JPS6284193A - 金属の引抜き加工用潤滑剤 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属の冷間加工用潤滑剤に関し、殊に保存中及
び使用時の安定性が良好で且つ優れた潤滑性能を有して
おり、しかも加工後は筒中に除去することのできる同潤
滑剤に関するものである。

［従来の技術］ 各種金属例えば＃ｌ管等の金属管に冷間加工（圧延、押
出し、抽伸Ａ４）を施こす場合には、加工製品の品質向
上及び工具の摩耗抑制（焼付防止）の為種々の潤滑剤が
使用される。しかしながら公知の潤滑剤は、潤滑性能、
加工後の除去容易性及び廃液の低公害性等のすべての要
求特性を満足しているとは言えない０例えば比較的軽度
の加工においては、金属石鹸や鉱物油、動・植物油、エ
ステル類、極圧油或はこれらの混合物等の塑性加工油が
使用されるが、加工度の高いものでは、−上記塑性加工
油を使っても被加工管と工具との金１７６接触領域が増
加し、工具及び製品の損傷が著しくなる。

この他一般に使用されつつある潤滑法として、金属管材
の表面に予め化成被膜を形成しておき。

化成全屈石鹸被膜剤によって潤滑性能を高めるという方
Ｖ、も知られている。かかる化成被膜としては、燐酸塩
被膜（汗通鋼や低合金鋼等に適用）、弗化アルミニウム
被膜（ＡＩ又はＡｔ基合金に適用）、蓚酸塩被膜（ステ
ンレス鋼等に適用）等が知られており、この方法であれ
ば、被加工管と化成金属石鹸被膜との間に化成被膜が介
装されこれらが夫々化学的に一体化されている為、潤滑
被膜は極めて強固な密着性を示し加工率を高めた場合で
も十分な潤滑機能を発揮する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしこの化成被膜潤滑法には次の様な問題がある。

（ａ）例えば蓚酸塩を使用する場合、化学反応によって
被加工材の表層部に蓚酸第一鉄が形成され、これを除去
する為に脱脂だけでなく酸洗も必須となる。

（ｂ）潤滑処理が複雑であると共に、処理効果の安定性
もやや低い、又長期間の管理が難しく、しばしば品質の
不安定を招く。

（Ｃ）化成処理や酸洗処理で多量の廃液が出る為、これ
らの浄化処理に多大な設備と労力が必要になる。

（ｄ）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為、高精度の
加工を行なうことができない。

これら化成被膜潤滑法の欠点に対し、潤滑剤を物理的に
付着させる方法があるが１例えば３０″Ｃ−ｃ’ｉｏ、
ｏｏｏ　〜ｔｏｏ、ｏｏｏ　ｃｓｔのもの高粘度油を使
用する場合には、作業性が悪い、加工後の除去が困難で
ある等といった別の問題が生じる。又上記方法において
は粘度の増大に比例して潤滑性能が向上する為１作業性
と加工性ス彪が互いに相反する関係を呈し、実質的には
重連の化成被膜潤滑法を超えるものとは言えない。

これを改善した方法として、更に高粘度性の潤滑性樹脂
成分を低沸点有機溶剤に溶解させた潤滑剤が提案されて
いるが、使用中に溶剤が揮発する為Ｃ度管理が困難であ
り、又溶剤の揮発が早い為に液νｊりの過程で乾燥が進
行し過ぎて膜厚の不均一を招き、この不均一付着物がダ
イスと被加工材の間に押込まれて上記膜厚不均一が一層
助長されるという重大な欠点がある。その他、殆どの有
機溶剤は毒性や火災の危険等の観点から法的な使用規制
がなされており、特別の設備や対策をとらない限りは使
用できないという保健上の問題がある。即ち化成被膜潤
滑法では耐食性の強い材料には適用困難であることに加
え公害対策が必要であり、油性系単味潤滑剤ではステン
レス鋼、チタン、ジルコニウム等の高度加工に耐えるこ
とができず、粘性をあげると作業性や脱脂性が悪くなり
、一方溶剤系は保健上の問題に加え膜厚不均一欠陥が生
じ易いという様に夫々固有の欠点が存在する。

本発明者らは上記事情に着目し、従来方式から脱却した
ー液型潤滑方式であって、潤滑性が良く且つ加工後の除
去が容易な潤滑剤を開発し、先に特許出願した（＃願昭
５９−１９６１９３）。

しかしながら当該技術においても若干の問題が残されて
いる。即ち浸漬塗布及び乾燥の各工程を経て得られる潤
滑皮膜については、乾燥時に回転等の操作を加えない限
りその膜厚不均一が解消されないし、又この皮膜は、そ
の不均一の故に抽伸蒔に管表面へ局部的に押込まれ被加
工材の表面に＆ＪｌｌＩ″Ａな凹凸を生じ易い、従って
これらの方法は表面粗度の大きな製品に対しては有効で
あって一般的な管、棒、型材等ではそれほど重大な問題
を生じないが、精密加工を行ないたい対象には不適合で
ある。

そこで本発明者らは上記技術を更に改良すべく研究を進
め、その結果、広範囲に適用できると共に上記欠点を伴
わない新規な潤滑剤を開発し、本発明を完成するに至っ
た。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る金属管の冷間加工用潤滑剤とは、樹脂酸価
が１０〜４０であり且つガラス転移温度が一１０〜２０
℃であるアクリル酸ブチルエステル−メタクリル酸メチ
ルエステル共重合体を含む乳化液及び金属石鹸の水分散
液とからなる、或は樹脂酸価が１０〜４０であり且つガ
ラス転移温度が５〜３０℃であるアクリル酸ブチルエス
テル−メタクリル酸メチルエステル共重合体を含む乳化
液、マレイン酸ブチルエステル及び金属石鹸の水分散液
からなる点に要旨を有するものである。

［作用コ 本発明基らは潤滑性ｆ彪の目標基準として前記化成被膜
潤滑法を設定し、これと同程度の付着力と滑り性を有し
且つ先に指摘した様な欠点を生ずることのない様な潤滑
剤を開発すべく、多数の化合物を対象として潤滑性能等
を調べた。その結果アクリル酸ブチルエステル−メタク
リル酸メチルエステル共重合体は他の樹脂に比べて良好
な潤滑剤になり得るという感触を得た。即ちこの共重合
体は金属に対する親和性が良好で優れた付着性を示し、
且つ滑り性も良好である他、処理後はアルカリ液（例え
ばオルソ珪酸ナトリウム水溶液等）によって容易に除去
することができる。ところが上記共重合体は如何なるも
のであっても常に良好な性能を示すとは限らないことが
明らかになってきた。そこでこうした特性を確実に発揮
し得るものを特定する必要があるとの観点から、本発明
に適した前記共重合体の諸元を明確にすべく実験を行な
ったところ、ガラス転移温度が一１０〜２０℃の範囲の
ものは優れた性能を示すことが確認された（特願昭５９
−１９６１９３参照）。しかしてカラス転移温度が一１
０℃未満の共重合体は潤滑性能が乏しく、冷間加工々程
で焼付きが起こって加−［面を損傷するきらいがあり、
一方ガラス転移温度が２０℃を超えると、潤滑性能自体
は良好であるものの潤滑膜による押込みが起こり易くな
り、被加工面の表面精度が低下してくる。

更に木発明者らは特願昭５９−１９６１９３に示す共重
合体乳化液と脂肪酸エステル乳化液の配合比率の関係に
おいて（第１図参照）、共重合体乳化液５０％以下及び
脂肪酸エステル５０％以上では管の焼付きは生じるが押
込みが全く生じないことに注目し、脂肪酸エステルに代
えて、より潤滑性の良い金属石鹸を用いることに想到し
た。金属石鹸としてはＣａ、ＡＩ、Ｚｎ、Ｌｉ　、Ｂａ
等の各種ステアリン酸塩が知られるが、本発明に適用し
得る金属石鹸の種類は何ら限定されるものでなく、１種
または２種以上を選び水分散液として用いる。

この他上記共重合体の酸価も潤滑性能及び処理後の除去
容易性等に大きな影響を及ぼし、確認実験の結果では１
０〜４０の範囲のものを使用すべきであることが明らか
となった。しかして酸価が１０未満の共重合体では親木
性が不足する為、処理後のアルカリ水（例えばオルソ珪
酸ナトリウム水溶液等）による除去が困難となり、一方
酸価が４０を超えるものでは樹脂の乳化安定性が悪くな
ると共に、乳化液がチキソトロピー性を呈してゲル状に
なり潤滑剤としての適正が失なわれる。

次にＬ記共屯合体の形態について検討したところ、水性
の乳化液とするのが最適であることを確認した。即ち水
性乳化液であれば、有機溶剤タイプの様な揮発蒸気によ
る健康障害や引火等の危険を生じる恐れもなく、しかも
処理後のアルカリ水による洗浄除去も容易に行なうこと
ができ、更に金属石鹸と適宜混合することができる。尚
乳化に当たっては水と共に少量の低級アルコール（イソ
プロピルアルコール等）を併用することによって、乳化
液の安定性を更に高めることができる。

乳化液中の共重合体の濃度は特に限定されないが、取扱
い性及び潤滑性能等を考慮して最も好ましいのは２０〜
６０　Ｔ（；（ｋ％程度（より好ましくは３０〜５０屯
す五％）である。

本発明の目的は上記共重合体乳化液と各種の金属石鹸の
水分散液とを混合して潤滑剤として使用することによっ
て達成されるが、後記実施例でも明らかにする如く更に
マレイン酸ブチルエステルを適量併用すれば金属管等に
対する潤滑剤の付着力を向上させることができ、軽い衝
撃では容易に剥離しない様な潤滑剤が実現できる。

［実施例］ 実施例１ 金属石鹸としてステアリン酸Ｃａを用いる。但し粉状の
ままでは混合し難いので４０重量％濃度の水分散液とし
て準備した。又共重合体乳化液はアクリル酸ブチルエス
テルとメタクリル酸メチルエステルの共重合比率を種々
変化させてガラス転移温度（Ｔ　ｇ）の異なる共重合体
乳化液を各種調製し、予め準備した金属石鹸の水分散液
と種々の割合で混合して作成し、潤滑剤の安定性、付着
性、引抜き時の潤滑性能を調査した。尚上記共重合体は
水及びイソプロピルアルコールを用いて乳化させ、その
不揮発分重量は３０％であった。但し付着性は、５ＵＳ
３０４シームレス管［２２φＸ２．２　ｔ　Ｘｉ　００
”　　（１層）　］　ニ潤滑剤を浸漬塗血抜水平に保ち
１００℃Ｘ３０分、３ｍ″／＋ｗｉｎの温風で強制乾燥
させて試験片（管）を作成し、軽度又は強度の衝撃を与
えるか、或は爪で引掻く等して付着性を判定したもので
ある。又引抜試験は、５ＵＳ３０４シームレス管［２２
φＸ２．２　’　（ａｍ）］の７０−ティングプラグを
使用し、１７φ×１．４　”　（ｔａ層）のサイズにま
で引抜いたときのプラグの状態及び管体表面傷並びに押
込みの状態を比較したものである。

結果は第１表（１）〜（５）に示す通りであり、ステア
リン酸Ｃａ（金属６鍮）の水分散液が７０％以上であっ
て且つ共重合体乳化液が３０％以下においては、押込み
が全くなく又焼付けもないという好結果が得られた。但
しガラス転移温度（Ｔ　ｇ）の影響として、低いもの程
潤滑性が悪くなり、逆に高くなるにつれて付着性が悪く
なる。

従って実用回部なガラス転移温度（Ｔ　ｇ）の範囲は、
−１０〜２０℃程度である。しかしながら本実施例では
全般に付看力が弱い傾向が見られて軽い衝撃でも剥離し
、特に管内面下部の留り部においてこの傾向が著しい、
という問題が残った。

尚安定性、付着性及び引抜試験の評価基準は下記の通り
である。

（安定性） ××・・・乳化物の合一によるクリーム化Ｘ・・・粘度
の激しい変化（上昇） Δ・・・沈殿物のケーキング Ｏ・・・軽度の沈殿（再分数回） Ｏ・・・変化なし く付ｚＩ性） ＸＸ・・・軽度の衝撃で全面剥離又は垂直放置で留り部
脱落 ×・・・軽度の衝撃で留り部全面剥離又は手の擦りで塗
膜切れ Δ・・・強度の衝撃で留り部全面剥離又は爪で塗膜切れ Ｏ・・・強度の衝撃で留り部一部剥離 ■・・・強度の衝撃でも全く剥離なし くプラグの状７）Ｊ） ××・・・焼付き大 ×・・・僅かに焼付き発生 Δ・・・曇りが見られる Ｏ・・・異常なし く管体表面傷の状態） ××・・・焼付き大 ×・・・僅かに焼付き発生 Δ・・・油膜切れによる金属光沢あり Ｏ・・・一部に金属光沢あり ＠・・・均一な潤滑膜が認められる （押込みの状態） ××・・・潤滑膜による押込み大 ×・・・局部的に強い押込みあり Δ・・・局部的に軽い押込みあり Ｏ・・・一部に僅かな押込みあり ＠・・・押込み全く認められず 第　　　１　　　表（２） 第　　　１　　　表（３） 第　　　１　　　表（４） 第　　１　　表（５） 尚：ｊＳ　１表（１）中、潤滑剤Ｎｏ、　７　、８は先
の出願（特願昭５９−１９６１９３）に係る代表的な潤
滑剤を同時に比較例として示したものであり、下記組成
の直鎖型飽和脂肪酸エステル乳化液とガラス転移温度（
Ｔ　ｇ）が１３℃の共重合体乳化液を下記の一１合で混
合したものである。

直鎖型飽和脂肪酸エステル乳化液 炭素数・・・１６ 融点　　・・・６３℃（エステル化前）界面活性剤・・
・ポリオキシアルキルエチレンエーテル、４．５重−１
％ 脂肪酸エステル濃度・・・９重量％ 潤滑剤ＮＯ０７ Ｔｇ１３℃共重合体乳化液・・・７０重量％上記脂肪酸
エステル乳化液・・・３０重μ％潤滑剤Ｎｏ、　８ Ｔｇ１３℃の共重合体乳化液・・・６０重量％上記脂肪
酸エステル乳化液・・・４０重量％実施例２ 一］−述した様に実施例１では全般的に付着力か弱いと
いう問題があり、これを改善する為ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）の操作以外の方法で付着力を高めることを考え、こ
の方法として可塑剤を共重合体乳化液に混合するという
工夫をした。可塑剤としてはマレイン酸ジブチルエステ
ル、マレイン酸メチルエステル及びアルコール系溶剤等
があるが、引火性や毒性及び臭気を考慮するとマレイン
酸ジブチルエステルが最良である。実施例１と同様にガ
ラス転移温度（Ｔ　ｇ）の異なる共重合体乳化液を各種
（Ｔｇ、−１０℃、５℃、１３℃、３０℃、３７°Ｃ）
調製し、これにマレイン酸ジブチルエステル及びステア
リン酸Ｃａ４０重量％水分散液をｆ７Ｔ２表（１）〜（
５）に示す割合で配合し、得られた潤滑剤の安定性、付
着性を調べた。尚安定性、付着性の評価基準は実施例１
と同様である。

その結果、第２表（１）に示したガラス転移温度の低い
（Ｔｇ−１０℃）共重合体乳化液にマレイン酸ジブチル
エステルを配合したもの（潤滑剤Ｎｏ、　　１〜４　、
６〜９　、１１”ｌ　４）は軟らかすぎてブロッキング
が見られた。該ブロッキングは素管を＃ｉ数本結束して
乾燥する場合に問題となる。

一方ガラス転移温度が高い（７ｇ５℃以上）共重合体乳
化液を用いたものは安定性及び付着性の相方とも概して
良好であるが、ガラス転移温度が高すぎると（Ｔｇ３７
℃以上）付着性が悪くなる傾向が見られた［第２表（５
）参照］、シかしながら全般的に見ると付着性が相当向
上することが判断され、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５〜
３０℃の範囲では実用上問題はない、又マレイン酸ジブ
チルエステルの配合鼠としては、共重合体乳化液１００
　ｉＪ（置部に対し５０〜２０重量部が良好である。

実施例３ 次に木発ｔｊ１者らは、実施例２で付着性が良好と判断
てきる配合組成を選び引抜試験により潤滑性廓を調べた
。その結果を第３表（＋）〜（３）に示す、但し第３表
（１）は第２表（２）に、第３表（２）は第２表（３）
に、第３表（３）は第２表（４）に夫々対応させて記載
したものである６例えば第２表（２）の潤滑剤Ｎｏ、　
３のものを用いた場合には第３表（１）では潤滑剤Ｎｏ
、　２−（２）　−３として示している。第３表（２）
　、（３）においても同様である。尚引抜試験方法及び
その評価Ｘ、’１４Ａは実施例１の場合と同様である。

第３表（１）〜（３）から明らかな様に、すべての場合
に押込み、焼付けともなく、実施例１の場合と比較して
マレイン酎ジブチルエステルを配合したものの方がより
好効果が得られた。

実施例４ 更に本発明者らははステアリン酸　Ｃａ以外の金属石鹸
の潤滑性ず駈を前述の引抜試験と同様の方法で調査した
。配合比率は第２表（３）に示した潤滑剤Ｎ０１８を基
準とした。ａ滑材Ｎｏ、　８のものはガラス転移温度（
Ｔｇ）１３℃、全酸価（ＫＯＨｍｇ／ｇ）２０、重量平
均分子量３７８００のアクリル酸ブチルエステル／メタ
クリル酸メチルエステル共重合体を水及び少量のイソプ
ロピルアルコール混合溶媒に乳化・分散させ、不揮発分
濃度３９重量％の潤滑剤である。尚管の状態の評価基準
は実施例１と同様であり、膜の残存性（残存塗膜）の評
価基準は下記の通りである。

（膜の残存性） Δ・・・均一に薄い残存膜 Ｏ・・・均一な残存膜 ０・・・膜は完全に残存 又調製した潤滑剤はすべて強い衝撃にも安定で全く剥離
せず、付着性は良好であった。

ｕ１′− （Ｊ″９９ヅ リ：） 第　　　４　　　表 その結果、ステアリン酸Ｃａの金属石鹸を用いた場合が
最適であった。即ちステアリン酸Ｌｉ。

Ｂａは軟化温度が高い為か引抜後の残存被膜は多いが最
大引抜荷重が高く、逆に軟化温度の低いステアリン酸Ａ
Ｉ、Ｚｎは最大引抜荷重は低いが残存膜が少ない、又ス
テアリン酸Ｚｎは比重が大きい為沈殿が多くなる。しか
しながらいずれの金属石鹸も実用的には何ら問題はなく
、２種以上を混合して用いてもよい。

実施例５ 本発明者らは潤滑処理性改善の一評価手段として、浸漬
塗布後の乾燥時間と引抜による潤滑性の関係を調査した
。用いた潤滑剤は第１表（１）の潤滑剤Ｎｏ、　８　（
従来品）のものと第２表（３）のｆｌｉ滑剤Ｎ００８の
ものである。但し引抜試験は、５ＵＳ３０４シームレス
管【２２φＸ２．２　’　（ｍ鳳）］のフローティング
プラグで使用し、下記３種類の引抜きモードの各サイド
まで引抜いたものである。

（引抜モード） ■１７すＸ２．Ｏｔ（鳳＋ｓ）　（断面減少率３１．１
％）（２１１７すＸ　１．７　’　（ｌＩ＋＋）　（断
１ｉｉｉ減少率４０．３％）（３）　１７φＸ１．４　
’　（ｎｕ）　（断面減少率４９．８％）メ乾燥条件は
ド記の通りである。

（乾燥条件） 金属管を潤滑剤に浸漬塗布後、管を水平に保ち１００℃
、３ｍ”７分の温風で強制乾燥させたものである。尚乾
燥時間０分は乾燥せずそのまま引抜いたものである。

その結果を第５表（１）　　、　（２）に示す、第５表
（１）は第１表（１）の潤滑剤Ｎｏ、　８　（従来品）
のものを用いた場合であり、第５表（２）は第２表（３
）の潤滑剤Ｎｏ、　８　（本発明品）のものを用いた場
合である。

Ｃ，、＋、′ 第５表（１）、（２）から明らかな様に、本発明品は従
来品に比べて短時間の乾燥でも押込みがなく潤滑性が良
ｔＩｆなことが理解される。特に断面減少＝Ｆの低い加
工に対しては無乾燥で適用できることを示唆している。

実施例６ 加工後の残存被膜の除去容易性に関して、共重合体の酸
価が大きな影響を及ぼすのは前述した通りである０本発
明者らは第１表（１）の潤滑剤Ｎ０１８のもの（以下Ａ
とする）と第２表（２）の潤滑剤Ｎ００８のもの（以下
Ｂとする）を用い、付着性試験と同様にして作成した試
験片（引抜前）と引抜後の試験片をオルン杜酸ナトリウ
ムＢｆｆｉ量％溶液に浸漬し、潤滑剤の除去容易性を調
査した。又と通した様に潤滑剤Ａ、Ｂはいずれもガラス
転移温度（Ｔｇ）１３℃全酸価（ＫＯＨｍｇ／ｇ）　２
０、重量平均分子１３７８００の共重合体を用いたもの
である。

除去容易性の評価基準は下記の通りである。

（除去容易性） ××・・・全く落ちず ×・・・留り部全く落ちず Δ・・・留り布中程度の残り ０・・・留り部少々残り ＠・・・完全脱脂 その結果を第６表を第６表に示すが１本発明品は従来品
と比べて除去容易性においても遜色がないのが理解され
る。

第　　　６　　　表 ［発明の効果］ 本発明は以Ｈの様に構成されるが、要は樹脂酸価及びガ
ラス転移温度の特定されたアクリル酸ブチルエステル−
メタクリル酸メチルエステル共重合体乳化液、或は該共
重合体乳化液とマレイン酸ジブチルの配合比率が特定さ
れた乳化液を主剤とし、これにステアリン酸塩の各種金
Ｊ工石鹸のうち１種又は２種以上の水分散液を混合した
混合液を潤滑剤として使用することにより、下記に例記
するような利益を享受することができる。

（１）化成処理の様な化学反応を利用するタイプではな
いので、加工後の除去が容易である。しかも醸洗浴やソ
ルトバス等が不要であるので設備費も軽減される。

（２）先の出願（特願昭５９−１９６１９３）に示すも
のと比較して塗布及び乾燥時の被膜の不均一による押込
みが解消され、又潤滑性もそれに比べて遜色なく、安定
した性能を有する。

（３）−深型として提供できる為潤滑処理が簡単である
（被加工材を本潤滑剤に浸漬し乾燥するだ　　　　゛け
でよい）、シかも従来の樹脂被膜型に比べ乾燥時間が短
縮でき且つ低加工の場合はとんど乾燥しないで利用でき
る。

（４）人体や環境に対する有害物を含まず廃液も生じな
いので、公害防止の見地から見て有用である。

（５）物理的に付着させて潤滑作用を榮えるものである
から、あらゆる金属に適用することができる。

（６）被加工全屈の焼鈍時に生じた酸化被膜を除去する
ことなくそのままで潤滑処理、抽伸又は圧延を行なって
も何ら問題を生じない。

（７）管の加工はもとより、線の加工又は板の絞り加工
にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アクリル酸ブチルエステルとメタリリル酸メ
チルエステルの共重合比とガラス転移温度の関係を示す
グラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂酸価が１０〜４０であり且つガラス転移温度
   が−１０〜２０℃であるアクリル酸ブチルエステル−メ
   タクリル酸メチルエステル共重合体を含む乳化液及び金
   属石鹸の水分散液とからなることを特徴とする金属の冷
   間加工用潤滑剤。
2. （２）樹脂酸価が１０〜４０であり且つガラス転移温度
   が５〜３０℃であるアクリル酸ブチルエステル−メタク
   リル酸メチルエステル共重合体を含む乳化液、マレイン
   酸ブチルエステル及び金属石鹸の水分散液からなること
   を特徴とする金属の冷間加工用潤滑剤。