JP5916228B2 - 磁性膜構造及び磁性膜構造の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、単に鉄粉等の磁性粉を混ぜ込むだけであり、同一塗料を数回塗布するのみで、その後も今日に至るまで技術的な進歩は無かった。
錆の発生は、表面に近い鉄粉が先ず錆び始め、次第に内部へと拡大する。
そこで見栄えを良くし磁着力を高める目的で、粗い磁性塗装表面を研磨して平坦としその上に非磁性の仕上げ塗装を行う場合が在るが、その塗装の厚さは磁着力を低下させないために薄くせざるを得ず、その結果水分や大気の浸透が早く錆の発生が早まってしまうと云う不都合があった。
従来、該下塗りは磁性材を含まない塗料を採用していた。従い、下塗り材の厚み相当部は磁性材を含まないので、全体の塗装厚さで比較すると磁着力が劣ることになる。鉄粉を含む下塗り材を採用すれば磁着力は確保し易くなるが、下地表面近傍に鉄粉が多く存在するので、下地を通して水分や大気が供給されると鉄粉の錆が進行する。
即ち、防錆型上磁性バリアー層や防錆型下磁性バリアー層とすることで、磁着力の低下を抑えつつ該犠牲防食作用がより確実となった。
そこで本発明は、鉄粉や亜鉛粉などと塗料樹脂バインダーとを初めて混合するに際して予め該鉄粉や亜鉛粉などを乾燥させておき、更に脱気・減圧下で塗料樹脂バインダーと初めて接触させた後常圧に戻す処理を行った結果、気泡を無くし、空隙を塗料樹脂バインダーで濡れさせることが出来て、鉄粉の錆の発生を更に防止する事が出来た。
具体的には、防錆型磁性塗料層1は、鉄粉2が100重量部に対して、平均粒子径が2ミクロン以上且つ該鉄粉の1/10以下である亜鉛粉3を5〜30重量部混合したものを塗料樹脂バインダー4に分散させた組成となっており、下地5に対して、塗装して硬化させた状態で形成している。
数ミクロンオーダーの微細な亜鉛粉は、レーザー回折式粒度分析計で測定することが出来る。
更に、亜鉛粉の比表面積が大きいので、塗料に浸透してきた水分と接する機会と面積が大きく、電気化学的防食作用(犠牲防食)が進行し易いと考えられる。電気化学的防食作用は鉄と亜鉛とが近ければ近いほど好適と考えられるので、鉄粉粒子の周辺近傍に亜鉛粉末が存在する事が必要である。
この上磁性バリアー層6は、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉を塗料樹脂バインダーに分散させた組成となっており、塗装して硬化させた状態で形成している。
尚、本発明では、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物を特定磁性粉と呼称する。
なお、この下磁性バリアー層7も、上述した上磁性バリアー層6と同様に、それぞれの特定磁性粉を塗料樹脂バインダーに分散させた組成となっており、下地5に対して、塗装して硬化させた状態で形成されている。
塗布の均一性やピンホールの出来易さなどを考慮して、通常0.05〜0.1ミリメートル程度が好ましい。
一方、磁気吸着させる磁石を例えば厚さ1.0mm、着磁ピッチ2.5mm、表面磁束密度が35〜40mT(ミリテスラー)の一般的なマグネットシートを採用すると、磁性主層の厚さは0.3mm程度以上でもって磁着力0.15N/cm2を達成することが判った。
200ミクロン以上の大きな平均粒子径を採用すると、鉄粉の粗さが塗装表面の粗さとなって見栄えが著しく悪くなるとともに、粗い表面は磁性成分が疎になって磁着力の低下を無視出来なくなるので好ましく無い。更に表面の粗さが大きいので、研磨が困難になってしまう。
また、塗料樹脂バインダー中に混合した状態では該鉄粉の沈降が顕著になって塗装作業性が悪化する。
上磁性バリアー層6または防錆型上磁性バリアー層6aに磁石を近づけると、磁気回路の一部を形成して、防錆型磁性塗料層1の磁気特性を上磁性バリアー層6または防錆型上磁性バリアー層6aの外側表面に効率良く導く役割を果たす。このため、防錆型磁性塗料層の持つ強い磁着力を低下させることが少ない。
即ち、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した鉄粉や亜鉛粉、特定磁性粉と塗料樹脂バインダーとを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻すという脱気・減圧工程を経た磁性塗料を採用する。
鉄粉、亜鉛粉、特定磁性粉と塗料樹脂バインダーとを混合後に混練する工程の採用は、本発明の脱気・減圧工程の有無に関わらず混和や分散を促進して好適である。
ハードフェライト粉は、保磁力が3千程度なので軟磁性粉には分類されないが、同じ種類の永久磁石やそれ以上の強い磁石で磁化し磁気回路を形成することが出来るので、本発明の上磁性バリアー層6、防錆型上磁性バリアー層6a、下磁性バリアー層7、及び防錆型下磁性バリアー層7aに採用する事が出来る。
ハードフェライト粉は錆無い。
磁鉄鉱(四酸化三鉄=マグネタイト)は天然には砂鉄として産出する。軟磁性粉なので磁着性がある。比較的安価且つ錆びないという特徴がある。
ソフトフェライトの代表的なマンガンジンク(Mn−Zn)フェライト、及びニッケルジンク(Ni−Zn)フェライトは軟磁性であり錆びない。
ハードフェライト粉は、ボンドマグネット用の粉体として市販されている粉体を入手する事が出来る。また、他の用途に使用済みを回収した安価な焼結体を消磁後粉砕・分級して望みの粒度を得る事が出来る。
使用した還元鉄粉DGの電子顕微鏡写真を図6に示す。倍率は200倍であり10目盛(黒い指標全長)が500ミクロンである。
また、防錆型の磁性塗料層1の破断面の電子顕微鏡写真を図7に示す。倍率は500倍、10目盛が200ミクロンである。
磁性面を水平に保ち、その表面に水道水を十分に吸収させたキッチンペーパー(5cm*5cm)を載せて、乾燥しないように水分を補給しながら磁性面表面を毎日観察して、赤錆の発生が肉眼で確認出来た最初の日を記録した。
尚、上記評価方法は、新鮮な水に連続して接触させる過酷な促進試験であり、本評価方法で錆発生日が10日以内であればさび易く、これを超えれば錆び難いと判断した。
該上磁性バリアー層6を形成するための磁性塗料は、鉄粉100グラムに替えて砂鉄粉(280メッシュアンダー、粒子径が53ミクロン以下)を66.7グラムと、実施例1で用いた塗料樹脂バインダー45.0グラムとを混合して作製した。
防錆型上磁性バリアー層6aを形成するための磁性塗料は、鉄粉100グラムに替えて砂鉄粉66.7グラムとしたこと以外は実施例1の防錆型磁性塗料層用磁性塗料を作製する方法と同様にして作製した。該砂鉄粉は、実施例3で用いた砂鉄粉と同様の物を使用した。
次に該研磨面の上に、実施例4と同様にして、厚さ0.1mmの防錆型上磁性バリアー層6aを形成した。
以下実施例4と同様にして防錆型磁性塗料層1、次いでその上に防錆型上磁性バリアー層6aを形成した。
次いで、それぞれを図8に示す脱気・減圧装置内で処理した。
この処理中に塗料樹脂バインダー中の溶媒(水)が真空容器9内に蒸発したが、冷却トラップ(図示せず)するとともに、容器9を大気圧に戻した後、蒸発した量に相当する溶媒(水)を容器11に加えて撹拌して粘度を調整した。
実施例6と同様に、下地5の上に脱気・減圧工程を経ていない防錆型下磁性バリアー層7a用の磁性塗料を刷毛で塗って、硬化後の厚さが0.08mmの防錆型下磁性バリアー層7aを得た。
以下、上記の方法で脱気・減圧処理した防錆型磁性層用磁性塗料、及び、上記の方法で脱気・減圧処理した防錆型上磁性バリアー層用磁性塗料を用いて、実施例6と同様に、防錆型磁性塗料層、次いでその上に防錆型上磁性バリアー層6aを形成した。
該効果は、鉄粉表面や内部空隙の空気(酸素)を除去し、塗料樹脂バインダーとの濡れを促進した結果と考えられる。また、微細な亜鉛粉の圧倒的多数個の集まりに拠る空気の巻き込みや、膨大な表面積の空気や水分の悪影響を削除した効果だと考えられる。
還元鉄粉DRを100グラムと塗料樹脂バインダー45.0グラムとをコップ状容器内で良く混合して、亜鉛粉を添加しない磁性塗料層用磁性塗料を得た。
図5は従来の構成でなる本比較例を示す断面図であり、実施例1と同様の方法で磁性塗料層用磁性塗料を下地5の上に塗布し、硬化後の厚さ0.4mmの磁性塗料層8を形成している。
錆発生日は2日目に点状の微かな錆変色が数ケ所現れ、以降は1個1個の変色域の大きさが次第に拡大する一方、その数が次第に増えた。
亜鉛粉の添加量を3.0グラムとしたこと以外は実施例1と同様にして、乾燥後の厚さが0.4mmの磁性膜を作製した。
磁着力は高いものの、錆発生は目標の10日に及ばなかった。亜鉛粉の量が少ないために、犠牲防食作用が有効に発揮できなかったと考えられる。
亜鉛粉の添加量を35グラム、塗料樹脂バインダーを56.0グラムとしたこと以外は実施例2と同様にして、磁性塗料層用磁性塗料を作製し0.4mm厚の磁性塗料層を作成することが出来た。
錆の発生は37日で良好だったが、磁着力は大幅に低下し目標を下回った。
非磁性である亜鉛粉末の比率が無視出来ず、相対的に鉄粉の比率が大幅に低下した結果と考えられる。本比較例において鉄粉の体積含率は、43%と計算できる。
また、鉄粉に比較して高価な亜鉛粉を増やす事は好ましく無い。
多段篩で累積重量50%が通過する篩の目開きに相当する大きさが40ミクロンであって、45ミクロンを通過しない重量が43.4%、75ミクロンを通過しない重量が2.3%の大きさの粒子のアトマイズ亜鉛粉に変更したこと以外は実施例1と同様にして厚さ0.4mmの磁性塗料層を得た。
錆の発生までの日数が目標に届かなかった。亜鉛粉の粒子が大きいためにその存在が一部分に偏り、犠牲防食作用が有効に発揮できなかった為と考えられる。
この事実は、相対的に大きな粒子が充填されたその隙間に小さな粒子が充填されるモデルで説明される。典型的な数学モデルでは、単一直径球が接して充填されている隙間に内接する最大球の直径を求める命題に帰するが、現実的には粒度分布が異なる2つの系を混合し、2つの系の粒径比や量の比を適切化する。本発明においても該手段は排除しない。
即ち、鉄粉の体積充填率を大幅に低下させる事無く、且つ犠牲防食効果を発揮するために、鉄粉の表面近傍に亜鉛微粉末が多数存在することが重要となる。
なお検討の結果、亜鉛粉末の平均粒子径が鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の場合が好適であった。鉄粉粒子間に小さな亜鉛粉が入り易くなるので、鉄粉周辺且つ近傍に亜鉛粉が存在する状態を作る事が出来たと考えられる。
鉄粉の数に対して圧倒的多数の微小な亜鉛粉が鉄粉の周辺・近傍に存在する事となり、防錆効果が発揮されると考えられる。
亜鉛粉の粒径が相対的に大きくなれば防錆の目的からは極めて多量の添加を必要として、その場合は塗料中の亜鉛の比率が極めて大きくなり相対的に鉄粉の比率を減少させざるを得ないので、磁着力が低下して好ましく無い。
塗料樹脂バインダーやその溶媒成分が多過ぎると粘度が著しく低くなり、鉄粉の沈殿が無視できず塗装が困難になるとともに、乾燥後の防錆型塗料層内の鉄粉の量が少なくなり、目標とする磁着力の確保が難しくなる。
尚、塗料樹脂バインダーの比重や塗料樹脂バインダー中の溶媒と固形成分の比率とそれぞれの密度、及び塗料樹脂バインダーと磁性粉と亜鉛粉との比率やそれらの密度を勘案すれば、混合重量比率と体積比率とを対応付けることが出来る。
磁性粉の粒径が小さいと、磁性塗料の磁性粉の沈降や分離が発生しづらく好ましいのみならず、塗装表面が滑らかとなって好都合である。
ノズル詰まりが改善されるので、スプレー塗装の実施が可能となる。
但し、これら非磁性表装層は磁性塗装面の磁気吸着力を大きく低下させる。
なお防錆性に優れるため、一時的に水に濡れる場所や湿気が多くなる場所でも使用することが出来る。
2 鉄粉
3 亜鉛粉
4 塗料樹脂バインダー
5 下地
6 上磁性バリアー層
6a 防錆型上磁性バリアー層
7 下磁性バリアー層
7a 防錆型下磁性バリアー層
8 磁性塗料層
9 真空容器
10 磁性粉、又は磁性粉と亜鉛粉との混合物
11 容器
12 漏斗
13 塗料樹脂バインダー
14 バルブ
15 真空ポンプ
16 真空ポンプバルブ
17 通気バルブ
Claims (15)
- 平均粒子径が20ミクロン以上の鉄粉100重量部と、平均粒子径が2ミクロン以上且つ上記鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉5〜30重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、下地の表面に塗装し硬化させてなる防錆型磁性塗料層と、
該防錆型磁性塗料層の上に、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉を塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、塗装し硬化させてなる上磁性バリアー層とを形成したことを特徴とする磁性膜構造。 - 請求項1に記載の磁性膜構造において、防錆型磁性塗料層の上面を研磨した後に、該研磨面に上磁性バリアー層を形成させたことを特徴とする磁性膜構造。
- 防錆型磁性塗料層の厚さが、上磁性バリアー層の厚さの3倍以上であることを特徴とする請求項1又は請求2に記載の磁性膜構造。
- 平均粒子径が20ミクロン以上の鉄粉100重量部と、平均粒子径が2ミクロン以上且つ上記鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉5〜30重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、下地の表面に塗装し硬化させてなる防錆型磁性塗料層と、 該防錆型磁性塗料層の上に、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、該特定磁性粉の総重量100重量部に対して平均粒子径が2ミクロン以上且つ防錆型磁性塗料層に含まれる鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉7.5〜45重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を塗装し硬化させてなる防錆型上磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 平均粒子径が20ミクロン以上の鉄粉100重量部と、平均粒子径が2ミクロン以上且つ上記鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉5〜30重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、下地の表面に塗装し硬化させてなる防錆型磁性塗料層と、 該防錆型磁性塗料層の下面と下地間に、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉を塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、塗装し硬化させた下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の磁性膜構造における防錆型磁性塗料層の下面と下地間に、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉を塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、塗装し硬化させた下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項4に記載の磁性膜構造における防錆型磁性塗料層の下面と下地間に、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉を塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を、塗装硬化させた下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項5に記載の磁性膜構造において、下磁性バリアー層に代えて、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、該特定磁性粉の総重量100重量部に対して平均粒子径が2ミクロン以上且つ防錆型磁性塗料層に含まれる鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉7.5〜45重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を塗装硬化させてなる防錆型下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項6に記載の磁性膜構造において、下磁性バリアー層に代えて、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、該特定磁性粉の総重量100重量部に対して平均粒子径が2ミクロン以上且つ防錆型磁性塗料層に含まれる鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉7.5〜45重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を塗装硬化させてなる防錆型下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項7に記載の磁性膜構造において、下磁性バリアー層に代えて、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、該特定磁性粉の総重量100重量部に対して平均粒子径が2ミクロン以上且つ防錆型磁性塗料層に含まれる鉄粉の平均粒子径の10分の1以下の亜鉛粉7.5〜45重量部とを、塗料樹脂バインダー内に含有させた材料を塗装硬化させてなる防錆型下磁性バリアー層を形成したことを特徴とする磁性膜構造。
- 請求項1〜請求項3又は請求項6又は請求項9のいずれかに記載の磁性膜構造における上磁性バリアー層を形成するに当たって、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した、ソフトフェライト粉,磁鉄鉱粉,ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉に塗料樹脂バインダーを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻す工程を経た材料を用いることを特徴とする磁性膜構造の製造方法。
- 請求項4又は請求項7又は請求項10のいずれかに記載の磁性膜構造における防錆型上磁性バリアー層を形成するに当たって、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、乾燥した亜鉛粉とに塗料樹脂バインダーを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻す工程を経た材料を用いることを特徴とする磁性膜構造の製造方法。
- 請求項5〜請求項7のいずれかに記載の磁性膜構造における下地性バリアー層を形成するに当たって、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉に塗料樹脂バインダーを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻す工程を経た材料を用いることを特徴とする磁性膜構造の製造方法。
- 請求項8〜請求項10のいずれかに記載の磁性膜構造における防錆型下磁性バリアー層を形成するに当たって、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した、ソフトフェライト粉、磁鉄鉱粉、ハードフェライト粉の群から選ばれる1種又は複数種の混合物からなる特定磁性粉と、乾燥した亜鉛粉とに塗料樹脂バインダーを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻す工程を経た材料を用いることを特徴とする磁性膜構造の製造方法。
- 請求項1〜請求項14のいずれかに記載の磁性膜構造における防錆型磁性塗料層を作製するに当たって、予め脱気・減圧された容器内で、乾燥した鉄粉と亜鉛粉とに、塗料樹脂バインダーを初めて接触させ、その後圧力を大気圧に戻す工程を経た材料を用いることを特徴とする磁性膜構造の製造方法。
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