(57)【要約】【課題】界面活性剤等を添加することなく、高温から低温まで使用可能であって、噴射により発泡して工具表面に付着し、工具の回転に伴い破泡して液本来の浸透性を回復する切削油剤スプレー用組成物を提供する。【解決手段】菜種油とエステル油からなる基液を流動パラフィンで４０℃粘度を１５〜７ｃＳｔに調整した切削油剤のスプレー用組成物であって、その切削油剤に−１０℃での可溶限界以下の量の水素を含むフロンガスと、２５℃において０．６±０．１ＭＰａの圧力を生じる量の窒素ガスとを添加してスプレー化する。水素を含むフロンガスはＨＦＣ１５２ａを用い、切削油剤１００重量部に対して３０〜１０重量部添加することが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器中に充填して使用される切削油剤スプレー用組成物であって、流動パラフィンで４０℃粘度を１５〜７ｃＳｔに調整した植物油を主成分とする切削油剤に、−１０℃での可溶限界以下の量の水素を含むフロンガスと、２５℃において０．６±０．１ＭＰａの圧力を生じる量の窒素ガスとを添加してなる切削油剤スプレー用組成物。
【請求項２】
前記水素を含むフロンガスとしてＨＦＣ１５２ａを用い、前記切削油剤１００重量部に該フロンガスを３０〜１０重量部添加することを特徴とする、請求項１に記載の切削油剤スプレー用組成物。
【請求項３】
前記切削油剤が、菜種油とエステル油を含む切削油剤基液８０〜５０重量部と、流動パラフィン２０〜５０重量部とからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の切削油剤スプレー用組成物。
【請求項４】
前記切削油剤基液が、菜種油７５〜８５重量部とエステル油２５〜１５重量部とからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の切削油剤スプレー用組成物。
【請求項５】
前記切削油剤が菜種油とエステル油を含む切削油剤基液６０〜５０重量部と流動パラフィン４０〜５０重量部とからなり、該切削油剤１００重量部にフロンガスとしてＨＦＣ１５２ａを３０〜１０重量部添加することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削油剤スプレー用組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の切削加工に使用される切削油剤に関し、特に容器中に充填して使用される切削油剤スプレー用の組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削加工においては、潤滑、冷却、洗浄等の目的で、切削油剤が使用される。切削油剤は被加工材や加工工具に必要最低限の量で塗布することが望ましく、過剰の塗布は不経済であるばかりでなく、周辺環境の汚染や汚染の洗浄除去に要する手間の増加など、様々な悪影響ないし不利益を与える。
【０００３】
現在一般的に使用されている切削油剤は、鉱物油系・植物油系を問わず、噴射剤として液（油剤）に可溶なＬＰＧガスやジメチルエーテル（ＤＭＥ）ガスを用いることにより、スプレー化がなされている。しかし、その切削油剤スプレーでは、噴射と同時に切削油剤が霧化し、有効成分の多くが周囲に飛散しやすいという問題があった。
【０００４】
また、高速で回転する工具に対しては、有効成分である切削油剤そのものにも技術的制約があった。即ち、切削油剤は、回転する加工工具の遠心力による飛散に対しては高粘度であることが望ましく、その一方で工具歯先への浸透には適度に低粘度であるこが望ましい。しかし、ほとんどの場合は切削を優先するため、液の高粘度化には限界があった。
【０００５】
そこで、噴射剤として液（油剤）に不溶なガスを用いて切削油剤をスプレー化し、噴射の初期に発泡させることで、工具表面での付着性を確保する方法が知られている。このような切削油剤スプレーの一例として、炭酸ガスや窒素ガス等の不溶性のガスを用いて発泡状態を作り出し、塗布時には工具表面に泡状で付着させて飛散を防ぐと共に、工具の回転により破泡させて液状化する製品が提供されている。
【０００６】
しかしながら、炭酸ガスや窒素ガス等の圧縮ガススプレーは、常温では回転に伴う破泡を生じる適度な発泡を得やすいが、液の温度変化に伴う粘度変化に対応しきれず、低温では噴射不良となる欠点があった。また、圧縮ガスの根本的欠陥として、使用による切削油剤の減少に伴って空間容積が増加し、且つそれに伴う圧力低下により噴射パターンが変化すると、安定した噴射状態を得ることができなかった。
【０００７】
また、不溶性のガスとしてフロン系のガスがあるが、液（油剤）に対して全く不溶性のガスでは、蒸発性が強いため発泡性も強くなり、切削に必要な低粘度の切削油剤はムース状態となるため、工具の回転によっても破泡せず液状とならない。一方、溶解性があるガスの場合には、通常のＬＰＧガスやＤＭＥガスの場合と同様に、発泡せずに霧化飛散するという欠点があった。
【０００８】
更に、噴射剤としてガスを用いず、界面活性剤等を用いて発泡させる方法も提案されている（例えば、特開２００１−２２６６９５号公報）が、水系の切削剤に関するものであり、油系には適用できない。また、界面活性剤は、切削性に悪影響を及ぼすうえ、泡沫の持続安定性を確保するものであるから、切削加工を前提とする組成物であっても付着後すぐに破泡させることが難しい。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２２６６９５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、切削性に悪影響を及ぼす界面活性剤等を添加することなく、温度差の激しい工業用として高温から低温まで使用可能であって、噴射により発泡して工具表面に付着し、且つ工具の回転に伴い破泡して液本来の浸透性を回復する、切削性に優れた切削油剤スプレー用組成物を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、各種噴射剤について噴射状態並びに発泡と破泡の状態を鋭意検討した結果、切削性に影響を及ぼす界面活性剤等を含有させなくても、窒素ガスとフロンガスを併用することで、低温から高温までの安定した噴射状態が得られ、噴霧により発泡し且つ工具の回転に伴い容易に破泡する適度な発泡状態を作り出すことが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、容器中に充填して使用される切削油剤スプレー用組成物であって、流動パラフィンで４０℃粘度を１５〜７ｃＳｔに調整した植物油を主成分とする切削油剤に、−１０℃での可溶限界以下の量の水素を含むフロンガスと、２５℃において０．６±０．１ＭＰａの圧力を生じる量の窒素ガスとを添加してなる切削油剤スプレー用組成物を提供するものである。
【００１３】
上記本発明の切削油剤スプレー用組成物においては、前記水素を含むフロンガスとしてＨＦＣ１５２ａを用い、前記切削油剤１００重量部に対して該フロンガスを３０〜１０重量部添加することが好ましい。
【００１４】
また、上記本発明の切削油剤スプレー用組成物において、前記切削油剤は、菜種油とエステル油を含む切削油剤基液８０〜５０重量部と、流動パラフィン２０〜５０重量部とからなることが好ましい。また、前記切削油剤基液は、菜種油７５〜８５重量部とエステル油２５〜１５重量部とからなることが好ましい。
【００１５】
更に、上記本発明の切削油剤スプレー用組成物では、前記切削油剤が菜種油とエステル油を含む切削油剤基液６０〜５０重量部と流動パラフィン４０〜５０重量部とからなり、該切削油剤１００重量部にフロンガスとしてＨＦＣ１５２ａを３０〜１０重量部添加することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、まず、植物油を主成分とする切削油剤そのものに関する検討から、ドリル等での穴あけ及びネジ切りには、その浸透性の点から、４０℃での粘度を流動パラフィンで１８ｃＳｔ以下に調整した切削油剤が望ましいことを見出した。尚、本発明で用いる切削油剤は植物油系であり、切削性能の観点から、その切削油剤基液は菜種油７５〜８５重量部とエステル油２５〜１５重量部とからなることが好ましい。
【００１７】
この切削油剤基液８０〜５０重量部に対し、流動パラフィン２０〜５０重量部を添加して、４０℃粘度を１５〜７ｃＳｔに調整することにより、本発明に係わる切削油剤とする。流動パラフィンの添加量は、切削性能の点からは５０重量部以下が望ましく、浸透性を考慮すると２０重量部以上が望ましい。また、切削油剤の好ましい組成は、切削油剤基液６０〜５０重量部と流動パラフィン４０〜５０重量部とからなる。
【００１８】
しかしながら、このような組成と粘度範囲の切削油剤は、原液のままでも飛散しやすいうえ、炭酸ガスや窒素ガスのような不溶性ガスを用いたスプレーでは回転時の工具から飛散して周囲を汚染する。また、ＬＰＧガスやＤＭＥガスでスプレー化した場合には、切削油剤は完全に可溶化するため、霧状に噴霧されて周囲に飛散してしまう。
【００１９】
更に、ＨＦＣ１５２ａのようなフロンガスでスプレー化した場合、切削油剤が一定量までは可溶のため霧状の噴射となり、やはり周囲に飛散してしまう。また、切削油剤がフロンガスの可溶限界量以上になると、フロンガスでは発泡せず、ムース状態となって回転する工具から飛散してしまう。尚、ムース状態の場合、比較的低速の切削加工では浸透性を失い、切削性能が著しく低下する。
【００２０】
これに対して、本発明においては、流動パラフィンで４０℃粘度を１５〜７ｃＳｔに調整した切削油剤に、噴射剤としてフロンガスと窒素ガスを併用して添加する。フロンガスの添加量は−１０℃での可溶限界以下とし、窒素ガスの添加量は２５℃において０．６±０．１ＭＰａの圧力を生じる量とする。フロンガスの添加量が減少するに従って液だれを生じやすくなるが、液だれの有無により添加量の下限を規定するものではない。しかし、スプレー製品の完成度としては劣るため、スプレー用組成物としては可溶限界のフロンガスを添加充填することが好ましい。
【００２１】
このような組成を有する本発明の切削油剤スプレー用組成物は、低温（−１０℃）から高温（４０℃）まで半棒状に噴射し、発泡して工具に泡状に付着することができ、周囲に飛散することがほとんどない。しかも、工具に泡状に付着した切削油剤は、工具が回転しても飛散することがなく、回転に伴い容易に破泡して良好な浸透性が得られる。
【００２２】
フロンガスとしては、水素を含むハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が好ましく、温暖化規制の観点からＨＦＣ１５２ａが最も好ましい。ＨＦＣ１５２ａを用いる場合、−１０℃での可溶限界となる添加量は切削油剤１００重量部に対し３０重量部であり、３０〜１０重量部の範囲が好ましい。ＨＦＣ１５２ａの添加量が３０重量部のときの窒素ガスの添加量は、ＨＦＣ１５２ａを加えた切削油剤１００重量部に対して０．５〜１．０重量部の範囲となる。
【００２３】
このＨＦＣ１５２ａと窒素ガスを併用した好ましい切削油剤スプレー用組成物の場合、ＨＦＣ１５２ａが可溶限界を超えると、具体的には切削油剤１００重量部に対してＨＦＣ１５２ａが３０重量部を越えると、低温下（−１０℃以下）において切削油剤とＨＦＣ１５２ａとが分離しやすくなる。この状態で噴射すると著しく発泡し、工具に塗布した切削油剤は破泡せずに遠心力によって周囲に飛散してしまう。
【００２４】
また、フロンガスを用いず、窒素ガス単独でスプレー化した場合には、通常のノズルでは棒状に噴霧されて発泡しない。特殊ノズルを使用すれば常温で泡状に噴射できるが、５℃以下の温度では棒状にしか噴射できない。更に、窒素ガス等の圧縮ガスの欠点として、窒素ガス単独ではノズルからの液だれを生じる。
【００２５】
【実施例】
まず、切削油剤の好適な組成及び粘度を検討した。即ち、菜種油８０重量部とエステル油２０重量部とからなる基準油を準備し、この基準油及びこれに流動パラフィンを添加することにより、下記表１に示す液粘度（４０℃）に調整した各試作油ａ〜ｆを得た。尚、粘度の調整には溶剤を用いて低粘度化する手法もあるが、溶剤は作業環境上制約となりうるため、低粘度の流動パラフィンを用いた。これらの試作油ａ〜ｆを窒素ガスでスプレー化し、切削試験に供した。
【００２６】
切削試験では、それぞれのスプレーを加工毎にドリル又はタップの表面に２秒間噴射して、切削性能を評価した。即ち、ドリル性能は卓上のボール盤を用い、一本のドリルで連続して穴あけを行い、異音等の発生時点までの加工数をもってドリル限界数とした。尚、被加工材はＳＵＳ３０４の磨き材、ドリルは直径３．３ｍｍの標準ツイストドリルを用い、主軸回転数は１３８０ｒｐｍとした。また、タッピング性能は、Ｍ４ポイントタップを使用し、上記で作製したドリル穴にハンドタップを行い、一本のタップでネジきり可能な数を求めて、タップ限界数とした。
【００２７】
得られた結果を、下記表１にまとめて示した。尚、上記の切削実験は好適な切削油剤の組成及び液粘度を求めるものであるため、スプレーとしての噴霧状態、液だれ、ドリル表面からの回転による飛散等は無視した。
【００２８】
【表１】
2004277442.tif 000002
【００２９】
この結果から分るように、切削性能は４０℃粘度１５ｃＳｔをピークに、低粘度になるに従って低下する。１５ｃＳｔでドリル・タップへの浸透性と液本来の切削性能が最も良いバランスが保たれ、粘度が低下すると浸透性は向上しても切削液の濃度が不足するため、切削性能が徐々に低下するものと考えられる。特に流動パラフィンが５０重量部を超えると著しくタッピング性能が低下し、６０重量部では粘度１８ｃＳｔの基準油よりも低下した。
【００３０】
次に、上記の結果から、４０℃粘度が１５〜７ｃＳｔの範囲内にある試作油ｂ〜ｄを切削油剤とし、これらに噴射剤としてＨＦＣ１５２ａ及び／又は窒素ガスを添加し、容器に充填して下記表２に示す各試料のスプレーを作製した。参考のために、基準油のみからなる試作油ａにつても、同様にスプレーを作製した。得られた各試料について、切削油剤スプレーとしての性能を評価し、得られた結果を表２に示した。
【００３１】
即ち、上記と同一条件での切削試験を行うと共に、噴射したときの発泡や飛散の状況、工具が回転したときの破泡の状況等を観察し、スプレー性能として下記表２にまとめた。具体的には、回転する工具（ドリル）表面で発泡し、１秒以内で破泡するものを「合格」とした。また、噴射時に飛散したり、１秒以内で破泡せず工具の遠心力により飛散したりしたものは「飛散」と、噴射時に発泡しないものは「液状」と表示した。
【００３２】
また、各試料の切削油剤スプレーについて、低温での噴射性を試験した。具体的には、工業用切削油剤の使用環境として−１０℃程度を下限温度と仮定し、この−１０℃での飛距離が５０ｃｍ以上を「合格」とし、それ未満を「不合格」とした。尚、スプレー終了後に、ノズル先端部から液だれを生じるか否かについても調べたが、基準油を用いたスプレー以外は液だれが無いか、有っても僅かであるため、表２からは省略した。
【００３３】
【表２】
2004277442.tif 000003
【００３４】
上記の結果から、切削油剤に対して可溶限界量又はそれ以内のＨＦＣ１５２ａガスと０．６ＭＰａの窒素ガスを併用して添加した本発明の試料５、８、９、１１〜１３では、噴射時に発泡して回転する工具表面に付着し、その後１秒以内で破泡して液状化し、更に−１０℃までの良好な噴射性の確保と、優れた切削性能が得られることが分る。尚、試料５、９、１３では、噴射後のノズルから若干の液だれが認められた。
【００３５】
一方、比較例の各試料において、試料１は流動パラフィンを含まない基準油を用いたものであり、上記切削試験から明らかなように切削性能が好ましくない。尚、菜種油とエステル油からなる基準油は、本来ＨＦＣ１５２ａとは相容性がない。しかし、窒素ガスと共に可溶限界量のＨＦＣ１５２ａガスを含ませた試料１では、噴射時に著しく発泡して飛散が激しかった。
【００３６】
比較例である試料２では、フロンガスを用いずに窒素ガス単独でスプレー化したものであり、スプレー性能は良好であったが、低温での噴射性が悪かった。また、試料３、６、１０は、可溶限界を超えるＨＦＣ１５２ａを単独で添加したものであり、低粘度化により破泡は容易であったが、発泡が著しいため飛散が極めて多くなった。更に、試料４と７は、可溶限界量のＨＦＣ１５２ａを添加して発泡化を試みたものであるが、ＨＦＣ１５２ａ単独では発泡せず、液状のまま噴射された。
【００３７】
尚、比較例の試料１４は、参考のために切削油剤として試作油ｅを用いたものであり、可溶限界量のＨＦＣ１５２ａガスと０．６ＭＰａの窒素ガスを併用することにより、良好なスプレー性能が得られるが、切削性能が劣っている。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、切削性に悪影響を及ぼす界面活性剤等を添加することなく、高温から低温まで使用可能であると共に、半棒状に噴射され発泡して工具に付着するため、噴射時及び回転する工具からの飛散が極力低減され、周囲の環境の汚染を最小限に抑えることが可能な切削油剤スプレー用組成物を提供することができる。しかも、回転する工具に泡状に付着した切削油剤は、工具の回転に伴って直ちに破泡するため、浸透性を損なうことがなく、本来の優れた切削性能を発揮することができる。