KR20220141882A - 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물 - Google Patents

랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물 Download PDF

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쓰요시 고치
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Abstract

본 발명에 의해, 증주제와, 기유와, Ca설포네이트, 지방산, 및 트리글리세리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는, 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물로서, 상기 기유의 40℃에서의 동점도가 4∼100㎟/s이며, 조성물의 혼화조도가 265∼385인, 상기 그리스 조성물을 제공한다.

Description

랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물
본 발명은, 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물에 관한 것이다.
최근, 자동차의 운전 쾌적성의 향상으로서, 조타 시의 응답성이나 정숙성에 대한 요구로부터, 전동 파워 스티어링이 널리 적용되고 있다. 전동 파워 스티어링에는, 칼럼 어시스트식, 피니언 어시스트식, 랙 어시스트식이라는 타입으로 나뉘지만, 랙 어시스트식은 그 응답성이나 출력이 높으므로, 향후, 전동 파워 스티어링 시장에서의 수요 확대가 예상되고 있다. 그에 따라, 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링 장치 내의 볼 나사부에 사용되는 그리스에도, 장수명화나, 넓은 속도 영역에 걸치는 저토크화, 나아가, 소리나 진동의 저감이라는 다양한 요구에 대한 대응이 요구되고 있고, 특히, 토크 변동의 억제는, 운전자의 조타 시의 응답성이나 정숙성향상을 위해, 중요한 기술적 과제가 되고 있다.
랙 어시스트식 전동 파워 스티어링 장치 내의 볼 나사부에 적용할 수 있는 그리스 조성물의 선행 기술로서, 특허문헌 1 및 2를 들 수 있다.
특허문헌 1에는, 증주제(thickener)로서, 지방족 부분이 불포화 성분을 가지는 디우레아 화합물을, 지방산 금속염 및 아미드 화합물과 소정의 비율로 병용하고, 기유(base oil)로서, 유동점이 -25℃ 이하인, 합성 탄화수소유를 주성분으로 하는 윤활 기유를 사용하고, 소정의 첨가제를 소정량 함유하는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물이 기재되어 있고, 이 그리스는, 고르지 않은 마찰 변동을 대폭으로 절감할 수 있고, 넓은 온도 범위에서 낮게 안정된 토크 특성을 나타내고, 고온에서도 충분한 유막을 유지할 수 있는 장수명의 그리스라고 보고되고 있다.
특허문헌 2에는, 증주제로서, 평균 분자량이 500∼1000이고, 직쇄형 탄화수소기에 불포화 성분을 가지는 우레아계 화합물, 지방산 금속염, 아미드 화합물의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물이 기재되어 있고, 이 그리스는 고르지 않은 마찰 변동을 대폭으로 절감할 수 있고, 안정된 마찰 특성과 윤활성을 얻을 수 있는 그리스라고 보고되고 있다.
일본공개특허 제2006-306275호 공보 일본공개특허 제2006-307023호 공보
본 발명의 과제는, 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링 장치의 조타 시의 응답성이나 정숙성을 향상시키도록 토크 변동을 억제하고, 또한, 넓은 속도 범위 영역에서도 저토크인, 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물을 제공하는 것이다.
1. 증주제와,
기유와,
Ca설포네이트, 지방산, 및 트리글리세리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는,
랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물로서,
상기 기유의 40℃에서의 동점도(kinematic viscosity)가 4∼100㎟/s이며,
조성물의 혼화조도(worked penetration)가 265∼385인, 상기 그리스 조성물.
2. 상기 화합물이, 염기가(base number) 350mgKOH/g 이하의 Ca설포네이트인, 상기 1항에 기재된 그리스 조성물.
3. 상기 화합물이, 탄소수 6∼24의 직쇄 또는 분기의 포화 또는 불포화 지방산인, 상기 1항에 기재된 그리스 조성물.
4. 상기 화합물이, 지방족 부분이 탄소수 7∼26의 직쇄 또는 분기의 포화 또는 불포화 지방산인 트리글리세리드인 상기 1항에 기재된 그리스 조성물.
5. 상기 기유가 폴리α올레핀을 함유하는, 상기 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물.
본 발명에 의하면, 토크 변동의 억제와, 넓은 속도 영역에 걸치는 저토크를 양립할 수 있는 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물을 제공할 수 있다.
○ 증주제
본 발명에 사용할 수 있는 증주제는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들면 Li 비누나 복합 Li 비누로 대표되는 비누계 증주제, 디우레아로 대표되는 우레아계 증주제, 유기화 클레이나 실리카로 대표되는 무기계 증주제, PTFE로 대표되는 유기계 증주제 등을 들 수 있다. 이 중, 식(I)로 나타내어지는 디우레아 및 복합 Li 비누가 내열성이 우수하므로, 보다 바람직하다.
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3 (I)
식 중, R1 및 R3은 서로 동일해도 되고 상이해도 되고, 탄소수 8∼20의 직쇄 알킬기, 탄소수 6 또는 7의 아릴기, 또는 시클로헥실기이며, 바람직하게는, 탄소수 8∼18의 직쇄 알킬기다. R2는 탄소수 6∼15의 2가의 방향족 탄화수소기이며, 톨릴렌 디이소시아네이트 또는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 유래의 기가 바람직하고, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 유래의 기가 보다 바람직하다. 식(I)의 디우레아로서는, R1 및 R3 중 어느 하나가 탄소수 8의 직쇄 알킬기이고, 다른 쪽이 탄소수 18의 직쇄 알킬기이며, R2이 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 유래의 기인 화합물을 포함하는 것이 가장 바람직하다.
복합 Li 비누로서는, 1개 이상의 하이드록실기를 가지는 탄소수 12∼24의 하이드록시지방산의 리튬염과, 탄소수 2∼12의 지방산 디카르본산의 리튬염으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 하이드록시지방산으로서는, 12-하이드록시스테아르산, 12-하이드록시라우르산, 16-하이드록시팔미트산 등을 들 수 있다. 이 중, 12-하이드록시스테아르산이 바람직하다. 상기 지방족 디카르본산으로서는, 아젤라산, 세바스산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 운데칸이산, 도데칸이산을 들 수 있다. 아젤라산이 가장 바람직하다. 복합 Li 비누로서는, 12-하이드록시스테아르산의 리튬염과, 아젤라산의 리튬염으로 구성되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 증주제로서는, 특히, R1 및 R3 중 어느 하나가 탄소수 8의 직쇄 알킬기이고, 다른 쪽이 탄소수 18의 직쇄 알킬기이며, R2가 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 유래의 기인 식(I)의 디우레아 화합물을 포함하는 증주제가 바람직하다.
본 발명의 조성물에서의 증주제의 함유량은, 본 발명의 그리스 조성물의 혼화조도를 265∼385의 범위로 조정할 수 있는 양이며, 통상, 조성물의 전질량을 기준으로 하여, 6∼15 질량%이고, 바람직하게는 7∼14 질량%이며, 보다 바람직하게는 8∼12 질량%이다.
○ 기유
본 발명의 그리스 조성물의 기유의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 광유라도 되고, 합성유라도 된다. 기유는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
광유로서는, 파라핀계 광유, 나프텐계 광유, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
합성유로서는, 디에스테르, 폴리올에스테르로 대표되는 에스테르계 합성유;폴리-α-올레핀(PAO), 폴리부텐으로 대표되는 합성 탄화수소유; 알킬디페닐에테르, 폴리프로필렌글리콜로 대표되는 에테르계 합성유; 실리콘 오일, 불소화 오일 등 각종 합성유를 사용할 수 있다.
기유가 폴리-α-올레핀을 함유하는 것이 바람직하다. 기유가 폴리-α-올레핀 이외의 기유를 포함하는 경우, 기유의 전질량을 기준으로 하여, 폴리-α-올레핀을 50 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 80 질량% 이상 함유하는 것이 보다 바람직하고, 90 질량% 이상이 더욱 바람직하고, 100 질량% 함유하는 것이 가장 바람직하다. 기유 중의 폴리-α-올레핀의 비율이 전술한 바와 같다면, 저온성이 우수하므로 바람직하다.
본 발명에서의 기유의 동점도는, 저온성의 관점 및 및 고속 영역의 토크를 낮게 억제하는 관점에서, 40℃에서의 동점도가 4∼100㎟/s이고, 10∼80㎟/s인 것이 바람직하고, 15∼70㎟/s인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 기유로서는, 특히 40℃에서의 동점도가 15∼70㎟/s인 PAO가 바람직하다.
본 발명의 그리스 조성물 중의 기유의 함유량은, 그리스를 제조하는 데에 통상 사용되는 양이며, 예를 들면 50∼93.5 질량%이고, 주도(consistency)의 관점에서, 60∼92.5 질량%가 바람직하고, 80∼91 질량%가 보다 바람직하다.
○ 필수 첨가제
본 발명의 그리스 조성물은 Ca설포네이트, 지방산, 및 트리글리세리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유한다. 이 중, Ca설포네이트와 지방산이 바람직하고, Ca설포네이트가 보다 바람직하다.
지방산으로서는, 탄소수가 바람직하게는 6∼24, 더욱 바람직하게는 12∼18의 직쇄 또는 분기의 포화 또는 불포화 지방산을 들 수 있다. 이들의 2종 이상의 혼합물이어도 된다. 포화 지방산이 바람직하고, 탄소수 12∼18의 직쇄 포화 지방산이 특히 바람직하다. 바람직한 구체예로서는 스테아르산, 팔미트산을 들 수 있다.
트리글리세리드로서는, 트리글리세리드를 구성하는 지방산 잔기의 탄소수가 바람직하게는 7∼26, 더욱 바람직하게는 12∼18인 트리글리세리드를 들 수 있다. 이들의 2종 이상의 혼합물이어도 된다. 바람직한 구체예로서는, 천연 유지로부터 채취한 피마자유나, 경화 피마자유를 들 수 있다.
Ca설포네이트는 중성이어도 되고 염기성이어도 되지만, 중성 쪽이 바람직하다. 이들의 2종 이상의 혼합물이어도 된다. 염기성의 경우, 염기가가(혼합물의 경우, 혼합물의 염기가가) 바람직하게는 350mgKOH/g 이하이다. 바람직한 구체예로서는, 중성의 디노닐나프탈렌술폰산 칼슘염을 들 수 있다. 그리고, 본 명세서에 있어서, 염기가는 JIS K2501에 따라서 측정한 값이다.
본 발명의 필수 첨가제로서는, 특히, 중성의 디노닐나프탈렌술폰산 칼슘염이 바람직하다.
어떠한 이론에도 구속되는 것은 아니지만, 본원 소정의 첨가제를 사용하면, 볼 나사 표면에 피막을 형성할 수 있다. 이 형성된 피막이 토크 변동의 억제에 기여하고 있다고 생각된다.
본 발명의 필수 첨가제의 함유량은, 조성물의 전질량을 기준으로 하여, 0.1∼10 질량%인 것이 바람직하고, 0.5∼7 질량%인 것이 보다 바람직하고, 1∼5 질량%인 것이 더욱 바람직하다. 본원 소정의 첨가제가 이와 같은 범위에서 포함되면, 효과적으로 토크 변동을 억제할 수 있으므로 바람직하다.
○ 혼화조도
본 명세서에 있어서, 용어 「혼화조도」는 60회 혼화조도를 가리키고, JIS K22207.에 따라서 측정할 수 있다. 본 발명의 혼화조도는 265∼385이고, 285∼340이 바람직하다. 혼화조도가 265 이상이면, 토크 면에서 우수하다. 혼화조도가 385 이하이면, 내비산성·흘러내림 내성(anti-rundown property) 면에서 우수하다.
본 발명의 그리스 조성물은 그리스에 통상 사용되는 첨가제를 필요에 따라 포함할 수 있다. 이들 첨가제의 함유량은, 그리스 조성물의 전량을 기준으로 하여, 통상 0.5∼35 질량%, 바람직하게는 5∼25 질량%이다. 이와 같은 첨가제로서는, 예를 들면 산화 방지제, 무기 부동태화제, 방청제, 금속 부식 방지제, 유성제, 내마모제, 극압제(極壓濟), 고체 윤활제를 들 수 있다. 내산화성, 방청성, 경계 윤활성, 내구성의 관점에서, 산화 방지제, 방청제, 유성제, 및 극압제 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 그리스 조성물은 랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부에 적용한다. 볼 나사를 구성하는 요소는 모두 강철인 것이 바람직하다.
[실시예]
<시험 그리스>
폴리α올레핀(PAO) 중에서, 4',4-디페닐메탄디이소시아네이트 1몰과, 옥틸 아민 1몰 및 스테아릴아민의 아민 1몰을 반응시키고, 승온(昇溫), 냉각한 후, 표 1 또는 표 2에 나타내는 비율로 첨가제를 배합하고, 3본롤밀로 혼련하여, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 그리스 조성물을 얻었다. 그리고, 표 1 및 표 2 중의 질량%는 그리스 조성물의 전질량을 기준으로 한다.
<시험 방법>
[다양한 속도에서의 토크의 평가]
강제의 볼 나사의 나사 홈부에 시험 그리스를 10g 도포하고, 분위기 온도를 25℃로 설정한 항온조 내에 설치했다. 나사축을 10㎜/s의 속도로 스트로크 50㎜의 범위에서 10왕복시켰다. 그 후 1, 2, 4, 5, 10, 20㎜/s의 각 속도로, 저속부터 순서대로 3왕복시켰다. 이것을 1사이클로 하고, 전부 5사이클 행하였다. 볼 나사의 나사축을 소정의 속도로 왕복 운동시켰을 때 발생하는 힘(「조작 하중」)을 소정 간격으로 샘플링하고, 1왕복당의 조작 하중의 합계를 데이터의 샘플링수로 나누는 것에 의해, 1왕복당의 조작 하중의 평균값을 구했다. 5사이클째의, 1㎜/s 및 20㎜/s로 3왕복시켰을 때의 평균값을 하기 기준에 의해 판정함으로써, 넓은 속도 영역에 걸쳐 저토크를 달성할 수 있는지 아닌가를 평가했다.
[판정 기준]
1㎜/s일 때, 조작 하중의 평균값이 55 미만 ◎
55 이상 70 미만 ○
70 이상 100 미만 △
100 이상 ×
20㎜/s일 때, 조작 하중의 평균값이 130 미만 ◎
130 이상 140 미만 ○
140 이상 150 미만 △
150 이상 ×
[토크 변동의 평가]
상기의 토크의 평가에 있어서, 5사이클째에 1㎜/s로 3왕복했을 때, 제1 왕복중에 발생한 조작 하중의 변동(피크) 중, 변동이 큰 순서로 5번째까지의 피크 높이를 산출하고, 제2 왕복 중 및 제3 왕복 중에 발생한 변동에 대해서도 마찬가지로, 변동이 큰 순서로 5번째까지의 피크 높이를 산출하고, 총15의 피크의 평균값을 구하고, 하기 기준에 의해 평가했다.
그리고, 설정한 속도 중, 최저 속도에서 구한 것은, 토크 변동에 영향을 주는 핸들 관련의 영향이, 고속보다 저속 쪽에서 나오기 쉽기 때문이다. 또한, 통상, 공장에서 제조되고 나서 납품되는 동안까지, 자동차는 공장의 부지 내 등에서 시험 운전된다. 즉, 납품 시점에서는, 핸들 관련은 익숙해져, 안정 상태에 도달하고 있다고 생각된다. 토크 시험에 있어서도, 늦어도 5사이클째에는 안정 상태에 도달하고 있으므로, 납품 후의 운전을 상정하고, 5사이클째의 변동으로 평가했다.
[판정 기준]
평균값이 12N 미만 ◎
12 이상 15 미만 ○
15 이상 20 미만 △
20 이상 ×
Figure pct00001
Figure pct00002
·PAO: 40℃에서의 동점도=30㎟/s
·Ca설포네이트: 알킬나프탈렌술폰산 칼슘염(상품명: NA-SUL 729, KING INDUSTRIES, INC 제조, 중성)
·트리글리세리드: 경화 피마자유(상품명: HCO-I, JAYANTAGRO-ORGANICS LTD 제조)
·지방산: 스테아르산(상품명: TST, 미요시 유시 가부시키가이샤 제조)
·Zn설포네이트: 알킬나프탈렌술폰산 아연염(상품명: NA-SUL ZS, KING INDUSTRIES, INC 제조)
·소르비탄지방산 에스테르: 소르비탄트리올레산 에스테르(상품명: 비이온 OP-85R, 니치유 가부시키가이샤 제조)

Claims (5)

  1. 증주제(thickener);
    기유(base oil); 및
    Ca설포네이트, 지방산, 및 트리글리세리드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는,
    랙 어시스트식 전동 파워 스티어링의 볼 나사부용 그리스 조성물로서,
    상기 기유의 40℃에서의 동점도(kinematic viscosity)가 4∼100㎟/s이고,
    조성물의 혼화조도(worked penetration)가 265∼385인,
    그리스 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화합물이, 염기가(base number) 350mgKOH/g 이하의 Ca설포네이트인, 그리스 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화합물이, 탄소수 6∼24의 직쇄 또는 분기의 포화 또는 불포화 지방산인, 그리스 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화합물이, 지방족 부분이 탄소수 7∼26의 직쇄 또는 분기의 포화 또는 불포화 지방산인 트리글리세리드인, 그리스 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기유가 폴리α올레핀을 함유하는, 그리스 조성물.
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