(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被塗物たる金属製基材の表面の一部に樹脂被膜を形成する電着塗装方法であって、
前記基材の表面の非塗装部位をマスキング治具で覆い隠すマスキング工程と、
前記マスキング治具が固定された状態のマスキング治具付き基材の露出面に対し、消泡性溶剤を噴霧器から霧状に噴射して付着させる付着工程と、
消泡性溶剤を付着させたマスキング治具付き基材を、少なくとも電着性樹脂、消泡剤及び水を含む電着塗料の浴中に浸漬した後、その基材と対向電極との間に電圧を印加することにより、当該基材の露出面に電着性樹脂被膜を形成する電着工程と、
樹脂の電着後に前記基材からマスキング治具を除去するマスキング除去工程と
を備えてなることを特徴とする電着塗装方法。
【請求項２】
前記付着工程で付着させる消泡性溶剤は、炭素数１〜４の低級アルコール、エチレングリコールモノアルキルエーテル及びエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の電着塗装方法。
【請求項３】
前記電着塗料の浴に含まれる消泡剤は消泡性溶剤であり、その消泡性溶剤は、炭素数１〜４の低級アルコール、エチレングリコールモノアルキルエーテル及びエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電着塗装方法。
【請求項４】
前記マスキング治具は、スポンジ体（２ａ）と押え板（２ｂ）とからなり、その押え板が当該マスキング治具（２）の外側面となるようにスポンジ体（２ａ）と押え板（２ｂ）とを貼り合わせて構成されている、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電着塗装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電着塗装方法に関する。特に、塗装後の塗膜（電着性樹脂の層）に気泡の痕跡をほとんど残さない電着塗装を可能とする電着塗装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製の被塗物の表面に樹脂の被膜を形成する方法として電着塗装法が知られている。電着塗装法とは、適度な濃度に調製された電着塗料の水浴（電着液）を電着槽に準備し、その浴中に被塗物と対向電極とを浸漬すると共に、被塗物と対向電極との間に電圧を印加して、正又は負に分極している塗料成分（電着性樹脂）を反対の極性を付与された被塗物の表面に析出させる被膜形成手法をいう。例えば、被塗物に負電圧を加え、正に分極した塗料成分を被塗物表面に析出させることはカチオン電着塗装と呼ばれる。一般に電着塗装法は、均一な被膜形成が可能でピンホール等の膜欠陥をほとんど生じないことが利点とされている。
【０００３】
このような電着塗装の特性が注目されて、様々な用途の電着塗料組成物が開発されている。例えば特許文献１は、イオン性樹脂と導電性粉末とを塗膜形成用必須成分として含有する燃料電池金属セパレーター用電着塗料組成物を開示する。この電着塗料組成物を用いた電着塗装によれば、基材としての燃料電池金属セパレーターの表面に、腐食性ガスに対する防食性に優れた導電性の樹脂被膜を均一に形成することができる。
【０００４】
ところで、被塗物である基材（例えば燃料電池金属セパレーター）の表面は必ずしも平滑であるとは限らず、複雑な凹凸が設けられている場合がある。また、基材の全表面が電着塗装の対象になるとは限らず、電着塗装の対象外となる部位をマスキング材で覆い隠すことがあり、基材の表面にはマスキング材による段差（以下「マスキング段差」という）が生み出されることがある。このように基材の表面に凹凸やマスキング段差が存在すると、基材を電着塗料の浴中に浸漬する際に上記凹凸やマスキング段差によって空気が巻き込まれ、多くの気泡がこれら凹凸や段差に引っ掛かった状態で浴中に残留し易い。
【０００５】
一般に電着槽内の電着塗料は適度に希釈されて濃度はそれほど高くないものの、その粘度は純水の粘度に比べれば高い。それ故、基材の浸漬時に空気を一旦巻き込むと、気泡が比重差だけで浮かび上がり短時間のうちに自然消滅することは難しい。そして、浴中に気泡を巻き込んだままの状態で電着塗装を行うと、得られた塗面の一部（特に上記凹凸やマスキング段差の近傍）に気泡の痕跡（以下「気泡跡」という）が残ってしまう。この気泡跡は、気泡が邪魔になって当該箇所の基材表面に電着液が接触していなかったことを示すものであり、電着塗料が未付着の膜欠陥そのものである。塗面に気泡跡が残るようでは、ピンホール等の膜欠陥を生じないという電着塗装のメリットが発揮されない。
【０００６】
なお、一旦生じた泡を消滅させるという観点からの対策は過去に多数提案されている。例えば特許文献２は、水分散性に優れた界面活性剤を消泡剤として含有するカチオン電着塗料組成物を提案する。しかし、電着塗料の水浴中に予め消泡性界面活性剤が添加されていたとしても、消泡性を発揮する界面活性剤が浴中に予め均一分散していることになるから、被塗物を浴中に浸漬するという物理操作に伴う局所的な気泡発生に対処するには非効率的である。つまり局所的な気泡発生を抑制するために、水浴全体の消泡性界面活性剤の濃度を高めなければならないという無駄がある。他方、資材コストや、塗膜中に界面活性剤が残留した場合の耐候性・耐薬品性に対する悪影響などを考慮すると、水浴中での消泡性界面活性剤の濃度は低い方がよいことは明らかである。こうした矛盾が背景にあるため、電着塗料の浴中に予め消泡剤を添加しても、被塗物を浴中に浸漬する際の気泡発生を十分に抑制できていないのが実情である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１１６６号公報（要約）
【特許文献２】特開２００４−３３９３６４号公報（要約、従来の技術の欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電着塗料の浴中に被塗物を浸漬する際に空気が巻き込まれにくく、塗装後の塗膜（樹脂被膜）に気泡跡をほとんど残さずに電着塗装を行うことを可能とする電着塗装方法を提供することにある。特に、被塗物に凹凸やマスキング段差が存在する場合でも、塗装後の塗膜（樹脂被膜）に気泡跡をほとんど残さずに電着塗装を行うことを可能とする電着塗装方法を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被塗物たる金属製基材の表面の一部に樹脂被膜を形成する電着塗装方法であって、
前記基材の表面の非塗装部位をマスキング治具で覆い隠すマスキング工程と、
前記マスキング治具が固定された状態のマスキング治具付き基材の露出面に対し、消泡性溶剤を噴霧器から霧状に噴射して付着させる付着工程と、
消泡性溶剤を付着させたマスキング治具付き基材を、少なくとも電着性樹脂、消泡剤及び水を含む電着塗料の浴中に浸漬した後、その基材と対向電極との間に電圧を印加することにより、当該基材の露出面に電着性樹脂被膜を形成する電着工程と、
樹脂の電着後に前記基材からマスキング治具を除去するマスキング除去工程と、
を備えてなるものである。
【００１１】
［作用］
本発明の電着塗装方法によれば、被塗物（被塗物たる金属製基材を含む）を電着塗料の浴中に浸漬する前に被塗物の表面に消泡剤（消泡性溶剤を含む）を予め付着させておくことで、その被塗物表面が電着塗料浴を構成している液体に接触したときに、少なくとも当該接触領域において液体の表面張力が低下し、被塗物表面と液体との親和性（なじみ）が良くなる。その結果、被塗物を浴中に浸漬する際に空気の巻き込みが無くなるか非常に低減され、浸漬完了後に多数の気泡が被塗物表面に付着したままというような状態が回避される。特に、被塗物たる金属製基材の表面の非塗装部位にマスキング材を施すような場合にはマスキング段差に引っ掛かった状態で気泡が残り易い傾向にあるが、浸漬前に消泡剤を予め付着させることで、マスキング段差による気泡の引っ掛かりも回避される。
【００１２】
なお、本発明の各構成要件の意義、本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件については、後記「発明を実施するための最良の形態」の欄で更に説明する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電着塗装方法によれば、電着塗料の浴中に被塗物を浸漬する際に空気が巻き込まれにくく、塗装後の塗膜（樹脂被膜）に気泡跡をほとんど残さずに電着塗装を行うことが可能になる。特に被塗物に凹凸やマスキング段差が存在する場合でも、塗装後の塗膜（樹脂被膜）に気泡跡をほとんど残さずに電着塗装を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、電着塗料の浴中に被塗物を浸漬すると共に、その被塗物と対向電極との間に電圧を印加することで被塗物の表面に電着性樹脂被膜を形成する電着塗装方法に関するものである。
【００１５】
電着塗料とは、塗料成分としての電着性樹脂を所定の液状媒体に分散又は溶解し、そこに必要に応じて各種の添加剤を添加したものである。電着塗料を所定の液状媒体で適度に希釈することで、電着塗装時の電着浴（電着塗料の浴）が準備される。かかる電着浴は、好ましくは、電着性樹脂、消泡剤及び液状媒体としての水から構成される。
【００１６】
電着性樹脂としては、例えば、ポリイミド系、フッ素樹脂系、ポリアミドイミド系、エポキシ樹脂系およびアクリル樹脂系の各電着性樹脂があげられる。ポリイミド系の電着性樹脂としては、次の化学式１に示すような化学構造のポリイミドからなるカチオン型ポリイミド電着性樹脂を例示することができる。化学式１中、Ｒはアルキル鎖を、Ａｒは芳香族構造を意味する。このカチオン型ポリイミド電着性樹脂の絶縁破壊電圧は約１０００Ｖであり、極めて高い電気絶縁性を有する。また、このカチオン型ポリイミド電着性樹脂のガラス転移温度は約２００℃（ＤＳＣ測定）、５％質量減少温度は約４００℃（ＴＧＡ測定）であり、有機ポリマーとしては極めて高い耐熱性を有する。なお、このカチオン型ポリイミド電着性樹脂を主成分とする電着塗料を用いてカチオン電着塗装を行った場合には、電着後にポリイミド樹脂を被塗物に加熱定着（例えば焼き付け定着）させることが好ましい。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
電着浴に予め含まれる消泡剤としては、消泡性溶剤や消泡性界面活性剤があげられる。但し、資材コスト、使用した消泡剤が万一塗膜中に残留した場合の耐候性・耐薬品性に対する悪影響、電着浴の低粘度化などの点を考慮すると、一般に分子量が大きい消泡性界面活性剤よりも、一般に分子量が小さい消泡性溶剤の方が消泡剤として好ましい。なお、消泡性溶剤としては、アルコール、エチレングリコールモノエーテル及びエチレングリコールを例示できる。化学物質の具体例については、後ほど詳述する。
【００１９】
被塗物は、その少なくとも一部が通電可能であり且つ導電性の表面（露出面）を有するものならば、何でもよい。その意味で、被塗物が金属製の充実体又は中空体であることは好ましく、被塗物が金属製の基材（例えば金属板材）であることは更に好ましい。
【００２０】
本発明では、電着塗装に際し、電着塗料の浴中に浸漬する前の被塗物の表面に消泡剤を付着させ、その後に当該被塗物を電着塗料の浴中に浸漬して電着塗装を行う。この消泡剤を事前に付着させる手順を採用することにより、消泡剤を付着させた被塗物表面が電着塗料浴を構成している液体に接触したときに、当該接触領域（つまり浴中の一部領域）において液体の表面張力が低下し、被塗物表面と液体とのなじみが良くなる。その結果、被塗物を浴中に浸漬する際に空気の巻き込みが無くなるか非常に低減され、浸漬完了後に多数の気泡が被塗物表面に付着したままというような状態を回避することができる。従って、塗装後の塗膜（樹脂被膜）に気泡跡をほとんど残さずに電着塗装を行うことができる。
【００２１】
電着浴中に浸漬する前の被塗物の表面に事前付着させる消泡剤としては、消泡性溶剤が好ましい。消泡性溶剤としては、アルコール、エチレングリコールモノエーテル及びエチレングリコールを例示できる。
【００２２】
消泡剤及び消泡性溶剤としてのアルコールとしては、メチルアルコール（ＣＨ3ＯＨ）、エチルアルコール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）、ノルマルプロピルアルコール（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ノルマルブチルアルコール（１級ブタノール、ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、イソブチルアルコール（２級ブタノール）、ターシャリーブチルアルコール（３級ブタノール）があげられる。つまり、炭素数１〜４の低級アルコールである。これらの低級アルコールは、水に対する親和性はもちろんのこと、金属表面に対する濡れ性も比較的良好であり、被塗物表面と水との界面における表面張力を低下させる。また、これらの低級アルコールは揮発性を有するので、塗膜に残留する心配がない。
【００２３】
消泡剤及び消泡性溶剤としてのエチレングリコールモノエーテルとしては、ブチルセロソルブ（エチレングリコールモノブチルエーテル、Ｃ4Ｈ9ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、エチルセロソルブ（エチレングリコールモノエチルエーテル、Ｃ2Ｈ5ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、メチルセロソルブ（エチレングリコールモノメチルエーテル、ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）があげられる。つまり、エチレングリコールモノアルキルエーテルである。また、末端基がエーテル化されていないエチレングリコール（ＨＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）自体も消泡剤及び消泡性溶剤として好適である。これらエチレングリコール及びそのモノアルキルエーテルは、水に対する親和性はもちろんのこと、金属表面に対する濡れ性も比較的良好であり、被塗物表面と水との界面における表面張力を低下させる。
【００２４】
被塗物の表面に消泡剤を付着させる具体的手法としては、噴霧器（スプレー）を用いて霧状にして吹き付けることや、刷毛塗りがあげられる。気泡発生を防止したい箇所にほぼ均一に消泡剤を付着させることができる方法ならば何でもよい。また、被塗物の表面全てに消泡剤を付着させてもよいし、被塗物の表面の一部（気泡発生を防止したい箇所）にのみ消泡剤を付着させてもよい。なお、「消泡剤を付着させる」とは、「消泡剤を塗布すること」をも含む意味である。
【００２５】
なお、電着浴に予め消泡剤が含まれている場合において、被塗物表面に付着させる消泡剤と電着浴中の消泡剤とが同一又は同種のものであることは本発明の必須事項ではない。但し、被塗物表面に付着させる消泡剤と電着浴中の消泡剤とが同一又は同種のものであることは好ましい。その場合には、被塗物表面に付着させた消泡剤が浸漬時に電着浴内に持ち込まれることで、電着浴中の消泡剤の不足分（揮発等による自然的消失による不足分）が補われ、電着液の成分バランスがほぼ一定に保たれる。
【００２６】
本発明の電着塗装方法の用途（適用対象）は特に限定されないが、例えば、燃料電池を構成する各種の部品に樹脂被膜を形成する際に用いることは好ましい。燃料電池の構成部品としては、例えば燃料電池スタックにおけるセパレータ、ターミナルプレート及びエンドプレートがあげられる。一般に燃料電池の構成部品にあっては、その基材となる金属製プレート材の表面の一部分だけに樹脂被膜を形成し、残りの部分には樹脂被膜を形成しないことが多いので、マスキング材を併用して電着塗装が行われる。その場合には、次のような手順を経ることが好ましい。
【００２７】
即ち、被塗物たる金属製基材の表面の非塗装部位をマスキング材で覆い隠すマスキング工程と、マスキング材付き基材の露出面に対し消泡性溶剤を付着させる付着工程と、消泡性溶剤を付着させたマスキング材付き基材を、少なくとも電着性樹脂、消泡剤及び水を含む電着塗料の浴中に浸漬した後、その基材と対向電極との間に電圧を印加することにより、当該基材の露出面に電着性樹脂被膜を形成する電着工程と、樹脂の電着後に前記基材からマスキング材を除去するマスキング除去工程とを経て、金属製基材の表面の一部に樹脂被膜を形成する。
【００２８】
なお、上記マスキング工程で使用するマスキング材としては、マスキング治具や、市販の絶縁性マスキングテープがあげられる。上記電着工程では、金属製基材に負電圧を印加し、正に分極した電着性樹脂を基材の露出面に析出させるカチオン電着塗装を採用することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例１，２及び３並びに比較例１及び２を説明する。以下に述べる実施例及び比較例では、試験片及びマスキング治具の形態並びに電着塗装条件については全て統一し、電着塗装前に試験片に吹き付け塗布する消泡剤等の種類だけを異ならせた。
【００３０】
［試験片及びマスキング治具］
図１に示すように、試験片（被塗物）としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の金属板１を準備した。この金属板１は、縦１５０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの長方形状をなす薄板材である。この金属板１の表裏各面の略中央には、薄型直方体状のマスキング治具２を接着剤で固定した。マスキング治具２は、縦５０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの薄型直方体状のスポンジ体２ａと、縦５０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの薄板状のポリ塩化ビニル製押え板２ｂとからなるものであり、押え板２ｂがマスキング治具２の外側面となるようにスポンジ体２ａと押え板２ｂとを貼り合わせて構成している。尚、ステンレス鋼製の金属板１は燃料電池用セパレータの基材を想定したものである。
【００３１】
［消泡剤等の塗布（付着）］
図２に示すように、消泡剤等を噴霧器３から霧状に噴射することにより、マスキング治具２が固着された金属板１の各面に対して消泡剤等を吹き付けた。実施例１はイソプロピルアルコールを、実施例２はブチルセロソルブを、実施例３はエチルアルコールをそれぞれ吹き付けた事例である（下記表１参照）。ちなみに、実施例１のイソプロピルアルコール及び実施例２のブチルセロソルブは、図２の電着槽４に準備された調製済み電着液に含まれている消泡性溶剤と同じものである。これに対し、比較例１はイオン交換水を吹き付けた事例であり、比較例２は何も吹き付けなかった事例（ブランク試験）である。
【００３２】
なお、実施例１〜３及び比較例１における噴霧器３からの噴射量は、少なくとも１０ｍｌ／ｍ2とした。この噴射量は、金属板１の露出面全体を一様に濡らすことができる程度の量である。また、金属板１に一旦吹き付けたアルコール等が揮発して失われるのを防ぐため、室温下、噴霧器３による吹き付け作業を短時間（５〜１０秒程度）で完了した。
【００３３】
［電着塗装］
図２に示すように、電着槽４に電着液を予め準備した。この電着液は、カチオン型ポリイミド電着塗料（株式会社シミズ製商品：エレコートＰＩ、上記化学式１参照）をイオン交換水で希釈して固形分が約１１質量％となる濃度に調製したものである。電着槽４内の電着液には、カチオン型ポリイミド以外に、約０．３質量％のイソプロピルアルコールと約２．８質量％のブチルセロソルブとが含まれている。電着液のｐＨは４〜５である。電着液の温度（浴温）は約２５℃に設定した。
【００３４】
そして、上記消泡剤等の吹き付け塗布を完了したマスキング治具２付き金属板１を直ちに電着槽４の電着液中に浸漬した。浸漬に際しては金属板１を垂直に保持し、その下端から徐々に電着液内に浸入させた。マスキング治具２付き金属板１の全体が電着液に浸ったところで、金属板１を直流電源装置５の負極に接続すると共に、浴中に浸したカーボン製対向電極６を直流電源装置５の正極に接続し、約１８０Ｖの電圧にて約２分間、電着塗装を行った。
【００３５】
その後、電着槽４から取り出したマスキング治具２付き金属板１を水洗し、エアーブロー後に予備乾燥（８０〜１００℃で約１０分間）を行った。予備乾燥した金属板１からマスキング治具２を除去した後、金属板１を加熱装置に移し、ポリイミド電着塗料の焼付け処理（約２１０℃で３０分間）を行った。こうして、金属板１の露出面に対してポリイミド樹脂によるカチオン電着塗装を完了した。なお、金属板１の露出面に形成されたポリイミド樹脂層の膜厚は約２０μｍである。
【００３６】
［塗面の気泡跡の評価］
電着塗装を終えた実施例１〜３並びに比較例１及び２の各試験片について、塗面での気泡跡の発生状況を観察した。より具体的には、浴中で気泡が生じ易いとされるマスキング治具２の下側一帯（即ちマスキング治具２の下端縁に沿った長さ８０ｍｍほどの領域）にあたる金属板１の塗面において、肉眼で発見できる気泡跡の数をカウントした。その結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0004731261.tif 000003
【００３８】
表１に示すように、試験片の浸漬前に何も吹き付けなかった比較例２では約２０個の気泡跡が観察されたのに対し、試験片の浸漬前に消泡性溶剤を吹き付けた実施例１〜３では気泡跡が全くないか、あってもせいぜい１個であった。この結果から、浸漬前の被塗物に消泡性溶剤を吹き付け塗布することで、電着後の塗膜における気泡跡の発生をほぼ防止できることがわかる。なお、試験片の浸漬前にイオン交換水を吹き付けた比較例１も比較例２に比べれば良好な結果を示したが、比較例１の気泡跡の発生個数は実用上満足できるレベルにはない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】マスキング治具付き金属板を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図。
【図２】マスキング治具付き金属板に対する消泡剤等の付着作業及びその後の電着槽での電着塗装の概要を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…試験片（被塗物）として金属板、２…マスキング材としてのマスキング治具、３…噴霧器、４…電着槽、５…直流電源装置、６…対向電極。
【図１】
0004731261.tif 000004
【図２】
0004731261.tif 000005