(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄、鉄鋼材、銅系合金、アルミニウム合金、ステンレス、真ちゅうのいずれかからなると共に、塗装前後で数マイクロメートルの寸法変化に収める必要のある精密機械部品に用いられる合金金属部材表面の黒化処理方法であって、
前記合金金属部材を、塩素系溶剤又は洗浄用シンナーに浸漬させて、前記合金金属部材表面に脱脂処理をする工程と、
前記脱脂処理された合金金属部材表面に対してセラミックパウダーを投射ノズルから噴射させることによって打ちつけて合金金属部材表面に粗面を形成するブラスト処理と、
前記粗面化した合金金属部材を２５〜６０℃に調整したアルカリ脱脂剤中に浸漬し、合金金属部材表面を脱脂する工程と、
前記脱脂する工程を経た合金金属部材表面を水洗して合金金属部材表面のＰＨを７とする水洗工程と、
当該水洗工程後の合金金属部材表面にアニオン塗料もしくはカチオン塗料を電着塗装する電着塗装工程とからなり、
前記ブラスト処理には、粒度が＃６０〜＃１２０であると共にジルコニアを６０％〜１００％含むセラミックパウダーを用い、
ブラスト処理によって形成された粗面は中心線平均粗さが２〜５μｍの梨地状に形成されている
ことを特徴とする合金金属部材表面の黒化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は塗装前後で数マイクロメートルの寸法変化に収める必要のある精密機械部品に用いられる合金金属部材表面の黒化処理方法に関し、特に鋳鉄、鉄鋼、銅系合金、アルミニウム合金、ステンレス、真ちゅうに対して黒化処理を行うための電着塗装方法に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
金属部材表面の黒化処理技術は、他の着色技術とは異なり光を高効率に吸収するもしくは光を反射しないという性質を金属表面に付加することができるため、その光機能性が注目されている。例えば基材表面の光の反射を最小限にすることにより光センサー装置の感度の向上や、高コントラスト化が進む映写機の遮光マスク、複写機の内部部品等に用いられている。従来はこのような黒化処理材の作製に黒クロメート処理、黒クロームメッキ、無電解ニッケルの黒化処理等のめっき技術が用いられてきた。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１５３９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、めっき技術を用いた黒化処理技術は、期待通りの色調や密着性を得るために最適な金属部材を選択しなければ十分な特性が得られないという問題点がある。上記光センサー装置、遮光マスク及び複写機内部部品等はマイクロメートルオーダーの寸法精度や８０℃以上の高熱環境下での機能の発揮が求められることもあることから、その部材には衝撃吸収特性が高く、形状ひずみの少ない鋳鉄や、鉄鋼材、銅系合金、アルミニウム合金、ステンレス、真ちゅう等の合金金属部材がよく用いられる。ところが、これらの部材に対する上記めっき皮膜のつきまわり性や色調はその合金組成の不均一性等により十分とはいえず、従来のめっき技術では年々高まる黒化処理皮膜の高品質化への要求に応えることが困難となっている。
【０００５】
そこで本発明では、電着塗装技術を用いることで上記合金金属部材に対しても安定な黒化処理が実現できる方法を検討した。電着塗装用の樹脂塗料には漆黒の色調が得られる塗料が開発されており、これらの塗料を用いて電着塗装により被覆することができれば、組成の不均一な合金金属部材に対しても高品質な漆黒を有する黒化処理を施すことができる。ところが従来の電着塗装方法では、金属部材と塗装膜界面の密着性を確保するために、化成処理による化成皮膜形成を前処理として行っていたが、上記合金金属部材に対してはりん酸亜鉛等の一般的な化成皮膜ではその密着性が弱く、塗装膜のつきまわりも悪くなるという問題点があった。また、化成処理による従来黒化処理では処理後の合金金属部材表面の光無反射特性が十分得られないという課題もあった。本発明は、上記のような従来技術の問題点を鑑みて、上記合金金属部材に対しても十分な密着性および無反射特性を得ることができ、高品質な漆黒を有する黒化処理を実現する電着塗装方法の提供を目的とする。
【０００６】
また、前記めっき技術には２００６年にヨーロッパで施行されたRoHS指令において規制されることとなった６価クロムを使用するものもある。これらの環境保護規制に適応した代替技術を提供することも本発明の課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は前記課題を解決するためになされたもので、鋳鉄、鉄鋼材、銅系合金、アルミニウム合金、ステンレス、真ちゅうのいずれかからなる合金金属部材表面を脱脂処理する工程と、前記脱脂処理後にブラスト処理により前記合金金属部材表面を梨地状に粗面化する工程と、前記ブラスト処理により粗面化した合金金属部材表面を脱脂する工程と、前記脱脂した合金金属部材表面を水洗する工程と、電着塗装工程とからなることを特徴とする合金金属部材表面の黒化処理方法である。
【０００８】
この特徴によれば、まず上記合金金属部材表面を脱脂した後にブラスト処理により梨地状に粗面化することで塗装膜の密着性が十分に得られた。密着性は碁盤目テープテストによって確認を行った。碁盤目テープテストは、塗装した合金金属部材表面の１ｃｍ角の領域内に１ｍｍ単位で碁盤目状の切れ込みを金属部材まで達するように付けた後、テープを碁盤目上に貼り付け、一気に剥がす方法で実施した。その結果、平坦な鉄部材上に化成皮膜形成後電着塗装を施したものと、本発明による合金金属部材表面にブラスト処理後電着塗装を施したものではいずれも碁盤目状の切れ込みに剥がれは確認されなかった。すなわち合金金属部材表面にブラスト処理による粗面化処理を施すことで、従来の金属上の化成皮膜と同等の塗装膜との密着性を付加させることができた。
【０００９】
また、ブラスト処理された合金金属部材表面の表面粗さがRa=１〜３０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
この特徴によれば、合金金属部材表面の表面粗さをRa＝１μm以上にすることによって、電着塗装時に好適に十分な密着性を実現することができる。また、合金金属部材表面の表面粗さをRa＝３０μｍ以下にすることによって入射光の反射をより抑えることができる。
【００１１】
また、合金金属部材表面のブラスト処理に用いるブラスト材にセラミックパウダーを用いることを特徴とする。
【００１２】
この特徴によれば、前記ブラスト処理にはブラスト材としてセラミックパウダーを用いることが好ましい。セラミックパウダーは繰り返し使用によっても粒形の劣化が少なく、ブラスト処理を安定かつ経済的に行うことができるからである。
【００１３】
また、前記ブラスト材に粒度＃３０〜＃２００のセラミックパウダーを用いることを特徴とする。
【００１４】
この特徴によれば、前記ブラスト材にセラミックパウダーを用いる場合、粒度＃３０〜＃２００のセラミックパウダーを用いるのが好ましい。粒度＃２００以上では粒子径が小さすぎるため合金金属部材表面の粗面化が十分でなく塗装膜の密着性が十分に得られない。粒度＃３０以下では粒子が粗いことにより表面形状の均一性が低下し、製品の仕上がり外観上好ましくなくなる。また、セラミックパウダーは異なる粒度のものを混合して用いてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によればブラスト処理を施すことで、前処理に化成処理を用いた方法では困難だった合金金属部材であっても電着塗装によって十分な密着性を有する黒化処理膜を得ることができる。また、本発明によると粗面化された合金金属表面が化成皮膜と同様の働きをするため、化成皮膜形成を省略することができる。その結果、化成皮膜を形成した場合では化成皮膜と電着塗装膜の合計膜厚が２０μｍ以上の厚さとなることが避けられなかったのに対して、本発明によれば膜厚は塗装膜のみの厚さで済むため、合計膜厚を１０μｍ以下に抑えることができる。これによって、塗装前後で数マイクロメートル程度の寸法変化しか認められないような精密機械部品に対する黒化処理も電着塗装を用いて実施ことができる。さらに、合金金属部材表面のブラスト加工により表面を梨地状にすることで光無反射処理も同時に行うことができ、光無反射効果をも備えた黒化処理膜を得ることができる。また、本発明では６価クロムを使用しないので環境負荷物質を用いずに上記効果が得られる黒化処理膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の合金金属部材表面の黒化処理方法は、鋳鉄、鉄鋼材、銅系合金、アルミニウム合金、ステンレス、真ちゅうのいずれかからなる合金金属部材表面を脱脂処理する工程と、前記脱脂処理後にブラスト処理により前記合金金属部材表面を梨地状に粗面化する工程と、前記ブラスト処理により粗面化した合金金属部材表面を脱脂する工程と、前記脱脂した合金金属部材表面を水洗する工程と、電着塗装工程とからなる電着塗装方法である。本発明の方法を用いることで従来のめっき技術では不十分な黒化処理しかできなかった合金金属部材に対しても十分な密着性を有する膜による黒化処理をすることができる。
【００１７】
具体的には、本発明に用いることができる合金金属部材である鋳鉄としてはＦＣ材、ＦＣＤ材、ＦＣＭ材を用いることができる。なお本発明には鋳鉄であれば連続鋳造法、砂型鋳造法、石膏鋳造法、精密鋳造法、金型鋳造法、遠心鋳造法といった作製方法を問わず用いることができる。また、鉄鋼材にも適用することができ、ＳＳ材、ＳＭ材、ＳＰＣＣ材、Ｓ１０C材、Ｓ２０Ｃ材、Ｓ３０Ｃ材、Ｓ４５Ｃ材、Ｓ５５Ｃ材、ＳＣｒ材、ＳＮＣ材、ＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材、ＳＵＰ材、ＳＵＪ材、ＳＵＭ材、ＳＵＳ材、ＳＵＨ材に好適である。また、銅系合金にも適用することができ、リン青銅、クロム銅、ベリリウム銅、快削黄銅に好適である。また、アルミニウム合金にも適用することができ、Ａｌ−Ｃｕ系（Ａ２０１７、Ａ２０２４）、Ａｌ−Ｍｇ系（Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ５０８３）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（Ａ６０６１、Ａ６０６３）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系（Ａ７０７５）合金に好適である。さらに、ステンレス、真ちゅうにも好適に使用される。
【００１８】
ここで、合金金属部材表面を脱脂処理する工程は、例えば卜リクロロエチレン、メチレンクロライド、パークロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、テトラクロロエチレン等の塩素系溶剤または洗浄用シンナー中に前記合金金属部材を浸漬させて合金金属部材表面の油分等の汚れを取り除く工程である。浸漬時間は１分以上が好ましい。ブラスト処理は合金金属部材表面にブラスト材を吹き付けることで合金金属部材表面を梨地状に粗面化する工程である。前記ブラスト処理はショットブラスト処理を用いることができる。ショットブラスト処理は、粒子状のブラスト剤を投射ノズルから噴射して合金金属部材表面に打ちつけ、合金金属部材表面を粗面化する工程である。ショットブラスト処理を用いることによりブラスト材を均一に合金金属部材表面上に投射することが可能である。前記ブラスト処理により粗面化した合金金属部材表面を脱脂する工程は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ脱脂剤中に合金金属部材を浸漬させて、ブラスト処理により表面に残存した微粒子や油分を取り除く工程である。アルカリ脱脂剤の温度は２５℃〜６０℃であることが好ましい。また、浸漬時間は５分以上であることが好ましい。水洗する工程は、純水もしくは水道水を合金金属部材表面に吹き付けて行う。または純水もしくは水道水中に合金金属部材を浸漬させて水洗を行う工程である。電着塗装工程はアニオン塗料もしくはカチオン塗料のいずれを用いてもよい。
【００１９】
ブラスト材が投射されて粗面化された合金金属表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は１〜３０μｍであることが好ましい。Ｒａが１μｍ以下の場合は電着塗装膜の密着性が十分に得られない。Ｒａが３０μｍ以上の場合は光の散乱が強くなり、黒化処理膜に求められる性質の一つである光無反射特性が低下するので好ましくない。より好ましくはＲａ=２〜５μｍとするのがよい。
【００２０】
ブラスト材には、セラミックパウダー、金剛砂、ガラスビーズ等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。特にセラミックパウダーは繰り返し使用によっても粒形の劣化が少なく、ブラスト処理を安定かつ経済的に行うことができるので好ましい。セラミックパウダーは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、フェライト、窒化珪素によって構成されているものが好ましく、より好ましくはジルコニアが６０％以上で構成されるセラッミクスパウダーを用いればブラスト処理時の合金金属部材表面粗さを安定に制御できる。
【００２１】
ブラスト処理に用いる粒子の粒子径は粒度＃３０〜＃２００のものを用いるのが好ましく、粒度＃２００以上では粒子径が小さすぎるため合金金属部材表面の粗面化が十分でなく塗装膜の密着性が十分に得られない。粒度＃３０以下では粒子が粗いことにより表面形状の均一性が低下し、製品の仕上がり外観上好ましくなくなる。以上のような効果から、より好ましくは＃６０〜＃１２０のものを用いるのがよい。また、２種以上の粒度の粒子を混合して用いてもよい。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明の一実施例に係る合金金属部材表面の黒化処理方法を具体的に説明する。
【００２３】
黒化処理を施す鉄鋼材としてＳＰＣＣ材、アルミニウム合金材としてＡ５０５２材、銅系合金材としてリン青銅材を使用した。はじめに前記各合金金属材料をそれぞれトリクロロエチレンに浸漬させて脱脂処理を施した。
【００２４】
次に、セラミックパウダーをブラスト材に用いて前記各合金金属材料表面のブラスト処理を施した。セラミックパウダーはシリカおよびジルコニアを主成分として構成されるものを用い、粒度は＃６０のものを用いた。ブラスト処理はショットブラスト方式を用いることで、前記各合金金属材料表面全体が均一に処理されるように施した。
【００２５】
次に、アルカリ溶液を用いて前記各合金金属材料表面の脱脂を施した。その後、前記各合金金属材料を水洗し、表面のPHを７に戻した。
【００２６】
最後に前記各合金金属材料表面にアニオン電着塗装を施し、黒化処理を終了した。該アニオン電着塗装には、アクリル樹脂系メラミン硬化型水性塗料を用いた。
【００２７】
表１には、前記黒化処理を終了した前記各合金金属材料表面の光沢度を、光沢測定計（グロスチェッカＩＧ−３３１（（株）堀場製作所製）、ＪＩＳ２８７４１規格）を用いて測定した結果を示している。光沢度は数値が低いほど光無反射特性が高いことを示している。なお、測定角度は６０度である。また表１には、ブラスト処理を用いない従来黒化処理後の前記各合金金属材料表面の光沢度を比較のために記載した。
【００２８】
【表１】
0004856106.tif 000002
【００２９】
その結果、従来黒化処理の場合には前記各合金金属材料のいずれの材料を用いた場合でも光沢度が８０を下回ることはなかったが、本願発明による黒化処理を施した場合の光沢度はいずれも１０以下の値を示した。これにより、本願発明による黒化処理方法を用いることで、従来よりも高い光無反射特性を有し、高品質な漆黒を有する黒化処理合金金属部材を得ることができた。