JPS62241994A - 金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤 - 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】 本発明は、金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤、すな
わち、金属材料の引抜き、絞り、圧延。

鍛造等の冷間塑性加工に使用する油状潤滑剤に関する。

〈従来技術〉 金属材料の引抜き、絞り、圧延、鍛造等の冷間塑性加工
に際しては、金型やダイス等と被加工材である鋼管や鋼
板との摩擦損傷（焼付）を防ぎ、加工製品の品質の向上
及び工具の摩耗抑制を期するため、種々の形態で潤滑剤
が付与される。

従来の油性潤滑剤としての引き抜き油やプレス油は、鉱
物油または合成潤滑油をベース油とし、油性向上剤と、
極圧添加剤が用いられている。しかし、耐焼付性が悪く
、加工度が高くなり被加工材と工具との接触領域が増加
すると、油膜切れを生じ焼付が発生し易く、比較的軽度
な加工（例えば、空引き）にしか適用できず、厳しい加
工条件での鋼管用！にき等、に使用することは全く不可
能であった。また、極圧添加剤を含有しているので金属
を腐食させる弊害がある。

ちなみに、従来の油状潤滑剤は、ベース油としての合成
潤滑油にはボリブデン、α−オレフィンオリゴマー、ポ
リエチレングリコール等が、また、油性向上剤には油脂
、炭素数１０以上の飽和及び不飽和の脂肪酸、脂肪酸エ
ステル、リン酸エステル、アルコール等が、また、極圧
添加剤には塩素または硫黄を含む化合物がそれぞれ用い
られている。

ベース油とは、油性潤滑剤と極圧添加剤を均一にかつ安
定に溶かして潤滑の必要な箇所へ送り込む働きのある物
質（キャリアー）であり、鉱物油や合成潤滑油は１強い
極性基を持たないので潤滑性（耐焼付性）に乏しく単独
では潤滑剤とはなり得ないが、酸化、劣化等の化学変化
が少いことからベース油として用いられる。

油性向上剤とは、ベース油によって潤滑の必要な金属摩
擦面へ送り込まれて吸着して潤滑効果を発揮する物質で
あり、油脂、脂肪酸等は、長鎖状化合物で分子量が大き
く、分子の一端に強力な極性基を有しており、該極性基
の作用で金属面に強く吸着し配列して吸着膜を作り、か
つ該吸着膜を配列した長い分子鎖間の相互引力により強
固にして潤滑効果（摩擦低下作用）を発揮する。しかし
、温度の上昇とともに分子の配列が乱れ、大体１５０℃
で離脱して潤滑効果を失う、油性向上剤はおよそ１５０
℃以上になると潤滑効果を発揮しないので、過酷な潤滑
条件での油性向上剤の配合は全く効果がなく、ために高
温で潤滑効果を発揮する極圧添加剤が配合される。

極圧添加剤とは、油性向上剤と同様、ベース油によって
潤、滑の必要な金属摩擦面へ送り込まれ、塑性加工度を
大きく被加工材と工具との接触領域が増加して高温・高
圧の極圧状態になることにより金属と化学反応して金属
表面に皮膜を形成し、摩耗を少くして焼付けを防止し、
潤滑剤の耐焼付性を向上させる働きのある物質である。

塩素または硫黄を含む化合物は、それぞれ反応温度域が
異なるので目的や用途に応じてベース油及び油性向上剤
と組合せて用いられる。塩素を含む極圧添加剤は塩素化
パラフィンが使われることが多く、１５０〜２５０℃で
熱分解により、ｃ　−ｃ　ｌ結合が切れＣ見２　または
Ｈｃｌを生成して極圧潤滑作用を発揮する。しかし、水
が存在すると加水分解し、Ｈｃｌを遊離して著しい耐食
性を示す欠点がある。硫黄化合物の境界潤滑温度域は大
体２５０〜３５０℃である。

なお、従来の油性潤滑剤としては、上記三成分の他に、
耐焼付性を向上させる目的で黒鉛や二硫化モリブデン等
の固体潤滑剤を混合したものもあるが、焼付が発生し易
く、比較的軽度な加工（例えば、空引き）にしか適用で
きない点は同様である。また、固体潤滑剤の存在により
給油が困難になったり金型へ蓄積したりメンテナンスを
悪化させる等の問題がある。

畝上のように、油性潤滑剤は、ベース油によって油性向
上剤と極圧添加剤が金属摩擦面に送り込まれて吸着し、
常温から大体１５０℃までの温度域では、油性向上剤が
油膜を維持する流体潤滑領域として該油性向上剤が潤滑
効果を発揮し、さらに温度が高い加工条件が厳しい境界
潤滑領域においては極圧添加剤が油膜を維持して潤滑効
果を発揮するものであるが、油状潤滑剤の実際の潤滑効
果の程度は、耐焼付性が悪いために、鋼管引抜き等には
軽便性加工にしか使用できないでいる。

しかしながら、油性潤滑剤は、被加工金属面へ油状潤滑
剤を供給するだけであり潤滑処理の簡単で、工程が簡単
になり、加工後の除去容易性も優れている。

そこで従来において、潤滑剤の耐焼付性を高める方法が
以下に述べるように種々に行われている。

例えば、鋼管の冷間引抜き加工には、 ａ、鋼管に予め化成液！ｌ（例えば、リン酸塩被膜やシ
ュウ酸被膜）処理を施すとともに二次潤滑剤（例えば、
油やステアリン酸ソーダの如き金属石鹸）を付与する、 ｂ、鋼管に予め合成樹脂の液状物（合成樹脂を水で乳化
するか、溶剤で溶かした液）をコーティングして乾固す
る。

という方法があり、 また板状金属材料の絞り加工には。

Ｃ１粘度を特に高めたプレス油を直接付与して潤滑被膜
を厚くする、 ｄ、プレス油に極圧添加剤を添加したものを直接付与す
る、 ｅ、塩化ビニール樹脂等の合成樹脂の溶液をコーティン
グして乾固する。

ｆ１合成樹脂フィルムを被加工面に直接貼着する、 という方法がある。

しかしながら、これらは、潤滑処理の簡単さ。

加工後の除去容易性、金属表面の肌のクリーン度の点に
おいて満足しているとは言えない、具体的に言えば。

上記ａは、加工度が高くて十分な潤滑機能を発揮するが
、化学反応型の潤滑剤であるから処理後の管理が面倒で
あり、かつその寿命が短いために廃液処理を頻繁に行う
必要があって経済性に問題があるとともに、公害発生の
原因となることもあり得る。加えて、潤滑被膜の密着性
が容易であり過ぎるために、加工後に製品から被膜を除
去することが困難であり、さらに化学反応型の処理であ
るため、耐食性の強い材料では化成処理自体が困難であ
り、均一な化成被膜を形成することができない欠点があ
る。

上記すは、金属材料の表面に被膜を物理的に接着させる
ものであり、上記ａよりも優れた潤滑特性を有する潤滑
剤が開発されている。しかし、潤滑被膜を得るために強
度な乾燥が必要である欠点がある。加工後の除去容易性
については、潤滑被膜が強い程容易でない。

上記Ｃは、粘度が高まるに連れ作業性を悪くさせる欠点
があり、上記ｄは、ある程度抑制された腐食反応である
た、め、水の存在等で著しい腐食性を示すという欠点が
ある。

上記ｅ、ｆは、引抜き油やプレス油では達成できなかっ
た高加工度の引抜きや深絞りが可能であるが、強度な乾
燥や樹脂被膜の貼着作業が必要である上、引抜、き油や
プレス油に比べかなり高価になるという欠点がある。

このように、従来の潤滑剤は、それぞれ特色を有するも
ののいずれも多少の問題を抱えている。

〈発明の目的〉 本発明は、上述した点に鑑み案出したもので、流体潤滑
債域から境界潤滑領域にわたり、従来の化成被膜処理法
あるいは合成被膜処理法にほぼ同等の耐焼付性を有する
とともに、金属材料に対する腐食性がない金属材料の冷
間塑性加工用油状潤滑剤を提供するものである。

〈発明の構成〉 本発明の冷間塑性加工用油状潤滑剤は、ポリアクリル酸
２エチル−ヘキシルエステル及びポリメタクリル酸ラウ
リルエステルのいずれかのポリマーまたは両ポリマーに
、常温において液状でありかつ前記ポリマーに相溶性を
有する油性向上剤の内のいずれか一種または二種以上配
合したものがうすめ油として、所要割合で配合されてな
ることを特徴とするものであり、常温において液状であ
りかつ前記ポリマーに相溶性を有する油性向上剤として
は、精製ラード、オレイン酸、リン酸エステル、ヒンダ
ードエステル、イソステアリン酸、またはＣｔＳ飽和高
級アルコール等が挙げられる。

以下、本発明を上記要旨とした過程を詳細に説明する。

本発明者らは、各種潤滑処理形態の中で耐焼付性につい
ては最も悪いが、工程を単純化できるとともに加工後の
除去容易性が優れている油状潤滑剤について、金属に対
する腐食性をなくすとともに、従来の化成処理法あるい
は被膜処理法に匹敵する耐焼付性を保有させ、鋼管の引
抜き等に実用させるべく研究開発に取りかかった。

そこで先ず１本発明者らは、従来の油性潤滑剤の欠点を
再確認することとした。

■極圧添加剤を含むことが金属に謝する腐食性を有する
ものであり、極圧添加剤を含ませる以上はこれを避けら
れないこと。

■ベース油となっている鉱物油や合成潤滑油は。

高温高圧下における化学的安定性があるが、耐焼付性が
著しく低いこと、そして、これがために。

油性向上剤と極圧添加剤を含有させていること。

本発明者らは、上記の認識に基いて、極圧添加剤を使用
しないとともに、境界潤滑領域（高温高圧下）でも化学
的安定性（非反応性）があり耐焼付性（油膜強度の度合
）が従来よりはるかに高い物質を、高分子化合物の中か
ら探索することとした。

高分子化合物（ポリマー）は、分子量がきわめて多いも
のは化学的安定性が高く、ベース油として適すると考え
、さらに耐焼付性が優れたものが存在するであろうと予
測した。そこで、無数にある高分子化合物の中から、溶
解の必要のないもの（＝常温においてペースト、粉粒ま
たは段塊でないもの）を選び出すこととした。その結果
、常温において液状であるものとして、■ポリブテン、
■エチレンとα−オレフィンの共重合物、■ホリブタジ
エン、■ポリアクリル酸ブチルエステルの四物質を見い
出した。そうして、それらの物性（平均分子量と粘度）
を調べ、第１表を得た。続いて、これら四物質について
、潤滑特性の評価法であるバウデン試験と引張試験を行
って、第２表及び第３表を得た。なお、バウデン試験は
、ステンレス鋼（ＳＯ５３０４）の表面に各供試剤を塗
布し、試験温度は１００℃に保ち、塗布面に直径３／１
Ｂ’　の鋼球を荷重２Ｋｇで押圧し、速度０．８濡麿／
ｓｅ　ｃで往復運動させて供試剤の摩擦係数の変化を調
べた。

そして、初期回の摩擦係数勝及びル＝０．２になるまで
の摩擦回数を耐焼付性として評価した。

第１表（物性） 第２表（バウデン試験） 第３表（引張試験） 第２表において、■の摩擦係数鉢は０．１６０であり、
これは、ｎ滑剤として適する一般的な最大限界値ｏ、ｚ
ｉよりもかなり小さく、また摩擦係数湊が０．２を越え
るまでの摩擦回数も１００以上と飛躍的に大きい、そし
て、第参表でものは引張試験に対してきわめて高い値を
示した。

従って、■〜＠の供試剤の内、■のポリアクリル酸ブチ
ルエステルのみが良好であると判断した。

そこで本゛発明者らは、ポリアクリル酸ブチルエステル
に類似する分子構造を有する高分子化合物も、潤滑性能
が高いだろうと考え、ポリアクリル酸類、ポリメタクリ
ル酸類、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの
共重合物の中から常温において液状のものを探索した。

ポリアクリル酸類は、Ｔｇ　　（ガラス転移点）が低い
ので、エステル部分の炭素数にもよるが常温で液状のも
のが多い。

ポリメタクリル酸類は、概してＴｇが高いので常温で粉
状もしくは固°体状で存在することが多いが、中でも常
温で液状なものとして見い出したものはポリメタクリル
酸ラウリルエステルとポリメタクリル酸２エチル−ヘキ
シルエステルであった。

アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの共重合物
は、常温で粘稠すぎるか固形状であるので、液状潤滑剤
を得んとする目的に合わないと判断し除外した。

第４表は１選出した高分子化合物の物性（平均分子量と
粘度）を示す、第５表及び第６表は、耐焼付性について
引抜試験をした結果を示す。

第５表、第６表に示す通り、第４表に選出した高分子化
合物はいずれも市販品より良好であった。特に、好まし
いのは、■と■であった。

第５表、第６によれば、第４表に選出した高分子化合物
はいずれも市販品に比べ粘度が高いので、本発明者らは
それらの単独での使用は作業性が悪くなると予想した。

ちなみに、通常の作業において５０℃の動粘度が１，０
００　ｃ　ｓ　を以下でないと給油が困難となる。従っ
て、■のポリメタクリル＃Ｘ２エチルーヘキシルエステ
ルは、極めて高粘度であり実用不能と判断し除外するこ
ととした。

続いて、潤滑性（耐焼付性）を落さずに粘度を下げるこ
とを検討した。粘度を下げる方法として、引火点が１５
０℃以上であり、常温において低粘度の液状であるうす
め油を配合することを考えた。うすめ油としては油性向
上剤が一般的に用いられる。油性向上剤には、冒頭で述
べたように、油脂、炭素数１０以上の飽和及び不飽和の
脂肪酸、脂肪酸エステル、リン酸エステル、アルコール
等があるが、常温において低粘度の液状で引火点が１５
０℃以上のものは、■精製ラード、■オレイン酸、■リ
ン酸エステル、■ヒンダードエステル、■イソステアリ
ン酸、■Ｃ１Ｂ飽和高級アルコール等が挙げられる。

■鉱物油は、ベース油として使用されているが、うすめ
油としても一般的に用いられる。

以上の■〜■のうすめ油は、ただちに実用できるという
ものではなく、配合する対象である上記の■■■■■と
の相溶性が良くなければならないので、■■■■■と■
〜■の全ての組合わせを考え、重量％でｌ：ｌに配合し
て相溶性を調べ、第７表を得た。

そして、第７表から、■と■が■〜■の各種油性向上剤
及び■鉱物油に対して相溶性が良く、本発明の目的にか
なうものと考え、対象を■のポリアクリル酸２エチル−
ヘキシルエステルと、■のポリメタクリル酸ラウリルエ
ステルに絞った。

なお、油性向上剤は、上記■〜■の限定するものではな
く、常温において液状でありかつ前記ポリマーに相溶性
を有する油性向上剤であれば良い。

また、油性向上剤を配合すると言っても、その意義は従
来と異なる。■及び■は、第５表と第６表に示すように
、単独で高い耐焼付性を有するので、従来の合成潤滑油
のようにベース油として機部するものではない、油性向
上剤はうすめ油として配合するものである。

引続いて、■のポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエス
テルと、■のポリメタクリル酸ラウリルエステルのそれ
ぞれについて■〜■を配合し、かつ、５０℃の動粘度が
それぞれ８０，１５０　、３００．８００　ｃｓｔ前後
になるように配合割合を調整したテスト油を多種作り、
改めて相溶性、引抜試験による耐焼付性を調べ、第８表
、第９表、第１０表。

第１１表を得た。

なお、第８表、第９表、第１０表、第１１表は■■■の
三種について、■のポリアクリル酸２エチル−ヘキシル
エステルまたは■のポリメタクリル酸ラウリルエステル
に配合しているが、■ヒンダードエステル、■イソステ
アリン酸、■Ｃ飽和高級アルコールを除外する主旨では
ない、常温において液状でありかつ前記ポリご−に相溶
性を有する油性向上剤であれば良い。

第１１表（引抜４船 第８表〜第１１表により、それぞれ単独使用の潤滑性能
よりも、油性向上剤をうすめ油として配合した方が供試
材料（引抜管）の内外面に焼付が生じないことが分かっ
た。特に、オレイン酸、リン酸エステルでうすめたもの
は良好であり、また粘度が高いもの程良好であり、　８
０ｃｓｅの場合はやや焼付が見られた。鉱物油をうすめ
油として配合した場合には良くなかった。

次に、ラード、オレイン酸またはリン酸エステルの内、
一種ではなく、これらの二種以上の組合わせからな、る
うすめ油（重量％等分配合）でうすめた場合の耐焼付性
はどうなるか調べた。

ラード、オレイン酸またはリン酸エステルの内、二種以
上の組合わせからなるうすめ油（重量％等分配合）を作
り、それぞれを、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエ
ステルまたはポリメタクリル酸ラウリルエステルと配合
して（この場合も重量％等分配合）、かつ５０″Ｃの動
粘度が３００ｃｓｔ前後になるように調整したテスト油
を多種類作り、従来技術量とともに、第１３表の引抜試
験条件■で引抜試験を行い、第１２表を得た。引抜試験
条件■は、減面率、が４５．９％であり炭素鋼管の１回
の引抜きとしては限界に近い加工量であり。

これ以上僅かでも加工量を増やすと材料が破断する。

第１２表の結果から１本発明品は、従来品（化成被膜処
理品及び合成被膜処理品）とほぼ同等の耐焼付性がある
ことが分かった。また、従来技術量と引抜加工後の鋼管
外面の金属肌の比較では、本発明品の方が極めてクリー
ンな金属肌が得られることが分かった。

以上のことより、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエ
ステルまたはポリメタクリル酸ラウリルエステルに、油
性向上剤であるところのすレイン酸、ラードまたはリン
酸エステルのいずれか単独もしくは組合わせからなるう
すめ油を配合したものは、化成処理法あるいは樹脂被膜
法に匹敵する優れた耐焼付性を有することを確認した。

なお、ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエステルとポ
リメタクリル酸ラウリルエステルは相溶性が良いので、
互いに配合したものに、オレイン酸、ラードまたはリン
酸エステルのいずれか単独もしくは組合わせからなるう
すめ油を配合してもさしつかえない。

第８表〜第１１表により、鉱物油を配合することは、ポ
リマーの潤滑性能を悪くさせる結果が出ているけれども
、例えば、金属板の絞り加工は。

鋼管の引抜加工に比べて、潤滑条件はかなり軽く（楽に
）なるので、きわめて安価な鉱物油をさほど潤滑性を低
下させないで配合できれば増量剤となり経済的である。

すなわも、ポリマーの潤滑性能を冷間塑性加工における
焼付性について従来の化成被膜潤滑や合成樹脂波Ｍ潤滑
よりは低いが、油性潤滑剤よりは高くｈ間軽塑性加工が
可能な配合の可撤性を検討した。

そこで、本発明者らは、ポリアクリル酸２エチル−ヘキ
シルエステルに、上記うすめ油を配合してなる油性潤滑
剤に、さらに湿物油を種々の割合いで配合したテスト油
を作り、絞り試験を行って潤滑性能の低下と鉱物油の割
合との関係を調べ。

第１４表を得た。この表の通り、テスト油は配合割合に
応じた金属板の絞り加工に好適な潤滑性能範囲がある。

最後に、上記それぞれの配合の本発明品（テスト油）を
使用した引抜き及び絞り試験の供試材料について、６０
℃に加温した３％オルトケイ酸ソーダ水溶液中に２〜３
分浸漬したところ、どれも完全に脱脂することができた
。また、鋼材を変色または腐食させることもなかった。

〈発明の効果〉 以」二説明してきたように本発明の金属材料の冷間塑性
加工用潤滑剤は次の効果を有する。

（１）油状潤滑剤でありながら化成被膜潤滑や合成樹脂
被膜潤滑に匹敵する耐焼付性を有する。このため、従来
では化成被膜潤滑や合成樹脂被膜潤滑によって品質が保
障されていた各種の冷間塑性加工は、直接給油にとって
変わることができ、潤滑処理が簡単でわずられしさがな
く、化成被膜潤滑や樹脂被膜潤滑の場合に比べて工程が
簡単となり、連続した工程−にも使用できる。さらに、
化成被膜潤滑や合成樹脂被膜潤滑によって品質が保障さ
れていた各種の冷間塑性加工品は、油状潤滑であること
によって、加工後の該潤滑油の除去が容易であり、化成
被膜潤滑加工品や合成樹脂被膜潤滑加工品に比べて金属
部の肌がクリーンとなる。

金属板の絞り加工のように潤滑性ス彪がやや低くても良
い場合には、鉱物油を増量剤にすることができる。

（２）極圧添加剤はもちろんのこと他の反応性の強。

い物質を含まないので金属を腐食させる虞れがなく、従
来技術の油状潤滑剤の欠点を克服できる。

特許出願人　日本工作油株式会社 手続補正書 昭和６１年７月２日 特許庁長官　宇賀道部　殿　　　　　　　　　　　　　
　【１１　事件の表示 昭和６１年　特許願　第８５６５２号 ２　発明の名称　　　　　　　　　　　　　　　、、：
、、１．、　、’Ｊ＋金属材料の冷間塑性加工用油状潤
滑剤　　　　　−３補正をする者 水性との関係　特許出願人 住所　　東京都港区芝５丁目２９番１４号名称　　日木
工作油株式会社 代表取締役　小堀　猛 ４　代理人　郵便番号　１０７　　　ＴＥ　Ｌ（０３）
５８２−０００９住所　　東京都港区赤坂１丁目１番１
６号細川ビル８０Ｂ自発 ７　補正の内容 （１）明細書第４頁第６行目から第７行目にかけてｒ全
く効果がなくｊとあるのを、ｒ効果がなく１と訂正する
。

（２）明細書第６頁第４行目に１油性潤滑剤１とあるの
を、　ｒ油状潤滑剤１と訂正する。

（３）明細書第６頁第５行目のｒ油性潤滑剤を１の字句
を削除する。

（４）明細書第６頁第５行目に１潤滑処理の簡単Ｊとあ
るのを。

「潤滑処理が簡単Ｊと訂正する。

（５）明細書第７頁第１４行目にｒ高くて十分な」とあ
るのを。

ｒ高くても十分なＪと訂正する。

（８）明細書第７頁第１５行目に１処理後Ｊとあるのを
、ｒ処理液ｊと訂正する。

（７）明細書第７頁第１９行目にｒ容易１とあるのを、
ｒ良好」と訂正する。

（８）明細書第１１頁第１２行目にｒ段塊１とあるのを
、「団塊」と訂正する。

（３）明細書第１１頁第２０行目にｒ引張試験１とある
のを、ｒ引抜試験ｊと訂正する。

（１０）明細書第１３頁第２表を以下のように訂正する
。

第２表（バウデン試験） （１１）明細書第１３頁第３表を以下のように訂正する
。

第３表（引抜試験） （１２）明細書第１４頁第６行目にｒ引張試験１とある
のを、　ｒ引抜試験」と訂正する。

（１３）明細書第１６頁に１第５表（引張試験）Ｊとあ
るのを。

ｒ第５表（引抜試験）Ｊと訂正する。

（１０明細書第１７頁にｒ第６表（引張試験）１とある
のを、ｒ第６表（引抜試験）１と訂正する。

（１５）明細書第２１頁第１３行目から第１４行目にか
けてｒ■Ｃ飽和高級アルコールＪとあるのを、　「■Ｃ
１８飽和高級アルコールｊと訂正する。

（１６）明細書第３１頁に「第１２表（引張試験）」と
あるのを。

ｒ第１２表（引抜試験）１と訂正する。

以上。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ポリアクリル酸２エチル−ヘキシルエステル及びポ
   リメタクリル酸ラウリルエステルのいずれかのポリマー
   または両ポリマーに、常温において液状でありかつ前記
   ポリマーに相溶性を有する油性向上剤の内のいずれか一
   種ないし二種以上配合したものがうすめ油として、所要
   割合で配合されてなることを特徴とする金属材料の冷間
   塑性加工用油状潤滑剤。 ２）上記油性向上剤は、精製ラード、オレイン酸、リン
   酸エステル、ヒンダードエステル、イソステアリン酸、
   またはＣ＿１＿８飽和高級アルコールである特許請求の
   範囲第１項記載の金属材料の冷間塑性加工用油状潤滑剤
   。