導電性グラスライニング及び導電性グラスライニング製構造物
【課題】静電気が帯電しにくく、静電気放電による絶縁破壊に強く、かつ、品質管理の容易な導電性グラスライニング及び当該導電性グラスライニングから構成される構造物を提供する。
【解決手段】ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きグラスライニング（ＧＬ）層８及び上引き通常ＧＬ層９と、ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性ＧＬ層１０の少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬであって、最表層の上引き導電性ＧＬ１０が、端部において基材金属７にかかるように施工された導電性ＧＬ。導電性ＧＬは、全層導電性ＧＬと比較して耐放電性が高く、帯電防止効果も同等であった。また、従来アースをとることが不可能であった機材部分にアースをとることを可能にした。
【解決手段】ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きグラスライニング（ＧＬ）層８及び上引き通常ＧＬ層９と、ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性ＧＬ層１０の少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬであって、最表層の上引き導電性ＧＬ１０が、端部において基材金属７にかかるように施工された導電性ＧＬ。導電性ＧＬは、全層導電性ＧＬと比較して耐放電性が高く、帯電防止効果も同等であった。また、従来アースをとることが不可能であった機材部分にアースをとることを可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工業、医薬品工業、食品工業等で使用される耐食性を有する導電性グラスライニング、及び当該グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリカ質（ＳｉＯ２）とアルミナ質（Ａｌ２Ｏ３）からなるガラス層を金属表面に強固に焼成結合したものが琺瑯で、そのうち、特に耐酸性、耐アルカリ性、耐熱性に優れているものをグラスライニング（ＧＬ）と呼ぶ。ＧＬ機器等に用いられるＧＬは、低炭素鋼板又はステンレス鋼板等の金属基材に下引き釉薬を焼き付けた後、高耐食性の上引き釉薬を焼き付けて製造される。
【０００３】
ＧＬ素材は、表面抵抗率が１×１０13〜１０14Ω／sq.程度の絶縁材料であるため、ＧＬ機器等の内部で非水系有機溶媒等を撹拌すると、ときには高電圧の静電気が帯電し、ＧＬ機器等にアースを施していても静電気によるＧＬの絶縁破壊が起こりうるという問題が顕在していた。
【０００４】
この問題を解決する手段として、フリットを含むＧＬ組成物であって、直径０.０１〜０.５ミクロン、長さ０.５〜１５００ミクロン、長さ／直径の形状比５０以上の金属繊維を、前記フリット１００重量部に対して０.００１〜０.０５重量部含有することを特徴とし、体積方向（金属基材方向）へ帯電荷を逃がす二層構造の導電性ＧＬが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、フリットを含むＧＬ組成物であって、直径０.１〜３０ミクロン、長さ０.００５〜３ｍｍ、長さ／直径の形状比５０以上のセラミックス繊維を前記フリット１００重量部に対して０.０５〜１.５重量部含有することを特徴とし、体積方向へ帯電荷を逃がす二層構造の導電性ＧＬが特許文献２に開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に開示される導電性ＧＬには、実際に高電圧静電気放電が発生した場合には、高電圧の帯電荷がＧＬ層を通過して金属基材へと流れるためにＧＬ層が絶縁破壊されやすいという問題点があった。また、ＧＬ層全体に導電性物質を含有しているために放電試験によるピンホール試験が実施できないという品質管理上の問題点、さらに導電性物質の使用量が多く、高価な導電性物質を使用すると製造コストが高くなるという経済上の問題点も存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１１６２７３号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記問題点を解消するものとして、少なくとも三層以上のＧＬ層からなり、その最表層が粉末状又は繊維状の導電性物質を含む導電性ＧＬであることを特徴とする導電性ＧＬが考えられるが、こうした三層構造の導電性ＧＬは、表面方向（沿面方向）に帯電荷を逃がすことを特徴としている。最表層の導電性ＧＬ層から帯電荷を逃がすためには、最表層の導電性ＧＬをアースする必要があるが、最表層の導電性ＧＬ層のアースが不十分であると、最表層の導体が電気的に絶縁された状態となり、導電性ＧＬ層で静電気の帯電が発生する。この状態で万が一、放電が発生すると放電箇所に導電性グラスライニングの帯電荷が集中して放電エネルギーが非常に大きくなり、ＧＬ機器内部の内容物によっては、引火、爆発の危険性が高まるという問題が生じる。そのため、このような三層構造のＧＬ構造物においては、導電性ＧＬ層のアースを十分に行い、帯電荷を導電性ＧＬから金属基材へ逃がすことが重要である。
【０００９】
そこで本発明は、導電性ＧＬ層等を用いて、帯電荷を表面方向、すなわち、最表層ＧＬから金属基材へ帯電荷を逃がすことにより、帯電防止性能を十分に発揮できるようにしたＧＬ及びＧＬ製構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、導電性物質を含有しない下引きＧＬ層及び上引き通常ＧＬ層と、導電性物質を含有する上引き導電性ＧＬ層の少なくとも三層のＧＬ層から構成され、さらにその最表層の導電性ＧＬ層が金属基材にアースされていることを特徴とする導電性ＧＬに関する。また、本発明は、前記導電性ＧＬから構成されるＧＬ製機器、ＧＬ製容器等のＧＬ製構造物に関する。
【００１１】
具体的に、本発明は、金属基材と、ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きＧＬ層及び上引き通常ＧＬ層と、ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性ＧＬ層の少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬであって、最表層の導電性ＧＬ層が、端部において金属素材にかかるように施工することにより、最表層の導電性ＧＬ層が直接金属基材にアースされていることを特徴とする導電性ＧＬに関するものである。このような構成とすることにより、導電性ガスケット等によりアースを取りつけることが困難な部位においてもアースをとることができ、帯電荷を表面方向に逃がすことが可能となる。また、製造工程を増やすことなく簡易にアースをとれる。
【００１２】
また、本発明は、上記導電性グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物に関する。
【００１３】
グラスライニング製構造物は、フランジ部に導電性ガスケットを用いることにより、構造物の一部にアースを取れば、構造物全体の帯電を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の導電性ＧＬは、導電性部材によって最表層の導電性ＧＬ層と金属基材がアースされているために、表面方向に逃がした帯電荷を良好に金属基材へ逃がすことができる。これにより導電性ＧＬの帯電防止性能を十分に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】グラスライニング製品である反応装置の断面図である。
【図２】(a)〜(d)は、参考例１〜４をそれぞれ示す図である。
【図３】ＲｕＯ２添加量と表面抵抗率との関係を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例１を示す図である。
【図５】参考例５を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、グラスライニング製構造物の一例として反応装置の断面図を図示した。図１に示すように、ＧＬ製機器は、内部をＧＬ加工されており、上かがみ部３と下かがみ部５、及びこれらを接続するための本体フランジ部４からなっている。また、反応装置においては被処理物を撹拌するための撹拌翼及び攪拌軸（インペラ部２）や、被処理物を取り出す底部ノズル６、様々な機器を装着するためのフランジ部１等からなる。
【００１７】
本発明において、アース方法の一つであるガスケットは、後述するようにフランジ部１、本体フランジ部４、底部ノズル部６において好適に使用できる。
【００１８】
最表層のＧＬ層を金属基材にアースする場合、施工が容易であることからどの部位においても使用することができるが、金属基材にかかる部位で発泡が起こる可能性を考慮すると、シールを必要としない箇所、外観上の問題を考慮する必要がない場所において使用するのが好ましい。
【００１９】
また、低温焼成導電性ＧＬ層、特に下引きＧＬをベースにしたＧＬ層によりアースする場合、発泡の問題もなく、金属基材との接着性もよいため、どの部位においても好適に使用することができる。
【００２０】
ここで、低温焼成導電性ＧＬとは、通常の下引きＧＬよりも焼成温度が低く、上引きＧＬと同等か、又はそれよりも低い温度で焼成可能なＧＬを指す。具体的には、８５０℃以下で焼成可能なＧＬが好ましく、さらに８３０℃以下で焼成可能なＧＬがより好ましい。
【００２１】
また、金属製ビス等の金属部材を埋め込む場合も、上記同様に全ての部位に適用できるが、被処理物によっては、金属の選定や腐食の問題が起こることから、被処理物に接しない部位において適用することが好ましい。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り下記に限定されるものではない。
【００２３】
［参考例１］
本発明の参考例１として、少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬの端部を、低温焼成導電性ＧＬ部材によってアースする場合について説明する。なお、参考例１では、導電性物質として二酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）を用いた。
【００２４】
（スリップ作製）
参考例１の導電性ＧＬの製造に使用したガラスフリットの組成を表１に示した。本発明の導電性ＧＬの各ＧＬ層の製造に使用できるガラスフリットは、表１に限定されるものではなく、慣用的に使用されている任意のものを使用可能である。参考例１では、ガラスフリット：ＲｕＯ２ ＝９：１の重量比、すなわちガラスフリットに対してＲｕＯ２を１０重量％となるように、ＲｕＯ２を上引き用ガラスフリットに混合したものを上引き導電性ＧＬのスリップとした。なお、後述する比較例の製造にも、参考例１と同じガラスフリットを用いた。
【００２５】
【表１】
【００２６】
上記ガラスフリット（及びＲｕＯ２）をポットミルに投入した後、さらに水を投入し、施釉ができる状態になるまでフリットを粉砕した。粉砕終了後、ガラス粒子の粒度分布を、日機装製マイクロトラック粒度計Micro Track Series 9200 FRAを用いて測定し、ガラス粒子の平均粒子径（重量累積粒度分布の５０％径）が２０〜４０μｍであることを確認した。粒度分布が上記範囲内であればスリップ完成とした。スリップ中のガラス粒子の平均粒子径は、１〜１００μｍ、好ましくは１０〜６０μｍであることがスリップ吹き付け作業及び焼成後のＧＬの品質の観点から好ましい。
【００２７】
導電性物質としては、この参考例で用いたＲｕＯ２のような金属酸化物以外に、金属、セラミックス、炭素を用いることができる。また、これら導電性物質でコートされたガラスビーズや繊維を用いることも可能である。例えば、金属でメッキしたガラスビーズであってもよい。導電性と耐腐食性の観点からは、金属及び金属酸化物は、貴金属及び貴金属酸化物であることが好ましい。
【００２８】
ＧＬ層中に導電性物質を均等に分散させ、また最表層の導電性ＧＬ層の表面を平滑にするため及び導電性物質の添加量をできるだけ少なくするためには、ガラスフリットと混合する導電性物質は、微細な粉末状であることが好ましい。
【００２９】
具体的には、粉末状の導電性物質の平均粒子径（重量累積粒度分布の５０％径）は、１μｍ以下、好ましくは０.３μｍ以下、さらに好ましくは０.０３μｍ以下であり、HORIBA製LA-700 Particle Size Analyzerを用いて測定する。また、粉末状の導電性物質の比表面積は、１０ｍ２／ｇ以上、好ましくは１８ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは３０ｍ２／ｇ以上である。また、上引き導電性ＧＬ層の表面を平滑にすることにより、上引き導電性ＧＬ層表面への処理物の付着を低減できる。上引き導電性ＧＬ層の表面は、平均粗度（Ｒａ）を０.０５〜０.０９μｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
なお、後述する図２(a)〜(d)にそれぞれ示す参考例１〜４のＧＬ端部では、ガスケットが接する場合がある。シーリング性を保つためにも、施工後のＧＬ表面はできるだけ平坦であることが好ましい。表面平滑度を問題としない用途においては、金属繊維や炭素繊維のような繊維状の導電性物質も、本発明の導電性ＧＬに用いることが可能である。
【００３１】
導電性物質が焼成後、焼成前とは別の形態、例えば酸化物や複合酸化物となる場合もあり、この焼成後の形態でも導電性に寄与しうる。その一例として、導電性物質にＲｕＯ２を用いた場合で説明すると、ＲｕＯ２が一緒に焼成されるガラス成分によっては、Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ７−Ｘ、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７−Ｘ、Ｔｌ２Ｒｕ２Ｏ７のようなパイクロア構造の複合酸化物となって導電経路の形成に寄与する。
【００３２】
（金属基材への施釉と焼成）
参考例１の導電性ＧＬを図２(a)に示す。参考例１は、金属基材７の上に、下引きＧＬ層８、上引き通常ＧＬ層９及び上引き導電性ＧＬ層１０を順に焼成させ、ＧＬ端部に低温焼成導電性ＧＬ部材１１を施工した三層構造である。ＧＬ層の端部を介して、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０から金属基材７に渡って低温焼成導電性ＧＬ部材１１が施工されている。金属基材７としては、低炭素鋼やステンレス鋼のような慣用される金属基材を用いることが可能であるが、参考例１では、軟鋼を用いた。なお、参考例１では、スプレーを用いるという周知の方法で各層のスリップを金属基材上に所定の順番で施釉し、焼成させた。
【００３３】
まず、金属基材７に下引きＧＬ層８を０.２ｍｍの厚みでスプレーを用いて施釉し、９２０℃で焼成した。
【００３４】
次に、下引きＧＬ層８の上に、０.６ｍｍの上引き通常ＧＬ層９を設けるべく、スプレーによる施釉及び８５０℃の焼成を複数回繰り返し行った。なお、本発明の導電性ＧＬにおいては、下引きＧＬ層＋上引き通常ＧＬ層の厚みを０.８〜２.２ｍｍとすることが望ましい。
【００３５】
本発明の低温焼成導電性ＧＬ部材１１によってアースされた導電性ＧＬでは、下引きＧＬ層８と上引きＧＬ層９は導電性物質を含有せず、上引きＧＬ層９の上に、さらに導電性物質を含有する上引き導電性ＧＬ層１０を有することを特徴とする。すなわち、下引きＧＬ層８と上引き通常ＧＬ層９を施釉・焼成した後であっても、下引きＧＬ層８と上引きＧＬ層９が導電性物質を含有しないために、放電によるピンホール試験を実施可能である。
【００３６】
このように、上引き導電性ＧＬ層１０を施釉・焼成する前の段階で、製品（仕掛品）の一次検査としてピンホールの発生をチェックすることができるため、万が一、最終製品の最表層の上引き導電性ＧＬ層１０にピンホールが存在していても、金属基材７と上引き導電性ＧＬ層１０との間に、ピンホールのない下引きＧＬ層８及び上引きＧＬ層９が存在するため、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０に存在するピンホールからの浸食により、金属基材７が腐食・溶出することを効果的に防止することができる。
【００３７】
次に、上引きＧＬ層９の上に、上引き導電性ＧＬ層１０を０.１〜０.３ｍｍの厚みでスプレーを用いて施釉し、８５０℃で焼成した。参考例１では、上引き導電性ＧＬ層１０の厚みを０.２ｍｍとした。また、ＧＬ層を焼成するたびに厚みを測定し、各ＧＬ層の厚みが規定内にあることを確認した。
【００３８】
なお、導電性物質としてＲｕＯ２を用いる場合、８８０℃を超えるとＲｕＯ２が気体となる反応が生じ気泡が生じるため、上引き導電性ＧＬ層の焼成は、８８０℃以下で行わなければならない。
【００３９】
本参考例の低温焼成導電性ＧＬ部材によってアースされた導電性ＧＬは、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７の間に、少なくとも二層のＧＬ層を有しているため、上引き導電性ＧＬ層１０は帯電を防止し、帯電した静電気を上引き導電性ＧＬ層１０端部のアースへと逃がすことができる厚みであれば足りる。すなわち、貴金属等の高価な導電性物質を含有する導電性ＧＬ層の厚みを、従来の全層導電性ＧＬの導電性ＧＬ層の厚みよりも薄くすることが可能であり、全層を導電性ＧＬとする場合に比べ、製造コストを下げることができる。
【００４０】
ここで、上引き導電性ＧＬ層１０を薄くしすぎると、表面抵抗率を下げることができず、静電気の帯電防止効果が低下する。また、静電気放電が発生した場合に、静電気を上引き導電性ＧＬ層の表面方向に逃がすことができなくなる。
【００４１】
逆に、厚くしすぎると導電性物質の使用量が多くなり、製造コストが上昇する。また、静電気放電が発生した場合に、従来の全層導電性ＧＬと同様、静電気が導電性ＧＬ層から金属基材へと逃げやすくなり、ＧＬ層の絶縁破壊が発生しやすくなる。
【００４２】
静電気が帯電しにくく、静電気放電による破壊に強く、かつ製造コストを抑えた導電性ＧＬとするため、本発明の導電性ＧＬにおいては、上引き導電性ＧＬ層１０の厚みが、０．０２ｍｍ以上さらには０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。参考例１では、上引き導電性ＧＬ層１０＝０.２ｍｍ、上引き通常ＧＬ層９＋下引きＧＬ層８＝０.８ｍｍである。
【００４３】
（低温焼成ＧＬ部材の施工）
上記三層のＧＬ層を施釉した後、低温焼成導電性ＧＬ部材１１を、施工済みＧＬ層に影響しない８３０℃以下で最後に焼成した。この際、低温焼成導電性ＧＬ部材１１を施工する箇所のみ部分焼成することも可能である。参考例１の低温焼成導電性ＧＬ部材１１は、上引き導電性ＧＬと同様、ガラスフリット：ＲｕＯ２ ＝９：１の重量比となるように、ＲｕＯ２を表１に示す低温焼成下引きＧＬ用ガラスフリットに混合したものをスリップとして用い、０.２〜０.３ｍｍの厚さで施工した。
【００４４】
このように低温焼成導電性ＧＬ部材１１によりアース処理を行うことにより、金属基材７とＧＬ層（８〜１０）の密着性を高くし、破損、シーリング時の洩れなどを効果的に防止することができる。
【００４５】
（表面抵抗率）
一般的な静電気の帯電圧と表面抵抗率（Ω／sq.）の関係を、表２に示した。表面抵抗率が１Ｅ＋１０（Ω／sq.）以下であれば、帯電がほとんど起こらないことは、このように経験的に知られている。
【００４６】
【表２】
【００４７】
ＧＬ層へのＲｕＯ２添加量とＲｕＯ２添加後のＧＬ層の表面抵抗率（Ω／sq.）の関係を図３に示した。表面抵抗率の測定は、ＧＬ層（１ｍｍ）の表層（０.２〜０.３mm）にＲｕＯ２を添加して行った。また、測定は、湿度４.７〜５.６％、気温２０〜２５℃の条件下で行い、試料ＧＬは、測定ボックス内で一晩乾燥させた。
【００４８】
この図におけるＲｕＯ２添加量は、ガラスフリットに対する添加ＲｕＯ２の重量％を表している。導電性物質としてＲｕＯ２を用いる場合には、ガラスフリットに対して４〜５重量％添加すれば導電性ＧＬの表面抵抗率を１Ｅ＋６（Ω／sq.）以下にすることができ、本参考例の１０重量％添加した導電性ＧＬの実測値は、２．５Ｅ＋４（Ω／sq.）であり、非常に帯電しにくいことが確認された。ＲｕＯ２添加量を増加させるほど表面抵抗率は小さくなったが、ＲｕＯ２は高価であるため、添加量は少ないほど製造コストが安くなる。
【００４９】
製品としての添加量は、１５重量％以下、好ましくは１０重量％以下、より好ましくは６重量％以下とするのが実用的である。一方、導電性の観点からは、製品としてのＲｕＯ２添加量は、好ましくは１〜１０重量％であり、製造コストを考慮すると、さらに好ましくは４〜６重量％である。
【００５０】
（帯電圧半減時間）
参考例１のＧＬと、下引きＧＬ層と上引き通常ＧＬ層の両方に導電性物質を含有する（ガラスフリットに対しＲｕＯ２を１０重量％添加した）導電性ＧＬ（比較例）について、帯電圧半減時間を測定した。比較例の金属基材は、本参考例に用いた軟鋼と同じである。比較例は、下引き導電性ＧＬ層０．２ｍｍ＋上引き導電性ＧＬ層０.８ｍｍとなるように施釉・焼成した。各ＧＬ試料は５０ｍｍ四方の大きさであり、それぞれ金属基材部分にアースを施した。この状態で、針電極に８.０ｋＶを印加して、コロナ放電を起こし、ＧＬ試料に２０秒間帯電させた。そして、帯電圧が半分になるのに要する時間（秒）を測定した。その結果を表３に示した。
【００５１】
【表３】
【００５２】
参考例１及び比較例共に、半減時間が約０．３秒と極めて短時間で帯電圧が半減した。このことから、参考例１は、全層が導電性ＧＬである比較例と同様にアースが良好にとれており、静電気放電が発生しにくいＧＬであることが確認された。
【００５３】
（高電圧パルスを用いた破壊試験）
比較例及び参考例１について、静電気放電が発生した状態を想定して、高電圧パルスを用いた破壊試験を行なった。その試験結果を表４に示した。なお、実験条件は、表４に示した通りであり、各ＧＬ試料には帯電圧半減時間測定時と同様にアースを施した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
比較例は、導電性ＧＬ層を有し、かつアースを施していたにもかかわらず、２５ｋＶで絶縁破壊が発生した。上述したように、比較例のような全層導電性ＧＬは、静電気を導電性ＧＬ層から金属基材へと逃す効果を有しており、本来、静電気が帯電しにくい構造である。このことは表３に示した表面抵抗率からも明らかである。しかし、何らかの原因により大きな静電気が帯電し、今回実験した高電圧パルスのような静電気放電が発生した場合には、静電気の大部分が放電発生箇所のＧＬ層を通過して体積方向に逃げてしまうために、ＧＬ層の絶縁破壊が発生しやすいものと考えられた。
【００５６】
一方、参考例１は、表面抵抗値が比較例とほぼ同じであり、さらに帯電しにくいＧＬであることが確認された。さらに、印加パルス電圧が３０ｋＶの場合でも絶縁破壊が発生しなかった。これは、参考例１の導電性ＧＬが比較例と異なり、帯電した静電気を最表層の導電性ＧＬ層の表面方向に逃がしやすいためと考えられた。すなわち、参考例１の導電性ＧＬは、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０の下部に、導電性を有しない通常ＧＬ層（８及び９）を二層有するために、高電圧パルスが発生した場合であっても、静電気が通常ＧＬ層を通じて断面方向に金属基材７へと逃げにくく、上引き導電性ＧＬ層１０の表面からアースに向かって静電気が逃げやすいと考えられた。
【００５７】
このように、参考例１は、基材金属部分のみにアースを施しても、比較例と比較して、表面抵抗値がほぼ同じであり、帯電圧半減時間も短いために静電気が帯電しにくかった。また、万が一、高電圧の静電パルスが発生した場合でも絶縁破壊が起こりにくいＧＬであることが確認された。さらに、仕掛品の一次検査としてピンホール試験を行うことが可能であり、製品の品質管理の質を向上でき、導電性物質の使用量を数分の一に抑えることができる、という優れた特性を有している。
【００５８】
参考例１は、三層構造の導電性ＧＬであったが、最表層が導電性物質を含有する導電性ＧＬであり、その最表層と金属基材を低温焼成導電性ＧＬ部材でアースする限り、最表層の下層に導電性を有しない通常ＧＬを三層以上形成し、全部で四層以上からなる導電性ＧＬとしても、本発明の目的は達成される。本発明の導電性ＧＬ層は、ＧＬ構造物内部の全面に施工してもよく、また、ＧＬ機器内部の非水系有機溶媒や粉体等が接触する部分にのみ施工して導電性物質の使用量をできるだけ抑えるようにしてもよい。
【００５９】
［参考例２］
参考例１においては、部材の端部でアースをとる構成としたが、これに限定されず、例えば図２(b)に示すように、一度施工したＧＬ層を削り取り、低温焼成導電性ＧＬを施工する構成としてもよい。この場合、アースをとる場所が端部に制限されないという利点がある。また、低温焼成ＧＬを利用するため、既に焼成したＧＬ層（特に下引きＧＬ層）に影響を与えることもない。
【００６０】
［参考例３］
別の参考例として、図２(c)に示すように、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９を施工し、上引き導電性ＧＬ層１０を焼成する前に、焼成済みのＧＬ層（８及び９）を削り取り、下引きＧＬ層８と同じ厚みに低温焼成導電性ＧＬ層１１を施工した後、上引き導電性ＧＬ層１０を形成する構成としてもよい。この場合も、三層構造の導電性ＧＬの製造方法と同じ工程を行うだけであり、既に焼成したＧＬ層に影響を与えることがない。さらに、上引き導電性ＧＬ層１０を最表層に施工するため、外観上も良好なＧＬ構造物を得ることができ、耐食性についても良好である。
【００６１】
［参考例４］
さらに別の参考例として、図２(d)に示すように、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９を施工し、上引き導電性ＧＬ層１０を焼成する前に、焼成済みのＧＬ層（８及び９）を削り取り、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９と同じ厚みに低温焼成導電性ＧＬ層１１を施工した後、上引き導電性ＧＬ層１０を形成する構成としてもよい。この参考例も、上引き導電性ＧＬ層１０を最表層に施工するため、外観上も良好なＧＬ構造物を得ることができ、耐食性も良好である。
【００６２】
参考例１〜４においては、いずれもアースのためのＧＬとして低温焼成導電性ＧＬを利用していることから、通常のＧＬ層を施工後にアース処理を施すことが可能であるため、前述したピンホール検査等を通常ＧＬ層施工後に実施でき、品質管理が容易であるという利点がある。また焼成温度も通常の下引きＧＬ、上引きＧＬに比べ低いことから、既に施工されたＧＬ層に影響を与えることもない。
【００６３】
参考例３及び４では、低温焼成導電性ＧＬとして下引きＧＬをベースにしたものを利用した場合でも、表層は通常ＧＬをベースとした導電性ＧＬを利用しているため、耐蝕性があり、内容物に接する部分において施工することも可能である。
【００６４】
また、下引きＧＬをベースとした低温焼成導電性ＧＬを利用することにより、金属基材中のＣ、Ｍｎ、Ｈ等の反応によりＧＬ層が脆くなるのを防止することができる。例えば、ＣはＣＯ２及びＣＯとなりＧＬ中にピンホールを生じさせる可能性があり、ＭｎはＧＬに割れを生じさせ、Ｈは冷却時にＨ２が生じ、それぞれ、ＧＬが破損する可能性がある。
【００６５】
さらに、低温焼成導電性ＧＬに添加する導電性物質の割合を最表層ＧＬに添加する導電性物質の割合よりも多くすることにより、帯電荷を逃がしやすくすることができる。
この導電性物質の添加割合は、最表層ＧＬと同じか、又は１〜５重量％以上高めに添加するのが好ましい。導電性物質の添加量が少ないと、帯電荷を逃がしにくくなるおそれがあり、一方、添加量が多すぎると製造コストが高くなるため好ましくない。
【００６６】
なお、低温焼成導電性ＧＬ層の厚みは、特に限定されないが、施工上０.０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
また、参考例２〜３で説明したように、ＧＬ層を施工した後、ＧＬ層を削り取り、再度、低温焼成導電性ＧＬ層を施工する方法をとらずに、最初から施釉分けを行い、通常ＧＬ部と低温焼成導電性ＧＬ部を混在するＧＬ層を形成してもよい。
【００６８】
［実施例１］
図４に示す本発明の実施例は、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０を、金属基材７に直接施工することによってアースを取るため、施工が容易なものとなる。
【００６９】
［参考例５］
図５に示す別の参考例は、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７を、金属材料（金属製ビス１２）及びセメント１３を利用してアースを取る構成としている。この参考例の導電性ＧＬは、上引き導電性ＧＬ層１０の施工後、部分的にアースを設置することが可能であり、設置現場でも最終施工が可能である。
【００７０】
具体的には、上引き導電性ＧＬ層１０を施工後、被処理部を削り取りセメント１３を塗り、セメント１３及び金属基材７にネジを切り、セメント１３を覆うように金属製ビス１２を締め付ける。これによって、上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７をアースすることができる。
【００７１】
参考例５で用いる金属製ビスに利用できる金属としては、タンタル、ハステロイ、チタン、ステンレス（ＳＵＳ３１６）等が挙げられる。使用する金属は、内容物の物性に合わせて選択される。
【００７２】
参考例５のＧＬは、内容物に接する部分についても実施することができるが、隙間腐食や金属腐食の観点から、内容物に接触しない部分に使用することが好ましい。
【００７３】
本発明の実施例のように、導電性部材により最表層の導電性ＧＬ層と金属基材間をアースすることにより、少なくとも三層構造からなり、その最表層が導電性であるＧＬが本来有している帯電防止効果、耐放電効果を十分に発揮させることが可能である。構造物内部で非水系有機溶媒や微粉末を撹拌、混合した場合でも静電気が帯電しにくく、かつ、万が一、静電気放電が発生しても、従来の導電性ＧＬよりも絶縁破壊されにくい、安全性の高いＧＬ機器、ＧＬ容器等のＧＬ構造物を製造することが可能となる。
【００７４】
（導電性ＧＬ構造物）
図１に示した反応装置を、実施例１及び参考例１〜５に例示したような導電性ＧＬで作製すれば、装置内部で発生した帯電を、速やかに上引き導電性ＧＬ層から金属基材を経て、アースへと逃がすことが可能となる。
【００７５】
図１には図示していないが、フランジ部１、本体フランジ部４等に導電性ガスケットを用いることが、帯電防止の観点から好ましい。
【００７６】
このような構成をとることで、最表層の上引き導電性ＧＬ層が金属基材に直接アースされ、フランジ周辺におけるＧＬの静電気による破損を防ぐことができる。これは、ガスケットが絶縁性であると、内容物との摩擦により帯電され、沿面放電が発生するおそれがあるが、導電性ガスケットを使用することにより、それを防止することができるからである。
【００７７】
なお、導電性ガスケットとしては、例えば、テフロン（登録商標）にカーボンを混合したガスケットを利用することができる。
【００７８】
通常、ＧＬ機器は耐食性に優れており、使用される用途としても耐食性を求められることが多いため、このような機器に使用されるガスケットとしては高耐食性のＰＴＦＥ性ガスケットを用いることが多い。しかし、ＰＴＦＥはＧＬ以上に絶縁性の強い材質であり、ＧＬ以上に帯電が発生しやすいことから、通常のガスケットを使用すると、帯電圧が非常に高くなり、内容物との間で沿面放電が発生すると、フランジ周辺のＧＬに破損が生じるおそれがある。
【００７９】
これに対し、図１に示す本発明の導電性ＧＬ製構造物は、フランジ部に導電性ガスケットを使用し、ガスケットと金属基材をアースさせる構成とすることにより、上引き導電性ＧＬ層と金属基材を十分にアースしつつ、フランジ周辺におけるＧＬの破損を防ぐことができる。また、導電性ＧＬに挟まれるように導電性ガスケットを配置した場合、ポンディング効果により、電気的に絶縁された箇所をなくすることができる。
【００８０】
また、絶縁性のガスケットは、帯電しやすいことから、粉体等が付着しやすい。特に、排出、投入ノズルでは付着しやすく、ＧＬ製の乾燥機器においては、この付着が顕著に現れる。この付着が進むと、配管が詰まるおそれがあり、洗浄も困難である。さらに、付着量が多い程、歩留まりが低くなる原因となり好ましくない。
【００８１】
これに対し、図１に示す本発明の導電性ＧＬ製構造物は、導電性ガスケットを使用しているため、粉体等の製品の付着が起こりにくくなり、配管の詰まりを抑制し、かつ、付着による製品の歩留まり低下を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
このように、本発明の導電性部材によってアースされた導電性ＧＬは、少なくとも三層構造からなり、その最表層が導電性である導電性ＧＬの性能を十分に発揮させるものであり、アースをとることが困難なインペラ部分においても十分にアースを取ることができる。また、このような導電性ＧＬを形成した後、導電性ＧＬを変質させることなく、容易に低温焼成導電性ＧＬ部材を焼成して製造可能であるために、コストパフォーマンスにも優れている。さらに、最表層の導電性ＧＬ層を形成する前に放電試験によりピンホールチェックを行うことが可能であり、製品の品質管理上も従来の導電性ＧＬにない有用性を有する。
【００８３】
本発明の導電性ＧＬは、ＧＬ機器、ＧＬ容器等のＧＬ構造物に施工することにより、経済性及び安全性の高い製品の製造に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：フランジ部
２：インペラ部
３：上かがみ部
４：本体フランジ部
５：下かがみ部
６：底部ノズル
７：金属基材
８：下引きＧＬ層
９：上引き通常ＧＬ層
１０：上引き導電性ＧＬ層
１１：低温焼成導電性ＧＬ部材
１２：金属製ビス
１３：セメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工業、医薬品工業、食品工業等で使用される耐食性を有する導電性グラスライニング、及び当該グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリカ質（ＳｉＯ２）とアルミナ質（Ａｌ２Ｏ３）からなるガラス層を金属表面に強固に焼成結合したものが琺瑯で、そのうち、特に耐酸性、耐アルカリ性、耐熱性に優れているものをグラスライニング（ＧＬ）と呼ぶ。ＧＬ機器等に用いられるＧＬは、低炭素鋼板又はステンレス鋼板等の金属基材に下引き釉薬を焼き付けた後、高耐食性の上引き釉薬を焼き付けて製造される。
【０００３】
ＧＬ素材は、表面抵抗率が１×１０13〜１０14Ω／sq.程度の絶縁材料であるため、ＧＬ機器等の内部で非水系有機溶媒等を撹拌すると、ときには高電圧の静電気が帯電し、ＧＬ機器等にアースを施していても静電気によるＧＬの絶縁破壊が起こりうるという問題が顕在していた。
【０００４】
この問題を解決する手段として、フリットを含むＧＬ組成物であって、直径０.０１〜０.５ミクロン、長さ０.５〜１５００ミクロン、長さ／直径の形状比５０以上の金属繊維を、前記フリット１００重量部に対して０.００１〜０.０５重量部含有することを特徴とし、体積方向（金属基材方向）へ帯電荷を逃がす二層構造の導電性ＧＬが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、フリットを含むＧＬ組成物であって、直径０.１〜３０ミクロン、長さ０.００５〜３ｍｍ、長さ／直径の形状比５０以上のセラミックス繊維を前記フリット１００重量部に対して０.０５〜１.５重量部含有することを特徴とし、体積方向へ帯電荷を逃がす二層構造の導電性ＧＬが特許文献２に開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に開示される導電性ＧＬには、実際に高電圧静電気放電が発生した場合には、高電圧の帯電荷がＧＬ層を通過して金属基材へと流れるためにＧＬ層が絶縁破壊されやすいという問題点があった。また、ＧＬ層全体に導電性物質を含有しているために放電試験によるピンホール試験が実施できないという品質管理上の問題点、さらに導電性物質の使用量が多く、高価な導電性物質を使用すると製造コストが高くなるという経済上の問題点も存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１１６２７３号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記問題点を解消するものとして、少なくとも三層以上のＧＬ層からなり、その最表層が粉末状又は繊維状の導電性物質を含む導電性ＧＬであることを特徴とする導電性ＧＬが考えられるが、こうした三層構造の導電性ＧＬは、表面方向（沿面方向）に帯電荷を逃がすことを特徴としている。最表層の導電性ＧＬ層から帯電荷を逃がすためには、最表層の導電性ＧＬをアースする必要があるが、最表層の導電性ＧＬ層のアースが不十分であると、最表層の導体が電気的に絶縁された状態となり、導電性ＧＬ層で静電気の帯電が発生する。この状態で万が一、放電が発生すると放電箇所に導電性グラスライニングの帯電荷が集中して放電エネルギーが非常に大きくなり、ＧＬ機器内部の内容物によっては、引火、爆発の危険性が高まるという問題が生じる。そのため、このような三層構造のＧＬ構造物においては、導電性ＧＬ層のアースを十分に行い、帯電荷を導電性ＧＬから金属基材へ逃がすことが重要である。
【０００９】
そこで本発明は、導電性ＧＬ層等を用いて、帯電荷を表面方向、すなわち、最表層ＧＬから金属基材へ帯電荷を逃がすことにより、帯電防止性能を十分に発揮できるようにしたＧＬ及びＧＬ製構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、導電性物質を含有しない下引きＧＬ層及び上引き通常ＧＬ層と、導電性物質を含有する上引き導電性ＧＬ層の少なくとも三層のＧＬ層から構成され、さらにその最表層の導電性ＧＬ層が金属基材にアースされていることを特徴とする導電性ＧＬに関する。また、本発明は、前記導電性ＧＬから構成されるＧＬ製機器、ＧＬ製容器等のＧＬ製構造物に関する。
【００１１】
具体的に、本発明は、金属基材と、ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きＧＬ層及び上引き通常ＧＬ層と、ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性ＧＬ層の少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬであって、最表層の導電性ＧＬ層が、端部において金属素材にかかるように施工することにより、最表層の導電性ＧＬ層が直接金属基材にアースされていることを特徴とする導電性ＧＬに関するものである。このような構成とすることにより、導電性ガスケット等によりアースを取りつけることが困難な部位においてもアースをとることができ、帯電荷を表面方向に逃がすことが可能となる。また、製造工程を増やすことなく簡易にアースをとれる。
【００１２】
また、本発明は、上記導電性グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物に関する。
【００１３】
グラスライニング製構造物は、フランジ部に導電性ガスケットを用いることにより、構造物の一部にアースを取れば、構造物全体の帯電を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の導電性ＧＬは、導電性部材によって最表層の導電性ＧＬ層と金属基材がアースされているために、表面方向に逃がした帯電荷を良好に金属基材へ逃がすことができる。これにより導電性ＧＬの帯電防止性能を十分に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】グラスライニング製品である反応装置の断面図である。
【図２】(a)〜(d)は、参考例１〜４をそれぞれ示す図である。
【図３】ＲｕＯ２添加量と表面抵抗率との関係を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例１を示す図である。
【図５】参考例５を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、グラスライニング製構造物の一例として反応装置の断面図を図示した。図１に示すように、ＧＬ製機器は、内部をＧＬ加工されており、上かがみ部３と下かがみ部５、及びこれらを接続するための本体フランジ部４からなっている。また、反応装置においては被処理物を撹拌するための撹拌翼及び攪拌軸（インペラ部２）や、被処理物を取り出す底部ノズル６、様々な機器を装着するためのフランジ部１等からなる。
【００１７】
本発明において、アース方法の一つであるガスケットは、後述するようにフランジ部１、本体フランジ部４、底部ノズル部６において好適に使用できる。
【００１８】
最表層のＧＬ層を金属基材にアースする場合、施工が容易であることからどの部位においても使用することができるが、金属基材にかかる部位で発泡が起こる可能性を考慮すると、シールを必要としない箇所、外観上の問題を考慮する必要がない場所において使用するのが好ましい。
【００１９】
また、低温焼成導電性ＧＬ層、特に下引きＧＬをベースにしたＧＬ層によりアースする場合、発泡の問題もなく、金属基材との接着性もよいため、どの部位においても好適に使用することができる。
【００２０】
ここで、低温焼成導電性ＧＬとは、通常の下引きＧＬよりも焼成温度が低く、上引きＧＬと同等か、又はそれよりも低い温度で焼成可能なＧＬを指す。具体的には、８５０℃以下で焼成可能なＧＬが好ましく、さらに８３０℃以下で焼成可能なＧＬがより好ましい。
【００２１】
また、金属製ビス等の金属部材を埋め込む場合も、上記同様に全ての部位に適用できるが、被処理物によっては、金属の選定や腐食の問題が起こることから、被処理物に接しない部位において適用することが好ましい。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り下記に限定されるものではない。
【００２３】
［参考例１］
本発明の参考例１として、少なくとも三層のＧＬ層から構成される導電性ＧＬの端部を、低温焼成導電性ＧＬ部材によってアースする場合について説明する。なお、参考例１では、導電性物質として二酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）を用いた。
【００２４】
（スリップ作製）
参考例１の導電性ＧＬの製造に使用したガラスフリットの組成を表１に示した。本発明の導電性ＧＬの各ＧＬ層の製造に使用できるガラスフリットは、表１に限定されるものではなく、慣用的に使用されている任意のものを使用可能である。参考例１では、ガラスフリット：ＲｕＯ２ ＝９：１の重量比、すなわちガラスフリットに対してＲｕＯ２を１０重量％となるように、ＲｕＯ２を上引き用ガラスフリットに混合したものを上引き導電性ＧＬのスリップとした。なお、後述する比較例の製造にも、参考例１と同じガラスフリットを用いた。
【００２５】
【表１】
【００２６】
上記ガラスフリット（及びＲｕＯ２）をポットミルに投入した後、さらに水を投入し、施釉ができる状態になるまでフリットを粉砕した。粉砕終了後、ガラス粒子の粒度分布を、日機装製マイクロトラック粒度計Micro Track Series 9200 FRAを用いて測定し、ガラス粒子の平均粒子径（重量累積粒度分布の５０％径）が２０〜４０μｍであることを確認した。粒度分布が上記範囲内であればスリップ完成とした。スリップ中のガラス粒子の平均粒子径は、１〜１００μｍ、好ましくは１０〜６０μｍであることがスリップ吹き付け作業及び焼成後のＧＬの品質の観点から好ましい。
【００２７】
導電性物質としては、この参考例で用いたＲｕＯ２のような金属酸化物以外に、金属、セラミックス、炭素を用いることができる。また、これら導電性物質でコートされたガラスビーズや繊維を用いることも可能である。例えば、金属でメッキしたガラスビーズであってもよい。導電性と耐腐食性の観点からは、金属及び金属酸化物は、貴金属及び貴金属酸化物であることが好ましい。
【００２８】
ＧＬ層中に導電性物質を均等に分散させ、また最表層の導電性ＧＬ層の表面を平滑にするため及び導電性物質の添加量をできるだけ少なくするためには、ガラスフリットと混合する導電性物質は、微細な粉末状であることが好ましい。
【００２９】
具体的には、粉末状の導電性物質の平均粒子径（重量累積粒度分布の５０％径）は、１μｍ以下、好ましくは０.３μｍ以下、さらに好ましくは０.０３μｍ以下であり、HORIBA製LA-700 Particle Size Analyzerを用いて測定する。また、粉末状の導電性物質の比表面積は、１０ｍ２／ｇ以上、好ましくは１８ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは３０ｍ２／ｇ以上である。また、上引き導電性ＧＬ層の表面を平滑にすることにより、上引き導電性ＧＬ層表面への処理物の付着を低減できる。上引き導電性ＧＬ層の表面は、平均粗度（Ｒａ）を０.０５〜０.０９μｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
なお、後述する図２(a)〜(d)にそれぞれ示す参考例１〜４のＧＬ端部では、ガスケットが接する場合がある。シーリング性を保つためにも、施工後のＧＬ表面はできるだけ平坦であることが好ましい。表面平滑度を問題としない用途においては、金属繊維や炭素繊維のような繊維状の導電性物質も、本発明の導電性ＧＬに用いることが可能である。
【００３１】
導電性物質が焼成後、焼成前とは別の形態、例えば酸化物や複合酸化物となる場合もあり、この焼成後の形態でも導電性に寄与しうる。その一例として、導電性物質にＲｕＯ２を用いた場合で説明すると、ＲｕＯ２が一緒に焼成されるガラス成分によっては、Ｐｂ２Ｒｕ２Ｏ７−Ｘ、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７−Ｘ、Ｔｌ２Ｒｕ２Ｏ７のようなパイクロア構造の複合酸化物となって導電経路の形成に寄与する。
【００３２】
（金属基材への施釉と焼成）
参考例１の導電性ＧＬを図２(a)に示す。参考例１は、金属基材７の上に、下引きＧＬ層８、上引き通常ＧＬ層９及び上引き導電性ＧＬ層１０を順に焼成させ、ＧＬ端部に低温焼成導電性ＧＬ部材１１を施工した三層構造である。ＧＬ層の端部を介して、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０から金属基材７に渡って低温焼成導電性ＧＬ部材１１が施工されている。金属基材７としては、低炭素鋼やステンレス鋼のような慣用される金属基材を用いることが可能であるが、参考例１では、軟鋼を用いた。なお、参考例１では、スプレーを用いるという周知の方法で各層のスリップを金属基材上に所定の順番で施釉し、焼成させた。
【００３３】
まず、金属基材７に下引きＧＬ層８を０.２ｍｍの厚みでスプレーを用いて施釉し、９２０℃で焼成した。
【００３４】
次に、下引きＧＬ層８の上に、０.６ｍｍの上引き通常ＧＬ層９を設けるべく、スプレーによる施釉及び８５０℃の焼成を複数回繰り返し行った。なお、本発明の導電性ＧＬにおいては、下引きＧＬ層＋上引き通常ＧＬ層の厚みを０.８〜２.２ｍｍとすることが望ましい。
【００３５】
本発明の低温焼成導電性ＧＬ部材１１によってアースされた導電性ＧＬでは、下引きＧＬ層８と上引きＧＬ層９は導電性物質を含有せず、上引きＧＬ層９の上に、さらに導電性物質を含有する上引き導電性ＧＬ層１０を有することを特徴とする。すなわち、下引きＧＬ層８と上引き通常ＧＬ層９を施釉・焼成した後であっても、下引きＧＬ層８と上引きＧＬ層９が導電性物質を含有しないために、放電によるピンホール試験を実施可能である。
【００３６】
このように、上引き導電性ＧＬ層１０を施釉・焼成する前の段階で、製品（仕掛品）の一次検査としてピンホールの発生をチェックすることができるため、万が一、最終製品の最表層の上引き導電性ＧＬ層１０にピンホールが存在していても、金属基材７と上引き導電性ＧＬ層１０との間に、ピンホールのない下引きＧＬ層８及び上引きＧＬ層９が存在するため、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０に存在するピンホールからの浸食により、金属基材７が腐食・溶出することを効果的に防止することができる。
【００３７】
次に、上引きＧＬ層９の上に、上引き導電性ＧＬ層１０を０.１〜０.３ｍｍの厚みでスプレーを用いて施釉し、８５０℃で焼成した。参考例１では、上引き導電性ＧＬ層１０の厚みを０.２ｍｍとした。また、ＧＬ層を焼成するたびに厚みを測定し、各ＧＬ層の厚みが規定内にあることを確認した。
【００３８】
なお、導電性物質としてＲｕＯ２を用いる場合、８８０℃を超えるとＲｕＯ２が気体となる反応が生じ気泡が生じるため、上引き導電性ＧＬ層の焼成は、８８０℃以下で行わなければならない。
【００３９】
本参考例の低温焼成導電性ＧＬ部材によってアースされた導電性ＧＬは、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７の間に、少なくとも二層のＧＬ層を有しているため、上引き導電性ＧＬ層１０は帯電を防止し、帯電した静電気を上引き導電性ＧＬ層１０端部のアースへと逃がすことができる厚みであれば足りる。すなわち、貴金属等の高価な導電性物質を含有する導電性ＧＬ層の厚みを、従来の全層導電性ＧＬの導電性ＧＬ層の厚みよりも薄くすることが可能であり、全層を導電性ＧＬとする場合に比べ、製造コストを下げることができる。
【００４０】
ここで、上引き導電性ＧＬ層１０を薄くしすぎると、表面抵抗率を下げることができず、静電気の帯電防止効果が低下する。また、静電気放電が発生した場合に、静電気を上引き導電性ＧＬ層の表面方向に逃がすことができなくなる。
【００４１】
逆に、厚くしすぎると導電性物質の使用量が多くなり、製造コストが上昇する。また、静電気放電が発生した場合に、従来の全層導電性ＧＬと同様、静電気が導電性ＧＬ層から金属基材へと逃げやすくなり、ＧＬ層の絶縁破壊が発生しやすくなる。
【００４２】
静電気が帯電しにくく、静電気放電による破壊に強く、かつ製造コストを抑えた導電性ＧＬとするため、本発明の導電性ＧＬにおいては、上引き導電性ＧＬ層１０の厚みが、０．０２ｍｍ以上さらには０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。参考例１では、上引き導電性ＧＬ層１０＝０.２ｍｍ、上引き通常ＧＬ層９＋下引きＧＬ層８＝０.８ｍｍである。
【００４３】
（低温焼成ＧＬ部材の施工）
上記三層のＧＬ層を施釉した後、低温焼成導電性ＧＬ部材１１を、施工済みＧＬ層に影響しない８３０℃以下で最後に焼成した。この際、低温焼成導電性ＧＬ部材１１を施工する箇所のみ部分焼成することも可能である。参考例１の低温焼成導電性ＧＬ部材１１は、上引き導電性ＧＬと同様、ガラスフリット：ＲｕＯ２ ＝９：１の重量比となるように、ＲｕＯ２を表１に示す低温焼成下引きＧＬ用ガラスフリットに混合したものをスリップとして用い、０.２〜０.３ｍｍの厚さで施工した。
【００４４】
このように低温焼成導電性ＧＬ部材１１によりアース処理を行うことにより、金属基材７とＧＬ層（８〜１０）の密着性を高くし、破損、シーリング時の洩れなどを効果的に防止することができる。
【００４５】
（表面抵抗率）
一般的な静電気の帯電圧と表面抵抗率（Ω／sq.）の関係を、表２に示した。表面抵抗率が１Ｅ＋１０（Ω／sq.）以下であれば、帯電がほとんど起こらないことは、このように経験的に知られている。
【００４６】
【表２】
【００４７】
ＧＬ層へのＲｕＯ２添加量とＲｕＯ２添加後のＧＬ層の表面抵抗率（Ω／sq.）の関係を図３に示した。表面抵抗率の測定は、ＧＬ層（１ｍｍ）の表層（０.２〜０.３mm）にＲｕＯ２を添加して行った。また、測定は、湿度４.７〜５.６％、気温２０〜２５℃の条件下で行い、試料ＧＬは、測定ボックス内で一晩乾燥させた。
【００４８】
この図におけるＲｕＯ２添加量は、ガラスフリットに対する添加ＲｕＯ２の重量％を表している。導電性物質としてＲｕＯ２を用いる場合には、ガラスフリットに対して４〜５重量％添加すれば導電性ＧＬの表面抵抗率を１Ｅ＋６（Ω／sq.）以下にすることができ、本参考例の１０重量％添加した導電性ＧＬの実測値は、２．５Ｅ＋４（Ω／sq.）であり、非常に帯電しにくいことが確認された。ＲｕＯ２添加量を増加させるほど表面抵抗率は小さくなったが、ＲｕＯ２は高価であるため、添加量は少ないほど製造コストが安くなる。
【００４９】
製品としての添加量は、１５重量％以下、好ましくは１０重量％以下、より好ましくは６重量％以下とするのが実用的である。一方、導電性の観点からは、製品としてのＲｕＯ２添加量は、好ましくは１〜１０重量％であり、製造コストを考慮すると、さらに好ましくは４〜６重量％である。
【００５０】
（帯電圧半減時間）
参考例１のＧＬと、下引きＧＬ層と上引き通常ＧＬ層の両方に導電性物質を含有する（ガラスフリットに対しＲｕＯ２を１０重量％添加した）導電性ＧＬ（比較例）について、帯電圧半減時間を測定した。比較例の金属基材は、本参考例に用いた軟鋼と同じである。比較例は、下引き導電性ＧＬ層０．２ｍｍ＋上引き導電性ＧＬ層０.８ｍｍとなるように施釉・焼成した。各ＧＬ試料は５０ｍｍ四方の大きさであり、それぞれ金属基材部分にアースを施した。この状態で、針電極に８.０ｋＶを印加して、コロナ放電を起こし、ＧＬ試料に２０秒間帯電させた。そして、帯電圧が半分になるのに要する時間（秒）を測定した。その結果を表３に示した。
【００５１】
【表３】
【００５２】
参考例１及び比較例共に、半減時間が約０．３秒と極めて短時間で帯電圧が半減した。このことから、参考例１は、全層が導電性ＧＬである比較例と同様にアースが良好にとれており、静電気放電が発生しにくいＧＬであることが確認された。
【００５３】
（高電圧パルスを用いた破壊試験）
比較例及び参考例１について、静電気放電が発生した状態を想定して、高電圧パルスを用いた破壊試験を行なった。その試験結果を表４に示した。なお、実験条件は、表４に示した通りであり、各ＧＬ試料には帯電圧半減時間測定時と同様にアースを施した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
比較例は、導電性ＧＬ層を有し、かつアースを施していたにもかかわらず、２５ｋＶで絶縁破壊が発生した。上述したように、比較例のような全層導電性ＧＬは、静電気を導電性ＧＬ層から金属基材へと逃す効果を有しており、本来、静電気が帯電しにくい構造である。このことは表３に示した表面抵抗率からも明らかである。しかし、何らかの原因により大きな静電気が帯電し、今回実験した高電圧パルスのような静電気放電が発生した場合には、静電気の大部分が放電発生箇所のＧＬ層を通過して体積方向に逃げてしまうために、ＧＬ層の絶縁破壊が発生しやすいものと考えられた。
【００５６】
一方、参考例１は、表面抵抗値が比較例とほぼ同じであり、さらに帯電しにくいＧＬであることが確認された。さらに、印加パルス電圧が３０ｋＶの場合でも絶縁破壊が発生しなかった。これは、参考例１の導電性ＧＬが比較例と異なり、帯電した静電気を最表層の導電性ＧＬ層の表面方向に逃がしやすいためと考えられた。すなわち、参考例１の導電性ＧＬは、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０の下部に、導電性を有しない通常ＧＬ層（８及び９）を二層有するために、高電圧パルスが発生した場合であっても、静電気が通常ＧＬ層を通じて断面方向に金属基材７へと逃げにくく、上引き導電性ＧＬ層１０の表面からアースに向かって静電気が逃げやすいと考えられた。
【００５７】
このように、参考例１は、基材金属部分のみにアースを施しても、比較例と比較して、表面抵抗値がほぼ同じであり、帯電圧半減時間も短いために静電気が帯電しにくかった。また、万が一、高電圧の静電パルスが発生した場合でも絶縁破壊が起こりにくいＧＬであることが確認された。さらに、仕掛品の一次検査としてピンホール試験を行うことが可能であり、製品の品質管理の質を向上でき、導電性物質の使用量を数分の一に抑えることができる、という優れた特性を有している。
【００５８】
参考例１は、三層構造の導電性ＧＬであったが、最表層が導電性物質を含有する導電性ＧＬであり、その最表層と金属基材を低温焼成導電性ＧＬ部材でアースする限り、最表層の下層に導電性を有しない通常ＧＬを三層以上形成し、全部で四層以上からなる導電性ＧＬとしても、本発明の目的は達成される。本発明の導電性ＧＬ層は、ＧＬ構造物内部の全面に施工してもよく、また、ＧＬ機器内部の非水系有機溶媒や粉体等が接触する部分にのみ施工して導電性物質の使用量をできるだけ抑えるようにしてもよい。
【００５９】
［参考例２］
参考例１においては、部材の端部でアースをとる構成としたが、これに限定されず、例えば図２(b)に示すように、一度施工したＧＬ層を削り取り、低温焼成導電性ＧＬを施工する構成としてもよい。この場合、アースをとる場所が端部に制限されないという利点がある。また、低温焼成ＧＬを利用するため、既に焼成したＧＬ層（特に下引きＧＬ層）に影響を与えることもない。
【００６０】
［参考例３］
別の参考例として、図２(c)に示すように、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９を施工し、上引き導電性ＧＬ層１０を焼成する前に、焼成済みのＧＬ層（８及び９）を削り取り、下引きＧＬ層８と同じ厚みに低温焼成導電性ＧＬ層１１を施工した後、上引き導電性ＧＬ層１０を形成する構成としてもよい。この場合も、三層構造の導電性ＧＬの製造方法と同じ工程を行うだけであり、既に焼成したＧＬ層に影響を与えることがない。さらに、上引き導電性ＧＬ層１０を最表層に施工するため、外観上も良好なＧＬ構造物を得ることができ、耐食性についても良好である。
【００６１】
［参考例４］
さらに別の参考例として、図２(d)に示すように、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９を施工し、上引き導電性ＧＬ層１０を焼成する前に、焼成済みのＧＬ層（８及び９）を削り取り、下引きＧＬ層８及び上引き通常ＧＬ層９と同じ厚みに低温焼成導電性ＧＬ層１１を施工した後、上引き導電性ＧＬ層１０を形成する構成としてもよい。この参考例も、上引き導電性ＧＬ層１０を最表層に施工するため、外観上も良好なＧＬ構造物を得ることができ、耐食性も良好である。
【００６２】
参考例１〜４においては、いずれもアースのためのＧＬとして低温焼成導電性ＧＬを利用していることから、通常のＧＬ層を施工後にアース処理を施すことが可能であるため、前述したピンホール検査等を通常ＧＬ層施工後に実施でき、品質管理が容易であるという利点がある。また焼成温度も通常の下引きＧＬ、上引きＧＬに比べ低いことから、既に施工されたＧＬ層に影響を与えることもない。
【００６３】
参考例３及び４では、低温焼成導電性ＧＬとして下引きＧＬをベースにしたものを利用した場合でも、表層は通常ＧＬをベースとした導電性ＧＬを利用しているため、耐蝕性があり、内容物に接する部分において施工することも可能である。
【００６４】
また、下引きＧＬをベースとした低温焼成導電性ＧＬを利用することにより、金属基材中のＣ、Ｍｎ、Ｈ等の反応によりＧＬ層が脆くなるのを防止することができる。例えば、ＣはＣＯ２及びＣＯとなりＧＬ中にピンホールを生じさせる可能性があり、ＭｎはＧＬに割れを生じさせ、Ｈは冷却時にＨ２が生じ、それぞれ、ＧＬが破損する可能性がある。
【００６５】
さらに、低温焼成導電性ＧＬに添加する導電性物質の割合を最表層ＧＬに添加する導電性物質の割合よりも多くすることにより、帯電荷を逃がしやすくすることができる。
この導電性物質の添加割合は、最表層ＧＬと同じか、又は１〜５重量％以上高めに添加するのが好ましい。導電性物質の添加量が少ないと、帯電荷を逃がしにくくなるおそれがあり、一方、添加量が多すぎると製造コストが高くなるため好ましくない。
【００６６】
なお、低温焼成導電性ＧＬ層の厚みは、特に限定されないが、施工上０.０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
また、参考例２〜３で説明したように、ＧＬ層を施工した後、ＧＬ層を削り取り、再度、低温焼成導電性ＧＬ層を施工する方法をとらずに、最初から施釉分けを行い、通常ＧＬ部と低温焼成導電性ＧＬ部を混在するＧＬ層を形成してもよい。
【００６８】
［実施例１］
図４に示す本発明の実施例は、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０を、金属基材７に直接施工することによってアースを取るため、施工が容易なものとなる。
【００６９】
［参考例５］
図５に示す別の参考例は、最表層の上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７を、金属材料（金属製ビス１２）及びセメント１３を利用してアースを取る構成としている。この参考例の導電性ＧＬは、上引き導電性ＧＬ層１０の施工後、部分的にアースを設置することが可能であり、設置現場でも最終施工が可能である。
【００７０】
具体的には、上引き導電性ＧＬ層１０を施工後、被処理部を削り取りセメント１３を塗り、セメント１３及び金属基材７にネジを切り、セメント１３を覆うように金属製ビス１２を締め付ける。これによって、上引き導電性ＧＬ層１０と金属基材７をアースすることができる。
【００７１】
参考例５で用いる金属製ビスに利用できる金属としては、タンタル、ハステロイ、チタン、ステンレス（ＳＵＳ３１６）等が挙げられる。使用する金属は、内容物の物性に合わせて選択される。
【００７２】
参考例５のＧＬは、内容物に接する部分についても実施することができるが、隙間腐食や金属腐食の観点から、内容物に接触しない部分に使用することが好ましい。
【００７３】
本発明の実施例のように、導電性部材により最表層の導電性ＧＬ層と金属基材間をアースすることにより、少なくとも三層構造からなり、その最表層が導電性であるＧＬが本来有している帯電防止効果、耐放電効果を十分に発揮させることが可能である。構造物内部で非水系有機溶媒や微粉末を撹拌、混合した場合でも静電気が帯電しにくく、かつ、万が一、静電気放電が発生しても、従来の導電性ＧＬよりも絶縁破壊されにくい、安全性の高いＧＬ機器、ＧＬ容器等のＧＬ構造物を製造することが可能となる。
【００７４】
（導電性ＧＬ構造物）
図１に示した反応装置を、実施例１及び参考例１〜５に例示したような導電性ＧＬで作製すれば、装置内部で発生した帯電を、速やかに上引き導電性ＧＬ層から金属基材を経て、アースへと逃がすことが可能となる。
【００７５】
図１には図示していないが、フランジ部１、本体フランジ部４等に導電性ガスケットを用いることが、帯電防止の観点から好ましい。
【００７６】
このような構成をとることで、最表層の上引き導電性ＧＬ層が金属基材に直接アースされ、フランジ周辺におけるＧＬの静電気による破損を防ぐことができる。これは、ガスケットが絶縁性であると、内容物との摩擦により帯電され、沿面放電が発生するおそれがあるが、導電性ガスケットを使用することにより、それを防止することができるからである。
【００７７】
なお、導電性ガスケットとしては、例えば、テフロン（登録商標）にカーボンを混合したガスケットを利用することができる。
【００７８】
通常、ＧＬ機器は耐食性に優れており、使用される用途としても耐食性を求められることが多いため、このような機器に使用されるガスケットとしては高耐食性のＰＴＦＥ性ガスケットを用いることが多い。しかし、ＰＴＦＥはＧＬ以上に絶縁性の強い材質であり、ＧＬ以上に帯電が発生しやすいことから、通常のガスケットを使用すると、帯電圧が非常に高くなり、内容物との間で沿面放電が発生すると、フランジ周辺のＧＬに破損が生じるおそれがある。
【００７９】
これに対し、図１に示す本発明の導電性ＧＬ製構造物は、フランジ部に導電性ガスケットを使用し、ガスケットと金属基材をアースさせる構成とすることにより、上引き導電性ＧＬ層と金属基材を十分にアースしつつ、フランジ周辺におけるＧＬの破損を防ぐことができる。また、導電性ＧＬに挟まれるように導電性ガスケットを配置した場合、ポンディング効果により、電気的に絶縁された箇所をなくすることができる。
【００８０】
また、絶縁性のガスケットは、帯電しやすいことから、粉体等が付着しやすい。特に、排出、投入ノズルでは付着しやすく、ＧＬ製の乾燥機器においては、この付着が顕著に現れる。この付着が進むと、配管が詰まるおそれがあり、洗浄も困難である。さらに、付着量が多い程、歩留まりが低くなる原因となり好ましくない。
【００８１】
これに対し、図１に示す本発明の導電性ＧＬ製構造物は、導電性ガスケットを使用しているため、粉体等の製品の付着が起こりにくくなり、配管の詰まりを抑制し、かつ、付着による製品の歩留まり低下を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
このように、本発明の導電性部材によってアースされた導電性ＧＬは、少なくとも三層構造からなり、その最表層が導電性である導電性ＧＬの性能を十分に発揮させるものであり、アースをとることが困難なインペラ部分においても十分にアースを取ることができる。また、このような導電性ＧＬを形成した後、導電性ＧＬを変質させることなく、容易に低温焼成導電性ＧＬ部材を焼成して製造可能であるために、コストパフォーマンスにも優れている。さらに、最表層の導電性ＧＬ層を形成する前に放電試験によりピンホールチェックを行うことが可能であり、製品の品質管理上も従来の導電性ＧＬにない有用性を有する。
【００８３】
本発明の導電性ＧＬは、ＧＬ機器、ＧＬ容器等のＧＬ構造物に施工することにより、経済性及び安全性の高い製品の製造に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：フランジ部
２：インペラ部
３：上かがみ部
４：本体フランジ部
５：下かがみ部
６：底部ノズル
７：金属基材
８：下引きＧＬ層
９：上引き通常ＧＬ層
１０：上引き導電性ＧＬ層
１１：低温焼成導電性ＧＬ部材
１２：金属製ビス
１３：セメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きグラスライニング層及び上引きグラスライニング層と、
ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性グラスライニング層の少なくとも三層のグラスライニング層から構成される導電性グラスライニングであって、
最表層の導電性グラスライニング層が、端部において金属素材にかかるように施工することにより、最表層と金属基材がアースされていることを特徴とする導電性グラスライニング。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物。
【請求項３】
フランジ部に導電性ガスケットを用いることを特徴とする請求項２に記載のグラスライニング製構造物。
【請求項１】
金属基材と、
ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きグラスライニング層及び上引きグラスライニング層と、
ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性グラスライニング層の少なくとも三層のグラスライニング層から構成される導電性グラスライニングであって、
最表層の導電性グラスライニング層が、端部において金属素材にかかるように施工することにより、最表層と金属基材がアースされていることを特徴とする導電性グラスライニング。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性グラスライニングから構成されるグラスライニング製構造物。
【請求項３】
フランジ部に導電性ガスケットを用いることを特徴とする請求項２に記載のグラスライニング製構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４８６３２（Ｐ２０１０−２４８６３２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５４７７（Ｐ２０１０−１１５４７７）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【分割の表示】特願２００４−３５１８３３（Ｐ２００４−３５１８３３）の分割
【原出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【分割の表示】特願２００４−３５１８３３（Ｐ２００４−３５１８３３）の分割
【原出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
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