JP4691233B2 - 無段変速機用潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機用潤滑油組成物に関し、詳しくは、プッシュベルト式無断変速機に用いられる潤滑油組成物に関する。特に、プッシュベルト式無段変速機において、境界潤滑摩擦係数が高く、かつ摩耗防止性能に優れる潤滑油組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
プッシュベルト式無段変速機(以下、ベルト式CVTということもある)は、自動車の燃費向上とドライバビリティの向上に有効であることから、近年急速に販売台数が増えている。しかし、ベルト式CVTは、大きな伝達トルク容量を得ることが難しいため、従来は、排気量1600cc以下の小型車にしか搭載できなかった。伝達トルク容量の向上は、ベルト式CVTにとって重要な課題である。
【0003】
ベルト式CVTでは、ベルトエレメントとプーリー間の摩擦力によりトルクが伝達される。そのため伝達トルク容量は、ベルトエレメントとプーリーの金属間摩擦係数とプーリーの押付け力によって決定される。この金属間摩擦係数は、潤滑油の性能によっても左右され、金属間摩擦係数が不足すると、ベルトとプーリー間にすべりを生じたり、ベルトが破断するという不具合を生じる恐れがある。
一方、ベルト式CVTの発進機構には、従来、電磁クラッチが使用されていたが、大排気量化による伝達トルクの増大に対する対応と、運転性向上のため、湿式クラッチやロックアップクラッチ付きのトルクコンバーターが使用されるようになってきている。これらの湿式クラッチ、トルクコンバーター及びCVTには共通の潤滑油を使用しているため、無段変速機用潤滑油(CVT油)は、これら湿式クラッチやトルクコンバーターとの適合性も重要になってきている。
【0004】
こうした中で従来CVT油には、自動変速機油(以下、ATFということもある。)を流用することが多かった。これは、従来の小排気量の車では伝達トルクが小さく、要求される金属間摩擦係数のレベルがあまり高くないため、ATFの中で比較的金属間摩擦係数の高いものを選択すれば性能を満足することができたからである。ATFを流用することの利点としては、湿式摩擦材との適合性や他の材料との適合性に実績があることが挙げられる。しかし、ベルト式CVTが大排気量の車に搭載されるようになると、必要とされる金属間摩擦係数のレベルが高くなって、ATFの流用では、性能を満足することができないため、CVT専用油が必要になってきている。
【0005】
更に、ベルト式CVTで、エンジン出力を効率よく伝達するためには、ベルトとプーリー間のすべりをより防止する必要があるが、すべりを防止するためベルトを挟み込む圧力を高めると、摩耗しやすくなる。このため、装置面の改良だけでなく、潤滑油に対しても、ベルトとプーリー間のすべりを防止し、かつベルト及びプーリーの摩耗を防止するものが要求されるようになった。
【0006】
従来、無段変速機用潤滑油には、例えば、特開平2−175794号公報では、摩耗防止剤、金属清浄剤及びカルボキシル基を有する摩擦調整剤を配合した潤滑油組成物、特開平9−100487号公報では、硫黄系極圧剤、りん系極圧剤及び金属系清浄剤を配合した無段変速機用組成物、特開平10−8081号公報では、無灰分散剤、硫黄系極圧剤及びりん系極圧剤を配合した無段変速機用潤滑油組成物、特開平10−306292号公報では、全塩基価が特定範囲のCaスルホネート及び亜リン酸エステル類等を配合したベルト式CVT自動変速機用潤滑油組成物、特開平11−80772号公報では、特定範囲の摩擦係数を有し、金属清浄剤やジアルキルジチオリン酸亜鉛を配合したベルト式無段変速装置用潤滑油組成物、及び特開平11−181464号公報では、ポリメタクリレート等、イミド化合物及びアルキルジチオリン酸亜鉛を配合した無段変速機油組成物などが提案されている。しかし、これらの提案にも拘わらず、未だ充分な、高レベルの金属間摩擦係数と、ベルト及びプーリーに対する優れた摩耗防止性を満足するものは無かった。特に、ベルト式無段変速機用潤滑油(CVT油)には、高い金属間摩擦係数が要求されるため、金属清浄剤が配合されるが、金属清浄剤の中には、その配合量によっては摩耗防止性を損なうものがあり、一方、摩耗防止性を向上させるために配合する摩耗防止剤は、金属清浄剤との相互作用により、配合量が少なすぎると摩耗防止性が不十分であり、配合量が多すぎると金属間摩擦係数が低下するなどの問題があつた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような開発状況に鑑み、ベルト式CVT油に要求される高い金属間摩擦係数と、ベルト及びプーリーに対する優れた摩耗防止性を両立する無段変速機用潤滑油組成物を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対し鋭意研究を重ねた結果、潤滑油基油に、金属含有量と全塩基価との比が特定範囲である金属清浄剤(A)、及びりん系摩耗防止剤(B)の少なくとも2種類の添加剤を必須成分として配合し、該金属清浄剤(A)の金属含有量、例えばカルシウム含有量と該りん系摩耗防止剤(B)のりん含有量の比が特定範囲であるように配合することにより、無段変速機用潤滑油として要求される高い金属間摩擦係数と優れた摩耗防止性を両立する無段変速機用潤滑油組成物が得られることを見出した。
すなわち、本発明によれば、鉱油及び/又は合成油からなる潤滑油基油に、金属清浄剤(A)及びりん系摩耗防止剤(B)を配合してなる無段変速機用潤滑油組成物であって、該金属清浄剤(A)がアルキルベンゼンCaスルホネート、アルキルベンゼンMgスルホネートまたはCaアルキルサリシレートから選択されるものであり、かつ金属量として130〜500ppm含有し、該りん系摩耗防止剤(B)が(モノアルキル/ジアルキル混合)酸性りん酸エステルであり、かつりん量として250〜350ppm含有することと、該金属清浄剤(A)に由来する、潤滑油組成物の総重量に対する金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比が0.75〜4.5(ppm/mgKOH/g)の範囲であり、かつ潤滑油組成物の総重量に対する、該金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量(ppm)と該りん系摩耗防止剤(B)に由来するりんの含有量(ppm)との比が0.5〜2.0(ppm/ppm)の範囲であることを特徴とする無段変速機用潤滑油組成物が提供される。
【0009】
本発明は、上記した如く、潤滑油基油に、少なくとも2種類の特定の化合物を配合した潤滑油組成物に係るものであるが、その好ましい態様としては、次のものが包含される。
(i)無段変速機が、プッシュベルト式無段変速機であることを特徴とする上記の無段変速機用潤滑油組成物。
(ii)金属清浄剤の全塩基価が、400mgKOH/g以下であることを特徴とする上記の無段変速機用潤滑油組成物。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
(1)潤滑油基油
本発明の無段変速機用潤滑油組成物に用いられる基油は、特に限定されるものではなく、一般に潤滑油基油として用いられているものならば何でも使用することができる。すなわち、これらに該当するものとしては、鉱油、合成油、或いはそれらの混合油がある。
本発明で使用する基油は、100℃において、0.5〜200mm2/sの動粘度を有し、好適な動粘度は、2〜25mm2/sの範囲であり、更に好適な動粘度は、3.5〜8mm2/sの範囲である。基油の動粘度が高すぎると、低温粘度が悪化し、逆に動粘度が低すぎると、無段変速機の摺動部において摩耗が生じたり、引火点が低くなるという問題が生じる。
鉱油としては、潤滑油粘度を有する炭化水素油留分であり、例えば、減圧蒸留留出油をフェノール、フルフラール、N−メチルピロリドンの如き芳香族抽出溶剤で処理して得られるラフィネートを、プロパンやメチルエチルケトン等の溶剤で脱蝋処理した後、必要に応じて、更に水素化精製を行って得られる炭化水素油、又はこの炭化水素留出油と溶剤抽出、溶剤脱蝋及び溶剤脱れき処理を行った残渣油との混合物を使用することができる。酸化安定性の観点からは、芳香族炭素数の全炭素に対する割合、%CA(ASTM D3238法)が20以下のものが好ましく、10以下のものが特に好ましい。また、流動点の観点からは、流動点が−10℃以下のものが好ましく、−15℃以下のものが特に好ましい。これらの精製鉱油は、組成上、パラフィン系、ナフテン系などで、単独又はこれらの混合系炭化水素であっても良い。鉱油の具体例としては、軽質ニュートラル油、中質ニュートラル油、重質ニュートラル油及びブライトストック等が挙げられ、要求性能を満たすように適宜混合することにより基油を調整することができる。
【0011】
本発明に使用する合成油としては、オレフィンオリゴマー、二塩基酸エステル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール、ポリエーテル、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等を挙げることができる。
オレフィンオリゴマーとしては、炭素数2〜14、好ましくは4〜12の範囲である直鎖又は分岐のオレフィン炭化水素の中から選択された任意の1種の単独、又は2種以上の共重合により得られるものであり、平均分子量が100〜約3,000、好ましくは200〜約1,000の生成物から選択されるが、特に水素化によって不飽和結合を除去したものが好ましい。好ましい具体的なオレフィンオリゴマーとしては、例えばポリブテン、α−オレフィンオリゴマー、エチレン・α−オレフィンオリゴマー等である。
二塩基酸エステルとしては、炭素数4〜14の脂肪族二塩基酸と、炭素数4〜14の脂肪族アルコールとのエステルが挙げられる。ポリオールエステルとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールと、炭素数4〜18の脂肪酸とのエステルが挙げられる。又ヒドロキシピバリン酸等のヒドロキシ酸と脂肪酸及びアルコールとのエステル等も使用することができる。
ポリオキシアルキレングリコールの例としては、炭素数2〜4のアルキレンオキサイドの重合物が使用でき、アルキレンオキサイドは、単独の重合でも、混合物の重合でも良い。またアルキレンオキサイドの混合物による重合体は、ブロック重合体でも、ランダム重合体でも良い。またアルキレングリコールの末端基は、片末端又は両末端が、エーテル封鎖されていても良く、エステル封鎖されていても良い。ポリエーテルとしては、フェニルエーテル等が使用できる。
これらの基油は、それぞれ単独で、あるいは二種以上を組み合わせて使用することができ、鉱油と合成油を組み合わせて使用してもよい。
【0012】
(2)添加剤成分
次に、本発明の潤滑油組成物に使用する、基油に配合される必須の(A)及び(B)成分について説明する。
【0013】
本発明の潤滑油組成物において、(A)成分として用いられる金属清浄剤としては、分子内にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を有し、潤滑油基油に溶解又は均一に分散するものであって、該金属清浄剤に由来する、潤滑油組成物の総重量に対する金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比が0.75〜4.5(ppm/mgKOH/g)の範囲である必要がある。この金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比が、0.75(ppm/mgKOH/g)未満であると、金属間摩擦係数が不十分となり、一方、4.5(ppm/mgKOH/g)を超えると、摩耗防止性が不十分となる。
このような金属清浄剤は、アルキルベンゼンCaスルホネート、アルキルベンゼンMgスルホネートまたはCaアルキルサリシレートである。
【0014】
これらの金属清浄剤は、通常は全塩基価(TBN)[JIS K2501(過塩素酸法)]が10〜450mgKOH/gの範囲にあるもの、好ましくは、20〜400mgKOH/gの範囲である。石鹸分は、20〜50重量%のものが使用できるが、30〜45重量%のものが特に好ましい。
【0015】
金属清浄剤の配合量としては、組成物全量基準で、金属量として130〜500ppmが好適で、配合量が金属量として130ppm未満であると金属間摩擦係数の向上作用が小さく、一方、500ppmを超えると酸化安定性が悪化する。また、上述したように、金属清浄剤は、潤滑油組成物の総重量に対する金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比が0.75〜4.5(ppm/mgKOH/g)の範囲内であれば、一種用いても、二種以上を組合せて用いてもよい。二種以上の場合、金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比は、各金属清浄剤に由来する値の和として算出する。例えば、TBNが300mgKOH/gのCaスルホネート(Ca分として300ppm配合)とTBNが170mgKOH/gのCaサリシレート(Ca分として500ppm配合)を併用する場合では、金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比は、1+2.94=3.94(ppm/mgKOH/g)となる。
【0016】
本発明の潤滑油組成物において、(B)成分として用いられるりん系摩耗防止剤は、(モノアルキル/ジアルキル混合)アシッドフォスフェートである。
【0017】
りん系摩耗防止剤の配合量としては、組成物全量基準で、りん(P)量として250〜350ppmであるが、金属間摩擦係数と摩耗防止性の効果の観点から、潤滑油組成物の総重量に対する、前記(A)成分の金属清浄剤に由来する金属の含有量(ppm)と(B)成分のりん系摩耗防止剤に由来するりんの含有量(ppm)との比が0.5〜2.0(ppm/ppm)の範囲である必要があり、好ましくは、0.5〜1.8(ppm/ppm)の範囲である。金属清浄剤に由来する金属の含有量(ppm)とりん系摩耗防止剤に由来するりんの含有量(ppm)との比が0.5(ppm/ppm)未満であると金属間摩擦係数が不十分であり、一方、その比が2.0(ppm/ppm)を超えると摩耗防止性が不十分となる。
【0018】
本発明の潤滑油組成物は、これら2種の添加剤を必須成分として含有させることにより、無段変速機油として使用した場合、無段変速機用潤滑油として要求される高い金属間摩擦係数とベルト及びプーリーに対する優れた摩耗防止性を両立するという顕著な効果を奏する。
【0019】
(3)その他の添加剤成分
本発明の潤滑油組成物は、潤滑油基油に必須成分として上記の化合物を配合するものであるが、更に必要に応じて、通常のATFに使用する、次に示すような各種添加剤、即ち、摩擦調整剤、無灰分散剤、金属不活性化剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、消泡剤、腐食防止剤、着色剤などを本発明の目的を損なわない範囲で適宜添加することができる。
【0020】
摩擦調整剤としては、アミン系摩擦調整剤やホウ素含有アルコール系摩擦調整剤等が好適に使用できる。また、アミド系化合物、イミド系化合物、ホウ素含有環状カルボン酸イミド等も好適に使用できる。アミン系摩擦調整剤としては、炭素数が4〜36までのアルキルアミン、アルキルジアミン、ジアルキルアミン、又はトリアルキルアミンが使用できる。特にアルキルアミンと、ジアルキルアミンが好適に使用できる。ホウ素含有アルコール系摩擦調整剤としては、脂肪族モノアルコール、脂肪族多価アルコール又はアルキレングリコールとホウ酸との反応物が使用できる。摩擦調整剤の配合量としては、組成物全量基準で、0.01〜5重量%が好適であり、配合量が0.01重量%未満では所期の効果を発揮せず、一方、5重量%を超えると金属間摩擦係数が低下する。
【0021】
無灰分散剤としては、モノイミド、ビスイミド等のイミド化合物を挙げることができ、コハク酸イミド又はコハク酸イミドをホウ素化合物で処理したものなどが好ましく、ポリアルキル又はポリアルケニルコハク酸イミドのホウ素含有物が特に好ましい。これらは、通常0.1〜10重量%の割合で使用される。
【0022】
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾールやチアジアゾール及びそれらの誘導体が好適に使用でき、ベンゾトリアゾールタイプとチアジアゾールタイプの併用は、併用することにより優れた酸化安定性を示すために、特に好ましい。これらは、通常0.001〜3重量%の割合で使用される。
【0023】
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系とアミン系が好ましく使用でき、これらを組み合わせて使用することは、酸化安定性が飛躍的に向上するため、特に好ましい。フェノール系酸化防止剤としては、4メチル2,6ジターシャリーブチルフェノール、4,4−メチレンビス2,6ジターシャリーブチルフェノール等が好適に使用できる。アミン系酸化防止剤としては、フェニルαナフチルアミン、アルキルフェニルαジフェニルアミン、ジフェニルアミン、アルキルジフェニルアミン等が好適に使用できる。これらは、通常0.05〜5重量%の割合で使用される。
【0024】
粘度指数向上剤としては、分散型粘度指数向上剤が好適に使用でき、中でもポリメタクリレートが好適で、極性モノマーを5〜20モル%程度含むものが良く、極性モノマーとしては、ジエチルアミノエチルメタクリレート、2−メチル−5−ビニルピリジンなどのアミン、N−ビニルピロリジノンなどの窒素化合物が好適に使用できる。分散型粘度指数向上剤の分子量としては、数平均分子量が5,000〜200,000のものが使用できるが、せん断安定性の面から平均分子量100,000以下のものが好適に使用できる。分散型粘度指数向上剤の配合量は、組成物全量基準で1〜7重量%の範囲が好適であって、1%未満では、酸化安定性の改善効果が少なく、一方、7%を超えると、酸化安定性がかえって悪化することがある。粘度指数向上剤としては、他の粘度指数向上剤を併用することもできる。使用できる粘度指数向上剤は、エチレン−プロピレン共重合体等のオレフィン共重合体、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどであり、低温粘度の点からポリメタクリレートが好ましい。これらは、通常1〜20重量%の割合で使用される。
【0025】
流動点降下剤としては、一般にエチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化パラフィンとナフタレンとの縮合物、塩素化パラフィンとフェノールとの縮合物、ポリメタクリレート、ポリアルキルスチレン等が挙げられ、例えば、ポリメタクリレートが好ましく用いられる。これらは、通常0.01〜5重量%の割合で使用される。
【0026】
消泡剤としては、ジメチルポリシロキサン等のシリコーン系化合物、ソルビタンモノラウレート、アルケニルコハク酸誘導体等のエステル系化合物を使用することができる。これらは、通常0.0001〜2重量%の割合で使用される。
更に、本発明の潤滑油組成物には、腐蝕防止剤、着色剤等その他の添加剤も所望に応じて使用することができる。
【0027】
本発明におけるベルト式CVTの例として、Van Doorne’ Transmissie BV社により製造されている金属ベルトを使用したCVTが挙げられるが、本発明におけるベルト式CVTは、必ずしもVan Doorne’ Transmissie BV社により製造されたベルトを使用したCVTに限定されるわけでは無く、同様の機構、つまり、金属間摩擦を利用して動力を伝達するCVTに使用することができる。
【0028】
【実施例】
以下に、本発明について実施例及び比較例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に特に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における金属間摩擦係数測定方法と摩耗防止性能の評価方法は、次に示す方法で評価した。
【0029】
(1)金属間摩擦係数
試験機としてSRV摩擦試験機(往復動型摩擦試験機)を用い、次の試験条件で試験を実施し、すべり出し金属間摩擦係数(すべり出し直後の金属間摩擦係数最大値)を測定した。0.15以上の金属間摩擦係数を有するものを可とした。
[試験条件]
・試験片 :ボール(SUJ2)、プレート(SUJ2)
・試験温度 :100℃
・荷重 :100N
・周波数 :50Hz
・ストローク:1mm
【0030】
(2)摩耗防止性能(シェル式四球摩耗試験)
潤滑油の摩耗防止性能を評価するために、試験機として、シェル式四球試験機を用い、ASTM D2266試験方法に準拠して、次の試験条件で試験を実施し、摩耗痕径を測定した。摩耗痕径0.55mm以下のものを可とした。
[試験条件]
・試験片 :ボール(SUJ2)
・試験温度:80℃
・試験時間:30分
・回転数 :1800rpm
・荷重 :35kgf
【0031】
(3)実施例及び比較例
[実施例1]
基油として、溶剤精製パラフィン系鉱油(100℃での動粘度、4mm2/s)を使用し、この鉱油に、組成物全量基準で、(A)成分の金属清浄剤として、全塩基価(TBN)が300mgKOH/gであるCaスルホネートをCa量で250ppm、(B)成分のりん系摩耗防止剤として、(モノアルキル/ジアルキル混合)アシッドフォスフェートをP量で500ppm、及びその他の添加剤として摩擦調整剤、無灰分散剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、金属不活性化剤と消泡剤の各一定量の合計10.0重量%を配合する潤滑油組成物を調製した。
この調製した潤滑油組成物について、金属間摩擦係数の測定と摩耗防止性能の評価を実施した。これらの結果を表1に示す。実施例1の金属間摩擦係数は、0.170であり、摩耗防止性能、すなわちシェル式四球摩耗試験の摩耗痕径は、0.52mmであって、良好である。
【0032】
[実施例2〜6](実施例4は参考例)
実施例1と同様に、表1に示す基油成分と添加剤成分を同表に示す割合で配合し、潤滑油組成物を調製した。この調製した潤滑油組成物について、金属間摩擦係数の測定と摩耗防止性能の評価を実施した。これらの結果を表1に示す。実施例1と同様に、実施例2〜6の評価結果は、良好である。
【0033】
【表1】
【0034】
[比較例1〜5]
表2に示す基油成分と各種添加剤成分を同表に示す割合で配合し、潤滑油組成物を調製した。この調製した潤滑油組成物について、金属間摩擦係数の測定と摩耗防止性能の評価を実施した。これらの結果を表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】
上記の実施例及び比較例から、本発明において必須成分である2種の添加剤、金属清浄剤(A)、及びりん系摩耗防止剤(B)を配合し、金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量と全塩基価との比と、金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量とりん系摩耗防止剤(B)に由来するりんの含有量との比を各特定範囲にすることにより、いずれの実施例においても無段変速機用潤滑油としての目標を満足し、高品質のものが得られることが明らかになった。
一方、(A)成分の金属清浄剤と(B)成分のりん系摩耗防止剤を配合しているものの、金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量と全塩基価との比、又は金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量とりん系摩耗防止剤(B)に由来するりんの含有量との比が特定範囲内でない比較例1〜5では、高い金属間摩擦係数と優れた摩耗防止性能の両性能が得られていない。
【0037】
【発明の効果】
本発明の無段変速機用潤滑油組成物、特にプッシュベルト式無段変速機用潤滑油組成物は、潤滑油基油に、特定の2種類の添加剤、すなわち、金属清浄剤(A)及びりん系摩耗防止剤(B)を配合し、金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量と全塩基価との比と、金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量とりん系摩耗防止剤(B)に由来するりんの含有量との比を各特定範囲にすることにより、高い金属間摩擦係数と、ベルト及びプーリーに対する優れた摩耗防止性を両立するという優れた性能を有する。
Claims (1)
- 鉱油及び/又は合成油からなる潤滑油基油に、金属清浄剤(A)及びりん系摩耗防止剤(B)を配合してなる無段変速機用潤滑油組成物であって、該金属清浄剤(A)がアルキルベンゼンCaスルホネート、アルキルベンゼンMgスルホネートまたはCaアルキルサリシレートから選択されるものであり、かつ金属量として130〜500ppm含有し、該りん系摩耗防止剤(B)が(モノアルキル/ジアルキル混合)酸性りん酸エステルであり、かつりん量として250〜350ppm含有することと、該金属清浄剤(A)に由来する、潤滑油組成物の総重量に対する金属の含有量(ppm)と全塩基価(mgKOH/g)との比が0.75〜4.5(ppm/mgKOH/g)の範囲であり、かつ潤滑油組成物の総重量に対する、該金属清浄剤(A)に由来する金属の含有量(ppm)と該りん系摩耗防止剤(B)に由来するりんの含有量(ppm)との比が0.5〜2.0(ppm/ppm)の範囲であることを特徴とする無段変速機用潤滑油組成物。
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