JP3849784B2 - 自動車用複合型鋼板補強材の施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一例として自動車用の鋼板に使用される補強材、およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車工業における車両重量の軽減化は常に重要課題となっており、自動車に使用される鋼板も安全上、構造上の要求を満たす限界まで薄くされてきた。このため、特に自動車の外側を形成する鋼板には、鋼板補強材、通常デント材と呼ばれる材料が自動車の内側部分に貼着され、あるいは熱融着されて、鋼板の剛性の向上に寄与している。
【０００３】
これらの補強材は、ゴム系、瀝青系、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂等の合成樹脂系材料に、適宜充填材、添加剤を配合して混合、混練りし、従来公知の加工方法によって所望の大きさ、形状に加工し、鋼板の必要部位に貼着されている。
【０００４】
その中で、成形物の補強材では貼着が困難な箇所への補強材の施工、あるいは、より軽量な補強材の開発等、需要者の要求に応えて、本出願人から、塗布型鋼板補強組成物に関する発明を特願平５−１１５２４３号、特願平１１−３５２８９２号、特願２００１−２０９６０４号として出願している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記発明では、塗布型にすることにより、必要な部位へ必要量のみの補強材の施工を可能にしたことで施工に無駄がなくなり、また、補強材の施工を塗装ロボットや自動塗装機で行なうことで、施工の省人化を実現している。
【０００６】
上記発明になる塗布型補強材は、加熱硬化型樹脂を使用しているため、自動車のプレス工程において塗布されてから、化成処理工程に至る過程においては未だ加熱を受けておらず、未硬化状態である。このため、補強材が塗布された自動車ボディが化成処理液に浸漬されると、未硬化の補強材から無機軽量充填材や体質顔料などが溶け出し、化成処理液を汚染するという問題を起こす可能性があった。この点を解決するべく、常温硬化型樹脂を使用した塗布型鋼板補強材に関する発明を、特願２００３−０４４２８２号として出願している。
しかしながら常温硬化型樹脂の場合、塗布してから硬化するまでの時間が短い樹脂系を採用した場合には、塗布作業現場において塗布材料や塗装機の管理を厳密に行なわないと、硬化可能状態に混合された塗布材料が配管や塗装機ホース中で固化し、配管やホースを塞栓させてしまう虞れがあり、一方硬化までの時間が長い樹脂系を採用した場合には、塗布材料の硬化時間が温度や湿度等の塗布環境に左右され易くなり、硬化が完了しない状態で化成処理工程へ移った場合には、上記した化成処理液の汚染が発生する可能性が残る、等の問題が指摘されていた。
そこで全く新たな視点より、シート型鋼板補強材と塗布型鋼板補強材の双方の長所を活かした複合型鋼板補強材の開発を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決せんとして、本発明者は鋭意研究の結果、次のような自動車用複合型鋼板補強材の施工方法を開発したものであり、その要旨は以下の通りである。
自動車の化成処理工程以前に、任意の鋼板上の位置に塗布材料を塗布し、予め塗布材料が塗布された形状・面積と略同一あるいは８０％以上の面積に成形または裁断されてなるシート材料を、塗布材料の硬化前に積層、貼付し、塗布材料とシート材料とを隙間なく密着させることにより、化成処理工程後の水洗工程から塗布材料の塗膜を保護して後、塗布材料の硬化過程により鋼板と塗布材料、シート材料が一体化されてなることを特徴とする自動車用複合型鋼板補強材の施工方法。
【０００８】
本発明に使用される鋼板補強材は、塗布材料からなる層と、シート材料からなる層の２層よりなる複合型鋼板補強材である。
【０００９】
塗布材料としては、加熱により硬化し、剛性を発現することによって塗布した面の鋼板に密着し、補強すると同時に、塗布された面に積層貼付されるシート材料にも密着一体化する性質を有するものが使用できる。これらの塗布材料としては、アクリル樹脂系エマルション、酢酸ビニル系エマルション等の樹脂エマルション、ポリブタジエン等の液状ゴム、各種の水系樹脂、各種の溶剤系樹脂に適宜顔料、リン片状充填材、繊維状充填材等の充填材、添加剤を加えて混合分散したものが例示できる。
他の塗布材料としては、硬化のために加熱を必要とせず、塗布した後常温にて硬化し、剛性を発現することによって塗布した面の鋼板に密着し、補強すると同時に、塗布された面に積層貼付されるシート材料にも密着一体化する性質を有することものが使用できる。これらの塗布材料としては、二液混合による架橋硬化型ポリウレタン樹脂、湿気硬化型ポリウレタン樹脂、架橋硬化型エポキシ樹脂、重合反応型アルキッド樹脂、アクリル樹脂等の各種の常温硬化型樹脂に適宜顔料、リン片状充填材、繊維状充填材等の充填材、添加剤を加えて混合分散したものが例示できる。
【００１０】
なお、添加剤として発泡剤を加えることにより、塗布材料の硬化過程において同時に塗膜を発泡させることは、鋼板に歪が発生するのを防止するために有効である。また、本発明の鋼板補強材を自動車用として使用する場合には、塗布面である鋼板の表面には防錆のための油が付着している場合があるため、この様な状態の鋼板面にも付着する材料であることが望ましい。
【００１１】
本発明に使用する塗布材料は、従来公知の塗料用分散機を使用して製造することができる。即ち、ディゾルバー、プラネタリーミキサー、オープンニーダー、真空ニーダー、ロールミル、ボールミル、グレンミル等の分散機である。
【００１２】
上記の塗布材料は、従来公知の塗装方法により、任意の箇所に塗布することができる。刷毛塗り、ローラー塗装、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、静電塗装、ロールコーター、カーテンフローコーター等が例示できる。工程の自動化を企図している場合には、コンピュータ制御による自動塗装機、塗装ロボットにより塗装させることも可能である。また、鋼板補強に必要な塗膜の膜厚を効率よく、しかも均一、確実に、硬化時に鋼板に歪が発生しない塗布方法を採用することが好ましく、これらの方法の例示として、塗装機のノズルチップにスリット型ノズルを採用する、あるいは旋回型ノズルを備えた塗装機を採用する等が挙げられる。
【００１３】
本発明に用いる塗布材料に積層するシート材料は、粘弾性を有する塗布材料の塗膜を拘束する働きをし、更に自動車の化成処理工程から水洗工程において鋼板に衝突する水流から、塗布材料の塗膜を保護する役割を有する。このため、剛性、強度、防水性、耐水性を有し、軽量で薄層であることが望ましい。更に、補強するべき鋼板面が常に平坦であるとは限らず、例えば自動車のアウタードアパネルの裏面に施工しようとする場合には、アウタードアパネルの曲面に合わせて塗布材料による塗布面が形成されるため、曲面に追従して密着一体化させる必要があるため、剛性と同時に、曲面に追従することができる程度の柔軟性が必要である場合も多い。織布、不織布、ガラスクロス、樹脂含浸紙、樹脂コート紙、金属箔、金属繊維布、ゴムシート、軟質樹脂シートから選ばれたシート材料が使用できる。
【００１４】
織布としては、天然、合成繊維を使用して織り込んだ各種の布、不織布としては、天然、合成繊維を使用してバインダー樹脂により繊維同士を接着し、シート状に加工したもの、ガラスクロスとしてはガラス繊維を不織布と同様にシート状に加工したもの、樹脂含浸紙としては、紙に液状の樹脂を含浸させ、乾燥させて強度、剛性を付与させたもの、樹脂コート紙も同様の目的で、紙の表面に液状樹脂をコーティングさせ、乾燥させたもの、金属箔としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の展性、防錆性の高い金属の箔、金属繊維布としては、各種の金属繊維をシート状に加工したもの、ゴムシートとしては、天然、合成等各種のゴムを平板シート状に加工したもの、軟質樹脂シートとしては、塩化ビニル、酢酸ビニル、アルキッド、ポリエチレン、ポリウレタン、エポキシ、ユリア、フェノール等の各種の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂に適宜可塑剤を加えて軟質化し、平板シート状に加工したものが使用できる。これらの各種のシート材料は、単独であっても、複数を積層して使用することも可能である。
【００１５】
シート材料は、予め塗布材料が塗布される面の面積、形状に合わせて略同一、あるいは塗布される面積の８０％以上の面積に成形、裁断等の加工が施されていることが望ましい。成形、裁断等の加工方法は、シート材料の材質に合わせた方法を適宜採用する。２以上の材質により複層のシート材料とする場合には、この形状裁断加工段階で、予め積層密着一体化加工を施しておいても良い。積層密着一体化は、感圧型接着剤、ホットメルト型接着剤等の接着剤塗布による密着、ステープル、クリップ等の物理的一体化、シート材料自身の接着能を利用しての圧着等、従来公知の方法が使用できる。
【００１６】
塗布材料が、加熱により硬化するタイプであっても、常温により硬化するタイプであっても、塗布材料を塗布後、シート材料を塗布材料の塗装箇所に合わせて載置積層し、塗布材料と一体化させる。単に載置したのみであると、塗布材料とシート材料との密着が不充分であるばかりか、両者の界面に隙間が発生し、シート材料による、塗布材料の拘束効果が期待できない可能性があるため、両者の界面には隙間が発生し無い様に密着させる必要がある。そのためには、シート材料を載置後、シート材料と略同一形状の圧迫器具によりシート材料の上層より圧力をかける、ローラーにより転圧する、空気圧をかける等の方法が挙げられる。圧力は、塗布材料のタック性、シート材料の剛性・柔軟性、材質等を考慮して決められるが、圧力が弱いと密着一体化が不充分となり、強すぎると塗布材料の塗膜が大きく変形し、シート材料の密着で塗布材料が剥離してしまうことがある。
【００１７】
シート材料を塗布材料に載置するには、作業員が手作業により貼付しても良いが、自動機、産業ロボットにより自動貼付を行なってもよい。自動機あるいはロボットによれば、所定の箇所にシート材料を貼付した後、連続作業により加圧密着を行なうことも容易である。自動機、あるいは産業ロボットは、缶やビンといった曲面にシールやラベルを自動貼付する機械が応用可能である。
【００１８】
塗布材料が加熱により硬化する材料である場合には、塗布材料にシート材料を貼付積層した段階では一体化したとは言えず、自動車のボディに施工した場合には、化成処理工程、電着塗装工程を経て、加熱乾燥炉を通過する際に、例えば１６０℃で１０〜２０分という加熱により、塗布材料が補強するべき鋼板、及びシート材料に熱融着し、一体化するものである。なお、塗布材料が常温により硬化する材料である場合には、鋼板及びシート材料との一体化に加熱が不要であることは、言うまでも無い。
また、本発明になる鋼板補強材は、自動車用鋼板に適用する場合を想定して詳細を説明したが、必要に応じて他の輸送機械、鉄道車両、船舶、航空機、あるいは土木・建築・構築物に使用されている鋼板に適用施工し、剛性を付与させることが可能であるのは、言うまでもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の理解に供するため、以下に実施例を記載する。いうまでもなく、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２０】
【実施例１】
自動車用鋼板（厚さ０．８ｍｍ）にポリブタジエン、エポキシ樹脂、炭酸カルシウムからなる塗布材料１を厚さ平均１ｍｍ、幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの長方形の形状に塗布し、この形状と略同一のガラスクロスを積層し、ローラーにより転圧して密着させた。この試験片に水道水を衝突させた後、１７０℃で２５分の加熱を行ない補強材１とした。
【００２１】
【実施例２】
自動車用鋼板（厚さ０．８ｍｍ）にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂にエポキシ樹脂反応性希釈剤、炭酸カルシウムを混合した主剤に、反応当量比の硬化剤を混合した塗布材料２を厚さ平均１ｍｍ、幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの長方形の形状に塗布し、この形状と略同一のガラスクロスを積層し、ローラーにより転圧して密着させた。この試験片に水道水を衝突させた後、１時間放置し、補強材２とした。
【００２２】
【実施例３】
自動車用鋼板（厚さ０．８ｍｍ）にポリブタジエン、エポキシ樹脂、炭酸カルシウムからなる塗布材料１を厚さ平均１ｍｍ、幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの長方形の形状に塗布し、この形状と略同一のアルミニウム箔を積層し、ローラーにより転圧して密着させた。この試験片に水道水を衝突させた後、１７０℃で２５分の加熱を行ない。冷却後に補強材３とした。
【００２３】
【比較例１】
厚さ３．２ｍｍの従来型ゴム系シート状鋼板補強材を裁断し補強材４とし、この片面に粘着剤を塗布し、この粘着剤塗布面を、実施例に使用した鋼板に貼着し補強材４とした。
【００２４】
【比較例２】
自動車用鋼板（厚さ０．８ｍｍ）にポリブタジエン、エポキシ樹脂、炭酸カルシウムからなる塗布材料１を厚さ平均３．２ｍｍ、幅２．５ｃｍ、長さ１５ｃｍの長方形の形状に塗布し、この試験片に水道水を衝突させた後、１６０℃で２０分の加熱を行ない、補強材５とした。
【００２５】
【比較例３】
自動車用鋼板（厚さ０．８ｍｍ）にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂にマイカ、炭酸カルシウムを混合した主剤に、反応当量比の硬化剤を混合した塗布材料２を厚さ平均３．２ｍｍ、幅５ｃｍ、長さ２０ｃｍの長方形の形状に塗布し、この試験片に水道水を衝突させた後、１時間放置し、補強材６とした。
【００２６】
【試験方法】
（１）補強材の外観を観察し、形状の異常、脱落の有無を調べた。
（２）各試験片を、１ｍ²あたりの質量を測定の上、補強性を測定した。補強性は引張試験機にて測定を行った。各試験片を、スパンが１００ｍｍの３点曲げタイプの変形測定ジグに載置し、圧縮速度２００ｍｍ／分で試験片を圧縮し、試験片の最大荷重を測定し、これに重力加速度を乗じて補強性とする。
【００２７】
【結果】
（１）外観
補強材１〜補強材４は外観に変形等の異常は見られなかった。補強材５には水道水の衝突箇所に変形が、補強材６には水道水の衝突箇所に変形・部分的脱落が発生しているのが観察された。
（２）補強性（単位はＮである）

【００２８】
【発明の効果】
本発明による複合型鋼板補強材では、本出願人により以前に出願された、塗布型の鋼板補強材における問題点、即ち、補強性の向上のために塗布材料を２層化し、上層を拘束層とした構造において、これらの材料に常温硬化型樹脂を採用してもなお、自動車塗装ラインにおける化成処理工程、これにつづく水洗、湯洗工程での水流衝突の衝撃による、材料の変形、脱落といった不具合を、塗布材料に積層貼付したシート材料により保護することで解決できた。
また、２層の塗布材料による塗膜を形成しようとすれば、塗装機が２組必要であり、自動塗装機、あるいは塗装ロボットを使用する様に意図した場合、設備投資額が大きなものになることは避けがたい。しかし、本発明では、高価な自動塗装機、若しくは塗装ロボットは１組で良く、拘束層は作業員による手貼り、あるいは、塗装ロボットよりはるかに安価なシート貼り装置を設置すればよいため、設備投資金額が抑制できる。
また、塗布材料のみの鋼板補強材と比較すると、塗布材料にシート材料を貼付し、適正な圧力で加圧するため、塗装面が均一、平滑となり、品質保証上、鋼板補強効果を均一とすることに役立つものである。

Claims (1)

1. 自動車の化成処理工程以前に、任意の鋼板上の位置に塗布材料を塗布し、予め塗布材料が塗布された形状・面積と略同一あるいは８０％以上の面積に成形または裁断されてなるシート材料を、塗布材料の硬化前に積層、貼付し、塗布材料とシート材料とを隙間なく密着させることにより、化成処理工程後の水洗工程から塗布材料の塗膜を保護して後、塗布材料の硬化過程により鋼板と塗布材料、シート材料が一体化されてなることを特徴とする自動車用複合型鋼板補強材の施工方法。