JP5248022B2 - 自動変速機用潤滑油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、走行初期の摩耗に影響する初期粘度を保持しつつ、省燃費性及び部品耐久性を両立させることができる自動変速機用潤滑油組成物に関する。

近年の車両用潤滑油は、省燃費性を考慮し、攪拌抵抗を減らす為、従来粘度よりも低粘度化の方向にある。自動変速機用潤滑油においても、低粘度化することでトルクコンバータやオイルポンプ等の攪拌抵抗を低減させ、燃費向上に有効であるとされている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、自動変速機油の低粘度化は耐摩耗性や部品耐久性に影響を与える可能性があるため、その性能維持の役割を、分子量が小さい粘度指数向上剤が担っている場合が多い。例えば、重量平均分子量（Ｍｗ）が４０，０００以下の粘度指数向上剤を用いることで、粘度特性を長期にわたって維持したり（特許文献２参照。）、また、特定の分子量範囲の粘度調整剤を選択する事で、低温操作性に影響する低温粘度特性及び摩耗に影響する高温粘度を同時に改善している（特許文献３参照。）。

現在、市場の自動変速機油は、１００℃における動粘度が７．０ｍｍ^２／から９．０ｍｍ^２／ｓの間にあるものが一般的であり、多くの自動変速機はこの一般的な粘度の自動変速機油を使用することを想定して設計されている。これは、自動変速機油の高温粘度の確保が摩耗の抑制や部品耐久性を確保することが知られているので、多くの自動変速機においては、一般的粘度よりも大幅に低粘度化された自動変速機油の使用は耐摩耗性の悪化を生じる事が懸念されるためであると考えられる。特に摺動部分で比較的初期のなじみ段階で生じる初期摩耗の悪化が懸念されるため、初期のなじみ段階においては粘度がより高いことが望ましいと考えられている。

一方で、高い初期粘度は初期のなじみ段階での省燃費性を低下させるため、自動変速機油には適切な初期粘度が求められる。さらに、初期のなじみ後には、より優れた省燃費性を速やかに発揮するために、自動変速機油は部品耐久性が確保される範囲で速やかに粘度低下することが望ましい。そして、長期的にその粘度を維持する事が必要である。
このように、多くの自動変速機に省燃費性能を付与する自動変速機油としては、初期なじみに対応し省燃費性を発揮する初期粘度の保持、初期なじみ後に高い省燃費性を発揮するための速やかで適切な粘度低下、長期的な部品耐久性を確保するための粘度の保持が求められる。しかし、これらを併せ持つ自動変速機油は得られていなかった。

特開２００４−１６９０２５号公報 特開２００４−１５５８７３号公報 特表２００２−５０９１８２号公報

本発明は、適切な初期粘度を保持しつつ速やかに粘度低下を生じ、長期的にその粘度を維持することにより、市場の多くの自動変速機で省燃費性が得られる自動変速機油組成物を提供することを目的とする。

本発明者は上記状況に鑑み、鋭意研究を進めた結果、特定の性状を有する基油に２種類の特定の粘度指数向上剤を組み合わせて配合することにより、従来の自動変速機用潤滑油組成物では困難であった、初期粘度の保持と速やかな粘度低下による長期使用時の省燃費性及び部品耐久性を両立させることのできる自動変速機用潤滑油を得ることができることを見出した。

すなわち、本発明は、（Ａ）鉱油系基油を７０質量％以上含有し、４０℃における動粘度が９〜２０ｍｍ^２／ｓの基油に、（Ｂ）重量平均分子量（ポリスチレン換算）が１５，０００〜７０，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤を０．５〜２０質量％、及び（Ｃ）重量平均分子量が１００，０００〜５００，０００のポリメタクリレート系粘度指数向上剤を０．５〜１５質量％含有し、（Ｄ）（Ｃ）成分に対する（Ｂ）成分の含有比率が質量比で３〜１０であり、（Ｅ）組成物の１００℃における動粘度が５．２〜６．５ｍｍ^２／ｓであり、（Ｆ）粘度指数が１８０以上であり、−４０℃でのＢＦ粘度が５，０００〜８，９００ｍＰａ・ｓあることを特徴とする自動変速機用潤滑油組成物を提供するものである。

本発明の自動変速機用潤滑油組成物は、（Ａ）成分としての基油および（Ｂ）成分、（Ｃ）成分として２種類のポリメタクリレート系粘度指数向上剤の相乗効果により、これまでは困難とされてきた走行初期の摩耗に影響する初期粘度の保持と、省燃費性及び部品耐久性を兼ね備えることができる。
また、本発明の自動変速機用潤滑油組成物をＡＴ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ、自動変速機）、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ
Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ、連続無断変速機）、その他の湿式クラッチを有する車両用自動変速機、パワーステアリング、一般作業用油圧作動装置、流体継手等多くの機械、特にせん断による粘度低下が発生する装置に用いることにより、初期使用時から長期使用時において、性能良好であり且つ環境負荷低減に寄与することができる。

本発明では、（Ａ）成分として、鉱油系基油を７０質量％以上含有し、４０℃における動粘度が９〜２０ｍｍ^２／ｓの基油を用いる。４０℃における動粘度を９〜２０ｍｍ^２／ｓにすることで、自動変速機用潤滑油として目的とする潤滑特性を得ることが可能である。４０℃における動粘度は、より好ましくは９〜１４ｍｍ^２／ｓである。
基油としては、鉱油系基油、合成系基油又はこれらの混合物が用いられる。

鉱油系基油としては、上記の性状を満たすものであればどのような精製方法や処理を施されたものでもよく、製法に制限はないが、鉱油の水素化精製油、触媒異性化油などに溶剤脱蝋または水素化脱蝋などの処理を施した、高度に精製されたパラフィン系鉱油
（高粘度指数鉱油系潤滑油基油） が好ましく使用される。また、上記以外にも様々な製造法により得られた鉱物系基油が使用できるが、例えば、鉱油系潤滑油原料をフェノール、フルフラールなどの芳香族抽出溶剤を用いた溶剤精製により得られるラフィネート、シリカ−アルミナを担体とするコバルト、モリブデンなどの水素化処理触媒を用いた水素化処理により得られる水素化処理油などが挙げられ、例えば、１００ニュートラル油、１５０ニュートラル油、５００ニュートラル油などを挙げることができる。これらの鉱油系基油は、本願で規定した性状を満たす限りそれぞれ１種単独で用いてもよいし、２種以上を任意の割合で組み合わせ混合し使用してもよい。

合成系潤滑油基油としては、例えば、メタン等の天然ガスを原料として合成されるイソパラフィン、ポリ−α−オレフィンオリゴマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオールエステル、ポリグリコールエステル、二塩基酸エステル、リン酸エステル、シリコン油などを挙げることができる。
（Ａ）成分の基油は、本願で規定した性状を満たす限り、鉱油系基油及び合成系基油のそれぞれ１種単独で用いてもよいし、２種以上を任意の割合で組み合わせ混合し用いてもよい。

また、本発明の基油成分である（Ａ）成分は、上記に記載した１種又は２種以上の鉱油系潤滑油基油に、１種又は２種以上の合成系潤滑油基油を混合し用いることができる。添加剤の溶解性の観点から（Ａ）成分のうち鉱油系基油は少なくとも７０質量％以上含まれている。

本発明では、（Ｂ）成分として重量平均分子量（Ｍｗ）が１５，０００〜７０，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤（以下、ＰＭＡ系粘度指数向上剤ということがある。）を用いる。本発明における重量平均分子量（Ｍｗ）とはゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定された分子量算定用標準ポリスチレン換算である。

ＰＭＡ系の粘度指数向上剤は、Ｍｗが１５，０００〜７０，０００であれば、式（１）に例として示すような分散型でも、式（２）に例として示すような非分散型でも良く、特に制限されることなく選択される。また窒素化合物やポリアルキレングリコールエステルなどの極性モノマーの単位を含むものでも、炭化水素以外の元素成分を含むものでも良い。また、構造の一部がポリメタクリレート以外の高分子化合物であっても、ポリマーの大部分がポリメタクリレートであり、一般にＰＭＡ系粘度指数向上剤として使用されているもので、且つ本発明の目的を達成する特定の性状を有するものであれば、その商品分類に制限されることなく使用することができる。ポリマーの大部分がポリメタクリレートとは、メタクリレート単位の割合が、ポリマー全体の８０モル％以上であることが好ましい。

本発明におけるＰＭＡ系粘度指数向上剤のＭｗは、１５，０００〜７０，０００であれば目的とする性能を得ることができるが、好ましくは２０，０００〜６０，０００、より好ましくは２０，０００〜５５，０００である。Ｍｗを１５，０００以上とすることで、自動変速機用潤滑油に必要な粘度指数向上効果が得られる。また、Ｍｗを７０，０００以下とすることで、機械から受けるせん断に対して初期及び長期的に安定である。また（Ｂ）成分の含有量は、０．５〜２０質量％であり、さらに好ましくは３〜２０質量％である。０．５質量％未満であると、例え十分な粘度指数向上効果が得られる量の（Ｃ）成分を配合したとしても、初期・中期・長期のいずれにおいても機械から受けるせん断に対して不安定であるため、必要以上の粘度低下を生じ好ましくなく、３０質量％を超えると、機械から受けるせん断に対して安定であるため、初期なじみ後に十分な粘度低下が生じない。

（式中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜２０のアルキル基である。ｋは1以上の整数である。）

（式中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜２０のアルキル基であり、Ｒ^２はＨ又はＣＨ_３であり、Ｘはアミノ基、エステル基又はスルホン酸基である。ｍ及びｎは１以上の整数である。）

本発明においては、（Ｃ）成分として重量平均分子量（Ｍｗ）が１００，０００〜５００，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤を用いる。ＰＭＡ系の粘度指数向上剤は、Ｍｗが１００，０００〜５００，０００であれば、式（１）に例として示すような分散型でも、式（２）に例として示すような非分散型でも良く、特に制限されることなく選択される。また窒素化合物やポリアルキレングリコールエステルなどの極性モノマーの単位を含むものでも、炭化水素以外の元素成分を含むものでも良い。また、構造の一部がポリメタクリレート以外の高分子化合物であっても、ポリマーの大部分がポリメタクリレートであり、一般にＰＭＡ系粘度指数向上剤として使用されているもので、且つ本発明の目的を達成する特定の性状を有するものであれば、その商品分類に制限されることなく使用することができる。

本発明におけるＰＭＡ系粘度指数向上剤のＭｗは、１００，０００〜５００，０００であれば目的とする性能を得ることができるが、好ましくは１２０，０００〜５００，０００、より好ましくは１２０，０００〜４５０，０００である。Ｍｗを１００，０００以上とすることで、長期使用時における省燃費性能を付与することができる。また、Ｍｗを５００，０００以下とすることで、基油に対する溶解性が良好である。
また、（Ｃ）成分の含有量は、０．５〜１５質量％であり、さらに好ましくは１〜１５質量％である。０．５質量％未満であると、例え十分な粘度指数向上効果が得られる量の（Ｂ）成分を配合したとしても、中期・長期において望まれる適度な粘度低下が得られないため好ましくなく、３０質量％を超えると、機械から受けるせん断の影響が生じやすく、長期使用時の粘度保持性が悪化する。

（Ｂ）成分および（Ｃ）成分のＰＭＡ系粘度指数向上剤は、式（１）及び式（２）において、Ｒ^１が炭素数１〜２０のアルキル基の異なる各種アルキルメタクリレートの共重合体であってもよい。
また、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の原料モノマーや化学構造は、同じものでも、異なるものでも良いが、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の重量平均分子量（Ｍｗ）の差が３０，０００以上あるものが好ましく、より好ましくは４０，０００以上、最も好ましくは５０，０００以上である。また本発明に用いられる（Ｂ）成分および（Ｃ）成分のＰＭＡ系粘度指数向上剤は、本発明の目的を達成するためのポリメタクリレート系の構造を有するものであれば、上記の具体例に限定されることなく、一般に潤滑油用粘度指数向上剤（ポリマー）として用いられるものならば使用することができる。なお、粘度指数向上剤としては、エンジン油等でオレフィンコポリマー（ＯＣＰ）も使用されているが、本発明では低温粘度が悪化するため使用できない。
（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分であるＰＭＡ系年度指数向上剤はそれぞれ単独でも、２種以上を混合させても良い。

本発明の自動変速機用潤滑油組成物は、該組成物の１００℃における動粘度が５．２〜６．５ｍｍ^２／ｓ、好ましくは５．８〜６．５ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が１８０以上である。動粘度が５．２ｍｍ^２／ｓ未満であると、低粘度に起因する初期摩耗の悪化が懸念され好ましくない。一方、６．５ｍｍ^２／ｓを越えると、走行初期の省燃費性が得られず好ましくない。また、粘度指数が１８０未満では常温域での粘度が高まるため省燃費性が低下し好ましくない。粘度指数に上限はないが、実際には２３０以下になる場合が多い。また、低温時の応答性から−４０℃でのＢＦ粘度は、８，９００ｍＰａ・ｓ以下であり、−４０℃でのＢＦ粘度の下限は５，０００ｍＰａ・ｓ以上である。

また、本発明での（Ｂ）、（Ｃ）成分の合計量としては、好ましくは４〜２０質量％であり、最も好ましくは５〜１５質量%である。この範囲とすることで、より一層の摩耗防止性と省燃費性の両立効果が得られる。
本発明においては、（Ｃ）成分に対する（Ｂ）成分の含有比率、すなわち、（Ｂ）成分の含有量／（Ｃ）成分の含有量の比率が、質量比で３〜１０であり、特に好ましくは４〜７である。この範囲とすることで、より一層の省燃費性と部品耐久性の両立効果が得られる。

本発明の自動変速機用潤滑油は、上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分のほかに、必要に応じて、公知の添加剤、例えば、無灰型分散剤、金属型清浄剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、さび止め剤、摩擦調整剤、酸化防止剤、腐食防止剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、消泡剤、着色剤、自動変速機油用パッケージ添加剤、あるいはこれらのうち少なくとも1種を含有する各種潤滑油用パッケージ添加剤などを添加することができる。

上記の無灰型分散剤としては、アルケニルコハク酸イミド、アルケニルコハク酸エステル、長鎖脂肪酸とポリアミンとのアミド（アミノアミド型）、あるいはこれらのホウ素化物誘導体などが挙げられる。金属型清浄剤としては、中性、塩基性、過塩基性のスルホネート、フェネート、サリシネート、ホスホネートなどが挙げられる。油性剤としては、オレイン酸、ステアリン酸、高級アルコール、アミン、エステル、硫化油脂、酸性リン酸エステル、酸性亜リン酸エステルなどが挙げられる。摩耗防止剤としては、ジチオリン酸金属塩、チオリン酸金属塩、硫黄化合物、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステルやそのアミン塩などが挙げられる。極圧剤としては、炭化水素硫化物、硫化油脂、ジチオリン酸亜鉛、リン酸エステル、亜リン酸エステル、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニルなどが挙げられる。

さび止め剤としては、カルボン酸やそのアミン塩、エステル、スルホン酸塩、ホウ素化合物などが挙げられる。摩擦調整剤としては、有機モリブテン化合物、多価アルコール部分エステル、アミン、アミド、硫化エステル、リン酸エステル、酸性リン酸エステルやそのアミン塩などが挙げられる。酸化防止剤としては、アミン系、フェノール系、硫黄系の酸化防止剤などが挙げられる。腐食防止剤としては、ベンゾトリアゾール、アルケニルコハク酸エステルなどが挙げられる。流動点降下剤としては、ポリメタクリレート、ポリブテンなどが挙げられる。消泡剤としては、シリコン化合物、フルオロシリコン化合物、エステル系などが挙げられる。
本発明の自動変速機用潤滑油組成物は、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分、必要に応じて上記添加剤を配合し、混合することにより、製造することができる。

次に、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

(実施例１〜３)
下記の基油及び添加剤を表１に示された配合量で混合して自動変速機用潤滑油組成物を調製した。得られた自動変速機用潤滑油組成物の性能特性を表１に示す。なお、配合は組成物の１００℃粘度が６．０〜６．４ｍｍ^２／ｓで、粘度指数が１８０以上となるよう実施した。
(比較例１〜５)
実施例と同様に、下記の基油及び添加剤を表２に示された配合量で混合して自動変速機用潤滑油組成物を調製した。得られた自動変速機用潤滑油組成物の性能特性を表２に示す。

＜基油＞
基油Ａ：水素化精製パラフィン系基油で４０℃粘度が１０ｍｍ^２／ｓのもの
基油Ｂ：水素化精製パラフィン系基油で４０℃粘度が１５ｍｍ^２／ｓのもの
基油Ｃ：高度精製鉱油系基油で４０℃粘度が１１ｍｍ^２／ｓのもの
基油Ｄ：高度精製鉱油系基油で４０℃粘度が２０ｍｍ^２／ｓのもの
基油Ｅ：ポリ−α−オレフィンで４０℃粘度が１７ｍｍ^２／ｓのもの

＜添加剤＞
添加剤Ｆ：自動変速機油用パッケージ添加剤（実質的に粘度指数向上剤を含有しない）
添加剤Ｇ：重量平均分子量（Ｍｗ）が２０，０００である非分散型ＰＭＡ系粘度指数向上剤
添加剤Ｈ：重量平均分子量（Ｍｗ）が５２，０００である非分散型ＰＭＡ系粘度指数向上剤
添加剤Ｉ：重量平均分子量（Ｍｗ）が１５０，０００である分散型ＰＭＡ系粘度指数向上剤
添加剤Ｊ：重量平均分子量（Ｍｗ）が４５０，０００である非分散型ＰＭＡ系粘度指数向上剤
添加剤Ｋ：重量平均分子量（Ｍｗ）が４００，０００である分散型ＰＭＡ系粘度指数向上剤
＊なお、添加剤Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの分子量（Ｍｗ）は、分子量算定用標準ポリスチレン換算である。

試験方法：
初期のなじみ段階、中期のなじみ後、長期使用時を想定したせん断安定性評価として、以下に示すせん断レベルの異なる３種類の試験方法で試験を実施した。

（１）せん断安定性試験１：
ＪＰＩ−５Ｓ−２９−８８に準拠して実施した。下記の試験条件で超音波照射し、１００℃粘度の低下率を求めた。この試験は、３種類のせん断試験の中で最もせん断レベルが低く、初期なじみ段階での粘度低下の指標となる。１００℃粘度低下率が少なければ少ないほど、走行初期時の粘度保持性が良好とした。
試験条件の超音波出力及び照射時間は、以下のようにした。
超音波出力：ＡＳＴＭ標準油Ａに１０分間超音波を照射して、４０℃粘度を１５％低下させる出力、
照射時間：３０分間

（２）せん断安定性試験２：
ＪＡＳＯ Ｍ３４７−０５に準拠して実施した。下記の試験条件で超音波照射し、１００℃粘度の低下率を求めた。この試験は、３種類のせん断試験の中で中間のせん断レベルであり、なじみ後の中期使用時の粘度低下の指標となる。１００℃粘度低下率が９〜１５％を判断基準とした。粘度低下率が９％未満では、なじみ後の速やかな粘度低下が望めず、粘度低下率が１５％を超えると、異常摩耗や部品損傷が懸念される。
試験条件の超音波出力及び照射時間は、以下のようにした。
超音波出力：ＡＳＴＭ標準油Ａに１０分間超音波を照射して、１００℃粘度を３０％低下させる出力、
照射時間：６０分

（３）せん断安定性試験３：
ＣＥＣ−Ｌ−４５−Ａ−９９に準拠して実施した。下記の試験条件で実施し、１００℃粘度の低下率を求めた。この試験は、３種類のせん断試験の中で最もせん断レベルが高く、長期使用時の粘度低下の指標となる。１００℃粘度低下率が９〜１５％を判断基準とした。粘度低下率が９％未満では、十分な省燃費性が望めず、粘度低下率が１５％を超えると異常摩耗や部品損傷が懸念される。
試験条件のモーター回転数、試験荷重、試験時間は、以下のようにした。
モーター回転数：１４７５ｒｐｍ、
試験荷重：５０００Ｎ、
試験時間：２０時間

上記の実施例は、せん断安定性試験１、２及び３のいずれも、優れた結果を示しており、初期粘度を保持しつつ、省燃費性及び部品耐久性を両立させるという、目標を満足することが明らかになった。
一方、（Ｃ）成分を含有しない比較例１及び５では、せん段安定性試験１でのせん断安定性に優れるが、せん断安定性試験２及び３での粘度低下率が小さく優れた省燃費性が発揮されない。逆に（Ｂ）成分を含有しない比較例２、３では、せん断安定性試験１での粘度低下率が大きく、初期なじみ段階での耐摩耗性に劣る。さらに、せん断安定性試験２及び３での粘度低下率も大きく、省燃費効果は期待されるが、長期使用時の異常摩耗や部品損傷が懸念される。
また、（Ｃ）成分に対する（Ｂ）成分の含有比率が本発明の範囲から低く外れている比較例４でも、せん断安定性試験１〜３での粘度低下率が大きく、初期摩耗及び長期使用時の異常摩耗や部品損傷が懸念される。

Claims (4)

1. （Ａ）鉱油系基油を７０質量％以上含有し、４０℃における動粘度が９〜２０ｍｍ^２／ｓの基油に、
   （Ｂ）重量平均分子量（ポリスチレン換算）が１５，０００〜７０，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤を０．５〜２０質量％、及び
   （Ｃ）重量平均分子量が１００，０００〜５００，０００のポリメタクリレート系粘度指数向上剤を０．５〜１５質量％含有し、
   （Ｄ）（Ｃ）成分に対する（Ｂ）成分の含有比率が質量比で３〜１０であり、
   （Ｅ）組成物の１００℃における動粘度が５．２〜６．５ｍｍ^２／ｓであり、
   （Ｆ）粘度指数が１８０以上であり、−４０℃でのＢＦ粘度が５，０００〜８，９００ｍＰａ・ｓである
   ことを特徴とする自動変速機用潤滑油組成物。
2. 前記（Ｂ）成分の含有量が１．５〜２０質量％であり、（Ｃ）成分の含有量が０．５〜２０／３質量％である請求項１に記載の自動変速機用潤滑油組成物。
3. 前記（Ｆ）の粘度指数が１８０超である請求項１又は２に記載の自動変速機用潤滑油組成物。
4. 前記（Ｆ）の粘度指数が１８５〜２３０である請求項１〜３のいずれかに記載の自動変速機用潤滑油組成物。