JP2018039943A - 自動変速機用潤滑油組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】低粘度で、粘度指数が高く、低温時の粘度特性に優れており、せん断安定性が良好で、高温蒸発量も低い自動変速機用の潤滑油組成物を得る。【解決手段】低粘度基油として100℃動粘度が2〜5mm2/sであるAPIのグループ2〜4の基油を60〜98質量%(少なくともフィッシャー・トロップシュ合成油を45〜80質量%)と、高粘度基油として100℃動粘度が100〜600mm2/sであるメタロセン・ポリα—オレフィンの1〜20質量%と、重量平均分子量が1〜5万であるポリメタクリレートを1〜20質量%の割合で主要物として含有させた組成物とする。この組成物の粘度指数が190以上、−40℃のブルックフィールド粘度が5000mPa・s以下、100℃の動粘度が5〜7mm2/s、KRLせん断安定性試験(60℃、20hr)後の動粘度の低下率が3%以下である自動変速機用の潤滑油組成物とする。【選択図】なし

Description

本発明は自動変速機に好適に用いられる潤滑油組成物に関する。
潤滑油、特に自動変速機油はトルクコンバーター、湿式クラッチ、歯車軸受機構、油圧機構を含む自動変速機に使用される潤滑油であるが、この自動変速機を円滑に作動させるためには、動力の伝導媒体、歯車などの潤滑性、伝熱媒体、一定の摩擦特性の維持など多様な機能がバランスよく備わっていることが求められている。
このような自動変速機において、変速時のショックの低減を図ると共に、良好なトルク伝達機能を発揮し、エネルギー損失を減少させるためには、潤滑油の粘度の調整、摩擦の調整が必要となる。
こうした潤滑油に対する上記の如き調整のために、基油に比較的低粘度の鉱油を使用し、これにポリアクリルメタクリレートを粘度指数向上剤として使用して組成物全体の粘度を調整することが行われている。(特許文献1)
特開2009−96925号公報
自動変速機用の潤滑油組成物は、燃費性能を向上させるため、撹拌抵抗が低減できる低粘度のものが求められている。また−40℃にもなる寒冷地および200℃近くなる高負荷・高速運転という使用環境においても潤滑性能が維持できることが必要である。このためには低粘度の基油の使用が必須であるが、高温での粘度維持や蒸発などの問題が危惧される。本願の解決すべき課題は、このような使用環境にも耐えうる、低粘度で、粘度指数が高く、低温における粘度特性に優れており、せん断安定性が良好であって、また、高温における蒸発量も低い自動変速機用の潤滑油組成物を得ることである。
本発明は、低粘度基油として100℃における動粘度が2〜5mm/sであるAPI(American Petroleum Institute,米国石油協会)基油カテゴリーでグループ2〜4に属する基油を60〜98質量%とし、その中で少なくともフィッシャー・トロップシュ合成油が45〜80質量%であり、高粘度基油として100℃における動粘度が100〜600mm/sであるメタロセン・ポリα-オレフィンを1〜20質量%とし、重量平均分子量が1〜5万であるポリメタクリレートを1〜20質量%の比率で組成物の主要成分として含有するものであって、こうした組成物の100℃における動粘度が5〜7mm/s、粘度指数が190以上であり、低温(−40℃)におけるブルックフィールド粘度が5000mPa・s以下であり、KRLせん断安定性試験(60℃、20hr)後における100℃動粘度の低下率が3%以下、200℃・1時間でのNOACK法による蒸発量が10質量%以下である範囲を維持している自動変速機用の潤滑油組成物としたものである。
本発明の潤滑油組成物は、低粘度で、粘度指数が高く、低温における粘度特性において優れており、せん断安定性が良好である。また、高温における蒸発量も低く、摩擦特性を維持しながら酸化安定性の優良な潤滑油組成物とすることができ、高温酸化時においても動粘度及び粘度指数の変化の変動幅が少なく、動力の伝導媒体、歯車などの潤滑、伝熱媒体、一定の摩擦特性の維持など多様な機能がバランスよく備わっている。従って、自動変速機用の潤滑油組成物として、何時でも同じような状態で長く使用することができ、燃費を向上させて好適に用いることができる。
また、この潤滑剤組成物は自動車用ギヤ油、AT油、MT油、CVT油等の変速機油、工業用ギヤ油、油圧作動油、圧縮機油等の工業用潤滑油にも広く有効に使用することができる。
上記低粘度基油として用いられるものは、上記API基油カテゴリーでグループ2〜4に属する基油であり、その中で、天然ガスの液体燃料化技術のフィッシャー・トロプッシュ法により合成されたGTL(ガストゥリキッド)基油が主要成分として使用される。このGTL基油は、API基油カテゴリーのグループ2または3に属するものであるが、原油から精製された鉱物油基油と比較して、硫黄分や芳香族分が極めて低く、パラフィン構成比率が極めて高いため、酸化安定性に優れ、蒸発損失も非常に小さく、本発明の基油として好適に用いることができる。
この低粘度基油には、100℃における動粘度が2〜5mm/sであるものを使用する。上記GTLは、通例、全硫黄分が1ppm未満、全窒素分も1ppm未満と微量である。このようなGTL基油の商品の一例として、SHELL XHVI(登録商標)が挙げられる。
上記低粘度基油は、GTLを単独で、又は100℃における動粘度の異なった複数種類のものを混合して使用することもできるし、こうしたGTLを鉱物油やポリα―オレフィンなどAPI基油カテゴリーのグループ2〜4に属するものと併用するようにすることもできる。
上記高粘度基油としては、メタロセン・ポリα―オレフィンが使用される。このメタロセン・ポリα―オレフィンは、α―オレフィンからポリα―オレフィンを製造する際に、メタロセン触媒を使用して合成されたものであり、以下、m−PAOと表示することがある。
従来のPAOは、触媒としてAlCl,BF,チーグラー型などを使用したものであってオレフィンがランダムに重合し、主鎖に長短の側鎖が結合しているが、m−PAOは、比較的周期性があり、短鎖の側鎖をもたず、櫛形に近い構造を有している。
このm−PAOとしては、その100℃における動粘度が100〜600mm/sのものが使用され、好ましくは150〜500mm/s、より好ましくは300〜500mm/sのものを使用すると良い。
上記m−PAOは、その100℃の動粘度が100mm/s以上であると、得られる潤滑油組成物の粘度指数を向上させる効果に有効であり、一方600mm/s以下であれば、得られる潤滑油組成物のせん断安定性を良化することに効果がある。
上記m−PAOとしては、例えば、エクソン・モービル・ケミカル(Exxon Mobil Chemical)社のSpectraSyn Elite(商標)などが知られている。
本発明の組成物には、ポリメタクリレートを配合するが、このポリメタクリレート(以下、PMAとも言う。)としては重量平均分子量が1〜5万程度のものを使用するとよい。
更に、重量平均分子量が1万以上で4万以下のものが好ましく、重量平均分子量が1万以上で3万以下のものがより好ましく、重量平均分子量が1.5万以上で3万以下のものが一層好ましい。
重量平均分子量が1万より小さいと、粘度指数が低下するようになるし、5万より大きいとせん断安定性の低下という不都合を生じることがある。
上記APIの基油グループ2〜4に属する低粘度基油、m−PAOの高粘度基油、PMAの粘度指数向上剤は、順次60〜98質量%、1〜20質量%、1〜20質量%の割合となるようにして使用するようにする。
そして、上記低粘度基油の60〜98質量%において、その中で少なくともGTL基油が45〜80質量%となるようにすると良い。
上記GTL基油を45質量%以下とした場合には、低蒸発性、低温流動性、せん断安定性といった性質で不具合が発生し、所望の効果が得られなくなる場合がある。
m−PAOを上記の割合で使用すると、組成物において低温における流動性を向上させると共に、高温時においても適度の粘性を保持することができる。この量が1質量%未満では粘度指数の向上効果が不足する傾向になり、他方、20質量%を超えると低温時の粘度が高くなって、実用性に劣るおそれがある。好ましくは1〜15質量%の範囲である。
上記粘度指数向上剤は、上記した1質量%より少ないと、組成物の高温粘度が低下し、無段変速機用として用いた場合に機械部品の摩耗が増大するおそれがある。また、20質量%を超えると、潤滑油組成物の粘度が上昇し、無段変速機用として用いた場合に摩擦損失が増大するという不都合が生じることがある。好ましくは2〜15質量%の範囲である。
なお、上記粘度指数向上剤のPMAには、希釈剤(鉱油など)が含まれていることがあり、そうしたものではPMAの正味量としては、通例、その30〜75%程度の量となる。
上記の如き潤滑油組成物は、100℃における動粘度を5〜7mm/sであるようにする必要がある。これよりも低粘度であると高温での油膜の保持が困難となり、逆にこれよりも高粘度であると撹拌抵抗が増加し省燃費性に影響が出てくるようになる。好ましくは6.0〜6.6mm/sである。
また、粘度指数も190以上であることが必要であり、これよりも低いと低温での粘度が高くなって撹拌抵抗が増え、高温では油膜の保持が困難となり摩耗が増加する可能性が高くなる。
そして、−40℃の低温におけるブルックフィールド粘度が5000mPa・s以下であることも必要である。これにより、低温時の粘度の上昇が抑えられるようになり、これよりも高いと寒冷地での始動性が悪くなる。
更に、60℃・20時間(hr)の条件で測定したKRLせん断安定性試験において、試験後の100℃の動粘度の低下率が3%以下であることが必要であり、せん断安定性が悪いと組成物の粘度低下が大きくなり、高温での油膜保持に影響が出てくる。
また、NOACK蒸発性試験において、200℃において1時間加熱した熱劣化後の質量の減少率(質量%)を10質量%以下にしており、これにより高温時の安定性の確保ができるようになる。
本発明の自動変速機用潤滑油組成物には、上記した主要成分以外に、必要に応じて公知の添加剤、例えば、極圧剤、分散剤、金属系清浄剤、摩擦調整剤、酸化防止剤、腐食防止剤、防錆剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、シール膨潤剤、消泡剤、着色剤等の各種添加剤を単独で又は数種類組み合わせて配合することができる。
こうした場合、通常は、市販されている自動変速機用の添加剤パッケージを使用することが多い。この添加剤パッケージの使用量は、通例、7〜13質量%程度である。
以下、本発明の自動変速機用潤滑油組成物について実施例、比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
実施例、比較例を作製するために、下記する材料を用意した。
「1」基油
〔A〕 低粘度基油
A−1:GTL(ガストゥリキッド)基油(性状:40℃の動粘度が9.891mm2/s、100℃の動粘度が2.705mm/s)
A−2:GTL(ガストゥリキッド)基油(性状:40℃の動粘度が18.34mm2/s、100℃の動粘度が4.110mm/s)
A−3:鉱物油(性状:40℃動粘度が10.00mm/s、100℃の動粘度が2.692mm/s)(S−Oil社製「Ultra S−2」およびSK Lubricants社製「YUBASE 3」を42:58の容量割合で混合)
A−4:PAO(ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が9.915mm/s、100℃の動粘度が2.697mm/s)(INEOS社製「Durasyn 162」およびExxon Mobil Chemical社製「SpectraSyn4 PAO Fluid」を45:55の容量割合で混合)
〔B〕 高粘度基油
B−1:エチレン−αオレフィン共重合体(OCP)(性状:100℃動粘度が600mm2/s)(三井化学社製「Lucant HC600」)
B−2:PAO(ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が401.8mm/s、100℃の動粘度が40.50mm/s)(INEOS社製「Durasyn 174」)
B−3:PAO(ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が1500mm/s、100℃の動粘度が150mm/s)(INEOS社製「SpectraSyn Ultra 150」)
B−4:m−PAO-65(メタロセン・ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が614mm/s、100℃の動粘度が65mm/s)(Exxon Mobil Chemical社製「SpectraSyn Elite 65」)
B−5:m−PAO-150(メタロセン・ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が1649mm/s、100℃の動粘度が156mm/s)(Exxon Mobil Chemical社製「SpectraSyn Elite 150」)
B−6:m−PAO-300(メタロセン・ポリα-オレフィン)(性状:40℃の動粘度が3358mm/s、100℃の動粘度が303mm/s)(Exxon Mobil Chemical社製「SpectraSyn Elite 300」)
「2」 添加剤
〔C〕粘度指数向上剤
C−1:ポリメタクリレート(重量平均分子量が5,200)、ポリマー濃度は100%
C−2:ポリメタクリレート(重量平均分子量が16,000)が鉱油に溶解しているもの。GPCを用いて測定した際の、ポリマー成分のピーク面積と鉱油のピーク面積との比率は、69:31である。GPCの測定条件は下記する通りである。
C−3:ポリメタクリレート(重量平均分子量が28,000)が鉱油に溶解しているもの。同様に、GPCにおけるポリマー成分のピーク面積と鉱油のピーク面積との比率は、67:33である。
C−4:ポリメタクリレート(重量平均分子量が85,000)が鉱油に溶解しているもの。同様に、GPCにおけるポリマー成分のピーク面積と鉱油のピーク面積との比率は、36:64である。
〔D〕市販ATF添加剤パッケージ:乗用車用の自動変速機に使用される、DEXRON6相当の性能パッケージ(粘度指数向上剤は含有せず。)
(GPCによる測定)
JIS K7252−1 「プラスチック−サイズ排除クロマトグラフィーによる高分子の平均分子量及び分子量分布の求め方−第1部:通則」を用いて質量平均分子量を計算した。
使用装置:Shodex GPC−101
検出器 :示差屈折率検出器(RI)
カラム :KF−G(Shodex)×1,KF−805L(Shodex)×2
測定温度:40℃
キャリア溶媒:THF
キャリア流量:0.8ml/min(Ref 0.3ml/min)
標準物質:Shodex STANDARD(Polystyrene)
Mp=2.0×10
Mp=5.0×10
Mp=1.01×10
Mp=2.95×10
Mp=9.60×10
Mp=2.05×10
検量線 :三次式
試料濃度:約2mass%
試料注入量:50μL
リテンションタイムが17分頃をピークとする留分がポリマー成分、22分頃をピークとする留分が鉱油分である。
下記する実施例及び比較例を作製した。
(実施例1)
上記基油(A−1)の71.9質量%に、基油(B−5)の8.6質量%と、添加剤(C−2)の10.5質量%と、添加剤(D)の9質量%を加えて良く混合し、実施例1の潤滑油組成物を得た。
(実施例2〜6)
表1に記載の組成により、他は実施例1に準じて実施例2〜6の潤滑油組成物を得た。
(比較例1〜8)
表2及び表3に記載の組成により、他は実施例1に準じて比較例1〜8の潤滑油組成物を得た。
〔試験〕
上記実施例及び比較例の性状及び性能について知るために適宜に以下の試験を行った。
(40℃動粘度:KV40)
JIS K2283に基づいて40℃動粘度(mm/s)を測定した。
評価基準: 30.0 mm/s以下のもの ・・・良(○)
30.0 mm/sを超えるもの ・・・不良(×)
(100℃動粘度:KV100)
JIS K2283に基づいて100℃動粘度(mm/s)を測定した。
評価基準:5.0から7.0 mm/s以下のもの・・・良(○)
5.0未満あるいは7.0 mm/sを超えるもの・・・不良(×)
(粘度指数:VI)
JIS K2283に基づいて算出した。
評価基準:190以上のもの・・・良(○)
190未満のもの・・・不良(×)
(−40℃のブルックフィールド粘度:−40℃・BF粘度:BF−40)
ASTM D 2983に基づいて、−40℃の低温粘度(mPa・s)を測定した。
評価基準:5000mPa・s以下のもの ・・・良(○)
5000mPa・sを超えるもの・・・不良(×)
(NOACK蒸発性試験)
ASTM D5800に準拠して試験を行った。すなわち、200℃において1時間加熱した熱劣化後の質量の減少率(質量%)を測定した。
評価基準:10.0質量%以下のもの ・・・良(○)
10.0質量%を超えるもの・・・不良(×)
(KRLせん断安定性試験)
CEC−L−45−A−99に基づいて、60℃で20時間の処理を行い、処理後100℃動粘度を測定し、100℃動粘度の処理後の処理前に対する粘度の低下率(%)を求めた。
評価基準:100℃の動粘度の低下率が3.0%以下のもの ・・・良(○)
100℃の動粘度の低下率が3.0%を超えるもの・・・不良(×)
(結果)
上記各試験の結果を表1〜表3に示す。なお、比較例の試験結果において空欄となっているのは、試験結果の一部において適性が認められないことが判ったことから、その余の試験を省略したことによるものである。
(考察)
実施例1、2のものは、いずれも40℃動粘度、100℃動粘度、粘度指数、−40℃・BF粘度、NOACK蒸発量、更にKRLせん断試験においても良好な結果が得られている。また、実施例3のものは基油A−1とA−2を混合使用し、実施例2に比べて基油B−6の使用量をずっと少なくし、添加剤C−2の使用量を多くしたものであるが、上記各試験において実施例1、2と同様の良好な結果が得られている。
実施例4は、実施例2に比べて基油B−6の使用量をほぼ倍量程度に増やし、添加剤C−2に替えてC−3をほぼ1/4程度の量で使用したもので、実施例2に比べて−40℃・BF粘度、NOACK蒸発量、KRLせん断試験において更に良好な結果が得られている。
実施例5は実施例4に比べて、基油A−1とA−3を併用したもの、実施例6は基油A−1とA−4を併用したものであり、NOACK蒸発量がやや高いが実施例4とほぼ同程度の結果が得られている。
これに対して、比較例1は実施例1,2の基油B−5,6の代りに基油B−1を使用量を減らして使用したもので、40℃動粘度、100℃動粘度、粘度指数、NOACK蒸発量、KRLせん断試験では良好な結果が得られているが、−40℃・BF粘度において数値が高くて好ましくない。比較例2は、基油B−2を使用量を増して使用したもので、粘度指数が低いし、比較例3は基油B−3を使用したものでKRLせん断試験での低下率が高いし、比較例4の基油B−4を使用したものでは、粘度指数が低く、いずれも好ましい結果が得られていない。
比較例5では、基油A−3と基油B−6を使用したもので、−40℃・BF粘度及びNOACK蒸発量が高いし、比較例6は基油A−4と基油B−6を使用したもので、NOACK蒸発量が高く、良好な結果が得られていない。比較例7、8は、実施例4とほぼ同様に基油A−1と基油B−6を使用したものであるが、比較例7では添加剤C−1を用いている為に粘度指数が低くなっているし、比較例8では、添加剤C−4を用いていることからKRLせん断試験の結果が悪く、いずれも良好な結果が得られていないことが判る。
Figure 2018039943
Figure 2018039943
Figure 2018039943

Claims (5)

  1. 低粘度基油として100℃動粘度が2〜5mm/sのAPI(American Petroleum Institute,米国石油協会)基油カテゴリーでグループ2〜4に属する基油を60〜98質量%とし、その中でフィッシャー・トロップシュ合成油が少なくとも45〜80質量%であり、高粘度基油として100℃における動粘度が100〜600mm/sであるメタロセン・ポリα―オレフィンを1〜20質量%と、重量平均分子量が1〜5万であるポリメタクリレートを1〜20質量%の比率で組成物の一部として含有してなり、組成物の100℃における動粘度が5〜7mm/s、粘度指数が190以上で、低温(−40℃)におけるブルックフィールド粘度が5000mPa・s以下であり、KRLせん断安定性試験(60℃、20hr)後における動粘度の低下率が3%以下、200℃・1時間でのNOACK法における蒸発量が10質量%以下の範囲を維持していることを特徴とする自動変速機用潤滑油組成物。
  2. 上記低粘度基油が、1種又は複数種のフィッシャー・トロップシュ合成油で構成されている請求項1に記載の自動変速機用潤滑油組成物。
  3. 上記低粘度基油が、フィッシャー・トロップシュ合成油と鉱物油及び/又はポリα―オレフィンで構成されている請求項1又は2に記載の自動変速機用潤滑油組成物。
  4. 上記高粘度基油のメタロセン・ポリα―オレフィンの100℃における動粘度が300〜500mm/sである請求項1〜3のいずれかに記載の自動変速機用潤滑油組成物。
  5. 上記ポリメタクリレートの重量平均分子量が1.5万〜3万である請求項1〜4のいずれかに記載の自動変速機用潤滑油組成物。
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