JPH0699738B2

JPH0699738B2 - 焼入れ防護用シートとその製造方法

Info

Publication number: JPH0699738B2
Application number: JP2030472A
Authority: JP
Inventors: 隆松原; 潔西本; 昌樹大森
Original assignee: Dainippon Plastics Co Ltd
Current assignee: Dainippon Plastics Co Ltd
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPH03232921A

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、使用上摩擦を受け易い部
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
備えた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
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
止を主として述べると、マスキング材として銅メッキを
用いる方法が主流であったが、メッキ作業が煩雑で手数
がかかり、尚かつ公害問題等を付加して入手することも
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（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て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、浸炭成分との接触が遮断される結
果、そ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量が少な
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も重ね塗りをする必要があり、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である酸化硼
素微粒子と酸化チタン微粒子及び／又は二酸化ケイ素微
粒子の混合物が均一に分散されてなるシートと、該シー
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
る焼入れ防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である酸
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し、該シートの片面に接着
剤層を塗布し、該接着剤層上に剥離性保護シートを設け
ることからなる焼入れ防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（B₂O₃）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
水率が５％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、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もし
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、
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、ペレットとして無機微粒子と共にシート状に形
成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ット性が悪くなり、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
不足して粘着材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。

この発明の焼入れ防護用シートにおける無機微粒子の分
散もしくは塗布量は、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で40〜30:60
〜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ものでは
ない。一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膜にピンホール等の欠陥が生
じ易くなって浸炭防止性能に支障をきたすことになる。
この反面、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。

この発明の焼入れ防護用シートは、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せずして、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ペ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。また、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TA−800、KBM−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。

合成樹脂のペ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
粒子の配合量が多いために、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
て維持できなくなることが頻繁に生起する。また熱可塑
性樹脂は一般にペレット形状であり、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。

かか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ホッ
パー）、B₂O₃のような無機微粒子を第２供給部（第２ホ
ッパー）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。

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、ギャー、ピン、チエン、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。

（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（B₂O₃）、米国Borax社製、含
水率15％、粒度60mesh １）乾燥工程……120℃×3Hr（棚式乾燥機）２）粉砕工程……槙野産業（株）製粉砕機使用、スクリ
ーン0.1mm、回転数4800rpm、１時間上記により含水率３％、粒度100meshのB₂O₃微粒子を得
た。

（無機微粒子の表面処理）１）表面処理剤……味の素（株）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重量部を投
入し、攪拌開始直後に“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時間混合攪拌する。

上記により表面処理B₂O₃微粒子を得た。

（押出成形）上記で得られた表面処理B₂O₃微粒子と熱可塑性樹脂を用
いた浸炭防護用シートを押出成形した。

１）配合試料試料表面処理B₂O₃微粒子 50重量部 45重量部酸化チタン（TiO₂） − 3重量部二酸化ケイ素（SiO₂） − 2重量部熱可塑性樹脂 50重量部 50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、MI2.0）を用い
た。

２）押出機……混練型二軸押出機（池貝鉄工（株）製PC
M45-37）低密度ポリエチレンは第１供給部（第１ホッパー）か
ら、表面処理B₂O₃微粒子等は第２供給部（第２ホッパ
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〜C7）温度……140〜200℃ ダイ（D1〜D3）温度……200〜210℃ スクリュー回転数……100rpm ダイリップクリアランス……0.5mm 樹脂圧力……50kg/cm² 押出速度……5m/min 上記により試料，とも厚さ200μｍのB₂O₃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AS−6000）配合……AS−6000 100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（大日本印刷
（株）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℃×2min）を経て溶媒を
揮散させる。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護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……SCM415、16mmφ×60mml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）ビッカース硬度測定測定法……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）ロ）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 37.9（min25〜max45）・試料貼着部 38.5（min26〜max43）・未貼着部 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×10
0 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）〜ハ）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、B₂O₃被膜の流
れ防止効果があることが判明した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−77523（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−114528（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−61269（ＪＰ，Ａ) 特公昭63−47738（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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である酸化硼素微粒
子と酸化チタン微粒子及び／又は二酸化ケイ素微粒子の
混合物が均一に分散されてなるシートと、該シートの片
面に接着剤層と剥離性保護シートが積層されてなる焼入
れ防護用シート。
【請求項２】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１のシート。
【請求項３】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。
【請求項４】シートが約150〜300μｍの厚みを有する請
求項１〜３の何か１つに記載のシート。
【請求項５】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である酸化硼素微粒
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
らシート状に押出し、該シートの片面に接着剤層を塗布
し、該接着剤層上に剥離性保護シートを設けることから
なる焼入れ防護用シートの製造方法。
【請求項６】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５の製造方法。
【請求項７】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５の製造方法。
【請求項８】混練型２軸押出機を用いて混練と押出しを
行う請求項５の製造方法。