JP2000017491A - 超撥水性複合メッキ皮膜、超撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材およびその製造法 - Google Patents
超撥水性複合メッキ皮膜、超撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材およびその製造法Info
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Abstract
0度以上という高度の超撥水性を備え、耐傷付き性およ
び耐久性にも優れ複合メッキ皮膜およびその製造方法を
提供することを主な目的とする。 【解決手段】1.テトラフルオロエチレン−パーフルオ
ロアルキルビニルエーテル共重合体微粒子を分散含有し
ており、熱処理後に水に対する接触角が140度以上であ
る超撥水性複合メッキ皮膜。 2.テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビ
ニルエーテル共重合体微粒子の平均粒径が2μm以下であ
る上記項1に記載の超撥水性複合メッキ皮膜。 3.請求項1または2に記載の超撥水性複合メッキ皮膜
を備えた基材。 4.メッキ液のpHにおいてカチオン性を示す界面活性剤
を含み且つテトラフルオロエチレン−パーフルオロアル
キルビニルエーテル共重合体微粒子を分散させた電解メ
ッキ液中で基板材表面に該微粒子を共析する複合メッキ
皮膜を形成させた後、複合メッキ皮膜を熱処理すること
を特徴とする、水に対する接触角が140度以上である超
撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材の製造方法。
Description
どに優れた超撥水性複合メッキ皮膜、該皮膜を備えた基
材、およびその製造方法に関する。
合メッキ皮膜は、通常のフッ素樹脂塗膜、フッ素樹脂フ
ィルムなどに比して、撥水性、耐傷付き性、耐久性など
に優れているが、その撥水性の度合いを示す水の接触角
は、通常115〜130度程度である。
極めて高度の撥水特性、着雪・着氷防止特性などを示す
ことは、知られている。この様な高度の特性を示す皮膜
として、テトラフルオロエチレンオリゴマー(TFEO)粒子
を含有する複合メッキ皮膜(特開平4-285199号公報)、フ
ッ化ピッチ微粒子を必須成分とする複合メッキ皮膜(特
開平7-26397号公報)などが提案されている。しかしなが
ら、TFEOおよびフッ化ピッチは、一般的な材料ではない
ので、これらの超撥水性皮膜は、実用化の観点からは、
コスト高となる問題点がある。
販の安価な材料を使用して、水の接触角が140度以上と
いう高度の超撥水特性/着雪・着氷防止特性を備え、耐
傷付き性および耐久性にも優れ複合メッキ皮膜を形成し
得る技術を提供することを主な目的とする。
来技術の問題点に鑑みて、鋭意研究を進めた結果、基板
材上にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体(PFA)微粒子を分散含有する複
合メッキ皮膜を形成させた後、熱処理を行なう場合に
は、複合メッキ皮膜表面の撥水性(水の液滴法による)
が、140度以上となることを見出した。
該皮膜を備えた基板材およびその製造方法ならびに着雪
・着氷防止材料を提供するものである; 1.テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビ
ニルエーテル共重合体微粒子を分散含有しており、熱処
理後の水に対する接触角が140度以上である超撥水性複
合メッキ皮膜。 2.テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビ
ニルエーテル共重合体微粒子の平均粒径が2μm以下であ
る上記項1に記載の超撥水性複合メッキ皮膜。 3.上記項1または2に記載の超撥水性複合メッキ皮膜
を備えた基材。 4.上記項1または2に記載の超撥水性複合メッキ皮膜
を備えた着雪・着氷防止材料。 5.メッキ液のpHにおいてカチオン性を示す界面活性剤
を含み且つテトラフルオロエチレン−パーフルオロアル
キルビニルエーテル共重合体微粒子を分散させた電解メ
ッキ液中で基板材表面に該微粒子を共析する複合メッキ
皮膜を形成させた後、複合メッキ皮膜を熱処理すること
を特徴とする、水に対する接触角が140度以上である超
撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材の製造方法。
脂{ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン共重合体(FEP)など}などは、自己潤滑性、
低摩擦性、撥水性、撥油性、非粘着性などに優れてい
る。これらフッ素含有材料中でも、特にPFAは、安価な
材料であり、またパーフルオロアルコキシ基を有してい
るので、非粘着性に優れている。従って、炊飯器の内釜
コーティング材、饅頭などの菓子類の成形型材として、
広く使用されている。
を金属中に含む共析複合メッキ皮膜は、その他のフッ素
含有材料微粒子を含む共析複合メッキ皮膜に比して、自
己潤滑性、低摩擦性、撥水性、撥油性、非粘着性などに
優れており、特にその著しく高度の撥水性に基づく着雪
・着氷防止効果が傑出していることが判明した。
に際しては、金属などの基板材の表面にマトリックス金
属を析出させ得る公知の無電解メッキ法および電解メッ
キ法を採用することができる。また、使用するメッキ液
についても、各種の公知の組成のメッキ液のいずれをも
使用できる。より具体的には、例えば、特開昭49-27443
号公報、特開平4-329897号公報などに開示されているメ
ッキ手法に準じて、PFA微粒子をメッキ金属塩の水溶液
中に分散させ、基板材上にマトリックス金属とともにPF
A微粒子を共析させて、非金属であるPFAの固有の性質と
マトリックスである金属固有の性質とを併せ持ち且つ両
者の性質の相乗的作用に基づく特有の効果を発揮する複
合メッキ皮膜を形成させれば良い。
メッキ皮膜中のマトリックスとなる金属としては、例え
ば、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、鉄、鉛、カドミウム、
クロム、貴金属類およびそれらの合金など何れも使用す
ることができる。これら金属を含むメッキ液は、各種の
組成のものが公知となっており、本発明では、これらの
公知のメッキ液のいずれをも用いることができる。
るためのメッキ液(以下複合メッキ液という)に添加す
るPFA微粒子の粒径は、特に限定されるものではない
が、複合メッキ皮膜全体の膜厚よりも大きい場合には、
摩擦によりメッキ面から粒子が脱落するので、メッキ皮
膜厚よりも小さい微粒子を使用することが望ましい。本
発明による複合メッキ皮膜の厚さは、基板材の材質、用
途および形状、マトリックス金属の種類などにより異な
るが、通常1〜50μm程度である。従って、PFA微粒子の
粒径は、所望の複合メッキ皮膜の厚さをも考慮して定め
れば良いが、通常平均2μm程度であり、平均1μm以下の
ものがより好ましい。また、複合メッキ液中および複合
メッキ皮膜中でのPFA微粒子の分散の均一性を確保する
ために、30μm以上の粗大粒子を含まないことが望まし
い。複合メッキ液中のPFA微粒子の添加量は、特に限定
されないが、通常200g/l程度以下、好ましくは1〜100g/
l程度である。
キ皮膜においては、共析物の体積分率が大きくなるほ
ど、メッキ層と基材との密着性は低下する。本発明にお
いても、メッキ皮膜と基板材との密着性を考慮すれば、
複合メッキ皮膜中の共析物(PFA微粒子)の体積分率
は、60%程度が限度である。一方、PFA微粒子の体積分
率が低すぎる場合には、撥水性および着雪・着氷防止効
果の改善が十分に行なわれない。従って、本発明におい
ては、複合メッキ皮膜中のPFA微粒子の体積分率は、通
常10〜60%程度、より好ましくは25〜40%程度とする。
ステンレス鋼、一般鋼、アルミニウム、アルミニウム合
金などの金属類が用いられる。また、樹脂類、炭素材な
どの表面に公知の下地金属メッキ層(ニッケルメッキ
層、銅メッキ層など)を形成した表面金属化基板を使用
することもできる。
ための複合メッキ液では、撥水性が非常に高いPFA微粒
子をメッキ液中に均一に分散させ且つ完全に濡れた状態
とする必要があるので、界面活性剤を用いる。界面活性
剤としては、例えば、水溶性のカチオン系、非イオン系
およびメッキ液のpH値においてカチオン性を示す両性界
面活性剤を用いることができる。この場合、カチオン系
界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩、第2およ
び3アミン類などが挙げられ、非イオン系界面活性剤と
しては、ポリエチレンイミン系、エステル系のものなど
が挙げられ、両性界面活性剤としては、カルボン酸系、
スルホン酸系のものなどが挙げられる。特に、分子中に
C-F結合を有するフッ素系界面活性剤を用いることが好
ましい。
A微粒子1gに対し、通常1〜500mg程度の範囲内であり、
より好ましくは1〜100mg程度である。
一次光沢剤、二次光沢剤、メッキ皮膜着色のための顔料
などの公知の添加剤をさらに配合することができる。
るに際しては、PFA微粒子を均一に分散させるために、
複合メッキ液を撹拌しつつメッキ操作を行なうことが好
ましい。撹拌方法は特に限定されず、通常の機械的撹拌
手段、例えばスクリュ−撹拌、マグネチックスタ−ラ−
による撹拌などの方法を採用することができる。
合メッキ液の種類などに応じて、適宜定めれば良く、一
般に通常の複合メッキ法において採用されていると同様
の液温、pH値、電流密度などから選択すればよい。
は、必ずしも基板材上に直接形成する必要はない。例え
ば、上述の表面金属化基板上に共析複合メッキ皮膜を形
成しても良く、或いは銅、アルミニウムなどの金属基板
材上に公知の下地メッキ層(例えば、ニッケルメッキ、
銅メッキなど)を形成した後、同様にして共析複合メッ
キ皮膜を形成しても良い。
上に形成した共析複合メッキ皮膜を熱処理することが好
ましい。熱処理温度は、基板材が金属である場合には、
50〜320℃程度、より好ましくは225〜300℃程度の温度
範囲である。この熱処理により、複合メッキ皮膜の表面
撥水性および着雪・着氷防止特性が著しく改善される。
熱処理温度が低すぎる場合には、十分な特性改善を得る
ために処理時間を長くする必要があり、一方、熱処理温
度が高すぎる場合には、PFAの融点を超えるので、複合
メッキ皮膜の劣化、変色、褪色などを生じるおそれがあ
る。熱処理時間は、特に限定されるものではないが、通
常10〜30分間程度でよい。
には、熱処理は、50℃以上でかつ基板材が変形したり、
複合めっき層に割れを生じない温度を上限として行うこ
とが望ましい。
合メッキ皮膜の撥水性などが著しく改善される理由は、
未だ十分に解明されていないが、主に、複合メッキ皮膜
表面の熱的改質、界面活性剤の除去(熱分解、蒸発、昇
華などによる)などによる濡れ性の低下などによるもの
と推測される。
メッキ皮膜は、基本的に非金属であるPFAの固有の性質
とマトリックス金属の固有の性質とを兼ね備えるととも
に、両者の性質の相乗的作用に基づく著しい性質の改善
を呈する。
先ず、PFAに由来する高度の潤滑性、耐摩耗性、防汚性
などを有し、さらに著しく改善された撥水性、着雪・着
氷防止性、耐久性、耐熱性、耐薬品性などを発揮する。
クス金属に由来する高硬度、高強度、高熱伝導性、高電
気伝導性などを備え、且つ各種の基板材に対する優れた
密着性を発揮する。
特徴とするところをより一層明確にする。
法により行った。 (1)PFA共析率 メッキ皮膜を形成したSUS430試験片を硝酸水溶液(硝
酸:水容量比=1/1)に浸漬して、メッキ皮膜を溶解した
後、メンブランフィルター(平均孔径=0.1μm)を用いて
濾過した。次いで、このメンブランフィルターを乾燥機
に入れ、100℃で20分間乾燥した後、1時間デシケータ中
で冷却して、重量をはかり、PFA共析率を算出した。 (2)接触角 FACE接触角測定器(協和界面化学(株)製、“CA-A”型)
を用いて、液適法により、水の接触角を測定した。 (3)密着力試験(JIS K5400) 実施例1および2における密着力試験は、メッキ皮膜を
形成したSUS430試験片に1cm2当たり100個のごばん目を
形成し、下記の各条件下に放置した後、常温に戻し、セ
ロファン粘着テープにより、圧着剥離試験を行った。 (a)250℃で2時間放置 (b)-10℃で2時間放置 (c)(200℃で1時間放置→-10℃で1時間放置)×10サイク
ル 密着力試験結果において、“100/100”とあるのは、剥
離が生じなかったことを示し、“50/100”とあるのは、
ごばん目の半数が剥離したことを示す。 (4)衝撃変形試験(JIS K5400) 20℃でデュポン方式により衝撃試験を行って、変形した
部分の塗面の損傷を確認した。
のごばん目を形成し、下記の薬品或いは材料に96時間浸
漬し、4時間ごとに試験片を取り出し、水洗を行った
後、変色および剥がれの有無を肉眼で確認するととも
に、セロファン粘着テープにより、圧着剥離試験を行っ
た。 (a)ラッカーシンナー (b)界面活性剤(商標“ファミリーフレッシュ”、花王
(株)製) (c)カレー(商標“ククレカレー辛口”、ハウス食品
(株)製) (d)こいくち醤油(キッコーマン(株)製) (e)台所用漂白剤(商標“キッチンハイター”、花王
(株)製)15%水溶液 (f)台所用漂白剤(商標“キッチンハイター”、花王
(株)製)100% 圧着剥離試験の判定基準は、上記(3)と同様である。 (6)耐摩耗性試験 先端にナイロンたわしを取り付けた棒を600rpmで回転さ
せながら、荷重500gde1分間押しつけた後、傷の有無を
肉眼で確認した。
とカチオン性界面活性剤として第4級パ−フルオロアン
モニウム塩{商標“メガファックF150”、大日本インキ
化学(株)製、(C8F17SO2NH(CH2)3N+(CH3)3・Cl-)}
4.5gを下記の組成を有するニッケル電解メッキ液3リッ
トルに添加して、複合電解メッキ液を調製した。スルファミン酸ニッケル電解浴組成 スルファミン酸ニッケル 360g/l 塩化ニッケル 45g/l ほう酸 30g/l 一方、負極としてのSUS430試験片(50mm×50mm×0.5mm)
を脱脂した後、下記の組成を有するウッド浴を用いて、
液温25℃、電流密度10A/dm2 の条件下に2分間下地ニッ
ケルストライクメッキ処理を行った。ウッド浴組成 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l 次いで、上記の試験片を液温50℃、pH4.2、電流密度2A/
dm2 の条件下にスクリュー撹拌しつつ、膜厚が10μmと
なるまで電解メッキを行って、ニッケル/PFA複合メッキ
皮膜を形成させた。得られた複合メッキ皮膜を有する試
験片を水洗し、乾燥した。複合メッキ皮膜中のPFA共析
率を求めたところ、35容量%であった。得られたニッケ
ル/PFA複合メッキ皮膜を有する試験片を熱風循環式乾燥
炉中所定温度で30分間加熱した後、常温で1時間放置し
た。
水性(接触角)、密着力、耐衝撃変形性、耐薬品性および
耐摩耗性を下記の表1に示す。
含有共析複合メッキ皮膜は、極めて優れた撥水性、密着
性、耐熱衝撃変形性、耐薬品性、耐摩耗性などを備えて
いることが明らかである。特に、本発明による複合メッ
キ皮膜を50〜320℃の間で熱処理する場合には、水の接
触角が140度を超える超撥水性を示すことがわかる。
とカチオン性界面活性剤{商標“メガファックF150”、
大日本インキ化学(株)製}4.5gとを下記の組成を有
する亜鉛電解メッキ液3リットルに添加して、複合電解
メッキ液を調製した。硫酸亜鉛電解浴組成 硫酸亜鉛 288g/l 塩化アンモニウム 27g/l ほう酸 30g/l 一方、負極としてのSUS430試験片(50mm×50mm×0.5mm)
を脱脂し、塩酸洗浄した後、液温30℃、pH4.2、電流密
度2A/dm2の条件下にスクリュー攪拌しつつ、膜厚が10μ
mとなるまで電解メッキを行って、亜鉛/PFA複合メッキ
皮膜を形成させた。得られた複合メッキ皮膜を有する試
験片を水洗し、乾燥した。複合メッキ皮膜中のPFA共析
率を求めたところ、33容量%であった。
試験片を熱風循環式乾燥炉中所定温度で30分間加熱した
後、常温で1時間室内に放置した。
水性(接触角)、密着力、耐衝撃変形性、耐薬品性および
耐摩耗性を下記の表2に示す。
共析複合メッキ皮膜は、極めて優れた撥水性、密着性、
耐熱衝撃変形性、耐薬品性、耐摩耗性などを備えている
ことが明らかである。特に、本発明による複合メッキ皮
膜を50〜320℃の間で熱処理する場合には、水の接触角
が140度を超える超撥水性を示すことがわかる。
めっきを行った後、実施例1と同様にして、電解めっき
を行った。
/lと硫酸400g/lとを含むエッチング液に70℃で10分間浸
漬して表面エッチングを行い、水洗した。
塩酸水溶液に25℃で2分間浸漬した後、水洗した。
ラジウム0.2g/l、塩化第1スズ15g/lおよび濃塩酸200ml
/lを含むキャタリスト液に25℃で3分間浸漬し、水洗し
た後、15%硫酸水溶液に40℃で5分間浸漬し、水洗し
た。
下記組成の無電解ニッケルめっき液にpH8.5、温度35℃
の条件で10分間浸漬して、導電性を付与するためのニッ
ケルめっき層を形成した。無電解ニッケルめっき浴組成 硫酸ニッケル 240g/l 次亜リン酸アンモニウム 20g/l クエン酸アンモニウム 50g/l かくして得られた無電解ニッケルめっき層を有する試験
片を用いて、実施例1と同様の手法により、ニッケルス
トライクめっき層およびニッケル/PFA微粒子含有共析複
合メッキ皮膜(10μm)を順次形成させた。
する試験片を熱風循環式乾燥炉中所定温度(50℃および7
5℃)で30分間加熱した後、常温で1時間室内に放置し
た。本実施例において、加熱温度の上限を75℃としたの
は、75℃を超える温度での熱処理を行う場合には、ABS
樹脂が変形を生じたり、ニッケル/PFA複合メッキ皮膜と
基材であるABS樹脂との熱膨張係数の差が大きく異なる
ため、メッキ皮膜に割れを生じるからである。
ッキ皮膜を形成したABS樹脂試験片に1cm2当たり100個の
ごばん目を形成し、下記の各条件下に放置した後、常温
に戻し、セロファン粘着テープにより、圧着剥離試験を
行った。 (a)75℃で2時間放置 (b)-10℃で2時間放置 (c)(75℃で1時間放置→-10℃で1時間放置)×10サイクル それぞれの温度で熱処理した各試験片の撥水性(接触
角)、密着力、耐衝撃変形性、耐薬品性および耐摩耗性
を下記の表3に示す。
子含有共析複合メッキ皮膜は、極めて優れた撥水性、密
着性、耐熱衝撃変形性、耐薬品性、耐摩耗性などを備え
ていることが明らかである。また、本実施例による複合
メッキ皮膜を基材の熱変形を生じない範囲の温度で熱処
理する場合には、水の接触角が140度を超える超撥水性
を示すことがわかる。
(株)製)を使用する以外は実施例1と同様な手法によ
り、SUS430試験片表面にニッケル/PTFE複合メッキ皮膜
を形成させた。複合メッキ皮膜中のPTFE共析率を求めた
ところ、35容量%であった。
有する試験片を熱風循環式乾燥炉中所定温度で30分間加
熱した後、常温で1時間放置した。
水性(接触角)、密着力、耐衝撃変形性、耐薬品性および
耐摩耗性を下記の表4に示す。
メッキ皮膜では、本発明によるニッケル/PFA複合メッキ
皮膜とは異なって、熱処理による撥水性の著しい改善が
認められない。
(株)製)を使用する以外は実施例1と同様な手法によ
り、SUS430試験片表面にニッケル/FEP複合メッキ皮膜を
形成させた。複合メッキ皮膜中のFEP共析率を求めたと
ころ、34容量%であった。
する試験片を熱風循環式乾燥炉中所定温度で30分間加熱
した後、常温で1時間放置した。
水性(接触角)、密着力、耐衝撃変形性、耐薬品性および
耐摩耗性を下記の表5に示す。
ッキ皮膜においても、本発明によるニッケル/PFA複合メ
ッキ皮膜とは異なって、熱処理による撥水性の著しい改
善が認められない。
Claims (5)
- 【請求項1】テトラフルオロエチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体微粒子を分散含有してお
り、熱処理後に水に対する接触角が140度以上である超
撥水性複合メッキ皮膜。 - 【請求項2】テトラフルオロエチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体微粒子の平均粒径が2μm
以下である請求項1に記載の超撥水性複合メッキ皮膜。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の超撥水性複合メ
ッキ皮膜を備えた基材。 - 【請求項4】請求項1または2に記載の超撥水性複合メ
ッキ皮膜を備えた着雪・着氷防止材料。 - 【請求項5】メッキ液のpHにおいてカチオン性を示す界
面活性剤を含み且つテトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体微粒子を分散させ
た電解メッキ液中で基板材表面に該微粒子を共析する複
合メッキ皮膜を形成させた後、複合メッキ皮膜を熱処理
することを特徴とする、水に対する接触角が140度以上
である超撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材の製造方
法。
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---|---|---|---|
JP18001298A JP3673889B2 (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | 超撥水性複合メッキ皮膜、超撥水性複合メッキ皮膜を備えた基材およびその製造法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106414807A (zh) * | 2015-05-29 | 2017-02-15 | Facility有限公司 | 镀镍液、固体微粒附着金属线的制造方法和固体微粒附着金属线 |
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1998
- 1998-06-26 JP JP18001298A patent/JP3673889B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN106414807A (zh) * | 2015-05-29 | 2017-02-15 | Facility有限公司 | 镀镍液、固体微粒附着金属线的制造方法和固体微粒附着金属线 |
CN106414807B (zh) * | 2015-05-29 | 2018-07-27 | Facility有限公司 | 镀镍液、固体微粒附着金属线的制造方法和固体微粒附着金属线 |
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