JP4482364B2 - 電子機器用アルミニウム板およびこれを用いた電子機器用成形品 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1に記載の電子機器用アルミニウム板を用いた場合であっても、連続成形を行うと連続成形の進行にともない成形品に疵が発生することが確認された。
なお、特許文献1に記載の電子機器用アルミニウム板において発生していた疵は、摩擦面の間に摩耗粉が介在しない状況での、プレスの金型とアルミニウム板の表面との微視的な凝着や破壊に起因する凝着摩耗をメカニズムとする疵であった。かかる疵の発生は、前記の特許文献1や非特許文献2に記載するように、潤滑剤等を添加して摩擦抵抗を低減することで防止することができたが、このような疵付きの挙動が生じるのは、電子機器の筐体などが実際に製造される連続成形の中では、摩耗粉の清掃などプレスの金型をメンテナンスした直後の一時的な状況だけであり、連続成形での疵発生をモデル化したとは言い難いことが分かった。
このように、潤滑表面における表面抵抗値を適切に規定しているので、電子機器用アルミニウム板に所望の導電性を備えることができる。
このように、請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の電子機器用アルミニウム板を用いるので、指紋や加工疵、スクラッチ疵のない電子機器成形品を成形することができる。
請求項5に記載の発明によれば、加工疵のない電子機器用成形品を提供することができる。
参照する図面において図1は、本発明に係る電子機器用アルミニウム板の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本発明に係る電子機器用アルミニウム板1は、表面粗さ(中心線平均粗さRa)が本発明で規制する範囲内に調整されたアルミニウム素板2の表面に、耐食性を充分に確保するための耐食性皮膜3が被覆され、この耐食性皮膜3の上に潤滑剤を含む樹脂皮膜(但し、ポリエチレンテレフタレートを用いた樹脂皮膜を除く)4が形成されている。以下、本発明に係る電子機器用アルミニウム板1を構成する各要素で数値限定した理由について説明する。
本発明で用いられるアルミニウム素板2は、JIS H4000に規定する合金番号5182のアルミニウム合金板や、JIS H4000に規定する合金番号5052のアルミニウム合金板を好適に用いることができるが、これらに限定されるものではなく、必要に応じて各種の成分および調質を行ったアルミニウム板またはアルミニウム合金板を用いることができる。なお、アルミニウム素板の板厚は、例えば、0.3〜0.8mmとするのがよいが、目的に応じて種々の板厚とすることができる。
本発明に含まれるアルミニウム素板2の中心線平均粗さRaは、後記の耐食性皮膜3および樹脂皮膜4の平均膜厚とともに、電子機器用アルミニウム板1として要求される耐疵付き性、導電性、成形性および耐指紋性の各特性の発現に寄与する重要なパラメータである。なお、本発明でいう中心線平均粗さRaは、JIS B 0601−1994に規定される算術平均粗さRaに相当するものである。
本発明に含まれる耐食性皮膜3は、アルミニウム素板2に所要の耐食性を付与するために設けられるものである。本発明では、耐食性皮膜3として、CrまたはZrを含有する従来公知の耐食性皮膜である、リン酸クロメート皮膜、クロム酸クロメート皮膜、リン酸ジルコニウム皮膜、塗布型クロメート皮膜、あるいは塗布型ジルコニウム皮膜等を適宜使用することができる。なお、近年、環境対応の流れから六価クロムを嫌う傾向があり、六価クロムを含まないリン酸クロメート皮膜や、リン酸ジルコニウム皮膜、塗布型ジルコニウム皮膜などを使用するのが望ましい。なお、本発明では膜厚として、CrまたはZrのアルミニウム素板2への付着量(CrまたはZr換算値)を、例えば、従来公知の蛍光X線法を用いて比較的簡便かつ定量的に測定することができるため、生産性を阻害することなく電子機器用アルミニウム板1の品質管理を行うことできる。
本発明に含まれる耐食性皮膜3の付着量が、CrまたはZr換算値で10mg/m2より少なくなると、アルミニウム素板2の全面を均一に被覆することができず、耐食性の確保が難しくなって電子機器用アルミニウム板1として長期間の使用に耐えられなくなる。なお、この耐食性皮膜3の主成分たるCrまたはZrは金属元素であるので、これらの耐食性皮膜3がアルミニウム素板2を覆うことによる導電性低下は無い。したがって耐食性皮膜3が本発明に含まれる樹脂皮膜4の表面に露出するようにすれば、本発明に係る電子機器用アルミニウム板1の導電性を高い状態で確保できる。
本発明に含まれる樹脂皮膜4は、電子機器用アルミニウム板1に優れた耐疵付き性、および耐指紋性等の諸特性を付与するために設けられるものである。そして、本発明では、優れた耐疵付き性、および耐指紋性と同時に高い導電性を具備させるべく、樹脂皮膜4の平均膜厚を所定の範囲に規制している。
すなわち、樹脂皮膜4の平均膜厚が0.05μm未満では、耐疵付き性、耐指紋性に劣り、また、潤滑性も充分でないため、成形加工が難しくなる。そして、樹脂皮膜4の平均膜厚が0.9μmを超えると、アルミニウム素板2の表面粗さが粗い場合でも、樹脂皮膜4がアルミニウム素板2の素地または耐食性皮膜3をほとんど全て覆い隠すため、後記する表面抵抗値が非常に高くなって導電性が適切に確保されなくなる。このため、本発明では、樹脂皮膜4の平均膜厚を0.05〜0.9μmの範囲に規定する。
ガラス転移温度が高くなるほど樹脂の硬度が高くなり、摩耗粉による切削作用を受け難くすることができることから、アブレシブ摩耗に起因する疵の発生防止を図ることができる。したがって、本発明ではガラス転移温度を30℃よりも高い温度であることを必要とし、より望ましくは35℃以上、さらに望ましくは40℃以上とする。
また、樹脂皮膜4の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、生産性の観点からコイル状のアルミニウム素板2の上に連続的に耐食性皮膜3を形成し、その上に液体状の樹脂を塗布することができるロールコート法を用いるのが望ましい。この場合、ロールコーターによって塗布された液体状の樹脂は、連続式のオーブン内部を通過する際に焼付けが行われて樹脂皮膜4となる。
本発明に含まれる潤滑剤は、電子機器用アルミニウム板1の成形性を向上させ、結果的に耐疵付き性を向上させる作用を有する。潤滑剤の量が、全樹脂皮膜4の量に対して1質量%未満であると充分な潤滑性が得られなくなり、プレスによる成形加工を施した際に成形品の一部が局部的に変形して、樹脂皮膜4にくびれや割れ(剥離)が発生する原因となり、延いては耐疵付き性が劣ることになる。
本発明に係る電子機器用アルミニウム板1では、電子機器の部材に適用する際に、この電子機器用アルミニウム板1とアースとの接点における導電性を適切に確保すべく、微細な凹凸を有するアルミニウム素板2の凸部または耐食性皮膜3の凸部を樹脂皮膜4の表面に露出させることを必要とする。そして、アルミニウム素板2の凸部または耐食性皮膜3の微細な凸部を樹脂皮膜4の表面に露出させる度合い(分散度)は、基本的には、アルミニウム素板2の中心線平均粗さRaと、樹脂皮膜4の平均膜厚との関係を適宜調整することによって行われる。
本発明に係る電子機器用アルミニウム板1では、樹脂皮膜4が形成された側の表面の動摩擦係数を0.2以下とすることが必要である。動摩擦係数が0.2を超えると、プレスの金型と電子機器用アルミニウム板1との間に働く摩擦力が強くなるので、プレスによる成形加工の際に、摺動時に金型と樹脂皮膜4との凝着が起き易くなり、耐疵付き性が劣化する。
本発明に係る電子機器用アルミニウム板1では、樹脂皮膜4が形成された側の表面の鉛筆硬度を3H以上とすることが必要である。鉛筆硬度が3H未満であると、樹脂皮膜4の硬度が十分ではなく、連続成形の際に摩耗粉によるアブレシブ摩耗を受けて、耐疵付き性が低下する。
さらに、本発明に係る電子機器用アルミニウム板1では、後記するような方法で測定される表面抵抗値を100Ω以下とすることが好ましい。すなわち、表面抵抗値が100Ωを超える電子機器用アルミニウム板1を電子機器に適用した場合には、電磁波等に起因するノイズを完全に除去することが困難となる。特に、電子機器がCD−ROM等の光ドライブ装置である場合には、書き込みまたは再生エラーなどの誤動作が誘発され易くなり、また、電子機器が液晶ディスプレーである場合には、画像ノイズなどの誤動作が発生し易くなる。このため、本発明では、表面抵抗値を100Ω以下、より望ましくは10Ω以下、さらに望ましくは1Ω以下に規定することが好ましい。
本発明に係る電子機器用アルミニウム板1を特定する表面抵抗値は、次のような方法によって測定することができる。図3は、表面抵抗値の測定方法の一例を模式的に示す図である。この表面抵抗値の測定方法は、テスター11の端子の一方を、電子機器用アルミニウム板1の表裏面あるいは端面で、サンドペーパー等を用いた研磨によって耐食性皮膜3および樹脂皮膜4が除去されたアルミニウム素板2に接続し(図3では電子機器用アルミニウム板1の裏面に接続している)、テスター11の端子の他方を、先端部が半径10mmの略球形状に形成された球状端子を有する金属製の測定棒12を介して、電子機器用アルミニウム板1の樹脂皮膜4の測定箇所に接続して行うことができる。なお、この金属製の測定棒12は、導電性に優れる真鍮や銅、アルミニウム等で構成することができるが、表面に自然酸化膜を生じる金属を測定に用いる場合は、表面抵抗値の測定ばらつきを抑えるため、測定前に金属製の測定棒12の表面を予めサンドペーパー等で研磨して、この自然酸化膜を充分に除去しておくことが望ましい。なお測定棒の先端部を球状にしているのは、樹脂皮膜4に穴があいて、測定棒12がアルミニウム素板2に直接接触してしまうのを防ぐ目的である。
そして、前記した本発明に係る電子機器用アルミニウム板を用いた電子機器用成形品としては、例えば、図4(a)の斜視図に示すような、ノートパソコンに搭載されるスリム型CD−ROMドライブに用いられるカバーとする他、液晶バックライト背面板とすることなどを挙げることが出来る。これら電子機器用成形品を成形するには、まず、本発明に係る電子機器用アルミニウム板を所定の形状を有するプレス機用の金型にセットし、プレス機によって所定圧力でプレス加工すればよい。なお、本発明に係る電子機器用成形品としてはこれらに限定されるものではなく、種々の電子機器に用いる成形品に適用できることは言うまでもない。また部品によっては導電性は必ずしも必要ではない。
本発明に係る電子機器用アルミニウム板1の検討にあたり、試験材として使用したアルミニウム板は、合金番号A5182−H34の板厚0.4mm材を使用し、耐食性皮膜の形成としてリン酸クロメート処理を施した。リン酸クロメート処理の条件はクロム付着量で20mg/m2とした。また、使用したアルミニウム板の機械的性質は引張強さ330MPa、耐力240MPa、伸び12%であった。
このアルミニウム板に、表1に記載する、樹脂系、樹脂の主剤の分子量、ガラス転移温度が既知である5種類の樹脂(例えば、日本ペイント製フレキコートシリーズ)を塗装することにより、下記表1に記載する試験材1〜試験材5を作製した。また、樹脂には潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE;例えば、喜多村社製KD600)を1質量%含有した。樹脂の塗装はロールコート法により行い、塗布量で0.8g/m2(厚さ約0.8μm)とした。塗装の焼付けは、素材到達温度230℃で30秒間処理することで行った。
図4(b)に示す加工初期の加工疵と、図4(c)に示す連続加工後の加工疵とでは、疵の状態が変化していることが分かる。そこで、かかる加工疵の状態の変化について検討するため、以下の評価を行った。
曲げ加工疵に対する耐疵付き性の評価は、剪断曲げ試験法により評価した。剪断曲げ試験法は、図5の説明図に示すように、挟持具K1,K2により各試験材(試験材1〜試験材5)を挟持し、それぞれの試験材に対しポンチPを摺動して曲げ加工を行うことで、プレスによる成形加工時に発生する加工疵の再現を試みた。すなわち、ポンチPによる曲げ加工は、各試験材について1往復摺動して曲げ加工したものと、各試験材を100枚ずつ用意して、それらをポンチPによって連続的に曲げ加工したものを用意した。なお、挟持具K2とポンチPとの間に生じる間隔(金型間隔)は、用いた試験材の板厚(0.4mm)に10%のクリアランスを加算した間隔とした。
そして、1往復摺動して曲げ加工を行った試験材1〜試験材5と、100枚を連続的に曲げ加工を行った試験材1〜試験材5の摺動面Sを目視観察し(図5のB方向から観察)、図5の写真に示す耐疵付き性評価基準を参考にして、各試験材に対する曲げ加工疵の度合いによって0点(劣)〜5点(優)の点数を付けて数値化し、耐疵付き性の評価を行った。同じ実験を5回行い、その平均値が1点以上の点数のついたものを合格とした。1点未満であると、疵が酷過ぎるために製品に適用することができないからである。結果および考察については後記する。
スクラッチ疵に対する耐疵付き性の評価は、バウデン試験法によって動摩擦係数を求めるとともに、その疵付き性について評価することとした。スクラッチ疵の疵付き性は、図2に示すバウデン試験機6(駆動摩擦摩耗試験機)を用いて、25℃の測定温度条件下、十分に脱脂された直径4.8mm(3/16インチ)の鋼球61を、2N(200gf)の垂直荷重を加えつつ試験材1〜試験材5の表面に押し当て、200mm/分の速度で所定回数(1往復または10往復)摺動させた。このように所定回数摺動することで、スクラッチ疵についても曲げ加工疵の場合と同様に連続摺動が加わった場合の耐疵付き性の再現を試みた。
そして、1往復摺動した試験材1〜試験材5と、10往復摺動した試験材1〜試験材5のスクラッチ疵について目視観察を行い、図2の写真に示すスクラッチ疵評価基準を参考にして、各試験材に対するスクラッチ疵の度合いによって0点(劣)〜3点(優)の点数を付けて数値化し、耐疵付き性の評価を行った。同じ実験を5回行い、その平均値が1点以上の点数のついたものを合格とした。結果および考察については後記する。
前記の曲げ加工疵に対する耐疵付き性の評価、および、スクラッチ疵に対する耐疵付き性の評価をするにあたって、それぞれの評価において1往復摺動することで耐疵付き性を評価したものを「1往復摺動」と総称する。また、曲げ加工疵に対する耐疵付き性の評価において100枚を連続的に曲げ加工行ったものと、スクラッチ疵に対する耐疵付き性の評価において10往復摺動したものを「連続摺動」と総称する。
なお、黒いプロット(●)は、曲げ加工疵に対するプロットを示し、白いプロット(○)は、スクラッチ疵に対するプロットを示す。また、各プロットの中の数字は試験材の番号を表す。
一方、同図(b)に示す1往復摺動に関するグラフにおいては、試験材1〜試験材5のいずれもが評価平均点が1点以上となり、合格となった。樹脂のガラス転移温度と曲げ加工疵およびスクラッチ疵に対する耐疵付き性の間に明確な関係は認められなかった。
[連続摺動と1往復摺動の加工疵の状態]
連続摺動と1往復摺動の加工疵の状態を比較した様子を図7に示す。図7は、連続摺動と1往復摺動の加工疵の状態を、顕微鏡写真とWYCO像とで表したものである。同図から、連続摺動の加工疵には、1往復摺動の加工疵では確認することのできない切削状の疵痕Cが存在していることが分かる。同時に今回実施した剪断曲げ試験法は、実際にCD−ROMなどの電子機器のカバーを連続成形したときに得られる、加工初期の疵および連続成形後の疵を良く再現していることも確認できた。なお、顕微鏡写真は、日本電子社製JSM−6340Fを使用して撮影した。また、WYCO像は、Veeco社製NT3300を使用して撮影した。
なお、アブレシブ摩耗と凝着摩耗とでは、加工疵の状態以外にも潤滑性に対する挙動が異なることが知られている。
そこで、潤滑性に対する耐疵付き性の評価について、前記のバウデン試験法によって求めた動摩擦係数を元に評価し直した。図8に結果を示す。図8は、樹脂の摩擦係数に対する耐疵付き性をプロットしたグラフであって、(a)は、連続摺動における耐疵付き性を表すグラフであり、(b)は、1往復摺動における耐疵付き性を表すグラフである。図8の(a)に示す連続摺動に関するグラフからは、樹脂の動摩擦係数が低くなっても曲げ加工疵およびスクラッチ疵に対する耐疵付き性の向上は認められなかった。
一方、同図(b)に示す1往復摺動に関するグラフからは、樹脂の動摩擦係数が低くなる(すなわち、潤滑性が高くなる)ほど曲げ加工疵およびスクラッチ疵に対する耐疵付き性が向上することが認められた。
一般に、凝着摩耗は潤滑剤などによる潤滑性向上により低減させることができると言われているのに対し、アブレシブ摩耗は潤滑剤などによる潤滑性向上の影響を受けないと言われている。今回の結果はこの一般的な見解に沿う結果となっていることから、連続成形初期の耐疵付き性と連続成形が進んだ状況での耐疵付き性はそれぞれメカニズムが異なり、前者は凝着摩耗、後者がアブレシブ摩耗に起因する挙動であるという説明がさらに説得力のあるものであることが分かった。
連続摺動においてガラス転移温度が高いほど耐疵付き性に優れる理由としては、以下のように考察することができる。すなわち、アブレシブ摩耗では摩擦面の間に硬い固形粒子(例えば、摩耗粉)が介在するほど生じ易くなることから、電子機器用アルミニウム板の表面を十分に硬くすることで摩耗粉による切削を低減することができ、加工疵の発生を防止することができる。
鉛筆硬度は、JIS K5600−5−4:1999に規定される塗料一般試験方法−第5部:塗料の機械的性質−第4節:引っかき硬度(鉛筆法)に準じて行った(JIS K5400:1990に準拠してもよい)。なお、測定環境温度は25℃、測定荷重は、1000gとした。結果を図9に示す。図9は、ガラス転移温度(℃)に対する鉛筆硬度をプロットしたグラフである。
図9に示すグラフから、樹脂のガラス転移温度が高くなるにつれて鉛筆硬度も高くなることが確認できる。
次に、樹脂に含有する潤滑剤の量について検討を行った。潤滑剤としては、前記と同様、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE;喜多村社製KD600)を用いた。このPTFEを0〜30質量%含有させた樹脂皮膜を作製し、先に説明した1往復摺動による耐疵付き性に対する評価を行った。また、かかる検討にあたって使用した樹脂としては、ガラス転移温度が40℃である樹脂(日本ペイント製フレキコートシリーズ)を用いた。塗布方法はロールコート法により行い、塗布量は0.8g/m2(厚さ約0.8μm)とし、塗装の焼付けは、素材到達温度230℃で30秒間処理して行った。
以上、一連の試験の結果、連続摺動での耐疵付き性は、曲げ加工疵、スクラッチ疵ともに皮膜(樹脂)のガラス転移温度と相関があり、ガラス転移温度が高いほど耐疵付き性が向上した。これはガラス転移温度が高くなるほど皮膜が硬くなり、摩耗粉による切削を受け難くなったためと考えられる。このような現象は摩擦面の間に摩耗粉という異物を介在させた、アブレシブ摩耗という摩耗現象で説明が出来る。
先にも述べた様に、耐疵付き性を高めるためには疵の程度が軽い1往復摺動の(即ち加工初期の)耐疵付き性を向上するよりも、疵の程度が重い連続摺動の耐疵付き性を向上することの方が本来の目的に適っており、この連続摺動においては、樹脂のガラス転移温度が高いほど耐疵付き性が向上していることから、本発明の目的のためには樹脂のガラス転移温度を高くして、樹脂皮膜の硬度を高めることが最も重要な考え方になると言える。
2 アルミニウム素板
3 耐食性皮膜
4 樹脂皮膜
Claims (5)
- 中心線平均粗さRaが0.2〜0.6μmであるアルミニウム素板の少なくとも片面に、このアルミニウム素板側から順に耐食性皮膜と樹脂皮膜(但し、ポリエチレンテレフタレートを用いた樹脂皮膜を除く)とを積層して形成された潤滑表面を有し、かつ、前記アルミニウム素板、または前記耐食性皮膜が形成された表面の微細な凸部が前記樹脂皮膜の表面に露出しており、摩耗粉によるアブレシブ摩耗に起因する疵の発生を防止することのできる電子機器用アルミニウム板であって、
前記耐食性皮膜は、CrまたはZrを含有し、かつ前記アルミニウム板への付着量がCrまたはZr換算値で10〜50mg/m2であり、
前記樹脂皮膜は、平均膜厚を0.05〜0.9μm、かつ、全樹脂皮膜量に対して1〜25質量%の潤滑剤を含有し、
前記潤滑表面の動摩擦係数を0.2以下とし、
前記樹脂皮膜のガラス転移温度を30℃よりも高くするとともに前記潤滑表面の鉛筆硬度を3H以上とした
ことを特徴とする電子機器用アルミニウム板。 - 前記樹脂皮膜が、ポリエステル系樹脂(但し、ポリエチレンテレフタレートを除く)よりなることを特徴とする請求項1に記載の電子機器用アルミニウム板。
- 前記潤滑表面に、先端が半径10mmの金属製球状端子を、0.4Nの荷重で押付けたときの前記球状端子と前記アルミニウム素板との間の表面抵抗値が100Ω以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子機器用アルミニウム板。
- 前記潤滑剤が、ポリアルキレン系ワックスおよびフッ素系ワックスのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1から請求項3に記載の電子機器用アルミニウム板。
- 請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の電子機器用アルミニウム板を用いて成形したことを特徴とする電子機器用成形品。
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