KR20130073980A - 윤활 그리스 조성물 - Google Patents

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미노루 나미키
데라스 요시나리
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류베 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 의해, 40℃의 동점도(動粘度)가 10∼200 mm2/s인 기유(base oil)와, 기유에 불용(不溶)인 고체 분말을 0.1∼10 질량% 함유하고, 혼화 주도(worked penetration)가 400∼500인, 그리스 자동 급지(給脂) 장치를 가지는 공작 기계용 윤활 그리스 조성물을 제공한다. 본 발명의 윤활 그리스 조성물은, 공작 기계에 부속되어 있는 자동 급지 장치에서 급지 가능하고, 또한 공작 기계의 슬라이드 이동면 윤활부에서의 스틱 슬립(stick-slip)의 발생을 억제할 수 있다.

Description

윤활 그리스 조성물{LUBRICATING GREASE COMPOSITION}
본 발명은, 그리스 자동 급지(給脂) 장치를 가지는 공작 기계에, 상세하게는, 상기 공작 기기의 슬라이드 이동면 윤활부에 사용하기 위한 윤활 그리스 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 윤활 그리스 조성물은, 볼 나사나 리니어 가이드 등, 롤링 윤활부에도 바람직하게 사용할 수 있다.
종래, 슬라이드 이동면 윤활부를 가지는 공작 기계의 윤활제로서는, 윤활유가 사용되며, 그리스는 거의 사용되지 않았다. 이는, 그리스는 반고체상(半固體狀)이므로, 유상(油狀)(액상)의 윤활유보다 슬라이드 이동면으로의 유입이 뒤떨어져, 윤활 불량에 이르는 것이 많았기 때문으로 여겨진다. 또한, 그리스는 반고체상이므로, 자동 급지 장치에서의 압송하기 어렵거나 또는 압송할 수 없는 문제 점이 있었다.
윤활유는 압송 가능하지만, 과잉의 양을 흘리면서 보내어 사용하므로, 사용량이 많아져서, 윤활유의 소비 비용이 커지는 문제가 있다. 또한, 윤활유가 비산(飛散)되어, 환경·분위기나 기계를 오염 또는 손상시키거나, 윤활유의 미스트(mist)가 발생하여 작업 환경을 악화시키는 문제가 있다.
그러므로, 사용량도 삭감할 수 있고, 흘리지 않고, 비산도 작고, 압송 가능한 그리스가 요구되고 있었다.
공작 기계의 슬라이드 이동면은, 기동 시작 시에 걸림을 일으킨다. 이 현상은, 스틱 슬립(stick-slip)으로 불리며 가공 고정밀도에 영향을 미친다. 스틱 슬립은, 기동 시작 시에는 윤활유막이 없어 정마찰(statical friction)이 커지기 때문에 일어난다. 슬라이드 이동면 정지 중에는 이론상 유막 두께가 제로(0)가 되기 때문에, 기동 시작 시에는 현상이 일어난다.
윤활유에서는 스틱 슬립은 쉽게 생기지 않는다. 이는, 윤활유는 슬라이드 이동면으로의 유입성이 우수하기 때문에, 기동 시작 시에 즉시 유막이 형성되기 때문이다.
한편, 그리스는 슬라이드 이동면으로의 유입성이 뒤떨어지기 때문에, 즉시 유막을 구성할 수 없으므로, 내(耐)스틱 슬립성의 개선은 커다란 과제이다.
따라서, 본 발명은, 공작 기계에 부속되어 있는 자동 급지 장치에서 압송 가능하고, 또한 공작 기계의 슬라이드 이동면 윤활부에서의 스틱 슬립의 발생을 억제한 윤활 그리스 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 이 과제에 대하여, 특정한 동점도(動粘度)를 가지는 기유(base oil)를 채용하고, 기유에 불용(不溶)인 고체 분말을 첨가하여, 윤활 그리스 조성물의 점도를 조정함으로써 대응하였다. 즉, 본 발명은, 이하의 윤활 그리스 조성물을 제공한다.
1. 40℃의 동점도가 10∼200 mm2/s인 기유와,
기유에 불용인 고체 분말을 0.1∼10 질량% 함유하고, 혼화 주도(worked penetration)가 400∼500인,
그리스 자동 급지 장치를 가지는 공작 기계용 윤활 그리스 조성물.
2. 상기 고체 분말이, 유기 몰리브덴, 4불화 에틸렌 수지, 시아누르산 멜라민, 2황화 몰리브덴, 그래파이트 및 디알킬디티오카르바민산 금속염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 상기 1항의 윤활 그리스 조성물.
3. 기유의 40℃의 동점도가 30∼150 mm2/s인 상기 1항 또는 2항에 기재된 윤활 그리스 조성물.
4. 상기 공작 기계가 슬라이드 이동면 윤활부를 가지는 상기 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 윤활 그리스 조성물.
본 발명에 의하면, 공작 기계에 부속되어 있는 자동 급지 장치에서 급지 가능하고, 또한 공작 기계의 슬라이드 이동면 윤활부에서의 스틱 슬립의 발생을 억제할 수 있다. 본 발명의 윤활 그리스 조성물을 사용하면, 가공 정밀도도 향상된다. 누출이 적으므로, 공작 기계에 부속된 볼 나사나 리니어 가이드와 같은 롤링 부품에도 바람직하게 사용할 수 있다.
＜40℃의 동점도가 10∼200 mm2/s인 기유＞
기유의 40℃의 동점도는 10∼200 mm2/s일 필요가 있다. 이 동점도 범위는 그리스의 기유로서는 낮은 편에 속하지만, 200 mm2/s를 초과하면, 그리스의 겉보기 점도(apparent viscosity)가 높아져, 공작 기계에 부속된 자동 급지 장치에서 압송할 수 없게 되는 문제가 생긴다. 10 mm2/s 미만에서는 그리스로서 유효한 오일막이 형성되지 않게 된다. 동일한 이유로 인해, 보다 바람직하게는 30∼150 mm2/s이다.
기유로서는, 상기 동점도 범위를 만족시키면, 광유(鑛油), 합성유의 종류에 구애받지 않으며, 단독·혼합을 불문하고 모든 그리스 기유가 사용 가능하지만, 광유가 바람직하다.
광유로서는, 파라핀계, 나프텐계 모두 사용할 수 있지만, 파라핀계가 바람직하다.
합성유의 예로서는, 디에스테르유, 폴리올에스테르유로 대표되는 에스테르계 합성유, 폴리 α올레핀, 폴리부텐으로 대표되는 합성 탄화수소유, 알킬디페닐에테르, 폴리프로필렌글리콜로 대표되는 에테르계 합성유, 퍼플루오로알킬폴리에테르유로 대표되는 불소계 합성유 등을 들 수 있다.
＜기유에 불용인 고체 분말＞
기유에 불용인 고체 분말로서는, 기유에 불용이면, 유기계·무기계를 불문하고 모든 고체 분말이 사용 가능하다.
상기 고체 분말로서는, 고체 윤활제나 고체상의 내하중 첨가제, 무기계 또는 유기계 고체 분말을 사용할 수 있다.
고체 윤활제로서는, 4불화 에틸렌 수지(PTFE), 시아누르산 멜라민(MCA), 2황화 몰리브덴, 그래파이트를 예로 들 수 있다. 고체상의 내하중 첨가제로서는 유기 몰리브덴이나 디알킬디티오카르바민산 금속염을 예로 들 수 있다. 또한, 무기계의 고체 분말로서는, 산화 아연이나 산화 티탄 등의 금속 산화물이나 금속 분말 등을 예로 들 수 있고, 유기계 고체 분말로서는, 수지 고체 분말이나 식품의 고체 분말 등 많은 고체 분말을 예로 들 수 있다. 이 중에서는 고체 윤활제나 고체상 내하중 첨가제, 즉 유기 몰리브덴, 4불화 에틸렌 수지(PTFE), 시아누르산 멜라민(MCA), 2황화 몰리브덴, 그래파이트, 디알킬디티오카르바민산 금속염으로부터 선택되는 적어도 1종의 고체 윤활제가 보다 바람직하다. 보다 바람직하게는, 유기 몰리브덴, PTFE, MCA이다. 이는, 유기 몰리브덴이 황색 분말, PTFE, MCA가 백색 분말, 디알킬디티오카르바민산 금속염이, 예를 들면, 갈색 분말인데 비해, 2황화 몰리브덴, 그래파이트는 흑색 분말이며, 주변 환경의 오염 또는 손상으로 이어져, 바람직하지 않기 때문이다.
상기 고체 분말의 첨가량으로서는, 본 발명의 조성물의 전체 질량을 기준으로 하여, 0.1∼10 질량%가 바람직하다. 0.1% 미만에서는 효과는 작고, 10%를 초과하면 효과는 한계에 이른다. 동일한 이유로 인해, 바람직하게는 0.2∼5 %이다.
어떠한 이론에도 구속되는 것은 아니지만, 기유에 불용인 고체 분말은, 공작 기계가 정지중에도 슬라이드 이동면 사이에 존재하여, 슬라이드 이동 양면의 직접 접촉을 방지하는 것이 가능하며, 이 슬라이드 이동면 사이의 간극에 그리스(유분)이 존재할 수 있고, 슬라이드 이동면의 기동 개시 시에 유막 두께 부족을 개선하는 것이 가능하므로, 스틱 슬립을 억제할 수 있는 것으로 추정된다.
＜혼화 주도 400∼500＞
혼화 주도가 400∼500인 그리스는, 그리스 중에서는 매우 연성인, 반액상의 그리스이다. 혼화 주도가 이 범위이면, 본 발명의 윤활 그리스 조성물을 자동 급지 장치로 압송할 수 있다. 혼화 주도가 400 미만에서는 그리스가 막힐 우려가 있다.
혼화 주도가 500보다 커지면, 그리스가, 연성이며, 거의 액상이 되고, 그리스를 사용하는 이점, 즉 그리스의 소비 비용 삭감이나, 환경·분위기나 기계의 오염 또는 손상, 미스트 발생에 의한 작업 환경의 악화에 대하여 개선할 수 없게 되어, 윤활유로부터 그리스로의 변경의 의미가 없어진다.
따라서, 혼화 주도는 400∼500이며, 바람직하게는 400∼470이다.
＜증주제(thickener)＞
본 발명의 윤활 그리스 조성물은, 경우에 따라 증주제를 기유에 포함시켜 그리스로 만든다. 증주제로서는, 아무런 제한없이 사용 가능하지만, 기유에 불용인 고체 분말로서 PTFE를 사용한 경우, 이것이 증주제로서도 작용하므로, 증주제를 더 첨가할 필요는 없다.
증주제의 예로서는, Li 비누나 Li 컴플렉스 비누로 대표되는 비누계 증주제, 디우레아, 폴리우레아로 대표되는 우레아계 증주제, 실리카, 유기화 클레이로 대표되는 무기계 증주제, PTFE로 대표되는 유기계 증주제 등이 있다. 바람직한 증주제로서는, 그 범용성을 고려하면, Li 비누, 디우레아를 예로 들 수 있다.
＜그 외의 첨가제＞
필요에 따라 그리스나 그리스에 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 사용할 수 있다.
구체적으로는, 내하중 첨가제, 산화 방지제, 방수제, 금속 부식 방지제 등을 예로 들 수 있다.
기유에 용해되는 내하중 첨가제의 예로서는, 인산 에스테르 등의 인계 내하중 첨가제, 폴리설파이드, 황화 유지 등의 유황계 내하중 첨가제, 포스포로티오네이트 등의 인-유황계 내하중 첨가제, 액체 유기 몰리브덴을 포함하는 티오카르바민산염, ZnDTP 등의 티오 인산염 등의 유기 금속염계 내하중 첨가제 또는 유기 아민염계 내하중 첨가제 등을 들 수 있다. 이들 첨가량은 통상 0.01∼10 질량%이다.
＜자동 급지 장치를 가지는 공작 기계＞
본 발명의 자동 급지 장치를 가지는 공작 기계로서는, 예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 2005-233240호 공보의 도 3에 기재된 구조를 가지는 것을 사용할 수 있다.
[실시예 1]
＜시험 윤활 그리스＞
실시예 및 비교예의 윤활 그리스 조성물을 조제하는데 사용한 성분을 이하에 나타낸다.
기유：파라핀계 광물유(40℃의 동점도는 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같음)
기유에 불용인 고체 분말：
유기 몰리브덴 A：아데카사쿠라루베 600(아사히전화사 제조)
유기 몰리브덴 B：Molyvan A(R.T.Vanderbilt사 제조)
PTFE：루브론 L5F(다이킨공업(주) 제조)
MCA：시판중인 일반 그레이드
동(銅) 카르바메이트(알킬디티오카르바민산 동)：녹셀러 TTCU(오우치 신코화학공업사 제조)
2황화 몰리브덴：시판중인 일반 그레이드
그래파이트：시판중인 일반 그레이드
비교용으로서, 유기 몰리브덴(액체)：Molyvan 822(R.T.Vanderbilt사 제조)
증주제：지방족 디우레아(디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트와 옥틸아민으로 구성되는 화합물)
표 1 및 표 2에 나타낸 기유 중, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 1몰에 대하여 옥틸아민 2몰의 비율로 소정량을 반응시켜, 기유에 불용인 고체 분말을 소정량 가하여, 3축 롤밀로 규정 점도가 되도록 조정하였다. 그리고, 기유의 40℃에 있어서의 동점도는, JIS K 2283에 따라 측정하였다. 표 1 및 표 2 중의 "질량%"는, 시험 그리스의 전체 질량을 기준으로 한 값이다.
＜시험 방법＞
·외관：육안 검사에 따른다.
·압송성：레오미터에 의한 하기 조건에서의 겉보기 점도의 측정에 의해 판정하였다.
(시험 조건) 온도：25℃
전단율：100s-1
(판정 기준) 1.5 Pa·s 이하：합격(○)
1.5 Pa·s 초과：불합격(×)
·비산성：하기 조건에 의하여 흘러내리는지의 여부를 시험하여 판정하였다.
(시험 방법) SPCC-SD 강판에 시료 그리스 약 0.4g을 도포하고, 45도로 기울여, 5초 경과 후의 흘러내림(이동)의 유무로 판정한다.
(시험 조건) 온도：25℃
(판정 기준) 흘러내림：합격(○)
흘러내리지 않음：불합격(×)
·스틱 슬립：하기 조건에 의한 마찰 시험을 행하고, 3왕복째의 스틱 슬립의 유무로 판정한다.
(시험기) 바우덴 스틱 슬립 시험기
(시험 조건) 플레이트(15×160 mm SPCC-SD 강판)와 강성 원통(φ12 mm)의 면접촉
하중：4 kgf(접촉 압력：343 kPa)
슬라이드 이동 속도：30 mm/m
슬라이드 이동 거리：20 mm
시료 그리스：약 0.5 g
온도：25℃
(판정 기준) 스틱 슬립 없음：합격(○)
스틱 슬립 있음：불합격(×)
결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002

Claims (4)

  1. 40℃의 동점도(動粘度)가 10∼200 mm2/s인 기유(base oil)와,
    상기 기유에 불용(不溶)인 고체 분말을 0.1∼10 질량% 함유하고,
    혼화 주도(worked penetration)가 400∼500인,
    그리스 자동 급지(給脂) 장치를 가지는, 공작 기계용 윤활 그리스 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체 분말이, 유기 몰리브덴, 4불화 에틸렌 수지, 시아누르산 멜라민, 2황화 몰리브덴, 그래파이트 및 디알킬디티오카르바민산 금속염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 윤활 그리스 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기유의 40℃의 동점도가 30∼150 mm2/s인, 윤활 그리스 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작 기계가 슬라이드 이동면 윤활부를 가지는, 윤활 그리스 조성물.
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