JPH02182788A - 複合エマルジョン金属加工油剤 - 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） 本発明は金属材料を機械加工する際に使用する潤滑剤で
ある金属加工油剤に関するものであり、特に潤滑性およ
び冷却性の優れた０／Ｗ／Ｏ型複合エマルジョン金属加
工油剤に関するものである。

（従来の技術） 金属材料の機械加工としては切削（研削）、プレス、圧
延、伸線等の切削加工、塑性加工がある。

いずれも加工材料と工具とは加工中に高圧で接触し激し
く摩擦するので摩擦熱が発生し、更に金属結晶の破壊、
変形に伴う発熱もあって、熱を発生し摩擦面の温度は上
昇する。金属加工油剤を使用する目的は加工材料と工具
の接触点に適用しその潤滑性によって摩擦力を減少させ
て摩擦熱の発生を防止し、同時に、その冷却性によって
金属結晶破壊・変形熱を速かに搬出し摩擦面の温度上昇
を抑制して、焼付に至る事なく、良好な加工状態を維持
する事にある。

従って金属加工油剤に必要な性質は潤滑性と冷却性が共
に優れている事である。

所が現状においてはかような油剤は必ずしも得られてい
ないのが実状である。

１例として切削油剤について説明すれば現在切削油剤と
して大量に使用されているものは不水溶性切削油剤と水
溶性切削油剤に分けられる。前者は鉱油、油脂１合成油
等の潤滑剤を基油とし硫黄。

塩素、燐等の化合物を極圧添加剤として加えた油性のも
のであって潤滑性を主眼としたものであるが冷却性には
乏しい。後者は前述の基油に極圧添加剤を加え、もしく
は加えず、更に界面活性剤を加え、水中に分散乳化して
０７誓型エマルジヨンになし得る様にした油剤（エマル
ジョン型）、基油。

添加剤に比して界面活性剤の量を著るしく大にして水中
に分散した際に透明ないし半透明のコロイド状になし得
る様にした油剤（ソリュブル型）、等がありいずれも使
用状態では水が９０％程度、またはそれ以上含有してい
るものであって、冷却性を主眼としたもので潤滑性は乏
しい。また一部では基油に添加剤を加え、もしくは加え
ず、更に水をこの中に分散乳化してＷ／Ｏ型エマルジョ
ンとした油剤が試みられている。これは普通水が４０〜
５０％程度、含有しているものであって冷却性は良く、
潤滑性もソリュブル型および０／Ｗ型エマルジヨンより
は良いが不水溶性切削油剤よりは劣る。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術においてはいずれの型式のものも潤滑性、冷
却性、共に満足される迄には至っていない現状である。

然しながら、最近において工作機械、工具の性能向上が
あり高能率加工が追究され、高速化５重切削化が進み、
またＮＣ工作機械の普及に伴って、稼動率の著るしい向
上があり、加工時の発熱要因はますます増え、従って切
削油剤の潤滑性、極圧性、と冷却性のより−そうの向上
が要求されているのである。

本発明は、従来の技術の型式の切削油剤より１歩飛躍し
潤滑性、極圧性が優れさらに冷却性も優れて、高速重切
削や特殊鋼重切削のように発熱も摩擦もはげしい切削条
件に適応できる新しい型式の切削油剤を開発する事を目
的とする。

（課題を解決するだめの手段） Ｗ／Ｏ型エマルジョン切削油剤が目的にかなり近い点に
着目し、この欠点である潤滑性の不足を補い、さらに極
圧性の向上も目的として研究を進めた所、Ｗ／Ｏエマル
ジョンの内相の水相中に更に鉱油、油脂１合成油を分散
させ二重構造のエマルジョン、すなわち０／Ｗ／Ｏ型複
合エマルジョンとする事によって、水を多量に含有して
いるにもかかわらず意外にも潤滑性が非常に向上するこ
とを見出したのである。

ついで更に研究を進め、最内相の油相中にハロゲン化炭
化水素等の後述するレビンダ−（Ｒｅｂｉｎｄｅｒ）効
果を有する不水溶性低沸点有機液体が存在すると、更に
切削性が著るしく向上し、しかも衛生上の問題も起らな
い事を知り得て本発明に至ったものである。

従って本発明は最外相が鉱油および合成油のうちの１種
または２種を主成分とする潤滑剤であり、最内相がレビ
ンダー効果を有する不水溶性低沸点有機液体である事を
特徴とする０／Ｗ／Ｏ型複合エマルジョン金属加工油剤
である。

（作　用） 本発明において最外相に使用する油は鉱油および合成油
のうちの１種または２種を主成分とする潤滑剤であって
必要に応じて油脂および添加剤を加えたものである。鉱
油はマシン油、タービン油等の精製鉱油であり、合成油
はポリ−アルファーオレフィン油、ポリペンタジェン油
等の合成炭化水素油、脂肪酸ペンタエリストリトールエ
ステル。

ジオクチルセバケート等のエステル油、ポリエーテルポ
リオール油、シリコーン油等である。

また油脂としては菜種油、大豆油、ラード油、牛脂等の
植物油、動物油、またはこれらの硬化油等が使用され、
添加剤としては切削油剤の添加剤として一般に使用され
る添加剤はすべて添加し得るものである。

かかる添加剤としては１例をあげれば硫化鉱油、硫化ラ
ード油等の硫化油脂、硫化オレフィン、硫化塩化鉱油、
硫化塩化油脂、塩素化油脂、塩素化アルキルエステル、
塩素化パラフィン、燐酸エステルジアルキルジチオ燐酸
金属塩、ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩等の極圧
添加剤、石油スルホン酸金属塩、Ｎ−アルキルトリメチ
レンジアミンジオレエート等の防錆剤、フェニル−アル
ファーナフチルアミン、２，６．ジターシャリブチル−
ｐ−クレゾール等の酸化防止剤、等がある。

最外相の潤滑剤は本発明の複合エマルジョンの基礎とな
る成分であって、潤滑性、極圧性を付与する主な成分で
ある。

この成分は液体、半固体、固体のいずれの状態のものも
使用し得るものである。−重切削、研削、冷間圧延、高
速伸線等は液体のものが浸透性が優れ、好ましく、タッ
ピング、熱間圧延、低速伸線等には半固体、固体のもの
が付着性が優れて、より適当であるので、用途に応じて
使い分けをする事が出来る。

最外相の潤滑剤の含有率は全エマルジョンに対して８９
〜４５重量％が効果の大きい範囲であって、４５重量％
未満では内相および最内相の含有率が大きすぎて安定性
が悪り、８９重量％を超すと逆に内相および最内相の含
有率が小さすぎてこれらの効果が乏しくなる。添加剤、
特に極圧添加剤の添カロ量は塩素分３全硫黄分としてそ
れぞれ１〜１５重量％、０．１〜５重量％が適当である
。

内相は水を主成分とするものであって、本発明の加工油
剤の冷却性を付与する主な成分である。

内相中にトリエタノールアミン等のアルカノールアミン
、アミノアルコール類等の水溶性防錆剤を０．１〜５重
量％程度含有させる事も防錆性向上の目的で好ましい。

内相の水の含有率は全エマルジョンに対して／Ｏ〜５０
重量％が効果の大きい範囲であって、／Ｏ重量％未満で
は冷却性が乏しくなり、５０重量％を超すと安定性が悪
くなる。

最内相がレビンダー効果を有する不水溶性低沸点有機液
体である事が本発明の大きな特徴である。

ここでレビンダー効果を有する不水溶性低沸点有機液体
とは、四塩化炭素、クロロホルム、二塩化エチレン、三
塩化エチレン（トリクロロエチレン）、四塩化エチレン
（パークロロエチレン）、二塩化エタン、三塩化エタン
、四塩化エタン、三塩化−フッ化メタン、三塩化三フッ
化エタン（トリクロロトリフルオロエタン）等のハロゲ
ン化炭化水素を包含する用語であり、さらに該ハロゲン
化炭化水素と前述の最外相に使用する潤滑剤との混合物
をも意味するものである。

かような最外相の潤滑剤および最内相のレビンダー効果
を有する不水溶性低沸点有機液体の作用効果を切削につ
いて説明すれば、切削において工具刃先の摩擦部分には
、まず最外相の潤滑剤が作用する。

油剤は工具刃先の逃げ面と被削材面と接する部分から進
入し側面より工具刃先のすくい面と被削材切屑裏面と接
する部分にも進入し、最外相潤滑剤が潤滑作用を行って
工具刃先にかかる切削抵抗を減少しまた切屑のせん新町
を増大して切屑の排出状態を流れ型に近くして切削機構
を改善することが考えられる。また最外相潤滑剤中に硫
黄、塩素、燐化合物等の極圧添加剤が添加してあれば、
それぞれが摩擦面金属と反応して、それぞれの金属塩を
形成して固体潤滑を行う極圧潤滑作用も考えられ、前述
の潤滑作用に付加してかかる作用も考えられ、より優れ
た切削効果が得られる。また一方においてハロゲン化炭
化水素等の不水溶性低沸点有機液体を工具刃先の摩擦部
分に適用した場合には、工具刃先部分の切屑に生成する
マイクロクランク（微少亀裂）に被削材表面より浸透し
切屑のせん断変形抵抗を低下させ、さらにマイクロクラ
ンクに浸透してからすくい面まで進入し摩擦面金属と反
応して極圧潤滑作用を行い、この両面より、切屑の排出
状態を改善する作用効果が得られる。この作用効果が一
般にレビンダー効果といわれているものである。前述の
潤滑作用とこのレビンダー効果による作用と両方発揮で
きる油剤が切削において最良という事になるが、従来の
技トドｉにおいては、そのためには油剤中に潤滑剤とレ
ビンダー効果を有する不水溶性低沸点有機液体と両方を
溶解混和して共存せしめなければならず、かかる有機液
体は概ね沸点（ｂ、ｐ、）　２００°Ｃ以下の低沸点で
揮発し易く、かつ衛生上問題のある物質が多いため実用
に供する事に困難があった。

所が本発明においてはＯ／Ｗ／Ｏ複合エマルジョンの構
成であって、四塩化炭素等の不水溶性低沸点有機液体は
最内相に含有され微粒子状に分散され、内相の水と最外
相の油で二重に封じ込まれているので、取扱中に揮発す
る事を防止でき、衛生上も従来より遥に安全である。し
かも工具刃先の摩擦部分に適用した場合にのみすくい面
部分の高温高圧によって、始めて二重の界面が破壊され
最内相の有機液体が放出されて、レビンダー効果を発揮
するものであって、ここに本発明独自の作用効果がある
。従って最内相は不水溶性低沸点有機液体は単体が最も
効果があり、目的を達し得るものであるが、これは四塩
化炭素のように比重が大きく、かつ低粘度で水中に乳化
分散させるに困難なものが多いので、最外相に使用する
一般の潤滑剤と混合し比重を低下させ、かつ粘度を上昇
させて、乳化し易（すると、エマルジョンの安定を確保
でき、この点は好ましい。また不水溶性低沸点有機液体
としては本発明の構成で充分衛生上の配慮は行っている
が、なお刺激性の少ない物質を使用するのがより安全で
あり、その意味で前記の内三塩化−フフ化メタン、三塩
化フン化エタン等の塩化フッ化炭化水素がより好ましい
。

かようにして本発明の構成により、最外相の潤滑剤は一
般の潤滑作用を行ない、最内相の不水溶性低沸点有機液
体はレビンダー効果を発揮し、両者相まって理想的な切
削における作用効果を示す加工油剤が、初めて得られた
のである。

ここでは主として切削について効果を説明したが、極圧
潤滑作用はすべての金属加工において必要なところであ
り、またレビンダー効果は切削のみならず、引張り等の
塑性加工においても認められている所であって、本発明
の効果は切削意外の塑性加工等の金属加工にもその効果
を発揮するものである。

不水溶性低沸点有機液体の含有率の範囲は最内相全量に
対してｌＯ〜／Ｏ０重景％が適重量、／Ｏ重量％未満で
は効果がない。／Ｏ０重量％で効果は最大であるが、比
重が大きく乳化分散に不適当な場合が多い。その時は潤
滑油類と適当比に混合して乳化分散に適当な比重に調整
する事が好ましい。かような比重は１例を示せば、比重
０．８〜１．５の範囲である。この場合には粘度も大き
くなりこの面からも乳化分散に好ましい。最内相の物質
の含有率は全エマルジョンに対して１〜５重量％が効果
の大きい範囲であって、１重量％未満ではレビンダー効
果および極圧潤滑性に乏しく、５重量％を超すと安定性
が悪（なる。この最内相を内相の水に分散するには親水
性界面活性剤を使用する。また最内相−内相分散物の０
７−エマルジョンを更に外相の油に分散するには親油性
界面活性剤を使用する。

親水性界面活性剤としてはポリオキシエチレンナフチネ
ート等のカルボン酸ＥＯ付加物、ポリオキシエチレンソ
ルビタンモノラウレートＥＯ２０モル等の多価アルコー
ルエステルＥＯ付加物、ポリオキシエチレンオレイルエ
ーテルＥＯ１６モル等の高級アルコールＥＯ付加物、パ
ーフルオロアルキルポリエチレンオキシドＥＯ２０モル
等のフッ化炭化水素ＥＯ付加物、ポリ（アルキレンテト
ラアルコキシボラン）等のホウ素化合物等、また親油性
界面活性剤としてはソルビタンオレエートテトラグリセ
リン縮合リシルレート等の多価アルコールエステルをあ
げる事ができる。

上記した最外相、内相、最内相の各物質および親水性界
面活性剤、親油性界面活性剤より公知の方法でＯ／Ｗ／
Ｏ複合エマルジョンを製造することができる。

製造方法の１例を示せば次の通りである。２段階式乳化
製造法を採用し、まず第１段階として内相物質の水に親
水性界面活性剤を溶解し、この溶液中に不水溶性低沸点
有機液体を最内相物質として加え、ホモミキサー等の乳
化分散装置により乳化して０７讐エマルジヨンを製造す
る。ついで第２段階として別に最外相物質の油に親油性
界面活性剤を溶解し、この溶液中に第１段階で調製した
０７匈型エマルジヨンを加え、ホモミキサー等の乳化分
散装置により乳化して０／Ｗ／Ｏ型複合エマルジョンを
製造する。

なお本製造方法において使用し得る乳化分散装置として
はホモミキサーのほかにタービン式乳化機、高速せん断
ミキサー、メディア式分散機、高圧乳化機等をあげるこ
とができる。

（実施例） 以下本発明を実施例および比較例により説明する。

第１表に実施例１〜８、比較例１〜６の組成（重量％）
および製品の性状、効果を示した。

実施例１〜８および比較例１〜３　（０／ｌＱ／Ｏ複合
エマルジョン）の試料の製造は前述の方法により行なっ
た。

実施例１について説明すれば、蒸留水２４．７ｇを容器
にとりトリエタノールアミン０．３ｇを加えて溶解し内
相（Ｗ）とする。これにポリオキシエチレンナフチネー
トＥＯ２０モル３ｇを加えて溶解し、ついでこの？蓄液
中にトリクロロエチレン４ｇを加えてホモミキサー（特
殊機化工業（株）製、モデル３型）を用い／Ｏ，０００
回転／分で３分間処理して乳化分散し０／Ｗエマルジヨ
ンを得た。

別の容器に鉱油ＩＳＯＶＧ８６５ｇをとりテトラグリセ
リン縮合リシルレート３ｇを加え撹拌して溶解し、これ
に前記０７切エマルジヨンを加え、前記ホモミキサーを
用い／Ｏ，０００回転／分で３分間処理して乳化分散し
、０／Ｗ／Ｏエマルジヨンを得た。

同様にして第１表の組成に従い実施例２〜８、比較例１
〜３の０／Ｗ／Ｏエルマジヨンを製造した。

比較例４は市販ＪＩＳに２２４１水溶性切削油剤−１種
（０／讐エマルジヨン型）、比較例５は市販ＪＩＳＫ２
２４１不水溶性切削油割水溶性切削油剤２種３号）であ
る。

各側の試料について第１表記載の項目について試験を行
ない、その性状および効果を確認した。

試験方法および効果の判定基準および判定は次の通りで
ある。

Ａ、外　観　肉眼観察によりその状態を判定した。

Ｂ、安定性　試料／Ｏ０ｇを１５０ｃｃの蓋つきガラス
容器に採取し、２５°Ｃで７日問および５０°Ｃで３日
間放置しエマルジョンの安定性を肉眼で観察した。

判定基準は次の通り記号で表示した。

○　分離せず Δ　エマルジョン多少分離 ×　エマルジョン完全分離 Ｃ０粘　度　ＪＩＳ　Ｋ２２８３石油製品の動粘度試験
方法により動粘度ｃＳｔを測定した。

Ｄ、錆止め性　５Ｘ５０Ｘ５０鴫の鋳鉄Ｆｅ１２板の片
面を２４０番サンドペーパーで研磨し、 更に１５０番のエメリー粉で仕上げ研 磨する。次に研磨面をエチルアルコ ール、エチルエーテルの順で洗浄し たものを試験片とし、試料をスポイ トによりｌＷｌ、滴下し、室内に放置 して錆発生の状態を観察する。　○ 錆発生なし ＪＩＳ　２８８０２　　（ｐＨ測定方法）の７、ガラス
電極によるｐＨ測定方法に規定す る方法による。

Ｆ、比熱容量　デュポン示差走査熱量計（標準物質サフ
ァイア）を用い次の試験方法 により測定する。

試験方法 試料約８■を正確に秤量し、小型の アルミニウム製金属容器につめ蓋を 覆う。ついでシーラ金型を用い密封 し、これをデュポン９／Ｏ型ＤＳＣセル中にセットし窒
素ガス雰囲気下で／Ｏ ℃／ｗｉｎの速度で昇温し２５〜５５°Ｃの間の試料の
比熱容量の変化を測定する。

Ｇ、切削試験 Ｇ−１，鋼管二次元切削 各試料について鋼管二次元切削を下記条件でＥ、ｐＨ 行ないそれぞれ切削抵抗を測定し試料の評価を行った。

記 工作機械　池貝Ｅ−１８型旋盤（無段変速）被削材　　
ＳＣｒ　４２０　ＴＫ　（クロム鋼鋼管）直径５０ｍｍ
Ｘ長さ／Ｏ０ｍｍＸ肉厚２ｍ 工　具　　Ｓ　Ｋ　１１３　　す（い角８゜切削条件　
切削速度　２０　ｍ／ｗｉｎ送り速度０．１閣／ｒｅｖ 切削幅　２閣 給油量　　５　ｌ／ｍｉｎ 測定項目　切削抵抗（工具動力計使用）Ｇ−２，炭素鋼
丸棒旋削 各試料について炭素綱丸捧三次元切削を下記条件で行な
いそれぞれ仕上面粗さを測定し試料の評価を行った。

記 工作機械　池貝Ｅ−１８型旋盤（無段変速）被削材　　
５４５Ｇ　（炭素鋼丸棒） 直径６０ｍｍＸ長さ３００　ｍｍ 工具　ＳＫＩ＋３１１５−０−／Ｏ−／Ｏ−１．２胴Ｒ
切削条件　切削速度　２５　ｍ／ｍｉｎ切込み深さ　１
．２ｍｍ 送り速度　０．１＋＋＋ｍ／回転 切削幅　２　ｍｍ 給油量　　５４２／ｍｉｎ 測定項目　仕上面粗さ ３、タンプ試験 各試料について炭素鋼丸棒の直径１７　、５　ｍｍの下
穴にハンドタップを用いてタップ試験を下記条件で行な
いそれぞれ切削抵抗（切削トルク）を測定し試料の評価
を行った。

工　具　　ＳＫＩ！　−５１（中ハンドタップＭ２０　
Ｘ　Ｐ２．５） 切削条件　切削速度　６９　ｍ／ｍｉｎ切削長さ　３０
ｎ＋ｍ　（貫通） 下穴　直径１７．５ｍｍ　（リーマ仕上げ） 給油１　　０．６　ｆ／ｍｉｎ　（手給油）測定項目　
切削トルク　ｋｇ−ｃｍ（工具動力計使用） 以上の各試験の試験結果はいずれも第１表に示す。

記 工作機械　吉田直立ボール盤ＹＤ　３−９４ＣＴ被削材
　　５４５Ｃ（炭素鋼丸棒） 直径３０＋ｎｍｘ長さ３０ｎ＋ｎ＋ （発明の効果） 本発明の複合エマルジョン金属加工油剤は第１表に示す
ように切削試験の鋼管二次元切削、および炭素鋼丸棒旋
削のごとく発熱の大きい特殊鋼重切削において切削抵抗
、仕上面粗さの数値が優れた値を示している。

また炭素鋼タップ試験のごとく摩擦面積の大きい切削に
おいても切削抵抗の数値が優れた値を示している。さら
に比熱容量においても不水溶性切削油剤と比較して大き
い数値で冷却性が優れている事が示されている。

かくして本発明の複合エマルジョン金属加工油剤は冷却
性および潤滑性が従来品より格段に優れ、当初の目的を
達成し得たことが確認された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、最外相が鉱油および合成油のうちの１種または２種
   を主成分とする潤滑剤であり、最内相がレビンダー効果
   を有する不水溶性低沸点有機液体である事を特徴とする
   Ｏ／Ｗ／Ｏ型複合エマルジョン金属加工油剤。