JP2006193776A

JP2006193776A - 摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板及び摺動部材

Info

Publication number: JP2006193776A
Application number: JP2005005678A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Tagami; 竜司田上; Takafumi Nakamura; 尚文中村; Shigeru Morikawa; 茂森川; Shigefumi Nishimoto; 繁文西本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】ウインドウレギュレーターやシャッター用ガイドレール等の摺動部材に適用可能な摺動特性に優れた溶融めっき鋼板を低コストで提供する。
【解決手段】表面に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金の溶融めっき層であって、ＪＩＳＢ０６０１で次の（１）式で表わされる粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−０．３以下を呈する表面性状を持つ溶融めっき層を形成する。

母材方向に向けて先鋭な形状の“引け”が形成され、めっき層の最表部が平らな表面性状となるため、摺動特性が優れたものとなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウインドウレギュレーターやドアクラッチ、或いは自動車の床面とシート本体との間に配置されたシート移動用レール、或いはまた商店や車庫等に用いられるシャッターのガイドレール等に適用される摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板に関する。

例えば、自動車のドアガラスを昇降させるウインドウレギュレーターは、図１に示すように、ドアガラス１の下端支持具２に、交差点３を軸に回動可能にＸ字状に交差させた２本のアーム４，５よりなるパンタグラフ状Ｘアームを取付け、モーターの作動によってアームの開度を変化させてドアガラス１を昇降させている。
このようなパンタグラフ状Ｘアームを構成する２本のアームは互いに接触配置され、互いに摺動し合っている。また、ドアクラッチにおいても２つの部材がその表面で互いに摺動し合うように配置されている。
さらに、シート移動用レール、或いはシャッター用ガイドレールは、その表面に沿って他の部材を摺動させるように配置されている。

例えば、上記のようなウインドウレギュレーターにあっては、剛性を高めるための素材の選択や形状・構造の工夫に関する検討はなされている（例えば特許文献１，２）が、摺動特性に関する検討はさほどなされていない。ウインドウレギュレーターアームの素材としては、普通鋼の鋼板や、それにＣｒめっきやＺｎめっき等が施されたものが加工，成形されて用いられている。しかしながら、摺動性が十分でないために次第にガタツキを生じやすくなる。

ウインドウレギュレーターには、当初は潤滑剤を用いることもできる。しかし、ドアのアウタパネルとインナパネルの間に配置されているために潤滑剤は補給し難い。したがって、潤滑剤の補給なしでも優れた摺動性を発現し、また維持することが望まれる。
上記他の部材にあっても、潤滑剤の使用等によって周辺が汚染されるといった問題点があるために、潤滑剤は使用し難い。
また、シャッター用ガイドレールにあっては、雨水に曝される環境下で使用される。
したがって、上記のような摺動部材には、潤滑性の他に耐食性も要求される。
実公平６−１３９８４号公報特開平１１−２１０３１９号公報

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ウインドウレギュレーターやシャッター用ガイドレール等の摺動部材に適用可能な摺動特性に優れた溶融めっき鋼板を低コストで提供することを目的とする。

本発明の摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板は、その目的を達成するため、表面に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金の溶融めっき層であって、ＪＩＳＢ０６０１で次の（１）式で表わされる粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−０．３以下を呈する表面性状を持つ溶融めっき層が形成されていることを特徴とする。

溶融めっき層としては、Ａｌ：４.０〜１５．０質量％，Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含有し、必要に応じてさらにＴｉ：０．００２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０４５質量％を、さらに必要に応じてＳｉ：０．００２〜０．０５質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなるものが好ましい。

本発明のめっき鋼板においては、表面にＪＩＳＢ０６０１で規定される粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−０．３以下を呈する表面性状を持つ溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層が形成されている。
このため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき層が本来有する硬さと、マイナスのＲｓｋ値に基づく凹部の複合作用により、優れた摺動特性を発揮する。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき層は優れた耐食性をも有しているので、本発明により、耐久性に優れた摺動部材を廉価に提供できることになる。

本発明者等は、ウインドウレギュレーターやシャッター用ガイドレール等に適用される摺動部材としての、溶融めっきを施した鋼材の使用可能性を種々検討した。
その結果、めっき層の表面性状が摺動特性に大きく影響すること、殊にＪＩＳＢ０６０１で規定される粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ値の大小によって摺動特性が大きく変化することを確認した。
以下にその詳細を説明する。

本出願人等は、Ａｌ：４.０〜１５．０質量％，Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含有し、必要に応じてさらにＴｉ：０．００２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０４５質量％を、さらに必要に応じてＳｉ：０．００２〜０．０５質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなる溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系のめっき浴を用いて溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきを施した鋼板を提案してきた（例えば、特開２００２−２２６９５８号公報参照）。

このような溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板は、優れた耐食性を有し、かつ表面外観が良好なために各種用途に多用されている。また溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板は、当該めっき層がＺｎめっき層やＺｎ−Ａｌめっき層と比べて硬質で耐摩耗性にも優れることから、他部材から繰り返し摩耗を受ける部材としても使用されても長期間の使用に耐え得る。
したがって、この溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板をウインドウレギュレーターのアームやシャッター用ガイドレール等の素材として用いることにより、従来錆の発生等、経時劣化しやすかったウインドウレギュレーターのアームやシャッター用ガイドレール等の経年劣化を防止することができるともに、当該めっき層の硬さと耐摩耗性を生かした耐久性に優れたウインドウレギュレーターのアームやシャッター用ガイドレール等が提供されると期待できる。

そこで、本発明者等は、上記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板について、摺動性の観点から再検討した。
まず、摺動性に影響する要素として、めっき層の硬さについて検討した。
ビッカース硬度（Ｈｖ）で、純Ｚｎ系めっき層の硬さが５５〜６５Ｈｖ，Ｚｎ−５％Ａｌ系めっき層が８０〜１００Ｈｖ，Ｚｎ−５５％Ａｌ系めっき層が１００〜１１０Ｈｖ程度であるのに対して、本発明で用いたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層が１４０〜１６０Ｈｖを有していることを考えると、この点からも摺動特性の向上に有利であることが伺える。

次に、摺動性の一つの観点として摩擦係数を調査した。
Ｃ：０.０５２質量％，Ｓｉ：０.００６質量％，Ｍｎ：０.２４質量％，Ｐ：０.０１５質量％，Ｓ：０.０１３質量％を含み、残部がＦｅからなる熱延焼鈍板を原板とし、熱延焼鈍ままの板，熱延焼鈍板に目付け量：４５ｇ／ｍ²で溶融Ｚｎめっきを施したもの（ＧＡ），及び熱延焼鈍板に同じ目付け量で溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）の３種類の鋼板について、摩擦係数を調査した。

摩擦係数は、その概略を図２に示した（株）レスカ社製のFPR‐2100の摩耗試験機を用い、表１に示す条件で動摩擦係数を測定し、３者間の違いを見た。なお、図２中、１１は供試材，１２は試料ボール，１３は負荷ウェイト，１４は測定軌跡，１５は荷重センサである。測定結果を図３に示す。
溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）では、熱延焼鈍ままの板や溶融Ｚｎめっきを施したもの（ＧＡ）と比べて動摩擦係数が小さいことがわかる。

ところで、摺動特性は表面性状、特に表面粗さに大きく影響される。そこで本発明者等は、表面粗さのうち、高さ方向の山・谷の最大高さや平均高さを用いるのではなく、山・谷の高さ方向の偏り度として、次の（１）式で表わされる、高さ方向の確率密度関数の非対称性の尺度である粗さ曲線のスキューネスＲｓｋに着目し、その大小によって、摺動特性がどのように変化するかを検討した。

前記摩擦係数の測定試験に用いた２種類のめっき鋼板、すなわち、熱延焼鈍板に目付け量：４５ｇ／ｍ²で溶融Ｚｎめっきを施したもの（ＧＡ）と、同じ鋼板に同じ目付け量で溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）について、表面粗さ測定機を用い、ＪＩＳ０６０１に準じて表面性状を観察すると、図４に示す通りとなっている。
（ａ）の溶融Ｚｎめっきを施したもの（ＧＡ）にあっては、平均線に対して上下の確率密度がほぼ均等であるのに対して、（ｂ）の溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）では、中心線に対して上の確率密度が下の確率密度を大幅に上回っている。

上記状態を数値的に明示・識別する手段として、本発明ではＪＩＳＢ０６０１でＲｓｋとして表わされた粗さ曲線のスキューネスを用いたものである。
ちなみに、上記２種類のめっき鋼板についてＲｓｋ値を算出すると、溶融Ｚｎめっきを施したもの（ＧＡ）では−０．１５に、溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）では−０．８になっている。
本発明で他と識別する手段として用いたＲｓｋなる指標は、その値が０（ゼロ）に近似するとき上下が対称に近い波形を有しているのに対し、正負の絶対値が大きくなるとともに上下片方に偏在した波形となる。図５に示すように、Ｒｓｋ＞０だと中心線より下側に偏在し、Ｒｓｋ＜０だと中心線より上側に偏在する。

本発明者等は、このＲｓｋの値と摺動特性の関係について、めっき層の成分組成と溶融めっき時のめっき浴温度及びめっき後の冷却速度を変えてＲｓｋの値を種々に変更しためっき鋼板を作製し、そのめっき鋼板について動摩擦係数を測定して摺動性を評価した。なお、動摩擦係数が０．２０未満を○，０．２５未満を△，０．２５以上を×で評価した。
その結果を表２に示す。Ｒｓｋが−０．３以下であれば、優れた摺動性が得られることが実験的に確認できた。Ｒｓｋ値がマイナスでその絶対値が大きいほど摺動性に優れることがわかる。

上記データからわかるように、Ｒｓｋの負の絶対値が大きいめっき層は、いずれもＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系のものである。単なるＺｎ系やＺｎ−Ａｌ系では、溶融めっき後の冷却速度を遅くしてもＲｓｋ値を所定値以下にすることはできない。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ三元系のめっき合金は、単なるＺｎ系やＺｎ−Ａｌ系の一元系や二元系のめっき合金と比べて固液が共存する温度範囲が広いために、溶融めっき浴の温度を比較的高くし、しかも溶融めっき後の冷却時に冷却速度を遅くすると、いわゆる“引け”的な空洞が母材方向に向けて先鋭な形状で形成されるものと推測される。その結果として、最表部は平らになって摺動特性が向上すると推測される。
前記図４の（ｂ）で示したように、溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを施したもの（ＺＡＭ）では、表面粗さの振幅分布密度が中心線に対して上方の方が下方よりも大幅に上回っているだけでなく、上端面が比較的平らで、下方、すなわち母材方向に向けて先鋭な形状となっていることからも、上記のように推測される。

Ｒｓｋを−０．３以下にするためには、上記データからもわかるように、溶融めっき層としてＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の合金を用いる必要がある。しかも、溶融めっきする際に、溶融めっき浴の温度を３８０℃以上にするとともに、溶融めっき直後に流速のある気体で不要な溶融めっき金属を鋼板表面から除去することでめっきの厚みを調整した後、めっき厚みに応じた冷却速度でめっき金属を冷却・凝固させる必要がある。
このような方法で溶融めっきを施すと、摺動特性に優れた溶融めっき鋼板が得られることになる。

ウインドウレギュレーターの構造を簡略的に示す図動摩擦係数の測定方法を説明する図各供試材の摩擦係数を示したグラフ各供試材の表面粗さ状況を観察したチャートＲｓｋの正負と表面性状の関係を説明する図

Claims

表面に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金の溶融めっき層であって、ＪＩＳＢ０６０１で次の（１）式で表わされる粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−０．３以下を呈する表面性状を持つ溶融めっき層が形成されていることを特徴とする摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板。
溶融めっき層は、Ａｌ：４.０〜１５．０質量％，Ｍｇ：１.０〜４.０質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなるものである請求項１に記載の摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板。
溶融めっき層は、さらにＴｉ：０．００２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０４５質量％を含有するものである請求項２に記載の摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板。
溶融めっき層は、さらにＳｉ：０．００２〜０．０５質量％を含有するものである請求項２又は３に記載の摺動性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板。
請求項１〜４のいずれかに記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板から構成された摺動部材。