JP2014152398A - フッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な非粘着性と耐引っ掻き性があり、同時に製品表面が美しく、製品の使用寿命を長くした、フッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品を提供する。
【解決手段】本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、表面にシボが有るアルミニウム合金と、そのアルミニウム合金の表面を覆う硬質陽極酸化皮膜とフッ素樹脂塗装層からなり、フッ素樹脂塗装層は硬質陽極酸化皮膜の表面のプライマー層、ミドル層、トップ層を含み、アルミニウム合金は、ビッカース硬度がＨＶ＝２０〜３０のもので、シボは、凸部の頂点が弧形である不規則な凹凸で、その粗さは十点平均高さがＲｚ＝８０μｍ〜１５０μｍで算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜４０μｍであり、さらにプライマー層がアルミニウム合金の表面温度３０℃〜５０℃の時に塗装形成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明はアルミニウム合金製品の製造領域に関するもので、特にフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品に関するものである。

従来、アルミニウム合金は日常生活や工業生産の各方面に幅広く応用されている。フッ素樹脂の優良な非粘着性と化学的安定性により、通常は調理器具、例えば非粘着鍋のアルミニウム合金製品の表面塗装にはフッ素樹脂塗装がされており、このようなフッ素樹脂塗装がされたアルミニウム合金製品の工程は、一般的には、まずアルミニウム合金表面上にサンドブラストを行い、サンドブラストにより小さな孔を生成した後にフッ素樹脂塗装を行う、という工程を含む。

しかし、このような加工方式では容易に気泡が出来、塗装の脱落を引き起こし、塗装表面は全く鋭利なものによる引っ掻きに耐えられないという問題があった。このような問題はよく製品の使用寿命を縮める直接な原因となっていた。

米国特許第４７６８４２７号明細書は、表面に凹凸の有るアルミニウム合金製品を開示しており、その製品はアルミニウム合金表面に硬質陽極酸化皮膜が形成され、その硬質陽極酸化皮膜上にフッ素樹脂塗装がされている（特許文献１参照）。

日本国特許第２７６３８３３号公報は、アルミニウム合金自身に生成したシボにより、耐引っ掻き性と塗装脱落防止を実現する方法を開示しており、まずアルミニウム合金表面上に金型を用いてシボを生成し、その後サンドブラストを行い、その後セラミックなどの硬質無機質塗装を行い、最後にフッ素樹脂塗装を行うものである（特許文献２参照）。

米国特許第４７６８４２７号明細書 日本国特許第２７６３８３３号公報

特許文献１が開示している凹凸は、線状の規則的な円周状で、このような形状の凹凸は鋭利な物に対する圧力の分散能力が悪く、例えばキッチンナイフやフライ返しなどの金属器具では、非常に容易に表面傷と塗装の脱落が起こる。

特許文献２が開示する技術は、アルミニウム合金表面のシボにより金属工具のアルミニウム合金製品との接触面を減らし、製品の耐磨性能を上げる。また、硬質陽極酸化皮膜或いは硬質無機質塗装などの硬質皮膜が、製品の表面硬度を高めるのに有効で、製品の耐引っ掻き性を改善し、シボの変形防止にも役に立つ。確かに、製品表面凸部のフッ素樹脂塗料が凹部のフッ素樹脂塗料の摩損を防ぎ、可能な限り製品表面の非粘着効果を保持することが出来る。しかしこの技術では凸部の塗料を保護することを考慮しておらず、そのため凸部の塗料はやはり容易に摩損してしまい、さらに短時間内で容易に点々とした塗装脱落が不可避で、結局非粘着効果の劣化及び製品寿命の短縮が起こり、同時に製品表面の美観性に影響してしまう。

そこで、本発明の目的は、現在のアルミニウム合金製品の製造上の不足を克服し、アルミニウム合金製品の非粘着性と耐引っ掻き性を改善しつつ、同時に製品表面の美観を顧み、製品の寿命を延ばすことにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、表面にシボが有るアルミニウム合金と、そのアルミニウム合金の表面を覆う硬質陽極酸化皮膜とフッ素樹脂塗装層からなり、フッ素樹脂塗装層は硬質陽極酸化皮膜の表面のプライマー層、ミドル層、トップ層を含み、アルミニウム合金は、ビッカース硬度がＨＶ＝２０〜３０のもので、シボは、凸部の頂点が弧形である不規則な凹凸で、その粗さは十点平均高さがＲｚ＝８０μｍ〜１５０μｍで算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜４０μｍであり、さらにプライマー層がアルミニウム合金の表面温度３０℃〜５０℃の時に塗装形成されたことを特徴とする。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくはアルミニウム合金のビッカース硬度がＨＶ＝２２〜２８で、シボの粗さは十点平均高さがＲｚ＝１００μｍ〜１３０μｍであり算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜３０μｍである。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくは硬質陽極酸化皮膜の厚さ２５μｍ〜４５μｍでありかつビッカース硬度がＨＶ＝３００〜３７０、さらに好ましくは硬質陽極酸化皮膜の厚さ３５μｍ〜４５μｍでありかつビッカース硬度がＨＶ＝３２０〜３５０である。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくはフッ素樹脂塗装層の厚さが３０μｍ〜５０μｍ、さらに好ましくはフッ素樹脂塗装層の厚さが３５μｍ〜４５μｍである。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくはプライマー層の厚さが１０μｍ〜１５μｍである。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくはプライマー層はアルミニウム合金の表面温度が３５℃〜４５℃の時に塗装形成されたものである。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、好ましくはアルミニウム合金の表面にサンドブラスト加工による深さ２μｍ〜８μｍの微孔粗面があるものである。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、表面にシボの有るアルミニウム合金とそのアルミニウム合金の表面を覆う硬質陽極酸化皮膜とフッ素樹脂塗装層からなり、アルミニウム合金のビッカース硬度、シボの形状、分布と粗さ、硬質陽極酸化皮膜の皮膜厚さとビッカース硬度、及びフッ素樹脂塗装層の厚さと塗装温度などの具体的な数値設定により良好な非粘着性と耐引っ掻き性を得て、同時に製品表面の美観を考慮し、製品の使用寿命を長くするものである。

上記した本発明の目的および利点並びに他の目的および利点は、以下の実施の形態の説明を通じてより明確に理解される。もっとも、以下に記述する実施の形態は例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品のシボを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明が提供するフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品は、表面にシボを呈するアルミニウム合金と、そのアルミニウム合金表面を覆う硬質陽極酸化皮膜層とフッ素樹脂塗装層からなる。その具体的な製造工程は下記の通りである。

（１）比較的硬度の柔らかいアルミニウム合金の表面上に、基準範囲内の表面粗さで凸部の頂点が孤形の不規則なシボを形成する。

本発明は、硬度が比較的柔らかいアルミニウム合金を採用し、そのビッカース硬度はＨＶ＝２０〜３０で、好ましくは２２〜２８であり、これは製品表面シボの凸部が、使用される過程で受ける一定の範囲内での圧力による縮小変形或いは左右移動を許し、そのためすぐに摩損されることがない。

本発明の採用するアルミニウム合金表面には不規則なシボがあり、その凹凸を示したのが図１で、凹凸の凸部１は弧形（滑らか）となっており、頂点が滑らかで丸みがあるため、頂点が鋭利な三角形状のシボと比べると受ける面積がより大きく、耐圧力性もより強く、そのため耐磨性が良い。

規則的な円周状の凹凸と比べると、不規則な凹凸は鋭利なものの圧力の分散能力がさらに良く、ナイフやフライ返しなどの鋭利な金属による傷を有効に防止することが出来る。

研究によると、シボの粗さが製品の非粘着性と耐引っ掻き性に比較的大きく影響しており、例えば粗さが小さいと製品表面が平面に近くなり、凸部が凹部を保護出来ず、製品の耐引っ掻き性に不利となり、逆に、例えば粗さが大きいと、使用される過程で流体或いは雑物が容易に製品表面の比較的深い凹の中に粘りついてしまう。

本発明の発明者は、金属工具を使用する状況でのアルミニウム合金製品表面の耐引っ掻き性と非粘着性に対して長期的な試験と研究の末、シボの粗さ範囲が十点平均高さＲｚ＝８０μｍ〜１５０μｍで算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜４０μｍのとき、好ましくは十点平均高さがＲｚ＝１００μｍ〜１３０μｍで算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜３０μｍのとき、製品は優れた非粘着性と耐引っ掻き性を有することを発見した。

アルミニウム合金表面のシボは、通常は金型のプレス方式で形成されるが、その他キャスト方式や鋳造でも形成される。プレス方式で形成される凹凸は必ず縦方向に形成され、横向きの突起物がない。このような方向が一致した突起物は、その後のアルミニウム合金の表面に形成する塗装の下の空気を防止し、加熱状態での塗装下の空気膨張による塗装損壊が起こらない。金型表面のシボは、一般的には酸性溶液の腐食加工により生成される。

注意すべきは、金型プレス加工時にプレス加工の距離と圧力を程よく調整し、金型表面の凹部が完全にアルミニウム本体に接触することを避け、形成するアルミニウム合金の凸部の頂点が弧形となるようにし、金型表面の凸部と同じ形状にさせないことである。

（２）表面にシボのあるアルミニウム合金にサンドブラスト加工を行う。

サンドブラスト加工の目的は、アルミニウム合金の表面に２μｍ〜８μｍの微孔粗面を形成することである。サンドブラスト加工で用いられる砂は、一般的には酸化アルミニウム或いは酸化アルミニウムを主成分とする顆粒である。

サンドブラストの前に、まず過熱した洗剤によりアルミニウム合金の表面をアルカリ脱脂洗浄し、アルミニウム合金表面の油脂を洗い落とし、その後のサンドブラストの品質を上げる。アルカリ脱脂洗浄の後、必ずしも必要ではないが好ましくは、アルミニウム合金表面に酸性洗浄を行い更に洗浄効果を良くしても良い。

サンドブラスト加工の後、再度アルカリ脱脂洗浄を行い、表面凹部に入った汚れや埃を洗浄除去することで、その後の硬質陽極酸化皮膜の生成に役立つ。同様にアルカリ脱脂洗浄の後、再度酸性洗浄をすることで洗浄効果を高めても良い。

（３）サンドブラスト後のアルミニウム合金表面に硬質陽極酸化皮膜を形成する。

研究によれば、サンドブラスト後のアルミニウム合金表面に厚さ２５μｍ〜４５μｍ且つビッカース硬度ＨＶ＝３００〜３７０の硬質陽極酸化皮膜、好ましくは厚さ３５μｍ〜４５μｍ且つビッカース硬度ＨＶ＝３２０〜３５０の硬質陽極酸化皮膜を形成することで、アルミニウム合金製品の表面硬度を大きく増強し、アルミニウム製品表面の圧力による過度の変形を防ぐことができる。同時に、その硬質陽極酸化皮膜はその後の製品表面のフッ素樹脂塗料を更に良く密着させ、フッ素樹脂塗料の脱落防止にも有効である。

硬質陽極酸化皮膜は陽極酸化加工で生成することが可能で、例えば硫酸或いは硫酸と硝酸の混合液の中で、アルミニウム合金製品を陽極として一定時間通電することで硬質陽極酸化皮膜を生成することが出来る。

硬質陽極酸化皮膜生成後はすぐに封孔処理を行っても良い。

（４）硬質陽極酸化皮膜表面にフッ素樹脂塗料層を形成する。

つぎに、硬質陽極酸化皮膜の表面上にプライマー層、ミドル層とトップ層を塗装し、この構成をアルミニウム合金製品のフッ素樹脂塗装層とする。

まず製品に対し予熱を行い、アルミニウム合金の表面温度が自然冷却後３０℃〜５０℃、好ましくは３５℃〜４５℃のときプライマー塗装を行い、プライマー塗装層の厚さを１０μｍ〜１５μｍの範囲に調整する。

プライマー層を塗装する際に表面温度が低い場合、プライマー層をシボの凸部表面に固定することが出来ず、そのため凸部塗装層の強度不足が引き起こされ、凸部の塗装層が容易に脱落する。逆にプライマー層を塗装する際に表面温度が高い場合、塗装した塗料が容易に蒸発或いは変質し、プライマー層の効果損失が引き起こされる。

プライマー層の塗装後はプライマー層の乾燥を行い、その後ミドル層とトップ層の塗装を行う。注意すべきは、全てのフッ素樹脂塗装層、つまりプライマー層、ミドル層とトップ層の合計膜厚を３０μｍ〜５０μｍ、好ましくは３５μｍ〜４５μｍの範囲内に保ち、製品の優れた非粘着性と化学的安定性を保たせることである。

本発明は、アルミニウム合金のビッカース硬度、シボの形状、分布と粗さ、硬質陽極酸化皮膜の厚さとビッカース硬度、及びフッ素樹脂塗装層の厚さと塗装温度など具体的な設定を調整し、良好な製品性能を得る。テストの結果、下記表１に示す具体的な実施例において、全て比較的良い非粘着性と耐引っ掻き性を実現し、同時に製品の外観も美しく、製品の寿命を延ばすことが出来た。

本発明は、フッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品全般に好適に利用される。

Claims (10)

1. フッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品であって、
   表面にシボが有るアルミニウム合金と、該アルミニウム合金の表面を覆う硬質陽極酸化皮膜とフッ素樹脂塗装層からなり、前記フッ素樹脂塗装層は前記硬質酸化皮膜の表面のプライマー層、ミドル層、トップ層を含み、
   前記アルミニウム合金は、ビッカース硬度がＨＶ＝２０〜３０、
   シボは、凸部の頂点が弧形である不規則な凹凸で、その粗さは十点平均高さがＲｚ＝８０μｍ〜１５０μｍで算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜４０μｍであり、さらに、
   前記プライマー層がアルミニウム合金の表面温度が３０℃〜５０℃の時に塗装形成されたものであること、
   を特徴とする、フッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
2. 前記アルミニウム合金のビッカース硬度がＨＶ＝２２〜２８であること、
   を特徴とする、請求項１に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
3. 前記シボの粗さは、十点平均高さがＲｚ＝１００μｍ〜１３０μｍであり算術平均粗さがＲａ＝２０μｍ〜３０μｍであること、
   を特徴とする、請求項１または２に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
4. 前記硬質陽極酸化皮膜の膜厚が２５μｍ〜４５μｍでありかつビッカース硬度がＨＶ＝３００〜３７０であること、
   を特徴とする、請求項３に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
5. 前記硬質陽極酸化皮膜の膜厚が３５μｍ〜４５μｍでありかつビッカース硬度がＨＶ＝３２０〜３５０であること、
   を特徴とする、請求項４に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
6. 前記フッ素樹脂塗装層の厚さが３０μｍ〜５０μｍであること、
   を特徴とする、請求項３に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
7. 前記フッ素樹脂塗装層の厚さが３５μｍ〜４５μｍであること、
   を特徴とする、請求項６に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
8. 前記プライマー層の厚さが１０μｍ〜１５μｍであること、
   を特徴とする、請求項３に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
9. 前記プライマー層が前記アルミニウム合金の表面温度３５℃〜４５℃の時に塗装形成されたものであること、
   を特徴とする、請求項３に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。
10. 前記アルミニウム合金の表面にサンドブラスト加工による深さ２μｍ〜８μｍの微孔粗面を有すること、
    を特徴とする、請求項３に記載のフッ素樹脂塗装されたアルミニウム合金製品。

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