JP5830814B1

JP5830814B1 - 水溶性金属加工油剤組成物、クーラント、及び金属加工方法

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Publication number: JP5830814B1
Application number: JP2015032160A
Authority: JP
Inventors: 洋平三垣; 均塩谷; 啓嗣岩本; 正規西羅
Original assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP2016153461A

Abstract

【課題】本発明の課題は、ベアリング鋼球研磨において、サイクルタイム（研磨時間）の延長を抑制でき、更にクーラント寿命を延長できることで、生産性の低下を防止し、長期間使用できる水溶性金属加工油剤を提供することである。【解決手段】本発明は、（Ａ）２−（ｓｅｃ−ブチルアミノ)エタノール、および（Ｂ）下記一般式（Ｉ）で表わされる有機酸、ＨＯＯＣ−Ｒ−ＣＯＯＨ・・・(Ｉ)（Ｒは炭素数１８〜３４のアルキル基）を含有する水溶性金属加工油剤組成物である。【選択図】なし

Description

本発明は、水溶性金属加工油剤組成物に関する。更に詳しくは、鋼球の研磨（研磨は「研削も」含む。以下同じ）加工に好適に使用される水溶性金属加工油剤、クーラント、金属加工方法に関する。

金属を加工する際に使用される水溶性加工油剤は一般に原液として、水、アルカリ性物質（無機アルカリ・アミン化合物）、鉱油（鉱物油）、油脂、有機酸、有機酸エステル、極圧添加剤、界面活性剤、消泡剤、金属防食剤、酸化防止剤、防腐・防黴剤（殺菌剤）等を組成成分として含んでいる。水溶性加工油剤は通常、水で原液を１．０〜１０重量％に希釈して使用される（希釈され使用される状態の液を以下クーラントと呼ぶ）。

ベアリング等の鋼球の研磨加工で使用される水溶性加工油剤も通常、水で原液を１．０〜１０重量％に希釈して循環使用される。ベアリング鋼球の研磨において使用しているクーラントが、使用後３カ月位が経過すると、クーラントは所定濃度を維持しているにもかかわらず、徐々にサイクルタイム（鋼球の研磨時間）が伸びるという現象が起こり、生産性の低下が生じている。

水溶性研削油剤としては特許文献１に、硫黄系極圧添加剤、脂肪族カルボン酸及び芳香族カルボン酸のうちの少なくとも一種とアルカノールアミンとからなるアルカノールアミン塩、並びにアニオン系界面活性剤を含有することを特徴とする水溶性研削油剤の開示がある。しかしながら、この水溶性研削油剤は、弾性砥石用に適した水溶性研削油剤であり、砥石寿命を延長させる効果があるとの記載があるが、鋼球の研磨加工に適するかどうか記載も示唆もない。

特開平８−１３１６７号公報

本発明の目的は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ベアリング鋼球のサイクルタイム（研磨時間）の延長を抑制でき、更にクーラント寿命を延長できる水溶性金属加工油剤を提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、サイクルタイムの延長の原因を解明すべく、クーラントを曽田式振子式型油性試験機で測定したところ、静摩擦係数が0.3を超えると、サイクルタイムが伸びることが判った。

本発明は2-(sec-ブチルアミノ)エタノールと特定の有機酸とを併用してなる以下の水溶性金属加工油剤組成物が、課題を解消できることが判った。

すなわち、本発明は、下記の水溶性金属加工油剤組成物、クーラント、及び金属加工方法を提供する。
１．（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノール、
（Ｂ）下記一般式（Ｉ）で表わされる有機酸、
ＨＯＯＣ−Ｒ−ＣＯＯＨ・・・（Ｉ）
（Ｒは炭素数１８〜３４のアルキル基）
を含有する水溶性金属加工油剤組成物。
２．さらに（Ｃ）4-tert-ブチル安息香酸を含有する項１の水溶性金属加工油剤組成物。
３．組成物全量を１００重量％とした場合、
（Ａ）が０．５〜２０.０重量％、
（Ｂ）が０．５〜２０.０重量％、
（Ｃ）が０．５〜２０.０重量％

を含有する項２の水溶性金属加工油剤組成物。
４．項１乃至３のいずれか１項に記載の水溶性金属加工油剤組成物を水により希釈してなるクーラント。
５．項４のクーラントを用いて金属を加工することを特徴とする金属加工方法。
６．項５の金属加工方法が鋼球の研磨加工であることを特徴とする金属加工方法。

本発明によれば、鋼球研磨加工のサイクルタイム延長を抑制でき、またクーラント寿命も延長できるので、長期間クーラントの使用が可能となるものである。従って、生産性の低下を防止できる

本発明のクーラントは、上記の水溶性金属加工油剤組成物を水により希釈してなり、長期間摩擦係数の上昇を抑えることができるため、切削、研削、塑性加工等の金属加工に用いられるクーラントとして好適であり、特に鋼球の研磨加工に好適である。

経過日数による摩擦係数を示すグラフである。回転劣化試験機の模式図である。

以下、本発明の水溶性金属加工油剤組成物について詳細に説明する。

本発明は、アミンの中でも特に（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノールおよび
（Ｂ）下記一般式（Ｉ）で表わされる有機酸、
ＨＯＯＣ−Ｒ−ＣＯＯＨ・・・（Ｉ）
（Ｒは炭素数１８〜３４のアルキル基）
を含有する。

（Ｂ）は、即ち、炭素数１８〜３４のアルキル基を有する二塩基酸である。例えば、
一般式（Ｉ）のＲが２１のＣ２１二塩基酸やＲが３４のＣ３４二塩基酸が挙げられる。
本発明は、（Ａ）と（Ｂ）を併用することで長期間のクーラントの使用でも摩擦係数の上昇が抑制されるため、長期間のクーラントの使用が可能となる

本発明の水溶性金属加工油剤組成物（原液）は、本発明の水溶性金属加工剤組成物全体を１００重量％とした場合、（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノールの含有量は０．５〜４０重量％、好ましくは０．５〜２０．０重量％、より好ましくは 1.0 〜15.0 重量％である。２０．０重量％を越える2-(sec-ブチルアミノ)エタノールは、臭気や肌荒れが問題になる可能性があるため好ましくない。また、０．５重量％未満の2-(sec-ブチルアミノ)エタノールでは、摩擦係数上昇抑制効果と防錆，防腐効果が低下するため好ましくない。

（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノールはクーラントとしての使用にあたっての希釈液状態で１００〜１５０００ｐｐｍ含有される様配合する。

また、（Ｂ）一般式（Ｉ）で表わされる有機酸（以下、有機酸（Ｉ）という）の含有量は、０．５〜３０.０重量％、好ましくは０．５〜２０．０重量％、より好ましくは１．０〜１５．０重量％である。２０．０重量％を超えると、汚れ、ベタツキの原因となり好ましくない。また、０．５重量％未満の有機酸（Ｉ）では摩擦係数上昇抑制効果と防錆力効果が低下するため好ましくない。

有機酸（Ｉ）は、クーラントとしての使用にあたっての希釈液状態で１００〜１５０００ｐｐｍ含有される様配合する。

また、（Ｃ）4-tert-ブチル安息香酸の含有量は、０．５〜２０.０重量％、好ましくは 0.5 〜15.0重量％、より好ましくは１．０〜１０．０重量％である。

（Ａ）と（Ｂ）に加えて更に4-tert-ブチル安息香酸を添加することで、摩擦係数上昇をより抑制させることができる。

ただし１５．０重量％を超えると、発泡の原因となり好ましくない。また、０．５重量％未満の4-tert-ブチル安息香酸では摩擦係数上昇抑制効果と防錆力効果が低下するため好ましくない。4-tert-ブチル安息香酸は、クーラントとしての使用にあたっての希釈液状態で１００〜１００００ｐｐｍ含有される様配合する。

本発明の加工油剤には上記の（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノール以外のアミン、（Ｂ）有機酸（Ｉ）および（Ｃ）4-tert-ブチル安息香酸以外の有機酸やアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、金属腐食防止剤、防腐剤，消泡剤，キレート剤などの添加剤も配合することができる。

配合する場合は、それぞれの配合量は０．１〜５０重量％であり任意である。

アミンは、ｐＨを上げることによりアルカリ的防錆・耐腐敗性の観点からも配合している。2-(sec-ブチルアミノ)エタノールの他に、以下のアミンを併用しても良い。

第１級アミンとしては、モノエタノールアミン、ジグリコールアミン、モノイソプロパノールアミン、2-アミノ2-メチルプロパノールなどが挙げられる。

第２級アミンとしては、2-(sec-ブチルアミノ)エタノール以外ではジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミンなどが挙げられる。

第３級アミンとしては、トリエタノールアミンとトリイソプロパノールアミン等が挙げられる。

その中から第１級有機アミンはモノイソプロパノールアミン、２−アミノ−２−メチルプロパノール、ジグリコールアミン、第２級有機アミンはジエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、第３級アミンはトリエタノールアミンが好ましい。

上記アミンの配合量は、通常水溶性金属加工油（原液）全量基準で第１級アミン及び／又は第２級アミンの総量は０．５〜５０重量％である。2-(sec-ブチルアミノ)エタノールは０．５〜１５重量％は配合し、その他の第１級，第２級，第３級アミンを併用して配合してもよい。第１級有機アミンと第２級有機アミンを併用してもよい。アミンは、第１級アミンが０〜２０重量％、第２級アミンが０〜４０重量％であり、好ましくは第１級アミンが１〜２０重量％、第２級アミンが１〜３０重量％である。第１級アミン及び／又は第２級アミンの総量が５０重量％を越えると肌荒れやコストの面で好ましくない。また、第１級アミン及び／又は第２級アミンの総量が１重量％未満では、防錆性や耐腐敗性が認められないため好ましくない。アミンは、使用にあたっての希釈液濃度と用途、防錆性、耐腐敗性を考慮し配合量が決定される。

有機酸(Ｉ)，4-tert-ブチル安息香酸の他に以下に挙げる有機酸も配合しても良い。

有機酸としてはＣ₈ 〜Ｃ₃₆の有機酸類（カルボキシル基を有する有機酸、および、その誘導体をまとめて、有機酸類という）が一般的である。

有機酸類は、アミンと有機酸アミン塩を形成し、アニオン乳化剤として作用し乳化安定性を高めるとともに、防錆性、潤滑性を高めて一次性能二次性能を向上させる効果がある。

Ｃ₈ 〜Ｃ₃₆ の有機酸類はモノカルボン酸・ジカルボン酸が挙げられる。モノカルボン酸として、オクチル酸、ペラルゴン酸、イソノナン酸、イソデカン酸、オレイン酸、イソステアリン酸、リシノール酸、天然物としてヤシ油脂肪酸、トール油脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸が挙げられる。ジカルボン酸として、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などが挙げられる。炭素数が７以下だと金属を腐食する可能性があり炭素数が３６より大きいと発泡しやすいという問題がある。配合量は、原液全量基準で１.０〜３０重量％であることが好ましい。

非イオン界面活性剤としては、例えば一般的なものとしてHO-（EO）_m（PO）_n（EO）_m -H、R-O（EO）_n-H R-（AO）_n-H やグリセリンのEOPO付加物などを挙げることができる。
（式中、Rはアルキル基（直鎖・枝分かれ・環状物また二重結合・３重結合を保有するものも含む）AO（アルキレンオキサイド）は、EO（オキシエチレン基）、PO（オキシプロピレン基）、の１種または２種の混合物であり、それらの配列はランダムでもブロックでも良い。配合量は、通常水溶性金属加工油（原液）全量基準で１.０〜５０.０重量％であることが好ましい。

上記の他、界面活性剤として陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤を配合してもよい。

防食剤としては、例えば、イミダゾリン、ベンゾトリアゾール、ポリマー酸誘導体等が挙げられる。

防腐剤としてはトリアジン系化合物，イソチアゾリン系化合物，モルホリン系化合物が挙げられる。

消泡剤としては、例えば、アルコール系消泡剤,シリコン系消泡剤等が挙げられる。

キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。

本発明の水溶性金属加工油剤の原液には水が配合され、通常水溶性金属加工油（原液）全量基準で１〜５０重量％である。使用する水は、水道水、工業用水、イオン交換水、蒸留水などいずれでもよく、その水は硬水であるか軟水であるかを問わない。

本発明の水溶性金属加工油剤は、油剤の原液であり、実使用に際しては原液を１．０〜１０.０重量％程度に水で希釈しクーラントとして用いる。

本発明は、本発明の水溶性金属加工油剤組成物又は本発明のクーラントを用いて、金属被加工物を加工することを特徴とする。

上記金属加工方法は、金属を加工する方法である限り、その具体的内容に特に限定はない。
上記金属加工としては、例えば、切削加工、研削加工、及び塑性加工等が挙げられるが、本発明は特に鋼球の研磨加工に好適である。

また、上記金属加工方法において、上記クーラントを供給する方法には特に限定はない。例えば、循環ポンプを使用してノズルから給油する方法、ブラシ塗りや油差し等の手さし給油、及び噴霧給油等が挙げられる。

上記金属被加工物の具体的内容については特に限定はない。例えば、上記金属被加工物の材質は、通常、鉄、炭素鋼及びステンレス鋼等の鋼及び鉄合金であるが、その他、インコネル、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、及び銅合金等の非鉄金属及びその合金でもよい。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例及び比較例として、表1に示す各成分を配合し、各種試験を行った。その結果をそれぞれ表1と図1に示す。

〈各種試験の条件と評価基準〉
鋼球の研磨の加工現場を想定したクーラントの作製と摩擦係数測定を行った。
クーラントは、原液を４０倍に希釈して作製し、試料とした。
この手法が、加工現場のクーラントの摩擦係数の変化による、ベアリング鋼球のサイクルタイム（研磨時間）への影響とほぼ一致していることが判った。

（1）回転劣化試験
図２の回転劣化試験機のカップに試料300mlと、1/2インチ SUJ-2鋼球 100ケとFC-20相当の鋳物ドライ切屑(15g)を加えて30℃の温度で回転させ、ドライ切屑を鋼球で押しつぶし発生する活性鉄粉により、液を劣化させる。

（2）静摩擦係数
試験機：曽田式振子式型油性試験機II型
標準荷重：横軸荷重：80g×2(支点より34cm)、縦軸荷重：40g（支点より10cm）
設定温度：室温
測定方法：ボールとピンローラが接地する振子支点の摩擦部分に上記（１）試験で劣化させた劣化液を与え、振子を振動させ、振動の減衰から摩擦係数を求める。

回転劣化試験での劣化液を1週（７日）毎に採取し摩擦係数の変化を観察する。（なお、試料は摩擦係数測定前に、No.５Ｃろ紙(保留粒子径１μm)にて濾過を行う。）

評価基準は摩擦係数が０．３を超えた時点で終了とした。評価の仕方は、摩擦係数が０．３以下を３週（２１日）目まで持続できた場合は○，２週（１４日）目までの場合△，１週（７日）目までの場合は×と判定した。

表１の結果から、本発明の成分を含有した水溶性油剤（クーラント）の実施例１および２は、４週間目でも摩擦係数は0.3を超えずクーラント寿命が長いことがわかる。

Claims

（Ａ）2-(sec-ブチルアミノ)エタノール、および
（Ｂ）下記一般式（Ｉ）で表わされる有機酸、
ＨＯＯＣ−Ｒ−ＣＯＯＨ・・・(Ｉ)
（Ｒは炭素数１８〜３４のアルキル基）
を含有することを特徴とする水溶性金属加工油剤組成物。
さらに（Ｃ）4-tert-ブチル安息香酸を含有する請求項１に記載の水溶性金属加工油剤組成物。
組成物全量を１００重量％とした場合、
（Ａ）が０．５〜２０.０重量％、
（Ｂ）が０．５〜２０.０重量％、
（Ｃ）が０．５〜２０.０重量％

を含有する請求項２に記載の水溶性金属加工油剤組成物。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水溶性金属加工油剤組成物を水により希釈してなるクーラント。
請求項４のクーラントを用いて金属を加工することを特徴とする金属加工方法。
請求項５の金属加工方法において、鋼球の研磨加工であることを特徴とする金属加工方法。