JP2015004028A - 油圧作動油組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率を向上させることができる油圧作動油組成物を提供すること。
【解決手段】40℃における動粘度が15〜50mm/sであり、粘度指数が125以下であり、芳香族分が1質量%以上である潤滑油基油と、組成物全量基準で1〜40質量%の、数平均分子量が28000以下であるポリメタクリレートと、を含有する油圧作動油組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、油圧作動油組成物に関する。
近年、地球温暖化への対応の一つとして省エネルギー型油圧作動油が開発されている。従来の省エネルギー型油圧作動油としては、例えば低温粘度を下げることによって装置の起動時の消費エネルギーの削減を図ったものがある。
また、粘度指数向上剤を配合することで、作動油の粘度変化を小さくして油温が高まった後の定常運転時の消費エネルギーを低減した省エネルギー型油圧作動油も開発されている。この省エネルギー型油圧作動油では、建設機械特有の様々な油圧機器内部からの油漏れ(内部漏れ)を作動油の粘度変化を小さくすること(高粘度指数化)で防止し、消費エネルギーの削減を図っている(例えば、特許文献1〜3を参照)。
特開2005−307197号公報 特開2011−046900号公報 特開2012−180535号公報
しかし、上記の特許文献1〜3に記載されているような省エネルギー型油圧作動油の場合、作動油の高粘度指数化により配管抵抗による損失が増大してしまう。そのため、内部漏れ防止により消費エネルギーを削減できたとしても、油圧システム全体のエネルギー効率の向上の点で未だ改善の余地がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率を向上させることができる油圧作動油組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、油圧システムの内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立する優れた粘度特性を発揮する組成物を見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、40℃における動粘度が15〜50mm/sであり、粘度指数が125以下であり、芳香族分が1質量%以上である潤滑油基油と、組成物全量基準で1〜40質量%の、数平均分子量が28000以下であるポリメタクリレートと、を含有する油圧作動油組成物を提供する。
油圧作動油組成物は、(A)80℃における動粘度(単位:mm/s)と、(B)高せん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)が1.15以下であることが好ましい。
本発明によれば、内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率を向上させることができる油圧作動油組成物を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態に係る油圧作動油組成物は、40℃における動粘度が15〜50mm/sであり、粘度指数が125以下であり、芳香族分が1質量%以上である潤滑油基油と、組成物全量基準で1〜40質量%の、数平均分子量が28000以下であるポリメタクリレートと、を含有する。
本実施形態において使用される潤滑油基油としては、鉱油、合成系炭化水素油等が挙げられる。これらの潤滑油基油は、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
鉱油としては、特に限定されないが、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理を適宜組み合わせて精製したパラフィン系鉱油又はナフテン系鉱油が挙げられる。
合成系炭化水素油としては、例えば、ポリα−オレフィン(ポリブテン、1−オクテンオリゴマー、1−デセンオリゴマー等)、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等が挙げられる。
潤滑油基油の40℃における動粘度は、15〜50mm/sであり、好ましくは20〜45mm/sであり、より好ましくは25〜40mm/sであり、更に好ましくは25〜35mm/sである。40℃における動粘度が15mm/s以上であると、引火点の低下を防ぐことができ、また蒸発性の点で好ましい。また、40℃における動粘度が50mm/s以下であると、配管抵抗を低減させることができる。
潤滑油基油の粘度指数は、125以下であり、好ましくは120以下である。また、潤滑油基油の粘度指数は、好ましくは90以上であり、より好ましくは100以上であり、更に好ましくは105以上である。粘度指数が90以上であると、高温での動粘度を確保したときに低温での動粘度が高くなることを抑制できるため、油圧システムの効率低下を抑制できる。
なお、本発明における「動粘度」及び「粘度指数」とは、JIS K 2283に従って測定された値を意味する。
潤滑油基油の芳香族分は、1質量%以上であり、好ましくは1.5質量%以上であり、より好ましくは2質量%以上である。芳香族分が1質量%以上であると、ポリメタクリレートの溶解性及び増粘効果が向上する傾向にある。また、潤滑油基油の芳香族分の上限は特に制限されないが、潤滑油基油の芳香族分は、例えば35質量%以下である。
潤滑油基油の硫黄分は、特に限定されないが、好ましくは5000質量ppm以下であり、より好ましくは3000質量ppm以下であり、更に好ましくは1000質量ppm以下であり、最も好ましくは300質量ppmである。硫黄分が5000質量ppm以下であると、酸化安定性や耐食性の点で好ましい。
潤滑油基油の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは40質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上であり、更に好ましくは70質量%以上である。また、潤滑油基油の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは98質量%以下であり、更に好ましくは95質量%以下である。潤滑油基油の含有量が40質量%以上であると、油圧作動油の優れた効果を十分に発揮しやすい。
本実施形態の油圧作動油組成物が含有するポリメタクリレートは、数平均分子量が28000以下のポリメタクリレートである。かかるポリメタクリレートの好適な例としては、下記一般式(1)で表される構造単位を有する非分散型のポリメタクリレート、下記一般式(2)で表される構造単位を有する分散型ポリメタクリレートなどが挙げられる。
Figure 2015004028

[式(1)中、aは1以上の整数であって、ポリメタクリレートの数平均分子量が28000以下となるような整数である。また、Rは炭素数1〜22のアルキル基を示す。]
Figure 2015004028

[式(2)中、b及びcはそれぞれ1以上の整数であって、ポリメタクリレートの数平均分子量が28000以下となるような整数である。また、Rは炭素数1〜22のアルキル基を示し、Rは水素又はメチル基を示し、Xは極性基を示す。]
ポリメタクリレートの数平均分子量は、28000以下であり、好ましくは25000以下であり、より好ましくは23000以下であり、更に好ましくは20000以下である。また、ポリメタクリレートの数平均分子量は、好ましくは2000以上であり、より好ましくは5000以上であり、更に好ましくは10000以上である。ポリメタクリレートの数平均分子量が28000以下であると、高せん断粘度の向上効果の点で好ましく、2000以上であると、粘度指数の向上効果の点で好ましい。
ポリメタクリレートの含有量は、組成物全量基準で1〜40質量%である。ポリメタクリレートの含有量は、好ましくは3質量%以上であり、より好ましくは5質量%以上であり、更に好ましくは10質量%以上である。また、ポリメタクリレートの含有量は、好ましくは30質量%以下であり、より好ましくは25質量%以下であり、更に好ましくは20質量%以下である。ポリメタクリレートの含有量が1質量%以上であると、高せん断粘度の向上効果の点で好ましく、35質量%以下であると、コストに見合った効果が期待できる点で好ましい。
油圧作動油組成物の40℃における動粘度は、好ましくは20mm/s以上であり、より好ましくは30mm/s以上であり、更に好ましくは40mm/s以上であり、最も好ましくは41.4mm/s以上である。また、40℃における動粘度は、好ましくは80mm/s以下、より好ましくは70mm/s以下、更に好ましくは60mm/s以下、最も好ましくは50.6mm/s以下である。40℃における動粘度が20mm/s以上であると、油圧システムの耐久性の点で好ましく、80mm/s以下であると、摩擦低減の点で好ましい。
油圧作動油組成物は、(A)80℃における動粘度(単位:mm/s)と、(B)80℃における高せん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)が、好ましくは1.15以下であり、より好ましくは1.14以下であり、更に好ましくは1.13以下であり、最も好ましくは1.12以下である。上記の比(A/B)が1.15以下であると、ポンプ効率と配管抵抗の点から好ましい。また、上記の比(A/B)の下限は特に制限されないが、上記の比は例えば1.0以上である。
なお、本発明における「高せん断粘度」は、ASTM(D4741,D4683,D6616)、CEC(L−36A−90)に準拠して測定したものを意味する。
本実施形態に係る油圧作動油組成物は、その優れた効果をより一層向上させるため、必要に応じて極圧剤、酸化防止剤、流動点降下剤、さび止め剤、金属不活性化剤、粘度指数向上剤、消泡剤、抗乳化剤、油性剤などを更に含有することができる。これらの添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
極圧剤としては、例えば、硫化エステル、硫化油脂、ポリサルファイドなどの硫黄系化合物、亜鉛ジチオフォスフェート、リン系化合物が挙げられ、リン系化合物が好ましい。リン系化合物としては、具体的には、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、塩素化リン酸エステル、亜リン酸エステルおよびフォスフォロチオネート等が挙げられる。これらのリン系化合物は、リン酸、亜リン酸またはチオリン酸とアルカノール、ポリエーテル型アルコールとのエステルあるいはその誘導体である。
上記リン系化合物の中でも、より高い耐摩耗性が得られることから、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、および酸性リン酸エステルのアミン塩が好ましく、中でもリン酸エステルがより好ましい。極圧剤の含有量は、組成物全量基準で0.05〜5質量%であることが好ましい。
酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジターシャリーブチル−p−クレゾール(DBPC)等のフェノール系化合物、フェニル−α−ナフチルアミン等の芳香族アミン及び有機金属化合物が挙げられる。フェノール系酸化防止剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜2質量%であることが好ましい。また、アミン系酸化防止剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜2質量%であることが好ましい。
流動点降下剤としては、各種アクリル酸エステルやメタクリル酸エステルから選ばれる1種又は2種以上のモノマーの共重合体又はその水添物等が例示できる。流動点降下剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜5質量%であることが好ましい。
さび止め剤としては、アミノ酸誘導体、多価アルコールの部分エステル;ラノリン脂肪酸エステル、アルキルコハク酸エステル、アルケニルコハク酸エステル等のエステル類;ザルコシン;ソルビタン脂肪酸エステル等の多価アルコール部分エステル類;脂肪酸金属塩、ラノリン脂肪酸金属塩、酸化ワックス金属塩等の金属石けん類;カルシウムスルフォネート、バリウムスルフォネート等のスルフォネート類;酸化ワックス;アミン類;リン酸;リン酸塩等が例示できる。さび止め剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜5質量%であることが好ましい。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール系、チアジアゾール系、イミダゾール系化合物等が例示できる。金属不活性化剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜1質量%であることが好ましい。
油圧作動油組成物は、上記のポリメタクリレート以外の粘度指数向上剤を更に含有することができる。当該粘度指数向上剤としては、各種メタクリル酸エステルから選ばれる1種又は2種以上のモノマーの共重合体又はその水素化物、ポリイソブチレン又はその水添物、スチレン−ジエン共重合体の水素化物及びポリアルキルスチレン等の非分散型粘度指数向上剤等が例示できる。当該粘度指数向上剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜15質量%であることが好ましい。
消泡剤としては、ジメチルシリコーン、フルオロシリコーン等のシリコーン類が例示できる。消泡剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜0.05質量%であることが好ましい。
抗乳化剤としては、例えば、ポリオキシアルキレングリコール,ポリオキシアルキレンアルキルエーテル,ポリオキシアルキレンアルキルアミド,ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル等が挙げられる。
油性剤としては、例えば、脂肪酸、エステル、アルコール等が挙げられる。油性剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜0.5質量%であることが好ましい。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの内容に何ら限定されるものではない。
実施例1〜3及び比較例1〜3では、表1及び表2に示す組成で潤滑油基油と添加剤とを配合して油圧作動油組成物を調製した。油圧作動油組成物の調製に当たっては、粘度指数向上剤の配合量をその分子量に応じて調整することで、ISO粘度グレードがVG46になるように油圧作動油組成物の40℃における動粘度を調整した。実施例及び比較例で用いた潤滑油基油及び添加剤は以下のとおりである。
<潤滑油基油>
基油1:溶剤精製鉱油(芳香族分:30.0質量%、硫黄分:2300質量ppm、40℃における動粘度:28.6mm/s、粘度指数:101)
基油2:溶剤精製鉱油+水素化精製鉱油(芳香族分:13.0質量%、硫黄分:600質量ppm、40℃における動粘度:26.6mm/s、粘度指数:103)
基油3:水素化精製鉱油(芳香族分:2.0質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃における動粘度:29.5mm/s、粘度指数:117)
基油4:水素化精製鉱油(芳香族分:0.5質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃における動粘度:36.4mm/s、粘度指数:131)
基油5:水素化精製鉱油(芳香族分:0.5質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃における動粘度:39.6mm/s、粘度指数:130)
ここで、芳香族分は、Analytical Chemistry 第44巻第6号(1972)第915−919頁“Separation of High−Boiling Petroleum Distillates Using Gradient Elution Through Dual−Packed(Silica Gel−Alumina Gel) Adsorption Columns”に記載されたシリカ−アルミナゲルクロマト分析法に準拠して測定した。
また、硫黄分は、ASTM D4951 “Standard Test Method for Determination of Additive Elements in Lubricating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry”により測定した。
また、動粘度及び粘度指数は、JIS K 2283に従って測定した。
<粘度指数向上剤>
A:ポリメタクリレート(エボニックデグサ社製:JMB3587、一般式(1)の構造単位を有する、数平均分子量20000)
B:ポリメタクリレート(ヘンケルジャパン社製:カネルーブ2091、一般式(2)の構造単位を有する、数平均分子量40000)
<その他の添加剤>
その他の添加剤として、トリクレジルホスフェート、2,6−ジターシャリーブチル−p−クレゾール(DBPC)及び流動点降下剤を用いた。
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた各油圧作動油組成物について、40℃、80°及び100℃における動粘度、並びに粘度指数を、JIS K 2283に従って測定した。また、各油圧作動油組成物について、ASTM(D4741,D4683,D6616)、CEC(L−36A−90)に準拠して、80℃、せん断条件10/sでの高せん断粘度を測定した。測定装置として、PCS Instruments社製のUSV(Ultra Shear Viscometer)粘度計を用いた。結果を表1及び表2に示す。
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた各油圧作動油組成物について、HPV35+35ポンプ試験を行った。具体的には、以下の試験条件でポンプの回転トルクを測定し、全効率を算出した。結果を表1及び表2に示す。
ポンプ名:コマツHPV35+35
吐出量+ドレイン量:40L/min
ポンプタイプ:斜板型
油温:80℃
圧:無負荷、35MPa
ポンプの回転:2100rpm
Figure 2015004028
Figure 2015004028

Claims (2)

  1. 40℃における動粘度が15〜50mm/sであり、粘度指数が125以下であり、芳香族分が1質量%以上である潤滑油基油と、
    組成物全量基準で1〜40質量%の、数平均分子量が28000以下であるポリメタクリレートと、
    を含有する油圧作動油組成物。
  2. (A)80℃における動粘度(単位:mm/s)と、(B)80℃における高せん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)が1.15以下である、請求項1に記載の油圧作動油組成物。
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