JP2016079382A - 金属加工用潤滑油組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性能に優れ、難加工条件下に適用できる加工油として好適に用いることができる非塩素系の金属加工用潤滑油組成物を提供する。
【解決手段】４０℃における動粘度が２〜６８ｍｍ^２／ｓの潤滑油基油６０〜９８．５質量％、［Ａ］式（１）で示されるジアルキルポリサルファイド１〜２０質量％、［Ｂ］式（２）で示されるカルシウムサリシレート０．５〜２０質量％を含有する金属加工用潤滑油組成物。Ｒ^１−Ｓｍ−Ｒ^２（１）（Ｒ^１及びＲ^２はＣ４〜１６のアルキル基；ｍは２．５以上の数）

（Ｒ^３は各々独立にＣ１４〜２８のアルキル基；ｎは１又は２）
【選択図】なし

Description

本発明は、金属加工用潤滑油組成物、特に切削加工用潤滑油組成物に関する。

従来から切削加工や塑性加工等の金属加工において種々の組成物が用いられているが、加工性向上効果に優れ、かつ安価な塩素系極圧剤が金属加工用油剤として特に多用されてきた。
しかし、近年では塩素系極圧剤を配合した潤滑油は、焼却処理時のダイオキシンの発生や焼却炉の腐食、損傷等の問題が指摘されており、また一部の有機塩素化合物は、発がん性を有することが報告されている。したがって、塩素を含有しない金属加工油の開発が求められている。塩素を含有しない金属加工油としては、ポリサルファイド、硫化油脂、カルシウムスルホネート、ＺｎＤＴＰ等の硫黄基材や、リン酸エステル等のリン系基材を使用したものが従来から知られている（下記特許文献１〜５参照）。これらのなかでも特に活性ポリサルファイドとスルホネート併用したものが優れることが従来知られている。
しかしながら、これらの潤滑油組成物では加工性能が充分ではなく、近年の材料の硬度化、高塑性化、また加工効率の高効率化等により、切削加工では工具寿命や加工精度の低下、塑性加工では材料破断や工具破損等の問題が発生している。

特開平６−３１３１８２号公報 特開平６−３３００７６号公報 特開平１０−２２６７９５号公報 特開２００４−０５９６５８号公報 特開２００３−０７３６８４号公報 特開２０１５−０８６３４７号公報 特開２０１５−０８９９００号公報

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、加工性能に優れ、難加工条件下に適用できる加工油として好適に用いることができる非塩素系の金属加工用潤滑油組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは前記課題について鋭意研究した結果、従来から切削助剤として多用されていたカルシウムスルホネートに代えて、カルシウムサリシレートと特定の硫黄系添加剤を組み合わせることで、従来以上に切削性能に優れ、かつ低粘度な金属加工用潤滑油が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、４０℃における動粘度が２〜６８ｍｍ^２／ｓの潤滑油基油６０〜９８．５質量％、［Ａ］一般式（１）で示されるジアルキルポリサルファイド１〜２０質量％、および［Ｂ］一般式（２）で示されるカルシウムサリシレート０．５〜２０質量％を含有することを特徴とする金属加工用潤滑油組成物である。
Ｒ^１−Ｓｍ−Ｒ^２ （１）
（式中、Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれ個別に炭素数４〜１６の直鎖または分枝のアルキル基を示す。ｍは平均硫黄架橋数を表し、２．５以上の数を示す。）

（式中、Ｒ^３は炭素数１４〜２８の直鎖または分枝のアルキル基を示す。ｎは置換数を表し、１または２であり、ｎが２のときＲ^３は互いに同一でも異なっていても良い）

また、本発明は、ジアルキルポリサルファイドのアルキル鎖が分岐状アルキル基であることを特徴とする前記の金属加工用潤滑油組成物である。

また、本発明は、カルシウムサリシレートの金属比が０．３以上９以下であることを特徴とする前記の金属加工用潤滑油組成物である。

さらに、本発明は、切削加工用であることを特徴とする前記の金属加工用潤滑油組成物である。

本発明により、塩素系極圧剤を含有しないため環境問題が少なく、かつ加工性能に優れ、難加工条件下に適用できる金属加工用潤滑油組成物が提供される。

以下、本発明について詳述する。

本発明の潤滑油組成物の潤滑油基油としては、鉱油、合成油および油脂が用いられ、これらは混合物であってもよい。

鉱油としては、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理を１種又は２種以上適宜組み合わせて精製したパラフィン系鉱油又はナフテン系鉱油が挙げられる。

合成油としては、例えば、プロピレンオリゴマー、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレンとプロピレンとのコオリゴマー、エチレンと１−オクテンとのコオリゴマー、エチレンと１−デセンとのコオリゴマー等のポリα−オレフィン（ＰＡＯ）又はそれらの水素化物；イソパラフィン；モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、ポリアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン；モノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン；ジオクチルアジペート、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−エチルヘキシルセバケート、ジトリデシルグルタレート等の二塩基酸エステル；トリメリット酸等の三塩基酸エステル；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、トリメチロールプロパンオレート、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のポリオールエステル；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリールモノエーテル、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、ポリエチレングリコールジエーテル、ポリプロピレングリコールジエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレングリコールジエーテル等のポリグリコール；モノアルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、モノアルキルトリフェニルエーテル、ジアルキルトリフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル等のフェニルエーテル；シリコーン油；パーフルオロエーテル等のフルオロエーテル、等が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

油脂としては、例えば、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、これらの水素添加物もしくはこれらの２種以上の混合物などが挙げられる。

潤滑油基油の４０℃における動粘度は、６８ｍｍ^２／ｓ以下が好ましく、４６ｍｍ^２／ｓ以下がより好ましく、３２ｍｍ^２／ｓ以下がさらに好ましい。一方、切削時における油膜確保の観点から、４０℃における動粘度は、２ｍｍ^２／ｓ以上が好ましく、５ｍｍ^２／ｓ以上がより好ましく、１０ｍｍ^２／ｓ以上がさらに好ましい。

潤滑油基油の含有量は、潤滑油組成物全量基準で６０質量％以上であり、７０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が特に好ましい。一方、９８．５質量％以下であり、９７質量％以下が好ましい。

本発明の潤滑油組成物は、［Ａ］成分として、ジアルキルポリサルファイドを含有する。ジアルキルポリサルファイドは１種の化合物を用いても良いし、２種以上の化合物を用いても良い。

ジアルキルポリサルファイドとは、下記一般式（１）で表される化合物である。
Ｒ^１−Ｓｍ−Ｒ^２ （１）

式中、Ｒ^１およびＲ^２はそれぞれ個別に炭素数４〜１６、好ましくは６〜１２の直鎖または分岐状、好ましくは分岐状のアルキル基を示す。

上記一般式（１）におけるＲ^１およびＲ^２の具体例としては、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基などを挙げることができる。

ジアルキルポリサルファイドの具体例としては、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−オクチルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド、ジ−ｓｅｃ−オクチルポリサルファイド、ジ−ｓｅｃ−デシルポリサルファイド、ジ−ｓｅｃ−ドデシルポリサルファイド、ジ−ｓｅｃ−ヘキサデシルポリサルファイド等が挙げられる。

上記式（１）におけるｍは硫黄架橋数を表し、混合物においては平均硫黄架橋数を表す。通常、硫化して得られる化合物は硫黄架橋数の異なる化合物の混合物であり、本発明において、ｍは２．５以上であることが必要であり、好ましくは２．６以上である。一方、その上限に特に制限はないが、通常１０以下であり、８以下が好ましく、６以下がより好ましく、５以下がさらに好ましい。

［Ａ］成分の含有量は、組成物全量基準で１質量％以上であり、１．５質量％以上が好ましく、２質量％以上がより好ましく、２．５質量％以上がさらに好ましい。一方、２０質量％以下であり、１５質量％以下が好ましく、１０質量％以下がより好ましく、７質量％以下が特に好ましく、５質量％以下が最も好ましい。
［Ａ］成分の含有量が１質量％未満の場合、充分な効果を得ることができず、２０質量％を超えると潤滑油組成物の酸化安定性が低下する傾向にあるため、それぞれ好ましくない。

本発明の潤滑油組成物は、［Ｂ］成分として、一般式（２）で示されるカルシウムサリシレートを含有する。

上記一般式（２）において、Ｒ^３は炭素数１４〜２８の直鎖又は分枝のアルキル基を示し、好ましくは１４〜１８の直鎖又は分枝のアルキル基を示す。ｎは置換数を表し、１または２であり、ｎが２のときＲ^３は互いに同一でも異なっていても良い。

上記Ｒ^１で表されるアルキル基としては、具体的には、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等が挙げられ、これらは直鎖でも分枝でもよく、また１級アルキル基、２級アルキル基又は３級アルキル基でもよい。

カルシウムサリシレートには、アルキルサリチル酸を直接、カルシウムの酸化物や水酸化物等のカルシウム塩基と反応させたり、又は一度ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩としてからカルシウム塩と置換させること等により得られる中性（正塩）カルシウムサリシレート；あるいは中性カルシウムサリシレートと過剰のアルカリ土類金属塩やアルカリ土類金属塩基を水の存在下で加熱することにより得られる塩基性カルシウムサリシレート；更には中性カルシウムサリシレートの存在下で、アルカリ土類金属の水酸化物と炭酸ガス又はホウ酸とを反応させることにより得られる過塩基性（超塩基性）カルシウムサリシレートも含まれる。

［Ｂ］成分の金属比は、特に制限はないが、０．３以上が好ましく、１以上がより好ましく、１．５以上がさらに好ましく、２以上が特に好ましい。一方、２０以下が好ましく、９以下がより好ましく、５以下がさらに好ましい。
金属比が１未満の金属サリシレート系清浄剤では、併用時に切削、研削の加工性が不十分となる場合があり、一方、金属比が１２を超えるものは金属サリシレート系清浄剤として不安定であり、製品とした場合に沈殿物を生じる可能性があるため好ましくない。
なお、ここでいう金属比とは、金属元素の価数×金属元素含有量（ｍｏｌ）／せっけん基（即ち、アルキルサリチル酸基などの基）含有量（ｍｏｌ）で表され、即ち、金属比はカルシウムサリシレート中のアルキルサリチル酸基含有量に対するカルシウム含有量を示す。

［Ｂ］成分の全塩基価は特に制限はないが、５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、より好ましくは１００〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇである。全塩基価が５０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満の場合は潤滑性向上効果が不十分となる傾向にあり、他方、全塩基価が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるものは製造が非常に難しく入手が困難であるため、それぞれ好ましくない。
なお、ここでいう全塩基価とは、ＪＩＳ Ｋ ２５０１「石油製品及び潤滑油−中和価試験方法」の７．に準拠して測定される過塩素酸法による全塩基価［ｍｇＫＯＨ／ｇ］をいう。

［Ｂ］成分の含有量は、組成物全量基準で０．５質量％以上であり、１．０質量％以上好ましく、１．５質量％以上より好ましい。一方、２０質量％以下であり、１５質量％以下が好ましく、１０質量％以下がより好ましく、７質量％以下がさらに好ましく、５質量％以下が特に好ましい。
［Ｂ］成分の含有量が０．５質量％未満の場合、加工効率及び工具寿命の向上効果が不十分となる傾向にあり、２０質量％を超えると金属加工油組成物の安定性が低下して析出物が生じやすくなる傾向にあるため、それぞれ好ましくない。

また、本発明の潤滑油組成物には、必要に応じ上記した［Ａ］成分および［Ｂ］成分以外の従来公知の添加剤を含有することができる。かかる添加剤としては、例えば、［Ａ］成分以外の非塩素系極圧剤；［Ｂ］成分以外の金属系清浄剤；ジエチレングリコールモノアルキルエーテル等の湿潤剤；アクリルポリマー、パラフィンワックス、マイクロワックス、スラックワックス、ポリオレフィンワックス等の造膜剤；脂肪酸アミン塩等の水置換剤；グラファイト、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、ポリエチレン粉末等の固体潤滑剤；アミン、アルカノールアミン、アミド、カルボン酸、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸、リン酸塩、多価アルコールの部分エステル等の腐食防止剤；ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等の金属不活性化剤；メチルシリコーン、フルオロシリコーン、ポリアクリレート等の消泡剤；アルケニルコハク酸イミド、ベンジルアミン、ポリアルケニルアミンアミノアミド等の無灰分散剤；等が挙げられる。これらの公知の添加剤を併用する場合の含有量は特に制限されないが、これらの公知の添加剤の合計含有量が潤滑油組成物全量基準で０．１〜１０質量％となるような量で添加するのが好ましい。塩素を実質的に含有しないこと、塩素元素含有量が１０質量ｐｐｍ以下、特には１質量ｐｐｍ以下が好ましい。

本発明の潤滑油組成物の動粘度は特に制限はないが、加工部位への供給容易性の点から、４０℃における動粘度は、６８ｍｍ^２／ｓ以下が好ましく、４６ｍｍ^２／ｓ以下がより好ましく、３２ｍｍ^２／ｓ以下がさらに好ましい。一方、切削時における油膜確保の観点から、４０℃における動粘度は、２ｍｍ^２／ｓ以上が好ましく、５ｍｍ^２／ｓ以上がより好ましく、１０ｍｍ^２／ｓ以上がさらに好ましい。

本発明の滑油組成物は、加工効率、工具寿命などの加工性能、更には取扱性に優れるものであるため、金属加工分野の広範な用途において好適に使用することができる。ここでいう金属加工とは、切削・研削加工に限定されず、広く金属加工全般を意味する。また、本発明の潤滑油組成物は、通常給油方式による金属加工の他、極微量油剤供給式切削・研削加工（ＭＱＬ加工）などにも適用可能である。

金属加工の種類としては、具体的には、切削加工、研削加工、転造加工、鍛造加工、プレス加工、引き抜き加工、圧延加工等が挙げられる。これらの中でも、本発明の金属加工用潤滑油組成物は切削加工、研削加工、転造加工などの用途に非常に有用である。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１１および比較例１〜８）
表１に示す通りに各潤滑油組成物を調製した。基油の含有量は基油全量基準であり、添加剤の含有量は組成物全量基準である。各潤滑油組成物に対して、下記の試験を行い、その結果を表１に併記した。なお、比較例２は流動性が悪くタッピング試験での性能評価を行うことができなかった。

（タッピング試験）
各潤滑油組成物について、下記の加工条件にて標準油に対するタッピングエネルギー効率Ｅを測定し、この試験による切削性能評価を行った。
・被削材：Ｓ２５Ｃ
・工具径：８ｍｍ
・タップピッチ：１．２５ｍｍ
・タップすくい角：１０度
・タップ食いつき角：１．５度
・タップ下穴径：６．８ｍｍ
・回転数：３６０ｒｐｍ
・加工数：１穴
・標準油：ＤＩＤＡ（アジピン酸ジイソデシル）
・供給油剤量：９．０ｍｌ／分

なお、タッピングエネルギー効率Ｅは、タッピングエネルギー効率Ｅ（％）＝（比較標準油を用いた場合のタッピングエネルギー）／（油剤組成物を用いた場合のタッピングエネルギー）により定義される。

（臭気試験）
無作為に選んだ１０人の人間にサンプルに臭気があるか否かを判断してもらい、８人以上が臭気有りとしたものを不合格とした。

本発明の潤滑油組成物は、塩素系極圧剤を含有しないため環境問題が少なく取扱いが容易であり、加工効率の向上、工具寿命の向上を達成することができるため有用である。

Claims (4)

1. ４０℃における動粘度が２〜６８ｍｍ^２／ｓの潤滑油基油６０〜９８．５質量％、［Ａ］一般式（１）で示されるジアルキルポリサルファイド１〜２０質量％、および［Ｂ］一般式（２）で示されるカルシウムサリシレート０．５〜２０質量％を含有することを特徴とする金属加工用潤滑油組成物。
   Ｒ^１−Ｓｍ−Ｒ^２ （１）
   （式中、Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれ個別に炭素数４〜１６の直鎖または分枝のアルキル基を示す。ｍは平均硫黄架橋数を表し、２．５以上の数を示す。）
   

   

   （式中、Ｒ^３は炭素数１４〜２８の直鎖または分枝のアルキル基を示す。ｎは置換数を表し、１または２であり、ｎが２のときＲ^３は互いに同一でも異なっていても良い。）
2. ジアルキルポリサルファイドのアルキル鎖が分岐状アルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の金属加工用潤滑油組成物。
3. カルシウムサリシレートの金属比が０．３以上９以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属加工用潤滑油組成物。
4. 切削加工用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属加工用潤滑油組成物。