(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油に高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩を分散してなる潤滑剤であって、潤滑剤全体の平均塩基価が１５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であること、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が高塩基性アルカリ土類金属フェネート及び高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレートからなる群から選ばれる少なくとも１種であること、を特徴とする鍛造用型潤滑剤。
【請求項２】
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が高塩基性アルカリ土類金属フェネートである請求項１記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項３】
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレートである請求項１記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項４】
基油に、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート及び高塩基性アルカリ土類金属スルホネートの少なくとも２種の混合物を分散してなる潤滑剤であって、潤滑剤全体の平均塩基価が１５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であることを特徴とする鍛造用型潤滑剤。
【請求項５】
熱間鍛造用である請求項１〜４のいずれか１項記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項６】
温間鍛造用である請求項１〜４のいずれか１項記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項７】
基油が、鉱油、合成油、油脂、合成エステル及びこれらの２種以上の混合物からなる群から選ばれる請求項１〜６のいずれか１項記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項８】
さらに摩擦係数低減効果を有する極圧添加剤を含有する請求項１〜７のいずれか１項記載の鍛造用型潤滑剤。
【請求項９】
極圧添加剤が、ジ−２−メチル−１−プロピルジチオ燐酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸カルシウム、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸亜鉛、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸カルシウム、ジターシャリードデシルポリサルファイド、ほう酸カリウムオイル分散体、又はこれらの混合物である請求項８記載の鍛造用型潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、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き付きや、工具摩耗を防止し、加工及び離型を容易にする鍛造用型潤滑剤に関する。本発明は特に、黒鉛系型潤滑剤に変わって作業環境を改善することを目的として使用されるのに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造加工する際、加工面に供給される型潤滑剤には、黒鉛を油あるいは水に分散させたものが主に使用されてきた。しかし、いずれの型潤滑剤とも外観が黒色であるため作業環境の汚染が大きな問題となっている。
本発明者らは、先に非黒鉛系型潤滑剤として、炭水化物及び／又は炭水化物誘導体と被膜増強剤と分散剤を基油中に分散させた非黒鉛系型潤滑油を見いだし特許出願した（特開平6-256784号公報）。
しかし、この潤滑油は黒鉛系油分散型型潤滑剤並か、又はそれ以上の潤滑性を備えているが、固体分を基油中に分散させているため、使用環境によっては基油と固体分が分離してしまうことがあり、使用条件に若干の制限が伴った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、温間及び熱間鍛造加工において、従来の黒鉛系油分散型型潤滑剤のように作業環境を汚染することが無く、しかも黒鉛系油分散型型潤滑剤と同等か、又はそれ以上の潤滑性及び離型性を有し、貯蔵安定性が良く、且つ工具寿命の延長が可能な鍛造用型潤滑剤を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、基油に高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩を分散してなる潤滑剤であって、その塩基価が４０mgKOH/g 以上であることを特徴とする鍛造用型潤滑剤である。
本発明に使用される高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩としては、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、及びこれらの２種以上の混合物が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００５】
【発明の実施の形態】
アルカリ土類金属としては、カルシウム、マグネシウム、バリウムが挙げられる。これらのうちいずれを用いても同様の効果を得ることが出来るが、経済性の点よりカルシウムが好ましい。従って、以下この明細書においては高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩を、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
高塩基性カルシウムフェネートは、例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に、炭素数１〜４０の直鎖又は分岐鎖炭化水素基で置換されたフェノール又は硫化フェノールと過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する。この方法で製造された高塩基性カルシウムフェネートは、過剰のCaCO3 を安定に分散している透明な液体である。市販品としては、Adibis社のADX-410J、オロナイトジャパン社のOLOA229 、OLOA218A等が挙げられる。
【０００６】
高塩基性カルシウムカルボキシレートは、例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に有機カルボン酸と過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する。この方法で製造された高塩基性カルシウムカルボキシレートは、過剰のCaCO3 を安定に分散している透明な液体であり、その有効成分は下記の一般式で示すことができる。
[R1-COO-Ca-OOC-R2]n・(CaCO3)m
式中R1及びR2は同一でも異なっていてもよく、炭素数１〜４０の直鎖又は分岐鎖脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数４〜４０の環状脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数７〜４０の芳香族炭化水素基を示す。ｍ／ｎは０．２以上、好ましくは１５以上である。
市販品としては、LUBRIZOL社のLUBRIZOL 5341 、5341A 等が挙げられる。
【０００７】
高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、例えば高塩基性カルシウムスルホネートは例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に有機スルホン酸と過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する事により製造される。この方法で製造された高塩基性カルシウムスルホネートは、過剰のCaCO3 を安定に分散している透明な液体であり、その有効成分は下記の一般式で示すことができる。
[R1-SO3-Ca-O3S-R2]n・(CaCO3)m
式中R1及びR2は同一でも異なっていてもよく、炭素数１〜４０の直鎖又は分岐鎖脂肪炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数４〜４０の環状脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数７〜４０の芳香族炭化水素基を示す。ｍ／ｎは０．２以上、好ましくは１５以上である。
市販品としては、LUBRIZOL社のLUBRIZOL 5347 、Witco 社のBRYTON C-150, C-400, C-500等が挙げられる。
【０００８】
特開平5-306397号公報、特開平6-200282号公報、特開平7-3279号公報には高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムスルホネートを熱間圧延加工に使用することが記載されているが、鍛造用型潤滑剤に使用することは知られていない。圧延の場合、転がり−滑り潤滑であり加工時の摩擦係数が0.15〜0.25の範囲で作業されているのが現状であり、摩擦係数が小さすぎても加工が出来ない。又、潤滑剤の給油は、圧延後多量の冷却水にてロール表面を冷却し、冷却水を除去したあとに潤滑剤を供給する。従ってロール表面温度が 100℃以下になったところへ供給するので、温度によって潤滑剤がロール表面に付着しにくいという問題はない。
【０００９】
これに対して、温間及び熱間鍛造加工は、滑り潤滑の加工である。加工により生ずる新生面は圧延に比べ最高で約５０倍程度もあり、摩擦係数は可能な限り小さいことが望まれる。又、加工時の金型表面温度は、油性タイプの鍛造用型潤滑剤使用の場合、 300〜500 ℃になっている。従って熱間圧延加工と鍛造加工の潤滑剤に求められる要求性能は異なっていることが明らかである。
【００１０】
本発明の鍛造用型潤滑剤は、組成物全体の平均塩基価が４０mgKOH/g 以上であることが必要であり、好ましくは７０mgKOH/g 以上、更に好ましくは１５０mgKOH/g 以上である事が望ましい。組成物全体の塩基価平均値が４０mgKOH/g 未満であると本発明の所期の効果を達成することができない。
塩基価とは、JIS K 2501に於いて全塩基価として規定されており、試料1g中に含まれる全塩基成分を中和するのに要する塩酸と等量の水酸化カリウムのmg数をいう。従って、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、塩基成分であるCaCO3 を多く含有する程塩基価が高くなる。
【００１１】
上記市販の高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは通常基油を含んでいる。従って、これらはそのまま本発明の鍛造用型潤滑剤として使用することができる。また適当な基油で希釈して使用してもよい。尚、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、いずれを用いてもほぼ同等の効果を得ることが出来るので、任意の配合比で使用することができる。
上記市販の高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、各々の塩基価が 40mgKOH/g以上のものが好ましい。これらを２種以上の混合物として使用する場合には、それぞれの配合比から求めた塩基価平均値が40mgKOH/g 以上であることが好ましい。つまり塩基価が40mgKOH/g 未満の物を使用する場合、塩基価の高いものと混合することで塩基価の平均値が40mgKOH/g 以上あれば良い。又は塩基価を下げるために塩基価が40mgKOH/g 未満の物を使用しても良い。
【００１２】
本発明の鍛造用型潤滑剤の基油の例としては、鉱油、合成油、油脂、及び合成エステルの１種、または２種以上の混合物が挙げられる。具体例としてはスピンドル油、マシン油、ダイナモ油、モーター油、シリンダー油、ブライトストック油等の中質及び重質鉱油；牛脂、ラード、鯨油、パーム油、椰子油、菜種油、米ぬか油、大豆油等の動植物油脂；８〜22個の炭素原子を有する脂肪酸と１価及び多価アルコールのエステル、α−オレフィン、ポリブテン、シリコーン油、フッ素油等の合成油；及びこれらの混合油が挙げられる。
【００１３】
本発明の潤滑剤には、上記の基油以外に摩擦係数低減効果を有する極圧添加剤や固体潤滑剤等を加えることによっても十分な効果が得られる。
本発明に使用可能な極圧添加剤としては、下記の内から１種又は２種以上を選択して使用することができる。
ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩（アルキル基：Ｃ2 〜Ｃ8 ）、ジアリールジチオカルバミン酸金属塩、２−メルカプトベンゾチアゾール金属塩、イソプロピルキサントゲン酸金属塩、ジアルキルジチオ燐酸金属塩（アルキル基：Ｃ2 〜Ｃ8 ）、ジアリールジチオ燐酸金属塩、ナフテン酸金属塩、直鎖又は分岐脂肪族カルボン酸金属塩、ジターシャリードデシルポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、ジアルキル錫と脂肪酸の反応生成物、ジアルキル錫とメルカプトカルボン酸エステルの反応生成物、アルキル錫サルファイド、ほう酸カリウムオイル分散体（例えば、ORONITE ADDITIVES 社製：商品名：ＯＬＯＡ９７５０）、ほう酸カルシウムオイル分散体、並びにこれらの混合物等が挙げられる。金属塩の金属としてはカルシウム、亜鉛、モリブデン等を挙げることが出来る。
【００１４】
なお、本発明の目的である作業環境の汚染を一層防止する為、基油中への固体分（粉体及び粒子を指す。超微粒子は除く）添加を極力控える観点より、好ましいものは、ジ−２−メチル−１−プロピルジチオ燐酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸カルシウム、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸亜鉛、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸カルシウム、ジターシャリードデシルポリサルファイド、ほう酸カリウムオイル分散体、並びにこれらの混合物である。また、固体潤滑剤としては、黒鉛、ＭｏＳ2 、ＷＳ2 以外の、白色あるいは淡色である、潤滑用語解説集（日本潤滑学会編）に記載されている固体潤滑剤や、特開平６−２５６７８４号公報に記載されている被膜増強剤等を使用することができる。
これらの摩擦係数低減効果を有する極圧添加剤や固体潤滑剤の含有量は、本発明の鍛造用型潤滑剤中、好ましくは２〜４０重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％が適当である。
本発明の鍛造用型潤滑剤は、一般的に潤滑剤用ポンプとして使用されるギアポンプ、プランジャーポンプ等によって、金型へ供給することが出来る。またポンプを使用すること無く刷毛で塗布してもよい。
【００１５】
【実施例】
本発明を実施例及び比較例により説明する。
実施例１〜４０、比較例３、４
攪拌機を備えたステンレス製加熱釜を用いて製造した。製造は、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートのうち１種、または２種以上と、鉱油、合成油、油脂、及び合成エステルの１種、または２種以上を、表１及び２に示す重量比率で釜に投入し、50〜60℃にて均一となるまで攪拌することによって行った。
比較例２
表２に示す成分を釜に投入しスラリー状にした後、モントンゴーリンホモジナイザーで 350kgf/cm2 にて２パスして比較例２の潤滑剤を得た。
上記実施例及び比較例で得た潤滑剤及び更に比較のため、市販黒鉛油中分散型型潤滑剤 (比較例１) につき、次に示す試験方法により性能試験を行い、得られた結果を表１及び２に併記する。
実施例４１〜５０
実施例１と同様に、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートのうち１種、または２種以上と、鉱油、合成油、油脂、及び合成エステルの１種、または２種以上を、表３に示す重量比率で釜に投入し、さらに摩擦係数低減効果を有する極圧添加剤を添加し50〜60℃にて均一となるまで攪拌することにより、潤滑剤を製造した。結果を表３に併記する。
【００１６】
１．成形性: 後方押し出し試験
小型鍛造機を用い、下記条件にて鍛造加工を行い、加工時の荷重（トン）、加工物の底の厚み（mm（以下、底厚と言う) 及び焼き付きの有無から鍛造成形性を判断する。荷重及び底厚とも小さい値で焼き付きの無いものほど良好である。
(試験条件)
▲１▼鍛造機     :160 トン・メカニカルプレス
▲２▼金型       :ポンチ径25mmφ，ダイス内径30mmφ
▲３▼試験片     :S45C (直径30mm, 厚み16mm)
▲４▼試験片温度 :1200℃
▲５▼加工速度   :32.5mm/sec
▲６▼減面率     :70％
▲７▼底厚設定   :比較例２の試料で加工されたカップの底厚が約2.35mmになるようにする。
【００１７】
(評価)
成形性：比較例２の対応で、底厚2.35mm以下、荷重44t 以下であること。
焼き付きの有無：熱間鍛造試験後の金型の焼き付き状態を観察し、以下の５段階で評価した。（□〜◎であれば良好と評価）
◎：焼き付きは全く認められない
○：焼き付きはほとんど認められない
□：焼き付きがやや認められる
△：焼き付きが認められる
×：焼き付きが顕著に認められる
【００１８】
２．高温付着性
金型を想定した試験片を規定温度に設定し、シリンジで０．１ml滴下し、付着可能な上限温度を確認する。
（評価）
○：５００℃以上でも付着する。
△：４５０℃以上５００℃未満。
×：４５０℃未満。
３．設備周辺の汚染
過剰に供給された潤滑剤が、設備周辺に黒色 (特に黒鉛含有油) に付着、又は付着した潤滑剤が重合しヘラ等で除去しようとしても容易に取り除くことが出来ない等、作業環境の汚染の有無を確認する。
(評価)
○ :汚染無し
× :汚染有り
【００１９】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤は、黒鉛等の黒色成分を使用していないので作業環境を改善し鍛造成形性及びその他の性能は黒鉛油中分散型潤滑剤（比較例１及び比較例２）と同等かそれ以上であることが示されている。従って、ここに本発明の潤滑剤は黒鉛系鍛造用型潤滑剤に代わって作業環境を改善した潤滑剤であることが確認された。
【００２０】
【表１】
0003923106.tif 000002
【００２１】
（１）高塩基性カルシウムフェネート（塩基価150)
(OLOA 218A: OLONITE ADDITIVES 社製)
（２）高塩基性カルシウムフェネート（塩基価250)
(TNC-350: Texaco Chemical 社製)
（３）高塩基性カルシウムフェネート（塩基価400)
(ADX-410J: Adibis 社製)
（４）塩基性カルシウムスルホネート（塩基価25)
(BRYTON C-45: Witco 社製)
（５）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価45)
((4)94.7％と(7)5.3％の混合物)
（６）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価150)
(BRYTON C-150: Witco社製)
（７）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価400)
(BRYTON C-400: Witco社製)
（８）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価500)
(BRYTON C-500: Witco社製)
（９）高塩基性カルシウムカルボキシレート（塩基価125)
(LUBRIZOL 5341A: Lubrizol 社製)
（10）高塩基性カルシウムカルボキシレート（塩基価400)
(LUBRIZOL 5341: Lubrizol社製)
（11）鉱油  Ａ  （ISO VG 46)
（12）トリメチロールプロパンオレイン酸フルエステル
（13）菜種油
【００２２】
【表２】
0003923106.tif 000003
【００２３】
【表３】
0003923106.tif 000004
【００２４】
【表４】
0003923106.tif 000005
【００２５】
【表５】
0003923106.tif 000006
【００２６】
【表６】
0003923106.tif 000007
【００２７】
【表７】
0003923106.tif 000008
（21）高塩基性カルシウムフェネート（塩基価400)(ADX-410J: Adibis 社製)
（22）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価400)
(BRYTON C-400: Witco社製)
（23）高塩基性カルシウムカルボキシレート（塩基価400)
(LUBRIZOL 5341: Lubrizol社製)
（24）鉱油  Ａ  （ISO VG 46)
（25）鉱油  Ｂ  （ISO VG 460)
（26）  ジ−２−メチル−１−プロピルジチオ燐酸亜鉛
（27）  ナフテン酸カルシウム
（28）  ２−エチルヘキシル酸亜鉛
（29）  ステアリン酸亜鉛
（30）  ジターシャリードデシルポリサルファイド（硫黄分２０％）
（31）  ほう酸カリウム分散体（粒径0.１μｍ）
（32）  組成物の塩基価平均値 (mgKOH/g)
（33）  設備周辺の汚染