JP2014062248A - 金属加工油剤 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素系極圧添加剤を含まず、加工の難しい金属材料の加工において十分な性能を発揮し、環境汚染を低減し得る金属加工油剤を提供する。
【解決手段】ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を含有することを特徴とする金属加工油剤である。前記金属加工油剤は、さらに、鉱油、油脂及び合成油から成る群から選ばれる１種類以上の基油を含有することが好ましく、前記ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を、０．１重量％以上含有することが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、切削、研削又は塑性加工などに用いられる金属加工油剤に関する。

従来、切削、研削又は塑性加工など金属加工の分野においては、塩素化パラフィンなどの塩素系極圧剤や硫化油脂及びポリサルファイドなどの硫黄系極圧剤が使用されてきた。特に、塩素化パラフィンは他の極圧添加剤と比較して潤滑性能に優れることから、加工性能を重視する分野において多く使用されてきた。

その一方で、特定の塩素化パラフィンに関して発ガン性が懸念されている。また、塩素系化合物を含有する金属加工油組成物の廃液を焼却処理する際に、ダイオキシンが発生するなどの問題があるため、環境汚染を引き起こす恐れがある。

そこで、塩素系極圧剤を使用しない新規な金属加工油剤の開発が進められている。例えば、生分解性が高く環境に優しい金属加工油剤として、脂環式多価カルボン酸エステルを用いて加工性能を向上させた例が知られている（特許文献１参照）。他に、鉄系金属に関してチアゾール誘導体を用いて加工性を高めた例が知られている（特許文献２参照）。さらに、過塩基性アルカリ土類金属スルフォネート、過塩基性アルカリ金属スルフォネートに硫黄系極圧剤を含有して加工性を高めた例も知られている（特許文献３参照）。

特開２００６−２４９３７０号公報 特開２００３−２５３２８４号公報 特開平１０−２２６７９５号公報

しかし、特許文献１乃至特許文献３で記載される金属加工油剤であっても加工性能を改善する余地がある。特に難加工、難加工材加工の分野においては、近年は加工条件が厳しくなっていることで金属加工油剤に対する要求性能が高くなっている。また、作業環境や廃棄物処理の問題から、生分解性に優れた金属加工油剤であることが望ましい。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、塩素系極圧添加剤を含まず、加工の難しい金属材料の加工において十分な性能を発揮し、環境汚染を低減し得る金属加工油剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、以上の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を含有させることにより、上記課題が解決されることを見出した。

すなわち、本発明は、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を含有することを特徴とする金属加工油剤である。

以上のように、本発明によれば、塩素系極圧添加剤を含まず、加工の難しい金属材料の加工において十分な性能を発揮し、環境汚染を低減し得る金属加工油剤が提供される。本発明の金属加工油剤は、上記構成を有することで、塩素系極圧剤を使用しなくても、その加工性能が十分に高められるため、加工品質の向上、工具寿命の向上、ならびに取り扱い性の改善をバランスよく達成することが可能になる。

以下に、本発明の金属加工油剤について、好適な実施形態を詳細に説明する。

本実施形態に係る金属加工油剤は、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を含有することを特徴とする。ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物は、熱安定性が良好であり、加工中に発生する熱による分解が少ないため、幅広い温度域において潤滑性を保つことができ好ましいものと推測される。

本実施形態において、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物とは、ビスフェノール類にアルキレンオキサイドを付加したものである。ビスフェノール類とは、ビスフェノールであれば特に限定はないが、具体的には、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＢ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＳなど及びその炭素数１〜３０のアルキル基、ハロゲンなどが１〜８個置換したもの（トリクロロビスフェノールＡ、テトラクロロビスフェノールＡ、ジブロモビスフェノールＦなどのハロゲン置換体；２−メチルビスフェノールＡ、２，６−ジメチルビスフェノールＡ、２，２’−ジエチルビスフェノールＦなどのアルキル置換体）などが挙げられる。これらの中で好ましくは、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＢ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＳであり、より好ましくはビスフェノールＡである。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、１，２−または２，３−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、テトラヒドロフランなどが挙げられる。アルキレンオキサイドは、上記のうち１種以上を用いることができ、ランダム付加でもブロック付加でもよい。好ましくはエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドであり、より好ましくはプロピレンオキサイドである。したがって、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物としては、ビスフェノールＡプロピレンレンオキサイド付加物が特に好ましく用いられる。

ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物は、油剤全量基準で、０．１重量％以上含有することが好ましい。含有量が０．１重量％未満では加工品質の向上及び工具寿命の向上が得られにくい。好ましい含有量は、０．１〜７５重量％であり、より好ましい含有量は、０．１〜５０重量％であり、特に好ましい含有量は、５〜５０重量％である。ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物は、含有量が５０重量％を超えてもコストが高くなるのみで、添加したほどの加工品質の向上及び工具寿命が得られにくい。

また、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物の数平均分子量は、５００〜３，０００が好ましい。数平均分子量を５００〜３，０００としたのは、５００未満では安定的に溶解することが難しく、３，０００を超えるとアルキレンオキサイドの割合が大きく加工品質の向上及び工具寿命の向上が得られにくくなるためである。

また、本実施形態においては、鉱油、油脂及び合成油から成る群から選ばれる１種類以上の基油を含有することが好ましい。

鉱油としては、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの精製処理を適宜組み合わせて精製したパラフィン系鉱油又はナフテン系鉱油が挙げられる。

油脂としては、例えば、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、羊油（ラノリン）、オリーブ油、トール油、ひまし油、綿実油、サフラワー油、サメ肝油、またはこれらの水素添加物などを使用することができる。

合成油としては、エステル、ポリ−α−オレフィン、オレフィンコポリマーアルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリフェニルエーテルなどが挙げられる。
これらの中で、エステルとして具体的には、例えば、パルミチン酸オクチル、パルミチン酸２−エチルヘキシル、ステアリン酸オクチル、オレイン酸２−エチルヘキシル、トリメチロールプロパンとｎ−Ｃ８酸やオレイン酸とのトリエステル、ペンタエリスリトールとｎ−Ｃ８酸やオレイン酸とのテトラエステルなどが挙げられる。ポリ−α−オレフィンとしては、例えば、ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマーなどが挙げられる。オレフィンコポリマーとしては、例えば、エチレン−プロピレンコポリマーなどが挙げられる。

また、本実施形態の金属加工油剤には、本発明の目的を損なわない範囲で、その他各種添加剤を含有することが出来る。これら添加剤としては、例えば、極圧剤、油性剤、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤及び消泡剤などを挙げることができる。これらは１種以上を組み合わせて用いることができる。

極圧剤としては、硫黄を含む化合物及びリンを含む化合物が好ましく用いられる。例えば、硫黄系極圧剤（硫黄単体を含む）、リン系極圧剤が挙げられる。

硫黄系極圧剤としては、例えば、ポリサルファイド、硫黄、硫化エステル、硫化脂肪酸、チアジアゾール化合物、アルキルチオカルバモイル化合物、トリアジン化合物、チオテルペン化合物、ジアルキルチオジプロピオネート化合物、ジチオリン酸亜鉛化合物、ジチオカルバミン酸亜鉛化合物、ジチオリン酸モリブデン化合物及びジチオカルバミン酸モリブデン化合物が挙げられる。

リン系極圧剤としては、例えば、リン酸エステル類、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、亜リン酸エステル、亜リン酸エステルのアミン塩が挙げられる。

油性剤としては、脂肪族アルコール、脂肪酸や脂肪酸金属塩などの脂肪酸化合物、ポリオールエステル、ソルビタンエステル、グリセライドなどのエステル化合物、脂肪族アミンなどのアミン化合物などが挙げられる。

酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤などが挙げられる。

防錆剤としては、スルフォネート、フェネート、サリシレートなどのアルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩やコハク酸エステルなどを挙げられる。

金属不活性剤としては、２，５−ビス（オクチルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（ターシャルノニルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、１−（Ｎ，Ｎビス（２エチルヘキシル）アミノメチル）ベンゾチアゾール、１−（Ｎ，Ｎビス（２エチルヘキシル）アミノメチル）メチルベンゾチアゾールなどが挙げられる。

消泡剤としては、メチルシリコーン油、フルオロシリコーン油、ポリアクリレートなどが挙げられる。

以下に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実験例１：切削加工）
まず、表１及び表２の配合量（重量％）に従って、これらを常法により混合することにより、実施例１乃至実施例１５に係る金属加工油剤、並びに比較例１乃至比較例４に係る金属加工油剤を得た。また、表１及び表２に記載された原材料について、表３に示す。

（評価試験方法）
テクノワシノ製ＮＣ旋盤を用いて下記の試験条件で切削加工を連続で５回行い、加工後の被削材のＲａ値（μｍ）及びＰＶ値（μｍ）を、ＺＹＧＯ製の非接触光学式、走査型白色干渉計を用いて測定した。

＜旋盤による切削加工実験条件＞
加工機 ：テクノワシノＪ１型ＣＮＣ旋盤
被削材 ：Ｓ２０Ｃ φ３２
工具 ：タンガロイチップＴＮＧＧ１６０４０４Ｒ−Ｃ（材質：ＮＳ５３０）
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ

（評価試験結果）
試験結果を下記表４及び表５に示す。表４及び表５の結果から、本実施例に係る金属加工油剤は、切断性能が良好であることが分かる。

（実験例２：塑性加工）
更に、表６及び表７の配合量（重量％）に従って、これらを常法により混合することにより、実施例１６乃至実施例２３に係る金属加工油剤、並びに比較例５乃至比較例１０に係る金属加工油剤を得た。また、表６及び表７に記載された原材料について、表８に示す。

（評価試験方法）
曾田式四球試験機及びリング圧縮試験機を用いて下記の試験条件にて、曾田式四球試験機では耐荷重能を測定し、リング圧縮試験機では摩擦係数を測定した。

＜曽田式四球試験機による実験条件＞
加工機 ：四球形摩擦試験機（神鋼造機）
試験用鋼球 ：玉軸受け様鋼球３／４ ｉｎｃｈ（１９．０５ｍｍ）上級ＪＩＳ１５０１
立軸回転数 ：７５０ｒｐｍ

耐荷重能の測定については、４．９Ｎ／ｃｍ^２ずつ油圧により負荷をかけ、試験中のねじり指針の読みがそれぞれの試験油圧に対し、表９に示す数値を超えた時を焼付として判定し、この焼付状態より４．９Ｎ／ｃｍ^２低い値を耐荷重能とした。

＜リング圧縮試験機による実験条件＞
加工機 ：油圧プレス機（ＲＩＫＥＮ ＫＩＫＩ） 最大荷重５００ｋＮ
試験用リング ：ＳＵＳ３０４ ６．５０×９．７５×１９．５（高さ×内径×外径）
試験用ダイス ：ＳＫＤ−６１
試験温度 ：１５０℃
圧縮荷重 ：５００ｋＮ
圧縮時間 ：１秒
油膜量 ：５０μｍ

摩擦係数の測定については、リング内径の変化及びリング高さの変化を元に下記の式にて算出した。
＜摩擦係数計算式＞
０．０５５×ＥＸＰ（（試験前のリング内径−試験後のリング内径）／試験前のリング内径×１００）／ＥＸＰ（０．０４４×（（試験前のリング高さ−試験後のリング高さ）／試験前のリング高さ×１００）＋１．０６）

（評価試験結果）
試験結果を下記表１０及び表１１に示す。表１０では数値が高い場合、表１１では数値が低い場合に潤滑性が良いと判断できる。
表１０では、実施例１６乃至実施例２３より、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物が増えることで優位性が見られるが、５０％以上では１００％と変わらない結果が得られており、５０％付近で最大効果が得られていることが分かる。
表１１では、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物の量に依存せず、一定の効果が見られる結果となっており、ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物は、少量の添加でも効果が得られることが分かる。
したがって、表１０及び表１１の結果から、本実施例に係る金属加工油剤は、潤滑性能が良好であることが分かる。

本発明の金属加工用潤滑油剤は、金属材料の加工全般に好適に使用できる。特に、切削、研削、又はプレス、曲げ若しくは鍛造などの塑性加工などに好適に使用できる。

Claims (6)

1. ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を含有することを特徴とする金属加工油剤。
2. さらに、鉱油、油脂及び合成油から成る群から選ばれる１種類以上の基油を含有することを特徴とする請求項１記載の金属加工油剤。
3. 前記ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を、０．１重量％以上含有することを特徴とする請求項１又は２記載の金属加工油剤。
4. 前記ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物を、０．１〜５０重量％含有することを特徴とする請求項３記載の金属加工油剤。
5. 前記ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物が、ビスフェノールＡプロピレンレンオキサイド付加物であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の金属加工油剤。
6. 前記ビスフェノールアルキレンオキサイド付加物の数平均分子量が、５００〜３，０００であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の金属加工油剤。