JP3927444B2 - トルク容量およびシャダー防止耐久性が改善された自動変速機オイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動力伝達用オイル、特に自動変速機オイルのトルク容量およびシャダー防止耐久性を改善する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここ３０年間で自動車およびオイル業界における最も重要な課題の一つは自動車の燃料節約にあった。
【０００３】
自動車の燃料の全体的な経済性を改善する方法の研究を継続してきた結果、エンジンと自動変速機との間に用いられるトルクコンバーターまたは液体クラッチがエネルギー損失の比較的大きな原因であることが分かって来た。トルクコンバーターは液体クラッチであるから、固体のディスク型クラッチほど効率的ではない。任意の操作条件の組合せ（例えばエンジンの速度、スロットルの位置、車両速度、変速ギアの比）において、トルクコンバーターの駆動部材と駆動される部材との間には相対的な速度差が存在する。この相対的な速度差はトルクコンバーターから熱として消費される損失エネルギーを表す。トルクコンバーターにおける損失エネルギーを最小にするのに、１９７０年代の末期には、自動車のある一定の運転条件下で結合し、エンジン動力を直接変速機に伝達する固体クラッチがトルクコンバーター内に導入された。このクラッチはトルクコンバータークラッチと称されている。
【０００４】
完全に結合したトルクコンバーターのクラッチを用いて自動車を運転できる時間の割合が大きいほど、自動車の燃料効率は大きくなる。しかし、低エンジン速度でトルクコンバーターのクラッチが完全に結合する場合には、エンジンの回転における微振動が駆動ラインに伝達され、自動車の振動の原因となる。ある一定のエンジン操作条件で「滑り」または「連続滑り」モードで操作し、エンジンの回転における微振動を伝達しないことで自動車の振動を回避する第２世代のトルクコンバーターのクラッチが開発されて来た。連続的に滑るトルクコンバーターのクラッチは、それらと共に使用される自動変速機オイル（ＡＴＦ）に対し摩擦について極めて厳格な要求を課している。このオイルは極めて良好な摩擦対速度の関係をもっていなければならない。即ち速度が増加するにつれ、摩擦は常に増加しなければならない。速度の増加に対して摩擦が減少すると、駆動ラインに自己励起される振動状態が生じる。この現象は普通「スティック・スリップ（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ）」または「動的摩擦振動」と呼ばれ、自動車の「シャダー」または低速度の振動として現れる。低速での摩擦を低下させることにより、摩擦を速度が高まるにつれて増大するようにできるが、この方法は変速機のトルク容量を低下させることとなり、トルク容量を維持しつつ、摩擦を、速度が高まるにつれて常に増大させなければならない。さらに、より高いトルク容量のオイルは、一定の出力を有するエンジン用のより小さな変速機の使用を可能にし、さらに燃料の効率的な使用を改善する。したがって、高トルク容量を有するオイルが最新の変速機にとって好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
オイルは新しい状態で優れた摩擦対速度の関係をもっていなければならないばかりでなく、オイルの寿命全体に亙って摩擦特性および高いトルク容量を保持していなければならない。ここでオイルの寿命は変速機の寿命でもある。従って自動車において長寿命のシャダー防止性能と共に高いトルク容量とを併せもつオイルが極めて望ましい。本発明の目的とする性能はまさにこの態様にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、特定の長鎖アルキルフォスフォネート、ボロネート化（ｂｏｒｏｎａｔｅｄ）されまたフォスフォリル化された無灰分散剤、および金属清浄剤を含むオイルが著しく改善されたトルク容量、並びにシャダー防止耐久性を与えることが見出された。
【０００７】
本発明はある一定の組成物を用いる動力伝達オイルのシャダー防止能力およびトルク容量の改善方法に関するものであり、該組成物は、（１）主要量の潤滑油、および（２）シャダー防止能力とトルク容量を改善するのに有効な量の添加組成物の混合物を含んでおり、該添加組成物が
（ａ）トリアルキルフォスフォネート；
（ｂ）ボロネート化され、そしてフォスフォリル化された無灰分散剤；および
（ｃ）金属清浄剤
を含むことを特徴とする。
【０００８】
予想外にも、上記本発明の組成物は、自動変速機オイルに加えた場合、著しく改善されたシャダーを防止する能力とトルク容量を示すことが見出された。このような利点の組み合わせは従来達成できなかったことであり、自動車産業に極めて望ましいことである。
【０００９】
本発明の特徴は、自動変速機に主要量の潤滑剤としての粘度をもったオイル、トリアルキルフォスフォネート、ボロネート化され、そしてフォスフォリル化された無灰分散剤、および金属清浄剤の組み合わせから成る添加剤を加えることによって自動変速機のシャダー防止性能とトルク容量を改善する方法を提供することである。
【００１０】
上記の一般的な記述および下記の詳細な記述は両方とも単に例示および説明を目的としたものであり、特許請求の範囲に記載された本発明をさらに説明することを意図している。
【００１１】
本明細書において「潤滑油」と言う言葉は潤滑剤としての粘度をもった任意の天然油または合成油、例えば鉱油、植物油およびポリ−α−オレフィン油およびこれらの混合物を意味するが、その例はこれだけに限られるものではない。本発明の自動変速機オイルをつくるのに使用される基油はこの用途に対して必要な粘度特性をもった任意の適当な天然油または合成油であることができる。即ち潤滑油は適当な粘度をもった鉱油のような天然油から専ら構成されていることができ、或いは適当な粘度をもった重合体−α−オレフィン・オリゴマーのような合成油から専ら構成されていることができる。同様に潤滑油は天然油および合成油の配合物であって自動変速機オイルの製造に使用するための必要な性質をもったものであることができる。通常、基油は動粘度が１００℃において３〜８センチストークス（ｃＳｔ）の範囲でなければならない。好適な基油はグループＩＩＩの原料油である。好適な基油の粘度は例えば使用されるＶＨＶＩ２およびＶＨＶＩ４の比において３．８ｃＳｔである。本発明の一態様においては、これらの基油原料の個々の粘度はそれぞれ２．８ｃＳｔおよび４．３ｃＳｔである。本発明に使用されるこのような基原料油はＰｅｔｒｏＣａｎａｄａの製品を挙げることができるが、これだけに限定されるものではない。
【００１２】
トリアルキルフォスフォネートの具体例の一つは「ＤＭＯＰ」である。本明細書において、「ＤＭＯＰ」とはジメチルオクチルデシルフォスフォネート、その誘導体、およびその前駆体を意味し、これらはその場でまたは他の方法で反応生成物または加水分解生成物としてＤＭＯＰ化合物を生成することができる。
【００１３】
本明細書で、「ボロネート化され、そしてフォスフォリル化された無灰分散剤」とは硼素含有原料および燐含有原料からまたはその後処理によって製造された分散剤材料を意味する。このようなボロネート化され、そしてフォスフォリル化された無灰分散剤は、塩基性の窒素および／または少なくとも１個のヒドロキシル基を分子内に含む無灰分散剤、例えばスクシンイミドまたはスクシンアミド分散剤、琥珀酸エステル分散剤、琥珀酸エステルアミド分散剤、マンニッヒ（Ｍａｎｎｉｃｈ）塩基分散剤、ヒドロカルビルポリアミン分散剤または重合ポリアミン分散剤、あるいはそれらの混合物をフォスフォリル化およびボロネート化することによって生成することができる。
【００１４】
スクシニル基が炭素数少なくとも３０のヒドロカルビル置換基を含むポリアミンスクシンイミドは、例えば米国特許３，１７２，８９２号；３，２０２，６７８号；３，２１６，９３６号；３，２１９，６６６号；３，２５４，０２５号；３，２７２，７４６号：および４，２３４，４３５号に記載されている。アルケニルスクシンイミドは、通常、例えばアルケニル琥珀酸無水物、琥珀酸、琥珀酸エステル、琥珀酸塩化物、または琥珀酸低級アルキルエステルを少なくとも１個の一級アミノ基を含むポリアミンと加熱することによって生成することができる。アルケニル琥珀酸無水物はオレフィンとマレイン酸無水物との混合物を、例えば約１８０〜２２０℃に加熱することによって容易につくることができる。オレフィンは好ましくは低級モノオレフィン、例えばエチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブテン等およびこれらの混合物の重合体または共重合体である。アルケニル基のさらに好適な原料はゲル透過クロマトグラフ（ＧＰＣ）による数平均分子量が最高１０、０００またはそれ以上、好ましくは約５００〜約２，５００、最も好ましくは約８００〜約１，２００の範囲のポリイソブテンから得られる。
【００１５】
本明細書で用いられる「スクシンイミド」という語は、１種またはそれ以上のポリアミン反応原料と炭化水素が置換した琥珀酸または酸無水物（または同様な琥珀酸アシル化剤）との反応の反応生成物を含むことを意味し、ここで該生成物は一級アミノ基および無水物部分の反応から得られる種類のイミド結合の他にアミド、アミジン、および／または塩結合を有しうる化合物を包含することができるものとする。
【００１６】
アルケニル琥珀酸と炭素数が２〜２０で２〜６個のヒドロキシル基を含む多価アルコールとのエステルおよびジエステルを用い、燐および／または硼素有無灰分散剤を生成することができる。代表的な例は、米国特許３，３３１，７７６号、同３，３８１，０２２号、および同３，５２２，１７９号に記載されている。これらのエステルのアルケニル琥珀酸部分は上記スクシンイミドのアルケニル琥珀酸部分に対応している。
【００１７】
フォスフォリル化されそして／またはボロネート化された無灰分散剤を生成するために適当なアルケニル琥珀酸エステル−アミドは、例えば米国特許３，１８４，４７４号；３，５７６，７４３号；３，６３２，５１１号；３，８０４，７６３号；３，８３６，４７１号；３，８６２，９８１号；３，９３６，４８０号；３，９４８，８００号；３，９５０，３４１号；３，９５７，８５４号；３，９５７，８５５号；３，９９１，０９８号；４，０７１，５４８号および４，１７３，５４０号に記載されている。
【００１８】
フォスフォリル化および／またはボロネート化し得るヒドロカルビルポリアミン分散剤は一般的に平均で少なくとも約４０の炭素原子を含む脂肪族または脂環式のハロゲン化物（またはその混合物）を、１種またはそれ以上のアミン、好ましくはポリアルキレンポリアミンと反応させることによってつくられる。このようなヒドロカルビルポリアミン分散剤の例は、米国特許３，２７５，５５４号；３，３９４，５７６号；３，４３８，７５７号；３，４５４，５５５号；３，５６５，８０４号；３，６７１，５１１号および３，８２１，３０２号に記載されている。
【００１９】
一般にヒドロカルビル置換ポリアミンは分子中に塩基性窒素を含む高分子量のヒドロカルビル−Ｎ−置換ポリアミンである。ヒドロカルビル基は典型的には数平均分子量が約７５０〜１０，０００、さらに通常は約１，０００〜５，０００の範囲であり、適当なポリオレフィンから誘導される。好適なヒドロカルビル置換アミンまたはポリアミンはポリ塩化イソブテニルと２〜約１２個のアミン窒素原子および２〜約４０個の炭素原子を含むポリアミンとから製造される。
【００２０】
フォスフォリル化および／またはボロネート化された無灰分散剤をつくるのに使用できるＭａｎｎｉｃｈポリアミン分散剤はアルキルフェノール、典型的には環に長鎖のアルキル置換基をもつアルキルフェノールと、炭素数１〜約７の１種またはそれ以上の脂肪族アルデヒド（特にフォルムアルデヒドおよびその誘導体）およびポリアミン（特にポリアルキレンポリアミン）との反応生成物である。Ｍａｎｎｉｃｈ縮合生成物およびその製造法の例は米国特許２，４５９，１１２号；２，９６２，４４２号；２，９８４，５５０号；３，０３６，００３号；３，１６６，５１６号；３，２３６，７７０号；３，３６８，９７２号；３，４１３，３４７号；３，４４２，８０８号；３，４４８，０４７号；３，４５４，４９７号；３，４５９，６６１号；３，４９３，５２０号；３，５３９，６３３号；３，５５８，７４３号；３，５８６，６２９号；３，５９１，５９８号；３，６００，３７２号；３，６３４，５１５号；３，６４９，２２９号；３，６９７，５７４号；３，７０３，５３６号；３，７０４，３０８号；３，７２５，２７７号；３，７２５，４８０号；３，７２６，８８２号；３，７３６，３５７号；３，７５１，３６５号；３，７５６，９５３号；３，７９３，２０２号；３，７９８，１６５号；３，７９８，２４７号；３，８０３，０３９号；３，８７２，０１９号；３，９０４，５９５号；３，９５７，７４６号；３，９８０，５６９号；３，９８５，８０２号；４，００６，０８９号；４，０１１，３８０号；４，０２５，４５１号；４，０５８，４６８号；４，０８３，６９９号；４，０９０，８５４号；４，３５４，９５０号；および４，４８５，０２３号に記載されている。
【００２１】
Ｍａｎｎｉｃｈポリアミン分散剤を製造するのに好適な炭化水素原料は実質的に飽和した石油溜分およびオレフィン重合体、好ましくは炭素数２〜約６のモノオレフィンの重合体から誘導されるものである。この炭化水素原料は一般に、分散剤に油溶性を賦与するために少なくとも約４０個、好ましくは少なくとも約５０個の炭素原子を含んでいる。容易に反応しまた低価格であるためにＧＰＣによる数平均分子量が約６００〜５，０００のオレフィン重合体が好適である。しかしこれよりも分子量の大きい重合体も使用できる。特に適した炭化水素原料はイソブチレン重合体である。
【００２２】
これに使用される好適なＭａｎｎｉｃｈ塩基性分散剤は約１モルの長鎖炭化水素置換フェノールを約１〜２．５モルのフォルムアルデヒドおよび約０．５〜２モルのポリアルキレンポリアミンと縮合させることによって生成される無灰Ｍａｎｎｉｃｈ分散剤である。
【００２３】
フォスフォリル化されそして／またはボロネート化された無灰分散剤を生成するのに適した重合ポリアミン分散剤は塩基性アミン基および油溶性を賦与する基（例えば炭素数が少なくとも８の側鎖のアルキル基）を含む重合体である。このような材料は、メタクリル酸デシル、ビニルデシルエーテルのような種々の単量体または比較的高分子量のオレフィンとアクリル酸アミノアルキルまたはアミノアルキルアクリル酸アミドとから生成される共重合体によって例示される。重合ポリアミン分散剤の例は、米国特許３，３２９，６５８号；３，４４９，２５０号；３，４９３，５２０号；３，５１９，５６５号；３，６６６，７３０号；３，６８７，８４９号および３，７０２，３００号に記載されている。
【００２４】
本明細書において、「金属清浄剤」とは、限定されるものでないが、例えばフェネート、サリチレート、スルフォネート、およびフォスフォネート並びにそれらの混合物を意味する。特に、本発明に有用な金属清浄剤のＴＢＮは、１００ＴＢＮに等しいかまたはそれよりも大きくなければならない。好適なＴＢＮは約１５０である。本明細書において「金属」とは、アルカリまたはアルカリ土類金属を意味し、好ましくはカルシウムおよびマグネシウムである。本発明における好適な金属清浄剤はＴＢＮ＝１５０のカルシウムフェネートであり、完成オイル中に約０.０２重量％〜約０.４重量％のレベルで存在する。
【００２５】
【実施例】
下記実施例により本発明を例示する。これらの実施例は本発明を限定するものではない。
【００２６】
例１．改善されたトルク容量およびシャダー防止耐久性をもったＡＴＦの製造
【００２７】
【表１】

【００２８】
表中、オイルコードＦおよびＧが本発明であり、Ａ、ＢおよびＣは比較例である。
【００２９】
また、ＳＡＥ ＮＯ．２におけるトルク容量は高ければ高い程好ましく、ＬＶＦＡによるシャダー防止耐久性は４００時間を越すものが通常の自動変速機の使用状況から十分なシャダー防止性を有すると判断される。
【００３０】
本明細書に開示される本発明の説明および実施に関する考察から本発明の他の態様は当業者にとって明らかであろう。上記の説明および実施例は単に例示のためと考えられ、本発明の真の範囲および精神は特許請求の範囲によって示されるものとする。本発明は実施する際種々の変形が可能である。従って本発明は上記の特定の例に限定されるものではない。
【００３１】
本出願人は上記の態様を公共の用に供する意志はなく、上記の本発明の変更および変形が字義どおりには特許請求の範囲内に入らない程度において均等物の原則の下にそれは本発明の一部であると考えられる。

Claims (6)

1. （１）主要量の潤滑剤としての粘度をもったオイル、および（２）トルク容量およびシャダー防止耐久性を改善するのに有効な量の添加剤組成物から成る組成物を変速機に加え、該添加剤組成物が
   （ａ）トリアルキルフォスフォネート；
   （ｂ）ボロネート化され、そしてフォスフォリル化された無灰分散剤；および
   （ｃ）１００に等しいかまたは１００を超えるＴＢＮをもつ金属清浄剤
   から成っていることを特徴とする自動変速機のシャダー防止耐久性およびトルク容量を改善する方法。
2. トリアルキルフォスフォネートが完成オイル中に０.０５〜０.５重量％の量で存在していることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 分散剤が完成オイル中に０.５〜１０.０重量％の量で存在していることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 清浄剤が完成オイル中に０.０３〜０.４重量％の量で存在していることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 分散剤がヒドロカルビル置換スクシンアミドまたはスクシンイミドであることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 清浄剤がフェネート、サリチレート、スルフォネート、およびフォスフォネートから成る群から選ばれる請求項１記載の方法。