JP2022061863A - 潤滑油組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
80℃における動粘度が7.0mm2/s以下であり、
80℃における動粘度と80℃におけるトラクション係数との積が0.110以下であり、かつ、
はすば歯車機構用の潤滑油組成物であることを特徴とするものである。
(A)API分類がグループII又はIIIであること、
(B)硫黄分の濃度が200質量ppm以下であること、
(C)窒素分の濃度が500質量ppm以下であること、
に示す条件を全て満たす鉱油系基油を潤滑油基油全量基準で60質量%以上含むことが好ましい。
本発明の潤滑油組成物は、80℃における動粘度が7.0mm2/s以下であり、80℃における動粘度と80℃におけるトラクション係数との積が0.110以下であり、かつ、はすば歯車機構用の潤滑油組成物であることを特徴とするものである。
本発明の潤滑油組成物に含有させる潤滑油基油としては、80℃における動粘度が2.0~6.0mm2/s(より好ましくは3.0~5.9mm2/s、特に好ましくは3.0~5.2mm2/s)であるものが好ましい。潤滑油基油の80℃における動粘度が、前記上限以下である場合には、前記上限を超えた場合と比較して、前記条件(I)及び(II)を満たす組成物の設計がより容易となり、他方、かかる80℃における動粘度が前記下限以上である場合には、前記下限未満である場合と比較して、潤滑箇所での潤滑油組成物の油膜形成性及び油膜保持性がより向上し、幅広い温度域においてより良好な潤滑状態を保持することが可能となる。
本発明の潤滑油組成物としては、120℃近傍の比較的高温(好ましくは100~140℃程度)の条件下において、はすば歯車機構の動力伝達効率をより向上させることが可能となることから、前記潤滑油基油とともに粘度調整剤を含むものであることが好ましい。このような粘度調整剤は特に制限されず、潤滑油組成物の分野において粘度調整剤として用いられている公知の化合物を適宜利用でき、例えば、重量平均分子量(Mw)が100,000以下の低分子量のポリマーを適宜利用してもよい。また、このような粘度調整剤の中でもせん断安定性の観点からは、重量平均分子量が5,000~20,000(より好ましくは6,000~15,000)のポリマーであることが好ましい。また、前記粘度調整剤に利用する重量平均分子量が5,000~20,000のポリマーとしては、エチレンプロピレンコポリマーがより好ましい。なお、エチレンプロピレンコポリマーは、ブロックコポリマーであっても、あるいは、ランダムコポリマーであってもよい。なお、粘度調整剤としては、市販品を利用してもよい。また、粘度調整剤は1種を単独で、あるいは、2種以上を組み合わせて利用してもよい。さらに、ポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定される値(標準ポリスチレン換算により得られた重量平均分子量)を意味する。かかるGPCの測定条件は次の通りである。
[GPC測定条件]
装置:Waters Corporation製 ACQUITY(登録商標) APC UV RIシステム
カラム:上流側から順に、Waters Corporation製 ACQUITY(登録商標) APC XT900A(ゲル粒径2.5μm、カラムサイズ(内径×長さ)4.6mm×150mm)2本、および、Waters Corporation製 ACQUITY(登録商標) APC XT200A(ゲル粒径2.5μm、カラムサイズ(内径×長さ)4.6mm×150mm)1本を直列に接続
カラム温度:40℃
試料溶液:試料濃度1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:20.0μL
検出装置:示差屈折率検出器
基準物質:標準ポリスチレン(Agilent Technologies社製Agilent EasiCal(登録商標) PS-1)8点(分子量:2698000、597500、290300、133500、70500、30230、9590、2970)
上記条件に基づきGPC測定を行い、重量平均分子量が10,000以上である場合には、そのまま測定を終了する。他方、重量平均分子量が10,000未満である場合には、カラムおよび基準物質を下記のものに変更する以外は、上記条件と同様の条件を採用して再測定を行う。
カラム:上流側から順に、Waters Corporation製 ACQUITY(登録商標) APC XT125A(ゲル粒径2.5μm、カラムサイズ(内径×長さ)4.6mm×150mm)1本、および、Waters Corporation製 ACQUITY(登録商標) APC XT45A(ゲル粒径1.7μm、カラムサイズ(内径×長さ)4.6mm×150mm)2本を直列に接続
基準物質:標準ポリスチレン(Agilent Technologies社製Agilent EasiCal(登録商標) PS-1)10点(分子量:30230、9590、2970、890、786、682、578、474、370、266)。
本発明の潤滑油組成物としては、歯車同士の摩擦面での金属接触を防止する性能がより向上することから、摩耗防止剤を含有するものが好ましい。このような摩耗防止剤としては、特に限定されず、潤滑油組成物の分野において摩耗防止剤として用いられている公知の化合物(例えば、特開2003-155492号公報、特開2020-76004号公報、国際公開2013/147162号等参照)を適宜用いることができる。
本発明の潤滑油組成物としては、使用時に摩耗により生じた金属粉をより高度に分散させ、より長期に亘って潤滑性能を十分に維持することが可能となることから、無灰分散剤を含有するものが好ましい。このような無灰分散剤としては、潤滑油組成物の分野において無灰分散剤として用いられている公知の化合物(例えば、特開2003-155492号公報、特開2020-76004号公報、国際公開2013/147162号等参照)が適宜使用できる。前記無灰分散剤としては、例えば、直鎖又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を分子中に少なくとも1個有するモノ又はビスコハク酸イミド、アルキル基又はアルケニル基を分子中に少なくとも1個有するベンジルアミン、あるいはアルキル基又はアルケニル基を分子中に少なくとも1個有するポリアミン、あるいはこれらのホウ素化合物、カルボン酸、リン酸等による変成品等が挙げられる。なお、このような無灰分散剤において、前記直鎖又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基は、炭素数40~400(より好ましくは60~350)の直鎖又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましい。また、このような無灰分散剤としては、金属粉などに対するより優れた分散性の付与の観点から、非ホウ素化コハク酸イミド(前述のモノ又はビスコハク酸イミド等)、ホウ素化コハク酸イミド(前述のモノ又はビスコハク酸イミドのホウ素変性化合物)、及び、これらの混合物を好適に利用できる。また、非ホウ素化コハク酸イミド、ホウ素化コハク酸イミド、又は、これらの混合物としては、窒素原子の含有量が0.5~3.0質量%のものが好ましい。なお、無灰分散剤は1種を単独で、あるいは、2種以上を組み合わせて利用してもよい。
本発明の潤滑油組成物においては、前述の成分(前記潤滑油基油、前記粘度調整剤、前記摩耗防止剤及び前記無灰分散剤)以外にも、その性能を更に向上させるために、目的に応じて潤滑油組成物に一般的に使用されている他の添加剤を適宜含有させてもよい。このような他の添加剤としては特に制限されず、潤滑油組成物の分野において利用されている公知のもの(例えば、特開2003-155492号公報、国際公開2017/073748号、特開2020-76004号公報等に記載されているもの)を適宜利用できる。また、このような他の添加剤としては、例えば、流動点降下剤、摩擦調整剤、金属系清浄剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、ゴム膨潤剤、消泡剤、希釈油等の添加剤等を挙げることができる。
各実施例等において利用した潤滑油基油及び添加剤を以下に示す。なお、以下において、潤滑油基油の密度は15℃における密度であり、「80℃における動粘度」を場合により「80℃動粘度」又は「動粘度(80℃)」と示し、また、硫黄分や窒素分の濃度に関する「ppm」は質量百万分率(mg/kg)である。
(1)潤滑油基油
〈実施例で利用した潤滑油基油〉
[鉱油(A)]80℃動粘度:3.61mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループII(鉱油)、密度:0.837g/cm3
[鉱油(B)]80℃動粘度:4.96mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループIII(鉱油)、密度:0.815g/cm3
[鉱油(C)]80℃動粘度:3.79mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループIII(鉱油)、密度:0.809g/cm3
[鉱油(D)]80℃動粘度:3.13mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループII(鉱油)、密度:0.830g/cm3
〈比較例で利用した潤滑油基油〉
[鉱油(E)]80℃動粘度:6.70mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループIII(鉱油)、密度:0.836g/cm3
[鉱油(F)]80℃動粘度:4.86mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループII(鉱油)、密度:0.836g/cm3
[鉱油(G)]80℃動粘度:6.31mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループIII(鉱油)、密度:0.834g/cm3
[鉱油(H)]80℃動粘度:5.75mm2/s、硫黄分:1ppm未満、窒素分:1ppm未満、API分類:グループIII(鉱油)、密度:0.826g/cm3。
[粘度調整剤]
エチレンプロピレンコポリマー(重量平均分子量:11,500)
[摩耗防止剤]
亜リン酸エステル(リン原子の含有量:7.3質量%)
[無灰分散剤]
非ホウ素化コハク酸イミド(窒素原子の含有量:1.3質量%)
[流動点降下剤]
ポリメタクリレート(非分散型、重量平均分子量:50,000)
[添加剤パッケージ]
無灰分散剤(非ホウ素化コハク酸イミド及びホウ素化コハクイミドの混合物);金属系清浄剤(カルシウムスルホネート、全塩基価:300(TBN300)、カルシウム原子の含有量:10質量%);酸化防止剤(アミン系酸化防止剤及びフェノール系酸化防止剤の混合物);摩擦調整剤(アミン系);摩耗防止剤(亜リン酸エステル);ゴム膨潤剤(スルホラン化合物);金属不活性化剤(チアジアゾール);及び、希釈油を含むパッケージ。
下記表1に示す組成となるように各成分を利用して、潤滑油組成物を調製した。なお、表1中の「-」はその成分を利用していないことを示す。また、表1中、潤滑油基油の含有量の単位の「inmass%」は潤滑油基油の全量に対する鉱油(A)~(H)の含有量(質量%)を表し、添加剤の含有量の単位の「mass%」は潤滑油組成物全量に対する各添加剤の含有量(質量%)を表す。また、表1には、実施例1~11および比較例1~4の各潤滑油組成物に関して、以下のようにして測定された、各温度(40℃、80℃、120℃)における動粘度、80℃におけるトラクション係数、及び、80℃における動粘度と80℃におけるトラクション係数との積を併せて示す。
・「動粘度」は、各温度(40℃、80℃、120℃)において、JIS K 2283-2000に準拠して、測定装置として自動粘度計(商品名「CAV-2100」、Cannon Instrument社製)を用いてそれぞれ測定した。
・「80℃におけるトラクション係数」は、測定装置としてEHL試験機(PCS Instruments社製の試験機「EHD2」)を用い、部材として鋼ディスク及び鋼ボールを利用して、温度:80℃、荷重:40N、周速(平均速度):1m/s、すべり率(SRR)10%の条件を採用して測定した。
実施例1~11及び比較例1~4で得られた潤滑油組成物をそれぞれ用いて、以下のようにして特性を評価した。
後述の点で異なる条件を採用した以外は、文献“FVA Information Sheet No.345,March 2002(以下、かかる文献を場合により単に「参考文献1」と称する)”に記載されている方法と同様の方法を採用して、下記試験条件でFZG平歯車試験装置を運転した場合の動力伝達効率を測定した。すなわち、試験装置として動力循環型のFZG平歯車試験装置を利用し、試験用ギアC-PT(C)(歯車材質:16MnCr5)を備えるギアボックスをシャフトの中心部のレベルまで潤滑油組成物で浸した状態とし、荷重ステージ:7(ST7[面圧:約1300N/mm2])、試験温度(試験時の潤滑油組成物の温度):90℃、モーター回転速度:1440rpmの試験条件で前記試験装置を運転し、入力トルク[単位:Nm]と、損失トルク([単位:Nm])とを測定して、下記式(1):
[動力伝達効率(%)]={(Tin-Tout)/Tin}×100 (1)
〔式(1)中、Tinは入力トルクを示し、Toutは損失トルクを示す。〕
を計算して、動力伝達効率(ギア効率)を求めた。なお、かかる測定に際しては、参考文献1に記載されている基準油「mineral oil FVA3A」の代わりにENEOS株式会社製の商品名「スーパーオイルM100」を利用し、参考文献1の7章中の7.4に記載されている手順のうち「Vc) Steady-state-tempeature」の欄に記載されている手順を省略し、更に、損失トルクの値として、参考文献1の8.2章に記載されているような「無負荷トルク損失(no load loss torque)」の値を差し引いた値ではなく、上記試験条件での測定値をそのまま採用した点において、参考文献1とは異なる条件を採用したが、それ以外は参考文献1に記載されている方法と同様の方法を採用した。このような測定により得られた結果を表3に示す。なお、表3には、比較例1の動力伝達効率を基準値とした場合の各実施例等の動力伝達効率の増加量(基準値に対する増加量:比較例1の動力伝達効率との差:効率向上値)を併せて示す。
図1に模式的に示すはすば歯車機構の試験装置を利用して、一対のはすば歯車に40℃、80℃、120℃の各温度の潤滑油組成物を供給して動力伝達効率(ギア効率)をそれぞれ求めた。以下、試験装置及び試験条件を分けて説明する。
先ず、試験装置について説明する。図1に試験装置は、はすば歯車G1と、はすば歯車G2とからなる一対のはすば歯車を備えるギアボックス30を利用した試験装置である。より具体的には、図1に試験装置は、駆動力を入力するための入力モータ(Input Motor:駆動モータ)10と、入力モータ10用の回転軸11と、回転軸11の先端に設置された入力側(駆動側)のはすば歯車G1と、入力トルク(駆動トルク)を測定するために回転軸11に接続されたトルクメータ12と、出力モータ(Output Motor:吸収モータ)20と、出力モータ20用の回転軸21と、回転軸21の先端に取り付けられた出力側(吸収側)のはすば歯車G2と、出力トルク(吸収トルク)を測定するために回転軸21に接続されたトルクメータ22と、一対のはすば歯車G1及びG2が内部に配置されたギアボックス30と、歯車に供給するための潤滑油組成物を貯蔵するためのタンク40と、タンク40から一対のはすば歯車G1及びG2の接触部位(歯車のかみ合う部分)に潤滑油組成物を供給するためのオイル供給管41とを備える試験装置である。なお、図1に示すタンク40には、タンク内に潤滑油組成物を導入させるためのオイル導入管(図示省略)が接続されており、タンク内に必要な量の潤滑油組成物を導入可能なように設計されている。また、図1中の矢印A1は、潤滑油組成物が供給管41内を移動する際の移動方向を概念的に示すものである。このような試験装置に利用した歯車の仕様を表2に示す。
次に、試験条件等について説明する。すなわち、図1に示すはすば歯車機構の試験装置を、以下に示すような条件で運転して、入力トルク[単位:Nm]と、出力トルク[単位:Nm]とをそれぞれ測定して、その測定値と入力側(駆動側)及び出力側(吸収側)の各回転軸の回転数の値とに基づいて、下記式(1’):
[動力伝達効率(%)]={(T2×n2)/(T1×n1)}×100 (1’)
〔式(1’)中、T1は入力トルク(駆動トルク)を示し、n1は入力側のはすば歯車G1の回転数(駆動回転数)を示し、T2は出力トルク(吸収トルク)を示し、n2は出力側のはすば歯車G2の回転数(吸収回転数)を示す。〕
を計算して、動力伝達効率(ギア効率)を求めた。このような動力伝達効率の測定は試験温度を変更して3回行った(このような3回の測定試験を、便宜上、以下、試験(A)、試験(B)又は試験(C)と称する)。また、このような試験(A)~(C)の各測定に際して、潤滑油組成物の供給時の温度(供給油温:試験温度)が、試験(A):40℃、試験(B):80℃、試験(C):120℃となるようにした。また、試験(A)~(C)の各測定に際しては、一対のはすば歯車G1及びG2の接触部位(歯車のかみ合う部分)に潤滑油組成物を1.0L/分で供給しながら、回転軸11(入力側:駆動側)の回転数が6000rpm(各試験において共通の回転数)となり、はすば歯車G2(出力側)の歯面に負荷される荷重が10Nm(各試験において共通の荷重)となる条件で試験装置(図1)を運転させた。このような測定により得られた結果(各実施例等の動力伝達効率)を表3に示す。なお、表3には、比較例1の動力伝達効率を基準値とした場合の各実施例等の動力伝達効率の増加量(基準値に対する増加量:比較例1の動力伝達効率との差:効率向上値)を併せて示す。
Claims (6)
- 80℃における動粘度が7.0mm2/s以下であり、
80℃における動粘度と80℃におけるトラクション係数との積が0.110以下であり、かつ、
はすば歯車機構用の潤滑油組成物であること、
を特徴とする潤滑油組成物。 - 前記潤滑油組成物中に含まれる潤滑油基油が、80℃における動粘度が2.0~6.0mm2/sのもの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。
- 前記潤滑油組成物中に含まれる潤滑油基油が、下記(A)~(C):
(A)API分類がグループII又はIIIであること、
(B)硫黄分の濃度が200質量ppm以下であること、
(C)窒素分の濃度が500質量ppm以下であること、
に示す条件を全て満たす鉱油系基油を潤滑油基油全量基準で60質量%以上含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の潤滑油組成物。 - 前記潤滑油組成物中に含まれる潤滑油基油が、15℃における密度が0.800~0.850g/cm2のものであることを特徴とする請求項1~3のうちのいずれか一項に記載の潤滑油組成物。
- 粘度調整剤を含むことを特徴とする請求項1~4のうちのいずれか一項に記載の潤滑油組成物。
- 前記粘度調整剤が、重量平均分子量が5,000~20,000のポリマーであることを特徴とする請求項5に記載の潤滑油組成物。
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