(57)【要約】【課題】金型の温度上昇を抑制し、加工後の工具表面の焼付きを防止し、金型寿命を長くすることができる、温間熱間塑性加工用潤滑剤、及びこれを用いた温間又は熱間塑性加工法を提供すること。【解決手段】下記の成分（１）及び（２）を含む温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤、及びこれを用いた温間又は熱間塑性加工法。（１）成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩及び成分Ｂ：水溶性ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種、及び（２）成分Ｃ：炭素数が４以上の多価アルコール。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の成分（１）及び（２）を含む温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
（１）成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩及び成分Ｂ：水溶性ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種、及び
（２）成分Ｃ：炭素数が４以上の多価アルコール。
【請求項２】
成分Ａを含み、成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩が、脂肪族カルボン酸又は芳香族カルボン酸の、アルカリ金属塩、アミン塩又はアンモニウム塩である請求項１記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
【請求項３】
成分Ｂを含み、成分Ｂ：水溶性ポリマーが、イソブチレン・マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテル・マレイン酸共重合体、マレイン酸・アクリル酸共重合体及びスチレン・マレイン酸共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
【請求項４】
成分Ｃ：炭素数が４以上の多価アルコールが、ジオール、トリオール、テトラオール、糖アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
【請求項５】
成分Ｃの含有量が１〜３５質量％である請求項１〜４のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
【請求項６】
温間熱間鍛造用潤滑剤である請求項１〜５のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤を、工具表面及び／又は工具と被加工物の間に給油することを特徴とする温間又は熱間塑性加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤及びこれを用いた温間又は熱間塑性加工法に関する。さらに詳細には、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属の温間（２００〜８００℃）及び熱間（９００〜１３００℃）鍛造加工において優れた潤滑性を発揮し、工具表面への鋼材の焼付きや、工具摩耗を防止し、加工及び離型を容易にする金属塑性加工（例えば、鍛造、圧延、押し出し、伸線、プレス等）用水溶性潤滑剤に関する。本発明は特に、金型の温度上昇を抑制し、加工後の工具表面の焼付きや金型寿命の低下などを解消することの出来る水溶性潤滑剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から鋼材や非鉄金属材料の高温塑性加工においては、工具の肌荒れや焼付きの防止、摩耗の防止ないし軽減、金属材料と工具間の摩擦低減、工具または金型からの金属材料の離型性向上を目的として、鉱油、脂肪酸エステル、リンや硫黄系の極圧剤、高塩基性金属塩を主成分とした不水溶性塑性加工用潤滑剤が使用されている。しかしこれらの潤滑剤を使用すると潤滑剤が高温で分解または燃焼し、発煙や臭気で作業環境を著しく悪化させるという問題がある。
この問題を解決するために、難燃性である水溶性の塑性加工用潤滑剤が開発されている。例えば、アジピン酸塩と有機増粘剤を用いた潤滑剤（特許文献１）、フタル酸アルカリ金属塩と有機増粘剤を用いた潤滑剤（特許文献２）、芳香族カルボン酸のアルカリ金属塩を用いた潤滑剤（特許文献３）、表面を界面活性剤で改質した炭酸カルシウムの水分散液からなる潤滑剤（特許文献４）、マレイン酸アルカリ金属塩と有機増粘剤を用いた潤滑剤（特許文献５）、フマル酸アルカリ金属塩と有機増粘剤を用いた潤滑剤（特許文献６）、カルボキシル基を有する芳香族カルボン酸のアルカリ金属塩を用いた潤滑剤（特許文献７）、脂環式多価カルボン酸のアルカリ金属塩、熱硬化性樹脂粉末、水溶性高分子化合物及び水からなる塑性加工用潤滑剤（特許文献８）、オレフィン又はビニルエーテル・マレイン酸系共重合体を含有する水性金属塑性加工用潤滑剤（特許文献９）、平均分子量５００〜１，０００，０００のアニオン系高分子化合物と平均分子量５００〜１，０００，０００のノニオン系高分子化合物を含む熱間水溶性塑性加工用潤滑剤（特許文献１０）、水溶性高分子化合物の水溶液に繊維状物質を分散させた熱間圧延用潤滑剤（特許文献１１）、芳香族スルホン酸化合物を含む温間又は熱間塑性加工用水溶性潤滑剤（特許文献１２）等である。
【０００３】
しかし、以上の水溶性塑性加工用潤滑剤は、従来より使用されているニュートラル油やマシン油等の鉱油及び、なたね油やトリメチロールプロパンオレイン酸エステル等の脂肪酸エステル、ジンクジアルキルジチオホスフェートや硫化油脂やトリクレジルホスフェート等のリンや硫黄系の極圧剤、高塩基性カルシウムスルホネートやサリシレート等の高塩基性金属塩を主成分として構成された不水溶性塑性加工潤滑剤と比べると冷却性に優れるが不充分である。
例えば、前記の水溶性塑性加工用潤滑剤を適用し、材料温度が５００℃を超える鍛造加工を行った場合、冷却性及び潤滑性が不十分なことから、焼付きや欠肉等の品質問題、離型不良による作業の中断、金型寿命の低下等、が発生し金型の交換を必要とし、著しく生産効率が低下する。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１３９４９８号公報
【特許文献２】特開昭５８−８４８９８号公報
【特許文献３】特開昭６０−１２９３号公報
【特許文献４】特開昭６２−３９１９８号公報
【特許文献５】特開昭６１−１０３９９６号公報
【特許文献６】特開昭６２−１２９６０号公報
【特許文献７】特開昭６２−５０３９６号公報
【特許文献８】特開平７−３２４１９５号公報
【特許文献９】特開平１０−４６１８４号公報
【特許文献１０】特開２００２−２６５９７４号公報
【特許文献１１】特開２００１−１８１６６９号公報
【特許文献１２】特開２００７−１７６９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、金型の温度上昇を抑制し、加工後の工具表面の焼付きや金型寿命の低下などを解消することができる、温間熱間塑性加工用潤滑剤を提供することである。
本発明の他の目的は、上記潤滑剤を用いた温間又は熱間塑性加工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤、およびこれらを用いた温間又は熱間塑性加工法を提供するものである。
１．下記の成分（１）及び（２）を含む温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
（１）成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩及び成分Ｂ：水溶性ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種、及び
（２）成分Ｃ：炭素数が４以上の多価アルコール。
２．成分Ａを含み、成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩が、脂肪族カルボン酸又は芳香族カルボン酸の、アルカリ金属塩、アミン塩又はアンモニウム塩である上記１記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
３．成分Ｂを含み、成分Ｂ：水溶性ポリマーが、イソブチレン・マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテル・マレイン酸共重合体、マレイン酸・アクリル酸共重合体及びスチレン・マレイン酸共重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１又は２記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
４．成分Ｃ：炭素数が４以上の多価アルコールが、ジオール、トリオール、テトラオール、糖アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１〜３のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
５．成分Ｃの含有量が１〜３５質量％である上記１〜４のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
６．温間熱間鍛造用潤滑剤である上記１〜５のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤。
７．上記１〜６のいずれか１項記載の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤を、工具表面及び／又は工具と被加工物の間に給油することを特徴とする温間又は熱間塑性加工方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の温間熱間塑性加工用水溶性潤滑剤は、金型の温度上昇を抑制し、加工後の工具表面の焼付きや金型寿命の低下を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の潤滑剤に使用することができる成分Ａ：カルボン酸の水溶性塩は、好ましくは、脂肪族カルボン酸及び芳香族カルボン酸のアルカリ金属塩、アミン塩又はアンモニウム塩である。脂肪族カルボン酸としては、好ましくは炭素原子数５〜３２の脂肪族ジ、トリ、テトラカルボン酸が挙げられる。具体例としては、アジピン酸、セバチン酸、イタコン酸、プロパントリカルボン酸、等が挙げられる。
芳香族カルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ｐ−オキシ安息香酸、ジオキシ安息香酸、トリオキシ安息香酸、安息香酸、メチルサリチル酸、オキシフタル酸、ジオキシフタル酸、オキシテレフタル酸、等が挙げられる。
脂肪族カルボン酸及び芳香族カルボン酸と水溶性塩を形成するアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムが挙げられる。
脂肪族カルボン酸及び芳香族カルボン酸と水溶性塩を形成するアミンとしては、ジエタノールアミンやトリエタノールアミンなどのアルカノールアミンが挙げられる。
塩は完全塩でも部分塩でも良い。
【０００９】
本発明の潤滑剤中の成分Ａの含有量は、好ましくは０〜５０質量％、さらに好ましくは１〜３０質量％である。
【００１０】
本発明の潤滑剤に使用することができる成分Ｂ：水溶性ポリマーは、好ましくは、マレイン酸系共重合体、アクリル酸系共重合体、これらの部分エステルの水溶性塩であり、さらに好ましくは、イソブチレン・マレイン酸共重合体、アクリル酸・マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテル・マレイン酸共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、これらの部分エステルの水溶性塩が挙げられる。
本発明に使用することができるマレイン酸系共重合体、アクリル酸系共重合体、これらの部分エステルの水溶性塩は、マレイン酸系共重合体、アクリル酸系共重合体、これらの部分エステル（例えば、メチル又はエチル部分エステル）から得られる水溶性塩であり、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、ジエタノールアミンやトリエタノールアミン等のアルカノールアミンの塩が挙げられる。これらの水溶性塩には市販されているものもあるのでこれらをそのまま使用しても良いし、マレイン酸系共重合体、アクリル酸系共重合体、これらの部分エステル（例えば、メチル又はエチル部分エステル）に、例えば、カセイソーダやカセイカリ等のアルカリ金属水酸化物、アンモニア、ジエタノールアミンやトリエタノールアミン等のアルカノールアミン等を反応させて製造しても良い。
【００１１】
本発明の潤滑剤中、成分Ｂの含有量は、好ましくは０〜３０質量％、さらに好ましくは１〜２０質量％である。
また本発明の潤滑剤は、成分Ａと成分Ｂの少なくとも１種を含むが、その含有量は成分（Ａ）と（Ｂ）の合計で１質量％以上であることが好ましい。１質量％未満では本発明の所期の効果が充分に発揮されない傾向がある。成分Ａと成分Ｂの合計は潤滑剤中、５０質量％以下、好ましくは３０質量％以下である。５０質量％を超えると、潤滑剤が流動性を失い、均一な潤滑膜ができず、潤滑性が低下する傾向がある。
【００１２】
本発明の成分Ｃの炭素数が４以上の多価アルコールとしては、ジオール、トリオール、テトラロール、糖アルコール（ペンチット、ヘキシット、ヘプチット、オクチットなど）が挙げられる。
炭素数が４以上のジオールとしては、ピナコール、ヘキサメチルトリメチレングリコール、２，２−ジメチルトリメチレングリコール、２，２−ジメチル−１，３−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、２，５−ヘキサンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、１，２−シクロペンタンジオール、１，３−シクロペンタンジオール、２−メチル−１，２−シクロペンタンジオール、３−メチル−１，２−シクロペンタンジオール、２，３−ジメチル−１，２−シクロペンタンジオール、１，２−ジメチル−１，２−シクロペンタンジオール、１，２−ジエチル−１，２−シクロペンタンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、ｔｒａｎｓ−１−メチル−１，２−シクロヘキサンジオール、１，３−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、３−シクロヘキセン−１，ｔｒａｎｓ−２−ジオール、２−シクロヘキセン−１，ｔｒａｎｓ−４−ジオール、４−シクロヘキセン−１，ｔｒａｎｓ−２−ジオール、３，５−シクロヘキサジエン−１，ｔｒａｎｓ−２−ジオール、１，２−シクロヘプタンジオール、１，３−シクロヘプタンジオール、１，４−シクロヘプタンジオール、シクロオクタングリコール、等が挙げられる。
【００１３】
炭素数が４以上のトリオールとしては、２−メチル−２，３，４−ブタントリオール、２，３，４−ヘキサントリオール、２，４−ジメチル−２，３，４−ペンタントリオール、２，４−ジメチル−２，３，４−ヘキサントリオール、ペンタメチルグリセリン、２−メチル−２−オキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−イソプロピル−２−オキシメチル−１，３−プロパンジオール、１，２，３−シクロヘキサントリオール、１，３，５−シクロヘキサントリオール、等が挙げられる。
【００１４】
炭素数が４以上のテトラオールとしては、エリトリット、トレイット、ペンタエリトリット、１，２，３，４−ペンタンテトロール、２，３，４，５−ヘキサンテトロール、２，５−ジメチル−２，３，４，５−ヘキサンテトロール、１，２，５，６−ヘキサンテトロール、１，３，４，５−ヘキサンテトロール、１，６−（エリトロ−３，４）−ヘキサンテトロール、３−ヘキセン−１，２，５，６−テトロール、３−ヘキシン−１，２，５，６−テトロール、１，２，３，４−シクロヘキサンテトロール、１，２，４，５−シクロヘキサンテトロール、５−シクロヘキセン−１，２，３，４−テトロール、等が挙げられる。
【００１５】
炭素数が４以上の糖アルコールとしては、ペンチット類として、アドニット、アラビット、キシリット、１−デオキシ−Ｄ−グルコシット、１−デオキシ−Ｄ−アルトリット、１−デオキシ−Ｄ−マンニット、１−デオキシ−Ｄ−グリット、１−デオキシ−Ｄ−ガラクチット、２−デオキシ−Ｄ−マンニット、シクロヘキサンペントール、ヘキシット類として、アリット、タリット、ソルビット、マンニット、イジット、ズルジット、シクロヘキサンヘキソール、またヘプチット、オクチット、ノニット、デシチットが挙げられる。
【００１６】
本発明の潤滑剤中、成分Ｃの含有量は、好ましくは１〜３５質量％、さらに好ましくは１〜１５質量％である。１質量％未満では本発明の所期の効果が充分に発揮されない傾向があり、１５質量％を超えても性能的には、問題はないが、効果が飽和し、不経済である。
【００１７】
本発明の潤滑剤には、上記成分に加えて、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、アルギン酸ソーダ、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ホウ酸塩化合物等の水溶性潤滑物質、防腐剤、消泡剤、防腐防食剤、耐荷重添加剤等の添加剤を添加しても良い。これにより、潤滑性および工具表面の離型性をさらに向上させることができる場合がある。これらの添加量は特に限定されないが、通常、０．１〜３０質量％が適当である。
本発明の潤滑剤は水を含まない配合であっても、使用できる。通常水が配合されるが、この水の配合量は特に限定されない。通常は、潤滑剤中、５０〜８０質量％である。
【００１８】
こうして得られた本発明の潤滑剤は、原液または水で０．５〜２０質量％程度、通常は５〜２０質量％程度に希釈した状態で、一般的に潤滑剤用ポンプとして使用されるギアポンプ、エアーポンプ、プランジャーポンプ等によって工具へ直接スプレーするか、エアースプレーまたは、ウォーターインジェクション方式でスプレーが可能である。また、原液または水で希釈した状態で、刷毛等を用いて直接塗布しても良いし、工具に給油後、乾燥させて、水分を除去した形で使用することも可能である。工具への給油量は原液として通常は小型手動機（直接給油）では１加工当たり数ｍＬ程度、大型自動機では１加工当たり数十Ｌ程度である。
【実施例】
【００１９】
本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
実施例１〜４０及び比較例１〜１８
表１〜表６に示す組成の成分（質量部）を水に希釈して１００質量部の潤滑剤試料（実施例１〜４０及び比較例１〜１８）を作製した。
使用したイソブチレン・マレイン酸共重合体Ｎａ塩とイソブチレン・マレイン酸共重合体アンモニア変成アンモニウム塩は株式会社クラレ製の「イソバン」（イソブチレン・マレイン酸共重合体の分子量は５０００〜４０００００）であり、その中和状態は「中和度」（＝全てのカルボキシル基が中和された場合に１とする値）で表示した。
これらの試料を水で１０倍に希釈し、以下の試験法により潤滑性の評価を行った。
【００２０】
〔潤滑性〕
特開平５−７９６９号公報記載の通称「スパイクテスト」にて評価する。試験条件は以下のとおりである。
金型：ＳＫＤ−６１（１５０℃）
試験片：Ｓ４５Ｃ（８００℃）２０Фｍｍ×高さ３０ｍｍ
試料：１０倍に調整した希釈液を対角線に各々２ｍｌスプレー
評価：スパイク高さ（ｍｍ）と鍛造荷重（ｔｏｎ）を記録。潤滑性はスパイク高さ／鍛造荷重（ｍｍ／ｔｏｎ）で表示する。実機での要求値は０．１３５以上である。
〔冷却性〕
金型：ＳＫＤ−６１（１５０×１５０×７５ｍｍ）
試料：１０倍に調整した希釈液３ｍｌを高さ２０ｍｍの位置から２００℃の金型上にシリンジで自然落下させる。
評価：金型の温度降下を熱伝対で測定し、最大降下温度を記録し、冷却性の評価を行った。実機での要求値は１０℃以上である
※  最大降下温度  ＝  試験温度（２００℃）  −  試料滴下後最低温度
※  冷却性試験には以下のシリンジを使用した
〔メーカー名〕ＴＥＲＵＭＯ
〔商品名〕テルモシリンジ  中口スリップタイプ  ５ｍｌ（ＳＳ−０５ＳＺ）
一般汎用注射筒
〔材質〕ピールカット包装  ラテックスフリー
〔サイズ〕シリンジの内径：１３．５ｍｍ
シリンジの長さ：５６．０ｍｍ
先端部の内径：２．０ｍｍ
先端部の長さ：９．０ｍｍ
【００２１】
【表１】
2010084076.tif 000002
【００２２】
【表２】
2010084076.tif 000003
【００２３】
【表３】
2010084076.tif 000004
【００２４】
【表４】
2010084076.tif 000005
【００２５】
【表５】
2010084076.tif 000006
【００２６】
【表６】
2010084076.tif 000007
【００２７】
成分Ａ及び成分Ｂの少なくとも１種と成分Ｃを含有する本発明の実施例１〜４０の潤滑剤は優れた潤滑性、冷却性を示す。
成分Ｃを含まない、または成分Ｃとして炭素数３以下のジオール（エチレングリコール、グリセリン）を使用した比較例１〜１２の潤滑剤は、潤滑性は優れているが、冷却性が劣っている。
成分Ｂおよび成分Ｃを含まない比較例１３−１５の潤滑剤は潤滑性、冷却性のいずれも劣っている。
成分Ａ及び成分Ｂを含まない比較例１６−１８の潤滑剤は、冷却性に優れるが潤滑性は劣っている。