JP4139521B2 - 切削研削加工用油剤組成物 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、切削研削加工用油剤組成物に関し、更に詳しくは塩素系極圧剤を含有しない切削研削加工用油剤組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、金属の切削加工や研削加工に於いては、切削工具や研削砥石の寿命を延長したり、被削材の仕上げ面品位(アラサ、寸法精度、内部応力による割れの有無等)を向上させるという理由で、塩素化パラフィン等の塩素系極圧剤や、硫化油脂、サルファイド、チオカーボネート等の硫黄系極圧剤、燐酸エステルなどのリン系極圧剤が多用されてきた。しかし、塩素系極圧剤が配合された切削研削油剤を使用した後、焼却処分した場合、ダイオキシン発生の恐れがある。
【0003】
これに対して、最近、塩素系極圧剤を使用せず、塩基性アルキルカルシウムスルホネートを添加した切削油剤が開発され、例えば特許公報2557755号、特開平6−57279号、特開平6−330076号、特開平6−158074号として特許され、また特許出願されている。
【0004】
これらは塩素系極圧剤を使用しない点ではダイオキシンの抑制には効果があるが、反面、切削加工された被加工部品はそのままでは強度不足のため、焼き入れ処理などの熱処理により強度を高める工程が必要とされている。
【0005】
この時、塩基性アルカリ土類金属のスルホン酸塩を用いると、被加工部品の表面に著しいスラッジを生成し、外見上の商品価値を損なうだけでなく、熱処理によって得られる硬度が不足し、本来の部品強度が備わらないという不具合を生じていた。そのような問題点を解決するため、切削加工や研削加工では、本来の切削研削加工性と共に、熱処理の不具合を避けるため、ダイオキシンの発生の恐れがあるにもかかわらず、塩素系の極圧剤の使用が不可欠であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、塩素系極圧剤を含む加工油剤は、既に述べたように、焼却処理時にダイオキシンの発生が懸念されるなど、近年の環境保護の観点から、塩素系極圧剤の使用を危惧する声が高まってきている。
【0007】
このため、環境や安全面から、塩素系の極圧剤を含有しない新規な切削・研削加工油剤の開発が強く望まれている。
【0008】
本発明は、塩素系極圧剤を全く含まず、かつ切削性や研削性に優れ、ダイオキシン発生の恐れのない、切削研削加工用油剤組成物を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
従来、塩素系極圧剤より切削性能に劣る、酸性リン酸エステル、酸性チオリン酸エステル、水素亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩などは、化学的にそのエステル結合が不安定のため、十分その潤滑性能を発揮できないでいた。
【0010】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の構造のリン系化合物(リン原子と炭素原子が直接結合を有する化合物)を、これら既存のリン酸エステル等に代えて用い、且つ特定の油溶性金属塩、必要に応じ更に硫黄系極圧添加剤を併用することにより、あらゆる切削研削加工において、塩素系極圧剤を用いた切削研削油剤と同等以上の切削研削加工性能を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】
即ち、本発明は鉱物油、油脂及び合成潤滑油から選ばれた少なくとも1種を含む潤滑油基油に、下記一般式(A)で表されるアルキルホスホン酸誘導体及び下記(C)で表される硫黄系極圧添加剤、又は更にこれ等に下記(B)で表されるアルカリ土類金属塩を含有して成る事を特徴とする脱塩素系切削研削加工用油剤組成物。
【0012】
一般式(A)
【0013】
(但し、R1は炭素数10〜60の直鎖又は分岐アルキル基を、R2、R3は両方が水素、又は、一方が水素であり、他方が炭素数1〜8の直鎖又は分岐アルキル基、或いは、同一又は相異なる炭素数1〜8の直鎖又は分岐アルキル基を示す。)
【0014】
(B)芳香族カルボン酸、脂肪族カルボン酸、脂環族カルボン酸、石油スルホン酸及びアルキルアリールスルホン酸から選ばれた1種以上のカルボン酸又は/及びスルホン酸のアルカリ土類金属塩であって、塩基価50mgKOH/g以上を有するもの。
【0015】
(C)硫化油脂、ポリサルファイド、ジチオカーボネイト等の硫黄系極圧添加剤に係るものである。
【0016】
【発明の作用】
従来使用されている酸性リン酸エステル、酸性チオリン酸エステル、水素亜リン酸エステルは切削研削加工熱、或いは加工工程間において混入する水分によって、熱分解或いは加水分解を受け、無機リン酸を生成し、被加工物や加工機械の錆びの原因となり、また、後工程で使用する加工油剤に混入して、腐敗を促進する弊害があった。また、無機リン酸は工程機械の摺動面に付着し、粘稠な膜を生成し、摺動を悪化させる欠点もあった。
【0017】
これに対し、本発明に於いて使用する上記特定のリン系化合物は、優れた耐加水分解性や耐熱分解性を有するために、従来のリン酸エステル等を使用した欠点は見られない。
【0018】
本発明に於いて使用するアルキルホスホン酸誘導体は、一般式(A)で表される化合物であり、式中R1で示されるアルキル基としては、n−ブチル、イソブチル、アミル、ヘキシル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、ラウリル、ミリスチル、パルミチル、オレイルなどが挙げられる。
【0019】
更に、このアルキルホスホン酸誘導体は、α−オレフィンと水素亜リン酸ジエステルの反応で合成される関係で、炭素数60の物質も可能であるが、炭素数6のヘキシル誘導体は鉱油に対する溶解性は十分ではあるが切削研削性(潤滑性)に若干劣り、炭素数40以上の誘導体は、その結晶性のため基油に対する溶解性に若干劣るという問題があるので、特に好ましいとはいい難い。
【0020】
従って、アルキルホスホン酸誘導体のアルキル基の炭素数は4〜60、好ましくはアルキル基が10〜30のアルキルホスホン酸誘導体が選ばれる。またR2、R3は、リン酸エステルのエステルアルキルであるが、その炭素数は1〜8のアルキルが適用できる。勿論、アルキルホスホン酸の状態のまま、即ち、R2、R3が、一方、もしくは両方水素であっても問題はなく、むしろ、両方(R2及びR3共)水素の方が潤滑性が優れ、好ましい場合もある。
【0021】
尚、R2、R3は合成反応上、炭素数が大きいと反応収量の点で若干好ましくなく、またR2、R3の炭素数が大きいと添加量を多くしないと、切削性が不足する傾向があり、経済的でない。従って、R2、R3は、同一又は相異なるものであって、一方もしくは、両方が水素か、又は、炭素数が1〜8の直鎖、もしくは分岐のアルキル基が良く、炭素数4以下が特に好ましい。
【0022】
またアルキルホスホン酸誘導体の含有量は、油剤組成物全重量に対し、0.1〜30重量%であり、これより少ないと切削性が不足し、これより多く配合しても切削性能が向上せず、経済上得策でない。
【0023】
本発明に於いて使用されるもう一方の有効成分である(B)で示されるアルカリ土類金属塩は、芳香族単環式又は多環式カルボン酸、脂環式カルボン酸、脂肪族カルボン酸、石油スルホン酸、或いはアルキルアリールスルホン酸のアルカリ土類金属塩でもある。ただし、油溶性であることが必要で、芳香族カルボン酸及び脂環式カルボン酸の場合は、それらのアルキル誘導体であることが必要である。具体的には特開平7−316575号や特開平9−9474号に記載されている化合物を例示することができ、更に代表的なものを例示すると、オレイン酸、リノール酸、リシノール酸等の天然脂肪酸の高塩基性塩やデシル安息香酸、オクタデシルサリチル酸等の高塩基性塩が挙げられる。またアルキル多環式カルボン酸の形式のものとしてはテトラデシルナフトイック酸の高塩基性塩が挙げられる。またスルホン酸の高塩基性塩としては、ドデシルベンゼンスルホン酸や石油スルホン酸の高塩基性塩である。その塩基度は50〜500mgKOH/gのものが使用でき、好ましくは75〜500mgKOH/gのものである。
【0024】
この際50mgKOH/gに達しないものでは、切削、研削加工における表面品位が良くならないことがあり、工具寿命も向上できない。また逆に500mgKOH/gより大きいものでは、その塩基性を示す成分である炭酸カルシウムが油剤に均一に分散せず、塩基性が500以上では切削、研削加工における表面品位に差が無く500以上のものを使用する意味が無くなる。
【0025】
その含有量は、油剤組成物全量に対し、1〜30重量%であり、1重量%未満では切削性が不足し、30重量%より多く配合しても、それ以上切削性が良くならず、経済的ではない。
【0026】
本発明で使用される(C)成分たる硫黄系極圧剤としては、従来から使用されてきたものが広く使用され、例えば、硫化油脂、ポリサルファイド、ジチオカーボネイト等が例示でき、更に詳しくは、硫化ラード、硫化菜種油、オレイン酸メチルエステルの硫化物の如き硫化油脂、ジターシャリードデシルポリサルファイド、ジベンジルジサルファイド、ジターシャリーノニルポリサルファイドの如きポリサルファイドを例示できる。ジチオカーボネイトとしては、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィドを挙げることができる。
【0027】
これ等硫黄系極圧添加剤は、切削工具や研削砥石の寿命を延長したり、被削材の仕上げ面品位(アラサ、寸法精度、内部応力による割れの有無等)を向上させる目的で使用され、その含有量は油剤組成物全量中30重量%以下、好ましくは1〜30重量%程度である。
【0028】
本発明に於いて使用される潤滑基油は、鉱物油、油脂及び合成潤滑油の少なくとも1種であり、これ等は単独で、或いは2種以上の混合系で使用される。これ等各基油の夫々は従来からこの種切削、研削加工油剤の一成分として使用されてきたものが広い範囲で使用される。
【0029】
具体的には、鉱物油としては40℃での動粘度が1〜100mm2/secの範囲のもので、例えば、40℃での動粘度が10mm2/secのマシン油が例示できる。油脂としては菜種油、低融点ラード油、合成潤滑油としてはオレイン酸メチルエステル、2−エチルヘキシルパルミテート、ペンタエリスリトールテトラオレエート等を例示できる。
【0030】
本発明の組成物を調製する手段自体は何ら重要でなく、上記各成分が均一に混合される手段であれば特に限定されない。代表的な方法は、鋼鉄製のプロペラ撹拌機を備えた容器(タンク)で、必要に応じて加熱設備(高圧水蒸気で熱を供給できる配管をタンク内部に設置)をもち、基油や添加剤を均一に撹拌できるものであれば良い。
【0031】
本発明組成物には必要に応じ、従来から使用されてきた各種の通常の添加剤を配合することができる。これ等の添加剤としては、例えば、防錆添加剤であるソッルビタンモノオレエート、銅合金の腐食を防止するベンゾトリアゾール、流動点降下剤(ポリアクリル酸タイプ)、ミスト抑制剤(ポリイソブテンタイプ)等を例示できる。
【0032】
本発明の切削、研削加工には各種の加工が含まれ、例えば、ドリル加工、リーマー加工、タッピング(ねじ切り)、ガンドリル加工、歯切り(ホビング、シェービング加工)ブローチング加工が、更には円筒研磨加工、ネジ研削加工、ホーニング加工、歯車研削加工等を代表的として挙げることができる。
【0033】
本発明の組成物を使用する方法は、従来の油剤と同じで良く、通常一般的な渦巻きポンプで、ほぼ0.1MPaの圧力で循環できるポンプと配管で給油して使用できる。勿論ガンドリル加工等に適用する場合は、高圧に給油できるポンプや配管設備を用いて使用される。
【0034】
【実施例】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの内容になんら限定されるものではない。
【0035】
〔実施例1〜8〕
表1に示す所定の成分を用い、所定の配合割合で良く混合して、本発明の切削研削油組成物を調製した。
【0036】
【比較例1〜2】
表2に示す所定の成分及び配合割合で、実施例1と同様に調製した。
但し、表1及び表2に於いて使用した各成分の詳細を下記に示す。
鉱物油:水素精製鉱油、動粘度11mm2/s(40℃)
【0037】
A成分の(イ)
R1・・・炭素数12と14のほぼ1:1の混合アルキル基
R2・・・イソプロピル基
R3・・・イソプロピル基
【0038】
A成分の(ロ)
R1・・・炭素数12と14のほぼ1:1の混合アルキル基
R2・・・イソプロピル基
R3・・・水素
【0039】
A成分の(ハ)
R1・・・炭素数20〜28の混合アルキル基(原料αオレフィン:三菱化成の「ダイヤレン2028」を使用)
R2・・・イソプロピル基
R3・・・水素
【0040】
A成分の(ニ)
R1・・・炭素数12と14のほぼ1:1の混合アルキル基
R2・・・水素
R3・・・水素
【0041】
A成分の(ホ)
R1・・・炭素数12と14のほぼ1:1の混合アルキル基
R2・・・n−ブチル基
R3・・・n−ブチル基
【0042】
B成分の(ヘ)
炭素数10:シェル化学製のヴァーサチック酸10三級合成脂肪酸より誘導された、塩基価=300mgKOH/gの化合物
【0043】
B成分の(ト)
炭素数18:オレイン酸誘導体、塩基価=100mgKOH/gの化合物
【0044】
B成分の(チ)
ハイベースカルシウムペトロネート300BCP(米国ウイトコケミカル社製、全塩基度305mgKOH/g:カルシウム量11.8重量%)
【0045】
B成分の(リ)
ハイベースカルシウムペトロネート400NCP(米国ウイトコケミカル社製、全塩基度405mgKOH/g:カルシウム量15.2重量%)
【0046】
B成分の(ヌ)
中性塩タイプカルシウムサリシレート、オスカ(OSCA)431B(オスカ化学社製、全塩基度60mgKOH/g:カルシウム量15.2重量%)
【0047】
B成分の(ル)
中性塩タイプカルシウムサリシレート、オスカ(OSCA)435B(オスカ化学社製、全塩基度230mgKOH/g:カルシウム量15.2重量%)
【0048】
C成分の(ヲ)
硫化ラード
【0049】
C成分の(ワ)
ジターシャリードデシルポリサルファイド
【0050】
C成分の(カ)
チウラムジスルフィド[大内新興社製、ノクセラーTOT−N:テトラキス(2−ーエチルヘキシル)−チウラムジスルフィド]
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】
尚、表1及び表2に示されたブローチ加工の条件は以下の通りである。
<ブローチ加工>
機 械:不二越製
工 具:SKH57(TiNコーティング)
スプラインブローチ(モジュール=1.0、圧力角=45℃切れ刃の数=56)
被削材:自動車用自動作動装置(デファレンシャルギア)のサイドギア
切削スピード:5m/min
【0054】
<円筒研削実験条件>
研 削 盤:豊田工機株式会社 型番、GUP32×50
砥 石:(株)TKX 5SSX60J8V
被 削 材:SUJ2 850℃油焼き入れ 190℃×2hr焼き戻し
硬度 57〜63HRc 100φ×100L
研削速度:33.4m/s(砥石周速)
0.50m/s(被削周速)
3mm/rev(砥石送り速度)
切り込み量:10μm
Claims (2)
- 鉱物油、油脂及び合成潤滑油から選ばれた少なくとも1種を含む潤滑油基油に、一般式(A)で表されるアルキルホスホン酸誘導体、下記(B)で表されるアルカリ土類金属塩及び(C)で表される硫黄系極圧添加剤の三者を含有して成る請求項1の脱塩素系切削研削加工用油剤組成物。
(B)芳香族カルボン酸、脂肪族カルボン酸、脂環族カルボン酸、石油スルホン酸及びアルキルアリールスルホン酸から選ばれた1種以上のカルボン酸又は/及びスルホン酸のアルカリ土類金属塩であって、塩基価50mgKOH/g以上を有するもの。
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