JP2009057423A - 固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤 - Google Patents

Abstract

【課題】固定砥粒ワイヤソーを用いた、ガラス、サファイア、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工において、従来品より切断性に優れ、切断加工能率を向上させることができ、また発泡などの問題を起こさない固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤を提供すること。
【解決手段】（Ａ）有機アミンのアルキレンオキシド付加物、（Ｂ）脂肪族カルボン酸、（Ｃ）塩基性物質及び（Ｄ）水を含有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤；これを用いた硬質被削材の加工方法、この硬質被削材加工方法により得られた硬質被削材加工品。
【選択図】なし

Description

本発明は、固定砥粒ワイヤソーを用いた、硬質被削材の切断加工に用いる水溶性加工油剤に関する。詳しくは、固定砥粒ワイヤソーを用いた、サファイア、ガラス、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工において、従来品より優れている切断性の付与を目的とした水溶性加工油剤に関する。

固定砥粒ワイヤソーを用いて、サファイア、ガラス、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工を行う際に、従来からの市販水溶性加工油剤を用いた場合、被削材が硬質であることや油剤の性能不良などから、目標とする切断加工能率が十分に得られない、また一般の切断加工に比べて油剤の流量が多く必要であることから、発泡するなどの欠点が挙げられている。

従来、(A)グリコール類（プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等）を含有し、更に(B)カルボン酸と(C)塩基性化合物から形成された塩を含有してもよい、また更に硫黄系化合物を含有してもよいとする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。また、組成物として、鉱物油、炭化水素系溶剤、エステル化合物、アルコール化合物及びα‐オレフィン化合物から選ばれる少なくとも１種の不水溶性の基油を主成分として含有する固定砥粒ワイヤソー用不水溶性加工油剤が提案されている（例えば、特許文献３および４参照）。しかし、これらの水溶性加工油剤をサファイア、ガラス、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工油剤として用いた場合、目標とする切断加工能率が十分に得られない、また発泡するなどの欠点があり、未だユーザーの満足するものは得られていないのが現状であった。

特開２００３−８２３３４ 特開２００３−８２３３５ 特開２００３−７３６８７ 特開２００３−７３６８８

本発明の目的は、固定砥粒ワイヤソーを用いた、ガラス、サファイア、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工において、従来品より切断性に優れ、切断加工能率を向上させることができ、また発泡などの問題を起こさない固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤を提供することである。
本発明の他の目的は、硬質被削材の加工方法を提供することである。

本発明は以下に示す固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤、これを用いた硬質被削材の加工方法、この硬質被削材加工方法により得られた硬質被削材加工品を提供するものである。
１．（Ａ）有機アミンのアルキレンオキシド付加物、（Ｂ）脂肪族カルボン酸、（Ｃ）塩基性物質及び（Ｄ）水を含有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
２．該有機アミンが、アルキル（アルケニル）アミン、アルキル（アルケニル）ヒドロキシルアミン、及びオキシアルキル（アルケニル）アミンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、上記１記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
３．該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（１）で示されるものである、上記１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。

（ただし、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³のうちの１又は２個が炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、残りの２又は１個が−（Ｒ⁴Ｏ）_vＨを表す。Ｒ⁴は炭素数２〜４のアルキレン基を表し、ｖは自然数を表し、好ましくは５〜１０００であり、ｖが２以上の場合、Ｒ⁴はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。）
４．該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（２）で示されるものである、上記１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。

（ただし、式中、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁷のうちの１又は２個が炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、残りの２又は１個が−[Ｏ−（Ｒ⁸Ｏ）_w]Ｈを表し、残りが−（Ｒ⁴Ｏ）_xＨを表す。
または、式中、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁷のうちの１又は２個が−Ｏ−Ｒ⁹を表し、残りの２又は１個が−（Ｒ⁴Ｏ）_xＨを表す。Ｒ⁸は炭素数２〜４のアルキレン基を表し、Ｒ⁹は炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表す。ｗ及びｘは自然数を表し、好ましくはそれぞれ５〜１０００であり、ｗ及びｘが２以上の場合、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
５．該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（３）で示されるものである、上記１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。

（ただし、式中、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、Ｒ¹²のうちの１〜３個が−[Ｒ¹³−Ｏ−（Ｒ⁸Ｏ）_y]Ｈを表し、残りが−（Ｒ⁴Ｏ）_zＨを表す。Ｒ¹³は炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、y及びzは自然数を表し、好ましくはそれぞれ５〜１０００であり、y及びzが２以上の場合、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
６．該オキシアルキル(アルケニル)アミンが、モノオキシモノアミン、モノアミノ多価アルコール、オキシ多価アミン及びアミノエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種である、上記２または５記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
７．該有機アミンのアルキレンオキシド付加物の分子量が２００〜８００００である、上記１〜６のいずれか１項記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
８．有機アミンのアルキレンオキシド付加物１〜６０質量％、脂肪族カルボン酸１〜３０質量％、塩基性物質１〜４０質量％及び水１０〜７０質量％を含有することを特徴とする上記７記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
９．上記１〜８のいずれか1項記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤を用いて固定砥粒ワイヤソーにより硬質被削材を加工する硬質被削材加工方法。
１０．上記９記載の硬質被削材加工方法により得られた硬質被削材加工品。

本発明の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤は、ガラス、サファイア、セラミックス、シリコン、ネオジウム等の硬質被削材の切断加工において、従来品と比較して切断性が優れているため、加工精度が向上し、また低発泡性である。

以下本発明について詳細に説明する。
本発明は、固定砥粒ワイヤソーにより硬質被削材を加工する硬質被削材加工方法に用いる固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤であって、有機アミンのアルキレンオキシド付加物を含有することを特徴とする。有機アミンの例としては、アルキル（アルケニル）アミン、アルキル（アルケニル）ヒドロキシルアミン、オキシアルキル（オキシアルケニル）アミンが挙げられる。
ここで、「アルキル（アルケニル）アミン」とは、アルキルアミンまたはアルケニルアミンを、「アルキル（アルケニル）ヒドロキシルアミン」とは、アルキルヒドロキシルアミンまたはアルケニルヒドロキシルアミンを、「オキシアルキル（オキシアルケニル）アミン」とは、オキシアルキルアミンまたはオキシアルケニルアミンを意味する。

本発明に使用する有機アミンの具体例としては、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、プロピルイソブチルアミン、１−アミノプロパン−３−オール、１−アミノオクタン−２−オール、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ヒドロキシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピル−ヒドロキシルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン等が挙げられる。好ましくは１−アミノプロパン−３−オール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミンであり、特に好ましくはトリエタノールアミンである。

本発明に使用するアルキレンオキシドの具体例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられる。これらは２種以上を任意の割合で混合して使用しても良い。
有機アミンのアルキレンオキシド付加物の重量平均分子量は２００〜８００００であり、好ましくは２００〜１００００であり、特に好ましくは２００〜５０００である。有機アミンのアルキレンオキシド付加物の分子量が２００未満では潤滑性が十分ではなく、５００００を超えると粘性が上がり過ぎるという傾向がある。
本発明の油剤中、有機アミンのアルキレンオキシド付加物の使用量は、好ましくは１〜６０質量％、さらに好ましくは１〜５０質量％である。
１質量％未満では、切断加工能率が十分ではなく、６０質量％を超えると粘性が上がり過ぎるという傾向がある。

本発明の油剤に使用される脂肪族カルボン酸としては、炭素数６〜１８の脂肪族カルボン酸が好ましく、具体例としては、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪族モノカルボン酸が挙げられる。特に好ましくはカプリル酸、ペラルゴン酸である。
本発明の油剤中、脂肪族カルボン酸の使用量は、好ましくは１〜３０質量％、さらに好ましくは１〜２０質量％である。
１質量％未満では、防錆性が十分ではなく、３０質量％を超えると泡が立ち易くなるという傾向がある。

本発明の油剤に使用される塩基性物質としては有機アミン及び／又は無機塩基性物質が挙げられる。有機アミンとしては、有機アミンのアルキレンオキシド付加物の原料として使用する有機アミンと同じもの、すなわち、アルキル（アルケニル）アミン、アルキル（アルケニル）ヒドロキシルアミン、及びオキシアルキル（オキシアルケニル）アミンからなる群から選ばれる少なくとも１種類が挙げられる。好ましくはジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミンである。特に好ましくはトリエタノールアミンである。
無機塩基性物質としては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物が挙げられる。具体的には、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等であり、好ましくは炭酸カリウム、炭酸ナトリウムである。
本発明の油剤中、塩基性物質の使用量は、好ましくは１〜４０質量％、さらに好ましくは１〜３０質量％である。
１質量％未満では、脂肪族カルボン酸の中和量に足りなく、４０質量％を超えるとアルカリ過剰になり、被削材がシリコンの場合、被削材を腐食させる傾向がある。

本発明の油剤は、水を含有する。水の配合割合は、有機アミンのアルキレンオキシド付加物及び他の任意成分の残部として使用されるが、通常は油剤中１０〜７０質量％である。
１０質量％未満では、油剤が粘調状になり、７０質量％を超えると潤滑性不足になる傾向がある。

本発明の油剤（水で希釈する前の原液）中の各成分の好ましい配合割合は、有機アミンのアルキレンオキシド付加物１〜６０質量％、脂肪族カルボン酸１〜３０質量％、塩基性物質１〜４０質量％、残部としての水１０〜７０質量％である。好ましくは有機アミンのアルキレンオキシド付加物１〜５０質量％、脂肪族カルボン酸１〜２０質量％、塩基性物質１〜３０質量％、残部としての水１０〜６０質量％である。
本発明の油剤は、通常は上記配合割合で各成分を含有する原液として製造され、そのまま使用してもよいが、通常は使用時に所定濃度、例えば、原液として、好ましくは１〜１０質量％となるように希釈して使用される。
被削材がシリコンの場合、本発明の油剤のｐＨは、水で１０質量％に希釈した場合、使用時で好ましくは５．５〜９．５、さらに好ましくは６．５〜８．５である。ｐＨが５．５未満では機械を錆びさせる懸念があり、８．５を超えると被削材を腐食させる傾向がある。

本発明の油剤を使用して研削する硬質被削材としては、ガラス、サファイア、セラミックス、シリコン、ネオジウム等が挙げられる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記の実施例は本発明を制限するものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。

表１及び表２に示す成分を配合し、油剤原液を調製した。各油剤を５質量％に水で希釈し、切断性及び消泡性を以下に示す試験方法により評価した。
切断性試験：
試験条件
ワイヤー：線径 260μｍ、芯線径 180μｍ、Dia粒度 #400
切断装置：レーザーテクノロジー社製ワイヤー切断機CS400
ワーク：サファイア28mm幅、
ワイヤー線速：350m/min、フィード速度：0.38mm/min、ワイヤー張力：30N
ワイヤー長さ：24m、フィード量：14mm
評価方法
実質切り込み量を測定して、フィード量より加工能率（mm/min）を求める。

消泡性試験
試験条件
攪拌装置：市販ミキサー（テスコム製）、希釈水：蒸留水、希釈濃度：５質量％
攪拌時間：３分、攪拌の回転数：12,000rpm（空運転時、Max）、試料液の量：400ml
試験温度：２５℃
試験方法
試験液400mlをミキサー容器に入れる。ミキサーにて、攪拌回転数12,000rpm（空運転時、Max）で３分間攪拌する。攪拌終了後、直ちに1000mlのメスシリンダーに移し、３分静置後の泡の量（ml）を記録する。
結果を表１及び表２に示す。

表１ 実施例

Ａ^※1：トリエタノールアミンのエチレンオキシド（ＥＯ）／プロピレンオキシド（ＰＯ）（モル比３０：７０）付加物、平均分子量：２０００
Ｂ^※2：トリエタノールアミンのプロピレンオキシド付加物、平均分子量：２０００

表２ 比較例

Ｃ^※3：ポリ（オキシエチレン・オキシプロピレン）グリコール・モノエーテル
平均分子量：２０００
Ｄ^※4：ポリ（オキシエチレン・オキシプロピレン）グリコール共重合物
平均分子量：２０００
比較例５：オレイン酸＋ジエタノールアミン＋ポリエチレングリコール／ポリプロピレングリコール共重合体＋水
比較例６：オレイン酸＋ペラルゴン酸＋トリエタノールアミン＋ポリエチレングリコール＋水

有機アミンのアルキレンオキシド付加物を含有する本発明の実施例の油剤は、これを含まない比較例の油剤及び市販水溶性油剤と比較して切断性が良好で加工能率が顕著に高い。また消泡性においてもはるかに優れている。

Claims (10)

1. （Ａ）有機アミンのアルキレンオキシド付加物、（Ｂ）脂肪族カルボン酸、（Ｃ）塩基性物質及び（Ｄ）水を含有することを特徴とする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
2. 該有機アミンが、アルキル（アルケニル）アミン、アルキル（アルケニル）ヒドロキシルアミン、及びオキシアルキル（アルケニル）アミンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
3. 該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（１）で示されるものである、請求項１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
   
   

   

   （ただし、式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³のうちの１又は２個が炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、残りの２又は１個が−（Ｒ⁴Ｏ）_vＨを表す。Ｒ⁴は炭素数２〜４のアルキレン基を表し、ｖは自然数を表し、ｖが２以上の場合、Ｒ⁴はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。）
4. 該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（２）で示されるものである、請求項１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
   
   

   

   （ただし、式中、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁷のうちの１又は２個が炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、残りの２又は１個が−[Ｏ−（Ｒ⁸Ｏ）_w]Ｈを表し、残りが−（Ｒ⁴Ｏ）_xＨを表す。
   または、式中、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁷のうちの１又は２個が−Ｏ−Ｒ⁹を表し、残りの２又は１個が−（Ｒ⁴Ｏ）_xＨを表す。Ｒ⁸は炭素数２〜４のアルキレン基を表し、Ｒ⁹は炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表す。ｗ及びｘは自然数を表し、ｗ及びｘが２以上の場合、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
5. 該有機アミンのアルキレンオキシド付加物が下記一般式（３）で示されるものである、請求項１又は２記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
   
   

   

   
   （ただし、式中、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、Ｒ¹²のうちの１〜３個が−[Ｒ¹³−Ｏ−（Ｒ⁸Ｏ）_y]Ｈを表し、残りが−（Ｒ⁴Ｏ）_zＨを表す。Ｒ¹³は炭素数１〜１８のアルキル基又は炭素数２〜１８のアルケニル基を表し、y及びzは自然数を表し、y及びzが２以上の場合、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
6. 該オキシアルキル(アルケニル)アミンが、モノオキシモノアミン、モノアミノ多価アルコール、オキシ多価アミン及びアミノエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項２または５記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
7. 該有機アミンのアルキレンオキシド付加物の分子量が２００〜８００００である、請求項１〜６のいずれか１項記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
8. 有機アミンのアルキレンオキシド付加物１〜６０質量％、脂肪族カルボン酸１〜３０質量％、塩基性物質１〜４０質量％を含有することを特徴とする請求項７記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤。
9. 請求項１〜８のいずれか1項記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工油剤を用いて固定砥粒ワイヤソーにより硬質被削材を加工する硬質被削材加工方法。
10. 請求項９記載の硬質被削材加工方法により得られた硬質被削材加工品。