(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から金属製構造物に電流を通電させ、該金属製構造物の腐食を防止する陰極防食法であって、
前記金属製構造物の塗膜上に主陽極とパイロット陽極とを取り付けるとともに、該金属製構造物の金属母材に陰極を取り付け、前記パイロット陽極から前記金属製構造物に所定の電圧を印加し、腐食防止を行う対象である前記金属製構造物の防食電流所要量の大きさを、前記金属製構造物の腐食環境の変動に応じて変化する前記パイロット陽極の電流値から読みとり、この電流値に連動して前記主陽極の印加電圧を上下させ、これにより前記金属製構造物の腐食環境に応じた最適の防食電流を供給することを特徴する金属製構造物の陰極防食法。
【請求項２】
前記パイロット陽極と主陽極が１対１に対応していることを特徴とする請求項１に記載の陰極防食法。
【請求項３】
前記パイロット陽極および主陽極を絶縁性両面接合体を介して防食対象である金属製構造物に取り付けることによって、前記金属製構造物の表面から前記各陽極に連続して水膜が形成され、前記金属製構造物の腐食条件が整った時に、前記陽極と、前記金属製構造物の金属母材に接続した前記陰極との間に、防食に最適な電流が流れるようにしたことを特徴とする請求項１または２の陰極防食法。
【請求項４】
外部電源から金属製構造物に電流を通電させ、該金属製構造物の腐食を防止する陰極防食装置であって、
前記金属製構造物の塗膜上に取り付ける主陽極とパイロット陽極と、前記金属製構造物の金属母材に接続する陰極と、前記パイロット陽極から前記金属製構造物に所定の電圧を印加し、腐食防止を行う対象である前記金属製構造物の防食電流所要量の大きさを、前記金属製構造物の腐食環境の変動に応じて変化する前記パイロット陽極の電流値から読みとり、この電流値に連動して前記主陽極の印加電圧を上下させ、これにより前記金属製構造物の腐食環境に応じた最適の防食電流を供給する電流制御手段と、を有することを特徴する金属製構造物の陰極防食装置。
【請求項５】
前記パイロット陽極と主陽極が１対１に対応していることを特徴とする請求項４に記載の陰極防食装置。
【請求項６】
前記パイロット陽極および主陽極を前記金属製構造物の表面に取り付けるための絶縁性両面接合体を、さらに有し、該絶縁性両面接合体を介して防食対象である金属製構造物に前記各陽極を取り付けることによって、前記金属製構造物の表面から前記各陽極に連続して水膜が形成され、前記金属製構造物の腐食条件が整った時に、前記陽極と、前記金属製構造物の金属母材に接続した前記陰極との間に、防食に最適な電流が流れるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の陰極防食装置。
【請求項７】
防食対象である金属製構造物の塗装を、下層は絶縁性塗料とし、最上層を導電性塗料とする組み合わせにより、行い、塗装を完了した前記金属製構造物に、前記請求項１ないし３のいずれかの陰極防食を適用することを特徴とする金属製構造物の陰極防食法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の外壁、屋根、橋梁などの大気中に暴露されている金属製構造物が酸化腐食されるのを電気的システムにより防止する陰極防食法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中に暴露されている金属製構造物は、その金属表面が塗装されていても、経時的に、雨水や空気中の湿気と大気中の汚染物質等によってその表面に形成される電解質水分とこの水分中の溶存酸素とにより、酸化腐食される。
【０００３】
このような金属製構造物の塗装面の防食を行う保護陽極および陰極防食システムとして、シー・エル・アイ・システムズ・インコーポレイテッド（米国）が開発し、市販している装置がある（特願平３−３０６３４２号）。
【０００４】
この電気防食装置は、大気中に暴露され、塗装により表面を保護されている金属製構造物の腐食防止に効果を発揮しているが、以下の２点の問題点は避けられないでいる。すなわち、
（１）  構成要素である電流制御手段は、湿度感応素子により検知される環境湿度に正比例する値の電流を流す機能を持たされている。しかし、実際には、海塩粒子や大気汚染物質が水膜に溶存する度合いによって、同じ湿度で水膜の厚さが同じであっても、明らかに、水膜自体の単位長さ当たりの電気抵抗は大きく異なってくる。そのため、水膜の水質によって、防食に必要な電流量は変わってくるので、同じ電流量を印加しても、そのときの環境水質により、防食電流の到達範囲にも変動が生じる。
【０００５】
また、金属構造物の表面塗装の塗膜は、砂塵、その他の環境中の影響因子により、部分的に劣化され、その一部に欠陥が生じる。この欠陥部位が拡大すると、環境湿度が同じでも、欠陥部位をも含んだ金属構造物の広範な表面の防食に必要な電流量は、大幅に増大する。例えば、水膜に多量の海塩粒子が溶け込んで、さらに、塗膜の欠陥が、装置の保護陽極の周囲に発生した場合を考えると、湿度が６０〜７０％と低湿度で、電流が少量しか供給されないとすると、供給した電流は、前述の欠陥部位に流れ込んでしまうため、保護陽極の周辺の狭い範囲で消耗されることになり、防食電流の到達する範囲が狭くなってしまう。
【０００６】
（２）  保護陽極近傍の金属製構造物の過防食を防止するために、陽極の出力電圧を最大１２Ｖとしている。しかし、前述のように、前記塗膜の欠陥部位の領域が増大する場合、所期の範囲の防食を達成するためには、さらに電圧を高めて、電流を多く流してやる必要がある。この必要に対して、最大１２Ｖの出力電圧による電流印加では、対応できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の事情を鑑みてなされたもので、その課題は、金属製構造物の電気防食において、一つの陽極によって防食可能とする範囲を、過防食を起こさずに、最大限にまで拡大することのできる金属製構造物の陰極防食法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、下記のような実験検討を行い、本発明をなすに至った。
【０００９】
実験では、各種システムを構築し、所期の機能を果たせるか否か試行錯誤を重ね、図１に示すシステムを初期に作り上げた。
【００１０】
図中、１はＡＣ１００〜２００Ｖ電源の端子、２はヒューズ、３はサージ電流吸収のバリスターである。４はトランスであり、出力を１８〜２０Ｖに落圧する。また、５は整流回路であり、交流を直流に変換する。６、７はコンデンサーである。８はレギュレータであり、主陽極１５に印加する電圧を制御する。９および１０はコンデンサーであり、２１もコンデンサーである。２２はレギュレータであり、パイロット陽極２０に印加する電圧を一定値に制御する。２３および２４はコンデンサーである。
【００１１】
以上の電源端子１ないしコンデンサー１０、コンデンサー２１、レギュレータ２２、コンデンサー２３および２４の各部品は、制御器３０に収納されている。
【００１２】
トランジスター１１、抵抗器１２、１４、ツェナーダイオード１３は、主陽極１５に供給される電流がある一定値以上流れないようにする第１の電流制限手段１００を構成している。また、コンデンサー２５、オペアンプ２６、抵抗器２７、２８、２９は、第２の電流制限手段１０１を構成しており、パイロット陽極２０から防食対象である塗装鋼板（金属製構造物）１６に流れ込む電流を検出し、その電流検出値に応じて、レギュレータ８のグランドを介して該レギュレータ８の出力電圧を制御し、それによって、所期の最適電流を主陽極１５から塗装鋼板１６に流す。主陽極１５と塗装鋼板１６との間には、電気抵抗を有する特殊な媒体７０を介在させる。
【００１３】
前記第１の電流制御手段１００は、主陽極１５に一体化し、第２の電流制御手段１０１は、パイロット陽極２０に一体化する。なお、図中、１７は防食対象である塗装鋼板１６に施した塗装の塗膜である。１８は前記塗膜１７の欠陥部であり、１９は塗装鋼板１６の表面に形成される水膜を示す。
【００１４】
前記構成の装置において、レギュレータ２２の出力電圧を８Ｖ〜１２Ｖのある一定値に制御し、水膜１９の電気伝導度の増大および欠陥部１８の拡大により電流が増加するとき、それに応じて、レギュレータ８の出力電圧を１０Ｖから例えば１５Ｖまで上げて、所期の最適防食電流を塗装鋼板１６に供給する。
【００１５】
図２は、図１に示した構成の電気防食装置の防食機能を確認するための試験設備の概要を示すものである。塗装鋼板１６に主陽極１５およびパイロット陽極２０を絶縁性両面接合体を介して貼り付けた。制御器３０からのアノード線３０ａ，３０ａを、対応する主陽極１５とパイロット陽極２０に接続し、さらに、カソード線３０ｂを塗装鋼板１７の母材３２に接続した。
【００１６】
塗装鋼板１６の陽極取付位置から離れた位置の塗膜の一部分を剥離し、直径１０ｍｍの人工の塗膜欠陥部１８を形成した。塗膜欠陥部１８に飽和ＫＣｌを含む寒天でコーティングしたＡｇ／ＡｇＣｌ微小電極（φ＝０．１ｍｍ）３１を設置した。この電極３１に対する鋼板母材１７の電位をバッファーを介してコンピュータに出力させ、データ収集を行った。
【００１７】
制御器３０にＡＣ１００Ｖ電源を接続し、パイロット陽極２０の電圧が設定値１０Ｖの一定になることを確認した後に、塗装鋼板１６を約３０日間の暴露テストにかけた。その結果、湿度が６０％未満の状態では、主陽極１５に印加されている電圧は、最小値１０Ｖを示し、湿度が高くなる程、その電位が上昇し、降雨時に１３Ｖ前後に到達した。
【００１８】
さらに、塗膜欠陥部を、前述の位置に加えて、主陽極１５およびパイロット陽極２０のそれぞれの陽極と前記位置の塗膜欠陥部１８との間にも形成して、降雨時における主陽極１５の印加電圧が最大の１５Ｖに達するようにした。
【００１９】
この状態でも、塗膜欠陥部１８の電位は、−８５０ｍＶ前後の値を示しており、十分に防食が達成できていることが判った。
【００２０】
さらに、主陽極１５の近傍の塗膜１７にも過防食の兆候は見られず、主陽極１５から塗膜１７の欠陥部１８に流れる電流が充分に大きいため、主陽極１５の下部の絶縁接合体（特殊媒体）７０表面の水膜における電圧降下によって、主陽極１５近傍の塗膜部における電圧が過防食を引き起こす電圧よりも低くなっていることが推察できた。
【００２１】
すなわち、主陽極１５から２．５〜３．０ｍ離れた位置の塗膜欠陥部１８と主陽極１５との間に他の塗膜欠陥部を増やしていって、所要防食電流が増える場合、従来の技術では、主陽極の電圧１２Ｖが限界となり、塗膜欠陥部１８の電位が防食電位まで低下しないこととなるのに対し、本発明の方法および装置では、電流所要量の増加とともに、（本テストでは１５Ｖを最大値としたが、）電圧が上昇し、そのために、塗膜欠陥部がかなり増えても、最遠の欠陥部１８の電位が充分低下して防食電位に達していることが確認された。このことから、本発明によって、防食能が従来技術よりも優れた新技術を確立することができた。
【００２２】
塗膜形成塗料と陰極防食法の組み合わせによる最も経済的な金属製構造物の防食を行う方法として、下層は汎用の絶縁性塗料を塗布し、最上層には電気抵抗の低い導電性の塗料を施した金属製構造物（塗装鋼板）に、本発明による陰極防食法の設備を用いて、図２に示したテストを行った。
【００２３】
最上層の塗料として電気抵抗値０．２Ωｃｍのものを使用して、主陽極１５から５ｍ離れた位置に塗膜の人工欠陥部を設けて、制御器３０に通電し、塗装鋼板１６の表面に散水して、塗膜欠陥部１８の電位を測定した。
【００２４】
その電位は、−８５０〜−９５０ｍＶの値を示し、不活性領域内にあり、充分防食が果たされていることが明らかとなった。
【００２５】
通常の絶縁性塗料を用いたカラー鋼板では、人工欠陥部が主陽極から２．５〜３．５ｍ程度までしか防食電位に達しないのに対し、塗料と陰極防食の最適な組み合わせによって、防食範囲を大幅に拡大できる技術を確立することができた。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
図３は、本発明にかかる金属製構造物の陰極防食法を実現するのに好適な装置の回路図である。
【００２８】
本方法では、被防食体である塗装鋼板１６の塗膜１７に欠陥部１８があり、前記塗装面にアルミニウム製などの陽極１５０が絶縁性両面接合体７０により接着されている。湿度が６０％前後となる時、水膜１９が塗装鋼材１６を覆い、それに大気汚染物質や海塩粒子が溶け込んで、水膜１９を構成する水は電解質水溶液となり、塗膜欠陥部分１８に錆を発生させる条件が成立する。これに対し、本発明による制御器および陽極１５０から最適の防食電流を、水膜１９を介して塗膜欠陥部１８に供給することにより、塗膜欠陥部１８における発錆を防止するものである。
【００２９】
図に示すように、ＡＣ１００〜２００Ｖ電源の端子３３から電気を導入し、ヒューズ３４、サージ電流吸収のバリスター３５、トランス３６を介して、ＡＣ１８〜２０Ｖに落圧して、整流回路３７によって直流にする。コンデンサー３８によって電圧変動を吸収し、レギュレータ３９によって直流１７Ｖの電気を供給する。そして、コンデンサー４０によって、ＤＣ１７Ｖを安定化する。
【００３０】
陽極１５０から水膜１９を通して塗膜１７の欠陥部１８から塗装鋼板１６に流入する電流の大きさによって変化する抵抗器４８の電圧降下を、オペアンプ４５で検出し、その値によって、トランジスター４４のエミッターから流出する電流の電圧を制御する。抵抗器４１、４２、４６、４７、４９、５０およびコンデンサー４３は、系の安定した作動を補助する。トランジスター５１、ツェナーダイオード５３、抵抗器５２、５４は、陽極１５０から流れ出る電流が一定値を越さないようにする電流制限手段１０２を構成している。
【００３１】
前記電源端子３３、ヒューズ３４、バリスター３５、トランス３６、整流回路３７、コンデンサー３８、レギュレータ３９、およびコンデンサー４０は、一基の制御器３０内に収納する。また、前記抵抗器４１および４２、コンデンサー４３、トランジスター４４、オペアンプ４５、抵抗器４６，４７，４８，４９，および５０、トランジスター５１、抵抗器５２、ツェナーダイオード５３、および抵抗器５４は、陽極１５０に一体的に組み込む。一基の制御器３０は、一つあるいは複数の陽極システムへ一定電圧の電流を供給する。
【００３２】
図４に、前記陽極１５０の一例を示す。
【００３３】
図中、５５は板状アルミニウム陽極であり、その上面に開口する凹部５６中にトランジスター、オペアンプ、ツェナーダイオード、抵抗器等を含む前記電流制御手段１０２をはめ込み、その部分を硬質のエポキシ樹脂で固めた。
【００３４】
前記電流制御手段１０２には、外部からのリード線５８が接続されている。５９は制御器３０からのアノード配線を接続する圧着端子である。陽極５５は、塗装鋼板１６の塗膜１７に、両面接合体７０を用いて、貼り付ける。
【００３５】
【発明の効果】
金属製構造物の表面塗装の塗膜には、目には見えない無数のピンホールが開いている場合が多い。また、砂埃、その他の大気中の環境因子により、経時的に、塗膜に欠陥が生じる。このような状況下で、大気中の湿度が６０％を越すと、塗膜表面に水膜が形成されるが、この表面の水膜中には大気中の海塩粒子等が溶け込んで、水膜水は電解質水となる。この電解質水が前記ピンホールや塗膜欠陥部を通して、金属の表面に接触し、発錆の条件が整う。このときに、前記電解質水膜を通して防食電流を流して、発錆を抑制するのが、陰極防食法である。この陰極防食法において、本発明の方法は、従来の方法と異なって、所要電流量の増大に応じて陽極に印加する電圧を上昇させ、従来、過防食のために不可能と考えられていた陽極から離れた領域にまで防食電流を流すことができる。本発明では、防食対象である金属製構造物の塗膜と陽極との間に介在する電気抵抗を有する特殊媒体（電解質水膜）の特性の変動、および塗膜欠陥部の大きさに応じて、防食電流、電圧を最適に制御する。陽極の近傍の塗膜で過防食とならない最大電圧を、電流が大きくなっても保持することにより、陽極を出発点とする電気防食可能な領域を増大させることができた。
【００３６】
また、汎用の絶縁性塗料の下塗りを行った上に、表面仕上げ塗装として導電性の特殊塗料を塗り、さらに、そこに本発明による陰極防食法を適用することにより、陽極を出発点とする電気防食領域を飛躍的に増大させることができた。したがって、塗料の種類と本発明による陰極防食法の電圧、電流の値の組み合わせによる最適化を図ることにより、経済性の高い金属製構造物の防食法を確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属製構造物の陰極防食装置の一例の回路図である。
【図２】図１に示した装置の機能を測定するためのシステムの説明図である。
【図３】本発明の金属製構造物の陰極防食装置の他の例の回路図である。
【図４】図３に示した装置の陰極の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、３３  電源端子
２、３４  ヒューズ
３、３５  バリスター
４、３６  トランス
５、３７  整流回路
６、７、９、１０、２１、２３、２４、２５、３８、４０、４３  コンデンサー
８、２２、３９  レギュレータ
１１、４４、５１  トランジスター
１２、１４、２７、２８、２９  抵抗器
１３、５３  ツェナーダイオード
１５  主陽極
１６  塗装鋼板（金属製構造物）
１７  塗膜
１８  前記塗膜の欠陥部
１９  塗装鋼板の表面に形成される水膜
２０  パイロット陽極
２６、４５  オペアンプ
３０  制御器
３０ａ  制御器からのアノード線
３０ｂ  制御器からのカソード線
３１  Ａｇ／ＡｇＣｌ微小電極（φ＝０．１ｍｍ）
３２  塗装鋼板の母材
４１、４２、４６、４７、４８、４９、５０、５２、５４  抵抗器
５５  板状アルミニウム陽極
５６  凹部
５８  リード線
５９  圧着端子
７０  絶縁性両面接合体（電気抵抗を有する特殊な媒体）
１００  第１の電流制限手段
１０１  第２の電流制限手段
１０２電流制限手段
１５０  陽極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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