JP5221835B2 - エネルギー保存型動力伝達装置用流体 - Google Patents
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Description
潤滑油の粘度を下げれば潤滑油を使用している装置における無駄なエネルギー消費を削減できる、ということはよく知られている。この技術は低温作業温度で潤滑油粘度が高い場合において特に重要である。適切な流体力学的膜が装置中に設けられる限りこの技術は働く。粘度が低くなりすぎると、流体力学的膜はうまくできず摩擦が増大し、その結果エネルギーの損失が増えることになる。流体粘度を下げてエネルギーの消費を抑制することを、「チャーニングロス(churninglosses)」を抑制する言うことがある。しかしながら、本発明者等は潤滑油ベースストックを適切に選択することによって、粘度とは無関係にギアーのかみ合いでのエネルギー損失を減らすことができることを見出し、より粘度の高いエネルギー保存型の潤滑剤処方の提供を可能にした。
本発明において、動力伝達用流体とは、機械的エネルギーの伝達に関わるギアーと接触して使用される潤滑油であればいずれのものも含むものと定義する。これらの装置としては、一般に、自動車用に使用される自動変速機、手動変速機、無段変速機、自動化手動変速機、トランスファーケース、車軸及び差動装置が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、これらの装置には、工業用変速機同様、工業用分野で使用される定置ギアーも含まれる。
(a)100℃における動粘度が40〜500mm2/sのポリα−オレフィンベースストックを1〜49重量%と、
(b)100℃における動粘度が2〜10mm2/sの潤滑油ベースストックを1〜95重量%と、
(c)炭素数5〜30のモノカルボン酸と、式R(OH)nで表され式中nが少なくとも2であり、かつ5以下であり、Rは脂肪族又は脂環式のヒドロカルビル基を表すポリオールとのポリオールエステルを1〜49重量%と、
(d)有効量の機能性添加剤パッケージとを含有し、組成物の100℃における動粘度は少なくとも4mm2/sである。
ポリオールエステルを有する本発明の組成物の安定温度は、適切な方法でテストを行った場合、ポリオールエステルを含有せずにテストに供した同じ組成物と比べて少なくとも2℃低い。
ポリα−オレフィン(PAO)は末端不飽和アルケンのオリゴマーである。本発明で用いるポリα−オレフィンは、その粘度に特徴を有する。本発明では、高粘度ポリα−オレフインは、100℃において約40〜約500mm2/sの動粘度を有するものと定義する。高粘度ポリα−オレフィンの製造についてはこの分野では既知であり、例えば米国特許第4,041,098号に記載されている。
ポリα−オレフィンは、いずれの末端不飽和オレフィン又は末端不飽和オレフィンの混合物からも製造することができる。好ましいポリα−オレフィンは1−オクテン又は1−デセン、或いはそれらの混合物から作成される。これらのポリα−オレフィンは飽和又は不飽和でもよい。好ましいPAOの動粘度は約40〜約250mm2/s、もっとも好ましくは約40〜約100mm2/sである。また、最も好ましいPAOは水素添加により飽和しているものである。
本発明の組成物は、高粘度ポリα−オレフィンを少量含有する。通常、その量は1〜49重量%となる。その正確な量は、最終製品となる潤滑油の所望の動粘度に応じて決める。
本発明で使用される潤滑油は、天然潤滑油、合成潤滑油、又は天然潤滑油と合成潤滑油の混合物からの誘導体のどちらかである。また、好ましい潤滑油としては、合成ワックスやスラックワックスの異性化によって得たベースストックや、原油の芳香族極性成分を水素化分解(溶媒処理よりむしろ好ましい)により生成したベースストックも含まれる。この潤滑油は、100℃において約2mm2/s〜約10mm2/s(cSt)の動粘度を有する。天然潤滑油とは、動物油及び植物油(例えば、ヒマシ油やラード油)、石油系油、鉱物油、並びに石炭やケツ岩から誘導される油が挙げられる。好ましい天然潤滑油は、鉱物油である。
鉱物油の中でも特に有用なのは、厳密に水素処理又は水素化分解された鉱物油である。これらのプロセスにおいて、鉱物油は水素化触媒の存在下、高温で非常に高い水素圧にさらされる。代表的な処理条件としては、水素化触媒上で水素圧が約3000lbf/in2(psi)(20690000Pa)、温度が300〜450℃の範囲である。このプロセスによって潤滑油から硫黄や窒素が取り除かれ、原料油中のアルキレン又は芳香族構造が飽和する。その結果、極めて良好な耐酸化性と粘度指数を有する基油となる。上記のプロセスの二つ目の利点は、原料油の低分子量成分、例えばワックスなどを直鎖から分岐構造へ異性化することができ、それによって低温度特性が非常に向上した基油を最終的に提供することができるという点である。この水素処理した基油に、卓越した低温流動性を与えるために、水素処理した基油を接触分解又は従来の手段のどちらかでさらに脱ロウしてもよい。上記のプロセスを一つ以上用いて作成した潤滑基油の市販品の例としては、Chevron社の「RLOP」、Petro−Canada社の「P65」「P100」、Yukong社の「Yubase 4」、Imperial Oil社の「Canada MXT」、Fortum社の「Nexbase 3060」、Shell社の「XHVI5.2」が挙げられる。
潤滑油ベースストックとしては、100℃における動粘度が2.0mm2/s(cSt)〜10.0mm2/s(cSt)となる。好ましい鉱物油の100℃における動粘度は2〜6mm2/s(cSt)であり、最も好ましいのは3〜5mm2/s(cSt)の鉱物油である。
潤滑油ベースストックは、本発明の組成物において約1〜95重量%、好ましくは5〜75重量%含まれているとよい。
本発明のポリオールエステルは、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリトリトール及び長鎖のカルボン酸のようなポリヒドロキシ種の化合物から作成される。本発明において有用なエステルとしては、炭素数5〜30のモノカルボン酸とポリオールから作られるエステル類、及びネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトール等のポリオールエーテル類が挙げられる。
好適なポリオールは、式R(OH)nで表され、式中Rは脂肪族または脂環式のヒドロカルビル基(好ましくはアルキル基)を表し、nは少なくとも2であり、かつおよそ5以下であり、好ましくは3〜5である。ヒドロカルビル基は約2〜約20個以上の炭素原子を含んでいるとよく、さらにヒドロカルビル基は塩素、窒素及び/又は酸素原子のような置換基を有していてもよい。ポリヒドロキシ化合物は通常一つ以上のオキシアルキレン基を有していてもよく、そのためポリヒドロキシ化合物には、ポリエーテルポリオール類のような化合物が含まれる。カルボン酸エステルの形成に使用するポリヒドロキシ化合物に含まれる炭素原子の数(即ち、炭素数を指すが本出願明細書を通して使われている炭素数という用語は、場合に応じて酸又はアルコールのいずれかにおける炭素原子の総数を指す)、及びヒドロキシル基の数(即ち、ヒドロキシル価)は、広い範囲にわたって異なるものでもよい。
ポリオールとしてとりわけ有用であるのが以下のアルコールである。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、モノペンタエリトリトール、工業銘柄のペンタエリトリトール、及びジペンタエリトリトール。もっとも好ましいアルコールは、工業銘柄のペンタエリトリトール(例えば約88%のモノペンタエリトリトール、10%のジペンタエリトリトール、1〜2%のトリペンタエリトリトール)、モノペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール及びトリメチロールプロパンである。
好ましいポリオールエステルとして、100℃における動粘度が13.19mm2/s、40℃における動粘度が91.66mm2/sのイソステアリン酸トリメチロールプロパンの市販品「Priolube」が挙げられる。
ポリオールエステルは、1〜49重量%、好ましくは5〜50重量%、さらに好ましくは5〜25重量%含まれる。
機能性添加剤パッケージは所望の最終用途によって決める。一般的に、動力伝達用流体の機能性パッケージには、酸化防止剤、磨耗防止剤、摩擦改質剤、無灰分散剤、極圧添加剤、腐蝕抑制剤、粘度調整剤、及び消泡剤が含まれ、各添加剤はそれぞれの正常な付帯機能を達成できる通例の量、例えば1〜25重量%含まれる。個々の成分の正確な量、個々の成分が含まれているか否かは、意図する用途による。高分子粘度調整剤を含まない組成物が好ましい。
自動車用ギヤオイル添加剤パッケージには、一種以上の高度に硫化した炭化水素又はエステル、亜リン酸塩又は燐酸塩、腐蝕抑制剤、分散剤及び消泡剤を含んだタイプがある。市販のギヤオイル添加剤パッケージとしては、例えば、Lubrizol社の「Anglamol 99」、「Anglamol 6043」及び「Anglamol 6085」;Ethyl社の「Hitec 320」、「Hitec 323」、「Hitec 350」及び「Hitec 385」;ExxonMobil Chemical社の「Mobilad G−252」、「Mobilad G−251」及び「Mobilad G−2001」が挙げられる。
二つ目のタイプの自動車用ギヤオイル添加剤パッケージは、コロイド状に分散した三硼酸カリウム粒子からなる。この技術については米国特許第3,853,772号、同第3,912,639号、同第3,912,643号、及び同第4,089,790号に記載されている。この技術に基づいた市販のギヤオイルパッケージの一例として、ChevronTexaco Chemical社のOronite部門から市販されている「OLOA 9151X」が挙げられる。
自動軍用ギヤオイル添加剤パッケージは、通常、最終製品である潤滑油の重量に対して約1〜約15重量%用いられる。
手動変速機用流体は、特化した添加剤パッケージから、又は自動車用ギヤオイルパッケージの処方割合を減らしたものから直接処方することができる。手動変速機用流体の添加剤パッケージは、通常、一種以上の磨耗防止剤、無灰分散剤、腐蝕抑制剤、摩擦改質剤、消泡剤を含有し、さらに粘度調整剤が含まれることもある。市販の手動変速機用流体の添加剤パッケージとしては、Infineum社の「Infineum T4804」が挙げられるが、これは消泡剤、酸化防止剤、防錆剤、スルホン酸マグネシウム系洗浄剤、封止膨潤剤(seal swellant)、アミンホスフェート系磨耗防止剤、ホウ化ポリイソブテニルコハク酸イミド系分散剤及び摩擦改質剤を含み、それぞれが正常な付帯機能を達成できる通例の量を含有している。
手動変速機用流体添加剤は、通常、最終製品の潤滑油の重量に対して約1〜約10%含まれる。
自動変速機用流体の添加剤パッケージは、通常、無灰分散剤、磨耗防止剤、酸化防止剤、腐蝕抑制剤、摩擦改質剤、封止膨潤剤(seal swell agent)、消泡剤を含み、さらに粘度調整剤が含まれることがある。市販の自動変速機用流体の添加剤パッケージとしては、Lubrizol社の「Lubrizol 6950」、「Lubrizol 7900 」及び「Lubrizol 9614」;Ethyl社の「Hitec 403」、「Hitec 420」及び「Hitec 427」;並びにInfineum社の「Infineum T4520」及び「Infineum T4540」が挙げられる。
自動変速機用流体添加剤は、通常、最終製品の潤滑油の重量に対して約1〜約20%含まれる。
自動変速機用流体における添加剤の代表的な量を以下にまとめる。
ARKL(軸方向スラストボールベアリング(axial thrust ball bearing))テスト。このテストはフォルクスワーゲン社が開発してきたもので、テスト方法はフォルクスワーゲン社の「PV 1454」を利用できる。このテストでは、高い負荷(5000N)がかかったボール型スラストベアリングを試料となる潤滑油(40ml)中で120分間回転させる(回転数4000rpm)。テスト用ベアリングと潤滑油は熱電対を備えた断熱ハウジングに収納する。120分間の運転時間が終了した時点で定常状態の温度を以下の式を使って求める。
【数1】
Tsteadystate =(30℃−Tambient)+Ttest oil
以下の実施例は、クレームした本発明を具体的に説明するために示すものであるが、実施例で述べた具体的な詳細部分に本発明は限定されないものとする。すべての「部」及び「パーセント」は、特に指示がないかぎり重量基準である。
表1
テスト用流体組成物*
*質量%による。
1ExxonMobil Chemical社(テキサス州ヒューストン)のギヤオイル添加剤パッケージ
2Crompton社(コネチカット州ミドルベリー)の「Synton 100」で、100℃における動粘度(kv)は100mm2/s
3ExxonMobil Chemical社(テキサス州ヒューストン)の「SHF 63」で、100℃における動粘度(kv)は6mm2/s
4Uniquema社(オランダ、ゴーダ)の「Priolube 3999」
5Cognis社(オハイオ州シンシナティ)の「Emery 2958」
Claims (5)
- エネルギー保存型自動車用ギヤオイル組成物であって、
(a)100℃における動粘度が40〜100mm2/sのポリα−オレフィンベースストックを1〜49重量%と、
(b)100℃における動粘度が3〜6mm2/sの潤滑油ベースストックを1〜95重量%と、
(c)炭素数5〜30の脂肪族モノカルボン酸と、式R(OH)nで表され、式中Rは脂肪族または脂環式のヒドロカルビル基を表し、nが少なくとも2であるポリオールとのポリオールエステルを1〜49重量%と、
(d)有効量の自動車用ギヤオイル添加剤パッケージとを含有し、組成物の100℃における動粘度が少なくとも4mm2/sであるエネルギー保存型自動車用ギヤオイル組成物。
- 高分子粘度調整剤を含まない請求項1記載の組成物。
- 潤滑油ベースストックがポリα−オレフィンである請求項1記載の組成物。
- 潤滑油ベースストックが鉱物油である請求項1記載の組成物。
- ポリオールエステルがイソステアリン酸トリメチロールプロパンである請求項1記載の組成物。
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