導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜
【課題】亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜を提供する。
【解決手段】亀裂進展検出用塗膜３は、亀裂Ｃ3の進展を検出するための塗膜である。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂Ｃ3の発生を検出するための塗膜であり、導電性塗料を塗布して形成されており、この導電性塗料は導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含み、有機樹脂としてウレタン樹脂を含む。銀粉と銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることが好ましい。配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と電気的に接続される塗膜であり、亀裂発生検出用塗膜４と同一の導電性塗料を塗布して形成されている。配線用塗膜５は、例えば、橋梁の下フランジから腹板に沿って上フランジまで帯状に形成されている。
【解決手段】亀裂進展検出用塗膜３は、亀裂Ｃ3の進展を検出するための塗膜である。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂Ｃ3の発生を検出するための塗膜であり、導電性塗料を塗布して形成されており、この導電性塗料は導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含み、有機樹脂としてウレタン樹脂を含む。銀粉と銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることが好ましい。配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と電気的に接続される塗膜であり、亀裂発生検出用塗膜４と同一の導電性塗料を塗布して形成されている。配線用塗膜５は、例えば、橋梁の下フランジから腹板に沿って上フランジまで帯状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料、塗装対象物の表面に塗布され形成された導電性塗膜、亀裂の発生が予測される検出対象物の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料、及び亀裂の発生を検出するための亀裂検出用塗膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、導電性薄膜を構造物に配置しこの構造物に亀裂が発生したときにこの導電性薄膜が破断することで亀裂を検知する方法が提案されている。例えば、従来の亀裂検知材は、防水性を有する絶縁塗料をトンネルの壁面に塗布して形成された下地層と、線状模様の電気回路を形成するように下地層の表面に導電性塗料を塗布して形成された導電層と、下地層と同様の絶縁塗料を導電層及び下地層に塗布して形成されこれらを被覆する保護層とを備えている（特許文献１参照）。このような従来の亀裂検知材では、壁面にひび割れが発生して異常が発生するとこの異常箇所の周辺が剥離して導電層が断線し導電層が非通電状態になるため、センサが導電層の非通電状態を検出して壁面の異常を検出することができる。このような従来の亀裂監視材では、亀裂の検出が可能な電気抵抗の低い導電性塗料によって導電層を形成する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開2001-201477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、帯電防止、電磁シールド、結露防止などを目的とする低電気抵抗の導電性塗料が知られている。例えば、従来の導電性塗料は、カーボンブラック顔料とエポキシ樹脂とを配合している（特許文献２参照）。この従来技術２では、カーボンブラック顔料とエポキシ樹脂との混合割合を調整して、電気抵抗値のばらつきを小さくし塗膜強度を向上させている。しかし、従来技術２では、亀裂検出用塗料として利用する場合には体積抵抗率が高すぎるため亀裂の発生を十分に検出することができないという問題がある。
【０００５】
【特許文献２】特開2002-302625号公報
【０００６】
この発明の課題は、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料であって、前記導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含むことを特徴とする導電性塗料である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の導電性塗料において、前記有機樹脂としてウレタン樹脂を含むことを特徴とする導電性塗料である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導電性塗料において、前記銀粉と前記銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の導電性塗料において、前記混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、前記銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、前記銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであることを特徴とする導電性塗料である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、前記銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１４】
請求項８の発明は、塗装対象物（１）の表面に塗布され形成された導電性塗膜であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が前記塗装対象物の表面に塗布され形成されていることを特徴とする導電性塗膜（５）である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８に記載の導電性塗膜において、前記塗装対象物の表面は、鋼構造物（１）の絶縁層表面（６）又はコンクリート構造物の表面であることを特徴とする導電性塗膜である。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の導電性塗膜において、体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であることを特徴とする導電性塗膜である。
【００１７】
請求項１１の発明は、亀裂（Ｃ1，Ｃ2）の発生が予測される検出対象物（１）の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料を含むことを特徴とする亀裂検出用塗料である。
【００１８】
請求項１２の発明は、亀裂（Ｃ1，Ｃ2）の発生を検出するための亀裂検出用塗膜であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が検出対象物（１）の表面に塗布され形成されていることを特徴とする亀裂検出用塗膜（４）である。
【００１９】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の亀裂検出用塗膜において、前記検出対象物の表面は、鋼構造物（１）の絶縁層表面（６）又はコンクリート構造物の表面であることを特徴とする亀裂検出用塗膜である。
【００２０】
請求項１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の亀裂検出用塗膜において、体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であることを特徴とする亀裂検出用塗膜である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る導電性塗膜及び亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す斜視図である。図２は、この発明の実施形態に係る亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【００２３】
図１に示す鋼構造物１は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物１は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。鋼構造物１は、図１に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してＩ形の桁に組み立てた主桁１ａを備えており、この主桁１ａは主桁１ａの下部板を形成する下フランジ１ｂと、主桁１ａの上部板を構成する上フランジ１ｃと、下フランジ１ｂと上フランジ１ｃとを結合する腹板１ｄなどから構成されている。例えば、図１に示す鋼構造物１には、下フランジ１ｂと腹板１ｄとが接合する接合部から亀裂Ｃ1，Ｃ2が発生している。
【００２４】
図１及び図２に示す亀裂監視材２は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の表面に形成され、この鋼構造物１の亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生及びこの亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展を監視する部材である。亀裂監視材２は、図１及び図２に示す亀裂進展検出用塗膜３と、亀裂発生検出用塗膜４と、図１に示す配線用塗膜５と、図２に示す下塗り塗膜６，７と、中塗り塗膜８と、上塗り塗膜９などを備えている。亀裂監視材２は、図１及び図２に示すように、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の縁部に、刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。以下では、図１に示すように、下フランジ１ｂの縁部（長辺部）に亀裂監視材２を形成した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１及び図２に示す亀裂進展検出用塗膜３は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展を検出するための塗膜であり、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展に応じて電気抵抗値が変化する。亀裂進展検出用塗膜３は、図１及び図２に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1〜Ｃ3の起点側に長辺側が位置するように、下塗り塗膜６の表面に帯状に形成されている。亀裂進展検出用塗膜３は、鋼構造物１に許容される亀裂長さに応じた幅に形成されており、鋼構造物１に許容される亀裂長さが長いときには幅が広く形成され、鋼構造物１に許容される亀裂長さが短いときには幅が狭く形成される。亀裂進展検出用塗膜３は、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としてはカーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銅、銀などが好ましく、有機樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。亀裂進展検出用塗膜３は、図１に示すように、配線用塗膜５によって複数の領域に区画されており、塗膜間距離Ｌ1の電気抵抗値が大きく増加しているときには亀裂Ｃ1が大きく進展していると検知し、塗膜間距離Ｌ2の電気抵抗値が僅かに増加しているときには亀裂Ｃ2が徐々に進展していると検知する。
【００２６】
亀裂進展検出用塗膜３の塗膜厚さは、10μm以下では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがあり、100μm以上では塗装したときに垂れなどの塗膜欠陥が多く発生し、この塗膜欠陥を防止するために粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。このため、亀裂進展検出用塗膜３の塗膜厚さは、10〜100μmが好ましく、特に30〜60μmが望ましい。亀裂進展検出用塗膜３の塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10％以下では鋼構造物１の温度差による伸縮などの他の要因によって割れるおそれがあり、30％以上では鋼構造物１の亀裂発生時やボルトの緩み時に亀裂進展検出用塗膜３が同時に破壊しないおそれがある。このため、亀裂進展検出用塗膜３の塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10〜30％であることが好ましい。亀裂進展検出用塗膜３は、体積抵抗率が1〜10Ω・cmとなり、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。亀裂進展検出用塗膜３の塗料粘度は、現場で刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。
【００２７】
亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生を検出するための塗膜であり、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生に応じて電気抵抗値が変化する。亀裂発生検出用塗膜４は、図１及び図２に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1〜Ｃ3の起点側に長辺側が位置するように、下塗り塗膜７の表面に帯状に形成されている。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように、亀裂進展検出用塗膜３よりも幅が狭く形成されており、亀裂進展検出用塗膜３の長辺を含むように線状に塗布されている。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂進展検出用塗膜３とは異なる導電性塗料によって形成されている。
【００２８】
図１に示す配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と電気的に接続される塗膜であり、亀裂発生検出用塗膜４と同一の導電性塗料によって形成されている。配線用塗膜５は、例えば、図１に示すように、測定が困難な箇所(検出箇所Ｐ1)である下フランジ１ｂから腹板１ｄに沿って、測定が容易な箇所(測定箇所Ｐ2)である上フランジ１ｃまで帯状に形成されている。配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されている。
【００２９】
図２に示す下塗り塗膜６は、鋼構造物１と亀裂進展検出用塗膜３とを電気的に絶縁するとともに鋼構造物１の腐食を防止するための塗膜である。下塗り塗膜６は、図２に示すように、鋼構造物１の表面（鋼素地）に亀裂Ｃ1〜Ｃ3の検知範囲を含むように広く塗布され形成されている。下塗り塗膜６は、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂や有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料が塗布されて形成されている。
【００３０】
下塗り塗膜７は、亀裂進展検出用塗膜３と亀裂発生検出用塗膜４とを電気的に絶縁するとともに亀裂進展検出用塗膜３の腐食を防止するための塗膜である。下塗り塗膜７は、図２に示すように、亀裂進展検出用塗膜３及び下塗り塗膜６を被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。下塗り塗膜７は、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３１】
中塗り塗膜８は、亀裂発生検出用塗膜４及び下塗り塗膜７を保護するとともにこの亀裂発生検出用塗膜４の腐食を防止するための塗膜である。中塗り塗膜８は、図２に示すように、亀裂発生検出用塗膜４及び下塗り塗膜７を被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。中塗り塗膜８は、例えば、環境遮断性に優れたエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３２】
上塗り塗膜９は、中塗り塗膜８を自然因子の作用から保護するための塗膜である。上塗り塗膜９は、中塗り塗膜８を被覆するようにこの表面に耐候性塗料を塗布して形成されている。上塗り塗膜９は、例えば、耐紫外線性及び耐薬品性に優れたポリウレタン樹脂やふっ素樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される上塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３３】
次に、この発明の実施形態に係る導電性塗料について説明する。
この発明の実施形態に係る導電性塗料は、導電顔料と有機材料とを含む塗料であり、図１及び図２に示す鋼構造物１などの塗装対象物の表面に塗布されることによって、図１及び図２に示す亀裂発生検出用塗膜４及び図２に示す配線用塗膜５のような導電性塗膜を形成する。導電顔料としては、金属微粒子を用いた金属系顔料であり、体積抵抗率が小さく、安価で有害性がなく、防食対策が不要で入手が容易な銀紛又は銀被覆銅紛などを使用することが好ましい。有機樹脂としては、鋼構造物の表面に塗布される塗料になじみやすく、樹脂中への金属系顔料の分散や耐候性などを考慮してポリウレタン樹脂などをバインダーとして使用することが好ましい。
【００３４】
図１に示すような鋼構造物１の亀裂Ｃ1，Ｃ2の発生を検出する場合には、亀裂Ｃ1，Ｃ2の発生の起こりうる箇所のうち最も離れている箇所は下フランジ１ｂ近傍であり、この亀裂Ｃ1，Ｃ2を軌道付近で測定することを想定すると、検出箇所Ｐ1の下フランジ１ｂ近傍から測定箇所Ｐ2の軌道付近までの距離は2m程度であると考えられる。この場合には、端子間距離が約5m程度になるため、幅20mm程度、長さ5m程度、膜厚30μm程度の配線で電気抵抗値が100Ωとなるような亀裂発生検出用塗膜４及び配線用塗膜５を検討した場合には、体積抵抗率は以下の数１によって算出される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、数１に示すＲは電気抵抗値[Ω]、ρは体積抵抗率[Ω・cm]、Ｌは測定間距離[cm]、Ａは断面積[cm2]である。その結果、体積抵抗率は、数１によって1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度と推算される。このため、銀紛と銀被覆銅紛との混合比は、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度（好ましくは0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度）を満たすように、重量比で銀被覆銅紛１に対して銀紛0.5以上であることが好ましい。銀紛と銀被覆銅紛との混合比は、塗装作業性が良好であり、目的とする導電塗膜の体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下を得ることができ、塗膜表面の錆などの発生を防ぐためには、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀紛１であることが特に好ましい。
【００３７】
銀粉及び銀被覆銅粉の物性(特性)としては、銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であることが好ましく、銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであることが好ましく、銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であることが好ましい。
【００３８】
この発明の実施形態に係る導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、導電性塗料が導電顔料と有機樹脂とを含み、導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含む。その結果、比較的安価で入手が容易であり、無公害で防食対策が不要な銀分及び銀被覆銅粉を導電顔料として使用することによって、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度を満たすことができる。その結果、金属鋼板などの経年劣化による亀裂を電気抵抗値によって検出することができるとともに、導電性塗膜上の抵抗値変化を検出箇所Ｐ1から測定箇所Ｐ2まで伝達することができる。
【００３９】
(2) この実施形態では、有機樹脂としてウレタン樹脂を含む。このため、橋梁などの鋼構造物１で使用されている下塗り塗料や上塗り塗料などとなじみやすいウレタン樹脂を有機樹脂として使用することによって、塗装作業性を向上させることができる。
【００４０】
(3) この実施形態では、銀粉と銀被覆銅粉との混合比が重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることが好ましく、混合比が重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であることが特に好ましい。このため、塗装作業性が良好になり、目的とする導電性塗膜の体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度を得ることができるとともに、塗装表面のさびなどの発生を防ぐことができる。
【００４１】
(4) この実施形態では、鋼構造物１の表面に導電性塗料が塗布され導電性塗膜が形成されている。その結果、鋼構造物１の表面形状に沿って導電性塗料を塗布することによって導電性塗膜を簡単に形成することができるため、複雑な形状の鋼構造物１の表面に配線を這わせて設置する場合に比べて容易に作業することができる。また、屋外などの電気配線は、経年による環境因子によって性能が劣化し、剥き出しの場合には配線自体が腐食し、被覆されている場合には被覆材が劣化するとともに景観を損ねる場合がある。しかし、この実施形態では、導電性塗膜の表面に別の塗装を施すことができるため、景観を損ねることが無く、環境因子から遮断することができ耐候性を向上させることができる。
【実施例】
【００４２】
次に、この発明の実施例について説明する。
（試験片の作製）
銀粉及び銀被覆銅粉の混合割合を可変して導電性塗料を作製した。先ず、添加剤などを含む液状ポリウレタン樹脂の主剤に、混合割合を変化させた銀粉及び銀被覆銅粉を混合した後、溶剤にて適度な粘度に希釈し、液状ポリウレタン樹脂の硬化剤を加えて導電性塗料を作製した。次に、絶縁層としてクリヤーのプライマーを塗布した板に、長さ15cm、幅2cmの範囲に絶縁性塗料を200g/m2で刷毛塗りした。そして、一晩養生後に抵抗値及び膜厚を測定して、体積抵抗値を算出した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１は、この発明の実施例に係る導電性樹脂の銀粉と銀被覆銅粉との混合割合を可変したときの体積抵抗率を示す表である。表１に示す試験片No.１は、銀被覆銅粉に対する銀粉の割合（以下、混合比率(質量比)という)が１の導電性塗料であり、試験片No.２は混合比率が0.7の導電性塗料であり、試験片No.３は混合比率が0.5の導電性塗料であり、試験片No.４は混合比率が0.3の導電性塗料であり、試験片No.５は混合比率が0.2の導電性塗料である。各試験片No.１〜５をそれぞれ３枚作製し、表１には３枚の平均値を体積抵抗率として記載している。その結果、表１に示すように、銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上の混合比率である試験片No.１〜３の導電性塗料について、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3Ω・cmを満たすことが確認された。なお、体積抵抗率1.0×10-3Ω・cmの要件を満たすウレタン樹脂の塗料中における重量分は20〜30mass%である。また、ウレタン樹脂が1.5重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料と、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料とを試験片にそれぞれ塗布し、作業性及び仕上がりを比較したところ、ウレタン樹脂が1.5重量部の導電性塗料については作業性がやや劣ることが確認された。ここで、作業性の評価は、塗料の付き具合やレベリングなどの塗装のしやすさで判断し、仕上がりの評価は刷毛目の付き具合で判断した。
【００４５】
（電気抵抗値の測定結果）
図３は、この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示すグラフであり、図３（Ａ）は帯幅と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、図３（Ｂ）は膜厚と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、図３（Ｃ）は長さと電気抵抗値との関係を示すグラフである。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す縦軸は電気抵抗値[Ω]であり、図３（Ａ）に示す横軸は帯幅[mm]であり、図３（Ｂ）に示す横軸は膜厚[μm]であり、図３（Ｃ）に示す横軸は塗装長さ[cm]である。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２は、この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示す表である。ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に長さ150mm、膜厚30μm、塗布量200g/m2で帯幅(塗装幅)20,30,40mmと可変して刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ａ）に示すように、塗装幅が増大するほど電気抵抗値が減少することが確認された。
【００４８】
また、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に長さ150mm、塗装幅30mmで塗布量を可変して、塗装膜厚30,60,90,120,150μmになるように刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ｂ）に示すように、膜厚が増大するほど電気抵抗値が減少することが確認され、幅20mm、膜厚30μmで目標の電気抵抗値(5mで約100Ω)が達成可能であると予測された。
【００４９】
さらに、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に塗装幅20mm、膜厚30μm、塗布量200g/m2で長さ150,300,450,600mmと可変して刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ｃ）に示すように、塗装長さ600mmまでの段階では塗装長さと電気抵抗値との関係がほぼ正比例となるため、数１によって算出すると、帯幅20mm、膜厚30μmである場合には塗装長さ5mで電気抵抗値が約50Ωになると予測された。
【００５０】
（亀裂発生検知性の評価結果）
図４は、この発明の実施例に係る導電性塗料の亀裂発生検知性を評価するための試験片の外観図であり、図４（Ａ）は斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIVB部分を拡大して示す平面図である。
疲労亀裂で断線した場合の通電状態の有無による亀裂検知性を調べるために、小型試験片レベルで疲労試験を行い、疲労亀裂に対する導電性表面材料の電気抵抗値について検討した。図４に示す試験片１００は、材質が一般構造用圧延鋼材(SS400)である鋼板１０１と、この鋼板１０１の表面に長さ200mm、幅20mmの範囲で下塗り塗料（エポキシ樹脂塗料）を絶縁のため塗布した下塗り塗膜１０２と、なるべく細線での配線を想定して、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料をこの下塗り塗膜１０２の表面に長さ150mm、幅1mmで塗布した亀裂発生検出用塗膜１０３とを備えている。試験片１００の長辺中央部には、深さ約２mm、角度90度の切り込みを入れて応力集中部位を作製し、この応力集中部位から疲労亀裂が発生するようにした。
【００５１】
疲労試験機((株)島津製作所製 EHF-UG100kN)を使用して引っ張りによる繰り返し荷重を試験片１００に加えて、SS400が降伏する平均応力(約240MPa)の70%程度を最大の平均応力とした。試験条件は、亀裂の発生が検知されるまでは0.5〜170MPaの平均応力で20Hzの繰り返し荷重をかけ、1〜2mmの疲労亀裂の発生を確認後、最大平均応力を160MPaに変更することとした。なお、ほぼ一定の応力値を保つために、疲労亀裂の進展に伴って、残存する試験片１００の断面積に合わせて繰り返し荷重を変更しながら試験を行った。
【００５２】
進展する疲労亀裂の長さの測定は、試験を一旦中断して応力のかからない状態にした後に、鋼板１０１側の亀裂長さをノギスで測定した。電気抵抗値の測定は、断線による電気抵抗値の大幅な増加を確認する目的から、マルチメータ(菊水電子工業製 DME1401)による２端子法を用いた。なお、測定部Ｐ3は、亀裂発生検出用塗膜１０３の両端部とした。
【００５３】
鋼板１０１側から見て疲労亀裂が8mm生じたときに、電気抵抗値の変化を測定した。この状態では、切り込みから6mm離れた箇所に亀裂発生検出用塗膜１０３が形成されているため、亀裂発生検出用塗膜１０３を疲労亀裂が横断し、さらに1mm程度進行している。その結果、試験開始前の電気抵抗値は15.7Ωであったが、0.05〜13.78kN、20Hzの動的荷重を加えると電気抵抗値が30〜35Ωとなり、亀裂長さが8mm進展すると電気抵抗値が2倍程度増加した。そこで、一旦試験を中断して、静的荷重0kN,6.89kNとすると、0kNでは電気抵抗値が17.2Ωとなり初期抵抗値と殆ど変わらない値であったが、6.89kNでは電気抵抗値が20MΩ以上となり、大幅な電気抵抗値の増加が見られた。測定後、13.78kN、0.1Hzにて電気抵抗値の推移を測定したところ、荷重の増減に伴って電気抵抗値も増減する様子が観察された。その結果、亀裂の微小な開口によって亀裂発生検出用塗膜１０３が導通と断線とを繰り返す金属線と同様の挙動を示すことが確認された。
【００５４】
（配線用途での電気特性の評価結果）
図５は、この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性を評価するための試験片の平面図である。
図１及び図２示す亀裂発生検出用塗膜４を形成するときに使用される導電性塗料を、図１に示す配線用塗膜５を形成するときの導電性塗料としても使用する場合には、亀裂進展検出用塗膜３と塗り重ねる必要がある。このため、亀裂進展検出用塗膜３と配線用塗膜５とを接触させた状態で電気抵抗値の変化を確認した。
【００５５】
図５に示す試験片２００は、スレート板の表面に下塗り塗料（エポキシ樹脂塗料）を絶縁のため塗布した下塗り塗膜２０１と、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を下塗り塗膜２０１の表面に長さ200mm、幅20mm、塗布量200g/m2で塗布した配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂと、配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂの長さ200mm、幅10mmの範囲に重なるように、長さ200mm、幅100mmで亀裂進展検出用塗料を塗布した亀裂進展検出用塗膜２０３とを備えている。配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂを伸ばした側とは反対方向の亀裂進展検出用塗膜２０３にカッタで2,4,6,8,9mmの傷を導入し、それぞれの傷長さにおける電気抵抗値を測定部Ｐ3で測定した。
【００５６】
【表３】
【００５７】
表３は、この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性の評価結果を示す表である。表３に示す差[kΩ]は、人工傷を導入しない場合の電気抵抗値を基準として、人工傷を導入した場合の電気抵抗値の増加分である。その結果、表３に示すように、亀裂の長さの増加に伴って電気抵抗値が増大しており、亀裂進展検出用塗膜２０３の傷の進展による電気抵抗値の変化を検出可能であることが確認された。
【００５８】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例えば、この実施形態では、検出対象物として鋼構造物を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。この場合には、コンクリート構造物の表面に亀裂検出用塗料を塗布することができる。また、この実施形態では、有機樹脂としてウレタン樹脂を例に挙げて説明したが、ウレタン樹脂以外の他の有機樹脂を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施形態に係る導電性塗膜及び亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す斜視図である。
【図２】この発明の実施形態に係る亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【図３】この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示すグラフであり、（Ａ）は帯幅と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は膜厚と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は長さと電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例に係る導電性塗料の亀裂発生検知性を評価するための試験片の外観図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIVB部分を拡大して示す平面図である。
【図５】この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性を評価するための試験片の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 鋼構造物（検出対象物(塗装対象物))
２ 亀裂監視材
３ 亀裂進展検出用塗膜
４ 亀裂発生検出用塗膜（亀裂検出用塗膜）
５ 配線用塗膜（導電性塗膜）
６，７ 下塗り塗膜
８ 中塗り塗膜
９ 上塗り塗膜
Ｃ1〜Ｃ3 亀裂
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料、塗装対象物の表面に塗布され形成された導電性塗膜、亀裂の発生が予測される検出対象物の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料、及び亀裂の発生を検出するための亀裂検出用塗膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、導電性薄膜を構造物に配置しこの構造物に亀裂が発生したときにこの導電性薄膜が破断することで亀裂を検知する方法が提案されている。例えば、従来の亀裂検知材は、防水性を有する絶縁塗料をトンネルの壁面に塗布して形成された下地層と、線状模様の電気回路を形成するように下地層の表面に導電性塗料を塗布して形成された導電層と、下地層と同様の絶縁塗料を導電層及び下地層に塗布して形成されこれらを被覆する保護層とを備えている（特許文献１参照）。このような従来の亀裂検知材では、壁面にひび割れが発生して異常が発生するとこの異常箇所の周辺が剥離して導電層が断線し導電層が非通電状態になるため、センサが導電層の非通電状態を検出して壁面の異常を検出することができる。このような従来の亀裂監視材では、亀裂の検出が可能な電気抵抗の低い導電性塗料によって導電層を形成する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開2001-201477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、帯電防止、電磁シールド、結露防止などを目的とする低電気抵抗の導電性塗料が知られている。例えば、従来の導電性塗料は、カーボンブラック顔料とエポキシ樹脂とを配合している（特許文献２参照）。この従来技術２では、カーボンブラック顔料とエポキシ樹脂との混合割合を調整して、電気抵抗値のばらつきを小さくし塗膜強度を向上させている。しかし、従来技術２では、亀裂検出用塗料として利用する場合には体積抵抗率が高すぎるため亀裂の発生を十分に検出することができないという問題がある。
【０００５】
【特許文献２】特開2002-302625号公報
【０００６】
この発明の課題は、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料であって、前記導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含むことを特徴とする導電性塗料である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の導電性塗料において、前記有機樹脂としてウレタン樹脂を含むことを特徴とする導電性塗料である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導電性塗料において、前記銀粉と前記銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の導電性塗料において、前記混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、前記銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、前記銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであることを特徴とする導電性塗料である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、前記銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、前記銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であることを特徴とする導電性塗料である。
【００１４】
請求項８の発明は、塗装対象物（１）の表面に塗布され形成された導電性塗膜であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が前記塗装対象物の表面に塗布され形成されていることを特徴とする導電性塗膜（５）である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８に記載の導電性塗膜において、前記塗装対象物の表面は、鋼構造物（１）の絶縁層表面（６）又はコンクリート構造物の表面であることを特徴とする導電性塗膜である。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の導電性塗膜において、体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であることを特徴とする導電性塗膜である。
【００１７】
請求項１１の発明は、亀裂（Ｃ1，Ｃ2）の発生が予測される検出対象物（１）の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料を含むことを特徴とする亀裂検出用塗料である。
【００１８】
請求項１２の発明は、亀裂（Ｃ1，Ｃ2）の発生を検出するための亀裂検出用塗膜であって、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が検出対象物（１）の表面に塗布され形成されていることを特徴とする亀裂検出用塗膜（４）である。
【００１９】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の亀裂検出用塗膜において、前記検出対象物の表面は、鋼構造物（１）の絶縁層表面（６）又はコンクリート構造物の表面であることを特徴とする亀裂検出用塗膜である。
【００２０】
請求項１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の亀裂検出用塗膜において、体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であることを特徴とする亀裂検出用塗膜である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、亀裂の発生の検出に最適な体積抵抗率を有し、現場施工が容易であり、精度よく亀裂の発生を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る導電性塗膜及び亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す斜視図である。図２は、この発明の実施形態に係る亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【００２３】
図１に示す鋼構造物１は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物１は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。鋼構造物１は、図１に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してＩ形の桁に組み立てた主桁１ａを備えており、この主桁１ａは主桁１ａの下部板を形成する下フランジ１ｂと、主桁１ａの上部板を構成する上フランジ１ｃと、下フランジ１ｂと上フランジ１ｃとを結合する腹板１ｄなどから構成されている。例えば、図１に示す鋼構造物１には、下フランジ１ｂと腹板１ｄとが接合する接合部から亀裂Ｃ1，Ｃ2が発生している。
【００２４】
図１及び図２に示す亀裂監視材２は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の表面に形成され、この鋼構造物１の亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生及びこの亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展を監視する部材である。亀裂監視材２は、図１及び図２に示す亀裂進展検出用塗膜３と、亀裂発生検出用塗膜４と、図１に示す配線用塗膜５と、図２に示す下塗り塗膜６，７と、中塗り塗膜８と、上塗り塗膜９などを備えている。亀裂監視材２は、図１及び図２に示すように、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の縁部に、刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。以下では、図１に示すように、下フランジ１ｂの縁部（長辺部）に亀裂監視材２を形成した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１及び図２に示す亀裂進展検出用塗膜３は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展を検出するための塗膜であり、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の進展に応じて電気抵抗値が変化する。亀裂進展検出用塗膜３は、図１及び図２に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1〜Ｃ3の起点側に長辺側が位置するように、下塗り塗膜６の表面に帯状に形成されている。亀裂進展検出用塗膜３は、鋼構造物１に許容される亀裂長さに応じた幅に形成されており、鋼構造物１に許容される亀裂長さが長いときには幅が広く形成され、鋼構造物１に許容される亀裂長さが短いときには幅が狭く形成される。亀裂進展検出用塗膜３は、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としてはカーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銅、銀などが好ましく、有機樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。亀裂進展検出用塗膜３は、図１に示すように、配線用塗膜５によって複数の領域に区画されており、塗膜間距離Ｌ1の電気抵抗値が大きく増加しているときには亀裂Ｃ1が大きく進展していると検知し、塗膜間距離Ｌ2の電気抵抗値が僅かに増加しているときには亀裂Ｃ2が徐々に進展していると検知する。
【００２６】
亀裂進展検出用塗膜３の塗膜厚さは、10μm以下では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがあり、100μm以上では塗装したときに垂れなどの塗膜欠陥が多く発生し、この塗膜欠陥を防止するために粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。このため、亀裂進展検出用塗膜３の塗膜厚さは、10〜100μmが好ましく、特に30〜60μmが望ましい。亀裂進展検出用塗膜３の塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10％以下では鋼構造物１の温度差による伸縮などの他の要因によって割れるおそれがあり、30％以上では鋼構造物１の亀裂発生時やボルトの緩み時に亀裂進展検出用塗膜３が同時に破壊しないおそれがある。このため、亀裂進展検出用塗膜３の塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10〜30％であることが好ましい。亀裂進展検出用塗膜３は、体積抵抗率が1〜10Ω・cmとなり、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。亀裂進展検出用塗膜３の塗料粘度は、現場で刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。
【００２７】
亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生を検出するための塗膜であり、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生に応じて電気抵抗値が変化する。亀裂発生検出用塗膜４は、図１及び図２に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1〜Ｃ3の起点側に長辺側が位置するように、下塗り塗膜７の表面に帯状に形成されている。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように、亀裂進展検出用塗膜３よりも幅が狭く形成されており、亀裂進展検出用塗膜３の長辺を含むように線状に塗布されている。亀裂発生検出用塗膜４は、亀裂進展検出用塗膜３とは異なる導電性塗料によって形成されている。
【００２８】
図１に示す配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と電気的に接続される塗膜であり、亀裂発生検出用塗膜４と同一の導電性塗料によって形成されている。配線用塗膜５は、例えば、図１に示すように、測定が困難な箇所(検出箇所Ｐ1)である下フランジ１ｂから腹板１ｄに沿って、測定が容易な箇所(測定箇所Ｐ2)である上フランジ１ｃまで帯状に形成されている。配線用塗膜５は、亀裂発生検出用塗膜４と一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されている。
【００２９】
図２に示す下塗り塗膜６は、鋼構造物１と亀裂進展検出用塗膜３とを電気的に絶縁するとともに鋼構造物１の腐食を防止するための塗膜である。下塗り塗膜６は、図２に示すように、鋼構造物１の表面（鋼素地）に亀裂Ｃ1〜Ｃ3の検知範囲を含むように広く塗布され形成されている。下塗り塗膜６は、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂や有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料が塗布されて形成されている。
【００３０】
下塗り塗膜７は、亀裂進展検出用塗膜３と亀裂発生検出用塗膜４とを電気的に絶縁するとともに亀裂進展検出用塗膜３の腐食を防止するための塗膜である。下塗り塗膜７は、図２に示すように、亀裂進展検出用塗膜３及び下塗り塗膜６を被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。下塗り塗膜７は、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３１】
中塗り塗膜８は、亀裂発生検出用塗膜４及び下塗り塗膜７を保護するとともにこの亀裂発生検出用塗膜４の腐食を防止するための塗膜である。中塗り塗膜８は、図２に示すように、亀裂発生検出用塗膜４及び下塗り塗膜７を被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。中塗り塗膜８は、例えば、環境遮断性に優れたエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３２】
上塗り塗膜９は、中塗り塗膜８を自然因子の作用から保護するための塗膜である。上塗り塗膜９は、中塗り塗膜８を被覆するようにこの表面に耐候性塗料を塗布して形成されている。上塗り塗膜９は、例えば、耐紫外線性及び耐薬品性に優れたポリウレタン樹脂やふっ素樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される上塗り塗料が塗布され形成されている。
【００３３】
次に、この発明の実施形態に係る導電性塗料について説明する。
この発明の実施形態に係る導電性塗料は、導電顔料と有機材料とを含む塗料であり、図１及び図２に示す鋼構造物１などの塗装対象物の表面に塗布されることによって、図１及び図２に示す亀裂発生検出用塗膜４及び図２に示す配線用塗膜５のような導電性塗膜を形成する。導電顔料としては、金属微粒子を用いた金属系顔料であり、体積抵抗率が小さく、安価で有害性がなく、防食対策が不要で入手が容易な銀紛又は銀被覆銅紛などを使用することが好ましい。有機樹脂としては、鋼構造物の表面に塗布される塗料になじみやすく、樹脂中への金属系顔料の分散や耐候性などを考慮してポリウレタン樹脂などをバインダーとして使用することが好ましい。
【００３４】
図１に示すような鋼構造物１の亀裂Ｃ1，Ｃ2の発生を検出する場合には、亀裂Ｃ1，Ｃ2の発生の起こりうる箇所のうち最も離れている箇所は下フランジ１ｂ近傍であり、この亀裂Ｃ1，Ｃ2を軌道付近で測定することを想定すると、検出箇所Ｐ1の下フランジ１ｂ近傍から測定箇所Ｐ2の軌道付近までの距離は2m程度であると考えられる。この場合には、端子間距離が約5m程度になるため、幅20mm程度、長さ5m程度、膜厚30μm程度の配線で電気抵抗値が100Ωとなるような亀裂発生検出用塗膜４及び配線用塗膜５を検討した場合には、体積抵抗率は以下の数１によって算出される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、数１に示すＲは電気抵抗値[Ω]、ρは体積抵抗率[Ω・cm]、Ｌは測定間距離[cm]、Ａは断面積[cm2]である。その結果、体積抵抗率は、数１によって1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度と推算される。このため、銀紛と銀被覆銅紛との混合比は、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度（好ましくは0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度）を満たすように、重量比で銀被覆銅紛１に対して銀紛0.5以上であることが好ましい。銀紛と銀被覆銅紛との混合比は、塗装作業性が良好であり、目的とする導電塗膜の体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下を得ることができ、塗膜表面の錆などの発生を防ぐためには、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀紛１であることが特に好ましい。
【００３７】
銀粉及び銀被覆銅粉の物性(特性)としては、銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であることが好ましく、銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであることが好ましく、銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であることが好ましい。
【００３８】
この発明の実施形態に係る導電性塗料、導電性塗膜、亀裂検出用塗料及び亀裂検出用塗膜には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、導電性塗料が導電顔料と有機樹脂とを含み、導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含む。その結果、比較的安価で入手が容易であり、無公害で防食対策が不要な銀分及び銀被覆銅粉を導電顔料として使用することによって、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度を満たすことができる。その結果、金属鋼板などの経年劣化による亀裂を電気抵抗値によって検出することができるとともに、導電性塗膜上の抵抗値変化を検出箇所Ｐ1から測定箇所Ｐ2まで伝達することができる。
【００３９】
(2) この実施形態では、有機樹脂としてウレタン樹脂を含む。このため、橋梁などの鋼構造物１で使用されている下塗り塗料や上塗り塗料などとなじみやすいウレタン樹脂を有機樹脂として使用することによって、塗装作業性を向上させることができる。
【００４０】
(3) この実施形態では、銀粉と銀被覆銅粉との混合比が重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であることが好ましく、混合比が重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であることが特に好ましい。このため、塗装作業性が良好になり、目的とする導電性塗膜の体積抵抗率1.0×10-3〜1.2×10-3Ω・cm程度を得ることができるとともに、塗装表面のさびなどの発生を防ぐことができる。
【００４１】
(4) この実施形態では、鋼構造物１の表面に導電性塗料が塗布され導電性塗膜が形成されている。その結果、鋼構造物１の表面形状に沿って導電性塗料を塗布することによって導電性塗膜を簡単に形成することができるため、複雑な形状の鋼構造物１の表面に配線を這わせて設置する場合に比べて容易に作業することができる。また、屋外などの電気配線は、経年による環境因子によって性能が劣化し、剥き出しの場合には配線自体が腐食し、被覆されている場合には被覆材が劣化するとともに景観を損ねる場合がある。しかし、この実施形態では、導電性塗膜の表面に別の塗装を施すことができるため、景観を損ねることが無く、環境因子から遮断することができ耐候性を向上させることができる。
【実施例】
【００４２】
次に、この発明の実施例について説明する。
（試験片の作製）
銀粉及び銀被覆銅粉の混合割合を可変して導電性塗料を作製した。先ず、添加剤などを含む液状ポリウレタン樹脂の主剤に、混合割合を変化させた銀粉及び銀被覆銅粉を混合した後、溶剤にて適度な粘度に希釈し、液状ポリウレタン樹脂の硬化剤を加えて導電性塗料を作製した。次に、絶縁層としてクリヤーのプライマーを塗布した板に、長さ15cm、幅2cmの範囲に絶縁性塗料を200g/m2で刷毛塗りした。そして、一晩養生後に抵抗値及び膜厚を測定して、体積抵抗値を算出した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１は、この発明の実施例に係る導電性樹脂の銀粉と銀被覆銅粉との混合割合を可変したときの体積抵抗率を示す表である。表１に示す試験片No.１は、銀被覆銅粉に対する銀粉の割合（以下、混合比率(質量比)という)が１の導電性塗料であり、試験片No.２は混合比率が0.7の導電性塗料であり、試験片No.３は混合比率が0.5の導電性塗料であり、試験片No.４は混合比率が0.3の導電性塗料であり、試験片No.５は混合比率が0.2の導電性塗料である。各試験片No.１〜５をそれぞれ３枚作製し、表１には３枚の平均値を体積抵抗率として記載している。その結果、表１に示すように、銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上の混合比率である試験片No.１〜３の導電性塗料について、要求性能である体積抵抗率1.0×10-3Ω・cmを満たすことが確認された。なお、体積抵抗率1.0×10-3Ω・cmの要件を満たすウレタン樹脂の塗料中における重量分は20〜30mass%である。また、ウレタン樹脂が1.5重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料と、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料とを試験片にそれぞれ塗布し、作業性及び仕上がりを比較したところ、ウレタン樹脂が1.5重量部の導電性塗料については作業性がやや劣ることが確認された。ここで、作業性の評価は、塗料の付き具合やレベリングなどの塗装のしやすさで判断し、仕上がりの評価は刷毛目の付き具合で判断した。
【００４５】
（電気抵抗値の測定結果）
図３は、この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示すグラフであり、図３（Ａ）は帯幅と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、図３（Ｂ）は膜厚と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、図３（Ｃ）は長さと電気抵抗値との関係を示すグラフである。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す縦軸は電気抵抗値[Ω]であり、図３（Ａ）に示す横軸は帯幅[mm]であり、図３（Ｂ）に示す横軸は膜厚[μm]であり、図３（Ｃ）に示す横軸は塗装長さ[cm]である。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２は、この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示す表である。ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に長さ150mm、膜厚30μm、塗布量200g/m2で帯幅(塗装幅)20,30,40mmと可変して刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ａ）に示すように、塗装幅が増大するほど電気抵抗値が減少することが確認された。
【００４８】
また、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に長さ150mm、塗装幅30mmで塗布量を可変して、塗装膜厚30,60,90,120,150μmになるように刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ｂ）に示すように、膜厚が増大するほど電気抵抗値が減少することが確認され、幅20mm、膜厚30μmで目標の電気抵抗値(5mで約100Ω)が達成可能であると予測された。
【００４９】
さらに、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を、絶縁体塗装を塗布した板に塗装幅20mm、膜厚30μm、塗布量200g/m2で長さ150,300,450,600mmと可変して刷毛塗りし電気抵抗値を測定した。その結果、表２及び図３（Ｃ）に示すように、塗装長さ600mmまでの段階では塗装長さと電気抵抗値との関係がほぼ正比例となるため、数１によって算出すると、帯幅20mm、膜厚30μmである場合には塗装長さ5mで電気抵抗値が約50Ωになると予測された。
【００５０】
（亀裂発生検知性の評価結果）
図４は、この発明の実施例に係る導電性塗料の亀裂発生検知性を評価するための試験片の外観図であり、図４（Ａ）は斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIVB部分を拡大して示す平面図である。
疲労亀裂で断線した場合の通電状態の有無による亀裂検知性を調べるために、小型試験片レベルで疲労試験を行い、疲労亀裂に対する導電性表面材料の電気抵抗値について検討した。図４に示す試験片１００は、材質が一般構造用圧延鋼材(SS400)である鋼板１０１と、この鋼板１０１の表面に長さ200mm、幅20mmの範囲で下塗り塗料（エポキシ樹脂塗料）を絶縁のため塗布した下塗り塗膜１０２と、なるべく細線での配線を想定して、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料をこの下塗り塗膜１０２の表面に長さ150mm、幅1mmで塗布した亀裂発生検出用塗膜１０３とを備えている。試験片１００の長辺中央部には、深さ約２mm、角度90度の切り込みを入れて応力集中部位を作製し、この応力集中部位から疲労亀裂が発生するようにした。
【００５１】
疲労試験機((株)島津製作所製 EHF-UG100kN)を使用して引っ張りによる繰り返し荷重を試験片１００に加えて、SS400が降伏する平均応力(約240MPa)の70%程度を最大の平均応力とした。試験条件は、亀裂の発生が検知されるまでは0.5〜170MPaの平均応力で20Hzの繰り返し荷重をかけ、1〜2mmの疲労亀裂の発生を確認後、最大平均応力を160MPaに変更することとした。なお、ほぼ一定の応力値を保つために、疲労亀裂の進展に伴って、残存する試験片１００の断面積に合わせて繰り返し荷重を変更しながら試験を行った。
【００５２】
進展する疲労亀裂の長さの測定は、試験を一旦中断して応力のかからない状態にした後に、鋼板１０１側の亀裂長さをノギスで測定した。電気抵抗値の測定は、断線による電気抵抗値の大幅な増加を確認する目的から、マルチメータ(菊水電子工業製 DME1401)による２端子法を用いた。なお、測定部Ｐ3は、亀裂発生検出用塗膜１０３の両端部とした。
【００５３】
鋼板１０１側から見て疲労亀裂が8mm生じたときに、電気抵抗値の変化を測定した。この状態では、切り込みから6mm離れた箇所に亀裂発生検出用塗膜１０３が形成されているため、亀裂発生検出用塗膜１０３を疲労亀裂が横断し、さらに1mm程度進行している。その結果、試験開始前の電気抵抗値は15.7Ωであったが、0.05〜13.78kN、20Hzの動的荷重を加えると電気抵抗値が30〜35Ωとなり、亀裂長さが8mm進展すると電気抵抗値が2倍程度増加した。そこで、一旦試験を中断して、静的荷重0kN,6.89kNとすると、0kNでは電気抵抗値が17.2Ωとなり初期抵抗値と殆ど変わらない値であったが、6.89kNでは電気抵抗値が20MΩ以上となり、大幅な電気抵抗値の増加が見られた。測定後、13.78kN、0.1Hzにて電気抵抗値の推移を測定したところ、荷重の増減に伴って電気抵抗値も増減する様子が観察された。その結果、亀裂の微小な開口によって亀裂発生検出用塗膜１０３が導通と断線とを繰り返す金属線と同様の挙動を示すことが確認された。
【００５４】
（配線用途での電気特性の評価結果）
図５は、この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性を評価するための試験片の平面図である。
図１及び図２示す亀裂発生検出用塗膜４を形成するときに使用される導電性塗料を、図１に示す配線用塗膜５を形成するときの導電性塗料としても使用する場合には、亀裂進展検出用塗膜３と塗り重ねる必要がある。このため、亀裂進展検出用塗膜３と配線用塗膜５とを接触させた状態で電気抵抗値の変化を確認した。
【００５５】
図５に示す試験片２００は、スレート板の表面に下塗り塗料（エポキシ樹脂塗料）を絶縁のため塗布した下塗り塗膜２０１と、ウレタン樹脂が3.0重量部、銀粉が3.0重量部、銀被覆銅粉が3.0重量部の導電性塗料を下塗り塗膜２０１の表面に長さ200mm、幅20mm、塗布量200g/m2で塗布した配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂと、配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂの長さ200mm、幅10mmの範囲に重なるように、長さ200mm、幅100mmで亀裂進展検出用塗料を塗布した亀裂進展検出用塗膜２０３とを備えている。配線用塗膜２０２ａ，２０２ｂを伸ばした側とは反対方向の亀裂進展検出用塗膜２０３にカッタで2,4,6,8,9mmの傷を導入し、それぞれの傷長さにおける電気抵抗値を測定部Ｐ3で測定した。
【００５６】
【表３】
【００５７】
表３は、この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性の評価結果を示す表である。表３に示す差[kΩ]は、人工傷を導入しない場合の電気抵抗値を基準として、人工傷を導入した場合の電気抵抗値の増加分である。その結果、表３に示すように、亀裂の長さの増加に伴って電気抵抗値が増大しており、亀裂進展検出用塗膜２０３の傷の進展による電気抵抗値の変化を検出可能であることが確認された。
【００５８】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例えば、この実施形態では、検出対象物として鋼構造物を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。この場合には、コンクリート構造物の表面に亀裂検出用塗料を塗布することができる。また、この実施形態では、有機樹脂としてウレタン樹脂を例に挙げて説明したが、ウレタン樹脂以外の他の有機樹脂を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施形態に係る導電性塗膜及び亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す斜視図である。
【図２】この発明の実施形態に係る亀裂検出用塗膜を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【図３】この発明の実施例に係る導電性塗膜の塗膜を可変したときの電気抵抗値を示すグラフであり、（Ａ）は帯幅と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は膜厚と電気抵抗値との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は長さと電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例に係る導電性塗料の亀裂発生検知性を評価するための試験片の外観図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIVB部分を拡大して示す平面図である。
【図５】この発明の実施例に係る導電性塗料の配線用途での電気特性を評価するための試験片の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 鋼構造物（検出対象物(塗装対象物))
２ 亀裂監視材
３ 亀裂進展検出用塗膜
４ 亀裂発生検出用塗膜（亀裂検出用塗膜）
５ 配線用塗膜（導電性塗膜）
６，７ 下塗り塗膜
８ 中塗り塗膜
９ 上塗り塗膜
Ｃ1〜Ｃ3 亀裂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料であって、
前記導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含むこと、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性塗料において、
前記有機樹脂としてウレタン樹脂を含むこと、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の導電性塗料において、
前記銀粉と前記銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項４】
請求項３に記載の導電性塗料において、
前記混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、
前記銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、
前記銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、
前記銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項８】
塗装対象物の表面に塗布され形成された導電性塗膜であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が前記塗装対象物の表面に塗布され形成されていること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項９】
請求項８に記載の導電性塗膜において、
前記塗装対象物の表面は、鋼構造物の絶縁層表面又はコンクリート構造物の表面であること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の導電性塗膜において、
体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項１１】
亀裂の発生が予測される検出対象物の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料を含むこと、
を特徴とする亀裂検出用塗料。
【請求項１２】
亀裂の発生を検出するための亀裂検出用塗膜であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が検出対象物の表面に塗布され形成されていること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【請求項１３】
請求項１２に記載の亀裂検出用塗膜において、
前記検出対象物の表面は、鋼構造物の絶縁層表面又はコンクリート構造物の表面であること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の亀裂検出用塗膜において、
体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【請求項１】
導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料であって、
前記導電顔料として銀粉及び銀被覆銅粉を含むこと、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性塗料において、
前記有機樹脂としてウレタン樹脂を含むこと、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の導電性塗料において、
前記銀粉と前記銀被覆銅粉との混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉0.5以上であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項４】
請求項３に記載の導電性塗料において、
前記混合比は、重量比で銀被覆銅粉１に対して銀粉１であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の見かけ密度が2.0〜3.4g/cm3であり、
前記銀被覆銅粉の見かけ密度が0.5〜1.0g/cm3であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の比表面積が0.5〜1.5m2/gであり、
前記銀被覆銅粉の比表面積が0.6〜1.0 m2/gであること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の導電性塗料において、
前記銀粉の平均粒径が2〜20μmであり、
前記銀被覆銅粉の平均粒径が20〜40μm であること、
を特徴とする導電性塗料。
【請求項８】
塗装対象物の表面に塗布され形成された導電性塗膜であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が前記塗装対象物の表面に塗布され形成されていること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項９】
請求項８に記載の導電性塗膜において、
前記塗装対象物の表面は、鋼構造物の絶縁層表面又はコンクリート構造物の表面であること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の導電性塗膜において、
体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であること、
を特徴とする導電性塗膜。
【請求項１１】
亀裂の発生が予測される検出対象物の表面に塗布され、この検出対象物の亀裂の発生を検出する亀裂検出用塗料であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料を含むこと、
を特徴とする亀裂検出用塗料。
【請求項１２】
亀裂の発生を検出するための亀裂検出用塗膜であって、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導電性塗料が検出対象物の表面に塗布され形成されていること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【請求項１３】
請求項１２に記載の亀裂検出用塗膜において、
前記検出対象物の表面は、鋼構造物の絶縁層表面又はコンクリート構造物の表面であること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の亀裂検出用塗膜において、
体積抵抗率が0.7×10-3〜1.2×10-3Ω・cm以下であること、
を特徴とする亀裂検出用塗膜。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８１６０７（Ｐ２００８−８１６０７Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６３４９６（Ｐ２００６−２６３４９６）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２３２５４２）日本特殊塗料株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２３２５４２）日本特殊塗料株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
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