特許 6867077 タンブラーコーティング用塗料組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6867077

(24)【登録日】2021年4月12日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】タンブラーコーティング用塗料組成物

(51)【国際特許分類】

   C09D 175/04 20060101AFI20210419BHJP

   C09D 7/65 20180101ALI20210419BHJP

   F16C 33/12 20060101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   C09D175/04

   C09D7/65

   F16C33/12 A

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-162547(P2016-162547)

(22)【出願日】2016年8月23日

(65)【公開番号】特開2018-30916(P2018-30916A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2019年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】591213173

【氏名又は名称】住鉱潤滑剤株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】中倉 敏成

【審査官】 菅野 芳男

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０９８３３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０４７２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００７１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１１５１３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｄ １７５／０４

Ｃ０９Ｄ ７／６５

Ｆ１６Ｃ ３３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゴム弾性体の表面にタンブリング加工により塗料組成物を塗布して塗膜を形成する際における、該ゴム弾性体同士の固着を防止する方法であって、
前記塗料組成物として、
固体潤滑剤と、ウレタン樹脂と、水を含む水性溶媒と、を含有し、
前記固体潤滑剤（Ｐ）と前記ウレタン樹脂（Ｂ）との混合割合が質量比（Ｐ／Ｂ）で表される値として０．２５〜３．５である塗料組成物を使用し、
前記固体潤滑剤として、グラファイト及びポリテトラフルオロエチレンを含有し、
タンブラーに保持されている複数の前記ゴム弾性体に対して前記塗料組成物を塗布する
固着防止方法。

【請求項2】

前記塗料組成物において、前記質量比（Ｐ／Ｂ）が１．０〜２．０である
請求項１に記載の固着防止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タンブラーコーティング用の塗料組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、摺動部材などを構成するゴム弾性体等の部品の表面に潤滑性を有する塗膜を形成する方法として、スプレーコーティング法、ディップ（浸漬）コーティング法、タンブラーコーティング法といった方法が用いられてきた（例えば、特許文献１）。これらの方法によれば、一回の操作で多量の被処理物に対する塗膜形成操作を行うことができ、生産性が高い。

【0003】

その中でも、タンブラーコーティングによる方法では、例えばＯリングやワッシャー等の小さい部材に対する塗膜形成に適しており、その処理数も多くすることができる。具体的に、タンブラーコーティングによる方法では、網状のタンブラーに被処理物を収容して、所定の回転速度で被処理物を回転振動させながら塗料組成物を塗布して塗膜を形成させるものであり、被処理物の表面全体に均一に塗膜を形成させることができる（例えば、特許文献２）。

【0004】

このようなタンブラーコーティングによる塗膜形成においては、上述したように、多数の被処理対象を同時に扱い、しかもその被処理物を回転させながら塗料を塗布するものであるため、その加工に際して被処理物同士の固着（貼り付き合い）が生じることがある。特に、タンブラーコーティングでは、被処理物への塗料のコーティングと同時に、ヒーター等で乾燥処理を行うことが一般的であるため、表面に付着させた塗料の乾燥性が悪いと、被処理物同士の固着が顕著になる。そして、このような被処理物同士の固着により、塗膜欠損等の不具合が生じることがある。

【0005】

塗膜欠損が生じると、潤滑性が低下した不良な部品が製造されてしまい、著しく生産性を悪化させることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−７５０２１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１１１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、タンブラーコーティングにより被処理物の表面に塗膜を形成加工するに際して、被処理物同士の固着を抑制し、塗膜欠損等の不具合の発生を防ぐことができ、安定的に塗膜を形成させることができるタンブラーコーティング用の塗料組成物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】

【0008】

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、固体潤滑剤と、ウレタン樹脂と、水を含む水性溶媒と、を含有し、固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）とを所定の比率で配合させた塗料組成物であることにより、タンブラーコーティングによる加工時における被処理物同士の固着を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0009】

（１）本発明の第１の発明は、固体潤滑剤と、ウレタン樹脂と、水を含む水性溶媒と、を含有し、前記固体潤滑剤（Ｐ）と前記ウレタン樹脂（Ｂ）との混合割合が質量比（Ｐ／Ｂ）で表される値として０．２５〜３．５である、タンブラーコーティング用塗料組成物である。

【0010】

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記質量比（Ｐ／Ｂ）が１．０〜２．０である、タンブラーコーティング用塗料組成物である。

【0011】

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記固体潤滑剤として、グラファイト及びポリテトラフルオロエチレンを含有する、タンブラーコーティング用塗料組成物である。

【0012】

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、ゴム弾性体の表面に塗布して塗膜を形成するために使用する、タンブラーコーティング用塗料組成物である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、タンブラーコーティングにより被処理物の表面に塗膜を形成加工するに際して、被処理物同士の固着を抑制し、塗膜欠損等の不具合の発生を防ぐことができ、安定的に塗膜を形成させることができる。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ、Ｙは任意の数値）との表記は、「Ｘ以上Ｙ以下」の意味である。

【0015】

≪１．塗料組成物≫
本実施の形態に係る塗料組成物は、ゴム弾性体（例えばＯリング、ワッシャーなど）等の被処理物の表面に塗布されて、その表面に潤滑塗膜を形成するための塗料組成物であって、一回の操作で多量の被処理物に対して塗膜形成を行うことができる、タンブラーコーティングによる塗布方法に用いられるものである。

【0016】

タンブラーコーティングによる塗膜形成において、公知のタンブラーコーティング装置を用いて、被処理物を所定のタンブラーに収容して回転振動させながら、その被処理物の表面に塗料組成物を付着させ、また同時に乾燥を施すことにより潤滑塗膜を形成させる（以下、この操作を「タンブリング加工」ともいう）。このタンブラーコーティングによる方法によれば、一回の操作で多量の被処理物に塗膜を形成させることができ、高い生産性でもって処理することができる。しかしながら、タンブラーコーティングによる方法では、一度に複数の被処理物を扱うとともに、その複数の被処理物を同時に回転振動させながら塗膜形成を行うため、加工時に被処理物同士が固着して（貼り付いて）しまい、一部の被処理物に塗膜欠損等の不具合が生じることがある。また、一般的にタンブリング加工では、被処理物への塗料のコーティングと同時にその塗料の乾燥処理を施すため、表面に付着させた塗料の乾燥性が悪いと、被処理物同士の固着が顕著になる。

【0017】

そこで、本実施の形態に係る塗料組成物では、固体潤滑剤と、ウレタン樹脂と、水を含む水性溶媒と、を含有し、その固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）とを質量比（Ｐ／Ｂ）で表される値として０．２５〜３．５の範囲に調整して含有させている。

【0018】

このようなタンブラーコーティング用の塗料組成物によれば、タンブリング加工に際して、被処理物同士が固着してしまうことを防ぎ、塗膜欠損等の発生を抑えることができる。また、被処理物の表面に対して密着性の高い塗膜を形成させることができ、良好な潤滑塗膜を安定的に形成することができる。

【0019】

［固体潤滑剤］
固体潤滑剤としては、特に限定されないが、フッ素樹脂潤滑剤を含むものであることが好ましい。フッ素樹脂潤滑剤としては、例えは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオネートエチレンポリエチレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルキル（ＰＦＡ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられ、これらを１種単独で又は２種以上を併せて用いることができる。その中でも、ＰＴＦＥを用いることが特に好ましい。

【0020】

フッ素樹脂潤滑剤は、安定的な粘弾性を有しており、比較的軟らかい。また、優れた潤滑性能を有しており、形成する塗膜の潤滑特性を向上させることができる。さらに、フッ素樹脂潤滑剤は、耐摩耗性、耐薬品性に優れている。そのため、フッ素樹脂潤滑剤を含む固体潤滑剤を用いることで、広範囲に亘る種々の部材に適用する例えばゴム弾性体に対して潤滑性能の優れた塗膜を形成することができ、また、その塗膜の耐摩耗性を向上させることができる。

【0021】

また、固体潤滑剤としては、層状結晶構造を有する無機潤滑剤を含むものを用いることもできる。具体的に、層状結晶構造を有する無機潤滑剤としては、例えば、グラファイト、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）等が挙げられ、これらの無機潤滑剤を１種単独で又は２種以上を併せて用いることができる。その中でも、少なくともグラファイトを用いることが、耐熱性及び化学的安定性を発揮させるとともに、安価で経済性が良好であるという点で、特に好ましい。

【0022】

層状結晶構造を有する無機潤滑剤は、縦方向に層状の結晶構造をなすものであり、所定の荷重をかけたときにその層間を介して滑りやすい性質を有し、優れた潤滑性能を発揮する。さらに、層状結晶構造を有する無機潤滑剤の中でもグラファイトを用いることにより、被処理物に対して艶を付与することができ、外観性を向上させることができる。

【0023】

ここで、固体潤滑剤としては、例えば、フッ素樹脂潤滑剤であるＰＴＦＥと、層状結晶構造を有する無機潤滑剤であるグラファイトとの両方を含むものであることが特に好ましい。このように、固体潤滑剤として、ＰＴＦＥ及びグラファイトを含むものを用いることで、塗膜の潤滑特性を向上させることができるとともに、塗膜の被処理物の表面に対する密着性をより高めることができる。

【0024】

なお、ＰＴＦＥとグラファイトとの混合割合としては、特に限定されず、例えば、質量比で７５：２５〜２５：７５の割合とすることができる。このような範囲で２種の潤滑剤を混合させた固体潤滑剤を用いることで、安定的に潤滑性能を発揮させることでき、またに、適用部材の範囲を拡げることができる。

【0025】

［ウレタン樹脂］
ウレタン樹脂は、上述した固体潤滑剤を摺動面となる被処理物の表面（例えば、Ｏリング等のゴム弾性体の表面）に定着させるための結合剤（定着剤）として作用するバインダー樹脂である。具体的に、本実施の形態に係る塗料組成物にでは、水性のウレタン樹脂を用いる。

【0026】

ウレタン樹脂により塗料組成物を構成することにより、例えば、被処理物としてのゴム弾性体に対して高い密着性を有する塗膜を形成させることができ、そのゴム弾性体の種類によらず適用することができる。しかも、ゴム弾性体に対する追随性が良好になる。

【0027】

［固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）との比率］
ここで、本実施の形態に係る塗料組成物においては、上述した固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）とを所定の比率に制御して配合することが重要となる。

【0028】

本実施の形態に係る塗料組成物は、上述したように、例えばゴム弾性体等の被処理物の表面に、タンブラーコーティングによる方法で塗布されて塗膜を形成させるものである。タンブラーコーティングによる方法では、一度に複数の被処理物をタンブラー内に収容させ、被処理物を回転振動させながらその表面に塗料組成物を付着させるものである。このとき、塗料組成物を表面に形成させるにあたっては、その被処理物が表面に付着した塗料組成物を介して被処理物同士が固着してしまうことを防ぐことが重要となる。

【0029】

本発明者は、固体潤滑剤（Ｐ）と、バインダー樹脂であるウレタン樹脂（Ｂ）との混合割合を所定の比率に制御した塗料組成物を用いることにより、タンブリングによる塗膜形成にあたって、被処理物同士が固着することを抑制し、塗膜欠損等の不具合が発生することを防いで、優れた潤滑性能を安定的に付与できることを見出した。

【0030】

具体的には、この塗料組成物において、固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）とを、その質量比（Ｐ／Ｂ）で表される値で０．２５〜３．５の範囲となるように配合する。

【0031】

固体潤滑剤とウレタン樹脂との質量混合比（Ｐ／Ｂ）に関して、Ｐ／Ｂ比が０．２５未満であると、タンブリングによる塗膜形成にあたって被処理物同士の固着を効果的に抑制させることができず、また、固体潤滑剤量の割合が低下することで、形成される塗膜の潤滑特性が低下する。一方で、Ｐ／Ｂ比が３．５より大きい場合でも、被処理物同士の固着を効果的に抑制できない可能性があり、また、例えばゴム弾性体等の被処理物に対して密着力が十分に得られない。さらに、塗膜の強度が悪化して荷重を掛けると破断してしまうおそれがある。

【0032】

これに対して、Ｐ／Ｂ比が０．２５〜３．５の範囲となるように混合させることによって、タンブリングによる塗膜形成にあたって被処理物同士の貼り付きを効果的に抑制させることができ、塗膜欠損等の不具合が発生することを防ぐことができ、安定的に潤滑塗膜を形成させることができる。また、Ｐ／Ｂ比をこのような範囲とすることによって、ゴム弾性体等の被処理物の表面に対する密着性を向上させることができるという他の優れた効果を有する。このように、密着性を向上させることができることにより、塗膜の安定性が高まり、長期間に亘って潤滑特性に優れた塗膜の状態を維持することができる。

【0033】

また、固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）との質量混合比（Ｐ／Ｂ）としては、１．０〜２．０の範囲となるように混合することが、より好ましい。このように、Ｐ／Ｂ比を好ましくは１．０〜２．０の範囲とすることによって、タンブリングによる塗膜形成にあたっての被処理物同士の貼り付きをより効果的に抑えることができるとともに、塗膜の密着性も向上させることができる。

【0034】

［溶媒］
本実施の形態に係る塗料組成物は、水を含む水性溶媒（水性媒体）を含有する。この塗料組成物においては、水性溶媒中に、固体潤滑剤やウレタン樹脂を溶解、分散させる。

【0035】

水性媒体は、水を必須成分として含有し、その他に有機溶剤を含有していてもよい。水性媒体としては、好ましくは、水、又は、水とアルコール系溶剤の混合溶媒を用いることができる。特に、揮発性の高いアルコール系溶剤を含む混合水性溶媒を用いることにより、加工性を向上させることができる。

【0036】

なお、揮発性の高いアルコール系溶剤としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等が挙げられ、環境や人体への負荷を考慮すると、ＩＰＡが特に好ましい。アルコール系溶剤等の有機溶剤の含有割合としては、特に限定されず、例えば含有させるウレタン樹脂や固体潤滑剤の配合量、乾燥時間等に応じて適宜調整することができる。

【0037】

［その他］
なお、本実施の形態に係る塗料組成物は、上述した構成成分の他に、必要に応じて各種の添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、防腐剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、界面活性剤、ハードケーキ防止剤、染料等を使用することができる。

【0038】

≪２．塗料組成物の製造方法≫
本実施の形態に係る塗料組成物は、上述した構成成分と、また必要に応じた各種の添加剤とを、水を含む水性溶媒中にそれぞれ所定量配合させて溶解し、攪拌処理を施して均一に分散させることによって得ることができる。

【0039】

特に、この塗料組成物においては、上述したように固体潤滑剤（Ｐ）とウレタン樹脂（Ｂ）とを、質量比（Ｐ／Ｂ）で表される値として０．２５〜３．５の範囲となるように配合させ、攪拌処理して均一に分散させる。

【0040】

構成成分を均一に分散させる方法としては、特に限定されないが、構成成分を水性溶媒に溶解させた後に、物理的にせん断力を加えて分散させることが好ましく、例えば三本ロールミル、コロイドミル、ホモジナイザー、ビーズミル等の混練装置によって混練しながら分散させる。

【0041】

≪３．塗料組成物の使用方法≫
本実施の形態に係る塗料組成物は、例えば、Ｏリング等のゴム弾性体の表面に塗布されて潤滑塗膜を形成させるために使用されるものであり、特に、タンブラーコーティングによる方法で塗膜形成される、タンブラーコーティング用の塗料組成物である。

【0042】

タンブラーコーティングによる塗膜形成においては、公知のタンブラーコーティング装置を用いて行うことができる。具体的には、Ｏリング等の被処理物が、タンブラーコーティング装置における被処理物収容空間（タンブラー）に多数保持され、そのタンブラーを所定の回転数で回転させる等することによって被処理物を回転振動させている間に、被処理物に対してスプレー等により塗料組成物を吐出させて均一に塗布する。また、塗料組成物の塗布と同時に、あるいはその直後に、表面に付着した塗料の乾燥処理を施す。なお、乾燥処理は、ヒーター等を用いて行うことができ、また、自然乾燥でもよい。

【0043】

そして、タンブラーコーティングにより被処理物の表面に塗料組成物を塗布した後、焼成して塗膜を硬化させることで、潤滑塗膜を形成させることができる。なお、焼成条件としては、特に限定されず、塗料組成物の組成等に応じて適宜決定することができる。具体的には、例えば、焼成温度を８０℃〜２００℃とし、焼成時間を３０分〜６０分とする。なお、硬化間を長くすることによって、常温で処理することもできる。

【0044】

形成する塗膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、被処理物の大きさや用途等に応じて適宜決定すればよく、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度とすることが好ましく、２μｍ〜１０μｍとすることがより好ましい。

【0045】

ここで、被処理物としては、例えばゴム弾性体が挙げられる。特に、本実施の形態に係る塗料組成物によれば、何れのゴム弾性体に対しても高い密着性で以って、潤滑性に優れた塗膜を形成させることができる。具体的に、ゴム弾性体としては、例えば、天然ゴムや、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムなどの熱加硫ゴム、オレフィン系、スチレン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの熱可塑性のエラストマー等の合成ゴムが挙げられる。

【0046】

なお、タンブラーコーティングによって塗料組成物をゴム弾性体に塗布するに先立ち、そのゴム弾性体に対する脱脂処理や、塗膜の密着性をより高めるための表面処理、洗浄処理等を行ってもよい。

【実施例】

【0047】

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0048】

［実施例、比較例］
（塗料組成物の作製）
バインダー樹脂としてのウレタン樹脂と、固体潤滑剤としてのグラファイト及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、各種の添加剤とを、下記表１に示す質量の割合で秤量し、溶媒である水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合溶媒に加えて、各成分を十分に攪拌分散させた。なお、ウレタン樹脂としては、樹脂成分（有効成分）濃度が３０質量％である水性ポリウレタンディスパージョン（ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬ ＵＷ−１５０１−Ｆ，宇部興産株式会社製）を用いた。

【0049】

攪拌分散に際しては、ビーズミルを用いて混練して行った。ビーズミルによる攪拌分散条件としては、分散メディアとしてφ１．０ｍｍジルコニアビーズを用いてベッセル容量１．４Ｌに対して８０％充填させ、流量２Ｌ／ｍｉｎにて２パスの分散処理を行った。これにより、塗料組成物のサンプルを作製した。

【0050】

（タンブラーコーティング）
作製した塗料組成物を用いて、被処理物であるＮＢＲ製Ｏリング（規格：Ｇ−３５，太さ３．１±０．１ｍｍ，内径３４．４±０．３３ｍｍ）に対してタンブラーコーティングにより表面に潤滑塗膜を形成させた。

【0051】

具体的に、タンブラーコーティングは公知の装置を用いて行い、タンブラー内に５０個のＯリングを収容させて、タンブラーを８ｒｐｍの回転数で回転させながら、回転振動する５０個のＯリングに対して吐出量１ｇ／ｍｉｎで塗料組成物を吐出させることによって、その表面に塗料組成物を付着させた。なお、加工時間は５分とし、ドライヤー配管温度は３００℃に調整した。

【0052】

次に、表面に塗料組成物を付着させたＯリングに対して焼成処理を行い、塗膜を硬化させた。焼成条件としては、焼成温度を１００℃とし、焼成時間を４０分として行った。

【0053】

［評価］
実施例、比較例におけるタンブラーコーティングにより形成された塗膜について、以下の評価を行った。

【0054】

（タンブリング加工時における固着）
５０個のＯリングをタンブラーコーティングしたときの、Ｏリング同士の固着の程度を評価した。５分間の加工終了後に目視で観察し、以下のように評価した。
『◎』：Ｏリング同士の固着が全くなく塗膜欠損が生じなかった
『○』：一部のＯリングに固着が観察されたものの、塗膜欠損の不具合は生じなかった
『×』：多数のＯリングに固着が観察され、塗膜欠損の不具合が生じていた

【0055】

（潤滑性）
タンブラーコーティングによる加工条件を同一とした実施例、比較例において、Ｏリングの表面に形成された塗膜の潤滑性について指触官能試験により簡易的に評価した。
『◎』：塗膜に引っ掛かり感触が全くなく、潤滑性が良好
『○』：一部分の塗膜に引っ掛かり感触があったものの、潤滑性は問題のない程度
『×』：塗膜に引っ掛かり感触が顕著に生じ、潤滑性が不良

【0056】

（密着性）
形成された塗膜について、簡易的なテープ剥離試験を行い、以下のように評価した。
『◎』：Ｏリングの表面から塗膜の剥離が全く観察されなかった
『○』：剥離試験に用いたテープに僅かに塗膜が付着していた
『×』：Ｏリングの表面から塗膜が剥離してしまった

【0057】

下記表１に、塗料組成物の組成を示すとともに、上述した評価結果をまとめて示す。

【0058】

【表1】