JP2009095772A - 塑性加工用潤滑液の塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレー方式の塗布装置において、ワークの表面に塑性加工用潤滑液をより一層薄く均一に塗布できるようにする。
【解決手段】塑性加工されるワークＷに塑性加工用潤滑液を塗布する塑性加工用潤滑液の塗布装置１０であって、ワークＷを収容するブース１１と、該ブース１１内に配設され、エア圧によって塑性加工用潤滑液を噴霧するスプレーガン１２と、塑性加工用潤滑液を蓄える潤滑液タンク１３と、前記スプレーガン１２に接続され、前記潤滑液タンク１３からスプレーガン１２へと塑性加工用潤滑液を供給する供給管１５と、前記スプレーガン１２に接続され、該スプレーガン１２に供給された塑性加工用潤滑液のうち噴霧されない余剰の塑性加工用潤滑液を前記潤滑液タンク１３へと戻す戻し管１６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷間鍛造等の塑性加工がなされる金属製のワークに塑性加工用潤滑液を塗布する塑性加工用潤滑液の塗布装置に関するものである。

金属製のワークに冷間鍛造、熱間鍛造、プレス、圧延等の塑性加工を施す際には、金型に倣ってワークが良好に塑性変形するように、ワークの表面に塑性加工用潤滑液を塗布して、ワークの表面に塑性加工用潤滑剤の皮膜を予め形成しておくことが一般的になされている。ここで、ワークに塑性加工用潤滑液を塗布する手法としては、タンクに蓄えられた塑性加工用潤滑液にワークを浸す所謂「ディップ方式」、塑性加工用潤滑液をワークにかけ流す所謂「かけ流し方式」、ワークの表面に塑性加工用潤滑液を噴霧する所謂「スプレー方式」等、適宜の手法がある。

なお、上記背景技術は、この背景技術が記載された文献を挙げるまでもない一般的になされている事項である。

ディップ方式やかけ流し方式では、ワークの表面に塑性加工用潤滑液が厚く付着するため、塑性加工用潤滑剤の薄い皮膜を得ることが困難である。また、ワークの表面に液溜りや液垂れが生じ易く、塑性加工用潤滑剤の均一な皮膜を形成することも困難である。

ここで、ワークの表面に形成された塑性加工用潤滑剤の皮膜が厚過ぎると、塑性加工用潤滑液が無駄に消費されるばかりでなく、塑性加工時のカジリやカス詰まりによって加工不良が生じる場合もある。また、ワークの表面に形成された塑性加工用潤滑剤の皮膜が不均一であると、塑性加工時に変形ムラが生じ易くなる。

なお、ワークに過剰に付着した塑性加工用潤滑液を除去したり、液溜りや液垂れをなくそうとすると、塑性加工用潤滑液を塗布した後、塑性加工用潤滑液が乾燥する前に、エアブローによって余剰な塑性加工用潤滑液を除去するブロー工程が必要となる。

これに対して、スプレー方式は、ディップ方式やかけ流し方式に比して、ワークの表面に塑性加工用潤滑液を薄く均一に塗布することができ、塗布後のブロー工程も必要としないことから、ワークに塑性加工用潤滑液を塗布する手法として好適である。

しかしながら、塑性加工用潤滑剤の皮膜のより一層の薄膜化が要望されているのが現状であるのに対して、スプレー方式の従来の塗布装置は、スプレーガンに圧送された塑性加工用潤滑液を０．２Ｍｐａ以上の高いエア圧で霧化するものであり、多量の塑性加工用潤滑液を噴霧するものであるため、塑性加工用潤滑剤の皮膜のより一層の薄膜化を図ることが困難であった。

なお、スプレー方式の従来の塗布装置において、ニードル弁を絞ることで噴霧量を少なくすることを想定できるが、このようにすると、少量の塑性加工用潤滑液が高速で噴出されるため、噴霧された塑性加工用潤滑液がワークの表面に付着する前に乾燥してしまうといった不具合を生じる。

また、エア圧を低く設定することで噴霧量を少なくすることも想定できるが、この場合には、粒子が粗くなり、塑性加工用潤滑剤の皮膜が厚くなったり不均一になってしまうといった不具合を生じる。しかも、塑性加工用潤滑液は、そもそも金属の表面に付着し易いものであるため、低いエア圧ではノズルが詰まるといった不具合も生じる。特に、近年においては、例えば二液タイプの塑性加工用潤滑液のように複数回の薬液処理を行うことで塑性加工用潤滑剤の皮膜を形成するのではなく、１回の薬液処理によって塑性加工用潤滑剤の皮膜を形成することができる一液タイプの塑性加工用潤滑液が開発されているが、このような一液タイプの塑性加工用潤滑液は、金属表面に非常に付着し易いため、エア圧を低くするとノズルが詰まり易くなる。よって、一液タイプの塑性加工用潤滑液を使用する塗布装置では、エア圧を低く設定することができない。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、スプレー方式の塗布装置において、ワークの表面に塑性加工用潤滑液をより一層薄く均一に塗布できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「塑性加工されるワークに塑性加工用潤滑液を塗布する塑性加工用潤滑液の塗布装置であって、
ワークを収容するブースと、
該ブース内に配設され、エア圧によって塑性加工用潤滑液を噴霧するスプレーガンと、
塑性加工用潤滑液を蓄える潤滑液タンクと、
前記スプレーガンに接続され、前記潤滑液タンクからスプレーガンへと塑性加工用潤滑液を供給する供給管と、
前記スプレーガンに接続され、該スプレーガンに供給された塑性加工用潤滑液のうち噴霧されない余剰の塑性加工用潤滑液を前記潤滑液タンクへと戻す戻し管と
を備えることを特徴とする塑性加工用潤滑液の塗布装置」
である。

上記のように構成された塗布装置では、潤滑液タンクからスプレーガンに供給された塑性加工用潤滑液がエア圧によってスプレーガンから噴霧されるのであるが、スプレーガンに供給された塑性加工用潤滑液の全てが噴霧されるのではなく、一部が噴霧され、残りは潤滑液タンクへと戻される。よって、スプレーガンから噴霧される塑性加工用潤滑液の量は、供給される量よりも少なく、微量となる。

また、このようにスプレーガンに供給された液体の一部を戻すタイプの塗布装置では、噴霧される液体の量が微量であることから、０．１Ｍｐａ以下といった低いエア圧によっても液体を良好に噴霧することができるのであるが、エア圧を低く設定することで、塑性加工用潤滑液を低速で噴霧することができ、塑性加工用潤滑液の粒子が乾燥する前に、塑性加工用潤滑液の粒子をワークの表面に良好に付着させることができる。しかも、微量な塑性加工用潤滑液を低いエア圧で噴霧すると、霧化された塑性加工用潤滑液の粒子を非常に微細な粒子とすることができる。

従って、上記構成の塗布装置によれば、低いエア圧で微量の塑性加工用潤滑液を噴霧することができることから、ワークの表面に塑性加工用潤滑液を薄く均一に塗布することができる。

本発明に係る塗布装置の好適な例は、
「上記手段において、
前記塑性加工用潤滑液は、一液タイプの塑性加工用潤滑液である
ことを特徴とする塑性加工用潤滑液の塗布装置」
である。

一液タイプの塑性加工用潤滑液を使用するスプレー方式の従来の塗布装置では、低いエア圧で塑性加工用潤滑液を噴霧するとノズル詰まりが生じ易くなることは前述の通りであるが、本発明に係る塗布装置は、スプレーガンに供給された塑性加工用潤滑液の一部を潤滑液タンクに戻すものであり、微量な塑性加工用潤滑液を噴霧するものである。よって、低いエア圧によっても、ノズル詰まりが生じ難く、一液タイプの塑性加工用潤滑液を使用する塗布装置として良好に適用することができる。

また、本発明に係る塗布装置の好適な例は、
「上記手段において、
前記塑性加工用潤滑液は、水系塑性加工用潤滑液であり、
湯水（湯または水）を蓄える湯水タンクと、
該湯水タンクに接続された湯水管と、
前記潤滑液タンクに接続された潤滑液管と、
前記供給管と前記潤滑液管及び前記湯水管との間に介在され、前記供給管の連通状態を前記潤滑液管と連通する状態または前記湯水管と連通する状態に切換える切換弁と
備えることを特徴とする塑性加工用潤滑液の塗布装置」
である。

本発明に係る塗布装置は、ノズル詰まりが生じ難いものではあるが、長期の使用により、やはりノズル詰まりが生じる虞がある。よって、スプレーガン内の流路を洗浄することが好ましい。そこで、上記構成では、供給管からスプレーガンに供給される液体を、湯水タンクの湯水に切換えることで、湯水によってスプレーガンを洗浄することができるようにしている。

ところで、塑性加工用潤滑液が油系の塑性加工用潤滑液である場合に、スプレーガンの洗浄に湯水（湯または水）を用いると、洗浄に用いた水分が油系の塑性加工用潤滑液が混入してしまう。そこで、上記構成では、水系塑性加工用潤滑液を使用する塗布装置を対象としている。水系塑性加工用潤液は、そもそも希釈液として水を用いるものであるため、洗浄に用いた水分が混入しても、何らの支障も生じない。

上述した通り、本発明によれば、スプレー方式の塗布装置において、ワークの表面に塑性加工用潤滑液をより一層薄く均一に塗布できる。

本発明に係る塑性加工用潤滑液の塗布装置の実施形態としての一例を、以下、図面に従って詳細に説明する。

図１に、潤滑剤皮膜形成装置１の概略を示す。ここで、潤滑剤皮膜形成装置１は、冷間鍛造等の塑性加工が施される金属製のワークの表面に塑性加工用潤滑剤の皮膜を形成する装置であり、本発明に係る塗布装置が組込まれたものである。具体的に、潤滑剤皮膜形成装置１は、搬入ステージ２、洗浄ステージ３、ブローステージ４、潤滑液塗布ステージ５、乾燥ステージ６及び搬出ステージ７といった適宜の工程を行う複数のステージを備えており、潤滑液塗布ステージ５に、本発明に係る塗布装置が組込まれている。

また、図示は省略するが、潤滑剤皮膜形成装置１は、ワークを保持する複数の保持具を備えており、各保持具を所定間隔で環状に配置すると共に周回状に移動させる（図１の矢印参照）ことで、保持具に保持されたワークを各ステージに、順次、搬送するものである。

なお、保持具としては、単体のワークを把持するクランプを備えたもの、単体のワークを吊下げるフックを備えたもの、単体のワークを抱持するホルダーを備えたもの、単体のワークを載せるテーブルを備えたもの、複数のワークを入れるバケットを備えたもの等、適宜のものを用いることができる。

次に、潤滑剤皮膜形成装置１の各ステージの概略を説明する。

搬入ステージ２は、潤滑剤皮膜形成装置１にワークを投入するステージであり、後述する搬出ステージ７から移動してきた空の保持具に、順次、ワークを保持させるステージである。

洗浄ステージ３は、湯水（湯または水）によってワークの表面を洗浄するステージであり、ワークに上方及び下方から湯水をシャワーのようにかけ流したり、吹付けることでワークを洗浄する。

ところで、ワークに塑性加工用潤滑液を塗布する際には、ワークが４０〜６０℃に加熱されていると、塑性加工用潤滑液がワークの表面に薄く均一に付着する。また、付着した塑性加工用潤滑液の乾きも早くなる。よって、洗浄ステージ３では、湯水として、６０〜８０℃の湯を用い、洗浄を良好に行うことができるばかりでなく、ワークを加熱することができることとしている。よって、この潤滑剤皮膜形成装置１では、洗浄ステージ３を、ワークを加熱する加熱ステージとして捉えることもできる。

ブローステージ４は、洗浄したワークの表面に付着した湯水をエアーブローによって除去するステージである。ここで、加熱されたワークが冷めないように、３０〜８０℃の温風によってエアーブローを行うことが好適である。

潤滑液塗布ステージ５は、本発明に係る塗布装置によって、ワークに塑性加工用潤滑液を塗布するステージである。なお、塗布装置の詳細については、後述することとする。

乾燥ステージ６は、ワークに塗布された塑性加工用潤滑液を乾燥させるステージであり、３０〜８０℃の温風をワークの上方及び下方から吹き付けることで、ワークに塗布された塑性加工用潤滑液を乾燥させる。これにより、ワークの表面に塑性加工用潤滑剤の皮膜が形成される。

搬出ステージ７は、表面に塑性加工用潤滑剤の皮膜が形成されたワークを潤滑剤皮膜形成装置１から取出すステージであり、搬出ステージ７に搬送されてきたワークは、この搬出ステージ７にて保持具から取外される。

次に、図２及び図３に基づいて、潤滑液塗布ステージ５に組込まれた塗布装置１０の詳細を詳細に説明する。

塗布装置１０は、ブローステージ４から搬送されてきた（図２における矢印Ａ参照）ワークＷを収容するブース１１を備えており、塑性加工用潤滑液が塗布されたワークＷは、ブース１１から次の乾燥ステージ６へと搬送される（図２における矢印Ｂ参照）。

本例においては、複数個（図示では３個）のワークＷを１セットして、１セットのワークＷを、所定時間、ブース１１内で停留させて塗布処理をした後に、１セットのワークＷをまとめて次の乾燥ステージ６へと搬送する例を示すが、これに限らず、ブローステージ４から乾燥ステージ６までのワークＷをブース１１内にて停留させずに連続的に移動させてもよい。また、ブース１１内において、ワークＷの移動方向の上流側から下流側の複数の箇所にて個々のワークＷを一時的に停留させてもよい。換言すれば、ブース１１内において、個々のワークＷを、所定時間間隔で断続的に、順次、移動させてもよい。

また、塗布装置１０は、塑性加工用潤滑液を蓄える潤滑液タンク１３と、湯水（湯または水）を蓄える湯水タンク１８と、潤滑液タンク１３に蓄えられた塑性加工用潤滑液または湯水タンク１８に蓄えられた湯水を噴霧するスプレーガン１２とを主に具備してなるものである。

なお、本例の塗布装置１０においては、塑性加工用潤滑液として、一液タイプの水系塑性加工用潤滑液が使用される。そして、潤滑液タンク１３に蓄えられた塑性加工用潤滑液は、水によって希釈されており、均一な塑性加工用潤滑液が塗布されるように、塗布装置１０の稼動中は、常時、攪拌機１７によってかき混ぜられている。

湯水タンク１８内に蓄えられた湯水は、ヒータ２０によって４０〜６０℃に加熱・保温される。また、潤滑液タンク１３は、湯水タンク１８内に収容されており、潤滑液タンク１３に蓄えられた塑性加工用潤滑液は、湯水タンク１８内の湯水によって加熱・保温される。なお、潤滑剤皮膜形成装置１においては、前述のように洗浄ステージ３にて湯水が使用されるのであるが、この洗浄ステージ３にて使用される湯水のタンクとして、塗布装置１１の湯水タンク１８を兼用することとしてもよい。換言すれば、洗浄ステージ３で使用される湯水のタンクを、塗布装置１０の湯水タンク１８として兼用することとしてもよい。また、潤滑液タンク１３を、湯水タンク１８内に収容せずに、湯水タンク１８とは独立した個別のタンクとしてもよい。

スプレーガン１２には、供給管１５の一端及び戻し管１６の一端が接続されている。そして、供給管１５の他端は、三方弁を用いて構成された切換弁２８を介して、潤滑液タンク１３に接続された潤滑液管１４、及び、湯水タンク１８に接続された湯水管１９の双方に接続されている。また、戻し管１６の他端は、潤滑液タンク１３の上方に開放されている。

スプレーガン１２から塑性加工用潤滑液を噴霧させる場合には、切換弁２８を操作して、供給管１５と潤滑液管１４とを連通させ、潤滑液タンク１３に蓄えられた塑性加工用潤滑液をポンプ２１によって圧送してスプレーガン１２へと供給する。スプレーガン１２には、図示省略するコンプレッサーから圧縮空気が送られており、図４に示すように、エア圧（矢印Ｃ）によって、供給管１５から供給された塑性加工用潤滑液（矢印ａ）がノズルから噴霧される。また、ノズルから噴霧されない余剰の塑性加工用潤滑液（矢印ｂ）は、戻し管１６を通じて、潤滑液タンク１３に戻される。

ここで、本例では、スプレーガン１２のノズルのニードル穴を直径０．８〜１．２ｍｍの微細な穴とし、０．０７Ｍｐａ以下の低いエア圧によって、５〜５０ｃｃ／分といった微量な塑性加工用潤滑液を噴霧することとしてある。よって、噴霧される塑性加工用潤滑液は、微細な粒子のミスト状となり、ワークＷに薄く均一に付着する。また、エア圧が低いため、噴霧された塑性加工用潤滑液の粒子の噴出速度は遅く、塑性加工用潤滑液の粒子は早期に乾燥することなく、ワークＷの表面に良好に付着する。さらに、スプレーガン１２に供給された塑性加工用潤滑液の一部が噴霧されるだけであり、噴霧量が微量であるため、低いエア圧によってもノズル詰まりが生じ難い。しかも、スプレーガン１２内の流路においては、塑性加工用潤滑液の供給側の流路と戻し側の流路とが対向すると共に互いに水平に設けられており、流路内にて液溜りが生じ難く、詰まりが生じ難い構造となっている。

なお、図示は省略するが、スプレーガン１２は、内部に周知のニードル弁を具備するものであり、ニードル弁のニードルを進退操作することで、噴霧量を調節することができるものである。

一方、スプレーガン１２内の流路を洗浄する場合には、切換弁２８を操作して、供給管１５と湯水管１９とを連通させ、湯水タンク１８に蓄えられた湯水をポンプ２１によって圧送してスプレーガン１２へと供給すればよい。ここで、スプレーガン１２から噴霧されない湯水は、戻し管１６を通じて潤滑液タンク１３に流入するのであるが、塑性加工用潤滑液は水系であるため、水が混入しても何らの支障も生じない。

ところで、スプレーガン１２は、塑性加工用潤滑液をミスト状に噴霧するものであり、本例の塗布装置１０によれば、ブース１１内において、塑性加工用潤滑液の粒子を靄（モヤ）のようにゆっくりと漂わせることができる。よって、ワークＷがブース１１内を通過するだけでも、ワークＷの表面に塑性加工用潤滑液の粒子が付着するため、ブース１１内において、スプレーガン１２を固定的に配置してもよいが、本例では、ワークＷの一つあたりに、上方及び下方の少なくとも二つのスプレーガン１２を、その向きを変更自在に設けてある。これにより、ワークＷがフランジや内径面等を有する複雑な形状のものであっても、上方及び下方の双方からワークＷの適宜の部位に向けて塑性加工用潤滑液の粒子を吹付けることができ、ワークＷの全面に塑性加工用潤滑液を良好に塗布することができる。また、ワークＷを保持する保持具を、適宜の駆動手段によってブース１１内にて回転させることで、塑性加工用潤滑液の塗布時にワークＷ自体が回転するようにしてもよい。これにより、ワークＷの表面に塑性加工用潤滑液を、より一層、均一に塗布することができる。

ブース１１には、排気ダクト２２が設けられている。この排気ダクト２２は、ファン２６によってブース１１内の空気を外部へと排出するものであるが、排気ダクト２２内には、入口側から、多数のスリットが設けられた板や網等により構成されたエリミネータ２３、一次フィルター２４及び二次フィルター２５が、順次、配設されている。そして、エリミネータ２３には、回収管２７の一端が接続されており、回収管２７の他端は、潤滑剤タンク１３の上方に開放されている。

エルミネータ２３は、塑性加工用潤滑液の粒子を付着させて液状に戻すものであり、液状に戻った塑性加工用潤滑液は、回収管２７を通じて、潤滑剤タンク１３へと戻される。また、エルミネータ２３によって回収しきれなかった塑性加工用潤滑液は、一次フィルター２４及び二次フィルター２５によって濾し取られるため、排気ダクト２２から排出される空気は、塑性加工用潤滑液を含まないクリーンな空気となる。

また、ブース１１の下部は、潤滑液タンク１３の上方に開放されており、ブース１１の内面に付着した塑性加工用潤滑液は、ブース１１の内面を滴下して、潤滑液タンク１３へと戻るように構成されている。

ところで、排気ダクト２２は、ブース１１の適宜部位に配置することができるものであるが、ブース１１の上部に配置すると、エルミネータ２３に付着した塑性加工用潤滑液が回収し難く、また、エルミネータ２３に付着した塑性加工用潤滑液がワークＷに滴下するいった不具合を生じる可能性がある。

よって、本例では、ブース１１の側部に排気ダクト２２を設けることで、エルミネータ２３に付着した塑性加工用潤滑液を回収し易くし、また、エルミネータ２３に付着した塑性加工用潤滑液がワークＷに滴下することのないようにしている。また、特に本例では、スプレーガン１２をワークＷの前方に配置しているのに対して、排気ダクト２２をワークＷの後方に配置している。これにより、スプレーガン１２から噴霧された塑性加工用潤滑液の粒子の流れを、水平方向でワークＷを包み込むような流れとすることができ、塑性加工用潤滑液をワークＷの外面に良好に付着させることができる。

潤滑剤皮膜形成装置の概略を示すブロック図である。 本発明に係る塗布装置の一例を示す概略正面図である。 図２に示した塗布装置の概略右側面図である。 スプレーガンのノズル部分の断面図である。

符号の説明

１ 潤滑剤皮膜形成装置
２ 搬入ステージ
３ 洗浄ステージ
４ ブローステージ
５ 潤滑液塗布ステージ
６ 乾燥ステージ
７ 搬出ステージ
１０ 塗布装置
１１ ブース
１２ スプレーガン
１３ 潤滑液タンク
１４ 潤滑液管
１５ 供給管
１６ 戻し管
１７ 攪拌機
１８ 湯水タンク
１９ 湯水管
２０ ヒーター
２１ ポンプ
２２ 排気ダクト
２３ エルミネータ
２４ 一次フィルター
２５ 二次フィルター
２６ ファン
２７ 回収管

Claims (3)

1. 塑性加工されるワークに塑性加工用潤滑液を塗布する塑性加工用潤滑液の塗布装置であって、
   ワークを収容するブースと、
   該ブース内に配設され、エア圧によって塑性加工用潤滑液を噴霧するスプレーガンと、
   塑性加工用潤滑液を蓄える潤滑液タンクと、
   前記スプレーガンに接続され、前記潤滑液タンクからスプレーガンへと塑性加工用潤滑液を供給する供給管と、
   前記スプレーガンに接続され、該スプレーガンに供給された塑性加工用潤滑液のうち噴霧されない余剰の塑性加工用潤滑液を前記潤滑液タンクへと戻す戻し管と
   を備えることを特徴とする塑性加工用潤滑液の塗布装置。
2. 前記塑性加工用潤滑液は、一液タイプの塑性加工用潤滑液である
   ことを特徴とする請求項１に記載の塑性加工用潤滑液の塗布装置。
3. 前記塑性加工用潤滑液は、水系塑性加工用潤滑液であり、
   湯水（湯または水）を蓄える湯水タンクと、
   該湯水タンクに接続された湯水管と、
   前記潤滑液タンクに接続された潤滑液管と、
   前記供給管と前記潤滑液管及び前記湯水管との間に介在され、前記供給管の連通状態を前記潤滑液管と連通する状態または前記湯水管と連通する状態に切換える切換弁と
   備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塑性加工用潤滑液の塗布装置。

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