(57)【要約】【課題】従来技術がなしえなかったプレス成形時の破断を早期に検出することができる金属板及び破断判定装置を提供する。【解決手段】金属板又はめっきされた金属板の少なくとも片面に、バインダー固形分１００質量部と不可逆性感熱顔料１０〜１５０質量部からなる感熱皮膜層が被覆され、前記感熱顔料の変色温度域が８０℃以上１５０℃未満であることを特徴とする破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板又はめっきされた金属板の少なくとも片面に、バインダー固形分１００質量部と不可逆性感熱顔料１０〜１５０質量部からなる感熱皮膜層が被覆され、前記感熱顔料の変色温度域が８０℃以上１５０℃未満であることを特徴とする破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
【請求項２】
感熱皮膜層が、更に導電性顔料１〜１５０質量部を含むことを特徴とする請求項１記載の破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
【請求項３】
感熱顔料が平均粒径５０〜５０００ｎｍであり、且つ導電性顔料が平均粒径０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項２記載の破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
【請求項４】
プレス成形機と、感熱顔料皮膜を有するプレス成形用表面処理金属板をプレス成形して破断したときに破断部位に生じる感熱顔料の色変化を検出する色変化検出手段と、前記色変化に基づき材料が破断したことを判別する破断判別手段を有することを特徴とする破断判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用部品をはじめとして、プレス成形によって部品を製造する工程に於いて、プレス工程直後に破断を検知することができるプレス成形用表面処理金属板、及びその破断判別システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス成形の絞り工程での破断は、その後の曲げ、トリムなどの工程を経たあと、検査台に破断したサンプルが搬送されてきて検査員が目視で確認するまで検知することができず、絞り工程後の工程分だけ不良品の数が増えてしまう。また、検査員の目視による検査でも破断を検知しにくい場合があり、そのまま組立工程にプレス部品が流れてしまうことがある。破断などの不具合をプレス成形工程途中で検知するために、プレスラインにモニターカメラを設置する例もあるが、金属板及びその表面処理金属板は金属光沢を有するために、カメラの画像から破断箇所を識別することはほぼ不可能であった。
【０００３】
ところで、感熱塗料の用法は例えば特開平５−１７２６５２号公報（特許文献１）に装置内の温度計測に用いる手法や特開平１０−３４０７４号公報（特許文献２）に不均一加熱による色彩の変化を得る手法などが知られているが、これらは変形しない装置や素材に塗布し、その状態での温度変化を利用することを目的としたものであって、本発明者らの実験によれば、これらの塗料を単純に金属板に塗布しても簡単に剥離してしまい（又は、除去するのが困難であり）、金属板に感熱塗料のみ塗布してもプレス成形時の破断を検出することはできなかった。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平５−１７２６５２号公報）
（２）特許文献２（特開平１０−３４０７４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プレス工程における割れなどを目視確認するために、プレスラインごとに検査要員を配置する必要があるが、生産コストの観点からは割れなどの不具合を自動識別できるシステムがあれば作業要員の削減につなげられる。また、プレス割れを絞り工程直後に検知する事ができれば、その後の工程に不良品が流れずにすむために不良率を低減することができるし、検査要員の目視観察でも識別困難な破断を明確にすることは、組立工程に不良品を送らずにすむため、製品の信頼性を高くすることができる。本発明は、従来技術がなしえなかったプレス成形時の破断を早期に検出することができる金属板及び破断判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、鋭意検討した結果、プレスの絞り成形などにおける破断部位では、非常に大きな変形を伴うために加工発熱する事に着目し、その加工発熱した部位をバインダー固形分と混合した感熱顔料で発色させることによって、高精度で破断を検知できることを見出し、かかる知見を基に本発明を完成させたものであって、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）金属板又はめっきされた金属板の少なくとも片面に、バインダー固形分１００質量部と不可逆性感熱顔料１０〜１５０質量部からなる感熱皮膜層が被覆され、前記感熱顔料の変色温度域が８０℃以上１５０℃未満であることを特徴とする破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
【０００７】
（２）感熱皮膜層が、更に、導電性顔料１〜１５０質量部を含むことを特徴とする前記（１）記載の破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
（３）感熱顔料が平均粒径５０〜５０００ｎｍであり、且つ導電性顔料が平均粒径０．５〜５０μｍであることを特徴とする前記（２）記載の破断検出可能なプレス成形用表面処理金属板。
（４）プレス成形機と、感熱顔料皮膜を有するプレス成形用表面処理金属板をプレス成形して破断したときに、破断部位に生じる感熱顔料の色変化を検出する色変化検出手段と、前記色変化に基づき材料が破断したことを判別する破断判別手段を有することを特徴とする破断判別装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記（１）に係る本発明の破断検知可能なプレス成形用表面処理金属板は、感熱性と導電性を担保するために、金属板又はめっきされた金属板の少なくとも片面に、バインダー固形分１００質量部と不可逆性感熱顔料１０〜１５０質量部からなる感熱皮膜層が被覆され、且つ、前記感熱顔料は８０℃以上１５０℃未満で不可逆性発色の機能を有することで達成される。不可逆性感熱顔料としては、日油技研工業（株）製サーモペイントや大都工業（株）製サーモペイントなどの一般的に公知の示差熱塗料を使用でき市販のものを用いても良い。
【０００９】
バインダー固形分１００質量部に対する感熱顔料の添加量が１０質量部未満であると８０℃以上１５０℃未満の温度での発色がモニターで観測するのに不十分となるため不適である。樹脂固形分１００質量部に対する感熱顔料の添加量が多いほど発色効率がより高くなりより好適であるが、１５０質量部超では皮膜層が脆くなり、表面処理金属板を加工した際の加工性が低下するため不適である。
感熱皮膜層の膜厚は必要に応じて任意に選定できるが、１〜５０μｍが好適である。１μｍ未満では８０℃以上１５０℃未満での不可逆性発色がモニターで観測できるほど鮮明になりにくく、また、５０μｍ超では皮膜層の加工性が低下するため好適でない。
【００１０】
本発明の感熱性皮膜層を構成するバインダーは、一般に公知の皮膜用バインダーを使用することができる。バインダーとして使用する樹脂を塗料のような形態で用いると取り扱い、皮膜形成方法の容易さなどから好適である。樹脂は一般に公知のもの、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂などを用いることができ、熱可塑タイプ、熱硬化タイプのいずれのタイプであっても良い。これらの樹脂は必要に応じて数種のものを併用しても良い。
【００１１】
これらの樹脂は、種類、樹脂の分子量、樹脂のガラス転位温度Ｔｇによっても皮膜の性能、例えば、加工性、加工密着性、皮膜硬度などが異なるため特に規定するものではないが、必要に応じて適宜選定する必要が有る。特に熱硬化タイプの樹脂の場合、感熱顔料の反応温度を上回る硬化反応温度であると、皮膜形成時に発色してしまうため、熱硬化タイプの樹脂の場合は樹脂の選定が重要となる。また、架橋剤を用いて樹脂を硬化させるタイプのものは、架橋剤の種類や添加量、架橋反応時の触媒の種類や触媒添加量によっても皮膜の性能、例えば、加工性、加工密着性、皮膜硬度などが異なるため、特に規定するものではないが必要に応じて適宜選定する必要が有る。
【００１２】
前記（２）に係る本発明の感熱被膜層中には、バインダー固形分１００質量部と前記感熱顔料１０〜１５０質量部に加えて、更に導電性顔料を１〜１５０質量部含むことを特徴とし、本発明の表面処理金属板が溶接可能となりより好適である。導電性顔料としてはフレーク状金属Ｎｉ、鎖状金属Ｎｉ、粒状金属Ａｌ、鱗片状金属アルミ、ステンレス粉など公知のものを使用でき、市販のものを用いても良い。
【００１３】
前記（３）に係る本発明では、前記（２）に係る本発明において、感熱顔料の粒径を非常に小さくすることにより、皮膜中に広く分散するため好適であり、特に平均粒径が５０〜５０００ｎｍのものが好適である。感熱顔料の平均粒径が５０ｎｍより小さいと顔料の製造コストが高くなり、５０００ｎｍを超えるとプレス成形における素板の変形に追随できなくなるので、上記の範囲とすることが好ましい。
【００１４】
また、導電性顔料の平均粒径が０．５μｍより小さいと導電性顔料の製造コストが高くなり、一方５０μｍより大きいと表面被膜自体の厚さを超えてしまうため成形性に影響を及ぼすようになるので、前記（３）に係る本発明において、導電性顔料の平均粒径は０．５〜５０μｍとすることが好ましい。
尚、感熱顔料の平均粒径は、倍率２０万倍とした走査型電子顕微鏡により１０視野分の範囲における顔料の粒径の単純平均とする。また、導電性顔料の平均粒径は、倍率２万倍とした走査電子顕微鏡により１０視野分の範囲における顔料の粒径の単純平均とする。
【００１５】
本発明の感熱性皮膜層中には感熱顔料、導電性顔料に加えて、必要に応じて着色顔料や防錆顔料及び防錆剤を併用して添加することができる。着色顔料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２  ），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化ジリコニウム（ＺｒＯ２  ），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３  ），硫酸バリュウム（ＢａＳＯ４  ），アルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ），カオリンクレー，カーボンブラック，酸化鉄（Ｆｅ２  Ｏ３  ，Ｆｅ３  Ｏ４  ）等の無機顔料や有機顔料などの一般に公知の着色顔料が挙げられる。また、防錆顔料についてストロンチウムクロメート，カルシウムクロメートなどの一般に公知のクロム系防錆顔料やリン酸亜鉛，亜リン酸亜鉛，リン酸アルミ，亜リン酸アルミ，モリブデン酸塩，リン酸モリブデン酸塩，バナジン酸／リン酸混合顔料，シリカ，カルシウムシリケートと呼ばれるＣａを吸着させたタイプのシリカなどの一般に公知の非クロム系の防錆顔料及び防錆剤が挙げられる。
【００１６】
塗布方法は、いずれも特に限定されず、一般に公知の塗装方法、例えば、ロール塗装，ローラーカーテン塗装，カーテンフロー塗装，エアースプレー塗装，エアーレススプレー塗装，刷毛塗り塗装，ダイコータ−塗装などが採用できる。シート状又はコイル状の金属板上にロール塗装，ローラーカーテン塗装，カーテンフロー塗装のいずれかの方法で感熱皮膜を塗布すると、皮膜を均一に且つ連続的に効率よく塗布することができるので、より好適である。
【００１７】
なお、表面処理金属板には感熱性皮膜層を被覆する前に皮膜密着性を上げるために、金属板又はめっきを施した金属板上に化成処理を施すと感熱性皮膜の密着性が向上し、より好適である。化成処理は一般に公知のもの例えば、塗布クロメート処理，電解クロメート処理，リン酸亜鉛処理，ジルコニア系処理，チタニア系処理を使用することができる。市販のノンクロメート化成処理を用いても良い。ただし、塗布クロメートの様に環境負荷物質である６価クロムを含む化成処理は、環境上好ましくない。
【００１８】
本発明の表面処理金属板は、加工が可能な金属材料で有れば一般に公知の材料を用いることができ、合金であっても良い。例えば、鋼板，アルミ板，チタン板，銅板などが挙げられる。これらの材料の表面にはめっきが施されていてもよい。めっきの種類としては亜鉛めっき，アルミめっき，銅めっき，ニッケルめっき等が挙げられる。合金めっきであっても良い。鋼板の場合は、冷延鋼板，熱延鋼板，溶融亜鉛めっき鋼板，電気亜鉛めっき鋼板，溶融合金化亜鉛めっき鋼板，アルミめっき鋼板，アルミ−亜鉛合金化めっき鋼板，ステンレス鋼板など一般に公知の鋼板およびめっき鋼板を適用できる。これらの金属板には、塗装前処理を施す前に湯洗，アルカリ脱脂，酸洗などの通常の処理を行うことができる。
本発明の表面処理金属板を製品に加工する加工方法は一般に公知の加工方法を用いることができる。例えば、プレス加工，曲げ加工，絞り加工，張り出し加工，ロールフォーミングなどの加工方法が挙げられる。
【００１９】
（４）に係る本発明は、プレス成形機と、感熱顔料皮膜を有するプレス成形用表面処理金属板をプレス成形して破断したときに、破断部位に生じる感熱顔料の色変化を検出する色変化検出手段と前記色変化に基づき材料が破断したことを判別する破断判別手段を有することを特徴とする。係る構成により、プレス割れを絞り工程直後に検知できるので、その後の工程に不良品が流れずに済み不良率を低減し、製品の信頼性を高くすることが可能になる。色変化検出手段として、ＣＣＤカメラ、カラービデオカメラ等を使用でき、破断判別手段として、感熱顔料の色が白色等から赤色や青色に変化したことをもって、金属板が破断したと判別する機能を有するコンピュータプログラム、識別装置等を使用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実験に用いた感熱皮膜塗料の作成方法について詳細を説明する。
市販の有機溶剤可溶型／非晶性ポリエステル樹脂（以下、ポリエステル樹脂と称す）である東洋紡績社製「バイロンＧＫ８８０」（数平均分子量：１６０００，ガラス転位温度Ｔｇ８５℃）をシクロヘキサノンに溶解してクリヤー塗料を作成した。次に作成したクリヤー塗料には、感熱顔料、導電性顔料を必要に応じて添加し、攪拌することで感熱皮膜塗料を得た。作成した塗料の詳細を表１に記載する。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
以下に、塗料中に添加した感熱顔料と導電性顔料の詳細を記載する。
［感熱顔料］
市販の感熱顔料の内、反応温度が６０℃以上８０℃未満のもの、反応温度が８０℃以上１００℃未満のもの、反応温度が１００℃以上１２０℃未満のもの、反応温度が１２０℃以上１５０℃未満のもの、反応温度が１５０℃以上のものを用いた。これら感熱顔料の粒径はいずれも平均粒径５０〜５０００ｎｍのマイクロカプセルタイプのものである。
【００２３】
［導電性顔料］
市販の導電性顔料のうち、次のものを用いた。
（１）東洋アルミ社製「アルミニウム粉０２−０００５」／平均粒径：１０μｍ（以下、粒状アルミと称す）
（２）東洋アルミ社製のニッケルフィラー／粒径：２０〜５０μｍ（以下、ニッケルフィラーと称す）
【００２４】
以下、実験に用いた感熱性表面処理鋼板の作成方法について詳細を説明する。付着量が片面当たり２０ｇ／ｍ２  で両面が電気亜鉛めっきされた厚み０．８ｍｍのめっき鋼板を市販のアルカリ脱脂剤である日本パーカライジング社製の「ＦＣ−３６４Ｓ」を２質量％濃度に希釈し、６０℃温度の水溶液中に１０秒間浸漬することで脱脂を行い、水洗後、乾燥した。次いで、脱脂した電気亜鉛めっき鋼板上にロールコーターにて前処理液を塗布し、到達板温が６０℃となるような条件で熱風乾燥した。本実験では、前処理に市販のクロメート処理である日本パーカライジング社製の「ＺＭ１３００ＡＮ」（以下クロメート処理）と市販のノンクロメート処理である日本パーカライジング社製の「ＣＴＥ３００Ｎ」（以下ノンクロメート処理と称す）を使用した。クロメート処理の付着量はＣｒ付着量で５０ｍｇ／ｍ２とした。更に、前処理を施した電気亜鉛めっき鋼板の上に表１に記載する感熱皮膜塗料をロールコーターにて塗装し、乾燥硬化させた。作成した表面処理鋼板の詳細を表２に記載する。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
以下、作成した表面処理鋼板の評価試験について詳細を説明する。
（１）割れ判定試験
作成した表面処理鋼板を６００ｋＮ油圧式エリクセンタイプのプレス加工試験機にて円筒絞り試験を行った。円筒絞り試験は、ポンチ径：１００ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：５ｍｍ、ダイス肩Ｒ：５ｍｍ、絞り比：２．３、ＢＨＦ：１００ｋＮ及び２００ｋＮの条件で行い、鋼板がポンチ肩部で破断する条件で深絞り試験を行った。感熱性皮膜の発色はＣＣＤカメラにて撮影し、カラーモニターでの破断部位の確認を、下記の基準で評価した。なお、感熱顔料の色変化は、白色から有色（赤色や橙色などの感熱顔料の変色作用による色変化）への色変化をもって発色とした。
塗膜の発色がカラーモニターで確認された場合：○
塗膜の発色が目視では確認できた場合：△
塗膜の発色がほとんど観察されない場合：×
【００２７】
（２）プレス成形試験
作成した表面処理鋼板を油圧式エリクセンタイプのプレス加工試験機にて円筒絞り試験を行った。円筒絞り試験は、ポンチ径：５０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：５ｍｍ、ダイス肩Ｒ：５ｍｍ、絞り比：２．０、ＢＨＦ：１０ｋＮの絞り抜け可能な条件で行い、鋼板が金型から絞り抜けるまで加工を行った。さらに、加工部の塗膜損傷状態をルーペにて観察し、下記の基準で評価した。
塗膜に全くの損傷が無い場合：○
塗膜が部分的に損傷している場合：△
塗膜が加工部全面で激しく損傷している場合：×
【００２８】
（３）塗膜密着性試験
表面処理鋼板の感熱皮膜層に１ｍｍ角の碁盤目をカッターナイフで入れ、皮膜面が凸となるようにエリクセン試験機で７ｍｍ押し出した後に、テープ剥離試験を行った。碁盤目の入れ方、エリクセンの押し出し方法、テープ剥離の方法についてはＪＩＳ−Ｋ５４００．８．２、及びＪＩＳ−Ｋ５４００．８．５記載の方法に準じて実施した。なお、本試験では同じ場所で２回続けてテープ剥離試験を実施している（以降２回テープ剥離と称す）。テープ剥離後の評価はＪＩＳ−Ｋ５４００．５．８記載の評価の例の図に従って行い、評点１０点のときに○、８点以上１０点未満のときに△、８点未満の時に×と評価した。
【００２９】
（４）導電性試験
作成した表面処理鋼板の感熱皮膜層の導電性を測定した。測定方法は、三井化学社製の抵抗率計「Ｌｏｒｅｓｔａ−ＥＰ／ＭＣＰ−Ｔ３６０」の四端子法にて表面処理鋼板の表面の抵抗率を測定し、以下の基準で評価した。
抵抗率が０．１×１０−１Ω未満の場合：○
抵抗率が１．０×１０−１Ω以上の場合：×
【００３０】
以下、作成した表面処理鋼板の評価結果を記載する。
表面処理鋼板に被覆された感熱皮膜層の添加顔料種及び添加量の影響について評価した結果を表３に記載する。本発明の表面処理鋼板（本発明例１〜１２）は、プレスでの深絞り成形において、破断を呈した場合にはすべて破断部近傍において感熱塗料の発色が観察され、破断判定をモニターにて行うのに好適であることがわかった。一方、感熱顔料の反応温度が６０℃以上８０℃未満に設定された塗料１を含有したサンプル１３では、摺動熱などに反応して破断部と健全部の判別が付かない状態となってしまった。
【００３１】
また、感熱顔料の反応温度が１５０℃以上に設定された塗料９を含有させたサンプル１６では、破断部においても変色せず、破断判定に用いることはできなかった。感熱顔料の反応温度が８０℃以上１００℃未満であっても、顔料添加量が樹脂１００質量部に対して５質量部の塗料２を含有させたサンプル１４では、破断部分にて発色は認められたが、モニターカメラによる観察では判断が困難であった。また、顔料添加量が樹脂１００質量部に対して２００質量部の塗料６を含有させたサンプル１５は、塗膜密着性と成形性に悪影響を及ぼすため、適切でないことが判明した。
【００３２】
以上の結果より、本発明例の表面処理鋼板の感熱皮膜層は、変色温度域（感熱反応温度）が８０℃以上１５０℃未満で、バインダー固形分１００質量部と感熱塗料１０〜１５０質量部と、必要に応じ導電性顔料１０質量部とから構成されていると、モニターによる破断感知が可能で、かつ加工性や導電性に優れ好適であることがわかった。
【００３３】
本発明例の表面処理鋼板の感熱性皮膜層に含まれる感熱顔料は平均粒径５０〜５０００ｎｍのマイクロカプセルであるので、熱による発色作用により優れるためより好適である。感熱顔料の粒径が比較的大きなものでは成形性に影響を及ぼす上に、導電性顔料の導電効果を大きな感熱顔料が阻害し導電性も低下するため、感熱顔料は平均粒径５０〜５０００ｎｍのマイクロカプセルがより好適である。また、本発明の表面処理金属板の感熱皮膜層には、感熱顔料に加え導電性顔料も含むと導電性に優れ、溶接が可能となるため、より好適である。
【００３４】
感熱性皮膜層の膜厚が異なる表面処理金属板の評価結果を表３に記載する。膜厚が１μｍ未満のもの（本発明例８）は破断部の発熱による発色がわずかとなり、また、５０μｍ超（本発明例１２）では皮膜層の加工性が低下するため、膜厚は１５μｍがより好適であった。本発明の表面処理金属板で、感熱皮膜塗装前に金属板表面に化成処理を施していないもの（本発明例１１）は皮膜密着性に劣るため、化成処理を施した方が好適である。更に、化成処理にクロメートを用いたもの（本発明例１０）は環境負荷物質である６価クロムを含むため、化成処理にノンクロメートを用いたものの方が、より好適である。
【００３５】
【表３】
2004256866.tif 000004
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、プレスラインにおける割れ不良品をモニターカメラで早期に発見し、不良品対策を行える技術を確立した。これにより、自動車製造業などにおいて、不良品が後工程の組立ラインに不用意に流れてしまうことを低減でき、製品の信頼性を格段に上げることが可能となった。従って、本発明は産業上の極めて価値の高い発明であるといえる。