金属材料加工用の潤滑油
【課題】潤滑性、防錆性、脱脂性を兼ね備えながら、アーク溶接時に煤の発生が少ない金属材料加工用の潤滑油を提供する。
【解決手段】潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなる。添加剤の全量が潤滑油全量基準で８〜１２％であり、かつ４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである。各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）は、重量基準で４０：１．５〜６．５：５の関係が保たれている。
【解決手段】潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなる。添加剤の全量が潤滑油全量基準で８〜１２％であり、かつ４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである。各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）は、重量基準で４０：１．５〜６．５：５の関係が保たれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料成形加工時の潤滑性、その後の溶接加工による防錆性、及び脱脂性を兼ね備えた金属材料加工用の潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、めっき鋼板などの金属材料をプレス加工する場合、潤滑不足により加工品に割れやカジリが発生したり、摩擦増大による金型寿命の低下という問題を回避するため、潤滑油が付与される。従来では、潤滑性に優れる塩素系の潤滑油が使用されることが多かった。プレス加工後の処理工程としては、金属材料に付着した潤滑油を脱脂洗浄する工程、防錆油を塗布して金属材料加工物の錆対策をする工程、めっき工程や塗装をする工程、熱処理をして加工物の強度を確保する工程、及び他の金属部品との溶接工程などがある。
【０００３】
これに対し近年では、製品コストの低減を目的として、防錆油の付与された亜鉛めっき鋼板などの防錆鋼板を使用し、事前に付与された防錆油を潤滑油として兼用することで、プレス加工時の潤滑油付与、及びプレス加工後の防錆油付与を省略することが多くなりつつある。しかし、防錆性に特化した防錆油のみで加工する場合には、潤滑不足により加工品に割れやカジリが発生したり、摩擦増大による金型寿命の低下という問題が生じる。なお、このような場合、プレス加工後に脱脂・洗浄されることなく、防錆油が付着したまま溶接加工される。
【０００４】
このような問題に対処すべく、金属材料を加工する際の潤滑性を付与し得る防錆油の開発が試みられている。例えば、特許文献１では、防錆剤、超塩基性Ｃａスルホネート、硫黄系極圧剤及びホウ酸カリウムを添加した防錆兼プレス加工油剤組成物が開示されている。しかし、この組成物には、ＰＲＴＲ該当物質のホウ素化合物が配合されており、環境保全の観点からは好ましくない。また、特許文献２や特許文献３には、防錆を主眼においた、４０℃における動粘度が４０ｍｍ2 ／ｓ以下の油剤が開示されている。しかし、これらの油剤は、防錆性や脱脂性には優れているが、金属材料と工具との間に大きな応力が発生するプレス加工では、十分な潤滑性能を発揮することが困難である。
【０００５】
また、鋼板を溶接する場合は、一般的な溶接法の１つである炭酸ガスアーク（ＣＯ２）・マグ（ＭＡＧ）溶接を使用する場合が多い。ＣＯ２・ＭＡＧ溶接は、鋼のアーク溶接方法の中で最も多く使用されており、圧力容器をはじめ、橋梁・建築鉄骨・造船・海洋構造物・重機械・化学プラント・原子力・車両・二輪・自動車等の業界で多く使用されている。この溶接法は、溶着速度が速い、溶着効率が高い、一種類のワイヤーで適応できる板厚の範囲が広い、溶接部の品質が優れている、取り扱いが簡単、などの特徴がある。ＪＩＳ規格では、シールドガスに炭酸ガス１００％を使用する場合、炭酸ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いる場合、いずれの場合も「ＭＡＧ溶接」と規定されているが、本明細書では、シールドガスとして炭酸ガス１００％を使用する場合を「ＣＯ２溶接」と称し、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスを使用する場合を「ＭＡＧ溶接」と称す。
【０００６】
昨今では、先に述べたように、製品コスト低減を目的としてプレス加工用潤滑油が付着したまま鋼板をアーク溶接される。このとき、アーク溶接に使用されるワイヤー融点は、一般的に約１５００℃にも達する。そのため、アーク溶接の際に潤滑剤成分が分解して鋼材表面と反応し、錆の発生により加工物の品質低下が問題となる場合がある。また、後工程であるめっき工程や塗装工程では、その前処理として付着油の脱脂工程及び洗浄工程を実施する必要があり、脱脂性も問題となる。
【０００７】
そこで本発明者らは、潤滑成分として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを適切に配合することで、潤滑性、防錆性、及び脱脂性に優れると共に、環境にも優しい非塩素系のプレス加工用の潤滑油として、特許文献４に記載の潤滑油を先に提案した。この潤滑油は、潤滑性及び脱脂性に優れるほか、潤滑油が付与されたままアーク溶接しても、有意に錆の発生を防止できる点に大きな意義がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２７９９７９号公報
【特許文献２】特公平７−４２４７０号公報
【特許文献３】特開平８−３１１４７６号公報
【特許文献４】特開２００７−１１９６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らが先に提案した特許文献４に記載の潤滑油によって、溶接による錆の発生は有意に抑えられるようになった。しかし、金属材料をアーク溶接する際、上述のように加工部が高温となるので、溶接ビートに浮き出てくる金属材料由来のスラグ以外に、潤滑油が付着していることにより煤が発生するという新たな問題が生じた。これでは、せっかく溶接後の錆の発生を抑制し、かつ良好な脱脂性によりその後の洗浄も容易となっても、煤を洗浄する手間が必要になるという新たな課題が生じた。
【００１０】
そこで本発明の目的は、成形加工時の潤滑性、潤滑油が付着したままアーク溶接した場合の防錆性、及びその後の洗浄工程における脱脂性を兼ね備えながら、アーク溶接時に煤の発生が少ない潤滑油を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明として、以下の手段を提供できる。
（１）潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなり、
前記各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれながら、添加剤の全量が、潤滑油全量基準で８〜１２％であり、
４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである、金属材料加工用の潤滑油。
（２）前記潤滑油のうち、前記各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５に保たれている（１）に記載の潤滑油。
（３）プレス加工後に、潤滑油が付着したままアーク溶接される金属材料の加工に供される、（１）または（２）に記載の潤滑油。
（４）前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である（３）に記載の潤滑油。
（５）金属材料と工具との間に、（１）または（２）に記載の潤滑油を供給してプレス加工する工程と、
該プレス加工工程により得られた金属材料を、前記潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程とを有する、金属材料の加工方法。
（６）前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である（５）に記載の金属材料の加工方法。
なお、本発明における金属材料の「加工」とは、金属材料を所定形状に成形する成形加工のみならず、その後の溶接加工をも含む概念である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の潤滑油及びこれを使用した金属材料の加工方法によれば、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤、（ｂ）防錆剤、及び（ｃ）カルシウム系添加剤を適切な配合で添加しながら、潤滑油の動粘度を適正に調製しているので、潤滑性、防錆性、及び脱脂性のいずれもが優れているのみならず、アーク溶接時の煤の発生量も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の潤滑油は、潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合して成る、非塩素系の組成となっている。
【００１４】
［潤滑油基油について］
本発明に係る潤滑油では、鉱油、合成油、及び油脂の中から選ばれる少なくとも１種を潤滑油基油として用いることができる。鉱油としては、例えば石油精製業の潤滑油製造プロセスで常法を用いて精製される鉱油を使用することができる。具体的には、例えば原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を１つ以上行って精製したものが挙げられる。合成油としては、例えばポリα−オレフィン、α−オレフィンコポリマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、シリコーンオイルなどを挙げることができる。また、油脂としては、例えば牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、並びにこれらの水素化物などを挙げることができる。本発明に係る潤滑油においては、上記基油のうちの１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１５】
（ａ）硫黄系極圧剤について
硫黄系極圧剤としては、硫黄原子を有し、極圧効果を発揮しうるものを使用することができる。硫黄系極圧剤の具体例としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド類、チオカーバメート類、硫化鉱油などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものである。その具体例としては、硫化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１６】
その他硫黄系極圧剤の具体例としては、その分子内に硫黄原子を有する有機亜鉛化合物、例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＰという。）、及び、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＣという。）を挙げることができる。ＺｎＤＴＰ、及び、ＺｎＤＴＣのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、ＺｎＤＴＰの構造式では、リン原子に対して酸素原子を介して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ＺｎＤＴＣの構造式では、窒素原子に対して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。ＺｎＤＴＰ及びＺｎＤＴＣのアルキル基は、炭素数３以上のアルキル基又はアリール基が好ましい。
【００１７】
硫化オレフィンは、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄、塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られる。ポリサルファイド類の具体例としては、ジベンジルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド、ジドデシルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジフェニルポリサルファイド、ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを挙げることができる。チオカーバメート類の具体例としては、ジンクジチオカーバメート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。硫化鉱油とは、鉱油に単体硫黄を溶解させたものをいう。単体硫黄を溶解させる鉱油は特に制限はないが、例えば、上記基油の説明において例示された鉱油系潤滑油基油を使用することができる。本発明において上記（ａ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
（ｂ）防錆剤について
防錆剤の種類は特に限定されるものでなく、その具体例としては、Ｃａ，Ｂａ，Ｎａの各スルホネート及びスルホン酸化合物、酸化ワックスのエステル化合物及びそれらのＣａ，Ｂａ，Ｎａの各塩のような酸化ワックス化合物、ソルビタンモノオレートのような多価アルコールエステル、ラノリン及びラノリンの金属石鹸などを挙げることができる。なかでも、Ｃａ系防錆剤やＢａ系防錆剤が好ましい。本発明においては、上記防錆剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、このような防錆剤は、油に溶け易くするため、鉱物油や合成油、エステルなどと混合されているのが一般的である。本発明において上記（ｂ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
（ｃ）カルシウム系添加剤について
カルシウム系添加剤の好ましいものとして、カルシウムスルフォネート、カルシウムサリシレート、カルシウムフェネートが挙げられる。特に動粘度、価格の点より、カルシウムスルフォネートが好ましい。より好ましくは、塩基性カルシウムスルフォネートである。更に好ましくは、塩基価が３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の高塩基性カルシウムスルフォネートである。本発明において上記（ｃ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
本発明に係る潤滑油は、潤滑油基油に添加剤として上記（ａ）〜（ｃ）成分を配合することにより得られるが、添加剤の全量は、潤滑油全量基準で８〜１２％に調製されている。添加剤の全量が潤滑油全量基準で８％未満であると、金属材料の成形加工時に良好な潤滑性を発揮できず、金属材料に割れやカジリが生じたり、パンチやダイなどの工具寿命の低下が懸念される。また、防錆性も担保できず、溶接加工後の錆の発生を有意に抑制できなくなる。一方、添加剤の全量が潤滑油全量基準で１２％を超えると、脱脂性が低下するのみならず、溶接加工時に煤が多量に発生して、その後の洗浄工程が困難になる。好ましくは、添加剤の全量が潤滑油全量基準で９〜１１％であり、より好ましくは１０％である。また、本発明に係る潤滑油は、塩素成分を含有しないため、製品や工具の発錆の問題を回避することができる。
【００２１】
また、本発明の大きな特徴の１つとして、潤滑油全量基準での添加剤の全量を多少変更させたとしても、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれている。各添加剤の相対比率がこの範囲で保たれていることで、潤滑性及び防錆性をバランスよく発現させることができる。この相対比率が崩れると、潤滑性に特化しているが防錆性が低下したり、防錆性に特化しているが潤滑性が低下するといった不具合が生じる。各添加剤（ａ）〜（ｃ）としては、上記各種を適宜使用することができるが、各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５を目安として保たれていることが好ましい。潤滑油における潤滑性や防錆性に直接作用するのは、実際には各添加剤（ａ）〜（ｃ）由来のこれら硫黄分等なので、使用する添加剤の種類によってこの相対比率が大きく変動すると、所望される潤滑性など良好に得られなくなるおそれがある。
【００２２】
本発明の潤滑油は、４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓに調製されている。これにより、最低限の潤滑成分でも良好な潤滑性を保ちながら脱脂性を向上できると共に、溶接加工時の煤の発生量を低減できる。４０℃における動粘度が７０ｍｍ2 ／ｓを超えると、金属材料表面への潤滑油付着量が多くなるので、成形加工時の潤滑性は向上するが脱脂性が悪化すると共に、溶接加工時に煤の発生量が多くなってしまう。４０℃における動粘度が５０ｍｍ2 ／ｓより低いと潤滑性が悪化し、成形不良や工具寿命低下を来たす。好ましくは４０℃における潤滑油の動粘度が５５〜６５ｍｍ2 ／ｓである。動粘度をこのような範囲に調製するためには、例えば潤滑油基油の種類や動粘度の異なる基油の混合割合等を適当に調整すればよい。
【００２３】
本発明に係る潤滑油には、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれており、かつ添加剤の全量が潤滑油全量基準で８〜１２％となる範囲であれば、金属材料加工用の潤滑油としての基本的な性能を向上させるために、その他各種の添加剤を適宜配合することができる。例えば、酸化防止剤、防食剤、着色剤、消泡剤、香料等が挙げられる。具体的には、酸化防止剤としてアミン系化合物、フェノール系化合物等を、防食剤としてベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール等を、着色剤としては染料や顔料等を用いることができる。
【００２４】
金属材料の成形方法としては、体表的にはプレス加工が挙げられる。そして、金属材料と工具との間に、上記のような条件に調整された潤滑油を供給してプレス加工する工程と、該プレス加工工程により得られた金属材料を、潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程と、アーク溶接された金属材料を脱脂・洗浄する工程などを経て成形品として得ることができる。なお、プレス加工工程から溶接工程へ移行する間には、一定時間の時間的間隔を空けることが好ましい。プレス加工時に金属材料に付着している潤滑油をある程度滴下させるためである。その時間的間隔の目安としては、少なくとも３０分以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは３時間以上である。プレス加工としては、打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、シェービング加工、タップ加工を挙げることができる。すなわち、本発明に係る潤滑油は、金属材料の各種プレス加工、例えば打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、シェービング加工、タップ加工等に対して優れた効果を発揮する。また、成形加工時に高い応力の発生するファインブランキング加工でも良好な効果を発揮する。また、本発明に係る潤滑油は、被加工材料である金属材料の種類に限定されることなく用いることができる。例えば、亜鉛めっき鋼、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等に対して使用することができる。これらは、冷間圧延鋼板であってもよいし熱間圧延鋼板であってもよい。潤滑油の供給方法は特に制限するものではないが、例えばローラーや刷毛による金属材料表面への塗布、スプレーによる金属材料表面への散布、などの方法を使用することができる。
【００２５】
アーク溶接としては、鋼板の溶接として最も一般的なＣＯ２溶接（炭酸ガスアーク溶接）やＭＡＧ溶接（混合ガスアーク溶接）のほか、被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）、ＭＩＧ溶接溶接、プラズマアーク溶接、サブマージアーク溶接、タンデムアーク溶接などを採用できる。ＣＯ２溶接、ＭＡＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などでは、アークの安定や溶融金属中に大気が混入するなどによるブローホールの発生防止のため、溶接ワイヤーから発生したアークをシールドガスで覆いながら溶接される。シールドガスとしては、代表的には二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムを使用できるが、必要に応じて水素又は酸素などを混合使用することもできる。
【００２６】
本発明においては、アーク溶接の中でも、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いるＭＡＧ溶接、又はアルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスのみを用いるＭＩＧ溶接が好ましい。ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接では、ＣＯ２溶接と比べて溶接面が美麗である。さらに、ＭＡＧ溶接が最も好ましい。ＣＯ２は高温により酸素と炭素に分解され、その分解された酸素と炭素がさらに電離してアークを形成する。すなわち、ＣＯ２からは電離した活性な酸素が生じる。そのため、鋼板の一般的な溶接方法の１つであるＣＯ２溶接では、ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接と比べて活性酸素が金属材料と反応したスラグの発生量が多くなり、溶接欠損の要因となる。しかも本発明では、金属材料に潤滑油が付着したまま（脱脂・洗浄することなく）溶接するので、煤の発生が問題となる。金属材料に潤滑油が付着したまま溶接した場合の煤の発生原因は定かではないが、少なくとも潤滑油中の添加剤成分が影響していると考えられる。すなわち、溶接時の高い温度によって添加剤成分が何かしらの化学反応を起こして煤が発生すると考えられる。そのために、ＣＯ２溶接では活性酸素が添加剤成分とも反応し易く、これにより煤の発生量が多くなると考えられる。ＭＩＧ溶接ではシールドガスとしてＣＯ２を使用しないので上記懸念はないが、不活性ガスのみのためコスト高であり、溶接スピードが劣る。
【００２７】
ＭＡＧ溶接は鋼板の溶接方法として一般的であるため汎用性が高く、かつ混合ガスを使用しているので、ＣＯ２溶接よりも煤の発生を有意に抑えながら、ＭＩＧ溶接よりも効率的に溶接できる。アルゴンガスと炭酸ガスの混合割合は特に限定されないが、少なくともアルゴンガスの混合割合を炭酸ガスよりも多くしておく。好ましくはシールドガス中のアルゴンガスが６０〜９５％程度、より好ましくは７０〜９０％程度とする、一般的にはアルゴンガス８０％、炭酸ガス２０％である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明に係る金属材料加工用の潤滑油の具体的な実施例について説明する。
まず、以下に示す各種の添加剤を用いて、表１に示す組成を有する潤滑油１〜６を調製した。なお、表１中の数字は重量％である。
（ａ）成分
ａ１：ポリサルファイド（硫黄含有量：３０重量％）
ａ２：硫化油脂（硫黄含有量：１５重量％）
ａ３：ＺｎＤＴＰ（硫黄含有量：１６重量％）
（ｂ）成分
ｂ１：Ｂａスルホネート化合物
ｂ２：酸化ワックス化合物
ｂ３：Ｃａスルホネート化合物
ｂ４：ラノリン脂肪酸化合物
ｂ５：スルホン酸化合物
（ｃ）成分
ｃ１：高塩基性Ｃａスルホネート化合物（カルシウム含有量：１５重量％）
（その他の成分）
ｄ１：塩素化パラフィン（塩素含有量：５０重量％）
【００２９】
【表１】
【００３０】
＜潤滑性試験＞
表１に示す潤滑油１〜６について、以下の装置・方法を用いて潤滑性評価を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＦＵＫＵＩ ５００トン順送プレス（生産速度：４５ｓｐｍ）
被加工材料１：引張強さ４４０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．０ｍｍ
被加工材料２：引張強さ５９０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．８ｍｍ
被加工材料３：引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．２ｍｍ
被加工材料４：引張強さ９８０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．０ｍｍ
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に供給
パンチ材質：ＳＫＤ１１
ダイス材質：ＳＫＤ１１
加工内容：打抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、タップ加工、を同時工程または単独工程にて行い、合計１６工程にて加工物を完成する。
【００３１】
（評価方法）
潤滑油１〜６を、被加工材料１〜３の表面に対してそれぞれ樹脂ロールにて均一に供給した後に、自動車用リクライニングシートに用いられる金属製部品をプレス加工にて製作した。そして、加工物の製品精度の測定及び加工後のパンチ及びダイ表面の状態と、各被加工材料の加工面の状態とを目視にて観察して評価を行った。その結果を以下の表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２に示されるように、潤滑油１〜３及び潤滑油５は、工具表面には殆ど摩耗が確認されず、被加工材料の加工面もバリやダレが少なくカジリも生じていなかった。すなわち、パンチの表面における焼付きや損傷等が全く確認されず、パンチにより打抜きされた穴のせん断面の状態も良好であり、予定した寸法通りの精密な穴が形成されていた。これに対し潤滑油４、６では、工具表面の状態は良好であったが、被加工物の加工面には潤滑油１〜３、５よりもパリやダレが多く、中には僅かにカジリが生じているものもあった。これにより、非塩素系の潤滑油でも潤滑成分として硫黄系極圧剤とカルシウム系添加剤とを添加していれば、塩素系潤滑油と同等以上の潤滑性を担保できることが判った。また、潤滑成分の配合量自体は多くても、硫黄系極圧剤のみでは潤滑性に課題が残ることも判った。
【００３４】
＜防錆性試験＞
次に、表１に示す潤滑油１〜６を鋼板に付着させたままの状態で、ＭＡＧ溶接を実施して、表面の防錆性の評価試験を実施した。
【００３５】
（試験方法）
溶接方法：ＭＡＧ溶接
シールドガス：アルゴン８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガス
ワイヤー径：１．０ｍｍ及び１．２ｍｍ
電流：１４５Ａ、電圧：１６Ｖ、速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ
トーチ角度：６０度、溶接長：４０ｍｍ、溶接幅：１０ｍｍ
被加工材料５：ＳＰＣＣ鋼板 １．２×６０×８０ｍｍ
被加工材料６：引張強さ５９０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板 １．８×６０×８０ｍｍ
【００３６】
（評価方法）
溶接後の鋼板を恒温高湿の試験箱（温度５０℃、湿度９５％）に９６０時間収容して発錆状態を観察した。錆発生面積１０％未満を○（合格）、錆発生面積１０％以上を×（不合格）とした。その結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】
表３に示されるように、実施例１〜３は錆発生面積が全て１０％未満であり、良好な防錆性能を発揮していることを確認できた。これに対し潤滑油４〜６は錆発生面積が全て１０％以上であり、あまり防錆性能を発揮していないことを確認できた。これは、溶接熱による添加剤の分解などにより、防錆成分による防錆効果が十分発揮できなかった結果と推測される。なお、塩素系添加剤の配合された潤滑油４は、錆が全面に発生していた。
【００３９】
＜脱脂性試験＞
次に、防錆性試験で使用したものと同じ被加工材料５，６を用いて、潤滑油１〜６の脱脂性の評価試験を実施した。
（試験方法）
洗浄液：市販の鉄鋼用表面処理剤（鉄鋼表面の洗浄と同時にリン酸鉄皮膜を形成する表面処理剤）
洗浄液濃度：４％（水道水にて希釈）、洗浄液液温：６０℃
【００４０】
潤滑油を被加工材料５，６の表面にハケ塗りした後、２４時間室内に放置した。つぎに、これらの被加工材料を、濃度４％に調製した洗浄液を撹拌機にて撹拌しながら、その洗浄液の中に１８０秒間浸漬させた。その後、被加工材料を取り出し、表面の濡れ性を目視にて観察した。表面の濡れ面積が８０％以上を○（合格）とし、８０％未満を×（不合格）とした。その結果を表４に示す。
【００４１】
【表４】
【００４２】
表４に示されるように、潤滑油１〜４を塗布した場合には、鋼板表面の濡れ面積がいずれも８０％以上であり、良好な脱脂性があることを確認できた。これに対して、潤滑油５、６を塗布した場合には、鋼板表面の濡れ面積が８０％未満であり、脱脂性が不十分であることを確認できた。
【００４３】
以上の結果より、潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合し、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５であれば、潤滑性、防錆性、及び脱脂性がいずれも良好であることが判った。このときの硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率は、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５であった。これに対し、上記関係以外の組成となっている潤滑油４〜６は、少なくとも潤滑性、防錆性、脱脂性のうちのいずれかにおいて問題を有することが判った。
【００４４】
＜動粘度選定試験＞
次に、潤滑油に対する添加剤の添加量を一定としながら、潤滑油の動粘度を種々変化させた場合（潤滑油７〜９）について評価した。このとき、参考として塩素系の潤滑油１０も同時に対比評価した。具体的には、表５に示す組成の潤滑油７〜１０を供給した場合の焼付き荷重（潤滑性）を四球試験により測定した。また、潤滑油７〜１０を被加工材料７に付着させ、所定時間後の潤滑油付着量と、その後アーク溶接したときの煤の発生状態を目視にて観察した。その結果を表５に示す。なお、潤滑油７〜９の各添加剤（ａ）〜（ｃ）の相対比率は、潤滑油２に合わせた。組成を示す数値は重量％であり、動粘度は４０℃における動粘度である。また、各試験における条件は次の通りである。
【００４５】
（四球試験）
ＪＩＳ Ｋ２５１９に規定する四球試験に基づき焼付き荷重を測定した。
測定素材：上球、下球共にＳＵＪ２
【００４６】
（溶接条件）
溶接方法：ＭＡＧ溶接
シールドガス：アルゴン８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガス
ワイヤー径：１．２ｍｍ
電流：１４５Ａ、電圧：１６Ｖ、速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ
トーチ角度：６０度、溶接長：４０ｍｍ、溶接幅：１０ｍｍ
被加工材料７：ＳＰＨＣ 酸洗鋼板 １．６×６０×８０ｍｍ
試験回数（ｎ数）：各潤滑油毎に３個
環境：気温約２７℃ 湿度約５６％ 油温約２５℃
評価方法：有機溶剤にて被加工材料７を脱脂し、潤滑油を入れたビーカーに、長さ方向で７０ｍｍの位置まで浸漬する。ビーカーから取り出した後、吊るした状態で１時間放置する。
【００４７】
【表５】
【００４８】
表５の結果より、動粘度が高い方が焼付き荷重が高く潤滑性が良い傾向にあるが、反面、１時間後の潤滑油付着量（残油成分量）が多くなる傾向にある。また、動粘度が最も低い潤滑油９でも、塩素系潤滑油である潤滑油１０よりも潤滑性が良好であった。したがって、潤滑油付着量を低減させるには、できるだけ動粘度を低くすることが好ましいが、同時に良好な潤滑性を担保するためにはある程度の動粘度が必要であることがわかった。すなわち、動粘度が６０ｍｍ２／ｓ前後であれば、少なくともプレス加工時に必要な潤滑性が確保できると共に、脱脂性も良好となることがわかった。また、非塩素系の潤滑油７〜９は、塩素系の潤滑油１０より溶接時の煤発生量が多かった。一方、動粘度の違いのみでは煤の発生量に大差はなかった。これにより、煤の発生の原因として添加剤成分が大きく寄与しており、煤の発生を有意に抑制するには、添加剤成分をできるだけ少なくすることが肝要であると推認された。
【００４９】
＜添加剤量選定試験＞
そこで、動粘度を一定としながら、添加剤の配合量を種々変化させた場合について評価した。具体的には、表６に示す組成の潤滑油１１〜１６使用して、上記動粘度選定試験と同様の条件により所定時間後の潤滑油付着量と、その後アーク溶接したときの煤の発生状態を目視にて観察した。その結果も表６に示す。なお当該添加剤量選定試験においても、上記動粘度選定試験と同様に潤滑油１２〜１６の各添加剤（ａ）〜（ｃ）の相対比率は、潤滑油２に合わせた。なお、組成を示す数値は重量％であり、動粘度は４０℃における動粘度である。また、添加剤量選定試験を行ったときの環境は次の通りであった。
環境：気温約３１℃ 湿度約５８％ 油温約２７℃
【００５０】
【表６】
【００５１】
表６の結果より、添加剤の配合量が多くなる程、潤滑油付着量（残油成分量）も多くなっていた。これは、動粘度が同じであることにより基油の付着量が同等であっても、これに含まれる添加剤の分、付着量が比例して多くなることに起因する。また、添加剤を含んでいない潤滑油１１は、煤が全く発生していなかった。したがって、溶接時に煤を発生させないためには添加剤を配合していないことが好ましいことが判る。しかし、添加剤が配合されていなければ、潤滑性が著しく悪化し、成形不良が生じる。そこで、添加剤を配合することが必須となるが、添加剤が配合されている潤滑油１２〜１６では、煤が発生していた。しかし、添加剤の配合量が潤滑油全量基準で１０重量％の潤滑油１２では、殆ど煤が発生していなかった。以上の結果により、潤滑油基油に、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）を重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保ちながら、（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを、添加剤の全量が潤滑油全量基準で１０％前後の範囲で配合し、かつ潤滑油の４０℃における動粘度が６０ｍｍ2 ／ｓ前後とすることで、良好な潤滑性、防錆性、脱脂性を担保しながら、溶接時の煤発生量を有意に低減できることが判った。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料成形加工時の潤滑性、その後の溶接加工による防錆性、及び脱脂性を兼ね備えた金属材料加工用の潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、めっき鋼板などの金属材料をプレス加工する場合、潤滑不足により加工品に割れやカジリが発生したり、摩擦増大による金型寿命の低下という問題を回避するため、潤滑油が付与される。従来では、潤滑性に優れる塩素系の潤滑油が使用されることが多かった。プレス加工後の処理工程としては、金属材料に付着した潤滑油を脱脂洗浄する工程、防錆油を塗布して金属材料加工物の錆対策をする工程、めっき工程や塗装をする工程、熱処理をして加工物の強度を確保する工程、及び他の金属部品との溶接工程などがある。
【０００３】
これに対し近年では、製品コストの低減を目的として、防錆油の付与された亜鉛めっき鋼板などの防錆鋼板を使用し、事前に付与された防錆油を潤滑油として兼用することで、プレス加工時の潤滑油付与、及びプレス加工後の防錆油付与を省略することが多くなりつつある。しかし、防錆性に特化した防錆油のみで加工する場合には、潤滑不足により加工品に割れやカジリが発生したり、摩擦増大による金型寿命の低下という問題が生じる。なお、このような場合、プレス加工後に脱脂・洗浄されることなく、防錆油が付着したまま溶接加工される。
【０００４】
このような問題に対処すべく、金属材料を加工する際の潤滑性を付与し得る防錆油の開発が試みられている。例えば、特許文献１では、防錆剤、超塩基性Ｃａスルホネート、硫黄系極圧剤及びホウ酸カリウムを添加した防錆兼プレス加工油剤組成物が開示されている。しかし、この組成物には、ＰＲＴＲ該当物質のホウ素化合物が配合されており、環境保全の観点からは好ましくない。また、特許文献２や特許文献３には、防錆を主眼においた、４０℃における動粘度が４０ｍｍ2 ／ｓ以下の油剤が開示されている。しかし、これらの油剤は、防錆性や脱脂性には優れているが、金属材料と工具との間に大きな応力が発生するプレス加工では、十分な潤滑性能を発揮することが困難である。
【０００５】
また、鋼板を溶接する場合は、一般的な溶接法の１つである炭酸ガスアーク（ＣＯ２）・マグ（ＭＡＧ）溶接を使用する場合が多い。ＣＯ２・ＭＡＧ溶接は、鋼のアーク溶接方法の中で最も多く使用されており、圧力容器をはじめ、橋梁・建築鉄骨・造船・海洋構造物・重機械・化学プラント・原子力・車両・二輪・自動車等の業界で多く使用されている。この溶接法は、溶着速度が速い、溶着効率が高い、一種類のワイヤーで適応できる板厚の範囲が広い、溶接部の品質が優れている、取り扱いが簡単、などの特徴がある。ＪＩＳ規格では、シールドガスに炭酸ガス１００％を使用する場合、炭酸ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いる場合、いずれの場合も「ＭＡＧ溶接」と規定されているが、本明細書では、シールドガスとして炭酸ガス１００％を使用する場合を「ＣＯ２溶接」と称し、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスを使用する場合を「ＭＡＧ溶接」と称す。
【０００６】
昨今では、先に述べたように、製品コスト低減を目的としてプレス加工用潤滑油が付着したまま鋼板をアーク溶接される。このとき、アーク溶接に使用されるワイヤー融点は、一般的に約１５００℃にも達する。そのため、アーク溶接の際に潤滑剤成分が分解して鋼材表面と反応し、錆の発生により加工物の品質低下が問題となる場合がある。また、後工程であるめっき工程や塗装工程では、その前処理として付着油の脱脂工程及び洗浄工程を実施する必要があり、脱脂性も問題となる。
【０００７】
そこで本発明者らは、潤滑成分として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを適切に配合することで、潤滑性、防錆性、及び脱脂性に優れると共に、環境にも優しい非塩素系のプレス加工用の潤滑油として、特許文献４に記載の潤滑油を先に提案した。この潤滑油は、潤滑性及び脱脂性に優れるほか、潤滑油が付与されたままアーク溶接しても、有意に錆の発生を防止できる点に大きな意義がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２７９９７９号公報
【特許文献２】特公平７−４２４７０号公報
【特許文献３】特開平８−３１１４７６号公報
【特許文献４】特開２００７−１１９６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らが先に提案した特許文献４に記載の潤滑油によって、溶接による錆の発生は有意に抑えられるようになった。しかし、金属材料をアーク溶接する際、上述のように加工部が高温となるので、溶接ビートに浮き出てくる金属材料由来のスラグ以外に、潤滑油が付着していることにより煤が発生するという新たな問題が生じた。これでは、せっかく溶接後の錆の発生を抑制し、かつ良好な脱脂性によりその後の洗浄も容易となっても、煤を洗浄する手間が必要になるという新たな課題が生じた。
【００１０】
そこで本発明の目的は、成形加工時の潤滑性、潤滑油が付着したままアーク溶接した場合の防錆性、及びその後の洗浄工程における脱脂性を兼ね備えながら、アーク溶接時に煤の発生が少ない潤滑油を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明として、以下の手段を提供できる。
（１）潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなり、
前記各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれながら、添加剤の全量が、潤滑油全量基準で８〜１２％であり、
４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである、金属材料加工用の潤滑油。
（２）前記潤滑油のうち、前記各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５に保たれている（１）に記載の潤滑油。
（３）プレス加工後に、潤滑油が付着したままアーク溶接される金属材料の加工に供される、（１）または（２）に記載の潤滑油。
（４）前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である（３）に記載の潤滑油。
（５）金属材料と工具との間に、（１）または（２）に記載の潤滑油を供給してプレス加工する工程と、
該プレス加工工程により得られた金属材料を、前記潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程とを有する、金属材料の加工方法。
（６）前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である（５）に記載の金属材料の加工方法。
なお、本発明における金属材料の「加工」とは、金属材料を所定形状に成形する成形加工のみならず、その後の溶接加工をも含む概念である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の潤滑油及びこれを使用した金属材料の加工方法によれば、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤、（ｂ）防錆剤、及び（ｃ）カルシウム系添加剤を適切な配合で添加しながら、潤滑油の動粘度を適正に調製しているので、潤滑性、防錆性、及び脱脂性のいずれもが優れているのみならず、アーク溶接時の煤の発生量も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の潤滑油は、潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合して成る、非塩素系の組成となっている。
【００１４】
［潤滑油基油について］
本発明に係る潤滑油では、鉱油、合成油、及び油脂の中から選ばれる少なくとも１種を潤滑油基油として用いることができる。鉱油としては、例えば石油精製業の潤滑油製造プロセスで常法を用いて精製される鉱油を使用することができる。具体的には、例えば原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの処理を１つ以上行って精製したものが挙げられる。合成油としては、例えばポリα−オレフィン、α−オレフィンコポリマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、シリコーンオイルなどを挙げることができる。また、油脂としては、例えば牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、並びにこれらの水素化物などを挙げることができる。本発明に係る潤滑油においては、上記基油のうちの１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１５】
（ａ）硫黄系極圧剤について
硫黄系極圧剤としては、硫黄原子を有し、極圧効果を発揮しうるものを使用することができる。硫黄系極圧剤の具体例としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド類、チオカーバメート類、硫化鉱油などを挙げることができる。ここで、硫化油脂は硫黄と油脂（ラード油，鯨油，植物油，魚油等）を反応させて得られるものである。その具体例としては、硫化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油などを挙げることができる。硫化脂肪酸の例としては、硫化オレイン酸などを、硫化エステルの例としては、硫化オレイン酸メチルや硫化米ぬか脂肪酸オクチルなどを挙げることができる。
【００１６】
その他硫黄系極圧剤の具体例としては、その分子内に硫黄原子を有する有機亜鉛化合物、例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＰという。）、及び、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛（以下、ＺｎＤＴＣという。）を挙げることができる。ＺｎＤＴＰ、及び、ＺｎＤＴＣのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、ＺｎＤＴＰの構造式では、リン原子に対して酸素原子を介して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、ＺｎＤＴＣの構造式では、窒素原子に対して２つのアルキル基が結合しているが、これらのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。ＺｎＤＴＰ及びＺｎＤＴＣのアルキル基は、炭素数３以上のアルキル基又はアリール基が好ましい。
【００１７】
硫化オレフィンは、炭素数２〜１５のオレフィン又はその２〜４量体を、硫黄、塩化硫黄等の硫化剤と反応させることによって得られる。ポリサルファイド類の具体例としては、ジベンジルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ノニルポリサルファイド、ジドデシルポリサルファイド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジフェニルポリサルファイド、ジシクロヘキシルポリサルファイドなどを挙げることができる。チオカーバメート類の具体例としては、ジンクジチオカーバメート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。硫化鉱油とは、鉱油に単体硫黄を溶解させたものをいう。単体硫黄を溶解させる鉱油は特に制限はないが、例えば、上記基油の説明において例示された鉱油系潤滑油基油を使用することができる。本発明において上記（ａ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
（ｂ）防錆剤について
防錆剤の種類は特に限定されるものでなく、その具体例としては、Ｃａ，Ｂａ，Ｎａの各スルホネート及びスルホン酸化合物、酸化ワックスのエステル化合物及びそれらのＣａ，Ｂａ，Ｎａの各塩のような酸化ワックス化合物、ソルビタンモノオレートのような多価アルコールエステル、ラノリン及びラノリンの金属石鹸などを挙げることができる。なかでも、Ｃａ系防錆剤やＢａ系防錆剤が好ましい。本発明においては、上記防錆剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、このような防錆剤は、油に溶け易くするため、鉱物油や合成油、エステルなどと混合されているのが一般的である。本発明において上記（ｂ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
（ｃ）カルシウム系添加剤について
カルシウム系添加剤の好ましいものとして、カルシウムスルフォネート、カルシウムサリシレート、カルシウムフェネートが挙げられる。特に動粘度、価格の点より、カルシウムスルフォネートが好ましい。より好ましくは、塩基性カルシウムスルフォネートである。更に好ましくは、塩基価が３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の高塩基性カルシウムスルフォネートである。本発明において上記（ｃ）成分は、１種用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
本発明に係る潤滑油は、潤滑油基油に添加剤として上記（ａ）〜（ｃ）成分を配合することにより得られるが、添加剤の全量は、潤滑油全量基準で８〜１２％に調製されている。添加剤の全量が潤滑油全量基準で８％未満であると、金属材料の成形加工時に良好な潤滑性を発揮できず、金属材料に割れやカジリが生じたり、パンチやダイなどの工具寿命の低下が懸念される。また、防錆性も担保できず、溶接加工後の錆の発生を有意に抑制できなくなる。一方、添加剤の全量が潤滑油全量基準で１２％を超えると、脱脂性が低下するのみならず、溶接加工時に煤が多量に発生して、その後の洗浄工程が困難になる。好ましくは、添加剤の全量が潤滑油全量基準で９〜１１％であり、より好ましくは１０％である。また、本発明に係る潤滑油は、塩素成分を含有しないため、製品や工具の発錆の問題を回避することができる。
【００２１】
また、本発明の大きな特徴の１つとして、潤滑油全量基準での添加剤の全量を多少変更させたとしても、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれている。各添加剤の相対比率がこの範囲で保たれていることで、潤滑性及び防錆性をバランスよく発現させることができる。この相対比率が崩れると、潤滑性に特化しているが防錆性が低下したり、防錆性に特化しているが潤滑性が低下するといった不具合が生じる。各添加剤（ａ）〜（ｃ）としては、上記各種を適宜使用することができるが、各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５を目安として保たれていることが好ましい。潤滑油における潤滑性や防錆性に直接作用するのは、実際には各添加剤（ａ）〜（ｃ）由来のこれら硫黄分等なので、使用する添加剤の種類によってこの相対比率が大きく変動すると、所望される潤滑性など良好に得られなくなるおそれがある。
【００２２】
本発明の潤滑油は、４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓに調製されている。これにより、最低限の潤滑成分でも良好な潤滑性を保ちながら脱脂性を向上できると共に、溶接加工時の煤の発生量を低減できる。４０℃における動粘度が７０ｍｍ2 ／ｓを超えると、金属材料表面への潤滑油付着量が多くなるので、成形加工時の潤滑性は向上するが脱脂性が悪化すると共に、溶接加工時に煤の発生量が多くなってしまう。４０℃における動粘度が５０ｍｍ2 ／ｓより低いと潤滑性が悪化し、成形不良や工具寿命低下を来たす。好ましくは４０℃における潤滑油の動粘度が５５〜６５ｍｍ2 ／ｓである。動粘度をこのような範囲に調製するためには、例えば潤滑油基油の種類や動粘度の異なる基油の混合割合等を適当に調整すればよい。
【００２３】
本発明に係る潤滑油には、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれており、かつ添加剤の全量が潤滑油全量基準で８〜１２％となる範囲であれば、金属材料加工用の潤滑油としての基本的な性能を向上させるために、その他各種の添加剤を適宜配合することができる。例えば、酸化防止剤、防食剤、着色剤、消泡剤、香料等が挙げられる。具体的には、酸化防止剤としてアミン系化合物、フェノール系化合物等を、防食剤としてベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾール等を、着色剤としては染料や顔料等を用いることができる。
【００２４】
金属材料の成形方法としては、体表的にはプレス加工が挙げられる。そして、金属材料と工具との間に、上記のような条件に調整された潤滑油を供給してプレス加工する工程と、該プレス加工工程により得られた金属材料を、潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程と、アーク溶接された金属材料を脱脂・洗浄する工程などを経て成形品として得ることができる。なお、プレス加工工程から溶接工程へ移行する間には、一定時間の時間的間隔を空けることが好ましい。プレス加工時に金属材料に付着している潤滑油をある程度滴下させるためである。その時間的間隔の目安としては、少なくとも３０分以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは３時間以上である。プレス加工としては、打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、シェービング加工、タップ加工を挙げることができる。すなわち、本発明に係る潤滑油は、金属材料の各種プレス加工、例えば打抜き加工、半抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、シェービング加工、タップ加工等に対して優れた効果を発揮する。また、成形加工時に高い応力の発生するファインブランキング加工でも良好な効果を発揮する。また、本発明に係る潤滑油は、被加工材料である金属材料の種類に限定されることなく用いることができる。例えば、亜鉛めっき鋼、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金等に対して使用することができる。これらは、冷間圧延鋼板であってもよいし熱間圧延鋼板であってもよい。潤滑油の供給方法は特に制限するものではないが、例えばローラーや刷毛による金属材料表面への塗布、スプレーによる金属材料表面への散布、などの方法を使用することができる。
【００２５】
アーク溶接としては、鋼板の溶接として最も一般的なＣＯ２溶接（炭酸ガスアーク溶接）やＭＡＧ溶接（混合ガスアーク溶接）のほか、被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）、ＭＩＧ溶接溶接、プラズマアーク溶接、サブマージアーク溶接、タンデムアーク溶接などを採用できる。ＣＯ２溶接、ＭＡＧ溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などでは、アークの安定や溶融金属中に大気が混入するなどによるブローホールの発生防止のため、溶接ワイヤーから発生したアークをシールドガスで覆いながら溶接される。シールドガスとしては、代表的には二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムを使用できるが、必要に応じて水素又は酸素などを混合使用することもできる。
【００２６】
本発明においては、アーク溶接の中でも、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いるＭＡＧ溶接、又はアルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスのみを用いるＭＩＧ溶接が好ましい。ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接では、ＣＯ２溶接と比べて溶接面が美麗である。さらに、ＭＡＧ溶接が最も好ましい。ＣＯ２は高温により酸素と炭素に分解され、その分解された酸素と炭素がさらに電離してアークを形成する。すなわち、ＣＯ２からは電離した活性な酸素が生じる。そのため、鋼板の一般的な溶接方法の１つであるＣＯ２溶接では、ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接と比べて活性酸素が金属材料と反応したスラグの発生量が多くなり、溶接欠損の要因となる。しかも本発明では、金属材料に潤滑油が付着したまま（脱脂・洗浄することなく）溶接するので、煤の発生が問題となる。金属材料に潤滑油が付着したまま溶接した場合の煤の発生原因は定かではないが、少なくとも潤滑油中の添加剤成分が影響していると考えられる。すなわち、溶接時の高い温度によって添加剤成分が何かしらの化学反応を起こして煤が発生すると考えられる。そのために、ＣＯ２溶接では活性酸素が添加剤成分とも反応し易く、これにより煤の発生量が多くなると考えられる。ＭＩＧ溶接ではシールドガスとしてＣＯ２を使用しないので上記懸念はないが、不活性ガスのみのためコスト高であり、溶接スピードが劣る。
【００２７】
ＭＡＧ溶接は鋼板の溶接方法として一般的であるため汎用性が高く、かつ混合ガスを使用しているので、ＣＯ２溶接よりも煤の発生を有意に抑えながら、ＭＩＧ溶接よりも効率的に溶接できる。アルゴンガスと炭酸ガスの混合割合は特に限定されないが、少なくともアルゴンガスの混合割合を炭酸ガスよりも多くしておく。好ましくはシールドガス中のアルゴンガスが６０〜９５％程度、より好ましくは７０〜９０％程度とする、一般的にはアルゴンガス８０％、炭酸ガス２０％である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明に係る金属材料加工用の潤滑油の具体的な実施例について説明する。
まず、以下に示す各種の添加剤を用いて、表１に示す組成を有する潤滑油１〜６を調製した。なお、表１中の数字は重量％である。
（ａ）成分
ａ１：ポリサルファイド（硫黄含有量：３０重量％）
ａ２：硫化油脂（硫黄含有量：１５重量％）
ａ３：ＺｎＤＴＰ（硫黄含有量：１６重量％）
（ｂ）成分
ｂ１：Ｂａスルホネート化合物
ｂ２：酸化ワックス化合物
ｂ３：Ｃａスルホネート化合物
ｂ４：ラノリン脂肪酸化合物
ｂ５：スルホン酸化合物
（ｃ）成分
ｃ１：高塩基性Ｃａスルホネート化合物（カルシウム含有量：１５重量％）
（その他の成分）
ｄ１：塩素化パラフィン（塩素含有量：５０重量％）
【００２９】
【表１】
【００３０】
＜潤滑性試験＞
表１に示す潤滑油１〜６について、以下の装置・方法を用いて潤滑性評価を行った。
（評価試験装置）
プレス機：ＦＵＫＵＩ ５００トン順送プレス（生産速度：４５ｓｐｍ）
被加工材料１：引張強さ４４０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．０ｍｍ
被加工材料２：引張強さ５９０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．８ｍｍ
被加工材料３：引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．２ｍｍ
被加工材料４：引張強さ９８０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板、板厚：１．０ｍｍ
潤滑油の供給方法：樹脂ロールにて被加工材料表面に均一に供給
パンチ材質：ＳＫＤ１１
ダイス材質：ＳＫＤ１１
加工内容：打抜き加工、曲げ加工、穴あけ加工、バーリング加工、タップ加工、を同時工程または単独工程にて行い、合計１６工程にて加工物を完成する。
【００３１】
（評価方法）
潤滑油１〜６を、被加工材料１〜３の表面に対してそれぞれ樹脂ロールにて均一に供給した後に、自動車用リクライニングシートに用いられる金属製部品をプレス加工にて製作した。そして、加工物の製品精度の測定及び加工後のパンチ及びダイ表面の状態と、各被加工材料の加工面の状態とを目視にて観察して評価を行った。その結果を以下の表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２に示されるように、潤滑油１〜３及び潤滑油５は、工具表面には殆ど摩耗が確認されず、被加工材料の加工面もバリやダレが少なくカジリも生じていなかった。すなわち、パンチの表面における焼付きや損傷等が全く確認されず、パンチにより打抜きされた穴のせん断面の状態も良好であり、予定した寸法通りの精密な穴が形成されていた。これに対し潤滑油４、６では、工具表面の状態は良好であったが、被加工物の加工面には潤滑油１〜３、５よりもパリやダレが多く、中には僅かにカジリが生じているものもあった。これにより、非塩素系の潤滑油でも潤滑成分として硫黄系極圧剤とカルシウム系添加剤とを添加していれば、塩素系潤滑油と同等以上の潤滑性を担保できることが判った。また、潤滑成分の配合量自体は多くても、硫黄系極圧剤のみでは潤滑性に課題が残ることも判った。
【００３４】
＜防錆性試験＞
次に、表１に示す潤滑油１〜６を鋼板に付着させたままの状態で、ＭＡＧ溶接を実施して、表面の防錆性の評価試験を実施した。
【００３５】
（試験方法）
溶接方法：ＭＡＧ溶接
シールドガス：アルゴン８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガス
ワイヤー径：１．０ｍｍ及び１．２ｍｍ
電流：１４５Ａ、電圧：１６Ｖ、速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ
トーチ角度：６０度、溶接長：４０ｍｍ、溶接幅：１０ｍｍ
被加工材料５：ＳＰＣＣ鋼板 １．２×６０×８０ｍｍ
被加工材料６：引張強さ５９０Ｎ／ｍｍ２の高張力鋼板 １．８×６０×８０ｍｍ
【００３６】
（評価方法）
溶接後の鋼板を恒温高湿の試験箱（温度５０℃、湿度９５％）に９６０時間収容して発錆状態を観察した。錆発生面積１０％未満を○（合格）、錆発生面積１０％以上を×（不合格）とした。その結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】
表３に示されるように、実施例１〜３は錆発生面積が全て１０％未満であり、良好な防錆性能を発揮していることを確認できた。これに対し潤滑油４〜６は錆発生面積が全て１０％以上であり、あまり防錆性能を発揮していないことを確認できた。これは、溶接熱による添加剤の分解などにより、防錆成分による防錆効果が十分発揮できなかった結果と推測される。なお、塩素系添加剤の配合された潤滑油４は、錆が全面に発生していた。
【００３９】
＜脱脂性試験＞
次に、防錆性試験で使用したものと同じ被加工材料５，６を用いて、潤滑油１〜６の脱脂性の評価試験を実施した。
（試験方法）
洗浄液：市販の鉄鋼用表面処理剤（鉄鋼表面の洗浄と同時にリン酸鉄皮膜を形成する表面処理剤）
洗浄液濃度：４％（水道水にて希釈）、洗浄液液温：６０℃
【００４０】
潤滑油を被加工材料５，６の表面にハケ塗りした後、２４時間室内に放置した。つぎに、これらの被加工材料を、濃度４％に調製した洗浄液を撹拌機にて撹拌しながら、その洗浄液の中に１８０秒間浸漬させた。その後、被加工材料を取り出し、表面の濡れ性を目視にて観察した。表面の濡れ面積が８０％以上を○（合格）とし、８０％未満を×（不合格）とした。その結果を表４に示す。
【００４１】
【表４】
【００４２】
表４に示されるように、潤滑油１〜４を塗布した場合には、鋼板表面の濡れ面積がいずれも８０％以上であり、良好な脱脂性があることを確認できた。これに対して、潤滑油５、６を塗布した場合には、鋼板表面の濡れ面積が８０％未満であり、脱脂性が不十分であることを確認できた。
【００４３】
以上の結果より、潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合し、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５であれば、潤滑性、防錆性、及び脱脂性がいずれも良好であることが判った。このときの硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率は、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５であった。これに対し、上記関係以外の組成となっている潤滑油４〜６は、少なくとも潤滑性、防錆性、脱脂性のうちのいずれかにおいて問題を有することが判った。
【００４４】
＜動粘度選定試験＞
次に、潤滑油に対する添加剤の添加量を一定としながら、潤滑油の動粘度を種々変化させた場合（潤滑油７〜９）について評価した。このとき、参考として塩素系の潤滑油１０も同時に対比評価した。具体的には、表５に示す組成の潤滑油７〜１０を供給した場合の焼付き荷重（潤滑性）を四球試験により測定した。また、潤滑油７〜１０を被加工材料７に付着させ、所定時間後の潤滑油付着量と、その後アーク溶接したときの煤の発生状態を目視にて観察した。その結果を表５に示す。なお、潤滑油７〜９の各添加剤（ａ）〜（ｃ）の相対比率は、潤滑油２に合わせた。組成を示す数値は重量％であり、動粘度は４０℃における動粘度である。また、各試験における条件は次の通りである。
【００４５】
（四球試験）
ＪＩＳ Ｋ２５１９に規定する四球試験に基づき焼付き荷重を測定した。
測定素材：上球、下球共にＳＵＪ２
【００４６】
（溶接条件）
溶接方法：ＭＡＧ溶接
シールドガス：アルゴン８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガス
ワイヤー径：１．２ｍｍ
電流：１４５Ａ、電圧：１６Ｖ、速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ
トーチ角度：６０度、溶接長：４０ｍｍ、溶接幅：１０ｍｍ
被加工材料７：ＳＰＨＣ 酸洗鋼板 １．６×６０×８０ｍｍ
試験回数（ｎ数）：各潤滑油毎に３個
環境：気温約２７℃ 湿度約５６％ 油温約２５℃
評価方法：有機溶剤にて被加工材料７を脱脂し、潤滑油を入れたビーカーに、長さ方向で７０ｍｍの位置まで浸漬する。ビーカーから取り出した後、吊るした状態で１時間放置する。
【００４７】
【表５】
【００４８】
表５の結果より、動粘度が高い方が焼付き荷重が高く潤滑性が良い傾向にあるが、反面、１時間後の潤滑油付着量（残油成分量）が多くなる傾向にある。また、動粘度が最も低い潤滑油９でも、塩素系潤滑油である潤滑油１０よりも潤滑性が良好であった。したがって、潤滑油付着量を低減させるには、できるだけ動粘度を低くすることが好ましいが、同時に良好な潤滑性を担保するためにはある程度の動粘度が必要であることがわかった。すなわち、動粘度が６０ｍｍ２／ｓ前後であれば、少なくともプレス加工時に必要な潤滑性が確保できると共に、脱脂性も良好となることがわかった。また、非塩素系の潤滑油７〜９は、塩素系の潤滑油１０より溶接時の煤発生量が多かった。一方、動粘度の違いのみでは煤の発生量に大差はなかった。これにより、煤の発生の原因として添加剤成分が大きく寄与しており、煤の発生を有意に抑制するには、添加剤成分をできるだけ少なくすることが肝要であると推認された。
【００４９】
＜添加剤量選定試験＞
そこで、動粘度を一定としながら、添加剤の配合量を種々変化させた場合について評価した。具体的には、表６に示す組成の潤滑油１１〜１６使用して、上記動粘度選定試験と同様の条件により所定時間後の潤滑油付着量と、その後アーク溶接したときの煤の発生状態を目視にて観察した。その結果も表６に示す。なお当該添加剤量選定試験においても、上記動粘度選定試験と同様に潤滑油１２〜１６の各添加剤（ａ）〜（ｃ）の相対比率は、潤滑油２に合わせた。なお、組成を示す数値は重量％であり、動粘度は４０℃における動粘度である。また、添加剤量選定試験を行ったときの環境は次の通りであった。
環境：気温約３１℃ 湿度約５８％ 油温約２７℃
【００５０】
【表６】
【００５１】
表６の結果より、添加剤の配合量が多くなる程、潤滑油付着量（残油成分量）も多くなっていた。これは、動粘度が同じであることにより基油の付着量が同等であっても、これに含まれる添加剤の分、付着量が比例して多くなることに起因する。また、添加剤を含んでいない潤滑油１１は、煤が全く発生していなかった。したがって、溶接時に煤を発生させないためには添加剤を配合していないことが好ましいことが判る。しかし、添加剤が配合されていなければ、潤滑性が著しく悪化し、成形不良が生じる。そこで、添加剤を配合することが必須となるが、添加剤が配合されている潤滑油１２〜１６では、煤が発生していた。しかし、添加剤の配合量が潤滑油全量基準で１０重量％の潤滑油１２では、殆ど煤が発生していなかった。以上の結果により、潤滑油基油に、各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）を重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保ちながら、（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを、添加剤の全量が潤滑油全量基準で１０％前後の範囲で配合し、かつ潤滑油の４０℃における動粘度が６０ｍｍ2 ／ｓ前後とすることで、良好な潤滑性、防錆性、脱脂性を担保しながら、溶接時の煤発生量を有意に低減できることが判った。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなり、
前記各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれながら、添加剤の全量が、潤滑油全量基準で８〜１２％であり、
４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである、金属材料加工用の潤滑油。
【請求項２】
前記潤滑油のうち、前記各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５に保たれている請求項１に記載の潤滑油。
【請求項３】
プレス加工後に、潤滑油が付着したままアーク溶接される金属材料の加工に供される、請求項１または請求項２に記載の潤滑油。
【請求項４】
前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である請求項３に記載の潤滑油。
【請求項５】
金属材料と工具との間に、請求項１または請求項２に記載の潤滑油を供給してプレス加工する工程と、
該プレス加工工程により得られた金属材料を、前記潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程とを有する、金属材料の加工方法。
【請求項６】
前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である請求項５に記載の金属材料の加工方法。
【請求項１】
潤滑油基油に、添加剤として（ａ）硫黄系極圧剤と、（ｂ）防錆剤と、（ｃ）カルシウム系添加剤とを配合してなり、
前記各添加剤の相対比率（ａ）：（ｂ）：（ｃ）が、重量基準で４０：１．５〜６．５：５に保たれながら、添加剤の全量が、潤滑油全量基準で８〜１２％であり、
４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ2 ／ｓである、金属材料加工用の潤滑油。
【請求項２】
前記潤滑油のうち、前記各添加剤由来の硫黄分：防錆分：カルシウム分の相対比率が、重量基準で６．８：１．５〜６．５：０．７５に保たれている請求項１に記載の潤滑油。
【請求項３】
プレス加工後に、潤滑油が付着したままアーク溶接される金属材料の加工に供される、請求項１または請求項２に記載の潤滑油。
【請求項４】
前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である請求項３に記載の潤滑油。
【請求項５】
金属材料と工具との間に、請求項１または請求項２に記載の潤滑油を供給してプレス加工する工程と、
該プレス加工工程により得られた金属材料を、前記潤滑油が付着した状態でアーク溶接する溶接加工工程とを有する、金属材料の加工方法。
【請求項６】
前記アーク溶接が、シールドガスとしてアルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するＭＡＧ溶接である請求項５に記載の金属材料の加工方法。
【公開番号】特開２００９−１２０６３６（Ｐ２００９−１２０６３６Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９３０８２（Ｐ２００７−２９３０８２）
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【出願人】（０００２１１１４５）中京化成工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【出願人】（０００２１１１４５）中京化成工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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