KR20040042289A - 수동변속기 및 종감속기 겸용 기어유 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어유 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기유(BaseOil)로 고정제 기유를 사용하고, 첨가제로 내열성 향상 및 부식성을 향상시키기 위해 포스파이트 설파옥사이드, 마찰조정제로 징크 디티오 포스페이트(ZnDTP)및 붕소계인 보레이트 에스테르, 청정분산제로 염기성 칼슘설포네이트, 및 기타 첨가제를 적량 함유시켜 혼합함으로써, 변속기의 씽크로나이저링에 필요한 적절한 동마찰과 정마찰계수를 유지하고 종감속기에서 필요로 하는 극압성을 향상시킴과 동시에 변속기와 종감기에 겸용사용 가능한 기어유 조성물에 관한 것이다.

Description

수동변속기 및 종감속기 겸용 기어유 조성물{Lubricants Composition of manual transmission and gear}

본 발명은 기어유 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기유(BaseOil)로 고정제 기유를 사용하고, 첨가제로 내열성 향상 및 부식성을 향상시키기 위해 포스파이트 설파옥사이드, 마찰조정제로 징크 티디오 포스페이트(ZnDTP) 및 붕소계인 보레이트 에스테르, 청정분산제로 염기성 칼슘설포네이트, 및 기타 첨가제를 적량함유시켜 혼합함으로써, 변속기의 씽크로나이저링에 필요한 적절한 동마찰과 정마찰계수를 유지하고 종감속기에서 필요로 하는 극압성을 향상시킴과 동시에 변속기와 종감기에 겸용사용 가능한 기어유 조성물에 관한 것이다.

후륜 구동 자동차는 속도의 변경 및 동력을 전달 및 차단시키는 변속기와 구동축에 동력을 전달시키는 종감속기어 장치가 별도로 분리되어 있다.

그중 수동변속기는 변속을 원활하게 하기 위해 구성부품중 동(Cu) 합금계로 이루어진 씽크로나이저링이라는 기구가 있다. 씽크로 나이저는 엔진에서 발생된 동력을 원하는 속도로 변경하기 위해 각종 크기의 기어들을 연결시키는 장치로,고속으로 회전중에 있는 기어를 충격없이 잘 연결시키기 위하여 적당한 마찰특성을 유지시켜 주어야 한다. 이러한 마찰 특성은 씽크로나이저링의 재질 및 변속기유의 마찰특성에 의해서 좌우된다.

또한 종감속기어는 구동축에 고하중의 힘으로 동력을 전달하여 주어야 하기 때문에 고속·고하중에서 기어의 손상을 방지할 수 있도록 사용되는 윤활유의 극압성이 요구된다. 이러한 특성을 만족시키기 위해 지금까지 수동변속기유는 내마모 첨가제나 마찰조정제 역할을 하는 첨가제를 주로 사용하여 왔다.

그러나, 상기 내마모 첨가제나 마찰조정제는 고하중의 극압이 걸리는 곳에서는 극압성을 유지할 수 없으므로 기어치면의 손상을 가져오게 된다. 반대로 극압첨가제는 참가제가 씽크로의 표면과 매우 강한 반응에 의한 윤활피막 형성으로 마찰특성을 유지시키지 못하고 동계의 재질을 부식시키는 현상을 발생 시킨다.

따라서, 지금까지는 수동변속기유와 종감속기어유를 별도로 제조하여 사용하여 왔기 때문에 사용자의 불편함과 관리상의 어려움 및 제조공정상의 공수등 많은 불리함을 초래하고 있는 것이 현실이다. 이에 본 발명자들은 이러한 불리한 점을 개선하기 위해 마찰특성과 극압성을 동시에 만족시킬 수 있는 겸용유에 대한 조성을 연구개발 하였다.

한편, 무단변속기의 동력전달 능력과 승차감 향상이 요구됨에 따라 이에 적합한 무단변속기유가 요구되고 있다. 일반적으로 밸트-풀리에 의해 동력전달과 변속이 이루어지는 무단변속기유는 자동변속기유의 요구특성 외에도 밸트와 풀리의 마찰특성이 추가로 요구된다.

변속기의 변속성을 유지하기 위해서는 씽크로와 기어간의 마찰특성인 정마찰계수(μs)과 동마찰 계수(μd) 비가 1.0 이하로 유지되어야 한다. 즉 정마찰보다도 동마찰이 커야 하고 이러한 상태가 지속적으로 유지되어야 변속 내구성이 향상될 수 있다. 이러한 특성을 유지시키기 위한 마찰특성 첨가제로 예전에는 황 (Sulfur) 및 인(Phosphrus)계 첨가제가 주로 사용되었으나, 내구성 및 내열성이 떨어져 최근에는 징크 티디오 포스페이트(이하 ZnDTP라 함)계 첨가제를 주로 사용하고 있다. 그러나 상기 ZnDTP는 극압성이 떨어져 고속고하중이 작용하는 부위에서는 사용할 수 가 없다.

또한 종감속기어유는 극압성이 높아야 하므로 금속표면에 강한 피막을 형성시키는 성분인 유리황성분(Active Sulfur)이 함유된 첨가제를 사용하고 있다. 이러한 유리황성분은 금속과의 피막은 매우 강하게 형성하나 피막이 너무 단단하여 마찰특성이 나쁘고 또한 열이 존재하는 경우에 쉽게 산화반응을 일으켜 동계 재질을 부식시키거나 윤활유가 쉽게 열화된다.

이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고, 변속기의 씽크로나이저링에 필요한 적절한 동마찰과 정마찰계수를 유지하고 종감속기에서 필요로 하는 극압성을 향상시켜 동시에 변속기와 종감기에 겸용사용 가능한 기어유 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기유, 내열성 향상형 황(Sulfur)계 내하중 첨가제, 붕소계 및 Zn계 마찰특성 조정제, 점도지수향상제, 청정분산제, 및 기타 첨가제를 적절한 비율로 배합한 조성물을 제공한다.

본 발명은 조성물이 기어유 조성물에 있어서, 조성물이 변속기 및 종감속기에 겸용으로 사용하기 위하여

고정제 기유(BaseOil) 60 ∼ 90 중량%;

내열성 향상 및 부식성을 향상시키기 위한 첨가제 포스파이트 설파옥사이드 0.5 ∼ 2 중량%;

마찰조정제로 ZnDTP를 0.5 ∼ 3 중량% 및 붕소계인 보레이트 에스테르를 0.1∼2 중량%; 및

청정분산제로 염기성 칼슘설포네이트를 0.5 ∼ 2 중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 조성물에 추가로 산화방지제 및 소포제, 점도지수향상제를 더욱 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 주성분으로 함유되는 성분인 기유는, 고정제 기유(BaseOil)로서 Group Ⅲ인 광유 또는 Group IV인 합성유 40 ℃점도가 29 ∼ 35 cSt, 바람직하기로는 32 cSt를 사용하는 것이 바람직하며, 전체 조성물내에 그 함유량은 60 ∼ 90 중량%가 바람직하다.

여기에 내열성 향상 및 부식성을 향상시키기 위해 하기 화학식 1로 표시되는 포스파이트 설파옥사이드를 첨가한다. 이때 그 함량은 타당하며 마찰특성에 따라 첨가량 범위란에서 적절히 조절을 하는 것이 바람직하므로, 전체 조성물에 대하여 0.5 ∼ 2 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

R은 C2 ∼ C8의 알킬기이고, R는 C1 ∼ C4의 알킬기이다.

또 다른 성분으로 마찰조정제로서 ZnDTP를 0.5 ∼ 3 중량% 및 하기 화학식 2로 표시되는 붕소계인 보레이트 에스테르를 0.1 ∼ 2 중량%를 혼합 사용한다.

R 및 R는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.

ZnDTP의 함량은 동정마찰계수를 고려하여 조절되며, 전체 조성물에 대하여 0.5 ∼ 3 중량% 범위로 사용한다. 이때, 상기 범위 미만 또는 초과할 경우 초기 동정마찰계수에 영향을 주어 마찰특성이 변화되므로 상기 범위내에서 적절히 사용하는 것이 바람직하다.

또다른 마찰조정제인 보레이트 에스테르는 내열성 내하중 첨가제인 포스파이트 설파옥사이드와 미리 혼합하여 첨가한다. 이렇게 함으로써 첨가제가 표면에 균일하게 피막을 형성하여 적절한 마찰특성을 유지할 수 있다. 종래와 같이 설파이드계 첨가제를 단독으로 사용하면 극압성은 좋아지나 동정마찰 계수의 특성이 저하되므로, 본 발명에서와 같이 보레이트계 첨가제와 같이 사용하면 극압성이 유지되면서 동정마찰계수비가 ZnDTP를 혼합하였을 때의 특성으로 유지된다. 따라서 두 첨가제의 혼합 비율이 매우 중요한 인자로 작용한다.

상기 성분외에 청정분산제로 염기성 칼슘설포네이트를 0.5 ∼ 2 중량%를 첨가한다. 이때, 첨가되는 함량이 상기 범위를 초과한 경우 마찰특성을 일부 떨어뜨리므로 2 중량% 미만으로 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 기유 조성물에 목적에 따라 첨가제를 더욱 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제의 선택은 이 분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 적절히 조절될 수 있다. 예를 들면, 산화방지제, 점도지수향상제와 유동성 향상제, 소포제 및 녹부식방지제 등과 같은 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 산화방지제로 디페닐 아민(diphenyl amine), 황계나 인계 산화방지제가 사용가능하며, 점도지수향상제로 분자량 20,000의 폴리메틸메타아크릴을 사용하였다.

따라서, 본 발명에 의해 본 발명은 기유, 내열성 향상형 황(Sulfur)계 내하중 첨가제, 붕소계 및 Zn계 마찰특성 조정제, 점도지수향상제, 청정분산제, 및 기타 첨가제를 적절한 비율로 배합된 기유 조성물을 제조할 수 있다. 이때의 제조방법은 통상적인 기유 조성물의 제조 방법을 따르며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물을 이용하여 동마찰계수, 정마찰계수, 마찰계수비, 극압성(소부한계하중), 내마모성, 산화안정도 및 전단안정성을 측정한 결과, 각 시험에서 모두 우수한 결과를 나타내었다. 보다 상세한 시험 결과는 실시예에서 설명한다. 실시예에서 얻어진 결과에 의거하여, 본 발명의 기유 조성물은 변속기유로서의 마찰특성은 물론 종감속기유로서의 극압성도 동시에 만족시킬 수 있는 특성을 나타내고 있으므로, 변속기의 씽크로나이저링에 필요한 적절한 동마찰과 정마찰계수를 유지하고 종감속기에서 필요로 하는 극압성을 향상시켜 동시에 변속기와 종감기에 겸용사용이 가능하게 되었다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 2

하기 표 1의 조성에 따라 통상적인 방법으로 실시예 및 비교예의 수동변속기유 조성물을 제조하였다.

구분(중량%)	실시예	비교예
	1	2	3	1	2
기유(Group Ⅲ)	85	83	85	88	87
Zn DTP	1.0	1.0	-	3.0	3.0
설파이드 폴리 옥사이드	2.0	3.0	-	-	-
보레이트 에스테르	2.0	3.0	-	-	-
황-인계 극압제	-	-	5.0	-	-
염기성 칼슘설포네이트	2.0	2.0	2.0	1.0	2.0
폴리메틸메타아크릴레이트	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0
산화방지제	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
소포제 및 기타첨가제	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
비교예 1 : 충전용, 비교예 2 : 시판중인 제품

상기 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 2에서 얻어진 기유 조성물의 물성을 하기 조건에 의해 측정하였으며, 이러한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

1)4구 내하중성 시험 : ASTM D 2783에 의거하여 측정하였다.

2)내마모성 시험 : ASTM D 4172에 의거하여 측정하였다.

3)동마찰 및 정마찰 계수 : SAE No.2시험기에 실차에 사용되는 기어콘 및 동합금계 씽크로나이저링을 장착할 수 있도록 지그를 제작하여 동마찰과 정마찰계수를 측정하였다. 동마찰계수는 80 ℃ 에서 1.2 m/s의 속도로 측정하였고 정마찰 계수는 0.02 m/s로 측정하였다.

4)산화안정도 : 동 및 철 촉매하의 150 ℃에서 72시간 시험하여 동점도비를 측정하였다.

5)전단안정성 : ASTM D 2603에 의한 초음파 전단후 점도 저하율을 측정하였다.

항목	실시예	비교예
	1	2	3	1	2
SAE No.2씽크로마찰 시험	동마찰계수	0.136	0.135	0.128	0.134	0.137
	정마찰계수	0.122	0.121	0.138	0.123	0.125
	마찰계수비	0.90	0.89	1.08	0.92	0.91
극압성(소부한계하중, ㎏)	140	140	160	80	80
내마모성(㎜)	4.5	4.6	5.2	4.4	4.6
산화안정도	1.06	1.10	1.38	1.08	1.12
전단안정성(%)	12	14	14	14	16

상기 표 2에 따르면, 설파이드 폴리옥사이드 및 보레이트계 내하중 첨가제를 사용한 실시예 1과 2는 동마찰계수 및 정마찰 계수가 ZnDTP만을 사용한 비교예 1, 2와 유사하고 마찰계수비도 1.0 이하를 유지하면서 극압성도 140 kg으로 ZnDTP만을 사용한 것보다 월등히 높은 SP계와 유사한 결과를 나타내고 있다.

S-P계 내하중 첨가제만을 사용한 실시예 3은 극압성은 좋으나 정마찰이 동마찰보다 높고 마찰계수비도 1.0 이상으로 높아 변속시 소음(CRASH NOISE)가 발생할 수 있고 산화안정도도 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 마찰조정제로 Zn-DTP만을 사용한 비교예 1, 2는 동마찰이 높고 정마찰이 낮으며 마찰계수비가 1.0 이하로서, 변속성이 양호한 것을 알 수 있으나, 극압성은 80 kg으로 낮은 경향을 나타내었다.

결과적으로 본 발명의 실시예의 조성물은 산화안정도와 전단안정성도 매우 양호한 결과를 나타내고 있다.

따라서, 변속기유로서의 마찰특성은 물론 종감속기유로서의 극압성도 동시에만족시킬 수 있는 특성을 나타내고 있으므로 겸용유로서 사용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 기유, 내열성 향상형 황(Sulfur)계 내하중 첨가제, 붕소계 및 Zn계 마찰특성 조정제, 점도지수향상제, 청정분산제, 및 기타 첨가제를 적절한 비율로 배합한 기유 조성물을 제조하였다. 물성 측정 결과, 상기 얻어진 조성물은 변속기유로서의 마찰특성은 물론 종감속기유로서의 극압성도 동시에 만족시킬 수 있는 특성을 나타내고 있으므로, 변속기의 씽크로나이저링에 필요한 적절한 동마찰과 정마찰계수를 유지하고 종감속기에서 필요로 하는 극압성을 향상시켜 동시에 변속기와 종감기에 겸용사용이 가능하게 되었다.

Claims (3)

1. 조성물이 변속기 및 종감속기에 겸용으로 사용하기 위하여

   고정제 기유(BaseOil) 60 ∼ 90 중량%;

   내열성 향상 및 부식성을 향상시키기 위한 첨가제 포스파이트 설파옥사이드 0.5 ∼ 2 중량%;

   마찰조정제로 징크 티디오 포스페이트(ZnDTP)를 0.5 ∼ 3 중량% 및 붕소계인 보레이트 에스테르를 0.1∼ 2 중량%; 및

   청정분산제로 염기성 칼슘설포네이트를 0.5 ∼ 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 기유 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기유는 40 ℃ 동점도가 29 ∼ 35 cSt Group Ⅲ인 광유 또는 Group IV인 합성유인 것을 특징으로 하는 기유 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물에 대하여 산화방지제 및 소포제, 점도지수향상제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기유 조성물.