JP4226389B2 - 金属表面処理水溶液を利用した金属表面処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、金属表面処理水溶液を利用した金属表面処理方法に関し、特に熱処理を加えて硬化させ、プレスカットした高炭素工具鋼の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去し、かつ切断部を面取りするための金属表面処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炭素工具鋼は、低価格であるとともに、焼き入れなどの熱処理（焼き戻し、焼き入れｑｕｅｎｃｈ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇなど）を加えることによって強靭な機械的特性が得られる。このため、業界において広く利用されている。特に、微細もしくは薄板高炭素工具鋼の工作物は、ニット針、ラッチ針、もしくは精密な金物部品などの用途に用いられる。かかる微細もしくは薄板高炭素工具鋼の工作物は、予め適宜な熱処理を加えた後、さらにシャーリングマシンでプレスカットして成形する。但し、切断した工作物の表面には数十μｍの酸化皮膜とバリが発生し、後工程である組み立て加工に対して悪影響を与える。甚だしくは、バリによって組み立て作業者が思わぬ負傷に合う場合もあり、危険である。よって、切断した後は、発生する酸化皮膜とバリを除去しなければならない。
【０００３】
現在、前述する酸化皮膜とバリを除去する方法は、ほとんどが機械的な直接研磨を採用している。即ち、工作物に研磨粒（例えば炭化けい素（ＳｉＣ））を衝突させて酸化皮膜とバリを除去する。しかし、このような機械的研磨は、加工工程に要する時間が長い。さらに、工作物に研磨粒を直接衝突させる方式は、工作物のサイズと外形の精度を確実に出すことが難しい。よって、研磨の品質を高めることが難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、熱処理を加えて硬化させ、プレスカットした高炭素工具鋼の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去する処理時間を短縮することのできる金属表面処理水溶液を利用した金属表面処理方法を提供することを課題とする。
【０００５】
またこの発明は、工作物を他の関連部材と組み合わせる場合に他の関連部材に対する干渉が発生したり、作業員がうっかりして傷付けられたりすることがなく、さらにニット針などに応用した場合、編織物の表面に繊維を毛羽立てることのないように、高炭素工具鋼の切断部を面取りすることのできる金属表面処理水溶液を利用した金属表面処理方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、所定の比率で硫酸イオンとフッ素化合物と添加剤と、過酸化水素を添加してなる金属表面処理水溶液に工作物を直接浸すか、もしくは工作物に該金属表面処理水溶液を吹き付けてエッチングを行う金属表面処理方法によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【０００７】
即ち、該工作物表面に残留する油脂と汚れを除去して表面を清潔にする脱脂のステップと、工作物の表面に残留する前処理剤を除去して表面を清潔にする水洗いのステップの後、前記金属表面処理水溶液を利用して化学的エッチングを行い、さらに該工作物の表面に残留する前処理剤を中和して急速な酸化を防ぐ中和・防錆のステップと、加工表面に残留する水分を除去し、表面を急速に乾燥させる乾燥のステップとを行う金属表面処理方法によって、本発明の課題を解決することができる。
【０００８】
以下、この発明について具体的に説明する。
本発明におけるプレスカットした高炭素工具鋼の為の金属表面処理水溶液の組成は、１から４．５ｇ／Ｌの硫酸イオンと、５から２０ｇ／Ｌのフッ素化合物と、５から５０ｇ／Ｌの添加剤と、及び３０から３００ｇ／Ｌの過酸化水素を添加してなる。
【０００９】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、硫酸イオンが、硫酸か、もしくは硫酸の水溶性金属塩から選択される。
【００１０】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、フッ素化合物が、ふつ化水素アンモニウム、ふつ化水素ナトリウム、ふつ化水素カリウム、ふつ化アンモニウム、ふつ化水素酸、またはこれら酸類の水溶性塩から選択される。
【００１１】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、添加剤が、尿素、チオ尿素、またはこれらアンモニア類の水溶性塩から選択される。
【００１２】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、硫酸イオンの添加量が１ｇ／Ｌであって、該フッ素化合物が１０ｇ／Ｌであって、該添加剤が１０ｇ／Ｌであり、かつ該過酸化水素が５０ｇ／Ｌである。
【００１３】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、硫酸イオンの添加量が１．５ｇ／Ｌであって、該フッ素化合物が２０ｇ／Ｌであって、該添加剤が２０ｇ／Ｌであり、かつ該過酸化水素が７０ｇ／Ｌである。
【００１４】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、硫酸イオンの添加量が１ｇ／Ｌであって、該フッ素化合物が１５ｇ／Ｌであって、該添加剤が１０ｇ／Ｌであり、かつ該過酸化水素が６５ｇ／Ｌである。
【００１５】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、硫酸イオンの添加量が１．５ｇ／Ｌであって、該フッ素化合物が２５ｇ／Ｌであって、該添加剤が２０ｇ／Ｌであり、かつ該過酸化水素が７５ｇ／Ｌである。
【００１６】
本発明における金属表面処理水溶液の組成は、フッ素化合物が、該水溶液中においてふつ化水素を生成する。
【００１７】
本発明における金属表面処理水溶液は、ふつ化水素を生成する化合物が、ふつ化水素アンモニウムか、ふつ化水素ナトリウムか、ふつ化水素カリウムか、ふつ化アンモニウムか、ふつ化水素酸から選択される。
【００１８】
本発明の実施例による金属表面処理方法は、高炭素工具鋼をプレスカットした工作物の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去し、かつ切断部を面取りする金属表面処理方法であって、
該高炭素工具鋼の工作物表面に残留する油脂と汚れを除去して表面を清潔にする脱脂のステップと、
工作物の表面に残留する前処理剤を除去して表面を清潔にする水洗いのステップと、
表面を清潔にした工作物と、１から４．５ｇ／Ｌの硫酸イオンと、５から２０ｇ／Ｌのフッ素化合物と、５から５０ｇ／Ｌの添加剤と、及び３０から３００ｇ／Ｌの過酸化水素を添加してなる金属表面処理水溶液とを耐エッチング特性を有するプラスチック材からなる化学的エッチング槽に投入して、該工作物と金属表面処理水溶液とを接触させる化学的エッチングのステップと、
該工作物の表面に残留する前処理剤を中和して急速な酸化を防ぐ中和・防錆のステップと、
加工表面に残留する水分を除去し、表面を急速に乾燥させる乾燥のステップとを含んでなる。
【００１９】
上記金属表面処理方法において、工作物と金属表面処理水溶液とを接触させる時間が３分から１５分間である。
【００２０】
上記金属表面処理方法において、化学的エッチングのステップの工作物の表面温度が１℃から５０℃である。
【００２１】
上記金属表面処理方法において、化学的エッチングのステップにおいて、工作物を該金属表面処理水溶液に直接浸してエッチングを行う。
【００２２】
上記金属表面処理方法において、化学的エッチングのステップで工作物の表面に該金属表面処理水溶液を少なくとも１回以上直接吹き付けてエッチングを行う。
【００２３】
上記金属表面処理方法において、エッチング槽が、ポリプロピレンか、もしくはポリ塩化ビニルなどの耐エッチング特性を有するプラスチック材によってなる。
【００２４】
本発明の好適な実施例は、ニット針を工作物として、その表面の処理を行う金属表面処理方法であって、
該工作物の表面に残留する油脂と汚れを除去して表面を清潔にする脱脂のステップと、
該工作物の表面に残留する前処理剤を除去して表面を清潔にする水洗いのステップと、
硫酸イオンと、ふつ化水素を生成する化合物と、尿素、チオ尿素、またはこれらアンモニア類の水溶性塩から選択される添加剤と、過酸化水素とを含む金属表面処理水溶液に該工作物を浸し、この金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かしながら、化学的エッチングを行うステップと、
該工作物の表面に残留する前処理剤を中和して急速な酸化を防ぐ中和・防錆のステップと、
加工表面に残留する水分を除去し、表面を急速に乾燥させる乾燥のステップとを含んでなる。
【００２５】
上記金属表面処理方法において、化学的エッチングのステップにおいて、該工作物を金属表面処理水溶液で回転させることにより、金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かす。
【００２６】
上記金属表面処理方法において、化学的エッチングのステップにおいて、該工作物を金属表面処理水溶液で継続的に上下に揺することにより、金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かす。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この発明は、熱処理を加えて硬化させ、プレスカットした高炭素工具鋼の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去し、かつ切断部を面取りするための金属表面処理法を提供するものであって、所定の比率で硫酸イオンとフッ素化合物と添加剤と、過酸化水素を添加してなる金属表面処理水溶液に工作物を直接浸すか、もしくは工作物に該金属表面処理水溶液を吹き付けてエッチングを行い、目的を達成する。
かかる金属表面処理方法のステップと特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。
【００２８】
【実施例】
この発明は、金属表面処理水溶液を利用して高炭素工具鋼の工作物の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去し、切断部を面取りするための金属表面処理方法を提供するものであって、該金属表面処理は、水溶液に化学薬剤と酸化剤を添加し、化学的エッチングを利用して行う処理方法である。即ち、化学薬剤と、バリと酸化皮膜が発生した工作物とをエッチング槽に投入して攪拌し、短時間内に工作物のバリと酸化皮膜を除去して切断部を面取りする目的を達成する。
【００２９】
金属表面処理水溶液の組成は、硫酸か、硫酸の水溶性金属塩から選択される１〜４．５ｇ／Ｌの硫酸イオン（ＳＯ４２−）と、ふつ化水素アンモニウム、ふつ化水素ナトリウム、ふつ化水素カリウム、ふつ化アンモニウム、ふつ化水素酸、またはこれら酸類の水溶性塩から選択される５〜５０ｇ／Ｌのふつ化化合物、尿素、チオ尿素、またはこれらアンモニア類の水溶性塩から選択される５〜５０ｇ／Ｌの添加剤と、及び３０〜３００ｇ／Ｌの過酸化水素とによってなる。
【００３０】
当然のことながら、発明者は前記金属表面処理水溶液について、異なる成分比で組成した。その異なる成分比を表１に開示する。
【表１】

【００３１】
表１の成分番号６、８、１０、１２に記載する金属表面処理水溶液の成分比が最も好ましい組成である。
【００３２】
図１に開示するように、この発明の組成によって得られる金属表面処理水溶液を利用した高炭素工具鋼の切断面に対する金属表面処理は、硬化高炭素工具鋼の工作物表面に残留する油脂と汚れを除去して表面を清潔にする脱脂のステップと、工作物の表面に残留する前処理剤を除去して表面を清潔にする水洗いのステップと、表面を清潔にした工作物と金属表面処理水溶液とを化学的エッチング槽に投入する化学的エッチングのステップと、工作物の表面に残留する前処理剤を中和して急速な酸化を防ぐ中和・防錆のステップと、加工表面に残留する水分を除去し、迅速に乾燥させる乾燥のステップとを含んでなる。
【００３３】
該化学的エッチングのステップは、例えばポリプロピレンか、もしくはポリ塩化ビニルなどの耐エッチング特性を有するプラスチック材によって形成した化学的エッチング槽内において、工作物と金属表面処理水溶液とを接触させる。接触の時間は３分から１５分間とし、工作物の表面処理温度は１℃から５０℃を保持する。
【００３４】
工作物は金属表面処理水溶液に浸して処理を進行させるか、もしくは金属表面処理水溶液を直接工作物の表面に吹き付けて、工作物表面から酸化皮膜とバリを除去し、かつ切断部を面取りする。
【００３５】
図１に開示するように、この発明における化学的エッチング処理を行う場合、予め水洗いと脱脂処理を行い鋼材に熱処理を加えプレスカットして得た工作物の表面を清潔にし、さらに該工作物とこの発明の金属表面処理水溶液を化学的エッチング槽内に投入し、機械的に均一に攪拌する。また過酸化水素を添加して電気化学における陽極分解の過電位を増加するとともに、該過電位の作用によって電源から電流を供給することなく硫酸とふつ化イオンが酸性溶液内で工作物の酸化皮膜とプレスカットによって発生するバリを除去する。しかし、エッチング処理を施した工作物の断面の厚さは、化学的エッチングの影響を受けてサイズが明らかに縮小することはない。
【００３６】
また、工作物断面の周囲の直角部が先端放電効果によって電荷の伝送が平面に比して早くなる。このため化学的エッチングを行う場合、陽極分解が加速して切断部の直角が除々に面取りされる。よって、工作物を他の関連部材と組み合わせる場合に他の関連部材との干渉が発生することがなく、作業員がうっかり傷付くこともなく、さらに表面が滑らかな編織物の表面に繊維を毛羽立てることもない。
【００３７】
以下、実例を挙げて説明する。
実例１
図２（Ａ）に開示する試料は熱処理とプレスカットを行い薄い環状にした工作物であって、外部に酸化皮膜と切断面が露出する。該試料をさらに、図２（Ｂ）に開示するように回転軸に嵌挿し、この発明による金属表面処理水溶液に浸した。さらに、該回転軸を回転させ、１００ｒｐｍの回転速度を３分間保持した。その結果、図３（Ａ）（Ｂ）に開示するように、試料の表面に発生した厚さ約１５μｍの酸化皮膜が完全に除去された。さらに図４（Ａ）（Ｂ）に開示するように、先端放電効果によって、プレスカットで発生したバリが除去された。
【００３８】
実例２
前記試料をこの発明による金属表面処理水溶液に５分から１５分間浸した。その結果は、図５（Ａ）（Ｂ）に開示するように、プレスカットでバリが発生した試料の断面が明らかに面取りされた。但し、試料の厚さは明らかに縮小することなく、０．２μｍ以下に抑制された。即ち、化学的エッチングの影響を受けて試料の厚さが大幅に縮小することはなく、構造的な強度を失うことがなかった。
【００３９】
実例３
図６に開示するように、炭素工具鋼による微細板材であって、かつ酸化皮膜の発生した試料をこの発明による金属表面処理水溶液に浸し、１分間に１５回ずつ継続的に上下に揺すり、金属表面処理水溶液に均一に浸した。その結果、酸化皮膜とバリが完全に除去され、切断部が明らかに面取りされた。
【００４０】
以上をまとめると、この発明による金属表面処理方法は、熱処理を加えて硬化させた高炭素工具鋼（例えば、ＳＫ３、ＳＫ４、ＳＫ５などと称する）をプレスカットした工作物の切断面に発生する酸化皮膜と、切断によって発生するバリを除去するとともに、切断部の面取りを形成するものであって、化学的エッチングを利用して目的を達成する。係る金属表面処理は、化学薬剤の使用量が少なく、工業廃棄物の規定に適ったものであり、酸化皮膜とバリを除去する時間を短縮し、相対的に加工処理の品質と効率を高めることができる。
【００４１】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【００４２】
【発明の効果】
この発明による金属表面処理方法は、熱処理を加えて硬化させ、プレスカットした高炭素工具鋼の切断面に発生する酸化皮膜と、及び切断によって発生するバリを除去する処理時間を短縮することができ、相対的に加工処理の品質と効率を高める効果を具える。
【００４３】
また、この発明による金属表面処理方法は、同時に切断部に面取りを形成することができるため、工作物を他の関連部材と組み合わせる場合に他の関連部材との干渉が発生したり、作業員がうっかり傷つけられたりすることがなく、さらにニット針などに応用した場合、編織物の表面に繊維を毛羽立てることを防ぐ効果を具える。
【００４４】
さらに、この発明によれば、化学薬剤の使用量が少なく、工業廃棄物の規定に適う。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による金属表面処理方法の各ステップのフローチャートである。
【図２】この発明の実例１における試料の正面図（Ａ）、試料の固定状態を表わす説明図（Ｂ）である。
【図３】実例１における試料の処理前の状態を表わす正面図（Ａ）、試料の処理後の状態を表わす正面図（Ｂ）である。
【図４】図３（Ａ）に開示する試料の側面図（Ａ）および図３（Ｂ）に開示する試料の側面図（Ｂ）である。
【図５】実例２における試料の処理前の状態を表わす側面図（Ａ）および実例２における試料の処理後の状態を表わす側面図（Ｂ）である。
【図６】実例３における試料の処理後の状態を表わす説明図である。

Claims (8)

1. ニット針を工作物として、その表面の処理を行う金属表面処理方法であって、
   該工作物の表面に残留する油脂と汚れを除去して表面を清潔にする脱脂のステップと、
   該工作物の表面に残留する前処理剤を除去して表面を清潔にする水洗いのステップと、
   硫酸イオンと、ふつ化水素を生成する化合物と、尿素、チオ尿素、またはこれらアンモニア類の水溶性塩から選択される添加剤と、過酸化水素とを含む金属表面処理水溶液に該工作物を浸し、この金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かしながら、化学的エッチングを行うステップと、
   該工作物の表面に残留する前処理剤を中和して急速な酸化を防ぐ中和・防錆のステップと、
   加工表面に残留する水分を除去し、表面を急速に乾燥させる乾燥のステップとを含んでなることを特徴とするニット針の為の金属表面処理方法。
2. 前記工作物と金属表面処理水溶液とを接触させる時間が３分から１５分間であることを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
3. 前記化学的エッチングのステップにおける工作物の表面温度が１℃から５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
4. 前記化学的エッチングのステップにおいて、工作物を該金属表面処理水溶液に直接浸してエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
5. 前記化学的エッチングのステップにおいて、工作物の表面に該金属表面処理水溶液を少なくとも１回以上直接吹き付けてエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
6. 前記エッチング槽が、耐エッチング特性を有するプラスチック材によってなることを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
7. 該工作物を金属表面処理水溶液で回転させることにより、金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かすことを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。
8. 該工作物を金属表面処理水溶液で継続的に上下に揺することにより、金属表面処理水溶液中で該工作物を継続的に動かすことを特徴とする請求項１に記載の金属表面処理方法。

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