JP5368444B2 - 圧力伝達媒体および油圧機器 - Google Patents
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Description
特許文献2に記載のものは、圧縮機油、タービン油、作動油などの作動負荷の大きい潤滑系統に使用する潤滑油で、アルキルジフェニルやアルキルジフェニルエーテルを用いる構成が採られている。
パワーロス率=ΔP/(2K) …(II)
一方、サーボ油圧制御回路の性能は、応答速度と安定性でほぼ決定され、サーボ油圧制御回路における制御ループの固有振動数ω0と、減衰係数Dとに依存する。そして、これら固有振動数ω0および減衰係数Dは、両者とも大きい方が好ましく、ともにK1/2に正比例するので、油圧作動油のK値の増大は油圧回路の高速化や油圧制御の高精密化が図れることとなる。
これらのことから、油圧作動油のK値は高く設定する必要があることがわかる。しかしながら、従来の通常用いられる鉱物油系化合物や脂肪酸エステル系化合物、特許文献1に記載の通常の作動油基油では体積弾性係数が低い。また、含水系化合物やリン酸エステル系化合物では、体積弾性係数は比較的高いが、潤滑性や熱安定性に劣り、高温・高圧の厳しい条件では利用できない。その他の合成潤滑油基油でも、特許文献2に記載のような炭素数10以上のアルキル基を持つジフェニルやジフェニルエーテル化合物は体積弾性係数が低く、また体積弾性係数が高いポリフェニルエーテルは粘度指数が低く、低温流動性が悪く、さらには他の化合物に比して高価で、利用に適していない。
この発明では、体積弾性係数、潤滑性および熱安定性が高い2個の芳香環を有するエステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つを含み、40℃動粘度が15mm2/s未満の圧力伝達媒体を用いるので、圧縮によるエネルギー損失が小さく、例えば油圧回路に利用した際の応答性に優れ、油圧回路における省エネルギー、高速化および制御の高精密化が可能となる。また、具体的には、40℃動粘度の下限は3mm2/s以上が好ましい。40℃動粘度が3mm2/s以上であれば、シール部から圧力伝達媒体の漏れを減少させることができるので好ましい。さらに、密度が高いので、加圧下と常圧下との溶存ガス濃度の差が小さく、例えばリザーバタンクでの気泡の生成が少なく、また仮に気泡が発生しても気泡との比重差が大きく、気泡分離が容易で、気泡の発生による油圧制御の低下やキャビテーションおよびエロージョンの発生を防止できる。さらに、圧力伝達媒体が低粘度であるため撹拌抵抗が小さく、省エネルギー性に優れる。上記のように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
そして、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、少なくともベンジルアルコールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
また、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、マロン酸、ベンジルアルコール、フェノキシエタノールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
さらに、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、マロン酸、コハク酸、ベンジルアルコールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
また、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、o−アニス酸、ベンジルアルコールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
そして、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、シュウ酸、ベンジルオキシエタノール、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、エチルヘキサノールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
さらに、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、コハク酸、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、ネオペンチルアルコールを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
また、本発明では、前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、安息香酸メチルを原料としてエステル化したものであることが好ましい。
二塩基酸ジエステルとしては、例えば、シュウ酸ジエステル、マロン酸ジエステル、コハク酸ジエステル、アジピン酸ジエステル、アゼライン酸ジエステルなどが挙げられる。
この発明では、二塩基酸ジエステルを圧力伝達媒体として用いるので、製造が容易であり粘度性状にも優れる。さらに、圧力伝達媒体が低粘度であるため撹拌抵抗が小さく、省エネルギー性に優れる。上記のように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
この発明では、芳香環もしくは飽和ナフテン環を有するカルボン酸と芳香環もしくは飽和ナフテン環を有するアルコールとのエステルを圧力伝達媒体として用いているので、製造が容易である。また、圧縮によるエネルギー損失が小さく、例えば油圧回路に利用した際の応答性に優れ、油圧回路における省エネルギー、高速化および制御の高精密化が得られる。さらに、密度が高いので、加圧下と常圧下との溶存ガス濃度の差が小さく、例えばリザーバタンクでの気泡の生成が少なく、また仮に気泡が発生しても気泡との比重差が大きく、気泡分離が容易で、気泡の発生による油圧制御の低下やキャビテーションおよびエロージョンの発生を防止できる。さらに、圧力伝達媒体が低粘度であるため撹拌抵抗が小さく、省エネルギー性に優れる。
上記のように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
上記のように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
この発明では、炭酸エステルを圧力伝達媒体として用いているので、製造が容易であり、粘度性状にも優れる。さらに、圧力伝達媒体が低粘度であるため撹拌抵抗が小さく、省エネルギー性に優れる。上記のように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
この発明では、エステルまたはエーテルを基油として含む圧力伝達媒体を油圧機器に利用することができる。
本実施形態における圧力伝達媒体の構成である組成として、圧力伝達基油と、添加剤と、が配合されたものである。
(圧力伝達基油)
圧力伝達基油としては、2個以上の芳香環もしくは飽和ナフテン環を有するエステルまたはエーテルが含有されたものである。
例えば、原料としては、カルボン酸、カルボン酸エステル、カルボン酸塩化物あるいはそれらの誘導体、アルコールあるいはそれらの誘導体が用いられる。具体的には、ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸などを用いてもよく、カルボン酸としては、安息香酸、トルイル酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、アニス酸、サリチル酸、シクロヘキサンカルボン酸などを用いてもよい。アルコールとしては、フェノール、クレゾール、キシレノール、ベンジルアルコール、フェネチルアルコール、フェノキシエタノール、ベンジルオキシエタノール、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、シクロヘキサンメタノール、ノルボルナンメタノールなどを用いても良い。
また、置換基としては、芳香環もしくはナフテン環にアルキル基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基が置換されていてもよい。通常それらの置換基を含有した原料を用いるが、アルキル基の場合は、エステル化後にアルキル化してもよく、また、最初からアルキル化された原料を用いてもよい。
そして、エステル化触媒としては、特に制限はなく、また、無触媒でエステル化してもよい。
また、エーテル化合物は通常のウィリアムソン合成法など製造法に制限は無く、上記のフェノキシ酢酸、フェノキシエタノール、ベンジルオキシエタノール、ジエチレングリコールモノベンジルエーテルなどエーテル結合を有しているカルボン酸もしくはエーテル結合を有しているアルコールを原料にエステル化しても良い。
ここで、エステルまたはエーテルが10質量%未満では、体積弾性係数を高くする効果がほとんど現れないという不都合を生じるおそれがある。このため、2個以上の芳香環もしくは飽和ナフテン環を有するエステルまたはエーテルを10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上含有することが好ましい。
そして、圧力伝達媒体は、本発明の目的、すなわち体積弾性係数が高く油圧回路に用いた場合のエネルギー損失を抑制でき良好な作動効率が得られれば、各種の添加剤を適宜配合できる。
添加剤としては、例えば粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄分散剤、摩擦低減剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、耐摩耗剤、消泡剤、極圧剤などが適宜用いられる。
酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−メチレンビス−(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)などのフェノール系酸化防止剤、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化−α−ナフチルアミンなどのアミン系酸化防止剤、ジアルキルチオジプロピオネート、ジアルキルジチオカルバミン酸誘導体(金属塩は除く)、ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)サルファイド、メルカプトベンゾチアゾール、五硫化リンとオレフィンとの反応生成物、硫化ジセチルなどの硫黄系酸化防止剤が、単独もしくは2種以上を組み合わせて用いられる。特に、フェノール系やアミン系のもの、あるいはアルキルジチオリン酸亜鉛、さらにはそれらの混合物などが好ましく用いられる。これら酸化防止剤は、通常、0.1質量%以上10質量%以下で配合される。
清浄分散剤としては、例えばアルケニルコハク酸イミドが用いられる。これら清浄分散剤としては、通常、0.1質量%以上10質量%以下で配合される。
金属不活性化剤としては、例えばベンゾトリアゾール、チアジアゾールなどが、単独もしくは2種以上を組み合わせて用いられる。これら金属不活性化剤は、通常、0.1質量%以上5質量%以下で配合される。
流動点降下剤としては、例えばポリメタクリレートなどが用いられる。この流動点降下剤は、通常、0.5質量%以上10質量%以下で配合される。
耐摩耗剤としては、例えばアルキルジチオリン酸亜鉛が用いられる。これら耐摩耗剤としては、通常、0.1質量%以上10質量%以下で配合される。
消泡剤としては、例えばシリコーン系化合物、エステル系化合物などが、単独もしくは2種以上を組み合わせて用いられる。これら消泡剤は、通常、0.01質量%以上1質量%以下で配合される。
極圧剤としては、例えばリン酸トリクレジルが用いられる。これら極圧剤としては、通常、0.1質量%以上10質量%以下で配合される。
上記実施形態によれば、2個以上の芳香環もしくは飽和ナフテン環を有するエステルまたはエーテルを基油として含有する。
このため、体積弾性係数、潤滑性および熱安定性が高い2個以上の芳香環を持つエステルまたはエーテルを基油として用いるので、圧縮によるエネルギー損失が小さく、例えば油圧機器の油圧回路に利用した際の応答性に優れ、油圧回路における省エネルギー、高速化および制御の高精密化が得られる。さらに、密度が高いので、加圧下と常圧下との溶存ガス濃度の差が小さく、例えばリザーバタンクでの気泡の生成が少なく、また仮に気泡が発生しても気泡との比重差が大きく、気泡分離が容易で、気泡の発生による油圧制御の低下やキャビテーションおよびエロージョンの発生を防止できる。さらに、圧力伝達媒体が低粘度であるため撹拌抵抗が小さく、省エネルギー性に優れる。このように、本発明化合物は、低圧の油圧回路にも高性能で利用でき、汎用性に優れる。
このため、体積弾性係数を高くできるという特有の作用効果を奏する。
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
そして、添加剤を適宜添加する構成を例示したが、添加剤を用いなくてもよい。
その他、本発明の実施における具体的な組成などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の組成などとしてもよい。
なお、本発明は、これらの実施例などの記載内容に何ら制限されるものではない。
上述した実施形態における油圧作動油の性能を確認する実験を実施した。実験としては、以下の条件で調製した各種の油圧作動油を用いて、それぞれの物性、すなわち、動粘度、粘度指数、密度、流動点および正接体積弾性係数を測定し、比較評価した。
動粘度はJIS(Japanese Industrial Standards) K 2283の方法により測定し、粘度指数はJIS K 2283の方法により算出した。
密度は、JIS K 2249の方法により測定した。
流動点は、JIS K 2269の方法により測定した。
正接体積弾性係数は、高圧密度測定により求めた40℃、50MPaにおける値とした。なお、高圧密度測定は、以下に示す構造の佐賀大式プランジャ型高圧密度計を用い、常圧から200MPaまで段階的に加圧して、40℃で測定した。なお、容器内の油圧作動油の体積は、プランジャの変位をリニアゲージで検出して求めた。
・シリンダ:Ni−Cr−Mo鋼製 外径80.0mm 内径29.93mm
・プランジャおよびプラグ:Cr−Mo鋼製
・高圧シール:ベリリウム銅製
これらの物性の結果を、表4及び表5に示す。また、本流体を、タイテック株式会社製BODテスター200Fを使用し、JIS K 6950に準拠して、28日間の生分解性試験を行った結果を表4及び表5に併記する。
1リットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコにマロン酸(東京化成工業株式会社製 試薬)50g、ベンジルアルコール(東京化成工業株式会社製 試薬)125g、2−フェノキシエタノール(東京化成工業株式会社製 試薬)40g、混合キシレン80ml(東京化成工業株式会社製 試薬)、チタンテトライソプロポキシド(東京化成工業株式会社製 試薬)0.1gを入れ、窒素気流攪拌下に水を留去しながら160℃で2時間反応させた。その後、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウム(東京化成工業株式会社製 試薬)で乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾過した後、過剰の原料アルコールを留去して、ジベンジルエステル62%、ベンジルフェノキシエステル31%、ジフェノキシエステル7%のエステル混合物を120g得た。
実施例1で、マロン酸50g、ベンジルアルコール125g、2−フェノキシエタノール40gの代わりに、マロン酸25g、コハク酸28g、ベンジルアルコール156gを用いた事以外は同様に行って、マロン酸ジベンジル50%とコハク酸ジベンジル50%の混合物を121g得た。
実施例2で、マロン酸25g、コハク酸28gの代わりに、o−アニス酸146gを用いた事以外は同様に行って、o−アニス酸ベンジルを214g得た。
500ミリリットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコに炭酸ジエチル28.4g、ベンジルアルコール43.5g、2−ベンジルオキシエタノール20.4g、フェノキシエタノール18.5gとチタン酸テトライソプロピル0.1gを入れ、窒素気流下、攪拌しアルコールを留去しながら120℃で約8時間反応させ、エタノールが留出しない事を確認し、反応を終了した。冷却後、分液ロートに入れ、トルエン50mlを入れて希釈して、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾別した後、ロータリーエバポレーターで溶媒を留去し、真空ポンプ減圧下で過剰の未反応アルコール、溶媒等を留去して、ガスクロマトグラフ(GC)で完全留去を確認した。エバボレーターで蒸発させた濃縮物の残渣として、目的の炭酸エステル混合物65.2gを得た。このエステル混合物は下記の表1に示す組成の混合物であった。
R1−OCOO−R2
500ミリリットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコにシュウ酸(和光純薬工業株式会社製 試薬)13.5g、2−ベンジルオキシエタノール22.8g、混合キシレン100ml、チタンテトライソプロポキシド0.1gを入れ、窒素気流攪拌下に水を留去させながら140℃で3時間反応させた。次にベンジルアルコール9.7g、2−フェノキシエタノール9.3g、2−エチルヘキサノール8.8g、チタンテトライソプロポキシド0.1gを加えてさらに加熱を続け、水の留出が認められなくなるまで約8時間反応させた。放冷後、トルエン100mlを加えて攪拌し、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウムで脱水乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾過した後、過剰の原料アルコール、モノエステル、溶媒を減圧留去して、シュウ酸の混合エステル20.0gを得た。このエステル混合物は下記の表2に示す組成の混合物であった。
R1−OOC−COO−R2
500ミリリットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコにコハク酸(和光純薬工業株式会社製 試薬)28.3g、ベンジルアルコール38.9g、2−フェノキシエタノール14.9g、ネオペンチルアルコール22.2g、混合キシレン100ml、チタンテトライソプロポキシド0.2gを入れ、窒素気流攪拌下に水を留去しながら160℃で8時間反応させた。トルエン50mlで希釈し、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾過した後、過剰の原料アルコール、溶媒等を減圧留去して、コハク酸の混合エステル22.2gを得た。このエステル混合物は下記の表3に示す組成の混合物であった。
R1−OOC(CH2)2COO−R2
500ミリリットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコにジエチレングリコールモノベンジルエーテルに39.3g、安息香酸メチル40.8g、チタンテトライソプロポキシド0.2gを入れ、窒素気流攪拌下にメタノールが出なくなるまで150℃で9時間加熱攪拌した。トルエン50mlで希釈し、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾過した後、過剰の原料アルコール、溶媒等を減圧留去して、目的のエステル44.9gを得た。質量分析計の測定結果、このエステルは、分子量300の安息香酸ジエチレングリコールモノベンジルエーテルエステルであった。
パラフィン系鉱物油(出光興産株式会社製 商品名;ダイアナフレシアP90)を比較例1として、同様に物性を求めた。
ポリブテン(出光興産株式会社製 商品名;出光ポリブテン5H)を比較例2として、同様に物性を求めた。
2リットルのDean−Stark装置付き四つ口フラスコに無水ピロメリット酸218g、nーオクタノール650g、チタンテトライソプロポキシド0.2g、キシレン300ccを入れ、窒素気流攪拌下に水を留去しながら160℃で4時間反応させた。その後、飽和食塩水洗浄、0.1規定水酸化ナトリウム水溶液洗浄を各3回行った後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムを濾過した後、減圧下に未反応アルコールを留去して、ピロメリット酸テトラオクチル630gを得た。比較例3として同様に物性を求めた。
アルキルジフェニルエーテル(株式会社松村石油研究所製 商品名;モレスコハイルーブLB−68)を比較例4として、同様に物性を求めた。
実施例1で、マロン酸50g、ベンジルアルコール125g、2−フェノキシエタノール40gの代わりに、安息香酸(東京化成工業株式会社製 試薬)122g、ガーベットアルコール(株式会社サソールジャパン製 商品名;アイソフォール16)230gを用いた事以外は同様に行って、安息香酸のガーベットアルコールエステルを305g得た。比較例5として同様に物性および生分解性を求めた。
一方、実施例1から実施例7の混合物及び化合物では、粘度および流動点が比較的に低く、撹拌抵抗が小さく省エネルギー性に優れた圧力伝達媒体として適用でき、体積弾性係数が比較的に高く、圧縮によるエネルギー損失が小さく、油圧回路における効率的な作動が得られることがわかる。
Claims (9)
- エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つを含んでなる圧力伝達媒体であって、
40℃動粘度が15mm 2 /s未満の圧力伝達媒体であり、かつ、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、当該エーテルまたはエステル分子内に2個の芳香環を有し、かつ、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、安息香酸、安息香酸メチル、トルイル酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、アニス酸、サリチル酸、シクロヘキサンカルボン酸、フェノール、クレゾール、キシレノール、ベンジルアルコール、ネオペンチルアルコール、フェネチルアルコール、フェノキシエタノール、ベンジルオキシエタノール、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、シクロヘキサンメタノール、ノルボルナンメタノールのうちのいずれかを原料としてエステル化またはエーテル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、少なくともベンジルアルコールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、マロン酸、ベンジルアルコール、フェノキシエタノールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、マロン酸、コハク酸、ベンジルアルコールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、o−アニス酸、ベンジルアルコールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、シュウ酸、ベンジルオキシエタノール、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、エチルヘキサノールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、コハク酸、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、ネオペンチルアルコールを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1または請求項2に記載の圧力伝達媒体であって、
前記エステルまたはエーテルのうち少なくともいずれか一つは、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、安息香酸メチルを原料としてエステル化したものである
ことを特徴とした圧力伝達媒体。 - 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の圧力伝達媒体を用いる
ことを特徴とする油圧機器。
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