KR100562911B1

KR100562911B1 - 고속 주축 베어링 윤활 조성물

Info

Publication number: KR100562911B1
Application number: KR1020040096949A
Authority: KR
Inventors: 장형식; 구필서
Original assignee: 화천기공 주식회사; (주)한중유화
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-03-22

Abstract

본 발명은 고속으로 회전하는 주축의 베어링 윤활 조성물에 관한 것으로서, 주축이 초고속으로 회전하여도 낮은 마찰계수와 우수한 소포성을 가지고 있어 주축의 원활한 회전을 도모함과 아울러 마찰력에 의한 열의 발생을 억제하여 주축을 지지하는 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 총 조성물 100중량부에 대하여 탄소수 9∼17의 파라핀계 탄화수소 오일 86∼95.9중량부와 윤활 첨가제 2∼8중량부, 산화방지제 0.1∼1중량부, 방청제 1∼2중량부 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 1∼3중량부를 포함함을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물을 제공한다.

Description

고속 주축 베어링 윤활 조성물{Lubricant composition for high speed spindle bearing}

본 발명은 고속으로 회전하는 주축의 베어링 윤활 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전 속도가 12,000 RPM이상인 고속 주축을 사용하여 금속이나 부품을 연마하거나 가공하는 고속 머시닝 센터(machining center; 복합 공작 기계)에서 주축의 고속 회전시 마찰력을 감소시켜 주축을 지지하는 베어링의 내구성 향상을 도모하며, 우수한 소포성을 가지고 있어 주축의 원활한 회전을 도모할 수 있도록 한 윤활 조성물에 관한 것이다.

최근 들어 기계 공업의 고도한 발전과 더불어 기계 공장에서의 생산 활동의 자동화는 인간을 기계적 일에서 해방시키면서 동시에 제품의 생산성과 품질을 향상시켜 왔다. 그에 따라 공작 기계의 자동화도 모방 절삭, 자동 치수 절단 등과 같은 간단한 것에서부터 복잡한 것으로 발전되어 수치제어 방식을 사용한 인간 두뇌적인 능력을 갖는 NC(Numerical Control) 공작 기계로까지 발전되어 생산되고 있 다.

상기 NC의 이용은 NC 밀링 머신, NC 선반, 머시닝 센터(machining center) 등의 공작기계 뿐만 아니라 NC 배선기, NC 벤더, 로보트 등의 각종 기계에 이용되고 있다. 이중에서 머시닝 센터는 공구를 최대 60개 이상 가진 ATC(Automatic Tool Center)를 갖춘 가장 진보된 형태의 공작 기계로서, 차례로 새로운 가공면에 대응하여 필요한 공구를 자동적으로 배치하여 절삭, 천공, 구멍 넓히기, 연마 등 각종 작업을 미리 정해진 작업 순서에 의하여 전자동으로 수행하는 특징을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

여기서, 머시닝 센터는 공작물을 가공하기 위해 고속으로 회전하는 주축을 사용하여 금속이나 부품을 연마하거나 가공하게 된다. 이때, 주축이 고속으로 회전하게 되면 마찰력에 의해 고온의 열이 발생하게 되는데, 이렇게 발생되는 열을 최소화함과 아울러 주축의 원활한 회전을 도모하기 위하여 윤활유를 사용하게 된다.

그러나, 근래에 들어 생산성과 가공성을 향상을 목적으로 회전 속도가 12,000 RPM이상인 고속 주축을 이용하고 있는데, 이와 같이 주축의 회전수가 높아질 경우 기존의 윤활유는 마찰계수가 높아 초고속 주축의 회전시 열의 발생으로 인해 분해되어 소진됨에 따라 주축을 지지하는 베어링에 손상을 주어 베어링의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 또한 기존의 윤활유는 장시간 사용시 소포성이 떨어져 발생된 기포가 주축의 원활한 회전을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 주축이 초고속으로 회전하여도 낮은 마찰계수와 우수한 소포성을 가지고 있어 주축의 원활한 회전을 도모함과 아울러 마찰력에 의한 열의 발생을 억제하여 주축을 지지하는 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있는 고속 주축 베어링 윤활 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 총 조성물 100중량부에 대하여 탄소수 9∼17의 파라핀계 탄화수소 오일 86∼95.9중량부와 윤활 첨가제 2∼8중량부, 산화방지제 0.1∼1중량부, 방청제 1∼2중량부 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 1∼3중량부를 포함함을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물을 제공한다.

이하 본 발명의 윤활 조성물을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 윤활 조성물은 총 조성물 100중량부에 대하여 탄소수 9∼17의 파라핀계 탄화수소 오일 86∼95.9중량부와 윤활 첨가제 2∼8중량부, 산화방지제 0.1∼1중량부, 방청제 1∼2중량부 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 1∼3중량부를 포함한다.

이러한 조성의 윤활 조성물은 낮은 마찰계수를 가지고 있어 주축이 초고속으 로 회전하여도 마찰력에 의한 열의 발생이 억제됨에 따라 발생되는 열에 의해 윤활유가 분해 및 변형되는 것이 방지되어 충분히 오랜 시간 동안 윤활유의 역할이 지속되고, 주축을 지지하는 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있게 된다. 또한 우수한 소포성을 가지고 있어 주축의 원활한 회전을 도모하며, 우수한 산화방지효과를 나타내어 베어링의 수명 연장에 도움을 주게 된다.

윤활 조성물에서 파라핀계 탄화수소 오일은 내열성을 필요로 하는 윤활유 조성물의 베이스 오일로 일반적으로 선택되어 사용되는 것이며, 본 발명에서도 주축이 고속으로 회전하는 경우 발생되는 열에 대하여 충분한 내열성을 확보할 수 있도록 베이스 오일로 파라핀계 탄화수소 오일을 사용하였다.

여기서 파라핀계 탄화수소 오일은 종래 윤활유에 적용되는 일반적인 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 탄소수 9∼17의 파라핀계 탄화수소에서 선택된 것으로서 인화점이 70∼110℃이고, 비중이 0.745∼0.765이며, 유동점이 -40∼0℃인 것을 사용하면 보다 우수한 내열성을 확보할 수 있게 된다.

상기 파라핀계 탄화수소 오일은 그 함량이 총 조성물 100중량부에 대하여 86중량부 미만일 경우 윤활 조성물의 내열성이 떨어져 베어링의 수명 단축 억제효과가 저하되는 문제점이 있으며, 그 함량이 95.9중량부를 초과할 경우 상대적으로 다른 성분들의 함량이 줄어들게 되어 윤활성과 소포성이 떨어져 주축의 원활한 회전이 이루어지지 않게 되어 부품가공의 정밀도와 정확도가 떨어지는 문제점이 발생하게 되므로 파라핀계 탄화수소 오일는 86∼95.9중량부 함유되도록 하는 것이 바람직하다.

윤활 조성물의 마찰계수를 낮추어 보다 원활한 윤활성을 확보할 수 있도록 하기 위하여 윤활 첨가제가 첨가되는데, 본 발명에서는 윤활 첨가제로 지방산 에스테르 50∼70중량%와 식물성 지방유 30∼50중량%를 혼합하여 사용하였다. 여기서, 윤활 첨가제로 지방산 에스테르와 식물성 지방유를 상기 범위 내에서 혼합 사용하게 되면 상호작용에 의하여 마찰계수가 낮아져 보다 우수한 윤활성을 확보할 수 있게 된다.

윤활 첨가제로 사용되는 지방산 에스테르로는 일반적으로 알려진 지방산 에스테르에서 선택된 것을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있으나 올레인 산 펜타트리톨 에스테르를 사용하는 것이 좋다. 또한 상기 식물성 지방유는 채종유, 대두유 및 미강유에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 채종유를 사용하는 것이 좋다.

상기와 같이 지방산 에스테르와 식물성 지방유로 이루어지는 윤활 첨가제는 총 윤활 조성물 100중량부에 대하여 2중량부 미만으로 함유될 경우 마찰계수가 충분히 낮아지지 않아 윤활성이 떨어져 주축을 지지하는 베어링의 내구성을 저하시키는 단점이 있으며, 그 함량이 8중량부를 초과할 경우 소포성이 떨어져 주축의 원활한 회전을 방해하는 문제점이 있으므로 상기 윤활 첨가제는 총 조성물 100중량부에 대하여 2∼8중량부 함유되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 윤활 조성물에는 산화를 방지할 목적으로 산화방지제가 첨가되는데, 상기 산화방지제는 충분한 산화방지 효과를 얻을 수 있으면서도 산화방지제의 석출 이 이루어지지 않는 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 이를 고려하여 총 조성물 100중량부에 대하여 산화방지제가 0.1∼1중량부 포함되도록 하였다. 상기 산화방지제로는 공지의 일반적인 것을 적용할 수 있으나, 바람직하게는 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸(2,5-Di-Tert-Butyl-p-Cresol)을 사용하는 것이 좋다.

방청제는 금속의 녹방지를 위해 첨가하는 것으로서 Ca-설포네이트 또는 Ba-설포네이트를 사용하게 된다. 상기 방청제는 총 조성물 100중량부에 대하여 그 함량이 1중량부 미만일 경우 충분한 방청효과를 얻을 수 없으며, 그 함량이 2중량부를 초과할 경우 윤활 조성물의 원가상승을 유도하는 단점이 있으므로 상기 범위 내에서 방청제를 첨가하는 것이 좋다.

트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트는 조성물 내에서 극압(extreme presser) 역할을 하는 것으로서 그 함량이 총조성물 100중량부에 대하여 1중량부 미만일 경우 극압성이 약하여 베어링 마모가 발생하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있으며, 그 함량이 3중량부를 초과할 경우 주원료와 상용성이 떨어지는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트를 첨가하는 것이 바람직하다.

상술한 조성을 갖는 본 발명에 따른 윤활 조성물은 낮은 마찰계수를 가지고 있어 주축이 고속으로 회전하여도 마찰력에 의한 열의 발생을 억제할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 조성물의 내열성이 우수하여 발생된 열에 의해 변형 및 분해되지 않아 장시간 윤활성을 확보하여 주축을 지지하는 베어링의 회전을 원활하게 도와 수명을 연장시킬 수 있다는 이점이 있다. 또한 조성물의 윤활성이 우수함과 아울러 소포성이 우수하여 주축의 원활한 회전을 도모할 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것 일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

탄소수 9∼17의 탄화수소 오일 910g, 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 30g, 채종유 20g, 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸 5g, Ca-설포네이트 15g 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 20g을 혼합하여 윤활 조성물을 얻었다. 이때, 상기 윤활조성물은 먼저 올레익 산 펜타트리톨 에스테르와 채종유를 혼합한 후 90℃에서 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트를 첨가하여 녹인 다음 탄화수소 오일과 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 및 채종유를 첨가하여 제조하였다. 이렇게 얻어진 윤활 조성물의 물성과 마찰계수 및 소포성을 을 하기 표 1에 나타내었다. 이때 마찰계수의 측정은 마찰계수 진자식 측정기(Sinko, 日)를 사용하여 측정한 값을 나타내었다.

<실시예 2>

탄소수 9∼17의 탄화수소 오일 860g, 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 50g, 채종유 30g, 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸 10g, Ca-설포네이트 20g 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 30g을 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 윤활 조성물을 얻었다. 이렇게 얻어진 윤활 조성물의 물성과 마찰계수 및 소포성을 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 3>

탄소수 9∼17의 탄화수소 오일 959g, 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 10g, 채종유 10g, 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸 1g, Ca-설포네이트 10g 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 10g을 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 윤활 조성물을 얻었다. 이렇게 얻어진 윤활 조성물의 물성과 마찰계수 및 소포성을 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

탄소수 9∼17의 탄화수소 오일 979g, 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 5g, 채종유 5g, 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸 1g, Ca-설포네이트 5g 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 5g을 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 윤활 조성물을 얻었다. 이렇게 얻어진 윤활 조성물의 물성과 마찰계수 및 소포성을 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

탄소수 9∼17의 탄화수소 오일 815g, 올레익 산 펜타트리톨 에스테르 60g, 채종유 40g, 2,5-디-Tert-부틸-p-크레졸 15g, Ca-설포네이트 30g 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 40g을 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 윤활 조성물을 얻었다. 이렇게 얻어진 윤활 조성물의 물성과 마찰계수 및 소포성을 하기 표 1에 나타내었다.

구분		시험방법	규격	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
비중 15/4℃		KS M 2002	-	0.9610	0.9642	0.9592	0.7420	0.7901
색상(ASTM)		KS M 2106	L1.0	L0.5	L0.5	L0.5	L0.5	L1.0
동점도(cSt,40℃)		KS M 2014	1.20∼2.00	1.723	1.882	1.624	1.340	2.172
유동점(℃)		KS M 2016	-5이하	-12.5	-12.5	-12.5	-12.5	-10.0
인화점(℃)		KS M 2010	80이상	93	94	92	85	94
동판부식 100℃,3h		KS M 2018	1b이하	1a	1a	1a	1a	1b
황유화성 54℃(분)		KS M 6614	10이하	1	1	1	1	1
전산가(mgKOH/g)		KS M 2004	0.5이하	0.3	0.3	0.3	0.3	0.6
마찰계수		-	-	0.113	0.106	0.118	0.174	0.100
소포성 (℃)	24	KS M 2025	0	0	0	0	0	2
	93.5		0	0	0	0	0	1
	93.5-->24		0	0	0	0	0	1

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 범위 내에서 윤활 조성물을 제조한 실시예 1 내지 3의 경우 그 물성이 모두 규격을 만족하고 있음을 확인할 수 있으며, 특히 본 발명의 범위를 벗어나도록 하여 윤활 조성물을 제조한 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 마찰계수가 소포성이 우수함을 확인할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 윤활 조성물은 낮은 마찰계수를 가지고 있어 주축이 초고속으로 회전하여도 마찰력에 의한 열의 발생이 억제될 뿐만 아니라 내열성이 매우 우수하여 발생된 열에 의해 분해 및 변형되는 것이 최소화됨에 따라 윤활유로서의 역할을 충분히 오랜시간 동안 수행할 수 있어 주축을 지지하는 베어링의 수명 단축을 방지할 수 있게 되며, 원활한 윤활성과 함께 소포성이 우수하여 주축의 원활한 회전을 도모하며, 우수한 산화방지효과를 나타내는 유 용한 효과를 가지고 있다.

Claims

총 조성물 100중량부에 대하여 탄소수 9∼17의 파라핀계 탄화수소 오일 86∼95.9중량부와 윤활 첨가제 2∼8중량부, 산화방지제 0.1∼1중량부, 방청제 1∼2중량부 및 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트 1∼3중량부를 포함함을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 윤활 첨가제가 지방산 에스테르 50∼70중량%와 식물성 지방유 30∼50중량%로 이루어진 것임을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.
청구항 2에 있어서,

상기 지방산 에스테르가 올레익 산 펜타트리톨 에스테르인 것을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.
청구항 2에 있어서,

상기 식물성 지방유가 채종유, 대두유 및 미강유에서 선택된 것임을 특징으 로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.
청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 산화방지제가 2,5-Di-Tert-Butyl-p-Cresol임을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.
청구항 5에 있어서,

상기 방청제가 Ca-설포네이트 또는 Ba-설포네이트에서 선택된 것임을 특징으로 하는 고속 주축 베어링 윤활 조성물.