JPH07305085A - 水溶性高速切削油組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高速切削に耐える潤滑性、表面仕
上げ特性を備え、高圧給油の際に発泡しないアルミニウ
ム及びアルミニウム合金用水溶性高速切削油組成物を提
供することを目的とする。 【構成】 本発明の切削油組成物は、鉱油、有機アミ
ン、脂肪酸、油脂及び乳化剤から成る切削油組成物にお
いて、更に含窒素エステル及び極圧添加剤として脂肪酸
の酸化カルシウム塩と微粒子状炭酸カルシウムとの混合
物を添加して成るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水溶性高速切削油組成
物、更に詳しくはアルミニウム及びアルミニウム合金の
高速切削において使用する水溶性切削油組成物に関す
る。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年自動車業界においては省エ
ネルギー、即ち低燃費化の観点から車体の軽量化努力が
なされている。その実現手段として、従来の鉄系部品を
軽量なアルミ系部品に代替する動きが盛んになってい
る。

【０００３】しかしながら、アルミニウム及びその合金
は、鉄及びその合金に比し、素材自体が高価であるた
め、何らかの方法で価格の低減を計る必要がある。この
ような状況から自動車業界では、アルミ系部品の製造コ
ストを低減する手段として、従来にも増して数倍から数
１０倍の高速切削を適用し、上記課題を解決する試みが
なされている。

【０００４】その背景にはアルミ及びその合金の強度は
鉄系のそれに比し比較的小さく、切削加工時の抵抗（動
力）が低いこと、また近年の切削機械及び超硬工具、セ
ラミック工具又はボロンナイトライド等の工具表面コー
ティング技術の開発が進み、高速加工に適した技術が生
まれ、高速切削が適用できる基盤が整っていることにあ
る。上記の高速切削加工には、切削抵抗の低減、工具磨
耗の低減による工具寿命の延長、更には切削加工面の仕
上げ面品位の向上が必須であり、従って高速切削加工に
使用される切削油剤の役割は重要である。

【０００５】高速切削は、例えばフライス加工では３０
００ｍ／分の切削速度、穴空けドリル加工では５００ｍ
／分以上の切削速度で加工される。このような高速切削
加工では、切削油剤が切削点に到達し難いため、高圧で
噴射して給油したり、或いは加工機械の主軸の中空部分
を介して切削油剤を高圧圧送し、工具の中心部から噴射
し遠心力を利用して切削点へ給油する方法が採用されて
いる。またドリル加工においては、油穴を付けたドリル
を用い、切削油剤をドリル先端から加工点に噴射すると
共に、切屑を切削油剤の圧力で強制的に排出させる給油
方法が採用されている。

【０００６】またこのような高速切削では、加工時に発
生する熱は膨大であるため、不水溶性切削油では冷却性
が不足し、更に火災の危険性、オイルミストや有害ガス
の発生による環境の悪化等が問題となるため、不水溶性
切削油の使用は避けなければならない。一方、水溶性切
削油剤は、その成分として乳化剤を含有しているため、
高圧給油の際に発泡が著しく、そのため切削油自体の機
能である冷却性、潤滑性が著しく損なわれ、極端な場合
には切削不能になる場合もある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な実情に鑑み、高速切削に耐える潤滑性、表面仕上げ特
性を備え、高圧給油の際に発泡しない水溶性切削油剤を
開発すること、更には廃油焼却処分の際に有害物質を発
生しない切削油剤をも開発することを目的として種々の
検討を重ねて来た。その結果、従来の水溶性切削油剤に
含窒素エステルと脂肪酸の酸化カルシウム塩及び微粒子
状炭酸カルシウムの混合物とを添加、配合した場合に、
上記の要望を悉く満足する水溶性切削油剤が得られるこ
とを見い出した。本発明は、斯かる知見に基づき完成さ
れたものである。

【０００８】即ち、本発明は、鉱油、有機アミン、脂肪
酸、油脂及び乳化剤から成る切削油組成物において、更
に含窒素エステル及び極圧添加剤として脂肪酸の酸化カ
ルシウム塩と微粒子状炭酸カルシウムとの混合物を添加
したことを特徴とするアルミニウム及びアルミニウム合
金用水溶性高速切削油組成物に係る。

【０００９】本発明の切削油組成物に配合される鉱油と
しては、粘度が２〜１００ｃＳｔ（４０℃）の精製鉱油
である限り従来公知のものを広く使用でき、例えばスピ
ンドル油、マシン油、冷凍機油、タービン油等が挙げら
れる。本発明では、粘度が４〜５０ｃｓｔ（４０℃）の
精製鉱油を用いるのが特に好適である。

【００１０】本発明の切削油組成物に配合される有機ア
ミンとしては、従来公知のものを広く使用でき、例えば
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタ
ノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプ
ロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、Ｎ−
エチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノー
ルアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ−ｎ−
ブチルジエタノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタ
ノールアミン、モノ−ｓｅｃ−ブタノールアミン、ジ−
ｓｅｃ−ブタノールアミン等のアルカノールアミン、シ
クロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロ
ペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、１，３−ビ
ス（アミノメチル）シクロヘキサン、１，３−ビス（ア
ミノプロピル）シクロヘキサン等の環状アミン等を挙げ
ることができる。これらの中でも特にジエタノールアミ
ン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−シクロヘ
キシルジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエタノール
アミン及びジシクロヘキシルアミンが好適である。斯か
る有機アミンの配合量は、本発明の切削油組成物中に通
常１〜３０ｗ／ｖ％程度、好ましくは５〜２０ｗ／ｖ％
程度とするのがよい。有機アミンの配合量が１ｗ／ｖ％
より少ないと、切削油組成物のｐＨが低すぎて機械の鉄
系部品の防錆に支障を来す虞れがあり、逆に３０ｗ／ｖ
％より多くなると、該組成物のｐＨが高すぎてアルミを
腐食したり、皮膚刺激が激しく肌荒れや皮膚炎等を発生
される虞れがあり、いずれも好ましくない。

【００１１】本発明の切削油組成物に配合される脂肪酸
としては、従来公知のものを広く使用できるが、その中
でも炭素数１２〜１８の脂肪族脂肪酸又は脂環式脂肪酸
が好ましく使用できる。斯かる脂肪族脂肪酸としては、
具体的にはラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ス
テアリン酸、ナフテン酸、トール油脂肪酸、リシノール
酸、リノール酸、ミリスチン酸、イソステアリン酸等を
例示できる。また脂環式脂肪酸としては、具体的にはｐ
−ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸等を例示できる。これらの
中でも特にオレイン酸、ナフテン酸及びトール油脂肪酸
が好適である。斯かる脂肪酸の配合量は、本発明の切削
油組成物中に通常０．５〜１５ｗ／ｖ％程度、好ましく
は２〜１０ｗ／ｖ％程度とするのがよい。脂肪酸の配合
量が０．５ｗ／ｖ％より少ないと、得られる切削油組成
物の潤滑性が乏しくなる傾向となり、逆に１５ｗ／ｖ％
より多くしても、より一層の潤滑性効果が発揮されず、
酸を中和するためのアミンの添加量も多量必要となるの
で、経済的に好ましくない。

【００１２】本発明の切削油組成物に配合される油脂と
しては、動植物油脂や動植物油脂から得られる脂肪酸の
合成エステルである限り従来公知のものを広く使用で
き、例えば牛脂、パーム油、豚油、ひまし油、なたね
油、大豆油、綿実油、ババス油、ヤシ油、オリーブ油、
サンフラワー油、低融点パーム油、いわし油等の魚油水
素添加物、ペンタエリスリトール牛油脂肪酸エステル、
２−エチルヘキシルアルコールのパーム油脂肪酸エステ
ル、牛油脂肪酸メチルエステル、トリメチロールプロパ
ンオレイン酸エステル、ソルビタンモノオレエート等の
合成エステル等が挙げられる。これらの中でも特にひま
し油、なたね油及びソルビタンモノオレエートが好適で
ある。斯かる油脂の配合量は、本発明の切削油組成物中
に通常０．５〜１５ｗ／ｖ％程度、好ましくは３〜１０
ｗ／ｖ％程度とするのがよい。油脂の配合量が０．５ｗ
／ｖ％より少ないと、得られる切削油組成物の潤滑性が
乏しくなる傾向となり、逆に１５ｗ／ｖ％より多くして
も、より一層の潤滑性効果が発揮されず、経済的に好ま
しくない。

【００１３】本発明の切削油組成物に配合される乳化剤
としては、例えば従来公知の非イオン界面活性剤、アニ
オン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤
等を広く使用でき、具体的にはノニルフェノールにエチ
レンオキサイドが３〜１７モル付加した化合物、石油ス
ルホン酸ソーダ、Ｎ−パルミチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルベ
ンザルコニウムクロライド、Ｎ−ヤシアルキル−β−ア
ミノプロピオン酸、ヤシ油脂肪アルコールエチレンオキ
サイド付加物、ポリエチレングリコールモノオレエー
ト、ポリエチレングリコールジオレエート、アルキルベ
ンゼンスルホン酸ソーダ等を例示できる。これらの中で
も特にノニルフェノールにエチレンオキサイドが３〜１
７モル付加した化合物及び石油スルホン酸ソーダが好適
である。斯かる乳化剤の配合量は、乳化剤を配合してい
ない各種の組成に対して最適な乳化状態を示す量であ
り、配合される各種成分の種類や配合量等により異なり
一概には言えないが、概ね１〜１０ｗ／ｖ％とするのが
よい。乳化剤の配合量が不足していれば、乳化が不充分
となり水溶性切削油とは成り得ないし、逆に過剰に添加
した場合は、経済的に不利になるのみならず、むしろ乳
化状態を悪くする（乳化しなくなる）場合もあるので、
好ましくない。

【００１４】本発明においては、含窒素エステル及び脂
肪酸の酸化カルシウム塩と微粒子状炭酸カルシウムとの
混合物を添加、配合することを必須とする。

【００１５】含窒素エステルとしては、窒素を含有して
いる限り従来公知のエステルを広く使用することがで
き、例えば下記一般式（１）、（２）又は（３）で表わ
されるアミノアルコールと炭素数６以上の脂肪酸とのエ
ステル化物が挙げられる。

【００１６】

【化２】

【００１７】上記一般式（２）及び（３）において、Ｒ
¹ で示されるアルキル基としては、例えば炭素数１〜１
８程度の直鎖又は分枝鎖状アルキル基を挙げることがで
き、その中でもメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプ
ロピル、ｎ−ブチル等の炭素数１〜４の直鎖又は分枝鎖
状アルキル基が好ましい。アルケニル基としては、例え
ば炭素数２〜１８程度の直鎖又は分枝鎖状アルケニル基
を挙げることができ、その中でもエチニル、プロピニ
ル、ブテニル等の炭素数２〜４の直鎖又は分枝鎖状アル
ケニル基が好ましい。アリール基としては、フェニル基
が好ましい。またシクロアルキル基としては、シクロヘ
キシル基が好ましい。

【００１８】上記一般式（１）、（２）又は（３）で表
わされるアミノアルコールとしては、具体的にはトリエ
タノールアミン、トリイソプロパノールアミン、アルキ
ルジエタノールアミン、ジアルキルエタノールアミン、
Ｎ−ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルエ
タノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミ
ン等を例示できる。これらの中でも特にトリエタノール
アミン及びトリイソプロパノールアミンが好適である。

【００１９】また炭素数６以上の脂肪酸としては、具体
的にはヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン
酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラ
キン酸、ベヘニン酸、モンタン酸、パルミトオレイン
酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸、
イソオクタン酸、イソデカン酸、ヒドロキシステアリン
酸、イソラウリン酸、イソミリスチン酸、イソパルミチ
ン酸、イソステアリン酸等の直鎖状又は側鎖状の飽和乃
至不飽和の天然又は合成脂肪酸を例示できる。これらの
中でも特にオレイン酸及びイソステアリン酸が好適であ
る。

【００２０】本発明で用いられる含窒素エステルとして
は、特にトリエタノールアミンのオレイン酸エステル及
びトリイソプロパノールアミンのイソステアリン酸エス
テルが好ましい。

【００２１】本発明において、上記含窒素エステルの配
合量は、本発明の切削油組成物中に通常３〜６０ｗ／ｖ
％程度、好ましくは５〜４０ｗ／ｖ％程度とするのがよ
い。含窒素エステルの配合量が３ｗ／ｖ％より少ない
と、得られる切削油組成物の潤滑性が乏しくなる傾向が
生じ、逆に６０ｗ／ｖ％より多くしても、潤滑性が向上
せず、経済的に好ましくない。

【００２２】脂肪酸の酸化カルシウム塩は、例えば上記
炭素数１２〜１８の脂肪族脂肪酸又は脂環式脂肪酸の酸
化カルシウム塩、好ましくは脂肪族脂肪酸の酸化カルシ
ウム塩であり、具体的にはオレイン酸酸化カルシウム
塩、イソステアリン酸酸化カルシウム塩、ラウリン酸酸
化カルシウム塩、ミリスチン酸酸化カルシウム塩、パル
ミチン酸酸化カルシウム塩、ステアリン酸酸化カルシウ
ム塩、リノール酸酸化カルシウム塩、リシノール酸酸化
カルシウム塩等を例示できる。これらの中でも特にオレ
イン酸酸化カルシウム塩及びイソステアリン酸酸化カル
シウム塩が好適である。

【００２３】また微粒子状炭酸カルシウムとしては、粒
子径が０．０１〜２μｍ程度の炭酸カルシウムである限
り従来公知のものを広く使用できる。本発明の微粒子状
炭酸カルシウムの粒子径は０．１〜１μｍ程度が好まし
い。

【００２４】本発明では、上記脂肪酸の酸化カルシウム
塩と微粒子状炭酸カルシウムとの混合物を使用する。こ
れらの混合比は特に限定されるものではないが、通常重
量比で前者：後者＝９９．９：９０：０．１〜１０、好
ましくは９９．５〜９２：０．５〜８とするのがよい。
微粒子状炭酸カルシウムの配合比が０．１より小さくな
ると、本発明の所期の効果が発現され難くなり、逆に配
合比が１０より大きくなると、給油時にノズル詰まり等
の支障を来すので、いずれも好ましくない。上記混合物
としては、例えば大同化学工業（株）製のダイルブＨＢ
ＣＣ−８Ｋ等を挙げることができる。また本発明では、
脂肪酸の酸化カルシウム塩と微粒子状炭酸カルシウムと
の混合物を本発明組成物中に通常０．０５〜５ｗ／ｖ％
程度、好ましくは０．１〜３ｗ／ｖ％程度の割合で配合
するのがよい。上記混合物の配合量が０．０５ｗ／ｖ％
より少なくなると、消泡効果が発現され難くなり、逆に
５ｗ／ｖ％を越えると、切削油組成物中に不溶性の粘稠
物が発生し、機械周りや加工部品に付着し、それが原因
となって加工部品を正確に固定できなくなり、その結果
加工精度が損なわれる虞れがあるので、いずれも好まし
くない。

【００２５】本発明の切削油組成物には、更に必要に応
じて従来の塩素系極圧添加剤を配合することもできる。

【００２６】本発明の切削油組成物は、上記各成分を配
合し、従来公知の方法に従い容易に調製される。またこ
の切削油組成物の使用に当っては、特に限定がなく、従
来の切削油組成物と同様にして使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の切削油組成物は、水溶性である
ため、火災の危険性、オイルミストや有害ガスの発生に
よる環境の悪化等が問題となることはない。しかも本発
明の切削油組成物は、高速切削に耐える冷却性、潤滑
性、表面仕上げ特性等を備え、高圧給油の際に発泡しな
い特徴を有している。更に本発明の切削油組成物は、廃
油焼却処分の際に有害物質を発生させることもない。従
って本発明の切削油組成物は、アルミニウム及びアルミ
ニウム合金用水溶性高速切削油組成物として好適に使用
され得る。

【００２８】

【実施例】以下に実施例及び比較例を掲げて本発明をよ
り一層明らかにする。

【００２９】実施例１〜６及び比較例１〜３ 下記表１に示す配合で各成分を混合して切削油組成物を
調製した。即ち、鉱油を除く各成分を表１に示す割合
（単位：ｇ）で混合し、最後に全体の量が１００ｍｌに
なるように鉱油を加えて、各切削油組成物とした。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１において、鉱油としては具体的にはマ
シン油ＩＳＯＶＧ１０を、有機アミンとしては具体的に
はジエタノールアミンを、脂肪酸としては具体的にはト
ール油脂肪酸を、ノニオン界面活性剤としては具体的に
はノニルフェノールエチレンオキサイド５モル付加物
を、非鉄金属防蝕剤としては具体的にはベンゾトリアゾ
ールを、シリコーン系消泡剤としては具体的にはＤＫ
Ｑ１−１０１４（ダウコーニング社製）を、防腐剤とし
ては具体的にはソジウムオマジン４０％水溶液をそれぞ
れ使用した。また含窒素エステルＡはトリイソプロパノ
ールアミンのオレイン酸トリエステル、含窒素エステル
ＢはＮ−エチルジエタノールアミンのカプリル酸エステ
ル、含窒素エステルＣはＮ，Ｎ−ジブチルイソプロパノ
ールアミンのリシノール酸のエステルである。また、炭
酸カルシウム微粒子の粒子径は０．０５〜１μｍであ
る。更にオレイン酸酸化カルシウム塩と炭酸カルシウム
微粒子との混合割合は、前者：後者＝９６．６：４．４
（重量比）である。

【００３２】上記で得られた各切削油組成物の潤滑性、
表面仕上げ性及び発泡性を下記の試験法を用いて調べ
た。

【００３３】（１）潤滑性（摩擦係数） 試験機としてバウデン形付着滑り試験機［接触様式：摩
擦棒（鋼球）と板の点接触］を用いて摩擦係数を調べ
た。測定条件は次の通りである。

【００３４】試験用摩擦棒；摩擦棒：φ６×１８ｍｍ，
３／１６ｉｎ（４．７６ｍｍ）ＪＩＳＢ １５０１鋼球
取付け 鋼球と試験板との接触 試験用摩擦板；アルミ板 ＪＩＳ Ｈ ４１０１ Ａ１
Ｐ１（Ａ１０５０） 厚さ１．０ｍｍ，幅１５ｍｍ，長
さ１００ｍｍ 摩擦温度；５０℃ 摩擦滑り速度；０．６６ｍｍ／秒 摩擦距離；３０ｍｍ 荷重；３０００ｇｆ 給油方法；摩擦板に塗布。

【００３５】（２）表面仕上げ性（仕上げ面粗さ） 図１に示す試験装置を用いた。切削条件は次の通りであ
る。

【００３６】試験機械；ＯＫＫ−ＲＡＭＯ旋盤 チップ；Ｇ−１０Ｅ，ＳＮＰＲ４３２Ｍ ホルダー；ＳＢＮＲ２０２０Ｗ 被削材；Ａ１０５０（ＪＩＳ Ｈ ４１０１ Ａ１Ｐ
１），最大直径２００ｍｍ 主軸回転数；最大４０００ｒｐｍ 切削送り（よこ送り）；０．１ｍｍ／ｒｅｖ 切削油供給量；０．５リットル／分 切削面の最大粗さ（Ｒｍａｘ）を測定し、その値の小さ
いもの程切削性の良好な油剤である。試験方法がアルミ
円板の端面の横送り切削で主軸回転数が一定であるの
で、最外周から中心に向かうに従い切削速度が小さくな
る。従って、２５０〜５００ｍ／分（主軸回転数：８０
０ｒｐｍ）と１０００〜２０００ｍ／分（主軸回転数：
３２００ｒｐｍ）の２条件で切削を行い、それぞれの切
削速度の範囲内での最大粗さを求めて評価した。

【００３７】（３）発泡性（循環発泡試験） 図２に示す試験装置を用いた。試験条件は次の通りであ
る。

【００３８】液量；１６リットル 流量；８０リットル／分 温度；室温 ノズル口径；１６．５ｍｍφ ノズル−液面間；４０ｃｍ 試験液濃度；５％（水道水希釈） タンク；４０×５０×３２ｃｍ タンクに１６リットルの試験液を入れてポンプにて該液
を循環させる。液面に生成する泡の高さを目視により読
取り、その高さ（ｃｍ）が低い程発泡性が少ないとす
る。

【００３９】上記実施例１〜６及び比較例１〜３で調製
された各切削油組成物の潤滑性、仕上げ面粗さ及び発泡
性を上記の試験法で調べ、結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から次のことが判る。即ち、比較例１
及び比較例３から、従来の極圧添加剤として塩素化パラ
フィンを配合した場合とオレイン酸酸化カルシウム塩と
炭酸カルシウム微粒子との混合物を配合した場合とで
は、潤滑性（摩擦係数）や高速切削時の最大仕上げ面粗
さに差はなく、従って本発明のオレイン酸酸化カルシウ
ム塩と炭酸カルシウム微粒子との混合物が優れた極圧添
加剤になり得るものであることが判る。また実施例１〜
６の切削油組成物は、含窒素エステル及びオレイン酸酸
化カルシウム塩と炭酸カルシウム微粒子との混合物が配
合されたものであるが、潤滑性、表面仕上げ性及び消泡
性に優れたものであることが判る。更にオレイン酸酸化
カルシウム塩と炭酸カルシウム微粒子との混合物を配合
することにより、消泡剤を添加しなかったり（比較例
２）、シリコーン系消泡剤のみの添加（比較例１）に比
し、消泡性及び消泡維持性が優れていることも判る。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面仕上げ性試験に用いる装置の概略図であ
る。

【図２】発泡性試験に用いる装置の概略図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 129:26 133:08） Ｃ１０Ｎ 30:00 Ａ 30:06 40:22 (72)発明者 塩谷 均 大阪府大阪市北区梅田１丁目２番２−1400 号 大同化学工業株式会社内 (72)発明者 長谷川 清 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉱油、有機アミン、脂肪酸、油脂及び乳
   化剤から成る切削油組成物において、更に含窒素エステ
   ル及び極圧添加剤として脂肪酸の酸化カルシウム塩と微
   粒子状炭酸カルシウムとの混合物を添加したことを特徴
   とするアルミニウム及びアルミニウム合金用水溶性高速
   切削油組成物。
2. 【請求項２】 含窒素エステルが下記一般式（１）、
   （２）及び（３）で表わされるアミノアルコールと炭素
   数６以上の脂肪酸とのエステル化物の少なくとも１種で
   ある請求項１に記載の水溶性高速切削油組成物。 【化１】
3. 【請求項３】 脂肪酸の酸化カルシウム塩と微粒子状炭
   酸カルシウムとの混合成分比が９９．９〜９０：０．１
   〜１０である請求項１又は請求項２に記載の水溶性高速
   切削油組成物。