【手続補正書】
【提出日】平成17年2月1日(2005.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    針類およびその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  炭素鋼からなり、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、該ショットピーニング処理した外周面に表面処理層を形成し、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたことを特徴とする針類。
【請求項２】  前記ショットピーニング処理が、金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットをエアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射して処理するものであることを特徴とした請求項１記載の針類。
【請求項３】 前記針類が、一端に柄部分と、該柄部分からテーパー部を介して他端に延びる針幹部と、該針幹部先端に形成された針先とからなり、前記柄部分から前記針先に近い部位まで延びる連続凹状の表溝としての糸溝と、該糸溝と反対側に前記柄部分から前記針先に向かって延びる連続凹状の裏溝および短溝と、該糸溝と短溝とに貫通する針穴部分と、この針穴部分に近い部位から裏溝との間の前記針幹部の細身部分に形成したえぐり部とを備えたミシン針である請求項１または２記載の針類。
【請求項４】  炭素鋼からなり、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、該ショットピーニング処理した外周面に表面処理層を備え、さらに該表面処理槽の表面を少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニングを処理して、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたことを特徴とする針類。 
【請求項５】  前記ショットピーニング処理が、金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットをエアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射して処理するものであることを特徴とした請求項４記載の針類。
【請求項６】  前記針類が、一端に柄部分と、該柄部分からテーパー部を介して他端に延びる針幹部と、該針幹部先端に形成された針先とからなり、前記柄部分から前記針先に近い部位まで延びる連続凹状の表溝としての糸溝と、該糸溝と反対側に前記柄部分から前記針先に向かって延びる連続凹状の裏溝および短溝と、該糸溝と短溝とに貫通する針穴部分と、この針穴部分に近い部位から裏溝との間の前記針幹部の細身部分に形成したえぐり部とを備えたミシン針である請求項４または５記載の針類。
【請求項７】  金属針素材が、炭素鋼からなり先端にフックを有し、該フックに接離して開閉する回動自在のラッチと、他端にバットとを備えたものであって、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理して、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたことを特徴とするメリヤス編み針。
【請求項８】 金属針素材が、炭素鋼からなり先端に尖鋭な針先を有し、該針先に続いて断面略三角形のブレードを軸方向に延設し、該ブレードの各稜線に所定間隔をあけて尖鋭のバーブを備えると共に、ブレードの他端に折り曲げ柄部を備えたものであって、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理して、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたことを特徴とするフェルト針。
【請求項９】  炭素鋼からなる金属針素材を各種形態の針類に成形し、該針類を多数回転バレルに収納して反転回動すると共に、該回転バレル内で反転回動する針類に向かって、前記金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットをエアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で所定時間ノズルから噴射して、前記針類の金属表面付近をショットピーニング処理することを特徴とする針類の製造方法。
【請求項１０】  前記ショットピーニング処理が、ノズルから圧縮空気とともに噴射するエア方式の場合、セラミックビーズを使用するものであって、金属針素材の外周面をショットピーニング処理したのち、該外周面をクロムメッキで被覆し、前記クロムメッキ層の外周面をさらに、ショットピーニング処理することを特徴とした請求項９記載の針類の製造方法。
【請求項１１】  前記ショットピーニング処理が、針幹部の断面積の大きさに比例してショットの噴射エア圧力を調整して行なわれるものであって、バッチ方式で１ロット当たり３０〜６０分の処理時間で処理することを特徴とした請求項９または１０記載の針類の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミシン針、メリヤス編み針或いはフェルト針などの針類およびその製造方法、特に炭素鋼の金属針素材を表面処理加工によって硬化して造られるミシン針などの針類およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ミシン針を製造する場合、金属線材の切削加工や金属伸線材をダイプレス作業どのプレス加工でミシン針にすることが知られているが、いずれにしてもこの金属成品をその一部または全部に於いて、焼き入れ焼き戻し処理した後に、研削、研磨作業など幾つかの機械加工作業や仕上げ加工を組み合わせて冷間加工するものであり、またこの従来の作業においてショットピーニング処理することも、既に実施されて公知である。ところが、このような各作業は時間を要すると共に、種々の作業箇所においていくつかの作業を行わなくてはならないために、針類を次々に処理する必要があり、必然的に価格が高くなるものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の金属線材から針類にする加工作業においての表面処理作業には、バフ研磨などの仕上げ加工は必須の作業であるが、この作業は煩雑で、作業時間もかかり、作業の仕様によっては、針強度ならびに針質が低下して不良品となってスクラップ損失も大きくなると共に、生産性も上げられず製造コストも割高となる欠点があった。また、針類にする加工作業に於いての焼き入れ、焼き戻しの熱処理を行なって、表面組織をショットピーニング加工で圧縮残留応力を生じさせ疲労強度を増大させる場合、温度制御を伴う工程管理が煩雑であってコスト高となるほか、十分満足する表面硬度と疲労強度を得られにくく、取扱い作業性も悪化するなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、これら従来の欠点を排除しようとするもので、針類の表面を耐摩耗性を高め耐久性を大幅に向上して、針類として十分な座屈剛性を持ち、折損事故が殆どない高品質のミシン針などの針類を製造容易で、生産性をも高められて安価に製造することを目的とするものである。本発明では、バフ研磨などの仕上げ加工を省略して、針類にショットピーニング加工で圧縮残留応力を生じさせ疲労強度を増大させ、処理作業も工程管理も容易であってコスト低減するほか、十分満足する安定した縫製作業が行え、高速度運転をもできるようにした針類とすることにある。また、本発明は他の目的として、十分な強度を持っていて安定した縫製作業が行え、高安定した縫製作業と、高速度運転とを可能にした高品質のミシン針を簡易で、安価に製造することができるミシン針の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つは、炭素鋼からなり、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくともその金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、該ショットピーニング処理した外周面に表面処理層を形成し、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くした針類である。
【０００６】
また、本発明の特徴では、ショットピーニング処理層が、金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットを、エアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射して金属表面付近を処理して硬化層としたものである。
特に、本発明の１つの実施例では、 前記金属針素材の最外表面にクロームメッキ層を備え、その表面をその金属針素材と同等以上の硬度を有するショットにより、更にショットピーニング処理したものであって、一端に柄部分と、該柄部分からテーパー部を介して他端に延びる針幹部と、該針幹部先端に形成された針先とからなり、前記柄部分から前記針先に近い部位まで延びる連続凹状の表溝としての糸溝と、該糸溝と反対側に前記柄部分から前記針先に向かって延びる連続凹状の裏溝および短溝と、該糸溝と短溝とに貫通する針穴部分と、この針穴部分に近い部位から裏溝との間の前記針幹部の細身部分に形成したえぐり部とを備えたミシン針としたものである。
【０００７】
【発明の実施態様】
本発明の実施態様のミシン針では、炭素鋼からなり、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面に、少なくともその金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、該ショットピーニング処理した外周面にチタンコーティング或いはクロムメッキ処理の表面処理層を備え、さらに該表面処理層の表面を少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理して、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたもので、このショットピーニング処理は、金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットを、エアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射して金属表面付近を処理して硬化したものである。
特に、前記金属針素材の最外表面にクロームメッキ層を備え、その表面をさらに金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した実施例では、その表面が高耐摩耗性を持ち、耐久性が大幅に向上され、針類として十分な座屈剛性を持つこととなっているので、折損事故が殆どない高品質のミシン針として使用することができるほか、製造上において、バフ研磨などの仕上げ加工を省略して、針類の処理作業も工程管理も容易であってコスト低減するほか、十分満足する安定した縫製作業が行えて高速度運転をもできるようにした。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例を図１のミシン針の例で説明すると、炭素鋼または合金鋼からなり、８５０℃前後で焼き入れし、２００℃前後で焼き戻しの熱処理した金属針素材の一端に柄部分１と、該柄部分１からテーパー部２を介して他端に延びる針幹部３と、該針幹部先端に形成された針先４とを形成し、前記柄部分１から前記針先に近い部位まで延びる連続凹状の表凹溝としての糸溝５と、該糸溝５と反対側に前記柄部分１から前記針先４に近い部位まで延びる連続凹状の裏溝６および短溝７と、前記糸溝５と短溝７とに貫通する針穴部分８と、この針穴部分８に近い部位から裏溝６との間の前記針幹部３の細身部分に形成したえぐり部９とを備えたミシン針１０とするものであって、炭素鋼からなる金属針素材、例えば柄部分１からテーパー部２を介して針先４を含む針幹部３の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、該ショットピーニング処理した外周面１１にクロムメッキ或いはチタンコーティング等の表面処理層１２を形成し、さらに該表面処理層１２の表面を少なくとも前記金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した最外周面１３として、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたものである。
【０００９】
この場合、前記ショットピーニング処理は、炭素鋼からなり、熱処理した金属針素材を各種形態の針類に成形し、該針類を多数回転バレルに収納して反転回動すると共に、該回転バレル内で反転回動する針類に向かって、前記金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットを、吹き付け加工機によってエアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ の範囲で、噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射して、前記針類の金属表面付近をＡ１変態点以上に上昇させる処理を所定時間施して表面硬化するのが、生産性が向上して安価に製造することが出来る。
【００１０】
即ち、前記金属針素材が、硬度６００〜７５０Ｈｖの中心部の外周をショットピーニング処理して硬度７００〜８２０Ｈｖとし、さらにそのショットピーニング処理表面上にクロムメッキ層を備えると共に、該クロムメッキ層の外周をショットピーニング処理して硬度１０００Ｈｖ以上の硬化層とすることができる。
【００１１】
そして、前記ショットピーニング処理が、バレル方式で吹き付け加工機のノズルから圧縮空気とともに噴射するエア方式の場合、セラミックビーズを使用するものであって、金属針素材の外周面１１に処理を行ったのち、該外周面１１に被覆した前記クロームメッキ層の表面処理層１２の外周面１３をさらに、ショットピーニング処理することで、熱処理効果と、鍛練効果並びに加工強化によって表面から数十μが焼き入れ時の硬度になり、脆さを出すことなく硬度を高めることができ、耐摩耗性を大幅に向上するし、ショットピーニングによる圧縮残留応力の発生で疲労強度を増加させることが容易である。
【００１２】
なお、前記ショットピーニング処理としては、ミシン針の場合、針幹部の断面積の大きさに比例してショットの噴射エア圧力を大きく調整して行なわれるものであって、バッチ方式で１ロット当たり、６，０００〜１０，０００本、好ましくは７，０００〜９，０００本を収納して３０〜６０分の処理時間で万遍なく処理するのが作業性がよく、且つ、針幹部の曲がりや歪みがなく品質良好な仕上がりとなる。
この場合、エア圧力が２．０ｋｇ未満であると、変態点以上にならないし、処理時間も大幅にかかってしまうし、またエア圧力を５．０ｋｇ以上にエア圧力を余り上昇させると、針類の針幹部の曲がり現象が生じるので考慮すべきである。  また、バレル方式に代えて、針幹部を多数整列させて前記ショットピーニング処理する方式をも必要に応じて採用することができる。
【００１３】
また、図２に示すメリヤス編み針２０の実施例では、熱処理した金属針素材が、先端にフック２１を有したブレード２２に、前記フック２１に接離して開閉する回動自在のラッチ２８と、他端にバット２３とを備えたもので、１つの実施例として前記ブレード２２の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した外周面２４を最外周面とするか、或いは他の実施例として該ショットピーニング処理した外周面２４に必要に応じ表面処理層２５を形成し、さらに該表面処理層２５の表面を少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した最外周面２６として、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたものである。
【００１４】
さらに、図３の実施例では、フェルト針３０に適用したもので、熱処理した前記金属針素材が、先端に尖鋭な針先３１を有し、該針先３１に続いて断面略三角形のブレード３２を軸方向に延設し、該ブレード３２の各稜線に所定間隔をあけて尖鋭のバーブ３３を備えると共に、ブレード３２の他端に折り曲げ柄部３４を備えたもので、１つの実施例として前記ブレード３２の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した外周面３５をこの針の最外周面とするか、或いは他の実施例として、このようにショットピーニング処理した外周面３５に更に表面処理層３６を形成し、該表面処理層３６野表面を更に、少なくとも金属素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理をして、これをこの針の最外周面３７として、前記フェルト針３０の金属素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたものである。
【００１５】
なお、前記メリヤス編み針２０或いはフェルト針３０では、クロムメッキなどのメッキ処理を施さないで、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理した最外周面として、表面処理層を省略することもできる。
【００１６】
これら実施例の針類は、焼き入れ焼き戻しの熱処理を行なった後、常温または温間でショットピーニング加工を施して、金属針表面付近の組織を変化させることで、圧縮残留応力を生じさせて疲労強度を増加させ極めて高い表面硬度を持った金属針成品としたものである。金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによる前記ショットピーニング処理では、ショット粒径を小さくしてゆくと噴射速度が増大するとともに、被加工物の金属針成品被噴射面に発熱が生じ、被噴射表面温度が噴射速度の増加によって上昇する。
【００１７】
即ち、前記ショット粒径を４０〜２００μのセラミックビーズとしたのは、噴射速度並びに噴射密度との関係からであり、噴射速度を高速とするには、ショット粒径を大きくするとできないし、噴射密度が低いと噴射圧力を大きくしても、加工層が不均一となるので避けるべきであり、成品の被加工表面の粗さの影響を少なくするために考慮したものである。
【００１８】
そして、ピーニング処理装置のノズルから圧縮空気と共に噴射するエア吹き付け式の場合、ショット粒径を小さくすることで圧縮空気に乗りやすくなり、噴射速度２００ｍ／ｓｅｃ程度までの噴射速度とすることが容易であって、さらに噴射密度を濃くすることができて、金属針被噴射面の温度上昇も７５０〜９００℃となり、瞬間的には９００℃以上になることも容易に可能で、金属の変態点を越えてきて、極めて高い表面硬度を持った金属針成品とすることができる。この場合、前記ノズルからの噴射距離は、１５０〜２００ｍｍ好ましくは１６０〜１８０ｍｍとするのがよい。
【００１９】
前記ショットピーニング処理によって、金属針成品が加熱され、表層の１０〜３０μは、オーステナイトがマルテンサイトに変態し、該層が硬度を高め、表層下部はベイナイトおよび／または焼戻マルテンサイトに変態して硬度の高い、かつ靭性に富む組織が得られ、しかも表面の仕上がりが均一で滑らかな表面仕上がりとすることができて有効である。
【００２０】
このセラミックビーズ（１０００Ｈｖ）のショットピーニング処理によって得られた本発明のミシン針Ａと、従来の焼き入れ焼き戻し熱処理したミシン針Ｂと、さらに従来のガラスビーズによるショットピーニング処理したミシン針Ｃとを比較したところ、穴摺動値、強度（硬度、歪み、折点、剛性）の測定結果は表１に示すとおりであつた。
【００２１】
【表 １】
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【００２２】
そして、本発明のミシン針Ａでは、従来のミシン針Ｂ，Ｃのものと比べて穴摺動値では、ミシン針Ｂに対して２００〜３８０％のアップとなり、ミシン針Ｃに対しては２６０〜９００％のアップとなった。
また、強度（硬度、曲げ残留歪み、折損角度・折点、曲げ剛性値）比較では、硬度においてミシン針Ｂに対して４０〜５０Ｈｖアップとなり、ミシン針Ｃに対しては表面硬度が８０Ｈｖアップとなっている有意差が認められ、且つ、曲げ残留歪み、折損角度・折点、曲げ剛性値では殆ど差がない成品と成っていることが認められた。
【００２３】
さらに、表面形状の表面肌でも本発明のミシン針Ａでは、従来のミシン針Ｂ，Ｃの比し、凸部が少ないきめ細かい均一な表面肌となっていて、機能比較〔貫通抵抗、針熱温度（針温度）非粘着性〕においても、表２に示す如く貫通抵抗並びに針熱温度は同等のものとなっていて、非粘着性については本発明のミシン針Ａでは、ミシン回転数２０００で粘着開始が生ずるのに対して、従来のミシン針Ｂ，Ｃではミシン回転数１８００で粘着開始が生じてしまい２０００では完全粘着するのに比べて、有意差が認められ縫製作業の向上が期待できる。
【００２４】
【表 ２】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明は、炭素鋼からなり、焼き入れ焼き戻し処理した金属針素材の表面を、少なくとも金属針素材と同等以上の硬度を有するショットによるショットピーニング処理し、前記金属針素材の中心部から外周面部に向かって漸次硬度を高くしたことにより、針類の表面を耐摩耗性を高め耐久性を大幅に向上して、針類として十分な座屈剛性を持ち、折損事故が殆どないしかも十分満足する安定した縫製作業が行え、高速度運転をもできるようにした高品質のミシン針などの針類とすることができる。また、本発明では、炭素鋼からなる金属針素材を各種形態の針類に成形し、該針類を多数回転バレルに収納して反転回動すると共に、該回転バレル内で反転回動する針類に向かって、前記金属針素材と同等以上の硬度を有する４０〜２００μのセラミックビーズのショットをエアー圧力２．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ２ によって噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上でノズルから噴射して、前記針類の金属表面付近をＡ１変態点以上に上昇させるショットピーニング加工処理を所定時間施して針類を製造することにより、バフ研磨などの仕上げ加工を省略して、針類に圧縮残留応力を生じさせ疲労強度を増大させ、処理作業も工程管理も容易であってコスト低減するほか、十分満足する安定した縫製作業などの各種の作業が行え、高速度運転をもできるようにし生産性をも高められる針類を簡易で、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のミシン針を示し、（ａ）は拡大正面図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）はＡ−Ａ線における拡大横断面図、（ｄ）はその一部のさらに拡大した詳細断面図である。
【図２】本発明の第２実施例のメリヤス編み針を示し、（ａ）は拡大側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における拡大縦断面図、（ｃ）はその一部のさらに拡大した詳細断面図である。
【図３】本発明の第３実施例のフェルト針を示し、（ａ）は拡大側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線における拡大縦断面図、（ｃ）はその一部のさらに拡大した詳細断面図である。
【符号の説明】
１ 柄部分
２ テーパー部
３ 針幹部
４ 針先
５ 糸溝
６ 裏溝
７ 短溝
８ 針穴部分
９ えぐり部
１０ ミシン針
１１ 外周面
１２ 表面処理層
１３ 最外周面
２０ メリヤス編み針
２１ フック
２２ ブレード
２３ バット
３０ フェルト針
３１ 針先
３２ ブレード
３３ バーブ
３４ 折り曲げ柄部
３５ 外周面
３６ 表面処理層
３７ 最外周面
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
1999216290.tif 000004