그리스 조성물 및 베어링{GREASE COMPOSITION AND BEARING}

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.

자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링 등의 고온/고속화가 현저한 부위를 윤활하는 그리스에는 긴 윤활 수명이 요구된다. 그리스에 긴 윤활 수명을 부여하기 위하여 내열성은 물론, 그리스가 윤활부에 잘 유입하는 성질이 요구된다. 이러한 그리스의 유입성은 사용되는 베어링이 외륜 회전 베어링인 경우에 특히 강하게 요구된다. 이것은 원심력이 작용하는 등, 그리스의 윤활부로의 유입이 보다 어려워지기 때문이다. 한편 유입성이 너무 좋아지면, 그리스가 연화되어 베어링으로부터 누설되어 단수명이 된다. 따라서 내열성과 유입성이 밸런스를 이루는 그리스가 요구되고 있다.

외륜 회전의 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링으로는 카 에어컨용 전자 클러치, 중간 풀리, 아이들러 풀리, 텐션 풀리 등에 사용되는 베어링이 있고, 또한 내륜 회전 베어링에는 올터네이터 등에 사용되는 베어링이 있다.

또한, 외륜 회전에서 장수명인 그리스는 상술한 바와 같이 밸런스를 이루고 있기 때문에 외륜 회전뿐만 아니라, 내륜 회전 베어링에도 사용이 가능하다.

자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링에 사용되는 그리스로는 주로 합성 탄화수소유나 페닐에테르계 합성유를 베이스 오일로 한 디우레아 그리스가 사용되고 있다. 디우레아 그리스 중에서는 고온 내구성이 우수하다는 이유에서 방향족 디우레아 그리스가 사용되는 경우가 많다. 그러나 이 종류의 그리스는 외륜 회전 베어링에 사용하면, 그리스의 윤활부로의 유입성이 부족하여, 베어링 수명은 결코 만족할 만하지 못하다.

한편, 증점제에 의해 유입성을 향상시킨 예로서, 일본 특허 제 2979274호에는 50질량%를 초과하는 양의 에테르계 합성유를 포함하는 베이스 오일에, 증점제로서 하기 화학식으로 표시되는 디우레아 화합물을 사용한 그리스 조성물이 기재되어 있다.

R ¹ -NHCONH-R ² -NHCONH-R ³

식 중, R ¹ 는 탄소수 6~15인 2가 방향족 탄화수소기를 나타내고, R ² 및 R ³ 는 서로 동일하거나 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 아니다.

본 발명의 목적은 그리스 조성물 및 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 윤활부로의 그리스의 유입성이 개선되어, 고온 환경 하에서도 베어링 수명이 긴 베어링용 그리스를 제공하는 것이다.

본 발명은 이하의 그리스 조성물 및 베어링을 제공하는 것이다.

1. 베이스 오일과 증점제를 포함하는 그리스 조성물에 있어서, 베이스 오일이 에스테르계 합성유를 포함하며, 에스테르계 합성유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상이고, 증점제가 하기 화학식 I으로 표시되는 디우레아 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물.

(화학식 I)

R ¹ -NHCONH-R ² -NHCONH-R ³

화학식 I 중, R ² 는 탄소수 6~15인 2가 방향족 탄화수소기를 나타내고, R ¹ 및 R ³ 는 서로 동일하거나 다른 기로서, 시클로헥실기 또는 탄소수 8~22인 직쇄 또는 분기 알킬기를 나타내고, 시클로헥실기와 탄소수 8~22인 직쇄 또는 분기 알킬기의 총 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수의 비율은 60~95%이다.

2. 에스테르계 합성유가 분자 내에 3가 이상의 에스테르기를 갖는 에스테르계 합성유인 상기 1에 기재된 그리스 조성물.

3. 에스테르계 합성유가 트리메틸올프로판에스테르유, 트리메리트산에스테르유, 피로메리트산에스테르유, 펜타에리스리톨에스테르유, 디펜타에리스리톨에스테르유, 및 컴플렉스에스테르유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 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 윤활부로의 그리스의 유입성이 개선되어, 고온 환경 하에서도 베어링 수명이 길다. 이 때문에 베어링용으로서 우수하며, 특히 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링용으로서, 그 중에서도 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링의 외륜 회전에서 사용되는 베어링용으로서 우수한 효과를 발휘한다.

상술한 바와 같이, 긴 수명을 얻기 위해서는 윤활부로의 유입성이 필요하지만, 너무 유입성이 좋아지면, 그리스가 연화하여 베어링으로부터 누설되어 단수명이 되기 때문에, 내열성과 유입성이 밸런스를 이루는 것이 중요하다.

본 발명에서는 상기 디우레아 화합물의 시클로헥실기의 비율을 높게 하여, 내열성을 확보함과 동시에 유입성을 억제하는 한편, 극성을 가져 증점제와 친화성이 있는 에스테르계 합성유를 사용함으로써 그리스의 유입성을 향상시켜, 내열성과 유입성의 밸런스를 취한 것을 특징으로 하는 것이다.

일반적으로 그리스 조성물에 사용하는 증점제로는 Li나 Na 등을 포함하는 금속 비누류, 벤톤, 실리카겔, 디우레아 화합물, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 대표되는 불소계 증점제 등의 비(非)비누류를 들 수 있다. 그러나, 금속 비누류, 벤톤, 실리카겔은 내열성, 즉 고온 하에서의 베어링 윤활 수명을 만족시키지 못한다. 또한 불소계 증점제는 내열성은 만족하지만 상당히 고가이기 때문에 범용성이 결여되어 있다.

따라서, 본 발명의 그리스 조성물은 화학식 I으로 표시되는 특정 디우레아계 증점제를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

화학식 I에 있어서, R ¹ 및 R ³ 으로 표시되는, 시클로헥실기와 탄소수 8~22인 직쇄 또는 분기 알킬기의 총 몰수에 대한 시클로헥실기의 몰수의 비율은 60~95%이고, 더욱 바람직하게는 70~90%이다.

60% 미만에서는 유입성이 높아져, 그리스가 연화하여 베어링으로부터 누설되므로 단수명이 된다. 또한 95%를 초과하면 그리스가 경화하여 유입성이 악화되어 단수명이 된다.

본 발명의 그리스 조성물에 사용하는 베이스 오일은 에스테르계 합성유를 포함한다. 에스테르계 합성유로는 디-2-에틸헥실아디페이트(DOA), 디-2-에틸헥실세바게이트(DOS), 디이소데실아디페이트(DIDA) 등으로 대표되는 디에스테르유, 트리메리트산에스테르유 등으로 대표되는 방향족 에스테르유, 트리메틸올프로판에스테르유나 펜타에리스리톨에스테르유 등으로 대표되는 폴리올에스테르유 등을 들 수 있 다.

특히 바람직한 것은 분자 내에 3가 이상의 에스테르기를 갖는 에스테르계 합성유로서, 예를 들면 트리메틸올프로판에스테르유, 트리메리트산에스테르유, 피로메리트산에스테르유, 펜타에리스리톨에스테르유나 디펜타에리스리톨에스테르유, 및 다가 알콜(예를 들면, 펜타에리스리톨)과, 1가의 지방산(예를 들면, 카프릴산) 및 다염기산(예를 들면, 아젤라인산)으로부터 합성되는 컴플렉스 에스테르유 등을 들 수 있다.

베이스 오일 전체에 대한 에스테르계 합성유의 비율은 바람직하게는 20질량% 이상, 더욱 바람직하게는 50질량% 이상, 특히 바람직하게는 100질량%이다. 내열성이나 유입성을 충분히 만족시키기 위해서는 20질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이것은, 에스테르계 합성유는 극성이 크고 증점제와의 친화성이 커, 그리스의 윤활부로의 유입성을 돕기 때문이다.

본 발명의 그리스 조성물에 사용하는 베이스 오일은 에스테르계 합성유 이외의 다른 베이스 오일을 포함할 수도 있다. 그 외의 다른 베이스 오일로는 광물유, 합성유가 있다. 합성유의 예로는 디에스테르유, 폴리α올레핀으로 대표되는 합성 탄화수소유, 알킬디페닐에테르로 대표되는 에테르계 합성유, 폴리프로필렌글리콜로 대표되는 폴리글리콜계 합성유, 실리콘계 합성유, 불소계 합성유를 들 수 있다.

본 발명의 그리스 조성물에는 필요에 따라, 일반적으로 그리스 조성물에 사용되는 임의의 첨가제가 사용 가능하다. 예를 들면, 아민계, 페놀계로 대표되는 산화 방지제, 아질산나트륨 등의 무기 부동태화제, 설포네이트계, 숙신산계, 아민계, 카본산염으로 대표되는 방청제, 벤조트리아졸로 대표되는 금속부식방지제, 지방산, 지방산 에스테르, 인산에스테르로 대표되는 유성제, 인계, 유황계, 유기 금속계로 대표되는 내마모제나 극압제, 산화금속염, 이황화몰리브덴으로 대표되는 고체 윤활제 등을 들 수 있다.

(실시예)

시험 그리스의 조제

베이스 오일 중에서, 방향족 디이소시아네이트(디페닐메탄디이소시아네이트)에 소정량의 아민(시클로헥실아민, 스테아릴아민, p-톨루이딘)을 반응시키고, 혼화 점도가 280이 되도록 베이스 오일로 희석하여 베이스 그리스를 조제하였다. 이 그리스에 첨가제를 첨가하여, 실시예 1~4 및 비교예 1~4의 그리스 조성물을 조제하였다.

시클로헥실기(CH)의 함유율(%)=[{시클로헥실기의 몰수)/(시클로헥실기의 몰수+알킬기의 몰수)}×100]

증점제 A1~A5: 지환식ㆍ지방족 디우레아(시클로헥실아민 및/또는 스테아릴아민 사용)

증점제 B: 방향족 디우레아(p-톨루이딘 사용)

증점제 C: Li 비누(12-하이드록시스테아린산리튬)

-베이스 오일

에스테르유 A: 트리메틸올프로판에스테르유(40℃의 동점도: 24.5㎟/s)

에스테르유 B: 펜타에리스리톨에스테르유(40℃의 동점도: 30.8㎟/s)

에스테르유 C: 디펜타에리스리톨에스테르유(40℃의 동점도: 209㎟/s)

에스테르유 D: 컴플렉스 에스테르유(40℃의 동점도: 102㎟/s)

광물유: 40℃의 동점도: 102㎟/s

합성 탄화수소유: 40℃의 동점도: 63.3㎟/s

페닐에테르유: 디알킬디페닐에테르유(40℃의 동점도: 100㎟/s)

첨가제 A: 아민계 산화방지제(알킬디페닐아민)

첨가제 B: 설포네이트계 방청제(디노닐나프탈렌술폰산아연)

그리스 조성물의 시험 방법

혼화점도(JIS K2220): 점도는 280으로 통일하였다.

외륜 회전 시험

고온 하에서의 베어링 수명을 평가하는 외륜 회전의 시험. 하기의 조건으로 운전하여, 모터의 과전류, 진동 이상, 혹은 규정의 온도보다도 +15℃ 상승한 경우에 수명으로 판단하였다.

베어링 형식: 6203 고무씰

시험 온도: 160℃

회전수: 16000rpm

시험 하중: 래디얼 하중 800N

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: 액셜 하중 66.7N

래디얼 하중 66.7N

종합 평가

외륜 회전 시험 합격 500시간 이상 불합격 500시간 미만

베어링 윤활 수명 합격 500시간 이상 불합격 500시간 미만

양쪽 시험에 합격한 것: ○ 그 외: ×

결과를 표 1에 나타낸다.

시클로헥실기(CH)율이 60~95%인 화학식 I의 증점제와, 베이스 오일 중의 에스테르계 합성유의 함유량이 베이스 오일 전체의 20질량% 이상인 실시예 1~4의 그리스 조성물에서는 외륜 회전 시험 및 베어링 윤활 수명 시험 결과, 모두 500시간 이상으로 내열성 및 유입성이 우수한 것을 알 수 있다.

이에 비하여, 시클로헥실기(CH)율이 50%인 화학식 I의 증점제를 사용한 비교예 1, 베이스 오일 중의 에스테르계 합성유의 함유량이 베이스 오일 전체의 10질량%인 비교예 2, 시클로헥실기(CH)를 함유하지 않은 화학식 I의 증점제를 사용한 비교예 3 및 4의 그리스 조성물은 외륜 회전 시험, 베어링 윤활 수명 시험 또는 그 모두가 500시간 미만으로, 본 발명의 목적을 달성할 수 없음을 알 수 있다.