JPH1034070A - 静電分散有機樹脂被膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クロメート処理した鋼板表面に潤滑性，耐指紋
性等を付与するための有機樹脂被膜を形成すると、樹脂
被膜が電気絶縁層となり鋼板のスポット溶接性が阻害さ
れる。樹脂被膜の潤滑性，耐指紋性等を損なわずに良好
な溶接性が得られる樹脂被膜形成方法を提供する。 【解決手段】鋼板表面に有機樹脂エマルジョン（樹脂
液）の微細粒滴を静電霧化により分散塗布し、熱風吹き
付け処理を施す。樹脂液塗布前の鋼板温度は８０℃以
下、塗布後の熱風吹き付け温度は１００〜７００℃、風
速は５〜３０ｍ／秒とする。鋼板表面の樹脂液粒滴は、
熱風吹き付けにより流動偏平化し、ミクロ的不連続膜面
形態を呈する薄膜の樹脂被膜が形成される。この樹脂被
膜の形態制御効果として、溶接抵抗が低減し良好な溶接
性（溶接部の強度確保、溶接電極の耐用寿命向上等）が
得られ、また耐食性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板表面に潤滑
性，耐指紋性などを付与するための有機樹脂被膜の形成
方法、詳しくは有機樹脂エマルジョンを静電霧化して鋼
板表面に微細粒滴として均一に付着させ、加熱乾燥する
ことによりミクロ的な不連続膜面形態を有する有機樹脂
被膜を形成する方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鋼板，家電製品，建築内装部
材，各種機器等に供されるステンレス鋼板，めっき鋼板
等は、その用途・要求特性に応じ、耐食性・塗装焼付け
性等を高めるための表面処理としてクロメート処理が施
される。更に、プレス成形加工等の成形加工性を高める
ための潤滑性を付与し、あるいは鋼板取扱い時の指紋の
付着による外観品質の低下（指紋付着に伴う干渉色の発
現・変色等）を防止するための処理として、クロメート
被膜の表面に有機樹脂被膜を形成することが行われてい
る。その樹脂被膜の形成法として、有機樹脂エマルジョ
ン（以下「樹脂液」とも称する）を、ロールコータによ
り鋼板表面に転写塗布し、加熱乾燥する方法が従来より
行われてきた。別法として、静電霧化法を利用した樹脂
被膜形成法が提案され、実用に供されている（特開昭63
-114635 号公報, 特開昭63-276539 号公報，特開昭64-1
1981号公報）。静電霧化による鋼板表面の樹脂被膜の形
成は、アトマイザのヘッドを高電圧に電荷した状態で高
速回転させ、そのヘッドから樹脂液を負に帯電した微細
液滴（粒径約40〜150 μｍ程度) として遠心放出させる
ことにより、鋼板（接地）に均一に分散付着させ、微細
粒滴の分散付着状態のまま加熱乾燥するものである。前
記ロールコータの転写塗布方式により形成される有機樹
脂被膜（４ｂ）が、図４に示すように緻密な連続膜面形
態をなして鋼板表面を被覆しているのに対し、静電分散
塗布方式により形成される有機樹脂被膜（４Ｃ）は、図
５のように、微細粒子として均一に分散固着したミクロ
的に断続する不連続膜面形態を呈する〔各図とも、鋼板
の素地（１）にめっき層（２）およびクロメート被膜
（３）を積層形成し、これに樹脂被膜（４ｂ），（４
ｃ）を塗布した例を示している〕。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ロールコータによる有
機樹脂被膜（４ｂ）は、緻密な連続膜面形態を有するの
で、鋼板表面の潤滑性・耐指紋性等の点で有利である
が、その反面、電気絶縁層として働き、スポット溶接に
よる機器部材・構造物等の組立てを行う場合の溶接性を
阻害し、抵抗発熱量の増大とそれに因る溶接部近傍の外
観異常（斑模様状の発生）、あるいは溶接ガンの電極先
端に樹脂が焼付くことによる電極寿命の低下等を助長す
る原因となる。他方、静電霧化方式によるミクロ的な不
連続膜面形態を有する有機樹脂被膜（４ｃ）は、不連続
膜面形態であることによる抵抗値の減少・アース性向上
等の効果として、上記のような溶接上の不具合を軽減緩
和することが可能となる。この静電霧化方式の樹脂被膜
品質および被膜形成の熱経済性を高めるための工夫とし
て、特開平4-285178号公報には、樹脂被膜形成工程に先
行するクロメート処理工程の鋼板の余熱（クロメート被
膜を焼付けるための温度約160 〜200 ℃の加熱処理によ
る鋼板の保有熱) を利用し、鋼板表面が約80〜140 ℃の
温度を保持した状態で静電霧化による樹脂液の分散付着
を行う被膜形成法が開示され、また特開平5-305266号公
報には、スポット溶接性を確保しながら樹脂被膜の潤滑
性等を改善することを目的として、無機系または有機系
潤滑剤（グラファイト，二硫化モリブン，フッ素ワック
ス，ポリエチレンワックス等）を適量配合した樹脂被膜
を形成することが提案されている。本発明は、静電霧化
方式により鋼板表面に分散塗布される有機樹脂被膜の膜
面形態を制御することにより、該有機樹脂被膜の潤滑
性，耐食性を効果的に発揮させると共に、改良されたス
ポット溶接性を具備せしめた有機樹脂被膜鋼板の製造法
を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、クロメート処
理された鋼板の表面に有機樹脂エマルジョンを静電霧化
して均一に分散付着させ、加熱乾燥することによりミク
ロ的な不連続膜面形態を有する有機樹脂被膜を形成する
方法において、処理前の鋼板温度を８０℃以下とし、有
機樹脂エマルジョンを静電霧化して鋼帯表面に均一に分
散付着させた後、温度: １００〜７００℃、風速: ５〜
３０ｍ／秒の熱風を吹き付けることにより、鋼板表面に
付着している有機樹脂エマルジョンの微細粒滴を偏平化
すると共に乾燥固着させることを特徴としている。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明による鋼板表面の有機樹脂
被膜の形成は、有機樹脂エマルジョン（「樹脂液」）を
静電霧化により鋼板表面に分散付着させ、ついで熱風吹
き付け処理を施すことにより達成される。樹脂液の静電
霧化は、高電位に電荷したアトマイザの高速回転するノ
ズルから樹脂液を遠心放出することにより行われ、樹脂
液は表面張力により微細液滴（粒径約40〜150 μｍ) と
して、鋼板表面にミクロ的な散点模様状に静電付着す
る。その樹脂液の静電霧化操作条件は、前記従来法にお
けるそれと異ならない。樹脂液の微細粒滴を静電付着さ
せた鋼板の表面に対して熱風吹き付け処理を行う点は本
発明の最も特徴とする点である。熱風吹き付け処理を施
すことにより、樹脂液の微細粒滴は、熱風の衝風作用で
鋼板表面に沿って流動し偏平化すると共に、加熱効果を
受けて乾燥し鋼板表面に固着する。

【０００６】図３は、本発明により鋼板表面に形成され
る有機樹脂被膜の断面形態を模式的に示している。その
樹脂被膜（４ａ）を、前記図５の従来法（静電霧化法に
よる）の樹脂被膜（４ｃ）と比較すると、図５の樹脂被
膜（４ｃ）は半球状の粒形態を有して分散付着している
のに対し、本発明による樹脂被膜（４ａ）は平坦化され
た形状を有している。この断面形状の変化に伴つて、樹
脂被膜の鋼板被覆面積率〔＝（鋼板全表面積−樹脂被膜
が存在しない部分の鋼板表面積）／鋼板全表面積 ×１
００（％）〕は増大する。また、その樹脂被膜（４ａ）
は、前記図５の樹脂被膜（４ｃ）と異なって不規則な分
散付着形態を呈しているが、微細な空白部（樹脂被膜が
存在しない部分）が散在し、ミクロ的に断続した不連続
膜面形態を有している。この樹脂被膜の形状制御、すな
わち被膜層の薄膜化の効果として、溶接時の樹脂被膜に
よる抵抗発熱量が減少し、またミクロ的な不連続膜面で
あることによりアース性も確保され、更に樹脂被膜の平
坦化に伴う被覆面積率の増大の効果として耐食性等も高
められる。

【０００７】本発明において、樹脂液を分散塗布する前
の鋼板温度を、８０℃以下に規定したのは、鋼板温度が
それより高いと、鋼板保有熱の加熱乾燥作用により、鋼
板表面に付着する樹脂液粒滴の流動性が急速に損なわ
れ、結果として熱風吹き付け工程における樹脂液粒滴の
流動・偏平化を首尾よく達成することが困難となるから
である。樹脂液の微細粒滴を分散付着させた鋼板表面に
対する熱風吹き付け処理において、熱風温度を１００℃
以上としたのは、それより低温の熱風では、樹脂液粒滴
の乾燥が不十分となり、７００℃を上限としたのは、そ
れを超える高温熱風では、樹脂液が沸騰し、健全な樹脂
被膜品質を得ることができなくなるからである。また、
熱風の風速を、５〜３０ｍ／秒の範囲に規定したのは、
これより低速度の熱風では、衝風作用としての樹脂液粒
滴の流動・偏平化効果が不足するからであり、その上限
を３０ｍ／秒に規定したのは、それを超えると、樹脂液
粒滴の流動・偏平化による粒滴同士の付着合体が過度に
進行し、結果として形成される樹脂被膜が連続膜面形態
となり、樹脂液を静電霧化して分散塗布する所期の目的
が達成されなくなるからである。

【０００８】本発明の鋼板表面の樹脂被膜の付着量は、
従来法におけるそれと異ならず、約０．７〜１．１ｇ／
ｍ² 程度であってよいが、その樹脂被膜の鋼板表面の被
覆面積率は、熱風吹き付け処理による樹脂液粒滴の流動
・偏平化の効果として、従来材（樹脂被膜被覆面積率:
約４０〜７０％）と比べ、同じ付着量に対して被覆面積
率が高くなる。樹脂被膜による被覆面積率は、その付着
量と熱風吹付け処理条件により任意に制御することがで
きる。その被覆面積率は、好ましくは７０〜９０％であ
る。７０％以上の被覆率により、改良された耐食性が付
与され、その被覆面積率９０％以下において、スポット
溶接時の抵抗発熱量の低減効果も十分に確保される。そ
の樹脂被膜の膜厚は約０．９〜１．４μｍである。

【０００９】図１は、本発明の分散有機樹脂被膜鋼板の
製造ラインの例を示している。鋼帯（Ｓ）は図の左から
右方向へ移送され、その鋼帯パスラインに沿って、上流
側から、クロメート処理液塗布装置（１０）、焼付け乾
燥装置（２０）、冷却装置（３０）、樹脂液の静電霧化
塗布装置（４０）、熱風炉（５０）等がこの順に配置さ
れている。鋼帯（例えば亜鉛めっき鋼板）（Ｓ）はリー
ルから巻き出され、まずクロメート処理液塗布装置（１
０）に導入され、その表面にクロメート処理液が塗布さ
れる。クロメート処理液の剤種の選択や、クロメート被
膜の付着量の制御等は通常のそれと異ならない。その処
理液は、所望により、耐食性改善成分として、シリカゾ
ル，アルミナゾル，ジルコニアゾル等の無機系ゾル、あ
るいは鋼板に対する濡れ性を高めるための添加剤として
燐酸や硼酸等を、常法に従って適量配合したものが使用
される。クロメート被膜の付着量は、約１０〜１５０ m
g / m ² （トータルＣｒ量換算値）程度に調整される。
なお、図は、クロメート処理液の塗布方式として、処理
液貯留パン（１１）およびコーティングロール（１２）
等を鋼帯パスラインの上下両側に配置し、コーティング
ロール（１２）を介して鋼帯表面に転写塗布する例を示
しているが、むろんこの方式に限定されず、スプレー方
式、あるいは処理液浴中を通過させる方式等により行っ
てもよい。クロメート処理液塗布装置（１０）につづく
加熱炉（２０）は熱風給排系（２１，２２）を有し、炉
内温度は、所定の鋼板温度（約１８０±２０℃）となる
ように調節保持されており、鋼板の炉内通過により、ク
ロメート被膜の焼付け乾燥が行われる。

【００１０】加熱炉（２０）から導出された鋼板は、冷
却装置（３０）内を通過したのち、樹脂液静電霧化塗布
装置（４０）に導入される。樹脂液塗布装置（４０）へ
の導入に先立って冷却装置（３０）を通過させるのは、
鋼帯温度を、樹脂液の分散塗布に適した温度に調整する
ためである。クロメート被膜の焼付け乾燥を行った直後
の鋼帯温度は、約１８０℃±２０℃の高温状態にあり、
これをそのまま樹脂液塗布装置（４０）に導入したので
は、鋼帯表面に分散付着した樹脂液粒滴の流動性の急速
な低下をきたし、それにつづく熱風吹き付け処理（樹脂
液粒滴の流動・偏平化）を首尾よく達成することができ
なくなるからである。冷却装置（３０）を送通する鋼帯
（Ｓ）は、冷却ファン（３１）から送給される冷却空気
と向流接触しつつ所定の温度（８０℃以下）に調整され
て静電霧化塗布装置（４０）に送り込まれる。

【００１１】樹脂液の静電霧化塗布装置（４０）は、鋼
帯パスラインを挟んで上下にアトマイザ（４１）が対向
配置されている。アトマイザ（４１）は、図２に示すよ
うに、回転軸（４２）の先端にヘッド（４３）が装着さ
れ、ヘッド（４３）は、外部に連通する軸対称形状の内
部空間（４４）と、その内部空間（４４）に樹脂液を供
給するノズル（４５）を備えていると共に、給電線（図
示せず）により高電位（約-100KV）に電荷された構成を
有している。アトマイザ（４１）の高速回転（約２〜３
万 r.p.m.)により、樹脂液はヘッド（４３）の内部空間
（４４）から、負に帯電された微細粒滴として外部に遠
心放出され、その微細粒滴は鋼帯（接地）の表面に分散
付着する。上記樹脂液は、従来のそれと異ならず、水溶
性または水分散性樹脂、例えばアクリル樹脂，エポキシ
樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリオレニイ
ン樹脂，アクリル−シリカ系樹脂等を用いて調製される
有機樹脂エマルジョンであり、所望により、樹脂被膜の
潤滑性を高めるための添加剤として、無機系潤滑剤（グ
ラファイト，二硫化モリブデン，二硫化タングステン
等）、有機系潤滑剤（ふっ素ワックス，ポリエチレンワ
ックス，ポリエステルワックス，脂肪酸オイル等）を適
量配合（約１〜２５重量％）して調製されたものが使用
される。静電霧化操作および鋼板表面の樹脂付着量等も
従来法におけるそれと異ならない。

【００１２】鋼帯表面に樹脂液を静電霧化により分散塗
布した後、熱風炉（５０）に送り込み、熱風吹き付け処
理（１００〜７００℃）を施す。この処理工程は、既に
述べたように本発明の最も特徴とする点であり、熱風吹
き付けにより、鋼帯表面に分散付着した樹脂液粒滴の流
動・偏平化を生じ、図３に示すようなミクロ的断続膜面
形態を有する樹脂被膜が形成される。鋼帯は、送風ファ
ン（６１）を備えた冷却装置（６０）に導入され、コイ
ルの巻取り操作に適した温度に調整される。こうして形
成される樹脂被膜鋼板は、樹脂被膜のミクロ的膜面形態
の効果として、スポット溶接における電気抵抗の減少、
アース性の確保により良好な溶接性を示し、また樹脂被
膜の被覆面積率の増大効果として改良された耐食性・潤
滑性等を帯有する。

【００１３】

【実施例】電気亜鉛めっき鋼板（板厚: 0.8 mm, めっき
目付け量: 20 g / m ²・片面）を、図１の連続処理ライ
ンに導入し、クロメート処理液の塗布および焼付け乾燥
によりクロメート被膜を形成した後、鋼板温度を調整
し、静電霧化による樹脂液の分散塗布および熱風吹き付
け処理により樹脂被膜形成を行って供試材（発明例）を
得た。 (1)ライン速度: ７０〜８５ｍ／分 (2)クロメート被膜形成 ・処理液組成: 無水クロム酸水溶液 ・塗布量（目標値）: ５０±１０ｍｇ／ｍ² （トータル
Ｃｒ量換算値） ・焼付け乾燥温度 : １６０〜２００℃ (2)樹脂被膜形成 ・処理前鋼板温度 : ６０〜８０℃ ・樹脂液 : ウレタン樹脂系エマルジョン ・静電霧化塗布後の熱風吹き付け 熱風温度: ４７５〜６５０℃ 熱風速度: ９〜３０ｍ／秒

【００１４】比較例（従来材）として、クロメート被膜
を形成した後、鋼板（温度約１００℃）に、静電霧化に
よる樹脂被膜の形成（鋼板表面の樹脂液粒滴に対する熱
風吹き付け処理を省略した点を除いて前記発明材の製造
条件と同じ）を行い、図５に示す膜面形態を有する供試
鋼板（特開平4-285178号公報所載の処理鋼板に相当）を
得た。

【００１５】表１に、供試鋼板（発明材および従来材）
の諸特性を示す（発明材供試数ｎ＝15, 従来材供試数ｎ
＝30, 表中数値は平均値）。発明材と従来材とにおける
樹脂被膜の付着量（ｇ／ｍ² ）は実質的に両者同一であ
るが、発明材における樹脂被膜の鋼板被覆面積率は、従
来材に比べて大である。これは熱風吹き付け効果である
樹脂被膜の偏平化による。その偏平化に相応して樹脂被
膜は、従来材に比し薄層化している。樹脂被膜の層厚
は、従来材の樹脂被膜厚１に対し、発明材のそれは約
０．８５である。また、発明材の腐蝕試験（72Hr塩水噴
霧試験) における白錆発生率は、従来材のそれに比べ減
少し、改良された耐食性を有している。これは樹脂被膜
の偏平化による被覆面積率の増大効果である。なお、発
明材の動摩擦係数（μ）〔表面性状測定機による．摩擦
面: ステンレス鋼板（SUS 304, BA 仕上げ) 〕は、従来
材のそれと実質的に同一であり、樹脂被膜の形態の変化
に拘らず、従来材と同等の潤滑特性が確保されている。

【００１６】

【表１】

【００１７】図６および図７は、各供試材について実施
した下記の溶接条件によるスポット溶接の溶接結果を示
している。図６は、溶接部の強度（引張剪断強度）に及
ぼす溶接電流の影響，図７は、同一の溶接電極によるス
ポット溶接の連続反復回数と形成される溶接部の強度
（引張剪断強度）との関係を示したグラフである（図
中，○: 発明材，△: 従来材）。 〔溶接条件〕 ・溶接ガンの電極形状: CF型，先端断面径 4.5±0.1 mm ・溶接面の加圧力 : 2500 N ・溶接電流: 6.0 〜8.5 KA ・通電サイクル:11 サイクル ・電極先端冷却水: 3 L / min

【００１８】図６に示したように、適正な溶接電流条件
下に、良好な引張り剪断強度を有する溶接継手が形成さ
れており、発明材（○）と従来材（△）との間に実質的
な差異はない。更に、図７に示したとおり、同一の電極
を用いたスポット溶接の連続反復実施において、形成さ
れる溶接部の強度は、打点回数約3,700 回程度までは、
発明材と従来材との間に実質的な差異はないが、打点回
数がそれを超えると、従来材の溶接部の強度は大きく低
下している。これに対し、発明材では、打点回数約4,20
0 回付近まで、良好な強度を有する溶接継手が形成され
ており、両者の差異は顕著である。打点回数の増大に伴
い溶接部の強度が低下するのは、電極先端部が劣化して
いくからであり、その劣化は主として樹脂被膜の焼付き
が生じることにある。発明材における連続打点回数の増
大効果は、樹脂被膜の膜厚が従来材に比べて薄く、樹脂
被膜の焼付き等による劣化が効果的に軽減緩和されるこ
とに基づくものである。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、樹脂被膜のミクロ的膜
面形態の制御効果として、良好な溶接性を有する樹脂被
膜鋼板を製造することができ、その改良された溶接性に
より、スポット溶接の電極の耐用寿命を高め、スポット
溶接の連続反復回数を増大することができる。また、樹
脂被膜の形態制御の効果として、良好な潤滑性を有する
共に、改良された耐食性を確保することを可能にする。
従って本発明は、自動車用鋼板，家電製品，建築内装部
材，各種機器等に供給される樹脂被膜塗布鋼板の製造法
として工業的に大なる価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための連続処理ラインにおけ
る鋼板の表面処理工程を示す工程説明図である。

【図２】樹脂液の静電霧化による分散塗布処理に使用さ
れるアトマイザを示す断面図である。

【図３】本発明により形成される樹脂被膜のミクロ的不
連続膜面形態を模式的に示す断面説明図である。

【図４】従来のロールコータにより形成される樹脂被膜
の膜面形態を模式的に示す断面説明図である。

【図５】静電霧化法により形成される従来の樹脂被膜の
ミクロ的不連続膜面形態を模式的に示す断面説明図であ
る。

【図６】樹脂被膜を有する鋼板のスポット溶接部の強度
と溶接電流の関係を示すグラフである。

【図７】樹脂被膜を有する鋼板のスポット溶接部の強度
に及ぼす連続溶接打点回数の影響を示すグラフである。

【符号の説明】

１: 鋼板素地 ２: めっき層 ３: クロメート被膜 ４ａ，４ｂ，４ｃ: 樹脂被膜 １０: クロメート処理液塗布装置 １１: クロメート処理液貯留パン １２: コーティングロール ２０: 加熱炉 ２１，２２: 熱風給排系 ３０: 冷却装置 ３１: 送風ファン ４０: 樹脂液静電分散塗布装置 ４１: アトマイザ ５０: 熱風炉 ５１: 熱風送給ファン ６０: 冷却装置 ６１: 送風ファン Ｓ: 鋼板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロメート処理された鋼板の表面に、有
   機樹脂エマルジョンを静電霧化して均一に分散付着さ
   せ、加熱乾燥することによりミクロ的な不連続膜面形態
   を有する有機樹脂被膜を形成する方法において、 処理前の鋼板温度を８０℃以下とし、有機樹脂エマルジ
   ョンを静電霧化して鋼帯表面に均一に分散付着させた
   後、温度: １００〜７００℃、風速: ５〜３０ｍ／秒の
   熱風を吹き付けることにより、鋼板表面に付着している
   有機樹脂エマルジョンの微細粒滴を偏平化すると共に乾
   燥固着させることを特徴とする静電分散有機樹脂被膜の
   形成方法。