KR101799213B1 - Eps용 웜휠 수지 및 이로 제조한 eps용 웜휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 EPS 웜휠용 수지 및 이를 이용하여 제조한 EPS 웜휠에 관한 것으로서, 특정 조성의 유압작동유 하에서 작동하는 특정 웜휠의 장기내구성을 확보할 수 있는 EPS용 웜휠 제조용 수지 및 이로 제조한 EPS 웜휠을 제공할 수 있는 발명에 관한 것이다.

Description

EPS용 웜휠 수지 및 이로 제조한 EPS용 웜휠{Worm wheel-resin for electronic power steering and Worm wheel manufactured by the same}
본 발명은 특정 유압작동유 하에서 작동하는 특정 웜휠의 장기내구성을 확보할 수 있는 EPS용 웜휠 수지 및 이를 이용하여 제조한 EPS용 웜휠에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 장착되는 동력 보조 조향장치 중에는 모터에 의해 조향력이 조절되는 전동식 동력 보조 조향장치가 있으며, 이것은 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 이 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.
이에 따라, 저속 주행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
이러한 전동식 동력 보조 조향장치는 장착되는 위치에 따라 여러 가지 종류로 나눠질 수 있는데, 주로 운전석의 조향휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향컬럼 부위, 또는 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 통상 사용되는 컬럼에 구비된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 이러한 감속기는 중간부에 웜(102)이 형성된 강(鋼)과 같은 금속 재질의 웜축(104)이 구비되고, 웜축(104)의 양단에는 웜베어링(106)이 각각 설치되어 웜축(104)을 지지하며, 웜축(104)과 모터축(108)이 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜축(104)이 회전하는 구조로 되어 있다.
감속기어로서 웜축(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 치합될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 예컨대 수지 조성물로 된 웜휠(114, 감속기어)이 구비되며, 웜휠(114)은 운전자가 조작하는 조향휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되게 된다. 웜기어 방식으로 치합되는 이들 웜휠(114)과 웜축(104)은 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116)의 내부에 장착되어 있다.
차량의 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치(미도시)가 모터(110)의 구동을 제어하고 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가되어 조향축(112)에 전달됨으로써 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기와 같은 감속기의 웜휠은 모터의 회전수를 감속하여 조향축에 전달하는 역할을 하는 것으로, 전술한 바와 같이 수지 조성물로 된 기어와 금속 재질로 된 기어가 쌍으로 구성될 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 웜휠(10)은 스틸 인서트(steel insert)에 수지 조성물로 형성된 플라스틱층(14)으로 구성된 치를 갖는 이형재질로 개발 되고 있다.
상기 수지 조성물로는, 내피로성과 치수안정성 또는 제조 비용을 고려하여, 보강재를 함유하지 않은 MC(Monomer Casting) 나일론이나, 유리섬유와 같은 섬유 보강재를 배합한 폴리아미드가 사용되고 있다.
그러나, 전술한 수지 조성물은 수지의 흐름성이 떨어져 성형성이 좋지 않고, 수분흡습으로 인한 팽창과 수축으로 치수안정성이 떨어지며, 고온에서는 치수변형량이 크게 되어서, 고온다습한 지역(예컨대 중동, 아프리카 등)에서는 기어치의 변형 또는 팽창에 의한 회전토크가 증가 되어 웜감속기는 물론 전동식 파워 스티어링 장치 전체의 성능이 저하되는 큰 문제점이 있었다.
또한, 기어치의 마모에 의한 백래쉬(backlash)의 증가로 인하여 진동 및 래틀 노이즈(rattle noise)가 일어나게 되며, 특히 오프로드(off-road) 상에서는 이러한 진동 및 래틀 노이즈가 차량의 실내에까지 전달되어 운전자에게 불쾌감을 야기시키는 문제점도 있었다. 또한, 웜휠은 차체의 중량을 받고 있는 바퀴를 회전시키기 위해서 큰 하중을 견뎌야 하기 때문에 웜휠이 변형되는 문제가 있었으며, 기존의 웜휠는 감속 내구성이 약한 문제가 있었다.
그리고, 최근 전동식 파워 스티어링의 전반적인 크기가 작아지고, 이의 구조가변경되면서, 이에 적용되는 감속기어인 웜휠 역시 사이즈 소형화 및 구조가 변경되고 있는데, 전술한 기존의 수지 조성물은 최근 소형화되고 있는 웜휠에 사용하기 부적합한 문제가 있다.
대한민국 등록특허번호 10-0828865호(공고일 2008.05.02) 대한민국 등록특허번호 10-116324호(공고일 2012.06.27)
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 웜홀(감속기어) 보다 기계적 물성 및 내구성이 향상시키기 위해 고분자량의 폴리아미드 수지 및 숏컷 침상 유리섬유를 최적 조성비를 가지는 EPS 웜휠용 수지 및 이를 이용하여 제조한 EPS 웜휠을 제공하고자 한다.
본 발명의 EPS 웜휠용 수지는 특정 유압작동유 하에서 작동하는 웜휠 제조용 수지로서, 중량평균분자량 130,000 ~ 140,000인 폴리아미드 수지 및 숏컷 침상 유리섬유를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 EPS 웜휠용 수지에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 PA66일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 폴리아미드 수지는 수평균분자량(Mn) 33,000 ~ 38,000, 점도평균분자량(Mp) 50,000 ~ 60,000 및 Z평균분자량(Mz) 800,000 ~ 900,000일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 EPS 웜휠용 수지는 상기 폴리아미드 수지 90 ~ 97 중량% 및 상기 숏컷 침상 유리섬유 3 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4 ~ 8㎛이고, 평균길이가 2.5 ~ 4 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유는 폴리알파올레핀 기반의 기유, 증주제, 고체 윤활제, 산화방지제 및 마모방지제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유는 폴리알파올레핀 기반의 기유 85 ~ 92 중량%, 증주제 4.5 ~ 10 중량%, 고체 윤활제 2 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 3.5 중량% 및 마모방지제 1 ~ 4 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유 성분 중 상기 증주제는 리튬비누(Li-soap), 바륨비누(Ba-soap), 칼슘비누, 나트륨비누, 및 알루미늄비누 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속비누 증주제; 및 방향족 디우레아 화합물 또는 지환식 지방족 디우레아 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디우레아계 증주제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유 성분 중 상기 고체 윤활제는 PTFE(polytetrafluoroethylene), 그라파이트 및 이황화몰리브덴(MoS2)중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유 성분 중 상기 산화방지제는 아민계 산화방지제 및 페놀계 산화방지제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유압작동유 성분 중 상기 마모방지제는 아민포스페이트(amine phosphate)계 마모방지제, 금속포스페이트계 마모방지제를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 EPS 웜휠용 수지를 이용하여 성형한 웜휠을 제공하고자 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 EPS 웜휠은 허브; 리브; 보스; 및 웜휠기어를 포함하는 기어형성부;를 포함하고, 상기 기어형성부는 상기 웜휠기어용 수지의 성형물인 웜휠을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 웜휠 내 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4㎛ ~ 8㎛ 및 평균길이는 300㎛ ~ 600㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 웜휠은 인장강도 900 ~ 925 kgf/cm2,신율 22 ~ 25%, 굴곡강도 1,200 ~ 1,300 kgf/cm2,충격강도 6.2 ~ 6.5 kgf/kgf/cm2및 경도 85 ~ 88 HRM 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 웜휠은 비중 1.13 ~ 1.18이고, 열변형온도 80 ~ 91℃일 수 있다.
본 발명의 EPS 웜휠용 수지로 제조한 웜휠기어는 높은 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 경도를 가지면서도 적정 신율을 가지고, 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 열변형온도가 높기 때문에 우수한 감속 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 통상적으로 사용되는 컬럼에 구비된 전동식 동력 보조 조향장치(EPS)의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 웜휠을 나타내는 사시도이다.
도 4는 실험예 2 ~ 실험예 3의 감속 내구성 측정시 사용한 내구시험기 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하 본 발명을 자세하게 설명을 하겠다.
본 발명은 EPS(electronic power steering)용 웜휠 및 이의 제조에 사용되는 EPS용 웜휠 수지에 관한 것이다.
그리고, 상기 EPS용 웜휠 수지로 제조한 웜휠은 다양항 형태의 EPS 웜휠에 적용될 수 있으며, 바람직한 일례들 들면, 도 2의 종래 EPS 웜휠을 참조하여 설명하면, 허브(210); 보스(230); 및 웜휠(220a, 감속기어)를 포함하는 기어형성부(220);를 포함하는 EPS 웜휠(200)에 있어서, 상기 기어형성부의 웜휠기어로서, 본 발명의 EPS용 웜휠 수지의 성형물인 웜휠이 적용될 수 있다.
더 바람직한 일례를 들면, 도 3에 개략도로 나타낸 형태의 허브(210); 보스(230); 및 웜휠(220a, 감속기어)를 포함하는 기어형성부(220);를 포함하는 EPS 웜휠(200)의 기어형성부의 웜휠기어로 적용될 수 있다. 이때, 상기 보스(230)은 2층 구조의 리브가 구비되어 있을 수 있다.
웜휠의 제조에 사용되는 본 발명의 EPS용 웜휠 수지는 유압작동유 하에서 작동하는 웜휠 제조용 수지로서, 폴리아미드 수지 및 숏컷 침상 유리섬유를 포함한다.
상기 폴리아미드 수지는 PA66 수지를 사용하는 것이 좋으며, PA66 수지 중에서도 중량평균분자량 130,000 ~ 140,000인 것을, 바람직하게는 132,000 ~ 138,000인 PA66 수지를 사용하는 것이 좋다. 이때, PA66 수지의 중량평균분자량이 130,000 미만이면 웜휠기어의 내구성을 확보하지 못할 수 있으며, 중량평균분자량이 140,000을 초과하면 PA66 수지의 점도가 너무 높아서 숏컷 침상 유리섬유의 분산성이 너무 떨어져서 웜휠의 균일한 기계적 물성 확보가 어렵고 성형성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 폴리아미드 수지는 수평균분자량(Mn) 33,000 ~ 38,000, 점도평균분자량(Mp) 50,000 ~ 60,000 및 Z 평균분자량(Mz) 800,000 ~ 900,000일 수 있으며, 바람직하게는 Mn 34,000 ~ 37,000, Mp 52,000 ~ 60,000 및 Mz 820,000 ~ 875,000일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Mn 34,500 ~ 37,000, Mp 53,000 ~ 58,500 및 Mz 830,000 ~ 865,000일 수 있다.
그리고, 상기 폴리아미드 수지의 함량은 EPS용 웜휠 수지 전체 중량 중 90 ~ 97 중량%, 바람직하게는 92.5 ~ 95.5 중량%이며, 이때, 폴리아미드 수지의 함량이 90 중량% 미만이면 상대적으로 숏컷 침상 유리섬유의 함량이 너무 많아서 웜휠 제조 성형성이 너무 떨어지고, 신율이 떨어지는 문제가 있고, 97 중량%를 초과하면 웜휠의 내구안정성 확보가 어려운 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 EPS용 웜휠 수지 성분 중 상기 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4 ~ 8㎛이고, 평균길이가 2.5 ~ 4 mm인 것을, 바람직하게는 평균직경 6.0 ~ 7.6㎛이고, 평균길이가 2.5 ~ 3.5 mm 것을, 더욱 바람직하게는 평균직경 6.0 ~ 7.3㎛이고, 평균길이가 2.7 ~ 3.2 mm인 것을 사용하는 것이 좋다. 이때, 숏컷 침상 유리섬유의 평균직경이 4㎛ 미만이면 적정 충격강도, 굴곡강도 등의 기계적 물성 향상이 적은 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 숏컷 침상 유리섬유의 평균길이가 2.5 mm 미만이거나, 4 mm를 초과하면 물성 저하 또는 제조 공정에서 숏컷 침상 유리섬유가 서로 뭉치는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 평균폭 및 평균길이를 가지는 숏컷 침상 유리섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 숏컷 침상 유리섬유는 웜휠 수지를 이용하여 웜휠을 성형시킬 때, 제작 공정에서 더 잘게 짤려서 성형된 웜휠 내에는 평균길이 300㎛ ~ 600㎛로, 바람직하게는 400㎛ ~ 600㎛로 존재하게 된다.
그리고, 숏컷 침상 유리섬유의 함량은 EPS용 웜휠 수지 전체 중량 중 3 ~ 10 중량%를, 바람직하게는 4.5 ~ 7.5 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 숏컷 침상 유리섬유 함량이 3 중량% 미만이면 상대적으로 폴리아미드 수지 함량이 너무 높아서 웜휠의 내구안정성 확보가 어려울 수 있고, 숏컷 침상 유리섬유 함량이 10 중량%를 초과하면 유리섬유 함량이 너무 많고, 상대적으로 폴리아미드 수지 함량이 너무 적어서 성형성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
이와 같은 조성 및 조성비를 가지는 EPS 웜휠용 수지를 이용하여 제조한 EPS 웜휠은 다양한 유압작동유 하에서 작동할 수 있으며, 바람직한 일구현예를 들면, 상기 유압작동유는 폴리알파올레핀 기반의 기유, 증주제, 고체 윤활제, 산화방지제 및 마모방지제를 포함할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 유압작동유는 폴리알파올레핀 기반의 기유 85 ~ 92 중량%, 증주제 4.5 ~ 10 중량%, 고체 윤활제 2 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 3.5 중량% 및 마모방지제 1 ~ 4중량%를 포함할 수 있다.
유압작동유 성분 중 상기 증주제는 금속비누 증주제; 및 디우레아계 증주제를, 바람직하게는 금속비누 증주제를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 금속비누 증주제는 리튬비누(Li-soap), 바륨비누(Ba-soap), 칼슘비누, 나트륨비누, 및 알루미늄비누 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 리튬비누, 바륨비누 및 나트륨비누 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디우레아계 증주제는 방향족 디우레아 화합물 또는 지환식 지방족 디우레아 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 표시되는 방향족 디우레아 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3
상기 화학식 1에 있어서, R1및 R2는 독립적으로 C5~C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기, C6~C12의 아릴기일 수 있으며, 바람직하게는 페닐기, 톨릴기, 크실리기, 쿠메닐기, t-부틸페닐기 또는 벤질기일 수 있다.
또한, 화학식 1의 상기 R3는
Figure 112016104937229-pat00001
,
Figure 112016104937229-pat00002
또는
Figure 112016104937229-pat00003
일 수 있다.
유압작동유 성분 중 상기 고체 윤활제는 PTFE(polytetrafluoroethylene), 그라파이트 및 이황화몰리브덴(MoS2)중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 PTFE 및 그라파이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수도 있다.
그리고, 유압작동유 성분 중 상기 산화방지제는 당업계에서 사용하는 일반적인 산화방지제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아민계 산화방지제 및 페놀계 산화방지제 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 아민계 산화방지제를 사용할 수 있다.
이때, 아민계 산화방지제는 페닐나프틸아민, 디페닐아민, 모노알킬디페닐아민류, 디알킬디페닐아민류, 테트라알킬디페닐아민류, p,p'-디옥틸디페닐아민 (또는 4,4'-디옥틸디페닐아민), 4,4'-디부틸디페닐아민, 4,4'-디펜틸디페닐아민, 4,4'-디헥실디페닐아민, 4,4'-디헵틸디페닐아민, 및 4,4'-디노닐디페닐아민 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 페놀계 산화방지제는 2,2'-메틸렌비스(6-터셔리-부틸-4-메틸페놀), 2,6-디-터셔리-부틸-4-메틸페놀, 2,4,6-트리-터셔리-부틸페놀, 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-터셔리-부틸페놀), 2,2'-티오-비스-(4-메틸-6-터셔리-부틸페놀), 4,4'-티오-비스-(3-메틸-6-터셔리-부틸페놀), 및 4,4'-부틸리덴-비스-(6-터셔리-부틸-3-메틸페놀) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 유압작동유 성분 중 상기 마모방지제는 당업계에서 사용하는 일반적인 마모방지제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아민포스페이트(amine phosphate)계 마모방지제 및 금속포스페이트계 마모방지제 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 아민포스페이트계 마모방지제를 사용할 수 있다.
상기 아민포스페이트계 마모방지제는 메톡실화아민 디(C1 ~ C5알킬)디티오포스페이트 및 에톡실화아민 디(C1 ~ C5알킬)디티오포스페이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 금속포스페이트계 마모방지제는 금속 디(C1 ~ C3알킬)디티오포스페이트를 포함할 수 있다.
이러한, EPS 웜휠용 수지를 이용하여 제조한 본 발명의 EPS 웜휠은 비중 1.13 ~ 1.18이고, 열변형온도 80℃ ~ 91℃일 수 있으며, 바람직하게는 비중 1.14 ~ 1.16이고, 열변형온도 85℃ ~ 91℃일 수 있다.
또한, 본 발명의 EPS 웜휠은 인장강도 900 ~ 925 kgf/cm2, 신율 22 ~ 25%, 굴곡강도 1,200 ~ 1,300 kgf/cm2, 충격강도 6.2 ~ 6.5 kgf/kgf/cm2 및 경도 85 ~ 88 HRM 일 수 있으며, 바람직하게는 인장강도 905 ~ 917 kgf/cm2, 신율 22 ~ 24%, 굴곡강도 1,234 ~ 1,251 kgf/cm2, 충격강도 6.3 ~ 6.4 kgf/kgf/cm2 및 경도 86 ~ 87 HRM 일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : EPS 웜휠용 수지의 제조
하기 표 1과 같은 고분자량 폴리아미드66 수지(PA66) 94 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 6 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 준비하였다.
이때, 상기 고분자량 PA66 수지의 중량평균분자량(Mw)은 135,570 ~ 135,600, 수평균분자량(Mn) 36,050 ~ 36,080, 점도평균분자량(Mp) 56,250 ~ 56,290 및 Z 평균분자량(Mz) 849,240 ~ 849,300였다.
그리고, 상기 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경이 7.2㎛이고, 평균길이가 3 mm였다.
실시예 2 ~ 실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 및 동일한 숏컷 침상 유리섬유를 사용하여 하기 표 2와 같은 조성비를 가지도록 하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하여 실시예 2 ~ 실시예 4를 각각 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 EPS 웜휠용 수지를 제조하되, 숏컷 침상 유리섬유를 사용하지 않고, 상기 고분자량 PA66 만을 사용하여 EPS 웜휠용 수지를 준비하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 및 동일한 숏컷 침상 유리섬유를 사용하되, 하기 표 1과 같은 고분자량 PA66 수지 75 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 25 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 및 동일한 숏컷 침상 유리섬유를 사용하되, 하기 표 1과 같은 고분자량 PA66 수지 98 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 2 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 및 동일한 숏컷 침상 유리섬유를 사용하되, 하기 표 1과 같은 고분자량 PA66 수지 88 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 12 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 94 중량% 및 평균직경이 3㎛이고, 평균길이가 3 mm인 숏컷 침상 유리섬유 6 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 준비하였다.
비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지 94 중량% 및 평균직경이 10㎛이고, 평균길이가 3 mm인 숏컷 침상 유리섬유 6 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 준비하였다.
비교예 7
저분자량 PA66 수지 및 실시예 1의 상기 실시예 1의 숏컷 침상 유리섬유를 사용하되, 하기 표 1과 같은 저분자량 폴리아미드 PA66 수지 94 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 6 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하였다.
이때, 상기 저분자량 PA66 수지의 분자량은 수평균분자량(Mn) 27,480 ~ 27,500, 중량평균분자량(Mw) 98,060 ~ 98,100, 점도평균분자량(Mp) 38,840 ~ 38,880 및 Z 평균분자량(Mz) 643,170 ~ 643,210이였다.
비교예 8
PA12 수지 및 실시예 1의 상기 실시예 1의 숏컷 침상 유리섬유를 사용하되, 하기 표 1과 같은 저분자량 폴리아미드 PA12 수지 94 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 6 중량%를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 제조하였다.
이때, 상기 PA12 수지의 분자량은 수평균분자량(Mn) 15,646, 중량평균분자량(Mw) 35,579 및 Z 평균분자량(Mz) 82,216이였다.
비교예 9
상기 실시예 1과 동일한 고분자량 PA66 수지를 사용하되, 숏컷 침상 유리섬유 대신 평균폭이 23 ~ 25㎛이고, 평균길이가 1,200 ~ 1,250 ㎛인 판상 유리섬유를 혼합하여 EPS 웜휠용 수지를 준비하였다.
구분 수평균
분자량
(Mn)		 중량평균
분자량
(Mw)		 점도평균분자량
(Mp)		 Z 평균분자량
(Mz)
실시예 1 ~ 실시예 4 /
비교예 1 ~ 비교예 6 /
비교예 9 		36,050 ~ 36,080 135,570 ~ 135,600 56,250 ~ 56,290 849,240 ~ 849,300
비교예 7 27,480 ~ 27,500 98,060 ~ 98,100 38,840 ~ 38,880 643,170 ~ 643,210
비교예 8 15,640 ~ 15,650 35,570 ~ 35,580 29,950 ~ 29,970 82,210 ~ 82,230
구분
(중량%)		 폴리아미드 수지 유리섬유
고분자량
PA66		 저분자량
PA66		 PA12 숏컷 침상
유리섬유		 판상
유리섬유
실시예 1 94 - - 6 -
실시예 2 95 - - 5 -
실시예 3 95.8 - - 4.2 -
실시예 4 91 - - 9 -
비교예 1 100 - - - -
비교예 2 75 - - 25 -
비교예 3 98 - - 2 -
비교예 4 88 - - 12 -
비교예 5 94 - - 6 -
비교예 6 94 - - 6 -
비교예 7 - 94 - 6 -
비교예 8 - - 94 6 -
비교예 9 94 - - - 6
실험예 1 : 기계적 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 EPS 웜휠용 수지의 인장강도, 신율, 굴곡강도, 충격강도, 경도 및 비중의 기계적 물성 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 인장강도 및 신율 측정 방법
인장강도 및 신율을 ASTM D638에 의거하여 측정하였다.
(2) 굴곡강도 측정 방법
굴곡강도는 ASTM D790에 의거하여 측정하였다.
(3) 충격강도 측정 방법
충격강도는 ASTM D256에 의거하여 측정하였다.
(4) 경도 측정 방법
경도는 ASTM D785에 의거하여 측정하였다.
(5) 비중 측정 방법
비중은 ASTM D570에 의거하여 측정하였다.
구분 인장강도
(kgf/cm2)		 신율
(%)		 굴곡강도
(kgf/cm2)		 충격강도
(kgf/cm2)		 경도
(HRM)		 비중
실시예 1 914 23.2 1255 6.38 87 1.17
실시예 2 910 23.7 1228 6.27 87 1.17
실시예 3 908 23.8 1214 6.15 86 1.16
실시예 4 919 22.6 1283 6.44 88 1.18
비교예 1 826 70.0 1005 5.20 84 1.14
비교예 2 1863 5.0 2790 9.6 97 1.32
비교예 3 833 25.6 1014 5.47 83 1.15
비교예 4 1300 10.0 2000 6.78 92 1.22
비교예 5 850 26.2 1088 5.42 84 1.17
비교예 6 925 20.2 1294 6.22 87 1.17
비교예 7 872 20.2 1184 6.10 85 1.17
비교예 8 650 12.6 950 9.5 65 1.17
비교예 9 921 21.7 1288 6.42 87 1.17
숏컷 유리섬유를 사용하지 않은 비교예 1 및 숏컷 유리섬유를 3 중량% 미만인 2 중량%를 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 3과 비교할 때, 전반적인 물성이 크게 낮은 문제가 있었다.
그리고, 숏컷 침상 유리섬유를 10 중량% 초과하여 사용한 비교예 2 및 비교예 4의 경우, 다른 물성은 우수하나 신율이 22% 미만으로 낮은 문제가 있었다.
또한, 평균직경이 3㎛인 숏컷 침상 유리섬유를 사용한 비교예 5의 경우, 충격강도 및 굴곡강도가 낮은 결과를 보였으며, 평균직경이 10㎛인 숏컷 침상 유리섬유를 사용한 비교예 6의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 큰 물성 차이가 없는 바, 가격 측면에서 실시예 1이 상용성에 유리함을 확인할 수 있었다.
또한, 고분자량 PA66 수지가 아닌 저분자량 PA66 수지를 사용한 비교예 7의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 신율을 제외한 기타 다른 물성이 전반적으로 떨어지는 결과를 보였다.
그리고, 중량평균분자량, 수평균분자량, 점도분자량 및 Z 평균분자량의 측면에서 본 발명이 제시하는 범위 보다 낮은 폴리아미드 수지를 사용한 비교예 8의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 전반적인 물성이 낮아지는 경향을 보였다.
또한, 판상 유리섬유를 사용한 비교예 9의 경우, 신율이 크게 감소하는 문제가 있었다.
제조예 1 : 웜휠의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 웜휠 수지를 컴파운딩 공정을 수행하여 펠렛으로 제조한 후, 이를 성형공정을 수행하여 도 2와 같은 형태의 웜휠을 제조하였다. 이때, 컴파운딩 공정 수행 과정에서 3 mm였던 숏컷 침상 유리 섬유가 더 짧게 절단되며, 그 결과 제조된 웜휠 내 숏컷 침상 유리 섬유의 평균길이는 490㎛ ~ 500㎛였다.
제조예 2 ~ 4 및 비교제조예 1 ~ 비교제조예 9
상기 실시예 2 ~ 4 및 비교예 1 ~ 9에서 제조한 웜휠 수지를 사용하여 상기 제조예 1과 같은 형태의 웜휠을 각각 제조하여, 제조예 2 ~ 4 및 비교제조예 1 ~ 9를 각각 실시하였다.
실험예 2 : 감속 내구성 시험 1
제조한 웜휠의 감속 내구성 시험을 수행하였으며, 시험에 사용된 내구시험기 사진을 도 3에 나타내었다.
이때, 감속 내구성 측정 시, 사용된 유압작동유의 조성 및 조성비는 하기 표 4에 나타내었다.
그리고, 감속 내구성 시험은 파우터 클러치를 이용하여 웜휠에 가해지는 토크량 100 Nㆍm (부하 T/Q) 하에서, 유격변화 및 마모량(㎛)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 이때, 유격변화(‘)는 웜(worm)과 웜휠의 간극을 측정한 값으로서, 마모가 되면 간극이 커져서 유격 변화가 커지게 된다.
구분 함량(중량%)
기유 폴리알파올레핀 89.3
증주제 리튬비누(Li-soap) 5.2
고체 윤활제 PTFE(polytetrafluoroethylene) 3.1
산화방지제 아민계 산화방지제
(4,4'-디헥실디페닐아민)		 0.6
마모방지제 에톡실화 아민 디메틸디티오포스페이트 1.8
구분 유격변화(‘) 마모량
(㎛)
제조예 1 5.76 27.1
제조예 2 5.79 29.3
제조예 3 5.81 35.6
제조예 4 5.02 20.4
비교제조예 1 7.64 174.2
비교제조예 2 6.54 138.6
비교제조예 3 6.15 89.6
비교제조예 4 6.27 101.6
비교제조예 5 5.75 27.0
비교제조예 6 6.01 59.2
비교제조예 7 5.92 55.4
비교제조예 8 5.95 44.3
비교제조예 9 5.90 36.4
상기 표 5의 측정결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 4의 감속 내구성이 비교제조예 1 ~ 8 보다 전반적으로 우수한 결과를 보였다. 그리고, 평균직경이 8㎛을 초과한 섬유를 사용한 비교제조예 6의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 감속 내구성 효과 상승에 큰 변화가 없었다.
실험예 4 : 감속 내구성 시험 2
제조예 1에서 제조한 웜휠을 이용하여 유압작동유의 조성 및 조성비에 변화를 주어 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 80 Nㆍm, 90 Nㆍm 및 100 Nㆍm 조건에서 100,000 내구횟수까지 웜휠이 파손되는지 여부를 실험을 수행하여 유압작동유에 따른 감속내구성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 이때, 사용한 유압작동유의 조성은 하기 표 6에 나타내었다.
구분 유압작동유1 유압작동유2 유압작동유3
함량(중량%) 함량(중량%) 함량(중량%)
기유 폴리알파올레핀 86.4 90.3 90.4
증주제 리튬비누(Li-soap) 7.8 5.7 5.2
고체 윤활제 PTFE(polytetrafluoroethylene) 4.2 1.6 3.1
산화방지제 아민계 산화방지제
(4,4'-디헥실디페닐아민)		 0.4 0.6 0.6
마모방지제 에톡실화 아민 디메틸디티오포스페이트 1.2 1.8 0.7
구분 80 Nㆍm 90 Nㆍm 100 Nㆍm 100 Nㆍm에서의 유격변화(‘)값
유압작동유 1 파손 발생 안함 파손 발생 안함 파손 발생
안함		 5.76
유압작동유 2 파손 발생 안함 파손 발생 안함 내구횟수
9,210~9,230에서
파손발생		 7.43
유압작동유 3 파손 발생 안함 파손 발생 안함 내구횟수
9,030 ~ 9,050에서 파손발생		 7.59
상기 표 6 및 표 7의 실험결과를 살펴보면, 고체윤활유 함량이 2 중량% 미만인 유압작동유 2 및 마모방지제 함량이 1 중량% 미만인 유압작동유 3의 경우, 유압작동유 1과 비교할 때, 감속 내구성이 떨어지는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
200: 웜휠 210: 허브
220: 기어형성부 220a: 웜휠(감속기어)
230: 보스 231: 내측튜브
233: 외측튜브 235: 리브
237: 분리막 239: 보강부

Claims (12)

  1. 유압작동유 하에서 작동하는 웜휠 제조용 수지로서,
    중량평균분자량 130,000 ~ 140,000 및 수평균분자량(Mn) 33,000 ~ 38,000인 폴리아미드 수지 91 ~ 95.8 중량% 및 숏컷 침상 유리섬유 4.2 ~ 9 중량%를 포함하며,
    상기 폴리아미드 수지는 PA66 수지이고,
    상기 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4 ~ 8㎛이고, 평균길이가 2.5 ~ 4 mm인 것을 특징으로 하는 EPS(electronic power steering) 웜휠(worm wheel)용 수지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 점도평균분자량(Mp) 50,000 ~ 60,000 및 Z평균분자량(Mz) 800,000 ~ 900,000인 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지 90 ~ 97 중량% 및 상기 숏컷 침상 유리섬유 3 ~ 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4 ~ 8㎛이고, 평균길이가 2.5 ~ 4 mm인 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유압작동유는 폴리알파올레핀 기반의 기유 85 ~ 92 중량%, 증주제 4.5 ~ 10 중량%, 고체 윤활제 2 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 3.5 중량% 및 마모방지제 1 ~ 4중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 증주제는 리튬비누, 바륨비누, 칼슘비누, 나트륨비누, 및 알루미늄비누 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속비누 증주제; 및
    방향족 디우레아 화합물 또는 지환식 지방족 디우레아 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디우레아계 증주제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 PTFE(polytetrafluoroethylene), 그라파이트 및 이황화몰리브덴(MoS2)중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 산화방지제는 아민계 산화방지제 및 페놀계 산화방지제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 마모방지제는 아민포스페이트(amine phosphate)계 마모방지제, 금속포스페이트계 마모방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠용 수지.
  9. 허브; 보스; 및 웜휠을 포함하는 기어형성부;를 포함하고,
    상기 기어형성부는 제1항, 제3항 및 제6항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 웜휠용 수지의 성형물인 웜휠을 포함하며,
    상기 웜휠 내 숏컷 침상 유리섬유는 평균직경 4㎛ ~ 8㎛ 및 평균길이는 300㎛ ~ 600㎛이며,
    상기 웜휠은 비중 1.13 ~ 1.18이고, 열변형온도 80 ~ 91℃인 것을 특징으로 하는 EPS 웜휠.
  10. 제9항에 있어서, 상기 웜휠은 인장강도 900 ~ 925 kgf/cm2,신율 22 ~ 25%, 굴곡강도 1,200 ~ 1,300 kgf/cm2,충격강도 6.2 ~ 6.5 kgf/kgf/cm2및 경도 85 ~ 88 HRM 인 것을 특징으로 하는 EPS용 웜휠.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 보스는 2층 구조의 리브가 구비된 것을 특징으로 하는 EPS용 웜휠.
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