JP2019063856A - 金属部材の製造方法、及び金属部材 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な工程を必要とせず、被加工材の脱脂予定部の表面の一部にも凹凸筋パターンを付与することができる金属部材の製造方法を提供する。【解決手段】金型を用いて金属板又は金属管に加工を施す金属部材の製造方法であって、上記金型は、上記金属板又は金属管に接触する面の少なくとも一部に突起部を有し、上記金型に対して上記金属板又は金属管が摺動することにより金属板又は金属管の脱脂予定部の表面に凹凸筋パターンが形成される工程を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。【選択図】図８

Description

本発明は潤滑油、防錆油等の表面に付着した油脂を除去しやすい金属部材の製造方法、及び金属部材に関する。

金属部材には、製造工程または使用の際、潤滑油また防錆油等の油脂を表面に付すことが一般的に行なわれているが、その後にめっき処理、塗装または溶接等を施すために、表面に付着した油脂を除去する作業すなわち「脱脂」が必要になる場合が多い。

金属部材の表面の脱脂には、有機溶媒による油脂の溶解除去の方法、苛性ソーダ等で処理し鹸化反応を利用して水洗除去する方法等の化学的方法、あるいはブラスト処理による油脂の機械的除去の方法等があるが、金属部材の表面に過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱して金属部材の表面の油脂を蒸発除去させる物理的方法も知られている。

金属部材の脱脂の方法として、特許文献１には、平均粒径が１０μｍ〜１０ｍｍの球形、比重２．０〜１２．０、モース硬度で３．０以上である熱硬化性樹脂の投射材を圧縮空気で噴射する方法により、金属板や樹脂材料などの固体表面にダメージを与えることなく、表面に付着した油脂成分を効率良く除去できる方法が開示されている。

また、特許文献２には、金属帯の表面を火炎で加熱させるかまたは金属帯の表面に火炎を直接接触させて油分をガス化させることを特徴とする金属帯の脱脂洗浄方法が開示されている。その際の燃焼する混合ガスの空燃比を調節して、酸化性火炎を生じさないようにして、金属帯の表面に酸化スケールが生じないように工夫している。

次に、視点を変えて、金属表面の形状を制御する方法の発明として、特許文献３には、ロール表面にサンドブラスト処理で微細凹凸パターンを形成し焼き入れした鍛造ロールを用いて、そのロール表面を被転写体である金属円筒体あるいは金属円柱体に押圧・転動して、金属円周面に微細凹凸パターンを転写する方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、電池缶形成材料となる鋼板あるいはメッキ鋼板に凹凸模様を賦形しておき、プレス加工時に周壁内面となるように配置し、加工後においても凹凸模様を残存させる方法が開示されている。

特開２００４−１２０４号公報 特開平７−２４３０７０号公報 特開平１０−１０４９８８号公報 特開２００１−１６７７４２号公報

前記の特許文献１または２のような従来の金属部材の表面の脱脂方法においては、脱脂される金属部材の初期の表面性状に着目したものはない。特許文献１に記載された発明では、塗料の再塗装のために、投射材により脱脂した後の望ましい表面粗さについて規定しているが、脱脂前の表面粗さについては言及していない。すなわち、脱脂前位の金属部材の表面の１０〜１０００μｍレベルの微細形状が脱脂性に与える影響は明らかではなかった。

また、一方で、金属部材の表面に１０〜１０００μｍレベルの微細凹凸形状を制御して付与したい場合、従来の方法によりパターンを形成する場合では、パターン形成のための特別な工程が必要となったり、素材のすべての面にパターンを形成する必要が生じたりし、加工中に被加工材の特定の表面に本発明のように異方性のある微細な凹凸筋パターンを、簡便な方法で形成する方法が探求されていなかった。

本発明は、金属部材表面に過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱して油脂を蒸発除去させる脱脂の物理的方法の作業効率および完全性を向上させることに寄与する、脱脂する対象の金属表面の１０〜１０００μｍレベルの微細形状の制御方法であって、特別な工程を必要とせず、被加工材の表面の一部にも凹凸筋パターンを付与することができる金属部材の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、金属部材表面に過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱して油脂を蒸発除去させる脱脂の物理的方法では、金属部材の表面の微細な凹凸の状態が脱脂の作業性および脱脂の完全性に影響を与えることを見出した。

すなわち、最終製品の品質に悪影響を与えない範囲で、金属部材の表面の１０〜１０００μｍレベルの異方性のある微細な凹凸筋パターンを制御して施すことで、具体的には、ＩＳＯ ２５１７８−２で規定される表面性状の等方性、異方性を表すパラメータＳｔｒが０．３以下、望ましくは０．２以下の凹凸筋パターンを施すことで、その金属部材表面に、前記凹凸筋パターンの微細溝の長手方向に過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱して油脂を蒸発除去させる脱脂の物理的方法の作業効率および脱脂の完全性が向上することを見出した。

本発明者らは、金属部材の表面の１０〜１０００μｍレベルの微細な凹凸を制御し、Ｓｔｒを０．３以下とする具体的方法として、金属部材の構成体である金属板又は金属管のプレス加工中に、表面の必要な箇所に微細な凹凸筋パターンを付与する方法を検討し、本発明を成した。その要旨は以下のとおりである。

（１）金型を用いて金属板又は金属管の脱脂予定部に加工を施す金属部材の製造方法であって、上記金型は、上記金属板又は金属管に接触する面の少なくとも一部に突起部を有し、上記金型に対して上記金属板又は金属管が摺動することにより金属板又は金属管の脱脂予定部の表面に凹凸筋パターンが形成される工程を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。

（２）前記凹凸筋パターンが形成された金属部材の面のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする前記（１）の金属部材の製造方法。

（３）前記凹凸筋パターンの形成が、前記金属板のプレス加工と同時に行われることを特徴とする前記（１）又は（２）の金属部材の製造方法。

（４）前記凹凸筋パターンの形成が、前記金属管の成形加工と同時に行われることを特徴とする前記（１）又は（２）の金属部材の製造方法。

（５）前記金型が、前記金属板又は金属管と摺動する面に、高さ１０〜１００μｍ、間隔５０〜１０００μｍの突起パターンを有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかの金属部材の製造方法。

（６）脱脂予定部の表面の少なくとも一部にＳｔｒが０．３以下となる凹凸筋パターンが形成されたことを特徴とする金属部材。

本発明によれば、特別な工程を設けることなく、金属部材表面に過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱して金属部材表面の油脂を蒸発除去させる物理的方法に適し、脱脂の作業効率および脱脂の完全性が向上することに適した、表面に微小なパターンを有する金属部材を製造することができる。

絞り加工においてブランクホルダーとダイに挾持された金属板が摺動される例を説明する図である。 曲げ加工においてパンチとパッドに挾持された金属板が摺動される例を説明する図である。 スタンピング成形やリストライクにおいて上型と下型に挾持された金属板が摺動される例を説明する図である。 回転引き曲げにより曲げが施される金属管が圧力型に対して摺動される例を説明する図である。 拡管成形により金属管がパンチに対して摺動される例を説明する図である。 本発明の効果を確認するための実施例について説明する図である。 本発明の効果を確認するための実施例で用いた金型について説明する図である。 本発明により凹凸筋パターンが付与された鋼板である。

本発明の金属部材の製造方法は、金型に微細な突起を設け、プレス加工において被加工材である金属板や金属管が摺動される位置に凹凸筋パターンを付与することを特徴とする。

突起の配列や付与するパターンの形状は特に限定されるものではないが、本発明においては、金属板や金属管が摺動される際にパターンを付与するため、溝状の凹凸筋パターンを付与するのに適している。

たとえば、図１に示すような絞り加工について考える。ブランクホルダー１３とダイ１４に挾持された金属板１１に、パンチ１２で圧力を加えることにより、金属板１１が凹状に加工される。

この時、金属板１１のブランクホルダー１３とダイ１４に挾持された部分は、ブランクホルダー１３、ダイ１４によって板厚方向に面圧を受け、金属板１１が変形する際に、摺動される。本発明においては、この金属板１１が摺動される箇所のブランクホルダー１３及び／又はダイ１４の表面（たとえば、図１中の斜線部分）に微小な突起を設けることにより、摺動される金属板１１の表面にパターンを形成する。

金型に設ける突起の大きさや配置は、形成するパターンに応じて適宜決めることができる。たとえば、金属板又は金属管と摺動する面に、高さ１０〜１００μｍ、間隔５０〜１０００μｍの突起パターン形成することができる。

この例の場合、金属板が摺動される方向に沿って、金属板の表面に、たとえば、表面性状のアスペクト比（Ｓｔｒ）が０．３以下となるような規則的な凹凸筋パターンを設けることができる。Ｓｔｒは、ＩＳＯ ２５１７８−２で規定される表面性状の等方性、異方性を表すパラメータであり、０に近い場合は筋目などが有り、１に近い場合は表面が方向に依存しないことを示す。

この方法によれば、プレス加工により金属板１１が絞り加工される際に、同時に摺動される金属板１１の表面に規則的なパターンを付与することが可能なので、特別な工程を必要としない。また、金型に突起部を設ける位置を特定の位置とすることにより、金属板１１の一部のパターンを付与することも可能である。

また、ブランクホルダー１３とダイ１４に挾持された部分に凹凸筋パターンを付与する場合は、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることでブランクホルダー面を定隙間管理することができるので、任意の溝深さの凹凸筋パターンを付与することができる。また、クッション圧制御により、任意の面圧に制御することが可能である。

図２の曲げ加工ように、金属板２１がパンチ２２とパッド２３により挾持される場合は、パンチ２２及び／又はパッド２３に突起部を設け、摺動させることで凹凸筋パターンを付与することができる。パッドも、ブランクホルダーの場合と同様に、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることで定隙間管理が可能である。

図３に示すスタンピング成形やリストライクのように、金属板３１が上型３２と下型３３により挾持される場合には、上型３２及び／又は下型３３に突起部を設けることにより、上型３２と下型３３により挟まれた金属板３１が摺動される箇所に凹凸筋パターンを形成することができる。この場合も、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることにより、任意の凹凸深さを付与することができる。

本発明の金属部材の製造方法は、金属管を成形加工する際にも適用できる。

たとえば、金属管の回転引き曲げの場合、圧力型に突起を付与することにより、圧力型と摺動される金属管の表面に凹凸筋パターンを付与することができる。

図４に示すように、金属管の回転引き曲げは、金属管４１の外周面に備えられた曲げ型４２及び把持型４３で金属管を把持し、圧力型４４によって金属管を曲げ型方向に押圧しながら曲げ型及び把持型を回転駆動し、金属管を伸ばしながら屈曲させる。このとき、金属管４１は圧力型４４に対して摺動するので、圧力型４４の金属管４１と接触する面に突起を付与することにより、金属管の表面に凹凸筋パターンを付与することができる。

金型位置は定隙間管理が可能なので、任意の溝深さの凹凸筋パターンを付与することができる。また、通常の圧力型による加圧は１〜１０ＭＰａ程度であるので、本発明に好適である。

図５に示す拡管成形の場合にも本発明の金属部材の製造方法を適用できる。この場合は、パンチ５２に突起部を設けることによって、金属管５１が摺動される位置に凹凸筋パターンを付与することができる。

本発明により製造される金属部材の被加工材である金属板や金属管は特に限定されない。たとえば、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を用いることができる。

以下、本発明の効果を確認するための簡単な実施例について説明する。本発明はこの例に限定されるものではない。前述の説明から明らかなように、本発明の目的を達成できる範囲で、種々の条件が採用可能である。

図６に示すように、ブランク６１に工具鋼製の金型６２ａ、６２ｂを押付け、チャック６３で引き抜くことにより摺動させた。ブランク６１には、板厚１．０ｍｍ、引張強度９８０ＭＰａ級の表面がダル仕上げの高張力鋼板を用いた。金型６２ａのブランク６１と摺動する面には、図７に示すように突起部を設けた。突起部は高さ０．１０ｍｍ、直径０．１０ｍｍとし、突起間の間隔が０．８０ｍｍの正三角形配置となるようにした。

金型６２ａを２．９ＭＰａの面圧でブランク６１に押付け、３００ｍｍの長さを１００ｍｍ／ｍｉｎで引き抜いた。その結果、図８に示されるように、０．３５ｍｍ間隔で凹状の溝を有する凹凸筋パターンがブランク６１の表面に形成されたことが確認できた。図８の（ａ）は凹凸筋パターンが形成されたブランク６１の外観であり、（ｂ）は凹凸筋パターンの拡大図である。

こうして得た凹凸筋パターンがついた表面をＩＳＯ ２５１７８−２に従って、Ｓｔｒを求めると、０．１７であった。

［実施例１］
この凹凸筋パターンがついた表面状態のブランクを水平に置き、沸点が３００〜４００℃のパラフィン系鉱油を、３〜６ｍｇ／ｍ^２塗布した。この鉱油が塗布されたブランクの凹凸筋パターンがついた表面に、上から見て凹凸筋パターンの溝の長手方向と平行で水平方向から見て入射角３０〜４５°で、内径３０ｍｍのノズルから３８０〜４００℃の過熱水蒸気を吹き付けた。

過熱水蒸気の噴射圧力は１００ｋＰａ、ノズル先端からブランクの凹凸筋パターンがついた表面までの最短距離は５０〜７０ｍｍとした。吹き付け時間は、１〜２秒間とした。表面に塗布された鉱油は、表面の凹凸筋パターンの溝の長手方向に優先的に吹き飛び、過熱水蒸気が当った部分の中心部は完全に油分が消え脱脂が完了していた。なお、脱脂されたか否かの判定は、常温に冷えた後に、ブランク表面に水をまいて弾くか否かを目視で判断することにより行なった。

比較例として、前記金型６２ａによる摺動をする前の受け入れままの同じブランク板を用いて、前記実施例と同じ条件で鉱油の塗布及び過熱水蒸気を吹き付ける試験をし、脱脂状況を確認したところ、過熱水蒸気が当った部分の中心部は水をわずかに弾くのが観察され、脱脂が完全に終わっていなかった。

［実施例２］
次に、実施例１と同じブランクを水平に置き、沸点が３００〜４００℃のパラフィン系鉱油を、３〜６ｍｇ／ｍ^２塗布した。この鉱油が塗布されたブランクの上に、板厚２．０ｍｍで表面が２Ｂ仕上げのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を載せ、その上から、市販の手持ちの家庭用カセットガスボンベトーチバーナーでバーナーの炎がステンレス鋼板の１箇所に当るように加熱した。

その加熱場所には予め熱電対の先端を抵抗溶接で貼っておき、熱電対の温度が４５０℃に達したら、加熱を止めて、ステンレス板を除き、ステンレス板の加熱した部分の真下のブランクの脱脂状況を確認した。表面に塗布された鉱油は、表面の凹凸筋パターンの溝の長手方向に優先的に吹き飛び、前記ステンレス鋼板加熱部の真下の中心部は完全に油分が消え脱脂が完了していた。なお、脱脂されたか否かの判定は、常温に冷えた後に、ブランク表面に水をまいて弾くか否かを目視で判断することにより行なった。

比較例として、前記金型６２ａによる摺動をする前の受け入れままの同じブランク板を用いて、前記実施例と同じ条件で鉱油の塗布及び過熱水蒸気を吹き付ける試験をし、脱脂状況を確認したところ、過熱水蒸気が当った部分の中心部は水をわずかに弾くのが観察され、脱脂が完全に終わっていなかった。

実施例１、実施例２の結果から、異方性のある凹凸筋パターンを成形させた表面の筋パターンの溝の長手方向に３８０〜４００℃の過熱水蒸気を吹き付けること、または、表面の筋パターンがある部分にステンレス鋼板を上においた状態でスポット加熱しても、短時間で、過熱水蒸気を吹き付けた部分またはステンレス鋼板を上においてスポット加熱した部分の真下の部分に付着していた油脂が完全に飛散し、効率的に脱脂が完了することがわかった。

本発明の金属材の表面形状が、脱脂に適している機構の詳細は不明であるが、過熱水蒸気又は金属材の部分加熱によって、表面に付着した油脂が沸点付近または沸点以上となって蒸発・気化する際に、過熱水蒸気の気流または、気化した油自身の圧力により生じた気流が、異方性のある凹凸の溝の方向に沿って流動することで、方向性を持って効率的に金属材表面から離散することができるためと、考えられる。

すると、実施例１及び２で使用した引張強度９８０ＭＰａ級の高張力鋼板に限られず、汎用の金属板に対しても、実施例と同じ凹凸筋パターンの表面状態にすれば、潤滑油、防錆油等のその表面に付着した油脂を、過熱水蒸気を吹き付ける、または金属部材表面を部分加熱することで除去しやすい金属板が得られると考えられる。

１１ 金属板
１２ パンチ
１３ ブランクホルダー
１４ ダイ
２１ 金属板
２２ パンチ
２３ パッド
２４ ダイ
３１ 金属板
３２ 上型
３３ 下型
４１ 金属管
４２ 曲げ型
４３ 把持型
４４ 圧力型
５１ 金属管
５２ パンチ
６１ ブランク
６２ａ，６２ｂ 金型
６３ チャック

Claims (6)

1. 金型を用いて金属板又は金属管の脱脂予定部に加工を施す金属部材の製造方法であって、
   上記金型は、上記金属板又は金属管に接触する面の少なくとも一部に突起部を有し、
   上記金型に対して上記金属板又は金属管が摺動することにより金属板又は金属管の脱脂予定部の表面に凹凸筋パターンが形成される工程
   を含むことを特徴とする金属部材の製造方法。
2. 前記凹凸筋パターンが形成された金属部材の面のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の製造方法。
3. 前記凹凸筋パターンの形成が、前記金属板のプレス加工と同時に行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属部材の製造方法。
4. 前記凹凸筋パターンの形成が、前記金属管の成形加工と同時に行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属部材の製造方法。
5. 前記金型が、前記金属板又は金属管と摺動する面に、高さ１０〜１００μｍ、間隔５０〜１０００μｍの突起パターンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属部材の製造方法。
6. 脱脂予定部の表面の少なくとも一部にＳｔｒが０．３以下となる凹凸筋パターンが形成されたことを特徴とする金属部材。