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JP2000501126A - 改良された伝達挙動を有する自動変速機液 - Google Patents

改良された伝達挙動を有する自動変速機液

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JP2000501126A
JP2000501126A JP9517518A JP51751897A JP2000501126A JP 2000501126 A JP2000501126 A JP 2000501126A JP 9517518 A JP9517518 A JP 9517518A JP 51751897 A JP51751897 A JP 51751897A JP 2000501126 A JP2000501126 A JP 2000501126A
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JP
Japan
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viscosity
composition
poly
olefin
transmission fluid
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JP9517518A
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Inventor
ワッツ、レイモンド・フレドリク
タンドン、マノジ
Original Assignee
エクソン・ケミカル・パテンツ・インク
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 動力伝達機液、特に自動変速機液が、高粘度ポリ−α−オレフィンを組み入れることによって、摩耗防止、耐久性、抗酸化、及びシフト時間性能のような改良された特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された伝達挙動を有する自動変速機液 発明の背景 本発明は、優れた挙動性能の動力伝達液、特に、自動変速機液に関する。 自動車の製造業者は、より耐久性のある自動車を製造するために継続的に努力 している。全般的に見て、自動車の耐久性は、自動車の各構成部分、例えば、エ ンジン、変速機などの耐久性機能による。自動車全体の耐久性を改良するために 、自動車の主な各構成部分の耐久性を改良すべきである。自動変速機の耐久性を 改良するためには、改良された性能の自動変速機液(ATF)を製造するべきで ある。自動変速機液の相対的な性能は、時間又はマイル数が増加したときの変速 機のシフトの状態に変化がないかどうか、変速機の消耗する程度、及び、ATF の酸化及び剪断される程度(粘度の減少)を評価することによって決定すること ができる。本願発明者らは、これらのATF挙動特性の全てを同時に改良する方 法を発見した。 例えば、SAE#2画分テスト機器及びビッカー(Vicker)のベーンポンプ( vane pump)テストのようなATF挙動を評価する多くの「ベンチ(bench)」テ ストが発明されてきたにもかかわらず、変速機の耐久性の最良の評価は、実際の 変速機を操作することによって得られる。非常に過酷な操作パターンにおいて、 高度に制御された条件下で変速機を操作することは非常に困難である。しかし、 ゼネラルモーターズ(General Motors)はこのようなテストを発明した。これは 、4L60 サイクリングテスト(Cycling Test)としてゼネラルモータースD EXRON(登録商標)−IIIの規格書に記載されている(ATF Specification G M-6297M、1993年4月、Appendix F)。このテストでは、完全な自動車の動 力伝達経路(エンジンと変速機)はエネルギー吸収ダイナモメーターによって負 荷をかけられる。ダイナモメーターは、十分に負荷をかけられた自動車の慣性を シミュレートするようにプログラムされている。135℃に維持される変速機液 溜め(sump)温度で、エンジンは全開スロットル条件下で空転(idle)から 3400rpmへ加速される。空転から3400rpmへの個々の加速は、「サ イクル」という。標準的なテストは20,000サイクルからなる。このテスト は、非常に過酷な屋外での使用に非常によく適合する。変速機全体の耐久性及び 変速機液の劣化を評価するためにこのテストを使用すると、ベース油混合物の一 部として粘度の高いポリ−α−オレフィンを少量含むATFが、予期せぬ良好な 変速機の耐久性をもたらすことを、本願発明者らは発見した。 発明の要約 本発明は、自動変速機液として用い得る、十分に改良された動力伝達装置の耐 久性及びサービス寿命を付与する、動力伝達液に関する。本発明は、 (1)(a) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の動粘度を有する 天然潤滑油を50重量%以上、 (b) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の粘度を有する合 成潤滑油を0乃至49重量%、 (c) 100℃において測定する場合、40乃至500mm2/秒の動粘度を有 する高粘度ポリ−α−オレフィンを1乃至25重量%、 含む潤滑油を主要成分とし、そして (2) 少量の自動変速機液添加物パッケージをさらに加えたものからなる。 図面の詳細な説明 第1図は、ゼネラルモータース DEXRON(登録商標)−III、4L60 サイクリングテストに従ったテストサイクルを関数とする、液の酸価の増加を示 す。 第2図は、ゼネラルモータース DEXRON(登録商標)−III、4L60 サイクリングテストに従ったテストサイクルを関数とする、液の銅含量を示す。 第3図は、ゼネラルモータース DEXRON(登録商標)−III、4L60 サイクリングテストに従ったテストサイクルを関数とする、液の1−2シフト時 間を示す。 第4図は、ゼネラルモータース DEXRON(登録商標)−III、4L60 サイクリングテストに従ったテストサイクルを関数とする、液の動粘度を示す。 発明の詳細な説明 本願発明者らは、自動変速機液に少量の高粘度ポリ−α−オレフィンを組み込 むと、格別なサービス寿命の自動変速機液を製造することができることを発見し た。これらの自動変速機液は、それらが使用される変速機の予期せぬ良好な摩耗 保護及びシフト耐久性をも付与する。 本発明は、特定の自動変速機液、すなわちATFについてここにその実施例を 示しているが、本発明の利益は他の変速機液にも同様に用い得ると考えられてい る。本発明の範囲内に含まれる他の種類の動力伝達液は、手動変速機油、ギアー 油、作動液、耐高負荷作動液、工業用油、パワーステアリング液、ポンプ作動液 、トラクター液、ユニバーサルトラクター液などである。これらの動力伝達機液 は、種々の挙動添加剤及び種々の基油とともに配合され得る。 潤滑油 本発明において有用な潤滑油は、天然油、合成油、及びこれらの混合物に由来 する。一般に、天然油及び合成油は両方とも、それぞれ100℃において約1乃 至約10mm2/秒(cSt)の範囲の動粘度を有し得る。 天然潤滑油 天然潤滑油は、動物油(例えば、ラード油)、植物油(例えば、カストール油 )、石油、鉱油、及び石炭又は頁岩(shale)に由来する油を含む。 天然潤滑油は、本発明において、最終的な液の50重量%以上、好ましくは5 0乃至90、最も好ましくは60乃至85重量%の量で存在し得る。 好ましい天然潤滑油は鉱油である。適する鉱油は全ての通常の鉱油ベーススト ックを含む。これは、化学構造においてナフテン性又はパラフィン性である油を 含む。これは、酸、アルカリ、及びクレー又は、塩化アルミニウムのような他の 薬剤を使用して通常の方法によって生成された油であるか、又は、例えば、フェ ノール、二酸化硫黄、フルフラール、ジクロロジエチルエーテルなどのような溶 剤で溶剤抽出によって製造された抽出油でもあり得る。これらは水素処理、又は 水素添加、冷却又は触媒的脱ロウ工程による脱ロウ、又は水素化分解を受け得る 。 鉱油は天然の原油源から製造され得、又、異性化されたロウ物質又は他の精製工 程の残渣物から構成され得る。 鉱油は、精製油、再精製油、又はこれらの混合物に由来し得る。未精製油は天 然源又は合成源(例えば、コール、頁岩、又はタールサンドビチューメン)から さらなる精製又は処理をしないで直接得られる。未精製油の例は、レトルト操作 によって直接得られる頁岩油、蒸留から直接得られる石油、又は、エステル交換 工程から直接得られるエステル油など、さらに処理をしないで使用されるものを 含む。精製油は、一つ以上の特性を改良するために、一つ以上の精製工程で処理 されたことを除けば、未精製油と同様である。適する精製技術は、蒸留、水素処 理、脱ロウ、溶剤抽出、酸又は塩基抽出、濾過、及びパーコレーションを含み、 これらの全ては当業者に周知である。再精製油は、使用された油を、精製油を得 るのに使用するのと同様な方法で処理することによって得られる。これらの再精 製油は、又、改善油又は再生油としても公知であり、しばしば使用された添加剤 及び油分解生成物の除去のための技術によって付加的に精製される。 典型的には、鉱油は100℃において2.0mm2/秒(cSt)乃至8.0mm2 /秒(cSt)の範囲の動粘度を有し得る。好ましい鉱油は100℃において2乃 至6mm2/秒(cSt)の動粘度を有し、もっとも好ましい鉱油は3乃至5mm2 /秒(cSt)の範囲の動粘度を有し得る。 合成潤滑油 本発明の合成潤滑油は、最終的な液の0乃至49重量%、好ましくは0乃至4 0重量%、最も好ましくは0乃至25重量%を構成する。 合成潤滑油は、オリゴマー化、ポリマー化、及びインターポリマー化されたオ レフィン[例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレン、イソブチレン コポリマー、塩素化されたポリラクテン(polylactenes)、ポリ(1−ヘキセン )、ポリ(1−オクテン)、ポリ(1−デセン)など、及びこれらの混合物]、 アルキルベンゼン[例えばドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニル ベンゼン、ジ(2−エチルヘキシル)ベンゼンなど]、ポリフェニル[例えば、 ジフェニル、ターフェニル、アルキル化されたポリフェニルなど]、及びアルキ ル化されたジフェニルエーテル、アルキル化されたジフェニルスルフィド、及び それらの誘導体、同類体、及び同族体などのような炭化水素油及びハロ置換され た炭化水素油を含む。これらの種類の合成油のうちで好ましい油は、ポリ−α− オレフィンのオリゴマー、特に1−オクテン及び1−デセンのオリゴマーである 。 合成潤滑油はアルキレンオキシドポリマー、インターポリマー、コポリマー、 及び末端水酸基がエステル化、エーテル化などによって修飾されているこれらの 誘導体をも含む。これらの種類の合成油の例としては、エチレンオキシド又はプ ロピレンオキシドの重合によって得られるポリオキシアルキレンポリマー、これ らのポリオキシアルキレンポリマーのアルキル及びアリールエーテル(例えば、 1000の平均分子量を有するメチル−ポリイソプロピレングリコールエーテル 、1000乃至1500の分子量を有するポリプロピレングリコールのジフェニ ルエーテル)、及びこれらのモノ及びポリカルボン酸エステル(例えば、酢酸エ ステル、混合されたC3乃至C8の脂肪酸エステル、及びテトラエチレングリコー ルのC12のオキソ酸ジエステル)がある。 他の適する合成潤滑油の種類は、ジカルボン酸(例えば、フタル酸、コハク酸 、アルキルコハク酸、及びアルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、ス ベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノレン酸二量体、マロン酸、 アルキルマロン酸、アルケニルマロン酸など)と、種々のアルコール(例えば、 ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2−エチルヘキ シルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、プ ロピレングリコールなど)とのエステルであるジエステルを含む。これらのエス テルの特定の例は、ジブチルアジペート、ジ(2−エチルヘキシル)セバセート 、ジ−n−ヘキシルフマレート、ジオクチルセバセート、ジイソオクチルアゼレ ート、ジイソデシルアゼレート、ジオクチルフタレート、ジデシルフタレート、 ジエイコシルセバセート、リノール酸二量体の2−エチルヘキシルジエステル、 及び、1モルのセバシン酸と2モルのテトラエチレングリコール及び2モルの2 −エチルヘキサン酸との反応によって形成された複合エステルなどを含む。これ らの種類の合成油のうちで特に好ましい種類は、C4乃至C12のアルコールのア ジピン酸エステルである。 合成潤滑油として有用なエステルは、C5乃至C12モノカルボン酸とポリオー ル及び/又はポリオールエーテルから製造されたものをも含む。ポリオールの例 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トリトールな どを含む。通常のポリオールエーテルは、ジペンタエリトリトール、トリペンタ エリトリトールなどである。直鎖、又は分枝鎖の酸、又はこれらの誘導体に由来 するポリオールエステルの特定の例は、トリメチロールプロパントリセバセート 、ペンタエリトリトールテトラペンタノエート、トリメチロールプロパントリオ クタノエート、ネオペンチルグリコールジデカノエート、ペンタエリトリトール テトラオクタノエート、及びジペンタエリトリトールヘキサペンタノエートを含 み得る。 好ましい合成油は、前述のように、100℃において測定する場合、2乃至8 、最も好ましくは3乃至5mm2/秒(cSt)の範囲の動粘度を有するポリ−α− オレフィン、ジエステル、及びポリオールエステルである。 高粘度ポリ−α−オレフィン ポリ−α−オレフィン(PAO)は、末端不飽和アルケンのオリゴマーである。 本発明のポリ−α−オレフィンは、その粘度によって特徴付けられる。本発明の 目的にかんがみて、高粘度ポリ−α−オレフィンは、100℃において約40乃 至約500mm2/秒(cSt)の動粘度を有するものをいう。高粘度ポリ−α−オ レフィンの製造は、当業者に周知であり、例えば、米国特許第4,041,098 号に記載されている。 好ましいポリ−オレフィンは、1−オクテン、1−デセン、又は、これらの混 合物から製造される。これらは飽和又は不飽和であり得る。好ましいPAOは1 00℃において約40乃至約150、最も好ましくは100mm2/秒(cSt)の 動粘度を有する。これらの物質は、ユニローヤル(Uniroyal Chemical Co.)か らSYNTON(登録商標)PAO−40及びSYNTON(登録商標)PAO −100として入手可能である。 本発明の組成物は、少量の高粘度ポリ−α−オレフィンを含み得る。典型的に は、最終的な液の1乃至25、好ましくは2乃至20、最も好ましくは5乃至1 5重量%の範囲である。自動変速機液添加剤パッケージ 自動変速機液添加剤パッケージは、当技術分野で周知である。これらは、基油 が自動変速機において受容可能に機能するために要求される特性を基油組成物に 付与する。これらの特性は、酸化安定性、摩耗保護、摩擦制御、分散性、低温流 動性、密封膨脹、及び抑泡性を含み得るが、これに限定されるものではない。典 型的な自動変速機液添加剤パッケージは、以下に示す組成を有し得る。 成分 質量% 無灰分散剤 52.250 摩耗防止剤 6.250 抗酸化剤 6.250 腐蝕防止剤 0.625 摩擦調整剤 3.125 密封膨脹剤 6.250 流動点降下剤 3.125 泡止め剤 0.625 希釈油 17.500 上記の添加剤パッケージは、洗浄阻害剤(DI)パッケージといわれる。DI パッケージは典型的にはATFの3乃至10質量%の範囲で扱う。 ATF添加剤パッケージは、粘度調整剤をも含み得る。この場合、添加剤は組 み合わせたパッケージ又はDI/VIといわれる。DI/VIパッケージの例を 以下に示す。 成分 質量% DIパッケージ(上記) 67.000 粘度調整剤 33.000 DI/VIパッケージは典型的にはATFの5乃至20質量%の範囲で扱う。 入手可能なATF挙動添加剤パッケージの例は、エクソンケミカルカンパニー (Exxon Chemical Company)から発売されているPARANOX(登録商標)4 40、PARANOX(登録商標)442、PARANOX(登録商標)445 、及びPARATORQ(登録商標)4520、ルブリゾールコーポレーション (Lubrizol Corporation)から発売されているHitec(登録商標)E−40 0、Hitec(登録商標)E−403、Hitec(登録商標)E−410、 及びHitec(登録商標)E−420である。 実施例 以下の実施例は本発明の特定の例を説明するものである。しかし、本発明は以 下の実施例における特定の細部に限定されるものでないことを理解されたい。全 ての分及び百分率は、他に特定しない限り、重量によるものである。 4つの自動変速機液、即ち、液A、B、C、及びD、を評価するために製造し 、その組成を第1表に示す。これらの液で使用されるベース添加剤パッケージは 従来の量のスクシンイミド分散剤、抗酸化剤、摩耗防止剤、腐蝕防止剤、泡止め 剤、摩擦調整剤、及び希釈油を含む。 液A乃至Dは、前述のGM DEXRON(登録商標)−III 4L60 サイク リングテストをわずかに変更したものを使用して評価された。テストの変更は、 20,000サイクルでテストを停止する代わりに、テストを30,000サイク ルまで、又は変速機が操作不可能になるまでのいずれか早い方が生じるまで続け られるということであった。液A及びDの二つの液のみが30,000サイクル テストを完了した。液Bは1−2のシフト時間が延長したために、26,632 サイクルで停止され、液Cはポンプの故障のため27,564サイクルで停止さ れた。 第1図乃至第4図は、変速機サイクリングテストにおける4つの液の挙動を示 す。第1図は、サイクルを関数とする液の酸価の増加を示す。液A及びCは、1 .5単位の範囲で酸価が増加している。過剰の阻害剤及びPAO−4を有する液 Bは、わずかに低い酸価の上昇、すなわち約1単位であった。しかし、10%の PAO−100を有する液、液Dは、最も低い酸価の増加、すなわち、0.5単 位未満である。 第2図は、テストサイクルに対する液中の銅含量の増加を示す。液Dは、テス トの間、銅の増加が最も低い。液B及びCは、過剰に添加された腐蝕防止剤を含 んでいるが、液Dよりも多くの銅を含んだままである。銅のレベルは、変速機中 の全体の摩耗保護の程度に相応すると考え得る。 第3図は、サイクルを関数とする1−2シフト時間を示す。データが若干の変 化を有するため、第3図中の線は、トレンドライン(trend line)として示され ている。液B及びCは、サイクルの増加に伴ってシフト時間が延長し、そのトレ ンドラインが上昇するので、実際にテストは失敗である。液A及びDは、そのト レンドラインがより低い傾きであるため完了する。データをより詳細に検討する と、液Dの1−2シフト時間が最も低く、最も安定していて、従って、最も望ま しい挙動を示す。液Aの1−2シフト時間は大きく変化する。 第4図は、テストサイクルを関数とする粘度を示す。PAO−100を含む液 Dは、全てのパラメータにおいて最良の挙動をする液であり、最も高い粘度を有 する。しかし、液Dと同じ新鮮な油粘度を有する液Cは、同様の挙動をしない。 従って、液Dがよい挙動を示す理由は粘度のみではない。又、液Dの粘度は比較 的変化しないままであるのに対し、液Cではテストの間、粘度が10%より多く 減少する。 これらのデータ全てを総合すると、液Dは、この非常に過酷なテストにおいて 最良の挙動をする液であることがわかる。これは、鉱油のみ、腐蝕防止剤を添加 した粘度を調整された鉱油、及び10%のPAO−4及び腐蝕防止剤を含む鉱油 では見られない挙動をする。 本発明の原理、好ましい実施態様、及び操作の態様を、本明細書に記載したが 、保護されるべき本発明は、開示された特定の事項が、技術思想を述べるという よりもむしろ例示であるため、これらに限定されるように解釈されるべきではな い。変形及び変更は、本発明の精神を離れることなく当業者によって行われ得る 。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年9月17日(1997.9.17) 【補正内容】 請求の範囲 1.自動変速機液として用い得る動力伝達液であって、 (1)(a) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の動粘度を有す る天然潤滑油を50重量%以上、 (b) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の粘度を有する 合成潤滑油を49重量%まで、 (c) 100℃において測定する場合、40乃至500mm2/秒の動粘度を 有する高粘度ポリ−α−オレフィンを1乃至25重量%、 を含む潤滑油を主要成分とし、そして (2) 少量の自動変速機液添加物パッケージ、をさらに含む、動力伝達液。 2.天然潤滑油が鉱油であり、合成潤滑油がポリ−α−オレフィン、ジエステル 、ポリオールエステル、又はこれらの混合物である、請求項1の組成物。 3.合成潤滑油がポリ−α−オレフィンである、請求項2の組成物。 4.鉱油及びポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して3乃至5mm2/秒 の動粘度を有する、請求項3の組成物。 5.高粘度ポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して40乃至150mm2 /秒の動粘度を有する、請求項4の組成物。 6.高粘度ポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して100mm2/秒の動 粘度を有する、請求項5の組成物。 7.添加剤パッケージが、無灰分散剤、摩耗防止剤、抗酸化剤、腐蝕防止剤、摩 擦調整剤、密閉膨脹剤、流動点硬化剤、泡止め剤、及び粘度調整剤からなる群か ら選択される一つ以上を含む、請求項6の組成物。 8.動力伝達機液が自動変速機液である、請求項7の組成物。 9.請求項1の組成物を装置に使用して動力伝達装置の耐久性及びサービス寿命 を改良する方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10M 125:00 159:00) C10N 20:02 30:02 30:06 30:10 30:12 30:18 40:04

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.自動変速機液として用い得る動力伝達液であって、 (1)(a) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の動粘度を有す る天然潤滑油を50重量%以上、 (b) 100℃において測定する場合、1乃至10mm2/秒の粘度を有する 合成潤滑油を0乃至49重量%、 (c) 100℃において測定する場合、40乃至500mm2/秒の動粘度を 有する高粘度ポリ−α−オレフィンを1乃至25重量%、 を含む潤滑油を主要成分とし、そして (2) 少量の自動変速機液添加物パッケージ、をさらに含む、動力伝達液。 2.天然潤滑油が鉱油であり、合成潤滑油がポリ−α−オレフィン、ジエステル 、ポリオールエステル、又はこれらの混合物である、請求項1の組成物。 3.合成潤滑油がポリ−α−オレフィンである、請求項2の組成物。 4.鉱油及びポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して3乃至5mm2/秒 の動粘度を有する、請求項3の組成物。 5.高粘度ポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して40乃至150mm2 /秒の動粘度を有する、請求項4の組成物。 6.高粘度ポリ−α−オレフィンが、100℃で測定して100mm2/秒の動 粘度を有する、請求項5の組成物。 7.添加剤パッケージが、無灰分散剤、摩耗防止剤、抗酸化剤、腐蝕防止剤、摩 擦調整剤、密閉膨脹剤、流動点硬化剤、泡止め剤、及び粘度調整剤からなる群か ら選択される一つ以上を含む、請求項6の組成物。 8.動力伝達機液が自動変速機液である、請求項7の組成物。 9.請求項1の組成物を装置に使用して動力伝達装置の耐久性及びサービス寿命 を改良する方法。
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