JP5769707B2 - 油圧作動油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、油圧シリンダーの摺動部でのスティックスリップの発生抑制機能及び優れた油水分離性能を有する油圧作動油組成物に関する。

フォークリフト、建設機械、各種ダンパー、或いは射出成型機、工作機械、プレス加工機、鍛圧プレス加工など、大きな仕事エネルギーを必要とするシステムには、油圧ポンプの加圧エネルギーを運動エネルギー（仕事エネルギー）に変換できる油圧システムが多用されている。このような油圧システムのシリンダー部では、金属同士、もしくは金属と樹脂、ゴム材といった様々な部材が摺動し、これらの円滑な摺動を行うために油圧作動油で潤滑されている。この場合、摺動速度が極端に遅いと油膜の形成能力が不足し、油膜の破断が起こり、静摩擦係数が動摩擦係数より著しく大きくなると、摺動面でスティックスリップが生じ、騒音や振動が発生する。このスティックスリップは、特に摺動速度が０.０１m/s以下の場合に発生しやすく、また、部材の中でも、特に金属とゴム材との摺動では、部材間で凝着と滑りを繰り返しながら前進する運動となるため、摩擦係数の増大や振動の発生が金属間での摺動と比較して大きい。

このスティックスリップの発生抑制には、基油のみの油膜保持性能では不十分であり、通常、摺動部材へ化学吸着し、潤滑被膜を形成する効果が高い摩擦調整剤が添加されている。例えば、内燃機関用の潤滑油では、モリブデンなどの金属系有機化合物を使用して摩擦係数を低減しているが、これを油圧作動油に適用すると金属分が潤滑油に不溶なスラッジとなり動作部分に悪影響を及ぼして機器自体の寿命を短くしてしまうという問題がある。
また、屋外で使用されるフォークリフト、建設機械或いは各種ダンパーのアームシリンダー部では、摺動部分に雨水が浸入し易く、潤滑油が乳化して潤滑機能を劣化させるという問題もあった。
なお、摩擦調整剤は、一般に、潤滑被膜の形成時に金属表面へ吸着することでその効果を発揮しているが、吸着基が極性を持つために潤滑油の油水分離性能を低下させ、水が混入した場合に乳化させ易いという性質を有している。

本出願人は、潤滑油基油にポリカルボキシレートを０.０５〜１０質量％含有した耐スティックスリップ性を有し、優れた油水分離性を併せ持つ工作機械用の潤滑油組成物を提案した（特許文献１）。しかし、この潤滑油は、摺動速度が遅い油圧シリンダーでは、摩擦調整剤の金属表面への吸着が比較的弱いため、スティックスリップの発生を十分に抑制できないという問題があった。
また、本発明者らは、油圧システムの省エネルギー化ために、鉱物油及び／又はポリ‐α‐オレフィンを基油とし、４０℃の動粘度が１０〜６００mm^２/sで、粘度指数が１４０〜２００で、高温高せん断時の粘度低下率が０.５％以下で、せん断安定性試験での粘度低下率が０.５％以下で、分子量５０００以下のオレフィン共重合体を０.１〜１０重量％及びグリセロールステアレートを０.０１〜１０重量％配合した油圧作動油を提案した（特許文献２）。しかし、この油圧作動油は、油圧シリンダーの摺動部でのスティックスリップの発生抑制機能も、また油水分離性も十分ではなかった。

特開２００９−２２１３３０号公報 特開２００８−１２７４２６号公報

本発明が解決しようとする課題は、高いスティックスリップ発生抑制性能を有するとともに、優れた油水分離性能を併せ持つ油圧作動油組成物を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、驚くべきことに、潤滑油基油にグリセロールステアレートと少量のポリアルキレングリコールを含有させることにより、スティックスリップ抑制性能と油水分離性能を両立させることが可能であることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の油圧作動油組成物は、潤滑油基油に、グリセロールステアレートを潤滑油全量基準で０.０１〜１０質量％及び重量平均分子量が５,０００〜２０,０００のポリアルキレングリコールを潤滑油全量基準で０.０００１〜０.１質量％含有させ、４０℃における動粘度を１０〜６００mm^２/s、粘度指数を８０以上としたものである。

また、好ましくは、上記グリセロールステアレートとしてグリセロールモノイソステアレートを用い、ポリアルキレングリコールとしてエチレンオキシド‐プロピレンオキシド共重合体で、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの重合モル比率（プロピレンオキシド／エチレンオキシド）が０.５〜３.５のものを用いることである。

本発明の油圧作動油は、高いスティックスリップ発生抑制性能を有するとともに、優れた油水分離性能を併せ持つという顕著な効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
本発明の油圧作動油組成物は、潤滑油基油に、特定量のグリセロールステアレート及びポリアルキレングリコールを含有させたもので、４０℃における動粘度を１０〜６００mm^２/s、粘度指数を８０以上としたものである。この４０℃における動粘度は１０〜４６０mm^２/sが好ましく、１０〜３２０mm^２/sがより好ましい。４０℃の動粘度が１０mm^２/s未満では、十分な油膜が形成されず、一方、６００mm^２/sを超えると、粘性抵抗が大きくなりすぎて油圧システムの使用エネルギーが増加する。さらに、前記の粘度指数は、９０以上が好ましく、１００以上がより好ましく、粘度指数は高ければ高い方が好ましいが、一般には２５０以下で十分である。粘度指数が８０未満では、使用温度によっては始動時の運転能力が低下する。

〔潤滑油基油〕
本発明の油圧作動油に用いる基油は、該潤滑油の主成分となるものであり、通常の潤滑油基油として使用されるものであれば、鉱物油、合成油、あるいはそれらの混合物のいずれも使用することができる。
この潤滑油基油の物性としては、動粘度、流動点、引火点などが重要であり、４０℃における動粘度は１０〜６００mm^２/sが好ましく、２０〜３００mm^２/sがより好ましい。流動点は−５℃以下が好ましく、−１０℃以下がより好ましい。さらに、粘度指数は８０以上が好ましく、１００以上であることがより好ましい。

これらの物性は、最終製品である油圧作動油の物性に大きく影響するものであり、最終潤滑油製品の用途の要求する物性が得られるようにする。潤滑油基油は、油圧作動油の８０％以上、場合によっては９０％以上を占める主成分であるので、所望の潤滑油の物性に近い物性を有するものが好ましい。
また、油圧作動油は、引火点が２５０℃以上であれば、消防法上、危険物ではなく、可燃性液体類に該当し取り扱いやすくなる。したがって、当該潤滑油の主成分である潤滑油基油も、引火点が２５０℃以上であることが好ましい。
複数の潤滑油基油の混合物の場合、該混合物として上記物性を満足するものであれば、混合前の個々の基油が上記物性の範囲を外れていても使用することができる。

鉱物油系潤滑油基油としては、原油を常圧蒸留し、あるいはさらに減圧蒸留して得られる留出油を各種の精製プロセスで精製した潤滑油留分が挙げられる。精製プロセスは、水素化精製、溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化脱ろう、硫酸洗浄、白土処理などであり、これらを適宜の順序で組み合わせて処理して本発明の基油を得ることができる。異なる原油あるいは留出油を、異なるプロセスの組合せ、順序により得られた、性状の異なる複数の精製油の混合物も有用である。いずれの方法によっても、得られる基油の性状が、前述した粘度、引火点、流動点及び粘度指数を満足するように調整することによって好ましく使用することができる。

合成油系潤滑油基油としては、加水分解安定性に優れる基材を用いることが好ましく、例えばポリ‐α‐オレフィン、ポリブテンや２種以上の各種オレフィンの共重合体などのポリオレフィン、ポリエステル、ポリアルキレングリコール、アルキルベンゼン、アルキルナフタレンなどが挙げられる。なかでも、ポリ‐α‐オレフィンが、入手性、コスト面、粘度特性、酸化安定性、システム部材との適合性の面で好ましい。ポリ‐α‐オレフィンは、１‐ドデセンや１‐デセンなどの重合物がコスト面でさらに好ましい。

潤滑油基油は、例示した合成油を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。さらに、前記鉱物油と混合しても使用することもできる。
合成油系潤滑油基油を含めて、複数の潤滑油基油の混合物を使用する場合、該基油混合物が上記物性を満足するものであれば、混合前の個々の基油がかかる物性の範囲を外れていても使用することができる。したがって、個々の合成油系基油は、上記物性を必ずしも満足する必要はないが、上記物性の範囲内であることが好ましい。

〔グリセロールステアレート〕
本発明のグリセロールステアレートには、グリセロールイソステアレートを包含する。すなわち、グリセロール（グリセリン）とステアリン酸又はイソステアリン酸のエステルで、このエステルには、モノ、ジ、トリエステルがあり、さらにはジ、トリエステルには、ステアリン酸とイソステアリン酸の複合エステルもあるが、本発明においては、これらのいずれも、或いはこれらの複数種の混合物も用いることができる。
このグリセロールステアレートは、炭素鎖が飽和であることで、潤滑被膜が化学的に規則正しく配列することができることによる親油基の油性効果が向上している。なお、本発明においては、分岐鎖を有することで基油への溶解性が向上するグリセロールモノイソステアレートを用いることが好ましい。

このグリセロールステアレートの含有量は、潤滑油全量基準で０.０１〜１０質量％、好ましくは０.０２〜１質量％である。含有量が０.０１質量％未満では十分なスティックスリップ抑制効果が得られず、１０質量％を超えると、効果が飽和するばかりではなく、析出などの問題も生じる。

〔ポリアルキレングリコール〕
本発明のポリアルキレングリコールとしては、炭素数２〜４のアルキレンオキシド、具体的にはエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びイソブチレンオキシドの１種又は２種以上の開環重合体又は共重合体のいずれも用いることができるが、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体が好ましく、中でもエチレンオキシドとプロピレンオキシドの重合モル比率（プロピレンオキシド／エチレンオキシド）が０.５〜３.５のものがより好ましく、１.０〜３.０のものが特に好ましい。

また、このポリアルキレングリコールは、重量平均分子量（MW）が５,０００〜２０,０００のもので、好ましくは６,０００〜１５,０００、より好ましくは８,０００〜１２,０００のものである。重量平均分子量（MW）が５,０００〜２０,０００の範囲を外れるものは抗乳化性能が十分に確保されず、水混入時の油水分離性能が不足する。

このポリアルキレングリコールの含有量は、潤滑油全量基準で０.０００１〜０.１質量％であるが、０.００１〜０.０５質量％が好ましい。含有量が０.０００１質量％未満では十分な油水分離性能が得られず、０.１質量％を超えると、また油水分離性能が悪化するようなる。

本発明の潤滑油には、粘度指数向上剤、流動点降下剤、酸化防止剤、防錆剤、摩耗防止剤、極圧剤、消泡剤、金属不活性化剤などを適宜配合することができる。
特に、粘度指数向上剤は、潤滑油を高粘度指数化して省エネルギー化ができるため添加することが好ましく、例えばPMAポリマーやオレフィン重合体やエチレン‐α‐オレフィン重合体を使用することができる。その添加量は、０.１〜１０質量％が好ましい。
流動点降下剤は、少量の添加で効果がある分子量４０万〜６０万のポリマー、特にはＰＭＡポリマーやポリブテンが好ましく、その添加量は、０.０５〜０.５質量％の範囲が好ましく、０.０５〜０.３質量％の範囲が更に好ましい。

また、酸化防止剤は、潤滑油用に一般的に使用されているフェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤などを適宜配合することができる。防錆剤としては、Ｃａ、Ｂａなどの金属塩（スルフォネートなど）や非イオン系化合物（ソルビタンエステル、ノニルフェニルエーテル類など）、コハク酸部分エステルなどの一般的に知られている添加剤を適宜配合することができる。
さらに、摩耗防止剤・極圧剤としては、硫黄系（ジルジサルファイド、硫化オレフィンなど）、リン系（トリクレジルフォスフェート、ジアルキルジチチオフォスフェートなど）、有機金属系（ジアルキルジチオリン酸亜鉛など）などが挙げられる。耐摩耗性、極圧性への寄与が十分に得られ、かつ経済的にも好ましい範囲で適宜配合することができる。消泡剤としては、シリコーン系、ＰＭＡポリマー系などを、金属不活性剤としては、ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等を用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
潤滑油基油として、表１に示す性状を有する、水素化精製後、溶剤脱ろうを実施した鉱物油及び合成油（ポリ-α-オレフィン：イネオス DURASYN 168及び同180の混合体、脂肪酸エステル：クローダ EMKARATE 1700）を用いた。

グリセロールステアレートとしてグリセロールモノイソステアレートを用い、比較のために、ポリカーボネート（ラインケミー RC8100）、硫化エステル（大日本インキ化学工業 ダイルーブ FS‐150）、モリブデンジチオカーバメート（ADEKA サクラルーブ１６５）などの摩擦調整剤を用いた。

ポリアルキレングリコールは次の４種類を用いた。
（１）E O‐PO共重合体A：エチレンオキシド‐プロピレンオキシド共重合体；重量平均分子量＝１０,０００、EO：POのモル比率＝１：２
（２）PO‐B O共重合体：プロピレンオキシド‐ブチレンオキシド共重合体；重量平均分子量＝８,０００、EO：POのモル比率＝１：１.５
（３）E O‐PO共重合体B：エチレンオキシド‐プロピレンオキシド共重合体；重量平均分子量＝２５,０００、EO：POのモル比率＝１：４
（４）E O‐PO共重合体C：エチレンオキシド‐プロピレンオキシド共重合体；重量平均分子量＝２,０００、EO：POのモル比率＝１：２

試作油は、表２に示した潤滑油基油、添加剤をステンレス製容器に所定量計り取り、６０℃に加温して、添加剤を均一に溶解させた。なお、その他の添加剤として潤滑油としての基本性能を付与するために全ての実施例、比較例で基油に基本添加剤として酸化防止剤０.５質量％、摩耗防止剤０.５質量％をそれぞれ配合し、潤滑油としての基本性能（酸化防止など）を付与した。

＜性能評価＞
このようにして得た試作油に対して、動粘度及び粘度指数をＪＩＳ Ｋ２２８３に準拠して４０℃および１００℃で、酸化安定度をＪＩＳ Ｋ ２５１４に準拠して回転ボンベ式酸化安定度試験（ＲＢＯＴ）で、抗乳化性をＪＩＳ Ｋ２５２０に準拠して５４℃で、それぞれ測定した。また、次の方法で摩擦試験を行った。
摩擦試験：ブロック（ニトリルゴム）／リング（SUJ‐2）を摺動材としたLFW‐1試験機にて、荷重４４N、温度７０℃、滑り速度は各速度５分間とし、０.０１m/s、０.１m/s、０.６m/s、１m/sへと段階的に増加させた。各速度における摩擦係数をデータとして用いた。また、摩擦試験中にビビリや異常振動が認められた場合、摩擦係数の経時変化を記録チャート上で観察した際に、摩擦係数が部分的に急激な増加または減少した場合にスティックスリップ有と判断した。
これらの結果を表２に示す。

表２の結果から、グリセロールモノイソステアレートなどの摩擦調整剤の添加されていない比較例１では０.０１m/sのような低速条件で、スティックスリップが発生しており、摩擦係数が相対的に大きいことが分かる。一方、グリセロールモノイソステアレートを含有させた実施例１〜４および比較例２、７、８、９ではこれら低速域での摩擦係数が減少しており、摩擦調整剤によるスティックスリップ抑制効果が見られる。なお、比較例５は褐色沈殿が生じたため各種評価試験は行っていない。

実施例１〜４は良好なスティックスリップ抑制性能、酸化安定性能、油水分離性能を有する一方で、比較例２はスティックスリップ抑制性能は高いものの、油水分離性能の面で実施例１〜４と比較して低い。また比較例３、４ではスティクスリップ抑制性能が実施例１〜４と比較して劣位であった。さらに比較例６は酸化安定性が実施例と比較して悪く、長期間の使用に際し、酸化劣化によるスラッジの発生による油圧システムでのトラブル早期のトラブル発生の懸念がある。

比較例７、８では、重量平均分子量が２５,０００又は２,０００のポリアルキレングリコールを添加したが、抗乳化性能が十分に確保されておらず、水混入時の油水分離性能が不足している。さらに比較例９では、ポリアルキレングリコールの添加量を０.５％と多くすると逆に油水分離性が悪化した。

以上より明らかなように、本発明による摩擦調整剤としてのグリセロールステアレートと特定の重量平均分子量を持つポリアルキレングリコールの併用によって、油圧作動油に優れたスティックスリップ抑制性能と、酸化安定性能、油水分離性能をもたらすことができる。こうした低摩擦係数化によって、近年求められている省エネルギーや騒音、振動防止などの油圧作動油としての付加価値を高めることが可能となる。

本発明の油圧作動油組成物は、油圧ポンプの加圧エネルギーを運動エネルギー（仕事エネルギー）に変換できる油圧システム、例えば、射出成型機、工作機械、プレス加工機、鍛圧プレス加工機等の産業設備機械や建設機械、工作機械、車輌、船舶、航空機などの油圧機器や装置などの油圧作動油として利用できる。特に、本発明の油圧作動油組成物は、スティックスリップ発生抑制性能と油水分離性能に優れているため、屋外で使用されるフォークリフト、建設機械などの油圧シリンダーの摺動部又は各種ダンパーのアームシリンダー摺動部の潤滑に有用である。

Claims (3)

1. 潤滑油基油に、グリセロールステアレートを潤滑油全量基準で０.０１〜１０質量％以下及び重量平均分子量が８,０００〜１２,０００のポリアルキレングリコールを潤滑油全量基準で０.０００１〜０.１質量％含有し、４０℃における動粘度が１０〜６００mm^２/s、粘度指数が８０以上である油圧作動油組成物。
2. グリセロールステアレートがグリセロールモノイソステアレートである請求項１に記載の油圧作動油組成物。
3. ポリアルキレングリコールがエチレンオキシド‐プロピレンオキシド共重合体であり、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの重合モル比率（プロピレンオキシド／エチレンオキシド）が０.５〜３.５である請求項１または２に記載の油圧作動油組成物。