JPH09174754A - 金属部材の被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属部材に熱可塑性の樹脂系材料を被覆施工
するに際して、金属部材の表面に前記樹脂系材料の融膜
が形成された段階での部材の残熱を小にする構成によっ
て、このあとの冷却の負荷を低減することを目的とする
ものである。 【解決手段】 金属部材の表面に、熱可塑性の樹脂系の
被覆材料溶融膜を形成し、冷却により該溶融膜を固化さ
せて行う被覆方法において、前記溶融膜の形成を、金属
部材の表面に前記被覆材料を融結した状態で付着させた
仕掛り部材を残熱の少ない状態で用意する第一工程と、
該仕掛り部材を誘導加熱して金属部材の表層部を被覆材
料の融点以上の温度に急速昇温させて、前記第一工程に
おいて付着させた被覆材料を溶融させて膜状にする第二
工程とによって行い、溶融膜を形成した金属部材を少な
い残熱で得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の部材の表
面に熱可塑性の樹脂系の被覆材料を、高能率に且つ低コ
ストで被覆施工する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管などの金属部材の防食手段として、
ポリエチレン，ポリアミド（ナイロン），フッ素樹脂
（テフロン），飽和ポリエステルなどの樹脂をベ−スと
する熱可塑性の被覆材料による加熱溶融施工型の被覆が
近年主流となってきている。これは環境遮断性に優れた
強靭な厚膜被覆を、高能率に且つ溶剤を用いないで施工
できるという利点によるところである。

【０００３】上記加熱溶融施工型の被覆は、金属部材の
表面に被覆材料の溶融膜を形成し、これを冷却固化させ
ることによって施工されるものであり、被覆を施工する
代表的な手段として粉体融着法と溶射法を挙げることが
できる。粉体融着法では、金属部材を被覆材料の融点以
上の、溶融物が流動しやすくなるが熱分解はしにくい範
囲の温度域（以下、「流動化温度域」と略称する）に加
熱し、この表面に被覆材料の粉体を接触させることによ
り該粉体を溶融させて膜状化させ、又、溶射法では、被
覆材料を上記流動化温度域より更に高く加熱して溶融さ
せた被覆材料を金属部材の表面に投射して溶融膜を形成
させる。

【０００４】粉体融着法においては、金属部材の表面で
被覆材料が膜状に広がる迄の間、流動しやすい溶融状態
に保たれていることが必要であるため、その間金属部材
の表面の温度が前記流動化温度域を下回らないよう、金
属部材を深部迄加熱しておくものであり、又、溶射法に
おいては、溶融した被覆材料が金属材料の表面に叩きつ
けられて広がる短時間の内に金属部材によって冷やされ
て流動性を失ってしまわないよう、被覆材料の方を流動
化温度域より更に高く、時には分解温度近く迄加熱して
おくものである。溶射法では金属材料の方も100℃以内
の温度に予熱しておくことが多い。

【０００５】前記流動化温度域は被覆材料によって異な
るが、融点の低い被覆材料でも200℃を上回っており、
溶融膜の施された段階での金属部材の温度は200℃弱か
ら300℃強に亘る高いレベルにある。この部材を冷却に
供するのであるが、水冷にせよ空冷にせよ、熱伝導性の
低い樹脂系の厚膜を介した冷却となるため、多くの時間
と手間を要することになる。

【０００６】又、結晶性の高い被覆材料では、溶融膜の
固化後、特定の温度迄の冷却が急速に行われないと結晶
化度が大きくなり所期の被覆物性が得られないものがあ
る。即ち、このような急冷を要する材料を被覆施工する
場合には、一度冷却された部分が上記特定の温度以上に
再び昇温しないよう、水浸等の手段によって部材全体を
一気に冷却するか、又は、冷却操作を一方向に連続的に
進めて再昇温部が生じないように冷却する必要がある。

【０００７】前者の水浸方式は小物に適用しやすく、後
者の連続方式は長尺材に適しているが、後者の冷却を行
う場合には、溶融膜の形成に続いて冷却を行わなければ
ならないので、溶融膜を形成する操作も冷却と連動させ
て一方向に連続的に進めて行うことになる。又、特に金
属部材が厚肉の場合など、冷却後の復熱を避けるため
に、冷却区間を長く要するケ−スも生じる。

【０００８】溶融膜の冷却操作は、上述のように被覆施
工の能率あるいは設備規模に大きく関わる問題であるば
かりでなく、被覆製品に歪を生じさせるという点でも大
きな問題である。歪の発生は冷却負荷が大であるほど顕
著に起こる。又、部材が長尺になるほど全体の歪が大と
なり、影響が重大である。

【０００９】溶融膜の冷却に関する上述の諸問題が典型
的に生じる金属部材として鉄道用のレ−ルを例示でき
る。レ−ルは標準長さが鋼管の４〜５倍に及び、又、鋼
管の数倍に及ぶ厚肉部を含む多様な肉厚が分布した断面
を有しているため、冷却操作が能率，歪発生の両面から
難題であり、大きなコスト要素となる。

【００１０】一方、被覆材料の方で冷却が難題となる典
型的な材料は、飽和ポリエステルベ−スの被覆材料であ
る。この材料は融点が250℃を上回っており、前記流動
化温度域は300℃近くに及ぶ。この材料は、硬度，靭性
が高くて損傷しにくく、耐水性，絶縁性も優れており、
鉄道用レ−ル等において起こることのある、迷走電流の
流出に起因する電食の防止に有力な被覆材料と目されて
いるが、溶融物が固化した後約150℃迄の温度区間を急
冷することが物性を確保するための要件となっており、
レ−ルへの適用が困難を極めるため、レ−ルにおいては
未だ実用に至っていない。

【００１１】ポリアミド（ナイロン）ベ−ス，ポリエチ
レンベ−ス等の他の被覆材料についても上記急冷が必要
ないしは望ましいとされているものが多々あり、これら
についても飽和ポリエステルベ−スの材料に準じた作業
面，設備面の対処を要し、コストにも影響していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の諸問題
に鑑みてなされたものであって、金属部材に熱可塑性の
樹脂系材料を被覆施工するに際して、金属部材の表面に
前記溶融膜が形成された段階での部材の残熱を少にする
構成によって、このあとの冷却の負荷を低減することを
目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の基本要旨は、金属部材の表面に、熱
可塑性の樹脂系の被覆材料の溶融膜を形成し、冷却によ
り該溶融膜を固化させて行う被覆方法において、前記溶
融膜の形成を、金属部材の表面に前記被覆材料を融結し
た状態で付着させた仕掛り部材を残熱の少ない状態で用
意する第一工程と、該仕掛り部材を誘導加熱して金属部
材の表層部を被覆材料の融点以上の温度に急速昇温させ
て、前記第一工程において付着させた被覆材料を溶融さ
せて膜状にする第二工程とによって行い、溶融膜を形成
した金属部材を少ない残熱で得ることを特徴とするもの
である。

【００１４】即ち、本発明方法にあっては、金属部材の
表面に前記溶融膜を形成させる操作を被覆材料をともか
く付着させる工程と、これを溶融させて膜状化する工程
との２段階で行うことによってこの間の入熱調整を可能
にし、これを有利に行って、溶融膜を形成した段階での
部材の残熱を少なくして、前述の冷却の問題を解決する
ものである。

【００１５】加えて、本発明方法においては、第一工程
における被覆材料の付着層を、被覆材料の少なくとも一
部が一旦は溶融して、下地に対して、あるいは被覆材料
同士が溶融・凝固過程を経て結合した融結状態となるよ
うに施しているので、第二工程において金属部材の表層
部を急速昇温させたとき、その熱が上記付着層に素早く
伝わって、該付着層を滞りなく溶融流動化させうるもの
である。因に、被覆材料の粉体を静電付着させた付着層
について上記急速昇温操作を行ってみたが、0.3mm以上
の厚膜に相当する付着層では、付着層の一部しか溶融せ
ず、溶融膜の形成には至らなかった。

【００１６】本発明方法において、第二工程に供すべき
前記仕掛り部材の残熱は、平均温度で100℃以下のレベ
ルに留めることが望ましい。これは、このあとの第二工
程における入熱が、金属材料の主として表層部を前記流
動化温度域に昇温させる小さい入熱であって、均熱時の
昇温代にして100℃前後で済むため、仕掛り部材の残熱
を上記レベルに留めておけば、第二工程において被覆材
料を溶融膜化させた段階での金属部材の温度を、均熱時
にして200℃前後以下に抑えうるからである。

【００１７】

【発明の実施の形態】前記第一工程において金属部材の
表面に被覆材料の融結付着層を形成させた仕掛り部材を
残熱の少ない状態で得るための好適手段として、溶射法
を挙げることができる。この溶射は、金属部材の表面に
被覆材料をともかく融結付着させることができればよ
く、従来の溶射のように金属部材の表面で被覆材料が完
全な膜状に広がらなくてもよいので、従来の溶射のよう
に被覆材料を流動化温度域より更に高い温度迄加熱溶融
して行わなくてよい溶射機は市販のプラスチック用の溶
射機が適用できる。金属部材側の予熱は、本発明方法に
おいても、溶射に用いた燃焼ガスによる結露を防止する
観点で50℃前後のレベルに施しておくことが望ましい。
50℃前後の金属部材の表面に、流動化温度域を超えない
温度に加熱して溶融させた被覆材料を溶射することによ
り、被覆材料の溶融特性にもよるが、多くの場合、平均
温度即ち均熱時の温度にして100℃以下の仕掛り部材が
得られる。上記のような条件で溶射が行われれば、更に
高い温度で行う従来溶射のような、被覆材料の熱分解の
心配もなくて済む。

【００１８】前記粉体融着法も、本発明方法の第一工程
において前記融結付着層を形成させるための好適手段と
なりうる。即ち、粉体融着法においても、従来行われて
いたような、被覆材料を膜状に広がる迄の間流動化しや
すい溶融状態に保っておくための、金属部材深部迄の加
熱を行う必要はないので、誘導加熱法等により主として
表層部を被覆材料の流動化温度域前後に急速加熱した金
属部材の表面に被覆材料の粉体を接触させて溶融させる
操作により、被覆材料が融結付着した仕掛り部材を、少
ない残熱で得ることができる。金属部材を被覆材料の粉
体中に埋没させ、あるいは粉体の流動層中に浸漬した状
態で金属部材を誘導加熱する方式が、表層部への入熱が
直ちに被覆材料の溶融に与ることから最も好ましい。融
結付着層を厚く形成させたい場合には、粉体あるいは担
持気体を被覆材料の融点未満の温度に予熱しておくのが
よい。

【００１９】本発明方法の第一工程における融結付着層
の形成を、上述のように入熱条件を調整した溶射法ある
いは粉体融着法によって行えば、そのままで残熱の少な
い仕掛り部材が得られるので、上記操作に引続いて第二
工程の急速加熱操作に移行するリレ−形式の施工が可能
となる。上記リレ−形式の施工は、バッチ方式の施工に
おいても、又、長尺材を対象とした一方向に連続的に進
める施工においても実施できる。

【００２０】本発明方法は、上記融結付着層の形成を、
入熱条件を不問として行い、このあと放冷するなどして
残熱を低減させた仕掛り部材を第二工程に供する形で実
施することもできる。この場合は、入熱条件が不問であ
ることから、融結付着層を形成するための好適手段の選
択巾が広くなる。たとえば、炉加熱によって深部迄昇温
させた金属部材に被覆材料の粉体を接触させて行う粉体
融着法、あるいは、金属部材の表面に必要量の被覆材料
粉体を泥漿塗布・乾燥法などによって付着させた後、炉
加熱などによって被覆材料を溶融させて融結付着層に変
成させる方法等も利用できることになる。上記諸法にお
いては、部材の温度が深部迄上昇することがあるが、放
冷などの速過ぎない冷却手段によれば歪の発生は避けら
れる。

【００２１】上記方式は、足かけの時間は長くなるが、
溶融膜を形成した段階での部材の残熱を小にして冷却負
荷を低減するという本発明の目的に適うことに変りはな
いので、生産事情によっては有用である。

【００２２】本発明方法の第二工程において、金属部材
の表層部を急速昇温させるために行う誘導加熱は、第一
工程において施された被覆材料の融結付着層の手前側に
誘導コイルを配し、これに交流を通電する通常の形式に
より実施することができる。小物の場合ないしは被覆施
工面積が小さい場合には、対象表面全域をコイルがカバ
−するように対象物の表面に沿わせて渦巻状のコイル
を、あるいは外周面を囲むソレノイド状のコイルを配設
して、全体を一気に加熱することができる。又、対象表
面に沿わせた線状のコイルあるいは条材の外周を囲んで
配した環状のコイルを一方向に移動させながら通電を行
って片端から他端への順次加熱を行うこともできる。レ
−ルなどの長尺材には二の順次加熱方式が適する。誘導
加熱は元より表層部の集中加熱に適しているが、上記コ
イルに通電する交流の周波数は、高い方が入熱を表層部
に集中させやすく、一方、高過ぎると電力効率が低下
し、又、設備コストも大となるので、金属部材の材質，
肉厚等に応じて商用〜100KHzの周波数を適宜選定して、
１mm前後の表層部に効率よく集中入熱されるようにする
のがよい。

【００２３】上記誘導加熱によって、金属部材の表面に
施された被覆材料の融結付着層を溶融して膜状にするの
であるが、事情に応じて他の急速加熱手段を併用するこ
ともできる。特に、１mm以上の厚さの被覆を施す場合に
は、誘導加熱による熱が金属部材から上記融結付着層に
行き亘るのに若干時間を要するので、遠赤外線ヒ−タな
どにより融結付着層をその表面側から加熱する赤外線照
射加熱を併用して、融結付着層を溶融流動化させるため
の所要時間を短縮するのがよい。上記所要時間が短縮さ
れるほど、前記誘導加熱による金属部材への入熱量が小
となり、前記溶融膜を形成した段階での金属部材の残熱
量を小とすることができて、本発明の目的に適うことに
なる。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 下記の鉄道用レ−ルに対して、下記の飽和ポリエステル
ベ−スの被覆材料による被覆施工を行った。 ＜被覆対象＞ＪＩＳ 50KgNレ−ル（定尺25m）。被覆施
工面を、ブラスチングによりＳＩＳＳa2.5（ニアホワイ
ト）レベル迄除錆しておく。 ＜被覆材料＞テリ−工業(株)製 粉体塗料（商品名「テ
リ−パウダ−」）。融点265℃，流動化温度域約270〜35
0℃，被覆物性を確保するために固化後140℃迄の急冷を
要する。 ＜被覆構成＞レ−ル頭頂面及び頭側面を除く下方の全外
周面を包む形で0.3〜0.6mm厚さの被覆を施す。

【００２５】熱風で全体を50℃に予熱した上記定尺レ−
ルの被覆施工面に、フレ−ム溶射機による手作業で、約
350℃に加熱溶融した被覆材料を小面積ずつ逐次溶射し
て行き、約600g/m²の被覆材料の融結付着層を形成し
た。上記融結付着層は、粗い外観を呈しており、ピンホ
−ルも多数存在したが、この時点でのレ−ルの温度は約
70℃であった。

【００２６】引き続いて、上記第一工程終了材を、搬送
ラインで４m/分で長手方向に送りながら、10KHz，約100
KWの誘導加熱と、この後方の300mm長さの区間での水噴
射冷却とを行って、固化した被覆を得た。この時点でレ
−ルの温度は約80℃であった。被覆は平滑な外観を呈し
ており、ピンホ−ルも認められず、上記誘導加熱によっ
て十分に溶融された経過がうかがえた。又、被覆の材料
物性，接着力共、所期のレベルを満たしていた。上記被
覆施工により、レ−ルには長手方向の反り歪が生じた
が、全長で約30mmに留まっており、被覆を損傷させる恐
れのある形状矯正処置を要しないレベルにあった。

【００２７】上記操作において、レ−ルの表面温度は、
誘導加熱によって約300℃に上昇した後、上記誘導加熱
に際して殆ど入熱されなかったレ−ル深部との均熱化に
よって、水冷なしでも数秒後には200℃以下迄自己冷却
が進むことが判っており、前記水冷操作は、主として固
化後の段階において前記自己冷却効果を外部から支援す
る形で冷却に寄与したものと推定される。

【００２８】なお、上記第一工程の溶射等の手段を前記
搬送ラインに組込んで、第二工程の誘導加熱とこれに続
く冷却とを含めて一連の操作で行って被覆を施工するこ
ともできる。この場合は、ライン速度が溶射の能力即ち
溶射ガン数に支配され、４m/分のライン速度を確保する
には10丁以上の溶射ガンが必要となる。第一工程をオフ
ラインで実施するか、インラインで実施するかは、生産
量その他の生産事情によって選択すればよい。

【００２９】実施例２ 現地に敷設された外面ポリエチレン被覆鋼管の配管に、
管体溶接工事のために未被覆のまま残されていた小区間
に対して、現地で同系の被覆材料による補完被覆施工を
行った。 ＜被覆対象＞ＪＩＳ ＳＧＰ400Ａ鋼管の長手方向約500
mm区間。実施例１と同様に被覆施工面を除錆しておく。 ＜被覆材料＞三井石油化学工業(株)製の接着性ポリエチ
レン粉体（商品名「アドマ−」）。融点125℃，流動化
温度約200〜280℃。 ＜被覆構成＞上記未被覆部全面に1.5〜2.0mmの厚さの被
覆を施す。なお、管体に工場で施された既製被覆との接
続その他の端部間の接続は、補完被覆施工のあと、可搬
式押出し装置により溶融した同系の樹脂材料を押出し施
工して行った。

【００３０】先ず、前記粉体ポリエチレンを、その一部
を溶融させる入熱スケジュ−ルによりプレス成形して、
融結状態の多孔質シ−トを作成した（特公平７−９０２
５０号公報に開示された技術による）。次に、前記被覆
対象部に適合するよう裁断した前記多孔質シ−トを、被
覆対象部に順次巻きつけて行きながら、下地鋼管と接触
しはじめる前線部において、鋼管管体を誘導加熱してそ
の表層部を約250℃に急速昇温させる操作を同期させて
進めて、上記シ−トを上記前線部において下地鋼管に融
着させる操作を進めて行き、被覆対象部全面に前記被覆
材料の融結付着層を形成した。この段階で鋼管管体の温
度は120℃前後であり、さほど高くはなかったが、約１
時間放冷して約100℃に冷却させた。

【００３１】このようにして本発明方法の第一工程の適
用を終えた被覆対象部に対して、今度は、上記対象部を
囲んで配した環状の誘導コイルを管の長手方向に0.5m/
分で移動させながら、50KHz，約20KWの誘導加熱を行っ
て鋼管管体表層部を急速昇温させる操作を進めるととも
に、上記誘導加熱操作に先行させる形での10KWの遠赤外
線ヒ−タによる被覆材料表面への赤外線照射加熱及び上
記誘導加熱に続く形での水噴射冷却を連動的に進めて、
前記融結付着層を一旦溶融させて膜状にする本発明の第
二工程の操作と、これに続く冷却操作を行って、固化し
た補完被覆を得た。この間、被覆材料が溶融流下する問
題は生じなかった。

【００３２】上記操作において、下地鋼管の表面は極く
短時間約250℃に昇温はしたものの管体内での均熱化が
早々に進み、上記操作を完了した時点で管表面温度は既
に120℃を下回っていた。なお、前記未被覆部に対する
ポリエチレン被覆を従来技術の範囲の粉体融着法によっ
て行おうとすれば、管の肉厚が比較的小であることに起
因する自然冷却代を見込んで、管体全体を300℃程度迄
加熱し、これに粉体を接触させ溶融させて行うことにな
り、昇温させている時間が長いこともあって、前記既製
被覆への熱影響の防止、あるいは、被覆材料の溶融流下
の防止等に多大な手数が必要であった。このため、上記
方法は通常は採用されず、熱収縮スリ−ブを適用して、
該スリ−ブを管体あるいは既製被覆にホットメルト接着
させる方法が一般的に採用されていた。上記本発明例２
の方法によれば、補完被覆と既製被覆の融合一体化が実
現し、苛酷な用途における耐久性が一層高められること
になる。

【００３３】比較例１ 定尺レ−ルを搬送ラインで１m/分で長手方向に送りなが
ら、１KHz，約250KWの誘導加熱と、レ−ルの外周面を囲
む形で配した３丁の静電塗装ガンによる粉体投射と、こ
の後方の２m長さの区間での水噴射冷却とを順次適用し
て、従来の静電塗装法による被覆施工を実施し、優れた
外観及び性能の被覆を得た。但し、レ−ルには全長で１
m以上の反り歪が生じた。

【００３４】なお、上記方式にて、増産のためにライン
速度を倍以上にしようとすると、500KW以上の誘導加熱
と、これに見合った冷却ゾ−ンの増強が必要になり、加
熱をガス方式に代替するとしても、投資リスクあるいは
所要スペ−スといった難題が生じる。

【００３５】上記本発明例と比較例を対比して見ると、
比較例即ち従来方式において如何に無用な入熱を行い、
これに起因して大きな冷却負荷が生じているかが理解さ
れる。特に、前記急冷を要する被覆材料の施工に際して
は、対象物の種類によっては、上記冷却負荷が実質的に
施工そのものの可否を分ける問題となっていたが、本発
明により解決を見たものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上述したように、金属部材の
表面に熱可塑性の樹脂系被覆材料の溶融膜を形成し、こ
れを冷却固化させて行う被覆方法において、上記溶融膜
の形成された部材を少ない残熱量で得て、このあとの冷
却負荷を低減させたものである。

【００３７】従って、上記冷却負荷の低減により、被覆
施工のための設備が簡素になると共に生産能率が向上
し、又、エネルギや水の消費が節約できて、設備投資あ
るいは生産コストを低減させることができる。又、上記
改善により、被覆対象あるいは被覆材料・仕様に関して
の施工可能範囲が実質的に拡大されることもあり、被覆
技術の利用性が一段と高められる。

フロントページの続き (72)発明者 栗 林 正 記 神奈川県川崎市川崎区殿町２丁目17番８号 第一高周波工業株式会社技術部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属部材の表面に熱可塑性の樹脂系の被
   覆材料の溶融膜を形成し、冷却により該溶融膜を固化さ
   せて行う被覆方法において、前記溶融膜の形成を、金属
   部材の表面に前記被覆材料を融結した状態で付着させた
   仕掛り部材を残熱の少ない状態で用意する第一工程と、
   該仕掛り部材を誘導加熱して金属部材の表層部を被覆材
   料の融点以上の温度に急速昇温させて、前記第一工程に
   おいて付着させた被覆材料を溶融させて膜状にする第二
   工程とによって行い、溶融膜を形成した金属部材を少な
   い残熱で得ることを特徴とする金属部材の被覆方法。
2. 【請求項２】 前記第一工程によって用意する仕掛り部
   材の残熱を、平均温度で100℃以下のレベルとする請求
   項１に記載の金属部材の被覆方法。
3. 【請求項３】 前記第一工程において前記被覆材料を融
   結した状態で付着させる手段が溶射法である請求項１又
   は２に記載の金属部材の被覆方法。
4. 【請求項４】 前記第一工程において、前記被覆材料を
   融結した状態で付着させる手段が、表層部を被覆材料の
   融点以上の温度に加熱した金属部材の表面に被覆材料の
   粉体を接触させて行う粉体融着法である請求項１又は２
   に記載の金属部材の被覆方法。
5. 【請求項５】 長尺の金属部材を対象として、前記第二
   工程の操作と、このあと前記冷却を行う操作とを、金属
   部材の長手方向に沿って一方向に連続的に進めて適用す
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金
   属部材の被覆方法。
6. 【請求項６】 前記第二工程において、被覆材料を溶融
   させるための加熱手段として、前記融結付着層の表面に
   対する赤外線照射加熱を併用する請求項１〜５のいずれ
   かに記載の金属部材の被覆方法。