では、前記複数の因子の計測値及び前記コーキング量の計測値を多変量解析処理することにより前記因子と前記コーキング予測値との関係を示す一次式を前記関係式として求めることを特徴とする請求項１記載の潤滑油の設計方法。
前記第２設計工程では、前記関係式における各項の正負または大小に基づいて少なくとも前記添加剤の種類及び混合量を決定することを特徴とする請求項１または２記載の潤滑油の設計方法。
前記因子は、ポリメタクリレートの含有率またはカルシウム（Ｃａ）濃度のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の潤滑油の設計方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の潤滑油の設計法により決定された少なくとも前記添加剤の種類及び混合量に従って少なくとも前記添加剤の種類や混合量を調製することを特徴とする潤滑油の製造方法。