(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体と、高級脂肪酸塩と、水とから成る水溶液であって、その中ではポリアルキレンオキサイド又はその誘導体が２〜５０重量％を占め、かつ高級脂肪酸塩の重量の４〜１２倍量含まれており、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に塗布後水を蒸発させることにより、固形の潤滑皮膜を形成することを特徴とする、アルミニウム又はアルミニウム合金の成形加工用潤滑剤。
【請求項２】
高級脂肪酸塩の１重量部に対し、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体が４〜１２重量部含まれてなる潤滑剤が０．２〜２．０ｇ／ｍ2の固形皮膜として表面に形成されていることを特徴とする、成形加工用アルミニウム又はアルミニウム合金板。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、これを合わせてＡｌという）板の加工技術に関するものである。より詳しくは、この発明は、成形加工の困難なＡｌ部品、例えば自動車部品を始め電気機器部品、航空機部品などで、加工が困難な複雑な形をしたＡｌ製品を成形加工する際に有効な潤滑剤と、成形加工用Ａｌ板に関するものである。
背景技術
Ａｌは、軽量であるという特性の他に耐蝕性と成形性とに優れているため、鉄鋼材料に次ぐ汎用金属材料として、自動車を始め様々な産業分野で広く用いられている。最近、自動車を軽量にするために、Ａｌ板の使用が次第に増えつつある。ところが、Ａｌ板は鋼板に比べると成形し難く、成形時に割れ易く、従って設計時に形状が制限されるなど大きな問題を抱えている。
そのため、自動車メーカーではＡｌ板をプレス加工する際に、通常の鉱油潤滑剤を使用しないで、潤滑性の優れた液体潤滑油や固形潤滑剤を使用することが多い。固形潤滑剤は、予め素材のＡｌ板上に潤滑性の皮膜を形成しておき、プレスによる成形性を高めようとするものである。こうして、プレス加工された製品は、その後の組立工程において潤滑剤を除去しないままに、接着加工や溶接加工が行われ、組立工程が終了した後の脱脂工程において潤滑剤を除去している。
ところが、上述の方法では、プレス後に製品に潤滑油が塗布されたままで接着加工や溶接加工が行われるので、残留している潤滑剤が接着不良や溶接不良を起こす原因となり、そのため生産性が低下したり、製品の品質が劣化したりすることとなっている。
発明の開示
この発明は、上述のような事情に着目してなされたものである。この発明の目的は、従来技術の欠点を解消したＡｌ板の成形加工用潤滑剤を提供するとともに、成形加工用のＡｌ板を提供することにある。これによって、成形や組立加工が終了したあとで脱脂を行う際に脱脂が困難となることなく、プレス加工後の接着工程、溶接工程においてはプレス成形品に潤滑剤が付着していない場合と同等の接着強度や溶接強度、並びにスポット電極寿命などが得られるような、Ａｌ板の成形加工用潤滑剤を提供し、またそのような成形加工用Ａｌ板を提供しようとするものである。
この発明者は、上述の目的を達成するために、Ａｌ板の成形方法について研究を重ね、Ａｌ板の接着性、溶接性を劣化させない成形加工用潤滑剤の組成を探索した結果、ここにこの発明をなしたものである。
この発明は、一面では、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体と、高級脂肪酸塩と、水とから成る水溶液であって、その中ではポリアルキレンオキサイド又はその誘導体が２〜５０重量％を占め、かつ高級脂肪酸塩の重量の４〜１２倍量含まれており、Ａｌの表面に塗布後水を蒸発させることにより、固形の潤滑皮膜を形成することを特徴とする、Ａｌの成形加工用潤滑剤を提供するものである。
この発明は、別の面では、高級脂肪酸塩の１重量部に対し、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体が４〜１２重量部含まれてなる潤滑剤が０．２〜２．０ｇ／ｍ2の固形皮膜として、Ａｌ板の表面に形成されていることを特徴とする、成形加工用Ａｌ板を提供するものである。
上に述べた「成形」とは、単にプレスによって成形することを意味するだけでなく、引き抜き又は絞り加工、スタンピング、及び押し出しによって成形することも含んでいる。
以下にこの発明を詳述する。
この発明に係る成形加工用潤滑剤は、潤滑性の固形皮膜を作り、プレス加工のような成形加工時の潤滑性を高める働きをする。また、この潤滑剤によって形成された潤滑剤皮膜は、接着剤との密着性と、高電流を流した場合の通電性とに優れており、組立工程において十分な接着強度や溶接強度を与えるので、前述のように潤滑剤が原因となって発生する接着不良や溶接不良を最小限に押さえることができる。なお、この潤滑剤は成形性と脱脂性とが良好であり、これまで自動車製造業者が使用して来た潤滑剤と比較しても、成形性や脱脂性の低下を招かない。
また、この発明に係る成形加工用Ａｌ板は、上記の潤滑剤をＡｌ板表面に塗布し、潤滑性の皮膜を形成したものである。形成された潤滑剤皮膜は、接着剤との密着性と、高電流を流した場合の通電性に優れており、組立工程において十分な接着強度や溶接強度を与える。したがって、この発明によれば、固形潤滑剤の成形性を維持したまま、接着性や溶接性を向上させることができる。
次に、この発明における潤滑剤の限定理由を以下に示す。
ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体としては、例えばポリオキシエチレン、オキシエチレンオキシプロピレン（ブロック）ポリマー、エチレンジアミンのエチレンオキサイドプロピレンオキサイド（ブロック）付加物、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオイレルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンラウレート等が挙げられる。勿論、これらに限定されるものではない。その中では、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンステアリルエーテルを用いることが好ましい。なお、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体は、常温で固体であって融点が１１５℃以下のものが好ましく、とりわけ融点が５０〜１００℃のものが望ましい。
高級脂肪酸塩としては、例えばステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、エレオステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、ヒマシ油脂肪酸、ヤシ油脂肪酸、牛脂脂肪酸、羊脂脂肪酸などのソーダ塩、カリ塩その他の塩塁が挙げられる。勿論、これらに限定されるものではない。なお、高級脂肪酸塩は、潤滑性能に関係し、炭素数により変化するので、炭素数８〜２４のものを用いるのが好ましく、とりわけ１２〜２０の脂肪酸を用いるのが望ましい。
上記２成分を主成分として併用することによって、潤滑剤と接着剤との密着性、脱脂性及び溶接強度の向上、成形性及び溶接の均一性の向上等が達成される。
これらの成分を主成分として含有する限り、他の添加剤又は希釈剤を適宜含有させることができる。例えば、水で希釈して使用する場合には、以下の組成とすることが望ましい。
すなわち、これらの主成分を水に希釈して使用する場合には、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体の量が５０重量％より多いと、潤滑剤の粘度が高くなり過ぎて、Ａｌ板に塗布する際の作業性に悪影響を及ぼす。逆に、２重量％未満では、乾燥後に十分な潤滑剤の皮膜が得られない。したがって、水で希釈して使用する場合には、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体を５０重量％以下、２重量％以上とすることが好ましい。
その際、高級脂肪酸塩とポリアルキレンオキサイド又はその誘導体との組成比が１／１２未満では、Ａｌ板に塗布し乾燥した後のプレス加工時における成形性が不足する傾向が見られ、また組成比が１／４より高いと、組立工程における脱脂性に悪影響を及ぼす傾向が見られる。したがって、高級脂肪酸塩とポリアルキレンオキサイド又はその誘導体との組成比は１／１２〜１／４の範囲とすることが望ましい。すなわち、高級脂肪酸塩の１重量部に対し、ポリアルキレンオキサイド又はその誘導体は４〜１２倍量用いることが望ましい。
なお、水はポリアルキレンオキサイド又はその誘導体及び高級脂肪酸塩の希釈剤として働くものであり、塗布後は大気中に蒸発する。水以外の希釈剤、例えば有機溶剤では蒸発後に大気汚染の原因となる。従って、希釈剤としては水を使用するのが望ましい。水は通常の水道水を用いることもできるが、不溶性塩の発生を防ぐために、脱イオン水や蒸留水を使用するのが好ましい。
その他の添加剤については特に制限されず、使用目的に応じて以下の添加剤を用いることができる。例えば、２、６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾール、テトラメチルジアミノジフェニルメタン、ジチオ燐酸亜鉛等の酸化防止剤、ジノニルナフタレンスルホネート、燐酸エステル、チオ燐酸エステル、α−メルカプトステアリン酸、安息香酸塩、ソルビタンモノオレエート等の防蝕剤、高級脂肪酸、高級アルコール、脂肪酸エステル、高級アミン等の油性向上剤、ジベンジルサルファイド、塩素化パラフィン、燐酸トリアリル、ナフテン酸鉛、モリブデンイソブチルザンテート等の極圧剤、ナフテン酸塩、カルシウムセチルフエネート等の清浄分散剤などが挙げられる。これらの添加剤は、主成分であるポリアルキレンオキサイド又はその誘導体と高級脂肪酸塩の合計含有量の１０％まで加えることができる。それ以上の量を加えると、脱脂性を低下させる恐れがあるので、注意を必要とする。
次に、上記潤滑剤をＡｌ板に塗布する際の潤滑剤皮膜の数値限定理由について説明する。
潤滑剤皮膜の量が２．０ｇ／ｍ2より多いと、組立工程終了後の脱脂工程において脱脂が不完全になり、潤滑剤が完全に除去されず、その後の塗装工程において塗装不良の原因となる。また、０．２ｇ／ｍ2未満では、プレス加工時の成形性が不足し、割れの発生原因となる。したがって、乾燥後の固形潤滑剤皮膜の塗布量は０．２〜２．０ｇ／ｍ2の範囲とする。
なお、上記の潤滑剤は、ホットメルト等でＡｌ板の表面に直接塗布する場合もあるが、作業性の問題から通常は水で希釈しロールコーター等でＡｌ板に塗布し、乾燥することによって固形の潤滑剤皮膜を形成するように使用することが好ましい。水を使用する場合、固形分の量が多過ぎると、粘度が高くなってロールコーターでは塗布できず、逆に固形分の量が少な過ぎると、塗布後に十分な潤滑剤皮膜の量を得ることができず、二度塗り等を行う必要があり、いずれも作業性を劣化させる原因となるので、注意を要する。
また、上記潤滑剤を水で希釈して使用する場合は、潤滑剤を乾燥することが必要となるが、乾燥方法はとくに限定されない。例えば、室温に放置して乾燥することもできるが、生産性の面からは熱風を吹き付け乾燥させることが望ましい。
また、成形材料であるＡｌ板の材質もとくに限定されない。Ａｌ板はアルミニウム製であっても、また広くアルミニウム合金製であってもよい。Ａｌ板としては、最終製品の要求により適宜の成分及び組成のものを選んで用いることができる。例えば、強度の高いものが必要な場合には、Ａｌ−高Ｍｇ（３〜６％Ｍｇ）系のものを用いることができる。
実施例
次に、この発明の実施例を示す。
実施例１
表１に示すＮｏ．１からＮｏ．８までの８種類の組成の潤滑剤を用いて、これを試験片に塗布し、次いで７０℃の恒温槽内に５分間保持して乾燥し、試験片上に０．５ｇ／ｍ2の潤滑剤皮膜を形成させた。また、表１のＮｏ．９からＮｏ．１６までに示したものは、この発明の範囲外の潤滑剤であるが、この潤滑剤を用いて同様に潤滑剤皮膜を形成した。こうして得られた試験片を用い、プレス加工時の成形性と、プレス加工してから組立工程までの脱脂性と、組立工程における接着性と、組立工程における溶接性と、潤滑性を塗布する際の作業性とを評価した。この時用いた試験片と評価方法は次のとおりである。
試験はｎ＝３で行い、その平均値をとり、潤滑剤はロールコーターを使用して塗布した。また、潤滑剤が水以外の固形分を多く含み、粘度が高過ぎて塗布できない場合は、潤滑剤を加熱して粘度を低くして塗布（ホットメルト）した。潤滑剤が固形分を少量含んでいてロールコーターで規定量の固形分を一度で塗布できない場合には、ロールコーターで２度塗りを行った。
Ａ  試験片
ＪＩＳ  ５１８２−Ｏ材、板厚１ｍｍのものを使用した。
Ｂ  潤滑剤
表１に示したように、この発明の実施例にあたる８種類の潤滑剤と、この発明外の８種類の潤滑剤とを用いることとし、合計１６種類の潤滑剤を調製して使用した。
Ｃ  評価方法
（１）成形性
エリクセン試験機を使用し、下記の角筒絞り成形試験を行い、割れが生じるまでの最大成形高さにより評価した。
0003826164.tif 000002
(２）脱脂性
ケイ酸ソーダ型アルカリ性脱脂液（ｐＨ＝１０．５、４３℃±２℃）に２分間浸漬し、取り出して水洗いした後の水濡れ面積率で評価した。
0003826164.tif 000003
（３）接着性
市販のエポキシ系構造用接着剤を用いて、ＪＩＳ  Ｋ６８５０に規定される接着剤の引張剪断試験方法に基づいて試験を行った。
0003826164.tif 000004
（４）溶接性
スポット溶接時の連続打点性試験を行った。打点時の強度はＪＩＳ  Ｚ３１３６の試験法に基づき、その時の強度が１５００Ｎ以下になったときまでのスポット溶接打点数で評価した。
0003826164.tif 000005
（５）作業性
ロールコーターで一度に塗布できる場合には作業性良好（◯）とし、一度で塗布できないで、ホットメルトや二度塗りを行った場合には、作業性不良（△）とした。
0003826164.tif 000006
実施例と比較例における成形性、脱脂性、接着性、溶接性、作業性の評価結果は表２に示した通りであった。表１のＮｏ．９〜１６の潤滑剤を用いた比較例では、潤滑剤の組成がこの発明で規定する範囲外にあるので、成形性、脱脂性、接着性及び溶接性の何れかが劣るという欠点があった。
0003826164.tif 000007
これに対し、表１のＮｏ．１〜８の潤滑剤を用いた実施例では、成形性、脱脂性、接着性及び溶接性のバランスが取れている。これは、潤滑剤中でポリオキシエチレンとステアリン酸ソーダとの組成比が１／４〜１／１２の範囲内にあることに起因している。なお、比較例９のように上記組成比が１／４以上では脱脂性が低下し、比較例１０のように１／１２以下では成形性と接着性とが低下する傾向にある。
実施例２
表１にＮｏ．３として示した潤滑剤を使用し、実施例１で用いたのと同じ試験片に塗布量を変えて、試験片の成形性と脱脂性とを調べた。すなわち、表３に示したように、固形潤滑剤の塗布量を色々と変えた結果、表３に示したような成形性と脱脂性の結果を得た。
0003826164.tif 000008
表３中の実験Ｎｏ．１の比較例では、塗布量が少ないために成形性が悪く、実験Ｎｏ．４の比較例では、塗布量が多いために脱脂性が悪いという結果になっている。これに対して、実験Ｎｏ．２とＮｏ．３の実施例では、塗布量が適正であるために、成形性と脱脂性とが共にすぐれているという結果になっている。
以上詳述したように、この発明によれば、Ａｌに対して良好な成形性が得られ、従来プレス加工が困難であった形状にも成形が可能になるとともに、成形後の脱脂性、接着性及び溶接性を向上させることができるようになるので、Ａｌ板の利用の拡大に寄与する効果が非常に大きい。