JP3338112B2 - 水−グリコール系作動液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水−グリコール系作動
液に関し、詳しくはころがり軸受のピッチング発生を抑
制できる水−グリコール系難燃性作動液に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、油圧装置は、産業界における各種
分野に広く普及しており、生産性の向上に多大の貢献を
している。これらの油圧装置の中で、高温の金属処理装
置、電気スパークを生じる装置、加熱炉などの装置にお
ける油圧装置には、火災の危険が伴うので、油圧作動油
として難燃性作動油が使用されている。しかし、難燃性
作動油のうち、特に含水系作動液は、油圧ポンプ、モー
ターに使用されている転がり軸受の寿命を低下させると
いう問題がある。すなわち、含水系作動液は、鉱油系及
び合成系作動油に比べころがり軸受寿命を大幅に低下さ
せ、さらに軸受破損に至らせ、油圧システム全体の正常
な稼働を阻害することが多い。これまで、これらの軸受
トラブルを防止するためには、油圧機器の改良、付帯設
備の設置で対応している。例えば、油圧機器が本来備え
ている定格仕様圧力よりも低圧で使用する方法、標準使
用の軸受部を特別に大型化したものに改良する方法、ま
た結合あるいは潤滑不良の起こり易い軸受部を強制潤滑
するための特別な作動油循環回路の設置などにより対応
している。これらの機器の仕様変更、設備投資などは含
水系作動油、とりわけ含水系作動油の主流である水−グ
リコール系作動液の軸受寿命が改善されれば特に必要の
ない措置である。

【０００３】現在市販されている水−グリコール系作動
液は下記に示す基本組成からなっている。

【０００４】

【表１】

【０００５】組成成分である溶剤としては、例えばエチ
レングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレン
グリコールなどを挙げることができ、これらは、流動点
降下の機能を有すると共に、各種添加剤の相溶性を増す
役割も含まれる。増粘剤としては、適度な分子量を持っ
たポリアルキレングリコールが使用される。増粘剤の添
加量を調整することにより、各種ＩＳＯ粘度グレードに
適合する作動液を得ることができる。水は、難燃性維持
のために必要不可欠のものである。このように典型的に
はグリコール−ポリアルキレングリコール−水の三成分
混合系が水−グリコール系作動油の基油となっている。
上記基油に添加する潤滑剤としては、オレイン酸などの
不飽和脂肪酸、ラウリン酸、ステアリン酸などの飽和脂
肪酸、芳香族脂肪酸、ダイマー酸などのカルボン酸が挙
げられる。防錆剤としては有機アミン、有機アミン誘導
体、カルボン酸アルカリ金属塩などが挙げられる。実際
上は、前述のカルボン酸と有機アミンとの塩やカルボン
酸アルカリ金属塩を使用して潤滑剤と防錆剤の両者を兼
ねることがある。このような従来の水−グリコール系作
動液には、滑り潤滑性においてかなり満足のいくものも
ある。

【０００６】しかしながら、滑り潤滑性のかなり満足の
いく従来の水−グリコール系作動液でも、実際に、油圧
ポンプ、モーターに使用されているころがり軸受けのこ
ろがり寿命を低下させ、鉱油系作動油の場合と比べては
るかに短時間で軸受け破損を招来するというトラブルを
起こしている。これは、従来の水−グリコール系作動液
は、ころがり潤滑性が十分ではないという点に起因す
る。また、従来潤滑剤として使用されているオレイン酸
などの不飽和脂肪酸を添加した水−グリコール系作動液
を使用した場合、２価金属（亜鉛、鉛、カルシウムな
ど）イオンが混入すると、スラッジが生成し、ころがり
軸受けが摩耗し易くなり、フィルターの閉塞の原因とな
る欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の状況に鑑みてなされたものであり、水−グリコール
系作動液の優れた難燃性を損なうことなく、かつ各種の
要求性能も損なうことなく、ころがり軸受けのピッチン
グ発生を抑制でき、ころがり軸受け寿命を延長すること
ができる均一溶液の水−グリコール系作動液を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、特定の脂肪
族炭化水素基を有するポリオキシエチレン脂肪酸エステ
ルに着目し、さらに研究を重ねた結果、このポリオキシ
エチレン脂肪酸エステルのうち、特定の構造を有するも
のを水−グリコール系作動液に少量混合することによ
り、作動液の各種の要求性能も損なうことなく、ころが
り軸受けのピッチング発生を抑制でき、ころがり軸受け
寿命を延長することができることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、下記一般式（１）で
表されるポリオキシエチレン脂肪酸エステルを０．０５
〜５重量％含有することを特徴とする水−グリコール系
作動液を提供するものである。 一般式（１）：

【００１０】

【化２】ＲＣＯＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_nＨ

【００１１】（式中、Ｒは炭素数１２〜１８の脂肪族炭
化水素基を表わし、ｎは４〜９の整数を表わす。） 以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明の水−グリコール系作動液には、前
記一般式（１）で表わされるポリオキシエチレン脂肪酸
エステルが含まれる。一般式（１）のＲは、炭素数が１
２〜１８の脂肪族炭化水素基である。炭素数が１２未満
であると、油膜形成に乏しく、潤滑性が劣るという欠点
があり、炭素数が１８を超えると相溶安定性が悪くなる
という欠点がある。これらの脂肪族炭化水素基の具体例
としては、例えばドデシル基、トリデシル基、テトラデ
シル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシ
ル基、オクタデシル基、オレイル基、ドデセニル基、ト
リデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、
ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル
基、リノレイル基、リノレニル基などが挙げられる。

【００１３】一般式（１）におけるｎは、オキシエチレ
ン基の付加モル数を表わす整数であり、４〜９の整数で
ある。上記ポリオキシエチレン脂肪酸エステルは、１種
単独で用いてもよいし、２種以上を組合せて用いてもよ
い。このポリオキシエチレン脂肪酸エステルは、脂肪酸
にエチレンオキシドを付加重合させることにより調製す
ることができる。

【００１４】本発明の水−グリコール系作動液に含まれ
るポリオキシエチレン脂肪酸エステルの含有量は、０．
０５〜５重量％であり、好ましくは１〜１．８重量％で
ある。ポリオキシエチレン脂肪酸エステルの含有量が
０．０５重量％未満であるところがり潤滑性が十分でな
く、また５重量％を超えて添加してもころがり潤滑性の
効果が飽和するので、経済的に不利である。作動油の場
合、使用環境はクローズシステムであり、切削油、圧延
油などの場合に見られるような潤滑油添加剤の系外への
持ち出しが全くなく、初期の濃度が維持される。過剰な
添加はコスト的にもメリットがない。

【００１５】本発明の水−グリコール系作動油の基油
は、一般に用いられる水−グリコール系作動液であれば
よく、通常約２５〜５０重量％のグリコール類、約１０
〜２０重量％の増粘剤及び約３５〜５０重量％の水から
成る。さらに、この基油には、通常この種の作動液に用
いられている添加剤、例えば油性剤、潤滑剤、液相防錆
剤、気相防錆剤、金属不活性剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、
着色剤、その他の添加剤などを適当な添加量で適宜添加
してもよい。

【００１６】グリコール類としては、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、
トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコールなど
のグリコール類及びこれらグリコール類のモノアルキル
エーテルが挙げられ、好ましくはプロピレングリコー
ル、ジプロピレングリコールである。これらのグリコー
ル類は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。

【００１７】増粘剤としては、通常ポリアルキレングリ
コールもしくはそのアルキルエーテル誘導体のようなポ
リエーテル型増粘剤が用いられ、その具体例としては、
多価アルコールのポリオキシアルキレンポリオール、例
えばニューポール７５Ｈ９００００（三洋化成品）など
のポリオキシアルキレングリコール、ニューポールＶ−
１０−Ｃ（三洋化成品）などのポリオキシアルキレント
リオール、特開昭５４−１０５６５３号記載のポリオキ
シアルキレンポリオール；ポリアミドのポリオキシアル
キレンポリオール、例えば特公昭５１−４４２７５号記
載のポリオキシアルキレングリコールなどが挙げられ、
好ましくはポリオキシアルキレングリコールである。こ
れらの増粘剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上
を組み合わせて用いてもよい。

【００１８】本発明の水−グリコール系作動液には、従
来添加されていた潤滑剤を添加しなくとも、ころがり潤
滑性に優れているが、従来の潤滑剤を併用してもよい。
併用できる潤滑剤としては、オレイン酸などの不飽和脂
肪酸、ラウリン酸、ステアリン酸、芳香族脂肪酸、ダイ
マー酸などが挙げられる。

【００１９】防錆剤としては、有機アミン（モノエタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミ
ン、ジエチレントリアミン、シクロヘキシルアミン、モ
ルホリン、１，４−ビス（２−アミノエチル）ピペラジ
ン、２−ヘプタデシル−１−（２−ヒドロキシエチル）
イミダゾリンなど）、有機アミン誘導体（上記アミンの
アルキレンオキシド付加物など）カルボン酸アルカリ金
属塩、シクロヘキシルアミンナイトライトなどが挙げら
れる。

【００２０】消泡剤としては、シリコン化合物の乳化物
などが挙げられる。さらに、極圧剤として硫黄化合物や
リン化合物、ｐＨ調整剤としてアルカリ金属やアミン類
の水酸化物、腐食防止剤としてメルカプトベンゾチアゾ
ール、トリアゾール等の含窒素化合物の金属塩やアミン
塩、金属イオン封鎖剤としてエチレンジアミン四酢酸な
どのアミノカルボン酸の金属塩などが挙げられる。

【００２１】本発明の含水系作動液組成物は、前記各成
分を所定量適宜配合して混合することにより調整するこ
とができる。この調整における混合方法及び添加方法
は、特に制限されるものではなく、種々の方法により行
うことができ、各成分の混合順序及び添加順序も種々の
混合順序及び添加順序により行うことができる。

【００２２】本発明の含水系作動液組成物を使用するこ
とができる油圧装置は、特に制限されるものではなく、
工作機械、ダイカストマシン、トランスファーマシン、
プレス機械、鍛圧機械、荷役運搬機械、土木建設機械、
プラント制御装置、自動車、船舶、航空機、ロケットを
始めとした各種の機械に使用される各種油圧装置が挙げ
られるが、特に火災の危険を伴う高温の金属処理装置、
電気スパークを生じる装置、加熱炉、連続鋳造装置、熱
間圧延機、アルミダイカストマシンなどの熱源の近傍で
使用される油圧装置において有効である。また、油圧装
置において用いられる油圧ポンプも、特に制限されるも
のではなく、種々の油圧ポンプに使用することができ、
例えばベーンポンプ、歯車ポンプ、プランジャポンプ、
ネジポンプなどが挙げられる。本発明の含水系作動液組
成物は、特にプランジャポンプの軸受の疲労寿命に有効
である。

【００２３】

【作用】作用については明らかでないが、溶液中に溶解
している上記一般式（１）のポリオキシエチレン脂肪酸
エステルが、潤滑面の温度上昇に伴い、潤滑面の転動面
に析出し、油膜形成をより密にするためと考えられる。

【００２４】

【実施例】以下に、実施例及び比較例を用いて、本発明
をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの
例によって何ら制限されるものではない。 実施例１〜８ 下記の表２に記載した基油Ｉに表３に示したポリオキシ
エチレン脂肪酸エステルを添加して混合し、水−グリコ
ール系作動液を調製した。なお、実施例１〜８に用いた
ポリオキシエチレン脂肪酸エステルは、Ｒが表３に示し
た炭素数の飽和脂肪族炭化水素基を有するものと不飽和
脂肪族炭化水素基を有するものの混合物であった。

【００２５】

【表２】

【００２６】比較例１〜４ Ａ，Ｂ及びＣの３種の市販の水−グリコール系作動液
（以下、Ｗ／Ｇと略称することがある。）及び表２の基
油Ｉ（ポリオキシエチレン脂肪酸モノエステル無添加）
を用いた。なお、市販のＷ／ＧのＡには、ラウリン酸が
含有されており、市販のＷ／ＧのＢには、オレイン酸が
１重量％前後含有されている。また、市販のＷ／ＧのＣ
には、ダイマー酸（オレイン酸の２量体）が含有されて
いる。

【００２７】

【表３】

【００２８】なお、表３中の１０％寿命、５０％寿命の
結果は、ユニスチールころがり寿命試験結果であり、ユ
ニスチールころがり試験寿命試験機（ＩＰ３０５／準
拠）を用い、下記条件にてころがり寿命を評価した。 （ユニスチールころがり寿命試験） 試験条件 回転数 ：１５００ｒｐｍ 荷重 ：６６０ｌｂｓ テスト軸受：スラスト玉軸受 ＃２９１０Ｐ５（ＮＡＣ
ＨＩ） 試験片 ：ＳＵＪ−２ 試験ボール：５個 給油法 ：滴下法（１０滴／分） 停止レベル：１．５Ｇ 試験回数 ：５〜７回

【００２９】評価は、設定条件下、ワッシャ状の試験片
上で玉軸受を回転させた。運転を続けると試験片の軌道
上に疲労による摩耗の小孔すなわちピッチングが発生す
る。ピッチングが発生すると、試験部に振動が発生する
ため、予め１．５Ｇ以上になると停止するように調製し
た回転停止用震動計を作動させ試験機を停止させた。疲
労寿命時間（ｈｒ）は、このときまでの積算時間として
求めた。試験は、５〜７回行いデータを累積し、ワイブ
ル確率紙上にプロットして１０％寿命、５０％寿命を求
めた。

【００３０】ところで、難燃性作動油は、過酷な条件下
で長時間使用される圧力伝達媒体としてだけでなく、油
圧ポンプ、油圧モーターの摺動部潤滑剤としての作用が
ある。また、油圧システムに使用されている各種材質
（金属材料、ゴムなど）との適合性も必要である。そこ
で、ベーンポンプ耐久試験を行った。 （ベーンポンプ耐久試験）実施例５について作動油とし
ての適合性をポンプ実機試験を実施して総合評価した。
その結果を表４に示した。 供試ポンプ：油研工業製 ＰＶ２Ｒ−２６ベーンポンプ 試験条件：回転数 １２００ｒｐｍ 吐出圧 ２５０ｋｇｆ／ｃｍ² 油温 ５０℃ 油量 ５０ｌ

【００３１】

【表４】

【００３２】表４から明らかなように、正常な初期摩耗
を経過した後、摩耗量は飽和している。カートリッジの
変色やスラッジの腐食などはまったく認められず、ま
た、作動油の一般性状（粘度、ｐＨ、予備アルカリ度な
ど）変化も極僅かであり、十分な適合性を示した。同時
に実施した、金属材料浸漬試験（ＪＩＳ Ｋ ２２３４
準拠）、及びゴム材質浸漬試験（ＪＩＳ Ｋ ６３０１
準拠）においても何ら問題なく作動油として十分な適合
性を有することが確認された。また、実施例の水−グリ
コール系作動油をプランジャポンプに使用して運転した
ところ、プランジャポンプの軸受の疲労寿命に著しい効
果があった。

【００３３】本発明の水−グリコール系作動液は、その
成分に特定のポリオキシエチレン脂肪酸エステルを配合
させているため、ころがり潤滑性に優れ、ころがり軸受
のピッチング発生を抑制でき、ころがり軸受の寿命を延
長することができる。また、２価金属（亜鉛、鉛、カル
シウムなど）イオンが混入しても、スラッジが生成せ
ず、フィルターの閉塞もない。さらに、本発明の水−グ
リコール系作動液は、水−グリコール系作動液が本来備
えている諸性能（難燃性、低温流動性、金属適合性な
ど）を何ら損なっていない。これにより、油圧機器の仕
様変更、設備投資などを必要とせず、また、高圧使用が
可能となるため装置がコンパクト化できるなどの二次的
効果がある。従って、本発明の水−グリコール系作動液
は、実用上極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｎ 30:00 Ｃ１０Ｎ 40:02 40:02 40:08 40:08 (56)参考文献 特開 平４−18492（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136097（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−105491（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−105492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−38295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−105653（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−44275（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭48−39205（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10M 173/02 C10M 105/14 C10M 105/18 C10M 105/40 C10M 107/34 C10M 129/08 C10M 129/16 C10M 129/76 C10M 145/26 - 145/38 C10N 30:00 C10N 40:02 C10N 40:08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式（１）で表されるポリオキシエ
   チレン脂肪酸エステルを０．０５〜５重量％含有するこ
   とを特徴とする水−グリコール系作動液。 一般式（１）： 【化１】 ＲＣＯＯ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎＨ （式中、Ｒは炭素数１２〜１８の脂肪族炭化水素基を表
   わし、ｎは４〜９の整数を表わす。）
2. 【請求項２】水−グリコール系作動油の基油が、グリコ
   ール類２５〜５０重量％、増粘剤１０〜２０重量％、及
   び水３５〜５０重量％から成る請求項１に記載の水−グ
   リコール系作動液。