(57)【要約】【課題】溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板の製造方法に関し、めっき層を均一に黒色化してより見栄えの良い黒色めっき鋼板を製造する方法を提供する。【解決手段】溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板１を密閉容器１０中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板を製造する方法であって、前記密閉容器１０は、当該密閉容器１０内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器１０内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方が可変制御されることにより、当該密閉容器１０内の圧力が所定値に維持されるように構成されており、圧力が前記所定値に維持されうる前記密閉容器１０内において、当該密閉容器１０内に導入された水蒸気と、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板１とを接触させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板を製造する方法であって、
前記密閉容器は、当該密閉容器内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方が可変制御されることにより、当該密閉容器内の圧力が所定値に維持されるように構成されており、
圧力が前記所定値に維持されうる前記密閉容器内において、当該密閉容器内に導入された水蒸気と、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板とを接触させる、
ことを特徴とする黒色めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記所定値は、前記密閉容器内の所定の圧力値に対して、８０％以上、１２０％以下の圧力値であることを特徴とする、
請求項１に記載の黒色めっき鋼板の製造方法。
【請求項３】
溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板を製造する装置であって、
前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を内部に配置可能な密閉容器と、
前記密閉容器内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方を可変制御することにより、当該密閉容器内の圧力を所定値に維持可能な圧力制御手段と、を備え、
圧力が前記圧力制御手段によって前記所定値に維持されうる前記密閉容器内において、当該密閉容器内に導入された水蒸気と、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板とを接触させることを可能にした、
黒色めっき鋼板の製造装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記密閉容器内の所定の圧力値に対して、８０％以上、１２０％以下の圧力値であることを特徴とする、
請求項３に記載の黒色めっき鋼板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色めっき鋼板を製造する方法およびその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の屋根材や外装材、家電製品、自動車などの分野では、意匠性などの観点から黒色の外観を有する鋼板のニーズが高まっている。鋼板の表面を黒色化する方法としては、鋼板の表面に黒色塗料を塗布して黒色塗膜を形成する方法があるが、黒色塗膜を形成せずに、めっき鋼板の金属光沢および銀白色の色調を遮蔽して、めっき層そのものを酸化させて黒色化する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を、密閉容器の内部で水蒸気と接触させて、黒色化した酸化皮膜を溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層に形成させる方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、めっき鋼板の間にスペーサーを配置してめっき鋼板に水蒸気を接触させる方法が記載されている。当該方法によれば、めっき鋼板の間にスペーサーを配置することで、めっき鋼板の周縁部と中心部に水蒸気を同じように接触させることができるため、めっき層の表面をより均一に黒色化できる。
【０００４】
以下、この明細書では、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を、単に「めっき鋼板」とも言うことがある。また、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板の溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を、単に「めっき層」ということがある。さらに、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板の溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を黒色化するために、密閉容器の内部で溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板に水蒸気を接触させることを、単に「水蒸気処理」ともいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３３５１５９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４１６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、めっき層をより均一に黒色化するためには、めっき鋼板の黒色化すべき領域全体に水蒸気を十分に行き渡らせ、めっき層の表面に対して均一に水蒸気を接触させることが非常に重要となる。
【０００７】
しかし、上記従来の方法で水蒸気処理を行って黒色めっき鋼板の製造を行っていたところ、時として、均一な外観の黒色めっき鋼板が得られなくなるという課題が発生した。種々の検討を行ったところ、水蒸気処理中に必要な量の水蒸気が、密閉容器中の黒色化すべきめっき鋼板に十分に行き渡っていないためと考えられた。
【０００８】
そこで、本願発明では、めっき層を均一に黒色化してより見栄えの良い黒色めっき鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板を製造する方法であって、前記密閉容器は、当該密閉容器内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方が可変制御されることにより、当該密閉容器内の圧力が所定値に維持されるように構成されており、圧力が前記所定値に維持されうる前記密閉容器内において、当該密閉容器内に導入された水蒸気と、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板とを接触させることを特徴とする、黒色めっき鋼板の製造方法。
【００１０】
（２）前記所定値は、前記密閉容器内の規定の圧力値に対して、８０％以上、１２０％以下の圧力値であることを特徴とする、（１）に記載の、黒色めっき鋼板の製造方法。
【００１１】
（３）溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器中で水蒸気と接触させて黒色めっき鋼板を製造する装置であって、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を内部に配置可能な密閉容器と、前記密閉容器内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方を可変制御することにより、当該密閉容器内の圧力を所定値に維持可能な圧力制御手段と、を備え、圧力が前記圧力制御手段によって前記所定値に維持されうる前記密閉容器内において、当該密閉容器内に導入された水蒸気と、前記溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板とを接触させることを可能にした、黒色めっき鋼板の製造装置。
【００１２】
（４）前記所定値は、前記密閉容器内の規定の圧力値に対して、８０％以上、１２０％以下の圧力値であることを特徴とする、（３）に記載の、黒色めっき鋼板の製造装置。
【００１３】
上記（１）、（３）の構成によれば、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器内で水蒸気と接触させて黒色化させる際、密閉容器内に導入口から水蒸気を導入しつつ、排出口からは密閉容器内の水蒸気を排出することにより、黒色化させる際に水蒸気と反応して発生する水素ガスを適切に排出することができ、密閉容器内に必要な水蒸気量を確保することができる。なお、密閉容器内の圧力は、密閉容器内に導入される水蒸気の流量と当該密閉容器内から排出される水蒸気の流量とのうち少なくともいずれか一方を可変制御することにより、所定の圧力に維持されうるように構成されている。
【００１４】
上記（２）、（４）の構成によれば、密閉容器内のめっき鋼板の水蒸気処理の状況に応じ、水蒸気処理における密閉容器内の規定の圧力値に対して、８０％以上、１２０％以下の圧力値の範囲で適切に制御し、良質の黒色めっき鋼板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明によれば、見栄えの良い良質な黒色めっき鋼板を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する方法のフローチャートである。
【図２】本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置の模式図である。
【図３】本発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置の制御系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［黒色めっき鋼板を製造する方法］
本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する方法は、ＡｌおよびＭｇを含有する溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を密閉容器の内部で水蒸気に接触させて黒色めっき鋼板を製造する方法である。
【００１８】
本願発明の方法は、図１のフローチャートに示されているように、密閉容器の内部に配置した溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を加熱する第１工程（Ｓ１１０）と、密閉容器の内部の雰囲気ガスを排気して、密閉容器内部の気体圧力を７０ｋＰａ以下にする第２工程（Ｓ１２０）と、密閉容器の内部に水蒸気を導入して所定の圧力の下、めっき層を黒色化する第３工程（Ｓ１３０）と、第３工程（Ｓ１３０）の後に密閉容器の内部の圧力をいったん大気圧に戻した後に、密閉容器内部の気体圧力を再び７０ｋＰａ以下にする第４工程（Ｓ１４０）と、密閉容器内部のめっき鋼板を冷却する第５工程（Ｓ１５０）とが、この順番で行われる。なお、雰囲気ガスとは、密閉容器の内部に存在するガスを意味し、本願明細書に記載された大気、水蒸気、水素を含有する水蒸気、窒素ガスなどの総称である。
【００１９】
以下、各工程についてより詳しく説明する。
【００２０】
（第１工程）
第１工程（Ｓ１１０）では、密閉容器の内部に配置しためっき鋼板を加熱する。
【００２１】
密閉容器１０は、めっき鋼板１を配置する配置部１２を内部に有し、雰囲気ガスの排気による内部の気体圧力の低下や水蒸気の導入、加熱、冷却などに耐えうる強度を有していればよい。密閉容器１０は、その外部から内部への気体の流入が実質的に不可能な密閉状態と、外部から内部へのめっき鋼板の搬入が可能な開放状態との、いずれをもとることが可能に構成されている。密閉容器１０は、後述する排気配管３１、水蒸気供給配管４１、ガス導入配管５１およびドレン配管３５などを接続可能な開口をその壁面または底面に有しており、これらの配管に設けられた開閉弁を閉じることで容器の内部を密閉状態にできるように構成されている。また、密閉容器１０は、その外壁面に、密閉容器１０を加熱または冷却して密閉容器内の温度調整を行う温度調整機構２０、２１を備えていてもよい。
【００２２】
めっき鋼板１は、基材鋼板と、基材鋼板の表面に形成された溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層とを有する。
【００２３】
基材鋼板の種類は特に限定されないが、例えば、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、および合金鋼などからなる鋼板を使用することができる。良好なプレス成形性が必要とされる場合は、低炭素Ｔｉ添加鋼および低炭素Ｎｂ添加鋼などの深絞り用鋼板が基材鋼板として好ましい。また、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｎなどを添加した高強度鋼板を用いてもよい。
【００２４】
溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層は、水蒸気との接触により黒色化する組成を有していればよい。めっき層が水蒸気との接触により黒色化するメカニズムは不明であるが、一つの仮説としては、水蒸気との接触によりめっき層表面およびめっき層中に酸素欠乏型の欠陥構造を有するＺｎ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物（例えば、ＺｎＯ１−ｘなど）や水酸化物が生成されるためと推察される。このように、酸素欠乏型の酸化物や水酸化物が生成されると、その欠陥準位に光がトラップされるため、上記の酸化物や水酸化物が黒色外観を呈することになる。例えば、Ａｌが０．１質量％以上６０質量％以下、Ｍｇが０．０１質量％以上１０質量％以下、Ｚｎが残部の組成を有するめっき層は、水蒸気との接触によって好適に黒色化することができる。
【００２５】
市場で最も多く流通している溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板は、めっき層中にＡｌを６質量％程度、Ｍｇを３質量％程度含んだものである。このようなめっき組成の金属組織は、［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ２Ｍｇの三元共晶組織］の素地中に、［初晶のＡｌ相］、または、［初晶のＡｌ相］と［Ｚｎ単相］とが混在したものとなっており、水蒸気処理により好適にめっき層を黒色化することができる。各相（Ａｌ相、Ｚｎ相およびＺｎ２Ｍｇ相）は、それぞれ不規則な大きさおよび形状を成して互いに入り組んでいる。初晶のＡｌ相とＡｌ／Ｚｎ／Ｚｎ２Ｍｇの三元共晶組織中のＡｌ相は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇの三元系平衡状態図における高温でのＡｌ”相（Ｚｎを固溶するＡｌ固溶体であり、少量のＭｇを含む）に由来するものである。この高温でのＡｌ”相は、常温では、通常は微細なＡｌ相と微細なＺｎ相に分離して現れる。三元共晶組織中のＺｎ相は、少量のＡｌを固溶し、場合によってはさらにＭｇを固溶するＺｎ固溶体である。三元共晶組織中のＺｎ２Ｍｇ相は、Ｚｎ−Ｍｇの二元系平衡状態図におけるＺｎが約８４質量％の点付近に存在する金属間化合物相である。
【００２６】
水蒸気との接触によって好適に黒色化することができるめっき層は、［Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ２Ｍｇの三元共晶組織］の素地中に、［初晶のＡｌ相］、または、［初晶のＡｌ相］と［Ｚｎ単相］とが混在した金属組織を有するものに限られず、初晶はＺｎ相であってもよく、また、例えばＳｉのように、めっき層中に含有されている他の元素に由来する金属間化合物が初晶であってもよい。さらに、Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ２Ｍｇの三元共晶組織に代えて、Ｚｎ２ＭｇやＺｎ１１Ｍｇ２の金属間化合物であってもよい。これらの金属間化合物であっても、水蒸気と接触することにより、めっき層表面およびめっき層中に酸素欠乏型の欠陥構造を有するＺｎ、Ａｌ、Ｍｇを含む酸素欠乏型の酸化物や水酸化物が生成され、その欠陥準位に光がトラップされるため、上記の酸化物や水酸化物が黒色外観を呈することになる。
【００２７】
めっき層の厚みは特に限定されるものではないが、３μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。めっき層の厚みが３μｍ以上であれば、めっき鋼板１の取り扱い時に入るキズが基材鋼板に到達しにくくなり、黒色外観の保持性および耐食性がより高くなる。また、めっき層の厚みが１００μｍ以下であると、圧縮を受けた際のめっき層と基材鋼板の延性が異なることによる、加工部におけるめっき層と基材鋼板との剥離がより生じにくくなる。
【００２８】
めっき鋼板１の形状は、黒色化すべき領域のめっき層が水蒸気と接触することができるのであれば、特に限定されない。例えば、めっき鋼板１の形状は、めっき層が平坦な形状（例えば、平板状）でもよいし、屈曲した形状（例えば、コイル状）であってもよい。なお、コイル状とは、めっき鋼板１により構成される金属帯が、径方向に間隔をあけて巻かれた形状を意味する。密閉容器１０内部への配置の容易さや、その前後の搬送の容易さの観点から、めっき鋼板１の形状はコイル状であることが好ましい。めっき鋼板１の形状をコイル状とした場合、当該めっき鋼板１の径方向の間隔については、水蒸気の浸入が容易となるように、径方向に隣り合う表面同士の間隔の最短距離が０．０５ｍｍ以上確保されることが好ましい。
【００２９】
また、コイル状のめっき鋼板１における上記間隔を維持するため、巻かれためっき鋼板１の表面の間にスペーサーを配置することができる。当該スペーサーの形状は、コイル状のめっき鋼板表面のめっき層に十分水蒸気を行き渡らせることができればよく、例えば、線状のスペーサーでもよいし、面状のスペーサーであってもよい。線状のスペーサーは、めっき鋼板表面の一部に配置される線材であり、面状のスペーサーは、めっき鋼板表面の少なくとも一部に配置される平板状の部材である。めっき鋼板表面とスペーサーとが接触する面積は小さい方が好ましく、一つの接触点における接触面積は１５ｍｍ２以下であることが好ましい。スペーサーの材質は、水蒸気処理中に著しい劣化や発火、めっき鋼板との融着または溶解が生じなければ特に限定されないが、その材質は金属または樹脂が好ましく、水蒸気透過性を有する材料であることがより好ましい。
【００３０】
また、めっき鋼板１の表面の一部に黒色化されない部分を意図的に形成しようとするときは、当該黒色化されない部分をアルミテープまたは樹脂テープによってマスキングしてもよい。
【００３１】
また、めっき鋼板１は、密閉容器１０の内部に配置されるにあたって、単層に配置してもよいし、積層して配置してもよい。例えば、上記コイル状のめっき鋼板１はアイアップで配置することができる。また、２個以上のコイル状のめっき鋼板１を同時に黒色化するときは、２個以上のコイル状のめっき鋼板１をいずれもアイアップで重ねて密閉容器内に配置することができる。なお、密閉容器内に配置する際は、水蒸気を容易に浸入させるため、隣り合うめっき鋼板の間にスペーサーを配置するなどして、前述したよう０．０５ｍｍ以上となるように配置することが好ましい。また、任意の形状に加工されためっき鋼板１を密閉容器内に配置して黒色化してもよく、その際は密閉容器１０内に棚を設けて、加工されためっき鋼板を棚に乗せてもよいし、加工されためっき鋼板を棚から吊り下げるようにしてもよい。
【００３２】
また、第１工程（Ｓ１１０）において、めっき鋼板１は、露点が常にめっき鋼板温度未満であるガス（低水蒸気ガス）の存在下で加熱される。つまり、密閉容器１０の内部に存在する雰囲気ガスは低水蒸気ガスである。めっき鋼板１の加熱作業を容易にする観点から、低水蒸気ガスは大気であってもよいが、めっき鋼板１の黒色化が可能な限りにおいて、窒素などの不活性ガスに置換してもよい。その他、大気よりも低露点の雰囲気に置換してもよい。なお、低水蒸気ガスは、密閉容器１０に接続されたガス導入部５０から密閉容器１０内へ導入することができる。なお、この明細書では、露点がめっき鋼板温度未満であるガスのことを「低水蒸気ガス」という。
【００３３】
加熱前のめっき鋼板１の温度は、通常、常温程度であり、また、めっき鋼板１の熱容量は大きい。したがって、露点がめっき鋼板温度以上となる、水蒸気を多く含有する雰囲気ガスの存在下でめっき鋼板１を加熱すると、めっき鋼板１の表面近傍の雰囲気ガスがめっき鋼板１で冷却されてめっき鋼板表面に結露が生じることがある。その結果、めっき鋼板１の結露が生じた部分に対して水蒸気が接触できずに黒色化が阻害され、めっき層を均一に黒色化できないおそれがある。さらに、結露によってめっき鋼板表面が腐食し、白錆に覆われることで外観を損なうおそれもある。
【００３４】
これに対して本発明では、この第１工程（Ｓ１１０）において、低水蒸気ガスの存在下でめっき鋼板１を加熱している。これにより、水蒸気の凝縮による結露を発生し難くし、めっき層をより均一に黒色化してめっき鋼板１の外観をより見栄え良くできる。したがって、この第１工程（Ｓ１１０）における雰囲気ガスの露点は常温以下であることがより好ましく、例えば、本工程における雰囲気ガスを大気とすることができる。また、加熱に伴ってめっき鋼板１の温度が上昇していくので、加熱開始時における雰囲気ガスの露点がめっき鋼板１の温度より低い状態であれば、通常、雰囲気ガスの露点は常にめっき鋼板温度未満となり、上記めっき鋼板１に対する結露の発生が防がれることとなる。
【００３５】
第１工程（Ｓ１１０）におけるめっき鋼板１の加熱は、めっき層の表面温度が水蒸気との接触によってめっき層が黒色化される温度（以下、「黒色処理温度」ともいう。）に達するまで行われる。例えば、密閉容器１０内に設置しためっき鋼板１の表面温度を温度測定センサーで測定しながら黒色処理温度を超えるまで加熱を行うようにするとよい。
【００３６】
なお、めっき鋼板１は熱容量が大きいため、表面温度が一様に上昇せず、表面温度にムラが生じることがある。したがって、めっき鋼板表面の複数の点もしくは領域、または表面全体の温度を測定しながら加熱を行い、測定された最も低い表面温度が黒色処理温度に到達するまで加熱が行われるようにすることが好ましい。なお、測定データを蓄積することによって、温度を実測することなく、加熱条件を設定して加熱を終了することも可能である。
【００３７】
黒色処理温度は、めっき層の組成（例えば、めっき層中のＡｌおよびＭｇの量）もしくは厚み、または必要とする明度などに応じて任意に設定することができるが、５０℃以上３５０℃以下であることが好ましく、１０５℃以上２００℃以下であることがより好ましい。黒色処理温度が１０５℃以上であれば黒色化をより短時間で行うことができる。また、黒色処理温度が３５０℃以下であれば黒色化装置の小型化が図れるとともに、黒色化する際の水蒸気やめっき鋼板１の加熱に必要なエネルギー消費を抑えることができ、さらにめっき層の黒色化度合いを容易に制御することができる。
【００３８】
めっき鋼板１の加熱方法は、めっき層の表面を黒色処理温度にすることができればよく、特に限定されるものではない。例えば、密閉容器１０内にシースヒータ等の加熱装置２４を設けて、密閉容器１０内の雰囲気ガスを加熱してめっき鋼板１を加熱してもよいし、密閉容器１０の外壁面に設けられた温度調整機構２０、２１により、密閉容器１０内の温度調整を行ってめっき鋼板１を加熱してもよい。もちろん、加熱する際にシースヒータ等の加熱装置２４や上記温度調整機構２０、２１を単独で使用してもよいし、これらを併用して加熱するようにしてもよい。
【００３９】
なお、密閉容器内の雰囲気ガスを加熱する際に、密閉容器１０内に設けたサーキュレーションファン７１などの撹拌装置７０で雰囲気ガスを撹拌すると、効率よく短時間でムラ無く、めっき鋼板１を加熱することが可能である。
【００４０】
（第２工程）
第２工程（Ｓ１２０）では、密閉容器１０内の雰囲気ガスを、排気配管３１を通じて排気し、密閉容器１０内の気体の圧力を７０ｋＰａ以下にする。例えば、密閉容器１０外に設置した排気ポンプ（図示せず。）で、密閉容器１０の中の雰囲気ガスを排出することで、密閉容器１０内の気体の圧力を上記範囲にすることができる。第２工程（Ｓ１２０）においては、雰囲気ガスの排気を１回のみ行ってもよいし、密閉容器１０内に残存する水蒸気以外の気体成分の量をより少なくするため、雰囲気ガスの排気と、ガス導入配管５１からの低水蒸気ガスの導入を繰り返し行ってもよい。
【００４１】
本願発明の実施例では、第２工程（Ｓ１２０）で密閉容器１０内の雰囲気ガスを排気して密閉容器１０内の気体圧力を低くすることによって、後述する第３工程（Ｓ１３０）で導入される水蒸気を、めっき鋼板１の間の隙間にまで十分に行き渡らせることができる。これにより、黒色化すべきめっき層全体をより均一に水蒸気処理することができ、黒色化のムラを発生しにくくすることができる。また、第２工程（Ｓ１２０）における排気によって、第３工程（Ｓ１３０）で水蒸気を導入した後の密閉容器１０内の酸素濃度を１３％以下にすることができる。このような観点から、第２工程（Ｓ１２０）では、密閉容器１０内の気体圧力を７０ｋＰａ以下にすることが好ましく、さらに５０ｋＰａ以下にすることがより好ましい。
【００４２】
（第３工程）
第３工程（Ｓ１３０）では、密閉容器１０内に水蒸気を導入してめっき鋼板１のめっき層を黒色化する。すなわち、第３工程（Ｓ１３０）では、めっき鋼板１に対して、水蒸気処理を行う。
【００４３】
めっき鋼板１の黒色化を均一に行うため、第３工程（Ｓ１３０）は、めっき層の表面のうち複数の点もしくは領域、または表面の全体のうち、測定された温度が最も高い箇所の温度と、測定された温度が最も低い箇所の温度との差が３０℃以下、好ましくは２０℃以下、さらに好ましくは１０℃以下となってから、行われることが好ましい。つまり、第３工程（Ｓ１３０）は、めっき鋼板全体の表面温度が一様となってから行われることがより好ましい。例えば、めっき鋼板表面の温度差を上記範囲内にするため、第１工程（Ｓ１１０）と第２工程（Ｓ１２０）との間や、第２工程（Ｓ１２０）と第３工程（Ｓ１３０）との間に、めっき鋼板１を静置してめっき層の表面温度を均一化させる表面温度均一化工程を設けてもよい。
【００４４】
第３工程（Ｓ１３０）では、水蒸気処理中の密閉容器１０内の雰囲気温度が１０５℃以上且つ水蒸気処理中の密閉容器１０内の相対湿度が８０％以上１００％以下であることが好ましい。雰囲気温度を１０５℃以上とし、水蒸気の相対湿度を８０％以上とすることで、黒色化をより短時間に行うことができる。また、雰囲気温度を１０５℃以上とすることによって、めっき層を十分に黒色化し、たとえばＬ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるめっき層の明度Ｌを、６０以下、好ましくは４０以下、さらに好ましくは３５以下にまで低下させることができる。なお、上記めっき層表面の明度（Ｌ＊値）は、分光型色差計を用いて、分光反射測定法で測定される。また、雰囲気温度を１０５℃以上とすることによって水分が凝縮しにくくなるため、密閉容器１０の内部や、めっき層表面への結露の発生を抑制することができる。なお、雰囲気温度は１０５℃以上３５０℃以下であることがより好ましく、１０５℃以上２００℃以下であることがさらに好ましい。相対湿度は１００％であることがより好ましい。また、水蒸気処理中の密閉容器１０内の酸素濃度は１３％以下であることが好ましく、酸素濃度を１３％以下にすることで、黒色化のムラの発生を抑えることができる。なお、この明細書では、密閉容器の内部の雰囲気ガスの温度を「雰囲気温度」と称する。雰囲気温度は、密閉容器の内部に設けられたガス温度計測部６２により計測することができる。
【００４５】
また、第３工程（Ｓ１３０）における水蒸気処理中に、上記雰囲気温度を保つため、密閉容器１０の内部を加熱してもよく、加熱方法は密閉容器の内部の温度および相対湿度が上記範囲に制御される限りにおいて特に限定されない。例えば、温度調整機構２１、２０を使用してもよく、密閉容器１０内に設けたシースヒータ等の加熱装置２４を使用してもよい。また、導入される水蒸気を加熱することで、密閉容器１０の内部を加熱してもよい。
【００４６】
ところで、現在の技術では１００℃を超える雰囲気での相対湿度や露点、水蒸気分圧そのものを直接測定することは困難である。第３工程（Ｓ１３０）において、水蒸気の導入を開始した直後の密閉容器１０内の雰囲気は完全に水蒸気であるため、密閉容器１０の内部で測定される圧力計６１の値を、そのときの温度下における飽和水蒸気圧で除したものが、密閉容器１０内の相対湿度となる。しかし、めっき層の黒色化が始まると、めっき層の金属と水蒸気とが反応して酸化物や水酸化物が生成する反応の副成物である水素ガスが発生するため、測定される圧力計６１の値は、水蒸気分圧と水素分圧をあわせた全圧となる。つまり、所定の全圧を維持するように水蒸気が導入されていても、この水素ガスが水蒸気処理中の密閉容器内の雰囲気ガスに混在しているため、実際の相対湿度が上記好ましい範囲よりも低くなってしまう恐れがある。
【００４７】
すなわち、Ｚｎが水蒸気と反応してＺｎの酸化物または水酸化物が生成されると同時に水素ガスが発生する。反応式は下記（１）式、（２）式のとおりと考えられる。この水素ガスの発生に伴い、密閉容器１０内に水素ガスが溜まっていき、水蒸気と水素ガスとが共存することにより相対湿度が低下してしまうという問題が発生する。本発明者らは、このような現象が密閉容器１０内で起こっているために、めっき層が十分に水蒸気と接触できなくなり、均一な外観の黒色めっき鋼板１が得られなくなったと考えた。
（１）Ｚｎ  ＋    Ｈ２Ｏ  →  ＺｎＯ  ＋  Ｈ２
（２）Ｚｎ  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｚｎ（ＯＨ）２  ＋  Ｈ２
【００４８】
上記のような問題に対して本願発明では、適切な相対湿度を保つため、第３工程（Ｓ１３０）において密閉容器１０内に水蒸気を導入した後、密閉容器１０の内部から一定量の雰囲気ガスを排出し、かつ、密閉容器の内部に水蒸気をさらに導入している。すなわち、密閉容器１０の内部から一定量の雰囲気ガスを排出するとともに密閉容器１０の内部に水蒸気をさらに導入しながら第３工程（Ｓ１３０）を行うことで、密閉容器１０の内部で発生する水素ガスを含む雰囲気ガスを密閉容器１０外に排出するように構成している。このように構成することで、密閉容器１０内から水素ガスが排除されるため、密閉容器１０内の全圧は、発生した水素の圧力を含まず、飽和水蒸気の圧力のみから構成され、密閉容器１０内の全圧をそのときの温度の飽和水蒸気圧で除したものが正しい相対湿度を示すようになる。
【００４９】
また、密閉容器１０の内部に水素ガスが残留しないように雰囲気ガスを排出できていれば、密閉容器１０内は水（水蒸気）だけの１成分系となり、密閉容器１０内の全圧と温度とは２つの独立変数にはならず、飽和水蒸気圧及び飽和蒸気温度のどちらかを決めれば他方は決まってしまう。このような状態であれば、密閉容器１０内の全圧と温度とは、どちらか制御性のよい方を制御すればよいことになり、制御がしやすいという利点が生まれる。その結果、製造工程における水蒸気処理の管理を複雑化することなく、発生する水素ガスを効率よく確実に排出することができ、十分な水蒸気をめっき鋼板全体に行き渡らせてめっき層を均一に黒色化し、より見栄えの良い黒色めっき鋼板１を製造することが可能となる。
【００５０】
なお、黒色化における反応のうち、上記反応式（１）に係る反応が起こる場合では、１ｍｏｌの水蒸気が消費されて１ｍｏｌの水素ガスが発生するので、ガスの体積は変わらない。つまり、密閉容器内の全圧が一定値を維持するように水蒸気の導入と雰囲気ガスの排出を制御すれば、下記（３）式の関係から、発生した水素ガスはほぼ完全に排出されていることになる。
（３）密閉容器に導入される水蒸気量＝排出される正味の水蒸気量＋発生した水素ガス量
【００５１】
また、上記反応式（２）が起こる場合、上記反応式（２）によれば２ｍｏｌの水蒸気が消費されて１ｍｏｌの水素ガスが発生するので、ガスの体積は若干減少して密閉容器内の圧力は低下しても、めっき層の黒色化に必要な水蒸気量は確保される。つまり、密閉容器内の圧力を、設定値の８０％程度まで低下させても、発生した水素ガスを排出することができるとともに、めっき層の黒色化に必要な水蒸気量を供給することができる。
【００５２】
また、上記反応式（１）に係る反応は発熱反応であることから、水蒸気処理中の密閉容器内の温度が設定した黒色処理温度よりも上昇する場合が考えられる。つまり、温度が高ければ飽和水蒸気圧も高くなるので、このような場合は密閉容器内の温度に応じて、１２０％程度の範囲まで圧力を上昇させることにより、めっき層の黒色化に必要な水蒸気量を十分に供給することができる。
【００５３】
したがって、密閉容器内の水蒸気処理中の圧力は、密閉容器内の反応の状態に応じ、設定された圧力の所定値に対して、８０〜１２０％の範囲で制御することが好ましい。
【００５４】
また、雰囲気ガスの排出および水蒸気の導入は、第３工程（Ｓ１３０）の開始から終了まで連続して行ってもよいし、単回のみ行ってもよい。さらに、一定の間隔をおいて複数回行ってもよい。
【００５５】
また、めっき鋼板１の黒色化のムラを防ぐため、密閉容器１０の内部に水蒸気を導入した後または導入中の黒色化処理中に、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを撹拌部７０によって撹拌してもよい。
【００５６】
また、水蒸気処理の処理時間は、めっき層の組成（たとえば、めっき層中のＡｌおよびＭｇの量）もしくは厚み、ならびに必要とする明度などに応じて任意に設定することができるが、水蒸気処理は２４時間程度行うのが好ましい。
【００５７】
また、本願発明の実施例では、密閉容器１０内に導入する水蒸気量および密閉容器１０内の雰囲気ガスの排気量をそれぞれ調整可能に構成している。図２に示されているように、密閉容器１０内に導入する水蒸気量を調整する導入水蒸気調整機構４０と、密閉容器１０内の雰囲気ガスの排気量を調整する排気調整機構３０とにより、めっき層の黒色化に必要な密閉容器１０内の水蒸気量を調整して、所定の圧力を維持するように構成している。つまり、上記各調整機構３０、４０に、呼び径の異なる複数（実施例では２０Ａ、２５Ａ、８０Ａ）の管を設け、各管に設けられた排気弁３２２，３２４，３２６（以下、これらの総称として「排気弁３２」と称する）および水蒸気供給弁４２２，４２４，４２６（以下、これらの総称として「水蒸気供給弁４２」と称する）を、後述する制御部９０によって開閉制御し、導入する水蒸気量および雰囲気ガスの排気量の調整を行うことによって、密閉容器内の圧力を適切な所定値に維持している。
【００５８】
本願発明の実施形態では、密閉容器１０内の水蒸気量を調整する際は、密閉容器１０内に載置されているめっき鋼板１の表面積に応じて黒色化処理のために必要な水蒸気量が決まっているので、当該必要な水蒸気量を密閉容器１０内で確保できるように排気調整機構３０の排気弁３２の開度を所定の開度に設定し、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度を可変制御している。なお、必ずしも上記実施態様に限定されるものではなく、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度を所定の開度に設定し、排気調整機構３０の排気弁３２の開度を可変制御してもよい。さらに、排気調整機構３０の排気弁３２の開度と導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度との両方を適時調整するように制御してもよい。
【００５９】
また、上記反応式（１）に係る反応は発熱反応であることから、黒色化処理の進行に伴ってめっき鋼板１の温度が上昇することが考えられる。そのときに、密閉容器内の圧力がそれまでの所定値のままであると、めっき鋼板１にとっては相対湿度が低下した状態となってしまい、黒色化反応を短時間で行わせたい観点からは好ましくない。そこで、排気調整機構３０の排気弁３２の開度と導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度とのうち、少なくともどちらか一方の開度を調整して、密閉容器内の圧力を所定値に維持しつつ、それまでよりも多くの水蒸気量が密閉容器内に導入されるようにして、めっき鋼板１にとっての相対湿度を上昇させて黒色化反応を進行させることができる。
【００６０】
（第４工程）
第４工程（Ｓ１４０）では、密閉容器１０の内部の圧力をいったん大気圧に戻した後に、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを排気して、密閉容器の内部の気体圧力を７０ｋＰａ以下にする。例えば、密閉容器１０の内部の圧力をいったん大気圧に戻すためには、密閉容器に設けた大気圧開放弁（図示せず。）を開くことで行うことができる。また、密閉容器１０内の気体圧力を７０ｋＰａ以下とするためには、密閉容器外に設置した排気ポンプ（図示せず。）使用し、密閉容器１０内の雰囲気ガスを、排気配管３１を通じて排出することで密閉容器１０内の圧力を低くすることができる。
【００６１】
第４工程（Ｓ１４０）における主な目的であるが、後述する第５工程（Ｓ１５０）で、密閉容器１０の内部に水蒸気が残ったままめっき鋼板１を冷却すると、めっき鋼板１の隙間などに残った水蒸気が冷却されて凝縮し、めっき鋼板１の表面または密閉容器１０の内部に結露が生じることがある。そして、めっき鋼板１の表面に結露が生じると、めっき鋼板１の表面に水分が付着してめっき鋼板１の黒色にムラが生じる可能性がある。そのため、第４工程（Ｓ１４０）において密閉容器１０の内部の圧力をいったん大気圧に戻した後、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを排気して、密閉容器１０の内部の水蒸気量を少なくしている。これにより、後の第５工程（Ｓ１５０）におけるめっき鋼板１の冷却の際、上記のような問題を防ぐことができる。なお、上記のような観点から、第４工程（Ｓ１４０）において密閉容器１０内の気体圧力を７０ｋＰａ以下にすることが好ましく、３０ｋＰａ以下にすることがより好ましい。
【００６２】
（第５工程）
第５工程（Ｓ１５０）では、密閉容器１０の内部に露点が常にめっき鋼板温度未満であるガス（低水蒸気ガス）をガス導入管５１から導入してめっき鋼板１を冷却する。第５工程（Ｓ１５０）で導入されるガスは、加熱されていないことが好ましいが、必要に応じて、密閉容器１０内の雰囲気温度よりも低温に加熱されていてもよい。
【００６３】
例えば、第５工程（Ｓ１５０）で導入される低水蒸気ガスは、大気、窒素ガス、または不活性ガスとすることができ、作業性を考慮すると、密閉容器１０を大気開放して、大気を導入することが好ましい。
【００６４】
さらに、必要に応じて温度調整機構２０、２１を使用して密閉容器１０内の雰囲気ガスの温度を下げ、めっき鋼板１を冷却してもよい。
【００６５】
なお、密閉容器内の雰囲気ガスを冷却する際に、密閉容器１０内に設けたサーキュレーションファン７１などの撹拌装置７０で雰囲気ガスを撹拌すると、効率よく短時間でムラ無く、めっき鋼板１を冷却することが可能である。
【００６６】
［黒色めっき鋼板を製造する装置］
（装置の構成）
本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置（以下、「本発明の装置」ともいう。）は、その一例を示す模式断面図である図２に示されているように、めっき鋼板１を取り出し可能に配置できる配置部１２を有する密閉容器１０と、密閉容器１０の内部を加熱（または冷却）する天井部温度調整機構２１、縦壁部温度調整機構２０、シースヒータ等の加熱装置２４と、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを排気する排気調整機構３０と、密閉容器１０の内部に水蒸気を導入する導入水蒸気調整機構４０とを有する。本発明の装置は、さらに、密閉容器１０の内部に大気を含むガスを導入するガス導入部５０や、密閉容器１０の内部の圧力を大気圧に戻すための大気圧開放弁（図示せず。）を有していてもよい。本発明の装置は、さらに、めっき鋼板１の温度を測定する温度計測部６０や密閉容器１０内の圧力を測定する圧力計測部６１、雰囲気ガスの温度を計測するガス温度計測部６２を有していてもよい。さらに、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを撹拌するサーキュレーションファン７１などの撹拌部７０を有していてもよい。また、本発明の装置は、図３に示されているように、温度調整機構２１、２０、シースヒータ等の加熱装置２４、排気調整機構３０、導入水蒸気調整機構４０、ガス導入部５０、撹拌部７０の他、各弁装置の開閉動作を制御して、黒色めっき鋼板１を製造させる制御部９０を有していてもよい。また、ドレン配管３５およびドレン弁３６を有しているとき、制御部９０はドレン弁３６の動作を制御して、装置内部から外部へ水を排出させてもよい。
【００６７】
以下に、図２を参照して、本発明の装置の例示的な態様について詳しく説明する。
【００６８】
密閉容器１０は、底部フレーム８と、上部カバー９とを有している。底部フレーム８は、めっき鋼板１が配置される配置部１２を備えている。また、上部カバー９は、天井面がドーム状に形成された上部カバー天井部１３と、側面が円形筒状に形成された上部カバー縦壁部１４とを有している。上部カバー９は、下部が開放される形状によって構成されている。また、密閉容器１０の外壁には、流体を流すことによって密閉容器１０内を加熱したり冷却したりすることができる天井部温度調整機構２１と、縦壁部温度調整機構２０とが別々に設けられている。これは、密閉容器１０内を冷却する際、天井部温度調整機構２１によって上部カバー天井部１３を冷却すると、上部カバー天井部１３の内壁面に結露が発生し、その結露水が、めっき鋼板１上に落ちてめっき鋼板の外観を損ねる可能性があることから、密閉容器内を冷却する際は、天井部温度調整機構２１による密閉容器１０内の冷却は行わず、縦壁部温度調整機構２０によって、密閉容器１０内の冷却を行うようにするためである。また、密閉容器１０は、底部フレーム８と上部カバー９とが密閉されることにより構成されており、雰囲気ガスの排気による内部の気体の圧力の低下、水蒸気導入による内部圧力の上昇、加熱、冷却などに耐えうる強度を有している。
【００６９】
底部フレーム８には、水蒸気供給源から水蒸気を導入する水蒸気供給配管４１と、密閉容器１０内の雰囲気ガスや水蒸気などを排出するための排気配管３１、ガス導入配管５１、ドレン配管３５が接続されており、これらの配管に設けられた開閉弁を閉じることで、密閉容器１０の内部を密閉状態にできる。
【００７０】
底部フレーム８に設けられた配置部１２には、めっき鋼板１が配置される。めっき鋼板１は、スペーサー２によって積層されてもよい。また、図２に示されているように、配置部１２は、めっき鋼板１の上部から、めっき鋼板１の下部に流れてきた雰囲気ガスを、サーキュレーションファン７１の近辺に吹き出すための貫通孔１２Ａを有しており、このような構成によって、密閉容器１０の内部の気体がめっき鋼板１の金属帯間の隙間を通って循環するため、より均一に雰囲気ガスをめっき鋼板１に接触させることができる。
【００７１】
排気調整機構３０は、排気配管３１、排気弁３２および排気ポンプ（図示しない。）を有している。排気配管３１は、密閉容器１０の内部と密閉容器１０の外部とを連通するように底部フレーム８を貫通して設けられた配管である。例えば、密閉容器１０の内部の雰囲気ガス（低水蒸気ガスなど）または水蒸気処理後の密閉容器内の雰囲気ガス（水蒸気ガスや発生した水素ガスなど）は、排気配管３１を通って排気ポンプ（図示しない。）によって外部に排気される。なお、本願発明の実施例では、図２に示されているとおり、水蒸気処理中の密閉容器内の水蒸気量を調整するために、呼び径がそれぞれ異なる配管３３２、配管３３４及び配管３３６が接続された排気管３１を備えている。配管３３２、配管３３４及び配管３３６のそれぞれには、排気弁３２が設けられている。ここで、例えば、配管３３２には呼び径２０Ａの配管を、配管３３４には呼び径２５Ａの配管を、配管３３６には呼び径８０Ａの配管を、それぞれ用いることにより、必要な密閉容器内の水蒸気量にもとづき、後述する制御部９０によって排気弁３２の開閉制御を行い、細かく正確な排気量調整が可能に構成されている。もちろん、本実施例に限定されるものではなく、排気管の呼び径や数は必要に応じて設定可能である。また、上述の第２工程および第４工程において、排気調整機構３０は、雰囲気ガスを排気することによって密閉容器１０内の気体の圧力を７０ｋＰａ以下にできるように構成されている。
【００７２】
ドレン配管３５は、密閉容器１０の内部と密閉容器１０の外部とを連通するように底部フレーム８を貫通して設けられた配管である。密閉容器１０の内部の液体（結露水など）は、ドレン配管３５を通って外部に排出される。
【００７３】
導入水蒸気調整機構４０は、水蒸気供給配管４１および水蒸気供給弁４２を有しており、密閉容器１０内に供給する水蒸気量を、水蒸気供給弁４２で調整するものである。また、水蒸気の供給をしないときは、水蒸気供給弁４２は閉じられて、水蒸気供給配管４１を通じた密閉容器１０内への水蒸気の供給は遮断される。なお、本願発明の黒色めっき鋼板の製造装置では、図２に示されているとおり、水蒸気処理中の密閉容器１０内への水蒸気量を調整するために、配管４３２、配管４３４、配管４３６の、それぞれ呼び径の異なる配管が接続された排気管４１が備えられており、それぞれの配管には水蒸気供給弁４２が設けられている。ここで、例えば、配管４３２には呼び径２０Ａの配管を、配管４３４には呼び径２５Ａの配管を、配管４３６には呼び径８０Ａの配管を、それぞれ用いることにより、必要な密閉容器内の水蒸気量にもとづき、水蒸気供給弁４２の開閉制御を行い、細かく正確な導入水蒸気量の調整が可能に構成されている。もちろん、本実施例に限定されるものではなく、水蒸気供給配管４１の呼び径や数は必要に応じて設定可能である。
【００７４】
ガス導入部５０は、ガス導入配管５１およびガス導入弁５２を有している。ガス導入配管５１は、密閉容器１０の内部と、密閉容器１０の外部または不図示のガス供給源とを連通するように、底部フレーム８を貫通して設けられた配管である。このガス導入部５０は、例えば、第１工程（Ｓ１１０）や第５工程（Ｓ１５０）において、密閉容器１０の内部に低水蒸気ガスを導入するために用いることができる。
【００７５】
温度計測部６０は、めっき鋼板１の表面のうちそれぞれ異なる領域に当接して設置された複数の温度センサーであり、例えば、熱電対を用いてめっき鋼板１の温度を測定する。なお、めっき鋼板１をコイル状にした場合、コイルの板間に熱電対を挿入してもよい。
【００７６】
圧力測定部６１は、密閉容器１０の内部の圧力を測定するための圧力計である。この圧力計は、第１工程（Ｓ１１０）、第３工程（Ｓ１３０）、第５工程（Ｓ１５０）においてゲージ圧を測定可能な圧力計と、第２工程（Ｓ１２０）や第４工程（Ｓ１４０）において大気圧以下の圧力を測定可能な真空圧力計とをそれぞれ備えており、それぞれの圧力計を切り替えて用いるようにしてもよい。
【００７７】
ガス温度計測部６２は、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスの温度を測定するための温度センサーであり、例えば熱電対を用いることができる。また、この温度センサーは１箇所のみ設けるのでなく、密閉容器１０の内部の複数個所に設けて、適宜切り替えて用いてもよい。
【００７８】
撹拌部７０は、底部フレーム８に配置されたサーキュレーションファン７１と、サーキュレーションファン７１を回転駆動する駆動モーター７２とを有している。駆動モーター７２がサーキュレーションファン７１を回転させると、水蒸気処理中の密閉容器１０の内部の雰囲気ガスは、図２において矢印にて示すように、配置部１２の側部から密閉容器１０の内壁面との間の空隙に流入し、めっき鋼板１の外周面を通過して、めっき鋼板１の上部から金属帯間の隙間に流入する。そして、めっき鋼板１の下部から配置部１２の内部に流出して、再び配置部１２の側部から密閉容器１０の内壁面との間の空隙に流入して密閉容器１０の内部を循環する。このようにして、水蒸気処理中の密閉容器１０の内部の雰囲気ガスは撹拌される。もちろん、撹拌部７０は水蒸気処理中だけ使用されるものではなく、めっき鋼板１の加熱工程や冷却工程において使用してもよい。
【００７９】
［黒色めっき鋼板を製造するシステム］
以下に、本願発明の実施例である図３を参照して、本願発明の黒色めっき鋼板を製造する装置の例示的な動作と、その制御システムについて詳しく説明する。
【００８０】
配置部１２にめっき鋼板１が配置され、密閉容器１０が密閉された後に、制御部９０は、以下のように、温度調整機構２０、２１、シースヒータ等の加熱装置２４、排気調整機構３０、導入水蒸気調整機構４０、ガス導入部５０および撹拌部７０の動作を制御する。
【００８１】
めっき鋼板１を加熱する第１工程において、制御部９０は、温度調整機構２０、２１または／およびシースヒータ等の加熱装置２４を使用して、低水蒸気ガスの存在下で密閉容器１０の内部を加熱し、めっき鋼板１を加熱する。このとき制御部９０は、温度計測部６０が測定しためっき層の温度が黒色処理温度になるまで上記各加熱手段を作動させる。なお、本願発明の実施例においては黒色処理温度の目標温度を１０５℃としている。また、必要に応じてサーキュレーションファン７１を回転させて、密閉容器内部の雰囲気ガスを循環させながら加熱するように制御してもよい。
【００８２】
第１工程が終了すると、第２工程に入り、制御部９０は、排気調整機構３０の排気弁３２を開放し、排気ポンプ（図示せず。）を作動させて、密閉容器１０内の気体圧力が７０ｋＰａ以下になるまで密閉容器１０内の雰囲気ガスを、排気配管３１を通じて排出する。密閉容器１０内の気体圧力が７０ｋＰａ以下となったところで、排気弁３２を閉じる。なお、排気調整機構３０の排気弁３２を開放し、排気ポンプを作動させる前に、不図示の大気圧開放弁を開放して、いったん密閉容器１０内の圧力を大気圧に戻す操作を行ってもよい。
【００８３】
密閉容器１０内の気体の圧力が上記圧力となった後、第３工程に入り、制御部９０は、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２を開放して、水蒸気供給源から密閉容器１０内に水蒸気を供給する。これにより、水蒸気供給源からの水蒸気が水蒸気供給配管４１を通じて密閉容器１０内に導入される。導入水蒸気調整機構４０では、複数の温度計測部６０が測定した温度のうち、最も低い温度と最も高い温度との差が前述の所定の範囲内となったことを制御部９０が認識したことにもとづいて、水蒸気供給弁４２が開放され得る。このとき、導入される水蒸気を必要に応じて水蒸気ヒーター（図示せず。）で加熱してもよい。
【００８４】
また、制御部９０は、必要に応じて撹拌部７０の駆動モーター７２を駆動してサーキュレーションファン７１を回転させ、密閉容器１０内の水蒸気を含む雰囲気ガスを撹拌して循環させてもよい。
【００８５】
なお、本願発明の実施例において、制御部９０は、密閉容器１０内に導入する水蒸気量を調整する導入水蒸気調整機構４０と、密閉容器１０内の雰囲気ガスの排気量を調整する排気調整機構３０とを制御して、常にめっき層の黒色化に必要な密閉容器内の水蒸気量を調整して、密閉容器内で発生する水素ガスを適切に排除するとともに、適切な相対湿度（目標値は１００％である。）が維持されるようにしている。つまり、制御部９０が、上記各調整機構３０、４０の異なる呼び径の管ごとに設けられた排気弁３２および水蒸気供給弁４２を開閉制御することにより、導入する水蒸気量および雰囲気ガスの排気量の調整が行われる。
【００８６】
密閉容器１０内の水蒸気量を調整する際は、密閉容器１０内に載置されているめっき鋼板１の表面積に応じて黒色化処理のために必要な水蒸気量が決まっているので、制御部９０は、当該必要な水蒸気量を密閉容器１０内で確保できるように排気調整機構３０の排気弁３２の開度が所定の開度に固定制御され、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度が可変制御される。なお、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度が所定の開度に固定制御され、排気調整機構３０の排気弁３２の開度が可変制御されるようにしてもよいし、排気調整機構３０の排気弁３２の開度と導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２の開度との両方が適時調整制御されるようにしてもよい。
【００８７】
密閉容器１０内への水蒸気の導入と、密閉容器１０内の雰囲気ガス（水蒸気および反応によって発生する水素ガスなど）の排出とを制御する際、制御部９０は、圧力計測部６１の計測データを常に監視し、密閉容器１０内において必要な圧力が維持されるように制御する。これによって、水蒸気処理に必要な水蒸気量を密閉容器１０内に確保することができる。なお、本願発明の実施例においては、水蒸気処理中の密閉容器１０内の設定圧力として、密閉容器内１０内の温度１０５℃に対応した飽和水蒸気圧１２１ｋＰａが制御部９０に設定される。また、密閉容器１０内の圧力制御の方法としては、圧力計測部６１の計測データの上限値および下限値に所定の閾値を設定し、当該閾値を計測したときに、導入する水蒸気量や排出する水蒸気量を制御するようにしてもよいし、常に所定の圧力の一定値を維持するように、導入する水蒸気量や排出する水蒸気量を適時制御するようにしてもよい。
【００８８】
水蒸気の導入後、黒色化処理のための時間が経過したら、制御部９０は、導入水蒸気調整機構４０の水蒸気供給弁４２を閉じて、水蒸気供給配管４１を通じた密閉容器１０の内部と外部との間のガスの流通を遮断する。その後、排気調整機構３０の排気弁３２を開放し、排気ポンプ（図示せず。）を稼動して密閉容器１０内の雰囲気ガスを排出させる。これにより、密閉容器１０内の気体圧力は７０ｋＰａ以下にされる。密閉容器１０内部の気体圧力が７０ｋＰａ以下となったら、制御部９０は、排気調整機構３０の排気弁３２を閉じて、排気配管３１を通じた密閉容器１０の内部と外部との間のガスの流通を遮断する。
【００８９】
密閉容器１０内の気体の圧力が上記圧力となった後、第５工程に入り、制御部９０は、ガス導入部５０のガス導入弁５２を開放する。これにより、ガス導入配管５１を通じて密閉容器１０内に露点が常にめっき鋼板温度未満であるガスが導入される。なお、本願発明の実施例では、密閉容器１０内の気体の圧力が１０１ｋＰａ（大気圧と同程度）となるまで大気を導入している。こうして導入されたガス（本実施例では大気。）によって、めっき鋼板１は冷却される。
【００９０】
めっき鋼板１の冷却時を含め、制御部９０は、任意の時点でドレン弁３６を開放制御して、密閉容器１０内の結露水等を、密閉容器１０の外部へ排出させてもよい。ドレン弁３６の動作の制御は、上記本願発明の装置の動作中、１回のみ行っても、また複数回行ってもよいし、めっき層が所望の程度に黒色化される限りにおいて、装置の動作中を通じてドレン弁３６は閉じられたままであってもよい。
【００９１】
（効果）
上記本願発明の方法によれば、製造工程における水蒸気処理の管理を複雑化させることなくめっき鋼板の水蒸気処理中に発生する水素ガスを効率よく確実に排出することができ、十分な水蒸気をめっき鋼板全体に行き渡らせてめっき層を均一に黒色化し、より見栄えの良い黒色めっき鋼板を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本願発明の方法は、めっき鋼板の水蒸気処理中に発生する水素ガスを適切に排出し、水蒸気処理に必要な水蒸気量を適切にコントロールして供給しているため、より均一に黒色化されて見栄えの良いめっき鋼板を製造することができ、黒色化されためっき鋼板のより一層の普及に貢献することが期待される。
【符号の説明】
【００９３】
１    めっき鋼板
１０  密閉容器
【図１】
2018115365.tif 000003
【図２】
2018115365.tif 000004
【図３】
2018115365.tif 000005