JP7033399B2 - Sliding mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、摺動機構に関する。更に詳細には、本発明は、摺動機構及び逐次成形方法に関する。 The present invention relates to a sliding mechanism. More specifically, the present invention relates to a sliding mechanism and a sequential molding method.
従来、金属又は非金属の板材から、輪郭が複雑で広い面積の底部を有したり、さらには側壁部が垂直ないしそれに近い角度を有していたりする、大型な立体製品を高精度に成形することができる比較的簡単な構造のダイレスフォーミング装置が提案されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, large three-dimensional products with complicated contours and large areas of bottoms, and side walls having vertical or near-vertical angles are molded from metal or non-metal plates with high precision. A dieless forming apparatus having a relatively simple structure has been proposed (see Patent Document 1).
このダイレスフォーミング装置は、工具セットと、工具セットと協働する押圧機構と、工具セットと押圧機構を全体としてX軸、Y軸及びZ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置と、を備えている。 This dieless forming device is a tool set, a pressing mechanism that cooperates with the tool set, and a plurality of numerically controlled drive devices for moving the tool set and the pressing mechanism in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions as a whole. And have.
そして、工具セットは、基台、固定押圧機構、板材保持機構及び板材押さえ機構を備えている。固定押圧機構は、基台の上に設けられており、基台から立設された脚体と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し脚体の頂部に取り付けられた天板型とを有している。板材保持機構は、基台に配置された複数本の支柱と、天板型を囲む窓穴を有し、かつ、支柱を介してZ軸方向に移動可能な支持板と、基台に固定され支持板に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータを有している。板材押さえ機構は、板材の周縁を支持板とで板厚方向に挟持する枠状の押さえ板と、この押さえ板による板材周縁部の押さえ力を可変に制御するための押さえ用アクチュエータを有している。 The tool set includes a base, a fixing pressing mechanism, a plate material holding mechanism, and a plate material holding mechanism. The fixed pressing mechanism is provided on the base, and has a flat shape that matches the contour of the bottom surface of the leg body erected from the base and the bottom contour of the product to be molded, and is attached to the top of the leg body. It has a plate type. The plate material holding mechanism has a plurality of columns arranged on the base, a support plate having a window hole surrounding the top plate type, and movable in the Z-axis direction via the columns, and fixed to the base. It has at least a pair of elevating actuators whose output ends are connected to a support plate. The plate material pressing mechanism has a frame-shaped pressing plate that sandwiches the peripheral edge of the plate material with a support plate in the plate thickness direction, and a pressing actuator for variably controlling the pressing force of the plate material peripheral edge portion by this pressing plate. There is.
また、押圧機構は、板材保持機構よりも上方に配されている。押圧機構は、板材の上面に接し天板型と協働して製品形状を成形するための押圧工具部を先端に有している。 Further, the pressing mechanism is arranged above the plate material holding mechanism. The pressing mechanism has a pressing tool portion at the tip, which is in contact with the upper surface of the plate material and cooperates with the top plate mold to form the product shape.
さらに、複数の数値制御型の駆動装置は、押圧工具部を天板型の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ、天板型に対して押圧機構と支持板とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。 Further, in the plurality of numerically controlled drive devices, the pressing tool portion is moved around the top plate mold in a movement path matching the product shape, and the pressing mechanism and the support plate are made of a plate material with respect to the top plate mold. Move relatively in the plate thickness direction.
そして、このダイレスフォーミング装置においては、押圧機構が棒状をなしており、押圧工具部がフリー回転可能な球体からなっている態様を含み、さらには球体に対して潤滑剤を供給する注油穴を有している態様を含んでいる。 In this dieless forming device, the pressing mechanism has a rod shape, the pressing tool portion includes a free-rotating sphere, and further has a lubrication hole for supplying a lubricant to the sphere. Includes aspects of
このようなダイレスフォーミング装置においては、押圧工具部が板材を押圧しながら等高線上を移動する際に板材との摩擦で球体が回転し、板材との関係が滑り摩擦でなく転がり摩擦の関係となる。これにより、摩擦係数と発熱が抑制されるため、成形速度を早くすることができると共に、スプリングバックを抑制することができる。 In such a dieless forming device, when the pressing tool portion moves on the contour line while pressing the plate material, the sphere rotates due to the friction with the plate material, and the relationship with the plate material is not the sliding friction but the rolling friction. .. As a result, the coefficient of friction and heat generation are suppressed, so that the molding speed can be increased and springback can be suppressed.
また、このようなダイレスフォーミング装置においては、押圧機構による成形部位に常に潤滑液が供給されて回収される循環式の潤滑・冷却系が構成される。このため、例えば、0.3m/sを超える高速成形時において、ステンレス材に生じやすい凝着が防止され、また、アルミニウム材においては割れの発生が防止され、0.3m/s以上の高速成形も可能となる。 Further, in such a dieless forming device, a circulation type lubrication / cooling system is configured in which a lubricating liquid is constantly supplied and recovered to a molded portion by a pressing mechanism. Therefore, for example, at the time of high-speed molding exceeding 0.3 m / s, adhesion that tends to occur in the stainless steel material is prevented, and in the aluminum material, the occurrence of cracks is prevented, and high-speed molding of 0.3 m / s or more is prevented. Is also possible.
しかしながら、特許文献1に記載されたダイレスフォーミング装置においては、量産化に伴う逐次成形の高速化によって工具の寿命が縮まってしまうという問題点があった。
However, the dieless forming apparatus described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることによって、工具の寿命を延ばし得る摺動機構及び逐次成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a sliding mechanism and a sequential forming method capable of extending the life of the tool by reducing the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、逐次成形において用いられる摺動機構を、被成形金属板である亜鉛めっき鋼板と、所定の潤滑油によって形成された潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する所定の工具と、を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have made extensive studies to achieve the above object. As a result, the sliding mechanism used in sequential molding is a galvanized steel sheet that is a metal plate to be molded and a predetermined tool that pressure-molds the metal plate to be molded via a lubricating oil film formed by a predetermined lubricating oil. , And have found that the above object can be achieved, and have completed the present invention.
本発明によれば、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることによって、工具の寿命を延ばし得る摺動機構及び逐次成形方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sliding mechanism and a sequential forming method capable of extending the life of the tool by reducing the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool.
以下、本発明の一実施形態に係る摺動機構及び逐次成形方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, the sliding mechanism and the sequential molding method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The dimensional ratios of the drawings quoted below are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
図1は、逐次成形の概要を説明する断面図である。また、図2は、図1に示した摺動機構の包囲線IIで囲んだ部分を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an outline of sequential molding. Further, FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a portion of the sliding mechanism shown in FIG. 1 surrounded by the surrounding line II.
図1及び図2に示すように、本実施形態の摺動機構1は、被成形金属板30を3次元形状にする逐次成形において用いられる。そして、この摺動機構1は、被成形金属板30と、潤滑油膜20を介して被成形金属板30を加圧成形する工具10とを備えている。また、工具10は、少なくとも摺動部10a表面にダイヤモンドからなる被膜11を有している。さらに、潤滑油膜20は、親水基231を有する有機化合物23を含有する潤滑油21を含んでいる。なお、特に限定されるものではないが、図示例の潤滑油膜20は、有機化合物における親水基231が被成形金属板30に吸着されて形成される吸着膜25を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、本発明において「ダイヤモンドからなる被膜」とは、摺動部表面で炭素原子の末端が水素で終端された水素終端ダイヤモンド被膜を意味する。特に限定されるものではないが、このような水素終端ダイヤモンド被膜は、例えば、水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着(CVD)法によって形成することができる。 Here, in the present invention, the "film made of diamond" means a hydrogen-terminated diamond coating in which the ends of carbon atoms are terminated with hydrogen on the surface of the sliding portion. Although not particularly limited, such a hydrogen-terminated diamond coating can be formed, for example, by a chemical vapor deposition (CVD) method using a gas containing hydrogen.
上述のように、逐次成形において用いられる摺動機構を、被成形金属板と、潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する工具とを備え、工具が少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有し、潤滑油膜が親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油を含む構成とした。 As described above, the sliding mechanism used in sequential molding includes a metal plate to be molded and a tool for pressure-molding the metal plate to be molded via a lubricating oil film, and the tool is at least on the surface of the sliding portion from diamond. The lubricating oil film contains a lubricating oil containing an organic compound having a hydrophilic group.
そのため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることが可能となり、工具の寿命を延ばすことができる。特に限定されるものではないが、このような摺動機構は、例えば、逐次成形用工具自体や逐次成形用工具を備えた逐次成形装置において用いられる。なお、逐次成形における工具の移動速度は、特に限定されるものではない。例えば、0.3m/s~5m/sの高速度であってもよく、0.3m/s未満の低速度であってもよく、いずれの速度の逐次成形にも適用することができる。 Therefore, the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool can be reduced, and the life of the tool can be extended. Although not particularly limited, such a sliding mechanism is used, for example, in a sequential forming tool itself or a sequential forming apparatus provided with a sequential forming tool. The moving speed of the tool in sequential molding is not particularly limited. For example, it may have a high speed of 0.3 m / s to 5 m / s or a low speed of less than 0.3 m / s, and can be applied to sequential molding at any speed.
また、特に限定されるものではないが、このような摺動機構は、例えば、逐次成形方法において用いることもできる。 Further, although not particularly limited, such a sliding mechanism can also be used, for example, in a sequential molding method.
つまり、図1及び図2に示すように、本実施形態の逐次成形方法は、工具10と潤滑油21とを用いて被成形金属板30を3次元形状に逐次成形する。そして、この逐次成形方法は、被成形金属板30と、潤滑油21によって形成された潤滑油膜20を介して被成形金属板30を加圧成形する工具10とを備えた摺動機構1を用いる。また、工具10は、少なくとも摺動部10a表面にダイヤモンドからなる被膜11を有している。さらに、潤滑油21は、親水基231を有する有機化合物23を含有している。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, in the sequential forming method of the present embodiment, the
上述のように、工具と潤滑油とを用いて被成形金属板を逐次成形するに際し、被成形金属板と、所定の潤滑油によって形成された潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する所定の工具とを備えた摺動機構を用いることとした。 As described above, when the metal plate to be molded is sequentially molded using a tool and a lubricating oil, the metal plate to be molded is pressure-molded via the metal plate to be molded and a lubricating oil film formed by a predetermined lubricating oil. It was decided to use a sliding mechanism equipped with a predetermined tool.
ここで、本発明において「所定の工具」とは、少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有する工具を意味する。 Here, in the present invention, the "predetermined tool" means a tool having a coating film made of diamond on at least the surface of the sliding portion.
また、本発明において「所定の潤滑油」とは、親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油を意味する。 Further, in the present invention, the "predetermined lubricating oil" means a lubricating oil containing an organic compound having a hydrophilic group.
そのため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることが可能となり、工具の寿命を延ばすことができる。なお、逐次成形方法における工具の移動速度は、特に限定されるものではない。例えば、0.3m/s~5m/sの高速度であってもよく、0.3m/s未満の低速度であってもよく、いずれの速度の逐次成形方法にも適用することができる。 Therefore, the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool can be reduced, and the life of the tool can be extended. The moving speed of the tool in the sequential forming method is not particularly limited. For example, it may have a high speed of 0.3 m / s to 5 m / s or a low speed of less than 0.3 m / s, and can be applied to a sequential molding method of any speed.
上記の摺動機構や逐次成形方法の動作について図1及び図2を参照しながら具体的に説明する。 The operation of the above sliding mechanism and the sequential molding method will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2.
まず、特に限定されるものではないが、固定装置50は、例えば、下側の固定具51と、上側の可動具53とを備えており、固定具51及び可動具53で被成形金属板30の周囲を挟んだ状態にして被成形金属板30を強固に保持している。なお、被成形金属板30は、3次元形状に逐次成形される未成形部を有している。
First, although not particularly limited, the fixing
また、特に限定されるものではないが、工具10は、例えば、棒状をなし、図示しない駆動装置により、摺動部10aを下向きにして保持される。
Further, although not particularly limited, the
さらに、特に限定されるものではないが、工具10は、例えば、直交する3軸方向に移動可能である。
Further, although not particularly limited, the
また、特に限定されるものではないが、駆動装置には、例えば、多軸制御型ロボットや数値制御(NC)工作機などを用いることができる。ただし、工具の軸線を傾斜させる場合には、多軸制御型ロボットを用いることが好適である。 Further, although not particularly limited, a multi-axis control type robot, a numerical control (NC) machine tool, or the like can be used as the drive device. However, when tilting the axis of the tool, it is preferable to use a multi-axis control type robot.
さらに、特に限定されるものではないが、潤滑油膜20は、例えば、未成形部の表面の少なくとも一部に配置されている。
Further, although not particularly limited, the lubricating
また、特に限定されるものではないが、潤滑油膜20は、例えば、逐次成形をする前に、潤滑油21を被成形金属板30に塗布することによって形成してもよく、逐次成形をしながら、潤滑油21を被成形金属板30に塗布することによって形成してもよい。
Further, although not particularly limited, the lubricating
そして、特に限定されるものではないが、工具10のダイヤモンドからなる被膜11を有する摺動部10aは、例えば、潤滑油膜20の表面を所定の移動経路に沿って移動しながら摺動する。また、特に限定されるものではないが、その摺動に際して、摺動部10aは、例えば、潤滑油膜20を介して被成形金属板30の未成形部を3次元形状に逐次成形するための圧力を被成形金属板30の未成形部にかける。
Then, although not particularly limited, the sliding
図示例では、一部を破線で示した被成形金属板30を凹状の3次元形状に成形するので、工具10の移動経路は図中矢印Wで示すような周回経路になる。そして、周回毎に、工具10の被成形金属板30への押し込み量(前進量・下降量)及び移動経路を段階的に変位させる。この際、移動経路は、被成形金属板30の中心側へ段階的に変位させる。
In the illustrated example, since the
これにより、被成形金属板を板厚方向に次第に変形させて、凹状の3次元形状に成形することができる。 As a result, the metal plate to be molded can be gradually deformed in the plate thickness direction to form a concave three-dimensional shape.
現時点においては、以下のようなメカニズムにより、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減したと考えている。 At present, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced by the following mechanism.
潤滑油膜を形成する潤滑油は、親水基を有する有機化合物を含有している。このような潤滑油は、被成形金属板に吸着されやすい。一方、このような潤滑油は、摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有する工具に殆ど吸着されない。これは、ダイヤモンドからなる被膜が、摺動部表面で炭素原子の末端が水素で終端された水素終端ダイヤモンド被膜であるためである。そして、被成形金属板と工具と潤滑油との間にこのような関係があると、被成形金属板と工具との間において、被成形金属板となじみがよい潤滑油膜が形成される。換言すれば、被成形金属板表面に安定的な潤滑油膜が形成される。 The lubricating oil forming the lubricating oil film contains an organic compound having a hydrophilic group. Such lubricating oil is easily adsorbed on the metal plate to be molded. On the other hand, such lubricating oil is hardly adsorbed by a tool having a coating film made of diamond on the surface of the sliding portion. This is because the diamond coating is a hydrogen-terminated diamond coating in which the ends of carbon atoms are terminated with hydrogen on the surface of the sliding portion. If there is such a relationship between the metal plate to be molded, the tool, and the lubricating oil, a lubricating oil film that is familiar to the metal plate to be molded is formed between the metal plate to be molded and the tool. In other words, a stable lubricating oil film is formed on the surface of the metal plate to be molded.
このようなメカニズムにより、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができるという効果が得られる。 With such a mechanism, the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool can be reduced, and the life of the tool can be extended.
ただし、上記のメカニズム以外のメカニズムによって、上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。 However, it goes without saying that even if the above-mentioned effects are obtained by a mechanism other than the above-mentioned mechanism, it is included in the scope of the present invention.
また、特に限定されるものではないが、潤滑油膜20は、有機化合物23における親水基231が被形成金属板30に吸着されて形成される吸着膜25を有していることが好適である。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable that the lubricating
なお、特に限定されるものではないが、親水基231を有する有機化合物23は、潤滑油21における相溶性が優れたものであることが好適である。
Although not particularly limited, it is preferable that the
さらに、特に限定されるものではないが、有機化合物23における親水基231は、例えば、ヒドロキシル基及びカルボキシル基のいずれか一方又は双方を含むことが好適である。ヒドロキシル基やカルボキシル基など親水基は被成形金属板により吸着されやすい。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable that the
また、特に限定されるものではないが、潤滑油21における親水基231を有する有機化合物23の含有割合は、例えば、5質量%以上であることが好適であり、10質量%以上であることがより好適である。なお、親水基を有する有機化合物の含有割合100質量%としてもよい。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜がより適切に形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, the content ratio of the
さらに、特に限定されるものではないが、例えば、親水基231を有する有機化合物23は、合成エステル油を構成する合成エステルであることが好適である。なお、このような合成エステルは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの親水基231を有するものを適宜作製することができる。このような合成エステルの具体例としては、オレイン酸やステアリン酸などの高級脂肪酸モノグリセリド、ジグリセリドなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Further, although not particularly limited, for example, the
また、特に限定されるものではないが、潤滑油21における親水基231を有する有機化合物以外には、基油として天然油脂、鉱油、合成油などを含んでいてもよい。これらは1種を単独で適用してもよく、2種以上を混合して適用してもよい。更に添加剤として潤滑油に添加される各種添加剤を添加してもよい。
Further, although not particularly limited, the base oil may contain natural fats and oils, mineral oils, synthetic oils and the like, in addition to the organic compounds having a
さらに、特に限定されるものではないが、基油としては、例えば、天然油脂である植物油を適用することが好適である。天然油脂である植物油は、通常、脂肪酸とグリセリンとのトリグリセリドである。基油として植物油を適用する場合、基油として天然エステルを含み、親水基を有する化合物として合成エステルを含む、エステルからなる潤滑油とすることも可能である。 Further, although not particularly limited, it is preferable to apply, for example, vegetable oil, which is a natural fat or oil, as the base oil. Vegetable oils, which are natural fats and oils, are usually triglycerides of fatty acids and glycerin. When a vegetable oil is applied as a base oil, it is also possible to use a lubricating oil composed of an ester containing a natural ester as the base oil and a synthetic ester as a compound having a hydrophilic group.
また、特に限定されるものではないが、このような潤滑油21としては、協同油脂株式会社製のエアルーブS-33KT(組成:エステル100%(天然油脂(植物油)+合成エステル油)、粘度(40℃):33mm2/s)を好適例として挙げることができる。なお、特に限定されるものではないが、この潤滑油21は、例えば、鉱油を用いてエステルの含有割合を調整することもできる。
Further, although not particularly limited, such a
さらに、特に限定されるものではないが、工具10は、例えば、ダイヤモンドからなる被膜11の表面硬度が、マイクロビッカース硬度(10g)でHV1000~10000であることが好適であり、被膜11の厚みが0.3~20μmであることが好適である。このようなダイヤモンドからなる被膜を有する工具は、被膜が高硬度であり、被膜厚みが厚い。そのため、工具の元来の寿命を長くすることができる。
Further, although not particularly limited, in the
図3は、工具の摺動部表面の表面粗さ(Ra)と摩擦係数(μ)との関係を示すグラフである。なお、図中の左側から1番目のプロットは、Ra=0.03μm、μ=0.08であり、2番目のプロットは、Ra=0.13μm、μ=0.08であり、3番目のプロットは、Ra=0.25μm、μ=0.19であり、4番目のプロットは、Ra=0.36μm、μ=0.29である。また、図中の左側から2番目のプロットは、後述する実施例1に相当する。さらに、図中の左側から1番目、3番目及び4番目のプロットは、実施例1の工具の摺動部表面の表面粗さを適宜調整したものである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the surface roughness (Ra) of the surface of the sliding portion of the tool and the friction coefficient (μ). The first plot from the left in the figure is Ra = 0.03 μm, μ = 0.08, and the second plot is Ra = 0.13 μm, μ = 0.08, which is the third plot. The plot is Ra = 0.25 μm, μ = 0.19, and the fourth plot is Ra = 0.36 μm, μ = 0.29. The second plot from the left in the figure corresponds to Example 1 described later. Further, the first, third and fourth plots from the left side in the figure are obtained by appropriately adjusting the surface roughness of the surface of the sliding portion of the tool of Example 1.
そして、特に限定されるものではないが、図3から、工具10は、例えば、図中矢印Xで示すように、ダイヤモンドからなる被膜11の表面粗さRaが、0.13μm以下であることが好適であることが分かる。また、現時点においては、表面粗さRaが、0.03~0.13μmが好適であることが分かる。このようなダイヤモンドからなる被膜を有する工具は、図3に示すように摩擦係数(μ)を低減し得るため、被成形金属板への相手攻撃性が低い。その結果、工具で逐次成形される被成形金属板の表面粗さを低減することができる。
Although not particularly limited, from FIG. 3, the
また、特に限定されるものではないが、工具10の基材としては、例えば、日本工業規格に規定される高速度工具鋼鋼材(SKH)などの工具鋼、高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ)などの軸受鋼などからなる棒状の基材、超硬合金(タングステンカーバイド)からなる棒状の基材が好適である。このような棒状の基材に、例えば、水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着(CVD)法によって水素終端ダイヤモンド被膜を形成したものが好適である。水素終端ダイヤモンド被膜との密着性の観点から、超硬合金(タングステンカーバイド)からなる棒状の基材を適用することがより好適である。特に、ダイヤモンドの線膨張係数と近しいコバルト(Co)含有量が5~6質量%であるものが好適である。
Further, although not particularly limited, the base material of the
また、特に限定されるものではないが、被成形金属板30としては、例えば、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ランタン(La)若しくはタングステン(W)又はこれらを2種以上含むものが好適である。このような金属が含まれる被成形金属板においては、その表面に例えば酸素(O)を含む酸化被膜が形成されることとなるので、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, examples of the
さらに、特に限定されるものではないが、被成形金属板30としては、代表的には、亜鉛めっき鋼板を適用することが好ましい。また、特に限定されるものではないが、亜鉛めっき鋼板としては、合金化亜鉛めっき鋼板(GI材)や合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA材)を好適例として挙げることができる。亜鉛(Zn)めっきは、その表面に酸素(O)を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable to apply a galvanized steel plate as the
また、特に限定されるものではないが、被成形金属板30としては、代表的には、アルミニウム合金板を適用することが好ましい。アルミニウム合金板(Al材)は、その表面に酸素(O)を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable to apply an aluminum alloy plate as the
さらに、特に限定されるものではないが、被成形金属板30としては、代表的には、鋼板(Steel材)を適用することが好ましい。また、特に限定されるものではないが、鋼板としては、高張力鋼板を好適例として挙げることができる。鋼板は、その表面に酸素(O)を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable to apply a steel plate (Steel material) as the
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
実施例1における工具に相当するピンとしては、日本工業規格に規定される超硬合金(タングステンカーバイド)に水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着(CVD)法によって水素終端ダイヤモンド被膜を形成したものを用いた。なお、水素終端ダイヤモンド被膜の表面粗さRaは、研磨を施した後0.03μmである。
(Example 1)
As the pin corresponding to the tool in Example 1, a hydrogen-terminated diamond film is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method using a gas containing hydrogen in a cemented carbide (tungsten carbide) specified in Japanese Industrial Standards. Was used. The surface roughness Ra of the hydrogen-terminated diamond coating is 0.03 μm after polishing.
また、実施例1における被成形金属板に相当するディスクとしては、GA材からなるものを用いた。 Further, as the disk corresponding to the metal plate to be molded in Example 1, a disk made of GA material was used.
さらに、実施例1における潤滑油膜を形成する潤滑油としては、協同油脂株式会社製のエアルーブS-33KT(組成:エステル100%(天然油脂(植物油)+合成エステル油(ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、10質量%である。))、粘度(40℃):33mm2/s)を用いた。 Further, as the lubricating oil forming the lubricating oil film in Example 1, Airlube S-33KT manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd. (composition: 100% ester (natural fat (vegetable oil) + synthetic ester oil (having hydroxyl group and carboxyl group)) It is composed of an organic compound. The content of the organic compound in the lubricating oil is 10% by mass.)), The viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s) was used.
(実施例2)
実施例1におけるGA材からなるディスクに替えて、Al材からなるディスクを用いたこと以外は、実施例1と同様のものを用いた。
(Example 2)
The same disc as in Example 1 was used except that the disc made of Al material was used instead of the disc made of GA material in Example 1.
(実施例3)
実施例1におけるGA材からなるディスクに替えて、Steel材からなるディスクを用いたこと以外は、実施例1と同様のものを用いた。
(Example 3)
The same disk as in Example 1 was used except that the disk made of Steel material was used instead of the disk made of GA material in Example 1.
(実施例4)
実施例1における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブS-33KTに鉱油を添加したもの(組成:鉱油;30-50%、エステル;50-70%(天然油脂(植物油)+合成エステル油(ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、5質量%である。))、粘度(40℃):33mm2/s)を用いたこと以外は、実施例1と同様のものを用いた。
(Example 4)
Instead of the lubricating oil in Example 1, mineral oil was added to Airlube S-33KT manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd. (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural fat (vegetable oil) + synthetic) Except for the use of ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass), viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s). Used the same as in Example 1.
(実施例5)
実施例2における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブS-33KTに鉱油を添加したもの(組成:鉱油;30-50%、エステル;50-70%(天然油脂(植物油)+合成エステル油(ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、5質量%である。))、粘度(40℃):33mm2/s)を用いたこと以外は、実施例2と同様のものを用いた。
(Example 5)
Instead of the lubricating oil in Example 2, mineral oil was added to Airlube S-33KT manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd. (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural fat (vegetable oil) + synthetic) Except for the use of ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass), viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s). Used the same as in Example 2.
(実施例6)
実施例3における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブS-33KTに鉱油を添加したもの(組成:鉱油;30-50%、エステル;50-70%(天然油脂(植物油)+合成エステル油(ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、5質量%である。)、粘度(40℃):33mm2/s)を用いたこと以外は、実施例3と同様のものを用いた。
(Example 6)
Instead of the lubricating oil in Example 3, mineral oil was added to Airlube S-33KT manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd. (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural fat (vegetable oil) + synthetic) Except for the use of ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass) and viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s). , The same as in Example 3 was used.
(比較例1)
実施例1における潤滑油を用いなかったこと以外は、実施例1と同様のものを用いた。つまり、潤滑油を用いない無潤滑状態(dry状態)である。
(Comparative Example 1)
The same as in Example 1 was used except that the lubricating oil in Example 1 was not used. That is, it is a non-lubricated state (dry state) in which no lubricating oil is used.
(比較例2)
実施例1におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2)からなるピンを用いたこと以外は、実施例1と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 2)
Instead of the pins in Example 1, the same pins as in Example 1 were used except that the pins made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) specified in the Japanese Industrial Standards were used. That is, it does not form a hydrogen-terminated diamond coating.
(比較例3)
実施例3におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2)からなるピンを用いたこと以外は、実施例3と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 3)
Instead of the pins in Example 3, the same pins as in Example 3 were used except that the pins made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) specified in the Japanese Industrial Standards were used. That is, it does not form a hydrogen-terminated diamond coating.
(比較例4)
実施例4におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2)からなるピンを用いたこと以外は、実施例4と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 4)
Instead of the pins in Example 4, the same pins as in Example 4 were used except that the pins made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) specified in the Japanese Industrial Standards were used. That is, it does not form a hydrogen-terminated diamond coating.
(比較例5)
実施例6におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材(SUJ2)からなるピンを用いたこと以外は、実施例6と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 5)
Instead of the pin in Example 6, the same pin as in Example 6 was used except that the pin made of high carbon chromium bearing steel material (SUJ2) specified in the Japanese Industrial Standards was used. That is, it does not form a hydrogen-terminated diamond coating.
[性能評価]
上記各例のピン、ディスク及び潤滑油の組み合わせについて、摩擦特性の評価を行った。摩擦試験にはピンオンディスク法を用いた。図4は、摩擦試験の概要を説明する斜視図である。図4に示すように、ディスクDの上でピンPを図中矢印Yで示すように摺動させた。また、図4に示すように、図中矢印Zで示す荷重をかけた。なお、荷重は5Nであり、面圧は50MPaであり、ピンの周速は0.3m/sである。また、潤滑油は、試験前に10μL滴下した。さらに、試験は、常温(25℃)で行った。初期のなじみ効果を考慮して、試験開始から5分経過した時点の測定値を以ってその組み合わせの摩擦係数とみなした。各例の仕様の一部と得られた結果を図5に示す。
[Performance evaluation]
Friction characteristics were evaluated for the combinations of pins, discs and lubricating oils in each of the above examples. The pin-on-disc method was used for the friction test. FIG. 4 is a perspective view illustrating an outline of the friction test. As shown in FIG. 4, the pin P was slid on the disc D as indicated by the arrow Y in the figure. Further, as shown in FIG. 4, the load indicated by the arrow Z in the figure was applied. The load is 5N, the surface pressure is 50MPa, and the peripheral speed of the pin is 0.3m / s. Further, 10 μL of the lubricating oil was dropped before the test. Further, the test was carried out at room temperature (25 ° C.). Considering the initial familiar effect, the measured value at 5 minutes after the start of the test was regarded as the coefficient of friction of the combination. FIG. 5 shows a part of the specifications of each example and the obtained results.
図5は、各例の摩擦係数(μ)を示すグラフである。図5から、本発明の範囲に属する実施例1~実施例6は、本発明外の比較例1~比較例5より、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減していることが分かる。これにより、工具の寿命を延ばすことが可能となる。 FIG. 5 is a graph showing the friction coefficient (μ) of each example. From FIG. 5, in Examples 1 to 6 belonging to the scope of the present invention, the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced as compared with Comparative Examples 1 to 5 outside the present invention. I understand. This makes it possible to extend the life of the tool.
また、図6は、実施例1における工具の摺動部の表面形状を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した結果を示す原子間力顕微鏡(AFM)写真である。図6より、工具の摺動部の表面には、比較的大きな凹凸が観察され、親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油が吸着されていないことが確認できた。 Further, FIG. 6 is an atomic force microscope (AFM) photograph showing the results of observing the surface shape of the sliding portion of the tool in Example 1 with an atomic force microscope (AFM). From FIG. 6, relatively large irregularities were observed on the surface of the sliding portion of the tool, and it was confirmed that the lubricating oil containing the organic compound having a hydrophilic group was not adsorbed.
一方、図7は、実施例1における被成形金属板の表面形状を光学顕微鏡で観察した結果を示す光学顕微鏡写真である。また、図8は、実施例1における被成形金属板の表面形状を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した結果を示す原子間力顕微鏡(AFM)写真である。図7及び図8より、被成形金属板の表面には、大きな凹凸が観察されず、親水基を有する有機化合物の親水基が被成形金属板に吸着されて形成されたと考えられる吸着膜が確認できた。 On the other hand, FIG. 7 is an optical micrograph showing the result of observing the surface shape of the metal plate to be molded in Example 1 with an optical microscope. Further, FIG. 8 is an atomic force microscope (AFM) photograph showing the results of observing the surface shape of the metal plate to be molded in Example 1 with an atomic force microscope (AFM). From FIGS. 7 and 8, no large unevenness was observed on the surface of the metal plate to be molded, and it was confirmed that the adsorption film was formed by adsorbing the hydrophilic groups of the organic compound having hydrophilic groups on the metal plate to be molded. did it.
つまり、実施例1、更には実施例2~実施例6は、潤滑油膜が、有機化合物における親水基が被成形金属板に吸着されて形成される吸着膜を有しているため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 That is, in Example 1 and further, Examples 2 to 6 have an adsorption film formed by adsorbing a hydrophilic group in an organic compound to a metal plate to be molded, so that the metal to be molded is formed. It is also considered that the coefficient of friction between the plate and the tool is reduced.
また、実施例1~実施例6は、有機化合物における親水基が、ヒドロキシル基及びカルボキシル基を含むため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 1 to 6, since the hydrophilic group in the organic compound contains a hydroxyl group and a carboxyl group, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced.
さらに、実施例1~実施例6は、潤滑油における有機化合物の含有割合が、5質量%以上であるため、実施例1、実施例3は、潤滑油における有機化合物の含有割合が、10質量%以上であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 1 to 6, the content ratio of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass or more. Therefore, in Examples 1 and 3, the content ratio of the organic compound in the lubricating oil is 10% by mass. Since it is% or more, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced.
また、実施例1~実施例6は、工具における上記ダイヤモンドからなる被膜の表面粗さRaが、0.13μm以下であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 1 to 6, since the surface roughness Ra of the coating film made of diamond in the tool is 0.13 μm or less, the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced. You might also say that.
さらに、実施例1~実施例6は、被成形金属板が、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン及びタングステンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含むため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 1 to 6, the metal plate to be molded is composed of magnesium, aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, yttrium, zirconium, molybdenum, lanthanum and tungsten. It is also considered that the friction coefficient between the metal plate to be molded and the tool is reduced because it contains at least one selected.
また、実施例1、実施例4は、被成形金属板が、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のような亜鉛めっき鋼板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 1 and 4, since the metal plate to be formed is a galvanized steel plate such as an alloyed hot-dip galvanized steel plate, the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool is reduced. You might also say that.
さらに、実施例2、実施例5は、被成形金属板が、アルミニウム合金板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 2 and 5, since the metal plate to be molded is an aluminum alloy plate, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool is reduced.
また、実施例3、実施例6は、被成形金属板が、鋼板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Further, in Examples 3 and 6, since the metal plate to be formed is a steel plate, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool is reduced.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to some embodiments and examples, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
1 摺動機構
10 工具
10a 摺動部
11 被膜
20 潤滑油膜
21 潤滑油
23 有機化合物
231 親水基
25 吸着膜
30 被成形金属板
50 固定装置
51 固定具
53 可動具
P ピン
D ディスク
1 Sliding mechanism
10
Claims (5)
上記摺動機構は、被成形金属板と、潤滑油膜を介して該被成形金属板を加圧成形する工具と、を備え、
上記工具は、少なくとも摺動部表面に水素終端ダイヤモンド被膜を有し、
上記潤滑油膜は、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有する高級脂肪酸モノグリセリド及び/又はジグリセリドを含有する潤滑油を含み、
上記被成形金属板は、亜鉛めっき鋼板である
ことを特徴とする摺動機構。 A sliding mechanism used in sequential molding,
The sliding mechanism includes a metal plate to be molded and a tool for pressure molding the metal plate to be molded via a lubricating oil film.
The tool has at least a hydrogen-terminated diamond coating on the surface of the sliding part.
The lubricating oil film contains a lubricating oil containing a higher fatty acid monoglyceride and / or a diglyceride having a hydroxyl group and / or a carboxyl group .
The metal plate to be molded is a galvanized steel plate.
A sliding mechanism characterized by that.
上記工具は、少なくとも摺動部表面に水素終端ダイヤモンド被膜を有し、
上記潤滑油は、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有する高級脂肪酸モノグリセリド及び/又はジグリセリドを含有し、
上記被成形金属板は、亜鉛めっき鋼板である
ことを特徴とする逐次成形方法。 When sequentially molding a metal plate to be molded using a tool and lubricating oil, the metal plate to be molded, a tool for pressure-molding the metal plate to be molded via a lubricating oil film formed by the lubricating oil, and a tool. It is a sequential molding method using a sliding mechanism equipped with
The tool has at least a hydrogen-terminated diamond coating on the surface of the sliding part.
The lubricating oil contains a higher fatty acid monoglyceride and / or a diglyceride having a hydroxyl group and / or a carboxyl group .
The metal plate to be molded is a galvanized steel plate.
A sequential molding method characterized by the fact that.
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