JP4008999B2

JP4008999B2 - 抽伸加工用潤滑油

Info

Publication number: JP4008999B2
Application number: JP1602198A
Authority: JP
Inventors: 昭則土屋; 主税佐伯; 公三佐伯; 哲也山本
Original assignee: 株式会社コベルコマテリアル銅管
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH11193390A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアコン及び冷蔵庫等の熱交換器に使用される伝熱管を製造する際に行われる抽伸加工用の潤滑油に関し、特に、潤滑性及び焼付き防止性が高く抽伸加工後に施される焼鈍後の残油及びその他の炭化物等の残渣が低減された抽伸加工用潤滑油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアコン及び冷蔵庫等の熱交換器に使用される伝熱管として、加工性、伝熱性、施工性及び耐食性の点から焼鈍により軟化された長尺のコイル状銅又は銅合金管（以下、銅及び銅合金を総称して銅という）が使用されている。
【０００３】
このような銅管は、潤滑油を素管の内面及び外面に塗布してこの素管を抽伸加工した後コイル状に巻取り、５００℃以上の還元性雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱焼鈍することにより製造されている。抽伸加工の際に使用される潤滑油としては、従来、主として、ポリブテン等の炭化水素に脂肪酸エステル又は低級イソパラフィン等を添加して粘度を調節したものが使用されている。そして、素管に塗布された潤滑油は除去されずに焼鈍炉内で５００℃程度まで加熱され熱分解される。
【０００４】
しかし、工業生産されたポリブテン等の炭化水素は極めて広範囲の分子量分布を有しているので、５００℃程度での数１０分間程度の加熱では完全に熱分解しないことがある。また、常温では気化しない成分が生成されることもある。
【０００５】
また、単に潤滑油が塗布された素管を加熱して潤滑油を除去しようとする場合、コイル長が極めて長い場合又は管径が極めて小さい場合には、気化した成分が完全に管外に排出されず、その後の冷却工程において気化した成分が凝縮し管内に残油及び残渣が生成することがある。
【０００６】
近時、環境保全のためにフロンガスの使用が規制されており、冷凍空調機に使用される冷媒は従来のハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）系冷媒及びクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）系冷媒から塩素が含有されていないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒に変更されつつある。
【０００７】
しかし、ＨＦＣ系冷媒と炭化水素系の油との相溶性は低いので、銅管内に油分を残留させたままエアコン又は冷蔵庫等の熱交換器を製造すると、使用中に管内の残油が冷凍システムの運転に支障をきたしたり、汚染物によるキャピラリの目詰まり等の問題が生じることがある。
【０００８】
更に、長尺コイル状の銅管内の残油は、エアコン又は冷凍庫等の組立工程中のろう付け時にガスを発生させたり炭化物を生成して、ろう付け性の低下を引き起こす原因ともなっている。
【０００９】
このため、銅管内の残油を低減する方法が検討されている。この残油低減方法としては、焼鈍炉に排気ポンプを連結して加熱焼鈍時に焼鈍炉内を排気することにより銅管内に発生したガスを吸引除去するか、又は真空室内において銅管内に発生したガスを吸引除去する方法が実施されている。また、加熱焼鈍時に窒素又は不活性ガスにより銅管内をパージする方法が提案されている（特開平６−２７９８６０号公報、特開平７−１９７２８３号公報）。更に、この双方を組み合わせることにより管内面の残油を低減することができることが公知である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の残油低減方法においては、設備の改造が必要となると共に、連続的にガスを流入することによりコストが上昇し生産性が低下するという問題点がある。
【００１１】
更に、潤滑油の動粘度、粘度調整剤又は油性剤が適切に選択されていない場合には潤滑性が低下してフローティングプラグ等の工具に焼付きが生じることがある。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで銅管内の残油を低減して銅管のろう付け性を向上させることができると共に、抽伸加工時の潤滑性を向上させて工具の焼付きを防止することができる抽伸加工用潤滑油を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る抽伸加工用潤滑油は、４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔであり、下記一般式（１）
【００１４】
【化１】
Ｒ¹−（Ｏ−Ｒ²）_m−（Ｏ−Ｒ³）_n−Ｏ−Ｒ⁴
【００１５】
（但し、Ｒ¹及びＲ⁴は水素原子又は炭素数１乃至１０の炭化水素基若しくはアルキルカルボニル基を示し、Ｒ²及びＲ³は炭素数３以上のアルキレン基を示し、ｍ及びｎは０以上の整数を示す）で表されるポリアルキレングリコールを９０重量％以上含有することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、抽伸加工用潤滑油に４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔの適切なポリアルキレングリコールが９０重量％以上含有されているので、抽伸加工時の潤滑性が高いと共に、容易に焼鈍後の残油を低減することができろう付け性を向上させることができる。また、設備の改造は不要であるので、コストの増加を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る他の抽伸加工用潤滑油は、４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔであり、一般式（１）で表される９０重量％以上のポリアルキレングリコールと、炭素数が１０以下である１０重量％以下の脂肪酸とを含有することを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、更に炭素数が１０以下の脂肪酸が含有されているので、更に一層油性が向上する。
【００１９】
前記抽伸加工用潤滑油は、更にアルコールを１０重量％以下含有することが望ましい。アルコールにより潤滑油の油性が向上し、抽伸加工時の摩擦抵抗が低減される。
【００２０】
なお、前記ｍ及びｎの総和を５以上とすることにより、ポリアルキレングリコールの動粘度を容易に１００ｃＳｔ以上にすることが可能となる。
【００２１】
また、前記脂肪酸の炭素数は６以上であり、前記脂肪酸を０．５重量％以上含有することが望ましい。このような脂肪酸としては、例えば、オクタン酸及び２−エチルヘキサン酸が挙げられる。
【００２２】
前記アルコールの炭素数は６乃至１３であり、前記アルコールを１重量％以上含有することが望ましい。このようなアルコールとしては、例えば、オクチルアルコール及びノニルアルコールが挙げられる。
【００２３】
なお、コイル状に巻き取られる素管を抽伸加工する際にその内面に前記抽伸加工用潤滑油を供給してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するため、鋭意実験研究を重ねた結果、４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔであり、適切な一般式（１）のポリアルキレングリコールを潤滑油として使用することにより、銅管内の残油を低減すると共に、極めて良好な潤滑性を得ることができることを見い出した。
【００２５】
以下、本発明に係る抽伸加工用潤滑油について詳細に説明する。
【００２６】
ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）の一般式：一般式（１）
ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）中のエーテル結合の結合エネルギは７８乃至８０ｋｃａｌ／ｍｏｌと低いため、焼鈍時にＰＡＧは分解されやすい。更に、分解後の分子量は従来使用されているポリブテン系潤滑油のそれよりも比較的大きいものの、ブロック状のモノマーに分解された後に管外に放出されるので、再重合しにくい。一方、従来使用されているポリブテン系潤滑油は焼鈍時に不規則的に熱分解され、低分子化された大部分の分子は気化するが、他の分子は縮重合反応により高分子化されその沸点が上昇する。このため、管内面に付着して残留したり熱により炭化してしまうものがある。
【００２７】
一般式（１）中、Ｒ¹及びＲ⁴としては、水素原子並びに炭素数が１乃至１０の炭化水素基及びアルキルカルボニル基が挙げられ、Ｒ²及びＲ³は、炭素数が３以上のアルキレン基である。Ｒ²又はＲ³の炭素数が２であると、焼鈍後に残留炭素等の残渣が多くなるため、黒色の変色部分が発生してろう付け性及び熱交換器の性能の低下が引き起こされる。また、潤滑油の吸湿性が高く加水分解を起こしやすいため、低級カルボン酸が生成されることがある。この低級カルボン酸は、銅管に付着して蟻の巣状の腐食を生じさせるので、短期間で銅管にリークが生じることがある。現状においては、Ｒ²又はＲ³の炭素数が５以上のものを工業的に入手することは困難であるが、炭素数が５以上であっても同様の効果が得られる。従って、Ｒ²及びＲ³の炭素数は３以上とする。
【００２８】
なお、Ｒ¹及びＲ⁴は相互に同一であってもよく、相違していてもよい。同様に、Ｒ²及びＲ³は相互に同一であってもよく、相違していてもよい。
【００２９】
動粘度：４０℃で１００乃至５０００ｃＳｔ
４０℃におけるＰＡＧの動粘度が１００ｃＳｔ未満であると、生産性を低下させないために１回の工程での加工率（減面率）を２０％以上、抽伸速度を１０ｍ／秒以上とし、ブルブロックにより工具としてダイス及びフロティーングプラグを使用して抽伸加工を行った場合、フローティングプラグの焼付きが著しく発生する。フローティングプラグと素管との間の摩擦抵抗が増加して抽伸破断が発生することもあり製品歩留まりが低下する。一方、動粘度が５０００ｃＳｔを超えると、管内面に付着する油膜の厚さが必要以上に厚くなり、焼鈍後に残留する油分が増加する。更に、潤滑油を管内面に供給する場合に高出力のポンプが必要となり、設備改造が必要となることがある。従って、動粘度は１００乃至５０００ｃＳｔとする。
【００３０】
但し、一般式（１）中の整数値（ｍ＋ｎ）に関して、各種のアルキレングリコールについて調査した結果、（ｍ＋ｎ）が４以下であると、４０℃で１００ｃＳｔ以上の動粘度を得にくかった。従って、整数値（ｍ＋ｎ）は５以上であることが望ましい。
【００３１】
ポリアルキレングリコール：９０重量％以上
潤滑油中のポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）の含有量が９０％未満であると、添加剤成分の残油量が多くなり、良好なろう付け性が得られない。従って、ポリアルキレングリコールの含有量は９０重量％以上とする。
【００３２】
なお、潤滑油にはアルコール若しくは炭素数が１０以下の脂肪酸又はこれらの双方が含有されていることが望ましい。ＰＡＧのみからなる潤滑油を使用して抽伸加工を行う場合、その抽伸加工率によっては、加工時の昇温により潤滑油の油性が小さくなることがある。油性が著しく低下した場合には、フローティングプラグと抽伸加工される素管との間の摩擦抵抗が高くなり、抽伸加工中に破断が生じることもある。脂肪酸及びアルコールは高温下においても適度の油性を有しており、これが潤滑油に含有されることにより、加工時の昇温による摩擦抵抗の上昇が抑制されると共に、粘度が低下する。このため、良好な潤滑性を保持したまま好ましい抽伸加工率で加工を行うことができる。但し、脂肪酸の炭素数が１１以上であると、潤滑油の沸点が高くなるため、焼鈍後に管内で凝縮して残油成分として残留する。従って、脂肪酸の炭素数は１０以下とする。
【００３３】
脂肪酸の炭素数：６以上
脂肪酸の炭素数が５以下であると、銅を腐食しやすくなると共に、臭気及び毒性等の問題が生じることがある。従って、脂肪酸の炭素数は６以上であることが望ましい。
【００３４】
脂肪酸：０．５乃至１０重量％
潤滑油中の脂肪酸の含有量が０．５重量％未満であると、油性を向上させる効果が十分ではない。一方、脂肪酸の含有量が１０重量％を超えると、油性がそれ以上向上しないため無駄となると共に、熱分解性に優れたＰＡＧの含有量が不足する。また、焼鈍後に残油成分として残留する確率が高くなる。従って、脂肪酸の含有量は０．５乃至１０重量％であることが望ましい。
【００３５】
このような脂肪酸としては、炭素数が８のオクタン酸及び２−エチルヘキサン酸が安全性、粘度調整性及び油性の点で望ましい。
【００３６】
アルコールの炭素数：６乃至１３
アルコールの炭素数が６未満であると、ＰＡＧの粘度を低下させるのみで、油性を向上させる効果が低いと共に、引火点が低下するため危険性が高くなる。一方、アルコールの炭素数が１３を超えると、常温においても固形化しやすくなると共に、低温で粘度が変化しやすいため、取扱いが困難となる。従って、アルコールの炭素数は６乃至１３であることが望ましい。
【００３７】
アルコール：１乃至１０重量％
潤滑油中のアルコールの含有量が１重量％未満であると、油性を向上させる効果が十分ではない。一方、アルコールの含有量が１０重量％を超えると、油性がそれ以上向上しないため無駄となると共に、ＰＡＧの含有量が不足する。更に、アルコールは気化しやすいものの、焼鈍後に残油成分として残留する確率が高くなる。従って、アルコールの含有量は１乃至１０重量％であることが望ましい。
【００３８】
このようなアルコールとしては、炭素数が８のオクチルアルコール及び炭素数が９のノニルアルコールが安全性、粘度調整性及び油性の点で望ましい。
【００３９】
なお、アルコール及び脂肪酸の双方が含有されている場合には、それらの含有量は夫々１重量％、０．５重量％以上であることが望ましい。但し、総量で１０重量％を超えると、焼鈍後に残油成分として残留しやすくなると共に、ＰＡＧの含有量が９０重量％未満となってしまう。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００４１】
先ず、リン脱酸銅の鋳塊を熱間押出し冷間圧延した後、ブルブロックにより下記表１に示すＰＡＧ、下記表２に示すアルコール及び下記表３に示す脂肪酸を下記表４乃至９に示すように含有する潤滑油を管内面に付着して管径が９．５２ｍｍ、肉厚が０．４１ｍｍの銅管を抽伸加工した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
【表３】

【００４５】
【表４】

【００４６】
【表５】

【００４７】
【表６】

【００４８】
【表７】

【００４９】
【表８】

【００５０】
【表９】

【００５１】
そして、抽伸加工によるプラグの焼付きの有無を調査した。この調査において、延べ５ｋｍの長さの素管を抽伸加工した後にも焼付きが生じていないものを○、延べ３ｋｍの長さの素管を抽伸加工した後に焼付きが生じていないものを△、延べ３ｋｍの長さの素管を抽伸加工する前に焼付きが生じたものを×とした。
【００５２】
次いで、抽伸加工された長さが２０００ｍの銅管をコイル状に巻き取った。管内をＤＸガスを使用して流速２０リットル／分で３０分間パージした後、光輝焼鈍炉によりコイル状に巻き取った銅管を焼鈍した。なお、ＤＸガスとは、窒素を主成分としてＣＯ、ＣＯ₂及びＨ₂を含有する還元性ガスである。光輝焼鈍炉内では、最低温度部位が４５０℃以上で１０分間以上保持されるように、雰囲気ガスを６００℃に設定して約２５分間加熱焼鈍した後、銅管を冷却し、管内部に残留するガスをドライエアにより置換した後、コイル状銅管を解体して種々の部位における残油の重量を測定した。
【００５３】
残油の重量の測定方法は次のとおりである。コイル状の銅管の１５ヶ所から長さが１０ｍの測定用の管を切断し、この内面をＨＣＦＣ１４１ｂで洗浄して残油を抽出し、これを加熱することにより溶剤を気化させて残油の重量を測定しブランクを差し引いて１ｍあたりの重量に換算した。
【００５４】
また、銅管から試験用管を切断しこれを拡管した後、拡管された端部に他の銅管を差し込み、線径が１．６ｍｍのリン銅ろう（ＢＣｕＰ−２）を使用しプロパン燃焼ガスで６秒間加熱することによりろう付けを行った。そして、管内に３０ｋｇ／ｃｍ²の圧力でフロンガスを充填したときのガス漏れの有無を評価した。ガス漏れが生じないものを○、ガス漏れが生じたものを×として評価した。これらの結果を下記表１０乃至１２に示す。なお、最大残油重量とは、切断された１５個の管のうち最も残油が多かった管の１ｍあたりの残油重量を示し、平均残油重量とは、１５個の管の平均の１ｍあたりの残油重量を示す。
【００５５】
【表１０】

【００５６】
【表１１】

【００５７】
【表１２】

【００５８】
上記表１０乃至１２に示すように、実施例１乃至２９においては、適切なＰＡＧを含有する潤滑油を使用して素管の抽伸加工を行ったので、残油重量が低く、特に、最大残油重量が０．５０ｍｇ／ｍ以下と極めて低く、プラグの焼付きが抑制され、ろう付け性は良好であった。また、実施例７乃至２４においては、適切なアルコール及び脂肪酸が含有されているので、焼付きが生じるまでのプラグの寿命が極めて長かった。
【００５９】
一方、比較例３０及び３２においては、ＰＡＧの動粘度が本発明範囲の下限未満であるので、抽伸加工時にプラグの焼付きが生じた。
【００６０】
比較例３１及び３３においては、ＰＡＧの動粘度が本発明範囲の上限を超えているので、抽伸加工後に残留する油膜が厚くなり、焼鈍後の残油重量が高く、ろう付け性が不良であった。
【００６１】
比較例３４乃至３７においては、ＰＡＧの含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、アルコール及び脂肪酸の総量が高いので、焼鈍後の残油重量が高く、ろう付け性が不良であった。
【００６２】
比較例３８においては、ＰＡＧの含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、アルコールの炭素数が少ないので、十分な油性が得られず潤滑性が低く、延べ３ｋｍの長さを抽伸加工した後にプラグに焼付きが生じた。また、焼鈍後の残油重量が高く、ろう付け性が不良であった。
【００６３】
比較例３９乃至４１においては、含有されている脂肪酸の炭素数が本発明範囲の上限を超えているので、焼鈍後の残油重量が高く、ろう付け性が不良であった。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、潤滑油に４０℃での動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔの適切なポリアルキレングリコールが９０重量％以上含有されているので、抽伸加工時の潤滑性が高いと共に、容易に焼鈍後の残油を低減することができ、ろう付け性を向上させることができる。また、大型設備の導入及び連続したガスの供給は不要であるので、コストの増加を防止することができる。また、潤滑油にアルコール及び／又は炭素数が１０以下の脂肪酸を含有させることにより、油性を向上させて抽伸加工時の摩擦抵抗をより低減することができる。更に、アルコール及び／又は脂肪酸の炭素数及び含有量を適切なものに規定することにより、潤滑性をより向上させると共に、残油をより低減することができる。

Claims

４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔであり、一般式Ｒ¹−（Ｏ−Ｒ²）_m−（Ｏ−Ｒ³）_n−Ｏ−Ｒ⁴（但し、Ｒ¹及びＲ⁴は水素原子又は炭素数１乃至１０の炭化水素基若しくはアルキルカルボニル基を示し、Ｒ²及びＲ³は炭素数３以上のアルキレン基を示し、ｍ及びｎは０以上の整数を示す）で表されるポリアルキレングリコールを９０重量％以上含有することを特徴とする抽伸加工用潤滑油。
４０℃における動粘度が１００乃至５０００ｃＳｔであり、一般式Ｒ¹−（Ｏ−Ｒ²）_m−（Ｏ−Ｒ³）_n−Ｏ−Ｒ⁴（但し、Ｒ¹及びＲ⁴は水素原子又は炭素数１乃至１０の炭化水素基若しくはアルキルカルボニル基を示し、Ｒ²及びＲ³は炭素数３以上のアルキレン基を示し、ｍ及びｎは０以上の整数を示す）で表される９０重量％以上のポリアルキレングリコールと、炭素数が１０以下である１０重量％以下の脂肪酸とを含有することを特徴とする抽伸加工用潤滑油。
アルコールを１０重量％以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の抽伸加工用潤滑油。
前記ｍ及びｎはその総和が５以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抽伸加工用潤滑油。
前記脂肪酸の炭素数は６以上であり、前記脂肪酸を０．５重量％以上含有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の抽伸加工用潤滑油。
オクタン酸及び２−エチルヘキサン酸からなる群から選択された少なくとも１種の脂肪酸を含有することを特徴とする請求項５に記載の抽伸加工用潤滑油。
前記アルコールの炭素数は６乃至１３であり、前記アルコールを１重量％以上含有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の抽伸加工用潤滑油。
オクチルアルコール及びノニルアルコールからなる群から選択された少なくとも１種のアルコールを含有することを特徴とする請求項７に記載の抽伸加工用潤滑油。
コイル状に巻き取られる素管を抽伸加工する際にその内面に供給されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の抽伸加工用潤滑油。