JP2002201482A

JP2002201482A - 固体潤滑剤、およびその使用方法

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Publication number: JP2002201482A
Application number: JP2000402237A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Yashiki; 良行矢式; Morio Seki; 守雄関; Hide Kajioka; 秀梶岡
Original assignee: Hiroshima Prefecture; Sigma Inc
Current assignee: Hiroshima Prefecture; Sigma Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】特に鍛造用の材料や金型について好適に用い
られる潤滑剤であって、対象物に簡便かつ効率的にコー
ティングでき、対象物の形状に影響されずに均一なコー
ティングが可能であり、また作業環境を悪化させること
なく、さらに歩留まりが高いため確実に対象物にコーテ
ィングすることができる新規な固体潤滑剤を提供するこ
と。【解決手段】鍛造用材料または金型の表面に擦り付け
て用いる固体潤滑剤であって、脂肪、脂肪酸、ロウ、ま
たは潤滑油から選ばれる一以上の物質と、二硫化タング
ステンの微粉末とを含み、所定形状に固化された固体潤
滑剤からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体潤滑剤の技術
分野に属する。また、特に鍛造用の材料、金型に用いら
れる潤滑剤の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鍛造用、ガラス・プラスチック
成形用などの各種金型、成形用材料、あるいは摺動部材
などに対し、離型性を高めたり、金型の損傷・摩耗を防
止することなどを目的として、各種の潤滑剤が用いられ
ている。特に、鍛造用金型などの高温条件下で使用され
るものについては、より耐熱性が高い潤滑剤が望まれて
いる。このような潤滑剤として、従来、二硫化タングス
テン、または二硫化モリブデンを用いたものが知られて
いる。

【０００３】例えば、特開平８−２５９２４４号公報に
は、二硫化タングステンを水ガラスなどの無機バインダ
ーに溶いたコーティング剤を金型構成部品同士の接触面
に塗布し熱処理する技術が開示されている。また、特開
平１０−１５８６６８号公報には、二硫化タングステ
ン、二硫化モリブデン等の粉末と、粉末状雲母＋水ガラ
スである結合剤とを、水に混合・攪拌してなる固体潤滑
コーティング液を、８０〜１００℃に予熱した母材に塗
布し、母材の表面に固体潤滑コーティング被膜を形成す
るコーティング品の製造方法が開示されている。さら
に、特開平６−３２９９８号公報には、摺動構造部など
における摩擦摺動面に塗布される乾性潤滑塗料に関し、
熱硬化性合成樹脂（結合剤）に、二硫化モリブデン、薄
片形状のチタン酸カリウムを配合し、溶媒で希釈したも
のを刷毛塗り、スプレー塗布、浸漬塗布等する技術が開
示されている。

【０００４】上記従来の技術は、いずれも、二硫化タン
グステン等を含む液状の潤滑剤を用いるものである。し
たがって塗布した後に乾燥させ塗膜化させる工程が必要
となるため、特に操業中に定期的に潤滑剤を使用しなけ
ればならない金型などに対して効率的な方法ではなかっ
た。また、溶媒の蒸発により作業環境が悪化するという
欠点があった。さらに、金型の隅に塗料が溜まったり、
長尺状の鍛造用材料に塗布した場合にはタレが生じて材
料の上側と下側で塗膜厚が不均一になる問題もあった。
さらには、潤滑剤をスプレー塗装する場合には、潤滑剤
の一部が対象物に付着せずに周囲に落下してしまい（す
なわち歩留まりが悪く）、後に周囲の二硫化タングステ
ンを回収しなければならず煩雑であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、特に
鍛造用の材料や金型について好適に用いられる潤滑剤で
あって、対象物に簡便かつ効率的にコーティングでき、
対象物の形状に影響されずに均一なコーティングが可能
であり、また作業環境を悪化させることなく、さらに歩
留まりが高いため確実に対象物にコーティングすること
ができる、新規な固体潤滑剤、およびその使用方法を提
供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、請求項１として、脂肪、脂肪酸、ロウ、
または潤滑油から選ばれる一以上の物質と、二硫化タン
グステンの微粉末とを含み、所定形状に固化されてなる
固体潤滑剤としたことを特徴とする。

【０００７】上記構成によれば、脂肪、脂肪酸、ロウ、
または潤滑油から選ばれる物質中に二硫化タングステン
の微粉末が混合・分散された固体状の潤滑剤が得られ
る。ここで所定形状とは、コーティングする対象物の形
状、コーティングする箇所、範囲、方法に対応して適宜
設定できる意味であり、例えば手に持って作業する程度
の大きさのものや、長尺状の鍛造用材料の側面形状に沿
うように成形されたものなどを挙げることができる。

【０００８】また、請求項２は、鍛造用材料または金型
の表面に擦り付けて用いる固体潤滑剤であって、脂肪、
脂肪酸、ロウ、または潤滑油から選ばれる一以上の物質
と、二硫化タングステンの微粉末とを含み、所定形状に
固化されてなる固体潤滑剤としたことを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、特に鍛造用材料または
金型に対して好適に用いられる固体潤滑剤が得られる。
耐熱性が高い二硫化タングステンにより、鍛造作業を繰
り返しても潤滑作用が維持される。

【００１０】また、請求項３は、請求項１または２記載
の固体潤滑剤において、脂肪が、牛脂であることを特徴
とする。

【００１１】さらに、請求項４は、請求項１または２記
載の固体潤滑剤において、脂肪酸が、ステアリン酸であ
ることを特徴とする。

【００１２】上記請求項３および４の構成によれば、潤
滑剤としたときの常温での硬さ、製造コストなどの観点
から、二硫化タングステンと混合する物質の種類が最適
化される。

【００１３】また、請求項５は、請求項１〜４のいずれ
か記載の固体潤滑剤において、脂肪、脂肪酸、ロウ、ま
たは潤滑油から選ばれる一以上の物質を５〜９９重量
％、二硫化タングステンの微粉末を９５〜１重量％含む
ことを特徴とする。

【００１４】上記構成によれば、コーティング作業が円
滑に行えること、及び二硫化タングステンを確実に付着
させることの観点から、脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤
滑油から選ばれる一以上の物質と、二硫化タングステン
の微粉末との混合割合が最適化される。

【００１５】また、請求項６は、請求項１〜５のいずれ
か記載の固体潤滑剤において、二硫化タングステンの粒
径が２０Å〜０．５μｍであることを特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、二硫化タングステンを
脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤滑油に対して混合させた
ときの分散性、および対象物に対する付着性の観点か
ら、二硫化タングステンの粒径が最適化される。

【００１７】さらに、請求項７は、鍛造用材料または金
型の表面を、＃５４〜＃２２０の粒子でショットブラス
ト処理した後、請求項１〜６のいずれか記載の固体潤滑
剤を擦り付けることを特徴とする固体潤滑剤の使用方法
である。

【００１８】上記構成によれば、鍛造用材料または金型
の表面における酸化物などが除去され、一定の粗さに処
理されることにより、表面が活性化され、二硫化タング
ステンの付着性が高まる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の固体潤滑剤は、脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤
滑油と、二硫化タングステンの微粉末とを含み、所定形
状に固化されて概略構成される。上記脂肪、脂肪酸、ロ
ウ、または潤滑油は、いずれか一種を用いても良いし、
複数を組み合わせても良い。

【００２０】脂肪酸としては、種々の飽和脂肪酸、不飽
和脂肪酸が適用可能であり、特にそれ単体であるときに
常温で固体であるものが好ましい。具体例として、パル
ミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リ
ノレン酸などを挙げることができる。その中でも、固体
潤滑剤としたときの硬さやコストの点からステアリン酸
が最も好ましく用いられる。また、脂肪は、上記各種の
脂肪酸のグリセリドの他、それらの混合物である牛脂、
豚脂、鯨油、馬油などが適用可能である。その中でも、
牛脂が入手のし易さなどから最も好適に用いられる。さ
らに、ロウとしては、高級脂肪酸と高級１価アルコール
との固形エステルであり、鯨ロウ、蜜ロウ、シナロウな
どが適用可能である。また、この他いわゆるパラフィン
ロウも本発明でいうロウの概念に含むものである。

【００２１】また、潤滑油としては、一般に用いられる
種々の潤滑油を適宜選択して用いることができ、具体的
には、パラフィン鎖、ナフテン環、芳香族環などの構造
グループを含む石油系潤滑油や、オレフィン重合油、ジ
エステル油、ポリアルキレングリコール油、ハロゲン化
炭化水素油、シリコーン油などの合成潤滑油、あるいは
各種の植物油などを挙げることができる。

【００２２】脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤滑油から選
ばれる一以上の物質と、二硫化タングステンとの混合割
合は、上記脂肪等が少なく二硫化タングステンが多過ぎ
ると、二硫化タングステンの微粉末が対象物の表面に保
持され難く、逆に二硫化タングステンが少なく脂肪等が
多過ぎると、二硫化タングステンが対象物に対して十分
供給されないので、これらを考慮して適宜設定される。
具体的には、固体潤滑剤全体を１００重量％としたと
き、上記脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤滑油から選ばれ
る一以上の物質を５〜９９重量％、二硫化タングステン
を９５〜１重量％の割合で混合することが好ましい。

【００２３】二硫化タングステン（ＷＳ₂）は微粉末状
のものを用いる。その粒径は特に限定されるものではな
いが、大き過ぎると上記脂肪などに対する分散性が悪か
ったり、また潤滑剤としたときに対象物に付着しにくい
場合があり、逆に小さ過ぎると潤滑剤の製造過程で扱い
にくい場合があるので、これらを考慮して適宜設定され
る。具体的には、２０Å〜０．５μｍの範囲とすること
が好ましい。二硫化タングステンは、摩擦係数が０．０
３と非常に低く、また５００℃以上の耐熱性を有するの
で、特に鍛造用材料や金型などに適している。

【００２４】この他の原料として、二硫化タングステン
の分散性を向上させたり、固体潤滑剤としたときの硬さ
を調節するための種々の物質を加えることができる。

【００２５】以上の各原料を、用いた脂肪、脂肪酸、ロ
ウ、または潤滑油の融点以上の温度で攪拌して均一に混
合させ、続いてその混合させたものを所望の形状の型に
流し込み、適宜冷却して固化させることにより、目的の
固体潤滑剤を得ることができる。

【００２６】固体潤滑剤の形状、大きさは、特に限定さ
れるものではなく、コーティングする対象物の形状、コ
ーティングする箇所、範囲、コーティングする方法など
を考慮して適宜設定することができる。例えば、直方
体、スティック状などの形状とすれば、金型表面、各種
機械の摺動面などに対し現場の作業員が必要なときに手
で擦り付けることにより、簡便かつ効率的にコーティン
グすることができる。また別の例では、図１に示すよう
に、固体潤滑剤１を、連続的に送られる長尺状の鍛造用
材料２の側面形状に沿った形状とし、圧力４を加えて固
体潤滑剤１を鍛造用材料２に対して擦り付けつつ材料を
送ることにより、潤滑剤の乾燥などの煩雑な工程を経る
ことなく、均一かつ効率的なコーティングが可能とな
る。

【００２７】本発明の固体潤滑剤を、鍛造用材料、金
型、その他の金属材料に使用するときは、予めその対象
物の表面に対してショットブラスト処理を施すことが好
ましい。ショットブラスト処理により、表面に存する安
定な不溶性の酸化皮膜が除去されて活性化し、また、表
面がある程度荒らされるため、固体潤滑剤を擦り付けた
ときに二硫化タングステンの微粒子が表面に取り込ま
れ、付着しやすくなる。ショットブラスト処理は、対象
物の表面に対して砂、鋼粒などの粒子（ブラスト材）を
噴射するが、その際のブラスト材の粒径は、二硫化タン
グステンの粒径などとの関係を考慮して適宜設定され
る。具体的には、表面粗さＲａ（μｍ）を０．２〜１．
５程度とすることを目標として、＃５４〜＃２２０の粒
子を用いて処理すると、二硫化タングステンの付着性が
最も高くなる傾向があり好ましい。

【００２８】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に
説明するが、これらに限定されるものではない。（実施例１）二硫化タングステン（粒径０．５μｍ以
下）とステアリン酸とを重量比で１：１の割合で混合
し、９０℃において攪拌し、型に流し込んで冷却し、直
方体形状の目的の固体潤滑剤を得た。次に、φ１４ｍ
ｍ、高さ２４ｍｍの円柱状ＳＵＳ材の表面に対して、得
られた固体潤滑剤を、縦、横方向に２回擦り付けた。な
お、上記ＳＵＳ材は、予め表面を脱脂洗浄した上、＃１
５０のブラスト材でショットブラスト処理を施したもの
を用いた。そして、コーティングした後のＳＵＳ材の表
面を、電子顕微鏡および分光分析装置（広島県立西部工
業技術センター所有）で分析し、表面のタングステンと
鉄の割合（Ｗ：Ｆｅ）を求めた。その結果、図２に示す
ように、鉄は検出されず、二硫化タングステンが多く検
出され、十分に二硫化タングステンが付着していること
が明らかとなった。

【００２９】（実施例２）まず、本発明の固体潤滑剤を
コーティングする対象物として、３０ｍｍ四方、厚さ１
ｍｍの板状ＳＵＳ材を用意した。このＳＵＳ材に３種類
の粒径（＃２２０、＃１５０、＃５４）のブラスト材を
用いてエアーガンによりショットブラスト処理を施し
た。処理条件は以下の通りである。エアー圧：４ｋｇ／ｃｍ² 吹き付け距離：１００ｍｍ吹き付け時間：１５ｓｅｃ吹き付け角度：垂直なお、ＳＵＳ材のサンプルは、ブラスト材１種類につき
３サンプル、計９サンプルを用いた。参考として、測定
したショットブラスト後の表面粗さＲａ（μｍ）を、表
１（＃２２０）、表２（＃１５０）、および表３（＃５
４）にそれぞれ示す。なお、表中、Ａ、ＣはＳＵＳ板の
周辺部、Ｂは中心部における測定値を示している。

【００３０】

【表１】

【表２】

【表３】

【００３１】続いて、二硫化タングステン（粒径０．５
μｍ以下）２１４ｇ、ステアリン酸８ｇ、植物系の潤滑
油８ｇを、９０℃において攪拌、混合し、その後型に流
し込んで冷却し、直方体形状の目的の固体潤滑剤を得
た。この固体潤滑剤を上記ショットブラスト後のＳＵＳ
材（９サンプル）に対して縦・横方向に２回擦り付けて
コーティングし、乾いた布で軽く拭き取った。そして、
コーティング前後の重量差から潤滑剤の膜厚（μｍ）を
計算により求めた。その結果を、表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】表４に示すように、３種類のブラスト材の
中でも＃５４の場合が最も膜厚が大きく、付着量が多い
ことがわかった。次に、実施例１と同様に、電子顕微鏡
および分光分析装置でコーティング後の表面を分析し、
表面のタングステンと鉄の割合（Ｗ：Ｆｅ）、タングス
テンとイオウの割合（Ｗ：Ｓ）を求めた。その結果を表
５に示す。なお、表５において１１〜４２はＳＵＳ材の
測定箇所を示しており、それぞれ図３に示す通りであ
る。

【００３４】

【表５】

【００３５】表５の結果からも、＃５４、および＃１５
０の場合のＷ：Ｆｅの割合が高く、すなわちＷＳ₂の付
着量が多いことが示唆された。

【００３６】（実施例３）二硫化タングステン（粒径
０．５μｍ以下）２１４ｇ、ステアリン酸８ｇ、植物系
の潤滑油８ｇを、９０℃において攪拌、混合し、その後
型に流し込んで冷却し、スティック形状の目的の固体潤
滑剤を得た。得られた固体潤滑剤を、５０ｍｍ×１００
ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状のＳ５５Ｃ材（予め表面粗さＲ
ａ＝０．５を目標に＃１５０でショットブラスト処理し
たもの、２サンプル）に対して擦り付けてコーティング
し、乾いた布で拭き取った。そして、コーティング後の
表面粗さＲａ、および摩擦係数μを測定した。なお、摩
擦係数の測定には、塗料皮膜試験機（広島県立東部工業
技術センター）を用い、以下の条件で行った。荷重：１００ｇ硬球：ＳＵＳ材、サイズ１／８インチ移動量：２５ｍｍ移動スピード：３００ｍｍ／分また、比較例として、（１）Ｓ５５Ｃ材の表面を研磨し
たもの、（２）厚さ８ｍｍの板状のＳ５５Ｃ材（予め表
面粗さＲａ＝０．５を目標に＃１５０でショットブラス
ト処理したもの、２サンプル）に粉末の二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ₂）を擦り付けコーティングし乾いた布で拭
き取ったもの、についてもそれぞれ同様の測定を行っ
た。その結果を表６に示す。

【００３７】

【表６】

【００３８】表６に示すように、本発明の固体潤滑剤で
コーティングすることによりＳ５５Ｃ材の摩擦係数μが
大幅に低下することが明らかとなった。

【００３９】

【発明の効果】以上、本発明の固体潤滑剤は、二硫化タ
ングステンを含んでいるため、耐熱性に優れ、また摩擦
係数も大幅に低下させることができる。また、鍛造用の
材料や金型をはじめとした各種部材に対し、擦り付ける
など簡便な方法により、効率的にコーティングすること
ができる。また、潤滑剤を対象物に対して直接に付着さ
せるため、液体塗料のように歩留まりが悪くなったりタ
レを生じたりすることがなく、均一にコーティングする
ことができる。さらに、溶媒を使用しないため作業環境
の観点からも優れている。

【００４０】また、本発明の固体潤滑剤の使用方法によ
り、鍛造用の材料または金型に対して、潤滑剤を強力に
付着させることができ、鍛造作業を繰り返してもその潤
滑作用を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体潤滑剤の使用例を示す図であ
る。

【図２】実施例１における測定結果を示すグラフであ
る。

【図３】実施例２におけるＳＵＳ材の測定個所を示す
図である。

【符号の説明】

１固体潤滑剤２鍛造用材料３送り方向４圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｍ 103/06 Ｃ１０Ｍ 103/06 Ｃ 105/24 105/24 105/34 105/34 105/36 105/36 105/52 105/52 107/02 107/02 107/34 107/34 107/50 107/50 109/00 109/00 // Ｃ１０Ｎ 10:12 Ｃ１０Ｎ 10:12 20:06 20:06 Ｚ 30:08 30:08 40:24 40:24 Ｚ 40:36 40:36 50:08 50:08 (72)発明者関守雄広島県呉市阿賀南２丁目10番１号広島県立西部工業技術センター内 (72)発明者梶岡秀広島県呉市阿賀南２丁目10番１号広島県立西部工業技術センター内Ｆターム(参考） 4E087 CB08 ED09 4H104 AA19A BA07A BB17A BB32A BB33A BD01A CA01A CB14A CJ02A DA01A DA02A DA06A EA08A FA06 LA04 PA23 PA48 QA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤滑油から
選ばれる一以上の物質と、二硫化タングステンの微粉末
とを含み、所定形状に固化されてなる固体潤滑剤。
【請求項２】鍛造用材料または金型の表面に擦り付け
て用いる固体潤滑剤であって、脂肪、脂肪酸、ロウ、ま
たは潤滑油から選ばれる一以上の物質と、二硫化タング
ステンの微粉末とを含み、所定形状に固化されてなる固
体潤滑剤。
【請求項３】請求項１または２記載の固体潤滑剤にお
いて、脂肪が、牛脂であることを特徴とする固体潤滑
剤。
【請求項４】請求項１または２記載の固体潤滑剤にお
いて、脂肪酸が、ステアリン酸であることを特徴とする
固体潤滑剤。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか記載の固体潤滑
剤において、脂肪、脂肪酸、ロウ、または潤滑油から選
ばれる一以上の物質を５〜９９重量％、二硫化タングス
テンの微粉末を９５〜１重量％含むことを特徴とする固
体潤滑剤。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか記載の固体潤滑
剤において、二硫化タングステンの粒径が２０Å〜０．
５μｍであることを特徴とする固体潤滑剤。
【請求項７】鍛造用材料または金型の表面を、＃５４
〜＃２２０の粒子でショットブラスト処理した後、請求
項１〜６のいずれか記載の固体潤滑剤を擦り付けること
を特徴とする固体潤滑剤の使用方法。