JP2016114137A - ばね部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求特性が向上するとともに、容易に製造することが可能なばね部材を提供する。【解決手段】 ばね板１は、ばね本体１０と塗膜１１とを備えている。ばね本体１０は、ばね鋼などの鉄系材料からなり、中央部分が湾曲した形状である。ばね本体１０の引張力の作用する上側面１０ａに塗膜１１が形成されている。塗膜１１は、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物から形成されている。前述のように亜鉛粉末を相対的に多く含む亜鉛含有層がばね本体１０の表面側に形成され、樹脂成分を相対的に多く含む樹脂含有層が亜鉛含有層上に形成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、表面に防食性塗膜が形成されたばね部材に関する。

金属材料からなるばね部材は、使用環境により腐食を受け、特性変化および強度劣化などが生じる。このような腐食を防止するために、金属部材の表面にはめっきによる被膜や塗料による塗膜などの保護膜を設けている。

腐食は、金属部材表面の金属原子がイオン化して部材表面から脱離することによって生じる。金属部材の表面に部材を構成する金属よりもイオン化傾向の大きい金属（卑の金属）が存在すると、腐食環境下では金属部材を構成する金属（貴の金属）よりも先にイオン化傾向が大きい卑の金属がイオン化して金属部材の腐食を防止できる。このような防食は犠牲防食と呼ばれ、鉄部材の場合には犠牲材として主に亜鉛を用いる。

亜鉛による犠牲防食を利用した保護膜としては、亜鉛粉末を比較的高濃度で含む粉体塗料を塗布し、焼き付けによって硬化して得られる塗膜がある。

このような亜鉛粉末を高濃度で含む塗料による塗膜は、塗装時に発生する気孔に起因するクラックが生じ、腐食性物質がクラックに侵入して塗膜の保護機能が低下してしまう場合がある。

特にばね部材は、弾性変形を繰り返すことになるので、使用時間の経過によって塗膜に生じた亀裂が伸展しやすい。また、車両などの懸架用ばねとして用いられる場合、車輪で跳ね上げられた小石や砂利が懸架用ばね表面に衝突し、塗膜に生じた亀裂が伸展しやすい。

塗膜に生じた亀裂が伸展すると、腐食性物質が侵入しやすくなり、防食性が大きく低下する。

特許文献１には、ばね板の引張力作用側の表面にエポキシ系合成樹脂をバインダとする高濃度亜鉛粉末塗料を塗布して第１塗膜とし、第１塗膜の上に同系統のエポキシ系合成樹脂塗料を塗布して第２塗膜を形成するさび止め方法が記載されている。特許文献２には、エポキシ樹脂、硬化剤、粒度が異なる２種の亜鉛粉末、防錆顔料を含む粉体塗料が記載されている。

特開平１１−１８８３０９号公報 特開２０１３−１１９５８２号公報

特許文献１記載のさび止め方法は、高濃度亜鉛粉末塗料を塗布した第１塗膜の上に第２塗膜を形成することで、腐食性物質の侵入を防止して塗膜による保護機能を向上させようとしている。しかしながら、この第２塗膜を設けることで生じる問題がある。

ばね部材は、特許文献１に記載されているように、ボルトなどの締結部材によってフレームなどに固定して用いられることが多い。特許文献１記載の第２塗膜として用いているエポキシ系合成樹脂塗料などの樹脂塗膜は、締結部材が接触している部分において、経時的に厚みの変動、多くは厚みが薄くなる現象が生じる。これは、いわゆる塗膜のへたりと呼ばれる現象で、ボルトの座面部分の塗膜が薄くなると、ボルトの締結軸力が低下し、ボルトが緩んでしまう。特許文献１には、第２塗膜のへたりにより締め付け具が緩みやすくなるのを防止するために、締め付け具の部分には第２塗膜を形成しないことが記載されている（段落［０００６］）。

特許文献２記載の粉体塗料による塗膜は、亜鉛粉末を含む１層からなる塗膜であるので、塗膜のへたりはほとんど発生しないが、腐食性物質がクラックに侵入することによる保護機能の低下を十分防止できず、防食性に劣る。

本発明の目的は、高い防食性を維持するとともに耐へたり性も向上したばね部材を提供することである。

本発明は、ばね本体と、
前記ばね本体の表面に、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物を塗装して形成される塗膜であって、前記ばね本体の表面側の、前記エポキシ樹脂および前記酸末端ポリエステル樹脂よりも前記亜鉛粉末を多く含む亜鉛含有層、ならびに前記亜鉛含有層上の、前記亜鉛粉末よりも前記エポキシ樹脂および前記酸末端ポリエステル樹脂を多く含む樹脂含有層を有する塗膜と、を含むことを特徴とするばね部材である。

また本発明は、前記粉体塗料組成物は、
前記エポキシ樹脂の含有量と前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたとき、前記エポキシ樹脂の含有量が１０〜８０質量部であり、前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量が２０〜９０質量部であり、
前記亜鉛粉末の含有量が、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％であることを特徴とする。

また本発明は、前記亜鉛粉末の含有量が、粉体塗料組成物全体に対して５５〜８０質量％であることを特徴とする。

また本発明は、前記塗膜は、１種の粉体塗料組成物を１度塗装することで、前記ばね本体表面に、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記塗膜は、予め加熱された前記ばね本体に、前記粉体塗料組成物を付着させる前加熱によって、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されるか、または前記粉体塗料組成物を前記ばね本体に付着させた後に、該ばね本体を加熱する後加熱によって、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ばね部材は、ばね本体と、このばね本体の表面に形成される塗膜とを含む。塗膜は、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物を塗装して形成され、亜鉛粉末を多く含む亜鉛含有層と樹脂を多く含む樹脂含有層の二層構造を有する。亜鉛含有層が、ばね本体の表面側にあり、樹脂含有層はその上にある

塗膜中で亜鉛がばね本体の表面側に偏在するので、従来と比較して亜鉛の含有量が少なくても、ばね本体と亜鉛とが十分に接触し、より高い防食性を発揮する。塗膜中で樹脂成分が塗膜の表層側に偏在するので、外部からの衝撃を緩和し、塗膜に生じる亀裂を防止する。樹脂含有層は、層厚みが比較的薄く形成されるので、層厚みの変動が小さくへたりが生じることがなく耐へたり性が向上する。そして、層厚みが薄くても亜鉛含有層とは一体的に形成されるため、層間に明確な界面が存在せず、層間剥離なども発生しない。

このように本発明の塗膜は、亜鉛含有層と樹脂含有層とによって高い防食性を維持するとともに耐へたり性も向上したばね部材を実現できる。

また本発明によれば、粉体塗料組成物は、前記エポキシ樹脂の含有量と前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたとき、前記エポキシ樹脂の含有量を１０〜８０質量部とし、前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量を２０〜９０質量部とし、前記亜鉛粉末の含有量を、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％とすることで、１コートで亜鉛含有層と樹脂含有層とを含む塗膜を形成することができる。

また本発明によれば、前記亜鉛粉末の含有量を、粉体塗料組成物全体に対して５５〜８０質量％とすることにより、さらに防食性を向上することができる。

また本発明によれば、亜鉛含有層と樹脂含有層の２つの層は、１種の粉体塗料組成物を１度塗装するだけでばね本体表面に形成することができるので、各層を個別に塗装する必要がなく、高機能な塗膜でありながら、工程数を短縮することができ、ばね部材を容易に製造することができる。

また本発明によれば、粉体塗料組成物を付着させる前に予めばね本体を加熱しておく前加熱でも、粉体塗料組成物を付着させた後にばね本体を加熱する後加熱でも、亜鉛含有層および樹脂含有層を有する高機能な塗膜を形成することができる。

本発明の第１実施形態であるばね板１を示す図である。 本発明の第２実施形態である重ねばね板２を示す図である。 耐へたり性を測定するための測定方法を説明するための模式図である。

本発明のばね部材の種類は特に限定されない。たとえば、コイルスプリング、リーフスプリング、トーションバー、スタビライザなどが挙げられる。本発明のばね部材は、ばね本体と、ばね本体の表面に、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物を用いて形成される塗膜と、を有する。

＜ばね本体＞
ばね本体の材質は、亜鉛によって防食効果が発揮される金属であれば特に限定されない。本発明の塗膜による防食効果は、いわゆる犠牲防食によるものであり、素地金属よりもイオン化傾向が大きい卑の金属を用いて素地金属の腐食を防止する。本発明の塗膜は、亜鉛粉末を含むので、ばね本体の材質としては、亜鉛よりもイオン化傾向が小さい貴の金属であればよく、たとえば鉄、ニッケル、銅などを用いることができる。

具体的には、一般にばね本体の材料として用いられるＪＩＳ規定のばね鋼などが好適である。ばね本体については、たとえば、ばね鋼などを熱間または冷間成形した後、ショットピーニングなどにより表面硬化処理を施したり、表面粗さを調整しておくとよい。また、ばね本体の素地表面には、リン酸亜鉛、リン酸鉄などのリン酸塩の皮膜が形成されることが望ましい。リン酸塩皮膜を形成することにより、ばね部材の耐食性および塗膜の密着性が向上する。この場合、リン酸塩皮膜は、ばね本体の塗装面の面積の８０％以上を覆っていると効果的である。特に、リン酸塩がリン酸亜鉛の場合には、耐食性がより向上する。リン酸塩皮膜の形成は、公知の形成方法を用いることができる。たとえば、リン酸塩の溶液槽にばね本体を浸漬する浸漬法、リン酸塩の溶液をスプレーガンなどでばね本体に吹き付けるスプレー法などを用いる。

＜塗膜＞
塗膜は、ばね本体の表面に、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物を塗装し焼き付けによって硬化させることで得られる。この塗膜は、エポキシ樹脂および酸末端ポリエステル樹脂よりも亜鉛粉末を多く含む亜鉛含有層と、亜鉛粉末よりもエポキシ樹脂および酸末端ポリエステル樹脂を多く含む樹脂含有層とを有する。亜鉛含有層はばね本体の表面側に形成され、樹脂含有層は亜鉛含有層上に形成される。塗膜は、ばね本体表面の全体に形成されていてもよく、一部のみに形成されていてもよい。

以下では、本発明の塗膜を形成するための粉体塗料組成物について説明する。
・粉体塗料組成物
本発明の塗膜を形成するための粉体塗料組成物は、上記のようにエポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含むものである。

粉体塗料組成物における各成分の含有量については、エポキシ樹脂の含有量と酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたとき、エポキシ樹脂の含有量を１０〜８０質量部とし、酸末端ポリエステル樹脂の含有量を２０〜９０質量部とし、亜鉛粉末の含有量を、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％とすることが好ましい。

粉体塗料組成物は、ばね本体の表面に塗布する以前の塗料組成物の状態では、樹脂成分と亜鉛粉末とは偏ることなく均一に分散しており、粉体塗料組成物としては従来の粉体塗料組成物と同様に取り扱うことができる。また、塗装方法も従来と同様に静電塗装方法を用いることができ、従来と同様の取り扱いが可能である。すなわち、粉体塗料組成物としては、従来のものと何ら変わることなく、これまでと同様に取り扱うことができる。

その一方で、防食性を付与したいばね本体の表面に粉体塗料組成物を塗装し、ばね本体の表面に塗膜が形成されると、その塗膜では、ばね本体の表面側に亜鉛粉末が偏り、表層側に樹脂成分が偏り、特性の異なる２つの層が形成される。

亜鉛粉末を相対的に多く含む亜鉛含有層は、ばね本体の表面を亜鉛粉末で被覆し、鉄材料に対する亜鉛の犠牲防食効果が発揮される。亜鉛粉末が亜鉛含有層に濃縮されるので、粉体塗料組成物全体に対する亜鉛粉末の含有量を比較的少なくしても十分に防食性を発揮する。亜鉛粉末の含有量を少なくできるので、従来の過剰な亜鉛量を含む粉体塗料組成物よりも取り扱いが簡単で、塗装作業性が良好である。塗膜表層側には樹脂成分が偏在し、亜鉛粉末が存在しないので、表面の平滑性が容易に得られる。また粉体塗料組成物に顔料などの着色剤を含む場合には、顔料も樹脂含有層側に多く含まれることになり、樹脂含有層には亜鉛粉末がほとんど存在しないので、塗膜表層での発色性が向上する。亜鉛含有層と樹脂含有層とは、１コートで一体的に形成され、亜鉛含有層と樹脂含有層との間には明確な界面が形成されないので、これらの層間で剥離することもない。

（エポキシ樹脂）
塗料組成物が含有するエポキシ樹脂としては、主として常温で固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂（フェノキシ樹脂）およびこれらの樹脂に水素添加した水添エポキシ樹脂を例示することができる。軟化点が６０〜１２０℃好ましくは６０〜１００℃であることが好適である。軟化点が６０℃未満であると、粉体塗料組成物のブロッキングが発生するために好ましくなく、１２０℃を超えると溶融混練を行う際に、粘度が高すぎて分散が十分に行われず、塗膜性能が発揮されない。またエポキシ樹脂の当量は４００〜３０００ｇ／当量、好ましくは６００〜２５００ｇ／当量であることが好適である。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を具体的に例示すると三菱化学株式会社製ｊＥＲ−１００１、１００２、１００３、１００４、１０５５、１００７、１００３Ｆ、１００４Ｆ、１００５Ｆ、１００９Ｆ、１００４ＦＳ、１００６ＦＳ、１００７ＦＳ、４００５Ｐ、４００７Ｐ、新日鐵化学株式会社製エポトートＹＤ−０１１、０１２、０１３、０１４、０１７、９０２、９０３Ｎ、９０４、９０７、２００４、２００５ＲＬ、ダウケミカル社製ＤＥＲ−６６２Ｅ、６６３Ｕ、６６４Ｕ、６６６Ｅ、６６７Ｅ等が挙げられる。

ノボラック型エポキシ樹脂を具体的に例示するとＤＩＣ株式会社製ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６０、Ｎ−６６５、Ｎ−６７０、Ｎ−６７３、Ｎ−６８０、Ｎ−６９５、Ｎ−７７０、Ｎ−７７５、新日鐵化学株式会社製エポトートＹＤＣＮ−７００−５、７００−７、７００−１０などが挙げられる。ビフェニル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂（フェノキシ樹脂）を具体的に例示すると三菱化学株式会社製ＪＥＲ−ＹＸ４０００、ＹＸ４０００Ｈ、ＹＬ６１２Ｈ、ＹＸ７３９９、１２５６、４２５０、４２７５などが挙げられる。

粉体塗料組成物におけるエポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の含有量と酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたときに、１０〜８０質量部とすることが好ましい。

（酸末端ポリエステル樹脂）
塗料組成物が含有する酸末端ポリエステル樹脂は、通常のエポキシ樹脂含有粉体塗料組成物において使用されるものであれば、特に制限はない。酸末端ポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂の末端に、たとえば、カルボキシル基などの官能基を有するもの、ポリエステル樹脂の末端に、りん酸化合物をエステル結合させたものなどを用いることができる。カルボキシル基末端ポリエステル樹脂を具体的に例示するとダイセル・オルネクス株式会社製ＣＲＹＬＣＯＡＴ（ＣＣ）１６８３−０、２６２１−１、２６７０などが挙げられる。

粉体塗料組成物における酸末端ポリエステル樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の含有量と酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたときに、２０〜９０質量部とすることが好ましい。

（亜鉛粉末）
塗料組成物が含有する亜鉛粉末としては、通常の粉体塗料組成物において使用されるものであれば、特に制限はない。たとえば、中位粒度１〜３０μｍ、好ましくは４〜１５μｍの亜鉛粉末を用いることができる。このような亜鉛粉末としては、本荘ケミカル株式会社製亜鉛末Ｆ−５００（中位粒度７．５μｍ）、Ｆ−１０００（中位粒度４．９μｍ）、Ｆ−３０００（中位粒度３．７μｍ）、堺化学工業株式会社製亜鉛末＃１（中位粒度５，０μｍ）、＃３（中位粒度４．０μｍ）、＃４０（中位粒度約５０．０μｍ）、エカルト社製Ｚｉｎｋ Ｆｌａｋｅ ＧＴＴ（中位粒度１３μｍ）、ＡＴ（中位粒度２０μｍ）などが挙げられる。亜鉛粉末は、中位粒度が異なる複数種類を混合して用いてもよい。なお、亜鉛粉末の中位粒度とは、日機装株式会社製マイクロトラック等のレーザー式粒度分布測定機などを用いて測定した粒度分布における、積算値５０％での粒径を意味する。

粉体塗料組成物における亜鉛粉末の含有量は、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％であり、好ましくは５５〜８０質量％であり、最も好ましくは６０〜７０質量％である。亜鉛粉末として上記のように粒径が異なる亜鉛粉末を混合して用いる場合は、その合計量が上記の範囲内であればよい。

粉体塗料組成物における亜鉛粉末の含有量が、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％であると、塗膜が亜鉛含有層と樹脂含有層とを有するように層分離する。さらに含有量が、５５〜８０質量％であれば、防錆顔料を含まなくとも粉体塗料組成物が十分な防食性を発揮する。

（防錆顔料）
粉体塗料組成物は、上記各成分を必須構成として含んでいれば所望の塗膜を得ることができるが、さらに防錆顔料を含んでいてもよい。防錆顔料としては、リン酸アルミニウム等のリン酸塩誘導体、モリブデン酸亜鉛、リンモリブデン酸アルミニウムなどのモリブデン酸誘導体、シアナミドカルシウム亜鉛、硼酸バリウムなどの硼酸塩誘導体、バナジン酸ストロンチウムなどのバナジン酸塩誘導体、水酸化ビスマス等が挙げられ、好ましくはリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、リンモリブデン酸アルミニウム、シアナミドカルシウム亜鉛、硼酸バリウム、バナジン酸ストロンチウムが挙げられる。このような防錆顔料としては、ＰＭ−３００（リンモリブデン酸アルミニウム、キクチカラー株式会社製）、ＬＦボウセイＣＰ−Ｚ（リン酸亜鉛、キクチカラー株式会社製）、Ｋ−ＷＨＩＴＥ（トリポリリン酸アルミニウム、テイカ株式会社製）、ビューサン１１Ｍ−１（硼酸バリウム、堺化学工業株式会社）などが挙げられる。

粉体塗料組成物における防錆顔料の含有量は、粉体塗料組成物全体に対して０〜７０質量％であり、好ましくは１０〜５０質量％である。

（その他の添加剤）
粉体塗料組成物は、上記各成分に加えてさらに通常の粉体塗料組成物に用いられる着色顔料、体質顔料、流動性調整剤、ブロッキング防止剤、表面調整剤、ワキ防止剤、帯電制御剤、硬化促進剤等のその他の添加剤を含有してもよい。

（粉体塗料組成物の製造方法）
粉体塗料組成物の製造方法は、たとえば、粉砕法などの公知の製造方法を用いることができる。粉砕法では、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂、亜鉛粉末および必要により防錆顔料、その他添加剤などの混合物を、タンブラーミキサ、ヘンシェルミキサなどの混合機で乾式混合し、混練機によって溶融混練する。混練機としては、たとえば、１軸または２軸のエクストルーダ、三本ロール、ラボブラストミルなどの一般的な混練機を使用できる。

混練物を冷却固化し、固化物を粗粉砕および微粉砕して粉砕物を得る。粉砕機としては、たとえば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、および高速で回転する回転子（ロータ）と固定子（ライナ）との間に形成される空間に固化物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機が挙げられる。また必要により粉砕物に後添加剤（外添剤）を添加してもよい。

粉砕物を分級して粉体を所望の粒子径および所望の粒径分布に調整して粉体塗料組成物を得る。分級には、遠心力および風力による分級により過粉砕トナー母粒子を除去できる公知の分級機を使用でき、たとえば、旋回式風力分級機（ロータリー式風力分級機）などを使用できる。

なお、粉体塗料組成物の製造方法は上記の粉砕法に限らず、各成分が均一に分散した粉体塗料組成物を得ることができる製造方法であればよい。

＜粉体塗料組成物の塗装方法＞
上記のようにして得られた粉体塗料組成物を用いてばね本体の表面に塗膜を形成する。粉体塗料組成物を塗装する塗装方法は、少なくとも粉体塗料組成物をばね本体表面の塗膜形成面に塗布する塗布工程と、塗布した粉体塗料組成物を焼き付けて硬化させる焼き付け工程とを含む。

［前加熱］
第１の塗装方法として、予め加熱されたばね本体に、粉体塗料組成物を付着させる実施形態を説明する。第一の塗装方法は、ばね本体を加熱する加熱工程と、該ばね本体の表面温度Ｔ（℃）がＴｆ−２０≦Ｔ＜Ｔｆ＋２０（Ｔｆ：粉体塗料組成物の硬化完了点温度（℃））の状態において、該粉体塗料組成物を該ばね本体の表面に付着させる塗布工程と、付着した粉体塗料組成物を硬化させる硬化工程と、を有する。

加熱工程において、ばね本体の加熱方法は、特に限定されない。例えば、ばね本体を熱風炉、遠赤外線炉等に収容して加熱すればよい。また、ばね本体を通電加熱、あるいは誘導加熱してもよい。なかでも、通電加熱は、熱効率が高く、ばね本体の形状を問わず加熱できる等の理由から好適である。なお、加熱工程、塗装工程および硬化工程において、ばね本体の表面温度は、例えば、サーモグラフ等の非接触式温度計を用いて測定すればよい。

加熱工程において、ばね本体の表面温度Ｔ（℃）が、Ｔｆ−２０≦Ｔ＜Ｔｆ＋２０に達したら、加熱を停止する。そして、続く塗装工程において、粉体塗料組成物をばね本体の表面に付着させる。なお、粉体塗料組成物の発熱ピークの始点と終点とから、予め粉体塗料組成物の硬化開始点温度（Ｔｓ）と、硬化完了点温度（Ｔｆ）とを求めておく。

塗布工程では、上記の粉体塗料組成物を、加熱工程で予め加熱されたばね本体表面に塗布する。ばね本体に粉体塗料組成物を塗布する方法としては、公知の静電粉体塗装方法を用いることができる。たとえば、コロナ帯電方式、摩擦帯電方式などを用いることができる。

コロナ帯電方式、摩擦帯電方式いずれの方式でも先端筒状のガンユニットを用いて塗装を行う。コロナ帯電方式の場合、ガンユニットの先端に配置したコロナ電極に高電圧を印加してコロナ放電を起こし、発生したイオンでコロナ電極近傍の塗料粉体を帯電させる。ばね本体を接地電位としてコロナ電極とばね本体との間に電界を形成し、帯電した塗料粉体を電界によってばね本体に付着させる。

摩擦帯電方式の場合、ガンユニットの内部を移動する塗料粉体をガンユニットの内面で摩擦させて帯電させる。ばね本体を接地電位とすることで、帯電した塗料粉体をガンユニットから射出してばね本体に付着させる。

コロナ帯電方式での放電による荷電量および摩擦帯電方式の射出量は、それぞれ粉体塗料組成物を塗布しようとするばね本体に応じて適宜設定すればよい。

硬化工程においては、原則放冷した状態で、つまり、ばね本体の余熱により、粉体塗料組成物を硬化させる。ここで、硬化を充分に行うためには、硬化完了時のばね本体の表面温度Ｔ（℃）は、Ｔｓ＋３０≦Ｔ（Ｔｓ：粉体塗料組成物の硬化開始点温度（℃））であることが望ましい。ばね本体の表面温度が、Ｔｓ＋３０℃未満になると、硬化が進行しにくくなるからである。したがって、硬化が完了する以前に、ばね本体の表面温度がＴｓ＋３０℃未満になる場合には、再度加熱を行い、ばね本体の表面温度を上昇させるこが望ましい。すなわち、硬化工程において、さらに加熱することにより、粉体塗料組成物を硬化させることが望ましい。

以上のように第１の塗装方法では、ばね本体を加熱して、ばね本体の表面温度Ｔ（℃）がＴｆ−２０≦Ｔ＜Ｔｆ＋２０の範囲にある間に、粉体塗料組成物を付着させる。その後、放冷により、ばね本体の表面温度は時間の経過と共に低下する。硬化は、ばね本体の表面温度がＴｓ＋３０℃以上である間に完了することが望ましい。塗布工程開始時のばね本体の表面温度や、塗膜の厚さ等にもよるが、例えば、塗布工程開始から１８０秒後のばね本体の表面温度がＴｓ＋０℃以上であれば、充分に硬化させることができる。

硬化工程における硬化の程度は、塗膜のゲル化率を測定することにより確認することができる。ゲル化率は、アセトンやキシレン等の溶剤に対する不溶分の質量分率である。例えば、塗膜の一部（試料）を溶剤に所定時間浸漬した後、乾燥させて質量を測定する。そして、次式（Ｉ）によりゲル化率を算出する。
ゲル化率（％）＝（溶剤浸漬後の試料の乾燥質量／溶剤浸漬前の試料の質量）
×１００・・・（Ｉ）
硬化が進行している程、ゲル化率は高くなる。例えば、ゲル化率が９０％以上であれば、硬化が充分に進行していると判断することができる。

粉体塗料組成物の硬化が完了した後は、塗膜表面の品質を保持しつつハンドリングを容易にするために、塗膜の温度を粉体塗料組成物の溶融温度未満に急冷することが望ましい。塗膜の急冷は、衝風、ミスト、シャワー、ディッピング等により行えばよい。

［後加熱］
第２の塗装方法として、粉体塗料組成物をばね本体に付着させた後に、ばね本体を加熱する実施形態を説明する。第２の塗装方法は、ばね本体の表面に粉体塗料組成物を塗布して、該ばね本体において、未硬化の塗膜を有する塗装部と、該塗装部を挟んで配置され未硬化の塗膜を有しない２つの非塗装部と、を形成する塗布工程と、２つの非塗装部それぞれに電極を接続する電極接続工程と、該電極間に電圧を印加してばね本体を通電加熱することにより、２つの非塗装部間に配置される塗装部の未硬化の塗膜を硬化する硬化工程と、を有する。

なお、上記の各工程に加えて、ばね本体表面に前述のリン酸塩皮膜を形成する前処理工程を行ってもよい。

塗布工程および焼き付け工程を経て、ばね本体の表面に塗膜が形成されたばね部材が得られる。ばね本体の表面に形成された塗膜は、亜鉛粉末を相対的に多く含む亜鉛含有層が、ばね本体の表面側に形成されており、エポキシ樹脂および酸末端ポリエステル樹脂の樹脂成分を相対的に多く含む樹脂含有層が、亜鉛含有層上に形成される。

塗膜中では、亜鉛粉末がばね本体の表面側に偏在するので、従来の塗膜と比較して亜鉛の含有量が少なくても、ばね本体と亜鉛とが十分に接触し、より高い防食性を発揮する。また、塗膜中で樹脂成分が塗膜の表層側に偏在するので、外部からの衝撃を緩和し、塗膜に生じた亀裂の伸展を防止する。樹脂含有層は、層厚みが比較的薄く形成されるので、層厚みの変動が小さくへたりが生じることがなく耐へたり性が向上する。そして、樹脂含有層の層厚みが薄くても亜鉛含有層とは一体的に形成されるため、層間に明確な界面が存在せず、層間剥離なども発生しない。

このように本発明の塗膜は、亜鉛含有層と樹脂含有層とによって高い防食性を維持するとともに耐へたり性も向上したばね部材を実現できる。さらにこれら２つの層は、各層を個別に塗装する必要がなく、１種の粉体塗料組成物を１度塗装するだけでばね本体表面に形成することができる。

したがって、高機能な塗膜でありながら、１コートで済むので、ばね部材の製造工程数を短縮することができ、ばね部材を容易に製造することができる。

図１は、本発明の第１実施形態であるばね板１を示す図である。本実施形態では、ばね部材の一例として１枚のばね板１からなる板ばねについて示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

ばね板１は、ばね本体１０と塗膜１１とを備えている。ばね本体１０は、ばね鋼などの鉄系材料からなり、図１に示すように中央部分が湾曲した形状である。ばね本体１０の引張力の作用する上側面１０ａに塗膜１１が形成されている。塗膜１１は、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物から形成されている。前述のように亜鉛粉末を相対的に多く含む亜鉛含有層がばね本体１０の表面側に形成され、樹脂成分を相対的に多く含む樹脂含有層が亜鉛含有層上に形成される。

図２は、本発明の第２実施形態である重ねばね板２を示す図である。重ねばね板２は、たとえば、車台と車軸とをつなぐリーフ式サスペンションに用いられる。重ねばね板２は、親板３と子板４とインタリーフ６とＵボルト７とを含む。親板３の下面に子板４を重ねて２本のＵボルト７により相手部材５に締め付けた重ね板ばね２であって、親板３のばね本体１３と子板４のばね本体１４引張力の作用面１３ａ、１４ａには、それぞれ塗膜８および塗膜９が形成される。塗膜８および塗膜９は、いずれも上記のように亜鉛含有層と樹脂含有層とが形成され、ばね本体１３，１４側に亜鉛含有層が位置し、表層側に受信含有層が位置する。親板３と子板４との間にはＵボルト７の締め付けによる摩耗を防止するために亜鉛板または合成樹脂製板などからなるインタリーフ６がＵボルト７の外側まで延長して挟着されている。

次に、本実施形態のばね板１の塗装方法について説明する。本実施形態のばね板１の塗装方法は、塗装工程と、電極接続工程と、硬化工程と、部分塗装工程と、を有している。

塗装工程においては、ばね本体１０の表面に上記の粉体塗料組成物を塗装して、ばね本体１０において、塗装部と両端の２つの非塗装部とを形成する。ばね本体１０の表面には、予めショットピーニング処理が施された後、リン酸亜鉛皮膜が形成されている。

次に、ばね本体１０の表面全体に、コロナ帯電塗装ガンを用いて粉体塗料組成物を付着させ、当該粉体塗料組成物からなる未硬化の塗膜を形成する。未硬化の塗膜の厚さは、６０〜１００μｍとする。それから、ばね本体１０の左右方向両端部に形成された未硬化の塗膜を、エアガンによりエアを吹き付けて除去する。これにより、ばね本体１０の左右方向両端部は、ばね本体１０が露出する。このようにして、ばね本体１０および未硬化の塗膜からなる塗装部と、露出したばね本体１０のみからなる２つの非塗装部と、を形成する。

電極接続工程においては、ばね本体１０に形成された２つの非塗装部に、各々、電極を接続する。電極は、配線によって電源と接続されている。電源が備える制御部により、電圧のオン／オフや、印加する電圧値等が制御される。

硬化工程においては、電源を動作させて電極間に電圧を印加し、ばね本体１０を通電加熱することにより、塗装部の未硬化の塗膜を硬化させる。まず、電源をオンにして、電圧を印加すると、塗装部のばね本体１０に、電流が流れ、ジュール熱が発生する。これにより、ばね本体１０が加熱され、ばね本体１０表面の未硬化の塗膜が加熱される。そして、塗装部の温度が所定の温度に達したら、通電加熱を止めて放冷することにより、未硬化の塗膜を硬化させる。なお、放冷時に塗装部の温度が低下し過ぎて、塗膜の硬化が充分に進行しない場合には、再度通電加熱を行い、塗装部の温度を、所定の温度まで上昇させることが望ましい。塗装部の温度は、例えば、サーモグラフ等の非接触式温度計を用いて測定すればよい。硬化によって塗膜１１を形成した後、２つの非塗装部から電極を取り外す。

部分塗装工程においては、２つの非塗装部を塗装する。まず、２つの非塗装部に、塗装工程において使用したのと同じ粉体塗料組成物を、コロナ帯電塗装ガンを用いて付着させ、当該粉体塗料組成物からなる未硬化の塗膜を形成する。次に、未硬化の塗膜を、誘導加熱装置を用いて加熱して硬化させることにより、塗膜１１を形成する。このようにしてばね本体１０の表面全体に塗膜１１を形成し、ばね板１を製造する。

次に、本発明について実施例および比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、表中の粉体塗料組成物についての配合量は特別な記載がない限り、質量部を表す。

表１に示す配合の粉体塗料組成物を、前記の製造方法で製造し、被塗物としてワッシャ（外径４０ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚み２．９ｍｍ、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製）を用い、塗装膜厚が５０μｍになるようにワッシャの片面に静電塗装し、１７０℃、２０分間の焼き付け（後加熱）によって実施例１，２の試験片を作製した。さらに、加熱条件を前加熱としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の試験片を作製した。前加熱では、粉体塗料組成物を試験片に塗装する直前の試験片の表面温度が１８０℃となるように、予め試験片を加熱した。

比較例１として、特許文献１（特開平１１−１８８３０９号公報）の記載に準じて、第１塗膜と第２塗膜とからなる塗膜を実施例と同様にワッシャの片面に設け、比較例用の試験片を作製した。第１塗膜は、神東塗料株式会社製の板ばねＺＥプライマー焼き付け用を用い、第２塗膜は、ロックペイント株式会社製のタフコートシャーシーブラックを用いた。

比較例２として、特許文献２（特開２０１３−１１９５８２号公報）の実施例３の記載に準じて、粉体塗料組成物を製造し、実施例と同様にワッシャの片面に静電塗装して塗膜を設け、比較例用の試験片を作製した。

次に、実施例用の試験片および比較例用の試験片を用いて性能評価した。
＜評価方法＞
・樹脂含有層の形成
塗膜に層分離が生じているかどうかを評価した。塗膜を切断して切断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて確認、またＥＰＭＡ(Ｚｎマッピング)にて亜鉛の密度を目視で観察し、樹脂成分を相対的に多く含む樹脂含有層が形成されていれば評価を「あり」とし、樹脂含有層が形成されていなければ評価を「なし」とした。

・耐へたり性
図３は、耐へたり性を測定するための測定方法を説明するための模式図である。耐へたり性については、実施例ごと、比較例ごとに４つのワッシャ１００を準備し、塗膜が形成された面同士を重ね、一対の押さえ冶具１０２によって４つのワッシャ１００を上下から挟み、スラスト軸受１０３を介して、一対の押さえ冶具１０２と４つのワッシャ１００とを締め付けボルト１０４で台座１０１に固定する。締め付けボルト１０４の塔頂部に歪ゲージ（株式会社共和電業製、ボルト軸力測定用ゲージ ＫＦＧ−３−１２０−Ｃ２０−１１）を埋め込み、軸力を測定可能としている。

図３に示すように、台座１０１にワッシャ１００を締め付けボルト１０４で固定した状態で恒温槽に投入し、６０℃で４８時間静置した。恒温槽への投入前の軸力と、４８時間後の軸力とを測定し、へたり率（％）＝（試験前後で低下した軸力／試験前の軸力）×１００を算出した。へたり率が小さいほど耐へたり性に優れていると評価することができる。具体的には、単位膜厚あたりのへたり率で評価し、塗膜の膜厚が１０μｍあたりのへたり率が１％未満であれば、評価が良好であり、１％以上であれば評価が不良と判断する。本実施例では、塗膜の膜厚が５０μｍであるので、へたり率が５％未満であれば評価を良好「○」とし、へたり率が５％以上であれば評価を不良「×」とした。

・防食性
防食性については、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−１に準拠する試験方法（液温３５℃の５％塩化ナトリウム水溶液を８４０時間噴霧）により耐中性塩水噴霧性を評価した。噴霧後の塗膜に、剥離や膨れなどの異常があるかどうかを目視にて確認した。塗膜に異常が無ければ評価を良好「○」とし、塗膜に異常があれば評価を「×」とした。

実施例１〜３は、塗膜に亜鉛含有層と樹脂含有層とが形成され、評価結果が全て良好であった。比較例１は、第２塗膜が樹脂塗膜であるために耐へたり性に劣り、ボルトなどの締結部材によってフレームなどに固定して用いられることが多い板ばねなどのばね部材の塗膜としては適用できない。比較例２は、亜鉛粉末を含む１層からなる塗膜であるので、耐へたり性は良好であるが、防食性に劣り、ばね部材の塗膜としては適用できない。

１ ばね板
２ 重ねばね板
３ 親板
４ 子板
５ 相手部材
６ インタリーフ
７ Ｕボルト
８ 塗膜
９ 塗膜
１０ ばね本体
１０ａ 上側面
１１ 塗膜
１３ ばね本体
１３ａ 作用面
１４ ばね本体
１００ ワッシャ
１０１ 台座
１０２ 冶具
１０３ スラスト軸受
１０４ ボルト

Claims (5)

1. ばね本体と、
   前記ばね本体の表面に、エポキシ樹脂、酸末端ポリエステル樹脂および亜鉛粉末を含む粉体塗料組成物を塗装して形成される塗膜であって、前記ばね本体の表面側の、前記エポキシ樹脂および前記酸末端ポリエステル樹脂よりも前記亜鉛粉末を多く含む亜鉛含有層、ならびに前記亜鉛含有層上の、前記亜鉛粉末よりも前記エポキシ樹脂および前記酸末端ポリエステル樹脂を多く含む樹脂含有層を有する塗膜と、を含むことを特徴とするばね部材。
2. 前記粉体塗料組成物は、
   前記エポキシ樹脂の含有量と前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量との和を１００質量部としたとき、前記エポキシ樹脂の含有量が１０〜８０質量部であり、前記酸末端ポリエステル樹脂の含有量が２０〜９０質量部であり、
   前記亜鉛粉末の含有量が、粉体塗料組成物全体に対して３０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１記載のばね部材。
3. 前記亜鉛粉末の含有量が、粉体塗料組成物全体に対して５５〜８０質量％であることを特徴とする請求項２記載のばね部材。
4. 前記塗膜は、１種の粉体塗料組成物を１度塗装することで、前記ばね本体表面に、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のばね部材。
5. 前記塗膜は、予め加熱された前記ばね本体に、前記粉体塗料組成物を付着させる前加熱によって、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されるか、または前記粉体塗料組成物を前記ばね本体に付着させた後に、該ばね本体を加熱する後加熱によって、前記亜鉛含有層および前記樹脂含有層を有するように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のばね部材。

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