JP2007045877A - 金属加工用油剤組成物、金属加工方法及び金属加工品 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑性に優れた、及び特に極微量の油剤を供給しながら行う金属加工に適した金属加工用油剤組成物を提供する。鋳鉄、スチール、ステンレス、非鉄金属等の金属加工に適した、特に鋳鉄、スチール、ステンレス等の金属加工に適した金属加工用油剤組成物を提供する。
【解決手段】極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、４０℃における粘度が６０mm²/sec以上である基油を含むことを特徴とする金属加工用油剤組成物；極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、重合脂肪酸エステルを含有することを特徴とする金属加工用油剤組成物；金属材料を、上記の金属加工用油剤組成物を使用して加工することを含む、極微量油剤供給型の金属加工方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属加工用油組成物に関し、さらに詳細には、極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油組成物に関するものである。本発明はさらに、その金属加工用油剤組成物を用いた金属加工方法、及び該金属加工方法により得られた金属加工品に関するものである。

環境に優しい金属加工処理方法として、近年、切削加工、研削加工等のドライ化の研究が進められている。金属加工をドライ化した場合、加工点を冷却する必要があり、例えば、圧縮した冷却空気等を噴射して加工点を冷却している。しかし、完全ドライ加工では、工具−被削材間の潤滑が不足するため、極微量の潤滑油が供給されている。極微量の油剤を提供する技術として、非鉄金属材料の加工方法が提案されていて（例えば、特許文献１参照）、また、金属加工用油剤組成物（例えば、特許文献２及び３参照）などが提案されている。しかしこのような金属加工油には、生産性の向上や省エネルギーの観点から、常に、加工性を更に向上させ、工具寿命の延長、給油量の低減ができる新たな加工油が要望されている。

特開２００１−２３９４３７号公報 特開２０００−２５６６８８号公報 特開２００４−３００３１７号公報

本発明の目的は、潤滑性に優れた、及び特に極微量の油剤を供給しながら行う金属加工に適した金属加工用油剤組成物を提供することである。本発明の目的はまた、鋳鉄、スチール、ステンレス、非鉄金属等の金属加工に適した、特に鋳鉄、スチール、ステンレス等の金属加工に適した金属加工用油剤組成物を提供することである。
本発明はさらに、そのような金属加工用油剤組成物を用いた金属加工方法を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、極微量の油剤を供給しながら行う金属加工において重合脂肪酸エステルを使用することにより、優れた性能が発揮されることを見出し、また、重合脂肪酸エステルが比較的高い粘度を示すことに注目し、本発明を完成させるに至った。
従って本発明は、極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、４０℃における粘度が６０mm²/sec以上である基油を含むことを特徴とする金属加工用油剤組成物である。この基油の成分として重合脂肪酸エステルが例示される。
本発明はまた、極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、重合脂肪酸エステルを含有することを特徴とする金属加工用油剤組成物に向けられている。
本発明で使用する該重合脂肪酸エステルの例としてダイマー酸エステルが挙げられる。さらに該ダイマー酸エステルの例として、脂肪酸とダイマー酸の混合物及びトリメチロールプロパンからなるエステルが挙げられる。
本発明の金属加工用油剤組成物において該ダイマー酸エステルの配合量は５０〜１００質量％の範囲が適当である。
本発明はさらに、金属材料を上記の金属加工用油剤組成物を使用して加工することを含む、極微量油剤供給型の金属加工方法である。
本発明の金属加工用油剤組成物は、極微量油剤供給型の金属加工法の中でも、表面が油膜で覆われた水滴をエアーにより供給しながら金属材料を加工する方法や、金属加工用油剤をミスト化しエアーにて供給しながら金属材料を加工する方法に、好適に使用される。
本発明はさらに、上記の金属加工方法により得られた金属加工品にも向けられている。

本発明の金属加工用油剤組成物は、油剤を極微量供給しながら実施する金属加工法において、切削抵抗が低く潤滑性に優れ、金属材料の切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等を効率的に行うことができる。また、油剤使用量も極微量であり、経済的で、環境に対する負荷も少ない加工を実現することができる。

本発明の金属加工用油剤組成物は、４０℃における粘度が６０mm²/sec以上である基油を含むことを特徴とする。基油又は油剤組成物の粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３ 石油及び石油製品動粘度試験方法により測定することができる。
該基油の例としては４０℃における粘度が６０mm²/sec以上を示すものであれば特に制限されない。基油としては１種類の油であってもよいし、２種以上の油の混合物であってもよい。基油の例として天然油脂、合成エステルなどが挙げられる。基油の好ましい例として、重合脂肪酸エステル、及び重合脂肪酸エステルと他の油との混合物などが挙げられる。使用する基油の４０℃における粘度は６０mm²/sec以上で、さらに１００mm²/sec以上が好ましい。使用する基油の粘度は４０℃において６０mm²/sec以上で、その粘度はその油剤組成物を適用する加工法に適した範囲内で適宜選択することができる。

本発明は別の観点から、重合脂肪酸エステルを含有することを特徴とする金属加工用油剤組成物である。
重合脂肪酸エステルは、工業的には一般的にトール油脂肪酸及び大豆油脂肪酸などの天然の植物油脂肪酸から不飽和酸の２個ないしそれ以上の分子間重合反応により作られている。
本発明で使用する重合脂肪酸エステルの例として、ダイマー酸エステルが挙げられる。さらに、ダイマー酸エステルの具体例として、脂肪酸とダイマー酸の混合物とトリメチロールプロパンとの反応生成物がある。このようなダイマー酸エステルを構成する脂肪酸とダイマー酸は、一般的にトール油脂肪酸および／または大豆油脂肪酸に由来するものであり、従ってダイマー酸はトール油脂肪酸および／または大豆油脂肪酸を出発原料とした重合反応生成物であって、脂肪酸はトール油脂肪酸および／または大豆油脂肪酸等であり、それらの主な構成脂肪酸はオレイン酸及びリノール酸である。
ダイマー酸エステルは市場で一般に入手することができ、本発明では市販品を使用することができる。そのような市販品の例として、商品名ＫＦ６６０、ＫＦ５５０、ＦＥ５００（いずれもハリマ化成（株）製）などがある。

本発明の金属加工用油剤組成物は、基油のみから構成されてもよく、該基油は重合脂肪酸エステルのみから構成されてもよいし、重合脂肪酸エステルと他の油との混合物であってもよい。重合脂肪酸エステルとともに使用する油として、天然油脂、合成エステルなどが挙げられる。
天然油脂の例として、菜種油、紅花油、大豆油、オリーブ油、ゴマ油、米ぬか油、とうもろこし油、パーム油、ひまわり油、綿実油、落花生油などが挙げられる。
合成エステルの例として、トリメチロールプロパントリ脂肪酸エステル、グリセリントリ脂肪酸エステル、グリセリンジ脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールテトラ脂肪酸エステル、ネオペンチルグリコールジ脂肪酸エステル、ソルビタンモノ脂肪酸エステル、ソルビタントリ脂肪酸エステル、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、脂肪酸ブチルエステル、脂肪酸２−エチルヘキシルエステルなどが挙げられる。
本発明の金属加工用油剤組成物において、充分な潤滑性能を発揮させる観点から重合脂肪酸エステルを油剤組成物の全質量に基づいて５０〜１００質量％配合するのが好ましい。
重合脂肪酸エステルと組み合わせて使用する油としては、基油全体の４０℃における粘度を６０mm²/sec以上とする観点から、重合脂肪酸エステルと組み合わせる油の種類、及びその量を適宜選択することができる。中でも菜種油、及び紅花油が好ましい。本発明の金属加工用油剤組成物において、重合脂肪酸エステルと併用するその他の油の配合量は、油剤組成物の全質量に基づいて５０質量％までが適当である。
本発明で使用する基油の具体例として、重合脂肪酸エステルと菜種油の混合物であって菜種油の配合量が５０質量％までのものがある。

本発明の金属加工用油剤組成物には、金属加工用油剤組成物の汎用成分である、耐荷重添加剤、防錆防食剤、酸化防止剤等を別途添加してもよい。これらの添加量は、油剤全体の質量に対して１０質量％以下が好ましい。
耐荷重添加剤の例として、下記のうちから１種又は２種以上を選択して使用することができる。ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩（アルキル基：Ｃ２〜Ｃ８）、ジアリールジチオカルバミン酸金属塩、２−メルカプトベンゾチアゾール金属塩、ジアルキルチオ燐酸金属塩（アルキル基：Ｃ２〜Ｃ８）、ジアリールジチオ燐酸金属塩、ジターシャリードデシルポリサルファイド、硫化油脂、並びにこれらの混合物などが挙げられる。

防錆防食剤の例として、直鎖又は分岐脂肪酸カルボン酸金属塩、直鎖又は分岐脂肪酸カルボン酸アミン塩、アルカリ土類金属スルホネート及びアルカリ土類金属ジノニルナフタレンスルホネート、高塩基性スルホン酸金属塩、高塩基性サリチル酸金属塩、高塩基性カルボン酸金属塩、ソルビタンモノ脂肪酸エステルなどが挙げられる。
酸化防止剤の例として、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、フェニルαナフチルアミン、ジフェニルアミン、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体などが挙げられる。
その他に、シリコーン系消泡剤、高分子系消泡剤、アルコール系消泡剤、ベンゾチアゾール系金属防食剤などが挙げられる。
本発明の金属加工用油剤組成物は、重合脂肪酸エステル、及び他の任意成分を所定量配合することにより容易に製造できる。
本発明の金属加工用油剤組成物において、４０℃における粘度が６０mm²/sec以上で、さらに１００mm²/sec以上が好ましい。

本発明の方法を実施するための極微量油剤供給型の金属加工方法において、金属加工用油剤組成物を極微量供給する形態として、表面が油膜で覆われた水滴をエアーにより供給しながら金属材料を加工する方法や、金属加工用油剤をミスト化しエアーにて供給しながら金属材料を加工する方法があり、更に具体的には次の方法が挙げられる。
(i) 表面が金属加工用油剤組成物に覆われた水滴をエアーにて供給する方法。
(ii) 水と金属加工用油剤組成物の混合ミストをエアーにて供給する方法。
(iii)水と金属加工用油剤組成物をおのおの別系統にてミスト化し、エアーにて同一箇所に供給する方法。
(iv) 金属加工用油剤組成物をミスト化しエアーにて供給する方法。
中でもより好ましくは(i)の方法である。以下に、(i)の方法について説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

上記(i)の方法に使用する供給装置としては、例えば特開２００１−２３９４３７号公報に開示されているものがある。供給装置の一例の概略的な構造を図１に示す。このような装置で、通常のスプレーと同様の原理を用いて、水滴の表面に油膜を形成した微粒子からなるミストとする。この時、エアーの吸入口側に近い側で油を吸込み、吐出口側に近い側で水を吸込むことにより、水滴上に効率良く油膜を付けることができる。
本発明の金属加工用油剤組成物は、例えば図１に示すような装置を用いて供給しながら金属材料を加工するのに使用することができる。このような加工方法の例としては、切削加工、研削加工、せん断加工、エンドミル加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等が挙げられる。

また本発明の金属加工用油剤組成物を用いた加工方法を適用する金属材料の例としては、鋳鉄、スチール、ステンレス、非鉄金属（マグネシウム及びマグネシウム合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、チタニウム及びチタニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル基合金、コバルト基合金等）等が挙げられる。本発明の金属加工用油剤組成物は、重合脂肪酸エステル油が高粘性かつ分子内に極性基を持ち、金属表面に潤滑性の良好な吸着膜を作るため、特に鋳鉄、スチール及びステンレスなどの加工に好ましく用いられる。
本発明の金属加工方法で作製する金属加工品は特に限定されるものではなく、例えば、自動車部品のリアアクスルシャフト、ピニオンギア、サイドギア、デフケースなどの加工、特許第２６９１２２２号、特許第３２２６６３８号、特開平６−１５５１３６号公報などに記載される棒鋼切断機による鍛造素材の切断あるいは丸鋸による鋼材の切断などがある。

本発明の金属加工用油剤組成物の使用量はノズル１本につき、１時間当り０．５〜２０ｍＬ、好ましくは１〜１０ｍＬ程度の極微量で良く、環境負荷も少なく、経済的にも有利である。
水の使用量はノズル１本につき、１時間当り５００〜２０００ｍＬ、好ましくは８００〜１５００ｍＬ、例えば、１０００ｍＬ程度である。使用する水は水道水や、工業用水で良い。エアーの供給量は、１分間に２５〜２５０Ｌ程度、好ましくは５０〜１００Ｌ程度が適当である。さらに本発明の加工方法では、重合脂肪酸エステルを極少量使い切りで使用することが望ましい。こうすることにより、水溶性切削油剤を使用した従来の加工における問題、すなわち、水溶性切削油剤希釈液の腐敗、硬度上昇等による分離等の液劣化、これに起因した加工性能の低下、水溶性切削油剤希釈液の廃液の環境負荷問題等も軽減ないし解決することができる。

下記表１に示す処方（単位：質量％）にて各種金属加工用油剤組成物を調製し、その油剤組成物、水及び空気を表１に示す供給量にて供給し切削試験を行い、その切削性を評価した。実施例１及び２、並びに比較例１及び２では、表面が油膜で覆われた水滴をエアーで供給した。なお、比較例３では油剤のみをミストとして供給した。
［切削性評価］
冷間金型用鋼ＳＫＤ１１の焼入れ鋼（ＨＲＣ５３）のエンドミルｕｐカッティングにより切削性の評価を行った。切削抵抗（Ｎ）は、送り方向に直角（工具押し付け力）とし、比較例１の金属加工用油剤組成物よりも低いものを合格とする。
切削条件
工具：超硬６枚刃、ねじれ角４５度、すくい角１４度、先端１Ｒ
被削材：ＳＫＤ１１（ＨＲＣ５３）（３０×１５０×２００ｍｍ）
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１ｍｍ／刃
半径切り込み：０．５ｍｍ
軸方向切り込み：１０ｍｍ

^*1 ダイマー酸エステル：ハリマ化成（株）製 品名ＫＦ６６０
^*2 菜種油：酸価０．０８（ｍｇＫＯＨ／ｇ）
^*3 比較例１：特開２００４−３００３１７号公報に記載の金属加工油剤組成物
表１の実施例及び比較例の結果から、本発明に従った金属加工用油剤組成物は、切削抵抗が低く潤滑性に優れることが判る。

本発明の方法において使用することができる、表面が油膜で覆われた水滴をエアーにより供給する装置の一例を示す概略図である。

Claims (12)

1. 極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、４０℃における粘度が６０mm²/sec以上である基油を含むことを特徴とする金属加工用油剤組成物。
2. 基油が重合脂肪酸エステルを含む、請求項１記載の金属加工用油剤組成物。
3. 極微量油剤供給型の金属加工法に用いる油剤であって、重合脂肪酸エステルを含有することを特徴とする金属加工用油剤組成物。
4. 該重合脂肪酸エステルがダイマー酸エステルである、請求項２又は３記載の金属加工用油剤組成物。
5. 該ダイマー酸エステルが、脂肪酸とダイマー酸の混合物及びトリメチロールプロパンからなるエステルである、請求項４記載の金属加工用油剤組成物。
6. 該ダイマー酸エステルの配合量が５０〜１００質量％である請求項４又は５のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
7. 極微量油剤供給型の金属加工法が、表面が油膜で覆われた水滴をエアーにより供給しながら金属材料を加工する方法である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属加工用油剤組成物。
8. 極微量油剤供給型金属加工法が、金属加工用油剤をミスト化しエアーにて供給しながら金属材料を加工する方法である、請求項１〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
9. 金属材料を、請求項１〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物を使用して加工することを含む、極微量油剤供給型の金属加工方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物で覆われた水滴をエアーにより供給しながら金属材料を加工する、請求項９記載の金属加工方法。
11. 請求項１〜８のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物をミスト化しエアーにて供給しながら金属材料を加工する、請求項９記載の金属加工方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項記載の金属加工方法により得られた金属加工品。

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