(57)【要約】【課題】優れたスポット溶接性を有する樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板、その製造方法及びスポット溶接方法を提供する。【解決手段】アルミニウム板１１のスポット溶接時に電極側となる面には塗膜１２が形成されている。また、相手側の板との合わせ面側の面には塗膜１３が形成されている。塗膜１２は水溶性樹脂、ポリエチレンワックス及びコロイダルシリカを含有しており、塗膜１３は水溶性樹脂、ポリエチレンワックス、コロイダルシリカ及びカーボンブラックを含有している。電極と塗膜１２との接触部の電気抵抗が塗膜１３の合わせ面に比べて低くなるように、各成分の含有量及び塗膜量が規定される。【選択図】図１
2012131040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金板の一方の表面に形成された第１の皮膜と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金板の他方の表面に形成された第２の皮膜と、を備え、
前記第１の皮膜は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上を有する第１の樹脂と、該第１の樹脂質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスと、塗膜中において０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となる量のコロイダルシリカと、を含有し、皮膜量が０．０５〜０．３ｇ／ｍ２であり、
前記第２の皮膜は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上を有する第２の樹脂と、該第２の樹脂質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスと、塗膜中において０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となる量のコロイダルシリカと、更に前記第２の樹脂質量部１００に対し５〜５０質量部のカーボンブラックと、を含有し、皮膜量が０．１５〜０．７ｇ／ｍ２であり、
前記第２の皮膜は、前記第１の皮膜に対し１．０５〜１４．０倍の皮膜量を有する、
ことを特徴とする樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板。
【請求項２】
アルミニウム又はアルミニウム合金板の一方の面に、水溶性樹脂、ポリエチレンワックス及びコロイダルシリカを含有する第１の水性組成物を塗布する工程と、
前記第１の水性組成物の塗布体を前記ポリエチレンワックスの融点より５〜１０℃低い温度で３〜６０ｓの乾燥処理後直ちに室温まで冷却する工程と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金板の他方の面に、水溶性樹脂、ポリエチレンワックス、コロイダルシリカ及びカーボンブラックを含有する第２の水性組成物を塗布する工程と、
前記第２の水性組成物の塗布体を前記融点より５〜１５℃高い温度で３〜６０ｓの乾燥処理後直ちに室温まで冷却する工程と、を備える、
ことを特徴とする樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板を用いて、前記第１の皮膜が形成された面をスポット溶接用電極と接触する面とする、
ことを特徴とする樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接性に優れた、樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板、その製造方法及びスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム板及びアルミニウム合金板（以下、総称してアルミニウム板という）は、耐食性が良好で軽量であることから、建材、電機及び電子部品を含む家電材並びに自動車材等の用途に広く適用されている。
【０００３】
アルミニウム板を前記用途に適用する場合は、アルミニウム板表面に鉱油系の防錆潤滑油（成形油）を塗布して所定の形状にプレス成形して、スポット溶接等により接合される。
【０００４】
しかし、成形油を用いる場合、深絞り等の加工において、変形抵抗の増大によりカジリ等が発生し、成形途中で素材割れが発生する等の問題がある。このような不具合を低減するために、アルミニウム表面に樹脂皮膜を形成させ、その上にアウターワックスと呼ばれる潤滑成分をロールコーター又は静電塗布等の方法により設ける処理が提案されている。
【０００５】
特許文献１では、クロメート処理後全固形分の５〜５０％のパラフィンやラノリン及びシリカゾル等を含有する架橋反応させる為、高温での成膜となり、ワックスが層状となる塗装方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−０５５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように表面に樹脂皮膜が形成されたアルミニウム板では、十分なスポット溶接性を確保することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、優れたスポット溶接性を有する樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板、その製造方法及びスポット溶接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】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板は、
アルミニウム又はアルミニウム合金板の一方の表面に形成された第１の皮膜と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金板の他方の表面に形成された第２の皮膜と、を備え、
前記第１の皮膜は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上を有する第１の樹脂と、該第１の樹脂質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスと、塗膜中において０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となる量のコロイダルシリカと、を含有し、皮膜量が０．０５〜０．３ｇ／ｍ２であり、
前記第２の皮膜は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上を有する第２の樹脂と、該第２の樹脂質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスと、塗膜中において０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となる量のコロイダルシリカと、更に前記第２の樹脂質量部１００に対し５〜５０質量部のカーボンブラックと、を含有し、皮膜量が０．１５〜０．７ｇ／ｍ２であり、
前記第２の皮膜は、前記第１の皮膜に対し１．０５〜１４．０倍の皮膜量を有する、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の観点に係る樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板の製造方法は、
アルミニウム又はアルミニウム合金板の一方の面に、水溶性樹脂、ポリエチレンワックス及びコロイダルシリカを含有する第１の水性組成物を塗布する工程と、
前記第１の水性組成物の塗布体を前記ポリエチレンワックスの融点より５〜１０℃低い温度で３〜６０ｓの乾燥処理後直ちに室温まで冷却する工程と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金板の他方の面に、水溶性樹脂、ポリエチレンワックス、コロイダルシリカ及びカーボンブラックを含有する第２の水性組成物を塗布する工程と、
前記第２の水性組成物の塗布体を前記融点より５〜１５℃高い温度で３〜６０ｓの乾燥処理後直ちに室温まで冷却する工程と、を備える、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３の観点に係る樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板のスポット溶接方法は、
請求項１に記載の樹脂被覆アルミニウム又はアルミニウム合金板を用いて、前記第１の皮膜が形成された面をスポット溶接用電極と接触する面とする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、良好な成形性等を得る目的で樹脂被覆されるアルミニウム又はアルミニウム合金板において、優れたスポット溶接性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂被覆アルミニウム板を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における溶接性能試験の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
通常、アルミニウム板の製造は、材料特性を得るためにアルミニウム合金鋳塊を均質化処理、焼鈍処理等の熱処理を施される。すなわち、一般的にＭｇ含有Ａｌ合金を大気中で熱処理すると、合金中のＭｇが表面に拡散して、最表面層にＭｇＯ等のマグネシウム酸化物層を形成する。その結果、アルミニウム合金の塗装処理時は脱酸化膜処理としてアルカリ洗浄、酸洗浄又はアルカリ洗浄＋酸洗浄、クロメート皮膜等の化成処理を施し、塗膜密着性が維持される。
【００１６】
本実施形態では、上記の熱処理によりアルミニウム板の表面に生成した表面酸化膜層が除去されており、アルミニウム板の表面及び裏面はそれぞれ以下のような皮膜によって被覆されている。
【００１７】
図１に示すように、樹脂被覆アルミニウム板１０は、アルミニウム板１１と、アルミニウム板１１の一方の面に形成された潤滑皮膜である塗膜１２と、他方の面に形成された潤滑皮膜である塗膜１３と、を備えている。
【００１８】
塗膜１２は、以下の成分を含有する塗料をアルミニウム板１１に塗布することで形成されている。塗膜１２の塗料は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上の樹脂と、この樹脂の質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスと、塗膜の面積あたりの含有量が０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となるような量のコロイダルシリカと、を含んでいる。
【００１９】
そして、塗膜１２は、０．０５〜０．３０ｇ／ｍ２の塗膜量となるように形成されている。塗膜１２の塗膜量が０．０５ｇ／ｍ２未満では皮膜の電気抵抗（以下、単に抵抗ともいう）が下がり過ぎ、合わせ面のカーボンブラック添加潤滑皮膜の発熱が大きくなり溶接不良となる。また、潤滑アルミニウム板としての潤滑性が不足し成形不良を起こしやすい。塗布量が０．３０ｇ／ｍ２を超えると、抵抗が高くなり過ぎるため所望の溶接性が得られない。
【００２０】
塗膜１３は、以下の成分を含有する塗料をアルミニウム板１１に塗布することで形成されている。塗膜１３の塗料は、水溶性のアクリル、ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂の１種又は２種以上の樹脂質量部１００に対し１〜１５質量部の粒状ポリエチレンワックスを含み、さらにコロイダルシリカとカーボンブラックとを含んでいる。コロイダルシリカは、０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２となるような量である。カーボンブラックは、上記の樹脂質量部１００に対し５〜５０質量部の量が含まれている。
【００２１】
そして、塗膜１３は、０．１〜０．７０ｇ／ｍ２の塗膜量となるように形成されている。塗膜１３の塗膜量が０．１５ｇ／ｍ２未満では発熱が小さすぎて溶接性能を満足しない。また、０．７０／ｍ２を超えて塗布すると、発熱が大きすぎて溶接不良となる。
【００２２】
また、樹脂被覆アルミニウム板１０は、塗膜１２の量を１としたとき塗膜１３の量が１．０５〜１４．０倍となるような関係を満たしている。１．０５倍未満であるとスポット溶接の際に合わせ面に比べて電極側の発熱が大きすぎることとなり、１４．０倍を超えると逆に合わせ面側の発熱が大きすぎることとなるため、いずれも好ましくない。
【００２３】
以下、塗膜１２及び塗膜１３の各成分について説明する。
【００２４】
（基剤樹脂）
塗膜１２，１３の基剤樹脂、即ち有機皮膜の機能は、後述するワックスをバインドし、アルミニウム板１１の表面からのワックスの脱落を防止すること、及び樹脂被覆アルミニウム板１０の表面と金型との間に介在して凝着を防ぐことである。高分子量の樹脂ほどこのような効果を発揮することが既に知られている。ただし、塗料化するには分子量をある程度下げる必要がある。一般的には、分子量が１００００〜５００００程度の範囲の樹脂が好ましい。
【００２５】
塗膜を時効硬化型合金も含めた全てのアルミニウム合金に適用するには、熱硬化型塗膜は好ましくない。熱硬化型塗膜は通常２００℃前後で加熱焼付けされるため、ＪＩＳ６０００系合金は塗装・焼き付けの際に時効硬化してしまう。したがって、時効が短時間で進んでしまう温度よりはるかに低い温度でも硬化可能な熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。
【００２６】
また、環境負荷の軽減等の点から水系塗料とするのが好ましい。
【００２７】
以上のような要求を満たす樹脂としては、アンモニア又はモノエタノールアミン等でｐＨ調整したポリアクリル酸樹脂やヒドロキシアクリル酸樹脂、エチレン−アクリル酸共重合樹脂等のアクリル系樹脂、ポリオールやジオールとイソシアネートとからなるものや飽和ポリエステルとジイソシアネートとの反応物等のウレタン系樹脂、親水性のカルボキシル基を含む官能基をグラフト重合したビスフェノールＡ型樹脂や端末に親水性基をエステル結合したビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等の水性エポキシ系樹脂、プロピレングリコールのようなグリコール、あるいはトリメチロールプロパンノアリルエーテルとフタル酸やマレイン酸との縮重合物等のポリエステル系樹脂が挙げられる。
【００２８】
本発明では塗膜１２と塗膜１３とで異なる仕様の塗膜を設けるが、基剤樹脂系は同一であってもよく、異なるものであってもよい。
【００２９】
（ワックス）
ワックスは潤滑性を向上させるため、基剤樹脂中に分散して存在する。このようなワックスとしては、ラノリン、カルナバ等の動植物系ワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、白色ワセリン等のペトロレイタム、及び、合成ワックス系のポリエチレンワックス等を用いることができる。高い成形性を得るためには粒状ワックスが好ましく、本実施形態としては、融点が高く塗膜中で球形粒子として存在できるポリエチレンワックスを用いることが好ましい。
【００３０】
ポリエチレンワックスとしては、融点が１００〜１１０℃のポリエチレンワックスが適している。融点が１００℃未満の場合は、潤滑皮膜を乾燥する際に炉温を数１０℃以下に設定することが必要になる。この結果、塗料の乾燥に長時間を要することになるので生産性が低下するので好ましくない。また、融点が１１０℃を越えるようなポリエチレンワックスは、後述する加熱工程において２回目の塗膜加熱温度を１３０〜１４０℃に設定することが必要である。そうすると、６０００系材を用いた場合に時効硬化が進んでしまい好ましくない。
【００３１】
ポリエチレンワックスの粒径は小さい方が好ましく、平均粒径１〜２μｍのワックスが良い。潤滑皮膜量は薄膜で約１００〜数１００ｎｍである。したがって、ポリエチレンワックスが大きいと塗膜上に保持できなくなる。一方、小さすぎると塗膜中に分散してしまい粒形粒子とならない等の不具合を生じるため好ましくない。
【００３２】
ポリエチレンワックス添加量は基剤樹脂１００質量部に対し１〜１５質量部とする。１質量部未満では添加量が少なすぎて潤滑性が不足し、１５質量部を越えて添加してもそれ以上潤滑性が向上しないうえ、塗膜中の樹脂分比率が下がり過ぎ塗膜が弱くなってしまうため不適当である。
【００３３】
（コロイダルシリカ）
コロイダルシリカは、アルミニウム板と潤滑皮膜界面に析出することで、アルミニウム板の表面と基剤樹脂とを結合して潤滑皮膜の密着性を向上させる。コロイダルシリカの表面はＳｉＯ，ＳｉＯＨで覆われており、アルミニウム板の表面の水和酸化膜のＯＨ基及び潤滑皮膜基剤樹脂の水酸基やカルボキシル基と結合を形成する。結合の種類までは特定できないが、水素結合又は酸―塩基性の結合と推定される。
【００３４】
コロイダルシリカは球状、鎖状のような多様な種類が開発されているが、密着性向上のためには直径数ｎｍ〜数１０ｎｍの球状コロイダルシリカが好ましい。
【００３５】
また、塗膜中でのコロイダルシリカの分散性を良くするためにコロイダルシリカ表面をＡｌイオンで中和したタイプを用いても良い。配合量はコロイダルシリカが塗膜に０．００５〜０．０１５ｇ／ｍ２含まれるように塗料への配合比を設定すれば良い。
【００３６】
例えば、基剤樹脂を０．１ｇ／ｍ２、コロイダルシリカを０．０１ｇ／ｍ２設ける場合は樹脂１００質量部とコロイダルシリカ１０質量部を混合して塗布すれば良い。コロイダルシリカが０．００５ｇ／ｍ２未満ではアルミ／樹脂界面の約２５％未満を覆うに過ぎず十分な効果を発揮しない。コロイダルシリカが０．０１５ｇ／ｍ２を越えるとアルミ／樹脂界面の約７５％以上を被覆し脆く加工性に劣るシリカ層が形成されてしまい、接着部に力がかかった時にシリカ層が破壊し接着不良となる。
【００３７】
（カーボンブラック）
カーボンブラックは、導電性を有しており、潤滑膜の潤滑性確保のため塗膜厚を維持したまま抵抗を下げる目的で添加される。
【００３８】
スポット溶接においては、合わせた板の接触面でアルミニウムを溶解してナゲットを形成し、電極と接触した側ではアルミニウムが溶融するようにする。また、溶接部強度を満足させるためにはナゲット径をある程度以上の大きさにした方が良い。両者を満足させた時に良好な溶接部が形成される。
【００３９】
スポット溶接において電極とアルミニウム板との接触面の抵抗が高すぎると、電極面でスパークが起こり、アルミが局所的に溶解して塵（外塵）が発生したり、電極と凝着（スティッキング）を起こす。また、アルミニウム板の合わせ面に溶融したアルミが塵（中塵）となって溜まる等の不具合を生じる。逆に、接触面の抵抗が低すぎると、発熱量が少なすぎてナゲット径が小さくなり溶接部の強度が不足する。従って、アルミニウム板の表面及び裏面の電気抵抗を適宜調整することが重要である。
【００４０】
アルミニウム板の場合、アルミニウム板表面と電極との隙間、合わせたアルミ板同士の隙間、酸化膜が存在するアルミニウム板表面はアルミニウム板バルクに比べ一般的に電気抵抗が高い。裸のＪＩＳ３０００系アルミニウム板のスポット溶接部の状態から、アルミニウム板の合わせ面の抵抗が電極接触面の抵抗を上回っているのは自明である。裸のＪＩＳ６０００系材の場合、電極面及び合わせ面側の酸化膜は同一なので、両面の抵抗の違いは隙間の間隔、隙間の長さ、合わせ面側はアルミ酸化膜同士が接触するために酸化膜厚さが２倍になった状態と同一であること等によると考えられる。従って、良好なスポット溶接性を得るためには、このような特性を加味した上で、電極面側の抵抗をできるだけ下げ、合わせ面側の抵抗を適当な大きさまで上げるようにすることが大事である。
【００４１】
防錆油が塗布されたアルミニウム板をスポット溶接する場合、防錆油も電気抵抗を有しているものの流動性があるため、電極を強く押付けた時に電極面等から流出する。その結果、電極側の抵抗が低くなる。
【００４２】
しかし、潤滑皮膜を有する場合は、塗膜の流動性が小さいため電極面から排出され難くなる。その結果、防錆油が塗布された場合に比べ電極との接触面の抵抗が高くなる。その結果、電極との接触面の発熱量が増し、塵（外塵）発生量の増加、電極とのスティッキングといった不具合を生じやすい。従って、潤滑膜の抵抗を防錆油より下げる必要がある。
【００４３】
一方、合わせ面側はある程度の電気抵抗を維持する必要がある。抵抗が小さいと、発熱しないためにナゲット径が小さくなるため、溶接部の強度が不足する。防錆油の場合は合わせ面においてもアルミ材を強く押付け合った時に防錆油が合わせ面から流出する。対して潤滑膜はほとんど流出しない。従って、合わせ面に対しても防錆油より基本的には電気抵抗が高く、その上で適当な電気抵抗を維持するような潤滑膜を設ける必要がある。
【００４４】
また、電気抵抗の絶対値以外に溶接面の抵抗の均一さの確保も重要である。特に、合わせ面の抵抗が不均一だと抵抗の低い部分に集中的に電流が流れ、そこの部分だけ発熱してナゲットが左右に分離したり、ナゲット周囲が凹凸になったり欠けたりするために、溶接部の強度が低下する。
【００４５】
電気抵抗を下げるには、潤滑膜を薄くすることが考えられる。研究の結果、両面を薄膜塗装（従来の０．５ｇ／ｍ２塗装に対して０．１ｇ／ｍ２）とし電気抵抗を下げると電極接触面の塵（外塵）発生を大幅に抑制できることが分かった。しかし、合わせ面の抵抗が下がりすぎナゲット径が小さく溶接部の強度が不足した。また、潤滑膜の本来の目的である潤滑性についても悪影響が出やすく、潤滑性が不足し成形不良を起こしやすいといった欠点を生じた。成形性のためには塗膜量を０．０５ｇ／ｍ２以上することが必要で、溶接性と潤滑性を両立しようとすると０．１±０．０５ｇ／ｍ２といった極めて狭い範囲でコントロールせねばならず、量産性も低下する。
【００４６】
電気抵抗を下げる手段としては、金属粉等の添加が考えられる。しかし、金属粉は粒径が１μｍ以上と大きく、潤滑膜が１μｍ以下のために、潤滑膜から飛び出し、且つ潤滑膜中に均一に分散させることが不可能であった。その結果、金属粉に集中的に電流が流れ、かえってナゲット周囲がギザギザになる等の不具合が増した。
【００４７】
他方、カーボンブラックは粒径がコロイドサイズで非常に小さく薄い潤滑膜中にも均一に分散する。研究の結果、潤滑膜に添加すると皮膜の電気抵抗を下げ、塗膜厚を０．５ｇ／ｍ２程度にしても防錆油と同等の抵抗値を示すことが分かった。また、塗膜中に均一に分散し全体に抵抗を下げるため、多少の塗膜厚さのばらつきによる抵抗の差をキャンセルしてしまうため電流が均一に流れやすくなる。これにより、ナゲット形状が安定し、ナゲット周囲がギザギザになる等の不具合を抑制することが確認された。さらに、カーボンブラックは潤滑作用を有するので、仮に表面に析出したとしても潤滑性を低下させないので潤滑皮膜への添加物として好適である。
【００４８】
抵抗の調整はカーボンブラック添加量によって行う。基剤樹脂１００質量部に対して５質量部未満では効果が低くなる。また、５０質量部を超えて添加すると電気抵抗を下げ発熱を抑制するため溶接性を低下させるほか、潤滑膜の硬化が抑制されるために不適当である。添加量過剰の場合に塗膜の硬化が抑制されるのは、塗膜樹脂成分同士の高分子化が抑制されるためと考えられる。
【００４９】
カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、ファーネスブラック等の種々のものを利用することができる。ただし、添加する潤滑膜塗料が水系の場合は分散しにくいので、有機酸で処理して分散性を高めたタイプやカルボキシル基のアルカリ塩で表面を修飾して水分散性を高めたタイプが適している。
【００５０】
カーボンブラックの粒径は、潤滑膜の厚さの１／２未満のもの、具体的には１ｎｍ〜１０ｎｍオーダーの物が好ましい。
【００５１】
カーボンブラックに関し、種々のアルミニウム板の条件（ケース１〜３）についてウエルドロブ試験を行った。板厚が１．０ｍｍのアルミニウム板を２枚重ね合わせて、ＤＲ形（ＪＩＳ  Ｃ９３０４）電極を用いてスポット溶接した。溶接電流は３８ｋＡとし、ケース１〜３のそれぞれについて、破断強度（ｋＮ）、平均ナゲット径（ｍｍ）、ナゲット形状、上下の電極間の電気抵抗（μΩ）、上下の電極間の印加電圧（Ｖ）、外塵（電極とアルミニウム板との接触部で発生する塵）発生状況及び成形性の各項目で評価した。その結果を表１に示す。なお、成形性については、バウデン動摩擦係数及びｒ値（ＪＩＳ  Ｚ２２５４）によるケース１〜３間での相対的評価である。
【００５２】
【表１】
2012131040.tif 000003
【００５３】
ケース１は防錆油を両面に塗布した裸アルミニウム板である。ケース１では、外塵発生は裸アルミニウム板並みで良好なものの、成形性はケース２，３より劣る結果となった。
【００５４】
ケース２は、アルミニウム板の両面に薄膜の潤滑皮膜が形成されており、合わせ面側にカーボンブラックが添加されている。ケース２では、平均ナゲット径が４．６ｍｍでナゲット径も良好であった。また、外塵が微量発生するものの溶接性については良好であり、成形性はケース１より優れる結果となった。
【００５５】
ケース３は、ケース２のアルミニウム板と同じ板で塗膜を入れ替えたもの、即ちカーボンブラックが電極側となるように重ね合わせてスポット溶接を行ったものである。ケース３は、成形性はケース１よりも優れるものの、ナゲット形状が不良であり、外塵の発生が多い結果となった。
【００５６】
以上の結果から、電極と接する面に薄膜の潤滑皮膜が形成され、ケース２のように合わせ面側の皮膜がカーボンブラックを含有することで、樹脂被覆アルミニウム板の溶接性及び成形性を共に良好とすることができる。
【００５７】
次に、上記構成を備える樹脂被覆アルミニウム板１０の製造方法について説明する。
【００５８】
まず、素材となるアルミニウム板を製造する際の熱処理によりアルミニウム板の表面に生成した酸化膜層を除去する。この除去処理により、図１に示すアルミニウム板１１となる。
【００５９】
続いて、アルミニウム板１１の一方の面（Ａ面）に塗膜１２となる塗料をロールコーター又はスプレー等により塗布する。塗膜１２は、前述した基剤樹脂、ポリエチレンワックス及びコロイダルシリカを含有するように調整する。その後、ポリエチレンワックスの融点より５〜１０℃低い温度で３〜６０ｓの範囲で乾燥処理し、直ちに室温まで冷却する。本工程において、乾燥、冷却後に形成される塗膜１２の量が０．０５〜０．３ｇ／ｍ２となるようにする。
【００６０】
続いて、アルミニウム板１１の他方の面（Ｂ面）に塗膜１３となる塗料をロールコーター又はスプレー等により塗布する。塗膜１３は、前述した基剤樹脂、粒状ポリエチレンワックス、コロイダルシリカ及びカーボンブラックを含有するように調整する。その後、ポリエチレンワックスの融点より５〜１５℃高い温度で３〜６０ｓの範囲で乾燥処理し、直ちに室温まで冷却する。本工程において、乾燥、冷却後に形成される塗膜１３の量が０．１５〜０．７０ｇ／ｍ２以下となるようにする。
【００６１】
上記工程を行うためには、塗装機及び２基の加熱炉及び冷却ゾーンを備えた連続ラインが好適であるが、第一の加熱及び冷却と第二の加熱及び冷却との間の時間は特に制限がない。従って、塗装機及び１基の加熱炉及び冷却ゾーンを備えた連続ラインに２回通してもよい。また、加熱炉冷却が連続していれば良いので、塗工機とバッチ炉とを組み合わせて上記工程を実施してもよい。
【００６２】
個々の操業条件については、炉の大きさ、加熱方式、板厚等により変化するので一律には決められない。例えば板幅１．５ｍ、板厚１ｍｍのコイルを加熱炉備えた連続ラインで処理する場合は、風速５〜１５ｍ／ｓ、在炉時間５〜３０ｓで板温がワックス融点より５〜１０℃低くなるように炉温を設定すれば良い。
【００６３】
炉としては、所望の加熱できるものであれば良く特に制限は設けないが、循環式熱風炉が好ましい。また、在炉時間は炉長、生産性との兼ね合いで設定すれば良い。冷却は大気で構わないが、予め冷やした空気を吹き付けると効率が良い。風速が小さすぎると塗料の乾燥が不十分となり、高すぎると風紋等の塗装斑が発生するため、適切な条件となるように調整することが必要である。
【００６４】
第二の加熱は第一の加熱と同様の炉で良い。具体的条件は、これに関しても炉長や板厚等により個々変わるので一律に規定できないが、表面に飛び出たワックスのみ溶融するようにするために、塗膜表面温度がワックス融点より５〜１５℃高くなるように炉温、風速、在炉時間を設定すれば良い。風速は、例えば５〜５０ｍ／ｓ程度で良い。低すぎると昇温に時間がかかり、あまり高くしてもそれ以上の効果が得られないため無駄である。
【００６５】
第二の加熱においては、在炉時間は極力短い方が良い。あまり長いと熱が塗膜内部まで伝わり、塗膜内の粒状ワックスまで析出してしまうためである。具体的には５ｓ以下が好ましい。ただし、昇温は瞬間というわけにはいかないので１ｓ以上となる。
【００６６】
引き続き行われる冷却では、熱が塗膜内部に伝わり内部の粒状ワックスまで融解するのを防ぐために加熱に連続して行う。冷却速度は１ｓ以内にワックスの融点以下まで下げられれば良い。仮に＋１０℃から−１０℃まで下げるとすると２０℃／ｓ程度の降温速度となる。具体的にはチラー等で冷却した大気を吹き付けるようにするのが好ましい。連続ラインの場合は風速を１０〜５０ｍ／ｓの範囲から設定すれば良い。
【００６７】
このように２段階でワックスの融点に対して異なる温度で加熱を行う理由を以下に説明する。
【００６８】
連続的にスポット溶接を行う場合、連続打点において所々塗膜面から飛び出たようなワックス粒子が残った塗膜では、電極との接触部で隙間が形成されやすくなる。そして、この隙間において局所的に発熱し、塵発生量が増加する。発生した塵が電極に付着すると異常放電を起こしやすくなり、その時はスティッキングが発生したりナゲットが分離して破断強度が低下したりするといった不具合を起こす。しかし、電極に付着した塵が外力により脱落すると溶接性が回復し再び良好な溶接部が得られるようになる。従って、このような状態では連続的に溶接した際に時々、しかも不定期に溶接不良部が形成されることになる。その結果、連続打点数が小さくなり、頻繁に清掃（ドレッシング）を行うことになり生産性の大幅な低下を生じる。そこで、本実施形態では上記のように２段加熱を行うこととした。このようにすることで、電極側の塗膜１２の表面から突出するワックスが溶解するため表面が平滑となり、溶接性が安定する。例えば、従来技術では連続打点数が４０〜１００点となる条件で、２段加熱とすることで連続打点数５００点が得られ、溶接性の安定に効果的であることが分かった。
【００６９】
以上のように製造された樹脂被覆アルミニウム板１０は、図２に示すように、塗膜１２の側を電極３１又は電極３２と接触する面とし、塗膜１３の側が合わせ面となるように２枚重ね合わせた状態でスポット溶接される。なお、図２については実施例において後述する。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態のように樹脂被覆アルミニウム板１０が塗膜１２，１３を備えることにより、成形油を塗布する場合に比べて成形性等が優れる樹脂被覆アルミニウム板において、合わせ面側の電気抵抗を電極側より高くすることで、優れたスポット溶接性を得ることができる。また、２段階の加熱とすることによって、電極３１，３２との接触や合わせ面の接触がスムーズな面でなされるため、更に溶接性を安定させることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明に係る樹脂被覆アルミニウム板の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００７２】
アルミニウム板として厚さが０．５〜２．０ｍｍ（１．０ｍｍ）の最終熱処理を行ったＪＩＳ  Ａ６０２２アルミニウム合金板を用いて、塗装前処理はアルカリ脱脂（日本ペイント製ＥＣ−３７１に６０℃×１５ｓ浸漬）→水洗（室温×１５ｓ、スプレー圧１．５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．１４７ＭＰａ））→酸洗（１０ｍａｓｓ％Ｈ２ＳＯ４に５０℃×１５ｓ浸漬）→水洗（室温×１５ｓ、スプレー圧１．５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．１４７ＭＰａ））→純水先→熱風乾燥の工程で処理した材料を供試材とした。
【００７３】
この供試材を用いて、アルミニウム板の片面に水溶性ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂１００質量部に対し、融点１０５℃のポリエチレンワックスを７質量部、コロイダルシリカを塗膜中に０．００９ｇ／ｍ２含有させる塗料をロールコーターにて塗布し、ＰＭＴ（Peak Metal Temperature：最高到達板温度）９５℃、在炉時間１５ｓ処理後の塗布量を０．０３〜０．３５ｇ／ｍ２、塗膜を形成させた後、もう一方の片面に水溶性ウレタン、エポキシ、ポリエステル樹脂１００質量部に対し、融点１０５℃のポリエチレンワックスを７質量部、コロイダルシリカを塗膜中に０．００９ｇ／ｍ２、カーボンブラックを０〜５５質量部含有させた塗料をロールコーターにて塗布し、ＰＭＴ１１５℃、在炉時間１５ｓ処理後の塗布量を０．０８〜０．７５ｇ／ｍ２の表裏の異なるアルミニウム塗装板を作製して試験片とした。
【００７４】
上記試験片を用いて、以下の如く溶接性能試験を実施した。図２に示すように、厚さ１ｍｍ×幅３０ｍｍ×長さ１００ｍｍの２枚の樹脂被覆アルミニウム板１０ａ，１０ｂを３０ｍｍラップさせた。このとき、塗膜１２に相当する樹脂被覆アルミニウム板１０ａの塗膜２０ａ及び樹脂被覆アルミニウム板１０ｂの塗膜２０ｄがそれぞれ電極３１，３２の側となるようにし、塗膜１３に相当する樹脂被覆アルミニウム板１０ａの塗膜２０ｂと樹脂被覆アルミニウム板１０ｂの塗膜２０ｃとが合わせ面となるようにした。その後、ラップ部の中心の１点に単相交流スポット溶接機を用いてスポット溶接を行った。溶接条件は、電極：１％Ｃｒ−Ｃｕの１６ｍｍφ、ＤＲ形（先端６ｍｍφ，４０Ｒ）、溶接電流：３０ｋＡ、加圧力：４５０ｋｇｆ（４．４１ｋＮ）とした。溶接後、破断荷重及びナゲット径（ナゲット３３の直径）により評価し、以下の○、△及び×に分類した。その結果を表２に示す。なお、評価におけるＪＩＳ  Ａ級、Ｂ級はＪＩＳ  Ｚ３１４０による。
○：ＪＩＳ  Ａ級以上                  合格
△：ＪＩＳ  Ｂ級以上                  合格
×：ＪＩＳ  Ｂ級以下ｏｒチリ発生      不合格
【００７５】
【表２】
2012131040.tif 000004
【００７６】
実施例１〜９は、本発明の規定範囲内であり、いずれについても溶接性は良好な結果となった。
【００７７】
これに対して、比較例は以下のような結果となった。比較例１は、合わせ面側の塗膜２０ｂ，２０ｃのカーボンブラック添加量が少なすぎるため、塗膜２０ｂと塗膜２０ｃとの間の合わせ面での発熱が大きすぎて、溶接性が劣る結果となった。比較例２は、電極側の塗膜２０ａ，２０ｄの塗膜量が下限値を下回っているため、合わせ面での発熱が少なすぎて溶接性が劣る結果となった。比較例３は、塗膜２０ａ，２０ｄの塗膜量が上限値を超えているために、電極３１，電極３２と塗膜２０ａ，２０ｄとの間の発熱が大きすぎ溶接不良となった。比較例４は、塗膜２０ｂ，２０ｃがの塗膜量が下限値を下回っており、合わせ面での発熱量が小さすぎて溶接不良となった。比較例５は、塗膜２０ｂ，２０ｃが上限値を超える塗膜量であり、合わせ面での発熱量が大きすぎて溶接不良となった。比較例６は、塗膜２０ｂ，２０ｃのカーボンブラック添加量が上限値を超えており、合わせ面での発熱量が少なすぎて溶接不良となった。比較例７は、塗膜２０ａ，２０ｄにカーボンブラックを添加して、塗膜２０ｂ，２０ｃにはカーボンブラックを無添加としたため、合わせ面での発熱が大きすぎ溶接不良となった。
【符号の説明】
【００７８】
１０，１０ａ，１０ｂ  樹脂被覆アルミニウム板
１１  アルミニウム板
１２，１３，２０ａ〜２０ｄ  塗膜
３１，３２  電極
３３  ナゲット
【図１】
2012131040.tif 000005
【図２】
2012131040.tif 000006