JP3403398B2 - 金属加工液 - Google Patents

金属加工液

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、金属加工液に関し、より詳しくは、主に金
属の切削加工の際に、切削油剤の代わりとして用いられ
得る水溶性の金属加工液に関する。
背景技術 鉄、アルミニウム、各種合金をはじめとする金属の切
削加工は、切削工具によって工作物からその不要部分を
除去する加工作業の一つであって、工作物に、所望の形
状、寸法、あるいは表面を与える為に広く行われてい
る。
切削加工のいずれの場合にも、工作物と工具との間の
接触面に大きな摩擦が起こり、その為に発生する熱によ
って、工具が焼けたり、工作物の仕上げ面が雑になった
り、熱膨張による工作物および工具双方の形状、寸法の
精度が低下するという問題が生じる。この問題に対処す
る為に、切削加工作業の際には、切削液あるいは潤滑剤
が用いられている。
切削液あるいは潤滑剤として、水不溶性切削油および
水溶性切削油が、広く一般的に用いられている。水不溶
性切削油として代表的なものは、鉱物油を基にして、イ
オウや塩素などを添加した油剤がある。しかし、切削中
に温度が上昇すると、発煙や発火の危険があり、切削温
度の低い作業にしか用いることができないという欠点が
ある。一方、水溶性切削油は、鉱油などの油に、乳化剤
として石鹸や硫酸エステル、結合剤として高級アルコー
ルや脂肪酸エステルなどを加えたものがある。通常、原
液を水で希釈して切削加工に用いるが、潤滑性に優れた
切削油は冷却性が劣る問題点があった。
さらに、水不溶性切削油あるいは水溶性切削油のいず
れも、繰り返して作業に用いることができるが、長期間
経つと細菌が発生し、そして細菌自体あるいはそれが発
生するガスで切削油中が悪臭を放つようになる。このよ
うな古い液を廃液として流すと、液中に含まれる鉱物油
成分や乳化剤等により、環境に対する悪影響が懸念さ
れ、その処理が問題となる。
発明の開示 そこで、本発明者等は、環境に悪影響を与えず、潤滑
性および冷却性に優れた切削液を開発するために検討を
重ねた結果、本発明に至ったのである。
本発明の金属加工液は、ステアリン酸の金属塩、炭酸
塩、炭酸水素塩、および界面活性剤を含む水溶液であ
る。
本発明の金属加工液は、さらにエチレングリコールを
含み得る。
本発明の金属加工液において、上記ステアリン酸の金
属塩は、ステアリン酸ナトリウムであり得る。
本発明の金属加工液において、上記炭酸塩は、炭酸ナ
トリウムであり得る。
本発明の金属加工液において、上記炭酸水素塩は、炭
酸水素ナトリウムであり得る。
本発明の金属加工液において、さらに、防錆剤を追加
することもできる。
上記防錆剤は、飽和脂肪酸、エチレンジアミン四酢酸
の錯体、トリルトリアゾールまたはベンゾトリアゾー
ル、および水酸化物を含む水溶液であり得る。
本発明の用語「金属加工」とは、主に金属の切削加工
のことをいい、刃物を用いる切断、旋削、穴あけ、平削
り、あるいはフライス削りと、砥粒を用いる研削、ホー
ニング、ラッピングなどを含む広い概念である。
本発明の目的は、主に金属の切削加工の際に用いら
れ、潤滑性および冷却性に優れ、工具の磨耗を防ぎ、工
具寿命を延長し得る金属加工液を提供することにある。
本発明の別の目的は、複数回の使用に耐え、かつ環境
に悪影響を及ぼす物質を含まない金属加工液を提供する
ことである。
発明を実施するための最良の形態 本発明のステアリン酸の金属塩、炭酸塩、炭酸水素
塩、および界面活性剤を含む金属加工液は、大気圧下２
４℃において、ｐＨ７．５〜ｐＨ１０であり得る。
本発明の金属加工液は、融点約０℃、沸点約１００℃
で、４℃における密度が、約１．００ｇ／ｃｍ3 の通常
の蒸留水、脱イオン水、水道水等に、少なくとも、ステ
アリン酸の金属塩、炭酸塩、炭酸水素塩、および界面活
性剤を溶解させた水溶液である。
本発明の金属加工液は、さらに、エチレングリコール
を加えて調製することもできる。
本発明の金属加工液中のステアリン酸の金属塩、炭酸
塩、炭酸水素塩、界面活性剤、およびエチレングリコー
ルのそれぞれの含有量は、特に限定されないが、ステア
リン酸の金属塩が、０．０５重量％〜０．５重量％、炭
酸塩が、０．１重量％〜１重量％、炭酸水素塩が、０．
０５重量％〜０．５重量％、エチレングリコールが０．
１重量％〜２重量％、および界面活性剤が０．０５重量
％〜０．２重量％の範囲内であることが好ましい。
本発明の金属加工液の調製に用いられるステアリン酸
の金属塩は、特に限定されず、当業者に公知のいずれの
塩も用いられ得る。好ましくは、ステアリン酸のリチウ
ム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、またはルビジウム塩
などのステアリン酸のアルカリ金属塩であり、特に好ま
しくは、ステアリン酸ナトリウムまたはステアリン酸カ
リウムである。
本発明の金属加工液の調製に用いられる炭酸塩は、特
に限定されず、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナ
トリウムなど、当業者に公知のいずれの炭酸塩でもあり
得る。本発明において、好ましくは、炭酸ナトリウムま
たは炭酸カリウムが用いられ得る。
本発明の金属加工液の調製に用いられる炭酸水素塩
は、特に限定されず、炭酸水素カリウム、炭酸水素カル
シウム、炭酸水素ナトリウムなどの当業者に公知のいず
れの炭酸水素塩でもあり得る。本発明において、好まし
くは、炭酸水素ナトリウムまたは炭酸水素カリウムが用
いられ得る。
本発明の金属加工液の調製に用いられる界面活性剤
は、特に限定されず、当業者に公知にいずれの界面活性
剤でもあり得る。
ステアリン酸の金属塩、炭酸塩、炭酸水素塩、界面活
性剤、およびエチレングリコールを入れて調製した金属
加工液は、そのまま、従来の切削油の代替として用いる
こともできるが、金属加工液が工具あるいは工作物に付
着したまま放置すれば、工具あるいは工作物に錆が発生
する可能性が高い。従って、さらに、防錆剤を混合さ
せ、金属加工の際に切削油の代替として用いることがで
きる金属加工液とすることが好ましい。この場合に用い
られる防錆剤は、特に限定されず、当業者に公知のいず
れの防錆剤をも用い得る。例えば、イオンコート系の防
錆剤、あるいは、パラフィンワックスやカルナバロウ等
を含む防錆剤などがある。好ましくは、非アミン系防錆
成分を用い、環境に悪影響を与えない金属加工液を調製
する。このような非アミン系防錆成分としては、ＢＴＡ
（ベンゾトリアゾール）、ＴＴＡ（メチルベンゾトリア
ゾール）などを含む水溶液が挙げられる。さらに、防錆
作用を高めるために、飽和脂肪酸、二塩基酸塩、水酸化
物、およびＥＤＴＡの錯体等を追加することができる。
飽和脂肪酸としては、カプロン酸、カプリル酸、デカン
酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸等の当業者に公知の物質が用いられる。二塩基酸
塩としては、ドデカ二酸、セバチン酸などが用いられ
る。
その他、本発明の金属加工液には、さらにｐＨ調整
剤、安定剤等を適宜加えることができる。
本発明の金属切削に用いられる切削工具には、バイト
のような単一切刃工具、あるいはドリル、リーマ、フラ
イス、ブローチ、鋸刃のような多切刃工具が含まれる。
また、製品の特定の輪郭線を切刃の形状とした総形工具
も含まれ得る。切削工具の材料には、例えば、炭素工具
鋼、高速度鋼、鋳造非鉄合金、焼結炭化物、焼結酸化
物、ダイヤモンドおよび人工砥粒などが挙げられる。
本発明の金属切削に供される工作物は、例えば、一般
的に丸鋼、角鋼、あるいは六角鋼と呼ばれる棒鋼、また
は鋼板等が含まれる。この中には、一般構造用圧延鋼
材、炭素鋼およびモリブデン鋼鋼板、リベット用丸鋼、
チェーン用丸鋼、溶接構造用圧延鋼材、機械構造用炭素
鋼鋼管、溶接構造用圧延鋼材等種々の、鋼材があるが、
これに限定されない。
本発明の金属加工液は、切削工具の温度損傷、切刃破
壊、切刃の漸増磨耗のいずれの損傷をも防ぐことができ
る。
本発明の金属加工液を、例えば、通常の丸鋸切削機、
卓上ボール盤、あるいは旋盤等の切削油用ポンプに供給
し、丸鋼の切断、穴あけ、フランジ面の製作等を行い得
る。
本発明の金属加工液は、従来の切削油に比べ粘性が低
く、液流れが良好で、ポンプの循環性能がよく、機械の
目づまりもない。しかも、工作物と工具との摩擦熱を防
止するための冷却性に優れ、潤滑性を損なわないため、
工具寿命が延長される。さらに、本発明の金属加工液を
用いれば、フランジ面にバイトの目がつかず、美しい仕
上がりとなる。
本発明の金属加工液を用いた実施例を示すが、本発明
は、以下の実施例に限定されるものではない。本発明は
その趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき
種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るも
のである。
実施例 次に、本発明に係る金属加工液の製造方法、およびそ
れを用いた切削加工についての実施例を説明する。な
お、％は特に指定がない限り重量％を表わす。
実施例１ 本発明の金属加工液を調製した。蒸留水９７５ｃｃ
に、市販のステアリン酸ナトリウム（和光純薬工業製）
１ｇ、炭酸ナトリウム（和光純薬工業製）２．２ｇ、炭
酸水素ナトリウム（和光純薬工業製）１ｇ、トリトンX
−１００（米山化学株式会社製）０．７ｃｃ（比重１．
０７２ｇ／ｍｌ）、およびエチレングリコール（和光純
薬工業製）１０ｃｃ（比重１．１１４ｇ／ｍｌ）を添加
し、混合した。次に、さらに、カプリル酸（日本油脂
製）３ｇ、水酸化カリウム３．３９ｇ、ＥＤＴＡ−４Ｎ
ａ（帝国化学産業製）０．４５ｇ、ドデカ二酸（岡村化
学製）０．９ｇ、ベンゾトリアゾール（城北化学製）
０．１５ｇに蒸留水を加えて、１５ｇとした水溶液を入
れて混合し、ｐＨ１０．５の金属加工液を調製した。
実施例２ 実施例１で得られた本発明の金属加工液を、森精機製
作所製のＴＶ−４００に供給し、鉄鋼ＳＳ４００を用い
て、位置決め、ドリルによる下穴あけ、面取り、および
タップによるねじ加工を行った。ドリルは、ＯＳＧ Ｅ
Ｘ−ＳＵＳ−ＧＤＳで、２．６ｍｍ径を使用した。加工
は、回転数３，１８０ｒｐｍ、送り３２０ｍｍ／ｍｉｎ
の条件で行った。この結果、８ｃｍの深さを有する２２
００個の下穴をあけることができた。また、面取り後の
タップによるねじ加工では、ＯＳＧ ＥＸ−ＳＵＳ−Ｓ
ＦＴ Ｍ３×０．５を使用し、回転数１７００ｒｐｍ、
送り０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、５ｃｍのねじ加工を
１８００個分行うことができた。
実施例３ 実施例１で得られた本発明の金属加工液を、森精機製
作所製のＴＶ−４００に供給し、アルミ３０００番を用
いて、位置決め、ドリルによる下穴あけ、面取り、およ
びタップによるねじ加工を行った。ドリルは、ＯＳＧ
ＥＸ−ＳＵＳ−ＧＤＳで、２．６ｍｍ径を使用した。加
工は、回転数７，０００ｒｐｍ、送り１０３０ｍｍ／ｍ
ｉｎの条件で行った。この結果、８ｃｍの深さの下穴を
１２６０個あけることができた。また、面取り後のタッ
プによるねじ加工では、ＯＳＧ ＥＸ−ＳＵＳ−ＳＦＴ
Ｍ３×０．５を使用し、回転数２３３０ｒｐｍ、送り
０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、５ｃｍ分を１１５０個完
成することができた。
実施例４ 次に、同じ機械に本発明の金属加工液を供給し、ステ
ンレスのＳＵＳ３０４を用いて、位置決め、ドリルによ
る下穴あけ、面取り、およびタップによるねじ加工を行
った。ドリルは、ＯＳＧ ＥＸ−ＳＵＳ−ＧＤＳで、
２．６ｍｍ径を使用した。加工は、回転数１，９１００
ｒｐｍ、送り１３０ｍｍ／ｍｉｎの条件で行った。この
結果、８ｃｍ深さの下穴を８４５個あけた。また、面取
り後のタップによるねじ加工では、ＯＳＧ ＥＸ−ＳＵ
Ｓ−ＳＦＴ Ｍ３×０．５を使用し、回転数１１７０ｒ
ｐｍ、送り０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、５ｃｍの深さ
で６３６個完成することができた。
また、本発明にかかる金属加工液は、半導体の製造、
プラント機械の製造、自動車部品の製造等種々の分野に
おける企業において、実際に用いられている。具体的に
は、東京池袋造幣局において、勲章メダルの製造、トヨ
タ自動車研究開発センター、トヨタ自動車株式会社、ホ
ンダ技研工業（株）、日産自動車株式会社、スズキ株式
会社の各社において、自動車部品の製造、株式会社東芝
研究開発センターにおいて、半導体の製造、新日本製
鉄株式会社において、プラント機械製造、トピー工業株
式会社において、ブルドーサのキャタピラ部品の製造、
小松製作所において、ブルドーザ等の部品製造、アイシ
ン精機株式会社において自動車部品の製造、立命館大学
工作センターにおいて種々の分野における学生の研究、
キリンビール（株）において配管の切削等において、有
用に用いられている。たとえば、半導体部品の製造にお
いては、従来の油を用いた際には、半導体部品のミクロ
ン単位の穴に油が残留し、乾燥の際の加熱により有機カ
スとなり、製品の品質に影響を与えていたが、本発明の
金属加工液は、乾燥により加工液が蒸発してしまうた
め、これを防止することができた。また、ロール成形に
おいては、亜鉛めっきされた鋼板や、ＳＵＳへの加工の
際、製品に従来発生していた白さびの発生を防止するこ
とができた。
産業上の利用可能性 本発明によれば、金属加工の際に通常用いられている
切削油の代わりの金属加工液が得られる。この金属加工
液は、粘度が低く、機械のポンプにおける液流れが良好
で、金属工作物あるいは工具に対する潤滑性および冷却
性に優れている。従って、本発明の金属加工液を用いて
金属加工、特に切削を行った場合、工具寿命が延長し、
作業効率が向上し、しかも工作後の廃液は、環境に悪影
響を及ぼす物質を含まない。
本発明の金属加工液が、非アミン系の防錆剤を混合し
て調製される場合、金属加工液としても、防錆剤として
も用い得る。この場合にも、環境に悪影響を及ぼさな
い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 125:10 Ｃ１０Ｍ 133:06 129:08 133:44 129:40） Ｃ１０Ｎ 10:02 (Ｃ１０Ｍ 173/02 30:00 125:10 30:06 129:08 30:12 129:28 40:20 129:40 133:06 133:44） Ｃ１０Ｎ 10:02 30:00 30:06 30:12 40:20 (72)発明者 中山 英一郎 日本国滋賀県彦根市開出今町1700番地Ｂ 棟102号 (72)発明者 上野 由喜 日本国大阪府大阪市城東区鴫野西３−４ −３−214 (72)発明者 福島 伸也 日本国滋賀県彦根市愛知郡湖東町勝堂 1007 (72)発明者 和田 晃輔 日本国滋賀県彦根市高宮町2374 (72)発明者 鈴木 俊二 日本国三重県四日市市堀木１−２−25コ ープ野村311号 (56)参考文献 特開 昭58−21489（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−60176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−74170（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−237479（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−259396（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−324889（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−83967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−44698（ＪＰ，Ａ) 特開2001−164284（ＪＰ，Ａ) 特開2000−313896（ＪＰ，Ａ) 特開2000−239686（ＪＰ，Ａ) 国際公開99／66014（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10M 173/00 - 173/02 C10M 103/06 C10M 105/24 C10M 125/10 C10M 129/08 C10M 129/28 - 129/46 C10M 133/06 C10M 133/44 C10N 10:02 C10N 30:00 C10N 30:06 C10N 30:12 C10N 40:20 - 40:24

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステアリン酸の金属塩０．０５重量％〜
    ０．５重量％、 炭酸塩０．１重量％〜１重量％、 炭酸水素塩０．０５重量％〜０．５重量％、 界面活性剤０．０５重量％〜０．２重量％、 および水、 を含む水溶液であることを特徴とする金属加工液。
  2. 【請求項２】さらにエチレングリコールを含むことを特
    徴とする請求項１に記載の金属加工液。
  3. 【請求項３】エチレングリコール０．１重量％〜２重量
    ％を含む水溶液であることを特徴とする請求項２に記載
    の金属加工液。
  4. 【請求項４】ステアリン酸の金属塩がステアリン酸ナト
    リウムであり、前記炭酸塩が炭酸ナトリウムであり、前
    記炭酸水素塩が炭酸水素ナトリウムであることを特徴と
    する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属加工
    液。
  5. 【請求項５】さらに、防錆剤を含むことを特徴とする請
    求項１乃至請求項４のいずれかに記載の金属加工液。
  6. 【請求項６】前記防錆剤が、飽和脂肪酸、二塩基酸塩、
    エチレンジアミン四酢酸の錯体、トリルトリアゾールま
    たはベンゾトリアゾール、および水酸化物を含む水溶液
    であることを特徴とする請求項５に記載の金属加工液。
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