JP6355339B2 - 金属加工油剤組成物、それを用いた加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工部品 - Google Patents

Description

本発明は、優れた切削性を有する金属加工油剤組成物、それを用いる金属加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工部品に関する。

一般に切削・研削加工においては切削・研削油剤が使用されている。切削・研削油剤の最も重要な機能として潤滑作用が挙げられ、この作用により加工に用いられる工具の寿命延長、被加工物の仕上げ面精度の向上、生産効率の向上等、生産性を向上する事が出来る。

潤滑作用を向上する方法としては、例えば、特定のパームオレイン油を用いた熱間圧延油及び熱間圧延方法（特許文献１）、パーム油及びその改質油脂（特許文献２）、潤滑油成分、特定の陽イオン性、または両イオン性の水溶性高分子化合物、及び非イオン性界面活性剤を含有する金属加工油組成物（特許文献３）、特定の脂肪族カルボン酸エステル及び特定の陰イオン界面活性剤を含有する金属加工油剤などが知られている（特許文献４）。しかしながら、これらの金属加工用油剤組成物では、満足する切削性は得られていない。

特許第３３２０６４２号 特開平１０−１７８８０号公報 特公平２−４０１１６号公報 特開２０１１−６３７６５号公報

本発明の目的は、優れた切削性を有する金属加工油剤組成物、それを用いる金属加工方法、及びその金属加工方法により製造される金属加工部品を提供することである。

本発明者らによれば、金属加工用油剤組成物のアミン価を特定の範囲とし、酸価とアミン価との比率を特定範囲とし、かつアミン価の特定範囲以上を第３級アルカノールアミンによるものとすることにより、係る目的を達成できることがわかった。すなわち、本発明により、以下の金属加工油剤組成物、それを用いた金属加工方法及び加工部品を提供する：
１． 下記成分（Ａ）〜（Ｃ）：
（Ａ）基油として、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油からなる群から選ばれる少なくとも１種、
（Ｂ）アミンとして、少なくとも第３級アルカノールアミン、及び
（Ｃ）カルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体、
を含有し、
全構成成分のアミン価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、全構成成分の酸価（ＡＶ）とアミン価（ＢＮ）の比率（ＢＮ／ＡＶ）が１．０〜２．０であり、アミン価の２５％以上が第３級アルカノールアミンによるものであり、炭素数２〜８のヒドロキシカルボン酸を含まない金属加工用油剤組成物。
２． （Ｂ）第３級アルカノールアミンが、ブチルジイソプロパノールアミン、ジブチルモノイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジブチルエタノールアミン、シクロヘキシルジエタノールアミン及びこれらの混合物からなる群から選ばれる前記１項記載の金属加工用油剤組成物。
３． （Ｂ）第３級アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、ジブチルエタノールアミン及びこれらの混合物からなる群から選ばれる前記２項記載の金属加工用油剤組成物。
４． 組成物の全質量を基準として、（Ａ）基油の含有量が３０質量％以上であり、（Ｂ）第３級アルカノールアミンと（Ｃ）カルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体との合計量が７０質量％以下である前記１〜３のいずれか１項記載の金属加工油剤組成物。
５． 鉱油が、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓのものであり、合成炭化水素油が、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓのものであり、合成エステル油が、４０℃における動粘度が５〜６０ｍｍ²／ｓである、前記１〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
６． 合成エステル油が２−エチルヘキサノールのカルボン酸エステル及び／又はトリメチロールプロパンのカルボン酸エステルであり、そのカルボン酸成分が、オレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
７． 切削油剤組成物又は研削油剤組成物である前記１〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
８． 前記１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物を、そのまま又は０．５質量％以上の濃度で水に希釈して使用することを特徴とする金属加工法。
９． 前記１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物を用いて加工して製造される金属加工品。

本発明により、優れた切削性を有する金属加工油剤、それを用いる金属加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工部品を提供することができる。

（Ａ）基油は、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する。
鉱油としては、例えばナフテン系及びパラフィン系の鉱油などが挙げられる。
合成炭化水素油としては、例えばポリα−オレフィン、ポリブテン、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、アルキルベンゼンなどが挙げられる。このうち、アルキルベンゼンが好ましく、アルキル基の炭素数は１０〜２６が好ましい。

合成エステル油としては、例えば２−エチルヘキサノール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、ソルビトールなどのアルコールとカルボン酸とのエステルなどが挙げられる。ここで、カルボン酸としては、例えばオレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸、その他、動物、魚、植物、穀物などの天然油脂から得られる脂肪酸などが挙げられる。合成エステル油の具体例としては、例えば２−エチルヘキシルオレエート、２−エチルヘキシルステアレート、２−エチルヘキシルパルミテート、トリメチロールプロパントリオレート、トリメチロールプロパントリステアレート、トリメチロールプロパントリパルミテート、グリセリントリオレート、グリセリントリパルミテート、グリセリントリステアレート、ペンタエリスリトールジオレート、ペンタエリスリトールテトラオレエート、ネオペンチルグリコールオレート、ネオペンチルグリコールステアレート、ソルビタントリオレート、ソルビタンモノオレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノステアレートなどが挙げられる。このうち、２−エチルヘキサノールのカルボン酸エステル及び／又はトリメチロールプロパンのカルボン酸エステルであり、そのカルボン酸成分が、オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。なかでも、２−エチルヘキシルパルミテート、トリメチロールプロパントリオレートが好ましい。

これらの基油は、単独、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましくは、本発明の基油は、合成エステル油を含み、さらに鉱油を含んでもよいが、合成エステル油単独であることがより好ましい。
本発明の基油は、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油以外の基油をさらに含んでもよい。鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油以外の基油としては、天然油脂、天然油脂誘導体、エーテル油、シリコン油、フッ素油などが挙げられる。天然油脂としては、例えば菜種油、大豆油、ひまし油、ヤシ油、パーム油、牛脂、ラードなどが挙げられる。天然油脂誘導体としては水添菜種油、水添大豆油、水添ひまし油、水添ヤシ油、水添パーム油、水添牛脂、水添ラードなどの水素添加物、及びアルキレンオキシドを付加したひまし油などが挙げられる。エーテル油としてはアルキルジフェニルエーテル、ポリアルキレングリコールなどが挙げられる。シリコン油としてはジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンなどが挙げられる。フッ素油としてはパーフルオロポリエーテル、ポリ三フッ化塩化エチレンなどが挙げられる。
本発明の基油が、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油以外の基油を含む場合、基油中の、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油以外の基油の含有量は、７０質量％以下であるのが好ましい。より好ましくは、本発明の基油は、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油以外の基油を含まない。

（Ａ）鉱油の４０℃における動粘度は、好ましくは１５〜１００ｍｍ²／ｓであり、より好ましくは２０〜９０ｍｍ²／ｓである。このような範囲であると潤滑性の点で優れる。
（Ａ）合成炭化水素油の４０℃における動粘度は、好ましくは１５〜１００ｍｍ²／ｓであり、より好ましくは２０〜９０ｍｍ²／ｓである。このような範囲であると潤滑性の点で優れる。
（Ａ）合成エステル油の４０℃における動粘度は、好ましくは５〜１００ｍｍ²／ｓであり、より好ましくは５〜６０ｍｍ²／ｓである。このような範囲であると潤滑性の点で優れる。
本発明の基油が２種以上の混合油の場合、４０℃における動粘度は、好ましくは１５〜９０ｍｍ²／ｓ、より好ましくは２０〜９０ｍｍ²／ｓである。鉱油と合成エステル油との混合油の場合、４０℃における動粘度は、好ましくは２０〜６０ｍｍ²／ｓである。このような範囲であると潤滑性の点で優れる。
（Ａ）基油の含有量は、本発明の金属加工油剤組成物の全質量を基準として、好ましくは３０質量％以上であり、より好ましくは４５質量％以上である。このような範囲であると潤滑性の点で優れる。

（Ｂ）第３級アルカノールアミンとしては、例えばブチルジイソプロパノールアミン、ジブチルモノイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジブチルエタノールアミン、シクロヘキシルジエタノールアミンなどが挙げられる。これらを単独で又は２種以上を組合せて使用することができる。このうち、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、ジブチルエタノールアミン及びこれら３種の混合物が好ましい。
本発明の金属加工用油剤組成物は、（Ｂ）第３級アルカノールアミン以外のアミンを含有してもよい。このようなその他のアミンとしては、例えば、第１級アミンとして、ブタノールアミン、ヘキサノールアミン、オクタノールアミン、ドデカノールアミン、２−（２−アミノエトキシ）エタノール、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、アミノメチルプロパノール、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、メタキシレンジアミン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。このうち、２−（２−アミノエトキシ）エタノール、モノイソプロパノールアミンが好ましい。

第２級アミンとしてはジイソプロパノールアミン、モノブチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルエタノールアミン、エチルエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジベンジルアミンなどが挙げられる。このうち、ジイソプロパノールアミン、モノブチルエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジベンジルアミンが好ましい。
アミンの含有量は、本発明の金属加工油剤組成物の全質量を基準として、好ましくは０．１〜３０質量％であり、より好ましくは５〜２０質量％である。このような範囲であると、本発明の金属加工用油剤組成物は、耐腐敗性、ｐＨ維持性、及び皮膚低刺激性の点で優れる。

（Ｃ）カルボン酸としては、例えばカプリル酸、ノナン酸、イソノナン酸、デカン酸、ネオデカン酸、ウンデカン酸、ウンデシレン酸、ドデカン酸、ドデカン二酸、トリデカン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、リノール酸、オレイン酸、１２−ヒドロキシオクタデセン酸などが挙げられる。その他、動物、魚、植物、穀物などの天然油脂から得られる脂肪酸でも良い。このうち、ネオデカン酸、ドデカン二酸、イソステアリン酸、オレイン酸及びこれら４種の混合物が好ましい。
カルボン酸誘導体としては、ひまし脂肪酸重縮合物があげられる。特に２〜６量体が好ましい。
（Ｃ）カルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体の含有量は、本発明の金属加工油剤の全質量を基準として、好ましくは０．１〜５０質量％であり、より好ましくは１０〜４０質量％である。このような範囲であると乳化安定性及び原液の安定性の点で優れる。

本発明の金属加工用油剤組成物は、全構成成分のアミン価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇである。全構成成分のアミン価をこのような範囲であると優れた切削性を得ることができる。全構成成分のアミン価は、好ましくは２０〜８０ｍｇＫＯＨ／ｇである。このような範囲であると切削性に優れる。
本発明の金属加工用油剤組成物は、全構成成分の酸価（ＡＶ）とアミン価（ＢＮ）の比率（ＢＮ／ＡＶ）が１．０〜２．０である。このような範囲であると切削性に優れる。全構成成分の酸価（ＡＶ）とアミン価（ＢＮ）の比率（ＢＮ／ＡＶ）は、好ましくは１．２〜２．０である。このような範囲であると切削性、耐腐敗性に優れる。
なお、本発明の組成物のアミン価は、ＪＩＳ Ｋ２５０１に記載の塩基価の測定法に従って測定することができる。本発明の組成物の酸価は、ＪＩＳ Ｋ２５０１に従って測定することができる。本発明において、各原料の酸価、アミン価を個別に測定し、配合量に応じた合計値を、組成物のアミン価及び酸価とする。
本発明の金属加工用油剤組成物は、アミン価の２５％以上が第３級アルカノールアミンによるものである。第３級アルカノールアミンの量をこのような範囲であると切削性に優れる。好ましくは、アミン価の４５％以上が第３級アルカノールアミンによるものである。このような範囲であると切削性に優れる。

本発明の金属加工油剤組成物のｐＨ（２５℃）は、原液を純水で５質量％に希釈した液において、好ましくは７．０〜９．５、さらに好ましくは８．０〜９．５である。ｐＨが７．０未満では、耐腐敗性が低下する場合があり、ｐＨが９．５を超えると、皮膚刺激性が高くなる場合があるので好ましくない。
本発明の金属加工用油剤組成物は炭素数２〜８のヒドロキシカルボン酸を含まないことを特徴とする。炭素数２〜８のヒドロキシカルボン酸を含む場合には、乳化性能が劣る場合がある。
本発明の金属加工用油剤組成物は、引火防止の観点から水を含有しても良い。水の含有量は、本発明の金属加工油剤の全質量を基準として、３〜４０％質量％が好ましい。

本発明の金属加工油剤組成物には、界面活性剤、乳化剤、消泡剤、防腐剤、及びその他添加剤（例えば、極圧添加剤、防錆剤、防食剤（例えば１，２，３−ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系防食剤）、粘度指数向上剤、酸化防止剤、イオン封鎖剤等）を適宜添加することができる。
界面活性剤としては、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでもよい。ノニオン界面活性剤が好ましい。ノニオン界面活性剤としては、グリフィンの式であらわされるＨＬＢが４〜１４のものが好ましい。例えば、ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキル（アルケニル）エーテル（重量平均分子量３００〜２０００程度）；ラウリルアミンＥＯ付加物（ＥＯ付加モル数２〜１５）、ココアミンＥＯ付加物等の高級アミンのアルキレンオキサイド付加物；C12-14アルコールEO,PO付加物等の高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物；トリデシルアルコール等の高級アルコール等があげられる。界面活性剤は、単独で用いても二種以上を併用してもよい。高級アミンのアルキレンオキサイド付加物が好ましい。ラウリルアミンＥＯ付加物（ＥＯ付加モル数４〜１０）がより好ましい。
本発明の組成物に含まれるアミンとカルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体とが一緒になって界面活性剤を構成する。この界面活性剤と任意の界面活性剤との合計量は、本発明の金属加工油剤の全質量を基準として、５〜６０質量％であるのが好ましく、１０〜５０質量％であるのがより好ましい。このような範囲であると希釈液の乳化および、原液の安定性が優れる。

本発明の金属加工用油剤組成物は、切削油剤、研削油剤、転造加工油剤、プレス加工油剤、塑性加工油剤などとして使用することができる。
本発明の金属加工用油剤組成物は、そのまま又は水で希釈して０．５質量％以上の濃度で使用するのが一般的である。希釈方法としては、手動での撹拌の他に、ラインミキサー、ホモジナイザー、ホモミクサー、モントン−ゴーリン分散機などを用いてもよい。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。なお、本発明の範囲は、かかる実施例に限定されないことはいうまでもない。

実施例及び比較例の金属加工用油剤を下記表に示す。表中の成分欄の数値は、原液（水で希釈する前の組成物）中の各成分の質量％を示す。各金属加工用油剤について切削性能を以下の試験方法により評価した。結果を下記表に示す。
（切削性試験）
下記被削材を用いて、下記条件にてφ１３．０のリーマ加工を行った。
工具 ： φ１３．０ｍｍガンリーマ
被削材 ： ＡＤＣ１２
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
送り ： ０．１３ｍｍ／ｒｅｖ
下穴 ： １２．５ｍｍエンドミル
リーマ代： ０．５ｍｍ／径
切削長 ： ３８ｍｍ（貫通）
濃度 ： 原液を水道水で５ｍａｓｓ％に希釈
評価方法： 十点平均粗さ表面粗さ（Ｒｚ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２）測定
判定基準： 十点平均粗さ表面粗さが１４μｍ未満を合格とする

Claims (6)

1. 下記成分（Ａ）〜（Ｃ）：
   （Ａ）基油として、鉱油、合成炭化水素油及び合成エステル油からなる群から選ばれる少なくとも１種、
   （Ｂ）アミンとして、少なくとも第３級アルカノールアミンと、第１級アミン又は第２級アミンとの組み合わせ、及び
   （Ｃ）カルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体、
   を含有し、
   全構成成分のアミン価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、全構成成分の酸価（ＡＶ）とアミン価（ＢＮ）の比率（ＢＮ／ＡＶ）が１．０〜２．０であり、アミン価の２５％以上が３級アルカノールアミンによるものであり、炭素数２〜８のヒドロキシカルボン酸を含まない、切削油剤組成物又は研削油剤組成物である金属加工用油剤組成物。
2. （Ｂ）第３級アルカノールアミンが、ブチルジイソプロパノールアミン、ジブチルモノイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジブチルエタノールアミン、シクロヘキシルジエタノールアミン及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１記載の金属加工用油剤組成物。
3. （Ｂ）第３級アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、ジブチルエタノールアミン及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項２記載の金属加工用油剤組成物。
4. 組成物の全質量を基準として、（Ａ）基油の含有量が３０質量％以上であり、（Ｂ）第３級アルカノールアミンと（Ｃ）カルボン酸及び／又はカルボン酸誘導体との合計量が７０質量％以下である請求項１〜３のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
5. 鉱油が、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓのものであり、合成炭化水素油が、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓのものであり、合成エステル油が、４０℃における動粘度が５〜６０ｍｍ²／ｓである、請求項１〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。
6. 合成エステル油が２−エチルヘキサノールのカルボン酸エステル及び／又はトリメチロールプロパンのカルボン酸エステルであり、そのカルボン酸成分が、オレイン酸、パルミチン酸及びステアリン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤組成物。