JP3808044B2

JP3808044B2 - フィンプレス用潤滑剤

Info

Publication number: JP3808044B2
Application number: JP2003054117A
Authority: JP
Inventors: 和弘細見; 委千央竹田; 好生佐藤
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004263056A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，親水性プレコートアルミニウム板あるいはコーティング処理を施していない無処理のアルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材をプレス加工する際に用いるフィンプレス用潤滑剤に関する。なお，ここでいうアルミニウムは，アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。
【０００２】
【従来技術】
空調機における熱交換器としては，多数のプレートフィンとチューブとを組み合わせて構成されるプレートフィンチューブ熱交換器が多用されている。上記プレートフィンは，アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材（以下，単にフィン材という）に，上記チューブを挿通して固定するための１〜４ｍｍ高さのフィンカラー部をプレス加工して作製する。
【０００３】
そのフィンカラーのプレス加工方法は，ドロー方式，しごき方式およびドロー・しごき併用方式があり，最近では，揮発性潤滑剤に対応できるドロー・しごき併用方式がある。一例として，ドロー・しごき併用方式の加工方法は，図３に示すごとく，素材９に対する加工として，張出し・絞り加工Ｓ１，Ｓ２→穴開け・バーリング加工Ｓ３→しごき加工Ｓ４→フレア加工Ｓ５の順で実施する（非特許文献１参照）。
【０００４】
プレス加工速度は毎分２００〜３５０ストロークであり，さらに高速化の方向にある。また，工具の手直しなしで数１０００万回ストロークもの加工をすることから，プレス加工の全工程に亘り，素材と加工金型の間の良好な潤滑性が要求される。潤滑性に劣ると，特にしごき加工の際にフィンカラーが破断する所謂「カラー飛び」という致命的な不具合を引き起こす。
【０００５】
さらに穴開け加工の場合は，剪断加工によるため，剪断面から発生するアルミ粉がポンチに凝着する問題が生じる。この凝着は，初期のストロークでは問題にならないが，ストローク回数が増すと，ポンチに凝着したアルミ粉により素材の剪断面にノッチを生じせしめ，最終のフレア工程において先端に割れを生じる所謂「フレア割れ」という致命的な不具合を引き起こす。更に工具寿命も縮めてしまう。
【０００６】
これらの不具合を解決するために，素材側からの改良，潤滑剤の改良が種々なされてきた。さらに，上記フィン材としては，アルミニウム板に親水性塗膜などを施したプレコートタイプのものや，塗膜等を設けていない無処理タイプのものがある。プレコートタイプのものは，塗膜中あるいは塗膜上に潤滑剤を付加することができることから，親水性と潤滑性の両方の機能を有するものとして多用されている。
【０００７】
ところが，最近のプレス加工速度の高速化に伴い，さらなる工具寿命の向上，成形精度の向上というハイレベルな要求がなされており，潤滑剤のより一層の改良が不可欠となってきた。そのために，これまで多数のフィンプレス用潤滑剤（例えば，特許文献１，２参照）が提案され，また種々の市販品が流通している。
【０００８】
【非特許文献１】
住友軽金属技報「家庭用及び業務用空調機の熱交換器に用いられるアルミニウムフィン材の開発状況」１９９４年１１月
【特許文献１】
特開平６−４１５７３号公報
【特許文献２】
特開平８−１５７８５１号公報
【０００９】
【解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のフィンプレス用潤滑剤においては，次のような問題がある。
すなわち，上記特許文献１，２に記載のフィンプレス用潤滑剤，あるいは市販のフィンプレス用潤滑剤においては，（１）プレス加工工程の一つである穴開け加工（剪断加工）において，ポンチにアルミ粉が凝着しやすい，（２）プレス加工後に潤滑剤を除去するために乾燥させるが，乾燥がなかなか進まない，（３）臭いがあり作業環境を悪化させる，（４）皮膚に触れるとかゆみや肌荒れが生じやすい，などの問題を少なからず有していた。
特に，アルミ粉凝着の場合は，ポンチの手入れを頻繁にすることによって回避するしかなく，根本的な解決策を見出し得ていなかった。
【００１０】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，臭いや肌荒れ等の問題がなく，低コストで，乾燥性もよく，特にポンチへのアルミ粉の凝着を有効に抑制することができるフィンプレス用潤滑油を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題の解決手段】
本発明は，アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材をプレス加工する際に用いられるフィンプレス用潤滑剤において，
ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィンよりなる基油と，
一般式Ｒ¹−ＣＯＯ−Ｒ²（ただし，Ｒ¹は炭素数７〜１７のアルキル基，Ｒ²は炭素数１〜４のアルキル基）により示される脂肪酸エステルよりなる添加剤とを含有してなり，
上記添加剤と上記基油の合計量に対する上記添加剤の割合が１〜１０重量％であり，
かつ，上記フィンプレス用潤滑剤の粘度は，温度４０℃における動粘度が１．１〜３．５ｃＳｔであることを特徴とするフィンプレス用潤滑剤にある（請求項１）。
また、本発明は、アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材をプレス加工する際に用いられるフィンプレス用潤滑剤において，
ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィンよりなる基油と，
カプリル酸メチル，カプリル酸エチル，カプリル酸プロピル，カプリル酸ブチル，ペラルゴン酸メチル，ペラルゴン酸エチル，ペラルゴン酸プロピル，ペラルゴン酸ブチル，カプリン酸メチル，カプリン酸エチル，カプリン酸プロピル，カプリン酸ブチル，ラウリン酸メチル，ラウリン酸エチル，ラウリン酸プロピル，ラウリン酸ブチル，ミリスチン酸メチル，ミリスチン酸エチル，ミリスチン酸プロピル，ミリスチン酸ブチル，パルミチン酸メチル，パルミチン酸エチル，パルミチン酸プロピル，パルミチン酸ブチル，ステアリン酸メチル，ステアリン酸エチル，ステアリン酸プロピル，ステアリン酸ブチル，オレイン酸メチル，オレイン酸エチル，オレイン酸プロピル，オレイン酸ブチルのいずれかの脂肪酸エステルよりなる添加剤とを含有してなり，
上記添加剤と上記基油の合計量に対する上記添加剤の割合が１〜１０重量％であり，
かつ，上記フィンプレス用潤滑剤の粘度は，温度４０℃における動粘度が１．１〜３．５ｃＳｔであることを特徴とするフィンプレス用潤滑剤にもある（請求項２）。
【００１２】
本発明のフィンプレス用潤滑剤は，上記のごとく，ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィンを基油として，上記特定の脂肪酸エステルよりなる添加剤を上記特定の割合で含有してなる。この構成によって，上述した従来の問題を一気に解消することができる。
すなわち，本発明のフィンプレス用潤滑剤は，低コストで，臭いもなく，手荒れもなく，また，これを用いて，フィン材をプレス加工することにより，良好な加工性を得ることができ，特に，剪断加工を伴う穴開け加工を行う際には，ポンチへのアルミ粉の凝着を従来よりも大幅に抑制することができる。
それ故，本発明によれば，工具寿命，作業効率，作業環境，加工精度等の総合的なプレス加工を，従来に比べ格段に向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のフィンプレス用潤滑剤に用いる上記基油としては，上記のごとく，ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィン，つまり，ノンアロマ鉱油またはイソパラフィンのいずれか一方，あるいは，ノンアロマ鉱油とイソパラフィンの両方を含む基油を用いる。
上記ノンアロマ鉱油は，アロマ系の鉱油を全く含まない鉱油であり，ナフテン若しくはパラフィンの１種または２種の鉱油が採用され得る。また，上記基油は，上記のごとく，合成油であるイソパラフィン単独であってもよいし，イソパラフィンとノンアロマ鉱油との混合であってもよい。これらの基油を採用することにより，低コストで，かつ臭いや肌荒れによる作業環境の悪化を好適に防止し得る。
【００１４】
また，上記フィンプレス用潤滑剤における添加剤としては，一般式Ｒ¹−ＣＯＯ−Ｒ²（ただし，Ｒ¹は炭素数７〜１７のアルキル基，Ｒ²は炭素数１〜４のアルキル基）により示される脂肪酸エステルを用いる。
上記一般式に含まれるアルキル基Ｒ¹としては，上記のごとく，その炭素数を７〜１７とする。Ｒ¹の炭素数が７未満の場合には，潤滑性不良，アルミ粉凝着による成形不良，および臭気がきつく作業環境を悪化させるという問題がある。一方，Ｒ¹の炭素数が１７を超える場合には，乾燥性が悪化（乾燥しにくい）し，かつ融点が高くなり常温で固化しやすくなることによる作業性の悪化という問題がある。これらの，潤滑性，アルミ粉凝着性，臭気，乾燥性，作業性の理由から，アルキル基Ｒ１の炭素数の範囲は，７〜１７であることがより好ましい。更に好ましくは９〜１３である（図３参照）。
【００１５】
また，上記一般式に含まれるアルキル基Ｒ²としては，その炭素数を１〜４とする。Ｒ²の炭素数が４を超える場合には，乾燥性が悪化し，かつ融点が高くなり常温で固化しやすくなるために加熱設備の追加が必要となり作業性が悪化するという問題がある。これらの，乾燥性，作業性の理由から，アルキル基Ｒ²の炭素数の範囲は１〜４であることがより好ましい。
【００１６】
また，上記添加剤としては，カプリル酸メチル，カプリル酸エチル，カプリル酸プロピル，カプリル酸ブチル，ペラルゴン酸メチル，ペラルゴン酸エチル，ペラルゴン酸プロピル，ペラルゴン酸ブチル，カプリン酸メチル，カプリン酸エチル，カプリン酸プロピル，カプリン酸ブチル，ラウリン酸メチル，ラウリン酸エチル，ラウリン酸プロピル，ラウリン酸ブチル，ミリスチン酸メチル，ミリスチン酸エチル，ミリスチン酸プロピル，ミリスチン酸ブチル，パルミチン酸メチル，パルミチン酸エチル，パルミチン酸プロピル，パルミチン酸ブチル，ステアリン酸メチル，ステアリン酸エチル，ステアリン酸プロピル，ステアリン酸ブチル，オレイン酸メチル，オレイン酸エチル，オレイン酸プロピル，オレイン酸ブチルのいずれかの脂肪酸エステルを用いることもできる。
【００１７】
また，上記添加剤と上記基油の合計量に対する上記添加剤の割合は，１〜１０重量％とする。この添加剤の割合が１重量％未満の場合には，潤滑不良，およびアルミ粉凝着によるフレア割れや工具寿命低下という問題がある。一方，１０重量％を超える場合には，乾燥性の悪化，および高コストという問題がある。
【００１８】
次に，上記フィンプレス用潤滑剤の粘度は，温度４０℃における動粘度が１．１〜３．５ｃＳｔである。上記粘度が１．１ｃＳｔ未満の場合には，潤滑不良による焼き付きが生じ，カラー飛びしやすく，かつ工具寿命も縮めてしまうという問題があり，一方，３．５ｃＳｔを超える場合には，乾燥性の悪化という問題がある。
【００１９】
また，上記フィンプレス用潤滑剤の沸点は，１５０〜３００℃であることが好ましい（請求項２）。上記沸点が１５０℃未満の場合には，常温での乾燥速度が速く，潤滑剤の消費量が増加し，高コスト化という問題があり，一方，３００℃を超える場合には，フィンプレス後の乾燥が悪化するという問題がある。
【００２０】
【実施例】
本発明のフィンプレス用潤滑剤にかかる実施例につき，具体的に説明する。
本例では，表１に示すごとく，本発明の実施例として，複数種類のフィンプレス用潤滑剤（実施例Ｅ１〜Ｅ１１）と，比較例として複数種類のフィンプレス用潤滑剤（比較例Ｃ１〜Ｃ１１）を作製し，各種性能の比較試験を行った。
各実施例および比較例のフィンプレス用潤滑剤の基油，添加剤の種類，および基油と添加剤の合計量に対する添加剤の割合（濃度％）等については，表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
次に，本例では，上記実施例Ｅ１〜Ｅ１１，および比較例Ｃ１〜Ｃ１１を用い，各種試験を次のように行った。なお，素材としてフィン材を用いる試験は，ＪＩＳＡ１０５０−Ｈ２８の０．１０ｍｍ厚のアルミニウム板を用いた。また，試験によっては，同材質で形態の違う棒材等によって代用した。試験結果は表２に示す。なお，本例では，素材の材質として上記のＪＩＳＡ１０５０を用いたが，フィン材として一般に用いられているＪＩＳＡ１１００，ＪＩＳＡ１２００，Ａｌ−Ｍｎ系合金を用いても本例と同様の結果が得られる。
【００２３】
＜乾燥性評価試験＞
上記素材（フィン材）をφ２５ｍｍの平底カップに加工し，その中に１０ｇ／ｍ²となるように供試油を加えた後，１００℃×５分加熱保持した前後の重量差を求め，乾燥後の残油量を測定した。
判定基準は，１００℃×５分で乾燥後の残油量が０．１ｇ／ｍ²以下の場合を合格とした。そのうち，０．０５ｇ／ｍ²超えの場合を○印で示し，０．０５ｇ／ｍ²以下の場合を◎印とした。０．１ｇ／ｍ²超えの場合は不合格とし，×印とした。
【００２４】
＜加工性評価試験＞
図１に示すごとく，ピンオンディスク試験装置５を用いて，アルミ粉凝着性及び摩擦係数を評価した。ピンオンディスク試験装置５は，ピン状の供試材５９を固定する支持部５１と，これに対面して回動可能に配設されたディスク部５２とを有している。供試材５９としては，上記フィン材と同材質で断面積が５ｍｍ²の棒状（ピン状）部材を用いた。また，ディスク部５２にはＳＫＤを使用した。そして，支持部５１に付与した荷重Ｆは１０ｋｇｆ，回転半径（ディスク部５２の中心から供試材５９の中心までの距離）は１５ｍｍ，回転数３０ｒｐｍ，測定時間２０ｍｉｎ，常温の条件にて測定した。
【００２５】
判定基準は，アルミ粉凝着量の量によって，合格（◎，○），不合格（△，×）を判断した。アルミ粉凝着量が０．０００２ｍｇ／ｍ以下の場合を◎で示し，０．０００２ｍｇ／ｍ超え０．０００４ｍｇ／ｍ以下の場合を○で示した。また，０．０００４ｍｇ／ｍ超え０．０００６ｍｇ／ｍ以下の場合を△，０．０００６ｍｇ／ｍ超えの場合を×とした。
また，摩擦係数は，０．２以下の場合を合格とした。
【００２６】
＜銅管蟻の巣腐食性評価試験＞
実施例または比較例の供試油６ｍＬと蒸留水５０ｍＬ，銅粉１ｇを１００ｍＬビーカー中に加え，９０℃の恒温乾燥機中で４８時間加熱した。冷却後，水層の約２ｍＬを抜き取り，水層に溶出している有機酸イオン濃度をイオンクロマトグラフ法により分析した。分析元素は，ギ酸イオン，酢酸イオン，プロピオン酸イオン，酪酸イオンとした。
判定基準は，水層への溶出量が，５ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）以下の場合を合格とし，◎印とした。５ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）超えの場合は不合格とし，×印とした。
【００２７】
＜油残存性＞
上記素材表面へ供試油を滴下し，素材表面と油滴間で形成される接触角を測定し，評価した。
判定基準は，接触角が３５°以下の場合に合格とし，◎印とした。３５°超えの場合に不合格とし，×印とした。
【００２８】
＜臭気性評価試験＞
各供試油について，無差別に選定した１０人に臭気を嗅がせて臭気無し，臭気有りの判定をしてもらい，人数により評価した。◎○印を合格とした。
判定基準は，◎＝臭気無し１０人の場合，臭気無し９人以下５人以上，△＝臭気無し４人以下１人以上，×＝臭気無し０人とし，人数が多いほど良好とした。
【００２９】
＜手荒れ性評価試験＞
各供試油について，無差別に選定した１０人に素手で触らせて，かゆみ等の違和感無し，違和感有りの判定をしてもらい，人数により評価した。◎○印を合格とした。
判定基準：◎＝違和感無し１０人，○＝違和感無し９人以下５人以上，△＝違和感無し４人以下１人以上，×＝違和感無し０人とし，人数が多いほど良好とした。
【００３０】
＜作業性（凝固点）＞
各供試油について，低温用ＤＴＡ装置によりＤＴＡ曲線を求めて凝固点を測定し，２０℃以下であれば合格とした。そのうち，２０℃以下１０℃超えの場合を○印，１０℃以下の場合を◎とした。２０℃超えの場合は不合格とし×印とした。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２より知られるごとく，比較例Ｃ１〜Ｃ１１の供試油は，少なくとも一つの評価項目が不合格となったが，実施例Ｅ１〜Ｅ１１の供試油は，全ての評価項目において合格する優れたものであることがわかった。
【００３３】
次に，本例では，表３に示すごとく，上記一般式におけるＲ¹の炭素数を７〜１７の範囲で変更した４種類の添加剤を用いたフィンプレス用潤滑剤を作成し，これを供試油として上述した加工性試験をピンオンディスク試験装置５を用いてアルミ粉凝着量，摩擦係数μを求めると共に，ＤＴＡ曲線を求めて凝固点を測定した。なお，各供試材の基油はイソパラフィンを用い，添加剤の含有量は３重量％とした。また，添加剤のＲ²の炭素数は１とした。また，４０℃における動粘度は１．５ｃＳｔとした。なお，４０℃における動粘度は，キャノン−フェンスケ粘度計を用いて，ＪＩＳＫ２２８３（１９８３）に準拠して測定した。
【００３４】
【表３】

【００３５】
試験結果を上記表３および図２に示す。同図は，横軸にＲ¹の炭素数を，左縦軸にアルミ粉の凝着量を，右縦軸を作業性（凝固点）を取り，アルミ粉凝着量をＡ，摩擦係数をＢ，凝固点をＣとしてプロットした。また，図中には，アルミ粉凝着量の合格最低ラインである０．０００４ｍｇ／ｍの線ａ，摩擦係数μの合格最低ラインである０．２の線ｂを示した。
【００３６】
表３および図２より知られるごとく，Ｒ¹の炭素数が７〜１７の場合には，全ての範囲において合格したが，特に，Ｒ¹の炭素数が９〜１３の場合には，上記全ての評価項目が最適の範囲に位置することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，ピンオンディスク試験装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例における，Ｒ1の炭素数と，アルミ粉凝着量，摩擦係数および作業性との相関関係を示す説明図。
【図３】従来例における，フィン材のドロー・しごき併用方式の加工方法を示す説明図。
【符号の説明】
５．．．ピンオンディスク試験装置，
５９．．．供試材，

Claims

アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材をプレス加工する際に用いられるフィンプレス用潤滑剤において，
ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィンよりなる基油と，
一般式Ｒ¹−ＣＯＯ−Ｒ²（ただし，Ｒ¹は炭素数７〜１７のアルキル基，Ｒ²は炭素数１〜４のアルキル基）により示される脂肪酸エステルよりなる添加剤とを含有してなり，
上記添加剤と上記基油の合計量に対する上記添加剤の割合が１〜１０重量％であり，
かつ，上記フィンプレス用潤滑剤の粘度は，温度４０℃における動粘度が１．１〜３．５ｃＳｔであることを特徴とするフィンプレス用潤滑剤。
アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材をプレス加工する際に用いられるフィンプレス用潤滑剤において，
ノンアロマ鉱油または／およびイソパラフィンよりなる基油と，
カプリル酸メチル，カプリル酸エチル，カプリル酸プロピル，カプリル酸ブチル，ペラルゴン酸メチル，ペラルゴン酸エチル，ペラルゴン酸プロピル，ペラルゴン酸ブチル，カプリン酸メチル，カプリン酸エチル，カプリン酸プロピル，カプリン酸ブチル，ラウリン酸メチル，ラウリン酸エチル，ラウリン酸プロピル，ラウリン酸ブチル，ミリスチン酸メチル，ミリスチン酸エチル，ミリスチン酸プロピル，ミリスチン酸ブチル，パルミチン酸メチル，パルミチン酸エチル，パルミチン酸プロピル，パルミチン酸ブチル，ステアリン酸メチル，ステアリン酸エチル，ステアリン酸プロピル，ステアリン酸ブチル，オレイン酸メチル，オレイン酸エチル，オレイン酸プロピル，オレイン酸ブチルのいずれかの脂肪酸エステルよりなる添加剤とを含有してなり，
上記添加剤と上記基油の合計量に対する上記添加剤の割合が１〜１０重量％であり，
かつ，上記フィンプレス用潤滑剤の粘度は，温度４０℃における動粘度が１．１〜３．５ｃＳｔであることを特徴とするフィンプレス用潤滑剤。
請求項１又は２において，上記フィンプレス用潤滑剤の沸点は，１５０〜３００℃であることを特徴とするフィンプレス用潤滑剤。