JPS63154209A - つや消し性に優れた塗装用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電気機器用製品外装等のように成形加工の用
途に供される塗装用鋼板およびその製造方法に関し、特
に高度な塗装仕上がりを成就することができる表面性状
を具備したつや消し性に優れた塗装用鋼板を提案し、ま
たその適切な製造方法を確立しようとするものである。

〈従来技術とその問題点〉 一般に上記のような成形加工用薄鋼板、例えば冷延薄鋼
板は、通常冷間圧延後、脱脂洗浄を行い、さらに焼鈍し
た後、調質圧延を施して製造される。

ここで調質圧延の目的の一つとして、表面をダル仕上げ
したワークロールを用いて軽度の圧延を行うことによっ
て、鋼板表面に適度の表面粗さを与えることがあげられ
る。

このような調質圧延に使用されるワークロールの表面を
ダル仕上げするには、従来からショツトブラストによる
方法と、放電加工による方法とが実用化されている。

これら従来の調質圧延用ワークロールのダル仕上げの場
合、ロール表面には不規則な粗度プロフィルが形成され
るため、このようなワークロールによる調質圧延後の鋼
板表面は、不規則な山と谷で構成された、いわゆる粗面
を呈する。このように粗面が形成された鋼板にプレス加
工を施せば、谷部に潤滑油が貯留してプレス金型と鋼板
との摩擦力を低減させ、プレス作業を容易にすると同時
に、金型との摩擦力により剥離した金属粉を谷部にトラ
ップして焼付きを防止することができる。

ところで近年、塗装用鋼板の塗装仕上がり品質の良さは
、顧客に対し直接的に視覚によって訴えることができる
ため、極めて重要な品質管理項目となっている。

塗装面の評価項目としては、種々のものがあるが、つや
消し塗装により高級感を出すものが重要な顧客ニーズに
なっている。そのために塗装面での規則的な乱反射のよ
る均質なつや消し性が必要である。

一方、塗装面の評価項目として、塗装面の乱反射が少な
く光沢性に優れていることや、塗装面に生じる写像の歪
が少なく、いわゆる写像性が優れていること等も評価基
準としてあげられており、これら光沢性と写像性をあわ
せて一般に鮮映性と呼称しているが、前述のつや消し性
は、この鮮映性の正反対の性質として定義する。

塗装面の鮮映性については、塗装の種類や塗装方法もも
ちろん影ツするが、塗装下地としての鋼板の表面粗さの
影響を強く受ける。一般的には、鋼板表面の凹凸が激し
ければ、塗装面においても凹凸が大きく、その結果光の
乱反射を生じて、光沢性が低くなる。

一般に鋼板の表面粗さは、中心線平均粗さＲａのほか、
最近に至って濾波中心線うねりＷｃａでも表わされるこ
とが多く、ここに中心線表面粗さＲａが大きいほど山と
谷の振幅が大きくなり、その結果塗装面の凹凸が激しく
なり、鮮映性が下がり、つや消し面となる。

ちなみに鮮映性の評価の方法としては、種々の方式が開
発されているが、最も一般的には、米国のハンター・ア
ソシエイッ・ラボラトリ−（ＨＵＮＴＥＲＡＳＳＯＣＩ
ＡＴＥＳ　ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ）社製のドリゴン（Ｄ
ＯＲＩＣＯＮ　）メータによる測定値すなわちＤ　ＯＩ
　（ＤＩＳＴＩＮＣＴＮＥＳＳ　ＯＦ　ＩＭＡＧＥ　）
値が使用されている。

このＤＯＩ値は、第８図に示すように、試料Ｓに対し入
射角３０°で光を入射し、その正反射光強度Ｒｓと正反
射角に対し±０゜３°での散乱光強度Ｒｏ３の値を用い
て、次式で表わされる。

ＤＯＩ値＝　１００　Ｘ　（ＲＳ　−Ｒ，０，３）　／
　ＲＳ一方、乱反射に対しては、不鮮明性を表わす「ぼ
けＪ　　（Ｈａｚｅ）値としては、反射光の広がりを表
わすＨ値がある。

このＨ値は、第８図に示すように試料Ｓに対し入射角３
０°で光を入射し、その正反射光強度Ｒｓと正反射角に
対し±２°、５°、１５°での散乱光強度Ｒ２°、Ｒ５
°、Ｒ１５°の値を用いて、次式で表わされる。

Ｈ２°＝１００（Ｒ２°／　Ｒｓ　） Ｈ５°＝１００（Ｒ５°／　Ｒｓ　） Ｈ１５°＝１００（Ｒ１５°／　Ｒｓ　）Ｈ値が小さい
ほど鮮映性が高く、大きいほどっや消し性が優れている
ことを示す。

また、スガ試験機株式会社製の写像測定器（ＨＡ−ＩＣ
Ｍ型）による像鮮明度Ｃ（％）も一般に使われている。

この方法は、試料からの反射光を移動する光学くしを通
して測定し、その値を計算によって求めるものである。

そして測定値は視感法における鮮麗性（Ｉｍａｇｅ　ｃ
ｌｅａｒｎｅｓｓ）　、歪み（Ｉｍａｇｅｄｉｓｔｏｒ
ｔｉｏｎ）およびぼけ（）ｌａｚｅ）が総合され、写像
性あるいは像鮮明度Ｃ（％）として表示される。

光学くしはチャートスケールと同じように作られている
。測定原理は、０．０３±０．００５ｍｍの幅をもつ極
めて細いスリットを通った光源の光が平行光線となり、
試料からの反射光がレンズによって集光され、左右に移
動する光学くしを通過して受光器に受光される。この光
学系装置は、受光器で検知した光量の変動を波形として
記録する計測系装置に接続され、この記録から計算によ
って像鮮明度Ｃ（％）を求めることができる。

試料が完全鏡面体の時は、レンズによって、スリットの
像が光学くしの中間位置に結像するようになっている。

この場合に受光器で検知した光量は、光学くしの移動に
伴なって波形で記録される。

試料がぼけを生じるものの場合、試料上に結像されるス
リットの像はそのぼけの影雪で太くなるため、光透過部
の位置ではスリット像の両側が不透過部にかかり、１０
０％あった光量が減少する。また、不透過部の位置では
スリット像の両側は透過部から光がもれて、本来Ｏ％の
光量が増加　　、する。

ここで、像鮮明度Ｃ（％）は光学くしの透過部の透過光
最大値Ｍと、不透過部の透過光の最小値ｍから次式によ
って定義される。

Ｃ（％）の値が大きければ像鮮明度が高く、小さければ
つや消し性が優れていることを示す。

ところで前述のように従来のショツトブラスト法や放電
加工法によりダル仕上げしたワークロールを用いて鋼板
に調質圧延を施した場合、既に述べたように、鋼板表面
は不規則な山と谷で構成された粗面を呈している。この
ように不規則な山と谷を有する鋼板表面に塗装を行えば
、山と谷との間の斜面に沿って塗膜が形成されるために
、鮮映性は低下し、つや消し性が発生するが、従来のシ
ョツトブラスト法や放電加工法によるワークロールをも
って調質圧延した塗装用鋼板は、不規則な山と谷のプロ
フィルを有するために均質性に優れたつや消し外観が得
られないという問題がある。

〈発明の目的〉 本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、鋼板
表面の粗度プロフィルを改良して、塗装後の塗膜表面の
凹凸を規則的にし、光の正反射率を下げることにより、
塗装後のつや消し性の優れた鋼板を提供し、併せてその
ような優れた表面粗度プロフィルを有する鋼板を効率良
く製造する方法を提供することを目的とするものである
。

換言すれば、本発明は、従来使用されていた塗料と塗装
方法には何ら変更を加えずに、つや消し性を従来よりも
格段に向上させた鋼板とその製造方法を提供するもので
ある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明の第１の態様によれば、鋼板表面を構成する微視
的形態が、平坦な山頂面を有する台形状の山部と、その
周囲の全部または一部を取囲むように形成された溝状の
谷部と、山部の相互間であってかつ谷部の外側にその谷
部の底よりも高くかつ山部の山頂面より低い高さに形成
された中間平坦部とによりて構成され、かつ山部の平坦
な山頂面と前記中間平坦部の平坦面の面積の和が、前記
鋼板表面全体が平面であると想定した場合における該鋼
板の表面積として表わされる全面積に占める比率が２０
％未満であることを特徴とするつや消し性に優れた塗装
用鋼板が提供される。

本発明の第２の態様によれば、あらかじめ調質圧延用ワ
ークロールの表面に、微小なクレータ状の凹部と、その
凹部の外縁において表側にリング状に盛り上がった盛り
上がり部と盛り上がり部の相互間に残存されたワークロ
ール平坦表面とによって構成された表面模様を形成する
模様付は加工を高密度エネルギー源を用いて施しておき
、その表面模様付けされたワークロールで調質圧延する
ことにより山部の平坦な山頂面と前記中間平坦部の平坦
面の面積の和が、前記鋼板表面全体が平面であると測定
した場合における該鋼板の全面積に占める比率が２０％
未満となるようにワークロール表面の模様を鋼板表面に
転写することを特徴とするつや消し性に優れた塗装用鋼
板の製造方法が提供される。

ここで、前記高密度エネルギー源としてレーザーを用い
るのが好ましい。

以下に本発明を添付図面に基いて更に詳細に説明する。

本発明で用いる鋼板は冷延鋼板および表面処理鋼板のい
ずれでもよい。ここでいう冷延鋼板とは従来知られてい
る箱焼鈍材でありても連続焼鈍材であっても良く、また
表面処理鋼板としては電気めっき法、溶融めっき法によ
るＺｎまたはＺｎ合金めつきのいずれにも適用でき、表
面の模様つげはめっきとされる前であってもめつき後で
あってもよい。

［１］レーザーによるロールのダル目イ寸け：まず高密
度エネルギー源、例えばレーザーにより調質圧延用のワ
ークロールにダル目付けを行う際の作用について説明す
る。

ロールを回転させながら、ロールの表面にレーザーパル
スを次々に投射し、レーザーエネルギーによりロール表
面を規則的に溶融させて、規則的にクレータ状の凹部を
形成する。その状態を第１図に示す。第１図において符
号１はロール３の表面に形成されたクレータ状の凹部（
以下単にクレータと記す）であり、そのクレータ１の周
囲には溶融したロール母材金属がロール３の表面よりも
上方にリング状に盛り上がってフランジ状の盛り上がり
部（以下単にフランジと記す）２が形成される。なおこ
のフランジ２を含むクレータ１の内壁層は、ロール母材
組ｉ！＠４に対し熱影響部５となっている。

さらに上述のようなレーザーによるダル目付けについて
詳細に説明する。

レーザーパルスによって形成されたロール表面上のクレ
ータ１の深さと直径は、入射されるレーザーのエネルギ
ーの大きさと投射時間によって決定されるが、これは通
常のショツトブラストロールのＲａ粗度に相当する粗さ
を定義する量を与える。

レーザーにより加熱されたロール３を形成する金属は、
大きな照射エネルギー密度によって瞬時に金属蒸気とな
り、このとき発生する蒸気圧力によってロール３の表面
の溶融金属が吹き飛ばされてクレータ１を形成し、また
その吹き飛ばされた溶融金属はクレータ１の周囲に再固
着して、クレータ１を取囲むフランジ２を形成する。こ
れらの一連の反応は、酸素ガス等の補助ガスを反応点に
目がけて吹付けることにより一層効率良く実行される。

そしてロール３を回転もしくは軸方向移動させつつ規則
的なレーザーパルスを照射することにより上述のような
クレータ１が規則的に形成され、これらの次々に形成さ
れるクレータ１の集合によってロール３の表面に粗面を
与えることができる。このようにして形成されたロール
３の表面の粗面の状況を第２図、第３図に示す。

これらの図から明らかなように、隣り合うクレータｌ、
１の間におけるフランジ２の外側の部分は、上述のよう
なレーザー加工の影響を実質的に受けないで残存し、も
とのロール３の表面のまま平坦面６となっている。従っ
て、クレータ１のまわりにフランジ２が、フランジ２の
外縁には平坦面６が存在し、これらが一つの集合をなし
、この集合がロール表面に規則的に配置形成されている
。

ここで、隣り合うクレータ１．１の相互間の間隔は、ロ
ール３の回転方向にはロール３の回転速度と関連付けて
レーザーパルスの周波数を制御することにより、また、
ロール３の軸方向に対してはロール３が１回転するごと
にレーザーの照射位置をロール軸方向へ移動させるピッ
チを制御することによって、調節可能である。

なお以上の説明は高密度エネルギー源としてレーザーを
用いた場合について説明したが、プラズマあるいは電子
ビーム等の他の高密度エネルギー源を用いた場合も同様
である。

［２コ調質圧延による鋼板へのダル回転写：前述のよう
にしてレーザー等によりダル加工を施したワークロール
を用い、調質圧延工程において鋼板、例えば焼鈍済みの
冷延鋼板に軽圧下率の圧延を施すことによってロールの
ダル目が鋼板表面に転写され、鋼板表面に粗面が形成さ
れる。

この過程における鋼板表面を微視的に観察すれば、第４
図に示すように、ロール３の表面のクレータｌの周囲の
ほぼ均一な高さを有するフランジ２が、鋼板７の表面に
強い圧力で押し付けられ、これにより、ロール３の材質
より軟質な鋼板７の表面近傍で材料の局所的塑性流動が
生じ、ロール３のクレータ１の内側へ鋼板７の金属が流
れ込んで粗面が形成される。

このとき、クレータ１の内側において盛り土がった鋼板
金属の山頂面８は、もとの鋼板表面のまま平坦状を保ち
、またロール３における隣り合うクレータ１．１間のフ
ランジ２の外側の平坦面６に押し付けられた鋼板表面の
部分はそのまま中間平坦部９となり、かつ前者の平坦面
（山頂面）８は後者の平坦面（中間平坦部）９よりも高
い。

したがって調質圧延後の鋼板７の表面の粗面の微視的形
態は、第５図、第６図に示すように、平坦な山頂面８を
有する台形状の山部１０と、その周囲を取囲むように形
成された連続溝状の谷部１１と、隣り合う山部１０．１
０の間であってかつ谷部１１の外側にその谷部１１の底
よりも高くかつ山部１０の山頂面８より低い高さに形成
された中間平坦部９とによって構成されることになり、
これらが一つの集合をなし、この集合が鋼板表面に規則
的に形成される。

上述のところから明らかなように、調質圧延鋼の鋼板表
面は、山部１０の山頂面８と、中間平坦部９の平坦面と
、山頂面８と中間平坦部９の間の谷部傾斜面１３および
谷部１１とから成る。

そして、本発明の鋼板においては、山頂面８と中間平坦
部９の平坦面の面積の和が鋼板の全面積に占める割合が
２０％未満となるように形成されていることに特徴があ
る。

ここで、鋼板の全面積とは、鋼板表面全体が平面である
と想定した場合における該鋼板の表面積をいうものとし
、従って、谷部１１や谷部傾斜面１３等ゐ傾斜部（山頂
面８と中間平坦部９の平坦面とを除く部分）の面積は、
現実の表面積ではなく、これら傾斜部が平面をなすもの
として算出したものである。

これに対して、従来性われているショツトブラスト加工
や放電加工によって粗度付は加工を施されたロールの場
合は、調質圧延の過程で第１１ａ、ｆｉｂ図に示すよう
にロール３の表面の山が鋼板７の板面に食い込み、ロー
ル３の表面の粗面プロフィルと鋼板７の原板表面の粗面
プロフィルとが合成されて、調質圧延後の鋼板７には不
規則な形状が転写され、美麗なつや消し外観が得られな
い。したがってこの場合はレーザーによりダル目付けさ
れたロール３によって調質圧延された鋼板とはその表面
構造およびその形成道程が全く異なることがわかる。

［３］調質圧延後の鋼板表面の平坦部の面積率ηに及ぼ
す影響： ロール表面の粗度プロフィルを構成するパターンと調質
圧延の条件が、調質圧延後の表面の平坦部の面積率ηに
どのようなｔＶを与えるかについて検討を行った。

ここで平坦部の面積率ηは、第７図に示すように、山部
１０の平坦な山頂面８の面積占有率η１と、中間平坦部
９の平坦面の面積占有率η２との和で表される。

すなわち、 η＝η１＋η２　　　””　（ｔ　） である。ここで、η、の値は調質圧延における圧下率に
よって変化する。なぜならば、圧下率が変化すれば、鋼
板金属がクレータｌの内側に流入する程度が変化し、そ
のため山部１０の山頂面８の直径が変化するからである
。一方η２の値はレーザースポットの間隔（第７図参照
）に依存する。

このようにして得られた塗装用鋼板面は、上述しかつ第
５．６図に示すように、平坦部（山頂面８および中間平
坦部９）と傾斜部（谷部１１および谷部傾斜面１３）と
からなるが、塗装後においては、この傾斜部の占める割
合が光散乱に寄与し、かつ鋼板表面に形成された規則的
なパターンがすぐれた外観性に反映することになる。

ざらに粗度プロフィルとしては、ロール３の隣り合うク
レータ１．１間の間隔が広くなるにしたがって、転写さ
れた鋼板の平坦部が多くなるので、塗膜表面が平滑にな
り、つや消し面が得られない。

この平坦部の面積が２０％未満のとき、種々の圧下率に
おいて、従来のダル鋼板に対して優れたつや消し性が得
られた。これについて、下記の実施例にて具体的に説明
する。

なお、第９図に本発明のレーザー処理による鋼板表面粗
度パターンを、第１０図に従来のショツトブラストによ
る鋼板表面粗度パターンを示す。

本発明による粗度パターンが従来のものに比べて規則的
に形成されていることがわかる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基き更に詳細に説明する。

素材鋼板としてＣ、０，０４％、Ｍｎ；０．２％、Ｐ　
；　０．０２％、Ｓ　；　０．０１５　％、Ｎ　；　０
．００３　％、０　；　０．００５％を含有し、冷間圧
下率７０％で冷延し、更に連続焼鈍炉で焼鈍した板厚０
．８　ｍｍの冷延鋼板に、以下の調質圧延を行ったのち
公知の方法で電気Ｚｎめっき（目付量２ｏｇ／ｒｎ”）
を施した。

調質圧延用ワークロールとして、レーザーパルス加工に
よりダル加工を施したダルロール、従来のショツトブラ
スト法によりダル加工を施したダルロールを用意し、前
述の冷延鋼板にそれぞれのロールで調質圧延伸び率λが
０．８％で調質圧延を施した。

ここで、特にレーザー加工によりダル加工を施したロー
ルの表面粗度プロフィルは、 レーザースポットの間隔：　２００μｓクレータの口径
：１００− であった。

なお、特にレーザー加工によりダル加工を施したロール
によって調質圧延した鋼板では、その表面粗度プロフィ
ルについては、平坦部面積率（η）を５〜５０％に変化
させた。

これらの鋼板に対し次の塗装条件で塗装を行った。

前処理：りん酸塩処理 ボンデライト３１４０（日本パーカー ライジング製）　　　　　２　ｇ／ｃｒｎ”　（スプレ
ー塗装） 下塗り：Ｐ１０７　（日本ペイント製）５−（スプレー
塗装） 上塗り：ＮＰ４１１（日本ペイント製）２０戸（スプレ
ー塗装） 各塗装後鋼板の光乱反射性を調べた。

結果を表１に示す。　Ｈ（Ｈａｚｅ）値が１０以上だと
、鋼板のつや消し性に優れているといえる。

表１から明らかなように、塗装後のつや消し性、Ｈａｚ
ｅ値は、本発明材のうち、平坦部面積率が２０％未満の
場合、従来のダルロール材に対し優れたつや消し性を示
すことがわかる。

表　　　　　　　　１ 注）電気Ｚｎめっき後の値 〈発明の効果〉 以上詳述したように本発明によれば、表面が所定の形状
にコントロールされた鋼板およびその製造方法が得られ
るので、鋼板の塗装後のつや消し性を従来よりも向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法において高密度エネルギーとし
てレーザーパルスを用いてワークロールの表面をダル加
工したときのロール断面の状態を示す模式的な断面図で
ある。 第２図は上記レーザーパルスによりダル目付けされたロ
ールの表面の粗面プロフィルを示す模式的な断面図であ
る。 第３図は第２図に対する平面図である。 第４図は上記ロールにより調質圧延を施している状態を
示す模式的な断面図である。 第５図は上記ロールにより調質圧延された鋼板表面の粗
面のプロフィルを示す模式的な断面図である。 第６図は第５図に対する平面図である。 第７図は平坦部の面積率η（＝η１＋η２）の定義を説
明するための模式図である。 第８図はつや消し性を表わすＨａｚｅ値の測定方法を示
すための説明図である。 第９図はレーザー加工処理を行った塗装後の鋼板表面の
三次元粗さ曲線図である。 第１０図はショツトブラスト処理を行った塗装後の鋼板
表面三次元粗さ曲線図である。 第１１ａ図は従来の方法でダル加工されたロールにより
鋼板を調質圧延してダル目付けする際の状況を示す略解
図である。 第１１ｂ図は同調質圧延後の鋼板表面断面図である。 符号の説明 １・・・クレータ（凹部）、 ２・−・フランジ（盛り上がり部）、３・・・ロール、
４・−ロールの母材、５・・・熱影響部、６・・・ロー
ル表面（平坦面）、？−・・鋼板、８・・・山部の山頂
面、“９・−中間平坦部、１０−・山部、１１・−谷部
、１３−谷部傾斜面ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ Ｆ　Ｉ　Ｇ、　３ ＦＩＧ、４ Ｆ　Ｉ　Ｇ、　５ Ｆｌ（３，６ Ｆｌ３．７ Ｆｌ（３，８ ＦＩｏ、９ Ｆｌ（３，ＩＱ ＦＩＧ、１１ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板表面を構成する微視的形態が、平坦な山頂面
   を有する台形状の山部と、その周囲の全部または一部を
   取囲むように形成された溝状の谷部と、山部の相互間で
   あってかつ谷部の外側にその谷部の底よりも高くかつ山
   部の山頂面より低い高さに形成された中間平坦部とによ
   って構成され、かつ山部の平坦な山頂面と前記中間平坦
   部の平坦面の面積の和が、前記鋼板表面全体が平面であ
   ると想定した場合における該鋼板の表面積として表わさ
   れる全面積に占める比率が２０％未満であることを特徴
   とするつや消し性に優れた塗装用鋼板。
2. （２）あらかじめ調質圧延用ワークロールの表面に、微
   小なクレータ状の凹部と、その凹部の外縁において表側
   にリング状に盛り上がった盛り上がり部と盛り上がり部
   の相互間に残存されたワークロール平坦表面とによって
   構成された表面模様を形成する模様付け加工を高密度エ
   ネルギー源を用いて施しておき、その表面模様付けされ
   たワークロールで調質圧延することにより、山部の平坦
   な山頂面と前記中間平坦部の平坦面の面積の和が、前記
   鋼板表面全体が平面であると測定した場合における該鋼
   板の全面積に占める比率が２０％未満となるようにワー
   クロール表面の模様を鋼板表面に転写することを特徴と
   するつや消し性に優れた塗装用鋼板の製造方法。
3. （３）前記高密度エネルギー源としてレーザーを用いる
   特許請求の範囲第２項記載のつや消し性に優れた塗装用
   鋼板の製造方法。