JP3253977B2 - 無機コーティングを電気伝導体に施す方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気伝導体、とくに金属製工作物に無機コ
ーティングを施す方法に関する。

実地で得られた経験から、電気伝導体に無機コーティ
ングを施すためのきわめて種々の方法が知られている。
これらの方法では、コーティング剤のビルドアップ（で
き上がり）が温度の影響下で行われ、温度が、当該物体
またはその表面に塗布されたのちのコーティング剤の反
応を惹起させる。その反応は、実質的に無機の網目構造
の形成に導くものである。使用するコーティング剤に応
じて、異なった高い反応温度が必要とされる。かかる反
応は、熱力学および速度論の点で、有機コーティング剤
の場合の反応とは実質的に相違する。上記コーティング
がしばしば金属性である物体を腐食から保護するのに役
立つことが多い。上記の反応は、普通、コーティング剤
塗布後、対流型オーブン中で行われる。コーティング剤
にもよるが、反応温度は180℃と300℃との間である。こ
れらの温度でコーティング剤は十分に反応して、コーテ
ィングを形成する。

かかる対流型オーブンの使用は、被覆されている物体
の加熱過程がきわめてゆっくり進行するという点で、問
題がある。この過程では、温度の変化に相当な時間を必
要とする。ゆっくりした温度変化のために、たいていの
場合に、コーティング剤が物体の表面領域で十分に反応
するときに、同時に、物体全体が不必要に加熱されると
いうことになる。この物体全体の同時加熱は、反応過程
に寄与することなしに、多量のエネルギーを必要とす
る。

さらに、既知の対流型オーブンの使用は、オーブン
を、加熱室が塗被物体を完全に収容するだけの大型のも
のとする必要があるため、不利である。また、その結
果、既知コーティング方法の実施には、不経済なほどに
大きい空間が必要である。

それゆえ、本発明の目的は、経済的でエネルギーの節
約になる操作で、短時間での温度変化による精密に制御
可能な温度変化を容易ならしめるところの、電気伝導体
に無機コーティングを施す方法を記載することである。

上記の目的は、請求項１の工程からなる方法によって
達成される。従って、電気伝導体に無機コーティングを
施す方法は、下記の工程によって特徴付けられる： まず、物体を準備する。つぎに、必要ならば、その物
体を脱脂し、および／または化学的に前処理し、および
／またはブラストまたはサンドブラストを行う。その
後、物体の少なくとも塗被すべき表面領域にコーティン
グ剤を適用する。

それゆえ、本発明に従えば、コーティング剤の適用の
前および／またはその間および／またはその後に、物体
の少なくとも塗被すべき表面領域を誘導によりコーティ
ング剤の反応温度に加熱する。本発明のこの誘導加熱
は、塗被されるべき表面領域のみが加熱され、必ずしも
物体全体が加熱されるわけではないから、エネルギー的
に特に有利な物体加熱の実施を可能ならしめる。これに
関連して、電気伝導性物体への直接結合は物体内に渦電
流の発生を惹起し、これが、物体材料の電気抵抗のため
に物体の加熱を引き起こす。たとえば再循環空気という
形の加熱媒体の加熱およびそれの不可避的熱放射から生
じるエネルギー損失がここでは防止される。その結果、
加熱が物体またはその表面領域で合目的的に惹起され
る。それにより、誘導装置を適切に制御することによ
り、精密に制御可能な温度変化およびその結果としての
短時間での温度変化が容易になる。誘導加熱であるか
ら、物体はある程度内部から外へと加熱される。これに
関連して、コーティング剤の高度に効率的な加熱も行わ
れる。

要約すると、本発明の誘導加熱による加熱プロセス
は、関連誘導加熱装置へのエネルギー供給を介して簡単
に制御可能である。この結果、誘導による直接的エネル
ギー伝達の原理に基づいて、昇温（ヒートアップ）段階
が短時間になるだけでなく、温度の調整または変化の手
続きへの応答時間が極めて短くなる。塗被表面領域の直
接加熱であるために、場所をとる対流型オーブン装置を
必要とすることなく、経済的で、エネルギー節約的な操
作が実現される。

コーティング剤によって前もって決定される必要条件
に応じて、塗被物体の表面領域を、コーティング剤の適
用の前および／またはその間および／またはその後に、
簡単に加熱することが可能である。これにより、当該方
法の高い柔軟性が確保される。

コーティング剤が十分反応してコーティングを形成し
たのちの、本発明方法の最終工程は、物体の冷却を包含
する。この方法において、物体を室温に付してもよく、
それは最終的に物体の自動冷却ということになる。しか
し、冷却媒体を用い、積極的工程によって行ってもよ
い。

その結果、本発明の方法は、精密に制御可能な温度変
化が、短時間の温度変化で、経済的かつエネルギー節約
的操作で実現されるところの、電気伝導性物体に無機コ
ーティングを施す方法を指定する。

使用されているコーティング剤によって必要とされる
個々の要求に応じるところのとくに融通性のある方法に
関しては、塗被される物体の少なくとも表面部分を、コ
ーティング剤適用前に予熱温度まで誘導加熱することが
可能である。この場合、予熱温度は、コーティング剤の
反応の早すぎる開始を避ける目的で、反応温度よりも低
くすることができる。

必要ならば、コーティング剤のコーティングへの十分
な反応を、水を関与させて行わせることもできよう。こ
れに関連して、その反応に必要な量の水を別個に供給す
ることが可能であろう。しかし、周囲の雰囲気の空気中
の湿気から水を自動的に取り出しすることにより、水の
供給を簡単に行うこともできよう。

物体を腐食から保護するために、コーティング剤、従
ってコーティングは、顔料、好ましくは亜鉛および／ま
たはアルミニウムを含有していてもよい。これにより、
腐食に対するコーティング剤による積極的保護を実現す
ることが可能になるであろう。

コーティングが満たすべき要求に応じて、コーティン
グ剤は、たとえば内部可塑剤、粘度調整剤、流れ調整剤
および／またはクレーター防止剤などの添加剤を含有し
ていてもよい。コーティング剤の個別的配合可能性に対
しては、なんらの制限もない。

とくに好ましい耐磨耗性に関して、コーティング剤
は、少なくとも１種の有機および／または無機の金属化
合物からなる結合剤を含有していてよい。これに関連し
て、チタン、ジルコニウム、クロム、硼素、アルミニウ
ム、珪素、コバルト、ニッケルまたはマグネシウムを含
有する金属化合物がとくに有利である。この金属化合物
中で、前記の元素は個々に存在していても、組合せで存
在していてもよい。さらに、高分子量のアミノ架橋エポ
キシ／フェノキシ結合剤がコーティング剤用結合剤とし
て用いるのに適している。

コーティングを形成する架橋反応の好ましい結果に関
して、必要ならば、結合剤を市販の有機溶媒および／ま
たは水に溶解させることが可能であろう。物体を余熱す
る場合には、予熱温度は室温と溶媒または水の沸点との
間としうる。これにより、コーティングができ上がって
いくときに、溶媒または水がコーティングから制御下に
脱出することが保証され、かくして、コーティングの最
適濃度が実現される。かかる予熱は、コーティング剤の
適用の前後いずれでも行うことができる。後者の場合、
コーティング剤が既に適用されているとき、塗被物体の
表面領域の段階的加熱が実現されよう。

塗被される物体の加熱およびコーティング剤の適用
は、プラントの２つの異なる部分で行ってもよい。この
ため、その場合には、即ちコーティング剤適用前に物体
を余熱するときには、コーティング剤適用後、物体が加
熱区域へ移動していく間に溶媒または水が沸点より低温
で脱出して、表面が保護されるのに十分な時間があるで
あろう。溶媒が脱出してしまえば、直ちに、塗被表面の
温度を数秒のうちに必要な反応温度まで上昇させて、か
くしてコーティングの最上の機能および品質を得ること
が可能であろう。

とくに好ましいエネルギー収支に関しては、物体の部
分的領域のみを誘導加熱することが可能であろう。コー
ティングを施されるべき領域のみのかかる合目的的加熱
は、隣接領域および／または非電気伝導性の物質または
表面領域が同時にほとんど加熱されないかまたはごく僅
かだけ加熱されるようにすることを可能ならしめる。そ
れらの領域の加熱は熱伝導によってのみ可能であろう。
熱の合目的的適用は、さらに、一方ではある装置の個々
の部分のコーティングを、他方では装置全体のコーティ
ングを容易ならしめるであろう。これに関連して、たと
えば完全に組み立てられた軸受けを全体として、あるい
は選ばれた場所のみを被覆することが可能であろう。

とくにエネルギーの節約になる態様では、加熱を、最
大0.5mmの深さの表面領域で行うことができよう。それ
に応じて短時間の加熱を行うときには、塗被物体の残り
の領域への熱伝導は無視すべきものとなろう。

塗被すべきでない領域または温度に敏感な領域の加熱
を避けるために、加熱の間および／またはのちに、適当
な冷却媒体により物体の一部または全体を冷却すること
が可能であろう。冷却媒体として使用するためには、た
とえば空気、水、油などの気体状または液体状の冷却媒
体を考えることができよう。それにより、塗被物体の温
度に敏感な領域が温度の影響から簡単に保護されるであ
ろう。誘導加熱を用いてのみ、塗被表面領域の加熱と同
時に、塗被物体の温度に敏感な場所または領域を空気ま
たは液状冷却媒体で冷却することが可能であろう。

かかる冷却により、本発明の方法が、誘導加熱によっ
て、反応時間の短縮をもたらし、一方、架橋温度を明瞭
に上昇させて、十分に架橋されるときにのみそれの好ま
しい性質を発揮する完全架橋コーティングを実現するこ
とを考慮することができる。しかしながら、余りにも高
い温度は網目構造またはその中に埋め込まれた顔料また
は添加物の破壊、分解をもたらすかもしれない。従っ
て、適時の物体の冷却は異なるポジティブの効果をもた
らしうる。これに関連して、冷却は反応温度に到達して
からのちにのみ、開始しうるであろう。

とくに高い保護作用に関して、当該コーティングは陰
極防食効果をもちうる。必要に応じて、該陰極効果に加
えてまたはそれに代えて、コーティングを電気伝導性お
よび／または熱伝導性としてもよい。これとの関連で
は、ほとんどすべての金属の伝導性を実現できよう。

コーティング適用による物体寸法のとくに小さい変化
可能性に関して、コーティングは約２−30マイクロメー
トルの厚みをもちうるであろう。必要ならば、これによ
り、とくに薄い層で腐食に対する極度の保護を実現する
ことが可能であろう。さらに有利には、コーティングは
溶接可能であってもよい。

環境への過度の影響を避けるため、コーティングは重
金属、とりわけ４価クロムおよびカドミウムを含まない
ものでありうる。

コーティング厚みの制御は、一方ではコーティング剤
の粘度により、他方ではまたは追加的に機械的除去によ
り、調整できよう。機械的除去に関しては、遠心分離に
よって簡単にこれを行うことができよう。他のすべての
既知のラッカー適用法も適用可能である。

必要ならば、コーティングにさらなる有機被覆層を施
すことが可能であろう。とくに満足すべき可能な密着性
に関して、被覆層の組成をコーティングの組成に適合さ
せることができる。それには、結合剤が実質的な影響を
もつであろう。有機被覆層の適用に関連して、被覆層の
アミノ架橋高分子量エポキシ／フェノキシ結合剤がとく
に有利であろう。

コーティング剤および／または被覆層は、吹きつけ、
とくに静電塗装、さらには浸漬法によって、とくに簡単
に適用される。とくに大量材料の場合には、遠心分離と
組合せて、浸漬法が適用される。

きわめて精密に制御可能な温度変化に関しては、加熱
および／または冷却はコンピュータで制御できる。これ
により、完全に自動的なプロセスシーケンスが可能とな
るであろう。

塗被パラメータは、インダクタのac電圧周波数および
／または誘導時間および／または反応温度によってとく
に簡単に制御できよう。

本発明の方法は、すべての既知の技術に適用できる。

有機被覆層の適用は、着色、絶縁、一定の摩擦係数の
調整、および耐接触腐食性の改善のために利用できる。

誘導装置の使用には、とくにトランジスタ化された周
波数変換器が含まれる。これがコンピュータで制御され
た精密なプロセスの実施にとくに有利だからである。

本発明に従った無機コーティング適用法は、化学的お
よび電気化学的腐食ならびにたとえば鋼のアルミニウム
に対する接触腐食に対して高い保護効果を示す。さら
に、塩水噴霧試験、凝縮水試験およびケステルニッヒ試
験においてコーティングの高い抵抗性を実現する。塗被
表面の水素脆化は起こらない。

本方法を実施するとき、数秒という短いサイクル時間
が可能である。温度の影響が短時間であるため、構造部
分（部品）の強度低下が、従来法の加熱の場合よりもず
っと問題にならない。

エネルギーおよび廃棄物除去のための費用が少ないの
で、本発明の方法は、きわめて環境にやさしい方法を実
現する。小型のコンパクトなプラントの建設が可能であ
る。

本発明の教示を改善し、さらに発展させる種々の可能
性が存在する。このためには、一方では従属請求項を、
他方では図面を参照しての本発明方法の具体化態様の以
下の記述を参照されたい。図面を参照しながらの本発明
方法の好ましい具体化態様の説明とともに、一般的に好
ましい具体化態様および当該教示のさらなる展開も記述
する。図面において： 唯一の図は、電気伝導性物体に無機コーティングを施
すための本発明方法の一具体化態様の作業順序をブロッ
ク図の範囲で概念的に説明している。

その唯一の図は、本発明に従って、電気伝導体に無機
コーティングを施す方法の一例の作業順序を概念的に示
している。プロセスの個々の工程は数字１−６によって
区別される。

数字１はプロセスの第一工程を示し、そこでは物体が
準備される。プロセスの工程２は、任意的脱脂および／
または化学的前処理および／またはたとえば該物体のサ
ンドブラストによるブラスト処理からなる。工程１で物
体の準備ができておれば、それ以上の準備は必要ではな
く、プロセスのこの工程２は省略できる。

数字３で示されている次の工程では、コーティング剤
が物体の少なくとも塗被すべき部分に適用される。この
工程では、コーティング剤を物体の塗被すべきではない
表面領域にも適用してもよい。この場合は、のちに、塗
被してはならない表面領域からコーティング剤を除去す
ることになるであろう。

数字４で示されている次の工程、すなわち物体の少な
くとも塗被すべき表面領域の誘導加熱は、コーティング
剤の適用の前および／またはその間および／またはその
後に行うことができよう。必要に応じて、少なくとも塗
被表面領域の予熱をコーティング剤適用前に行うことが
可能である。これは、コーティング剤の架橋反応の間に
必要ではない溶媒の脱出に有利に作用できるであろう。

通常、コーティングは約350℃まで高い熱抵抗を示
す。高すぎる温度はコーティングを破壊しうる。さら
に、高すぎる温度は、とくに長時間にわたるときには、
塗被物体の熱に対して敏感な領域をも損なうので、この
場合、誘導による短時間の処理がとくに有利な効果をも
つ。いずれにしても、最大温度を越えないように注意す
べきである。

さらに、誘導加熱を用いるときのみ、塗被領域の加熱
と同時に、塗被物体の温度に敏感な部分を空気または液
体媒体で冷却することが可能である。

誘導加熱後、コーティング剤を工程５において十分な
反応を受けさせて、コーティングを形成させる。そうす
るとき、誘導加熱は、従来の循環空気手法と比較して、
より低いコストで、十分に架橋したコーティングまたは
保護コーティングの迅速な形成を容易ならしめる。この
速やかな反応熱力学および反応速度が架橋温度の明瞭な
上昇をもたらし、前記の諸性質を完全に示す十分に架橋
したコーティングを実現させる。高すぎる温度は網目構
造またはその中に埋め込まれた顔料および添加物の破壊
を惹起しうるから、温度を制御することが有利である。

本発明方法の一具体化態様の、数字６が示している最
後の工程では、物体を冷却する。この冷却は、たとえば
外界空気中での受動的冷却によって行っても、水または
油などの特別な冷却媒体による積極的冷却によって行っ
てもよい。

部分的に被覆された多少とも大きい物体表面でのコー
ティング剤の完全な反応のため、全面を被覆された物体
の完全な反応のため、または大量材料の塗被のために
は、誘導加熱が最適である。これに関連して、ここに記
載した方法は、欠陥または接触部位のための多重コーテ
ィングが不必要となるゆえに、有利である。予熱した大
量材料を、それらの分布が移動する間に噴霧塗装するこ
とにより、かかる物体の塗被に際して、欠陥なしにとく
に均一なコーティングが保証される。

コーティング剤の適用のために浸漬法を用いれば、と
くに予熱した物体を浸漬することも可能である。

本発明方法のさらに有利な展開に関しては、反復を避
けるために、明細書の一般的部分ならびに添付の請求項
をここに引用して挿入する。

最後に、本発明方法の上記具体化態様は請求項の教示
を説明するためのものに過ぎず、本発明を該具体化態様
に限定するものではないことを明示的に指摘しておきた
い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラスマン、ホースト ドイツ国 ディー―49205 ハスベルゲ ン アドラーホースト ６ (72)発明者 シンゲ、トーマス ドイツ国 ディー―44287 ドルトムン ト ヴェラストラーセ 22 (72)発明者 クルセ、トーマス ドイツ国 ディー―44229 ドルトムン ト スピセンアーゲルストラーセ 94 (72)発明者 ヒンツ、デトレフ ドイツ国 ディー―58239 シュヴェル テ チェルスケルストラーセ 15 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 26/00 B05D 7/14

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を準備する； 必要ならば、該物体を脱脂および／または化学的前処理
   および／またはブラストに付す； 少なくとも１種の有機および／または無機の金属化合物
   からなる結合剤を含有し、該結合剤が有機溶媒および／
   または水に溶解されたものであるコーティング剤を該物
   体の少なくとも塗被すべき表面領域に適用する； 該塗被物体の少なくとも該表面領域を、コーティング剤
   適用ののちにコーティング剤の反応温度まで誘導加熱に
   より加熱する； コーティング剤を十分に反応させて、コーティングとす
   る；そして 該物体を冷却する 工程を含むところの、電気伝導体、とくに金属製工作物
   に無機コーティングを施す方法であって、 コーティング剤適用前に、該物体の少なくとも塗被され
   る表面領域を、反応温度よりも低い予熱温度まで誘導加
   熱により加熱すること、および、該予熱温度が室温と溶
   媒または水の沸点との間にあることを特徴とする前記方
   法。
2. 【請求項２】コーティング剤のコーティングへの十分な
   反応を水を関与させて行うことを特徴とする請求項１の
   方法。
3. 【請求項３】該水を外界雰囲気の空気湿分から抽出する
   ことを特徴とする請求項２の方法。
4. 【請求項４】コーティング剤が好ましくは亜鉛および／
   またはアルミニウムの顔料を含有することを特徴とする
   請求項１−３のいずれかの方法。
5. 【請求項５】コーティング剤が、たとえば内部可塑剤、
   粘度調整剤、流れ調整剤および／またはクレーター防止
   剤などの添加剤を含有することを特徴とする請求項１−
   ４のいずれかの方法。
6. 【請求項６】金属化合物が、チタン、ジルコニウム、ク
   ロム、硼素、アルミニウム、珪素、コバルト、ニッケル
   またはマグネシウムを含有することを特徴とする請求項
   １−５のいずれかの方法。
7. 【請求項７】物体の誘導加熱を部分的領域でのみ行うこ
   とを特徴とする請求項１−６のいずれかの方法。
8. 【請求項８】加熱を、深さが最大で0.5mmの表面領域で
   行うことを特徴とする請求項１−７のいずれかの方法。
9. 【請求項９】加熱の間および／または加熱後に、該物体
   を冷却媒体で部分的または全体的に冷却することを特徴
   とする請求項１−８のいずれかの方法。
10. 【請求項１０】冷却媒体が、たとえば空気、水、油など
    の形の気体状または液体状であることを特徴とする請求
    項９の方法。
11. 【請求項１１】コーティングが腐食に対して陰極保護効
    果を呈することを特徴とする請求項１−10のいずれかの
    方法。
12. 【請求項１２】コーティングが電気的および／または熱
    的に伝導性であることを特徴とする請求項１−11のいず
    れかの方法。
13. 【請求項１３】コーティングが約２−30マイクロメート
    ルの厚みを有することを特徴とする請求項１−12のいず
    れかの方法。
14. 【請求項１４】コーティングが重金属を含有せず、とく
    に４価クロムおよびカドミウムを含有しないことを特徴
    とする請求項１−13のいずれかの方法。
15. 【請求項１５】コーティングの厚みをコーティング剤の
    粘度を介して調整することを特徴とする請求項１−14の
    いずれかの方法。
16. 【請求項１６】コーティングの厚みを機械的除去によっ
    て調整することを特徴とする請求項１−15のいずれかの
    方法。
17. 【請求項１７】機械的除去を遠心分離によって行うこと
    を特徴とする請求項16の方法。
18. 【請求項１８】コーティングに追加の有機被覆層を施す
    ことを特徴とする請求項１−17のいずれかの方法。
19. 【請求項１９】とくに満足すべき可能な限りの密着性の
    点から、被覆層の組成とコーティングの組成とに同一の
    結合剤を用いることを特徴とする請求項18の方法。
20. 【請求項２０】被覆層の結合剤が高分子量のアミノ架橋
    エポキシ／フェノキシ結合剤であることを特徴とする請
    求項18または19の方法。
21. 【請求項２１】コーティング剤および／または被覆層を
    吹きつけ、とくに静電塗装法により、または浸漬法によ
    り適用することを特徴とする請求項１−20のいずれかの
    方法。
22. 【請求項２２】加熱および／または冷却をコンピュータ
    により制御することを特徴とする請求項１−21のいずれ
    かの方法。
23. 【請求項２３】塗被パラメータの制御を、インダクタの
    ac電圧周波数および／または誘導時間および／または反
    応温度によって行うことを特徴とする請求項１−22のい
    ずれかの方法。