JP2006291280A

JP2006291280A - 放熱性黒色鋼板

Info

Publication number: JP2006291280A
Application number: JP2005113011A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kunihiro; 考史國廣; Koji Hisayuki; 弘二久行; Toshiaki Miyata; 年明宮田; Nobuyoshi Shimizu; 信義清水
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】熱放射性および意匠性に優れた安価な放熱性黒色鋼板を提供する。
【解決手段】鋼板上に暗色化した亜鉛めっき層を形成させてなる暗色めっき鋼板めっき鋼板とし、この暗色めっき鋼板にリン酸亜鉛系化成処理皮膜を形成させてさらに黒色の程度を強めた後、薄膜の黒色皮膜を被覆して黒色鋼板とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱放射性に優れた放熱性黒色鋼板に関する。

家電製品や事務用機器などの筐体に用いられる外装材においては、美観上の観点から表面を黒色化した鋼板が求められることがある。一方、家電製品や事務用機器などの内部には、電子回路部品、ランプ、モーター、ヒーターなどの発熱体が組み込まれたものがあるが、長時間の使用によって発熱量が増加して筐体内部の温度が上昇して誤作動の原因となったり、筐体表面が加熱されて人体に触れた場合に火傷の危険がある。そのため、機器内部に発生する熱を放出させるために、外装用の鋼板として熱放射性に優れたものも求められるようになってきている。

表面を黒色化した鋼板としては、例えば特許文献１は、亜鉛めっき鋼板又は亜鉛合金めっき鋼板にニッケル含有リン酸亜鉛化成処理液を用いて一定範囲のＮｉ／Ｚｎ比を有するニッケル置換析出層とこれを被覆したリン酸亜鉛結晶層とからなるリン酸亜鉛化成皮膜を形成した黒色亜鉛系めっき鋼板を提案している。この黒色亜鉛系めっき鋼板は明度指数Ｌ値が２５〜５０の黒灰色を確保することができるとされているが、このＬ値の範囲の黒色程度では、黒色顔料を含有させた比較的厚い樹脂層を形成させた、高価ないわゆる黒色のカラー鋼板に比べて黒色の程度が低く、意匠性に乏しい。

また特許文献２は、カーボンなどの放熱性顔料を含む、赤外線全放射率が０．５０以上の熱放射性機能皮膜を被覆してなる表面処理金属板を提案している。この表面処理金属板においては、黒色の程度は皮膜の厚さにより影響され、化成処理を施した金属板に１０μｍを超える厚い皮膜を形成させないと、Ｌ値が２０以下の鮮映な黒色が得られず、高意匠性の黒色鋼板を安価で得ることができない。
特開２００４−３００５２３号公報特開２００４−３０６３６７号公報

本発明は、意匠性および熱放射性に優れた安価な放熱性黒色鋼板を提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題点を解決するために、黒色樹脂を被覆する原板である亜鉛めっき鋼板のめっき層を暗色化し、次いでリン酸亜鉛系化成処理を施してさらに黒色の程度を強めた後、薄膜の黒色皮膜を被覆することにより、薄膜でも厚い黒色皮膜を被覆したカラー鋼板と同等の黒色を呈し意匠性に優れ、かつ放射率が高く優れた熱放射性を有する鋼板が得られることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、上記目的を達成する本発明の放熱性黒色鋼板は、鋼板上に下から順に、亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層、リン酸亜鉛系化成処理皮膜層、化成処理皮膜層、黒色顔料を含有する水系樹脂皮膜層を形成してなる放熱性黒色鋼板（請求項１）であり、
上記（請求項１）の放熱性黒色鋼板において、前記亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層のL^＊値が５０以下であること（請求項２）を特徴とし、また
上記（請求項１または２）の放熱性黒色鋼板において、前記水系樹脂皮膜層がさらにシリカを含有すること（請求項３）を特徴とし、また
上記（請求項１〜３）のいずれかの放熱性黒色鋼板において、前記黒色顔料が微細炭素質であること（請求項４）を特徴とし、また
上記（請求項１〜４）のいずれかの放熱性黒色鋼板において、前記水系樹脂皮膜層の厚さが０．５〜３．０μｍであること（請求項５）を特徴とし、また
上記（請求項１〜５）のいずれかの放熱性黒色鋼板において、前記水系樹脂がディスパージョンタイプの水系樹脂を用いてなる水系ウレタン樹脂であるあること（請求項６）を特徴とし、また
上記（請求項１〜６）のいずれかの放熱性黒色鋼板において、L^＊値が２０以下であること（請求項７）を特徴とし、また
上記（請求項１〜７）のいずれかの放熱性黒色鋼板において、放射率が０．６以上であること（請求項８）を特徴とする。

本発明の放射性黒色鋼板は、亜鉛めっき鋼板のめっき層を暗色化し、次いでめっき層上にリン酸亜鉛系化成処理皮膜を形成させてさらに黒色の程度を強めた後、薄膜の黒色皮膜を被覆して構成されており、最上層の黒色皮膜が薄膜であっても厚い黒色皮膜を被覆したカラー鋼板と同等の黒色を呈し、かつ放射率が高く優れた熱放射性を示す。

以下、本発明の内容を説明する。本発明においては亜鉛とめっき鋼板上に被覆する黒色皮膜を可能な限り薄膜化しても厚膜の黒色皮膜と同等の鮮映な黒色度が得られ、かつ優れた熱放射性を可能とすることを目的として、鋼板上にめっきする亜鉛めっき層を暗色化してＬ値を低下させ、かつめっき上に化成処理層を形成させてさらに明度指数L^＊値（以下簡略にするために単にL^＊値という）を低下させることにより、上記目的を達成した。すなわち、黒色皮膜を被覆する下地のめっき鋼板として、電気めっき法を用いて亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層を被覆する際に、通常は光沢剤としてめっき浴中に含有させる有機物質を一定範囲の量で含有させためっき浴を用いてめっきすると、L^＊値が５０以下である暗色のめっき皮膜が得られ、さらにこの暗色化しためっき層上にリン酸亜鉛系化成処理皮膜を形成させることにより、さらにL^＊値を低下させることが可能となり、そのためその上に薄膜の黒色皮膜を形成させても、通常の亜鉛めっき鋼板に厚膜の黒色皮膜を形成させた場合と同等の鮮映な黒色度が得られることを見出した。

亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層を形成させるめっき浴としては、公知の硫酸亜鉛、硫酸コバルト、モリブデン酸アンモニウムまたはタングステン酸アンモニウムを含有する水溶液に、光沢剤として有機窒素化合物を含有させたものを用いる。これらのめっき浴を用いて鋼板上に亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層を形成させると、めっき浴中の有機物の含有量によってL^＊値が異なるめっき皮膜が得られるが、本発明においてはL^＊値が５０以下のめっき皮膜を有する暗色のめっき鋼板を下記に示す黒色皮膜を被覆する下地として用いる。L^＊値が５０を超えると目的とする黒色および放熱性を得るためには黒色皮膜の厚さを厚くする必要があるが、皮膜が厚くなると導電性が不良となり溶接が不可能となる。めっき量としては３〜３０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。３ｇ／ｍ^２未満ではめっき下地の鋼板の光沢面を十分に隠蔽できない。３０ｇ／ｍ^２を超えると隠蔽効果は飽和し、経済的に不利となる。

次いで、上記のL^＊値が５０以下である暗色の亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層上に、リン酸亜鉛系化成処理を施して化成処理皮膜層を形成させる。リン酸亜鉛系化成処理皮膜層を形成させることにより、黒色皮膜とめっき鋼板との密着性や耐食性も向上するが、上記の暗色のめっき層を形成させためっき鋼板のL^＊値をさらに低下させることが可能であることが判明した。このように、鋼板上に暗色のめっき層を形成させてL^＊値を低下させ、さらにその上にリン酸亜鉛系化成処理皮膜層を形成させてさらにL^＊値を低下させることにより、その上に黒色皮膜を薄膜で形成させても、通常の亜鉛めっき鋼板に高価な厚膜の黒色皮膜を形成させた従来の黒色カラー鋼板と同等の黒色度が得られる。また、耐食性も向上する。皮膜量としてはリン酸亜鉛として１．０〜２．０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。１．０ｇ／ｍ^２未満ではL^＊値を十分に低下させることができずない。２．０ｇ／ｍ^２を超えるとL^＊値を低下させる効果が飽和し、また加工密着性が不良となり、好ましくない。

上記のリン酸亜鉛系化成処理皮膜層を形成させた後、引き続いてその上に化成処理皮膜層を形成させる。化成処理皮膜層はめっき鋼板と黒色皮膜の密着性、特に加工密着性を向上させるために設ける。ジルコニウム系の化成処理を施した場合、皮膜量としては蛍光Ｘ線法を用いて測定されるＺｒ量として０．１〜１０ｍｇ／ｍ^２であることが好ましく、０．５〜３ｍｇ／ｍ^２であることがより好ましい。０．１ｍｇ／ｍ^２未満および１０ｍｇ／ｍ^２を超える場合は加工密着性および耐食性が不良となり、好ましくない。

このようにして得られるリン酸亜鉛系化成処理皮膜および化成処理皮膜層を形成させた暗色めっき鋼板上に黒色皮膜層を形成させて、本発明の放熱性黒色鋼板とする。黒色皮膜層は、アクリル樹脂やウレタン樹脂などの水系樹脂溶液に黒色顔料を含有させたものを、上記の暗色めっき鋼板上に塗布し乾燥することにより形成させる。水系樹脂溶液としてはエマルジョンタイプやディスパージョンタイプのものがあるが、黒色顔料を均一に分散させる観点からディスパージョンタイプの水系ウレタン樹脂を用いることが好ましい。樹脂濃度としては固形部分として１０〜５０％であることが好ましい。これらの水系樹脂溶液に含有させる黒色顔料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの炭素質粉末が好ましく、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの微細炭素質を用いることがより好ましい。これらの微細炭素質は固形分として２５〜３０％含有する水分散液として水系樹脂溶液に含有させるが、含有量としては樹脂濃度にもよるが、樹脂１００重量部に対して微細炭素質５〜３０重量部であることが好ましい。５重量部未満では皮膜の黒色度の鮮映性に乏しい。３０重量部を超えると皮膜の可撓性が乏しくなり、曲率半径の小さな折り曲げ加工を施した場合に、皮膜にクラックが生じやすくなる。また、皮膜の耐食性や耐疵付性を向上させるためにシリカを含有させてもよいし、皮膜の滑り性を向上させるために４フッ化フルオロエチレンやポリエチレンワックスなどの潤滑剤を含有させてもよい。シリカや潤滑剤の配合量は、５〜３５重量％の範囲にあることが好ましい。

このようにして水系樹脂水溶液に黒色顔料、または必要に応じてさらにシリカや潤滑材を含有させてなる溶液を、ロールコート法、スプレーコート法、浸漬コート法などいずれかの公知の塗布方法を用いて上記の暗色めっき鋼板表面に塗布し乾燥させ、黒色皮膜を形成させる。乾燥後の黒色樹脂皮膜の厚さは１．０〜３．０μｍであることが好ましい。１．０μｍ未満では鮮映な黒色度が得られない。一方、３．０μｍを超えても黒色度の程度は変化しなくなり、経済的に不利になる。

上記のようにして得られ本発明の放熱性黒色鋼板は、L^＊値が２０以下であり、亜鉛めっき鋼板に厚膜の黒色皮膜を被覆した従来のカラー鋼板と同等の鮮映な黒色度を有しているが、放熱性を重視する場合はL^＊値を１５以下とすることがより好ましい。

また本発明の導電性黒色めっき鋼板は、０．６以上の高い熱放射率を有しており、発熱体を有する機器の外装材等に適用した場合に優れた放熱性が得られる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[供試板の作成］
冷延鋼板（板厚０．３ｍｍ）をめっき基板として、アルカリ液中で電解脱脂し、次いで硫酸酸洗して水洗した後、下記に示すめっき浴を用い、めっき浴中の光沢剤（有機窒素化合物）の含有量を変化させ、表１に示すめっき量とＬ値を有する亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層を形成させた。次いで下記に示すリン酸亜鉛系化成処理溶液およびジルコニウム系の化成処理溶液を用いて、めっき層上に表１に示す皮膜量のリン酸亜鉛系化成処理皮膜層とその上にジルコニウム系成処理皮膜層を形成させ、めっき番号Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４で示す樹脂皮膜被覆下地めっき鋼板とした。

<亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき浴>
浴組成硫酸亜鉛２３０ｇ／Ｌ
硫酸コバルト３０ｇ／Ｌ
モリブデン酸アンモニウム０．０５ｇ／Ｌ
硫酸アンモニウム３５ｇ／Ｌ
硫酸ナトリウム２５ｇ／Ｌ
有機窒素化合物０〜３ｍＬ／Ｌ
浴温度４０℃
ｐＨ２．７〜３．７
電流密度２０Ａ／ｄｍ^２

<亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき浴>
浴組成硫酸亜鉛２３０ｇ／Ｌ
硫酸コバルト３０ｇ／Ｌ
タングステン酸アンモニウム１ｇ／Ｌ
硫酸アンモニウム３５ｇ／Ｌ
硫酸ナトリウム２５ｇ／Ｌ
有機窒素化合物０〜３ｍＬ／Ｌ
浴温度４０℃
ｐＨ３．２〜４．３
電流密度２０Ａ／ｄｍ^２

<リン酸亜鉛系化成処理溶液>
｛表面調整｝
浴組成プレパレン（日本パーカライジング(株)製）４ｇ／Ｌ
浴温度５０℃
ｐＨ６〜８
｛本処理｝
浴組成パルボンド（日本パーカライジング(株)製）５０ｇ／Ｌ
アクセレレータ（日本パーカライジング(株)製）８ｇ／Ｌ
浴温度５５℃
ｐＨ２．２〜３．０

<ジルコニウム系化成処理溶液>
浴組成パーレン（日本パーカライジング(株)製）７．５重量％
浴温度４０℃

次いでディスパージョンタイプの水系ウレタン樹脂（固形分３０％）の単独溶液、またはこの水系ウレタン樹脂の単独溶液にカーボンブラック、シリカ、４フッ化フルオロエチレンのいずれか１種または２種以上を含有させてなる溶液を、表１に示した樹脂皮膜被覆下地めっき鋼板にロールコートし、次いで誘導加熱オーブンを用いて急速加熱乾燥し、表２に示す皮膜組成と皮膜厚さを有する黒色皮膜を形成させて試料番号１〜１２で示す供試板を作成した。

[特性評価]
以上のようにして作成した試料番号１〜１２で示す供試板の特性を、以下のようにして評価した。

<Ｌ値>
亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき後または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき後のめっき鋼板の表面、ジルコニウム系化成処理後の表面、および黒色被膜形成後の表面について、分光測色計（ＭＯＤＥＬＣＭ−３５００ｄミノルタ(株)製）を用いてＬ^＊値を測定した。

<加工密着性>
７２時間の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を施した供試板に張出高さ１０ｍｍでエリクセン張出加工を施し、突出部にスコッチテープを貼付けて強制剥離した後の黒色皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準加工密着性を評価した。
○：剥離は認められない
×：剥離が認められる。

<耐食性>
塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を施した供試板の表面を肉眼観察し、面積率５％白錆が発生するまでの時間を求め、下記の基準で耐食性を評価した。耐食性は面積率５％白錆が発生するまでの時間が１２０時間以上（下記評価基準では◎と○に相当する）を合格とした。
◎：１４０時間以上
○：１２０時間以上でかつ１４０時間未満
×：１２０時間未満

<熱放射性>
放射率計（ＡＥＲＤ放射率計（ＤＥＶＩＣＥＳ＆ＳＥＲＶＩＣＥＳＣＯＭＰＡＮＹ製））を用いて供試板の放射率を測定し、下記の基準で熱放射性を評価した。熱放射性は熱放射率が０．６以上（下記評価基準で◎と○に相当する）を合格とした。
◎：放射率≧０．７
○：放射率≧０．６でかつ＜０．７
△：放射率≧０．５でかつ＜０．６
×：放射率＜０．５
これらの特性評価結果を表３に示す。

本発明の放熱性黒色鋼板は、亜鉛めっき鋼板のめっき層を暗色化し、次いでめっき層上にリン酸亜鉛系化成処理皮膜を形成させてさらに黒色度を強めた後、薄膜の黒色皮膜を被覆して構成されており、最上層の黒色皮膜が薄膜であっても、厚い高価な黒色皮膜を被覆した従来の黒色カラー鋼板と同等の黒色を呈し、意匠性に優れている。したがって、本発明の黒色鋼板は従来の黒色カラー鋼板よりも安価に製造することができる。また、かつ本発明の黒色鋼板は放射率が高く優れた熱放射性を示すので、機器内部が発熱する家電製品や事務用機器などの筐体の外装用の鋼板として好適に適用することができる。

Claims

鋼板上に下から順に、亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層、リン酸亜鉛系化成処理皮膜層、化成処理皮膜層、黒色顔料を含有する水系樹脂皮膜層を形成してなる、放熱性黒色鋼板。
前記亜鉛−コバルト−モリブデン合金めっき層または亜鉛−コバルト−タングステン合金めっき層のL^＊値が５０以下である、請求項１に記載の放熱性黒色鋼板。
前記水系樹脂皮膜層がさらにシリカを含有する、請求項１または２に記載の放熱性黒色鋼板。
前記黒色顔料が微細炭素質である、請求項１〜３のいずれかに記載の放熱性黒色鋼板。
前記水系樹脂皮膜層の厚さが０．５〜３．０μｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の放熱性黒色鋼板。
前記水系樹脂がディスパージョンタイプの水系樹脂を用いてなる水系ウレタン樹脂である、請求項１〜５のいずれかに記載の放熱性黒色鋼板。
L^＊値が２０以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の放熱性黒色鋼板。
放射率が０．６以上である、請求項１〜７のいずれかに記載の放熱性鋼板。