JP2007009020A

JP2007009020A - 塑性加工用潤滑油

Info

Publication number: JP2007009020A
Application number: JP2005190170A
Authority: JP
Inventors: Masanao Kobayashi; 正尚小林; Yoshio Usuki; 嘉雄薄木; Hiroaki Komatsubara; 博昭小松原; Toshiaki Shimizu; 俊明清水; Koji Togawa; 浩司外川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Aoki Science Institute Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aoki Science Institute Co Ltd
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP4829549B2

Abstract

【課題】本発明は、酸化防止剤を配合することにより、油成分の劣化を抑え、もって油膜厚さの減少を遅らせて連続鋳造を可能にしえる油性ダイカスト用離型剤を提供することを課題とする。
【解決手段】非鉄金属を連続的に鋳造圧延あるいはプレスするための塑性加工用潤滑油であり、基油（溶剤）を３０〜９０質量部、４０℃の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上の油分群（鉱油、合成油、油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルからなる群）から選ばれる１種又は２種以上を計１〜２５質量部、シリコーン油を１〜２０質量部、フェノール系及びアミン系酸化防止剤を０．１〜２質量部、及び潤滑性能を有する添加剤を含み、引火点が６０℃〜１５０℃の範囲であることを特徴とする塑性加工用潤滑油。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、あるいはそれらの合金等の非鉄金属を連続的に鋳造圧延あるいはプレスするための塑性加工用潤滑油に関する。特に、本発明は、高温条件下でも劣化しにくい塑性加工用潤滑油に関する。

周知の如く、金属塑性加工油は、加工面を潤滑し、焼付きや溶着を防止し、連続加工を可能にするよう設計されている。ところで、高温操業条件下で、油膜がある厚さ（加工面の表面粗さや荷重等で変わるものの５μｍ程度以上）を保てれば、焼付きや溶着を防止できる。しかし、２００℃以上特に３００℃を超える温度では、油膜成分の劣化・分解により、油膜が薄くなってくる。その結果、加工面と工具の直接接触の可能性が増え、磨耗や焼きつきに至ることもある。

従来、金属面上の油膜厚みを維持する方法として、各種の方法が既に知られている。例えば、グリース状のものを塗りつける、粉体（黒鉛、アルミ粉やタルク等）を付着させる、ワックスを塗布する方法が実際に使用されている。しかし、グリース状物質は自動的に連続して塗布することが困難である。また、粉体やワックスは装置周りの汚れの問題を起こし、ワックスやグリースは高温（例えば３００℃以上）では分解・劣化を起こし油膜が薄くなり、磨耗の原因になることも知られている。

装置周りの汚れを抑え、油膜を厚くするには有機高分子物質の使用が考えられるが、一般に高分子物質は高温で分解し、油膜の消失を起こしやすい。従って、高温でも油膜の分解を遅くする方策が必要となる。

従来、こうしたことから特許文献１、非特許文献１が知られている。特許文献１には、フェノール系とアミン系が塑性加工油に配合され、加工処理後の装置に残存した油の劣化による冷房効率の低下を防止することが記載されている。非特許文献１には、ブリキ板を冷汗圧延する際、残存油膜の劣化を防止し、ペンキと塗装を容易にするため、フェノール系とアミン系を配合することが記載されている。
特開平１１−２２８９８２号公報特願２０００−０１７２８４号公報

本発明は上述した課題を解決するためなされたもので、酸化防止剤を配合することにより、高温での塑性加工油の分解・劣化を遅らせ、油膜が磨耗を起こす前に加工処理を完了しえる塑性加工用潤滑油を提供することを目的とする。

本出願人は塑性加工用潤滑油について種々研究を重ねた結果、次のような考察をするに至った。即ち、高温時に熱分解したとしても、金属加工処理を完了するまでは最小の油膜を維持することが望まれる。ところで、熱分解を遅らせる方法として酸化防止剤を活用することが考えられる。酸化防止剤は、フェノール系、アミン系、リン・硫黄系の３種類に大別される。ここで、リン・硫黄系は非鉄金属と反応しやすく加工製品の表面化学組成を変え、問題になる時があるので、フェノール系やアミン系が好ましい。但し、経済的で広く利用されているリン・硫黄系の酸化防止剤も活用可能な場合もある。こうした考察のもと、本出願人は下記の発明を提案するに至った。

本発明に係る塑性加工用潤滑油は、非鉄金属を連続的に鋳造圧延あるいはプレスするための塑性加工用潤滑油であり、基油（溶剤）を３０〜９０質量部、４０℃の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上の油分群（鉱油、合成油、油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルからなる群）から選ばれる１種又は２種以上を計１〜２５質量部、シリコーン油を１〜２０質量部、フェノール系及びアミン系酸化防止剤を０．１〜２質量部、及び潤滑性能を有する添加剤を含み、引火点が６０℃〜１５０℃の範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、酸化防止剤を配合することにより、高温での塑性加工油の分解・劣化を遅らせ、油膜が磨耗を起こす前に加工処理を完了しえる塑性加工用潤滑油が得られる。また、その後、熱で更に油膜が分解し、薄くなってもなんら加工処理に問題はない。即ち、酸化防止剤はいわば油膜の延命剤であって、他の成分が油膜を構成するからである。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
１）本発明において、「４０℃の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上」とあるのは、１０ｍｍ^２／ｓ未満では、アルミ等の非鉄金属をローラー間に流し込む際の実際の作業温度（ロール表面が約１００℃）である時、１００℃では約３ｍｍ^２／sとかなり低くなりロールから垂流れ易くなることがあるからである。

また、前記油分群から選ばれる１種または２種以上を配合することは、ロール、刃先等の工具面での油膜形成に重要であるが、３００℃以上の高温では蒸発・分解しがちであり、油膜強度は弱い。従って、高温で油膜を維持するためシリコーン油が必要である。一方、作業温度の低い（例えば、１５０℃）部位では、少なめのシリコーン油でよく、１％でもよいが、作業温度が３００℃を超える部位ではシリコーン油の濃度は高い方が好ましい。しかし、シリコーン油の分子量や構造にもよるが、シリコーンの油分に対する溶解度に制限があり、約２０％が限度である。

２）本発明において、引火点を上記のように６０℃〜１５０℃としたのは、人体への影響、離型剤中の溶剤部分の蒸発速度と引火性の観点から金型面で蒸発する成分を最適化するためである。

３）本発明においては、更に高温での潤滑性を補強するための黒鉛を０．５〜１５質量部含むことが好ましい。即ち、黒鉛の長所である高温・高荷重条件下での良好な耐荷重性能を付与するものである。黒鉛の欠点である機械装置の汚れをさほど気にしない使用条件に優れた潤滑性能を発揮する。ここで、黒鉛の配合量が０．５質量部未満では高温での潤滑油の潤滑性が十分でなく、１５質量部を超えると潤滑油を貯蔵中黒鉛が沈降し安定性が低下する。

４）本発明において基油としては溶剤が挙げられる。しかし、高温・高荷重下圧延では、圧延油のミストが不可避的に発生するため、作業者の健康が損なわれる可能性があるので、これを考慮する必要がある。よって、本発明に使用する基油は精製度の高いものであることが好ましい。具体的には、基油中の全硫黄分が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。より好ましいのは０．１ｐｐｍ未満である。また、第１の発明においては、蒸発性と引火性を勘案し、基油の引火点は６０〜１５０℃の範囲であることが好ましい。更に、基油である溶剤の４０℃の動粘度は１．１ｍｍ^２／ｓ以上１０ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、より好ましくは１．１ｍｍ^２／ｓ以上３ｍｍ^２／ｓ以下である。

５）上記油分群のうち鉱油としては、例えばスピンドル油、マシン油、モーター油、シリンダー油が挙げられる。前記合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン（エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、およびこれらの水素化物等）、モノエステル（ブチルステアレート、オクチルラウレート）、ジエステル（ジトリデシルグルタレート、ジ−２−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ−２−エチルヘキシルセパケート等）、ポリエステル（トリメリット酸エステル等）、ポリオールエステル（トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等）、ポリオキシアルキレングリコール、ポリフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、リン酸エステル（トリクレジルフォスフェート等）が挙げられる。

６）前記油脂としては、例えば、ナタネ油、大豆油、ヤシ油、パーム油、牛脂、豚脂等の動植物油脂が挙げられる。前記油脂は、後述する有機モリブデン等とともに、中低温部分の潤滑性を確保するために活用される。
前記脂肪酸としては、例えば、ヤシ油脂肪酸、オレイン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、牛脂脂肪酸が挙げられる。

７）前記脂肪酸エステルとしては、例えば、ヤシ油脂肪酸、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、牛脂脂肪酸等の高級脂肪酸の一価アルコールエステル又は多価アルコールエステルが挙げられる。
本発明において使用されるシリコーン油は、塑性加工油組成物に用いる場合、数多くの異なった市販物質のいずれでもよいが、好ましいのは塗装性に優れたアルキル変性シリコーンである。前記シリコーン油は、比較的高温に耐えうる潤滑剤である。
本発明において使用される黒鉛は、塑性加工油組成物に用いる場合、数多くの異なった市販物質のいずれでもよい。

８）本発明において使用される酸化防止剤としては、例えば、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノール、４，４−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２−メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）等のフェノール系、モノオクチルジフェニルアミン、モノノニルジフェニルアミン等のモノアルキルジフェニルアミン系、４，４’−ジブチルフェニルアミン、４，４’−ジペンチルジフェニルアミン、４，４’−ジヘキシルジフェニルアミン、４，４’−ジヘプチルジフェニルアミン、４，４’−ジオクチルジフェニルアミン、４，４’−ジノニルジフェニルアミン等のジアルキルジフェニルアミン系、テトラブチルジフェニルアミン、テトラヘキシルジフェニルアミン、テトラオクチルジフェニルアミン、テトラノニルジフェニルアミン等のポリアルキルジフェニルアミン系、ａ−ナフチルアミン、フェニル−ａ−ナフチルアミン、ブチルフェニル−ａ−ナフチルアミン、ペンチルフェニル−ａ−ナフチルアミン、ヘキシルフェニル−a−ナフチルアミン、ヘプチルフェニル−a−ナフチルアミン、オクチルフェニル−ａ−ナフチルアミン等が挙げられる。中でも、ジアルキルジフェニルアミン系のものが好ましい。また、ＺｎＤＤＰ，ＭｏＤＴＰ等のリン・硫黄系やＭｏＤＤＣのような硫黄系のものも好ましい。

９）前記酸化防止剤の効果は、その濃度によって異なる。一般に石油組成物の酸化安定性を向上するための酸化防止剤の添加量は、０．０１％〜５％であり、濃度対効果は放物線で表される。即ち、酸化防止剤の濃度が低濃度（０．０１％未満）では効果が少なく、高濃度（５％より大きい）すぎても増量効果は期待できなくなる。また、その効果のレベルは、組成物内の他の成分でも変わる。本発明の場合、酸化防止剤の添加量は０．１〜２％、好ましくは０．１〜１．５％である。

１０）また、本発明の塑性加工用潤滑油には、防錆剤、界面活性剤、防腐剤、消泡剤、及びその他に添加剤（例えば、極圧添加剤、防食剤、粘度指数向上剤、分散剤、増粘剤、着色剤、香料）を適宜配合してもよい。
１１）本発明においては、引火点は６０〜１５０℃よりも８０〜１５０℃に設定することが好ましい。この理由は、引火点の下限値を高めることにより火災の危険性がいっそう低減するからである。

（実施例及び比較例）
以下、本発明の実施例１〜４を比較例１〜４とともに説明する。なお、実施例では金属塑性加工油の配合を例にして説明するが、本発明はこの配合に限定されるものではなく、鍛造、圧延、プレス等の用途に使われる潤滑剤に広く活用できる。

（１）試料の準備
攪拌機を付帯する加熱可能なステンレス製釜に、基油（溶剤）、油分、シリコーン油、黒鉛、植物油、有機モリブデンを下記表１、２に示す質量比率で投入し、３０℃で３０分間攪拌し、外観が淡黄色の圧延油を製造した。また、各試料の試験質的酸化防止性能、台上実機型試験機での連続圧延性を測定した。ここで、表１は実施例１〜４を、表２は比較例１〜４を示す。

（２）酸化防止性試験
ＪＩＳ−Ｋ−２５１４に沿って、ＲＢＯＴ法により回転式密閉型ボンベに試料と酸素を封入し、１５０℃条件下で酸化し、急激に酸素圧力の低下を起こすまでの時間（分）を測定した。

（３）台上実機型試験機
図１を参照する。連続鋳造圧延装置の小型実機試験機を製作し、７５０℃に加温されたアルミの溶湯１を矢印Ｘのように鉄製のホッパー２に注ぎ、直径２８０ｍｍ、長さ１００ｍｍの１対のローラー３間に流し込む。鋳造しながらローラー１ｃｍ当たり１トン以上の荷重で圧延し、厚さ５ｍｍ、幅５０ｍｍの圧延板５を１分当たり１．５ｍの速度で連続的に作り出す。なお、ローラー３への潤滑油の塗布はスプレー装置４で行っており、圧延板５とローラー３間を潤滑する。ここで、潤滑が不良で焼きつくと、圧延された板は凝着し、ローラー側に巻きつき、連続運転が不可能となる。連続運転可否を良否判定の基準とする。なお、アルミの溶湯１はホッパー２内では液状であるが、ホッパー２の出口付近で半固体の状態、ローラー３間を流れた後は固体の状態にある。

表１，２より、比較例１〜４と比べて実施例１〜４の場合は、酸化されるまでの時間が長くなっており、酸化安定が良くなっていることが明らかである。また、実施例１と実施例２の差はほとんど無く、略同じ試験結果であることが分かる。比較例１と比較例２では、有機モリブデンが酸化防止機能を若干有するので、両者の差に現れている。まとめると、試験室的試験（ＲＢＯＴ法）では、酸化防止剤の添加効果が明らかに出ている。

小型実機で評価した結果、比較例１〜４では、図１に示すローラーに圧延された板が巻き付き、連続圧延が困難であった。この原因としては、油膜が破断し、部分的に凝着が起こり、ローラーに板が巻きついたことが推定できる。一方、実施例１，２，４では、板は巻き付かず、連続生産が可能であった。この理由としては、酸化防止剤が油膜の劣化を遅らせ、油膜破断が起こる前に加工工程が終了したので、板とローラー間に凝着がなく、板がローラーに巻き付かなかったと推定できる。

但し、表面の凹凸は、黒鉛の配合された実施例２の方が若干きれいであり、表面の光沢では黒鉛の無い実施例１，３，４の方が優れていることが確認できた。但し、黒鉛の配合された実施例２の場合、装置が汚れており、清掃に時間がかかった。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更には、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は連続鋳造圧延装置の小型実機による連続鋳造圧延の工程を説明するための図である。

符号の説明

１…溶湯、２…ホッパー、３…ローラー、４…スプレー装置、５…圧延板。

Claims

非鉄金属を連続的に鋳造圧延あるいはプレスするための塑性加工用潤滑油であり、
基油（溶剤）を３０〜９０質量部、４０℃の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上の油分群（鉱油、合成油、油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルからなる群）から選ばれる１種又は２種以上を計１〜２５質量部、シリコーン油を１〜２０質量部、フェノール系及びアミン系酸化防止剤を０．１〜２質量部、及び潤滑性能を有する添加剤を含み、引火点が６０℃〜１５０℃の範囲であることを特徴とする塑性加工用潤滑油。
高温での潤滑性を補強するための黒鉛を０．５〜１５質量部含むことを特徴とする請求項１記載の塑性加工用潤滑油。
基油（溶剤）を４０〜９０質量部、４０℃の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上の油分群（鉱油、合成油、油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルからなる群）から選ばれる１種又は２種以上を計３〜１５質量部、シリコーン油を３〜１５質量部、フェノール系及びアミン系酸化防止剤を０．１〜１．５質量部、及び潤滑性能を有する添加剤を含み、引火点が８０℃〜１５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載の塑性加工用潤滑油。