(57)【要約】【課題】ボルトナットで各種部品を締結するとき、締結当初では潤滑性に優れ、締結完了時には緩みのない機能を有するワッシャを提供する。【解決手段】プレコート鋼板の打抜き加工で作製されてワッシャ10であり、潤滑作用を呈するフッ素樹脂粒子13が塗膜12に分散している。樹脂粒子13は、塗膜12の膜厚よりも粒径が大きいので塗膜12から頭出ししている。樹脂粒子13の頭出し部分に被締結部品(相手材15)が摺擦するので優れた潤滑性が発現する。締結完了時には相手材15が潤滑性のない塗膜12に直接接触するので緩みのない締結状態が維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼板又はめっき鋼板を基材とし、ワッシャ形状に打ち抜く前に設けられたポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂をベースとする上塗り塗膜で基材表面が覆われ、上塗り塗膜に分散しているフッ素樹脂粒子の一部が上塗り塗膜の表面から頭出ししていることを特徴とするプレコート鋼板製ワッシャ。
【請求項２】
上塗り塗料の焼付け温度で軟化溶融しないポリテトラフルオロエチレン，テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体，テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキル共重合体から選ばれた一種又は二種以上をフッ素樹脂粒子とした請求項１記載のプレコート鋼板製ワッシャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレコート鋼板から作製され、ボルト・ナットの緩みを防止する締付け操作性の良好なワッシャに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種部品をボルト，ナットで相手部材に組み付ける際、扁平なリング状のワッシャをナットの下に介装することによりボルト・ナットの緩みを防止している。ネジを用いた締結でも、ネジヘッドの下にワッシャを敷くことがある。
ボルト，ナット，ワッシャ等の素材として耐食性の良好なめっき鋼板を使用すると、滑り性が十分でなく締結に余分な労力や時間がかかる。ネジ山の潰れ，めっき層の剥離等もめっき鋼板製の欠点であり、潤滑油の塗布を要していた。
【０００３】
潤滑油の塗布は締結作業を煩雑化し、他の部品に油汚れが生じる原因であるので、潤滑油の塗布を必要としない締結具が望まれている。そこで、潤滑性を塗膜に依拠し、潤滑油塗布を省略しても優れた締付け作業性を示す塗装鋼板が検討されており、金属硫化物，窒化ホウ素，フッ素樹脂，グラファイト等の滑剤を配合したエポキシ樹脂塗膜も知られている(特許文献１)。
【特許文献１】特開2003-160756号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のコーティング組成物は亜鉛めっき鋼板やボルト・ナットのスプレー塗装に使用されているが、塗装された亜鉛めっき鋼板は4t曲げ試験で曲げ加工性が調査されているに留まり、通常、打抜き，切断等で製品形状に加工されるプレコート鋼板とはいえない。ボルト・ナットが塗装対象である場合、明らかにポストコートである。
ポストコート塗膜は、製品形状の影響を受けて均一な膜厚に形成し難く、特にボルト，ナット，ワッシャ等の小物では膜厚の不均一化が助長される。ボルト，ナット，ワッシャ等の製造者側で塗装設備を用意する必要があることも、ポストコートの欠点である。
【０００５】
プレコート鋼板から打抜き，切断，加工等で作製したボルト，ナット，ワッシャ等においてもプレコート塗膜の優れた潤滑性を維持できれば、プレコート本来の均一膜厚と相俟って締付け作業性の良好なボルト，ナット，ワッシャ等が得られる。なかでも、ナット両側に配置されボルトヘッド，被締結部品等に噛み合うワッシャにあっては、締付け性能にプレコート塗膜の特性が大きく影響する。
【０００６】
本発明は、ワッシャの要求特性に対するプレコート鋼板の物性の適応性を種々調査・検討した結果、耐熱性のあるフッ素樹脂粒子を分散させたポリエステル又はエポキシベースの上塗り塗膜が好適であることを見出し、該知見に基づき潤滑油の塗布を省略しても優れた締付け作業性を示すプレコート鋼板製ワッシャ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】
本発明のプレコート鋼板製ワッシャは、ステンレス鋼板又はめっき鋼板を基材とし、ワッシャ形状に打ち抜く前に設けられたポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂をベースとする上塗り塗膜で基材表面が覆われている。上塗り塗膜にはフッ素樹脂粒子が分散しており、該フッ素樹脂粒子の一部が上塗り塗膜の表面から頭出ししていることを特徴とする。
フッ素樹脂粒子には、上塗り塗料の焼付け温度で溶融しないポリテトラフルオロエチレン(PTFE)，テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)，テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキル共重合体(PFA)から選ばれた一種又は二種以上が使用される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のワッシャ10は、ステンレス鋼板又はめっき鋼板を基材11とし、基材表面に上塗り塗膜12が設けられ、上塗り塗膜12にフッ素樹脂粒子13が分散している(図１)。上塗り塗膜12は、塗装鋼板がワッシャ形状に加工される前に鋼板表面に設けられたプレコート塗膜であるため、ポストコート塗膜22(図３)に比較して均一な膜厚になっている。そのため、塗膜12の膜厚との関係で粒径の大きなフッ素樹脂粒子13は、各粒子とも同様な状態で塗膜12から頭出ししている。
【０００９】
フッ素樹脂粒子13が頭出しした上塗り塗膜12を有するプレコート塗膜12から作製されたワッシャ10を用いてボルト・ナットで各種部品を締結すると、ボルト，ナット，被締結部品等の相手材15は先ず塗膜12から突出している樹脂粒子13に摺擦する(図２)。相手材15の摺擦で圧潰された樹脂粒子13によりワッシャ10／相手材15間の潤滑が確保される。
更に締結作業が進行すると、塗膜12から突出している樹脂粒子13の頭出し部分がなくなり、相手材15が塗膜12に直接接触する。この状態では、フッ素樹脂粒子13の潤滑作用が働かず、潤滑性のない塗膜12のベース樹脂に相手材15が食い込むため、緩み(滑り)なく相手材15が締結される。
【００１０】
これに対し、ポストコートされた上塗り塗膜22は膜厚の不規則な変動が避けられず、厚膜部22aではフッ素樹脂粒子13が塗膜22に埋没し、薄膜部22bでは樹脂粒子13の大半が塗膜22から剥出し状態にある。なかでも、ワッシャ10の平面部ではフッ素樹脂粒子13が埋没する厚膜に、端面部(コーナー部)ではフッ素樹脂粒子13が脱落しやすい薄膜になりがちである。端面部は相手材15と早期に接触する個所であり、しかも平面部ではフッ素樹脂粒子13が頭出ししていないので、フッ素樹脂粒子13の作用が発現されない。
【００１１】
このような上塗り塗膜22を有するワッシャ10を締結作業に使用すると、厚膜部22aの樹脂粒子13は潤滑作用に寄与せず、潤滑性のない塗膜22に相手材15が直接摺擦し、締結作業に支障をきたす。端面に生じた薄膜部22bの樹脂粒子13は、塗膜22による拘束力が弱いため、相手材15との接触で脱落しやすい。その結果、フッ素樹脂粒子13の潤滑作用を十分に活用できず、締付け作業性に劣るワッシャ10となる。
【００１２】
この対比から明らかなように、プレコート法で形成された上塗り塗膜12は、分散しているフッ素樹脂粒子13の潤滑作用を十分発揮させ、ワッシャ10の締付け作業性を改善する。しかも、プレコート鋼板を所定のワッシャ形状に打ち抜く簡単な作業によって、高生産性で高品質のワッシャ10が得られる。
【実施の形態】
【００１３】
基材11には、耐食性に優れたステンレス鋼板や各種めっき鋼板が使用される。めっき鋼板の中でも、端面耐食性が良好なＺｎ-Ａｌ合金めっき鋼板，Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板，Ｚｎ-Ｆｅ合金めっき鋼板，Ａｌめっき鋼板，Ａｌ-Ｓｉ合金めっき鋼板，溶融亜鉛めっき鋼板等が好適な材料である。
【００１４】
塗装に先立ち、塗膜密着性，耐食性を改善する塗装前処理が必要に応じて施される。塗装前処理としては、脱脂，酸洗後にリン酸塩処理，クロメート処理，クロムフリー処理等によって化成皮膜を塗装原板表面に形成する方法が採用される。具体的には、アルカリ脱脂，酸洗等で原板表面を清浄化した後、必要に応じてリン酸塩処理で表面の濡れ性を高め、クロメート処理又はクロムフリー処理によって塗膜密着性の改善に有効な化成皮膜を形成する。化成皮膜は、ロールコータ，カーテンフローコータ，浸漬・引上げ法等で化成処理液を金属板表面に塗布し、ローラ等で絞った後、水洗することなく８０〜２００℃で乾燥することによって形成される。
【００１５】
化成処理後、下塗り塗料を塗装原板に塗布し、乾燥・焼付けによって下塗り塗膜14を形成する。下塗り塗料としては、特に制約されるものではないが、打抜き時にエナメルヘアやハンドリング時，運搬時に塗膜剥離が生じない密着性に加え、締結後に塗膜が劣化しない耐候性，耐食性を呈する塗料が好ましい。たとえば、ポリエステル，高分子ポリエステル，エポキシ，高分子エポキシ，エポキシ変性ポリエステル，エポキシ変性高分子ポリエステル等をベース樹脂とした塗料が使用される。
【００１６】
下塗り塗料には、必要に応じ体質顔料，着色顔料，防錆顔料等が配合される。ストロンチウムクロメート，変性シリカ，トリポリリン酸二水素アルミニウム，リン酸亜鉛マグネシウム等の防錆顔料を下塗り塗料に添加すると、塗膜12から溶出した防錆成分がワッシャ10の端面に皮膜を形成するので、塗膜12のないワッシャ10の端面をも防食できる。
【００１７】
所定組成に調製された下塗り塗料は、プレコート鋼板の製造に通常使用されているロールコート，フローコート，カーテンフロー，スプレー等の方法で塗装原板に塗布され、到達板温１８０〜２５０℃×２０〜９０秒で焼き付けられる。下塗り塗料の塗布量は、焼付け後に乾燥膜厚１〜１０μｍの下塗り塗膜14が形成されるように調整される。
【００１８】
次いで、フッ素樹脂粒子13を配合した上塗り塗料が塗布され、乾燥・焼付けによって上塗り塗膜12が形成される。上塗り塗料は、ポリエステル又はエポキシ樹脂をベースとし、平均粒径５０μｍ以下のフッ素樹脂粒子13を配合することにより調製される。
ポリエステル又はエポキシ樹脂は、樹脂種に特段の制約が加わるものでないが、打抜き時にエナメルヘアやハンドリング時，運搬時に塗膜剥離，疵付き、潤滑剤粒子の脱落が生ず、締結後に塗膜が劣化しない耐候性，耐食性を呈する塗料が好ましい。
【００１９】
潤滑剤粒子の脱落を防止する上では、たとえばガラス転移温度Ｔg：５０℃以上の塗膜が好ましい。ガラス転移温度Ｔgは、樹脂(モノマー)の種類，分子量，硬化剤添加量等で調整できる。分子量が低いほど、硬化剤添加量が多いほど、立体障害となるベンゼン環等の官能基が含まれているほど、分岐の多い分子構造をもつほどガラス転移温度Ｔgが高くなる傾向にある。硬化剤にはメラミン，イソシアネート等が使用され、通常のプレコート用塗料と同様に各種顔料，添加剤，ワックス等を配合できる。色調も特に規定されるものでなく適宜着色顔料を加えて調整でき、メタリック粉等の添加によってシルバー系の色調を付与しても良い。
【００２０】
フッ素樹脂粒子13としては、塗料焼付け時に軟化溶融しない融点：２６０℃以上のものが好ましく、ポリテトラフルオロエチレン，テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体，テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキル共重合体等が使用される。
フッ素樹脂粒子13の配合量は、樹脂固形分：１００質量部に対し１０〜１５０質量部の範囲で選定される。１０質量部未満の配合量では潤滑性向上効果が十分でないが、１５０質量部を超える過剰配合は下塗り塗膜14に対する上塗り塗膜12の密着性を低下させる。
【００２１】
フッ素樹脂粒子13の平均粒径Dは、塗膜12から適度に頭出しするように、上塗り塗膜12の膜厚tとの関連でD＝(０.６〜１.７)×tの範囲が好ましい。D＜０.６×tの平均粒径Dでは、塗膜12に埋没する樹脂粒子13の割合が多くなり、潤滑性の向上にフッ素樹脂粒子13が寄与しなくなる。逆に、１.７×tを超える平均粒径Dでは、塗膜12から剥き出しになった部分が多くなり、樹脂粒子13が脱落しやすくなる。
【００２２】
上塗り塗料も、プレコート鋼板の製造に通常使用されているロールコート，フローコート，カーテンフロー，スプレー等の方法で塗装原板の下塗り塗膜14上に塗布され、到達板温：１８０〜２５０℃×２０〜９０秒で焼き付けられる。上塗り塗料の塗布量は、焼付け後に乾燥膜厚：５〜２９μｍの上塗り塗膜12が形成されるように調整される。
【００２３】
上塗り塗膜12が設けられたプレコート鋼板は、ワッシャ製造工場に搬送され、打抜き加工により所定形状のワッシャに成形される。打抜き加工で得られたワッシャの端面は上塗り塗膜12がなく基材11が剥き出し状態になっているが、耐食性に優れたステンレス鋼板やめっき鋼板を素材に使用していること，下塗り塗膜14から溶出した防錆成分で皮膜で端面が覆われることが相俟って端面防食が図られる。しかも、塗膜の厚み変動が少ないプレコート鋼板の特性を引き継ぎ、ワッシャ10の塗膜12も均一な膜厚を有している。そのため、塗膜12に頭出し状態で分散しているフッ素樹脂粒子13が潤滑作用の向上に寄与し、締付け作業性が改善されたワッシャ10となる。
【実施例】
【００２４】
板厚：１.６ｍｍ，片面当りめっき付着量：４５ｇ／ｍ2の溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板にＮｉ換算付着量：５ｍｇ／ｍ2の表面調整を施した後、チタン系の塗布型クロムフリー塗装前処理液を塗布し、１００℃で乾燥することによりチタン換算付着量：３０ｍｇ／ｍ2の化成皮膜を形成した。
【００２５】
次いで、樹脂固形分基準で３０質量部のカルシウムシリケートを配合したエポキシ変性高分子ポリエステル系プライマーをバーコータで塗布し、最高到達板温：２１５℃で６０秒間焼き付けることにより乾燥膜厚：５μｍの下塗り塗膜を形成した。そして、ガラス転移温度Ｔg：５５℃の高分子ポリエステル系樹脂に平均粒径：１５μｍのPTFE粒子を樹脂固形分基準で６０質量部配合した上塗り塗料をバーコータで塗布し、最高到達板温：２３０℃で８０秒間焼き付けることにより乾燥膜厚：１３μｍの上塗り塗膜を形成した。
【００２６】
得られた塗装鋼板を油圧プレスで打ち抜き、Ｍ６サイズの平ワッシャ(内径：６.４ｍｍ，外径：１２ｍｍ)を作製した。ワッシャの断面を顕微鏡観察し、中央部，端面部のトータル膜厚を測定したところ、何れも同じ１３μｍの膜厚であった。
比較のため、同じ溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を同様にＭ６サイズの平ワッシャに打ち抜き、脱脂，リン酸塩処理した後、平均粒径：１５μｍのPTFE粒子を樹脂固形分基準で６０質量部配合したポストコート用塗料をスプレーし、１５０℃×３０分で焼き付けた。塗装後にワッシャの中央部，端面部のトータル膜厚を測定したところ、中央部が２０μｍ，端面部が１０μｍの膜厚であった。
【００２７】
Ｍ６サイズの２本のボルト(ユニクロめっき)を加振台上で垂直に固定し、重量：２ｋｇ，板厚：２ｍｍの鋼板を４０ｋｇ・ｃｍ及び６０ｋｇ・ｃｍの締付けトルクで締め付け、振動試験に供した。振動試験では、２０００Ｈｚ，加速度：２.２ｍ／ｓ2で上下，前後，左右にそれぞれ３０分間振動させた後、ナットの緩みを測定した。
その結果、プレコート鋼板製ワッシャでは何れの締付け力でも目視観察で緩みが検出されなかったが、ポストコート鋼板製ワッシャでは何れの締付け力でも緩みが生じていた。この対比から明らかなように、プレコート鋼板製ワッシャは、均一な塗膜厚のため塗膜に分散させた潤滑剤粒子の作用が十分に活用され、締付け作業性の良好なワッシャとして使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】プレコート鋼板製ワッシャの透視図
【図２】プレコート鋼板製ワッシャを用いて相手材を締結する際の界面変化を示す図
【図３】ポストコート鋼板製ワッシャを用いて相手材を締結する際の界面変化を示す図
【符号の説明】
【００２９】
10：ワッシャ    11：基材    12：プレコートした上塗り塗膜    13：フッ素樹脂粒子    14：下塗り塗膜    15：相手材
22：ポストコートした上塗り塗膜    22a：厚膜部    22b：薄膜部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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