JPH0368119B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電着塗装装置に係り、更に詳述する
と、第１の電極部を成す被塗物とこれに対応して
配設される第２の電極部とを備えた電着塗装装置
において、前記第２の電極部として隔膜電極装置
が使用される電着塗装装置に関する。

〔従来の技術〕

電着塗装には、大別してアニオン型塗料を用い
たものと、カチオン型塗料を用いたものとがある
が、そのいずれにおいても、被塗物における塗膜
の均一性および密着性が優れており且つ公害の発
生が少ないことから、昨今においては、特に金属
塗装の下塗り若しくは１コート仕上げ等に好適な
ものとして、例えば自動車ボデイの自動塗膜処理
等に広く応用されている。

このような電着塗装に用いられる塗料の内、前
述したアニオン型塗料としては、例えば分子量
2000の樹脂にカルボキシル基を付着せしめて水溶
性としたものが使用され、また、前記カオチン型
塗料としては、当該塗料の樹脂成分にアミノ基を
付着せしめて水溶性としたものが使用されてい
る。一方、これらの水溶性塗料であつても水中に
溶解した後の電離度は微弱である。このため、現
在では、アオニン型塗料の場合は例えばトリエチ
ルアミン等のアルカリ性中和剤を混入し、また、
カオチン型塗料の場合は酢酸等の酸性中和剤を混
入し、それぞれ中和せしめて水中での電離度の増
大を図つたものが使用されている。

このように、各塗料の樹脂成分の性質に応じて
電離度の増大を図るための中和剤が混入される
が、一方、被塗物の電着処理が進み溶液中の塗料
の樹脂成分か減少すると、前記塗料を外部から順
次補給しなければならないため、前述した溶液中
には中和剤としてのアミン又は酢酸が連続的に蓄
積されて塗面の再溶解もしくはピンホールの発生
等の現象が生じ、電着塗装の効率が著しく害され
るという事態が生じる。

このため、昨今においては、例えば特公昭45−
22231号公報にみられるように、一方の電極とし
ての被塗物および水溶液から、イオン交換膜等に
よつて他方の電極を便利するとともに、当該イオ
ン交換膜等によつて前記水溶液中からアミン又は
酢酸を浸透抽出して当該水溶液中の中和剤の増加
を防止するという所謂PH管理が行われ実効が図ら
れている。

ここで、カチオン型塗料を用いたカチオン電着
について説明する。

従来より、カチオン電着においては、隔膜とし
てアニオン交換膜が使用されている。このアニオ
ン交換膜は、通常酸除去の電気効率（酸のクーロ
ン除去率）として、８〜10×10^-6〔モル／クーロ
ン〕の値を有している。

電着浴層内の電着用水溶液（ED浴塗料）に加
えられる酸（中和剤）としては、電着浴層に補給
される塗料に含まれる量Ａだけである。

一方、ED浴塗料から外部に持ち出される酸と
しては、 電着塗装後に水洗液として用いられるUF濾
液に含まれて持ち出されるＡの10〜20〔％〕 塗膜に含まれて持ち出されるＡの５〜10〔％〕 隔膜電極によつて除去されるＡの70〜80〔％〕 の合計の量Ｂである。

量Ａと量Ｂが等しくなるのが理想的ではある
が、調整が困難なため、一般にはＢ＞Ａとなるよ
うにして、不足気味になる酸を外部から補給して
いる場合が多い。

かかる理由により、電着浴層内に装備された電
極の全てを酸抽出用の隔膜電極にした場合、極端
に酸の除去が過剰となつて中和剤である酸の欠乏
を惹起し、定期的に外部より酸の補給が必要にな
る等、ED浴塗料中の中和剤管理が面倒になると
ともに、酸の無駄な消費にもなる。このため、今
日では、一部の電極を隔膜を持たない所謂裸電極
で構成することにより、酸除去のバランスをとつ
ている。

上述したように、８〜10×10^-6〔モル／クーロ
ン〕の除去率では酸の除去が過剰となり、５〜６
×10^-6〔モル／クーロン〕ではおよそ理想的な酸
除去のバランスとなるため、かかる酸除去率を有
する中性膜が使用される場合もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例の裸電極を一部に使
用する手法には、最近における高品質な塗装の仕
上がり要求に応える上で、次のような重大な不都
合が有る。

即ち、裸電極の表面に析出する無機顔料を主成
分とするスラツジが問題となり、また、塗料中の
有用成分の内に電極（通常SUS316が使用される
場合が多い）の電食を促進させる成分がふくまれ
ることが多く、通電により激しい電食を起こす。
通常、SUS316の電食率は流れる電流に乃して、
２〜３×10^-6〔グラム／クーロン〕程度であるが、
上記の場合には100〜150×10^-6〔グラム／クーロ
ン〕にも達することがある。

このようにして、電食によつて極から溶出した
重金属イオン（鉄、クロム、ニツケル等）等が塗
料に混入し、塗装面の肌荒れ、防錆力低下、重金
属による着色問題等の障害が生じていた。

また、上記従来例の中性膜使用の場合にあつて
も、中性膜は、電食を促進させる成分、重金属イ
オン等を通過させるため、同様の不都合が生じて
いた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに、塗装の品質を維持しつつ電着
塗装内の酸の量を容易に調整することが可能な電
着塗装装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明では、電着浴槽内に配設された
第１の電極部としての被塗物と、この被塗物に対
応して配設された複数の電極からなる第２の電極
部とを備え、被塗物と第２の電極部との間に、電
着浴槽内に収容された塗膜形成物質の水溶液を通
じて電流を通ずることによつて塗膜形成物質を前
述した被塗物に電着するようになつている。ここ
で、第２の電極部を構成する各電極として、当該
各電極を水溶液から分離する隔膜部を有する隔膜
電極装置を使用し、この内の一部の隔膜電極装置
が、耐食性部材からなる電極と、当該電極に吸引
される水溶液中の中和剤中におけるイオンの流れ
の大部分を阻止する第１の隔膜部とを有し、残り
の隔膜電極装置が中和剤を浸透抽出する第２の隔
膜部を備えているという構成を採つている。これ
によつて前述した目的を達成しようとするもので
ある。

〔作用〕

本発明の電着塗装装置を、カチオン電着塗装に
使用した場合について説明する。

まず、被塗物を負極とすると共に第２の電極部
を構成する各隔膜電極装置を正極として直流電圧
を印加すると、通常と同様直ちに電極塗装が開始
され、電着塗装用水溶液中で正電荷を有する塗料
樹脂成分と顔料のコロイド分子が負極の被塗物に
向かつて移動し、被塗物の表面に付着して放電し
たのち、塗料の固形物が凝集して塗膜が形成され
る。

一方、前記水溶液中には、負電荷を有する酢酸
が蓄積される状態となるが、この酢酸は、前述し
た電着塗装の開始と同時に各隔膜電極装置の電極
に向かつて移動を開始する。そして、一部の隔膜
電極装置に装備された第１の隔膜部としてのカチ
オン交換膜の作用により水溶液中の中和剤である
酸（陰イオン）の流れは、このカチオン交換膜に
より大部分阻止されて電極側に到達することがで
きず、酸が電着用水溶液内に蓄積される。但し、
このカチオン交換膜では酢酸を完全に阻止するこ
とはないので、一部が電極に到達し放電する。こ
の場合、耐食性部材からなる電極が陽極に使用さ
れているため、当該陽極からの陽イオンの溶出は
殆ど生じることがない。

一方、残りの隔膜電極装置が負電荷を備えた酢
酸分子を容易に通過せしめる第２の隔膜部として
のアニオン膜を備えているため、正電位の当該隔
膜電極装置の電極に吸引される酸の分子は、電子
力線に沿つて当該アニオン交換膜を容易に通過し
て電極に達して放電する。この場合、アニオン交
換膜の作用により電極より溶出した重金属イオン
の電着用水溶液側への流出は効果的に阻止され
る。

〔第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第４
図に基づいて説明する。

この実施例は、本発明をカチオン型塗料を使用
するカチオン電着塗装装置に実施した場合を示す
ものである。

この第１図に示す実施例は、電着浴槽１００内
に配設された第１の電極部としての被塗物１とこ
の被塗物１に対応して配設された複数の電極装置
からなる第２の電極部２とを備えている。この第
２の電極部２を構成する各電極として、中和剤抽
出型の一方の隔膜電極装置３，３，……及び中和
剤阻止型の他方の隔膜電極装置４，４，……が使
用されている。これらの隔膜電極装置３，４は一
本おきに交互に配設されている。

中和剤抽出型である一方の隔膜電極装置３とし
ては、電着浴槽１００内に収容された電着塗装用
水溶液（カチオン型塗料の水溶液）Ｗ中の中和剤
を浸透抽出する隔膜部を備えているものが使用さ
れている。また、中和剤阻止型である他方の隔膜
電極装置４としては、耐食性部材（例えばチタン
合金上に酸化イリジウム等をコーテイングしたも
の、フエライト材等の良質材料が用いられる。）
からなる管状電極を有し、この管状電極に吸引さ
れる水溶液Ｗ中の中和剤中におけるイオンの流れ
の大部分を阻止する第１の隔膜部を備えたものが
使用されている。

これを更に詳述すると、他方の隔膜電極装置４
は、第２図に示すように、本体部１１と、電極部
１２と、この両者間に設定された通水機構１４と
を備えている。

本体部１１は、同軸上に所定間隔をおいて配設
された第１および第２の絶縁管１５，１６と、こ
れらの各絶縁管１５，１６を連結する比較的硬質
の隔膜支持部材１７と、この隔膜支持部材１７の
外周に巻装された第１の隔膜部としてのカチオン
交換膜９と、このカチオン交換膜９の外面にさら
に巻装された外布１８とにより構成されている。
この外布１８は、例えば化学繊維等から成り且つ
張力に対し充分耐久性がある通水性を備えたもの
が使用されている。

隔膜支持部材１７は、非導電性の網状部材もし
くは通水性ある多孔質部材によつて比較的長い管
状に形成され、第１および第２の絶縁管１５，１
６をその両端部の内径側にて連結するように配設
されている。

また、カチオン交換膜９は、第３図に示すよう
に、それぞれ円筒状に形成されるとともに、後述
するようにして、隔膜支持部材１７の外周に巻装
されている。

また、このカチオン交換膜９は、隔膜支持部材
１７に巻回されているため、外圧に対して機械的
強度が著しく増強された状態となつている。さら
に、このカチオン交換膜９の外周面には、その全
域にわたつて前述した如く外布１８が螺線状に巻
装され、これによつて内圧に対しても充分な耐圧
強度が付加されたものとなつている。

カチオン交換膜９および外布１８が巻装された
隔膜支持部材１７の両端部の外周側には、所定間
隔をおいて第２図に示す如く第１および第２の枠
体２０，２１が配設され、同時にこの枠体２０，
２１の内径側にポツテイング４１が充填され、こ
れによつて、各絶縁管１５，１６と隔膜支持部材
１７およびカチオン交換膜９、外布１８とが同時
に且つ強固に一体化された構造となつている。こ
の場合、前記第１の枠体２０は筒状に形成されて
おり、前記ポツテイング材４１の充填に際しては
当該固形化前のポツテイング材４１が流出するの
を防止するためにリング部材２２が第１の枠体２
０内に配設されている。

また、第２の枠体２１は、有底筒状に形成さ
れ、その内側に隔膜支持部材１７および絶縁管１
６等が挿入された状態で前述した如くポツテイン
グ材４１が充填され、その全体が同時に一体的に
固着された構造となつている。

ポツテイング材４１としては、本実施例ではエ
ポキシ樹脂が使用されているが、ウレタン樹脂、
若しくはフエノール樹脂等であつてもよい。

第１および第２の絶縁管１５，１６としては、
本実施例では硬質の塩化ビニール管が使用されて
いる。この内、第１の絶縁管５には、第２図に示
す如く排水部１３が設けられ、その上方端部には
キヤツプ２４が着脱自在に装備されている。符号
１５Ａは絶縁管１５の上端部内径側に固着された
スペーサを示す。

一方、電極部１２は、チタン製で管状に形成さ
れその表面に酸化イリジウム等をコーテイングし
てなる管状電極３０と、この管状電極３０の第２
図における上端部に装着された電極垂下係止用の
金属製蓋部材３１と、この蓋部材３１に設けられ
た電源用接続端子３２および給水部３３とにより
構成されている。この内、管状電極３０は、その
外形が前述した本体部１１の第１および第２の各
絶縁管１５，１６の内径よりも更に小さく形成さ
れている。このため、本体部１１に対する当該管
状電極３０の着脱が容易となつており、同時に当
該本体部１１と管状電極３０との間に通水機構１
４の一部が形成されるようになつている。また、
金属製の蓋部材３１は、その外周端縁が管状電極
３０から突設されており、これによつて管状電極
３０が第２図に示すように第１の絶縁間１５によ
り係止されるようになつている。このため、電極
部１２は、外部から本体部１１内に極く容易に挿
入配設され、また必要に応じて極く容易に外部へ
離脱せしめることができるようになつている。

通水機構１４は、カチオン交換膜９と管状電極
３０との間に蓄積される酢酸などを外部へ排出す
るためのもので、具体的には上述した電極部１２
と本体部１１とにより構成されている。すなわ
ち、電極部１２の給水部３３から流入される水
は、第３図中の矢印にて示すように、管状電極３
０内を流下し、下方から管状電極３０の外周側へ
流動してゆき、同時に該管状電極３０の外周側を
上昇しながらカチオン交換膜９の内側を流動して
不純物と共に排出部１３から外部へ強制的に流出
されるようになつている。

本体部１１の一方の枠体２０部分には、電着塗
装に際し浴槽へ装着するための装着用金具１１Ａ
が巻装される。また、カチオン交換膜９の外面に
巻装した外布１８は、必ずしも布状のものに限定
されず、同一の補強機能および通水性を備えたも
のであれば、他の部材で置き換えてもよい。更に
カチオン交換膜９は、接合部を防水することを前
提として螺旋状に巻き付けても或いは輪切り状に
形成したものを装着してもよい。

ここで、前述した本体部１１の主要部をなすカ
チオン交換膜９の固定方法について更に詳述す
る。

まず、隔膜支持部材１７の外周にカチオン交換
膜９を巻装し、その当接端部を重ねるか或いは当
接端縁を突き合わせるかして、第４図に示す如く
にほぼ断面円形状に固着する。続いて、このカチ
オン交換膜９の外面に、外布１８を螺線状に巻き
つけ、これによつて隔膜支持部材１７とカチオン
交換膜９との一体化が完了する。次に、このよう
にして形成された円筒状隔膜部材の両端部に、前
述した第１および第２の絶縁管１５，１６を第２
図に示す如く嵌合せしめ、同時にこの各嵌合部の
外側には第11よび第２の枠体２０，２１を前述し
た如く所定間隔をおいて配置する。そして、この
各枠体２０，２１内に各々ポツテイング材４１を
充填して固形化せしめ、これによつて本体部１１
の一体化が完了する。

なお、第１の枠体２０の第２図における下端部
内側に配設されたシール部材２２は、前述した如
く固形化前のポツテイング材４１の流出を防止す
るためのものであり、当該ポツテイング材４１が
固形化した後は取り除いてもよい。

また、一方の隔膜電極装置３は、前述した他方
の隔膜電極装置４とほぼ同様に構成されている
が、カチオン交換膜９に換えて第２の隔膜部とし
てのアニオン交換膜が使用され、管状電極３０の
代わりに通常のステンレス製の管状電極が使用さ
れている。その他の構成は、前述した隔膜電極装
置４と同一となつている。

次に、この実施例の全体的動作を説明する。

まず、被塗物１を負極とすると共に一方の隔膜
電極装置３，３，……及び他方と隔膜電極装置
４，４，……の各管状電極を正極として直流電圧
を印加すると、通常と同様直ちに電極塗装が開始
され、水溶液中で正電荷を有する塗料樹脂成分と
顔料のコロイド分子が負極の被塗物１に向かつて
移動し、被塗物の表面に付着して放電したのち、
塗料の固形物が凝集して塗膜が形成される。

一方、水溶液中には、負電荷を有する酢酸が蓄
積される状態となるが、この酢酸は、前述した電
着塗装の開始と同時に各隔膜電極装置３，３…
…，４，４……の各管状電極に向かつて移動を開
始する。ここにおいて、一方の各隔膜電極装置３
では負電荷を備えた酢酸分子を容易に通過せしめ
るアニオン膜が使用されているため、正電位の当
該隔膜電極装置３の管状電極に吸引される酢酸分
子は、電子力線に沿つて当該アニオン交換膜を容
易に通過して管状電極の周囲から該管状電極に達
して放電する。この場合、放電した中和剤も低濃
度では殆ど全量が電離しているため、通電中は陽
極に引かれているので、管状電極アニオン交換膜
との間に集積される。

ところで、この管状電極とアニオン交換膜との
間には、前述したように例えば純水が強制的に流
通されているため、集積された酢酸は純水ととも
に連続的に外部へ排出される。

これに対し、他方の各隔膜電極装置４では、カ
チオン交換膜９が使用されているため、酸のクー
ロン除去効率は１×10^-6〔グラム／クーロン〕以
下と非常に低く、水溶液Ｗ中の中和剤である酢酸
（陰イオン）の流れは、このカチオン交換膜９に
より大部分阻止されて電極３０側に到達すること
ができず、酢酸が電着用水溶液Ｗ内に蓄積され
る。この場合、水溶液Ｗ側から管状電極３０側に
はマイナス（−）の電荷は移動できないが、予め
管状電極３０とカチオン交換膜９との間に満たさ
れている極液中の酸の電離によつて生じた水素イ
オン〔H⁺〕が被塗物１に吸引されカチオン交換
膜９を通過するため、この水素イオンがプラス
〔＋〕の電荷を運ぶことにより電流が流れている。

但し、このカチオン交換膜９では酢酸を完全に
阻止することはないので、一部が電極３０に到達
し放電する。前述した場合と同様にして、管状電
極３０と隔膜部９との間には酢酸が集積され、集
積された酢酸は純水とともに連続的に外部へ排出
される。

他方の隔膜電極装置４の管状電極３０はチタン
製でその表面に酸化イリジウムをコーテイングし
たものが使用されていることから、当該管状電極
３０より重金属イオンが殆ど溶出することがな
い。

以上説明したように、本第１実施例によると、
酸の除去率を抑制するとともに、極が殆ど溶出す
ることがない他方の隔膜電極装置４と、酸を有効
に除去し得るとともに極の溶出による陽イオンの
流れを阻止するアニオン膜を備えた一方の隔膜電
極装置３とを使用しているので、従来問題となつ
ていた中和剤である酸の過剰除去を防止できると
ともに、電着用水溶液中の塗料成分（ED浴塗料）
中の極の溶出による重金属イオンが混入するのを
略完全に阻止することができるという利点があ
る。また、この一方の隔膜電極装置３と他方の隔
膜電極装置４とを適当に組み合わせることによ
り、酸の除去率を所望の値に設定し得るという利
点をも有している。

尚、上記実施例における一方の隔膜電極装置
３，３，……及び他方の隔膜電極装置４，４，…
…の配置を、第５図に示すように、入槽部に他方
の隔膜電極装置４，４，……を並べ、その下流側
に隔膜電極装置３，３，……を並べてもよい。

また、他方の隔膜電極装置４の極液循環系を一
方の隔膜電極装置３の極液循環系より分離する
と、一方の隔膜電極装置３の極液が他方の隔膜電
極装置４に供給されることがないので、ほぼ完全
に重金属の浴塗料への混入を防止することができ
る。

〔第２実施例〕 次に、第２実施例を第６図に基づいて説明す
る。

ここで前述した第１実施例と同等の構成部材に
ついては、同一の符号を用いるものとする。

この実施例では、前述した第１実施例における
一方の隔膜電極装置３，３，……と被塗物１との
間に印加される電圧を調整する電圧調整手段４０
が設けられている点に特徴を有する。その他の構
成は前述した第１実施例と同一になつている。

このように構成しても、第１実施例と同等の作
用・効果を得られる他、電圧調整手段４０の作用
により一方の各隔膜電極装置３と被塗物１との間
に印加される電圧を調整ことができるので、一層
容易に電着浴槽１００内の酸の量を調整できると
いう利点がある。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成され機能するので、
例えば上記実施例のように、これをカチオン電着
塗装に使用した場合、第１の隔膜部を備えた一部
の隔膜電極装置の作用により水溶液中の中和剤で
ある酸の過剰除去を抑制することができ、同時に
第２の隔膜部を備えた残りの隔膜電極装置の作用
により水溶液中の酸を浸透抽出して除去すること
ができ、上記一部の隔膜電極装置が耐食性部材か
らなる電極を備えているので当該電極が溶出する
ことがないので、重金属イオン等が水溶液中に流
出することがない。

従つて、電着塗装の品質を維持しつつ、電着浴
槽内の中和剤である酸の量を容易に調整すること
ができるという従来にない実用的な電着塗装装置
を提供することができる。

尚、上記実施例においては、第２の電極部を成
す各電極として管状電極を使用する場合を例示し
たが、本考案はこれに限定されるものではなく、
箱形電極等を使用してもよく、この場合にも全く
同一の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図１は本発明の第１実施例における各隔膜
電極装置の上方からみた配置を示す説明図、第１
図２は本発明の第１実施例の構成を示す説明図、
第２図は第１図における第１の隔膜部を備えた一
部の隔膜電極装置の具体的構成を示す断面図、第
３図は第２図の装置内における水の流通経路を示
す説明図、第４図は第２図の−線に沿つた断
面図、第５図は第１図の各隔膜電極装置の他の配
置例を示す説明図、第６図は本発明の第２実施例
の構成を示す説明図である。 １……第１の電極としての被塗物、２……第２
の電極、３……第１の隔膜部を備えた一部の隔膜
電極装置、４……第２の隔膜部を備えた残りの隔
膜電極装置、９……第１の隔膜部としてのカチオ
ン交換膜、３０……耐食性部材からなる電極とし
ての管状電極、１００……電着浴槽、Ｗ……塗膜
形成物質の水溶液としてのカチオン型塗料の水溶
液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電着浴槽内に配設された第１の電極部として
   の被塗物と該被塗物に対応して配設された複数の
   電極からなる第２の電極部とを備え、 前記被塗物と第２の電極部との間に前記電着浴
   槽内に収容された塗膜形成物質の水溶液を介して
   通電することによつて前記塗膜形成物質を前記被
   塗物に電着する電着塗装装置において、 前記第２の電極部を成す複数の各電極として、
   当該各電極を前記水溶液から分離する隔膜部を有
   する隔膜電極装置を使用し、 この内の一部の隔膜電極装置が、耐食性部材か
   ら成る電極と、当該電極に吸引される前記水溶液
   中の中和剤中におけるイオンの流れの大部分を阻
   止する第１の隔膜部とを有し、残りの隔膜電極装
   置が前記中和剤を浸透抽出する第２の隔膜部を備
   えていることを特徴とした電着塗装装置。