JP6370613B2 - 表面処理金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高い透明度と優れた親水性を有しながら細かい擦り傷の発生を防止することのできる表面処理金属板及びこれを用いたキッチン天板及びシンクに関するものである。

扉や窓枠等の家庭用金属製品に加えて、厨房用キャビネットやキッチンの天板、シンク等を始めとした水回り製品に金属板が用いられている。この金属板は、例えばステンレス鋼からなるが、汚れが付着しやすい。このため従来より、金属板に対して汚れを付着しにくくし、又は金属板に付着した汚れを容易に除去可能な技術が各種研究されてきた。
例えば、特許文献１には、ステンレス鋼材表面に対してケイ酸を含むコーティング剤を用いて表面処理を行い、Ｓｉを含む溶液を塗布した後、これを焼成する技術が開示されている。この特許文献１の開示技術によれば、ステンレス鋼材の表面に塗布する溶液のＳｉの各含有率を最適な範囲に限定することにより、良好な親水性、表面硬度、外観を得ることが可能となる。

国際公開第２００６／０９２９４１号

ところで、上述の如き表面処理がなされたステンレス鋼材をキッチン天板として使用する場合、調理作業の直後であれば、その作業の過程で水や調味料が付着し、それをふきん等で拭き取る作業が頻繁に発生する。また、作業後にある程度の時間が経過した場合、これら水や調味料が付着した箇所が汚れや水垢として固着するため、ふきんや金属製のたわし等を用いて擦って除去する作業も発生し得る。このような作業の繰り返しにより、キッチン天板の表面に多くの細かな擦り傷が発生してしまう。特にキッチン天板は、キッチンの使用者の目にとまりやすい場所にあるため、上述の如き擦り傷が目立ってしまう関係上、キッチン天板の外観を損なう原因にもなっていた。

また、キッチン天板上に擦り傷が発生するのを防止するため各種コーティングを施す場合もある。しかしながら、コーティングに透明感が無い場合には、ステンレス鋼材の意匠性が損なわれることにため、ステンレス鋼材の表面に施すコーティングには、高い透明度が要求される。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、高い硬度と透明度とを有するコーティング層を備えることで、キッチン天板やシンクにこれを用いた場合においても良好な外観を維持しつつ擦り傷の発生を効果的に防止することが可能な表面処理金属板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上述した課題を解決するために、高い硬度と透明度とを有するコーティング層を備えることで、キッチン天板等に用いた場合でも良好な外観を維持しつつ擦り傷の発生を効果的に防止することのできる表面処理金属板の製造方法を発明した。

請求項１記載の表面処理金属板の製造方法は、金属層の表面にコーティング層が形成された表面処理金属板の製造方法において、 ステンレス鋼からなる前記金属層の表面粗さＲａが０．１８〜０．７６μｍとなるように目付けする目付けステップと、前記金属層の表面上にＳｉＯ₂及びＮａ₂Ｏを含み、オルトケイ酸及びその縮合酸並びに二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）及びその水和物のいずれかを含むアルカリ溶液を上記金属層の表面に塗布することにより、ＳｉをＳｉＯ₂換算で３３００ｍｇ／ｍ²以下含有した前記コーティング層を積層させる積層ステップとを有し、前記積層ステップでは、前記金属層の表面粗さＲａをＸ（μｍ）とし、前記コーティング層中のＳｉの含有量をＳｉＯ₂換算でＹ（ｍｇ／ｍ²）としたとき、前記Ｘ及びＹは、下式で示される範囲にあるように調整すること Ｙ≧２１７５．９Ｘ−２８．９ を特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、高い硬度と透明度とを両立させることが可能なコーティング層の条件を、当該コーティング層が積層される金属層の表面粗さとの関係において発見されている。このため、鉛筆硬度試験において、一般のステンレスがＨＢ程度であるのに対して、本発明は９Ｈ以上となり、大幅に硬度を向上させることができる。更に本発明に関して正確な硬度を認知する為、通常ステンレスに用いることのない、鉱物等に用いられるモース硬度試験を実施すると、３．５という結果を得ることができ、 硬度の向上を確認できる。このため、これをキッチンの天板に使用した場合に、良好な外観を維持しつつ擦り傷の発生を効果的に防止することが可能となる。

本発明を適用した表面処理金属板を示す断面図である。 本発明を適用した表面処理金属板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明を適用した表面処理金属板の傷付き性の評価結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態としての表面処理金属板の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明を適用した表面処理金属板１を示す断面図である。

本実施形態に係る表面処理金属板１は、金属層２と、金属層２の表面に形成されたコーティング層３とを有している。 金属層２は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼等からなる板状の部材で構成されている。但し、この金属層２は、ステンレス鋼に限定されるものではなく、他のいかなる金属材料で構成されていてもよい。金属層２は、その表面２ａにおいて微小な凹凸が形成されていてもよく、換言すればその表面２ａの表面粗さＲａが微細にコントロールされているものであってもよい。このとき表面粗さＲａは、０．１〜０．００１μｍもの微細なオーダーまで制御されていてもよい。また金属層２の表面２ａには、エンボス加工を施すようにしてもよいし、冷間圧延後に砥粒の研磨ベルトによる研磨等を行って仕上げるようにしてもよい。

このような金属層２の表面２ａについて、微細な凹凸やエンボス等を形成させることにより、虹色の光沢を目立たなくし、ステンレス素材の質感を強調することが可能となる。

コーティング層３は、Ｓｉが混合された溶液を塗布することで形成されている。また、このコーティング層３を構成する溶液として、オルトケイ酸及びその縮合酸並びに二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）及びその水和物のいずれかを含むアルカリ溶液として構成されるものであってもよい。また、副成分としてＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等の何れか１以上の無機成分が含有している場合がある。また無機バインダーとして公知であるコロイダルシリカやケイ酸エチルが含有している場合がある。

このコーティング層３は、金属層２と結びつける作用を奏しなお、コーティング層は、図１に示すように単層で構成される場合に限定されるものではなく、複数の層を積層させた多層構造として構成されていてもよい。 また上述した溶液は、Ｓｉを含んでいる。これにより、コーティング層３の表面にＯＨ基が生成されることになり、親水性を呈するようになる。この親水性は、接触角が２０°以下となる程度の親水性であることが望ましい。

次に、上述した構成を有する表面処理金属板１の製造方法について、図２のフローチャートを利用して説明する。ステップＳ１１において先ず金属層２の表面２ａについて目付け研磨を施す。この目付け研磨では、必要に応じて複数種の研磨紙又は研磨布により表面２ａを擦ることにより行うようにしてもよい。このとき、表面２ａ上の表面粗さＲａは、微細にコントロールされる。この研磨は手動によるものあってもよいし、研磨機を用いた機械的な研磨であってもよい。なお、特に表面２ａ上にて目付けを行わない場合には、このステップＳ１１を省略するようにしてもよい。

次に、このように表面粗さＲａがコントロールされた金属層２の表面について洗浄を行う。（ステップＳ１２）。この洗浄工程では、脱脂を行い、薬品等を接触させ、最後に水洗いを行う。

次にステップＳ１３へ移行し金属層２の表面２ａに対して、コーティング層３を積層させる。このステップＳ１３では、金属層２の表面２ａ上に、上述したＳｉを含む溶液を塗布する。この溶液の塗布は、ロールコーター、ディッピング、フローコーター、スプレー、刷毛塗り等のいかなる手段により行われるものであってもよい。なお溶液中に含まれるＳｉは、ＳｉＯ₂換算で最適な範囲となるように予め調整されている。 次にステップＳ１４へ移行し、表面処理金属板１をオーブン又は恒温槽内に載置し、２００℃以上で焼成を行う。これにより、コーティング層３を金属層２の表面２ａ上に完全に硬化させる。

次にステップＳ１５へ移行し、表面処理金属板１の冷却を行う。この冷却では、例えば自然冷却、空冷、水冷等を行うようにしてもよい。

以上の工程を経ることで図１に示すような構造からなる表面処理金属板１を製造することが可能となる。なお、ステップＳ１１における研磨により、金属層２における表面２ａの表面粗さＲａは、所望の範囲にコントロールされている。また、ステップＳ１３において、塗布すべき溶液に含まれるＳｉの含有量は、ＳｉＯ₂換算で最適な範囲となるように予め調整されているため、得られるコーティング層３に含まれるＳｉの含有量も最適な範囲になるように調整されている。このコーティング層３に含まれるＳｉは、当該コーティング層の硬度向上に寄与するものであり、傷付き性の防止性能を決定付けるものである。

この金属層２の表面粗さＲａと、コーティング層３中のＳｉの含有量とからなる２軸の評価軸で考えるとき、表面粗さＲａと、Ｓｉの含有量とが互いに所望の範囲に入っている場合において、高い硬度と透明度とを両立させることが可能となる。

以下、実施例において、上述した所望の効果を発現させる上で必要となる金属層２の表面粗さＲａと、コーティング層３中のＳｉの含有量の範囲の実験的検討について説明をする。

先ず供試材として、ステンレス鋼材からなる金属層２を準備する。この供試材としての金属層２に対して先ずステップＳ１１に対応する目付け研磨を行う。この研磨は、手動による研磨、又は機械研磨で行うこととし、複数種からなる研磨紙又は研磨布により研磨を行う。研磨紙又は研磨布は、♯４０〜♯２０００の番手を単独又は組み合わせて使用する。

実際にこの供試材は、金属層２における表面２ａの表面粗さＲａを互いに異ならせた多種に亘るものを準備する。この様々な表面粗さＲａは、使用する。研磨紙又は研磨布の番手、並びにその組み合わせを通じて所望の値となるようにコントロールする。ちなみに、あえて目付け研磨を行わない供試材も準備するが、かかる場合には、ステンレス鋼材からなる金属層２をそのまま使用することとなる。

次にステップＳ１２以降に移行する前に、金属層２における表面２ａの表面粗さＲａを測定する。表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ１９９４に準拠した方法に基づいて行った。実際に目付け研磨を行った供試材については、目方向と垂直方向に表面粗さＲａの測定を行う。次に表面粗さＲａを測定した後の各供試材について、ステップＳ１２に規定される洗浄を施す。

次にステップＳ１３に示す塗工工程、ステップＳ１４に示す焼成工程、ステップＳ１５に示す冷却工程をそれぞれ実行する。このとき、コーティング層３中のＳｉの含有量を互いに異ならせた多種に亘るサンプルを作製するため、塗布する溶液に含まれるＳｉの濃度をそれぞれコントロールすることになる。

このようにして実験用のサンプルを完成させた後、以下に説明する効果確認のための試験を行う。

先ず各サンプルについてコーティング層３中のＳｉの含有量を測定する。このＳｉの含有量の測定は、得られたサンプルの一部を切り取り、ＳｉＯ₂の含有量を測定することで行う。即ち、ＳｉＯ₂の含有量を介してＳｉの含有量を判別する。

次に各サンプルにおけるコーティング層３の表面に水を滴下し、ステンレスたわしにより約３ｋｇの荷重をかけた状態で当該表面に押圧させ、予め規定した距離を１０往復させる。ちなみに、目付けを行った供試材については、このステンレスたわしの往復方向を目方向と垂直方向とする。

ステンレスたわしの往復を終了させた後、表面の傷付き性の評価を行う。この傷付き性については、表面に傷が付かなかったものについては◎、凝視すれば傷の存在を発見できるものは○、一見して傷が確認できるのについては×、一見して傷が確認できるサンプルの中で顕著に傷が確認できるものについては、××と評価する。

図３は、各サンプルにおける傷の評価結果を示している。縦軸は、ＳｉＯ₂の含有量（ｍｇ／ｍ₂）であり、横軸は、金属層２における表面２ａの表面粗さＲａである。図中の“◆”が縦軸、横軸との関係における実際の各プロットの位置であり、そのプロットの横には、上述した評価（◎、○、×、××）をそれぞれ併記している。なお、表面粗さＲａ０．１８未満のプロットについては、上述した傷付き性の評価とは関係の無い表示（※）としている。後述するように、硬度とは関係の無い理由で表面粗さＲａの下限（０．１８）を設けているため、これら傷付き性の評価を特段記載しないものとしている。

図３中の実線で囲まれる領域は、評価が◎のプロット、及び評価が○のプロットのみ含まれる領域である。このため、ＳｉＯ₂含有量、及び表面２ａの表面粗さＲａが、この実線で囲まれる領域になるように製造した表面処理金属板１については、汚れを除去するために、ふきんや金属製のたわし等を用いて擦った場合においても、その擦り傷の発生を強固に防止することが可能となる。特に本発明を適用した表面処理金属板１をキッチン天板として使用する場合に擦り傷が目立つことも無くなり、その結果、視覚的な外観が損なわれることを防止することが可能となる。

この実線で囲まれる領域は、横軸の表面粗さＲａについて、０．１８〜０．７６（μｍ）の範囲内としている。この表面粗さＲａが０．１８未満であると干渉色が発生してしまう点で好ましくない。また、表面粗さＲａが０．７６を超えても特段問題は生じないが、データを通じて検証されている範囲が、表面粗さＲａ０．７６以下であることから、表面粗さＲａの最大値を０．７６としている。

また、コーティング層３におけるＳｉＯ₂の含有量の上限は、３３００ｍｇ／ｍ²としている。コーティング層３におけるＳｉＯ₂の含有量が３３００ｍｇ／ｍ²を超える場合には、コーティング層３中のＳｉの含有量が過多になることによる白濁が生じてしまい、大きな白化したスポットが表面に形成されて目立ってしまう。また表面荒れが発生してしまい、却って意匠性を悪化させてしまうこととなる。このため、コーティング層３におけるＳｉＯ₂の含有量は、３３００ｍｇ／ｍ²以下としている。

また、 コーティング層３におけるＳｉＯ₂の含有量の上限は、図中における評価が○のプロットと、評価が×のプロットとの境界を通る境界線に基づいて決定される。この境界線（実線で囲まれる範囲の下限）は、金属層２の表面粗さＲａをＸ（μｍ）とし、コーティング層３中のＳｉの含有量をＳｉＯ₂換算でＹ（ｍｇ／ｍ²）としたとき、Ｘ及びＹは、以下の式（１）で表される。
Ｙ＝２１７５．９Ｘ−２８．９・・・・・・・・・・・（１）

仮に、Ｙ＜２１７５．９Ｘ−２８．９では、汚れを除去するためにふきんや金属製のたわし等を用いて擦った場合に、擦り傷が発生してしまい、それが大きく目立つことになり、視覚的な外観が損なわれてしまう。

このため、図３中の実線で囲まれる領域は、金属層２の表面粗さＲａが０．１８〜０．７６μｍであり、コーティング層３は、ＳｉをＳｉＯ₂換算で３３００ｍｇ／ｍ²以下含有し、更にＹ≧２１７５．９Ｘ−２８．９の範囲となる。

なお本発明によれば、コーティング層３におけるＳｉＯ₂の含有量の上限を２９００ｍｇ／ｍ²としてもよい。これにより、コーティング層３中のＳｉの含有量がより最適化され、コーティング層３の白濁化が抑えられてより透明性が確保され、小さな白化したスポットも殆ど表面上に形成されることが無くなり、表面荒れも強固に防止することが可能となる。

また、本発明によれば、Ｘ、Ｙの関係について、以下の（２）式の範囲とされていてもよい。
Ｙ≧２１３３．７Ｘ＋３４７．０・・・・・・・・（２）

この（２）式は、図中における評価が◎のプロットと、評価が○のプロットとの境界を通るものである。ＸとＹとを係る範囲内に限定することにより、表面への傷の発生をより強固に抑えることができ、表面を凝視しても発見することができないレベルまでそれを抑えることが可能となる。

ちなみに、（１）、（２）式ともに、右上がりの直線になっている。その理由としては、金属層２の表面２ａの表面粗さＲａが小さい場合には、表面粗さＲａを構成する微細な凹凸がより滑らかであるため、塗工時において溶液が凸部から凹部に極度に流れることなく全体的により均一に塗布されることになる。その結果、金属層２上に形成されるコーティング層３の膜厚は凹部のみならず凸部においても均一化されることとなり、金属製のたわし等で擦った場合に凸部の先端が擦れても傷付きにくい。これに加えて、凸部と凹部との起伏が小さいため、金属製のたわし等で擦った場合に凸部の頂部に荷重が集中しにくくなり、凸部の先端が擦れにくくなる。このため、コーティング層３内に含まれるＳｉの含有量が低くても表面に発生する傷を抑えることが可能となる。

これに対して、金属層２の表面２ａの表面粗さＲａが大きい場合には、表面粗さＲａを構成する微細な凹凸の起伏が激しくなるため、塗工時において溶液が凸部から凹部に流れやすくなる。その結果、凸部に形成されるコーティング層３の膜厚が薄くなり、金属製のたわし等で擦った場合に凸部の先端が擦れて傷付きやすくなる。これに加えて、凸部と凹部との起伏が大きいため、金属製のたわし等で擦った場合に凸部の頂部に荷重が集中し、凸部の先端がより擦れにくくなる。このため、コーティング層３内に含まれるＳｉの含有量を多くすることで、かかる傷の発生を抑える必要がある。

なお、本発明では、コーティング層３の膜厚を２μｍ以下とすることが望ましい。本発明では上述したように硬度と透明度の両立を図るところに技術的な特徴があり、特にコーティング層３の膜厚を２μｍ以下とすることで特に高い透明度を得ることが可能となるためである。

このように本発明によれば、高い硬度と透明度とを両立させることが可能なコーティング層３の条件を、当該コーティング層３が積層される金属層２の表面粗さＲａとの関係において発見されているため、これをキッチンの天板に使用した場合に、良好な外観を維持しつつ擦り傷の発生を効果的に防止することが可能となる。本発明では、特に食物、垢、水垢等の異物が付着した場合に、金属製のたわし等で擦るケースが多いキッチン天板等に使用した場合に特に大きな効果を発揮するものである。更に本発明をキッチン天板に使用する際には、陶器等の底が擦れて発生する傷を防止するため、表面を擦る対象物を、その曲面形状により点接触させることのできるエンボス形状を一定間隔で配置することにより、傷の防止という観点からより好ましい形態であるキッチン天板を提供できる。但し本発明は、キッチンの天板以外に、シンク、調理用プレート、排水用の蓋、扉、幕板、レンジフード、キャビネット、浴槽、床、壁、天井、窓枠等の各種金属製品、更には建材、内外装、エスカレーター、エレベーター、調理器具、家具、文房具、時計等にも適用可能であることは勿論である。

１ 表面処理金属板
２ 金属層
３ コーティング層

Claims (1)

1. 金属層の表面にコーティング層が形成された表面処理金属板の製造方法において、
   ステンレス鋼からなる前記金属層の表面粗さＲａが０．１８〜０．７６μｍとなるように目付けする目付けステップと、
   前記金属層の表面上にＳｉＯ₂及びＮａ₂Ｏを含み、オルトケイ酸及びその縮合酸並びに二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）及びその水和物のいずれかを含むアルカリ溶液を上記金属層の表面に塗布することにより、ＳｉをＳｉＯ₂換算で３３００ｍｇ／ｍ²以下含有した前記コーティング層を積層させる積層ステップとを有し、
   前記積層ステップでは、前記金属層の表面粗さＲａをＸ（μｍ）とし、前記コーティング層中のＳｉの含有量をＳｉＯ₂換算でＹ（ｍｇ／ｍ²）としたとき、前記Ｘ及びＹは、下式で示される範囲にあるように調整すること
   Ｙ≧２１７５．９Ｘ−２８．９
   を特徴とする表面処理金属板の製造方法。

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