JP2001323291A - 潤滑油組成物、作動流体及び冷凍装置 - Google Patents
潤滑油組成物、作動流体及び冷凍装置Info
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Abstract
改善すること。 【解決手段】 以下の(A)成分のエステル化合物を
0.1〜50重量%配合したことを特徴とする、以下の
(B)成分のエステル化合物を主成分とする潤滑油組成
物を用いる。 (A)成分: 炭素数5〜10のネオペンチルポリオー
ルと炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素数7〜9のカル
ボン酸とからなるポリオールエステル化合物 (B)成分: 炭素数15以下の多価アルコール1種類
以上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1種類以上とを原料
として得たポリオールエステル化合物またはコンプレッ
クスエステル化合物
Description
動性に優れたエステル系潤滑油に関するものである。特
には、ハイドロフルオロカーボン冷媒を使用する冷凍装
置用潤滑油組成物及び冷凍装置に関する。
ら、作動油、軸受油、空気圧縮機油などに使用されてい
る。特に、ハイドロフルオロカーボン冷媒を用いる冷凍
装置用潤滑油として、相溶性、電気絶縁性、熱安定性な
どに優れる点から、ポリオールエステル系の潤滑油が広
く用いられるようになってきている。
潤滑油としてはナフテン系、パラフィン系などの鉱油、
アルキルベンゼン、ポリαオレフィンなどの合成油が知
られており、圧縮機摺動部における摩擦、摩耗、焼き付
き防止などのために用いられている。
は、冷媒との接触を伴うため冷媒に対する安定性が優れ
ていること、冷媒との溶解性に優れていることなどが挙
げられる。従来、冷媒としては塩素を含有するフロン冷
媒が多く使用されていた。例えば、R11(トリクロロ
モノフルオロメタン)やR12(ジクロロジフルオロメ
タン)などのクロロフルオロカーボン類や、R22(モ
ノクロロジフルオロメタン)などのハイドロクロロフル
オロカーボン類が用いられてきた。これらの塩素を含有
する冷媒に対しては、ナフテン系鉱物油、パラフィン系
鉱物油、アルキルベンゼン系合成油、ポリαオレフィン
系合成油等が使用されてきた。
成層圏のオゾン層を破壊するため、国際的にその使用が
規制されるようになってきており、これに替わる代替フ
ロン冷媒として、R134a(1,1,1,2−テトラフルオ
ロエタン)等の塩素を含有しないハイドロフルオロカー
ボンが用いられるようになりつつある。ハイドロフルオ
ロカーボン冷媒に対しては、PAGなどのポリエーテル
系合成油あるいはポリオールエステル系合成油が提案さ
れている。
ドロフルオロカーボン冷媒との相溶性に優れ、また、電
気絶縁性、熱安定性などに優れることから、ハイドロフ
ルオロカーボン冷媒を用いる冷凍装置用潤滑油として、
最も適したものと考えられるようになってきている。し
かし、一方、ポリオールエステル系潤滑油は、使用条件
によっては、潤滑性及び低温流動性が必ずしも十分とは
言えない場合があることが指摘された。
効果(潤滑性向上)が望めないため、冷凍装置の軸受、
ピストン、シール部等で潤滑不良が生じやすく、エネル
ギー損失、摩耗増大、焼き付きなどを引き起こしたり、
冷媒や潤滑油の分解を促進し、腐食を引き起こす原因と
なったりする。このような問題に対処するため、従来か
ら硫黄系やリン系など各種の耐摩耗性向上剤を添加する
ことが行われてきた。しかし、従来、用いられてきた添
加剤は、潤滑性向上の添加効果が小さい、安定性が悪
い、冷媒との溶解性が小さい、金属材料に対して腐食性
を有するなどの問題のあるものが多く、冷凍装置用とし
ては必ずしも十分とは言えない場合があった。
テル系潤滑油の潤滑性及び低温流動性を改善することで
ある。
題を解決するために鋭意研究を行った結果、ポリオール
エステル化合物またはコンプレックスエステル化合物を
主成分とする潤滑油組成物に、炭素数5〜10のネオペ
ンチルポリオールと炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素
数7〜9のカルボン酸からなるポリオールエステル化合
物を添加することにより、潤滑油組成物の潤滑性、低温
流動性が大幅に向上するとともに、密閉型圧縮機におい
てモータに使用されている特定のエナメル被覆線と絶縁
フィルムに損傷等を与えないことも見出した。
0重量%配合したことを特徴とする、以下の(B)成分
のエステル化合物を主成分とする潤滑油組成物 (A)成分: 炭素数5〜10のネオペンチルポリオー
ルと炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素数7〜9のカル
ボン酸とからなるポリオールエステル化合物 (B)成分: 炭素数15以下の多価アルコール1種類
以上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1種類以上とを原料
として得たポリオールエステル化合物またはコンプレッ
クスエステル化合物
カルボン酸が直鎖カルボン酸であり、炭素数7〜9のカ
ルボン酸が分岐カルボン酸であることを特徴とする上記
1に記載の潤滑油組成物
物とハイドロフルオロカーボン冷媒からなる冷凍装置用
作動流体
構及び蒸発器を有し、上記3に記載の冷凍装置用作動流
体を用いることを特徴とする冷媒圧縮式冷凍装置
エナメル被覆線と絶縁フィルムとを備えたモータを有
し、前記エナメル被覆線がポリエステル線、上層ポリア
ミドイミド/下層ポリエステルイミド線及びポリアミド
イミド線のいずれか1種のエナメル被覆線からなり、前
記絶縁フィルムがポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート、ポリアミドイミドコートポリエ
ステル、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテル
エーテルケトンのいずれか1種の絶縁フィルムからなる
冷媒圧縮式冷凍装置を提供するものである。
(A)成分のエステル化合物を(B)成分のエステル化
合物に配合したものである。 (A)成分: 炭素数5〜10のネオペンチルポリオー
ルと炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素数7〜9のカル
ボン酸とからなるポリオールエステル化合物 (B)成分: 炭素数15以下の多価アルコール1種類
以上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1種類以上とを原料
として得たポリオールエステル化合物またはコンプレッ
クスエステル化合物
記載する。 (A)成分 (A)成分のポリオールエステル化合物を添加すること
により、エステル混合物の潤滑性、低温流動性が大幅に
向上させることが可能である。多価アルコールとして
は、ネオペンチルポリオール、すなわち、ネオペンチル
構造を有した炭素数5〜10のものが使用される。具体
的には、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタ
ン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、
ペンタエリスルトール、ジペンタエリスルトール等を挙
げることができる。
のものと炭素数7〜9のものとを併用する。炭素数4〜
5のカルボン酸としては、ブタン酸、イソブタン酸、ペ
ンタン酸、イソペンタン酸が挙げられ、炭素数7〜9の
カルボン酸としては、ヘプタン酸、イソヘプタン酸、オ
クタン酸、2−エチルヘキサン酸、ノナン酸、3,5,5
−トリメチルヘキサン酸等が挙げられる。
直鎖のカルボン酸であり、炭素数7〜9のカルボン酸が
分岐カルボン酸であるようなポリオールエステルを用い
る。なお、炭素数4〜5のカルボン酸と炭素数7〜9の
カルボン酸の割合は、1/9〜5/5好ましくは1/9
〜4/6である。炭素数4〜5のカルボン酸の割合が多
すぎると合成されたエステルの加水分解安定性が低下す
るため好ましくない。
たエステル混合物は、厳しい潤滑条件下でも、(A)成
分のエステル化合物が選択的に摺動面に吸着し、金属/
金属接触による摩耗を低減させる。つまり、(A)成分
の炭素数4〜5の部分で金属表面に強く吸着し、炭素数
7〜9の部分で吸着膜として金属/金属接触を妨げると
考えられる。炭素数4〜5の部分の原料として直鎖カル
ボン酸が好ましいのは分岐カルボン酸よりも強く吸着す
るからであり、炭素数7〜9の部分の原料として分岐カ
ルボン酸が好ましいのは、加水分解安定性、低温流動性
に優れるからである。炭素数が10以上になるとエステ
ルの低温流動性が悪くなる。一方、炭素炭素数3以下に
なると加水分解安定性が悪くなる。
ボン酸の炭素数の異なるものの組合せであり、低温流動
性に優れている。このポリオールエステルを添加するこ
とにより、低温流動性に劣るエステルの特性を改善する
ことが可能である。
は、配合する(B)成分のエステルの特性により適宜決
定することができる。0.1〜50重量%、好ましくは
1.0〜10重量%、より好ましくは1.0〜5重量%程
度配合すれば良い。配合量が少なすぎると、潤滑性向上
効果が小さく、一方、配合量が多すぎると有機材料への
影響が大きくなり、かつ加水分解安定性が低下するため
好ましくない。
ル1種類以上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1種類以上
とを原料として得たポリオールエステル化合物またはコ
ンプレックスエステル化合物であり、潤滑油組成物の主
成分である。炭素数15以下の多価アルコールとして
は、2価アルコール、3価アルコール、4価以上のアル
コールのいずれも使用することが可能である。
ルグリコール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、2
-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,
5-ペンタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタン
ジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2-メチル-
1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオー
ル、2-メチル-1,2-プロパンジオール、3-メチル-1,2-ブ
タンジオール、2-メチル-1,2-ブタンジオール、2-メチ
ル-2,3-ブタンジオール、2-メチル-2,4-ブタンジオー
ル、2,4-ジメチル-2,4-ペンタンジオール、2,2-ジメチ
ル-1,3-ブタンジオール、2,2-ジメチル-1,3-ペンタンジ
オール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2,3-ジ
メチル-2,3-ブタンジオール、エチレングリコール、1,2
-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタ
ンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオー
ル、1,6-ヘキサンジオール、2,3-ブタンジオール、1,2-
ペンタンジオール、2,3-ペンタンジオールなどが挙げら
れる。
ールプロパン、トリメチロールエタン、3-メチル-1,3,5
-ペンタントリオール、1,2,3-ブタントリオール、1,2,3
-ペンタントリオール、2-メチル-1,2,3-ブタントリオー
ル、2,3,4-ペンタントリオール、2,3,4-ヘキサントリオ
ール、5-エチル-4,5,6-ノナントリオール、1,2,4-ブタ
ントリオールなどが挙げられる。
エリスリトール、ペンタエリスリトールの縮合物、グリ
セリンの縮合物、エリトリット、アラビトール、ソルビ
トール、アンニトール、ソルビタンなどが挙げられる。
8の脂肪酸を使用すればよい。1価脂肪酸の例として
は、ペンタン酸、イソペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタ
ン酸、イソヘプタン酸、オクタン酸、2-エチルヘキサン
酸、ノナン酸、3,5,5-トリメチルヘキサン酸、デカン
酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミ
チン酸、パルミトオレイン酸、ステアリン酸、イソステ
アリン酸、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸な
どがある。本発明においては、これら1価脂肪酸の1種
類以上を適宜混合して、前記多価アルコールとの間でエ
ステル反応を生ぜしめ、各種潤滑油に要求される望まし
い物理特性を満足するエステルを得ることができる。
コンプレックスエステルを主成分とする潤滑油組成物
は、全酸価が0.1mgKOH/g以下、好ましくは0.05mgK
OH/g以下、また水酸基価は10mgKOH/g以下、好ましく
は5mgKOH/g以下のものが耐加水分解性の観点から求め
られる。これらの値が大きいエステル化合物は、吸湿性
が高く、加水分解しやすく、また、有機材料への影響も
大きい。従って、多価アルコールとカルボン酸との反応
に際しては、多価アルコールの未反応水酸基の残存量を
減少させるのに十分な反応時間をとり、かつ未反応カル
ボン酸を反応後に除去するとともにエステルの精製を行
うことが好ましい。
置における使用を考えると、精製後の体積抵抗率は1×
1012Ω・cm(25℃)以上とすることが望ましい。
に、下記のような添加剤を配合しても構わない。 摩耗防止剤:硫黄系、リン系、チオリン酸亜鉛系など。 酸化防止剤:フェノール系、アミン系、リン系など。 金属不活性化剤:ベンゾトリアゾール、チアジアゾー
ル、ジチオカルバメートなど。 酸捕捉剤:エポキシ化合物、カルボジイミド化合物な
ど。 油性剤:高級脂肪酸類、アルコールなどその他、公知の
潤滑油用添加剤。
として、作動油、軸受油、空気圧縮機油などに使用でき
るが、特にハイドロフルオロカーボン冷媒を用いる冷凍
装置用潤滑油として適している。
には、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R-134a)、1,1,
2,2-テトラフルオロエタン(R-134)、ジフルオロメタ
ン(R-32)、ペンタフルオロエタン(R-125)等の炭
素、水素、フッ素からなるハイドロフルオロカーボン冷
媒、あるいはこれらの混合冷媒(例えば、R-407C(R-3
2:R-125:R-134a=23:25:52)等)が挙げられる。
混合されることにより作動流体となり、冷凍装置の潤滑
をつかさどる。本発明の冷凍装置用潤滑油組成物とハイ
ドロフルオロカーボン冷媒とを5:95〜80:20の
割合で混合することにより作動流体として使用すること
が可能である。この範囲を外れ、油が少ない場合には、
潤滑不良になる危険性があり、油が多すぎる場合には、
効率が低下するため好ましくない。
少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器を有す
る冷媒圧縮式冷凍装置用の作動流体として用いることが
できる、例えば、冷凍機、空調機、冷蔵庫等への適用が
可能である。
ロータリー形或いはレシプロ形の圧縮機が用いられる
が、これらの冷媒圧縮機のモータ部の電気絶縁システム
材料である絶縁フィルムとしては、ガラス転移温度50℃
以上の結晶性プラスチックフィルム、例えば、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリエチレンナフタレート、ポリアミドイミド、ポ
リイミドあるいは、ガラス転移温度の低いフィルム上に
ガラス転移温度の高い樹脂層を被覆する複合フィルムな
どを用いることができる。これらは、引張強度特性、電
気絶縁特性の劣化現象が生じにくく、実用上問題のない
ものである。
ヤも、ガラス転移温度120℃以上のエナメル被覆、例え
ば、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミ
ド等の単一層、あるいはガラス転移温度の低いものを下
層に、ガラス転移温度の高いものを上層に複合したエナ
メル被膜などを用いることができる。これらも、前記フ
ィルム同様に、加水分解による被膜の劣化、亀裂の発
生、軟化、膨潤、絶縁破壊電圧の低下等が少なく、実用
面での信頼性の向上に役立つものである。
が、本発明は実施例に限定されるものではない。 I.潤滑性評価 (A)成分のエステルとして、以下のポリオールエステ
ルを準備した。いずれも、40℃の粘度が32mm2/sと
なるようカルボン酸の混合比を調整した。 A1:ペンタエリスリトールと、ペンタン酸(20モル
%)と3,5,5-トリメチルヘキサン酸(80モル%)の混
合酸とのエステル A2:ペンタエリスリトールと、イソペンタン酸(20
モル%)と3,5,5-トリメチルヘキサン酸(80モル%)
の混合酸とのエステル A3:ペンタエリスリトールと、ペンタン酸(30モル
%)と2-エチルヘキサン酸(70モル%)の混合酸との
エステル
エリスリトール(50モル%)の混合アルコールと2-エ
チルヘキサン酸とのエステルを準備した。 これらのエステルの性状を表1に示す。
価をFalex摩耗試験で行った。なお、参考としてA1、
A2、A3をそれぞれ単独で用いた場合についても試験
を行った。試験方法は、ASTM 2670に準拠し、以下の条
件で行い、ピンとブロックの摩耗量で評価した。 試験条件: ピン材質 AISI 3135(Fe) ブロック材質 AISI C-1137(Fe) 油温 60℃ 回転数 290[rpm] 慣らし 445[N] / 5[min] 本試験 1334[N] / 60[min] Falex試験結果を表2に示す。A1、A2、A3を含む
本発明のポリオールエステル冷凍機油はいずれも摩耗低
減に効果があった。特に直鎖のC5酸であるペンタン酸
を使用したポリオールエステルであるA1とA3が摩耗
低減の効果が大きかった。なお、比較例I−1,I−2,
I−3のA1、A2、A3をそれぞれ単独で用いた場合
も潤滑性は良好であったが、これらは短鎖の酸からなる
エステルであるため、単独使用では加水分解安定性が悪
く実際の使用に耐えるものではなかった。
(B)成分のエステルとして、 B2:ネオペンチルグリコール(20モル%)とペンタ
エリスリトール(80モル%)の混合アルコールと2-エ
チルヘキサン酸のエステル を準備した。B2の40℃の動粘度は32mm2/sであっ
た。A1とB2との混合物について、低温流動性を評価
した。評価はサンプル瓶に入れた油を−35℃の恒温槽
で静置し、4時間後の状態を観察して行った。低温流動
性評価試験結果を表3に示す。なお、比較例II−1とし
て挙げたA1単独の場合も低温流動性は良好であった
が、前述したように、A1単独使用では加水分解安定性
が悪く実際の使用に耐えるものではなかった。
ことから、冷媒としてR134aとR407Cを選択し、JIS K221
1の相溶性試験に準じ、油/冷媒=2/8の場合の二層
分離温度を測定した。相溶性について評価するために、
前記A1と、(B)成分のエステルとして、 B3:ペンタエリスリトールと2-エチルヘキサン酸のエ
ステル を準備した。B3の40℃の動粘度は45mm2/sであっ
た。A1とB3との混合物について、相溶性の評価結果
を表4に示す。
がり、冷媒との相溶性が良くなるため、作動流体として
適している。なお、比較例III−1として挙げたA1単
独の場合も相溶性は良好であったが、前述したように、
A1単独使用では加水分解安定性が悪く実際の使用に耐
えるものではなかった。
て、 A4:ペンタエリスリトールと、ペンタン酸(60モル
%)と3,5,5-トリメチルヘキサン酸(40モル%)の混
合酸とのエステル と前記II.低温流動性試験で用いたB2成分を準備し、
B2にA4を配合した潤滑油について評価した。
0ppmに調整し、この7mlとR134a冷媒3ml及びポリアミ
ドイミド被覆のエナメル線(長さ;90mm)3本を、試
験管に入れて密封し、175℃で14日間エージングし
た後の潤滑油のASTM色(JISK2580)、外観、全酸価(JI
S K2501)、フロック点(JIS K2211)をそれぞれ測定し
た。この結果を表5に示した。
は全く見られず、上記被覆のエナメル線が潤滑油によっ
て全く変化を受けなかったことは明らかである。
ル線に代えてポリエチレンテレフタレートフィルム(東
レ製、X-10、9mm×90mm)3枚を、またエージン
グ温度を150℃にした以外は、全く同様の操作を行っ
た。この結果を表6に示した。
れず、上記絶縁フィルムが潤滑油によって全く変化を受
けなかったことは明らかである。
ルポリオールと炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素数7
〜9のカルボン酸とからなるポリオールエステル化合物
を0.1〜50重量%配合した、炭素数15以下の多価
アルコール1種類以上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1
種類以上とを原料として得たポリオールエステル化合物
またはコンプレックスエステル化合物を主成分とする潤
滑油組成物は、従来のエステル系潤滑油では必ずしも十
分とは言えなかった潤滑性、低温流動性を大きく改善す
ることができる。このため、種々の潤滑油用途に最適で
ある。特に、冷媒との相溶性にも優れ、また、特定のエ
ナメル被覆線及び特定の絶縁フィルムに損傷等を与えな
いため、ハイドロフルオロカーボン冷媒を用いる冷凍装
置用として最適である。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記(A)成分のエステル化合物を0.
1〜50重量%配合したことを特徴とする下記(B)成
分のエステル化合物を主成分とする潤滑油組成物。 (A)成分:炭素数5〜10のネオペンチルポリオール
と炭素数4〜5のカルボン酸及び炭素数7〜9のカルボ
ン酸とからなるポリオールエステル化合物 (B)成分:炭素数15以下の多価アルコール1種類以
上と炭素数5〜18の1価脂肪酸1種類以上とを原料と
して得たポリオールエステル化合物またはコンプレック
スエステル化合物 - 【請求項2】 (A)成分のうち、炭素数4〜5のカル
ボン酸が直鎖カルボン酸であり、炭素数7〜9のカルボ
ン酸が分岐カルボン酸であることを特徴とする請求項1
に記載の潤滑油組成物。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の潤滑油組成物
とハイドロフルオロカーボン冷媒からなる冷凍装置用作
動流体。 - 【請求項4】 少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張機構及
び蒸発器を有し、請求項3に記載の冷凍装置用作動流体
を用いることを特徴とする冷媒圧縮式冷凍装置。 - 【請求項5】 圧縮機は密閉型で、エナメル被覆線と絶
縁フィルムとを備えたモータを有し、前記エナメル被覆
線がポリエステル線、上層ポリアミドイミド/下層ポリ
エステルイミド線及びポリアミドイミド線のいずれか1
種のエナメル被覆線であり、前記絶縁フィルムがポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリアミドイミドコートポリエステル、ポリフェニレン
サルファイド及びポリエーテルエーテルケトンのいずれ
か1種の絶縁フィルムである請求項4に記載の冷媒圧縮
式冷凍装置。
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