JP2016211057A - 自動車用外板パネル及び自動車用外板パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐候性、耐溶剤性、耐薬品性、耐擦傷性を有するとともに下地の塗膜の保護能力に優れたコーティングを有する自動車用外板パネルを提供する。
【解決手段】表面に塗膜を有する基材と、前記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、前記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする自動車用外板パネル。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用外板パネル及び自動車用外板パネルの製造方法に関する。

自動車、建材、プラスチック部品、フィルムなどに塗膜を形成するために使用される上塗り塗料に対して、形成される塗膜の耐久性への要求が高まっている。外観性のほかに具体的には耐候性、耐溶剤性、耐酸性、耐薬品性、耐擦傷性等に優れる塗膜性能が要求されている。
特許文献１には、温和な硬化条件で塗膜を形成することが可能であり、耐溶剤性、耐酸性、耐薬品性、耐擦傷性、耐汚染性、さらには傷修復性が得られるコーティング用硬化性樹脂組成物として、
（Ａ）主鎖が（メタ）アクリル系共重合体鎖であり、主鎖末端および／または側鎖に加水分解性ケイ素基を１０個以上有し、且つ主鎖末端および／または側鎖に水酸基を１０個以上有するビニル系共重合体、
（Ｂ）イソシアナート基を２個以上含有する化合物、および、
（Ｃ）加水分解性ケイ素基およびイソシアナートの硬化触媒
を含有するコーティング用多液型硬化性樹脂組成物が提案されている。
このようなコーティング材によれば、プラスチック成型体やフィルムなど過度に熱をかけることができない材料に対しても、温和な硬化条件で塗膜を形成することが可能であり、耐候性、耐溶剤性、耐薬品性、耐擦傷性等に優れるコーティング用硬化性樹脂組成物を提供することであり、さらには傷に対して傷修復性が得られるコーティング用硬化性樹脂組成物を提供することができることが記載されている。

特許再公表２０１３／０８１０２２号公報

しかしながら、上記記載されたコーティング用硬化性樹脂組成物は、樹脂であるので耐候性、耐溶剤性、耐薬品性、耐擦傷性には自ずと限界があり、長い期間、太陽光、風雨に曝されると性能が劣化する。また、透光性を有しているので、覆われる下地の塗膜も紫外線などの影響により変色が起こる。このため、耐候性、耐溶剤性、耐薬品性、耐擦傷性を有するとともに、紫外線カットの能力を備えたコーティングを備えた自動車用外板パネルが要求されている。
本発明では、上記課題を解決するために、耐候性、耐溶剤性、耐薬品性、耐擦傷性を有するとともに下地の塗膜の保護能力に優れたコーティングを有する自動車用外板パネル及び該自動車用外板パネルを製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の自動車用外板パネルは、表面に塗膜を有する基材と、上記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、上記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする。

本発明の自動車用外板パネルは、塗膜を有する基材の表面にセラミック層が形成されている。セラミック材料は、エネルギーバンドギャップの作用により一般に短波長側の光を吸収しやすく紫外線を吸収することができ、セラミック層の厚さを適宜調整することにより、セラミック層だけで紫外線を吸収することができる。また、セラミック層は、樹脂材料と比較し圧倒的に硬いので、自動車用外板パネルに耐摩耗性を同時に付与することができる。また、セラミック層だけで紫外線を吸収することができるので、基材の塗膜に紫外線が届かず、紫外線による劣化を防止することができる。さらには、適宜セラミック層の種類等を調整することで紫外線に限定されず、可視光、赤外線に対しても光を減衰させることができる。

本発明の自動車用外板パネルにおいて、上記セラミック層は、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＨｆＣ、Ｂ_４Ｃ、Ｍｏ_２Ｃ、ＮｂＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、Ｃｒ_２Ｎ、ＶＮ及びＨｆＮからなる群から選択された少なくとも一種からなるセラミック層であることが好ましい。

これらのセラミック層は、紫外線を吸収する能力を有している上に、充分な硬度を有している。

本発明の自動車用外板パネルにおいて、上記セラミック層は、ＳｉＣであることが好ましい。

ＳｉＣは、紫外線を吸収しやすい上に、セラミック材料としては、特に硬い部類の素材であるので、本発明の自動車用外板パネルのセラミック層として好適に利用することができる。

本発明の自動車用外板パネルにおいて、上記セラミック層は、非晶質であることが好ましい。

セラミック層が非晶質であると、セラミック層の厚さが薄い場合でも紫外線を吸収する作用を発現できる。

本発明の自動車用外板パネルにおいては、上記セラミック層の厚さが５〜３０００ｎｍであることが好ましい。

セラミック層の厚さが上記範囲であると、紫外線を充分に吸収することができるため塗膜に紫外線の影響が及ぶことを防ぐことができる。また、耐摩耗性も充分に付与される。

本発明の自動車用外板パネルにおいて、上記塗膜は、合成樹脂塗料からなることが好ましい。

塗膜が、合成樹脂塗料であると、耐候性、耐酸性、耐薬品性、耐擦傷性が高いうえに、合成樹脂は透明なものを用いることができるので、顔料を適宜選択することにより、様々な彩色をすることができる。

本発明の自動車用外板パネルの製造方法は、表面に塗膜を有する基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックを物理蒸着により堆積させ、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成することを特徴とする。

物理蒸着によりセラミック層を形成する場合、基材の温度が高温にならず、塗膜の耐熱温度以下の温度でセラミック層を形成することができるので、塗装などの樹脂へのセラミック層の形成方法として適している。

本発明の自動車用外板パネルの製造方法においては、上記物理蒸着は５〜２００℃で行うことが好ましい。
上記温度であると、塗膜を有する基材に熱的ダメージを与えにくいため好ましい。

本発明の自動車用外板パネルの製造方法において、上記物理蒸着は、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、又は、イオンビーム蒸着により行われることが好ましい。
また、上記スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、２極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ＥＣＲスパッタ法であることが好ましい。

これらの方法により物理蒸着を行うことにより、セラミック層を基材の表面に形成することができる。特にスパッタリングにより物理蒸着が行われることが好ましい。

図１は、本発明の自動車用外板パネルの一例を模式的に示す断面図である。

（発明の詳細な説明）
以下、本発明の自動車用外板パネル及び自動車用外板パネルの製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

はじめに、本発明の自動車用外板パネルについて説明する。
本発明の自動車用外板パネルは、表面に塗膜を有する基材と、上記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、上記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする。

図１は、本発明の自動車用外板パネルの一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す自動車用外板パネル１０は、表面に塗膜１１ａを有する基材１１と、基材１１の表面に形成されたセラミック層１２とからなる。

基材１１は鉄、アルミニウムなどの金属あるいは樹脂である。
塗膜１１ａは、主成分である樹脂と顔料とからなりさらに添加物を含有する。添加物としては、例えば、レベリング剤、スリップ剤、可塑剤、増粘剤、乳化剤、乾燥剤、消泡剤を含有する。
塗膜はどのようなものでも利用でき特に限定されないが、合成樹脂塗料からなることが好ましい。合成樹脂塗料としては、アクリル樹脂系塗料、ウレタン樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料、フッ素樹脂系塗料等が挙げられる。

また、基材１１とセラミック層１２との密着性を良好にするため、サンドブラスト処理や化学薬品等の粗化処理を基材の表面に施してもよい。

上記粗化処理により形成される基材の表面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳは、０．３〜２０μｍが望ましい。上記した粗化面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で定義される十点平均粗さである。
上記基材の粗化面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳが０．３μｍ未満であると、基材の表面積が小さくなるため、基材とセラミック層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、基材の粗化面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳが２０μｍを超えると、基材の表面にセラミック層が形成されにくくなる。これは、基材の粗化面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳが大きすぎると、基材の表面に形成された凹凸の谷の部分にセラミック層が形成されにくく、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、基材の粗化面の表面粗さＲｚ_ＪＩＳは、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−Ｘ２００ｖｉｏｌｅｔ仕様）を用いて表面の輪郭曲線を測定した後、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して、走査距離は３０μｍとして測定することができる。

基材の形状は、特に限定されるものではなく、平板、半円筒、円筒状の他、その断面の外縁の形状は、楕円形、多角形等の任意の形状でよい。
また、基材の厚さは、基材を使用する用途に応じて適切な厚さとすることができる。

本発明の自動車用外板パネルでは、基材１１の表面にセラミック層１２が形成されている。
セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなる。
炭化物系セラミックとしては、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＨｆＣ、Ｂ_４Ｃ、Ｍｏ_２Ｃ、ＮｂＣ及びＣｒ_３Ｃ_２等が挙げられる。
また、窒化物系セラミックとしては、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、Ｃｒ_２Ｎ、ＶＮ及びＨｆＮ等が挙げられる。
また、炭窒化物セラミックも、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックに含まれ、炭窒化物セラミックとしては、炭窒化タングステン等が挙げられる。
セラミック層は、これらの炭化物系セラミック及び窒化物系セラミックのうちの１種のみを含んでいてもよいし、２種以上の炭化物系セラミック及び窒化物系セラミックを含んでいてもよい。
これらの中でも硬度の高いセラミックが好ましく、ビッカース硬度が５００〜１００００ＨＶであるセラミックが好ましい。
また、セラミック層はＳｉＣであることが好ましい。

また、セラミック層は非晶質であることが好ましく、非晶質であるとセラミック層の厚さが薄い場合でも紫外線を吸収する作用を発現できる。

セラミック層の厚さは５〜３０００ｎｍであることが好ましく、１０〜１００ｎｍであることがより好ましい。
セラミック層の厚さが上記範囲であると、紫外線を充分に吸収することができるため塗膜に紫外線の影響が及ぶことを防ぐことができる。また、耐摩耗性も充分に付与される。
セラミック層の厚さを３０００ｎｍを超えて厚くしても特性に大きな変化はなく、そのような厚さのセラミック層を形成することが難しく、時間もかかるため、自動車用外板パネルの価格が高くなりすぎる。
セラミック層の厚さは、例えば、レーザー顕微鏡を用いて測定することができる。
基材の表面にセラミック層が形成された部分とセラミック層が形成されていない部分がある試料を準備し、基材の表面にセラミック層が形成された部分とセラミック層が形成されていない部分の境界の段差をまたぐようにレーザー顕微鏡を走査して、その段差の高さをセラミック層の厚さとして測定することができる。
上記測定用試料は、セラミック層の形成時に一部をマスキングしてセラミック層を形成することにより作製してもよいし、形成したセラミック層の一部を除去することによって作製してもよい。

次に、本発明の自動車用外板パネルの製造方法について説明する。
本発明の自動車用外板パネルの製造方法は、表面に塗膜を有する基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックを物理蒸着により堆積させ、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成することを特徴とする。

（１）基材の準備
はじめに、基材を準備する。
基材としては本発明の自動車用外板パネルの説明で説明した塗膜を有する。例えば鋼板を使用することができ、使用する用途に応じて任意の形状に切削加工、プレス成形等により成形した材料を準備する。
また、基材の表面の不純物を除去するために洗浄処理を行うことが好ましい。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を用いることができ、具体的には、例えば、水やアルコールを吹き付けたり、これらの溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
また、スパッタリング装置内に基材を設置し、プラズマを発生させることによって基材の表面をプラズマ洗浄してもよい。この場合、プラズマ洗浄の後にそのままスパッタリングによりセラミック層の形成を行ってもよい。

また、上記洗浄処理後には、必要に応じて、基材の表面の粗さを調整したりするために、基材の表面に粗化処理を施してもよい。具体的には、例えば、サンドブラスト処理、エッチング処理等の粗化処理を施してもよい。これらは単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。この粗化処理後に、さらに洗浄処理を行ってもよい。
基材表面の好ましい表面粗さ等については、既に説明したので、ここでは、その説明を省略する。

（２）セラミック層の形成
続いて、基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成する。
セラミック層の形成は、物理蒸着（ＰＶＤ）により行うことができる。
物理蒸着によりセラミック層を形成する場合、基材の温度が高温にならず、塗膜の耐熱温度以下の温度でセラミック層を形成することができるので、塗膜を有する基材へのセラミック層の形成方法として適している。
具体的には、物理蒸着を５〜２００℃で行うことが好ましい。この温度はチャンバー内の設定温度であり、常温（２５℃±１５℃）であることも好ましい。なお、塗膜を有する基材が物理蒸着の熱で溶融しないよう適宜冷却して温度調整してもよい。

物理蒸着は、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、又は、イオンビーム蒸着により行われることが好ましい。
これらの中でもスパッタリングにより行われることがより好ましく、スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、２極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ＥＣＲスパッタ法であることが好ましい。
特に、ＲＦ（交流、高周波）スパッタであることが好ましく、ＲＦマグネトロンスパッタであることがより好ましい。
ＲＦスパッタであると、絶縁体であるセラミックターゲットについてもスパッタリングが可能であり、マグネトロンスパッタとすることによって成膜速度を速くすることができる。

ＲＦマグネトロンスパッタによる物理蒸着を行う場合には、スパッタリング装置にセラミック層の材料となるターゲットを設置して、基材をチャンバー内に載置し、チャンバー内をアルゴン雰囲気としてチャンバー内の圧力を例えば０．２〜１．２Ｐａに減圧する。
そして、高周波電圧を印加してスパッタリングを所定時間行い、所定の厚さのセラミック層を基材上に形成する。

本発明の自動車用外板パネルは、耐紫外線性及び耐摩耗性が必要な用途に使用することできる。

以下に、本発明の自動車用外板パネル、及び、自動車用外板パネルの製造方法の作用効果について列挙する。
（１）本発明の自動車用外板パネルは、基材の表面にセラミック層が形成されている。セラミック材料は、エネルギーバンドギャップの作用により一般に短波長側の光を吸収しやすく紫外線を吸収することができ、セラミック層の厚さを適宜調整することにより、セラミック層だけで紫外線を吸収することができる。また、セラミック層は、塗膜と比較し圧倒的に硬いので、自動車用外板パネルに耐摩耗性を同時に付与することができる。また、セラミック層だけで紫外線を吸収することができるので、自動車用外板パネルを構成する塗膜に紫外線が届かず、紫外線による劣化を防止することができる。さらには、適宜セラミック層の種類等を調整することで紫外線に限定されず、可視光、赤外線に対しても光を減衰させることができる。

（２）本発明の自動車用外板パネルの製造方法では、基材表面へのセラミック層の形成を物理蒸着によって行う。物理蒸着によりセラミック層を形成する場合、基材の温度が高温にならず、塗膜の耐熱温度以下の温度でセラミック層を形成することができるので、表面に塗膜を有する基材へのセラミック層の形成方法として適している。

（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
基材として、鋼板（厚さ１ｍｍ）とウレタン樹脂系塗料からなる塗膜（厚さ１００μｍ）とからなる基材を準備する。
この基材表面に、ターゲットをＳｉＣとして、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて、ＳｉＣからなるセラミック層を形成する。スパッタリング装置としては、ＳＲＶ−４３００シリーズ（神港精機製）を使用することができる。
チャンバー内の圧力は０．６Ｐａ、電力５００Ｗ、温度条件は常温とし、成膜速度８．６ｎｍ／ｍｉｎで狙い厚さ２０ｎｍのＳｉＣからなるセラミック層を形成することができる。
作製された自動車用外板パネルは、セラミック層が透明性を有し塗膜の色彩がセラミック層側から確認することができる。また、ＳｉＣからなるセラミック層を有しているので、紫外線を吸収することができ、かつ、耐摩耗性に優れたものである。

１０ 自動車用外板パネル
１１ 基材
１１ａ 塗膜
１２ セラミック層

Claims (10)

1. 表面に塗膜を有する基材と、前記基材表面に形成されたセラミック層とからなり、前記セラミック層は、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなることを特徴とする自動車用外板パネル。
2. 前記セラミック層は、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＨｆＣ、Ｂ_４Ｃ、Ｍｏ_２Ｃ、ＮｂＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、Ｃｒ_２Ｎ、ＶＮ及びＨｆＮからなる群から選択された少なくとも一種からなるセラミック層であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用外板パネル。
3. 前記セラミック層は、ＳｉＣであることを特徴とする請求項２に記載の自動車用外板パネル。
4. 前記セラミック層は、非晶質であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車用外板パネル。
5. 前記セラミック層の厚さが５〜３０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車用外板パネル。
6. 前記塗膜は、合成樹脂塗料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車用外板パネル。
7. 表面に塗膜を有する基材表面に炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックを物理蒸着により堆積させ、炭化物系セラミック又は窒化物系セラミックからなるセラミック層を形成することを特徴とする自動車用外板パネルの製造方法。
8. 前記物理蒸着は５〜２００℃で行うことを特徴とする請求項７に記載の自動車用外板パネルの製造方法。
9. 前記物理蒸着は、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、又は、イオンビーム蒸着により行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の自動車用外板パネルの製造方法。
10. 前記スパッタリングは、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、２極スパッタ法、反応性スパッタ法、又は、ＥＣＲスパッタ法であることを特徴とする請求項９に記載の自動車用外板パネルの製造方法。

Images