JP2002294272A

JP2002294272A - 水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤及び鍛造加工方法

Info

Publication number: JP2002294272A
Application number: JP2001096173A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakai; 健次酒井; Koichi Goto; 孝一後藤; Masayoshi Sakakibara; 正義榊原
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】分散安定性、潤滑性に優れた水分散型温間熱
間鍛造用潤滑剤及び鍛造加工方法を提供すること。【解決手段】（ａ）固体潤滑剤、（ｂ）基油、（ｃ）
リン脂質、及び（ｄ）界面活性剤を含有することを特徴
とする水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤及びこれを用いた
温間又は熱間鍛造加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水分散型温間熱間
鍛造用潤滑剤及びこれを用いた温間又は熱間鍛造加工方
法に関し、更に詳細には、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等
を温間、熱間にて鍛造加工する際に使用される潤滑剤の
中で、固体潤滑剤（Ｓ）を基油（Ｏ）中に分散したもの
を界面活性剤にて水（Ｗ）中に乳化させた所謂Ｓ／Ｏ／
Ｗ型温間熱間鍛造用潤滑剤及びこれを用いた温間又は熱
間鍛造加工方法に関する。鍛造加工時に金型へ給油し、
加工時の金型と被加工物間の摩擦を低減させると共に焼
き付き防止や離型性の向上を図ることを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等を温
間、熱間にて鍛造加工する際に使用される潤滑剤として
は、黒鉛を油又は水中に分散させたものが使用されてい
る。黒鉛を主成分とした潤滑剤は作業環境を汚す事よ
り、黒鉛を使わない所謂白色系潤滑剤が一部で使用され
ている。しかし、白色系潤滑剤は潤滑性（特に金型寿
命）の点で、黒鉛系に比べ劣るものが多い。潤滑剤は固
体潤滑剤を油中に分散した油中分散型のものと水中に分
散した水中分散型に大別される。油中分散型のものは、
潤滑性が良く、金型の寿命の点でも満足できるものであ
るが、火災や発煙の問題がある。一方、水中分散型のも
のは、冷却性に優れ、金型の寿命の点でも満足できるも
のもあるが、潤滑性に乏しいため、鍛造加工可能な部品
が限られている。また、特開昭６３−３３４９６号公
報、特開平３−１１５３９８号公報、特開平１０−３１
６９８９号公報には、固体潤滑剤（Ｓ）を、油（Ｏ）中
へ分散させ、該分散物（Ｓ／Ｏ）を界面活性剤にて水中
に分散してなる、Ｓ／Ｏ／Ｗ型潤滑剤が記載されてい
る。この潤滑剤は、油中分散型と水中分散型のそれぞれ
良好な特性を兼ね備えたタイプであり、特に油中分散型
を使用している分野へ拡大されようとしている。

【０００３】Ｓ／Ｏ／Ｗ型温間熱間鍛造用潤滑剤は、一
度金型へ給油した後回収され、夾雑物を除去し、再度金
型へ給油して使用できるような乳化分散安定性が望まれ
ている。しかし、Ｓ／Ｏ／Ｗ型温間熱間鍛造用潤滑剤を
循環使用していると、固体潤滑剤が油分から分離し、沈
降してしまうという問題がある。一方、Ｓ／Ｏ／Ｗ型温
間熱間鍛造用潤滑剤には、界面活性剤として、基油に乳
化を目的としたポリオキシエチレンノニルフェノールエ
ーテルあるいはポリオキシエチレンアルキルエーテル
（炭素原子数１２〜１５）が多く使用されている。しか
し、これらは「特定化学物質の環境への排出量の把握等
及び管理の改善の促進に関する法律」（以下ＰＲＴＲ法
と云う）に係る第一種指定化学物質に掲げられており、
生活環境、地球環境の立場から国への報告の義務並びに
使用量の削減が求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、水分
散型温間熱間鍛造用潤滑剤を提供することであり、特
に、乳化安定性に優れ、かつ従来のものと同等又はそれ
以上の潤滑性を有する水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤を
提供することである。本発明の他の目的は、ＰＲＴＲ法
において指定された界面活性剤を含まず、しかも鍛造加
工性が従来の潤滑剤と同等又はそれ以上の性能を有する
水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記潤滑剤を用いた温間熱
間鍛造加工方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）固体潤
滑剤、（ｂ）基油、（ｃ）リン脂質、及び（ｄ）界面活
性剤を含有することを特徴とする水分散型温間熱間鍛造
用潤滑剤を提供するものである。本発明はまた、上記潤
滑剤を用いた温間熱間鍛造加工方法を提供するものであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に使用する成分（ａ）の
固体潤滑剤としては、従来の鍛造用潤滑剤に使用されて
いる無機又は有機固体潤滑剤が挙げられる。具体的に
は、炭酸カルシウム、タルク、セリサイト、ベントナイ
ト、窒化硼素、ポリイミド樹脂粉末、ポリフェニレンサ
ルファイド樹脂粉末、土状黒鉛、鱗片状黒鉛、人造黒
鉛、カーボンブラック、これらの混合物等が挙げられ
る。これらの固体潤滑剤の粒径は、好ましくは０．００
５〜５０μｍ、さらに好ましくは０．０１〜５μｍであ
る。炭酸カルシウム、タルク、セリサイト、ベントナイ
ト、窒化硼素等の潤滑剤は、これを表面処理（疎水化処
理）したものが好ましい。炭酸カルシウムやタルクの表
面疎水化処理剤としては、好ましくは石油樹脂酸、ロジ
ン、ダイマー酸、トリマー酸、イソフタル酸、トリメリ
ット酸等が挙げられる。セリサイトの表面処理剤として
は、好ましくは炭素原子数８〜２０の脂肪族アミンの酢
酸塩、塩酸塩、ポリグリセリンアルキルエステル系非イ
オン界面活性剤等が挙げられる。またベントナイトの表
面処理剤としては、好ましくは有機アミンが挙げられ
る。表面処理ベントナイトの市販品の具体例としては、
有機アミン処理されたBENTONE 27, BENTONE 34, BENTON
E SD-1, BENTONE SD-3, BARAGL 3000 (Elementis Speci
alties社製)等が挙げられる。本発明の温間熱間鍛造用
潤滑剤中、成分（ａ）の固体潤滑剤の使用量は、好まし
くは５〜５０質量％、さらに好ましくは１５〜３５質量
％である。５質量％未満では、潤滑性（鍛造成型性）が
充分でないことがあり、５０質量％を超えると、製品が
粘ちょうとなり取り扱いが不便となるほか、水中への乳
化分散性が低下する傾向がある。

【０００７】本発明に使用する成分（ｂ）の基油として
は、鉱油、動植物油脂、合成エステル等が挙げられる。
鉱油としては、ISO VG 8からISO VG 460まで各グレード
の精製鉱油が使用可能であり、100ニュートラルから500
ニュートラルまで各グレードの高精製鉱油がより好まし
く、パラフィン系、ナフテン系のいずれでもよい。動植
物油脂としては、牛脂、豚脂等の動物性油脂、なたね
油、大豆油、綿実油、パーム油等の植物性油脂等が挙げ
られる。特に、融点が２０℃以下であり、ヨウ素価が６
０〜１５０ I₂／１００ｇのもの、例えば、パームオレ
イン、ラードオイル、なたね油、米ぬか油等が好まし
い。

【０００８】合成エステルとしては、炭素原子数１２〜
２８の直鎖、分岐鎖の、飽和又は不飽和の脂肪酸（特に
二重結合が２個以下のもの）と炭素原子数１〜２８のア
ルコール、好ましくは１価〜４価のアルコールとのエス
テルが好ましく、具体的には、パーム脂肪酸メチルエス
テル、２−エチルヘキシルステアレート、ブチルステア
レート等のモノエステル、ジ−２−エチルヘキシルセバ
ケート、ジ−２−エチルヘキシル−1,１０デカンジカル
ボン酸エステル、ダイマー酸オレイルアルコールエステ
ル、等の二塩基酸エステル、トリメチロールプロパン牛
脂脂肪酸エステル、トリメチロールプロパンラノリン脂
肪酸エステル、ペンタエリスリトールパーム脂肪酸エス
テル等の多価アルコールエステルのフルエステルやヒド
ロキシ基の残った部分エステル等が挙げられる。特に、
トリメチロールプロパントリオレエート、トリメチロー
ルプロパン・ラノリン脂肪酸フルエステル、ペンタエリ
スリトールテトラオレエート等が好ましい。

【０００９】本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤中、成分
（ｂ）の基油の使用量は、好ましくは３０〜６０質量
％、さらに好ましくは３５〜５０質量％である。３０質
量％未満では、潤滑性が充分でない場合があり、成分
（ａ）の固体潤滑剤の量が２０質量％より多い場合には
固体潤滑剤が単独で水中に移行してしまい水分散型温間
熱間鍛造用潤滑剤の形態を保持できなくなることがあ
る。また６０質量％を超えると、金型表面への潤滑剤皮
膜の均一な付着が妨げられることがある。

【００１０】本発明に使用する成分（ｃ）のリン脂質
は、水中で自己乳化する性質が知られているが、本発明
においては、基油中に分散している固体潤滑剤を水に基
油と共に乳化分散させる界面活性剤として使用されてい
る。本発明は、成分（ｃ）のリン脂質が、水分散型温間
熱間鍛造用潤滑剤の長期乳化分散安定性及び潤滑性の向
上に寄与しているという新たな知見に基づいて完成され
たものである。本発明に使用する成分（ｃ）のリン脂質
としては、卵黄レシチン、大豆レシチン等が挙げられ
る。リン脂質は、精製度の高い粉状のものと、粗製の液
状の物が市販されている。本発明のリン脂質は、どの様
な形状のものでも良いが、液状のものが基油に溶けやす
く、潤滑剤の製造に適している。本発明の温間熱間鍛造
用潤滑剤中、成分（ｃ）のリン脂質の使用量は好ましく
は０．５〜８質量％、さらに好ましくは１〜５質量％で
ある。０．５質量％未満では、潤滑剤の乳化分散安定
性、潤滑性が充分でない場合があり、また、８質量％を
超えても、潤滑剤の乳化分散安定性、潤滑性が充分でな
い場合がある。

【００１１】本発明に使用する成分（ｄ）の界面活性剤
は、基油を水に乳化するための成分であり、具体的に
は、ノニオン系、アニオン系、両性イオン系、油溶性高
分子カチオン系等の界面活性剤が挙げられる。これらの
うちノニオン系界面活性剤とアニオン系界面活性剤が好
ましく、ノニオン系界面活性剤がさらに好ましい。ノニ
オン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェ
ノールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオ
キシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシ
エチレンひまし油エーテル、ポリオキシエチレン硬化ひ
まし油エーテル、エチレングリコール脂肪酸エステル、
グリセリンモノアルキルエーテルのポリオキシエチレン
付加物、ソルビタン脂肪酸エステル等が、アニオン系界
面活性剤としてはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム、石油スルホン酸ナトリウム、高級脂肪酸アルカノー
ルアミン、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等が挙
げられる。これらのノニオン系界面活性剤及びアニオン
系界面活性剤はそのほとんどが市販されている。これら
のうち、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオ
キシエチレンノニルフェノールエーテル及びポリオキシ
エチレンアルキルエーテル（アルキル基の炭素原子数１
２〜１５）はＰＲＴＲ法において第一種指定化学物質に
掲げられており、使用を控えることが望ましい。

【００１２】上記界面活性剤のうち最も好ましいもの
は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（アルキル基
の炭素原子数１６〜２６）及び／又はポリオキシエチレ
ン・ポリオキシプロピレンアルキルエーテル（アルキル
基の炭素原子数８〜２４）である。ポリオキシエチレン
アルキルエーテルのアルキル基の炭素原子数が１５以下
のものはＰＲＴＲ法に指定された物質であり、また、炭
素原子数が２７以上のものは、乳化性が充分でない。ポ
リオキシエチレン・ポリオキシプロピレンアルキルエー
テルのアルキル基の炭素原子数は８〜２４であり、好ま
しくは１０〜１８である。炭素原子数が７以下、及び２
５以上では、乳化性が充分でない。本発明に使用するポ
リオキシエチレンアルキルエーテルはＨＬＢが５〜１２
のものが好ましい。また、ポリオキシエチレン・ポリオ
キシプロピレンアルキルエーテルは、ＨＬＢが５〜１３
であり、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンア
ルキルエーテル中のポリオキシエチレンとポリオキシプ
ロピレンの質量比率が１〜５：１であるものが好まし
い。この範囲外では乳化性が充分でないことが多い。

【００１３】ポリオキシエチレンアルキルエーテル（ア
ルキル基の炭素原子数１６〜２６）及びポリオキシエチ
レン・ポリオキシプロピレンアルキルエーテル（アルキ
ル基の炭素原子数８〜２４）の具体例としては、ポリオ
キシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンセ
チルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテ
ル、ポリオキシエチレンラノリンアルコールエーテル、
ポリオキシエチレンＣ₂₄−Ｃ₂₆側鎖一級アルコールエー
テル、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンデシ
ルエーテル、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレ
ンドデシルエーテル、ポリオキシエチレン・ポリオキシ
プロピレンＣ₁₂−Ｃ₁₃側鎖一級アルコールエーテル、ポ
リオキシエチレン・ポリオキシプロピレンオレイルエー
テル等が挙げられる。

【００１４】本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤中、成分
（ｄ）の界面活性剤の使用量は、好ましくは５〜２５質
量％、さらに好ましくは１０〜２０質量％である。５質
量％未満では、乳化性が充分でない場合があり、２５質
量％を超えると潤滑性が低下することがある。なお、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテル（アルキル基の炭素
原子数１６〜２６）及び／又はポリオキシエチレン・ポ
リオキシプロピレンアルキルエーテル（アルキル基の炭
素原子数８〜２４）を使用する場合、その使用量は、好
ましくは１〜１５質量％である。１質量％未満の場合、
及び、１５質量％を超えた場合は乳化性が充分でない場
合がある。

【００１５】本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤はさらに、
アルコールや脂肪酸等の油性剤；硫化油脂、ポリスルフ
ィド、リン酸エステル、亜リン酸エステル、ジアルキル
ジチオリン酸塩等の極圧添加剤；フェノール系、アミン
系等の酸化防止剤；石油スルホン酸ナトリウム塩、石油
スルホン酸カルシウム塩、脂肪酸アミン塩やアルケニル
コハク酸及びその塩等の防錆剤；防腐剤、消泡剤等を配
合する事ができる。これらの成分の使用量は温間熱間鍛
造用潤滑剤（水で希釈する前のもの）中、好ましくは通
常０．５〜５質量％である。

【００１６】本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤は、例え
ば、基油と界面活性剤を混合し、加熱（約６０℃）しつ
つアジテーターにて撹拌して均一化した後、固体潤滑剤
を加え、ホモジナイザー、フライマーミル及びアジテー
ター撹拌とギヤーポンプ循環併用等で基油中に固体潤滑
剤を均一に分散させ、最後にその他の添加剤を加えてさ
らに攪拌することにより容易に調製できる。本発明の温
間熱間鍛造用潤滑剤は、５〜３０質量％、例えば、１０
質量％程度となるように水で希釈してエマルションと
し、例えば、ノズル等により、金型表面に供給される。
余分に供給された潤滑剤はピットに回収し、メッシュ式
ストレーナー又はマグネチックセパレーターを通して別
のタンクに溜め、規定濃度に調整してから、再度使用さ
れる。

【００１７】以下実施例及び比較例により本発明をさら
に詳細に説明する。実施例１〜１２，比較例１〜１３表１及び２に示す成分を使用して潤滑剤を調製した。ま
ず（ｂ）基油と（ｃ）リン脂質及び（ｄ）の界面活性剤
の各成分を混合し、加熱（約６０℃）しつつアジテータ
ーにて撹拌し均一化する。これに（ａ）固体潤滑剤を加
えて、ホモジナイザー、フライマーミル及びアジテータ
ー撹拌とギヤーポンプ循環併用等で油中に固体潤滑剤を
均一に分散させる。最後にその他の添加剤を加えて水分
散型温間熱間鍛造用潤滑剤を得る。実施例１〜６、比較
例１〜７は温間鍛造用潤滑剤であり、実施例６〜１２、
比較例８〜１３は熱間鍛造用潤滑剤である。比較例１４
は、市販の黒鉛Ｓ／Ｏ／Ｗ型熱間鍛造用潤滑剤である。
評価試験用の希釈液は、潤滑剤１質量部を１４質量部の
水中に加え、アジテーター撹拌にて均一化した。

【００１８】乳化分散安定性試験２００ｍｌビーカーに評価試験用希釈液１００ｍｌを入
れ、２５℃恒温槽内に放置する。２４時間後の油浮上状
態、固体潤滑剤沈降状態を観察する。結果は次の基準に
て評価し、◎又は○を合格とする。油浮上状態 ◎ …… 油分浮上なし〇 …… 浮上面積１０％未満 △ …… 浮上面積１０％≦，５０％＞ × …… 浮上面積５０％以上固体潤滑剤沈降状態 ◎ …… 沈降なし〇 …… 沈降量１０％未満 △ …… 沈降量１０％≦（ケーキングなし） × …… 沈降量１０％≦（ケーキングあり）

【００１９】潤滑性試験スパイク試験（特願平03-158780）にて行い、次の条件
にて鍛造し、加工後の鍛造成形荷重（Ｐ）とスパイク高
さ（Ｈ）を求める。潤滑性試験結果はスパイク高さ
（Ｈ）mm／鍛造成形荷重（Ｐ）ｔｏｎにて表す。鍛造成
形性は数値が大きい程良好であるが、温間試験では０．
１４０以上、熱間試験では０．４１０以上を合格とす
る。スパイク試験条件試験片:S45C,25mmφ×30mm,温度(温間=800℃,熱間=1200
℃) 金型 :SKD-61,温度(150℃) 鍛造機:KOMATSU MYPRES 160T 給油 :15倍に調製した希釈液を対角線に各々2mlエアー
スプレー。

【００２０】

【発明の効果】本発明の水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤
は分散安定性及び潤滑性に優れた鍛造用潤滑剤である。
また本発明の潤滑剤は、ＰＲＴＲ法第一種指定化学物質
Ｎｏ．３０５から３０７を含有しない場合にもその効果
は顕著であり、環境にやさしい水分散型温間熱間鍛造用
潤滑剤である。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】本発明の実施例１〜６の温間鍛造用潤滑剤
は、分散安定性及び温間鍛造潤滑性に優れている。これ
に対して本発明の成分（ｃ）を含まない比較例１〜７の
潤滑剤は、油浮上はないが、固体潤滑剤が沈降し、温間
鍛造潤滑性が劣る。

【００２４】本発明の実施例７〜１２の熱間潤滑剤は、
分散安定性及び熱間鍛造潤滑性に優れている。これに対
して本発明の成分（ｃ）を含まない比較例８〜１４の潤
滑剤は、油浮上はないが、固体潤滑剤が沈降し、熱間鍛
造潤滑性が劣る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｍ 103/00 Ｃ１０Ｍ 103/00 Ａ 103/02 103/02 Ｚ 103/06 103/06 ＡＦ 105/34 105/34 105/38 105/38 107/44 107/44 107/46 107/46 129/18 129/18 145/26 145/26 159/02 159/02 // Ｃ１０Ｎ 10:04 Ｃ１０Ｎ 10:04 20:06 20:06 Ｚ 30:04 30:04 40:24 40:24 Ｚ 50:08 50:08 (72)発明者榊原正義神奈川県藤沢市辻堂神台１の４の１協同油脂株式会社辻堂工場内Ｆターム(参考） 4E087 CB10 ED09 4H104 AA01C AA04A AA13A AA24A AA26A AA28A BB32A BB34A BB44C CB14C CE13A CG03A DA01C DA02A EA08A EB04 FA02 LA02 PA26 PA27 QA02 QA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）固体潤滑剤、（ｂ）基油、（ｃ）リ
ン脂質、及び（ｄ）界面活性剤を含有することを特徴と
する水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤。
【請求項２】（ａ）固体潤滑剤５〜５０質量％、（ｂ）
基油３０〜６０質量％、（ｃ）リン脂質０．５〜８質量
％、及び（ｄ）界面活性剤５〜２５質量％を含有するこ
とを特徴とする水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤。
【請求項３】界面活性剤がポリオキシエチレンアルキル
エーテル（アルキル基の炭素原子数１６〜２６）及び／
又はポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンアルキ
ルエーテル（アルキル基の炭素原子数８〜２４）である
請求項１又は２記載の水分散型温間熱間鍛造用潤滑剤。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の水分散
型温間熱間鍛造用潤滑剤を使用することを特徴とする温
間又は熱間鍛造加工方法。