JP4156293B2

JP4156293B2 - 導電性プレコートアルミニウム合金板

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Publication number: JP4156293B2
Application number: JP2002225169A
Authority: JP
Inventors: 和弘細見; 秀男伊藤
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004068042A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えば電気機器用筐体等に用いられる導電性に優れたプレコートアルミニウム合金板に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より，アルミニウム合金板の表面を合成樹脂塗料にてコーティングしてなるプレコートアルミニウム合金板は，耐食性に優れ，軽量であり，かつ，成形後に塗装を施す必要がないという優れた特性を有している。そのため，プレコートアルミニウム合金板は，家電製品やＯＡ機器の筐体等の材料として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら，上記合成樹脂塗料（有機樹脂系塗料）は電気的絶縁性を有している。そのため，従来のプレコートアルミニウム合金板は，導電性に劣り，帯電防止性能が不十分であった。
それ故，従来より，以下のような導電性を持たせた種々の金属塗装板が提案されている。
【０００４】
特開平５−３０９３３１号公報及び特開平５−３１１４５４号公報には，りん化鉄，グラファイト，カーボンブラック等の導電性物質を所定割合含む有機皮膜が形成された複合被覆アルミニウム板が開示されている。
特開平７−３１３９３０号公報には，金属酸化物を含有する塗膜が形成された導電性プレコート金属板が示されている。
特開平７−９０６０４号公報には，カーボンブラックを所定割合含有する有機樹脂層が形成されたアルミニウム合金板が示されている。
【０００５】
特開平７−２１１１３１号公報，特開平７−３１４６０１号公報，特開平８−２６７６５６号公報，特開２００１−２０５７３０号公報には，フレーク状，鱗片状ないし球状のＮｉフィラーを塗膜中に含有することが提案されている。
特開平５−３２０９３４号公報，特開平５−６５６６４号公報，特開平７−２４６６７９号公報では，Ｎｉ微粒子を塗膜中に含有させたアルミニウム板が提案されている。
【０００６】
【解決しようとする課題】
ところで，上述したいずれの従来技術においても，有機樹脂中に，上記のごとき様々な導電性物質を多量に含有させる必要がある。一方，これら導電性物質は，有機樹脂中においてはその塗膜性能を低下させる異物となってしまう。即ち，塗膜中における多量の異物の存在によって，バインダーの役割を担う有機樹脂の割合が低下し，塗膜の密着性及び成形性は大きく低下する。
また，電気的導電性についても，導電性物質の分布のばらつきなどにより，その値が安定しないという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，塗膜の密着性及び成形性に優れ，かつ，優れた導電性を有する導電性プレコートアルミニウム合金板を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は，アルミニウム合金板よりなる基板と，該基板の片面又は両面に形成した化成皮膜と，該化成皮膜上に形成した導電層とよりなり，
該導電層は，フッ化ジルコニウム（ III ），フッ化ジルコニウム（ IV ），塩化ジルコニウム（ III ），塩化ジルコニウム（ IV ），酸化ジルコニウム（ IV ），硫酸ジルコニウム（ IV ）四水和物，硝酸ジルコニウム（ IV ）五水和物，二硝酸酸化ジルコニウム（ IV ）二水和物，ケイ酸ジルコニウム（ IV ），二水素化ジルコニウム，ヘキサフルオロジルコニウム（ IV ）酸カリウム，ヘキサフルオロジルコニウム（ IV ）ナトリウム，または酢酸ジルコニウム（ IV ）よりなるＺｒ化合物を含有する導電性の合成樹脂塗膜よりなると共に，その膜厚が０．５μｍ以下であることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板にある（請求項１）。
【０００９】
本発明においては，上記導電層として，上記のごとく厚みが０．５μｍ以下と非常に薄く，Ｚｒ化合物を含有する導電性の合成樹脂塗膜を用いている。そして，この合成樹脂塗膜は，従来のような導電性物質を多量に分散させる構造ではなく，Ｚｒ化合物を含有する上記合成樹脂塗膜そのものが導電性を有している。そのため，塗膜の密着性や加工性の低下を抑制しつつ導電性を得ることができる。
また，Ｚｒ化合物を含有する上記塗膜そのものが導電性を有しているので，導電率のばらつき等もほとんどなく非常に優れた導電性が得られる。
【００１０】
なお，上記合成樹脂塗膜が優れた導電性を発揮するメカニズムは十分に解明されていない。しかしながら，少なくとも，上記のごとく，合成樹脂塗膜中にＺｒ化合物を含有させ，かつ，その膜厚を０．５μｍ以下にするという構成を積極的に採用することにより，後述する実施例にも裏付けられるように，優れた導電性が得られるのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明における上記基板となるアルミニウム合金としては，用途に応じて様々なアルミニウム合金を適用することができる。具体的には，５０００系，６０００系その他の種々の合金系がある。
【００１２】
また，上記基板上に形成される化成皮膜としては，リン酸クロメート，クロム酸クロメート等のクロメート処理，クロム化合物以外のリン酸チタンやリン酸ジルコニウム，リン酸モリブデン，リン酸亜鉛等によるノンクロメート処理等の化学皮膜処理，いわゆる化成処理により得られる皮膜が採用される。
【００１３】
この化成皮膜よりなる下地処理層の存在によって，アルミニウム合金板よりなる基板と導電層としての合成樹脂塗膜との密着性を効果的に向上させることができる。また，優れた耐食性が実現されて，水，塩素化合物等の腐食性物質がアルミニウム合金板の表面に浸透した際に惹起される塗膜下腐食が抑制され，塗膜割れや塗膜剥離の防止を図ることができる。
なお，上記クロメート処理やノンクロメート処理等の化成処理方法には，反応型及び塗布型があるが，本発明においてはいずれの手法が採用されても何ら差し支えない。
【００１４】
また，上記導電層を構成する上記合成樹脂塗膜中に含有されるＺｒ化合物としては，フッ化ジルコニウム（III），フッ化ジルコニウム（IV），塩化ジルコニウム（III），塩化ジルコニウム（IV），硫酸ジルコニウム（IV）四水和物，硝酸ジルコニウム（IV）五水和物，二硝酸酸化ジルコニウム（IV）二水和物，ケイ酸ジルコニウム（IV），二水素化ジルコニウム，ヘキサフルオロジルコニウム（IV）酸カリウム，ヘキサフルオロジルコニウム（IV）ナトリウム，または酢酸ジルコニウム（IV）を用いることができる。
【００１５】
また，上記合成樹脂塗膜を構成する合成樹脂塗料としては，Ｚｒとの相性が良く，柔軟性，密着性および耐食性が良好である各種の合成樹脂塗料を適用することができる。例えば，ポリアクリル樹脂系塗料，ポリエステル樹脂系塗料，エポキシ樹脂系塗料，フッ素樹脂系塗料，ウレタン樹脂系塗料等がある。
【００１６】
また，上記合成樹脂塗料を塗装する方法としては，特に制限されるものではないが，ロールコート法，バーコート法，浸漬塗布法，スプレー法等の公知の各種手法を採用しうる。また，この合成樹脂塗料を塗布した後，硬化させて合成樹脂塗膜よりなる導電層を得るための硬化条件，即ち焼き付け条件等についても，各合成樹脂塗料の種類等に応じて種々の条件を選択することができる。
【００１７】
また，上記導電層を構成する上記合成樹脂塗膜の膜厚は，上記のごとく０．５μｍ以下とする。この膜厚が０．５μｍを超える場合には，上記合成樹脂塗膜の電気抵抗が大きくなって導電性が低下すると共に，プレス成形性等の塗膜の成形性が低下するおそれがある。なお，上記膜厚の下限値は，耐食性を維持するという理由から０．０５μｍとすることが好ましい。
【００１８】
次に，上記導電層における上記Ｚｒ化合物を構成するＺｒの含有量は，上記導電層全体の乾燥重量を１００重量部とした場合，１０重量部〜８０重量部であることが好ましい（請求項２）。Ｚｒ含有量が１０重量部未満の場合には，上記合成樹脂塗膜の電気抵抗が大きくなって導電性が低下するおそれがある。一方，Ｚｒ含有量が８０重量部を超える場合には，導電性は向上するものの，塗膜の耐食性が低下し，さらに，化成皮膜と塗膜との間の密着性が低下するおそれがある。
【００１９】
また，上記導電層の電気抵抗は１０Ω以下であることが好ましい（請求項３）。即ち，上記Ｚｒ含有量等を調整して，導電層の電気抵抗を１０Ω以下に調整することが好ましい。これにより，導電性を必要とする様々な用途に好適に利用することができる。
なお，上記電気抵抗値の測定は，後述するごとく，針状電極法により行うことができる。
【００２０】
また，上記導電層には，該導電層の表面の摩擦係数を低減させるためのインナーワックスが含有されていることが好ましい（請求項４）。この場合には，インナーワックスの存在によって，表面の摩擦係数が低減し，耐傷付き性向上や成形性の向上を図ることができ，また，油分や水分の接触角低減や，指紋がつきにくくなるという耐指紋性向上等を図ることができる。
【００２１】
また，上記導電層における上記インナーワックスの含有量は，上記導電層全体の乾燥重量を１００重量部とした場合，０．０５重量部〜３重量部であることが好ましい（請求項５）。上記インナーワックスの含有量が０．０５重量部未満の場合には，プレス成形性の向上効果があまり得られないという問題がある。一方，３重量部を超える場合には，上記導電性プレコートアルミニウム合金板を量産する際の製造過程においてコイルアップ等した場合に，インナーワックスが染み出して生産性を低下させる等の問題がある。
ここで，上記インナーワックスとしては，例えば，ラノリン，カルナバ，ポリエチレン等がある。
【００２２】
また，上記導電層の表面の表面粗さＲａは０．０５μｍ〜０．４μｍであることが好ましい（請求項６）。上記導電層の表面の表面粗さＲａが０．０５μｍ未満の場合には，耐傷付き性や耐指紋性が低下するという問題があり，一方，０．４μｍを超える場合には，粗さの山の頂上部の膜厚が薄くなり易い傾向にあり，耐食性が劣化するという問題がある。
【００２３】
また，上記化成皮膜下にある上記基板の表面粗さＲａは０．１μｍ〜０．５μｍであることが好ましい（請求項７）。上記基板の表面粗さＲａが０．１μｍ未満の場合には，導電層表面における，耐傷付き性や耐指紋性が低下すると共に，いわゆるアンカー効果が得られず上記合成樹脂塗膜の密着性が低下するという問題がある。一方，表面粗さＲａが０．５μｍを超える場合には，上記合成樹脂塗膜が基板を覆いきれない塗膜切れ現象が発生し，耐食性やプレス加工性等が低下するという問題がある。
【００２４】
また，上記導電性プレコートアルミニウム合金板は，電気機器用筐体あるいは電子機器用筐体に用いられることが好ましい（請求項８）。この場合には，上述した優れた導電性，成形性等を生かして，優れた電気機器用筐体あるいは電子機器用筐体を得ることができる。
【００２５】
なお，上記電気機器用筐体あるいは電子機器用筐体としては，例えば，パソコン本体，ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ，ＰＤＡ等の電子機器の筐体，テレビ等の電気機器の筐体，ＦＤＤ，ＭＤ，ＭＯ等の記憶媒体ケースのシャッター部分，その他様々なものがある。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施例に係る導電性プレコートアルミニウム合金板につき，さらに具体的に説明する。
本例では，表４に示すごとく，本発明品としての５種類の試料Ｅ１〜Ｅ５と，比較品としての４種類の試料Ｃ１〜Ｃ４を作製し，種々の性能評価試験を実施した。
【００２７】
試料Ｅ１〜Ｅ５の導電性プレコートアルミニウム合金板１は，いずれも，図１に示すごとく，アルミニウム合金板よりなる基板２と，該基板２の片面又は両面に形成した化成皮膜３と，該化成皮膜３上に形成した導電層４とよりなる。導電層４は，Ｚｒ化合物を含有する導電性の合成樹脂塗膜よりなると共に，その膜厚が０．５μｍ以下である。
試料Ｃ１〜Ｃ４は，基本的な構成は試料Ｅ１〜Ｅ５と同様であるが，少なくとも導電層となる合成樹脂塗膜の厚みを０．５μｍを超える厚みとし，さらに，その他の構成を変化させたものである。
【００２８】
これらの試料Ｅ１〜Ｅ５，Ｃ１〜Ｃ４を作製するに当たっては，まず，アルミニウム合金板よりなる基板２として，板厚１．０ｍｍの５０５２−Ｈ３４材を準備した。この基板２としては，表４に示すごとく，表面粗さＲａを０．０７〜０．５の範囲内で変化させた。
【００２９】
次に，この基板２に，化成皮膜３を形成する化成皮膜処理を施した。表１には，本例で採用した５種類の化成処理（ａ〜ｅ）を示す。
化成処理ａは，リン酸クロメート処理によって，クロム量が２０ｍｇ／ｍ²となるように反応型クロメート皮膜を形成するものである。具体的には，化成処理液に試料を浸漬するどぶ漬け法により化成処理を行い，その後，約１００℃の雰囲気で乾燥させた。
【００３０】
化成処理ｂは，クロム酸クロメート処理によって，クロム量が１００ｍｇ／ｍ²となるように反応型クロメート皮膜を形成するものである。処理方法は上記化成処理ａと同様である。
化成処理ｃは，ジルコニウム処理によって，ジルコニウム量が２０ｍｇ／ｍ²となるように反応型ノンクロメート皮膜を形成するものである。処理方法は上記化成処理ａと同様である。
【００３１】
化成処理ｄは，塗布型クロメート処理によって，クロム量が２０ｍｇ／ｍ²となるように塗布型クロメート皮膜を形成するものである。具体的には，基板の脱脂処理を行った後，バーコート法により処理剤を塗布し，その後，約１００℃の雰囲気で乾燥させた。
化成処理ｅは，塗布型ジルコニウム処理によって，ジルコニウム量が２０ｍｇ／ｍ²となるように塗布型ノンクロメート皮膜を形成するものである。処理方法は上記化成処理ｄと同様である。
【００３２】
次に，化成皮膜３の上に，導電層４としての合成樹脂塗膜を形成した。合成樹脂塗料の塗装方法としては上述した様々な方法があるが，本例では，バーコート法により行い，その後，基板の表面温度が約２３０℃となる雰囲気に４０秒保持する焼き付け処理を行って硬化させた。
また，表４に示すごとく，各試料によって，ベースとなる合成樹脂塗料の種類，含有させるＺｒ化合物の種類，塗膜厚（乾燥時），インナーワックスの含有量等を変化させた。
【００３３】
上記合成樹脂塗料としては，表２に示すごとく，５種類のもの（Ａ〜Ｅ）を準備した。
合成樹脂塗料Ａはポリアクリル樹脂系塗料，合成樹脂塗料Ｂはポリエステル樹脂系塗料，合成樹脂塗料Ｃはエポキシ樹脂系塗料，合成樹脂塗料Ｄはフッ素樹脂系塗料，合成樹脂塗料Ｄはウレタン樹脂系塗料である。
また，上記インナーワックスととしては，ポリエチレンを用いた。
【００３４】
また，含有させるＺｒ化合物としては，表３に示すごとく，３種類のＺｒ化合物（α，β，γ）を準備した。
Ｚｒ化合物αはフッ化ジルコニウム（III），Ｚｒ化合物βは酸化ジルコニウム（IV），Ｚｒ化合物γは硝酸ジルコニウム（IV）である。
【００３５】
また，表４に示すごとく，合成樹脂塗膜の膜厚は０．００５〜０．７９μｍの範囲で変化させ，Ｚｒ含有量は導電層（合成樹脂塗膜）全体の乾燥重量を１００として，１０〜８５の範囲で変化させ，インナーワックス量は導電層（合成樹脂塗膜）全体の乾燥重量を１００として，０．０２〜３の範囲で変化させ，導電層の表面粗さＲａは，０．０３〜０．５μｍの範囲で変化させた。
【００３６】
次に，本例では，表４に示す９種類の試料（Ｅ１〜Ｅ５及びＣ１〜Ｃ４）に対して，表５に示すごとく，各種の評価試験等を行った。
＜導電性＞
導電性は，針状電極法により電気抵抗値を測定することにより評価した。針状電極法は，０．２ｍｍφの球面状の針先を有する純銅製の針を，導電層の表面に載せ，針先が導電層を貫通しない荷重である５０〜２００ｇの荷重を針に付与し，この状態で，脱膜して露出させた基板と針との間を導通させることにより，針先が接触している部分の導電層の電気抵抗値を測定する方法である。本例では，針に付与する荷重を一律１００ｇとして行った。
【００３７】
＜プレス加工性＞
プレス加工性は，図２に示されるように，各試料５０に対して，それぞれ曲げ加工を繰り返して行い，曲げ加工部の導電層の塗膜割れが消滅する曲げ回数で評価した。
評価点は５段階とし，曲げ回数１回の場合を５点，曲げ回数２回の場合を４点，曲げ回数３回の場合を３点，曲げ回数４回の場合を２点，曲げ回数５回の場合を１点とした。
【００３８】
＜塗膜密着性＞
塗膜密着性は，試料を沸騰水に２時間浸漬させた後，ＪＩＳＫ５４００に規定された碁盤目テープ剥離試験を行い，１ｍｍ×１ｍｍの碁盤目総数１００個中の塗膜の残存数により評価した。
評価点は５段階とし，残存数１００個の場合を５点，残存数９０個以上１００個未満の場合を４点，残存数８０個以上９０個未満の場合を３点，残存数６０個以上８０個未満の場合を２点，残存数６０個未満の場合を１４点とした。
【００３９】
＜耐食性＞
耐食性は，試料の導電層の表面から，カッターナイフを用いてクロスカットを入れ，ＪＩＳＫ５４００に規定された塩水噴霧試験に準拠し，噴霧時間を７２０時間として行った後，試料の外観を観察した。
評価点は５段階とし，外観上変化ない場合を５点，０．５ｍｍ未満の塗膜膨れがあった場合を４点，０．５ｍｍ以上１ｍｍ未満の塗膜膨れがあった場合を３点，１ｍｍ以上３ｍｍ未満の塗膜膨れがあった場合を２点，３ｍｍ以上の塗膜膨れがあった場合を１点とした。
【００４０】
＜耐傷付き性＞
耐傷付き性は，図３に示されるバウデン試験にて行った。即ち，荷重１００ｇで直径１／４インチの硬球５１を，サンプル台５９上に載置した試料５０の導電層の表面において摺動させ，塗膜破れが発生した際の摺動回数にて評価した。
評価点は５段階とし，摺動回数１００回以上の場合を５点，摺動回数７５回以上１００回未満の場合を４点，摺動回数５０回以上７５回未満の場合を３点，摺動回数２５回以上５０回未満の場合を２点，摺動回数２５回未満の場合を１点とした。
【００４１】
＜耐指紋性＞
耐指紋性は，各試料を５０ｍｍ×５０ｍｍの面積に切り出し，その半分の面積に１０ｍｇ／ｄｍ²の量のワセリンを塗布し，全体をエタノール中に１回漬けて引き上げ，その後，ワセリンの残存面積を目視観察した。
評価点は５段階とし，残存無しの場合を５点，１／４残存の場合を４点，１／２残存の場合を２点，３／４残存の場合を２点，全面残存の場合を１点とした。
【００４２】
＜耐溶剤性＞
耐溶剤性は，１ポンドハンマーにウエスを５重に被せ，トリクロロエチレンを染み込ませ，各試料の導電層の表面に乗せて５０ｍｍ長さを繰り返し摺動させ，何回目で塗膜表面が溶解し変色するかを観察した。
評価点は５段階とし，１０回以上の場合を５点，７回以上１０回未満の場合を４点，５回以上７回未満の場合を３点，２回以上５回未満の場合を２点，１回の場合を１点とした。
なお，上記すべての５段階評価においては，３点以上が良好であると判断できる。
【００４３】
表５に評価結果を示す。
表５より知られるごとく，本発明品としての試料Ｅ１〜Ｅ５は，すべての評価項目において優れた特性を示した。
一方，比較品としての試料Ｃ１〜Ｃ４は，すべて，いずれかの評価項目であまり良くない結果が得られた。
【００４４】
特に，最も基本的な特性である導電性は，合成樹脂塗膜の塗膜厚に影響されていると考えられ，０．５μｍ以下に押さえることが必要で，より好ましくは０．２μｍ以下程度に抑えることがよいと考えられる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

【００４９】
【表５】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，導電性プレコートアルミニウム合金板の構造を示す説明図。
【図２】実施例における，プレス加工性の評価方法を示す説明図。
【図３】実施例における，耐傷付き性の評価方法であるバウデン試験方法を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．導電性プレコートアルミニウム合金板，
２．．．基板，
３．．．化成皮膜，
４．．．導電層，
５０．．．試料，
５１．．．鋼球，

Claims

アルミニウム合金板よりなる基板と，該基板の片面又は両面に形成した化成皮膜と，該化成皮膜上に形成した導電層とよりなり，
該導電層は，フッ化ジルコニウム（ III ），フッ化ジルコニウム（ IV ），塩化ジルコニウム（ III ），塩化ジルコニウム（ IV ），酸化ジルコニウム（ IV ），硫酸ジルコニウム（ IV ）四水和物，硝酸ジルコニウム（ IV ）五水和物，二硝酸酸化ジルコニウム（ IV ）二水和物，ケイ酸ジルコニウム（ IV ），二水素化ジルコニウム，ヘキサフルオロジルコニウム（ IV ）酸カリウム，ヘキサフルオロジルコニウム（ IV ）ナトリウム，または酢酸ジルコニウム（ IV ）よりなるＺｒ化合物を含有する導電性の合成樹脂塗膜よりなると共に，その膜厚が０．５μｍ以下であることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１において，上記導電層における上記Ｚｒ化合物を構成するＺｒの含有量は，上記導電層全体の乾燥重量を１００重量部とした場合，１０重量部〜８０重量部であることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１又は２において，上記導電層の電気抵抗は１０Ω以下であることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記導電層には，該導電層の表面の摩擦係数を低減させるためのインナーワックスが含有されていることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項４において，上記導電層における上記インナーワックスの含有量は，上記導電層全体の乾燥重量を１００重量部とした場合，０．０５重量部〜３重量部であることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１〜５のいずれか１項において，上記導電層の表面の表面粗さＲａは０．０５μｍ〜０．４μｍであることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１〜６のいずれか１項において，上記化成皮膜下にある上記基板の表面粗さＲａは０．１μｍ〜０．５μｍであることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。
請求項１〜７のいずれか１項において，上記導電性プレコートアルミニウム合金板は，電気機器用筐体あるいは電子機器用筐体に用いられることを特徴とする導電性プレコートアルミニウム合金板。