JPS63264698A - 金属加工用潤滑油組成物およびその製造法 - 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、塑性加工前に金属材料に塗布するのみで金属
材料の塑性加工を容易にする高性能な潤滑油組成物およ
びその製造法に関する。

［従来の技術］ 従来、鋼の冷間塑性加工の潤滑法として、下記の方法が
広く用いられている。

りん酸塩皮膜上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法。

この潤滑法が多用されている理由はこの潤滑法により形
成される皮膜が、加工性能に優れているためである。例
えば冷間塑性加工品に施した場合金型とワークとの間の
焼付き防止に優れている。またこの潤滑法では複雑な形
状の物や、加工条件の厳しい物でも加工できる。

上記以外の潤滑法として、ベースオイルに硫黄系添加剤
、りん系添加剤もしくはジアルキルジチオりん酸亜鉛（
ＺｎＤＴＰ）などを配合した市販または発表流の潤滑油
を使用する方法がある。この方法では、冷間塑性加工を
行うにあたり、上記りん醸成膜上に金属石けん皮膜を形
成する潤滑法のように、冷間塑性加工の前にワークに皮
膜を形成させておく必要がなく、冷間塑性加工前にベー
スオイルに硫黄系添加剤、りん系添加剤もしくはジアル
キルジチオりん酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）などを配合した潤
滑油を加工部にスプレーなどで供給するだけでよい。し
たがって、この方法は、下記するようなりん酸塩皮膜上
に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法の問題点、すなわ
ち、全冷間加工ラインを自動化できないとか、スラッジ
およびスケールの除去および廃棄作業や金属石けん！２
！ｌ理液の廃液処理作業が必要となる等の問題点を解決
できるという長所を有する。

［本発明が解決しようとする問題点１ りん酸塩皮膜に金属石【プん皮膜を形成させる潤滑法で
は、冷間塑性加工を行う前にりん酸塩皮膜とこのりん酸
塩皮膜の上に金属石１）ん皮膜を形成させる処理をあら
かじめ施さなくてはならない。

この処理は、酸洗→水洗→りん酸塩皮膜処理→水洗→中
和→金属石けん皮膜処理→乾燥といった工程から成り、
大変繁雑な操作によって行われる。

したがって、この皮膜処理は、材料の切断から冷間塑性
加工に至る加工ラインに連続的に組込むことができず、
別個の独立した工程としなければならない。このため、
この潤滑法を用いた冷間塑性加工ラインでは、材料の切
断と冷間塑性加工との間で、かかる皮膜処理のために冷
間塑性加工ラインの流れが中断してしまい、全冷間塑性
加工ラインを自動化することができない。このことは、
現在の生産用場に課ぜられている、必要な品物を、必要
な量だけ、必要な時に供給するという要求に対処するう
えで大ぎな問題となっている。また、りんｌＳ！！塩皮
膜処理の工程においては、スラッジおよびスケールが生
成するため、これらの除去および廃棄作業が必要である
。更に、金属石けん皮膜処理の工程においても、金属石
けん処理液の廃液処理作業が必要である。それゆえ、り
ん酸塩皮膜上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法には
、多大な労力、Ｉ！費、時間を必要とするという問題点
がある。

ベースオイルに硫黄系添加剤、りん系添加剤もしくはジ
アルキルジチオりん酸塩（ＺｎＤＴＰ）などを配合した
潤滑油を使用する方法は、冷間塑性加工を行った場合の
焼付き防止性能、すなわち加工性能が、りんｌ！！２塩
上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法に比べてはるか
に劣るという問題がある。それゆえ、この方法は、加工
条件のおだやかなものにしか適用できないという致命的
な欠点を有する。この方法による焼付き防止性能の低さ
は、油膜および冷間塑性加工中に生成する反応皮膜や吸
着膜だけに依存して焼付き防止が行われることに起因づ
る。

［発明の目的］ 本発明は、繁雑な前処理を必要とせず加工時に金属材料
表面に塗布するだけでよ（、かつりん酸塩皮膜に金属石
けん皮膜を形成させるのと同等もしくはそれ以上の、高
性能な金属加工用潤滑油組成物およびそのｗＡ造方法を
提供しようとするものである。

［発明の構成］ 本発明の金属加工用潤滑油組成物は、鉱油、合成油また
はこれらの混合油に、りん酸エステルをりん濃度で０．
１！ｎｆｆｔ％以上と正リン酸をリン濃度で０．１％重
量％以上配合し、８０℃以上に加熱することにより、り
ん酸エステルと正りん酸との会合体を形成したものであ
る、 本発明の鉱油、合成油またはこれ等の混合油は本組成物
の主要成分（ベースオイル）となるものである。

りん酸エステルとしては、トリブチルホスフェート、ト
リオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェート、
ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、モノ
ブチルホスフェート、モノデシルホスフェート等または
、ジエステルとモノエステルとの混合物であるオクチル
アシッドホスフェ−１−、デシルアシッドホスフェート
、オレイルアシッドホスフェート等を使用することがで
きる。また、正りん酸は通常の市販品である水溶液でよ
く、水分凹は問わない。

ベースオイルに配合するりん酸ニスデルは、りん濃度で
０．１重量％以上、好ましくは０．５〜５重量％の範囲
であり、正りん酸は、りん濃度で０．１重量％以上、好
ましくは０．３〜５重邑％の範囲である。りん酸エステ
ルおよび正りん酸ともりん濃度で０．１重量％以下とな
ると、添加の効果が低下する。また、両者とも５重量％
以上となると性能はもはや向上せず、経済的にも好まし
くない。

上記りん酸エステルおよび正りん酸を配合した潤滑油組
成物を加熱処理する温度は、８０℃以上であり、好まし
くは１００〜２００℃の範囲である。加熱処理の時間は
加熱温度に依存して決まり、？Ｓ温であれば短時間でよ
く低温では長時間必要であるが、最低限３分以上、好ま
しくは１５分以上必要である。加熱温度が８０℃以下お
よび加熱時間が３分以下では性能の向上が小さい。加熱
温度が２００℃を越えるとベースオイルが鉱油の場合ベ
ースオイルの劣化を生じるようになり、また、性能もも
はや向上しないため経済面からも好ましくない。加熱処
理中、撹拌機等により撹はんしても、また静置してもよ
いが、密閉系よりも開放系である方が望ましい。加熱処
理後は、手法を限定せず室温にまで冷却すればよい。

上記の手法により製造した、りん酸エステルと正りん酸
との会合体を含有した潤滑油組成物において、会合体の
濃度および会合度は、りん酸エステルおよび正りん酸の
配合層および加熱処理の条件（温度、時間など）に依存
して決まるものであり一概にあられすことはできない。

しかし最低限、加熱処理に伴い’　Ｈ−ＮＭＲ分析のス
ペクトルにおいて、遊離正リン酸の−０１−１基中のＨ
に起因するビークの大きさの減少および低磁場側へのシ
フト更には、リン酸エステルの一〇Ｈ基中のＨに起因す
るピークの大きさの増大などが起こり、加熱処理により
りん酸エステルと正りん酸との間に会合が起こっている
ことが検知されねばならない。

定量的には正リン酸の一０ｆ−ＩＩ中のＨに起因するピ
ークの積分値が、加熱処理に伴い、９０％以下に減少し
なければならない。

なお、本発明の潤滑油組成物には、必要に応じて、添加
剤の溶解性を改善するための相溶剤、分散性を向上させ
るための分散剤、潤滑油組成物の熱安定性を向上させる
ための酸化防止剤、防食性を改善するための防錆剤及び
腐蝕防止剤を配合してもよい。

し発明の作用］ 本発明で使用される正りん酸は水溶液である。

したがって、りん酸エステルと正りん酸とをベースオイ
ルに加えただけの潤滑油組成物は不均一溶液となる。そ
して、りん酸エステルは主に油相に、正りん酸は主に水
相に溶解している。それゆえ、りん酸エステルと正りん
′酸との相互作用は小さい。

このｒＡ潤滑油組成物加熱処理すると水分が蒸発し、潤
滑油組成物中の水分は減少する。そのため、りん酸エス
テルと正りん酸との相互作用が大きくなり、りん酸エス
テルと正りん酸との水素結合による会合が進行する。り
ん酸エステルと正りん酸との会合の度合いは、加熱温度
が高いほど、また、加熱時間が長いほど大きく、会合が
飽和に達するまで増大する。

なおりん酸エステル１分子と正りん酸１分子とからなる
２分子の会合体の模式図を示す。本発明における会合体
は、基本的に［Ｐ　−ＯＨ・・・０＝Ｐ］の水素結合に
起因するものであるため、りん酸エステルがモノエステ
ル、ジエステルもしくはトリエステルであっても、会合
の模式は基本的に変わらない。また、２分子の会合体の
みならず、複数の分子が連続的に水素結合し、複数の分
子からなる会合体を形成する場合も有り得る。

また、りん酸モノエステル、りん酸ジエステルおよびそ
れらの混合物を用いた場合のｌ　Ｈ−ＮＭＲ分析のスペ
クトルは下記の試験例で詳述する第５図のごとくになる
。そして、その結果から、加熱処理に伴い一〇　Ｈ基と
＝Ｏ基との間に水素結合が起こり、それによりりん酸エ
ステルと正りん酸の会合体を形成していることは明らか
である。しかしりん酸トリエステルの場合には、分子中
に一０Ｈ１ｉがないためビーク■はあられれず、正りん
酸に起因するビーク■だけがあられれ、加熱処理に伴い
このピークの大きさが減少し、低磁場側（左側）ヘシフ
トするだけとなる。したがって、りん酸トリエステルと
正りん酸との間に会合が起こっていると確定するにはこ
の知見だけであるが、モノエステルおよびジエステルの
場合に１９られた分析結果そして一〇Ｈ基と一０基との
間に水素結合を作り会合体を形成するという知見から、
トリエステルの場合にも、トリエステルの一〇基と正り
ん酸の一〇Ｈ基との間に水素結合が起こり、それにより
会合体を形成していると類推される。

（ここでＲはアルキル基またはアリール基）りん酸エス
テルと正りん酸との会合体は、ｉ＋ｍのりん酸エステル
および正りん酸に比べて、鋼に対する反応性が著しく大
きい。したがって、りん酸エステルおよび正りん酸をベ
ースオイルに配合し、加熱処理を施した本発明の潤滑油
組成物を鉄鋼材料の表面に塗布し加工すると、材料表面
に多聞のりん酸鉄系の強固な反応皮膜を生成する。得ら
れる反応被膜は、従来の塗布型の潤滑油組成物とか単に
ベースオイルにリン酸エステルおよび正リン酸を混合し
ただけの潤滑油組成物によって得られる反応被膜に比較
し冷間塑性加工における潤滑性が優れている。

［発明の効果］ 本発明の潤滑油組成物は、金属表面に対する反応性が著
しく大きいため、塗布するだけで加工にともない迅速に
、十分な強度を持った吸着膜および反応皮膜を材料表面
に生成させることができる。

１５１られる反応被膜は金属の冷間塑性加工における焼
付きを防止するのに適している。したがって、本発明の
潤滑油組成物を用いると、従来の潤滑油では加工できな
かった条件の厳しい加工条件で製造される製品にも適用
することができる。

［試験例１］ ４０’Ｃにおいて９６ｃＳｔの動粘度を有するパラフィ
ン系鉱油と、リン酸エステルとしてトリオレイルホスフ
ェート、ジオクチルホスフェート、オレイルアシッドホ
スフェートおよび正リン酸を使用し、第１表に示すＮｏ
、１からＮｏ、１０の１０種類の潤滑油組成物をｖＡ製
した。なお、第１表中の括弧中の数字は重量％で示した
リン濃度であり、それらのリン濃度になるように上記リ
ン酸エステルおよび正リン酸を配合したものである。

また、Ｎｏ、１、Ｎｏ、３およびＮｏ、５の潤滑油組成
物については１５０℃の温度で１時間加熱処理を実施し
た。

次に、これらの潤滑油組成物によって１９られる付着被
膜または／および反応被膜の鍛造性能をボール通し試験
によって評価した。第１図にボール通し試験に使用した
装置の構成を示す。この装置は内周径３Ｑｍｍの貫通孔
をもつ高速度工具ｍ製のダイス４の貫通孔中に外周径３
０ｍｍで内周径の異なる種々の筒状試験片１を配置し、
貫通孔の一端にカウンタパンチ５を他端に直径の異なる
ボール２を配置し、２５０トンナツクルジヨイントプレ
スでボール２を試験片１の中心孔中に圧入し、ボール２
と試験片１との焼付き程度を試験するものである。試験
片１としては第２表に示す、機械構造用炭素鋼（Ｓ　１
　ＱＣ＞　ｖＪ（７）内周径が１５．８８ｍｍ、１６．
６７ｍｍおよび１７．４６ｍｍの３＋！類の試験片を使
用し、各試験片の表面に第１表に示した各潤滑油組成物
の１つを塗布したものとした。ボール２としては直径１
５．０ｍｍと直径１４．５ｍｍの軸受用！１（ＳＵＪ２
）製の２種類のボールを使用した。そしてボール２の直
径（ｄ　ｉ　）および試験片１の内径（ｄｂ）を第２表
のごとく組合わせることにより、減面率（Ｒ）（ここで
、Ｒ＝　（（ｄｂ２−ｄ　ｉ２）／　（３０２−ｄ１２
））Ｘ１００（％））の値を、４，６゜８．１０．１２
．１４％とする冷間塑性加工試験を行なうものである。

減面率の値が大きいほど加工条件が厳しく焼付きが起こ
り易い。したがって潤滑油組成物の対加工性能の評価は
、加工後の試験片内面を目視ｖＡ寮し、焼付きが発生す
ることなく加工できた最大の減面率（Ｒｍａｘ）によっ
て行った。Ｒｍａｘの値が大きい潤滑油組成物はど鍛造
性能が高いことを意味する。なお、試験温度は室温であ
る。

（以下余白） 第　　１　　表 第　　２　　表 ｄｉ：ボール直径 ｄｂ：試験片内径 Ｒ：減面率 第２図に試験結果を示す。この結果から、りん酸エステ
ルと正りん酸とを鉱油に配合し加熱処理を施した本発明
の潤滑油組成物（Ｎｏ、１．３゜５）は、りん酸エステ
ルと正りん酸のどちらが一方だけ、もしくは両者を配合
しただけで、加熱処理を施さないもの（Ｎｏ、２．４．
６，７，８゜９．１０）に比べてＲｍａｘの値が大きく
なっており、（Ｒｍａｘの値：Ｎｏ、１＞Ｎｏ、２．Ｎ
ｏ、３＞Ｎｏ、４．Ｎｏ、５＞Ｎｏ、６）、本発明の潤
滑油組成物の対塑性加工性能は明らかに向上しているこ
とが分かる。

［試験例２］ 試験例１と同じ鉱油に、りん酸エステルとしてオレイル
アシッドホスフェートをりん濃度で１゜０重間％、正り
ん酸をりん濃度で０．５４重量％配合し、６０℃で１時
間加熱処理を施した潤滑油組成物（Ｎｏ、１１）、８０
℃で１時間加熱処理を施した潤滑油組成物（Ｎｏ、１２
）および１２０℃で１時間加熱処理を施した潤滑油組成
物（Ｎｏ、１３）の３種類の潤滑油組成物をＦＪ４製し
た。

そして試験例１のＮｏ、５とＮ０１６の２種類の潤滑油
組成物を加え第３表に示す５種類の潤滑油組成物とした
。

（以下余白） 第　　３　　表 第３表に示した潤滑油組成物の対冷間加工性能を、試験
例１と同様にボール通し試験試験によって評価した。ま
た、比較例１として硫黄系の添加剤を、比較例２として
りん系の添加剤を含む市販の冷鍛用潤滑油を用い、これ
ら２種類の潤滑油についてもボール通し試験を実施した
。これらの結果を第３図に示す。

第３図に示す結果から明らかなように、加熱処理温度が
８０℃以上（Ｎｏ、１２．１３．５）において、加熱処
理を施さなかった場合（Ｎｏ、６）よりもＲｍａｘの値
が大きく、加熱処理の効果があられれていることが分か
る。さらに、加熱温度が高くなるにつれてＲｍａｘの値
が大きくなり、対冷間加工性能が向上していることが分
かる。また、本発明の潤滑油組成物である加熱処理を施
したものの中でも特に１２０℃以上で処理したもの（Ｎ
ｏ、１３．５）は、比較例１および比較例２の市販の冷
鍛用潤滑油に比べて明らかに対加工性能が優れている。

ざらに潤滑油組成物と試験片との反応の程度をみるため
にＮｏ、５．６．９および１０の４神類の潤滑油組成物
を塗布し、減面率４％でボール通し試験をした後の試験
片表面のＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）によるリ
ンおよび酸素元素の定損分析を実施した。これらの結果
を第４図に示す。

第４図の結果から、本発明の潤滑油組成物に加熱処理を
施したもの（Ｎｏ、５＞は、加熱処理をしないもの（Ｎ
ｏ、６＞に比べ、加工物表面におけるりん酸鉄が主成分
と考えられる反応皮膜の生成量が著しく多いことが分か
る。このような加熱処理を施した潤滑油組成物の金属表
面に対する高い反応性が鍛造性能の著しい向−Ｆに寄与
しているものと考えられる。

さらにＮｏ、６．１２．１３および５の４Ｆｆ！類の潤
滑油組成物についてＩ　Ｈ−ＮＭＲによる分析、３　’
Ｐ−ＮＭＲによる分析、赤外分析および水分の測定を実
旅した。得られたＩ　Ｈ−ＮＭＲによる分析結果および
水分の測定結果を潤滑ｈｂ組成物のＮｏ、および加熱処
理温度とともに第５図に示す。

第５図から、加熱処理を施さないｉｍ潤滑油組成物Ｎｏ
、６）では、オレイルアシッドホスフェートの−０１−
Ｉ　Ｍの（−１に起因するビーク（ビーク１）と正りん
酸の一〇ＨＭのＨに起因するビーク（ビーク２）とが明
らかに分離して現れている。しかし、加熱処理温度が高
くなり水分が減少するに伴い、ビーク２が小さくなると
ともにビーク１に接近し、かつビーク１が成長している
。また、赤外分析および３　’Ｐ−ＮＭＲ分析において
は、加熱処理の有無による組成の変化は特に認められな
かった。したがって、加熱処理に伴うＩ　Ｈ−ＮＭＲの
スペクトルの変化は、加熱処理によりオレイルアシッド
ホスフェートと正りん酸との水素結合による会合が起こ
っており、そして加熱温度が高くなるに連れて会合の度
合いが大きくなっていることを示すものと考えられる。

したがって、本発明の加熱処理された潤滑油組成物の金
属表面に対する高い反応性は、このりん酸エステルと正
りん酸との会合に起因するものであり、このりん酸エス
テルと正りん酸との会合体の作用によって加工性能が著
しく向上すると推測される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ボール通し試験に使用した型の構成の概略を
示す断面図、第２図は、第１表に示す潤滑油組成物のボ
ール通し試験の試験結果を示す図、第３図は、第３表に
示す潤滑油組成物のボール通し試験の試験結果を示す図
、第４図は、ボール通し試験試験後の試験片表面のＥＰ
ＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）による元素の定損分析
の結果を示づ図、第５図は’　Ｈ−ＮＭＲの測定結果を
示す線図である。 １・・・試験片　　　　　２・・・ボール３・・・パン
チ　　　　　４・・・ダイス５・・・カウンターパンチ 特許出願人　株式会社豊田中央研究所 同　　　日本？！装株式会社 同　　　豊田ケミカルエンジニアリング株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉱油、合成油またはこれらの混合油と、りん酸エ
   ステルと正りん酸との会合体とを含有することを特徴と
   する金属加工用潤滑油組成物。
2. （２）鉱油、合成油またはこれらの混合油に、りん酸エ
   ステルをりん濃度で０．１重量％以上と正りん酸をりん
   濃度で０．１重量％以上配合し、８０℃以上に加熱する
   ことにより、りん酸エステルと正りん酸との会合体を形
   成することを特徴とする金属加工用潤滑油組成物の製造
   法。