JPWO2015152143A1 - 潤滑油組成物 - Google Patents

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Abstract

(1)100℃における動粘度が2mm2/s以上7mm2/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm2/s超12.5mm2/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物を用いることにより、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性を両立し、かつ低温粘度特性に優れる潤滑油組成物を提供する。

Description

本発明は、省燃費性、耐疲労性に優れ、かつ優れた低温粘度特性を有する潤滑油組成物に関し、詳しくは、二輪用エンジンオイル、トランスミッション油等として、ギヤや軸受けを潤滑しうる内燃機関用潤滑油組成物に関する。
省エネルギー、二酸化炭素低減の要請により、内燃機関用潤滑油(エンジンオイル)においても省燃費性が求められている。四輪車に用いられるエンジンオイルについては、従来、省燃費性を高める手段として低粘度化や、粘度指数を向上させることが行われており、それに用いる粘度指数向上剤等の種々のポリマー等の提案もなされてきた(例えば、特許文献1〜8参照)。しかし、省燃費性の観点から低粘度化したエンジンオイルを例えば二輪車に用いた場合、四輪車と二輪車の機械的構造の相違から種々の問題が発生することがあった(例えば、特許文献9参照)。
特開平10−114895号公報 特許第3955573号公報 特許第4359807号公報 特許第4283120号公報 特開2008−208221号公報 特開2009−221382号公報 特開2010−280821号公報 特許第5319996号公報 特開2011−195734号公報
すなわち、二輪車は、通常、エンジンの潤滑とともに変速用トランスミッションも同一のエンジンオイルで潤滑する構造を有している。したがって、例えば、二輪車において低粘度化したエンジンオイル(例えば10W−30粘度グレード)を用いると、変速用トランスミッションのギヤや軸受け(特にクランクシャフト内のラジアルニードルベアリング)でピッチングなどの疲労損傷が発生する可能性が大きくなる。
このように、例えば、二輪用エンジン油では、変速用トランスミッションのギヤや軸受をも潤滑するため、エンジン油の低粘度化に加え、疲労寿命の向上、すなわち耐疲労性の改善が課題となる。従って、二輪車に用いるエンジン油を低粘度化して省燃費性を向上させようとした場合、これらの問題を解決する必要がある。
本発明の課題は、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性とを両立し、かつ低温粘度特性に優れる潤滑油組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討の結果、100℃における動粘度及び150℃における高温高せん断粘度(HTHS粘度)を特定範囲に規定した低粘度化潤滑油において、特定の低分子量ポリマーを含有させることにより、上記本発明の課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
[1](1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物。
[2]−25℃におけるCCS粘度が7000mPa・s以下であり、粘度指数が135以上である、前記[1]記載の潤滑油組成物。
[3]前記質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマーが、炭素数8以上12以下のα−オレフィンから選ばれる少なくとも一種から得られ、100℃における動粘度が100mm/s以上2,000mm/s以下のポリα−オレフィンである、前記[1]又は[2]に記載の潤滑油組成物。
[4]弾性流体潤滑状態(EHL)の油膜厚さ測定における中央油膜厚さが、転がり速度1.6m/sにおいて50nm以上である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[5]ラジアル転がり軸受けの疲労寿命評価において、50%破損確率(L50)が3.0×10回以上である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[6]前記基油が、さらに粘度指数120超の基油を含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[7]100℃におけるせん断試験後における動粘度が、9mm/s以上である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[8]内燃機関用である、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[9]二輪内燃機関用である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[10](1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油に、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を配合して、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物を製造する潤滑油組成物の製造方法。
[11](1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物が用いられる内燃機関。
[12](1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物を用いて潤滑される内燃機関の潤滑方法。
本発明によれば、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性を両立し、かつ低温粘度特性に優れる潤滑油組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、二輪内燃機関用潤滑油組成物として、エンジン及び変速用トランスミッションのいずれも潤滑しうる潤滑油組成物を提供することができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の潤滑油組成物は、(1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度(以下、「HTHS粘度」という)が2.9mPa・s以上のものである。
[(1)基油]
本発明の潤滑油組成物に用いる基油は、100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む。低粘度化潤滑油に使用しうる基油としては、従来、粘度指数が高い高品質のものが使用されていたが、本発明においては、基油として粘度指数が低い比較的低品質のものも使用することができる。すなわち、基油Aとしては、低粘度化及びコスト低減の観点から、好ましくは、100℃における動粘度が3mm/s以上6mm/s以下、粘度指数が110以下のものを用いることができ、具体的には、API(American Petroleum Institute;米国石油協会)ベースオイルカテゴリーにおけるグループI、グループIIに属する鉱油系基油も使用することができる。
なお、基油の粘度指数及び100℃における動粘度は、JIS K 2283(ASTM D445)に準じて測定することができる。
本発明の潤滑油組成物における基油は、上記観点から、上記基油Aを、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは100質量%含有する。
また、本発明における基油中には、基油Aとともに、他の基油を使用することも任意である。使用しうる基油には特に制限はないが、本発明の効果を阻害しない範囲において、低温粘度特性の観点から、粘度指数120超の基油を用いることもできる。具体的には、APIベースオイルカテゴリーにおけるグループIIIに属する鉱油あるいは合成基油が使用でき、このような基油は、本発明における基油中に、好ましくは30質量%未満含有される。
なお、本発明の潤滑油組成物における基油である基油Aを含む基油については、その性状は、得られる潤滑油組成物について規定される性状を満足する限りにおいて、特に限定されない。
本発明において、使用しうる鉱油系基油としては、例えば原油を常圧蒸留し、あるいは常圧蒸留して得られる常圧残油を減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、水素化精製等の処理を1つ以上行って精製したもの、あるいは鉱油系ワックスやフィッシャートロピシュプロセス等により製造されるワックス(ガストゥリキッドワックス)を異性化することによって製造される基油等がいずれも挙げられる。
一方、合成油としては、例えば、ポリ−α−オレフィン、ポリブテン、ポリオールエステル、二塩基酸エステル、芳香族エステル、リン酸エステル、ポリフェニルエーテル、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ポリオキシアルキレングリコール、ネオペンチルグリコール、シリコーンオイル、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、更にはヒンダードエステルなどを用いることができる。
[(2)アクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマー]
本発明の潤滑油組成物は、耐疲労性向上、特に、ラジアルニードル疲労寿命において、寿命を延長する観点から、質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上を含有する。
質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマーとしては、ポリメタクリレート(PMA)が挙げられ、ポリメタクリレートは、分散型、非分散型のどちらでも使用できる。具体的には、各種メタクリル酸エステル又はこれらの任意の組合せに係る共重合体やその水素化物等のいわゆる非分散型ポリメタクリレート、及び更に窒素化合物を含む各種メタクリル酸エステルを共重合させた、いわゆる分散型ポリメタクリレート等が例示できる。これらポリメタクリレートは一種で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
質量平均分子量40,000以下のオレフィン系ポリマーとしては、α−オレフィンの単独重合体あるいは共重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体、ポリブテン等が挙げられる。このうち、α−オレフィンの単独重合体及び共重合体は、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数4〜22、さらに好ましくは炭素数6〜16、よりさらに好ましくは炭素数6〜14、特に好ましくは8〜12のα−オレフィンの単独重合体及び共重合体であり、共重合体は、ランダム体でもブロック体でもよい。
使用しうるα−オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ドデセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン等の炭素数2〜30のα−オレフィンが挙げられる。
また、エチレン−α−オレフィン共重合体としては、エチレンとα−オレフィンとの共重合体が挙げられ、α−オレフィンとしては、プロピレン又は上記α−オレフィンの単独重合体及び共重合体に用いたものと同様のものが用いられる。エチレン−α−オレフィン共重合体はランダム体でもよい。
これらオレフィン系ポリマーは一種で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのオレフィン系ポリマーは、任意の方法で製造することができる。例えば、無触媒による熱反応によって製造することができるほか、過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物触媒;塩化アルミニウム、塩化アルミニウム−多価アルコール系、塩化アルミニウム−四塩化チタン系、塩化アルミニウム−アルキル錫ハライド系、フッ化ホウ素などのフリーデルクラフツ型触媒;有機塩化アルミニウム−四塩化チタン系、有機アルミニウム−四塩化チタン系などのチーグラー型触媒;アルミノキサン−ジルコノセン系、イオン性化合物−ジルコノセン系などのメタロセン型触媒;塩化アルミニウム−塩基系、フッ化ホウ素−塩基系などのルイス酸コンプレックス型触媒等の公知の触媒系を用いて、オレフィンを単独重合または共重合させることで製造することができる。なお、本発明においては上記したオレフィン系ポリマーを用いることができるが、その熱・酸化安定性を考慮すると、オレフィン系ポリマー中の二重結合を水素化したオレフィン系ポリマーの水素化物を用いることもできる。
上記(2)アクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーのうち、本発明においては、耐疲労性の観点から、好ましくはオレフィン系ポリマーが用いられ、低粘度化と耐疲労性の向上、及び低粘度特性の向上の観点から、好ましくは炭素数8以上12以下のα−オレフィンから選ばれる少なくとも一種から得られ、100℃における動粘度が100mm/s以上2,000mm/s以下であるポリα−オレフィン(以下、「高粘度PAO」という)が用いられる。
高粘度PAOの原料モノマーであるα−オレフィンの炭素数は、耐疲労性の向上、作業性、潤滑油適応性等の観点から、好ましくは8以上12以下であり、より好ましくは9以上11以下であり、さらに好ましくは10である。具体的には、前記α−オレフィンのうち、炭素数8以上12以下のものが用いられる。また、高粘度PAOの100℃における動粘度は、優れた粘度指数向上能、良好な流動性及び優れた耐疲労性の観点から、好ましくは100mm/s以上1,800mm/s以下であり、より好ましくは100mm/s以上1,500mm/s以下、さらに好ましくは200mm/s以上1,000mm/s以下である。
なお、高粘度PAOの100℃における動粘度はJIS K 2283(ASTM D445)に準じて測定することができる。
本発明においては、高粘度PAOとして、低粘度化と耐疲労性、及び低温粘度特性の観点から、以下の組成(I)及び性状(II)の少なくとも1を有するもの、及び/又は下記の製造方法(III)により得られたものをさらに好ましく使用できる。
(I)上記高粘度PAOは、2量体及び3量体の成分の割合が2質量%未満であることが好ましく、1.5質量%未満であることがより好ましく、1.0質量%未満であることがさらに好ましい。これにより、高粘度PAOの分子量分布が小さく、より均一な組成となり、目的とする粘度領域のポリマーを得ることができる。また、性能低下成分がほとんどないため、潤滑油成分として有用となる。上記2量体及び3量体の成分の割合は、重合条件により制御することができ、また、ガスクロマトグラフィーを用いて求めることができる。
(II)上記高粘度PAOは、低粘度化と耐疲労性、及び低温粘度特性のいずれかの観点から、以下の4つの性状のうちの少なくとも1の性状を有することが好ましい。
(II−1)非晶質である、(II−2)粘度指数が150以上である、(II−3)流動点が−15℃以下である、(II−4)平均炭素数が4以上15以下である。
粘度指数が高いほど温度依存性が小さくなり、低温特性が良好であることから、高粘度PAOの粘度指数は、より好ましくは170以上である。また、低温流動点が低いほど低温特性が良好であることから、高粘度PAOの流動点は、より好ましくは−20℃以下、さらに好ましくは−30℃以下である。さらに、高粘度PAOの平均炭素数は8以上12以下であることがより好ましい。
なお、ここで「非晶質」とは、融点が存在せず、ガラス転移温度のみが存在すること、透明性を有すること、冷却固化時の容積変化が少ないこと等、一般に非晶質である場合に現れる特性を有することを意味する。なお、高粘度PAOの粘度指数はJIS K 2283(ASTM D445)に準じて、流動点はJIS K 2269に準じて、また平均炭素数はNMR測定により、各々測定することができる。
(III)上述の高粘度PAOは、例えば、国際公開WO2012/035710パンフレットに記載の方法に準じて製造することが好ましい。
すなわち、具体的には、高粘度PAOは、メソ型の遷移金属化合物(A)と、(B−1)遷移金属化合物(A)またはその派生物と反応してイオン性錯体を形成しうる化合物、及び(B−2)アルミノキサンのうちの少なくとも一方の化合物(B)と、有機アルミニウム化合物(C)とを含有する重合用触媒を用いて、前記α−オレフィンの1種単独、または2種以上を混合したものを重合させて得ることができる。
メソ型の遷移金属化合物(A)については、国際公開WO2012/035710パンフレットの段落[0036]〜[0063]に、化合物(B)については、同パンフレットの段落[0065]〜[0075]に、また、有機アルミニウム化合物(C)については、同パンフレットの段落[0077]及び[0078]に、さらに得られる重合用触媒については、同パンフレットの段落[0076]、[0079]〜[0089]に記載されたものを各々用いることができる。
具体的には、重合用触媒としては、好ましくは、(1,1’−エチレン)(2,2’−テトラメチルジシリレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチレンジシリレン)(2,2’−エチレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチルエチレン)(2,2’−テトラメチルジシリレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチレンジシリレン)(2,2’−テトラメチルエチレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−ジメチリシリレンメチレン)(2,2’−エチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−エチレン)(2,2’−ジメチリシリレンメチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−エチレン)(2,2’−テトラメチルジゲルミレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチルジゲルミレン)(2,2’−エチレン)−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
(1,1’−エチレン)(2,2’−テトラメチルジシリレン)−ビス(3―メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチルジシリレン)(2,2’−エチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチルエチレン)(2,2’−テトラメチルジシリレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチジシリレン)(2,2’−テトラメチルエチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−ジメチリシリレンメチレン)(2,2’−エチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−エチレン)(2,2’−ジメチリシリレンメチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−エチレン)(2,2’−テトラメチルジゲルミレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、(1,1’−テトラメチルジゲルミレン)(2,2’−エチレン)−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド等、及びこれらの化合物におけるジルコニウムをチタン又はハフニウムに置換したものを挙げることができる。また、他の族、又はランタノイド系列の金属元素の類似化合物であってもよい。
また、重合方法については特に制限はないが、同パンフレットの段落[0090]〜[0095]に記載された方法に準じて行うことができる。
上記(2)アクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーの分子量は、疲労寿命の向上のための耐疲労性の観点から、質量平均分子量で40,000以下であるが、同様の観点から、好ましくは35,000以下、より好ましくは30,000以下、さらに好ましくは25,000以下、特に好ましくは20,000以下である。その下限値は、特に制限はないが、同様に耐疲労性及び低温粘度特性の観点から、5,000以上であることが好ましい。質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定し、ポリスチレンを用いて作成した検量線から求めることができる。例えば、上記各ポリマーの質量平均分子量は、以下のGPC法により、ポリスチレン換算値として算出することができる。
<GPC測定装置>
・カラム :TOSO GMHHR−H(S)HT
・検出器 :液体クロマトグラム用RI検出器 WATERS 150C
<測定条件等>
・溶媒:1,2,4−トリクロロベンゼン
・測定温度:145℃
・流速:1.0ミリリットル/分
・試料濃度:2.2mg/ミリリットル
・注入量:160マイクロリットル
・検量線:Universal Calibration
・解析プログラム:HT−GPC(Ver,1.0)
また、上記(2)アクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーの100℃における動粘度は、低粘度化、耐疲労性及び低温粘度特性の観点から、好ましくは5mm/s以上15,000mm/s以下、より好ましくは50mm/s以上10,000mm/s以下、さらに好ましくは100mm/s以上10,000mm/s以下、特に好ましくは100mm/s以上5,000mm/s以下である。
また、上記(2)アクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーの粘度指数は、120以上であることが好ましく、150以上であることがより好ましい。一方、当該粘度指数は、350以下であることが好ましく、250以下であることがより好ましい。
上記(2)アクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマーは、本発明の潤滑油組成物中に、組成物全量に基づき、0.1質量%以上20質量%未満の範囲で含有されることが好ましい。この量が上記範囲内にあれば、得られる潤滑油組成物において、低粘度化と共に耐疲労性の向上が達成され、また良好な低温粘度特性が得られる。上記観点から、アクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマーの含有量は、より好ましくは、組成物全量に基づき、0.5質量%以上20質量%以下、さらに好ましくは、1質量%以上15質量%以下である。
[(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤]
本発明の潤滑油組成物は、前記ポリマーとともに硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有する。
硫黄系極圧剤としては、例えば、ジチオリン酸亜鉛(ZnDTP)、硫化オレフィン、ジアルキルポリスルフィド、ジアリールポリスルフィド、ジチオカルバミン酸亜鉛、ジスルフィド類、硫化油脂類、硫化エステル類、チオカーボネート類、チオカーバメート類等が挙げられ、さらに、チオ亜リン酸エステル類、チオリン酸エステル類、チオホスホン酸エステル類等及びこれらのアミン塩、またはこれらの金属塩等が挙げられる。上記硫黄系極圧剤は、一種で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。その含有量は、組成物全量基準で好ましくは0.01質量%以上10質量%以下、より好ましくは0.5質量%以上5質量%以下の範囲である。上記硫黄系極圧剤を用いることで、例えば、湿式クラッチ使用の2輪エンジンなどでは、金属表面と反応して摩擦係数の小さい皮膜を形成して摩擦を低減し潤滑性向上を図ることができ好ましい。
本発明の潤滑油組成物には、その他の添加剤として、通常、潤滑油添加剤として使用される添加剤がいずれも使用でき、好ましくは、2輪用潤滑油添加剤として使用されるものが用いられる。具体的には、硫黄系以外の極圧剤、摩擦調整剤、無灰系分散剤、金属系清浄剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、防錆剤、消泡剤、抗乳化剤及び着色剤等に代表される潤滑油添加剤等を用いることができる。
硫黄系以外の極圧剤としては、亜リン酸エステル類、リン酸エステル類、ホスホン酸エステル類、アルキルハイドロゲンホスファイト及びこれらのアミン塩、またはこれらの金属塩等のリン含有極圧剤等が挙げられる。
また、本発明の潤滑油組成物においては、省燃費特性を向上させるために、金属系摩擦調整剤や無灰系摩擦調整剤を含有させることができる。具体的には、摩擦調整剤としては、有機モリブデン系化合物、脂肪酸、高級アルコール、油脂類、アミド、硫化エステル、リン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩等が挙げられる。これらの摩擦調整剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて使用することができるが、通常その含有量は、組成物全量基準で0.01質量%以上10質量%以下の範囲である。
無灰系分散剤としては、質量平均分子量が900以上3,500以下のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、及びこれらのホウ酸変性物等の誘導体などが挙げられる。これらの無灰分散剤は、単独で又は複数種を任意に組み合わせて含有させることができるが、通常その含有量は、組成物全量基準で0.01質量%以上10質量%以下の範囲である。
金属系清浄剤としては、例えば、アルカリ金属(ナトリウム(Na)、カリウム(K)等)又はアルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等)のスルフォネート、フェネート、サリシレート及びナフテネート等が挙げられる。これらは単独で又は複数種を組み合わせて使用できる。これらの金属系清浄剤の全塩基価及び含有量は、要求される潤滑油の性能に応じて適宜選択すればよい。全塩基価は、過塩素酸法で通常0mgKOH/g以上500mgKOH/g以下、望ましくは10mgKOH/g以上400mgKOH/g以下である。また、その含有量は、通常、組成物全量基準で0.1質量%以上10質量%以下の範囲である。
酸化防止剤としては、従来、エンジン油の酸化防止剤として使用されている公知の酸化防止剤の中から任意のものを適宜選択して用いることができ、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、モリブデン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等をいずれも使用することができる。具体的には、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤;2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、イソオクチル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤;ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート等の硫黄系酸化防止剤;ホスファイト等のリン系酸化防止剤;さらにモリブデン系酸化防止剤が挙げられる。これらの酸化防止剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて使用することができる。その配合量は、潤滑油組成物全量基準で0.01質量%以上10質量%以下の範囲である。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール、トリアゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体等が挙げられ、通常、その含有量は、組成物全量基準で0.01質量%以上3質量%以下の範囲である。
防錆剤としては、例えば、脂肪酸;アルケニルコハク酸ハーフエステル;脂肪酸セッケン;アルキルスルホン酸塩;アルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、バリウム(Ba)等)のスルフォネート、フェネート、サリシレート及びナフテネート;多価アルコール脂肪酸エステル;脂肪酸アミン;酸化パラフィン;アルキルポリオキシエチレンエーテル等が挙げられ、通常、その含有量は、組成物全量基準で0.01質量%以上5質量%以下の範囲である。
消泡剤としては、液状シリコーンが適しており、例えば、メチルシリコーン、フルオロシリコーン、及びポリアクリレート等が使用可能である。これら消泡剤の好ましい含有量は、組成物全量基準で0.0005質量%以上0.1質量%以下である。
抗乳化剤として、エチレンプロピレンブロックポリマー、アルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等)のスルフォネート、フェネート、サリシレート及びナフテネートなどを用いることができ、通常その含有量は組成物全量基準で0.0005質量%以上1質量%以下である。
着色剤としては、染料や顔料等を用いることができ、通常、その含有量は、組成物全量基準で0.001質量%以上1質量%以下である。
なお、上記のように、硫黄系極圧剤、さらには必要に応じて、硫黄系以外の極圧剤、摩擦調整剤、酸化防止剤、金属系清浄剤、無灰系分散剤、金属不活性化剤、防錆剤、消泡剤抗乳化剤及び着色剤等から選択される各種の添加剤を配合してなる潤滑油組成物は、通常、その配合されたものを含有するものであるが、場合によっては、配合された添加剤の少なくとも一部は反応等して別の化合物となってもよい。
[潤滑油組成物]
本発明の潤滑油組成物は、前記(1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、前記(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマー、並びに前記(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有するものであり、このような構成で、100℃における動粘度を9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃におけるHTHS粘度を2.9mPa・s以上とすることにより、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性とを両立し、かつ低温粘度特性に優れる潤滑油組成物が得られる。
以上の通り、本発明の潤滑油組成物では、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつHTHS粘度が2.9mPa・s以上である。HTHS粘度は高温高せん断状況下において低下した状態での粘度であり、100℃における動粘度及び150℃におけるHTHS粘度を上記範囲とすることで、10W−30粘度グレードの低粘度化二輪エンジン油として使用することが可能であり、かつ、潤滑性を保持し、低粘度化を実現して、省燃費性に資することができる。この観点から、潤滑油組成物の100℃における動粘度は、9.3mm/s超11.0mm/s以下であることが好ましく、150℃におけるHTHS粘度は3.0mPa・s以上であることが好ましい。ここで、150℃におけるHTHS粘度の上限値については特に制限はないが、通常、3.7mPa・s程度である。
潤滑油組成物における150℃におけるHTHS粘度は、基油の粘度、アクリレート系ポリマー又はオレフィン系ポリマーや他の粘度指数向上剤の種類、分子量、含有量等を選択することで調整することができる。また、潤滑油組成物の100℃における動粘度はJIS K 2283(ASTM D445)に準じ測定することができ、150℃におけるHTHS粘度は、JPI−5S−36−03(ASTM D 4683)に準じて測定することができる。
本発明の潤滑油組成物は、さらに、低温粘度(−25℃におけるCCS粘度)が7,000mPa・s以下であり、粘度指数が135以上であることが好ましい。−25℃におけるCCS粘度及び粘度指数のいずれかを上記範囲とすることで、潤滑性を保ちかつ低粘度化を実現し、さらに良好な低温粘度特性を得ることができ、省燃費性に資することができる。この観点から、潤滑油組成物の−25℃におけるCCS粘度は、より好ましくは6,000mPa・s以下、さらに好ましくは5,500mPa・s以下であり、粘度指数は、より好ましくは137以上、さらに好ましくは140以上である。
なお、−25℃におけるCCS粘度は、基油の粘度、アクリレート系ポリマー又はオレフィン系ポリマーや他の粘度指数向上剤の種類、分子量、含有量等を選択することで調整することができる。また、潤滑油組成物における−25℃のCCS粘度は、JIS K 2010(ASTM D 2602)に準じ測定することができ、粘度指数はJIS K 2283(ASTM D 445)に準じて測定することができる。
さらに本発明の潤滑油組成物は、100℃におけるせん断後の動粘度が9mm/s以上であることが好ましい。100℃におけるせん断試験後の動粘度が9mm/s未満であると、高温時の粘度低下により潤滑性が十分でない。上記観点から、本発明の潤滑油組成物のせん断後の100℃における動粘度は、好ましくは、9.3mm/s以上11.0mm/s以下である。
本発明における「100℃におけるせん断試験後の粘度」は、例えば、アクリレート系ポリマー又はオレフィン系ポリマーや、他の粘度指数向上剤の分子量や含有量などにより、また基油の粘度等を制御することにより調整することができる。なお、せん断方法は、JPI−5S−29(ASTM D3945)に準拠する。
本発明の潤滑油組成物は、省燃費性のための低粘度化、かつ低温粘度特性に優れる潤滑油組成物を提供する観点から、弾性流体潤滑(EHL)の油膜厚さ測定における中央油膜厚さが、転がり速度1.6m/sにおいて、好ましくは50nm以上であり、より好ましくは55nm以上、さらに好ましくは66nm以上である。
油膜厚さ測定は、PCS社製 EHL極薄膜計測システムを用い、荷重:20N、温度:120℃、転がり速度:0.05〜1.6m/s、油膜厚さ:1〜250nmの条件で行うことができる。
また、疲労寿命の向上のための耐疲労性に優れる潤滑油組成物を提供する観点から、本発明の潤滑油組成物は、ラジアル転がり軸受けの疲労寿命において、ピッチング寿命としての50%破損確率(L50)が、好ましくは3.0×10回以上、より好ましくは4.0×10回以上、さらに好ましくは5.0×10回以上であり、特に6.0×10回以上であることが好ましい。
疲労寿命評価は、A&D社製ラジアル式ニードルベアリング疲労評価試験機を用い、荷重:3000N、温度:120℃、回転数:2000rpm、ベアリング:ラジアル軸受(ソリッド型ニードルベアリング、NSK LM1710)として行うことができる。
[内燃機関]
本発明の潤滑油組成物は、上記構成及び作用効果を有することから、好ましくは内燃機関用潤滑油組成物として用いることができ、とりわけ、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性を両立し、かつ低温粘度特性に優れるため、エンジンの各部材の潤滑に好適であるとともに、変速用トランスミッションも同一のエンジンオイルで潤滑する構造を有する2輪車用、すなわち2輪内燃機関の潤滑に好適に用いることができる。
[潤滑油組成物の製造方法]
本発明は、また、(1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油に、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマー、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を配合して、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃におけるHTHS粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物を製造する潤滑油組成物の製造方法、に関する。
上記基油(1)、質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及び/又はオレフィン系ポリマー(2)、硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤(3)及び得られる特定性状を有する潤滑油組成物については、前述の通りである。基油(1)に、ポリマー(2)及び潤滑油添加剤(3)を配合する方法については、各成分を前記規定範囲の100℃動粘度及び150℃HTHS粘度となるように配合する限り特に制限はなく、その配合順序、配合条件等についても特に制限はない。
次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。
[評価項目・評価方法]
潤滑油組成物の各性状は以下の方法で測定した。
(1)動粘度(40℃、100℃):JIS K 2283(ASTM D 445)に準拠して測定した。
(2)粘度指数(VI:Viscosity Index):JIS K 2283(ASTM D 445)に準拠して測定した。
(3)CCS粘度(Cold Cracking Simulator):JIS K 2010(ASTM D 2602)に準拠して−25℃における粘度を測定した。
(4)HTHS粘度(High Temperature High Shear):JPI−5S−36−03(ASTM D4683)に準拠して下記条件で測定した。
・装置:TBS高温粘度計(Tapered Bearing Simulator)
・せん断速度:10sec−1
・回転数(モーター):3000rpm
・間隔(ローター/ステーター):2〜3μm
・試料量:20〜50ml
・測定時間:校正4〜6時間、試験15分間
(5)せん断試験:JPI−5S−29(ASTM D3945)に準拠して行った。
(6)融点:示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC−7)により測定した。
(7)流動点:JIS K 2269に準拠して測定した。
(8)2量体及び3量体成分量:ガスクロマトグラフィー(GC)にて測定した。
(9)平均炭素数:NMR測定により、0.9ppm、1.2ppmのピーク面積から求めた。
(10)疲労寿命評価:下記装置を用い下記条件で測定した。
・装置:A&D社製ラジアル式ニードルベアリング疲労評価試験機
・荷重:3000N、温度:120℃、回転数:2000rpm
・ベアリング:ラジアル軸受(ソリッド型ニードルベアリング、NSK LM1710)
・試験条件:装置6基に試験油を満たし、上記の条件で同時にスタートする。各装置が振動リミッター以上になった時間を寿命として記録した。6つのデータをWeibullプロットして、その近似直線から10%破損確率L10(回)、50%破損確率L50(回)を算出した。
(11)油膜厚さ測定:下記装置を用い下記条件で測定した。
・装置:PCS社製EHL極薄膜計測システム(EHD2)
・荷重:20N、温度:120℃、転がり速度:0.2m/s、1.6m/s
実施例1〜7及び比較例1、2
表1に示すとおり、同表に示す基油に各種添加剤を配合して潤滑油組成物を調製した後、得られた潤滑油組成物の各々について、動粘度(40℃、100℃)、粘度指数、150℃のHTHS粘度、−25℃のCCS粘度、せん断試験後粘度(100℃)等の各性状を測定した。また、これらの潤滑油組成物について疲労寿命及び油膜厚さを評価した。なお、表1中の各ポリマーの配合量は、樹脂分としての配合量(質量%)を示す。
それらの結果を表1に示す。
なお、使用した基油及び各添加剤は以下の通りである。
(1)基油
・150N:100℃動粘度;5.28mm/s、粘度指数;104
(2)PMA−1:ポリメタクリレート、質量平均分子量;約35,000
(3)高粘度PAO−1:質量平均分子量;約24,000、100℃動粘度;710mm/s、非晶質、流動点;−30〜−40℃、2量体及び3量体成分量;1質量%以下、原料モノマー;1−デセン
(4)高粘度PAO−2:質量平均分子量;約12,300、100℃動粘度;230mm/s、非晶質、流動点;−30〜−40℃、2量体及び3量体成分量;1質量%以下、原料モノマー;1−デセン
(5)高粘度PAO−3:質量平均分子量;約8,000、100℃動粘度;130mm/s、非晶質、流動点;−30〜−40℃、2量体及び3量体成分量;1質量%以下、原料モノマー;1−デセン
(6)PAO−a:エチレン・プロピレン共重合体、質量平均分子量;約14,000、100℃動粘度;2,000mm/s、粘度指数;300
(7)PAO−b:エクソン・モービル(株)製、SPECTRASYN 100(ポリα−オレフィン(炭素数4〜22のα−オレフィンの重合体))、質量平均分子量;約16,000、100℃動粘度;100mm/s、粘度指数;170
(8)ポリブテン:質量平均分子量;約1,300
(9)OCP:オレフィンコポリマー(エチレン・プロピレン共重合体)、質量平均分子量;約90,000
(10)PMA−2:ポリメタクリレート、質量平均分子量;約400,000
(11)パッケージ添加剤:硫黄系極圧剤:ジチオリン酸亜鉛(10)、無灰系分散剤:ポリブテニルコハク酸イミド(20)、金属系清浄剤:Caフェネート(12.2)、Caスルホネート(5.6)、酸化防止剤:アミン系酸化防止剤(8.9)、フェノール系酸化防止剤(4.4)、その他:摩擦調整剤、防錆剤、金属不活性化剤(5.6)、希釈油:(33.3)。( )内はパッケージ添加剤全量に対する質量%を示す。
本発明の潤滑油組成物である実施例1〜7の組成物は、基油に、本発明規定範囲の分子量のアクリレート系ポリマー又はオレフィン系ポリマー、及び各種潤滑油添加剤を配合して、動粘度(100℃)、HTHS粘度(150℃)を本発明規定の範囲内に調整したものであり、ラジアル疲労寿命及び中央油膜厚さはいずれも優れたものであった。
一方、本発明規定範囲外の分子量のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーを配合した比較例1、2は、いずれも動粘度(100℃)、HTHS粘度(150℃)を本発明規定の範囲内に調整しても、ラジアル疲労寿命及び中央油膜厚さのいずれにも劣るものであった。
本発明の潤滑油組成物は、省燃費性のための低粘度化と疲労寿命の向上のための耐疲労性とを両立し、かつ低温粘度特性に優れるものであり、内燃機関用の潤滑油として、特に、エンジン及び変速用トランスミッションのいずれも潤滑することができることから、二輪内燃機用潤滑油組成物として好適に使用することができる。

Claims (11)

  1. (1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を含有し、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物。
  2. −25℃におけるCCS粘度が7000mPa・s以下であり、粘度指数が135以上である、請求項1記載の潤滑油組成物。
  3. 前記質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーが、炭素数8以上12以下のα−オレフィンから選ばれる少なくとも1種から得られ、100℃における動粘度が100mm/s以上2,000mm/s以下のポリα−オレフィンである、請求項1又は2に記載の潤滑油組成物。
  4. 弾性流体潤滑状態(EHL)の油膜厚さ測定における中央油膜厚さが、転がり速度1.6m/sにおいて50nm以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  5. ラジアル転がり軸受けの疲労寿命評価において、50%破損確率(L50)が3.0×10回以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  6. 前記基油が、さらに粘度指数120超の基油を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  7. 100℃におけるせん断試験後における動粘度が、9mm/s以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  8. 内燃機関用である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  9. 二輪内燃機関用である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の潤滑油組成物。
  10. (1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油に、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を配合して、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物を製造する潤滑油組成物の製造方法。
  11. (1)100℃における動粘度が2mm/s以上7mm/s以下であり、かつ粘度指数が120以下の基油Aを含む基油に、(2)質量平均分子量40,000以下のアクリレート系ポリマー及びオレフィン系ポリマーから選ばれる1種以上、並びに(3)硫黄系極圧剤を含む潤滑油添加剤を配合して、100℃における動粘度が9.3mm/s超12.5mm/s以下であり、かつ150℃における高温高せん断粘度が2.9mPa・s以上である潤滑油組成物が用いられる内燃機関。
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