(57)【要約】  従来の潤滑剤よりも金型の寿命をさらに向上させることが可能な金型用潤滑剤を提供することを課題とする。本発明に係る金型用潤滑剤は、工作油と、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とを含有し、水酸化カルシウムを体積分率２０％以上の割合で含有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作油と、前記工作油に混合された水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）と、からなる金型用潤滑剤であって、
前記水酸化カルシウムを体積分率２０％以上の割合で含有する金型用潤滑剤。
【請求項２】
前記水酸化カルシウムは次式に従って決定される平均粒径を有していることを特徴とする請求項１に記載の金型用潤滑剤。
ｌｏｇ  Ｈ≧ｌｏｇ  Ｄ  かつ  Ｄ＜４０μｍ
Ｈ：金型表面の最大凹凸差
Ｄ：水酸化カルシウムの平均粒径
【請求項３】
前記水酸化カルシウムの平均粒径は、金型成形後において前記水酸化カルシウムの初期粒径の１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の金型用潤滑剤。
【請求項４】
前記水酸化カルシウムは焼成した貝殻を原料として生成したものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の金型用潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の表面に塗布する金型用潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス成形用の金型の寿命を延ばす手段の一つとして、鋼製などのショット材を金型の表面に投射するショットピーニング法がある。ショットピーニング法を施すことによって、金型の表面には無数の凹凸形状が形成され、トライボロジー効果により金型の寿命が向上する。また、ショットピーニング法により、金型の表面に残留圧縮応力が生成され、金型の疲労寿命などを向上させることができる。【０００３】
例えば、特開２００７−５６３３３号公報（特許文献１）には、ショットピーニング法の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５６３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微細なショット材（例えば、粒径が５０μｍ以下）を用いてショットピーニング法を施すと、金型の表面に形成される凹凸形状のうちの凸形状が鋭利になりやすい。凸形状が鋭利になると、金型の表面の摩擦係数が大きくなり、被加工物と金型表面との間に焼き付きが発生し、金型寿命が低下する、また、成形割れを生じるという問題が生じる。【０００６】
このため、金型の表面に塗布することにより、金型の寿命を向上させる潤滑剤が使用されている。従来、この種の潤滑剤としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）やグラファイトが一般的に使用されている。二硫化モリブデンを使用する場合には、例えば、工作油に混合して使用される。【０００７】
二硫化モリブデンを含有する潤滑剤を用いれば、金型の寿命に多少の改善を施すことができるが、寿命の向上を所望の程度まで達成することは未だできていない。また、グラファイトによる潤滑効果は高いものの、グラファイトは高価であり、コスト的問題を有するとともに、環境的見地からも好ましくない。【０００８】
本発明は、このような従来の金型用の潤滑剤における問題点に鑑みてなされたものであり、従来の潤滑剤と比較して、金型の寿命をさらに向上させることが可能な金型用の潤滑剤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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は、工作油と、前記工作油に混合された水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）と、からなる金型用潤滑剤であって、前記水酸化カルシウムを体積分率２０％以上の割合で含有する金型用潤滑剤を提供する。【００１０】
本発明に係る金型用潤滑剤においては、前記水酸化カルシウムは次式に従って決定される平均粒径を有していることが好ましい。【００１１】
ｌｏｇ  Ｈ≧ｌｏｇ  Ｄ  かつ  Ｄ＜４０μｍ
Ｈ：金型表面の最大凹凸差
Ｄ：水酸化カルシウムの平均粒径【００１２】
本発明に係る金型用潤滑剤においては、前記水酸化カルシウムの平均粒径は、金型成形後において前記水酸化カルシウムの初期粒径の１／２以下であることが好ましい。【００１３】
本発明に係る金型用潤滑剤においては、前記水酸化カルシウムは焼成した貝殻を原料として生成したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る金型用潤滑剤を金型の表面に塗布することにより、従来の潤滑剤（工作油＋二硫化モリブデン）を使用した場合と比較して、耐ゴーリング荷重を大きくすることができ、さらに、金型表面の摩擦係数を低くすることができる。【００１５】
具体的には、従来の潤滑剤（工作油＋二硫化モリブデン）を使用した場合の耐ゴーリング荷重は約２６００ｋｇｆであり、摩擦係数は約０．１３であったのに対して、本発明に係る金型用潤滑剤を使用した場合の耐ゴーリング荷重は最大で約３６００ｋｇｆであり、摩擦係数は最小で約０．０８であった。【００１６】
耐ゴーリング荷重が大きいほど、さらに、表面の摩擦係数が小さいほど、金型の寿命は延びるので、本発明に係る潤滑剤を使用することにより、金型の寿命を確実に延ばすことが可能である。【００１７】
なお、耐ゴーリング荷重とは、後述するように、金型の表面と被加工物との間に焼き付きが発生するときの荷重を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る金型用潤滑剤において、水酸化カルシウムの含有量（体積％）と耐ゴーリング荷重（ｋｇｆ）との関係を示すグラフである。
【図２】耐ゴーリング荷重を測定する際に実施されるドロービード試験の概要を示す図である。
【図３】金型表面における最大凹凸差Ｈと水酸化カルシウムの平均粒径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図４】図２に示したドロービード試験における押し付け荷重（ｋｇｆ）と金型表面の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図５】水酸化カルシウムの含有量を変化させた場合のドロービード試験における押し付け荷重（ｋｇｆ）と金型表面の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好適な実施形態に係る金型用潤滑剤は、工作油と、この工作油に混合された水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とを含有している。【００２０】
工作油としては任意のものを用いることができる。例えば、既に市販されている潤滑油を用いることができる。【００２１】
水酸化カルシウムは潤滑剤全体の体積に対して体積分率２０％以上の割合で含有されている。【００２２】
すなわち、工作油の体積をＶ１、水酸化カルシウムの体積をＶ２とすれば、
［Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）］×１００≧２０【００２３】
図１は、金型用潤滑剤中の水酸化カルシウムの含有量（体積％）と耐ゴーリング荷重（ｋｇｆ）との関係を示すグラフである。【００２４】
耐ゴーリング荷重とは、金型の表面と被加工物との間に焼き付きが発生するときの荷重を指す。この耐ゴーリング荷重が大きい値であるほど、焼き付きが発生しにくく、金型寿命が長くなる。一般的には、耐ゴーリング荷重は２８００ｋｇｆ以上であることが好ましいとされている。【００２５】
図２は、耐ゴーリング荷重を測定する際に実施されるドロービード試験の概要を示す図である。【００２６】
図２に示すように、二つのブロック１０、１１が対向して配置されており、一方のブロック１０には超硬工具１２が、他方のブロック１１には金型試料（ＳＫＤ１１）１３が、超硬工具１２と金型試料１３とが相互に対向するように、それぞれ取り付けられている。【００２７】
超硬工具１２と金型試料１３との間には、高強度冷延鋼板（ＳＰＦＣ４４０）１４が配置されている。【００２８】
超硬工具１２及び金型試料１３は、高強度冷延鋼板１４に対して、押し付け方向１５に押し付け荷重を２００ｋｇずつ増加させながら押し付けられる。高強度冷延鋼板１４は超硬工具１２と金型試料１３との間で双方に押し付けられながら、１ｍ／分の速度で引き抜き方向１６に引き抜かれる。この際、金型試料１３が高強度冷延鋼板１４に焼き付く荷重を測定する。この焼き付き荷重が耐ゴーリング荷重である。【００２９】
高強度冷延鋼板１４には次の５種類の潤滑剤を塗布し、その各々について、図２に示したドロービード試験を行い、耐ゴーリング荷重を測定した。【００３０】
（１）潤滑剤１（水酸化カルシウムの含有量：０％）
（２）潤滑剤２（水酸化カルシウムの含有量：１５％）
（３）潤滑剤３（水酸化カルシウムの含有量：２５％）
（４）潤滑剤４（水酸化カルシウムの含有量：３５％）
（５）潤滑剤５（水酸化カルシウムの含有量：４５％）【００３１】
上記の５種類の潤滑剤に対して、測定された耐ゴーリング荷重は以下の通りであった。【００３２】
（１）潤滑剤１：２２００ｋｇｆ
（２）潤滑剤２：２６００ｋｇｆ
（３）潤滑剤３：３０００ｋｇｆ
（４）潤滑剤４：３４００ｋｇｆ
（５）潤滑剤５：３６００ｋｇｆ【００３３】
なお、図１の実験結果が得られた時の金型試料１３の表面の最大凹凸差は１７μmであり、水酸化カルシウムの平均粒径は４μmであった。【００３４】
一般に、耐ゴーリング荷重の許容最低値は２８００ｋｇｆであり、３０００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重があれば十分であると言われている。【００３５】
図１に示した各プロットを滑らかな曲線（図示せず）でつなぐと、水酸化カルシウムの含有量が２０％のときに、２８００ｋｇｆの耐ゴーリング荷重を得ることができることがわかる。【００３６】
さらに、水酸化カルシウムの含有量が２５％以上の時には、３０００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重が確実に達成されていることがわかる。【００３７】
このように、本実施形態に係る金型用潤滑剤においては、水酸化カルシウムの含有量が２０％以上であれば、２８００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重を得ることができ、さらに、水酸化カルシウムの含有量が２５％以上であれば、３０００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重を得ることができる。【００３８】
また、本実施形態に係る金型用潤滑剤に含める粒子を水酸化カルシウムとすることにより、本実施形態に係る金型用潤滑剤を塗布した金型を用いてプレス成形を行った後、水酸化カルシウム粒子がへき開破壊し、当該水酸化カルシウムの平均粒径はその初期粒径の１／２以下に調整される。【００３９】
ミクロ的な見地から見ると、金型の表面は平坦ではなく、微小な凹凸が散在している。発明者らの研究によれば、潤滑剤を金型の表面に塗布した際に、水酸化カルシウムの粒子が金型表面に対して大きな摩擦低減効果を発揮するか否かは、これらの凹凸形状の高さ（凹凸差）と水酸化カルシウムの平均粒径及びへき開破壊性の有無との関係に大きく依存することが判明している。【００４０】
例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の代わりに酸化カルシウム（ＣａＯ）を潤滑剤に混合させても、へき開破壊性を得ることはできないが、水酸化カルシウムを潤滑剤に混合させることにより、へき開破壊性を得ることができる。このため、本実施形態に係る金型用潤滑剤は水酸化カルシウムを含有するものとして構成されている。【００４１】
金型表面における凹凸形状の高さ（凹凸差）は、例えば、ショットピーニング処理に用いるショット材の硬度、サイズ、数、衝突速度などの要因を介して、制御することが可能である。【００４２】
このため、発明者らは、金型表面の最大凹凸差Ｈと水酸化カルシウムの平均粒径Ｄとを変化させて、その際の耐ゴーリング荷重を求めるテストを行った。【００４３】
テストに用いた金型表面の最大凹凸差Ｈは次の４つであった。なお、金型表面の最大凹凸差とは、金型表面の凹部の底部（最も低い箇所）と凸部の頂部（最も高い箇所）との間の高低差を指す。【００４４】
（１）  ２μm
（２）  ８μｍ
（３）１７μｍ
（４）６３μｍ【００４５】
さらに、これら４つの最大凹凸差を有する金型に対して、次の３つの平均粒径を有する水酸化カルシウムを使用した。【００４６】
（１）  ４μｍ
（２）１３μｍ
（３）４０μｍ【００４７】
図３は、金型表面における最大凹凸差Ｈと水酸化カルシウムの平均粒径Ｄとの相関関係を示すグラフである。【００４８】
図３に示したテストにおいては、水酸化カルシウムの含有量が２０％である潤滑剤を用いた。【００４９】
図３においては、「○」は耐ゴーリング荷重が２８００ｋｇｆ以上であったことを示し、「●」は耐ゴーリング荷重が２８００ｋｇｆ未満であったことを示す。【００５０】
図３において、境界線２０は以下の式（１）が成り立つ線を示す。【００５１】
ｌｏｇ  Ｈ＝ｌｏｇ  Ｄ      （１）【００５２】
境界線２０よりも上方の領域（境界線２０を含む）は次の不等式（２）が成り立つ領域であり、境界線２０よりも下方の領域は次の不等式（３）が成り立つ領域である。【００５３】
ｌｏｇ  Ｈ≧ｌｏｇ  Ｄ      （２）
ｌｏｇ  Ｈ＜ｌｏｇ  Ｄ      （３）【００５４】
図３から明らかであるように、耐ゴーリング荷重が２８００ｋｇｆ以上であったことを示す「○」は不等式（２）及びＤ＜４０μmの双方が成り立つ領域にのみ存在しており、一方、不等式（３）またはＤ≧４０μmが成り立つ領域においては、耐ゴーリング荷重が２８００ｋｇｆ未満であったことを示す「●」のみが存在している。【００５５】
このことから、２８００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重を確保するためには、上記の不等式（２）及びＤ＜４０μmが成り立つことが条件であることが判明した。【００５６】
ｌｏｇ  Ｈ≧ｌｏｇ  Ｄ    （Ｄ＜４０μm）【００５７】
以上のように、金型表面の最大凹凸差に応じて、不等式（２）及びＤ＜４０μmの条件に従って水酸化カルシウムの平均粒径を変化させることにより、常に、２８００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重を確保することが可能になる。【００５８】
本実施形態に係る潤滑剤に使用する水酸化カルシウムは、例えば、焼成した貝殻を原料とすることができる。【００５９】
岩手県工業技術センター研究報告第１５号（２００８）に掲載された「一体焼成技術による貝殻の資源化と木炭の高機能化（第一報）」（報告者：八重樫貴宗）によれば、ホタテ、カキ、ホッキ、シジミ、ハマグリ、アサリなどの貝類を電気炉において、摂氏１０００度、５時間の条件下で焼成した場合、貝殻の主成分である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）はほぼ１００％の割合で酸化カルシウム（ＣａＯ）に変化する。【００６０】
さらに、次の何れかの条件下で貝殻を焼成することにより、効率的に酸化カルシウム（ＣａＯ）を生成することができる。【００６１】
（１）摂氏９００度以上、１時間（焼成時間を重視する場合）
（２）摂氏７５０度、５時間以上（焼成温度を重視する場合）【００６２】
このようにして生成された酸化カルシウムを、例えば、粉砕機にかけることにより、平均粒径が一定範囲内にある粉末状の酸化カルシウムにする。その後、この粉末状の酸化カルシウムに水酸化処理を施すことにより、水酸化カルシウムを得る。さらに、超微粒化分散装置を用いて、この水酸化カルシウムを工作油とともにスラリー化することにより、平均粒径がナノオーダーになっている水酸化カルシウムが分散している潤滑剤を得ることができる。【００６３】
貝殻は、現在では、産業廃棄物として大量に廃棄されている。上記のように、水酸化カルシウムの原料として貝殻を用いることにより、産業廃棄物の減量化及び有効利用を図ることができる。なお、貝殻の粉末は人体には全く無害であり、環境負荷の低減にも資するものである。【００６４】
上記のように、本実施形態に係る金型用潤滑剤によれば、水酸化カルシウムの含有量を２０体積％以上とすることにより、２８００ｋｇｆ以上の耐ゴーリング荷重を得ることができるとともに、金型の表面における摩擦係数を小さくすることが可能である。【００６５】
図４は、図２に示したドロービード試験における押し付け荷重（ｋｇｆ）と金型表面の摩擦係数との関係を示すグラフである。【００６６】
サンプル１として、工作油のみを金型の表面に塗布した場合（図４においては「△」で示す）、サンプル２として、３０体積％の二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）を含有させた工作油を金型の表面に塗布した場合（図４においては「□」で示す）、サンプル３として、本実施形態に係る金型用潤滑剤（水酸化カルシウムの含有量は４５％とした）を金型の表面に塗布した場合（図４においては「●」で示す）の各々について、押し付け荷重を２００ｋｇｆから３６００ｋｇｆまで２００ｋｇｆずつ上昇させたときの金型表面における摩擦係数を測定した。摩擦係数の測定は図２に示したドロービード試験により行った。【００６７】
図４に示されるように、サンプル１及び２については、それぞれ、押し付け荷重の増加とともに、摩擦係数も徐々に低下しているが、サンプル１は押し付け荷重が２２００ｋｇｆのときに焼き付けを起こした。また、サンプル２は押し付け荷重が２６００ｋｇｆの時に焼き付けを起こした。すなわち、サンプル１の耐ゴーリング荷重は２２００ｋｇｆであり、サンプル２の耐ゴーリング荷重は２６００ｋｇｆであり、ともに最低許容荷重である２８００ｋｇｆ以下であった。【００６８】
これに対して、本実施形態に係る金型用潤滑剤を塗布した試料（サンプル３）においては、焼き付け発生時の押し付け荷重は３６００ｋｇｆであった。すなわち、サンプル３の耐ゴーリング荷重は３６００ｋｇｆであった。このサンプル３の耐ゴーリング荷重はサンプル２における焼き付け発生時の押し付け荷重である２６００ｋｇｆよりも大きく、さらに、最低許容荷重である２８００ｋｇｆよりも大きかった。【００６９】
さらに、図４から明らかであるように、測定した押し付け荷重の全範囲において、サンプル３の摩擦係数はサンプル１及び２の摩擦係数よりも低い値を示している。【００７０】
図５は、図４に示したグラフと同様に、水酸化カルシウムの含有量を変化させた場合のドロービード試験における押し付け荷重（ｋｇｆ）と金型表面の摩擦係数との関係を示すグラフである。【００７１】
図５には、以下の３個のサンプルの試験値が示されている。【００７２】
（１）サンプル１：潤滑剤（水酸化カルシウムの含有量：１５％）
（２）サンプル２：潤滑剤（水酸化カルシウムの含有量：２５％）
（３）サンプル３：潤滑剤（水酸化カルシウムの含有量：４５％）【００７３】
サンプル１の試験結果は「□」で示され、サンプル２の試験結果は「△」で示され、サンプル３の試験結果は「○」で示されている。【００７４】
図５に示したテストにおいては、図４に示したテストの場合と同様に、押し付け荷重を２００ｋｇｆから３６００ｋｇｆまで２００ｋｇｆずつ上昇させたときの金型表面における摩擦係数を測定した。摩擦係数の測定は図２に示したドロービード試験により行った。【００７５】
水酸化カルシウムの含有量から明らかであるように、サンプル１は本実施形態に係る金型用潤滑剤に含まれるものではないが、サンプル２及び３は本実施形態に係る金型用潤滑剤に含まれるものである。【００７６】
サンプル１については、押し付け荷重の増加とともに、摩擦係数は徐々に低下しているが、押し付け荷重が２６００ｋｇｆのときに焼き付けを起こした。すなわち、サンプル１の耐ゴーリング荷重は２６００ｋｇｆであり、最低許容荷重である２８００ｋｇｆ以下であった。【００７７】
これに対して、本実施形態に係る金型用潤滑剤の一つであるサンプル２においては、焼き付け発生時の押し付け荷重は３０００ｋｇｆであった。すなわち、サンプル２の耐ゴーリング荷重は３０００ｋｇｆであった。このサンプル２の耐ゴーリング荷重はサンプル１の耐ゴーリング荷重である２６００ｋｇｆよりも大きく、さらに、最低許容荷重である２８００ｋｇｆよりも大きかった。【００７８】
さらに、図５から明らかであるように、サンプル２の摩擦係数はサンプル１の摩擦係数よりも低い値を示している。【００７９】
また、本実施形態に係る金型用潤滑剤の一つであるサンプル３においては、焼き付け発生時の押し付け荷重は３６００ｋｇｆであった。すなわち、サンプル３の耐ゴーリング荷重は３６００ｋｇｆであった。このサンプル３の耐ゴーリング荷重はサンプル１の耐ゴーリング荷重である２６００ｋｇｆよりも大きく、さらに、最低許容荷重である２８００ｋｇｆよりも大きかった。【００８０】
さらに、図５から明らかであるように、測定した押し付け荷重の全範囲において、サンプル３の摩擦係数はサンプル１及び２の摩擦係数よりも低い値を示している。【００８１】
サンプル２とサンプル３との比較からわかるように、水酸化カルシウムの含有量が多くなるほど、金型表面の摩擦係数も低下する。【００８２】
以上のように、本実施形態に係る金型用潤滑剤を金型の表面に塗布することにより、従来の潤滑剤（工作油＋二硫化モリブデン）を使用した場合と比較して、耐ゴーリング荷重を大きくすることができ、かつ、金型表面の摩擦係数を低くすることができる。耐ゴーリング荷重が大きいほど、また、金型表面の摩擦係数が低いほど、金型の寿命は延びるので、本実施形態に係る金型用潤滑剤を使用することにより、金型の寿命を確実に延ばすことが可能である。【００８３】
上記の実施形態においては、本発明に係る金型用潤滑剤を塗布した金型を用いてプレス成形を行う例を挙げたが、本発明に係る金型用潤滑剤はプラスチック成形、ダイスカスト成形その他の金型を使用した成形にも使用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、１１  ブロック
１２  超硬工具
１３  金型試料
１４  冷延鋼板
１５  押し付け方向
１６  引き抜き方向
２０  境界線
【図１】
2012029108.tif 000003
【図２】
2012029108.tif 000004
【図３】
2012029108.tif 000005
【図４】
2012029108.tif 000006
【図５】
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【国際調査報告】
2012029108.tif 000008
2012029108.tif 000009
2012029108.tif 000010
2012029108.tif 000011