JPH0533907B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、鋼基材表面に木材、非鉄金属、合
成樹脂板、塗装被膜等の化粧材を接着した化粧鋼
材に関し、更に詳しくは、鋼基材自体の耐食性に
優れるとともに、鋼基材と化粧材との接着性に優
れ、土木建築材料やエクステリア用部材に使用し
て、長期にわたり化粧材の剥離および接着面から
の発錆を防止できる化粧鋼材に関する。 〔従来の技術〕 鋼材はコストの割に強度等の機械的性質に優
れ、最も代表的な土木建築材料とされている。鋼
材のこのような特質は、木材では到底得られない
ものであり、更にアルミニウム等の非鉄金属やプ
ラスチツク等の合成樹脂でも代替し難いものであ
る。 しかし反面、建築材料として鋼材を用いる場合
には、結露、発錆が耐久面ばかりでなく美観上の
大きな問題となる。また手ざわり、見た目上の感
触が冷たいことも問題である。このような問題
は、塗装やメツキでは完全に解決されないもので
ある。 したがつて、建築材料等として鋼材を使用する
場合は工場等、結露や意匠を特に問題としない場
合を除き、壁の中等に隠された状態で使用される
ことが多い。 ところが、最近の傾向として、フアツシヨン化
や環境保全を重視する土木工事、一般住宅、ビル
内装等においては、構造材としての鋼材を意匠の
一部として積極的に利用したいという要望が強く
なりつつある。このような要求に対し、鋼材の合
わせ持つ結露、発錆、感触の問題は決定的な障害
となる。 逆に、木材はその軟らかな感触が重宝され、結
露や発錆の心配もない。また、非鉄合金や合成樹
脂もそれぞれ独特の風合を持ち、意匠的効果の高
いものである。しかるに、いずれも鋼材のような
経済性、機械的性質は持ち合わせない。 そこで、鋼材の表面に、これら美観的要素の強
い材料を化粧材として接着することが考えられて
くる。ところが、この化粧材の接着においては次
のような大きな問題がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 鋼材を基材としてその表面に木材、非鉄合金、
合成樹脂等を接着しようとした場合、接着剤その
ものについては昨今の著しい技術進歩により優秀
なものが数多く開発され市販されている。したが
つて、良好な条件のもとでは、極めて高い接着力
を確保できる。 ところが、土木建築を対象とした鋼材の場合に
は、マスプロ規模での接着作業が要求されるため
接着条件の厳密な管理は望み得ない。その結果、
接着剤の性能を十分に発揮させることは極めて難
しくなる。 これに加えて、土木建築材料の場合には使用環
境が厳しく、また耐用年数も通常の接着物と比べ
て長い。したがつて材料の耐用年数に準じた接着
性能を維持することは困難となる。 こうした問題点の解決方法として基材表面にブ
ラスト処理を行い、その表面を粗して接着性を高
めることが考えられるが、耐久性、接着性の点で
不満足なものである。 このように、土木建築材料を前提として、しか
も実用性、商品価値を考慮した場合、鋼材の表面
に木材、非鉄合金、合成樹脂等の化粧材を接着す
ることは、非常に困難である。 本発明の目的は、土木建築材料やエクステリア
用部材として実用に耐え得る高品質な化粧鋼材を
提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 鋼材に耐食性を付与する手段として、電気メツ
キ、溶融メツキ等のメツキ処理（溶射を含む）が
ある。しかし、メツキ面への化粧材の接着性は、
極めて低いものであり、クロメート処理やリン酸
塩処理等の化成処理によつても、この接着性の低
さは殆ど改善されず、メツキ面から白錆や金属石
ケン等の発生といつた問題もある。本発明者ら
は、メツキ処理の耐食性に対する効果を維持しつ
つ、化粧材に対する接着性を改善する方法につい
て、鋭意実験研究を繰り返した結果、メツキ層に
Fe−Zn合金を主成分とする合金粒や、Znを主成
分とするZn粒とFeを主成分とするFe粒との混合
粒を投射するのが有効なことを知見した。 メツキ層に前記投射処理を行うとメツキ層表面
に細かい凹凸が形成されると共に、Fe−Zn合金
やFeとZnの混合金属からなる被覆層が形成され、
これによりメツキ層上に接着された化粧材に高度
で安定した接着性を与えるとともに、メツキ層に
より鋼材表面からの発錆を防止して、発錆に起因
する化粧材の局部的な剥離、カビ発生を防ぎ、こ
れらの相乗により、土木建築という苛酷な使用環
境下においても高い耐久性を発揮するのである。 また、前記投射処理による被覆層の上からリン
酸塩処理、クロメート処理といつた化成処理を施
せば、接着性を高次元に維持したまま、白錆、金
属石ケンの発生が防止され、メツキ層自体と鋼基
材に対する防食効果が一段と向上することも知見
された。 本発明は、斯かる知見に基づきなされたもの
で、鋼基材表面に形成された亜鉛またはアルミニ
ウムもしくは亜鉛−アルミニウム合金を主成分と
するメツキ層と、該メツキ層表面に亜鉛および鉄
を、その合金を主成分とするFe−Zn合金粒およ
び／または亜鉛を主成分とするZn粒と鉄を主成
分とするFe粒との混合粒を投射して付着させた
Fe−Zn系投射被覆層と、該投射被覆層の表面上
から投射被覆層を介してメツキ層に含浸形成され
た化成処理層とを有し、これらの中間層を介して
化粧材が接着されてなることを特徴とする化粧鋼
材を要旨とする。 なお、鋼材自体の耐食性を問題にしない場合、
鋼材表面に化粧材を接着させる技術として、シヨ
ツトブラスト等のブラスト処理や、酸洗い、リン
塩処理、クロメート処理等の化成処理が知られて
いる。これらは、鋼材表面を物理的、化学的に活
性化し、化粧材の付着性を高めるものであるが、
防食効果に対する寄与度は極めて低く、本発明が
対象とするような化粧鋼材に適用しても成果は全
く期待できない。 本発明の化粧鋼材において、基材となる鋼材は
例えば型鋼、鋼矢板、鋼管、鋼板、軽量形鋼等で
ある。 鋼基材表面に形成するメツキ層は周知のもので
あつて、その組成、厚み等のメツキ条件は耐食性
の観点から常套手段により適宜設定される。 前記投射処理は、Fe−Zn合金粒またはFe粒と
Zn粒の混合粒もしくはこれらを混合した金属粒
を使用する。但し、投射による被覆層の形成能力
の点でFe−Zn合金粒が多い程優れており、Fe粒
（鋼球）の比率が高い場合は、下地のめつき層の
剥離をさせないことが必要である。 また、前記投射処理により、ポーラスな投射被
覆層が形成されると共に、その下のメツキ層がポ
ーラス化される。そのため、化成処理層が投射被
覆層を介してメツキ層に含浸形成され、下地メツ
キ層の耐久性を一段と向上させることができる。
なお、Fe−Zn合金粒の比率が少なく主としてFe
粒及びZn粒を投射する場合、予め、大径の鋼球
で通常のブラスト処理を行つておくと、ポーラス
化の効果が大きい。Zn−Fe合金粒で処理した場
合はメツキ層表面にポーラスなZn−Fe合金層が
形成される。好ましい処理法を挙げると次のとお
りである。 (1) 直径１〜４mmの鋼球にてシヨツトブラストし
た後、直径0.1〜1.0mmの鋼球と亜鉛球（直径
0.05〜２mm）を混合して投射する。 (2) Zn−Fe合金粒（直径0.2〜1.5mm）を投射す
る。 なお、(1)の後、再度直径４mm程度の亜鉛球を投
射してもよい。 前記投射処理後の化成処理も常套手段によれば
よい。前記投射処理および化成処理の好ましい組
合せを第１表（）〜（）に例示する。 化粧材としては、木材、アルミニウム・銅・銀
等の非鉄金属、ポリエステル・メラミン樹脂・ア
クリル樹脂・塩化ビニル・FRP等の合成樹脂、
更にはセメント系塗料材・レンガ・陶磁器・大理
石等の無機物、あるいはステンレス鋼等の鋼材等
を使用することができ、更に有機系、無機系の塗
料でもよい。 これらの化粧材は板状、箔状を基本とするが、
セメント系塗装材、塗料等、そのままで接着力を
有するものには適当な厚みで塗着させればよい。 鋼基材に化粧材を接着させるには、接着剤の使
用が基本となるが、上述したとおりセメント系塗
装材、塗料等のそれ自体に接着性のあものは接着
剤の使用を省略できる。 接着剤は、接着しようとする化粧材の種類に応
じて適宜決定される。例えばメラミン樹脂を接着
する場合はシアノアクリレート、木材やハードボ
ードを接着する場合はエポキシ樹脂、金属を接着
する場合はポリイミド樹脂等がそれぞれ好適であ
る。 本発明の化粧鋼材の用途としては、例えば建築
材料（ビルの内装材や鉄骨プレフアブ住宅の柱材
等）、土木材料（鋼矢板表面や歩行者用ガートフ
エンス等のエクステリア製品等）を主体とする
が、これに限定されるものではない。 また、化粧材は鋼基材の全面に接着する必要は
なく、必要箇所に選択的に接着すればよい。ま
た、異種の化粧材を重ねて接着することも可能で
ある。 〔実施例〕 第１図イ〜ニは本発明を実施した化粧鋼材の接
着部構造を模式的に例示した断面図で、イは鋼基
材１の表面にブラスト処理・化成処理済のメツキ
層２を介して木材３を接着した例、ロは同表面に
前記メツキ層２を介してセメント系塗装材４を接
着させ、更にその上から木材３を接着した例、ハ
は同じくセメント系塗装材４の上から更に表面模
様付ステンレス鋼板等の鋼材５を接着した例、ニ
は前記メツキ層２の上に直接メラミン樹脂等の合
成樹脂６を接着した例をそれぞれ示している。 第２図イ，ニおよび第３図イ，ニは本発明の化
粧鋼材を例示した断面図（各図イ）と、各化粧鋼
材の製造工程を例示したフロー図（各図ロ）であ
る。 第２図イ，ロの化粧鋼材にあつては、先ず、冷
間ロール成形等にて成形され所定長に切り揃えら
れた鋼基材としての角形鋼管７の内外面に溶融亜
鉛メツキにてメツキ層を形成し、外表面を前記投
射処理の後、クロメート処理又はリン酸塩処理等
の化成処理を行い、乾燥する。しかる後、木材を
スライサーやハーフロータリー等の切削機にかけ
て製作した所定形状の単板８を、前記角形鋼管７
の表面に接着剤を用いて張り付け、更に冷圧、乾
燥等を経て製品化される。 この場合、単板８は一層とせず、複数の層とし
て張り付けてもよい。 また、単板８を張り付けるに際し、角形鋼管７
に透孔を穿け、これに単板８をビス等にて仮付け
しておくようにすることも可能である。 第３図イ，ロの柱材は、第２図イ，ロの柱材を
製造するに際して、その単板８の張り付け前にメ
ツキ層の上から、セメント系塗装材４（セメント
硅砂の混合物と有機形ポリマーのエマルジヨンの
混合物とを混ぜたもの）を0.5〜10mm厚に塗布接
着させたものである。 この柱材のように、セメント系塗装材４を介し
て単板８を張り付けた化粧鋼材は、ベースとなる
鋼材に対して防食効果が向上するとともに、断熱
性も向上し、更に結露防止性能も向上するものと
なる。加えて火事の際は、塗装材４のセメントに
含まれる水分が鋼材の温度上昇を緩和し、耐火性
能も向上させることができる。なお、このセメン
ト系塗装材については後で詳しく述べる。 第２図および第３図の柱材において、単板８は
合成樹脂でもよく、また単板８の代わりに、角形
形状に押出成形された合成樹脂製角管を角形鋼管
７に外挿させることも可能である。 第４図は他の柱材を示す。この柱材は、角形鋼
管７の表面に形成した前記投射処理済のメツキ層
の上にセメント系塗装材４を接着し、その表面に
長手方向の凹凸模様を付与して意匠性を向上させ
たものである。このような凹凸模様は、後記する
間仕切り材や外壁材、更にはその柱材に用いても
効果的である。 第５図は本発明の他の化粧鋼材を示し、間仕切
り材である。 この間仕切り材は、内部にポリウレタン樹脂９
を詰め、両側に、柱材１０に係合させるための突
条部分１１を備えた鋼製サンドイツチパネル１２
の両表面に前記投射処理済のメツキ層を介して木
製の単板８を接着したものである。一方、柱材１
０はＨ形鋼１３の表面に前記メツキ層を介してセ
メント系塗装材４を接着し、更にその両フランジ
表面に木製の単板８を接着したものとなつてい
る。 また、第６図は更に他の化粧鋼材を示し、外壁
材である。 この外壁材は、第５図に示した間仕切り材で用
いたのと同様の鋼製サンドイツチパネル１２の両
表面に前記メツキ層を介してセメント系塗装材４
を接着し、更に屋外側についてはその上からトツ
プコート１４を塗装し、室内側についてはセメン
ト系塗装材４の上から木製の単板８を接着したも
のとなつている。一方、柱材１０については表面
に前記メツキ層を形成したＨ形鋼１３の両フラン
ジ部にセメント系塗装材４を柱状に塗着成形し、
その間にサンドイツチパネル両側の突条部分１１
が係合されるとともに、屋外側においてはセメン
ト系塗装材４の上からトツプコート１４を塗装
し、また室内側においては単板８をそれぞれ接着
したものとなつている。 第７図イ〜ハおよび第８図イ〜ニはつき板や塩
化ビニル等のシート状の薄板１５からなる化粧材
を軽量形鋼１６の表面に接着する方法を段階的に
例示したものである。 いずれも、軽量形鋼１６の内外面に前記メツキ
層を形成した後、化粧材接着予定面を前記投射処
理し、化成処理後、さらに接着剤を薄板もしくは
形鋼表面に塗布し、しかる後、水平ロール１７と
垂直ロール１８とにて形鋼に薄板を圧着し、化粧
形鋼を製造する方法である。接着剤として二液タ
イプのものを使用する場合は、薄板と形鋼の両方
の被接着面に各液をそれぞれ塗布してもよく、ま
たホツトメルト系接着剤を使用する場合は、形鋼
か薄板の片方に事前にこの接着剤を塗布しておい
て、その後、形鋼に薄板をロールで押圧しつつ加
熱融着することも可能である。 なお、第８図の方法ではニの工程で段付水平ロ
ール１９を用いて薄板を一部重合させて接着して
いるが、薄板が合成樹脂の場合には加圧、加熱に
よる薄板自体の融着により接着剤を省略すること
も可能である。 各水平ロール１７，１９および垂直ロール１８
については、アイドルロールとしてもよいし、ま
た油圧シリンダー等で水平、垂直ロール内へ形鋼
を押込む速度とほぼ同等の周速度で水平、垂直ロ
ールを駆動回転させてもよい。また、水平ロール
のみを駆動して、形鋼に薄板を押圧しつつ形鋼を
次工程へ走行させることにより、油圧シリンダー
等で形鋼を水平、垂直ロール内へ押込むことを省
略することも可能となる。 次に、本発明の化粧鋼材における化粧材の接着
性を明らかにする。 本発明例として、SS41材（３×25×100mm）の
表面に厚み80μｍの溶融亜鉛メツキ層を形成し、
その表面に第１表に示す条件で本発明投射処理
およびクロメート処理を行つた試験鋼Ａと、第１
表に示す条件で本発明投射処理およびクロメー
ト処理を行つた試験鋼Ｂとに対し、IPAにて30分
間超音波洗浄を施した後、化粧材としてヒノキ材
（５×20×100mm）およびカバ材（８×25×100mm）
を接着した。また、化粧材が金属の場合を想定し
て試験鋼Ａ，Ｂの各々を接着した。 接着剤は２液性の変性アクリル系接着剤（商品
名ビスセツト710）を使用し、接着方法はＡ液を
一方の被接着面、Ｂ液を他方の被接着面にそれぞ
れ塗布した後、両者を圧接する。いわゆるハネム
ーン接着法を採用し、加圧力は２〜３Kg／cm²とし
た。なお、ヒノキ材およびカバ材は含水率８％の
未処理材である。 また、別の本発明例として、既述の試験鋼Ａ，
Ｂに化粧材としてポリマーセメントモルタルと称
されているセメント系塗装材（商品名メロツクス
ラリー）を第２表に示す条件で塗布した。

【表】

【表】 比較例としては、既述のSS41材に120メツシユ
でブラスト処理を施した試験鋼Ｃ、および既述の
SS41材に厚み80μｍの溶融亜鉛メツキ層を形成し
たのの試験鋼Ｄに対し、上記同様の接着、塗布を
行つた。 接着材、塗装材が完全に硬化した後、化粧材の
剥離強度を測定した。ヒノキ材およびカバ材を接
着したものについては、更に下記乾湿繰返しＡ試
験（日本接着協会；接着耐久性研究委員会）およ
び耐水試験（JIS Ｋ−6857）を行つた。 乾湿繰返しＡ試験：60±３℃温水３日間浸漬−
60±３℃オープン４日間を１サイクルとし、１、
５、10サイクル毎に剥離強度を測定。 耐水試験：20℃／85％RH、50℃乾燥を24h、
29h、72h、48h後、室内に７日間放置して剥離強
度を測定。 結果を第３表に示す。測定値はいずれも５回測
定した結果の平均値である。 第３表から明らかなように、鋼Ａ，Ｂを用いた
本発明例は優れた接着性を示し、しかも鋼Ａ，Ｂ
は表面のメツキ層により優れた耐食性が保証され
る。これに対し、鋼Ｃを用いた比較例は本発明例
に近い接着性を示しているが、鋼Ｃは表面に何ら
の耐食処理も施されておらず、腐食に対しては無
力である。また、鋼Ｄはメツキによりそれ自体の
耐食性は優れるが、化粧材の接着ということにつ
いては見るべきところがない。

〔発明の効果〕

本発明の化粧鋼材は、素材である鋼材の上にメ
ツキ層と更に、Fe及びZnからなる投射被覆層並
びに化成処理層を介して化粧材を付着してなるも
ので、鋼材およびメツキ層に高度の耐食性が付与
されるとともに、被接着面として好適な粗度範囲
を安定的に示し、これにより接着剤に対しアンカ
ー効果やフアスナー効果を有することになつて化
粧材の接着性を高め、かつ鋼材表面の発錆に起因
する化粧材の局部的な剥離を抑止し、これらの相
乗により土木建築材料として用いた場合にもその
苛酷な環境下で高度の耐久性を示すものとなる。 したがつて本発明の化粧鋼材は、その化粧材を
適宜選択することにより、鋼材本来の経済性およ
び機械的性質を具備し、なおかつ木材の軟らかさ
やその他化粧材にそれぞれ備わる意匠性等の特質
を合わせもつた新規な土木建築材料となり、土木
建築等の分野に与える効果は甚大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はイ〜ニは本発明の化粧鋼材の接合構造
を模式的に示す断面図、第２図イ，ロおよび第３
図イ，ロは本発明の化粧鋼材（柱材）の構造を示
す断面図（両図イ）と同柱材の製造工程を示すフ
ロー図（両図ロ）、第４図は他の柱材を示す斜視
図、第５図および第６図は本発明の他の化粧鋼材
を示す断面図、第７図イ〜ハおよび第８図イ〜ニ
は本発明の化粧鋼材の製造方法を段階的に示す断
面図である。 図中、１：鋼材、２：投射処理・化成処理済の
メツキ層、３：木材、４：セメント系塗装材、
５：鋼材、６：合成樹脂、７：角形鋼管、８：単
板、９：ポリウレタン樹脂、１０：柱材、１１：
突条部分、１２：鋼製サンドイツチパネル、１
３：Ｈ形鋼、１４：トツプコート、１５：薄板、
１６：軽量形鋼、１７，１９：水平ロール、１
８：垂直ロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼基材表面に形成された亜鉛またはアルミニ
   ウムもしくは亜鉛−アルミニウム合金を主成分と
   するメツキ層と、該メツキ層表面に亜鉛および鉄
   を、その合金を主成分とするFe−Zn合金粒およ
   び／または亜鉛を主成分とするZn粒と鉄を主成
   分とするFe粒との混合粒を投射して付着させた
   Fe−Zn系投射被覆層と、該投射被覆層の表面上
   から投射被覆層を介してメツキ層に含浸形成され
   た化成処理層とを有し、これらの中間層を介して
   化粧材が接着されてなることを特徴とする化粧鋼
   材。 ２ 前記Fe−Zn系投射被覆層が、Fe−Zn合金粒
   を投射して形成したFe−Zn合金層であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の化粧鋼
   材。