JPH10102214A - 親水性ステンレス材料 - Google Patents

親水性ステンレス材料

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JPH10102214A
JPH10102214A JP27408496A JP27408496A JPH10102214A JP H10102214 A JPH10102214 A JP H10102214A JP 27408496 A JP27408496 A JP 27408496A JP 27408496 A JP27408496 A JP 27408496A JP H10102214 A JPH10102214 A JP H10102214A
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JP
Japan
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water
stainless steel
rkr
center line
steel material
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JP27408496A
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English (en)
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Toru Nishi
徹 西
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステンレス鋼が本来有する濡れ性が悪いとい
う欠点を解消し、保水性を高めることができる親水性ス
テンレス材料を提供する。 【解決手段】 表面の中心線平均粗さRaが0.1μm
〜5.0μm、粗さ曲線の中心線に対する上下のとがり
の程度を表すRkrが10.0以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば表面を
塗装して用いる材料として好適な親水性ステンレス材料
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス材料は、優れた耐食性を有す
ることから種々の産業分野で用いられているが、近年で
は、さらに長期間の使用に耐えるように、表面に塗装を
施して使用されることが多くなってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステン
レス鋼は、表面に存在する不動態皮膜の不活性さ故に、
塗膜である有機皮膜との密着性が一般的に悪いことが知
られている。また、本発明者等の検討によれば、ステン
レス鋼は、水や溶剤に対する濡れ性(親水性、親和性)
が悪いことも判った。図1は、#80から#800まで
のエメリーペーパを用いてステンレス鋼(SUS30
4)とアルミニウム材の表面を研磨し、その表面に水滴
を滴下して水滴の接触角を測定した結果を示すものであ
る。この図に示すように、ステンレス鋼では、アルミニ
ウム材に比較して接触角が大きく、しかも、かなりRm
axが大きくなっても改善の兆しすら見えない。
【0004】このため、ステンレス鋼に塗装を行う場合
には、塗料の乗りが悪いために塗料の種類や濃度の選定
に際して制約が大きいという問題があった。よって、本
発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ステンレス鋼
が本来有する濡れ性が悪いという欠点を解消し、塗装性
を高めることができる親水性ステンレス材料を提供する
ことを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の親水性ステンレ
ス材料は、表面の中心線平均粗さRaが0.1μm〜
5.0μm、粗さ曲線の中心線に対する上下のとがりの
程度を表すRkrが10.0以下であることを特徴とし
ている。以下、上記数値限定の根拠を本発明の作用とと
もに説明する。
【0006】Rkrは、粗さ曲線の中心線に対する上下
のとがりの程度(クルトシス)を表す指標であり、下記
数1によって表される。ただし、式中P(Z)は粗さ曲
線である。以下、Rkrについて図2および図3を参照
して詳細に説明する。
【0007】
【数1】
【0008】図2(B)は、たとえばサインカーブのよ
うに山と谷が完全に均一な粗さ曲線であり、図2(C)
は、極端にとがった山と谷とを疎らに有する粗さ曲線で
ある。また、図2(A)は、山の頂部と谷の底部が平坦
で傾斜した部分が少ない粗さ曲線である。図3は図1に
示す粗さ曲線の振幅分布曲線を示す図である。図3
(B)は、図2(B)の粗さ曲線の振幅分布曲線であ
り、この場合の振幅分布曲線は正規分布となる。また、
図3(C)は、図2(C)の粗さ曲線の振幅分布曲線で
あり、とがった山谷が疎らであるために、振幅の小さい
部分の頻度が非常に大きくなっている。また、図3
(A)は、図2(A)の粗さ曲線の振幅分布曲線であ
り、振幅の大きい部分の頻度が大きいために台形状とな
っている。そして、図3における振幅分布曲線のとがり
の程度を示す指標がRkrであり、図3に示したよう
に、Rkrの値が大きくなるにつれて、振幅分布曲線は
中心線部分が漸次突出する形状になってゆき、振幅の大
きい部分の割合が少なくなる。なお、図3(A)は0<
Rkr<3の場合、図3(B)はRkr=3の場合で、
図3(C)はRkrが3よりもかなり大きい場合の振幅
分布曲線である。
【0009】さて、本発明者等が検討した結果、振幅の
大きい山の割合と親水性との間に相関関係があるのでは
ないかという推論に達した。その理由は次のとおりであ
る。図2(D)に示すように、水は表面張力によって球
状に凝集するから、山谷の起伏が小さい場合には、表面
張力が保たれて親水性が低くなる。一方、表面にとがっ
た山が点在すると、山によって水の表面張力のバランス
がくずれ、図2(E)に示すように水が分散して親水性
が高くなると考えられる。しかしながら、Rkrの値が
大き過ぎるととがった山の配置が疎らになり過ぎるか
ら、かえって親水性が低下する。したがって、凝集する
水の大きさとステンレス鋼固有の表面エネルギーとの関
係から、最適なRkrの範囲が存在すると思われる。た
だし、これはあくまでも推定であって、かかる作用の有
無により本発明の範囲が限定されるわけではない。
【0010】本発明者等は、上記推論を基に検討を重ね
た結果、Rkrの値が10.0以下の場合には親水性が
かなり良くなることが判った。すなわち、Rkrがこの
範囲であれば、鋭い山が表面に程良く配置されて水の凝
集が妨げられ、親水性が良くなると考えられる。よっ
て、Rkrの上限値は10.0とした。好ましくは8.
0以下、より好ましくは7.0以下が良い。さらに好ま
しくは6.0以下が良く、5.0以下であればなお好ま
しく、4.0以下であれば最良である。
【0011】次に、塗装性を向上させるためには、表面
に水や溶剤を保持する能力である保水性も重要である。
保水性は、表面の凹凸の状況によって左右されるため、
Raを限定する必要がある。Raは中心線平均粗さであ
り、下記数2によって表される。ただし、式中f(X)
は粗さ曲線である。表面が平滑である(つまりRaが小
さい)と水を保持する能力が小さく、本発明者等の検討
によれば、必要な保水性を付与するにはRaは0.1μ
m以上必要であり、好ましくは0.15μm以上が良
い。
【0012】
【数2】
【0013】一方、Raの値が大き過ぎると表面の凹凸
が疎らになってしまい、かえって保水性を低下させる。
本発明者等が検討した結果、必要な保水性を維持するに
はRaは多くても5.0μmが限界であり、よって、こ
の値を上限値とした。Raは、好ましくは3.0μm以
下、より好ましくは2.0μm以下が良く、1.0μm
以下であれば最良である。
【0014】以上のように本発明では、Rkrを10.
0以下として親水性を高め、しかも、Raを0.1μm
〜5.0μmとしたことにより保持する水や溶剤の量を
多くすることができる。よって、塗料の乗りが良く塗装
性を向上させることができる。
【0015】ここで、平板の表面の基準長さ内における
表面粗さを示す断面曲線の凹凸の間隔の平均値Smも、
親水性を左右する重要なファクターである。本発明者等
の実験によれば、Smが10μmを下回ると親水性が低
下する傾向があることが判った。この原因は必ずしも明
らかではないが、表面の断面曲線の凹凸の間隔が狭すぎ
ると、凹部に対する水の濡れ性が悪化するために親水性
が低下するのではないかと考えられる。ただし、これは
あくまでも推定であり、本発明の範囲は、このような作
用の有無によって限定されるものではない。よって、S
mは10μm以上であることが好ましく、より好ましく
は15μm以上、さらに好ましくは20μm以上が良
い。さらに保水性を高めるには、Smは25μm以上が
良く、30μm以上であればなお好ましい。さらに、4
5μm以上であればより一層好ましく、50μm以上で
あれば最良である。
【0016】また、Smが200μmを上回ると親水性
が低下することも判った。この原因も明らかではない
が、凹凸の間隔があまりにも広いと、凹部に平滑な面が
存在して水や溶剤との濡れ性が悪化するためと考えられ
る。ただし、これも推定であって、本発明の範囲がこの
ような作用の有無によって限定されるものではない。よ
って、Smは200μm以下であることが好ましく、よ
り好ましくは150μm以下が良い。さらに親水性を高
めるには、Smは125μm以下が良く、100μ以下
であればなお好ましく、75μm以下であれば最良であ
る。
【0017】ところで、本発明はステンレス材料に関す
るものであるので、JIS G 4306 に規定された成分組成
のものが例として挙げられるが、その他 ASTM 規格など
に規定されたものなど、およそステンレス鋼の範疇に入
るものは全て含まれる。すなわち、本発明は、Crの含
有量が10重量%以上の鉄系合金であり、好ましくはC
rが11重量%以上、より好ましくは12重量%以上が
良く、13重量%以上であればさらに好ましい。ただ
し、Crの含有量が30重量%を超えると加工性が劣化
するので、30重量%以下であることが望ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 A.供試材の作製 厚さ0.3mmの SUS 304 オーステナイト系ステンレ
ス鋼板(100×200 mm)を塩化第2鉄水溶液に浸漬し
た。その際、水溶液の濃度を45Be(ボーメ比重計に
よる表示)、水溶液の温度を45゜Cとし、反応時間は
5分とした。次に、反応時間経過後に供試材を水洗し、
表面を布でこすって付着したスマットを取り除いた。上
記条件は本発明の保水性ステンレス材料を得るための典
型的なものであるが、本発明の数値限定の臨界的意義を
確認するために、水溶液の濃度、温度および反応時間の
うち少なくとも1つを上記と異なる値に種々設定して合
計で26個の供試材を作製した。次いで、各供試材のR
a、RkrおよびSmを測定し、その結果を表1に示し
た。なお、表1では請求項に記載した数値限定の範囲を
逸脱する数値に「*」印を付したが、Smについては請
求項2の限定であるので、その範囲を逸脱するものも本
発明例とした。
【0019】B.親水性および保水性の測定 各供試材の表面に水滴を滴下し、接触角計(協和界面化
学株式会社製、CA−DT型)を用いて水滴の接触角を
測定するとともに、保水性も測定した。保水性について
は、室温27゜C、湿度40%の雰囲気で、供試材を水
温27゜Cの水に34mm浸漬し、供試材を水から引き
上げて乾燥するまでの時間(秒)を測定した。なお、供
試材を乾燥させると、下から数mmの帯状の部分は濡れ
た状態がしばらく続くので、その帯状の部分よりも上の
部分が乾燥するまでの時間を測定した。これら測定結果
を表1に併記した。
【0020】
【表1】
【0021】C.親水性および保水性の評価 表1から判るように、本発明の範囲の供試材のほとんど
では接触角が10〜20度であり、アルミニウムと同等
の値を示した。また、乾燥時間についても全て310秒
以上となった。各供試材について検討すると、#3,#
7および#8については、Ra、RkrおよびSmがよ
り好ましい範囲にあるためか、乾燥時間が350前後と
なり、良好な保水性を示した。また、#5,#10〜#
13については、Smが本発明の範囲を逸脱しているた
めか、乾燥時間は320秒前後にとどまっている。特
に、#10,#12では、Rkrが本発明の上限値(1
0.0)に近いためか、乾燥時間が最も短かった。ただ
し、その程度であれば保水性は充分である。
【0022】一方、Rkrが本発明の範囲内であって
も、Raが本発明の範囲を逸脱している#16〜#1
8,#20では、乾燥時間が290秒程度であり、本発
明例との差が明確に現れた。また、RaおよびSmが本
発明の範囲内であってもRkrが本発明の範囲を逸脱し
ている#19,#23,#25では、接触角が30度以
上で親水性が低く、その結果、保水性も低いことが判っ
た。また、Ra、RskおよびSmのうち、2つ以上の
条件が本発明の範囲外であるものについては、乾燥時間
が260秒程度であり、特に、全ての条件が本発明の範
囲外である#24,#26では、乾燥時間が250秒程
度であり保水性がかなり劣ることが判った。
【0023】以上の測定結果から判るように、表面形状
が本発明の範囲内であるものと範囲外であるものとで
は、親水性と保水性に明確な差異があり、本発明の数値
限定の根拠が明らかとなった。なお、上記供試材は塩化
第2鉄水溶液でエッチングすることにより作製したが、
ブラシ加工、ショットブラスト、サンドブラスト、液体
ホーニング処理、ダル圧延、電気化学的処理、シュウ酸
溶液等のその他の薬品による化学的処理、あるいはそれ
らの組合せによって作製することができる。
【0024】たとえば、ダル圧延によって表面処理を行
う場合には、ダルロールの表面を放電加工、ショットブ
ラストなどによって粗面加工しても良いが、均一な表面
形状を得るには液体ホーニング加工を施すことが望まし
い。また、圧延に際しては、ステンレス板の最終冷延ま
たは調質圧延を行うときに、ダルロールで1パス当たり
5%以上の加工度とすればダルロールの表面形状が転写
されるが、複数パス圧延すればより均一な表面を形成す
ることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の親水性ステ
ンレス材料では、親水性および保水性に優れ、これによ
り塗装性を向上させることできるので、塗装作業を円滑
に行うことができるとともに、塗料と表面との付着力を
強くすることができるので、塗装面の寿命を飛躍的に向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Rmaxと水の接触角との関係を示す線図で
ある。
【図2】 (A)ないし(C)はRkrを説明するため
の粗さ曲線および振幅分布曲線であり、(D)および
(E)は、水滴の状況示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年12月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】 Rmaxと水の接触角との関係を示す線図で
ある。
【図2】 (A)ないし(C)はRkrを説明するため
の粗さ曲線であり、(D)および(E)は、水滴の状況
示す図である。
【図3】 図2(A)ないし(C)に示す各粗さ曲線の
振幅分布曲線をそれぞれ示す線図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面の中心線平均粗さRaが0.1μm
    〜5.0μm、粗さ曲線の中心線に対する上下のとがり
    の程度を表すRkrが10.0以下である親水性ステン
    レス材料。
  2. 【請求項2】 前記表面の基準長さ内における表面粗さ
    を示す断面曲線の凹凸の間隔の平均値Smが10μm〜
    200μmであることを特徴とする請求項1に記載の親
    水性ステンレス材料。
JP27408496A 1996-09-25 1996-09-25 親水性ステンレス材料 Pending JPH10102214A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005197222A (ja) * 2003-12-12 2005-07-21 Nisshinbo Ind Inc 燃料電池セパレータ
JP2006009513A (ja) * 2004-06-29 2006-01-12 Cleanup Corp 浴室床
JP2006066138A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池用セパレータ及びその製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP2006331673A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Nisshinbo Ind Inc 燃料電池セパレータ
JP2022034170A (ja) * 2020-08-18 2022-03-03 株式会社サーフテクノロジー 洗浄性改善表面処理方法及び洗浄性改善部材

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