JPH03232921A - 焼入れ防護用シートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、焼入れ防護用シートとその製造方法及び用
途に関する。この発明の焼入れ防護用シートは、種々の
鋼製機械部品の焼入れ時に、所望部位の変態による硬化
を防止するために用いることができる新しいタイプの防
護剤である。

（ロ）従来の技術と課題 車両、自動車、航空機、船舶、農業用機械、各種工作機
械等に用いられるベアリング、シャフト、ピストン、ス
クリュー、カム、ギアー、ピン、チェーン、ラック等の
種々の鋼製機械部品において、使用上摩擦を受は易い部
分には高度の耐摩耗性が要求される。このような機械部
品全体としては鋼材の元の高靭性が必要であって部分的
に耐摩耗性が要求される場合とか、逆に全体としては耐
摩耗性が必要であるが部分的に機械加工等がし易いよう
に元の高靭性が要求される場合とか、種々のケースが考
えられる。これらに対応し得る高靭性と耐摩耗性を兼ね
備えｆこ鋼材あるいは鋼製機械部品を具現化するために
、例えば強靭な鋼材を使用して耐摩耗性の要求される部
分だけを浸炭、酸化、窒化等の処理をして表面硬化する
方法がある。この際、従来より表面硬化させる部分以外
は可らかの方法でマスキングして浸炭、酸化、窒化等を
防止して高靭性を保つ技術が採用されている。以下浸炭
防止を主として述へると、マスキング材として銅メツキ
を用いる方法が主流であったが、メツキ作業が煩雑で手
数がかかり、尚かっ公害問題等も付加して入手すること
も困難になってきている。

そこてこれに替わる方法として塗料タイプのマスキング
材が開発され実用的に普及しつつある。この種のマスキ
ング材とは耐火粘土のような無機耐火物、珪酸ソーダ、
酸化鉄、硼砂等の類の浸炭防止機能を持った無機系の粉
末を少量の樹脂及び水あるいは有機溶剤に配合して塗料
形態としたものである。固体浸炭、ガス浸炭、液体浸炭
（滴下浸炭）等の浸炭処理の際、鋼材あるいは鋼製機械
部品の所定部分にこの塗料を塗布して浸炭を防止し得る
厚さを維持した皮膜を形成して浸炭剤が装入されている
か、又は浸炭ガス雰囲気に満たされている炉中に保持し
て７００〜１３００℃程度に加熱する。

この工程が終了すると塗料中の樹脂及び溶剤が熱分解し
て消失し、浸炭防止機能をもった成分のみが鋼材あるい
は鋼製＠蛾部品の所定部分の表面に焼きついて浸炭防止
皮膜を形成し、浸炭成分との接触が遮断される結果、こ
の部分の浸炭が防止されることになる。しかしながらこ
の塗料タイプのものは塗布ムラやピンホール等の欠陥が
生じ昌く、また垂直面や曲面になると垂れ下り等の現象
も発生し易いので、浸炭防止用マスキング材としては極
めて不安定な基材と言わざるを得ない。塗布ムラ、ピン
ホール、垂れ下り等の影響で均一な皮膜を形成すること
ができず、所期の浸炭防止効果が達成されないケースが
充分に予想されるからである。また溶剤を使用する関係
上、臭気の発生が著しく、火災等の発生の可能性も高い
といったような側面的な悪影響も考えられる。更にこの
タイプのものは一般に樹脂成分の配合里が少ないので、
流延性に欠けるため、均一塗布して適正な皮膜を形成す
るには何度ら重ね塗りをする必要かあり、その作業性の
悪さも無視できない要素となっている。その上、使用可
能なポットライフも比較的短く、実際適用面における欠
点になっている。

（ハ）課題を解決するための手段 この発明によれば、焼入れ対象の金属材又は金属製品を
変態点以上の加熱時に不活性な無機微粒子が均一に分散
もしくは塗布されてなる焼入れ保護用シートが提供され
る。

またこの発明によれば、焼入れ対象の金属材又は金属製
品を変態点以上の加熱時に不活性な無機微粒子を親油性
を与えうる表面処理剤で処理するかせずして、熱可塑性
合成樹脂のベレットと十分に混練しながらシート状に押
出すことからなる焼入れ保護用シートの製造方法が提供
される。

さらにこの発明によれば、焼入れ対象の金属材又は金属
製品を変態点以上の加熱時に不活性な無機微粒子の分散
もしくは懸濁液をシートの片面に塗布、乾燥さ仕てシー
トを得ることからなる焼入れ保護用シートの製造方法が
提供される。

この発明の焼入れ対象の金属材又は金属製品を変態点以
上の加熱時に不活性な無機微粒子とは、所謂焼入れ時に
製品の変態を望まない部位において、防護機能を奏しう
る無機物の微粒子をいう。

無機物としては、耐火粘土、珪酸ソーダ、酸化鉄、酸化
硼素、酸化チタン、二酸化珪素、硼砂、水ガラス、硼珪
酸など、および銅、アルミニウムなどの金属が挙げられ
る。これらの中で特に好ましいのは酸化硼素（Ｂ　２０
３）である。

無機微粒子として、酸化硼素に酸化チタン及び／又は二
酸化珪素を少量（２〜１０％程度）混合すると、これら
は焼入れ時に流れ防止の役割を奏することを見出してい
る。酸化硼素は、白色球状の粉末として入手可能である
が、吸湿性があるので、例えば後述するように、熱可塑
性樹脂のペレットとの混練、押出成形に用いる際には、
乾燥して含水率５％以下、好ましくは３％以下として使
用するのが望ましいことを見出している。酸化硼素の含
水率か５％を越えると押出成形時に凝集塊を生じｆこり
、水分による発泡、ピンホール、押出トルクの上昇等の
種々の不安定欠陥現象が生起する。

この発明に用いた微粒子とは、シートに均一に分散らし
くは塗布できるように、小さな粒子であればよい。具体
的には、微粒子の粒子径は４０〜１５０μｍの範囲であ
ることが好ましい。粒子径が大きくなると、均一な分散
や出来上りシートの強度に悪影響がある。

この発明のシートの材質は、焼入れ時に燃焼しうるちの
であることを必要とする。例えばポリ塩化ビニル系樹脂
、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレ
タン系樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合系樹脂等であ
る。その中でも本発明の目的に適合した樹脂としては超
低密度ポリエチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、エ
チレン・酢酸ビニル共重合樹脂等が挙げられる。

当該シート中の熱可塑性樹脂は最終的には熱分解させる
ので、その際に腐食性の有害ガスを発生するような種類
の樹脂、例えばポリ塩化ヒニル系樹脂、フッ素系樹脂等
の類は避けなければならないことは当然である。これら
の樹脂は、ペレットとして無機微粒子と共にシート状に
成形されるか、または予め不織布のようなシートに成形
して用いることができる。

この発明のシートの厚み（但し剥離性保護シートを除く
）は、１５０〜３００μｍの範囲が適切である。

３００μｍを越えると当該シートの柔軟性が阻害されて
鋼材等への貼着時にこれらの表面へのフィツト性が悪く
なり、当然のことながら作業性も悪くなる。特に対象と
なる鋼材や鋼製機械部品はその表面が平面とは限らず、
むしろ曲面や更に複雑な面を有することの方が多い。こ
ういった場合は、当該シートの柔軟性は重要な要素とな
る。また当該シートの厚さが１５０μｍ以下となると、
シートの強度が不足して粘着剤塗布加工時や鋼材等に貼
着時に破断等の現象が起き昌くなる。

この発明の焼入れ保護用シートにおける無機微粒子の分
散らしくは塗布量は、基層のシートが燃焼して無機微粒
子による保護層が形成しうるように設定される。例えば
、無機微粒子：熱可塑性樹脂を重量比率て４０〜８０　
：　６０〜２０、より好ましくは５０〜６０　：　５０
〜４０の範囲で配合することが適している。但しこの範
囲に制限される乙のではない。

般的に樹脂の配合量が多すぎると無機物の量が相対的に
少なくなり形成被覆にピンホール等の欠陥が生じ易くな
って浸透防止性能に支障をきたすことになる。その反面
、樹脂の配合量が不足すると、成形シートが脆弱となり
かつ柔軟性も低下して基材としての性能を阻害すること
になるばかりでなく押出成形そのものが不可能となる場
合もあるので注意を要する。

この発明の焼入れ保護用シートは、無機微粒子を親油性
を与えうる表面処理剤で処理するか仕ずして、合成樹脂
のペレットと十分に混練しながらシート状に押出すこと
によって作ることができる。

表面処理剤での処理は、必須ではない。しかし、合成樹
脂が親油性であり、一方酸化硼素のような無機物は親水
性で互に相溶れない性質を有しているので、表面処理剤
での処理は無機物が合成樹脂のベレットの表面に均一に
コートされた形で押出され、無機物を均一に分散された
シートを得るのに有用である。まに、吸湿性無機物の防
湿性付与にも有用である。

表面処理剤としては、チタネート系、シラン系、アルミ
ネート系のカップリング剤、あるいは高級脂肪酸が挙げ
られる。この目的に用いられるチタネート系カップリン
グ剤としては味の素（株）製のプレンアクト−ＴＴＳ等
があり、またシラン系カップリング剤としては信越化学
工業（株）製のＴＡ８００、Ｋ　Ｂ　Ｍ　−６０００等
があり、アルミネート系カップリング剤としては味の素
（株）製のＡＬ−Ｍ等があり、更にステアリン酸等の高
級脂肪酸も表面改質の効果を認めることができるが、と
りわけアルミネート系カップリング剤（ＡＬ−Ｍ）が適
している。表面処理剤の使用量や処理方法は、当該分野
の公知の技術を参照して、選択し、利用される。

合成樹脂のベレットと無機微粒子とは十分に混練され、
成形される必要がある。この成形に上記のような種々の
技術的要素を駆使しても当該シートの成形を単軸押出機
にて安定して維持することは極めて困難である。無機微
粒子の配合量か多いために、高トルク負荷がかかり背圧
が大きくなって、スムーズに安定して押出成形を連続し
て推持できなくなることが頻繁に生起する。また熱可塑
性樹脂は一般にベレット形状であり、一方は粉体である
のでホッパーから供給時に分離してしまうことも大きな
難点である。

カムる問題を克服するために、この発明では混練型二軸
押出機を使用することが好ましい。この型の押出機のス
クリューのミキシング部にニーディングディスクをセッ
トして、熱可塑性樹脂と浸透防止成分の混練度を高める
ことによって両成分の均一分散性を向上させ、成形シー
トの均等度を確保することができる。そのために成形シ
ートの強度、柔軟性等の物性が維持され、浸透防止成分
の均一な被膜の形成にも役立つことになる。また二軸押
出機においては原料の供給箇所を別途に設置することが
容易であるので、熱可塑性樹脂を第１供給部（第１ホツ
パー）、Ｂ２Ｏ３のような無機微粒子を第２Ｐ袷部（第
２ホツパー）から別々に計量フィーダーを用いて安定供
給できるので、この点でも優利である。また所謂ベント
孔を設置してこの部分から真空ポンプで吸引してやるこ
とによりシート成形に弊害となる水分やガス成分を除去
してやることも可能である。更に安定したシート成形を
継続するためにギアーポンプを併用すれば万全といえる
。

また、この発明の焼入れ保護用シートは、予め成形され
たシート、例えば不織布の片面に、無機微粒子の分散も
しくは懸濁液を塗布、乾燥させることによって作ること
ができる。媒体としては、有機溶媒、水などが用いられ
る。分散もしくは懸濁液には、一般にシートに対する接
着性を付与するための接着剤や分散剤（界面活性剤）が
添加される。塗布量は、上記したように燃焼後に均一な
無機微粒子層が形成できるように決められる。塗布は、
常法によって行うことができる。

なお、この発明のシートは、顔料を用いて着色されてい
てらよい。

このようにして得られるシートは、通常片面に接着剤層
を塗布し、剥離性保護層を設けられる。

接着剤は、金属との接着能を有すれば特にその種類は限
定されない。接着剤層の厚みは、約１０〜４０μｍの範
囲が好ましい。

この発明の一つの観点によれば、この発明のシートから
剥離性保護層を除去し、シートの接着剤層の塗布面を金
属材又は金属製品の所定位置に接着させ、次いで焼入れ
を行うことからなる焼入れ方法が提供される。

この発明のシートが用いられる金属材又は金属製品は、
その材質、形状など特に限定されない。

しかしながら、鋼製の機械部品（ベアリング、シャフト
、ピストン、スクリュー、カム、ギヤーピン、チェノ、
ラックなど）で、曲面や垂直面を有するものに、特に好
適に利用できる。

また、シートの大きさ、巾、長さは、適宜目的に合せて
作られる。

（ニ）実施例 次に実施例によってこの発明を説明する。

（無機微粒子の調製） 無機微粒子・・　酸化硼素ＣＢ　２０３　）、米国Ｂｏ
ｒａｘ社製、含水率１５％、粒度６Ｇｍｅｓｈｌ）乾燥
工程・１２０°ＣＸ　３Ｈｒ　（棚式乾燥機）２）粉砕
工程・・・・・愼野産業（株）製粉砕機使用、スクリー
ン０．１ｍｍ、回転数４８０Ｏｒｐｍ、　　１時間上記
により含水率３％、粒度１００ｍｅｓｈのＢ　２０　ｓ
微粒子を得た。

（無限微粒子の表面処理） １）表面処理剤・・・・・・味の素（味）製アルミネー
ト系カップリング剤“ＡＬ−Ｍ” ２）表面処理法 ヘンシェルミキサーに上記のＢ２Ｏ３微粒子１００重里
部を投入し、撹拌開始直後に“ＡＬ−Ｍ”を０．５重量
部滴下した（約５分間）後、槽内温度を１００〜１５０
℃に維持しながら約１時開展合撹拌する。

上記により表面処理Ｂ　ｔ　Ｏ３微粒子を得た。

（押出成形） 上記で得られた表面処理Ｂ２Ｏ３微拉子と熱可塑性樹脂
を用いた浸炭防止用シートを押出成形した。

ｌ）配合 試料■　　　試料■ 表面処理Ｂ２Ｏ３微粒子　　　５０重量部　　４５重量
部酸化ヂタン（ＴｉＯｚ）　　　　　　　　　　　３重
量部二酸化ケイ素（３，１０２）　　　　　　　　　　
２重量部熱可塑性樹脂　　　　　　　５０重量部　　５
０重量部熱可塑性樹脂は低密度ポリエチレン（住友化学
工業（株）製スミカセンＧ−２０１、密度０．９２、Ｍ
１２．０）を用いた。

２）押出機・・・・・・混練型二軸押出機（池貝鉄工（
株）製Ｐ　０Ｍ４５−３７） 低密度ポリエチレンは第１供給部（第１ホツパー）から
、表面処理Ｂ２Ｏ３微粒子等は第２供給部（第２ホツパ
ー）から計量フィーダーにより投入。

３）成形条件（試料■、■共通） シリンダ（Ｃ１−０７）温度・・・・１４０〜２００℃
ダイ（Ｄｉ−Ｄ３）温度・・２００〜２１０°Ｃスクリ
ュー回転数・・・・・ｉｏｏｒｐｍダイワ・シブクリア
ランス・・・・・０　、５ｍｍ樹脂圧カー　−５０ｋｇ
／ｃｍ’ 押出速度・・・・５ｍ／ｍｉｎ 上記により試料■、■とも厚さ２００μｍの８２０３微
粒子等が均一に分散した良好なシートが得られた。

（接着剤層の形成） 得られたシート試料■、■について、次の条件で接着剤
層を形成した。

１）粘着剤・・・・・耐熱性アクリル系粘着剤（一方社
油脂工業（株）製Ａ　Ｓ　−６０００）配合・・Ａ　Ｓ
　−６０００１００重量部架橋剤　　　　１７重量部 ２）離型紙・・・・・シリコンタイプ離型紙（大日本印
刷（株）製Ｄ　Ｎ　Ｔ　Ｐ　−Ｎ　Ｍ　）３）塗布工程 離型紙にリバースロール等により粘着剤を溶媒（トルエ
ン等）で希釈した液を塗布厚さが固形分て３５μｍにな
るように塗布し、乾燥工程（１００’ｃｘ　２ｍ１ｎ）
を経て溶媒を揮散さ仕る。ここでシート試料■、■のロ
ール状原反を挿入することにより粘着剤層が試料■、■
に転写された離型紙付きの浸炭防止用シートが得られた
。

試料■、■シート厚さ　　　２００μｍ粘着剤層厚さ　
　　　　　　３５μｍ （浸炭防止効果試験） １）鋼材テストピース・・・・・・８０Ｍ４１５．１６
ｍｍφ×６０ｍｍ　　丸棒 ２）熱処理条件・・・・・・固体浸炭法又はガス浸炭法
９００℃×３時間浸炭処理後、８２０℃×４０分間焼入
れし、その後２００℃×１２０分間焼もどしして空冷し
た。

３）効果確認試験 粘着剤層を塗布した試料■、■を離型紙を剥かして鋼材
の所定の部分に貼着した箇所と、貼着していない箇所の
浸炭熱処理後の効果比較試験。

イ）ビッカース硬変測定 測定法・・・・マイクロビッカース硬度計にて試料の切
断面を表面より内部に向かって １　、６ｍｍの深さまでと芯部を測定 ＊測定箇所のビッカース硬度（Ｈｖ） 表面からの距離　試料■貼着部　試料■貼着部　未貼着
部０、１ｉｚ　　　　　　　３９５　　　　　３９８　
　　　　７１５０．２〃３８０　　　　　３７５　　　
　　７０００．４〃３６３　　　　　３７０　　　　　
７２００．８・γ　　　　　　３６７　　　　　３６５
　　　　　６２９１．２〃３７０　　　　　３７２　　
　　　５３４１．６〃３６５　　　　　３６３　　　　
　４９５０）ロックウェル硬度測定 測定法・・・・・ロックウェル硬度計（Ｃスケール）に
て試料表面の硬度を測定 ＊測定箇所のロックウェル硬度（測定数ｎ＝１０）・試
料■貼着部　ｘ　３７．９（ｍｉｎ２５〜ｍａｘ４５）
・試料■貼着部　ｘ　３８．５（ｍｉｎ２６〜ｍａｘ４
３）９ ・未貼着部　　　ｘ　６５．３（ｍｉｎ５５〜ｍａｘ７
２）ハ）表面組織観察 測定法・・・・・・光学顕微鏡による鋼材断面組織観察
倍率×１００ 試料■、■貼着部は炭素の浸入による、浸炭、炭化現象
は認められないが、未貼着部分は明らかに浸炭素、炭化
されており両者の有意差が認められた。

イ）〜口）の結果から試料■、■の浸炭防止効果は明白
であり充分にその性能が証明されたと考えるものである
。

尚、試料■と試料■の差であるが、試料■の場合は鋼材
面に形成されたＢ２Ｏ３被膜が若干流れて所定の部分か
らはみ出す傾向があるが、試料■ではそういった現象が
生起せず添加した酸化チタン等の影響により、Ｂ、０３
被膜の流れ防止効果があることが判明した。

０− 平５５．３年 ３月 ８日 平５５２年特許願第３０４７２号 ２゜ 発明の名称 焼入れ防護用シートとその製造方法 代表者 弓 場 正 富 ５゜ 補正命令の日付 自発 ６゜ 補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ７゜ 補正の内容

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．焼入れ対象の金属材又は金属製品を変態点以上の加
   熱時に不活性な無機微粒子が均一に分散もしくは塗布さ
   れてなる焼入れ保護用シート。
2. ２．無機微粒子が酸化硼素の微粒子である請求項１のシ
   ート。
3. ３．無機微粒子が酸化硼素微粒子と酸化チタン微粒子及
   び／又は二酸化ケイ素微粒子の混合物である請求項１の
   シート。
4. ４．酸化硼素微粒子に対して、酸化チタン微粒子及び／
   又は二酸化ケイ素微粒子が２〜１０重量％含有した混合
   物である請求項３のシート。
5. ５．シートが不織布からなる請求項１のシート。
6. ６．シートの材質が低密度ポリエチレンのような熱可塑
   性合成樹脂である請求項１のシート。
7. ７．シートが約１５０〜３００μｍの厚みを有する請求
   項１〜６の何か１つに記載のシート。
8. ８．シートの片面に接着剤層と剥離性保護シートが積層
   されてなる請求項１〜７の何か１つに記載のシート。
9. ９．焼入れ対象の金属材又は金属製品を変態点以上の加
   熱時に不活性な無機微粒子を親油性を与えうる表面処理
   剤で処理するかせずして、熱可塑性合成樹脂のペレット
   と十分に混練しながらシート状に押出すことからなる焼
   入れ保護用シートの製造方法。
10. １０．表面処理剤が、チタネート系、シラン系、アルミ
    ネート系のカップリング剤もしくは高級脂肪酸である請
    求項９の製造方法。
11. １１．熱可塑性合成樹脂のペレットが、低密度ポリエチ
    レンのペレットである請求項９の製造方法。
12. １２．混練型２軸押出機を用いて混練と押出しを行う請
    求項９の製造方法。
13. １３．焼入れ対象の金属材又は金属製品を変態点以上の
    加熱時に不活性な無機微粒子の分散もしくは懸濁液をシ
    ートの片面に塗布、乾燥させてシートを得ることからな
    る焼入れ保護用シートの製造方法。