JP2005336256A

JP2005336256A - 潤滑油組成物

Info

Publication number: JP2005336256A
Application number: JP2004154880A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ozaki; 義則尾崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】高油温かつ低速回転での内燃機関等の運転条件下においても十分な低摩擦係数が得られる潤滑油組成物を提供する。
【解決手段】フッ素系シランカップリング剤を含有することを特徴とする潤滑油組成物である。フッ素系シランカップリング剤は、下記一般式（Ｉ）で示される化合物であることが好ましい。
【化１】

（式中、Ｙは炭素数１〜１２のフッ化アルキル基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３はそれぞれ、炭素数１〜４のアルコキシ基、炭素数１〜４のアルキル基、または塩素原子のいずれかを表す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等の内燃機関等に用いる潤滑油組成物に関する。

従来、自動車等の内燃機関や、自動変速機、緩衝器、パワーステアリング等の駆動系機器や、ギア等にはその作動を円滑にするために潤滑油が用いられている。特に、自動車等の内燃機関に用いられる潤滑油（エンジンオイル）は、各種摺動部品の潤滑の他、エンジン内の冷却や燃焼生成物の洗浄分散、さらには錆や腐食を防止する等の作用を果たす。

このように、内燃機関用潤滑油には多様な性能が要求され、しかも近年、内燃機関の高性能化、高出力化、運転条件の過酷化等に伴い、さらに高度な性能が要求されてきている。また、金属ベルトを使用した連続可変変速機（ＣＶＴ）に用いられる潤滑油には、摩耗を防止するための潤滑性を有しながら、十分な動力伝達のためにプールとベルトが滑らないように一定以上の摩擦力を有するものが要求されてきている。

また、内燃機関においては潤滑油が関与する摩擦部分でのエネルギ損失が大きいために、摩擦損失低減や燃費低減対策として、摩擦調整剤（ＦＭ：フリクションモディファイヤ）を始め、ＺｎＤＴＰ，こはく酸イミド、カルシウムスルホネート、硫化オキシモリブデンジチオカルバメート（ＭｏＤＴＣ）等の各種の添加剤を組み合わせた潤滑油が使用されている（例えば、特許文献１）。また、特定のシラン化合物を潤滑油用の添加剤として使用する例も知られている（特許文献２）。

特公平３−２３５９５号公報特開平８−３３７７８８号公報

しかしながら、これらの潤滑油においては、高油温かつ低速回転での内燃機関等の運転条件下では、十分な低摩擦係数が得られないという問題があった。

本発明は、高油温かつ低速回転での内燃機関等の運転条件下においても十分な低摩擦係数が得られる潤滑油組成物である。

本発明は、フッ素系シランカップリング剤を含有する潤滑油組成物である。

また、前記潤滑油組成物において、前記フッ素系シランカップリング剤は、フッ素原子を３個以上有することが好ましい。

また、前記潤滑油組成物において、前記フッ素系シランカップリング剤は、下記一般式（Ｉ）で示される化合物であることが好ましい。

（式中、Ｙは炭素数１〜１２のフッ化アルキル基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３はそれぞれ、炭素数１〜４のアルコキシ基、炭素数１〜４のアルキル基、または塩素原子のいずれかを表す。）

また、前記潤滑油組成物において、前記潤滑油組成物中の前記フッ素系シランカップリング剤の含有量は、０．０１重量％〜５重量％の範囲であることが好ましい。

本発明において、フッ素系シランカップリング剤を潤滑油の添加剤として用いることにより、高油温かつ低速回転の運転条件下においても十分な低摩擦係数が得られる潤滑油組成物を提供する。

以下、本発明の本実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係る潤滑油組成物は、添加剤としてフッ素系シランカップリング剤を含有する。フッ素系シランカップリング剤は、フッ素原子を分子内に含有する化合物であれば、特に制限はないが、フッ素原子の数が多いほど摩擦低減効果が上がるため、好ましい。具体的には、フッ素原子を３個以上分子内に有することが好ましく、フッ素原子を５個以上分子内に有することがより好ましく、フッ素原子を７個以上分子内に有することがさらに好ましく、フッ素原子を１１個以上有することがとりわけ好ましく、フッ素原子を１７個以上有することが特に好ましい。フッ素原子の数が３個未満であると、摩擦低減効果が小さくなる場合がある。また、フッ素原子の数は２５個以下であることが好ましい。フッ素原子の数が２５個を超えると、潤滑油に対する溶解性が低下する場合がある。

また、本発明の実施形態に係る潤滑油組成物において、フッ素系シランカップリング剤は、下記一般式（Ｉ）で示される化合物であることが好ましい。

Ｙで示される炭素数１〜１２のフッ化アルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ノナデカフルオロノニル基、ヘンエイコサフルオロデシル、トリコサフルオロウンデシル基、ペンタコサフルオロドデシル基、等が挙げられる。また、炭素数１〜１２のフッ化アルキル基は、直鎖であっても分岐であってもよい。

フッ化アルキル基は、炭素数が１〜１２であるが、炭素数２〜１２であることが好ましく、炭素数３〜１２であることがより好ましく、炭素数５〜１２であることがさらに好ましく、炭素数８〜１２であることがとりわけ好ましい。炭素数が１２を超えると、潤滑油に対する溶解性が低下する場合がある。

Ｒで示される炭素数１〜４のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等が挙げられるが、エチレン基であることが好ましい。

Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３で示される炭素数１〜４のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブチルオキシ基等が挙げられる。また、炭素数１〜４のアルコキシ基は、直鎖であっても分岐であってもよい。

Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３で示される炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、炭素数１〜４のアルキル基は、直鎖であっても分岐であってもよい。

Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３で示される置換基としては、炭素数１〜４のアルコキシ基または炭素数１〜４のアルキル基であることが好ましく、炭素数１〜４のアルコキシ基であることがより好ましい。

本実施形態における具体的なフッ素系シランカップリング剤としては、例えば、
ＣＦ_３ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_４ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_４ＣＨ_２ＣＨ_２ＳｉＣＨ_３（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_４ＣＨ_２ＣＨ_２ＳｉＣＨ_３（ＯＣ_３Ｈ_７）_２、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＨ_２ＣＨ_２ＳｉＣＨ_３（ＯＣ_３Ｈ_７）_２、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＨ_２ＣＨ_２ＳｉＣＨ_３（ＯＣ_３Ｈ_７）_２、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_９ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、等の化合物が挙げられる。

また、本発明の実施形態に係る潤滑油組成物において、潤滑油組成物中の前記フッ素系シランカップリング剤の含有量は、０．０１重量％〜５重量％の範囲であることが好ましく、０．１重量％〜３重量％の範囲であることがより好ましく、１重量％〜３重量％の範囲であることがさらに好ましい。含有量が０．０１重量％より少ないと、摩擦低減効果が小さくなる場合があり、含有量が５重量％を超えると、摩擦低減効果に差がなくなる場合がある。また、含有量が５重量％を超えると、潤滑油の発泡が多くなり問題が生じる可能性がある。

本実施形態に係る潤滑油組成物において、フッ素系シランカップリング剤を潤滑油の添加剤として用いることにより、高油温かつ低速回転の内燃機関等の運転条件下においても十分な低摩擦係数が得られる。

一般に、高速回転（例えば、自動車エンジンにおいて２０００ｒｐｍ以上）の運転条件においては、内燃機関等の摺動部材の摺動面に、潤滑油の油膜が形成されやすくなるため、その油膜自体により潤滑を行うことができるが、低速回転（例えば、自動車エンジンにおいて１０００ｒｐｍ以下）の運転条件においては、摺動面に油膜が十分に形成されにくくなり、摺動部材の摺動面の接触がかなりの頻度で起こってしまう可能性がある。また、油温が低いと、粘度が高くなり、油膜が形成されやすくなるが、油温が高いと、粘度が低下し、油膜が形成されにくい。そのため、従来の潤滑油組成物を使用すると、特に高油温かつ低速回転において、十分な摩擦係数が得られなかった。

しかし、本実施形態に係る潤滑油組成物において、フッ素系シランカップリング剤を用いることにより、摺動部材の摺動面を化学的に直接修飾すると同時に、フッ素原子の低表面張力により、摺動面の摩擦係数を十分に低減すると考えられる。また、摺動面の摩擦係数を低減することにより、結果的に摺動面の耐摩耗性を向上することができる。

また、本実施形態に係る潤滑油組成物には、摩擦調整剤（ＦＭ：フリクションモディファイヤ）を始め、ＺｎＤＴＰ；こはく酸イミド；カルシウムスルホネート；硫化オキシモリブデンジチオカルバメート（ＭｏＤＴＣ）；アミノ系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、スチリル系シランカップリング剤、メタクリロキシ系シランカップリング剤、アクリロキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、等の公知のシランカップリング剤；等の各種の添加剤を併用してもよい。併用するときの、潤滑油組成物中の添加剤の含有量は、０．０１重量％〜５重量％の範囲であることが好ましい。

このように、本実施形態に係る潤滑油組成物において、フッ素系シランカップリング剤を潤滑油の添加剤として用いることにより、高油温かつ低速回転の運転条件下においても十分な低摩擦係数を得ることができ、摺動面の耐磨耗性を向上することができる。また、この摩擦係数低減効果は、潤滑油組成物の交換を行わない限り持続され、例えば、通常のエンジンオイル交換サイクルである半年から１年の間、効果を持続させることができる。

また、本実施形態に係る潤滑油組成物は、潤滑油の種類、性状等にかかわらず、フッ素系シランカップリング剤を添加することにより、摩擦係数低減効果、耐摩耗性向上等に効果を発揮する。

本実施形態に係る潤滑油組成物は、自動車等のエンジン等の内燃機関用、ギア油、ＣＶＴフルード、ＡＴＦ、ショックアブソーバ油等の自動車用潤滑油として、好適に使用することができるが、その他、通常の駆動系部品の潤滑、金属部品の潤滑等、特に制限なく使用することができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜潤滑油組成物＞
エンジン用潤滑油（キャッスルモータオイル５Ｗ−２０，ＡＰＩ規格ＳＬ、添加剤ＭｏＤＴＣが予め０．１重量％〜１．０重量％添加されている）に、フッ素系シランカップリング剤として、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ７８０３）を、添加量を潤滑油に対して、それぞれ０重量％、０．０１重量％、０．０５重量％、０．１％重量、０．５重量％、１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、７．０重量％として、潤滑油組成物を作成した。

＜摩擦試験＞
この潤滑油組成物それぞれについて、金属間摩擦特性を評価するため、ＡＳＴＭＤ２７１４−９４に規定する「Standard Test Method for Calibration and Operation of Falex Block-on-Ring Friction and Wear Testing Machine」に準拠して、下記に示す条件で摩擦試験を行い、各すべり速度において計測された摩擦力から摩擦係数を求めた。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１に示す。

[摩擦試験条件]
リング:Falex S-10 テストリング（SAE 4620 Steel）
ブロック:アルミニウム合金テストブロック（AC8A-T5）
油温：８０℃
試験片荷重：４５Ｎ
リング回転数：２０ｒｐｍ

また、０．１重量％、１．０重量％、５．０重量％の潤滑油組成物について、試験後のブロックの摺動面についた筋状の摩擦跡の深さを、表面粗さ計（株式会社小坂研究所製）で測定して、摩耗量とした。結果を図２及び表１に示す。

（実施例２）
フッ素系シランカップリング剤として、ＣＦ_３ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ７１０３）を使用した以外は、実施例１と同様にして、潤滑油組成物を作成し、摩擦係数の測定を行った。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１に示す。

（実施例３）
フッ素系シランカップリング剤として、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_９ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３を使用した以外は、実施例１と同様にして、潤滑油組成物を作成し、摩擦係数の測定を行った。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１に示す。

（実施例４）
フッ素系シランカップリング剤として、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３を使用した以外は、実施例１と同様にして、潤滑油組成物を作成し、摩擦係数の測定を行った。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１に示す。

（比較例１）
シランカップリング剤として、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ４０３）を使用した以外は、実施例１と同様にして、潤滑油組成物を作成し、摩擦係数の測定、摩耗量の測定を行った。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１、図２及び表１に示す。

（比較例２）
シランカップリング剤として、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ５０３）を使用した以外は、実施例１と同様にして、潤滑油組成物を作成し、摩擦係数の測定、摩耗量の測定を行った。摩擦試験後、添加量７．０重量％の潤滑油組成物については、潤滑油組成物に発泡が見られた。結果を図１、図２及び表１に示す。

図１からわかるように、比較例１，２の潤滑油組成物に比べて、実施例１〜４の潤滑油組成物は摩擦係数が低くなっており、フッ素系シランカップリング剤による大幅な摩擦係数低減効果が確認された。なお、使用したエンジン用潤滑油（キャッスルモータオイル５Ｗ−２０，ＡＰＩ規格ＳＬ）には、添加剤ＭｏＤＴＣが予め０．１重量％〜１．０重量％添加されていることから、従来の添加剤に比べてもフッ素系シランカップリング剤による摩擦係数低減効果が非常に大きいことがわかる。さらに、フッ素系シランカップリング剤の添加量については、０．１重量％でも摩擦係数は大きく低減しているが、１重量％で十分に摩擦係数が低減している。一方、５重量％を超えると摩擦係数低減効果はそれほど変わらないことがわかる。

また、表１及び図２からわかるように、摩耗量についても、比較例１，２の潤滑油組成物に比べて、実施例１の潤滑油組成物は少なくなっており、摩耗量低減に対しても効果が認められた。また、フッ素系シランカップリング剤の添加量については、０．１重量％でも摩耗量はやや低減しているが、１重量％で十分に摩耗量が低減している。

本発明の実施例１〜４、比較例１，２における、シランカップリング剤の添加量と、摩擦係数と関係を示す図である。本発明の実施例１、比較例１，２における、シランカップリング剤の添加量と、摩耗量との関係を示す図である。

Claims

フッ素系シランカップリング剤を含有することを特徴とする潤滑油組成物。
請求項１に記載の潤滑油組成物であって、
前記フッ素系シランカップリング剤は、フッ素原子を３個以上有することを特徴とする潤滑油組成物。
請求項１または２に記載の潤滑油組成物であって、
前記フッ素系シランカップリング剤は、下記一般式（Ｉ）で示される化合物であることを特徴とする潤滑油組成物。

（式中、Ｙは炭素数１〜１２のフッ化アルキル基を表し、Ｒは炭素数１〜４のアルキレン基を表し、Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３はそれぞれ、炭素数１〜４のアルコキシ基、炭素数１〜４のアルキル基、または塩素原子のいずれかを表す。）
請求項１〜３のいずれか１つに記載の潤滑油組成物であって、
前記潤滑油組成物中の前記フッ素系シランカップリング剤の含有量は、０．０１重量％〜５重量％の範囲であることを特徴とする潤滑油組成物。