JP2006307157A5 - - Google Patents

Description

電着塗装材料、電着塗膜、摺動部材、及びカードリーダ

本発明は、電着塗装によって塗膜対象物を塗膜する際に用いられる電着塗装材料、電着塗膜、摺動部材、及びカードリーダに関するものである。

従来より、外観、防錆、絶縁などの観点から、例えば電子機器としてのカードリーダの構成部品には、有機塗膜が形成されるのが一般的であるが、近年の電子機器の小型化・高精度化に伴い、その有機塗膜の薄膜化の要請は益々強くなってきている。

有機塗膜を形成する手法として、電着塗装がある。これは、電気泳動反応によって電着塗装対象物（ワーク）表面に電着樹脂材料を堆積させ、後処理における乾燥・硬化によって塗装塗膜を形成するものであるため、通電量によって膜厚を制御することができ、容易に薄膜化できる手法であるといえる。また、この電着塗装によれば、薄膜化が容易になるのみならず、二次加工による寸法出しを省略できたり、塗料が無駄にならなかったり、下地との密着力が強化できたり、膜均一性が良好になったり、といった様々な利益を享受することができる。

このようなことから、近年、有機塗膜を形成する手法として、多くの利点を有する電着塗装が脚光を浴びつつある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０８０５０号公報（段落番号［００５４］）

しかしながら、従来からの電着塗装材料は、そのベース材料として、アクリル−メラミン系材料、エポキシ−メラミン系材料、アルキド−メラミン系材料、アクリル−ウレタン系材料といった樹脂材料が用いられており、耐熱性・摺動性（耐摩耗性）に欠けるものであった。すなわち、電着塗装によって有機塗膜（：電着塗膜）を形成した表面に、樹脂、金属、セラミックといった相手部材を摺動させると、約１５０度以上の摩擦熱が発生し、ある温度以上の条件下では焼付き現象を増長することがあった。

また、電着塗装によって形成された有機塗膜（電着塗膜）は、導電性が低く、接触部材の摺動によって帯電した電荷がなかなか放電せず、電着塗装が施された部品の上位装置である機器に悪影響を与えるおそれがある。

このように、従来からの電着塗装材料は、摺動性や放電性を必要としない限定的な用途に用いられることが多く、汎用性が低いのが最大の欠点であった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性・放電性を有するのは勿論のこと、摺動性をも有することで、汎用性の高い電着塗装材料を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、その耐熱性・摺動性・放電性を担保するために、耐熱性のある樹脂材料に固体潤滑剤と導電性無機フィラーを添加し、さらに電着塗装材料の分散体を含む電着液のｐＨを管理したことを特徴とする。

より具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

本発明は、耐熱性樹脂材料をベース材料とし、固体潤滑剤と導電性無機フィラーとが添加されている電着塗膜の電着塗装材料であって、前記電着塗装材料の分散体を含む電着液のｐＨが、酸性の管理幅内で維持されることを特徴とする。

この発明によれば、電着塗装材料は、耐熱性樹脂材料からなるベース材料に、固体潤滑剤と導電性無機フィラーが添加されたものであって、さらに、電着塗装材料を分散体とした電着液のｐＨを、酸性の管理幅内に維持して電着させることから、固体潤滑材の塗膜析出量が限定でき、耐熱性・放電性のみならず、優れた摺動性を兼ね備えたものになる。具体的には、本発明では、酸性とは、ｐＨが３〜５の範囲と考えている。

すなわち、従来技術では、耐熱性を有する電着塗装材料は、特定部材（樹脂、金属、セラミックなど）に対して十分な摺動性を有していなかったため、物と物とが頻繁に接触・摺動する箇所への塗装には適していなかったが、本発明によれば、耐熱性と摺動性の両方を兼ね備えているため、かかる箇所への塗装にも適合するようになる。特に、摺動性に影響を及ぼす固体潤滑材の塗膜析出量を限定するには、電着塗装材料の分散体を含む電着液のｐＨを酸性の管理幅内で維持されるように管理するのみでよく、優れた摺動性を確保することができる。

また、従来は、電子機器の構成部品に物理的な加工を施す（例えば絶縁箇所を削る）などして、接触部材との摺動に起因して帯電する電荷を逃していたが、本発明によれば、導電性無機フィラーの作用によって電気伝導性を高めることができる結果、このような煩雑な加工作業が不要になり、ひいては電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができるようになる。

従って、電着塗装材料の用途を広げることができ、ひいては電着塗装材料の汎用性を高めることができる。

なお、固体潤滑剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデンや二硫化タングステンやグラファイトなど比較的層間距離の離れた層状分子構造を有するものを挙げることができる。

また、導電性無機フィラーは、電気伝導性のみならず、自己潤滑性や耐摩耗性を有するものもあり、上述した電着塗装材料の摺動性を更に向上させることができるものである。

また、耐熱性樹脂材料をベース材料とし、固体潤滑剤と導電性無機フィラーとが添加されている電着塗膜の電着塗装材料であって、前記電着塗装材料の分散体を含む電着液のｐＨが、３．２〜４．５の管理幅内で維持されることが好ましい。

この発明によれば、電着塗装材料を分散体とした電着液のｐＨを、３．２〜４．５の管理幅内に維持して電着させることから、固体潤滑材の塗膜析出量が限定でき、耐熱性・放電性のみならず、優れた摺動性を兼ね備えたものになる。

また、本発明は、前記耐熱性樹脂材料としてポリイミドを用い、前記固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレンを用い、前記固体潤滑剤及び導電性無機フィラーとしてグラファイトを用いることが好ましい。

この発明によれば、上述した電着塗装材料は、耐熱性樹脂材料としてのポリイミドに、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンが添加され、また、固体潤滑剤及び導電性無機フィラーとしてグラファイトが添加されたものであることから、耐熱性を有するのは勿論のこと、摺動性や放電性も有することとなり、ひいては電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができる。特に、固体潤滑剤はコストが高いので使用効率を高める必要があるが、一般に固体潤滑剤は基体樹脂中に分散できずに沈殿してしまうことから、電着塗装には不向きであるが、ポリテトラフルオロエチレンは、電着塗装による塗装効率が良く、低コスト化が可能である。

ここで、本発明における「ポリイミド」は、ポリイミドを構成する酸側及びアミン側のうちのいずれか一方に脂環式部分を有していればよい。勿論、酸側及びアミン側の双方に脂環式部分を有していてもよい。

なお、グラファイトは比較的安価であるため、電着塗装材料が使用される部品の製造コスト削減に貢献することもできる。

また、本発明は、前記ポリイミドを１０〜２０重量％含み、前記ポリテトラフルオロエチレンを前記ポリイミドの固形分重量比２０±５重量％含み、前記グラファイトを前記ポリイミドの固形分重量比２〜５重量％含むことが好ましい。

この発明によれば、上述した電着塗装材料は、ポリイミドを１０〜２０重量％、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０±５重量％、グラファイトをポリイミドの固形分重量比２〜５重量％含むことから、耐熱性を有するのは勿論のこと、摺動性及び放電性も有することとなり、ひいては電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができる。

この場合、耐熱性樹脂材料としてのポリイミドの含有量が１０重量％よりも少ないと、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンが電着塗装対象物の電着塗装中に沈殿してしまうという傾向となるので好ましくなく、また、ポリイミドの含有量が２０重量％よりも多いと、表面エネルギーが低くなり、はじき等の塗装外観不良を発生する傾向となるので好ましくない。

また、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレンの含有量が２０−５重量％よりも少ないと、潤滑性が十分でないものとなる傾向となるので好ましくなく、また、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が２０＋５重量％よりも多いと、例えば、放電性を付加するために添加する導電性無機フィラーが電着塗装液に均一分散されず電着塗装槽に沈殿してしまう傾向となるので好ましくない。

さらに、導電性無機フィラーとしてのグラファイトの含有量が２重量％よりも少ないと、放電性が十分でないものとなる傾向となるので好ましくなく、また、グラファイトの含有量が５重量％よりも多いと、グラファイトが電着塗装対象物の電着塗装中に沈殿してしまう傾向となるので好ましくない。

また、本発明は、前記電着塗膜の走査型 電子 顕微鏡による元素の半定量分析による定量値においてポリテトラフルオロエチレンの析出量が塗膜表面のフッ素とカーボンとの重量比で４％〜２５％であることが好ましい。

この発明によれば、上述した電着塗装膜のポリテトラフルオロエチレンの析出量を塗膜表面のフッ素とカーボンとの重量比で４％〜２５％の範囲としたことにより、特に摺動性の機能を向上させることができる。ひいては電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができる。

この場合、ポリテトラフルオロエチレンの析出量が４％〜２５％の範囲より大きく外れると電着塗膜の剥がれが生じる場合がある。特に、塗膜面を摺動させる場合には、剥がれが生じた場所においては摺動抵抗が異なってしまうため、スリップやビビリ現象が発生するため好ましくない。

また、ここでいう走査型電子顕微鏡による元素の半定量分析とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたＳＥＭ半定量値（フッ素：Ｆ）法によるものが代表的な分析手法であるが、元素の定性・定量分析ができる方法であればどのような分析手段を用いてもよい。

また、本発明は、前記電着塗膜の表面におけるポリテトラフルオロエチレンの析出量が、前記電着塗膜の内部におけるポリテトラフルオロエチレンの析出量に対して、同等、もしくはそれ以上の量を含有していることが好ましい。

この発明によれば、電着塗膜の表面にポリテトラフルオロエチレンを多く含有させているため、特に摺動性の機能をさらに向上させることができる。ひいては電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができる。

また、本発明は、前記電着塗装材料により電着塗膜が形成された摺動部を備える摺動部材であることが好ましい。

この発明によれば、接触部材（例えばＩＣカード）が摺動する摺動部材は、上述した電着塗装材料によって電着塗膜が形成された摺動部を備えるような構成にしたから、かかる摺動部材が耐熱性、摺動性や放電性を有することとなり、その用途を拡大することができる。

さらに、本発明は、前記摺動部材を用いてカード走行基準面を構成したカードリーダであることが好ましい。

この発明によれば、カードリーダは、上述した摺動部材を用いてカード走行基準面を構成することとしたから、挿入されるカードの磨耗劣化を防ぐことができると共に、挿入されるカードがカード走行基準面と摺動することに起因して帯電する電荷を逃すことができる。

この発明によれば、電着塗装材料は、耐熱性樹脂材料からなるベース材料に、固体潤滑剤と導電性無機フィラーが添加されたものであって、さらに、電着塗装材料を分散体とした電着液のｐＨを、酸性の管理幅内で維持することから、固体潤滑材の塗膜析出量が限定でき、耐熱性・放電性のみならず、優れた摺動性を兼ね備えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

［電着塗装材料の合成方法］
まず、本発明の実施の形態に係る電着塗装材料の合成方法の一例について説明する。なお、電着塗装材料の合成方法は以下の方法に限られるものではない。

本発明の実施の形態に係る電着塗装材料のベースとなる耐熱性樹脂材料はポリイミドであるが、このポリイミドは、ポリイミド系材料の酸成分（例えば、ビシクロオクト−７−エン−２、３、５、６−テトラカルボン酸二無水物など）を溶媒（例えば、Ｎ−メチルピロリドンなど）に溶解させ、その溶解液を数時間攪拌し、それによって得られた溶解液を透析チューブ内に入れて有機溶媒などの雑イオンを除去することによって合成される。なお、本実施形態で合成されるポリイミドは、自身がプラスに帯電するカチオン系のものであるが、本発明はこれに限られず、自身がマイナスに帯電するアニオン系のものであっても構わない。また、透析チューブを用いて行う透析は、溶解液がほぼ中性になるまで実施する。なお、本調整例は一例であって、これに限定されるものではない。

次に、上述の工程を経て得られたポリイミド１０〜２０重量％に、潤滑性向上のための固体潤滑材料として、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比５〜４０重量％で添加する。ここで、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比１０〜３０重量％（特に、２０±５重量％）で添加するのがよい。ポリテトラフルオロエチレンは０．２μｍ〜５．０μｍ粒径のものを使用した。これにより、溶解液がゲル（半固形）状になったり、沈殿が発生したりするのを防ぐことができ、ひいては電着液（溶解液）の管理が容易になる。なお、本実施形態においては、固体潤滑材料としてポリテトラフルオロエチレンを添加したが、本発明はこれに限られず、グラファイト、ＣＮＦ、カーボンブラック等の炭素系、２硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等の無機フィラーを
添加してもよい。

次に、上述の工程を経て得られた固形潤滑材料入りの溶解液に、グラファイト、カーボンブラック、金属粒子等の導電性のある無機フィラーをポリイミドの固形分重量比３〜１５重量％で添加する。ここで、ポリテトラフルオロエチレンとの複合添加を考慮し、好ましくは、導電性のある無機フィラーをポリイミドの固形分重量比３〜５重量％で添加するのがよい。これにより、潤滑性・耐電性（放電性）を兼ね備え、電着液の管理上最適な電着塗装材料を得ることができる。

さらに、上述の工程を得て得られた電着塗装材料を水溶性化するために、イオン交換水、乳酸・酢酸等の弱酸、或いはＩＰＡ・ブチルセロソルブ等の溶剤を添加する。これにより、電着液のｐＨを、酸性、すなわち、ｐＨ３〜５の管理範囲内にすることができる。

［電着条件］
次に、本発明の実施の形態に係る電着液の条件の一例について説明する。なお、電着液の条件は以下に限られるものではない。

電着塗装材料を分散（浸漬）させた電着液は、電気泳動反応開始後、徐々に建浴時のｐＨ値から値がずれる。そのため、反応開始後、例えば電着液の補充、および置換、もしくはイオン交換、または酸添加等でｐＨ３．２〜４．５の範囲内に管理する。

［電着塗装］
図１は、本発明の実施の形態に係る電着塗装材料を用いた電着塗膜形成方法の工程を模式的に説明するための工程説明図である。

図１において、本発明の実施の形態に係る電着塗装材料にイオン交換水を混ぜ、なおかつ酸添加等でｐＨを適宜調整することによって適切な電着条件に設定した電着液１に、電着塗装対象物（ワーク）２を浸漬させる。

そして、このような状態で、電解槽３にセットされた電着塗装対象物２を陰極、対極となる電極２０を陽極とし、両者の間に直流電源４を接続し、直流電圧を印加する（図１（ａ））。なお、このときの電着液１の温度、電流密度などは、電着塗装対象物２の種類によって最適な条件に設定される。例えば、本発明の実施の形態においては、印加電圧１０〜３００Ｖ、ソフトスタート１０〜１２０秒、電着時間６０〜１８０秒とし、定電圧制御（定電流制御）とすることができる。

次に、図１（ａ）の工程において一定時間経過すると、電着液１の中で化学反応が進行し、ｐＨの値が高くなり、アルカリ側となってくる。これを上記のとおり、電着液の補充、および置換、もしくはイオン交換、または酸添加等でｐＨ３．２〜４．５の範囲内に管理する。

このｐＨの管理によれば、電導度が３７０μｓ／ｃｍ〜５５０μｓ／ｃｍとなる。この状態で、陰極である電着塗装対象物２の周囲の電着液１が次第に凝縮し、不溶性の樹脂（ポリマー）となって電着塗膜５が形成される（図１（ｂ））。なお、上記条件下においては、膜厚は、約５〜２５μｍとすることができる。

また、電着塗膜の塗膜表面（深さ方向における数μｍ）のポリテトラフルオロエチレンの塗膜析出量は、走査型電子顕微鏡によるＳＥＭ半定量値（フッ素）法における定量値において、フッ素とカーボンとの重量比で４重量％〜２５重量％の範囲とすることができる。

最後に、図１（ｂ）の工程において電着塗装対象物２に電着塗膜５が上記のとおり電着塗装工程にて形成された後、本実施例では、その電着塗装対象物２の取出し・洗浄、１１０℃前後で約１５分程度乾燥工程を経て、約２３０度前後の温度で約４０分程度の熱硬化処理を順次行うことによって、電着塗膜５が硬化し、電着塗膜５が成形されて電着塗膜の成形が完了する（図１（ｃ））。

なお、ここでの処理条件（温度・時間）は予め決められた一処理条件であって、限定されるものではない。なお、図１（ｃ）に示すように、電着塗装対象物２の周囲全てを電着塗膜５で覆う必要はなく、一部のみを塗膜しても構わない。このような非成膜部（非塗膜部）を設けることで、滞留電荷を逃すためのアースを電着塗装対象物２にとることができる。

また、ポリテトラフルオロエチレンを更に付与したい場合には、電着塗膜成形工程中において、ポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を追加することも可能である。浸漬処理工程は、電着塗装工程後、または乾燥工程後、または熱硬化処理後のいずれかにポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬させることにより、電着塗膜５にポリテトラフルオロエチレンをさらに付与することができる。具体的には、本実施例において、電着塗装工程後、電着塗膜５を常温のポリテトラフルオロエチレン分散液８０に浸漬させることにより、電着塗膜５にポリテトラフルオロエチレンをさらに付着することができる。

なお、ポリテトラフルオロエチレン分散液８０は浸漬処理工程中は攪拌されていることが好ましいが、これに限定されるものではない。また、ポリテトラフルオロエチレン分散液８０の温度も、適宜変更可能である。また、浸漬処理工程において、電着塗膜５の周囲全てをポリテトラフルオロエチレン分散液８０に浸漬する必要はなく、一部のみを浸漬しても構わない。

とくに、熱硬化処理工程前の段階においては電着塗膜５はベース材料である樹脂に空隙ができている状態であり、ポリテトラフルオロエチレン分散液８０内のポリテトラフルオロエチレンが電着塗膜５に浸漬しやすい状態となっている。

なお、ポリテトラフルオロエチレンは０．２μｍ〜５．０μｍ粒径のものを使用した。

また浸漬の時間は１分程度とし、ポリテトラフルオロエチレンの濃度は下記により決定した。

なお、浸漬処理工程において、その装置は、ポリテトラフルオロエチレン分散液８０を貯留する槽と、必要があれば、攪拌等、公知のものを使用しているので、ここでの図での説明は省略している。

図２は、ＳＥＭ法により定量した電着塗膜５のポリテトラフルオロエチレンの析出量とポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度との相関を示す図であり、横軸は分散液のポリテトラフルオロエチレン固形分濃度を示し、縦軸はポリテトラフルオロエチレンの含有量値を定量するフッ素半定量値（重量％）を示している。

なお、図２（ａ）は電着塗装工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬させた結果を示すグラフであり、図２（ｂ）は乾燥工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬させた結果を示すグラフである。また、いずれのグラフにおいても、電着塗装物２に形成された電着塗膜５（以下、電着塗装物２としてあらわす）の表面のフッ素定量値（ダイヤの記号で示す）、および内部のフッ素定量値（四角の記号で示す）を測定している。

なお、ここでいう「表面」とは本実施例において使用した走査型電子顕微鏡の検知範囲に基づくものであり、電着塗膜５の表面から０．２μｍ〜０．２５μｍ程度の厚さまでをいう。一方、「内部」とは、この「表面」よりも深い塗膜部分を示す。

また、ポリテトラフルオロエチレン分散液はポリテトラフルオロエチレンを含むものであればいずれのものでもよく、市販のものを使用できる。

図２（ａ）に示すように、電着塗装工程後に浸漬するポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度も、電着塗装物２の表面、および内部のポリテトラフルオロエチレン量の飽和の程度から、固形分濃度で０．５〜２０重量％、好ましくは４％程度でよいことが分かる。

また、図２（ｂ）に示すように、乾燥工程後に浸漬するポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度は、０．５％程度から増加し、４％程度で電着塗装物２の表面、および内部のポリテトラフルオロエチレン量がほぼ飽和、さらに２０％では飽和に達していることから、固形分濃度で０．５〜２０重量％、好ましくは４％程度でよいことが分かる。

また、図２（ａ）において、上記の所定の条件下によって電着塗装工程を経た場合のみのフッ素半定量値がポリテトラフルオロエチレン分散液固形分濃度０％として示されている。これに対し、電着塗装工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬処理した場合、すなわち浸漬工程を経た場合、ポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度を４％とすると、電着塗装物２の表面において１０数％、および内部のポリテトラフルオロエチレン量も数％増大している。

また、同様に図２（ｂ）において、上記の所定の条件下によって電着塗装工程を経た場合のみのフッ素半定量値がポリテトラフルオロエチレン分散液固形分濃度０％として示されている。これに対し、乾燥工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬処理した場合、すなわち浸漬処理工程を経た場合、ポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度を４％とすると、電着塗装物２の表面、および内部のポリテトラフルオロエチレン量はそれぞれ２％〜３％増大している。

このように、図２（ａ）に示した電着塗装工程後に浸漬処理工程を経た場合において、また、図２（ｂ）に示した乾燥工程後に浸漬処理工程処理を経た場合においても、電着塗装物２の内部のポリテトラフルオロエチレン含有量に対し、電着塗装物２の表面におけるポリテトラフルオロエチレン含有量が増加している。よって、浸漬処理工程によりポリテトラフルオロエチレンが電着塗装物２の表面に対してより付着されることとなる。

また、電着塗装工程を経たのみの電着塗装物２の内部のポリテトラフルオロエチレン含有量においても（図２（ａ）、および図２（ｂ）の０％の値）、いずれの場合においても、電着塗装物２の内部のポリテトラフルオロエチレン含有量に対し、電着塗装物２の表面におけるポリテトラフルオロエチレン含有量のほうが高くなっている。

従って、本電着塗装最良を用いて電着塗膜の成形を行った場合には電着塗装物２の内部のポリテトラフルオロエチレン含有量に対し、電着塗装物２の表面におけるポリテトラフルオロエチレン含有量のほうが高くなるのに加え、浸漬処理工程を経た場合には、より電着塗装物２の表面におけるポリテトラフルオロエチレン含有量を増加させることができる。

よって、電着塗装材料の使用例として下記に挙げるカードリーダの摺動面に、本工程において電着塗膜を成形した場合、電着塗装工程のみ（浸漬処理工程を経ず）で成形した場合であっても、浸漬処理工程を適宜経た場合であっても、摺動面側により多くのポリテトラフルオロエチレンが含有されるため、さらに摺動性に優れた電着塗膜が成形されることとなる。

また、電着塗装工程→乾燥工程→熱硬化処理工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液に浸漬した場合、すなわち浸漬処理工程を経た場合においても、ポリテトラフルオロエチレン分散液の濃度を高くした場合においても電着塗装物２の表面、および内部のポリテトラフルオロエチレン含有量は増大している（図示せず）。

さらに、電着塗装工程後に所定の濃度のポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を経て、さらに乾燥工程後に所定の濃度のポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を経てもよく、または乾燥工程後に所定の濃度のポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を経た後で熱硬化処理工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を経てもよい。すなわち、上記の各工程後にポリテトラフルオロエチレン分散液への浸漬処理工程を経る組合せはいかなるものでもよい。

以上のような工程を経て、電着塗膜５が成形された電着塗装対象物２は、耐熱性を有するのみならず、摺動性及び放電性を有しているため、樹脂、金属、セラミックといった相手部材が摺動する摺動部を備える摺動部材として用いることができる。また、この摺動部材を用いてカードリーダのカード走行基準面を構成すれば、塩化ビニル材質のカードが電着塗膜５と繰り返し摺接したとしても、静電気によって帯電する電荷を逃すことができ、ひいては読取エラーやジッター不良など、カードリーダの誤動作を防止することができる。なお、この電着塗膜５は、本実施の形態において膜厚として１０μｍ〜１５μｍ程度形成される。

［電着塗装材料の使用例］
図３は、本発明の実施の形態におけるカードリーダ１１の内部構造を示す断面図である。図３（ａ）は、挿入される塩化ビニル材質のカード１９と平行な方向の水平断面図であって、図３（ｂ）は、カード１９の進行方向と平行な方向の垂直断面図であって、図３（ｃ）は、カード１９の進行方向と垂直な方向の垂直断面図である。なお、ここでは手動式のカードリーダを用いて電着塗装材料の使用例を説明するが、本発明はこれに限られず、例えば、モータを用いたローラ搬送タイプのカードリーダに本発明を適用することも可能である。

図３（ａ）〜（ｃ）において、手動式カードリーダ１１は、断面形状がほぼコの字形状をなすフレーム１２（図３（ｃ）参照）と、このフレーム１２の底部１３を挟んで対向する２つの側板部１４、１５（図３（ｂ）参照）と、これら側板部１４、１５の少なくとも一方側にカード通路１６に突出する磁気ヘッド１７（図３（ｂ）参照）と、を有している。

コの字形状のフレーム１２の底部１３には、カード走行基準面Ｓが形成されている（図３（ａ）、（ｃ）参照）。なお、このカード走行基準面Ｓが形成された底部１３は、請求項記載の摺動部の一例に相当する。

ここで、この底部１３には、上述した電着塗装によって本発明に係る電着塗装材料による塗膜１８（図３（ａ）〜（ｃ）のハッチング部）が形成されている。底部１３は、本実施の形態においては、フレーム１２と一体に樹脂で形成されているが、例えば、ステンレス鋼板をプレス加工することでも形成することができる。なお、その場合には、塗膜１８を底部１３の表面に確実に固着させるため、また、カード１９と底部１３との摺動抵抗を軽減させるため、塗膜１８が形成される底部１３の表面粗さは可能な範囲で粗くしておくことが好ましい。また、カード通路１６を構成する２つの側板部１４、１５の対向面１４ａ、１５ａにも、本発明に係る電着塗装材料による塗膜１８が形成されている（図３（ｃ）のハッチング部）。なお、塗膜１８は、図２に示すような浸漬処理工程を施していないものを使用している。

このように、カード１９と摺接する部分に、耐熱性・摺動性を兼ね備えた、本発明に係る電着塗装材料による塗膜１８を形成することで、その部分とカード１９との間の摩擦に起因した発熱を最小限に抑えることができ、ひいてはカード疲労（磨耗）を防ぐことができる。さらに、本発明に係る電着塗装材料による塗膜１８は、上述のとおり、耐熱性・摺動性に加えて放電性も有しており、接触部材との摺動に起因して帯電する電荷を逃すのに煩雑な加工作業（例えば、フレーム１２の裏面を削る）が不要となるので、電着塗装材料の汎用性向上に寄与することができる。

図４、図５、は、本発明の実施の形態に係るカードリーダ１１を用いて行った実験結果を示す図である。なお、本実験は、図３と同様に、塗膜は図２に示すような浸漬処理工程を施していないものを使用している。図４（ａ）は、通常のスピードよりも速くカードを動かす加速パス試験の試験結果を示す図であり、横軸は摩擦による鳴きが出始めた回数を示し、縦軸は採用した電着塗装材料の種類を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の加速パス試験後のカード負荷量（摩擦負荷量）を示す図であり、横軸は代表的な電着塗装材料の種類を示し、縦軸は挿入されるカードを引っ張り出すときに必要な力（カード負荷量）を示している。図３（ｃ）は、図４（ａ）の加速パス試験のパス回数と電着塗装材料の帯電量との関係を示す図であり、横軸は図４（ａ）の加速パス試験のパス回数を示し、縦軸は電着塗装材料の帯電量を示している。

また、図５（ａ）は、ＳＥＭ法により定量した電着塗膜５のポリテトラフルオロエチレンの析出量と電着液１のｐＨとの相関を示す図であり、横軸はｐＨを示し、縦軸はフッ素半定量値（重量％）を示している。また、図５（ｂ）は、ｐＨと電着液の電導度との相関を示す図であり、横軸はｐＨを示し、縦軸は電導度（μＳ／ｃｍ）を示している。

図４（ａ）によれば、エポキシ系樹脂をベース材料とする現行の塗装材料を採用した場合（一番下）には、２回平均約３万パスで鳴き始めるのに対し、ポリテトラフルオロエチレン（図中では「ＰＴＦＥ」で示す）のみをポリイミドの固形分重量比３０重量％で添加した場合（下から二番目）には、２回平均約１０万パスでも鳴きが発生しないのが分かる。すなわち、固体潤滑材料としてポリテトラフルオロエチレンを添加した場合には、鳴き始める回数が少なくとも約３倍以上に増えていることから（３万回から１０万回以上となる）、摺動性が向上したことが分かる。なお、図４（ａ）におけるパス回数は最大１０万回となっているが、本実験では加速パス試験を１０万回しか行っていない。そのため、ポリテトラフルオロエチレンのみをポリイミドの固形分重量比３０重量％で添加した場合の
電着塗装材料は、潜在的には１０万回以上の加速パス試験に耐え得るものである。

次に、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％で添加し、グラファイト（図４中では「Ｇｒ」で示す）をポリイミドの固形分重量比４重量％で添加した場合（下から三番目）も１０万パス試験では鳴きが発生しないことが分かる。またポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比１０重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比７重量％で添加した場合（下から四番目）には、２回平均約１０万パスで鳴き始めるのが分かる。すなわち、放電性を向上させるためにグラファイトを添加した場合であっても、上記配分によって電着塗装材料を合成すれば、摺動性が低下することはないのが分かる。

次に、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比５重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比１２重量％で添加した場合（上から五番目）には、約２万パスで鳴き始め、摺動性が著しく低下するのが分かる。また、導電性のある無機フィラーとして、グラファイトではなく２硫化モリブデン（図４中では「ＭｏＳ_２」で示す）を採用した場合（上から三番目及び四番目）には、約５０００パスで鳴き始め、この場合も摺動性が著しく低下する。

なお、ＤＬＣ１μｍでは約３５０００パスで鳴き始め、ブランクでは約１０万パスで鳴き始めている。

このように、図４（ａ）によれば、摺動性と放電性の双方を有し、汎用性のある電着塗装材料を得るためには、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比１０〜３０重量％（特に、２０±５重量％）で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比２〜５重量％で添加するのが好ましいのが分かる。

次に、図４（ｂ）によれば、現行の電着塗装材料のカード負荷は、５回平均約１２０ｇであるのに対し、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％、およびグラファイトをポリイミドの固形分重量比４重量％で添加した場合（右端）、５回平均で約６０ｇであることが分かる。すなわち、固体潤滑材料としてポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％で添加し、固体潤滑材料及び導電性無機フィラーとしてグラファイトをポリイミドの固形分重量比４重量％で添加すると、挿入カードを引っ張り出すときに必要な力が約半分に減っていることから（１２０ｇから６０ｇとなる）、摺動性が向上したことが分かる。

このように、図４（ｂ）によれば、摺動性と放電性の双方を有し、汎用性のある電着塗装材料を得るためには、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比４重量％で添加するのが好ましいのが分かる。

また、図４（ｃ）によれば、現行の電着塗装材料のパス回数に対する帯電量変化（図中の黒ひし形）は、加速パス試験のパス回数が約１万回のときに、帯電量が約１０ｋＶから約３ｋｖまで少なくなり、放電効果が生じる、というものである。一方で、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比３０重量％で添加した場合（図中の黒四角）には、加速パス試験のパス回数が２万回を超えても全く放電効果が生じない。

ここで、ポリテトラフルオロエチレンの添加に起因した放電効果の低下を防ぐためにグラファイトを添加すると、放電効果は著しく改善されることとなる。すなわち、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比４重量％で添加した場合（図中の黒三角）には、加速パス試験のパス回数が約６０００回のときに、帯電量が約１０ｋＶから約５ｋｖまで少なくなり、放電効果が生じる。また、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比５重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比７重量％で添加した場合（図中の×印）には、加速パス試験のパス回数が約６０００回のときに、帯電量が約１０ｋＶから約２ｋｖまで少なくなり、放電効果が生じる。

このように、図４（ｃ）によれば、放電性のみを考慮すれば、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比５重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比７重量％で添加した場合が最適であるが、汎用性を重視し、摺動性と放電性の双方を考慮すれば、ポリテトラフルオロエチレンをポリイミドの固形分重量比２０重量％で添加し、グラファイトをポリイミドの固形分重量比４重量％で添加した場合が最適であることが分かる。

一方、図５（ａ）によれば、電着液１のｐＨを約３．２に設定した場合（左端）には、フッ素半定量値は４回平均で約１４重量％であったのに対し、ｐＨを約４．６に設定した場合（右端）にはフッ素半定量値は４回平均で約５重量％であった。また、溶解液１のｐＨを約４.３に設定した場合（真中）には、フッ素半定量値は４回平均で約６重量％であった。この結果、ｐＨを高くするにつれ、フッ素半定量値は減少し、負の相関関係を示した。すなわち、電着条件として電気泳動反応時においてｐＨに液管理幅をもたせて維持すると、ｐＨを３．２に設定した場合には、ｐＨを約４．５に設定した場合と比較するとポリテトラフルオロエチレンの析出量が約３倍向上する。すなわち、ｐＨ３.２〜４.５に設定するとポリテトラフルオロエチレンの析出量を４重量％〜２０重量％の範囲とすることができ、電着塗装対象物に付着した電着塗膜中のポリテトラフルオロエチレンの析出量が適量となることによって、摺動性を向上させることができる。

また、図５（ｂ）によれば、電着液１のｐＨを約３.２に設定した場合（左端）には、電導度は５５０（μＳ／ｃｍ）であり、ｐＨを約４．５に設定した場合には電導度は３７０（μＳ／ｃｍ）であった。この結果、電導度が３７０〜５５０（μＳ／ｃｍ）の範囲内である場合には、上記のとおり、ポリテトラフルオロエチレンの析出量を４重量％〜２０重量％の範囲とすることができ、電着塗装対象物に付着した電着塗膜中のポリテトラフルオロエチレンの析出量が適量となることによって、摺動性を向上させることができる。

なお、図示していないが、ｐＨを極端に酸性側に設定した場合、ピンホール現象が発生するため、上記のとおり、液管理幅をｐＨ３．２〜４．５に保持する必要があり、電気泳動反応時において、ｐＨの管理が重要であることが分かる。

図６は、本発明の実施の形態に係るカードリーダ１１を用いて行った実験結果を示す図である。詳しくは、図８は、図２で示した浸漬処理工程を経たカードリーダ１１のカード静荷重（ｇ）と、電着塗装工程のみのカードリーダ１１のカード静荷重（ｇ）とを示す比較図である。なお、ここでは５００ｇの荷重をかけたときの結果を示す。この結果は、図３（ｃ）のハッチング部で示すカード通路１６を構成する２つの側板部１４、１５の対向面１４ａ、１５ａに形成された電着塗膜１８とカード１９との静摩擦力を比較したものであって、横軸は電着塗装工程のみのもの（紙面左側）、および電着塗装工程後、浸漬処理を経たもの（紙面右側）を示し、縦軸は対カードの静摩擦力（静荷重）を示している。

図６によれば、電着塗装工程のみの電着塗膜１８の静荷重は５回平均で約１２０ｇであるのに対し、電着塗装工程後、浸漬処理を経た電着塗膜１８の静荷重は５回平均で約８５ｇであることが分かる。すなわち、浸漬処理工程を経たほうが、静摩擦力が小さいことから、挿入カードを引っ張り出すときに必要な力が約２/３に減っていることから（１２０ｇから８５ｇとなる）、摺動性が向上したことが分かる。

このように、図６によれば、摺動性のよい電着塗膜１８を形成するには、浸漬処理工程を経ることが好ましいのが分かる。

〔変形例〕
上記では、ポリテトラフルオロエチレンの析出量を電着液１のｐＨ条件を管理することによって調整したが、ｐＨ調整後、さらに印加電圧の調整、ソフトスタートとすることによってさらにポリテトラフルオロエチレン量の析出量を向上させることができる。

図７（ａ）は、ＳＥＭ法により定量したポリテトラフルオロエチレンの析出量と印加電圧との相関を示す図であり、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸はフッ素半定量値（重量％）を示している。また、図７（ｂ）はＳＥＭ法により定量したポリテトラフルオロエチレンの析出量とソフトスタートとの相関を示す図であり、横軸はソフトスタート時間の秒数を示し、縦軸はフッ素半定量値（重量％）を示している。

図７（ａ）によれば、印加電圧を５０Ｖに設定した場合（左端）には、フッ素半定量値は４回平均で約４重量％である。さらに印加電圧を１００Ｖに設定した場合（左から２番目）には、フッ素半定量値は４回平均で約７重量％であり、さらに印加電圧を上げ、約１８０Ｖに設定した場合（右端）には、フッ素半定量値は４回平均で約１２重量％となった。この結果、印加電圧を高くするにつれ、フッ素半定量値は増加し、正の相関関係を示した。なお、図示していないが、印加電圧が３００Ｖまでが正の相関関係をとる。このように、印加電圧を増減させることにより、ポリテトラフルオロエチレンの析出量を管理することができる。すなわち、ｐＨを３．２〜４．５に管理することに加え、印加電圧を同時に管理することによって、４重量％〜２０重量％の範囲とすることができ、電着塗装対象物に付着した電着塗膜中のポリテトラフルオロエチレンの析出量が適量となることによって、摺動性を向上させることができる。

また、図７（ｂ）によれば、ソフトスタート時間を２０秒（真中）に設定した場合には、フッ素半定量値は約１４重量％、さらにソフトスタート時間を約４０秒に設定した場合（左端）には、フッ素半定量値は約９重量％となった。よって、ソフトスタート時間を増減させることにより、ポリテトラフルオロエチレンの析出量を管理することができる。すなわち、ｐＨを３．２〜４．５に管理することに加え、印加電圧を同時に管理することによって、４重量％〜２０重量％の範囲とすることができ、電着塗装対象物に付着した電着塗膜中のポリテトラフルオロエチレンの析出量が適量となることによって、摺動性を向上させることができる。

すなわち、本発明において、ポリテトラフルオロエチレンの析出量を管理するにあたり、電着液１の液管理幅をｐＨ３．２〜４．５とし（この場合、電導度が３７０〜５５０μｓ／ｃｍとなる。）、さらに電気泳動反応時において印加電圧を約５０Ｖ〜１８０Ｖとし、および／もしくは１０秒〜４０秒のソフトスタートとする条件が、最も好ましいことが分かった。このようにポリテトラフルオロエチレンの析出量が管理されることにより、摺動性を向上させることができる。

また、電着塗装対象としては、上記のカードリーダの摺動部以外にも適用可能であり、例えばリードスクリューの摺動部等でもよい。

本発明に係る電着塗装材料、電着塗膜、摺動部材、及びカードリーダは、摺動性や放電性を必要とする用途にも適用することが可能であり、その結果、電着塗装材料の汎用性を高めることができるものとして有用である。

本発明の実施の形態に係る電着塗装材料を用いた電着塗装の工程を模式的に説明するための工程説明図である。 本発明の実施の形態に係るＳＥＭ法により定量した電着塗膜のポリテトラフルオロエチレンの析出量と分散液の濃度との相関を示す図である。 本発明の実施の形態におけるカードリーダの内部構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るカードリーダを用いて行った実験結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係るカードリーダを用いて行った実験結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係るカードリーダを用いて行った実験結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係るカードリーダを用いて行った実験結果を示す図である。

符号の説明

１ 電着液
２ 電着塗装対象物
３ 電解槽
４ 直流電源
５ 電着塗膜
１１ カードリーダ
１２ フレーム
１３ 底部
１４、１５ 側板部
１６ カード通路
１７ 磁気ヘッド
１８ 塗膜
１９ 挿入カード

Claims (8)

1. 耐熱性樹脂材料をベース材料とし、固体潤滑剤と導電性無機フィラーとが添加されている電着塗膜の電着塗装材料であって、前記電着塗装材料の分散体を含む電着液のｐＨが、酸性の管理幅内で維持されることを特徴とする、電着塗装材料。
2. 前記電着液のｐＨが、ｐＨ３．２〜４．５の管理幅内で維持されることを特徴とする請求項１記載の電着塗装材料。
3. 前記耐熱性樹脂材料としてポリイミドを用い、前記固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレンを用い、前記固体潤滑剤及び導電性無機フィラーとしてグラファイトを用いたことを特徴とする請求項１または２記載の電着塗装材料。
4. 前記ポリイミドを１０〜２０重量％含み、前記ポリテトラフルオロエチレンを前記ポリイミドの固形分重量比２０±５重量％含み、前記グラファイトを前記ポリイミドの固形分重量比２〜５重量％含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電着塗装材料。
5. 前記電着塗膜の走査型電子顕微鏡による元素の半定量分析による定量値においてポリテトラフルオロエチレンの析出量が、前記電着塗膜表面のフッ素とカーボンとの重量比で４％〜２５％であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電着塗装材料。
6. 前記電着塗膜の表面におけるポリテトラフルオロエチレンの析出量が、前記電着塗膜の内部におけるポリテトラフルオロエチレンの析出量に対して、同等、もしくはそれ以上の量を含有していることを特徴とする請求項５に記載の電着塗膜。
7. 前記電着塗装材料により前記電着塗膜が形成された摺動部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の摺動部材。
8. 前記摺動部材を用いてカード走行基準面を構成したことを特徴とする請求項７記載のカードリーダ。