JP2024510311A - 基油組成物、配合物、及び使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基油に関する。本明細書に記載の基油は、とりわけギア油配合物、特にトランスミッション液において有用性を提供し、使用時に改善された摩擦係数特性を提供する。より具体的には、いくつかの実施形態では、一体化されたギアボックスを有するか又は有しない電気車両での使用に特に好適であるギア油配合物が提供される。【選択図】図1
Description
本発明は、基油に関する。本明細書に記載の基油は、とりわけギア油配合物、具体的にはトランスミッション液において有用性を提供し、使用時に改善された摩擦係数特性を提供する。より詳細には、いくつかの実施形態は、一体化されたギアボックスを有するか又は有しない電気車両での使用に特に好適であるギア油配合物を提供する。
電気車両は、1つ以上の電気モータを使用して推進される車両である。電気車両は、性質が完全に電気(純電気若しくは全電気車両としても知られている)又はハイブリッドであり得る(ハイブリッド電気車両では、推進は、時々炭化水素由来燃料などの代替手段から達成され得る)。電気車両はまた、車両が電気モータ及びプラグインバッテリによって電力供給される航続距離延長電気車両を含むが、車両はまた、バッテリ充電を補うためだけに使用され、主推進源としては使用されない補助燃焼エンジンを備える。本発明は、これらのタイプの電気車両の全てにおいて使用するのに好適である。
ギア油配合物は、潤滑油のサブクラスであり、典型的には、その主成分として潤滑油ベースストック(又は基油)を含む。潤滑油に利用される潤滑ベースストックの選択は、酸化及び熱安定性、揮発性、低温流動性、添加剤、汚染物質、及び分解生成物の溶解力、並びにトラクションなどの特性に大きな影響を及ぼす可能性がある。米国石油協会(American Petroleum Institute、API)は、潤滑剤ベースストックの5つのグループを定義する(API Publication 1509)。
グループI、II、及びIIIは、それらが含有する飽和物及び硫黄の量及びそれらの粘度指数によって分類される鉱油である。以下の表1は、グループI、II、及びIIIについてのこれらのAPI分類を例解する。
グループIのベースストックは、溶剤精製された鉱油であり、これは、製造するのに最も安価なベースストックであり、現在、ほとんどのベースストック販売を占めている。それらは、満足のいく酸化安定性、揮発性、低温性能、及びトラクション特性を提供し、添加剤及び汚染物質に対して特に良好な溶解力を有する。グループIIのベースストックは、主に水素化処理された鉱油であり、これは典型的には、グループIのベースストックと比較して改善された揮発性及び酸化安定性を提供する。グループIIストックの使用は、米国市場の約30%まで成長している。グループIIIのベースストックは、高度に水素化処理された鉱油であるか、又はワックス若しくはパラフィンの異性化によって製造することができる。それらは、グループI及びIIのベースストックよりも良好な酸化安定性及び揮発性を有するが、市販の粘度の限られた範囲を有することが知られている。
グループIVのベースストックは、合成ベースストック、例えば、ポリアルファオレフィン(polyalphaolefin、PAO)であるという点でグループI~IIIとは異なる。PAOは、良好な酸化安定性、揮発性、及び低い流動点を有する。欠点としては、極性添加剤、例えば、耐摩耗添加剤の適度な溶解性が挙げられる。
グループVのベースストックは、グループI~IVに含まれない全てのベースストックである。例としては、アルキルナフタレン、アルキル芳香族化合物、植物油、エステル(ポリオールエステル、ジエステル、及びモノエステルを含む)、ポリカーボネート、シリコーン油、並びにポリアルキレングリコールが挙げられる。
自動車分野での使用に好適なギア油配合物は、望ましくは、車両パワートレインにおけるリアアクスル及びいくつかのトランスミッションシステムの潤滑のために、比較的高い粘度(他の潤滑剤適用領域に対して)を有する長寿命油を提供する。追加的に、農業及び建設機器における最終駆動装置並びに駆動付属品も、ギア油を必要とする場合がある。より一般的には、ギア油配合物はまた、望ましくは、良好な酸化安定性及び錆又は腐食防止特性を提供する。典型的には、添加剤が潤滑基油に提供されて、その意図される用途のための望ましいギア油配合物を提供し、望ましい特性をそれ自体で提供する基油は、配合者が高価な添加剤を組み込む必要性を制限し、より容易かつ迅速に製造されるより単純な配合物を提供するために依然として求められている。
乗用車の電化への急速な動きは、OEM及び調整器の現在のギア油仕様の理解及び仕様を超えている。現世代のハイブリッド車両及び電気車両は、この用途のために特に設計されていなかった標準的な自動トランスミッション液(automatic transmission fluid、ATF)配合物を依然として使用している。現在のギア油は、電気車両技術、ATFベース流体、及びアドパックにおける急速な進歩のために、OEMの動的要件を満たしていない。
更に、電気車両における部品の熱管理が重要性を増している。車両のバッテリにおいて、熱管理は、安全な走行及び使用を保証するために極めて重要である。現在、バッテリを誘電性冷却流体と直接接触させる浸漬冷却式バッテリシステムを検討するために多くの研究が行われている。したがって、高い熱特性、例えば、熱容量及び熱伝導率を有する流体が、この用途に必要とされる。電子パワーシステム、例えば、電気モータ及びトランスミッションの冷却も、過熱することなくそれらを効果的に機能させ続けるために必要とされる。電子システムから過剰な熱を除去することはまた、電気抵抗を低減するのに役立ち、したがって、効率を改善するのに役立つ。したがって、電気車両での使用に好適なベース流体の熱特性は、自動車の燃焼エンジンでの使用のために開発されたものとは大きく異なる。
したがって、内燃機関、ハイブリッド及び電気車両におけるトランスミッション並びにギアボックスのための潤滑剤技術の継続的な開発にもかかわらず、潤滑油の寿命にわたってエネルギー効率が改善された潤滑油配合物に対する必要性が依然としてある。より具体的には、従来の燃焼エンジンの要件とは要件が異なる電気車両ギアボックスの要件を満たすように最適化及び調整された潤滑剤技術に対する必要性が存在する。したがって、電気エンジンにおいて高い性能(特に、低トラクション及び高熱伝導率)を提供するが、電気車両の乗用車市場にとって商業的に実現可能である新しい基油が、依然として積極的に求められている。
本発明によれば、式(I)の化合物を含む基油であって、
式中、
各Rが、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択され、当該アルキル基が、1~24個の炭素を含有し、
mが、1~10の整数であり、
Xが、1~20個の炭素原子を有するアルキル部分であり、Xが、mの繰り返し単位に対して同一又は異なり得る、基油が提供される。
本明細書に記載の当該基油を含むギア油配合物も提供される。
本発明の代替の実施形態によれば、電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、パワートレインにおいて本発明の第1の態様による基油を使用することを含む、方法が提供される。
本発明の代替の実施形態の更なる実施形態によれば、電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、そのギアボックスにおいて本発明の一態様によるギア油配合物を使用することを含む、方法が提供される。
追加的に、車両パワートレインにおける本明細書に記載の基油の使用が提供される。
本明細書中で使用される任意の上限若しくは下限の量又は範囲の限界は、独立して組み合わせられ得ることが理解される。
置換基中の炭素原子の数(例えば、「C1~C6」)を記載する場合、その数は、任意の分岐基中に存在する任意のものを含む、置換基中に存在する炭素原子の総数を指すことが理解されるであろう。追加的に、例えば、脂肪酸中の炭素原子の数を記載する場合、これは、カルボン酸における炭素原子、及び任意の分岐基中に存在する任意の炭素原子を含む炭素原子の総数を指す。
分子又は分子の部分に関して本明細書で使用される「官能価(functionality)」という用語は、その分子又は分子の部分における官能基の数を指す。「官能基(functional group)」は、化学反応に関与し得る分子中の基を指す。例えば、カルボン酸基、ヒドロキシル基、及びアミン基は全て官能基の例である。例えば、二酸(2個のカルボン酸基を有する)及びジオール(2個のヒドロキシル基を有する)は、両方とも2の官能価を有し、三酸及びトリオールは、両方とも3の官能価を有する。
したがって、本発明の一実施形態によれば、式(I)の化合物を含む基油であって、
各Rが、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択され、当該アルキル基が、1~24個の炭素を含有し、
mが、1~10の整数であり、
Xが、1~20個の炭素原子を有するアルキル部分であり、Xが、mの繰り返し単位に対して同一又は異なり得る、基油が提供される。
式(I)の化合物を含む基油は、ギア油配合物での使用に好適な、低いトラクション係数を示す流体を提供し、使用時にトラクション特性の改善された係数を提供する。式(I)の化合物を含む基油は、好適な熱伝導率及び粘度特性を提供して、それらを電気車両パワートレインでの使用に好適にする。より具体的には、本発明の基油の熱伝導率特性は、グループI、II、III、及びIVに属する既知の基油並びに既知のエステルよりも、電気車両での使用に適している。追加的に、本発明のいくつかの実施形態はまた、改善された酸化安定性を呈する。
基油は、ランダム又はブロックコポリマーを含み得る。好適には、基油は、式(I)の化合物のみからなり得る。
式(I)の化合物において、mは、1~10の整数であり、好ましくは、mは、1~8の整数、より好ましくは1~6の整数、最も好ましくは1~4の整数である。
式(I)の化合物内の極性は、以下に更に記載されるように、単位mの繰り返し数、及びXのアルキル部分中に存在する炭素の数によって影響される。式(I)の化合物内の極性が大きすぎると、本発明の基油は、他の基油及びエラストマー材料(例えば、シール)との相溶性が乏しくなり、基油の酸化安定性に悪影響を及ぼす可能性もある。
式(I)の化合物において、Xは、mが2以上の整数である場合に、Xが独立して1以上のアルキル部分であり得るように、mの繰り返し単位に対して同一又は異なり得るアルキル部分である。いずれの場合においても、Xは、mの各繰り返し単位に対して同一又は異なり、Xは、1~20個の炭素原子を有するアルキル部分である。好適には、アルキル部分は、分岐鎖又は直鎖であり得、直鎖が好ましい。好ましくは、Xは、2~6個の炭素、最も好ましくは、2~4個の炭素を含有するアルキル部分である。いくつかの特に好ましい実施形態では、Xは、3個又は4個の炭素を有するアルキル部分である。したがって、mが1である場合、式(I)の化合物は、中心アルキル基を有するアルキルジオール単位を含み、この中心アルキル基は、好ましくは2~4個の炭素を含有する。しかしながら、より好ましくは、式(I)の化合物は、繰り返しアルコキシ単位からなるポリ(アルコキシエーテル)を含み、この実施形態では、式(I)において、mは、2~10の整数であり、化合物中に存在する繰り返しアルコキシ単位の数を表す。したがって、好ましくは、本発明の基油は、1~6個の炭素、好ましくは1~4個の炭素を含有するアルキル基を有するアルコキシ単位の繰り返しからなるポリ(アルコキシエーテル)を含む式(I)の化合物を含み、そのようなアルキル基は、2000(g/mol)未満、好ましくは1000(g/mol)未満、より好ましくは650(g/mol)未満のポリ(アルコキシエーテル)単位の平均分子量(g/mol)を提供する。好適な繰り返しアルコキシ単位としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、トリメチレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラメチレンオキシド、及びペンチレンオキシドが挙げられる。いくつかの実施形態では、例えば、1,2-プロピレンオキシド又は1,3-ブタンジオールなどの分岐アルキル鎖を有するアルコキシ基が好ましくあり得、この実施形態における繰り返しアルコキシ単位の分岐の性質は、あまり最適なトラクション及び熱伝導率を提供しないが(電気車両におけるその意図された使用には依然として許容可能であるが)、基油流動点に関して利点を有し得る。
上で言及されるように、好ましくは、式(I)の化合物は、繰り返しアルコキシ単位からなるポリアルコキシエーテルを含む。このようなポリエーテルは、エポキシド若しくは環状エーテル(例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、オキセタン、テトラヒドロフラン、及びジオキサン)の開環重合(ring opening polymerisation、ROP)、酸触媒脱水を含む手段によるグリコール若しくはポリグリコール(例えば、1,3-プロパンジオール)の縮合、又はグリコール若しくはポリグリコール及びハロゲン化アルキルのウィリアムソンエーテル化を含む異なる手段に由来し得ることが理解されるべきである。したがって、ポリアルコキシエーテルは、好ましくは、エチレンオキシド、オキセタン、若しくはテトラヒドロフランなどのエポキシアルカンに由来し得るか、又は1,3-プロパンジオールなどのグリコールに由来し得、この場合、最も好ましくは、式(I)の化合物は、直鎖アルキルセグメントを有するポリアルコキシエーテルを含む。より具体的には、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol、PEG)(ポリエチレンオキシド)、ポリトリメチレンエーテルグリコール(polytrimethylene ether glyco、PTriMEG)(ポリトリメチレンオキシド)、及びポリテトラメチレンエーテルグリコール(polytetramethylene ether glycol、PTMEG)(ポリテトラメチレンオキシド)は、驚くべきことに、それらの粘度に対して高い熱伝導率値を提供することが見出されており、したがって、それらは、電気車両での使用に特に適した基油を提供するので、本発明において特に好ましい。
したがって、ポリアルキレンオキシドは、好ましくは、エチレンオキシド、1,3-プロパンジオール、1,3-プロピレンオキシド(オキセタン)、又は1,4-ブチレンオキシド(テトラヒドロフラン)に由来し得、この場合、最も好ましくは、式(I)の化合物は、ポリエチレングリコール(PEG)(ポリエチレンオキシド)、ポリトリメチレンエーテルグリコール(PTriMEG)(ポリトリメチレンオキシド)、及びポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)(ポリテトラメチレンオキシド)を含み、これらは、驚くべきことに、それらの粘度に対して高い熱伝導率値を提供することが見出されている。1,2-プロピレンオキシドに由来するものなどの分岐アルキオキシ基の組み込みも可能である。この場合、環状エーテルに由来する繰り返しアルコキシ単位の分岐の性質は、あまり最適な熱伝導率を有する基油を提供しないが(その意図された使用に対しては依然として許容可能であるが)、基油流動点に関して利点を有する場合がある。
望ましくは、式(I)の化合物は、再生可能な生物系源に由来する繰り返しアルキレンオキシ単位からなるポリ(アルコキシエーテル)を含む。より具体的には、ポリ(アルコキシエーテル)は、バイオエチレンオキシド、バイオテトラヒドロフラン、及び/又はエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、及び1,4-ブタンジオールを含む生物源グリコールに由来し得、これらは、天然原料に由来するバイオエタノールから製造され得る。
上に示したように、式(I)の化合物は、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択される2つのR基を含有し、当該アルキルは、1~24個の炭素、より好ましくは5~18個の炭素、最も好ましくは6~12個の炭素を含有する。したがって、2つのR基は、同一又は異なり得、化合物中のRを変動させることにより、化合物(したがって、基油)の物理的特性の増強された調整を可能にする。好ましくは、R基の少なくとも1つは、アルキル又はアルキルカルボニルから選択され、より好ましくは、両方のR基は、アルキル又はアルキルカルボニルから選択され、すなわち、Rは、好ましくは水素ではない。
式(I)の化合物がアルキルカルボニル(エステルを生成するため)又はアルキル(エーテルを生成するため)のいずれかによって終端される場合、これらの基は、ポリエーテル合成反応段階中に若しくはその一部としてのいずれかで添加され得るか、又はそれらはその後の反応ステップにおいて後に添加され得ることが、当業者によって理解されるべきである。
好適には、Rは、所望のR基を提供するために、上記のようなアルコキシ又はポリアルコキシエーテル基と式(I)に描写されるような結合を形成することができる、酸若しくはアルコール又は他の好適なアシル化若しくはアルキル化反応物に由来し得る。より具体的には、Rは、好ましくは、所望のエステル結合末端R基を提供するために、上記のようなアルコキシ基若しくはポリアルコキシエーテル基と結合され得る酸又は他の試薬に由来し得、この場合、最も好ましくは、Rは、カルボン酸に由来し、好適なカルボン酸としては、ケト酸、脂肪族カルボン酸、αヒドロキシ酸、アジピン酸を含むジカルボン酸などが挙げられる。代替的に、及び追加的に、Rは、所望のエーテル結合末端R基を提供するために、上記のようなアルコキシ若しくはポリアルコキシエーテル基と結合され得るアルコール又は他の試薬に由来し得る。望ましくは、Rは、酸又はアルコールに由来し得る。より具体的には、Rは、好ましくはアルコールに由来し得、好適なアルコールとしては、脂肪族アルコール、ケトアルコール、芳香族アルコール、ポリオールアルコールなどが挙げられる。
好ましくは、Rは、脂肪族カルボン酸又はアルコールに由来する。脂肪族カルボン酸又はアルコールは、飽和又は不飽和、直鎖又は分岐鎖であり得る。
好ましくは、脂肪族カルボン酸又はアルコールは、飽和であり、これは、改善された酸化安定性を提供するためである。
好ましくは、脂肪族カルボン酸又はアルコールは、直鎖である。直鎖分子は、同等の分岐鎖分子と比較して改善されたトラクション及び熱伝導率を提供するが、分岐は、流動点特性を改善する可能性があり、したがって、直鎖分子は、いくつかの状況(例えば、より寒い環境での使用)では好ましいが、異なるR基(そのうちの1つは分岐鎖であり、そのうちの1つは直鎖である)を提供すること、又は少なくとも1つの化合物がそのR基に分岐を含有する式(I)の2つ以上の化合物を含む基油を提供することが有益であり得る。
望ましくは、式(I)の化合物は、再生可能な生物系源に由来する酸又はアルコールを含み、例えば、酸は、植物性脂肪及び/又は油に由来するカルボン酸であり得る。したがって、好ましくは、脂肪族カルボン酸又はアルコールは、上記のように、脂肪酸又は脂肪アルコールであり得る。脂肪酸又は脂肪アルコールは、飽和又は不飽和であり得る。脂肪酸又は脂肪アルコールは、直鎖又は分岐鎖であり得る。好ましくは、脂肪酸又は脂肪アルコールは、飽和及び直鎖である。当然のことながら、それらの脂肪鎖に偶数の炭素を有する脂肪酸及び脂肪アルコールは、自然においてより豊富であり、したがって、より容易かつ安価に入手可能であり、したがって、これらの形態の脂肪酸又は脂肪アルコール、特にC6、C8、C10、及びC12鎖長を有するものが好ましい場合がある。脂肪酸又は脂肪アルコールは、式(I)のR基にC5~C18アルキル部分を提供する中鎖脂肪酸を含有すると理解され得る。より好ましくは、脂肪鎖は、5~12個の炭素を含有し、最も好ましくは、脂肪鎖は、6~10個の炭素を含有する。好適な脂肪酸は、以下:吉草酸、レブリン酸、カプロン酸、エナント酸、安息香酸、シクロヘキサンカルボン酸、カプリル酸、2-エチルヘキサン酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、及びオレイン酸のうちの1つ以上から選択され得る。好適な脂肪アルコールは、以下:メタノール、エタノール、イソプロパノール、tert-ブタノール、高級直鎖及び分岐鎖一級、二級、及び三級アルコール(ゲルベアルコール、例えば、2-エチルヘキサノール、オキソアルコール、テルペンアルコール、及び生物系アルコール、例えば、天然脂肪酸の還元を介して由来するものを含む)のうちの1つ以上から選択され得る。
好ましくは、基油は、200~1500、より好ましくは250~1000、最も好ましくは300~700の平均分子量(g/mol)を有する。
好適には、基油は、約-10℃~約-90℃の流動点を有する。好ましくは、基油は、-15℃未満の流動点を有する。
好適には、基油は、Anton Paar SVM粘度計を使用して測定した場合、6mm2/秒~1500mm2/秒、好ましくは7mm2/秒~900mm2/秒、より好ましくは8mm2/秒~300mm2/秒、最も好ましくは9mm2/秒~150mm2/秒の40℃における動粘度を有する。
好適には、基油は、Anton Paar SVM粘度計を使用して測定した場合、2mm2/秒~100mm2/秒、好ましくは2mm2/秒~50mm2/秒、より好ましくは2mm2/秒~20mm2/秒、最も好ましくは2mm2/秒~5mm2/秒の100℃における動粘度を有する。
好適には、基油は、ミニトラクションマシン(mini traction machine、MTM)を使用して、75℃、16Nの荷重、30%の滑り対転がり比(slide to roll ratio、SRR)で測定した場合、0.016未満、好ましくは0.013未満、より好ましくは0.0100未満、最も好ましくは0.0090未満の摩擦係数を有する。
好適には、基油は、40℃で0.131W/mK、好ましくは40℃で0.135W/mK、より好ましくは40℃で0.141W/mK、最も好ましくは40℃で0.151W/mKよりも高い熱伝導率を有する。
本発明はまた、上記の当該基油を含むギア油配合物を提供する。ギア油は、潤滑流体であると考えることができ、熱伝導性及びトラクションが重要でない場合であっても、潤滑剤として他の領域において有用性を有し得る。ギア油配合物は、任意のタイプのトランスミッションシステムにおける使用のための工業用、自動車用及び/又は船舶用ギア油としての使用に好適であり得る。しかしながら、ギア油配合物は、ギアボックス油、より具体的には、電気車両での使用に好適な一体化されたギアボックス油を好適に提供し、これは、上で説明される基油が、使用時に有利な熱伝導特性及び望ましいトラクション特性を提供するためである。追加的に、ギア油における良好な熱特性の提供は、エンジン寿命の寿命を増強させ得る。
したがって、本発明によるギア油配合物は、電気車両パワートレインでの使用に好適なものを含む。より具体的には、ギア油配合物は、電気モータに一体化されている及び一体化されていないギアシステムの両方での使用に好適である。そのようなシステムは、アクセル、差動装置、及びトランスミッションを含む。
ギア油配合物は、いくつかのあまり好ましくない実施形態では、上記のような基油のみからなり得る。代替的に、及び好ましくは、ギア油配合物は、配合物の総重量に基づいて、少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも2重量%、より好ましくは少なくとも4重量%、更により好ましくは少なくとも5重量%の基油を含み得る。ギア油配合物は、配合物の総重量に基づいて、50重量%まで、好ましくは35重量%まで、より好ましくは20重量%までの基油を含み得る。したがって、上記の基油は、有利には、更なる基油とブレンド又は混合されて、ギア油配合物を提供し、これは、本発明の基油が、より安価であり得る更なる基油に組み込まれることを可能にするか、又は所望のトランスミッションシステムでの使用のために、ギア油にいくつかの代替の有利な物理的特性を提供する。
一実施形態では、ギア油配合物は、非水性である。しかしながら、ギア油配合物の成分は、少量の残留水(水分)を含有し得、したがって、ギア油配合物中に存在し得ることが理解されるであろう。ギア油配合物は、配合物の総重量に基づいて、5重量%未満の水を含み得る。より好ましくは、ギア油配合物は、実質的に水を含まない、すなわち、配合物の総重量に基づいて、2重量%未満、1重量%未満、又は好ましくは0.5重量%未満の水を含有する。好ましくは、ギア油配合物は、実質的に無水である。
ギア油配合物をその意図される用途に適合させるために、ギア油配合物は、以下の添加剤タイプのうちの1つ以上を含み得る。
1.分散剤:例えば、アルケニルスクシンイミド、アルケニルコハク酸エステル、他の有機化合物で変性されたアルケニルスクシンイミド、エチレンカーボネート又はホウ酸で後処理することによって変性されたアルケニルスクシンイミド、ペンタエリスリトール、フェナート-サリチレート及びそれらの後処理された類似体、アルカリ金属又は混合アルカリ金属、アルカリ土類金属ボレート、水和アルカリ金属ボレートの分散液、アルカリ土類金属ボレートの分散液、ポリアミド無灰分散剤など、又はそのような分散剤の混合物。
2.酸化防止剤:酸化防止剤は、鉱油が使用中に劣化する傾向を低減させ、その劣化は、金属表面上のスラッジ及びワニス様堆積物などの酸化生成物によって、及び粘度の増加によって証明される。酸化防止剤としては、例えば、4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ビス(2-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-イソプロピリデン-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-ノニルフェノール)、2,2’-イソブチリデン-ビス(4,6-ジメチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-シクロヘキシルフェノール)、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-エチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-l-ジメチルアミノ-p-クレゾール、2,6-ジ-tert-4-(N,N’-ジメチルアミノメチルフェノール)、4,4’-チオビス(2-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-チオビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、ビス(3-メチル-4-ヒドロキシ-5-tert-ブチルベンジル)-スルフィド、及びビス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)などのフェノール系酸化防止剤が挙げられる。他のタイプの酸化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン(例えば、Irganox L-57、例えば、BASF、金属ジチオカルバメート(例えば、亜鉛ジチオカルバメート)、及びメチレンビス(ジブチルジチオカルバメート)が挙げられる。
3.耐摩耗剤:その名前が示すように、これらの薬剤は移動する金属部品の摩耗を減少させる。このような薬剤の例としては、ホスフェート、ホスファイト、カルバメート、エステル、硫黄含有化合物、及びモリブデン錯体が挙げられる。
4.乳化剤:例えば、直鎖アルコールエトキシレート。
5.解乳化剤:例えば、アルキルフェノールとエチレンオキシドの付加生成物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレンソルビタンエステル。
6.極圧剤(EP剤(extreme pressure agent)):例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(一級アルキル、二級アルキル、及びアリール型)、硫化油、硫化ジフェニル、トリクロロステアリン酸メチル、塩素化ナフタレン、フルオロアルキルポリシロキサン、及びナフテン酸鉛。好ましいEP剤は、例えば、耐摩耗性油圧作動油組成物のための共添加剤成分の1つとしての、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(zinc dialkyl dithiophosphate、ZnDTP)である。
7.多機能添加剤:例えば、硫化オキシモリブデンジチオカルバメート、硫化オキシモリブデン有機ホスホロジチオエート、オキシモリブデンモノグリセード(monoglycehde)、オキシモリブデンジエチレートアミド、アミン-モリブデン錯体化合物、及び硫黄含有モリブデン錯体化合物。
8.粘度指数向上剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー、エチレン-プロピレンコポリマー、スチレン-イソプレンコポリマー、水素化スチレン-イソプレンコポリマー、ポリイソブチレン、及び分散型粘度指数向上剤。
9.流動点降下剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー。式(I)の化合物の流動点がギアボックス油としての使用に好適であることは本発明の利点であるが、比較的長い鎖の直鎖分子を利用する実施形態は、流動点降下剤の添加から利益を得ることができる。追加的に、いくつかの代替添加剤の存在は、配合物の流動点に悪影響を及ぼし、流動点降下剤の添加を魅力的なものにし得る。
10.抑泡剤:例えば、アルキルメタクリレートポリマー及びジメチルシリコーンポリマー。
11.摩擦調整剤:アミド、アミン、及び多価アルコールの部分脂肪族エステルが挙げられ、例えば、グリセロールモノオレエート、オレイルアミド、及び「Perfad」の商品名でCrodaから入手可能な、又は「Ethomeen」の商品名でNouryonから入手可能な代替摩擦調整剤が挙げられ得る。
1.分散剤:例えば、アルケニルスクシンイミド、アルケニルコハク酸エステル、他の有機化合物で変性されたアルケニルスクシンイミド、エチレンカーボネート又はホウ酸で後処理することによって変性されたアルケニルスクシンイミド、ペンタエリスリトール、フェナート-サリチレート及びそれらの後処理された類似体、アルカリ金属又は混合アルカリ金属、アルカリ土類金属ボレート、水和アルカリ金属ボレートの分散液、アルカリ土類金属ボレートの分散液、ポリアミド無灰分散剤など、又はそのような分散剤の混合物。
2.酸化防止剤:酸化防止剤は、鉱油が使用中に劣化する傾向を低減させ、その劣化は、金属表面上のスラッジ及びワニス様堆積物などの酸化生成物によって、及び粘度の増加によって証明される。酸化防止剤としては、例えば、4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ビス(2-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、4,4’-イソプロピリデン-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-ノニルフェノール)、2,2’-イソブチリデン-ビス(4,6-ジメチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-シクロヘキシルフェノール)、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-エチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-l-ジメチルアミノ-p-クレゾール、2,6-ジ-tert-4-(N,N’-ジメチルアミノメチルフェノール)、4,4’-チオビス(2-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-チオビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、ビス(3-メチル-4-ヒドロキシ-5-tert-ブチルベンジル)-スルフィド、及びビス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)などのフェノール系酸化防止剤が挙げられる。他のタイプの酸化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン(例えば、Irganox L-57、例えば、BASF、金属ジチオカルバメート(例えば、亜鉛ジチオカルバメート)、及びメチレンビス(ジブチルジチオカルバメート)が挙げられる。
3.耐摩耗剤:その名前が示すように、これらの薬剤は移動する金属部品の摩耗を減少させる。このような薬剤の例としては、ホスフェート、ホスファイト、カルバメート、エステル、硫黄含有化合物、及びモリブデン錯体が挙げられる。
4.乳化剤:例えば、直鎖アルコールエトキシレート。
5.解乳化剤:例えば、アルキルフェノールとエチレンオキシドの付加生成物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレンソルビタンエステル。
6.極圧剤(EP剤(extreme pressure agent)):例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(一級アルキル、二級アルキル、及びアリール型)、硫化油、硫化ジフェニル、トリクロロステアリン酸メチル、塩素化ナフタレン、フルオロアルキルポリシロキサン、及びナフテン酸鉛。好ましいEP剤は、例えば、耐摩耗性油圧作動油組成物のための共添加剤成分の1つとしての、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(zinc dialkyl dithiophosphate、ZnDTP)である。
7.多機能添加剤:例えば、硫化オキシモリブデンジチオカルバメート、硫化オキシモリブデン有機ホスホロジチオエート、オキシモリブデンモノグリセード(monoglycehde)、オキシモリブデンジエチレートアミド、アミン-モリブデン錯体化合物、及び硫黄含有モリブデン錯体化合物。
8.粘度指数向上剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー、エチレン-プロピレンコポリマー、スチレン-イソプレンコポリマー、水素化スチレン-イソプレンコポリマー、ポリイソブチレン、及び分散型粘度指数向上剤。
9.流動点降下剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー。式(I)の化合物の流動点がギアボックス油としての使用に好適であることは本発明の利点であるが、比較的長い鎖の直鎖分子を利用する実施形態は、流動点降下剤の添加から利益を得ることができる。追加的に、いくつかの代替添加剤の存在は、配合物の流動点に悪影響を及ぼし、流動点降下剤の添加を魅力的なものにし得る。
10.抑泡剤:例えば、アルキルメタクリレートポリマー及びジメチルシリコーンポリマー。
11.摩擦調整剤:アミド、アミン、及び多価アルコールの部分脂肪族エステルが挙げられ、例えば、グリセロールモノオレエート、オレイルアミド、及び「Perfad」の商品名でCrodaから入手可能な、又は「Ethomeen」の商品名でNouryonから入手可能な代替摩擦調整剤が挙げられ得る。
好適には、ギア油配合物は、配合物の総重量に基づいて、少なくとも0.5重量%、好ましくは少なくとも1重量%、より好ましくは少なくとも5重量%の1つ以上の添加剤タイプを含み得る。ギア油配合物は、配合物の総重量に基づいて、30重量%まで、好ましくは20重量%まで、より好ましくは10重量%までの1つ以上の添加剤タイプを含み得る。
他の添加剤もまた、ギア油の総重量に基づいて、0.01~30重量%、より好ましくは0.01~20重量%、特に0.01~10重量%のレベルで、既知の官能価のギア油中に存在し得る。これらには、洗浄剤、腐食防止剤、防錆剤、及びそれらの混合物が含まれ得る。腐食防止剤としては、サルコシン誘導体、例えば、Croda Europe Ltd.から入手可能なCrodasinic Oが挙げられる。無灰洗浄剤としては、カルボン酸分散剤、アミン分散剤、マンニッヒ分散剤、及びポリマー分散剤が挙げられる。灰含有分散剤としては、酸性有機化合物の中性及び塩基性アルカリ土類金属塩が挙げられる。添加剤は、単一材料中に2つ以上の官能基を有し得る。
添加剤(複数可)は、市販の添加剤パックの形態で入手可能であり得る。このような添加剤パックは、添加剤パックの必要とされる使用に応じて組成が変動する。当業者は、ギア油のための好適な市販の添加剤パックを選択し得る。ギア油に特に好適な添加剤パックの例は、Evogen 5201、例えば、Lubrizol,USAであるが、これは、特に電気車両での使用のために設計されている。
ギア油は、ギア油の総重量に基づいて、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.5重量%、特に少なくとも1重量%、とりわけ少なくとも1.5重量%の更なる添加剤(添加剤パック)を含む。ギア油は、ギア油の総重量に基づいて、好ましくは15重量%まで、より好ましくは10重量%まで、特に4重量%まで、とりわけ2.5重量%までの更なる添加剤(添加剤パック)を含む。
上記の例にもかかわらず、ギア油を電気車両での使用に好適なものにするために、任意の添加剤の選択は、銅適合性(電気モータの要件のため)、並びに低い(しかし、必ずしもゼロではない)導電率を提供するか又は呈することを考慮に入れるべきであり、燃焼エンジン自動車エンジンに一般的に利用される全ての添加剤が、電気車両(electric ah vehicle)パワートレイン流体での使用に好適であるわけではない。
ギア油は、ISOグレードによる動粘度を有し得る。ISOグレードは、40℃での試料の中間点動粘度をcSt(mm2/秒)で指定する。例えば、ISO 100は、100±10cStの粘度を有し、ISO 1000は、1000±100cStの粘度を有する。ギア油は、好ましくはISO 10~ISO 1500、より好ましくはISO 68~ISO 680の範囲の粘度を有する。
基油が、熱伝達流体としての有用性を見出し得ることも想定される。このような熱伝達流体は、システムから熱を除去する手段を提供することができる。熱伝達流体の使用を必要とするか、又は熱伝達流体の使用から利益を得るそのようなシステムは、機械システム又は電気システムであり得る。本発明の基油は、電気システムにおける熱伝達流体として使用するのに十分に適し得、より具体的には、電気車両における熱伝達流体として使用するのに十分に適し得る。
本発明の別の実施形態によれば、電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、電気車両のパワートレインにおいて本発明の第1の態様による基油を使用することを含む、方法が提供される。基油は、アクセル、差動装置、トランスミッション、バッテリパック、及びパワーエレクトロニクスなどのパワートレイン内の様々なシステムにおいて使用され得る。基油は、電気車両での使用のために最適化されトラクション、熱、伝導性、及び粘度特性を含む、電気車両パワートレインでの使用に好適な特性を有する。更なる代替において、電気車両パワートレインからの熱除去を改善する方法であって、電気車両パワートレインにおいて本発明の第1の態様による基油を使用することを含む、方法が提供される。
追加的に、又は代替的に、電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、電気車両のギアボックスにおいて本発明の一態様によるギア油配合物を使用することを含む、方法が提供される。より具体的には、電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法は、一体化されたギアボックス内にギア油配合物の形態で基油を提供するステップを含む。したがって、車両パワートレインにおける本明細書に記載されるような基油又はギア油配合物の使用、特に電気車両パワートレインにおける使用、より具体的には電気車両一体化ギアボックスにおける使用が提供される。より具体的には、基油又はギア油は、アクセル、差動装置、トランスミッション、バッテリパック、及びパワーエレクトロニクスのようなパワートレイン内のシステムにおいて使用され得る。
本発明によるギア油配合物は、電気車両パワートレインでの使用に好適なものを含む。より具体的には、ギア油配合物は、電気モータに一体化されている及び一体化されていないギアシステムの両方での使用に好適である。そのようなシステムは、アクセル、差動装置、及びトランスミッションを含む。なお、電気車両には、2つ以上の電気モータが提供され得る。
ここで、以下の実施例及び添付の図面を参照して、本発明を説明する。
40℃における実験試料及び市販試料のMTMトラクション係数データを示す。
60℃における実験試料及び市販試料のMTMトラクション係数データを示す。
75℃における実験試料及び市販試料のMTMトラクション係数データを示す。
100℃における実験試料及び市販試料のMTMトラクション係数データを示す。
120℃における実験試料及び市販試料のMTMトラクション係数データを示す。
材料
以下の材料が本実施例において利用される。
吉草酸-C5:0酸(例えば、Merck Life Science UK Limited)
カプリン酸-カプリル酸ブレンド-C8/10酸ブレンド(PALMERA A5608、例えば、KLK EMMERICH GmbH)
イソステアリン酸(Prisorine(商標)3501、例えば、Croda)
イソ吉草酸(例えば、Merck Life Science UK Limited)
2-エチルヘキサン酸(2-EHA)(CAS番号:149-57-5、例えば、Acros Organics)
オクタン酸ALMERA A9808、例えば、KLK EMMERICH GmbH)
250g/molの分子量を有するポリテトラヒドロフラン(PolyTHF 250、例えば、BASF)
250g/molの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG 250 Mw)
C8アルコール+2EO14%及び6EO86%を含むポリ(エチレングリコール)オクチルエーテル
1,3プロパングリコール(例えば、DuPont Tate & Lyle Bio Products)
グループIII基油(Yubase 4)
グループIV基油(PAO 4)
モノエステル系の従来の燃焼エンジンベース流体(Priolube(商標)1976、例えば、Croda)
飽和エステル系の従来の燃焼エンジンベース流体(Priolube 1937、例えば、Croda)。
以下の材料が本実施例において利用される。
吉草酸-C5:0酸(例えば、Merck Life Science UK Limited)
カプリン酸-カプリル酸ブレンド-C8/10酸ブレンド(PALMERA A5608、例えば、KLK EMMERICH GmbH)
イソステアリン酸(Prisorine(商標)3501、例えば、Croda)
イソ吉草酸(例えば、Merck Life Science UK Limited)
2-エチルヘキサン酸(2-EHA)(CAS番号:149-57-5、例えば、Acros Organics)
オクタン酸ALMERA A9808、例えば、KLK EMMERICH GmbH)
250g/molの分子量を有するポリテトラヒドロフラン(PolyTHF 250、例えば、BASF)
250g/molの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG 250 Mw)
C8アルコール+2EO14%及び6EO86%を含むポリ(エチレングリコール)オクチルエーテル
1,3プロパングリコール(例えば、DuPont Tate & Lyle Bio Products)
グループIII基油(Yubase 4)
グループIV基油(PAO 4)
モノエステル系の従来の燃焼エンジンベース流体(Priolube(商標)1976、例えば、Croda)
飽和エステル系の従来の燃焼エンジンベース流体(Priolube 1937、例えば、Croda)。
1.実施例
以下の実施例では、表1に詳述した式(I)による化合物である基油を調製した。
以下の実施例では、表1に詳述した式(I)による化合物である基油を調製した。
ジエステル化合物である例では、これらは、好適なアルキルジオール(例えば、1,4-ジブタンジオール、又はPolyTHF 250などのポリ(アルコキシエーテル)ジオール)と、好適な1つ以上の脂肪酸(例えば、吉草酸又はカプリン-カプリル酸ブレンド)とのエステル化反応によって調製され得る。2モル当量の所望の脂肪酸を、任意選択的に触媒の存在下で、1モルのアルキルジオールと混合する。反応混合物は、エステル化反応を促進するために、任意選択的に減圧及び/又は中間雰囲気(inter atmosphere)で加熱することができる。次いで、得られたジエステル化合物生成物を、望ましい場合、更なる精製に供して、所望の生成物を得ることができる。
混合エーテルエステル化合物である例では、これらは、グリコール又はポリグリコール(例えば、1,3-プロパンジオール)の縮合によって、モノアルコール(例えば、オクタノール)の存在下で酸触媒脱水を含む手段によって調製され得、試薬の比は、所望の平均オリゴマー長さ(例えば、C8アルコール+2EO14%及び6EO86%を含むポリ(エチレングリコール)オクチルエーテル)を与えるように選択される。エーテル化反応は、所望の程度のエーテル化又はオリゴマー長が達成されたら停止される。部分エーテルキャップ材料(任意選択的に、モノ、ジエーテル、及び非エーテルキャップ種の混合物を含み得る)は、単離され、次いで、遊離ヒドロキシル官能価上で所望のカルボン酸種でエステル化される。任意選択的に、モノエーテルキャップ種はまた、選択されたアルコールのアルコキシル化によって生成され得、続いて、これは、エステル化されて、混合エーテルエステルキャップ材料を与え得る。
ジエーテルキャップされた実施形態である例では、これらは、オクタノールなどのモノアルコールの存在下での酸触媒脱水を含む手段による、1,3-プロパンジオールなどのグリコール又はポリグリコールの縮合によって調製され得る。ここで、エーテル化反応は、可能な限り完了近くまで駆動される。次いで、得られた生成物を、望ましい場合には、更なる精製に供して、所望の生成物を得ることができる。任意選択的に、生成物は、少量のモノエーテルキャップ種及び非エーテルキャップ種を含有し得、これらは、任意選択的に、除去され得るか、保持され得るか、又は更に反応させられ得、更に反応させる場合、これは、最小限の遊離ヒドロキシル官能価を含有する生成物を得るために、無水酢酸又はハロゲン化アルキルなどの試薬によるアセチル化アルキル化を含み得る。
2.試験
以下の試験を使用して、実施例の基油の特性を評価した。
以下の試験を使用して、実施例の基油の特性を評価した。
2.1 酸化安定性は、Anton Paar RapidOxyマシンを使用して測定した。4グラムの試料を圧力容器に入れ、700kPaで酸素を充填した後、140℃まで加熱する。圧力が10%低下するのに要した時間を酸化誘導時間(Oxidative Induction Time、OIT)として測定する。これは、試験された試料の酸化分解に対する耐性の相対的尺度を提供し、OITが長いほど、試料は酸化安定性である。
2.2 動粘度は、Anton Paar SVM粘度計を使用して100℃及び40℃で測定した。
2.3 熱伝導率は、熱線過渡法に基づくThermtest THW-L2を使用して測定した。信頼できる平均を作成するために、40℃及び80℃の温度で10個のデータ点を収集し、各データ点の間を5分として流体を沈降させた。試験電力は、測定された出力電力が70~90mWであり、かつ約3℃の温度上昇を与えるように設定し、試験時間は1秒に設定した。
2.4 ISL Mini Pour Point 5Gsで流動点試験を行って、ASTM D97及びD2500に相関する物質が依然として流動する最低温度を判定した。
2.5 摩擦係数は、ミニトラクションマシン(MTM)を使用して測定され、試験はPCS MTM 1に対して行われた。MTMを設定するのに必要とされる全ての試験片、及びPCSによって供給された標準試験片を、Camsonix C940超音波浴を使用して、へプタン中で15分間3回音波処理し、へプタンを排出し、次いで、各音波処理後にリフレッシュした。全ての試験片は、MTMで組み立てる前に窒素を使用して乾燥させた。
試験プロファイルは、16Nで0~100%の滑り対転がり比(SRR)を示し、トラクション曲線を作成するために所与の温度で41個のデータ点を取る。これを40℃、60℃、75℃、100℃、120℃、及び150℃で繰り返して、広範囲の温度にわたる性能を示す。
3.結果
3.1 酸化安定性。
実施例試料及び比較グループIIIの基油についての酸化安定性試験データを以下の表3に提供する。少なくとも40分のOITを有する試料は、酸化的に安定であると考えられ、ギア油配合物に利用される基油として許容可能な結果である。より具体的には、60分を超えるOITを有する試料は、この試験において良好に機能した。最大のOITを有する試料は、74.4分での実施例試料732/160であった。
3.1 酸化安定性。
実施例試料及び比較グループIIIの基油についての酸化安定性試験データを以下の表3に提供する。少なくとも40分のOITを有する試料は、酸化的に安定であると考えられ、ギア油配合物に利用される基油として許容可能な結果である。より具体的には、60分を超えるOITを有する試料は、この試験において良好に機能した。最大のOITを有する試料は、74.4分での実施例試料732/160であった。
3.2 100℃及び40℃での動粘度。
以下の表4は、試料の粘度が予想どおりであり、粘度が分子のサイズとよく相関したことを示す。実施例の試料について、40℃と100℃との間の粘度変化は、グループIIIの比較基油よりも有意に小さかった。これは、200を超える粘度指数を有するいくつかの材料を有する実施例の試料の高い粘度指数によるものである。表4から分かるように、実施例の基油の大部分は、100℃で約4cStのグループIIIの比較材料に匹敵する粘度を有し、トラクションデータの公正な比較を可能にする。
以下の表4は、試料の粘度が予想どおりであり、粘度が分子のサイズとよく相関したことを示す。実施例の試料について、40℃と100℃との間の粘度変化は、グループIIIの比較基油よりも有意に小さかった。これは、200を超える粘度指数を有するいくつかの材料を有する実施例の試料の高い粘度指数によるものである。表4から分かるように、実施例の基油の大部分は、100℃で約4cStのグループIIIの比較材料に匹敵する粘度を有し、トラクションデータの公正な比較を可能にする。
3.3 40℃及び80℃での熱伝導率。
以下の表5は、タイプグループIII、グループ、及び現在のエステル技術、Priolube 1937の市販の基油と比較した場合の、実施例の材料の熱伝導率の増加を示す。Priolube 1937は、4cStの粘度を有するので、この場合の比較エステルとして選択した。熱伝導率の増加は、ギア、並びにモータ、エレクトロニクス、及びバッテリなどの敏感な構成要素のより低い動作温度にとって重要である。
以下の表5は、タイプグループIII、グループ、及び現在のエステル技術、Priolube 1937の市販の基油と比較した場合の、実施例の材料の熱伝導率の増加を示す。Priolube 1937は、4cStの粘度を有するので、この場合の比較エステルとして選択した。熱伝導率の増加は、ギア、並びにモータ、エレクトロニクス、及びバッテリなどの敏感な構成要素のより低い動作温度にとって重要である。
実施例の試料の熱伝導率は、一貫して高く、式(I)による基油が、電気車両での使用に好適な、信頼性の高い高熱伝導性ギア油を達成する手段を提供することを示した。試験した材料の中で最も高い熱伝導率を有する試料は、732/160であるが、上で示されるように、40℃で57mm2/秒の比較的高い粘度を有する。したがって、ギア油配合物におけるこの基油の使用は、粘度調整剤の包含から利益を得ることができる。40℃での粘度について最大の熱伝導率を有する試料は、40℃で13.65mm2/秒の粘度を有する725/196であった。
3.4 流動点。
試料の流動点データは、以下の表6に提供される。実施例の試料851/003は、試験した全ての材料の中で最良の流動点を提供した。これは、イソ吉草酸に由来する短いR基における分岐の結果であると考えられる。比較グループIIIの基油は、-15℃の流動点を有したが、これは、基油がギア油配合物での使用に好適である最も高い流動点温度であると考えられる。しかしながら、より高い流動点値を有する実施例の試料は、流動点降下剤の添加とともに依然として利用され得る。より具体的には、良好な熱伝導率プロファイルであるが、最適な流動点未満を有する試料は、電気車両パワートレインにおける流体としての使用に依然として有利であり得る。
試料の流動点データは、以下の表6に提供される。実施例の試料851/003は、試験した全ての材料の中で最良の流動点を提供した。これは、イソ吉草酸に由来する短いR基における分岐の結果であると考えられる。比較グループIIIの基油は、-15℃の流動点を有したが、これは、基油がギア油配合物での使用に好適である最も高い流動点温度であると考えられる。しかしながら、より高い流動点値を有する実施例の試料は、流動点降下剤の添加とともに依然として利用され得る。より具体的には、良好な熱伝導率プロファイルであるが、最適な流動点未満を有する試料は、電気車両パワートレインにおける流体としての使用に依然として有利であり得る。
3.5 MTMを使用して測定された摩擦係数。
以下の表7のMTMトラクションデータは、グループIII基油と比較した場合、30%の滑り対転がり比の測定値で摩擦係数の大幅な低減を示し、得られたデータは、40℃及び75℃の温度で一致しており、これらは、電気車両での使用時に流体が受ける現実的な動作温度である。追加的に、摩擦データは、図1~図5に示されるように、40℃~120℃の範囲の温度についてグラフで表され、ここで、試料材料は、それらの低トラクション特性に関して、比較グループIII、グループIV、及び従来のエステル材料よりも性能が優れていることが分かり得る。試験した全ての材料は、参照材料よりも低いレベルのトラクションを有していた。これらのうち、最も低いトラクション材料は、実施例の試料725-198及び実施例の試料725/196であり、これは、ジエステル及び混合モノエステル、モノエーテル材料の両方が非常に低いトラクションを生成することができることを意味する。75℃でのトラクションデータは、好ましいギア油用途のためのトラクション性能についての最良の試験温度であると考えられる。
以下の表7のMTMトラクションデータは、グループIII基油と比較した場合、30%の滑り対転がり比の測定値で摩擦係数の大幅な低減を示し、得られたデータは、40℃及び75℃の温度で一致しており、これらは、電気車両での使用時に流体が受ける現実的な動作温度である。追加的に、摩擦データは、図1~図5に示されるように、40℃~120℃の範囲の温度についてグラフで表され、ここで、試料材料は、それらの低トラクション特性に関して、比較グループIII、グループIV、及び従来のエステル材料よりも性能が優れていることが分かり得る。試験した全ての材料は、参照材料よりも低いレベルのトラクションを有していた。これらのうち、最も低いトラクション材料は、実施例の試料725-198及び実施例の試料725/196であり、これは、ジエステル及び混合モノエステル、モノエーテル材料の両方が非常に低いトラクションを生成することができることを意味する。75℃でのトラクションデータは、好ましいギア油用途のためのトラクション性能についての最良の試験温度であると考えられる。
温度が100℃まで上昇するにつれて(図4に示されるように)、実施例の試料851-003は、性能を失い始めることが留意され得る。これは、この材料の低い粘度(3cSt)に起因すると考えられ、これは、この温度で安定な潤滑剤膜を維持することができないことを意味する。120℃において、実施例の試料851-003は、更に悪く機能し始め、低い滑り対転がり比において、比較流体よりも高いトラクションを示す。約30%の滑り対転がり比を超えると、残りの実施例の試料は、依然として、比較流体よりも低いトラクションを提供する。120℃は、使用時のトランスミッション液のための高温であると考えられ、したがって、実施例の試料851-003は、そのような高温で動作しない適用領域のための望ましい基油を依然として提供すると考えられる。
4.結果の概要
したがって、本明細書に記載の基油は、トラクションが低く(低減された摩擦を提供し)、したがって電力消費を低減させることによって、電気モータを有する車両の効率及び性能を改善する能力を有し、また、(現在入手可能な市販の流体と比較して)増加した熱伝導率を有し、電気車両パワートレインにおいて、又は代替的にバッテリ冷却用途において冷却流体として使用される場合に、より高いモータ速度及び構成要素の寿命の増加の可能性を可能にすることが実証されている。
したがって、本明細書に記載の基油は、トラクションが低く(低減された摩擦を提供し)、したがって電力消費を低減させることによって、電気モータを有する車両の効率及び性能を改善する能力を有し、また、(現在入手可能な市販の流体と比較して)増加した熱伝導率を有し、電気車両パワートレインにおいて、又は代替的にバッテリ冷却用途において冷却流体として使用される場合に、より高いモータ速度及び構成要素の寿命の増加の可能性を可能にすることが実証されている。
図1、図2、及び図3(それぞれ40℃、60℃、及び75℃でのトラクション曲線を示す)に示されるように、基油試料は、予想どおりに挙動し、摩擦係数は、滑り対転がり比とともに増加し、この範囲にわたる温度は、電気車両の動作に関して最も重要であると考えられる。この重要な温度範囲にわたって、試料材料の全ては、市販のグループIIIの基油、グループIVの基油と比較した場合、及び市販の低トラクションエステル、Priolube 1976と比較した場合でさえ、かなりの利点を示す。
Claims (36)
- 式(I)の化合物を含む基油であって、
各Rが、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択され、前記アルキル基が、1~24個の炭素を含有し、
mが、1~10の整数であり、
Xが、1~20個の炭素原子を有するアルキル部分であり、Xが、mの繰り返し単位に対して同一又は異なり得る、基油。 - Xが、2~6個の炭素を含有するアルキル部分である、請求項1に記載の基油。
- Xが、2~4個の炭素を含有するアルキル部分である、請求項2に記載の基油。
- mが、1~4の整数であり、繰り返しアルコキシ単位の数を表す、請求項1~3のいずれか一項に記載の基油。
- 繰り返しアルコキシ単位からなるポリアルコキシエーテルを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の基油。
- ポリエチレングリコール(PEG)(ポリエチレンオキシド)、ポリトリメチレンエーテルグリコール(PTriMEG)(ポリトリメチレンオキシド)、及び/又はポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)(ポリテトラメチレンオキシド)を含む、請求項5に記載の基油。
- 再生可能な生物系源に由来する繰り返しアルキレンオキシ単位からなるポリ(アルコキシエーテル)を含む、請求項5又は6に記載の基油。
- Rが、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択され、前記アルキルが、5~18個の炭素を含有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の基油。
- Rが、独立して、水素、アルキル、又はアルキルカルボニルから選択され、前記アルキルが、6~12個の炭素を含有する、請求項8に記載の基油。
- Rが、水素ではない、請求項1~9のいずれか一項に記載の基油。
- Rが、酸又はアルコールに由来する、請求項1~10のいずれか一項に記載の基油。
- Rが、飽和若しくは不飽和、直鎖若しくは分岐鎖である、脂肪族カルボン酸又はアルコールに由来する、請求項11に記載の基油。
- 前記脂肪族カルボン酸又はアルコールが、飽和している、請求項12に記載の基油。
- 前記脂肪族カルボン酸又はアルコールが、直鎖である、請求項12又は13に記載の基油。
- 式(I)の2つ以上の化合物を含み、少なくとも1つの化合物が、そのR基に分岐を含有する、請求項1~14のいずれか一項に記載の基油。
- 前記酸又はアルコールが、再生可能な生物系源に由来する、請求項11~15のいずれか一項に記載の基油。
- 前記酸又はアルコールが、脂肪酸又は脂肪アルコールである、請求項16に記載の基油。
- 請求項1~17のいずれか一項に記載の基油を含む、ギア油配合物。
- 電気車両パワートレインでの使用に好適である、請求項18に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記配合物の総重量に基づいて、少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも2重量%、より好ましくは少なくとも4重量%、更により好ましくは少なくとも5重量%の基油を含む、請求項18又は19に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記配合物の総重量に基づいて、50重量%まで、好ましくは35重量%まで、より好ましくは20重量%までの基油を含む、請求項18、19、又は20に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記配合物の総重量に基づいて、5重量%未満の水を含む、請求項18~21のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、以下の添加剤タイプ:分散剤、酸化防止剤、耐摩耗剤、乳化剤、解乳化剤、極圧剤、多機能添加剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、抑泡剤、及び摩擦調整剤のうちの1つ以上を含む、請求項18~22のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記配合物の総重量に基づいて、少なくとも0.5重量%、好ましくは少なくとも1重量%、より好ましくは少なくとも5重量%の前記1つ以上の添加剤タイプを含む、請求項23に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記配合物の総重量に基づいて、30重量%まで、好ましくは20重量%まで、より好ましくは10重量%までの1つ以上の添加剤タイプを含む、請求項23又は24に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記ギア油の総重量に基づいて、0.01重量%~30重量%のレベルの他の添加剤を含む、請求項18~25のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、添加剤パックを更に含む、請求項18~26のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、前記ギア油の総重量に基づいて、少なくとも0.05重量%の更なる添加剤(添加剤パック)と、前記ギア油の総重量に基づいて、15重量%までの更なる添加剤(添加剤パック)と、を含む、請求項18~27のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油が、ISO 10~ISO 1500、より好ましくはISO 68~ISO 680の範囲の動粘度を有し、ISOグレードが、40℃でのギア油配合物試料の中間点動粘度をcSt(mm2/秒)で指定する、請求項18~28のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 前記ギア油配合物が、電気モータに一体化されている及び一体化されていないギアシステムの両方での使用に好適である、請求項18~29のいずれか一項に記載のギア油配合物。
- 電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、前記電気車両のパワートレインにおいて請求項1~17のいずれか一項に記載の基油を使用することを含む、方法。
- 電気車両におけるエネルギー効率を改善する方法であって、前記電気車両のギアボックスにおいて請求項18~30のいずれか一項に記載のギア油配合物を使用することを含む、方法。
- 電気車両パワートレインからの熱除去を改善する方法であって、前記電気車両のパワートレインにおいて請求項1~17のいずれか一項に記載の基油を使用することを含む、方法。
- 電気車両パワートレインにおける、請求項1~17のいずれか一項に記載の基油、又は請求項18~31のいずれか一項に記載のギア油配合物の使用。
- 車両パワートレインが、電気車両パワートレインである、請求項34に記載の使用。
- 前記使用が、前記パワートレイン内のシステムにおけるものであり、前記システムが、以下:アクセル、差動装置、トランスミッション、バッテリパック、及びパワーエレクトロニクスのうちの1つから選択される、請求項34又は35に記載の使用。
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