JP2008519125A - 負荷容量および表面疲労寿命を向上させる潤滑剤添加剤パッケージ - Google Patents

Abstract

本発明は、潤滑剤または基油の負荷容量、耐圧性、表面疲労寿命、および他の性能特性を向上させる多機能潤滑剤添加剤パッケージまたは組成物を提供する。この組成物は通常、４つの成分：（ａ）アルキルまたはアリール中性リン酸エステルと、（ｂ）有機長鎖部分エステルと、（ｃ）アリールまたはアルキル亜リン酸エステルと、（ｄ）フェノール基と、を含む。本発明は、さらに、性能特性が向上した多機能潤滑剤を提供し、この潤滑剤は、潤滑剤と上記多機能潤滑剤添加剤パッケージまたは組成物とを混合することによって得られる。

Description

本発明は、潤滑剤の性能特性を向上させる多機能の潤滑剤添加剤組成物またはパッケージに関する。より詳細には、本発明は、改善された負荷容量、改善された耐スカッフィング（耐スコーリング）能、摩擦の低減、および表面疲労寿命の延長など、優れた性能特性を潤滑剤に付与する多機能の潤滑剤添加剤組成物またはパッケージに関する。

本出願は、２００４年１１月４日に出願された米国特許仮出願第６０／６２５４１６号の特典を主張し、本出願の出願人が有する同時係属中の以下の出願（これらは本出願と共に出願された、また参照を通じて全体として本明細書に組み込まれる）に関連する：「Multifunctional Lubricant Additive Package（多機能潤滑剤添加剤パッケージ）」（Attorney Docket No.0002291 WOU, Eh-11679）、「Lubricants Containing Multifunctional Additive Package Therein for Improving Load-Carrying Capacity, Increasing Surface Fatigue Life and Reducing Friction（負荷容量を向上させ、表面疲労寿命を延長させ、摩擦を低下させる多機能添加剤パッケージを含む潤滑剤）」（Attorney Docket No.0002294WOU, EH-11697）、および「Multifunctional Lubricant Additive Package for a Rough Mechanical Component Surface（機械部品の粗表面のための多機能潤滑剤添加剤パッケージ）」（Attorney Docket No.0002295WOU, EH-11698）。本発明は、契約番号：７０ＮＡＮＢ０Ｈ３０４８の下で、米国政府の国立標準技術研究所との契約の下になされた。

手動または自動トランスミッション；１段および多段航空機トランスミッションのような機械システム（これらに限らないが、回転翼航空機を推進させるために使用されるもの、ガスタービンエンジン内のセクションの回転速度を変えるために使用されるもの；プッシュベルト式連続可変トランスミッション；およびトラクションドライブ連続可変トランスミッションが含まれる）は、広い接触面を有する。これらの接触部分またはゾーン（例えば、駆動回転面）、ギア、ならびにボール−ローラベアリングは、大きな表面圧力を受けやすいことが知られている。さらに、内燃機関および他の推進装置、特に、高性能およびレース用途のために一般的になったものは、慣性負荷、大きな滑りや回転速度、ならびに境界潤滑（ｍａｒｇｉｎａｌ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）の形で重い負担となる要求を課せられる。さらに、伝達処理能力を最大化するために小型化または軽量化するように設計されている最近開発された多くのトランスミッションシステムによって、機械システムのより大きな接触ゾーン内の摩擦抵抗および疲労を低減させようとする要求が増大している。

これらの過酷な用途における要求に対応するために、潤滑剤（特に、特殊な添加剤を含むもの）が、表面磨耗およびスカッフィング（スコーリング）を防ぎ、最少化するのに不可欠な役割を果たしている。潤滑剤は一般に、表面疲労および過負荷によって生じる、重大な損傷が潤滑された部品に蓄積するのを低減する。

周知の潤滑剤の例は、次の出版物（これらの出版物は参照を通じて全体として本明細書に組み込まれる）に記載されている：Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ｗ．Ｄ．、Ashless phosphorus−containing lubricating oil additives；Lubricant Additives Chemistry and Application（灰分のないリン含有潤滑油添加剤；潤滑剤添加剤の化学と応用）４５−１１１（Ｌ．Ｒ．Ｒｕｄｉｃｋ、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ、２００３）；および、Ｋｅｎｂｅｃｋ，Ｄ．、およびＴ．Ｆ．Ｂｕｅｎｅｍａｎｎ、Organic Modifiers；Lubricant Additives Chemistry and Application（有機変性剤；潤滑剤添加剤の化学と応用）２０３−２２２（Ｌ．Ｒ．Ｒｕｄｉｃｋ、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．２００３）。

機械システムの全体としての動力効率を増大させるために、最近開発されたシステム最適化手法は、より良好な性能を備えた新しい潤滑剤添加剤の必要性を強く示唆している。摩擦、磨耗、および圧力を減らし、耐スコーリング性を向上させることによって、これらの添加剤は、トランスミッションシステムおよび推進装置内において、潤滑された接触面の表面疲労寿命を延長させる。

本発明は、機械システムの性能特性（すなわち、負荷容量や表面疲労寿命など）を向上させる潤滑剤添加剤を提供する。本発明により提供される添加剤組成物と、潤滑剤ストックと、任意選択で他の添加剤と、を混合すると、摩擦および磨耗の低減ならびに表面疲労寿命の延長など、多くの性能上の利点を有する完全に配合された潤滑剤となる。

本発明は、潤滑剤基油の性能特性、例えば、耐スカッフィング（スコーリング）性および表面疲労寿命を向上させることを意図する要素または成分を含む潤滑剤添加剤、または耐磨耗（ＡＷ）、極圧（ＥＰ）および摩擦調整（ＦＭ）組成物を含む、完全に配合された潤滑剤を提供する。

好ましい実施形態において、本発明は、民間および軍用規格の両方に適合するトランスミッション液の製品に使用するための天然または合成潤滑剤の性能特性を向上させる、多機能の潤滑剤添加剤組成物を提供する。

他の実施形態において、本発明は、パワートランスミッション部品（限定する趣旨ではないが、ギア、ベアリング、スプライン、シャフトおよびスプリングが含まれる）の金属または合金の性能を向上させるのに使用される多機能組成物を提供する。

他の実施形態において、本発明は、自動車（一般車両（製品）および特殊車両（例えば、レース用および他の高性能用）の両方）、ならびにオンロードおよびオフロードの重機（例えば、農機具および建設機械）に動力を与えるのに使用されるエンジンおよび関連する推進装置の性能特性を向上させる多機能の潤滑剤添加剤組成物を提供する。

他の実施形態において、本発明は、有利に、摩擦およびスカッフィング（スコーリング）を低減し、疲労による表面損傷および表面劣化（ミクロピッティング（腐食）、マクロピッティング、および磨耗が含まれる）に対する耐性を向上させる完全に配合された潤滑剤を製造するために、潤滑剤原料および他の添加剤と混合することができる多機能の潤滑剤添加剤組成物を提供する。

さらに他の実施形態において、本発明は、潤滑剤の性能特性を向上させる多機能の潤滑剤添加剤組成物を提供し、この組成物は、次の成分の１つまたは複数を含む：
（ａ）次の一般式を有するアリールまたはアルキル中性リン酸エステルからなる化合物：

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、およびＲ³は、それぞれ、アルキル中性リン酸エステルのＣ_nＨ_2n+1アルキル基、またはアリール中性リン酸エステルの（Ｃ₆Ｈ₅Ｃ_mＨ_2m+1）アリール基であり、ｎは、約２≦ｎ≦１０の整数であり、ｍは約０≦ｍ≦８の整数である］；
（ｂ）次の一般式を有する有機長鎖部分エステル：

［式中、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ、Ｃ_iＨ_2i+1アルキル基であり、ｉは、約７≦ｉ≦１５の整数である］；
（ｃ）次の一般式を有するアリールまたはアルキル亜リン酸エステル：

［式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹、Ｒ¹⁰、およびＲ¹¹は、それぞれ、Ｃ_jＨ_2j+1アルキル基（好ましくは、第３級構造を有する）であり、ｊは、約１≦ｊ≦２０の整数である］；
（ｄ）次の一般式を有するフェノール化合物：

［式中、Ｒ¹²、Ｒ^12'、Ｒ^12"、およびＲ^12"'は、それぞれ、Ｃ_pＨ_2p+1アルキル基であり、ｐは、約１≦ｐ≦１２の整数であり、Ｒ¹³、Ｒ^13'、Ｒ^13"、およびＲ^13"'は、それぞれ、次の式によって表されるフェノール基であり：

式中、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁵、およびＲ¹⁶は、それぞれ、Ｃ_oＨ_2o+1アルキル基であり、ｏは、約１≦ｏ≦２０の整数であり、Ｒ¹⁵およびＲ¹⁶は、好ましくは、第３級構造である］。

本発明はまた、潤滑剤の性能特性（すなわち、負荷容量や表面疲労寿命など）を向上させる方法も提供する。この方法は、潤滑剤と、上記多機能の潤滑剤添加剤組成物の１つと、を混合することを含む。

本発明は、潤滑剤の性能特性を、特に、機械部品の表面疲労寿命や負荷容量（すなわち、スカッフィングまたはスコーリング特性）を向上させる潤滑剤の能力を向上させる多機能の潤滑剤組成物を提供する。この組成物は、次の添加剤成分の１つまたは複数（あるいは、いくつかの実施形態では、次の成分の各々）を含む：（ａ）一般式（Ｉ）により表されるアリールまたはアルキル中性リン酸エステルなどの、耐磨耗添加剤（ＡＷ）；（ｂ）一般式（ＩＩ）により表されるアリールまたはアルキル中性リン酸エステルのような摩擦調整剤（ＦＭ）；一般式（ＩＩＩ）により表される（ｃ）アリールまたはアルキル亜リン酸エステルの混合物である極圧添加剤（ＥＰ）；および、（ｄ）一般式（ＩＶ）により表されるフェノール化合物。好ましくは、添加剤（ａ）〜（ｄ）の総量は、潤滑剤の総量に対して約１０モル％以下である。

上記添加剤成分の組合せにより、添加剤成分間の有害な競合を避け、相乗効果が得られるように性能を発揮する潤滑剤が得られる。

潤滑剤組成物の前記成分が、さらに下記に説明される。非限定的な実施形態において、本発明の組成物は以下を含む。

（ａ）次の一般式を有するアリールまたはアルキル中性リン酸エステル：

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、およびＲ³は、それぞれ独立に、アルキル中性リン酸エステルのＣ_nＨ_2n+1アルキル基、またはアリール中性リン酸エステルの（Ｃ₆Ｈ₅Ｃ_mＨ_2m+1）アリール基であり、ｎは、約２≦ｎ≦１０、好ましくは、約４≦ｎ≦６の整数であり、ｍは約０≦ｍ≦８、好ましくは、約１≦ｍ≦５の整数である］；
（ｂ）次の一般式を有する有機長鎖部分エステル：

［式中、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ独立に、Ｃ_iＨ_2i+1ノルマルアルキル基であり、ｉは、約７≦ｉ≦１５、好ましくは、約８≦ｉ≦１０の整数である］；
（ｃ）次の一般式を有するアリールまたはアルキル亜リン酸エステル：

［式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹、Ｒ¹⁰、およびＲ¹¹は、それぞれ独立に、Ｃ_jＨ_2j+1アルキル基であり、ｊは、約１≦ｊ≦２０、好ましくは、約４≦ｊ≦８の整数であり、好ましくは、このアルキル基は第３級構造を示す］；および
（ｄ）次の一般式を有するフェノール化合物：

［式中、Ｒ¹²、Ｒ^12'、Ｒ^12"、およびＲ^12"'は、それぞれ独立に、ノルマルアルキル基であるＣ_pＨ_2p+1であり、ｐは、約１≦ｐ≦１２、好ましくは、約１≦ｐ≦５の整数であり、Ｒ¹³、Ｒ^13'、Ｒ^13"、およびＲ^13"'は、それぞれ独立に、次の一般式によって表されるフェノール基であり：

式中、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁵、およびＲ¹⁶は、それぞれ独立に、Ｃ_oＨ_2o+1ノルマルアルキル基であり、ｏは、約１≦ｏ≦２０、好ましくは、約２≦ｏ≦１２の整数であり、Ｒ¹⁵およびＲ¹⁶は、好ましくは、第３級構造である、もしくはこのような形を示す］。

一実施形態において、成分（ａ）のアリールまたはアルキル中性リン酸エステルは、潤滑剤の総量に対して、約０．１〜５モル％、好ましくは、約０．２〜２モル％の濃度で存在する。アリール中性リン酸エステルの非限定的な例はリン酸トリクレシルである。

他の実施形態において、成分（ｂ）の長鎖部分エステルは、潤滑剤の総量に対して、約０．２〜６モル％、好ましくは、約０．６〜２モル％の濃度で存在する。長鎖部分エステルの非限定的な例はグリセロールモノオレアートである。

他の実施形態において、成分（ｃ）のアリールまたはアルキル亜リン酸エステルは、潤滑剤の総量に対して、約０．０５〜４．５モル％、好ましくは、約０．１８〜１．８モル％の濃度で存在する。アリール亜リン酸エステルの非限定的な例は、トリス−（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニル）ホスファイトである。

他の実施形態において、成分（ｄ）のフェノール化合物は、潤滑剤の総量に対して、約０．００５〜１モル％、好ましくは、約０．０２〜０．３モル％の濃度で存在する。フェノール化合物の非限定的な例は、テトラキス−（メチレン−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）メタンである。

他の実施形態において、４種の添加剤（ａ）〜（ｄ）のすべてを合わせた全濃度は、潤滑剤の総量に対して約１０モル％以下である。

本発明が改善できる潤滑剤には、限定する趣旨ではないが、ギアオイル、ベアリングオイル、滑り面潤滑油、チェーン潤滑油、およびエンジンオイルが含まれる。好ましい実施形態において、各種潤滑剤、グリース、特に合成ポリオールエステル（ＰＯＥ）ベースの潤滑剤が、潤滑性材料として使用され得る。当業者は、本発明の実施形態は上記ポリオールエステルタイプのオイルに限定されることなく、他の組成物およびオイル（グリース、鉱油系潤滑剤（炭化水素系）、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、芳香族ナフタレン（ＡＮ）、アルキルベンゼン（ＡＢ）、およびポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）タイプが含まれるが、これらに限定されない）にも適用されることを認めるであろう。

本発明は、航空機（航空宇宙）および自動車の天然および合成潤滑剤の添加剤組成物として有用である。さらに、本発明の多機能添加剤組成物と上記潤滑剤との組合せは、伝達力処理量、システムの出力密度、表面疲労寿命、および負荷容量を改善する。

具体的な用途には、政府の民間（ＦＡＡ）および軍用（ＤｏＤ）規格および要件を満たすように設計されたタービンエンジンオイルおよびトランスミッションオイルも含まれる。これらの多機能添加剤組成物のさらなる用法は、パワートランスミッション部品（限定する趣旨ではないが、ギア、ベアリング、スプライン、シャフト、およびスプリングを含む）に一般的に使用されている金属および合金のスカッフィング（スコーリング）特性を改良させる、実証された能力を有する。従って、このような改良により、部品およびシステムの故障、ならびに顧客の合格判定試験プロトコル（ＡＴＰ）における不合格が減少する。これらの添加剤組成物はまた、表面疲労などの表面劣化に対する耐性を向上させ、磨耗および他の現象による部品およびシステムの劣化速度を低下させる。

他の実施形態において、本発明は、潤滑剤の性能特性を向上させる方法を提供する。この方法は、
潤滑剤と、上記潤滑剤添加剤組成物の成分（ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つを含む多機能潤滑剤添加剤組成物と、を混合して、完全に配合され改善された潤滑剤を製造するステップを含む。この実施形態では、添加剤成分（ａ）〜（ｄ）のモル濃度は、添加剤の組成が、潤滑油の総量に対して約１０モル％以下である場合、所望の効果を得るために変更され得る。

次の配合および実験結果は、本発明の多機能添加剤組成および潤滑油の非限定的な実施例を示している。

配合＃１
この実施例においては、多機能添加剤パッケージを、Ｈａｔｃｏ ＨＸＬ−７９９４オイル（ａ５ｃＳｔポリオールエステル基油）に加え、配合＃１を作製した。配合＃１は、以下の添加剤を含む。

この多機能性添加剤パッケージは、Ｈａｔｃｏ ＨＸＬ−７９９４オイルの負荷容量（スカッフィングまたはスコーリング特性）を、１．９３倍上昇させた。

配合＃２
この実施形態では、多機能添加剤パッケージを、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩ（ＭＩＬ−ＰＲＦ−２３６９９の標準品、５ｃＳｔのガスタービンオイル）に加え、配合＃２を作製した。配合＃２は以下の添加剤を含む。

Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩは、化合物（ａ）の一例である、リン酸トリクレシルを含む。したがって、配合＃２には、どのような追加の化合物（ａ）も加える必要がなかった。Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩは、通常、ＭＩＬ−ＰＲＦ−２３６９９オイルの他の商標および種類に比べて、優れた潤滑性能を有する。この多機能添加剤パッケージは、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩの負荷容量（すなわち、スカッフィングまたはスコーリング特性）を、約１．４３倍増大させた。さらに、配合＃２を用いて試験された部品の表面疲労寿命は、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩだけ（本発明のどのような添加剤パッケージによっても変性されていない）を用いて試験された部品のそれより、少なくとも約２．９倍大きかった。

実験結果
Ｉ．負荷容量（スカッフィング／スコーリング特性）
Ｗｅｄｅｖｅｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．の一般に受け入れられているＷＡＭ負荷容量試験法（「ＷＡＭ試験」）の修正版を用いて、本発明の２種の配合および上記２種の基油についての実験結果を得た。ＷＡＭ試験は、広い温度範囲にわたって、荷重を担う表面の磨耗、裂け目、およびスカッフィング（スコーリング）を評価することによって、潤滑剤の荷重容量、および荷重を担う表面を評価するように設計されている。

下の表３は、本発明の様々な潤滑剤を試験するために用いられた修正版ＷＡＭ試験条件の一覧を示している。

ＷＡＭ試験の詳細な説明については、ＷＡＭ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｌｏａｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＷＡＭ高速荷重容量試験法）、ＳＡＥ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ＡＩＲ４９７８、Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｂ，２００２、および、Ｗｅｄｅｖｅｎの米国特許第５，６７９，８８３号を参照（これらはいずれも、参照を通じて全体として本明細書に組み込まれる）。

高負荷用オイルは、スカッフィング（スコーリング）の現象なしに、荷重ステージ３０で試験中止となることが多い。試験中止となる候補配合を識別するために、修正版試験プロトコルで試験を実施できる。修正版試験プロトコルは標準の試験プロトコルより小さい連行速度（ｅｎｔｒａｉｎｉｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）で行われ、これにより、ＥＨＤ膜厚を減少させ、より大きな突起間干渉（ａｓｐｅｒｉｔｙ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を生じさせ、本質的には、膜圧と表面粗さの比（ｈ／σ）を低下させて運転することによって、試験の過酷さを増大させている。上の表３は、２種の基油（比較用）および本発明の２種の配合を評価するために適用された、より過酷な修正版ＷＡＭ試験プロトコルを構成する試験パラメータの一覧を示す。

この修正版試験プロトコルは、航空機（航空宇宙）ギアボックスに使用される高負荷用オイルのために開発された。これらのオイルには、米国海軍向けのＤＯＤ−ＰＲＦ−８５７３４オイル、および、英国国防省向けのＤｅｆ Ｓｔａｎ ９１−１００オイルが含まれる。修正版試験プロトコルによると、軍用航空機に現在使用されている最大負荷用オイルは、約１９〜２８の範囲にある荷重ステージでスカッフィング（スコーリング）不良を起こす。

この修正版試験プロトコルを用いて、配合＃１に用いられた多機能添加剤パッケージが、ＨａｔｃｏＨＸＬ−７９９４オイルの負荷容量（すなわち、スカッフィング（スコーリング）特性）を、約１．９３倍に増加させることが見出された。添付の図面および表４に見られるように、ＨａｔｃｏＨＸＬ−７９９４オイルでは、スカッフィング（スコーリング）不良となる平均荷重ステージは約５．７（矢印１１）であり、配合＃１では、スカッフィング（スコーリング）不良となる平均荷重ステージは約１１（矢印２１）であったが、これは、配合＃１の負荷容量が、Ｈａｔｃｏ ＨＸＬ−７９９４オイルのそれより約１．９３倍大きいことを示している。

この修正版試験プロトコルを用いて、配合＃２に用いられた多機能添加剤パッケージが、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩの負荷容量（すなわち、スカッフィング（スコーリング）特性）を、約１．４３倍に増加させることが見出された。添付の図面および表５に見られるように、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩでは、スカッフィング（スコーリング）不良となる平均荷重ステージは約１９．２（矢印３１）であり、配合＃２では、スカッフィング（スコーリング）不良となる平均荷重ステージは約２７．５（矢印４１）であったが、これは、配合＃２の負荷容量が、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩのそれより約１．４３倍大きいことを示している。

ＩＩ．平歯車（ｓｐｕｒ ｇｅａｒ）試験による表面疲労寿命の測定
真空誘導溶解、真空アーク再溶解（ＶＩＭ／ＶＡＲ）条件において、平歯車のブランク（４インチ（約１００ｍｍ）ピッチ直径を有する）を、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの合金であるＰｙｒｏｗｅａｒ ５３合金から製造した。荒い機械加工の後、ギアブランクに標準的な熱処理と浸炭を行い、仕上げ研磨して、ＡＧＭＡクラス１２の最低基準に適合するギアを製造した。仕上げ研磨作業により得られた平歯車のインボリュート面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、公称１６μインチであった。仕上げ研磨の後、いくつかのギアを、インボリュート面の表面仕上げを公称２μインチの算術平均値まで磨きをかけるために、等方的な超仕上げ（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｕｐｅｒｆｉｎｉｓｈｉｎｇ、ＩＳＦ）をかけた。

平歯車試験を「四角形」試験機で行い、この試験機では、噛合った同一のギアの２組を、接触応力、回転速度、オイル膜厚、およびオイル温度に関して同じ条件にした。用いた試験プロトコルでは、初期不良が試験機の加速度計によって検出されるまで（この場合、加速度計の信号の振幅が予め決められた閾値を超える）、平歯車に実験条件が課せられたままであることを必要とした。平歯車のインボリュート面の表面不良を確認するために、目視検査を行った。実施した平歯車試験に適用した具体的な条件は、回転速度が３５００ｍｉｎ^-1、入口オイル温度が約１１５°Ｆ（４６℃）、およびオイル膜厚が約６μインチ（１５２ｎｍ）であった。２３５Ｋｓｉ（１．６２ＧＰａ）または２８０Ｋｓｉ（１．９３ＧＰａ）の不連続接触応力を加え、表面不良が検出され確認されるまで、維持した。ボールおよびディスクはＡＩＳＩ ９３１０からなっており、Ｒｃ ６３（６３ ＨＲＣ）の表面硬度を有していた。

平歯車試験による結果は下の表６に要約されている。表６に示されているように、２３５Ｋｓｉ（１．６２ＧＰａ）の接触応力で、配合＃２により潤滑された、超仕上げされていないギアの表面疲労不良による平均寿命は、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩにより潤滑された、超仕上げされていないギアより２．９倍長い。同様に、２８０Ｋｓｉ（１．９３ＧＰａ）の接触応力で、配合＃２により潤滑された、等方的に超仕上げ（ＩＳＦ）された平歯車の表面疲労寿命は、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩにより潤滑された、ＩＳＦ加工ギアより３．３倍長い。

有利には、本明細書に示され、説明されたように、本発明の多機能添加剤パッケージは、これらが添加された基油のスカッフィング（スコーリング）特性を向上させ、これらが適用された機械部品の表面疲労寿命を延長させた。

上記実施形態は、ポリオールエステル（ＰＯＥ）タイプの潤滑剤を対象としているが、当業者は、上述したように、本発明の組成物が他の潤滑剤原料組成物に対しても同じように適用されることを認めるであろう。

したがって、前記説明は本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。当業者は、本発明から逸脱することなく、様々な代案および変更を設定することができる。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれる、このような代案、変更および変形形態を包含すると想定されている。

各種潤滑剤について、平均のトラクション（摩擦）係数と平均の不良荷重ステージとの間の関係を示す図である。垂直の矢印１１、２１、３１、４１は、Ｈａｔｃｏ ＨＸＬ−７９４４オイル、配合＃１、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩおよび配合＃２のスカッフィング（スコーリング）不良となる平均荷重ステージ（負荷容量）をそれぞれ示している。この状況での「荷重ステージ」は、回転するボールを回転するディスクの間に加えられた負荷に比例する数値である。より大きなスカッフィング（スコーリング）不良荷重ステージは、より大きな潤滑剤の負荷容量を示している。標準的潤滑剤による研磨表面の結果は、ライン５によって示されている；Ｈａｔｃｏ ＨＸＬ−７９９４オイルの結果はライン１０によって示されている；本発明の配合＃１の結果はライン２０によって示されている；Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ Ｊｅｔ Ｏｉｌ ＩＩの結果はライン３０によって示されている；本発明の配合＃２の結果はライン４０によって示されている。

Claims (45)

1. アリールまたはアルキル中性リン酸エステル、長鎖エステル、アリールまたはアルキル亜リン酸エステル、フェノール化合物、あるいはこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤を含み、
   前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが次の式を有し、
   

   

   ［式中、Ｒ¹、Ｒ²、およびＲ³は、それぞれ独立に、アルキル中性リン酸エステルのＣ_nＨ_2n+1アルキル基、またはアリール中性リン酸エステルの（Ｃ₆Ｈ₅Ｃ_mＨ_2m+1）アリール基であり、ｎは、約２≦ｎ≦１０の整数であり、ｍは約０≦ｍ≦８の整数である］
   前記長鎖エステルが次の一般式を有し、
   

   

   ［式中、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ独立に、Ｃ_iＨ_2i+1ノルマルアルキル基であり、ｉは、約７≦ｉ≦１５の整数である］
   前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルが次の式を有し、
   

   

   ［式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹、Ｒ¹⁰、およびＲ¹¹は、それぞれ独立に、Ｃ_jＨ_2j+1アルキル基であり、ｊは、約１≦ｊ≦２０の整数である］
   前記フェノール化合物が次の一般式を有する、
   

   

   ［式中、Ｒ¹²、Ｒ^12'、Ｒ^12"、およびＲ^12S"'は、それぞれ独立に、Ｃ_pＨ_2p+1アルキル基であり、ｐは、約１≦ｐ≦１２の整数であり、Ｒ¹³、Ｒ^13'、Ｒ^13"、およびＲ^13"'は、それぞれ独立に、次の式：
   

   

   （式中、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁵、およびＲ¹⁶は、それぞれ独立に、Ｃ_oＨ_2o+1ノルマルアルキル基であり、ｏは、約１≦ｏ≦２０の整数である）によって表されるフェノール基である］
   ことを特徴とする多機能潤滑剤組成物。
2. ｎが、約４≦ｎ≦６の整数であり、ｍが、約１≦ｍ≦５の整数であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
3. ｉが、約８≦ｉ≦１０の整数であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
4. ｊが、約４≦ｊ≦８の整数であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
5. ｐが、約１≦ｐ≦５の整数であり、ｏが、約２≦ｏ≦１０の整数であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
6. Ｒ¹⁵およびＲ¹⁶が第３級構造であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
7. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルがリン酸トリクレシルであることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
8. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．１〜５モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
9. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．２〜２モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
10. 前記長鎖エステルがグリセロールモノオレアートであることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
11. 前記長鎖エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．２〜６モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
12. 前記長鎖エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．６〜２モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
13. 前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルが、トリス−（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニル）ホスファイトであることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
14. 前記アルキルまたはアリール亜リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．０５〜４．５モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
15. 前記アルキルまたはアリール亜リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．１８〜１．８モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
16. 前記フェノール化合物が、潤滑剤の総量に対して、約０．００５〜１モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
17. 前記フェノール化合物が、潤滑剤の総量に対して、約０．０２〜０．３モル％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
18. 前記フェノール化合物が、テトラキス−（メチレン−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）メタンであることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
19. 前記添加剤の全濃度が、潤滑剤の総量に対して約１０モル％以下であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
20. 前記潤滑剤が、ギアオイル、ベアリングオイル、滑り面潤滑油、チェーン潤滑油、エンジンオイル、および合成ポリオールエステル、またはこれらの任意の組合せから選択されることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
21. 潤滑剤と、アリールまたはアルキル中性リン酸エステル、長鎖エステル、アリールまたはアルキル亜リン酸エステル、フェノール化合物、あるいはこれらの任意の組合せからなる群から選択される添加剤を含む多機能の潤滑剤添加剤組成物とを混合するステップを含み、
    前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが次の式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ¹、Ｒ²、およびＲ³は、それぞれ独立に、アルキル中性リン酸エステルのＣ_nＨ_2n+1アルキル基、またはアリール中性リン酸エステルの（Ｃ₆Ｈ₅Ｃ_mＨ_2m+1）アリール基であり、ｎは、約２≦ｎ≦１０の整数であり、ｍは、約０≦ｍ≦８の整数である］
    前記長鎖エステルが次の一般式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ独立に、Ｃ_iＨ_2i+1ノルマルアルキル基であり、ｉは、約７≦ｉ≦１５の整数である］
    前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルが次の式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹、Ｒ¹⁰、およびＲ¹¹は、それぞれ独立に、Ｃ_jＨ_2j+1アルキル基であり、ｊは、約１≦ｊ≦２０の整数である］
    前記フェノール化合物が次の一般式を有する、
    

    

    ［式中、Ｒ¹²、Ｒ^12'、Ｒ^12"、およびＲ^12"'は、それぞれ独立に、Ｃ_pＨ_2p+1ノルマルアルキル基であり、ｐは、約１≦ｐ≦１２の整数であり、Ｒ¹³、Ｒ^13'、Ｒ^13"、およびＲ^13"'は、それぞれ、次の式：
    

    

    （式中、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁵、およびＲ¹⁶は、それぞれ、Ｃ_oＨ_2o+1アルキル基であり、ｏは、約１≦ｏ≦２０の整数である）によって表されるフェノール基である］
    ことを特徴とする潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
22. ｎが、約４≦ｎ≦６の整数であり、ｍが、約１≦ｍ≦５の整数であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
23. ｉが、約８≦ｉ≦１０の整数であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
24. ｊが、約４≦ｊ≦８の整数であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
25. ｐが、約１≦ｐ≦５の整数であり、ｏが、約２≦ｏ≦１０の整数であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
26. Ｒ¹⁵およびＲ¹⁶が第３級構造であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
27. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルがリン酸トリクレシルであることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
28. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．１〜５モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
29. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．２〜２モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
30. 前記長鎖エステルがグリセロールモノオレアートであることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
31. 前記長鎖エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．２〜６モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
32. 前記長鎖エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．６〜２モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
33. 前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルが、トリス−（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニル）ホスファイトであることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
34. 前記アルキルまたはアリール亜リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．０５〜４．５モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
35. 前記アルキルまたはアリール亜リン酸エステルが、潤滑剤の総量に対して、約０．１８〜１．８モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
36. 前記フェノール化合物が、潤滑剤の総量に対して、約０．００５〜１モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
37. 前記フェノール化合物が、潤滑剤の総量に対して、約０．０２〜０．３モル％の量で存在することを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
38. 前記フェノール化合物が、テトラキス−（メチレン−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）メタンであることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
39. 前記添加剤の全濃度が、潤滑剤の総量に対して約１０モル％以下であることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
40. 前記潤滑剤が、ギアオイル、ベアリングオイル、滑り面潤滑油、チェーン潤滑油、エンジンオイル、および合成ポリオールエステルから選択されることを特徴とする請求項２１に記載の潤滑剤の性能特性を向上させる方法。
41. ベース潤滑剤と、
    アリールまたはアルキル中性リン酸エステル、長鎖エステル、アリールまたはアルキル亜リン酸エステル、フェノール化合物、あるいはこれらの任意の組合せからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤と、
    を含み、
    前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルが次の式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ¹、Ｒ²、およびＲ³は、それぞれ独立に、アルキル中性リン酸エステルのＣ_nＨ_2n+1アルキル基、またはアリール中性リン酸エステルの（Ｃ₆Ｈ₅Ｃ_mＨ_2m+1）アリール基であり、ｎは、約２≦ｎ≦１０の整数であり、ｍは、約０≦ｍ≦８の整数である］
    前記長鎖エステルが次の一般式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ独立に、Ｃ_iＨ_2i+1ノルマルアルキル基であり、ｉは、約７≦ｉ≦１５の整数である］
    前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルが次の式を有し、
    

    

    ［式中、Ｒ⁶、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹、Ｒ¹⁰、およびＲ¹¹は、それぞれ独立に、Ｃ_jＨ_2j+1アルキル基であり、ｊは、約１≦ｊ≦２０の整数である］
    前記フェノール化合物が次の一般式を有する、
    

    

    ［式中、Ｒ¹²、Ｒ^12'、Ｒ^12"、およびＲ^12"'は、それぞれ独立に、Ｃ_pＨ_2p+1アルキル基であり、ｐは、約１≦ｐ≦１２の整数であり、Ｒ¹³、Ｒ^13'、Ｒ^13"、およびＲ^13"'は、それぞれ独立に、次の式：
    

    

    （式中、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁵、およびＲ¹⁶は、それぞれ独立に、Ｃ_oＨ_2o+1ノルマルアルキル基であり、ｏは、約１≦ｏ≦２０の整数である）によって表されるフェノール基である］
    ことを特徴とする多機能潤滑剤。
42. 前記多機能潤滑剤組成物が、改善された潤滑剤を作り出すためにベース潤滑剤に添加された場合に、前記改善された潤滑剤が、前記ベース潤滑剤のスカッフィング特性より少なくとも約１．４３倍大きいスカッフィング特性を有することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
43. 前記多機能潤滑剤組成物が、改善された潤滑剤を作り出すためにベース潤滑剤に添加された場合に、前記改善された潤滑剤が、前記ベース潤滑剤の表面疲労寿命性能より少なくとも約２．９倍大きい表面疲労寿命性能を有することを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
44. 添加剤（ｄ）のフェノール化合物の、潤滑剤の総量に対するモル分率と、添加剤（ｃ）の前記アリールまたはアルキル亜リン酸エステルのモル分率との比が、約１：１０であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。
45. 前記アリールまたはアルキル中性リン酸エステルの、潤滑剤の総量に対するモル分率と、長鎖エステルのモル分率と、アリールまたはアルキルリン酸エステルのモル分率との比が、約０．５：１．０：０．４５であることを特徴とする請求項１に記載の多機能潤滑剤組成物。

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