JP2013253138A - 超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石の目詰まりの少ない、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物を提供すること。
【解決手段】組成物の全量を基準として１〜４０質量％の塩と、
組成物の全量を基準として６０〜９９質量％の水とを含有し、
前記塩が、リン酸、炭酸、ケイ酸及びホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる無機塩からなり、
組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０〜１４である、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物
【選択図】なし

Description

本発明は、炭素鋼、特殊鋼等の金属材料のホーニング加工、超仕上げ加工として使用するのに好適な、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物に関する。

小径ベアリング等の精密な研摩加工を行う場合、ホーニング加工または超仕上げ（スーパーフェニッシュとも呼ぶ）加工を行う。超仕上げ加工は精密加工方法の一種である。加工圧力が低いために、最初工作物の表面が粗い間は砥粒による切削作用を行うが、面が平滑になってくると、自動的に目詰まりを起こし、磨き作用を行なうようになり、容易に鏡面が得られる（機械工学便覧 日本機械学会編 Ｂ２−１４９頁）。一度目詰まりを起こしても、次の工作物の表面の粗さの山頂がとがったままの状態のため、砥石表面が削られ目詰まりが解消し、切削作用を行うようになる。加工中に適度な目詰まりが発生し、それが解消されるというサイクルをとるのが超仕上げ加工の特徴であり、他の研削加工と異なる点である。この超仕上げ加工には、不水溶性加工油剤を用いるのが一般的である。
しかしながら、不水溶性加工油剤では、加工熱、摩擦熱により火災が発生する危険性が高い。また、工場内にオイルミストが充満し、作業環境が悪化する。
水溶性加工油剤を用いると砥石がより激しく目詰まりし、目詰まりすると砥石が隠れ、砥石の摩耗量は減少するが、研削量が減少し加工が進まなくなる。更に、次の工作物の表面粗さによる目詰まりの解消が十分に行われなくなるため、より目詰まりが進行し、正常に加工できなくなる事があるからである。
この対策として、水を含有する不水加工油剤（含水不水）（特許文献１）、アルコールとアルキルエーテルを含有した水溶性加工油剤（特許文献２）が提案されている。
その含水不水加工油剤では、加工熱等により水が蒸発するが、実加工ラインでの水含有量の管理は困難なため、引火する危険は避けられなかった。また、水含有量を多くすると粘度上昇が大きくなるため、加工時の油剤持ち去り量が多くなるという問題があった。アルコールとアルキルエーテルを含有する水溶性加工油剤では、十分な加工精度が得られていない。

特開平９−１５１３８９号公報 特開平３−７６７８１号公報

従って、本発明により、砥石の目詰まりの少ない、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物を提供する。

不水溶性油剤の目詰まりが少ないのは、水溶性油剤のエマルションのような分散層がなく、すべて均一層から構成されているためである。（切削・研削油剤その選択と使い方 竹山秀彦 監修 工業調査会 １５６頁）
本発明者らは、特定の無機塩を選定し、かつｐＨを１０以上の水溶性加工油剤組成物とすることにより、砥石の目詰まりを抑え、オイルミストによる作業環境の低下及び加工熱や摩擦熱による火災の発生を抑制した、超仕上げ加工を可能とした。
すなわち、本発明により、以下の組成物、該組成物を使用する金属材料加工品の製造方法及び該製造方法により得られた金属材料加工品を提供する：
（１）組成物の全量を基準として１〜４０質量％の塩と、
組成物の全量を基準として６０〜９９質量％の水とを含有し、
前記塩が、リン酸、炭酸、ケイ酸及びホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる無機塩からなり、
組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０〜１４である、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物。
（２）前記無機塩が、リン酸、炭酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（３）前記無機塩が、リン酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（４）前記無機塩が、リン酸ナトリウムと、リン酸カリウムと、ホウ酸ナトリウムと、ホウ酸カリウムとの組み合わせである前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（５）前記無機塩が、リン酸二水素ナトリウム・２水和物と、リン酸三カリウムと、四ホウ酸ナトリウム・１０水和物と、四ホウ酸カリウム・４水和物との組み合わせである前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（６）前記無機塩の少なくとも１種が、リン酸ナトリウム又はリン酸カリウム塩である前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（７）前記無機塩の１種が、正塩である、前記（１）項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（８）一つの無機塩の含有量が０．１質量％以上である、前記（１）〜（７）のいずれか１項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（９）更なる水で２〜２０％に希釈した前記（１）〜（８）のいずれか１項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
（１０）前記（１）〜（９）のいずれか１項記載の超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物を使用して、砥石により金属材料を加工する工程を含む、金属材料加工品の製造方法。
（１１）前記（１０）記載の製造方法により得られた金属材料加工品。

本発明の超仕上げ用水溶性加工油剤組成物は、従来の水溶性加工油と比べ、目詰まりが少なく、目詰まり防止に優れる。本発明の水溶性加工油剤組成物はまた、不水溶性加工油剤と比べて火災の危険性が少ない。本発明の組成物はまた、加工精度が良く鏡面が得られるという優れた効果を有する。本発明の組成物は防錆性にも優れる。

実施例において行った研削性試験における砥石目詰まり例を示す。

＜塩＞
本発明において用いることのできる塩は、リン酸、炭酸、ケイ酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩の少なくとも２種のみからなる無機塩からなる。無機塩の組み合わせは、例えば、リン酸のナトリウムとリン酸のカリウム塩との組み合わせのように、一種類の酸のナトリウム塩及びカリウム塩でもよいし、リン酸のナトリウム塩と炭酸のナトリウム塩との組み合わせのように、異なる種類の酸のナトリウム塩又はカリウム塩でもよい。炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムのように、一種類の酸のナトリウム塩又はカリウム塩の組み合わせでもよい。
本発明において用いる無機塩は、正塩でも、酸性塩（水素塩）でも、塩基性塩でもよい。正塩が好ましい。
本発明において用いる無機塩はまた、無水物でも水和物でも良い。
本発明の組成物は、他の無機塩、例えば塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩を含まない。錆が発生し易いためである。ナトリウム及びカリウム以外のアルカリ金属の塩は、使用することが難しい。リチウム塩は水の溶解度が低いためである。ルビジウム塩及びセシウム塩は一般的な工業グレードがなく、入手困難であるためである。他方、アルカリ土類金属は水に不溶のため使用できない。
本発明の組成物はまた、アミン塩又はアンモニウム塩等の有機塩も含まない。

リン酸のナトリウム塩またはカリウム塩としては、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム及びこれらの水和物などがあげられる。このうち、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三カリウム及びこれらの水和物が好ましい。リン酸二水素ナトリウム・２水和物、リン酸三カリウムがより好ましい。
炭酸のナトリウム塩またはカリウム塩としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸二水素カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム及びこれらの水和物などがあげられる。炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが好ましい。
ケイ酸のナトリウム塩としては、JIS K 1408-1966に定められたケイ酸ソーダ１号、２号、３号、メタ珪酸ソーダ１種、２種及びこれらの水和物などがあげられる。ケイ酸のカリウム塩としては、K2O・ｎSiO2と表した時、n=２〜４のケイ酸のカリウム塩があげられる。メタ珪酸ソーダ１種が好ましい。
ホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩としては、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、八ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、四ホウ酸カリウム、八ホウ酸カリウム及びこれらの水和物などがあげられる。四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム及びこれらの水和物が好ましい。四ホウ酸ナトリウム・１０水和物、四ホウ酸カリウム・４水和物がより好ましい。

中でも、リン酸、炭酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩が好ましい。リン酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩がより好ましい。リン酸ナトリウムと、リン酸カリウムと、ホウ酸ナトリウムと、ホウ酸カリウムとの組み合わせが特に好ましい。リン酸二水素ナトリウム・２水和物と、リン酸三カリウムと、四ホウ酸ナトリウム・１０水和物と、四ホウ酸カリウム・４水和物との組み合わせが最も好ましい。少なくとも１種が、リン酸ナトリウム又はリン酸カリウム塩であるのもまた好ましい。
本発明の組成物中の無機塩の含有量は、組成物の全量を基準として１〜４０質量％であり、５〜４０質量％が好ましく、１５〜４０質量％がさらに好ましい。４０質量％を超えると、無機塩の全量が水に溶解しない場合がある。１質量％未満では、加工精度が悪くなる。また、希釈しないで使用した場合や、希釈倍率が低い場合（例えば、原液１、水１）にも所定の加工精度が得られるよう、１質量％以上とした。
一つの無機塩の含有量は０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましい。一つの無機塩の含有量が０．１質量％以上であることにより、加工精度が向上し、加工物を鏡面に仕上げることができる。

＜水＞
本発明において用いる水は、工業用水、水道水、市水、純水のいずれでもよい。
本発明の組成物中の水の含有量は、６０〜９９質量％であり、６５〜８５質量％が好ましい。

＜ｐＨ＞
本発明の組成物の５％希釈液のｐＨ（２５℃）は１０〜１４であり、好ましいのは１１〜１４である。１０未満では砥石の目詰まりが発生する恐れがある。
＜その他添加剤＞
必要に応じて添加剤を含ませても良い。添加剤としては、例えば、防腐剤、防錆剤、消泡剤があげられる。
＜使用法＞
本発明の組成物は、工業用水、水道水、市水、純水等に希釈して使用することができる。希釈濃度は２〜２０％が一般的だが、２〜１００％（希釈しない原液）でも使用可能である。
＜適用範囲＞
本発明の組成物は、炭素鋼、特殊鋼等の金属材料のホーニング加工、超仕上げ加工として使用することができる。

実施例１〜７、比較例１〜７を表1の実施例及び表２の比較例に示す。
尚、表１〜２に例示した組成物（原液）の組成は質量％である。実際の機械加工で使用している場合と同様に、この原液を水道水で１０倍に希釈したものについて以下の試験を行った。
[ｐＨ]
ＪＩＳ Ｚ ８８０２に基づいて、ガラス電極を用いて５％希釈液の２５℃におけるｐＨを測定した。

[研削性]
Ｆａｌｅｘ Ｒｉｎｇ ａｎｄ Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｓｔ Ｍａｃｈｉｎｅのブロック（ＳＡＥ０１）を砥石で作成し、ＡＳＴＭ Ｄ３７０４に従って実施、砥石目詰まりと、リング研削量で評価した。
砥 石：ＷＡ３０００ ＲＨ−６０Ｖ（硫黄処理）
リング：ＳＡＥ４６２０ φ３５×８．１５ｍｍ
回転数：２７５０ｒｐｍ
荷 重：１．５ｌｂ
時 間：１０秒×２０／１油剤
試験温度：２５℃
油 剤：２００ｍｌ、完全浸漬

[砥石目詰まり]
砥石目詰まりを肉眼で観察し、目詰まり面積により判定した。
判定基準
○：０％（目詰まり発生なし）から５％未満
□：５％以上２０％未満
△：２０％以上５０％未満
×：５０％以上
○及び□を合格、△及び×を不合格とした。
各判断基準における目詰まり例を図１に示す。

[リング研削量]
試験前後のリング重量の差から求める。
リング研削量＝試験前リング重量−試験後リング重量
判定基準
○：２０ｍｇ以上
□：１５ｍｇ以上２０ｍｇ未満
△：１０ｍｇ以上１５ｍｇ未満
×：１０ｍｇ未満
○及び□を合格、△及び不合格とした。

[防錆試験]
ドライ切削したＦＣ２００鋳物切屑２０ｇを直径６０ｍｍ×高さ１５ｍｍのガラスシャーレに採り、実施例及び比較例の組成物の１０倍希釈液を、切屑が完全に浸漬するまで加え、１０分間静置した。その後、該希釈液をデカントし、シャーレを振動させて切屑表面が平らになるようにした。蓋をして室温で２４時間放置し、発錆状態を肉眼で観察し、切屑表面に発生した錆の面積により防錆性を判定した。

判定基準
○：０％（発錆なし）
□：０％超え２０％未満
△：２０％以上５０％未満
×：５０％以上
○及び□を合格、△及び×を不合格とした。

Claims (11)

1. 組成物の全量を基準として１〜４０質量％の塩と、
   組成物の全量を基準として６０〜９９質量％の水とを含有し、
   前記塩が、リン酸、炭酸、ケイ酸及びホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる無機塩からなり、
   組成物の５％希釈液の２５℃におけるｐＨが１０〜１４である、超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物。
2. 前記無機塩が、リン酸、炭酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
3. 前記無機塩が、リン酸又はホウ酸のナトリウム塩またはカリウム塩からなる群から選ばれる少なくとも２種のみからなる請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
4. 前記無機塩が、リン酸ナトリウムと、リン酸カリウムと、ホウ酸ナトリウムと、ホウ酸カリウムとの組み合わせである請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
5. 前記無機塩が、リン酸二水素ナトリウム・２水和物と、リン酸三カリウムと、四ホウ酸ナトリウム・１０水和物と、四ホウ酸カリウム・４水和物との組み合わせである請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
6. 前記無機塩の少なくとも１種が、リン酸ナトリウム又はリン酸カリウム塩である請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
7. 前記無機塩の１種が、正塩である、請求項１記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
8. 一つの無機塩の含有量が０．１質量％以上である、請求項１〜７のいずれか１項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
9. 更なる水で２〜２０％に希釈した請求項１〜８のいずれか１項記載の超仕上げ用加工用水溶性加工油剤組成物。
10. 請求項１〜９のいずれか１項記載の超仕上げ加工用水溶性加工油剤組成物を使用して、砥石により金属材料を加工する工程を含む、金属材料加工品の製造方法。
11. 請求項１０記載の製造方法により得られた金属材料加工品。