KR101245687B1 - 그리스 조성물 및 베어링 - Google Patents

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Abstract

고온 환경 하에서도 베어링 수명을 길게 할 수 있고, 내(耐)아크릴고무성이 우수한 그리스 조성물 및 이를 봉입한 베어링을 제공한다. 증점제와 베이스 오일을 포함하는 그리스 조성물에 있어서, 베이스 오일이 합성 탄화수소유를 포함하며, 베이스 오일 중의 합성 탄화수소유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 오일의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이하이며, 증점제가 하기 식(I)으로 나타내어지는 디우레아 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물, 및 이를 봉입한 베어링.
(I) R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3
식 중, R2는 탄소수 6~15인 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, R1 및 R3은 동일 또는 서로 다른 기로서, 시클로헥실기 또는 탄소수 8~18의 직쇄 또는 분기 알킬기를 나타내고, R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수는 60~95%이다.

Description

그리스 조성물 및 베어링{Grease Composition and Bearings}
본 발명은 그리스 조성물 및 베어링에 관한 것으로, 특히, 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링에 사용하기에 적합한 그리스 조성물 및 이를 봉입한 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링에 관한 것이다.
자동차의 소형 경량화나 거주 공간 확대의 요망에 따라 엔진룸 공간의 감소가 요구되고 있으며, 이에 따라 전장/보조기기도 소형 경량화가 진행되고 있다. 또한 정숙성에 따라 엔진룸이 밀폐화되어, 고온에 견디는 전장/보조기기가 필요해지고 있다.
사용 환경이 고온화됨에 따라, 베어링에 사용되고 있는 씰도 종래부터 사용되고 있던 수지재나 고무재에서, 보다 내열성이 높은 폴리아크릴고무(ACM)를 베이스로 한 재료가 주류가 되고 있다. 이러한 환경 하에서, 그리스로는 고온 하에서 베어링 윤활 수명이 길고, 씰재 즉 ACM재와의 적합성이 우수한 것이 요구되고 있다.
롤링 베어링용 그리스로는, 저가인 광유를 베이스 오일로 한 리튬 비누 그리스나 디우레아 그리스, 또한 합성 탄화수소유나 에테르계 합성유를 베이스 오일로 한 리튬 비누 그리스나 디우레아 그리스 등이 사용되고 있다. 디우레아 그리스 중에서는 특히 방향족 우레아가 고온 내구성을 이유로 사용되는 경우가 많다.
그러나 이들 그리스는 베이스 오일이나 증점제의 내열성이 부족하거나, 그리스의 윤활부로의 유입성이 부족하여, 고온 하에서의 베어링 수명은 결코 만족할 만하지 못하다.
한편, 증점제에 의해 유입성을 향상시킨 예로서, 일본 특허 제 2979274호에는 50질량%를 넘는 양의 에테르계 합성유를 포함하는 베이스 오일에, 증점제로서 하기 일반식으로 표시되는 디우레아 화합물을 사용한 그리스 조성물이 기재되어 있다.
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3
식 중, R1는 탄소수 6~15인 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, R2 및 R3은 동일 또는 다른 기로서, 시클로헥실기, 또는 탄소수 7~12인 시클로헥실 유도체기 또는 탄소수 8~20인 알킬기를 나타내고, 시클로헥실기, 탄소수 7~12인 시클로헥실 유도체기 및 탄소수 8~20인 알킬기의 총 몰수에 대한 시클로헥실기 및 그 유도체기의 몰수의 비율이 50~100%이다.
그러나, 이 그리스 조성물은 베이스 오일과 증점제의 상용성이 부족하고, 또한 유입성이 부족하여, 베어링 수명은 만족할 만한 것이 못된다.
본 발명의 목적은 종래의 그리스에 비해 고온 환경하에서도 베어링 수명을 길게 할 수 있고, 내아크릴고무성이 우수한 그리스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 그리스 조성물을 봉입한 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여 노력한 결과, 베이스 오일 및 증점제를 선정함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 이하의 그리스 조성물 및 이를 봉입한 베어링을 제공하는 것이다.
1. 증점제와 베이스 오일을 포함하는 그리스 조성물에 있어서, 베이스 오일이 합성 탄화수소유를 포함하며, 베이스 오일 중의 합성 탄화수소유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 오일의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이하이고, 증점제가 하기 식(I)으로 나타내어지는 디우레아 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물.
(I) R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3
식 중, R2는 탄소수 6~15의 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, R1 및 R3은 동일 또는 서로 다른 기이며, 시클로헥실기 또는 탄소수 8~18의 직쇄 또는 분기 알킬기를 나타내고, R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수는 60~95%이다.
2. 베이스 오일이 에테르계 합성유를 더 포함하는 상기 1에 기재된 그리스 조성물.
3. R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수가 70~90%인 상기 1 또는 2에 기재된 그리스 조성물.
4. 베어링용인 상기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물.
5. 베어링이 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링인 상기 4에 기재된 그리스 조성물.
6. 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링이 외륜 회전 베어링인 상기 5에 기재된 그리스 조성물.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물을 봉입한 베어링.
본 발명의 그리스 조성물은 증점제로서 특정의 지환식/지방족 디우레아를 사용하고 있기 때문에 그리스 조성물의 윤활부로의 유입성이 확보되며, 베이스 오일로서 합성 탄화수소유를 포함하며, 베이스 오일 중의 합성 탄화수소유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 오일의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이하인 베이스 오일을 사용하고 있기 때문에, 내열성, 내아크릴고무성이 확보된다. 따라서, 본 발명의 그리스 조성물은 베어링에 사용했을 때, 고온 환경 하에서도 베어링 수명을 길게 할 수 있고, 내아크릴고무성이 우수하며, 올터네이터, 카 에어컨용 전자 클러치, 중간 풀리, 아이들러 풀리, 텐션 풀리 등의 전장/보조기기 베어링에 사용하는 그리스 조성물로서 특히 적합하다.
그리스가 긴 윤활 수명을 나타내기 위해서는 그리스가 적절하게 유동하여 윤활부로 유입하는 것이 필요하지만, 유동성이 너무 좋으면 누설로 이어진다. 이 조정은 증점제로 수행하는데, 식(I)으로 나타내어지는 우레아계 증점제에 있어서, R1 및 R3로 표시되는 기 중의 지환식의 비율이 높으면 유동성은 작아지고, 지방족의 비율이 높으면 유동성이 커진다.
본 발명에서는 전장/보조기기용 롤링 베어링과 같은 고온/고속 베어링에 사용되는 그리스 조성물로서, 식 (I)에 있어서, R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수를 60~95%, 바람직하게는 70~90%로 함으로써, 적절한 유동성을 확보하고 있다.
상기에 더하여, 조합하는 탄소수 8~18인 직쇄 또는 분기 알킬기의 탄소수도 그리스의 유동성에 관여하기 때문에, 바람직하게는 탄소수 16~18이다. 이들은 탄소수가 서로 다른 2종류 이상의 것의 혼합물이어도 좋다.
본 발명의 그리스 조성물의 베이스 오일은 합성 탄화수소유를 포함하며, 합성 탄화수소유의 함유량은 베이스 오일 전체의 20질량% 이상, 바람직하게는 40질량% 이상이다. 합성 탄화수소유 이외의 베이스 오일에 대해서는 광유를 비롯한 모든 베이스 오일이 사용 가능하다. 예를 들면, 디에스테르, 폴리올에스테르로 대표되는 에스테르계 합성유, 알킬디페닐에테르, 폴리프로필렌글리콜로 대표되는 에테르계 합성유, 실리콘계 합성유, 불소계 합성유가 사용 가능하다. 그러나, 에스테르계 합성유를 병용하면 그리스의 유동성이 늘어나 베어링 윤활 수명 연장에 효과는 있지만, 아크릴고무를 팽윤/열화시키기 때문에 에스테르계 합성유는 사용하지 않는 것이 좋고, 사용할 경우에는 베이스 오일 전체의 20질량% 이하로 한다.
본 발명의 그리스 조성물에는 통상 그리스 조성물에 사용되고 있는 첨가제를 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제로는 예를 들면 아민계, 페놀계로 대표되는 산화방지제, 아질산나트륨 등의 무기 부동태화제, 술포네이트계, 호박산계, 아민계, 카본산염으로 대표되는 방청제, 벤조트리아졸로 대표되는 금속 부식방지제, 지방산, 지방산에스테르, 인산에스테르로 대표되는 유성제, 인계, 유황계, 유기 금속계로 대표되는 내마모제나 극압제, 산화금속염, 이황화몰리브덴으로 대표되는 고체 윤활제 등을 들 수 있다. 또한 수소 취성 박리를 억제하는 각종 첨가제, 예를 들면 부동태화제(예를 들면 일본 특허 2878749호에 기재된 것)나 유기술폰산염이나 티오카르바민산염 등(예를 들면 일본 특허공개 2007-262300호 공보에 기재된 것)도 첨가할 수 있다.
실시예 1~6 및 비교예 1~6
시험 그리스의 조제
베이스 오일 중에서, 방향족 디이소시아네이트(디페닐메탄디이소시아네이트)에 소정량의 아민(시클로헥실아민, 스테아릴아민, p-톨루이딘)을 반응시키고, 혼화점도가 280(JIS K2220)이 되도록 베이스 오일로 희석하여 베이스 그리스를 조제하였다. 이 그리스에 첨가제를 가하여, 실시예 1~6 및 비교예 1~6의 그리스 조성물을 조제하였다.
증점제
시클로헥실기(CH)의 함유율(몰%)=[{(시클로헥실기의 몰수)/(시클로헥실기의 몰수)+(알킬기의 몰수)}×100]
증점제 A: 지환식/지방족 디우레아
증점제 B: 지환식 디우레아
증점제 C: 방향족 디우레아(p-톨루이딘 사용)
베이스 오일(40℃의 동점도)
합성 탄화수소유(68㎟/s): 폴리α-올레핀
페닐에테르유(97㎟/s): 알킬디페닐에테르유
에스테르유(76.9㎟/s): 디펜타에리스리톨에스테르유
첨가제(아민계 산화방지제): 알킬디페닐아민
그리스 조성물의 평가 방법
조제한 그리스 조성물을 하기의 시험 방법에 의해 평가하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
베어링 윤활 수명 시험( ASTM D3336 준거)
고온 하에서의 베어링 수명을 평가하는 내륜 회전의 시험. 하기의 조건으로 운전하여, 모터의 과전류 혹은 규정의 온도보다도 +15℃ 상승한 경우에 수명으로 판단하였다.
베어링 형식: 6204 금속씰
시험 온도: 180℃
회전수: 10000rpm
시험 하중: 축방향 하중 66.7N
레이디얼 하중 66.7N
아크릴고무 침적 시험( JIS K-6258)
시험 전에 시험 고무의 체적을 측정 후, 병에 채운 그리스 중에 시험 고무를 침적시켜 규정 온도의 항온조에 정치한다. 규정 시간에 도달한 후, 시험 고무의 체적을 측정하여, 체적 변화율을 산출한다.
시험 온도: 180℃
시험 시간: 72시간
체적 변화율: 변화율 20% 이하 합격
종합 평가
베어링 윤활 수명 시험 600시간 이상 합격
아크릴고무 침적 시험 체적 변화율 20% 이하 합격
혼화 점도: (점도는 280으로 통일하였다.)
성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
증점제 A A A A A A
증점제 중의 CH율(몰%) 85 70 85 85 90 85
베이스 오일 비율 합성탄화수소유 60 60 20 60 40 80
페닐에테르유 40 40 80 20 40
에스테르유 20 20 20
베어링 윤활 수명(H) 600< 600< 600< 600< 600< 600<
아크릴고무 침적 시험(%) 20> 20> 20> 20> 20> 20>
종합 평가 ○ ○ ○ ○ ○ ○
성분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
증점제 A B C A A A
증점제 중의 CH율(몰%) 40 100 0 85 85 20
베이스 오일 비율 합성탄화수소유 60 60 60 60 50
페닐에테르유 40 40 40 40
에스테르유 40 60 50
베어링 윤활 수명(H) 495 317 453 600< 600< 289
아크릴고무 침적 시험(%) 20> 20> 20> 20< 20< 20<
종합 평가 × × × × × ×
결과
합성 탄화수소유를 포함하며, 베이스 오일 중의 합성 탄화수소유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 오일의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이하이며, 증점제 중의 시클로헥실기의 비율이 60~95%의 범위에 있는 실시예 1~6의 그리스 조성물은 베어링 윤활 수명이 길고, 내아크릴고무성이 우수하다.
이에 비하여 증점제 중의 시클로헥실기의 비율이 60~95%의 범위 밖에 있는 비교예 1~3 및 비교예 6의 그리스 조성물은 베어링 윤활 수명이 600시간 미만이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 합성유의 함유율이 20% 이상인 비교예 4~6의 그리스 조성물에서는 내아크릴고무성이 저하되는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 증점제와 베이스 오일을 포함하는 그리스 조성물에 있어서, 베이스 오일이 합성 탄화수소유를 포함하며, 베이스 오일 중의 합성 탄화수소유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 베이스 오일 중의 에스테르계 오일의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이하이고, 증점제가 하기 식(I)으로 나타내어지는 디우레아 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물로서, 베이스 오일이 에테르계 합성유를 더 포함하는 그리스 조성물.
    (I) R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3
    식 중, R2는 탄소수 6~15의 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, R1 및 R3은 동일 또는 서로 다른 기로서, 시클로헥실기 또는 탄소수 8~18의 직쇄 또는 분기 알킬기를 나타내고, R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수는 60~95%이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    R1 및 R3의 합계 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수가 70~90%인 그리스 조성물.
  3. 제 1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링용인 그리스 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    베어링이 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링인 그리스 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링이 외륜 회전 베어링인 그리스 조성물.
  6. 제 1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물을 봉입한 베어링.

  7. 삭제
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