(57)【要約】【課題】過防食を防止できる好適な陽極およびその防食電源制御ユニットを提供する。【解決手段】外部電源２０により金属部材５に防錆電流を通電し、当該金属部材５の酸化・腐食を防止する陽極１０であって、前記金属部材５に取り付けられる陽極本体１と、当該陽極本体１と前記金属部材５の間の電位差を監視し、当該陽極電圧が過防錆を生じ得る所定電圧を越えた場合に前記防錆電流を減少すると共に、前記陽極電圧が所定電圧以下の場合に前記防錆電流を増加するように陽極負荷電圧を制御する防錆電流制御手段２とを備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源により金属部材に防錆電流を通電し、当該金属部材の酸化・腐食を防止する陽極であって、
前記金属部材に取り付けられる陽極本体と、当該陽極本体と前記金属部材の間の電位差を監視し、当該陽極電圧が過防錆を生じ得る一定電圧を越えた場合に前記防錆電流を減少すると共に、前記陽極電圧が一定電圧以下の場合に前記防錆電流を増加するように陽極負荷電圧を制御する防錆電流制御手段とを備えることを特徴する陽極。
【請求項２】
前記防錆電流制御手段は、また、防錆電流の最大値を規制する電流制限手段を有することを特徴とする請求項１に記載の陽極。
【請求項３】
前記防錆電流制御手段は、陽極電圧の帰還回路と、帰還電圧に基づき前記防錆電流を制御するトランジスタ回路と、前記外部電源と前記陽極本体の間、および前記外部電源と前記トランジスタ回路の間に接続されて防錆電流の最大値を規制する電流制限抵抗とを有することを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の陽極。
【請求項４】
前記陽極本体の前記金属部材への取り付け面に絶縁体を付着したことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の陽極。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れかに記載の陽極に防錆電流を供給する防食電源制御ユニットであって、
外部より供給される直流電源の異常をチェックする電源監視手段と、供給された直流電源を単一もしくは複数の陽極にそれぞれ一定周期で分配・供給する陽極電源制御手段と、各陽極への通電状態を表示する表示手段とを有することを特徴とする防錆電源制御ユニット。
【請求項６】
前記電源監視手段は、入力される電源電圧を監視して一定電圧以下の場合に前記陽極への電源供給を停止する電圧監視手段を有することを特徴とする請求項５に記載の防食電源制御ユニット。
【請求項７】
前記電源監視手段は、逆極性による電源供給を検知して内部回路への通電を遮断する極性監視手段を有することを特徴とする請求項５または請求項６の何れかに記載の防食電源制御ユニット。
【請求項８】
更に、内部回路の温度を監視して一定温度を越えると前記陽極への電力供給を低下させる内部温度監視手段を有することを特徴とする請求項６から請求項７までの何れかに記載の防食電源制御ユニット。
【請求項９】
更に、前記陽極へ供給可能な防錆電流の最大値を規制する電流制御手段を有することを特徴とする請求項６から請求項８までの何れかに記載の防食電源制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化性環境下において金属部材が酸化・腐食するのを電気的に防止する陽極および防食電源制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製構造物に雨水や大気中の湿気等の電解質水分が接すると酸化や腐食が発生するため、通常は金属製構造物の表面には防食用の塗装が施されている。ところが、塗装層に幾つかのピンホールや衝撃等による欠陥（傷）等が存在していると金属部材が大気中等に曝される間にこの欠陥部分に電解質水分が侵入し、水分中の酸素と化合して欠陥部分が酸化・腐食されることになる。腐食箇所は経時的に徐々に広がっていき、再塗装を余儀なくされる。
【０００３】
近年、上記した防食塗装に代わる好適な防食手段として電気防食が提案されており、その例として特許文献１に陰極防食技術が開示されている。
陰極防食とは、防錆対象金属部材の表面に当金属部材より電気化学的に碑な電位を持つアルミニウム、亜鉛等の犠牲陽極を取付けると共に、この陽極から防食対象金属部材を陰極として電流（防錆電流）を流すことにより、陰極となる防食対象金属部材の腐食を抑制する防食手段を言う。
【０００４】
【特許文献１】
特許番号：第２５７９２５９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した防食手段は、大気中に曝され、防食塗装で保護されている金属構造物の腐食防止に効果を発揮しているものの、以下のような問題点も有していた。
【０００６】
即ち、特許第２５７９２５９号で開示された防食手段は、湿度感応素子（抵抗）を用いて環境湿度に正比例する電流を流すように構成されているが、陽極には常に一定の負荷電圧にて防食電流が供給されるため、環境湿度の状態や金属部材の塗装状態によっては、負荷電圧による電場勾配の影響で電極周辺の金属と塗装膜の間にストレスが掛かり塗装膜の膨れや剥離等が生じる、所謂、過防食という現象が観察されている。
また、防食対象金属部材の広範囲に通電するような場合、上記のような定電圧方式では防食対象金属部材の欠陥部全域をカバーできる十分な電流を供給できなくなる恐れもある。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて、過防食を防止できる好適な陽極およびその防食電源制御ユニットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の陽極は、陽極本体と防錆電流制御手段とで構成される。陽極本体は、絶縁体を介して陰極となる金属部材に取り付けられる。
防錆電流制御手段は、陽極本体と金属部材の間の電位差（陽極電圧）を監視し、陽極電圧が過防錆を生じ得る所定電圧を越える場合に陽極本体に負荷する電圧（陽極負荷電圧）を低下して防錆電流を減少すると共に、陽極電圧が所定電圧以下の場合に陽極負荷電圧を上昇して防錆電流を増加するように制御する。
これにより、環境湿度の状態や金属部材の塗装状態に応じて防食に必要な電流を効率良く供給することができ、過防食を防止しながら確実な防食効果が得られる。
【０００９】
更に、防錆電流制御手段は、防錆電流の最大値を規制する電流制限手段を有している。
これにより、陽極と陰極間の短絡現象等による金属部材の局部的な過防食や防錆電流制御手段の破損を防止できる。
【００１０】
また、本発明の防錆電源制御ユニットは、上記した陽極に防錆電流を供給する装置であって、外部より供給される直流電源の異常をチェックする電源監視手段と、供給された直流電源を単一もしくは複数の陽極にそれぞれ一定周期で分配・供給する陽極電源制御手段と、各陽極への通電状態を表示する表示手段とを備えている。
また、電源監視手段は、入力される電源電圧を監視して一定電圧以下の場合に陽極への電源供給を停止する電圧監視手段、逆極性による電源供給を検知して内部回路への通電を遮断する極性監視手段を備えて、外部電源や内部回路を保護し、本制御ユニットの信頼性を向上している。
【００１１】
さらに、防錆電源制御ユニットは、内部回路の温度を監視して一定温度を越えると陽極への電力供給を低下させる内部温度監視手段、陽極へ供給可能な防錆電流の最大値を規制する電流制御手段を有し、内部回路の過度な温度上昇を防止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１は本実施形態の陽極１０を示している。図１中、符号１は角型板状の陽極本体を示し、陽極材料としては、マグネシウム、アルミニウム、鉄等、安価で通電性の高い犠牲陽極用金属から、チタン、白金、黒鉛等の消耗の少ない卑金属陽極材料まで何れの金属も使用可能である。
【００１４】
この陽極本体１の中央部には上部に開口する凹部３が形成されており、この凹部３の内部に、抵抗、ダイオード、トランジスタ等で構成される防錆電流制御回路２が基板化された状態で埋め込まれるように収容されており、その露出部分は硬質樹脂材にて密封された状態と成されている。この防錆電流制御回路２からは２本のリード線Ｗ１、Ｗ２が引き出されている。
【００１５】
図２は、この陽極１０を防錆対象である金属部材５に取り付けた状態を示している。
図２に示すように、リード線Ｗ１は外部電源２０の＋電源端子と接続され、防錆電流制御回路２を介して陽極本体１に陽極負荷電圧を供給する。防錆電流制御回路２と陽極本体１とは回路基板上の配線パターンもしくは回路素子（抵抗）のリード端子を介して接続されている。尚、このリード線Ｗ１には、複数の電極１０を並列接続することも可能である。
【００１６】
リード線Ｗ２は防錆対象である塗装された金属部材５の金属部分（陰極）に電気的に接続されて、陽極本体１と金属部材間の電位差（陽極電圧）を検知・伝達するための帰還回路を構成している。また、この金属部材５はリード線Ｗ３により外部電源２０の−端子に接続される。
【００１７】
陽極本体１の裏面側には、絶縁性の両面接着部材４が付着されおり、陽極本体１は、この両面接着部材４により金属部材５の塗装層６の表面に貼着され、固定される。従って、陽極１０を金属部材５に取り付けた状態で陽極本体１と金属部材５とは導通性はなく、完全に絶縁された状態であるから、防錆電流は水分（電解質水分）を媒体として陽極本体１の側部から金属部材５の塗装膜６の欠陥箇所より金属部材５に流れ込む。
【００１８】
防錆電流は陽極近辺の環境湿度や塗装の状態により影響され、その電流量に応じて陽極電圧が変化する。
塗装の状態が良好な場合は、防錆電流制御回路２は陽極電圧の低下を検知し、供給可能な最高電圧（陽極負荷電圧）を陽極本体１に供給して多くの防錆電流を広範囲に通電できるように制御する。逆に、陽極近辺の塗装の状態が悪化している場合は、陽極電圧の上昇を検知し、陽極負荷電圧を低下して防錆電流を減少し、過防食を起こさないように電場勾配を制御する。
尚、本防錆電流制御回路２では、陽極負荷電圧を低下しても、金属腐食箇所には必要な防錆電流を供給できるような制御が成される。
【００１９】
また、過防食制御回路２は、陽極本体１と金属部材５が何らかの原因で短絡状態になった時に陽極本体１に流れ込む電流の最大値を規制する電流制限回路を有する。この電流制限回路により、複数の陽極１０を接続した防食システムにおいて、１個の欠陥陽極が他の陽極に悪影響するのを防止できると共に、一時的な陽極１０の水没等で多くの電流が流れた場合に過防食制御回路２の電子部品が破損されるのを防止することができる。
【００２０】
図３は上記した防錆電流制御回路２の回路構成を示している。
図３に示すように、本実施形態の防錆電流制御回路２は、陽極本体１への防錆電流を制御するトランジスタＱ１、Ｑ２より成るトランジスタ回路８、抵抗Ｒ３、Ｒ４、リード線Ｗ２等で成る陽極電圧検知用の帰還回路７、防錆電流の最大値を規制する２本の電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２等を備えている。
電源Ｖはリード線Ｗ１を介して図２に示す外部電源２０の＋電源端子（図示せず）より供給されるが、陽極１０が設置される環境湿度の状態や防錆対象物である金属部材の酸化・腐食状態により、例えば、ＤＣ８〜ＤＣ１４Ｖの範囲で供給されるようになっている。
【００２１】
電流制限抵抗Ｒ１は電源Ｖと陽極本体１間に接続され、電流制限抵抗Ｒ２は電源ＶとトランジスタＱ１のエミッタ間に接続される。このトランジスタＱ１のベースはトランジスタＱ２のコレクターに接続される。トランジスタＱ２のエミッタはダイオードＤ１と抵抗Ｒ５を介して陽極本体１に接続されて、防錆電流の供給経路を形成する。また、トランジスタＱ２のベースには帰還回路７が接続されて、陽極本体１と金属部材５の間の電位差、即ち、陽極電圧Ｅａが監視される。過防錆を生じ得る陽極電圧Ｅａの限界電圧Ｅ１は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４により設定される。
【００２２】
上記回路構成では、陽極電圧Ｅａが限界電圧Ｅ１以下に低下すると、トランジスタ回路８が作動し、図４に示すように、トランジスタＱ１は供給可能な最大防錆電流で陽極本体１を通電する。この状態では、陽極と陰極が短絡状態となった場合の防錆電流Ｉａの最大供給電流値は電流制限抵抗Ｒ２により制限される。また、陽極電圧Ｅａが限界電圧Ｅ１を超過した場合、防錆電流Ｉａの最大供給電流値は電流制限抵抗Ｒ１により制限される。
何れの状態においても、防錆電流Ｉａは本回路により制御される陽極負荷電圧と電解質水分の抵抗値や通電経路の抵抗値等で定められており、陽極電圧Ｅａが高くなるに従い防錆電流Ｉａは低下していく。
【００２３】
次に、図５に基づいて本実施形態の防食電源制御ユニットを説明する。
【００２４】
防食電源制御ユニット２０には、外部よりＤＣ１２ＶまたはＤＣ２４Ｖのバッテリ電源Ｐや商用交流電源を上記電圧値に変圧した直流電源Ｐが供給される。
【００２５】
図５に示すように、防食電源ユニット２０は、電源監視回路３０、内部温度監視回路８０、整流回路４０、陽極電源制御回路５０、表示回路６０、電流制御回路７０を備えている。
【００２６】
入力直流電源Ｐの異常をチェックする電源監視回路３０として、入力された直流電源の極性（＋、−）の誤接続を検知して各内部回路への通電を遮断する極性監視回路３１と、入力直流電源Ｐの電圧を監視して一定電圧以下の場合に陽極１０への電力供給を停止する電圧監視回路３２を有する。
極性監視回路３１は、例えば、ダイオード回路で構成することができ、誤接続が発生するとダイオード回路がオフして他の回路への通電を断つことにより、後段の内部回路を逆バイアスから保護する。また、電圧監視回路３２は、電圧が低下した外部電源Ｐの負担を軽減し、例えば、外部電源Ｐとしてバッテリを使用した場合では、バッテリ上がりを防止し、バッテリの寿命を延ばすことができる。
【００２７】
内部温度監視回路８０は、温度センサにより内部回路の温度を監視し、一定温度を越えると陽極１０への電力供給を低下させて、内部回路の異常加熱を防止する。
【００２８】
整流回路４０は、入力直流電源Ｐを整流・降圧して変動のない安定した内部回路用電源を得る。
【００２９】
陽極電源制御回路５０は、  入力された直流電源Ｐを単一もしくは複数の陽極１０にそれぞれ一定周期で分配・供給するための制御を行うもので、各陽極１０への防錆電流供給周期を設定するタイマー回路５２、当タイマー回路５２の出力に基づいて各陽極１０に供給する防錆電流の供給順を制御する選択回路５１、選択回路５１の出力に基づいて電流制御回路７０からの防錆電流をオン／オフし、対応する各陽極へ供給すると共に、各陽極間の短絡を防止するスイッチ回路５３を有する。このように、各陽極１０への電力供給を周期的に配分することにより電力消費を抑え、省エネを実現できる。ここで、電流制御回路７０は陽極へ供給可能な防錆電流の最大値を規制する。
尚、選択回路５１には、前記した電圧チェック回路３２や内部温度監視回路８０からの異常信号も入力される。異常信号に応じて各陽極への電力停止や電力低下の制御を行い、本制御ユニット２０の信頼性と安全性を確保している。
【００３０】
表示回路６０では、表示制御回路６１により陽極への通電を検知し、通電された陽極１０に対応するＬＥＤ６２を色彩点灯する。例えば、通電時は緑色点灯、非通電時は赤色点灯にする。これにより、各陽極への通電状態を目視で確認することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境湿度の状態や金属部材の塗装状態に応じて防食に必要な電流が効率良く供給され、過防食を防止しながら確実な防食効果が得られると共に、防食電源制御ユニットと合わせ、安全性、信頼性の高い陰極防食システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る陽極の外観斜視図。
【図２】本発明に係る陽極の使用状態を示すシステム図。
【図３】本発明係る防錆電流制御回路の回路構成を示す図。
【図４】図３の防錆電流制御回路の動作説明図。
【図５】本発明に係る防食電源制御ユニットの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  陽極本体
２  防錆電流制御手段（防錆電流制御回路）
４  絶縁体
５  金属部材
７  帰還回路
８  トランジスタ回路
１０  陽極
２０  防錆電源制御ユニット（外部電源）
３０  電源監視手段
３１  極性監視手段（極性監視回路）
３２  電圧監視手段（電圧監視回路）
４０  整流手段（整流回路）
５０  陽極電源制御手段（陽極電源制御回路）
６０  表示手段（表示回路）
７０  電流制御手段（電流制御回路）
８０  内部温度監視手段（内部温度監視回路）
Ｒ１、Ｒ２  電流制限手段（電流制限抵抗）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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