ポリイソブチレンが工作機械すべり面の 潤滑性能に与える影響
（昭和52年5月26日 原稿受付）
中 島 克 洋 上 野 拓＊
守 田 博 恒＊
Influence of Polyisobutylene on Lubricity of Slideway
by Katsuhiro NAKASHIMA Taku UENO
Hirotsune MORITA
Polyisobutylene is well known as a viscosity index improver． And as it has property of spinna−
bility， it is considered that the oil added polyisobutylene will be adhere on slideway firmly． Adhesion on slideway is one of required character of the slideway lubricants as well as the character to prevent stick slip．
The oil added polyisobutylene also shows the behavior of non−Newtonian nuid． When the sliding velocity of slideway increased， there occures the formation of oil film， and it causes the machining error of workpiece． Because of non−Newtonian fluid， the oil added polyisobutylene can be expected to decrease the oil film thickness．
Two group of the oil added polyisobutylene are prepared to examine the ability of adhesion on slideway， the effect to prevent stick slip and the oil film thickness． One group are prepared as same viscosity as base oil composed of liquid paraffin and bright stock， to avoid the influence of viscosity．
But this group oil have different composition of base oil． Another group are prepared using same base oil， and these oil have different viscosity．
The results of experiments show that the polyisobutylene is not effective to adhere on slideway and to prevent stick slip． But there recoginized the reduction of oil film thickness slightly．
プ防止に有効な潤滑油作製を目的として，種々のすべり 1．緒 言 一
面用潤滑油添加剤の研究が行なわれている1｝。
工作機械のテーブルは滑らかに精度よく運動すること 本来は粘度指数向上剤として使用されている高分子化 が要求される。これを実現するためにはすべり面の材質， 合物ポリイソブチレンは曳糸性を有しており，ポリイソ 仕上げ方法、あらさなどを考慮せねばならないが，その ブチレン添加油の油滴を上から落としても油は糸状とな ほかに潤滑油も重要な役割をもっている。すべり面用潤 りなかなか切れない。またすべり面に塗布してもポリイ 滑油に要求される性質は，よく知られている旧 Cinci一 ソブチレンを添加しない鉱油だけの基油に比べてべった nnati Milling Machine Co．の規格によれば，スティック りと付着する。このような性質のためポリイソブチレン
スリップをおこさない良好な潤滑性とすべり面に対する 添加油はすべり面に対して粘着性を向上させる効果があ 粘着性である。またISOでも工作機械すべり面用潤滑油 るのではないかと考えられている。
に上記の性質を有することを要求してそれを規格化する
動きがある。そこで現在までにも主にステイックスリッ ＊ 九州大学工学部
スティックスリップ現象，粘着性のほかに，すべり面 行なった。サドルにつけられた四個のころがり軸受が でおこる問題の一つにしゅう動速度が大きくなり流体潤 ベッドの側面と接し，サドルを案内するようになってい 滑状態になった場合の油膜によるテーブルの浮き上りが る。
ある。ところがポリイソブチレンは粘弾性の性質を有し 表1に実験装置・実験条件概要を示す。本実験では ている2）ので，しゅう動速度が大きくなると粘度が低下 ベッド，サドルすべり面とも十分なじんだものを使用し
して浮き上り量を減らす効果が期待できる。 た。駆動速度は切込み、位置決め時の遅い速度から早送 しかしポリイソブチレンが実際に粘着性，浮き上り低 り時の速度までを大体含んでいる。すべり面の面圧は通 下に効果があるかどうかについては調べられていない。 常0．3kg／cm2ぐらいが多く，大きくても1．Okg／cm2ぐ 本研究は粘着性，浮き上り量低下に効果があると思われ らいまでであるが，ここでは最高2．Okg／cm2とかなり過 ているポリイソブチレンを添加した潤滑油を作り，粘着 酷な条件でも行なった。
性・浮き上りだけでなくスティックスリップをも含めて・ 表一1実験装置・実験条件概要 すべり面用潤滑油添加剤としてのポリイソブチレンの影 しゅう動面
響を総合的に調べようとするものである。
2．実験装置および使用潤滑油 駆動速度 2．1． 実験装置および実験条件
図1に使用した実験装置を示す。できるだけ実物に近 ．どトルしゅう動魎 いしゅう動状態をえるため比較的大きな装置を用いた。 駆動系剛性
しゅう動面 平 型 二 面 仕上げ方法 きさげ仕一L同士または研削仕上同士
駆動速度
面 圧 0．ト2．Okg／cm2
サドルしゅう動距離 600mm
駆動系剛性 180kg／mm
ループタイナモメータ
o o o o
ベット
サドル O 駆動箱
ベッド
o oo繧闡
ｪ定ヘッド 駆動ねじ
o
1000
o
モーター 変速
葡u
軸
摩擦力はループダイナモメータにより測定した。浮き 上り量はサドル両端につけた試作微小変位測定器により 測定した。この変位測定器はインダクタンスの変化を利 用する非接触式のもので，1μm程度の浮き上り量でも 測定できる。
潤滑油はベッドすべり面上にサドルが通過する前十分 に給油した。潤滑油を変える際はすべり面をよく拭きあ げた後アセトンで洗った。
2．2．使用潤滑油
使用した潤滑油の組成および粘度を表2に示す。No．
1〜No．4は流動パラフィン（Dまたはブライトストッ ク（《12）からなる基油である。No．1からNo．4になるにつ
イトストックの混合割合を変えて望む粘度の基油を作製 した。
No。5〜No．8，No．26〜No．29の8種類がポリイソブ チレン添加油である。そのうちNo．5からNo．8はポリ
図ゴ実験装置 イソブチレン添加量を増すとともに，基油の繊を灘
それは実際のすべり面はかなりの広さがあるので潤滑油 し，30℃において基油のNo．2とほぼ同一粘度になる が面間に十分ゆきわたりにくいなどのきびしい条件下に
あり，小型試験片を用いた場合の潤滑状態とは違ってい 注1・比較的低粘度の潤滑油留クトを高度に精製したもの℃ほとんど 純粋な飽和炭化水素からなる．
ると考えられるからである・サドル駆動はめねじを回転 注2．潤滑油の最も重質の留分．通常真空蒸留で軽質油を除いた残さ させ，長いおねじをその軸方向に移動させることにより 油を脱れき，溶剤精製，脱ろうして製造する．
ようにした油である。しかしNo．5からNo．8を使用し 面間に油をゆきわたらせる。その後無給油，一定面圧，
た実験結果にはポリイソブチレン添加の影響だけではな 一定駆動速度の条件で多数回往復しゅう動させ，往復回 く，基油の組成の影響があらわれる恐れがある。そこで 数増加にともなう摩擦係数変化やスティックスリップ発 No．2を基油としてポリイソブチレン添加量を変えた 生の有様を観察した。
No．26〜No．29を作製した。しかしこのときは表2から
もわかるように添加量が増すにつれ粘度はかなり増加す 9
る。
已 表一2使用潤滑油性状 叉 6 璽5 叫 4 む 989C 吐
粘 度cst No 基 油 添加剤9／基油100mf
30℃ 98．9℃
1 H150LP※32％
g250LP 68％ 16．84 2，998
2 H350LP 100％ 121．1 7，940
3 H350LP 29％
b150B（H）71％ 518．1 21．49
4 ※※
b150B（H）100％ 888．5 32．40
5 H250LP 6％
g350LP 94％ ポリイソブチレン1．0 122．2 8，555
6 H250LP l3％
g350LP 87％ 〃 2，5 123．0 9，311
7 H250LP 28％
g350LP 72％ 〃 5．0 119．0 10．42
8 H250LP 53％
g350LP 47％ 〃 10．0 120．7 13．32
26 H350LP 100％ 〃 1．0 136．7 9，042
27
〃 〃 2．5 163．9 10．84
28
〃 〃 5．0 236．6 14．56
29
〃 〃 10．0 390．0 24．18
2．998 2
7940 0 α04
21・49
@ 銅03
迷qo2 3240 ｛昼 α01 8．555 0
一部でスティソクスリソプ発生 N。2、〆
10 20 30 50 70
無給油往復しゅう動回数（回）
9311@ 図一2 基油の粘着性
3．1．1．基油の場合
1332 図2にNo．1〜No．4を使用して多数回往復しゅう動 試験を行なったときの，無給油往復しゅう動回数にとも 9042 なうサドル浮き上り量の最大値（サドル前端側に生ずる）
と摩擦係数変化の様子を示す。給油時（無給油往復しゅ う動回数0回目）の浮き上り量は当然のことであるか粘 1456 度が高いほど大きい。しかし浮き上り量は無給油往復 しゅう動回数が増すにつれ急激に小さくなる。20回目以 2418 降はどの潤滑油も1μm以下の浮き上り量となり，油膜
※流動パラフィン ※※ブライトストツク はほとんどないといってよい。しかしNo．2は20回目 でしゅう動方向が変る付近でスティックスリップが発生 3・実験結果 しはじめた。No．3は50回目位で摩擦が大きくなってき
3．1．粘着性に対する影響 たが・スティックスリップ発生にまでは至らなかった・
すべり面用潤滑油には粘着性が要求されているが，その No・4は70回まで往復しゅう動したが・油膜厚さがほと 定義は明らかでない。そこですべり面の作動状態を考え んど0になった20回目から摩擦係数はほとんど変化し て，粘着性とはすべり面から潤滑油が流れてゆきにくい ないし，勿論スティックスリップも発生しなかった。高
とか，多数回往復しゅう動してもなおすべり面には有効 粘度の油ほどたとえみかけの油膜厚さはほとんど0で な油が残っている性質であると考え次の実験を行なっ あってもすべり面に残された油は粘着し，なかなか破損 た。 されないものと思われる。No・1のような低粘度油では まずアセトンで洗ったすべり面に十分給油し，すべり この実験条件では給油が十分であっても油膜はできない
か，またできてもすぐ破損してスティックスリップを発 往復しゆう動回数はポリイソブチレン添加量に比例して 生したのではないかと思われる。 いる。しかしこの結果には3．1．1．で述べた粘度の影響も 3．L2． No．2と同一粘度のポリイソブチレン添加 含まれているはずである。
油の場合
図3にNo．2， No．5〜No．8に対する実験結果を示
Ojo す。この実験条件では浮き上り量，浮き上りの変化とも
にポリイソブチレン添加量の影響をほとんど受けていな
い。しかしNo・7・No・8のようにポリイソブチレン添 迷 0．05 加量が多いと摩擦係数の値そのものや，摩擦係数の変化 螺 が大きい。また添加量が多いほど早い無給油往復しゅう 魁 動回数でスティックスリップが発生している。この結果
駆動速度400mm min 面圧1．Ok9たm2
＿一一＿スティックスリップ発生 x全しゅう動範囲で スティックスリップ からはポリイソブチレンは粘着性を高める効果がないよ 0 20 40 60
うに見える。しかしこの結果には基油の組成の違いの影 無給油往復しゅう動回数 響があらわれていることも考えられる。そこで次に同一 図一4 ポリイソブチレン添加油（同一基油）
基油を使用したNo．26〜No．29で実験した。 の粘着性
§3
璽
批1
瀬0ρ3 墓・・2
齪qo1
前端最大浮き上り量
駆動速度 400mm，min
面圧1．Okgたm2 010
きさげ仕上げ面
瓢 N N。ξNごL ヨ
ぬりつぶしたものは一部でスティックスリップ発生・ 0．05 No8 No2
No7 No5 No6
0 20 40 0 °無』夏」○う動回；5（回）2° 無給油往復し・う動回数（回）
図＿3 ポリイソブチレン添加油（同＿粘度） 図一5 ∠μと無給油往復しゅう動回数 の粘着性
3．1．3．同＿基油にポリイソブチレンを 細＿300 ト回
添加し場合 議 N・3，
図4にNo．2とNo，26〜No．29を使用したときの実 ×回 繍果を示す．この実験ではしゅう動中のある鯛でス ご璽200
ヤさ ティックスリップが発生してもなお実験を続け，ス ｝ト＿）
×運 ティックスリップ発生が全しゅう動範囲におよぶまで往 P坦 園迎 復しゅう動した・ステイ・クスリ・プ1ま摩擦係数が大き 籠100
くなったところで発生するようになる。スティックス 〔雨 ∠ NO29
リ。プについて図4を書き改ためると図5になる．この 諸 N°2 N・28
畑線
《：＝＝；㍍㌘灘系罐 ％ 1・・粘 st1・・
ティックスリップが発生するようになったことを示す・ 図＿6 基油との比較 全しゅう動範囲でスティックスリップを発生するに至る
そこでNo．1からNo．3をもう一一度実験し，その結果 加油のNo・5からNo・8を用いて実験した結果をス をあわせて粘度で整理したのが図6である。これからポ ティックスリップ発生範囲について整理した結果を図7 リイソブチレン添加油の粘着性は同一粘度の基油に比べ に示す。No・5からNo・8はNo・2と30℃においてほ て劣っていることがわかる。3．1．2．の結果と併せ考える ぼ粘度をそろえてあるが，No・2以外の基油には相当粘 とポリイソブチレンそのものに粘着性を高める効果はな 度の違いがあるので，横軸には粘度の影響がはいらない いと考えられる。 ように無次元数である軸受特性数砺戸 をとっ
3．2．スティックスリップ防止効果 た。（η＝潤滑油粘度kg・S／cm2，σ＝駆動速度cm／
3．2．1．No．2と同一粘度のポリイソブチレン添加 S， L＝しゅう動面幅cm， P＝負荷kg）図中でスティッ 油の場合 クスリップを発生したものはスティックスリップ中の平 基油だけのNo．1からNo．4とポリイソブチレン添 均摩擦係数をとり，ぬりつぶして示した。
02 ち ▲ α2 、 亀
％t° 。NO1
▲ ● △NO 2
迷α1
スティックスリップ㌔
発生
口NO3 迷
▽N・4@ 慧α1
路 △ 馬㊤8△、嘉▽令、か
▲ ▼▼
▼ ●■1 ■
．°； ▲ °N°5
△NO6
■ ●
籔〃クスリソプ
s』闘ヂ合
゜1
q34．16・5°12飾34・1♂56
図一7 ポリイソブチレン添加油（同一粘度）のスティックスリップ防止効果
スティックスリップが発生しなくなる ㎡万σττ戸 の q3 値は基油のNo．1からNo．4では約2．0×10−4，添加油
のNo．5からNo．8は約2．5×10−4である。すなわちポ
リイソブチレン添加油の方がスティックスリップ発生範 蘂02 囲が広い。 迷 次にポリイソブチレン添加量とステイ・ソクスり・ソプの 迷
関係を見てみる・図8は駆動速度と摩擦係数の関係であ ゜1N品撫， N°8
るが，スティックスリップを発生したときはスティック スリップ中の最大摩擦係数と最小摩擦係数の両方で示し
た。この例のように面圧が大きくなるとポリイソブチレ 0 駆勤握度mm，mi， 2000 ン添加量が多い油ほど，駆動速度を上げてゆく際ス
ティックスリップが発生しなくなる直前の駆動速度まで 図一8 ポリイソブチレン添加油（同一粘度）の摩擦特性 激しいスティックスリップとなった。
境界摩擦の低下や焼付防止のためよく用いられ，また られているステアリン酸を用いた場合の結果を示すと図 すべり面のスティックスリップ防止効果があることが知 9のようになる。ステアリン酸は極くわずかでもス
ティックスリップ防止効果がみられ，これに比べればボ スティックスリップを発生した場合そのスティックス リイソブチレンにはスティックスリップ防止効果がない リップが激しいものであるかどうかも問題である。ス のは明らかである。なおステアリン酸を0．19／100酩ぐ ティックスリップ中の摩擦の変化量すなわち最大摩擦係 らい添加した油の粘度は添加前の基油の粘度とほとんど 数と最小摩擦係数の差4が大きいほど激しいスティッ 変らない。またNo・6にステアリン酸を0．19／100 m已添 クスリップとなる。そこで図10実験時の∠μを示した 加しても，実験した駆動速度範囲ではまったくスティッ のが図11である。基油のNo．2，No．3の結果をみても クスリップは発生しなかった。 わかるように4は粘度が高くなるほど小さい。しかし 添加油のNo．26， No．27の∠μはNo．2，No．3の結果 から予想される同一粘度の基油に比べれば小さいのでは
0．2
齢oj
● ● ないかと思われる。ポリイソブチレン添加量がある程度 一 までは（本実験では2．5g／100酩）〃。は小さくできなく 面 圧2．Okg cm2 ても，∠μの小さいステイ・ソクスリップにする効果はあり 02 、
そっである。
NO2＋ス号了リン破qolq／塞ち由100ml
NO2＋ス号アハン殻Ojgゾ1基ラ由100ml 150
．｛≡
● きさげ仕上げ面 E へ
● ε ． ε100
●． ． ・ ざ
0 500 1000 50
駆動速度mrn／min
図一9 ステアリン酸のスティックスリップ防止効果
N°烽ﾏ゜26
oNO27
面圧2ρk9允m魯 研削仕上げ面
NO280
N。2PN・3
0 900 500 1000
3．2．2．同＿基油にポリイソブチレンを 粘 度cst 添加した場合 図一10 耽と粘度の関係
スティックスリップ現象は図8からもわかるように駆
動速度を増してゆくと駆動速度がある大きさの値になる 3．3．浮き上り低減効果
までの範囲で発生する。このスティックスリップ現象が ポリイソブチレンのような高分子化合物を添加した油 生じなくなる駆動速度を臨界駆動速度〃・と呼ぶことに は非ニュートン流動を示す。すなわち低いせん断速度の するとρ・が小さいほどすべり面用潤滑油としては望ま もとではポリイソブチレンの形態が変らないので粘度は しいということになる。また〃，は粘度が高くなるほど 一定であるが，せん断速度が増すにつれポリイソブチレ 小さくなるのが普通である。 ンはゆがんだ配向をするようになり粘度が低下する。す そこで粘度が違うNo・2， No・3およびNo．26から べり面では駆動速度が大きいとテープルが油膜により浮 No・29を使用し・〃・がどのようになるか実験した結果 き上るようになり，このことが加工精度低下につなが を粘度で整理したのが図10である。ポリイソブチレン る3）。ポリイソブチレン添加油は上述の理由により，高速 添加量の多い油ほど〃・は小さい。しかし基油の No． 領域で浮き上り量を減らす効果が期待できる。
2，No・3の結果とあわせ考えると．添加量に応じて粘度 図12にサドル浮き上りの測定例を示す。ここではほ が高くなったぶんだけポリイソブチレン添加油の〃。は ぼ同一粘度のNo．2およびNo．5からNo．8を用いた。
小さくなっているのであり，ポリイソブチレンそのもの 浮き上り量はポリイソブチレン添加量が増すほど，最も が〃・を小さくしているわけではないといえる。 浮き上り量の大きいサドル前端側で減少している。また
駆動速度が大きいほど，この浮き上りの減る量はいくら
4．結論 か大きくなっている。後端側はもともと浮き上りが小さ
いためポリイソブチレンの効果は顕著でない。 高分子化合物ポリ・イソブチレンの工作機械すべり面用 潤滑油添加剤としての効果を調べた結果次のことが明ら
・2据W鑓§ かll）な蒜ソブチレンを添加するとき＿組成を
変えて添加前の油と同一粘度にする場合は粘着性に対す
8耐話鵠 る効果は見られない．同＿基7由にポリイソブチレンを添
z
加すると，添加量が増すほど粘着性は増す。しかしこれ は添加することによって粘度が高くなるためである。添 加油と同一粘度の基油に比べたら粘着性は劣る。
0〕0
（2）基油と同一粘度になるようにしたポリイソブチレ ン添加油にはスティックスリップ防止効果はない。同一 基油に添加すると添加量が多いほどスティックスリップ 005 を発生する駆動速度範囲は狭まる。しかしこれも添加す
12鶏謬 ることによつて粘度が高くなるためでありポリイソブチ
レンそのものの効果ではない。
100 5001000 （3）浮き上り量を減らす効果は多竺められる・
粘 度cst 最後に潤滑油を提供給わりました二菱石油株式会社に 図一11 4μと粘度の関係 感謝の意を表します。
笥・
璽
鳶5
吐
面圧α5k9／c㎡ ‖8ξ 文 献 楮）6
．諺納 ㍑ ：；ご『、㌶㌶、罐當慧嘉㌶i㍊械学会
1967）3．
きさげ仕上げ面 （3）中野：酬の研究21，6（1969）860．同21、7（1％9）993．
サドル後端
，．一ｲ二三症≡一←≦昏
ひ 一一●一 一一一一●一一
0 1000 2000 駆動速度mm∫mih 図一12 ポリイソブチレン添加油の浮き上り
