(57)【要約】【課題】  板幅方向において表面粗さが均一となる遠心式投射装置を用いた表面粗さ付与設備を提供する。【解決手段】  投射機１２に対応して遮蔽板１１設置する。そして、投射範囲内で表面粗さが大きくなる部分に対応して、遮蔽領域が滑らかな曲線状に変化した遮蔽板とする。遠心ロータから投射された固体粒子のほとんどは鋼板１に衝突して表面粗さを付与することになるが、遮蔽板１１によって遮蔽された部分では、固体粒子が鋼板１に直接衝突することがなく、その部分の表面粗さが大きくなりすぎるのを防止することができる。遮蔽板１１は鋼板１の進行方向に平行にスライドさせる構造とすることで、投射条件に応じた調整が容易にできる。その際、遮蔽板１１のスライド位置を検出できるセンサーを設置することで、操業条件の管理が容易となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して搬送される金属板に、遠心式投射装置を用いて平均粒子径30〜300μmの固体粒子を投射することにより前記金属板の表面に表面粗さを付与する金属板の表面粗さ付与装置であって、前記遠心式投射装置と前記金属板の間に、投射範囲の一部を遮蔽する遮蔽物が設けられていることを特徴とする金属板の表面粗さ付与装置。
【請求項２】
前記遮蔽物が前記投射領域を遮蔽する遮蔽領域を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の金属板の表面粗さ付与装置。
【請求項３】
連続して搬送される金属板に、遠心式投射装置を用いて平均粒子径30〜300μmの固体粒子を投射することにより前記金属板の表面に表面粗さを付与する金属板の表面粗さ付与方法であって、前記固体粒子が金属板に衝突する前に、投射範囲の一部を遮蔽して、鋼板の板幅方向の表面粗さ分布を調整することを特徴とする金属板の表面粗さ付与方法。
【請求項４】
前記金属板が冷延鋼板又は表面処理鋼板であることを特徴とする請求項３に記載の金属板の表面粗さ付与方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛めっき鋼板等の金属板の表面に微細な固体粒子を投射することによって、表面に緻密な微視的凹凸からなる表面粗さを付与する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛めっき鋼板や冷延鋼板等のプレス成形に使用される薄鋼板に対しては、鋼板の表面粗さを適切に調整することが必要とされている。これは、一定の表面粗さを付与することによって、プレス成形時の金型との間の保油性を高め、型かじりや鋼板の破断等のトラブルを防止するためである。例えば、鋼板と金型との摺動抵抗が増大すると、パンチ面における鋼板の破断、あるいはビード部近傍での鋼板の破断が生じ易くなる。
【０００３】
通常は、鋼板の表面粗さを調整するために、圧延ロールの表面に一定の微視的凹凸を付与して、調質圧延工程においてその凹凸を転写させるという手段が用いられている。しかし、調質圧延においてロールの表面粗さを転写させる方法では、緻密な凹凸を付与することができず、またロール摩耗等による経時的なロール粗さの変化によって鋼板の表面粗さが変化してしまうなどの問題が生じていた。
【０００４】
本発明者らは、従来の調質圧延によるものとは異なる手段として、微細な固体粒子を直接鋼板表面に投射して、亜鉛めっき鋼板等の表面粗さを調整する方法を見出した。これは、球状の固体粒子が鋼板表面に衝突することによって、微視的な凹み部が多数形成され、いわゆるディンプル状の微視的凹凸が形成されるものである。このような表面形態は、特にプレス成形における金型との間の保油性を向上させる効果に優れており、プレス成形性を大幅に向上させることが可能となる。また、投射する固体粒子の粒子径が小さいほど、鋼板表面には短ピッチで緻密な凹凸が付与されるので、塗装後の鮮映性にも優れ、自動車外板用途等にも適した鋼板を得ることが可能である。
【０００５】
固体粒子の投射手段としては、遠心式投射装置あるいは空気式投射装置が代表的である。空気式投射装置は、圧縮空気を噴射ノズルにおいて加速させ、その抗力を利用して固体粒子を加速させるものである。特に、固体粒子の質量が小さい微細な粒子の投射に適しており、固体粒子の速度を非常に高くすることができるのが特徴である。一方、遠心式投射装置は、回転するベーンによる遠心力を利用して固体粒子を投射するものであり、空気式投射装置に比べて大きな投射量を確保することができるので、亜鉛めっき鋼板や冷延鋼板などの鉄鋼製造ラインにおいて、広幅の鋼板を高速度で搬送しながら処理するのにより適した投射手段であるといえる。
【０００６】
このような遠心式投射装置を用いた鋼板の処理方法としては、特開昭６３−１６６９５３号公報（特許文献１）に、溶融亜鉛めっき鋼板の成形加工時の割れ防止を目的とするブラスト処理法が開示されている。これは、直径80〜180μmの金属粉を遠心式投射装置によって、粒子速度が30m/s以上となる条件で処理する方法である。しかし、広幅の鋼板を高速度で搬送しながら処理するために、遠心式投射装置をどのように配置するかについては明らかにされていない。
【０００７】
一方、遠心式投射装置によるブラスト処理方法が、ステンレス鋼の熱間鋼帯を脱スケール処理する目的で広く用いられている。これは、鋼板上の広い範囲にわたって粒子を投射するために、遠心ロータの回転軸に垂直な平面と鋼板の面との交線が、鋼板の進行方向に対して垂直に近い角度となるように遠心式投射装置が配置されるものである。
【０００８】
また、遠心式投射装置のロータ回転中心から金属鋼帯までの距離（以下「投射距離」と呼ぶ）は、１〜1.5m程度に設定され、板幅1500mm程度の金属鋼帯に対して、片面あたり２〜４台程度の遠心式投射装置を配置するのが通常である。このとき、粒子径が小さい場合には、投射された粒子が空気中で減速し、金属鋼帯に衝突する時点での運動エネルギーが低下してしまうため、粒子径0.5〜２mm程度のものを使用する。それよりも小さい粒子を使用する場合には、所定の脱スケール効果を得ることができないからである。
【０００９】
このような遠心式投射装置を板幅方向に複数台設置する装置については、特開平７−９０２４号公報（特許文献２）において、各投射装置の投射エネルギーを独立に調整して、全体として板幅方向の脱スケールを均一化する方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−１６６９５３号公報
【特許文献２】特開平７−９０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来技術として、特開平７−９０２４号公報に開示された手段は、複数の遠心式投射装置において個別の投射エネルギーを調整して、板幅方向で脱スケール性を均一化しようとするものであり、表面粗さの均一性は、幅方向でスケール残りが生じない程度の均一性で足りる。一方、本発明が対象とする表面粗さの均一化については、プレス成形性や塗装後鮮映性が要求される金属板の製造を対象とするので、板幅方向の表面粗さとして、より高いレベルの均一性が求められる。
【００１２】
例えば、表面粗さはプレス成形時の金型と鋼板との摺動特性に大きな影響を与えるため、板幅方向の位置によって表面粗さが変化するとプレス成形性の安定性に悪影響を与え得る。また、表面の凹凸状態が板幅方向で異なると、塗装後の鮮映性が位置によってばらつき、外観上の不良を生じさせ得る。
【００１３】
したがって、板幅方向に複数台の遠心式投射装置を配置して、個別の投射装置の固体粒子投射量や投射速度等を調整することで、ある程度の均一性を確保できても、より高いレベルの均一性を実現して、プレス成形性や塗装後鮮映性を確保する観点からは、必ずしも十分とはいえない。
【００１４】
特に、遠心式投射装置では、遠心ロータの回転方向に一定の広がりをもって固体粒子が投射されるので、鋼板に衝突する位置によって固体粒子の量や粒子速度に一定の分布が生じるのを避けることができない。
【００１５】
本発明は、このような遠心式投射装置を用いた場合であっても、板幅方向において表面粗さが均一となる表面粗さ付与設備および方法を提供することを課題とするものであり、複数台の遠心式投射装置を配置した場合にも同様の原理によって板幅方向の表面粗さの均一性を高いレベルで確保できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための第１の手段は、連続して搬送される金属板に、遠心式投射装置を用いて平均粒子径30〜300μmの固体粒子を投射することにより前記金属板の表面に表面粗さを付与する金属板の表面粗さ付与装置であって、前記遠心式投射装置と前記金属板の間に、投射範囲の一部を遮蔽する遮蔽物が設けられていることを特徴とする金属板の表面粗さ付与装置（請求項１）である。
【００１７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記遮蔽物が前記投射領域を遮蔽する遮蔽領域を変更可能であることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、連続して搬送される金属板に、遠心式投射装置を用いて平均粒子径30〜300μmの固体粒子を投射することにより前記金属板の表面に表面粗さを付与する金属板の表面粗さ付与方法であって、前記固体粒子が金属板に衝突する前に、投射範囲の一部を遮蔽して、鋼板の板幅方向の表面粗さ分布を調整することを特徴とする金属板の表面粗さ付与方法（請求項３）である。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記金属板が冷延鋼板又は表面処理鋼板であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２０】
このように、鋼板の表面に平均粒子径30〜300μmの固体粒子を投射するのは、鋼板表面に短ピッチの凹凸を緻密に付与するためである。すなわち、固体粒子を鋼板表面に投射することで、その運動エネルギーが鋼板表面への押込み仕事に変換されて、鋼板表面に圧痕（くぼみ）が生じる。このときの圧痕の大きさは、固体粒子の粒子径が小さいほど小さくなり、微少な凹部が形成されることになる。すなわち、多数の固体粒子を投射することで、鋼板表面には微少な圧痕が多数形成されて、より緻密で圧痕同士の間隔が非常に短い微視的凹凸を形成する。このような単位面積当たりに多数の凹部が形成された、いわゆるディンプル状の形態が表面に付与されることで、プレス加工等に使用される場合に金型と鋼板との間の保油性を向上させ、プレス成形性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
固体粒子の平均粒子径が300μmを超える場合には、短ピッチの微視的な凹凸を形成することができず、プレス成形性を向上させる効果が期待できなくなると共に、鋼板表面の長周期の凹凸、すなわちうねりが大きくなることで、外観上の奇麗さが失われ、塗装後鮮映性も悪化する。このような観点からは、冷延鋼板や表面処理鋼板に表面粗さを付与する場合には、固体粒子の平均粒子径を300μm以下とする必要があり、特に150μm以下とすることが好ましい。
【００２２】
固体粒子の投射手段としては、前述の遠心式投射装置を用いる。広幅の鋼板を高速で連続的に処理するためには、投射量を大きくすることが可能な遠心式投射装置が優れているからである。このとき、固体粒子の粒子径が30μmを下回る場合には、投射した固体粒子が空気中で減衰しやすく、鋼板表面に衝突するときの速度が低下して、鋼板表面に十分な大きさの圧痕を形成することができない場合がある。したがって、固体粒子の平均粒子径は30μm以上としているが、特には50μm以上であることが好ましい。
【００２３】
ここで、第１の手段では、遠心式投射装置と金属板の間に、投射範囲の一部を遮蔽する遮蔽物が設けられている。遠心式投射装置から投射される固体粒子は、主として遠心ロータの回転方向に広がりながら鋼板に衝突する。その際に、固体粒子の投射量が多い領域や粒子速度が早い領域が生じる。第１の手段によれば、そのような領域についてのみ、鋼板への衝突粒子の量を低減させることによって、鋼板表面に付与される表面粗さを均一化することが可能になる。
【００２４】
したがって、遮蔽物の形状は、投射範囲の中の固体粒子の投射量が大きい部分、固体粒子の速度が高い部分のみを遮蔽する形状とし、実際に使用する遠心式投射装置によって最適な形状は異なる。ただし、鋼板に付与される板幅方向の表面粗さ分布を実際に測定して、その粗さの分布に合わせて決定することができ、粗さが大きい部分をより大きく遮蔽するような形状にすることができる。
【００２５】
また、遮蔽物としては平板を用いるのが構造的に簡単であるが、立体的な構造を備えていてもよい。ただし、固体粒子が常時衝突することになるので材質的には耐磨耗性に優れた金属材料が望ましい。さらに、固体粒子が衝突してもたわみ等が生じない程度の剛性を備える必要がある。
【００２６】
遠心ロータから鋼板の間における遮蔽板の設置位置は、鋼板へ直接投射される固体粒子を低減できる位置であれば任意の位置に設置することができるが、鋼板に近すぎると鋼板の振動によって鋼板と遮蔽板が接触するので、鋼板からは10mm以上離れた位置に設置するのが望ましい。
【００２７】
なお、従来の脱スケールを目的とするショットブラスト法では、スケール残りを防止するという観点から、投射エネルギーが弱い部分が生じるのを防止しようとする考え方に基づいているが、表面粗さの均一化を目的とする場合には、必ずしも投射エネルギーが弱い部分を強くしなければならないという必然性はなく、投射エネルギーの強すぎる部分を緩和するといった考え方は、従来技術として見当たらない。
【００２８】
ところで、複数台の遠心式投射装置を配置して、鋼板の板幅方向全体に固体粒子を投射する装置においては、隣接する遠心式投射装置による投射範囲をラップさせて、板幅方向の表面粗さを均一化させることができるが、この場合にも板幅方向の表面粗さ分布において、粗さが大きくなる部分があれば、その部分への固体粒子の投射を一部遮蔽する遮蔽物を設けることができ、板幅方向により高いレベルで表面粗さを均一化させることができる。
【００２９】
第２の手段は、遮蔽物が、遮蔽される投射範囲を変更可能であることを特徴とするものである。遠心式投射装置の投射範囲内における固体粒子の投射量または粒子速度の分布は、遠心ロータの回転数や投射粒子の総量などの投射条件によっても変化する。そこで、種々の投射条件に対応して遮蔽する領域の範囲等を変更可能な構造にすることで、操業条件の変化にも対応して、板幅方向の表面粗さを均一化することができる。
【００３０】
遮蔽する領域を変更するための構造としては、一体物の遮蔽板をスライドさせて、投射範囲における遮蔽領域の大きさを変更する構造が挙げられる。ただし、遮蔽物を板幅方向に分割した構造として、板幅方向の各位置に対応する遮蔽物を独立にスライドさせて、遮蔽領域を調整する構造にすることで、より自由度の高い調整が可能となる。
【００３１】
第３の手段においては、既に述べたように、固体粒子が金属板に衝突する前に、投射範囲の一部を遮蔽して、鋼板の板幅方向の表面粗さ分布を調整する。例えば、遠心式投射装置によって表面粗さを付与した後に、鋼板の板幅方向における表面粗さ分布を測定し、その結果に応じて前記遮蔽領域を変更して、表面粗さの均一性を確保する。
【００３２】
板幅方向の表面粗さ分布の測定は、ラインを一旦停止して接触式粗さ計によって表面粗さ分布を測定する方法でもよいが、非接触のオンライン粗さ計を用いて、同様の測定を行ってもよい。また、表面粗さを直接測定しなくても、鋼板表面に光をあてて、その反射光の強度を板幅方向で測定することで、表面粗さの分布形態を半定量的に認識できるので、その測定結果に応じて遮蔽領域を変更することもできる。
【００３３】
第４の手段は、金属板が冷延鋼板又は表面処理鋼板であることを特徴とするものである。本発明が対象とする鋼板は、主として冷延鋼板、表面処理鋼板である。冷延鋼板には、普通鋼の他に高張力鋼板や、高炭素鋼、電磁鋼板、アンバー等の特殊鋼も含む。また、表面処理鋼板としては溶融めっきまたは電気めっき等の手段により表面処理が施された各種表面処理鋼板を含み、亜鉛めっき鋼板が主な対象である。これらは、プレス成形性や塗装後の鮮映性が要求される場合が多く、鋼板の表面粗さ（表面の微視的な凹凸の形態）として、緻密で均一なものが求められるからである。したがって、固体粒子の投射による研掃作用を目的とした熱延鋼板の脱スケール処理は対象としない。ただし、熱延鋼板であってもプレス成形用途に使用される鋼板に対しては、本発明の対象とすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、遠心式投射装置を用いた場合であっても、板幅方向において表面粗さが均一となる表面粗さ付与設備および方法を提供することができ、さらに、複数台の遠心式投射装置を配置した場合にも同様の原理によって板幅方向の表面粗さの均一性を高いレベルで確保できる。これによって、プレス成形性や塗装後鮮映性のばらつきが小さい金属板を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。本発明の実施に使用する遠心式投射装置の概略図を図４に示す。遠心式投射装置は、モータ４４によって駆動されるインペラー４５およびベーン４６によって、遠心力を利用して固体粒子を加速させる装置（インペラー４５、ベーン４６および付帯して回転する部分を「遠心ロータ」という）である。固体粒子は、タンク等に貯められた状態から、粒子供給管４３を通じて、遠心式投射機のインペラー４５中央部に供給される。
【００３６】
なお、一般的には遠心ロータ式投射機のベーン部の外径は300〜500ｍｍ程度である。このときロータ回転中心から鋼板１までの距離（投射距離とよぶ）が大きい場合には、投射する固体粒子が小さく、空気中での減速が大きくなってしまうため、本発明の実施の形態としては、投射距離が700ｍｍ以下であることが好ましく、ベーン部直径と同程度の投射距離とするのがより好ましい。
【００３７】
図４には、遠心ロータから投射される固体粒子が扇状に広がる様子が示されているが、鋼板１の表面に衝突する固体粒子の投射量分布についての模式図も併せて記載している。鋼板１に付与される表面粗さも、このような投射量分布に対応した分布を有することになる。
【００３８】
図５は、このような遠心式投射装置を３台組合せて、広幅の金属板を処理する場合の配置例を示している。各投射機は板幅方向の特定の位置に対して固体粒子を投射するようになっているが、投射範囲の端部における表面粗さが低下するのを防止するために、隣接する投射範囲同士で一定のラップ部を設けている。
【００３９】
このような設備に適用する、本発明の実施の形態の第１の例を図１に示す。図は、任意の１台の投射機１２に対応した遮蔽板１１を設置した例を示したものであり、投射範囲内で表面粗さが大きくなる部分に対応して、遮蔽領域が滑らかな曲線状に変化した遮蔽板としたものである。遠心ロータから投射された固体粒子のほとんどは鋼板１に衝突して表面粗さを付与することになるが、遮蔽板１１によって遮蔽された部分では、固体粒子が鋼板１に直接衝突することがなく、その部分の表面粗さが大きくなりすぎるのを防止することができる。
【００４０】
遮蔽板１１の形状は、鋼板１に付与される表面粗さの分布形状に対応して決定することが可能であるが、２次曲線、正弦波曲線等で近似した形状にしてもよい。また、遮蔽板１１は鋼板１の進行方向に平行にスライドさせる構造とすることで、投射条件に応じた調整が容易にできる。その際、遮蔽板１１のスライド位置を検出できるセンサーを設置することで、操業条件の管理が容易となる。
【００４１】
なお、図においては鋼板１の下流側から遮蔽板１１を投射範囲に挿入する形態としているが、鋼板１の上流側から設置しても同様の効果が得られる。また、図では鋼板１の上面のみに遮蔽板１１を設置しているが、下面側に固体粒子を投射する場合にも同様の手段を適用できる。
【００４２】
本発明の実施の形態の第２の例を図２に示す。図では、遮蔽板１１を板幅方向に分割しており、それぞれの遮蔽板１１の位置を独立して設定できるようにしたものである。遮蔽板１１を幅方向に分割することで、構造的には複雑にはなるが、投射条件に対応した表面粗さ分布を予め測定して、遮蔽板１１の形状を予め決定していなくても、分割された投射板の各位置を調整することによって、幅方向の均一性を高めることが可能となる。
【００４３】
ところで、遮蔽板１１を板幅方向に分割して設置する場合には、板幅方向全体に遮蔽板１１を設置することで、隣接する投射範囲のラップ部を含めて、より表面粗さの均一性を高めることができる。
【００４４】
さらに、遠心式投射装置によって金属板の表面粗さが付与された後に、板幅方向の表面粗さ分布を測定、検出することによって、それに対応して遮蔽板１１位置を調整するようなフィードバック制御システムを設置すれば、操業条件の変更に対しても、安定して幅方向の均一性を確保することができる。
【実施例】
【００４５】
本発明の実施例として、図５に示すように板幅方向に３台の遠心式投射装置を配置した設備において、各投射機対して図１に示す遮蔽板を設置した結果を示す。なお、図５において３１，３２，３３は遠心ロータ、３４，３５，３６はモータである。
【００４６】
本実施例において、表面粗さを付与すべき鋼板として、板幅1200mmの溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。これは、板厚0.7mmの冷延鋼板を下地としてめっき皮膜が主としてη相からなるものである。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、材質を調整し、めっき皮膜の凹凸を平滑化してうねりを低減するために、ブライトロールを使用した調質圧延によって0.8％の伸長率を付与している。
【００４７】
表面粗さを付与するために使用した固体粒子は、平均粒子径85μmのSUS304の固体粒子である。これはガスアトマイズ法により製造されたほぼ球形の粒子であり、鋼板表面にディンプル状の微視的凹凸を付与できるので、優れたプレス成形性を有する鋼板を得ることができる。
【００４８】
本実施例では、投射距離を350ｍｍに設定し、遠心ロータの回転数を3600rpmとして、ライン速度50mpmの条件の下で、鋼板表面に粗さを付与した。このとき、鋼板表面への投射密度が平均で10kg/m２となるように、各遠心式投射装置への固体粒子の供給量を調整した。
【００４９】
本実施例における遮蔽板は、図１に示す形状のものであり、板厚５mmの耐磨耗鋼を加工し、リニアガイドを投射室の壁に固定することで、遮蔽板を図1に示すようにスライド可能とした。本実施例において使用した遮蔽板の幅は350mmであり、中央部が端部に比べて50mm突き出た放物線形状のものを使用した。なお、ここで用いた遠心式投射装置は、投射範囲の大きさが長手方向で80mm程度であるが、これに対して、最大35mmの長さを遮蔽するように遮蔽板の位置を調整した。
【００５０】
図３は、表面粗さRaの板幅方向分布を示したものである。図から分かるように、遮蔽板を使用しない比較例では、３台の遠心式投射装置に対応してRaが高い部分が生じている。これに対して、本実施例ではRaが大きくなる部分に対応して遮蔽板を設置しているので、Raの分布は非常に均一化されていることが分かる。
【００５１】
このような金属板は、幅方向に均一な表面粗さが確保されているので、鋼板の位置によってプレス成形性や塗装後鮮映性等の品質がばらつくことを防止できる。なお、本実施例では平均粗さRaを指標としているが、ピークカウントPPIや中心線うねりWcaを指標としても同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す図である
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す図である
【図３】本発明の実施例によって得られた鋼板の表面粗さ分布を、比較例と共に示した図である。
【図４】遠心式投射装置の例をを示す図である。
【図５】複数台の遠心式投射装置を配置した金属板の表面粗さ付与装置の例を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…鋼板、１１…遮蔽板、１２…投射機、３１，３２，３３…遠心ロータ、３４，３５，３６…モータ、４３…粒子供給管、４４…モータ、４５…インペラー、４６…ベーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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