JP2005212051A - 模様付金属板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属板の表面に種々の模様を有する梨地を、小ロット単位で形成することが可能な模様付金属板の製造方法を提供する。
【解決手段】 遠心ロータ式投射装置２と金属板１との間には遮蔽板４が配置されており、遮蔽板４は板幅方向に複数の分割片に分割されている。遮蔽板４の各々の分割片は、各々が前後方向（金属板１の長手方向）にスライドする機構を有しており、対応する投射領域の全部又は一部を遮蔽することができる。投射領域３を遮蔽板４の分割片が覆っている部分では固体粒子が金属板１に衝突しないので、その部分は梨地を付与しない状態となり、遮蔽板４の分割片が退避した部分では金属板１に梨地が付与されることになる。したがって、各々の遮蔽板４の分割片を金属板１の進行に対応して、スライドさせることによって、金属板１の表面には、梨地処理を施した部分と母材の表面を示す部分とによって模様を構成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物の内外装材、自動車部材、家電品、家具等に使用される梨地模様の表面を有する金属板の製造方法に関するものである。

近年、建築用の内外装材、自動車部品、家電品、家具等に美観を与える梨地表面を有する金属板が好んで使用されているようになっている。このため、特に冷延鋼板、めっき鋼板、ステンレス鋼板等の鉄鋼材料や、銅、アルミなどの非鉄金属において梨地処理が施されている。

従来、梨地を金属板の表面に付与する方法としては、冷間圧延に使用するワークロールに梨地処理を施し、金属板に転写させることによるものが知られている。また、サンドブラスト法やウエットブラスト法により金属板に凹凸を付与する方法や、化学研磨、電解研磨等の電気化学的梨地処理方法がある。

一方、より意匠性を重視した金属板として、金属板の表面に梨地の模様を付与した金属板が用いられるようになっている。これは、金属板の表面に柄や模様を付与することで、より美観に優れた金属板とするものである。

このような梨地表面を有する金属板の製造方法に関する従来技術としては、特開２０００−２７１６０２公報（特許文献１）に冷間圧延による模様付鋼板の製造方法が開示されており、特開２００１−２１２７６０公報（特許文献２）にはウエットブラスト処理を利用した方法が開示されている。

特開２０００−２７１６０２公報 特開２００１−２１２７６０公報

上記の従来技術のうち、冷間圧延による模様付鋼板の製造方法においては、ワークロールに直接柄や模様を付与するため、模様自体はワークロール１周ごとに変化するものに限定され、模様をデザインする際の自由度が小さいという問題がある。また、周期的な模様を付与した金属板を大量に製造する上では、高生産性を備えた方法として好ましいが、需要者のデザインニーズの多様化に合致した小ロットの金属板を製造するには不向きである。

一方、サンドブラスト法、ウエットブラスト法や電気化学的梨地処理方法においても、金属板の全面に梨地を付与する方法は開示されているものの、あくまで均一な梨地を付与することを対象としており、任意の模様を付与し、より意匠性を高める手段は示されていない。

なお、サンドブラスト法、ウエットブラスト法によれば、金属板表面の任意の位置に梨地模様を付与することは原理的には可能ではあるが、高圧エアを用いてノズルから固体粒子を噴射する方法を用いた場合、ノズルの位置を動かしながら模様を付与する必要があるため、連続的に金属板を処理する上では、極めて生産性が低く、高コストを招くという問題がある。

さらに、金属板にフォトマスクにより保護層を形成して、部分的にブラスト材による梨地化を防ぐ方法も考えられるが、レジスト処理のコストが高く、生産性が低いため、建築用の内外装材の金属板に適用するのは経済的ではないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属板の表面に種々の模様を有する梨地を、小ロット単位で形成することが可能な模様付金属板の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、連続して搬送される金属板の所定部分に固体粒子を投射することによって、金属板の表面に梨地模様を付与することを特徴とする模様付金属板の製造方法（請求項１）である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、金属板の所定部分に固体粒子を投射する方法が、固体粒子の投射装置と金属板との間に金属板の幅方向に分割された遮蔽物を設け、金属板の搬送に合せて当該遮蔽物の分割片の位置を調整することによって金属板の所定部分に固体粒子を投射する方法であることを特徴とするもの（請求項２）である。

前記課題を解決するための第３の手段は、連続して搬送される金属板の所定部分に固体粒子を投射することによって、金属板の表面に、当該表面の各部分によって異なる粗さの梨地模様を付与することを特徴とする模様付金属板の製造方法（請求項３）である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、金属板の表面の各部分によって異なる粗さの梨地模様を付与する方法が、固体粒子の投射装置と金属板との間に金属板の幅方向に分割された遮蔽物を設け、金属板の搬送に合せて当該遮蔽物の分割片の位置を調整することによって、金属板に投射される前記固体粒子の数量を調節する方法であることを特徴とするもの（請求項４）である。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１から第４の手段のいずれかであって、投射される固体粒子の大きさが、平均粒子径30〜300μmであることを特徴とするもの（請求項５）である。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第1の手段から第５の手段のいずれかであって、金属板の表面に固体粒子を投射する工程に先立って、金属板を調質圧延する工程を有することを特徴とするもの（請求項６）である。

ここで、金属板には、熱延鋼板、冷延鋼板、表面処理鋼板やステンレス鋼板等の鉄鋼材料や、アルミニウム、銅、マグネシウムなどの非鉄金属板が含まれる。建築用の内外装材、自動車部品、家電品、家具等で意匠性を要求される金属板を主な対象とするからである。

固体粒子としては、鋼球、鋼グリッド、ステンレス鋼、ハイス、アルミナ、酸化けい素、ダイヤモンド、酸化ジルコニア、タングステンカーバイドなどが挙げられる。ただし、金属板に衝突させて梨地を付与するため、金属系固体粒子のように破砕しにくい粒子が望ましい
また、固体粒子の大きさとしては、比較的小さい粒子が望ましく、直径30〜300μm程度の固体粒子が適する。固体粒子の平均粒子径が300μmを超えると、梨地の目が粗くなり、外観上の美麗さが失われてくるからである。一方、固体粒子の平均粒子径が30μm未満になると、固体粒子を金属板の表面に投射しても、空気抵抗によって運動エネルギーが低下してしまうため、効果的に金属板表面に梨地模様を付与することが難しくなるからである。そのような観点から、好ましくは平均粒子径が50〜150μm程度の大きさの固体粒子が好適である。

さらに、固体粒子には、粒子形状がほぼ球形であるショットあるいは角張った形状であるグリットが知られている。前者は被加工材表面を硬化させるショットピーニング効果を得るために使用され、後者は、表面を研削する、いわゆるショットブラストのために使用されるのが一般的である。金属板の梨地模様を付与する観点からは、ほぼ球形の固体粒子による場合には、よりソフトでやさしい感じの外観を呈し、グリットを使用する場合には荒々しく、強い感じを与えるような外観を呈する。したがって、要求されるデザインに応じて使用する固体粒子を使い分けることができる。

また、本発明が対象とする模様付金属板では、金属板の表面に梨地を付与する部分と金属板母材のままの外観を有する部分とによって、模様を構成するものである。すなわち、母材の金属板の光沢感と梨地処理部分とのコントラストによって模様を表現する。

しかし、梨地処理を行う部分であっても、梨地の凹凸状態を変化させることによって、高い質感を表現することも可能である。例えば、固体粒子を強く衝突させた場合には金属板に形成される凹凸は起伏が大きく、衝突速度や固体粒子の単位面積あたりの投射量を小さくすると凹凸が小さくなる。凹凸が大きいと光の乱反射によって外観上は白く見え、凹凸が小さいと金属光沢感が多少残存するため、このような固体粒子の投射条件を変更することで、梨地処理部の中でも外観を変化させることができ、全体として質感を表すことも可能である。

固体粒子の投射手段としては、遠心ロータ式投射装置あるいは空気式投射装置が代表的である。空気式投射装置は、圧縮空気を噴射ノズルによって加速させ、その抗力を利用して固体粒子を加速させるものである。特に、固体粒子の質量が小さい微細粒子の投射に適しており、粒子速度を非常に大きくすることができることを特徴とする。一方、遠心ロータ式投射装置は、回転するベーンによる遠心力を利用して固体粒子を投射するものであり、空気式投射装置に比べて大きな投射量を確保することができるので、広幅の鋼板を高速処理するのに適している。

本発明の手段としては、いずれの投射方法を用いても構わないが、鋼板をはじめとする金属板を高速で処理するためには、エネルギーロスが少ない遠心ロータ式投射装置が好ましい。

前記第２の手段では、固体粒子の投射装置と金属板との間に金属板の幅方向に分割された遮蔽物を設け、当該遮蔽物の分割片の位置を調整することによって金属板の表面に模様を付与している。すなわち、遮蔽物がない状態において固体粒子が金属板に衝突する領域（以下「投射領域」という）の一部又は全部を遮蔽することによって、遮蔽された部分には母材の表面状態がそのまま残り、遮蔽されていない部分では金属板に梨地が付与されることになって、それらの違いが模様を構成することになる。

したがって、金属板の進行に応じて遮蔽物の位置を調整することで、梨地部分と母材部分とを造り分けることができ、その調整によって任意の模様が形成される。

一方、同じ梨地付与部分の中でも、遮蔽物の分割片の位置を調整することによって、金属板の色調を変更することができる。例えば、分割片の位置を調整することによって、金属板に向かって投射される固体粒子の一部を遮蔽すると、その部分に衝突する固体粒子の量が減少し、同じ梨地であっても若干金属光沢感が残存するような外観を呈して、金属板の模様を構成することができる。

したがって、予め金属板に付与すべき模様を設定し、その金属板の進行速度に合せて、梨地を付与する部分に対しては、遮蔽物の分割片を投射領域を遮蔽しない位置に退避させるか、又は一部を遮蔽するように遮蔽物の分割片の位置を調整し、梨地を付与しない部分に対しては、投射領域の全部を遮蔽する位置に遮蔽物の分割片を移動させることで、金属板の表面に種々の模様を付与することができる。

ところで、遮蔽物としては平板を用いるのが構造的に簡単であるが、立体的な構造を備えていてもよい。ただし、固体粒子が常時衝突することもあるので材質的には耐磨耗性に優れた金属材料が望ましい。さらに、固体粒子が衝突してもたわみ等が生じない程度の剛性を備える必要がある。

投射装置から金属板の間における遮蔽物の設置位置は、金属板へ衝突する粒子を遮蔽できる位置であれば任意の位置に設置することができるが、金属板に近すぎると金属板の振動によって遮蔽物と接触するので、金属板からは10mm以上離れた位置に設置するのが望ましい。

なお、遮蔽物の構造としては、金属板の板幅方向に分割された複数の分割片によって構成する必要があり、板幅方向の各位置に対応する遮蔽物を独立にスライドさせて、遮蔽領域を調整する構造が望ましい。また、より意匠性の高い細かな模様を付与する場合には、遮蔽物の分割数を多くして、より自由度の高い調整を可能とする構造にする必要がある。

前記第６の手段は、金属板の表面に固体粒子を投射する工程に先立って、金属板を調質圧延する工程を有することを特徴とするものである。これは、固体粒子の投射によって梨地模様を付与する前に、母材全体の光沢度を変化させておくことで、梨地部分と母材部分とのコントラストを調整するものである。

例えば、調質圧延においてブライトロールを使用すると、母材の光沢度が上昇し、固体粒子の投射による梨地部分とのコントラストが大きくなる。一方、調質圧延においてダルロールを使用すると、母材も一定の梨地を基調とすることになって、固体粒子の投射による梨地部分とのコントラストを和らげて、ソフトな外観を呈する金属板を製造できる。したがって、要求されるデザインに対応して、調質圧延におけるロール仕上げ状態を変更することで、より幅広い外観を有する金属板を製造することができる。

以上説明したように、本発明によれば、金属板の表面に種々の模様を有する梨地を、小ロット単位で形成することが可能な模様付金属板の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態である模様付金属板の製造方法の例を説明する。それに先立ち、金属板に梨地模様を形成する遠心ロータ式投射装置について説明する。図４は遠心ロータ式投射装置の概略図である。遠心ロータ式投射装置は、モータ２１によって駆動されるインペラー２２およびベーン２３によって、遠心力を利用して固体粒子を加速させる装置（インペラー２２、ベーン２３および付帯して回転する部分を「遠心ロータ」という）である。固体粒子は、タンク等に貯められた状態から、粒子供給管２４を通じて、遠心ロータ式投射機のインペラー２２中央部に供給される。なお、一般的には遠心ロータ式投射機のベーン部の外径は300〜500mm程度である。このときロータ回転中心から鋼板２５までの距離が大きい場合には、投射する固体粒子が小さく、空気中での減速が大きくなってしまうため、本発明の実施の形態に使用するものとしては、投射距離が700mm以下であることが好ましい。

図１は、このような遠心ロータ式投射装置を用いた場合の本発明の実施の形態を説明するための図である。（ａ）は、遠心ロータ式投射装置２を側面から見た場合を示しており、金属板１の進行方向に対して、垂直に投射領域が広がる状態を示している。また、遠心ロータ式投射装置２と金属板１との間には遮蔽板４が配置されており、遮蔽板４は板幅方向に複数の分割片に分割されている。

遮蔽板４の各々の分割片は、各々が前後方向（金属板１の長手方向）にスライドする機構を有しており、対応する投射領域の全部又は一部を遮蔽することができる。投射領域３を遮蔽板４の分割片が覆っている部分では固体粒子が金属板１に衝突しないので、その部分は梨地を付与しない状態となり、遮蔽板４の分割片が退避した部分では金属板１に梨地が付与されることになる。

したがって、各々の遮蔽板４の分割片を金属板１の進行に対応して、スライドさせることによって、金属板１の表面には、梨地処理を施した部分と母材の表面を示す部分とによって模様を構成することができる。

図２も同様の実施の形態を示したものであるが、遮蔽板４の分割片の位置として、投射領域３の全部ではなく、長手方向の一部のみを遮蔽するように調整したものを含む状態を示している。各幅方向位置において、投射領域３の一部のみを遮蔽した場合には、金属板１が投射領域を通過する過程で表面に衝突する固体粒子の量が、遮蔽しない場合に比べて低下するため、その部分の凹凸の数が減少して、やや母材の外観を残留させることになる。これによって、同じ梨地処理部分でも外観を変化させることで意匠的な自由度が向上するものである。

なお、図においては金属板１の下流側から遮蔽板４を投射領域３に挿入する形態としているが、金属板１の上流側から設置しても同様の効果が得られる。また、図では金属板１の上面のみに遮蔽板４を設置しているが、下面側を投射する場合にも同様の手段を適用できる。

さらに、板幅の広い金属板１に対しては、遠心ロータ式投射装置２を板幅方向に複数台配置して、各々の遠心ロータ式投射装置２による投射領域３において、前記遮蔽板４を配置することで、板幅の広い金属板１に対しても同様の処理が可能である。

本発明の実施例として、図３（ａ）に示すように遠心ロータ式投射装置による投射領域に対して、板幅方向に７枚の遮蔽板４の分割片４ａ〜４ｇを配置した設備を用いた実施例を示す。本実施例において用いた金属板１は、板厚0.8mm、板幅400mmの普通鋼であり、ブライトロールによる調質圧延を行うことで、鋼板１の表面粗さRaを0.08μm、光沢度（20°）690としたブライト鋼板１を母材とした。

このブライト鋼板１の一部に梨地を付与するために、本実施例では固体粒子として、平均粒子径85μmのSUS304の固体粒子を使用した。これはガスアトマイズ法により製造されたほぼ球形の粒子である。

遠心ロータの回転数を3600rpmとして、ライン速度10mpmの条件にて、板厚５mmの耐磨耗鋼で作成した７枚の遮蔽板の分割片４ａ〜４ｇの位置を変更し、模様付鋼板を得た。
図３（ｂ）は、各遮蔽板の分割片４ａ〜４ｇの位置の時間に対する変化を、鋼板の位置と対応させて示したものである。図において、「遮蔽板の押込み」は、投射領域の全面を遮蔽する位置に遮蔽板の分割片を動かすことを意味し、「遮蔽板退避」とは、投射領域を遮蔽しないような位置に遮蔽板の分割片を配置していることを意味する。

ここで、各遮蔽板の分割片４ａ〜４ｇの位置調整のタイミングをずらしながら「遮蔽板の押込み」と「遮蔽板退避」とを繰り返すことによって、鋼板表面には、斜めの梨地模様１ａが形成されていることが分かる。なお、１ｂは母材部が残った領域である。なお、梨地処理部の平均粗さRaは0.6μmであり、ブライト部の粗さRa0.08μmとは外観上大きな差となって、模様を構成している。

以上は、比較的単純な模様を付与する例である、予め付与すべき模様を板幅方向の遮蔽板の分割片の位置ごとに分割して、遮蔽板のオン・オフのタイミングをコンピュータで計算し、制御装置を用いることで、金属板の搬送速度に応じて遮蔽板の分割片の位置を制御することは容易である。したがって、より複雑な模様や、コイル内で模様を変更したい場合にも、簡単な制御系を構成することで模様付鋼板として製造することが可能である。

さらに、母材として酸化膜を付与して色付けしたステンレス鋼板等を母材とすれば、着色部と梨地処理部により模様を構成する金属板を得ることも可能である。

遠心ロータ式投射装置を用いた場合の本発明の実施の形態を説明するための図である。 遠心ロータ式投射装置を用いた場合の本発明の実施の形態を説明するための図である。 遠心ロータ式投射装置による投射領域に対して、板幅方向に７枚の遮蔽板の分割片を配置した設備を用いた実施例を示す図である。 遠心ロータ式投射装置の概略図である。

符号の説明

１…金属板（ブライト鋼板）、１ａ…梨地模様、１ｂ…母材部が残った領域、２…遠心ロータ式投射装置、３…投射領域、４…遮蔽板、４ａ〜４ｇ…遮蔽板の分割片、２１…モータ、２２…インペラー、２３…ベーン、２４…粒子供給管、２５…鋼板

Claims (6)

1. 連続して搬送される金属板の所定部分に固体粒子を投射することによって、金属板の表面に梨地模様を付与することを特徴とする模様付金属板の製造方法。
2. 金属板の所定部分に固体粒子を投射する方法が、固体粒子の投射装置と金属板との間に金属板の幅方向に分割された遮蔽物を設け、金属板の搬送に合せて当該遮蔽物の分割片の位置を調整することによって金属板の所定部分に固体粒子を投射する方法であることを特徴とする請求項１に記載の模様付金属板の製造方法。
3. 連続して搬送される金属板の所定部分に固体粒子を投射することによって、金属板の表面に、当該表面の各部分によって異なる粗さの梨地模様を付与することを特徴とする模様付金属板の製造方法。
4. 金属板の表面の各部分によって異なる粗さの梨地模様を付与する方法が、固体粒子の投射装置と金属板との間に金属板の幅方向に分割された遮蔽物を設け、金属板の搬送に合せて当該遮蔽物の分割片の位置を調整することによって、金属板に投射される前記固体粒子の数量を調節する方法であることを特徴とする請求項３に記載の模様付金属板の製造方法。
5. 投射される固体粒子の大きさが、平均粒子径30〜300μmであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の模様付金属板の製造方法。
6. 金属板の表面に固体粒子を投射する工程に先立って、金属板を調質圧延する工程を有することを特徴とする請求項1から請求項５のうちいずれか１項に記載の模様付金属板の製造方法。
   

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