JPH0421720A - 浸炭防護用シートの製造方法 - 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、浸炭焼入れ防護用シートの製造方法に関す
る。この発明に係る浸炭焼入れ防護用ノ−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
護材であり、この発明は、その製造方法に関連するもの
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ｌｌｌ械、各種工
作機械等に用いられるベアリング、ノヤフト、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
い部分には高変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す性が必要であって部
分的に耐摩耗性か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
ように元の高靭性か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、
を兼ね備えた鋼材あるいは鋼製機械部品を具現化するに
めに、例えば強靭な鋼材を使用して耐摩耗性の要求され
ろ部分だけを浸炭、酸化、窒化等の処理をして表面硬化
する方法かある。この際、従来より表面硬化させる部分
以外は何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
ツキを用いる方法か主流であったが、メツキ作業が煩雑
で手数がかかり、尚かつ公害問題等も付加してこれらの
作業を実施することも困難になってきている。そこでこ
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（ａ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°Ｃ程度に加熱する。この工程か終了すると
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機械部品の所定
部分の表面に焼きついて浸炭防止皮膜を形成し、浸炭成
分との接触か遮断される結果、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らのは
塗布ムラやピンホール等の欠陥が生じ易く、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かできず、所期の浸炭
防止効果か達成されないケースか充分に予想されるから
である。まＬ溶剤を使用する関係上、臭気の発生か著し
く、火災等の発生の可能性ら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
樹脂成分の配合量が少ないので、流延性に欠ける。従っ
て流延性をよくするために溶剤等を増加させろと無機微
粒子か減少するので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
ざら無視てきない要素となっている。その上、使用可能
なポットライフし比較的短く、実際適用面における欠截
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ζ浸炭防護作用を有する
無機微粒子を熱可塑性樹脂に４０〜８０重１部配合、混
練して成り、当該無機＠粒子か熱可塑性樹脂中に均一に
分散した浸炭防護用ノドの製造方法か提供される。

すなわち、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
熱可塑性樹脂に対口で特定型！ＩＮ混練して均一に分散
３仕ることによって、機能及び作業性に極めて優れに浸
炭防護用シートを提供することができる。

この発明の焼入れ対象の金属材又は金属製品を変Ｑ屯以
上の加熱時に不活性な無機微粒子と：ま、所謂焼入れ時
に製品の変態を望まなし１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。

更に、ここでいう金属材又は金属製品の変態とは、浸炭
加軌処理によって生起する表面硬化を意味する。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か挙げられる。こ
れらの中で特に好ましいのは酸化硼素（Ｂ　ｔ　Ｏ３）
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〜ｌＯ％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も行われる。

酸化硼素は、白色球状の粉末として入手可能であるか、
吸湿性があるので、例えば後述するように、熱可塑性樹
脂のペレット又はパウダー又はフレークとの混練、押出
成形に用いる際には、乾燥して含水率３％以下、好まし
くは１％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３％を越えると押出成形時
に凝集塊を生じたり、水分による発泡、肌荒れ、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か生
起する。

この発明に用いた微粒子とは、ソートに均一に分散でき
るように、小さな粒子である必要がある。

具体的には、微粒子の粒子径は２０〜１５０μｍ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
ミクロ相分散や出来上りシートの機械的強度に悪影響が
あり、又表面の平滑性か損なわれ満足な製品が得られな
い。また、粒子径が微小（たとえば２０μｍ未満）にな
りすぎると微粒子同志が二次凝集を起こし、均一なミク
ロ相分散のバランスが崩れて安定な押出成形か困難とな
る等の問題か生ずる。

この発明のソートの材質は、焼入れ時に燃焼しうるもの
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、線
状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／−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、例えばポリ塩化ビニル
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、ペレット又はパウダー又はフレークと
して無機微粒子と共に配合、混練しシート状に押出成形
されるか、または予め不織布のようなシートに成形して
用いることかできる。

本発明のシートは、使用時に離型紙（剥離性保護層）を
除去し、シートに塗布させに接着剤層の粘着面を鋼材又
は金属製機械部品の所定部分に貼着させ、次いて焼入れ
処理を行う。従って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の範囲か
適切である。３００μｍを越えると当該シートの柔軟性
か阻害されて鋼材等への貼着時にこれらの表面へのフィ
ツト性か悪くなり、当然のことながら作業性ら悪くなる
。特に対象となる鋼材や！ｊｉ製機械部品はその表面か
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。こういっに場合は、当該シートの柔軟性
は重要な要素となる。まｆ二当該ンートの厚さが１５０
μｍ以下となると、シートの強度か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易くなる
。

この発明の浸炭焼入れ防護用シートにおける無機？ｊ＆
粒子の分散は、基層のシートか燃焼して無機微粒子によ
る保護層か形成しうるように設定される。例えば、無機
＠粒子　鴫可塑性１１詣を重量比率で４０〜８０６０〜
２０、より好ましくは５０〜６０・５０〜４０の範囲で
配合することか適している。但しこの範囲に制限される
乙のではない。−船釣に樹脂の配合量か多すぎろと無機
物の量か相対的に少な（なり無機微粒子の分散か少なく
形成被覆にピンホール等の欠陥か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
合量か不足すると、成形シートか脆弱となりかつ柔軟性
ら低下して基材としての性能を阻害することになるばか
りてなく押出成形そのらのか不可能となる場合らあるの
で注意を要する。

この発明の浸炭焼入れ防護用シートは、無ｌ！ＩＩＩＩ
ｌｉ粒子を親油性を与えうる表面処理剤で処理するか廿
ずして、合成樹脂のペレット又はパウダー又はフレーク
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、特に好ましいのは合成樹脂が親油性であり
、一方散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により無
機物が合成樹脂のペレット又はパウダー又はフレークの
表面に均一にコートされた形で押出され、無機物を均一
に分散されたソートが得られるので極めて有用である。

まｆコ、吸湿性無機物の防湿性付与にも有効に作用する
。

表面処理剤としては、チタネート系、ンラン系、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（味）製のプレンアクト−ＴＴＳ等
かあり、ま１こシラン系力５ブリング剤としては信越化
学工業（株）製のＴＡ−８００、Ｋ　Ｂ　Ｍ　−６ＧＯ
［１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、脂肪酸アマイドら表面改質の効果を認
めることかできるが、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。

合成樹脂のペレット又はパウダーまにはフレークと無機
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にめに、高トルク負荷かかか
り背圧か大きくなって、スムーズに安定して押出成形を
連続して維持てきなくなることが頻繁に生起する。ま几
鳩可塑性樹脂は一般にペレット形状であり、一方：よ粉
体であるのでホッパーがら洪姶時に分離してしまうこと
も大きな難くである。

かかる問題を克服するｆ二めに、この発明では混練型二
軸押出機を使用することか好ましい。この型の押出機の
スクリューのミキンング部にニーディングディスクをセ
ットして、軌可塑性樹脂と浸炭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、成形ソ
ートの均等度を確保することができる。そのｆニめに成
形シートの強度、柔軟性等の物性が維持され、浸炭防止
成分の均一な被膜の形成にも役立つことになる。ま几二
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、粍可塑性樹脂を第１供給部（第１
ホフパー）、Ｂ、０３のような無機微粒子を第２供給部
（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、この点でも便利である。まｆこ所謂
ベント孔を設置してこの部分から真空ポンプて吸引して
やることによりソ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ら可能である。更に安定したシート
成形を継続するにめにギアーポンプを併用すれば万全と
いえる。

なお、この発明のシートは、顔料を用いて着色されてい
てもよい。

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イーる。

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ｌＯ〜４０μｍ（１
）範囲か好ましい。

この発明の一つの観点によれば、固体浸炭、ガス浸炭、
液体浸炭（ａ下漫炭）等の浸炭処理の際この発明のシー
トから剥離性保護層を除去し、シートの接着剤層の塗布
面を金属付文ｊよ金属製品の所定位置に貼着させ、次い
て焼入れを行う二とからなる焼入れ方法か提供される。

この発明のシートか用いられる金属材又は金属製品は、
その材質、形状なと特に限定されζＬ）。

しかしながら、鋼製の機撮部品（ヘアリング、ノヤフト
、ビストノ、スクリュー、カム、ギヤー、ピン、チェー
ン、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。また、形忰としてはカット版やテープ状のよ
うな巻物として提供することも可能である。

本発明は主として浸炭防護用ソートについて述べたが、
その他に、本発明の技術を応用すれば、酸化及び窒化防
護用シートの製造にも極めて有効である。

浸炭防止作用を有する酸化硼素（Ｂ、０３）、硼砂、硼
珪酸、珪酸ソーダ、酸化鉄等の無機微粒子の替りに、酸
化防止作用を有するＣｒｔ０３系、Ｚｒ０・２ＳｉＯ１
系等の無機微粒子を同様な方法で熱可塑性樹脂中に均一
に分散した酸化防護用シートを得ることができるし、さ
らに５ｎ−Ｃｒ、０３系、Ｃｕ−３ｎ系、Ａ（！−３ｎ
系等の窒化防止作用を有する無機微粒子を適用すれば効
果的な窒化防護用シートを得ることもできる。

以上のように本発明によれば金属材又は金属製品の焼入
れ熱処理時に機能及び作業性に極めて優れ１こ浸炭、酸
化、窒化防護用シートの製造方法を経済的に提供するこ
とかできる。

（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（Ｂ　、０３）、米国
ＢｏｒａＸ社製、含水率１５％、粒度６０ｍｅｓｈ（約
２５０μＲ） ｌ）前乾燥工程・・・・１２０’ｃ　Ｘ　３Ｈｒ　（棚
式乾燥機）２）粉砕工程・・・・・・三井三池化工機（
株）製アトライタ使用１０φアルミナボール、回転数３
０Ｏｒｐｍ、　　１時間 上記の前乾燥工程及び粉砕工程により含水率２％、平均
粒度５０μ肩のＢ　−Ｏｓ微粒子を得１こ。

（無機微粒子の表面処理） 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’　Ａ　Ｌ　−Ｍ” ２）表面処理法 ヘンノニルミキサーに上記のＢ　！　０３微粒子１００
重量部を投入し、１００〜１５０℃に維持し約３０分間
撹拌し水分を更に除去した後−ＡＬ−Ｍ”を０．５重量
部滴下しく約５分間）、清白ｉ＆Ｋをそのまま１００〜
１５０°Ｃに維持しながら約３０分問屋合撹拌するゎ ｉ尋ｒニ。

上記により表面処理されたＢ　ｔｏ　３微粒子を（押出
成形） 上記で得られｆ二表面処理Ｂ、０３Ｗｉ、粒子と熱可塑
性樹脂を用りまた浸炭防護用シートを押出成形した。

ｌ）配合 試料■ 表面処理Ｂ、０３微粒子　　　５０重１部酸化チタ：／
　（Ｔ　ｉ　Ｏｙ） 二酸化ケイ素（ＳｉＯ＝） 熱可塑性樹脂　　　　　　　５０重！１部鵡可塑性樹脂
：よ低密変ポリエチレン 工業（昧）ｔ、！スミ力センＧ　−２０１、密度０２．
０）を用い１こ。

２）押出機・ ・混練型二軸押出機（池貝鉄工（味） 製Ｐ　ＣＭ４５−３７） 試料■ ４５重量部 ３５重量部 １５重１部 ５０重量部 （化皮化学 ９２、Ｍｌ 低密変ポリエチレンは第１供給部（第２ホツパー）から
、表面処理Ｂ、０．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） ノリンダ（ｃ＋−ｃ７）温度・　１４０〜２００℃グイ
（ＤＩ〜Ｄ３）温度・・２００〜２１０℃スクリュー回
転散　　１１００ｒｐ グイリツプクリアランス−・０．５ｍｍ樹脂圧力　　５
０ｋｇ；ｃｍ’ 押出連室　　５ｍ／ｍｉｎ 上記により試料■、■とも厚さ２００μｍ　’Ｊ）　Ｂ
　ｒ０３ｙ＆粒子等が均一に分散し１こ良好なシートが
得られｆニ。比較として、無機微粒子（Ｂ、０３　）を
前乾燥しないものを上記と同条件で押出成形したシート
は、表面に発泡や肌荒れ、ピンホール等が発生し良好な
シートが得られなかった。又、粉砕工程で無機微粒子（
Ｂ、０３）の粒度分布が大きい（２００−３００μｍ）
らのを使用した以外は上記と同条件て押出成形し１；シ
ートは、その表面の凹凸が大きく平滑性に欠け、粒子の
分散性や混練度ら悪く貼着によって鋼材等の基材表面に
確実に密着させることが困難なものであり、試験の結果
、浸炭防護機能を充分に奏し得ないことが分かった。

（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　−６（ｆｉｌ（１１０（１重量部架橋剤　　　
　１．７重量部 ２）離型紙−・・・シリコンタイプ離型紙（犬日本印刷
（味）製ＤＮＴＰ−ＮＭ）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で３５μｍにな
るように塗布し、乾燥工程（１００°ＣＸ２ｍ１ｎ）を
経て溶媒を揮散させる。ここてシート試料■、■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護用ソートか得られた。

試料■、■シート厚さ　　　２００μｍ粘着剤層厚さ　
　　　　　　３５μｍ （浸炭防護効果試験） １）鋼材テストピース　−Ｓ　ＣＭ４１５．１６ｍｍφ
×６０ｍｍＱ丸棒 ２）熱処理条件・・・・・・固体浸炭法又はガス浸炭法
９（ｔｏ℃×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■、■を離型紙を剥がして鋼材
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）ヒンカース硬度測定 測定法　・マイクロヒラ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１（Ｈｖ） 表面からの距離　試料■貼着部　試料■貼着部０、Ｉｘ
ｘ　　　　　　　３９５　　　　　３９８０２’　　　
　　　　３８０　　　　　３７５０．８’　　　　　　
　３６７　　　　　３６５１．２Ｐ３７０　　　　　３
７２ １．６Ｉ３６５　　　　　３６３ ０）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ｌｉ！度（測定数ｎ＝１０）
・試料■貼着部　ｘ　３７．９（ｍｉｎ２５〜ｍａｘ４
５）・試料■貼着部　ｘ　３８．５（ｍｉｎ２６〜ｍａ
ｘ４３）・未貼着部　　　ｘ　６５．３（ｍｉｎ５５−
ｍａｘ７２）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
は認められないか、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か認められた。

イ）〜０）の結果から試料■、■の浸炭防護効果は明白
であり充分にその性能か証明され几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！＝　Ｂ　ｙ　Ｏｓ被膜か若干流れて所定
の部分からはみ出す傾向かあるか、試料■てはそういっ
た現象が生起せず添加した酸化チタン等の影−により、
Ｂ　ｙ　０３被膜の流れ防止効果がめることか判明した
。

（ホ）発明の効果

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焼入れ対象の金属材、又は金属製品を変態点以上の
   加熱時に不活性な浸炭防護作用を有する無機微粒子を熱
   可塑性樹脂に４０〜８０重量部配合、混練して成り、当
   該無機微粒子が熱可塑性樹脂中に均一に分散した浸炭防
   護用シートの製造方法。 ２、無機微粒子が酸化硼素の微粒子である請求項１のシ
   ートの製造方法。 ３、熱可塑性樹脂が低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、
   エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、超低密度ポリ
   エチレン（ＶＬＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（Ｌ
   ＬＤＰＥ）である請求項１の製造方法。 ４、無機微粒子の粒子径が２０〜１５０μｍの範囲に調
   整されてなる請求項１の製造方法。 ５、無機微粒子を前乾燥することにより含水率を３％以
   下として混練に供する請求項１の製造方法。 ６、無機微粒子を熱可塑性樹脂と充分に混練しながらシ
   ート状に押出して浸炭防護用シートを得る請求項１の製
   造方法。 ７、混練型２軸押出機を用いて混練と押出しを行う請求
   項６の製造方法。 ８、焼入れ対象の金属材又は金属製品を変態点以上の加
   熱時に不活性な当該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、せずして熱可塑性樹脂と充分に混
   練しながらシート状に押出すことからなる浸炭防護用シ
   ートの製造方法。 ９、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類、脂肪酸ア
   マイド類である請求項８の製造方法。 １０、混練型２軸押出機を用いて混練と押出しを行う請
   求項８の製造方法。