JP5123052B2 - 表面化成処理液、化成処理金属板およびその製造方法、ならびに上層被覆金属板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
X=−0.02×[(d)/(b)]+6.0
また、本発明の化成処理金属板の製造方法によれば、クロメート皮膜と同程度の耐食性(特にエリクセン加工部、折り曲げ部および疵部の耐食性)および塗膜密着性を有し、かつ、クロムを含まない表面化成処理層を金属板上に短時間で形成することができるため、シートコイル等の製造ラインに適用できる。
また、本発明の化成処理金属板は、クロメート皮膜と同程度の耐食性(特にエリクセン加工部、折り曲げ部および疵部の耐食性)および塗膜密着性を有し、かつ、クロムを含まない表面化成処理層を短時間で形成することができる。
また、本発明の上層被覆金属板の製造方法によれば、耐食性および塗膜密着性に優れ、かつクロムを含まない上層被覆金属材料を製造することができる。
また、本発明の上層被覆金属板は、耐食性および塗膜密着性に優れ、かつクロムを含まない。
本発明の表面化成処理液(以下「本発明の処理液」ともいう。)は、金属板表面処理用の表面化成処理液であって、アルコキシシリル基と、芳香環と、前記芳香環に直接結合しているヒドロキシ基と、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基および第四級アンモニウム基からなる群から選ばれる少なくとも1つのアミノ基とを有する水溶性の化合物(A)と、Zr、TiおよびHfからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むフッ化物(B)と、フッ化水素酸、硝酸、硫酸およびこれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸成分(C)と、Mn、Co、Mg、AlおよびZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む化合物(D)と、水性媒体(E)とを含有し、前記化合物(A)、前記フッ化物(B)、前記酸成分(C)および前記化合物(D)は、前記水性媒体(E)に溶解しており、前記金属板の表面に接することで表面化成処理層を自己析出する、または、陰極とした前記金属板の表面に接することで表面化成処理層を電解析出する、表面化成処理液である。
本発明の処理液に用いられる化合物(A)は、アルコキシシリル基と、芳香環と、前記芳香環に直接結合しているヒドロキシ基と、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基および第四級アンモニウム基からなる群から選ばれる少なくとも1つのアミノ基とを有する水溶性の化合物である。化合物(A)は、単量体であってもよく、重合体であってもよい。
芳香環とフェノール性ヒドロキシ基とを有する化合物にアルコキシシリル基を導入することにより、本発明の処理液の塗膜密着性、耐食性および耐薬品性が大きく向上する。
また、化合物(A)がアミノ基を有していることにより、水溶性が高くなり、本発明の処理液の安定性が高くなり、さらに、耐食性や塗膜密着性もより高くなる。
上記アルコキシ基としては、炭素数1〜10のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基またはエトキシ基がより好ましい。
上記アルコキシ基以外の上記アルコキシシリル基が有する基は、特に限定されないが、例えば、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基等が好適に挙げられる。
上記アルコキシシリル基としては、具体的には、例えば、ジメチルメトキシシリル基、メチルジメトキシシリル基、トリメトキシシリル基、ジエチルエトキシシリル基、エチルジエトキシシリル基、トリエトキシシリル基等が挙げられる。
上記フェノール性ヒドロキシ基は、化合物(A)が有する芳香環に直接結合しているヒドロキシ基である。
化合物(A)は、芳香環が置換基を有する位置は特に限定されないが、芳香環のヒドロキシ基のオルト位および/またはパラ位が置換されたものであることが好ましい。
これらの他に、上記芳香族化合物(a1)として、フェノール−クレゾールノボラック共重合体、ビニルフェノール−スチレン共重合体等を用いることもできる。
また、上述した芳香族化合物(a1)を、エピクロルヒドリン等のハロエポキシド、酢酸等のカルボン酸類、エステル類、アミド類、トリメチルシリルクロリド等の有機シラン類、アルコール類、硫酸ジメチル等のアルキル化物等により変性したものを用いることもできる。
これらの芳香族化合物(a1)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記ポリp−ビニルフェノールとして、ビニルフェノールを公知の重合方法により重合したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。市販品としては、丸善石油化学社製のマルカリンカーが挙げられる。
上記アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくはメチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基が挙げられる。
上記アルケニル基としては、炭素数1〜10のアルケニル基が好適に挙げられ、より好ましくはアリル基が挙げられる。
上記アルキニル基としては、炭素数1〜10のアルキニル基が好適に挙げられ、より好ましくはプロピニル基が挙げられる。
上記アリール基としては、炭素数1〜10のアリール基が好適に挙げられ、より好ましくは、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基が好適に挙げられ、より好ましくはフェニル基が挙げられる。
上記ヒドロキシアルキル基としては、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくは2−ヒドロキシエチル基が挙げられる。
上記ジヒドロキシアルキル基としては、炭素数1〜10のジヒドロキシアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくはビス(ヒドロキシエチル)基が挙げられる。
上記トリヒドロキシアルキル基としては、炭素数1〜10のトリヒドロキシアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくはトリス(ヒドロキシエチル)基が挙げられる。
上記アミノアルキル基としては、炭素数1〜10のアミノアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくはアミノエチル基が挙げられる。
上記アルキルアミノアルキル基としては、炭素数1〜10のアルキルアミノアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくは2−メチルアミノエチレンが挙げられる。
上記ジアルキルアミノアルキル基としては、炭素数1〜10のジアルキルアミノアルキル基が好適に挙げられ、より好ましくはジメチルアミノエチレンが挙げられる。
上記アルキルカルボニル基としては、炭素数1〜10のアルキルカルボニル基が好適に挙げられ、より好ましくはアセチル基が挙げられる。
上記式(2)中、nは、1〜3の整数であり、2〜3の整数であるのが好ましく、3であるのがより好ましい。
上記式(2)中、mは、1〜3の整数であるのが好ましく、2または3であるのがより好ましく、3であるのが更に好ましい。
これらの中でも、γ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N−シクロヘキシルアミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリメトキシシリル)アミンおよび3−(N−アリルアミノ)プロピルトリメトキシシランからなる群から選択される少なくとも1種のアミノシランが好ましい。
なお、上記アミン化合物(a3)は、上記アミノシラン(a2)と同一であってもよい。
これらの中でも2−メチルアミノエタノール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルアミノ−1,2−プロパンジオール、N−メチルグルカミン、N−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−メチルアニリン、エチルアミン、ジエチルアミン、アリルアミン、ベンジルアミン、2−エチルアミノエタノール、エチレンジアミン、sym−ジメチルエチルアミンおよびモルホリンからなる群から選択される少なくとも1種のアミン化合物が好ましい。
上記溶媒としては、反応に関与しないものであれば特に限定されないが、例えば、水;メタノール、エタノール等のアルコール;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン溶媒;アセトン等のケトン系溶媒等が挙げられる。
R7は単結合またはアルキレン基であり、炭素数1〜10のアルキレン基であるのが好ましく、トリメチレン基(−(CH2)3−)であるのがより好ましい。R7が単結合である場合は、R7が存在せず窒素原子とケイ素原子が直接結合していることになる。
R8およびR9は、それぞれ、アルキル基であり、炭素数1〜10のアルキル基であるのが好ましく、メチル基、エチル基であるのがより好ましい。複数のR8およびR9はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
R10およびR11は、それぞれ、上記式(2)のR3と同様であるが、R10およびR11は互いに結合してモルホリノ基を形成していてもよい。
pは1〜3の整数であり、2または3であるのが好ましく、3であるのがより好ましい。
上記重合体は、上記式(3)〜(9)のいずれかで表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を更に含んでいてもよい。
本発明の第1態様の化合物は、上記式(4)および(10)〜(14)のいずれかで表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を更に含んでいてもよい。
本発明の第2態様の化合物は、いわゆるマンニッヒ反応により、ポリp−ビニルフェノールが有する芳香環のヒドロキシ基のオルト位に、ホルムアルデヒド由来のメチレン基を介してアミノ基が結合した構造であると考えられる。
本発明の第2態様の化合物は、芳香環が置換基を有する位置は特に限定されないが、フェノール性ヒドロキシ基のオルト位が置換されたものであることが好ましい。
上記反応における上記アミン化合物の使用量は、ポリp−ビニルフェノール100質量部に対して、0.2〜360質量部が好ましく、0.4〜270質量部がより好ましく、0.6〜180質量部が更に好ましい。
上記反応におけるホルムアルデヒドの使用量は、ポリp−ビニルフェノール100質量部に対して、0.3〜300質量部が好ましく、0.6〜200質量部がより好ましく、0.9〜150質量部が更に好ましい。
上記酸触媒としては、具体的には、例えば、塩酸、塩化水素ガス、硫酸、発煙硫酸、硝酸、濃硝酸、リン酸等の無機酸;p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ギ酸、酢酸等の有機酸等が挙げられる。
上記塩基触媒としては、具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水素化ナトリウム、ピリジン、トリエチルアミン、リチウムジイソプロピルアミド等が挙げられる。
上記ルイス酸触媒としては、具体的には、例えば、塩化アルミニウム、塩化チタン、トリフルオロメタンスルホン酸ランタニウム、トリフルオロメタンスルホン酸スカンジウム、トリフルオロメタンスルホン酸イットリビウム等が挙げられる。
本発明の第2態様の化合物の製造方法においては上述したように触媒が反応効率に影響を与えるが、反応温度も反応効率に影響を与える。具体的には、低い反応温度であると比較的長い反応時間を要し、高い反応温度であると比較的短時間にて製造が可能である。ただし、反応温度が高すぎる場合、目的生成物に悪影響を与えたり、目的の反応以外の反応を促進させる場合がある。
まず、ポリp−ビニルフェノールと上記有機溶媒とを混合して十分に溶解させる。
次に、この混合液に、上記アミン化合物、上記アミノシラン、ホルムアルデヒドおよび必要に応じて上記触媒を室温にて順次撹拌しながら滴下して加える。この混合液を80℃に加温して24時間撹拌後、本発明の化合物を得ることができる。
ここで、上記アミノシラン、上記アミン化合物、ホルムアルデヒドおよび上記触媒を加える順序は、特に限定されないが、上記アミノシランおよび上記アミン化合物を加えた後にホルムアルデヒドを加えるのが好ましい。上記触媒はホルムアルデヒド添加後に加えるのが好ましい。
前記フッ化物(B)は、特に限定されないが、例えば、ジルコンフッ化水素酸、チタンフッ化水素酸、ハフニウムフッ化水素酸、ならびにこれらのナトリウム塩、カリウム塩およびアンモニウム塩等が挙げられる。これらの中でも、ジルコンフッ化水素酸、チタンフッ化水素酸およびこれらのアンモニウム塩からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、ジルコンフッ化水素酸および/またはそのアンモニウム塩であることがより好ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記酸成分(C)は、適度なエッチング性を有し、さらに化成処理後の洗浄工程で容易に除去でき、また仮に僅かに残留しても耐食性に対し悪影響を与え難い。
前記化合物(D)としては、Mg、AlおよびZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む化合物であることが好ましく、Mgおよび/またはAlを含む化合物であることがより好ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の処理液における水性媒体(E)の含有量は、特に限定されず、例えば、上述した成分(A)〜(D)が所定の濃度範囲になるようにその量を調整すればよい。
X=−0.02×[(d)/(b)]+6.0
この範囲を満たす場合、従来よりも極めて短時間で十分な厚さの表面化成処理層を得ることが可能である。
また、前記金属板は大きさや厚さも特に限定されない。例えば電気亜鉛めっき法により処理された亜鉛系めっき鋼板であれば、例えば、厚さが0.4〜2.3mm、幅が500〜2080mmのコイル状のものが挙げられる。
また、電気亜鉛めっき層の厚さも限定されない。通常、片面で1〜50g/m2程度である。また、溶融亜鉛めっき法により処理された亜鉛系めっき鋼板であれば、例えば、厚さが0.23〜3.2mm、幅が500〜1850mmのコイル状のものが挙げられる。
また、溶融亜鉛めっき層の厚さも限定されない。通常、片面で20〜150g/m2程度である。
後述する本発明の化成処理金属板の製造方法または本発明の上層被覆金属板の製造方法によれば、このようなコイル状の金属板を連続的に処理することができる。
本発明の処理液は、析出型であるため、短時間で、前記表面化成処理層を形成することができる。
また、電解析出とは、本発明の処理液を、陰極とした前記金属板に接触させることで、この表面化成処理層が形成されることをいう。
まず、本発明の処理液中に含まれる酸成分(C)によって、金属板の表面のエッチングが起きる。これによって、金属板の表面と本発明の処理液との界面におけるpHが局所的に上昇し、それまで本発明の処理液中に溶解していた化合物(A)と、フッ化物(B)由来の金属元素(B′)と、さらにはめっき鋼板等の金属板から溶出してきた金属イオンが、金属板表面と本発明の処理液との界面においてのみ本発明の処理液中に溶解していられない非平衡状態が生じる。この際にできた不溶性の複合体(化合物等)は、前記金属板の表面に沈殿析出し表面化成処理層を形成すると本発明者は考えている。
本発明の化成処理金属板の製造方法(以下「本発明の製造方法」ともいう。)は、本発明の表面化成処理液を用いて、金属板の少なくとも片面に非塗布型の表面化成処理層を形成する化成処理金属板の製造方法である。
この洗浄方法は、前記金属板の表面に付着した油分、汚れを取り除いて洗浄する方法であれば特に限定されず、公知の方法を適用することができる。例えば、アルカリ脱脂剤や酸性脱脂剤で洗浄する方法、湯洗や溶剤洗浄が挙げられる。
また、このような前記金属板の表面を洗浄する前および/または後に、酸、アルカリ等による表面調整を行うことが好ましい。その理由は、本発明の処理液を接触させ形成した表面化成処理層の前記金属板の表面への密着性が向上するからである。また、この表面化成処理層の時間当たりの形成(析出)効率が向上するからである。
なお、このような金属板の表面の洗浄および/または表面調整を行った後は、洗浄剤等が金属板の表面に残留しないように、さらに水洗することが好ましい。
本発明の製造方法においては、さらに、前記表面化成処理層を形成した前記金属板を水洗した後、乾燥するのが好ましい。
また、本発明の製造方法の他の好ましい態様の1つは、陰極とした前記金属板の表面に、前記表面化成処理液を接触させて、前記金属板の表面に表面化成処理層を電解析出させて形成し、前記表面化成処理層を形成した前記金属板を水洗する方法である(以下「第2の方法」という。)。
以下、この2つの方法について具体的に説明する。
ここで本発明の処理液と前記金属板との接触時間は特に限定されないが、0.5〜20秒間であることが好ましく、1〜10秒間であることがより好ましく、0.5〜5秒間であることがさらに好ましい。この接触時間が短すぎると本発明の処理液と前記金属板の表面が十分に反応せず、耐食性の優れた表面化成処理層が得られない場合がある。また、この接触時間が長すぎると、得られる表面化成処理層の性能向上は見られないうえ、ラインにおける操業効率の点からも好ましくない。
前記消泡剤の種類には特に限定はなく、塗膜密着性を損なうようなものでなければ公知のものを用いることができる。
なお、本発明において、本発明の処理液と前記金属板との接触時間とは、例えば、浸漬法による場合であれば、前記金属板が本発明の処理液に浸漬している時間を意味する。また、スプレー法による場合であれば、本発明の処理液を前記金属板の表面にスプレーで吹付けている時間を意味する。
この水洗の方法は特定に限定されないが、例えば公知の浸漬法、およびスプレー法により行うことができる。
水洗温度(水洗水の温度)は特に限定されず、通常適用される温度でよいが、5〜60℃であることが好ましく、15〜40℃であることがより好ましい。このような温度であると洗浄効率が高いからである。
また、洗浄時間も特に限定されないが、例えば、浸漬法またはスプレー法の場合は、0.1〜10秒であることが好ましく、1〜5秒であることがより好ましい。水洗時間が短すぎると前記金属板の表面に残存する余剰の化成処理液の成分の除去が十分に行われず、耐食性に優れた表面化成処理層を得られないことがある。また、水洗時間が長すぎても得られる表面化成処理層の性能向上は見られないうえ、ラインにおける操業効率の点からも好ましくない。なお、この洗浄時間とは、例えば、浸漬法による場合であれば、前記金属板が水洗水に浸漬している時間を意味する。また、スプレー法による場合であれば、水洗水を前記金属板の表面にスプレーで吹付けている時間を意味する。
形成した表面化成処理層を金属板の表面に強固に密着させ、また化学的にも安定な状態にするためには、加熱乾燥処理が効果的である。その場合の加熱条件は、表面化成処理層を形成した金属板の表面の最高到達温度(PMT)が30〜250℃となるように加熱乾燥処理することが好ましい。この温度が40〜150℃とするのがより好ましい。
この電流値は、0.5〜20A/dm2であることが好ましく、1〜10A/dm2であることがより好ましい。この電流値が低すぎると表面化成処理層の形成(析出)速度が遅くなる傾向がある。また、この電流値が高すぎると、電気量に対する表面化成処理層の形成(析出)効率が下がるため不経済になるばかりでなく、表面化成処理層の厚さが均一になり難い傾向がある。
また、通電時間の好ましい範囲は0.5〜5秒である。
また、このような電解処理に際し対極は、本発明の処理液に溶解しないものであれば、特に限定されない。例えば、白金もしくは白金被覆金属、各種ステンレス、またはカーボン等が挙げられる。
この水洗方法としては、前記第1の方法において説明した方法を適用することができる。水洗の後に、乾燥する場合も同様である。
本発明の化成処理金属板は、金属板の表面に、前記化合物(A)と、Zr、TiおよびHfからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含み、自己析出または電解析出した表面化成処理層を有する化成処理金属板である。
一方、前記表面化成処理層に含まれる前記金属元素は、前記フッ化物(B)に由来するものであるのが好ましい。この金属元素は、酸化物、水酸化物、フッ化物および前記酸成分(C)との塩のいずれかの形態で析出していればよい。
本発明の化成処理金属材料は、前記表面化成処理層の上面にさらに塗膜を形成させなくても使用することができるが、前記表面化成処理層の上面にさらに樹脂層を形成させた上層被覆金属板として使用することが好ましい。
本発明の上層被覆金属板の第1の態様は、後述する本発明の上層被覆金属板の製造方法により得られ、前記樹脂層が耐指紋性を有するものである。
また、本発明の上層被覆金属板の第2の態様は、後述する本発明の上層被覆金属板の製造方法により得られ、前記樹脂層がノンクロメートプライマー塗料からなる層およびトップコート塗料からなる層の少なくとも2層を含むものである。この場合、前記化成処理金属材料の表面にノンクロメートプライマー塗料からなる層を有し、さらにその上にトップコート塗料からなる層を有するのが好ましい。
本発明の上層被覆金属板の第2の態様は、前記樹脂層が耐指紋性を有していてもよく、このような場合は本発明の上層被覆金属板の第1の態様に含まれることになる。
前記樹脂層は、1層であってもよく、2層以上の樹脂層からなっていてもよい。
前記樹脂層は、耐指紋性を有する樹脂層であることが好ましい。
また、前記樹脂層は、ノンクロメートプライマー塗料からなる層およびトップコート塗料からなる層の少なくとも2層を含むことが好ましい。
さらに、前記樹脂層は、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂およびポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1つを20〜97質量%、シリカゾルを2〜50質量%、水系ワックスを1〜30質量%含むことが好ましい。この場合には、特に耐指紋性と耐食性がバランス良く発揮されるからである。
ここで用いることができる有機物としては、例えば、前記樹脂層に用いることができる水溶性樹脂またはエマルション樹脂等を用いることができる。
前記ノンクロメートプライマー塗料としては、クロメート系の防錆顔料を含有しないノンクロメートプライマー塗料が使用できる。ノンクロメートプライマーは、樹脂を含有し、必要に応じ着色顔料や防錆顔料等を含有してもよい。
この樹脂としては水系、溶剤系、紛体系等のいずれの形態のものでもよい。樹脂の種類としては、一般に公知のもので例えば、ポリアクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリブチラール系樹脂、メラミン系樹脂、フッ素系樹脂等をそのままあるいは組み合わせて使用することができる。
前記ノンクロメートプライマー塗料および前記トップコート塗料の焼き付け乾燥条件は限定されないが、例えば130〜250℃で、10秒〜5分の処理を行うことでノンクロメートプライマー塗料からなる層およびトップコート塗料からなる層を形成することができる。
以下の市販の素材を供試材として使用した。
・溶融亜鉛めっき鋼板(GI):板厚=0.5mm、目付量=90/90(g/m2)
・電気亜鉛めっき鋼板(EG):板厚=0.5mm、目付量=30/30(g/m2)
・5%アルミニウム含有溶融亜鉛めっき鋼板(GF):板厚=0.5mm、目付量=90/90(g/m2)
・溶融55%亜鉛合金めっき鋼板(GL):板厚=0.8mm、目付量=90/90(g/m2)
なお、上記目付量は一方および他方の各々の主面上への目付量を示している。例えば90/90(g/m2)は、両面の各々に90g/m2のめっきを有することを意味する。
上記4つの供試材の表面(両面)を中アルカリ脱脂剤(ファインクリーナー4336(登録商標)、日本パーカライジング株式会社製)を用いて処理し、表面に付着しているゴミや油を除去した。ここでこの中アルカリ脱脂剤は、濃度が20g/Lとなるように水道水で溶解した後、60℃に調整して用いた。また、処理はスプレーを用い20秒間行った。そして、表面に残存している中アルカリ脱脂剤の成分を水道水により洗浄し、供試材の表面を清浄化した。
(実施例1〜40および比較例5〜7)
撹拌機のついた反応装置(1Lセパラブルフラスコ)に、下記第1表に示す芳香族化合物100質量部と、下記第1表に示す量(質量部)の有機溶媒とを入れ、十分に溶解させた。この混合液に下記第1表に示すアミン化合物、アミノシラン、36質量%ホルムアルデヒド液、触媒を下記第1表に示す量(質量部)室温にて順次滴下して加えた後、80℃にて24時間撹拌を行った。24時間撹拌後、亜硫酸ナトリウムを加えて系内に存在する未反応ホルムアルデヒドを滴定して反応率を求め、ほぼ定量的に反応が進行していることを確認した。
その後、水を加えてポリマー成分のみを沈降ろ過して精製を行い、前記化合物(A)に相当する化合物を得た。
アミノシランを添加しなかった以外は上記実施例と同様の方法で化合物を合成した。
上記化合物(A)の代わりに、特許文献17(特開2001−329379号公報)の実施例で使用される有機化合物A3を、当該文献に基づき合成し、用いた。
前記化合物(A)の代わりに、単にγ−アミノプロピルトリメトキシシランを用いた。
・芳香族化合物(a1−1):ポリ−p−ビニルフェノール、マルカーリンカー、丸善石油化学社製
・芳香族化合物(a1−2):ポリビスフェノールA、ビスフェノールFM、三井化学社製
・アミノシラン(a2−1):γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
・アミノシラン(a2−2):N−フェニル−3アミノプロピルトリメトキシシラン
・アミノシラン(a2−3):N−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン
・アミノシラン(a2−4):N−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン
・アミン化合物(a3−1):2−エチルエタノールアミン
・アミン化合物(a3−2):N−メチル−1,3−プロパンジアミン
(実施例1〜40および比較例1〜7)
水に、第1表に示す化合物(A)および下記第2表に示す成分(B)〜(D)を、第2表に示す量(質量部)加えて、十分に混合して、各表面化成処理液を得た。
第2表に、各表面化成処理液の遊離フッ素濃度、フッ化物(B)に含まれる金属元素の合計の質量濃度(b)に対する化合物(D)に含まれる金属元素の合計の質量濃度(d)の比[(d)/(b)]およびpHを示す。
反応型クロメート(日本パーカライジング株式会社製、ジンクロム3367)を用いて、製品説明書による標準使用条件にて建浴し、表面化成処理液とした。
(実施例1〜40および比較例1〜8)
下記第3表に示す清浄後の供試材を、各表面化成処理液を用いて第3表に示す処理条件(処理形式、液温、処理時間)で処理した。
その後、25℃の市水を5秒間スプレーすることによって表面を清浄し、ロール絞りを用いて水切りし、化成処理金属板表面の到達板温50℃で乾燥を行った。
・浸漬処理
所定の表面化成処理液に供試材を浸漬し、所定の時間保持した。
・スプレー処理
所定の表面化成処理液を、スプレー圧0.5kgf/cm2で所定時間処理した。
・電解処理
供試材を陰極側とし、所定の表面化成処理液に浸漬すると同時に2.0A/dm2の電流を供試材に通電し、所定の時間保持した。
5.1 耐指紋金属板(実施例1〜40および比較例1〜8)
得られた化成処理金属板の一部を切り出し、その上面(片面:評価面)に、ウレタン樹脂(株式会社ADEKA製HUX−320)80質量部、シリカ粉末(日本アエロジル社製アエロジル300)15質量部および水系ワックス(三井化学株式会社製ケミパール W500)5質量部含有する水性樹脂組成物をバーコートで塗布した。
ここで膜厚は乾燥後で1μmとなるようにした。
その後、到達板温度150℃で乾燥し、耐指紋金属板を得た。
得られた化成処理金属板の一部を切り出し、その上面(片面:評価面)に、市販のノンクロメートエポキシ系プライマー(Vニット#200、大日本塗料社製)をバーコートで塗布し、到達板温度210℃にて乾燥し、浸漬水冷し、水切り乾燥した。
次いで、市販のトップコート塗料(Vニット#500、大日本塗料社製)をバーコートで塗布し、到達板温度220℃で乾燥し、浸漬水冷、水切り乾燥した。ここでプライマーの膜厚は乾燥後で5μmとなるようにし、トップコート塗料の膜厚は15μmとなるようにした。
6.1 表面化成処理液の安定性評価
目視で表面化成処理液の外観を観察し沈殿発生の有無を確認した。評価基準は以下のとおりである。結果を第3表に示す。
○:沈殿なし、処理可能
×:沈殿発生、処理不適
上記化成処理金属板の耐食性および塗膜密着性を下記に示す方法により評価した。結果を第3表に示す。
(1)平面部耐食性試験
各化成処理金属板に対して、JIS−Z2371に規定された塩水噴霧試験を48時間実施した。そして、白錆発生面積率を目視で測定し評価を行った。ここで白錆発生面積率とは、観察部位の面積に対する白錆発生部位の面積の百分率である。評価基準は以下のとおりである。
◎:白錆発生面積率5%未満
○:白錆発生面積率5%以上、10%未満
△:白錆発生面積率10%以上、50%未満
×:白錆発生面積率50%以上
各化成処理金属板に対して、エリクセンにて5mmの押し出し加工を行い、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を48時間実施し、加工部における白錆発生面積率を目視で測定した。評価基準は以下のとおりである。
◎:白錆発生面積率10%未満
○:白錆発生面積率10%以上、30%未満
△:白錆発生面積率30%以上、50%未満
×:白錆発生面積率50%以上
各化成処理金属板に対して、NTカッターでクロスカットを入れ、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を48時間実施し、カット部の片側最大錆幅をルーペで測定した。評価基準は以下のとおりである。
◎:3mm未満
○:3mm以上、5mm以下
△:5mm以上、10mm未満
×:10mm以上
各化成処理金属板を塗料(関西ペイント株式会社製アミラック#1000(白塗料))を用いて塗装処理した。塗装はバーコート塗布で行い、塗装後、140℃で20分間焼付けを行い、乾燥後膜厚で25μmの皮膜を形成した。ここで得られたものを「塗装後金属板A」とする。その後、各塗装後金属板Aに対して、1mm角、100個の碁盤目をNTカッターで切り入れ、これをエリクセン試験機で5mm押し出した後、この押し出し凸部に粘着テープによる剥離テストを行い、塗膜剥離個数にて評価した。評価基準を以下に示す。
◎:剥離なし
○:剥離個数1個以上、10個以下
△:剥離個数11個以上、50個以下
×:剥離個数51個以上
上述した塗装一次密着性試験と同じ条件で塗装して得た塗装後金属板Aを沸騰水に2時間浸漬後、常温の室内にて24時間放置した。その後、各塗装後金属板Aに対して、1mm角、100個の碁盤目をNTカッターで切り入れ、これをエリクセン試験機で5mm押し出した後、この押し出し凸部に粘着テープによる剥離テストを行い、塗膜剥離個数にて評価した。評価基準は、6.2(4)の評価基準を用いた。
上記耐指紋金属板の耐食性および塗膜密着性を下記に示す方法により評価した。結果を第4表に示す。
(1)平面部耐食性
各耐指紋金属板に、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を192時間実施した。白錆発生面積率を目視で測定した。評価基準は以下のとおりである。
◎:白錆発生面積率5%未満
○:白錆発生面積率5%以上、10%未満
△:白錆発生面積率10%以上、50%未満
×:白錆発生面積率50%以上
各耐指紋金属板に対しエリクセンにて7mmの押し出し加工を行い、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を192時間実施し、加工部における白錆発生面積率を目視で測定した。評価基準は6.3(1)の評価基準を用いた。
各耐指紋金属板を用いて、アルカリ脱脂剤(日本パーカライジング製CL−N364S)を20g/L、60℃、10秒スプレー、スプレー圧0.5kg/cm2で脱脂した後、スプレー水洗を10秒行ってから、JIS−Z2371に規定された塩水噴霧試験を192時間実施した。評価基準は6.3(1)の評価基準を用いた。
各耐指紋金属板を塗料(関西ペイント株式会社製アミラック#1000(白塗料))を用いて塗装処理した。塗装はバーコート塗布で行い、塗装後、140℃で20分間焼付けを行い、乾燥後膜厚で25μmの皮膜を形成した。ここで得られたものを「塗装後金属板B」とする。その後、各塗装後金属板Bに対して、1mm角、100個の碁盤目をNTカッターで切り入れ、これをエリクセン試験機で7mm押し出した後、この押し出し凸部に粘着テープによる剥離テストを行い、塗膜剥離個数にて評価した。評価基準を以下に示す。
◎:剥離なし
○:剥離個数1個以上、10個未満
△:剥離個数11個以上、50個未満
×:剥離個数51個以上
上記6.3(4)の塗装一次エリクセン密着性試験と同じ条件で塗装して得た塗装後金属板Bを沸騰水に2時間浸漬後、常温の室内にて24時間放置した。
その後、1mm角、100個の碁盤目をNTカッターで切り入れ、これをエリクセン試験機で7mm押し出した。この押し出し凸部に粘着テープによる剥離テストを行い、塗膜剥離個数にて評価した。評価基準は6.3(4)の評価基準を用いて行った。
上記塗装金属板の耐食性および塗膜密着性を下記に示す方法により評価した。結果を第4表に示す。
(1)カット部耐食性
各塗装金属板に対して、NTカッターでクロスカットを入れ、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を240時間実施し、カット部の片側最大膨れ幅をルーペで測定した。評価基準は以下のとおりである。
◎:3mm未満
○:3mm以上、5mm未満
△:5mm以上、10mm未満
×:10mm以上
各塗装金属板に対して、JIS―Z2371に規定された塩水噴霧試験を240時間実施し、端面部の最大膨れ幅をルーペで測定した。評価基準は以下のとおりである。
◎:5mm未満
○:5mm以上、7mm未満
△:7mm以上、10mm未満
×:10mm以上
JIS−G3312の試験法に準じて各塗装金属板に対し20℃における折り曲げ内側間隔板2枚の2T折り曲げ試験を行い、テープ剥離後の剥離状態で下記の判定基準に準じて塗装密着性の評価を行った。評価基準は以下のとおりである。
◎:剥離なし
○:剥離面積20%未満
△:剥離面積20%以上50%未満
×:剥離面積50%以上
各塗装金属板を沸騰水に2時間浸漬後、常温の室内にて24時間放置した。その後、JIS−G3312の試験法に準じて各試験板に対し20℃における折り曲げ内側間隔板2枚の2T折り曲げ試験を行い、テープ剥離後の剥離状態で6.4(3)の判定基準に準じて塗膜密着性の評価を行った。
・実施例1〜3と比較例18より、本発明の処理液は、短時間で十分なフッ化物(B)に含まれる金属元素(B′)の析出と、クロメートと同等の性能を有する化成処理皮膜が形成されること
・実施例1および4より、アミノ基の有無が安定性に影響を及ぼすこと
・実施例1と比較例1〜7より、本発明の化合物(A)の構造や他成分の有無により、処理液の安定性、成分(B′)の析出量、耐食性および密着性が大きく変化し、本発明の化合物(A)が極めて優れる性能を発現する成分であること
・実施例5〜8より、材質によらず各性能に優れた化成処理皮膜が形成されること
・実施例5〜9より、遊離フッ素濃度が本発明の範囲内にある場合は、十分な成分(B′)の析出量が保たれ、性能が良好であること
・実施例10〜23より、(d)/(b)の範囲が本発明の範囲内であるときは、処理温度にかかわらず、短時間にて十分な成分(B′)の析出量が保たれ、良好な性能を有すること
・実施例30〜35より、本発明の範囲内の成分(B′)の析出量であれば、良好な性能を有すること
・実施例24〜29、36〜40より、(a)/(b′)が本発明の範囲内であると、化成処理金属板、耐指紋金属板および塗装金属板の全てにおいて、耐食性だけでなく、密着性が優れる皮膜が形成されていること
Claims (16)
- 金属板表面処理用の表面化成処理液であって、
アルコキシシリル基と、芳香環と、前記芳香環に直接結合しているヒドロキシ基と、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基および第四級アンモニウム基からなる群から選ばれる少なくとも1つのアミノ基とを有する水溶性の化合物(A)と、
Zr、TiおよびHfからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むフッ化物(B)と、
フッ化水素酸、硝酸、硫酸およびこれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸成分(C)と、
Mn、Co、Mg、AlおよびZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む化合物(D)と、
水性媒体(E)とを含有し、
前記化合物(A)が、重合体であり、
前記化合物(A)、前記フッ化物(B)、前記酸成分(C)および前記化合物(D)は、前記水性媒体(E)に溶解しており、
前記金属板の表面に接することで表面化成処理層を自己析出する、または、陰極とした前記金属板の表面に接することで表面化成処理層を電解析出する、表面化成処理液。 - 前記アルコキシシリル基が、前記アミノ基の窒素原子に直接またはアルキレン基を介して結合している請求項1に記載の表面化成処理液。
- 遊離フッ素イオン濃度が1〜30mg/Lであり、
前記フッ化物(B)に含まれる前記金属元素の合計の質量濃度(b)に対する前記化合物(D)に含まれる前記金属元素の合計の質量濃度(d)の比である(d)/(b)が、1〜200である、請求項1または2に記載の表面化成処理液。 - pHが2.0〜Xである、請求項1〜3のいずれかに記載の表面化成処理液。
(但し、前記Xは下記式で表される。下記式中、(d)は前記化合物(D)に含まれる前記金属元素の合計の質量濃度(d)であり、(b)は前記フッ化物(B)に含まれる前記金属元素の合計の質量濃度(b)である。)
X=−0.02×[(d)/(b)]+6.0 - 前記金属板の少なくとも片面に、前記化合物(A)と、前記フッ化物(B)に含まれる前記金属元素とを含み、前記化合物(A)由来のSiの酸化物換算質量(a)と前記フッ化物(B)に含まれる前記金属元素の合計析出質量(b′)との質量比[(a)/(b′)]が0.03〜0.3である、表面化成処理層を形成し得る、請求項1〜4のいずれかに記載の表面化成処理液。
- 前記フッ化物(B)に含まれる前記金属元素の合計析出質量(b′)が5〜50mg/m2である表面化成処理層を形成しうる請求項5に記載の表面化成処理液。
- 前記金属板が亜鉛系めっき鋼板である請求項1〜6のいずれかに記載の表面化成処理液。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の表面化成処理液を用いて、金属板の少なくとも片面に非塗布型の表面化成処理層を形成する化成処理金属板の製造方法。
- 前記金属板の表面に前記表面化成処理液を接触させて、前記金属板の表面に表面化成処理層を自己析出させて形成し、
前記表面化成処理層を形成した前記金属板を水洗する、請求項8に記載の化成処理金属板の製造方法。 - 陰極とした前記金属板の表面に、前記表面化成処理液を接触させて、前記金属板の表面に表面化成処理層を電解析出させて形成し、
前記表面化成処理層を形成した前記金属板を水洗する、請求項8に記載の化成処理金属板の製造方法。 - 温度を30〜70℃とした前記表面化成処理液を、前記金属板の表面に0.5〜20秒間接触させ、前記金属板の表面に前記フッ化物(B)に含まれる金属元素を合計で5〜50mg/m2含む表面化成処理層を形成する、請求項8〜10のいずれかに記載の化成処理金属板の製造方法。
- 請求項8〜11のいずれかに記載の化成処理金属板の製造方法に、さらに、前記表面化成処理層の上面に樹脂層を形成する工程を具備する、上層被覆金属板の製造方法。
- 金属板の表面に、アルコキシシリル基と、芳香環と、前記芳香環に直接結合しているヒドロキシ基と、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基および第四級アンモニウム基からなる群から選ばれる少なくとも1つのアミノ基とを有する水溶性の化合物(A)と、Zr、TiおよびHfからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含み、前記化合物(A)が、重合体であり、自己析出または電解析出した表面化成処理層を有する化成処理金属板。
- 請求項8〜11のいずれかに記載の化成処理金属板の製造方法により得られる、請求項13に記載の化成処理金属板。
- 請求項12に記載の上層被覆金属板の製造方法により得られ、前記樹脂層が耐指紋性を有する上層被覆金属板。
- 請求項12に記載の上層被覆金属板の製造方法により得られ、前記樹脂層がノンクロメートプライマー塗料からなる層およびトップコート塗料からなる層の少なくとも2層を含む上層被覆金属板。
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