特許 7082368 構造物の防食方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-31

(45)【発行日】2022-06-08

(54)【発明の名称】構造物の防食方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   C23F 13/10 20060101AFI20220601BHJP

   C23F 13/02 20060101ALI20220601BHJP

   C23F 13/20 20060101ALI20220601BHJP

【ＦＩ】

C23F13/10 B

C23F13/02 B

C23F13/20 Z

C23F13/02 L

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018152202

(22)【出願日】2018-08-13

(65)【公開番号】P2020026558

(43)【公開日】2020-02-20

【審査請求日】2021-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】518289070

【氏名又は名称】株式会社サンアメニティ

(74)【代理人】

【識別番号】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(74)【代理人】

【識別番号】100119297

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 正男

(72)【発明者】

【氏名】井手 敦子

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】独国特許発明第００８８０６８１（ＤＥ，Ｃ１）

【文献】特開平１１－３１４３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３１７１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３１６８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０４７５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５６０９３０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３７８１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｆ １３／００－１３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物に絶縁性塗膜を形成し、前記絶縁性塗膜の上に導電性塗膜を形成し、前記導電性塗膜に第１陽極を電気的に接続し、前記導電性塗膜の上に上塗り膜を形成し、前記上塗り膜に第２陽極を設置し、前記第１陽極に直流電圧を印加し、前記第２陽極に直流電圧を印加する構造物の防食方法。

【請求項2】

前記導電性塗膜を前記絶縁性塗膜の一部分の上に形成し、前記絶縁性塗膜の残りの部分の上に前記上塗り膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の構造物の防食方法。

【請求項3】

前記第２陽極に印加する直流の最大出力電圧：前記第１陽極に印加する直流の最大出力電圧が、３～１７：１であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の防食方法。

【請求項4】

隣り合う前記第１陽極間の間隔が隣り合う前記第２陽極間の間隔よりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の防食方法。

【請求項5】

前記直流電圧の電源は、商用電源、太陽電池、ワイヤレス給電装置の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の防食方法。

【請求項6】

絶縁性塗膜が形成され、この絶縁性塗膜の上に導電性塗膜が形成され、この導電性塗膜の上に上塗り膜が形成される構造物の、前記導電性塗膜に電気的に接続される第１陽極と、
前記構造物の前記上塗り膜に設置される第２陽極と、
前記第１陽極に直流電圧を印加し、前記第２陽極に直流電圧を印加する電力供給装置と、を備える構造物の防食装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大気中に露出する構造物の防食方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

大気中に露出する壁、階段、架台、橋梁、あるいは工業プラントのタンク類等の構造物は、鋼製であることが多い。鋼には炭素等の不純物が含まれており、鋼の表面は無数のミクロ電池（陽極・陰極を有する）の集合体である。鋼の表面が大気中の水分や雨水に触れると、陽極側から陽イオン（腐食物Ｆｅ^２＋）が大気中の水分や雨水を介して陰極側に移動し、陰極側で陽イオンが酸素等と反応して錆が発生する。

【0003】

錆の発生を防止するために、大気中に露出する構造物に耐候性塗料を塗布する塗装による防食工法が広く使用されている。しかし、塗装ムラ等の塗装欠陥、物理的損傷、塗料の劣化等により構造物の一部が露出すると、構造物の露出した部分が腐食する。このため、定期的に、特に海岸近傍の塩害地区では短期間に補修あるいは再塗装が繰り返される。

【0004】

再塗装までの期間を延長するために、下塗り、中塗り、上塗りからなる重防食塗装が一般の塗装技術として定着している。しかし、重防食塗装は施工を複雑化するだけでなく、大きなコストアップの要因になっている。

【0005】

重防食塗装の上記問題点を解決するために、亜鉛等による流電陽極方式や外部電源方式の電気防食技術が提案されている。流電陽極方式は、地中構造物や船舶などに採用されているが、陽極が消耗するという原理的な問題があり、その用途は限定されている。外部電源方式の電気防食技術についても、数多くの提案がなされているが、塗装面に形成される水膜にムラがあることが多く、水膜を介して均一に防食電流を流すことや過防食を生じさせない電流量の制御が課題となり、経済性や簡便性などに未解決の問題が多い。

【0006】

外部電源方式の電気防食技術において、前述の防食電流の流路を確保することを目的として、構造物に絶縁性塗膜を形成し、その上に導電性塗膜を形成し、導電性塗膜に陽極を電気的に接続し、導電性塗膜の上に上塗り膜を形成し、導電性塗膜に電圧を印加する防食方法が開示されている（特許文献１参照）。

【0007】

特許文献１の発明によれば、導電性塗膜に直流電圧を印加するので、導電性塗膜と構造物との間に腐食電流と逆方向に防食電流を流すことができ、構造物の腐食を抑制することができる。また、導電性塗膜に防食電流を流すので、防食電流の流路を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開平１１－３１４３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、特許文献１の発明にあっては、導電性塗膜に直流電圧を印加すると、導電性塗膜の上の上塗り膜の光沢度が低下してしまい、上塗り膜が劣化するという課題がある。上塗り膜が劣化すると、その下の導電性塗膜やその下の絶縁性塗膜に悪影響を及ぼす。

【0010】

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、導電性塗膜上の上塗り膜が劣化するのを防止でき、長期に亘って信頼性が高い防食方法及び装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、構造物に絶縁性塗膜を形成し、前記絶縁性塗膜の上に導電性塗膜を形成し、前記導電性塗膜に第１陽極を電気的に接続し、前記導電性塗膜の上に上塗り膜を形成し、前記上塗り膜に第２陽極を設置し、前記第１陽極に直流電圧を印加し、前記第２陽極に直流電圧を印加する構造物の防食方法である。

【0012】

本発明の他の態様は、絶縁性塗膜が形成され、この絶縁性塗膜の上に導電性塗膜が形成され、この導電性塗膜の上に上塗り膜が形成される構造物の、前記導電性塗膜に電気的に接続される第１陽極と、前記構造物の前記上塗り膜に設置される第２陽極と、前記第１陽極に直流電圧を印加し、前記第２陽極に直流電圧を印加する電力供給装置と、を備える構造物の防食装置である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、導電性塗膜の上に形成された上塗り膜に第２陽極を設置し、上塗り膜に直流電圧を印加するので、上塗り膜が電気防食されて上塗り膜の光沢度の劣化が抑制される。このため、塗装面全面の延命が可能となり、長期に亘って信頼性が高い電気防食が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態の防食装置の模式図である。

【図2】第１陽極の間隔及び第２陽極の間隔の一例を示す図である。

【図3】本実施形態の電力供給装置の一定電圧制御ユニットの回路図である。

【図4】本実施形態の電力供給装置の一定電流制御ユニットの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の構造物の防食方法及び装置を詳細に説明する。ただし、本発明の構造物の防食方法及び装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（防食装置の構成）

【0016】

図１は、本発明の一実施形態の防食装置の模式図である。１は構造物、４は第１陽極、６は第２陽極、７は電力供給装置である。まず、構造物１を説明する。

【0017】

構造物１は、鋼製等である。構造物１の全面には、絶縁性塗膜２が形成される。絶縁性塗膜２を構成する塗料は、塗料の材料として実績のある有機系の樹脂であるエポキシ、ウレタン、アクリル等である。

【0018】

絶縁性塗膜２の上には、通電可能な導電性塗膜３が形成される。導電性塗膜３を構成する塗料は、塗料の材料として実績のある有機系の樹脂であるエポキシ、ウレタン、アクリル等を基材として、カーボン粒子等の導電性粒子又は粉末を混合して導電率を調整した導電性塗料である。必要に応じてカーボン粒子にニッケル、アルミニウム、亜鉛等の金属粉末を併用することも可能である。導電性塗膜３の導電性は、大気環境下において、１０Ω／ｃｍ～１０，０００Ω／ｃｍ、好ましくは２０Ω／ｃｍ～１，０００Ω／ｃｍ、さらに好ましくは２０Ω／ｃｍ～５００Ω／ｃｍが適当である。

【0019】

導電性塗膜３は、絶縁性塗膜２の一部分１００の上に形成される。構造物１の不連続な形状の部分、すなわち非平面部分１ａは、短期的に錆が発生し易い。導電性塗膜３は、この非平面部分１ａを含む絶縁性塗膜２の一部分１００の上に形成される。

【0020】

導電性塗膜３には、第１陽極４が電気的に接続される。第１陽極４は、導電性塗膜３に電力を給電する。第１陽極４は、ステンレス又は銅の薄板から構成される。第１陽極４には、例えば３～４Ｖの直流電圧が印加され、例えば０．０１～０．１ｍＡの電流が流れる。

【0021】

第１陽極４は、絶縁性塗膜２の上に第１陽極４を取り付け、その後、絶縁性塗膜２の上に導電性塗膜３を形成することで、導電性塗膜３に電気的に接続されてもよいし、導電性塗膜３の上に第１陽極４を取り付けることで、導電性塗膜３に電気的に接続されてもよい。

【0022】

導電性塗膜３及び絶縁性塗膜２の残りの部分２００（導電性塗膜３が形成されていない部分）の上には、耐候性又は絶縁性の上塗り膜５が形成される。上塗り膜５を構成する塗料には、構造物１の外面の塗料として実績のあるものを用いる。例えば、エポキシ樹脂を変性剤を用いて高分子量化したビニル変性エポキシ樹脂塗料等の絶縁性塗料、又は水性自己架橋形アクリルエマルジョン塗料等の疎水性塗料を用いることができる。

【0023】

上塗り膜５の上には、第２陽極６が大気に露出するように設置される。第２陽極６は、上塗り膜５に電力を給電する。第２陽極６は、例えばアルミニウム製である。第２陽極６には、例えば２０～５０Ｖの直流電圧が印加され、例えば０．０５～１．００ｍＡの電流が流れる。

【0024】

第１陽極４は、電力供給装置７の端子８ｂに接続される。第２陽極６は、電力供給装置７の端子８ａに接続される。電力供給装置７の端子８ｃは、アース１０によって接地される。構造物１は、アース９によって接地される。なお、電力供給装置７の端子８ｃを構造物１に接続することも可能である。

【0025】

電力供給装置７は、第１陽極４及び第２陽極６それぞれに独立した電圧と電流を印加する。電力供給装置７が第２陽極６に印加する直流の最大出力電圧：電力供給装置７が第１陽極４に印加する直流の最大出力電圧は、３～１７：１である。電力供給装置７の構成は後述する。

【0026】

このように、上塗り膜５の表面の水膜を導電媒体とする第２陽極６には、比較的高い電圧を与え、広範囲の防食を達成する。また、出力電流に対して実効電流が低いので、相対的に高い電流値を設定して防食の確度を上げる。導電性塗膜３を導電媒体とする第１陽極４には、大気環境による影響を大きく受けることがないので、過防食を勘案した比較的低い電圧と電流が設定できる。電力供給装置７の詳細な構成は後述する。

【0027】

図２に示すように、第１陽極４及び第２陽極６の個数は、カバーする構造物１の形状及び面積により決定され、通常はそれぞれ複数である。第１陽極４の有効範囲は、第１陽極４を中心とする導電性塗膜３部分の例えば半径７ｍである。第２陽極６の有効範囲は、第２陽極６を中心とする上塗り膜５部分の例えば半径２．５ｍ～３．０ｍである。隣り合う第１陽極４間の間隔Ｐ１（Ｐ１＝７ｍ×２）は、隣り合う第２陽極６間の間隔Ｐ２（Ｐ２＝２．５ｍ～３．０ｍ×２）よりも長い。
（防食装置の効果）

【0028】

本実施形態の防食装置によれば、以下の効果を奏する。

【0029】

第１陽極４に直流電圧を印加するので、導電性塗膜３と構造物１との間に腐食電流と逆方向に防食電流を流すことができ、構造物１の腐食を抑制することができる。

【0030】

第１陽極４に直流電圧を印加すると、導電性塗膜３の上の上塗り膜５の光沢度が低下し、上塗り膜５が劣化する。しかし、上塗り膜５に第２陽極６を設置し、第２陽極６に直流電圧を印加するので、上塗り膜５が電気防食されて上塗り膜５の光沢度の劣化が抑制される。このため、塗装面全面の延命が可能となり、長期に亘って信頼性が高い電気防食が可能になる。

【0031】

第１陽極４と第２陽極６に独立した別個の防食電流を供給するので、上塗り膜５の上の水膜を導電媒体とする防食、及び導電性塗膜３を導電媒体とする防食それぞれの機能が向上する。導電性塗膜３の導電性適正化が容易であり、塗料のコスト低下に加えて塗膜劣化や変質が改善される。

【0032】

導電性塗膜３を絶縁性塗膜２の一部分１００の上、すなわち錆が短期的に発生し易い不連続な形状の非平面部分１ａを含む一部分１００の上に形成するので、導電性塗膜３を形成する部分を少なくすることができ、経済性を確保することができる。これに対して、従来のように導電性塗膜３を絶縁性塗膜２の全面に形成すると、塗料及び塗装工事のコストが割高になり、経済性に難点がある。
（電力供給装置の構成）

【0033】

本実施形態の電力供給装置７は、一定電圧制御ユニット４１（図３参照）と、一定電流制御ユニット４２（図４参照）と、を備える。一定電圧制御ユニット４１には、第１陽極４用のものと、第２陽極６用のものとが存在する。第１陽極４用の一定電圧制御ユニット４１の構成と第２陽極６用の一定電圧制御ユニット４１の構成とは、略同一である。一定電流制御ユニット４２は、電力供給装置７のケース内に配置されてもよいし、第１陽極４及び第２陽極６に内蔵されてもよい。

【0034】

図３は、一定電圧制御ユニット４１の回路図の一例である。一般に使用されている１００～２００Ｖの交流電源に電源プラグ１１を接続し、入力される交流電圧をトランス１４にて降圧し、整流回路１５で直流に変換する。ここで、過剰電圧又は過剰電流による一定電圧制御ユニット４１の破壊を防止するために、トランス１４の一次側にヒューズ１２及び／又はバリスタ１３を挿入してもよい。トランス１４の２次側の出力電圧は、３～４Ｖ（第１陽極４用）又は２０～５０Ｖ（第２陽極６用）に設定される。レギュレータ１８は、出力電圧を微調整して、一定電圧制御ユニット４１の出力電圧の一定化を図る。レギュレータ１８前後のコンデンサー１６，１７，１９及び２０は、電圧変動及び／又は外乱ノイズを抑制・吸収して、出力電圧の一定化を補助する。さらに、一定電圧制御ユニット４１の出力部の陽極－陰極間に、発光ダイオード２１及び抵抗器２２を並列に挿入して、一定電圧制御ユニット４１の動作を、発光ダイオード２１の発光により視覚的に表示する。

【0035】

図４は、一定電流制御ユニット４２の回路図の一例である。２７は負荷抵抗である。一定電圧制御ユニット４１によって一定電圧に制御された電力は、トランジスタ２４に印加される。トランジスタ２４、抵抗器２３、ツェナーダイオード２５、及び抵抗器２６は、電流が所定値以上に流れないように制御して、負荷２７に電力を供給する。ＬＥＤ２９は、電力の入力を表示する。抵抗器２８は、ＬＥＤに流れる電流を必要最小限に抑える。

【0036】

電力供給装置７の外部電源は、商用電源に限られることはない。商用電源が得られない過疎地の鉄塔等の長期的防食を確保する場合、商用電源以外に太陽電池やワイヤレス給電装置を用いることもできる。ワイヤレス給電装置は、送電側で電流を電磁波に変換し、受電側でアンテナから電磁波を受信し、整流回路で電磁波を電流に変換する。

【実施例】

【0037】

第１陽極４として、２０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ２ｍｍの銅板を用いた。構造物１に絶縁性塗膜２を形成した後、両面テープにより第１陽極４を絶縁性塗膜２に貼り付けた。第１陽極４間の間隔を１４ｍに設定した。その後、第１陽極４に電気的に接続するように、絶縁性塗膜２の一部分１００の上に導電性塗膜３を形成した。

【0038】

導電性塗膜３が形成されていない絶縁性塗膜２の残りの部分２００の上、及び導電性塗膜３の上に上塗り膜５を形成した。第２陽極６として、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍのアルミ製の直方体を用いた。第２陽極６を両面テープにより上塗り膜５の上に貼り付けた。第２陽極６間の間隔を５ｍに設定した。

【0039】

電力供給装置７の外部電源には、１００Ｖの商用電源を用いた。電力供給装置７の最大出力は、第１陽極４用がＤＣ４Ｖ、１０ｍＡ（２０ｃｈの第１陽極４に対応可能）であり、第２陽極６用がＤＣ５０Ｖ、２００ｍＡ（２０ｃｈの第２陽極６に対応可能）であった。電力供給装置７には、サージ電流で自動遮断し、自動復帰するものを用いた。第１陽極４に３Ｖの直流電圧を印加し、第２陽極６に５０Ｖの直流電圧を印加した。

【0040】

上塗り膜５の光沢度が長期に亘って維持されることが、暴露試験やその他の実証実験により確認された。第１陽極４単独の場合よりも上塗り膜５表面の紫外線による劣化が顕著に抑制された。従来の防食方法では成し得ない信頼性の高い防食が可能になった。また、従来の防食方法は費用面でもその用途が著しく限定されていたが、本発明は費用面でも多種多様の構造物１に適用可能であることがわかった。

【符号の説明】

【0041】

１…構造物
２…絶縁性塗膜
３…導電性塗膜
４…第１陽極
５…上塗り膜
６…第２陽極
７…電力供給装置
１００…絶縁性塗膜の一部分
２００…絶縁性塗膜の残りの部分
Ｐ１…第１陽極間の間隔
Ｐ２…第２陽極間の間隔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】