JP6846741B2 - アルミダイカスト品の絶縁塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミダイカスト品の絶縁塗装方法に係り、特に粉体焼付け塗装を利用した絶縁塗装方法及び絶縁塗料に関するものである。

金属品の表面に塗装を施すこと自体は昔から行われているが、最近では、粉体焼付け塗装の利用が広がっている。この塗装方法によれば、強固な塗膜が得られるだけでなく、有機溶剤を使用せずに済むので環境に優しい等の複数の利点が期待できるからである。
アルミダイカスト品は比較的軽量で且つ複雑な形状が作り易いことから、自動車等のホイール、機械部品、門扉等の金物、建築部材等に広く利用されており、その中には、特許文献１に記載のように、強度や靱性の向上のために、上記した粉体焼付け塗装が施されているものもある。

特開２００１−３０１４０２号公報

最近では、石油資源の枯渇や地球温暖化への懸念から、電気自動車への関心が高まっており、普及を進めるために、更に技術開発が進められているが、そこには、バッテリー関係も含まれている。
而して、複数のバッテリーを固定するものとして従来からアルミ製が利用されているが、いずれも圧延材であり、複雑な形状に対応できるダイカスト品に代替できれば、バッテリーシステム全体の構造の自由度も大きくなり、技術開発に大きく貢献できるものと考えられる。

しかしながら、バッテリー関係の部材には、その表面に高い絶縁性が要求される。
一方、ダイカスト品には元々多数の巣穴が形成されていることもあり、ピンホールの無い塗膜を形成することは難しく、予め空焼きするか、溶剤塗料や粉体塗料のプライマー等を予備塗装した上で粉体焼付け塗装をしているが、それでもピンホールの発生を高い精度で阻止することは難しい。そのため、従来は絶縁目的では２５０〜４００μｍ程度と比較的膜厚を大きくしてその膜厚効果を利用しており、１９０μｍ以下の薄い膜厚では絶縁塗装に成功した例を未だ聞いたことがない。

本発明は、上記課題を解決するために、上記したような薄膜で高い表面絶縁性が要求されるような用途に適用される、アルミダイカスト品の表面への絶縁性の付与を可能とする、新規且つ有用な粉体焼付け塗装を利用した絶縁塗装方法及び絶縁塗料に関するものである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、被塗物であるアルミダイカスト品上に、第１の粉体塗料を静電方式で塗着させ、高周波誘導加熱方式で焼付け乾燥により加熱融解後冷却して下側の粉体塗膜を形成した後に、その上に第２の粉体塗料を静電方式で塗着させ、高周波誘導加熱方式で焼付け乾燥により加熱融解後冷却して上側の粉体塗膜を形成することで、絶縁性を付与するアルミダイカスト品の絶縁塗装方法であって、前記第２の粉体塗料の焼付け温度を、標準焼付け温度にし、前記第１の粉体塗料の焼付け温度を、前記第２の粉体塗料の焼付け温度よりも２０℃高い温度にし、前記第１の粉体塗料と前記第２の粉体塗料を同じ種類のものとし、前記第１の粉体塗料を、前記第２の粉体塗料よりも厚く塗着することを特徴とする絶縁塗装方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載したアルミダイカスト品の絶縁塗装方法において、第１の粉体塗料を７０〜１２０μｍ、第２の粉体塗料を３０〜７０μｍの厚さでそれぞれ塗着することを特徴とする絶縁塗装方法である。

本発明の粉体焼付け塗装を利用した絶縁塗装方法によれば、巣穴の有るアルミダイカスト品の表面へ薄い膜厚で絶縁塗装を施すことができる。

本発明の実施の形態に係る絶縁塗装方法を実施する粉体焼付け塗装装置の全体的な構成図である。 図１の装置で絶縁塗装する被塗物の説明図である。

本発明の実施の形態に係る絶縁塗装方法について、以下で説明する。
＜被塗物＞
本発明の対象となっている被塗物はアルミダイカスト品である。
アルミダイカスト品は、ダイカスト鋳造用の化学組成のアルミニウム合金溶湯を脱ガス、脱滓処理した後、ダイカスト鋳造したものである。その内部には、引け巣や巻き込み巣が形成されている。これらは、形成原因は異なるが、いずれも空洞であり、まとめて巣穴と呼ばれている。

＜塗装前処理＞
アルミダイカスト品は金型から取り出した後に、表面処理を施して、この段階でできる限りのピンホール対策を施す。
先ず、金型の離型剤がアルミダイカスト品に付着しているので、脱脂処理を施す。
次に、アルミダイカスト品にはバリや凹凸が出るので、大きいバリは切削で除去し、更にショットブラストにより小さいバリを除去すると共に平滑にする。
そして、上記した処理の後には、ゴミや埃が付着しないよう、静電気付着対策としてイオナイザーを作動した雰囲気下においておく。

＜絶縁塗装方法＞
上記前処理されたアルミダイカスト品を、粉体焼付け塗装に供する。
粉体塗料には、塗膜の主成分となる樹脂が含まれるが、これには、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシポリエステル樹脂等があり、用途に応じて使い分けられているが、本発明の場合には、電気絶縁が要求される用途なので、現在その用途での主流となっているエポキシ樹脂が含まれるものを使用する。
なお、後述するように、本発明では、２回塗装するため、１回目と２回目で、粉体の大きさを変えたり、塗料どうしの相性が良ければ種類を変えたりすることも可能である。

粉体塗装方法としては、粉体塗料を帯電させ、その静電気の力で被塗物の表面に粉体塗料を塗着させた後に焼付け乾燥する静電方式と、粉体塗料を入れた流動槽に予熱した被塗物を浸漬して被塗物の表面に粉体塗料を溶解付着させる流動浸漬方式があるが、本発明の場合には、静電方式の利用が想定されている。

静電粉体塗装では、粉体塗料の塗着とその後の焼付け乾燥が一体となっており、被塗物の表面を帯電させる必要があるため、１コート１ベーク（１Ｃ１Ｂ）方式が標準となっているが、本発明の場合には、２コート２ベーク（２Ｃ２Ｂ）方式を採用している。
この段階でのピンホール対策としては、従来から、予め被塗物を空焼きするか、溶剤や粉体のプライマー等を使用して予備塗装することが提案されているが、本発明では、これらの対策は取らない。

但し、焼付け乾燥には、高周波誘導加熱方式を利用することが必須の条件となっている。
高周波誘導加熱方式では、高周波を利用して被塗物を加熱し、被塗物に付着した粉体塗料を被塗物に接触する側から融解し化学反応によりネットワーク状の組織を形成するようになっている。

１コート１ベークで、アルミダイカスト品の表面上に密着性の良い塗膜が形成される。但し、被塗物であるアルミダイカスト品の表面にある巣穴内に残ったガスが加熱されると膨張して塗着層を突き破るので、焼付け乾燥（１ベーク）後には、巣穴上にピンホールが出来てアルミダイカスト表面が露出した状態となると共にその周囲は膨れた状態となっている。この状態では、絶縁性も無いし、表面平滑性も無い。
しかしながら、本発明では、２コート２ベーク目を実施しており、２ベーク段階で誘導加熱を有効に働かせることで、塗着した２コート目の粉体塗料が融解し、ピンホールも無く、且つ表面平滑性も良い塗膜を形成することに成功している。１ベーク目で発生したピンホールが埋められたのか、もしくは空洞として内部に残されているのかは不明であるが、２ベーク後の塗面にはそのピンホールの痕跡は残っていない。

上記の２コート２ベークの好ましい実施条件は以下の通りである。
１コート目の粉体塗料の焼付け温度を、標準焼付け温度よりも稍高い温度にし、２コート目の粉体塗料の焼付け温度を、標準焼付け温度程度にすることが好ましい。
従って、粉体塗料の種類が同じであれば、１コート目の粉体塗料の焼付け温度を、２コート目の粉体塗料の焼付け温度より、２０〜５０℃程度高くすることが推奨される。
また、１コート目の粉体塗料の塗着膜厚を厚く、２コート目の粉体塗料の塗着膜厚を薄くすることが好ましい。
具体的には、１コート目で粉体塗料の塗着膜厚を７０〜１２０μｍにして、２コート目で粉体塗料の塗着膜厚を３０〜７０μｍにすることが好ましい。
１ベーク目を高い温度で行うことで、ガスの出し尽くし効果が期待され、更に、１コート目を厚くすることで、２ベーク段階でのガス発生抑制効果が期待される。従って、温度と膜厚の調節を共に行った場合に、より良い効果が期待される。
なお、１ベーク目を高い温度で行うといっても、高周波誘導加熱方式による焼付け乾燥の許容範囲内であることが前提となっている。

＜粉体焼付け塗装装置＞
上記した絶縁塗装方法を実施するための粉体焼付け塗装装置１の一例を以下に示す。
図１は、粉体焼付け塗装装置１の全体的な構成図である。
この装置で処理される被塗物としてのアルミダイカスト品３の一例は、図２に示すバッテリー用の絶縁カートリッジの一部をなすものであり、矩形プレート状で多数の装着孔５が形成されている。
このアルミダイカスト品３の長手方向両端側には複数のボルト孔７が設けられており、この部分のマスキングが必要になっている。

符号９はマスキング治具を示す。このマスキング治具９は、銅切板をＵ字状に折り曲げて成形した受け部１１を備えており、受け部１１の外側には銅パイプ製の支え軸１３が連結されている。この受け部１１の包持側には、テフロン（登録商標）板を同様にＵ字状に折り曲げて成形した絶縁性の包持部１５が一体に取り付けられて全体としてＵ字状をなしている。この一体化された受け部１１と包持部１５には、複数の連通孔１７が設けられている。
符号１９は上記とは別のマスキング治具を示す。このマスキング治具１９は支え軸１３を設けられていないだけで、その他の構成はマスキング治具９と同じになっている。
アルミダイカスト品３の長手方向両端側からそれぞれマスキング治具９、１９をスライド移動させアルミダイカスト品３を挟み込む。その状態では、連通孔１７がアルミダイカスト品３のボルト孔７と連通しているので、そこにボルト２０を通して締めることで、連結させる。
なお、図２は、ボルト孔７と連通孔１７は、孔縁が視認し易くなるよう、孔縁の輪郭線が実線で示されている。

アルミダイカスト品３はこのマスキング治具９、１９を装着した状態で、粉体焼付け塗装に供される。
粉体焼付け塗装装置１には、環状軌道の搬送ライン２１に、塗装部２３が二か所、加熱部２５が二か所、エア吹き落とし部２７が二か所設けられており、第１コートベーク部（塗装部２３〜加熱部２５〜エア吹き落とし部２７）〜第２コートベーク部（塗装部２３〜加熱部２５〜エア吹き落とし部２７）の順に配置されており、そこを通過するときに各処理が施される。
従って、アルミダイカスト品３は搬送ライン２１を一周すると、２コート２ベークが完了したことになる。

搬送ライン２１では、マスキング治具９の支え軸１３が搬送ハンガー（図示省略）に取り付けられ、アルミダイカスト品３の板面が上下方向を向く姿勢で搬送される。
塗装部２３では、塗装ガン２４が下側を向いており、アルミダイカスト品３がその下方を通過するようになっている。アルミダイカスト品３はそこで軸周りに回転するので両板面及び両板部の表面に粉体塗料が万遍無く吹き付けられ塗着する。なお、部室内はバキュームを使用して負圧に維持され、且つイオナイザーが併用されており、塗装装置に粉体塗料が付着しないようになっている。
加熱部２５では、平面状ワークコイル２６、２６で上下から挟むようになっており、ワークコイル２６への高周波電源の供給により、アルミダイカスト品３が誘導加熱される。
エア吹き落とし部２７では、エアを吹き付けて、マスキング治具９、１９上に乗っている余分な粉体塗料が落とされて清掃される。
ベークの後には、次の処理部まで、搬送ライン２１上に間隔が開けられており、そこで放冷される。すなわち、冷却部２９として働く。

以下の実施条件で、エポキシ樹脂を主成分とする粉体塗料を使用し、上記の装置１を用いて、アルミダイカスト品３の絶縁塗装を行った。
なお、加熱部は、昇温速度は大きく、約１５０秒で２４０℃まで昇温できるものとした。使用した粉体塗料は、高周波誘導加熱方式に適用する場合には、２２０℃を最適焼付け温度とし、そのプラスマイナス２０℃以内が標準焼付け温度の範囲となっている。
（実施条件１）
第１コートベーク部では、塗装無しで、２６０℃まで加熱した後冷却して、空焼き効果を狙った。
第２コートベーク部では、１２０〜１５０μｍに塗着し、２２０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。なお、粉体塗料の流動性を良くするため、他の実施条件よりも細かくした粉体塗料を使用した。

（実施条件２）
第１コートベーク部では、５０〜８０μｍに塗着し、２３０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
第２コートベーク部では、８０〜１００μｍに塗着し、２３０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
（実施条件３）
第１コートベーク部では、５０〜８０μｍに塗着し、２４０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
第２コートベーク部では、６０〜１００μｍに塗着し、２２０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。

（実施条件４）
第１コートベーク部では、５０〜８０μｍに塗着し、２１０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
第２コートベーク部では、６０〜１００μｍに塗着し、２４０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
（実施条件５）
第１コートベーク部では、４０〜５０μｍに塗着し、２１０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
第２コートベーク部では、１００〜１２０μｍに塗着し、２４０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。

（実施条件６）
第１コートベーク部では、７０〜１２０μｍに塗着し、２４０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。
第２コートベーク部では、３０〜７０μｍに塗着し、２２０℃まで加熱した後、清掃し、冷却して処理を終了した。

この条件のうち、（実施条件１）では、塗膜に多数のピンホールが認められ、絶縁効果は、全く期待できなかった。
（実施条件２）〜（実施条件５）では、ピンホールは殆ど認められず、絶縁効果も期待できた。
（実施条件６）では、ピンホールは確認できず、圧延材に処理した場合に匹敵する表面平滑性が得られ、格段の絶縁効果が期待できた。

１…粉体焼付け塗装装置 ３…アルミダイカスト品 ５…装着孔 ７…ボルト孔
９…マスキング治具 １１…受け部 １３…支え軸 １５…包持部
１７…連通孔 １９…別のマスキング治具 ２０…ボルト
２１…搬送ライン ２３…塗装部 ２４…塗装ガン
２５…加熱部 ２６…ワークコイル ２７…エア吹き落とし部

Claims (2)

1. 被塗物であるアルミダイカスト品上に、第１の粉体塗料を静電方式で塗着させ、高周波誘導加熱方式で焼付け乾燥により加熱融解後冷却して下側の粉体塗膜を形成した後に、その上に第２の粉体塗料を静電方式で塗着させ、高周波誘導加熱方式で焼付け乾燥により加熱融解後冷却して上側の粉体塗膜を形成することで、絶縁性を付与するアルミダイカスト品の絶縁塗装方法であって、
   前記第２の粉体塗料の焼付け温度を、標準焼付け温度にし、前記第１の粉体塗料の焼付け温度を、前記第２の粉体塗料の焼付け温度よりも２０℃高い温度にし、
   前記第１の粉体塗料と前記第２の粉体塗料を同じ種類のものとし、
   前記第１の粉体塗料を、前記第２の粉体塗料よりも厚く塗着することを特徴とする絶縁塗装方法。
2. 請求項１に記載したアルミダイカスト品の絶縁塗装方法において、
   第１の粉体塗料を７０〜１２０μｍ、第２の粉体塗料を３０〜７０μｍの厚さでそれぞれ塗着することを特徴とする絶縁塗装方法。

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