JP4458142B2

JP4458142B2 - 鋼板合わせ構造物及びその製造方法

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Publication number: JP4458142B2
Application number: JP2007252671A
Authority: JP
Inventors: 憲幸倉本; 悠高田; 正彦石井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009084601A; DE102008049079A1; US20090087611A1; CN101397675A

Description

本発明は、鋼板合わせ構造物及びその製造方法に関する。

自動車の車体や家電製品等に用いられる鋼板合わせ構造物は、所望の形状に加工された複数の鋼板をスポット溶接等により接合して組み立てられる。当該構造物に用いられる鋼板としては、亜鉛系メッキ鋼板などの防錆鋼板が広く用いられるが、鋼板の溶接を容易にするために薄目付けメッキで防錆性を確保する必要があり十分な防錆性能を得ることが出来ない場合がある。

特に、鋼板の接合部（板合わせ部）は一対の鋼板が当接した構造となっており、防錆のために通常行われる化成皮膜形成や電着塗装において皮膜や塗装の回り込みがない部分が生ずることがある。そのため、鋼板の特に接合部分は裸状態で腐食環境にさらされることとなる。これを防ぐためにボデーシーラー、アンダーコート及び袋部ワックス等による防錆処理が施される。

また、鋼板の接合部の防錆を目的とする各種防錆材料が検討されており、例えば、石油スルフォネート、ラノリン脂肪酸、硬化ヒマシ油並びにリン片状充填材および／または繊維状充填材を含有する防錆塗料を鋼板の接合部に用いた例が報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２２２５６５号公報

特許文献１に記載されている防錆塗料は優れた防錆性能を示すものの、鋼板の接合部の錆を防ぐにはいまだ充分ではない。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、シーラー等による防錆処理を施すことなく鋼板の接合部における防錆性能を確保可能な鋼板合わせ構造物及びその製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明は、
＜１＞接合された一対の鋼板と、前記鋼板の接合面間に設けられた導電性高分子を含む防錆層と、を備え、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物である。

＜２＞前記防錆層が、接合部における前記鋼板の端面にまで延設された＜１＞に記載の鋼板合わせ構造物である。

＜３＞接合された一対の鋼板と、接合部における前記鋼板の端面に設けられた導電性高分子を含む防錆層と、を備え、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物である。

＜４＞接合される一対の鋼板の少なくとも一方の表面に導電性高分子を含む防錆層を形成する防錆処理工程と、前記防錆層を介して前記一対の鋼板を接合する接合工程と、を少なくとも有し、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物の製造方法である。

＜５＞接合される一対の鋼板の少なくとも一方の鋼板の端面に導電性高分子を含む防錆層を形成する防錆処理工程と、前記防錆層の形成された端面が前記一対の鋼板の接合位置の近傍となるように前記一対の鋼板を接合する接合工程と、を少なくとも有し、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物の製造方法である。

本発明によれば、シーラー等による防錆処理を施すことなく鋼板の接合部における防錆性能を確保可能な鋼板合わせ構造物及びその製造方法が提供される。

以下、本発明の鋼板合わせ構造物及びその製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。また、同一の機能を有する部分については全図面を通じて同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。

図１は、本発明の第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の接合部を示す断面図である。第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物は、接合された鋼板１０及び鋼板１２と、鋼板１０と鋼板１２との接合面間に設けられた導電性高分子を含む防錆層１４と、を備える。

鋼板１０と鋼板１２との接合面間に防錆層１４を設けることにより、接合部での錆の発生を防ぐことが出来る。

鋼板１０及び鋼板１２としては、例えば、冷延鋼板、亜鉛メッキ鋼板等の防錆鋼板、ステンレス板、アルミニウム板等が挙げられるが、これらの中でも防錆鋼板が好ましく、具体的には電気亜鉛メッキ鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板等の亜鉛系メッキ鋼板が好ましい。

鋼板１０及び鋼板１２は、例えばスポット溶接等により接合される。一般的なスポット溶接の条件としては、溶接電流３５００〜８８００Ａ、加圧力３９２〜１９６１Ｎ、通電サイクル８〜６９が挙げられる。

防錆層１４は、導電性高分子を含有してなる。導電性高分子は、鋼板の表面に不働態を形成することの出来るものであれば特に限定されるものではない。鋼板の表面に不働態が形成されることにより錆の発生が抑制される。鋼板表面に不働態を形成可能な導電性高分子の具体例としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリｐ−フェニレン、ポリフェニレンビニレン等が挙げられるが、これらの中でもポリアニリンが好ましい。

図２は、鉄（iron St-37）、ステンレスＶ２Ａ及び銅の電位−電流曲線に及ぼすポリアニリン塗布効果（不働態化処理効果）を示す図である。ポリアニリンを塗布することにより電位が貴側（安定な方向）にシフトしていることがわかる。この結果は、金属表面が不働態化されたことを示すものであり、金属表面にポリアニリンを塗布することにより防錆効果が得られることがわかる。

本発明に用いられるポリアニリンとしては、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンが特に好ましい。以下、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンについて説明する。

金属リン酸塩のドープされたポリアニリン（以下、単に「本発明に係るポリアニリン」と称することがある）は、界面活性剤、水、水溶性プロトン酸、金属リン酸塩並びにアニリン及びその誘導体の少なくとも一種を、水と非混和の有機溶媒に添加してアニリン混合液を調製する工程（以下、「混合工程」と称することがある。）と、前記アニリン混合液に重合開始剤を添加して前記アニリン及びその誘導体の少なくとも一種を重合する工程（以下、「重合工程」と称することがある。）と、を経て製造することが出来る。

−混合工程−
混合工程では、水と非混和の有機溶媒に、界面活性剤、水、水溶性プロトン酸、金属リン酸塩並びにアニリン及びその誘導体の少なくとも一種が添加されてアニリン混合液が調製される。該アニリン混合液中では、アニリン及びその誘導体と金属リン酸塩との間でアニリン塩が形成される。

混合工程で用いられる水と非混和の有機溶媒の具体例としては、例えば、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、キシレン等が挙げられるが、これらの中でもトルエン、キシレンが好ましい。なお、本発明において「水と非混和の有機溶媒」とは、ＳｏｌｕｂｉｌｉｔｙＰａｒａｍｅｔｅｒ（溶解性パラメータ：ＳＰ値）が７〜１２程度の有機溶媒のことをいう。

混合工程で用いられる界面活性剤は特に限定されるものではなく、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等を用いることができる。カチオン性界面活性剤としては、例えば、長鎖アルキルアンモニウム塩、第４級アンモニウム塩等が挙げられ、具体的には、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド等を挙げることができる。アニオン性界面活性剤としては、例えば、長鎖アルキル硫酸塩、カルボン酸塩、硫酸エステル塩等が挙げられ、具体的には、ドデシル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸エステル塩等を挙げることができる。ノニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸系、高級アルコール等が挙げられ、具体的には、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等を挙げることができる。

これらの中でも、アニリンと界面活性剤とが塩を形成し、その後、ミセル形成下で重合を行うためアニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。

混合工程で用いられる水溶性プロトン酸の具体例としては、例えば、リン酸、塩酸、硫酸、硝酸等が挙げられるが、金属リン酸塩と共存することにより本発明に係るポリアニリンを含有する溶液に緩衝液としての機能を付与することができる観点より、リン酸が好ましい。

混合工程で用いられる金属リン酸塩の具体例としては、例えば、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸マンガン等が挙げられるが、これらの中でも、優れた防錆性能を有することからリン酸亜鉛を用いることが好ましい。

混合工程で用いられるアニリン及びその誘導体の少なくとも一種の具体例としては、例えば、アニリン、アニシジン等が挙げられるが、入手容易なことからアニリンを用いることが好ましい。なお、本発明においてはアニリン及びその誘導体を二種以上混合して用いることもできる。

混合工程においては、界面活性剤、水、水溶性プロトン酸、金属リン酸塩並びにアニリン及びその誘導体の少なくとも一種の、水と非混和の有機溶媒への添加の順番は特に限定されない。

−重合工程−
重合工程では、混合工程により調製されたアニリン混合液に重合開始剤を添加してアニリン及びその誘導体の少なくとも一種を重合する。重合反応により、ポリアニリンが合成される。

重合工程に用いられる重合開始剤としては、アニリン及びその誘導体を重合することのできるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、過硫酸アンモニウム、過酸化水素水、塩化第二鉄等が挙げられる。これら重合開始剤は単独でもしくは二種以上を併用して用いられる。これらの中でも、重合開始剤としては過硫酸アンモニウムが好ましい。

重合工程における重合温度及び重合時間としては、用いられるアニリン及びその誘導体並びに重合開始剤の種類や添加量等に基づいて適宜調節される。

防錆層１４は、上述した導電性高分子以外に必要に応じてマトリックス樹脂、防錆添加剤等を含有していてもよい。

マトリックス樹脂の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。また、防錆添加剤としては、亜鉛粉末、リン鉄等が挙げられる。

次に、第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の製造方法について説明する。

第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物は、鋼板１０の表面に防錆層１４を形成する防錆処理工程と、防錆層１４を介して鋼板１０と鋼板１２とを接合する接合工程と、を経て製造することが出来る。防錆層１４は鋼板１０と鋼板１２とが重なり合う領域に少なくとも形成されていればよく、鋼板１０の全面に防錆層が形成されていてもよい。また、防錆層は少なくとも一方の鋼板の表面に形成されていればよく、一対の鋼板の両方に形成されていてもよい。一対の鋼板の両方に防錆層が形成されている場合、一方の鋼板の表面に形成された防錆層と他方の鋼板の表面に形成された防錆層とが当接するようにして一対の鋼板を接合する。

図３は、第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の変形例の接合部を示す断面図である。本実施形態においては、防錆層１４が鋼板１０及び鋼板１２の両方に形成されている。鋼板合わせ構造物をこのような構成とすることにより、防錆効果をさらに向上することが出来る。

図４は、第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の他の変形例の接合部を示す断面図である。本実施形態においては、防錆層１４が接合部における鋼板１０の端面１０Ａ及び鋼板１２の端面１２Ａの両方に延設されている。鋼板合わせ構造物をこのような構成とすることにより、防錆効果をさらに向上することが出来る。

防錆処理工程においては、防錆層１４を構成する成分の含まれた塗布液を塗布して形成された塗布膜を、乾燥し、必要に応じて加熱硬化することにより形成される。防錆層１４を構成する成分は上述のとおりである。また、塗布液中に鋼板を浸漬（ディップ）したり、鋼板にスプレー塗工したりすることにより塗布膜を形成してもよい。

鋼板１０及び鋼板１２をスポット溶接により接合する場合、鋼板の表面に形成された亜鉛メッキ層がスポット溶接の障害となることがある一方、亜鉛メッキの目付量が少ないと十分な防錆効果を得ることが出来ない。本実施形態においては導電性高分子を含有してなる防錆層１４が鋼板１０と鋼板１２との接合面間に設けられるため、スポット溶接の障害とならない程度まで亜鉛メッキの目付量を減らしても十分な防錆効果を発揮することが出来る。さらに、スポット溶接の際、防錆層１４は過熱により分解、消失するため防錆層１４がスポット溶接の障害となることはない。

また、自動車の車体を例にとると、従来の防錆プロセスは、車体（鋼板合わせ構造物）を組み立てた後に行われるため、その後に行われる化成皮膜形成や電着塗装において皮膜や塗装の回り込みがない部分が鋼板の接合部に生ずることがあった。そのため、ボデーシーラー、アンダーコート及び袋部ワックス等により鋼板の接合部に対して防錆処理を施す必要があった。また、一部のボデーシーラー作業は手作業により行われるため、人が持ち込むゴミ・ホコリにより塗装の仕上がりが低下し防錆品質も不安定となることがあった。しかし、防錆処理工程後に接合工程を行うことにより、皮膜や塗装の形成されにくい鋼板の接合部に十分な防錆加工を施すことが出来る。そのため、シーラー等の防錆副資材を削減若しくは大幅に低減することができ、防錆処理に要するコスト及び工程長の低減を図ることができる。さらに手作業によるボデーシーラー作業が不要となるため、塗装の仕上がりが向上し、防錆品質も安定する。

図５は、本発明の第二実施形態に係る鋼板合わせ構造物の接合部を示す断面図である。第二実施形態に係る鋼板合わせ構造物は、接合された鋼板１０及び鋼板１２と、接合部における鋼板１０の端面１０Ａ及び鋼板１２の端面１２Ａに設けられた防錆層１４と、を備える。

接合部における鋼板１０の端面１０Ａ及び鋼板１２の端面１２Ａに防錆層１４を設けることにより、接合部での錆の発生を防ぐことが出来る。

第二実施形態に係る鋼板合わせ構造物は、鋼板１０の端面１０Ａ及び鋼板１２の端面１２Ａに防錆層１４を形成する防錆処理工程と、端面１０Ａ及び端面１２Ａが鋼板１０及び鋼板１２の接合位置の近傍となるように鋼板１０と鋼板１２とを接合する接合工程と、を経て製造することが出来る。第二実施形態に係る鋼板合わせ構造物においては、少なくとも一方の鋼板の端面に防錆層が形成されていればよいが、両方の鋼板の端面に防錆層が形成されることにより防錆効果をさらに向上することが出来る。なお、第二実施形態における防錆層の構成材料、防錆層の形成方法、鋼板の接合方法等の具体例は第一実施形態の場合と同様である。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

関西ペイント製自動車用クリアー塗料（アクリル系塗料、Ｋｉｎｏｌ２００ＴＷ）に、ポリアニリンを塗料中の樹脂分に対してポリアニリンが２質量％となるように添加して防錆層形成用塗布液を調製した。

自動車用冷延鋼板ＳＰＣ２７０Ｄの表面に上述のようにして得られた防錆層形成用塗布液をアプリケーター（ドロービード）にて塗布し、１４０℃２０分乾燥して乾燥膜厚が２０μｍの防錆層を形成した。

防錆層の形成された自動車用冷延鋼板の該防錆層上に自動車用冷延鋼板ＳＰＣ２７０Ｄを載せ、溶接電流５０００Ａ、加圧力５８８Ｎ、通電サイクル３３の条件でスポット溶接を行い、評価サンプル１を得た。また、防錆層を形成しない以外は評価サンプル１と同様にして評価サンプル２を得た。スポット溶接を行う際、評価サンプル１及び２の間でスポット溶接性に差はなく、評価サンプル１のスポット溶接性は良好であった。

次に、評価サンプル１及び２に対して、ＪＩＳＫ５６２１で規定される複合サイクル試験を実施した。所定のサイクル数経過後の接合部の錆の状況を、板を開いて内面を観察することにより評価した。その結果、評価サンプル２では、３０サイクル後に接合部内面の一部に赤錆が発生し、６０サイクル後には接合部内面の全面に赤錆が発生した。また、１２０サイクル後には接合部が錆により浮き上がった。一方、評価サンプル１では、１２０サイクル後に接合部内面の一部で赤錆が発生した。

第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の接合部を示す断面図である。鉄（iron St-37）、ステンレスＶ２Ａ及び銅の電位−電流曲線に及ぼすポリアニリン塗布効果を示す図である。第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の変形例の接合部を示す断面図である。第一実施形態に係る鋼板合わせ構造物の他の変形例の接合部を示す断面図である。第二実施形態に係る鋼板合わせ構造物の接合部を示す断面図である。

符号の説明

１０、１２鋼板
１０Ａ、１２Ａ端面
１４防錆層

Claims

接合された一対の鋼板と、前記鋼板の接合面間に設けられた導電性高分子を含む防錆層と、を備え、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物。
前記防錆層が、接合部における前記鋼板の端面にまで延設された請求項１に記載の鋼板合わせ構造物。
接合された一対の鋼板と、接合部における前記鋼板の端面に設けられた導電性高分子を含む防錆層と、を備え、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物。
接合される一対の鋼板の少なくとも一方の表面に導電性高分子を含む防錆層を形成する防錆処理工程と、
前記防錆層を介して前記一対の鋼板を接合する接合工程と、
を少なくとも有し、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物の製造方法。
接合される一対の鋼板の少なくとも一方の鋼板の端面に導電性高分子を含む防錆層を形成する防錆処理工程と、
前記防錆層の形成された端面が前記一対の鋼板の接合位置の近傍となるように前記一対の鋼板を接合する接合工程と、
を少なくとも有し、前記導電性高分子が、金属リン酸塩のドープされたポリアニリンである鋼板合わせ構造物の製造方法。