JP2006009086A - パルス電圧を重畳する電着塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス電圧を重畳することによって、「ガスピン」と呼ばれる塗膜欠陥を抑制できる電着塗装方法を提供する。
【解決手段】直流電圧Ｖ_Ｄを印加しながら、パルス電圧Ｖ_Ｐを重畳して、電着塗料を塗装する電着塗装方法において、上記Ｖ_ＤとＶ_Ｐとの和が、ガスピン発生電圧以下であることを特徴とする、パルス電圧を重畳する電着塗装方法であって、直流電圧Ｖ_Ｄが造膜開始電圧以上であり、その周波数が５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚであり、そのデューティが０．１〜８０％であってよい。

Description

本発明は電着塗装方法に関する。

電着塗装、特にカチオン電着塗膜は高い防錆性を示すことから、自動車ボディーに対して広く適用されている。このカチオン電着塗膜の形成は、塗料浴中に浸漬した被塗物を陰極とし、対極を陽極として通電することによって被膜を析出させることにより行われる。

このカチオン電着において、当業者に「ガスピン」と呼ばれる塗膜欠陥が生じることがある。このガスピンが発生する機構は以下のように考えられている。すなわち、陰極として電圧が印加される被塗物の表面で、水が電気分解されることによって水素ガスが発生する。この被膜の析出と同時に発生した水素ガスは被膜から抜けずに集まって気泡となり、これがスパークして破裂することによって塗膜にピンホールが形成される。

上記ガスピンは塗装電圧を下げることにより、その発生を抑制することが可能であるものの、目的とする膜厚を得るのに時間がかかるため、現実的ではない。

一方、電着漕への入槽時の電流集中に起因する外観不良の抑制や、被塗物上に異種金属接合部がある場合に塗膜厚の差を少なくすることを目的として、補助電極にパルス電圧を印加する電着塗装装置が開示されている（特許文献１参照）。
しかし、この公報では、補助電極にパルス電圧を印加しており、いわゆる重畳ではない。また、先に述べたガスピンの発生については触れられておらず、そのための電圧制御など具体的条件の設定についての記載がないため、ガスピン発生を抑制することはできない。
特開平９−２４９９９４号公報

本発明の目的は、パルス電圧を重畳することによって、「ガスピン」と呼ばれる塗膜欠陥を抑制できる電着塗装方法を提供することにある。

本発明のパルス電圧を重畳する電着塗装方法は、直流電圧Ｖ_Ｄを印加しながら、パルス電圧V_Pを重畳して、電着塗料を塗装する電着塗装方法において、上記Ｖ_ＤとＶ_Ｐとの和が、ガスピン発生電圧以下であることを特徴としている。ここで、上記直流電圧Ｖ_Ｄが造膜開始電圧以上とすることができる。また、上記パルス電圧Ｖ_Ｐは、その周波数が５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚであり、そのデューティが１〜８０％であってもよい。

本発明の電着塗膜は、先の電着塗方法により得られるものである。
本発明の複層塗膜の形成方法は、先の方法により得られる電着塗膜上に別の塗膜を形成するものである。
本発明の複層塗膜は先の方法により得られるものである。

本発明のパルス電圧を重畳する電着塗装方法は、直流電圧Ｖ_Ｄとパルス電圧Ｖ_Ｐとの和が、ガスピン発生電圧以下であるため、ガスピンを抑制することができる。また、直流電圧Ｖ_Ｄのみを用いた電着では、ガスピン発生電圧以下で電着を行った場合、所定の膜厚を得るための通電時間が長くかかるのに対し、本発明では、通電時間を短くすることが可能となる。これは、パルス電圧を印可することにより、突入電流に似た瞬時に大きな電流が流れているためではないかと予想される。

本発明で得られる電着塗膜は、ガスピンの塗膜欠陥がないため、その外観が優れている。また、この電着塗膜の上にさらに塗膜を形成した複層塗膜についても、このガスピンの塗膜欠陥がないことは寄与し、複層塗膜として優れた外観を与えることができる。

本発明のパルス電圧を重畳する電着塗装方法は、直流電圧Ｖ_Ｄを印加しながら、パルス電圧Ｖ_Ｐを重畳して、電着塗料を塗装する電着塗装方法である。

本発明の電着塗装方法で使用される電着塗料は、特別なものではなく、一般的なカチオン電着塗料である。上記カチオン電着塗料としては、エポキシ樹脂をアミンなどで変性し、これに酸を加えることによりカチオン化した樹脂をメインバインダーとし、硬化剤として、ブロックイソシアネートを含有するものが代表的である。また、ここで用いられるエポキシ樹脂はオキサゾリドン環を含有していてもよい。なお、アニオン電着塗料を用いる電着塗装において、ガスピンと呼ばれる塗膜欠陥は基本的に発生しない。

本発明の電着塗装方法では、直流電圧Ｖ_Ｐを印加しながら、パルス電圧Ｖ_Ｐを重畳する。このとき、上記Ｖ_ＤとＶ_Ｐとの和をガスピン発生電圧以下に設定する必要がある。

上記ガスピン発生電圧は、実験室において測定を行い決定されるものであり、塗料種と目的膜厚とにより異なるものであり、場合によっては被塗物の素材によっても異なってくる可能性がある。上記ガスピン電圧の決定は、ある定電圧で電着塗装を行って得られた電着塗膜にガスピンの発生が目視で確認されなかった場合に、この定電圧よりも１０Ｖ増加させた定電圧により、上と同様にして電着塗膜を得、この塗膜にガスピンが発生しているかどうかの確認を行う。発生していない場合には、さらに１０Ｖ電圧を増加させた条件で電着塗装を行い、電着塗膜を得ていく。このようにして、ガスピンの発生が目視で確認されなかった最高電圧をガスピン発生電圧とする。なお、上記電圧の増加幅よりも大きくても小さくてもかまわない。

上記測定について具体的に説明すると、まず、対象となる電着塗料を容器に入れて電着浴とし、容器を陽極、被塗物と同じ素材である試験板が陰極になるよう、電源をセットした後、定電圧により電着塗装を行う。このとき、目的とする膜厚を設定しておき、この膜厚になるまで電着を行う。この際、通電している時間は３分間以内であるのが一般的である。電着後、試験板を水洗し、用いた電着塗料に基づいた条件で焼き付けを行うことにより電着塗膜が得られる。

塗装ラインにおける電着条件は一定にはならないが、このように実験室において電着条件を固定化することにより、対象となる電着塗料のガスピン発生電圧を決定することができる。なお、本明細書では、電着塗装を終了して焼き付けを行って得られる塗膜を電着塗膜と称する。

上記直流電圧Ｖ_Ｄは、造膜開始電圧以上であることが好ましい。この造膜開始電圧とは、３分間の定電圧電着によって、目視で被塗物が隠蔽されたと見なされる程度に電着が行われる電圧を意味するものである。上記造膜開始電圧は、使用されるカチオン電着塗料ごとに異なるものであり、実験により決定することができるが、通常１０Ｖ程度である。上記直流電圧Ｖ_Ｄは、５０〜１８０Ｖの範囲から決定されることがさらに好ましく、１００〜１６０Ｖの範囲から決定されることが特に好ましい。

上記直流電圧Ｖ_Ｄに重畳されるパルス電圧Ｖ_Ｐは、図１に示されるような繰り返し周期を有する波形であり、その周波数は５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚであることが好ましい。周波数が５００Ｈｚ未満だと、目的とする効果が得られず、５０ｋＨｚを超えると、パルス電圧を得るための装置が大がかりなものとなる。周波数が高いほど、電着時間の短縮効果が得られやすいと考えられる。さらに好ましい下限値は１ｋＨｚである。

また、上記パルス電圧は、パルス幅Ｔ_Ｄとパルス繰り返し周期Ｔ_Ｐとにより、パルスとしての特徴が示される。特に上記パルス幅Ｔ_Ｄをパルス繰り返し周期Ｔ_Ｐで割った値をデューティといい、このデューティが０．１〜８０％であることが好ましい。０．１％未満だとパルスが有するエネルギーが十分でなく、所定の膜厚を得るための時間が短縮できないおそれがある。一方、８０％を超えると、パルスが発生していない休止時間が短くなり、定電圧を印加する場合との差がなくなるか、または電源装置に多大な負担がかかるおそれがある。さらに好ましいデューティの上限値は２０％である。

先に述べたように、上記パルス電圧Ｖ_Ｐは、上記直流電圧Ｖ_Ｄとの和が上記ガスピン発生電圧以下になるように設定される。例えば、ガスピン発生電圧が２２０Ｖと決定され、直流電圧Ｖ_Ｄが１００〜１６０Ｖの範囲から決定される場合、パルス電圧Ｖ_Ｐは、６０〜１２０Ｖの範囲から、上記和が２２０Ｖ以下になるような値を選択しうる。

本発明の電着塗装方法で用いられる被塗物は、通電が可能な基材であれば特に限定されない。また、その表面はリン酸亜鉛などの処理が行われていてもよい。本発明の電着塗装方法では、被塗物が電着浴に浸漬されることにより、被塗物が陰極となるように通電が行われるように設置されるのが一般的である。上記直流電圧Ｖ_Ｄへのパルス電圧Ｖ_Ｐの重畳は、通常、電着塗装の最初から行われる。通電は所定の膜厚が得られるまで行われるが、３分前後が一般的である。これを水洗された後、所定の温度で焼き付けることにより、電着塗膜が得られる。

本発明の電着塗膜は、先の方法により得られたものである。
本発明の複層塗膜の形成方法は、先に得られた電着塗膜上に別の塗膜を形成するものである。電着塗膜は基材の防食を主として形成されるものである。これに対して、外観をよくするため、電着塗膜の上にさらに塗膜を形成することができる。これら電着塗膜の上に形成される塗膜は複数であってもよい。例えば、自動車外板に対する塗装では、電着塗装を施した後、その上に中塗り塗膜、さらに上塗り塗膜が形成されるのが一般的である。さらに上塗り塗膜はベース塗膜とクリア塗膜とからなることが多い。このような中上塗り塗膜および上塗り塗膜は、次の塗膜を形成する前に焼き付けてもいいし、各塗膜を焼き付けせずに重ね塗りをした後、１度に焼き付けを行ってもよい。このような塗装方法はウエットオンウエット方式としてよく知られており、上塗り塗膜のベース塗膜とクリア塗膜との形成、中塗り塗膜と上塗り塗膜との形成、およびこれらに準じた塗膜形成について行いうる。
本発明の複層塗膜は、先の形成方法により得られたものである。

＜ガスピン発生電圧の決定＞
酸中和型アミノ化オキサゾリドン変性エポキシ樹脂エマルションをメインバインダーとし、硬化剤としてブロックイソシアネートを含有するカチオン電着塗料をステンレス製の容器に入れ、電着浴が陽極、亜鉛鋼板が陰極となるようにして直流電圧電源に接続した。１５０Ｖで通電し、目的とする膜厚である１５μｍになるまで電着を行った。電着終了後、水洗を行い、１７０℃で２０分間焼き付けを行うことによって、電着塗膜を得た。この電着塗膜にはガスピンが発生していないことが目視で確認されたため、同様にして、１６０Ｖで電着塗装を行った。このようにして、電圧を１０Ｖずつ増加させていったところ、１８０Ｖで電着塗装して得られた電着塗膜にガスピンの発生が確認されたため、ガスピン発生電圧を１８０Ｖと決定した。なお、上記実験において、ガスピンが発生しない最大電圧である１７０Ｖにおいて、目的とする膜厚を得るのに１６０秒かかった。

＜パルス電圧の重畳による電着＞
先の電着浴に接続する電源として、新たにパルス電圧電源を並列に接続した。直流電圧Ｖ_Ｄを１３０Ｖ、重畳するパルス電圧Ｖ_Ｐを４０Ｖ、周波数６ｋＨｚ、デューティ２．４％にそれぞれ設定し、先と同様にして電着を行い電着塗膜を得た。得られた電着塗膜において、ガスピンの発生は認められず、目的とする膜厚に到達するまでの通電時間は１２０秒であった。なお、直流電圧Ｖ_Ｄを１３０Ｖのみで同様にして電着を行ったところ、目的とする膜厚に到達するまでの通電時間は２４０秒であった。

また、直流電圧Ｖ_Ｄを１３０Ｖ、重畳するパルス電圧Ｖ_Ｐを６０Ｖに、周波数６０００ｋＨｚ、デューティ２．４％それぞれ設定し、先と同様にして電着を行い電着塗膜を得たが、電着塗膜上にガスピンが発生していることが確認された。

本発明は、種々の電着塗装に適用可能である。

本発明に使用されるパルス電圧について、その時間／電圧の関係を示す模式的なグラフである。

Claims (6)

1. 直流電圧Ｖ_Ｄを印加しながら、パルス電圧Ｖ_Ｐを重畳して、電着塗料を塗装する電着塗装方法において、
   前記Ｖ_ＤとＶ_Ｐとの和が、ガスピン発生電圧以下であることを特徴とする、パルス電圧を重畳する電着塗装方法。
2. 前記直流電圧Ｖ_Ｄが造膜開始電圧以上である請求項１記載のパルス電圧を重畳する電着塗装方法。
3. 前記パルス電圧Ｖ_Ｐは、その周波数が５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚであり、
   そのデューティが０．１〜８０％である請求項１または２記載のパルス電圧を重畳する電着塗装方法。
4. 請求項１〜３いずれか１つの方法により得られる電着塗膜。
5. 請求項１〜３いずれか１つの方法により得られる電着塗膜上に別の塗膜を形成する複層塗膜の形成方法。
6. 請求項５の方法により得られる複層塗膜。
   
   

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