JP3819093B2 - クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロム含有合金製釣り具部材の表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術・課題】
従来、釣り竿用の糸ガイド、特に、Ｓ字ガイド（スネークガイド）は、耐水性、耐塩性等の点から主としてステンレス鋼等のクロム含有合金鋼から造られている。しかし、ステンレス鋼よりなるＳ字ガイドにあっては、ガイド自体の強度を確保するために、かなり太いステンレス鋼線材が使用されており、その結果、かなりの自重がある。最近、釣り竿を構成するグラファイト等の材質の軽量化には、目覚ましいものがあり、釣り竿の自重は軽くなる傾向にあるが、釣り竿に取り付けられている糸ガイド、特に、Ｓ字ガイドには余り進歩が見られず、軽量化に向けて改良の余地がある。
【０００３】
また、金属製釣り具部材として、リール、リールシート等を例示することができる。これらは通常真鍮、ステンレス鋼、アルミ合金等よりなるものであるが、これらの材質の表面強度もまた充分とは言えず、耐性向上に向けて改良の余地がある。また、リールには、ビス、ギヤ部材、軸部材、軸受け部材、ラチェット部材等の金属製部材が用いられているが、これらの部材の表面強度を向上させることができれば、リール自体の寿命の向上に繋がる。
【０００４】
更に、金属製釣り具部材として、フライタイイングに用いるボビンホルダーも例示できるが、スレッドと呼称される絹糸が通過する金属製パイプの先端部の平滑性に問題があり、スレッド切れの原因となるため、このようなトラブルの少ないセラミック製パイプで代替されている。しかし、金属製パイプの先端部を簡単且つ安価な処理により平滑にすることができれば金属製パイプよりなるボビンホルダーの方が加工性等の点で優れている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、クロム含有合金製釣り具部材の強度及び平滑性を向上させることができる簡単且つ安価な表面処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を行って該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成し、次に、該表面に窒化チタン被膜を被覆することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法を提供することにある。
【０００７】
更に、本発明は、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、窒化チタン被覆を被覆し、次に、該窒化チタン被覆表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を施して該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法を提供することにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する窒化処理は、減圧炉による窒素原子の拡散原理を利用したもので、減圧ガス窒化処理方法である。窒化処理は、クロム含有合金鋼製釣り具部材を装填し、減圧した炉内に、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ を導入し、炉内温度を４８０〜５５０℃に加熱し、３〜５時間保持して窒素を母材であるクロム含有合金鋼中に拡散させて合金中のクロムと化合物を生成させる方法である。
【０００９】
本発明に使用する窒化処理は、母材であるクロム含有合金鋼の表面から内部に向かい窒素が浸透、拡散しながら、母材中のクロムと結合し、窒化クロム拡散層を形成するものであるため、母材自体に反りや膨張等の寸法変化を生ずることはほとんどない。この窒化処理により、クロム含有合金鋼の表面を高硬度化することができる。なお、処理温度、処理時間を制御することにより硬化層、即ち、窒化クロム拡散層の深さを制御することができる。また、複雑な形状、深穴を有する部材、細い線材なども均一に硬化することができる。また、上記窒化処理によれば、表面から内部への硬度低下がなだらかなため、表面層の剥離や欠損を生ずることもない。
【００１０】
上述のように、窒化処理は、合金鋼中に存在するクロムと、導入されるＮＨ3との反応により、窒化クロムを形成させるものであるため、処理に供される合金鋼はクロムを含有するものであることが必須となり、クロムの含有量が３重量％以上のクロム含有合金鋼よりなる部材について処理を行うことができる。ここで、クロムの含有量が３重量％未満であると、窒化処理に寄与するクロム量が少なすぎ、顕著な表面硬度の向上効果が得られないために好ましくない。
【００１１】
本発明において、クロム含有合金鋼に上述のような窒化処理を施した後、窒化チタンを被覆する。ここで、クロム含有合金鋼に窒化処理を施した後に、窒化チタンを被覆するのは、クロム含有合金鋼と窒化チタン被膜の表面硬さの差が大きいため、クロム含有合金鋼に直接窒化チタンを被覆しても剥離等を生じ易く、窒化チタン被膜の有する高い表面硬さを充分に生かすことができないためである。しかし、窒化処理を施すことにより、クロム含有合金鋼の表面硬さを高めることができ、それによってクロム含有合金鋼と窒化チタン被膜の表面硬さの差を少なくすることができ、窒化チタン被膜の剥離等を防止することができる。
【００１２】
本発明において、窒化チタンの被覆方法は特に限定されるものではなく、慣用の種々の方法例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング法等を使用することができる。これらの中で、イオンプレーティング法は、ＣＶＤ法に比べて低温で成膜でき、被膜の密着性にも優れているために特に好ましい。
【００１３】
窒化チタン被膜の厚さは、２〜１０μｍ程度、好ましくは２〜４μｍの範囲内である。なお、窒化チタン被膜の厚さが２μｍ未満であると、実用耐久性に劣るために好ましくなく、また、該厚さが１０μｍを超えると、後述するように窒化チタン被覆を施した後に窒化処理を行う際に、窒素原子の浸透性に問題を生ずることがあるために好ましくない。
【００１４】
窒化チタン被膜をクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に被覆することにより、表面硬さを大幅に向上させ、平滑性を付与することができると共に窒化チタン被膜特有の黄金色を付与することができ、クロム含有合金鋼製釣り具部材に高級感を付与することができる。
【００１５】
なお、本発明の他の実施態様によれば、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面にまず窒化チタン被膜を被覆し、次に、窒化処理を行うこともできる。この方法によれば、部材の仕上がり方法がクロム含有合金鋼＋窒化チタン被膜の寸法となり、窒化処理を施す前に仕上がり寸法とは異なる不良品を予め除くことができる。また、表面に存在する窒化チタン被膜を介してクロム含有合金鋼を窒化処理することにより、一体的に窒化処理を行うことができ、窒化チタン被膜のクロム含有合金鋼への付着をより強固なものとすることができる。ただ、この方法によると、窒化チタン被膜特有の黄金色が若干損なわれる場合もあり、この方法は、リールのギヤ等の余り色調等が問われないが、正確な寸法が要求される部材の表面強化に適した方法と言える。
【００１６】
【実施例】
実施例１
ＳＵＳ３０４（マイクロビッカース硬度：３７０Ｈｖ、線径１.６ｍｍ）よりなるＳ字ガイドを減圧炉に装填し、１０-3ｍｍＨｇ程度の圧力に減圧し、ＮＨ3３０体積％、Ｈ2１０体積％、Ｏ2５体積％、残部がＮ2よりなる混合ガスを導入し、炉内温度５００℃で、３時間保持することにより窒化処理を行った。なお、窒化処理後、Ｓ字ガイドのマイクロビッカース硬度は１２００Ｈｖに上昇していた。
次に、得られたＳ字ガイドを、金属チタンをターゲットとする真空アーク放電型インオプレーティング装置に装填し、バイアス電圧−５０Ｖ、アーク電流１００Ａ、窒素圧力２０ｍｍＴorrの条件下で処理することにより厚さ２〜３μｍの窒化チタン被膜をＳ字ガイド表面に形成した。
得られたＳ字ガイドのマイクロビッカース硬度は２４００Ｈｖであった。また、Ｓ字ガイドの表面は平滑で、奇麗な黄金色の光沢を有するものであった。また、窒化チタン被膜は母材であるＳＵＳ３０４に強固に付着していた。
なお、得られたＳ字ガイドの断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、ＳＵＳ３０４母材の表面から３０μｍの範囲に窒化クロム拡散層が形成されていることが確認できた。
【００１７】
実施例２
実施例１と同質のＳ字ガイドを、まず、金属チタンをターゲットとする真空アーク放電型インオプレーティング装置に装填し、バイアス電圧−５０Ｖ、アーク電流１００Ａ、窒素圧力２０ｍｍＴorrの条件下で処理することにより厚さ２〜３μｍの窒化チタン被膜をＳ字ガイド表面に形成した。得られたＳ字ガイドのマイクロビッカース硬度は２４００Ｈｖであった。
次に、得られたＳ字ガイドを、減圧炉に装填し、１０-3ｍｍＨｇ程度の圧力に減圧し、ＮＨ3３０体積％、Ｈ2１０体積％、Ｏ2５体積％、残部がＮ2よりなる混合ガスを導入し、炉内温度５００℃で、３時間保持することにより窒化処理を行った。得られたＳ字ガイドの表面は平滑であった。また、窒化チタン被膜は母材であるＳＵＳ３０４に強固に付着していた。
なお、実施例１で得られたＳ字ガイドに比べて若干光沢が劣るものであった。
また、得られたＳ字ガイドの断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、窒化チタン被膜の表面から３０μｍの範囲に窒化クロム拡散層が形成されていることが確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、クロム含有合金製釣り具部材に、黄金色を呈し、平滑で、強固な付着力を有する窒化チタン被膜を形成することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロム含有合金製釣り具部材の表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術・課題】
従来、釣り竿用の糸ガイド、特に、Ｓ字ガイド（スネークガイド）は、耐水性、耐塩性等の点から主としてステンレス鋼等のクロム含有合金鋼から造られている。しかし、ステンレス鋼よりなるＳ字ガイドにあっては、ガイド自体の強度を確保するために、かなり太いステンレス鋼線材が使用されており、その結果、かなりの自重がある。最近、釣り竿を構成するグラファイト等の材質の軽量化には、目覚ましいものがあり、釣り竿の自重は軽くなる傾向にあるが、釣り竿に取り付けられている糸ガイド、特に、Ｓ字ガイドには余り進歩が見られず、軽量化に向けて改良の余地がある。
【０００３】
また、金属製釣り具部材として、リール、リールシート等を例示することができる。これらは通常真鍮、ステンレス鋼、アルミ合金等よりなるものであるが、これらの材質の表面強度もまた充分とは言えず、耐性向上に向けて改良の余地がある。また、リールには、ビス、ギヤ部材、軸部材、軸受け部材、ラチェット部材等の金属製部材が用いられているが、これらの部材の表面強度を向上させることができれば、リール自体の寿命の向上に繋がる。
【０００４】
更に、金属製釣り具部材として、フライタイイングに用いるボビンホルダーも例示できるが、スレッドと呼称される絹糸が通過する金属製パイプの先端部の平滑性に問題があり、スレッド切れの原因となるため、このようなトラブルの少ないセラミック製パイプで代替されている。しかし、金属製パイプの先端部を簡単且つ安価な処理により平滑にすることができれば金属製パイプよりなるボビンホルダーの方が加工性等の点で優れている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、クロム含有合金製釣り具部材の強度及び平滑性を向上させることができる簡単且つ安価な表面処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を行って該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成し、次に、該表面に窒化チタン被膜を被覆することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法を提供することにある。
【０００７】
更に、本発明は、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、窒化チタン被覆を被覆し、次に、該窒化チタン被覆表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を施して該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法を提供することにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する窒化処理は、減圧炉による窒素原子の拡散原理を利用したもので、減圧ガス窒化処理方法である。窒化処理は、クロム含有合金鋼製釣り具部材を装填し、減圧した炉内に、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ を導入し、炉内温度を４８０〜５５０℃に加熱し、３〜５時間保持して窒素を母材であるクロム含有合金鋼中に拡散させて合金中のクロムと化合物を生成させる方法である。
【０００９】
本発明に使用する窒化処理は、母材であるクロム含有合金鋼の表面から内部に向かい窒素が浸透、拡散しながら、母材中のクロムと結合し、窒化クロム拡散層を形成するものであるため、母材自体に反りや膨張等の寸法変化を生ずることはほとんどない。この窒化処理により、クロム含有合金鋼の表面を高硬度化することができる。なお、処理温度、処理時間を制御することにより硬化層、即ち、窒化クロム拡散層の深さを制御することができる。また、複雑な形状、深穴を有する部材、細い線材なども均一に硬化することができる。また、上記窒化処理によれば、表面から内部への硬度低下がなだらかなため、表面層の剥離や欠損を生ずることもない。
【００１０】
上述のように、窒化処理は、合金鋼中に存在するクロムと、導入されるＮＨ3との反応により、窒化クロムを形成させるものであるため、処理に供される合金鋼はクロムを含有するものであることが必須となり、クロムの含有量が３重量％以上のクロム含有合金鋼よりなる部材について処理を行うことができる。ここで、クロムの含有量が３重量％未満であると、窒化処理に寄与するクロム量が少なすぎ、顕著な表面硬度の向上効果が得られないために好ましくない。
【００１１】
本発明において、クロム含有合金鋼に上述のような窒化処理を施した後、窒化チタンを被覆する。ここで、クロム含有合金鋼に窒化処理を施した後に、窒化チタンを被覆するのは、クロム含有合金鋼と窒化チタン被膜の表面硬さの差が大きいため、クロム含有合金鋼に直接窒化チタンを被覆しても剥離等を生じ易く、窒化チタン被膜の有する高い表面硬さを充分に生かすことができないためである。しかし、窒化処理を施すことにより、クロム含有合金鋼の表面硬さを高めることができ、それによってクロム含有合金鋼と窒化チタン被膜の表面硬さの差を少なくすることができ、窒化チタン被膜の剥離等を防止することができる。
【００１２】
本発明において、窒化チタンの被覆方法は特に限定されるものではなく、慣用の種々の方法例えばＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング法等を使用することができる。これらの中で、イオンプレーティング法は、ＣＶＤ法に比べて低温で成膜でき、被膜の密着性にも優れているために特に好ましい。
【００１３】
窒化チタン被膜の厚さは、２〜１０μｍ程度、好ましくは２〜４μｍの範囲内である。なお、窒化チタン被膜の厚さが２μｍ未満であると、実用耐久性に劣るために好ましくなく、また、該厚さが１０μｍを超えると、後述するように窒化チタン被覆を施した後に窒化処理を行う際に、窒素原子の浸透性に問題を生ずることがあるために好ましくない。
【００１４】
窒化チタン被膜をクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に被覆することにより、表面硬さを大幅に向上させ、平滑性を付与することができると共に窒化チタン被膜特有の黄金色を付与することができ、クロム含有合金鋼製釣り具部材に高級感を付与することができる。
【００１５】
なお、本発明の他の実施態様によれば、クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面にまず窒化チタン被膜を被覆し、次に、窒化処理を行うこともできる。この方法によれば、部材の仕上がり方法がクロム含有合金鋼＋窒化チタン被膜の寸法となり、窒化処理を施す前に仕上がり寸法とは異なる不良品を予め除くことができる。また、表面に存在する窒化チタン被膜を介してクロム含有合金鋼を窒化処理することにより、一体的に窒化処理を行うことができ、窒化チタン被膜のクロム含有合金鋼への付着をより強固なものとすることができる。ただ、この方法によると、窒化チタン被膜特有の黄金色が若干損なわれる場合もあり、この方法は、リールのギヤ等の余り色調等が問われないが、正確な寸法が要求される部材の表面強化に適した方法と言える。
【００１６】
【実施例】
実施例１
ＳＵＳ３０４（マイクロビッカース硬度：３７０Ｈｖ、線径１.６ｍｍ）よりなるＳ字ガイドを減圧炉に装填し、１０-3ｍｍＨｇ程度の圧力に減圧し、ＮＨ3３０体積％、Ｈ2１０体積％、Ｏ2５体積％、残部がＮ2よりなる混合ガスを導入し、炉内温度５００℃で、３時間保持することにより窒化処理を行った。なお、窒化処理後、Ｓ字ガイドのマイクロビッカース硬度は１２００Ｈｖに上昇していた。
次に、得られたＳ字ガイドを、金属チタンをターゲットとする真空アーク放電型インオプレーティング装置に装填し、バイアス電圧−５０Ｖ、アーク電流１００Ａ、窒素圧力２０ｍｍＴorrの条件下で処理することにより厚さ２〜３μｍの窒化チタン被膜をＳ字ガイド表面に形成した。
得られたＳ字ガイドのマイクロビッカース硬度は２４００Ｈｖであった。また、Ｓ字ガイドの表面は平滑で、奇麗な黄金色の光沢を有するものであった。また、窒化チタン被膜は母材であるＳＵＳ３０４に強固に付着していた。
なお、得られたＳ字ガイドの断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、ＳＵＳ３０４母材の表面から３０μｍの範囲に窒化クロム拡散層が形成されていることが確認できた。
【００１７】
実施例２
実施例１と同質のＳ字ガイドを、まず、金属チタンをターゲットとする真空アーク放電型インオプレーティング装置に装填し、バイアス電圧−５０Ｖ、アーク電流１００Ａ、窒素圧力２０ｍｍＴorrの条件下で処理することにより厚さ２〜３μｍの窒化チタン被膜をＳ字ガイド表面に形成した。得られたＳ字ガイドのマイクロビッカース硬度は２４００Ｈｖであった。
次に、得られたＳ字ガイドを、減圧炉に装填し、１０-3ｍｍＨｇ程度の圧力に減圧し、ＮＨ3３０体積％、Ｈ2１０体積％、Ｏ2５体積％、残部がＮ2よりなる混合ガスを導入し、炉内温度５００℃で、３時間保持することにより窒化処理を行った。得られたＳ字ガイドの表面は平滑であった。また、窒化チタン被膜は母材であるＳＵＳ３０４に強固に付着していた。
なお、実施例１で得られたＳ字ガイドに比べて若干光沢が劣るものであった。
また、得られたＳ字ガイドの断面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、窒化チタン被膜の表面から３０μｍの範囲に窒化クロム拡散層が形成されていることが確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、クロム含有合金製釣り具部材に、黄金色を呈し、平滑で、強固な付着力を有する窒化チタン被膜を形成することができる。
Claims (3)
- クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を行って該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成し、次に、該表面に窒化チタン被膜を被覆することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法。
- クロム含有合金鋼製釣り具部材の表面に、窒化チタン被覆を被覆し、次に、該窒化チタン被覆表面に、減圧下、ＮＨ ３ 、Ｈ ２ 、Ｏ ２ 及びＮ ２ より構成される雰囲気で窒化処理を施して該部材表面から内部に向かい窒化クロム拡散層を形成することを特徴とするクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法。
- クロム含有合金鋼が、３重量％以上のクロムを含有するものである、請求項１または２記載のクロム含有合金鋼製釣り具部材の表面処理方法。
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