JPH08290520A - 耐型かじり性・脱膜性に優れた潤滑処理金属材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ガラス転移温度が１０℃以上８５℃以下の１種
以上の水溶性および／または水分散性アクリル系樹脂
と、この樹脂の固形分に対して０．２重量％以上５重量
％以下のシランカップリング剤および０．５重量％以上
１０重量％以下の金属石鹸を含有する処理剤を、基材金
属の表面に塗布乾燥してなる潤滑処理皮膜（膜厚：０．
８〜４μｍ）を有する潤滑処理金属材。 【効果】耐型かじり性に優れるとともに、良好な脱膜性
および耐ブロッキング性を有しており、従来のビニール
シートを貼合して成形していた金属材に代わり得るもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基材金属の表面に耐型
かじり性・脱膜性に優れた潤滑処理皮膜を有する金属材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属板を塑性加工する際に、潤滑剤を使
用して金型と金属板との潤滑性を高め、加工時に加えら
れる加重を低減したり、焼き付きを防止する技術が従来
から用いられている。しかし、近年、使用後の潤滑剤の
処理等、環境問題への対応や、コスト低減のために、需
要家が加工時にプレス油などの潤滑剤を塗布するのでは
なく、金属板の製造段階、または需要家へ引き渡される
までの適当な段階で、金属板表面に種々の潤滑剤を含有
する固体有機皮膜（以下、「潤滑処理皮膜」という）を
予め塗布した潤滑処理金属板が多用されるようになって
きた。

【０００３】このような潤滑処理金属板は、大別する
と、脱膜型の金属板と非脱膜型の金属板の２種になる。
脱膜型潤滑処理金属板とは、塑性加工後に脱脂等の手法
により潤滑処理皮膜を除去し、その後、無処理で使用さ
れるか、あるいは更に化成処理および塗装などを施して
使用されるものである。一方、非脱膜型潤滑処理金属板
とは、塑性加工後に潤滑処理皮膜を除去することなく、
その皮膜表面のままで、ないしはさらに塗装などを施し
て使用されるものである。

【０００４】一般に、ステンレス鋼板やアルミニウム板
など、その金属光沢を生かして最終製品化される素材の
場合は、脱膜型の潤滑処理金属板として使用されること
が多い。

【０００５】このような脱膜型の塑性加工用潤滑処理皮
膜に要求される主な性能は下記〜の性能である。

【０００６】 薄膜で良好な潤滑性を示す。

【０００７】 成形皮膜同士を密着させても、皮膜同
士が粘着しない（耐ブロッキング性を有する）。

【０００８】 皮膜の除去が容易である。

【０００９】金属板の表面にこのような潤滑処理皮膜を
形成させることができる潤滑処理皮膜剤としては、アク
リル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂等の公知
の皮膜形成成分に、潤滑性成分として、脂肪酸、脂肪酸
塩、脂肪酸金属石鹸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、
高級アルコール、グラファイト、二硫化モリブデン、フ
ッ素樹脂粉末などを配合したものが提唱されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たステンレス鋼板など、特に表面に研磨ないしは光輝焼
鈍等を施した美麗な外観を有する金属板の場合、絞り加
工等の成形が可能なだけでは不十分で、金型による型か
じりを防ぎ、加工部も美麗な表面を保持することが重要
である。

【００１１】このために、現在は、加工前の金属板に厚
み５０μｍ程度のビニールフィルムを貼合し、プレス成
形等を行った後にそのフィルムを剥離する方法が多用さ
れている。しかしこの場合、加工後のフィルムの剥離
を、通常、人力で行わなければならないため、製造ライ
ンの自動化・省力化の妨げとなる。また、特に加工部で
はフィルムの剥離が困難になる場合が多い。さらに剥離
したフィルムは嵩高く、また、多くは焼却処分が困難
で、その減容・埋立処理等に多大な経費を要する。

【００１２】そのため、脱膜型潤滑処理金属板の型かじ
り性の改善に対する要請が強く、例えば、特開昭５３−
７５１５９号公報には、特定の酸価およびガラス転移温
度を有するビニル系樹脂等を表面に被覆したステンレス
鋼板が開示されている。しかしながら、家電メーカー等
の需要家の要求する高度な耐型かじり性を満足するよう
な潤滑処理皮膜を有する金属板は今だ得られていないの
が現状である。

【００１３】本発明はこのような状況に鑑みなされたも
ので、その目的は、耐型かじり性をはじめ、潤滑性、耐
ブロッキング性、脱膜性等、塑性加工時に必要とされる
全ての性能を満足する潤滑処理金属材を得ることにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】型かじりを防止するため
の従来の考え方は以下のようなものであった。

【００１５】（ａ）潤滑処理皮膜の膜厚を厚くして、金
型と金属の直接接触を避ける。

【００１６】（ｂ）潤滑処理皮膜の潤滑性を固体潤滑剤
などの添加によって向上させ、かじりにいたるまでの摺
動長さを増加させる。

【００１７】しかし、このような潤滑皮膜設計を行って
も、厳しい加工条件の場合は、かじりが発生する。本発
明者らは、モデル実験や実プレスを用いた調査により、
かじりによって金型内に堆積する潤滑処理皮膜の剥離片
そのものが型かじりの原因になるということを見いだし
た。すなわち、どんなに潤滑性の良い皮膜を厚く形成さ
せたとしても、皮膜の密着力が悪ければ、皮膜が根こそ
ぎ剥離し、その剥離した皮膜がさらに型かじりの原因に
なるのである。従って、皮膜と基材金属の密着性を高め
ることが型かじり防止に最も重要なポイントであるとい
う結論に達した。

【００１８】本発明者らは脱膜型の潤滑処理皮膜を構成
する樹脂の主成分、添加剤等について検討を重ねた結
果、潤滑処理皮膜にカップリング剤を添加し、潤滑処理
皮膜と基材金属との密着力を強化することにより耐型か
じり性が飛躍的に向上することを見いだした。

【００１９】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たもので、その要旨は下記の潤滑処理金属材にある。

【００２０】基材金属の表面に、ガラス転移温度が１０
℃以上８５℃以下のそれぞれ１種以上の水溶性および／
または水分散性アクリル系樹脂と、このアクリル系樹脂
固形分に対して０．２重量％以上５重量％以下のシラン
カップリング剤および０．５重量％以上１０重量％以下
の金属石鹸とを含有する処理剤を塗布乾燥してなる膜厚
が０．８μｍ以上４μｍ以下の潤滑処理皮膜を有するこ
とを特徴とする耐型かじり性・脱膜性に優れた潤滑処理
金属材。

【００２１】

【作用】以下、本発明の潤滑処理金属材について詳細に
説明する。

【００２２】基材金属：本発明の潤滑処理金属材の基材
である金属の形状および種類は特に限定されるものでは
ない。しかし、塑性加工の対象物として主に使用される
薄板形状のものが基材金属として広く適用される。

【００２３】金属の種類としては、熱延鋼板、冷延鋼
板、めっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板等が
例示される。

【００２４】基体樹脂：本発明の潤滑処理金属材の潤滑
処理皮膜を構成するアクリル系樹脂は、水溶性または水
分散性の熱可塑性アクリル系樹脂で、一般に塗料用とし
て使用されているものであればよい。これらの樹脂を製
造するための重合法についても何ら限定はない（アクリ
ル系樹脂およびその製造法については、例えば、北岡協
三著「塗料合成樹脂入門」（高分子刊行会発行）参
照）。

【００２５】上記のアクリル系樹脂は、ビニル系不飽和
カルボン酸およびビニル系不飽和カルボン酸エステルか
ら選ばれた単量体を重合して得られる。これらの単量体
としては、アクリル酸、メタクリル酸、ソルビン酸、イ
タコン酸、マレイン酸、フマル酸、メチル（メタ）アク
リレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メ
タ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレー
ト、ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）
アクリレート、２−エチル−ヘキシル（メタ）アクリレ
ート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メ
タ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、
２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒド
ロキシプロピル（メタ）アクリレート、グリシジン（メ
タ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アク
リレートなどが挙げられる。

【００２６】これらのアクリル単量体を重合させるに
は、一般に、少なくとも１種のビニル系不飽和カルボン
酸と少なくとも１種のビニル系不飽和カルボン酸エステ
ルとからなる２成分以上の単量体混合物を使用し、通常
の、例えば溶液重合方法あるいは乳化重合方法等の方法
により行えばよい。単重体混合物中の不飽和カルボン酸
成分の割合を調整することにより、所望の酸価を有する
重合物を得ることができる。

【００２７】また、重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）に
ついても、カルボン酸及びカルボン酸エステルの成分を
適切に選択し、それらの使用割合を適宜調整することに
より所望の値とすることができる。また、重合物をブレ
ンドすることにより、酸価およびＴｇを調整することも
可能である。なお、重合物は、塗料組成物の安定性を良
くするために、アンモニアあるいはアミン等で中和する
こともできる。

【００２８】本発明の潤滑処理金属材で用いられるアク
リル系樹脂は、ガラス転移温度が１０℃以上８５℃以下
であることが必要である。ガラス転移温度が１０℃未満
であると、皮膜の耐ブロッキング性が不十分で、皮膜同
士を重ねたときに密着してしまうおそれがあり、また、
耐型かじり性も劣化する。一方、ガラス転移温度が８５
℃を超える場合は皮膜の加工性が劣化する。

【００２９】また、本発明で使用されるアクリル系樹脂
は、酸価が２０以上であることが好ましい。酸価が２０
未満では、得られる潤滑処理皮膜のアルカリ溶液による
脱膜性が不十分となるおそれがある。

【００３０】本発明の潤滑処理金属材は、１種以上の水
溶性アクリル系樹脂または１種以上の水分散性アクリル
系樹脂が用いられたものであってもよいし、それら水溶
性および水分散性の両方のアクリル系樹脂をそれぞれ１
種以上含むアクリル系樹脂が用いられたものであっても
よい。

【００３１】シランカップリング剤：本発明の潤滑処理
金属材は、後述するように、アクリル系樹脂を水に溶解
または分散させた樹脂液を処理剤として基材金属表面に
塗布し、乾燥してなる潤滑処理皮膜を有するものである
が、この樹脂液にはシランカップリング剤が含まれる。
このシランカップリング剤は樹脂皮膜と基材金属との密
着力を強化する作用を有し、これによって耐型かじり性
が飛躍的に向上する。また、特に多官能のシランカップ
リング剤には、樹脂の内部架橋を促進する効果も期待で
きる。

【００３２】シランカップリング剤の含有量（添加量）
は樹脂固形分に対して０．２重量％以上５重量％以下で
あることが必要である。添加量が０．２重量％未満であ
ると、耐型かじり性向上効果が不十分であり、一方、５
重量％を超えるとその効果が飽和し、経済的に不利であ
るだけでなく、樹脂を溶解または分散させた樹脂液の安
定性が損なわれ、短時間でゲル化する可能性がある。好
ましい添加量は１重量％以上３重量％以下である。

【００３３】添加されるシランカップリング剤の種類は
特に限定されることはない。例えば、ビニルトリメトキ
シシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミ
ノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラ
ン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリ
メトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３
−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙
げられる。

【００３４】金属石鹸：前記の樹脂液にはシランカップ
リング剤に加え、金属石鹸が含まれる。金属石鹸は潤滑
と撥水の両効果を有するが、含有量（添加量）が０．５
重量％未満であると潤滑性が不十分となり、一方、１０
重量％を超えると、潤滑性の向上効果が飽和するのみな
らず、樹脂皮膜の凝集強度が低下し、耐型かじり性が劣
化する。

【００３５】従って、金属石鹸の添加量は、樹脂固形分
に対して０．５重量％以上１０重量％以下であることが
必要である。好ましくは、１重量％以上５重量％以下で
ある。

【００３６】金属石鹸としては、ステアリン酸アルミニ
ウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸マグネシウム等が例示される。

【００３７】潤滑処理皮膜：本発明の潤滑処理金属材
は、上述したアクリル系樹脂とシランカップリング剤と
金属石鹸を含有する処理剤が基材金属表面に塗布され、
形成された潤滑処理皮膜を有する金属材であるが、その
膜厚は０．８μｍ以上４μｍ以下である。０．８μｍ未
満では耐型かじり性が不十分であり、４μｍを超えると
逆に金型への皮膜堆積の問題が生じる。

【００３８】この潤滑処理皮膜の形成方法は特に限定さ
れるものではないが、以下に標準的な手法を例示する。

【００３９】〔前処理〕潤滑処理皮膜の形成に使用され
る処理剤はアクリル系樹脂等を水に溶解または分散させ
た水系のものなので、基材金属はアルカリ脱脂等で十分
に脱脂されている状態でなければならない。この脱脂が
不十分であると、形成される皮膜に塗装はじき等の欠陥
が発生する。

【００４０】〔処理剤〕処理剤は、所定のガラス転移温
度と好ましい酸価を示すようにコントロールされた樹脂
液に、まず金属石鹸を添加して十分に分散させた後、シ
ランカップリング剤を添加し、撹拌することにより調製
する。シランカップリング剤を先に添加すると泡立ちが
起こり、調製に支障が生じるおそれがある。調製の際、
希釈はイオン交換水を用いて行うが、濡れ性の改善、消
泡・乾燥性の向上のため、水と相溶性のよい有機溶剤を
添加してもよい。なお、処理剤の固形分濃度は、形成す
る潤滑処理皮膜の厚さおよび塗布方法によって調整す
る。

【００４１】〔処理剤の塗布〕処理剤の塗布方法は基材
金属の形状により異なるが、板形状の場合はロールコー
タによる塗布が最も好ましい。ロールコータを用いる
と、塗布膜厚の調整が容易で、かつ美麗な塗装が可能で
ある。その他、スプレー法、刷毛塗り法、浸漬法なども
適用できる。特に、形状が複雑なものに対しては、スプ
レー法等が実用的である。

【００４２】〔乾燥〕処理剤を塗布した後、乾燥するこ
とにより潤滑処理皮膜が形成される。乾燥温度は水が蒸
発する程度でよいが、最高到達板温が４０℃〜１００℃
となる条件下で行うのが効率がよく、好ましい。乾燥方
法としては、温風乾燥、赤外線による乾燥等、通常用い
られる方法が適用できる。

【００４３】上記本発明の潤滑処理金属材は、潤滑処理
皮膜と基材金属との密着力が強く、優れた耐型かじり性
を有しており、後述する実施例に示すように、脱膜性、
耐ブロッキング性にも優れている。

【００４４】

【実施例】表１に示したモノマー組成、ならびにガラス
転移温度（Ｔｇ）および酸価を有する各種のアクリル樹
脂に、シランカップリング剤および金属石鹸を添加し
て、表２に示すような固形分組成を有する処理剤を調製
した。処理剤の総固形分濃度は２０重量％とし、イオン
交換水を添加して調整した。

【００４５】この処理剤を、表面をアルカリ脱脂したス
テンレス鋼板（ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、２Ｂ仕上げ、板厚
１．２ｍｍ）の両面にバーコーターで塗布し、最高到達
板温が６０℃になるように熱風炉で乾燥して試験板を得
た。

【００４６】この試験板を以下の試験に供し、その性能
を調査した。

【００４７】〔耐型かじり性試験〕図１に示すような高
面圧Ｕ成形用金型を用い、以下の条件で型かじり試験を
行い、摺動部の傷を目視観察して下記の判定基準により
耐型かじり性を評価した。

【００４８】◎または○であれば良好とした。

【００４９】ビード研磨紙 ：＃６００ ビード研磨方向：平行研磨 押し付け圧 ：３７９．５ＭＰａ（３３ｋｇ／ｍ
ｍ² ） 試験片採取方向：圧延方向 試験片形状 ：幅３０ｍｍ×長さ２６０ｍｍ 成形高さ ：７０ｍｍ 目視判定基準 ◎：完全無傷 ○：軽微な擦り傷（外観上問題無し） △：軽度な擦り傷（外観上問題有り） ×：明瞭な傷発生 〔脱膜性試験〕アルカリ脱脂液（日本パーカライジング
製「ＦＣ４３２６」）の２％水溶液を使用し、温度６０
℃、スプレー圧１ｋｇ／ｃｍ² で１０秒間スプレーする
ことにより脱膜した後、水はじきの有無を調べ、脱膜性
を以下の基準で評価した。○であれば良好とした。

【００５０】○：水はじき無し △：水はじき一部あり ×：水はじき全面発生 〔耐ブロッキング性試験〕耐ブロッキング性試験は、潤
滑処理板の積み重ね保管時における潤滑処理皮膜どうし
の粘着（ブロッキング）に対する耐性を調べる試験であ
る。この粘着が起こると、作業性が低下し、塑性加工性
が悪化する。

【００５１】試験は、片面のみに皮膜を形成した２枚の
試験片の皮膜どうしを重ね合わせ、４０℃、２００ｋｇ
／ｃｍ² の圧力で３時間押しつけた後、剥離して、粘着
状態を下記の４段階で評価した。◎または○であれば良
好とした。

【００５２】◎：自重で剥離し、粘着痕がない ○：自重で剥離するが、粘着痕がみられる △：粘着するが、軽く叩くと剥離する ×：粘着し、叩いても剥離しない 試験結果を表２に併せて示す。この結果から明らかなよ
うに、実施例として示した本発明の潤滑処理金属材は耐
型かじり性に優れるとともに、成形後の脱膜性および耐
ブロッキング性も良好であった。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【発明の効果】本発明の潤滑処理金属材は、塑性加工時
に金型による型かじりの問題がなく、成形後の脱膜性お
よび耐ブロッキング性にも優れており、従来のビニール
シートを貼合して成形していた金属材に代わり得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において耐型かじり性試験に用いた高面
圧Ｕ成形試験用金型の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１：材料 ２：パンチ ３：板押さえ ４：ダイス ５：丸ビート（工具粗さ設定部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材金属の表面に、ガラス転移温度が１０
   ℃以上８５℃以下のそれぞれ１種以上の水溶性および／
   または水分散性アクリル系樹脂と、このアクリル系樹脂
   固形分に対して０．２重量％以上５重量％以下のシラン
   カップリング剤および０．５重量％以上１０重量％以下
   の金属石鹸とを含有する処理剤を塗布乾燥してなる膜厚
   が０．８μｍ以上４μｍ以下の潤滑処理皮膜を有するこ
   とを特徴とする耐型かじり性・脱膜性に優れた潤滑処理
   金属材。