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KR100767897B1 - 윤활유 조성물 - Google Patents

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KR100767897B1
KR100767897B1 KR1020027014584A KR20027014584A KR100767897B1 KR 100767897 B1 KR100767897 B1 KR 100767897B1 KR 1020027014584 A KR1020027014584 A KR 1020027014584A KR 20027014584 A KR20027014584 A KR 20027014584A KR 100767897 B1 KR100767897 B1 KR 100767897B1
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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 윤활유 기유(base oil), 및 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트를 함유하고, 블록-온-디스크(block-on-disk) 시험에 따라 측정하는 경우 -20℃에서 0.12 이상의 금속간 마찰계수를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물로서, 금속 벨트의 금속간 마찰계수를 저온 내지 고온의 광범위한 온도 조건에서 높게 유지시킬 수 있고, 특히, -20℃의 저온 조건에서 0.12 이상의 금속간 마찰계수를 갖게 하는, 높은 성능의 윤활유 조성물에 관한 것이다.

Description

윤활유 조성물{LUBRICATING OIL COMPOSITION}
본 발명은 윤활유 조성물, 보다 구체적으로 저온 내지 고온의 광범위한 온도 조건에서 높은 금속간 마찰계수를 갖게 하는, 금속 벨트식 무단 변속기용 윤활유 조성물에 관한 것이다.
최근 들어, 지구 환경 문제가 심각해짐에 따라 자동차에 대한 연비 향상이 중요한 과제로 대두되고 있으며, 종래의 다단식 자동변속기(AT)보다 고 효율성인 금속 벨트식 무단 변속기(이하, "벨트 CVT"로 약칭됨)의 장착 비율이 증가하고 있다. 상기 금속 벨트식 무단 변속기를 탑재시킬 수 있는 차량의 배기량은 0.66ℓ내지 2.5ℓ로 광범위하지만, 대용량일수록 금속 벨트의 높은 토크전달용량, 즉 높은 금속간 마찰계수가 요구된다. 한편, 벨트 CVT는 향후 세계적으로 보급되어 저온 내지 고온의 광범위한 온도 조건에서 사용될 것으로 예상된다. 따라서, 광범위한 온도 조건에서 높은 금속간 마찰계수를 갖게 하는 벨트 CVT용 윤활유가 요구된다.
종래의 벨트 CVT용 윤활유를 사용하여 금속간 마찰계수를 향상시키는 것에 관한 연구(일본 특허 공개공보 제 99-92779 호, 일본 특허 공개공보 제 99-293272 호 및 일본 특허공개공보 제 2000-1687 호)는 고온 조건에 한해 실시되고 있으며, 영하 수십 ℃의 저온에서 금속간 마찰계수를 향상시킨 연구는 보고된 바 없다. 실제로, 시판중인 벨트 CVT용 윤활유를 사용하는 경우, 블록-온-디스크(block-on-disk) 시험에 따라 금속간 마찰계수(μ)를 측정한 결과, 10O℃ 및 -20℃에서 최고치 μ= 0.138 및 μ=0.108을 수득할 수 있었다. 따라서, 금속간 마찰계수가 저온에서 극단적으로 저하됨을 알 수 있었다.
발명의 요약
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 해소하고 -20℃의 저온 조건에서 금속 벨트의 금속간 마찰계수가 μ= 0.12 이상이 되게 하는, 높은 성능의 윤활유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 연구를 거듭하여, 10O℃에서 높은 금속간 마찰계수를 갖게 하는 종래의 벨트식 무단 변속기용 윤활유에서는 금속간 마찰계수를 향상시키기 위해 아연 디티오포스페이트를 사용하고 있지만, 이러한 아연 디티오포스페이트를 함유하는 윤활유는 저온에서의 금속간 마찰계수를 크게 감소시키고 -20℃에서의 마찰계수를 0.12 이상으로 향상시킬 수 없음을 발견하였으며, 상기 결점을 극복하기 위해 저온 조건에서 금속간 마찰계수를 향상시킬 수 있는 신규한 첨가제가 필요하다는 것을 발견하였다.
또한, 본 발명자들이 추가적으로 연구한 결과, 알칼리 토금속의 피네이트, 설포네이트 또는 살리실레이트를 일정량 이상 첨가하여 상기 목적이 달성될 수 있 음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 윤활유 기유(base oil), 및 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트를 함유하고, 블록-온-디스크 실험에 따라 측정하는 경우 -20℃에서 0.12 이상의 금속간 마찰계수를 갖게 하는, 윤활유 조성물을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 금속간 마찰계수를 측정하는데 사용된 블록-온-디스크 시험기를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
이하에, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 윤활유 조성물의 기유는 특별히 한정되지 않으며, 자동 변속기유(ATF) 또는 무단 변속기유(CVTF)로서 사용될 수 있는 한, 임의의 광유(mineral oil) 및 합성유를 사용할 수 있다.
광유의 예는 파라핀계 광유, 중간계 광유(intermediate mineral oil) 또는 나프텐계 광유 등을 포함하고, 구체적으로는 경질 뉴트럴유, 중질(中質) 뉴트럴유, 중질(重質) 뉴트럴유 및 브라이트 스톡(bright stock) 등을 포함한다.
또한, 합성유의 예는 예를 들어, 폴리부텐; α-올레핀의 단독 중합체 또는 공중합체(예를 들어, 에틸렌-α-올레핀 공중합체)를 포함하는 폴리올레핀; 각종 에스테르(예를 들어, 폴리올 에스테르, 이염기산 에스테르 및 인산 에스테르); 각종 에테르(예를 들어, 폴리페닐 에테르); 폴리글리콜; 알킬 벤젠; 및 알킬 나프탈렌을 포함한다. 이들 중에서, 폴리올레핀 및 폴리올 에스테르가 특히 바람직하다.
본 발명에서는 기유로서 상기 광유를 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 합성유를 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 상기 광유 1종 이상과 합성유 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물은 상기와 같은 윤활유 기유에 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트를 첨가한 것이다.
알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트는 금속계 세제로서 작용하며, 구체적인 예는 칼슘 설포네이트, 칼슘 피네이트, 칼슘 살리실레이트, 마그네슘 설포네이트 및 바륨 설포네이트 등을 포함하고, 이들을 단독으로 사용하거나 조합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트는 알칼리 토금속의 수산화물 또는 탄산염으로 과염기화된 것일 수 있고, 과염소산법에 따라 측정시 10 내지 100 mgKOH/g의 저염기가를 갖는 알칼리 토금속염, 및 100 내지 500 mgKOH/g의 고염기가를 갖는 알칼리 토금속염을 단독으로 사용하거나 조합하여 사용할 수 있다.
윤활유 조성물중 상기 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트의 함량에 있어서, 상기 화합물의 양이 지나치게 적은 경우에는 저온에서의 금속간 마찰계수를 충분히 증가시킬 수 없어 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 없다. 또한, 상기 화합물의 양이 지나치게 많은 경우에는 금속의 내마모성이 저하되므로, 상기 화합물은 금속의 양이 1,000 중량ppm 이상, 바람직하게는 1,500 내지 3,500 중량ppm으로 되도록 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물은 인계 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 인계 화합물의 양은 본 발명의 목적에 불리한 영향을 끼치지 않도록 1OO 중량ppm 이하인 것이 바람직하다.
이러한 인계 화합물의 예는 인산 에스테르 화합물 또는 아인산 에스테르 화합물을 포함하고, 구체적으로는 트리부틸 포스페이트, 트리-2-에틸헥실 포스페이트 및 트리부톡시 포스페이트 등의 지방족 인산 에스테르; 트리크레실 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 크레실디페닐 포스페이트 및 2-에틸헥실디페닐 포스페이트 등의 방향족 인산 에스테르; 모노- 또는 디- 부틸산 포스페이트, 모노- 또는 디-2-에틸헥실산 포스페이트, 모노- 또는 디-이소데실산 포스페이트, 모노- 또는 디-라우릴산 포스페이트, 모노- 또는 디- 올레일산 포스페이트 및 이들 아민염 화합물 등의 인산의 산성 에스테르; 트리부틸 포스파이트, 트리옥틸 포스파이트, 트리스데실 포스파이트, 트리스트리데실 포스파이트 및 트리올레일 포스파이트 등의 아인산의 지방족 에스테르; 트리페닐 포스파이트, 트리크레실 포스파이트, 트리스노닐페닐 포스파이트, 디페닐모노-2-에틸헥실 포스파이트 및 디페닐모노트리데실 포스파이트 등의 아인산의 방향족 에스테르; 디부틸하이드로젠 포스파이트, 디-2-에틸헥실 하이드로젠포스파이트, 디라우릴하이드로젠포스파이트 및 디올레일 하이드로젠포스파이트 등의 지방족 하이드로젠포스파이트; 디페닐 하이드로젠포스파이트 및 디크레실 하이드로젠포스파이트 등의 방향족 하이드로젠포스파이트; 및 트리페닐포스포로티오네이트, 트리스노닐페닐 포스포로티오네이트, 트리 라우릴 티오포스파이트, S-옥틸 티오에틸 하이드로젠포스파이트 및 S-도데실 티오에틸 하이드로젠포스파이트 등의 황 함유 인 화합물 등을 포함한다. 이들은 단독 또는 2종 이상의 조합물로서 사용될 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물은 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 경우에 따라 기타 첨가제, 예를 들어 분산제, 산화방지제, 극압제, 구리 불활성화제, 마찰 조정제, 소포제 및 점도지수 향상제 등을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 각종 중합체, 예를 들어 폴리메타크릴레이트(PMA) 또는 질소 함유 분산형 PMA 등을 포함할 수도 있다.
분산제의 예는 숙신산 이미드 화합물 및/또는 붕소계 이미드 화합물을 포함한다. 이들 화합물은 고온에서의 금속간 마찰계수를 향상시키는 특성을 갖기 때문에 상기 알칼리 토금속염과 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 극압제의 예는 황계 극압제를 포함한다. 구체적인 예는 알킬 폴리설파이드계 화합물, 알킬 그룹중 방향족 그룹을 포함하는 폴리 설파이드계 화합물, 디티오카바메이트계 화합물, 황화 유지계 화합물, 황화 올레핀계 화합물 및 티아디아졸계 화합물 등을 포함하고, 단독 또는 2종류 이상의 조합물로서 사용될 수 있다.
또한, 마찰 조정제의 예는 카복실산, 카복실산 아미드, 카복실산 에스테르, 유지, 알킬아민, 이염기산과 알콜의 부분 에스테르, 및 카복실산과 다가 알콜의 부분 에스테르 등을 포함한다.
전술한 바와 같이 배합된 본 발명의 윤활유 조성물에 의해, 블록-온-디스크 시험에 따라 측정하는 경우 -20℃에서 금속간 마찰계수는 0.12 이상이 되고, 저온 내지 고온의 광범위한 온도 조건에서 높은 금속간 마찰계수가 유지될 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물은 금속 벨트 CVT의 토크전달용량과 관련된 금속간 마찰계수를 저온 내지 고온의 광범위한 온도 조건에서 높게 유지시킬 수 있다. 이처럼 증가된 금속간 마찰력은 벨트 CVT의 벨트와 활차 사이의 척력을 제공하는 제어유압을 감소시킬 수 있는데, 벨트 CVT는 벨트-활차 사이의 마찰력에 의해 동력이 전달되는 기작을 가지므로 연비가 크게 개선될 수 있기 때문에, 본 발명의 윤활유 조성물은 벨트 CVT용 윤활유로서의 높은 이용 가치를 갖게 된다.
이하의 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 6
표 1의 성분을 갖는 윤활유 조성물에 대해서, 하기의 시험 방법 및 조건을 사용하여 금속간 마찰계수 및 내마모성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 및 비교예에서 사용된 물질은 다음과 같다:
기유: 파라핀계 광유
고염기가 Ca 설포네이트: 300 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Ca 설포네이트
저염기가 Ca 설포네이트: 40 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Ca 설포네이트
고염기가 Ca 살리실레이트: 150 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Ca 살리실레이트
고염기가 Ca 피네이트: 250 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Ca 피네이트
고염기가 Mg 설포네이트: 300 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Mg 설포네이트
고염기가 Ba 설포네이트: 200 mgKOH/g의 염기가를 갖는 Ba 설포네이트
기타 첨가제:
각각의 실시예 및 비교예에서 산화방지제, 구리 불활성화제, 유동점 강하제, 마찰 조정제 및 소포제 등의 기타 첨가제를 동일 화합물 및 동일한 양으로 첨가한다.
(1) 금속간 마찰계수의 평가
도 1에 나타낸 블록-온-디스크 시험장치를 사용하여 평가하였다. 블록-온-디스크 시험 장치에 샘플 시험유(1)를 넣고, 3장의 샘플 블록(2)과 디스크(3) 사이에 하중을 걸고 상부를 회전시켜, 마찰에 의해 형성된 회전 토크를 로드 셀(4)로 검출하였다. 측정 조건은 다음과 같다.
예비 조작 조건
면압: 100 MPa
유온: 10O℃
미끄럼 속도: O.1 m/초
시간: 30분
성능 측정
면압: 200 MPa
유온: -20 ℃
미끄럼 속도: O.1 m/초
(2) 내마모성
ASTM D2266의 4구(four-ball) 시험법에 따라 내마모성을 측정하였다.
Figure 112002035971843-pct00001
Figure 112002035971843-pct00002
Figure 112002035971843-pct00003
Figure 112002035971843-pct00004
본 발명의 윤활유 조성물은 저온 내지 고온의 광범위한 온도에서 높은 금속간 마찰계수를 갖게 하는, 금속 벨트식 무단 변속기용 윤활유 조성물에 적용된다. 이처럼 증가된 금속간 마찰력은 벨트 CVT의 벨트와 활차 사이의 척력을 제공하는 제어유압을 감소시킬 수 있는데, 벨트 CVT는 벨트-활차 사이의 마찰력에 의해 동력이 전달되는 기작을 가지므로 연비가 크게 개선될 수 있기 때문에, 본 발명의 윤활유 조성물은 벨트 CVT용 윤활유로서의 높은 이용 가치를 갖게 된다.

Claims (8)

  1. 윤활유 기유(base oil), 윤활유 조성물의 총 중량을 기준으로, 금속의 양이 1,000 내지 3,500 중량ppm인 알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트, 및 인의 양이 0 내지 100중량ppm인 인계 화합물을 함유하고, 블록-온-디스크(block-on-disk) 시험에 따라 측정하는 경우 -20℃에서 0.12 이상의 금속간 마찰계수를 갖는, 윤활유 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트에서 알칼리 토금속이 칼슘, 마그네슘 및 바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 윤활유 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    알칼리 토금속의 설포네이트, 피네이트 또는 살리실레이트가 100 내지 500mgKOH/g의 고 염기가를 갖는 알칼리 토금속염을 포함하는 윤활유 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    금속 벨트식 무단 변속기용으로 사용되는 윤활유 조성물.
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