JP2023152902A - 電気車両及びハイブリッド車両用途のための耐久性マグネットワイヤ及び潤滑流体 - Google Patents

電気車両及びハイブリッド車両用途のための耐久性マグネットワイヤ及び潤滑流体 Download PDF

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Abstract

【課題】絶縁マグネットワイヤを有する電気モータと、マグネットワイヤの耐久性を維持するように構成された潤滑及び冷却流体と、を含む、電気車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインを提供する。【解決手段】ドライブラインは、約190℃~約210℃の熱定格を有する絶縁コーティングが施された絶縁マグネットワイヤを含む電気モータと、前記電気モータの前記絶縁マグネットワイヤの前記絶縁コーティングと接触している潤滑及び冷却流体と、を備え、前記潤滑及び冷却流体が、前記流体に少なくとも約50ppmの金属を提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む基油系と、を含み、前記基油系が、少なくとも約20重量パーセントの前記エステル基油を含み、かつ前記清浄剤系によって提供される前記金属の、前記潤滑及び冷却流体の前記基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である。【選択図】なし

Description

本開示は、絶縁マグネットワイヤを有する電気モータと、絶縁マグネットワイヤの改善された耐久性を提供するために有効な、絶縁マグネットワイヤと接触している潤滑組成物と、を含む、電気車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインに関する。
電気車両及びハイブリッド電気車両は、車両の車輪に動力を伝達するためのドライブライン及び/又は変速機と組み合わされた動力源(ガソリン若しくはディーゼルエンジンなどの従来の燃焼機関、及び/又は電気モータに結合されたバッテリー源)を収容し得る。ドライブライン及び/又は変速機は、車輪に結合された電気モータ及び/又はギア減速ユニットを含み得る。いくつかの用途では、ドライブライン内の電気モータ及び/若しくは歯車装置又は動力ギア減速ユニットの両方を潤滑するための潤滑剤組成物を含有する潤滑剤が、提供される。
電気車両及びハイブリッド電気車両用途では、潤滑流体は、電気モータのワイヤ又は部品、並びにドライブライン、変速機、及び/又は従来の燃焼機関ギア減速ユニットの部品と接触している場合がある。そのため、好適な流体は、かなり固有のタイプの車両構成部品のための適用性を有していなければならない。例えば、潤滑流体は、モータステータ内に見られるマグネットワイヤ、並びにドライブライン又は変速機の機械的部分内のギアと接触している場合がある。したがって、これらの用途に好適な流体は、従来の潤滑特性を有しなければならないだけでなく、電子構成部品並びにそのような電子構成要素の絶縁層に適合する必要もある。
変速機のための以前の潤滑剤は、典型的には、低摩擦及び耐摩耗能力、熱及び酸化に対する安定性、並びに清浄性及び分散性能力を必要としていた。そのような特性を達成するために、従来の潤滑剤は、概して、基油と、様々な添加剤、例えば、ごく少数の従来の潤滑剤添加剤を示すと、酸化防止剤、清浄剤、分散剤、耐摩耗剤、防錆剤、金属不活性化剤、摩擦調整剤、消泡剤、シール膨潤剤、及び/又は粘度指数向上剤などと、を含んだ。
電気構成要素用に好適であるために、流体は、一般に、良好な潤滑性能、良好な導電性、及び/又は良好な冷却性能を提供する、並びに流体が接触し得る任意の電線又は他の構成要素の絶縁コーティングに適合する必要がある。多くの場合、電気及びハイブリッド電気用途に必要とされる所望の特性のうちの1つ以上は、そのような従来の潤滑流体内に一般的に使用される添加剤の集合に起因して損なわれ、そのため、従来の潤滑流体は、1つ以上の理由で、電気車両又はハイブリッド電気車両に適さない場合がある。例えば、いくつかの従来の潤滑剤パッケージは、低い導電性を有し得るが、一方で不十分な熱伝導率を有し(不十分な冷却性能を提供する)、これは、電気又はハイブリッド用途には望ましくないであろう。他の従来の潤滑剤パッケージは、高い熱伝導率(良好な冷却能力を提供する)を有し得るが、一方で電気伝導率が低く、これも、電気又はハイブリッド用途には望ましくないであろう。更に他の従来の潤滑剤組成物は、電線又は電気構成要素上に提供された絶縁を攻撃又は破壊し、流体エージング後の不十分な電線絶縁破壊電圧又は電線絶縁破壊電圧の低下によって証明されるように、経時的に、そのような電気構成要素の性能を劣化させる可能性がある。したがって、先行する従来のドライブライン潤滑流体は、電気又はハイブリッド電気ドライブラインの文脈において、これらのユニークな用途に所望される性能を必ずしも提供しない。
潤滑及び冷却流体の金属含有量及びその潤滑流体の基油系中のエステル基のモルパーセントに対するマグネットワイヤの絶縁破壊電圧のプロットである。
本開示は、電気車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインに関する。1つのアプローチ又は実施形態では、ドライブラインは、約190℃~約210℃の熱定格を有する絶縁コーティングが施された絶縁マグネットワイヤを含む電気モータと、電気モータの絶縁マグネットワイヤの絶縁コーティングと接触している潤滑及び冷却流体と、を含む。この実施形態のいくつかの態様では、潤滑及び冷却流体は、少なくとも約50ppmの金属を流体に提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む基油系とを含む。アプローチでは、基油系はまた、少なくとも約20重量パーセントのエステル基油も含み得、かつ清浄剤系によって提供される金属の、潤滑及び冷却流体の基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である。
ドライブラインの他のアプローチ又は実施形態では、ドライブラインはまた、いくつかの任意選択的な実施形態を任意の組み合わせで、含み得る。ドライブラインのこれらの任意選択的なアプローチ又は実施形態は、マグネットワイヤの絶縁コーティングが、1つ以上の層を含むこと、並びに潤滑及び冷却流体と接触している層が、ポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、それらの組み合わせ、それらのブレンド、若しくはそれらのコポリマーを含むこと;並びに/又はマグネットワイヤが、14~30のAWGゲージを有すること;並びに/又はマグネットワイヤが、銅であること;並びに/又は潤滑及び冷却流体と接触している絶縁マグネットワイヤが、約10,000ボルト以上の絶縁破壊電圧を有すること;並びに/又はエステル基油が、分岐ジエステルを含むこと;並びに/又は分岐ジエステルが、6~10個の内部炭素鎖長を有する1種以上のジカルボン酸と、6~12個の炭素の分岐炭素鎖長を有する1種以上のアルコールとの反応生成物であること;並びに/又はエステル基油が、式I:
の構造を有するモノエステル及び/若しくはジエステルを含み、式中、Rが、m-2個の炭素を有する炭素鎖であり、mが、6~10の整数であり、R及びRが、同一若しくは異なり、かつC8~C20直鎖若しくは分岐アルキル鎖を含み、nが、0若しくは1の整数であり、並びに/又はnが、1であり、R及びRが、同一若しくは異なり、かつC8~C10分岐アルキル鎖を含むこと;並びに/又はエステル基油が、アジピン酸ビ(6-メチルヘプチル)(bi(6-methylheptyl)adipate)に基づく二塩基性エステル、アジピン酸ビス(8-メチルノニル)に基づく二塩基性エステル、若しくは直鎖モノエステルであって、その酸部分に約16~約18個の炭素と、そのアルコール部分に約20個の直鎖炭素と、を有する、直鎖モノエステル、若しくはそれらの組み合わせから選択されること;並びに/又は清浄剤系が、フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリクスレート(salixrates)、サリチレート、カルボン酸、それらの硫化誘導体、若しくはそれらの組み合わせのアルカリ若しくはアルカリ金属塩を含むこと;並びに/又はアルカリ若しくはアルカリ金属が、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、若しくはそれらの混合物を含むこと;並びに/又は清浄剤系が、800ppmm以下の金属を提供すること;並びに/又は基油系の第1の基油が、鉱物基油若しくは合成基油であること;並びに/又は基油系の第1の基油が、ポリアルファオレフィンであること、のうちの1つ以上を含み得る。
本開示の別のアプローチ又は実施形態では、ハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインは、絶縁コーティングが施された絶縁マグネットワイヤを有する、電気モータを含み、絶縁コーティングは、電気モータの絶縁マグネットワイヤのコーティングと接触している潤滑及び冷却流体と組み合わされたポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、それらの組み合わせ、それらのブレンド、又はそれらのコポリマーを含む。この実施形態の態様では、潤滑及び冷却流体は、少なくとも約50ppmの金属を流体に提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む基油系と、を含み得、基油系は、少なくとも約20重量パーセントのエステル基油を含む。
前の段落で説明したドライブラインの他のアプローチ又は実施形態では、ドライブラインはまた、いくつかの任意選択的な実施形態を任意の組み合わせで含み得る。ドライブラインのこれらの任意選択的なアプローチ又は実施形態は、清浄剤系によって提供される金属の、基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下であること;並びに/又はマグネットワイヤの絶縁コーティングが、約190℃~約200℃の熱定格を有すること;並びに/又は潤滑及び冷却流体と接触している絶縁マグネットワイヤが、約10,000ボルト以上の絶縁破壊電圧を有すること;並びに/又はエステル基油が、分岐ジエステルを含むこと;並びに/又は分岐ジエステルが、6~10個の内部炭素鎖長を有する1種以上のジカルボン酸と、6~12個の炭素の分岐炭素鎖長を有する1種以上のアルコールとの反応生成物であること;並びに/又はエステル基油が、式I:
の構造を有するモノエステル及び/若しくはジエステルを含み、式中、Rが、m-2個の炭素を有する炭素鎖であり、mが、6~10の整数であり、R及びRが、同一若しくは異なり、かつC8~C20直鎖若しくは分岐アルキル鎖を含み、nが、0若しくは1の整数であり、並びに/又はnが、1であり、R及びRが、同一若しくは異なり、かつC8~C10分岐アルキル鎖を含むこと;並びに/又はエステル基油が、アジピン酸ビ(6-メチルヘプチル)(bi(6-methylheptyl)adipate)に基づく二塩基性エステル、アジピン酸ビス(8-メチルノニル)に基づく二塩基性エステル、若しくは直鎖モノエステルであって、その酸部分に約16~約18個の炭素と、そのアルコール部分に約20個の直鎖炭素と、を有する、直鎖モノエステル、若しくはそれらの組み合わせから選択されること;並びに/又は清浄剤系が、フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリクスレート(salixrates)、サリチレート、カルボン酸、それらの硫化誘導体、若しくはそれらの組み合わせのアルカリ若しくはアルカリ金属塩を含むこと;並びに/又はアルカリ若しくはルカリ金属が、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、若しくはそれらの混合物を含むこと;並びに/又は清浄剤系が、800ppmm以下の金属を提供すること、のうちの1つ以上を含み得る。
本開示の更なるアプローチ又は実施形態では、ドライブライン及び電気モータを潤滑する方法が、提供される。態様では、方法は、本明細書に記載の潤滑及び冷却流体の任意の実施形態で、ドライブライン及び/又は電気モータを潤滑することを含み、電気モータの絶縁マグネットワイヤは、冷却流体を潤滑することと接触している。
更に他のアプローチ又は実施形態では、本明細書に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のドライブラインの任意の実施形態を潤滑するための、本明細書の潤滑及び冷却流体の任意の実施形態の使用が、記載される。アプローチでは、使用は、上記の改善された絶縁破壊電圧を達成するために、電気モータの少なくとも絶縁マグネットワイヤを、本明細書の潤滑及び冷却流体の任意の実施形態と接触させることを含む。
本開示は、電気車両及び/又はハイブリッド電気車両用途に好適な潤滑及び冷却流体を伴うマグネットワイヤを含むシステム、具体的には、潤滑及び冷却流体が、電気モータ及び/又はハイブリッド電気モータ、並びに絶縁マグネットワイヤなどのそれらの構成要素に接触する、それらの車両のドライブライン及び/又は変速機を記載する。本明細書の流体は、良好な潤滑特性だけでなく、良好な電気特性も示し、そのような車両用途の電気モータに見られるマグネットワイヤの絶縁コーティング層に適合する。
いくつかの態様では、本開示は、電気車両又はハイブリッド電気車両用のドライブラインを有するシステムを含み、ドライブラインは、1つ以上の絶縁マグネットワイヤを有する少なくとも1つの電気モータを含む。各マグネットワイヤは、その上に、約190℃~約210℃の熱定格を有する絶縁コーティングを有する。当業者によって理解されるように、ワイヤの熱定格又は熱等級は、ASTM D2307に基づく。この試験は、National Electrical Manufacturers Associationからの規格刊行物であるNEMA MW 1000に記載されている。アプローチでは、マグネットワイヤの絶縁コーティングは、1つ以上の層を含み得、潤滑及び冷却流体と接触している少なくとも外側層は、ポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、それらの組み合わせ、それらのブレンド、又はそれらのコポリマーを含む。
ドライブラインは、電気モータからのマグネットワイヤの絶縁コーティングと接触している潤滑及び冷却流体を更に含む。マグネットワイヤの絶縁コーティングとの適合性を提供するために、潤滑及び冷却流体は、以下に限定されないが、少なくとも約50ppmの金属を流体に提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む精選された基油系と、を含む、精選された組成物を含む。いくつかの実施形態では、基油系は、少なくとも約20重量パーセントのエステル基油を含み、潤滑及び冷却流体は、清浄剤系によって提供される金属の、基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である。そのような流体と磁気ワイヤとの組み合わせを用いて、本明細書のドライブラインシステムは、潤滑及び冷却流体と接触しているときに、(以下で更に説明するように)エージング後に10,000ボルト以上の絶縁破壊電圧を有する絶縁マグネットワイヤを提供する。以下に更に説明され、図1に示されるように、金属とエステル含有量とのそのような独特の関係を有する潤滑及び冷却流体は、驚くべきことに、マグネットワイヤの絶縁コーティングとの良好な適合性を提供し、流体中でのエージング時に、マグネットワイヤの絶縁に高レベルの絶縁破壊電圧及び耐久性を提供する。
電気車両及び/又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインは全て、電気モータを利用する。電気モータの1つの特徴が、電気エネルギーを磁気エネルギーと交換するために使用されるマグネットワイヤである。一般的に理解されるように、電気モータは、電流が通過すると電磁石になるマグネットワイヤの1つ以上のコイルを含む。電磁石は、永久磁石と相互作用して、コイルを回転させ、それにより、モータに動力を供給する。電気モータが作動すると、電気モータは、発熱し、潤滑及び/又は冷却される必要がある。したがって、内燃機関に一般的に使用される流体が、電気モータにおいて同様の冷却及び潤滑目的で使用される。しかしながら、背景技術で説明したように、内燃機関用の従来の潤滑剤は、測定される絶縁破壊電圧が低いことによって証明されるように、従来の流体は、エージング時にマグネットワイヤのコーティングを劣化させる傾向があるので、マグネットワイヤ上に見られる絶縁コーティングに適合しない場合がある。
本明細書で使用される場合、絶縁破壊電圧は、ASTM D1676-17のセクション70~76に規定されている絶縁破壊AC電圧として、そこに規定されているパラメータを使用して、6本のワイヤ撚り線について測定される。ワイヤは、ANSI NEMA Magnet Wire standard 1000-2018のセクション3.8.4に従って、この評価のために撚られて調整され、ワイヤエージングは、実施例で以下に更に説明されるように、撚られたワイヤを約150℃で約5日間(120時間)、約75~約100グラムの試験流体中に浸漬することによって実行される。試験の厳しさを増すために、水を添加してもよい。絶縁破壊電圧は、Megger 1525絶縁抵抗計又は同等物を使用して、測定され得る。
マグネットワイヤ:
本明細書のドライブラインシステムは、少なくとも1つの電気モータと、潤滑及び冷却流体とを含む。各電気モータは、マグネットワイヤのうちの1つ以上のコイルを含む。実施形態では、本明細書のシステムの電気モータ及びドライブラインのマグネットワイヤは、1つ以上の絶縁層によって被覆された円形、矩形、又は他の形状である14~30米国ワイヤゲージ(American Wire Gauge、AWG)銅又はアルミニウムワイヤであり得る。絶縁層、特に、電線の外側絶縁層は、車両ドライブラインの潤滑及び冷却流体と接触するであろう。マグネットワイヤは、多くの場合、1つ以上の別個のポリマー組成物を含み得るポリマー絶縁層を含む。これらのポリマーは、単一層にブレンドされ得るか、又はそのようなポリマーは、ワイヤの周りの複数の同心層であり得る。
実施形態では、マグネットワイヤ絶縁コーティングは、単一又は複数のコーティング層中に、ポリビニルアルコール-ホルムアルデヒド-ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエステル-ポリイミド、ポリアミド-ポリイミド、及び/又はポリイミド、又はそれらの組み合わせのポリマー又はコポリマーを含み得る。好ましくは、本明細書のシステムのドライブライン及び電気モータのマグネットワイヤは、ポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、ポリアミド-イミド、又はそれらの組み合わせ、それらのブレンド、又はそれらのコポリマーの1つ以上のコーティング層を含む。絶縁マグネットワイヤは、熱定格クラスを有し、本開示のワイヤは、典型的には、少なくとも190℃の熱定格、場合によっては、190℃~210℃の熱定格、最も好ましくは、200℃の熱定格を有する。マグネットワイヤ絶縁コーティングの外表面は、本明細書のドライブラインの潤滑及び冷却流体と接触する。
ドライブラインのための潤滑及び冷却流体
本明細書のドライブラインは、上述したような電気モータ及びその関連付けられたマグネットワイヤだけでなく、マグネットワイヤの耐久性のために構成された、精選された清浄剤系と、精選された基油系とを有する潤滑及び冷却流体も含む。ユニークに組み合わされたこれらの成分は、高い絶縁破壊電圧によって測定される、エージング時の高耐久性を有するマグネットワイヤを提供する。流体の各特徴は、以下により詳細に説明されるが、一般に、清浄剤系は、少なくとも約50ppmの金属(好ましくは、少なくとも100ppmの金属、少なくとも約150ppmの金属、又は少なくとも約200ppmの金属)を流体に提供し、基油系は、エステル基油と組み合わされた、潤滑粘度の1つ以上の第1の基油の精選されたブレンドを含む。いくつかの実施形態では、本明細書の流体は、(i)基油系中に少なくとも約20重量パーセントのエステル基油を有し得、(ii)潤滑及び冷却流体は、高い絶縁破壊電圧耐久性を達成するために、図1のチャートに一般的に示されるように、清浄剤系によって提供される金属の、基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である。
清浄剤系:本明細書の潤滑剤及び冷却流体は、ドライブラインのマグネットワイヤの高い絶縁破壊電圧を提供するために、精選された量の金属、例えば、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、又はそれらの混合物(好ましくはカルシウム)、及び、いくつかの実施形態では、基油系のエステル基のモルパーセントに対して精選された量のそのような金属を提供する独特の清浄剤系を含む。
実施形態では、清浄剤系は、フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリクスレート(salixrates)、サリチレート、カルボン酸、それらの硫化誘導体、又はそれらの組み合わせのアルカリ若しくはアルカリ金属塩などの清浄剤添加剤を含む。好ましくは、清浄剤は、フェネート又はスルホネートであり、最も好ましくは、スルホネートである。好適な清浄剤及びその調製方法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,732,390号及びその中に引用されている参考文献など、多数の特許公報に、より詳細に記載されている。本明細書の潤滑剤組成物は、約0.1~約5重量パーセントの清浄剤添加剤を、及び他のアプローチでは約0.15~約3重量パーセント、更に他のアプローチでは約0.15~1.0重量パーセントの清浄剤添加剤を、含み得る。
上記のように、及びいくつかのアプローチでは、清浄剤系は、精選された量の金属を、いくつかのアプローチでは精選された量のカルシウム及び/又はマグネシウムを、提供する。例えば、清浄剤系は、全潤滑組成物に基づいて、約50ppm超の金属、他のアプローチでは、約50ppm~約800ppmの金属、約100ppm~約800ppmの金属、約150~約800ppmの金属、又は約200ppm~約800の金属である量の金属を提供する。アプローチでは、金属は、好ましくは、カルシウム及び/又はマグネシウム、最も好ましくは、フェネート及び/又はスルホネート、最も好ましくは過塩基性スルホン酸カルシウムによって提供されるカルシウムである。
1つのアプローチでは、系中の好適な清浄剤は、石油スルホン酸、及びアリール基がベンジル、トリル、並びにキシリルである長鎖モノ若しくはジアルキルアリールスルホン酸、及び/又は様々なフェネート若しくはフェネートの誘導体のアルカリ若しくはアルカリ土類金属塩、例えば、カルシウム又はマグネシウムを含み得る。好適な清浄剤の例としては、以下の清浄剤、石炭酸カルシウム、カルシウム硫黄含有フェネート、スルホン酸カルシウム、カルシウムカリキサレート、カルシウムサリキサレート、カルシウムサリチレート、カルシウムカルボン酸、カルシウムリン酸、カルシウムモノ-及び/若しくはジ-チオリン酸、カルシウムアルキルフェノール、カルシウム硫黄結合アルキルフェノール化合物、カルシウムメチレン架橋フェノール、マグネシウムフェネート、マグネシウム硫黄含有フェネート、スルホン酸マグネシウム、マグネシウムカリキサレート、マグネシウムサリキサレート、サリチル酸マグネシウム、マグネシウムカルボン酸、マグネシウムリン酸、マグネシウムモノ-及び/若しくはジ-チオリン酸、マグネシウムアルキルフェノール、マグネシウム硫黄結合アルキルフェノール化合物、マグネシウムメチレン架橋フェノール、ナトリウムフェネート、ナトリウム硫黄含有フェネート、スルホン酸ナトリウム、ナトリウムカリキサレート、ナトリウムサリキサレート、サリチル酸ナトリウム、ナトリウムカルボン酸、ナトリウムリン酸、ナトリウムモノ-及び/若しくはジ-チオリン酸、ナトリウムアルキルフェノール、ナトリウム硫黄結合アルキルフェノール化合物、又はナトリウムメチレン架橋フェノールの低塩基性/中性及び過塩基性のバリエーションが挙げられるが、これらに限定されない。
清浄剤添加剤は、中性、低塩基性、又は過塩基性であり得る。理解されるように、過塩基性清浄剤添加剤は、当該技術分野において周知であり、アルカリ又はアルカリ土類金属過塩基性清浄剤添加剤であり得る。そのような清浄剤添加剤は、金属酸化物又は金属水酸化物を基質及び二酸化炭素ガスと反応させることによって調製されてもよい。基質は、典型的には、酸、例えば、脂肪族置換スルホン酸、脂肪族置換カルボン酸、又は脂肪族置換フェノールなどの酸である。
「過塩基性」という用語は、存在する金属の量が化学量論量を超えている、金属塩、例えば、スルホネート、カルボキシレート、サリシレート、及び/又はフェネートの金属塩に関する。そのような塩は、100%超の変換レベルを有していてもよい(すなわち、これらは、酸をその「標準」「中性」の塩に変換するのに必要な理論的量の金属の100%より多くを含んでいてもよい)。多くの場合MRと略される表現「金属比率」は、既知の化学反応性及び化学量論に従って、過塩基性塩中の金属の総化学当量と中性塩中の金属の化学当量との比率を示すために使用される。標準塩又は中性塩では、MRは1であり、過塩基性塩では、MRは1より大きい。これらは、一般的に、過塩基性、高塩基性、又は超塩基性塩と呼ばれ、有機硫黄酸、カルボン酸、又はフェノールの塩であってもよい。
本明細書で使用されるとき、「TBN」という用語は、ASTM D2896の方法によって測定される単位mg KOH/gの全アルカリ価を表すために使用される。潤滑油組成物の過塩基性清浄剤は、約200mg KOH/グラム以上、又は約250mg KOH/グラム以上、又は約350mg KOH/グラム以上、又は約375mg KOH/グラム以上、又は約400mg KOH/グラム以上の全アルカリ価(total base number、TBN)を有し得る。過塩基性清浄剤は、1.1:1から、又は2:1から、又は4:1から、又は5:1から、又は7:1から、又は10:1からの金属対基質比を有していてもよい。
好適な過塩基性清浄剤の例としては、過塩基性石炭酸カルシウム、過塩基性カルシウム硫黄含有フェネート、過塩基性スルホン酸カルシウム、過塩基性カルシウムカリキサラート、過塩基性カルシウムサリキサレート、過塩基性カルシウムサリチレート、過塩基性カルシウムカルボン酸、過塩基性カルシウムリン酸、過塩基性カルシウムモノ及び/又はジチオリン酸、過塩基性カルシウムアルキルフェノール、過塩基性カルシウム硫黄結合アルキルフェノール化合物、過塩基性カルシウムメチレン架橋フェノール、過塩基性マグネシウムフェネート、過塩基性マグネシウム硫黄含有フェネート、過塩基性スルホン酸マグネシウム、過塩基性マグネシウムカリキサラート、過塩基性マグネシウムサリキサレート、過塩基性サリチル酸マグネシウム、過塩基性マグネシウムカルボン酸、過塩基性マグネシウムリン酸、過塩基性マグネシウム及び/又はジチオリン酸、過塩基性マグネシウムアルキルフェノール、過塩基性マグネシウム硫黄結合アルキルフェノール化合物、又は過塩基性マグネシウムメチレン架橋フェノールが挙げられるが、これらに限定されることはない。
低塩基性又は中性清浄剤が清浄剤系に組み込まれる場合、低塩基性又は中性清浄剤は、一般に、最大175mg KOH/g、最大150mg KOH/g、最大100mg KOH/g、又は最大50mg KOH/gのTBNを有する。低塩基性/中性清浄剤は、カルシウム又はマグネシウム含有清浄剤を含み得る。好適な低塩基性/中性清浄剤の例としては、以下に限定されないが、スルホン酸カルシウム、石炭酸カルシウム、カルシウムサリチレート、スルホン酸マグネシウム、マグネシウムフェネート、及び/又はサリチル酸マグネシウムが挙げられる。
いくつかの実施形態では、本明細書のドライブライン流体中に使用される清浄剤は、約0~約100、及び他のアプローチでは約0~約50の全塩基価を有する中性又は低塩基のスルホン酸カルシウム若しくは石炭酸カルシウムである。他のアプローチでは、本明細書のドライブライン流体中に使用される清浄剤は、150~400、及び他のアプローチでは約200~約350の全塩基価を有する過塩基性スルホン酸カルシウム若しくは石炭酸カルシウムである。更に他のアプローチでは、本明細書のドライブライン流体中に使用される清浄剤は、スルホン酸マグネシウム又はマグネシウムフェネートであり得、スルホン酸マグネシウムが清浄剤系に組み込まれる場合、スルホン酸マグネシウムは、300~500、及び他のアプローチでは約350~約450の全塩基価を有する過塩基性清浄剤であり得る。上記のTBN値は、基油中に希釈された仕上がり清浄剤成分の値を反映する。
他の実施形態では、本明細書の清浄剤のTBNは、清浄剤成分のニート又は非希釈バージョンを反映することがある。例えば、本明細書の流体は、0~約80、及び他のアプローチでは約20~約80のTBNを有するニート(又は非希釈)添加剤として、中性~低塩基性スルホン酸カルシウムを含み得る。ニート添加剤としての過塩基性スルホン酸カルシウム又は石炭酸カルシウムは、約300~約450、及び他のアプローチでは約380~約420のTBNを有し得る。ニート添加剤としての過塩基性スルホン酸マグネシウムは、約500~約700、及び他のアプローチでは約600~約700のTBNを有し得る。好ましくは、本明細書の清浄剤系は、約50~約800ppmのカルシウムを提供する過塩基性スルホン酸カルシウム清浄剤を含む。
基油系:他の態様又は実施形態では、本明細書に開示の潤滑及び冷却流体は、(i)1つ以上のAPIグループI~グループV基油から選択される潤滑粘度の第1の基油を、(ii)精選された量のエステル基油とブレンドしたものを含む独特の基油系を含む。いくつかの実施形態では、本明細書の基油系は、エステル基油と組み合わされる第1の基油として、APIグループI、II、及び/又はIII鉱物基油を含む。別のアプローチでは、本明細書の基油系は、エステル基油と組み合わされる第1の基油として、APIグループIVポリアルファオルフィン(polyalphaolfin)基油を含む。上記の実施形態のいずれかでは、基油系は、少なくとも約20重量パーセントのエステル基油を含む。以下により詳細に説明されるように、本明細書の流体のエステル基油は、特定の内部炭素鎖長を有する1種以上のカルボン酸又はジカルボン酸と、特定の直鎖若しくは分岐炭素鎖長を有する1種以上のアルコールとの反応生成物であり、指定された量のエステル官能基を流体に提供する。したがって、エステル基に対する金属の上記の関係内で清浄剤系とブレンドされた場合、本明細書のドライブライン及び電気モータは、絶縁破壊電圧の文脈における非常に高レベルのマグネットワイヤ耐久性を有する。
基油系のエステル基油:本明細書の潤滑及び冷却流体の1つの成分は、少なくとも20重量パーセントのエステル基油を含む基油系である。1つのアプローチでは、基油系のエステル基油は、直鎖又は分岐モノエステル、及び他のアプローチでは、ジカルボン酸の直鎖又は分岐ジエステルである。このジエステル又はジエステルは、6~10個の炭素の内部炭素鎖長を有する1種以上のカルボン酸と、6~12個の炭素の分岐炭素鎖長、及び他のアプローチでは8~10個の炭素の分岐炭素鎖、及び更にまた他のアプローチでは8~12個の炭素の分岐炭素鎖を有する1種以上のアルコール、並びにそれらの様々な混合物との反応生成物であり得る。モノエステル基油は、エステル基又はアルコール基中に最大20個の炭素を有し得る。
好適なエステル基油としては、セバシン酸、オクタン二酸、及び/又はアジピン酸など、並びにそれらの混合物を含む精選されたカルボン酸若しくはジカルボン酸の、4-メチルペンタノール、3-メチルペンタノール、2-メチルヘプタノール、ヘキサン-2-オール、6-メチルヘプタノール、5-メチルヘプタノール、4-メチルヘプタノール、3-メチルペンタノール、2-メチルヘプタノール、オクタン-2-オール、2-エチルヘキサノール、4-エチルヘキサノール、8-メチルノナノール、7-メチルノナノール、6-メチルノナノール、5-メチルノナノール、4-メチルノナノール、3-メチルノナノール、2-メチルノナノール、デカン2-オール、11-メチルドデカノールなど、並びにそれらの混合物を含む様々な直鎖若しくは分岐アルコールとの反応から得られるものが挙げられ得る。これらのジエステルの具体例としては、ビス(6-メチルヘプチル)ヘキサンジオエート、ビス(8-メチルノニル)ヘキサンジオエート、ビス(2-エチルヘキシル)デカンジオエート、ビス(2-エチルヘキシル)ヘキサンジオエートなど、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態では、エステル基油は、アジピン酸ジイソオクチル、アジピン酸ジイソデシル、パルミチン酸イコシル、又はそれらの組み合わせから選択される。更に他の実施形態では、エステル基油は、アジピン酸ビス(6-メチルヘプチル)に基づく二塩基性エステル、アジピン酸ビ(8-メチルノニル)(bi(8-methylnonyl)adipate)に基づく二塩基性エステル、又は酸部分に約16~18個の炭素と、アルコール部分に約20個の炭素とを有する直鎖モノエステル、又はそれらの組み合わせである。
そのようなエステル又はジエステルは、式(I)のモノエステル若しくはジエステルをもたらす下記の例示的な反応スキーム1によって一般に示されるように、精選されたカルボン酸若しくはジカルボン酸を、精選されたアルコール(又はそれらの混合物)と反応させることによって調製され得、
式中、Rは、m-2個の炭素を含み、いくつかの実施形態では、mは、6~10の整数であり、R及びRは、同一又は異なり(式Iにおいて)、かつC6~C12分岐アルキル鎖、及び他のアプローチではC8~C10分岐アルキル鎖、及び更に他のアプローチではC8~C12分岐アルキル鎖、及び更に他のアプローチではC6~C10分岐アルキル鎖を含み、nは、0又は1の整数である。(具体的には、式Iは、nが0であるときモノエステルであり、nが1であるときジエステルである。)好ましくは、整数nは1であり、R及びRは、同一又は異なり、かつC8~C10分岐アルキル鎖を含む。モノエステルの文脈において、nが0である場合、R及び又はRは、例えば、パルミチン酸イコシルなど、最大20個の炭素であり得る。
ジエステル基油は、約20モルパーセント以上のエステル基(-C(O)O-)のモルパーセント(例えば、約20~約30モルパーセントのエステル基又は約20~約25モルパーセントのエステル基)を有し得、モノエステル基油は、約8パーセント以下のエステル基のモルパーセント(例えば、約6~約8モルパーセントのエステル基)を有し得る。
基油系の第1の基油:本明細書の基油系はまた、第1の基油成分として、1種以上の鉱物油及び/又は他の合成油を含み得る。本明細書で使用されるとき、鉱物油及び他の合成油は、米国石油協会(American Petroleum Institute、API)のカテゴリーグループのグループI~Vの油によって分類された油を指す。天然油の例としては、動物油、植物油(例えば、ヒマシ油及びラード油)、及び石油、パラフィン油、又はナフテン油などの鉱物油が挙げられる。石炭又は頁岩に由来する油も好適である。米国石油協会は、これらの異なるベースストックタイプを以下のように分類している:グループI、硫黄0.03重量パーセント超、及び/又は飽和分90体積パーセント未満、粘度指数が80~120;グループII、硫黄0.03重量パーセント以下、及び飽和分90体積パーセント以上、粘度指数80~120;グループIII、硫黄0.03重量パーセント以下、及び飽和分90体積パーセント以上、粘度指数120超;グループIV、全てのポリアルファオレフィン。水素化処理ベースストック及び接触脱ロウベースストックは、それらの低い硫黄及び芳香族化合物含有量のために、一般にグループII及びグループIIIの範疇に入る。ポリアルファオレフィン(グループIVベースストック)は、様々なアルファオレフィンから調製された合成基油であり、硫黄及び芳香族を実質的に含まない。多くのグループV基油も真の合成生成物であり、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール、アルキル化芳香族、ポリリン酸エステル、ポリビニルエーテル、及び/又はポリフェニルエーテルなどを含み得る。
好適な油は、水素化分解、水素化、水素化仕上げ、未精製、精製、及び再精製油、及びそれらの混合物から誘導され得る。他の基油の任意の油ブレンドは、それらが上記で議論される所望の潤滑特性、電気特性、及び熱特性を損なわない限り、使用することができる。
未精製油は、少しの更なる精製処理を行ったか、又は行っていない、天然、鉱物、又は合成源から誘導されたものである。精製油は、1つ以上の特性の向上をもたらし得る、1つ以上の精製ステップによって処理されたことを除いて、未精製油と同様である。好適な精製技術の例は、溶媒抽出、二次蒸留、酸又は塩基抽出、濾過、浸透などである。食用油の品質に精製された油は、有用である場合もそうでない場合もある。食用油は、ホワイトオイルとも呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態では、潤滑剤組成物は、食用油又は白油を含まない。
再精製油はまた、再生油又は再処理油としても知られている。これらの油は、同一又は類似のプロセスを用いて精製油を得るのに用いられるものと同様の方法で得られる。多くの場合、これらの油は、使用済み添加剤及び油分解生成物の除去を対象とする技術によって更に処理される。
鉱物油は、掘削によって、又は植物及び動物から得られる油、並びにそれらの混合物を含み得る。例えば、そのような油としては、ヒマシ油、ラード油、オリーブ油、ピーナツ油、トウモロコシ油、ダイズ油、及び亜麻仁油、並びに鉱物潤滑油、例えば、液体石油、及びパラフィン系、ナフテン系、若しくは混合されたパラフィン系-ナフテン系タイプの溶媒処理又は酸処理された鉱物系潤滑油が挙げられるが、それらに限定されない。そのような油は、望ましい場合、部分又は完全水素化され得る。石炭又は頁岩から誘導される油も、有用であってもよい。
有用な他の合成潤滑油としては、炭化水素油、例えば、重合、オリゴマー化、若しくは相互重合オレフィン(例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマー);ポリ(1-ヘキセン)、ポリ(1-オクテン)、1-デセンのトリマー若しくはオリゴマー、例えば、ポリ(1-デセン)(そのような材料はしばしばα-オレフィンと呼ばれる)、及びそれらの混合物;アルキル-ベンゼン(例えば、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニルベンゼン、ジ-(2-エチルヘキシル)-ベンゼン);ポリフェニル(例えば、ビフェニル、ターフェニル、アルキル化ポリフェニル);ジフェニルアルカン、アルキル化ジフェニルアルカン、アルキル化ジフェニルエーテル、及びアルキル化ジフェニルスルフィド、並びにそれらの誘導体、類似体及び相同体、又はそれらの混合物が、挙げられ得る。
他の合成潤滑油としては、ポリオールエステル、リン含有酸の液体エステル(例えば、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、及びデカンホスホン酸のジエチルエステル)、又はポリマーテトラヒドロフランが挙げられる。合成油は、フィッシャー・トロプシュ反応によって生成されてもよく、典型的には、水素化異性化フィッシャー・トロプシュ炭化水素又はワックスであってもよい。実施形態では、油は、フィッシャー-トロプシュガス-ツー-リキッド合成手順によって、及び他のガス-ツー-リキッド油から調製され得る。
本明細書の基油系の第1の基油成分は、ASTM D445-18に従って測定される、約2~約6cSt、約2~約4cSt、約2~約3cStのKV100(100℃での動粘度)を有し得る。
本明細書の潤滑及び冷却流体中に使用される基油系は、第1の基油と上述のエステル基油とのブレンドを含み、いくつかの実施形態では、グループI~グループVの基油のうちの1種以上とエステル基油とのブレンドを含む。他の実施形態では、第1の基油は、グループI~グループIVの基油から選択される1種以上の油であり、更に別の実施形態では、第1の基油は、グループI、グループII、及び/若しくは又はグループIIIから選択される鉱物基油、又は代替的に、グループIVから選択されるポリアルファオレフィン基油である。
いくつかのアプローチでは、例えば、言及した清浄剤系と組み合わされた場合のマグネットワイヤの耐久性に好適な本明細書の基油系は、(基油系の総重量に基づいて)少なくとも約20重量パーセントのエステル基油、及び他のアプローチでは約20~約80重量パーセントのエステル基油を含み、更に他のアプローチでは、基油系は、約30~約75重量パーセントのエステル基油、更に他のアプローチでは約35~約73重量パーセントのエステル基油である。他のアプローチ又は実施形態では、基油系は、全基油系の少なくとも約20重量パーセント、少なくとも約25重量パーセント、少なくとも約30重量パーセント、少なくとも約35重量パーセント、少なくとも約40重量パーセント、又は少なくとも約50重量パーセント~約80重量パーセント以下、約70重量パーセント以下、約65重量パーセント以下、又は約50重量パーセント以下の範囲の量で、エステル基油を含み得る。
いくつかのアプローチでは、例えば、本明細書の潤滑組成物に好適な基油系は、(基油系の総重量に基づいて)約20~約80重量パーセントのグループI、II、III、及び/又はIV油を第1の基油として含み、更に他のアプローチでは、基油系は、約60~約90重量パーセントの第1の基油である。他のアプローチ又は実施形態では、基油系は、少なくとも約50重量パーセント、少なくとも約60重量パーセント、少なくとも約70重量パーセント、少なくとも約75重量パーセント~約80重量パーセント以下、又は約75重量パーセント以下の範囲の量で、第1の基油を含み得る。
仕上がり潤滑及び冷却流体は、過半量の基油系(第1の基油及びエステル基油である)を含み得、いくつかのアプローチでは、約70~約98重量パーセント、他のアプローチでは、約75~約90重量パーセント、及び更に他のアプローチでは、約75~約85重量パーセントの基油系を含み得る。他のアプローチ又は実施形態では、潤滑組成物は、少なくとも約70重量パーセント、少なくとも約75重量パーセント、少なくとも約80重量パーセント、少なくとも約85重量パーセント、又は少なくとも90重量パーセント~約98重量パーセント以下、約90重量パーセント以下、約85重量パーセント以下、又は約80重量パーセント以下の範囲の量で、基油系を含み得る。
いくつかのアプローチ又は実施形態では、本明細書の基油系は、第1の基油として、グループI~グループVの基油のブレンドを含み、言及したエステル基油は、約2~約20cSt、他のアプローチでは約2~約10cSt、約2.5~約6cSt、更に他のアプローチでは約2.5~約3.5cSt、及び更に他のアプローチでは約2.5~約4.5cStのKV100を有し得る。
潤滑及び冷却流体
本開示の潤滑及び冷却流体は、電気車両及び/又はハイブリッド電気車両の変速機並びに他の構成要素を潤滑するのに好適であり、基油系中のエステル基(すなわち、-C(O)O-基)のモルパーセントに対する金属の精選された比を提供する清浄剤添加剤のうちの1種以上と組み合わされた上記の基油系を含む。基油系中のエステル基のモルパーセントに対する金属の好適な比は、マグネットワイヤの高い絶縁破壊電圧を達成するために、約70以下、及び他のアプローチでは約10~約70であり得る。潤滑油組成物は、ドライブライン油、自動車用変速機流体、エンジン油などであり得、モータ、発電機、モータステータ、及び/又はバッテリーを含む電気車両並びに/若しくはハイブリッド電気車両の構成要素を潤滑及び接触させるのに特に好適である。
更に他のアプローチでは、潤滑及び冷却流体は、潤滑及び冷却流体の総重量に基づいて、約30~約75重量パーセントの、本明細書に記載されるようなエステル基油を含み得る。他のアプローチでは、潤滑及び冷却流体は、少なくとも約30重量パーセント、少なくとも約40重量パーセント、少なくとも約50重量パーセント、少なくとも約60重量パーセント、少なくとも約65重量パーセント、少なくとも約70重量パーセント~約80重量パーセント未満、約75重量パーセント未満、約70重量パーセント未満、約60重量パーセント未満、約50重量パーセント未満、又は約40重量パーセント未満の範囲の量のエステル基油を含み得る。
更なるアプローチでは、潤滑油組成物はまた、潤滑冷却流体の総重量に基づいて、約40~約80重量%の1種以上の鉱物油若しくは他の合成(PAO)油を、第1の基油として含み得る。第1の基油は、潤滑組成物が、本開示全体を通して考察されるような所望の特性を依然として達成する限り、上記で考察した少なくとも1種以上のグループI~グループVの油を含み得る。
本明細書で使用される場合、「油組成物」、「潤滑組成物」、「潤滑油組成物」、「潤滑油」、「潤滑剤組成物」、「完全配合潤滑剤組成物」、「潤滑剤」、並びに「潤滑及び冷却流体」という用語は、過半量の基油成分と少量の清浄剤及び他の任意選択的な成分とを含む仕上がり潤滑生成物を指す同義の完全に互換的な用語とみなされる。
本明細書における潤滑剤は、そのような添加剤が本明細書で議論されるような電気特性及び冷却特性を損なうことがない限り、特定の用途の必要に応じて他の任意選択的な添加剤も含み得る。いくつかの一般的な任意選択的な添加剤が本明細書に記載されている。
任意選択的な添加剤成分
上述の基油に加えて、本明細書における潤滑油組成物は、潤滑流体の必要な1つ以上の機能を実行するための他の添加剤も含み得る。更に、上述の添加剤の1つ以上は、多機能性であり、本明細書で記述される機能に加えて、又は機能以外の他の機能を提供し得る。
例えば、本明細書における組成物は、摩擦調整剤、空気排除添加剤、酸化防止剤、腐食防止剤、泡防止剤、シール膨潤剤、粘度指数向上剤、防錆剤、極圧添加剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの成分のうちの1つ以上を含み得る。他の性能添加剤は、上で明記されたものに加えて、金属不活性化剤、無灰TBNブースター、解乳化剤、乳化剤、流動点降下剤、及びそれらの混合物のうちの1つ以上も含み得る。典型的には、完全配合潤滑油は、これらの性能添加剤のうちの1つ以上を含有するであろう。いくつかの一般的な任意選択的な添加剤成分の例を以下に記載する。
粘度指数向上剤
上述のポリ(メタ)アクリレートコポリマーに加えて、本明細書における潤滑油組成物は、任意選択で、1つ以上の追加又は補足の粘度指数向上剤も含有し得る。好適な補足の粘度指数向上剤としては、ポリオレフィン、オレフィンコポリマー、エチレン/プロピレンコポリマー、ポリイソブテン、水素化スチレン-イソプレンポリマー、スチレン/マレイン酸エステルコポリマー、水素化スチレン/ブタジエンコポリマー、水素化イソプレンポリマー、アルファ-オレフィン無水マレイン酸コポリマー、ポリ(メタ)アクリレート、ポリアクリレート、ポリアルキルスチレン、水素化アルケニルアリール共役ジエンコポリマー、又はそれらの混合物を挙げることができる。粘度指数改善剤は星型ポリマーを含んでもよく、好適な例は、米国公開第2012/0101017(A1)号に記載されている。
本明細書における潤滑油組成物は、任意選択で、上記で議論されるPMA粘度指数向上剤に加えて、1つ以上の分散剤粘度指数向上剤も含有し得る。好適な分散剤粘度指数向上剤としては、官能化ポリオレフィン、例えば、アシル化剤(無水マレイン酸など)とアミンとの反応生成物で官能化されたエチレン-プロピレンコポリマー、アミンで官能化されたポリ(メタ)アクリレート、又はアミンと反応させたエステル化無水マレイン酸-スチレンコポリマーが、挙げられ得る。
粘度指数向上剤及び/又は分散剤粘度指数向上剤の総量は、潤滑組成物の0重量%~20重量%、0.1重量%~15重量%、0.25重量%~12重量%、又は0.5重量%~10重量%であり得る。
分散剤
潤滑剤組成物は、1種以上の精選された分散剤若しくはそれらの混合物を含み得る。分散剤は、潤滑油組成物に混合する前に灰分を形成する金属を含まず、潤滑剤に添加するとき通常灰分に寄与しないため、しばしば無灰タイプの分散剤と呼ばれている。無灰型分散剤は、比較的高い分子又は重量の炭化水素鎖に結合した極性基を特徴とする。典型的な無灰分散剤には、N-置換長鎖アルケニルスクシンイミドが含まれる。N-置換長鎖アルケニルスクシンイミドは、(180~約18,000の数平均分子量を有する)ポリスチレンを較正基準として使用したゲル浸透クロマトグラフィー(gel permeation chromatograph、GPC)によって決定されたとき、約800~約2500の範囲のポリイソブチレン置換基の数平均分子量を有するポリイソブチレン(polyisobutylene、PIB)置換基を含む。分散剤中に使用されるPIB置換基は、典型的には、ASTM D445-18を使用して決定される約2100~約2700cStの100℃での粘度を有する。スクシンイミド分散剤及びそれらの調製方法は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,897,696号及び米国特許第4,234,435号に開示されている。スクシンイミド分散剤は、典型的には、ポリアミン、典型的にはポリ(エチレンアミン)から形成されたイミドである。分散剤は、ポリアミンによって結合された2つのスクシンイミド部分を含み得る。ポリアミンは、テトラエチレンペンタアミン(tetra ethylene penta amine、TEPA)、トリエチレンテトラアミン(tri ethylene tetra amine、TETA)、ペンタエチレンヘキサアミン(penta ethylene hexa amine、PEHA)、他の高窒素エチレンジアミン種及び/又はそれらの混合物であってもよい。ポリアミンは、直鎖、分岐、及び環状アミンの混合物であり得る。PIB置換基は各スクシンイミド部分に結合していてもよい。
いくつかの実施形態では、潤滑剤組成物は、上述のGPC法によって測定されたとき、約350~約5000、又は約500~約3000の範囲の数平均分子量を有するポリイソブチレンに由来する少なくとも1つのポリイソブチレンスクシンイミド分散剤を含む。ポリイソブチレンスクシンイミドは、単独で、又は他の分散剤と組み合わせて使用され得る。
いくつかの実施形態では、ポリイソブチレン(PIB)は、含まれる場合、末端二重結合の50モル%超、60モル%超、70モル%超、80モル%超、又は90モル%超の含有量を有し得る。そのようなPIBは、高反応性PIB(highly reactive PIB、「HR-PIB」)とも称される。約800~約5000の範囲の数平均分子量を有するHR-PIBが、本開示の実施形態での使用に好適である。従来の非高反応性PIBは、典型的には、末端二重結合の50モル%未満、40モル%未満、30モル%未満、20モル%未満、又は10モル%未満の含有量を有する。
上記のGPC法により測定された、約900~約3000の範囲の数平均分子量を有するHR-PIBが、好適であり得る。そのようなHR-PIBは、市販されているか、又は米国特許第4,152,499号及び米国特許第5,739,355号に記載されているような、三フッ化ホウ素などの非塩素化触媒の存在下でのイソブテンの重合によって合成され得る。前述の熱エン反応に使用される場合、HR-PIBは、増加した反応性のために、反応におけるより高い変換率、及びより少ない量の沈殿物形成をもたらし得る。
いくつかの実施形態では、潤滑剤組成物は、ポリイソブチレン無水コハク酸に由来する少なくとも1つの分散剤を含む。実施形態では、分散剤は、ポリアルファオレフィン(polyalphaolefin、PAO)無水コハク酸から誘導されてもよい。実施形態では、分散剤は、オレフィン無水マレイン酸コポリマーから誘導されてもよい。例として、分散剤は、ポリPIBSAとして記載されてもよい。実施形態では、分散剤は、エチレン-プロピレンコポリマーにグラフト化される無水物から誘導されてもよい。
好適な分散剤のうちの1つの種類は、マンニッヒ塩基であり得る。マンニッヒ塩基は、より高分子量のアルキル置換フェノール、ポリアルキレンポリアミン、及びホルムアルデヒドなどのアルデヒドの縮合によって形成される材料である。マンニッヒ塩基は、米国特許第3,634,515号に、より詳細に記載されている。
好適な種類の分散剤は、高分子量エステル又は半エステルアミドであり得る。
好適な分散剤はまた、種々の薬剤のいずれかとの反応による従来の方法によって後処理することができる。これらの薬剤の中には、ホウ素、尿素、チオ尿素、ジメルカプトチアジアゾール、二硫化炭素、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素置換無水コハク酸、無水マレイン酸、ニトリル、エポキシド、カーボネート、環状カーボネート、ヒンダードフェノールエステル、及びリン化合物がある。米国特許第7,645,726号、米国特許第7,214,649号、及び米国特許第8,048,831号は、いくつかの好適な後処理方法及び後処理された生成物を記載している。
本明細書における分散剤を形成するのに有用な好適なホウ素化合物は、ホウ素含有種を無灰分散剤に導入することができるいずれかのホウ素化合物又はホウ素化合物の混合物を含む。そのような反応を受けることができる有機又は無機の任意のホウ素化合物を使用することができる。したがって、酸化ホウ素、酸化ホウ素水和物、三フッ化ホウ素、三臭化ホウ素、三塩化ホウ素、HBFホウ素酸類、例えば、ボロン酸(例えば、アルキル-B(OH)、又はアリール-B(OH))、ホウ酸(すなわち、HBO)、四ホウ酸(すなわち、H)、メタホウ酸(すなわち、HBO)、そのようなホウ素酸類のアンモニウム塩、及びそのようなホウ素酸類のエステルを使用することができる。三ハロゲン化ホウ素とエーテル、有機酸、無機酸、又は炭化水素との錯体の使用は、ホウ素反応物質を反応混合物に導入する便利な手段である。このような錯体は知られており、三フッ化ホウ素-ジエチルエーテル、三フッ化ホウ素-フェノール、三フッ化ホウ素-リン酸、三塩化ホウ素-クロロ酢酸、三臭化ホウ素-ジオキサン及び三フッ化ホウ素-メチルエチルエーテルにより例示される。
本明細書における分散剤を形成するための好適なリン化合物としては、リン含有種を無灰分散剤に導入することができるリン化合物又はリン化合物の混合物が挙げられる。したがって、そのような反応を行うことができる有機又は無機のいずれかのリン化合物を使用することができる。したがって、そのような無機リン化合物を、無機リン酸、及びその水和物を含む無機酸化リンとして使用することができる。典型的な有機リン化合物としては、リン酸の完全エステル及び部分エステル、例えば、リン酸、チオリン酸、ジチオリン酸、トリチオリン酸、及びテトラチオリン酸のモノ-、ジ-、及びトリエステル;亜リン酸、チオ亜リン酸、ジチオ亜リン酸、及びトリチオ亜リン酸のモノ-、ジ-、及びトリエステル;トリヒドロカルビルホスフィンオキシド類:トリヒドロカルビルホスフィンスルフィド類;モノ-及びジヒドロカルビルホスホネート類(RPO(OR’)(OR”)、式中、R及びR’は、ヒドロカルビルであり、R”は、水素原子又はヒドロカルビル基である)、及びそれらのモノ-、ジ-、並びにトリチオ類似体;モノ-及びジヒドロカルビルホスホナイト類(RP(OR’)(OR”)、式中、R及びR’は、ヒドロカルビルであり、R”は、水素原子又はヒドロカルビル基である)、及びそれらのモノ-並びにジチオ類似体など、が挙げられる。したがって、そのような化合物を、例えば、亜リン酸(HPO、H(HPO)と表されることもあり、オルト-亜リン酸又はホスホン酸と呼ばれることもある)、リン酸(HPO、オルトリン酸と呼ばれることもある)、次リン酸(H)、メタリン酸(HPO)、ピロリン酸(H)、次亜リン酸(HPO、ホスフィン酸と呼ばれることもある)、ピロ亜リン酸(H、ピロホスホン酸と呼ばれることもある)、亜ホスフィン酸(HPO)、トリポリリン酸(H10)、テトラポリリン酸(H13)、トリメタリン酸(H)、三酸化リン、四酸化リン、五酸化リンなどとして使用することができる。ホスホロテトラチオ酸(HPS)、ホスホロモノチオ酸(HPOS)、ホスホロジチオ酸(HPO)、ホスホロトリチオ酸(HPOS)、セスキ硫化リン、七硫化リン、及び五硫化リン(P、P10と称されることもある)などの部分又は全硫黄類似体も、本開示のための分散剤の形成に使用することができる。PCl、PBr、POCl、PSClなどのような無機ハロゲン化リン化合物も使用可能である。
同様に、そのような有機リン化合物を、リン酸のモノ-、ジ-、及びトリエステル(例えば、リン酸トリヒドロカルビル、リン酸ジヒドロカルビル一酸、リン酸モノヒドロカルビル二酸、及びそれらの混合物)、亜リン酸のモノ-、ジ、及びトリエステル(例えば、亜リン酸トリヒドロカルビル、亜リン酸ジヒドロカルビル水素、亜リン酸ヒドロカルビル二酸、及びそれらの混合物)、ホスホン酸のエステル(「一級」、RP(O)(OR)、及び「二級」、RP(O)(OR)の両方)、ホスフィン酸のエステル、ハロゲン化ホスホニル(例えば、RP(O)Cl及びRP(O)Cl)、ハロ亜リン酸塩(例えば、(RO)PCl及び(RO)PCl)、ハロリン酸塩(例えば、ROP(O)Cl及び(RO)P(O)Cl)、三級ピロリン酸エステル(例えば、(RO)P(O)-O-P(O)(OR))、並びに前述の有機リン化合物のいずれかの全硫黄類似体又は部分硫黄類似体などとして使用することができ、各ヒドロカルビル基は、最大約100個の炭素原子、又は最大約50個の炭素原子、又は最大約24個の炭素原子、又は最大約12個の炭素原子を含有する。ハロゲン化ハロホスフィン(例えば、四ハロゲン化ヒドロカルビルリン、三ハロゲン化ジヒドロカルビルリン、及び二ハロゲン化トリヒドロカルビルリン)、及びハロホスフィン(モノハロホスフィン及びジハロホスフィン)も使用可能である。
本明細書における潤滑剤は、非ホウ素化及び非リン酸化分散剤と組み合わされた上記の1つ以上のホウ素化及びリン酸化分散剤の混合物を含み得る。
一実施形態では、潤滑油組成物は、少なくとも1つのホウ酸化分散剤を含んでもよく、ここで、分散剤は、オレフィンコポリマー又はオレフィンコポリマーの反応生成物又は無水コハク酸を有するオレフィンコポリマーと少なくとも1つのポリアミンとの反応生成物である。PIBSA:ポリアミンの比は、1:1~10:1、又は1:1~5:1、又は4:3~3:1、又は4:3~2:1であり得る。特に有用な分散剤は、上述のGPC法により測定され約500~5000の範囲の数平均分子量(molecular weight、Mn)を有するPIBSAのポリイソブテニル基と、一般式HN(CH-[NH(CH-NHを有する(B)ポリアミンとを含有し、式中、mは、2~4の範囲であり、nは、1~2の範囲である。
上記に加えて、分散剤は、芳香族カルボン酸、芳香族ポリカルボン酸、又は芳香族無水物で後処理されてもよく、全カルボン酸又は無水物基は、芳香環に直接結合される。そのようなカルボキシル含有芳香族化合物は、1,8-ナフタレン酸又は無水物及び1,2-ナフタレンジカルボン酸又は無水物、2,3-ナフタレンジカルボン酸又は無水物、ナフタレン-1,4-ジカルボン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸無水物、ジフェン酸又は無水物、2,3-ピリジンジカルボン酸又は無水物、3,4-ピリジンジカルボン酸又は無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸又は無水物、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸無水物、ピレンジカルボン酸又は無水物などから選択されてもよい。ポリアミン1モル当たりに反応したこの後処理構成成分のモルは、約0.1:1~約2:1の範囲であってもよい。反応混合物中のこの後処理構成成分のポリアミンに対する典型的なモル比は、約0.2:1~約2:1の範囲であってもよい。この後処理構成成分の使用され得るポリアミンに対する別のモル比は、0.25:1~約1.5:1の範囲であってもよい。この後処理構成成分は、約140℃~約180℃の範囲にある温度で他の成分と反応させてもよい。
代替的に、又は上述の後処理に加えて、分散剤は、非芳香族ジカルボン酸又は無水物で後処理されてもよい。非芳香族ジカルボン酸又はその無水物は、上記のGPC法により測定されたとき、500未満の数平均分子量を有し得る。好適なカルボン酸又はその無水物は、酢酸又はその無水物、シュウ酸及びその無水物、マロン酸及びその無水物、コハク酸及びその無水物、アルケニルコハク酸及びその無水物、グルタル酸及びその無水物、アジピン酸及びその無水物、ピメリン酸及びその無水物、スベリン酸及びその無水物、アゼライン酸及びその無水物、セバシン酸及びその無水物、マレイン酸及びその無水物、フマル酸及びその無水物、酒石酸及びその無水物、グリコール酸及びその無水物、1,2,3,6-テトラヒドロナフタル酸及びその無水物などを含み得るがこれらに限定されない。
非芳香族カルボン酸又は無水物は、ポリアミン1モル当たり約0.1~約2.5モルの範囲であるポリアミンとのモル比で反応させる。典型的には、使用される非芳香族カルボン酸又は無水物の量は、ポリアミン中の二級アミノ基の数に比例するであろう。したがって、構成成分B中の二級アミノ基当たり約0.2~約2.0モルの非芳香族カルボン酸又は無水物を他の構成成分と反応させて、本開示の実施形態による分散剤を提供することができる。非芳香族カルボン酸又は無水物の使用され得るポリアミンに対する別のモル比は、ポリアミン1モル当たり0.25:1~約1.5:1モルの範囲であってもよい。非芳香族カルボン酸又は無水物は、約140℃~約180℃の範囲の温度で他の構成成分と反応し得る。
アルケニル又はアルキル無水コハク酸の活性物質重量%は、クロマトグラフィー技術を使用して測定され得る。この方法は米国特許第5,334,321号の請求項5及び6に記載されている。ポリオレフィンの転化率は米国特許第5,334,321号の第5欄及び第6欄に記載の式を用いて活性%から算出される。
好適なホウ酸化分散剤のTBNは、油を含まない場合約10~約65mg KOH/グラムであり得、これは、約50%の希釈油を含有する分散剤試料上で測定される場合の約5~約30mg KOH/グラムのTBNと同等である。
典型的には、上述の分散剤は、潤滑剤中に約4.5~約25重量パーセント、及び他のアプローチでは、約4.5~約12重量パーセント、及びまた他のアプローチでは、約4.5~約7.7重量パーセントで提供される。
極圧剤
本明細書における潤滑油組成物はまた、任意選択で、1つ以上の極圧剤を含有してもよい。油に可溶性である極圧(Extreme Pressure、EP)剤は、硫黄及びクロロ硫黄含有EP剤、塩素化炭化水素EP剤、並びにリンEP剤を含む。そのようなEP剤の例としては、塩素化ワックス;有機スルフィド及びポリスルフィド、例えば、ジベンジルジスルフィド、ビス(クロロベンジル)ジスルフィド、ジブチルテトラスルフィド、オレイン酸の硫化メチルエステル、硫化アルキルフェノール、硫化ジペンテン、硫化テルペン、及び硫化ディールス-アルダー付加物;リン硫化炭化水素、例えば、硫化リンとテルペンチン又はオレイン酸メチルとの反応生成物;亜リン酸エステル、例えば、亜リン酸ジヒドロカルビル及び亜リン酸トリヒドロカルビル、例えば、亜リン酸ジブチル、亜リン酸ジヘプチル、亜リン酸ジシクロヘキシル、亜リン酸ペンチルフェニル;亜リン酸ジペンチルフェニル、亜リン酸トリデシル、亜リン酸ジステアリル、及びポリプロピレン置換亜リン酸フェニル;チオカルバミン酸金属、例えば、ジオクチルジチオカルバミン酸亜鉛、及びヘプチルフェノール二酸バリウム;例えば、ジアルキルジチオリン酸とプロピレンオキシドとの反応生成物のアミン塩を含む、アルキル及びジアルキルリン酸のアミン塩;及びそれらの混合物、が挙げられる。
極圧剤は、潤滑油組成物の総重量に基づいて、例えば、0~3.0重量%、又は0.1~2.0重量%の量で存在し得る。
酸化防止剤:本明細書の潤滑油組成物はまた、任意選択で、1種以上の酸化防止剤を含有し得る。好適な耐摩耗剤の例としては、以下に限定されないが、チオリン酸金属、ジアルキルジチオリン酸金属;リン酸エステル若しくはその塩;リン酸エステル;亜リン酸塩;リン含有カルボン酸エステル、エーテル、又はアミド;硫化オレフィン;チオカルバメートエステル、アルキレン結合チオカルバメート、並びにビス(S-アルキルジチオカルバミル)ジスルフィドなど、チオカルバメート含有化合物;及びそれらの混合物、が挙げられる。好適な耐摩耗剤は、モリブデンジチオカルバメートであってもよい。リン含有耐摩耗剤は、欧州特許第612839号により詳細に記載されている。ジアルキルジチオホスフェート塩中の金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、鉛、スズ、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、チタン、又は亜鉛であってもよい。有用な耐摩耗剤は、亜鉛ジアルキルジチオホスフェートであってもよい。
好適な耐摩耗剤の更なる例としては、チタン化合物、タータラート、タルトリミド、リン化合物の油溶性アミン塩、硫化オレフィン、ホスファイト(例えば、ジブチルホスファイト)、ホスホネート、チオカルバメート含有化合物、例えば、チオカルバメートエステル、チオカルバメートアミド、チオカルバミン酸エーテル、アルキレン結合チオカルバメート、及びビス(S-アルキルジチオカルバミル)ジスルフィドが挙げられる。タータラート又はタルトリミドは、アルキル-エステル基を含有していてもよく、アルキル基上の炭素原子の合計は、少なくとも8であってもよい。耐摩耗剤は、一実施形態では、シトラートを含んでいてもよい。
耐摩耗剤は、潤滑油組成物の約0重量%~約15重量%、他のアプローチでは、約0.01重量%~約10重量%、また他のアプローチでは、約0.05重量%~約5重量%、又は更なるアプローチでは、約0.1重量%~約3重量%を含む範囲で存在し得る。
摩擦調整剤
本明細書の潤滑油組成物はまた、任意選択で、1つ以上の摩擦調整剤を含有してもよい。好適な摩擦調整剤は、金属含有及び金属非含有の摩擦調整剤を含んでもよく、限定されるものではないが、イミダゾリン類、アミド類、アミン類、スクシンイミド類、アルコキシル化アミン類、アルコキシル化エーテルアミン類、アミンオキシド類、アミドアミン類、ニトリル類、ベタイン類、四級アミン類、イミン類、アミン塩類、アミノグアニジン類、アルカノールアミド類、ホスホン酸類、金属含有化合物類、グリセロールエステル類、硫化脂肪族化合物及びオレフィン類、ヒマワリ油他の天然に存在する植物油又は動物油、ジカルボン酸エステル、ポリオールと1種以上の脂肪族又は芳香族カルボン酸とのエステル若しくは部分エステルなどを含んでもよい。
好適な摩擦調整剤は、直鎖状、分岐鎖状、若しくは芳香族ヒドロカルビル基、又はそれらの混合物から選択されるヒドロカルビル基を含有していてもよく、かつ飽和であっても不飽和であってもよい。ヒドロカルビル基は、炭素及び水素又は硫黄若しくは酸素などのヘテロ原子で構成されてもよい。ヒドロカルビル基は、12~25個の炭素原子の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、摩擦調整剤は、長鎖脂肪酸エステルであってもよい。別の実施形態では、長鎖脂肪酸エステルは、モノエステル、又はジエステル、又は(トリ)グリセリドであってもよい。摩擦調整剤は、長鎖脂肪アミド、長鎖脂肪エステル、長鎖脂肪エポキシド誘導体、又は長鎖イミダゾリンであってもよい。
他の好適な摩擦調整剤には、有機、無灰(金属不含)、窒素不含有機摩擦調整剤が含まれてもよい。このような摩擦調整剤は、カルボン酸と無水物とをアルカノールと反応させることによって形成されるエステルを含み、一般に親油性炭化水素鎖に共有結合した極性末端基(例えばカルボキシル又はヒドロキシル)を含んでもよい。有機無灰窒素不含摩擦調整剤の例は、一般に、オレイン酸のモノ-、ジ-、及びトリ-エステルを含有し得るモノオレイン酸グリセロール(glycerol monooleate、GMO)として知られている。他の好適な摩擦調整剤は、米国特許第6,723,685号に記載されている。
アミン性摩擦調整剤は、アミン又はポリアミンを含んでいてもよい。そのような化合物は、飽和又は不飽和のいずれかの直鎖、又はそれらの混合物であるヒドロカルビル基を有することができ、12~25個の炭素原子を含有することができる。好適な摩擦調整剤の更なる例としては、アルコキシル化アミン及びアルコキシル化エーテルアミンが挙げられる。そのような化合物は、直鎖、飽和、不飽和のいずれか、又はそれらの混合物であるヒドロカルビル基を有していてもよい。これらは、約12~約25個の炭素原子を含有していてもよい。例としては、エトキシル化アミン及びエトキシル化エーテルアミンが挙げられる。
アミン及びアミドは、それ自体として、又は酸化ホウ素、ハロゲン化ホウ素、メタボレート、ホウ酸又はモノ-、ジ-、若しくはトリ-アルキルボレートなどのホウ素化合物との付加物若しくは反応生成物の形態で使用してもよい。他の好適な摩擦調整剤は、米国特許第6,300,291号に記載されている。
摩擦調整剤は、任意選択で、0重量%~6重量%、又は0.01重量%~4重量%、又は0.05重量%~2重量%などの範囲で存在し得る。
清浄剤
潤滑剤組成物はまた、潤滑組成物に特定の量の金属及び石鹸含有量を提供するために、1種以上の精選された清浄剤若しくはそれらの混合物を含む。1つのアプローチによって、清浄剤は、中性~過塩基性清浄剤のような金属含有清浄剤である。好適な清浄剤基質には、フェネート、硫黄含有フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリキサレート、サリチレート、カルボン酸、リン酸、モノ-及び/又はジ-チオリン酸、アルキルフェノール、硫黄結合アルキルフェノール化合物、並びにメチレン架橋フェノールが含まれる。好適な洗剤及びその調製方法は、米国特許第7,732,390号及びそこに引用されている参考文献を含む多数の特許公報に、より詳細に記載されている。1つのアプローチでは、清浄剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩を含む、中性~過塩基性スルホネート、フェネート、又はカルボキシレートである。清浄剤は、直鎖又は分岐スルホネートのような、直鎖又は分岐であり得る。直鎖清浄剤は、側鎖が結合していない直鎖を含むものであり、典型的には、1個又は2個の他の炭素原子にのみ結合した炭素原子を含む。分岐清浄剤は、分子の骨格に1つ以上の側鎖が結合されたものであり、1、2、3、又は4個の他の炭素原子に結合した炭素原子を含み得る。一実施形態では、スルホネート清浄剤は、主に直鎖アルキルベンゼンスルホネート清浄剤であり得る。いくつかの実施形態では、直鎖アルキル(又はヒドロカルビル)基は、アルキル基の直鎖に沿ってどこでもベンゼン環に結合し得るが、直鎖の2、3、又は4位であることが多く、いくつかの例では、主に2位である。他の実施形態では、アルキル(又はヒドロカルビル)基は、分岐していてもよく、すなわち、プロピレン又は1-ブテン若しくはイソブテンのような分岐オレフィンから形成されていてもよい。直鎖及び分岐アルキル基の混合物を有するスルホネート清浄剤もまた使用され得る。
清浄剤基質は、限定されないが、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、又はそれらの混合物などのアルカリ金属又はアルカリ土類金属で塩にされてもよい。いくつかの実施形態では、清浄剤は、バリウム不含である。好適な清浄剤は、石油スルホン酸のアルカリ又はアルカリ土類金属塩、及び長鎖モノ-又はジ-アルキルアリールスルホン酸を含むことができ、アリール基は、ベンジル、トリル、及びキシリルのうちの1つである。
過塩基性清浄剤添加剤は、当該技術分野において既知であり、アルカリ又はアルカリ土類金属過塩基性清浄剤添加剤であり得る。そのような清浄剤添加剤は、金属酸化物又は金属水酸化物を基質及び二酸化炭素ガスと反応させることによって調製されてもよい。基質は、典型的には、酸、例えば、脂肪族置換スルホン酸、脂肪族置換カルボン酸、又は脂肪族置換フェノールなどの酸である。一般に、「過塩基性」という用語は、存在する金属の量が化学量論的量を超える、スルホネート、カルボキシレート、及びフェネートの金属塩のような金属塩に関する。そのような塩は、100%超の変換レベルを有していてもよい(すなわち、これらは、酸をその「標準」「中性」の塩に変換するのに必要な理論的量の金属の100%より多くを含んでいてもよい)。多くの場合MRと略される表現「金属比率」は、既知の化学反応性及び化学量論に従って、過塩基性塩中の金属の総化学当量と中性塩中の金属の化学当量との比率を示すために使用される。正塩又は中性塩では、金属比は、1であり、過塩基性塩では、MRは、1より大きい。そのような塩は、一般的には、過塩基性、高塩基性、又は超塩基性塩と称され、有機硫黄酸、カルボン酸、又はフェノールの塩であり得る。清浄剤はまた、約27~約400、他のアプローチでは約200~約400の全塩基価(TBN)を示し得る。
変速機流体では、清浄剤は、潤滑剤組成物に約455ppm未満の金属を提供する。より高いレベルの金属は、本明細書に記載の摩擦耐久性又は摩耗試験のうちの1つ以上で不合格になる。他のアプローチでは、清浄剤は、約0~約281ppmの金属を提供する。更に他のアプローチでは、清浄剤は、潤滑剤組成物に約0~約100ppmの金属を提供する。
清浄剤は、潤滑剤組成物に選択されたレベルの石鹸含有量も提供し、提供された石鹸の量は金属のレベルとのバランスが取れているため、金属が所望の範囲内にない場合、石鹸含有量を増加しても所望の結果は達成されず、これは、本明細書における実施例でより詳細に議論される。1つのアプローチにより、清浄剤は、スルホネート石鹸、フェネート石鹸、及び/又はカルボキシレート石鹸などの約0.02~約0.15パーセントの石鹸含有量を最終潤滑組成物に提供する。他のアプローチでは、清浄剤は、約0.02~約0.1パーセントの石鹸を提供し、更に他のアプローチでは、約0.02~約0.05パーセントの石鹸を提供する。
石鹸含有量は、一般に、中性の有機酸塩の量を指し、清浄剤の浄化能力、又は清浄力、及び汚れを浮かせる能力を反映している。石鹸含有量は、それぞれスルホネート基の数、カルシウム原子の数、炭酸基の数、及びヒドロキシル基の数を示すv、w、x、及びyを含む例示的なカルシウムスルホネート清浄剤(RSOで表される)Ca(CO(Oh)を使用して、次の式で決定することができる。
有効式量は、式(RSOCa(CO(OH)を構成する全ての原子の合計重量に他の任意の潤滑剤組成物の重量を加えたものである。石鹸含有量の決定に関する更なる考察は、Fuels and Lubricants Handbook,technology,properties,performance,and testing,George Totten,editor,ASTM International,2003の、参照により本明細書に組み込まれるその関連部分に見出すことができる。
いくつかのアプローチでは、潤滑剤中のホウ素が分散剤のみによって提供されるように、金属含有清浄剤は、ホウ素化されていない。
潤滑油組成物中に存在し得る清浄剤の総量は、0重量%~2重量%、又は約0重量%~約0.5重量%、又は約0重量%~約0.15重量%であり得る。
酸化防止剤
本明細書の潤滑油組成物はまた、任意選択で、1つ以上の酸化防止剤を含有していてもよい。酸化防止剤化合物は既知のものであり、例えば、フェネート、フェネートスルフィド、硫化オレフィン、ホスホ硫化テルペン、硫化エステル、芳香族アミン、アルキル化ジフェニルアミン(例えば、ノニルジフェニルアミン、ジ-ノニルジフェニルアミン、オクチルジフェニルアミン、ジ-オクチルジフェニルアミン)、フェニル-アルファ-ナフチルアミン、アルキル化フェニル-アルファ-ナフチルアミン、ヒンダード非芳香族アミン、フェノール、ヒンダードフェノール、油溶性モリブデン化合物、高分子酸化防止剤、又はそれらの混合物が挙げられる。酸化防止剤化合物は、単独で、又は組み合わせて使用され得る。
有用な酸化防止剤は、ジアリールアミン及び高分子量フェノールを含み得る。実施形態では、潤滑油組成物は、ジアリールアミンと高分子量フェノールとの混合物を含有していてもよいため、各酸化防止剤は、潤滑油組成物の最終重量に基づいて、最大約5重量%を提供するのに十分な量で存在していてもよい。実施形態において、酸化防止剤は、潤滑油組成物の最終重量に基づいて、0.3~2重量%のジアリールアミンと0.4~2重量%の高分子量フェノールとの混合物であり得る。
1種以上の酸化防止剤が、潤滑組成物の0重量%~5重量%、又は0.01重量%~5重量%、又は0.1重量%~3重量%、又は0.8重量%~2重量%の範囲で存在し得る。
腐食防止剤
自動変速機潤滑剤は、追加の腐食防止剤を更に含み得る(他の言及された成分のいくつかは、銅腐食防止特性も有し得ることに留意すべきである)。銅腐食の好適な追加の防止剤としては、エーテルアミン、エトキシル化アミン及びエトキシル化アルコールなどのポリエトキシル化化合物、イミダゾリン、モノアルキル及びジアルキルチアジアゾールなどが挙げられる。
チアゾール、トリアゾール、及びチアジアゾールも、潤滑剤に使用され得る。例としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、オクチルトリアゾール、デシルトリアゾール、ドデシルトリアゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール、2-メルカプト-5-ヒドロカルビルチオ-1,3,4-チアジアゾール、及び2-メルカプト-5-ヒドロカルビルジチオ-1,3,4-チアジアゾールが、挙げられる。一実施形態では、チアジアゾールは1,3,4-チアジアゾールである。別の実施形態では、チアジアゾールは、2-ヒドロカルビルジチオ-5-メルカプト-1,3,4-ジチアジアゾールである。多くのチアジアゾールが商品として入手可能である。
腐食防止剤は、存在する場合、潤滑油組成物の最終重量に基づいて、0重量%~5重量%、0.01重量%~t3重量%、0.1重量%~2重量%を提供するのに十分な量で使用され得る。
泡防止剤/消泡剤
消泡剤/界面活性剤も、本開示による流体中に含まれ得る。そのような用途のための様々な薬剤が知られている。一実施形態では、薬剤は、Solutiaから入手可能な、PC-1244のようなエチルアクリレート及びヘキシルエチルアクリレートのコポリマーである。別の実施形態では、薬剤は、4%DCFのようなシリコーン流体である。別の実施形態では、薬剤は、消泡剤の混合物である。
防錆剤
様々な既知の防錆剤又は添加剤が、変速機流体に使用されることが知られており、本開示による流体中での使用に好適である。防錆剤には、Mazawet(登録商標)77などのアルキルポリオキシアルキレンエーテル、Neofat(登録商標)8などのC-8酸、Tomah PA-14などのオキシアルキルアミン、3-デシルオキシプロピルアミン、及びPluronic(登録商標)L-81などのポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロックコポリマーが含まれる。
流動点降下剤
好適な流動点降下剤は、ポリメチルメタクリレート又はそれらの混合物を含み得る。流動点降下剤は、潤滑組成物の総重量に基づいて、0重量%~1重量%、0.01重量%~0.5重量%、又は0.02重量%~0.04重量%を提供するのに十分な量で存在し得る。
シール膨潤剤
本開示の自動変速機流体は、シール膨潤剤を更に含み得る。エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、フタル酸エステル、スルホン、アルコール、アルキルベンゼン、置換スルホラン、芳香族化合物、又は鉱油などのシール膨潤剤は、エンジン及び自動変速機のシールとして使用されるエラストマー材料の膨潤を引き起こす。
アルコール系シール膨潤剤は、一般に、デシルアルコール、トリデシルアルコール、及びテトラデシルアルコールのような低揮発性直鎖アルキルアルコールである。シール膨潤剤として有用なアルキルベンゼンとしては、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニル-ベンゼン、ジ(2-エチルヘキシル)ベンゼンなどが挙げられる。置換スルホラン(例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,029,588号に記載されているもの)も同様に、本開示による組成物中のシール膨潤剤として有用である。本開示においてシール膨潤剤として有用な鉱物油は、高いナフテン又は芳香族含有量を有する低粘度鉱物油を含む。芳香族シール膨潤剤は、市販のExxon Aromatic 200 NDシール膨潤剤を含む。鉱物油シール膨潤剤の市販の例には、Exxon(登録商標)Necton(登録商標)-37(FN 1380)及びExxon(登録商標)Mineral Seal Oil(FN 3200)が含まれる。
上記議論に基づき、様々な潤滑組成物成分の例示的な範囲を以下の表1に記載する。
上記の各成分の百分率は、潤滑油組成物の合計最終重量に基づく、各成分の重量パーセントを表す。上文で定義されるとおり、潤滑油組成物の残部は、1つ以上の基油からなる。本明細書に記載の組成物の配合に使用される添加剤は、個々に又は様々な部分組み合わせで基油にブレンドされてもよい。しかしながら、添加剤濃縮物(すなわち、添加剤プラス炭化水素溶媒などの希釈剤)を使用して、成分の全てを同時にブレンドすることが好適であってもよい。
定義
本開示の目的のために、化学元素は、Periodic Table of the Elements,CAS version,Handbook of Chemistry and Physics,75th Edに従って識別される。更に、有機化学の一般原理は、”Organic Chemistry”,Thomas Sorrell,University Science Books,Sausolito:1999、及び”March’s Advanced Organic Chemistry”,5th Ed.,Ed.:Smith,M.B.and March,J.,John Wiley&Sons,New York:2001に記載されており、これらの全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載されるように、化合物は、上で一般的に例示されるように、又は特定のクラス、サブクラス、及び本開示の種によって例示されるように、1つ以上の置換基で任意選択で置換されてもよい。
その内容から特に明らかでない限り、「多量」という用語は、組成物の総重量に対して、50重量パーセント以上、例えば、約80~約98重量パーセントの量を意味すると理解される。また、本明細書で使用されるとき、「少量」という用語は、組成物の総重量に対して50重量パーセント未満の量を意味すると理解される。
本明細書で使用されるとき、「ヒドロカルビル基」又は「ヒドロカルビル」という用語は、当業者に周知のその通常の意味で使用される。具体的には、それは、分子の残りに直接結合した炭素原子を有し、主として炭化水素の特性を有する基を指す。ヒドロカルビル基の例としては、(1)炭化水素置換基、すなわち、脂肪族(例えば、アルキル又はアルケニル)置換基、脂環族(例えば、シクロアルキル、シクロアルケニル)置換基、及び芳香族置換、脂肪族置換、並びに脂環族置換された芳香族置換基、並びに環が、分子の別の部分を介して完成する(例えば、2つの置換基が一緒になって脂環族ラジカルを形成する)環状置換基;(2)置換された炭化水素置換基、すなわち、本開示の文脈において、主に炭化水素置換基を変化させない非炭化水素基(例えば、ハロ(特に、クロロ及びフルオロ)、ヒドロキシ、アルコキシ、メルカプト、アルキルメルカプト、ニトロ、ニトロソ、アミノ、アルキルアミノ、及びスルホキシ)を含有する置換基;(3)ヘテロ置換基、すなわち、本開示の文脈において、主に炭化水素の特性を有する一方で、環又は鎖中に炭素以外のものを含有するか、さもなければ炭素原子から構成される置換基、が挙げられる。ヘテロ原子は、硫黄、酸素、及び窒素を含み、ピリジル、フリル、チエニル、及びイミダゾリルなどの置換基を包含する。一般に、ヒドロカルビル基中の炭素原子10個毎に2個以下、又は更なる例として、ただ1個の非炭化水素置換基が存在し、いくつかの実施形態では、ヒドロカルビル基中に非炭化水素置換基は、存在しないであろう。
本明細書で使用されるとき、「脂肪族」という用語は、アルキル、アルケニル、アルキニルという用語を包含し、それらの各々は、以下に記載されるように任意選択で置換されている。
本明細書で使用されるとき、「アルキル」基は、1~12個(例えば、1~8個、1~6個、又は1~4個)の炭素原子を含有する飽和脂肪族炭化水素基を指す。アルキル基は、直鎖又は分岐鎖であり得る。アルキル基の例には、これらに限定されないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、n-ヘプチル、又は2-エチルヘキシルが挙げられる。アルキル基は、1つ以上の置換基、例えば、ハロ、ホスホ、脂環族[例えば、シクロアルキル又はシクロアルケニル]、ヘテロ脂環族[例えば、ヘテロシクロアルキル又はヘテロシクロアルケニル]、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、アロイル、ヘテロアロイル、アシル[例えば、(脂肪族)カルボニル、(脂環式)カルボニル、又は(ヘテロ脂環式)カルボニル]、ニトロ、シアノ、アミド[例えば、(シクロアルキルアルキル)カルボニルアミノ、アリールカルボニルアミノ、アラルキルカルボニルアミノ、(ヘテロシクロアルキル)カルボニルアミノ、(ヘテロシクロアルキルアルキル)カルボニルアミノ、ヘテロアリールカルボニルアミノ、ヘテロアラルキルカルボニルアミノアルキルアミノカルボニル、シクロアルキルアミノカルボニル、ヘテロシクロアルキルアミノカルボニル、アリールアミノカルボニル、又はヘテロアリールアミノカルボニル]、アミノ、[例えば、脂肪族アミノ、脂環式アミノ、又はヘテロ脂環式アミノ]、スルホニル[例えば、脂肪族-SO-]、スルフィニル、スルファニル、スルホキシ、尿素、チオ尿素、スルファモイル、スルファミド、オキソ、カルボキシ、カルバモイル、脂環式オキシ、ヘテロシクロ脂肪族オキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アラルキルオキシ、ヘテロアリールアルコキシ、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、又はヒドロキシで、置換され(すなわち、任意選択で置換され)得る。限定するものではないが、置換アルキルのいくつかの例としては、カルボキシアルキル(例えば、HOOC-アルキル、アルコキシカルボニルアルキル、及びアルキルカルボニルオキシアルキル)、シアノアルキル、ヒドロキシアルキル、アルコキシアルキル、アシルアルキル、アラルキル、(アルコキシアリール)アルキル、(スルホニルアミノ)アルキル(例えば、(アルキル-SO-アミノ)アルキル)、アミノアルキル、アミドアルキル、(脂環式)アルキル、又はハロアルキルが挙げられる。
本明細書中で使用される場合、「アルケニル」基とは、2~8個(例えば、2~12、2~6、又は2~4個)の炭素原子及び少なくとも1つの二重結合を含有する脂肪族炭素基を指す。アルキル基のように、アルケニル基は、直鎖又は分岐鎖であり得る。アルケニル基の例には、これらに限定されないが、アリル、イソプレニル、2-ブテニル、及び2-ヘキセニルが挙げられる。アルケニル基は、1つ以上の置換基、例えば、ハロ、ホスホ、脂環族[例えば、シクロアルキル又はシクロアルケニル]、ヘテロ脂環族[例えば、ヘテロシクロアルキル又はヘテロシクロアルケニル]、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、アロイル、ヘテロアロイル、アシル[例えば、(脂肪族)カルボニル、(脂環式)カルボニル、又は(ヘテロ脂環式)カルボニル]、ニトロ、シアノ、アミド[例えば、(シクロアルキルアルキル)カルボニルアミノ、アリールカルボニルアミノ、アラルキルカルボニルアミノ、(ヘテロシクロアルキル)カルボニルアミノ、(ヘテロシクロアルキルアルキル)カルボニルアミノ、ヘテロアリールカルボニルアミノ、ヘテロアラルキルカルボニルアミノアルキルアミノカルボニル、シクロアルキルアミノカルボニル、ヘテロシクロアルキルアミノカルボニル、アリールアミノカルボニル、又はヘテロアリールアミノカルボニル]、アミノ、[例えば、脂肪族アミノ、脂環式アミノ、ヘテロ脂環式アミノ、又は脂肪族スルホニルアミノ]、スルホニル[例えば、アルキル-SO-、脂環式-SO-、又はアリール-SO-]、スルフィニル、スルファニル、スルホキシ、尿素、チオ尿素、スルファモイル、スルファミド、オキソ、カルボキシ、カルバモイル、脂環式オキシ、ヘテロ脂環式オキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アラルキルオキシ、ヘテロアラルコキシ、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、又はヒドロキシで、任意選択で置換され得る。限定するものではないが、置換アルケニルのいくつかの例としては、シアノアルケニル、アルコキシアルケニル、アシルアルケニル、ヒドロキシアルケニル、アラルケニル、(アルコキシアリール)アルケニル、(スルホニルアミノ)アルケニル(例えば、(アルキル-SO-アミノ)アルケニル)、アミノアルケニル、アミドアルケニル、(脂環式)アルケニル、又はハロアルケニルが挙げられる。
本明細書で使用されるとき、「アルキニル」基は、2~8個(例えば、2~12、2~6、又は2~4)の炭素原子を含有し、少なくとも1つの三重結合を有する脂肪族炭素基をいう。アルキニル基は、直鎖又は分岐鎖であり得る。アルキニル基の例としては、これらに限定されないプロパルギル及びブチニルが挙げられる。アルキニル基は、1つ以上の置換基で、例えば、アロイル、ヘテロアロイル、アルコキシ、シクロアルキルオキシ、ヘテロシクロアルキルオキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アラルキルオキシ、ニトロ、カルボキシ、シアノ、ハロ、ヒドロキシ、スルホ、メルカプト、スルファニル[例えば、脂肪族スルファニル又は脂環式スルファニル]、スルフィニル[例えば、脂肪族スルフィニル又は脂環式フィニル]、スルホニル[例えば、脂肪族-SO-、脂肪族アミノ-SO-、又は脂環式-SO-]、アミド[例えば、アミノカルボニル、アルキルアミノカルボニル、アルキルカルボニルアミノ、シクロアルキルアミノカルボニル、ヘテロシクロアルキルアミノカルボニル、シクロアルキルカルボニルアミノ、アリールアミノカルボニル、アリールカルボニルアミノ、アラルキルカルボニルアミノ、(ヘテロシクロアルキル)カルボニルアミノ、(シクロアルキルアルキル)カルボニルアミノ、ヘテロアラルキルカルボニルアミノ、ヘテロアリールカルボニルアミノ、又はヘテロアリールアミノカルボニル]、尿素、チオ尿素、スルファモイル、スルファミド、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アシル[例えば、(脂環式)カルボニル又は(ヘテロ脂環式)カルボニル]、アミノ[例えば、脂肪族アミノ]、スルホキシ、オキソ、カルボキシ、カルバモイル、(脂環式)オキシ、(ヘテロ脂環式)オキシ、又は(ヘテロアリール)アルコキシで、任意選択で置換されることができる。
本明細書で使用されるとき、「アミノ」基とは、-NRを指し、式中、R及びRの各々は独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、アリール、アラルキル、ヘテロシクロアルキル、(ヘテロシクロアルキル)アルキル、ヘテロアリール、カルボキシ、スルファニル、スルフィニル、スルホニル、(アルキル)カルボニル、(シクロアルキル)カルボニル、((シクロアルキル)アルキル)カルボニル、アリールカルボニル、(アラルキル)カルボニル、(ヘテロシクロアルキル)カルボニル、((ヘテロシクロアルキル)アルキル)カルボニル、(ヘテロアリール)カルボニル、又は(ヘテロアラルキル)カルボニルであり、それらの各々は、本明細書に定義されており、任意選択で置換されている。アミノ基の例には、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、又はアリールアミノが挙げられる。「アミノ」という用語が末端基(例えば、アルキルカルボニルアミノ)ではない場合、それは-NR-によって表される。Rは、上記で定義されたものと同義である。
本明細書で使用されるとき、「シクロアルキル」基は、3~10個(例えば、5~10個)の炭素原子の飽和炭素環式単環式又は二環式(融合又は架橋)環を指す。シクロアルキル基の例には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、アダマンチル、ノルボルニル、キュービル、オクタヒドロインデニル、デカヒドロナフチル、ビシクロ[3.2.1]オクチル、ビシクロ[2.2.2]オクチル、ビシクロ[3.3.1]ノニル、ビシクロ[3.3.2.]デシル、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、又は((アミノカルボニル)シクロアルキル)シクロアルキルが挙げられる。
本明細書で使用されるとき、「ヘテロシクロアルキル」基は、3~10員の単環式又は二環式(融合又は架橋)(例えば、5~10員の単環式又は二環式)飽和環構造を指し、環原子の1つ以上は、ヘテロ原子(例えば、N、O、S、又はそれらの組み合わせ)である。ヘテロシクロアルキル基の例としては、ピペリジル、ピペラジル、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロフリル、1,4-ジオキソラニル、1,4-ジチアニル、1,3-ジオキソラニル、オキサゾリジル、イソオキサゾリジル、モルホリニル、チオモルホリル、オクタヒドロベンゾフリル、オクタヒドロクロメニル、オクタヒドロチオクロメニル、オクタヒドロインドリル、オクタヒドロピリンジニル、デカヒドロキノリニル、オクタヒドロベンゾ[b]チオフェニル、2-オキサ-ビシクロ[2.2.2]オクチル、1-アザ-ビシクロ[2.2.2]オクチル、3-アザ-ビシクロ[3.2.1]オクチル、及び2,6-ジオキサ-トリシクロ[3.3.1.0]ノニルが、挙げられる。単環式ヘテロシクロアルキル基は、ヘテロアリール類として分類されるであろうテトラヒドロイソキノリンのような構造を形成するためにフェニル部分と融合させることができる。
本明細書で使用される「ヘテロアリール」基は、単環式、二環式又は4~15個の環原子を有する三環式環系を指し、1個以上の環原子がヘテロ原子であり(例えば、N、O、S、又はそれらの組み合わせ)、単環式環系は、香族であるか、又は二環式又は三環式環系中の環の少なくとも1つは芳香族である。ヘテロアリール基は、2~3の環を有するベンゾ融合環系を含む。例えば、ベンゾ縮合基は、1又は2個の4~8員複素環式脂肪族部分(例えば、インドリジル、インドリル、イソインドリル、3H-インドリル、インドリニル、ベンゾ[b]フリル、ベンゾ[b]チオフェニル、キノリニル又はイソキノリニル)と縮合したベンゾを含む。ヘテロアリールのいくつかの例は、ピリジル、1H-インダゾリル、フリル、ピロリル、チエニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、テトラゾリル、ベンゾフリル、イソキノリニル、ベンズチアゾリル、キサンテン、チオキサンテン、フェノチアジン、ジヒドロインドール、ベンゾ[1,3]ジオキソール、ベンゾ[b]フリル、ベンゾ[b]チオフェニル、インダゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、プリル、シンノリル、キノリル、キナゾリル、シンノリル、フタラジル、キナゾリル、キノキサリル、イソキノリル、4H-キノリジル、ベンゾ-1,2,5-チアジアゾール、又は1,8-ナフチリジルである。
限定されないが、単環式ヘテロアリールとしては、フリル、チオフェニル、2H-ピロリル、ピロリル、オキサゾリル、タゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、イソキサゾリル、イソチアゾリル、1,3,4-チアジアゾリル、2H-ピラニル、4-H-プラニル、ピリジル、ピリダジル、ピリミジル、ピラゾリル、ピラジル、又は1,3,5-トリアジルが挙げられる。単環式ヘテロアリール類は、標準的な化学命名法に従って番号付けされている。
二環式ヘテロアリールとしては、インドリジル、インドリル、イソインドリル、3H-インドリル、インドリニル、ベンゾ[b]フリル、ベンゾ[b]チオフェニル、キノリニル、イソキノリニル、インドリジニル、イソインドリル、インドリル、ベンゾ[b]フリル、ベキソ[b]が挙げられる。チオフェニル、インダゾリル、ベンズイミダジル、ベンズチアゾリル、プリニル、4H-キノリジル、キノリル、イソキノリル、シンノリル、フタラジル、キナゾリル、キノキサリル、1,8-ナフチリジル、又はプテリジル。二環式ヘテロアリールは、標準的な化学命名法に従って番号付けされている。
本明細書で使用される場合、「処理率」という用語は、潤滑及び冷却流体中の成分の重量パーセントを指す。例えば、油組成物中の特定のポリマー又は添加剤の処理率は、組成物中のポリマー又は添加剤の重量パーセントである:処理率=(油不含基準でのポリマー/添加剤の重量)/(組成物全体の重量)×100%。上記のように、本明細書におけるポリマー/添加剤の処理率は、いかなる油又はキャリア流体も存在しないポリマー/添加剤の固形物を指す。
本明細書で使用されるとき、「粘度指数」という用語は、温度の変動に伴う粘度の変化についての任意の尺度である。粘度指数は、以下の式を用いて計算することができる:VI=100*[(L-U)/(L-H)]、ここで
● L=粘度指数が計算されるべき油と同じ100℃での動粘度を有する粘度指数0の油の40℃での動粘度、mm/秒(cSt)、
● H=粘度指数が計算されるべき油と同じ100℃での動粘度を有する粘度指数100の油の40℃での動粘度、mm/秒(cSt)、及び
● U=粘度指数が計算されるべき油の40℃での動粘度、mm/秒(cSt)。
重量平均分子量(molecular weight、Mw)及び数平均分子量(Mn)は、Watersから得られるゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)機器又は同様の機器と、Waters Empower Software又は同様のソフトウェアとを用いて決定され得る。GPC機器は、Waters Separations Module及びWaters屈折率検出器(又は同様の任意選択的な機器)を装備してもよい。GPCの作動条件は、ガードカラム、4つのAgilent PLgelカラム(長さ300×7.5mm、5μの粒子サイズ、及び100~10000Åの範囲の細孔サイズ)を含み得、カラム温度は、約40℃である。非安定化HPLCグレードのテトラヒドロフラン(tetrahydrofuran、THF)を溶媒として、1.0mL/分の流量で使用することができる。GPC機器は、960~1,568,000g/モルの範囲の狭い分子量分布を有する市販のポリ(メチルメタクリレート)(poly(methyl methacrylate))、(PMMA)標準を用いて較正され得る。500g/モル未満の質量を有する試料の較正曲線を、外挿してもよい。試料及びPMMA標準を、THFに溶解して、0.1~0.5重量%の濃度で調製し、濾過せずに使用することができる。GPC測定は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,266,223号にも記載されている。GPC法は、分子量分布情報を更に提供する。例えば、同様に参照により本明細書に組み込まれる、W.W.Yau,J.J.Kirkland and D.D.Bly,”Modern Size Exclusion Liquid Chromatography”,John Wiley and Sons,New York,1979を参照されたい。
考察されるように、本明細書の潤滑及び冷却流体は、電気車両及びハイブリッド電気車両に特に適している。電気車両とは、これらに限定されないが、鉛バッテリー、ニッケル水素バッテリー、リチウムイオンバッテリー、燃料電池などのバッテリーを含み、電気モータを装備したものである。ハイブリッド電気車両とは、バッテリー、電気モータ、及び内燃エンジンを組み合わせて採用するものである。本明細書の潤滑剤は、電気モータの部品、電気モータ内のマグネットワイヤと接触している場合があり、かつ/又は、変速機用、並びにモータの冷却及び潤滑用の両方で使用され得る。例えば、本明細書の潤滑組成物は、ステータ内に見られる電気巻線及びマグネットワイヤと接触している場合がある。
本開示及びその多くの利点のより良い理解は、以下の実施例を用いて明らかにされ得る。以下の実施例は例示的なものであり、範囲又は趣旨のいずれにおいてもそれを限定するものではない。当業者であれば、これらの実施例に記載されている構成要素、方法、ステップ、及びデバイスの変形形態を使用できることを容易に理解するであろう。特に明記しない限り、又は以下の実施例及び本開示を通して考察の文脈から明らかでない限り、本開示に記載する全ての百分率、比、及び部は、重量基準である。特に記載のない限り、本明細書に、及び本開示全体を通して記載される例示的な反応は、概して、オーバーヘッド撹拌、コンデンサ、温度プローブ、及び窒素供給を伴う500mLフラスコ内で実行された。必要に応じて、反応物を、イソマントル(isomantle)を用いて加熱した。
実施例
絶縁マグネットワイヤを、比較例及び本発明の潤滑及び冷却流体中でエージングした後、絶縁破壊電圧について評価した。絶縁破壊電圧は、ASTM D1676-17のセクション70~76に規定されている絶縁破壊AC電圧として、その表9に規定されているパラメータを使用して、6本のワイヤ撚り線について測定した。各ワイヤは、ANSI NEMA Magnet Wire standard 1000-2018のセクション3.8.4に従って調整された。撚りワイヤをガラス容器に入れ、約75グラムの比較例又は本発明のいずれかの潤滑及び冷却流体及び約1500ppmの水に浸漬した。各容器を約150℃で5日間エージングした。容器に添加された水は、試験の厳しさを増すためのものであった。エージング後、試料を室温まで冷却させた。ワイヤを容器から取り出し、ヘプタンで4回洗浄した。ワイヤを空気乾燥させた。各ワイヤの周りの絶縁材料を、ワイヤの先端から約1ミリメートル除去した。次いで、電極を、試験のために、露出したワイヤ先端に接続した。
以下のエステル基油を、比較例及び本発明の潤滑及び冷却流体の基油系中で試験した。各流体において、基油系は、(i)以下に説明されるエステル基油のうちの1つと、(ii)少なくとも1つの他のAPIグループIVポリアルファオレフィン基油とを含んだ。
● エステル基油1(E-1):アジピン酸ビス(6-メチルヘプチル)に基づく二塩基性エステルは、酸部分に6個の内部炭素と、アルコール部分に8個の炭素とを有する分岐ジエステルであった。この分岐ジエステルは、約2.7cStのKV 100Cを有し、約23.7モルパーセントのエステル基を有した(エステル基は-C(O)O-基であり、E-1は、そのようなエステル基を2つ有する)。
● エステル基油2(E-2):アジピン酸ビス(8-メチルノニル)に基づく二塩基性エステルは、酸部分に6個の内部炭素と、アルコール部分に10個の炭素とを有する分岐ジエステルであった。この分岐ジエステルは、3.5cStのKV 100Cを有し、約20.6モルパーセントのエステル基を有した(エステル基は-C(O)O-基であり、E-2は、2つのそのようなエステル基を有する)。
● エステル基油3(E-3):酸部分に約16~18個の炭素と、アルコール部分に20個の直鎖炭素とを有する直鎖モノエステル(C16~18-アルキル-COO-C20アルキル)。このモノエステルは、約5.4cStのKV 100Cを有し、約7.7モルパーセントのエステル基を有した(エステル基は-C(O)O-基であり、E-3は、そのようなエステル基を1つ有する)。
以下のカルシウム又はマグネシウム過塩基性清浄剤を、比較例及び本発明の潤滑及び冷却流体中で試験した。
● 清浄剤1(DET-1):過塩基性スルホン酸カルシウム清浄剤(約300TBN、11.9%カルシウム、及び25%石鹸含有量)。
● 清浄剤2(DET-2):過塩基性スルホン酸マグネシウム清浄剤(約400TBN、9.6%マグネシウム)。
各比較例及び本発明の流体はまた、同じ量及び同じセットの追加の流体添加剤を含み、流体添加剤は、分散剤、摩擦調整剤、酸化防止剤、金属不動態化剤、極圧剤、消泡剤、及び解乳化剤を含んだ。
実施例1
ポリアミドイミド外側絶縁層でオーバーコーティングされたポリエステル(アミド)(イミド)内側絶縁を備え、200℃の熱定格を有する絶縁された15米国ワイヤゲージ(AWG)マグネットワイヤ(ワイヤA)を、以下の表2~4の比較例及び本発明の流体中で、150℃で5日間エージングした。エージング後、ワイヤをヘプタン中で洗浄し、絶縁破壊電圧を、各表に報告され、図1のグラフに示されるように測定した。単一のポリエステル絶縁層を備え、180℃の熱定格を有する第2の15AWGマグネットワイヤ(ワイヤB)も、表2における比較のために試験した。基油系は、各表に記載のエステル基油及びPAO基油を含んでいた。
PAO:KV100で100cSt
PAO:KV100で4cSt
金属含量は、Det-1又はDet2によって提供されるカルシウム又はマグネシウムの量から計算した。カルシウム又はマグネシウムの他の供給源は、流体中に存在しなかった。
**基油系中のエステル基に対する金属の比は、清浄剤金属のppmを基油系中のエステル基のモルパーセントで割ったものである(例えば、流体C-1についての比は、清浄剤からの214ppmのカルシウム、及び基油系中に10%で含まれるE-1エステル基油からの23.7モル%のエステル基、すなわち、214/(23.7%×10%)=90.3から計算された)。
PAO:kV100Cで100cSt
金属含量は、Det-1によって提供されるカルシウムの量から計算した。他のカルシウム源は、流体中に存在しなかった。
**基油系中のエステル基に対する金属の比は、清浄剤金属のppmを基油系中のエステル基のモルパーセントで割ったものである(例えば、流体C-3についての比は、清浄剤からの214ppmのカルシウム、及び基油系中に10%で含まれるE-2エステル基油からの20.6モル%のエステル基、すなわち、214/(20.6%×10%)=104.0から計算された)。
PAO:kV100Cで100cSt
金属含量は、Det-1によって提供されるカルシウムの量から計算した。他のカルシウム源は、流体中に存在しなかった。
**基油系中のエステル基に対する金属の比は、清浄剤金属のppmを基油系中のエステル基のモルパーセントで割ったものである(例えば、流体C-4についての比は、清浄剤からの214ppmのカルシウム、及び基油系中に10%で含まれるE-3エステル基油からの7.7モル%のエステル基、すなわち、214/(7.7%×10%)=278.0から計算された)。
図1は、基油系中のエステル基(-C(O)O-)のモルパーセントに対する清浄剤金属の比に対する絶縁破壊電圧のチャートを含む。左上隅のボックス内に示されるように、約70以下(又は約10~約70)の比を有する流体は、ワイヤAと組み合わせた場合、10,000ボルト以上の高い絶縁破壊電圧を達成した。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数形「a」、「an」、及び「the」は、明示的かつ明確に1つの指示対象に限定されない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「酸化防止剤」への言及は、2つ以上の異なる酸化防止剤を含む。本明細書で使用される場合、「含む」という用語及びその文法的変形は、リスト内の項目の列挙がリストの項目に置換又は追加され得る他の類似の項目を除外しないように非限定的であることを意図する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のために、別段の指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される量、パーセンテージ、又は割合、及び他の数値を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。最低限、特許請求の範囲の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各々の数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数の観点から及び通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。
本明細書に開示される各成分、化合物、置換基、又はパラメータは、単独で、又は本明細書に開示されるありとあらゆる他の成分、化合物、置換基、若しくはパラメータのうちの1つ以上との組み合わせでの使用について開示されていると解釈されるべきであることを理解されたい。
本明細書に開示される各範囲は、同じ有効数字の数を有する開示範囲内の各特定値の開示として解釈されるべきであることを更に理解されたい。したがって、例えば、1~4の範囲は、1、2、3、及び4の値だけでなく、そのような値の任意の範囲の明確な開示として解釈されるべきである。
本明細書に開示される各範囲の各下限が、同じ成分、化合物、置換基、又はパラメータについて本明細書に開示される各範囲の各上限及び各範囲内の各特定値と組み合わせて開示されると解釈されるべきであることを更に理解されたい。したがって、本開示は、各範囲の各下限を各範囲の各上限と、若しくは各範囲内の各特定値と組み合わせることによって、又は各範囲の各上限を各範囲内の各特定値と組み合わせることによって誘導される全ての範囲の開示として解釈されるべきである。すなわち、広い範囲内の終点値の間の任意の範囲も本明細書において考察されることもまた更に理解される。したがって、1~4の範囲は、1~3、1~2、2~4、2~3などの範囲をも意味する。
更に、説明又は実施例において開示される成分、化合物、置換基、又はパラメータの特定量/値は、範囲の下限又は上限のいずれかの開示として解釈されるべきであり、したがって、本出願の他の個所で開示される同じ成分、化合物、置換基、又はパラメータについての範囲の任意の他の下限若しくは上限又は特定量/値と組み合わせて、その成分、化合物、置換基、又はパラメータについての範囲を形成することができる。
特定の実施形態について説明してきたが、出願人ら又は他の当業者にとって現在予想されていない、又は現在予想することができない代替、修正、変形、改善、及び実質的な同等物が現れ得る。したがって、出願された添付の特許請求の範囲、及び修正され得る添付の特許請求の範囲は、そのような全ての代替、修正、変形、改善、及び実質的な同等物を包含することを意図している。

Claims (15)

  1. 電気車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインであって、前記ドライブラインが、
    約190℃~約210℃の熱定格を有する絶縁コーティングが施された絶縁マグネットワイヤを含む電気モータと、
    前記電気モータの前記絶縁マグネットワイヤの前記絶縁コーティングと接触している潤滑及び冷却流体と、を備え、
    前記潤滑及び冷却流体が、前記流体に少なくとも約50ppmの金属を提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む基油系と、を含み、前記基油系が、少なくとも約20重量パーセントの前記エステル基油を含み、かつ前記清浄剤系によって提供される前記金属の、前記潤滑及び冷却流体の前記基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である、ドライブライン。
  2. 前記マグネットワイヤの前記絶縁コーティングが、1つ以上の層を含み、前記潤滑及び冷却流体と接触している前記層が、ポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、それらの組み合わせ、それらのブレンド、又はそれらのコポリマーを含む、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  3. 前記潤滑及び冷却流体と接触している前記絶縁マグネットワイヤが、約10,000ボルト以上の絶縁破壊電圧を有する、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  4. 前記マグネットワイヤが、14~30のAWGゲージを有し、好ましくは、前記マグネットワイヤが、銅である、請求項2に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  5. 前記エステル基油が、分岐ジエステルを含み、かつ/又は前記分岐ジエステルが、6~10個の内部炭素鎖長を有する1種以上のジカルボン酸と、6~12個の炭素の分岐炭素鎖長を有する1種以上のアルコールとの反応生成物であり、かつ/又は前記エステル基油が、式Iの構造を有するモノエステル及び/若しくはジエステルを含み、
    式中、Rが、m-2個の炭素を有する炭素鎖であり、mが、6~10の整数であり、R及びRが、同一又は異なり、かつC8~C20直鎖又は分岐アルキル鎖を含み、nが、0又は1の整数であり、好ましくは、nが、1であり、R及びRが、同一又は異なり、かつC8~C10分岐アルキル鎖を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  6. 前記エステル基油が、アジピン酸ビ(6-メチルヘプチル)(bi(6-methylheptyl)adipate)に基づく二塩基性エステル、アジピン酸ビス(8-メチルノニル)に基づく二塩基性エステル、若しくは直鎖モノエステルであって、その酸部分に約16~約18個の炭素と、そのアルコール部分に約20個の直鎖炭素と、を有する、直鎖モノエステル、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  7. 前記清浄剤系が、フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリクスレート(salixrates)、サリチレート、カルボン酸、それらの硫化誘導体、若しくはそれらの組み合わせのアルカリ若しくはアルカリ金属塩を含み、かつ/又は前記アルカリ若しくはアルカリ金属が、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、若しくはそれらの混合物を含み、かつ/又は前記清浄剤系が、800ppmm以下の前記金属を提供する、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  8. 前記基油系の前記第1の基油が、鉱物基油若しくは合成基油であり、かつ/又は前記基油系の前記第1の基油が、ポリアルファオレフィンである、請求項1に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  9. ハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブラインであって、前記ドライブラインが、
    絶縁コーティングが施された絶縁マグネットワイヤを含む電気モータであって、前記絶縁コーティングが、ポリアミド、ポリイミド、ポリ(アミド/イミド)、それらの組み合わせ、それらのブレンド、又はそれらのコポリマーを含む、電気モータと、
    前記電気モータの前記絶縁マグネットワイヤの前記コーティングと接触している潤滑及び冷却流体と、を備え、
    前記潤滑及び冷却流体が、前記流体に少なくとも約50ppmの金属を提供する清浄剤系と、エステル基油とブレンドされた潤滑粘度の第1の基油を含む基油系と、を含み、前記基油系が、少なくとも約20重量パーセントの前記エステル基油を含む、ドライブライン。
  10. 更に、前記清浄剤系によって提供される前記金属の、前記基油系中のエステル基のモルパーセントに対する比が、約70以下である、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  11. 前記マグネットワイヤの前記絶縁コーティングが、約190℃~約200℃の熱定格を有し、かつ/又は前記潤滑及び冷却流体と接触している前記絶縁マグネットワイヤが、約10,000ボルト以上の絶縁破壊電圧を有する、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  12. 前記エステル基油が、分岐ジエステルを含み、かつ/又は前記分岐ジエステルが、6~10個の内部炭素鎖長を有する1種以上のジカルボン酸と、6~12個の炭素の分岐炭素鎖長を有する1種以上のアルコールとの反応生成物であり、かつ/又は前記エステル基油が、式Iの構造を有するモノエステル及び/若しくはジエステルを含み、
    式中、Rが、m-2個の炭素を有する炭素鎖であり、mが、6~10の整数であり、R及びRが、同一又は異なり、かつC8~C20直鎖又は分岐アルキル鎖を含み、nが、0又は1の整数であり、好ましくは、nが、1であり、R及びRが、同一又は異なり、かつC8~C10分岐アルキル鎖を含む、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  13. 前記エステル基油が、アジピン酸ビ(6-メチルヘプチル)(bi(6-methylheptyl)adipate)に基づく二塩基性エステル、アジピン酸ビス(8-メチルノニル)に基づく二塩基性エステル、若しくは直鎖モノエステルであって、その酸部分に約16~約18個の炭素と、そのアルコール部分に約20個の直鎖炭素と、を有する、直鎖モノエステル、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  14. 前記清浄剤系が、フェネート、スルホネート、カリキサレート、サリクスレート(salixrates)、サリチレート、カルボン酸、それらの硫化誘導体、若しくはそれらの組み合わせのアルカリ若しくはアルカリ金属塩を含み、かつ/又は前記アルカリ若しくはアルカリ金属が、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、若しくはそれらの混合物を含む、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
  15. 前記清浄剤系が、800ppm以下の前記金属を提供する、請求項9に記載のハイブリッド車両又はハイブリッド電気車両のためのドライブライン。
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