WO1989001964A1 - Gear oil composition - Google Patents

Description

明 細 書

ギ ヤ 油 組 成 物

技 術 分 野

本発明 は 、 ポ リ 才キ シ アルキ レ ング リ コ ー ル （ 以下単 に ポ リ グ リ コ ール と称する こ と がある ） を基油 と し て 含 有 し て な るギヤ基油組成物 に 関 す る発明であ り 、 更 に 詳 し く は特定 の粘度性状を有 するポ リ 才 キ シ アルキ レ ング リ コ ールを基油 と し て 配.合する こ と に よ り 、 耐摩耗性お よび酸化安定性を改善せ し め た ギ ヤ基油組成物 に 関す る も のである 。

背 景 技 術 ，

歯車を用 い た機械装置は 、 動力 を着実 に被駆動装置へ 伝達 し う る こ と か ら 古 く か ら産業界 に お いて広 く 運転 、 操業さ れて い る 。 かかる歯車装置 は 、 用途に よ っ て 工業 用 と 自動車用 と に 大別さ れ夫々 の使用条件 に応 じ て適切 な性能を有す る ギ ヤ油が使用 さ れ て いる 。

ギ ヤ油 は 、 モ ー タ ー等の動力発生装置か ら の動力 を被 駆動装置へ と伝達する部分の歯車 に おい て 、 その最低 1 組か ら な る歯車同志の摩擦を低減 し 、 動力 の ロ ス を減少 させ歯車の損傷を抑制 し装置の寿命を延長する た めの潤 滑油である 。 現在 、 ギヤ油 と し て は専 ら鉱油系の基油が 採用 さ れ、 こ の基油 に 酸化防止剤 、 極圧剤 、 さ ぴ止め剤 お よび消泡剤な ど が約 0 . 1〜 1 0重量％程度添加さ れた 組 成物 が使用 さ れて いる 。

近年 、 日 本で生産さ れた機械装置が米国 、 ヨ ー ロ ッ パ を は じ め世界各国へ輸出される よ う に な り 、 その出 fi は年々 増加の一途をた ど っ ている 。 これ ら輸出用機械に 対 し て は、 その生産工場において ギヤ油な どの潤滑油を 充塡 して 出荷する方式が序々 に定着化 し は じ め 、 輸出相 手国の使用環境を加味 し た潤滑性能の検討が重用視さ れ て いる 。 こ の よ う に機械装置業界で は 、 需要動向 （ 市場 情勢 〉 の変化に対応 し た潤滑油性能を達成すべ く 潤滑油 生産業界へ働きかけてぉ 、 潤滑油生産業界でもかかる 要求に応えるべ く 鋭意研究開発を行 っ て いる 。

日本国内で は 、 ギヤ油 は主と し て鉱油系の基油が使用 さ れ例えば高温、 高荷重の加わる部分 につ いて も鉱油系 の基油が採用 さ れ、 極圧性や酸化安定性は特殊な添加剤 を配合する こ と に よ り 対処 し て いる と い う のが通常であ る 。

ギヤ油の一例 と し て 、 特開昭 5 9 - 7 5 995号 にて提案さ れ た潤滑油組成物がある 。 こ の発明 は 、 例えば潤滑粘度を 有する鉱油 に特定の構造式で示さ れる有機モ リ ブデン化 合物お よび酸性 （ 亜 ） リ ン酸エステルを必須成分 と し て 配合する こ と に よ り 、 耐摩耗性、 極圧性及び摩擦特性を 改善する こ とを提案 し た ものである 。 こ の よ う な鉱油を 基油 と するギヤ油が 日本国内 において専 ら使用 されて い る理由 は 、 鉱 が比較的安価である こ と に加えて原料の 鉱油を溶剤精製あ る い は水素化精製処理 し て不飽和炭化 水素や金属成分な どの不純物を除去すれば一応従来の歯 車装置のギヤ油用基油 と し て は使用 に耐える とい う こ と に依る 。

合成潤滑油 と し て エス テル、 ポ リ アル フ ァ 一 才 レ フ ィ ンお よ びポ リ グ リ コ ール油な ども 、 旧来よ り ギャ 油 と し て 研究は行われて き て いる 。 一般に合成潤滑油 は 、 合成 条件を コ ン ト ロ ールする こ と に よ り 要求特性 にそ っ た ギ ャの潤滑性能が得 ら れ、 特に摩耗や酸化に よ る劣化の面 で鉱油 よ り も優れた特性を示す と さ れて いる 。 ポ リ グ リ コ ール油の一例 と し て 、，特公昭 4 9 - 1 3 3 9号が提案さ れて お り 、 油 に芳香族 ァ ミ ン 、 脂肪族 フ エ ノ ール及び有機 フ ォ ス フ エ 一 卜 等を添加配合せ し め高温作動時の酸化安 定性、 耐荷重性及び防銷性を改善 し た潤滑剤が開示さ れ て （/、る 。

昨今のギヤ油へ の要求性能 は 、 厳格 の度を増 し 特 に高 搵作動条件下での耐摩耗性お よ び酸化安定性の面で は類 著である 。 現在 、 機械装置業界に お け る ギヤ油 の使用状 況 は鉱油を基油 と す るものが圧倒的シ ェ ア を保有 し て い るが 、 今後 はか よ う な鉱油を基油 と し て そ の欠点を添加 剤で補う と する対処で は市場の要求を到底満足さ せる こ と はできない 。 即ち 、 ギヤ油の 70 %〜 95 %も の割合で配 合さ れている基油の性能向上な く し て は良好な ギ ャ油を 供給す る こ と は不可能であ る 。

こ の よ う な情勢に あ っ て ギ ヤ 油の基油 と し て合成潤滑 油が大い に見直さ れなければな ら な いので あ る が 、 現在 の と こ ろ市場に は安価でかつ充分な性能を有す る合成潤 滑油 は見当 た ら な い と い う のが実状であ る 。 ポ リ グ リ コ ール油 につ い て みれば、 未だ基油 と し て の性状 と分子構 造 レベルでの相関関係の把握が不充分であ っ て む し ろ添 加剤の模索 とその添加量の最適化 に研究の重点がおかれ て い る と い う こ と ができる 。 ま た 、 この よ う に し て 開発 されたポ リ グリ コ ール系の ギヤ油で は、 寒冷地 に おいて 使用 する機械装置に充塡 し運転 し た場合低温粘度特性を 発揮 しえ ず伝達装置が正常に機能 し ない事態を招 く 。

発 の開示

従 っ て 、 本発明 に おいて 目 的 とする と こ ろ は 、 添加剤 の支持によ る こ とな く 、 耐摩耗性が良好であ り 、 髙温及 び中高速回転下で安定性が良好であ っ て 、 低温での流動 性が良好で あ り 、 しかも比較的安価に供給 し う る 、 とい う条件を満足 し う る合成潤滑油系ギ ヤ油を提供する こ と である 。

本発明者 ら は 、 かかる問題点に鑑み鋭意研究を積重ね た結果、 特定のボリ 才キシ アルキ レ ング リ コ ールを基油 と し て採用 す れば、 高温使用条件における耐摩耗性及び 酸化安定性を著 し ぐ改善 しう るばか り でなく 低温使用条 件に おいて も優れた粘度特性を発揮する こ と ができる こ と を確認 し本発明.を完成する に至 っ た 。

即ち 、 本発明の要旨 は、 ポ リ オキシ アルキ レ ング リ コ 一ルを基油 と す る ギヤ油組成物 に おいて 、 当該ボ リ.才キ シアルキ レンダ リ コ ールが炭素数 2 〜 4 の アルキ レ ン 才 キシ ド の群か ら 選択さ れ る 1 種 ま た は 2 種以上 を 開 環 重合 ま た は開環共重合 して得 ら れる重合体であ り 、 かつ 5 廳 ² / s 以上 20應 ² Z s 未満の粘度 （ 100°C ) で あ る 基油 を含んでなる ギ ヤ油組成物 に 関す るものである 。

まず 、 本発明のポ リ 才 キ シ アルキ レ ング リ コ ールに つ い て説明 する 。 本発明のポ リ グ リ コ ールは 、 炭素数 2〜 4 の アルキ レ ン 才キシ ド即ち エ チ レ ン 才キ シ ド 、 プ ロ ピ ン 才 キ シ ド 、 ブチ レ ン 才キ シ ド及びイ ソ プチ レ ン 才 キ シ ドか ら選択さ れる 1 種又 は 2種以上を 開環重合 ま た は 開 環共重合 し て得 ら れる ffi.合体で あ る 。 従 っ て 、 ポ リ ェ チ レ ング リ コ ール 、 ポ リ プ ロ ピ レ ン グ リ コ ール、 ポ リ ブチ レ ング リ コ ール、 ポ リ イ ソ プチ レ ング リ コ ール、 ェチ レ ン 才キ シ ド と プ ロ ピ レ ン 才 キ シ ド と の開環共重合体お よ びプ ロ ピ レ ン 才キ シ ド とブチ レ ン 才キ シ ド と の開環共遨 合体な ど が例示さ れる 。 ポ リ アルキ レ ン グ リ コ ー ルの平 均分子量は 、 ほぼ 800〜 2300の 範囲で 、 例えばポ リ プ ロ ピ レ ン グ リ コ ールの場合 、 平均分子量 1000〜 2000の重合 体が採用 さ れる 。 かかるポ リ 才キ シ アルキ レ ング リ コ ー ルは 、 特定さ れた 粘度特性を有する こ と が必要で 、 100 ■Ό に お ける粘度が 5 廳 ² Z S 以上 20顧 ² / s 未満でな け れぱな ら ない。 100^ に お い て 5 纖 ² / S 未満の粘度を 有す るポ リ オキ シ アルキ レ ング リ コ ールは 、 髙溫使用 条 件に おいて耐摩耗性が小さ く 酸化安定性ち小さ いので好 ま し く な く 、 20顧 ² /s以上の粘度を有する ポ リ オ キ シ ァ ルキ レ ング リ コ ー ル は低温使用条件に おい て 流動性が悪 く 充分な潤滑効果が得 ら れな い 。 寒冷地で使用 さ れる機 械の ギ ャ油 に おい て は 、 特に 、 低湿粘度に対す る要求が 厳 し いが、 本発明 におい て一 40°Cで 6X 10⁴ mpa · s 〜 95 x 10⁴ mpa ♦ s の粘度を有するポ リ 才キシ ァルキ レ ン グ リ コ ールを選択すればさ ら に好ま し い潤滑効果を得る こ とができる 。 本発明のギヤ油 と し て特に好ま し い基油 は、 100°G において 8臓 ² Z S 〜 19.8顔 ² / S の粘度を 有 し 、 一 40°G に おいて 10X 10⁴ mpa · s 〜 40x 10⁴ mpa ♦ s の粘度を有するポ リ プ ロ ピ レ ング リ コ ールま た はポ リ エチ レ ンダ リ コ ールて：ある 。

本発明のポ リ 才 キ シ アルキ レ ング リ コ ールは公知の方 法に依 っ て製造する こ とができる 。 例えば、 ポ リ プ ロ ピ レ ング リ コ ールはプロ ピ レ ン ォキシ ドを金厲アルコ ラ一 卜 敏媒の存在下に水ま た はアルコ ールを重合開始剤 と し て作用 させ 1atn！〜 10atm の圧力 、 100°C〜 150°C の温度 において重合反応を行 っ て製造する こ とができる 。

本発明のポ リ 才キシアルキ レ ング リ コ ー ルは、 例 えば ポ リ プ ロ ピ レング リ コ ールを単独で用 いて も良い し 、 こ れにポ リ エチ レ ング リ コ ールあ る いはポ リ ブチ レ ング リ コ ールを混合 し て基油を構成する こ ともでき る 。 混合に よ り 基油のポ リ アルキ レ ング リ コ ールを得るの は 、 上記 粘度特性を適合化するの に極め て有効な方法である 。 即 ち 、 髙分子量で低温粘度の高いポ リ プ ロ ピ レング リ コ ー ルであ っ ても 、 こ れに比較的低分子量で低温流動性の髙 いポ リ エチ レ ング リ コ ールを配合すれば適正な粘度特性 を有するポ リ 才キシアルキ レ ング リ コ ール基油を容易 に 得るこ とができる 。 同様に し て 、 本発明のポ リ オキシァ ルキ レ ング リ コ ー ル に は他の エ ステルを混合 す る こ と ち できる 。 エステル と し て は 、 モ ノ エ ステル、 ジエ ステル ポ リ エステル （ エステル結合を 3 以上有す るもの ） が挙 ら れ 、 モ ノエステル と し て は炭素数 1 5以上の脂肪族エス テル、 ジエステル と し て は炭素数 4〜 1 4の脂肪族ニ塩 酸 と炭素数 4〜 1 4の モ ノ アルコ ー ル と の エス テル化 に よ つ て合成さ れるエス テルで 、 ポ リ エステル と し て は炭素 数 4〜 1 3の三価 アル コ ール と炭素数 3〜 1 3の脂肪酸 との 合成に よ っ て得 ら れる 卜 リ エス テル及び炭素数 5〜 1 0の 四価アルコ ール と炭素数 5〜 1 0の脂肪酸 と の エステルと の合成に よ っ て得 ら れる テ 卜 ラ エステルな どであ る 。 特 に好 ま し いもの は 、 ジ エステル及び、 卜 リ エステルでお り 、 例え ばジ ー （ イ ソ デシル ） ア ジぺ ー 卜 、 ジ ー （ 才 ク チル ） セバケ一 卜 、 ジ ー （ 才 ク チル ） ァゼ レ ー 卜 、 卜 リ メ チ ロ ールプ ロ パン 卜 リ ー ヘプ タ ノ エ ー 卜 及ぴ 卜 リ メ チ ロ ールプ ロ ゾ ン 卜 リ ー 才 ク タ ノ エ ー 卜 な どが偶 示さ れる 。 こ れ ら エステルは、 ポ リ アルキ レ ング リ コ ー ルの酸化安定 性 を 向 上 し う る 効 果 が あ り 、 特 に 低粘度 ( 1 00 に おいて 5膽 ² / S〜 2 0廳 ² / S ) のポ リ アル キ レ ング リ コ ールを基油 と す る場合 に エステルを約 1 0〜 5 0重量％含有さ せ る こ と に よ り ギヤ 油の潤滑特性を著 し く 高め る こ と ができる 。

本発明の ポ リ グ リ コ ール系合成潤滑油 は 、 ギヤ油 と し て広 く 利用 す る こ と ができ特に 工業用 ギヤ 油 と し て 用 い た場合 に 得 ら れる効果 は大で あ る 。 即 ち 、 髙搵 、 高荷重 条件で使用 される ギヤ油 、 低温か ら高温ま で温度変化 大きい条件で使用 される機械用 の ギヤ油な ど と し て有効 に利用できる 。 ポ リ グ リ コ ール基油に は 、 それ ら 用途に 応 じ 公知の添加剤 が配合さ れ る 。 添加剤 と し て は 、 芳 香族ァ ミ ンの如き酸化防止剤 （ 約 0.3〜 5重蛰％ ) 、 卜 リ ク レジルホスフ エ ー 卜 の如き極圧剤 （約 0.3〜 13重量 % ) 、 金属不活性剤 （ 約 0.01 〜 3重盘％ ) 防鎮剤 （ 約

0, 05 〜 2重量％ ) 、 油.性向上剤 （ 約 0.01 〜 3重量％ ) 及び消泡剤 （ 約 0.0005 〜 0.02 重 な どが適宜添. 加される 。 添加剤の総添加釐は 3〜 15重量％程度 とさ れ、 鉱油基油の場合の如 ぐ粘度指数添加剤 は必要 と さ れない 。

本発明のポ リ オキシ アルキ レ ング リ コ ールは 、 才キシ アルキ レンが開環重合 し た一種のポ リ エーテルであ るた め 、 高温条件であ酸化安定性があ り 流動性も良好である 。 ま た 、 特定の髙搵粘度及び低温粘度を有するため 、 一種 の粘度指数向上剤 と し て機能する 。 ポ リ 才キシアルキ レ ング リ コ ールは、 末端に水酸基 （ アルコ ール ） が存在 し ているので 、 高温作動時に は若干酸化安定性が低下する こ とがあるが、 芳香族ァミ ン系化合物 と い っ た酸化防止 剤 との粗互作用 が良いので潤滑特性の良い製品ギヤ油 と して機能する 。

発明を実施する た めの最良の形態

実施例 1 〜 6

本発明の ギヤ油組成物 （ A〜 F ) を 、 ポ リ 才キシ アル キ レ ング リ コ ール （ ポ リ プ ロ ピ レ ング リ コ ール ま た はポ リ エ チ レ ング リ コ ール ） を基油 と し 、 こ れ に 添加剤 と し て 極圧剤 （ 卜 リ ク レ ジルフ ォ ス フ ヱ イ 卜 ） と酸化安定剤 ( 芳番族ァ ミ ン系酸化防止剤 ） と を配合 し て 調製 し た 。 こ れ ら本発明の ギヤ油の組成 と 、 100°C及び— 40^eC の粘 度性状 と は 、 第 1 表の と お り で ある 。

調製 し た本発明の ギ ヤ油組成物 の摩擦試験を次の方法 に 依 り 測定 し た 。 ま ず 、 四球摩擦摩耗試験機 （ シ ェ ル式 ） を用 い 、 油温 150°C 、 回転数 1800rpm 及び荷重 25½にセ ッ 卜 し 、 30分問試験機を作動 さ せた 。 ½イ ン チの ロ ー ラ 一 の摩擦痕径を測定 し た と こ ろ 、 第 2 表 に 示す結果を得 た 。

次 に IAE ギ ヤ試験機を用 い 、 油温 140Τ) 、 ギ ヤ 回転数 7000 ΓΡΠ1 、 荷望 60 Lbsの条件 に セ ッ 卜 し 、 3 時間 試験機 を運転 し た 。 そ の後 、 大歯車 と 小歯車の重量減 と を測定 し た と こ ろ 、 第 2 表に示す結果を得た 。

更に 、 本発明の ギヤ油組成物 につ き 、 酸化安定性試験 を行 っ た 。 Fed.791b.5308 に 準拠 し 油搵 150°C及び試験 時間 200時間の条件を採用 し た 。 そ の後粘度変化率 （ ％ 、 @ 100°C ) 、 全酸価増加 ( K0H/ 3 ) 、 ペ ン タ ン β 法 に よ る油中不溶解分 （ 重量％ ) 及び鉄 と銅 と の金属重量 変化量 ( ^ Z ) と を測定 し た と こ ろ 、 第 2 表 に示す結 果を得た 。

比較例 1 〜 4

市販の ATF-DH 、 ATF-0I ' 、 ギ ヤ油 75W-90お よ びジ エス テル油 （ D I ί) A、 ジ イ ソ デ シルア ジペ ー ト 〉 の基油 に 粘度指数向上剤 、 耐摩耗及び酸化防止剤その他の添加剤 を所定量配合 し試料油 a 〜 d を調製 し た （ ジエステルは 粘度指数向上剤を配合せず ） 。 組成 と性状は、 第 Ί 表の とお り である 。

次に 、 これ ら比較用試験油 につ いて実施例 1 〜 6に示 し た と全 く 同一条件及び同一方法で耐摩耗性 と 酸化安定 性 とを測定 した 。 こ の結果、 比較用試料油が第 2表に示 す潤滑性能を有する こ と.がわか つ fc _α

以上の実施例 1 〜 6 と比較例 Ί 〜 4 とか ら 、 本発明 の ポリ グ リ コ ール系ギヤ油 は、 耐摩耗性の点で従来の ATF -DITや 75W-90ギャ油 とほぼ同等であるが 、 粘度特性 と酸 化安定性の点ではるか に擬れた性能を有する こ と がわか る 。 ま た 、 本発明 のポ リ グ リ コ ール系ギヤ油をエステル 油 （DIDA)と比べる ど、 耐摩耗性お よび粘度特性に おいて 大き く 改善さ れる こ と がわかる 。

第 1表 ギ ヤ 油 組 成

注） * A F及び dにはトリクレジルフォスフユ-に芳香族丁ミンを含有 （粘度指数向上剤は含まず） a及び bには粘度指欸向上剤を 7重量％含有。

cには粘度指数向上剤 2 0重量 5 &含有。

第 2表 性 実施例 比較例

1 2 4 6 9 3 4

A B C D E F a b e d

PPG PEG ΛΤΓ-DD ATF-DE' 75 w- 90 醒 粘 度 特 性 o 〇 O O 〇 〇 x X X Δ 四球摩耗試験. 0.45 0.35 0.31 0.30 0.37 0.33 0.48 D.46 0.42 0.50 摩耗痕径（關）

I AEギヤ試験. 65 18 10 70 20 80 75 34 200 ギヤ重量減

粘度変化率（％) 1.00 1.00 1.02 l.ai 1.03 1.03 1.06 1.06 1.12 1.01 @ 100°C

全 酸価増加 0.8 0.7 0.4 0.4 0.75 0.4 1,50 1,40 2.50 0.10 jn KOl g )

油中不溶解分 0.ϋ3 0.03 0.01 0.01 0.02 0.02 0.05 0.05 3.40 0.01 Cw t %)

Fe (w^ cm² ) -0.02 -0,02 —0.01 +0.01 ±0.01 ±0.00 - 0.03 + 0.01 0.03 + 0.01 Cu (ψ Zcm² ) +0.01 +0.01 ±0.00 -0.01 -0.10 -0.10 一 1.40 一 1.35 -G1.2 一 0.01

産業上の利用 可能性

ポ リ 才キ シ アルキ レ ング リ コ ール系合成潤滑油を含有 す る本発明の ギ ヤ油組成物 は 、 高温時の酸化安定性、 耐 摩耗性 、 低搵時の流動性が極め て 良好で あ り 、 従来の鉱 油系潤滑油やエステル系潤滑油 よ り も劣化が少な く 潤滑 性能が髙いた めメ ンテナ ンス フ リ ー かつ ロ ー コ ス ト で使 用でさる 。

Claims

請 求 の 範 囲

ポ リ 才キシ アルキ レ ング リ コ ールを基油 と するギヤ油 組成物 に おいて 、 当該ポ リ オ キシアルキ レ ング リ コ ール が炭素数 2 〜 4 の アルキ レン 才キシ ドか ら選択される 1 種ま た は 2種以上を開環重合 ま た は開環共重合 し て え ら れる重合体であ り 、 かつ 5顧 ² Z s 以上 20 ² Z s 未満 の粘度 （ 100で ） を有する こ と を特徴 とするギヤ油組成 物 。