JPH03150371A - 鉄素材への緻密質ガラス被膜形成方法及び溶射バーナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建材、各種機器の部品、住宅関連用品、工芸
品等鉄素材の防蝕及び装飾を行うことを目的に、鉄素材
へ溶射によって緻密質ガラス波膜を形成する方法及びそ
の溶射バーナーに関する。

（従来の技術） 従来の鉄素材に対する緻密質ガラス被膜の形成方法は、
先ず鉄素材を酸洗もしくはブラスト等により油、錆、汚
れを除去し、水及び粘土と混合してスリップ状にした釉
薬をスプレー掛けする。次いで、それらを１００〜２０
０℃で乾燥を行った後、７００〜９００℃の温度で窯に
より焼成して、釉薬を溶融させて、鉄素材に光沢ある緻
密質ガラス被膜を形成するものである。

釉薬には、鉄素材との密着を高めるための下釉と各種色
彩を有し、用途に適した性質を備えた上釉があり、通常
の工程では、下釉スプレー掛は−乾燥−焼成−上釉スプ
レー掛は−乾燥一焼成と最低２回の焼成が行われる。

このように従来の鉄素材へ緻密質ガラス被膜を形成する
方法は、製造工程が複雑で、焼成を窯により行っている
ため、窯の大きさを超える製品の製造は不可能であり、
窯よりも極端に小さい製品の製造も窯効率の低下からコ
スト高となる。

また、同一のものを多量に連続して製造する際は、優位
な点もあるが、製品の種類が多く品数の少ない場合やバ
ッチ的生産に対しては、窯の昇温に多量の燃料、時間を
要し、焼成温度の変更も容易でない。

一方、近年これら方法を溶射で行う方法が検討されつつ
あるが、それらの大部分はプラズマ溶射によるもので、
プラズマ溶射により得られたガラス被膜はニポーラスで
貫通気孔を有しており、窯で焼成したような光沢ある緻
密質ガラス被膜面を形成することはできず、鉄素材を完
全に防蝕できるものでない。したがって、鉄素材に酸化
防止処理を施した後にプラズマ溶射を行ったり（特開昭
６０−２３５７７５号公報）、プラズマ溶射後気孔を潰
すために、超微粉を高速で衝突させる（特願昭Ｇ１−２
２９０３号明細書）などの工夫が行われている。

さらにプラズマ炎は、その火炎温度が約ｔｏ、ｏｏ。

℃と高いため、釉薬中に含有される顔料の揮発が起こり
、自ずと発色できる色彩が限定される等、本発明とは、
根本的にガラス被膜の性質が異なるものである。

（発明が解決しようとする課題） 鉄素材に緻密質ガラス被膜を形成する方法は、従来、窯
を用いた焼成によって得られているが、前述のように製
造工程が複雑で、製造の際に窯の制約を受ける点が多量
ある。さらに、釉薬をスリップ状にするために水を添加
しているが、この水分が焼成中に鉄素材中の炭素と反応
して水素ガスや炭酸ガスを発生し、それがガラス被膜の
内部や表面に気泡として生じたり、この気泡が割れたピ
ンホールとして残有するため平滑に焼き上げることがで
きない。

そのため、鉄素材には炭素含有量の少ない特殊な鋼材が
使用される場合が多い。また、炭素分の多い鋳鉄へガラ
ス被膜を形成させる場合は、鋳鉄素材を窯で加熱し、熱
間で釉薬粉末を振り掛け、さらに窯で再焼成して得られ
ているが、製品の形状が平板でない場合は、釉薬の均一
な振り掛けが難しく、かつ釉薬の付着性も低いため、コ
スト高となっている。

本発明者らは、従来の窯によって製造される光沢あるガ
ラス面を有した各種鉄製品を簡易に製造する方法として
、溶射による方法に着目し、従来から行われているプラ
ズマ炎による溶射方法を試みたが、火炎温度が高過ぎる
ことから、釉薬中の色の成分となる顔料が揮発して、特
に赤、黄、桃。

緑等暖色系の色彩を得ることができなかった。

また、溶射する釉薬は、火炎中では溶融しているものの
、素材の温度が低いため、素材に付着した瞬間に凝固し
てしまい、粒状の粒子が単に重なりあったポーラスなも
のしか得られず、光沢も全く有さないものであった。

本発明は、鉄素材への緻密質ガラス被膜の形成を窯の焼
成によらず、簡易的に行え、全ての色彩が発色可能な溶
射方法及びその方法において使用する溶射バーナーを提
供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の発明は、鉄を主組成とする素材を溶射し
ようとする釉薬の軟化開始温度以上に加熱し、釉薬を溶
射することを特徴とする鉄素材への緻密質ガラス被膜形
成方法であり、第２の発明は、鉄を主組成とする素材に
バーナーにより釉薬を溶射後、該バーナーまたは該バー
ナーと他のバーナーもしくは他の複数個のバーナーによ
り、溶射後の素材表面を部分的もしくは全面を直接加熱
することを特徴とする鉄素材への緻密質ガラス被膜形成
方法である。

また、第３の発明は、第１の発明及び第２の発明の実施
のために用いられる釉薬の溶射バーナーに関するもので
、配設される多数個の火炎孔の内５０％以上の火炎孔が
、釉薬の噴射方向に対し外向に３〜４５″傾斜している
ことを特徴とするものである。

従来のプラズマ溶射で、緻密質ガラス被膜が形成できな
い第１の理由は、先にも述べたように溶融釉薬の温度と
鉄素材の温度との差が大きいことがあげられる。そこで
、本発明者らは鉄素材を予熱することに着目し種々の実
験を重ねた。

従来のプラズマ溶射の火炎では、鉄素材を予熱すること
は、不可能に近いので、本発明者らは予熱と溶射の両方
が可能な火炎溶射バーナーで実験を行った。

バーナーとして燃料にプロパン、支燃ガスに酸素を用い
た火炎溶射バーナーを用い、鉄素材には配管用炭素鋼鋼
管を用い、釉薬には、軟化開始温度４００℃の珪酸鉛フ
リットＡと軟化開始温度５５０℃の珪硼酸フリツ−トＢ
を用いて、予熱温度と得られるガラス被膜の状態の関係
を調査した。

その結果、予熱温度を高くするにつれ、溶射された釉薬
は互に凝集し合って光沢が生じてきた。

そして、釉薬の軟化開始温度まで予熱した時、釉薬は一
体化し、緻密質ガラス被膜を形成することができた。さ
らに予熱温度を高くすると、ガラス被膜の光沢が増した
。このことから、緻密質ガラス被膜を形成するためには
、溶射しようとする釉薬の軟化開始温度以上の鉄素材の
予熱が必要なことが判明した。

しかしながら、ここで二点の問題点が生じた。

その−点目は、フリットＢを溶射したガラス被膜が、冷
却中に鉄素地と酸化膜の間から剥離が生じたことである
。フリットＡとフリットＢの溶射条件の差は、予熱温度
が異なる点である。

フリットＡの溶射直前の予熱温度は４５０℃、予熱時の
部分的な最高温度は５５０℃であったのに対し、フリッ
トＢの溶射直前の予熱温度は６００℃、予熱時の部分的
な最高温度は７００℃であった。形成しようとするガラ
ス被膜は、塗料のように単に接着しているだけではなく
、鉄表面に生ずる酸化膜が釉薬中に固溶することによっ
て強固に接着されるものである。

従って、酸化膜は必要であるが、溶射のようにバーナー
で鉄素材を直接高温に加熱した場合は、その酸化膜が厚
くなりすぎて、酸化膜に釉薬は接着しているが、酸化膜
と鉄素材の接若強度が低いため、そこから剥離したので
ある。

そこで本発明者らは、フリットＢの予熱温度を５００℃
とし、溶射を行った後、直ちに該バーナーにより直接、
溶射面を加熱して、釉薬を溶融一体化させ、光沢ある緻
密質ガラス被膜を形成した。

本方法によれば、高融点の釉薬でも剥離を生ずることが
なかった。

以上のようにして、本発明者らは、鉄素材に緻密質ガラ
スを形成させるための方法として、鉄素材を溶射しよう
とする釉薬の軟化開始温度以上に加熱し、釉薬を溶射す
ることを特徴とする方法と、鉄素材に釉薬を溶射後、該
バーナーもしくは、複数個のバーナーにより溶射後の素
材表面を部分的もしくは全面を直接加熱する方法を発明
した。

二点口に生じた問題点は、燃料にプロパンもしくはアセ
チレン、支燃ガスに酸素を用いた火炎溶射でも、釉薬中
の顔料の揮発によって目的とする全色彩を得ることがで
きなかった点である。

また、大きな素材に対して溶射する際、素材温度の低下
により、初期に溶射したものと末期に溶射したものとで
、付着率や溶融状態が異なる問題も生じた。一方、支燃
ガスに空気を用いた火炎溶射では、火炎温度が低すぎて
、釉薬を火炎中で溶融できず、鉄素材に対する釉薬の付
着率が極めて低かった。

そこで本発明者らは、先ず支燃ガスの酸素中に窒素及び
空気を混合し、火炎温度を変化させることにより、釉薬
を火炎中で溶融でき、かつ全ての色彩を発色することが
できる適正な火炎温度を調査した。　− その結果、燃料にプロパン、支燃ガスに酸素を用いた通
常の溶射バーナーの火炎温度分布（火炎中心部の温度）
は、釉薬の溶融が完了するバーナ一端から２５０關以内
で２４００〜２０００℃であるが、それら温度範囲を１
８００〜１３００℃まで低下させることにより、全色彩
の発色が可能となることが判明した。

本結果に基づき、本発明者らは、火炎中心部の釉薬と接
する部分の火炎温度を上記範囲とし、かつ大きな素材に
対しても溶射中の素材温度を維持できるように、広範な
火炎を有したバーナーの設計を行った。

その方法として、火炎孔の角度を外向きにすることによ
り、火炎中に大気中の空気を巻き込ませる方式を発明し
た。すなわち、本発明は、釉薬を溶射するバーナーにお
いて、全火炎孔の内５０％以上の火炎孔が、釉薬の噴射
方向に対し外向に３〜４５°傾斜していることを特徴と
する溶射バーナーである。

火炎中心部は、釉薬と接するために、上記の温度範囲に
入らなくてはならない。よって、本発明では、粉体の噴
出孔に隣接する部分の火炎孔は、粉体の噴出孔に対し、
３〜ｌＯ°外向きもしくは一部を平行とし、微量の空気
を巻き込ませて、火炎温度を１８００〜１３００℃程度
に制御するものである。

一方、粉体噴出孔に隣接しない火炎孔は、１０〜４５°
外向きとすることによって、より多くの空気を巻き込ま
せて、さらに火炎温度を低下させると共に火炎を拡げて
いるものである。さらに火炎温文を低下させる理由は、
鉄素材の過剰加熱を防止するためである。

なお、火炎孔の角度を４５°以上外向に傾けてもよいが
、その場合、鉄素材に火炎がほとんど接触しないため、
非現実的である。

このようにして、本発明のバーナーによれば、噴出する
釉薬と接する火炎中心部の温度は、１８００〜１３００
℃の範囲にあり、火炎面積が大きいため、溶射中の鉄素
材の温度低下を防止できるばかりでなく、鉄素材の予熱
から溶射、加熱の一連の工程を一つのバーナーで行うこ
とも可能で能率的である。

なお、本発明と同様の火炎を形成する方法として、火炎
孔を分散配置させることにより可能となるが、この場合
バーナーが大型化するため、作業性が著しく低下し、非
能率的である。

また、前にも述べたように、支燃ガス中に窒素もしくは
空気を混入し、その比率を火炎孔の位置により変えて行
うことも可能であるが、制御機構が複雑となり、流量の
増大によりバーナーも大型化するため、妥当でない。

以上本発明により、鉄素材に高付着率でかつ全色彩を発
色できるガラス披膜の形成を溶射によって可能とした。

（実　施　例） 以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の方法
を具体的に説明する。

実施例　１ 第１図は、本発明による鉄素材への緻密質ガラス形成方
法を模式的に示した図である。

鉄素材１には配管用炭素鋼鋼管３２Ａ長さ１２０ｃｍ、
溶射用燃料ガス２にはプロパン、支燃ガス３には酸素、
釉薬４には軟化開始温度が４００Ｃの珪酸鉛フリットに
Ｓｅ−Ｃｄ系の顔料を添加した赤色の色彩を有した物を
使用した。また、溶射バーナー５には第２図に示す、火
炎孔が釉薬の噴射方向に対し外向に４〜２５°傾斜した
本発明の溶射バーナーを使用した。

先ず、鉄素材１を溶射バーナー５により予熱した。この
時の燃料ガス２はｌＯＮａ＋３／ｈｒ、支燃ガス３は４
ＯＮｍ３／ｈｒとした。そして、鉄素材１の温度が４５
０℃に達した時点で、釉薬４の溶射をＩ″Ａ姶し、全面
に溶射した後大気放冷した。

その結果、あざやかな赤色の色彩を有した緻密質ガラス
被膜が形成でき、冷却後も全く側層が生じなかった。そ
して、水晶をハンガー用の支柱として、使用したが１年
経過後も健全で島った。

実施例　２ 鉄素材ｌには配管用炭素鋼鋼管２００Ａ長さ３５０個、
溶射用燃料ガス２にはプロパン、支燃ガス３には酸素、
釉薬４には軟化開始温度が５５０Ｃめ珪硼酸フリットに
Ｔ１−Ｃ０系の顔料を添加した水色の色彩を有した物を
使用した。

また、溶射バーナー５には第３図に示す、火炎孔が釉薬
の噴射方向に対し外向に７〜３５°傾斜した本発明の溶
射バーナーを使用した。

先ず、鉄索材１を溶射バーナー５により予熱した。この
時の燃料ガス２は１５Ｎｍ３／ｈｒ、支燃ガス３は４５
Ｎ＠３　／ｈｒとした。そして、鉄素材１の温度が５０
０℃に達した時点で、釉薬４の溶射を開始し、全面に溶
射した。

引き続いて、溶射面を本発明の溶射バーナー５で直接全
面を加熱し、釉薬４を完全に溶融一体化させ、大気放冷
した。

その結果、水色の色彩を有した緻密質ガラス被膜が形成
でき、冷却後も全く剥離が生じなかった。

そして、水晶を装飾用の玄関柱として使用したが、９ケ
月経過後も健全であつ−だ。

実施例　３ 鉄素材１には壷状の鋳物製花器、溶射用燃料ガス２には
プロパン、支燃ガス３には酸素、釉薬４には軟化開始温
度が５５０℃の珪硼酸フリットにＴＩ系の顔料を添加し
た白色の色彩を有した物を使用した。また、溶射バーナ
ー５には実施例１の溶射バーナーを使用した。

実施＃１２と同様の方法で予熱、釉薬４の溶射、加熱を
行った後、引き続いて軟化開始温度が４００℃の珪酸鉛
フリブトにＭｎ系の顔料を添加した茶色の色彩を有した
釉薬を溶射し、さらに本発明の溶射バーナーにより部分
的な加熱を行った。

部分的に加熱を行ったところは、茶色の釉薬が溶流し、
流れた自然的な模様が形成でき、陶器調の鋳物製花器が
完成した。

（発明の効果） 以上の実施例で説明したように、従来の窯によって行わ
れていた緻密質ガラス被膜形成方法を簡略化し、どのよ
うな形の物に対しても好きな時に好きなだけ臨機応変に
製造できるのが、本発明の鉄素材への緻密質ガラス被膜
形成方法である。

その特徴とするところは、釉薬の焼付に水を全く使用し
ない乾式法であるため、鉄素材に限定されず、釉薬のコ
ーティングから焼付までを一貫して行うため、何層でも
連続してガラス被膜を形成でき、窯の昇温を必要とせず
、温度コントロールが容易で、瞬時にして製造すること
が可能である。

さらには、部分補修も可能で、装置の移動が可能なため
施工場所に限定されない等の特徴を有したものである。

したがって、その用途も広範であり、実施例にあったよ
うな各種支柱や工芸品を始め、鉄を素材とする物品のほ
とんどにガラス被膜を形成させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の鉄素材への緻密質ガラス形成方法を
模式的に示した説明図、第２図及び第３図は本発明の実
施で用いたバーナ一例における粉体孔と火炎孔の配置例
を示す説明図であり、（ａ）はバーナ一端面説明図、（
ｂ）はバーナ一端部の側断面説明図である。 ｌ：鉄素材　　　　　　　２：燃料ガス３：支燃ガス　
　　　　　４：釉　薬 ５：溶射バーナー　　　　６：断熱壁 アニ粉体化　　　　　　　８：火炎孔 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫第２°図 で１ ４ｂ）　　＼、、Ｙｔ／／　Ｊ：、。 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．鉄を主組成とする素材を溶射しようとする釉薬の軟
   化開始温度以上に加熱し、釉薬を溶射することを特徴と
   する鉄素材への緻密質ガラス被膜形成方法。
2. ２．鉄を主組成とする素材にバーナーにより釉薬を溶射
   後、該バーナーまたは該バーナーと他のバーナーもしく
   は他の複数個のバーナーにより溶射後の素材表面を部分
   的もしくは全面を直接加熱することを特徴とする請求項
   １記載の鉄素材への緻密質ガラス被膜形成方法。
3. ３．請求項第２項に記載する釉薬を溶射するバーナーに
   おいて、配設される多数個の火炎孔の内５０％以上の火
   炎孔が、釉薬の噴射方向に対し外向に３〜４５゜傾斜し
   ていることを特徴とする溶射バーナー。