JP5701103B2 - 潤滑油のための消泡剤組成物及びそれを用いた消泡方法 - Google Patents

Description

本発明は、オイルタンク等の容器内に存在する潤滑油の消泡技術に関する。

潤滑油は、部材間の摩擦を低減することができ、多くの機械部品の作動の補助に用いられる。例えば、自動変速機に用いられる潤滑油（自動変速機油）は、歯車の潤滑や冷却以外にも湿式クラッチの締結時の摩擦コントロールや油圧作動を行うために用いられる。ところで、潤滑油中における気泡の増大は、冷却作用の阻害、油圧の変動、酸化劣化の促進等の弊害をもたらし、ひいては変速機等のハードウェアの故障につながることもある。そのため、潤滑油には一般的に消泡剤が含まれている。また、省燃費性のために潤滑油の低粘度化が進む状況下、低粘度化すると起泡性が上昇してしまうため泡対策が重要視されている。

一般に潤滑油の消泡剤として、後述するフッ素系消泡剤よりも通常のシリコーン系消泡剤（ポリジメチルシロキサン等）が、使用されており、特に２５℃における動粘度が５０，０００〜１，５００，０００ｍｍ^２／ｓのものが多用される。この範囲を逸脱すると、高温における消泡性が不良となる。好ましくは８０，０００〜１，２００，０００ｍｍ^２／ｓの範囲である。ポリジメチルシロキサンの成分は、単独で、あるいは二種以上を組み合わせて使用することができる。配合量については、基油に、組成物全量基準で、好ましくは１〜５０重量ｐｐｍの割合で配合される。１重量ｐｐｍ未満では消泡性の効果がでない場合があり、５０重量ｐｐｍを超えると、量に見合った効果がでない場合がある。より好ましくは、３〜３０重量ｐｐｍの範囲である。

ここで、高い消泡能力を有する消泡剤として、フッ素系消泡剤が提案されている。例えば、フッ素変性シリコーンは、通常のシリコーン系消泡剤よりも潤滑油に対して不溶であるため、溶解性の高い低粘度潤滑油への適用可能性がある。更に、フッ素変性シリコーンは、高温での高い消泡能力も有している。しかしながら、フッ素変性シリコーンは、比重が大きく充填前に容器内で沈降してしまう。このように、消泡剤として高い潜在能力を有するフッ素系消泡剤が存在しているにも拘わらず、貯蔵安定性に難があるものが存在しているため、フッ素系消泡剤は潤滑油に対しての消泡剤として有効利用されていないという現状がある。

ところで、引用文献１には、フッ素系消泡剤を潤滑油に混在させる手法とは異なる手法が提案されている。具体的には、引用文献１には、Ｃ３〜２０のフッ素化脂肪族基と炭素数１０以上の高級脂肪族基とを同一分子中に含有する含フッ素化合物を含有する消泡性に優れた消泡剤が記載されている。そして、この消泡剤の使用方法として、潤滑油に混在させる手法の他、容器の縁に塗布しておく手法が提案されている。そして、後者の手法による効果として、泡が上昇してきても消泡剤塗布面に触れたとき泡が消されることが記載されている（第５頁第６欄〜第４頁第７欄）。

特公昭６０−８６号公報

ここで、特許文献１に記載されたフッ素系消泡剤を前述した手法（容器の縁に塗布しておく手法）によれば、短期的には消泡効果を得ることができるが、長期に亘っての消泡効果を達成することができないという課題がある。また、いくら消泡能力が高くとも、今までのように流体を用いた場合では長時間では重力によって流れ落ちるため、高ちょう度のゲル状組成物にしたほうが一般的に長期にわたって効果が持続することが考えられる。さらに、特許文献１に示されるシリカを固形微粒子として使用したペースト型の場合にはシリカが固形異物となりアブレッシブ摩耗の原因となり、潤滑性能に悪影響を与えることがあった。

また、従来の消泡剤は潤滑油に予め混和していることから、フィルタに捕捉されてしまうために使用に従って消泡成分が減少してしまうことも問題であった。さらには、自動変速機（ＡＴ、ＣＶＴ）においては油圧ポンプを用いて容器内で潤滑油を循環させており、その際泡立つことが懸念され、泡立ちにより潤滑不良が発生し、その結果装置が制御できなくなる等の不具合が生じている。

そこで、本発明は、固体潤滑剤となるゲル状組成物にした消泡剤が有する高い消泡能力を長期に亘って発揮させ得る、潤滑油の消泡技術を提供することを目的とする。

本発明は、１号ちょう度（［ＮＬＧＩ（Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｇｒｅａｓｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ：米国グリース協会）のちょう度分類による。］あるいはそれよりも硬いゲル状である消泡剤組成物に関するものであり、その消泡剤組成物を、潤滑油を入れるための容器の内壁に適用する工程を含むことを特徴とする潤滑油の消泡方法に関するものである。

本発明によれば、１号ちょう度或いはそれよりも硬いゲル状である消泡剤組成物を潤滑油容器内壁に適用することによって、消泡成分が徐々に放出される結果、消泡剤組成物が有する高い消泡能力を長期に亘って発揮させ得るという効果を奏する。更に、本発明によれば、潤滑油が泡立った際に当該泡と消泡剤組成物とが接触し、その接触の度に消泡成分が潤滑油中に供給されることとなる結果、潤滑油に混在させるものとしては不適な消泡剤組成物（例えば、高比重であり沈降し易いフッ素系消泡剤等）も使用可能になるという効果をも奏する。更に、本発明によれば、特定の潤滑油種に限らず（例えば、溶解性の高い低粘度潤滑油であっても）消泡能力を発揮できる。更に、本発明によれば、保持力が高く高温で軟化して垂れ落ちることが防止される結果、高温環境下でも長期間安定した消泡能力を保持できるという効果を奏する。更には、容器内壁より徐々に消泡成分が放出されることによってフィルタによる捕捉によって失われた消泡剤の減少を補うことができる。また、自動変速機内においても泡立ちの際に内壁から消泡剤が放出されることにより、潤滑不良や装置制御不能等の問題を克服することができる。

図１は、実施例及び比較例にて使用した器具の概要図である。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は、このような特定の用途に何ら限定されるものではなく、任意の用途において幅広く適用できることは言うまでもない。尚、以下では、高い消泡性能を有していることから、消泡剤組成物としてフッ素系消泡剤組成物を例にとって説明するが、これに限定されず、他の消泡剤組成物（例えば、シリコーン系消泡剤組成物）であってもよい。

本形態は、潤滑油を入れるための容器の内壁に塗るための１号ちょう度或いはそれよりも硬いゲル状である消泡剤組成物に関する。またそれを用いたことを特徴とする潤滑油の消泡方法に関する。ここで、消泡剤組成物は、「消泡成分」及び「基油」を必須的に含有し、「増ちょう剤」を含有していてもよい。但し、これらはあくまで機能であり、化学的に異なる成分でなくてはいけないことを意味する訳ではない。即ち、例えば、ある成分が消泡成分としても基油としても機能する場合には、当該ある成分は「消泡成分」であり「基油」である。まず、有効成分として用いられる消泡剤組成物（成分及び性質）について説明し、続いてその使用方法について説明を行う。

≪フッ素系消泡剤組成物の成分≫
本形態に係る消泡剤組成物はフッ素系消泡剤組成物に限らないが、ここではフッ素系消泡剤組成物について説明する。フッ素系消泡剤組成物は、フッ素原子を含有する成分（消泡成分）を含有する。消泡成分としては、例えば、部分的又は完全にフルオロ化されたアルカン（例えば、パーフルオロアルカン等）；部分的又は完全にフルオロ化されたアルキルエーテル（例えば、パーフルオロアルキルエーテル等）；フッ素変性シリコーン（フルオロシリコーンオイル）；パーフルオロアルキル含有オリゴマー、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物等を挙げることができる。以下、より好適なフッ素系消泡剤組成物としてフッ素系グリースを説明する。

（フッ素系グリース）
より好適例である「フッ素系グリース」とは、基油及び増ちょう剤（場合により添加剤も含む）からなるゲル状の組成物であり、且つ、基油、増ちょう剤及び／又は添加剤の少なくとも一部にフッ素を含有する化合物を用いた潤滑剤を指す。フッ素系グリースとしては、フッ素油を基油とするグリースが好ましく、例えば、基油が消泡成分である態様｛前述した消泡成分の内、フッ素油（フッ素系有機溶媒）であるもの、例えば、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ油）、パーフルオロアルキルエーテル（ＰＦＡＥ油）、クロロトリフルオロエチレンの低重合体（ＣＴＦＥ油）、フッ素変性シリコーン｝、増ちょう剤が消泡成分である態様｛例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等｝を挙げることができる。尚、当該グリースは、フッ素系の基油（フッ素油）に任意の増ちょう剤（例えば第三リン酸カルシウム）や添加剤を加えてちょう度を適宜調整したり、或いは、任意の基油にフッ素系の増ちょう剤や添加剤を加えてちょう度を調整したりすることで得られる。また、2009年石油製品討論会予稿集P107〜110「第三リン酸カルシウムを増ちょう剤に使用した耐熱グリース」に記載のCaPフッ素油グリースなどが挙げられる。グリースの中では、前述したCaPフッ素油グリース、即ち、基油としてフッ素油を選択し、増ちょう剤として第三リン酸カルシウムを選択したグリースが特に好適である。

≪消泡剤組成物の性質≫
本形態に係るゲル状の消泡剤組成物に用いる１号ちょう度或いはそれよりも硬いもの（上限は特に限定されないが４号まで）が好適であり、より好ましくは２号及び３号である。ちょう度番号が０号よりも軟らかいと使用時に長時間では流れ落ちることが想定されるため好ましくない。ちょう度の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ２２２０に記載された通りである。

ゲル状組成物は、例えば、グリース、クリーム、軟膏等の形状が挙げられるが、特に限定されない。例えば、ゲル状組成物がグリースである場合、その基油の動粘度は、１００℃において５〜６０ｍｍ^２／ｓであり、好ましくは１０〜５０ｍｍ^２／ｓである。１００℃における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ２２８３に従って測定することができる。動粘度が低すぎると離油し易くなり、消泡成分の保持力が低くなる、或いは消泡剤組成物が剥がれやすくなるために消泡効果が減弱する又はなくなることが想定される。他方、動粘度が高すぎると、油中に分散せずに消泡剤として機能しないことが想定される。

≪使用方法≫
本形態に係る方法は、前述したゲル状の消泡剤組成物を、潤滑油を入れるための容器の内壁に適用する工程を含む。即ち、従来のような潤滑油に消泡剤を添加する手法とは異なる。但し、従来のような潤滑剤に消泡剤を添加する手法と組み合わせてもよい（この場合、フィルタ捕捉等で消泡剤が不足し泡立ち量が増加した際に、塗布したゲル状の消泡剤組成物から消泡成分が油中に展開され、泡立ちが抑制される）。以下、まず、当該方法の適用対象を説明し、次に当該方法の前記工程を説明する。

（適用対象−容器）
本形態が適用される容器は、特に限定されないが、例えば、自動車用、オートバイ用の変速ギアボックス（例えば、手動変速機用のギアボックス、自動変速機用のギアボックス、ＥＶ用の減速機等）等を挙げることができ、特にＡＴ用、ＣＶＴ用のギアボックスに用いるのが好適である。ＡＴ、ＣＶＴ用のギアボックスにおいては油圧ポンプを用いて容器内で潤滑油を循環させる際泡立ちが生じるが、本形態を適用することによって潤滑不良及びその結果装置が制御できなくなる等の不具合を防止することができる。

（適用対象−潤滑油）
本形態が適用される潤滑油は、特に限定されない。例えば、潤滑油の基油として、高度精製基油と呼ばれる鉱油、合成油、これらの混合油を挙げることができる｛例えば、ＡＰＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，米国石油協会）基油カテゴリーでグループ１、グループ２、グループ３、グループ４又はグループ５に属する基油の、単独又は混合物｝。また、潤滑油における基油の含有量も特に制限されず、例えば、潤滑油組成物の全量基準で６０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上である。

（適用工程）
本形態に係る適用工程は、潤滑油の容器の内壁（例えば、側部や容器の油面よりも高い位置に設置されるブリーザーチューブ、オイルゲージ等の部品等）に適用することによって実行する。この際、潤滑油の油面以上又はそれよりも高い位置に適用することが好適である。これは潤滑油が泡を生じなければ消泡作用は不要であることを前提としている。即ち、潤滑油が泡を生じて油面が高くなり適用箇所に泡が到達した場合、泡と消泡剤組成物とが接触し消泡成分が潤滑油に混ざる作用機序である。このように構成することで、潤滑油と消泡成分が常時接触し続けることによる、容器の内壁側部からの消泡成分の短期間での溶け出しを防止することが可能となる。尚、適用手法は特に限定されず、例えば、コーティングや吹付け等を挙げることができる。

以下の実施例及び比較例によって本発明を説明するが、本発明は以下に限定されない。

実施例１
下記手順に従い、試験容器の内面に、フッ素系消泡剤組成物としてパーフルオロポリエーテルを含有するグリース［ＣａＰフッ素油グリース；白色、ちょう度２号、基油動粘度（１００℃）：４０mm^２/s］を約０．０３ｇ塗布した。尚、ここで用いたグリースの基油はパーフルオロエーテルであり、増ちょう剤は第三リン酸カルシウムである。

比較例１
下記手順に従い、試験容器の内面に、消泡剤組成物としてダウコーニング社の高真空シリコーングリース（HIGH VACCUM SILICONE GREASE）を約０．０３ｇ塗布した。尚、当該組成物のちょう度は０号であった。

比較例２
下記手順に従い、試験容器の内面に、消泡剤組成物として東レ・ダウコーニング・シリコーン社のＳＨ２００−１００，０００ｃｓを約０．０３ｇ塗布した（非常に高粘度なシリコーン油を用いた例）。尚、当該組成物の２５℃動粘度は１００，０００ｍｍ^２／ｓであった。

試験例１ 消泡性試験
図１に示す概略図にある器具を用いて消泡性試験を行った。ホモジナイザ２０を用いて泡立ち量を評価する下記の方法で評価を実施した。

（使用器具）
ホモジナイザ２０：ＩＫＡ Ｌａｂｏｒｔｅｃｈｎｉｋ Ｕｌｔｒａ−Ｔｕｒａａｘ Ｔ２５
ジェネレーターシャフト２２：Ｓ−２５Ｎ−２５Ｆ（上記ホモジナイザと同社製）
シリンダ２４：ガラス製 高さ２０〜１６０ｍｍ（１ｍｍ毎）目盛りつき、内径３６ｍｍ、厚み２ｍｍ、高さ２００ｍｍ
ヒーター２６：上記シリンダ２４に油を入れたとき、１４０℃まで油温を加熱するのに十分な電気容量のあるもの
熱電対２８：８０℃から１４０℃まで１０℃毎に測定可能なもの

（基準油）
基準油（潤滑油）として昭和シェル石油株式会社製のシェルＡＴＦのうち消泡剤を除いたものを用いた。

（測定準備）
１．実施例１、比較例１又は比較例２で調製した試料を容量で６２．５ｍｌ採取した（目盛で５５ｍｍ）。
２．器具を概略図のようにセットした。
３．ホモジナイザ２０の位置を合わせた。具体的には、シャフトにある穴の位置をシリンダ２４の５０〜６０ｍｍの位置に合わせた（室温で油面が６５〜６６ｍｍ）。この時、シャフト先端は容器底部から２０ｍｍ付近になった。
４．ホモジナイザ２０を８０００ｒｐｍで運転し、測定温度になるまでヒーターで加熱した。

（消泡剤組成物の塗布方法）
撹拌シャフト（アウター）に試験機をセットした時に９０〜９５ｍｍの位置になるように注射器で塗布を行った（基準油の泡立ち時の体積は１１７ｍｍであるので、消泡能力が確認できるよう上記の位置を設定した）。

（測定手順）
１．ホモジナイザ２０を停止させた状態で、測定温度（１２０℃）での油面の位置を記録した（撹拌前）。
２．ホモジナイザ２０を８，０００ｒｐｍで運転し、ヒーター出力を測定温度に再調整した。
３．測定温度に達したらホモジナイザ２０を２０，０００ｒｐｍで運転開始した。
４．１分間撹拌後ホモジナイザ２０を運転したまま油面位置及び泡立ち面の高さを記録した（撹拌１分後の油面位置）。泡立ち量（ｍｍ）は、「（攪拌後の泡立ち面の読み）−（撹拌前の油面の読み）」から計算して得た。

実験結果
実験結果を以下の表１に示す。

実施例１では、泡立ち試験用シリンダの内周を観察した際、発生した泡が消泡剤組成物に触れると消泡してそれ以上泡立たない現象が確認された。しかも、実験開始から１分経過した後でも消泡効果が持続することも確認された。このように長期に亘って優れた消泡効果を発揮できたのは、消泡剤組成物が泡に触れた際、油をはじき過ぎずに一部崩れることで、消泡作用のあるパーフルホロポリエーテルが適度に油中に展開され続けたためと推察される。

一方、比較例１では、発生した泡が消泡剤組成物に触れても消泡効果が発現するどころか、却って泡立ってしまった。実験開始から１分後には塗布しない場合よりもむしろ泡立ち量が増加してしまい、言い換えれば、起泡効果ともいえる効果があることが判明し、本発明の期待する効果とは逆のものであることが判明した。

更に、比較例２では、塗布の有無に拘わらず泡の増減度が同じ結果となり、消泡剤組成物が消泡効果を有しないものであることが判明した。

従って、本発明で用いられた消泡剤組成物は比較例１及び比較例２で用いた消泡剤組成物に比べて、油面の上部内壁に塗布することによって、一度発生した泡立ちを抑えるのに高い効果があることが判明した。

Claims (6)

1. 容器内に存在する潤滑油から発生する泡を消泡する組成物であって、容器内壁に適用するための、１号ちょう度或いはそれよりも硬いゲル状であり、フッ素油を基油とするグリースである、消泡剤組成物。
2. 前記グリースの増ちょう剤が第三リン酸カルシウムであることを特徴とする請求項１記載の消泡剤組成物。
3. 潤滑油の油面以上又はそれより高い内壁面に適用するための、請求項１又は２記載の消泡剤組成物。
4. 前記容器がギアボックスである、請求項１〜３のいずれか一項記載の消泡剤組成物。
5. 容器内に存在する潤滑油から発生する泡を消泡する組成物であって、容器内壁に適用するための、１号ちょう度或いはそれよりも硬いゲル状であり、フッ素油を基油とするグリースである、消泡剤組成物を、潤滑油を入れるための容器の内壁に適用する工程を含むことを特徴とし、その工程が、前記消泡剤組成物を潤滑油の油面以上又はそれより高い内壁面に適用する工程であることを特徴とする潤滑油の消泡方法。
6. 前記容器がギアボックスであることを特徴とする請求項５記載の消泡方法。

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