JP2014101524A - ファインブランキング加工用潤滑油組成物及びファインブランキング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に適した非塩素系加工油で、塩素系油剤に匹敵する金型寿命を得ることができ、かつ良好な製品形状を得ることができるファインブランキング加工用潤滑油組成物を提供する。
【解決手段】活性硫黄化合物として、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステルを単独、あるいは二種以上組み合わせたもの１０〜５０質量％と、チアジアゾール誘導体２〜１０質量％とを配合してなるファインブランキング加工用潤滑油組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明はファインブランキング加工に用いる潤滑油組成物及びファインブランキング加工方法に関する。

ファインブランキング加工においては、従来の打抜き加工に比べて、工具−材料間の接触時間が長く、発熱量が大きいなど加工条件が苛酷である点で、用いる潤滑油に対する要求が厳しいため、潤滑油としては、多くの場合、塩素系油剤が使用されていた。しかし、この塩素系油剤は、人体への安全性の面や、潤滑油廃液焼却の際の大気汚染などの面で問題が指摘されていた。
以上の点から、ファインブランキング加工には、非塩素系加工油の使用が検討されてきた。このような非塩素系加工油としては、一般に従来の冷間鍛造油の粘度を変更したものが主流であり、例えば特許文献１には、典型的な冷間鍛造油をファインブランキング加工に用いた例であって、活性硫黄を１％以上含む含硫黄化合物と過塩基性金属スルフォネートを含有する打抜き加工用潤滑油組成物が記載されている。また、特許文献２には、典型的な冷間鍛造油の改良であり、基油にエステル系油性剤を添加した例が開示されている。
また、ファインブランキング加工用ではないが、特許文献３には、チアジアゾール誘導体を主成分とする鉄系金属材料の加工用潤滑油組成物が記載されている。

特開２００３−２５３２８７号公報 特開２００７−３３２３０７号公報 特開２００３−２５３２８４号公報

しかしながら、ファインブランキング加工において、上記非塩素系加工油を用いた場合、金型寿命が塩素系油剤を使用した場合より低下することがあり、同時に製品形状へも悪影響を及ぼすことがあった。例えば、上記特許文献１記載の潤滑油では、極一部の板厚の薄い鉄系材料の加工においては優位性を示す場合もあるが、総じて加工性が十分でなく、金型寿命が目標とする生産量を得るに耐えない。また、金型が磨耗した場合、製品にバリの発生やだれの発生を生じ、後処理工程に負荷がかかることとなる。
また、特許文献２におけるように、エステル系油性剤を使用した場合は、塩素系油剤に匹敵するほどの効果を得ることは困難である。更に、特許文献３の潤滑油では、多種多様な材料の加工に適しておらず、また添加量が増加すると、作業者が耐え難い臭気に晒されることとなる。
以上の点から、本発明の目的は、環境に適した非塩素系加工油で、塩素系油剤に匹敵する金型寿命を得ることができ、かつ良好な製品形状を得ることができるファインブランキング加工用潤滑油組成物を提供することにある。

本発明は、
（１）活性硫黄化合物として、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステルを単独、あるいは二種以上組み合わせたもの１０〜５０質量％と、チアジアゾール誘導体２〜１０質量％とを配合してなるファインブランキング加工用潤滑油組成物、及び
（２）活性硫黄化合物として、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステルを単独、あるいは二種以上組み合わせたもの１０〜５０質量％と、チアジアゾール誘導体２〜１０質量％とを配合してなる潤滑油組成物を用いてファインブランキング加工を行う、ファインブランキング加工方法、
に関する。

本発明によれば、環境に適した非塩素系加工油で、塩素系油剤に匹敵する金型寿命を得ることができる。
また、製品形状の高精度化が達成され、良好な製品形状を得ることができ、後処理工程への負荷を低減することができる。
更に、本発明によれば、高性能且つ低粘度潤滑油での良好な加工が可能となり、十分な省エネ効果が得られる。

金属加工は、総じて金型形状の被加工材料への転写と解釈できる。したがって、製品形状を良好とするためには初期の金型状態を維持することが必要である。特にファインブランキング加工においては、被加工材料の凝着状態や金型磨耗によってせん断面形状やだれが支配される。このような観点から、詳細な研究を行った結果、金型磨耗は、被加工材料が加工時に発生する熱及び高面圧により金型へ凝着し、その凝着塊が掻き落とされるときに金型表面に微小なかけが発生し、それが磨耗の起点となって生じることが判明した。
本発明者らは、金型磨耗を低減し、金型の長寿命化、即ち良好な製品を得るためには被加工材料の金型への凝着を防止することが有効であるとの観点から鋭意研究を行った結果、被加工材料の金型への凝着防止には活性硫黄化合物が有効であり、併せてチアジアゾール誘導体を添加することにより、さらに高性能化できることを見出した。

本発明は、活性硫黄化合物１０〜５０質量％及びチアジアゾール誘導体２〜１０質量％を配合してなるファインブランキング加工用潤滑油組成物に関する。
［ファインブランキング加工用潤滑油組成物］
（活性硫黄化合物）
本発明において、活性硫黄化合物とは、分子内に活性硫黄を含有する化合物を意味し、このような化合物であれば特に制限なく使用できるが、金型への凝着防止の点から、そのような活性硫黄をＡＳＴＭ Ｄ１６６２に準じた測定で１質量％以上含有する化合物であることが好ましく、３質量％以上含有する化合物がより好ましい。また、活性硫黄化合物には、銅板腐食試験（ＪＩＳ Ｋ２５１３）において３以上の活性を示すものが好ましく使用できる。

本発明においては、このような活性硫黄化合物としては、例えば、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステル等が挙げられ、これらを単独であるいは二種以上組み合わせて使用することができるが、金型への凝着防止の点から、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄が好ましい。
金型への凝着防止及び金型摩耗防止の観点からは、これらの中では、ポリサルファイドがより好ましく、硫黄数が３〜６、炭素数が１２〜４０のポリサルファイドが更に好ましい。

厚板加工、大型部品加工等の発熱量の多い加工条件において、高粘度が必要とされる場合には、活性硫黄化合物として硫化油脂を用いることが好ましく、これは、上記ポリサルファイドと組み合わせて用いることが好ましく、あるいは単独で使用することもできる。
また、粉末硫黄は、単独で使用することもできるが、鉱油等の基油への溶解度が低く、配合量が制限されるために、ポリサルファイド及び／又は硫化油脂と組み合わせて使用することが好ましい。
なお、本発明においては、活性硫黄化合物の添加比率を向上させるため、良好なせん断面が得られる利点を有する油脂系油性剤中に上記粉末硫黄を溶解して得られる硫化油脂を用いることも好ましい。

上記活性硫黄化合物中における、前記活性硫黄も含む硫黄分含有量は、ポリサルファイドで２０質量％以上であることが好ましく、また、硫化油脂で８質量％以上あることが好ましい。硫黄分が上記範囲内であれば、活性硫黄化合物の添加量を調整することにより、容易に金型への凝着防止効果等を達成することができ好ましい。上記の点から、活性硫黄化合物中の硫黄含有量は、ポリサルファイドで２０〜４０質量％であることがより好ましく、硫化油脂で８〜３０質量％であることがより好ましい。
潤滑油組成物中の総硫黄含有量は、金型への凝着防止の点から、２〜１５質量％であることが好ましく、より好ましくは、４〜１５質量％である。

上記活性硫黄化合物の潤滑油組成物中における含有量は、合計で１０〜５０質量％である。金型への凝着防止、臭気が少ない点から、上記含有量は１０〜４０質量％であることが好ましく、１０〜３５質量％であることがより好ましい。特に、上記活性硫黄化合物がポリサルファイドである場合は、上記含有量は、上記観点及び多量の活性硫黄化合物配合による潤滑油組成物の４０℃動粘度の低下を考慮して、１０〜３０質量％であることが好ましく、硫化油脂の場合は、上記観点及び摩擦係数の上昇を抑制する観点から５〜１５質量％であることが好ましく、粉末硫黄の場合は上記観点及び溶解度制限の観点で０.２〜０.５質量％であることが好ましい。

本発明の潤滑油組成物は、その銅板腐食試験（ＪＩＳ Ｋ２５１３）で３以上の活性を示すものであることが好ましく、各種材料への適用の観点から、４以上の活性を示すことがより好ましい。活性硫黄化合物としては、そのような銅板腐食試験活性を有するように、その種類、量等を選択し、用いることが好ましい。

（チアジアゾール誘導体）
本発明の潤滑油組成物に用いられるチアジアゾール誘導体としては、１，４，５−チアジアゾール、１，２，４−チアジアゾール、１，２，５−チアジアゾール、１，３，４−チアジアゾールの各々の誘導体がいずれも使用でき、加工性向上の観点から、上記各々のチアジアゾール環を構成する炭素原子の少なくとも一つに−Ｓａ−Ｒ基（Ｒは水素原子又はアルキル基を表わし、ａは０〜８の整数を表わす）を有するもの、あるいは２，５−ビス（Ｎ，Ｎ−ジアルキルジチオカルバミル）−１，３，４−チアジアゾールが好ましい。

上記Ｒで表わされるアルキル基としては、その炭素数が、潤滑性向上の観点から、チアジアゾール１分子中の全Ｒ基における合計で６〜３０となるようなものであることが好ましく、より好ましくは上記炭素数が６〜２４となるものである。また、ａは好ましくは１〜３、より好ましくは１又は２の整数である。
上記アルキル基としては、具体的にはメチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，ｎ−ブチル基，イソブチル基，ｓｅｃ−ブチル基，ｔｅｒｔ−ブチル基，各種ペンチル基，各種ヘキシル基，各種ヘプチル基，各種オクチル基，各種ノニル基，各種デシル基，各種ウンデシル基，各種ドデシル基，トリデシル基，テトラデシル基，ペンタデシル基，ヘキサデシル基，ヘプタデシル基，オクタデシル基，ノナデシル基，エイコシル基などを挙げることができる。

このようなチアジアゾール誘導体としては、製品製造の簡便さ、貯蔵安定性の観点から、常温で液体状態にあるものが好ましく使用され、具体的には、２，５−ビス（ｎ−ヘキシルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（ｎ−オクチルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（ｎ−ノニルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、２，５−ビス（１，１，３，３，−テトラメチルブチルジチオ）−１，３，４−チアジアゾール、３，５−ビス（ｎ−ヘキシルジチオ）−１，２，４−チアジアゾール、３，５−ビス（ｎ−オクチルジチオ）−１，２，４−チアジアゾール、３，５−ビス（ｎ−ノニルジチオ）−１，２，４−チアジアゾール、３，５−ビス（１，１，３，３，−テトラメチルブチルジチオ）−１，２，４−チアジアゾール、４，５−ビス（ｎ−ヘキシルジチオ）−１，２，３−チアジアゾール、４，５−ビス（ｎ−オクチルジチオ）−１，２，３−チアジアゾール、４，５−ビス（ｎ−ノニルジチオ）−１，２，３−チアジアゾール、４，５−ビス（１，１，３，３，−テトラメチルブチルジチオ）−１，２，３−チアジアゾールなどのアルキルチアジアゾール類が挙げられる。

また、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、３，５−ジメルカプト−１，２，４−チアジアゾール、３，４−ジメルカプト−１，２，５−チアジアゾール、４，５−ジメルカプト−１，２，３−チアジアゾールなどのジメルカプトチアジアゾール類も使用できる。さらに、これらの混合物を使用することもできる。
上記チアジアゾール誘導体は、本発明の潤滑油組成物中に、２〜１０質量％含有される。上記含有量は、加工性向上、臭気がない等の点から、３〜１０質量％であることが好ましく、３〜８質量％であることがより好ましい。

本発明においては、上記活性硫黄化合物とチアジアゾール誘導体の含有量割合（活性硫黄化合物含有量／チアジアゾール誘導体含有量）には特に制限はないが、金型磨耗の低減効果、金型の寿命向上の観点から、質量比で１〜２５であることが好ましく、より好ましくは１〜２０であり、より好ましくは１〜１０であり、更に好ましくは１．３〜１０である。

（油性剤）
本発明の潤滑油組成物には、上記活性硫黄化合物とチアジアゾール誘導体に加えて、せん断面の粗さを小さくする等の点から、油脂類や高分子量エステル類等の油性剤を含有することが好ましい。
上記油脂類としては、例えば大豆、あまに、なたね、オリーブ、パーム等の植物油、牛脂やラード等の動物油等が好ましく用いられる。また、高分子量エステル類としては、ソルビタンエステルやペンタエリスリトールエステル類が好ましく用いられ、低温時の析出や沈殿を防止する点で、本発明においては、これらのうちオレイン酸エステルが好ましい。
上記油性剤の潤滑油組成物中の含有量に特に制限は無いが、せん断面の粗さを小さくし、潤滑油組成物の粘度調整を容易にする観点から、２０〜６０質量％が好ましく、より好ましくは２０〜５０質量％である。

（基油及びその他の添加剤）
使用する基油には特に制限はなく、通常加工油に使用されるものがいずれも用いられ、例えば、鉱油、合成油及び高分子化合物等が挙げられる。上記鉱油としては、様々なものを使用することができるが、一般に４０℃における動粘度が１〜１０００ｍｍ²／ｓ、特に、２〜５００ｍｍ²／ｓのものが用いられる。このような鉱油としては、種々のものを挙げることができる。例えば、パラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、またはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油、例えば、溶剤精製油，水添精製油，脱ロウ処理油，白土処理油等を挙げることができる。

また、合成油としては、例えば、炭素数８〜１４のポリ−α−オレフィン，オレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマーなど）、あるいはポリブテン，ポリプロピレン等の分岐オレフィンやこれらの水素化物、さらにはポリオールエステル（トリメチロールプロパンの脂肪酸エステル，ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなど）や二塩基酸エステル等のエステル系化合物、アルキルベンゼン等を用いることができる。

高分子化合物としては、炭化水素系高分子化合物、又は含酸素系高分子化合物が挙げられ、１００℃における動粘度が１０〜８０００ｍｍ²／ｓの範囲にあるものが好ましい。このような高分子化合物としては、例えば、ポリオレフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリアルキレングルコール、ポリメタアクリレート，オレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマー，スチレン−ブタジエンコポリマー，スチレン−イソプレンコポリマーなど）等が挙げられる。
これらの鉱油，合成油，高分子化合物は単独で用いてもよく、また二種以上を組み合わせて用いても良い。

本発明においては、潤滑油の基本性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で、前記以外の極圧剤、前記以外の油性剤、耐磨耗剤、粘度調整剤、分散剤、腐食防止剤、酸化防止剤、消泡剤等の公知の添加剤を適宜配合することができる。これらの添加剤の全配合量は、潤滑油組成物に対して０.０１〜５質量％の範囲にあることが好ましい。
尚、本発明においては、カルシウムスルホネートやリン系極圧剤などは著しく摩擦係数を上昇させることがあるため、本発明の効果に影響を与える範囲においては、実質含有しないことが好ましい。すなわち、これらは、潤滑油組成物中において全く含有しないことがより好ましいが、本発明の目的、効果に影響を与えない限りにおいて、例えば５質量％以下の範囲で使用することができる。

（潤滑油組成物）
本発明の潤滑油組成物の動粘度については、特に制限はないが、４０℃において、３０〜２６０ｍｍ²／ｓの範囲にあることが好ましい。動粘度が上記範囲であれば、加工性が良好で、引火性などの面からも安全性が確保でき、また塗布方法の制限や省エネの観点からも好ましい。この点から、上記動粘度は５０〜２５０ｍｍ²／ｓであることがより好ましい。
本発明の潤滑油組成物は、ファインブランキング加工、例えば精密打抜き加工等に使用することが好ましく、また、その適用される被加工材料に限定されることなく好適に使用できる。本発明の潤滑油組成物を適用しうる好ましい被加工材料としては、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等が好ましく挙げられるが、本発明においては、ステンレス鋼、合金鋼についてより好ましい効果を得ることができる。本発明に係るファインブランキング加工においては、上記被加工材料の形状、特に厚みには特に制限はなく、多様な被加工材料の形状、板厚にも適用可能であるが、厚み１〜３０ｍｍ、好ましくは厚み２〜２５ｍｍ程度の厚さの加工材料においても、有効に効果を奏することができる。

［ファインブランキング加工方法］
本発明のファインブランキング加工方法は、活性硫黄化合物１０〜５０質量％及びチアジアゾール誘導体２〜１０質量％を配合してなる潤滑油組成物を用いてファインブランキング加工を行うものである。
潤滑油組成物については、前述の通りである。本発明は、上記潤滑油組成物を用いて、前記加工材料としてファインブランキング用金型を用いて、例えば打抜き加工等の精密せん断加工するものである、加工条件としては通常のファインブランキング加工条件が適用でき、その用途に応じ適宜選択できる。

次に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。
［ファインブランキング加工条件］
・プレス機：森鉄工製プレス機（４００ｔ）
・被加工材料：Ｓ４５Ｃ（板厚 ４ｍｍ）
・金型：ファインブランキング専用金型（日立金属製ＨＡＰ−５Ｒ）
・加工部品形状：変形星型形状（３５Ｌ×４０Ｗ×４ｔｍｍ）
・加工速度：２５ＳＰＭ
・潤滑油塗布方法：ロールコーター
・加工数量：１００００ショット
・評価項目：１００００個加工後のメインパンチおよびダイの状態観察（ＳＥＭ観察）、製品形状観察（せん断面粗さ、二次せん断面の有無、ばり高さ、だれ量）

［各性状の評価］
・動粘度：ＪＩＳ Ｋ２２８３に従って測定した。
・工具磨耗：メインパンチ側面部の寸法減少量（μｍ）を測定し、これを磨耗量とした。
・工具欠け（チッピング）：メインパンチ底部に生じたチッピング部の面積を測定し、底面積に対する面積割合（％）を評価した。
・ばり高さ：１００００個加工後の製品について、最大ばり高さ（ｍｍ）を測定した。
・せん断面粗さ：１００００個加工後の製品について、粗さ計を用いて測定したＲａ（μｍ）で評価した。
・二次せん断面：加工後における二次せん断面発生の有無を評価した。
・だれ量：１００００個加工後の製品について、製品を側面から観察し、だれの起点からせん断部までの距離（ｍｍ）を測定した。

［使用添加剤］
・ポリサルファイド：エルフアトケムジャパン製ＴＰＳ３２（ジーｔ−ドデシルポリサルファイド（硫黄数５））、硫黄分２９.８質量％（活性）
・硫化油脂：大日本インキ製硫化ラード、硫黄分９.５質量％（活性）
・粉末硫黄：東興商事粉末硫黄（活性）
・チアジアゾール誘導体：大日本インキ製ダイルーブＲ−１００（２，５−ビスー（ｎ−ノニルジチオ）−１．３．４−チアジアゾール）、硫黄分３３.５質量％（不活性）
・油性剤混合物：出光興産製（なたね油９０質量％、オリーブ油７質量％、パーム油２質量％、ソルビタンオレイン酸エステル１質量％混合物）
・Ｃａスルホネート：ＷＩＴＣＯ製Ｂｒｙｔｏｎ Ｃ−５００、硫黄分１.０質量％（不活性）
・塩素化パラフィン：東洋曹達製トヨパラックスＡ５０
・Ｚｎ−ＤＴＰ：オロナイトジャパン製ＯＬＯＡ２６７、硫黄分１５.０質量％（不活性）
・鉱油：出光興産株式会社製パラフィン系鉱油。

実施例１
上記ポリサルファイド、チアジアゾール誘導体、油性剤、鉱油を表１−１に示す量で混合し、４０℃における動粘度が８９ｍｍ²／ｓの潤滑油を得た。得られた潤滑油について上記方法で各加工性能を評価した。結果を表１−１に示す。

実施例２〜９
実施例１において、各潤滑油組成を表１−１に示すようにした以外は同様にして、表１−１に示す動粘度を有する潤滑油をそれぞれ得た。得られた各潤滑油について、実施例１と同様に加工性能を評価した結果を表１−１に示す。

比較例１〜５
実施例１において、潤滑油組成を、表１−２に示すように代えた以外は同様にして、表１−２に示す動粘度を有する潤滑油をそれぞれ得た。得られた各潤滑油について、実施例１と同様にして各加工性能をそれぞれ評価した。評価結果を表１−２に示す。
なお、ここで、比較例１は、潤滑油として代表的な塩素系ファインブランキング加工油である日本工作油製ＦＢＨ−１０Sを用いた例であり、比較例２は、特開２００３−２５３２８７号公報（特許文献１）に記載された実施例３と同様の方法で調製された潤滑油を用いた例であり、比較例３は、特開２００３-２５３２８４号公報（特許文献３）に準じてポリサルファイドを使用しないチアジアゾール誘導体単独の例であり、比較例４は、チアジアゾール誘導体の添加量が本発明の範囲外である例であり、比較例５はチアジアゾール誘導体を使用しないポリサルファイド単独使用の例である。

本発明の潤滑油組成物を用いた実施例は、いずれも塩素系加工油を用いた比較例１に対して同等の加工性能を示すが、比較例２〜５はいずれも比較例１より劣る加工性能を示した。

実施例１０〜１３
実施例４において、被加工材料を表２に示すように代えた以外は同様に加工性能を評価した結果を表２に示す。

以上の結果から、本発明は被加工材料を選ばず、塩素系加工油とほぼ同等の優れた加工性能を示し、臭気等の作業環境を悪化させることなく、環境に配慮した生産が可能であった。
また、塩素系加工油とほぼ同等の性能を低粘度で達成可能であり、消費電力等の省エネ化が可能であった。

本発明によれば、環境に適した非塩素系加工油で、塩素系油剤に匹敵する金型寿命を得ることができ、かつ良好な製品形状を得ることができることから、ファインブランキング加工用潤滑油として好適に使用することができる。

Claims (5)

1. 活性硫黄化合物として、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステルを単独、あるいは二種以上組み合わせたもの１０〜５０質量％と、チアジアゾール誘導体２〜１０質量％とを配合してなるファインブランキング加工用潤滑油組成物。
2. 前記活性硫黄化合物が、２０質量％以上の硫黄分を含有する前記ポリサルファイド、８質量％以上の硫黄分を含有する前記硫化油脂、及び前記粉末硫黄からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項１記載の潤滑油組成物。
3. ４０℃における動粘度が３０〜２６０ｍｍ²／ｓである、請求項１又は２に記載の潤滑油組成物。
4. 動植物油脂、ソルビタンエステル及びペンタエリスリトールエステルから選ばれる少なくとも２種を主成分とする混合物を１０〜６０質量％含有する、請求項１〜３のいずれかに記載の潤滑油組成物。
5. 活性硫黄化合物として、ポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、硫化鉱油、硫化エステルを単独、あるいは二種以上組み合わせたもの１０〜５０質量％と、チアジアゾール誘導体２〜１０質量％とを配合してなる潤滑油組成物を用いてファインブランキング加工を行う、ファインブランキング加工方法。