JPH03109493A - レールおよび車輪用潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レールや車輪の摩耗、機関車の燃料を削減さ
せる合成エステル系潤滑剤に関するものである。

（従来の技術） 近年、鉄道輸送は高軸重化、高速化を指向しつつあり、
それに伴いレール頭部並びに車輪フランジ、踏面の摩耗
が増加している。また、レールと車輪間の摩耗損失も膨
大であり、これを軽減することが、機関車の燃費を向上
させる上で１重要な課題となっている。

従来、このような要求を満足し得る潤滑剤としては、モ
ーター油、酸化亜鉛、カルシウム、脂肪酸などを主成分
にするアラジングリース、各種グリースにグラファイト
や二硫化モリブデン、銅粉末、ポリマー粉などを添加し
た潤滑剤、ヴアーデン・レールオイル（潤滑油）などが
知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら最近の鉄道各社では、高軸重化。

高速化を積極的に推進しているため、レールと車輪間の
荷重条件が過酷になり、また車両連結数の増加によって
、従来の潤滑剤では、充分な摩耗の防止、燃費の軽減が
果たせない場合が生じてきた。

特にレールや車輪を潤滑する場合は、通常の工業分野で
使用される、密封された容器内の場合での使用特性とは
異なり、全く囲いのないレールと車輪間に供給されるた
め、潤滑剤の保持性、延び性、回り込み性といった特別
な性質が車両の燃費向上に必要となる。以下に、この三
つの特性について説明する。

（１）保持性とは、先頭車両で潤滑剤をレールに供給し
た場合、後続の何両目まで潤滑剤が切れずにその潤滑効
果を継続できるか、またレールのある位置に潤滑剤を供
給した場合、その潤滑剤が何車両、何列車の走行後まで
潤滑性を継続しうるか。

という性能である。

（２）延び性とは、主にレール１カ所に潤滑剤を供給し
た場合、その潤滑剤が車輪との接触において、レールの
列車進行方向に何ｍ延びるか、という性能である。

（３）回り込み性とは、潤滑剤を第１図に示すレール頭
側部１または車輪フランジ部３に供給した場合、レール
と車輪間でどれだけ潤滑剤がレール頭頂部２に回り込ん
で、はみ出してくるかという性能で、潤滑剤の回り込み
が大きいとレール頭頂面と車輪の粘着力が低下し、空転
やブレーキ性能が低下等の原因になる。

レールや車輪の潤滑剤の場合は、これらの性能を数多く
満たすことが要求されるが、従来のグリース系潤滑剤や
潤滑油ではいずれの性能も現状のレールや車輪の摩擦条
件にとって不十分のものであった。

本発明はレールや車輪の摩耗を軽減させ、かつ上記の性
能を満足することにより、機関車の燃料を削減させるレ
ールおよび車輪用潤滑剤を供給しようとするものである
。

すなわち、本発明は、レールや車輪の摩耗を軽減させる
だけではなく、先に述べたレールと車輪潤滑特有の３つ
の性能を満足することにより、機関車の燃料を削減させ
ることを主眼としたレールおよび車輪用潤滑剤を供給し
ようとするものである。

（課題を解決するための手段、作用） その本発明の要旨は、ロジン、不均斉化ロジン、水素添
加ロジン、重合ロジンの１種または２種以上と、脂肪族
アルコ、ル、グリ−ス系潤滑剤、グリコール、またはグ
リセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロ
パンやトリエタノールアミン、トリプロパノールアミン
の１種または２種以上との反応生成物である合成エステ
ルを主成分にして、無機系、有機系の固体潤滑剤を総量
の０．１〜３０％含有させたレールおよび車輪用潤滑剤
である。

本発明の合成エステルは以下の如き分子設計からなるも
のである。

すなわち、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、あるいは
ビマール酸等が主要構成成分のロジン、不均斉化ロジン
、水素添加ロジン、重合ロジンの油で、上記ロジン類と
脂肪族アルコール、グリコールエーテル等の１価アルコ
ールとのモノエステル化生成物、グリコール等の２価ア
ルコールとのジエステル化生成物、グリセリン、トリメ
チロールエタン、トリメチロールプロパン、トリエタノ
ールアミンおよびトリプロパノールアミン等の３価アル
コールとのトリエステル化生成物、ペンタエリトリット
、ポリグリセリン、ソルビトール等の多価アルコールと
のポリエステル化生成物が使用される。また、上記エス
テル化生成物の中で、ロジン、不均斉化ロジン、水素添
加ロジンおよび重合ロジンの５〜９５％を炭素数６以上
の脂肪酸で置換したエステル化生成物も使用される。尚
、不均斉化ロジンの不均斉化とは、同一化合物のある分
子は還元を他の分子は酸化をうける反応を不均斉化と言
うが１本発明の不均斉化ロジンは水素添加ロジンと同じ
ようにアビエチン酸やピマール酸分子等の構成分子が還
元されたものである。また重合ロジンはロジン（単量体
）が２個以上化学的に結合して分子量が大きいロジン化
合物（重合体）である。

本発明のエステル化生成物を製造するためには、例えば
１価のアルコールとしてメタノール、エタノール、プロ
パツール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、
ヘプタツール、オクタツール、ノナノール、デカノール
、ウンデカノール、トリデカノール、テトラデカノール
、ペンタデ力ノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノ
ール、オクタデカノール、エイコサノール、ドコサノー
ルおよびこれらの分枝状アルコール、不飽和アルコール
等炭素数１以上３０以下の脂肪族アルコールおよびエチ
レングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコー
ルモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロビ
ルエーテル、エチレングリコールモノイソプロビルエー
テル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレ
ングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコ
ールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノイ
ソオクチルエーテル、エチレングリコールモノフェニル
エーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、
ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノイソプロビルエーテル、ジエチレングリ
コールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ
イソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノオクチルエーテ
ル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリ
エチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレン
グリコールモノイソブチルエーテル、プロピレン・グリ
コール・モノメチルエーテル、プロピレン・グリコール
・モノエチルエーテル、プロピレン・グリコール・モノ
イソブチルエーテル、ジプロピレン・グリコール・モノ
イソブチルエーテル等のグリコールエーテルがエステル
化反応に使用できる。

又グリコールとしてはエチレングリコール、ジエチレン
グリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリ
コール、ブチレングリコール、ネオペンチレンゲリコー
ルが使用される。

一方、本発明のエステル化生成物を合成するために用い
られる脂肪族脂肪酸としては、ヘキサン酸、オクタン酸
、デカン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、バルミチン酸
、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、モンタン酸
、パルミトオレイン酸、オレイン酸、エルカ酸、リシノ
ール酸、ヒドロキシステアリン酸、リノール酸、リルン
酸、イソオクチル酸、イソデカン酸、イソラウリン酸、
イソミリスチン酸、イソパルミチン酸、イソステアリン
酸、イソアラキン酸等の炭素数６以上の直鎖状及び側鎖
状の飽和、不飽和各脂肪酸である天然及び合成脂肪酸が
使用できる。炭素数が６未満の脂肪酸によるエステル化
生成物は潤滑性の向上程度が少ない。

一方、脂肪酸の炭素数の上限は規制しないが、一般に、
工業的に安価で、入手可能な範囲としては、炭素数３０
以下が好ましい。

ロジン、不均斉化ロジン、水素添加ロジンあるいは重合
ロジンとのエステル化生成物を用いてもよいが、２価ま
たは３価アルコールと、これらロジンとのエステル化に
おいてはアルコールの一部を脂肪酸と反応させて、分子
中にロジンと脂肪酸基を共存させたエステル化合物にす
ることによって、合成エステルの粘度を調整することが
できて圧延油としてより好ましい。またこの合成エステ
ルを他の基油、例えば鉱物油や動・植物油脂、既製品の
合成エステル油と混合して使用することもできる。２価
または３価アルコールに対する脂肪酸の置換率は９５％
以下が好ましい。９５％以上の置換となるとロジンエス
テルの潤滑に対する効果が発揮されず潤滑剤の潤滑性の
向上が小さくなる。

上記合成エステルよりなる潤滑剤に添加する固体潤滑剤
として、雲母、グラファイト、二硫化モリブデン、銅粉
末、チタン酸カリウム（Ｋ、０−ｎＴｉ０２−ｘ、ｘ：
水和物・・・・例えばに、０・６ＴｉＯ，ティスモー〇
、　Ｋ、０・６ＴｉＯ２・１／２Ｈ２０ティスモーＬ、
火爆化学（株）製の商品名）、リン酸カリウム（Ｋ３Ｐ
Ｏ，、ＫＰＯ，）等の無機化合物やＭＣＡ　（メラミン
シアヌレート：三菱油化（株）製の商品名、　Ｎε−ラ
ウロイルリシン（味の素（株）製：商品名アミホープＬ
Ｌ）、ＤＴＦＥ　（ポリテトラフロロエタン）の融点（
分解）を有する有機化合物の超微粉体（例えば０．１〜
５０μｍ）を用いる。これらの固体潤滑剤のうちの複数
種を混合して添加してもよい。

これら固体潤滑剤の添加量は、総量の０．１〜３０重量
％である。添加量が０．１％未満であると潤滑性の向上
が見られず、また３０％を超えると潤滑性の向上が飽和
し、固体潤滑剤がむだとなる。

本発明の潤滑剤は、上記合成エステル基油として固体潤
滑剤を添加して使用するが、また他にこれらを鉱物油や
動・植物油脂と混合し、乳化剤を加えてエマルジョン液
として用いることもできる。

他に、実用潤滑剤に添加剤として常用されている乳化剤
、脂肪酸、酸化防止剤、腐食防止剤と組合せて使用する
こともできる。

本発明の合成エステルを他の基油等と混合して用いる場
合には１０重量％以上の含有量とすることが望ましい。

　また固体潤滑剤の添加量は０．１〜３０重量％である
。本発明のレールおよび車輪潤滑剤は、上記合成エステ
ル単体または上記固体潤滑剤を添加して使用する。

本発明のエステル化生成物を合成するに際しては、無触
媒または触媒存在下、通常の方法で合成することができ
るが、合成法については特に限定するものではない、以
下、合成法の例を示す。

合成例１ 撹拌機、温度計、窒素ガス吹込管、水分離器を備えた４
ツロフラスコにトールロジン９０６ｇ、２−エチルヘキ
サノール４７０ｇを仕込み、リン酸７５ｇを触媒として
添加し、キシレンを還流溶剤として仕込量の５％を添加
してよく撹拌し、混合物を１６０〜２４０℃にて、計算
量の水が留出するまで反応を行なった。その必要時間は
１４時間であった。反応終了後６０℃にて水洗し、リン
酸触媒を除去後、減圧にてキシレンを留去し、ついで活
性白土を用いて脱色濾過して黄褐色の液体を得た。収量
１２５０ｇ、酸価１０．５であった。

（第１表試料記号Ａ） 合成例２ 撹拌機、温度計、窒素ガス、吹込管、水分離器を備えた
４ツロフラスコに不均斉化トールロジン３０５ｇ、イソ
ステアリン酸５１５ｇ、トリメチロールプロパン１３５
ｇを仕込み、触媒として全仕込量の１％の塩化スズを加
え、キシレン還流溶剤下、１８０〜２５０℃にて計算量
の水が留出す第 表 ＊： （ ） 内は酸の配合モル比 るまで反応を行なった。その必要時間は１８時間であっ
た。反応終了後キシレンを留去させ、次に活性白土にて
脱色後、触媒および白土を濾別し、黄褐色の目的のエス
テル化生成物を得た。収量８４５ｇ、酸価８５であった
。（第１表、試料記号Ｅ） 合成例に示した方法に準じて、第１表に示したような構
造の異なる各種のロジンエステル化合物を合成した。

上記のように固体潤滑剤を添加した本発明の潤滑剤は、
レールや車輪の摩耗を軽減させ、がっレールや車輪の潤
滑にとって重要な、保持性、延び性、流動性に優れてお
り、車両の燃費向上に優れた効果を発揮するレールおよ
び車輪潤滑剤である。

（実施例） 次に本発明の一実施例について説明する。まず説明の便
宜上、第１図にレールおよび車輪の各位置の呼称を表示
する。１はレール頭側部、２はレール頭頂部、３は車輪
フランジ部、４は車輪踏面部である。

第２表には、エステル系潤滑剤（記号Ａ）に、固体潤滑
剤を含有させた本発明のエステル系潤滑剤（記号Ｂ、Ｄ
、Ｅ、Ｇ）を示す。

次いで本発明の潤滑剤の耐摩耗性、保持性、延び性、回
り込み性を評価する目的で、第２表に示す本発明潤滑剤
（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｇ）と比較潤滑剤として、グリース
系潤滑剤（記号Ｈ）＋潤滑油（記号工）を用いた保持性
、延び性、回り込み性評価試験を行った。試験に用いた
実験装置は、特願昭６２−１４７００７号に示されてい
る潤滑性能試験装置を用いた。すなわち、第２図に平面
図を、第３図に示すような、スクリュードラム５にレー
ル溝６をスパイラル状に設け、回転自在なスクリューと
、前記レール溝６に係合し回転自在かつ軸方向に移動自
在なディスク１０とを有するもので、ディスク１０に連
結しその軸方向に付勢力を付加する駆動装置と、ディス
ク１ｏの軸に設けられたトルク検出器２０とからなる。

７はモーター、８は変速機、９，１８は廓動軸、１０は
ディスク、１１は歯車機構、１２．１５は油圧シリンダ
、１３は伝導軸、１４はディスク保持具。

１６は軸、１７はチェーン、１９はピボット、２０はト
ルク検出機器、２１はカメラ、２２はブラックライトで
ある。実験条件は第３表に示す通りである。

以下に、潤滑剤の保持性、延び性、回り込み性の試験方
法について順を追って述べる。

保持性はレール試験片をスクリュードラム５上の点Ａに
潤滑剤を０．２ｇｆ塗布する。その後スクリュードラム
５とディスク１０を接触させ、一定の距離回転（回転速
度はレール溝６が１６８　ｒｐｍ。

車輪試験片が１６８ｒｐｍ）させた後、ディスク１０を
スクリュードラム５から放し、回転を停止する。この工
程を４０回繰り返し、車輪軸トルクの上昇カーブおよび
４０回繰り返し後の車輪軸トルクを保持性のパラメータ
とする。

延び性は保持性テストと同じ要領で潤滑剤を塗布して接
触回転（回転速度は保持性試験と同じ）し、最初の回転
工程における。スクリュー上の位置Ｂと位置Ｃをディス
クが通過したときの車輪軸トルクの上昇勾配を、延び性
のパラメータとする。

回り込み性については、レール潤滑剤回り込み性評価方
法を用いた。すなわち第２図のスクリュー状のレール溝
６の頭側部に蛍光塗料を適量混ぜたレール潤滑剤を散布
し、試験装置を運転し、前記レール潤滑剤散布箇所付近
を紫外線で照射して写真撮影し、その写真に写っている
蛍光を発している潤滑剤の影像のうち、レール試験片を
スクリュードラム５の頭頂面に回り込んだ表面積の大小
を判定してレール潤滑剤の回り込み性を評価する。

具体的には、潤滑剤を適量ビーカー等の容器にとり、こ
れに蛍光塗料、°たとえばマークチック株式会社製の０
Ｌ２００を微量、たとえば０．２　重量％混ぜる。これ
を所定の量、たとえば２０■、前記の試験装置のレール
溝６の肩部に散布する（第４図参照）０次に試験装置の
モータ７を始動し、レール試験片スクリュードラム５を
周速１３ｋｍ／ｈ（３，６ｍ／ｓ）で回転させる。ディ
スク１０が第２図のＤ方向に移動し終わったところで試
験装置の運転を停止し、中心波長３０００人のブラック
ライト２２をスクリュードラム５面に照射しながら。

スクリュードラム５を手で回して蛍光を発している部分
を目当てに潤滑剤散布箇所を捜す６散布箇所を見つけた
らスクリュードラム５を止め、カメラ２１で撮影に移る
。

第２図に示すように、レール溝６の潤滑剤散布箇所側に
カメラ２１を配置し、ブラックライト２２をその反対側
にセットして撮影する。このとき、レール溝６の形状も
同時に影像に現れるように、ブラックライト２２と共に
自然光または可視光線帯域の照明も併用する。

第５図は、このようにして撮影した写真の図解例を示す
。２３が潤滑剤散布箇所、２４がレール溝６の頭頂面に
回り込んだ潤滑剤を示している。

この写真の影像に基づいて、レール溝６の頭頂面２５に
回り込んだ潤滑剤の面積を数値化する。

これには、半透明のセクションペーパーを印画紙に当て
、蛍光を発している回り込み部分の輪郭を描き、その輪
郭に含まれている桝目を数えることにより、面積を求め
る。

複数の潤滑剤について撮影をするとき、相互の回り込み
面積の相関をとるために、第６図に示すようにレール溝
６上の潤滑剤供給装置の直近に長さ補正用の印基準用ペ
イント２６．２７　（たとえばテープを貼るか塗料でマ
ーキングする）を２方向に付けて、面積の補正を行う、
２８は潤滑剤である。

以下、評価試験結果について述べる。荷重などの実験条
件は第３表に示す通りである。第７図は保持性試験結果
を示す図で、横軸がスクリューとディスクの回転を繰り
返した工程数を、縦軸には車輪軸のトルクを示す０本発
明の潤滑剤、Ｂ、Ｄ。

Ｅ、Ｇのトルク上昇は、従来のグリース系潤滑剤Ｈや潤
滑油圧に比べてトルク上昇が小さく、本発明の潤滑剤が
保持性に優れていることが確かめられた。

次ぎに、延びに関する評価試験結果を第８図に示す。横
軸が点Ｂと点Ｃ１縦軸が車輪軸のトルクであり、本発明
の潤滑剤Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｇの点Ｂと点Ｃ間のトルク上昇は
、従来のグリース系潤滑剤Ｈや潤滑油圧の上昇率に比べ
て著しく小さく、本発明の潤滑剤が延び性にも優れてい
ることが確かめられた。

第３表 実験条件 第９図は回り込み性に関する試験結果で、縦軸は回り込
み面積（、、りを示す。本発明の潤滑剤、Ｂ。

Ｄ、Ｅ、Ｇは、従来のグリース系潤滑剤Ｈや潤滑油圧の
はみ出し量に比べて著しく小さく、本発明の潤滑剤が酎
回り込み性に優れていることが確かめられた。

（発明の効果） 以上のように、本発明の潤滑剤は、レールや車輪の潤滑
にとって最も重要な保持性、延び性、回り込み性のいず
れにおいても、従来のグリース系潤滑剤や潤滑油に比べ
て優れた性能を有すると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図はレールおよび車輪の各部の呼称を表示したもの
、第２図は潤滑剤の性能評価試験装置の平面図、第３図
は潤滑剤の性能評価試験装置の側面図、第４図はレール
部における潤滑剤と塗布箇所を示す説明図、第５図は撮
影した写真の影像の例を示す図、第６図は潤滑剤の回り
込み面積を補正するための方法の説明図、第７図は保持
性に関する試験結果を示、した図、第８図は延び性に関
する試験結果を示した図、第９図は回り込み性に関する
試験結果を示した図である。 ｌ・・・レール頭側部　　　２・・・レール頭頂部３・
・・車輪フランジ部　　４・・・車輪踏面部５・・・ス
クリュードラム　６・・・レール溝７・・・モータ　　
　　　　８・・・変速機９．１８・・・駆動軸　　　　
　ｌＯ・・・ディスク１１・・・歯車機構　　　１２．
１５・・・油圧シリンダ１３・・・伝達軸　　　　　１
４・・・ディスク保持具１６・・・軸　　　　　　　１
７・・・チェーン１９・・・ピボット　　　　　２０・
・・トルク検出器２１・・・カメラ　　　　　　２２・
・・ブラックライト第 図 第 ３ 図 第 図 第５ 第 ワ 第７−７］ ０ ０ ０ 繰り返し数２回 第 図 （Ｂ） 位置Ａからの距離２ｍ （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロジン、不均斉化ロジン、水素添加ロジン、重合ロジン
   の１種または２種以上と、脂肪族アルコール、グリコー
   ルエーテル、グリコール、またはグリセリン、トリメチ
   ロールエタン、トリメチロールプロパンやトリエタノー
   ルアミン、トリプロパノールアミンの１種または２種以
   上との反応生成物である合成エステル化生成物に、無機
   系固体潤滑剤、または有機系固体潤滑剤の１種または２
   種以上を総量の０．１〜３０％含有させたことを特徴と
   するレールおよび車輪用潤滑剤。