(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）平均分子量が１１００〜３５００であり、ポリプロピレングリコール又はポリブチレングリコールから選ばれる１種以上であるポリアルキレングリコールと、（ｂ）二塩基酸とを含有することを特徴とする水溶性金属加工用油剤。
【請求項２】
上記（ｂ）成分がアルケニルコハク酸、リノール酸−アクリル酸付加物及びα，ω−ジドデカン酸から選ばれる１種以上である請求項１記載の水溶性金属加工用油剤。
【請求項３】
水溶性金属加工用油剤全体を１００重量部とした場合に、上記（ａ）成分の含有量は２〜２０重量部、上記（ｂ）成分の含有量は１〜１５重量部である請求項１又は２に記載の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、研削加工等の金属加工等において用いられ、特に潤滑性、表面性及び防錆性に優れた水溶性金属加工用油剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の切削、研削等の金属加工においては、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金属加工用油剤が使用される。特に近年は加工能率の向上のため、切削、研削等の金属加工の高速化が進んだ結果、被削部材と工具の間の発熱が大きくなり、鉱油等を主成分とする不水溶性金属加工用油剤では、発煙あるいは引火の危険があることから、冷却性に優れ、引火性もない水を主成分とする水溶性金属加工用油剤が用いられている。
【０００３】
しかし、水溶性金属加工用油剤では水を主成分としていることから、上記のように冷却性に優れ、引火性もないという利点を有する一方で、加工製品や加工機械に錆を発生させる原因にもなるという短所も有する。
また、このような水溶性金属加工用油剤では、従来より潤滑性を向上させるために、油脂、合成エステル等の油性剤や塩素、硫黄、リン系化合物等から選ばれる極圧添加剤が配合されているが、極圧添加剤は一般に粘稠であり、加工用油剤に配合した場合に水希釈液が不透明となることがある。その結果、加工部位が視認できなくなったり、あるいは金属の工作機械を観察する窓が曇ったりすることにより、作業に支障をきたすばかりでなく、工作機械及び作業現場を汚染するという問題もある。しかも、極圧添加剤を配合した加工用油剤は冷却性が悪い場合もあるため、多量の加工熱が発生するような高速加工には適用できない場合があるという欠点もある。
更に、硫黄系極圧添加剤を配合した場合は、腐敗による劣化が早いという欠点を有し、塩素系極圧添加剤を配合した場合は、工作機械や加工製品の腐食、錆などの原因になるという欠点を有する。しかも、塩素系または硫黄系極圧添加剤を含有する油剤は、廃液を焼却処理する際に有害な燃焼ガスが発生する恐れがあることから、環境汚染の防止という観点からも決して好適であるとは言い難い。
【０００４】
【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、環境汚染の観点から問題のある上記塩素系、硫黄系極圧添加剤を添加することなく優れた潤滑性及び表面性を示すと共に、水を主成分としながら、優れた防錆性を発揮する水溶性金属加工用油剤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討した結果、特定の構造のポリアルキレングリコールと二塩基酸とを組み合わせて添加した場合に、優れた潤滑性と防錆性とを発揮する水溶性金属加工用油剤が得られることを見い出して本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の水溶性金属加工用油剤は、（ａ）平均分子量が１１００〜３５００であり、ポリプロピレングリコール又はポリブチレングリコールから選ばれる１種以上であるポリアルキレングリコールと、（ｂ）二塩基酸とを含有することを特徴とする。
【０００６】
上記「（ａ）平均分子量が１１００〜３５００であり、ポリプロピレングリコール又はポリブチレングリコールから選ばれる１種以上であるポリアルキレングリコール」は、水に対する溶解度が低く、被削材の金属表面に強固に吸着して優れた潤滑性を発揮するものである。
また、上記（ａ）ポリアルキレングリコールの平均分子量は、１１００〜３５００の範囲である。この平均分子量が８００未満では潤滑性が劣るので好ましくなく、一方、分子量が５０００を越えると油剤への可溶化が困難となり、また、希釈時に水希釈液が白濁したり、経時で分離が生じることがあるため好ましくない。
【０００７】
上記「（ｂ）二塩基酸」は、従来より使用されてきた脂肪酸に比べて金属表面に強い吸着膜を形成することにより、優れた潤滑性を発揮するものである。上記二塩基酸としては、例えば、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アルケニルコハク酸、セバシン酸、ドデカン二酸、リノール酸−アクリル酸付加物等を挙げることができる。特にアルケニルコハク酸、リノール酸−アクリル酸付加物は潤滑性に優れ、かつ可溶化力が強いため、防錆性にも優れているので好ましい。
尚、リノール酸−アクリル酸付加物とは、リノール酸誘導体とアクリル酸誘導体との反応付加物のことであり、具体例として、下記に示すような反応により得られた化合物が挙げられる。
【０００８】
【化１】
0004121644.tif 000002
【０００９】
本発明の水溶性金属加工用油剤中の各成分の配合割合は、本第３発明のように、油剤全体を１００重量部とした場合に、上記（ａ）ポリアルキレングリコールの含有量は２〜２０重量部、好ましくは４〜１８重量部、更に好ましくは６〜１６重量部である。この含有量が２重量部未満では潤滑性が乏しいため好ましくなく、含有量が２０重量部を越えると、油剤の水希釈液が不安定となったり、原液粘度が高くなりすぎるため、使用上好ましくない。また、上記（ｂ）二塩基酸の含有量は１〜１５重量部、好ましくは２〜１３重量部、更に好ましくは４〜１１重量部である。この含有量が１重量部未満では潤滑性及び防錆性が低下するため好ましくなく、含有量が１５重量部を越えてもその効果が変わらないので、経済的に好ましくない。
【００１０】
本発明の水溶性金属加工用油剤は、上記（ａ）ポリアルキレングリコール及び（ｂ）二塩基酸を必須成分とするが、通常、水溶性金属加工用油剤としての基本的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、種々の添加剤を必要に応じて適宜添加することができる。例えば、脂肪酸エステル、界面活性剤、消泡剤、各種アミン、防腐剤等を必要に応じて適宜添加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の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、まず、アルカノールアミン、ベンズトリアゾール及び水を混合して水溶液を調製し、その後、脂肪酸、アルキレングリコール及び鉱油（比較例３及び６のみ）を添加して透明液とすることにより、実施例１〜６及び比較例１〜６の水溶性金属加工用油剤を調製した。
［１］ポリプロピレングリコールａ：商品名「サンニックスＰＰ１２００」、三洋化成株式会社製（分子量：１１５０）
［２］ポリプロピレングリコールｂ：商品名「サンニックスＰＰ３０００」、三洋化成株式会社製（分子量：３０００）
［３］ポリブチレングリコール：商品名「ＰＴＭＧ１４００」、三洋化成株式会社製（分子量１４００）
［４］ポリエチレングリコール：商品名「ＰＥＧ２０００」、三洋化成株式会社製（分子量２０００）
［５］ポリエチレンポリプロピレングリコール：商品名「５０ＭＢ２６」、日本油脂株式会社製（エチレンオキシド／プロピレンオキシド＝１：１、分子量２０００）
［６］アルケニルコハク酸：商品名「パベラスＮＰ」、三菱化成株式会社製
［７］リノール酸アクリル酸付加物：商品名「ダイアシッド１５５０」、ハリマ化成株式会社製
［８］α，ω−ジドデカン酸：商品名「ドデカン二酸」、宇部興産株式会社製
［９］オレイン酸：商品名「オレイン酸」、日本油脂株式会社製
［１０］リシノレイン酸：商品名「ＴＯＥＮＯＬ６００ＬＳ」、トーエケミカル株式会社製
［１１］カプリル酸：商品名「カプリル酸ＣＬＳ」、新日本理化株式会社製
［１２］鉱油：商品名「ＴＹオイル」、日本石油株式会社製
［１３］塩素化パラフィン：商品名「トヨパラックスＡ５０」、東ソー株式会社製（炭素数２０〜３２、塩素含有率５０重量％）
［１４］ポリスルフィド：商品名「ＴＤＰＳ」、エルファトケムジャパン株式会社製、（〔Ｃ12Ｈ22〕2Ｓ5、硫黄含有率３２重量％）
【００１２】
【表１】
0004121644.tif 000003
【００１３】
（２）性能試験
実施例及び比較例の水溶性金属加工用油剤の性能を明らかにするため、下記の方法によりその性能試験を行った。その結果を上記表１に示した。
（Ａ）潤滑性
上記実施例１〜６及び比較例１〜６の水溶性金属加工用油剤を水で５重量％の濃度に希釈し、タップ及びリーマ加工時の油剤の性能を調べるため、以下の条件で加工を行った。
［１］タッピングトルク
被削材としてアルミニウム合金ＡＣ４Ｃ（Ｔ６処理、硬さ：ＨＢ８５）を使用し、これをキスラー社製９２７２型動力計に保持し、以下の装置及び条件でドリル、リーマ、タップの順に被削材の加工を行った。そして、タップ加工時のトルクを計測し、横河電機株式会社製ＡＲ１１００Ａアナライジングレコーダーに記録した。
▲１▼工作機械：立型マシニングセンタＶＧ４５（日立精機株式会社製）
▲２▼ドリル加工：テーパシャンクツイストドリル（神戸製鋼所製）、φ１２．５、ＳＫＨ５１、切削速度２０ｍ／分、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ
▲３▼リーマ加工：テーパシャンクマシンリーマ（岡崎精工製）、φ１３．３、コバルトハイス（ＳＫＨ５５〜５６）、切削速度９．１ｍ／分、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ
▲４▼タップ加工：ロールタップ（ＯＳＧ製）Ｍ１４×１．５ｍｍ、ＳＫＨ５８（酸化処理）、切削速度４．４ｍ／分、ひっかかり率８５％
［２］リーマ加工後の粗さ
上記［１］の工作機械及び被削材を用いて、以下の条件によりリーマ加工を行い、測定器として、株式会社東京精密製の三次元表面粗さ形状測定器Ｓｕｒｆｃｏｍ５７０Ａ−３０ＤＦを用いて、加工後の被削材の表面の粗さ（μｍ）を測定した。
▲１▼ドリル加工：テーパシャンクツイストドリル（神戸製鋼所製）、ψ１２．５
▲２▼リーマ加工：超硬Ｖリーマ（大見工業株式会社製）、φ１０，Ｖ＝６０ｍ／分、ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ
【００１４】
（Ｂ）防錆性
鋳鉄切り屑をガラス製のシャーレに入れ、切り屑が完全に浸るまで、濃度が５％、３％及び２％になるように水で希釈した実施例１〜６及び比較例１〜６の水溶性金属加工用油剤を注いだ。その後、蓋をして１０分静置した後、蓋をしたままシャーレを斜めにして希釈液を流出させた。次いで、シャーレを水平台の上に置き、この状態で２４時間静置して錆の発生の有無を観察評価した。尚、表１の防錆性の評価の表示において、「◎」は錆の発生が見られなかったことを示し、数値は錆の発生率（％）を表す。
【００１５】
（３）実施例の効果
金属加工用油剤の潤滑性能を調べる上で重要なトルク値と、表面性を評価するためのリーマ加工後の製品の表面粗さについて、実施例１〜６及び比較例１〜６とを比較すると、（ａ）成分を含有しない比較例４では焼き付けが発生して、製品の表面粗さがかなり大きな値を示している。また、（ａ）成分として、ポリエチレングリコール等を含む比較例１及び２では、トルク値がいずれも２０００以上であり、１６００以下の値である実施例１〜６よりもかなり大きい。また、製品の表面粗さも実施例１〜６と比べて約１０倍以上もの大きな値を示している。
また、（ａ）成分のみを含む比較例５、（ｂ）成分のみを含む比較例１及び４と、実施例１〜６とを比較すると、比較例１、４及び５はいずれも実施例よりトルク値が大きく、表面も粗い。即ち、（ａ）成分あるいは（ｂ）成分のみでは、本発明の効果は発揮できず、この両者を組み合わせることにより、優れた潤滑性及び表面性を示すことが分かる。
更に、比較例３の場合、トルク値及び製品の表面粗さはかなり改善されて、実施例に近い値を示しているが、それでもなお実施例１〜６よりは値が大きい。しかも、比較例３では鉱油を６０重量部という大量に含んでなおこの結果である。これほど大量に含んでいると、水溶性金属加工用油剤の利点、即ち、水による冷却性、油剤成分による発煙防止という効果が失われてしまうことから好ましいとはいえない。
これに対し、実施例１〜６はいずれもトルク値、表面粗さが小さく、特に（ａ）成分を８重量部、（ｂ）成分を４重量部含む実施例３は、トルク値、表面粗さのいずれにおいても小さい値を示していることから、特に潤滑性及び表面性に優れていることが分かる。
しかも、従来より使用されている極圧添加剤を含む比較例６と比較しても、実施例１〜６は比較例６よりトルク値は小さくなり、表面粗さもかなり改善されていることから、従来より潤滑性改善のために使用されてきた極圧添加剤を含まなくても、潤滑性及び表面性に優れていることが分かる。
【００１６】
また、防錆性について実施例１〜６及び比較例１〜６とを比較すると、濃度５％ではいずれも防錆性に優れている。しかし、更に希釈していくと、濃度３％では、実施例１〜６では錆の発生が認められないのに対し、比較例３以外の比較例ではもう錆が発生している。このことから、（ａ）成分あるいは（ｂ）成分のみでは、防錆性は発揮できず、この両者を組み合わせることにより、優れた防錆性を示すことが分かる。また、比較例３では錆の発生が認められないが、鉱油成分が６０％とかなり多量に含まれて初めて防錆性を発揮できるものである。しかし、これほど鉱油成分が多いと、上記のように水溶性金属加工用油剤の利点が失われてしまうことから好ましくない。
更に、濃度を２％まで希釈すると、実施例１〜６ではなお錆の発生が認められないのに対し、比較例１〜６では全てにおいて錆が発生している。よって、実施例１〜６は、特に低濃度で優れた防錆性を奏することが分かる。その結果、一度で使用する水溶性金属加工用油剤の原液の量を少なくすることができるので、経済的にも有利である。
【００１７】
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、本発明の水溶性金属加工用油剤は、表１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。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の水溶性金属加工用油剤は、特定のグリコール成分と二塩基酸とを必須成分として含有することにより、優れた防錆性を奏すると共に、極圧添加剤を添加しなくても優れた潤滑性を発揮することができる。その結果、水を主成分とする水溶性金属加工用油剤において、加工製品や加工機械の錆発生によるトラブルを回避することができる。また、優れた潤滑性を発揮することから、切削、研削、塑性加工の高速化することができる結果、加工効率の向上を図ることができる。更に、潤滑性向上のための極圧添加剤を添加しなくても、優れた潤滑性を発揮することができることから、極圧添加剤を添加した際に生じる問題、例えば、硫黄系極圧添加剤から生じる腐敗による劣化、塩素系極圧添加剤から生じる工作機械や加工製品の腐食、錆の発生を回避できると共に、塩素系または硫黄系極圧添加剤を添加した油剤廃液を焼却処理する際に、有害な燃焼ガスが発生する事態も避けることができるので、環境汚染防止の観点からも好ましい効果を奏する。