(57)【要約】【課題】鋼材等を溶接する際に飛散するスパッタが、溶接箇所の周辺部に付着するのを防止するための溶接スパッタ付着防止剤を提供する。【解決手段】無機系被膜形成液、特に、          Ｍｐ＋（ＯＲ１）ｑＲ２ｐ−ｑ（式中、ＭはＡｌ、Ｚｒ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり；ｐはＭの価数を表わし；Ｒ１は炭素数１〜５の炭化水素基、アルコキシアルキル基またはアシル基であり；Ｒ２はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基からなる群から選択される少なくとも１種の有機基であり；ｑはＯＲ１基の数を表し；ｐ及びｑはいずれも整数であり；ｐ≧ｑである。）で表わされる化合物の加水分解・重縮合物を含む、スパッタ付着防止剤。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機系被膜形成液を含む、スパッタ付着防止剤。
【請求項２】
前記無機系被膜形成液が、
Ｍｐ＋（ＯＲ１）ｑＲ２ｐ−ｑ
（式中、ＭはＡｌ、Ｚｒ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり；ｐはＭの価数を表わし；Ｒ１は炭素数１〜５の炭化水素基、アルコキシアルキル基またはアシル基であり；Ｒ２はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基からなる群から選択される少なくとも１種の有機基であり；ｑはＯＲ１基の数を表し；ｐ及びｑはいずれも整数であり；ｐ≧ｑである。）
で表わされる化合物の加水分解・重縮合物を含む、請求項１記載のスパッタ付着防止剤
【請求項３】
前記無機系皮膜形成液が無機材料粒子を更に含む、請求項１又は２記載のスパッタ付着防止剤。
【請求項４】
前記無機材料粒子が窒化ホウ素粒子である、請求項３記載のスパッタ付着防止剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材等を溶接する際に飛散するスパッタが、溶接箇所の周辺部に付着するのを防止するための溶接スパッタ付着防止剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接を行う際に発生する溶接スパッタが製品、または治具に付着し、溶接後にスパッタを剥離する作業が必要となる。
特許文献１にはケイ酸のアルカリ金属塩から選択される１種または２種以上の塩；フッ化物イオン、炭酸水素イオン；および不可溶のアルコール類またはその誘導体を水に配合し、適宜その他の添加物を加えた溶接スパッタ付着防止剤が提供されている。
特許文献２には無機物又は無機化合物の微粉末を含む溶接スパッタ付着防止剤で、更に、水；ジカルボン酸；金属水素化物；トリアゾール類、キレート剤、飽和脂肪酸、及び不飽和脂肪酸からなる群より選択される１以上の物質を含んで成る混合液を含む溶接スパッタ付着防止剤が提案されている。
特許文献３には、セラミックス被膜を形成する組成物および金属酸化物フィラーを添加したスパッタ付着防止剤が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７６６８０
【特許文献２】特開２００５−３２４２１７
【特許文献３】特開２０１０−０７５９９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アーク溶接、スポット溶接、レーザー溶接などを行う際に、スパッタが飛び散り、製品及び周辺部材へ付着し、後工程にて付着したスパッタを取り除かなくてはならない。特に製品に付着しては、製品としての外観が損なわれるだけでなく、その製品を組み込んで最終製品として使用の際に付着したスパッタにより不具合の原因となり安定した製品製造ができない可能性がある。また、周辺部材に付着した際は、特に位置決めをする治具へ付着した場合、溶接の際に正確な位置決めができず、不良品を出す可能性が高くなる。したがって、ある程度溶接を行った後、タガネ等を用いて手作業にてスパッタを取り除く作業が実施されており、その除去作業に費やされる工数は甚大なものとなっているのが現状である。
特許文献１では製品への溶接スパッタの付着防止には効果があるが、周辺部材への付着防止効果には持続性がそれ程無いため、継続的、高頻度でのスパッタ付着防止剤の塗布が必要となる。
特許文献２では特許文献１よりもスパッタの付着防止効果に対してより強化されているものの、周辺部材への付着防止効果には持続性に関しては特に変わらない。
特許文献３ではスパッタ付着防止効果に対して強化されているが、溶接部近傍のより過酷な溶接条件ではその効果は低くなり、持続性はそれに伴い短くなってしまう。また、ケイ素を用いたスパッタ付着防止剤においては、塗装ハジキなどの他工程への悪影響が懸念され、使用現場では敬遠されやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するため、本発明は、無機系被膜形成液を含む、スパッタ付着防止剤を提供する。
【０００６】
本発明において用いられる無機系被膜形成液としては、式（１）で表される化合物の加水分解・重縮合物を含む無機系被膜形成液が含まれる。
Ｍｐ＋（ＯＲ１）ｑＲ２ｐ−ｑ      （１）
（式中、Ｍは、Ａｌ、Ｚｒ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり；Ｒ１は炭素数１〜５個の炭化水素基、アルコキシアルキル基、又はアシル基であり；Ｒ２はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基からなる群から選択される少なくとも１種の有機基であり；ｐはＭの価数を表し；ｑはＯＲ１基の数を表し；ｐ及びｑはいずれも整数であり；ｐ≧ｑである。）
【０００７】
上記Ｍｐ＋（ＯＲ１）ｑＲ２ｐ−ｑで表される化合物のうち、ＭがＡｌである化合物としては、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムｎ−ブトキシド、アルミニウムトリｔ−ブトシキド、アルミニウムトリエトキシドなどが挙げられ、ＭがＺｒである化合物としては、ジルコニウムｎ−プロポキシド、ジルコニウムｎ−ブトキシド、ジルコニウムｉ−ブトキシド、ジルコニウムｔ−ブトキシド、ジルコニウムジメタクリレートジブトキシドなどが挙げられ、ＭがＴｉである化合物としては、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラｎ−ブトキシド、チタンテトラｉ−ブトキシド、チタンメタクリレートトリイソプロポキシド、チタンテトラメトキシプロポキシド、チタンテトラｎ−プロポキシド、チタンテトラエトキシドなどが挙げられる。これらの化合物のうち１種類だけを用いてよいが、二種類以上を混合してもかまわない。
式（１）の化合物の加水分解・重縮合反応は、例えば特開２００１−２１４０９３に記載されているような公知の方法によって行うことができる。
加水分解・重縮合反応を行うために添加する水の量は、式（１）の化合物１モルに対して０．１モル以上が好ましい。
式（１）の化合物を加水分解・縮重合する際には、既知の触媒などを添加して加水分解・縮重合を促進しても良い。この場合、添加する触媒としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの有機酸や、硝酸、塩酸、リン酸、硫酸などの無機酸を用いることができる。
【０００８】
上記Ｍｐ＋（ＯＲ１）ｑＲ２ｐ−ｑの加水分解・重縮合物は、好ましくは液状である。しかし、固体状の加水分解・重縮合物でも溶媒添加により液状となるものであれば使用することができる。
【０００９】
スパッタ付着防止剤を上記のような組成とすることにより、次のような有利な効果が得られる。すなわち、スパッタ付着防止剤を塗布した際には図１に示すような構造で有機基が残っており、その後の除去する際には有機溶剤類で除去が可能である。また溶接の近傍でスパッタが当たる部分では被膜に熱がかかり、セラミックス被膜が形成されて強度が向上し耐久性が高くなる。
【００１０】
また、上記スパッタ付着防止剤へ助剤としてセラミックスフィラーもしくはセラミックスゾルを適宜添加しても良い。セラミックスフィラーとして、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の酸化物や窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の窒化物及び炭化ケイ素、タングステンカーバイト等炭化物などがあり、１種以上組み合わせて添加してもよい。フィラーは単体で添加しても良いし、分散液（スラリー）の状態で添加しても良い。また、セラミックスフィラーの分散性を向上させるため、界面活性剤などの分散剤を添加しても良い。セラミックスゾルとしてはシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル等があり、１種以上組み合わせて添加してもよい。
【００１１】
また、スパッタ付着防止剤の溶媒としては、特に指定されるものではないが、塗布後の乾燥性を考慮し、エタノール、イソプロパノール、１−プロパノール等のアルコール類、アルコキシエタノール類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコール類、等が好ましい。
【００１２】
さらに、スパッタ付着防止剤の塗布性・作業性の向上のため、粘度を調整してもよい。粘度調整の方法としては、フィラー濃度で調整してもよいし、溶媒種類で調整してもよい。また増粘剤を適量添加してもよい。
【００１３】
スパッタ付着防止剤の塗布方法は特に指定されるものではないが、必要な箇所へ刷毛塗り、スプレー塗布等が好ましい。また、このスパッタ付着防止剤はエアゾール化も可能であり、前もってエアゾール化することにより溶接機の設置環境によらず塗布が可能となる。
【００１４】
また上記スパッタ付着防止剤に着色を施してもよい。溶接現場での注意喚起や製造工程上の識別等のために、塗布した部分に着色を施し区別する必要がある際にコート被膜に着色してあると識別とスパッタ付着防止の２つの効果を同時に付与することができる。例えば、着色を施す方法として着色剤を添加し所望の色を加える。着色剤として無機顔料、有機顔料及び有機染料などが挙げられる。有機顔料や有機染料ではスパッタにより一部燃焼してしまい色褪せや焦げ付きなどが発生するが、再度塗布するタイミングを計る上での参考となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスパッタ付着防止剤を用いれば、溶接にて発生するスパッタの製品及び周辺部材へ付着を防止することができる。
【００１６】
本発明のスパッタ付着防止剤を製品及び周辺部材へ塗布・乾燥することにより、セラミックス被膜を形成し、溶接スパッタが付着しにくくなる。そのため、セラミックス被膜が破壊され取り除かれない限り、スパッタ付着防止効果が持続する。
【００１７】
しかしながら、このセラミックス被膜は乾燥しているが焼き付け工程を通してないため、アルコール類やケトン類、グリコールエーテル類などの有機溶剤により簡単に除去できる。したがって、製品へスパッタ付着防止剤を塗布してもその後に除去が可能となり製品の後工程に影響を与えることがない。
【００１８】
したがって、溶接機の周辺部材だけでなく、製品への適用も可能であり、スパッタが飛来する箇所の部材全てに適している。
【００１９】
また、本来は透明な被膜を形成するが、無機材料粒子を添加することにより、有色化するため塗布した際に塗布部を認識することができる。有色化を嫌う場合には、添加フィラーを無くしても良いし、ナノサイズのフィラーを添加することにより透明を維持したままのスパッタ付着防止剤が調製できる。
【００２０】
以上のように、本発明のスパッタ付着防止剤は上述の従来の問題点をすべて解決するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スパッタ付着防止剤を塗布した際の構造を示す図である。
【図２】スパッタ付着性の評価を概略的に示した図である。
【実施例】
【００２２】
以下に例を挙げるが、それらは本発明の説明を目的とするものであって、本発明をこれらの態様に限定することを意図するものではない。
【００２３】
＜スパッタ付着性の評価＞
スパッタ付着性の評価は図２に示す概略図のように塗布部から１０ｍｍ離れた部分をアーク溶接し、溶接スパッタが付着するまで繰り返し実施した。溶接条件としてはわざとスパッタが多く出るように条件設定をした（表１）。被着体としてＳＰＣＣ鋼材を用いて、一般鋼材としてＳＳ鋼材を用いた。
【００２４】
＜実施例１＞
ジエタノールアミン１８．４ｇに１−プロパノール（以下、ｎＰＡという）４９．７ｇ加え攪拌した後、ジルコニウムｎ−プロポキシド／ｎＰＡ（７０％／３０％）溶液を４９．７ｇ加え更に攪拌した。そこへｎＰＡとイオン交換水を重量比１０：１で混合した溶液を２２．３ｇ加え、更に予めｎＰＡ２８．４ｇに窒化ホウ素フィラー７．１ｇを添加し、ヒドロキシプロピルセルロース１．８ｇを溶解した溶液３６．１ｇを加え攪拌した。その後ろ過を行い、スパッタ付着防止剤を得た。このスパッタ付着防止剤を市販の霧吹きノズルにて被着体へ塗布し、常温にて１０分間乾燥を行った。
【００２５】
＜実施例２＞
実施例１と同様に調製したスパッタ付着防止剤をスプレー缶へ採取し、同体積のジメチルエーテルを充填し、エアゾール型スパッタ付着防止剤を得た。このエアゾール型スパッタ付着防止剤は噴射ガス（ジメチルエーテル）と混合した際に分離や凝集することなく、スプレーすることができた。このスパッタ付着防止剤を被着体へ塗布し、常温にて１０分間乾燥を行った。
【００２６】
＜実施例３＞
チタンテトライソプロポキシド１５６．３ｇにジエタノールアミン１１５．６５ｇを加え、ｎＰＡで６３０ｍｌまでメスアップを行った。その後１００℃で３時間攪拌を行い、ｎＰＡとイオン交換水を重量比１０：１で混合した溶液を２００ｍｌ添加し更に攪拌を行った。その後、アルミナ粒子（粒径０．２μｍ）を２５ｇ添加し、ボールミル（ジルコニアボール２ｍｍφ）で５時間分散処理を実施し、ろ過を行い、スパッタ付着防止剤を得た。このスパッタ付着防止剤を刷毛で被着体へ塗布し、常温にて１０分間乾燥した。
【００２７】
＜比較例１＞
特許文献３に記載の実施例１と同様に、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン９．５ｇにメチルトリエトキシシラン１７．８ｇ及びオルトケイ酸テトラエチル２０．８ｇを加え、その後酸性アルミナゾル（日産化学製）を４１．４ｇ加え、ボールミルにて２４時間攪拌・分散を実施した。こうして得られたスパッタ付着防止剤を他の実施例と同様に溶接を実施し評価した。また、市販されている霧吹きノズルで塗布を行い、常温にて３０分乾燥した。
【００２８】
＜比較例２＞
市販のエアゾールタイプのスパッタ付着防止剤（トラスコ中山製、αスパッタクリン  トーチノズル用）を被着体へ塗布し、他の実施例と同様に溶接を実施し評価した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２より、実施例１〜３では繰り返し回数は２０回以上でも溶接スパッタの付着は見られない。比較例では数回の繰り返しで溶接スパッタが付着しており、従来に比べ格段にスパッタ付着防止性が向上していることが確認できた。
【図１】
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【図２】
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