(57)【要約】【課題】  潤滑剤を必要とすることなく、寸法精度の高い製品形状にプレス加工できる塗装金属板を提供する。【解決手段】  下地金属板１に設けられた樹脂塗膜２にポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を複合分散させた塗装金属板である。ポリエチレン樹脂粒子３は、樹脂塗料を乾燥・焼成する過程で溶融し、ブリードしたポリエチレン樹脂５となって樹脂塗膜２の表面を覆う。【効果】  ブリードしたポリエチレン樹脂５のワックス作用，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４のコロ作用が共同し、塗装金属板の潤滑性，加工性が改善される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地金属板に設けた樹脂塗膜に、ポリエチレン樹脂粉末及びポリエチレン樹脂の粒子表面にフッ素樹脂微粉末が結合したポリエチレン−フッ素樹脂粉末が潤滑剤として複合分散していることを特徴とする潤滑性，加工性に優れた塗装金属板。
【請求項２】
樹脂塗膜の表面一部にポリエチレン−フッ素樹脂粒子が突出し、ブリードしたポリエチレン樹脂で樹脂塗膜の残る表面一部又は全部が覆われている請求項１記載の塗装金属板。
【請求項３】
化成処理皮膜を介して樹脂塗膜が下地金属板に設けられている請求項１又は２記載の塗装金属板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油を別途塗布する必要なく製品形状にプレス加工できる潤滑性，加工性に優れた塗装金属板に関する。
【背景技術】
【０００２】
内装材，外装材，表装材等に使用される各種金属板は、プレス加工によって目標形状に成形されている。プレス加工時、金型に対する金属板素材の滑りが悪いと、擦り疵等の表面欠陥が加工製品に発生しやすく、金型寿命も短くなる。また、硬質で潤滑性に劣る化成処理皮膜を設けた鋼板をプレス加工すると、化成処理皮膜が剥離した欠陥部が腐食発生の起点となる。
表面欠陥の発生や金型寿命の低下は、高粘度の潤滑油を塗布して素材金属板に潤滑性を付与することにより防止できる。潤滑油を使用する場合、プレス加工に先立って素材金属板に潤滑油を塗布し、プレス加工後の脱脂によって加工製品から潤滑油を除去している。素材金属板のプレス加工性が良好であれば潤滑油の塗布や除去を省略でき、プレス加工の工数が少なくなるので、潤滑油を必要としない潤滑金属板が開発されている。
【０００３】
無塗油で製品形状にプレス加工できる潤滑金属板として、潤滑性，加工性に優れた有機塗膜を素材金属板の全面に設けた塗装金属板が知られている。本出願人も、高融点の有機樹脂粉末を分散させた不連続有機塗膜を設けた塗装金属板を特許文献１で紹介している。該塗装金属板では、亜鉛又は亜鉛合金めっき鋼板の全面をクロメート処理した後、ポリエチレン，ポリプロピレン等の高融点樹脂粉末を分散させたウレタン系不連続樹脂塗膜をクロメート皮膜上に設けている。連続的な樹脂塗膜を設けることにより、無潤滑でプレス加工できる塗装鋼板も多数報告されている（特許文献２，３）。
【特許文献１】特開平5-305266号公報
【特許文献２】特開平1-301333号公報
【特許文献３】特開平4-313368号公報
【０００４】
不連続樹脂塗膜で潤滑性を付与した塗装金属板では、不連続樹脂塗膜が薄く、樹脂塗膜に分散させた樹脂粉末の粒径によっては金型にパウダー状付着物が堆積しやすいため、金型の頻繁な手入が必要になる。樹脂塗膜の損傷に伴って表面の色調が変動することもある。連続樹脂塗膜を設けた塗装金属板でも、膜厚と樹脂粉末との関係でパウダリングが発生する場合がある。多数の金属切板を連続してプレス加工するとき、パウダリング等の加工欠陥や金型へのパウダー状付着物の堆積が一層助長される。また、寸法精度の高い加工製品が望まれる傾向にあっては、従来の潤滑鋼板よりも潤滑性，加工性が格段に優れた金属板の要求が強くなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、樹脂塗膜に分散させる潤滑剤を改良することにより、潤滑剤の塗布を必要とせず、高加工度でプレス加工しても加工欠陥や金型寿命の低下がなく、寸法精度の高い製品形状にプレス加工できる塗装金属板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】
【０００６】
本発明の塗装金属板は、ポリエチレン樹脂粉末及びポリエチレン樹脂粒子の粒子表面にフッ素樹脂微粉末が結合したポリエチレン−フッ素樹脂粒子が潤滑剤として複合分散した樹脂塗膜を下地金属板の表面に設けている。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子は樹脂塗膜の表面一部から突出し、残る樹脂塗膜の表面一部又は全部がリフローしたポリエチレン樹脂粉末で覆われていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に従った塗装金属板は、下地金属板１の表面に樹脂塗膜２を設け、樹脂塗膜２にポリエチレン樹脂粒子３及びポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を複合分散させている。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、ポリエチレン樹脂粒子の表面にフッ素樹脂微粉末が結合した粒子であり、粒子表面に結合したフッ素樹脂微粉末によって耐熱性が付与され、ポリエチレン樹脂粉末に比較して若干比重が大きくなっているが、比重が大きく液中で安定分散しない従来のフッ素樹脂粒子単独に比較して水溶液中の分散安定性も向上している。
ポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を配合した樹脂塗料を下地金属板１に塗布した状態では、ウエットな樹脂塗膜２中にポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が懸濁している（図１a）。
【０００８】
乾燥・焼成時の昇温過程で、樹脂塗料から水分が蒸発し、樹脂塗膜２の膜厚が減少する。膜厚減少に伴い、樹脂塗膜２の表面からポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が突出する（図１b）。
樹脂塗膜の乾燥・焼成時に１５０〜２００℃の範囲に板温が通常設定されており、ポリエチレン樹脂は種類，分子量によって異なるものの融点が１００〜１３０℃の範囲にある。乾燥・焼成時の加熱温度がポリエチレン樹脂粒子３の融点を超えると、樹脂塗膜２から突出しているポリエチレン樹脂粒子３がリフローし、ブリードしたポリエチレン樹脂５で樹脂塗膜２の表面が覆われる（図１c）。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、ポリエチレン樹脂粉末の表面にフッ素樹脂微粉末が結合して耐熱性が高くなっているので、ポリエチレン樹脂粒子３の融点を超える高温状態でもブリードすることなく初期の粒形状を維持する。
【０００９】
樹脂塗膜２からポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が突出し、樹脂塗膜２の表面一部又は全部がブリードしたポリエチレン樹脂５で覆われているため、塗装金属板の潤滑性，加工性が大幅に改善される。潤滑性，加工性の改善は、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４，ブリードしたポリエチレン樹脂５によって樹脂塗膜２の表面におけるポリエチレン濃度が高くなることに加え、樹脂塗膜２から突出するポリエチレン−フッ素樹脂粒子４がプレス加工時にコロの機能を呈することに起因すると推察される。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４の一部は加工変形の進行に応じて一部圧潰されるが、圧潰されたポリエチレン−フッ素樹脂粒子４がポリエチレン樹脂の供給源となり、プレス加工時に高面圧がかかったときでも優れた潤滑作用を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下地金属板１としては、普通鋼，低合金鋼，各種めっき鋼板，ステンレス鋼，アルミニウム，アルミニウム合金，銅板等、多様な金属板が使用される。樹脂塗膜２の形成に先立ち、クロメート処理，リン酸塩処理，Ｃｒフリー処理等の化成処理を下地金属板１に施すことにより塗膜密着性を向上させても良い。なかでも、バルブメタルの酸化物，水酸化物，フッ化物等で化成処理皮膜を形成するＣｒフリー処理は、環境負荷が小さいことから有望な化成処理法である。
樹脂塗膜２は、ポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を配合した樹脂塗料から成膜される。
【００１１】
樹脂塗料は、防爆仕様のオーブンを備えていない製造ラインでも処理可能な水溶性タイプや水分散エマルジョンをベースとし、防錆顔料，着色顔料，体質顔料，メタリック顔料，発色顔料等、各種添加剤が用途に応じて配合される。ベース樹脂には、アクリル樹脂，ウレタン樹脂，エポキシ樹脂，ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
ポリエチレン樹脂粒子３は、融点が通常１００〜１３０℃の範囲にあり、樹脂塗膜２の表面から突出する程度の粒径をもつものが好適である。樹脂塗膜２の耐水性，耐アルカリ性を向上させるため乾燥温度（通常１５０℃以上）に加熱されると、樹脂塗膜２から突出している部分が溶融し、ブリードしたポリエチレン樹脂５となる。この種のポリエチレン樹脂粒子３には、HYTEC E-9016，HYTEC E-1000（東邦化学株式会社製），CJ-172B，CJ-137（興洋化学株式会社製），パーマリンKUE-4，パーマリンKUE-5（三洋化成工業株式会社製）等、市販の樹脂粒子を使用できる。
【００１２】
ベース樹脂に対するポリエチレン樹脂粒子３の配合量は、樹脂塗膜２の表面に占めるブリードしたポリエチレン樹脂５の割合が０.２面積％以上となるように調節することが好ましい。ポリエチレン樹脂５の占有面積率が０.２面積％未満では、ポリエチレン樹脂５の潤滑作用が不足しがちである。
ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、加熱・軟化したポリエチレン樹脂粒子にフッ素樹脂微粒子を接触させることにより、ポリエチレン樹脂粒子にフッ素樹脂微粉末を吸着させた粒子である。フッ素樹脂微粉末の吸着は、樹脂粒子の比重増加、ひいては水溶液中での分散安定性を向上させる。耐熱性も向上するので、通常の乾燥温度１５０℃程度では初期の粒形状を維持する。ポリエチレン樹脂粉末は樹脂塗膜２の表面から突出できる粒径が好ましく、該ポリエチレン樹脂粉末に吸着させるフッ素樹脂はポリエチレン樹脂粉末の表面を覆うように０.３μｍ以下の粒径が好ましい。
【００１３】
フッ素樹脂粉末は、ポリエチレン樹脂粉末に比較すると融点が３００℃以上と耐熱性に優れ、下地金属板１に塗布した樹脂塗料を乾燥・焼成する過程でポリエチレン樹脂粒子３のようにブリードすることなく初期の粒形状を維持する。しかし、ウレタン，アクリル等の水系樹脂に比較して比重が大きく、水系エマルジョンに対する分散性が悪い。フッ素樹脂を微粉末とすることにより水系エマルジョンに均一分散可能となるが、微粉末のフッ素樹脂では樹脂塗膜２からの突出を期待しがたい。
他方、フッ素樹脂粉末を結合させたポリエチレン樹脂粒子は、フッ素樹脂粉末と同等の耐熱性，ポリエチレン樹脂粒子３と同等の分散性をもち、樹脂塗料中で凝集沈降することなく乾燥・焼成後にも初期の粒形状を維持する。したがって、成膜された樹脂塗膜２を観察すると、樹脂塗膜２から突出したポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が検出される。
【００１４】
樹脂塗膜２からポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を突出させ、樹脂塗膜２の表面をブリードしたポリエチレン樹脂５で覆うためには、塗膜表面から突出する程度の粒径をもつポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を樹脂塗膜２のベース樹脂に配合することが好ましい。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、フッ素樹脂粉末が結合しているのでポリエチレン樹脂粒子３よりも若干大きな比重を呈するが、ポリエチレン樹脂粉末に結合するフッ素樹脂粉末の粒径分布，個々のポリエチレン樹脂粒子３に対するフッ素樹脂粉末の付着量を制御することにより適正比重に調整できる。
【００１５】
ポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、焼成後の樹脂塗膜２から突出するように、樹脂塗膜２の膜厚をｔとするとき０.８〜３.０×ｔの平均粒径をもつことが好ましい。平均粒径が０.８×ｔ未満では、樹脂塗膜２に埋没するポリエチレン−フッ素樹脂粒子４の割合が多くなり、樹脂塗膜２から突出するポリエチレン−フッ素樹脂粒子４の個数を確保するため過剰量のポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を配合する必要が生じる。逆に、３.０×ｔを超える大粒径のポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を樹脂塗膜２に分散させると、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４の突出量が多くなりすぎ、プレス加工時にポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が脱落しやすくなる。
樹脂塗料に対するポリエチレン−フッ素樹脂粒子４の配合割合は、樹脂塗膜２から突出するポリエチレン−フッ素樹脂粒子４が樹脂塗膜２の表面に占める割合が０.１面積％以上となるように調整することが好ましい。ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４は、０.１面積％以上の占有面積率で顕著なコロ作用を発現する。
【００１６】
本発明の塗装金属板は、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４のコロ作用及びブリードしたポリエチレン樹脂５の潤滑作用で優れた加工性を呈するが、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４：ポリエチレン樹脂粒子３の質量比を０.０５〜０.８の範囲に設定すると潤滑性，加工性が一層向上する。０.０５未満の質量比では高面圧での加工時に潤滑性が不足し、０.８を超える質量比では金型／樹脂粉末の接触面積が減少し、ブリードしたポリエチレン樹脂５の潤滑性が低下する。
【００１７】
ポリエチレン樹脂粒子３，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を配合した塗料組成物を下地金属板１にスピンコート法，スプレー法等で塗布した後、乾燥することにより所定性能をもつ樹脂塗膜がめっき層表面に形成される。樹脂塗膜は、下地金属板１を完全に覆うために乾燥膜厚０.３μｍ以上が好ましい。薄すぎる樹脂塗膜は、樹脂粉末の保持力も不十分となる。しかし、５μｍを超えると、厚膜化による品質向上が飽和し、経済的にも不利となる。ポリエチレン樹脂粒子３をブリードさせる上で、ポリエチレン樹脂粒子３の融点を超える１００℃温度以上に乾燥温度が設定される。しかし、３００℃を超える高温加熱では、フッ素樹脂までブリードしてコロの作用が損なわれ、潤滑性が低下しやすい。
【実施例】
【００１８】
板厚０.８ｍｍの弱脱酸鋼に片面当り４５ｇ／ｍ2の付着量でＺｎ−６質量％−３質量％Ｍｇ合金めっき層を形成した溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板を原板に使用した。無機系防錆剤としてシリカゾル，リン酸塩，ジルコニウム塩を、潤滑剤として各種ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４，ポリエチレン樹脂粒子３（融点１０８℃）を種々の配合量でウレタン樹脂エマルジョンに添加した処理液（表１）を用意した。
【００１９】
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【００２０】
処理液を原板に直接塗布し、温度１５０℃で乾燥・焼成することにより、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４，ブリードしたポリエチレン樹脂５が分散した膜厚２μｍの樹脂塗膜２を形成した。
樹脂塗膜２形成後の各塗装めっき鋼板から試験片を切り出し、次の条件下で潤滑性，加工性を調査すると共に処理液の安定性を調査した。
【００２１】
〔低面圧下での潤滑性〕
SUS304ステンレス鋼板ＢＡ仕上げ材を基準板として試験片に重ね、荷重：２００ｇｆを加えながら摺動速度：１６０ｍｍ／分で基準板を試験片表面に沿って摺動させたときの動摩擦係数を測定した。動摩擦係数：０.１０以下を◎，０.１５以下を○，０.２０以下を△，０.２０を超える試験片を×として低面圧下での潤滑性を評価した。
〔高面圧下での潤滑性〕
幅：３０ｍｍ，長さ：３００ｍｍの試験片の両面にSKD11製金型を接触させ、金型を介して６００ｋｇｆの荷重を加えながら試験片を引抜き速度１００ｍｍ／分で引き抜いたときの引抜き力を測定した。引抜き力：２５０ｋｇｆ以下を◎，３００ｋｇｆ以下を○，４００ｋｇｆ以下を△，４００ｋｇｆを超える引抜き力を×として高面圧下での潤滑性を評価した。
【００２２】
〔加工性〕
外径：４０ｍｍのポンチを用い、絞り比：２.３５で円筒絞り加工し、外径比（絞り加工過程で材料が破断する外径とブランク径の比）を調査した。外径比：０.９５以下を◎，０.９６以下を○，０.９７以下を△，０.９７を超える試験片を×として加工性を評価した。
〔処理液安定性〕
化成処理液を攪拌し、２４時間放置した後、化成処理液を観察した。調製直後と変わらない性状を呈した処理液を◎，沈降又は浮遊した樹脂粒子が若干観察された処理液を△，樹脂粒子が著しく沈降又は浮遊した処理液を×として処理液の安定性を評価した。
【００２３】
表２の調査結果にみられるように、ポリエチレン樹脂粒子，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子を複合添加した処理液は、２４時間放置後も樹脂粒子の沈降や浮遊が生じることなく、潤滑性，加工性に優れた塗膜を形成できた。ポリエチレン樹脂のブリード量及びポリエチレン−フッ素樹脂粒子の分散量が多くなるほど潤滑性が向上しており、ポリエチレン−フッ素樹脂粒子のコロ効果に起因する高面圧下での潤滑性，加工性もポリエチレン−フッ素樹脂粒子の増量に応じて改善されている。更に、樹脂塗膜の膜厚との関係でポリエチレン樹脂粒子，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子の粒径を適正に選択したとき、ブリード効果，コロ効果が高面圧下での潤滑性，加工性に大きな影響を及ぼしていた。
これに対し、ポリエチレン樹脂粒子，フッ素樹脂微粉末を配合した処理液（比較例１３〜１６）は潤滑性，加工性に不足しており、フッ素樹脂微粉末単独添加の処理液（比較例１５）は安定性に劣り均一処理に使用できなかった。
【００２４】
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【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上に説明したように、ブリードしたポリエチレン樹脂５，ポリエチレン−フッ素樹脂粒子４を樹脂塗膜２に複合分散させているので、塗装金属板をプレス加工する際にポリエチレン樹脂５の滑り作用及びポリエチレン−フッ素樹脂粒子４のコロ作用によって優れた潤滑性，加工性が発現し、高い寸法精度が要求される製品形状にもプレス加工される。プレス加工に先立つ潤滑剤の塗布やプレス加工後の潤滑剤除去を必要としないため、プレス加工の工数が少なく、生産性の向上も図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ポリエチレン樹脂粉末，ポリエチレン−フッ素樹脂粉末を配合した樹脂塗料から樹脂塗膜が形成される過程を説明する模式図
【符号の説明】
【００２７】
１：下地金属板    ２：樹脂塗膜    ３：ポリエチレン樹脂粒子    ４：ポリエチレン−フッ素樹脂粒子    ５：ブリードしたポリエチレン樹脂
【図１】
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