KR101243600B1

KR101243600B1 - 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물, 그의 제조 방법 및상기 조성물을 사용한 베어링용 윤활제 및 베어링 시스템

Info

Publication number: KR101243600B1
Application number: KR1020077011419A
Authority: KR
Inventors: 요지 다께자끼; 마사야 아사리; 세이지로 야스또미; 유지 시따라
Original assignee: 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사; 포라이트 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2013-03-20
Also published as: JPWO2006051671A1; TWI373520B; CN101044229B; JP2012017472A; JP5460671B2; EP1803792A1; KR20070072599A; TW200619372A; US20090069203A1; WO2006051671A1; EP1803792A4; CN101044229A

Abstract

본 발명은, 사용 벌크 온도 영역에서는 그리스와 마찬가지로 반고체 겔상이지만, 접동 접촉 부위 등 국소적 고온 영역이 되면 균일하게 용해되어, 그리스의 결점인 이물질의 석출이 없고, 그리스로는 실현 불가능한 탁월한 저마찰 특성을 나타내며, 대폭적인 에너지 절약 성능을 나타내는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 제공한다.

본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은, 광유계 및/또는 합성계의 액상 윤활 기유와 비스아미드 및/또는 모노아미드를 함유하고, 열가역성 겔의 특성을 갖는다. 바람직하게는 트리아미드를 함유하고, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 비스아미드 및/또는 모노아미드를 합계량으로 0.01 내지 500 중량부, 마찰 조정제를 0.05 내지 10 중량부 함유한다.

열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물, 베어링용 윤활제, 베어링 시스템

Description

열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물, 그의 제조 방법 및 상기 조성물을 사용한 베어링용 윤활제 및 베어링 시스템 {HEAT REVERSIBLE GEL-LIKE LUBRICATING COMPOSITION, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND BEARING LUBRICANT AND BEARING SYSTEM USING SAID COMPOSITIOM}

본 발명은 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물 및 베어링용 윤활제, 및 이들을 사용한 베어링 시스템에 관한 것이다. 특히, 소결 금속계 등의 함유(含油) 베어링이나 회전 베어링에 함침하여 사용했을 때, 오일의 누설이나 오일 분리가 발생하기 어렵고, 사용에 따른 승온, 냉각 스트레스를 반복하여 받아도 겔 구조가 재구축될 뿐만 아니라, 용도에 따라 유동 특성이나 점조도(consistency) 등의 겔 특성을 넓은 범위에서 조정할 수 있고, 통상적인 윤활제에 비해 대폭 개선된 저마찰 계수의 마찰 특성을 나타내는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물에 관한 것이다.

윤활제에는, 광물유나 합성유 등의 기유(基油)를 주성분으로 한 상온에서 액상인 윤활유와, 금속 비누나 우레아 등의 증점제를 분산시킨 반고체 겔상의 그리스가 있다. 이들 윤활제에는 각각 장점, 단점이 있고, 사용되는 조건, 환경 및 용도 등에 따라 구별하여 사용되고 있다.

최근, 기계는 점점 더 고도화, 고성능화, 고속화, 소형화 및 장수명화의 경향을 갖게 되었다. 그 때문에, 특히 이들 기계에 사용되는 함유 베어링 등의 접동부에서는 윤활 조건이 엄격해지고 있으며, 윤활제에 대한 요구 성능도 높아지고 있다. 안정적인 접동 특성, 윤활 특성을 장시간에 걸쳐서 유지하기 위해서는, 윤활제의 소모, 손실 및 열화 등에 의한 윤활 불량을 가능한 한 감소시킬 필요가 있다. 또한, 이들 기계에는 복잡한 전자 제어 회로가 조립되어 있는 경우가 많기 때문에, 누설된 윤활제 또는 휘발 성분에 의한 시스템 오염을 최대한 방지할 필요가 있다. 통상적으로, 액상의 윤활유는 습윤성이 크기 때문에 퍼지기 쉽고, 카메라 등의 소형 정밀 기계에 사용하는 경우에는, 필요에 따라 시스템재 표면에 발유 처리를 행하는 등, 오일의 비산이나 전파 확대의 방지 대책이 필요로 된다.

또한, 상술한 기계에서, 접동부의 저마찰화에 의한 에너지 절약이 요구되고 있다. 이에 대하여, 액상 윤활 기유의 저점도화에 의해 대응하는 것이 생각되지만, 점도가 저하되면, 오일 누설에 의한 시스템 오염이나 증발 손실이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 윤활 부위에서의 유막 형성능이 저하되어, 윤활 불량을 발생시키기 쉬워지기 때문에, 저점도화에는 한계가 있었다.

따라서, 이러한 종류의 용도, 예를 들면 소결 함유 베어링에 함침시키는 윤활제 등에서는, 반고체 겔상의 그리스를 사용하는 것이 생각되며, 확실히 시스템 오염 방지의 면에서는 우수하다. 그러나 일반적인 그리스는 "열불가역성 겔"이기 때문에, 고온으로 가열하여도 함침 처리를 행할 수 없는 경우가 많고, 함침 처리를 행할 수 있는 경우에도, 장시간의 사용에 의해 유분이 빠져나가면, 증점제 성분이 섬유체로서 남아, 접동부 클리어런스에 대하여 무시할 수 없는 이물질로서 석출된다는 결점이 있다. 또한, 통상적인 금속 비누계 그리스는 내열성이 낮으며, 유기 비비누계 그리스는 내열성이 높지만, 사용 중에 점조도가 변화되거나, 알칼리 금속 등의 미반응 성분이 석출된다는 문제점이 있다.

또한, 접점용 그리스로서, 아미노산계의 겔화제를 사용하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 그러나, 비수계 겔화제에는 광학 활성이 요구되기 때문에, 정제의 용이함이나 비용의 면에서 실용화되어 있는 겔화제의 종류는 결코 많지 않다(비특허 문헌 1 참조). 이 적은 비수계 겔화제인 트리아미드계 화합물은 비스아미드 화합물이나 모노아미드 화합물에 비해 윤활 성능이 떨어지기 때문에, 트리아미드 화합물의 종류와 농도 조정만으로는 충분한 저마찰 특성을 갖는 열가역성 겔상 윤활제를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 파라핀 왁스나 밀랍 등의 왁스분을 액상 윤활 기유에 배합한 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물이 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조). 그러나, 왁스분을 배합함으로써 오일 누설은 방지할 수 있지만, 마찰 특성에 대해서는 충분한 성능을 갖고 있지 않다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (소)63-221198호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)10-246230호 공보

비특허 문헌 1: 하나부사 겐지 외: "표면", 36권 6호, 291 내지 301페이지, 2003년

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 본 발명의 목적은 사용 벌크 온도 영역에서는 그리스와 마찬가지로 반고체 겔상이지만, 접동 접촉 부위 등 국소적 고온 영역이 되면 균일하게 용해되어, 그리스의 결점인 이물질의 석출이 없고, 그리스로는 실현 불가능한 탁월한 저마찰 특성을 나타내며, 대폭적인 에너지 절약 성능을 나타내는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 제공하는 것에 있다.

<발명을 해결하기 위한 수단>

본 발명자들은, 수십 내지 백수십 ℃의 융점을 갖는 비스아미드 및/또는 모노아미드를 기유에 소정량 배합함으로써, 그리스와 유사한 반고체상 겔이 되기 때문에 오일 누설, 오일 비산을 방지할 수 있으며, 윤활 접동부에서 융점 이상이 되면 비스아미드나 모노아미드가 용해되지만, 이물질이 석출된다는 그리스의 결점이 발생하지 않고, 그와 동시에 비스아미드나 모노아미드가 갖는 저마찰 특성을 활용함으로써, 상기한 과제를 일거에 해결할 수 있다고 생각하였다. 이 발상에 기초하여 예의 검토를 거듭한 결과, 상기한 바와 같은 효과를 발휘하는 것이 확인되어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 광유계 및/또는 합성계의 액상 윤활 기유와, 비스아미드 및/또는 모노아미드를 함유하고, 열가역성 겔의 특성을 갖는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이다. 또한, 본 발명은, 광유계 및/또는 합성계의 액상 윤활 기유에, 열가역 겔을 생성하는 비스아미드 및/또는 모노아미드를 배합하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 제조 방법이다.

또한, 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물 또는 그의 제조 방법에 있어서, 트리아미드를 배합, 함유하는 것이 바람직하며, 상기 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여, 비스아미드 및/또는 모노아미드를 합계량으로 0.01 내지 500 중량부 배합, 함유하는 것이 바람직하고, 상기 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여, 마찰 조정제를 0.05 내지 10 중량부 배합, 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 포함하는 베어링용 윤활제이며, 이들 베어링용 윤활제를 사용한 베어링 시스템이고, 특히 함유 베어링, 회전 베어링에 바람직하게 사용된다.

또한, 본 발명은, 상기 베어링용 윤활제를 함유 베어링과 함께 가열하는 공정을 포함하는 베어링 시스템의 제조 방법이다. 이 경우 가열하는 공정 전의 함유 베어링은, 통상적으로 윤활제 등의 유분을 포함하고 있지 않지만, 포함하고 있어도 상관없다.

<발명의 효과>

본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 실온에서는 물론, 기계 요소 중의 벌크 온도에서는 그리스와 마찬가지로 반고체 겔상이지만, 접동 접촉 부위의 국소적 고온역에서는 아미드류가 균일하게 용해되고, 저마찰 특성을 갖는 액상 윤활 기유가 되어 윤활 기능을 발휘함과 동시에, 그리스의 불가피한 결점인 이물질의 석출이 전무하며, 이물질 석출에 의한 윤활 문제점이 근본적으로 발생하지 않는다는 이점이 있다. 또한, 그리스로는 실현 불가능한 탁월한 저마찰 특성이 비스아미드 및/또는 모노아미드와 액상 윤활 기유의 상호 작용에 의해 실현되기 때문 에, 대폭적인 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다.

[도 1] 아미드의 배합량과 1/4 점조도의 관계를 도시한 도면이다.

[도 2] 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 포함하는 베어링용 윤활제를 바람직하게 사용할 수 있는 소결 함유 베어링 주요부의 단면도이다. 또한, 도 2는 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 오일 보급 기구의 예도 도시한다.

[도 3] 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 포함하는 베어링용 윤활제를 바람직하게 사용할 수 있는 회전 베어링 주요부의 단면도이다.

[도 4] 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 일반적인 액상윤활유를 사용한 베어링 시스템의 오일 비산에 의한 오염을 방지하기 위해, 오일 유지 작용을 목적으로서 함유 베어링의 외부에 배치하는 시스템의 일례를, 주요부의 단면도로 도시한다.

<부호의 설명>

1: 오일 보급 기구(겔상의 윤활성을 갖는 조성물)

2: 함유 베어링

3: 축

4: 스페이서

5: 트러스트 워셔

6: 하우징 1

7: 하우징 2

8: 판 스프링

9: 궤도륜(외륜)

10: 궤도륜(내륜)

11: 유지기

12: 전동체(볼 및/또는 굴림대)

13: 로터

14: 오일 유지 기구(겔상의 윤활성을 갖는 조성물)

15: 하우징

16: 트러스트 플레이트

17: 플레이트 지지체

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 액상 윤활 기유에 비스아미드 및/또는 모노아미드를 첨가하며, 필요에 따라 트리아미드나 마찰 조정제를 배합하고, 산화 방지제, 방청제 등의 첨가제를 추가하여, 아미드류(첨가되는 비스아미드, 모노아미드 또는 트리아미드)의 융점 내에서, 가장 높은 융점 이상의 온도, 바람직하게는 아미드류의 최고 융점보다 2 내지 20 ℃ 높은 온도, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 ℃ 정도 높은 온도에서 교반하여 균일하게 용해된 것을 확인한 후, 자연 방냉함으로써 얻어진다.

본 발명에서의 열가역성이란, 환경의 열적 에너지에 의한 상태 변화(승온에 의한 액상화와 강온에 의한 겔화)를 반영구적으로 반복하는 것이며, 구체적으로는 사용되는 기계의 벌크 온도역(실온 내지 수십 ℃, 예를 들면 0 내지 80 ℃)에서는 겔상을 유지하고, 기계 접동부(경계 윤활 모드)에서의 국부적인 고온역(예를 들면 100 내지 200 ℃)에서만 액상이 되는 것으로 정의된다.

본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 용도나 사용되는 기계 요소ㆍ기계에 따른 경도일 필요가 있으며, 그 경도는 아미드의 배합량을 조정함으로써 폭넓게 설정할 수 있다. 구체적으로는, 상기 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여, 비스아미드 및/또는 모노아미드를 합계량으로 0.01 내지 500 중량부 배합하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 액상 윤활 기유로서는, 통상적으로 윤활유로서 사용되는 것이면, 광유계, 합성유계 또는 이들의 혼합물을 모두 사용할 수 있다. 윤활유의 물성으로서는, 40 ℃에서의 동점도가 3 내지 500 ㎟/s인 것을 사용할 수 있고, 8 내지 100 ㎟/s인 것이 보다 바람직하다. 또한, 점도 지수는 90 이상, 바람직하게는 95 내지 250이고, 유동점은 -10 ℃ 이하, 바람직하게는 -15 내지 -70 ℃이고, 인화점은 150 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 액상 윤활 기유가 혼합물인 경우, 상기 혼합물로서 상기 물성을 만족하는 것이면, 혼합 전의 오일이 인화점 이외의 상기 물성의 범위를 벗어나는 것이어도 사용할 수 있다.

광유계의 윤활 기유는, 일반적으로 원유를 상압 증류하거나, 또는 감압 증류하여 얻어지는 유출유를 각종 정제 공정에서 정제한 윤활유 증류분을 기유로 하고, 이것을 그대로, 또는 이것에 각종 첨가제 등을 조합하여 제조된다. 상기 정제 공정은 수소화 정제, 용제 추출, 용제 탈납, 수소화 탈납, 황산 세정 및 백토 처리 등이고, 이들을 적절한 순서로 조합하여 처리하여, 본 발명에 바람직한 광유계의 윤활 기유를 얻을 수 있다. 상이한 원유 또는 유출유를 상이한 공정의 조합, 순서에 의해 얻어진 성상이 상이한 복수의 정제유의 혼합물도 바람직한 기유로서 사용할 수 있다.

합성유계 윤활유는 내열성이 높은, 예를 들면 폴리-α-올레핀(PAO), 지방산 에스테르, 저분자량 에틸렌ㆍα-올레핀 공중합체, 실리콘유, 불소화유, 알킬나프탈렌 등을 단독으로 또는 조합하여 기유로서 사용할 수 있다. 또한, 이들을 그대로, 또는 이것에 각종 첨가제 등을 조합하여 제조한다.

또한, 광유계 윤활유, 합성유계 윤활유는 각각 단독으로 사용할 수도 있고, 양자를 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.

본 발명에서의 비스아미드는 디아민의 산아미드일 수도 있고, 이산의 산아미드일 수도 있다. 바람직하게 사용되는 비스아미드는, 융점이 80 내지 180 ℃, 특히 바람직하게는 100 내지 170 ℃, 분자량이 242 내지 932, 특히 바람직하게는 298 내지 876이다.

바람직하게 사용되는 디아민의 산아미드는, 하기 화학식 I로 표시된다.

R¹-CO-NH-A¹-NH-CO-R²

여기서, R¹, R²는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, A¹은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 알킬페닐렌기, 또는 이들이 조합된 형태인 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.

바람직하게 사용되는 이산의 산아미드는, 하기 화학식 II로 표시된다.

R³-NH-CO-A²-CO-NH-R⁴

여기서, R³, R⁴는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 알킬페닐렌기, 또는 이들이 조합된 형태인 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.

디아민의 산아미드로서는, 에틸렌비스스테아르산아미드, 에틸렌비스이소스테아르산아미드, 에틸렌비스올레산아미드, 메틸렌비스라우르산아미드, 헥사메틸렌비스올레산아미드, 헥사메틸렌비스히드록시스테아르산아미드 및 m-크실릴렌비스스테아르산아미드 등이 바람직하고, 이산의 산아미드는, N,N'-디스테아릴세바신산아미드 등이 바람직하다. 이들 중에서도 에틸렌비스스테아르산아미드가 특히 바람직하다.

본 발명에서의 모노아미드로서는, 하기 화학식 III으로 표시되는 것이 바람직하게 사용된다.

R⁵-CO-NH-R⁶

여기서, R⁵는 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, R⁶은 수소, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이다.

구체적으로는 라우르산아미드, 팔미트산아미드, 스테아르산아미드, 베헨산아미드 및 히드록시스테아르산아미드 등의 포화 지방산 아미드, 올레산아미드나 에루크산아미드 등의 불포화 지방산 아미드, 및 스테아릴스테아르산아미드나 올레일올레산아미드 등의 장쇄 지방산과 장쇄 아민에 의한 치환 아미드류(상기 화학식에서 R⁶이 수소가 아닌 모노아미드)일 수도 있다. 그러나, 고온에서 사용되는 것을 생각하면, 비스아미드에 가까운 분자량을 갖는 치환 아미드가 바람직하다. 바람직하게 사용되는 모노아미드는, 융점이 30 내지 130 ℃, 특히 바람직하게는 50 내지 120 ℃이고, 분자량은 115 내지 745, 특히 바람직하게는 157 내지 689이다.

액상 윤활 기유에 배합되는 비스아미드 및/또는 모노아미드의 양은, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 합계량으로 0.01 내지 500 중량부의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.05 내지 250 중량부의 범위에 있는 것이 특히 바람직하다. 0.01 중량부 이상으로 함으로써 겔상에서 충분한 저마찰 특성이 얻어지고, 500 중량부 이하로 함으로써 접동부에서의 액상 윤활 기유의 양을 충분히 유지할 수 있으며, 마찰의 증대를 방지할 수 있다.

또한, 사용하는 비스아미드나 모노아미드의 종류에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 비스아미드 및/또는 모노아미드의 배합량이 0.05 내지 5 중량부인 저농도 영역에서, 겔 특성의 경도가 부족해지는 경향이 발생하는 경우가 있으며, 이러한 때에는 트리아미드를 필요량 추가 배합할 수 있다.

또한, 도 1에서 매개 변수인 비스아미드, 모노아미드 및 트리아미드로서는, 각각 실시예에서 사용한 에틸렌비스스테아르산아미드, 스테아르산아미드, N-라우로일-L-글루탐산-α,γ-디-n-부틸아미드를 사용하고, 이들 아미드의 배합량은, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대한 아미드의 중량 비율을 중량부로 나타낸다. 또한, 도면 중의 2호, 4호 및 6호는, JIS K2220 "그리스"로 규정되어 있는 점조도 번호이고, 각각 해당하는 점조도 범위를 나타내는 것이다.

본 발명에서의 트리아미드로서는, 하기 화학식 IV로 표시되는 것이 바람직하게 사용된다.

R⁷-M-A³-CH(A⁴-M-R⁸)-A⁵-M-R⁹

여기서, R⁷, R⁸, R⁹는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, M은 아미드기(-CO-NH-)이고, A³, A⁴, A⁵는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 5 이하의 알킬렌기이다.

구체적으로는, N-아실아미노산디아미드 화합물이 바람직하다. 이 화합물의 N-아실기는 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화의 지방족 아실기 또는 방향족 아실기, 특히 카프로일기, 카프릴로일기, 라우로일기, 미리스토일기 및 스테아로일기를 포함하는 것이 바람직하고, 아미노산으로서는 아스파라긴산 및 글루탐산을 포함하는 것이 바람직하고, 아미드기의 아민은 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화의 지방족 아민, 방향족 아민 또는 지환식 아민, 특히 부틸아민, 옥틸아민, 라우릴아민, 이소스테아릴아민, 스테아릴아민시클로헥실아민 및 벤질아민을 포함하는 것 등이 바람직하다. 특히, N-라우로일-L-글루탐산-α,γ-디-n-부틸아미드가 바람직하다.

이 트리아미드는 사용하는 기유에 따라서도 상이하지만, 액상 윤활 기유 100 중량부를 기준으로서 0.01 내지 30 중량부, 특히 0.05 내지 30 중량부, 나아가서는 0.1 중량부 이상 배합하는 것이 바람직하다. 0.01 중량부 이상, 바람직하게는 0.05 중량부 이상의 배합이면 겔화 구조를 충분히 발달시킬 수 있고, 30 중량부 이하로 함으로써 겔을 사용에 바람직한 경도로 유지할 수 있으며, 비용면에서도 유리하다.

본 발명에 사용하는 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여, 마찰 조정제, 특히 유용성 마찰 조정제를 0.05 내지 10 중량부 배합하면, 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 컨디셔닝 시간을 대폭 단축할 수 있기 때문에, 특히 바람직하다. 이 유용성 마찰 조정제로서는, 장쇄 지방산의 모노에스테르, 고급 알코올 및 그 화합물, 지방족 아민 및 아미드에스테르 등, 에스테르계, 에테르계, 폴리올계, 이미다졸계 및 아민계 등의 무회계(無灰系)인 것이어도, 디알킬디티오카르밤산몰리브덴염 등의 금속계인 것이어도 사용할 수 있고, 양자를 조합한 것도 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 윤활성을 갖는 조성물에는, 산화 방지제, 마모 방지제, 녹 방지제, 유동점 강하제, 금속 불활성화제, 소포제 및 점착성을 부여하는 부착제 등, 윤활유에 일반적으로 사용되는 첨가제를 필요에 따라 배합할 수 있다.

본 발명에서의 윤활성을 갖는 조성물은, 우수한 마찰 특성(저마찰 계수)을 가지며, 오일 누설에 의한 오염을 회피할 수 있고, 사용, 사용하지 않음에 따른 승온, 냉각 스트레스를 반복하여 받아도 겔 구조가 재구축되는 특성을 갖는 것이다. 따라서, 예를 들면 하기의 베어링 등의 윤활 시스템에 베어링용 윤활제로서 바람직하게 이용할 수 있다. 우선 베어링으로서는, 함유 베어링이나 회전 베어링 등을 들 수 있다.

도 2에 부호 2로서 나타낸 소결 함유 베어링은, 구리, 청동, 황동, 철 및 아연 등의 금속 분말을 혼합, 성형, 소결, 사이징 공정에 의해 일반적으로는 5 내지 30 용적％의 공극이 존재하도록 제조된 다공질의 소결 금속체에, 통상적으로 액상의 윤활유가 진공 함침 등의 방법에 의해 충전되어 제조된다. 본 발명의 윤활성을 갖는 조성물을 하기의 방법에 의해 소결 함유 베어링에 함침함으로써, 종래의 액상 윤활유를 함침시킨 경우에 비해, 저마찰이면서 오일 누설이 없고, 그에 따른 주위로의 오염이 회피된다. 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 함침은, 배합한 아미드의 융점으로부터 10 ℃ 정도 높은 온도까지 가온하여, 액상이 되었을 때 공극을 갖는 소결 금속체에 진공 함침 등의 방법에 의해 함침할 필요가 있다. 또한, 소결 함유 베어링의 주위에 부착된 잉여의 윤활유를 제거할 필요가 있는 경우, 바스켓 중에 투입한 소결 함유 베어링을 바스켓마다 회전시킴으로써, 원심력을 이용하여 윤활유를 털어내는 원심 탈유 작업이 행해지지만, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 사용하는 경우, 주위 온도를 배합한 아미드의 융점 이상으로 유지하고, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 융해된 상태에서 이 작업을 행할 필요가 있다. 또한, 이들 작업 중 에는, 고온에 의한 윤활유 및 베어링 금속의 산화 열화가 염려되기 때문에, 진공 함침 이외의 작업은 질소 등의 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.

또한, 함유 베어링으로서, 상기한 금속계의 함유 베어링 이외에도 플라스틱 수지, 세라믹, 목재나 코르크 등의 섬유질재, 또는 이들 2종 이상을 조합한 복합 재료 등, 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 가열 등 어떠한 수단으로 함침하고, 유지할 수 있는 다공질을 갖는 재료를 사용할 수 있다.

또한, 회전 베어링은 도 3에 도시한 바와 같이 2개의 궤도륜(내륜 (10) 및 외륜 (9)), 전동체 (12)(볼 또는 굴림대) 및 유지기 (11)에 의해 구성되며, 내륜 (10)과 외륜 (9) 사이에 있는 전동체 (12)는 서로 접촉하지 않도록 유지기 (11)에 의해 일정한 간격으로 유지되어, 회전 운동을 하는 구조이고, 라디얼 베어링과 트러스트 베어링으로 크게 구별된다. 일반적으로는, 액상 윤활유 또는 그리스가 충전되어, 베어링을 원활히 윤활하게 하고 있다. 본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물도 이들과 동일한 윤활이 가능하며, 우수한 마찰 특성, 윤활 성능에 의해 보다 우수한 베어링 성능을 발휘할 수 있다. 적용 방법으로서는, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 그리스와 같이 베어링 내부에 충전하거나, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 가열하여 액체상이 된 시점에 베어링 내부에 충전하여 냉각한 후 겔을 형성시키는 방법 등이 있다. 또한, 유지기 (11)이 다공질 재료로 제조되어 있는 것이면, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 유지기 (11)에 함침시켜 사용할 수도 있다.

또한, 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 갖는 이하의 특성을 활용한 시스템도 이용 범위로서 들 수 있다. 즉, 본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 삼차원 메쉬 구조를 형성하는 아미드 화합물 중에 액상 윤활 기유가 유지되어 반고체상의 겔이 되어 있지만, 미시적으로 액상 윤활 기유는 메쉬 구조 내를 자유롭게 돌아다니고 있다. 이것은, 예를 들면 다공질의 좁은 공극에 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 접촉하는 경우, 모세관 현상에 의해 겔 중의 액상 윤활 기유가 겔로부터 좁은 공극으로 이동할 수 있다는 것을 나타내며, 또는 반대로 액상 윤활 기유가 시스템에 여분으로 존재하는 경우, 겔의 삼차원 구조가 모세관 현상이 되어 겔 내에 이들 여분의 액상 윤활 기유를 취입하는 것을 나타내고 있다.

본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 이러한 특성을 활용하는 시스템으로서, 예를 들면 함유 베어링에 윤활제를 보급하는 오일 보급 작용을 목적으로서 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 함유 베어링의 외측에 배치하는 시스템, 또는 베어링으로부터 누설된 액상 윤활 기유를 포집하여 액상 윤활 기유에 의한 시스템 오염을 방지하기 위해 오일 유지 작용을 목적으로서 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 배치하는 시스템 등을 들 수 있다. 현재, 함유 베어링 등의 오일 보급 작용을 목적으로 한 기구에는, 흡유성이 높은 펠트(부직포)나 셀룰로오스 섬유에 액상 윤활유를 스며들게 한 것이 있지만, 함유율이 충분하지 않거나 함유율을 조정하기 어렵기 때문에, 충전 작업에도 시간이 걸리고 섬유상의 이물질이 베어링 클리어런스 내에 침입하여 소부(燒付) 등의 윤활 불량을 발생시킨다는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은, 함유율을 적절하게 조정할 수 있으며, 충전 작업도 가열에 의해 액상으로 함으로써 용이하게 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 아미드 그 자체는 섬유상이 아니고 저마찰 특성을 갖고 있기 때문에 클리어런스에 침입하여도 전혀 문제가 없으므로, 종래의 과제를 해결하는 바람직한 방법으로서 이용할 수 있다. 구체적으로는 도 2에 도시한 바와 같이 함유 베어링 (2)의 외측에 오일 보급 기구 (1)로 나타내는 위치에 본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 배치함으로써, 함유 베어링 (2)의 윤활 성분이 감소하면 상기 조성물로부터 자동적으로 보급되고, 반대로 함유 베어링 (2)의 윤활 성분이 누출되면 상기 조성물에 자동적으로 포집된다.

또한, 액상 윤활유의 비산에 의한 오염이나, 비산 및 증발에 의한 유량의 감소에 기인하는 베어링 수명 시간의 저하의 방지책으로서, 현재 함유 베어링 등의 베어링 시스템에서는 베어링 하우징 내에 오일 밀봉을 행하거나, 발유 처리를 실시하는 등의 방법이 취해지고 있다. 오일 밀봉으로서는, 고무제의 패킹이나, 금속제의 워셔 등이 사용되지만, 전자의 경우에는 패킹이 축에 접촉함으로써 발생하는 접동 저항에 의해 고속 회전시에 무시할 수 없을 정도의 효율 저하가 발생한다. 또한, 후자의 경우에는 워셔가 축에 접촉하지 않도록 공극을 설치할 필요가 있기 때문에, 베어링 하우징 내를 완전히 밀봉하는 것은 불가능하다. 이것은 워셔가 수지 등의 금속 이외의 재질인 경우에도 마찬가지이다. 또한, 발유 처리를 실시하는 경우에는, 흡유 효과에 변동이 발생하거나, 발유 처리에 시간이 걸린다는 등의 문제점이 있다. 또는, 자성 유체 등을 사용하여 오일의 비산을 방지한 비접촉형 베어링 시스템에서는, 고속 회전 성능은 만족하지만, 비용이 든다는 등의 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 오일 유지 효과를 이용 함으로써, 즉 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이 오일 유지 기구 (14)로서 본 발명의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 하우징 (15) 내에 설치함으로써, 비산하는 함유 베어링 (4)의 여분의 액상 윤활유를 취입하여, 시스템의 오일 오염을 방지함과 동시에 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 갖는 저마찰 특성에 의해 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 축에 접촉하여도 고속 회전하는 베어링 성능에 영향을 주지 않기 때문에, 베어링 하우징 내를 밀봉할 수 있으며 윤활유의 증발을 완전히 방지할 수 있다. 따라서, 상기 과제를 해결하는 것이 가능하다.

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 실시예로 한정되지 않는다.

이하에 나타내는 액상 윤활 기유, 아미드, 왁스, 유용성 마찰 조정제 및 증점제를 표 2, 표 3 및 표 4에 나타내는 비율로 배합하여, 실시예 및 비교예의 윤활성을 갖는 조성물을 제조하였다.

1. 액상 윤활 기유

표 1에 나타낸 성상의 4 종류의 액상 윤활 기유를 사용하였다. 기유 A와 기유 D의 PAO는 시판되어 있는 폴리-α-올레핀이고, 점도 등급은 각각 VG32와 VG68이다. 기유 B는 VG46의 광물유이다. 기유 C의 지방산 에스테르는 네오펜틸 골격을 갖는 다가 알코올(네오펜틸글리콜)과 지방산(이소스테아르산)의 에스테르이다. 또한, 이들 액상 윤활 기유에는 산화 방지제, 마모 방지제 등의 첨가제가 미리 소정량 배합되어 있으며, 윤활유로서의 기본 성능(산화 방지, 마모 방지 등)을 갖고 있 다.

2. 아미드

A-비스아미드: 에틸렌비스스테아르산아미드[융점: 145 ℃, 분자량: 592]

B-모노아미드: 스테아르산아미드[융점: 101 ℃, 분자량: 283]

C-트리아미드: N-라우로일-L-글루탐산-α,γ-디-n-부틸아미드[융점: 152 ℃, 분자량: 440]

D-모노아미드: N-스테아릴스테아르산아미드[융점: 95 ℃, 분자량: 535]

3. 왁스(비교예)

파라핀 왁스[융점: 95 ℃]

폴리에틸렌계 왁스[융점: 104 ℃]

4.마찰 조정제

에스테르계 마찰 조정제[시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 이르갈루브 (Irgalube) F10A]

5. 증점제

리튬 비누: 비누계로서 12 히드록시스테아르산 리튬을 사용하였다.

디우레아: 비비누계로서 지방족 디우레아 화합물과 방향족 디우레아 화합물의 디우레아 혼합물을 사용하였다.

6. 시험 방법

상기 액상 윤활 기유 및 아미드, 왁스 등을 표 2, 3, 4에 나타낸 비율로 배합하고, 융점 이상(배합되는 아미드의 융점 중 가장 높은 융점보다 10 ℃ 높은 온도)으로 가열하여 교반한 후, 균일하게 용해된 것을 확인하고, 실온까지 냉각하여 실시예 1 내지 16, 비교예 1 내지 5의 윤활성을 갖는 조성물을 제조하였다. 이들 제조한 윤활성을 갖는 조성물에 대하여, 하기에 나타낸 시험 방법에 의해 열가역성, 상태 관찰, 내적하성, 윤활성에 대하여 시험을 행하여, 겔상 윤활제로서의 특성을 비교예 1인 비겔상(아미드를 첨가하지 않는 액상) 윤활유, 및 파라핀 왁스 등의 왁스분을 배합한 반고체상 겔(비교예 1 내지 2), 및 시판된 Li계 그리스 No. 2(참고예)나 실시예와 동일한 액상 윤활 기유를 사용하여 조정한 Li 그리스(비교예 4), 우레아 그리스(비교예 5)와의 비교를 행하였다. 또한, 실시예 및 비교예에 대해서는, 실제로 청동계 소결 함유 베어링에 함침시켜 마찰 특성을 측정하여 비교하였다.

(열가역성)

상기 절차로 제조한 윤활성을 갖는 조성물 100 g을 200 ㎖ 유리제의 비커에 넣고, 재차 150 ℃의 항온조 내에서 1 시간 동안 가열 정치하여 균일하게 용해시키며, 그 후 실온까지 냉각하여, 가열 전후의 외관을 확인하였다. 상태가 균일한 겔상이며, 시험 전과 동일한 상태인 경우를 ○로 판정하고, 분리나 불균일한 겔상이 된 경우를 ×로 판정하였다.

(상태 관찰)

실시예, 비교예의 윤활성을 갖는 조성물에 대하여, 상기 열가역성 시험의 1일 경과 후의 외관으로부터 균일한 겔상의 유지 여부(층 분리의 여부, 아미드 침강의 여부 등)를 육안으로 관찰하였다.

(내적하성)

실온에서 경사각 15도로 설치한 청정 유리판 위에 시료유(실시예, 비교예의 윤활성을 갖는 조성물)을 피펫으로 약 1 ㎖ 적하하고, 액적의 유동성을 관찰하였다. 적하 후, 즉시 경사 유리판 위를 흘러내리는 경우를 ×, 흐르지 않고 정지한 액적으로서 멈추어 있는 경우를 ○로 평가하였다.

(점조도)

JIS K2220에 준거하여, 불혼화 점도를 1/4 점조도계로 측정하였다.

(윤활성)

내마모성(볼 마모 흠집 직경)

내마모성에 대하여, 쉘 4구 내마모성 시험(ASTM D4172)을 행하였다. 시험 조건은, 회전수를 1200 rpm, 하중을 40 kgf/㎠, 온도를 50 ℃, 시간을 60분으로 하여, 시험 종료 후의 볼 마모 흠집 직경(㎜)을 측정하였다.

마찰 특성(마찰 계수)

또한, 마찰 특성에 대해서는 볼/디스크형의 SRV 시험으로, 하중 100 N, 진동수 50 Hz, 진폭 1.5 ㎜, 온도 40 ℃에서 시험 개시로부터 15분 경과 후의 마찰 계수를 측정하였다. SRV 시험에 사용한 시험기는 ASTM D5706에 따른 것이며, 볼 및 디스크의 재질은 SUJ-2이다.

(소결 함유 베어링에 대한 함침 및 마찰 특성)

실시예, 비교예의 윤활성을 갖는 조성물을 150 ℃ 정도로 가열 용해하고, 청동계 소결 함유 베어링[내경 4.007 ㎜]에 진공하에 함침시켰다. 또한, 함유율은 약 20 부피％이다. 함침한 베어링재에 강철제 샤프트[외경 3.994 ㎜]를 통과시키며, 하중[3.7 kgf/㎠]을 상부로부터 가하고, 회전수 100 rpm 및 4000 rpm으로 접동시험을 행하여, 마찰 특성을 마찰 계수로 평가하였다. 실험은 실온하에 상기 각 회전수에 대하여 3회 행하고, 정상이 된 마찰 계수의 평균값을 기록하였다. 또한, 1OO rpm시에서의 마찰 계수가 정상이 될 때까지의 시간(컨디셔닝 시간)도 측정하였다.

6. 시험 결과

실시예 및 비교예의 배합 비율 및 얻어진 윤활성을 갖는 조성물의 상기 시험 결과를 표 2, 3, 4에 나타낸다.

아미드 배합량이 적고, 부드러운 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이기 때문에 점조도의 측정을 행할 수 없는 실시예 1 내지 8 및 비교예 1의 시험 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에서, 비교예 1은 기유 A 단체만으로 이루어지는 윤활성을 갖는 조성물이다. 실시예 1 내지 8은 모두 비스아미드 및/또는 모노아미드를 배합한 것이고, 그 중 비스아미드의 배합이 특히 낮은 것에는 트리아미드를 병용한다(실시예 1 및 2). 기유에 아미드를 배합하여 제조한 실시예 1 내지 8의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 모두 균일한 겔을 형성하고 재가열에 의한 열가역성도 갖는다는 것이 관찰되었다. 또한, 이들 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 양호한 내적하성을 나타내고 액상의 기유만인 경우(비교예 1)에 비해 오일 누설 방지에 유효하다는 것이 확인되었다. 또한, 내마모성이나 마찰 특성도 기유만인 경우에 비해 우수하고, 특히 아미드를 배합함으로써 저마찰화를 실현할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 점조도가 측정 가능한 어느 정도의 경도를 갖는 겔상의 윤활성을 갖는 조성물의 실시예 9 내지 16, 비교예 2 내지 5, 및 시판된 리튬 그리스의 참고예를 표 3, 4에 나타내었다. 표 3에서, 기유 A 100 중량부에 대하여 비스아미드 및/또는 모노아미드를 20 중량부 내지 최대 250 중량부 배합한 실시예 9 내지 15의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 모두 균일한 겔을 형성하며 양호한 열가역성도 갖는다. 점조도는, 도 1에 도시한 바와 같이, 아미드 배합량의 증가와 동시에 굳어졌다.

또한, 파라핀 왁스를 20 중량부 배합한 비교예 2, 폴리에틸렌계 왁스를 20 중량부 배합한 비교예 3도 균일한 겔을 형성하고, 열가역성을 갖는다. 또한, 소결 베어링에 진공 함침할 수 있었던 실시예 9 내지 15, 및 비교예 1 내지 3에 대하여, 베어링에서의 접동 시험을 실시하였다. 그 결과, 기유만인 경우(비교예 1)에 비해, 실시예 9 내지 15에 나타낸 바와 같이 아미드를 배합함으로써, 저속으로부터 고속역까지 대폭 마찰 계수가 감소되었다는 것을 알 수 있었다. 한편, 파라핀 왁스의 경우(비교예 2)에는, 저속역에서는 기유(비교예 1)보다 낮은 마찰 계수를 나타내고, 고속역에서는 기유와 동등한 마찰 계수를 나타내었지만, 모두 실시예 9 내지 15의 낮은 마찰 계수를 능가하는 것은 아니었다. 또한, 폴리에틸렌계 왁스의 경우(비교예 3)에는, 저속으로부터 고속역까지 기유(비교예 1)보다 마찰 계수가 높기 때문에, 당연 비교예 2보다 성능이 떨어졌다.

또한, 마찰 조정제를 배합한 실시예 15에서는, 컨디셔닝 시간이나 짧아졌기 때문에 보다 우수한 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이라고 할 수 있다.

한편, Li계 그리스(참고예)는 열가역성을 나타내지 않고, 가열에 의해 유분과 비누 성분의 분리가 관찰되었으며, 균일한 상태로 소결 베어링에 진공 함침할 수 없었다.

또한, 표 4에 나타낸 바와 같이, 동일한 액상 윤활 기유를 사용하여 점조도를 동일한 등급으로 일치시킨 실시예 16, 비교예 4, 5를 비교하면, 일반적으로 알려져 있는 Li 그리스나 우레아 그리스에 비해, 실시예 16의 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 저마찰 특성을 가지며, 마찰 계수의 변동도 적고, 매우 안정적인 마찰 특성을 나타냄과 동시에, 내마모성도 우수하다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물은 오일 누설이 거의 발생하지 않고 접동부의 저마찰화를 도모할 수 있기 때문에, 자동차나 정밀 기계 등을 비롯한 각종 일반 기계의 베어링 시스템(함유 베어링이나 회전 베어링 등)의 윤활제로서 적용할 수 있다. 또한, 겔상의 윤활성을 갖는 조성물이 갖는 오일 보급 작용이나 오일 유지 작용을 나타내는 수단을 장비한 베어링 시스템 등에도 적용할 수 있다.

Claims

광유계 액상 윤활 기유, 합성계 액상 윤활 기유 또는 이들의 혼합물에 배합된 비스아미드, 모노아미드 또는 이들의 혼합물을 함유하고, 이들 이외의 증점제 및 그리스(grease)는 함유하지 않으며, 열가역성 겔의 특성을 갖는, 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
광유계 액상 윤활 기유, 합성계 액상 윤활 기유 또는 이들의 혼합물에 배합된 비스아미드, 모노아미드 또는 이들의 혼합물을 함유하고, 추가로 트리아미드를 함유하고, 이들 이외의 증점제 및 그리스(grease)는 함유하지 않으며, 열가역성 겔의 특성을 갖는, 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
제1항에 있어서, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 비스아미드, 모노아미드 또는 이들의 혼합물을 합계량으로 0.01 내지 500 중량부 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
제2항에 있어서, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 비스아미드, 모노아미드 또는 이들의 혼합물을 합계량으로 0.01 내지 500 중량부 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
제1항에 있어서, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 마찰 조정제를 0.05 내지 10 중량부 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
제2항에 있어서, 액상 윤활 기유 100 중량부에 대하여 마찰 조정제를 0.05 내지 10 중량부 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물.
제1항에 기재된 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 포함하는 베어링 시스템.
제7항에 있어서, 베어링이 함유(含油) 베어링인 베어링 시스템.
제7항에 있어서, 베어링이 회전 베어링인 베어링 시스템.
제1항에 기재된 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 함유(含油) 베어링과 함께 가열하는 공정을 포함하는, 베어링 시스템의 제조 방법.
제2항에 기재된 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 포함하는 베어링 시스템.
제11항에 있어서, 베어링이 함유(含油) 베어링인 베어링 시스템.
제11항에 있어서, 베어링이 회전 베어링인 베어링 시스템.
제2항에 기재된 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 함유(含油) 베어링과 함께 가열하는 공정을 포함하는, 베어링 시스템의 제조 방법.