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工業塗装専門業者の小泉塗装工業所 > 事業紹介 > 技術解説・電着塗装

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電着塗装は、「electrodeposition coating」や「elecrocoating」などと呼ばれる、電気化学反応を利用した塗装法です。

電着塗装を構成している原理の中でも、電気泳動と呼ばれる原理の歴史は古く、1809年にロシアの物理学者フェルディナンド・フリードリヒ・ロイス(reuss)によって発見されています。

電気泳動とは、荷電粒子あるいは分子が電場(電界)中を移動する現象のことです。

その後150年以上の長きにわたって、この原理を利用した塗装技術の開発が各社で行われていましたが、塗料の水溶化技術がうまく行えず実用化にはなかなか至りませんでした。

しかしアメリカのフォード社は、1960年初め頃より精力的な研究開発を行い、月産60万個のホイールラインでの実績を重ねた後、1963年、フォード社のウィクソン工場において、リンカーン、サンダーバードの下塗りとしてアニオン電着塗装を世界で初めて自動車ボディーに実用化しました。

この成功は世界中で大きな話題となり、その後、電着塗装は急速に発展を遂げました。

日本においては、

、1964年(昭和39年)に当時の東洋工業(現マツダ※2016年01月27日時点)でアニオン電着塗装が採用されたのをスタートとして、1970年には日本自動車メーカーにおいては、ボディーの生産ラインのほぼ100%でアニオン電着塗装が採用されました。

電着塗装は、自動車に限らず、電気製品、建材、スチール家具などのプライマーとして広く採用され、現在に至っています。

電着塗装は自動車のような複雑な構造物の塗装方法として最も適しているため、電着塗装の進化は自動車塗装の変化とともに進化してきたと言っても過言ではありません。

その一例として、日本でカチオン電着が採用されていった経緯についてご紹介しましょう。

戦後発達してきた日本の自動車産業は1973年頃から、北米、欧州へ本格的な輸出を開始しました。
その際、輸送時にぶつかるなどして発生する塗膜のキズから、貨物船中の高温多湿条件下で「かさぶた状錆(サビ)」(別名ジャパニーズラストと呼ばれました)というものが発生し、陸揚げ時にクレームとなりました。

このクレームの解決ため、自動車メーカー、鋼板メーカー、塗料メーカーが共同で膨大な検討を行いました。

その結果、

1976年08月 リン酸亜鉛処理のフルディップ化
⇒皮膜を緻密に付けられるため(付着が多く、結晶粒も小さいことによる)
1977年11月 カチオン電着の導入
⇒アニオン電着に比べ、架橋密度が大きく、酸素分子を透過しにくいため
1978年頃 両面亜鉛めっき鋼板の採用
⇒酸化物(錆)が安定しているため

という流れで対策を行い、ジャパニーズラストの問題は解決しました。

以上のような流れで対策が行われたこともあり、1977年以降、自動車ボディーおよび自動車部品の電着塗装はカチオン電着塗装に切り替えられ、現在では、そのほとんどがカチオン電着塗装となりました。

一方のアニオン電着塗装もアルミニウム材の分野に用いられるなど、必要に合わせた技術の活用がなされています。

電着塗装概要

電着塗装とは、水溶性塗料を入れたタンクの中に被塗物を浸し、これを陽極、または陰極として直流電気を流し、塗膜を密着、形成させる塗装方法です。
以下に、一般的な電着塗装の工程をご紹介します。
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    塗装の付きを良くするために 、電着塗装では前処理(表面処理)が欠かせません。主に、表面洗浄と皮膜形成を行います。
    ※1…化成処理とは、被塗物表面にリン酸塩皮膜を生成させる処理で、塗装の下地、潤滑性の向上のために用いられています。耐食性、密着性の向上が図れるため、塗装をする際は、この処理をすることが常識となっています。
    ※2…被塗物の乾き防止のために、純水等をミスト状にして吹き付けておく処理のことです。「乾くことで空気に触れ、酸化する」といった事態を防ぐことを目的にして、必要な箇所で行います。
  • 電着工程

    電着塗装そのものは、この段階で行います。
  • 焼付乾燥工程

    電着だけでは、塗装が不安定な状態なので、160~190℃程度の温度で、焼成させます。

電着塗装の種類

電着塗装とは、水溶性塗料を入れたタンクの中に被塗物を浸し、これを陽極、または陰極として直流電気を流し、塗膜を密着、形成させる塗装方法です。
以下に、一般的な電着塗装の工程をご紹介します。
アニオン電着塗装
被塗物を陽極(プラス)、電極を陰極(マイナス)として通電する方式で、カチオン電着塗装と比べると、より古い歴史があり、塗装色の安定性や焼付温度が低いなどの利点があります。
カチオン電着塗装
被塗物を陰極(マイナス)、電極を陽極(プラス)として通電する方式で、アニオン電着塗装と比べると、密着性、強固な膜厚、より高い防食性などの利点があります。

電着塗装の長所と短所

電着塗装にも長所と短所があります。
電着塗装への理解とその有効活用にお役立てください。

長所

  • ①膜厚が均一
    電気化学反応を利用しているため、導電性の部分には均一に反応を起こさせることが出来ます。
  • ②膜厚管理が容易
    一定範囲内の厚さであれば、調整可能です。
  • ③塗料ロスがほとんど無いuf閉回路水洗システムにより、
    • 塗料中の水分(ろ液)を分離し、その水分で被塗物に付着した余分な塗料を落とすことが出来、余分な塗料が次の工程に持ち越される心配もありません。
    • 回路なので、落とされた塗料は引き続き利用出来るため、結果として、塗装効率が高くなっています。
    といったことが出来ます。
    ※uf閉回路水洗システム…ufは「ultrafilter」の略で、高分子物質やコロイド状物質を含む溶液から、半透膜に圧力をかけることによって、水やイオン、低分子物質のみを半透膜の無数の微細な穴から透過させる技術のことです。uf閉回路水洗システムとは、電着塗装の生産ラインにおける水洗工程の塗料固形分の回収を目的として使われているもので、槽内塗料から固形分をほとんど含まない濾液を分離し、その濾液(ろえき)を用いて被塗物を順次水洗するシステムのことです。
  • ④環境に良い
    水性塗料(低voc)であるため、火災の危険がなく、溶剤の大気汚染も少ないです。
  • ⑤防錆性に優れている
    • 塗料内のエポキシ樹脂による、高い「防錆性」
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    • 前処理で表面処理を行うことによる、塗膜の高い「密着性」
    • 袋部内側にも塗装可能であることによる、優良な「つきまわり性
    以上3点によって、優れた防錆性を実現しています。
    ※塩水噴霧テストの結果を掲載
  • ⑥純水
    前処理の出口、電着液の溶液、電着後の最終水洗には、純水を使用しています。
    ※弊社では、自社で純水装置を保有しております。生成される純水の純度指標である電気伝導度は、2.0μs/㎝以下を維持しております。

短所と解説

  • ①設備が大型化しやすい
    多くの付属設備を必要とするので、設備コストが高くなりがちです。
    ⇒付属設備の大半は不純物の除去や処理のためのもので、それらにより、品質を一定に保っています。
  • ②被塗物は導電性のものに限られる

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    原理上、被塗物は導電性のあるものに限られます。
    ⇒カチオン電着は、特に鉄との相性が良いと言われています。
  • ③厚膜化が難しい
    被塗物表面での化学反応を利用した塗装であるため、条件ごとにある程度の厚さになると反応が止まります。
    ⇒約10~30マイクロメートルの間であれば、ご希望の厚さに対応可能です。
  • ④紫外線劣化がある
    具体的には、ある長さよりも短い波長の光で、劣化が始まります。
    また、劣化の内容は、塗装表層部分が化学的に変化してしまって、ぽろぽろとはがれてくる、といったものです。
    ⇒機械の内部部品だけでなく、屋内の日が当たる場所で使用される製品もお取引実績があります。直射日光の当たる屋外での使用には厳しいものがあります
  • ⑤塗料成分の沈降防止のため、撹拌が必要
    安定した塗装条件を維持するためには、塗料成分の沈降は避ける必要があります。
    ⇒弊社では、常時一定の回転数で撹拌しています。
  • ⑥定期的に不純物の除去が必要
    不純物イオンが持ち込まれると塗料の電気特性が変化し、仕上がり不良の原因となります。
    ⇒各工程間に水洗を設け、塗料槽も一定期間で清掃しております。

カチオン電着が選ばれる理由

以前は、アニオン電着塗装が主流でしたが、素地の金属に電気化学的溶解が起こるために、耐食性や耐薬品性が低下、これに伴い、塗膜の変色などが頻繁に発生しました。
これに加え、前述したような時代の要請もあり、耐食性がよく、また耐薬品性にも優れたカチオン電着塗装が、自動車用下塗り塗装の主流となっています。
こうして「カチオン電着塗装の方が、多くの要望に応えることが出来た」ということが、現在、、広く利用されている理由なのです。
{koiz.co.jp}