JP3217072B2 - 硫黄を配位原子とする水系潤滑剤とその使用方法 - Google Patents

硫黄を配位原子とする水系潤滑剤とその使用方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【技術分野】
本発明は金属素材の表面と金属型の成形表面の少なく
とも一方に塗布してその金属表面に潤滑膜を形成し、素
材と型との間の摩擦を低減させて良質な塑性加工を可能
とする水系潤滑剤に関する。本発明はまた、その水系潤
滑剤の使用方法とその水系潤滑剤の製造に特に適した化
学物質にも関する。
【背景技術】
金属素材に、鍛造、押出し、引抜き、圧延、プレス等
の塑性加工を施す場合、金属素材の表面及び／又は金属
型の成形表面に潤滑膜を形成して素材と型との間の摩擦
を低減し、かじり、焼き付き等の発生を防止する必要が
ある。 もっとも普通には、金属をリン酸亜鉛溶液に沈めて表
面にリン酸亜鉛ないしリン酸鉄系の化成皮膜（以下これ
をリン酸皮膜という）を生成し、さらにこれをナトリウ
ム石鹸等に沈めて金属石鹸層を表面に生成する。この方
法によると、良質な表面保護膜が得られ、重加工（素材
表面の伸び率が大きい加工を言う）が可能となる。但
し、この方法を実施するには水洗、湯洗、酸洗等の洗浄
処理を必要とすることもあって各種の装置を必要とす
る。又上記処理にそれぞれ長時間が掛かりリードタイム
が長くなる。通常一連の処理を終了するのに30分以上を
必要とする。さらにその処理時間内に後加工で塑性加工
される分量の金属の全量を一度に表面処理する必要があ
り、少量多品種の生産になじまない。 これらの問題を克服するために、加工油の利用が検討
されている。例えば、特開平７−118682号公報には、鉱
油の中に、高級アルキル基を導入して親油性が付与され
た亜鉛ジチオフォスフェート、モリブデンジチオカーバ
メート等の亜鉛ないしモリブデンの塩を分散させた加工
油が提案されている。この加工油によると上述の課題の
多くは解決されるが、油を主成分とするために、周辺の
機械に油が付着して汚れたり、オイルミストが発生する
などの問題が生じる。すなわち作業環境の悪化が避けら
れない。このほか、塑性加工後に素材表面の脱脂処理が
必要とされるなど、多くの課題を残している。
【発明の開示】
この発明は上述の課題を解決するものであり、油を含
まない水系潤滑剤を塗布することで表面に潤滑膜が形成
されるようにする。これができれば、油を使用しないた
めに、作業環境を悪化させたり、後で脱脂処理を必要と
すると言った問題が解決される。又、塗布すれば良いこ
とから、大がかりな設備を必要としたり、一度に多量の
素材を処理しなければならないといった問題も解決され
る。 請求の範囲１に記載の発明は、水系潤滑剤の製造に特
に適した化学物質に関する。この化学物質は混配位子金
属キレート化合物であり、配位原子の少なくとも一つを
硫黄とする複座又は多座のキレート配位子が、亜鉛、マ
ンガン、鉄、モリブデン、錫、アンチモンの内の一種以
上の金属の複数の配位座を部分的に満たして配位すると
ともに、残りの配位座に水酸化物イオン、縮合リン酸、
ポリカルボン酸型高分子活性剤及び／又はポリオキシカ
ルボン酸が配位していることを特徴とする。 この混配位子金属キレート化合物は、硫黄を配位原子
とするキレート配位子が金属に強固に配位し、水酸化物
イオン、縮合リン酸、ポリカルボン酸型高分子活性剤及
び／又はポリオキシカルボン酸が、酸素陰イオンを介し
て、金属に弱く配位する。 請求の範囲２に記載の水系潤滑剤は、この混配位子金
属キレート化合物を水に懸濁ないし分散させたものであ
る。前記の混配位子金属キレート化合物が水に懸濁ない
し分散されて水系潤滑剤として使用されると、非常に良
好な潤滑膜を形成する。 請求の範囲３に記載の水系潤滑剤は、前記した水系潤
滑剤に、可溶性縮合リン酸塩、可溶性ポリカルボン酸型
高分子活性剤及び／又は可溶性ポリオキシカルボン酸塩
が添加されている。 これらの補助剤が付加されていると、潤滑膜の性能が
向上する。可溶性縮合リン酸塩は系内に存在する界面活
性剤と相俟って疎水性微粒子である金属キレート化合物
の分散性を高める。可溶性ポリカルボン酸型高分子活性
剤や可溶性ポリオキシカルボン酸塩は、潤滑膜の金属表
面への付着力を高める。この補助剤が添加された水系潤
滑剤を用いると厳しい重加工が可能となる。 請求の範囲４の発明は、金属表面に予めリン酸皮膜が
形成されている場合に、水溶液を用いてリン酸皮膜上に
潤滑膜を形成する方法に関する。この方法では、予めリ
ン酸皮膜が施された金属素材を、配位原子の少なくとも
一つを硫黄とする多座又は複数のキレート配位子の水溶
液に浸漬し、該キレート配位子と該リン酸皮膜内の亜鉛
イオン及び／又は鉄イオンと反応させて該リン酸皮膜上
に結晶性混合配位子金属キレート化合物を生成する。 この方法によると、リン酸皮膜による潤滑効果と、硫
黄を配位原子として亜鉛イオン及び／又は鉄イオンにキ
レートした金属キレート化合物による潤滑作用が共に利
用される。 請求の範囲５の発明もリン酸皮膜上に潤滑膜を生成す
る方法に関し、この方法では、予めリン酸皮膜が施され
た金属素材を、請求の範囲２又は３に記載の水系潤滑剤
に浸漬し、硫黄を配位原子とするキレート配位子でない
方の配位子と該リン酸皮膜内の亜鉛イオン及び／又は鉄
イオンと反応させて該リン酸皮膜上に、結晶性複核金属
キレート化合物を生成する。 この方法によると、リン酸皮膜による潤滑効果と、硫
黄を配位原子として金属にキレートした金属キレート化
合物による潤滑作用が共に利用される。 請求の範囲６の発明は水系潤滑剤の使用方法に関し、
金属素材の塑性加工に先立って、その金属素材の表面と
金属型の成形表面の少なくとも一方に、請求の範囲２又
は３に記載の水系潤滑剤を塗布してその表面に潤滑膜を
形成させ、表面に潤滑膜が形成された状態でその金属素
材を塑性加工することを可能にする。この場合、塗布後
に水系潤滑剤を乾燥させ、乾燥後に塑性加工することが
好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
最初に配位原子の少なくとも一つを硫黄として、亜
鉛、マンガン、鉄、モリブデン、錫、アンチモンの内の
一種以上の金属をキレートした金属キレート化合物の実
施の形態について説明する。以下に示す化学式１〜28は
この種の金属キレート化合物を例示するものであり、化
学式１〜28に示すキレート配位子（式中のＭを除いたも
の）は水溶液中又は水・有機溶媒（アルコール類、ケト
ン類及びジオキサン）混合溶媒中に於いて上記の金属イ
オンと反応して水に不溶の結晶性沈殿を生じさせる。そ
れら結晶性沈殿の配位構造を化学式１から28に示す。そ
こで生じた結晶性沈殿は金属キレート化合物である。こ
の金属キレート化合物の結晶性沈殿を微細化し、それら
の内の１種、２種、又は３種以上の異種金属キレート化
合物を水中に懸濁ないし分散させたものが水系潤滑剤と
なる。 化学式中、Ｍは、２価の亜鉛、２または３価のマンガ
ン、２または３価の鉄、３又は４又は５価のモリブデ
ン、２価の［（MoOS）２］2+、２価の［Mo2S4］2+、２
または４価の錫、３または５価のアンチモンもしくは２
価のMoOあるいは１価のMoOSを示している。 化学式１〜12、15、16、18、19、及び28において、ｎ
はＭの種類に応じて変化する。例えば、Ｍが亜鉛、錫ま
たはアンチモンの場合はｎ＝１又は２、Ｍがマンガンま
たは鉄の場合はｎ＝１、２又は３、Ｍがモリブデンの場
合はｎ＝１または２である。例えば、亜鉛の場合、ｎ＝
１では、亜鉛の４つの配位座の内の２つにしか硫黄を配
位原子とするキレート配位子が配位しない。この場合残
りの２つの配位座には硫黄を配位原子とするキレート配
位子以外のもの、例えば、水酸化物イオン、縮合リン
酸、ポリカルボン酸型高分子活性剤及び／又はポリオキ
シカルボン酸等が配位する。一般的に以下に示す化学式
において、金属Ｍの配位座の数が硫黄を配位原子とする
キレート配位子では埋めきられない場合には、硫黄を配
位原子とするキレート配位子に配位していない金属の配
位座に、水酸化物イオン、縮合リン酸、ポリカルボン酸
型高分子活性剤及び／又はポリオキシカルボン酸等の硫
黄を有しない配位子が配位していることを意味してい
る。
【化学式１】 ここで、R1とR2は等しくてもよく、この場合、R1（＝
R2）は、Ｈ、CH3、C2H5、ノルマルC3H7、イソC3H7、ノ
ルマルC4H9、イソC4H9、第三C4H9またはC6H5である。R1
とR2は異なっていてもよく、R1がＨの場合R2はCH3、C2H
5、ノルマルC3H7、イソC3H7、ノルマルC4H9、イソC
4H9、第三C4H9またはC4H9である。R1がCH3またはC2H5の
場合、R2はC6H5である。
【化学式２】 ここで、Ｒは、Ｈ、CH3、またはC2H5である。
【化学式３】
【化学式４】
【化学式５】 ここでＲはオルトNO2、パラNO2、メタOCH3、メタCH3ま
たはメタC2H5である。
【化学式６】 ここでＲはCH3、C2H5、ノルマルC3H7、またはイソC3H7
である。
【化学式７】 ここでＲは水素原子または炭素数１〜12のアルキル基で
ある。
【化学式８】 ここでｍ＝１でｌ（エル）＝０の場合、 R1〜R3、R6〜R8はＨ、 R1はCH3でR2〜R3、R6〜R8はＨ、 R1はC2H5でR2〜R3、R6〜R8はＨ、 R1はノルマルC3H5またはイソC3H5であり、R2〜R3、R6
〜R8はＨ、 R1はノルマルC4H9、イソC4H9、または第三C4H9であり、
R2〜R3、 R6〜R8はＨ、 R2とR3はCH3であり、R1、R6〜R8はＨ、 R2とR6はCH3であり、R1、R3、R7〜R8はＨ、 R2とR3とR6とR7はCH3であり、R1とR8はＨ、 R1とR8はCH3であり、R2〜R3、R6〜R7はＨ、 R1とR8はC2H5であり、R2〜R3、R6〜R7はＨ、 R1とR8はノルマルC3H5またはイソC3H5であり、R2〜
R3、R6、R7はＨ、 R1とR8はノルマルC4H9、イソC4H9または第三C4H9であ
り、R2〜R3、R6〜R7はＨ、または R2とR6はC6H5であり、R1、R3、７〜R8はＨである。 ｍ＝１でｌ（エル）＝１の場合、 R1〜R8はＨまたは R4とR5はCH3であり、R1〜R3、R6〜７はＨである。 ｍ＝１でｌ（エル）＝２〜７の場合、 R1〜R8はＨである。 ｍ＝２〜９でｌ（エル）＝０の場合、 R1〜R8はＨまたは R2はCH3であり、R1、R3、R6〜R8はＨである。 ｍ＝２〜９でｌ（エル）＝１の場合、 R1〜R8はＨである。
【化学式９】
【化学式１０】
【化学式１１】
【化学式１２】 ここでＲは炭素数１〜12の直鎖または分岐鎖のアルキル
基である。
【化学式１３】 ここでＲはＨで、ｌ（エル）＝２〜３で、ｍ＝１または Ｒは炭素数１〜12のアルキル基で、ｌ＝２〜３
で、ｍ＝２〜３である。
【化学式１４】 ここで R1〜R3はＨで、ｍ＝１、 R1は炭素数１〜12のアルキル基で、R2〜R3はＨ
で、ｍ＝２または R1〜R2はＨで、R3はNH2で、ｍ＝２である。
【化学式１５】
【化学式１６】 ここで、ＲはＨで、ｌ＝１〜６で、ｎ＝２〜３または ＲはCOOHで、ｌ＝１〜６で、ｎ＝２〜３であ
る。
【化学式１７】 ここで、R1とR2はＨで、ｌ＝２〜12、 R1はＨで、R2はCH3で、ｌ＝２〜12、 R1はC2H4S-で、R2はＨで、ｌ＝２〜12または R1はC2H4S-で、R2はCH3で、ｌ＝２〜12であ
る。
【化学式１８】 ここで、R1とR2はＨで、ｌ＝１〜２で、ｍ＝１〜６で、
ｎ＝２〜３または R1はC2H4S-で、R2はＨで、ｍ＝１〜６で、ｎ＝
１である。
【化学式１９】
【化学式２０】 ここで、ｌは０、１、２又は３であり、 R1とR2はＨ、CH3、C2H5、ノルマルC3H7またはイソC3H
7、 R1はＨで、R2はCH3、C2H5、ノルマルC3H7またはイソC
3H7、 またはR1はC2H5で、R2はC6H5である。 またＸは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３である。
【化学式２１】 ここで、ｌは０、１、２又は３であり、 Ｘは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３であ
る。
【化学式２２】 ここで、ＲはＨで、ｌ＝１〜４または Ｒは炭素数１〜３のアルキル基で、ｌ＝１〜４
である。 Ｘは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３であ
る。
【化学式２３】 ここで、Ｘは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３であ
る。
【化学式２４】 ここで、ＲはＨ、CH3、OCH3、OHまたはC6H5である。 またＸは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３である。
【化学式２５】 ここで、ＲはＨ、CH3、OCH3、またはOHである。 またＸは陰イオン単座配位子で、ｎ＝２〜３である。
【化学式２６】
【化学式２７】 ここでｍ＝１〜12で、Ｘは陰イオン単座配位子で、ｎ＝
２〜３である。
【化学式２８】 ここでＲはアルキル基（Ｃ＝１〜12）である。 化学式１〜28に明らかなように、これらの金属キレー
ト化合物は、配位原子の少なくとも１つが硫黄であり、
亜鉛、マンガン、鉄、モリブデン、錫、アンチモンの内
の一種以上の金属ヘキレートしている。この金属キレー
ト化合物は疎水性の微粒子であるが、pH8.0〜13.0にお
いて、陰イオンまたは非イオン系界面活性剤で水に分散
し、水の中に安定に分散し続ける。あるいはこの金属キ
レート化合物を微粉化すると、界面活性剤等を利用しな
くても相当長時間に亘って沈殿しないように懸濁させて
おくことができ、攪拌しない振動を加えることで物理的
に懸濁させておくこともできる。このために油類ないし
有機溶媒を全く必要としない水系潤滑剤を実現すること
ができる。 この懸濁ないし分散液を金属素材表面と金属型の成形
面の少なくとも一方に塗布すると、塗布された表面に潤
滑膜が形成される。この潤滑膜は表面に良くなじみ、金
属素材の塑性加工中に容易なことでは表面から剥離しな
い。また良好な潤滑性を有し、素材と型が焼き付いてし
まうことを効果的に予防する。またこの潤滑剤は、塗布
する金属表面に油分さえなければその表面に良く付着す
るという利点を有し、脱脂、洗浄などの準備工程が必要
であるという特徴を備えている。さらにまた、この潤滑
剤は特別な管理を必要とせず、リサイクルが可能であ
り、通常管理は消費分を補充するだけでよい。又、塑性
加工後に、電子ビーム溶接を実施するような場合にも、
厳重な洗浄を必要としない。 塗布の方法には種々の方法を用いることができ、たと
えば、素材の表面に塗布する場合、素材を潤滑剤中に浸
漬したり、ブラシで塗ったり、スプレイするなどの任意
の方法を採用することができる。又、型の成形面に塗布
する場合には、ブラシで塗ったり、スプレイするなどの
方法を採用することができる。 さらに、潤滑剤を塗布した素材や型を放置して潤滑剤
を自然乾燥させてもよいが、必要に応じて強制乾燥させ
ても良い。強制乾燥させる場合、熱風を当てる方法、素
材や型を余熱しておく方法、高周波加熱して乾燥させる
方法など任意の方法を採用する事ができる。なお、乾燥
の程度も必要に応じて調整可能であり、完全乾燥させた
り、半乾燥させたりできる。乾燥の程度は、乾燥温度や
乾燥時間によって任意に調整できる。 また、あらかじめ金属キレート化合物を調整して於い
て水に加える代わりに、液中で金属キレート化合物を生
成しても良い。すなわち、配位原子の少なくとも一つを
硫黄とする一種以上のキレート剤と、亜鉛、マンガン、
鉄、モリブデン、錫、アンチモンの内の一種以上の金属
の塩、酸化物または水酸化物と、陰イオンまたは非イオ
ン系界面活性剤が加えられた潤滑剤を利用しても良い。
この潤滑剤も全く同様に利用することができる。 化学式１〜28に示す金属キレート化合物の場合、金属
の複数の配位座の全部に硫黄を配位原子とするキレート
配位子が配位していても良い。これに代えて、金属の一
部の配位座にのみ硫黄を配位原子とするキレート配位子
が配位し、残りの配位座には硫黄を配位原子としない配
位子が配位しても良い。硫黄を配位原子としない配位子
の例として、水酸化物イオン、縮合リン酸、ポリカルボ
ン酸型高分子活性剤及び／又はポリオキシカルボン酸が
好適である。化学式１〜28は、金属の複数の配位座の内
の一部にのみ化学式で示されている硫黄を配位原子とす
るキレート配位子が配位しているものをも示している。 金属表面にリン酸皮膜が施されている場合、化学式１
〜28に示すキレート配位子（式中のＭを除いたもの）の
水溶液のなかにその金属を浸漬すると、リン酸皮膜内に
存在する亜鉛イオンないし鉄イオンへ硫黄を配位原子と
するキレート配位子が配位してリン酸皮膜上に結晶性の
混配位子金属キレート化合物が生成されてこれが潤滑作
用をもたらす。 また金属表面にリン酸皮膜が施されている場合、金属
の複数の配位座の一部に硫黄を配位原子とするキレート
配位子が配位し、残部の配位座にそれ以外の配位子が配
位している金属キレート化合物の水溶液のなかにその金
属を浸漬すると、そのリン酸皮膜の上に結晶性の複核キ
レート化合物が生成されこれも潤滑作用をもたらす。 潤滑膜が２種類以上の金属キレート化合物を含んでい
ると、それぞれの潤滑作用が相乗して得られ、非常に良
好な結果が得られる。 上記に説明した潤滑剤は、主として鉄、とりわけ鋼、
及び鉄合金の表面に強固に付着して潤滑膜を形成する
が、アルミニウムなどの非鉄金属に対して使用すること
もできる。 本潤滑剤には各種の添加剤、例えば、PH調整剤、粘度
調整剤、防腐剤、消泡剤をなどを添加することができ
る。特に、可溶性縮合リン酸塩、脂肪酸ナトリウム塩、
脂肪酸カリウム塩、可溶性ポリカルボン酸型高分子活性
剤及び／又は可溶性ポリオキシカルボン酸塩を添加する
ことが好ましい。これらは金属キレート化合物の水に対
する分散性を高めたり、潤滑膜の金属表面に対する付着
力を高める。 次に実験例の説明をする
【第１実験例】 予めステアリン酸ナトリウム20gを1000mlの温水に溶
解させたなかにビス−（N,N−ジエチルジチオカルバマ
ト）亜鉛150gを加え、静かに攪拌して水系潤滑剤とし
た。 この第１実験例と同種の水系潤滑剤としてのものとし
て下記を指摘できる。金属キレート化合物としては、ビ
−（N,N−ジエチルジチオカルバマト）亜鉛に限られ
ず、化学式１〜28に例示した各種のもの、例えば、N,N
−ジブチルジチオカルバマトオキシモリブテンサルファ
イド等に代えることができる。 陰イオン系又は非イオン系界面活性剤としてこの実験
例ではステアリン酸ナトリウムを用いているが、良く知
られている他の陰イオン系又は非イオン系界面活性剤、
例えば、脂肪酸なナトリウム塩及び／又は脂肪酸のカリ
ウム塩によっても、pH8.0〜13.0に調整することで、金
属キレート化合物を良く水に分散させることができる。
金属キレート化合物を微粉末化して水に加えて攪拌して
懸濁させてもほぼ同様の水系潤滑剤が得られる。
【第２実験例】 N,N−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム３水塩7
8g/300ml水溶液中に、硫酸亜鉛７水塩50g/200ml水溶液
を攪拌しながら加え、ビス−（N,N−ジエチルジチオカ
ルバマト）亜鉛の懸濁液を調整する。別に、ステアリン
酸ナトリウム20g、３縮合リン酸ナトリウム20gとポリカ
ルボン酸型高分子活性剤20gを含む温液（500ml）に、N,
N−ジブチルジチオカルバマトオキシモリブデンサルフ
ァイド100gを分散させた懸濁液を調整する。両懸濁液を
攪拌混合して水系潤滑剤を得た。 この第２実験例と同種の水系潤滑剤として下記のもの
を指摘できる。 N,N−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム３水塩
水溶液に加えて金属キレート化合物を生成させる硫酸亜
鉛水塩水溶液を他の水溶性亜鉛塩又は水酸化亜鉛に置き
換えることができる。また、マンガン、鉄、モリブデ
ン、錫、アンチモンの水溶性塩に置き換えることができ
る。第２実験例が第１実験例と大きく異なる点は、２種
類以上の金属の金属キレート化合物を用いることであ
り、前記例では亜鉛とモリブデンを用いる。亜鉛、マン
ガン、鉄、モリブデン、錫、アンチモンのなかから任意
の２種類以上を組み合わせて用いることができる。用い
るキレート配位子は、化学式１〜28に示したなかの任意
のものを採用するすることができる。 ３縮合リン酸ナトリウムはなくとも良いが、加えた方
が金属キレート化合物の分散性が向上する。ポリカルボ
ン酸型活性剤もなくても良いが、加えた方が金属に対す
る潤滑膜の付着性が向上する。ポリカルボン酸型高分子
活性剤に代えて可溶性のポリオキシカルボン酸塩を加え
ても良い。
【第３実験例】 まず、硫酸亜鉛７水塩57.8g/300ml水溶液中に、N,N−
ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム３水塩45.3gと
水酸化ナトリウム8.5gを水200mlにとかした溶液を、攪
拌しながら徐々に注加して、モノ−（N,N−ジエチルジ
チオカルバマト）−ヒドロクソアクア亜鉛の懸濁液を調
整する。 モノ−（N,N−ジエチルジチオカルバマト）−ヒドロ
クソアクア亜鉛は、亜鉛の複数の配位座の一部に硫黄を
配位原子とするキレート配位子が強く配位し、残りの配
位座に水酸化ナトリウムイオンが弱く配位している。モ
ノ−（N,N−ジエチルジチオカルバマイト）−ヒドロク
ソアクア亜鉛は、ステアリン酸ナトリウム等の脂肪酸の
ナトリウム塩及び／又は脂肪酸のカリウム塩により水に
分散させることができる。 この実験例と同種のものとして下記の潤滑剤を例示で
きる。金属の複数の配位座の一部ヘキレートする硫黄を
配位原子とするキレート配位子は、化学式１〜28に示す
任意の配位子に置き換えることができる。残部の配位座
へ配位する水酸化ナトリウムイオンは硫黄を除く任意の
水酸化物イオンに置き換えることができる。 前記実験例と同様に、可溶性縮合リン酸塩、可溶性ポ
リカルボン酸型高分子活性剤及び／又は可溶性ポリオキ
シカルボン酸塩を必要に応じて付加することもできる。
【第４実験例】 まず、硫酸亜鉛７水塩57.8g/300ml水溶液中に、３縮
合リン酸ナトリウム18g/100mlを攪拌しながら徐々に注
加して３縮合リン酸亜鉛結晶性沈殿の懸濁液を調整す
る。このなかへN,N−ジエチルジチオカルバミン酸ナト
リウム３水塩45.3g/200mlを攪拌しながら徐々に注加す
ると、モノ−（N,N−ジエチルジチオカルバマト）−ト
リポスファト亜鉛の結晶性沈殿（以下Ｇという）が得ら
れる。 別に、ステアリン酸ナトリウム20g、３縮合リン酸５
ナトリウム10gとポリカルボン酸型活性剤12gを500mlの
温水に溶かした溶液中に、N,N−ジブチルジチオカルバ
マトオキシモリブデンサルファイド100gを分散させた液
（以下Ｈという）を用意する。ＧとＨを攪拌混合してえ
られる黄色い分散系を潤滑剤とする。 モノ−（N,N−ジエチルジチオカルバマト）−トリポ
スファト亜鉛は、亜鉛の複数の配位座の一部に硫黄を配
位子とするキレート配位子が強く配位し、残りの配位座
に３縮合リン酸５ナトリウムが酸素陰イオンを介して弱
く配位している。残りの配位座に酸素陰イオンを介して
弱く配位するものは、３縮合リン酸５ナトリウム等の縮
合リン酸に限られず、ポリカルボン酸型高分子活性剤及
び／又はポリオキシカルボン酸に代えることができる。 第４実験例が第３実験例と大きく異なる点は、２種類
以上の金属の金属キレート化合物を用いることであり、
前記例では亜鉛とモリブデンを用いる。これに代えて亜
鉛、マンガン、鉄、モリブデン、錫、アンチモンのなか
から任意の２種類以上を組み合わせて用いることができ
る。２種類以上の金属キレート化合物において、両方と
も硫黄を配位原子とするキレート配位子が金属の複数の
配位座の一部に配位していても良いが、上述の様に、一
方の金属キレート化合物では金属の複数の配位座の全部
に硫黄を配位原子とするキレート配位子が配位していて
も良い。用いるキレート配位子は、化学式１〜28に示し
たなかの任意のものを採用するすることができる。
【第５実験例】 ５％−N,N−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム
３水塩の温溶液（pH10）のなかへ、予めリン酸皮膜を施
した金属素材を浸漬してリン酸皮膜上に生成させた結晶
性混配位子亜鉛キレート化合物を潤滑剤とする。 pHを6.5〜13.5の範囲に調整しておくと、N,N−ジエチ
ルジチオカルバミン酸ナトリウム（硫黄を配位原子とす
る配位子）がリン酸皮膜内の亜鉛イオンないし鉄イオン
と配位してリン酸皮膜上に結晶性混配位子亜鉛ないし鉄
キレート化合物が生成され、これが潤滑膜となる。キレ
ート配位子は化学式１から28に示す任意のものでよい。
【第６実験例】 硫酸亜鉛７水塩40g/200ml中に、N,N−ジエチルジチオ
カルバミン酸ナトリウム３水塩31g及び水酸化ナトリウ
ム5.9gの混合水溶液（150ml）を攪拌しながら徐々に注
加してモノ−（N,N−ジエチルジチオカルバマト）ヒド
ロクソアクア亜鉛の懸濁液（以下Ｉという）を得る（pH
11.5〜12.0）。 予めリン酸皮膜を施された金属素材を、40〜50゜のＩ
中に浸漬してＩを30〜60秒間攪拌すると、リン酸皮膜上
に結晶性複核亜鉛キレートが得られる。これを潤滑膜と
する。 また、実験例１から４で得られた潤滑剤に、予めリン
酸皮膜を施された金属素材を浸漬することでも、リン酸
皮膜上に結晶性複核亜鉛キレートが得られる。 キレート配位子は化学式１から28に示す任意のもので
よく、特に硫黄を配位子とするキレート配位子が金属の
配位座の一部に配位して残りの配位座には硫黄を含まな
い配位子が配位していることが好ましい。この場合、硫
黄を含むキレート配位子が金属に配位し、硫黄を含まな
い配位子がリン酸皮膜内の亜鉛イオンないし鉄イオンと
配位し、結晶性複核金属キト化合物が得られる。 これら第１〜６実施例で調製した潤滑剤を試験用の穴
明けしたビレット（減面率12％の場合：穴内径15mm、外
形29.9mm、長さ50mmの円筒部材を使用）の穴内面に塗布
して、150℃の熱風を60秒あてて乾燥した。この処理に
要した時間はおよそ２分であった。 比較のために、同一のビレットにリン酸皮膜を形成
し、その上に金属石鹸の膜を生成したものを用意した
（比較例１）。この処理に要した時間は30分以上であっ
た。 さらに比較のために、同一のビレットに加工油（潤滑
助剤添加済み）を塗布したものを用意した（比較例
２）。この処理に要した時間はおよそ30秒であった。 それぞれのビレットについてボール通し試験を行っ
た。この試験はビレットの穴の径より大きい径を有する
鉄球を強制的にビレットの穴に通してビレットを塑性変
形させる際に必要とされた荷重を測定し、かつビレット
の内径の表面性状から潤滑性能を評価するものであり、
その荷重が低いほど良好に潤滑されてスムースな塑性加
工か可能となることを示す。その結果（最大荷重）を下
記の表に示す。表中減面率とは変形前後のビレットの穴
の径の変化率を示し、数字が大きいほど変形の程度が高
いこと、すなわち重加工されていることを示す。また表
面性状の焼付が生じないかあるいは生じてもその長さが
短いほど、よく潤滑されていることがわかる。 表中、NGは鉄球とビレットが焼き付いて、良好な表面
性状が得られなかったことを示す。本発明の全ての実験
例で重加工が可能になるわけではないが、軽加工は全て
の実験例で可能であり、全ての実験例でオイルを利用す
る場合に比して良好な潤滑性能が得られることが確認さ
れた。また、本発明の潤滑剤のなかから適宜に選択する
ことで、重加工も可能となる。 本実施例のものは、塗布して潤滑膜を形成させるだけ
で、比較例１と同等の成績を得ることができ、十分に実
用化できることが確認される。また処理時間もおよそ２
分で済み、非常に短時間で処置できる。特に、比較例２
と比べると性能差が顕著であり、比較例２では加工でき
ない場合にも本実施例によると加工できることが確認さ
れる。
【発明の効果】
本発明の潤滑剤液によると、塗布するという簡単な操
作で、リン酸皮膜を形成してその上に金属石鹸の膜を生
成するという面倒でやっかいな操作をする場合と同等の
性能を実現する強固な潤滑膜が形成できる。この発明で
は油を使用しないために、作業環境を悪化させたり、後
で脱脂処理を必要とすると言った問題を引き起こさな
い。又、塗布すれば良いことから、大がかりな設備を必
要としたり、一度に多量を処理しなければならないとい
った問題も解決される。このため素材の塑性加工装置に
隣接する狭いスペースに潤滑膜の形成のための装置を配
置し、塑性加工装置のサイクルに追従させて潤滑膜を形
成して両処理の間に余分の在庫を必要としないこと、あ
るいは短いリードタイムを実現するといったことが可能
となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０７Ｆ 15/02 Ｃ０７Ｆ 15/02 Ｃ１０Ｍ 135/18 Ｃ１０Ｍ 135/18 139/00 139/00 Ｚ 173/00 173/00 // Ｃ１０Ｎ 40:20 Ｃ１０Ｎ 40:20 Ｚ 40:24 40:24 Ｚ 80:00 80:00 (72)発明者 竹内 雅彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 池末 冨三夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 樫村 徳俊 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 河原 文雄 愛知県豊田市柿本町７丁目16番地１ 株 式会社メックインターナショナル内 (72)発明者 伴野 満 愛知県豊田市柿本町７丁目16番地１ 株 式会社メックインターナショナル内 (56)参考文献 特開 昭58−63794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−167397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−32274（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−34796（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−62207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−72692（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−246272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−291591（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−305897（ＪＰ，Ａ) 特公 昭38−8117（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭47−45487（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C07F 3/06 C07F 7/22 C07F 9/90 C07F 11/00 C07F 13/00 C07F 15/02 C10M 135/18 C10M 139/00 C10M 173/00 C10N 40:20 C10N 40:24 C10N 80:00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】配位原子の少なくとも一つを硫黄とする複
    座又は多座のキレート配位子が、亜鉛、マンガン、鉄、
    モリブデン、錫、アンチモンの内の一種以上の金属の複
    数の配位座を部分的に満たして配位するとともに、残り
    の配位座に水酸化物イオン、縮合リン酸、ポリカルボン
    酸型高分子活性剤及び／又はポリオキシカルボン酸が配
    位した混配位子金属キレート化合物。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の混配位子金属キレート化
    合物を、水に懸濁ないし分散させた水系潤滑剤。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の水系潤滑剤に、可溶性縮
    合リン酸塩、可溶性ポリカルボン酸型高分子活性剤及び
    ／又は可溶性ポリオキジカルボン酸塩が添加された水系
    潤滑剤。
  4. 【請求項４】予めリン酸皮膜を施した金属素材を、配位
    原子の少なくとも一つを硫黄とする多座当は複座のキレ
    ート配位子の水溶液に浸漬し、該キレート配位子と該リ
    ン酸皮膜内の亜鉛イオン及び／又は鉄イオンと反応させ
    て該リン酸皮膜上に、結晶性混配位子金属キレート化合
    物を生成する方法。
  5. 【請求項５】予めリン酸皮膜を施した金属素材を、請求
    の範囲２又は３に記載の水系潤滑剤に浸漬し、硫黄を配
    位原子とするキレート配位子でない配位子と該リン酸皮
    膜内の亜鉛イオン及び／又は鉄イオンと反応させて該リ
    ン酸皮膜上に、結晶性複核金属キレート化合物を生成す
    る方法。
  6. 【請求項６】金属素材の塑性加工に先立って、その金属
    素材の表面と金属型の成形表面の少なくとも一方に、請
    求の範囲２又は３に記載の水系潤滑剤を塗布してその表
    面に潤滑膜を形成させ、表面に潤滑膜が形成された状態
    でその金属素材を塑性加工することを可能にする請求の
    範囲２又は３に記載の水系潤滑の使用方法。
  7. 【請求項７】請求項６の使用方法において、塗布後に乾
    燥させる工程が付加されていることを特徴とする水系潤
    滑剤の使用方法。
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