(57)【要約】【課題】摩擦抵抗および動力損失を低減できると共に、潤滑剤自身の乱流を抑制できる水溶性潤滑剤を提供する。【解決手段】  水と、炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を含む第１摩擦調整剤と、界面活性剤と、前記界面活性剤の対イオンと、第２摩擦調整剤および極圧剤の少なくとも一つとを含む、水溶性潤滑剤を提供する。また、前記第２摩擦調整剤は、ジチオール化合物を含み、前記極圧剤は、りん系化合物を含むことが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、
炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を含む第１摩擦調整剤と、
界面活性剤と、
前記界面活性剤の対イオンと、
第２摩擦調整剤および極圧剤の少なくとも一つとを含む、水溶性潤滑剤。
【請求項２】
前記第２摩擦調整剤は、ジチオール化合物を含み、
前記極圧剤は、りん系化合物を含む、請求項１に記載の水溶性潤滑剤。
【請求項３】
前記界面活性剤は、オクタデシルビス（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライドを含む、請求項１または２に記載の水溶性潤滑剤。
【請求項４】
前記界面活性剤の濃度は、１０００ｐｐｍ以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水溶性潤滑剤。
【請求項５】
前記対イオンの添加量は、３００ｐｐｍ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水溶性潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば流体軸受装置に使用される水溶性潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄い液体の膜によって支持される流体軸受装置が知られている。流体軸受装置に使用される潤滑剤としては、例えば、特許文献１および２に開示のものがある。
特許文献１は、無機の炭化水素、合成炭化水素、エステルおよびこれらの組み合わせからなるベースを使用する潤滑剤を開示している。
特許文献２は、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルファオレフィン、ペルフルオロポリエーテルおよび鉱物性炭化水素からベースを使用する潤滑剤を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４４９４号公報
【特許文献２】特表平１１−５１４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１や２のように鉱油で潤滑している流体軸受においては、攪拌抵抗を低減したいという要求があり、その方策の一例として、低粘度の潤滑剤を使用することが考えられる。低粘度の潤滑剤としては、ベースとして水を使用する水溶性潤滑剤を提供できる。
しかしながら、水をベースとする場合、境界潤滑性および乱流遷移抑制性の低下が懸念される。より具体的には、低粘性流体である水は層流状態では攪拌抵抗は低減するが、乱流状態に遷移すると攪拌抵抗が大きくなり易い。また、鉱油に比べて流体膜成形性に劣る水溶性潤滑剤では、境界潤滑状態となり易く、金属接触による摩擦増大や摩擦進行が懸念される。これにより、軸受の動力損失が増加するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、摩擦抵抗および動力損失を低減できると共に、潤滑剤自身の乱流を抑制できる水溶性潤滑剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための本発明の水溶性潤滑剤は、水と、炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を含む第１摩擦調整剤と、界面活性剤と、前記界面活性剤の対イオンと、第２摩擦調整剤および極圧剤の少なくとも一つとを含む（請求項１）。
本発明の水溶性潤滑剤では、前記第２摩擦調整剤は、ジチオール化合物を含み、前記極圧剤は、りん系化合物を含むことが好ましい（請求項２）。
【０００７】
本発明の水溶性潤滑剤では、前記界面活性剤は、オクタデシル−ビスヒドロキシエチルメチルアンモニウムクロライドを含むことが好ましい（請求項３）。
本発明の水溶性潤滑剤では、前記界面活性剤の濃度は、１０００ｐｐｍ以上であることが好ましい（請求項４）。
本発明の水溶性潤滑剤では、前記対イオンの添加量は、３００ｐｐｍ以上であることが好ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水溶性潤滑剤によれば、摩擦抵抗および動力損失を低減できると共に、潤滑剤自身の乱流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る水溶性潤滑剤が使用される流体軸受装置を備えた研削盤の概略図であり、矢印Ａは、前記流体軸受装置を備えた研削盤の軸方向を示している。
【図２】図２は、図１の流体軸受装置のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図３は、試験用水溶性潤滑剤の乱流度を測定するための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の水溶性潤滑剤は、水と、炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を含む第１摩擦調整剤と、界面活性剤と、前記界面活性剤の対イオンと、第２摩擦調整剤および極圧剤の少なくとも一つとを含む。
水としては、例えば、水道水、純水、硬水、軟水等、いずれを使用してもよいが、例えば、純水を使用することが好ましい。
【００１１】
また、水の含有量は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、８０〜９９質量％であり、好ましくは、９０〜９７質量％である。
炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸としては、好ましくは、炭素数が７〜９の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を使用できる。
そのようなカルボン酸としては、例えば、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられ、好ましくは、スベリン酸を使用できる。
【００１２】
また、炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸の含有量は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、０．０１〜０．５質量％であり、好ましくは、０．１〜０．３質量％である。
界面活性剤としては、例えば、陽イオン系、陰イオン系、非イオン系、両性イオン系のいずれを使用してもよいが、好ましくは、陽イオン系界面活性剤を使用できる。
【００１３】
陽イオン系界面活性剤としては、例えば、第４級アンモニウム塩型、アルキルアミン塩型等が挙げられ、好ましくは、第４級アンモニウム塩型を使用できる。さらに、第４級アンモニウム塩型の界面活性剤としては、好ましくは、炭素数が１２〜２０の第４級アンモニウム塩型の界面活性剤が挙げられ、具体的には、オクタデシルビス（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライド、テトラデシルビス（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
【００１４】
また、界面活性剤の含有量（濃度）は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、１０００ｐｐｍ以上であり、好ましくは、３０００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍである。
界面活性剤の対イオンとしては、例えば、サリチル酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等が挙げられ、好ましくは、サリチル酸ナトリウムを使用できる。
また、界面活性剤の対イオンの含有量（濃度）は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、３００ｐｐｍ以上であり、好ましくは、１０００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍである。
【００１５】
第２摩擦調整剤としては、例えば、チオール、脂肪族アルコール、脂肪族アミン、脂肪族エステル等が挙げられる。
油性剤としては、例えば、脂肪族アルコール、脂肪酸や脂肪酸金属塩等の脂肪酸化合物、ポリオールエステル、ソルビタンエステル、グリセライド等のエステル化合物、脂肪族アミン等のアミン化合物等が挙げられる。
【００１６】
チオールとしては、例えば、モノチオール化合物、ジチオール化合物、トリチオール化合物等が挙げられ、好ましくは、ジチオール化合物を使用できる。さらに、ジチオール化合物としては、好ましくは、炭素数４〜１２のジチオール化合物、具体的には、オクタンジチオールを使用できる。
また、第２摩擦調整剤の含有量は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、０．１〜１質量％であり、好ましくは、０．３〜０．５質量％である。
【００１７】
極圧剤としては、例えば、りん系化合物、硫黄系化合物、ハロゲン系化合物等が挙げられ、好ましくは、りん系化合物を使用できる。
りん系化合物としては、例えば、亜リン酸エステル（ホスファイト）、酸性リン酸エステル（ホスフェート）、およびこれらのエステルとアミン、アルカノールアミンとの塩等が挙げられ、好ましくは、酸性リン酸エステルを使用できる。
【００１８】
亜リン酸エステルとしては、例えば、トリイソプロピルホスファイト、ジイソプロピルホスファイト、ジフェニルハイドロジエンホスファイト等が挙げられる。
酸性リン酸エステルとしては、例えば、エチルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ジブチルピロホスフェート、ブトキシエチルアシッドホスフェート、ベンジルジフェニルホスフェート、アリルジフェニルホスフェート、トリフェニルホスフェート等が挙げられる。
【００１９】
また、極圧剤の含有量は、水溶性潤滑剤全量に対して、例えば、０．１〜５質量％であり、好ましくは、０．５〜３質量％である。
また、本発明の水溶性潤滑剤は、任意成分として、各種添加剤を少量含んでいてもよい。
添加剤としては、例えば、防錆剤、防食剤、防腐剤、消泡剤等が挙げられる。
【００２０】
そして、本発明の水溶性潤滑剤は、例えば、必須成分としての水と、炭素数が７〜１２の直鎖脂肪族二塩基カルボン酸を含む第１摩擦調整剤と、界面活性剤と、界面活性剤の対イオンと、第２摩擦調整剤および極圧剤の少なくとも一つと、さらに必要に応じてその他の添加剤とを混合し、攪拌し、添加剤を溶解することによって得ることができる。
次に、本発明の水溶性潤滑剤が使用される流体軸受装置について添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る水溶性潤滑剤が使用される流体軸受装置を備えた研削盤３０の概略図である。図２は、図１の流体軸受装置１０のＸ−Ｘ断面図である。
研削盤３０は、流体軸受装置１０、回転軸２０、主軸駆動用モータ２１、トルク計２２および砥石２４を含む。主軸駆動用モータ２１が回転軸２０を介して砥石２４を回転させるように構成されており、この回転軸２０は複数の静圧ポケットを持つ流体軸受の流体圧により回転可能に軸承されている。トルク計２２は、図示しない回転計を備えており、回転軸２０の回転速度を計測できるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、回転軸２０の外周面には軸受面３を有する円筒状の軸受部材２が軸受ハウジング１の内周面に圧入、焼き嵌め等により嵌着一体化されて構成されている。そして軸受部材２の内周面には静圧ポケット４,６が４ヶ所配設されている。静圧ポケット６の中央部には潤滑油を供給する供給孔８が開口されている。
次に、流体軸受装置１０の作用を説明する。前述の水溶性潤滑剤は潤滑油供給ポンプ２３から軸受ハウジング１の潤滑油供給路１２を通って軸受部材２の外周の環状溝９から絞り作用をなす連通孔１１を経て静圧ポケット４,６に供給される。静圧ポケット４,６内に充満した潤滑剤を軸受隙間に強制的に供給することによって潤滑流体膜を形成し静圧が発生する。この静圧により回転軸２０は静圧支持される。
【００２３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
例えば、本発明は水溶性潤滑剤であるが、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲内であれば、少量の油成分（例えば、鉱油、脂肪油等）を含んでいてもよい。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例１〜５および比較例１〜４
＜潤滑剤の配合＞
各実施例および各比較例について表１に示す配合割合で、ベース、摩擦調整剤１、摩擦調整剤２、極圧剤、界面活性剤および対イオンを配合することによって、試験用の水溶性潤滑剤を調製した。得られた水溶性潤滑剤に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表１に示す。
＜評価＞
（１）摩擦係数の測定
水溶性潤滑剤で満たしたオイルバス中で、ボールオンディスク型摩擦試験機のディスクにボールを押し付け、往復摺動させることによって動摩擦係数を測定した。なお、試験条件は次の通りとした。
・試験片の種類：ボール（ＳＵＪ２）、ディスク（ＳＵＪ２）
・試験片の表面粗さ：ボール＝０．０１μｍ、ディスク＝０．２μｍ
・負荷：３０Ｎ
・滑り速度：１．０５ｍ／ｓ
・最大接触圧力：１．７ＧＰａ
・温度：室温
・滑り時間：６００秒
（２）乱流度の測定
図３に示す測定装置を使用して水溶性潤滑剤の乱流度を測定した。具体的には、２００ｍＬのビーカー２５に水溶性潤滑剤を入れ、そのビーカー２５をマグネチックスターラー２７の上に載置した。そして、ビーカー２５に沈めたスターラーバー２６（φ８×２５ｍｍ）を回転させたときの渦深さＨ（ｍｍ）を測定し、この渦深さＨを乱流度の指標とした。マグネチックスターラー２７の回転速度は、６８０ｍｉｎ−１と設定した。
【００２５】
なお、実施例と比較例との乱流度の比較方法は、上記の渦深さＨを比較する方法の他、臨界レイノルズ数を比較する方法を採用してもよい。具体的には、レイノルズ数Ｒｅの定義式Ｒｅ＝ρＮＤ２／μの各変数に実施例および比較例それぞれの水溶性潤滑剤から導かれる数値を代入してレイノルズ数Ｒｅを求め、レイノルズ数Ｒｅの大小を比較してもよい。この場合、レイノルズ数Ｒｅが大きいほど臨界レイノルズ数が高く乱流になり難いので好ましい。上記定義式において、ρは水溶性潤滑剤の密度であり、Ｎはスターラーバー２６の回転速度であり、Ｄはビーカー２５の直径であり、μは水溶性潤滑剤の粘度である。
（３）動力損失の測定
図１に示した流体軸受装置１０の静圧ポケット４，６に水溶性潤滑剤を充填し、流体軸受装置１０を駆動させた。そして、流体軸受装置１０に発生する摩擦抵抗をトルク計２２で計測し、回転軸２０の回転速度をトルク計２２内の回転計で計測した。この際、摩擦抵抗と回転速度を正確に計測するため、流体軸受装置１０と回転軸２０の軸心を、両者の軸方向（図１の矢印Ａ）に一致させた。
【００２６】
得られた摩擦抵抗に相当するトルク値Ｔ（Ｎ・ｍ）に、回転速度から導かれる角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を乗ずることによって、動力損失を求めた。すなわち、動力損失Ｐ（Ｗ）＝Ｔ・ωの計算式によって求めた。
【００２７】
【表１】
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表１に示すように、摩擦調整剤１と、少なくとも摩擦調整剤２および極圧剤の一方とを併用し、さらに、界面活性剤および界面活性剤の対イオンを添加することによって、摩擦係数を０．１５以下にできることが分かった。これは、鉱油を使用した比較例２と比較すると、約５０％の低減であり、特に実施例２では、約６４％も大幅に低減できた。
【００２８】
また、乱流度に関しては、実施例１の渦深さが３ｍｍで、比較例１の渦深さ２７ｍｍの１／９であった。これから、実施例１の水溶性潤滑剤では大部分の領域で層流となっており、比較例１に比べて攪拌抵抗を抑制できることが分かった。
また、比較例に比べて実施例では、動力損失の低減効果も確認することができた。たとえば、実施例２では、比較例１と比較して約２０％、比較例２と比較して約３１％の低減効果があった。
【符号の説明】
【００２９】
１０…流体軸受装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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