JP4776885B2 - 片状粒体による被膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は片状粒体による被膜の形成方法に関し、より詳細には、平坦面が被加工物の表面に対して平行となるように配向された片状粒体により被加工物の表面に被膜を形成する方法に関する。

従来より、片状粒体を被加工物の表面に所定の配向で付着させる方法として、塗膜形成樹脂中に薄片状や鱗片状の片状粒体を含有させた塗料等を塗布する方法が公知であり、一例として、被加工物に鏡面状の金属外観を与える方法として、金属の蒸着膜を微小箔片に破砕して得た微小な金属箔を含有する塗膜形成樹脂を被加工物の表面に塗布する方法がある（特許文献１参照）。

このようにして被加工物の表面に微小な金属箔を含有する塗膜形成樹脂から成る塗料を塗布すると、塗料中の金属箔は塗膜形成樹脂中において所定の配向で配置され、粒子感がなく均一で鏡面状の金属光沢面を得ることができるものとなっている。

この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００１−２２６６１２号公報（第２−７頁）

上記の塗膜形成方法にあっては、前述のように塗膜形成樹脂中に含有された微小な金属箔が、塗膜中で所定の配向となるために鏡面状の光沢面を形成することができるものとなっている。

しかし、前述の方法では、片状粒体は塗膜形成樹脂に埋設された状態で被加工物の表面に付着するために、前述のように被加工物の表面を鏡面状の金属外観に加工する化粧効果を目的とした加工においては有効であるものの、例えば導電材料より成る片状粒体を被加工物の表面に付着させて導電性を付与したり、被加工物である機械部品の摺動部に、二硫化モリブテンやグラファイト等の固体潤滑剤から成る片状粒体を付着させて潤滑性の向上を図る加工を行うことはできない。

片状粒体を、加工後の被処理製品の最表面に露出した状態で付着させようとする場合、バインダとなる樹脂を予め被加工物の加工面に塗布しておき、このバインダの硬化前に前述のような片状粒体を付着させることも考えられるが、この方法により片状粒体を付着させる場合には、片状粒体が所定の配向となるように供給しなければ片状粒体の配向は一定せず、配向が一定しない状態で付着した片状粒体を所定の向き、例えばその平坦面が被加工物の表面と平行を成すように配向しようとすれば、片状粒体の付着後、バインダの硬化前に、付着した片状粒体を所定の方向に押圧する等の作業が必要となる。

そこで、本発明は上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり、比較的簡単な方法により被加工物の表面に対して片状粒体を所定の向きに配向させることのできる、片状粒体の配向方法、及びこのような配向により片状粒体による被膜を形成する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の被膜形成方法は、バインダを塗布した被加工物の表面に、前記バインダの硬化前に平坦面の長辺に対し厚みが１／２以下である片状粒体を圧縮気体と共に連続的に噴射して、前記片状粒体をその平坦面を前記被加工物の表面に沿って該表面に対し平行に配向させて被膜を形成することを特徴とする（請求項１）。

前述の構成を備えた本発明の構成によれば、片状粒体を圧縮気体と共に噴射するという極めて簡単な作業により、被加工物の被膜形成面に対して片状粒体を所定の向きに配向させることができた。

その結果、被加工物の被膜形成面にバインダ等を塗布しておき、このバインダの硬化前にその塗布面に片状粒体を噴射することで、片状粒体をバインダを介して所定の配向で付着させることができ、これにより片状粒体を所定の向きに配向して成る被膜を極めて容易に形成することができた。

なお、前記方法により形成された片状粒体の被膜は、片状粒体がバインダである塗膜形成樹脂中に埋設されていた従来技術の被膜とは異なり、片状粒体を加工後の被加工物の最表面に露出させることができることから、導電性の片状粒体を使用することにより絶縁性の被加工物の表面に導電性被膜を形成したり、または、固体潤滑剤から成る片状粒体を使用することにより、被加工物の表面に潤滑性被膜を形成する等、従来技術によっては得ることのできなかった効果を得ることも可能である。

次に、本発明の実施形態につき以下説明する。

〔配向方法〕
本発明の片状粒体の配向方法は、被加工物の表面に対して片状粒体を圧縮空気と共に吹き付けることにより、被加工物の表面に該片状粒体を所定の向きに配向させるものである。

なお、本発明において片状粒体とは、鱗片状、薄片状等の平坦面を有する片状の粒体を広く含み、平坦面を成す径乃至は辺のうちの長いもの（本明細書において「長辺」という。）に対して、厚みが１／２以下であるものをいう。

前述の片状粒体の噴射は、圧縮気体と共に後述する片状粒体を噴射可能なものであれば如何なる装置等を使用して行っても良く、既知のエア式のブラスト加工装置一般を本発明の方法に使用することができる。

また、このようなエア式のブラスト加工装置を使用して片状粒体の噴射を行う場合、片状粒体を噴射可能なものであればブラスト加工装置に設けられる噴射ノズルの形状等も特に限定されず、丸型、スリット型等の既知の各種のものをそのまま使用することができる。

この片状粒体の噴射は、片状粒体を前述のブラスト加工装置により噴射可能であり、これにより片状粒体を被加工物上に衝突させ得るものであれば、片状粒体のサイズや材質、被加工物の材質や形状、圧縮気体の流速や噴射圧力等は適宜設定可能であるが、一例として、片状粒体がアルミニウムである場合、平坦面を成す長辺を0.05mm〜0.01mmとし、流速150〜310m/s、又は噴射圧力0.4〜0.7MPaの圧縮気体により噴射する。

このようにして、片状粒体を圧縮気体と共に噴射すると、噴射された片状粒体は乱流気体中を回転しながら被加工物に衝突する。そのため、被加工物の表面に対する衝突時の片状粒体は、所定の向きで被加工物の表面に衝突するものではなく、それぞれが様々な向きで被加工物の表面に対して衝突する。

しかし、被加工物の表面に到達した片状粒体には、噴射ノズルより継続的に噴射されて後続して到達した片状粒体が衝突し、また、片状粒体を噴射するための圧縮気体の圧力が加えられるため、その平坦面が被加工物の表面に沿うように配向される。

その結果、被加工物の被膜形成面にこのようにして片状粒体を噴射すると、噴射された片状粒体はこれを所定の向きに配向することができるのである。

〔被膜形成方法〕
以上のように、前記片状粒体の配向方法によれば、被加工物の表面に対して片状粒体を所定の向きに配向することができることから、このような配向方法を利用して、片状粒体による被膜を形成することが可能である。

このような配向方法を利用した片状粒体による被膜形成方法につき以下説明する。

（１）バインダを使用した被膜形成方法
本実施形態にあっては、被加工物の表面に対する前述の片状粒体を付着させるためにバインダを使用し、このバインダを介在して被加工物の表面に片状粒体による被膜を形成する。

この被膜形成方法にあっては、被加工物の表面中、片状粒体による被膜を形成する部分に予めバインダを塗布し、このバインダの硬化前に圧縮気体と共に前述の片状粒体を噴射して被膜を形成する。

このようにして片状粒体を被加工物のバインダ塗布面に向けて噴射すると、噴射された片状粒体は、前述のように乱流気体中を回転しながらそれぞれが様々な向きで被加工物の表面に対して衝突して付着する。

しかし、このようにして被加工物の表面に付着した片状粒体に対しては、噴射ノズルより継続的に噴射され後続して被加工物上に到達した片状粒体の衝突と、この片状粒体を飛翔させる圧縮気体の圧力により、その平坦面が被加工物の表面に沿うように配向される。その結果、圧縮気体と共に噴射した片状粒体を、バインダを介して被加工物の表面に所定の配向で、かつ、均一な状態に付着させることができる。

このようにして、片状粒体を所定の配向で被加工物の表面に付着させた後、被加工物と片状粒体間を接着するバインダを乾燥させて硬化させることにより、片状粒体の安定した被膜が形成される。

以上の方法による片状粒体による被膜形成方法にあっては、バインダを介して被加工物と片状粒体間の付着が行われることから、加工対象とする被加工物や片状粒体の材質等は、特に限定されず、被加工物及び片状粒体共に、金属、ガラス、セラミックス等の他、木材、プラスチック製品等の樹脂、石材等の鉱物、木材等の植物系の材質など、各種の材質のものを使用することができる。

（２）衝突エネルギを利用した被膜形成方法
以上の実施形態にあっては、被加工物の表面に対して片状粒体を付着させるためにバインダを使用したが、本実施形態に示す方法にあっては、バインダ等を使用することなく、片状粒体を直接被加工物の表面に付着させて被膜を形成する。

この方法による被膜の形成は、圧縮気体と共に噴射された片状粒体が被加工物の表面に対して衝突した際にこの衝突点において生じる発熱、及び、被加工物の表面に到達した片状粒体に対して、その後に被加工物の表面に衝突しようとする後続の片状粒体が、既に被加工物上に到達している片状粒体上に衝突するときにその衝突点において生じる発熱により、片状粒体を被加工物の表面に付着させる。

このような片状粒体の噴射により生じる発熱は、理論解析によると衝突後０．１μsで最大値１５００Ｋに達し、被加工物の表面温度は瞬時に高温になる。そしてこのようにして発生した熱が、前述のような片状粒体と被加工物間の結合を生じさせる。

このようにして発生した熱は、急激に冷却されてその温度は低下するが、被加工物の表面及びこの表面上に付着した片状粒体には、噴射ノズルより噴射された片状粒体が連続して衝突しているために、被加工物と片状粒体との結合を継続的に生じさせるに必要な熱量を確保できるものとなっている。

前述の発熱による付着は、衝突時の発熱により、衝突点において被加工物及び／又は片状粒体が溶融して両物質が境界部分において融合する等して生じるものと思われる。すなわち、完全に溶融してしまうと片状形状が完全になくなり、別の結晶構造となり、配向が崩れるからである。

さらに、他の融着メカニズムとしては、衝突による機械的エネルギーにより片状粒体の一部が被加工物に埋め込まれ、かつその境界部分では、衝突時の発熱により片状物質、被加工物が溶融して融合することによるものと推察される。

なお、被加工物上に片状粒体を付着させることができるものであれば如何なる物理的、化学的な結合であっても良い。

被加工物の材質と、片状粒体の材質の組合せは、粒体の比重、粒体の径、噴射気体の速度あるいは、噴射圧力により決定される。

また、前述のように被加工物と片状粒体の結合を生じさせる発熱を得るための衝突エネルギーを確保するために、片状粒体のサイズは、その長辺を0.1mm〜0.001mm程度とすることが好ましく、片状粒体を噴射する圧縮気体は、流速150m/s以上、又は噴射圧力0.4MPa以上であることが好ましい。

〔片状粒体〕
一例として、被加工物に金属外観の付与を目的とする場合には、アルミニウム、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ゲルマニューム、ジルコニューム、ネオジューム、モリブデン、ロジューム、パラジューム、銀、インジューム、錫、プラチナ、金等の各種金属及び上記金属の酸化物、上記金属の内、複数金属との酸化物、並びにアモルファス構造物を含む片状粒体を使用することができ、また、これらの金属はその特性に応じて保護膜、導電性被膜の形成にも使用することができる。また、耐熱、耐摩耗性被膜の形成を目的とする場合には、セラミックス等の片状粒体を、さらに、機械部品等の摺動部に対して潤滑性被膜を形成することを目的とする場合には、二硫化モリブテンやグラファイト、窒化ホウ素、二硫化タングステン、含水ケイ酸アルミニウム、カリウムで表される雲母、含水ケイ酸マグネシウムで表されるタルク、含水ケイ酸アルミニウムで表されるカオリン等の固体潤滑剤より成る片状粒体を、基材の表面を光学的に変化させ美装する方法としてアルミニウム固溶体酸化鉄α-Ｆｅ₂Ｏ₃（例えばチタン工業株式会社製酸化鉄パール顔料）、魚鱗、貝殻の片状粒体を、磁性膜の形成を目的とする場合には、バリウムフェライト、酸化鉄等の磁性材料から成る片状粒体を、絶縁性、耐熱性を目的とする場合には、雲母等から成る鉱物質の片状粒体を、耐水性や耐候性、防汚等を目的とした保護膜を形成するために、各種樹脂材料より成る片状粒体を使用することができる等、その目的、用途等に応じて選択可能である。

これらの片状粒体は、片状粒体が鉱物性のものである場合には、これを例えば粉砕機にかける等してその結晶構造に基づいて劈開させて、片状に破砕することができ、また、金属にあっては、蒸着や圧延、セラミックスについては所定厚みに焼成、樹脂等にあっては延伸、インフレーション等の方法により所望の片状比となり得る厚みの膜、箔、板乃至はフィルム等を製造し、これを粉砕乃至は切断する等して前述の片状粒体を得ることができる。

なお、この片状粒体の大きさは、既知のブラスト加工装置によって圧縮気体と共に噴射可能なサイズであれば特に限定されないが、前途のように被加工物との衝突等により生じる発熱により被加工物と片状粒体とを結合させる前述の被膜形成方法において使用する場合には、このような結合を生じさせる発熱を得るための片状粒体の長辺の長さは、好ましくは0.1mm〜0.001mm、より好ましくは0.01mm〜0.001mmである。

１．実施例
片状粒体：Ｂａフェライト（チタン工業株式会社製ＢＦ-2700）
・ 結晶系：六方晶
・ 形状と結晶面：六角板状でその片状結晶面はｃ面である。
・ 片状結晶の長片径： 1ミクロン、 厚さ：0.3ミクロン
・Ｂａフェライトの磁化容易軸はｃ軸である。
粒体の磁気特性と、粒体を被加工物に噴射後の磁気特性は、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）にて測定した。最大印加磁場は、1200kA/mである。粒体の磁気測定は試料ホルダーに充填し測定した。噴射加工後の被加工物上の膜は、5ｍｍ^*5ｍｍのサンプルを切り出し、2枚重ねて印加磁場に垂直になるように試料ホルダーにセットし測定した。

角型比は、ＶＳＭの試料のヒステリシス曲線より、求められる飽和磁化量σｓと残留磁化量σｒとの比σｒ／σｓにて表示される。

角型比の結果は、粒体状態では、磁気的に等方的であり、粒体の配列としては等方である。噴射加工後の角型比は0.75を示し磁気的配向状態にある。板状Ｂａフェライトの板状面はｃ面でありその結晶軸であるｃ軸が磁気容易軸である。即ち噴射加工後の結晶は、片状面を加工物表面に平行に配列していることを示した。

２．比較例として針状粒体である磁性粒体のγ-Ｆｅ₂Ｏ₃を同様に噴射加工した。噴射後の角型比は、0.5となり、磁気には無配向状態であった。この事より噴射加工膜は、配向していないことを示した。

以上説明した本発明の方法は、各種材質の被加工物の表面に金属光沢を付与し、又は鏡面に加工する等の化粧効果を目的とした被膜を形成する場合の他、保護膜、導電性被膜、潤滑膜等の形成に使用することができる等、これを広範な技術分野において応用可能である。

Claims (1)

1. バインダを塗布した被加工物の表面に、前記バインダの硬化前に平坦面の長辺に対し厚みが１／２以下である片状粒体を圧縮気体と共に連続的に噴射して、前記片状粒体をその平坦面を前記被加工物の表面に沿って該表面に対し平行に配向させて被膜を形成することを特徴とする片状粒体による被膜形成方法。