JP2015160971A

JP2015160971A - 鋳鉄製品の表面処理方法及び鋳鉄製品

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Publication number: JP2015160971A
Application number: JP2014035563A
Authority: JP
Inventors: 久仁子及川; Kuniko Oikawa; 秀春及川; Hideharu Oikawa; 仁八代; Hitoshi Yashiro
Original assignee: OIGEN CHUZO KK; OIGEN FOUNDRY; Iwate University
Current assignee: OIGEN CHUZO KK; OIGEN FOUNDRY; Iwate University
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: US20150238047A1; JP6288638B2

Abstract

【課題】厨房用品にふさわしい植物性物質のみを用いて、鋳鉄製品に防錆性能を付与するとともに質感の高い製品を製造することができる、鋳鉄製品の表面処理方法を提供する。
【解決手段】本発明の鋳鉄製品の表面処理方法は、鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を植物性乾性油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳鉄製品に防錆性能を付与する鋳鉄製品の表面処理方法及び防錆性能が付与された鋳鉄製品に関する。

従来、厨房用鋳鉄製品には、防錆性能を付与するために、様々な表面処理、塗装処理が施されており、例えば化学合成塗料による塗装処理やホーロー加工処理、テフロン（登録商標）加工処理等が行われている。

特に、伝統的な南部鉄器等の厨房用鋳鉄製品を製造するにあたっては、防錆効果に加え、黒みを出して製品としての質感を高める目的もあって、かつては漆を塗って焼き付け処理を行っていたが、現在では、材料の入手性や生産性向上のために、漆に代えてカシュー塗料による焼き付け加工が行われるのが一般的になっている。

一方、厨房用鋳鉄製品については、安心・安全の観点から、化学的表面処理ではなく植物性物質を用いて防錆処理された製品を求める声が国際的に高まっている。例えば、従前より厨房用鋳鉄製品の中には、錆びの発生を防ぐために現場での使用に際して植物油による油ならし（シーズニング）を行ってから使用するものがあり、この油ならし（シーズニング）の考えを鋳造工場における製造工程に取り入れようとすることも考えられる。

しかしながら、単に植物油を塗布して焼成する表面処理方法では、密着性の低さによる剥離が起こりやすく、防錆性能が失われやすいという問題点がある。また、植物油を焼き付けるだけの表面処理では、従来品に比較して質感のある黒みが出せないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、厨房用品にふさわしい植物性物質のみを用いて、鋳鉄製品に防錆性能を付与するとともに質感の高い製品を製造することができる、鋳鉄製品の表面処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、厨房用品にふさわしい植物性物質のみを用いて、防錆性能が高く、質感の高い鋳鉄製品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第一に本発明は、鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を植物油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥することを特徴とする鋳鉄製品の表面処理方法を提供する（発明１）。

本願における鋳鉄製品とは、普通鋳鉄であって、重量比でＣ：２．５〜４．０％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｐ：０．０３〜０．８％、Ｓ：０．０５〜０．１２％を含む構成のものをいう。また、鋳鉄製品は、砂型などの鋳型に溶解した銑鉄等の材料を注入し、その後脱型し、鋳物砂を除去し、バリ取りや研磨等の仕上げをおこなった鋳造品に表面処理を加えたものをいう。

発明者らは、植物性物質のみを用いて鋳鉄製品に防錆性能を付与する方法について鋭意研究を進めた結果、単に植物油を鋳鉄製品に塗布して加熱乾燥するよりも、植物油に植物由来の炭粉末を添加した炭混合油を用いて加熱乾燥する表面処理方法を採用することにより、鋳鉄製品の防錆性能が向上することを見出した。これは、鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を含有する植物油の重合被膜が形成されることにより、被膜のひび割れが抑制され、空気や水分の被膜への浸透速度が低下するという理由によるものと考えられる。また、当該表面処理後の鋳鉄製品は、添加された炭粉末の作用により、単に植物油を鋳鉄製品に塗布して加熱乾燥したものよりも黒みが強く出る。

上記発明（発明１）によれば、植物油及び植物由来の炭粉末という植物性物質のみを用いて、鋳鉄製品に高い防錆性能を付与することができるとともに、より黒みの強い質感の高い鋳鉄製品を製造することができる。

上記発明（発明１）においては、前記炭混合油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に前記植物油を塗布し、加熱乾燥することが好ましい（発明２）。

上記発明（発明２）によれば、鋳鉄製品の表面に形成する植物油の重合被膜が二重構造となり、より高い防錆性能を鋳鉄製品に付与することができる。

また、上記発明（発明１）においては、前記炭混合油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に酸化被膜を形成してもよい（発明３）。

上記発明（発明３）によれば、酸化被膜自体が防錆性能を高めるとともに、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されていくため、より防錆性能を高めることができる。

また、上記発明（発明２）においては、前記植物油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に酸化被膜を形成することが好ましい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、鋳鉄製品の表面に形成する植物油の重合被膜が二重構造となり、かつ、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されていくため、より防錆性能を高めることができる。

上記発明（発明１〜４）においては、前記植物由来の炭粉末が竹炭粉末又は木炭粉末であることが好ましい（発明５）。また、上記発明（発明１〜５）においては、前記植物油が亜麻仁油、オリーブ油、菜種油又はグレープシード油であることが好ましい（発明６）。

第二に本発明は、鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を植物油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥してなる被膜が形成されていることを特徴とする鋳鉄製品を提供する（発明７）。

植物由来の炭粉末を植物油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥する表面処理方法により、鋳鉄製品の表面には、植物由来の炭粉末を含有する植物油の重合被膜が形成される。また、当該表面処理後の鋳鉄製品は、添加された炭粉末の作用により、単に植物油を鋳鉄製品に塗布して加熱乾燥したものよりも黒みが強く出る。そのため、上記発明（発明７）によれば、植物油及び植物由来の炭粉末という植物性物質のみを用いて、高い防錆性能が付与された鋳鉄製品とすることができるとともに、より黒みの強い質感の高い鋳鉄製品とすることができる。

上記発明（発明７）においては、前記被膜の内側に、前記鋳鉄製品の表面に前記植物油を塗布し、加熱乾燥してなる予備被膜が形成されていることが好ましい（発明８）。

上記発明（発明８）によれば、鋳鉄製品の表面に形成する植物油の重合被膜が二重構造となっていることから、より高い防錆性能が付与された鋳鉄製品とすることができる。

また、上記発明（発明７）においては、前記被膜の内側に、酸化被膜が形成されていてもよい（発明９）。

上記発明（発明９）によれば、酸化被膜自体が防錆性能を高めるとともに、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されるため、より防錆性能を高めた鋳鉄製品とすることができる。

上記発明（発明８）においては、前記予備被膜の内側に、酸化被膜が形成されていることが好ましい（発明１０）。

上記発明（発明１０）によれば、鋳鉄製品の表面に形成する植物油の重合被膜が二重構造となり、かつ、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されるため、より防錆性能を高めた鋳鉄製品とすることができる。

上記発明（発明７〜１０）においては、前記植物由来の炭粉末が竹炭粉末又は木炭粉末であることが好ましい（発明１１）。また、上記発明（発明７〜１１）においては、前記植物油が亜麻仁油、オリーブ油、菜種油又はグレープシード油であることが好ましい（発明１２）。

本発明の鋳鉄製品の表面処理方法によれば、厨房用品にふさわしい植物性物質のみを用いて、鋳鉄製品に防錆性能を付与するとともに質感の高い製品を製造することができる。また、本発明の鋳鉄製品によれば、厨房用品にふさわしい植物性物質のみを用いて、防錆性能が高く、質感の高い鋳鉄製品を提供することができる。

本発明の実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法を示すフロー図である。本発明の実施例における腐食電位の測定方法を示す概略図である。本発明の実施例及び比較例の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。最初に、本実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法の流れを、図１を用いて説明する。ここで、鋳鉄製品の表面処理方法とは、砂型などの鋳型に溶解した銑鉄等の材料を注入し、その後脱型し、鋳物砂を除去し、バリ取りや研磨等の仕上げをおこなった鋳造品に対して、表面処理を加えて鋳鉄製品としていくものである。

本実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法は、（Ｉ）酸化被膜の形成工程、（ＩＩ）予備被膜の形成工程、及び（ＩＩＩ）植物由来の炭粉末を含有する重合被膜の形成工程、の三つの工程からなる。図１に示すように、本実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法では、まず一般的な工程で製造された鋳造品に対し、その表面に酸化被膜を形成する（Ｓ１０１）。酸化被膜の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、電気炉を用いて形成してもよいし、木炭を用いた約８００℃の炭火で３０〜４０分程度蒸し焼きにする、所謂釜焼きという手法によって形成してもよい。電気炉を用いる場合、電気炉の炉室内の温度は４００〜７００℃にし、加熱時間を１０分〜２時間として加熱処理することが好ましく、加熱温度を５００〜６００℃、加熱時間を３０分〜１時間とすることがより好ましい。また、電気炉内に不活性ガスを充填した上で、酸素濃度を０．１〜５％に制御して加熱処理をし、その後、大気中で放冷することによって形成してもよい。この時、電気炉の炉室内の温度は７００〜９３０℃にし、加熱処理時間を１２〜１５分として加熱処理をすることが好ましく、より好ましくは酸素濃度を０．５〜５％に制御する。

本実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法に戻ると、次に、加熱して酸化被膜形成処理を終えた鋳造品を常温まで自然冷却し（Ｓ１０２）、酸化被膜が形成された鋳造品の表面全体に植物油を塗布する（Ｓ１０３）。植物油としては、例えば、亜麻仁油、オリーブ油、菜種油、グレープシード油、等を用いることができ、この中でも、亜麻仁油を用いることが特に好ましい。また、鋳造品の表面への植物油の塗布は、例えば、刷毛を用いて塗布してもよいし、スプレーによる吹き付けであってもよい。植物油の塗布量は乾燥時質量０．１〜１０ｍｇ／ｃｍ^２が好ましく、１〜５ｍｇ／ｃｍ^２がより好ましい。

植物油を塗布した後、当該鋳造品を電気炉やガス炉のような通常使用される加熱装置に収納し、植物油の揮発成分が揮発するように加熱乾燥処理を行う（Ｓ１０４）。

この加熱乾燥処理においては、加熱温度は２５０〜３２０℃とすることが好ましく、特に２７０〜３００℃とすることが好ましい。加熱温度が２５０℃を下回ると重合の進行に著しい時間がかかるとともに製品に好ましくない光沢が残りやすく、３２０℃を上回ると耐食性が著しく低下してしまう。また、このときの加熱時間は加熱温度に応じて１０分〜２時間とすることが好ましく、特に２７０〜３００℃では３０分〜１時間とすることが望ましい。加熱時間が不足すると重合が不十分となって好ましくない光沢が残り、加熱時間が長すぎると耐食性が低下してしまう。

このように加熱乾燥処理を行うことにより、鋳造品の表面には、植物油の重合被膜が形成される。本実施形態においては、既に鋳造品表面には酸化被膜が形成されているため、当該酸化被膜の上に植物油の重合被膜が形成された状態となる。この時、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されるため、防錆性能がより高められる。

植物油を塗布して加熱乾燥処理を終えた鋳造品を常温まで自然冷却する（Ｓ１０５）。自然冷却した鋳造品の表面には、酸化被膜と、予備被膜としての植物油の重合被膜とが形成された状態となっている。続いて、当該鋳造品の表面（すなわち予備被膜の外側）全体に対して、植物油に植物由来の炭粉末を添加した炭混合油を塗布する（Ｓ１０６）。植物由来の炭粉末としては、例えば、竹炭や備長炭他の木炭を粉末状にしたものを用いることができ、この中でも、食用にも用いられる平均粒径が５〜２０μｍ程度の竹炭粉末を用いることが特に好ましい。竹炭粉末や木炭粉末が食用であるかどうかを判断するにあたっては、食品添加物として認可されているかどうかを基準とすることも考えられる。

植物油と植物由来の炭粉末との配合は、重量比で２０：１〜２：１とすることが好ましい。配合比率がこの範囲を外れると、炭粉末が少なすぎる場合、所望の耐食性や黒みが発現されず、炭粉末が多すぎると作業性や密着性が低下する。特に、炭混合油としては亜麻仁油に竹炭粉末を添加してなるものが好適であり、この場合の最適な配合比率は重量比で１０：１〜３：１である。なお、炭混合油の塗布も、植物油の塗布と同様、例えば、刷毛を用いて塗布してもよいし、スプレーによる吹き付けであってもよい。炭混合油の塗布量は乾燥時質量０．１〜１０ｍｇ／ｃｍ^２が好ましく、１〜５ｍｇ／ｃｍ^２がより好ましい。

炭混合油を塗布した後、当該鋳造品を電気炉やガス炉のような通常使用される加熱装置に収納し、炭混合油の揮発成分が揮発するように加熱乾燥処理を行う（Ｓ１０７）。

このように加熱乾燥処理を行うことにより、鋳造品の表面には、植物由来の炭粉末を含有する植物油の重合被膜が形成される。本実施形態においては、既に鋳造品表面には酸化被膜と、予備被膜としての植物油の重合被膜とが重なって形成されているため、当該予備被膜の上に更に植物由来の炭粉末を含有する植物油の重合被膜が重なって形成された状態となる。

炭混合油を塗布して加熱乾燥処理を終えた鋳造品を常温まで自然冷却すると（Ｓ１０８）、表面処理が完了した鋳鉄製品となる。当該鋳鉄製品は、表面に酸化被膜と、予備被膜としての植物油の重合被膜と、植物由来の炭粉末を含有する植物油の重合被膜とが、外側に向かってこの順に重なって形成された状態となっている。このように、鋳鉄製品の表面に形成される植物油の重合被膜が二重構造となり、かつ、酸化被膜に植物油が浸み込んでいきながら重合被膜が形成されることにより、防錆性能の極めて高い鋳鉄製品を製造することができる。

以上、本実施形態に係る鋳鉄製品の表面処理方法について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更実施が可能である。例えば、本実施形態においては、（Ｉ）酸化被膜の形成工程（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、（ＩＩ）予備被膜の形成工程（Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５）と、（ＩＩＩ）植物由来の炭粉末を含有する重合被膜の形成工程（Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８）とをこの順に全て実行したが、本願発明は（Ｉ）酸化被膜の形成工程と（ＩＩ）予備被膜の形成工程とを必須の工程とするものではない。したがって、（Ｉ）酸化被膜の形成工程を行わずに、（ＩＩ）予備被膜の形成工程と（ＩＩＩ）植物由来の炭粉末を含有する重合被膜の形成工程とだけを行うこともできるし、（ＩＩ）予備被膜の形成工程を行わずに、（Ｉ）酸化被膜の形成工程と（ＩＩＩ）植物由来の炭粉末を含有する重合被膜の形成工程とだけを行うこともできるし、（Ｉ）酸化被膜の形成工程及び（ＩＩ）予備被膜の形成工程のいずれも行わず、（ＩＩＩ）植物由来の炭粉末を含有する重合被膜の形成工程のみを行っても、防錆性能が高い鋳鉄製品を得ることができる。さらに、各工程は一度に限らず複数回繰り返してもよい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。実施例及び比較例においては、後述する鋳鉄試験片に対して条件を変えながら種々の表面処理を加え、表面処理後のそれぞれの試験片について電気化学的特性値を測定することによって腐食電位を測定した。

［鋳鉄試験片］
鋳鉄試験片は次のようにして製造した。まず、目標成分をＣ：３．８％、Ｓｉ：２．２％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．１％、Ｓ：０．１％として、銑鉄３０％、鋼材２０％、工場戻銑５０％、ＦｅＳｉ及びＦｅＭｎを配合して溶解炉に投入して溶解した。続いて造型機を用いて鋳型を造型し、抜型後の鋳型に溶銑を流し込み、脱型してから鋳物砂をショットブラストで除去し、バリ取りや研磨等の仕上げを行って板状鋳造品を製造した。この板状鋳造品をおよそ５ｃｍ×２．５ｃｍに切断し、これを鋳鉄試験片とした。

［腐食電位の測定方法］
図２に示すように、鋳鉄試験片の表面に穴（面積：０．２８ｃｍ^２）を開けたビニールテープを張って所定面積を露出させ、室温の塩化ナトリウム水溶液（濃度：０．５ｍｏｌ／Ｌ）に浸漬した。同じ溶液に市販の銀−塩化銀参照電極を浸漬し、市販の電位差計で二極間の電位差を１時間測定した。

［実施例１］
鋳鉄試験片の表面全体に、亜麻仁油１８ｇに食用竹炭（粒径：１０μｍ）６ｇを添加して得た炭混合油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。その後、常温まで自然冷却し、この鋳鉄試験片について上記の方法にて腐食電位（耐食性）を測定した。測定結果を図３に示す。

［比較例１］
鋳鉄試験片に対して何らの表面加工処理を行わずに、上記の方法にて腐食電位を測定した。測定結果を図３に示す。

［比較例２］
鋳鉄試験片の表面全体に、亜麻仁油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。加熱乾燥処理後に常温まで自然冷却し、この鋳鉄試験片について上記の方法にて腐食電位を測定した。測定結果を図３に示す。

［実施例２］
鋳鉄試験片の表面全体に、亜麻仁油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。加熱乾燥処理後、常温まで自然冷却した鋳鉄試験片に、亜麻仁油１８ｇに食用竹炭（粒径：１０μｍ）６ｇを添加して得た炭混合油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。その後、常温まで自然冷却し、この鋳鉄試験片について上記の方法にて腐食電位を測定した。測定結果を図３に示す。

［実施例３］
トレーに鋳鉄試験片を乗せて電気炉へ装填し、炉内雰囲気を不活性ガスに置換するとともに酸素分圧を１％以下として、加熱温度５００℃、加熱時間１時間（＋保持時間１５分）として加熱処理した後、トレーを取り出して炉外で自然冷却して酸化被膜を形成した。その後、鋳鉄試験片の表面全体に、亜麻仁油１８ｇに食用竹炭（粒径：１０μｍ）６ｇを添加して得た炭混合油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。その後、常温まで自然冷却し、この鋳鉄試験片について上記の方法にて腐食電位を測定した。測定結果を図３に示す。

［実施例４］
実施例３と同様にして鋳鉄試験片に酸化被膜を形成し、その後、鋳鉄試験片の表面全体に、亜麻仁油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。加熱乾燥処理後、常温まで自然冷却した鋳鉄試験片に、亜麻仁油１８ｇに食用竹炭（粒径：１０μｍ）６ｇを添加して得た炭混合油を塗布し、加熱温度２８０℃、加熱時間１時間として加熱乾燥処理を行った。その後、常温まで自然冷却し、この鋳鉄試験片について上記の方法にて腐食電位を測定した。測定結果を図３に示す。

図３をみると、比較例１及び比較例２の鋳鉄試験片と比較して、実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４の鋳鉄試験片の耐食性が向上していることがわかる。その中でも、酸化被膜を形成した場合（実施例３及び実施例４）には鋳鉄試験片の耐食性がかなり向上しており、特に、酸化被膜の外側に、亜麻仁油の重合被膜（予備被膜）と亜麻仁油及び竹炭粉末からなる炭混合油の重合被膜とを二重に形成した場合（実施例４）には耐食性が飛躍的に向上していることがわかる。

１…鋳鉄試験片
２…銀−塩化銀参照電極
３…塩化ナトリウム溶液
４…電位差計

Claims

鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を植物油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥することを特徴とする鋳鉄製品の表面処理方法。
前記炭混合油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に前記植物油を塗布し、加熱乾燥することを特徴とする請求項１に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。
前記炭混合油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に酸化被膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。
前記植物油を塗布する前に、前記鋳鉄製品の表面に酸化被膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。
前記植物由来の炭粉末が竹炭粉末又は木炭粉末であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。
前記植物油が亜麻仁油、オリーブ油、菜種油又はグレープシード油であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。
鋳鉄製品の表面に、植物由来の炭粉末を植物油に添加してなる炭混合油を塗布し、加熱乾燥してなる被膜が形成されていることを特徴とする鋳鉄製品。
前記被膜の内側に、前記鋳鉄製品の表面に前記植物油を塗布し、加熱乾燥してなる予備被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の鋳鉄製品。
前記被膜の内側に、酸化被膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の鋳鉄製品。
前記予備被膜の内側に、酸化被膜が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の鋳鉄製品。
前記植物由来の炭粉末が竹炭粉末又は木炭粉末であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の鋳鉄製品。
前記植物油が亜麻仁油、オリーブ油、菜種油又はグレープシード油であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の鋳鉄製品の表面処理方法。