JP5598901B2 - 樹脂コーティング部材と樹脂コーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材表面に樹脂コーティング材が直接被覆されてなる樹脂コーティング部材と、それを製造する樹脂コーティング方法に関するものである。

従来より、プラスチックに代表される樹脂は耐食性・変形追従性に優れていることから、これらの性質を利用して、鉄やアルミニウム等の様々な基板の表面にプラスチック等の樹脂による保護コーティングを施し、その後で加工して成形することが良く行われている。
この場合、厚いコーティングは溶融したプラスチック原料を基材の上に流して作成するが、例えば１００ミクロン以下といった薄い膜を均一に作製することは困難である。また、超高分子量ポリエチレン等の樹脂は流動性に乏しいため、粉体を溶融して流動させるコーティング法を用いることができない。
対象とする基材に樹脂などを薄くコーティングする方法は、真空蒸着法などがあるが、特殊な設備が必要であり長大な基材を対象にした場合には全く不可能であるため、溶剤による樹脂の溶解液を塗布するのが通常である。
この溶剤使用型の樹脂コーティングでは、溶剤により樹脂の変質や基材のダメージ、溶媒飛散による作業者や環境への障害など多くの問題があり、できれば溶剤を不要とした樹脂コーティングが望まれていた。
一方で、無機材料の薄膜コーティングについては、溶剤を全く不要としながらも、スプレーガンを用いて基材に容易に無機材料を吹き付けコーティングできるＨＶＯＦ溶射（高速フレーム溶射）が多くの実績を示すに至っている。

そして、このＨＶＯＦ溶射を利用してＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱樹脂を基材に吹き付ける技術が下記の文献に開示されている（特許文献１および２参照）。しかしながら、これらの方法によると、あらかじめ基材の表面に、粗面化処理及び／又は樹脂に対して良好な接着性を有する結合層を塗布することが必須であり、作業工程が多くなってしまったり、上記塗布技術の範疇を超えるものではなかった。また、得られる樹脂コーティング部材についても、実質的にはコーティング材と基材との界面に結合層が介在したものとなってしまっていた。また、ＨＶＯＦ溶射にて粗面化処理表面にＰＥＥＫを単に溶融コーティングしても、コーティング材が基材表面の微小な凹凸にまで入り込めず、強固なコーティングは実現されていなかった。
特開２０００−９６２０３号公報 特開２００７−１７５８８１号公報 本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、コーティング樹脂と基材を物理的な構造によって強固に接着されているコーティング部材と、塗布処理を一切必要とせずにこのコーティング部材を作製する樹脂コーティング方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するものとして以下のことを特徴としている。
発明１の樹脂コーティング部材は、基材表面に樹脂からなるコーティング材が被覆されてなる樹脂コーティング部材であって、前記コーティング材と前記基材表面の界面が、少なくともミクロンピッチの凹凸で両者が互いに入り込んだ構造を有していることを特徴としている。
発明２の樹脂コーティング部材は、上記発明１において、コーティング粒子が、超高分子量ポリエチレンであることを特徴としている。
発明３の樹脂コーティング方法は、バレルの一端に接続した燃焼室で燃焼ジェットを発生させると共にこの燃焼ジェットの温度を不活性ガスの供給により調整し、温度調整された燃焼ジェット中に樹脂のコーティング粒子を供給してバレル内を通過させ、燃焼ジェットと共にコーティング粒子を噴出口から噴出させて基材表面に被覆させるＨＶＯＦ溶射によるコーティング方法であって、下式（１）および式（２）を共に満たすように、バレルの長さ、燃焼ジェット温度及びコーティング粒子の物性を設定することを特徴としている。
α：粒子の熱拡散率（ｍ^２／ｓ）
ｔ：バレル内加熱時間（ｓ）
ｒ：粒子半径（ｍ）
Ｔａｖ：バレル内の燃焼ジェット平均温度（℃）
Ｔｃｐ：粒子の付着臨界温度（℃）
発明４の樹脂コーティング方法は、上記発明３において、バレルの長さを２５ｃｍ以上とすることを特徴としている。
発明５の樹脂コーティング方法は、上記発明３または４において、燃焼ジェットの速度をマッハ１以上とすることを特徴としている。
発明６の樹脂コーティング方法は、上記発明３ないし５のいずれかにおいて、基材に粗面化処理を施しておくことを特徴としている。
発明７の樹脂コーティング方法は、上記発明３ないし６のいずれかにおいて、基材を加熱または冷却しながらコーティングを行うことを特徴としている。

本発明者らは、樹脂と基材（多くは金属）との接着が、相互の親和性ではなく、物理的な構造によっても得られるものであるとの知見に基づき、鋭意研究を重ねた結果、上記のような塗布処理を一切必要としない方法を開発するに至った。
前記発明１のコーティング部材は、コーティング材である樹脂と基材とが少なくともミクロンピッチの凹凸にまで入り込んだ界面構造を有するため、両者は、その親和性に関係なく、極めて強い一体性を有することとなった。
発明２では、粉体を溶融して流動させるコーティング法を適用できない超高分子量ポリエチレンなどにおいても、そのような界面構造を実現させることができる。
発明３〜７の方法により、上記の樹脂コーティング部材を良好かつ簡便に製造することができる。

図１は、本発明に用いることができるスプレーガンの一例を示す断面模式図である。 図２は、バレル内のジェット平均温度Ｔａｖを算出した結果を例示したグラフである。 図３は、本発明の樹脂コーティング方法の一例を示すフロー図である。 図４は、基材の温度調整方法の一例を示す概念図である。 図５は、本発明の樹脂コーティング部材におけるコーティング層と基材の界面の一例を示す断面図である。 図６は、図５の拡大断面図である。 図７は、本発明のスプレーガンとその制御システムにより得られたコーティング層の基材保護性能を試験した結果を例示した図である。 図８は、（Ａ）本発明と（Ｂ）比較例における樹脂コーティング層を観察した結果を例示した図である。

符号の説明

（１） 燃焼室
（１１） 燃焼部
（１２） 温調部
（１３） 不活性ガス供給口
（１３ｂ） 調整バルブ
（１４） ノズル
（１５） 燃料供給部口
（１６） 点火プラグ
（２） バレル
（２０） 供給口
（３１） 冷却水供給口
（３２） 冷却水排出口
（Ａ） 基材
（Ｌ） 供給口から噴出口までの距離
（Ｌａ） 基材表面と噴射口との距離
（ｔ） バレル内加熱時間

本発明の樹脂コーティング方法および樹脂コーティング部材について、例えば図１に例示したＨＶＯＦ溶射のためのスプレーガンの構成に基づいて説明する。
図１に例示したスプレーガンは、バレル（２）の一端に燃焼室（１）が接続されており、燃焼室（１）は、たとえば、燃焼部（１１）と温調部（１２）とノズル（１４）とから構成され、燃焼部（１１）には、点火プラグ（１６）と燃料供給口（１５）および酸素供給口（１７）が設けられていて、燃料供給量と酸素供給量は供給側にて調整可能とされている。温調部（１２）には、不活性ガス供給口（１３）が設けられていて、不活性ガスの供給量は供給側に設けた調整バルブ（１３ｂ）により調整することで、燃焼ガスの温度を調整可能とされている。バレル（２）には、その燃焼室に近い側にコーティング粒子を圧入する供給口（２０）が設けられている。

なお、図中（Ａ）はコーティング対象である基材であり、基材（Ａ）の表面と噴射口との距離を（Ｌａ）と表記している。また、図１のスプレーガンでは、各構成部分は二重隔壁にて構成され、その内部に冷却水を供給・排水する供給口（３１）と排出口（３２）を設けるなどして、外壁の加熱を抑えて安定した運転が可能なよう考慮されている。
本発明の樹脂コーティング方法では、バレル（２）の一端に接続した燃焼室（１）で燃焼ジェットを発生させると共にこの燃焼ジェットの温度を不活性ガスの供給により調整し、温度調整された燃焼ジェット中に樹脂のコーティング粒子を供給してバレル（２）内を通過させ、燃焼ジェットと共にコーティング粒子を噴出口から噴出させて基材（Ａ）表面に被覆させるＨＶＯＦ溶射によるコーティング方法であって、下式（１）および式（２）を共に満たすように、バレルの長さ（Ｌ）、燃焼ジェット温度及びコーティング粒子の物性を設定するようにしている。

式（１）中、αはコーティング粒子の熱拡散率（ｍ^２／ｓ）、ｔはコーティング粒子がバレル内で加熱される時間（ｓ）、ｒはコーティング粒子の半径（ｍ）を示す。なお、コーティング粒子の熱拡散率αは、以下の式により求めることができる。
α＝ｋ／ρ・Ｃｐ
ここで、ｋ：熱伝導率（Ｊ／ｓｍＫ）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃｐ：比熱（Ｋ／ｋｇＫ）である。熱伝導率、密度、比熱は材料ハンドブック等の値を利用することができる。
また、ｔは燃焼ガスおよび不活性ガスの質量流量から算出される燃焼ジェットの速度およびバレルの長さ（Ｌ）により求めることができる。バレルの長さ（Ｌ）は、供給口（２０）からバレル（２）の先端である噴出口までの距離として定義される。

式（２）中、Ｔａｖはバレル内の燃焼ジェットの平均温度（℃）であって、（ａ）燃焼ガスに対する不活性ガスの質量流量から温調部での燃焼ジェットの温度を計算し、（ｂ）その条件の下、流体力学の観点からノズル、バレルでの流れ方向のガス温度分布を計算し、（ｃ）バレル内のガス温度分布から、バレル内の平均温度Ｔａｖを算出することで、理論的に求めることができる。Ｔｃｐはコーティング粒子の付着臨界温度（℃）であって、それを構成する樹脂の軟化温度±１０℃とすることができる。±１０℃としたのは、同様な樹脂であっても、含まれる添加物や合成度合いなどにより軟化温度が若干変化するので、これらの変化を包含して適正な温度設定ができるようにするためである。
ＨＶＯＦ溶射における燃焼ジェットの温度は、不活性ガスなどによる冷却を行わない場合では通常３０００℃程度であるが、上記のような構成のスプレーガンによると、不活性ガスの供給により燃焼ジェットの温度はおおよそ３０００℃〜３００℃程度の範囲で調整可能とされる。実際的には、コーディング材料の特性に応じて１０００℃〜４００℃程度の範囲で適切な温度に調整されることになる。

また、燃焼ジェットの速度は、本発明の樹脂コーディング方法においては、付着性の高い樹脂コーディングを行うために、少なくともマッハ１以上（超音速）のジェット速度とすることが好ましい。好ましくはマッハ２以上である。この燃焼ジェットの速度は、燃焼させる燃料と酸素および不活性ガスの流量を制御することで調整することができ、例えば、以下の実施例において、バレル（２）内ではマッハ２程度の超音速とすることができる。ここで、不活性ガスの供給量は、燃焼部（１１）における燃料と酸素の供給量に影響を及ぼし、不活性ガスを増加させると、燃料と酸素は減少されるが、結果的には、燃焼ジェットの噴射速度に大きな変動を与ることなく（ｔに影響しない程度）、温度調整を可能としている。すなわち、樹脂に対応した低温であっても超音速の燃焼ジェットが実現されている。
燃料としては、公知の各種の熱源を用いることができるが、例えば、代表的には、灯油やアセチレン等を用いることが例示される。上記の燃焼ジェット速度を実現するには、燃焼部（１１）やノズル（１４）の寸法や形状にもよるが、目安として、燃料として灯油を用いる場合、灯油流量を０．３〜０．５ＳＬＭ，酸素流量を５００〜９００ＳＬＭ程度の範囲とすることが例示される。もちろん、これに限定されるものではない。不活性ガスとしては、窒素や、Ｈｅ，Ａｒ等の希ガス等を用いることができる。
バレル（２）には、その燃焼室に近い側にコーティング粒子を圧入する供給口（２０）が設けられていて、温度調節された燃焼ジェットと共にコーティング粒子を他端の噴出口から噴出する。

そしてこの出願の発明において特徴的なことは、良好なコーティングを実現するために、バレルの長さ（Ｌ）、燃焼ジェット温度及びコーティング粒子の物性を、前記式（１）および式（２）を満たす関係となるよう適切に設定することである。
式（１）は、コーティング粒子の熱拡散率α（ｍ^２／ｓ）、バレル内加熱時間ｔ（ｓ）、粒子半径ｒ（ｍ）の関数である右辺の値が、０．５よりも大きくなるように規定される。上記のとおり、燃焼ジェットの温度は従来のスプレーガンよりもかなり低い温度に設定されるため、右辺の値が０．５以下の場合には、コーティング粒子の加熱状態が不十分となり、良好なコーディング層を得ることができない。右辺の値が大きいほうが、粒子衝突時において全体が均一に加熱されることになり、微小凹凸への入り込みが広範に渡って確実となり、付着しやすくなると考えられる。

式（２）のＴａｖ／Ｔｃｐの値は、バレル内のジェット平均温度Ｔａｖ（℃）とコーティング粒子の付着臨界温度Ｔｃｐ（℃）の比であって、２．５より大きく、４．５より小さくなるよう規定される。コーティング粒子の熱的劣化を防ぐことを重視する場合は、Ｔａｖ／Ｔｃｐの値を下限側にシフトさせる、すなわち燃焼ジェットの温度を低くするのが好ましいが、２．５以下の場合にはコーティング粒子の加熱状態が不十分となり、良好な緻密性および付着性のコーディング層を得ることができない。また、コーティング層の緻密さや基材との付着性を重視する場合は、Ｔａｖ／Ｔｃｐの値を上限側にシフトする、すなわち燃焼ジェットの温度を高くすることができるが、４．５以上とするとコーティング粒子が劣化され付着しなかったり、コーティング層の物性が劣る可能性があるため好ましくない。
そしてこのバレルにおける上記距離（Ｌ）については、公知のスプレーガンでは１０〜２０ｃｍ程度とされている。しかし、このようなＬの値では、熱拡散率αが大きく、かつ、粒子半径ｒ（ｍ）が極めて小さいコーティング粒子を選択しなければ良好なコーティング層が得られず、実用できるものではなかった。そのため、従来技術のように、基材の粗面化処理又は樹脂に対して良好な接着性を有するコーティング層の塗布といった特別な工程が必須とされていた。これに対し、本願発明においては、汎用の一般的な熱拡散率αおよび粒子半径ｒ（ｍ）の樹脂コーティング粒子を用いた場合であっても、上記式（１）（２）を満たすような距離（Ｌ）のスプレーガンを用いることで、簡便かつ良好な樹脂コーティングが実現可能とされる。このようなスプレーガンのＬ値は、特別な値に限定されるものではないが、これまでの検証では２０ｃｍ以上であるのが好ましく、実際的には２５ｃｍ以上、より好ましくは３０ｃｍ以上とすることが例示される。代表的には３５〜５０ｃｍ程度とするのが、コーティング粒子の物性を考慮すると好ましい例として示される。発明者らは、コーティング粒子の供給口から基材までの総飛行距離が７００ｍｍの範囲まではコーティングが十分可能なことを確認している。従って、噴出口から基材までの距離（Ｌａ）を７００ｍｍから差し引いた長さ程度までは、十分に距離（Ｌ）として設定可能と考えられる。

本発明の樹脂コーティング方法では、燃焼ジェットの温度が樹脂コーティング粒子に応じて低温であるため、バレルの距離（Ｌ）が従来のように２０ｃｍ程度以下ではバレル内で樹脂コーティング粒子が十分加熱されなかったが、上記距離（Ｌ）を２５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍ程度とすることで十分な加熱が可能となり、良好なコーティングができるようになる。
また、実際のコーティング作業では、樹脂コーディング粒子が基材上にコーティングされた後も、燃焼ジェットは一定時間コーティング面に吹き付けられることになる。ここで、距離（Ｌ）を上記のとおり従来より長く、２５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍ程度のスプレーガンを用いることで、燃焼ジェットの温度をバレル内で適度に低下させて樹脂コーティングの熱劣化を防ぐことができる。

以上の本願発明の樹脂コーティング方法においては、下記実施例の考察から、コーディング粒子としては、従来各種の塗料用に使用されている樹脂を同様に使用できるものと考えられる。例えば、以下のものが例示される。
ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル／スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）
これらのコーディング粒子の粒径については、上記式（１）および式（２）を満たすものであれば特に制限はないが、各々の材料の熱拡散率α等を考慮してよりコーティングに適切な粒径のものを用いることもできる。

なお、コーティングの対象である基材についても特に制限はなく、炭素鋼のみならず各種の金属や合金からなる以下の金属、および無機材料からなるセラミック等に対して使用可能と考えられる。
金属（マグネシウム、アルミニウム、銅、鉄、チタンなど）およびその合金セラミック（アルミナなどの酸化物、ＴｉＮなどの窒化物、ＳｉＣなどの炭化物、Ｂ４Ｃなどのホウ化物など）。
さらに、基材を適切な温度に維持することで、例えば、以下に例示するような樹脂基材に対しても容易にコーティングできる。プラスチック（ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリプロピレン，ポリスチレンなどの汎用プラスチック、ポリ酢酸ビニル，ＡＢＳ樹脂，ＡＳ樹脂，アクリル樹脂、ポリアセタール、ポリイミド，ポリカーボネイト，変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ），ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート，ポリスルホン，ポリフェニレンスルフィド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリイミド樹脂，フッ素樹脂など）

この出願の発明においては、基材に粗面化処理を施しておくことも好ましい形態として示される。粗面化の手段としては、ブラスト等の公知の手法を採用することができ、基材の表面にコーティング材との接触面積を増やすための凹凸を設けることが好ましい。凹凸の粗さは、塗膜の均一性や強度に影響を与えない程度であれば特に制限されず、基材の全面または一部に設けることができる。この発明では、１μｍ以下のピッチで存在する微小凹凸であっても十分その機能を果たすことができる。というのは、この出願の発明の方法では、コーティング材を適切に温度調整された燃焼ジェットに載せて基材に高速度で衝突させるため、基材表面の極めて小さい凹凸にまで、コーティング材を回り込ませることができるからである。これは、たとえ基材に微小凹凸が存在しても、コーティング材の表面張力、空気の噛み込み等といった基材とコーティング材の接触に負の物理力に比べて、遙かに大きな物理力が発生されることによると考えられる。
これにより、基材そのものの凹凸のみならず、機械的に設けた凹凸によっても、コーティング層と基材とを機械的に強固に結合させることが可能となる。

また、この出願の発明においては、コーティング対象である基材を加熱または冷却しながらコーティングを行うことを考慮することもできる。この場合の基材の設定温度は任意であって、現実的には、コーティング粒子が軟化する温度〜それより５０℃程度低い温度までの範囲を目安に設定することが例示される。これは、コーティング粒子が基材に付着する際のターゲット表面の温度を均一にすることが目的であり、これにより付着性に優れ、また塗膜状態の良いコーティングを行うことができる。特に、上記の樹脂を基材とする場合に有効である。
以上により得られる本発明の樹脂コーティング部材は、基材表面に樹脂からなるコーティング材が被覆されてなる樹脂コーティング部材であって、前記コーティング材と前記基材表面の界面は、例えば図６に例示したように、基材とコーティング樹脂とが少なくともミクロンピッチの凹凸で両者が互いに入り込んだ構造を有し、直接一体化されている。ミクロンピッチの凹凸とは、隣接する凸部同士の距離がマイクロメーターオーダーの凹凸と理解することができるが、代表的には、凸部同士の距離は数１０マイクロメーター程度以下、好ましくは数マイクロメーター以下である。この凹凸は、コーティング材と基材表面の界面全体にあることが好ましいが、部分的であっても良く、特に限定されるものではない。

そして特徴的なことは、本発明の樹脂コーティング部材は、たとえば数マイクロメーター以下の微小な凹部で、基材表面部よりも内部空間の幅が広い場合であっても、樹脂コーティング部材がその凹部の内部にまで入り込み、入組んだ樹脂／基材界面を構成していることである。これは超音速の燃焼ジェットによりコーティング材料が基材表面に深く食い込むことにより初めて実現される構成であって、これにより両者はその親和性に関係なく機械的構造により極めて強い一体性を有するものとされている。
なお、従来技術である溶剤による樹脂コーティングにおいては、基材表面と樹脂の接触はその化学的な親和性のみによるものである。従って、たとえば基材表面に凹凸がある場合は、親和性では対応しきれない物理的な力、例えばコーティング材の表面張力によるブリッジ生成、溶媒の蒸気溜まり、空気の噛み込み、などを招きやすくなるため、望ましいことではなかった。しかし、基材の表面を鏡面化するのはほとんど不可能であり、結果的に、溶剤コーティングによる場合は、微小な凹凸内にまでコーティング材が入り込むことは不可能であった。
また、従来のＨＶＯＦ溶射による単純な樹脂溶融コーティングにおいても、溶融したコーティング材の表面張力や親和性、空気の噛み込み等を考慮した場合、溶融材が基材の上記のような基材表面の微小な凹凸にまで入り込むのは難しい。

これに対して、音速を超える高速度でコーティング材を基材に衝突させる本願発明により、初めて、上記のような物理的な負の力（コーティング材の表面張力、溶媒の蒸気溜まり、空気の噛み込み等）に比べ遙かに大きな物理力を発生させることができ、負の物理力には影響されず、極めて小さい凹凸にまでコーティング材を回り込ませることができたものと思われる。
また、コーティング材としては、上記に例示した各種の塗料用に使用されている樹脂とすることができ、基材としては、上記に例示した各種の金属およびその合金セラミック、樹脂基材とすることができる。
そこで以下に実施例を示し、本発明についてさらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって本発明が限定されることはない。

（実施例１）
ＨＶＯＦ溶射用スプレーガン
図１は、本発明の樹脂コーティング方法で用いたスプレーガンの構成を例示した縦断面概略図である。
このスプレーガンは、燃焼室（１）とバレル（２）から構成されている。前記燃焼室（１）は、燃焼部（１１）と温調部（１２）とノズル（１４）とから構成され、燃焼部（１１）には、点火プラグ（１６）と燃料供給口（１５）および酸素供給口（１７）が設けられていて、燃料供給量と酸素供給量は供給側にて調整することができる。温調部（１２）には、不活性ガス供給口（１３）が設けられていて、不活性ガスの供給量を供給側に設けた調整バルブ（１３ｂ）により調整することで、燃焼ガスの温度を調整することができる。燃焼部（１１）にて発生された燃焼ガスは、温調部（１２）において適切な量の不活性ガスの供給により冷却されて温度が調節され、ノズル（１４）を介して燃焼ジェットとして、前記バレル（２）に供給される。この燃焼ジェットの速度は、バレル（２）内ではマッハ２程度の超音速となり、燃焼ジェットの温度は３０００〜４００℃の範囲で調整可能としている。なお、各構成部分は二重隔壁にて構成され、その内部に冷却水を供給・排水する供給口（３１）と排出口（３２）が設けてあり、外壁の加熱を抑えて安定した運転が可能なようにした。（Ａ）はコーティング対象である基材であり、基材（Ａ）の表面と噴射口との距離を（Ｌａ）と表記している。
燃焼ジェットの燃料としては灯油を、不活性ガスとして窒素を用いた場合のバレル内平均温度Ｔａｖを計算した結果を図２に示した。このように、燃料および酸素の供給量と不活性ガスの供給量を適切に制御することで燃焼ジェットの温度およびＴａｖを調節可能なことが分かる。

スプレーガンの条件の制御について
図３は、本発明のコーティング方法を実現するためのスプレーガンの制御の一例について説明するフロー図である。図中、点線で囲んだ部分はコンピュータソフトによる操作を示している。
以下の手順で演算が実行される。
Ｓ１：α（使用するコーティング粒子の熱拡散率（ｍ^２／ｓ）、ｒ（同粒子の半径（ｍ））及びＴｃｐ（同粒子の付着臨界温度（℃））並びにｔ（前記バレル長さＬで決まるバレルない加熱時間（ｓ））を入力する。
Ｓ２：式（１）に基づき、入力されたデータで所定のスプレーガンが使用できるか（式（１）を満たすか否か）を判定し、満たさない場合は、ディスプレーなどに使用不能とのメッセージを表示するようにした。
逆に、式（１）を満たす場合は、Ｓ３に進み、入力したＴｃｐデータをＳ３に送り込むようにしてある。
Ｓ３：Ｓ２から送られたＴｃｐデータに基づき、式（２）を使用してＴａｖ（バレル内のジェットの平均温度（℃））の許容範囲を求め、Ｓ４にそれを送り込む。
Ｓ４：不活性ガスの供給量を調節するバルブの位置を検出する検出器の位置情報に基づき、演算された現段階のＴａｖと前記Ｓ３で求めたＴａｖ範囲とを比較し、これが、Ｔａｖ範囲内にある場合は、使用可能とのメッセージを表示するようにした。
逆に、その範囲より外れている場合には、演算結果で得られた＋，−の信号をＳ５に送るようにしてある。
Ｓ５：送られた信号がプラス、マイナスの何れであるかを判別し、プラスの場合は増量信号を、マイナスの場合は減量信号をバルブ調整ソレノイドに出力するようにしてある。
そして、使用可能の信号を発するか、操作を中断する入力があるまでの間、Ｓ４，Ｓ５を繰り返し行い、不活性ガスの供給量をコーティング粒子の物性や使用するスプレーガンの特性に合わせて自動調整するようにしてある。
なおこの繰り返し間隔は、一回のソレノイド操作が完了する程度の時間以上の時間間隔で行うのがシステムの安定性と信頼性を高めるのに必要である。
なお、図１に示したスプレーガンを用いる場合は、ｔ（バレル内加熱時間（ｓ））は、燃焼ジェットの速度が初期（不活性ガスを樹脂に対応する最小限度の量で供給した場合）の燃焼ガスの発生量により決定され、不活性ガスの供給量ではｔを左右するほどには変化しないが、スプレーガンの大きさなどによっては変化する可能性がある。よって、実験的に設定したスプレーガンの固有の換算式を予め入力しておいて、バレルの長さＬを入力すると自動的にｔに換算するようにすることも可能である。

樹脂コーティング実験結果
上記の構造を持ったスプレーガンを用い、上記の制御システムを利用して、以下の諸条件で行った樹脂のコーティング結果を表１に示した。
コーティング粒子としては、三井化学社製の超高分子量ポリエチレン、ミペロンＸＭ２２０を用いた。熱拡散率αは２．４、付着臨界温度Ｔｃｐは３９３Ｋである。また、燃料としては灯油を流量０．３５ＳＬＭで、酸素を流量６７０ＳＬＭで、そして不活性ガス（窒素）を流量：０，５００，１０００ＳＬＭで供給した。
バレルの距離（Ｌ）は、Ｎｏ．１〜１５までは１６インチ、Ｎｏ．１６〜１８までは８インチであって、このような条件下、バレル内加熱時間ｔはそれぞれ０．８×１０^−３秒、０．４×１０^−３秒に設定される。
また、基材（Ａ）の温度を図４に示すように制御することを試みた。この基材の温度制御は、測定温度に対する基材温度の測定値との差異により、測定温度が高温の場合は冷却装置をＯＮにし、加熱装置をＯＦＦとし、測定温度が低温の場合はこの逆を行い、基基材を加熱、冷却して設定温度に維持しようとするものである。
なお基材は炭素鋼（ＳＳ４００）を用いた。

表１の結果から明らかなとおり、前記式（１）（２）を満たす条件で行ったコーティングでは、基材に均一な厚さで良好に樹脂コーティングが行え、また、得られたコーティング層は極めて緻密なものであった。コーティング層の厚さも、数μｍ〜数百μｍ程度まで容易に調節することが可能であった。

また、実験Ｎｏ．２のコーティング基材の断面を図５に示した。超音速ジェットによりコーティング材料が基材表面に深く食い込み、付着のみならず機械的な形状によっても、基材に強固に固定されていることが分かる。この点をより詳しく観察したのが、図６であって、１μｍ以下のピッチで存在する基材表面の凹凸の中にも、コーティング材が入り込んでいることが明らかである。
一方、前記式（１）（２）を満たさない条件の場合は、コーティング層の基板への付着性が弱くコーティングが行えなかったり、また、熱的劣化により変色および変質してしまっているのが確認された。例えば、コーティング層が形成された場合でも黒色に変色してしまっていた。
さらに、実験Ｎｏ．２と同様の条件で、炭素鋼ＳＳ４００基材上にポリエチレンコーティング（膜厚５０ミクロン）を施した後、基材裏面に銅線を接続し、コーティング面を２ｃｍ^２だけ残してその他をシリコン樹脂にて絶縁被覆した試料を、室温にて人工海水に５日間浸漬した。その結果を図７に示した。コーティング層の表面には全く錆が出ておらず、コーティング表面が浸漬前と同じ状態を維持することが確認された。５０μｍという薄さでも、均一で緻密なポリエチレンコーティングが形成されたことにより、優れたバリヤー機能が付与された樹脂コーティング部材が得られることが分かった。

（実施例２）
実施例１に示したスプレーガンを用い、ポリエチレンを、鏡面研磨した３０４ステンレス鋼上に吹き付けた。コーティング条件は以下のとおりである。図８に、（Ａ）本願発明の方法による樹脂コーティングと、（Ｂ）比較例の樹脂コーティングの観察結果を示した。
・バレルの長さ：（Ａ）８インチ、（Ｂ）１６インチ
・添加窒素ガス量 ５００Ｌ／ｍｉｎ
・スプレー距離５０ｍｍ
・観察倍率 １００,２００,５００倍
図８のとおり、（Ａ）の方が、あたかも目玉焼きの黄身のように盛り上がっている部分が見られ、（Ｂ）は目玉焼きの白身の部分が多く残っているように見受けられた。これは、（Ａ）が加熱時間が十分長く取れ、ポリエチレンの溶融している部分の割合が多く、堆積した体積も多くなり、厚みがあるのに対し、（Ｂ）はポリエチレンの溶融量が少なく、体積量も少なくなってしまったものと推察される。

本発明の樹脂コーティング方法によると、溶剤フリーで、既設の構造物等に対し容易に、均一かつ強固な樹脂コーティングを簡便に施すことができる。また、電気絶縁、防食、防錆、防汚、耐薬品、耐衝撃、耐磨耗、耐曲げ及び耐引っ張り等の耐環境性能の向上された樹脂コーティング部材が提供される。

Claims (1)

1. 基材表面に樹脂からなるコーティング材が被覆されてなる樹脂コーティング部材であって、前記基材表面に存在するミクロンメーターオーダーのランダムな凹凸に前記コーティング材が入り込んで基材と一体化した構造を有しており、前記コーティング材が、超高分子量ポリエチレンからなることを特徴とする樹脂コーティング部材。