JP2018028141A

JP2018028141A - 自動車部材用表面処理鋼板

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Publication number: JP2018028141A
Application number: JP2016161197A
Authority: JP
Inventors: 明彦巽; Akihiko Tatsumi; 良平幸重; Ryohei Yukishige; 徹橋村; Toru Hashimura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-22

Abstract

【課題】接合体を製造する際の生産性に優れるとともに、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくく、かつ、軽量化を達成できる自動車部材用の表面処理高強度鋼板を提供すること。
【解決手段】引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板上に化成処理皮膜を有する、自動車部材用表面処理鋼板であって、前記化成処理皮膜が、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むこと、並びに、前記樹脂成分が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤との組み合わせ、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、自動車部材用表面処理鋼板。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車部材用に使用され、樹脂（プラスチック）との接着性に優れた皮膜を有する高強度表面処理鋼板、およびこの表面処理鋼板を用いて得られる表面処理鋼板と樹脂材との接合体に関するものである。

近年、自動車軽量化と衝突安全性の両立のため、高強度鋼の適用が進み、引張強度が５９０ＭＰａを超える鋼板の適用が拡大している。

近年、環境規制、地球温暖化問題を背景に自動車の燃費改善や軽量化のニーズが高まっている。ここで、自動車の軽量化のために、引張強度が５９０ＭＰａを超える鋼板（ハイテン鋼）の使用が検討されている。また、近年では、樹脂材の活用による軽量化も検討されており、鋼板と樹脂の接合体（複合化部品）が自動車部品として検討されている。

しかし、従来では、このような自動車部品は、多くの場合、鋼板がプレス加工されて所定の形状を付与された後、樹脂材（プラスチック部品）とネジ留め等により接合されて使用されている。その他、鋼板などの金属板と樹脂材との接合方法としては、接着剤による接着接合（例えば、特許文献１参照）や、金属に貫通穴を開けて、樹脂を裏側に回りこませる樹脂ボルトのような技術（例えば、特許文献２参照）が検討されている。更に、金属の表面に微細な凹凸を付与して、直接接合させるような方法も検討されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１５−００３５１４号公報特開平８−２２９９８１号公報特開２００５−３４２８９５号公報

しかしながら、ネジ留め等の機械的方法ではボルトやねじ等が必要であり、製造コストが高くなる。上記特許文献１記載の方法でも、樹脂材の成形工程と接合工程とを別々に実施する必要があるため、製造コストが高くなる。上記特許文献２記載の方法では、貫通穴の加工が必要であるため製造コストが高くなる。加えて、点接合しているため、面接合の場合に比べて応力集中が生じやすく、破壊に対する耐性や剛性については、構造上不利である。また、上記特許文献３記載の方法では処理に時間がかかるので、大面積の処理や大型部品の処理の際には、生産性やコストの面で課題がある。

さらに、鋼の高強度化による薄肉化は従来から取り組まれているが、強度面では目標特性を達成出来るものの、板厚に起因する剛性が制約となって、薄肉化が困難になってきている。また、軽量材料による単純な材料置換では軽量化のためにはコストアップも必要で、軽量化と経済性の両立は困難である。

そこで、本発明は、接合体を製造する際の生産性に優れるとともに、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくく、かつ、軽量化を達成できる自動車部材用の表面処理高強度鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討を重ね、下記構成によって上記課題が解決できることを見出した。

すなわち、本発明の一局面に係る自動車部材用表面処理鋼板は、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板上に化成処理皮膜を有する、自動車部材用表面処理鋼板であって、前記化成処理皮膜が、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むこと、並びに、前記樹脂成分が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤との組み合わせ、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする。

前記表面処理鋼板において、前記高強度鋼板が、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板であることが好ましい。

また、前記表面処理鋼板において、前記化成処理皮膜上の少なくとも一部に、熱可塑性樹脂を含む接着プレコート層を更に備えることが好ましい。

さらに、前記接着プレコート層の厚さが１〜５０μｍであることが好ましい。

また、本発明の他の局面に係る接合体は、上述の自動車部材用表面処理鋼板が前記接着プレコート層を介して樹脂材と接合したものであることを特徴とする。

本発明のさらなる局面に係る自動車部材は、上述の接合体で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、接合体を製造する際の生産性に優れるとともに、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくく、かつ、軽量化を達成できる自動車部材用の表面処理高強度鋼板を提供することができる。ならびに、この鋼板を用いて複合一体化され、高い接着強度を有する鋼板と樹脂材との接合体を提供することができる。

高強度かつ軽量である本発明の鋼板と樹脂材との接合体は、自動車部品の用途にきわめて有用である。

図１は、実施例において、表面処理鋼板で形成した自動車用シートロワアームを示す概略図であり、図１Ａはロワアーム全体、図１Ｂはロワアームの樹脂材配置位置を示す（メッシュ部分が樹脂配置場所）。図２は、試験例２−２において製造した表面処理鋼板と樹脂材との接合体（自動車用シートロワアーム）を示す概略図である。図２Ａは樹脂量１５０ｇ、図２Ｂは樹脂量９６ｇとして製造した接合体を示す。

本発明に係る表面処理鋼板は、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板上に化成処理皮膜を有する、自動車部材用表面処理鋼板であって、前記化成処理皮膜が、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むこと、並びに、前記樹脂成分が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤との組み合わせ、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

［高強度鋼板］
本実施形態で使用される高強度鋼板としては、引張強度が５９０ＭＰａを超える鋼板であれば特に限定はない。例えば、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）、または合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）、合金化溶融Ｚｎ−５％Ａｌめっき鋼板（ＧＦ）、電気純亜鉛めっき鋼板（ＥＧ）、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板等である。これらの鋼板は、公知の方法により、引張強度が５９０ＭＰａを超えるように調整して得ることができる。鋼板の引張強度は５９０ＭＰａを超えていれば問題はないが、特に好ましくは、引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼板が使用される。一方、強度の上限について特に限定はないが、経済性、加工性という観点から２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。

クロメート処理は行われていないノンクロメートのものが好ましい。なかでも、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）、または合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）であることが好ましい。

本実施形態において、高強度鋼板の厚みは特に限定されないが、最終製品の軽量化のためには、下限値は０．３以上であり、上限値は３．２ｍｍ以下程度であることが好ましい。

［化成処理皮膜］
本実施形態の表面処理鋼板は化成処理皮膜を有する。表面処理がないと鋼板と樹脂材の接合強度が不十分なため、化成処理皮膜は非常に重要である。本実施形態の化成処理皮膜を有する高強度鋼板と樹脂材とを面接合することで、剛性向上の効果を十分に発揮できる。

化成処理皮膜は、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むことを特徴とする。以下、各成分について説明する。

［コロイダルシリカ］
本実施形態の化成処理皮膜にはコロイダルシリカが含まれるが、これは耐食性を高める効果を有するためである。コロイダルシリカとしては、「スノーテックス（登録商標）」シリーズ（日産化学工業社製のコロイダルシリカ）の「ＸＳ」、「ＳＳ」、「４０」、「Ｎ」、「ＵＰ」等が好適に用いられる。特に、表面積平均粒子径が１０〜２０ｎｍ程度の「スノーテックス−４０」が好適に用いられる。コロイダルシリカの量は、熱硬化型樹脂１００質量部に対し、５０以上が好ましく、７５質量部以上がより好ましい。上限値としては、１５０質量部以下が好ましく、さらに１２５質量部以下であることがより好ましい。

［シランカップリング剤］
シランカップリング剤は、鋼板に対する化成処理皮膜の密着性を向上させるために配合する。シランカップリング剤としては、具体的には、例えば、γ−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−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤；γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ基含有シランカップリング剤；ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シランなどのビニル基含有シランカップリング剤；γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのメタクリロキシ基含有シランカップリング剤；γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどのメルカプト基含有シランカップリング剤；γ−クロロプロピルメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランなどのハロゲン基含有シランカップリング剤などが挙げられる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いも良いし、２種以上を併用してもよい。これらの中では、最終的に得られる鋼板と樹脂材との接合強度が良好であるという観点から、アミノ基含有シランカップリング剤とグリシドキシ基含有シランカップリング剤が好ましく、アミノ基含有シランカップリング剤が特に好ましい。シランカップリング剤の量は、化成処理皮膜形成用塗工液の固形分中、５質量部以上であることが好ましい。上限値としては、３０質量部以下であることが好ましい。

［酸］
高強度のハイテン鋼板は、Ｍｎ、Ｓｉなどを比較的多く含有するため、鋼板表面に強固な複合酸化膜を有している。そのため、本実施形態の化成処理皮膜形成用の塗工液には、金属（鋼板）表面を活性化させるために、酸またはその塩を加える必要がある。用い得る酸としては、オルトりん酸、メタりん酸等のりん酸類、りん酸水素二アンモニウム等のアンモニウム塩等のりん酸化合物；ヘキサフルオロりん酸やそのナトリウム塩等のヘキサフルオロ金属酸(ヘキサフルオロチタン酸塩、ヘキサフルオロジルコニウム酸塩)；が挙げられる。化成処理皮膜用塗工液中、０．１以上、５０質量％以下となるようにすることが好ましい。０．１質量％より少ないと、耐食性向上効果が得られない場合がある。５０質量％を超えると、化成処理皮膜が脆くなるおそれがある。

［樹脂成分］
本実施形態の化成処理皮膜に含まれる樹脂成分としては、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂、水性フェノール樹脂から選択される少なくとも１種の熱硬化型樹脂、あるいは、熱可塑性樹脂と架橋剤を組み合わせた樹脂も含まれる。熱可塑性樹脂と架橋剤の組合せは加熱により硬化して熱可塑性を失うので、熱硬化型樹脂の一種ということができる。このような樹脂として本発明で好適に用いられるのは、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂である。

なお、水性とは、水溶性であるか水分散性（非水溶性）であることを意味する。

樹脂成分は、本実施形態の化成処理皮膜形成用塗工液の固形分中、２０〜８０質量部程度であることが好ましい。

（水性ウレタン樹脂）
より具体的には、水性ウレタン樹脂としては、ポリイソシアネート、ポリオールおよびヒドロキシアルカン酸を反応させて得られるものであるのが好ましく、より好ましくは、ポリイソシアネート、ポリオールおよびヒドロキシアルカン酸からウレタンプレポリマーを合成し、これを鎖延長反応させて得られたものである。

ポリイソシアネートとしては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、４，４−トルエンジイソシアネート、１，４−ナフタレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、１，２−フェニレンジイソシアネート、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート等の黄変型のポリイソシアネート；ｏ−キシリレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート等の難黄変型のポリイソシアネート；４，４’−ジシクロメタンジイソシアネート、２，４’−ジシクロメタンジイソシアネート、２，２’−ジシクロメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の無黄変型ポリイソシアネート；クルードトルエンジイソシアネート、ポリフェニレンポリメチレンイソシアネート等の重合体が挙げられる。これらはアダクト体であってもよい。これらのポリイソシアネートは、単独で、または２種以上を混合して使用することができる。

ポリオールとしては、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ等が挙げられる。

ヒドロキシアルカン酸としては、２，２−ジメチロール酢酸、２，２−ジメチロールプロピオン酸、２，２−ジメチロール酪酸、ジメチロールブタン酸等が挙げられるが、反応性、溶解性等の観点からジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸を用いるのが好ましい。

鎖延長剤としては、ポリアミンが好ましく、例えばエチレンジアミン、プロピレンジアミンが挙げられる。

このような水性ウレタン樹脂としては、市販のものを使用することもでき、例えば、「スーパーフレックス（登録商標）１７０」、「スーパーフレックス（登録商標）２１０」（いずれも第一工業製薬株式会社製）が挙げられる。

（アクリル変性エポキシ樹脂）
また、アクリル変性エポキシ樹脂は、例えば、エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸とを反応させて得られる重合性不飽和基含有エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸とを共重合させたり、エポキシ樹脂とグリシジル基含有ビニルモノマーとアミン類とを反応させて得られる重合性不飽和基含有エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸とを共重合させることにより製造できる。

特に、水性のアクリル変性エポキシ樹脂は市販されており、例えば、荒川化学工業株式会社製の「モデピクス（登録商標）３０１」、「モデピクス（登録商標）３０２」、「モデピクス（登録商標）３０３」、「モデピクス（登録商標）３０４」等が挙げられる。上記アクリル変性エポキシ樹脂は、単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（水性フェノール樹脂）
水性フェノール樹脂としては、フェノール、クレゾール、ｐ−アルキルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、クロルフェノール、ビスフェノールＡ、フェノールスルホン酸、レゾルシン等のフェノール性−ＯＨを有するものと、ホルマリン、フルフラール等のアルデヒド類を付加縮合したものであり、多くの種類がある。中でも、エマルジョンタイプの「スミライトレジン（登録商標）ＰＲ―１４１７０」（住友ベークライト株式会社製）が好ましいものとして挙げられる。

（水性カルボキシル基含有アクリル樹脂）
水性カルボキシル基含有アクリル樹脂は、５０質量％以下の（メタ）アクリル酸等の不飽和カルボン酸と、（メタ）アクリル酸エステル等との共重合体のアルカリ中和物である。具体的な（メタ）アクリル酸エステルとしては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸イソオクチル、（メタ）アクリル酸イソノニル、（メタ）アクリル酸イソボニル、（メタ）アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチル等が挙げられる。市販されている水性カルボキシル基含有アクリル樹脂としては、水溶性タイプの「ジュリマー（登録商標）ＥＴ−４１０」（東亞合成株式会社製）等がある。

水性カルボキシル基含有アクリル樹脂と組み合わせる架橋剤としては、カルボキシル基と反応し得る架橋剤であればよく、エポキシ系架橋剤やカルボジイミド化合物が好ましい。エポキシ系架橋剤としては、ソルビトールポリグリシジルエーテル、（ポリ）グリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、（ポリ）エチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル類や、ポリグリシジルアミン類等が挙げられる。

また、カルボジイミド化合物は、イソシアネート類をカルボジイミド化触媒の存在下で加熱することにより製造することができ、また変性により水性（水溶性、水乳化性または水分散性）にすることができる。本発明では、化成処理皮膜形成用の塗工液は水性が好ましいため、水性のカルボジイミド化合物が好ましい。また１分子中に複数のカルボジイミド基を含有する化合物が好ましい。１分子中に複数のカルボジイミド基があると、樹脂成分中のカルボキシル基との架橋反応により、耐食性等をさらに向上させることができる。

市販されているポリカルボジイミド化合物として、例えば日清紡社製のポリカルボジイミド（１分子中に複数のカルボジイミド基を有する重合体）である「カルボジライト（登録商標）」シリーズを挙げることができる。「カルボジライト（登録商標）」のグレードとしては、水溶性の「ＳＶ−０２」、「Ｖ−０２」、「Ｖ−０２−Ｌ２」、「Ｖ−０４」やエマルジョンタイプの「Ｅ−０１」、「Ｅ−０２」等が好適である。これらのカルボジイミド化合物は、前記したウレタン樹脂と組み合わせることもできる。カルボジイミド化合物は、水性アクリル樹脂または水性ウレタン樹脂１００質量部に対し、５〜２０質量部が好ましい。

［化成処理皮膜の形成］
化成処理皮膜形成時には、塗工液中にその他の公知の添加剤を加えてもよい。本実施形態において、鋼板上に化成処理皮膜を形成する方法は特に限定されず、従来公知の塗布方法が採用でき、例えば、化成処理皮膜用塗工液を、ロールコーター法、スプレー法、カーテンフローコーター法等を用いて、鋼板表面の片面もしくは両面に塗布して、加熱乾燥すればよい。加熱乾燥温度は特に限定されるものではないが、熱硬化型樹脂が熱硬化反応を行わない程度の温度で加熱乾燥する。化成処理皮膜形成時に熱硬化反応が進行してしまうと、後に積層される接着プレコート層との接合強度が低下するためである。化成処理皮膜形成用の塗工液は、水性としているので、水が蒸発する１００℃前後で数十秒〜数分程度加熱するとよい。

化成処理皮膜の付着量は、特に限定されないが、下限値としては０．０１ｇ／ｍ^２以上が好ましく、０．０５ｇ／ｍ^２以上がより好ましい。上限値としては、１ｇ／ｍ^２以下が好ましく、０．５ｇ／ｍ^２以下がより好ましい。０．０１ｇ／ｍ^２より少ないと、化成処理皮膜による接着強度向上の効果が不充分となるおそれがあり、また、１ｇ／ｍ^２を超えても接着強度向上効果が飽和するため、コスト的に無駄である。

［接着プレコート層］
化成処理皮膜形成後は、後述の樹脂材との接合のため、接着プレコート層を設けることができる。接着プレコート層は熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
接着プレコート層が熱可塑性樹脂を含んでいることにより、表面処理鋼板と樹脂材とを接合する際に、樹脂材の成形及び樹脂材との接合を同時に行うことができ、優れた生産性を実現するとともに、製造コストを抑制することができる。なお、接着プレコート層は、上述した化成処理皮膜が形成されている部分の全部に形成されていてもよく、あるいは化成処理皮膜が形成されている部分の一部のみに形成されていてもよい。

接着プレコート層に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）やポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ポロプロピレンなどのポリオレフィンや、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２などのポリアミド等から選択される１種又は２種以上を使用することができる。また、表面処理鋼板との密着性向上のために、熱可塑性樹脂を酸変性させてもよいし、密着性の良い樹脂系塗料に分散させて使用することも可能である。

接着プレコート層の厚さは特に限定されるものではないが、１μｍ未満では所望の接合強度が得られない場合がある。したがって、接着プレコート層の厚さは、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは３μｍ以上である。
一方、接着プレコート層の厚さが５０μｍを超えると、鋼板切断時に接着プレコート層の破壊あるいは脱離が生じる場合があり、また、コストの上昇を招く。したがって、接着プレコート層の厚さは、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは４５μｍ以下である。

接着プレコート層の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂の分散液又は溶液をスプレー塗布、浸漬塗布、静電塗布、ロールコート塗布等により塗布し、必要に応じて乾燥、熱処理を行うことが挙げられる。また、フィルム状の熱可塑性樹脂を使用する場合には、ラミネートやホットプレス等を行うことにより、接着プレコート層を形成することができる。また、接着プレコート層の厚みは、熱可塑性樹脂の分散液又は溶液の固形成分濃度や溶液濃度、塗布量、フィルムの厚さ等を適宜選択することにより調整することができる。

［接合体］
上記の表面処理鋼板は、樹脂材（例えば、樹脂成形品）と接合し、接合体として用いることが好ましい。

本実施形態における接合体は、上述したような接着プレコート層を備えた表面処理鋼板の場合、その接着プレコート層側に、樹脂材が接合されている。

本実施形態の接合体に使用される樹脂材を形成する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ナイロン６・ナイロン６，６、芳香族ナイロンなどのポリアミド、ポリスチレン、ポリウレタン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などから選択される１種又は２種以上を使用することができる。特に、生産性の観点からは、射出成形やホットプレスなどの圧縮成形が可能な熱可塑性樹脂が好ましい。

また、樹脂材には、求められる特性に応じて、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、植物由来の繊維、金属繊維、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、マイカなどの強化材を添加してもよい。また、各種顔料や染料、難燃剤、抗菌剤、酸化防止剤、可塑剤、滑剤等の公知の添加剤を加えてもよい。

本実施形態の接合体を自動車用部材に用いた際、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくいものとなる。また、本実施形態の接合体は、表面処理鋼板と樹脂材が接合しているため、鋼板同士の接合体に比べて軽量であり、この接合体を用いることにより自動車の更なる軽量化を実現することができる。

［接合体の製造方法］
前述した接合体を製造するにあたって、表面処理高強度鋼板と樹脂材の接合方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の接合方法を用いることができる。

まず、表面処理鋼板と樹脂材との接合体を自動車用部材として用いる際に、加工が必要な場合は、予め、表面処理鋼板を目的とする形状に加工しておく。そして、加工後の表面処理鋼板に樹脂材を接合する。

接合については、生産性及び製造コストの観点からは、樹脂材を形成する樹脂の成形と、樹脂材及び表面処理鋼板の接合とを同時に行うことが好ましい。そのような方法としては、例えば、溶融した樹脂を射出成形する方法、ＳＭＣ（ＳｈｅｅｔＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）成形、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）成形などの、圧縮成形する方法が挙げられる。また、ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）法、ＶａＲＴＭ（ＶａｃｕｕｍａｓｓｉｓｔｅｄＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）法、ＨＰ−ＲＴＭ（ＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅ−ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）法、ＬＦＴ−Ｄ（ＬｏｎｇＦｉｂｅｒＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ−Ｄｉｒｅｃｔ）法などで成形してもよい。樹脂材を形成する樹脂の成形に用いる金型内に表面処理鋼板を配置した状態で樹脂材を形成する樹脂の成形を行うことにより、樹脂材を形成する樹脂の成形と、樹脂材及び表面処理鋼板の接合とを同時に行うことができ、優れた生産性及びコストの低減を達成することができる。特に、射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形及びＬＦＴ−Ｄ法が、生産性に優れるため好ましい。

好ましい態様である射出成形の場合、射出成形の条件は、樹脂材を構成する樹脂の種類に応じて適宜変更すればよく、樹脂がナイロン６の場合の一例を挙げれば、シリンダー温度を２４０〜２５０℃、金型温度を７０〜８０℃、射出保持時間を５〜８秒、冷却時間を２０〜３０秒程度とすることができ、樹脂がポリプロピレンの場合の一例を挙げれば、シリンダー温度を２３０〜２５０℃、金型温度を４５〜５５℃、射出保持時間を５〜８秒、冷却時間を２０〜３０秒程度とすることができる。この条件で射出成形を行うと、樹脂材と表面処理鋼板とが強固に接合した接合体が得られる。

［自動車用部材］
次に、本実施形態に係る自動車用部材について説明する。本実施形態の自動車用部材は、前述した接合体を用いたものであり、例えば、シートロワアーム、シートフレーム、クロスカービームなどの内装材、フロア、ルーフクロス、ピラー類、ロッカーなどの車体骨格部材、ラジエータサポート、フード、ドアなどのハングオン部品などである。

本実施形態の自動車用部材は、前述した接合体から製造されるため、生産性に優れるとともに、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくいという利点を有する。

本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

本発明の一態様に係る自動車部材用表面処理鋼板は、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板上に化成処理皮膜を有する、自動車部材用表面処理鋼板であって、前記化成処理皮膜が、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むこと、並びに、前記樹脂成分が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤との組み合わせ、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする。

このような構成により、接合体を製造する際の生産性に優れるとともに、高接合強度で、かつ接合強度が低下しにくく、かつ、軽量化を達成できる自動車部材用の表面処理高強度鋼板を提供することができる。

前記高強度鋼板が、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板であることが好ましい。それにより、上述した効果をより発揮することができると考えられる。

また、上記表面処理高強度鋼板において、前記化成処理皮膜上の少なくとも一部に、熱可塑性樹脂を含む接着プレコート層を更に備えることが好ましい。それにより、表面処理鋼板と樹脂材とを接合する際に、樹脂材の成形及び樹脂材との接合を同時に行うことができ、優れた生産性を実現するとともに、製造コストを抑制することができる。

さらに、前記接着プレコート層の厚さが１〜５０μｍであることにより、上記効果がより確実に得られるため好ましい。

本発明の他の局面に係る接合体は、上述の自動車部材用表面処理鋼板が、前記接着プレコート層を介して樹脂材と接合していることを特徴とする。

本発明のさらに他の局面に係る自動車部材は、上述の接合体で構成されることを特徴とする。

以下実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明に包含される。なお、特に断らない限り、「部」は質量部を、「％」は質量％を意味する。

［試験例１：表面処理による樹脂密着性および剛性の向上］
（実施例１）
化成処理皮膜形成用塗工液としては、以下の成分を含む処理液を用いた：
・コロイダルシリカ「スノーテックス４０」（日産化学工業社製）：５０部
・シランカップリング剤「ＫＢＭ９０３」（信越化学工業社製のγ−アミノプロピルトリメトキシシラン）：１０部
・ヘキサフルオロリン酸（和光純薬工業（株）製ヘキサフルオロリン酸）：１部
・架橋剤（カルボジイミド化合物「カルボジライトＳＶ−０２」（日清紡製、固形分４０％）：５部
・水溶性カルボキシル基含有アクリル樹脂「ジュリマー−ＥＴ−４１０」（東亞合成社製、固形分３０％）：４５部
なお、上記「スノーテックス」および「ジュリマー」は、それぞれ各メーカーの有する登録商標である。

１．４ｍｍの板厚と９８０ＭＰａの引張強度を有する冷延鋼板に、上記塗工液を０．５ｇ／ｍ^２で塗布して、１００℃で１分加熱して、表面処理高強度鋼板を得た。その上に、接着プレコート層として、三井化学社製の酸変性ポリプロピレン系接着剤「ユニストール（登録商標）Ｒ−３００」を２０μｍバーコーターで塗装し、２２０℃２分加熱乾燥して、接着プレコート層を含む表面処理高強度鋼板を得た。

次いで、得られた表面処理鋼板を用いてプレス加工により、図１Ａのプレス部品（自動車用シートロワアーム）を形成した。その後、ガラス繊維（３０％）入りポリプロピレン樹脂（プライムポリマー社製「プライムポリプロＥ７００」）を、図１Ｂのような配置（図１Ｂ中、メッシュ部分が樹脂配置場所を示す）で、片側厚さ１．８ｍｍ（計３．６ｍｍ配置した）の樹脂材を射出成形することにより表面処理鋼板に接合した。その結果、１．６ｍｍの板厚の９８０ＭＰａ冷延鋼板と同等の剛性が得られた。

（実施例２）
高強度鋼板として１．４ｍｍの板厚と９８０ＭＰａの引張強度を有する溶融亜鉛めっき鋼板を用いたこと、並びに、化成処理皮膜形成用塗工液の酸成分としてオルトリン酸（和光純薬工業（株）製「りん酸」１部を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、表面処理鋼板と樹脂材との接合体を作製した。その結果、１．６ｍｍの板厚の９８０ＭＰａ冷延鋼板と同等の剛性が得られた。

（実施例３）
高強度鋼板として１．４ｍｍの板厚と９８０ＭＰａの引張強度を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いたこと、並びに、化成処理皮膜形成用塗工液の酸成分としてヘキサフルオロチタン酸（森田化学工業（株）製「チタンフッ化水素酸」1部を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、表面処理鋼板と樹脂材との接合体を作製した。その結果、１．６ｍｍの板厚の９８０ＭＰａ冷延鋼板と同等の剛性が得られた。

（比較例１）
化成処理皮膜形成用塗工液として、酸成分（ヘキサフルオロリン酸）を含まない以外は、実施例１と同様の成分を含む塗工液を用いて表面処理鋼板を得た以外は、実施例１と同様にして表面処理鋼板と樹脂材との接合体を作製した。そして、実シートの変形を想定した変形モードで剛性を評価した結果、化成処理皮膜が酸成分を含まなかったために、接合が不十分となり、樹脂補剛による剛性向上効果が出にくく、１．６ｍｍの板厚の９８０ＭＰａ冷延鋼板と比べて、剛性が１５％不足した。（なお、樹脂材無しでは２５％不足した。）
［試験例２：軽量化の評価］
（試験例２−１：シートロワアーム１）
実施例１で作製した表面処理鋼板（１．４ｍｍ鋼板）と樹脂材（メッシュ部分）との接合体（シートロワアーム）について重量を測定し、１．６ｍｍの板厚の鋼板のみで作製したシートロワアームと比較すると、同じ剛性が得られるにも関わらず、１１％の軽量化が達成できた。

（試験例２−２：シートロワアーム２）
１．０ｍｍの板厚の鋼板を図２のような樹脂配置にて樹脂材にて補強することによって、１．６ｍｍの板厚の９８０ＭＰａ以上の超ハイテン冷延鋼板と同じ剛性であるにも関わらず、１４％〜２３％の軽量化が可能であった。

（考察）
以上より、本発明の表面処理鋼板を用いることによって、樹脂材との密着性や、樹脂材との接合体にした場合の剛性に優れ、かつ、得られる自動車部品の軽量化を達成できることが示された。

１自動車部材（ロワアーム）
２樹脂材配置場所または樹脂材

Claims

引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板上に化成処理皮膜を有する、自動車部材用表面処理鋼板であって、
前記化成処理皮膜が、コロイダルシリカ、シランカップリング剤、酸及び樹脂成分を含むこと、並びに、
前記樹脂成分が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤との組み合わせ、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、自動車部材用表面処理鋼板。
前記高強度鋼板が、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板である、請求項１に記載の自動車部材用表面処理鋼板。
前記化成処理皮膜上の少なくとも一部に、熱可塑性樹脂を含む接着プレコート層を更に備える、請求項１または２に記載の自動車部材用表面処理鋼板。
前記接着プレコート層の厚さが１〜５０μｍである、請求項３に記載の自動車部材用表面処理鋼板。
請求項３又は４に記載の自動車部材用表面処理鋼板が、前記接着プレコート層を介して樹脂材と接合している接合体。
請求項５に記載の接合体で構成される自動車部材。