JPS6049031B2 - 金属板の表面処理方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属板の表面処理方法および装置に関し、さら
に詳しくは金属板に対する塗料の濡れ性や塗膜の密着性
等の塗装性を改善するための金属板の表面処理方法およ
び装置に関する。

従来例えは金属キャップ、金属缶、金属キャビネット等
の塗装金属製品は、一般に低炭素鋼板、ぶりき（錫めつ
き鋼板）、ティンフリースチール（電解クロム酸処理鋼
板）、あるいはアルミニウム（合金）板等の金属板（厚
さは通常約０．１５〜１．０−）の表面に、先づプライ
マー（例えばエポキシ系塗料やビニール系塗料）を塗布
、乾燥（焼付を八Ｌ、払、）、■！、クを ／−に−−
喀百’４３音１−−ワ３３ｍ） １、一次に本塗装を行
ない、キユアした後、プレス成形等の加工を行なうこと
によつて製造されていた。

プライマー処理を行なわない場合は、本塗装のさいの塗
装性が悪く、塗料の濡れ不良や塗膜の密着性不良等の欠
陥を生じ易い場合があり、満足な塗装金属板を得ること
が困難なためである。し力士ながらプライマー処理は、
プライマー塗料を用いることによる材料コスト高、プラ
イマー塗料は通常溶剤型であるための衛生上の公害、お
よび乾燥のための大型オープンを必要とする等の問題を
有する。本発明は以上に述べた従来技術の問題点の解消
を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は油性有機物質よりなる
薄膜を表面に形成された金属板の該表面をコロナ放電処
理することを特徴とする金属板の表面処理方法を提供す
るものてある。

さらに本発明は、金属板を平坦な状態で搬送する手段、
該搬送される金属板に対向して、かつ平フ行に移動可能
に設けられ、かつ誘電性材料よりなる第１の層と導電性
材料よりなる第２の層を有し、該第１の層が該金属板に
対向するエンドレスベルト、該第２の層に接続する高周
波発振装置、および該金属板を接地する手段を備えるこ
とを特５徴とする金属板の表面処理装置を提供するもの
てある。

以下本発明について説明する。

本発明の適用される金属板は、シート状（すなわち切板
）またはストリップ状の低炭素鋼板又はアルミニウム（
合板）板（厚さは通常約０．１５〜１．０ｍｍ）、もし
くはその上に錫又はクロム等を被覆したぶりき又はティ
ンフリースチール等の金属被覆金属板等を指称する。

金属被覆金属板の場合は、金属被覆処理後の表面に、通
常の金属板の場合は一般に調質圧延（および切断）後の
表面に、油性有機物質よりなる薄膜を形成する。ここに
油性有機物質とは、例えば綿実油、亜麻仁油、菜種油、
ひまし油などの植物油、オレイン酸、ステアリン酸、リ
ノール酸、リノレン酸、パルミチン酸等の高級脂肪酸、
リン酸トリクレジル、ジオクチルアゼレート、ジオクチ
ルセバケート、ジブチルセバケート等のエステル類であ
つて、粘度が２３℃で２０−１５０ＣＰＳであるものを
いう。

これら油性有機物質の膜厚は、重量換算て約１Ｔｎ９／
ｄ〜２００ＴｒＬ９／ｄてあることが望ましい。約１ｍ
９／イより薄いと後述のコロナ放電処理によつても塗装
性の改善が認められず、一方２００ｍ９／イより厚いと
、コロナ放電処理によつて膜厚全体にわたり油性有機物
質の改質を実現するのに長時間を要して実用的でなく、
また膜厚全体にわたり改質されたとしても、改質された
有機膜が厚すぎるためと推測されるが、塗装性特に塗膜
の密着性が低下するためである。上記薄膜の形成は、静
電塗装、又は水エマルジョン浴中に浸漬、ロールでの絞
り、熱風乾燥等の方法により、溶剤を用いるこ．となし
に行なうことができる。次に上記薄膜を形成された金属
板の表面をコロナ放電処理する。

コロナ放電処理は、金属板を接地し、当該金属板表面に
対向して設けられた電極に高周波電流を通電することに
よつて行なわれｊる。金属板と対極間の間隙は約１〜４
Ｔ０Ｌ、高周波電流の周波数は５〜５００ｋＨｚ１出力
１〜１０ｋＷ１放電処理時間０．１〜５．ひ秒の処理条
件で、通常は塗装性の優れた活性面を有する金属板を得
ることができる。
ク従来からポリオレフィンフィルム等の表
面活性化のために、コロナ放電処理を施すと、濡れ性、
密着性に効果のあることはよく知られている。しかしこ
の場合、活性化はフィルムの放電面側表面にのみ限られ
ている。すなわちフィルムの裏面側表面は濡れ性、密着
性の改良は行われず、従来の性状を示すことを本発明者
等は確認している。このような現象は本発明に例示した
油性有機物質についても、具体例３に示すように、その
膜厚が大きくなると現われる。本発明者等は、必ずしも
理由は明らかでないが、金属板上に形成される油性有機
物質の膜厚がある一定の範囲の中では、濡れ性、密着性
の共に優れる性能が得られることを見つ出した。この理
由について、第１図ａに示すように、金属板６上の油性
有機物質ｘの膜厚が大きい場合は、活性面ｙが放電面側
に限定されるのに対し、上記膜厚が好ましい範囲（約１
〜２００ｍ９／Ｒｌｌ）内にあると、第１図ｂのように
金属板６との７界面側にも活性面ｙが形成されるためと
推測される。活性面は必ずしも明らかでないが、コロナ
放電処理によつて、油性有機物質よりなる薄膜の酸化、
又は酸化重合、酸化分解等の改質（活性化）ｌが行なわ
れて、薄膜が表面張力が大で、かつ金属板表面との密着
性の優れた膜に変質することによるものと推測される。

上記コロナ放電処理後、溶剤型塗料又は無溶剤型塗料が
公知の手段、すなわちロール塗装、スプレー塗装、浸漬
塗装法等によつて前記処理表面に塗装される。

そして溶剤型塗料の場合は特に塗膜密着性、無溶剤型塗
料（例えば紫外線キユア型塗料、電子線キユア型塗料、
遠赤外線キユア型塗料、触媒キユア型塗料）の場合は、
特に濡れ性が大幅に改善される。次に本発明の装置につ
いて、実施例を示す図面を参照しながら説明する。

第２図、第３図、第４図において、１はゴムのような非
電導性材料よりなる無限ベルトであつて、図示されない
駆動機構によつて駆動される駆動ロール２、および案内
ロール３，４，５によつて、その上部スパン部１ａ（駆
動ロール２と案内ロール５の間の部分）は水平に矢印方
向に定速度て走行している。

６はシート状の金属板であつて、前段のコンベア装置７
から上部スパン部１ａ上に装入される。

無限ベルト１には、第４図に示すように、走行方向に平
行に、一定の間隔をおいて、多数の丸孔８および長孔９
が設けられており、さらに上部スパン部１ａの下面に接
触して、少なくとも上面が金属のような導電性材料より
なり、かつ接地された真空吸引ボックス１０が配設され
ている。真空吸引ボックス１０の上面には、無限ベルト
１の丸孔８および長孔９の通過する位置に、細長い真空
吸引孔１１（第３図では４箇）ｔが走行方向に平行に設
けられており、真空吸引ボックス１０は導管１２を介し
て図示されない真空装置に連接する。真空吸引ボックス
１０の横方向の幅は、エンドレスベルト１３の内層１３
ｃの幅よりも小さい方が、安定放電の見地から好まし１
い。真空吸引ボックス１０の上部には、上部スパン部１
ａに対向し、かつ平行に走行可能な下部スパン部１３ａ
を有するエンドレスベルト１３が配設されている。

エンドレスベルト１３は、図示され，ない駆動機構によ
つて駆動される駆動ロール１牡および案内ロール１５，
１６によつて矢印方向に定速度で走行するように構成さ
れている。案内ロール１６は導電性材料（例えは表面を
硬質クロムメッキされた銅ロール）よりなり、通電ロー
５ルとしても機能し、トランス１７および高周波発振装
置１８に接続する。エンドレスベルト１３の外層１３ｂ
はポリエステル樹脂のようなプラスチックフィルム、又
はシリコンゴム、ハイパロンゴムのようなゴム等の誘電
性材料よりなり、内層１３ｃは、銅ストリップ、不銹鋼
ストリップ又は導電性ゴムのような導電性材料よりなり
、両層は適当な接着剤を介して密着されている。外層１
３ｂと、上部スパン部１ａ上を搬送される金属板６の上
面間の間隙は、コロナ放電が安定して行なわれるように
約１〜４ｗｒｍに定められる。１９は入口側金属ブラシ
、２０は出口側金属ブラシであり、何れも接地されてお
り、入口側金属ブラシ１９は金属板６の上面に接触する
ように（又は図示されないが金属板６の側面カットエッ
ジに接触するように）、一方出口側ブラシ２０（２列の
長孔に対応して２個）は長孔９を挿通して上方に延び金
属板６の下面に接触するように（又は図示されないが金
属板６の側面カットエッジに接触するように）、かつ金
属板６の何れかの部分が下部スパン部１３ａの下を通過
している時、すなわちコロナ放電処理を受けるときは、
何れかの金属ブラシが金属板６と接触するように、すな
わち金属板６を接地するように、金属ブラシ１９，２０
は配設されている。

２１は放電のため温度が上昇した外層１３ｂを冷却する
ための冷風吹付装置てある。

以上の装置において、上部スパン部１ａに装入された金
属板６は、先づ先端の上面が入口側金属ブラシ１９と接
触して接地された後、下部スパン部１３ａと上部スパン
部１ａの間隙の間に入つてコロナ放電処理を受け、表面
の油性有機物質よりなる薄膜を改質される。そのさい電
磁効果により金属板６には上部スパン部１３ａ側に向う
、すなわち上方に向う吸引力が作用するが、金属板６に
は丸孔８、長孔９、真空吸引孔１１を介して下方に向う
強い真空吸引力が働いているので、金属板６は上方に吸
引されることなく、上部スパン部１３ａとの所定の間隙
を保つて矢印方向（図面の右方向）に搬送されながら、
その上面の全体にわたり所定時間のコロナ放電処理を受
ける。なお金属板６の尾端が入口側金属ブラシ１９を通
過後は、出口側金属ブラシ２０が金属板と接触するため
、少なくとも上記尾端が上部スパン部１３ａの下部を通
過し終るまでは、金属板６の接地は保持される。エンド
レスベルト１３の外層１３ａは誘電性材料よりなるので
、コロナ放電は安定して行なわれ、集中火花放電による
金属板の熱的損傷は防止される。従来の表面処理用コロ
ナ放電装置は、主としてポリエチレンフィルムのウェブ
のような長尺の可撓性材料をごく短時間表面処理するた
めに考案されたものであるので、ウェブ案内用の接地ロ
ールと、高周波電源に接続する対極ロールよりなるもノ
のてあつた。

そのため切板状の金属板には適用することができず、ま
た処理時間を長くするためにはウェブの走行速度を遅く
する、つまり生産速度を落さなければならないという問
題があつた。しかるに上記本発明の装置の場合は、切板
状の金属夕板に容易に適用することができ、また駆動ロ
ール１４と案内ロール１５の間隔を調節することにより
、下部スパン部１３ａの長さを容易に変化させることが
でき、従つて生産速度を落すことなく、比較的長時間の
、すなわち高エネルギーの表面処Ｏ理を行なうことがで
きるという利点を有する。なお真空吸引ボックス１０の
上面は接地された導電性材料よりなるので、金属板６が
通過していない間も放電が行なわれているので、金属板
６は常に安定してコロナ放電処理を受けることができる
。またエンドレスベルト１３は絶えず走行しているのて
、放電時の発熱に伴う外層１３ａの温度上昇は、冷却吹
付装置２１のような冷却装置の採用により防止すること
ができ、それによつて外層１３ａの高寿命化を確保する
ことができる。なお案内ロール１５を水冷して、上記冷
却装置とすることもてきる。なお上記の実施例では無限
ベルト１を非電導性材料としたが、無限ベルト１はスチ
ールシートベルト又はスチールメッシュベルトのような
金属製ベルト、又はこれらにゴム又はプラスチックが積
層されたベルトであつてもよい。

そして無限ベルト１の外表面が金属の場合は、該金属を
接地することにより、ブラシ１９，２０を省くことがで
き、真空吸引ボックス１０上面も必ずしも接地された導
電性材料である必要はない。なお金属板がストリップの
場合も、上記装置をそのまま用いることができるが、こ
の場合は搬送用の無限ベルト１を省略し、送出しリール
と巻取りリール（図示されない）の間でテンションを張
，つたストリップ（接地された）を直接真空吸引ボック
ス１０上に沿つて通過させてもよい。

この場合、ストリップが強磁性体のときは、真空吸引ボ
ックスの代りにマグネットロール（図示されない）を用
いて、前記上方への吸引を防止してもよ２い。本発明の
方法によれば、金属板の表面に形成された油性有機物質
よりなる薄膜が、コロナ放電処理により改質されて塗装
性に優れた表面被膜となるので、従来塗装改善のために
用いられていた溶３剤型プライマーコートを省くことが
でき、従つて材料コストの節減、溶剤による衛生上の公
害防止、大型オープンの使用廃止等を実現てきるという
効果を有する。さらに本発明のコロナ放電処理装置によ
れは、？ゞ金属板は平坦状で搬送されるので、切板状の
金属板に適用することができ、さらに高周波発振装置に
接続するエンドレスベルトよりなる対極も平坦状である
ので放電面積が大きく、従つて大きな放電エネルギーを
金属板に与えることができるという効果を有する。

以下具体例について説明する。

具体例１ 公知の組成浴、条件により錫めつき量５．２ｙ／ノｄ（
片面表示）の陰極処理クロメート膜を有する厚さ０．２
５順、長さ９０ＣＴＬ幅あｄのぶりき試料を作製した。

このぶりき試料の上に水エマルジョン法によりジオクチ
ルセバケートの薄膜を形成した。塗布量は溶剤抽出（エ
チルエーテル）法の測定結果から平均３Ｔ１Ｌ９／ｄで
あつた。次に第２図に示す型式のコロナ放電処理装置に
より、該薄膜の改質処理を行なつた。放電条件は次の通
りである。下部スパン部１３ａの長さ：２０Ｃ７７！下
部スパン部１３ａと上部：３？ スパン部１ａの間隙 搬送速度 ：５ｎ１／分、２０ｒ１１／分、６０ｒ
ｎ／分ロール１６に入力する高周波：９．６ｋＨｚ，４
．２ｋＶＡ電流 なお比較のため、上記薄膜を形成することなく放電処理
を行なつた試料、上記薄膜を形成せず、また放電処理も
行なわない試料、薄膜を形成したが放電処理を行わない
試料（その他の条件はすべて具体例と同じ）も作製した
。

これらの試料にエポキシ−フェノール系塗料（固形分３
０重量％、キシレン、メチルイソブチルケトン等量混合
溶媒溶液）を直接ロール塗装し、１９０℃×１紛の焼付
を行つた。

焼付後の塗膜厚さは５０ｍｇ／Ｄｄであつた。これらの
試料についての塗装性の評価試験結果を第１表に示した
。具体例２ 無塗油の板厚０．２３７ｒ＄ｔ、長さ９０ｃ７ｎ、幅３
５αのアルニミニウム合金板（ＪＩＳ３ＯＯ３）を用意
し、水エマルジョン法により第２表に示す塗布量の綿実
油の薄膜を表面に形成した。

該表面に具体例１と同じ条件て（但し搬送速度は２０１
１１／分のみ）コロナ放電処理により該薄膜の改質処理
を行なつた。なお比較のため、上記薄膜を形成せず、ま
た放電処理も行なわない試料、薄膜を形成したが放電処
理を行なわない試料（その他の条件はすべて上記具体例
と同じ）も作製した。

これらの試料に紫外線硬化型アクリル樹脂（東亜合成（
株）アロニツクスＭ８Ｏ６Ｏに光硬化触媒として、ベン
ゾインエチルエーテルを１重量％添加）を塗膜厚さが５
０ｍｇ／Ｄｄとなるように、直接ロール塗装、直ちに１
６０Ｗ／ＣｒＱの高圧水銀燈（ウシオ）夫スＩ月）１ゝ
ｖべ土３園′ＰＪ門にＬ″Ｊ ／υ機（株）製）の下を
５ｃ７ｎの距離で、６０ｒＴ１／分の速度通過させ、硬
化させた。

これらの試料について塗装性の評価試験結果を第２表に
示す。具体例３ 具体例２で使用したものと同様の無塗油のアルミニウム
合金板を用意し、これに水エマルジョン法により第３表
に示す塗布量のジオクチルセバケートの薄膜を表面に形
成した。

該表面に具体例１と同し条件（但しコロナ放電処理時間
は、１秒、３秒、ｗ秒）で、該薄膜の改質処理を行なつ
た。これらの試料を具体例２と同様の方法により、塗装
性の評価試験を行なつた。その結果を第３表に示す。
Ｑ＝ノｊ） ク０

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂはコロナ放電処理後の金属板の模式縦断面
図であつて、第１図ａは油性有機物質の膜厚が厚い場合
、第１図ｂは薄い場合を示す図面、第２図は本発明の装
置の１実施例の正面図、第３図は第２図の■−■線に沿
う縦断面図、第４図は第２図の■−■線からみた平面図
である。 １・・・・・・無限ベルト、１ａ・・・・・上部スパン
部（金属板を平坦な状態で搬送する手段）、６・・・・
・・金属板、１３・・・・・・エンドレスベルト、１３
ｂ・・・・・・外層（第１の層）、１３ｃ・・・・・・
内層（第２の層）、１８・・・・高周波発振装置、１９
・・・・・・入口側金属ブラシ、２０・・・・・・出口
側金属ブラシ（金属板を接地する手段）、ｘ・・・・・
・油性有機物質よりなる膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 油性有機物質よりなる薄膜を表面に形成された金属
   板の該表面をコロナ放電処理することを特徴とする金属
   板の表面処理方法。 ２ 金属板を平坦な状態で搬送する手段、該搬送される
   金属板に対向して、かつ平行に移動可能に設けられ、か
   つ誘電性材料よりなる第１の層と導電性材料よりなる第
   ２の層を有し、該第１の層が該金属板に対向するエンド
   レスベルト、該第２の層に接続する高周波発振装置、お
   よび該金属板を接地する手段を備えることを特徴とする
   金属板の表面処理装置。