JPH0397789A

JPH0397789A - レールおよび車輪用潤滑剤

Info

Publication number: JPH0397789A
Application number: JP23295089A
Authority: JP
Inventors: Akihito Sato; 佐藤　明史; Keiichi Tanigawa; 谷川　啓一; Hiroshi Iida; 寛飯田; Kazuo Sugino; 杉野　和男
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1991-04-23

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−Ｌで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，ボ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しこよって、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１１Ｉ＠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、潤滑性を第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項部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而と車輪の粘清力が低下し、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，従来の用途とは明確に異なり、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〕

本発明のレールおよび車輪用潤滑剤は合或エステルを基
油とし、これと固体潤滑剤を添加したものである．すな
わち，２価以上、６価以下のポリオール、またはポリエ
ーテルポリオールの何れか１種又は２種以上と、炭素数
６以上、炭素＠３０以下の直鎖状もしくは側鎖状であり
、飽和もしくは不飽和の天然または合成脂肪酸の何れか
１種又は２種以上と、炭素数２以上，炭素数３６以下の
飽和または不飽和脂肪族二塩基酸または含硫黄二塩基酸
の何れか１種又は２種以Ｅとのエステル化生成物を含有
する潤滑剤基油に無機系固体潤滑剤またはａ機系固体潤
滑剤の何れか１種又は２種以上を全体の０．Ｉ〜３０重
量％含有せしめてなるレールおよび車輪用潤滑剤である
。

本発明において合成エステルは、２価以上、６価以下の
ポリオールと脂肪酸と二塩基酸とのエステル化生成物を
含有する。

２価以上、６価以下のポリオールとしては、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
オペンチレングリコール，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、ペンタエリトリット
、ソルビトールもしくはその縮合物、ジグリセリン、ま
たはジベンタエリトリット等が使用できる。また，上記
各ポリオールの他に、更にエチレンオキサイドおよび／
またはプロピレンオキサイドを付加した各種ポリエーテ
ルポリオールも使用できる。

脂肪酸としては、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、
ラウリノレ酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、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、リシノーノレ酸、
ヒドロキシステアリン酸、リノール酸、リノレン酸、イ
ンオクチル酸、イソデカン酸、イソラウリン酸、イソミ
リスチン酸、インバルミチン酸、イソステアリン酸、イ
ンアラキン酸などの炭素数６以上の脂肪酸である。また
、ラノリン脂肪酸、魚油脂肪酸、大豆浦脂肪酸，ヤシ油
脂肪酸、牛脂脂肪酸等およびそれらを水素添加した脂肪
酸などの天然脂肪酸を使用することもできる。炭素数５
以下の脂肪酸を用いた場合には潤滑性および耐焼付性が
劣る。

一方、脂肪酸の炭素数の上限は規制しないが、一般に工
業的に安価に入手可能なｉ囲としては炭素数３０以下が
好ましい。

二塩基酸としては、脂肪族二塩基酸であるシュウ酸、マ
ロン酸、コハク酸，フマル酸、マレイン酸、グルタル酸
、アジピン酸、ビメリン酸、スベンリン酸、アゼライン
酸、セバシン酸、デカンジカノレボン酸、ドデカンジカ
ノレボン酸、テトラデカンジカノレボン酸、ヘキサデカ
ンジカノレボン酸，オクタデカンジカルボン酸、エイコ
サデカンカノレボン酸，ダイマー酸およびフタル酸、シ
クロへキシルジカルボン酸．リンゴ酸、酒石酸，さらに
は含硫黄二塩基酸であるチオジグリコール酸、チオジブ
ロピオン酸、ジチオジグリコール酸、ジチオジブロピオ
ン酸などが使用できる。

ポリオールと脂肪酸と二塩基酸とのエステル化生戊物で
各反応仕込量は特に限定されるものではない。しかし、
ポリオール／脂肪酸／二塩基酸の各反応モル比により、
ポリエステル化され粘度が高すぎたり、あるいはゲル化
することもあり、またさらには平均分子量が著しく高く
なると、潤滑性および耐焼付性を損なうこともある．こ
れらのことから、以下の反応モル比が好ましい。

２価アルコール／脂肪酸／二塩基塩＝２／１／２〜２／
２／１３価アルコール／脂肪酸／二塩基酸＝２／２／１〜２／
４／１４価アルコール／脂肪酸／二塩基酸＝２／２／１〜２／
６／１６価アルコール／脂肪酸／二塩基酸＝２／３／１〜２　
／ＬＯ／　１エステル化反応は、無触媒または触媒存在下通常の方法
で行ないこの発明のエステル化生戊物を合成することが
できるが、合成法は特に限定するものではない。得られ
た合成エステルの性状などその例を第１表に示した。

上記合成エステルよりなる基油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（κ２０−ｎＴｉＯ２−ｘ．ｘ：水
和物・・・例えばＫ２０・６ＴｉＯ２ティスモーＤ、Ｋ
２０・６ＴｊＯ．・１　／　２Ｈ，　０ティスモーＬ，
大塚化学（株）製の商品名），リン酸カリウム（Ｋ，Ｐ
ＯいκＰＯ，）等の無機化合やＭＣＡ　（メラミンシアヌレート：三菱油化（株
）製の商品名）、Ｎ　−ラウロイルリシン（味の（例え
ば０．１〜５０蝉）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、潤滑剤総量の０．１〜３
０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Ｌ
が飽和し、固体潤滑剤がむだとなる。

本発明の潤滑油は、上記合戊エステルを基油として固体
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
合には潤滑剤総量の１０重敏％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潤滑剤全体の０
．１〜３０重量％である。

本発明のレールおよび車輪用潤滑剤は、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．以下本発明のエステルの合或法の一例を示す。

合戊例攪拌機、温度計、窒素ガス吹込管、水分離器を備えた４
ツロフラスコにグリセリン１８４　ｇ　．チオジブロピ
オンｌｌ１７８ｇ、イソステアリン酸９９４　ｇを仕込
み、触媒としてＰ−トルエンスルホン酸を２．６ｇ添加
し、混合物を１６０〜２３０℃にし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９時間であった
。反応終了後水洗し触媒を除去し弓続き減圧にてキシレ
ンを留去後．活性白土を用いて脱色ろ過して黄色液体を
得た。収！ｉＬ１１：ｌＯｇ．ｆｌ価２．１であった（
試料Ｈ）。

以下，同様の方法で合成エステルを製造した。

得られた合成エステルの性状などを第１表に示した。

これらの潤滑剤や固体潤滑剤を添加した潤滑剤は、レー
ルや車輪の摩耗を軽減させ、かつ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は車斡踏而部である。

第２表には，本発明のエステル系潤滑剤（記号Ｃ）と、
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Ｊ．Ｌ．Ｑ，Ｓ）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ｅＩ滑
剤（記ｔＣ．Ｊ．Ｌ．Ｇ．Ｓ）と比較潤滑剤として、グ
リース系潤滑剤（記号Ｔ），潤滑油（記号ｔＪ　）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６すなわち、第
２図に平面図を、第３図に側面図を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ＩＯ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１０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，ｌ８
は駆動軸、１０はディスク．　１１は歯車機構，１２、
ｌ５は油圧シリンダ、１３は伝導軸、】４はディスク保
持具、１６は軸、１７はチェーン、１９はビボット、２
０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１６８ｒｐｍ、車輪試験片であるディ
スクｌＯ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４
０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、特願昭６３−３１８９７８号の
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、たとえばマークテック株式会社製のＯＬ
２００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３表　実験条件（第４図参照）６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８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を記置し、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５２４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
る枡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
画積の相関をとるために，第６図に示すようにレール溝
６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．図中
２８は供給した潤滑剤である。

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，縦軸には車軸軸のトルクを示す。本発
明の潤滑剤Ｃ．Ｊ．Ｌ，Ｑ．Ｓのトルク上昇は、従来の
グリース系潤滑剤Ｔや潤滑油Ｃ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Ｃ、縦軸が車軸軸のトルクであり、本発明
の潤滑剤Ｃ、Ｊ．Ｌ．Ｑ．Ｓ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Ｔや潤滑油Ｕの上昇率に
比Ｘて著しく小さく，本発明の潤滑剤が延び性にも優れ
ていることが確められた。

図９は回り込み性に関する試験結果で、縦軸は回り込み
面積（一）を示す。本発明の潤滑剤Ｃ、，１、ｒ７、Ｑ
．Ｓは従来のグリース系潤滑剤Ｔや潤滑油Ｕのはみ出し
量に比べて著しく小さく、本発明の潤滑剤が耐回り込み
性に優れていることが確められた。

（発明の効果）以上のような、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、［ｊｌ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３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図面．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。１・・・レール頭側部、　　２・・・レール頭頂部、３
・車軸フランジ部、　　４・・・車輪踏面部、５・・ス
クリュードラム、　　６・・・溝レール、　　７・・・
モータ８・・・変速機、　　９、１８・・・駆動軸、　
１０・・・ディスク、１ｌ・・歯車機構、　ｌ２、１５
・・・油圧シリンダ、　１３・・・伝達軸，ｌ４・・・
ディスク保持具、　１６・・・軸．　　１７・・・チェ
ーン、１９・・・ピボット、　２０・・・トルク検出器
、　２ｌ・・・カメラ５２２・・・ブラックライト，２
３・・・潤滑剤塗布箇所、２４・・・回り込んだ潤滑剤
、　２５・・・項面，２６、２７・・・基準用ペイント
、　２８・・・供給した潤滑剤第２図

Claims

【特許請求の範囲】

２価以上、６価以下のポリオール、またはポリエーテル
ポリオールの何れか１種又は２種以上と、炭素数６以上
、炭素数３０以下の直鎖状もしくは側鎖状であり、飽和
もしくは不飽和の天然または合成脂肪酸の何れか１種又
は２種以上と、炭素数２以上、炭素数３６以下の飽和ま
たは不飽和脂肪族二塩基酸または含硫黄二塩基酸の何れ
か１種又は２種以上とのエステル化生成物を含有する潤
滑剤基油に無機系固体潤滑または有機系固体潤滑剤の何
れか１種又は２種以上を全体の０．１〜３０重量％含有
せしめてなるレールおよび車輪用潤滑剤。