金属部品及び金属部品の成形方法
【課題】 表面に高硬度のガラス質コーティング層が形成された金属部品の成形方法を提供する。
【解決手段】 偏平な金属板１の表面のカラーコート層２の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層３を形成し、このガラス質コーティング層３が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形する。
【解決手段】 偏平な金属板１の表面のカラーコート層２の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層３を形成し、このガラス質コーティング層３が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にガラス質コーティング層が形成された金属部品及び金属部品の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
防汚、傷つき防止などを目的として、金属部品の表面に被膜を形成することが従来から行われている。このような金属部品は、表面にガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形して製品形状にすると、成形の際にガラス質コーティング層が剥離したり、クラックが入るため、通常は先に製品形状に成形してから、ゾルゲル法などによって表面にガラス質コーティング層を形成するようにしている。
【０００３】
しかしながら、成形後にガラス質コーティング層を形成する場合には、複雑形状品の場合は、特にコーナ部などにガラス質コーティング層が形成されない箇所が生じたり、他の箇所に比べて異常に厚く形成される箇所が生じたりする。
【０００４】
そこで、ガラス質コーティング層を形成した後に曲げ成形できるガラス質コーティング層として、特許文献１〜３に開示される技術が知られている。
特許文献１には、加水分解され得るシランとオルガノシランとの重量比を５〜５０：５０〜９５とした組成物に染料や顔料などの機能性担体を混合し、これを支持体上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献２には、加水分解され得るシランとこれから誘導されるオリゴマーのナノスケールＳｉＯ２粒子および／またはアルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物および水酸化物から得られるコーティング組成物を金属表面上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献３には、アルカリ金属シリケート含有コーティングゾルを支持体に塗布し、この塗膜を酸素含有雰囲気または１５ｍｂａｒ以下の残圧での減圧下のいずれかで第１段階目の加熱を行い、次いで、低酸素雰囲気での第２段階目の加熱で十分な高密度化して変形可能なガラス質コーティングを得ることが開示されている。
特許文献４には、金属などの基体表面に水ガラス硬化体被膜を形成し、この被膜に硫酸アルミニウム水溶液を接触させて熱処理を施すことで、水ガラス硬化体被膜の表面部分に珪酸アルミニウムを生成することが開示されている。
【特許文献１】特表平９−５０４７６８号公報
【特許文献２】特表２００１−５１８９７９号公報
【特許文献３】特表２００７−５２１９８４号公報
【特許文献４】特開２００８−１２０９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１〜３は、着色の手段としてコーティング液中に顔料（染料）を混合している。しかしながら顔料を添加すると顔料の粒子によってピンホールが形成され、このピンホールに起因して耐食性に劣る結果（塩水噴霧）となっている。
【０００６】
特許文献４にあっては、コーティング液が水性であり、形成される被膜の厚みを厚くすることができず、厚みが薄いと仮りに被膜を形成した後に絞り成形や曲げ成形を行うと、伸びた部分で被膜が剥離してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品は、表面にカラーコート層が形成され、このカラーコート層の外側にポリシラザンまたはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはアルコキシ金属塩を材料としたガラス質コーティング層を形成した表面硬度が鉛筆硬度Ｈ７以上を有するガラス質コーティングカラーコート金属板を絞り成形または曲げ成形してなる。
尚、ガラス質コーティング層としてポリシラザンを用いた場合には、更にその上に水溶性金属塩溶液をコートして親水性を付与してもよい。水溶性金属塩溶液としては株式会社日板研究所のＭＳ９０或いはＳＳ９００が挙げられる。
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品の成形方法は、表面にカラーコート層が施された金属板を前提とする。そしてこの金属板のカラーコート層の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層を形成し、このガラス質コーティング層が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形する。
焼成温度を１５０℃〜３００℃としたのは、１５０℃未満では十分にＳｉＯ２に転化できず高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷つき易く、また３００℃を超えると下層のカラーコート層が変色しやすくなるためである。また厚みを０．４μｍ〜１０μｍにしたのは、０．４μｍ以下ではラス質コーティング層が薄いがため下地金属材料の表面硬さの影響でガラス質本来の高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷ついたりし易く、１０μｍ以上では、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層にクラックが生じたり、剥離が生じたりし易いためである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれは、金属部品の表面にガラス質コーティング層を形成した後に、絞り成形や曲げ成形を行っても、ガラス質コーティング層に傷が入ったり、クラックが生じたり、剥離が生じない。
絞り成形や曲げ成形の前にガラス質コーティング層を形成するため、ガラス質コーティング層の厚さは一定で且つ成形後には塗布できないような箇所にもガラス質コーティング層を形成することができる。
【０００９】
また、低温で焼成するため、下層のカラーコート層が熱によって変色（酸化）することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は成形前の金属板の側面図、図２は同金属板の表層部の拡大断面図、図３（ａ）は成形後の金属部品の一例としての携帯電話のカバーの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢示図、（ｃ）は（ａ）のＣ方向矢示図である。
【００１１】
成形前の偏平な金属板１の表面にはカラーコート層２が形成され、このカラーコート層２の上にガラス質コーティング層３が形成されている。金属板１としてはステンレスの他にチタン、アルミニウム、マグネシウム合金などでもよい。またカラーコート層２は金属板１の裏面にも形成してもよい。
【００１２】
前記カラーコート層２は１００〜１００００ｎｍの厚さで形成され、このカラーコート層２には、変性ポリエステルシリコン等の有機・無機ハイブリットシリコンを主原料とするスプレー塗装焼成により形成される着色ガラス層、電解メッキによって形成されるＣｒ層やＮｉ層、無電解メッキによって形成されるＮｉ層、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層、酸化マグネシウム層、酸化チタン層、或いはインコ法、イオンプレーティング法、ＰＶＤ法、スパッタリング法によって形成される各種の層が含まれる。
【００１３】
尚、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層（アルマイト処理）や酸化マグネシウム層に着色を施すには、顔料（染料）を含浸させる。
前記ガラス質コーティング層３は０．４μｍ〜１０μｍの厚さ、好ましくは１〜２μｍで形成され、このガラス質コーティング層３はポリシラザン溶液を塗布し、２５０℃〜３００℃以下の温度で加熱することで得られる。ポリシラザン溶液の１回当たりの塗布厚みは２μが限界で、それ以上の厚みをコートする場合は重ね塗りすることで得られる。
反応式は以下の通りである。
【００１４】
（ＳｉＨ２ＮＨ）＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋ＮＨ３＋２Ｈ２
またポリシラザン溶液の代わりにＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液（株式会社 日板研究所 製品番号Ｇ−９０）を塗布してもよい。
また、高温でシリカ薄膜に転化すると、下層のカラーコート層２及び基材１が変色するため、焼成温度はできるだけ低くするのが好ましい。このためにはポリシラザン溶液にパラジウム、アミンなどの触媒を添加することで、焼成温度を２５０℃以下１５０℃程度まで大幅に下げることができる。
以上の工程によって、カラーコート層２及びガラス質コーティング層３が形成された偏平な金属板１に絞り成形と打ち抜きを施すことで、図３に示すように、窓部４と周縁のカール部５が一体的に成形された携帯電話用のカバー６が得られる。
本発明に係る方法で形成されたガラス質コーティング層は耐剥離性が高く、プレス成形や打ち抜き成形によって引張力や圧縮力が作用するコーナ部であっても割れや剥離が生じることがない。したがって、携帯電話のカバー以外にも、例えば家電製品のケースなどに用いる場合、成形前にガラス質コーティング層を形成できるので、生産工程が大幅に効率化される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る方法で成形する前の偏平な金属板の側面図
【図２】同金属板の表層部の拡大断面図
【図３】（ａ）は本発明に係る金属部品の一例としての携帯電話のカバーの平面図（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢示図（ｃ）は（ａ）のＣ方向矢示図
【符号の説明】
【００１６】
１…偏平な金属板、２…カラーコート層、３…ガラス質コーティング層、４…窓部、５…周縁のカール部、６…携帯電話のカバー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にガラス質コーティング層が形成された金属部品及び金属部品の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
防汚、傷つき防止などを目的として、金属部品の表面に被膜を形成することが従来から行われている。このような金属部品は、表面にガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形して製品形状にすると、成形の際にガラス質コーティング層が剥離したり、クラックが入るため、通常は先に製品形状に成形してから、ゾルゲル法などによって表面にガラス質コーティング層を形成するようにしている。
【０００３】
しかしながら、成形後にガラス質コーティング層を形成する場合には、複雑形状品の場合は、特にコーナ部などにガラス質コーティング層が形成されない箇所が生じたり、他の箇所に比べて異常に厚く形成される箇所が生じたりする。
【０００４】
そこで、ガラス質コーティング層を形成した後に曲げ成形できるガラス質コーティング層として、特許文献１〜３に開示される技術が知られている。
特許文献１には、加水分解され得るシランとオルガノシランとの重量比を５〜５０：５０〜９５とした組成物に染料や顔料などの機能性担体を混合し、これを支持体上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献２には、加水分解され得るシランとこれから誘導されるオリゴマーのナノスケールＳｉＯ２粒子および／またはアルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物および水酸化物から得られるコーティング組成物を金属表面上に塗布し、熱により高密度化してガラス質の層を形成することが開示されている。
特許文献３には、アルカリ金属シリケート含有コーティングゾルを支持体に塗布し、この塗膜を酸素含有雰囲気または１５ｍｂａｒ以下の残圧での減圧下のいずれかで第１段階目の加熱を行い、次いで、低酸素雰囲気での第２段階目の加熱で十分な高密度化して変形可能なガラス質コーティングを得ることが開示されている。
特許文献４には、金属などの基体表面に水ガラス硬化体被膜を形成し、この被膜に硫酸アルミニウム水溶液を接触させて熱処理を施すことで、水ガラス硬化体被膜の表面部分に珪酸アルミニウムを生成することが開示されている。
【特許文献１】特表平９−５０４７６８号公報
【特許文献２】特表２００１−５１８９７９号公報
【特許文献３】特表２００７−５２１９８４号公報
【特許文献４】特開２００８−１２０９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１〜３は、着色の手段としてコーティング液中に顔料（染料）を混合している。しかしながら顔料を添加すると顔料の粒子によってピンホールが形成され、このピンホールに起因して耐食性に劣る結果（塩水噴霧）となっている。
【０００６】
特許文献４にあっては、コーティング液が水性であり、形成される被膜の厚みを厚くすることができず、厚みが薄いと仮りに被膜を形成した後に絞り成形や曲げ成形を行うと、伸びた部分で被膜が剥離してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品は、表面にカラーコート層が形成され、このカラーコート層の外側にポリシラザンまたはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはアルコキシ金属塩を材料としたガラス質コーティング層を形成した表面硬度が鉛筆硬度Ｈ７以上を有するガラス質コーティングカラーコート金属板を絞り成形または曲げ成形してなる。
尚、ガラス質コーティング層としてポリシラザンを用いた場合には、更にその上に水溶性金属塩溶液をコートして親水性を付与してもよい。水溶性金属塩溶液としては株式会社日板研究所のＭＳ９０或いはＳＳ９００が挙げられる。
上記課題を解決するため本発明に係る金属部品の成形方法は、表面にカラーコート層が施された金属板を前提とする。そしてこの金属板のカラーコート層の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層を形成し、このガラス質コーティング層が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形する。
焼成温度を１５０℃〜３００℃としたのは、１５０℃未満では十分にＳｉＯ２に転化できず高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形や曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷つき易く、また３００℃を超えると下層のカラーコート層が変色しやすくなるためである。また厚みを０．４μｍ〜１０μｍにしたのは、０．４μｍ以下ではラス質コーティング層が薄いがため下地金属材料の表面硬さの影響でガラス質本来の高硬度特性が得られず、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層表面が傷ついたりし易く、１０μｍ以上では、ガラス質コーティング層を形成した後に絞り成形または曲げ成形する際にガラス質コーティング層にクラックが生じたり、剥離が生じたりし易いためである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれは、金属部品の表面にガラス質コーティング層を形成した後に、絞り成形や曲げ成形を行っても、ガラス質コーティング層に傷が入ったり、クラックが生じたり、剥離が生じない。
絞り成形や曲げ成形の前にガラス質コーティング層を形成するため、ガラス質コーティング層の厚さは一定で且つ成形後には塗布できないような箇所にもガラス質コーティング層を形成することができる。
【０００９】
また、低温で焼成するため、下層のカラーコート層が熱によって変色（酸化）することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は成形前の金属板の側面図、図２は同金属板の表層部の拡大断面図、図３（ａ）は成形後の金属部品の一例としての携帯電話のカバーの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢示図、（ｃ）は（ａ）のＣ方向矢示図である。
【００１１】
成形前の偏平な金属板１の表面にはカラーコート層２が形成され、このカラーコート層２の上にガラス質コーティング層３が形成されている。金属板１としてはステンレスの他にチタン、アルミニウム、マグネシウム合金などでもよい。またカラーコート層２は金属板１の裏面にも形成してもよい。
【００１２】
前記カラーコート層２は１００〜１００００ｎｍの厚さで形成され、このカラーコート層２には、変性ポリエステルシリコン等の有機・無機ハイブリットシリコンを主原料とするスプレー塗装焼成により形成される着色ガラス層、電解メッキによって形成されるＣｒ層やＮｉ層、無電解メッキによって形成されるＮｉ層、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層、酸化マグネシウム層、酸化チタン層、或いはインコ法、イオンプレーティング法、ＰＶＤ法、スパッタリング法によって形成される各種の層が含まれる。
【００１３】
尚、陽極酸化によって形成される酸化アルミニウム層（アルマイト処理）や酸化マグネシウム層に着色を施すには、顔料（染料）を含浸させる。
前記ガラス質コーティング層３は０．４μｍ〜１０μｍの厚さ、好ましくは１〜２μｍで形成され、このガラス質コーティング層３はポリシラザン溶液を塗布し、２５０℃〜３００℃以下の温度で加熱することで得られる。ポリシラザン溶液の１回当たりの塗布厚みは２μが限界で、それ以上の厚みをコートする場合は重ね塗りすることで得られる。
反応式は以下の通りである。
【００１４】
（ＳｉＨ２ＮＨ）＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋ＮＨ３＋２Ｈ２
またポリシラザン溶液の代わりにＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液（株式会社 日板研究所 製品番号Ｇ−９０）を塗布してもよい。
また、高温でシリカ薄膜に転化すると、下層のカラーコート層２及び基材１が変色するため、焼成温度はできるだけ低くするのが好ましい。このためにはポリシラザン溶液にパラジウム、アミンなどの触媒を添加することで、焼成温度を２５０℃以下１５０℃程度まで大幅に下げることができる。
以上の工程によって、カラーコート層２及びガラス質コーティング層３が形成された偏平な金属板１に絞り成形と打ち抜きを施すことで、図３に示すように、窓部４と周縁のカール部５が一体的に成形された携帯電話用のカバー６が得られる。
本発明に係る方法で形成されたガラス質コーティング層は耐剥離性が高く、プレス成形や打ち抜き成形によって引張力や圧縮力が作用するコーナ部であっても割れや剥離が生じることがない。したがって、携帯電話のカバー以外にも、例えば家電製品のケースなどに用いる場合、成形前にガラス質コーティング層を形成できるので、生産工程が大幅に効率化される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る方法で成形する前の偏平な金属板の側面図
【図２】同金属板の表層部の拡大断面図
【図３】（ａ）は本発明に係る金属部品の一例としての携帯電話のカバーの平面図（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢示図（ｃ）は（ａ）のＣ方向矢示図
【符号の説明】
【００１６】
１…偏平な金属板、２…カラーコート層、３…ガラス質コーティング層、４…窓部、５…周縁のカール部、６…携帯電話のカバー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の表面にカラーコート層が形成され、このカラーコート層の外側にポリシラザンまたはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはアルコキシ金属塩を材料としたガラス質コーティング層を形成した表面硬度が鉛筆硬度Ｈ７以上を有するガラス質コーティングカラーコート金属板を絞り成形または曲げ成形した金属部品。
【請求項２】
金属板の表面にカラーコート層を形成し、このカラーコート層の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層を形成し、このガラス質コーティング層が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形することを特徴とする金属部品の成形方法。
【請求項１】
金属板の表面にカラーコート層が形成され、このカラーコート層の外側にポリシラザンまたはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはアルコキシ金属塩を材料としたガラス質コーティング層を形成した表面硬度が鉛筆硬度Ｈ７以上を有するガラス質コーティングカラーコート金属板を絞り成形または曲げ成形した金属部品。
【請求項２】
金属板の表面にカラーコート層を形成し、このカラーコート層の上にポリシラザン溶液またはパラジウム、アミン等の触媒を添加した低温硬化ポリシラザン溶液またはＳｉＯ２を主成分とするアルコキシ金属塩溶液を塗布し、１５０℃〜３００℃の温度で焼成して厚みが０．４μｍ〜１０μｍのガラス質コーティング層を形成し、このガラス質コーティング層が形成された金属板を絞り成形または曲げ成形することを特徴とする金属部品の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１３１６０４（Ｐ２０１０−１３１６０４Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０６９６５（Ｐ２００８−３０６９６５）
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（５９３００１５６５）ワールドウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２日（２００８．１２．２）
【出願人】（５９３００１５６５）ワールドウイング株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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