JPH044044B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ 本発明は、電気機器用製品外装等のように成形
加工の用途に供される塗装用鋼板およびその製造
方法に関し、特に高度な塗装仕上がりを成就する
ことができる表面性状を具備したつや消し性に優
れた塗装用鋼板を提案し、またその適切な製造方
法を確立しようとするものである。 ＜従来技術とその問題点＞ 一般に上記のような成形加工用薄鋼板、例えば
冷延薄鋼板は、通常冷間圧延後、脱脂洗浄を行
い、さらに焼鈍した後、調質圧延を施して製造さ
れる。 ここで調質圧延の目的の１つとして、表面をダ
ル仕上げしたワークロールを用いて軽度の圧延を
行うことによつて、鋼板表面に適度の表面粗さを
与えることがあげられる。 このような調質圧延に使用されるワークロール
の表面をダル仕上げするには、従来からシヨツト
ブラストによる方法と、放電加工による方法とが
実用化されている。 これら従来の調質圧延用ワークロールのダル仕
上げの場合、ロール表面には不規則な粗度プロフ
イルが形成されるため、このようなワークロール
による調質圧延後の鋼板表面は、不規則な山と谷
で構成された、いわゆる粗面を呈する。このよう
に粗面が形成された鋼板にプレス加工を施せば、
谷部に潤滑油が貯留してプレス金型と鋼板との摩
擦力を低減させ、プレス作業を容易にすると同時
に、金型との摩擦力により剥離した金属粉を谷部
にトラツプして焼付きを防止することができる。 ところで近年、塗装用鋼板の塗装仕上がり品質
の良さは、顧客に対し直接的に視覚によつて訴え
ることができるため、極めて重要な品質管理項目
となつている。 塗装面の評価項目としては、種々のものがある
が、つや消し塗装により高級感を出すものが重要
な顧客ニーズになつている。そのために塗装面で
の規則的な乱反射のよる均質なつや消し性が必要
である。 一方、塗装面の評価項目として、塗装面の乱反
射が少なく光沢性に優れていることや、塗装面に
生じる写像の歪が少なく、いわゆる写像性が優れ
ていること等も評価基準としてあげられており、
これら光沢性と写像性をあわせて一般に鮮映性と
呼称しているが、前述のつや消し性は、この鮮映
性の正反対の性質として定義する。 塗装面の鮮映性については、塗装の種類や塗装
方法ももちろん影響するが、塗装下地としての鋼
板の表面粗さの影響を強く受ける。一般的には、
鋼板表面の凹凸が激しければ、塗装面においても
凹凸が大きく、その結果光の乱反射を生じて、光
沢性が低くなる。 一般に鋼板の表面粗さは、中心線平均粗さRa
のほか、最近に至つて濾波中心線うねりWcaで
も表わされることが多く、ここに中心線表面粗さ
Raが大きいほど山と谷の振幅が大きくなり、そ
の結果塗装面の凹凸が激しくなり、鮮映性が下が
り、つや消し面となる。 ちなみに鮮映性の評価の方法としては、種々の
方式が開発されているが、最も一般的には、米国
のハンター・アソシエイツ・ラボラトリー
（HUNTER ASSOCIATES LABORATORY）
社製のドリゴン（DORIGON）メータによる測
定値すなわちDOI（DISTINCTNESS OF
IMAGE）値が使用されている。 このDOI値は、第８図に示すように、試料Ｓに
対し入射角30゜で光を入射し、その正反射光強度
Rsと正反射角に対し±0.3゜での散乱光強度R_0.3の
値を用いて、次式で表わされる。 DOI値＝100×（Rs−R_0.3）／Rs 一方、乱反射に対しては、不鮮明性を表わす
「ぼけ」（Haze）値としては、反射光の広がりを
表わすＨ値がある。 このＨ値は、第８図に示すように試料Ｓに対し
入射角30゜で光を入射し、その正反射光強度Rsと
正反射角に対し±2゜、5゜、15゜での散乱光強度R2゜、
R5゜、R15゜の値を用いて、次式で表わされる。 H2゜＝100（R2゜／Rs） H5゜＝100（R5゜／Rs） H15゜＝100（R15゜／Rs） Ｈ値が小さいほど鮮映性が高く、大きいほどつ
や消し性が優れていることを示す。 また、スガ試験機株式会社製の写像測定器
（HA−ICM型）による像鮮明度Ｃ（％）も一般に
使われている。 この方法は、試料からの反射光を移動する光学
くしを通して測定し、その値を計算によつて求め
るものである。そして測定値は視感法における鮮
麗性（Image clearness）、歪み（Image
distortion）およびぼけ（Haze）が総合され、写
像性あるいは像鮮明度Ｃ（％）として表示される。 光学くしはチヤートスケール同じように作られ
ている。測定原理は、0.03±0.005mmの幅をもつ
極めて細いスリツトを通つた光源の光が平行光線
となり、試料からの反射光がレンズによつて集光
され、左右に移動する光学くしを通過して受光器
に受光される。この光学系装置は、受光器で検知
した光量の変動を波形として記録する計測系装置
に接続され、この記録から計算によつて像鮮明度
Ｃ（％）を求めることができる。 試料が完全鏡面体の時は、レンズによつて、ス
リツトの像が光学くしの中間位置に結像するよう
になつている。 この場合に受光器で検知した光量は、光学くし
の移動に伴なつて波形で記録される。 試料がぼけを生じるものの場合、試料上に結像
されるスリツトの像はそのぼけの影響で太くなる
ため、光透過部の位置ではスリツト像の両側が不
透過部にかかり、100％あつた光量が減少する。
また、不透過部の位置ではスリツト像の両側は透
過部から光がもれて、本来０％の光量が増加す
る。 ここで、像鮮明度Ｃ（％）は光学くしの透過部
の透過光最大値Ｍと、不透過部の透過光の最小値
ｍから次式によつて定義される。 像鮮明度Ｃ（％）＝Ｍ−ｍ／Ｍ＋ｍ×100 Ｃ（％）の値が大きければ像鮮明度が高く、小
さければつや消し性が優れていることを示す。 ところで前述のように従来のシヨツトブラスト
法や放電加工法によりダル仕上げしたワークロー
ルを用いて鋼板に調質圧延を施した場合、既に述
べたように、鋼板表面は不規則な山と谷で構成さ
れた粗面を呈している。このように不規則な山と
谷を有する鋼板表面に塗装を行えば、山と谷との
間の斜面に沿つて塗膜が形成されるために、鮮映
性は低下し、つや消し性が発生するが、従来のシ
ヨツトブラスト法や放電加工法によるワークロー
ルをもつて調質圧延した塗装用鋼板は、不規則な
山と谷のプロフイルを有するために均質性に優れ
たつや消し外観が得られないという問題がある。 ＜発明の目的＞ 本発明は以上の事情を背景としてなされたもの
で、鋼板表面の粗度プロフイルを改良して、塗装
後の塗膜表面の凹凸を規則的にし、光の正反射率
を下げることにより、塗装後のつや消し性の優れ
た鋼板を提供し、併せてそのような優れた表面粗
度プロフイルを有する鋼板を効率良く製造する方
法を提供することを目的とするものである。 換言すれば、本発明は、従来使用されていた塗
料と塗装方法には何ら変更を加えずに、つや消し
性を従来よりも格段に向上させた鋼板とその製造
方法を提供するものである。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明の第１の態様によれば、鋼板表面を構成
する微視的形態が、平坦な山頂面を有する台形状
の山部と、その周囲の全部または一部を取囲むよ
うに形成された溝状の谷部と、山部の相互間であ
つてかつ谷部の外側にその谷部の底よりも高くか
つ山部の山頂面より低い高さに形成された中間平
坦部とによつて構成され、かつ山部の平坦な山頂
面と前記中間平坦部の平坦面の面積の和が、前記
鋼板表面全体が平面であると想定した場合におけ
る該鋼板の表面積として表わされる全面積に占め
る比率が20％未満であることを特徴とするつや消
し性に優れた塗装用鋼板が提供される。 本発明の第２の態様によれば、あらかじめ調質
圧延用ワークロールの表面に、微小なクレータ状
の凹部と、その凹部の外縁において表側にリング
状に盛り上がつた盛り上がり部と盛り上がり部の
相互間に残存されたワークロール平坦表面とによ
つて構成された表面模様を形成する模様付け加工
を高密度エネルギー源を用いて施しておき、その
表面模様付けされたワークロールで調質圧延する
ことにより山部の平坦な山頂面と前記中間平坦部
の平坦面の面積の和が、前記鋼板表面全体が平面
であると測定した場合における該鋼板の全面積に
占める比率が20％未満となるようにワークロール
表面の模様を鋼板表面に転写することを特徴とす
るつや消し性に優れた塗装用鋼板の製造方法が提
供される。 ここで、前記高密度エネルギー源としてレーザ
ーを用いるのが好ましい。 以下に本発明を添付図面に基いて更に詳細に説
明する。 本発明で用いる鋼板は冷延鋼板および表面処理
鋼板のいずれでもよい。ここでいう冷延鋼板とは
従来知られている箱焼鈍材であつても連続焼鈍材
であつても良く、また表面処理鋼板としては電気
めつき法、溶融めつき法によるZnまたはZn合金
めつきのいずれにも適用でき、表面の模様つげは
めつきとされる前であつてもめつき後であつても
よい。 〔1〕 レーザーによるロールのダル目付け： まず高密度エネルギー源、例えばレーザーに
より調質圧延用のワークロールにダル目付けを
行う際の作用について説明する。 ロールを回転させながら、ロールの表面にレ
ーザーパルスを次々に投射し、レーザーエネル
ギーによりロール表面を規則的に溶融させて、
規則的にクレータ状の凹部を形成する。その状
態を第１図に示す。第１図において符号１はロ
ール３の表面に形成されたクレータ状の凹部
（以下単にクレータと記す）であり、そのクレ
ータ１の周囲には溶融したロール母材金属がロ
ール３の表面よりも上方にリング状に盛り上が
つてフランジ状の盛り上がり部（以下単にフラ
ンジと記す）２が形成される。なおこのフラン
ジ２を含むクレータ１の内壁層は、ロール母材
組織４に対し熱影響部５となつている。 さらに上述のようなレーザーによるダル目付
けについて詳細に説明する。 レーザーパルスによつて形成されたロール表
面上のクレータ１の深さと直径は、入射される
レーザーのエネルギーの大きさと投射時間によ
つて決定されるが、これは通常のシヨツトブラ
ストロールのRa粗度に相当する粗さを定義す
る量を与える。 レーザーにより加熱されたロール３を形成す
る金属は、大きな照射エネルギー密度度によつ
て瞬時に金属蒸気となり、このとき発生する蒸
気圧力によつてロール３の表面の溶融金属が吹
き飛ばされてクレータ１を形成し、またその吹
き飛ばされた溶融金属はクレータ１の周囲に再
固着して、クレータ１を取囲むフランジ２を形
成する。これらの一連の反応は、酸素ガス等の
補助ガスを反応点に目がけて吹付けることによ
り一層効率良く実行される。 そしてロール３を回転もしくは軸方向移動さ
せつつ規則的なレーザーパルスを照射すること
により上述のようなクレータ１が規則的に形成
され、これらの次々に形成されるクレータ１の
集合によつてロール３の表面に粗面を与えるこ
とができる。このようにして形成されたロール
３の表面の粗面の状況を第２図、第３図に示
す。 これらの図から明らかなように、隣り合うク
レータ１，１の間におけるフランジ２の外側の
部分は、上述のようなレーザー加工の影響を実
質的に受けないで残存し、もとのロール３の表
面のまま平坦面６となつている。従つて、クレ
ータ１のまわりにフランジ２が、フランジ２の
外縁には平坦面６が存在し、これらが一つの集
合をなし、この集合がロール表面に規則的に配
置形成されている。 ここで、隣り合うクレータ１，１の相互間の
間隔は、ロール３の回転方向にはロール３の回
転速度と関連付けてレーザーパルスの周波数を
制御することにより、また、ロール３の軸方向
に対してはロール３が１回転するごとにレーザ
ーの照射位置をロール軸方向へ移動させるピツ
チを制御することによつて、調節可能である。 なお以上の説明は高密度エネルギー源として
レーザーを用いた場合について説明したが、プ
ラズマあるいは電子ビーム等の他の高密度エネ
ルギー源を用いた場合も同様である。 〔2〕 調質圧延による鋼板へのダル目転写： 前述のようにしてレーザー等によりダル加工
を施したワークロールを用い、調質圧延工程に
おいて鋼板、例えば焼鈍済みの冷延鋼板に軽圧
下率の圧延を施すことによつてロールのダル目
が鋼板表面に転写され、鋼板表面に粗面が形成
される。 この過程における鋼板表面を微視的に観察す
れば、第４図に示すように、ロール３の表面の
クレータ１の周囲のほぼ均一な高さを有するフ
ランジ２が、鋼板７の表面に強い圧力で押し付
けられ、これにより、ロール３の材質より軟質
な鋼板７の表面近傍で材料の局所的塑性流動が
生じ、ロール３のクレータ１の内側へ鋼板７の
金属が流れ込んで粗面が形成される。 このとき、クレータ１の内側において盛り上
がつた鋼板金属の山頂面８は、もとのの鋼板表
面のまま平坦状を保ち、またロール３における
隣り合うクレータ１，１間のフランジ２の外側
の平坦面６に押し付けられた鋼板表面の部分は
そのまま中間平坦部９となり、かつ前者の平坦
面（山頂面）８は後者の平坦面（中間平坦部）
９よりも高い。 したがつて調質圧延後の鋼板７の表面の粗面
の微視的形態は、第５図、第６図に示すよう
に、平坦な山頂面８を有する台形状の山部１０
と、その周囲を取囲むように形成された連続溝
状の谷部１１と、隣り合う山部１０，１０の間
であつてかつ谷部１１の外側にその谷部１１の
底よりも高くかつ山部１０の山頂面８より低い
高さに形成された中間平坦部９とによつて構成
されることになり、これらが一つの集合をな
し、この集合が鋼板表面に規則的に形成され
る。 上述のところから明らかなように、調質圧延
鋼の鋼板表面は、山部１０の山頂面８と、中間
平坦部９の平坦面と、山頂面８と中間平坦部９
の間の谷部傾斜面１３および谷部１１とから成
る。 そして、本発明の鋼板においては、山頂面８
と中間平坦部９の平坦面の面積の和が鋼板の全
面積に占める割合が20％未満となるように形成
されていることに特徴がある。 ここで、鋼板の全面積とは、鋼板表面全体が
平面であると想定した場合における該鋼板の表
面積をいうものとし、従つて、谷部１１や谷部
傾斜面１３等の傾斜部（山頂面８と中間平坦部
９の平坦面とを除く部分）の面積は、現実の表
面積ではなく、これら傾斜部が平面をなすもの
として算出したものである。 これに対して、従来行われているシヨツトブ
ラスト加工や放電加工によつて粗度付け加工を
施されたロールの場合は、調質圧延の過程で第
１１ａ，１１ｂ図に示すよううにロール３の表
面の山が鋼板７の板面に食い込み、ロール３の
表面の粗面プロフイルと鋼板７の原板表面の粗
面プロフイルとが合成されて、調質圧延後の鋼
板７には不規則な形状が転写され、美麗なつや
消し外観が得られない。したがつてこの場合は
レーザーによりダル目付けされたロール３によ
つて調質圧延された鋼板とはその表面構造およ
びその形成過程が全く異なることがわかる。 〔3〕 調質圧延後の鋼板表面の平坦部の面積率η
に及ぼす影響： ロール表面の粗度プロフイルを構成するパタ
ーンと調質圧延の条件が、調質圧延後の表面の
平坦部の面積率ηにどのような影響を与えるか
について検討を行つた。 ここで平坦部の面積率ηは、第７図に示すよ
うに、山部１０の平坦な山頂面８の面積占有率
η₁と、中間平坦部９の平坦面の面積占有率η₂と
の和で表される。 すなわち、 η＝η₁＋η₂ …(1) である。ここで、η₁の値は調質圧延における圧
下率によつて変化する。なぜならば、圧下率が
変化すれば、鋼板金属がクレータ１の内側に流
入する程度が変化し、そのため山部１０の山頂
面８の直径が変化するからである。一方η₂の値
はレーザースポツトの間隔（第７図参照）に依
存する。 このようにして得られた塗装用鋼板面は、上
述しかつ第５，６図に示すように、平坦部（山
頂面８および中間平坦部９）と傾斜部（谷部１
１および谷部傾斜斜面１３）とからなるが、塗
装後においては、この傾斜部の占める割合が光
散乱に寄与し、かつ鋼板表面に形成された規則
的なパターンがすぐれた外観性に反映すること
になる。 さらに粗度プロフイルとしては、ロール３の
隣り合うクレータ１，１間の間隔が広くなるに
したがつて、転写された鋼板の平坦部が多くな
るので、塗膜表面が平滑になり、つや消し面が
得られない。 この平坦部の面積が20％未満のとき、種々の
圧下率において、従来のダル鋼板に対して優れ
たつや消し性が得られた。これについて、下記
の実施例にて具体的に説明する。 なお、第９図に本発明のレーザー処理による
鋼板表面粗度パターンを、第１０図に従来のシ
ヨツクブラストによる鋼板表面粗度パターンを
示す。本発明による粗度パターンが従来のもの
に比べて規則的に形成されていることがわか
る。 〔実施例〕 次に本発明を実施例に基き更に詳細に説明す
る。 素材鋼板としてＣ；0.04％、Mn；0.2％、Ｐ；
0.02％、Ｓ；0.015％、Ｎ；0.003％、Ｏ；0.005％
を含有し、冷間圧下率70％で冷延し、更に連続焼
鈍炉で焼鈍した板厚0.8mmの冷延鋼板に、以下の
調質圧延を行つたのち公知の方法で電気Znめつ
き（目付量20ｇ/m²）を施した。 調質圧延用ワークロールとして、レーザーパル
ス加工によりダル加工を施したダルロール、従来
のシヨツトブラスト法によりダル加工を施したダ
ルロールを用意し、前述の冷延鋼板にそれぞれの
ロールで調質圧延伸び率λが0.8％で調質圧延を
施した。 ここで、特にレーザー加工によりダル加工を施
したロールの表面粗度プロフイルは、 レーザースポツトの間隔：200μｍ クレータの口径：100μｍ であつた。 なお、特にレーザー加工によりダル加工を施し
たロールによつて調質圧延した鋼板では、その表
面粗度プロフイルについては、平坦部面積率
（η）を５〜50％に変化させた。 これらの鋼板に対し次の塗装条件で塗装を行つ
た。 前処理：りん酸塩処理 ボンデライト3140（日本パーカーライ
ジング製） ２ｇ/cm²（スプレー塗装） 下塗り：P107（日本ペイント製）5μｍ（スプレ
ー塗装） 上塗り：NP411（日本ペイント製）20μｍ（ス
プレー塗装） 各塗装後鋼板の光乱反射性を調べた。 結果を表１に示す。Ｈ（Haze）値が10以上だ
と、鋼板のつや消し性に優れているといえる。 表１から明らかなように、塗装後のつや消し
性、Haze値は、本発明材のうち、平坦部面積率
が20％未満の場合、従来のダルロール材に対し優
れたつや消し性を示すことがわかる。

【表】

【表】 ＜発明の効果＞ 以上詳述したように本発明によれば、表面が所
定の形状にコントロールされた鋼板およびその製
造方法が得られるので、鋼板の塗装後のつや消し
性を従来よりも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法において高密度エネル
ギーとしてレーザーパルスを用いてワークロール
の表面をダル加工したときのロール断面の状態を
示す模式図な断面図である。第２図は上記レーザ
ーパルスによりダル目付けされたロールの表面の
粗面プロフイルを示す模式的な断面図である。第
３図は第２図に対する平面図である。第４図は上
記ロールにより調質圧延を施している状態を示す
模式図な断面図である。第５図は上記ロールによ
り調質圧延された鋼板表面の粗面のプロフイルを
示す模式的な断面図である。第６図は第５図に対
する平面図である。第７図は平坦部の面積率η
（＝η₁＋η₂）の定義を説明するための模式図であ
る。第８図はつや消し性を表わすHaze値の測定
方法を示すための説明図である。第９図はレーザ
ー加工処理を行つた塗装後の鋼板表面の三次元粗
さ曲線図である。第１０図はシヨツトブラスト処
理を行つた塗装後の鋼板表面三次元粗さ曲線図で
ある。第１１ａ図は従来の方法でダル加工された
ロールにより鋼板を調質圧延してダル目付けする
際の状況を示す略解図である。第１１ｂ図は同調
質圧延後の鋼板表面断面図である。 符号の説明 １…クレータ（凹部）、２…フラ
ンジ（盛り上がり部）、３…ロール、４…ロール
の母材、５…熱影響部、６…ロール表面（平坦
面）、７…鋼板、８…山部の山頂面、９…中間平
坦部、１０…山部、１１…谷部、１３…谷部傾斜
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼板表面を構成する微視的形態が、平坦な山
   頂面を有する台形状の山部と、その周囲の全部ま
   たは一部を取囲むように形成された溝状の谷部
   と、山部の相互間であつてかつ谷部の外側にその
   谷部の底よりも高くかつ山部の山頂面より低い高
   さに形成された中間平坦部とによつて構成され、
   かつ山部の平坦な山頂面と前記中間平坦部の平坦
   面の面積の和が、前記鋼板表面全体が平面である
   と想定した場合における該鋼板の表面積として表
   わされる全面積に占める比率が20％未満であるこ
   とを特徴とするつや消し性に優れた塗装用鋼板。 ２ あらかじめ調質圧延用ワークロールの表面
   に、微小なクレータ状の凹部と、その凹部の外縁
   において表側にリング状に盛り上がつた盛り上が
   り部と盛り上がり部の相互間に残存されたワーク
   ロール平坦表面とによつて構成された表面模様を
   形成する模様付け加工を高密度エネルギー源を用
   いて施しておき、その表面模様付けされたワーク
   ロールで調質圧延することにより、山部の平坦な
   山頂面と前記中間平坦部の平坦面の面積の和が、
   前記鋼板表面全体が平面であると測定した場合に
   おける該鋼板の全面積に占める比率が20％未満と
   なるようにワークロール表面の模様を鋼板表面に
   転写することを特徴とするつや消し性に優れた塗
   装用鋼板の製造方法。 ３ 前記高密度エネルギー源としてレーザーを用
   いる特許請求の範囲第２項記載のつや消し性に優
   れた塗装用鋼板の製造方法。