JP5388911B2

JP5388911B2 - 油の劣化判定方法

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Publication number: JP5388911B2
Application number: JP2010054785A
Authority: JP
Inventors: 正和松本
Original assignee: Takada Corp
Current assignee: Takada Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP2011185913A

Description

本発明は、例えば、潤滑油や油圧作動油等の機械装置に使用される油（以下、単に「油」という）に発生するオイルスラッジによる油の劣化状況を判定する方法に関する。

一般に、潤滑油や油圧作動油等の油の劣化状態を判断する方法として、外部からの汚染物（金属磨耗粉、ゴミ、水等の）による劣化を判定する方法では、ＮＡＳ（ＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｔａｎｄａｒｄ）等級判定があり、油（オイル）１００ｍＬ中に含まれている粒子等を大きさ毎にその個数をカウントし、その等級を００級から１２級で判定している。
しかしなから、この方法は、外部からの汚染物による劣化の測定には適しているが、測定方法がかなり複雑であり、更に一定量以上の油を必要とし、またオイルスラッジによる劣化については適切に測定できないという問題があった。

また、酸化等による化学的な劣化を測定する方法として、１）薄膜フィルタに所定量の油を通過させて濾過し、濾過後のフィルタの質量差を測定することによって固体不純物の質量を測定する質量法（ＪＩＳＢ９９３１）や、２）所定量の酸性成分を中和価して測定する全酸価測定法（ＪＩＳＫ２５０１）等が知られている。前記した質量法では、外部からの汚染物も含まれてしまい、油の酸化、変質等による劣化について正確に測定することは困難であった。また、前記した全酸価測定法では、オイルスラッジが形成しているか否かは不明であり、更に新油のデータが必要であるという問題があった。

油中では、熱等による酸化劣化物、経年変化による生成物が集合して形成する糊状又はコロイド状のオイルスラッジが発生することが知られている。このオイルスラッジは、潤滑部や油の循環系統の流路や貯留部、例えば電磁弁等の弁部に付着あるいは堆積することでトラブルの発生原因となる。そこで、油中のオイルスラッジによる油の劣化状況を判定することが重要となっている。しかし、前記したそれぞれの測定法では、オイルスラッジによる油の劣化状況を正確に評価できない。そこで、薄膜フィルタに所定量の油を通過させて濾過し、濾過後のフィルタの汚れと予め作成した判定用の汚れ見本とを目視で比較し、判定する薄膜フィルタ比較法が用いられているが、定性的な評価であり、また、判定用の色見本作成のための新油や各劣化段階の油を必要とし、また目視によるため個人差や経験差の影響を受け易いという問題があった。

また、特許文献１には、潤滑油等を循環させて、途中にレーザー光を通過する窓部を有する容器に流し、通過したレーザー光の減衰状況を測定し、油の劣化を判定する潤滑油等の劣化度判別方法が提案されている。

特開平０８−２８５７７１号公報

しかしながら、この方法は、比較対象となる新油のデータが必要であり、劣化した油単体では劣化状況を測定するのは困難であった。また、金属粉やゴミ等の影響が露骨に現れ、油の酸化や変質状況を正確に測定するのは困難であった。
更には、複数の場所で使用されている油の劣化状況を簡便に判断するのには適していないという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、少量の油でも測定でき、しかも測定しようとする油について汚染前の新油を必要とせず、簡便に油の劣化状況を測定できる油の劣化判定方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る油の劣化判定方法は、飽和系炭化水素からなる有機溶媒で測定対象となる油を希釈する第１工程と、
前記有機溶媒で希釈した油を透明セルに入れて光の透過率Ａを測定する第２工程と、
前記有機溶媒で希釈した油を遠心分離機にかけてオイルスラッジを沈殿させ、その上澄み液を透明セルに入れて光の透過率Ｂを測定する第３工程と、
前記透過率Ａと前記透過率Ｂの差又は比から前記油の劣化状況を判定する第４工程とを有する。

本発明に係る油の劣化判定方法において、前記有機溶媒の量は、前記油の１〜１０倍の体積量の範囲にあるのが好ましい。
また、本発明に係る油の劣化判定方法において、前記透過率Ａ、Ｂの測定に使用する光は、通常の光（可視光、赤外線、紫外線）であってもよいが、レーザー光であるのが更に好ましい。

そして、本発明に係る油の劣化判定方法において、前記油中に含まれている粒子の個数を大きさ毎にカウントし、その数の一番大きい等級を前記油の等級とする油の汚染度測定方法（ＮＡＳ等級判定法）と合わせて、異物による汚染状況とオイルスラッジによる汚染状況の両方から、前記油の汚染程度を決めるのが好ましい。

本発明に係る油の劣化判定方法は、測定対象となる油に、飽和系炭化水素からなる有機溶媒を入れて希釈し、透明セルに入れて光の透過率Ａを測定し、更にこの有機溶媒で希釈して油を遠心分離機にかけてオイルスラッジを沈殿させ、その上澄み液を透明セルに入れて光の透過率Ｂを測定し、透過率Ａと透過率Ｂの差又は比から、油中のオイルスラッジの状況を、測定対象とする油のみを用いて定量的に評価することができる。即ち、比較対象としての新油は必要ではない。

特に、油中の粒子（ゴミ、金属等）をその大きさの粒子数から油の等級を決めるＮＡＳ等級判定法と、油に飽和系炭化水素からなる有機溶媒を入れて希釈し、透明セルに入れて光の透過率Ａを測定し、更にこの有機溶媒で希釈して油を遠心分離機にかけてオイルスラッジを沈殿させ、その上澄み液を透明セルに入れて光の透過率Ｂを測定し、透過率Ａと透過率Ｂの差又は比から、油の汚染状況を判断する方法とを組み合わせて油の判定を行うと、油の異物による汚染状況とオイルスラッジによる汚染状況の両方から油の汚染状況を判断できる。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る油の劣化判定方法の説明図である。加温劣化させた油を有機溶剤で希釈した場合のレーザー透過率と劣化時間との関係を示すグラフである。加温劣化させた油を有機溶剤で希釈しない場合のレーザー透過率と劣化時間との関係を示すグラフである。劣化油と石油ベンジンの比を変えた場合の油Ａのレーザー光透過率を示すグラフである。劣化油と石油ベンジンの比を変えた場合の油Ｂのレーザー光透過率を示すグラフである。劣化油と石油ベンジンの比を変えた場合の油Ｃのレーザー光透過率を示すグラフである。遠心分離の時間と遠心分離前後の透過率の差を示すグラフである。

続いて、図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、測定対象となる少量（例えば、０．６〜２０ｃｃ程度）の油１０を容器１１に入れ、飽和系炭化水素からなる有機溶剤の一例であるノルマルヘキサン（液体）を入れて油１０を希釈し、希釈油１２とする。投入するノルマルヘキサンの量は、油１０の容積の１〜１０倍（より好ましくは、１．５〜６倍、更に好ましくは２〜５倍）程度とする。

なお、飽和系炭化水素からなる有機溶剤としては、例えば、炭素数が５以上のアルカン（パラフィン類）、シクロアルカン、その異性体、これらの混合物であって、常温で液体のものが使用され、具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、及びこれらの異性体、シクロヘキサン、シクロヘプタン等がある。また、これらの混合物としての石油ベンジン等も使用できる。

これによって、油１０内に混入していた金属粉等の異物は沈殿し、オイルスラッジ１３は希釈油１２内に浮遊している。この希釈油１２の全部又は一部を取り出して透明セルの一例である石英ガラスセル１４に入れる。この石英ガラスセル１４は例えば一辺が１０ｍｍの断面矩形となって、一方から他方に又はその逆方向に光を通すようになっている。なお、容器１１として石英ガラスセルを使用することもできる。

希釈油１２の入った石英ガラスセル１４をレーザーの発信器（投光器）１５と受信器（受光器）１６との間（隙間は例えば３２ｍｍ）に置いて、光の透過率Ａを測定する。透過率Ａは、（希釈油１２の入った石英ガラスセル１４を通過したレーザー光の光度（輝度））÷（空の状態の石英ガラスセル１４を通過したレーザー光の光度（輝度））×１００となる。ここで、レーザー光としては、光幅が石英ガラスセル１４の大きさに応じてその一辺の２０〜９０％のものを使用するのが好ましい。

この希釈油１２を遠心分離機にかける。遠心分離の条件は５０００〜２００００Ｇで２〜６０分程度である。これによって、オイルスラッジ１３を沈殿させ、この上澄み液を取り出して透明セルの一例である石英ガラスセル１４に入れてレーザー光の透過率Ｂを測定する。透過率Ｂは、（上澄み液の入った石英ガラスセル１４を通過したレーザー光の光度（輝度））÷（空の状態の石英ガラスセル１４を通過したレーザー光の光度（輝度））×１００となる。そして、透過率Ａと透過率Ｂの比（Ａ／Ｂ、又は差）から油の劣化状況（例えば、０．５以下は劣化）を判定することができる。

図２には、新油を１２０度の温度で強制劣化させた油を用い、この油を有機溶剤（例えば、石油ベンジン）で希釈した場合の遠心分離前後のレーザー光透過率を示し、図３には、この油を有機溶剤で希釈しない場合の遠心分離前後のレーザー光透過率を示す。
図３からも明白なように、有機溶剤で希釈しない場合は、遠心分離前後ではレーザー光の透過率に差がでないことが判る。なお、レーザー光は例えば、波長７８０ｎｍの赤外線レーザーであった。

次に、油には外部から異物が混入する場合もあるので、この異物の判定を、ＮＡＳ等級判定で行い、更に、以上の実施の形態に説明した油の劣化判定方法（「第１発明方法」という）と合わせて、油の汚染状況を判定する場合について説明する。
表１には、１）新油、２）新油３００ｃｃに微小銅粉０．０１ｇを混入、３）新油３００ｃｃに微小銅粉０．０２ｇを混入、４）新油３００ｃｃに微小銅粉０．２ｇを混入した場合について、パーティクルカウンタによる粒子の個数（上段：個／１００ｍＬ）、ＮＡＳ等級（下段）の結果を示す。

金属粉の混入量を変化させても、第１発明方法では、遠心分離後のレーザー光の透過率に差は見られない。従って、第１の発明方法では、外部から混入した異物の影響を受けることなく、オイルスラッジによる油の劣化状態を評価することができる。この理由は、油を有機溶媒で希釈させているので、異物が沈殿し易いためであると考えられる。

従って、第１発明方法とＮＡＳ等級判定法とを組み合わせれば、油が健全な状態と、内部劣化が進んでオイルスラッジが多い状態と、異物の混入が多い状態と、オイルスラッジ及び異物共に多い状態の識別が可能となる（第２発明方法）。

続いて、本発明に係る油の劣化判定方法の作用、効果について確認した実施例について説明する。
放置時間（４週間、６週間、８週間）を変えて、１２０℃にて加温劣化させた油（銅粉の混入なし）を３種類（油Ａ、油Ｂ、油Ｃ）用意し、劣化油の量と有機溶媒の一例である石油ベンジン（主として、ノルマルヘキサン）との混合比率を変えて、第１発明方法によって、油の劣化判定を行った。表２、図４〜図６はその結果を示す。

油の性状は以下の通りである。
油Ａ：４週間（６９８時間）、全酸価：０．８１ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＮＡＳ：７等級
油Ｂ：６週間（１０３４時間）、全酸価：１．４５ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＮＡＳ：７等級
油Ｃ：８週間（１３９４時間）、全酸価：１．８１ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＮＡＳ：７等級
なお、遠心分離機による遠心力は１００００Ｇ、遠心分離時間は３０分であった。

表２、図４〜図６から判断されることは、全酸価の値が小さい場合には、石油ベンジンの希釈率が低い方が感度がよく、全酸価の値が大きい場合には、希釈率比を多くした方が感度がよい。従って、通常はオイルスラッジの少ない場合の見極め（感度）を向上したいので、油と石油ベンジンとの比率は１：１０〜１：３程度とするのが好ましい。

次に、遠心分離の時間について検討した。この場合の条件は油Ｂと油Ｃを用い、油と石油ベンジンの比率は１：２、遠心力は１００００Ｇ、遠心分離時間は２．５〜４０分の間で実験した。この結果を、表３及び図７に示す。

図７の結果から、オイルスラッジの生成量の大小に関わらず、遠心分離の処理時間の影響は同じとなる。遠心力が１００００Ｇの場合は、２０〜３０分の時間をかけた方が測定感度は向上する。従って、遠心力が１００００Ｇの場合は、処理時間は１０分程度以上の方が好ましいことが判る。

続いて、油を希釈する有機溶剤について、石油ベンジン（主成分は飽和系炭化水素からなるノルマルヘキサン、及びイソヘキサン）と、不飽和系炭化水素の一例であるアセトン（ＣＨ3ＣＯＣＨ3）を用いた場合の油の劣化判定について説明する。石油ベンジンの場合は、混合比率に関係なく測定対象となる油はよく混ざるが、油とアセトンを１：２にして放置すると、表面上アセトンと油とは分離してしまい希釈できなかった。更には、不飽和分を含むと条件によっては、その部分に酸素等が結合して油中にオイルスラッジが発生するので、溶剤としては、鎖状又は環状の飽和系炭化水素を使用するのがよい。

前記実施の形態においては、具体的数字を用いて説明したが、本発明の要旨を変更しない範囲で数値変更はあり得る。
また、前記実施の形態において、透明セルとして石英ガラスセルを用いたが、透光性を有するものであれば、ガラス、プラスチックのセルであってもよい。また、容器１１とこの透明セルを兼用することもできる。
前記実施の形態及び実施例においては、透過率Ａと透過率Ｂの差から油の劣化状況を判定したが、透過率Ａと透過率Ｂの比から油の劣化状況を判定してもよい。

１０：油、１１：容器、１２：希釈油、１３：オイルスラッジ、１４：石英ガラスセル、１５：発信器、１６：受信器

Claims

測定対象となる油に、飽和系炭化水素からなる有機溶媒を入れて希釈する第１工程と、
前記有機溶媒で希釈した油を透明セルに入れて光の透過率Ａを測定する第２工程と、
前記有機溶媒で希釈した油を遠心分離機にかけてオイルスラッジを沈殿させ、その上澄み液を透明セルに入れて光の透過率Ｂを測定する第３工程と、
前記透過率Ａと前記透過率Ｂの差又は比から前記油の劣化状況を判定する第４工程とを有することを特徴とする油の劣化判定方法。
請求項１記載の油の劣化判定方法において、前記有機溶媒の量は、前記油の１〜１０倍の体積量の範囲にあることを特徴とする油の劣化判定方法。
請求項１又は２記載の油の劣化判定方法において、前記透過率Ａ、Ｂの測定に使用する光は、レーザー光であることを特徴とする油の劣化判定方法。
請求項１〜３のいずれか１記載の油の劣化判定方法において、前記油中に含まれている粒子の個数を大きさ毎にカウントし、その数の一番大きい等級を前記油の等級とする油の汚染度測定方法と合わせて、異物による汚染状況とオイルスラッジによる汚染状況の両方から、前記油の汚染程度を決めることを特徴とする油の劣化判定方法。