(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳肌の清掃や鋼材表面の清浄化・粗面化（以下「表面清掃等」という。）をブラスト処理により行なうに際して使用するショット、グリットおよびカットワイヤのいずれか、又は、それら複数種からなる形態の金属系の投射材であって、
前記投射材が、ビッカース硬度：３００〜８００ＨＶの範囲から選択され、ブラスト処理（ピーニング加工を除く。）の目的に対応する推奨粒径の標準粒体（以下「主粒体」という。）と、１種又は複数種の分級された前記推奨粒径より小さな径で、且つ表面清掃作用を奏する限界粒径以上である粒体（以下「副粒体」という。）を混合したものであり、かつ、
前記主粒体の粒径が粒度番号１２０（JIS Z 0311) 以上であるとともに、前記副粒体の粒径が粒度番号６０（JIS Z 0311) 以上であり、さらに、
前記投射材の粒度分布が、前記主粒体に基づく第一山（高山）と、前記副粒体に基づく第二山（低山）とを有し、第一山と第二山とが実質的な重なりがないものであるとともに、前記第一山に対する第二山の高さの比率が、６／４〜８／２であることを特徴とするブラスト処理用投射材。
【請求項２】
前記主粒体の粒径が粒度番号１７０（JIS Z 0311) 以上であることを特徴とする請求項１記載のブラスト処理用投射材。
【請求項３】
前記第一山に対する第二山の高さの比率が、６．５／３．５〜７．５／２．５であることを特徴とする請求項１又は２記載のブラスト処理用投射材。
【請求項４】
前記主粒体の粒度番号に隣接する大径側の粒度番号の標準粒体を３０％以下の比率で混合したものが含まれることを特徴とする請求項１、２又は３記載のブラスト処理用投射材。
【請求項５】
前記主粒体の形態がグリットであり、副粒体の形態がショット又はカットワイヤであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のブラスト処理用投射材。
【請求項６】
前記主粒体の形態がカットワイヤであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のブラスト処理用投射材。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか一記載のブラスト処理用投射材を使用して金属基材の清掃及び／又は表面加工を行なうことを特徴とするブラスト加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳肌の清掃（砂落し等）や鋼材表面の清浄化・粗面化等をブラスト処理により行なうに際して使用する金属系の投射材（研削材）に関する。
【０００２】
本明細書で投射材（粒体）の粒径は、特に断らない限り、JIS Z 0311におけるショット又はグリットの粒度区分記号に従う。なお、カットワイヤの粒径はJIS には規定されていないが、JIS Z 0311に準ずる。
【０００３】
【背景技術】
表面処理分野におけるブラスト加工は、近年、急速に普及し、発展しつつある。鋳物製品の清掃作業、鋼材のスケール（錆等）落し作業、ばねや歯車のピーニング作業は、ほとんど大部分がショットブラスト処理により行なわれている。その他、ロールのエッチング、各種部品のばり取り（ディフラッシング）など、非常に広範に表面処理分野でブラスト処理が利用されている。
【０００４】
ブラスト処理の目的は、上記の如く各種ワーク（被加工品）表面の付着物除去及び／又は望みの表面粗度を有する各種ワーク（表面加工製品）を得ることにある。
【０００５】
そして、ブラスト処理に際して、生産性の見地から、効率良く付着物除去又は表面加工ができることが要求され、且つ、投射材の消耗率が少ないことが要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
効率良く付着物を除去するためには、一般的に投射材の硬さが高いほうが望ましい。投射材自身変形し難く、運動エネルギーを付着物に与え易くて（運動量保存則は完全剛体を前提としている。）、清掃効率が高いためである。しかし、投射材は硬さが増大すると、破砕（割れ）が発生し易い。そして、破砕が発生すると、投射材の微細化が進行して、清掃効果のない微細投射材が含まれるようになるため、投射材の循環系の外へ除く必要がある。微細投射材が所定量以上除かれて、循環量が少なくなったとき、定期的に新投射材の補充を行なう。このため、投射材の消耗率が増大する。
【０００７】
本発明は、上記にかんがみて、ブラスト処理に際して、投射材の消耗率をほとんど増大させずに表面清掃効率等を増大させることができるブラスト処理用投射材及びブラスト処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成のブラスト処理用投射材に想到した。
【０００９】
鋳肌の清掃や鋼材表面の清浄化・粗面化等をブラスト処理により行なうに際して使用する金属系の投射材であって、
前記投射材が、ブラスト処理（ピーニング加工を除く。）の目的に対応する推奨粒径の標準粒体（主粒体）と、１種又は複数種の分級された前記推奨粒体より小さな径で、且つ表面清掃作用を奏する限界径以上の粒体（副粒体）とを混合したものであることを特徴とする。
【００１０】
当該構成により、ブラスト処理に際して、投射材の消耗率をほとんど増大させずに清掃効率を増大させることができる。断定できないが下記の如くであると推定される。
【００１１】
上記主粒体に小径の副粒体を添加することにより、主粒体のみの場合に比して投射有効面積率（打痕面積率：一定面積当たりにおける投射材の実打痕面積）が増大する。このため、相対的に清掃効率が増大する。そして、副粒体は主粒体よりも径が小さいため、摩耗したり破損した場合に投射材循環系の外へ排出される量は多い。しかし、副粒体は、同じ硬さの場合、径が小さいことにより主粒体に比して破損・微細化が促進され難い。すなわち、大きな径の投射材がオペレーティング時（ブラスト処理時）に破砕された（割れた）場合、その破断面は凹凸で且つ鋭い表面欠陥（クラック等）を有するため、さらに、同径の未破砕投射材より、更なる破砕・微細化が格段に促進され易い。
【００１２】
したがって、小径の副粒体が含まれていても、本発明の混合投射材の消耗率の増大はほとんどない。このことは、本発明者らが確認している（表３・４参照）。
【００１３】
なお、従来より、投射材の初期投射当時より所定期間ブラスト処理を行なった後の安定期の方が、表面清掃効率が高いことが経験的に知られている。すなわち、未破砕投射材とともに破砕投射材が含まれているいわゆるオペレーティングミックス状態の投射材のほうが表面清掃効率が高いことが知られている。
【００１４】
しかし、主粒体に本発明の如く、積極的に小径の副粒体を混合したブラスト処理用投射材は、本発明者らが知る限りにおいては存在しない。すなわち、本発明は、主粒体に小径の副粒体を混合した混合投射材は、主粒体のみからなる投射材より表面清掃効率が高く、さらには、混合投射材の消耗率の増大もほとんどないとの新たな知見に基づいたものであり、顕著な効果を奏するものである。
【００１５】
上記構成において、投射材の形態は、特に限定されず、ショット、グリット及びカットワイヤのいずれか、又は、それら複数種からなるもの等任意である。
【００１６】
これらの内で、主粒体を破砕がされ易いグリットとして副粒体を破砕がグリットに比してされ難いショットとした場合、破砕が促進され難くて、投射材の消耗率の増大を抑制できることが期待できる。
【００１７】
破砕され難く、オペレーティングミックス状態になり難い形態の投射材（特にカットワイヤ）を、本発明の混合投射材とした場合、主粒体のみの場合に比してより表面清掃効果の増大が期待できる。
【００１８】
また、主粒体の粒径が粒度番号１２０（JIS Z 0311) 以上であり、かつ、副粒体の粒径が粒度番号６０（JIS Z 0311) 以上であることが、本発明の効果がより顕著となる。主粒体の粒径が小さ過ぎる場合は、小径の粒体を添加しても、清掃効率等の増大が余り期待できないためである。
【００１９】
そして、投射材の分布は、主粒体に基づく第一山（高山）と、小径粒体に基づく第二山（低山）とを少なくとも有し、これらの重なりを実質的に有しないものであることが望ましい。第一山と第二山との大きな重なりを有すると、投射有効面積率の増大が小さくて、表面清掃作用等の増大が余り期待できない。
【００２０】
上記第一山に対する第二山の高さの比率は、６／４〜８／２とする。第一山の比率が小さ過ぎる場合は、主たる付着物の除去効率が低下して、逆に、大き過ぎる場合は、投射有効面積率の増大が余り期待できず、それぞれ表面清掃効率等の増大が余り期待できない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本実施形態の投射材は、鋳肌の清掃や鋼材表面の清浄化・粗面化（以下「表面清掃等」という。）をブラスト処理により行なうに際して使用する金属系の投射材である。
【００２２】
ここで金属材料としては、鋳鉄、鋳鋼（スチール）、ステンレス、アルミニウム、亜鉛等を挙げることができる。
【００２３】
そして、本発明を適用する投射材の形態は、ショット、グリット及びカットワイヤのいずれかから１種又は複数種を選択する。
【００２４】
ここで「ショット」及び「グリット」とはJIS Z 0311で定義されている下記のものをいう。
【００２５】
ショット：使用前の状態で、りょう（稜）角、破砕面又は他の鋭い表面欠陥がなく、長径が短径の２倍以内の、球形状の粒子（形状の略号「Ｓ」）。
【００２６】
グリット：使用前の状態で、りょう（稜）角をもった角張った形状の粒子（形状の略号「Ｇ」）。
【００２７】
また、「カットワイヤ」は、JIS に規定されていないが、上記のような金属材料の線状体を線状体の径と略同一に切断して形成した粒子をいう。
【００２８】
上記構成において、本実施形態では、投射材（ブラスト材）が、ブラスト処理（ピーニング加工を除く。）の目的に対応する推奨粒径の標準粒体（主粒体）と、１種又は複数種の分級された推奨粒体より小さな径で、且つ表面清掃作用を奏する限界径以上の粒体（副粒体）とを混合したものである。
【００２９】
ここで、「ブラスト処理」とは、前記JIS Z 0311では、「処理される鋼材表面に大きな運動エネルギーをもつ研削材を衝突させ、鋼材表面を細かく切削及び打撃することによって、鋼材表面の酸化物又は付着物を除去して清浄化し、また、粗面化させる方法。」と定義されているが、本明細書では、これより、対象物も作用も若干広い概念とする。すなわち、鋳物製品の清掃作業、鋼材のスケール落し（除錆を含む。）ばかりでなく、各種部品のばり取り（ディフラッシング）・ディスケーリング・エッチング等も含む概念である。
【００３０】
また、種々のブラスト処理（表面仕上げ加工）の内から、ピーニング加工を排除するのは、ピーニング加工は、疲労強度の向上を目的として被加工品（ワーク）の表面層に残留圧縮応力を与える加工方法であり、主粒体は分布幅が狭い方が望ましいためである。すなわち、副粒体（小径粒体）では投射に際して、運動エネルギー量が小さく、ワーク表面層に所望の残留圧縮応力分布を与えることが困難なためである。
【００３１】
ここで、主粒体を形成する推奨粒径の標準粒体の「粒度番号」とは、「JISZ8801金属製網ふるい基準」に定められた目開きの標準ふるいを用いて測定した「JIS Z 0311ブラスト処理用金属系研削材」の表４・５に記載されているものを意味する。
【００３２】
ここで主粒体として、上記JIS に規定する粒度番号１２０（約０．７mm）以上、望ましくは粒度番号１７０（約１．２mm）以上とする。主粒体の粒径が小さ過ぎる場合は、副粒体（小径粒体）を添加しても、清掃効率等の増大が余り期待できないためである。
【００３３】
また、副粒体の粒径は、表面清掃作用を奏する限界径以上であれば特に限定されない。例えば、各種粒径の主粒体に対して、表１・２の如く、各種径の副粒体を適宜各質量％の範囲内で組み合わせることが考えられる。即ち、主粒体の粒径が粒度番号１２０（JIS Z 0311)以上である場合、副粒体の粒径を限界径である粒度番号（JIS Z 0311) ６０以上とすれば、表面清掃作用を奏することができる。ここで、本発明の表１は、主粒体と副粒体が共にショットである組合わせの例示であり、例１〜例５は主粒体として粒度番号１２０以上のものを50質量％以上含む本発明例を示し、例６〜１２は、主粒体として粒度番号１２０以上のものを50質量％以上含まない本発明例でないものを示す。また、表２は、主粒体がグリットで副粒体がショットである組合わせの例示であり、例１３〜例１７は主粒体として粒度番号１２０以上のものを50質量％以上含む本発明例を示し、例１８〜２１は、主粒体として粒度番号１２０以上のものを50質量％以上含まない本発明例でないものを示す。そして、それぞれ本発明例を示す表１の例１〜例５および表２の例１３〜例１７から、ショット同士の組合わせであっても、グリットとショットの組み合わせであっても、「粒度番号６０」の行に限界径のラインを引くことができ、「限界径が粒度番号６０」であることを読み取ることができる。
【００３４】
また、表２に示す如く、主粒体を主粒体の形態がグリットとした場合、副粒体の形態はショット（又はカットワイヤ）とすることが望ましい。副粒体を破砕がグリットに比してされ難いショットとした場合、破砕が促進され難くて、投射材の消耗率の増大を抑制できることが期待できるためである。
【００３５】
同様に、主粒体を比較的破砕され難いカットワイヤとした場合も、副粒体を混合した場合、主粒体のみの場合に比してより表面清掃効果の増大が期待できる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態では、主粒体に小径の副粒体を混合したものばかりでなく、必要により主粒体の粒度番号に隣接する大径側の標準粒体を混合したものも含まれる（例２〜例１２及び例２０・２１参照）。
【００３７】
大径側の粒径を少量（３０％以下の比率で）入れたものも、表面加工の種類によっては、清掃効率等が増大することを本発明者らは確認している。
【００３８】
投射材の分布は、主粒体に基づく第一山（高山）と、小径粒体に基づく第二山（低山）とを少なくとも有し、これらの重なりを実質的に有しないものであることが望ましい（図５(A) ・６(A) 参照）。第一山と第二山との大きな重なりを有すると、投射有効面積率の増大作用が小さくて、表面清掃作用の増大が余り期待できない。
【００３９】
上記第一山に対する第二山の高さの比率は、６／４〜８／２（望ましくは６．５／３．５〜７．５／２．５）とする。第一山の比率が小さ過ぎる場合は、主たる付着物の除去効率が低下して、逆に、大き過ぎる場合は、投射有効面積率の増大が余り期待できず、それぞれ表面清掃効率等の増大が余り期待できない。
【００４０】
ここで主粒体と小径粒体との混合比（質量比）は、通常、主粒体を５０％以上とし、他の小径又は大径の粒体を５０％未満とする（表１・２参照）。
【００４１】
通常、主粒体／他の粒体（小径粒体）＝８５／１５〜５５／４５、望ましくは７５／２５〜６５／３５とする。
【００４２】
なお、主粒体及び副粒体の硬さ（hardness）は、通常同じとするが、適宜、変えたものを使用することも可能である。そして、硬さの範囲は、スチールショットの場合、ビッカース硬さ（JIS B 7725）でＨＶ３００〜８００のもの（ロックウェルＣでＨRC約３０〜６４）、を使用する。
【００４３】
次に上記投射材（ショット）を使用して、表面加工を行う方法について説明する。なお、本発明のブラスト加工方法は当該方法に限定されるものではない。
【００４４】
図１にショットブラスト装置の一例を示す。該ショットブラスト装置は、基本的に、投射材を投射するインペラーユニット１２、投射材を循環させる循環装置１４、投射材と砂やスケールとを分離するセパレーター１６、及び図示しないが集塵装置を、基本的構成部分とする。
【００４５】
インペラユニツト１２には、ホッパ（シュート）１８を介して投射材が投入（充填）されるようになっている。また、循環装置１４は、チャンバ（投射室）２０とセパレータ１６との間に配され、チャンバ２０の底部下方及びセパレータ１６の上方にそれぞれ配される第一・第二スクリューコンベア２２、２４と、両スクリューコンベア２２、２４の搬出口及び搬入口の間に立設して配されるバケットエレベータ２６からなる構成である。なお、図例中２８はスクリーンである。
【００４６】
投射材は、ホッパ１８からインペラーユニット１２に投入される。そして、インペラーユニット１２に投入された投射材は、インペラーユニット１２内で加速されてチャンバ（投射室）２０内のワーク（被加工物）Ｗへと投射される。こうして、ワークに対してディスケーリング等の表面加工を行なう。
【００４７】
投射された投射材は、再度投射に利用するために、前記循環装置１４により回収される。
【００４８】
セパレーター１６は、ブラスト処理（表面清掃）に有効な投射材と、砂、スケール、消耗した微粉状投射材等とを分離する装置である。砂、スケール等が残存した状態では、ブラスト処理の効率を低下させるばかりではなく、インペラーユニット（ブラスト装置）１２の消耗を速め、結果的にランニングコストの増大につながる。
【００４９】
そして、セパレーター１６は、オペレーティングミックスを維持する役割を担う。表面清掃作用を有する粒径の投射材をダストとともに廃却することなく循環投射材の中に含有させるためには、セパレーター１６の調整を行い、有効なオペレーティングミックス状態を維持する必要がある。
【００５０】
なお、セパレーター１６は、通常空気等の気流を利用して投射材とその他の不要物の分離を行なう。分離された使用可能な投射材は、再びホッパ１８の中に戻され、使用不可能な、砂、スケール、消耗投射材等は装置外へと排出される。
【００５１】
なお、投射材（ショット等）の消耗量が増大し、使用可能なショット量が減少してきたら、インペラーユニット１２の駆動モータの負荷電流値により相対判定して、新混合投射材がホッパ１８へ自動補充される。
【００５２】
【試験例】
以下、本発明の効果を確認するために、下記実施例及び比較例について行なった各試験例について説明する。
【００５３】
(1) 各試験例に使用した実施例・比較例のスチールショット仕様は下記の如くである。なお、いずれのスチールショットも硬さＨRC４５（ＨＶ４４６）のものである。
【００５４】
実施例１：「Ｓ２４０」と「Ｓ１２０」との前者／後者（重量比）＝７／３の混合スチールショット
比較例１：「Ｓ２４０」のスチールショット
実施例２：「Ｓ１７０」と「Ｓ８０」との前者／後者（重量比）＝７／３の混合スチールショット
比較例２：「Ｓ１７０」のスチールショット
実施例３：「Ｓ１２０」と「Ｓ６０」との前者／後者（重量比）＝７／３の混合スチールショット
比較例３：「Ｓ１２０」のスチールショット
(2) 上記各ショット（投射材）を使用して、鋼板（ＳＳ４００（従来のＳＳ４１））のスケール落し（除錆）を行った。ショットの投射速度は７３ｍ／ｓ、投射量は３８kg／min とした。なお、ショットブラスト装置は、新東工業株式会社製「ショットタンブラストＳＴＢ−１ＲＣ」を使用した。
【００５５】
まず準備として、実施例及び比較例共に消耗量分のショットを補給しながら１週間の連続空投射を行なうことにより定常状態のオペレーティングミックスを生じさせた。その後、安定状態のオペレーティングミックスの下で鋼板に投射を開始し、投射開始から３分毎に鋼板の除錆度、表面粗さの測定を行なった。なお、除錆度及び粒度分布は下記方法にしたがって測定を行なった。
【００５６】
除錆度：下記順序にしたがって行なった。
【００５７】
▲１▼試験片のブラスト面に５〜１０％塩酸を塗布する。
【００５８】
▲２▼塩酸塗布面を拡大鏡に乗せ１０倍の倍率で観察する。
【００５９】
▲３▼スケール（錆）のとれた部分は白色となり、錆の残っている部分、黒く浮き出る。
【００６０】
▲４▼標準写真（錆の除去割合を図積分して測定した見本）を対比して、除錆度を求める。
【００６１】
・粒度分布：JIS Z 8801に規定する網ふるいを用い、JIS Z 8815によって測定した。
【００６２】
(3) 測定結果：
投射時間の除錆度の関係を示す図２・３・４から下記のことが分かる。
【００６３】
いずれも混合ショットである実施例の方が、除錆の立ち上がりが良好であることが分かる。特に、粒径の大きな実施例１の方が、実施例２・３に比して、除錆度の差が大きいことが分かる。なお、図例では投射後半では、各実施例と比較例は重なっているが、これは除錆度の測定精度が５％刻みであること及び除錆速度が放物線則に従うことから生ずる見掛上の現象であり、実質的には、各実施例の方が比較例に比してより高い除錆度に到達するまでの時間（又は投射量）が少ないことは容易に推察される。
【００６４】
また、粒度分布を示す図５・６から下記のことが分かる。
【００６５】
オペレーティングミックスは、添加ショットの部位で若干の粒度増大は見られるものの、略同様の粒度分布を示すことが分かる。
【００６６】
さらに、各実施例・比較例について、経済的評価を試算したところ、表３・４に示す如くになった。
【００６７】
表３・４から経済的効果も大きいことが分かる。特に、主粒体の径が大きいものに本発明を適用したときは、効果が顕著であることが分かる。
【００６８】
なお、データとして提出はしないが、主粒体の単独使用の各比較例に比べ、副粒体３０質量％混合品を使用した各実施例は、いずれも表面粗度はやや細かめに仕上がった。
【００６９】
(3) 実施例１・２及び比較例１・２で使用した各スチールショットを使用し、耐摩耗鋳鉄の砂落しをそれぞれ行った。ブラスト加工条件は、ワークを変えた以外は実施例１と同一とした。
【００７０】
その結果、実施例１・２はそれぞれ比較例１・２を使用した場合よりも砂落ちが速く、良好な仕上がり面を得ることができたことを確認できた。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
【表２】
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【００７３】
【表３】
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【００７４】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を投射材によるブラスト加工に使用するショットブラスト装置の一例を示す概略モデル図
【図２】実施例１・比較例１の各投射材を使用しての投射時間と除錆度との関係を示すグラフ図
【図３】同じく実施例２・比較例２における投射時間と除錆度との関係を示すグラフ図
【図４】同じく実施例３・比較例３における投射時間と除錆度との関係を示すグラフ図
【図５】実施例１・比較例１の各投射材を使用して除錆加工を行なった時のイニシャル粒度分布とオペレーティングミックス粒度分布を示すグラフ図
【図６】同じく実施例２・比較例２におけるイニシャル粒度分布とオペレーティングミックス粒度分布を示すグラフ図
【符号の説明】
１２  インペラーユニット
１４  循環装置
１６  セパレータ
１８  ホッパ
２０  チャンバ（投射室）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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