(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用アルミ合金ホイールの塗装前に、自動車用アルミ合金ホイールの鋳肌表面に、ショットブラスト後、化成処理を含まず、有機物処理を含む前処理を行い、
前記有機物処理で用いる有機物を、分子中に、金属であるアルミ合金ホイール素地と反応するメトキシ基またはエトキシ基からなるアルコキシル基ＯＲと、前記前処理後に塗装される有機材料と反応または結合または相溶化する、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基から選択された少なくとも１種の基Ｘとを含む、Ｘ−Ｓｉ−ＯＲの分子構造をもつシランカップリング剤とし、
前記有機物処理で、前記シランカップリング剤の水溶液をスプレーまたは浸漬または塗布により自動車用アルミ合金ホイール表面に付着させ、
該付着により、前記シランカップリング剤の分子構造のうちの前記アルコキシル基を含む化合物Ｓｉ−ＯＲ部分を前記シランカップリング剤の水溶液に含まれる水による加水分解によりシラノール基Ｓｉ−ＯＨとし、ついで該シラノール基を該シラノール基とアルミ合金ホイール素地Ｍとの縮合反応によりＳｉ−Ｏ−Ｍとして、前記シランカップリング剤と前記アルミ合金ホイール素地とを結合させる、自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
【請求項２】
前記前処理工程が、脱脂と、有機物処理とを、含む請求項１記載の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
【請求項３】
前記前処理工程が、脱脂と、酸洗と、有機物処理とを、含む請求項１記載の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用アルミ合金ホイールの塗装の前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミホイールなどの金属ホイール塗装の前処理として、脱脂後、クロメート処理するのが主流である。
クロメート処理液中には、六価クロムイオンを含む。六価クロムイオンは、人体に対して悪影響を及ぼすといわれている。
クロメート処理時には六価クロムイオンがアルミホイールに付着する。前処理後、塗料を吹き付け塗膜を形成させる。車走行中、塗膜劣化が進むと、金属表面に付着していた六価クロムイオンが溶出し、土壌が汚染され、食物連鎖により人体に悪影響を及ぼすおそれがある。
クロメート処理に代わるノンクロメート処理が数多く検討されているが、クロメート処理に比べて耐食性が不十分であり、未だにアルミホイールに最適な前処理方法が見出されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属ホイールの塗装の前処理から六価クロムイオンを除くことが環境保全のため緊急に必要とされている。
そのため、従来のクロメート処理と耐食性上同等性能を有する、六価クロムイオンを含まない前処理方法を確立することが急務である。
本発明の目的は、クロメート処理と耐食性上同等性能を有する、六価クロムイオンを含まない、自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  自動車用アルミ合金ホイールの塗装前に、自動車用アルミ合金ホイールの鋳肌表面に、ショットブラスト後、化成処理を含まず、有機物処理を含む前処理を行い、
前記有機物処理で用いる有機物を、分子中に、金属であるアルミ合金ホイール素地と反応するメトキシ基またはエトキシ基からなるアルコキシル基ＯＲと、前記前処理後に塗装される有機材料と反応または結合または相溶化する、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基から選択された少なくとも１種の基Ｘとを含む、Ｘ−Ｓｉ−ＯＲの分子構造をもつシランカップリング剤とし、
前記有機物処理で、前記シランカップリング剤の水溶液をスプレーまたは浸漬または塗布により自動車用アルミ合金ホイール表面に付着させ、
該付着により、前記シランカップリング剤の分子構造のうちの前記アルコキシル基を含む化合物Ｓｉ−ＯＲ部分を前記シランカップリング剤の水溶液に含まれる水による加水分解によりシラノール基Ｓｉ−ＯＨとし、ついで該シラノール基を該シラノール基とアルミ合金ホイール素地Ｍとの縮合反応によりＳｉ−Ｏ−Ｍとして、前記シランカップリング剤と前記アルミ合金ホイール素地とを結合させる、自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
（２）  前記前処理工程が、脱脂と、有機物処理とを、含む（１）記載の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
（３）  前記前処理工程が、脱脂と、酸洗と、有機物処理とを、含む（１）記載の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法。
【０００５】
上記（１）〜（３）の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法は、有機物処理のため六価クロムイオンを含まない。また、有機物処理を含む前処理は、有機物分子が金属と反応する反応基をもつとともに塗膜に反応または結合または相溶化する基を有するので、塗膜と金属素地との接合強度は十分である。また、有機物処理を含む前処理は、クロメート処理と耐食性上同等性能を有することも確認された。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法を、図１〜図３を参照して、説明する。
本発明の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法は、図１、図２に示すように、アルミ合金ホイール塗装前に、アルミ合金ホイールの鋳肌表面に、ショットブラスト後、有機物処理（工程３０）を含む前処理を行う、自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法からなる。この有機物処理を含む前処理はノンクロム処理である。
自動車用アルミ合金ホイールは、アルミ合金からなる自動車用アルミホイールからなる。
【０００７】
前処理工程は、
ａ．脱脂（工程１０）と、有機物処理（工程３０）とを、含む。または、
ｂ．脱脂（工程１０）と、酸洗（工程２０）と、有機物処理（工程３０）とを、
含む。
上記において、脱脂、酸洗は、従来のアルミ合金ホイールの脱脂、酸洗に準じる。すなわち、
脱脂（工程１０）は、ホイールでは一般的にアルカリ脱脂である。アルカリは、たとえばカセイソーダ、ケイ酸ソーダ、炭酸ソーダ、リン酸ソーダ等である。アルカリ成分と界面活性剤とを併用したアルカリ水溶液で浸漬法、スプレー法等で処理する。
また、アルミ合金ホイールでは、鋳造時の離型剤を除去するために、金属材質のショットブラストを行う。そのため、アルミ合金ホイールの表面に金属、ショットの残滓が残り、塗膜の密着性を阻害する要因となる。また、大気中の水分などが、塗膜を透過し、その金属ショットの残滓と反応し、変色することで、外観不良の原因となることもある。酸洗（工程２０）は、アルミ合金ホイール表面上の金属、ショットの残滓を溶かして、ホイール表面を活性化させ、その後の有機物処理でのホイール表面素地と有機物の付着性をより強固にさせることで、より一層のホイールの耐食性を向上させ、ホイール外観を向上させる。
従来の前処理と異なるところは、クロメート処理に代えて、有機物処理としたことである。これにより、六価クロムイオンを含まない前処理とすることができる。
【０００８】
有機物処理に用いる有機物は、該有機物の１つの分子中に２種類の基をもち、２種類の基の一種類の基は金属（たとえば、アルミ合金ホイールの素地であるアルミ合金）と化学的に反応可能な反応基ＯＲであり、２種類の基のもう一種類の基は樹脂（たとえば、前処理後に塗装される塗膜）と化学的に反応、または化学的に結合、または相溶化（塗膜焼付の時に塗膜と熱的に相溶け合う）、することが可能な基Ｘである。
すなわち、この有機物の分子は金属素地と化学的に結合し塗膜と反応または結合または相溶化した時に金属素地と塗膜との両者を接着する働きをする。
この有機物として、シランカップリング剤がある。
有機物処理においては、スプレー、浸漬、塗布などによって、有機物を、アルミ合金ホイール素地に付着させる。
なお、水洗については、各工程（脱脂、酸洗、有機物処理）の後に水洗してもよいし、またはしなくてもよい。
【０００９】
図３は、有機物とアルミ合金素地としての金属および塗膜との反応または結合または相溶化を、有機物をシランカップリング剤として、示している。
図中、
Ｘ：各種合成樹脂などの有機材料と化学反応、または結合、または相溶化する基、たとえば、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基
ＯＲ：無機質材料と化学結合する反応基、たとえば、メトキシ基、エトキシ基
Ｍ：金属、すなわちアルミ合金ホイール素地
を示す。
また、シランカップリングでは、構造中にアルコキシル基（有機化合物中の基であるＯＲの一般名、Ｒはアルキル基）を含む化合物（Ｓｉ−ＯＲ）のアルコキシル基が水あるいは湿気により加水分解され、シラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）になる。このシラノール基と無機質表面とが縮合反応により、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合を形成する。
すなわち、
Ｘ−Ｓｉ−ＯＲ  ＋  Ｈ2 Ｏ  →  Ｘ−Ｓｉ−ＯＨ
（加水分解）
Ｘ−Ｓｉ−ＯＨ  ＋  Ｍ  →  Ｘ−Ｓｉ−Ｏ−Ｍ  ＋  Ｈ2 Ｏ
（縮合反応、シランカップリング反応）
上記において、
無機質とは、アルミ合金ホイール素地であり、
有機質とは、各種合成樹脂を含む。
また、基Ｘが、有機物処理後の塗装による塗膜の焼付時に塗膜の樹脂と相溶化し、これによって有機物処理の分子により塗膜とホイール金属素地が接着される。この接着を剥がそうとすると有機物処理の分子自体を破壊しなければならず、その接着力は、通常の接着剤の場合の分子と分子との間の剥がれに比べて、はるかに強力である。
【００１０】
上記の有機物処理後に、アルミ合金ホイール素地表面を、水洗無しでまたは水洗して（工程３１）、および乾燥無しでまたは乾燥して（工程３２）、有機物処理後の有機物分子が化学結合しているアルミ合金ホイール素地表面に塗装（工程４０）により塗膜を形成する。
通常は水洗無しであるが、有機物が過剰の場合、密着性が阻害されるかもしれないため、水洗により過剰分を洗い流す。また、乾燥（水切り乾燥程度）する。
塗膜を乾燥する過程で、有機物処理の分子を介しての塗膜および金属の結合をはかる。経済性、工程短縮から乾燥無しも考慮に入れられる。
【００１１】
塗装では、溶剤塗装、水性塗装、粉体塗装によるコートを少なくとも１層塗り重ねる。
上記の有機物処理を含むノンクロム前処理と組み合わせられる塗膜構造は、つぎのものを含む。
(i) ホイール表面から、粉体プライマーコート→溶剤もしくは水性シルバーコート→粉体または水性または溶剤トップクリアーコート、の順の比較的厚い塗膜
(ii)ホイール表面から、溶剤もしくは水性シルバーコート→粉体または水性または溶剤トップクリアーコート、の順の比較的薄い塗膜
(iii) ホイール表面から、粉体プライマー・シルバーコート→粉体または水性または溶剤トップクリアーコート、の順の比較的薄い塗膜
(iv)ホイール表面に、粉体または水性または溶剤トップクリアーコート、の比較的薄い塗膜
そして、上記の(ii)、(iv)の薄い塗膜から(i) の厚い塗膜まで、本発明の塗膜は、従来のクロメート処理後塗装の塗装品と比較して、塗膜耐久性（耐食性を含む）が同等以上であることが判明した。(iii) は(i) と(ii)の中間の厚さの塗膜であるが、(i) の３コートに比べて２コートで済み、１コート分の焼付が節約でき工程数減、および省エネルギー化をはかることができる。
一般的に、塗膜が厚くなると塗膜の内部応力が大きくなり、塗膜がアルミ合金ホイール表面から剥がれようとする。しかし、本発明では、前処理の有機物処理の有機物がアルミ合金ホイール素地と塗膜の両方に強固に反応してアルミ合金ホイール素地と塗膜とを結びつけるので、従来品に比べて同等以上の塗膜耐久性（耐食性を含む）が確保される。
なお、粉体プライマーとして、たとえばアクリル、エポキシポリエステル、ポリエステル、アクリルポリエステル、エポキシ等が用いられる。粉体プライマーで、アルミ合金ホイール表面のショットブラストの凹凸を埋め、ホイール表面を平滑にして、ツルツル感を出し、高級感のある外観を創出する。
また、トップクリアーは、従来のホイール塗装で使用されるものでよいが、耐候性を考慮した場合、アクリル、フッ素が望ましい。
環境面から、粉体塗料、ハイソリッド溶剤シルバー塗料、水性シルバー塗料の使用が望ましい。
【００１２】
ホイールがアルミ合金ホイールの場合、ホイール表面性状と、前処理、塗装との態様は、つぎのものを含む。図４はそれをスポーク部に適用した場合を示し、１は鋳肌面、２は切削面、３は少なくとも１コートの塗膜を示す。
イ．鋳肌−有色仕様
図４のイに示すように、アルミ合金ホイールをショットブラスト後、前述のａ、ｂの何れかで前処理後、前述の(i) 、(ii)、(iii) の何れかで塗装を行う。
ロ．鋳肌・切削−有色仕様
図４のロに示すように、アルミ合金ホイールをショットブラスト後、フェイス面（前面の意匠面となる面）を切削し、前述のａ、ｂの何れかで前処理後、前述の(i) 、(ii)、(iii) の何れかで塗装を行う。
ハ．鋳肌・切削−光輝仕様
図４のハに示すように、アルミ合金ホイールをショットブラスト後、前述のａ、ｂの何れかで前処理後、前述の(i) 、(ii)、(iii) の何れかで塗装を行い、さらにフェイス面を切削後、前述のａ、ｂの何れかで前処理後、前述の(iv)のクリアー塗装を行う。
【００１３】
【実施例】
本発明実施例品を以下のように作製した。
Ａ1 ：実施例１（前処理：上記のａ、塗装：上記の(ii)）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→有機物処理
→溶剤シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
Ａ2 ：実施例２（前処理：上記のａ、塗装：上記の(i) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→有機物処理
→粉体プライマー→焼付→溶剤シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
Ａ3 ：実施例３（前処理：上記のａ、塗装：上記の(i) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→有機物処理
→粉体プライマー→焼付→溶剤シルバー→焼付→粉体トップクリアー→焼付
Ａ4 ：実施例４（前処理：上記のａ、塗装：上記の(iii) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→有機物処理
→粉体プライマー・シルバー→焼付→粉体トップクリアー→焼付
Ａ5 ：実施例５（前処理：上記のａ、塗装：上記の(iii) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→有機物処理
→粉体プライマー・シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
Ａ6 ：実施例６（前処理：上記のｂ、塗装：上記の(iii) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→酸洗→有機物処理
→粉体プライマー・シルバー→焼付→粉体トップクリアー→焼付
Ａ7 ：実施例７（前処理：上記のｂ、塗装：上記の(iii) ）
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→酸洗→有機物処理
→粉体プライマー・シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
【００１４】
また、比較品（クロメート処理）を以下のように作製した。
Ｂ1 ：比較品１
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→クロメート処理
→溶剤シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
Ｂ2 ：比較品２
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→クロメート処理
→粉体プライマー→焼付→溶剤シルバー→焼付→溶剤トップクリアー→焼付
Ｂ3 ：比較品３
ホイール・鋳肌（ショットブラストがけ）品→脱脂→クロメート処理
→粉体プライマー→焼付→溶剤シルバー→焼付→粉体トップクリアー→焼付
【００１５】
上記の本発明実施例品と比較品とを含む試験片に、つぎの試験を実行した。
（１）塗膜硬度試験
種々の硬度の鉛筆で試験片の塗膜を引っかき、そのすり傷により塗膜硬度を測定した。
（２）密着性試験
試験片の塗膜にカッターナイフにより、２ｍｍ間隔で縦横１１本の平行線を引き、その上にセロファンテープを密着させ、上方に引き剥がした後に、残存した、ます目をカウントして評価した。なお、全面が剥がれた場合を0/100 、剥がれがまったく無い場合を100/100 と表示した。
（３）塩水噴霧試験
試験片の表面にクロスカットを入れ、５％重量濃度、５０℃の塩水噴霧を１２００時間行い、クロスカットより２ｍｍ以上の錆の有無を調べた。
（４）複合腐食試験
試験片の表面にクロスカットを入れ、５％重量濃度、５０℃の塩水噴霧を１７００時間行い、ついで、７０℃で３時間の乾燥を行い、ついで５％重量濃度、５０℃の塩水に２時間浸漬し、さらに２時間乾燥する、というサイクルを６０回繰り返した後、クロスカットより２ｍｍ以上の錆の有無を調べた。
（５）耐水性試験
試験片を４０℃の温水中に２４０時間浸漬させ、その後２４時間自然放置し、先に述べた密着性試験を行った。
（６）耐候性試験
試験片にサンシャインウエザーメーターにより６００時間の曝露を行い、その後６０℃で相対湿度９０％の雰囲気に２４０時間保持し、２４時間放置後に先に述べた密着性試験を行った。
（７）外観および鋳肌のツルツル感
目視にて評価した。
試験結果を表１に示した。表１からわかるように、本発明実施例品Ａ1 〜Ａ7 は、上記のすべての試験において比較品Ｂ1 〜Ｂ3 より優れていた。
【００１６】
【表１】
0004785225.tif 000002
【００１７】
【発明の効果】
請求項１〜３の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法によれば、前処理が有機物処理のため六価クロムイオンを含まない。また、有機物処理を含む前処理は、有機物分子が金属と反応する反応基をもつとともに塗膜に反応または結合または相溶化する基を有するので、塗膜と金属素地との接合強度は十分である。また、有機物処理を含む前処理は、クロメート処理と耐食性上同等性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法の工程図である。
【図２】  本発明のもう一つの実施例の自動車用アルミ合金ホイール塗装の前処理方法の工程図である。
【図３】  本発明における有機物処理による有機物とアルミ合金ホイール素地および塗膜との結合図である。
【図４】  本発明におけるアルミ合金ホイール表面性状と塗膜との種々（イ、ロ、ハ）の態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１  鋳肌面
２  切削面
３  塗膜
１０  脱脂工程
２０  酸洗工程
３０  有機物処理工程
４０  塗装工程
【図１】
0004785225.tif 000003
【図２】
0004785225.tif 000004
【図３】
0004785225.tif 000005
【図４】
0004785225.tif 000006