(57)【要約】【課題】成形性を向上させるために塑性変形部位の表面に潤滑剤の塗布部を有する金属板、ならびに、これを安定して製造する方法を提供する。【解決手段】表面に潤滑剤の塗布部を有する金属板であって、当該塗布部が金属板の塑性変形部位であることを特徴とする成形用金属板、ならびに、インクジェットプリンタによって潤滑剤を溶媒に溶解又は分散した潤滑媒体の液滴を金属板に塗布する塗布工程を備え、潤滑媒体の粘度が２５℃で１〜１００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする成形用金属板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に潤滑剤の塗布部を有する金属板であって、当該塗布部が金属板の塑性変形部位であることを特徴とする成形用金属板。
【請求項２】
前記潤滑剤が常温で固体状のワックスの場合は、その塗布部における塗布量が５〜２０００ｍｇ／ｍ２であり、常温で一部又は全部が液体状の潤滑油の場合は、その塗布部における塗布量が５〜１０００ｍｇ／ｍ２である、請求項１に記載の成形用金属板。
【請求項３】
前記金属板がプレス成形用である、請求項１又は２に記載の成形用金属板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形用金属板の製造方法であって、インクジェットプリンタによって前記潤滑剤を溶媒に溶解又は分散した潤滑媒体の液滴を金属板に塗布する塗布工程を備え、前記潤滑媒体の粘度が２５℃で１〜１００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする成形用金属板の製造方法。
【請求項５】
前記塗布工程の後に、前記液滴の溶媒をその沸点以上の温度で揮発除去する乾燥工程を備える、請求項４に記載の成形用金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金属板及びその製造方法に関し、詳細には、成形性を向上させるために塑性変形部位の表面に潤滑剤の塗布部を有する金属板、ならびに、これを安定して製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材に対しプレス成形等の塑性変形加工を施すにあたっては、通常、板材表面に適切な分量の潤滑剤（油、グリース、ワックス等）を塗布することによって加工時の潤滑性の向上が図られている。潤滑剤は一般に、加工の程度に応じて必要十分な量が板材表面全体にわたって均一に塗布される。
【０００３】
一方、プレス成形性の面からは、一般には保油性を向上させ、摺動面の摩擦係数を低減させるのが望ましい。しかしながら、対象部材によっては潤滑性を向上させることが必ずしも最適な条件とはいえない場合がある。例えば下記非特許文献１に記載のように、深絞り成形においては、ダイフェース面の潤滑性を高めると絞り抵抗が減少して成形限界は向上するが、パンチ面の潤滑性を高めるとパンチ肩部の摩擦抵抗の減少、すなわち破断抵抗が減少して、成形限界が低下する場合がある。
【０００４】
このような状況に対応すべく、プレス成形において必要な部位に最適な摩擦状態を形成するための方法として、例えば下記特許文献１に記載のような手法が提案されている。これは、摩擦係数を低減して摺動性を向上させるべき材料部分に対して、固体粒子の投射によってディンプル状の形態を形成し、当該部分の保油性を向上させるというものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】五弓訳、塑性加工の基礎、ｐ．３６３、昭和４７年、コロナ社
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１１９４４号公報
【０００７】
しかしながら、これらの従来技術には、以下のような課題があった。すなわち、近年のプレス成形に対する要求はますます高度になってきており、より複雑な形状を、より高い寸法精度で、より早く生産することが求められるようになってきた。
【０００８】
このような要求に対して、上記特許文献１に代表される、表面形状を物理的に作り分けるような手法では、表面形状加工に必要なショットブラスト等の設備が大掛かりになるためコスト増加が不可避である。また、潤滑領域の位置を精密に決定することが困難であるといった問題もある。更には、表面形状加工部位に適用された潤滑剤は、摩擦係数低減及び摺動性向上に寄与する一方で、必要以上に材料表面に浸透することになり、成形後の脱脂・洗浄をより困難にさせる原因ともなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、プレス成形において材料表面全体にわたって潤滑剤を均一に設けることが必ずしも成形性の向上に繋がらないことを見出し、特定の部位のみに潤滑剤を設けることの効果、及びそれを達成するための具体的手法を検討し本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明は請求項１において、表面に潤滑剤の塗布部を有する金属板であって、当該塗布部が金属板の塑性変形部位であることを特徴とする成形用金属板とした。
【００１１】
本発明は請求項２では請求項１において、前記潤滑剤が常温で固体状のワックスの場合は、その塗布部における塗布量を５〜２０００ｍｇ／ｍ２とし、常温で一部又は全部が液体状の潤滑油の場合は、その塗布部における塗布量を５〜１０００ｍｇ／ｍ２とした。
【００１２】
本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記金属板がプレス成形用であるものとした。
【００１３】
本発明は請求項４において、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形用金属板の製造方法であって、インクジェットプリンタによって前記潤滑剤を溶媒に溶解又は分散した潤滑媒体の液滴を金属板に塗布する塗布工程を備え、前記潤滑媒体の粘度が２５℃で１〜１００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする成形用金属板の製造方法。
【００１４】
本発明は請求項５では請求項４において、前記液滴の溶媒をその沸点以上の温度で揮発除去する乾燥工程を備えるものとした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、成形性を向上させるため塑性変形部位の表面に潤滑剤の塗布部を設けた金属板、ならびに、これを安定して製造する方法を提供するものであり、特に、複雑な材料流入を伴う塑性変形を行なうプレス成形において優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００１７】
１．金属板
本発明が対象とする金属板としては、熱延鋼板、冷延鋼板及びステンレス鋼板等の鉄鋼材料や、アルミニウム、銅、マグネシウムなどの非鉄金属板が含まれる。これらは一般的に、プレス成形に広く用いられている材料である。また、これら各材料においては、耐食性や意匠性等の向上のため、各種表面処理が施されていても良い。例えば、金属板としてアルミニウム材を用いる場合には、ＪＩＳ１０００系に規定される純アルミニウムや、ＪＩＳ２０００、３０００、５０００、６０００及び７０００系に規定されるアルミニウム合金が好適に用いられる。
【００１８】
２．潤滑剤の塗布部
本発明は、塑性変形を行なう金属板であって、複雑な材料流入を伴う塑性変形を行なうプレス成形において、特に高い効果を発揮する。例えば深絞り成形においては、フランジ部（外周部）を適切な荷重のしわ押え金型で挟みつつパンチをストロークさせることで、フランジ部の材料を流入させて縦壁を形成する。このため、フランジ部において材料が流入し易いほど成形性が高まることになり、具体的にはフランジ部に十分な量の潤滑剤を設けることが重要である。
【００１９】
その一方、パンチ頭頂部に接触する部位については、材料破断を防止するために板厚変動の抑制が求められ、すなわち、材料流動を最小限に留めるために潤滑剤が存在しないことが望ましい。従来は、こうした潤滑剤分布を作り分けることが困難であり、止むを得ず潤滑剤を材料の全面に、かつ、均一に塗布することが一般に行われていた。
【００２０】
３．潤滑剤
本発明に用いる潤滑剤としては、常温で固体状のワックスと、常温で一部又は全部が液体状の潤滑油のいずれも用いることができる。ワックスの例としては、パラフィンワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びラノリンワックス等を挙げることができ、これらの２種以上を適切な割合で適宜混合したものを用いることもできる。また、潤滑油の例としては、既存技術に基づく製品が多岐にわたるため具体的な品名を列挙することが難しいものの、「プレトンＲ−３０３Ｐ（スギムラ化学工業株式会社）」のような防錆油、「ノリタケクールＮ−７０ＴＣＳ（株式会社ノリタケカンパニーリミテド製）」のような切削油、「クエークロール７０５−Ｂ（日本クエーカー・ケミカル株式会社製）」のようなプレス加工油等の各種潤滑油等が好適に使用できる。また、これらの２種以上を適切な割合で適宜混合したものを用いることもできる。
【００２１】
本発明における潤滑剤の塗布部における塗布量は、例えばプレス成形の金型によって塑性変形を受ける部位において、常温で固体状のワックスにおいては５〜２０００ｍｇ／ｍ２が好ましく、５０〜１０００ｍｇ／ｍ２がより好ましい。また、常温で一部又は全部が液体状の潤滑油においては、５〜１０００ｍｇ／ｍ２が好ましく、５０〜５００ｍｇ／ｍ２がより好ましい。いずれの潤滑剤においても、塗布量が５／ｍ２未満では、十分な潤滑性が得られない場合がある。一方、ワックスの塗布量が２０００ｍｇ／ｍ２を超えると、又は、潤滑油の塗布量が１０００ｍｇ／ｍ２を超えると、過剰な潤滑剤が流動することにより非潤滑性領域に流入する虞が生じる。なお、ワックスでは、こうした非潤滑性領域への流入の虞が潤滑油に比べて小さいため、比較的多量に適用することが可能となる。
【００２２】
上記のごとき潤滑剤の塗布状態を達成するための一つの手法として、インクジェットプリンタによる方法を挙げることができる。インクジェットプリンタとは、インクジェットヘッドと呼ばれる部品により液体インクを微細な液滴に変化させ、その液滴を紙やフィルム等に吹き付けることで、文字や描画を行うための装置である。本発明においては、もっぱら印刷用途にのみ用いられるインクジェットプリンタにおける、被印刷物の所望部位に正確に液滴を塗布することができる機能を利用し、当該装置における液体インクの代わりに、溶媒に潤滑剤を溶解又は分散した潤滑媒体を適用するものである。潤滑媒体の液滴を塗布する位置を決定するために、従来技術に基づいたコンピュータによる着滴位置制御を用いることができる。
【００２３】
インクジェットプリンタは、液体インクを用いることが前提である。従って、潤滑剤が常温で固体状のワックスの場合も、常温で一部又は全部が液体状の潤滑油の場合も、インクジェットプリンタによって液滴として吹き付ける際には、適切な粘度を有する潤滑媒体として用いられる。すなわち、ワックスや潤滑油は、これらを溶媒に溶解又は分散することで粘度調整された潤滑媒体として用いられる。溶解や分散に用いる溶媒は、使用するワックスや潤滑油の特性に応じて、水や各種有機溶媒を単独又は２種以上混合して用いることができる。本発明においては、ノルマルヘキサン等の各種直鎖炭化水素類、シクロヘキサン等の各種環状炭化水素類、メタノール等の各種第一級アルコール類、２-プロパノール等の各種第二級アルコール類、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等の各種第三種アルコール類、ジエチルエーテル等の各種エーテル類、エチレングリコールおよびそのエステル類（各種セロソルブ）などの有機溶媒が好適に用いられる。
【００２４】
インクジェットヘッドで安定的に液滴を形成するために、潤滑剤を含有する潤滑媒体の粘度は１〜１００ｍＰａ・ｓであるのが好ましく、５〜５０ｍＰａ・ｓであるのがより好ましい。この粘度が１ｍＰａ・ｓ未満では、インクジェットヘッドにおいて液滴が形成される前に潤滑媒体が流出してしまい、液滴形成不良となる場合がある。一方、この粘度が１００ｍＰａ・ｓを超えると、インクジェットヘッド動作による液滴形成駆動力に対し潤滑媒体が十分に追従せず、液滴形成不良となる場合がある。なお、２種以上の溶媒を混合して用いる場合には、上記１〜１００ｍＰａ・ｓの粘度となるように溶媒の混合比率が決定される。また、この粘度は、インクジェットプリンタを用いる印刷において通常用いられるインク温度である２５℃におけるものである。
【００２５】
潤滑媒体において潤滑剤の溶解又は分散に用いた溶媒は、インクジェットプリンタにより材料表面に液滴として塗布された後に、乾燥工程を経ることで揮発除去される。乾燥温度は、用いる溶媒の揮発性（沸点や蒸気圧）に依存するが、常温〜２００℃以下の温度が用いられる。通常は、溶媒沸点近傍〜１００℃程度の範囲が用いられる。乾燥工程は通常、大気圧雰囲気下で行なわれるが、より低い温度で溶媒が揮発する減圧下で行なっても良い。
【００２６】
乾燥温度が常温を下回る、具体的には１０℃未満では乾燥時間が長時間必要になって不経済となる。また２００℃を超えると、潤滑剤の一部成分の揮発や分解による変性の虞が生じる。なお、乾燥時間は、通常、１０秒〜１０分である。１０秒未満では、溶媒の揮発除去が十分でない場合があり、１０分を超えると製造工程上において不経済となる。本発明においては、大気圧雰囲気下の乾燥条件は用いる溶媒の沸点に依存するが、好ましくは常温〜１００℃の温度範囲で、１〜５分の乾燥時間が用いられる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例に基づいて本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００２８】
本発明例１〜１６及び比較例１〜５
金属板として、板厚１．０ｍｍのＪＩＳ５０５２−Ｈ３４アルミニウム合金板を使用した。このアルミニウム材を直径１１０ｍｍの円盤状に加工し、以下のように２種類の潤滑剤をそれぞれ塗布した。具体的には、常温で固体状の潤滑剤としてパラフィンワックス（日本精蝋株式会社製、ＳＰ−０１４５）を用い、また、常温で全部が液体状の潤滑剤として「クエークロール７０５−Ｂ（日本クエーカー・ケミカル株式会社製）」を用いた。両者をノルマルヘキサンおよびエチレングリコールで適宜希釈することで、２５℃における粘度を１，３０，１００ｍＰａ・ｓにそれぞれ調整した。
【００２９】
市販のインクジェットプリンタ「ＰＸ−１０１（セイコーエプソン株式会社製）」のシートフィーダ部分をアルミニウム合金板が通るように改造し、インクの代わりに上記の潤滑剤希釈液をインクカートリッジに充填した。シートフィーダ用の治具として、中央に直径１１０ｍｍの穴をあけた板厚１．０ｍｍのＪＩＳ５０５２−Ｈ３４アルミニウム合金板（大きさ２１０ｍｍ×２９６ｍｍ）を用いた。
【００３０】
潤滑剤の塗布は、円盤状材料を治具に取り付け、プリンタのシートフィーダにセットするとともに、接続したコンピュータのプログラムからプリンタに対し所定図形の描画を出力することで実施した。所定図形とは、本発明例１〜１２においては、円盤状材料の塑性加工される部分、すなわちφ５０ｍｍの中央円形部分の外側における全領域（周辺部）であり、比較例１〜４においては、円盤状材料の全面である。また、その塗布量は表１に示す通りであり、図形描画の濃淡を変化させることで調整した。塗布終了後は治具から円盤状材料を取り外し、１００℃に加熱した防爆型オーブン中において１分間乾燥工程にかけ、溶媒であるノルマルヘキサンを揮発除去した。以上の操作を円盤状材料の両面に対してそれぞれ実施し、プレス成形用の試料を作製した。
【００３１】
【表１】
2018134662.tif 000002
【００３２】
以上のようにして作製した試料に対し、円筒深絞り試験によってプレス成形性を評価した。すなわち、直径５０ｍｍ、かつ肩Ｒ５ｍｍのパンチと、直径５２．５ｍｍ、かつ肩Ｒ５ｍｍのダイスを組み合わせた金型を用いて、しわ押え荷重１４ｋＮ、パンチ速度３００ｍｍ／分にてプレス成形を実施した。材料に破断が生じるまでのパンチストローク量を限界成形高さと定義し、下記のプレス成形性の評価基準とした。すなわち、限界成形高さにおいて、５ｍｍ未満を「××」、５ｍｍ以上６ｍｍ未満を「×」、６ｍｍ以上７ｍｍ未満を「△」、７ｍｍ以上８ｍｍ未満を「○△」、８ｍｍ以上９ｍｍ未満を「○」、９ｍｍ以上を「◎」と設定し、○△、○及び◎を合格とし、××、×及び△を不合格とした。結果を表１に示す。
【００３３】
表１から明らかなように、本発明例１〜１６は本発明の要件を満たしているため、成形性の顕著な向上が認められた。一方、比較例１〜４にあっては、従来一般に行われていたように、試料全面にわたって均一に潤滑剤が塗布されているため、成形性の向上が得られなかった。なお、比較例５では、潤滑剤を塗布しなかったため、成形性の顕著な悪化が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、プレス成形における部位ごとの最適な潤滑状況が達成されるため、成形性に優れた金属板を提供することができる。