JP3294523B2 - 鋼材の接合法及び塗料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材部材を高力ボルト
摩擦接合法にて接合する方法において、塗布により部材
の接合面に高い摩擦係数を付与した鋼材部材の接合法及
び接合面に塗布する塗料に関する。

【０００２】

【従来の技術】橋梁や建築物等は、通常、鋼材部材を高
力ボルト摩擦接合法、リベット接合法や、溶接法等によ
り接合して構築されているが、特に現場施工性に優れ、
また剛性の高い接合部が得られることから、高力ボルト
摩擦接合法が主流を占めている。この高力ボルト摩擦接
合法は、図１にその接合部断面の例を示すように鋼材部
材ａ、ａ′を高力ボルト１、ナット２及びワッシャー
３、３′で締め付け、鋼材部材間に生ずる摩擦力によっ
て応力を伝達する接合法である。高力ボルト摩擦接合面
の摩擦係数は、橋梁や、道路橋では0.４０以上、一般建
築物では0.４５以上が必要とされている。ところで、摩
擦係数を0.４０以上とするためにアルキルシリケート加
水分解縮合物等を結合剤とする無機ジンクリッチ塗料を
鋼材部材の接合面に塗布する方法が広く採用されてい
た。

【０００３】即ち、鋼材部材の接合面を含め全面に予め
無機ジンクリッチ塗料を塗布した後、鋼材部材を接合
し、組立てた後、腐食防止のために更に全面に防食塗料
を塗布するなどの方法で施工されていた。しかしなが
ら、無機ジンクリッチ塗料から形成される塗膜は、ポー
ラスな膜となるので、いきなり防食塗料を塗布すると発
泡現象が起り、平滑で正常な塗膜が得られない問題点が
あった。そこで、従来は、無機ジンクリッチ塗膜表面に
防食塗料を塗布する前に予め無機ジンクリッチ塗膜にミ
ストコートと称する、多量の溶剤で希釈した塗料を塗布
し、ポーラスな個所の孔をふさぎ、しかる後、通常の防
食塗料を塗布していた。更に、無機ジンクリッチ塗料
は、エポキシ樹脂などを結合剤とする有機ジンクリッチ
塗料に比べ、鋼材部材表面を高度にケレンして除錆する
必要があった。そのため、無機ジンクリッチ塗料を塗布
する方法は、有機ジンクリッチ塗料を塗布する方法に比
較して塗装工程が増加し、また高度なケレン工程が必要
となり、塗装効率が悪いという問題があった。

【０００４】そこで、高度なケレンやミストコートを必
要としない、平滑な塗膜を形成する有機合成樹脂を結合
剤とする有機ジンクリッチ塗料を塗布する方法も検討さ
れたが、従来の有機ジンクリッチ塗膜は、摩擦係数が0.
４０以上とはならず、せいぜい0.３０前後であり、それ
故高力ボルト摩擦接合法において有機ジンクリッチ塗料
は、これまで全く利用されていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の課題を背景になされたものであり、有機ジン
クリッチ塗膜の平滑性を生かしつつ、かつ摩擦係数0.４
０以上の塗膜を形成する塗料及び該塗料を塗布する鋼材
の接合法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するため、鋭意検討した結果、以下の構成により上
記課題が達成できることを見出し、本発明に到達したも
のである。即ち、本発明は、以下の発明：第１発明 鋼材部材を高力ボルト摩擦接合法にて接合する方法にお
いて、少なくとも前記部材の接合面に、予め、塗膜形成
成分として(A）エポキシ樹脂及びその硬化剤からなる結
合剤(i) と、無機系結合剤(ii)との重量混合割合が（２
５：７５）〜（１００：０）からなる結合剤を５〜２０
重量％、(B) 平均粒径１〜３０μm で、かつ５０％以上
が２μm 以上の粒径を有する亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末
を５０〜９０重量％、及び(C) 顔料（亜鉛粉末、亜鉛合
金粉末除く）を１〜４０重量％、含有する塗料を塗布
し、乾燥膜厚３０〜１５０μm の塗膜を形成せしめたこ
とを特徴とする鋼材の接合法、並びに第２発明 (A）エポキシ樹脂及びその硬化剤からなる結合剤(i)
と、無機系結合剤(ii)との重量混合割合が（２５：７
５）〜（１００：０）からなる結合剤 ５〜２０重量
％、(B) 平均粒径１〜３０μm で、かつ５０％以上が２
μm 以上の粒径を有する亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末 ５
０〜９０重量％、及び(C) 顔料（亜鉛粉末、亜鉛合金粉
末除く） １〜４０重量％、を塗膜形成成分として含有
することを特徴とする、高力ボルト摩擦接合法にて接合
する鋼材部材の接合面の塗布用塗料、に関するものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の高力ボルト摩擦接合法にて接合する鋼材
部材の接合面に塗布する塗料は、エポキシ樹脂及びその
硬化剤からなる結合剤(i)(A)、又は該結合剤(i) と無機
系結合剤(ii)との混合結合剤(A) と、亜鉛粉末又は亜鉛
合金粉末(B) と、顔料(C) と、その他必要に応じて配合
される改質樹脂や沈殿防止剤、分散剤、消泡剤等の各種
添加剤等からなる塗膜形成成分（即ち、固形分）と溶剤
とから構成される。結合剤(A) の構成成分であるエポキ
シ樹脂としては、従来からジンクリッチ塗料に通常使用
されている各種エポキシ樹脂が特に制限なく使用可能で
ある。

【０００８】即ち、エピクロルヒドリン−ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリン−ビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノール
Ａのグリシジルエーテルなどの難燃型エポキシ樹脂、ノ
ボラック型エポキシ樹脂、水添ビフフェノールＡ型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールＡプロピレンオキシド付加物
のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェ
ニルメタン系エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹
脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリオレ
フィン、エポキシ化大豆油、その他各種変性エポキシ樹
脂等が代表的なものとして挙げられる。硬化剤として
は、例えば、エチレンジアミンや、ジエチレントリアミ
ン等の脂肪族ポリアミン、脂肪族ポリアミンをビスフェ
ノールＡ、アクリロニトリルなどで変性した変性脂肪族
ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリ
アミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン等の脂環式ポリア
ミン、脂環式ポリアミンをカージュラＥ、キシリレンジ
アミンなどで変性した変性脂環族ポリアミン、ポリアミ
ンとダイマー酸とを反応させたポリアミド、ポリアミン
をエポキシ樹脂にアダクトしたアミンアダクト、ポリア
ミンをダイマー酸及びエポキシ樹脂にアダクトしたポリ
アミドアダクト等が代表的なものとして挙げられる。

【０００９】結合剤(i) はエポキシ樹脂とその硬化剤と
からなり、両者の混合割合は前者のエポキシ基１当量に
対し、後者の活性水素が通常0.５〜3.０当量、好ましく
は0.９〜1.５当量となる割合が適当であり、この範囲に
おいて本来のエポキシ樹脂の塗膜性能を発揮する。本発
明において、結合剤(A) は結合剤(i) 単独でもよいが、
無機系結合剤（ii) を併用することも可能である。無機
系結合剤(ii)は、摩擦熱による軟化の程度が小さく、そ
のため結合剤(i) に併用させると、摩擦係数を向上させ
る効果がある。但し、過剰に無機系結合剤(ii)を配合す
ると、鋼材部材表面を高度にケレンして防錆する必要が
生じたり、得られる塗膜がポーラスとなり、ミストコー
トの必要が生じたりするので好ましくない。従って、無
機系結合剤(ii)の配合量は、結合剤(A) 中、７５重量％
以下、好ましくは５〜５０重量％が適当である。

【００１０】このような無機系結合剤(ii)としては、通
常無機ジンクリッチ塗料に使用されているアルキルシリ
ケート加水分解縮合物又はその変性物や、アルミニウ
ム、チタン、ジルコニウム、スズなどの金属アルコキシ
化合物、その加水分解縮合物又はその変性物などが挙げ
られる。亜鉛粉末又は亜鉛を主成分とする亜鉛−アルミ
ニウム、亜鉛−マグネシウム等の亜鉛合金粉末(B) は、
得られる塗膜の摩擦係数が0.４０以上となるようにする
ために、平均粒径１〜３０μm 、好ましくは３〜１５μ
m で、かつ５０％以上が２μm 以上、好ましくは３μm
以上の粒径のものを使用する。なお、平均粒径が１μm
未満であったり、２μm 以上の粒径の亜鉛粉末又は亜鉛
合金粉末が５０％未満である場合は、塗膜の摩擦係数を
0.４０以上とすることが困難となり、一方、平均粒径が
３０μm を越えると塗膜がポーラスな膜となり、そのた
めミストコートが必要となるので好ましくない。

【００１１】顔料(C) は、得られる塗膜中の亜鉛粉末又
は亜鉛合金粉末(B) の間に分布し、亜鉛粉末又は亜鉛合
金粉末(B) の摩擦による移動を防止し、摩擦係数の低下
を防止するために配合するものである。顔料(C) として
は、通常塗料用として使用されている各種着色顔料、体
質顔料、防食顔料等が特に制限なく使用できるが、亜鉛
粉末（モース硬さ2.５）よりも硬いものが摩擦係数の高
い塗膜が得られので、モース硬さ2.５以上、特に好まし
くは5.０以上の顔料が望ましい。モース硬さ2.５以上の
顔料としては、例えば、水酸化マグネシウムや、炭酸カ
ルシウム、ホタル石、リンカイ石、含水酸化鉄、黒色酸
化鉄、アナターゼ酸化チタン、ルチル酸化チタン、二酸
化ケイ素、アルミナ、炭化ケイ素、アルミニウム粉、鉄
粉、ステンレス粉、カーボンなどが代表的なものとして
挙げられる。

【００１２】その他酸化クロム、酸化ジルコニウム、複
合酸化物等の酸化物顔料、リン酸亜鉛、リン酸アルミニ
ウム等のリン酸塩、エチドロン酸亜鉛、エチドロン酸カ
ルシウム、エチドロン酸メラミン等のホスホン酸塩、モ
リブデン酸亜鉛等のモリブデン酸塩、リンモリブデン酸
塩、バナジン酸塩、ホウ酸塩、クロム酸塩、鉛酸塩、ケ
イ酸塩等の塩類顔料、窒化ケイ素、ガラスビーズ、リン
鉄粉、その他フタロシアニン、キナクリドンなどの耐熱
性有機顔料等も代表的なものとして挙げられる。これら
顔料の平均粒径は３０μm 以下が適当であり、これ以上
では塗膜がポーラスな膜となりやすくなる。塗膜形成成
分として必要に応じて配合される改質樹脂としては、キ
シレン樹脂や、石油樹脂、クマロン樹脂、ケトン樹脂、
フェノール樹脂等が挙げられる。これら塗膜形成成分を
溶解もしくは分散させるために配合される溶剤としては
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、メチルエチ
ルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチ
ル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエー
テルアセテート等のエステル類、イソプロピルアルコー
ル、ブチルアルコール等のアルコール類、水等が代表的
なものとして挙げられる。

【００１３】本発明の塗料は以上説明した成分から構成
されるが、その配合割合は、塗膜形成成分中、結合剤
(A) は５〜２０重量％、好ましくは６〜１５重量％、亜
鉛粉末又は亜鉛合金粉末(B) は５０〜９０重量％、好ま
しくは６０〜８５重量％、顔料(C) は１〜４０重量％、
好ましくは５〜３０重量％が適当である。なお、結合剤
(A) の量が前記範囲より少ないと、本来の塗膜の物理
的、化学的特性が発揮されず、逆に多いと相対的に亜鉛
粉末又は亜鉛合金粉末(B) 、顔料(C) の量が少なくな
り、摩擦係数0.４０以上の塗膜が得られにくくなるので
好ましくない。また、亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末(B) の
量が前記範囲より少ないと、防食性が低下し、逆に多い
と相対的に結合剤(A) 、顔料(C) の量が少なくなり、各
種塗膜特性が低下するため好ましくない。また、顔料
(C) の量が前記範囲より少ないと、摩擦係数0.４０以上
の塗膜が得られにくくなり、逆に多いと相対的に亜鉛末
(B) の量が少なくなり、防食性が低下するため好ましく
ない。

【００１４】塗料中の溶剤の配合割合は、塗装作業性等
を考慮し、任意の量とすることが可能であるが、通常５
〜３０重量％（即ち、塗料固形分７０〜９５重量％）、
好ましくは１０〜２０重量％とするのが、後述する膜厚
が得られやすいので望ましい。次に本発明の鋼材部材の
接合法について説明する。本発明でいう鋼材部材は、倉
庫や、個人住宅、店舗等の小型建築物やビル等の大型建
築物、更には橋梁、道路橋、タンク等の各種屋外鋼構造
物に適用される鋼材部材である。高力ボルト摩擦接合法
にて接合される前のこれら鋼材部材の表面を除錆等の表
面処理をした後、前述の塗料を鋼材部材全面に塗布す
る。塗布個所は鋼材部材の接合部のみの塗布でもよい
が、鋼材部材を接合し、組立てた後、接合部以外の個所
にも同様の塗料を塗布する必要があるので、鋼材部材を
接合する前に接合部も含め全面に塗布するのが望まし
い。

【００１５】塗布手段としては、例えば、スプレー塗装
や、ハケ塗装等の従来から公知の各種塗布手段が採用可
能である。得られる塗膜の乾燥膜厚は３０〜１５０μm
、好ましくは５０〜１００μm にする必要がある。膜
厚が前記範囲より薄いと、長期防食性が低下するばかり
でなく、摩擦係数も低下し、逆に厚いと塗膜の乾燥性等
が低下するため好ましくない。鋼材部材に塗布した塗料
を乾燥させた後、鋼材部材を接合、組立て、各種鋼構造
物が構築される。組立られた鋼材部材は、通常のエポキ
シ樹脂系塗料や、ポリウレタン樹脂系塗料、アルキド樹
脂系塗料、塩化ゴム系塗料、フッ素樹脂系塗料等の防食
塗料を塗装して仕上げられる。特に橋梁や、タンク等の
屋外鋼構造物に対しては、エポキシ樹脂系下塗塗料塗装
→（ポリウレタン樹脂系中塗塗料塗装）→ポリウレタン
樹脂系上塗塗料塗装、エポキシ樹脂系下塗塗料塗装→
（ポリウレタン樹脂系中塗塗料塗装）→フッ素樹脂系上
塗塗料塗装等の塗装系で重防食塗装仕上げするのが望ま
しい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。なお、実施例中「部」、「％」は重量基準で示
す。実施例１〜６及び比較例１〜５ 以下の表１に示す主剤成分及び硬化剤成分を塗装直前に
分散、混合し、塗料を調製した。各塗料をブラスト処理
鋼板（錆グレードＩＳＯ Ｓａ 2.５）に乾燥膜厚が表
１に示す通りとなるようにスプレー塗布し、１０日間自
然乾燥させた。得られた塗板につき、摩擦係数測定、耐
塩水噴霧性及び上塗塗料をミストコートなしで直接塗り
重ねた時の塗膜外観の各試験を行ない、その結果を表１
の下欄に示した。

【００１７】

【表１】表 １ （配合成分単位：部） 塗料配合成分 実 施 例 1 2 3 4 5 6 主剤成分 エポキシ樹脂溶液 注１） 11.4 8.6 14.3 10.0 10.0 7.1 アルキルシリケート 20.0 縮合物溶液 注２） 亜鉛粉末(A) 注３） 75.0 亜鉛粉末(B) 注４） 85.0 65.0 70.0 70.0 65.0 顔料 酸化ケイ素 注６） 14.0 21.0 炭化ケイ素 注７） 21.0 黒色酸化鉄 注８） 7.0 炭酸カルシウム 注９） 20.0 タルク 注10） 20.0 溶剤 キシレン 6 6 6 6 6 メチルイソブチルケトン 4 4 4 4 4 硬化剤成分 変性脂肪族ポリアミン 6.0 4.0 8.0 6.0 6.0 4.0 溶液 注11） 乾燥膜厚（μm ） 85 65 100 70 80 90 塗膜性能 摩擦係数 0.48 0.45 0.50 0.45 0.40 0.53 上塗塗膜外観 注12） 異常 同左 同左 同左 同左 同左 なし 耐塩水噴霧性 注13) サビ 10 10 10 10 10 10 フクレ 10 10 10 10 10 10

【００１８】

【表２】表 １（つづき） （配合成分単位：部） 塗料配合成分 比 較 例 1 2 3 4 5 主剤成分 エポキシ樹脂溶液 注１） 11.4 11.4 11.4 2.8 11.4 アルキルシリケート 32.0 縮合物溶液 注２） 亜鉛粉末(A) 注３） 34.0 89.0 75.0 亜鉛粉末(B) 注４） 65.0 亜鉛粉末(C) 注５） 75.0 顔料 酸化ケイ素 注６） 14.0 21.0 14.0 炭酸カルシウム 注９） 55.0 タルク 注10） 溶剤 キシレン 6 6 6 6 メチルイソブチルケトン 4 4 4 4 硬化剤成分 変性脂肪族ポリアミン 6.0 6.0 6.0 2.0 6.0 溶液 注11） 乾燥膜厚（μm ） 85 85 85 85 20 塗膜性能 摩擦係数 0.38 0.45 0.31 0.48 0.35 上塗塗膜外観 注12） 異常 同左 同左 発泡有 異常 なし なし 耐塩水噴霧性 注13) サビ 10 6 10 10 6 フクレ 10 10 10 10 10 注１）油化シェルエポキシ社製商品名「エピコート＃10
01×70」、固形分７０％、樹脂エポキシ当量４５０ 注２）日本合成ゴム社製商品名「Ｂ−102 」、固形分２
５％ 注３）平均粒径4.０μm 、２μm 以上の粉末８５％ 注４）平均粒径7.３μm 、２μm 以上の粉末９５％ 注５）平均粒径1.０μm 、２μm 以上の粉末３０％ 注６）平均粒径4.２μm 、モース硬度7.０ 注７）平均粒径5.０μm 、モース硬度9.５ 注８）平均粒径＜5.０μm 、モース硬度6.０ 注９）平均粒径3.０μm 、モース硬度3.０ 注10）平均粒径6.０μm 、モース硬度1.０ 注11）三和化学社製商品名「サンマイドＥ−1001Ｓ」、
固形分５０％、ポリアミンのアミン価１００ 注12）塗板表面にエポキシ樹脂塗料（大日本塗料社製商
品名「エポニックス＃30シタヌリサビ色」）をキシレン
とブタノールの（１：１）からなる混合溶剤で３％希釈
したものを乾燥膜厚３０μm になるようにスプレー塗装
し、１日間自然乾燥させた後の塗膜外観を目視評価し
た。 注13）塗膜をクロスカットし、塩水噴霧試験１５００時
間行い、ＡＳＴＭ判定基準で評価した。

【００１９】表１からも明らかの通り、本発明の塗料で
ある実施例１〜６では、いずれも摩擦係数が0.４０以上
であり、また防食性も優れ、ミストコートなしで上塗塗
装しても良好なる塗膜が得られた。一方、２μm 以上の
粒径の亜鉛粉末が５０％未満の比較例１、顔料を含有し
ない比較例３、膜厚のうすい比較例５では、摩擦係数が
低かった。また、亜鉛粉末量が少ない比較例２、膜厚の
うすい比較例５では、防食性が劣っていた。また、無機
系結合が過剰の比較例４では、上塗塗膜に多くの発泡が
認められた。

【００２０】

【発明の効果】本発明の方法によれば、鋼材部材を高力
ボルト摩擦接合法にて接合せしめた際の部材の接合面を
摩擦係数0.４０以上にすることが可能であり、更に、本
発明の塗料は、従来の無機ジンクリッチ塗料で採用すべ
き高度なケレンが不要であり、また、ポーラスな膜とな
らないので防食塗料を塗り重ねる際、予めミストコート
を必要とせず、そのため作業工程が短縮でき、塗装効率
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】高力ボルト摩擦接合部を示す図である。

【符号の説明】

ａ、ａ′ 鋼材部材 １ 高力ボルト ２ ナット ３、３′ ワッシャー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 廣幸 大阪府茨木市西河原１丁目18番603号 (72)発明者 松野 英則 栃木県那須郡西那須野町下永田３−1172 −４ Ａ101 (56)参考文献 特開 昭63−205373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−97578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 7/14 B05D 7/00 C09D 163/00 F16B 5/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材部材を高力ボルト摩擦接合法にて接
   合する方法において、少なくとも前記部材の接合面に予
   め、塗膜形成成分として (A) エポキシ樹脂及びその硬化剤からなる結合剤(ｉ)
   と、無機系結合剤(ｉｉ)との重量混合割合が（２５：７
   ５）〜（１００：０）からなる結合剤 ５〜２０重量
   ％、 (B) 平均粒径１〜３０μmで、かつ５０％以上が２μm
   以上の粒径を有する亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末 ５０〜
   ９０重量％、及び (C) モース硬さ２．５以上の顔料 １〜４０重量％、 を含有する塗料を塗布し、乾燥膜厚３０〜１５０μmの
   塗膜を形成せしめたことを特徴とする鋼材の接合法。
2. 【請求項２】 以下の成分： (A) エポキシ樹脂及び硬化剤からなる結合剤(ｉ)と、
   無機系結合剤(ｉｉ)との重量混合割合が（２５：７５）
   〜（１００：０）からなる結合剤 ５〜２０重量％、 (B) 平均粒径１〜３０μmで、かつ５０％以上が２μm
   以上の粒径を有する亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末 ５０〜
   ９０重量％、及び (C) モース硬さ２．５以上の顔料を１〜４０重量％、 を塗膜形成成分として含有することを特徴とする、高力
   ボルト摩擦接合法にて接合する鋼材部材の接合面の塗布
   用塗料。