JPS6345044A - 化粧鋼材 - 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〕 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付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、長期にわたって化粧材の
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ッ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。

したがって、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、一般住宅、ビル内装等に
おいて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。したがって、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
っ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。

このようなことから、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
常に回能な技術となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、土木建築材料として実用に耐え得る高品質な
化粧鋼材を提供するもので、その特徴とするところは、
鋼基材表面に亜鉛−鉄合金粉の投射により形成され、ク
ロメート処理又はリン酸塩処理の施された亜鉛−鉄合金
被膜を介して、化粧材を付着してなる点にある。

本発明において、亜鉛−鉄合金粉の投射により形成され
、クロメート処理又はリン酸塩処理の施された亜鉛−鉄
合金被膜とは、例えば特願昭６０−２３２９１９号に記
載の処理によるＺ−８処理被膜である。

すなわち、鋼面に亜鉛−鉄合金粉を投射することにより
亜鉛−鉄合金被膜が形成される。この被膜は２〜５０μ
ｍ（通常は２〜５μｍ）程度と薄く、また多孔質である
ため、それ自体の耐食性は十分とは言えない、しかるに
、これにクロメート処理又はリン酸塩処理を施すと、前
記被膜にクロメート又はリン酸塩処理剤が含浸し、耐久
性が飛躍的に向上する。これはＺ−８処理と呼ばれ、今
後、広い用途が期待されている。

一方、鋼基材の表面に化粧材を接着しようとした場合、
接着性は主に接着材と鋼材の表面性状とに支配される。

接着剤については前述したとおり既に多くのものが開発
済みであることから、接着性を高めるためには鋼基材の
表面性状に工夫を講じることが求められる。

従来の接着技術においても、上述したような観点から前
処理として被着体の表面を溶剤で洗浄したり、サンドブ
ラストや研摩紙による表面研摩、酸やアルカリ溶液によ
る化学的処理、陽極酸化等を実施しているが、いずれも
被着体表面の粗度管理が難しく、接着強度が製品毎にば
らつくという問題があり、本発明が対象とするような化
粧鋼材にそのまま適用しても十分な成果は期待できない
。

また、本発明が対象とするような化粧鋼材においては、
鋼基材の表面粗度の他に、鋼基材それ自体の耐食性も重
要であるが、これについても適切な従来技術は存在しな
かった。

ちなみに、電気、溶融メツキあるいは溶射等による亜鉛
メツキを施した鋼基材の表面に木材や合成樹脂を接着し
た場合、結露等により亜鉛メツキ表面に白錆が発生し、
鋼材表面に接着した木材や合成樹脂が剥離し易くなった
り、カビを発生させたりする。

本発明の化粧鋼材においては、ｗ４基材表面に施した亜
鉛−鉄合金被膜（Ｚ−３処理被膜）が、被接着面として
好適な表面粗さＲ，、，５〜２０μｍの凹凸状態を安定
的に示すとともに、接着剤等の濡れ性が良好であり、し
かも鋼基材表面には高度の耐食性が付与され、これらに
より被膜上に接着した化粧材との間に高度で安定した接
着性を与えるとともに、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。

したがって、本発明の化粧鋼材は土木建築材料として用
いても、実用上十分な耐久性を持つものとなり、更に化
粧材を適宜選択することにより、低コストかつ高強度で
しかも意匠性が高く、更に結露も防止可能な製品価値の
高い材料となるのである。

なお、Ｚ−３処理被膜は鋼基材の表面に直接形成する他
、亜鉛メツキ、アルミメツキ等のメツキ被膜を介して形
成してもよく、いずれも本発明の範囲内である。

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、鋼管、鋼板、軽量形鋼等である。

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
ンレス調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６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。

下地となるＺ−８処理についは、前述した特願昭６０−
２３２９１９号等に詳しく記載するところであるので、
具体的な説明は省略する。

なお、この処理においては、亜鉛−鉄合金粒は亜鉛−鉄
を主成分としているが、白錆防止のために１〜６０％の
アルミニウムを加えることを妨げるものではない。

後記第１表にＺ−Ｓ処理被膜を得るための好ましい処理
法を１．ＩＩにて例示しておく。

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ァプ住宅の柱材等）、土木材料
（歩行者用ガートフェンス等のエフステリア製品等）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）〜に）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ｍ基材１
の表面にＺ−８処理被膜であるクロメート処理又はリン
酸塩処理済の亜鉛−鉄合金被膜２を介して木材３を接着
した例、や）は同表面に前記亜鉛−鉄合金被膜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調板等の鋼材５を接着
した例、に）は前記亜鉛−鉄合金被膜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）（ロ）および第３図（イ）（ロ）は本発明
の化粧鋼材で柱材の例を示した断面図（各図イ）と、各
柱材の製造工程を例示したフロー図（各図口）とである
。

第２図（イ）（ロ）の化粧鋼材にあっては、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の両端部付近を鉄板の溶接により
密閉した後、外面をショツトブラスト又は酸洗にてスケ
ール除去し、次いで該表面に亜鉛−鉄合金被膜を形成し
、クロメート処理又はリン酸塩処理を行った後、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７０表面に接着剤を用いて張り付け、更に冷圧、
乾燥、加熱圧締、水拭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の張り付は前にクロ
メート処理又はリン酸塩処理済の亜鉛−鉄合金被膜の上
から、セメント系塗装材４（セメント珪砂の混合物と有
機形ポリマーのエマルジョンの混合物とを混ぜたもの）
を０．５〜１００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図に斜視図で示された柱材は、角形鋼管７の表面に
形成したクロメート処理又はリン酸塩処理済の亜鉛−鉄
合金被膜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図は本発明を実施した化粧鋼材で、間仕切り材を示
している。

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ｌＯに係合させるための突条部分１）を備
えた鋼製サンドイッチパネル１２０両表面にクロメ−ド
ル処理又はリン酸塩処理済の亜鉛−鉄合金被膜を介して
木製の単板８を接着したものである。一方、柱材ｌＯは
Ｈ形鋼１３の表面に前記亜鉛−鉄合金被膜を介してセメ
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っている。

また、第６図は本発明の他の実施例を示したもので、外
壁材の一例を示している。

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ンチパネル１２の両表面に前記亜鉛
−鉄合金被膜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ップコート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っている。一方、柱材ｌＯ
については表面に前記亜鉛−鉄合金被膜を形成したＨ形
ａ１３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、その間にサンドイッチパネル両側の突条部分
１）が係合されるとともに、屋外側におていはセメント
系塗装材４の上からトップコート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って
いる。

第７図（イ）〜（ハ）および第８図聞〜に）はシート状
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１ｍ１６の表面に前記亜鉛−鉄合金被
膜を形成した後、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が
、二液タイプの接着剤を使用する場合は、薄板と形鋼の
両方の被接着面に塗布してもよく、またホットメルト系
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図の方法ではに）の工程で段付水平ロール１
９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ＩＴ、１９および垂直ロール１８について
は、アイト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、５Ｓ４１材（３Ｘ２５Ｘ１００ｍ）の
表面にＺ−３処理として第１表に１で示す条件でクロメ
ート処理済の亜鉛−鉄合金被膜を形成した試験鋼Ａ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（５Ｘ２０Ｘ１００ｍ）およびカバ材（
８ｘ２５ｘ１００ｔｍ）を接着した。また、化粧材が金
属の場合を想定して試験ｆａＡどおしを接着した。

接着剤は２液性の変性アルリル系接着剤（商品名ビスセ
ット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／ｃｄ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ｆｉＡ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（商品名メロンラスラリ−）を第２表に示す
条件で塗布した。

第　　１　　表 第２表 比較例としては、既述の３３４１材に１２０メツシユで
サンドブラスト処理を施した試験鋼Ｂ、および既述の３
３４１材に厚み１５０μｍの亜鉛メツキを施した試験ｗ
４Ｃに対し、上記同様の接着、塗布を行った。

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）を行ツタ。

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 ＊全ての測定で化粧材破壊 第３表から明らかなように、ａＡを用いた本発明例は優
れた接着性を示し、しかも鋼Ａは表面のクロメート処理
済の亜鉛−鉄合金被膜により優れた耐食性が保証される
。これに対し、ｆｊｌＢを用いた比較例は本発明例に比
較的近い接着性を示しているが、鋼Ｂ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Ｃ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白錆発生等により
＃Ｂを更に下まわっている。

ここで使用したポリマーセメントモルタルは結合材とし
てのセメントペーストの一部をポリマー（有機高分子材
料）に置換したもので、−ＣにＰＣＭと略称されている
ものであり、結合材、骨材は次のようなものが使われて
いる。

（１）結合材 Ａ、セメント ポルトランドセメント、アルミナセメント。

超速硬セメント等。

Ｂ、ポリマーディスバージョン（含消泡剤）ＳＢＲラテ
ックス、ＰＡＥ−ＥＶＡエマルジッン等。

（２）骨材 砂利、川砂、ケイ砂、砕石１人工軽量骨材。

但し、防食を目的とする時は、シリカ賞の砕石やケイ砂
を用いる。

化粧材としてこのポリマーセメントモルタルを使用した
場合、このモルタルは、各種ガン吹付けにより施工され
、その表面は一様な凹凸状に形成されることから、その
上に種々の塗料により化粧塗膜を付与すれば、塗料自体
は公知であっても、その塗料本来の性格に応じた深みの
ある美しいテクスチュアが確保されることになる。

また、このセメントは、曲げ、引張り、衝撃等に非常に
つよ＜、透水性も普通のセメントモルタルに比較して非
常に小さいものであり、鋼基材との間の良好な接着性と
相俟ち、被覆層の割れ、剥離等の破損の発生ならびに鋼
基材の腐食を長期にわたって防止し、すぐれた耐久性を
達成し得るものである。

ポリマーセメントモルタルの層厚は、特に限定するもの
ではないが、平均０．５〜５ｆｌ程度が適当である。す
なわち、０．５鶴未満では、モルタル層の強度としての
十分なものが得られず、剥離摩耗等の発生の恐れが生じ
る。また、５ｍ厚をこえると、モルタル層の均質性を保
持するために２〜３回塗布（吹付け）が必要となり、コ
ストアップとなる。

この層の形成は、ガン吹付けによるが、吹付はガンとし
ては、モルタルガン、スタッコガン、ジュラクガン等、
公知ガンの何れの使用も可能である。１）表面の凹凸状
態は、使用するガンの！！１類によって変化するもので
あり、したがって意匠上の要求に合せて、上記のうちか
ら適当なものを選定し、使用するようにすればよい。

ポリマーセメントモルタル層の上に使用する塗料は特に
制限されない、基本的には、アクリル樹脂、ウレタン樹
脂、フッ素樹脂等何れの使用も可能であり、用途に応じ
、それら公知の仕上げ塗料の中から適当なものを選択し
、使用するようにすればよい。

本発明者らによる試作の結果、意匠上有効と思われたの
は、塗料としてウレタン樹脂系やアクリル樹脂系を用い
て水面転写する、いわゆる「すみ流し」によるもの、塗
料としてウレタン樹脂を主体とした特殊ウレタン樹脂塗
料のクリアー状のものを用い、これをスプレーガンにて
吹付は塗布したもの等である。

前者は木目状の外観を呈し、表面が凹凸であることと相
俟ち、外見上非常に深みがあり、手の感触もやわらかく
かつあたたかい惑じを与える。後者は、表層塗膜が透明
質で外見上恰度セラミックのような質感があり、同時に
内装の凹部と凸部との間で塗膜厚に差が生じ、これが奥
行きのある豊かな表情をつくり出す。手の感触も金属に
みられた硬質で冷たい惑しは全くない。

〔発明の効果〕

本発明の化粧鋼材は、素材である鋼材の上に亜鉛−鉄合
金粒を投射して形成された亜鉛−鉄合金被膜にクロメー
ト処理又はリン酸塩処理を施し、その上に化粧材を接着
してなるもので、化粧材の下地となるクロメート処理又
はリン酸塩処理済の亜鉛−鉄合金被膜は、素材である鋼
材に高度の耐食性を付与するとともに、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ァスナー効果を有することになって
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。

したがっ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った新規な土木建
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）〜四は本発明を実施した化粧鋼材の接合
構造を模式的に例示した断面図、第２図（イン（ロ）お
よび第３図ビ）（ロ）は本発明の実施例に係る柱材の構
造を断面図（両図イ）で、また同柱材の製造工程をフロ
ー回（両図口）でそれぞれ示し、第４図は他の実施例に
係る柱材を示す斜視図、第５図および第６図は同じ（他
の実施例を示すもので、間仕切り材および外壁材につい
ての例を示す断面図、第７図（イ）〜（へ）および第８
図（イ）〜に）は本発明の化粧鋼材の製造方法を段階的
に例示した断面図である・図中　１：鋼材、２：クロメ
ート処理又はリン酸塩処理済の亜鉛−鉄合金被膜、３：
木材、４：セメント系塗装材、５：！ｉｉｌ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、１）、突条部分、１２：鋼製サンドイ
ッチパネル、１３：Ｈ形鋼、１４：トソブコート、１５
：薄板、１６：軽量形鋼、１７．１９：水平ロール、１
８；垂直ロール。 出　願　人　　住金鋼材工業株式会社 第３図 第　４　図 第５図 第６図 第　７　図 第　８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼基材表面に亜鉛−鉄合金粒の投射により形成さ
   れ、クロメート処理又はリン酸塩処理の施された亜鉛−
   鉄合金被膜を介して、化粧材を付着してなる化粧鋼材。