JP4584366B2 - 部材の、好ましくは車両用部材、特に車輪の光沢被覆方法およびそれによって被覆された部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、部材の、好ましくは車両用部材、特に車輪あるいはホイールリムその他の光沢被覆方法に関する。この方法は、好ましくは、軽金属の車輪に一種の金属光沢を生じさせるために、上記軽金属の車輪を被覆するために用いられる。この方法は、内部ならびに外部に使用される車両用部材にために同様に使用されうる。更に、この方法は、、特別な光学的効果を与えるため、または再利用性ならびに腐食防止性の改善を達成するためにも、極めて多様な用途における再生品（中古品）のためにも使用されうる。それは例えば、装置類ならびに計器類のケースである。
【０００２】
本発明の対象は、また上記の方法によって製造された車両用部材、好ましくは車輪である。
【０００３】
【従来の技術】
そのような物品、特に車輪に、腐食に対して保護するために塗料からなる層系(Schichtsystem) を施すことは公知に属する（Ｇ８１０３７５８Ｕ１参照）。カソード析出された電泳塗装（Elektrotauchlack)-下塗り層(Grundierungsschicht) 上に、電子ビームを用いて硬化された顔料化上塗り塗料層が適用される。この層の上に、同様に電子ビームを用いて硬化されるクリヤーラッカーからなるもう一つの上塗り塗料層が適用される。その際、金属光沢を有する色彩は、条件次第でしか得られないという欠点がある。
【０００４】
軽金属の車輪上に着色された層をもたらすことは知られている( ヨーロッパ特許出願公開第５２５８６７号参照）。そこへ両方の層が塗料層である二層系が適用される。第１の層は、下塗り塗料を含有する塗料からなり、そして第２の層は、雲母顔料を含有するクリヤーラッカーからなる。その場合、真正の金属光沢が得られず、顔料化によってのみ後から形成されるという欠点がある。
【０００５】
物品に対して種々の色彩および光沢効果を、真空成膜、特にマグネトロン・
スパッタリング(Magnetron-Zerstaeubung)によって付与することは一般に知られている。
真空室内において、被覆されるべき物品は、付着されるべき層の材料または一つの成分からなる１個またはそれ以上のターゲットに向けて配置される。ターゲットと物品との間には、プラズマが形成され、そしてターゲットの微粒子が付着されるように、ガス放電が行われる。ターゲット材料としては、金属、金属合金または金属化合物が使用される。しかしながら、金属化合物は、反応性マグネトロン・スパッタリングによっても付着され、それによって金属が付着され、そして例えばO₂、N₂のような反応性ガスが更に真空室内に導入される。材料を適切に選択することによって、場合によってはプロセスガスと組み合わされて、種々の色彩を有する層が製造されうる。
【０００６】
上記のような方法で付着された層を腐食および機械的な摩耗による破損に対して僅かな要求度において保護するために、物理蒸着(PVD) および化学蒸着(CVD) 法に従って、金属光沢層の上への被覆加工として硬いそして耐摩耗性に富んだ層が付着される。そのような方法で保護された金属光沢層の欠点は、例えば車両用の車輪が曝されるような、比較的高い機械的なそして腐食に対する要求に対しては上記の保護方法は不十分であるという点に存する。その上、上記の保護層の製造は、あまりにも高価である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、それらの表面またはその領域上に各種の異なった金属光沢の色調を有する部材、好ましくは車両用の部材、特に車輪を光沢被覆する方法を提供することにある。好ましくは、上記の車輪は、金属、特に軽金属合金からなるものであり、そしてその際、好ましくはその可視面が被覆されるべきである。更に、この光沢被覆は、腐食に対して安定であり、そしてそれは例えば車輪の場合には摩耗および石の衝突に対するものであるような、高い機械的負荷に対して耐えらなければならない。この方法およびそれに従って被覆された部材は廉価で製造されることができ、ないしは被覆され得るべきである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題は、請求項１および９に記載された特徴を充足することによって解決される。更に、より有利な実施の態様は、請求項２ないし８および１０ないし１６に記載されている。
本発明によれば、部材、特に車輪、好ましくは、その可視領域の光沢被覆は、複数の層を組み合わせることによって得られる。一つの実施態様においては第１の工程において、流展性に関して最適化された粉末焼付け塗料またはスパッター塗料からなる腐食防止性の光沢下塗り塗料層が公知の方法で、続いて第２の工程において、被覆されるべき部材の上に真空室においてマグネトロン・スパッタリングによって１０ｎｍないし５μｍ、好ましくは１００ｎｍないし５００ｎｍの厚さを有する高光沢層が付着される。それぞれの製造されるべき色調に応じて、金属、金属合金または金属化合物によって高光沢層が得られる。高光沢層の達成されるべき色調および使用した被覆材料、すなわちターゲット材料に応じて、適切なマグネトロン・スパッタリングの変法が用いられる。重要な変法は、被覆材料からなるターゲットの、反応性ガスまたは反応性ガス混合物、例えばＯ_２、Ｎ_２、低分子量の炭化水素類の導入による反応性スパッタリングまたは非反応性スパッタリング、直流スパッタリングまたはパルス−マグネトロン・スパッタリングであり、その際、電気的エネルギーは、パルス型で供給される。更に、１個またはそれ以上のターゲットが使用され、その際、複数のターゲットの場合には、これらは好ましくは交互にアノードおよびカソードとしてスイッチが切り換えられる。
【０００９】
その際、多成分系化合物、例えばチタン- アルミニウム- 窒化物からなる高光沢層を製造するためには、それ自体公知の反応性、パルス- マグネトロン- スパッターが特に有利であり、そのために、反応性の窒素雰囲気中で金属のチタンおよびアルミニウムの単一のターゲットが使用される。パルス- マグネトロン- スパッターは、一方では安定な、より確実なそして再生可能な工程の実施を可能にし、それは他の被覆方法では、しばしば現れる電気放電( いわゆるアーク) のゆえに可能ではない。他方において、純粋に電気的な手段、すなわち、２種の異なった金属のターゲットに対してパルスの休止時間を調整し、層の組成および従って光沢層の色彩が広い範囲において調整され、そして一定に保たれる。最後の工程においては、高光沢層の上に、透明な耐摩耗性の上塗り塗料層が公知の方法で適用される。この上塗り塗料層は、アクリレートまたはポリウレタンまたはエポキシ樹脂または有機、無機の化合物からなる基材の上に、好ましくはオルモセル（Ormocer)からなり、０．５μｍないし１００μｍの厚さを有する。
【００１０】
塗料の塗装の、２つの工程の間の真空中での一つの層の付着との２つの公知の工程の組合せによってのみ、視覚的印象および腐食防止に関して高い必要条件を充足する層系が形成されることが本発明者らによって見出された。
光沢被覆の一つの有利な実施態様は、部材の表面、特にその被覆されるべき領域を腐食防止性の、平滑化性の下塗り塗料層を適用する前に機械的に平滑化し、そしてその後でクロム酸塩層を適用することによって行われる。
【００１１】
更に、本発明による方法の更にもう一つの実施態様においては、クロム酸塩層の後で、そして腐食防止性下塗り塗料層の前に、ひとつの粉末塗料層をクロム酸塩層の上に施すことが有利である。
本発明による方法の一つの有利な実施態様はまた、塗料からなる表面層（層系の最後の層としての）高光沢層の上にCVD 法によって適用することに存する。
【００１２】
かくして、マグネトロン・スパッタリングによって、通常の塗装法によっては色彩および光沢に関して製造され得ないような、光学的装飾性を有する層が製造される。より多割合で選択されて製造されうる色調は、金属的光沢であり、すなわち、対応する顔料化によっては金属化は得られない。色彩の範囲は、暗色および明色の銀色から金色、赤褐色を経て紫色にまで及んでいる。チタン- アルミニウム- 窒素系が特に有利であることが実証された。この系を用いるだけで多数の色調が得られる。しかしながら、その他の系、例えばジルコニウム- アルミニウム- 窒素系およびチタン- ジルコニウム- 窒素系もまた、それ以上の色調を得るために使用されうる。その他の色調は、銅または黄銅によって達成されうる。
【００１３】
その上、マグネトロン・スパッタリングを用いる高光沢層の付着は、簡単でありしかも低廉である。電子線蒸着、アーク蒸着、ボートからの蒸着またはイオンメッキ法のような他の真空付着法を用いても達成され得ないような三次元の複雑な形状を有する部材のすべての面にわたる被覆が達成される。
更に、もう一つの利点は、本発明による方法を用いることによって、比較的傷つき易い高光沢層もまた大きな負荷および環境の影響、例えばアルカリ液および酸による浸食に対して保護されるということに存する。比較的厚い下塗り塗料層および上塗り塗料層の弾力性は、実質的に、石の衝突および摩耗のような高い機械的作用の際に実質的に寄与する。更に、下塗り塗料層によって、被覆されるべき部材の腐食に対する保護が達成され、そして鍛造されまたは鋳造された軽金属の車輪が有するような表面の粗さは相殺される。それによって、高光沢層によるその後の被覆のための平滑な表面が形成され、そしてこの層の付着力が改善される。
【００１４】
透明な上塗り塗料層への添加物質の添加によって、更に光沢被覆の光沢が得られ、従って審美的なそしてモード的な要請に対応する光沢の複数の等級化が達成される。
本発明のその他の有利な実施態様は、下塗り塗料層の適用の前に、被覆されるべき表面の機械的平滑化が実施されるということにある。更に、高光沢層の付着力は、この層の適用の前に熱によるおよび／または不活性または反応性ガスプラズマ中におけるエッチングによる前処理または付着力付与層の適用が実施される場合に改善される。
【００１５】
軽金属の車輪の場合には、全部の面の代わりに可視面のみを被覆することが有利である。従って、被覆費用が軽減される。
光沢被覆のための方法は、鋼、例えばマグネシウム、チタン、アルミニウムのような軽金属ならびにそれらの合金そしてまた合成樹脂からなる部材の被覆に使用されうる。これらの材料から製造された車両用部材は、例えば、ミラーケース、通気装置、戸の掛金、装備部材その他類似物である。すべての車両用の内装および外装部材は、光沢被覆を施すことができる。これらの部材は、鋳造部材、射出成形部材または組み立てられた合成樹脂部材または金属板部材でありうる。合成樹脂からなる部材の被覆の場合には、その被覆、特に高光沢層の噴霧の際に、そして最終的にプロセスパラメーターの調整によるグロー精製（Glimmreinigung) が考慮される。
【００１６】
【実施例】
数種の変法についての実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
軽金属合金であるAl、Mg、Tiからなる車輪は、主としてホイールリムの領域における紫色の光沢被覆が得られる。そのために、車輪は、( 機械的に平滑化された後に) 、第１の工程において公知の方法において流展性に関して最適化された粉末焼付け塗料を用いて被覆される。
【００１７】
次いで、第２の工程において、車輪が、車輪の外側が２つの真空室内に配置された、マグネトロン・スパッタリング源のターゲットに対向して存在するように、真空室内において適用される。一つのターゲットは、アルミニウムからなり、そして一つのターゲットは、チタンからなる。真空室が空にされた後に、アルゴンが真空室内に導入され、そしてこの不活性ガス雰囲気中でグロー放電が行われる。高光沢層の適用は、公知の方法でパルス- マグネトロン・スパッタリングによって行われる。その際アルミニウムおよびチタンのターゲットは、交互に１０ kHzの周波数をもってグロー放電のアノードおよびカソードとして操作される。ターゲットに加えられる全出力は１５ｋＷである。追加的に８０sccmの窒素が反応性ガスとして真空室内に導入され、従って、2 ・10^-3mbarの操作圧力に調整される。均質な被覆を得るために、車輪は、被覆加工の間中、その対称軸の周りを回転せしめられる。３分間の被覆時間中に、車輪上に紫色の２００ｎｍの厚さの高光沢層が付着される。
【００１８】
最後に、第３の工程において、高光沢層の上に３０μｍの厚さのポリウレタンの基材の上に上塗り塗料層が公知の方法で適用される。
部材（この実施例においては車輪）がマグネシウムからなるならば、いわゆる平滑輪として、層系の適用の前に接続された機械的平滑化を実施することが有利である。しかしながら、この工程は、他の材料からなる部材の場合にも、さもなければ被覆の品質が悪影響を受けることもある表面上への汚染を避けるにも有利である。
【００１９】
上記の方法は、機械的平滑化の後に、第１の層としてクロム酸塩層を、そしてその後で粉末塗料層を適用することによって、有利に実施されうる。
クロム酸塩層は、好ましくは、化学的に適用され、そして特に腐食防止性を付与しなければならないという課題を有し、その際、下塗り塗料層が付加的な腐食防止性層として適度の作用を示し得る。粉末塗料層は、車輪の場合の石の衝突のような外的な影響に対して可塑的な抵抗力を形成する。
本発明は、請求項に記載の車輪の光沢被覆方法及び被覆された車輪に関するものであるが、実施の態様として以下を包含する。
１．請求項１ないし１７のうちの少なくとも一つに記載の方法または車輪において、被覆されるべき車輪の光沢が透明な上塗り層への顔料の添加によって調整されることを特徴とする上記方法または車輪。
２．請求項１ないし１７または上記１のうちの少なくとも一つに記載の方法または車輪において、腐食防止性塗料層が好ましくは３０μｍないし３００μｍの厚さを有する流展性に関して最適化された粉末焼付け塗料であることを特徴とする上記方法または車輪。
３．請求項１ないし１７または上記１もしくは２のうちの少なくとも一つに記載の方法または車輪において、高光沢層が好ましくは１００ｎｍないし５００ｎｍの厚さを有することを特徴とする上記方法または車輪。
４．請求項１ないし１７または上記１ないし３のうちの少なくとも一つに記載の方法または車輪において、上塗り層が好ましくは２μｍないし５μｍの厚さを有する好ましくはオルモセル（Ormocer)であることを特徴とする上記方法または車輪。
５．請求項１ないし１７または上記１ないし４のうちの少なくとも一つに記載の方法または車輪において、上塗り塗料層が好ましくは２０μｍないし３０μｍの厚さを有するアクリレートまたはポリウレタンまたはエポキシ樹脂を基材とした有機層であることを特徴とする上記方法または車輪。

Claims (16)

1. 層系（Ｓｃｈｉｃｈｔｓｙｓｔｅｍ）を適用することによる車輪の光沢被覆方法において、下記工程、すなわち、
   − 表面を機械的に平滑化すること、
   − 機械的に平滑化された前記表面上に腐食防止用平滑化性下塗り塗料層を適用すること、
   − 真空中でマグネトロンを用いて金属化合物からなる高光沢層を、前記腐食防止用平滑化性下塗り塗料層の上にスパッタリングすること、
   − 前記高光沢層の上に、塗料からなる透明な、耐摩耗性の上塗り層を適用すること、
   を含み、前記高光沢層としての金属化合物が、チタン−アルミニウム−窒素からなる化合物、ジルコニウム−アルミニウム−窒素からなる化合物、およびチタン−ジルコニウム−窒素からなる化合物からなる群から選択されること、及び被覆されるべき車輪を高光沢層のスパッタリング適用の間にマグネトロンのターゲットに関して移動せしめることを特徴とする前記車輪の光沢被覆方法。
2. 表面を機械的に平滑化した後に、クロム酸塩層を適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項２に記載の方法において、クロム酸塩層と腐食防止用平滑化性下塗り塗料層との間に一つの粉末塗料層が適用されることを特徴とする上記方法。
4. 請求項１、２または３に記載の方法において、高光沢層上に、上塗り層が化学蒸着（ＣＶＤ）法で適用されることを特徴とする上記方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法において、高光沢層をスパッタリング適用する前に、真空中での前処理を、熱によりおよび／または不活性ガスまたは反応性ガスのプラズマ中でのエッチングにより実施することを特徴とする上記方法。
6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法において、高光沢層をスパッタリング適用する前に、真空中での前処理を、付着力付与層を適用することによって実施することを特徴とする上記方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法において、高光沢層を直流スパッタリングまたは不活性ガスまたは反応性ガスの雰囲気中でのパルス− マグネトロン・スパッタリングによって付着することを特徴とする上記方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法において、スパッタリングが反応性ガスとしてＯ_２またはＮ_２を導入することによって行われることを特徴とする上記方法。
9. その上に適用された層系を有する、金属または合金からなる被覆された車輪において、
   − 上記車輪の機械的に平滑化された表面
   − 機械的に平滑化された前記表面上に適用された腐食防止性の平滑化性塗料層
   − 前記腐食防止性の平滑化性塗料層の上に適用された金属化合物からなる高光沢層
   − 前記高光沢層の上に適用された、塗料よりなる透明な、耐摩耗性の上塗り層、とからなり、
   前記高光沢層としての金属化合物が、チタン−アルミニウム−窒素からなる化合物、ジルコニウム−アルミニウム−窒素からなる化合物、およびチタン−ジルコニウム−窒素からなる化合物からなる群から選択される、
   ことを特徴とする上記被覆された車輪。
10. 請求項９に記載の被覆された車輪において、高光沢層の下に一つの付着力付与層が適用されていることを特徴とする上記被覆された車輪。
11. 請求項９または１０に記載の被覆された車輪において、腐食防止性の平滑化性塗料層の下にクロム酸塩層が適用されることを特徴とする上記被覆された車輪。
12. 請求項１１に記載の被覆された車輪において、クロム酸塩層と腐食防止性の平滑化性塗料層との間に一つの粉末塗料層が適用されることを特徴とする上記被覆された車輪。
13. 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の被覆された車輪において、腐食防止性の平滑化性塗料層が１００μｍないし５００μｍの厚さを有する展延性に関して最適化された粉末焼付け塗料であることを特徴とする上記被覆された車輪。
14. 請求項９〜１３のいずれか１つに記載の被覆された車輪において、高光沢層が１０ｎｍないし５μｍの厚さを有することを特徴とする上記被覆された車輪。
15. 請求項９〜１４のいずれか１つに記載の被覆された車輪において、上塗り層が０．５μｍないし２０μｍの厚さを有する有機−無機化合
    物であることを特徴とする上記被覆された車輪。
16. 請求項９〜１４のいずれか１つに記載の被覆された車輪において、上塗り塗料層が１μｍないし１００μｍの厚さを有するアクリレートまたはポリウレタンまたはエポキシ樹脂を基材とした有機層であることを特徴とする上記被覆された車輪。