(57)【要約】【課題】従来技術がなしえなかった衝撃吸収特性を向上させる塗料および金属板を提供する。【解決手段】バインダー固形分１００質量部と、水又は有機溶媒を内包するマイクロカプセル１０〜１５０質量部からなる衝撃吸収特性に優れた塗料。また、導電性顔料１〜１５０質量部を含む衝撃吸収特性に優れた塗料。さらに、マイクロカプセルが平均粒径５０〜５０００ｎｍであり、かつ、導電性顔料が平均粒径０．５〜５０μｍである衝撃吸収特性に優れた塗料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダー固形分１００質量部と、水又は有機溶媒を内包するマイクロカプセル１０〜１５０質量部からなることを特徴とする衝撃吸収特性に優れた塗料。
【請求項２】
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記載の衝撃吸収特性に優れた塗料。
【請求項３】
マイクロカプセルが平均粒径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記載の衝撃吸収特性に優れた塗料。
【請求項４】
金属板又はめっきされた金属板の表面に、請求項１〜３の何れか１項に記載の塗料からなる皮膜層が被覆されていることを特徴とする衝撃吸収特性に優れた金属板。
【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、塑性変形により衝撃吸収を行う部材に対して、衝撃変形時に衝撃吸収特性を向上させる塗料およびその塗料を塗布した衝撃吸収特性に優れた金属板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車をはじめとする輸送機械の衝突時の安全確保は重要な課題となってきている。安全性を確保するためには各部材の衝撃吸収特性を向上させることが必要であるが、そのためには部材の板厚を増したり大断面部材を用いることが従来行われており、その結果重量増加を招き、燃費の悪化につながっていた。
このような状況から種々の高強度鋼板が開発され適用が進んでいる〔特開平１１−１００６３５号公報（特許文献１）および特開平１１−１００６４０号公報（特許文献２）〕。このような材料は非常に優れた特性を持つが材料の破断が生じると部材としての衝撃吸収特性が急速に減退するため、破断ができるだけ変形後期に起こるようにすることはこれらの材料の能力を最大限に引き出すことになる。
【０００３】
これまで塗料は構造体の美観や防錆性を確保するのが主な目的であった。塗料として、例えば感熱塗料は、特開平１０−３４０７４号公報（特許文献３）に見られるように不均一加熱による色彩の変化を得るために使用されてきたが、これ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に過ぎない。また、マイクロカプセル化技術は高面圧下でカプセルが破壊するという特性を生かして二液混合型の接着剤を接合部（例えばネジ）内部で反応させ固化させるために用いられてきたが、本発明で目的とするような衝撃吸収特性の向上のためには適用できなかった。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１１−１００６３５号公報）
（２）特許文献２（特開平１１−１００６４０号公報）
（３）特許文献３（特開平１０−３４０７４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車をはじめとする輸送機械の衝突時の衝撃吸収特性を向上させるために、衝撃吸収特性を向上させる塗料および事前にそれを塗布した金属板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】
本発明者らは、衝撃変形時の破断危険部位では、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た。これまでに知られているように塑性変形による発熱を何らかの方法で抜熱できれば延性が改善し破断を回避することが出来る。バインダー固形分と混合した水又は有機溶媒を内包するマイクロカプセルは変形および加工発熱により破砕され液体が揮発されることにより加工発熱部位から抜熱し、延性を回復させることで破断を回避し、衝撃吸収特性が改善されることを見出した。本発明はかかる知見を基に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。
【０００７】
（１）バインダー固形分１００質量部と、水又は有機溶媒を内包するマイクロカプセル１０〜１５０質量部からなることを特徴とする衝撃吸収特性に優れた塗料。
（２）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）記載の衝撃吸収特性に優れた塗料。
（３）マイクロカプセルが平均粒径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）記載の衝撃吸収特性に優れた塗料。
（４）金属板又はめっきされた金属板の表面に、前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の塗料からなる皮膜層が被覆されていることを特徴とする衝撃吸収特性に優れた金属板である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記（１）に係る本発明の衝撃吸収特性を向上させる塗料は、バインダー固形分と、水又は有機溶媒（以下、液体とも言う）を内包するマイクロカプセルが加工発熱による温度上昇または外力により破砕されることにより内包した液体が外部に流出し、この液体が金属板と接触することによる熱伝導およびそれに伴って起こる蒸発による気化熱が、変形の先行している加工発熱部位からの強制的な抜熱を起こすことで延性を回復し、破断を回避することで達成される。本発明者らの検討によれば衝撃変形時に破断が起こる部位の温度上昇は数十度程度であり、適切な時期にそのような温度範囲でカプセルが破壊し、効果的な抜熱を行うことが理想的である。
【０００９】
内包させる液体の選択とマイクロカプセルの壁物質の選択は本発明の重要な点であると考えられる。しかし、本発明者らの検討の範囲内ではマイクロカプセルにいかなる液体を内包させた場合にも顕著な効果が得られた。理想的には、内包させる液体として、▲１▼熱容量の大きいもの、▲２▼その温度域で蒸発が起こり気化熱による抜熱が期待できるもの、が良いと考えられる。例えば、液体として、水、エタノール、エチレングリコール、等を用いることができる。本発明に関する検討の中ではこのような液体の選択よりもむしろ適切な割合で適切な大きさを持つマイクロカプセルを添加することがより重要であることが分かった。以下にそれを具体的に説明する。
【００１０】
バインダー固形分１００質量部に対して、液体を内包するマイクロカプセルの添加量が１０質量部未満であると抜熱の効果が不十分となるため不適である。バインダー固形分１００質量部に対する液体を内包するマイクロカプセルの添加量が多いほど抜熱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、変形が起こる際の皮膜の密着性が低下し、抜熱の効果が低下するため、不適である。
【００１１】
本発明の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。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。
【００１２】
特に熱硬化タイプの樹脂の場合、マイクロカプセルの耐熱温度を上回る硬化反応温度であると、皮膜形成時にマイクロカプセルが破壊してしまうため、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。また、これらのバインダー物質がマイクロカプセルの壁物質と反応し、内包した液体が漏れ出さないように選択しなければいけないことは言うまでもない。
【００１３】
前記（２）に係る本発明の塗料中には、バインダー固形分１００質量部と、前記マイクロカプセル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、本発明の塗料が塗布された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。
【００１４】
前記（３）に係る本発明では、前記（１）または（２）に係る本発明において、マイクロカプセルの粒径を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。マイクロカプセルの平均粒径が５０ｎｍより小さいと衝撃変形時に効果的に破砕されなくなり、５０００ｎｍを超えるとわずかな変形でも破壊されてしまい抜熱に最適な時間より前に内包する液体が流出してしまうので、上記の範囲とすることが好ましい。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と同程度となり皮膜が脆くなるので、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。
【００１５】
尚、マイクロカプセルの平均粒径は、適度に倍率を調整した走査型電子顕微鏡により１視野分の範囲におけるマイクロカプセルの平均粒径を測定した後、その平均粒径を持つマイクロカプセルが実視野で０．５ｍｍから２ｃｍの大きさになるよう再度倍率を調整して１０視野分の測定を行い、そこで求めたマイクロカプセルの粒径の単純平均とする。また、導電性顔料の平均粒径も同様に、適度に倍率を調整した走査型電子顕微鏡により１視野分の範囲における導電性顔料の平均粒径を測定した後、その平均粒径を持つ導電性顔料が実視野で０．５ｍｍから２ｃｍの大きさになるよう再度倍率を調整して１０視野分の測定を行い、そこで求めた導電性顔料の粒径の単純平均とする。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の塗料の塗布方法は、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。
【００１８】
（４）に係る本発明の金属板は、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。
マイクロカプセルの製法には化学的製法、物理化学的製法、機械的製法などがあるが、上記に開示した条件を満たす製造法であればどの方法を用いても良いことは言うまでもない。
【００１９】
【実施例】
以下、実験に用いた塗料について詳細を説明する。塗料中に添加したマイクロカプセルと導電性顔料の詳細は下記の通りである。
［液体を内包させたマイクロカプセル］
マイクロカプセルの作製には今回化学的製法の一種である界面重合法を用いた。この方法では油溶性のモノマーと水溶性のモノマーを芯物質の周囲で反応させ、膜を形成することによりマイクロカプセルを得る。今回作製したマイクロカプセルの詳細を表１に示す。壁物質としてポリエステルとポリアミドの２種のものを作製した。後に示すように本発明の塗料は壁物質の種類によらず優れた性質を示した。ポリエステルのマイクロカプセルの作製には油溶性のモノマーとしてテレフタル酸クロライドを、水溶性のモノマーとしてエチレングリコールを用いた。また、ポリアミドのマイクロカプセルには油溶性のモノマーとしてセバコイルクロライドを、水溶性のモノマーとしてポリアミン（１．６−ヘキサメチレンジアミン）を用いた。今回のマイクロカプセルは芯物質として水相を用い、油相に分散させることにより作製した。また、その分散を助けるため適切な乳化剤（例えばソルビタントリオレエートなど）を用いた。マイクロカプセルの粒径は油相の攪拌条件（時間、回転数）及び乳化剤により変化させた。回転数を上げるほどマイクロカプセルの粒径は小さくなった。内包させる液体は芯物質の水相の組成により変化させた。表１中で水と表記してあるものは壁物質の形成に使われなかった水溶性モノマーを含む。またエタノールと記載してあるものはそれに加えて体積％にして約２０％のエタノールを水相に添加したものである。
【００２０】
【表１】
2004315760.tif 000002
【００２１】
［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）
実験に用いた塗料は、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、液体を内包したマイクロカプセル、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２に記載する。なお、表２に示す添加量はバインダ１００質量部に対する質量部を示している。このようにして調整した表２に記載の塗料を板厚１．６ｍｍの４４０ＭＰａ級固溶強化型高強度鋼板（降伏強度２８２ＭＰａ、最大引張強さ４５５ＭＰａ、全伸び３５％）に塗布し、皮膜層が形成された鋼板を得た。その条件を表３に示す。その後、図１に示すようなハット型断面を持ち軸方向長さ８００ｍｍの部材を作製した。
【００２２】
【表２】
2004315760.tif 000003
【００２３】
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）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：×
その結果を表３に示す。
【００２４】
（２）衝撃吸収特性評価試験
上記のようにして作製した部材をスパン５００ｍｍで支持し、上方から落錘（１４５ｋｇ、部材との接触面は１５０Ｒの形状）を速度１０ｍ／ｓで衝突させ、衝撃３点曲げの試験を行った。この試験の際に下部に設置したロードセルにより荷重を、またレーザー式変位計により落錘の変位を測定し、部材の衝撃曲げ時の荷重−変位曲線を得た。このデータから変位５０ｍｍまでの平均反力（荷重）を求めた。それぞれの部材に対する結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
2004315760.tif 000004
【００２６】
以下、作成した塗料およびそれを塗布した金属板の評価結果を記載する。マイクロカプセルの添加量が本発明範囲より少ない場合（Ｎｏ．５、Ｎｏ．１８）は十分な効果が得られなかった。一方、添加量が本発明範囲より多い場合（Ｎｏ．１２、Ｎｏ．２３）にも効果が得られなかったが、これは皮膜が脆くなったために変形に追随できなかったためであると考えられる。平均粒径が本発明範囲内であるが請求項３の範囲にない例（Ｎｏ．２、Ｎｏ．１６）では一定の効果があるものの、請求項３の要件を満たす他の本発明例と比較するとその効果はやや劣るものであった。これは粒径が小さい場合（Ｎｏ．２）には効果的に破砕が行われないためであり、逆に大きい場合（Ｎｏ．１６）には早期に破壊が起こり抜熱の必要なときに液体が既に流出してしまったためであると考えられる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、自動車用部品をはじめとして、塑性変形により衝撃吸収を行う部材に対して、衝撃変形時に衝撃吸収特性を向上させる塗料およびその塗料を塗布した衝撃吸収特性に優れる金属板を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】衝撃曲げ試験に使用したハット型部材の断面寸法を示す図である。
【図１】
2004315760.tif 000005