WO2007119824A1 - 電着塗装用膜付き中空電極 - Google Patents

Abstract

　電着塗装処理の進行に伴う塗料樹脂の減少、その結果としての電解質の濃度増大に起因する塗膜の再溶解やピンホール発生等の諸問題を解決するために、イオン交換膜等の隔膜を組み合わされた膜付き中空電極の大型化及び部品点数の増大を回避する。これを実現するために、導電性材料により中空状に形成され、その内側と外側の間を液体が自在に通過できるように構成された電極本体１０を支持体として、その電極本体１０の外面にイオン交換膜等の隔膜２０を取付ける。

Description

明 細 書

電着塗装用膜付き中空電極

技術分野

[0001] 本発明は、電荷を帯びた塗料を電気的に塗装する電着塗装に使用される中空電 極に関し、更に詳しくは、電着塗装処理の進行に伴う塗料樹脂の減少、その結果とし ての電解質の濃度増大に起因する塗膜の再溶解やピンホール発生等の諸問題を解 決するために、イオン交換膜等の隔膜を組み合わされた電着塗装用膜付き中空電 極に関する。

背景技術

[0002] 電着塗装では、周知のとおり、塗料液を満たした電着槽内に電極を配置し、通常は 電着槽内の両側に電極を並べて配置する。そして、この電着槽内の電極間を移動す る被塗装物をもう一方の電極として、塗料液の帯電した塗料榭脂を被塗装物の表面 に付着させる。

[0003] このような電着塗装としては、榭脂成分が正に帯電するカチオン性塗料を用いるも のと、負に帯電するァ-オン性塗料を用いるものとがあり、前者はカチオン電着塗装 、後者はァ-オン電着塗装と呼ばれている。そして、自動車の車体の防食を目的とす る下地塗装としては、カチオン電着塗装が盛んに研究され、既に工業化もされている

[0004] このような電着塗装に使用される塗料のうち、ァ-オン性塗料としては、例えば分子 量 2000の榭脂にカルボキシル基を置換させて水溶性としたものが一般的であり、ま たカチオン性塗料としては、当該塗料の榭脂成分にアミノ基を置換させて水溶性とし たものが一般的である。これらの塗料榭脂は水中に溶解した後の電離度が非常に微 弱であり、ァ-オン性塗料の場合は例えばトリェチルァミン等の塩基性電解質 (極液） を混入し、また、カチオン性塗料の場合は酢酸等の酸性電解質 (極液)を混入して水 中での電導度の増大を図るのが通例である。

[0005] しカゝしながら、電解質 (極液)の混入により塗料液の電導度の増大を図った場合、被 塗装物に対する電着塗装処理が進むと、塗料液中の塗料の榭脂成分が減少する。 その結果として、電解質 (極液）としてのアミンゃ酢酸等の濃度が塗料液中で増大し て塗膜の再溶解やピンホール発生等の弊害が生じる危険がある。

[0006] このような電解質 (極液)濃度の上昇に伴う諸問題を解決するために、管状の電着 塗装用電極の周囲に所定の間隔をあけて管状の隔膜支持部材を同心状に配置する と共に、その隔膜支持部材の外面にイオン交換膜等の隔膜を卷装し、電極と隔膜支 持部材との間に形成される環状の間隙に、電極内を介して水を供給することにより、 隔膜より外側に存在する電解質 (極液)をその環状の間隙内に選択的に導入して外 部へ排出する電極装置は、特許文献 1及び 2に記載されている。

[0007] 特許文献 1 :特開平 5— 195293号公報

特許文献 2 :特開 2002— 60997号公報

[0008] 管状電極の外側に隔膜を管状に配置することにより、塗料液中の塗料樹脂の消費 に伴う電解質 (極液)濃度の上昇が回避され、その上昇に伴う塗膜の再溶解やピンホ ールの発生といった諸問題が取り除かれる。し力しながら、その一方、特許文献 1及 び 2に記載された電極装置は、管状電極の外側を隔膜及びその支持部材が間隙を あけて包囲する 2重構造であるため、電極本体である管状電極に比して装置規模が 増大するのを避け得ない。

[0009] カロえて、電極本体である管状電極の他に隔膜及びその支持部材を必要とするため

、部品点数が増大し、製造コストの増大も避け得ない。

[0010] 更に別の問題として、管状電極の外側に間隙をもって配置されたイオン交換膜等 の隔膜が使用時に膨潤、伸長することがあり、このために隔膜にしわが発生したり、し わの発生を抑制するために十分な固定ができな 、などの問題もある。隔膜のしわ発 生は塗料液中の榭脂成分のたまりの原因になり、ひいてはピットゃブッなどの塗装不 良を引き起こす原因となり問題であった。

[0011] また、電着塗装の電極材料としてはステンレス鋼やフェライト、チタンなどのバルブ 金属に白金族金属の酸化物などを担持させた不溶性材料が使用されている。カチォ ン電着塗装の場合、塗料液中の電解質 (極液)として酢酸、乳酸、蟻酸などの酸性極 液が使用されるため、電極としてステンレス鋼製電極を用いた場合は、そのステンレ ス鋼が徐々に溶解する。その結果、極液やイオン交換膜の汚染を引き起こすとか、極 液の再利用が困難になるといった問題があった。一方、フェライト電極は脆ぐ取り扱 いに注意を必要とする問題があった。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 本発明の目的は、電着塗装処理の進行に伴う塗料樹脂の減少、その結果としての 電解質の濃度増大に起因する塗膜の再溶解やピンホール発生等の諸問題を解決 するためにイオン交換膜等の隔膜を使用するにもかかわらず、その使用に伴う大型 化及び部品点数の増大を可及的に回避できる小型で経済的な電着塗装用膜付き電 極を提供することにある。

[0013] 本発明の別の目的は、その隔膜の変形を効果的に防止できる電着塗装用膜付き 電極を提供することにある。

[0014] 本発明の更に別の目的は、極液や隔膜の汚染を防止でき、極液の再利用により環 境負荷の低減をも可能にする電着塗装用膜付き電極を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0015] 上記目的を達成するために、本発明の電着塗装用膜付き電極は、導電性材料によ り中空状に形成されており、その内側と外側の間を液体が自在に通過できるように構 成された電極本体と、該電極本体を支持体としてその外面に取付けられたイオン交 換膜等の隔膜とを備えている。

[0016] 本発明の電着塗装用膜付き中空電極においては、中空状の電極本体が、内側と 外側の間を液体が自在に通過できるように構成されることにより隔膜の支持体を兼ね 、この支持体を兼ねる電極本体の外面にイオン交換膜等の隔膜が直接取付けられる 。これにより、塗装液中の余剰の電解質 (極液)が隔膜を通して電極本体内に回収さ れる。また、電極の外側に隔膜を保持するための専用の支持部材が不要となり、電 極と支持部材の間の環状の間隙も排除される。

[0017] 塗装液中の余剰の電解質 (極液)の回収効率を高めるために、中空電極は隔膜の 部分のみを通して電極内外間での物質授受を行 、、隔膜以外の部分では物質授受 が行われない構造が好ましぐまた電極本体内へ外部から液体を導入し、電極本体 内の液体を外部へ排出する強制通液機構を備えるのが好ましい。より具体的には、 電極本体の両端部をキャップ部材により液密に閉塞し、少なくとも一方のキャップ部 材に設けられた液体の導入ノズル及び排出ノズルを通して電極本体内を液流通可 能とした構成が好ましい。

[0018] 導入ノズル及び排出ノズルを通して電極本体内に低濃度の極液等を循環させるこ とにより、電極本体内への電解質の回収効率が向上する。より円滑な液循環のため に、排出ノズルは導入ノズルより大口径であることが望まれる。

[0019] 電極本体は材質的には不溶性電極が好ましぐ構造的には剛性と通液性を兼ね備 え、且つ電極本体の全体に通液用の開口部が均一に分布するメッシュ構造又は多 孔構造が好ましぐより具体的にはパンチドメタル、エキスパンデッドメタル又は金網 等が好ましい。

[0020] 電極本体に使用される不溶性電極に関しては、導電性基体の表面に白金族金属 を主成分とする電極活性物質を被覆した構成が好ましい。ここで、導電性基体とはチ タン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ等のバルブ金属やチタン タンタル、チタン ニオブ、チタン バナジウム、チタン タンタル ニオブ等のバルブ金属を主成分と する合金が好適である。導電性基体は又、上記バルブ金属、合金、導電性ダイヤモ ンド (例えばホウ素をドーピングしたダイヤモンド)を鉄、ニッケルなどのバルブ金属以 外の金属又は導電性セラミックス表面に被覆したものでもよい。

[0021] 導電性基体の表面に被覆される電極活性物質については、被覆膜の密着性の点 力 白金族金属は酸化イリジウムに酸ィ匕タンタル、酸化チタン、酸化スズなどを混合 した混合酸ィ匕物が好適である。特に酸ィ匕タンタルと混合した酸化イリジウムが、長時 間の使用が可能である点で最も望ま 、。

[0022] 電極本体が陽極の場合、陽極反応は酸素発生反応が主であるために水素イオン を生じ、酸性度が増大して導電性基体の腐食が生じやすい。このため、導電性基体 と混合酸化物被覆膜との間に、酸性電解質に対して優れた耐食性を示すタンタル金 属薄膜等の中間層をスパッタリングなどの方法で介在させ、電極本体の腐食を防止 するようにしてちょい。

[0023] 電極本体を支持体としてその外面に取付けられる隔膜は、該隔膜の水力学的な粗 密を問わず、該隔膜の内側と外側において必要な成分の差異を発生させうる性質を 有する膜を指し、中性隔膜を用いてもよいが、イオン交換膜である方が好ましぐ特に カチオン電着塗装用陽極として用いる場合には陰イオン交換膜が好ま ヽ。陰ィォ ン交換膜としては公知のものを使用することが可能である力 電極本体の外面に強 固に接合できる性質のものが好ましぐ具体的には、メッシュ構造や多孔構造の電極 本体の開口部に食い込んでアンカー効果による接合が可能なもの、若しくはそれに 準じる接合が可能なものが好ましい。このような条件を満足するものとしては、例えば 旭硝子エンジニアリング株式会社製の陰イオン交換膜 AME (商品名）がある。

[0024] 隔膜は又、補強材により補強して、電極本体の外面に接合することが望まれる。こ れにより、乾燥時、液中浸漬時、液中使用時において、電極本体の長手方向におけ る隔膜の伸縮が生じないようにすることができる。ここにおける補強材としては不織布 、多孔体、織布、メッシュ、網、フィブリルのいずれか一種又は二種以上を組合せて 用!/、ることができる。

発明の効果

[0025] 本発明の電着塗装用膜付き中空電極は、電極本体が隔膜の支持体を兼ね、その 電極本体の外面に直接隔膜が取付けられるために、電極の外側に間隙を設けて隔 膜を配置する 2重構造のものと比べて小型で軽量であり、取り扱いが容易である。ま た、隔膜の専用支持体が不要となることにより部品点数が低減し、経済性にも優れる 。そして、電解液の濃度増大による諸問題の解決という本来機能の面では、 2重構造 のもと比べて遜色な!/ヽ性能を示す。

[0026] また、隔膜を電極本体の外面にアンカー効果等により強固に接合することにより、 隔膜の膨潤による長手方向の伸長を抑制でき、しわの発生を抑えることができる。こ れにより、電着塗装不良の原因である塗料溜まりの発生を抑制することができる。

[0027] 更に、電極本体として不溶性電極を使用することにより、電極材料の塗料液及び極 液への溶出を回避することができ、これにより隔膜の汚染や極液の汚染を低減するこ とができる。また、ステンレス鋼製電極と比べて電流密度を高めることが可能であり、 塗装時間の短縮や電極設置数の減少を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図 1は本発明の一実施形 態を示す電着塗装用膜付き中空電極の縦断面図である。

[0029] 本実施形態の膜付き中空電極は、例えばカチオン電着塗装における管状陽極とし て使用される。この中空電極は、垂直に設置される円筒形状の電極本体 10と、電極 本体 10の外面に密着してこれを抱持する円筒形状の隔膜 20と、電極本体 10の下端 部を閉止するエンドキャップ 30と、電極本体 10の上端部を閉止するトップキャップ 40 と、トップキャップ 40と共に電極本体 10の上端部を覆うシール用のキャップケース 50 とを備えている。

[0030] 電極本体 10は、チタンなどのバルブ金属力 なる円筒体であって、多数の開口部 が規則的に形成されたパンチドメタルなどカゝら構成されており、より詳しくは、パンチ ング加工等の加工後のバルブ金属板を円筒形状に成形することにより構成されてい る。電極本体 10の表面には、酸ィ匕タンタルと混合した酸化イリジウムなどの電極活性 物質が被覆されている。電極本体 10の上端部には、電源ケーブル 100を接続する ための端子 90が取付けられて 、る。

[0031] 電極本体 10を抱持する円筒形状の隔膜 20は、ここでは陰イオン交換膜であって、 片面又は両面に例えばナイロンメッシュを熱融着することにより補強されている。そし て、アンカー効果を発揮できるように、この隔膜 20は支持体である電極本体 10の外 面に全周にわたつて熱圧着等により接合されて 、る。

[0032] エンドキャップ 30は、塩ィ匕ビュル榭脂等の耐酸性に優れた榭脂材料力もなる厚肉 の円盤であり、電極本体 10の外側の隔膜 20より大径に設計されている。エンドキヤッ プ 30の上面には、電極本体 10の下端部が嵌合するように環状の溝部が形成されて おり、この溝部に電極本体 10の下端部が嵌合しエポキシ榭脂等の耐酸榭脂により固 着されること〖こより、電極本体 10の下端開口部は液密に封止されている。

[0033] トップキャップ 40は、エンドキャップ 30と同様に、塩化ビュル榭脂等の耐酸性に優 れた榭脂材料力もなる厚肉の円盤であり、電極本体 10の外側の隔膜 20とほぼ同じ 外径に設計されている。トップキャップ 40の下端部外面には、電極本体 10の上端部 が嵌合するように環状の切り込みが形成されており、この切り込みに電極本体 10の 上端部が嵌合しエポキシ榭脂等の耐酸榭脂により固着されることにより、電極本体 1 0の上端開口部は液密に封止されている。 [0034] トップキャップ 40には、電極本体 10内に極液等の液体を流通させるために、導入ノ ズル 60及び排出ノズル 70が垂直方向に貫通して取付けられて!/、る。導入ノズル 60 の上端部はトップキャップ 40の上方に突出し、下端部は電極本体 10内の下端部近 傍に達している。排出ノズル 70は導入ノズル 60より大径であり、その上端部はトップ キャップ 40の上方に突出し、下端部は電極本体 10内に僅か〖こ挿入されている。導 入ノズル 60と排出ノズル 70にはそれぞれ供給ホース 61と排出ホース 71が取り付け られて 、る。供給ホース 61と排出ホース 71は容易に屈曲しな 、程度の強度が必要 であり、また、耐圧性を高めるために補強メッシュが入っているホースでも良い。導入 ノズル 60と供給ホース 61及び排出ノズル 70と排出ホース 71の接続はキャップケース の内側にて行う事が好ましい。

[0035] キャップケース 50は、円筒状の榭脂カバーであり、トップキャップ 40における電極 本体 10との接合部、導入ノズル 60及び排出ノズル 70の各貫通孔等をシールするた めに、トップキャップ 40と電極本体 10との接合部を覆うようにトップキャップ 40に被せ られており、その内部にはエポキシ榭脂などの充填材 80が充填されている。導入ノズ ル 60及び排出ノズル 70に接続された供給ホース 61及び排出ホース 71の各上端部 は、端子 90に接続された電源ケーブル 100と共に、キャップケース 50の上方に突出 している。

[0036] 次に、本実施形態の電着塗装用膜付き中空電極の使用方法および機能について 説明する。

[0037] 例えばカチオン電着塗装に使用される場合は、この中空電極は塗料液を収容する 電着槽内に両側の側壁に沿って配置される。操業では、中空電極の電極本体 10が 陽極とされ、陰極である被塗装物が電着槽内の塗料液中を、両側の電極列の間を通 過するようにして移動する。この間に、正に帯電した塗料榭脂が被塗装物の表面に 付着する。塗料樹脂の電離度が微弱であるために、塗料液には酢酸等の酸性電解 質 (極液)が混合される。

[0038] 操業の進行に伴!ヽ、塗料液中の塗料樹脂が消費され、酸性電解質 (極液)の濃度 が上昇する。これを放置すると、塗膜の再溶解やピンホールの発生が生じる。そこで 、電着槽の両側の側壁内面に沿って配置された中空電極の電極本体 10内に低濃 度の酸性電解質 (極液)を循環させる。

[0039] 具体的には、導入ノズル 60を供給ホース 61と接続し、排出ノズル 70を排出ホース 71と接続し、導入ノズル 60より電極本体 10内に低濃度の酸性電解質 (極液)を供給 する。これにより、電着槽内の塗料液中の余剰の酸性電解質イオンが陰イオン交換 膜からなる隔膜 20を通して電極本体 10内の酸性電解質 (極液）中に排出される。こ れにより、塗料液中の酸性電解質 (極液)の濃度上昇が抑制される。一方、電極本体 10内で濃度が上昇した酸性電解質 (極液）は排出ノズル 70から排出ホース 71を通し て外部へ排出され、再利用される。

実施例

[0040] 最後に、本発明の電着塗装用膜付き中空電極を実際に作製して性能試験を実施 した結果を説明する。作製した中空電極は図 1に示された構造のものである。

[0041] 幅 100mm、長さ 2540mm、厚み lmmのチタン板に、 LW=6mm、 SW= 3mmの 規則的に配列された多数の菱形開口部を打ち抜きにより形成した。そのパンチドメタ ルの片面に電極活性物質の被覆操作を 5回繰り返した。

[0042] すなわち、まず素材としてのチタン板を洗浄し脱脂した後、 # 30のアランダムを用 いて全面に圧力 0. 4MPaで約 10分間のブラスト処理を施し、その処理板を流水中 で一昼夜洗浄し、乾燥した。こうして得られた前処理チタン板の表面に、表 1に示す 液組成の電極活性物質被覆液を塗布し、これを 100°Cで 10分間乾燥し、更に電気 炉中で 20分間焼成した。

[0043] 電極活性物質被覆液の塗布、乾燥及び焼成を 5回繰り返して電極板を完成させた 。片電極板の一方の表面に形成された電極活性物質被覆層の重量組成比は IrZT a = 7Z3である。

[0044] [表 1]

T a C 1 ₅ 0 . 3 2 g

H ₂ I r C 1 ₆ · 6 H ₂0 1 . 0 0 g

3 5 % H C 1 1 . O m l

n - C H ₃ ( C H ₂) ₃O H 1 0 . O m l

[0045] 完成した電極板を電極活性物質被覆層が内面となるように円筒形状に形成加工し て電極本体となし、その中心線方向一端部に電源ケーブル用端子を溶接した。作製 された円筒形状の電極本体の外面全体にイオン交換膜を 150°Cで 10分間加熱圧 着し、膜付き円筒電極とした。イオン交換膜は、前述した旭硝子エンジニアリング株 式会社製の陰イオン交換膜 AME (商品名）であり、両面側力 ナイロンメッシュの熱 圧着により補強した。

[0046] 完成した膜付き円筒電極の下端部にエンドキャップをエポキシ榭脂を用いて固着し 、上端部にトップキャップをエポキシ榭脂を用いて固着した。トップキャップに導入ノ ズル及び排出ノズルを取付け、それぞれに供給ホースと排出ホースを取り付けた。端 子に電源ケーブルを接続した後に、エポキシ榭脂を用いてトップキャップが完全に隠 れるように隙間なくキャップカバーを取付けた。

[0047] こうして作製した膜付き中空電極を 50°Cに加熱した純水中に一晚浸漬し、イオン交 換膜を膨潤させて伸縮状態を調べたところ、イオン交換膜の厚み方向の変化は lm mであったが、長手方向の変化は認められず、しわの発生も確認されな力つた。

[0048] そこで次に、膜付き中空電極を槽内の ImolZLの酢酸溶液中に浸漬し、ステンレ ス板を対極として 100Aの通電試験を実施した。膜付き中空電極内には ImolZLの 酢酸溶液を 200LZhの流量で流通させた。 100Aの通電及び 200LZhの通液を 2 4時間実施した結果、電流効率は 90%であり、酢酸の濃度上昇が効果的に抑制され た。また電極本体の外面に密着して取付けられた円筒状のイオン交換膜の長手方向 における寸法変化は認められな力つた。

図面の簡単な説明

[0049] [図 1]本発明の一実施形態を示す電着塗装用膜付き中空電極の縦断面図である。

符号の説明

[0050] 10 電極本体

20 隔膜

30 エンドキャップ

40 トップキャップ

50 キャップケース

60 導入ノズル 供給ホース 排出ノズル 出ホース 充填材 端子

電源ケーブル

Claims

請求の範囲

[I] 導電性材料により中空状に形成されており、その内側と外側の間を液体が通過で きるように構成された電極本体と、該電極本体を支持体としてその外面に取付けられ たイオン交換膜等の隔膜とを備えた電着塗装用膜付き中空電極。

[2] 隔膜が電極本体の全面に取り付けられている請求項 1に記載の電着塗装用膜付き 中空電極。

[3] 隔膜が電極本体にアンカー効果を利用して強固に取り付けられている請求項 2に 記載の電着塗装用膜付き中空電極。

[4] 隔膜の部分のみを通して電極内外間での物質授受を行 、、隔膜以外の部分では 物質授受が行われな ヽように電極本体の両端部が閉塞された請求項 3に記載の電 着塗装用膜付き中空電極。

[5] 電極本体内へ外部から液体を導入し、電極本体内の液体を外部へ排出する強制 通液機構を備える請求項 4に記載の電着塗装用膜付き中空電極。

[6] 前記電極本体は、両端部がキャップ部材により液密に閉塞されており、少なくとも一 方のキャップ部材に設けられた液体の導入ノズル及び排出ノズルを通して電極本体 内が液流通可能とされた請求項 5に記載の電着塗装用膜付き中空電極。

[7] 前記電極本体はメッシュ又は多孔構造である請求項 3に記載の電着塗装用膜付き 中空電極。

[8] 前記電極本体は不溶性電極である請求項 3に記載の電着塗装用膜付き中空電極

[9] 前記隔膜はイオン交換膜又は中性膜である請求項 3に記載の電着塗装用膜付き 中空電極。

[10] 前記隔膜は補強材により補強されており、且つ前記電極本体に接合している請求 項 3に記載の電着塗装用膜付き中空電極。

[II] 前記補強材は不織布、多孔体、織布、メッシュ、網、フィブリルのいずれか 1種又は 2種以上の組合せ力もなる請求項 10に記載の電着塗装用膜付き中空電極。