(57)【要約】【課題】優れた極圧性を有する含水系作動液を提供する。【解決手段】水と、含水系作動液全量に対する含有量が０．０３質量％〜５．０質量％であるオニオンライクカーボンと、含水系作動液全量に対する含有量が５．０質量％〜７０質量％であるグリコール類と、を含有する含水系作動液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、含水系作動液全量に対する含有量が０．０３質量％〜５．０質量％であるオニオンライクカーボンと、含水系作動液全量に対する含有量が５．０質量％〜７０質量％であるグリコール類と、を含有する含水系作動液。
【請求項２】
さらに増粘剤を含有する請求項１に記載の含水系作動液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含水系作動液に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧装置は産業界に広く取り入れられ、生産性の向上に貢献している。これらの油圧装置には油圧作動油が動力伝達媒体として使用されているが、高温の熱源付近や電気スパークが生じる機器の近くなどでは、防災への配慮から鉱油系作動油ではなく、水−グリコール系作動液等の各種難燃性含水系作動液が用いられている。
【０００３】
水グリコール系作動液は一般的に約４０％の水と溶解性向上のためのグリコール、粘度調整のためのポリマーが鉱油系作動油の基油に相当し、添加剤として摩擦調整剤、防錆剤、消泡剤などが添加される。水グリコール系作動液は水を含むことにより、難燃性、冷却性の利点はあるが、鉱油系作動油と比べて潤滑性が劣ることが知られている。そこで、水グリコール系作動液についても、油圧ポンプの高圧化、高速化に対応するため潤滑性の向上や維持の検討が行われてきた（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２６９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐摩耗性鉱油系作動油の製品標準規格には本来ギヤー油で行われるＦＺＧ歯車試験が規定されている。作動油の長寿命化、省エネルギー化に対応して高度な極圧性が要求されていることを反映している。
現在、水グリコール系作動液は極圧性に関する規格は規定されていないが、将来、油圧ポンプの技術進歩に伴い、水グリコール系作動液にも極圧性の向上が要求される可能性がある。
【０００６】
一般的に極圧性を向上させる添加剤として硫黄系化合物があるが、水への溶解性が悪く、潤滑性の向上が得られにくい。
また、従来から固体系の添加剤であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子や炭素系材料であるグラファイト、あるいは雲母などを配合することが検討されてきた。しかし、ＰＴＦＥ粒子、グラファイト、雲母などは期待するほどの摩耗低減効果がないため、ほとんど使用されていないのが実情である。
【０００７】
ＰＴＦＥ粒子、グラファイト、雲母などを配合しても期待するほどの効果が得られない理由は、物質そのものの摩耗低減に対する有効性の有無の他に考えられる要因として、これらの物質の粒子サイズは数μｍ以上と大きいので、機械摺動部で重要視される境界潤滑領域（部分的に金属材料同士が微視的に接触摩擦を生じている状態）、すなわち数ｎｍから数十ｎｍといった極薄膜となる潤滑域に入り込めず、十分な摩耗防止効果や摩擦低減を発現できないことが挙げられる。
【０００８】
本発明は、優れた極圧性を有する含水系作動液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、以下の本発明が提供される。
＜１＞  水と、含水系作動液全量に対する含有量が０．０３質量％〜５．０質量％であるオニオンライクカーボンと、含水系作動液全量に対する含有量が５．０質量％〜７０質量％であるグリコール類と、を含有する含水系作動液。
＜２＞  さらに増粘剤を含有する＜１＞に記載の含水系作動液。
【００１０】
本発明によれば、優れた極圧性を有する含水系作動液を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の含水系作動液について詳細に説明する。なお、本明細書中、数値範囲を表す「〜」はその上限及び下限の数値を含む範囲を表す。
また、数値範囲において上限値のみ単位が記載されている場合は、下限値も上限値と同じ単位であることを意味する。
【００１２】
本発明者らは、優れた極圧性を有する含水系作動液について鋭意検討を行った結果、高温下においても、構造および化学的に非常に安定な固体潤滑剤である、オニオンライクカーボンを０．０３質量％〜５．０質量％含有した水グリコール系潤滑液が、極圧性向上効果を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の含水系作動液は、水と、含水系作動液全量に対する含有量が０．０３質量％〜５．０質量％であるオニオンライクカーボンと、含水系作動液全量に対する含有量が５．０質量％〜７０質量％であるグリコール類と、を含有し、必要に応じて他の添加剤が添加されている。
【００１３】
（１）水
本発明の含水系作動液は、水を基材とするものである。使用する水としては特に限定されず、蒸留水、イオン交換水などの精製水、水道水等を用いることができる。
本発明の含水系作動液における水の含有量は、含水系作動液全量に対して、３０質量％〜６０質量％が好ましく、３０質量％〜５０質量％がより好ましい。
【００１４】
（２）オニオンライクカーボン
本発明の含水系作動液に用いられるオニオンライクカーボンとは、ｓｐ２カーボンがタマネギ状に構成されたナノ粒子であり、その表面に、水素や他の元素が結合されているものもある。
また、オニオンライクカーボンの大きさは、炭素−炭素結合の網目構造の層が何重かによって決定されるものであり、１次粒子の大きさは、数ｎｍ〜数十ｎｍである。大量合成されたオニオンライクカーボンは、１次粒子が複数凝集し、平均粒子径が数十〜数百μｍの凝集体を形成しているものが多く含まれている。本発明の含水系作動液に用いるオニオンライクカーボンとしては、この凝集体を微粒子化させたものを含有させることが好ましい。
【００１５】
本発明の水含水系作動液においては、オニオンライクカーボンの分散安定性が良好で、より少ない含有量で良好な摩擦低減効果が得られるという点で、分散液中のオニオンライクカーボンの平均粒子径は、５〜３００ｎｍが好ましく、１０〜２５０ｎｍがより好ましく、２０〜２００ｎｍが特に好ましい。なお、上記オニオンライクカーボンの平均粒子径は、動的光散乱法により測定される平均粒子径であり、具体的には下記表１の測定装置に分散液を供して測定することができる。
【００１６】
【表１】
2018016779.tif 000002
【００１７】
本発明の含水系作動液において使用されるオニオンライクカーボンは、特に製法が限定されるものではないが、例えば、神港精機（株）製装置により作製されたもの（特許第５１５９９６０号公報）を好適に用いることができる。具体的には、アセチレンガス等の炭化水素系ガスを用いて３００℃以下でプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりダイアモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）粉末を作製し、そのＤＬＣ粉末を真空中又は不活性ガス雰囲気中で１６００〜２０００℃で加熱することによって得られるオニオンライクカーボンが好ましい。
【００１８】
本発明の含水系作動液における上記オニオンライクカーボン含有量は、含水系作動液全量基準で０．０３質量％〜５．０質量％であり、０．０４質量％〜３．０質量％が好ましく、０．０５質量％〜１．０質量％がより好ましく、０．１質量％〜１．０質量％が特に好ましい。オニオンライクカーボンの含有量が、０．０３質量％未満では極圧性の向上が得られず、５．０質量％を超えた含有量では費用対効果が低く、実用的でない。
【００１９】
本発明の含水系作動液において使用されるオニオンライクカーボンは、分散処理を施すことで、分散状態を安定化させることができる。
なお、「分散処理を施す」とは、含水系作動液におけるオニオンライクカーボンの１次粒子が凝集して形成されている平均粒子径数十〜数百μｍの粒子を、平均粒子径５〜３００ｎｍの粒子に分散し、安定化することをいう。分散処理の方法としては、特に限定されないが、攪拌機、超音波分散機、ビーズミルなどの装置を用いて分散処理を施すことが好ましい。
【００２０】
水−グリコール系作動液は使用上、油圧ポンプの容積効率を重視する必要があるため、液中に水とグリコール類、増粘剤を含有することが好ましい。液の粘度が低いとポンプ内部で漏れが多くなり、流量・圧力の確保が難しくなる場合があるため、粘度増加を図る目的からグリコール類や増粘剤を配合することが好ましい。
【００２１】
（３）グリコール類
グリコール類としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、トリ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、ジヘキシレングリコール、モノアルキルエーテルなどが挙げられる。これらはそれぞれ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。なお、グリコール類は、後述する増粘剤とは重量平均分子量で区別され、本発明で用いるグリコール類の重量平均分子量は３，０００未満であることが好ましい。
これらグリコール類の配合量は、必要とされる粘度によって異なるが、含水系作動液全量に対して５．０質量％〜７０質量％の範囲であり、好ましくは２０質量％〜６０質量％である。グリコール類の含有量が５質量％以上であれば十分な増粘効果が得られ、７０質量％以下であれば水系潤滑液を使用する目的の冷却性や不燃性の点で、オイル系潤滑剤に対するメリットが得られる。
【００２２】
（４）増粘剤
増粘剤としては、例えば水溶性のポリオキシアルキレンポリオール及びそのアルキルエーテル誘導体から選ばれる水溶性ポリオキシアルキレンポリオール類などが挙げられる。
水溶性のポリオキシアルキレンポリオール類の具体的としては、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トリオール、ポリオキシアルキレングリコールモノエーテル、ポリオキシアルキレングリコールジエーテル等が挙げられる。より具体的には、水溶性のエチレンオキサイド（以下、ＥＯということがある。）単独重合体、ＥＯとプロピレンオキサイド（以下、ＰＯということがある。）との共重合体、多価アルコールにＥＯ単独重合体、ＥＯとＰＯとの共重合体又はＥＯと他のアルキレンオキサイド（例えば１，２−ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、及び／又はα−オレフィンオキサイドなど）との共重合体を付加して得られる化合物、もしくはそれらのアルキルエーテル誘導体が挙げられる。アルキルエーテル誘導体中のアルキルエーテル基におけるアルキル基の炭素数は、１〜４が好ましく、１〜３が特に好ましい。
【００２３】
また、上記の多価アルコールに付加する重合体としては、ＥＯとＰＯとの共重合体が好ましい。
ＥＯとＰＯとの共重合体、ＥＯと他のアルキレンオキサイドとの共重合体、又は多価アルコールに付加する重合体としてＥＯとＰＯとの共重合体若しくはＥＯと他のアルキレンオキサイドのモル比が２５／７５〜８０／２０であることが望ましい。また、ＥＯとＰＯとの共重合体、ＥＯと他のアルキレンオキサイドとの共重合体の付加様式は、ランダム付加であってもブロック付加であってもよい。
これらのうち、ＥＯ単独重合体、ＥＯとＰＯとの共重合体が好ましい。
【００２４】
また、増粘剤とグリコール類は重量平均分子量で区別され、水溶性のポリオキシアルキレンポリオール類などの増粘剤の重量平均分子量は３，０００〜２０，０００の範囲が好ましく、５，０００〜１８，０００の範囲がより好ましい。重量平均分子量が３，０００以上であれば増粘効果が大きく、重量平均分子量が２０，０００以下であれば、使用中に受ける熱やせん断によって安定性が損なわれる恐れが低くなる。
増粘剤（水溶性のポリオキシアルキレンポリオール類）の配合量は、含水系作動液全量に対して５．０質量％〜４０質量％が好ましく、特に好ましいのは１０質量％〜３０質量％である。増粘剤の含有量が５．０質量％以上、４０質量％以下であれば作動液として適正な粘度をもたすことができ、潤滑性や難燃性を維持することができる。
【００２５】
（５）その他の成分
本発明の含水系作動液は、上記のオニオンライクカーボンなど上記の物質の他に、使用する目的に応じて次の添加剤を配合することができる。
【００２６】
前記のオニオンライクカーボンの溶解分散性を向上する目的で、界面活性剤を配合することができ、オニオンライクカーボンと親和性のある官能基を備えたものが好ましい。具体的には、カプロン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの高級脂肪酸や、脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルなどのエステル類が挙げられる。また、脂肪酸アミド、脂肪酸アミン、ポリオキシエチレン誘導体、グリセリン誘導体、ひまし油誘導体、アンモニウム塩等が用いられる。さらには、本発明の効果を大きく損なわない範囲で、水系溶媒に一般に用いられている分散剤を用いることができ、具体的には、スルホコハク酸ナトリウム、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウム、縮合ナフタレンスルホン酸ナトリウム、縮合ナフタレンスルホン酸アンモニウム、カルボキシメチルセルロースおよびその塩(ナトリウムやアンモニウム塩など)、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを用いることができる。
【００２７】
また、本発明の含水系作動液の長期安定性を確保するために、且つ、本発明の効果を大きく損なわない範囲で、水系潤滑液に一般に用いられている公知の添加剤、例えば、油性剤、金属不活性化剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、消泡剤、着色剤などを添加することもできる。
【００２８】
油性剤としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、ステアリン酸などの飽和脂肪酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸、芳香族脂肪酸、ダイマー酸などが挙げられる。これらの脂肪酸は１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合使用してもよい。
【００２９】
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−メチルベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、及びそれらのアルカリ金属塩又はアミン塩などのベンゾトリアゾール化合物、メルカプトベンゾチアゾール及びそのアルカリ金属塩などが挙げられる。
【００３０】
また、必要に応じてｐＨ調整剤を配合できる。具体的にはアルカリ性化合物、及び水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどである。
防錆剤としてはメチルモルホリン、エチルモルホリン等のアルキルモルホリン類やトリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等の有機アミン類、カルボン酸アルカリ金属塩等である。
消泡剤としては、シリコーン化合物の乳化物などが、着色剤としてはアルコール系着色剤、金属系着色剤などが挙げられる。
【００３１】
本発明の含水系作動液の調製方法は、上記必須成分である水と、含水系作動液全量に対する含有量が０．０３質量％〜５．０質量％となるオニオンライクカーボンと、含水系作動液全量に対する含有量が５．０質量％〜７０質量％となるグリコール類、さらに必要に応じて各種添加剤を適宜混合すればよく、その混合順序は特に制限されるものではない。
【００３２】
調製のための混合攪拌には、プロペラタイプの撹拌機が好ましく用いられ、少量の場合には超音波照射法も使用できる。なお、本発明の含水系作動液を調製する際の攪拌温度は通常は室温でよい。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明を実施例により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。
【００３４】
［摩擦特性の評価］
＜摩擦特性の評価試験法＞
各実施例及び各比較例の含水系作動液についての摩擦特性評価には、ＦＡＬＥＸ試験を実施した。下記表２に示す条件でピンをＶブロックにはさみ、荷重を連続して与えながら、ピンを回転させて摩耗させた。
【００３５】
【表２】
2018016779.tif 000003
【００３６】
［含水系作動液の調製］
各実施例及び比較例は、以下に示す成分と添加剤を用いた。
＜使用した成分と添加剤＞
水：精製水
グリコール：ジプロピレングリコール
増粘剤：ポリオキシアルキレンポリオール
オニオンライクカーボン：
神港精機（株）製、平均粒子径１ｍｍ以下の凝集体の原料をビーズミルを使用し、オニオンライクカーボンの粒子径を、体積分布のメディアン径が１５０ｎｍになるまで微粒子化したもの。
その他添加剤：油性剤、金属不活性化剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、消泡剤を含む。
【００３７】
上記の成分と添加剤を用いて表３に示す含有量となるように混合して含水系作動液を製造した。ここで、オニオンライクカーボンの配合量は、後述するオニオンライクカーボン含有の分散液にて調整した値である。なお、表中における各成分の配合量は質量％を意味する。
含水系作動液をピンとＶブロックの間に常に供してピンが破断する限界荷重をもって性能を比較した。結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
2018016779.tif 000004
【００３９】
表３の結果から明らかなように、オニオンライクカーボンを０．０５質量％、０．１質量％または１．０質量％含有させた実施例１、２、３では、オニオンライクカーボンを含有しない比較例１や０．０１質量％含有させた比較例２と比べて、焼き付き荷重が高く、良好な極圧性を有することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、高い極圧性能に寄与する含水系作動液を提供できる。本発明の含水系作動液は、一般産業機械、工作機械、鉄鋼設備、ダイカストマシン等の油圧機器や油圧装置等の油圧システムの液圧作動液として特に好適である。