JP3070298B2 - アルミニウム材料の塗装方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム又はアル
ミニウム合金（以下、これをアルミニウム材料という）
の表面に均一性に優れた塗膜を形成する塗装方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】陽極酸化されたアルミニウム材料に塗装
を施すとき、塗膜の密着性及び耐食性が向上する。陽極
酸化は、硫酸，蓚酸，芳香族カルボン酸等の電解質を添
加した溶液中にアルミニウム材料を浸漬し、アルミニウ
ム材料を陽極として電解することにより行われる。陽極
酸化されたアルミニウム材料の表面には、数μｍ〜数十
μｍの膜厚で多孔質皮膜が形成されている。陽極処理後
のアルミニウム材料には、水和処理，水切り乾燥，塗
装，焼付け乾燥等の工程を経て塗膜が形成される。塗装
されたアルミニウム材料は、内装用建材，外装用建材，
各種機器のハウジング等として広範な分野で使用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】陽極酸化によって形成
した多孔質皮膜は、高温硬化型の油性樹脂塗料の下地と
しては不適当である。たとえば、エポキシ樹脂系の塗料
を塗布して高温焼付けを行うと、硬化後に塗装ムラが発
生し易く、表面外観の劣る製品となる。しかし、高温硬
化型油性塗料は、長期間にわたり塗膜が安定した性状を
呈し、高硬度，高電気絶縁性等にも優れているものが多
い。そのため、塗装ムラに起因する高い不良品発生率に
も拘らず、高温硬化型油性塗料を使用した塗装が一部で
行われている。

【０００４】たとえば、特公平３−５９７５３号公報で
は、水洗処理したアルミニウム材料を、塗料焼付け時の
乾燥温度よりも高い温度で乾燥することによって、平滑
で表面外観の良好な塗膜を形成している。しかし、この
方法によっても、塗装ムラの発生を完全に抑制すること
ができない。この点、塗装ムラの発生を防止できれば、
高い歩留りで良質の塗膜が形成されたアルミニウム材料
を提供することができる。本発明は、このような要求に
応えるべく案出されたものであり、塗装されるアルミニ
ウム材料の乾燥を特定条件下で二段階乾燥することによ
り、高温硬化型油性塗料の塗膜を塗装ムラなく高い歩留
りで形成することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の塗装方法は、そ
の目的を達成するため、アルミニウム材を多塩基酸溶液
中で陽極酸化した後、水洗し、直ちに３０〜７５℃の温
風で乾燥し、次いで使用塗料の硬化温度以上の温風で再
度乾燥する二段乾燥処理を行った後、直ちに或いは乾燥
状態保存の後で高温硬化型塗料を前記アルミニウム材料
の乾燥表面に塗布し硬化させることを特徴とする。水洗
直後に行われる乾燥は、アルミニウム材料に付着してい
る水分を急速に除去するため、３０〜７５℃の温風を吹
き付けることによって行われる。このとき使用する温風
は、７５℃を超える温度では水和反応が生じ、陽極酸化
によって生成した多孔質皮膜が変質するため、７５℃以
下にすることが必要である。また、温風温度が低く過ぎ
ると付着水の除去が行われないので、３０℃以上の温度
に維持する。

【０００６】温風吹付け時間は、付着水の除去を完全に
行うため５分以上とすることが好ましい。温風吹付けに
よる効果は、３０分程度でほぼ飽和状態に達する。３０
分を超える温風吹付けは、アルミニウム材料の表面をよ
り乾燥した状態にするものの、吹付け時間の長期化に伴
った実質的な効果が得られない。付着水が除去されたア
ルミニウム材料は、更に高温の温風を使用した二段目の
乾燥処理に付せられる。このときの温風としては、使用
する塗料の種類によって変わるが、実際に後工程で高温
硬化する際の温度或いはそれ以上の温度に加熱された温
風が使用される。たとえば、硬化時と同じ温度の温風を
アルミニウム材料に１５分程度吹き付けたものでは、形
成される塗膜における塗装ムラが大幅に減少する。

【０００７】二段目の乾燥に１００℃程度の温風を使用
することによっても、塗装ムラの減少は図られるが、温
風吹付け時間が長くなり過ぎ、実用的でない。また、更
に高温の温風を長時間吹き付けるとき、塗装ムラが減少
し皆無となるものの、過度の加熱処理によって素地のア
ルミニウム材料に強度劣化等の欠陥が生じる。このよう
なことから、二段目の乾燥には、後工程で高温硬化する
際の温度或いはそれより若干高い温度の温風を使用し、
１０〜３０分間の温風吹付けを行うことが好ましい。

【０００８】温風乾燥されたアルミニウム材料は、直ち
に塗装工程に送られることが好ましい。しかし、乾燥し
たアルミニウム材料を乾燥環境に保持しておくことによ
り、乾燥工程と塗装工程との間に時間をあけることも可
能である。たとえば、相対湿度６０％以下の乾燥環境に
アルミニウム材料を保持しておくとき、二段乾燥による
効果は失われない。このとき、乾燥剤を封入した密閉容
器等を使用することが好ましい。

【０００９】本発明で使用される高温硬化型塗料として
は、その種類に制約を受けるものではないが、たとえば
エポキシ系フェノール樹脂（焼付け温度１５０〜２００
℃），エポキシ系アミノ樹脂（焼付け温度２４０〜３２
０℃），エポキシ系ポリエステル樹脂（焼付け温度１８
０〜２００℃），メラミン−アルキド樹脂（焼付け温度
１２０〜１６０℃），メラミン−アクリル樹脂（焼き付
け温度１４０〜１６０℃），メラミン−ポリエステル樹
脂（焼付け温度２４０〜３２０℃）等が掲げられる。

【００１０】

【作 用】本発明者等は、高温硬化型油性塗料の下地と
して陽極酸化皮膜を使用する際に塗装ムラが発生する原
因について調査・研究した。その結果、下地である陽極
酸化皮膜の酸化物又は水酸化物の内部に構造水として取
り込まれている水分が塗装焼付け時の高温で分解・蒸発
することに、塗装ムラの発生原因があるものと推察し
た。すなわち、塗装焼付け時に陽極酸化皮膜から脱離す
る水分が皮膜上の塗料層を押し退け、塗料に不均一部分
を発生させる。この推論の下で、塗装ムラの発生を防止
するメカニズムを次のように考えた。塗料を焼き付ける
際、高温加熱初期では塗料に流動性があるため、脱離水
で押し退けられた塗料不均一部分が修復され、塗装ムラ
の発生にはつながらない。しかし、塗料の硬化反応が開
始する段階では、脱離水による塗料不均一部分が修復さ
れることなく残存し、最終的に塗装ムラとなる。

【００１１】したがって、高温加熱によって塗料を硬化
させるとき、水が脱離しない状態に陽極酸化皮膜を予め
調整しておくことにより、塗装ムラの発生が防止できる
ことが予想される。そこで、塗料の硬化温度又はそれ以
上の温度で陽極酸化されたアルミニウム材料を加熱して
おくと、塗料焼付時の高温においても陽極酸化皮膜から
脱離する水分がなくなり、脱離水による塗料の押し退
け、ひいては塗装ムラの発生が防止される。高温加熱に
よる陽極酸化皮膜からの水の脱離は、酸化物又は水酸化
物の内部からの脱離であるため、加熱温度だけで制御す
ることはできない。水の脱離には、加熱時間も重要な因
子として働く。たとえば、長時間の加熱によって完全に
水分を除去することは、塗装ムラの発生を完全に防止す
る上で効果的であるが、現実的な手段ではない。そこ
で、塗料の硬化温度と同程度の温度における加熱時間に
伴う水分の脱離量を調査したところ、水分は加熱初期に
陽極酸化皮膜から急激に脱離し始め、おおよそ１５分程
度で脱離水の量が減少した。このことから、１５分以上
の時間で陽極酸化皮膜を加熱するとき、脱離水の除去が
ほぼ完全に行われ、塗装ムラの発生が大幅に減少するこ
とが判る。

【００１２】陽極酸化後のアルミニウム材を直接に高温
加熱するとき、表面に残留している付着水は、高温加熱
の初期段階で陽極酸化皮膜を構成している酸化物と水和
反応を起こし、いわゆる水和封孔処理が行われる。その
結果、陽極酸化皮膜の内部に水分が閉じ込められ、塗料
焼付け時の高温加熱段階で脱離水となって塗装ムラを発
生させるのみならず、水和部分への塗料の付着を妨げ、
別種の塗装ムラを誘起する。水和物による封孔は、加熱
時の雰囲気によっても影響される。たとえば、高湿度の
雰囲気でアルミニウム材料を高温加熱すると、封孔現象
が生じ易く、加熱後の陽極酸化皮膜に水和物が残留す
る。したがって、高温で加熱乾燥するときに使用する温
風としては、露点の低い乾燥空気を使用することが好ま
しい。また、電気炉を使用した乾燥では、炉内の換気を
十分に行う必要がある。

【００１３】高温加熱する際の温度雰囲気で付着水が直
ちにアルミニウム材料の表面から蒸発すると考えられが
ちであるが、実際にはアルミニウム基材の温度が低いた
め、昇温及び蒸発完了までに若干の時間がかかる。高温
加熱工程の熱源として高エネルギー密度をもつレーザビ
ーム等を使用するとき、瞬時に加熱温度まで昇温するこ
とができる。しかし、このような熱源は、特殊な設備を
必要とすることから実用的でない。通常の温風乾燥機や
電気炉等を熱源とするときには、この昇温及び蒸発完了
までに要する過程で生じる水和封孔処理の対策が必要で
ある。そこで、本発明においては、一段目の乾燥工程と
して、温度３０〜７５℃の温風を使用した風乾を採用し
ている。この風乾により、高温加熱乾燥時に発生する水
和反応が抑えられ、陽極酸化皮膜内に水和物として閉じ
込められる水分が少なくなる。このようにして二段階で
乾燥処理したアルミニウム材料は、塗装焼付け時の高温
加熱によっても陽極酸化皮膜から脱離する水分の影響が
抑えられ、均一性に優れた塗膜が形成される。

【００１４】

【実施例】

実施例１：板厚３ｍｍのアルミニウム合金ＡＤＣ１２の
ダイカスト材から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を切
り出し、硫酸浴中で陽極酸化し、膜厚３μｍの陽極酸化
皮膜を形成した。水洗後、試験片に７０℃の温風を１５
分間を吹き付けて一段目の乾燥を行った後、２００℃に
保持された強制換気型電気炉内で１５分間加熱する二段
目の乾燥を行った。乾燥後、直ちに試験片表面にエポキ
シ樹脂系塗料をスプレー塗装し、２００℃に保持した電
気炉で３０分間加熱した。加熱後の試験片表面には、塗
装ムラがなく、均一な表面外観をもった塗膜が形成され
ていた。

【００１５】比較例１：実施例１と同じ試験片を陽極酸
化した後、約２５℃の室内に１時間放置し、次いで２０
０℃の強制換気型電気炉内に１５分間保持する加熱乾燥
を行い、直ちに実施例１と同様にエポキシ樹脂系塗料を
スプレー塗装し焼き付けた。このとき得られた塗膜に
は、直径１〜５ｍｍの斑点状の白濁ムラが試験片表面に
約２０か所検出され、均一性に劣るものであった。 比較例２：実施例１と同じ試験片に、同様な陽極酸化処
理及び一段目の乾燥を施した後、直ちにエポキシ樹脂系
塗料をスプレー塗装し、２００℃の電気炉で３０分間焼
き付けた。得られた塗膜には直径１ｍｍ以下の微細な凹
みが多数（１００個程度）発生しており、凹みが集中し
た部分には塗膜の剥離も検出された。

【００１６】実施例２：実施例１と同様に二段乾燥した
試験片を相対湿度２５％に保持されたデシケータに２日
間入れた後、試験片表面にエポキシ樹脂系塗料をスプレ
ー塗装し、２００℃に保持した電気炉で３０分間加熱し
た。塗料焼付後に形成された塗膜は、塗装ムラがなく、
均一な表面外観をもっていた。

【００１７】比較例３：実施例２と同じ試験片を使用
し、同様な陽極酸化処理，一段目の乾燥及び二段目の乾
燥を施した後、雨天の室内に２０時間放置した。次い
で、試験片表面にエポキシ樹脂系塗料をスプレー塗装
し、２００℃に保持した電気炉で３０分間加熱した。得
られた塗膜には、直径１〜５ｍｍの斑点状の白濁ムラが
少量（約１０か所）及び直径１ｍｍ以下の微細な凹みが
多数（約７０か所程度）発生しており、表面外観の均一
性に劣るものであった。

【００１８】実施例３：板厚０．３ｍｍのアルミニウム
合金Ａ５０５６の板材から１００ｍｍ×１００ｍｍの試
験片を切り出し、硫酸浴中で陽極酸化し、膜厚３０μｍ
の陽極酸化皮膜を形成した。水洗後、試験片に７０℃の
温風を１５分間を吹き付けて一段目の乾燥を行った後、
１６０℃に保持された強制換気型電気炉内で３０分間加
熱する二段目の乾燥を行った。乾燥直後の試験片表面に
アクリル樹脂系塗料を浸漬塗布し、１５０℃に保持した
電気炉で３０分間加熱した。焼付け後に形成された塗膜
は、塗装ムラがなく、均一な表面外観をもっていた。

【００１９】比較例４：実施例３と同じ試験片に同様な
陽極酸化処理を施し、２５℃の室内に１時間放置するこ
とにより試験片を乾燥させた。乾燥終了後、試験片表面
にアクリル樹脂系塗料を浸漬塗布し、１５０℃に保持し
た電気炉で３０分間加熱した。得られた塗膜には直径１
〜５ｍｍの白斑点が少量（１０か所程度）検出され、白
斑点が発生した個所の塗膜は若干膨らんでいた。

【００２０】比較例５：実施例３と同じ試験片に同様な
陽極酸化処理及び一段目の乾燥処理を施し、１６０℃の
強制換気型電気炉に５分間保持する二段目の乾燥処理を
行った。乾燥終了後、直ちに試験片表面にアクリル樹脂
系塗料を浸漬塗布し、１５０℃に保持した電気炉で３０
分間加熱した。得られた塗膜には、直径１ｍｍ以下の微
細な凹みが多数（５０か所程度）検出された。

【００２１】実施例４：板厚３ｍｍのアルミニウム合金
ＡＤＣ１２のダイカスト材から１００ｍｍ×１００ｍｍ
の試験片を切り出し、蓚酸浴中で陽極酸化し、膜厚５μ
ｍの陽極酸化皮膜を形成した。水洗後、試験片に７０℃
の温風を１５分間を吹き付けて一段目の乾燥を行った
後、２００℃に保持された強制換気型電気炉内で１５分
間加熱する二段目の乾燥を行った。乾燥後、直ちに試験
片表面にエポキシ樹脂系塗料をスプレー塗装し、２００
℃に保持した電気炉で３０分間加熱した。加熱後の試験
片表面には、塗装ムラがなく、均一な表面外観をもった
塗膜が形成されていた。 実施例５：リン酸浴で陽極酸化をする他は実施例１と同
様な条件で塗料の焼き付けを行った。得られた塗膜は、
塗装ムラがなく、均一な表面外観をもっていた。

【００２２】実施例６：板厚３ｍｍのアルミニウム合金
ＡＤＣ１２のダイカスト材から１００ｍｍ×１００ｍｍ
の試験片を切り出し、硫酸浴中で陽極酸化し、膜厚３μ
ｍの陽極酸化皮膜を形成した。水洗後、試験片に７０℃
の温風を３０分間を吹き付けて一段目の乾燥を行った
後、２００℃に保持された強制換気型電気炉内で１５分
間加熱する二段目の乾燥を行った。乾燥後、直ちに試験
片表面にエポキシ樹脂系塗料をスプレー塗装し、２００
℃に保持した電気炉で３０分間加熱した。加熱後の試験
片表面には、塗装ムラがなく、均一な表面外観をもった
塗膜が形成されていた。

【００２３】比較例６：温度７０℃の温風を３分吹き付
けることにより一段目の乾燥を行う他は、実施例６と同
じ条件でエポキシ樹脂系塗料を焼き付けた。得られた塗
膜には、直径１〜５ｍｍの斑点状白濁ムラが少量（約１
０か所）発生していた。 比較例７：温度８０℃の温風を１５分吹き付けることに
より一段目の乾燥を行う他は、実施例６と同じ条件でエ
ポキシ樹脂系塗料を焼き付けた。得られた塗膜には、直
径１〜５ｍｍの斑点状白濁ムラが少量（約１０か所）発
生していた。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、陽極酸化処理後のアルミニウム材料を二段乾燥する
ことにより、陽極酸化皮膜中に構造水として取り込まれ
ている水分が塗料加熱焼き付け時に悪影響を及ぼすこと
を抑制している。これにより、高温焼付が必要な熱硬化
型の塗料を均一に且つ安定的に塗装することができ、表
面外観が優れた高品質の塗装性品を製造することが可能
となる。得られた塗装性品は、反射率，光沢，硬度等の
均一性が優れており、各種建材，機械部品，装飾品，電
子部品等として広範な用途に使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 7/14 101 B05D 3/02,3/10 B05C 9/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム材を多塩基酸溶液中で陽極
   酸化した後、水洗し、直ちに３０〜７５℃の温風で乾燥
   し、次いで使用塗料の硬化温度以上の温風で再度乾燥す
   る二段乾燥処理を行った後、直ちに或いは乾燥状態保存
   の後で高温硬化型塗料を前記アルミニウム材料の乾燥表
   面に塗布し加熱硬化させることを特徴とするアルミニウ
   ム材料の塗装方法。
2. 【請求項２】 ３０〜７５℃の温風を使用した乾燥処理
   を５〜３０分行った後、使用塗料の硬化温度以上の温風
   を使用した乾燥処理を１０〜３０分行う請求項１記載の
   塗装方法。