JP6817289B2 - 高耐久性ばねおよびその塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐食性および耐チッピング性に優れた高耐久性ばね、およびその塗装方法に関する。

自動車、鉄道車両などには、種々の懸架用ばねが使用されている。これら懸架用ばねの多くは鋼製であり、その表面には、通常、耐食性を付与するための塗装が施されている。自動車の走行時には、車輪で跳ね上げられた小石や砂利が懸架用ばねに衝突する。これにより塗膜が剥離する、いわゆるチッピングが発生してしまう。チッピングによりばねの素地が露出すると、錆が発生しやすくなる。したがって、懸架用ばねの塗膜には、耐食性に加えて、高い耐チッピング性を有することが要求される。また、懸架用ばねには、変形に伴う大きな歪みが生じる。このため、懸架用ばねの塗膜には、ばねの動きに追従できるよう、耐食性、耐チッピング性に加えて可撓性も必要になる。寒冷地での使用を考慮すると、これらの特性は、低温下においても維持されることが求められる。

例えば、特許文献１には、エポキシ樹脂と、熱可塑性樹脂からなる柔軟剤と、硬化剤と、を含む粉体塗料から形成された塗膜を有する高耐久性ばねが開示されている。また、特許文献２には、自動車部品の塗装に好適な塗料組成物として、エポキシ樹脂と、硬化剤と、繊維状フィラーと、熱膨張性樹脂粒子と、を含む組成物が開示されている。特許文献３には、エポキシ樹脂と、亜鉛と、硬化剤と、を含む第一の粉体塗料から形成された第一の塗膜の上に、エポキシ樹脂と、硬化剤と、繊維状フィラーと、熱膨張性樹脂粒子と、を含む第二の粉体塗料から形成された第二の塗膜が形成された塗装物が開示されている。

特開２００７−１９８４９０号公報 特開２００７−３１４７１２号公報 特開２００７−３１３４７５号公報

上記特許文献に記載されているように、従来、塗膜に耐チッピング性を付与するためには、柔軟剤、繊維状フィラー、熱膨張性樹脂粒子などの成分を添加していた。このため、コスト高になることに加えて、塗膜の平滑性が低下しやすく、フィラーの分散性などにも配慮する必要があった。また、特許文献１においては、エポキシ樹脂などと柔軟剤とがドライブレンドされた粉体塗料を使用する。粉体塗料によると、塗装時に被塗装物に付着しなかった分を回収して容易に再利用することができる。しかし、ドライブレンドされた粉体塗料の場合、回収されたものの成分が、塗装用に調整された初期の成分と異なることが多い。このため、塗料成分の管理が難しい。

特許文献１、３に記載されている塗装物は、二層の塗膜を有している。すなわち、ばねの表面に、まず防錆性能を有するアンダーコート層を形成し、その上から耐チッピング性能を有するトップコート層を形成している。従来の塗装物の場合、耐食性および耐チッピング性を確保しようとすると、複数の塗膜を積層させて、塗膜厚さを厚くせざるを得ない。この場合、塗装作業においても工程数が多くなり、作業時間が長くなり、コスト高になる。また、塗膜厚さが厚いと、例えばコイルばねのピッグテール端部など、ピッチが狭い部分への塗装が難しい。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、厚さが薄い塗膜を一層のみ形成するだけで、所望の耐食性および耐チッピング性を有する高耐久性ばねを提供することを課題とする。また、当該高耐久性ばねを実現するための塗装方法を提供することを課題とする。

（１）本発明の高耐久性ばねは、厚さが４５０μｍ以下の一層の塗膜を有し、該塗膜はエポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含むことを特徴とする。

本発明の高耐久性ばねに形成された塗膜は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含む。フェノール樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として機能する。フェノール樹脂は、エポキシ樹脂と反応してエーテル結合を形成する。エーテル結合は、直線的な結合である。このため、本発明の高耐久性ばねに形成された塗膜は、三次元架橋構造を形成するアミン系や酸無水物系などの他の硬化剤を使用した場合と比較して、架橋密度が小さくなり柔軟になる。これにより、塗膜の密着性、可撓性が高くなり、耐衝撃性が向上する。したがって、本発明の高耐久性ばねに形成された塗膜は、柔軟性および耐衝撃性を向上させるための成分を添加しなくても、かつ、厚さが４５０μｍ以下と薄く一層であっても、所望の可撓性および耐チッピング性を有する。また、後の実施例に示すように、常温下だけでなく−３０℃程度の低温下においても、高い可撓性および耐チッピング性を維持することができる。

本発明の高耐久性ばねに形成された塗膜には、亜鉛が含まれる。亜鉛の犠牲防食作用により、ばねの防錆性、すなわち耐食性を高めることができる。このように、本発明の高耐久性ばねに形成された塗膜は、厚さが薄くかつ一層であっても、耐食性および耐チッピング性などの高い性能が要求される懸架用ばねの塗膜として、実用に充分耐え得る。このような塗膜を有する本発明の高耐久性ばねにおいては、小石や砂利が衝突しても塗膜が剥離しにくく、素地の露出が抑制される。仮に素地が露出したとしても、亜鉛の犠牲防食作用により腐食しにくい。よって、本発明の高耐久性ばねは、耐久性に優れる。また、本発明の高耐久性ばねにおいては、塗膜に柔軟剤や繊維状フィラーなどを配合させる必要がないため、コストを削減できる。また、塗膜厚さが薄く、ピッチが狭い部分などにも塗装が可能になることから、耐久性がより向上する。

（２）本発明の高耐久性ばねの塗装方法は、上記本発明の高耐久性ばねの塗装方法であって、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含み溶融混練法により製造されたエポキシ樹脂系粉体塗料をばねの塗膜形成面に付着させる付着工程と、付着した該エポキシ樹脂系粉体塗料を焼付ける焼付け工程と、を有することを特徴とする。

本発明の塗装方法においては、付着工程にて付着されたエポキシ樹脂系粉体塗料が、焼付け工程にて加熱されることにより溶融、硬化して塗膜を形成する。本発明の塗装方法によると、上記本発明の高耐久性ばねを容易に製造することができる。本発明の塗装方法において、「ばねの塗膜形成面」には、ばねの素地表面の他、ばねの素地表面にリン酸塩の皮膜などが形成されている場合にはその皮膜表面が含まれる。

本発明の塗装方法においては、柔軟剤、繊維状フィラーなど、柔軟性および耐衝撃性を向上させるための成分を含有しないエポキシ樹脂系粉体塗料を使用する。また、形成する塗膜の厚さが４５０μｍ以下と薄いため、使用する粉体塗料の量を少なくすることができる。よって、その分だけ高耐久性ばねを安価に製造することができる。また、塗膜を一層のみ形成すればよいため、複数の塗膜を形成する場合と比較して、工程数が少なくなり、作業時間も短くなる。

エポキシ樹脂系粉体塗料は、ドライブレンドではなく溶融混練法で製造される。このため、ばねに付着しなかった塗料を回収する場合に、回収されたものの成分は、塗装用に調整された初期の成分と同じになる。よって、塗料成分の管理が不要になり、エポキシ樹脂系粉体塗料を再利用しやすい。

以下、本発明の高耐久性ばねおよびその塗装方法の実施の形態について説明する。なお、本発明の高耐久性ばねおよびその塗装方法は、以下の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。

＜高耐久性ばね＞
本発明の高耐久性ばねにおいて、塗装が施されるばねの形状は特に限定されない。例えば、コイルスプリング、リーフスプリング、スタビライザ、トーションバーなどの種々の形状のばねを用いることができる。ばねの材質も、金属であれば特に限定されない。一般にばね用として用いられるばね鋼などが好適である。例えば、ばね鋼を熱間または冷間成形した後、ショットピーニングなどを施してばねの表面粗さを調整しておくとよい。また、ばねの素地表面に、リン酸亜鉛、リン酸鉄などのリン酸塩の皮膜を形成しておいてもよい。この場合、塗膜形成面は、リン酸塩の皮膜の表面になる。塗膜の下にリン酸塩皮膜が配置されることにより、ばねの耐食性および塗膜の密着性が向上する。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。リン酸塩皮膜は、既に公知の方法により形成すればよい。例えば、リン酸塩の溶液槽にばねを浸漬する浸漬法、リン酸塩の溶液をスプレーガンなどでばねに吹き付けるスプレー法などが挙げられる。

本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、一層であり、厚さは４５０μｍ以下である。所望の耐食性および耐チッピング性を実現することができれば、厚さは薄い方が望ましい。例えば、厚さが４００μｍ以下、３００μｍ以下、さらには２００μｍ以下であるとより好適である。一方、所望の耐食性および耐チッピング性を確保するという観点から、塗膜の厚さは１００μｍ以上であることが望ましい。

塗膜は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含む。塗膜において、フェノール樹脂とエポキシ樹脂とは、エーテル結合により直線的に結合している。このため、主に三次元の架橋構造を有する塗膜と比較して、架橋密度が小さく柔軟である。例えば、常温における塗膜の破断応力は２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、伸び率は３％以上８０％以下、弾性率は２０００ＭＰａ以上７０００ＭＰａ以下であることが望ましい。破断応力、伸び率、弾性率の値としては、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ３００μｍの長方形状の塗膜について、（株）島津製作所製「オートグラフＡＧ−Ｘ」を用いて、温度２０℃、引っ張り速度５ｍｍ／分の条件で測定した値を採用する。

エポキシ樹脂としては、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、結晶性エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの一種を単独で用いてもよく、また、二種以上を混合して用いてもよい。なかでもビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、柔軟性と耐久性とのバランスが良いため好適である。

エポキシ樹脂のエポキシ当量は、３００ｇ／ｅｑ以上４０００ｇ／ｅｑ以下であるとよい。エポキシ当量が３００ｇ／ｅｑ未満では、エポキシ樹脂は液状であり、粉体塗料の調製に適さない。また、塗膜の柔軟性が低下する。一方、エポキシ当量が４０００ｇ／ｅｑを超えると、溶融しにくくなり平滑な塗膜を形成しにくい。塗膜の柔軟性および平滑性を高めるという観点から、好適なエポキシ当量は６００ｇ／ｅｑ以上２０００ｇ／ｅｑ以下である。１５００ｇ／ｅｑ以下であるとより好適である。エポキシ樹脂の軟化点は、７０℃以上１４０℃以下であることが望ましい。
と、を含む。

エポキシ樹脂と反応して直線的な架橋構造を形成するという観点から、フェノール樹脂としては、２官能型のものを使用することが望ましい。フェノール樹脂の活性水素当量は、１００ｇ／ｅｑ以上４０００ｇ／ｅｑ以下であるとよい。活性水素当量が１００ｇ／ｅｑ未満では、固体の状態を維持できなくなり貯蔵安定性が低下する。また、塗膜の柔軟性が低下する。一方、活性水素当量が４０００ｇ／ｅｑを超えると、分子量が大きくなるため溶融しにくくなり平滑な塗膜を形成しにくい。塗膜の柔軟性および平滑性を考慮すると、好適な活性水素当量は２００ｇ／ｅｑ以上１０００ｇ／ｅｑ以下である。さらには、５００ｇ／ｅｑより大きく、６００ｇ／ｅｑ以上、７２０ｇ／ｅｑ以上であるとよい。フェノール樹脂の軟化点は、７０℃以上１４０℃以下であることが望ましい。

亜鉛の含有量は、塗膜全体の質量を１００質量％とした場合の１０質量％以上７０質量％以下であるとよい。亜鉛の含有量が１０質量％未満の場合には、塗膜による防錆性能が低下する。好適な亜鉛の含有量は１５質量％以上である。反対に、亜鉛の含有量が７０質量％を超えると、塗膜の柔軟性が低下する。好適な亜鉛の含有量は６５質量％以下である。亜鉛の粒子径は特に限定されないが、塗膜の平滑性を高めるという観点から、平均粒子径が２μｍ以上１５μｍ以下の粉末が含有されているとよい。

本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、上述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、亜鉛の他に、着色顔料、体質顔料などの各種顔料、硬化促進剤、ワキ防止剤、表面調整剤、酸化防止剤、帯電抑制剤、難燃剤などを含んでいてもよい。例えば、着色顔料としては、カーボンブラック、二酸化チタン、ベンガラ、黄土などの無機系顔料、キナクリドンレッド、フタロシアニンブルー、ベンジジンエローなどの有機系顔料が挙げられる。また、体質顔料としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、シリカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。

なお、本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、上述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、および亜鉛を含有することで、所望の可撓性、耐チッピング性、防錆性を実現している。したがって、柔軟剤、繊維状フィラー、熱膨張性樹脂粒子、発泡剤などの柔軟性、耐衝撃性を向上させる成分を加える必要はない。また、亜鉛の他にモリブデン酸塩、クロム酸塩、金属ホスフィド、リン酸塩、ケイ酸塩などの防錆顔料などの防錆性（耐食性）を付与するための成分も加える必要はない。すなわち、本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、および亜鉛以外に、柔軟剤、繊維状フィラー、熱膨張性樹脂粒子、発泡剤などの柔軟性、耐衝撃性を向上させる成分、および防錆顔料などの防錆性を付与するための成分を含まない態様が好適である。

本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、フェノール樹脂以外の硬化剤を含んでいてもよい。エポキシ樹脂の硬化剤としては、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミンなどのアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ジシアンジアミドの誘導体、有機酸ジヒドラジドの誘導体などが挙げられる。但し、これらの硬化剤は、エポキシ樹脂と反応して三次元の架橋構造を形成する。これにより、塗膜の架橋密度が大きくなり、柔軟性が低下する。したがって、本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、硬化剤として主にフェノール樹脂を含む形態が好適である。

本発明の高耐久性ばねにおける塗膜は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含むエポキシ樹脂系粉体塗料の硬化物である。以下に、当該塗膜の形成方法、すなわち本発明の高耐久性ばねの塗装方法を説明する。

＜高耐久性ばねの塗装方法＞
本発明の高耐久性ばねの塗装方法は、付着工程と、焼付け工程と、を有する。

（１）付着工程
本工程は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含み溶融混練法により製造されたエポキシ樹脂系粉体塗料をばねの塗膜形成面に付着させる工程である。

エポキシ樹脂系粉体塗料の成分であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、亜鉛については、上述した通りである。エポキシ樹脂系粉体塗料を調製する際、フェノール樹脂の配合量を、エポキシ樹脂の配合量を１００質量部とした場合の３質量部以上３０００質量部以下にするとよい。フェノール樹脂の配合量が３質量部未満の場合には、エポキシ樹脂を充分に架橋させることができず、塗膜の破断応力、伸び率、弾性率が低下する。換言すると、塗膜の可撓性が低下する。また、フェノール樹脂の配合量が３０００質量部を超えると、エポキシ樹脂の量が相対的に少なくなるため、充分な架橋構造を得ることができず、塗膜の可撓性が低下する。また、亜鉛の配合量は、塗膜全体の質量を１００質量％とした場合の１０質量％以上７０質量％以下になるようにするとよい。好適な亜鉛の配合量は６５質量％以下である。

エポキシ樹脂系粉体塗料は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、亜鉛の他に、着色顔料、体質顔料などの各種顔料、フェノール樹脂以外の硬化剤、硬化促進剤、ワキ防止剤、表面調整剤、酸化防止剤、帯電抑制剤、難燃剤などを含んでいてもよい。但し、フェノール樹脂以外の硬化剤を使用すると、三次元の架橋構造が形成されて、塗膜の柔軟性が低下する。したがって、エポキシ樹脂系粉体塗料としては、硬化剤として主にフェノール樹脂を含む形態が好適である。また、エポキシ樹脂系粉体塗料は、柔軟剤、繊維状フィラー、熱膨張性樹脂粒子、発泡剤などの柔軟性、耐衝撃性を向上させる成分を含まない。また、エポキシ樹脂系粉体塗料は、亜鉛を含むことにより防錆性を有する。このため、亜鉛の他にモリブデン酸塩、クロム酸塩、金属ホスフィド、リン酸塩、ケイ酸塩などの防錆顔料などの防錆性（耐食性）を付与するための成分を含まない。すなわち、エポキシ樹脂系粉体塗料は、防錆顔料、柔軟剤、繊維状フィラー、熱膨張性樹脂粒子、発泡剤を含まない形態が好適である。

エポキシ樹脂系粉体塗料は、溶融混練法により製造される。例えば、エポキシ樹脂などの塗料成分を配合した塗料組成物をミキサーなどを用いて混合した後、ニーダーなどを用いて加熱混練し、得られた混練物を粉砕、分級して製造すればよい。そして、得られたエポキシ樹脂系粉体塗料を、例えば、静電塗装ガン、静電流動浸漬槽などを用いて、ばねの塗膜形成面に付着させればよい。静電塗装ガンを用いる場合、エポキシ樹脂系粉体塗料を、静電塗装ガンのノズルを通過させることにより帯電させて、ばねの塗膜形成面に付着させればよい。エポキシ樹脂系粉体塗料を帯電させることができれば、静電塗装ガンのノズルに電圧を印加してもしなくてもよい。静電流動浸漬槽を用いる場合、エポキシ樹脂系粉体塗料を静電流動浸漬槽内で流動させながら、電圧が印可された針状の放電極により帯電させて、ばねの塗膜形成面に付着させればよい。

（２）焼付け工程
本工程は、付着したエポキシ樹脂系粉体塗料を焼付ける工程である。焼付けは、通常使用される電気炉、熱風乾燥機などを用いて行えばよい。焼付けの温度は、例えば１６０℃以上２２０℃以下にするとよい。焼付け時間は５〜３０分程度にすればよい。

（３）その他の工程
［前処理工程］
ばねの耐食性および塗膜の密着性を向上させるには、塗膜形成面がリン酸塩の皮膜である形態、すなわち、ばねの素地表面に予めリン酸塩皮膜が形成されている形態が望ましい。この場合、本塗装方法を、付着工程の前に、ばねの素地表面にリン酸塩皮膜を形成する前処理工程を有するように構成すればよい。前処理工程は、例えば、リン酸塩の溶液槽にばねを浸漬して、あるいはリン酸塩の溶液をスプレーガンなどでばねに吹き付けて行えばよい。

［予熱工程］
付着工程は、常温、あるいはばねを所定の温度に加熱した状態で行えばよい。予めばねを加熱しておくことにより、エポキシ樹脂系粉体塗料の付着性が向上する。この場合、本塗装方法を、付着工程の前に、ばねを予熱する予熱工程を有するように構成すればよい。予熱温度は８０℃以上２５０℃以下が好適である。なお、付着工程の前に、前処理工程を行う場合は、前処理工程の後で予熱工程を行えばよい。予熱工程は、水洗後のばねの乾燥を兼ねて行ってもよい。また、形成する塗膜は一層であり、その厚さが薄いため、予熱工程の余熱のみを利用して、すなわち追加で加熱をせずに、焼付け工程を行ってもよい。勿論、ばねを予熱した場合でも、焼付け工程においてさらに加熱してもよい。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜エポキシ樹脂系粉体塗料＞
表１、表２に示す原料により、１４種類のエポキシ樹脂系粉体塗料を製造した。まず、所定の原料を配合して塗料組成物を調製し、それを予備混合した後、エクストルーダーにて加熱混練した。次に、得られた混練物を冷却、粉砕、ふるい分けして、エポキシ樹脂系粉体塗料を製造した。製造したエポキシ樹脂系粉体塗料は、本発明の高耐久性ばねの塗膜を形成するエポキシ樹脂系粉体塗料に含まれる。表１、表２中、原料の詳細は以下の通りである。
エポキシ樹脂−１：ブルー・キューブ・ジャパン合同会社製「Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６２Ｅ」、エポキシ当量６１０ｇ／ｅｑ、軟化点９０℃。
エポキシ樹脂−２：ブルー・キューブ・ジャパン合同会社製「Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６４Ｕ」、エポキシ当量９２５ｇ／ｅｑ、軟化点１０５℃。
エポキシ樹脂−３：ブルー・キューブ・ジャパン合同会社製「Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６７Ｅ」、エポキシ当量１７７５ｇ／ｅｑ、軟化点１３２℃。
エポキシ樹脂−４：ブルー・キューブ・ジャパン合同会社製「Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６９Ｅ」、エポキシ当量３２５０ｇ／ｅｑ、軟化点１５２℃。
エポキシ樹脂−５：三菱化学（株）製「ｊＥＲ（登録商標）４００５Ｐ」、エポキシ当量１０７５ｇ／ｅｑ、軟化点９０℃。
エポキシ樹脂−６：三菱化学（株）製「ｊＥＲ（登録商標）ＹＸ４０００」、エポキシ当量１８６ｇ／ｅｑ、融点１０５℃。
エポキシ樹脂−７：ＤＩＣ（株）製「ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）Ｎ−６９５」、エポキシ当量２１５ｇ／ｅｑ、軟化点９５℃。
フェノール樹脂−１：新日鉄住金化学（株）製「エポトート（登録商標）ＺＸ−７９８Ｐ」、活性水素当量７２０ｇ／ｅｑ、軟化点１１３℃。
フェノール樹脂−２：三菱化学（株）製「ｊＥＲキュア（登録商標）１７１Ｎ」、活性水素当量２２２ｇ／ｅｑ、軟化点８０℃
フェノール樹脂−３：三菱化学（株）製「ｊＥＲキュア（登録商標）１７０」、活性水素当量３３３ｇ／ｅｑ、軟化点９０℃
亜鉛粉末（本荘ケミカル（株）製「Ｆ５００」、球状、平均粒子径２〜１５μｍ）。
硬化促進剤：四国化成工業（株）製「キュアゾール（登録商標）２ＭＺ−Ｈ」。
ワキ防止剤（ベンゾイン）：美源スペシャリティケミカル（株）製。
表面調整剤：楠本化成（株）製「ディスパロン（登録商標）ＰＬ−５２５」。
着色顔料：三菱化学（株）製「三菱（登録商標）カーボンブラック ＭＡ１００」。

表１中、実施例１として記載されているエポキシ樹脂系粉体塗料を、１５０℃に予熱した鋼板上に吹き付けた後、１６０℃で５分間焼き付けて、厚さ３００μｍの塗膜を形成した。形成した塗膜を、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの長方形状に切り出して、塗膜の物性（破断応力、伸び率、弾性率）を、（株）島津製作所製「オートグラフＡＧ−Ｘ」を用いて、温度２０℃、引っ張り速度５ｍｍ／分の条件で測定した。表３に、塗膜の物性値を示す。

＜塗膜の評価＞
（１）製造した１４種類のエポキシ樹脂系粉体塗料を各々基材に塗装して、塗膜の付着性、可撓性、耐食性、および平滑性を評価した。以下順に説明する。

［実施例１〜１４のテストピースの製造］
ばね鋼（ＳＰＣＣ−ＳＤ）製の平板状の基材に、製造したエポキシ樹脂系粉体塗料を静電塗装した。基材の大きさは縦７０ｃｍ、横４０ｃｍ、厚さ３．２ｍｍであり、基材の表面にはリン酸亜鉛皮膜が形成されている。まず、基材を１５０℃に予熱した。次に、静電塗装ガンを用いて１４種類のエポキシ樹脂系粉体塗料を各々基材に吹き付けた。続いて、１６０℃で５分間加熱して、一層の塗膜を形成した。形成した塗膜の厚さは、いずれも３００μｍである。このようにして、実施例１〜１４のテストピースを製造した。

［比較例１のテストピースの製造］
実施例１〜１４のテストピースと同じ基材に、異なる粉体塗料を塗装して二層の塗膜を形成した。二層の塗膜は、基材の表面に形成された下塗り層と、それに積層された上塗り層からなる。二層の塗膜の形成には、柔軟剤を含有するエポキシ樹脂系粉体塗料（以下、比較例の粉体塗料と称す）を使用した。表４に、比較例の粉体塗料の組成を示す。比較例の粉体塗料は、柔軟剤を除いた塗料組成物を加熱混練した後、冷却、粉砕、ふるい分けして製造された粉体塗料に、柔軟剤をドライブレンドして製造した。

二層の塗膜の形成方法は次の通りである。まず、静電塗装ガンを用いて下塗り層用粉体塗料を基材に吹き付けた。次に、１３０℃で１０分間加熱して、半硬化状態の塗膜を形成した。それから、半硬化状態の塗膜の上に静電塗装ガンを用いて上塗り層用粉体塗料を吹き付けた。最後に、１８５℃で２０分間加熱して、二層の塗膜を形成した。形成した塗膜の厚さは、下塗り層５０μｍ、上塗り層４３０μｍである。このようにして、比較例１のテストピースを製造した。

［付着性］
製造したテストピースについて、ＪＩＳ Ｋ５６００ ５−３：１９９９に規定されるデュポン式試験を行い、常温および低温における塗膜の付着性を評価した。低温下の付着性を評価する試験においては、−３０℃下で１時間保持したテストピースを用いた。試験は、直径１／４インチの撃ち型を備える衝撃変形試験器に、塗膜を上にしてテストピースを設置して、５００ｇのおもりを５０ｃｍの高さから落下させて行った。この際、塗膜に割れが見られなければ良（表５、表６中、〇印で示す）、若干割れが見られたが用途により使用可能なレベルであれば可（同表中、△印で示す）、塗膜が割れて使用不可能であれば不可（同表中、×印で示す）と評価した。評価結果を後出の表５、表６に示す。

表５、表６に示すように、実施例１〜４、６〜１０のテストピースについては、常温および低温のいずれにおいても、塗膜に割れは見られなかった。すなわち、これらの塗膜は、常温および低温のいずれにおいても耐衝撃性に優れ付着性が良好であることが確認された。これに対して、比較例１のテストピースについては、二層の塗膜が形成されているにも関わらず、常温でも低温でも塗膜に割れが見られた。実施例５のテストピースについては、−３０℃下で保持した場合にのみ塗膜に割れが見られた。実施例５のテストピースは、塗膜中の亜鉛含有量が多い。このため、塗膜が硬くなり低温下での耐衝撃性が低下したと考えられる。実施例１１〜１４のテストピースについても、−３０℃下で保持した場合にのみ塗膜に若干割れが見られた。実施例１１、１２のテストピースの塗膜は、エポキシ当量が３００ｇ／ｅｑ未満のエポキシ樹脂を使用した粉体塗料から形成されている。このため、塗膜の柔軟性が低下して低温下での耐衝撃性が低下したと考えられる。実施例１３、１４のテストピースの塗膜は、活性水素当量が５００ｇ／ｅｑ以下のフェノール樹脂を使用した粉体塗料から形成されている。このため、塗膜の柔軟性が低下して低温下での耐衝撃性が低下したと考えられる。

［可撓性］
製造したテストピースについて、ＪＩＳ Ｋ５６００ ５−１：１９９９に規定される屈曲試験を行い、常温および低温における塗膜の可撓性を評価した。屈曲試験には、タイプ２の試験装置を用い、実施例１〜１４のテストピースには直径３ｍｍのマンドレルを、比較例１のテストピースには直径１０ｍｍのマンドレルを使用した。低温下の可撓性を評価する試験においては、−３０℃下で１時間保持したテストピースを用いた。この際、塗膜に割れが見られなければ良（表５、表６中、〇印で示す）、若干割れが見られたが用途により使用可能なレベルであれば可（同表中、△印で示す）、塗膜が割れて使用不可能であれば不可（同表中、×印で示す）と評価した。評価結果を後出の表５、表６に示す。

表５、表６に示すように、実施例１、２、４、６〜１０のテストピースについては、常温および低温のいずれにおいても、塗膜に割れは見られなかった。すなわち、これらの塗膜は、常温および低温のいずれにおいても可撓性に優れることが確認された。これに対して、比較例１のテストピースについては、二層の塗膜が形成されているにも関わらず、常温下で塗膜が割れてしまった。このため、低温下での試験は行わなかった。実施例３のテストピースについては、−３０℃下で保持した場合にのみ塗膜に若干割れが見られた。実施例５のテストピースについては、−３０℃下で保持した場合にのみ塗膜に割れが見られた。実施例３、５のテストピースは、塗膜中の亜鉛含有量が多い。このため、塗膜が硬くなり低温下での可撓性が低下したと考えられる。実施例１１〜１４のテストピースについても、−３０℃下で保持した場合にのみ塗膜に若干割れが見られた。上述したように、実施例１１〜１４のテストピースにおいては、塗膜の柔軟性が低下したため、低温下での可撓性が低下したと考えられる。

［耐食性］
製造したテストピースについて、ＪＩＳ Ｋ５６００ ７−１：１９９９に規定される塩水噴霧試験を行い、塗膜の耐食性を評価した。まず、テストピースの塗膜にクロスカットを形成した。次に、当該テストピースを、塩水噴霧試験機（ＮａＣｌ濃度５％、３５℃）に入れ、８４０時間または１２００時間保持した。その後、テストピースを取り出して、クロスカット部分の錆幅を測定した。測定結果を後出の表５、表６に示す。

表５、表６に示すように、いずれの保持時間においても、実施例１〜３、５、７〜１３のテストピースの錆幅は０．５ｍｍ未満であり、これらのテストピースは、比較例１のテストピースと同等の優れた耐食性を有していることが確認された。一方、実施例４のテストピースの錆幅は２．０ｍｍ、実施例６のテストピースの錆幅は５．０ｍｍであった。これらのテストピースは、塗膜中の亜鉛含有量が少ない。このため、亜鉛による防錆効果が充分に発揮されなかったと考えられる。

［平滑性］
製造したテストピースの塗膜を目視観察し、表面が平らであれば良（表５、表６中、〇印で示す）、表面に若干凹凸が見られる場合は可（同表中、△印で示す）、表面に凹凸が目立つ場合は不可（同表中、×印で示す）と評価した。評価結果を後出の表５、表６に示す。

表５、表６に示すように、実施例１〜８、１１〜１４のテストピースの塗膜の表面は、いずれも平滑であった。一方、実施例９、１０のテストピースの塗膜は、エポキシ当量が１５００ｇ／ｅｑより大きいエポキシ樹脂を使用した粉体塗料から形成されている。このため、塗膜表面の平滑性が低下したと考えられる。

（２）表１中、実施例１として記載されているエポキシ樹脂系粉体塗料をコイルばねに塗装して、低温耐チッピング性を評価した。以下、順に説明する。

［実施例１のコイルばねの製造］
まず、ばね鋼（ＳＰＣＣ−ＳＤ）製のコイルばねの素地表面にサンドブラスト加工を施し、さらにリン酸亜鉛皮膜を形成した。次に、コイルばねを塗装ラインに設置し、１２０℃で１０分間加熱して乾燥させた。続いて、基材を１３０℃に予熱した。そして、静電塗装ガンを用いて実施例１のエポキシ樹脂系粉体塗料を基材に吹き付けた。その後、２００℃で４５分間加熱して、一層の塗膜を形成した。形成した塗膜の厚さは、３００μｍである。このようにして、実施例１のコイルばねを製造した。実施例１のコイルばねは、本発明の高耐久性ばねに含まれる。

［比較例１のコイルばねの製造］
まず、実施例１と同じコイルばねの素地表面にリン酸亜鉛皮膜を形成した。次に、コイルばねを塗装ラインに設置し、１２０℃で１０分間加熱して乾燥させた。そして、この余熱を利用して、コイルばねの表面に上述した下塗り層用粉体塗料（前出表４参照）を付着させた。続いて、１３０℃で１０分間加熱して、半硬化状態の塗膜を形成した。それから、半硬化状態の塗膜の上に静電塗装ガンを用いて上述した上塗り層用粉体塗料（前出表４参照）を吹き付けた。最後に、２００℃で３０分間加熱して、二層の塗膜を形成した。形成した塗膜の厚さは、下塗り層５０μｍ、上塗り層４３０μｍである。このようにして、比較例１のコイルばねを製造した。

［低温耐チッピング性］
（ｉ）試験Ａ
グラベロ試験機を用い、製造したコイルばねに−３０℃下で小石を衝突させて、塗膜の耐チッピング性を評価した。小石の噴射ノズルは、コイルばねの軸方向に対して垂直に配置した。噴射ノズルとコイルばねとの距離は、３００ｍｍとした。小石には６号砕石を２００ｇ使用し、発射速度を０．８ＭＰａとした。小石の噴射は１回につき２秒間とし、小石の衝突により塗膜が剥がれて素地が表出するまで繰り返した。

グラベロ試験の結果、比較例１のコイルばねにおいては１０回で素地が表出したのに対して、実施例１のコイルばねにおいては５０回で素地が表出した。これにより、本発明の高耐久性ばねによると、塗膜の厚さが薄いにも関わらず、耐チッピング性が向上していることが確認された。

（ｉｉ）試験Ｂ
小石の発射速度を０．５ＭＰａに変更した以外は試験Ａと同様にして、製造したコイルばねにグラベロ試験を１回行った。その後、当該コイルばねを塩水噴霧試験機中で２４時間保持した（ＮａＣｌ濃度５％、３５℃）。このグラベロ試験→塩水噴霧試験のサイクルを、赤錆が発生するまで繰り返した。

その結果、比較例１のコイルばねにおいては５回で赤錆が発生したのに対して、実施例１のコイルばねにおいては５０回繰り返して初めて赤錆が発生した。これにより、本発明の高耐久性ばねによると、塗膜の厚さが薄いにも関わらず、耐チッピング性が向上しており、ばねの耐久性が向上していることが確認された。

本発明の高耐久性ばねは、自動車、鉄道車両などに有用であり、特に、自動車の懸架用ばねに好適である。

Claims (7)

1. 厚さが４５０μｍ以下の一層の塗膜を有し、該塗膜はエポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含み、
   該亜鉛の含有量は、該塗膜全体の質量を１００質量％とした場合の１０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする高耐久性ばね。
2. 前記塗膜は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含むエポキシ樹脂系粉体塗料の硬化物である請求項１に記載の高耐久性ばね。
3. 請求項１に記載の高耐久性ばねの塗装方法であって、
   エポキシ樹脂と、フェノール樹脂と、亜鉛と、を含み溶融混練法により製造されたエポキシ樹脂系粉体塗料をばねの塗膜形成面に付着させる付着工程と、
   付着した該エポキシ樹脂系粉体塗料を焼付ける焼付け工程と、
   を有することを特徴とする高耐久性ばねの塗装方法。
4. 前記フェノール樹脂の配合量は、前記エポキシ樹脂の配合量を１００質量部とした場合の３質量部以上３０００質量部以下である請求項３に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
5. 前記付着工程の前に、前記ばねを８０℃以上２５０℃以下に予熱する予熱工程を有する請求項３または請求項４に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
6. 前記焼付け工程を前記予熱工程の余熱のみにより行う請求項５に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
7. 前記付着工程の前に、前記ばねの素地表面にリン酸塩皮膜を形成する前処理工程を有する請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の高耐久性ばねの塗装方法。