JP3469546B2 - 歯切り加工用切削油剤組成物及び該歯切り加工用切削油剤組成物を用いた歯切り加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯切り加工用切削
油剤組成物及び該歯切り加工用切削油剤組成物を用いた
歯切り加工方法に関し、更に詳しく言えば、切削性能に
優れ、且つ塩素系極圧添加剤を含有しない歯切り加工用
切削油剤組成物及び該歯切り加工用切削油剤組成物を用
いた歯切り加工方法に関する。本発明の歯切り加工用切
削油剤組成物は、後工程に浸炭焼き入れ工程を伴う場合
に、浸炭性に悪影響を与えないため、浸炭焼き入れ工程
を伴う歯切り加工用切削油剤として好適に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】近年、切削油剤においては、環境保護の
問題から塩素系極圧添加剤を使用しない切削油剤、いわ
ゆる塩素フリー油剤が求められている。これは、ホブ切
りやシェービングに代表される歯切り加工油剤において
も同様であり、これまでに塩素系極圧添加剤を含まない
種々の歯切り加工油剤が使用されてきた。それらの多く
は（１）モリブデンジチオホスフェート、モリブデンジ
チオカーバメート等の有機モリブデン化合物、亜鉛ジチ
オホスフェート、亜鉛ジチオカーバメート等の有機亜鉛
化合物、カルシウムスルホネート、カルシウムカルボキ
シレート等のカルシウム塩などの金属成分を含むもの、
又は（２）硫黄系の極圧添加剤を比較的多量に含み加工
物表面に反応性の被膜を生じさせるものであり、いずれ
も良好な切削性能を示している。

【０００３】一方、歯車は歯切り加工後、加熱脱脂工程
を経て、浸炭焼き入れ工程（以下、浸炭工程ともい
う。）を伴うことが多い。しかし、このような浸炭工程
において、従来の塩素フリー油剤を用いて歯切り加工を
行った歯車を浸炭した場合、浸炭不良が生じることが多
い。これに対して、上記のような金属成分や極圧添加剤
を含まないものは浸炭不良は生じにくいが、切削性能が
大幅に低下し実用的でない。この原因の一つとして加工
物表面に残留した金属成分や反応性被膜が影響している
ことが考えられている。

【０００４】歯車は高価な工具を用いて加工するととも
に、機械部品、自動車部品のなかで最重要部品の一つで
あることから、浸炭不良を生ずることは生産性及び品質
の面から好ましくない。このため、浸炭工程において浸
炭不良を生じることなく、切削性能に優れ、且つ塩素を
含有しない歯切り加工用油剤が望まれてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みてなされたものであり、切削性能に優れ、且つ塩素
系極圧添加剤を含有せず、歯切り加工の後工程に浸炭焼
き入れ工程を伴う場合に好適な歯切り加工用切削油剤組
成物及び該歯切り加工用切削油剤組成物を用いた歯切り
加工方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、浸炭焼き
入れ工程の前工程である加熱脱脂工程において、加工物
表面に残る物質の量を低減させることで、浸炭不良は生
じにくくなることに着目した。そして、種々の潤滑添加
剤について鋭意研究を重ねた結果、加工物表面に残る物
質の量を低減させる、特定の組成からなる切削油剤組成
物を用いて歯切り加工することで、浸炭工程において浸
炭不良を低減できることを見出し、本発明を完成するに
至った。請求項１記載の歯切り加工用切削油剤組成物
は、基油、硫黄系極圧添加剤、エステル化合物及びアル
コール化合物を含有し、塩素系極圧添加剤を含有せず、
且つ亜鉛元素及びカルシウム元素を含有しない歯切り加
工用切削油剤組成物であって、該基油の動粘度は４０℃
において８〜５０ｍｍ^２／ｓ、該硫黄系極圧添加剤の含
有量は、硫黄分として、本切削油剤組成物全体に対して
０．１５〜０．７重量％、該エステル化合物の含有量は
２〜５０重量％、該アルコール化合物の含有量は０．５
〜８重量％であり、次工程に加熱脱脂工程及び浸炭焼き
入れ工程を伴う歯切り加工工程において使用されること
を特徴とする。

【０００７】上記「基油」としては、４０℃における動
粘度が８〜５０ｍｍ²／ｓである油であれば、その種類
は特に限定されるものではなく、鉱油、合成油を問わず
使用することができる。上記鉱油としては、例えば、ス
ピンドル油、マシン油及びニュートラル油等が挙げられ
る。また、上記合成油としては、例えば、ポリブテン及
びα−オレフィンオリゴマー等が挙げられる。

【０００８】この基油の４０℃における動粘度は８〜５
０ｍｍ²／ｓであり、好ましくは１０〜４５ｍｍ²／ｓで
ある。この４０℃における動粘度が８ｍｍ²／ｓ未満の
場合は、ミスト発生量が多くなるという点で好ましくな
い。一方、これが５０ｍｍ²／ｓを超える場合は、ワー
クの付着油量が多くなるという点で好ましくない。

【０００９】上記「硫黄系極圧添加剤」としては、例え
ば、硫化鉱油、硫化脂肪油及びポリスルフィド等が挙げ
られる。上記硫化鉱油としては、鉱油に元素状硫黄を溶
解させたもの等が挙げられる。この硫化鉱油は、硫黄分
として０．１〜０．６重量％（より好ましくは０．３〜
０．４重量％）含有するものが溶解性、安定性及び経済
性の点で好ましい。上記硫化脂肪油としては、例えば、
硫化ラード、硫化菜種油、硫化ひまし油及び硫化大豆油
等の動植物油の硫化物が挙げられ、硫化オレイン酸メチ
ル等の硫化エステルも包含するものとする。これらの硫
化脂肪油は、硫黄分として５〜３０重量％（より好まし
くは１０〜２０重量％）含有するものが溶解性、安定性
及び経済性の点で好ましい。

【００１０】上記ポリスルフィドとしては、例えば、オ
レフィンポリスルフィド及びジアルキルポリスルフィド
等が挙げられる。これらのポリスルフィドは、硫黄分と
して５〜５０重量％（より好ましくは１０〜４０重量
％）含有するものが溶解性、安定性及び経済性の点で好
ましい。これらの硫黄系極圧添加剤は単独で用いてもよ
いし、２種類以上を混合して用いてもよい。また、ＪＩ
Ｓ Ｋ ２５１３の銅板腐食試験（１００℃、１時間）
において活性或いは不活性を問わず用いることができ
る。

【００１１】これらの硫黄系極圧添加剤の配合量は、硫
黄分として、本切削油剤組成物全体に対して０.１５〜
０.７重量％であり、好ましくは０．２〜０．５重量％
である。この配合量が０.１５重量％未満の場合は、極
圧性が不足し、加工精度の低下及び工具等の異常摩耗な
どが生じる場合があり好ましくない。一方、これが０.
７重量％を越える場合は、後工程である浸炭焼き入れ工
程において浸炭不良の発生を招き、歯車の品質及び生産
性に悪影響を及ぼす恐れがあるため好ましくない。

【００１２】上記「エステル化合物」としては、炭素数
１２〜２０（好ましくは１４〜１８）の直鎖若しくは分
岐鎖脂肪酸（飽和、不飽和を問わない。）と炭素数１〜
８の直鎖若しくは分岐鎖アルコール（飽和、不飽和を問
わない。）とのエステルが好ましく使用され、例えば、
ステアリン酸ブチル、オレイン酸メチル等が挙げられ
る。これらは、単独で用いてもよいし、２種類以上を混
合して用いてもよい。このエステル化合物の配合量は、
切削油剤組成物全体に対して２〜５０重量％であり、好
ましくは５〜４０重量％である。この配合量が２重量％
未満の場合は、潤滑性不足となり好ましくない。一方、
これが５０重量％を越える場合は、潤滑性の向上が頭打
ちとなり、経済性の点で好ましくない。

【００１３】上記「アルコール化合物」としては、炭素
数１２〜２０（好ましくは１４〜１８）の直鎖若しくは
分岐鎖アルコール（飽和、不飽和を問わない。）が好ま
しく使用され、例えば、ステアリルアルコール及びオレ
イルアルコール等が挙げられる。これらは、単独で用い
てもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。この
アルコール化合物の配合量は、切削油剤組成物全体に対
して０.５〜８重量％であり、好ましくは１〜５重量％
である。この配合量が０.５重量％未満の場合は、油剤
の蒸発性が向上しないため、後工程である加熱脱脂工程
において残留物が生じやすくなり、好ましくない。一
方、これが８重量％を越える場合は、蒸発性の向上が頭
打ちとなり経済性の点から好ましくない。

【００１４】請求項１記載の歯切り加工用切削油剤組成
物は、塩素系極圧添加剤を含有しない。塩素化パラフィ
ンや塩素化ジフェニル等の塩素系極圧添加剤を含有する
ことは、環境保護の問題から好ましくない。また、本組
成物中にも、塩素成分を実質上含有しないものが好まし
い。

【００１５】更に、請求項１記載の歯切り加工用切削油
剤組成物は、亜鉛元素及びカルシウム元素を含有しな
い。この理由として、亜鉛元素及びカルシウム元素の少
なくとも一方を含有する切削油剤組成物を用いて切削す
ると、被切削体の表面に汚れが付着したり、皮膜を形成
してしまい、後工程における表面処理等に支障をきたす
ため好ましくない。また、本発明の歯切り加工用切削油
剤組成物は、亜鉛元素及びカルシウム元素に加えて、モ
リブデン元素等の金属元素も含有しないことが好まし
い。

【００１６】請求項１記載の歯切り加工用切削油剤組成
物は、請求項２に示すように、４０℃における動粘度が
８〜４０ｍｍ²／ｓとすることができ、好ましくは１０
〜３０ｍｍ²／ｓである。この４０℃における動粘度が
８ｍｍ²／ｓ未満の場合は、ミストが発生しやすくなる
という点で好ましくない。一方、これが４０ｍｍ²／ｓ
を超える場合は、ワークの付着油量が多くなるという点
で好ましくない。

【００１７】また、本発明の歯切り加工用切削油剤組成
物は、下記の実施例に示す条件で、有効浸炭層深さが
０．３０ｍｍ以上（より好ましくは０．３８ｍｍ以上、
更に好ましくは０．４０ｍｍ以上）であることが好まし
い。同時に、工具摩耗量が０．１６ｍｍ以下（より好ま
しくは０．１５ｍｍ以下）であることが好ましい。

【００１８】本発明の歯切り加工用切削油剤組成物に
は、亜鉛元素及びカルシウム元素（好ましくは、更に他
の金属元素も。）を含有しない、公知の潤滑添加剤、金
属不活性化剤、防錆添加剤、酸化防止剤、消泡剤等を添
加してもよい。また、本発明の歯切り加工用切削油剤組
成物の製造は、従来の方法により各成分を混合して行う
ことができる。

【００１９】本発明の歯切り加工用切削油剤組成物は、
次工程に加熱脱脂工程及び浸炭焼き入れ工程を伴う該歯
切り加工工程において使用される。即ち、請求項３記載
の歯切り加工方法は、本発明の歯切り加工用切削油剤組
成物を用いて歯切り加工を行い、次いで、加熱脱脂工程
及び浸炭焼き入れ工程を行うことを特徴とする。請求項
３記載の歯切り加工方法は、かかる構成を備えることに
より、加工物表面を汚すことなく、且つ後工程である浸
炭焼き入れ工程において、浸炭性に悪影響を与えずに歯
切り加工を行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例及び比較例
を挙げて、具体的に説明する。 （１）歯切り加工用切削油剤組成物の調製 実施例１〜６及び比較例１〜７の各組成物を表１に示す
成分により、同表に示す割合で調製した。尚、表中の組
成成分の明細を以下に示す。また表１中の「＊」は、本
発明の範囲に含まれない構成要素を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】（ａ）スピンドル油；日石三菱社製、動粘
度：１０ｍｍ²／ｓ、４０℃ （ｂ）マシン油；日石三菱社製、動粘度：４５ｍｍ²／
ｓ、４０℃ （ｃ）硫化スピンドル油；上記スピンドル油に所定量の
粉末硫黄を加え、１３０〜１５０℃に加熱し、溶解さ
せ、硫黄分を０．４重量％に調整したもの。 （ｄ）硫化マシン油；上記マシン油に所定量の粉末硫黄
を加え、１３０〜１５０℃に加熱し、溶解させ、硫黄分
を０．４重量％に調整したもの。 （ｅ）硫化脂肪油；大日本インキ化学工業社製、商品名
「ＤＡＩＬＵＢＥ ＧＳ−２３０」、硫黄分：１０．１
重量％ （ｆ）エステル化合物；ステアリン酸ブチル、和光純薬
社製 （ｇ）アルコール化合物；オレイルアルコール、和光純
薬社製 （ｈ）カルシウムスルホネート；日本ルーブリゾール工
業社製、商品名「ＬＺ５２８３」 （ｉ）ジチオリン酸亜鉛；ラインケミー社製、商品名
「アディティンＲＣ３０４８」 （ｊ）塩素化パラフィン；味の素社製、商品名「エンパ
ラ Ｋ５０」 （ｋ）酸化防止剤；２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレ
ゾール、和光純薬社製 （ｌ）金属不活性化剤；ベンゾトリアゾール、和光純薬
社製

【００２３】（２）性能評価 各組成物（実施例１〜６及び比較例１〜７）を用いて、
以下の条件で、歯切り加工、切削油剤の脱脂、及び歯車
の浸炭焼き入れを行った。更に、以下の性能試験によ
り、浸炭性、切削性及び汚れ付着性の各性能を評価し
た。その結果を表２に示す。また、表２中の「＊」は、
下記の評価基準に適合していないことを示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】歯切り加工条件（ホブ切り加工） 供試材 ：機械構造用合金鋼（ＳＣｒ４２０Ｈ、ＳＣ
Ｍ４２０Ｈ） 歯車の仕様：モジュール２．５ 加工条件 ：回転数 ２００〜２５０ｒｐｍ、送り速度
２．０〜２．４ｍｍ／ｒｅｖ

【００２６】切削油剤の脱脂条件 脱脂温度：４５０〜５００℃ 脱脂時間：１７〜２５分 雰囲気 ：大気 加熱方法：ガス燃焼

【００２７】歯車の浸炭焼き入れ条件 浸炭温度 ：８８０〜９４０℃ 焼き入れ温度：１００〜１５０℃ 雰囲気ガス ：ＣＯ（体積％）＝１８〜２４ 設備機械 ：連続式ガス浸炭炉

【００２８】（性能試験及び評価方法） （ａ）浸炭性：浸炭焼き入れ後の有効浸炭層深さを測定
することで評価した。この有効浸炭層深さが規格値［Ｈ
ｖ ５１３を示す時の表面からの深さ（規格：０．３〜
０．５ｍｍ）］に達しない場合は、浸炭不良と判定し
た。 （ｂ）切削性：５００個の歯切り加工後の工具摩耗量
［工具すくい面の摩耗量（ｍｍ）］を測定して評価し
た。この工具摩耗量が０．１６ｍｍを超える場合は切削
不良と判定した。 （ｃ）汚れ付着性：加熱脱脂後の加工物の汚れを目視で
観察し、汚れの程度を下記の基準で評価した。 ◎：汚れ無し、○：汚れ少量発生、×：汚れ多い

【００２９】表２によれば、硫黄量が切削油剤全体に対
して０．１重量％と少ない比較例１は、有効浸炭層深さ
及び加熱脱脂後の汚れにおいては十分な評価が得られた
が、工具摩耗量において０．１７ｍｍと摩耗が激しく切
削性能に劣っていた。逆に、硫黄量が０．８重量％と多
い比較例２は、工具摩耗量及び加熱脱脂後の汚れにおい
ては十分な評価が得られたが、有効浸炭層深さにおいて
０．２８ｍｍであり、規格値に達せず浸炭不良であっ
た。アルコール化合物を含有しない比較例３は、有効浸
炭層深さ及び工具摩耗量においては十分な評価が得られ
たが、加熱脱脂後の汚れにおいて少量の汚れがあった。
また、エステル化合物を含有しない比較例４は、有効浸
炭層深さ及び加熱脱脂後の汚れにおいては十分な評価が
得られたが、工具摩耗量において０．１８ｍｍであり、
切削性能が十分ではなかった。更に、カルシウム又は亜
鉛等を含有する比較例５及び６は、ともに切削性能にお
いては十分な評価が得られたが、加熱脱脂後の汚れがひ
どく、有効浸炭層深さにおいても規格値に達せず浸炭不
良であった。これに対して、塩素を含有しない実施例１
〜６は、有効浸炭層深さ０．４１ｍｍ、工具摩耗量０．
１４〜０．１５ｍｍ、及び加熱脱脂後の汚れは無しと、
浸炭性、切削性及び汚れ付着性の全てにおいて優れた性
能を示し、従来の優れた切削性能等を有する比較例７の
塩素含有切削油剤と同等の性能を示すものであった。

【００３０】以上より、本実施例１〜６の切削油剤組成
物及び歯切り加工方法は、塩素極圧添加剤等の塩素を含
有せず、切削性能に優れ、加工物表面を汚すことなく、
且つ後工程である浸炭焼き入れ工程において、浸炭性に
悪影響を与えない、性能バランスに優れた歯切り加工用
切削油剤組成物及び歯切り加工方法であることが分か
る。

【００３１】尚、本発明においては、上記の具体的な実
施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で
種々変更した実施例とすることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の歯切り加工用切削油剤組成物及
び歯切り加工方法は、切削性能に優れ、且つ後工程であ
る浸炭焼き入れ工程において、浸炭性に悪影響を与えな
いものである。更に、本切削油剤組成物は塩素系極圧剤
を含まないので、環境保護に対応したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 135:00） Ｃ１０Ｎ 20:02 Ｃ１０Ｎ 20:02 30:00 Ａ 30:00 Ｚ 30:06 30:06 40:22 40:22 (72)発明者 志波 芳勝 三重県鈴鹿市平田町1907番地 本田技研 工業株式会社 鈴鹿製作所内 (56)参考文献 特開 平９−111278（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−107448（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−91440（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−91441（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−246548（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−175885（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−322569（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10M 141/08 C10M 129/04 - 129/08 C10M 129/68 - 129/84 C10M 135/00 - 135/36 C10N 20:02 C10N 30:00 C10N 30:06 C10N 40:22 B23P 15/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基油、硫黄系極圧添加剤、エステル化合
   物及びアルコール化合物を含有し、塩素系極圧添加剤を
   含有せず、且つ亜鉛元素及びカルシウム元素を含有しな
   い歯切り加工用切削油剤組成物であって、 該基油の動粘度は４０℃において８〜５０ｍｍ^２／ｓ、
   該硫黄系極圧添加剤の含有量は、硫黄分として、本切削
   油剤組成物全体に対して０．１５〜０．７重量％、該エ
   ステル化合物の含有量は２〜５０重量％、該アルコール
   化合物の含有量は０．５〜８重量％であり、次工程に加
   熱脱脂工程及び浸炭焼き入れ工程を伴う歯切り加工工程
   において使用されることを特徴とする歯切り加工用切削
   油剤組成物。
2. 【請求項２】 歯切り加工用切削油剤組成物の動粘度が
   ４０℃において８〜４０ｍｍ^２／ｓである請求項１記載
   の歯切り加工用切削油剤組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の歯切り加工用切削
   油剤組成物を用いて歯切り加工を行い、次いで、加熱脱
   脂工程及び浸炭焼き入れ工程を行うことを特徴とする歯
   切り加工方法。