JPWO2017163877A1 - 高耐久性ばねおよびその塗装方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
と、を含む。
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。
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。
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。
[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。
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。
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」。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
Claims (8)
- 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高耐久性ばね。
- 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。
- 前記亜鉛の含有量は、前記塗膜全体の質量を100質量%とした場合の10質量%以上70質量%以下である請求項1または請求項2に記載の高耐久性ばね。
- 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。 - 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4に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
- 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4または請求項5に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
- 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6に記載の高耐久性ばねの塗装方法。
- 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4ないし請求項7のいずれかに記載の高耐久性ばねの塗装方法。
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