JP6130309B2 - ディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
この差動制限装置には、各種のメカニズムがあるが、基本的な原理は、左右の車軸の回転差に応じて、左右の車軸間に摩擦を生じさせ、その摩擦力により、左右の速度差を制限し、必要なトルクを車軸に伝達するものである(例えば、下記特許文献1を参照。)。
省燃費化手段のひとつとして、潤滑油の低粘度化が挙げられる。例えば自動車用手動変速機や終減速機は歯車機構を有しており、これらに使用される潤滑油をより低粘度化することにより、攪拌抵抗および摩擦抵抗が低減され、動力の伝達効率が向上することで燃費の向上が可能となる。
また、省燃費性の改善のため、使用される潤滑油を低粘度化すると疲労寿命あるいは極圧性が低下し、焼付きなどが生じやすくなる。また、粘度指数向上剤による増粘は、低温あるいは実用温度での潤滑油の粘度特性を改善できるが、一般に疲労寿命や極圧性の向上効果はあまり期待されていない。
また本発明は、前記(B)成分が、(B−1)100℃における動粘度が3〜2000mm2/sのポリ−α−オレフィン及び/又はその水素化物、および/または(B−2)100℃における動粘度が1.5〜30mm2/sのエステル系基油であることを特徴とする前記ディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物に関する。
また本発明は、(E)金属系清浄剤を、組成物全量基準で、金属量として0.0001〜0.4質量%含有することを特徴とする前記ディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物に関する。
また本発明は、前記差動制限装置において、摺動する前記摺動部材の摺動面には、ダイヤモンドライクカーボン膜またはタングステンカーバイド/ダイヤモンドライクカーボン膜を形成する処理、または窒化処理が施されていることを特徴とする前記記載のディファレンシャルギヤ装置に関する。
また本発明は、前記差動制限装置が遊星歯車機構の差動制限装置であることを特徴とする前記記載のディファレンシャルギヤ装置に関する。
本発明の潤滑油組成物における潤滑油基油は、(A)鉱油系基油および/または(B)合成油系基油が用いられる。
(A)成分の鉱油系基油の100℃における動粘度が3mm2/s未満の場合は、極圧性やベアリングの疲労寿命が著しく低下することにより装置の信頼性が低下するため好ましくない。一方、10mm2/sを超えると粘度増加により省エネ性が低下する。
なお、本発明でいう100℃における動粘度とはJIS K 2283に準拠して測定される値である。
なお、本発明でいう%CAとは、ASTM D 323885に準拠した方法(n−d−M環分析)により求められる芳香族炭素数の全炭素数に対する百分率を意味する。
(A)成分の鉱油系基油の%CNが3%未満の場合、添加剤の溶解性が十分ではなく、また35%を超えると酸化安定性や粘度指数が低下する。
なお、本発明でいう%CNとは、ASTM D 323885に準拠した方法(n−d−M環分析)により求められるナフテン環構造を構成する炭素数の全炭素数に対する百分率を意味する。
3級炭素分が3%未満では、流動点が高くなるため、室温での濁りや沈殿を生じ、一方10%を超えると粘度指数が低下するため好ましくない。
なお、本発明の潤滑油基油の構成炭素の全量に占める3級炭素の割合は、13C−NMRにより測定される、全炭素の積分強度の合計に対する>CH−炭素原子に起因するシグナルの積分強度の合計の割合を意味する。
本発明では、13C−NMRの測定の際に、サンプルとして試料0.5gに重クロロホルム3gを加えて希釈したものを使用し、測定温度を室温、共鳴周波数を100MHzとした。また、測定方はゲート付でカップリング法を使用した。ただし、同等の結果が得られるのであればその他の方法を用いてもよい。
本発明においては、潤滑油基油の構成炭素の全量に占める3級炭素の割合は5〜8%がさらに好ましく、特に好ましくは6〜7%である。3級炭素の割合を上記範囲内とすることで、イソパラフィン量が多いことを意味し、粘度温度特性及び熱・酸化安定性に優れた潤滑油基油を得ることができる。
(1)パラフィン基系原油及び/又は混合基系原油の常圧蒸留による留出油
(2)パラフィン基系原油及び/又は混合基系原油の常圧蒸留残渣油の減圧蒸留による留出油(WVGO)
(3)潤滑油脱ろう工程により得られるワックス(スラックワックス等)及び/又はガストゥリキッド(GTL)プロセス等により得られる合成ワックス(フィッシャートロプシュワックス、GTLワックス等)
(4)基油(1)〜(3)から選ばれる1種又は2種以上の混合油及び/又は当該混合油のマイルドハイドロクラッキング処理油
(5)基油(1)〜(4)から選ばれる2種以上の混合油
(6)基油(1)、(2)、(3)、(4)又は(5)の脱れき油(DAO)
(7)基油(6)のマイルドハイドロクラッキング処理油(MHC)
(8)基油(1)〜(7)から選ばれる2種以上の混合油
(10)上記基油(1)〜(8)から選ばれる基油又は当該基油から回収された潤滑油留分を水素化異性化し、その生成物又はその生成物から蒸留等により回収される潤滑油留分について溶剤脱ろうや接触脱ろうなどの脱ろう処理を行い、または、当該脱ろう処理をしたあとに蒸留することによって得られる水素化異性化鉱油
また、上記(9)又は(10)の潤滑油基油を得るに際して、必要に応じて溶剤精製処理及び/又は水素化仕上げ処理工程を更に設けてもよい。
(a)1価アルコールと1塩基酸とのエステル
(b)多価アルコールと1塩基酸とのエステル
(c)1価アルコールと多塩基酸とのエステル
(d)多価アルコールと多塩基酸とのエステル
(e)1価アルコール及び多価アルコールとの混合物と、多塩基酸との混合エステル
(f)多価アルコールと、1塩基酸及び多塩基酸の混合物との混合エステル
(g)1価アルコール及び多価アルコールとの混合物と、1塩基酸及び多塩基酸の混合物との混合エステル
また、上記1塩基酸又は多塩基酸としては、炭素数1〜30、好ましくは炭素数4〜20、より好ましくは炭素数6〜18の炭化水素基を有する1塩基酸又は多塩基酸類が挙げられる。
ここでいう炭素数1〜30の炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基等の炭化水素基が挙げられる。
上記範囲より少ないと、(A)成分による粘度温度特性が十分発揮されないし、多すぎると後述する(B)成分の量が少なくなり、(B)成分との組合せによる疲労寿命ならびに低温粘度特性効果が低下する。
一方、(B−1−2)成分の含有量は、基油全量基準で5質量%以上であることが好ましく、7質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。一方、シール材適合性の観点から、20質量%以下とすることが好ましく、15質量%以下がより好ましい。
また、(B−1−1)成分と(B−1−2)成分の質量比((B−1−1)/(B−1−2))は、低温粘度特性の観点から、0.2以上であることが好ましく、0.4以上であることがより好ましい。また粘度指数の観点から10以下とすることが好ましく、5以下がより好ましく、2以下がさらに好ましい。
基油の粘度は疲労寿命に大きく影響し、高いほうが、基本的に寿命が長くなるが、低温粘度が悪化するため適正な粘度範囲が存在する。
特に、アンモニアと脂肪酸を反応させた、分子末端がアミド基であるアミド化合物が好ましい。
また、kは2以上が好ましく、4以下が好ましい。mは0または1が好ましく、0が最も好ましい。またpは1が好ましい。
これらの中では、下記一般式(2)及び(3)で表される窒素含有化合物並びにその酸変性誘導体からなる群より選ばれる1種以上の化合物が特に好ましい。
具体的には一般式(4)で表される化合物が好ましい。
本発明において、一般式(5)で表される化合物の特に好ましい具体例としては、下記式(6)で表されるN−オレオイルサルコシン等が挙げられる。
また(D−1)〜(D−3)の極性基は同一の化合物中に存在してもよい。
さらに(D−1)〜(D−3)を組み合わせて使用することがより好ましい。
炭化水素基は直鎖のものでも分岐のものでもよく、また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、分岐は少ないほど好ましく、直鎖状であることが最も好ましいが、末端から二つ目の炭素、もしくはカルボニル基のアルファ位に分岐のメチル基を有してもよい。
また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、不飽和結合は分子内に一つ以下であることが好ましく、飽和であるほうが好ましい。
特に具体的にはデカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸(ラウリン酸等)、トリデカン酸、テトラデカン酸(ミリスチン酸等)、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸(パルミチン酸等)、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸(ステアリン酸等)、ノナデカン酸、イコサン酸、ヘンイコサン酸、ドコサン酸、トリコサン酸、テトラコサン酸、ペンタコサン酸、ヘキサコサン酸、ヘプタコサン酸、オクタコサン酸、ノナコサン酸、トリアコンタン酸等の炭素数10〜30の飽和脂肪族モノカルボン酸が好ましい。
この多価アルコールとしては、炭素数3〜6の多価アルコール又はその2量体若しくは3量体が挙げられる。具体的には、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビタン等の多価アルコール、これらの2量体若しくは3量体であるジグリセリン、ジトリメチロールエタン、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール、トリグリセリン、トリトリメチロールエタン、トリトリメチロールプロパン、トリペンタエリスリトール等が挙げられる。
アルコール系摩擦調整剤としては炭素数10〜30の炭化水素基を有するものが用いられる。炭素数は12以上が好ましく、16以上がより好ましい。また24以下が好ましく、20以下がより好ましい。炭素数が10未満では摩擦調整剤としての機能に乏しく、また30を超えると、潤滑油組成物としての低温流動性に不具合を生じる可能性が高いため、それぞれ好ましくない。
また炭化水素基は直鎖のものでも分岐のものでもよく、また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、分岐は少ないほど好ましく、直鎖状であることが最も好ましいが、一つ程度の分岐のメチル基を有してもよい。
また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、不飽和結合は分子内に一つ以下であることが好ましく、飽和であるほうが好ましい。
また炭化水素基は直鎖のものでも分岐のものでもよく、また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、分岐は少ないほど好ましく、直鎖状であることが最も好ましいが、一つ程度の分岐のメチル基を有してもよい。
また飽和のものでも不飽和のものでもよいが、不飽和結合は分子内に一つ以下であることが好ましく、飽和であるほうが好ましい。
(E)金属系清浄剤としては、塩基価が100mgKOH/g以上のアルカリ土類金属系清浄剤であることが好ましい。かかるアルカリ土類金属系清浄剤としては、例えば、アルカリ土類金属スルホネート、アルカリ土類金属フェネート、アルカリ土類金属サリシレート、アルカリ土類金属ホスホネート、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。
中でも本発明の潤滑油組成物においては、アルカリ土類金属スルホネートまたはアルカリ土類フェネートが好ましい。最も好ましくはアルカリ土類金属スルホネートである。これは、(E)成分の金属系清浄剤の中では、スルホネートが最も摩耗防止性能に優れており、ついでフェネートが優れていることによる。
またNV特性からもスルホネートが最も好ましい。
なお、ここでいう全塩基価とは、JIS K 25011石油製品及び潤滑油−中和価試験法」の7.に準拠して測定される過塩素酸法による全塩基価を意味する。
かかる硫化オレフィンとしては、例えば下記一般式(11)で示される化合物を挙げることができる。
R28−Sx−R29 (11)
一般式(11)において、R28は炭素数2〜15のアルケニル基、R29は炭素数2〜15のアルキル基またはアルケニル基を示し、xは1〜8の整数を示す。
この化合物は炭素数2〜15のオレフィンまたはその2〜4量体を硫黄、塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得ることができる。オレフィンとしては、例えば、プロピレン、イソブテン、ジイソブテンなどが好ましく用いられる。
R30−Sy−R31 (12)
一般式(12)において、R30及びR31は、それぞれ個別に、炭素数1〜20のアルキル基(シクロアルキル基も含む)、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよく、yは2〜8の整数を示す。
上記炭素数1〜30の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルキルアリール基、及びアリールアルキル基を挙げることができる。
リン酸エステル、亜リン酸エステルとしては、リン酸モノエステル類、リン酸ジエステル類、リン酸トリエステル類、亜リン酸モノエステル類、亜リン酸ジエステル類、亜リン酸トリエステル類が挙げられ、より具体的には例えば、下記の一般式(16)で表されるリン酸エステルおよび下記の一般式(17)で表される亜リン酸エステルなどが好ましい例として挙げられる。
アルキル基またはアルケニル基の炭素数が6未満の場合や30を超える場合は、摩擦低減効果が悪化するため、それぞれ好ましくない。
このアルキル基またはアルケニル基としては、前述した各種のアルキル基やアルケニル基などが挙げられるが、特に摩擦低減効果に優れる点から、ラウリル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基、オレイル基などの炭素数12〜18の直鎖アルキル基またはアルケニル基が特に好ましい。
リン系極圧剤の含有量がリン量として0.3質量%を超える場合には、酸化安定性や塩基価維持性が著しく悪化する
質量比を上記範囲とすることで、摩耗防止性能と極圧性能のバランスが取れた組成物を得ることができる。
質量比を上記範囲とすることで、NV性能を長期間維持しやすい組成物を得ることができる。
また特に断らない限り、これらは潤滑油組成物全量基準で、0.001質量%から15質量%の添加量で適宜使用される。
また、(G)リン系極圧剤として、先に述べた成分の他、アルキルジチオリン酸亜鉛等が使用できる。これらリン系添加剤の含有量は特に限定されないが、通常、潤滑油組成物全量基準で、リン元素として0.005〜0.2質量%であるのが好ましい。リン元素として0.005質量%未満の場合は、耐摩耗性に対して効果がなく、0.2質量%を超える場合は、酸化安定性が悪化するため、それぞれ好ましくない。
100℃における動粘度が4.0mm2/s未満の場合には潤滑部位の油膜保持性および蒸発性に問題を生ずるおそれがあり、100℃における動粘度が20mm2/sを超える場合には省燃費性が不足するおそれがある。
ここで言うブルックフィールド粘度とは、ASTM D 2983により測定される値である。
前述したように差動制限装置にはいろいろな機構が実用化されている。本発明が最も適合する差動制限装置は、ギヤ間、あるいはギヤとケース、あるいは軸間に配された金属プレート間の、金属間の摩擦力を使用して左右の車軸の回転差を制限するものである。
金属間とではあるものの、その摺動面には各種処理、例えば焼き入れやコーディング等の処理がなされているものが一般的である。
最も一般的な機構は、両軸の速度差を利用して、プレッシャープレートと呼ばれる軸方向に移動するプレートを動かすことにより、軸間に配した複数のプレートを押し付けることにより、軸間に摩擦力を発生させ回転差を制御するものである。
このほか、ヘリカルギヤを使用した遊星歯車機構を用いたクワイフ型やトルセン型といわれるものがある。トルセン型にもヘリカルギヤの設置の違いにより、より強い制限さ動力を発生するものとマイルドな差動制限力を発生させるものがある。(詳細は各種成書を参照)
本願発明は、特にトルセン型に適したものであり、さらにプラネタリギヤがギヤケースに押し付けられることにより差動制限を向上させたものに有効である。
本形態においても、結合歯車85〜88が摺接する摺接面である各窓の壁面には、窒化処理が施される一方、各結合歯車85〜88の歯先面には、タングステンカーバイド/ダイヤモンド−ライク・カーボンの多層薄膜処理を施すことが好ましい。
サイドギヤ920、930は、共通の回転軸に対し左右いずれかの揆れ角でいずれかの方向(例えば、右方向または左方向)に傾斜した歯を有している。各推力は、ハウジング90から駆動軸92、93に伝達されるトルクに応じて発生する。
本形態においても、プラネタリギヤ94〜97が摺接するハウジング90の壁面には、窒化処理が施される一方、各プラネタリギヤ94〜97の歯先面には、タングステンカーバイド/ダイヤモンド−ライク・カーボンの多層薄膜処理を施すことが好ましい。
表1に各種の潤滑油基油及び添加剤を配合量と性能を記載した。基油の配合量(質量%)、各添加剤の添加量(質量%)は潤滑油組成物全量基準である。
得られた各組成物について、耐NV性能および耐NV寿命性能を以下の(1)に示す試験により評価した。また、極圧性を以下の(2)に示す極圧性試験により評価した。
以下の条件にて耐NV性能の評価を行った。
試験機:LFW−1試験機
ブロック:窒化処理材、リング:DLC処理材
滑り速度0.024→0.011→0.005m/s
NV性能判定:0.024m/s時のμと0.005m/s時のμの比
上記摩擦係数比が1以上の時はNV性能を持つとして判断した。
また、耐NV寿命性能はISOT試験機劣化油のNV性能にて評価した。
ISOT劣化温度条件:120℃
NV寿命性能判定:劣化時間96h経過時の劣化油の摩擦係数比で判断した。
(2)極圧性試験
(a)ASTM D 2783に準拠し、高速四球試験機を用い、各潤滑油組成物の1800rpmにおける最大非焼付き荷重(WL)を測定した。
(3)トルセン実機耐NV特性
面圧:270MPa
周速:4.62mm/s(2rpm)、184.77mm/s(80rpm)での摩擦係数(それぞれμ2、μ80)を測定
NV性能判定:μ80/μ2>1.07であれば耐NV性能を有すると判断した。
Claims (10)
- (A)鉱油および/または(B)合成油からなる基油に、(C)下記一般式(1)で表されるアミドおよび下記一般式(4)で表されるアミドからなる群より選ばれる摩擦調整剤を組成物全量基準で0.01〜10質量%および(E)金属系清浄剤としてアルカリ土類金属スルホネートを組成物全量基準で金属量として0.0001〜0.4質量%含有することを特徴とするディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物。
- 前記(A)成分が、100℃における動粘度が3〜10mm2/sであることを特徴とする請求項1に記載のディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物。
- 前記(B)成分が、(B−1)100℃における動粘度が3〜2000mm2/sのポリ−α−オレフィン及び/又はその水素化物、および/または(B−2)100℃における動粘度が1.5〜30mm2/sのエステル系基油であることを特徴とする請求項1または2に記載のディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物。
- さらに摩擦調整剤として(D)炭素数16〜20のカルボン酸を組成物全量基準で0.01〜10質量%含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物。
- (F)硫黄系極圧剤および(G)リン系極圧剤を、それぞれ組成物全量基準で、硫黄元素量として1〜3質量%、リン元素量として0.01〜0.3質量%含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物。
- 摺動部材が摺動することで差動を制限する差動制限装置を有し、前記摺動部材は請求項1〜5のうちいずれか一項に記載のディファレンシャルギヤ装置用潤滑油組成物により潤滑されることを特徴とするディファレンシャルギヤ装置。
- 前記差動制限装置において、摺動する前記摺動部材の摺動面には、ダイヤモンドライクカーボン膜またはタングステンカーバイド/ダイヤモンドライクカーボン膜を形成する処理、または窒化処理が施されていることを特徴とする請求項6に記載のディファレンシャルギヤ装置。
- 前記差動制限装置において、互いに摺動する前記摺動部材の摺動面と被摺動部材の摺動面のうち、いずれか一方の摺動面にはダイヤモンドライクカーボン膜またはタングステンカーバイト/ダイヤモンドライクカーボン膜が形成され、他方の摺動面は窒化処理が施されていることを特徴とする請求項7に記載のディファレンシャルギヤ装置。
- 前記差動制限装置が遊星歯車機構の差動制限装置であることを特徴とする請求項6に記載のディファレンシャルギヤ装置。
- 複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤを自転可能且つ公転可能に支持するプラネタリキャリヤを有する前記遊星歯車機構からなり、前記プラネタリギヤと前記プラネタリキャリヤとが摺動することで前記ディファレンシャルギヤ装置の差動を制限する前記差動制限装置を有することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載のディファレンシャルギヤ装置。
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