WO2011048754A1 - 鍛造成型加工用潤滑油組成物および鍛造成型装置 - Google Patents

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WO2011048754A1
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oil composition
forging
solid lubricant
forging molding
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典久 洞口
航介 池田
賢 瀬戸
勇輔 坂間
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三菱重工業株式会社
佐藤特殊製油株式会社
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    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/24—Metal working without essential removal of material, e.g. forming, gorging, drawing, pressing, stamping, rolling or extruding; Punching metal

Definitions

  • the present invention relates to a lubricating oil composition for forging molding used for reducing friction between a mold and a molded body in forging molding.
  • the present invention also relates to a forging molding apparatus suitable for forging molding processing using a lubricating oil composition for forging molding processing.
  • the scroll is used in a compressor or the like constituting an air conditioner.
  • This scroll is mainly manufactured by casting, machining, or the like.
  • scrolls are frequently forged using a mold for productivity and high strength.
  • In the field of forging and molding such as aluminum alloys and iron alloys, there is a method of performing forging molding by interposing a lubricant between the forging material and the mold in order to reduce friction between the forging material and the mold. It is common.
  • a graphite lubricant or a non-graphite lubricant is used as the lubricant for forging molding.
  • Graphite-based lubricants are low in cost and high in lubricity.
  • the flash point of the base oil for dispersing graphite is 170 to 200 ° C., there is a risk of fire.
  • Another problem is that contamination of the work environment by graphite may cause health damage to the human body.
  • non-graphite lubricants have a high flash point of about 270 ° C. or higher, so the risk of fire is low, and because graphite is not used, safety to the human body is high.
  • non-graphite lubricants have a problem that they are higher in cost and lower in lubricity than graphite lubricants.
  • the following three problems arise. First, molding yield decreases due to seizure on the mold and molding defects. Second, even simple shapes can be molded, but complicated shapes such as scrolls are difficult to mold. Third, the life of the mold is shortened.
  • a lubricant that can be used for forging molding processing it is a safe non-graphite lubricant that does not contaminate the work environment due to graphite, and has a lubricity equivalent to or better than that of a graphite lubricant.
  • lubricants for molding processes There is a need for lubricants for molding processes.
  • Patent Document 1 as a non-graphite lubricant with improved lubricity, one or more of fats, fatty acids and fatty acid esters, solid lubricants and surfactants are added to the base oil made of mineral oil. A plunger tip lubricant is disclosed.
  • the lubricant disclosed in Patent Document 1 is a lubricant for casting, not for forging, and has not been found for a non-graphite lubricant having lubricity suitable for forging. is the current situation.
  • the present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a lubricating oil composition for forging process that is excellent in lubricity. Moreover, it aims at providing the forge molding apparatus suitable also for the lubricating oil composition for a forge molding process of this invention.
  • the present inventors conducted various studies to improve lubricity by adding various substances to the base oil. As a result, the present inventors have added a solid lubricant and an extreme pressure agent having different particle diameters to the base oil, so that the forging process has a lubricity equivalent to or better than that of a graphite-based lubricant. It has been found that a lubricating oil composition can be obtained.
  • the present invention is a lubricating oil composition for forging process characterized by including at least two kinds of solid lubricants having different particle diameters and an extreme pressure agent, and the balance is made of a base oil.
  • the lubricating oil composition for forging process according to the present invention is preferably composed of 0.1% to 15% solid lubricant, 5 to 15% extreme pressure agent, and the remaining base oil. Further, it is more preferable that the lubricating oil composition for forging process of the present invention comprises, by weight, 4 to 15% of solid lubricant, 5 to 15% of extreme pressure agent, and the balance of base oil. In the present invention, the dispersant may contain 5% or less by weight.
  • the solid lubricant is preferably made of a fluororesin, and the extreme pressure agent is preferably made of zinc dialkyldithiophosphate.
  • the particle size of at least one solid lubricant out of at least two types of solid lubricants having different particle sizes is smaller than the minimum surface roughness of the forging material. Is preferably small.
  • the solid lubricant is preferably composed of polytetrafluoroethylene having a particle size of 6 ⁇ m or less and polytetrafluoroethylene having a particle size of more than 6 ⁇ m and 15 ⁇ m or less.
  • the present inventors also provide a forging apparatus suitable for use in the forging process lubricating oil composition of the present invention.
  • the forging molding apparatus of the present invention comprises a pair of molds for molding with a forging material composed of an upper mold and a lower mold, and the lubricating oil composition for forging molding process of the present invention on the mold surface.
  • a forging molding device including a lubricating oil composition spraying device for spraying, wherein the lubricating oil composition spraying device stores a lubricating oil composition for forging molding processing, and forging molding processing from the fueling tank
  • the lubricating oil composition spraying apparatus preferably includes a plurality of nozzles that inject the lubricating oil composition for forging molding toward the surface of the mold.
  • a lubricating oil composition for forging molding process having excellent lubricity can be obtained.
  • a complicated shape such as a scroll can be manufactured by forging.
  • the molding yield is improved and the life of the mold is extended.
  • the lubricating oil composition for forging molding with a uniform component can be sprayed onto the mold, and a simple shape can be obtained.
  • Various shapes of forging and molding can be performed, from those having complex shapes.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. (A)-(c) is a schematic sectional drawing of the scroll forge molding apparatus 11 in this Embodiment.
  • (A), (b) is a schematic sectional drawing of the front-end
  • FIG. It is a schematic diagram of the shape of a nozzle.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the mixing ratio of PTFE having a particle size of 0.2 to 0.3 ⁇ m and PTFE having a particle size of 7 ⁇ m and the friction coefficient.
  • the lubricating oil composition for forging process according to the present invention contains at least two solid lubricants having different particle sizes.
  • the solid lubricant has an effect of reducing the friction coefficient as an index of lubricity.
  • a solid lubricant having a single particle size is added, the effect of reducing the friction coefficient is not sufficient, and two or more kinds are used. A sufficient effect can be obtained by adding a solid lubricant having a particle size of.
  • fluorine resin molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, graphite fluoride, boron nitride, melamine resin, polypropylene resin, polyethylene resin, copper, lead oxide, calcium fluoride and the like
  • fluororesin polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) is most preferable.
  • the solid lubricant When the solid lubricant is less than 0.1% by weight, the effect of improving the lubricity cannot be obtained sufficiently, and when it exceeds 15%, the effect of improving the lubricity is saturated. Therefore, the solid lubricant is preferably added in the range of 0.1 to 15%. If the solid lubricant is 4% or more, a better lubricating effect can be obtained. Therefore, it is more preferable to add 4 to 15% of the solid lubricant. The cost increases as the amount of solid lubricant added increases. Therefore, in order to keep the cost low while obtaining the effect of improving the lubricity, the range of 4 to 10% is more preferable.
  • the particle size is not necessarily limited, but can be selected based on the surface roughness of the forging material or the mold. When the surface roughness of the forging material is used as a reference, it is preferable to select a solid lubricant having a particle size smaller than the minimum roughness of the forging material as the first solid lubricant.
  • a solid lubricant having a particle size larger than that of the first solid lubricant may be selected as the second solid lubricant, but the particle size of the second solid lubricant may be larger than the maximum roughness of the forging material.
  • the particle size may be a range having a minimum roughness value and a maximum roughness value. When selecting based on the surface roughness of the mold, the selection may be made by the same method as the surface roughness of the forging material.
  • PTFE particles When PTFE particles are used as a solid lubricant, if the particle size exceeds 15 ⁇ m, the PTFE particles tend to settle, and secondary agglomeration may occur when sprayed onto the mold, so the particle size is 15 ⁇ m or less. In addition, it is preferable to use PTFE particles having a size of 0.1 ⁇ m or more. When secondary agglomeration occurs, it is preferable to sufficiently agitate the lubricating oil composition for forging process before spraying it onto the forging mold. In the present invention, it is most preferable to use as a solid lubricant a mixture of PTFE having a particle size of 6 ⁇ m or less and PTFE having a particle size of more than 6 ⁇ m and 15 ⁇ m or less.
  • the mixing ratio of the solid lubricant is 20:80 to 80:20 by weight ratio of the first solid lubricant to the second solid lubricant. More preferably, if it is 30:70 to 70:30, the friction coefficient is lowered and the lubricity is improved. In addition, what is necessary is just to use 2 types of solid lubricants from which the particle size differs, but even if it combines 3 or more types, the effect of reducing a friction coefficient can be acquired.
  • the particle diameter is a value measured by a dry laser method (50% by weight average particle system). However, those that are easily crushed by strong shear are values observed from an electron microscope (SEM) image.
  • Extreme pressure agent The extreme pressure agent is added to the lubricating oil composition for forging process of the present invention in order to reduce the friction coefficient.
  • Extreme pressure agents include zinc dialkyldithiophosphate, tricresyl phosphate, lauryl acid phosphate, trioctyl phosphate, trixylenyl phosphate, diphenyl phosphate, 2-ethylhexyl phosphate, molybdenum dialkyl dithiophosphate, tributyl phosphate, dilauryl phosphate.
  • zinc dialkyldithiophosphate (hereinafter sometimes referred to as Zn-DTP) is most preferable.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the zinc dialkyldithiophosphate is preferably an integer selected from 8 to 12.
  • an oily agent or an antiwear agent may be included as an extreme pressure agent.
  • the extreme pressure agent When the extreme pressure agent is less than 5% by weight, the effect of improving lubricity is not sufficiently obtained, and when it exceeds 15%, the effect of improving lubricity is saturated. Therefore, the extreme pressure agent is preferably added in the range of 5 to 15%.
  • the lubricating oil composition for forging process according to the present invention contains a base oil.
  • the base oil may be selected from one or more from mineral oil, vegetable oil, synthetic oil, etc., but the flash point is preferably 200 ° C. or higher from the viewpoint of fire prevention.
  • the added amount of the base oil may be the balance of the solid lubricant and the extreme pressure agent.
  • the lubricating oil composition for forging process according to the present invention allows an additive other than the solid lubricant, the extreme pressure agent, and the base oil to be included within a range not impairing the effect of reducing the friction coefficient according to the present invention.
  • additives dispersants, antifoaming agents, thickeners, anticorrosives, antioxidants, heat stabilizers, and the like can be used.
  • a dispersant such as polyisobutylene (hereinafter referred to as PIB) may be added within a range of 5% or less in order to prevent aggregation of the solid lubricant.
  • the lubricating oil composition for forging process according to the present invention is suitable for forging processes such as cold forging and warm forging such as aluminum, aluminum alloy and iron alloy.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the shape of the scroll 1.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
  • the scroll 1 includes a flange 2 having a stepped portion 3, a fin 4 having a stepped portion 5 extending in a spiral shape from one end surface of the flange 2, and a cylindrical mounting portion 6 formed on the other end surface of the flange 2. It is configured.
  • the scroll compressor combines the scroll 1 so that the fins 4 face each other, revolves one of the scrolls 1 with respect to the other scroll, and compresses the fluid between the fins 4 of both scrolls 1. It is.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (c) are schematic cross-sectional views of the scroll forging device 11 in the present embodiment.
  • a procedure for manufacturing a scroll by forging will be described with reference to FIGS.
  • the lubricating oil composition 30 for forging molding is sprayed and sprayed from the nozzle 21 of the lubricating oil composition spraying device 20 onto the lower mold 13 having the shape onto which the molded body has been transferred.
  • the disk-shaped forging material 7 is inserted into the lower mold 13, and the forging material 7 is pushed out into the fin grooves 16 of the lower mold 13 with the punch 12 having a shape in which the back side shape of the molded body is transferred.
  • the lower mold 13 is formed with a recess 15 in which the shape of the step 3 of the flange 2 is transferred, and a spiral fin groove 16 in which the shape of the fin 4 is transferred and the back pressure plate 14 is disposed.
  • a back pressure plate 14 is inserted into the fin groove 16 from the back side of the lower mold 13.
  • the back pressure plate 14 is moved up and down by a spring or a hydraulic cylinder (not shown) to form the forging material 7 flowing into the fin groove 16.
  • a back pressure f1 applied in the direction opposite to the force F1 is generated.
  • the lubricating oil composition spraying apparatus 20 inserts and removes the nozzle 21 between the nozzle 21 for spraying the lubricating oil composition 30 for forging molding toward the surface of the lower mold 13 and the lower mold 13 and the punch 12.
  • Consists of The supply pipe 24 is provided with a plurality of suction ports for sucking up the lubricating oil composition 30 for forging molding process, while stirring the lubricating oil composition 30 for forging molding process with a stirring rod (not shown),
  • the lubricating oil composition 30 for forging process is sucked into the supply pipe 24 through a plurality of suction ports.
  • the nozzle 21 can be sprayed in multiple directions toward the lower mold 13.
  • the supply pipe 24 is provided with a plurality of suction ports, or a structure provided with nozzles capable of spraying in multiple directions. Is preferred.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic sectional views of the shape of the suction port at the tip of the supply pipe 24 inserted into the oil surface 26, and
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the shape of the nozzle 21. .
  • a plurality of circular suction ports 25 a are provided at the tip of the supply pipe 24.
  • it has the shape of the suction port 25b by which the front-end
  • the solid lubricant dispersed as particles in the base oil can be easily sucked up, so that it is possible to supply a lubricating oil composition for forging process having a uniform component.
  • the lubricating oil composition 30 for forging molding with a uniform component can be applied to the details of the lower mold 13.
  • the injection port of the nozzle 21 is not shown, but the shape of the injection port is preferably circular or elliptical.
  • the particle size of the solid lubricant contained in the forging molding lubricating oil composition is 1.6 ⁇ m or less PTFE, 1 It is preferable to use PTFE exceeding .6 ⁇ m.
  • the spraying of the lubricating oil composition 30 for forging molding to the lower mold 13 has been described above with reference to FIGS. 2 to 4. However, the lubricating oil composition for forging molding is also applied to the punch 12 as necessary. It goes without saying that the lubricity between the forging material 7 and the punch 12 is improved by spraying 30.
  • the coefficient of friction was used as an index for evaluating the lubricity of the lubricating oil composition for forging process.
  • the coefficient of friction can be determined by a ring compression friction test. The smaller the coefficient of friction, the better the lubricity.
  • the ring compression friction test method is as follows.
  • ⁇ Ring compression friction test> A ring-shaped test piece made of an aluminum alloy (JIS standard AD8C) having an inner diameter of 15 mm, an outer diameter of 30 mm, and a height of 10 mm was prepared. Using a ring compression tester consisting of a pair of upper and lower molds, apply the lubricating oil composition for forging process to the surface of the mold to compress the ring-shaped test piece, and reduce the inner diameter of the ring-shaped test piece after compression The coefficient of friction was obtained from the rate.
  • the test conditions are as follows.
  • Table 1 The materials shown in Table 1 were weighed, mixed and stirred to prepare forging molding lubricating oil compositions having the compositions shown in Table 1 (Samples 1 to 7). Using the obtained lubricating oil composition for forging process, a ring compression friction test was performed to obtain a friction coefficient. The friction coefficient values are shown in Table 1.
  • PTFE (0.2 to 0.3 ⁇ m) is PTFE having a particle size of 0.2 to 0.3 ⁇ m
  • PTFE (7 ⁇ m) is PTFE having a particle size of 7 ⁇ m
  • PTFE (15 ⁇ m) is PTFE having a particle size of 15 ⁇ m. Represents.
  • Zn-DTP (C8) is Zn-DTP in which the alkyl group has 8 carbon atoms
  • Zn-DTP (C10) is Zn-DTP in which the alkyl group has 10 carbon atoms
  • Zn-DTP (C12) is an alkyl group. It represents Zn-DTP having 12 carbon atoms.
  • PIB represents polyisobutylene.
  • Table 1 shows the following. Sample 5 to which no solid lubricant is added and Samples 1, 2, and 3 using a solid lubricant having one kind of particle size are inferior in lubricity to graphite-based lubricants. Samples 4, 6, and 7 using solid lubricants with two types of particle diameters have the same or low friction coefficient as graphite-based lubricants and are excellent in lubricity. Focusing on Samples 4, 6, and 7, when 5% of the solid lubricant is added, the friction coefficient is small and the lubricity is excellent, and the change in the friction coefficient is small at 5% and 10%. It can be seen that the effect of is saturated.
  • Sample 6 with a total amount of solid lubricant of 3% has a lower coefficient of friction than sample 5 with no solid lubricant added, but has a higher coefficient of friction than sample 4 with a total amount of 5%.
  • the total amount of the solid lubricant is preferably 4% or more.
  • PTFE particles with different particle sizes of 0.2 to 0.3 ⁇ m, 7 ⁇ m, and 15 ⁇ m were prepared as solid lubricants, and the effect of improving lubricity was investigated by changing the mixing ratio of PTFE particles with different particle sizes.
  • a lubricating oil composition for forging process having the composition shown in Table 2 was prepared, and a ring compression friction test was performed to obtain friction coefficients (samples 8, 9, 10, and 11). The results are shown in Table 2. Further, for Samples 1, 2, 4 of Example 1 and Samples 8 and 9 of Example 2, the relationship between the mixing ratio of PTFE having a particle size of 0.2 to 0.3 ⁇ m and PTFE having a particle size of 7 ⁇ m and the friction coefficient is shown. As shown in FIG.
  • the mixing ratio of PTFE was calculated from the mixing amount of PTFE.
  • the broken line is an approximate curve.
  • PTFE 0.2 to 0.3 ⁇ m
  • PTFE (7 ⁇ m) 50: 50
  • a lubricating oil composition for forging process comprising 15%, PIB 3%, rapeseed oil 25%, and the balance consisting of mineral oil was prepared, and a ring compression friction test was conducted to obtain a friction coefficient (samples 12, 13, and 14).
  • the compositions and friction coefficients of Samples 4, 12, 13, and 14 are shown in Table 3, and the change in the friction coefficient with respect to the Zn-DTP (extreme pressure agent) concentration is shown in FIG.
  • PTFE 0.2-0.3 ⁇ m
  • PTFE (7 ⁇ m) 50: 50 PTFE (solid lubricant) 5%, alkyl group carbon number 8 and 12 Zn-DTP (extreme pressure agent)
  • a lubricating oil composition for forging process comprising 10%, PIB 3%, rapeseed oil 25%, and the balance consisting of mineral oil was prepared, and a ring compression friction test was conducted to obtain friction coefficients (samples 16 and 17).
  • the composition and friction coefficient of Samples 4, 16, and 17 are shown in Table 4, and the change of the friction coefficient with respect to the carbon number of Samples 4, 16, and 17 is shown in FIG.
  • the lubricating oil composition for forging process using PTFE as the solid lubricant and Zn-DTP as the extreme pressure agent has been described.
  • the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

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Abstract

　本発明は、潤滑性に優れる鍛造成型加工用潤滑油組成物を提供すること、また本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物にも好適な鍛造成型装置を提供することを目的とする。　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤と、極圧剤とを含み、残部が基油からなる。また本発明の鍛造成型装置は、上型と下型とからなる鍛造素材を挟んで成型するための一対の金型と、金型の表面に鍛造成型加工用潤滑油組成物を吹付けるための潤滑油組成物吹付装置と、を備えた鍛造成型装置であって、潤滑油組成物吹付装置が、鍛造成型加工用潤滑油組成物を貯蔵する給油タンクと、給油タンクから鍛造成型加工用潤滑油組成物を吸い上げてノズルに供給するための供給管とを備え、供給管に複数の吸上げ口が設けられている。

Description

鍛造成型加工用潤滑油組成物および鍛造成型装置
　本発明は、鍛造成型加工において金型と成型体との摩擦低減のために用いられる鍛造成型加工用潤滑油組成物に関する。また本発明は、鍛造成型加工用潤滑油組成物を用いた鍛造成型加工に好適な鍛造成型装置に関する。
　スクロールは、空気調和装置を構成する圧縮機等に用いられている。このスクロールは、鋳造や機械加工等により製造されることが主流であった。しかし、近年では、生産性および高強度化等のため、スクロールは金型を用いて鍛造成型加工されることが多くなってきた。
　アルミニウム合金や鉄合金などの鍛造成型加工の分野においては、鍛造素材と金型との摩擦を低減するため、鍛造素材と金型との間に潤滑剤を介在させて鍛造成型加工を行う方法が一般的である。
　鍛造成型加工用の潤滑剤としては、黒鉛系潤滑剤または非黒鉛系潤滑剤が用いられている。
　黒鉛系潤滑剤は、低コストで潤滑性が高いが、黒鉛を分散させる基油の引火点が１７０～２００℃であるため火災の危険を伴う。また黒鉛による作業環境の汚染によって、人体への健康被害が起こる可能性があることが問題となっている。
　一方、非黒鉛系潤滑剤は、引火点が約２７０℃以上と高いため火災の危険性は低く、黒鉛を用いないため人体に対する安全性は高い。しかし、非黒鉛系潤滑剤は、黒鉛系潤滑剤に比べてコストが高くかつ潤滑性が低いという問題がある。潤滑性の低い潤滑剤を用いて鍛造成型を行う場合、次の３つが問題となる。第一に、金型への焼付きや成型不良によって成型歩留まりが低下する。第二に、簡単な形状のものは成型できてもスクロール等のような複雑な形状のものは成型が困難である。第三に、金型の寿命が短くなる。
　このような問題から、鍛造成型加工に用いることができる潤滑剤として、黒鉛による作業環境の汚染がない安全な非黒鉛系潤滑剤で、黒鉛系潤滑剤と同等または同等以上の潤滑性を有する鍛造成型加工用の潤滑剤が求められている。
　特許文献1には、潤滑性を改善した非黒鉛系潤滑剤として、鉱油からなる基油に対して、油脂、脂肪酸および脂肪酸エステルの1種または２種以上、固体潤滑剤、界面活性剤を添加したプランジャチップ用潤滑剤が開示されている。
　しかしながら、特許文献１に開示される潤滑剤は、鋳造用の潤滑剤であって鍛造成型加工用ではなく、鍛造成型加工に適した潤滑性を有する非黒鉛系潤滑剤については見出されていないのが現状である。
特開平２－２４８４９７号公報
　本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、潤滑性に優れる鍛造成型加工用潤滑油組成物を提供することを目的とする。また、本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物にも好適な鍛造成型装置を提供することを目的とする。
　かかる目的のもと、本発明者らは、基油に対して様々な物質を添加し潤滑性向上について鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、基油に対して、粒径の異なる固体潤滑剤および極圧剤を添加することにより、黒鉛系潤滑剤と同等または同等以上の潤滑性を有する鍛造成型加工用潤滑油組成物が得られることを見出した。
　したがって、本発明は、粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤と、極圧剤とを含み、残部が基油からなることを特徴とする鍛造成型加工用潤滑油組成物である。
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、重量％で、固体潤滑剤が０．１～１５％、極圧剤が５～１５％、残部が基油からなることが好ましい。また、本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、重量％で、固体潤滑剤が４～１５％、極圧剤が５～１５％、残部が基油からなることがより好ましい。本発明では、重量％で、５％以下の分散剤を含んでもよい。
　本発明では、固体潤滑剤がフッ素樹脂からなること、極圧剤がジアルキルジチオリン酸亜鉛からなることが好ましい。
　また本発明において、固体潤滑剤の粒径を選定する場合には、粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤のうち、少なくとも１種の固体潤滑剤の粒径が鍛造素材の最小表面粗さよりも小さいことが好ましい。
　さらに本発明では、固体潤滑剤は、粒径が６μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと、粒径が６μｍを超えて１５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと、からなることが好ましい。
　また本発明者らは、本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物を用いる場合に好適な鍛造成型装置をも提供する。
　すなわち、本発明の鍛造成型装置は、上型と下型とからなる鍛造素材を挟んで成型するための一対の金型と、金型の表面に本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物を吹付けるための潤滑油組成物吹付装置とを備えた鍛造成型装置であって、潤滑油組成物吹付装置が、鍛造成型加工用潤滑油組成物を貯蔵する給油タンクと、給油タンクから鍛造成型加工用潤滑油組成物を吸い上げてノズルに供給するための供給管とを備え、供給管に複数の吸上げ口が設けられていることを特徴とする。
　本発明の鍛造成型装置においては、潤滑油組成物吹付装置が、金型の表面に向けて鍛造成型加工用潤滑油組成物を噴射する複数のノズルを備えることが好ましい。
　本発明によれば、潤滑性に優れる鍛造成型加工用潤滑油組成物が得られる。これにより、スクロールのような複雑な形状であっても鍛造成型加工によって製造することが可能となる。また、成型歩留まりが向上し、かつ金型の寿命も長くなる。
　また、本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物に好適な鍛造成型装置を用いることにより、均一な成分の鍛造成型加工用潤滑油組成物を金型に吹付けることができ、簡単な形状のものから複雑な形状のものまで様々な形状の鍛造成型加工が可能となる。
（ａ）は、スクロールの形状を示した斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ’矢視断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、本実施の形態におけるスクロール用鍛造成型装置１１の概略断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、供給管２４の油面側の先端の概略断面図である。 ノズルの形状の模式図である。 粒径が０．２～０．３μｍのＰＴＦＥと７μｍのＰＴＦＥとの混合比率と摩擦係数との関係を表す図である。 Ｚｎ－ＤＴＰ（極圧剤）の添加量と摩擦係数との関係を表す図である。 Ｚｎ－ＤＴＰ（極圧剤）に含まれるアルキル基の炭素数と摩擦係数との関係を表す図である。
　以下、本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物について詳細に説明する。
＜固体潤滑剤＞
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤を含む。固体潤滑剤は、潤滑性の指標となる摩擦係数を低下させる効果を有するが、単一の粒径の固体潤滑剤を添加した場合には摩擦係数を低下させる効果は十分ではなく、２種以上の粒径の固体潤滑剤を添加することにより十分な効果が得られる。
　固体潤滑剤としては、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、メラミン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、銅、酸化鉛、フッ化カルシウム等を用いることができる。これらの中でも、フッ樹脂を用いることが好ましく、フッ素樹脂の中でもポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す。）がもっとも好ましい。
　固体潤滑剤は、重量％で、０．１％未満であると潤滑性向上の効果が十分得られず、１５％を超えると潤滑性向上の効果が飽和する。したがって、固体潤滑剤は、０．１～１５％の範囲で添加することが好ましい。固体潤滑剤は、４％以上であると、より優れた潤滑性向上の効果が得られるので、固体潤滑剤は４～１５％添加することがより好ましい。固体潤滑剤の添加量の増加に伴いコストが高くなるので、潤滑性向上の効果を得ながら低コストに抑えるためには、４～１０％の範囲とすることがさらに好ましい。
　固体潤滑剤の粒径は、大きさが異なるものを２種以上用いればよい。その粒径は必ずしも限定されるものではないが、鍛造素材または金型の表面粗さを基準に選定することができる。
　鍛造素材の表面粗さを基準にする場合、鍛造素材の最小粗さよりも小さい粒径の固体潤滑剤を第一の固体潤滑剤として選定することが好ましい。第一の固体潤滑剤よりも粒径の大きい固体潤滑剤を第二の固体潤滑剤として選定すればよいが、第二の固体潤滑剤の粒径は鍛造素材の最大粗さより大きくてもよいし、最小粗さの値と最大粗さの値とを範囲とする粒径であってもよい。金型の表面粗さを基準に選定する場合も鍛造素材の表面粗さと同様の手法で選定すればよい。
　固体潤滑剤としてＰＴＦＥ粒子を用いる場合には、粒径が１５μｍを超えるとＰＴＦＥ粒子が沈降しやすくなり、金型への吹付けの際、二次凝集が起こる場合があるので、粒径１５μｍ以下であって０．１μｍ以上のＰＴＦＥ粒子を用いることが好ましい。二次凝集が起こる場合には、鍛造成型金型に吹付ける前に鍛造成型加工用潤滑油組成物を十分に攪拌して成分を均一にすることが好ましい。
　本発明においては、固体潤滑剤として、粒径が６μｍ以下のＰＴＦＥと、粒径が６μｍを超えて１５μｍ以下のＰＴＦＥとを混合して用いることが最も好ましい。
　粒径の大きさが異なるものを２種用いた場合、固体潤滑剤の混合比は、第一の固体潤滑剤と第二の固体潤滑剤の比が、重量比で２０：８０～８０：２０、より好ましくは３０：７０～７０：３０であると摩擦係数が低下し潤滑性が向上する。
　なお、固体潤滑剤は、粒径の大きさが異なるものを２種用いればよいが、３種以上組み合わせても摩擦係数を低下させる効果を得ることができる。
　また、本発明において、粒径とは、乾式レーザー法（５０重量％平均粒子系）で計測した値である。但し、強いせん断にて破砕されやすいものは電子顕微鏡（ＳＥＭ）像より観察した値とする。
＜極圧剤＞
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、摩擦係数を低下させるため極圧剤を添加する。極圧剤としては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、トリクレジルホスフェート、ラウリルアシッドホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、ジフェニルホスフェート、２－エチルヘキシルホスフェート、モリブデンジアルキルジチオリン酸エステル、トリブチルホスファイト、ジラウリルホスファイト、２－エチルヘキシルホスファイト、トリフェニルホスファイト、ジフェニルホスファイト、ジアリルジチオリン酸亜鉛、リン酸エステルのアミン塩、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛、ナフテン酸鉛、Ｍｏ－ジアルキルジチオカルパメート等、リン酸エステル（ＴＣＰ、ＴＰＰ、ＴＯＰ、ＣＤＰ、ＴＸＰ、ＴＢＰ）、チオフォスフェート、硫化油脂類（硫化テルペン）を用いることができる。これらの中でもジアルキルジチオリン酸亜鉛（以下、Ｚｎ－ＤＴＰと記す場合もある）がもっとも好ましい。ジアルキルジチオリン酸亜鉛を構成するアルキル基の炭素数は８～１２から選択される整数であることが好ましい。なお、本発明においては、極圧剤として油性剤や摩耗防止剤を含んでもよい。
　極圧剤は、重量％で、５％未満であると潤滑性向上の効果が十分得られず、１５％を超えると潤滑性向上の効果が飽和する。したがって、極圧剤は、５～１５％の範囲で添加することが好ましい。
＜基油＞
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、基油を含む。基油は、鉱物油、植物油、合成油などから１種または２種以上を選択すればよいが、火災防止の観点から引火点が２００℃以上であることが好ましい。
　基油の添加量は、固体潤滑剤および極圧剤の残部とすればよい。
＜その他の添加剤＞
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、本発明の摩擦係数の低下効果を阻害しない範囲で固体潤滑剤、極圧剤、基油以外の添加剤を含むことを許容する。添加剤としては分散剤、消泡剤、増粘剤、防食剤、酸化防止剤、熱安定剤などを用いることができる。例えば、固体潤滑剤の凝集を防ぐ目的でポリイソブチレン（以下、ＰＩＢと記す）などの分散剤を５％以下の範囲で添加してもよい。
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は、アルミニウムやアルミニウム合金、鉄合金などの冷間鍛造成型、温間鍛造成型などの鍛造成型加工に適している。
　以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物に好適なアルミニウム合金製スクロール用鍛造成型装置について詳細に説明する。
　図１（ａ）は、スクロール１の形状を示した斜視図である。図１（ｂ）は、同図（ａ）のＡ－Ａ’矢視断面図である。スクロール１は段部３を有するフランジ２と、フランジ２の一端面から渦巻状に延設し段部５を有するフィン４と、フランジ２の他端面に形成される筒状の取付部６とから構成されている。スクロール圧縮機はこのスクロール１を、互いのフィン４を対向するように組み合わせ、その一方のスクロール１を他方のスクロールに対して公転させて、両スクロール１のフィン４の間で流体を圧縮するものである。
　図２（ａ）～（ｃ）は、本実施の形態におけるスクロール用鍛造成型装置１１の概略断面図である。図２（ａ）～（ｃ）を用いて、スクロールを鍛造成型によって製造する場合の手順を説明する。まず、成型体が転写された形状を有する下金型１３に、潤滑油組成物吹付装置２０のノズル２１から鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を噴射させて吹き付ける。次に、円盤状の鍛造素材７を下金型１３に挿入し、成型体の裏側形状が転写された形状を有するパンチ１２をもって鍛造素材７を下金型１３のフィン溝１６に押し出していく。下金型１３にはフランジ２の段部３の形状が転写された凹部１５と、フィン４の形状が転写されるとともに、背圧板１４が配置された渦巻状のフィン溝１６とが形成されている。フィン溝１６内には下金型１３の背面側から背圧板１４が挿入されており、背圧板１４は図示しないスプリングや油圧シリンダにより上下動し、フィン溝１６内に流入した鍛造素材７を成形力Ｆ１と逆方向に付加する背圧力ｆ１を発生する。パンチ１２の成形力Ｆ１による素材７の押し出し方向とは逆方向の背圧力ｆ１を加えながら鍛造素材７をフィン溝１６内に押し出すことによって、押し出されるフィン高さの精度を向上するようにしている。
　潤滑油組成物吹付装置２０は、下金型１３の表面に向けて鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を吹付けるノズル２１と、下金型１３とパンチ１２との間にノズル２１を挿入離脱させる支持アーム２２と、鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を貯蔵する給油タンク２３と、ノズル２１に給油タンク２３から鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を吸上げて供給する供給管２４と、から構成される。供給管２４には、鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を吸上げるための吸上げ口が複数設けられ、鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を攪拌棒（図示せず）によって攪拌しながら、鍛造成型加工用潤滑油組成物３０が複数の吸上げ口を介して供給管２４に吸い上げられる。ノズル２１は下金型１３に向けて多方向に噴射可能である。
　本発明の鍛造成型加工用潤滑油組成物は固体潤滑剤の粒子が基油中に分散している。粒子の分散が偏った鍛造成型加工用潤滑油組成物を金型に吹付けた場合、潤滑性向上の効果が発揮されない場合がある。均一な成分の鍛造成型加工用潤滑油組成物を金型に吹付けるためには、供給管２４に複数の吸上げ口を設けた構成や多方向に噴射可能なノズルを設けた構成とすることが好ましい。その一例として、図３（ａ）、（ｂ）には油面２６に挿入される供給管２４先端の吸上げ口形状の概略断面図を、図４にはノズル２１の形状の模式図を示す。
　図３（ａ）に示す例では、供給管２４の先端に複数の円形の吸上げ口２５ａが設けられている。図３（ｂ）に示す例では、供給管２４の先端が複数に分割された吸上げ口２５ｂの形状を有する。これにより、基油中に粒子として分散している固体潤滑剤を吸い上げやすくしたので、均一な成分の鍛造成型加工用潤滑油組成物を供給することが可能である。
　図４に示す例では、ノズル２１を複数設ける構成としたので、複雑な形状の下金型１３に向けて多方向に噴射することができる。これにより、均一な成分の鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を下金型１３の細部まで塗布することができる。図４においては、ノズル２１の噴射口を図示していないが、噴射口の形状は円形、楕円形などが好ましい。
　スクロールの鍛造素材の表面粗さが平均で１．６～６．３μｍである場合、鍛造成型加工用潤滑油組成物に含まれる固体潤滑剤の粒径は、１．６μｍ以下のＰＴＦＥと、１．６μｍを超えるＰＴＦＥとを用いることが好ましい。
　以上、図２～図４を用いて、下金型１３への鍛造成型加工用潤滑油組成物３０の吹付けについて説明したが、必要に応じてパンチ１２にも鍛造成型加工用潤滑油組成物３０を吹付けて、鍛造素材７とパンチ１２との潤滑性を向上させることは言うまでもない。
　以下、本発明の実施例について説明するが、本発明では、鍛造成型加工用潤滑油組成物の潤滑性を評価する指標として摩擦係数を用いた。摩擦係数は、リング圧縮式摩擦試験により求めることができ、摩擦係数が小さいほど潤滑性に優れる。リング圧縮式摩擦試験方法は次のとおりである。
　＜リング圧縮式摩擦試験＞
　内径１５ｍｍ、外形３０ｍｍ、高さ１０ｍｍの形状で、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格のＡＤ８Ｃ）からなるリング状試験片を準備した。上下一対の金型からなるリング圧縮試験機を用いて、金型の表面に鍛造成型加工用潤滑油組成物を塗布してリング状試験片を圧縮し、圧縮後のリング状試験片の内径縮小率から摩擦係数を求めた。
　試験条件は次のとおりである。
・装置
　　油圧プレス機：Ａｓａｉ　ＥＦＰ１５０
　　金型：上下φ８０ｍｍプレート
・試験条件
　　温度：４５０℃（プレス直後の試験片温度）
　　圧縮率：４５％
　　降下速度：７．５ｍｍ／ｓ
　　油塗布量：０．３ｇ（金型上下にコートする）
　表１に示す材料を秤量し、混合、攪拌して、表1に示す組成の鍛造成型加工用潤滑油組成物を調整した（試料１～７）。得られた鍛造成型加工用潤滑油組成物を用いて、リング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めた。摩擦係数の値を表１に示す。
　なお、表１において、ＰＴＦＥ（０．２～０．３μｍ）は粒径０．２～０．３μｍのＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ（７μｍ）は粒径７μｍのＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ（１５μｍ）は粒径１５μｍのＰＴＦＥを表す。Ｚｎ－ＤＴＰ（Ｃ８）はアルキル基の炭素数が８であるＺｎ－ＤＴＰ、Ｚｎ－ＤＴＰ（Ｃ１０）はアルキル基の炭素数が１０であるＺｎ－ＤＴＰ、Ｚｎ－ＤＴＰ（Ｃ１２）はアルキル基の炭素数が１２であるＺｎ－ＤＴＰを表す。ＰＩＢはポリイソブチレンを表す。
　また、比較のため、従来から潤滑剤として用いられている市販の黒鉛系潤滑剤と、非黒鉛系潤滑剤を用いてリング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めたところ、摩擦係数は黒鉛系潤滑剤０．１１、非黒鉛系潤滑剤０．１８であった。また、無潤滑条件下では０．３５であった。
　表1より次のことがわかった。固体潤滑剤を添加しない試料５および１種類の粒径からなる固体潤滑剤を用いた試料１、２、３は黒鉛系潤滑剤より潤滑性が劣る。２種類の粒径の固体潤滑剤を用いた試料４、６、７は黒鉛系潤滑剤と摩擦係数が同等もしくは低く潤滑性に優れる。試料４、６、７に着目すると、固体潤滑剤を５％添加すると摩擦係数が小さく潤滑性に優れること、５％と１０％で摩擦係数の変化が少ないことから５％を超えると潤滑性向上の効果が飽和していることがわかる。また、固体潤滑剤の総量が３％である試料６は、固体潤滑剤を添加しない試料５に比べ摩擦係数は低いものの、総量５％の試料４に比し摩擦係数が高い。摩擦係数低減の効果を十分に得るためには固体潤滑剤の総量は４％以上とすることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　固体潤滑剤として、０．２～０．３μｍ、７μｍ、１５μｍと３種類の粒径の異なるＰＴＦＥ粒子を準備し、粒径の異なるＰＴＦＥ粒子の混合比率を変えて潤滑性向上の効果を調べた。表２に示す組成の鍛造成型加工用潤滑油組成物を調整し、リング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めた（試料８、９、１０、１１）。結果を表２に示す。また、実施例１の試料１、２、４および実施例２の試料８、９について、粒径が０．２～０．３μｍのＰＴＦＥと７μｍのＰＴＦＥの混合比率と摩擦係数との関係を図５に示す。
　なお、ＰＴＦＥの混合比率はＰＴＦＥの混合量から算出した。例えば、表２において、ＰＴＦＥ（０．２～０．３μｍ）１．５％とＰＴＦＥ（７μｍ）３．５％の混合比率は、図５においてＰＴＦＥ（０．２～０．３μｍ）：ＰＴＦＥ（７μｍ）＝３０：７０である。また、図５において、破線は近似曲線である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、２種のＰＴＦＥ粒子を混合することにより摩擦係数が低下する、すなわち潤滑性が向上することがわかった。図５より、混合比率が５０：５０をピークとしてすべての混合比率範囲で摩擦係数が低下しており、２種のＰＴＦＥ粒子の混合による潤滑性向上の効果が確認できる。
　ＰＴＦＥ（０．２～０．３μｍ）：ＰＴＦＥ（７μｍ）＝５０：５０の混合比率であるＰＴＦＥ（固体潤滑剤）５％、アルキル基の炭素数１０のＺｎ－ＤＴＰ（極圧剤）０～１５％、ＰＩＢ３％、なたね油２５％、残部が鉱油からなる鍛造成型加工用潤滑油組成物を調整し、リング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めた（試料１２、１３、１４）。試料４、１２、１３、１４、の組成および摩擦係数を表３に、Ｚｎ－ＤＴＰ（極圧剤）濃度に対する摩擦係数の変化を図６に示す。
　また、比較のため、ＰＴＦＥ（固体潤滑剤）０％、アルキル基の炭素数１０のＺｎ－ＤＴＰ（極圧剤）１０％、ＰＩＢ３％、なたね油２５％、残部が鉱油からなる鍛造成型加工用潤滑油組成物を調整し（試料１５）、リング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めた。この結果も表３および図６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３および図６より、極圧剤としてアルキル基の炭素数１０のＺｎ－ＤＴＰを用いた場合は、５％以上の添加で摩擦係数が低下、すなわち潤滑性が向上することがわかる。また、試料１５に着目すると、Ｚｎ－ＤＴＰを添加してもＰＴＦＥを添加しない場合、摩擦係数が低下しないことから、固体潤滑剤と極圧剤とを複合添加することにより潤滑性向上の効果が得られることが確認できる。
　ＰＴＦＥ（０．２～０．３μｍ）：ＰＴＦＥ（７μｍ）＝５０：５０の混合比率であるＰＴＦＥ（固体潤滑剤）５％、アルキル基の炭素数８、１２のＺｎ－ＤＴＰ（極圧剤）１０％、ＰＩＢ３％、なたね油２５％、残部が鉱油からなる鍛造成型加工用潤滑油組成物を調整し、リング圧縮式摩擦試験を行い、摩擦係数を求めた（試料１６、１７）。試料４、１６、１７の組成および摩擦係数を表４に、試料４、１６、１７の炭素数に対する摩擦係数の変化を図７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図７より、Ｚｎ－ＤＴＰに含まれるアルキル基の炭素数を変化させても摩擦係数の低下、すなわち潤滑性向上の効果が得られることが確認できた。
　なお、上記実施の形態では、固体潤滑剤としてＰＴＦＥを、極圧剤としてＺｎ－ＤＴＰを用いた鍛造成型加工用潤滑油組成物について説明した。これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
　１…スクロール、７…鍛造素材、１１…スクロール用鍛造成型装置、１２…パンチ、１３…下金型、２０…潤滑油組成物吹付装置、２１…ノズル、２４…供給管、２５ａ…吸上げ口、２５ｂ…吸上げ口、３０…鍛造成型加工用潤滑油組成物

Claims (10)

  1. 　粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤と、極圧剤とを含み、残部が基油からなることを特徴とする鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  2. 　重量％で、前記固体潤滑剤が０．１～１５％、前記極圧剤が５～１５％であることを特徴とする請求項１に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  3. 　重量％で、前記固体潤滑剤が４～１５％、前記極圧剤が５～１５％であることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  4. 　前記固体潤滑剤が、フッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  5. 　前記極圧剤が、ジアルキルジチオリン酸亜鉛からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  6. 　重量％で、５％以下の分散剤を含有する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  7. 　前記粒径の異なる少なくとも２種の固体潤滑剤のうち、少なくとも１種の固体潤滑剤の粒径が鍛造素材の最小表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  8. 　前記固体潤滑剤は、粒径が６μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと、粒径が６μｍを超えて１５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと、からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物。
  9. 　上型と下型とからなる鍛造素材を挟んで成型するための一対の金型と、前記金型の表面に請求項１に記載の鍛造成型加工用潤滑油組成物を吹付けるための潤滑油組成物吹付装置と、を備えた鍛造成型装置であって、前記潤滑油組成物吹付装置が、前記鍛造成型加工用潤滑油組成物を貯蔵する給油タンクと、前記給油タンクから前記鍛造成型加工用潤滑油組成物を吸い上げてノズルに供給するための供給管とを備え、前記供給管に複数の吸上げ口が設けられていることを特徴とする鍛造成型装置。
  10. 　前記潤滑油組成物吹付装置が、前記金型の表面に向けて前記鍛造成型加工用潤滑油組成物を噴射する複数のノズルを備えることを特徴とする請求項９に記載の鍛造成型装置。
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