JP4625175B2 - 金属加工油組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属加工油組成物に関し、より詳しくは、特に自動切削加工盤用に好適な金属加工油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動切削加工盤（以下、自動盤ともいう。）はガイドブッシュを備えることにより細長物の切削加工を可能としている。この自動盤において、通常の切削油を使用してステンレス鋼やチタン合金等を切削加工した場合、ガイドブッシュ部がかじりを生じやすいという問題があった。そこで従来から、自動盤加工においては、切削油剤としての用途に加え、ガイドブッシュ部の潤滑剤の用途も兼ねる、塩素化パラフィン等の塩素系添加剤を多量に含有する切削油を用いることにより、ガイドブッシュ部のかじりを防止していた。
【０００３】
しかしながら、近年では塩素化合物を配合した非水溶性切削油剤を使用した場合、焼却処理時のダイオキシンの発生による環境汚染や塩素ガス発生による焼却炉の腐食・損傷の問題が指摘されている。また、塩素化合物のうち一部の塩素化パラフィンでは、毒性及び発癌性の可能性についての懸念も生じてきており、非塩素系添加剤に切り替える動きが強くなっている。
【０００４】
例えば、特許第２６４１２０３号公報、特開平６−３３００７６号公報，特開平８−２０７９０号公報には、過塩基性金属のスルホネートと硫黄系極圧剤等を含有した切削加工油剤組成物について開示されている。しかし、この油剤は一般的な金属加工において良好な加工性能を示すが、ステンレス鋼やチタン合金等の重切削加工においては、充分な加工性能が得られない場合があるばかりでなく、上記の自動盤のガイドブッシュのかじりについての問題も解決されていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記観点からなされたもので、塩素系添加剤を含有せず、ステンレス鋼やチタン合金等の重切削加工を可能とし、かつ自動盤切削加工時のガイドブッシュ部のかじりを防止する金属加工油組成物を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、硫黄系極圧剤と特定の添加剤を組み合わせた添加剤を使用することにより、上記の目的を効果的に達成しうることを見いだし本発明を完成したものである。
すなわち、本発明の要旨は下記の通りである。
１．潤滑油基油に、（ａ）硫黄系極圧剤、（ｂ）有機亜鉛化合物及び／又は有機モリブデン化合物、及び（ｃ）イミド系添加剤を配合してなる金属加工油組成物。
２．（ａ）成分の含有量が、組成物全量基準で、５〜３０質量％である前記１記載の金属加工油組成物。
３．（ｂ）成分の含有量が、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である前記１又は２に記載の金属加工油組成物。
４．（ｃ）成分の含有量が、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である前記１〜３のいずれかに記載の金属加工油組成物。
５．金属加工油組成物が、自動切削加工盤用潤滑油組成物である前記１〜４のいずれかに記載の金属加工油組成物。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の金属加工油組成物において、潤滑油基油として鉱油及び／又は合成油が用いられる。この鉱油や合成油については、一般に金属加工油の基油として用いられているものであればよく、特に制限はないが、４０℃における動粘度が１〜１００ｍｍ² ／ｓの範囲にあるものが好ましく、３〜５０ｍｍ² ／ｓの範囲にあるものがより好ましい。基油の動粘度が高すぎると油剤が被加工物に付着して持ち去られる量が多くなり、経済的でなくなる場合があり好ましくない。逆に、低すぎるとミスト発生により作業性悪化を招く場合があり好ましくない。また、この基油の低温流動性の指標である流動点については特に制限はないが、−１０℃以下であるのが好ましい。
【０００８】
このような鉱油，合成油は各種のものがあり、用途などに応じて適宜選定すればよい。鉱油としては、例えばパラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、またはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油、例えば、溶剤精製油，水添精製油，脱蝋処理油，白土処理油などを挙げることができる。
【０００９】
一方合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン，α−オレフィンコポリマー，ポリブテン，アルキルベンゼン，ポリオールエステル，二塩基酸エステル，ポリオキシアルキレングリコール，ポリオキシアルキレングリコールエステル，ポリオキシアルキレングリコールエーテル，シリコーンオイルなどを挙げることができる。
【００１０】
次に、上記の潤滑油基油に配合される（ａ）成分，（ｂ）成分及び（ｃ）成分について説明する。
（ａ）成分
硫黄系極圧剤としては、分子内に硫黄原子を有し、潤滑油基油に溶解又は均一に分散して、極圧効果を発揮しうるものであればよく、特に制限はない。このようなものとしては、例えば硫化油脂，硫化脂肪酸，硫化エステル，硫化オレフィン，ジヒドロカルビルポリサルファイド，チオカーバメート類，チオテルペン類，ジアルキルチオジプロピオネート類などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄や硫黄含有化合物と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものであり、その硫黄含有量は特に制限はないが、一般に５〜３０質量％のものが好適である。その具体例としては、硫化ラード，硫化なたね油，硫化ひまし油，硫化大豆油，硫化米ぬか油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１１】
硫化オレフィンとしては、例えば、下記の一般式（１）
Ｒ¹ −Ｓ_x −Ｒ² ・・・（１）
（式中、Ｒ¹ は炭素数２〜１５のアルケニル基、Ｒ² は炭素数２〜１５のアルキル基又はアルケニル基を示し、ｘは１〜８の整数を示す。）
で表される化合物などを挙げることができる。この化合物は、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄，塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られ、該オレフィンとしては、プロピレン，イソブテン，ジイソブテンなどが好ましい。
【００１２】
また、ジヒドロカルビルポリサルファイドは、下記の一般式（２）
Ｒ³ −Ｓ_y −Ｒ⁴ ・・・（２）
（式中、Ｒ³ 及びＲ⁴ は、それぞれ炭素数１〜２０のアルキル基又は環状アルキル基，炭素数６〜２０のアリール基，炭素数７〜２０のアルキルアリール基又は炭素数７〜２０のアリールアルキル基を示し、それらは互いに同一でも異なっていてもよく、ｙは２〜８の整数を示す。）
で表される化合物である。ここで、Ｒ³ 及びＲ⁴ がアルキル基の場合、硫化アルキルと言われる。
【００１３】
上記一般式（２）におけるＲ³ 及びＲ⁴ の具体例としては、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，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，シクロヘキシル基，シクロオクチル基，フェニル基，ナフチル基，トリル基，キシリル基，ベンジル基，フェネチル基などを挙げることができる。
【００１４】
このジヒドロカルビルポリサルファイドとしては、例えば、ジベンジルポリサルファイド，ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド，ジドデシルポリサルファイド，ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド，ジオクチルポリサルファイド，ジフェニルポリサルファイド，ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを好ましく挙げることができる。
【００１５】
さらに、チオカーバメート類としては、例えば、ジンクジチオカーバメートなどを、チオテルペン類としては、例えば、五硫化リンとピネンの反応物を、ジアルキルチオジプロピオネート類としては、例えば、ジラウリルチオジプロピオネート，ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。
これらの中で、極圧特性などの点から、ジヒドロカルビルポリサルファイドが好適である。
【００１６】
本発明においては、上記（ａ）成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、組成物全量基準で、好ましくは５〜３０質量％、より好ましくは８〜２０質量％の範囲である。少なすぎると、耐焼付き性や耐摩耗性を維持できない場合がある。多すぎると、配合量に見合う効果の向上が見られないので好ましくない。
【００１７】
（ｂ）成分
（ｂ）成分のうち、有機亜鉛化合物の好ましいものとして、ジチオリン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＰという。）、ジチオカルバミン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＣという。）を挙げることができる。
ＺｎＤＴＰは下記一般式（３）で表される。
【００１８】
【化１】

【００１９】
一般式（３）において、Ｒ⁵ 〜Ｒ⁸ はそれぞれ同一でも異なっていてもよい炭素数１〜２０、好ましくは３〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。具体的には、エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，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，各種ウンデシル基，各種ドデシル，各種トリデシル基，各種テトラデシル基，各種ペンタデシル基，各種ヘキサデシル基，各種ヘプタデシル基，各種オクタデシル基，各種ノナデシル基，各種エイコシル基を挙げることができる。中でも、炭素数３〜１０のものが、溶解性、耐摩耗性の点から好ましい。
【００２０】
ＺｎＤＴＣは下記一般式（４）で表される。
【００２１】
【化２】

【００２２】
一般式（４）において、Ｒ⁹ 〜Ｒ¹²は上記のＲ⁵ 〜Ｒ⁸ と同様なことが言える。
（ｂ）成分のうち、有機モリブデン化合物の好ましいものとして、ジチオカルバミン酸モリブデン（以下、ＭｏＤＴＣという。）、ジチオリン酸モリブデン（以下、ＭｏＤＴＰという。）を挙げることができる。
ＭｏＤＴＣは下記一般式（５）で表される。
【００２３】
【化３】

【００２４】
一般式（５）において、Ｒ¹³〜Ｒ¹⁶は炭素数５〜１６の炭化水素基であり、全て同一でも異なっていてもよい。ＸはＳ（硫黄原子）又はＯ（酸素原子）である。Ｒ¹³〜Ｒ¹⁶で表される炭化水素基としては、例えば、炭素数５〜１６のアルキル基、炭素数５〜１６のアルケニル基、炭素数５〜１６のシクロアルキル基、炭素数５〜１６のアルキルアリール基、炭素数５〜１６のアリールアルキル基などを挙げることができる。炭素数５〜１６の炭化水素の具体例としては、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，各種ウンデシル基，各種ドデシル基，各種トリデシル基，各種テトラデシル基，各種ペンタデシル基，各種ヘキサデシル基，各種オクテニル基，各種ノネニル基，各種デセニル基，各種ウンデセニル基，各種ドデセニル基，各種トリデセニル基，各種テトラデセニル基，各種ペンタデセニル基，シクロヘキシル基，ジメチルシクロヘキシル基，エチルシクロヘキシル基，メチルシクロヘキシルメチル基，シクロヘキシルエチル基，プロピルシクロヘキシル基，ブチルシクロヘキシル基，ヘプチルシクロヘキシル基，フェニル基，トリル基，ジメチルフェニル基，ブチルフェニル基，ノニルフェニル基，メチルベンジル基，フェニルエチル基，ナフチル基，ジメチルナフチル基などを挙げることができる。
ＭｏＤＴＰは下記一般式（６）で表される。
【００２５】
【化４】

【００２６】
一般式（６）において、Ｒ¹⁷〜Ｒ²⁰は炭素数５〜１６の炭化水素基であり、全て同一でも異なっていてもよい。ＹはＳ（硫黄原子）又はＯ（酸素原子）である。Ｒ¹⁷〜Ｒ²⁰で表される炭化水素基としては、上記のＲ¹³〜Ｒ¹⁶と同様なものを挙げることができる。
以上の（ｂ）成分の中で、効果の点でＺｎＤＴＰが好ましい。
【００２７】
（ｂ）成分は、一種あるいは二種以上組み合わせて使用することができ、その好ましい配合量は、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である。０．１質量％未満であると、加工性や耐かじり性を維持できない場合がある。２０質量％を超えると、その量に見合った効果の向上が認められない場合がある。より好ましくは、１〜１０質量％の範囲である。
【００２８】
（ｃ）成分
（ｃ）成分の好ましいイミド系添加剤として、ポリブテニルコハク酸イミド、又はポリブテニルコハク酸イミドとそのホウ素付加物との混合物を挙げることができる。該ポリブテニルコハク酸イミドは下記一般式（７）
【００２９】
【化５】

【００３０】
で表わされるモノイミド体と下記一般式（８）
【００３１】
【化６】

【００３２】
で表わされるビスイミド体がある。
式中、Ｒ²¹，Ｒ²³及びＲ²⁴はそれぞれ数平均分子量３００〜３，０００のポリブテニル基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていてもよい。Ｒ²²，Ｒ²⁵及びＲ²⁶はそれぞれ炭素数２〜４のアルキレンであり、それらはたがいに同一でも異なっていてもよい。ｍは１〜１０の整数で、ｎは０又は１〜１０の整数である。なお、ここでいうポリブテニル基とは１−ブテンとイソブテンの混合物を重合して得られるポリブテンから得られるものである。
【００３３】
このポリブテニルコハク酸イミドは、例えば数平均分子量３００〜３，０００のポリブテンまたは数平均分子量３００〜３，０００の塩素化ポリブテンを無水マレイン酸と１００〜２００℃で得られるポリブテニルコハク酸無水物をポリアミンと反応させることによって得ることができる。反応条件によって、モノイミド体、ビスイミド体、モノイミド体とビスイミド体の混合物が生成するが、いずれも使用できる。ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン，トリエチレンテトラミン，テトラエチレンペンタミン，ペンタエチレンヘキサミンなどを挙げることができる。ポリブテニルコハク酸イミドのホウ素付加物は、例えば数平均分子量３００〜３，０００のポリブテンを無水マレイン酸と反応させてポリブテニルコハク酸無水物とした後、さらに上記のポリアミンと酸化ホウ素，ハロゲン化ホウ素，ホウ素酸，ホウ素酸エステル，ホウ素酸のアンモニウム塩等のホウ素化合物を反応させて得られる中間体と反応させてイミド化させることによって得られる。このホウ素付加物中のホウ素量は０．１〜５質量％の範囲が好ましい。
【００３４】
（ｃ）成分は、一種あるいは二種以上組み合わせて使用することができ、その好ましい配合量は、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である。０．１質量％未満であると、加工性や耐かじり性を維持できない場合がある。２０質量％を超えると、その量に見合った効果の向上が認められない場合がある。より好ましくは、１〜１０質量％の範囲である。
【００３５】
本発明の組成物は、潤滑油基油に上記（ａ）〜（ｃ）成分を配合することにより得られるが、通常、金属加工油としての基本的な性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で各種公知の添加剤を適宜配合することができる。例えば、リン酸エステル，酸性リン酸エステル，亜リン酸エステル，酸性亜リン酸エステルなどのリン系極圧剤を挙げることができ、その配合量は、通常、組成物全量基準で、０．０５〜２０質量％である。その他に、オレイン酸，ステアリン酸，ダイマー酸などのカルボン酸又はそのエステルなどの油性剤などを挙げることができる。
【００３６】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１，２、比較例１〜４及び参考例１
第１表に示す割合で、基油に各成分を配合し、切削油剤組成物を調製した。これら実施例と比較例の組成物につき、下記の要領で被削材の高速ＬＰ精密旋盤による加工性評価と自動切削加工盤によるガイドブッシュ部の耐かじり性の評価を行った。結果を第１表に示す。
【００３７】
（１）高速ＬＰ精密旋盤による加工性評価（試験法１）
被削材：ＪＩＳ ＳＵＳ３０３，３０４，４４０Ｃ（直径；２４ｍｍ）
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：２ｍｍ
切削工具：後挽き用ＰＶＤコーティングチップＴＢＰ６０ＦＲ００（日本特殊陶業社）
試験方法：上記の条件で切削実験を行い、加工後の仕上げ面粗さ（Ｒｚ；μｍ）
により、加工性を評価した。
【００３８】
（２）自動切削加工盤によるガイドブッシュの耐かじり性評価（試験法２）
被削材：ＪＩＳ ＳＵＳ３０４（直径；６ｍｍ）
回転数：６，０００ｒｐｍ
送り速度：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：１ｍｍ
切削工具：後挽き用ＰＶＤコーティングチップＴＢＰ６０ＦＲ００（日本特殊陶業社）
試験方法：実際の生産工場で用いられている自動盤について試験油を封入し、ガイドブッシュ部のかじりの有無、かじりに到達するまでの日数を評価した。
【００３９】
なお、本実験で用いた基油及び添加剤を以下に示す。
基油：パラフィン系鉱油の水添精製油、４０℃における動粘度；２０ｍｍ² ／ｓポリサルファイド：ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド
ＺｎＤＴＰ：ジブチルジチオリン酸亜鉛
モノイミド：ポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニル基の数平均分子量；９５０、窒素含有量；２質量％
ビスイミド：ポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニル基の数平均分子量；１，２００、窒素含有量；２質量％
塩素化パラフィン：塩素含有量；６０質量％
Ｃａ−スルホネート：全塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇ（過塩素酸法）
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
【発明の効果】
本発明の金属加工油組成物は、塩素系添加剤を含有せず、ステンレス鋼やチタン合金等の重切削加工を可能とし、かつ自動盤切削加工時のガイドブッシュ部のかじりを防止することができる。

Claims (4)

1. 潤滑油基油に、（ａ）ジヒドロカルビルポリサルファイド、（ｂ）ジチオリン酸亜鉛、及び（ｃ）ポリブテニルコハク酸イミド又はポリブテニルコハク酸イミドとそのホウ素付加物との混合物を配合してなる自動切削加工盤用金属加工油組成物。
2. （ａ）成分の含有量が、組成物全量基準で、５〜３０質量％である請求項１記載の自動切削加工盤用金属加工油組成物。
3. （ｂ）成分の含有量が、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である請求項１又は２に記載の自動切削加工盤用金属加工油組成物。
4. （ｃ）成分の含有量が、組成物全量基準で、０．１〜２０質量％である請求項１〜３のいずれかに記載の自動切削加工盤用金属加工油組成物。