(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性金属加工用油剤全体を１００重量部とした場合に、ポリアクリル酸、セルロース誘導体、及びスチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物との共重合体から選ばれる少なくとも１種の水溶性高分子化合物からなるミスト抑制剤を１〜５重量部含有することを特徴とする低ミスト水溶性金属加工用油剤。
【請求項２】
上記ポリアクリル酸、上記その共重合体若しくは上記それらの塩、又はスチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物との上記共重合体の数平均分子量は１万〜１０００万である請求項１記載の低ミスト水溶性金属加工用油剤。
【請求項３】
上記セルロース誘導体がカルボキシメチルセルロースである請求項１記載の低ミスト水溶性金属加工用油剤。
【請求項４】
上記ポリアクリル酸が架橋型ポリアクリル酸である請求項１乃至３のいずれかに記載の低ミスト水溶性金属加工用油剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水溶性金属加工用油剤に関し、更に詳しくは、本発明は切削加工又は研削加工で使用され、使用時にミストの発生が少ない低ミスト水溶性金属加工用油剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の切削加工においては、被削部材と工具間の潤滑と冷却を図り、高速化による加工能率の向上、製品精度の向上及び工具の寿命延長を目的として切削油剤が用いられる。このような切削油剤は通常、切削部分に直接注油される。
しかし、加工効率を向上させるために切削加工の高速化を図った結果、工具の高速運動及び工具や被削材の発熱により、注油された油剤の一部がせん断により微粒子化されたり、熱分解することによりミストとなる。このようにして発生するミストは、作業場周辺に飛散又は充満して工作機械、製品等を汚染すると共に、呼吸器を通じて作業員の体内に取り込まれる等、作業員の健康上好ましくない影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
従来は、上記のミスト発生の防止のために、局所排気装置、工場全体の排気装置あるいは各種の空気浄化装置の設置により対応することもあるが、これには莫大な設備投資を必要とする。一方、切削速度の減少といった加工条件の緩和という使用基準面での対策も実施されているが、この場合は加工効率の低下という問題が生じる。
【０００４】
切削油剤それ自体をミスト発生の少ない油剤とする試みとして、従来より切削油剤の粘度を高めることが行われていたが、著しい増粘はクーラントに悪影響を与えることから好ましくない。また、その他にも、特開平１０−４６１７８号公報にミスト抑制剤として、アクリルアミド系の疎水性モノマーに、親水性モノマーとしてスルホン酸塩基を含有する置換アクリルアミドやスチレンを用い、この疎水性モノマーと親水性モノマーを共重合させたものが有用であると記載されている。しかしながら、ポリアクリルアミドには凝集作用があることから、水溶性切削油剤を水に希釈した際の液安定性が低下するという問題がある。以上より、著しい溶液の粘度変化を起こすことなくミスト抑制効果が優れ、同時に水希釈安定性に優れる水溶性金属加工用油剤は未だ見いだされていないのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水希釈安定性に優れると共に、溶液の粘度変化が少なく、且つ、ミスト抑制効果にも優れた低ミスト水溶性金属加工用油剤を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、従来は分散剤として使用されてきた特定の水溶性高分子化合物をミスト抑制剤として添加したところ、ミスト発生を著しく抑制し、且つ添加しても金属加工油の粘度変化が少なく、水希釈性が安定であることを見いだして本発明を完成した。
即ち、本発明は、水溶性金属加工用油剤全体を１００重量部とした場合に、ミスト抑制剤である水溶性高分子化合物として、ポリアクリル酸、セルロース誘導体、及びスチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物との共重合体から選ばれる少なくとも１種を１〜５重量部含有することを特徴とする低ミスト水溶性金属加工用油剤である。
【０００７】
上記「ポリアクリル酸」としては、直鎖状又は架橋型ポリアクリル酸を用いる。直鎖状又は架橋型ポリアクリル酸は、実施例記載のミスト発生試験において、試験前の粘度に対する試験後の粘度の比が１．５０以下となり、切削油剤の粘度変化を抑えることができることから特に好ましい。
また、上記「セルロース誘導体」としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。この中で、カルボキシメチルセルロースは、実施例記載のミスト発生試験において、試験前の粘度に対する試験後の粘度の比が１．１０以下となり、切削油剤の粘度変化を抑えることができることから特に好ましい。
【０００８】
上記「スチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物との共重合体」は、例えば、以下に示す一般式で表されるものが挙げられる。スチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物とからなる共重合体であれば、その構造は下記のように規則正しくモノマーが配列されていなくてもよい。
【０００９】
【化１】
0003971856.tif 000002
【００１０】
上記式中、ｍは重合度を表し、通常３０〜５００の整数、好ましくは５０〜２００の整数である
式中、ＡＯはオキシアルキレン基であり、例えば、ポリオキシエチレン等が挙げられる。また、式中のｎはアルキレンオキシドの付加モル数を表し、通常１〜２００の整数、好ましくは１〜１５０の整数である。アルキレンオキシドの付加形式は単独の他、２種以上のアルキレンオキシドのランダム付加もしくはブロック付加でもよい。
式中、Ｒはアルキル基であり、通常、炭素数は１〜２４であり、例えば、ｎ−ヘキシル基等が挙げられる。
【００１１】
また、上記ポリアクリル酸又はスチレンとマレイン酸とポリオキシアルキレン化合物との共重合体の数平均分子量（以下、平均分子量は全て数平均分子量を意味する。）は、１万〜１０００万の範囲が適当である。この平均分子量が１万未満ではミスト抑制効果が小さく、分子量が１０００万を越えると油剤の粘度が著しく増加して使用上好ましくないからである。
更に、上記水溶性高分子化合物の含有量は、水溶性金属加工用油剤全体を１００重量部とした場合に１〜５重量部である。含有量が０．１重量部未満ではミスト抑制効果が現われず、１０重量部を越えると油剤原液及び水希釈液の粘度が高くなりすぎて使用できなくなるからである。
【００１２】
本発明の金属加工用油剤は、上記の必須成分を含有し、使用時に水に希釈して用いる。基油としては、一般的な水溶性金属加工用油剤に用いられているものでよく、例えばＪＩＳ  Ｗ１種のエマルション形水溶性切削油剤やＪＩＳ  Ｗ２種のソリューブル形水溶性切削油剤等が挙げられる。
また、その他の任意成分として、消泡剤、油性剤、極圧添加剤、防錆剤、防食剤、酸化防止剤等を適宜添加して用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低ミスト水溶性金属加工用油剤について、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。
（１）水溶性金属加工用油剤の調製
本発明の実施例及び比較例の成分配合を以下に示す。
下記の成分を表１に示す重量部の割合で、５０℃に加熱して均一になるまで撹拌し、実施例１〜５及び比較例１〜４の水溶性金属加工用油剤を製造した。但し、比較例３及び４は調製過程において液が分離してしまうため、切削油剤の配合が不可能であった。
▲１▼水溶性切削油剤：ユシロ化学工業株式会社製、商品名「ユシローケンＥＣ５０」
▲２▼ポリアクリル酸（表１及び表２では「ＰＡＡ」と略す。）：日本純薬株式会社製、架橋型ポリアクリル酸、商品名「ジュンロンＰＷ−１５０」。
▲３▼カルボキシメチルセルロース（表１及び表２では「ＣＭＣ」と略す。）：山陽国策パルプ株式会社製、商品名「サンローズＦＴ−２」。
▲４▼スチレン・マレイン酸・ポリオキシアルキレン共重合物（表１及び表２では「ＳＭＰ共重合体」と略す。）：日本油脂株式会社製、商品名「マリアリムＡＫＭ−０５３１」（分子量：１５０００〜２００００）。
▲５▼ポリビニルアルコール（表１では「ＰＶＡ」と略す。）：ユニチカ株式会社製、商品名「ＵＦ２００Ｇ」（完全ケン化ＰＶＡ、平均ケン化度９７．７〜９８．５、分子量２０００）。
▲６▼ポリアクリルアミド：（表１では「ＰＡＡＭ」と略す。）栗田工業株式会社製、商品名「クリフロックＰＡ３２８」（平均分子量１２０００）。
【００１４】
【表１】
0003971856.tif 000003
【００１５】
（２）ミスト発生抑制試験
上記のようにして調製した実施例１〜５及び比較例１〜２の水溶性切削加工油剤を水で３０倍に希釈して試験液とした。そして、図１に示すミスト発生装置の試料容器内に上記試験液を入れて、その後、上部より０．２ＭＰａの圧縮空気を３０分間導入し、圧縮空気と試験液を混合させ、噴射口の前方にある衝突玉に衝突させてミストを発生させた。ミスト出口から排出されたミストの発生量は３０分後の試験液の重量減少から測定した。その結果を表１に示す。
【００１６】
（３）水希釈液安定性試験
上記（２）で調整した３０倍希釈の試験液を１００ｍｌメスシリンダーに１００ｍｌ入れ、２５℃において１４日間静置した後の、試験液の変化を目視により観察した。その結果を表１に示す。尚、表１において、○は試験液に変化がないことを示し、×は試験液が混濁したことを示す。
【００１７】
（４）溶液粘度の変化
上記実施例と同様に、水溶性切削油剤９７重量部に対して、表２に挙げた試料を３重量部加えて、５０℃に加熱して均一になるまで撹拌し、水で３０倍に希釈することにより製造した水溶性金属加工用油剤について、上記と同じミスト発生試験を行った。また、ミスト発生試験前と後における溶液粘度を４０℃でキャノンフェンスケ粘度計により測定した。その結果を表２に示す。
尚、表２において、ミスト発生比とは、試料を加えず、切削油剤１００重量部でミスト発生試験を行った場合のミスト発生量に対する、試料を加えた場合のミスト発生量の比である。
【００１８】
【表２】
0003971856.tif 000004
【００１９】
実施例１〜３の結果より、水溶性高分子化合物を加えると、いずれもミスト低減効果を示すと共に、水希釈安定性にも優れていることが分かる。但し、水溶性高分子化合物の量が少ないと、ミスト低減効果が低くなることが比較例５より分かり、水溶性高分子化合物の量が大きくなると、次第に水希釈安定性が悪くなることが比較例６より分かる。このことは、ミスト低減効果と水希釈安定性とを両立するには、水溶性高分子化合物の量に限界があることを示している。
一方、比較例２より、水溶性高分子化合物の分子量が１万未満では同じ重量部でもミスト低減効果が低く、水希釈安定性にも欠ける。また、比較例３のように、水溶性高分子化合物の量が１０重量部を越えると、液が分離してしまい、配合が不可能になることが分かる。また、比較例４より、従来より使用されていたポリアクリルアミドには凝集作用があることから、３重量部という少量でも液が分離して切削油剤の配合が不可能になることが分かる。
【００２０】
また、増粘が著しいとクーラントに悪影響を与え、好ましくないことから、金属加工用油剤には溶液の粘度変化が少ないという性質が要求される。そこで、水溶性高分子化合物を添加した場合の溶液粘度の変化とミスト発生の抑制を比べてみると、表２より、ポリアクリル酸ナトリウムではミスト発生抑制効果に優れているが、ミスト発生試験前後での溶液粘度の変化が著しいのに対し、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース及びスチレン・マレイン酸・ポリオキシエチレン共重合体の場合は、ミスト発生試験前後での溶液の粘度変化が少なく、かつミストの発生を抑制していることから、ミスト抑制剤として好適であることが分かる。特に、ポリアクリル酸の場合、分子量が低いものは溶液の粘度変化が小さく、架橋型のものはミスト抑制作用に優れていることが分かる。
【００２１】
尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、本発明の低ミスト水溶性金属加工用油剤は、表１及び表２に示す組成及び配合割合に限られず、本発明の範囲内における種々の組成及び配合割合とすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の低ミスト水溶性金属加工用油剤は、特定の水溶性高分子化合物をミスト抑制剤として添加することにより、金属加工用油剤の粘度を著しく変化させることなく、水に希釈した際の液安定性の低下を防ぐことができると共に、切削加工工程においてミストの発生を抑制することができる。その結果、ミスト発生を抑制するため金属加工用油剤を大量に使用したり、発生したミストを排出するための排気装置あるいは各種の空気浄化装置の設置といった設備投資も必要ないので、低コスト化を図ることができる。また、ミスト発生を抑制しつつ切削加工を高速化することができることから、加工能率の向上を図ることができると共に、作業環境の改善等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例で用いたミスト発生試験装置を示すものである。
【図２】本実施例で用いたミスト発生試験装置の断面図を示すものである。
【符号の説明】
１；ガラス容器（噴霧室）、２；試料容器、３；試料吸引管、４；圧縮空気導入口、５；噴出口、６；衝突玉、７；ミスト出口。
【図１】
0003971856.tif 000005
【図２】
0003971856.tif 000006