(57)【要約】【課題】鋼材に強固に密着した亜鉛あるいは亜鉛合金の層を形成する。【解決手段】亜鉛粉末にバインダを加えたものを鋼材上に塗布し、塗布面を誘導加熱することにより、亜鉛粉末が溶融し、鋼材上に強固に密着した亜鉛層を形成することができる。また、亜鉛粉末と別の金属粉末とを混合し、バインダを加えたものを鋼材上に塗布し、塗布面を誘導加熱することにより、亜鉛層よりも耐食性を向上させた亜鉛合金層を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛粉末にバインダを加えた塗布剤を鋼材上に塗布するステップと、
塗布面を誘導加熱して前記亜鉛粉末を溶融するステップと、
を有することを特徴とする亜鉛層形成方法。
【請求項２】
亜鉛粉末に鉄粉末もしくはアルミニウム粉末もしくはマグネシウム粉末の少なくとも１種類以上の金属粉末を混合した混合粉末にバインダを加えた塗布剤を鋼材上に塗布するステップと、
塗布面を誘導加熱して前記混合粉末を溶融するステップと、
を有することを特徴とする亜鉛合金層形成方法。
【請求項３】
前記混合粉末は、亜鉛と他の金属を予め合金化した亜鉛合金を粉末化したものであることを特徴とする請求項２記載の亜鉛合金層形成方法。
【請求項４】
請求項１の亜鉛層形成方法あるいは請求項２又は３の亜鉛合金層形成方法に用いる加熱装置であって、
高周波交流電流を出力するインバータと、
高周波交流電流を入力して磁場を発生する磁場発生手段と、
前記塗布面の温度を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した温度に基づいて前記インバータの出力を調整する調整手段と、
前記インバータ及び前記磁場発生手段を冷却する冷却手段と、
電力を供給する電源と、を有し、
前記磁場発生手段と前記測定手段をその他の部分と分離したことを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に亜鉛あるいは亜鉛合金の層を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛は鉄に比べて屋外環境中の腐食速度が約１０分の１と遅いため、鋼材に亜鉛めっきを施すと鋼材の長寿命化が可能である。また亜鉛めっきに傷がついて下地の鋼材が露出した場合でも、亜鉛の鉄に対する犠牲防食効果により、鉄の周囲の亜鉛が犠牲的に腐食し、周囲の亜鉛が消費されるまでは鉄は腐食しないため、下地の鋼材の腐食が始まるのを遅らせることができる。この優れた性質のため、屋外で用いられる鋼材（鋼構造物）には亜鉛めっきが施されているものが多い。中でも溶融亜鉛めっきは、溶融させた亜鉛に鋼材を浴することにより施される亜鉛めっきであり、厚い鋼材をめっきした場合は、数十μｍ〜１００μｍ以上の厚いめっき層が得られるため、橋梁や鉄塔など屋外の大型鋼構造物で用いられることが多い。
【０００３】
しかし、屋外環境においては長期的には亜鉛めっきも徐々に腐食して消耗し、めっき厚が減少していくため、めっきが消失して下地の鋼材の腐食が開始する前に対策が必要となる。現場では、溶融亜鉛めっきも電気亜鉛めっきも不可能なため、そのような鋼材への対策としては、「溶射」により亜鉛被膜を形成される方法、「塗装」する方法が挙げられる。
【０００４】
「溶射」は溶融させた金属を吹き付ける技術であるから、基本的には工場で行うものであり、大型の装置を必要とする。現場での施工も可能であるが、大型の装置を必要とするため、強固で、かつある程度の広さを確保できる足場が設置できない鋼構造物では適用できない。また、念入りな養生なども必要になる。
【０００５】
「塗装」は鋼材を塗膜で覆うことにより、鋼材から酸素・水・その他の腐食促進因子を遮断し、鋼材を腐食から守ることができる。塗装は、現場で容易に行うことができるが、塗装前に塗装面の素地調整（ケレン）が不十分であったり、塗膜に傷がついたり、塗膜が剥がれたりした場合などは下地の鋼材が腐食してしまう。塗料の中に多量の亜鉛粉末を含ませて亜鉛めっきと同じ亜鉛の犠牲防食効果を発揮できるように設計されている塗料（ジンクリッチペイント）もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“溶融亜鉛めっき皮膜破損部の補修方法”、［online］、日本鉱業協会、［平成 24年 7月 10日検索］、インターネット〈 URL：http://www.jlzda.gr.jp/mekki/me_d/d01.htm 〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ジンクリッチペイントはバインダである樹脂により亜鉛粉末同士および亜鉛粉末と鋼材を接着しており、この樹脂が劣化に伴って鋼材への付着力を失うとジンクリッチペイントが鋼材から剥がれてしまうという問題がある。また、ジンクリッチペイントを塗装する前の素地調整が不十分であると樹脂が劣化しなくとも付着力が弱く、鋼材から剥離しやすくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、鋼材に強固に密着した亜鉛あるいは亜鉛合金の層を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明に係る亜鉛層形成方法は、亜鉛粉末にバインダを加えたものを鋼材上に塗布するステップと、塗布面を誘導加熱して前記亜鉛粉末を溶融するステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
第２の本発明に係る亜鉛合金層形成方法は、亜鉛粉末に鉄粉末もしくはアルミニウム粉末もしくはマグネシウム粉末の少なくとも１種類以上の金属粉末を混合した混合粉末にバインダを加えたものを鋼材上に塗布するステップと、塗布面を誘導加熱して前記混合粉末を溶融するステップと、を有することを特徴とする亜鉛合金層形成方法。
【００１１】
上記亜鉛合金層形成方法において、前記混合粉末は、亜鉛と他の金属を予め合金化した亜鉛合金を粉末化したものであることを特徴とする。
【００１２】
第３の本発明に係る加熱装置は、上記の亜鉛層形成方法あるいは亜鉛合金層形成方法に用いる加熱装置であって、高周波交流電流を出力するインバータと、高周波交流電流を入力して磁場を発生する磁場発生手段と、前記塗布面の温度を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した温度に基づいて前記インバータの出力を調整する調整手段と、前記インバータ及び前記磁場発生手段を冷却する冷却手段と、電力を供給する電源と、を有し、前記磁場発生手段と前記測定手段をその他の部分と分離したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋼材に強固に密着した亜鉛あるいは亜鉛合金の層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態における亜鉛層形成方法を説明するための概略図である。
【図２】本実施の形態における加熱装置の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態における亜鉛層形成方法を説明するための概略図である。
【００１７】
本実施の形態における亜鉛層形成方法は、まず、亜鉛めっき層１１０が消耗した、もしくは亜鉛めっき層が施されていない鋼材（Ｆｅ）１００に素地調整を行い、続いて、亜鉛粉末２１０にバインダ２２０を加えた塗布剤２００を鋼材上に塗布し、塗布面を電磁誘導により誘導加熱して亜鉛粉末２１０を溶融して鋼材１００上に亜鉛層を形成する。図１に示すように、コイルに高周波交流電流を流して強度の変化する磁力線を発生させることで、亜鉛粉末、亜鉛めっき層、鋼材において渦電流が発生して各導体が加熱される。亜鉛の融点である約４２０℃以上に加熱することで亜鉛粉末が溶融して鋼材上に亜鉛層が形成される。
【００１８】
バインダと亜鉛粉末の混合割合は、亜鉛粉末を７０ｗｔ％以上含有させる必要がある。確実な犠牲防食効果の発揮のためには亜鉛粉末同士および亜鉛粉末と鋼材とが電気的に接合していることが必要なため、９０ｗｔ％以上の割合で亜鉛粉末を含有させることが望ましい。誘導加熱により亜鉛粉末を溶融させて鋼材に密着させるので、バインダの含有割合が少なく接着力が弱くなってもよい。
【００１９】
次に、亜鉛合金層の形成について説明する。
【００２０】
亜鉛粉末に鉄粉末やアルミニウム粉末などの金属粉末を混合させることで上記の方法により亜鉛合金層を形成できる。
【００２１】
例えば、亜鉛粉末に鉄粉末を混合させる場合、鉄粉末は混合粉末（バインダを除く）中において０〜１０ｗｔ％の混合割合が望ましく、中でも６．２ｗｔ％程度が特に望ましい。この程度の含有量であると、加熱した際にできる鉄・亜鉛合金がζ相（ＦｅＺｎ13）となり、その上に塗装した場合の塗膜の付着力が向上したり、純亜鉛よりも腐食速度が遅くなるなどのメリットが得られる。しかし鉄粉末の混合割合が高くなると鉄・亜鉛合金が固くもろい合金となり、亜鉛合金層が割れたり、鋼材から剥がれやすくなるため、１０ｗｔ％を超える鉄含有量は望ましくない。
【００２２】
また、亜鉛粉末にアルミニウム粉末を混合させる場合、アルミニウム粉末は混合粉末（バインダを除く）中において０〜１１ｗｔ％が望ましく、中でも５〜１１ｗｔ％程度が特に望ましい。この程度の含有量であると、加熱した際にできる亜鉛・アルミ合金の腐食速度が純亜鉛よりも遅くなり、合金も硬くなり過ぎないなどのメリットが得られる。アルミニウム粉末の混合割合をさらに高くし、例えば５５ｗｔ％などとすると耐食性はさらに向上するが、より高温での加熱が必要となる、合金が硬くなりクラックが入ったり剥離しやすくなる、コスト高になる等の問題があるため、５〜１１ｗｔ％程度がバランスが良い。
【００２３】
さらに、亜鉛粉末にアルミニウム粉末とマグネシウム粉末を混合させる場合、混合粉末（バインダを除く）中のアルミニウム粉末の含有量は５〜１１ｗｔ％、マグネシウム粉末の含有量は０．５〜３ｗｔ％程度が望ましい。この配合で得られる亜鉛・アルミ・マグネシウム合金は、亜鉛・アルミ合金よりも耐食性に優れる。
【００２４】
なお、亜鉛合金層の形成方法において、上記で述べた配合比率以外にも、良好な耐食性を示す配合比率、金属の組み合わせは存在する。また、金属粉末の粒子のサイズは１〜１０μｍ程度が望ましい。
【００２５】
上記の亜鉛粉末にその他の金属粉末を混合する方法のほかに、上述した金属の組み合わせおよび混合比率で亜鉛合金を予め作製し、その亜鉛合金を粉末にしたものを用いてもよい。亜鉛合金を予め作製する方法はややコスト高となるが、形成される合金の品質が均一となるメリットがある。
【００２６】
次に、金属粉末に添加するバインダについて説明する。
【００２７】
金属粉末に添加するバインダとしてはエポキシ樹脂やアルキルシリケートが望ましい。エポキシ樹脂は誘導加熱の熱により劣化するが、エポキシ樹脂の混合割合を非常に低くすることで、加熱時にエポキシ樹脂が劣化しても、金属粉末同士および金属粉末と鋼材が熱で溶融して一体化するため、加熱によるエポキシ樹脂の劣化は問題とはならない。エポキシ樹脂の混合割合が高くなると金属粉末同士が接触しないものの割合が多くなるため、エポキシ樹脂の混合割合は少なければ少ないほどよく、望ましくは１０ｗｔ％以下、特に望ましくは３ｗｔ％以下である。エポキシ樹脂の役割は金属粉末を加熱前に鋼材に塗布・付着させることである。
【００２８】
アルキルシリケートは耐熱性が高いため、誘導加熱による劣化が少ないという長所がある。しかしエポキシ樹脂と比較すると多量の添加（２０〜３０ｗｔ％）が必要となるため、金属粉末同士および鋼材との接触の確実性・熱溶融による一体化に関しては、少量の添加ですむエポキシ樹脂の方が優れている。
【００２９】
バインダの役割は金属粉末を加熱前に鋼材に塗布・付着させることであるので、エポキシ樹脂およびアルキルシリケート以外のものを用いても良く、なるべく少量で金属粉末を鋼材に付着できるものでかつ加熱により有害ガスを発生しないものが望ましい。
【００３０】
なお、金属粉末にバインダを加えたものを鋼材に塗布する際は、粘性の調整のためにシンナー・ミネラルスピリットなどの溶剤を加えてもよい。
【００３１】
次に、誘導加熱について説明する。
【００３２】
亜鉛層を形成する場合、加熱温度は亜鉛の融点（約４２０℃）をやや上回る約４３０〜４６０℃前後が望ましい。亜鉛と鉄・アルミニウム・マグネシウムなどの各種金属との亜鉛合金層を形成する場合は、その配合により異なるが亜鉛の混合割合が８５ｗｔ％以上では、加熱温度は約４００〜４６０℃前後の範囲が望ましい。
【００３３】
適切な加熱温度で加熱を行うため、本実施の形態では、図２に示す加熱装置を用いる。
【００３４】
同図に示す加熱装置は、温度測定部１１、出力調整部１２、トランス１３、磁場発生部１４、および冷却部１５を備える本体１Ａと、電源１６、インバータ１７、および冷却装置１８を備える本体１Ｂからなり、本体１Ａ，１Ｂ間をケーブルで接続する。作業時に塗布面に近接させる温度測定部１１と磁場発生部１４を、重量の大半を占める電源１６、インバータ１７、および冷却装置１８と分離することにより、作業者が持ち運ぶ部分（本体１Ａ）を軽量化することができ、鉄塔や鋼橋での施工時においても足場の強度や広さなどの制約が少なくなる。以下、各部について説明する。
【００３５】
温度測定部１１は、塗布面の温度を測定する。例えば、熱電対センサや放射温度計を用いる。
【００３６】
出力調整部１２は、温度測定部１１より得られた温度データに基づいてインバータ１７の出力設定値を適切な値に調整し、トランス１３から出力される電流・電圧を監視し、それらのデータから計算される加熱サイクルごとの電力量が、出力設定値に対して異なる値が出力された場合には、インバータ１７に制御信号を送信して出力を調整する。なお、温度測定部１１で測定できるのは温度測定部１１に近接している部分の温度であり、実際の鋼材および金属粉末の温度は測定温度よりやや高い。そのため、予備実験により金属粉末にバインダを加えたものの配合比率や塗布した厚さによって適切な加熱条件をあらかじめ明らかにしておき、その場合の測定温度を元に出力を調整することが望ましい。
【００３７】
磁場発生部１４は、電磁誘導コイルであり、トランス１３から出力される高周波交流電流を流して磁場を発生する。磁場発生部１４が発生した磁場の影響を受けて金属粉末、亜鉛めっき、鋼材に渦電流が発生し、金属粉末、亜鉛めっき、鋼材が加熱される。数十μｍ〜１００μｍの亜鉛層を得ようとする場合、誘導加熱に適した周波数は望ましくは１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である。電磁誘導コイルに流れる交流電流の周波数が高いほど金属粉末、亜鉛めっき、鋼材に流れる電流の浸透深さは浅くなるため、より厚い亜鉛層が必要な場合など、深さ方向の加熱が必要な用途ではより低い周波数を用いることが最適な場合も考えられる。
【００３８】
冷却装置１８は、インバータ１７および磁場発生部１４を冷却するために冷媒を循環・冷却する。冷却装置１８は、インバータ１７を冷却する他、本体１Ａ，１Ｂをつなぐケーブルを通じて冷媒を移動させ、冷却部１５が磁場発生部１４を冷却する。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、亜鉛粉末にバインダを加えたものを鋼材上に塗布し、塗布面を誘導加熱することにより、亜鉛粉末が溶融し、鋼材上に強固に密着した亜鉛層を形成することができる。また、亜鉛粉末と別の金属粉末とを混合し、バインダを加えたものを鋼材上に塗布し、塗布面を誘導加熱することにより、亜鉛層よりも耐食性を向上させた亜鉛合金層を形成することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１Ａ，１Ｂ…本体
１１…温度測定部
１２…出力調整部
１３…トランス
１４…磁場発生部
１５…冷却部
１６…電源
１７…インバータ
１８…冷却装置
１００…鋼材
１１０…亜鉛めっき層
２００…塗布剤
２１０…亜鉛粉末
２２０…バインダ
【図１】
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【図２】
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