KR20070039592A - 구름 베어링 - Google Patents

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KR20070039592A
KR20070039592A KR1020077003840A KR20077003840A KR20070039592A KR 20070039592 A KR20070039592 A KR 20070039592A KR 1020077003840 A KR1020077003840 A KR 1020077003840A KR 20077003840 A KR20077003840 A KR 20077003840A KR 20070039592 A KR20070039592 A KR 20070039592A
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겐이치 이소
유지로 도다
요이치 이마무라
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

내륜과 외륜과의 사이에 회전가능하게 유지된 다수의 구름 요소를 유지하는 구름 베어링이 -30℃ 에서 5 ~ 200 Paㆍs 의 겉보기 점도를 나타내며 베어링 내부에 봉입된 그리스 조성물을 갖는다. 구름 베어링은 우수한 윤활성을 나타내며, 약 -40℃ 정도의 저온에서도 이상음의 발생은 적었다.

Description

구름 베어링{ROLLING BEARING}
본 발명은 봉입된 그리스 조성물을 갖는 구름 베어링에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 교류기 (alternator) 또는 압축기 풀리, 아이들러 풀리, 및 자동차 공기조화기용 전자기 클러치 등의 엔진 부품 및 자동차의 전기 부품에 사용될 수 있고 또한 우수한 저온 특성을 갖는 구름 베어링에 관한 것이다.
전방 기관 전륜 구동 차량의 대중화로 더 큰 탑승 공간에 대한 요구가 증가하고 또한 소형 및 경량 차량을 달성하기 위해, 자동차는 불가피하게 엔진룸의 감소로 인해 교류기 또는 아이들러 풀리, 자동차 공기조화기용 전자기 클러치, 및 물펌프 등의 엔진 부속품 및 전기 부품을 더 작고 가볍게 하는 해결책이 요구된다. 또한, 고성능 및 더 큰 출력을 내기 위해 이 각 부분들에 대한 요구가 증가된다.
그러나, 소형화에 의한 출력의 저하는 불가피하나, 예를 들어, 자동차 공기조화기용 전자 클러치 또는 교류기의 속도의 증가가 출력의 저하를 보충해주어서, 이에 따라 아이들러 풀리의 속도의 증가도 또한 보충한다. 또한, 소음(silence)에 대한 요구가 증가되어서 엔진룸의 기밀화에 따른 엔진룸의 온도가 상승되기 때문에, 이러한 부품들은 180 ℃ ~ 200 ℃ 의 고온에 대한 큰 저항성을 갖도록 요구된다. 또한, 자동차가 알래스카 또는 시베리아 등의 극한지에서 사 용되기 때문에, 상기 각 부품에 결합될 구름 베어링은 -30 ~ -40 ℃ 의 저온 조건하에서도 회전 불량 또는 기동시의 이상음 (abnormal noise) 발생이 없어야 한다.
이러한 관점에서, 최근에는, 열안정성, 내고속성, 내하중성 및 저온 특성이 우수한 그리스 조성물이 개발되어 사용되어 왔다. 예를 들어, 열안정성이 우수한 디페닐 에테르 기름이 기유(base oil)로서 사용되고, 내열성이 우수한 디우레아 화합물이 점증제(thickening agent)로서 사용되며, 반면에, 고하중을 고려하여 소정의 유막 두께를 확보하기 위해 고점도를 갖는 기유를 사용하는 것이 주류가 되고 있다.
그러나, 기유의 점도가 증가하면, 저온에서 기동시, 구름 베어링의 리테이너와 구름 요소 사이의 유동성이 불충분해져서 리테이너와 외륜 (outer ring) 사이에서 진동 소음이 때때로 발생할 수 있다. 또한, 그리스 조성물의 겉보기 점도도 증가하여서, 구름 요소와 내륜 (inner ring) 사이에서 윤활유가 유동되지 않아서, 윤활 상태가 불충분해지고, 따라서 진동 소음이 때때로 발생하게 된다. 또한, 이 진동 소음이 접촉 영역과 공진하여 불쾌한 이상음이 되기 때문에, 한랭지 등에서는 그에 대처하기 위한 조치를 취하는 것이 중요하다.
이러한 이상음의 발생을 줄이기 위해서, 알킬디페닐 에테르 오일과 폴리(α-올레핀) 오일을 특정 비율로 혼합하여 얻은 혼합유를 기유로 사용하고 또한 디우레아 화합물을 증점제(특허 문헌 1 참조) 로 사용한 그리스 조성물을 봉입하거나, 베어링 내부의 마찰면에 폴리(α-올레핀) 오일 등의 윤활유를 1.O mg/cm2 이상 도포하 거나(특허 문헌 2 참조), 40℃ 에서 동점도(kinetic viscosity)가 5O mm2/s 이하인 에스테르유, 합성 탄화수소유, 에테르유 등을 함유한 방수 윤활유를 베어링 내부에 도포하는(특허 문헌 3 참조) 등의 대책이 강구되어 왔다.
특허 문헌 1: JP-A-5-140576
특허 문헌 2: JP-A--5149343
특허 문헌 3: JP-A-11-22740
그러나, 특허 문헌 1 의 그리스 조성물에 대해서, 혼합유의 점도가 높거나 증점제의 종류 및 양이 부적절하면, 그리스의 겉보기 점도가 증가하여 이상음 감소의 효과가 불충분해지게 된다. 또한, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 의 윤활유를 적용하는 방법은 운전 초기에는 유효할 수 있지만, 이상음을 감소시키는 효과는 감소하는데, 왜냐하면 운전이 계속되면 그리스 조성물 및 윤활유가 혼합되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, -40℃ 정도의 저온에서도 윤활 성능이 양호하여 이상음의 발생하지 않는 구름 베어링을 제공하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위한 연구의 결과로서, 본 발명자들은, 종래에는 저온하에서의 이상음의 발생을 감소시키기 위해서 그리스 조성물의 점도를 규정하는 것이 주류임에도 불구하고, 기유의 동점도와 그리스 조성물의 유동성 사이에 때때로 반드시 상관관계가 있는 것이 아니고, 또한 저점도의 기유를 이용한 그리스 조성물에서도 저온에서 이상음이 발생한다는 것을 확인하였다. 이는, 그리스 조성물이 기유, 증점제 및 첨가제의 3 가지 성분을 포함하고, 그리스 조성물의 유동성이 윤활유의 동점도뿐만 아니라 증점제 및 첨가제의 영향을 받기 때문이다. 또한, 그리스 조성물의 유동성은 그리스 조성물의 유동학적 특성에 의존하고, 특정한 겉보기 점도를 갖는 그리스 조성물은 극저온하에서도 이상음의 발생을 포함하지 않는다는 것을 밝혀냈다.
즉, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내륜과 외륜 사이에 회전 가능하게 유지된 다수의 구름 요소를 포함하고, -30℃ 에서 5 ~ 200 Pa·s 의 겉보기 점도를 갖는 그리스 조성물이 봉입되는 구름 베어링을 제공한다.
본 발명의 구름 베어링은 -40℃ 정도의 저온에서도 윤활 성능이 양호하여 이상음이 발생하지 않고, 따라서 자동차의 전기 부품과 엔진 부속품에 적합하다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서, 구름 베어링의 종류 및 구조는 제한되지 않고, 예를 들면 종래에, 교류기, 압축기 풀러, 아이들러 풀러, 및 자동차 공기조화기용 전자기 클러치 등의 엔진 부품 및 자동차의 전기 부품에 사용되는 다양한 구름 베어링이 대상이고, 특히, 8 ~ 60 mm 의 내경을 갖는 베어링에서 현저한 효과가 나타나는 경향이 있다. 구체예로서, 도 1 에 도시된 볼 베어링 (1) 이 예시될 수 있다. 구름 베어링 (1) 은 리테이너 (12) 를 통해 내륜 (10) 과 외륜 (11) 사이에 배열되어 구름 요소로서 기능을 하는 다수의 볼 (13) 을 가지며, 또한 베어링 공간 (S) 은 후술될 그리스 조성물로 충전되어 시일 (14) 로 봉입된다.
봉입될 그리스 조성물과 관련하여, 그리스 조성물로서 -30 ℃ 에서의 겉보기 점도가 5 ~ 200 Paㆍs 인 한, 기유, 점증제, 첨가물 및 그 혼합량은 특별하게 제한되지 않지만, 그 바람직한 실시형태는 이하에 설명한다. 이와 관련하여, 겉보기 점도는 보다 바람직하게는 5 ~ 100 Paㆍs(-30 ℃) 이다. 보다 더 바람직하게는 5 ~ 80 Paㆍs(-30 ℃) 이다.
저온 유동성의 부족으로 인한 저온 기동시의 이상음 발생 또는 고온에서 유막 형성의 어려움으로 인한 눌어붙음 (seizing) 의 발생을 피하기 위해서, 기유는 40℃ 에서 10 ~ 400 mm2/s 의 동점도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 ~ 250 mm2/s, 특히 바람직하게는 25 ~ 150 mm2/s 이다. 또한, -30℃ 이하의 유동점을 갖는 기유가 바람직하다.
기유의 종류로서는, 광유계 윤활유, 합성유계 윤활유, 및 천연유계 윤활유가 있다.
광유계 윤활유로서, 진공 증류, 오일 탈아스팔트화, 용매 추출, 수소화 분해, 용매 탈왁스, 황산 세정, 백토 세정, 수소화 정제 등의 적절한 조합을 통한 광유의 정제로 얻어진 것들이 사용될 수 있다.
합성유계 윤활유로서는, 탄화수소계유, 방향족 기유, 에스테르계유, 에테르계유 등을 들 수 있다.
탄화수소계유로서는, 노말 파라핀, 이소-파라핀, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 1-데센 올리고머 및 1-데센과 에틸렌 코올리머와 같은 폴리-α-올레핀, 또는 이들의 수소화물 등을 들 수 있다.
방향족계유로서는, 모노알킬벤젠 및 디알킬벤젠 등의 알킬벤젠, 또는 모노알킬나프탈렌, 디알킬나프탈렌 및 폴리알킬나프탈렌 등의 알킬나프탈렌 등을 들 수 있다.
에스테르계유로서는, 디부틸 세바게이트, 디-2-에틸헥실 세바케이트, 디옥틸 아디페이트, 디이소데실 아디페이트, 디트리데실 아디페이트, 디트리데실 글루타레이트, 및 메틸 아세틸시노레이트 등의 디에스테르유; 트리옥틸 트리메리테이트, 트리데실 트리메리테이트 및 테트라옥틸 피로메리테이트 등의 방향족 에스테르유; 트리메틸올프로판 카프릴레이트, 트리메틸올프로판 펠라고네이트, 펜타에트리톨-2-에틸헥사노에이트 및 펜타에트리톨 펠라고네이트 등의 폴리올 에스테르유 및 나아가 또, 폴리하이드릭 알콜과 이염기산 및/또는 일염기산의 혼합 지방산과의 올리고 에스테르인 혼합 에스테르유 등을 들 수 있다.
에스테르계유로서는, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 모노에테르, 및 폴리프로필렌 글리콜 모노에테르 등의 폴리 글리콜; 모노알킬트리페닐 에테르, 알킬디페닐 에테르, 디알킬디페닐 에테르, 펜타페닐 에테르, 테트라페닐 에테르, 모노알킬테트라페닐 에테르, 디알킬테트라페닐 에테르 등의 페닐 에테르유 등을 들 수 있다.
그 외의 합성 윤활 기유로서는, 트리크레실 포스페이트, 실리콘유, 퍼플루오로알킬 에테르 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 저유동점으로 인해 합성 탄화수소유, 에스테르계유, 에테르계유 등이 바람직하다. 이 기유들은, 단독 또는 혼합물로서 이용될 수 있고 상기 기술한 바람직한 동점도로 조정된다.
증점제는, 겔 구조를 형성하고 이 겔 구조에서 기유를 유지하는 능력을 갖는 한, 특별하게 제한되지 않는다. 예를 들어, Li, Na 등으로 이루어지는 금속 비누 및 Li, Na, Ba, Ca 등으로부터 선택되는 복합 금속 비누 등의 금속 비누류; 및 벤톤, 실리키 겔, 우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물, 우레탄 화합물 등의 비비누류가 적절하게 선택되어 사용될 수 있다. 그리스 조성물의 내열성을 고려하면, 우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물, 우레탄 화합물 또는, 이들의 혼합물이 바람직하다. 상기 우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물 및 우레탄 화합물로서는 구체적으로는 디우레아 화합물, 트리우레아 화합물, 테트라우레아 화합물, 폴리우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물, 디우레탄 화합물 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 아들 중에서도 디우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물, 디우레탄 화합물 또는 이들의 혼합물이 보다 바람직하다. 내열성 및 음향성을 고려하면, 디우레아 화합물을 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.
그리스 조성물에 더욱 뛰어난 성능을 부여하기 위해서, 필요에 따라 공지된 첨가제를 첨가할 수 있다.
예를 들면, 아민계, 페놀계 등의 산화 방지제;
염소계, 유황계, 인계, 아연 이티오포스페이트 및 유기 몰리브덴 등의 극압제;
지방산 및 동/식물유 등의 유성제;
페트롤름 설포네이트, 디노닐 나프탈렌설포네이트, 소르비탄 에스테르 등의 방청제;
벤소트리아졸 및 아질산소오다 등의 금속 불활성제;
폴리메티크릴레이트, 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌 등의 점도 지수 향상제 등을, 각각 단독으로, 또는 적절하게 조합하여 첨가할 수 있다.
본 발명의 원하는 목적이 달성되는 한, 첨가량은 특별히 제한되지는 않지만, 통상 그리스 조성물 총량에 대해 10 중량% 이하이다.
상기의 그리스 조성물을 제조하는 방법에도 제한은 없지만, 일반적으로는 기유중에서 증점제를 반응시켜 얻을 수 있다. 첨가제는, 얻어진 그리스 조성물에 소정량을 배합할 수 있지만, 니더(kneader) 또는 롤 밀 등으로 첨가제를 첨가한 후에 충분히 교반하여 균일하게 분산시킬 필요가 있다. 상기 공정시, 가열하는 것도 효과적이다.
도 1 은 본 발명의 구름 베어링의 실시형태를 도시하는 단면도이다.
도 2 는 겉보기 점도를 측정하기 위한 장치의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3 은 실시예로 얻어진, 시험 그리스의 겉보기 점도와 이상음의 발생시까지의 횟수와의 관계를 도시하는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명*
1 : 구름 베어링
10 : 내륜
11 : 외륜
12 : 리테이너
13 : 볼
14 : 시일
이하에서 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다.
실시예 1 ~6 및 비교예 1~ 2
시험 그리스는 표 1 에 도시된 배합으로 준비되고, -30℃ 에서 각각의 겉보기 점도가 측정되었다. 측정은 레올로지카 인스트루먼트(REOLOGICA INSTRUMENT) 사제 "VAR100" 을 이용하여 수행되었다. 이 측정 장치는 도 2 에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 갖는데, 시험 그리스는 하부 스테이지와 상부 플레이트 사이에 유지되고, 상부 플레이트를 도면의 화살표 방향으로 회전시킴으로써 소정의 응력이 적용된다. 구체적으로, 틈(gap) 을 1 mm 로 하고, 하부 스테이지를 냉각하여 시험 그리스를 -30℃ 로 유지하면서 상부 플레이트에 1500 Pa 의 응력을 적용한다. 회전 개시로부터 200 ~ 500 초 후에 저항이 일정하게 될 때의 값으로부터 겉보기 점도가 산출된다. 그 결과는 또한 표 1 에 나타나있다.
또한 봉입된 1.5 g 의 시험 그리스를 갖는 단열 심구형 볼 베어링(내경 17 mm, 외경 47 mm, 폭 14 mm) 을 교류기에 결합하였다. -30℃ 의 저온 실내에 약 2 시간 방치한 후, 베어링은 6000 min- 1 의 내륜 회전 속도, 1320 N 의 반경 방향 하중, 490 N 의 축방향 하중의 조건 하에서 40 초간 회전되고, 회전시의 이상음의 발생을 확인하였다. 이상음이 발생하지 않는 경우에는, 20 분간 방치 후에 같은 측정을 실시하여, 이상음이 발생할 때까지 작업을 반복하였다. 이와 관련하여, 측정 횟수는 최대 30 회였고, 10 회 이상 측정해도 이상음이 발생하지 않는 경우를 합격으로 하였다. 그 결과가 표 1 및 도 3 의 그래프에 나타나있다.
표 1
Figure 112007014646204-PCT00001
표 1 및 도 3 으로부터, 본 발명에 따라, -30℃ 에서의 겉보기 점도가 200 Paㆍs 이하인 시험 그리스를 봉입함으로써, 우수한 저온 특성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, -30℃ 에서의 겉보기 점도가 80 Paㆍs 이하인 실시예 1 ~ 4 에서는, 30 회의 반복된 측정에도 이상음의 발생은 관찰되지 않았다.
본 발명이 상세하게 또한 특정의 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발 명의 정신과 범위를 이탈하지 않고도 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다는 것은 당업자에게 있어 분명하다.

Claims (1)

  1. 내륜과 외륜과의 사이에 회전가능하게 유지된 다수의 구름 요소를 포함하는 구름 베어링으로서, -30℃ 에서 5 ~ 200 Paㆍs 의 겉보기 점도를 갖는 그리스 조성물이 봉입되어 있는 구름 베어링.
KR1020077003840A 2004-08-19 2005-07-19 구름 베어링 KR20070039592A (ko)

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