JP2020067151A - Gear device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハウジング内に配置され、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構を水系潤滑液で潤滑するようにした歯車装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE
モータによって駆動される大型の機械設備、例えば河川、湖沼、海岸等に設置される巻き上げ式の水門等には、重量の大きい扉体を巻き上げるために、高速で回転するモータの回転を減速して高トルクを発生させる歯車式減速装置が設けられる。この種の歯車式減速装置は、一般に、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車がハウジング内に配置された構造を備えている(例えば、特許文献1〜4参照)。
For large-scale mechanical equipment driven by a motor, such as a hoisting sluice installed in a river, lake, shore, etc., the rotation of a motor that rotates at high speed must be reduced in order to hoist a heavy door. A gear type speed reducer that generates high torque is provided. This type of gear type speed reducer generally has a structure in which a plurality of gears that mesh with each other or sequentially are arranged in a housing (for example, see
この種の歯車式減速装置では、通常、互いに噛み合う歯車の摩擦による摩耗を低減するために、歯車に潤滑液が循環式で噴射又は散布され、あるいはハウジング内に貯留された潤滑液に歯車が部分的又は全面的に浸漬される。そして、歯車式減速装置の潤滑液としては、従来、適切な粘性を有し、かつ潤滑性が高いことから、鉱物油を主原料とする潤滑油が広く用いられている。 In this type of gear type speed reducer, generally, in order to reduce wear due to friction of gears meshing with each other, a lubricating liquid is circulated or sprayed or sprayed on the gears, or the gears are partially dispersed in the lubricating liquid stored in the housing. Or fully immersed. As a lubricating fluid for a gear type speed reducer, a lubricating oil containing mineral oil as a main raw material has been widely used because of its suitable viscosity and high lubricity.
このように潤滑液として潤滑油を用いる歯車式減速装置では、潤滑油が外部に漏れると、河川、湖沼、海洋等の公共水域に流入して重大な環境汚染が生じるおそれがあるといった課題がある。また、潤滑油は可燃物であるので、失火、延焼、事故等により歯車式減速装置に火災が発生するおそれがあるといった課題がある。さらに、潤滑油は、劣化等により定期的にないしは適宜に新油と交換する必要があるが、廃油の処理又は処分が煩雑であるといった課題がある。 As described above, the gear type speed reducer that uses the lubricating oil as the lubricating liquid has a problem that if the lubricating oil leaks to the outside, it may flow into public waters such as rivers, lakes, and oceans, causing serious environmental pollution. . Further, since the lubricating oil is a combustible substance, there is a problem that fire may occur in the gear type speed reducer due to misfire, spread of fire, accident or the like. Further, the lubricating oil needs to be replaced with fresh oil regularly or appropriately due to deterioration or the like, but there is a problem that the processing or disposal of waste oil is complicated.
なお、これらの課題は、歯車式減速装置だけでなく、ハウジング内に配置され、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構と、この歯車式動力伝達機構に潤滑液を供給する潤滑液供給装置とを備えた歯車装置において一般的に生じるものである。 It is to be noted that these problems are not limited to the gear type speed reducer, and a gear type power transmission mechanism having a plurality of gears arranged in the housing and meshing with each other or sequentially, and supplying a lubricating liquid to the gear type power transmission mechanism. It generally occurs in a gear device including a lubricating liquid supply device.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、歯車式動力伝達機構を円滑に動作させることができ、潤滑液の漏れによる環境汚染を防止することができ、火災の発生を防止することができ、かつ使用済みの潤滑液の処理又は処分が容易である歯車装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, can smoothly operate a gear type power transmission mechanism, can prevent environmental pollution due to leakage of lubricating liquid, and can cause a fire. It is an object of the present invention to provide a gear device capable of preventing the above-mentioned problems and easily treating or disposing of a used lubricating liquid.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る歯車装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内にそれぞれ配置され、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構と、
前記歯車式動力機構の所定の歯車に接続され、前記ハウジングの外部に突出する第1のシャフトと、
前記所定の歯車以外の歯車に接続され、前記ハウジングの外部に突出する第2のシャフトと、
前記歯車式動力伝達機構に水系潤滑液を供給する潤滑液供給手段とを備えている歯車装置であって、
前記水系潤滑液は、水とポリアクリル酸ナトリウムとを含み、前記水系潤滑液における水に対するポリアクリル酸ナトリウムの量が1〜5質量パーセントの範囲内であり、
前記水系潤滑液の水素指数がpH7〜pH11(好ましくは、pH8〜pH10)の範囲内である。
The gear device according to the present invention made to solve the above problems,
Housing,
A gear type power transmission mechanism having a plurality of gears respectively arranged in the housing and meshing with each other or sequentially;
A first shaft connected to a predetermined gear of the gear type power mechanism and protruding to the outside of the housing;
A second shaft connected to a gear other than the predetermined gear and protruding to the outside of the housing;
A gear device comprising a lubricating liquid supply means for supplying an aqueous lubricating liquid to the gear type power transmission mechanism,
The water-based lubricating liquid contains water and sodium polyacrylate, and the amount of sodium polyacrylate with respect to water in the water-based lubricating liquid is in the range of 1 to 5 mass%,
The hydrogen index of the aqueous lubricant is within the range of
本発明に係る歯車装置において、水系潤滑液の水素指数は、水酸化ナトリウム又は酢酸を添加することによりpH7〜pH11(好ましくは、pH8〜pH10)の範囲内に調整されているのが好ましい。
In the gear device according to the present invention, the hydrogen index of the water-based lubricating liquid is preferably adjusted within the range of
本発明に係る歯車装置において、歯車式動力伝達機構は、複数の歯車を支持する各シャフトが並列に配置された並列型歯車機構であってもよい。この場合、第1のシャフトは、並列型歯車機構に動力を入力する入力シャフトであってもよく、第2のシャフトは、並列型歯車機構から動力を出力する出力シャフトであってもよい。 In the gear device according to the present invention, the gear type power transmission mechanism may be a parallel type gear mechanism in which shafts supporting a plurality of gears are arranged in parallel. In this case, the first shaft may be an input shaft that inputs power to the parallel gear mechanism, and the second shaft may be an output shaft that outputs power from the parallel gear mechanism.
本発明に係る歯車装置において、歯車式動力伝達機構は遊星歯車機構であってもよい。この場合、第1のシャフトは、遊星歯車機構に動力を入力する入力シャフトであってもよく、第2のシャフトは、遊星歯車機構から動力を出力する出力シャフトであってもよい。 In the gear device according to the present invention, the gear type power transmission mechanism may be a planetary gear mechanism. In this case, the first shaft may be an input shaft that inputs power to the planetary gear mechanism, and the second shaft may be an output shaft that outputs power from the planetary gear mechanism.
本発明に係る歯車装置において、水系潤滑液はプロピレングリコールを含んでいてもよい。この場合、水系潤滑液における水に対するプロピレングリコール添加量は、0℃より低温側でありかつプロピレングリコールの凝固点より高温側の温度範囲内で予め設定された歯車装置の使用下限温度を凝固点とするプロピレングリコール水溶液における水に対するプロピレングリコール添加量と同量であるか又はこれより多いのが好ましい。 In the gear device according to the present invention, the water-based lubricating liquid may contain propylene glycol. In this case, the amount of propylene glycol added to water in the water-based lubricant is propylene whose freezing point is the lower limit temperature of use of the gear device which is preset within a temperature range lower than 0 ° C. and higher than the freezing point of propylene glycol. It is preferably the same as or more than the amount of propylene glycol added to water in the aqueous glycol solution.
本発明に係る歯車装置において、水系潤滑液はエタノールを含んでいてもよい。この場合、水系潤滑液における水に対するエタノール添加量は、0℃より低温側でありかつエタノールの凝固点より高温側の温度範囲内で予め設定された歯車装置の使用下限温度を凝固点とするエタノール水溶液における水に対するエタノール添加量と同量であるか又はこれより多いのが好ましい。 In the gear device according to the present invention, the water-based lubricating liquid may contain ethanol. In this case, the amount of ethanol added to water in the water-based lubricating liquid is in the aqueous ethanol solution whose freezing point is the lower limit temperature of use of the gear device, which is preset within a temperature range lower than 0 ° C. and higher than the freezing point of ethanol. It is preferable that the amount is equal to or more than the amount of ethanol added to water.
本発明に係る歯車装置によれば、歯車式動力伝達機構の潤滑液として潤滑油ではなく水系潤滑液を用いるので、歯車装置で潤滑液の漏れが発生しても、周囲の水環境等の油汚染は生じない。また、水系潤滑液は不燃性であるので、歯車装置に火災が発生する可能性はなく、防火の点で極めて有利である。さらに、使用済みの水系潤滑液は、公共用水域又は公共下水道に排出することが可能であるので、その処理又は処分が容易である。 According to the gear device of the present invention, since the water-based lubricating liquid is used as the lubricating liquid of the gear type power transmission mechanism instead of the lubricating oil, even if a leakage of the lubricating liquid occurs in the gear device, the oil of the surrounding water environment etc. No pollution occurs. In addition, since the water-based lubricating liquid is nonflammable, there is no possibility of fire in the gear device, which is extremely advantageous in terms of fire protection. Furthermore, since the used water-based lubricating liquid can be discharged to public water bodies or public sewers, its treatment or disposal is easy.
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、この実施形態では、ワイヤロープウインチ式(巻き上げ式)のゲート開閉装置のための歯車式減速装置について本発明を説明するが、本発明は、このような歯車式減速装置だけでなく、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構がハウジング内に配置され、この歯車式動力伝達機構に水系潤滑液を供給するようにした種々の歯車装置にも幅広く応用することができる。また、この実施形態では歯車式動力伝達機構は、歯車が隣り合って並列に配置された並列型歯車機構であるが、本発明が応用される歯車式動力伝達機構はこのようなものに限定されるわけではなく、その他の形式の歯車機構(例えば、遊星歯車機構)であってもよい。遊星歯車機構は、一例として、太陽歯車と、太陽歯車の外側に位置する内歯車と、太陽歯車および内歯車の両方に噛合する遊星歯車と、遊星歯車の公転運動を取り出す遊星キャリヤとを備え、太陽歯車、内歯車および遊星キャリヤのいずれか1つが固定され、他の2つが入力シャフトおよび出力シャフトにそれぞれ連結される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. In addition, in this embodiment, the present invention will be described with respect to a gear type speed reducer for a wire rope winch type (hoisting type) gate opening / closing device. Alternatively, the present invention can be widely applied to various gear devices in which a gear type power transmission mechanism having a plurality of gears that are sequentially meshed with each other is arranged in a housing and an aqueous lubricant is supplied to the gear type power transmission mechanism. Further, in this embodiment, the gear type power transmission mechanism is a parallel type gear mechanism in which gears are arranged adjacent to each other in parallel, but the gear type power transmission mechanism to which the present invention is applied is not limited to such a type. Instead, it may be a gear mechanism of another type (for example, a planetary gear mechanism). The planetary gear mechanism includes, as an example, a sun gear, an internal gear located outside the sun gear, a planetary gear that meshes with both the sun gear and the internal gear, and a planet carrier that takes out the revolution movement of the planetary gear, One of the sun gear, the internal gear and the planet carrier is fixed, and the other two are connected to the input shaft and the output shaft, respectively.
<ゲート開閉装置および歯車式減速装置の概要>
図1(a)及び図1(b)に示すように、例えば河川、農業用水路、湖沼、海岸等(図示せず)に設置されるゲート開閉装置Sは、水門1を開閉する扉体2を動力で上昇させる一方、自重で降下させるようになっている。すなわち、水門1は、扉体2の昇降動作によって開閉される。扉体2はワイヤロープ3によって懸下され、このワイヤロープ3はワイヤドラム4に巻回されている。ワイヤドラム4は回転シャフト5に同軸状に取り付けられ、回転シャフト5と一体回転する。回転シャフト5は、回転シャフト支持部6によって回転可能に支持されている。
<Outline of gate opening / closing device and gear type speed reducer>
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a gate opening / closing device S installed in, for example, a river, an agricultural waterway, a lake, a shore, etc. (not shown) includes a door body 2 for opening and closing the
回転シャフト5及びワイヤドラム4が、電動機25により回転駆動されて所定の回転方向(例えば、回転シャフト支持部側からみて時計回り方向)に回転すると、ワイヤロープ3がワイヤドラム4に巻き取られ、扉体2は上昇する。また、扉体2が自重(重力)で下降すると、ワイヤロープ3によってワイヤドラム4が前記所定の回転方向と反対方向に回転させられ、ワイヤロープ3の巻回が解かれる。回転シャフト5は、その中心軸の伸びる方向に関してワイヤドラム4と反対側で、連結具7(カップリング)によって歯車式減速装置8(以下、略して「減速装置8」という。)の出力シャフト9に同軸状に連結されている。
When the rotating shaft 5 and the wire drum 4 are rotationally driven by the
減速装置8は、図1(b)に示すように、ハウジング10と、ハウジング10内にそれぞれ配置され、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車15〜22とを備え、さらに出力シャフト9に加えて、入力シャフト11と、入力シャフト11と出力シャフト9の間に配置された第1〜第3中間シャフト12〜14とを備えている。詳しくは図示していないが、出力シャフト9、入力シャフト11及び第1〜第3中間シャフト12〜14は、減速装置8のハウジング10に固定された軸受によって回転可能に支持されている。出力シャフト9および入力シャフト11の一部は、軸受を介してハウジング10の外部に突出している。そして、入力シャフト11には、第1歯車15が同軸状に取り付けられている。第1中間シャフト12には、第2歯車16と第3歯車17とが同軸状に取り付けられている。第2中間シャフト13には、第4歯車18と第5歯車19とが同軸状に取り付けられている。第3中間シャフト14には、第6歯車20と第7歯車21とが同軸状に取り付けられている。出力シャフト9には、第8歯車22が同軸状に取り付けられている。第1〜第8歯車15〜22にはヘリカルギヤが用いられている。なお、ヘリカルギヤ以外の歯車を用いてもよいのはもちろんである。
As shown in FIG. 1B, the
ここで、第1歯車15と第2歯車16は1より大きい所定の歯車比(例えば、5)で噛み合い、第3歯車17と第4歯車18は1より大きい所定の歯車比(例えば、4)で噛み合い、第5歯車19と第6歯車20は1より大きい所定の歯車比(例えば、4)で噛み合い、第7歯車21と第8歯車22は1より大きい所定の歯車比(例えば、4)で噛み合っている。つまり、減速装置8は、入力シャフト11から出力シャフト9へ、320の変速比でトルクを増大させる。なお、扉体2の自重による降下時において、出力シャフト9から入力シャフト11にトルクが伝達される場合(逆駆動される場合)の変速比は、入力シャフト11から出力シャフト9へトルクが伝達される場合の変速比の逆数である(増速される)。
Here, the
ゲート開閉装置Sは、扉体2を上昇させるときに、入力シャフト11を回転駆動する電動機25を備えている。電動機25の回転子に固定された電動機回転軸(図示せず)は連結具ないしはカップリング(図示せず)を介して入力シャフト11に同軸状に連結されている。電動機25へは、電源(図示せず)から、導線26及び制御盤27を介して商用電力が供給される。なお、入力シャフト11と電動機回転軸とを、連結具ないしはカップリングで連結するのではなく、歯車対等を介して力学的に係合させ、動力を伝達させるようにしてもよい。
The gate opening / closing device S includes an
図2に示すように、減速装置8の第1〜第8歯車15〜22に水系潤滑液を供給するために潤滑液供給装置30が設けられている。この潤滑液供給装置30は、水系潤滑液を循環させつつ連続的に第1〜第8歯車15〜22に噴射もしくは散布し又は流下させて供給する形式のものである。しかし、本発明はこのような形式の潤滑液供給装置30に限定されるわけではなく、ハウジング10内に水系潤滑液を貯留し、この水系潤滑液に第1〜第8歯車15〜22を部分的又は全面的に浸漬させる形式のものであってもよい。
As shown in FIG. 2, a lubricating
潤滑液供給装置30は、ハウジング10内において、第1〜第8歯車15〜22の上方に配置された潤滑液供給器31を備えている。潤滑液供給器31は、第1〜第8歯車15〜22に水系潤滑液を噴射もしくは散布し又は流下させる複数のノズル32を有している。これにより、第1〜第8歯車15〜22ないしはこれらの噛み合い部は、潤滑液供給器31から供給される水系潤滑液によって常時濡らされ、潤滑される。そして、ハウジング10の下部ないしは底部近傍には、第1〜第8歯車15〜22から流下ないしは滴下した水系潤滑液が滞留している。
The lubricating
また、潤滑液供給装置30は、減速装置8に供給する水系潤滑液を貯留する潤滑液貯槽33と、ハウジング10内に滞留している水系潤滑液を潤滑液貯槽33に還流させるための潤滑液還流通路34とを備えている。潤滑液還流通路34の一方の端部は、ハウジング10の下部ないしは底部近傍部に設けられた潤滑液排出ポート35に接続され、潤滑液還流通路34の他方の端部は潤滑液貯槽33の上部に設けられた潤滑液受入ポート36に接続されている。ハウジング10内に滞留している水系潤滑液は、重力で潤滑液貯槽33に流下する。
The lubricating
さらに、潤滑液供給装置30は、潤滑液貯槽33内に貯留されている水系潤滑液を、ハウジング10内に配置された潤滑液供給器31に圧送ないしは輸送するために、電動機(図示せず)によって駆動されるポンプ37と、ポンプ37の吐出口から吐出された水系潤滑液を潤滑液供給器31に案内ないしは輸送する潤滑液供給通路38とを備えている。なお、ポンプ37は、潤滑すべき減速装置8の大きさ等に応じて水系潤滑液を適切な吐出圧及び吐出量で吐出することができれば、どのようなものでもよい。例えば、ラジアル形又はアキシャル形のプランジャポンプ(ピストンポンプ)、ベーンポンプ、ギヤポンプ、ねじポンプなどを用いることができる。
Further, the lubricating
以下、減速装置8の第1〜第8歯車15〜22を潤滑する水系潤滑液の特性、性能等を具体的に説明する。しかしながら、このような水系潤滑液は、本実施形態に係る減速装置8だけでなく、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構がハウジング内に配置され、この歯車式動力伝達機構に水系潤滑液を供給するようにした種々の歯車装置に幅広く用いられるものである。そこで、以下では、水系潤滑液の特性、性能等を、減速装置8の上位概念である歯車装置に即して説明する。
Hereinafter, the characteristics and performance of the water-based lubricating liquid that lubricates the first to
前記のとおり、一般に、歯車式動力伝達機構を備えた従来の歯車装置では、歯車の摩擦抵抗を低減するための潤滑液として、鉱物油からなる潤滑油を用いている。しかし、このような潤滑油は可燃性であるので、失火、延焼、事故等により歯車装置に火災を発生させるおそれがある。また、歯車装置が例えば河川の水門等を開閉するゲート開閉装置の減速装置として用いられた場合、震災時等における潤滑油の漏出により下流側の広い水域にわたって水環境が損なわれるおそれがある。さらに、耐用年数経過後の潤滑油の処分又は処理が煩雑である。 As described above, generally, in the conventional gear device including the gear type power transmission mechanism, the lubricating oil made of mineral oil is used as the lubricating liquid for reducing the frictional resistance of the gear. However, since such lubricating oil is flammable, there is a risk of causing a fire in the gear device due to misfire, spread of fire, accident, or the like. Further, when the gear device is used as, for example, a speed reducer of a gate opening / closing device for opening / closing a floodgate of a river, leakage of lubricating oil during an earthquake or the like may impair the water environment over a wide downstream water area. Furthermore, the disposal or treatment of the lubricating oil after its useful life has been complicated.
そこで、本発明者は、このような潤滑油に代わる潤滑液として、火災を発生させるおそれがなく、河川等に漏出した場合でも水環境を損なわず、かつ耐用年数経過後の処分又は処理が容易な潤滑液として、水を主成分とし、生体に対する有害物質を含まない水系潤滑液を開発した。このように開発された水系潤滑液は、下記の事項を可及的に満たすものである。 Therefore, the present inventor has no risk of causing a fire as a lubricating liquid that replaces such a lubricating oil, does not impair the water environment even if it leaks into a river, etc., and easily disposes or treats it after its useful life has passed. As a new lubricating liquid, we have developed a water-based lubricating liquid containing water as a main component and containing no harmful substances to the living body. The water-based lubricating liquid thus developed satisfies the following items as much as possible.
<水系潤滑液が満たすべき事項>
(1)動粘度が潤滑油と同等であること
(2)動粘度の温度変化が小さいこと
(3)潤滑液が介在する摺動部間の動摩擦係数が潤滑油を用いる場合と同等であること
(4)生体に対する毒性がないこと(好ましくは食品に添加することも可能)
(5)漏出・排出による環境汚染性が低いこと
(6)火災の可能性がないこと
(7)寒冷地では低温時に凍結しないこと
(8)酸化による劣化がほとんどないこと
(9)アルミニウム系材料及び鉄系材料に対する金属腐食性が低いこと
(10)空気中の水蒸気の混入による弊害がないこと
(11)液貯槽内での気泡分離性が良好なこと
(12)生物的劣化(腐敗)がほとんどないこと
<Matters to be filled with water-based lubricant>
(1) The kinematic viscosity is the same as the lubricating oil (2) The temperature change of the kinematic viscosity is small (3) The dynamic friction coefficient between the sliding parts where the lubricating liquid is present is the same as when the lubricating oil is used. (4) No toxicity to living organisms (preferably added to food)
(5) Low environmental pollution due to leakage / discharge (6) No possibility of fire (7) Do not freeze at low temperatures in cold regions (8) Almost no deterioration due to oxidation (9) Aluminum-based materials And low metal corrosiveness to iron-based materials (10) No adverse effects due to the inclusion of water vapor in the air (11) Good bubble separation in the liquid storage tank (12) Biological deterioration (rotting) Almost nothing
本発明に係る水系潤滑液の主成分は、例えば、下記のとおりである。
(1)水:例えば、純水、精製水、蒸留水
(2)増粘剤兼摩擦低減剤:例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸
(3)凍結防止剤:例えば、プロピレングリコール、エタノール
(4)pH調整剤:例えば、水酸化ナトリウム、酢酸
なお、必要があれば、水系潤滑液は、合成色素、天然色素、好ましくは食用色素で着色される。これにより製品の識別、誤用誤飲の防止、外部漏出の早期検出が図られる。
The main components of the aqueous lubricant according to the present invention are, for example, as follows.
(1) Water: for example, pure water, purified water, distilled water (2) Thickener and friction reducing agent: for example, sodium polyacrylate, polyacrylic acid (3) Antifreezing agent: for example, propylene glycol, ethanol ( 4) pH adjuster: For example, sodium hydroxide, acetic acid If necessary, the aqueous lubricant is colored with a synthetic dye, a natural dye, preferably an edible dye. This makes it possible to identify products, prevent misuse and accidental ingestion, and quickly detect external leakage.
水系潤滑液の動粘度は、主として、その成分であるポリアクリル酸ナトリウム(以下「PANa」という。)に起因するものである。なお、ポリアクリル酸ナトリウムとしては、例えば東亞合成化学株式会社製のアロン(登録商標)A−20Lなどを用いることができる。下記表1に、本発明者が、測定ないし算出した種々のポリアクリル酸ナトリウム水溶液(以下「PANa水溶液」という。)の40℃における動粘度を示す。PANa水溶液の動粘度は、オストワルド粘度計を用いて純水に対するPANa水溶液の相対粘度を測定し、この相対粘度と純水の粘度(周知)とからPANa水溶液の粘度を算出し、この粘度とPANa水溶液の密度とから算出したものである。なお、表1には、この種の歯車装置において一般に使用されている潤滑油の40℃における動粘度(規格値)も示している。 The kinematic viscosity of the water-based lubricating liquid is mainly due to its component, sodium polyacrylate (hereinafter referred to as “PANa”). As the sodium polyacrylate, for example, Aron (registered trademark) A-20L manufactured by Toagosei Kagaku Co., Ltd. can be used. Table 1 below shows kinematic viscosities at 40 ° C. of various sodium polyacrylate aqueous solutions (hereinafter referred to as “PANa aqueous solutions”) measured or calculated by the present inventor. For the kinematic viscosity of the PANa aqueous solution, the relative viscosity of the PANa aqueous solution with respect to pure water is measured using an Ostwald viscometer, and the viscosity of the PANa aqueous solution is calculated from this relative viscosity and the viscosity of well-known water (known). It is calculated from the density of the aqueous solution. In addition, Table 1 also shows the kinematic viscosity (standard value) at 40 ° C. of the lubricating oil generally used in this type of gear device.
図3は、表1に示すデータに基づいて作成した40℃のPANa水溶液についての、水に対するPANa添加量と動粘度の関係を示すグラフである。図3に示すグラフによれば、PANa添加量と動粘度とは、ほぼ一義的な関数関係にあることがわかる。したがって、図3に示すグラフを用いて、PANa添加量を好ましく設定することにより、40℃における動粘度が0.6〜250mm2/sの範囲内の任意の値である水系潤滑液を調製することができる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of PANa added to water and the kinematic viscosity of a 40 ° C. PANa aqueous solution prepared based on the data shown in Table 1. According to the graph shown in FIG. 3, it can be seen that the addition amount of PANa and the kinematic viscosity have a substantially unique functional relationship. Therefore, by using the graph shown in FIG. 3, the amount of PANa added is preferably set to prepare an aqueous lubricant having a kinematic viscosity at 40 ° C. of any value within the range of 0.6 to 250 mm 2 / s. be able to.
このように、水系潤滑液は、PANa添加量を調整することにより、40℃における動粘度をおおむね0.6〜250mm2/sの範囲内の任意の値とすることができるので、水系潤滑液の動粘度を、従来使用していた潤滑油(例えば、ISO VG22、VG32、VG46、VG68、VG100、VG150)の動粘度と同等ないしは同様のものとすることが可能である。図3によれば、水系潤滑液の動粘度を、一般に使用されている潤滑油と同等の動粘度(おおむね、20〜165mm2/s)とするには、水に対するPANa添加量を1〜5wt%の範囲内で調整すればよいということがわかる。 As described above, the water-based lubricating liquid can have an arbitrary value within the range of approximately 0.6 to 250 mm 2 / s at 40 ° C. by adjusting the amount of PANa added. It is possible to make the kinematic viscosity of the same as or similar to the kinematic viscosity of the conventionally used lubricating oil (for example, ISO VG22, VG32, VG46, VG68, VG100, VG150). According to FIG. 3, in order to make the kinematic viscosity of the water-based lubricating liquid the same as that of commonly used lubricating oil (generally 20 to 165 mm 2 / s), the amount of PANa added to water is 1 to 5 wt. It is understood that the adjustment should be made within the range of%.
図4は、PANa添加量が0.45wt%又は1.3wt%であるPANa水溶液の動粘度及び潤滑油(ISO VG32)の動粘度の温度に対する変化特性(依存性)を示すグラフである。図4から明らかなとおり、PANa水溶液の動粘度の温度に対する変化は、潤滑油の動粘度の温度に対する変化に比べて非常に小さい。潤滑油(ISO VG32)は、とくに40℃以下の温度領域では温度の低下に伴って動粘度が急激に増加するので、低温時(例えば、0〜10℃)には動粘度が高くなりすぎて使用不可能となり、より粘性の低い潤滑油と交換する必要が生じる可能性がある。これに対して、水系潤滑液は、低温状態でもさほど動粘度が高くならないので、低温時(例えば、0〜10℃)でもそのまま使用することが可能である。 FIG. 4 is a graph showing change characteristics (dependence) of the kinematic viscosity of a PANa aqueous solution and the kinematic viscosity of a lubricating oil (ISO VG32) with the addition amount of PANa being 0.45 wt% or 1.3 wt% with respect to temperature. As is clear from FIG. 4, the change in the kinematic viscosity of the PANa aqueous solution with respect to temperature is extremely smaller than the change in the kinematic viscosity of the lubricating oil with respect to temperature. Lubricating oil (ISO VG32) has a kinematic viscosity rapidly increasing with a decrease in temperature, particularly in a temperature range of 40 ° C. or lower, so that the kinematic viscosity becomes too high at low temperatures (for example, 0 to 10 ° C.). It may become unusable and may need to be replaced with a less viscous lubricant. On the other hand, since the kinematic viscosity of the water-based lubricating liquid does not become so high even in a low temperature state, it can be used as it is at a low temperature (for example, 0 to 10 ° C.).
歯車式動力伝達機構を備えた歯車装置で使用する潤滑液は、互いに噛み合う歯車間の摩擦抵抗を低減するとともに、摩擦による歯車の摩耗を防止するために、歯車間の滑り摩擦を大幅に低減するものでなければならない。一般に、歯車間に潤滑液が介在する場合の、歯車間における滑り摩擦の動摩擦係数(摩擦力/押圧力)は、おおむね0.02以下であれば実用上は歯車装置に不具合は生じない。以下、水系潤滑液の摩擦低減特性を説明する。 Lubricating liquid used in a gear device equipped with a gear type power transmission mechanism reduces frictional resistance between gears meshing with each other and significantly reduces sliding friction between gears to prevent wear of gears due to friction. Must be one. Generally, if the dynamic friction coefficient (friction force / pressing force) of sliding friction between gears is approximately 0.02 or less when a lubricating liquid is present between the gears, practically no problem occurs in the gear device. Hereinafter, the friction reducing property of the water-based lubricating liquid will be described.
図5(a)〜(c)は、本発明者が用いた、テーブルの上に固定されたチャンネルと、該チャンネル内をチャンネル長手方向に移動(摺動)する可動部材との間における滑り摩擦の動摩擦係数を測定するための動摩擦係数測定装置を模式的に示している。この動摩擦係数測定装置は、テーブルと、テーブルの上を走行する台車と、台車に固定されたテンションゲージと、台車のフロント部に糸を介して接続された重りと、糸を案内する滑車と、チャンネルと、チャンネル内で摺動する可動物体と、台車に固定されたテンションゲージのリア部にナイロンラインを介して接続された可動物体とを備え、テンションゲージは、ナイロンラインに印加される張力を測定する。 5 (a) to 5 (c) show sliding friction between a channel fixed on a table and a movable member that moves (slides) in the channel in the longitudinal direction of the channel used by the present inventor. 1 schematically shows a dynamic friction coefficient measuring device for measuring the dynamic friction coefficient of the. This dynamic friction coefficient measuring device includes a table, a carriage traveling on the table, a tension gauge fixed to the carriage, a weight connected to the front portion of the carriage via a thread, and a pulley for guiding the thread, It is equipped with a channel, a movable object that slides in the channel, and a movable object that is connected to the rear part of the tension gauge fixed to the trolley via a nylon line.The tension gauge controls the tension applied to the nylon line. taking measurement.
動摩擦係数測定装置の主な構成要素の仕様は、例えば、以下のとおりである。
(1)チャンネル
内周面を平滑面としたステンレススチール製の「コ」の字型チャンネルである。
幅50mm 高さ25mm 長さ1500mm 肉厚3mm
(2)可動物体
チャンネル内に収容可能であり、チャンネル長手方向に摺動可能な、外周面が平滑面であるステンレススチール製の「コ」の字型チャンネルである。
幅40mm 高さ30mm 長さ100mm 肉厚 1mm 質量92g
(3)台車
アルミニウム製の車輪を備えた、本体がプラスチック製の実験用簡易力学台車であり、その上に所望の質量の荷物(重り)を載せることができる。
全長135mm 全幅75mm 全高35mm 質量98g(荷物なし)
(4)テンションゲージ
測定範囲が0〜50g重又は0〜10g重であるばね式の棒型テンションゲージであり、台車に前後方向に伸びるように固定され、ナイロンラインに印加される張力を測定するようになっている。
The specifications of the main components of the dynamic friction coefficient measuring device are as follows, for example.
(1) Channel This is a "U" -shaped channel made of stainless steel whose inner peripheral surface is smooth.
Width 50mm Height 25mm Length 1500mm Thickness 3mm
(2) Movable Object This is a stainless steel “U” -shaped channel that can be housed in the channel and that can slide in the channel longitudinal direction and has a smooth outer peripheral surface.
Width 40mm Height 30mm Length 100mm Wall thickness 1mm Mass 92g
(3) Trolley This is a simple mechanical trolley for experiments, which has aluminum wheels and whose main body is made of plastic, on which a luggage (weight) having a desired mass can be placed.
Length 135mm Width 75mm Height 35mm Weight 98g (without luggage)
(4) Tension gauge A spring-type rod-type tension gauge having a measurement range of 0 to 50 g weight or 0 to 10 g weight, which is fixed to the carriage so as to extend in the front-rear direction and measures the tension applied to the nylon line. It is like this.
そして、図5(a)〜(c)に示す動摩擦係数測定装置を用いて、水系潤滑液及び潤滑油の摩擦低減特性を、およそ以下のような手順で評価した。
(1)チャンネルの長手方向の両端部を閉止した上で、チャンネル内に可動部材を配置する。
(2)チャンネル内に摩擦低減特性を評価すべき潤滑液を注入し、可動部材とチャンネルとを潤滑液を介して摺接させる。
(3)重りの質量と台車に積載する荷の質量とを調整した上で、重りを重力で落下させることにより、台車を所定の一定速度でチャンネル長手方向に移動させ、可動部材をチャンネル長手方向に摺動させる。
(4)可動部材の移動速度が一定となっているときにテンションゲージでナイロンラインにかかる張力、すなわち可動物体にかかっている前向きの力を測定する。
(5)可動物体にかかっている前向きの力を可動物体にかかっている重力(92g重)で除算することにより、潤滑液が介在するときの可動物体とチャンネルの間の動摩擦係数を算出する。
(6)潤滑液が介在するときの可動物体とチャンネルの間の動摩擦係数の大小に基づいてこの潤滑液の摩擦低減特性を評価する。なお、可動物体とチャンネルの間の動摩擦係数は、歯車装置の歯車間における滑り摩擦の動摩擦係数とほぼ同一である。
Then, using the dynamic friction coefficient measuring device shown in FIGS. 5A to 5C, the friction reducing characteristics of the water-based lubricating liquid and the lubricating oil were evaluated by the following procedure.
(1) The movable member is arranged in the channel after closing both longitudinal ends of the channel.
(2) A lubricating liquid whose friction reduction characteristic is to be evaluated is injected into the channel, and the movable member and the channel are brought into sliding contact with each other via the lubricating liquid.
(3) After adjusting the mass of the weight and the mass of the load loaded on the trolley, the weight is dropped by gravity to move the trolley in the channel longitudinal direction at a predetermined constant speed to move the movable member in the channel longitudinal direction. Slide it on.
(4) When the moving speed of the movable member is constant, the tension applied to the nylon line by the tension gauge, that is, the forward force applied to the movable object is measured.
(5) The forward friction force applied to the movable object is divided by the gravity (92 g weight) applied to the movable object to calculate the dynamic friction coefficient between the movable object and the channel when the lubricating liquid is present.
(6) The friction reduction characteristics of the lubricating liquid are evaluated based on the magnitude of the dynamic friction coefficient between the movable object and the channel when the lubricating liquid is present. The dynamic friction coefficient between the movable object and the channel is almost the same as the dynamic friction coefficient of sliding friction between the gears of the gear device.
台車の移動速度は、重りの質量と、台車に積載する荷物の質量とを調整することにより、一定にすることができる。可動物体は、一定速度で移動する台車により牽引され、初期には加速されるが、数秒後には台車と同一の一定速度でチャンネル内を摺動するようになる。この状態でテンションゲージにより、ナイロンラインにかかる張力、すなわち可動物体にかかっている前向きの力を測定する。なお、台車ないしは可動物体の移動速度は、可動物体に対する潤滑液の流動抵抗が、摩擦抵抗に対して実質的に無視できるレベルまで低減されるように非常に小さくした(例えば、1cm/秒以下)。 The moving speed of the carriage can be made constant by adjusting the mass of the weight and the mass of the luggage loaded on the carriage. The movable object is towed by a dolly that moves at a constant speed and is initially accelerated, but after a few seconds, the movable object slides in the channel at the same constant speed as the dolly. In this state, the tension gauge measures the tension applied to the nylon line, that is, the forward force applied to the movable object. The moving speed of the carriage or the movable object was made extremely small so that the flow resistance of the lubricating liquid with respect to the movable object was reduced to a level that was substantially negligible with respect to the friction resistance (for example, 1 cm / sec or less). .
下記表2に、本発明者が、図5(a)〜(c)に示す動摩擦係数測定装置を用いて、常温(25℃)の室内で測定ないしは算出したPANa水溶液が介在する場合の可動物体・チャンネル間の動摩擦係数を示す。なお、表2には、参考のため、本発明者が、PANa水溶液の場合と同様の手法で測定ないしは算出した、潤滑油が介在する場合の可動物体・チャンネル間の動摩擦係数、及び潤滑液が介在しない場合の動摩擦係数も示している。 In Table 2 below, the present inventor uses the dynamic friction coefficient measuring device shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c) to measure a moving object in a room at room temperature (25 ° C.) or a movable object in the case where a calculated PANa solution is present.・ Indicates the coefficient of dynamic friction between channels. In Table 2, for reference, the dynamic friction coefficient between the movable object and the channel when the lubricating oil intervenes and the lubricating liquid measured or calculated by the present inventor in the same manner as in the case of the PANa aqueous solution are shown. The coefficient of dynamic friction when there is no interposition is also shown.
図6は、表2に示すデータに基づいて作成した、水系潤滑液が介在する場合の可動物体・チャンネル間の動摩擦係数と、水系潤滑液における水に対するPANa添加量の関係を示すグラフである。図6から明らかなとおり、水に対するPANa添加量が0.5〜5.0wt%の範囲内では、動摩擦係数は0.02以下となっている。前記のとおり、歯車装置の歯車間に潤滑液が介在する場合の、歯車間の滑り摩擦における動摩擦係数は、実用上はおおむね0.02以下であればよい。したがって、水に対するPANa添加量が0.5〜5.0wt%の水系潤滑液は、歯車装置の潤滑液として適切な摩擦低減特性を有する。前記のとおり、水系潤滑液の動粘度を潤滑油と同等の動粘度とするには、水に対するPANa添加量を1〜5wt%の範囲内で調整すればよいが、このような水系潤滑液が適切な摩擦低減特性を有するのはもちろんである。 FIG. 6 is a graph prepared based on the data shown in Table 2 and showing the relationship between the coefficient of dynamic friction between a movable object and a channel when a water-based lubricating liquid is present and the amount of PANa added to water in the water-based lubricating liquid. As is clear from FIG. 6, the coefficient of dynamic friction is 0.02 or less when the amount of PANa added to water is in the range of 0.5 to 5.0 wt%. As described above, when the lubricating liquid is present between the gears of the gear device, the coefficient of dynamic friction in sliding friction between the gears may be practically 0.02 or less in practice. Therefore, the water-based lubricating liquid in which the amount of PANa added to water is 0.5 to 5.0 wt% has a friction reducing property suitable as a lubricating liquid for a gear device. As described above, in order to make the kinematic viscosity of the water-based lubricating liquid equal to that of the lubricating oil, the amount of PANa added to water may be adjusted within the range of 1 to 5 wt%. Of course, it has suitable friction reducing properties.
一般に、歯車装置を構成する機器ないしは部材(部品)は、鉄系材料(例えば、軟鉄、鋼鉄、ステンレススチール等)又はアルミニウム系材料(例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等)で形成される。そして、鉄系材料及びアルミニウム系材料は、酸性の液体と接触したときには、水素イオン(H+)により腐食される可能性がある。また、アルミニウム系材料は、水素指数がpH11を超えるアルカリ性の液体と接触したときには水酸化物イオン(OH−)により腐食される可能性がある。そこで、水系潤滑液の水素指数は、必要があれば水酸化ナトリウム又は酢酸を添加することにより、pH7〜11の範囲内に調整されている。
In general, devices or members (components) that form a gear device are formed of iron-based materials (eg, soft iron, steel, stainless steel, etc.) or aluminum-based materials (eg, aluminum, aluminum alloys, etc.). Then, the iron-based material and the aluminum-based material may be corroded by hydrogen ions (H + ) when they come into contact with an acidic liquid. Further, the aluminum-based material may be corroded by hydroxide ions (OH − ) when contacted with an alkaline liquid having a hydrogen index of more than
本発明者が、水素指数が異なる種々の水系潤滑液(PANa添加量:1wt%)に、純アルミニウムの試料を2週間浸漬してその腐食の有無を観察したところ、pH8〜10の水系潤滑液では試料の腐食は全く見られなかった。したがって、アルミニウム材料で作成された機器ないしは部材をより完全に保護するために、水系潤滑液の水素指数はpH8〜10の範囲とするのがとくに好ましい。なお、歯車装置にアルミニウム材料が使用されていない場合は、水系潤滑液の水素指数は、pH11を超えていてもよい。
The inventor of the present invention observed the presence or absence of corrosion by immersing a sample of pure aluminum in various water-based lubricating liquids having different hydrogen indexes (PANa addition amount: 1 wt%) for 2 weeks, and found that the water-based lubricating liquids of
水系潤滑液の大部分(おおむね、95〜99wt%)は水であるので、その凝固点ないしは融点はほぼ0℃であるが、本邦では冬季に気温ないしは歯車装置の温度が0℃より低くなる可能性がある。このため、歯車装置が、その温度が0℃より低くなる可能性があるところに設置される場合は、水系潤滑液に凍結防止剤として、プロピレングリコール又はエタノールが添加されることが好ましい。凍結防止剤としてのプロピレングリコール又はエタノールは、歯車装置ないしは水系潤滑液の使用下限温度に応じて調整される。 Since most of the water-based lubricating liquid (generally, 95 to 99 wt%) is water, its freezing point or melting point is almost 0 ° C, but in Japan, the temperature or gear unit temperature may fall below 0 ° C in winter. There is. Therefore, when the gear device is installed in a place where the temperature thereof may be lower than 0 ° C., it is preferable to add propylene glycol or ethanol as an antifreezing agent to the water-based lubricating liquid. Propylene glycol or ethanol as an antifreezing agent is adjusted according to the lower limit temperature of use of the gear device or the water-based lubricating liquid.
図7は、プロピレングリコール水溶液及びエタノール水溶液における凝固点(融点)と濃度の関係を示すグラフである。凍結防止剤としてのプロピレングリコール又はエタノールの添加量は、歯車装置ないしは水系潤滑液の使用下限温度と図7に示すプロピレングリコール水溶液又はエタノール水溶液の凝固点とに基づいて設定される。具体的には、水系潤滑液における水に対するプロピレングリコール又はエタノールの添加量は、0℃より低温側でありかつプロピレングリコール又はエタノールの凝固点より高温側の温度範囲内で予め設定された歯車装置の使用下限温度を凝固点とするプロピレングリコール水溶液又はエタノール水溶液における水に対するプロピレングリコール添加量又はエタノール添加量と同量か、あるいはこれよりやや多くするのが好ましい。なお、凍結防止剤としてプロピレングリコールを含む水系潤滑液は、0℃より低い低温状態、とくに凝固点付近では粘度が高くなる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the freezing point (melting point) and the concentration in a propylene glycol aqueous solution and an ethanol aqueous solution. The addition amount of propylene glycol or ethanol as an antifreezing agent is set based on the lower limit temperature of use of the gear device or the water-based lubricating liquid and the freezing point of the propylene glycol aqueous solution or ethanol aqueous solution shown in FIG. Specifically, the amount of propylene glycol or ethanol added to water in the water-based lubricating liquid is a temperature range lower than 0 ° C. and the use of a gear device preset within a temperature range higher than the freezing point of propylene glycol or ethanol. The amount of propylene glycol added or the amount of ethanol added to water in the propylene glycol aqueous solution or ethanol aqueous solution having the lower limit temperature as the freezing point is preferably the same as or slightly higher than this. The water-based lubricating liquid containing propylene glycol as an antifreezing agent has a high viscosity at a low temperature lower than 0 ° C, especially near the freezing point.
以下、本発明に係る水系潤滑液と、鉱物油を主成分とする潤滑油の特性、性能等を比較する。
(1)圧縮性
潤滑液は非圧縮性であることが必須であるが、水系潤滑液及び潤滑油はいずれも非圧縮性であり、両者間に優劣はない。
Hereinafter, the characteristics, performance, etc. of the water-based lubricating liquid according to the present invention and the lubricating oil containing mineral oil as a main component will be compared.
(1) Compressibility It is essential that the lubricating liquid is incompressible, but both the water-based lubricating liquid and the lubricating oil are incompressible, and there is no inferiority between them.
(2)動粘度
40℃における潤滑液の動粘度は、おおむね20〜165mPa・sの範囲内であるが、水系潤滑液では、水に対するPANaの添加量で動粘度を調整する。したがって、基本的には、水とPANaとを準備すれば、所望の動粘度の水系潤滑液を製造することができる。これに対して、潤滑油では、動粘度が異なる多種の鉱物油を混合することにより動粘度を調整するので、多種の鉱物油を準備しなければ、所望の動粘度の潤滑油を製造することができない。潤滑液は、動粘度の温度変化が小さい方が好ましい。図4から明らかなとおり、水系潤滑液の動粘度の温度変化は、潤滑油の動粘度の温度変化に比べて非常に小さい。したがって、動粘度に係る事項については、水系潤滑液は潤滑油よりも明らかに有利である。
(2) Kinematic Viscosity The kinematic viscosity of the lubricating liquid at 40 ° C. is generally within the range of 20 to 165 mPa · s, but in the water-based lubricating liquid, the kinematic viscosity is adjusted by the amount of PANa added to water. Therefore, basically, if water and PANa are prepared, an aqueous lubricant having a desired kinematic viscosity can be produced. On the other hand, in the case of lubricating oil, the kinematic viscosity is adjusted by mixing various types of mineral oils with different kinematic viscosities, so unless various types of mineral oil are prepared, it is necessary to produce a lubricating oil with a desired kinematic viscosity. I can't. The lubricating liquid preferably has a small change in kinematic viscosity with temperature. As is clear from FIG. 4, the temperature change of the kinematic viscosity of the water-based lubricating liquid is much smaller than the temperature change of the kinematic viscosity of the lubricating oil. Therefore, in terms of kinematic viscosity, water-based lubricating liquids are clearly more advantageous than lubricating oils.
(3)摩擦低減特性(動摩擦係数)
本発明者の実験によれば、水に対するPANa添加率が1〜5wt%である水系潤滑液が介在する歯車間における滑り摩擦の動摩擦係数は、0.01〜0.02(実用上は適切な値)と推定され、とくにPANa添加率が1〜2wt%である水系潤滑液では0.01であると推定される。これに対して、潤滑油が介在する歯車間における滑り摩擦の動摩擦係数は0.01であると推定される。したがって、水系潤滑液の摩擦低減特性は、おおむね潤滑油と同等であるといえる。
(3) Friction reduction characteristics (dynamic friction coefficient)
According to an experiment conducted by the inventor, the dynamic friction coefficient of sliding friction between gears in which a water-based lubricating liquid having a PANa addition rate of 1 to 5 wt% is present is 0.01 to 0.02 (practically appropriate. Value), especially 0.01 for a water-based lubricating liquid having a PANa addition rate of 1 to 2 wt%. On the other hand, the dynamic friction coefficient of sliding friction between gears in which lubricating oil is present is estimated to be 0.01. Therefore, it can be said that the friction reducing property of the water-based lubricating liquid is almost the same as that of the lubricating oil.
(4)酸化による劣化
潤滑液は、酸化反応(とくに高温時)による劣化が生じにくいことが必須である。水系潤滑液は、基本的には水とポリアクリル酸ナトリウムとからなるが、ポリアクリル酸ナトリウムはその燃焼温度(数百℃)未満では酸素と化合しないので、水系潤滑液に酸化による劣化は生じない。他方、鉱物油からなる潤滑油は、必然的に酸化により劣化し、劣化速度は温度が高いほど大きくなる。この点において、水系潤滑液は潤滑油よりも有利である。
(4) Deterioration due to oxidation It is essential that the lubricating liquid is unlikely to deteriorate due to an oxidation reaction (especially at high temperature). The water-based lubricant basically consists of water and sodium polyacrylate, but since sodium polyacrylate does not combine with oxygen below its combustion temperature (several hundreds of degrees Celsius), deterioration of the water-based lubricant due to oxidation occurs. Absent. On the other hand, a lubricating oil composed of mineral oil is inevitably deteriorated by oxidation, and the deterioration rate becomes higher as the temperature rises. In this respect, the water-based lubricating liquid is more advantageous than the lubricating oil.
(5)金属腐食性
歯車装置は、一般に鉄合金及びアルミニウム合金で作成されるが、前記のとおり、水系潤滑液の水素指数がpH7〜11(好ましくは、pH8〜10)の範囲内に調整されているので、歯車装置に水素イオン(H+)又は水酸化物イオン(OH−)による腐食はほとんど生じない。他方、作動油は、硫黄分が入っていない限り、金属腐食性は比較的低い。したがって、この点については、両者間に優劣はない。
(5) Metal Corrosion Gear devices are generally made of iron alloys and aluminum alloys, but as described above, the hydrogen index of the water-based lubricating liquid is adjusted within the range of
(6)水蒸気の混入の影響
歯車装置は、おおむね閉鎖系であり、外部から土塵や埃等の異物が侵入しない構造となっているが、完全な密閉系ではないので、大気中からの水蒸気の侵入は防ぐことができない。このため、歯車装置では、大気中から潤滑液に水蒸気が混入する。このため、潤滑油では劣化や白濁が生じる。これに対して、水系潤滑液は大部分(95〜99wt%)が水であるので、大気中からの水蒸気の侵入は、何ら不具合を生じさせない。この点において、水系潤滑液は潤滑油よりも有利である。
(6) Effect of mixing of water vapor The gear device is a closed system, and has a structure that does not allow foreign matter such as dirt and dust to enter from the outside, but since it is not a completely closed system, water vapor from the atmosphere Can't be prevented. Therefore, in the gear device, water vapor is mixed into the lubricating liquid from the atmosphere. For this reason, deterioration or white turbidity occurs in the lubricating oil. On the other hand, the majority of the water-based lubricating liquid (95 to 99 wt%) is water, so the intrusion of water vapor from the atmosphere does not cause any trouble. In this respect, the water-based lubricating liquid is more advantageous than the lubricating oil.
(7)火災の可能性
水系潤滑液は大部分が水であって不燃性であるので、歯車装置に火災が発生する可能性はない。他方、鉱物油からなる潤滑油は可燃性であるので、失火、延焼、事故等により歯車装置に火災が発生する可能性がある。この点において、水系潤滑液は潤滑油よりも有利である。
(7) Possibility of fire Since most of the water-based lubricating liquid is water and nonflammable, there is no possibility of fire occurring in the gear device. On the other hand, since the lubricating oil made of mineral oil is flammable, there is a possibility that a gear device may be fired due to misfire, spread of fire, accident, or the like. In this respect, the water-based lubricating liquid is more advantageous than the lubricating oil.
(8)毒性・環境汚染性
ポリアクリル酸ナトリウムないしはポリアクリル酸は、食品や化粧品の製造分野で増粘剤として用いられているものであり、生体に対する毒性は極めて低いものである。したがって、例えば河川等に流出しても、流域の住人又は水中の生態系に悪影響を及ぼすものではない。また、水系潤滑液は水溶液であり、河川等に漏出した場合、河川等の水と即時に混和し、水底に沈殿したり、水面に浮遊したりすることはない。したがって、水系潤滑液は、河川、湖沼等に漏出した場合でも、自然界の自浄作用により分解され、環境汚染性は非常に低い。これに対して、主として鉱物油からなり、種々の添加剤を含む潤滑油は、生体に対して毒性があり、また河川、湖沼等に漏出した場合、水面に浮遊して水環境を非常に悪化させる。この点において、水系潤滑液は潤滑油よりも有利である。
(8) Toxicity / Environmental Pollution Sodium polyacrylate or polyacrylic acid is used as a thickener in the field of manufacturing foods and cosmetics and has extremely low toxicity to living bodies. Therefore, even if it flows into a river or the like, it does not adversely affect the inhabitants of the basin or the aquatic ecosystem. Further, the water-based lubricating liquid is an aqueous solution, and when it leaks to a river or the like, it is immediately mixed with the water of the river or the like and does not settle on the bottom of the water or float on the water surface. Therefore, even if the water-based lubricating liquid leaks into rivers, lakes and marshes, it is decomposed by the self-cleaning action of the natural world, and its environmental pollution is very low. On the other hand, lubricating oils, which consist mainly of mineral oils and contain various additives, are toxic to living organisms, and when leaked to rivers, lakes, etc., they float on the water surface and significantly deteriorate the water environment. Let In this respect, the water-based lubricating liquid is more advantageous than the lubricating oil.
(9)気泡の挙動
一般に、潤滑液は、潤滑液貯槽内で常時空気と接触しているので、ほぼ飽和溶解度まで空気が溶解している。空気飽和溶解度は、おおむね潤滑液の圧力に比例して変化する。このため、潤滑液の循環回路内で潤滑液が減圧状態(大気圧未満)になるところ(例えば、ポンプ吸込口)では、潤滑液中に溶解していた空気の一部が溶解できなくなり微小な気泡が発生する。これらの気泡は、潤滑液の圧力が再び上昇したときに潤滑液に溶解することになるが、気泡が潤滑液に完全に溶解するには、ある程度の時間を必要とする。このため、残留している気泡によって、ポンプのキャビテーションや部品のエロージョンが発生することがある。大気圧下では、鉱物油からなる潤滑油の常温での空気飽和溶解度は体積基準で9%程度であるが、水系潤滑液の場合は体積基準で2%程度である。このように、水系潤滑液の空気飽和溶解度が潤滑油に比べて小さいので、気泡の発生量が少なくなり、ポンプのキャビテーションや部品のエロージョンの発生が低減される。この点において、水系潤滑液は潤滑油よりも有利である。
(9) Behavior of bubbles In general, the lubricating liquid is constantly in contact with the air in the lubricating liquid storage tank, so that the air is dissolved to almost the saturation solubility. Air-saturated solubility changes roughly in proportion to the pressure of the lubricating liquid. For this reason, at a place where the lubricating liquid is in a depressurized state (less than atmospheric pressure) in the lubricating liquid circulation circuit (for example, a pump suction port), some of the air dissolved in the lubricating liquid cannot be dissolved and becomes a very small amount. Bubbles are generated. These bubbles will dissolve in the lubricating liquid when the pressure of the lubricating liquid rises again, but it takes some time for the bubbles to completely dissolve in the lubricating liquid. Therefore, the remaining air bubbles may cause cavitation of the pump or erosion of parts. Under atmospheric pressure, the saturated air solubility of a lubricating oil composed of mineral oil at room temperature is about 9% by volume, but in the case of an aqueous lubricant, it is about 2% by volume. As described above, since the air-saturated solubility of the water-based lubricating liquid is smaller than that of the lubricating oil, the amount of bubbles generated is reduced, and the cavitation of the pump and the erosion of parts are reduced. In this respect, the water-based lubricating liquid is more advantageous than the lubricating oil.
(10)生物的劣化(腐敗)
水系潤滑液の主原料であるポリアクリル酸ナトリウムないしはポリアクリル酸は炭素、水素あるいは酸素を含む有機化合物であり、基本的には微生物の栄養源となりうるものである。したがって、微生物の増殖に必要な窒素化合物、リン化合物等が十分に供給された場合は、水系潤滑液は微生物によって生物分解される(腐敗する)可能性はある。しかし、ほぼ閉鎖系である歯車装置には、微生物の増殖に必須である窒素化合物、リン化合物等が侵入する可能性はないので、水系潤滑液中で通常の微生物が増殖する可能性はなく、水系潤滑液の生物的劣化(腐敗)は生じない。なお、水系潤滑液が河川、湖沼等に排出された場合、外界には窒素化合物、リン化合物等が大量に存在するので、水系潤滑液は生物分解される。他方、潤滑油は、生物分解される(腐敗する)ことはない。
(10) Biological deterioration (rotting)
Sodium polyacrylate or polyacrylic acid, which is the main raw material of the water-based lubricating liquid, is an organic compound containing carbon, hydrogen or oxygen, and basically can be a nutrient source for microorganisms. Therefore, when nitrogen compounds, phosphorus compounds, etc. necessary for the growth of microorganisms are sufficiently supplied, the aqueous lubricant may be biodegraded (rotted) by the microorganisms. However, since there is no possibility that nitrogen compounds, phosphorus compounds, etc., which are essential for the growth of microorganisms, will invade the gear device, which is an almost closed system, there is no possibility that ordinary microorganisms will grow in the water-based lubricating liquid, No biological deterioration (rotation) of the water-based lubricating liquid occurs. When the water-based lubricating liquid is discharged into rivers, lakes and marshes, a large amount of nitrogen compounds, phosphorus compounds, etc. are present in the outside world, so that the water-based lubricating liquid is biodegraded. On the other hand, lubricating oils do not biodegrade (rot).
前記のとおり、水以外の水系潤滑液の原料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸、プロピレングリコール、エタノール、水酸化ナトリウム、酢酸等であるが、これらの原料は、人体ないしは生体に対する毒性ないしは有害性はほとんどなく、食品ないしはその添加剤として使用されているものである。以下、これらの原料にかかる法的規制を説明する。 As mentioned above, the raw materials of the water-based lubricating liquid other than water are sodium polyacrylate, polyacrylic acid, propylene glycol, ethanol, sodium hydroxide, acetic acid, etc., but these raw materials are toxic or harmful to the human body or the living body. It has almost no sex and is used as a food or its additive. The legal restrictions on these raw materials are explained below.
(1)ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸
ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸は合成系の薬剤であるが、生体に対する毒性ないしは有害性は極めて低く、品質が食品添加レベルのポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸は、食品分野で増粘剤として使用されている。ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリル酸の使用が、生体の保護の観点から法的に規制されることはない。
(1) Sodium polyacrylate or polyacrylic acid Sodium polyacrylate or polyacrylic acid is a synthetic drug, but the toxicity or harm to the living body is extremely low, and the quality is sodium polyacrylate or polyacrylic acid of food additive level. Acrylic acid is used as a thickener in the food field. The use of sodium polyacrylate or polyacrylic acid is not legally regulated in terms of biological protection.
(2)エタノール
エタノールは、アルコール飲料(酒類)の主成分であり、また医薬品として用いられているものであり、生体に対する毒性ないしは有害性は極めて低いものである。
(2) Ethanol Ethanol is a main component of alcoholic beverages (alcoholic beverages) and is used as a medicine, and has extremely low toxicity or harmfulness to the living body.
(3)プロピレングリコール
プロピレングリコールは、医薬品や、化粧品や、麺や米飯などの食品に品質改善剤として用いられているものであり、生体に対する毒性ないしは有害性は極めて低いものである。なお、プロピレングリコールは、可燃性であることから消防法では危険物第4類に分類されているが、水系潤滑液のプロピレングリコール濃度は可燃限界濃度よりはるかに低い。したがって、水系潤滑液が、プロピレングリコールを含むことに起因して消防法による規制を受けることはない。
(3) Propylene glycol Propylene glycol is used as a quality improving agent in medicines, cosmetics, and foods such as noodles and cooked rice, and has extremely low toxicity or harmfulness to living bodies. Propylene glycol is classified as a dangerous substance class 4 by the Fire Service Law because it is flammable, but the propylene glycol concentration of the water-based lubricating liquid is much lower than the flammability limit concentration. Therefore, the water-based lubricating liquid is not regulated by the Fire Service Act due to containing propylene glycol.
(4)水酸化ナトリウム
水酸化ナトリウムは、水中ではナトリウムイオン(Na+)と水酸化物イオン(OH−)とに電離しており、水中の水酸化物イオン濃度が高いとアルカリ性は強くなるものの、両イオンとも元々生体内に存在するイオンであり、物質としては生体にとって有毒ないしは有害なものではない。よって、pHに基づく規制を受ける点はさておき、水酸化ナトリウムの使用自体が、生体の保護の観点から法的に規制されることはない。
(4) Sodium hydroxide Sodium hydroxide is ionized into sodium ions (Na + ) and hydroxide ions (OH − ) in water, and alkalinity becomes stronger when the hydroxide ion concentration in water is high. Both ions are originally present in the living body and are not toxic or harmful to the living body as a substance. Therefore, apart from the point of being regulated based on pH, the use of sodium hydroxide itself is not legally regulated from the viewpoint of protecting the living body.
(5)酢酸
酢酸は、食品として用いられる酢の主成分であり、生体に対する毒性ないしは有害性は極めて低いものである。
(5) Acetic acid Acetic acid is a main component of vinegar used as a food and has extremely low toxicity or harmfulness to the living body.
このように有害物質を含まない水系潤滑液は、耐用年数の経過後には水域に排出され又は廃棄されるものであるが、公共用水域(河川、湖沼、海)に排出される場合は水質汚濁防止法ないしはその上乗せ条例によって規制される可能性があり、公共下水道に排出される場合は下水道法ないしはその上乗せ条例によって規制される可能性がある。水質汚濁防止法又は下水道法ないしはその上乗せ条例は、事業場等から排出される排出水又は汚水が、健康項目に係る所定の有害物質(28種類)を含む場合は、排出量の大小にかかわらず、排出水又は汚水の有害物質の濃度が排出基準以下となるように規制している。 Such water-based lubricants that do not contain harmful substances are discharged into water bodies or discarded after the end of their useful life, but if they are discharged into public water bodies (rivers, lakes, seas), water pollution will occur. It may be regulated by the Prevention Law or its supplementary regulations, and when discharged into public sewers, it may be regulated by the Sewerage Law or its supplementary regulations. The Water Pollution Control Act or the Sewerage Act or its addition ordinance states that if the discharged water or sewage discharged from business sites contains prescribed harmful substances (28 types) related to health items, regardless of the amount of discharge , The concentration of harmful substances in discharged water or sewage is regulated to be below the emission standard.
一方、生体に対して直接的な毒性又は有害性のない、生活環境項目に係る排出水又は汚水の水質については、水質汚濁防止法又は下水道法では、排出水又は汚水の1日の平均排出量が50m3未満の事業所等については、その排出を何ら規制していない。なお、上乗せ条例により、排出水又は汚水の1日の平均排出量が10m3以上の場合は、その排出を規制している都道府県もある。 On the other hand, regarding the quality of discharged water or sewage related to living environment items that is not directly toxic or harmful to living organisms, the average daily discharge of discharged water or sewage is defined by the Water Pollution Control Act or the Sewer Act. For business establishments with a volume of less than 50 m 3 , the emission is not regulated at all. In addition, if the average daily discharge of discharged water or sewage is 10 m 3 or more, some prefectures regulate the discharge according to the regulations.
水系潤滑液は、水質汚濁防止法又は下水道法に規定された健康項目に係る有害物質は何も含んでいない。また、水系潤滑液を用いる歯車装置では、水系潤滑液は循環使用され、耐用年数の経過後に、おおむね1〜5m3程度の水系潤滑液が公共用水域又は公共下水道に排出されるだけである。したがって、最も厳しい上乗せ基準が適用される都道府県においても、水系潤滑液を用いる歯車装置から、1日平均で10m3以上の排出水又は汚水が公共用水域又は公共下水道に排出される可能性は皆無である。よって、水系潤滑液を用いる歯車装置において、水系潤滑液を公共用水域又は公共下水道に排出する際に、水質汚濁防止法もしくは下水道法又はその上乗せ条例による規制を受けることはない。 The water-based lubricant does not contain any harmful substances related to health items stipulated by the Water Pollution Control Act or the Sewer Act. Further, in the gear device using the water-based lubricating liquid, the water-based lubricating liquid is circulated and used, and after the service life has passed, about 1 to 5 m 3 of the water-based lubricating liquid is simply discharged to the public water area or the public sewer. Therefore, even in prefectures to which the strictest addition standard is applied, it is possible that an average of 10 m 3 or more of discharged water or sewage per day will be discharged to public water bodies or public sewers from gear devices that use water-based lubricants. There is none. Therefore, in the gear device using the water-based lubricating liquid, when the water-based lubricating liquid is discharged into the public water area or the public sewer, there is no regulation under the Water Pollution Control Act or the Sewerage Act or its regulations.
S ゲート開閉装置、 1 水門、 2 扉体、 3 ワイヤロープ、
4 ワイヤドラム、 5 回転シャフト、 6 ドラム支持部、 7 連結具、
8 歯車式減速装置、 9 出力シャフト、 10 ハウジング、
11 入力シャフト、 12 第1中間シャフト、 13 第2中間シャフト、
14 第3中間シャフト、 15 第1歯車、 16 第2歯車、
17 第3歯車、 18 第4歯車、 19 第5歯車、 20 第6歯車、
21 第7歯車、 22 第8歯車、 25 電動機、 26 導線、
27 制御盤、 30 潤滑液供給装置、 31 潤滑液供給器、 32 ノズル、
33 潤滑液貯槽、 34 潤滑液還流通路、 35 潤滑液排出ポート、
36 潤滑液受入ポート、 37 ポンプ、 38 潤滑液供給通路。
S gate opening / closing device, 1 gate, 2 doors, 3 wire rope,
4 wire drums, 5 rotating shafts, 6 drum support parts, 7 connecting tools,
8 gear type speed reducer, 9 output shaft, 10 housing,
11 input shaft, 12 1st intermediate shaft, 13 2nd intermediate shaft,
14 3rd intermediate shaft, 15 1st gear, 16 2nd gear,
17 3rd gear, 18 4th gear, 19 5th gear, 20 6th gear,
21 7th gear, 22 8th gear, 25 electric motor, 26 conducting wire,
27 control panel, 30 lubricating liquid supply device, 31 lubricating liquid supply device, 32 nozzles,
33 lubricating liquid storage tank, 34 lubricating liquid return passage, 35 lubricating liquid discharge port,
36 lubricant receiving port, 37 pump, 38 lubricant supplying passage.
Claims (7)
前記ハウジング内にそれぞれ配置され、互いに又は順次に噛み合う複数の歯車を有する歯車式動力伝達機構と、
前記歯車式動力機構の所定の歯車に接続され、前記ハウジングの外部に突出する第1のシャフトと、
前記所定の歯車以外の歯車に接続され、前記ハウジングの外部に突出する第2のシャフトと、
前記歯車式動力伝達機構に水系潤滑液を供給する潤滑液供給手段とを備えている歯車装置であって、
前記水系潤滑液は、水とポリアクリル酸ナトリウムとを含み、前記水系潤滑液における水に対するポリアクリル酸ナトリウムの量が1〜5質量パーセントの範囲内であり、
前記水系潤滑液の水素指数がpH7〜pH11の範囲内であることを特徴とする歯車装置。 Housing,
A gear type power transmission mechanism having a plurality of gears respectively arranged in the housing and meshing with each other or sequentially;
A first shaft connected to a predetermined gear of the gear type power mechanism and protruding to the outside of the housing;
A second shaft connected to a gear other than the predetermined gear and protruding to the outside of the housing;
A gear device comprising a lubricating liquid supply means for supplying an aqueous lubricating liquid to the gear type power transmission mechanism,
The water-based lubricating liquid contains water and sodium polyacrylate, and the amount of sodium polyacrylate with respect to water in the water-based lubricating liquid is in the range of 1 to 5 mass%,
A gear device, wherein the hydrogen index of the water-based lubricating liquid is within a range of pH 7 to pH 11.
前記第1のシャフトは、前記並列型歯車機構に動力を入力する入力シャフトであり、
前記第2のシャフトは、前記並列型歯車機構から動力を出力する出力シャフトであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1つに記載の歯車装置。 The gear type power transmission mechanism is a parallel type gear mechanism in which each shaft supporting the plurality of gears is arranged in parallel,
The first shaft is an input shaft for inputting power to the parallel gear mechanism,
The gear device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second shaft is an output shaft that outputs power from the parallel gear mechanism.
前記第1のシャフトは、前記遊星歯車機構に動力を入力する入力シャフトであり、
前記第2のシャフトは、前記遊星歯車機構から動力を出力する出力シャフトであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1つに記載の歯車装置。 The gear type power transmission mechanism is a planetary gear mechanism,
The first shaft is an input shaft for inputting power to the planetary gear mechanism,
The gear device according to claim 1, wherein the second shaft is an output shaft that outputs power from the planetary gear mechanism.
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