(57)【要約】【課題】本発明は、過酷な加工条件下でもリン酸塩皮膜処理以上の優れた加工潤滑性を付与し、簡便且つ短時間に金属材料表面に良好な潤滑皮膜を形成することを目的とする金属塑性加工用潤滑剤及び表面処理方法【解決手段】加工用潤滑剤と光硬化樹脂を併用又は、混合して使用する。光硬化樹脂が、紫外線、赤外線、可視光線、電子線にて硬化する組成物を使用することで、ごく短時間に金属材料表面に潤滑皮膜を形成することが可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を塑性加工する際に使用する加工用潤滑剤と光硬化樹脂を併用又は、混合して使用することを特徴とする金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項２】
請求項１において光硬化樹脂が、紫外線、赤外線、可視光線、電子線にて硬化する組成物であることを特徴とする金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項３】
金属材料表面に加工用潤滑剤と光硬化樹脂の複合皮膜を形成させることを特徴とする表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材その他の金属材料を塑性加工する際に使用する潤滑剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鍛造、押出、引抜、圧延、プレス等の塑性加工をする場合、金属材料と工具の焼付き等を防止するため、金属材料表面に潤滑皮膜処理が行われている。潤滑皮膜としては、石灰石鹸皮膜、リン酸塩皮膜、シュウ酸塩皮膜  等がある。
【０００３】
石灰石鹸皮膜は、潤滑性が不十分であり、リン酸塩皮膜、シュウ酸塩皮膜は、強固な化成皮膜を形成し、潤滑性は優れているが、皮膜形成の処理装置や濃度管理、重金属含有の廃液処理をしなければならない  等の欠点がある。
これら公知の潤滑用皮膜は、潤滑性、作業性、環境等の点よりさらなる改良が望まれており、近年リン酸塩皮膜、シュウ酸皮膜処理を行わなくても過酷な加工ができる金属加工油及び潤滑剤の研究が行われてきた。これらは、潤滑油基油に金属石鹸、硫黄系添加剤、塩素系添加剤、りん系添加剤、固体潤滑剤等を配合したものであった。
【特許文献１】特開昭５８−４９７９９
【特許文献２】特開平２−２０６６９３
【特許文献３】特開昭６４−１６８９４
【特許文献４】特開平１−２９９８９５
【特許文献５】特開平３−１２１１９７
【特許文献６】特開平７−１１８６８２
【特許文献７】特開平１０−１１０１８１
【特許文献８】特開平７−１６４０４２
【特許文献９】特開平７−１１０８９
【特許文献１０】特開平６−１４５５５９
【特許文献１１】特開平１０−３６８７６
【特許文献１２】特開２００２−１８８０９０
【特許文献１３】特開２００１−３２３２９４
【特許文献１４】特開２００２−１２８８５
【特許文献１５】特開平９−３４７６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
過酷な加工条件下でもリン酸塩皮膜処理以上の優れた加工潤滑性を付与し、簡便且つ短時間に金属材料表面に加工表面に潤滑皮膜を形成させることを目的として、固体潤滑剤粉末を分散させた分散形態が提案されている。例えば、黒色系では、特開昭５８−４９７９９・特開平２−２０６６９３号公報等があり、白色系では、特開昭６４−１６８９４・特開平１−２９９８９５・特開平３−１２１１９７号公報等がある。固体潤滑剤を含まないものとしては、特開平７−１１８６８２・特開平１０−１１０１８１号公報等がある。又、水溶性樹脂及び固体潤滑剤を配合したものは、特開平７−１６４０４２・特開平７−１１０８９・特開平６−１４５５５９号公報等がある。
【０００５】
しかし、上記に代表される潤滑組成物は、比較的加工荷重が低荷重域では、化成皮膜処理を施した場合と同じように加工できるが、高荷重域では不十分であった。このため潤滑剤を塗布乾燥させて皮膜を形成させるものも提案されている。例えば特開平１０−３６８７６・特開２００２−１８８０９０・特開２００１−３２３２９４・特開２００２−１２８８５・特開平９−３４７６号公報等がある。これら潤滑剤は、生産ラインで塗布後乾燥する工程が必要であり、迅速に皮膜を形成できるものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、潤滑皮膜形成に関する従来の問題点を解決するための潤滑皮膜及び表面処理方法を提供するものであり、簡便且つ短時間に金属材料表面に良好な潤滑皮膜を形成するために、加工用潤滑剤と光硬化樹脂を併用又は、混合して使用する。光硬化樹脂が、紫外線、赤外線、可視光線、電子線にて硬化する組成物を使用することで、ごく短時間に金属材料表面に潤滑皮膜を形成することが可能となる。
【０００７】
【発明の実態の形態】
以下説明で、配合単位は、特に断りがない限りは重量比である。
【０００８】
本発明の潤滑剤は、水、鉱物油、合成油、ワックス、極圧剤、油性剤、増粘剤、防錆剤、防腐剤、消泡剤、分散剤、乳化剤、金属石鹸、溶剤、酸化防止剤、固体潤滑剤、鉱物、天然産出物、有機物粉末、無機物粉末、金属粉末等の有機物、無機物、金属類等を任意に組み合わせて配合される。
【０００９】
潤滑剤の形態は特に限定されるものではない。液状（油性・水溶性等）、半固体（ワックス状・グリース状・ゲル状等）、固体（粉末・顆粒・ペレット状・シート状等）等、いずれの形態でもよい。
【００１０】
例えば、液状油性潤滑剤の組成例（Ａ）としては、鉱物油、極圧剤、油性剤、増粘剤、金属石鹸よりなる液状油性潤滑剤が挙げられる。
【００１１】
液状水溶性潤滑剤の組成例（Ｂ）としては、水、乳化剤、合成油、防錆剤、金属石鹸、消泡剤、極圧剤よりなる液状水溶性潤滑剤が挙げられる。
【００１２】
半固体潤滑剤の組成例（Ｃ）としては、ワックス、粉末金属石鹸、鉱物油、油性極圧剤、粉末固体潤滑剤よりなる半固体潤滑剤が挙げられる。
【００１３】
固体潤滑剤の組成例（Ｄ）としては、高融点粉末物質、粉末金属石鹸、粉末固体潤滑剤、粉末無機物よりなる粉末固体潤滑剤が挙げられる。
【００１４】
これら潤滑剤は、上記組成例に限定されるものではない。
【００１５】
一方、光硬化樹脂に使用される紫外線、赤外線、可視光線、電子線は、電磁波の波長により波長１０−１ｎｍ以下を電子線、１００〜４００ｎｍを紫外線、４００〜８００ｎｍを可視光線、８００〜１０６ｎｍを赤外線と区分されている。
【００１６】
光硬化樹脂は、紫外線、赤外線、可視光線、電子線のいずれかにて硬化する組成物であるが通常、硬化させる照射装置光源の波長により紫外線硬化樹脂、赤外線硬化樹脂、可視光線硬化樹脂、電子線硬化樹脂に区別される。これらは１種類又は、２種類以上組み合わせて使用してもよい。
【００１７】
光硬化樹脂に使用される硬化性材料は、重合性オリゴマーやポリマーに反応性希釈剤（重合性モノマー）、光重合開始剤、重合促進剤、増感剤、安定剤、着色剤、補強剤、充填剤、レベリング剤、消泡剤等が必要に応じて配合される。
【００１８】
例えば、紫外線硬化樹脂の組成例（Ｅ）としては、重合性オリゴマー、反応性希釈剤（重合性モノマー）、光重合開始剤、増感剤、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、希釈剤よりなる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００１９】
赤外線硬化樹脂の組成例（Ｆ）としては、重合性オリゴマー、反応性希釈剤（重合性モノマー）、光重合開始剤、増感剤、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、希釈剤よりなる赤外線硬化樹脂が挙げられる。
【００２０】
可視光線硬化樹脂の組成例（Ｇ）としては、重合性オリゴマー、反応性希釈剤（重合性モノマー）、光重合開始剤、増感剤、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、希釈剤よりなる可視光線硬化樹脂が挙げられる。
【００２１】
電子線硬化樹脂の組成例（Ｈ）としては、重合性オリゴマー、反応性希釈剤（重合性モノマー）、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、希釈剤よりなる電子線硬化樹脂が挙げられる。
【００２２】
これら光硬化樹脂は、上記組成例に限定されるものではない。又、これら光硬化樹脂は、重合性オリゴマーを水溶性化することで、モノマーや希釈剤の代わりに水を使用することが出来るため、水系光硬化樹脂が可能となる。
【００２３】
次に金属材料表面に加工用潤滑剤と光硬化樹脂の複合皮膜を形成させる表面処理方法について上記潤滑剤組成例（Ａ〜Ｄ）及び光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈ）をもとに説明する。
【００２４】
液状潤滑剤の場合
（１）液状潤滑剤（組成例Ａ及びＢ）中に金属材料加工物を浸漬又は、スプレー塗布、はけ塗り等をして金属材料加工物表面に必要量潤滑剤を塗布する。
次に光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を必要量塗布後、照射装置にて光硬化樹脂を表面に硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。液状潤滑性能が必要な場合、この複合皮膜は、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで液状状態に保つことができる。
【００２５】
（２）  液状潤滑剤（組成例Ａ及びＢ）と光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を任意割合に混合させた液を作成し、必要量塗布後、照射装置にて樹脂を硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。この複合皮膜も、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで液状状態に保つことができる。又、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により潤滑剤を光硬化樹脂とともに硬化することができるので、固化皮膜も形成することができる。
【００２６】
半固体潤滑剤の場合
（１）半固体潤滑剤（組成例Ｃ）中に金属材料加工物を浸漬又は、スプレー塗布、はけ塗り等をして金属材料加工物表面に必要量潤滑剤を塗布する。
次に光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を必要量塗布後、照射装置にて光硬化樹脂を表面に硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。半固体潤滑性能が必要な場合、この複合皮膜は、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで半固体状態に保つことができる。
【００２７】
（２）  半固体潤滑剤（組成例Ｃ）と光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を任意割合に混合させた液を作成し、必要量塗布後、照射装置にて樹脂を硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。この複合皮膜も、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで半固体状態に保つことができる。又、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により潤滑剤を光硬化樹脂とともに硬化することができるので、固化皮膜も形成することができる。
【００２８】
固体潤滑剤の場合
（１）固体潤滑剤（組成例Ｄ）中に金属材料加工物を浸漬又は、スプレー塗布、はけ塗り等をして金属材料加工物表面に必要量潤滑剤を塗布する。固体潤滑剤の場合、粉末状物質が多く、金属材料表面に付着及び密着しにくいので、必要に応じて、液状物質（油、水、溶剤等）を金属材料表面に噴霧することで、付着及び密着を改善することが出来る。次に光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を必要量塗布後、照射装置にて光硬化樹脂を表面に硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。固体潤滑性能が必要な場合、この複合皮膜は、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで固体状態に保つことができる。
【００２９】
（２）固体潤滑剤（組成例Ｄ）と光硬化樹脂（Ｅ〜Ｈのいずれか１種類又は２種類以上）を任意割合に混合させた液を作成し、必要量塗布後、照射装置にて樹脂を硬化させて、複合皮膜を形成させる。必要に応じてこの皮膜は同様の作業を繰り返すことで、膜厚を厚くすることができる。その後、塑性加工をする。この複合皮膜も、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により光硬化樹脂のみを硬化させることができるので、潤滑剤を加工直前まで固体状態に保つことができる。又、光硬化樹脂の種類、配合、照射時間等により潤滑剤を光硬化樹脂とともに硬化することができるので、固化皮膜も形成することができる。
【００３０】
通常、行われている潤滑剤の金属材料表面への塗布では、液状や半固体潤滑剤は放置すると潤滑剤が工場床に落下し付着する。固体潤滑剤は、乾燥すると金属表面より脱落しやすくなり、粉塵が工場内に飛散する等の作業環境の悪化が生じている。
【００３１】
本発明の潤滑剤と光硬化樹脂による複合皮膜では、潤滑剤を光硬化樹脂によって金属材料表面に密着させることができるため、潤滑剤の落下、飛散がなくなり、現状の作業環境が改善される。又、従来必要とされてきたリン酸塩皮膜処理を行うことなく過酷な条件下の塑性加工を行うことができるため、工程の短縮化、コスト低減、作業の簡素化等を図ることができる。
【００３２】
本発明の潤滑剤と光硬化樹脂による複合皮膜及び表面処理方法は、潤滑用途に使用される限り特に限定されないが、特に金属加工用潤滑皮膜として使用されるのに適した組成及び処理方法である。特に塑性加工の伸線加工、圧延加工、鍛造加工、プレス加工、曲げ加工、絞り加工、しごき加工、ロール成形、せん断加工、回転加工、引抜加工等である。
【００３３】
本発明の潤滑剤と光硬化樹脂による複合皮膜及び表面処理方法の対象となる金属は、鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム、銅、亜鉛等の金属及びこれらの合金（例えば炭素鋼、ステンレス、黄銅等）があるが、特に限定されるものではない。
【００３４】
光硬化樹脂の硬化装置としては、公知の照射装置を使用し、光硬化樹脂の硬化する波長により使い分ける。照射装置光源として、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、可視光線ランプ、アルゴンイオンレーザーや半導体レーザー、赤外線ランプ、カーボンアーク灯、タングステンランプ等あるいは、電子線加速器よりの電子線、α線、β線、γ線があるが、特に限定されるものではなく、必要に応じて使い分ける。又、加工金属材料形状、大きさ、生産速度等により、照射装置数を増やしたり、反射板を設置すると効率良く光硬化樹脂を硬化させることができる。
【００３５】
本発明で使用する光硬化樹脂は、硬化速度の速さ、光硬化樹脂種類の多さ等より、紫外線硬化樹脂又は、電子線硬化樹脂が好ましい。赤外線硬化樹脂や可視光線硬化樹脂は、硬化速度が数分以上かかるものが多いが、紫外線硬化樹脂や電子線硬化樹脂は、ほとんど数秒にて硬化が完了する。特に紫外線硬化樹脂は、電子線硬化樹脂より設備費用が安価であり最も好ましい。又、環境への配慮より水系光硬化樹脂を使用することがより好ましい。
【００３６】
本発明で使用する潤滑剤は、潤滑能力、後工程の脱脂、光硬化樹脂との併用等より、粉末（固体）潤滑剤がより好ましい。作業環境を配慮するなら非黒色系潤滑剤を使用するとよい。
【００３７】
本発明で使用する潤滑剤と光硬化樹脂の加工金属表面での割合は、潤滑剤：光硬化樹脂＝１：９９〜９９：１が好ましく、２０：８０〜８０：２０が最も好ましい。この割合は、塑性加工の加工条件、加工金属材料、加工形状等により任意に変更することが望ましい。加工が比較的簡単な場合は潤滑剤の割合を低くし、過酷な条件時は潤滑剤の割合を多くするとよい。
【００３８】
又、潤滑剤と光硬化樹脂の塗布する量も塑性加工の加工条件、加工金属材料、加工形状等により任意に変更することが望ましい。加工が比較的簡単な場合は塗布全体量を少なく、過酷な条件時は塗布全体量を多くするとよい。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。以下、実施例配合単位は、特に断りがない限りは重量比である。
＜潤滑剤成分＞
潤滑剤１：鉱物油：油脂：硫化油脂：合成硫黄：りん系添加剤＝２０：２０：２０：３０：１０よりなる液体潤滑剤
潤滑剤２：ワックス：ステアリン酸カルシウム：ステアリン酸亜鉛＝５０：２５：２５よりなる半固体潤滑剤
潤滑剤３：ステアリン酸カルシウム：ステアリン酸亜鉛＝５０：５０よりなる固体潤滑剤
＜光硬化樹脂成分＞
光硬化樹脂１：ポリアクリレート系オリゴマー及びアクリレート系モノマー：光重合開始剤＝１００：３よりなる紫外線硬化樹脂
光硬化樹脂２：ポリアクリレート系オリゴマー及びアクリレート系モノマー＝１００よりなる電子線硬化樹脂
光硬化樹脂３：水溶性ポリウレタン系オリゴマー：水：光重合開始剤＝４０：６０：３よりなる水溶性紫外線硬化樹脂
【００４０】
次に金属表面への処理方法を説明する。
表面処理方法１：潤滑剤を金属表面に塗布し、次に光硬化樹脂をスプレー塗布する。直ちに照射装置にて光硬化樹脂成分を固化させる表面処理方法。
表面処理方法２：潤滑剤と光硬化樹脂を任意割合に混合して金属表面に塗布し、直ちに照射装置にて光硬化樹脂成分を固化させる表面処理方法。
【００４１】
上記成分及び表面処理方法を用いて、６００トンプレスにより自動車部品（Ｓ４５Ｃ）の金属加工試験を実施した。尚、潤滑剤と光硬化樹脂の割合は、潤滑剤：光硬化樹脂＝５０：５０の割合である。
実施例１：潤滑剤１＋光硬化樹脂１＋表面処理方法１
実施例２：潤滑剤１＋光硬化樹脂２＋表面処理方法１
実施例３：潤滑剤１＋光硬化樹脂１＋表面処理方法２
実施例４：潤滑剤１＋光硬化樹脂２＋表面処理方法２
実施例５：潤滑剤２＋光硬化樹脂１＋表面処理方法１
実施例６：潤滑剤２＋光硬化樹脂２＋表面処理方法１
実施例７：潤滑剤２＋光硬化樹脂１＋表面処理方法２
実施例８：潤滑剤２＋光硬化樹脂２＋表面処理方法２
実施例９：潤滑剤３＋光硬化樹脂１＋表面処理方法１
実施例１０：潤滑剤３＋光硬化樹脂２＋表面処理方法１
実施例１１：潤滑剤３＋光硬化樹脂３＋表面処理方法１
実施例１２：潤滑剤３＋光硬化樹脂１＋表面処理方法２
実施例１３：潤滑剤３＋光硬化樹脂２＋表面処理方法２
実施例１４：潤滑剤３＋光硬化樹脂３＋表面処理方法２
試験結果は、いずれも光硬化樹脂を３秒以内に硬化することが確認でき、良好な潤滑性及び離型性を示した。
【００４２】
比較例
通常のリン酸塩皮膜処理を施し、上記と同じ６００トンプレスにより自動車部品（Ｓ４５Ｃ）の金属加工試験を実施し、良好な潤滑性及び離型性を示した。
上記実施例１〜１４において試験片に潤滑剤と光硬化樹脂を塗布し、表面処理終了までに要した時間は、５〜１０秒であった。これに対してリン酸塩皮膜処理に要した時間は、約６０分であった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、過酷な加工条件下でもリン酸塩皮膜処理以上の優れた加工潤滑性を付与し、リン酸塩皮膜処理のような前処理、濃度管理、設備を必要としない。又、簡便且つ短時間に金属材料表面に良好な潤滑皮膜を形成することが可能となる。