JP2003083376A

JP2003083376A - 板ばね及びその製造方法

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Publication number: JP2003083376A
Application number: JP2001271920A
Authority: JP
Inventors: Hironori Maruyama; 裕規丸山; Michihiro Kiyota; 三千博清田
Original assignee: Mitsui Kinzoku Paints and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Paints and Chemicals Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】有機溶剤等を使用することがなく、基材表面
に亜鉛等の金属皮膜を形成し、さらに、その上の上塗り
に無公害の塗料で塗装することにより、所期の防食性の
優れた板ばね及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属基材にブラスト法又は低温溶射法で
亜鉛及び／又は亜鉛基合金の金属皮膜と、その上に無公
害塗料である粉体塗料又は水性塗料による塗膜を有する
板ばねである。また、金属基材に亜鉛及び／又は亜鉛基
合金とブラスト部材の混合物を噴き付けて、または、シ
ョットピーニングによる表面処理後、亜鉛及び／又は亜
鉛基合金を低温溶射法で噴き付けて金属皮膜を形成し、
その上に粉体塗料又は水性塗料を塗布する板ばねの製造
方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環境負荷が少なく
無公害の防食性を有する板ばねに関する、特に、物性品
質に影響の少ない防食金属皮膜を有する板ばね及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、防食された板ばねは、例えば、ば
ね鋼材を用いる場合は、次の工程で製造されていた。金
属基材（以下、単に「基材」と記す。）を熱間又は冷間
成形して、焼き入れ・焼き戻しの熱処理を終了した後
に、熱処理で基材表面に生成された酸化物を除去するた
めと基材表面に圧縮応力を残留させて疲労強度を高め、
また、表面からの割れの発生を防止するためにいわゆる
ショットブラストピーニングを行う。このショットブラ
ストピーニングは、硬質の微粒投射物を高速で目的物に
投射する方法である。その後、基材を溶剤型の亜鉛粉末
塗料溶液中に浸漬するいわゆるディップ塗装法で、亜鉛
被覆を形成し、次に、基材を数枚組み立て後、防食のた
めに上塗りをスプレー塗装して板ばねを製造している。

【０００３】板ばねは、トラック、鉄道車両の懸架装置
に広く利用されており、野外等の使用環境から、高度な
防食性が要求されている。また、板ばねの組立形状から
防食のための塗膜厚が６０μｍ以下の薄い膜が要求され
ている。従って、これらの要求を満足するために、現時
点では、亜鉛による下塗りは必須の構成要件である。し
かし、亜鉛金属皮膜を形成する溶融メッキ法のディップ
塗装法では、溶融した亜鉛を作製するための炉が必要な
ためにコストを低減することが困難で、また、亜鉛の融
点４０９℃以上にばね材も加熱するために基材の劣化を
招く場合がある。その他の方法、例えば、湿式の電気メ
ッキ法では、メッキの過程で生ずる水素原子が基材中に
侵入し水素脆性により割れが生ずることがあり、実用的
には耐久性、経済性に不具合が生ずる。

【０００４】そのために、例えば、亜鉛及び／又は亜鉛
基合金粉末を添加した有機溶剤を含む樹脂を基材に塗装
する板ばねが提案されている。この板ばねは、防食性に
優れており、この点では、板ばねの亜鉛金属皮膜に要求
される防食性は有している。しかしながら、有機溶剤を
含むために、消防法や労働安全衛生法等による揮発性有
機化合物（ＶＯＣ）規制を満足することができないとい
う問題点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記問題点に鑑みてなされたものであり、有機溶剤等を使
用することがなく、基材表面に亜鉛等の金属皮膜を形成
し、さらに、その上の上塗りに無公害の塗料で塗装する
ことにより、所期の防食性の優れた板ばね及びその製造
方法を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、金属基材にブラスト法又
は低温溶射法で亜鉛及び／又は亜鉛基合金の金属皮膜
と、その上に無公害塗料による塗膜を有する板ばねであ
る。請求項２に記載の発明は、前記無公害塗料が、粉体
塗料又は水性塗料である請求項１に記載の板ばねであ
る。請求項３に記載の発明は、金属基材を亜鉛及び／又
は亜鉛基合金とブラスト部材の混合物を噴き付けて金属
皮膜を形成し、その上に粉体塗料又は水性塗料を塗布す
る板ばねの製造方法である。請求項４に記載の発明は、
金属基材をショットピーニングによる表面処理後、亜鉛
及び／又は亜鉛基合金を低温溶射法で噴き付けて金属皮
膜を形成し、その上に粉体塗料又は水性塗料を塗布する
板ばねの製造方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。鋼材等の金属基材上に、亜鉛及び／又は
亜鉛基合金（以下、「亜鉛等」と記すことがある。）の
金属皮膜、無公害塗料による塗料塗膜から構成されてい
る。金属基材としては、すべてのばね用の材料を用いる
ことができる。具体的には、ばね鋼、硬鋼線、ピアノ
線、オイルテンパー線、ステンレス鋼線、黄銅線、洋白
線、リン青銅線、バリウム銅線等から適宜選択すること
ができる。これらの金属基材の形状は、コイルばね、ト
ーションバー、スタビライザー、重ね板ばね、板ばね、
圧縮ばね等の形状を適宜選択することができる。ばねの
種類は、重ね板ばね、補助ばね、薄板ばね、皿ばねに用
いることができる。この中で、特に、防食性、ばね強度
から鋼材の板ばねが好ましい。

【０００８】金属皮膜の金属としては、亜鉛及び／又は
亜鉛基合金を用いる。亜鉛基合金としては、マグネシウ
ム、アルミニウム、鉛、錫、銅、アンチモン等のいずれ
か１種以上を含む合金を用いる。特に、亜鉛：アルミニ
ウム＝１００：０〜５０：５０の亜鉛又は亜鉛−アルミ
ニウム合金、亜鉛：マグネシウム＝１００：０〜８５：
１５の亜鉛又は亜鉛−マグネシウム合金、亜鉛：錫＝１
００：０〜５０：５０の亜鉛又は亜鉛−錫合金が好まし
い。亜鉛の融点を下げ、金属皮膜の形成を容易にし、ま
た、基材の金属への熱の影響を軽減できる。

【０００９】亜鉛等を基材上に金属皮膜を形成する方法
としては、水、有機溶剤等の溶媒を使用しない乾式法の
ブラスト法、低温溶射法がある。ブラスト法は、噴出さ
せる媒体のブラスト材に圧力を加え、ノズルより噴出さ
せて加速し、基材に衝突させる加工法であり、本発明
は、ブラスト材と同時に亜鉛等の粉体粒子の混合物を同
時に噴出させることで、密着性の高い金属皮膜を形成す
ることができる。ブラスト材にはスチールショット、砥
粒、ガラスビーズ、鋳鉄グリッド、アルミナグリッドを
用いる。従来は、金属皮膜を形成する前にショットピー
ニングで砥粒又はスチールショットで基材表面の酸化物
や汚れを除去し、かつ圧縮応力を残留させて、その後金
属皮膜を形成していた。本発明では、基材表面の酸化物
等の除去、圧縮残留応力の形成と金属皮膜の形成を同時
に行うことができる。さらに、湿式メッキ法のように水
素原子が基材中に侵入することがないために、水素によ
る割れの発生を防止することができる。

【００１０】低温溶射法は、亜鉛等の粉体粒子を溶融し
ない温度範囲１５℃〜２００℃に加熱して、基材表面に
吹き付ける加工法で、密着性の高い金属皮膜を形成する
ことができる。溶融しない温度にすることで、亜鉛等の
酸化を防ぎ、酸化物が形成されるのを防止して、耐久性
を低下させることなく金属皮膜を形成することができ
る。ここでは、基材を熱処理し、次にショットピーニン
グで酸化物等除去した後に低温溶射法で金属皮膜を形成
する。この亜鉛等の金属皮膜は、１０μｍ〜３０μｍの
範囲が好ましい。塗膜の厚さが、１０μｍ未満では亜鉛
等の犠牲陽極効果によって減少して行くために、長期間
の防食性が不十分であり、３０μｍを越えると厚さの割
に効果の向上が少なく、処理回数が増え、作業性及び経
済性において不利である。

【００１１】本発明の板ばねは、金属皮膜の上に無公害
塗料による塗膜を有する。ここで、無公害塗料とは、有
機溶剤を用いない塗料であり、粉体塗料、水性塗料、無
溶剤塗料、電着塗料等があるが、特に、粉体塗料と水性
塗料が好ましい。粉体塗料は、エポキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹
脂等を用いることができる。また、イソシアネート、ア
ミン、ポリアミド、イミダゾール、酸無水物等の硬化剤
を添加する。さらに、必要により硫酸バリウム、炭酸カ
ルシウム、酸化アルミニウム等の充填剤、カーボンブラ
ック、酸化鉄等の顔料、さらに消泡剤を含有させること
ができる。この粉体塗料は、特に、有機溶剤を含む溶媒
を使用しないために、排水処理を必要とせず、また、塗
装中の臭気も発生しない。

【００１２】粉体塗料の塗装方法は、吹き付け塗り、流
動浸漬塗り等から適宜選択することができ、特に限定さ
れない。塗装後は、焼付処理をすることが必要である。
この塗膜の厚さは、２０μｍ〜５０μｍの範囲が好まし
い。塗膜の厚さが、２０μｍ未満では防食性が不十分で
あり、５０μｍを越えると経済的に不利である。

【００１３】また、無公害塗料として水性塗料を用いる
ことができる。水性塗料は、水性溶媒中に、樹脂、乾性
油、樹脂ワニス、ラッカー等を乳化剤で分散させたエマ
ルジョン塗料、分子中に２個以上のカルボン酸基を有す
るポリカルボン酸樹脂のカルボン酸基をアンモニア、有
機アミン、アルカリ金属化合物等で中和し、ポリカルボ
ン酸樹脂を水溶性にして溶解させた水溶性塗料がある
が、いずれであってもよい。

【００１４】水性塗料の塗装方法は、ブラシ塗り、ロー
ラブラシ塗り、吹き付け塗り、エアースプレー塗り等か
ら適宜選択することができ、特に限定されない。塗装後
は、常温乾燥及び焼付乾燥をすることが好ましい。この
塗膜の厚さは、２０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましい。
塗膜の厚さが、２０μｍ未満では防食性が不十分であ
り、５０μｍを越えると経済的に不利である。

【００１５】また、ブラスト法及び低温溶射法の乾式法
で得られる金属皮膜は、平滑な表面ではなく、凸凹又は
細孔が残るが、この金属皮膜の上に無公害塗料で塗膜を
形成するときに、金属皮膜による投錨効果によって金属
皮膜と塗料塗膜との密着性を高く、層間剥離が生じにく
い板ばねを得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の最適な実施例を説明する。（実施例１）図１は、大型トラック用の重ね板ばねの構
造を示す図である。この重ね板ばねの１枚の鋼材（ＪＩ
ＳＳＵＰ７：１７５０×８０×２５ｍｍ）を熱処理し
た基材にブラスト法で金属皮膜を形成する。ここでは、
直径２ｍｍ以下のスチールショット、亜鉛：７５％とア
ルミニウム：２５％の亜鉛−アルミニウム合金の直径２
ｍｍの粉体粒子を５０：５０の割合の混合物を、３〜６
ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で噴き付けて、金属皮膜の厚さを２
０μｍにした。次に、エポキシ樹脂（商品名：エピコー
ト１００４、油化シェルエポキシ（株）社製）、硬化剤
（商品名：アミキュアＡＨ−１５４、味の素ファインテ
クノ（株））、充填剤として硫酸バリウム粉末（商品
名：硫酸バリウム＃１００、堺化学工業（株）社製）、
顔料としてカーボンブラック（商品名：ラーベン＃４５
０、コロンビアンカーボン（株）社製）を計量混合し、
押し出し機で溶融混合した後、得られた固型物を粉砕し
て調整した粉体塗料を、１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ ^２の
圧力でスプレー塗装して、塗膜厚３５μｍの塗膜を形成
した。その後、１５０℃、２０分間の熱処理をして、３
枚に重ねて組み立てて板ばねを製造した。このようにし
て得られた板ばねを防錆性と耐腐食疲労性を評価した。
その結果を表１に示す。

【００１７】なお、防錆性は、ＪＩＳＺ５４００に従
って、６００時間の塩水噴霧試験をおこない、次の基準
で評価した。錆の発生が全く認められない場合は
「○」、部分的に錆の発生が認められる場合は「△」、
全面に錆の発生が認められる場合は「×」とした。実用
的には、「△」まで許容範囲である。また、耐腐食疲労
性は、ＪＩＳＺ５４００に従って、４８時間の塩水噴
霧試験をおこなった後、２，２５０±１，３５０ｋｇの
荷重で、５０，０００回加振する操作を１サイクルとし
て、損傷が生ずるまでの回数を測定し、次の基準で評価
した。３０万回以上で損傷が生じた場合は「○」、１８
万回以上で損傷が生じた場合は「△」、１８万回未満で
損傷が生じた場合は「×」とした。実用的には、「△」
まで許容範囲である。

【００１８】（実施例２）重ね板ばねの１枚の鋼材（Ｊ
ＩＳＳＵＰ７：１７５０×８０×２５ｍｍ）を熱処理
した基材にスチールショットによるショットピーニング
をし、次に低温溶射法で金属皮膜を形成する。ここで、
ショットピーニングは、直径２ｍｍ以下のスチールショ
ットを３〜６ｋｍ／ｃｍ^２の圧力で噴き付けて行った。
低温溶射法は、溶射材として亜鉛：９０％とマグネシウ
ム：１０％の亜鉛−マグネシウム合金の直径２ｍｍの粉
体粒子を３〜６ｋｍ／ｃｍ^２の圧力で噴き付けて、金属
皮膜の厚さを２０μｍにした。次に、アクリル樹脂（商
品名：カネビノールＫＤ−７、日本エヌエスシー（株）
社製）、消泡剤（商品名：デヒドラン１６２０、サンノ
プコ（株）社製）、顔料としてカーボンブラック（商品
名：ラーベン＃４５０、コロンビアンカーボン（株）社
製）、分散剤（商品名：ＢＹＫ−１８４、ビックケミー
（株）社製）を計量混合した水性塗料を、スプレー塗装
して、塗膜厚４０μｍの塗膜を形成した。その後、８０
℃、２５分間加熱乾燥後の常温で、３枚に重ねて組み立
てて板ばねを製造した。このようにして得られた板ばね
を防錆性と耐腐食疲労性を評価した。その結果を表１に
示す。

【００１９】（比較例１）重ね板ばねの１枚の鋼材（Ｊ
ＩＳＳＵＰ７：１７５０×８０×２５ｍｍ）を熱処理
した基材にスチールショットによるショットピーニング
し、次に電気メッキ法で金属皮膜を形成した。電気メッ
キ法の条件は、酸性亜鉛メッキ浴としてはＮａＣｌ溶液
に塩化亜鉛と塩化アルミニウムを溶解させ、ＮａＣｌを
用いてｐＨ３．５にし、そのメッキ浴に基材を浸漬し
て、１〜１５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、常温〜３５℃の
浴温で処理して亜鉛の金属皮膜を形成した。次に、実施
例２と同じ水性塗料で、金属皮膜状に塗膜を形成して板
ばねを製造した。このようにして得られた板ばねを防錆
性と耐腐食疲労性を評価した。その結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、実施例１と実施
例２の乾式法で金属皮膜を形成した板ばねは、防錆性と
耐腐食疲労性は「○」であった。しかし、湿式の電気メ
ッキ法で金属皮膜を形成した比較例１では、防錆性と耐
腐食疲労性は「×」であった。特に、耐腐食疲労性は約
５万回で損傷が生じた。このことから、本発明のブラス
ト法及び低温溶射法で亜鉛等の金属皮膜を形成し、その
上に粉体塗料又は水性塗料で塗膜を形成した板ばねで
は、耐久性に優れていることがわかる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の板ばねで
は、乾式法による亜鉛及び／又は亜鉛基合金の金属皮膜
により板ばねの防錆性に優れており、自動車、車両鉄道
の懸架装置の板ばね等に長期間使用されても錆を発生す
ることがない。また、基材のばね材を加熱することがな
く耐腐食疲労性に優れており、長期間の荷重によっても
損傷を生じることのない板ばねを提供することができ
る。有機溶剤を用いない粉体塗料や有機溶剤を用いる量
の少ない水性塗料を用いることで、乾式法による金属被
膜との密着性の高い塗膜を有する板ばねを提供すること
ができる。さらに、乾式法による金属被膜の形成によ
り、湿式法による溶液を処理するための排水処理設備を
必要とせず、また、有機溶剤を使用しない粉体塗料等を
用いることで排水処理の設備、費用等を低減することが
でき、また、ＶＯＣ規制をクリアして臭気等の作業環境
を改善することができる板ばねの製造方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】大型トラック用の重ね板ばねの構造を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 24/08 Ｃ２３Ｃ 24/08 Ｂ 28/00 28/00 ＡＦターム(参考） 3J059 AB06 BA14 BB01 BC02 BD01 EA08 EA09 GA02 GA50 4D075 AE03 BB04X BB04Y BB83Y CA33 DA01 DA06 DB02 DB04 DB06 DC13 EA02 EA06 EA07 EA13 EB01 EB20 EB22 EB32 EB33 EB35 EB38 EB39 EB45 4K031 AA08 AB02 BA04 CB20 CB39 DA08 EA12 FA09 4K044 AA02 AA03 AA06 AB04 BA10 BA21 BB03 BC02 CA07 CA11 CA23 CA24 CA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基材にブラスト法又は低温溶射法で
亜鉛及び／又は亜鉛基合金の金属皮膜と、その上に無公
害塗料による塗膜を有することを特徴とする板ばね。
【請求項２】前記無公害塗料が、粉体塗料又は水性塗
料であることを特徴とする請求項１に記載の板ばね。
【請求項３】金属基材に亜鉛及び／又は亜鉛基合金と
ブラスト部材の混合物を噴き付けて金属皮膜を形成し、
その上に粉体塗料又は水性塗料を塗布することを特徴と
する板ばねの製造方法。
【請求項４】金属基材にショットピーニングによる処
理をした後、亜鉛及び／又は亜鉛基合金を低温溶射法で
噴き付けて金属皮膜を形成し、その上に粉体塗料又は水
性塗料を塗布することを特徴とする板ばねの製造方法。