JP2011074186A - 水溶性金属加工油剤 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、本発明は、切削研削加工、塑性加工等の金属加工に広く適用でき、さらに耐腐敗性能を示し、地球環境や人体に対しても悪影響を及ぼしにくい水溶性金属加工油剤を提供することを課題とする
【解決手段】下記一般式（１）：

で表される化合物、水、及び０〜１０重量％未満の植物油脂を含有する水溶性金属加工油剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、切削研削加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる水溶性金属加工油剤に関する。

切削、研削加工分野に広く使用されている切削油剤としては、鉱油をベースとした不水溶性切削油剤と、鉱油、界面活性剤、有機アミン等を含有し、水に希釈して使用する水溶性切削油剤とがある。

不水溶性切削油剤は、一般に、切削性能、及び耐腐敗性能において水溶性切削油剤よりも高い性能を有するが、その使用形態から引火の懸念が不可避であり、消防法への対応、使用中の不慮の火災への対応という負担が使用者に発生する。また、加工後ワークの洗浄工程の負荷も水溶性切削油剤に比べ高く、地球環境への影響も無視できない。

一方、水溶性切削油剤には、切削性能を向上させるために、従来、極圧剤を添加したり、脂肪酸、鉱物油といった天然由来の油性成分等を添加している。しかしながら、極圧剤は塩素や硫黄を含有するものが多く、ダイオキシンや富栄養化の問題に代表されるように、近年の地球環境への意識への高まり、焼却処理・排水処理の観点から、極圧剤は使用しづらくなってきている。一方、天然由来の油性成分は、使用環境中において微生物によって分解・資化されやすく、近年の地球資源の節約やコストダウン意識の高まりから、長期間の使用には耐えづらいという問題がある。

また、耐腐敗性能を向上させるために、従来、防腐剤を添加したり、アルカリ成分である有機アミンを高濃度で添加し、水溶性切削油剤を水等の希釈剤で希釈して得られるクーラント（冷却剤）のｐＨを高く設定することが行われる。しかしながら、例えば、トリアジンに代表されるようなホルムアルデヒド放出型化合物、フェノール系化合物といった防腐剤は、一般に人体への影響が大きく、多量には使用しづらい。また、モノイソプロパノールに代表されるようなアルカノールアミンの高濃度での使用、クーラントの高ｐＨ化は、人体への影響が大きく、使用しづらい。さらに、排水処理時の地球環境への影響を考慮し、水溶性のアミンは低濃度での使用が好まれる傾向がある。

このような背景から、従来の水溶性切削油剤に比して、より一層の地球環境に優しい油剤、さらに、できるだけ長期間使用に耐えうる水溶性切削油剤の開発が求められている。

国際公開２００６／１２９７４７号パンフレット 特開２００８−８１６０２号公報 特開２００７−２０４６０３号公報 特開２００５−２２０１７０号公報 特開平２−２２８３９４号公報

本発明は、切削研削加工、塑性加工等の金属加工に広く適用でき、さらに耐腐敗性能を示し、地球環境や人体に対しても悪影響を及ぼしにくい水溶性金属加工油剤を提供することを主な課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、水溶性の金属加工油剤にイソホロンジアミンを配合することにより、切削研削加工だけでなく、塑性加工等の金属加工に広く適用でき、さらに耐腐敗性能を示し、地球環境や人体に対しても悪影響を及ぼしにくい水溶性金属加工油剤が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成された発明である。すなわち、本発明は、下記項１〜５に記載の水溶性金属加工油剤及び該金属加工油剤を希釈して得られるクーラント（冷却剤）に関する。

項１． 下記一般式（１）：

で表される化合物（イソホロンジアミン）、水、及び０〜１０重量％未満の植物油脂を含有する水溶性金属加工油剤。
項２． さらにアニオン系界面活性剤を含有する項１に記載の水溶性金属加工油剤。
項３． 前記一般式（１）で表される化合物の含有量が０．５〜３０重量％である項１又は２に記載の水溶性金属加工油剤。
項４． 項１〜３のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤を希釈剤で希釈して得られるクーラント。
項５． 前記一般式（１）で表される化合物の含有量が０．０１重量％以上である項４に記載のクーラント。

本発明によれば、水溶性の金属加工油剤に前記一般式（１）で表されるイソホロンジアミンを配合することにより、切削研削加工だけでなく、塑性加工等の金属加工に広く適用でき、さらに耐腐敗性能を示し、地球環境や人体に対しても悪影響を及ぼしにくい水溶性金属加工油剤が得られる。該水溶性金属加工油剤を水等の希釈液で薄めたクーラントは、切削研削加工だけでなく、塑性加工等の金属加工に好適に使用できる。

以下、本発明の水溶性金属加工油剤、該油剤を希釈して得られるクーラント、及び金属加工方法について詳述する。

（１）水溶性金属加工油剤
本発明の水溶性金属加工油剤は、下記一般式（１）：

で表される化合物（イソホロンジアミン）、水、及び０〜１０重量％未満の植物油脂を含有することを特徴とする。すなわち、本発明の金属加工油剤は、イソホロンジアミン及び水を含み、水溶性であればよく、植物油脂は含まれていなくてもよい。

本発明の水溶性金属加工油剤において、前記一般式（１）で表される化合物の含有量は、通常０．５〜３０重量％程度、好ましくは１〜２５重量％程度、より好ましくは１〜２０重量％程度、更に好ましくは１〜１５重量％程度、特に好ましくは２〜１５重量％程度である。前記一般式（１）で表される化合物の含有量が上記範囲内にあると、本発明の水溶性金属加工油剤は、優れた切削性能及び耐腐敗性を奏するので好ましい。

また、本発明の水溶性金属加工油剤において、水の含有量は、通常１〜９９重量％程度、好ましくは１０〜９０重量％程度、より好ましくは２０〜８０重量％程度である。水は、工業用水、水道水、精製水、純水、イオン交換水等が使用できる。

植物油脂としては、菜種油、大豆油、亜麻仁油、落花生油、トウモロコシ油、綿実油、ゴマ油、米ヌカ油、オリーブ油、サフラワー油、ヒマワリ油、パーム油、パーム核油、ヤシ油、ヒマシ油等が挙げられる。植物油脂は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。また、植物油脂を含む場合、その含有量は通常０．０００１〜１０重量％程度、好ましくは０．００１〜８重量％程度、より好ましくは０．０１〜５重量％程度、特に好ましく０．１〜２重量％程度である。本発明の水溶性金属加工油剤において、イソホロンジアミンはエマルション粒子の不安定化に寄与するため、植物油脂が１０重量％以上含まれるような組成は液安定性の面から好ましくない。

本発明の水溶性金属加工油剤は、さらにアニオン系界面活性剤を含んでいてもよい。アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、珪酸、ホウ酸、スルホン酸等が挙げられる。アニオン系界面活性剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。アニオン系界面活性剤を含む場合、その含有量は通常０．５〜４０重量％程度、好ましくは１〜３０重量％程度、より好ましくは４〜２０重量％程度である。

本発明の水溶性金属加工油剤には、必要に応じて、さらに酸化防止剤、極圧添加剤、防錆剤、防食剤、潤滑剤、防腐剤、消泡剤、及び乳化安定剤からなる群から選ばれる少なくとも１種を加えてもよい。

酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアリルジチオリン酸亜鉛、有機硫化物等が挙げられる。酸化防止剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。酸化防止剤を含む場合、その含有量は通常０．１〜１０重量％程度、好ましくは０．５〜８重量％程度、より好ましくは１〜５重量％程度である。

極圧添加剤としては、鉛石鹸、硫化脂肪酸等の硫黄化合物、塩素化パラフィン等の塩素化合物、リン化合物等が挙げられる。極圧添加剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。極圧添加剤を含む場合、その含有量は通常１〜５０重量％程度、好ましくは２〜４０重量％程度、より好ましくは５〜３０重量％程度である。

防錆剤としては、有機アミン、炭素数６〜３６の脂肪族モノカルボン酸及びジカルボン酸とそのアミド、炭素数６〜３６のアルケニルコハク酸とそのアミド、芳香族カルボン酸、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。防錆剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防錆剤を含む場合、その含有量は通常０．０１〜６０重量％程度、好ましくは０.０５〜５０重量％程度、より好ましくは０．１〜４０重量％程度である。

防食剤としては、リン酸エステル、アルキルホスホン酸、メタ珪酸ソーダ等が挙げられる。防食剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防食剤を含む場合、その含有量は通常０．０１〜２０重量％程度、好ましくは０.０５〜１５重量％程度、より好ましくは０．１〜１０重量％程度である。

潤滑剤としては、鉱油等の天然油脂類及びその誘導体、ポリオキシアルキレンオキサイド、炭素数６以上の脂肪族モノカルボン酸及びジカルボン酸等が挙げられる。潤滑剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。潤滑剤を含む場合、その含有量は通常１〜８０重量％程度、好ましくは２〜７０重量％程度、より好ましくは４〜６０重量％程度である。

防腐剤としては、トリアジン系化合物、チアゾリン系化合物、フェノール系化合物等が挙げられる。防腐剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。防腐剤を含む場合、その含有量は通常０.００１〜１０重量％程度、好ましくは０.０１〜７重量％程度、より好ましくは０．１〜５重量％程度である。

消泡剤としては、分子量１００〜１，０００のポリオルガノシロキサン等が挙げられる。消泡剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。消泡剤を含む場合、その含有量は通常０.００１〜１０重量％程度、好ましくは０.０１〜７重量％程度、より好ましくは０．１〜５重量％程度である。

乳化安定剤としては、アルキルスルホン酸、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、炭素数６〜３６の脂肪族モノカルボン酸のアミン塩等が挙げられる。乳化安定剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。乳化安定剤を含む場合、その含有量は通常０．５〜２０重量％程度、好ましくは１〜１５重量％程度、より好ましくは２〜１０重量％程度である。

本発明の水溶性金属加工油剤は水溶性状であり、そのまま金属加工に使用できる。また、本発明の水溶性金属加工油剤を原液とし、さらに水等の希釈剤で希釈して得られるクーラント（冷却剤）を金属加工に使用することもできる。

本発明の水溶性金属加工油剤を希釈剤で希釈して使用する場合、希釈倍率は、水溶性金属加工油剤の濃度及び金属加工時に求められる性能に応じて適宜調整すればよい。希釈して使用する場合は、通常１．５〜１００倍程度に希釈して使用する。希釈倍率は被削材や加工条件等にも影響されるが、通常は１．５〜１００倍程度の範囲で加工特性が最も優れるように適宜設定すればよい。

（２）クーラント及びその調製方法
前記の通り、本発明の水溶性金属加工油剤を原液とし、さらに水等の希釈剤で希釈して本発明のクーラント（冷却剤）を調製することができる。本発明のクーラントの希釈倍率は、原液とする水溶性金属加工油剤の濃度及び金属加工時に求められる性能等に応じて適宜調整すればよく、通常１．５〜１００倍に希釈してクーラントとする。

本発明のクーラントは、前記一般式（１）で表される化合物の含有量が、０．０１重量％以上であることを特徴とする。この要件を満たせば、本発明のクーラントの調整方法は、前記の方法に限定されない。本発明のクーラントに含まれる前記一般式（１）で表される化合物の含有量は、好ましくは０．０１〜１０重量％程度、更に好ましくは０．０１〜７重量％程度、より好ましくは０．０１〜５重量％程度、特に好ましくは０．０５〜５重量％程度である。前記一般式（１）で表される化合物の含有量が上記範囲であると、耐腐敗性能向上効果が優れるとともに、経済的であることから好ましい。

本発明のクーラントは、通常、本発明の水溶性金属加工油剤を希釈剤により希釈することにより得ることができる。

前記希釈剤の種類については特に限定はない。希釈剤としては、通常は水が用いられる。また、本発明の水溶性金属加工油剤を希釈することにより本発明のクーラントを得る場合、その希釈倍率についても特に限定はない。希釈倍率は、通常１．５〜１００倍程度、好ましくは２〜７０倍程度、更に好ましくは５〜５０倍程度、より好ましくは１０〜５０倍程度である。

（３）金属加工方法
本発明の水溶性金属加工油剤、及びこれを希釈した本発明のクーラントは、金属加工に際して、金属に塗布して使用することにより、切削研削加工だけでなく、塑性加工等の金属加工に広く適用できる。

加工対象とする金属の種類は、切削研削加工、塑性加工等の金属加工の対象となる金属であれば、特に限定されない。例えば、鉄、炭素鋼、ステンレス鋼等の鋼及び鉄合金や、その他、インコネル、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金、超硬合金をはじめとした焼結合金等の非鉄金属及びその合金、又はこれらの複合材も加工対象とすることができる。

また、加工温度は、加工方法や金属の種類等によって異なるが、通常０〜４０℃程度である。また、本発明の水溶性金属加工油剤、及びこれを希釈した本発明のクーラントの使用量については、加工方法や金属の種類等によって異なり、適宜設定すればよい。さらに、金属加工に使用された前記水溶性金属加工油剤、及び前記クーラントは、回収し、繰り返し長期間に渡って使用することができる。

以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はそれら実施例に限定されることは意図しない。実施例及び比較例に用いた化合物を表１に示す。

実施例及び比較例における本性能試験の試験項目及び評価方法は以下の通りである。切削性能評価に用いた試料原液の組成を表２に、耐腐敗性能評価に用いた試料原液の組成を表３に、評価結果を表４に示す。

１．切削性能評価
［評価方法］
縦型マシニングセンタを用いて、アルミ鋳物（ＡＣ４Ｃ）に対し３．６０ｍｍの下穴をあけ、Ｍ４の転造タップ（ＯＳＧ製ニューロールタップ「Ｂ−ＮＲＴ」）による切削試験を行った。切削条件は、切削速度５ｍ／分、送り速度０．７ｍｍ／回転、穴深さ７．０ｍｍ（非貫通穴）、穴数最大１５穴／１試料とした。また、金属加工油剤として、表２及び３に示す配合比率で各成分を配合した油剤（原液）を、水道水を用いて２０倍に希釈したものを用いた。評価項目として、工具折損の有無、及び切削トルクにより判定した。評価基準として、１５穴以内に工具折損、または切削トルクの異常上昇がなければ合格、発生すれば不合格とした。

２．耐腐敗性能評価
［評価方法］
表２及び３に示す配合比率で各成分を配合した油剤（原液）を０.１％グルコース溶液で２０倍に希釈し、塩酸でｐＨを８.４〜８.６に調整にした。これに鋳物切粉を１.５％、腐敗した水溶性切削油剤使用液を１％加え、３０℃恒温機内で一週間保存し、生菌数を測定した。

以上の結果から、イソホロンジアミンを含む実施例の水溶性金属加工油剤は、切削性能及び耐腐敗性能ともに優れているのに対して、耐腐敗を目的として使用されるモノイソプロパノールアミンやジエタノールアミンを使用した比較例は、これらの点において劣ることが確認された。

Claims (5)

1. 下記一般式（１）：
   

   

   で表される化合物、水、及び０〜１０重量％未満の植物油脂を含有する水溶性金属加工油剤。
2. さらにアニオン系界面活性剤を含有する請求項１に記載の水溶性金属加工油剤。
3. 前記一般式（１）で表される化合物の含有量が０．５〜３０重量％である請求項１又は２に記載の水溶性金属加工油剤。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の水溶性金属加工油剤を希釈剤で希釈して得られるクーラント。
5. 前記一般式（１）で表される化合物の含有量が０．０１重量％以上である請求項４に記載のクーラント。