JP2002186395A - 耐久性に優れたＡｌ合金製蹄鉄およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａｌ合金製蹄鉄の軽量性を維持したまま、耐
久性を向上させる。 【解決手段】 少なくとも蹄鉄の接地面に、表面硬度が
ビッカース硬度でＨｖ４００以上であり、金属質を必須
的に含む硬質皮膜が形成されていることを特徴とするＡ
ｌ合金製蹄鉄である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽量でしかも耐久
性に優れた蹄鉄およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】蹄鉄は、古来より鉄で作られていたが、
競走馬等においてはより軽い蹄鉄のニーズが高まったこ
とと蹄自体の保護の観点から、鉄よりも軽いアルミニウ
ム（Ａｌ）合金製蹄鉄の使用が始まっている。これらの
Ａｌ合金製蹄鉄において、特に速く走ることを求められ
る競走馬用途では、軽量であることのみならず、衝撃を
吸収する機能も要求されている。すなわち、両方の利点
を有する蹄鉄によって、競走馬の走行能力を高めると共
に、馬の四肢に加わる衝撃を吸収して競走馬の寿命を延
ばすためである。

【０００３】ただし、Ａｌ合金製蹄鉄は、軽量であると
いう利点の反面、摩耗し易く、耐久性に劣るという問題
がある。こういった点で種々の検討がなされており、例
えば、特開平５−７６２６３号では、本体がＴｉまたは
Ｔｉ合金からなり、溶融拡散硬化層を表面に有する蹄鉄
が開示されている。しかし、Ｔｉ合金はＡｌ合金よりも
比重が重い上により硬いため、Ａｌ合金製蹄鉄に比べて
蹄を痛めやすいという問題が指摘されている。また、特
開平１０−１２７２１９号では、Ａｌ合金製の蹄鉄の表
面に陽極酸化皮膜を形成した蹄鉄が開示されているが、
耐久性改善効果には限界があった。

【０００４】さらに、蹄鉄の耐久性・耐摩耗性が劣る場
合、蹄鉄の交換回数が多くなるが、馬の蹄は１月で１ｃ
ｍ程度しか伸びないため、蹄鉄の交換頻度が多いと蹄鉄
を固定するための釘の打ち込みによって蹄が割れてしま
うという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、Ａ
ｌ合金製蹄鉄の軽量性を維持したまま、耐久性を向上さ
せることを課題として掲げ、このような蹄鉄を容易に製
造するための方法の提供も併せて課題とした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明のＡｌ合金製蹄鉄は、少なくとも蹄鉄の接地面に、表
面硬度がビッカース硬度でＨｖ４００以上であり、金属
質を必須的に含む硬質皮膜が形成されているところに要
旨を有する。硬質皮膜の存在によって蹄鉄の寿命・耐久
性を向上させることができた。なお、蹄を痛めないため
には、蹄との接触面に上記硬質皮膜が形成されていない
構成の蹄鉄が好ましい。

【０００７】上記硬質皮膜の金属質がＮｉ基合金である
こと、さらに、この硬質皮膜中にセラミックス粒子が分
散状態で含有されていることは、本発明の好ましい実施
多様である。また、上記硬質皮膜の金属質はＦｅ基合金
であってもよい。いずれも硬度発現に寄与する。

【０００８】本発明のＡｌ合金製蹄鉄の好ましい製造方
法のその一は、蹄鉄表面に硬質皮膜を形成する前に、Ｚ
ｎ置換処理によってＡｌ合金製蹄鉄表面にＺｎを置換析
出させ、次いで電気めっき法によって硬質皮膜を形成す
るものである。また、金属質としてＦｅ基合金を含む硬
質皮膜の場合は、気相コーティングを用いて形成するこ
とが製造方法の採用が推奨される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者等は、軽量であり衝撃吸
収能に優れるというＡｌ合金の利点を活かしながら、耐
久性を増す方法として、蹄鉄表面に硬質皮膜を施すこと
に思い至り、衝撃試験とブラスト試験とを種々の条件で
行って、競走馬に蹄鉄を装着した状況を模擬的に判断す
ることにより、最適の条件の硬質皮膜を見出した。

【００１０】すなわち、硬質皮膜としては、金属質を含
み、表面硬度がビッカース硬度でＨｖ４００以上である
ことが必要である。表面硬度がＨｖ４００より小さい
と、耐久性改善効果が発現しない。より好ましくはＨｖ
６００以上、さらに好ましくはＨｖ９００以上である。

【００１１】これらの硬質皮膜は、摩耗の激しい蹄鉄接
地面には必ず設ける必要があるが、蹄との接触面に設け
ると蹄を痛めることがあるため、蹄鉄と蹄が接する面に
は硬質皮膜を設けないことが好ましい。蹄鉄と蹄が接す
る面以外の蹄鉄表面の全てに硬質皮膜を設けてもよく、
蹄鉄の接地面のみに硬質皮膜を設けてもよい。硬質皮膜
を設けたくない部分には、硬質皮膜形成時にその部分を
マスキングする等すればよい。

【００１２】硬質皮膜の厚さとしては１μｍ以上が好ま
しい。これより薄いと、耐久性向上効果が発現しないこ
とがある。より好ましくは３μｍ以上、さらに好ましく
は５μｍ以上である。硬質皮膜は、その厚みが厚いほ
ど、蹄鉄の摩耗が抑制されるため好ましいが、硬質皮膜
の形成条件、基材（Ａｌ合金製蹄鉄）への密着性、蹄鉄
の交換頻度等を勘案すれば、１００μｍを超えて設けて
も、格別のメリットはない。

【００１３】硬質皮膜中に金属質が含まれていないと、
衝撃吸収能が低くなるため好ましくない。例えば、Ａｌ
合金の陽極酸化膜はほとんどがセラミックス質となるた
め、激しい衝撃に耐えられず膜にクラックが入って、早
期に蹄鉄表面から脱落してしまう。この点から、金属質
の量は硬質皮膜中２０体積％以上が好ましく、５０体積
％以上がより好ましい。

【００１４】金属質の具体例としては、硬質皮膜が本発
明で規定するビッカース硬度を満足すれば特に限定され
ないが、硬度および摩耗性に優れる金属として、Ｃｒ単
独、Ｃｏ−Ｐ合金の他、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｃ
ｏ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｗ−Ｂ
等のＮｉ系合金が好ましいものとして挙げられる。Ｎｉ
単独では硬度が小さいが、Ｐ、Ｂ、Ｗ等の合金成分の添
加によって、硬度および摩耗性が向上するからである。
さらに、Ｆｅ−Ｐ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍ
ｏ−Ｃｒ等のＦｅ基合金も好ましいものとして挙げられ
る。この場合もＦｅ単独では硬度が小さいため好ましく
ないが、Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の添加で硬度が発現す
る。Ｆｅは７０質量％以上含まれていることが好まし
い。

【００１５】上記のうち、Ｎｉを主体とするＮｉ基合金
の皮膜は優れた性能を示し、Ｎｉ−ＰあるいはＮｉ−Ｂ
が特に好ましい。なお、この場合のＮｉ基合金とは、７
０質量％以上がＮｉである合金をいう。また、これらの
Ｎｉ基合金または前記Ｎｉ系合金中に、ＳｉＣ、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＢＮ等のセラミックス微粒子を分散させると、土
砂等に対する耐摩耗性がより一層向上するため、耐摩耗
性が特に要求されるような蹄鉄の場合に推奨される。セ
ラミックス微粒子の大きさとしては特に限定されない
が、形成する硬質皮膜厚よりも大きくならないように調
整することが好ましく、大体１〜５μｍのものを用いる
とよい。分散量の目安は１〜１０質量％が好ましい。

【００１６】Ｃｒ単独皮膜は電気めっき法で、Ｃｏ−Ｐ
合金、Ｎｉ基またはＮｉ系合金の皮膜は、電気めっき法
あるいは無電解めっき法等で形成することが好ましい。
１０μｍ以上の厚い硬質皮膜を形成する場合は、成膜速
度の速い電気めっき法が特に好適である。また、セラミ
ックス微粒子を分散させる場合には、めっき浴中にセラ
ミックス微粒子を例えば界面活性剤と共に分散させてめ
っきを行う、いわゆる分散めっき法を採用すればよい。

【００１７】電気めっき法は、所望の組成のめっき浴に
被処理材を浸漬し、被処理材にマイナス電極を、対極に
プラス電極を接続し、５〜３０Ａ／ｄｍ²程度の電流を
流して成膜する。浴温としては４０〜７０℃が標準的で
ある。他の条件が同じであれば、膜厚は処理時間で制御
できる。分散めっきを行う場合には、めっき浴中にセラ
ミックス微粒子と界面活性剤を投入し、よく撹拌しなが
らめっきを行う。めっき膜（硬質皮膜）中に含まれてい
るセラミックス粒子の量は、めっき膜をサンプリングし
て、硝酸等の適当な酸でめっき金属のみを溶解し、溶解
液を濾過することによってセラミックス粒子量が把握で
きるので、めっき金属溶解分とセラミックス粒子分の質
量比を算出することができる。

【００１８】無電解めっき法は、所望の組成のめっき浴
に被処理材を浸漬して放置することで行える。浴温とし
ては５０〜９０℃が一般的である。軽く撹拌しながら１
〜３時間程度浸漬すればよく、めっき厚は浸漬時間で制
御可能である。

【００１９】また、めっきの際には、前処理を行ってお
くことが好ましい。Ａｌ合金に対するめっき膜の密着性
が良好になって、耐衝撃性、耐久性が向上するためであ
る。前処理としては、陽極酸化処理やＺｎ置換処理が挙
げられる。特にＺｎ置換処理が好ましい。陽極酸化処理
では、衝撃が加わった場合に、薄い陽極酸化層が破壊さ
れるためか、Ｚｎ置換処理の場合程の優れた耐久性向上
効果は認められないが、もちろん陽極酸化処理を行って
も構わない。

【００２０】陽極酸化処理は、硫酸等の酸水溶液中に被
処理材を浸漬し、被処理材をプラス電極に接続して２０
〜１００Ｖ程度の電圧をかけることによって、陽極酸化
膜を成長させる方法である。皮膜厚さは処理時間で制御
することができる。めっき前処理として行う場合は、燐
酸溶液を用い、８０〜１２０Ｖ程度の電圧で１μｍ以下
の薄い酸化膜を形成することが好ましい。

【００２１】一方、Ｚｎ置換処理は、Ｚｎを含有する処
理液中（Ｚｎ置換処理液）に被処理材を浸漬することに
よって、その表面に薄いＺｎ膜を形成する方法である。
浴温は２０℃前後、反応時間は通常６０秒以内である。
なお、Ｚｎ置換下地処理を行った後に、前記した金属あ
るいは合金皮膜を電気めっきで形成する場合は、電気Ｎ
ｉめっき層を中間層として形成することが好ましい。Ｚ
ｎ置換下地処理後にこれらの皮膜を直接電気めっきで形
成すると、めっき浴のｐＨが低い場合に、Ｚｎ置換膜が
めっき浴中で溶解してしまうことがあるためである。電
気Ｎｉめっき浴はｐＨ５〜６程度なので、これによりＺ
ｎ置換膜が保持される。

【００２２】本発明の硬質皮膜には、前記したようにＦ
ｅ基合金も好ましく用いられる。Ｆｅ基合金も電気めっ
き等で形成することができる。また、Ｆｅ基合金の気相
コーティング法による皮膜は、より硬度が高く、靭性も
備えていて、優れた耐久性を示すため好ましい。気相コ
ーティング法は被処理材の温度上昇を伴うため、融点が
低く、調質処理が施されることの多いＡｌ合金への適用
に際しては、気相コーティングの際の温度管理に留意す
る必要があるが、Ｆｅ系膜は２００℃以下の低温で成膜
しても、十分な硬度、靭性、密着性が得られることか
ら、気相コーティング法に好適である。

【００２３】気相コーティング法としては、スパッタリ
ング等の公知の方法が使用可能である。特に、アークイ
オンプレーティング法が好ましい。アークイオンプレー
ティング法は、次のような方法で行う。まず被処理材と
所望の成分のターゲット材をチャンバー内にセットし、
適切な圧力まで真空排気した後に、必要に応じて窒素等
の反応性ガスを導入して、１×１０^-1〜７×１０^-3Ｐａ
程度の真空に維持する。その後、被処理材に５〜２００
Ｖのバイアス電圧をかけ、アーク電流を６０〜２００Ａ
程度として、ターゲット表面でアーク放電を発生させ
て、ターゲット材料を蒸発・飛散させる。これにより、
ターゲット材料がプラズマ化した窒素等と反応しなが
ら、被処理材表面に堆積・成膜される。

【００２４】本発明のＡｌ合金製蹄鉄は、上記した硬質
皮膜が少なくとも蹄鉄の接地面に形成されていればよ
く、Ａｌ合金の組成は特に限定されない。Ａ２０１４、
Ａ２０１７、Ａ４０３２、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ
６０６３、Ａ７０７５、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ８Ｃ、ＡＤＣ１
２等が代表的なものとして挙げられる。中でも、硬質な
Ａ７０７５やＡ２０１４が特に好ましい。これらのＡｌ
合金を用いて蹄鉄を形成した後、上記した膜形成方法で
硬質皮膜を形成すれば本発明のＡｌ合金製蹄鉄が得られ
る。

【００２５】なお、Ａｌ合金製蹄鉄の耐久性を高めるた
め、蹄鉄の先端部近傍に、例えば鋼性の爪状物を埋め込
む手法が知られているが、本発明ではこのような耐久性
向上策を併用することを排除するものではない。

【００２６】

【実施例】以下実施例によって本発明をさらに詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本
発明に含まれる。

【００２７】実施例 各種硬質皮膜の性能を検討するために、Ａｌ合金とし
て、ＡＣ８Ｃ製の板材（３０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍ
^t）に、表１および以下に示す前処理および成膜方法
で、各種皮膜を形成した。なお、Ｚｎ置換処理後に電気
めっきを行って各種皮膜を形成したものは、Ｚｎ置換処
理後に予めＮｉ電気めっきでＮｉ中間層を形成し、その
後各種皮膜を形成した。

【００２８】得られた皮膜に対し、蹄と地面との衝突や
摩耗によるダメージを模擬的に調べるために、以下のス
テップ１と２を交互に１０回繰り返し、初期質量からの
減少量（ｇ）を測定した。評価結果を表１に示す。な
お、Ｎｏ．２２は、Ａｌ合金そのままの比較例である。 ステップ１：先端径Ｒ５ｍｍのポンチを供試材上に置
き、質量５ｋｇの錘を上部５０ｃｍの高さからポンチ上
に自然落下させる。 ステップ２：ショットブラストで供試材表面を３分間研
磨。研削粉としてアルミナ＃１００を用い、エア圧は
４．９×１０^-3Ｐａとした。

【００２９】＜成膜方法＞Ｎｉ−Ｐ電気めっき（Ｎｏ．
１〜６，１０，１２〜１３、１８）は、市販のＮｉ−Ｐ
めっき浴を利用して、浴温５０〜７０℃、電流密度５〜
３０Ａ／ｄｍ²で行った。Ｎｏ．１２では、平均粒径２
〜３μｍのＡｌ₂Ｏ₃を、めっき層中に３質量％含まれる
ように分散させてめっきした。また、Ｎｏ．１３では、
平均粒径２〜３μｍのＳｉＣ（めっき層中に５質量％）
と、平均粒径３〜５μｍのＢＮ（めっき層中に２質量
％）を分散させてめっきした。各めっき層中のＰ量は約
３質量％であった。

【００３０】Ｃｒ電気めっき（Ｎｏ．８）は、サージェ
ント浴で、浴温４５〜５５℃、電流密度３０〜６０Ａ／
ｄｍ²で行った。

【００３１】Ｎｉ−Ｂ電気めっき（Ｎｏ．１１）は、ト
リメチルアミンボラン浴で、浴温５０〜６０℃、電流密
度２〜８Ａ／ｄｍ²で行った。めっき層中のＢ量は２〜
４質量％であった。

【００３２】Ｆｅ−Ｐ電気めっき（Ｎｏ．１４，１５）
は硫酸浴で、浴温５０〜７０℃、電流密度５〜１０Ａ／
ｄｍ²で行った。めっき層中のＰ量は約２質量％であっ
た。

【００３３】Ｎｉ電気めっき（Ｎｏ．１９）は、ワット
浴で、４５〜６０℃、２〜１０Ａ／ｄｍ²で行った。

【００３４】Ｎｉ−Ｂ無電解めっき（Ｎｏ．７）は、ジ
メチルアミノボラン浴で、浴温５０〜８０℃、ｐＨ６〜
８で行った。めっき層中のＢの量は４質量％であった。

【００３５】Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ無電解めっき（Ｎｏ．９）
は、市販浴を用い、浴温８０℃、ｐＨ８．７〜９で行っ
た。めっき層中のＣｕの量は５０〜５３質量％、Ｐの量
は４〜７質量％であった。

【００３６】イオンプレーティング（Ｎｏ．１６，１
７，２１）は次の条件で行った。ガス導入前真空度は１
×１０^-1〜７×１０^-3Ｐａで、スパッタクリーニングを
−５００〜−８００Ｖで２分間、間欠的に行い、窒素ガ
スを導入して、１３〜５２ｍＰａ（１０〜４０ｍＴｏｒ
ｒ）とする。成膜前の基材温度１００〜１５０℃で、成
膜時のカソード電流６０〜１５０Ａ、バイアス電圧−３
５〜−６０Ｖで成膜した。Ｎｏ．１６の皮膜組成は、Ｆ
ｅ−８Ｎｉ−１８Ｃｒ（ＳＵＳ３０４組成；質量％）で
あり、一部のＦｅが窒化して形成されたＦｅ₃Ｎが若干
量含まれている。Ｎｏ．１７の皮膜組成は、Ｆｅ−１０
Ｎｉ−２Ｍｏ−１６Ｃｒ（ＳＵＳ３１６組成；質量％）
であり、一部のＦｅが窒化して形成されたＦｅ₃Ｎが若
干量含まれている。

【００３７】陽極酸化（Ｎｏ．２０）は、浴温５℃の硫
酸浴（１０質量％）で、電圧２０Ｖで行った。

【００３８】

【表１】

【００３９】表から明らかなように、本発明実施例は、
無処理のＮｏ．２２に比べて、減少量が１／３以下に減
少しており、蹄鉄の耐久性向上効果が顕著に現れてい
た。一方、Ｎｉ単独層を設けたＮｏ．１９では、ビッカ
ース硬度が低いため、摩耗減量をあまり抑制できなかっ
た。陽極酸化処理（Ｎｏ．２０）や、イオンプレーティ
ング（Ｎｏ．２１）では、金属質のないセラッミックス
膜となるため、硬度が十分でも、摩耗減量はほとんど抑
制できていない。これは、膜の靭性が低く、ステップ１
の衝撃によって、試験初期に膜が剥離してしまったため
であると考えられる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ合金製の軽量な蹄
鉄表面に耐衝撃性と高度に優れた硬質皮膜を設けたの
で、アルミ合金製蹄鉄の耐久性を著しく向上させること
ができた。さらに、蹄に対する衝撃緩和等の保護効果も
期待できる。従って、競走馬等、蹄鉄を必要とする動物
用の蹄鉄として最適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K024 AA14 AB01 AB12 BA06 BB28 DA02 DA08 GA03 4K029 AA02 BA25 BA26 BA58 BA64 BB03 CA04 DD06 HA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも蹄鉄の接地面に、表面硬度が
   ビッカース硬度でＨｖ４００以上であり、金属質を必須
   的に含む硬質皮膜が形成されていることを特徴とする耐
   久性に優れたＡｌ合金製蹄鉄。
2. 【請求項２】 蹄との接触面には上記硬質皮膜が形成さ
   れていないものである請求項１に記載のＡｌ合金製蹄
   鉄。
3. 【請求項３】 上記硬質皮膜の金属質がＮｉ基合金であ
   る請求項１または２に記載のＡｌ合金製蹄鉄。
4. 【請求項４】 上記硬質皮膜中にセラミックス粒子が分
   散状態で含有されている請求項３に記載のＡｌ合金製蹄
   鉄。
5. 【請求項５】 上記硬質皮膜の金属質がＦｅ基合金であ
   る請求項１または２に記載のＡｌ合金製蹄鉄。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載のＡｌ合
   金製蹄鉄の製造方法であって、蹄鉄表面に硬質皮膜を形
   成する前にＺｎ置換処理によってＡｌ合金製蹄鉄表面に
   Ｚｎを置換析出させ、次いで電気めっき法によって硬質
   皮膜を形成することを特徴とするＡｌ合金製蹄鉄の製造
   方法。
7. 【請求項７】 請求項５に記載のＡｌ合金製蹄鉄の製造
   方法であって、蹄鉄表面の硬質皮膜を気相コーティング
   を用いて形成することを特徴とするＡｌ合金製蹄鉄の製
   造方法。