JP2008248080A - 潤滑剤組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の潤滑剤組成物は、潤滑油基油と、界面活性剤と、潤滑油添加剤と、水を少なくとも含有し、微小すべり領域において鉄道用部材間の摩擦を低減する性質を有し、巨視すべり領域においてすべり率の増加とともに前記鉄道用部材間の摩擦を大きくする性質を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
これまで、このような課題に対し、車両側としては操舵台車あるいは一輪台車の開発が進められ、軌道側としてはカントあるいはスラックの適正化が検討されてきた。
日本国内では、適用する摩擦調整剤(HPF)や摩擦緩和材などの固体潤滑剤が開発されており、実用化に向けて営業線における確認試験が行なわれている。これらの新しいタイプのレール走行面用潤滑剤の特徴としては、図2に示す通り、微小すべり領域では、摩擦係数が小さく(横圧減少、摩耗防止、きしり音抑制)、巨視すべり領域では、摩擦係数がすべり率増大に伴って大きくなる(滑走・空転防止)ことである。
例えば、特許文献1には、ナフテン系化合物とシリコーン油を含む潤滑剤組成物、及び合成トラクション油と固体潤滑剤とを含む潤滑剤組成物が記載されている。
さらに、このような潤滑剤では、外界から水分が加わると組成や機能が変化してしまうために、降雨などの影響が大きかった。
また、本発明の潤滑剤組成物は、微小すべり領域において鉄道用部材間の摩擦を低減する性質を有し、巨視すべり領域においてすべり率の増加とともに前記鉄道用部材間の摩擦を大きくする性質を有することとした。
また、前記すべり率が2%未満の領域においてトラクション係数が0.1以下であり、前記すべり率が2%以上20%以下の領域においてトラクション係数が0.1を超えて上昇することとした。
また、前記潤滑油基油は0.08〜0.20質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.12質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.083質量%の範囲であることとした。
また、前記潤滑油基油は0.08〜0.12質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.07質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.05質量%の範囲であることとした。
また、本発明の潤滑剤組成物は、極圧剤を含有することとした。
また、本発明の潤滑剤組成物は、微小すべり領域において鉄道用部材間の摩擦を低減する性質を有し、巨視すべり領域においてすべり率の増加とともに前記間の摩擦を大きくする性質を有することで、車両の横圧減少、摩耗防止、きしり音抑制の効果が高く、かつ滑走・空転防止の効果が高いため、鉄道用部材の物理的な劣化・損傷を防ぐとともに、運転面での安全性も高まる。
また、前記すべり率が2%未満の領域においてトラクション係数が0.1以下であり、前記すべり率が2%以上20%以下の領域においてトラクション係数が0.1を超えて上昇することで、微小すべり領域において鉄道用部材間の摩擦を低減し、巨視すべり領域において、すべり率の増加とともに鉄道用部材間の摩擦を大きくなり、より効果が高まる。
また、前記潤滑油基油は0.08〜0.20質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.12質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.083質量%の範囲であることで、微小領域における潤滑効果を有するのに十分であり、かつ巨視領域においては摩擦が大きくなるような成分濃度であるため、より効果が高まる。
また、前記潤滑油基油は0.08〜0.12質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.07質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.05質量%の範囲であることで、微小領域における潤滑効果を有するのに十分であり、かつ巨視領域における摩擦がより大きくなるため、更に本発明の効果が高まる。
また、本発明の潤滑剤組成物は、極圧剤を含有することで、摩擦金属表面と化学反応して被膜を形成し、摩擦面を調整することによって、摩耗や焼き付きを防止する効果がある。
本発明の潤滑剤組成物は、潤滑油基油と界面活性剤と潤滑油添加剤と水を少なくとも含有する。潤滑油基油は0.08〜0.20質量%の範囲、界面活性剤は0.03〜0.12質量%の範囲、潤滑油添加剤は0.016〜0.083質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは、潤滑油基油は0.08〜0.12質量%の範囲、界面活性剤は0.03〜0.07質量%の範囲、潤滑油添加剤は0.016〜0.05質量%の範囲である。さらに極圧剤を含有することができる。
また、本発明の潤滑剤組成物は、微小領域において、鉄道用部材間の摩擦を低減する性質を有し、巨視領域において、すべり率の増加とともに道用部材間の摩擦を大きくする性質を有することを特徴とする。
なお、上記の潤滑剤組成物を得るためには、潤滑油基油50〜60質量%、界面活性剤20〜35質量%、潤滑油添加剤10〜25質量%を含有する水溶性切削油剤を300〜600倍、より好ましくは500〜600倍に希釈して使用することができる。その一例として、新日本石油株式会社製のユニソルブルEM−Hなど、硫黄系極圧剤を含有するA種1号(JIS K 2241)の相当するエマルションタイプの水溶性切削油剤を使用することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る潤滑剤組成物が使用される鉄道用部材の状態を示す平面図である。
レール1は、車輪2を案内する鉄道用部材であり、車輪2を支持する頭頂面(頭部上面)1aと、この頭頂面1aと連続する内側頭頂面(内側頭部側面)1bとを備えている。車輪2は、レール1と回転接触する鉄道用部材であり、レール1の頭頂面1aと接触して摩擦抵抗を受ける踏面2aと、鉄道車両が急曲線を通過するときに外軌側のレール1の内側頭頂面1bと接触して摩擦抵抗を受けるフランジ面2bとを備えている。
内側頭頂面1b及びフランジ面2bには、図1に示すように、鉄道車両が急曲線を通過するときに、粘着力Pと横圧Qが垂直に作用する。その結果、内側頭頂面1b及びフランジ面2bは、激しく高面圧で滑り接触を起こすため摩耗の激しい場所となり、内側頭頂面1bの側摩耗とフランジ面2bのフランジ摩耗が進行し、頭頂面1aの波状摩耗が発生する。このような現象により、安全性や乗り心地が低下するとともに保守コストが増加する。
図2に示すトラクション特性は、トラクション係数とすべり率との関係を表す曲線(参考文献: 伴 巧 他、車輪/レール用潤滑剤の粘着特性評価、鉄道総研報告 2001年12月、第17頁〜第20頁)であり、縦軸がトラクション係数であり横軸がすべり率である。
ここで、トラクション係数とは、レール1に作用する車輪円周の接線方向の力(図1に示す粘着力P)を車輪2からレール1に作用する垂直力で除した値(接線力係数)であり、ブレーキ力や駆動力の伝達の大きさを表す。接線力が最大値となる場合の係数を粘着係数という。
また、すべり率とは、周速度U1の回転体と周速度U2の回転体とが回転接触するときに、2つの回転体の周速度の差(U1−U2)の絶対値をいずれか一方の回転体の周速度U1,U2で除した値、または2つの回転体の周速度の差の絶対値を2つの回転体の周速度の平均値(U1+U2/2)で除した値である。
曲線IIは、固体潤滑剤のトラクション特性であり、急曲線通過時に生ずるすべり率の範囲ではトラクション係数が小さくなり横圧Qの発生を抑制し、車両の加速又は減速によって空転又は滑走に至る巨視すべりが発生した場合には瞬時に高いトラクション係数に移行している。
鉱油系潤滑油基油としては、例えば、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理を適宜組み合わせて精製したパラフィン系、ナフテン系などの油が使用できる。
また、合成系潤滑油基油としては、例えば、ポリα−オレフィン(ポリブテン、1−オクテンオリゴマー、1−デセンオリゴマーなど)、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル(ジトリデシルグルタレート、ジ2−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ2−エチルヘキシルセパケートなど)、ポリオールエステル(トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール2−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネートなど)、ポリオキシアルキレングリコール、ポリフェニルエーテル、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテルなどが使用できる。これらの基油は単独でも、2種以上組み合わせて使用してもよい。
潤滑剤組成物として、潤滑油基油と、界面活性剤と、潤滑油添加剤と、硫黄系極圧剤を含有するA種1号(JIS K 2241)の相当するエマルションタイプの水溶性切削油剤(商品名:ユニソルブルEM−H、販売元:新日本石油株式会社)を10〜600倍に希釈して供試材となる組成物を作製した。
作製した供試材に対し、トラクション特性を2円筒転がり接触試験機を用いて評価した。2円筒転がり接触試験機は、種々の車輪/レール接触状態を模擬した試験機であり、車輪ディスク/レールディスク間に発生するトラクション(接線力)を高精度に測定することができる。車輪ディスクの大きさは直径300mm、レールディスクの大きさは直径170mmである。
2円筒転がり接触試験機は、材質が実物と同一である車輪ディスクとレールディスクとを所定の荷重を加えて加圧接触させた状態で車輪ディスクを回転させ、この車輪ディスクに作用するトルクをトルク計によって測定する。
試験条件は、周速度30km/h、荷重3.5kN(730MPa)で実験を行なった。
なお、各試行の都度、供試材の噴射を行なったが、供試材を噴射していない試行については「噴射なし」と図中に示した。
しかし、図4〜図10に示されるように、希釈濃度が400〜600倍の実施例では、すべり率が2%未満の微小すべり領域において、トラクション係数がいずれも0.1以下であり、すべり率が2%以上20%以下の巨視すべり領域において、各連続試行の第1回目ではトラクション係数はいずれも0.1を超えて上昇した。
また、図11の(b)に示されるように、希釈濃度400〜600倍の実施例で比較すると、いずれも効果的なトラクション特性を示すことがわかり、500〜600倍の実施例ではトラクション特性がより理想的な曲線に近いといえる。
そのため、本発明の潤滑剤組成物を用いることで、微小領域において鉄道用部材間の摩擦を低減し、巨視領域においてすべり率の増加とともに前記間の摩擦を大きくできるため、車両の横圧減少、摩耗防止、きしり音抑制の効果が高く、かつ滑走・空転防止の効果が高いため、鉄道用部材の物理的な劣化・損傷を防ぐとともに、運転面での安全性も高まる。
1a・・・頭頂面
1b・・・内側頭頂面(接触面)
2・・・車輪(鉄道用部材)
2a・・・踏面
2b・・・フランジ面(被接触面)
Claims (6)
- 潤滑油基油と、界面活性剤と、潤滑油添加剤と、水を少なくとも含有することを特徴とする潤滑剤組成物。
- 微小すべり領域において鉄道用部材間の摩擦を低減する性質を有し、巨視すべり領域においてすべり率の増加とともに前記鉄道用部材間の摩擦を大きくする性質を有することを特徴とする請求項1記載の潤滑剤組成物。
- 前記すべり率が2%未満の領域においてトラクション係数が0.1以下であり、前記すべり率が2%以上20%以下の領域においてトラクション係数が0.1を超えて上昇することを特徴とする請求項1または2に記載の潤滑剤組成物。
- 前記潤滑油基油は0.08〜0.20質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.12質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.083質量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
- 前記潤滑油基油は0.08〜0.12質量%の範囲であり、前記界面活性剤は0.03〜0.07質量%の範囲であり、前記潤滑油添加剤は0.016〜0.05質量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
- 極圧剤を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
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