JPH0215113A - 金属加工油 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な金属加工油に関し、詳しくは鉄鋼および
その他の金属の熱処理および放電加工に使用される際の
炭素質の生成が少ない金属加工油に関する。

従来の技術 今日、鉄鋼およびその他の金属の熱処理に使用される熱
処理油は、例えば焼入れ油として使用される場合、酸化
安定性ならびに安全性さらには冷却性（焼入れ性）およ
び光輝性に優れていることが要求される。

これらの要求性能のうち、冷却性については、一般に油
溶性高分子物質を添加することによって適宜調整できる
こと、また、光輝性については、少量の有機酸、エステ
ル類の添加が有効なことが知られており、現在の市販熱
処理油は、鉱油を主成分とし、必要に応じてこれらのも
のを添加したものか主となっている。

しかし、高温にさらされるために、性状の劣化を起こし
、さらには炭素質か生成し、他の要因と絡んでスラッジ
生成の原因となり、これらの劣化生成物が被処理物表面
に付着し、光輝性を損なっていた。また冷却性について
も同様に変化し、所望の焼入れ性が得られなくなるなど
の現象を生じ、焼入れ条件の変更ないし更油等、煩雑な
管理が必要となるので、炭素質の生成が少ない、熱安定
性に優れた熱処理油の開発が望まれていた。

また、例えば放電加工は放電現象を人工的に設定し、そ
のエネルギーを利用した加工方法であり、放電現象の精
密さを利用した精密な加工が可能であるため、最近特に
金型加工を中心に多くの分野で使用されている。

放電加工の際には加工液が不可欠であり、電極と工作物
の間に加工液を存在せしめ、放電現象はこの加工液を透
過して行われる。加工液には一般に絶縁度の高い誘電体
液が使用される。放電加工の際には加工液を通して瞬間
的に放電が行われるため、加工液は局部的に高温にさら
され、加工液の一部は熱分解を生じ、熱分解生成物の重
縮合により炭素質物質が生成することは避けられない。

これらの炭素質物質による加工液の汚れは由々しき問題
であり、作業性を悪くし、さらには放電間隙の拡大等の
問題が生じる場合がある。したがって加工液を清浄に保
つためにフィルターによって濾過する必要が生じるが、
一般にこのような系で生じる炭素質物質は微細な（１μ
ｍ以下）粒子を含んでおり、フィルターに対する要求も
非常に厳しいものとなり、また設備が複雑になり、作業
も繁雑となる。したがってかかる炭素質物質の生成を抑
制する方法が望まれていた。

一方、水素供与性物質の存在は古くから知られており、
石炭液化あるいは重質油分解、ビスブレーキング等にし
ばしば使用されている。水素供与性物質として最も代表
的なものはテトラリン（テトラヒドロナフタレン）であ
るが２環以上の芳香環を有するか芳香環−環と五員環１
個とをともに有する化合物の水素化物が水素供与性を有
することはすでに公知である。しかし、これらの水素供
与性物質を熱処理油や放電加工油等の金属加工油使用時
における炭素質生成防止に適用しようという試みはなく
、またそのような目的の実験報告もない。本発明者は石
炭液化および重質油分解など分子量の減少を伴なう操作
における炭素質生成機構も金属加工油使用時における炭
素質生成機構も本質的には同一であることに着目し、金
属加工油使用時における炭素質生成に対して水素供与性
物質の存在が有効であることを実験により見出し、本発
明を完成するに至った。

発明が解決しようとする課題 本発明は、炭素質の生成が少なく、熱安定性に優れた金
属加工油を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は （ｉ）鉱油系基油及び／または合成系基油１００重量部
に対して、必須成分として （ｉ　ｉ）石炭系タールまたはこれを分留して得られる
油を水素化し、３５０℃以上での水素供与性が前記鉱油
系基油及び／または合成系基油の３倍以上である水素化
油０．１〜２０重量部を添加してなる、熱処理油または
放電加工油として使用される金属加工油を提供するもの
である。

以下、本発明の内容をさらに詳細に説明する。

本発明の鉱油系基油としては、具体的には例えば、灯油
、スピンドル油、マシン油、７０ペール油、５ＡＥ１０
．５ＡＥ２０．５ＡＥ３０．５ＡＥ５０、ブライトスト
ック等、各種グレードのものが使用される。また合成系
基油としては具体的には例えばポリブテン、α−オレフ
ィンオリゴマ、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン
、ジエステル、ポリオールエステル、ポリグリコール、
ポリフェニルエーテル、トリクレジルホスフェート、シ
リコーン油、パーフルオロアルキルエーテル、ジフェニ
ルアルカン、ノルマルパラフィン、イソパラフィン等が
使用される。

本発明の油を熱処理油として使用する場合は、上記の基
油はいずれも好ましく使用されるが、放電加工油として
使用する場合には、鉱油系基油としては例えば灯油、ス
ピンドル油、マシン油等が、合成系基油としては例えば
ポリブテン、α−オレフィンオリゴマー、アルキルベン
ゼン、アルキルナフタレン、ジエステル、ポリオールエ
ステル、ポリグリコール、シリコーン油、ノルマルパラ
フィン、イソパラフィン等が特に好まし２く使用される
。

本発明において基油に添加される水素化油は基油に対し
て水素供与性か優れていなければならない。そして高温
下で基油から炭素質物質が生成するかあるいは高分子物
質が生成するような条件下で水素を供与する物質でなけ
ればならない。また一方、基油は金属加工油それぞれの
用途に合致した性状のものが選ばれる。基油に対して加
えられる水素化油が多いと基油が本来有している性質が
損われ、金属加工油としての性能が失われる。したがっ
て、基油に対して添加される水素化油の量は少なくて効
果のあるものが好ましい。実用的な見地から基油に添加
される水素化油の量は基／１１］１００重量部に対して
０．１〜２０重量部であることが必要であり、好ましく
は１〜１５重量部、更に好ましくは２〜１０重量部であ
る。また、この場合、基油に対して加えられる水素化油
の水素供与性は基油の３倍以上、好ましくは５倍以上、
さらに好ましくは１０倍以上であることが必要である。

本発明者は、前述の条件を満たす水素化油として、石炭
系タールまたはこれを分留して得られる浦を水素化した
水素化油が有効であることを見出した。この石炭系ター
ルまたはこれを分留して得られる油は、２環以」二の芳
香環を有する化合物および芳香環−環と不飽和五員環１
個とをともに有する化合物を多く含有し、これを水素化
することにより水素供与性を有するようになる。通常基
油にも前記多環の芳香族化合物が含まれることが知られ
ているか、良好な水素供与性を有する化合物の含有量は
極めて少なく、基油の水素供与性が極めて低いことは実
験により確かめられている。

前記石炭系タールまたはこれを分留して得られる油とし
ては、洗浄油、アントラセン油、タール油、タール軽油
、カルポール油、ナフタレン油、ピッチ浦、クレオソ−
１・油、石炭液化油またはこれらの混合物が例示される
。

前記石炭系タールまたはこれを分留して得られる油の水
素化方法は任意であるが、通常水素化機能を有する触媒
の存在下で水素ガスにより水素化する方法が用いられる
。水素化機能を有する触媒としては、とくに制限はなく
、石油留分の水素化処理に用いる公知の触媒が使用でき
る。具体的には、周期律表第Ｖ〜第■族から選ばれた少
なくとモ一種の金属元素、特にニッケル、コバルト、モ
リブテン、バナジウムおよびタングステンから選ばれる
少なくとも一種の金属元素の硫化物、酸化物等をアルミ
ナ、シリカ、シリカ・アルミナ、カチオン置換ゼオライ
ト等の無機質担体に担持させたものあるいは芳香環核水
素化触媒、例えばニッケル、酸化ニッケル、ニッケルー
銅、白金、酸化白金、白金−ロジウム、白金−リチウム
、ロジウム、パラジウム、コバルト、ラネーコバルト、
ルテニウム等の金属を活性炭、アルミナ、シリカアルミ
ナ、けいそう土およびゼオライト等の無機質担体に担持
させたものが例示される。原料油をこれらの水素化機能
を有する触媒の存在下で水素化する際の条件は、前記石
油留分の水素化処理に用いられる触媒の場合には３００
℃〜４００℃、３０気圧〜１５０気圧であることが好ま
しく、また芳香環核水素化触媒の場合には１５０　’Ｃ
〜３００°Ｃ１３０気圧〜１５０気圧であることが望ま
しい。反応装置についてもとくに制限はなく、一般の固
定床反応装置を使用することによって良好な水素供与性
を有する水素化油を調製することができる。かようにし
て得られた水素化油中には水素供与性物質として、具体
的には例えば、ジヒドロナフタレン、テトラヒドロナフ
タレン、ジヒドロアントラセン、ジヒドロフェナントレ
ン、テトラヒドロアントラセン、テトラヒドロフェナン
トレン、オクタヒドロアントラセン、オクタヒドロフェ
ナントレン、５，６，７．８−テトラヒドロ２−ナフト
ール、］、、２，３．４−テトラヒドロキノリン等が含
まれ、これらの物質を単体で使用することも可能である
が、経済的見地から好ましくない。

本願において、これら炭化水素類の水素供与性を評価す
る方法は、以下の方法によって行う。これは、水素受容
体を用いて移行性水素の捕捉量から求める方法である。

すなわち、試料とアントラセン等の水素受容体を一定条
件で反応させ、反応後水素化された水素受容体の量をガ
スクロマトグラフィー等で分析する。

具体的には、所定量の炭化水素類試料およびアントラセ
ンを所定量（試料／アントラセン−１フ２重量比）撹拌
器付きオートクレーブに収容し、３５０℃以上、たとえ
ば３５０℃〜４５０℃の温度、圧力５０ｋｇ／ｃＪ　・
ｇ　（Ｎ２圧）、無触媒で３０分間反応させる。反応前
後の９，１０−ジヒドロアントラセン、１，４，５．８
−テトラヒドロアントラセン、１，２．３．４−テトラ
ヒドロアントラセン、１，４，５，８，９．１０−ヘキ
サヒドロアントラセン、１，２，３，４，５，６７．８
−オクタヒドロアントラセンならびに残存アントラセン
の量をガスクロマトグラフィーで分析する。これらアン
トラセンの水素化物生成に使用される水素は、水素供与
性を有する炭化水素類から供給されるので、これら炭化
水素類からアントラセンに移行した水素の量（水素原子
／ｒｎｏｌ：アントラセン）を求め、これを水素供与性
として測定する。

なお、この方法は、Ｙｏｋｏｎｏ　　Ｔ　　　Ｍａｒｓ
ｈ　　Ｈ，ａｎｄ　　Ｙｏｋｏｎｏ　　Ｍ、　　　Ｆｕ
ｅ　ｌ、６０，６０．７　（１９８１）に記載されてい
る方法に準したものである。

このような物質を基油に加える方法としては製油所で基
油を製造する段階で加えることもできるし、金属加工油
を使用する段階で使用者側で添加することも可能である
。さらには、基油を製造する段階で、石炭系タールまた
はこれを分留して得られる２環以上の芳香環を有するか
または一環の芳香環と一個の五員環をともに有する化合
物を含有する油を基油とともに水素化し、基油を製造す
ると同時に水素化物を得ることも可能である。

また、本発明の金属加工油にはその性能を向上させる目
的で各種添加剤を加えてもよい。このような添加剤とし
ては、例えば酸化防止剤、清浄分散剤、さび止め剤、エ
チレン−プロピレンコポリマー等の高分子物質等が挙げ
られる。また、来光明の金属加工油を熱処理油として使
用する場合、上記の添加剤の他にさらに光輝性改良剤、
アスファルト、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリ
ロニトリル−スチレン樹脂、ポリメタクリレート、シリ
コーン樹脂、ポリビニルブチラール等の冷却性向上剤な
どを添加してもよい。

本発明の金属加工油は焼入れ、焼戻し、焼なまし等の熱
処理ならびに放電加工等の金属加工に有効である。

実施例 本発明につき、以下の実験、比較実験、比較例により更
に詳細に説明する。

実験１〜３、比較実験１〜３ 金属加工油基油と石炭系タールまたはこれらを分留して
得られる留分を水素化した水素化油の水素供与性を比較
するために次のような実験を行った。金属加工油基油と
しては灯油、５ＡＥ３０．５ＡＥ５０　（いずれも水素
化精製したもの）を、水素化油の例としてアントラセン
油、クレオソート油および洗浄油を使用した。実験方法
は前述の実施例、 方法によって行った。

すなわち、試料とアントラセンを一定条件で反応させ、
アントラセンに添加した水素の量から水素移行量を求め
る方法によった。

前記灯油、５ＡＥ３０および５ＡＥ５０の基油をアント
ラセンと一定条件（表１）で反応させ、反応後９．］０
−ジヒドロアントラセン、１，２゜３．４−テトラヒド
ロアントラセン、１，４，５゜８−テトラヒドロアント
ラセン、１，４，５，８゜９．１０−へキサヒドロアン
トラセンおよび１゜２．３，４，５，６，７．８−オク
タヒドロアントラセンおよびアントラセンの量をガスク
ロマトグラフィーで分析した。この結果、各基油からア
ントラセンに移行した水素の量がわかる。結果を表３に
示す。

一方、アントラセン油、クレオソート油および洗浄油を
一定条件（表２）で水素化した水素化物とアントラセン
を表１の条件で反応させ、反応後の９，１０−ジヒドロ
アントラセン、１，２，３゜４−テトラヒドロアントラ
セン、１，４，５．８テトラヒドロアントラセン、１，
４，５，８９，１０−ヘキサヒドロアントラセン、１．
２３．４　５，６，７．８−オクタヒドロアントラセン
ならびにアントラセンの量をガスクロマトグラフィーで
分析した。反応前後のこれらの増減を求め、アントラセ
ン油、クレオソート浦および洗浄油路水素化物からアン
トラセンに移行した水素移行量（原子／ｍｏｆアントラ
セン）を求めた。各基油からアントラセンに移行した水
素の量ならびにアントラセン油、クレオソート浦および
洗浄油路水素化物からアントラセンに移行した水素の量
をまとめて表３に示す。

この結果、各基油からの水素の移行量は非常に小さく、
一方、各水素化油からの水素の移行量はかなり大きい。

すなわち各水素化油の水素供与性は基油の３倍以上、た
とえば２０〜３０倍あることがわかる。

表１ 水素供与性の実験条件 表２゜ アントラセン油、 クレオソート油 および洗浄油の水素化条件 実施例１、比較例１ 第１図に示す熱安定性試験装置により、比較例１では比
較実験２に示した５ＡＥ−３０基油を、また一方、実施
例１では５ＡＥ−３０基油１００重量部に同じく実験１
に示した水素化アントラセン油を５重量部添加したもの
を試料として熱安定性試験を行った。すなわち第１図に
示すとおり恒温槽中に試料油を入れ、油温は１００℃に
維持し、赤熱したニクロム線（表面温度９００’Ｃ）を
２０秒間試料油に浸し、４０秒間油から引上げる操作を
１５００回繰返した。気相は油の燃焼を防ぐために窒素
でパージした。その後試料油を取出し、目視で炭素質の
有無を確認したのちトルエン不溶分を測定した。結果は
次のとおりであった。

実施例１：炭素質の生成は目視で認められないトルエン
不溶分　０．０７ｗｔ％ 比較例１：炭素質の生成が目視で認められるトルエン不
溶分　２．１３νｔ％ 実施例２、比較例２ 実施例１、比較例１と同じく第１図に示す熱安定性試験
装置により、比較例２では比較実験３に示した５ＡＥ−
５０基油を、また一方、実施例２では５ＡＥ−５０基油
１００重量部に同じく実験２に示した水素化クレオソー
ト油のうち沸点２５０°Ｃ以下の軽質分を除いたものを
５重量部添加したものを試料として熱安定性試験を行っ
た。すなわち、第１図に示すとおり恒温槽中に試料油を
入れ、油温は１００℃に維持し、赤熱したニクロム線（
表面温度９００℃）を２０秒間試料油に浸し、４０秒間
油から引上げる操作を１５００回繰返した。気相は油の
燃焼を防ぐために窒素でパージした。その後試料油を取
出し、目視で炭素質の有無を確認したのちトルエン不溶
分を測定した。結果は次のとおりであった。

実施例２：炭素質の生成は目視で認められないトルエン
不溶分　０．０５ｗｔ％ 比較例２：炭素質の生成が目視で認められるトルエン不
溶分　３．０５ｗｔ％ 実施例３、比較例３ 第２図に示す放電加工装置により、表４に示す加工条件
で深穴加工を行った。基油としては灯油を用い、比較例
３においては水素化油を添加せず、実施例３に粕いては
石炭系タールから得られた洗浄油を表２に示す水素化条
件で水素化した水素化油を灯油１００重量部に対して５
重量部添加したものについて全く同一の条件で加工を行
い、作業終了後の液について目視で観察するとともにト
ルエン不溶分の測定を行い、その結果を表５に示した。

表４゜ 放電加工条件 表５゜ 放電加工実験の結果 以上の各実施例から次の点か明らかである。

（１）金属加工油基油の水素供与性は小さい。

（２）石炭系タールから得られた製品の水素化物の水素
供与性は金属加工油基油に比較して非常に大きい。

（３）金属加工油基油に上記石炭系タールから得られた
製品の水素化物を加えると炭素質の生成が大幅に減少す
る。

（４）上記石炭系タールから得られた製品の水素化物は
多くは必要とせず、上記の例では数％で十分効果か発揮
される。

発明の効果 以上のように、石炭系タールまたはこれを分留して得ら
れた油のうち所定の水素供与性を有するものを金属加工
油に少量加えることによって、金属加工油使用時におけ
る炭素質の析出が制限され、しかも基油の有する性状を
損うことなく使用されることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において用いる熱安定性試験装
置を示す略示図、 第２図は放電加工装置 を示す略示図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕 （ｉ）鉱油系基油及び／または合成系基油１００重量部
   に対して、必須成分として、 （ｉｉ）石炭系タールまたはこれを分留して得られる油
   を水素化し、３５０℃以上での水素供与性が前記鉱油系
   基油及び／または合成系基油の３倍以上である水素化油
   ０．１〜２０重量部 を添加してなる、熱処理油または放電加工油として使用
   される金属加工油。 〔２〕前記石炭系タールまたはこれを分留して得られる
   油が、洗浄油、アントラセン油、タール油、タール軽油
   、カルボール油、ナフタレン油、ピッチ油、クレオソー
   ト油、石炭液化油またはこれらの混合物である請求項１
   に記載の金属加工油。