JP6134212B2 - 油圧作動油組成物 - Google Patents
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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）。
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１５〜５０ｍｍ２／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：ｍｍ２／ｓ）と、（Ｂ）高せん断粘度(単位：ｍＰａ・ｓ、せん断条件：１０６／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１５〜５０ｍｍ２／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、１５〜５０ｍｍ２／ｓであり、好ましくは２０〜４５ｍｍ２／ｓであり、より好ましくは２５〜４０ｍｍ２／ｓであり、更に好ましくは２５〜３５ｍｍ２／ｓである。４０℃における動粘度が１５ｍｍ２／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５０ｍｍ２／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。
［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、Ｒ１は炭素数１〜２２のアルキル基を示す。］
［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、Ｒ２は炭素数１〜２２のアルキル基を示し、Ｒ３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２０ｍｍ２／ｓ以上であり、より好ましくは３０ｍｍ２／ｓ以上であり、更に好ましくは４０ｍｍ２／ｓ以上であり、最も好ましくは４１．４ｍｍ２／ｓ以上である。また、４０℃における動粘度は、好ましくは８０ｍｍ２／ｓ以下、より好ましくは７０ｍｍ２／ｓ以下、更に好ましくは６０ｍｍ２／ｓ以下、最も好ましくは５０．６ｍｍ２／ｓ以下である。４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上であると、油圧システムの耐久性の点で好ましく、８０ｍｍ２／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：ｍｍ２／ｓ）と、（Ｂ）８０℃における高せん断粘度（単位：ｍＰａ・ｓ、せん断条件：１０６／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：２８．６ｍｍ２／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：２６．６ｍｍ２／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：２９．５ｍｍ２／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：３６．４ｍｍ２／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：３９．６ｍｍ２／ｓ、粘度指数：１３０）
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：２８．６ｍｍ２／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：２６．６ｍｍ２／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：２９．５ｍｍ２／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：３６．４ｍｍ２／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：３９．６ｍｍ２／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）
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。
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１０６／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
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
Claims (2)
- ４０℃における動粘度が１５〜５０ｍｍ２／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１３〜４０質量％の、数平均分子量が１００００以上２３０００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。 - （Ａ）８０℃における動粘度（単位：ｍｍ２／ｓ）と、（Ｂ）８０℃における高せん断粘度（単位：ｍＰａ・ｓ、せん断条件：１０６／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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