(57)【要約】【課題】  粉体静電塗装の層を十分に厚くして鋳肌の凹凸を外観上無くし、メタリック層を形成しても外観不良が発生することなく、歩留まりの低下を防止することができる軽合金ホイールの塗膜形成方法を提供する。【解決手段】  金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法であって、粉体塗料を軽合金ホイール基体の意匠面の裏側から吹込み意匠面の表面側の少なくとも一部に静電塗装による層を形成する工程と、前記静電塗装層よりも上層側にメタリック層を形成する工程とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法であって、粉体塗料を軽合金ホイール基体の意匠面の裏側から吹込み意匠面の表面側の少なくとも一部に静電塗装による層を形成する工程と、前記静電塗装層よりも上層側にメタリック層を形成する工程とを有することを特徴とする金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項２】
前記粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、軽合金ホイールを軸回転させながら行うことを特徴とする請求項１に記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項３】
前記粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、意匠面を上側にした状態で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項４】
前記メタリック層の上にクリアー層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項５】
前記下地層は、基体の表面に形成された粉体プライマー層と、前記プライマー層の上に形成されたカラーベース層からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項６】
前記メタリック層は、メタリック層の厚みが１０μｍ以下であり、かつ、メタリック層中に厚さが１０Å〜５００Å、アスペクト比が３００〜８００の金属フレークが分散していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【請求項７】
前記金属調軽合金ホイールは、鋳肌部分に塗装を施したものである請求項１乃至６のいずれかに記載の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属調の金属調塗装が施された、アルミニウム合金などを基体とする金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法に関するものであり、特に鋳肌部分に金属調塗膜を施すものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車（例えば乗用車）部品である軽合金ホイールでは、高質感をもった外観を呈するようにするために、基体の表面に多層からなる塗装が施される。近年、さらに高質感を高めるために、金属の研摩面を連想させる金属調シルバー塗装（金属調塗装）を施すものが製造されている。この金属調シルバー塗装では、従来のシルバーメタリック系のぎらぎらした粒子感を感じさせない高い緻密感と、視覚の方向によって大きな陰影感を与える金属調塗装が要求されており、このような金属調塗膜を実現するために、種々の提案がなされている。
【０００３】
一般的な金属調シルバー塗装として、特許文献１にはめっき調のアルミホイールの塗膜構成が開示され、アルミホイールの表面に、粉体プライマー、溶剤あるいは水性カラーベースコート、溶剤あるいは水性めっき調コート、溶剤あるいは粉体トップコート（クリヤー）からなる４層の塗膜が記載されている。また、特許文献２にも同様の、被覆材の表面に、ポリエステル、アクリル、エポキシ系の粉体樹脂塗膜を２０〜２００μｍの厚さで設け、その上にポリエステル樹脂を主材とした熱硬化性樹脂による１０〜４０μｍのアンダーコート層を設け、その上にチタン合金薄膜を設け、その上に透明樹脂塗膜を設けた４層の塗膜材料が記載され、被覆する対象としてアルミホイールを用いることが記載されている。
【０００４】
金属調軽合金ホイールは、外観に金属調を施すために、通常、薄さ０．１μｍ以下の蒸着アルミフレークが内部で分散したメタリック塗料が用いられる。しかしながら、このメタリック塗料は、非常に高価である。通常、メタリック塗料は、他のプライマー塗料、カラーベース塗料、クリアー塗料の、３つの塗料コストの合計よりも高い。よって、金属調軽合金ホイールの外観不良が、メタリック塗料の形成後に見つかった場合、手直しした後に再度メタリック塗料を塗らなければならないため、非常にコストが高くなる。
外観不良はホイール基体の鋳肌の凹凸が原因であるものが多い。下地層を厚く塗ることで塗膜表面が平滑化され、外観不良の発生を抑制することができる。下地層を厚く塗るために、溶剤塗料ではなく、粉体塗料を用いた静電塗装が用いられる。この静電塗装は、特許文献３のように、粉体塗料をスプレーガンにより噴出し、意匠面に吹付けるものがある。
【特許文献１】特開２０００−１４０７５６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９７７１号公報
【特許文献３】特開平１１−１７９２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、意匠面の表側が鋳肌の部分では、若干の凹凸でも外観不良となるため、単に粉体静電塗装による下地層を設けても、完全に凹凸を消すことは難しい。これらの原因を検討した結果、粉体塗料をスプレーガンで噴出する際、既に意匠面の表側に付着した粉体塗料が、スプレーガンからのエアの噴出圧により吹き飛び、意匠面の表側で必要な膜圧まで粉体塗料が積もっておらず、薄い１０μｍ以下のメタリック層がこの凹凸の影響を受けてしまうことが解った。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題を解決し、粉体静電塗装の層を十分に厚くして鋳肌の凹凸を外観上無くし、薄いメタリック層を形成しても外観不良が発生することなく、歩留まりの低下を防止することができる軽合金ホイールの塗膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明者が検討した結果、上記のように意匠面の表側から粉体塗料を吹付けるよりも、意匠面の裏側から吹込む方が、意匠面の表側で粉体静電塗装膜の膜圧が厚くなり、下地層の凹凸が無くなるので、薄いメタリック層を塗装しても最も目立つ意匠面の上面での外観不良がなくなることが解った。
【０００８】
つまり本発明の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法は、粉体塗料を軽合金ホイール基体の意匠面の裏側から吹込み、意匠面の表側に静電塗装による層を有する下地層を形成する工程と、前記下地層よりも外側にメタリック層を形成する工程とを有することを特徴とするものである。粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、意匠面を上側にした状態で行うことが好ましい。また、粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、軽合金ホイールを軸回転させながら行うことが好ましい。
【０００９】
塗膜は、メタリック層の上にクリアー層を形成するものが好ましい。また、下地層は、基体の表面に形成された粉体プライマー層と、前記プライマー層の上に形成されたカラーベース層からなるものが好ましい。また、メタリック層は、メタリック層の厚みが１０μｍ以下であり、かつ、メタリック層中に厚さが１０Å〜５００Å、アスペクト比が３００〜８００の金属フレークが分散しているものが好ましい。また、金属調軽合金ホイールは、鋳肌部分に塗装を施したものが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、粉体塗料を軽合金ホイール基体の意匠面の裏側から吹込むことで、意匠面での下地層の厚さを容易に厚くすることができるようになり、下地層の表面の凹凸により発生する外観不良が減り、薄い１０μｍ以下のメタリック層がこの凹凸の影響を受けることがなくなる。よって、高価なメタリック層を形成する前段階で外観不良品の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法では、下地層の粉体塗装の層１１が厚くなっており、下地層の表面が平滑化され、下地層の凹凸による外観不良の発生が少なくなる。鋳造により形成された意匠面は、金型との離型性を上げるため、縦壁部分に抜き勾配が設けられる。本願発明は、図４、５のように、この縦壁部分が、意匠面の表側から裏側にかけて広がっていく軽合金ホイールに適用することが好ましい。
図４は図２のホイール基体におけるＡ−Ａ断面と、本願発明の塗膜形成方法での粉体塗料とエアの流れを模式的に示すものである。裏側から吹付けられた粉体塗料１８とエアは、窓部１６を通って意匠面表側に吹き入れられる。吹付けられたエアの一部は、スポーク部の裏面に遮られるため、意匠面の表側に堆積した粉体塗料１８を直接吹き飛ばすことがない。
対して、図５のように、意匠面の表側から粉体塗料１８とエアを吹付けると、意匠面の表側に堆積した粉体塗料１８を吹き飛ばしてしまい、結果粉体塗料１８が十分に堆積しない。特に抜き勾配部となる縦壁部分１７ではこの傾向が顕著に出る。
粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、意匠面１５を上側にした状態で行うことが好まく、粉体塗料が重力によって意匠面１５の上面側に堆積しやすい。
また、粉体塗料を意匠面の裏側から吹込む際、軽合金ホイールを軸回転させながら行うことが好ましい。粉体塗料に対して相対的に縦壁部分が動くため、浮遊している粉体塗料が意匠面表側に付着しやすくなる。また、スプレーガンの個数、配置によらず、周方向各部で均一な厚さの塗膜が形成できる。
裏側のみから粉体塗料を噴出すると、円周面にほぼ平行な縦壁となる、窓部の内径側、外径側で膜圧が小さくなりやすい。よって、そのような膜圧が不足する部位がある場合は裏面側から粉体塗料を吹付けると同時に、表面側からもその部位を集中的に吹付けることが好ましい。
【００１２】
下地層は、例えば、基体の表面に形成された粉体プライマー層だけからなる物でも良いし、前記粉体プライマー層の上に形成されたカラーベース層からなる多層塗膜でも良い。金属調を施すために、下地層は黒色や紺色系の濃彩色とすることが好ましい。よって、下地層が単層であれ多層であれ、下地層の最上層となる層は濃彩色系の塗料を用いることが好ましい。
【００１３】
また、メタリック層は、金属フレークが塗膜体積に対して２０％超含まれるものが好ましい。この金属フレークの含有量は、塗膜の断面撮影を行い、その断面映像に移る塗膜面積と金属フレークの断面積から求めることができる。例えば、メタリック層の厚みが１０μｍ以下であり、かつ、メタリック層中に厚さが１０Å〜５００Å、アスペクト比が３００以上８００以下の金属フレークが分散しているものが適用できる。これらの金属フレークは蒸着により薄肉化されるため、この種類のメタリック塗料は非常に高価である。本発明の金属調軽合金ホイールの塗膜形成方法は、下地層の凹凸が少なくなるので不良品の発生率が下げられ、高価なメタリック塗料の再塗装が減り、コストが下がるという効果がある。
【００１４】
粉体プライマー層はエポキシ系粉体塗料またはエポキシポリエステル系粉体塗料などを採用できる。エポキシポリエステル系粉体塗料でプライマー層を形成し、アクリル系カラーコート層をその上に形成することで、耐候性、密着性の良好な塗膜が形成できる。
【００１５】
鋳肌部分に塗装を施す金属調軽合金ホイールに、本発明の塗膜形成方法を施すことが好ましい。鋳肌の凹凸が有っても、本発明の金属調軽合金ホイールであれば、中間層が凹凸を少なくする効果を持ち、歩留まりが向上してコストが低減されるという効果が十分に発揮される。金属調軽合金ホイールに用いられるホイール基体は、低圧鋳造さらには一体型鋳造によるものが好ましい。
【００１６】
軽合金ホイールの基体（軽合金素材）表面は、プライマー層を設ける前に前処理が施される。この前処理には、一般に、脱脂と酸洗を行い、その後化成処理が施される。化成処理液として一般的にはクロム酸クロムやリン酸クロムを用いたクロメート処理が適用されるが、環境保護の観点からノンクロムの化成処理液として、Ｔｉ酸やＺｒ酸を用いたものが使用される。
【００１７】
プライマー塗料は、ポリエステル系、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系の樹脂を使用できる。水酸基の配向による金属への密着性の良好なエポキシ系粉体塗料（グリシジルエーテル型（例えばビスフェノールＡ型）、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、環状オキシラン型エポキシ樹脂を主体とする）を用いることが好ましい。架橋剤や、必要により顔料、硬化剤、表面調整剤などが用いられる。
エポキシ系粉体塗料としては、価格及び基体との密着性の点から、特に、酸末端ポリエステル樹脂を硬化剤とするグルシジル基／カルボキシル基架橋型エポキシ樹脂からなり、固形分濃度が高い（４０〜６０質量％）エポキシ・ポリエステル系粉体塗料が好ましい。エポキシ・ポリエステル／ハイブリッド系粉体塗料を、１５０〜１８０℃の温度で、１０〜３０分間焼付けることにより、平滑でかつ強固な高分子架橋塗膜が形成される。プライマー層の膜厚は、上記のように軽合金ホイールの鋳肌の凹凸を隠す必要がある場合、４０〜２００μｍ程度の厚さで形成される。また、下地層としてプライマー単層とする場合は、濃彩色系のものを用いる。
【００１８】
本発明において、カラーベース塗料とは顔料を含んだ有色の塗料を指す。カラーベース塗料として、例えばアクリル、ポリエステル、エポキシ樹脂等からなり溶剤を含むものがある。プライマー層にエポキシ−ポリエステル系のハイブリット粉体塗料を用いた場合、熱硬化性のアクリル樹脂系着色塗料を用いることが好ましい。アクリル樹脂や硬化剤、顔料などを有機溶剤に溶解もしくは分散してなる熱硬化性塗料が好ましい。環境保護のために有機溶剤の割合が少ないハイソリッド系のものが好ましく、例えばアクリル樹脂と硬化剤、顔料などがｖｏｌ％で全体の５０％以上のものが好ましい。軽合金ホイールへの塗布方法として、エアスプレ−や静電塗装などで塗装することが好ましい。膜厚は１０〜４０μｍが一般的である。カラーベース塗料には顔料が用いられ、黒色に近い濃彩色系のベース層とする必要がある。有機顔料、無機顔料、炭素系顔料（例えば、カーボンブラック、グラファイト等）、メタリック粉末などの公知の顔料を適宜使用し、黒色系の濃彩色ベース層とする。他、防錆顔料、硬化触媒、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、酸化防止剤、表面調整剤、ワキ防止剤等の添加剤を配合することができる。
【００１９】
メタリック塗料は、金属調（メッキ調）の外観を持つ合金の金属箔（フレーク）を含む塗料もの全てを含むものである。例えば、クロム、アルミニウム、ニッケルおよびそれらの合金の金属箔（フレーク）を含む塗料を用いえる。金属箔は蒸着した金属薄帯を粉砕したものが好ましい。例えば、平均厚みが１０Å以上９００Å以下で、平均径が２μｍ以上７０μｍ以下のフレークが使用できる。更に好ましくは、平均厚みが１０Å以上５００Å以下で、平均径が３μｍ以上５０μｍ以下のフレークを含むものが好ましい。これら金属箔がある部分に投射された光はメタリック層で反射し、金属箔がない部分に投射された光はその下のクリアー層を介してカラーベース層で反射するため、カラーベース層の色調を反映した外観性に優れた金属調塗膜となる。カラーベース層は濃彩色のものが好ましく、鋼の色合いを出すことができる。金属箔のアスペクト比（金属フレークの幅／厚さ）は３０以上のものが使用でき、３００超〜８００が好ましく、更に好ましくは４００〜７００が好ましい。
【００２０】
メタリック顔料となる偏平な（鱗片状の）フレークの多くは、クリアー層５に沿って平行に並ぶように（配向された）状態で、クリアー層５との界面近傍に偏在している。フレークの配向を容易にするために、リーフィング化されたアルミニウムフレークを使用することもできる。リーフィング化されたアルミニウムフレークは飽和脂肪酸（例えばステアリン酸）などで被覆することにより得られる。このアルミニウムフレークは、クリアー層と平行に配向され、これにより反射光や干渉光により高い輝度感をもった塗膜が得られる。このメタリック層の厚さは０．０５〜１０μｍ、好ましくは０．１〜３μｍである。メタリック層の厚さが０．０５μｍ未満であると、紫外線がクリアー層に到達し易くなり、耐候性が低下し、その厚さが１０μｍを越えると、層形成時間が長くなる。
【００２１】
金属フレークとして、蒸着アルミフレークが好ましい。蒸着アルミニウムフレークは、アルミニウムをプラスチックフィルム基材の表面に蒸着後粉砕し、基材を溶解除去することにより作成される。厚さが非常に薄く、アスペクト比は３００超のものを用いるため、クリアー層に沿って平行に並ぶように配向される。また本発明では、リーフィング化されたアルミフレークとともに蒸着アルミフレークを添加することにより、さらに高い輝度感を得ることが可能である。さらに本発明では、リーフィング化されたアルミニウムフレーク及び／又は蒸着アルミニウムフレークの他に、粉砕アルミニウムフレークを添加することにより、別の意匠感を創出することが可能である。
【００２２】
また、メタリック塗料の顔料として、平均粒径が３００ｎｍ以下の黒色顔料を添加することができる。平均粒径が３００ｎｍより大きいと、クリアー層とベース層を通過する可視光が顔料７，８により遮断され、その下地のベース層２にまで到達できなくなる。渋みの有るシルバーの色調、高級感の有るチタン合金肌のような色調を出すためには濃彩色のベース層が外部から入射される可視光の反射壁となり、再度クリアー層にまで反射しなければならない。よって、この黒色顔料の粒度を所定の値まで小さくする必要がある。
【００２３】
メタリック層に含まれる黒色系顔料としては、フリップフロップ性を向上させるために、例えば黒色乃至茶色または青色の色相を呈する無機顔料あるいは有機着色顔料を用い得る。これらの顔料としては、カーボンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、黒鉛、マグネタイト、ヘマタイト（茶色）、銅・クロムブラック、コバルトブラック、銅・マンガン・鉄ブラック等の無機黒色顔料、群青、紺青、コバルトブルー等の無機青色顔料、フタロシアンブルー等の有機青色顔料が挙げられる。
また、イエロー系顔料を用いる場合もあり、黄鉛、黄色酸化鉄、黄色系ＬｉＦｅＯ２黄色系酸化チタン粉末など、適宜使用可能である。
【００２４】
メタリック層の上に塗布されるクリアー塗料は、透明なものであれば良いが、有機溶剤にポリマーまたはオリゴマーを溶解した溶剤系クリアー塗料または粉体系クリアー塗料を使用して形成することが可能である。クリアー塗料としては、透明性、光沢、耐候性等に優れたアクリル塗料、例えば、固形分濃度が４０〜５０質量％程度のアクリル溶剤塗料を用いることが好ましい。アクリル塗料には、アクリル系モノマーとエポキシ基、カルボキシル基、水酸基等の官能性モノマーを溶液重合させて得られる熱硬化性アクリル樹脂が使用される。特に、メラミンを架橋剤とした硬化性アクリル樹脂が使用され、樹脂固形分濃度が４０〜５０質量％程度のアクリル溶剤塗料を用いることが好ましい。クリアー層は、メタリックベース層の表面に塗布後、１３０〜１８０℃の温度で焼付けることにより、例えば１０〜４０μｍの厚さに形成される。
【００２５】
カラーベース層、メタリック層、クリアー層で溶剤塗料を用いる場合、塗料は表側面からのみ吹付ける。但し、これらの層が静電粉体塗装の場合は、上記の下地層の静電粉体塗装と同様に、粉体塗料を意匠面の裏側から吹き込む方法を採用しても良い。
【００２６】
（実施例）
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。
図３は金属調塗膜の断面を模式的に示す図である。図３において、１は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ等の金属またはそれらの合金で鋳造により形成された軽合金ホイールの基体であり、その表面に粉体樹脂の静電塗装によるプライマー層１１と、カラーベース層１２、メタリック層１３、及びクリアー層１４からなる計４層の塗膜が形成されている。通常、この塗膜を形成する前に、耐食性を高めるために基体３０の表面に前処理が施される。基体３０が鋳物などのアルミニウム合金の場合は、アルカリ脱脂、及びクロメート処理に代表される化成処理を施す。化成被膜は、３ｍｇ／ｍ２以上（好ましくは５〜２０ｍｇ／ｍ２）の付着量を有するように形成される。化成処理後の基体３０は、水洗、乾燥される。
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ  ＡＣ４ＣＨ材相当）からなる基体（低圧鋳造による一体型アルミホイール）をアルカリ脱脂、クロメート処理後、純水で水洗し、乾燥して、前処理を施した。その後、プライマー層１１として、エポキシ・ポリエステル系粉体塗料（日本ペイント社製）を、軽合金ホイール基体１の鋳肌に塗布した。
粉体塗料の塗布には、図１に示すように、軽合金ホイール基体１を意匠面が上になるように回転台２に固定し、回転させながら行った。粉体塗料が意匠面裏側から窓部１６を抜けて意匠面表側まで抜けるようにスプレーガン４から吐出した。粉体塗料は、吐出ポンプ３の中で計量され、1つのホイール基体に対して８０〜２００ｇを噴出される。回転台の回転数は１０〜３０ｒｐｍとし、回転方向を途中で逆転させて回転させた。この条件で静電塗装を行い、１５０〜１８０℃の温度で３０〜６０分間焼付けた。この粉体塗装層の膜厚を計測したところ、意匠面の上面１５の膜圧が１５０μｍ以上、スポークの横壁１７の膜圧が５０μｍ以上であった。
その後、カラーベース層１２として、アクリル系の黒色の熱硬化性樹脂（日本ペイント工業社製のアクリルメラミン樹脂系塗料（ＡＳ７０ブラックベース））を膜厚が２０μｍとなるようにスプレーガンにより吹付け、１００〜１３０℃で１０〜３０分間焼付けた。これによりプライマー層１１ａとカラーベース層１２からなる下地層を形成した。
その後、バインダー樹脂（ポリエステル系樹脂）１００質量部と、キシレン１００質量部を混練し、この樹脂に蒸着アルミニウムフレーク（平均厚さが１７０Å、平均粒径が１４μｍ）が１５質量部、平均粒径２００Åのカーボンブラックが１０質量部となるよう混ぜてメタリック塗料とした。膜厚が０．５μｍとなるようにスプレーガンにより吹付け、その後、１００〜１３０℃で２０分間焼付けて、厚さ０．５μｍのメタリック層を形成した。
その後、アクリルハイソリッド系の透明な熱硬化性樹脂（溶剤系クリアー、日本ペイント（株）製）を膜厚が３０μｍとなるようにスプレーガンにより吹付け、１３０〜１６０℃で焼付けてクリアー層を形成した。
また、比較として図５に示すように、意匠面の表側のみから粉体塗料を吹付けて粉体塗装層を形成し、膜圧を測定したところ、特に径方向に伸びたスポーク部横壁での塗膜厚が薄く、５０μｍに満たない塗装部が見受けられた。
また、外観不良の発生率を比較したところ、本発明での外観不良の発生率は、従来の意匠面の表側から粉体塗料を吹付けるものより少ないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明での粉体塗料を噴出する様子を示す模式図である。
【図２】４層の金属調塗膜を模式的に示す図である。
【図３】ホイールの意匠面の一例である。
【図４】本発明での粉体塗料とエアの流れを説明する模式図である。
【図５】従来での粉体塗料とエアの流れを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：車両用軽合金ホイール基体、２：回転台、３：吐出ポンプ、４：スプレーガン、１１：静電粉体プライマ−層、１２：濃彩色系カラーベース層、１３：メタリック層、１４：クリアー層、１５：意匠面表面、１６：窓部、１７：縦壁（抜き勾配部）、１８：粉体塗料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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