(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油に、直鎖状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルおよび分枝状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルを添加したことを特徴とする工作機械の摺動面用潤滑油組成物。
【請求項２】
基油に、直鎖状炭化水素基を有する酸性リン酸エステル、分枝状炭化水素基を有する酸性リン酸エステル、さらに３級アミンを添加したことを特徴とする工作機械の摺動面用潤滑油組成物。
【請求項３】
組成物全量を基準として、直鎖状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルおよび分枝状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルを合計で０．０５〜５重量％添加した請求項１または２記載の摺動面用潤滑油組成物。
【請求項４】
組成物全量を基準として、３級アミンを０．０５〜２重量％添加した請求項２または３に記載の摺動面用潤滑油組成物。
【請求項５】
直鎖状炭化水素基の炭素数が２〜３０であり、分枝状炭化水素基の炭素数が３〜３０である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摺動面用潤滑油組成物。
【請求項６】
水溶性切削油の循環環境で使用される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摺動面用潤滑油組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動面のスティックステップを防止するとともに低摩擦係数を実現でき、なおかつ水溶性加工油との分離性に優れた工作機械の摺動面用潤滑油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械は、金属の工作物を、切削、研削などによって不要な部分を取り除き、所要の形状に作り上げる機械である。したがって、工作機械には、工作物と切削あるいは研削工具との間の摩擦を低減し、摩擦熱を除去することによって、工具の寿命を延ばし、かつ製品の仕上げ精度を上げるために加工油が用いられている。一般的にこのように金属の切削加工および研削加工に用いられる加工油は切削油剤と呼ばれている（以下、単に切削油と記す）。さらに、工作物や切削工具を任意の方向に移動できる摺動面（案内面）を有する機構が不可欠であり、そこには摺動面用潤滑剤が用いられている。
近年、工作機械の技術動向としては、高速化、高精度化、環境対応などが挙げられる。工作機械の高速化、高精度化は、ＮＣ化に伴い、また、摺動面用潤滑油の高性能化とも相俟って、目覚しく進展しているが、さらに高速化、高精度化、高い作業効率の要求に対応するため、摩擦係数が低く、低速時、始動時の案内面においてスティックスリップを生じない、より優れた摩擦特性を有する摺動面用潤滑油が求められている。
【０００３】
また、工作機械の環境対応としては、水溶性の切削油等が広く使用されるようになってきている。もともと切削油と摺動面用潤滑油とでは、それぞれの使用目的が異なるために基油や配合される添加剤の処方が異なり、とりわけ水溶性切削油は、使用現場で容易に水で希釈できるように乳化剤やグリコールなどの水溶性基材が使用されている。したがって、摺動面に水溶性切削油が入り、摺動面用潤滑油に混入すると、摺動面用潤滑油の性能は損なわれ、摺動特性を低下し、油不溶性スラッジが生成するなどの問題を生じる。また、水溶性切削油は、一般的に、切削加工部の工作物に供給され、切りくずを分離して再び切削加工部の工作物に供給され、循環使用される。したがって、水溶性切削油に摺動面用潤滑油が混入し分離することなく乳化状態となると、水溶性切削油の性能は著しく低下し、また腐敗が生じることとなる。これを回避して良好な循環使用を確保するために、摺動面用潤滑油には水溶性切削油と分離しやすい性能が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するものであり、具体的には、摺動面用潤滑油としての基本的な潤滑特性を有しながら、良好な摩擦特性を有し、かつ水溶性切削油との優れた分離性能を併せ持つ工作機械の摺動面用潤滑油組成物を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、特定の添加剤を選択し、組み合わせて配合することにより、低摩擦係数で、優れた水溶性切削油との分離性能を有する摺動面用潤滑油を調製できることを見いだし、本発明を完成した。すなわち、本発明は、基油に、直鎖状炭化水素基を有する酸性リン酸エステル（以下、直鎖状酸性リン酸エステルと記す）および分枝状炭化水素基を有する酸性リン酸エステル（以下、分枝状酸性リン酸エステルと記す）を添加した工作機械の摺動面用潤滑油組成物であり、または、さらに３級アミンを添加した工作機械の摺動面用潤滑油組成物である。
【０００６】
前記直鎖状酸性リン酸エステルおよび分枝状酸性リン酸エステルは、本発明の摺動面用潤滑油組成物全量を基準として、合計で０．０５〜５重量％添加することが好ましく、３級アミンは０．０５〜２重量％添加することが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の工作機械の摺動面用潤滑油組成物を詳しく説明する。
〔基油〕
本発明の摺動面用潤滑油組成物に用いる基油は、該組成物の主成分となるものであり、通常の潤滑油の基油として使用されるものであれば、鉱油、合成油、あるいはそれらの混合物のいずれも使用することができる。基油の物性としては、４０℃における動粘度は１０〜５００ｍｍ2／ｓが好ましく、２０〜３００ｍｍ2／ｓがより好ましい。さらに、流動点は−１０℃以下、粘度指数は９０以上であることが好ましい。混合物の場合、該混合物として上記物性を満足するものであれば、混合前の油が上記物性の範囲を外れるものであっても使用することができる。
【０００８】
鉱油系基油としては、原油を常圧蒸留し、あるいはさらに減圧蒸留して得られる留出油を各種の精製プロセスで精製した潤滑油留分が挙げられる。精製プロセスは、水素化精製、溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化脱ろう、硫酸洗浄、白土処理などであり、これらを適宜の順序で組み合わせて処理して本発明の基油を得ることができる。異なる原油あるいは留出油を、異なるプロセスの組合せ、順序により得られた、性状の異なる複数の精製油の混合物も有用である。いずれの方法によっても、得られる基油の性状が、前述した粘度、流動点および粘度指数を満足するように調整することによって好ましく使用することができる。
【０００９】
合成油系基油としては、加水分解安定性に優れる基材を用いることが好ましく、例えばポリ−α−オレフィン、低分子量エチレン・α−オレフィン共重合体、アルキルナフタレンなどが挙げられる。本発明の摺動面用潤滑油の基油として、例示した合成油を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。さらに、前記鉱油と混合しても使用することもできる。
【００１０】
〔直鎖状酸性リン酸エステル〕
本発明の工作機械の摺動面用潤滑油組成物に用いられる直鎖状酸性リン酸エステルは、主に摩擦特性を向上する目的で配合され、その化学構造は一般式（１）で表され、Ｒ1が直鎖状の炭化水素基からなる化合物である。
【００１１】
【化１】
0004963531.tif 000002
【００１２】
一般式（１）において、Ｒ1は直鎖状の炭化水素基を示し、好ましくは炭素数が２〜３０であり、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよい。ｎは１または２を示す。一般式に、酸性リン酸エステルは、モノエステル（ｎ＝１）、ジエステル（ｎ＝２）は等モルよりもややモノエステルの方が多く含まれているが、本用途ではモノエステル、ジエステルおよびこれらの混合物のいずれかを用いることができる。また、一般式（１）でＲ1が２個の場合、同一であっても、異なっていてもよい。したがって、本発明の潤滑油組成物に用いる直鎖状酸性リン酸エステルは、炭素数、飽和／不飽和等で異なる多数の化合物があるが、同一の化合物を用いることも、あるいは異なる化合物の２種以上の混合物を用いることもできる。
【００１３】
本発明に好ましく用いることができる直鎖状酸性リン酸エステルは、具体的には、以下のモノエステルおよびジエステルさらにこれらの混合物が挙げられる。すなわち、、エチルアシッドホスフェイト、ｎ−ブチルアシッドホスフェイト、ｎ−オクチルアシッドホスフェイト、ｎ−デシルアシッドホスフェイト、ｎ−ラウリルアシッドホスフェイト、ｎ−トリデシルアシッドホスフェイト、ｎ−ステアリルアシッドホスフェイト、ｎ−テトラコシルアシッドホスフェイト、ｎ−オレイルアシッドホスフェイトなどが挙げられる。
直鎖状酸性リン酸エステルを添加することにより、摩擦特性は格段に向上する。特に、炭化水素基の炭素数が大きいほど低い摩擦係数を示す傾向がある。これに対し、分枝状酸性リン酸エステルは摩擦係数を下げる傾向が見られない。したがって、摩擦特性を向上させるために、炭化水素基が直鎖状の、さらに好ましくは炭化水素基が炭素数１０以上の酸性リン酸エステルを使用する。
【００１４】
〔分枝状酸性リン酸エステル〕
分枝状酸性リン酸エステルは、主に水溶性加工油との分離性を向上させるために配合され、その分子構造は一般式（２）で表され、Ｒ2が分枝状の炭化水素基からなる化合物である。
【００１５】
【化２】
0004963531.tif 000003
【００１６】
一般式（２）において、Ｒ2は分枝状の炭化水素基を表し、好ましくは炭素数は２〜３０であり、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよい。ｍは１または２を示す。直鎖状酸性リン酸エステルと同様に、本用途ではモノエステル、ジエステルおよびこれらの混合物のいずれかを用いることができる。また、一般式（２）でＲ2が２個の場合、同一であっても、異なっていてもよい。したがって、本発明の潤滑油組成物に用いる分枝状酸性リン酸エステルは、炭素数、飽和／不飽和等で異なる多数の化合物があるが、同一の化合物を用いることも、あるいは異なる化合物の２種以上の混合物を用いることもできる。
【００１７】
分枝状酸性リン酸エステルとして、具体的には以下のモノエステル、ジエステル、さらにこれらの混合物が挙げられる。すなわち、イソブチルアシッドホスフェイト、イソオクチルアシッドホスフェイト、２−エチルヘキシルアシッドホスフェイト、イソデシルアシッドホスフェイト、イソステアリルアシッドホスフェイトなどが挙げられる。
分枝状酸性リン酸エステルを添加することにより、水溶性切削油との分離性が向上する。また、分離性は炭素数が小さいほど向上する傾向があるので、炭素数１０以下の炭化水素基を有するものが好ましい。
【００１８】
上記のように、摩擦特性に関しては、直鎖状の炭化水素基を有する酸性リン酸エステルで、さらに炭素数が１０以上のものが好ましい。一方、水溶性切削油との分離性に関しては、分枝状の炭化水素基を有する酸性リン酸エステルで、さらに炭素数が４〜１０のものが好ましい。本発明の摺動面用潤滑油組成物は、直鎖状酸性リン酸エステルと分枝状酸性リン酸エステルとの両方を配合したものであり、両方の酸性リン酸エステルの優れた特性が発揮される結果、低い摩擦係数と高い切削油との分離性を両立させることができる。
【００１９】
本発明の摺動面用潤滑油は、低い摩擦係数と高い分離性とを両立させるために、直鎖状酸性リン酸エステル（一般式（１））と分枝状酸性リン酸エステル（一般式（２））を必須成分とし、酸性リン酸エステルは合計で摺動面用潤滑油組成物全量に対して０．０５〜５重量％配合することが好ましい。これ以下の配合量では十分な性能が発揮されず、またこれ以上の配合量ではコストに見合うさらなる効果が期待できない。
【００２０】
〔３級アミン〕
本発明の潤滑油組成物に用いる３級アミンは、水溶性切削油との分離性をさらに促進する目的で配合され、その分子構造は次の一般式（３）で表される。
【００２１】
【化３】
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【００２２】
一般式（３）において、Ｒ3は、炭素数１〜２０の直鎖および／または分岐鎖の、飽和および／または不飽和の炭化水素基を示す。３個のＲ3は、同一であっても、それぞれ異なっていても良い。
３級アミンを配合することにより、水溶性切削油との分離性がさらに向上することが認められた。３個のＲ3のうち１個または２個が水素原子である、１級アミンまたは２級アミンは、酸性リン酸エステルとの反応生成物（アミン塩）が結晶として析出しやすいので好ましく使用することができない。これに対し、３級アミンの場合、アルキル基による立体障害が大きいため、前記酸性リン酸エステルと併用しても、アミン塩は析出しにくく、水溶性切削油との分離性能をさらに改善することができる。
炭化水素基Ｒ3の炭素数は、３個全てあるいは２個が同じ炭化水素基であっても、３個とも異なっていても構わない。炭化水素基が小さいとアミン塩の結晶を析出しやすくなり、逆に大きいと３級アミン自身が固体状となり基油への溶解性が悪くなるので、少なくとも１つのＲ3の炭素数は６〜２４がより好ましく、１０〜２０がさらに好ましい。
【００２３】
本発明の潤滑油組成物に配合する３級アミンとして、具件的には、トリへキシルアミン、トリオクチルアミン、トリデシルアミン、トリラウリルアミン、トリステアリルアミン、トリオレイルアミン、ジメチルモノオクチルアミン、ジメチルモノデシルアミン、ジメチルモノラウリルアミン、ジメチルモノステアリルアミン、ジメチルモノオレイルアミン、ジオクチルモノメチルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、ジステアリルモノメチルアミン、ジオレイルモノメチルアミンなどが挙げられる。これらのなかでも、トリオレイルアミン、ジラウリルモノメチルアミンなどがより好ましい。
【００２４】
本発明においては、３級アミンは上記化合物のいずれか一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、潤滑油組成物全量基準で、０．０５〜２重量％が好ましく、０．１〜１重量％がより好ましい。０．０５重量％未満では、３級アミンの添加効果が認められず、２重量％を超えても、配合量の増量に見合う効果の向上がみられない場合がある。
【００２５】
本発明の工作機械の摺動面用潤滑油組成物には、本発明の目的を逸脱しない範囲で、油性剤、極圧剤、摩耗防止剤、酸化防止剤、流動点降下剤、たれ防止剤、防錆剤、消泡剤などの添加剤を適宜の割合で配合することができる。
【００２６】
このうち、工作機械の摺動面用潤滑油に油性剤として一般的に使用されているのは、脂肪酸（ステアリン酸、オレイン酸など）、アルコール（ラウリルアルコール、オレイルアルコールなど）、油脂（エステル）、硫化油脂（硫化エステル）などであり、本発明の潤滑油組成物にはこれら油性剤を併用することが可能である。特に、広く使用されている硫化油脂は、油脂と硫黄の反応生成物であって、特に制限はなく、従来公知のもの、例えば、硫化米ぬか油、硫化なたね油、硫化ヤシ油、硫化パーム油、硫化大豆油、硫化ラード、硫化牛脂などの中から、任意のものを選択して使用することができる。その際、いずれか一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いることもできる。
硫化油脂中の硫黄含有量は、特に制限はないが、銅部材への影響を考慮すると、一般に５〜１５重量％のものが好適である。硫化油脂の配合量は、摩擦特性への寄与が十分に発揮され、経済的にも好ましい範囲で適当量配合することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。
次の基油基材および添加剤を後述のように調合して、実施例および比較例の摺動面用潤滑油を調製し、その性能を評価した。
〔基油〕
パラフィン系鉱物油として、以下の性状のものを用いた。
動粘度（４０℃）６８ｍｍ2／ｓ、粘度指数１０２、流動点−１２．５℃
〔酸性リン酸エステル〕
直鎖状酸性リン酸エステルとして、ｎ−ラウリルアシッドホスフェイト、ｎ−トリデシルアシッドホスフェイト、およびｎ−オレイルアシッドホスフェイトを用いた。これら直鎖状酸性リン酸エステルは、モノエステルおよびジエステルの混合物である。
分枝状酸性リン酸エステルとして、２−エチルへキシルアシッドホスフェイト、イソデシルアシッドホスフェイト、イソステアリルアシッドホスフェイトを用いた。これら分枝状酸性リン酸エステルは、モノエステルおよびジエステルの混合物である。
〔３級アミン〕
３級アミンとしてジラウリルモノメチルアミン、トリオレイルアミンを用いた。
【００２８】
パラフィン系鉱油にこれらの添加剤を表１および表２に示す割合（基油に対する重量％）で混合して実施例１〜７および比較例１〜６の摺動面用潤滑油組成物を試作調製した。なお、前記調製した全ての油について、共通にその他の添加剤として、酸化防止剤としてフェノール系酸化防止剤、油性剤として硫化油脂、流動点降下剤としてＰＭＡポリマー、たれ防止剤としてポリブテンを合計で６重量％配合した。
【００２９】
【表１】
0004963531.tif 000005
【００３０】
【表２】
0004963531.tif 000006
【００３１】
このようにして調製した潤滑油組成物の摺動面用潤滑油としての性能を、次に概要を示す方法で試験し、評価した。その結果を、表１および表２の下部に示した。
【００３２】
１．摩擦特性
摩擦特性の評価は、工作機械における摺動面でのスティックスリップをシミュレートできる小型往復動型摩擦試験機を用いて行った。本試験装置は、下部固定試験片に対し、上部可動試験片に任意の荷重をかけ、任意のすべり速度で往復運動させることができる。往復運動におけるスティックスリップの発生状況は目視にて観察し、摩擦係数は歪みゲージにて連続的に読みとった。近年の工作機械には、低摩擦化のためフッ素系樹脂が摺動面に処理されている。しかし、本試験では潤滑油組成物の真の摩擦特性を評価することを目的に、上部および下部試験片は、ともに鋳鉄（ＦＣ３０、表面仕上げ３．０Ｓ）を用いた。なお試験は室温（約２５℃）にて実施した。表１および表２では、面圧１ｋｇ／ｃｍ2、すべり速度２５ｍｍ／ｍｉｎにおけるスティックスリップの有無、および摩擦係数について示した。
【００３３】
２．水溶性切削油との分離性
水溶性切削油との分離性は、ＪＩＳ Ｋ２５２０の抗乳化性試験器を用いて評価した。具体的には、供試油４０ｍｌと水溶性切削油４０ｍｌを５４℃、１５００ｒｐｍ、５分の条件下で乳化し、供試油と水溶性切削油の分離性の経時変化を観察した。水溶性切削油としては、精製水で２０倍に希釈したエマルション型（ＪＩＳ Ｗｌ種）およびソリュブル型（ＪＩＳ Ｗ２種）の切削油を用いた。撹拌終了直後は均一な乳化状態であるが、分離性が優れる場合は急速に乳化相が供試油相および切削油相へと分離していく。そこで、撹拌終了から３０分後の乳化相の残存量を以下の基準でランク付けして、切削油との分離性を評価した。
◎：１０ｍｌ未満
○：１０ｍｌ以上  ２０ｍｌ未満
△：２０ｍｌ以上  ４０ｍｌ未満
×：４０ｍｌ以上  ８０ｍｌ以下
３．長期保存安定性
潤滑油組成物を２５℃において１６８ｈｒ静置保存し、添加剤同士の反応等によって生成した析出物の有無を目視で観察した。
【００３４】
表１（実施例の潤滑油組成物）より、直鎖状酸性リン酸エステルおよび分枝状酸性リン酸エステルを併用することにより、摺動面における低摩擦化（摩擦係数０．１以下）が図られ、なおかつ水溶性切削油との分離性を良好なものとすることができることがわかる。また直鎖状酸性リン酸エステルおよび分枝状酸性リン酸エステルにさらに３級アミンを配合することにより、低摩擦化を維持しつつ、水溶性切削油との分離性をより一層向上できることがわかる。
【００３５】
表２から、共通添加剤のみを配合した比較例１の場合、油性剤として硫化油脂だけでは摩擦係数が実施例に比べ高いことがわかる。また共通添加剤に直鎖状酸性リン酸エステルのみ追添した場合（比較例２）、摩擦係数は低下するものの、切削油との分離性が劣る。また分枝状酸性リン酸エステルのみ追添した場合（比較例３）、切削油分離性は向上するものの、摩擦低下は図られない。直鎖状酸性リン酸エステルに３級アミンを組み合わせた場合（比較例４）、切削油との分離性はやや改善するものの、実施例ほど分離性は高くない。また３級アミンの代わりに１級アミンを用いた場合（比較例５）、あるいは２級アミンを用いた場合（比較例６）は、これらのアミンと直鎖状酸性リン酸エステルがアミン塩となって析出してしまうので、実用に供するには困難であることがわかった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、基油に、直鎖状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルと分枝状炭化水素基を有する酸性リン酸エステルとを添加した、あるいは、さらに３級アミンを添加した工作機械の摺動面用潤滑油組成物であるから、摺動面用潤滑油としての基本的な潤滑特性を有しながら、良好な摩擦特性と、水溶性切削油との優れた分離性能を有する。