ダイカスト製品の電着下塗りによる VOC 低減化 *佐々木 麗 **、穴沢 靖 **、内舘 真澄 ***、 亀山 勝 ****、細川 壽博 ****
アルミニウムダイカスト及びマグネシウムダイカスト製品における塗装前処理での脱クロム、溶剤型塗装仕様での VOC の低減化を図ることを目的に、前処理にノンクロメート処理しその上に電着塗装で下塗り、溶剤塗装で上塗りした塗膜の付着性、耐候性、耐食性等の塗膜性能について検討を行った。その結果、アルミニウムダイカストでは、従来の溶剤型塗装仕様よりも耐食性が向上し、脱クロム、VOC の低減化を図ることが可能であることがわかった。しかし、マグネシウ
ムダイカストでは、溶剤型塗装仕様よりも耐食性が低下し、課題が多いことがわかった。
キーワード：VOC、電着塗装、アルミニウムダイカスト、マグネシウムダイカスト

Reduction of Volatile Organic Compounds by applying
Electrodeposited Undercoating on Die-Cast ProductsRei Sasaki, Yasushi Anazawa, Masumi Uchidate,Masaru Kameyama and Toshihiro Hosokawa
In an effort to develop a painting technique that complies with environmental
regulations, we examine pretreatment methods for aluminum die-cast and magnesium
die-cast products, with the goal being to suppress emissions of volatile organiccompounds. We compare the performance (adhesion, weather resistance, corrosionresistance) of the film coatings with that of the conventional solvent-type coating. The
results indicate that the performance of the film coating improves for aluminum die-castproducts, but that the corrosion resistance of the film coating decreases for magnesium
die-cast products.
key words : VOC, electrodeposition coating, aluminum die-cast, magnesium die-cast
1 緒
言2004 年に改正された大気汚染防止法の揮発性有機化合物（VOC）の排出抑制規制により、塗装工場からの VOC 排出削減が急務となっている。一方、水性塗料を用いた電着塗装設備を保有する企業では稼働率の向上が求められている。そこで、筆者らは、県内の工業塗装製品として多く利用されている鋼材（SPCC）の溶剤型塗装仕様からの VOC 低減化を目的として、下塗りに電着塗料を利用した塗装仕様について検討を行い、VOC の低減化と、耐食性能や塗膜物性の向上について前報 1)で報告した。
県内の工業塗装製品として利用されている金属には、鋼材の他に、建築部材等として耐食性に優れ、軽量である 2)アルミニウムのダイカスト製品、また、農機具、携帯電話やパソコンのハウジングとして、比強度が強く、実用金属中最も軽量で加工性に優れ、リサイクル可能な 3)マグネシウムのダイカスト製品がある。従来、長期の防食性が要求される製品に*
平成 24 年度 公募型共同研究事業** ものづくり基盤技術第 1 部（現 機能表面技術部）*** 東北日東工業株式会社**** 株式会社やまびこ盛岡事業所

は塗装前処理としてはクロメート処理等が行われ、その後、溶剤型塗装や粉体塗装が行われている。しかしながら、欧州連合（EU）環境規制によりクロメート皮膜に含まれる 6 価クロムは使用禁止となる。
そこで、本研究では、鋼材と同様に、アルミニウムダイカスト及びマグネシウムダイカストの製品での脱クロム及び溶剤型塗料を減らして VOC 量の低減化を図ることを目的に、ノンクロム化成処理方法と、電着塗料を用いた塗装仕様方法について検討し、その付着性や耐食性等の評価を行ったので以下に報告する。
2 実
験
2-1 供試材料
2-1-1 アルミニウムダイカスト板塗装素材として、試験片形状 2.0×70×150 ㎜のアルミニウムダイカスト板 ADC12（以下 ADC12 と記載）を用いた。

岩手県工業技術センター研究報告
表1
処理名

第 18 号（2016）

アルミニウムダイカスト表面処理仕様

脱脂処理時間（分） 温度（℃）

化成皮膜処理pH

時間（分） 温度（℃）

pH

主成分
6 価クロム記号
Cr66 価クロメート

370

9.0

2403.0ノンクロメート

340

3.0

3403.0無機有機IO

3 価クロメート

3709.01404.5

3 価クロム

Cr3

表2
処理名

マグネシウムダイカスト表面処理仕様

脱脂処理時間（分） 温度（℃）

化成皮膜処理pH

時間（分） 温度（℃）

pH

主成分

記号

6 価クロメート

2659.41503.06 価クロムCr6ノンクロメート

2659.42424.2リン酸マンガンPMn

2-1-2 マグネシウムダイカスト板
塗装素材として、試験片形状 2.0×70×75 ㎜のマグネシウムダイカスト板 AZ91D（以下 AZ91D と記載）を用いた。
2-2 試験片の前処理方法
2-2-1 アルミニウムダイカスト
塗装前処理として脱脂処理した後、6 価クロメート、ノンクロメート（有機・無機複合被膜系）、3 価クロメートの化成皮膜処理を行った。それぞれの処理条
件及び記号を表１に示す。
2-2-2 マグネシウムダイカスト
塗装前処理として脱脂処理した後、6 価クロメート、ノンクロメート（リン酸マンガン被膜系）の化成皮膜処理を行った。それぞれの処理条件及び記号を表 2に示す。
2-3 供試塗料
供試塗料として、下塗り電着塗料、溶剤型下塗り塗料、溶剤型上塗り塗料を用いた。表 3 にアルミニ
ウムダイカスト、表 4 にマグネシウムダイカストに使用した塗料名及び樹脂名を示す。なお、それぞれの塗装仕様については、前処理-下塗り塗料-上塗り塗料の組み合わせで示し（例えば Cr6-ED-PU）、以下、記号で略記する。
2-4 試験片の塗装方法
試験片の塗装は ADC12、AZ91D ともに、電着塗装は浸漬通電処理により、また、その他溶剤型塗装は、下塗り、上塗りともにエアスプレー塗装で行い、塗料ごとの乾燥条件に従い焼き付け乾燥を行った。表 5に塗装条件を示す。
2-5 膜厚測定
JIS-K-5600（1999）塗料一般試験方法－第１部：通則－第７節：膜厚－11.方法 No.6 磁気法、及び、12.方法 No.7 渦電流法により行った。なお、測定値はそれぞれの試験片中央部 3 ヶ所で行い、その平均値を求めた。なお、膜厚計は、膜厚計 SWT-8000Ⅱ（㈱サンコウ電子研究所）を用いた。
また、クロスカット部の塗膜剥がれの評価は、カ

表3

アルミニウムダイカスト用塗料の種類

塗料名

樹脂名

記号

電着塗装

エポキシアクリル樹脂

ED

溶剤型下塗り塗料

エポキシ樹脂EA

溶剤型上塗り塗料

ポリウレタン樹脂

PU

表4

マグネシウムダイカスト用塗料の種類

塗料名

樹脂名

記号

電着塗装

エポキシアクリル樹脂

ED

溶剤型下塗り塗料

エポキシ樹脂EM

溶剤型上塗り塗料

アクリル樹脂AC

表5

塗装条件・方法及び乾燥条件

塗料名

塗装条件・方法

乾燥条件

ED

200V×2 分

160℃×20 分

EA

エアスプレー塗装

90℃×15 分

EM

エアスプレー塗装

150℃×20 分

PU

エアスプレー塗装

120℃×25 分

AC

エアスプレー塗装

150℃×20 分

ラーマイクロスコープを用いて表面観察した。
2-6 促進耐候性試験
JIS-K-5600（1999）塗料一般試験方法、第 7 部：塗膜の長期耐久性、第 7 節：促進耐候性（キセノンランプ法）に準じて行い、試験時間 1000 時間後の付着性の評価を行った。表 6 に試験条件を示す。また、試験機はスーパーキセノンウェザーメーター
SX2D-75（スガ試験機㈱）を用いた。
表6

促進耐候性試験の試験条件

項目試試験条件

験サイクル

照射+水噴霧(120 分中 18 分間)

試料面放射照度

180W/㎡ (300～400nm)

ブラックパネル温度

63±3℃

相対湿度

50±3％R.H.

ダイカスト製品の電着下塗りによる VOC 低減化

2-7 耐食性能試験
2-7-1 CASS 試験
ADC12 の耐食性能の評価は、JIS-A-1541-1(2006)
建築金物－鍵－第 1 部：試験方法 7.3 耐食性試験に準じて行った。試験時間は 48 時間で、試験片中央部へカッターでクロスカットを入れ、カット方向に対して垂直に発生した最大膨れ幅について評価した。
表 7 に試験条件を示す。
表7CASS 試験条件

項目

試験条件あった。また、Cr6、PMn 処理における ED は全て 20μm となっており、EM よりわずかに厚膜となった。
ED-AC は 39～40μm と EM-AC より 2～3μm 薄膜となったが、付着性や耐食性に影響を及ぼす膜厚差ではなかった。
表9塗装仕様ADC12 膜厚測定結果

膜厚(μm)

塗装仕様

膜厚(μm)

6Cr -EA

18

IO-EA-PU

41

Cr6-ED

20

IO-ED-PU

40

638

Cr -EA

6Cr -ED-PU

40

3Cr -ED

200.205±0.015g/L

IO-EA

20

Cr3-EA-PU

40

pH

3.0

IO-ED

20

Cr3-ED-PU

42

圧縮空気圧力98kPa

塩化ナトリウム溶液濃度
塩化第二銅溶液濃度

50g/L

1.5ml/80cm2/h

噴霧量
試験槽温度

50±2℃

2-7-2 塩水噴霧試験
AZ91D の耐食性能の評価は、JIS-K-5600（1999)塗料一般試験方法－第 7 部：塗膜の長期耐久性－第 1
節耐中性塩水噴霧性に準じて行った。なお、試験片中央部へカッターでクロスカットを入れ、カット部からの塗膜膨れが発生した試験時間について評価した。表 8 に試験条件を示す。
表8塩水噴霧試験条件

項目
塩化ナトリウム溶液濃度

試験条件
50g/L

pH

6.5

圧縮空気圧力

98kPa

噴霧量
試験槽温度

Cr -EA-PU

31.5ml/80cm2/h
35±2℃

2-8 表面観察AZ91D の化成皮膜処理の表面観察を、卓上走査電子
顕微鏡 JCM-6000（日本電子㈱）を用いて行った。
3 実験結果及び考察
3-1 膜厚測定結果
表 9 に ADC12 のそれぞれの塗装仕様における試験片の膜厚測定結果を示す。溶剤型塗装仕様の Cr6、IO、Cr3 処理における EA は 18～20μm で、EA-PU が 38～41μm であった。また、Cr6、IO、Cr3 処理における EDは全て 20μm で、前処理に関係なく、通電効果により均一な膜厚となっていた。ED-PU は 40～42μm で、ED を用いても溶剤型塗装仕様とほぼ同じく±3μm 以内の膜厚となった。
表 10 に AZ91D のそれぞれの塗装仕様における試験片の膜厚測定結果を示す。溶剤型塗装仕様の Cr6、PMn
処理における EM は 18μm で、EM-AC は 41～43μm で

表 10塗装仕様

18AZ91D 膜厚測定結果

膜厚(μm)

塗装仕様

膜厚(μm)

6Cr -EM

18PMn-EM

18Cr6-ED

20

PMn-ED

20641

PMn-EM-AC

43640

PMn-ED-AC

39

Cr -EM-AC
Cr -ED-AC

3-2 付着力試験、促進耐候性試験結果
ADC12 の Cr6、IO、Cr3 処理における EA-PU では、カット部の縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれはなく分類 0 であった。また、ED-PU も分類 0で、一次付着性ではいずれの塗装仕様も安定した付着性を示した。
図 1 に促進耐候性試験後のカット部をカラーマイクロスコープで観察した結果を示す。一次付着性と同様にいずれの塗装仕様も分類 0 と安定した二次付着性を示した。
また、AZ91D の Cr6、PMn 処理における EM-AC、ED-ACの一次付着性も ADC12 と同様に分類 0 で安定した付着性を示した。図 2 に促進耐候性試験後のカット部をカラーマイクロスコープで観察した結果を示す。
どちらの塗装仕様も分類 0 と安定した二次付着性を示した。このことから、どちらの素材でも前処理の影響を受けず、EA、EM に替え ED を用いても、素材からの剥離や層間剥離は発生せず、安定した耐候性を示すことがわかった。
3-3 耐食性能試験結果
3-3-1 CASS 試験結果
図 3 に ADC12 の各種塗装仕様における CASS 試験 48時間の結果を示す。Cr6-EA-PU はクロスカット部からの膨れ幅が 0.5mm 以内となったが、Cr6-ED-PU はカット部からの膨れの発生はなく、Cr6-EA-PU よりも安定した耐食性を示した。また、Cr3-EA-PU、IO-EA-PU では膨れ幅がともに 1.5mm となり、Cr6 処理よりも耐食性が低下したが、Cr3-ED-PU、IO-ED-PU ではカット部からの膨れ幅は 1.0 ㎜以内となり、EA よりも ED の付岩手県工業技術センター研究報告 第 18 号（2016）

図 1 ADC12 の促進耐候性試験におけるごばん目試験結果

図 2 AZ91D の促進耐候性試験におけるごばん目試験結果

Cr6-EA-PU
塗膜膨れの発生なし

塗装仕様

Cr6-ED-PU
Cr3-EA-PU
Cr3-ED-PU
IO-EA-PU
IO-ED-PU
0

図30.5

11.5
膨れ幅（膨れ幅（mm）

2

ADC12 の各種塗装仕様の 各種塗装仕様における CASS 試験結果

Cr6-EM-AC

塗装仕様

着性や耐水性が優れて着性や耐水性が優れていいた。
これらのことから、
これらのことから、Cr
Cr6、Cr3、IO
IO 処理のいずれの処理においても、溶剤型塗装仕様の下塗りに、電着塗装を用いた塗膜はた塗膜は、耐食性が向上することがわか、耐食性が向上することがわかった。
3-3-2 塩水噴霧試験結果
図 4 に AZ91D の各種塗装仕様における塩水噴霧試
験結果を示す。
験結果を示す。Cr6-EM-AC
AC は 400 時間経過後、クロスカット部から塗膜の膨れが発生したが、Cr6-ED-AC
AC は600 時間経過後に塗膜の膨れが発生し、EM時間経過後に塗膜の膨れが発生し、 より ED の付着性や耐水性がすぐれていた。また、PMn-EM付着性や耐水性がすぐれていた。また、
EM-ACは 100 時間経過後、クロスカット部から塗膜の膨れが発生したが、が発生したが、PMn-ED-AC
AC は 48 時間経過後に塗膜の膨れが発生し、膨れが発生し、ED を用いることで明らかに耐食性が劣っていた。
た。
図 5 に PMn 処理皮膜の塩水噴霧試験結果を示す。の塩水噴霧試験結果を示す。
試験時間は 24 時間で、皮膜全体の色味は濃くなったが錆の発生はなく、が錆の発生はなく、48 時間でわずかに黒点錆が発生した。しかし、白錆の発生はなく皮膜単独でも安定した耐食性を示した。
このことから、
このことから、ED が PMｎ処理皮膜の耐食性に影響PM膜の耐食性に影響を及ぼしていることが考えられを及ぼしていることが考えられる。
3-4 表面観察結果
図 6 に AZ91D の素材及び Cr6、PMｎ処理後の表面観ｎ処理後の表面観察結果を示す。素材表面はダイカスト特有の湯ジワや巣穴が点在し、起伏が大きい表面状態となっている。脱脂処理後の Cr6、PMPMｎ処理の表面では、この起ｎ処理の表面では、この起伏が少なくなりなだらかな伏が少なくなりなだらかな皮膜であった。
であった。
4)
AZ91D は pH12 以下で腐食領域 であり、脱脂処理であり、脱脂処理はpH9.4 の弱アルカリ脱脂剤を使用していることから、脱脂処理により表面がエッチングされ、なだらかな表面形状となった上に皮膜が生成されているものと思われる。Cr
Cr6 処理面は素材の巣穴は残っているが、処理面は素材の巣穴は残っ ているが、均一に表面を覆って皮膜を生成していることが確認できる。また、PMn 処理面は連続した皮膜を生成しておらず、島状におらず、島状に皮膜を生成しており、素材が露出し膜を生成しており、素材が露出していることが確認できる。図 4 の PMn-ED-AC
PMnの塩水噴霧試験で耐食性が低下した理由として、ED は pH
pH6.4の水性塗料であり、通電効果もあり塗料中に含まれる水分で露出した素材部のエッチングが促進され、PMn 皮膜の脱落等の現象が生じ、耐食性が低下したものと考えられのと考えられる。
また、図 7 に PMn-ED--AC の塩水噴霧試験後のクロスカット部からの塗膜膨れ部の断面観察した結果を示す。1mm 程度の膨れ部の塗膜下では、錆の発生の他素材の孔食が発生してい素材の孔食が発生していた。一方 0.3mm 程度の膨れ部では錆の発生はなく、塩水の浸透のみの膨れだけであった。しかし、まだ膨れの発生していない平面。しかし、まだ膨れの発生していない平面塗膜下でも、塩水の浸透による ED-AC
AC 塗膜の浮き上がりが確認できた。化成皮膜処理の効果として、耐食性向上の他食性向上の他に、素材と下塗り塗膜との付着性向上
材と下塗り塗膜との付着性向上

Cr6-ED-AC
PMn-EM-AC
PMn-ED-AC
0100

200

300

400

500

600

700

試験時間（時間）

図4AZ91D の各種塗装仕様の各種塗装仕様における塩水噴霧試験結果
塩水噴霧試験結果

ダイカスト製品の電着下塗りによる VOC 低減化があげられるが、PMn-ED--AC では PMn 処理の効果が発揮されてなかかった。
これらの結果からこれらの結果から、PMnPMn 処理した AZ91D への ED の利用については課題が多いことがわかった。

図5

AZ91D における PMn 処理皮膜の塩水噴霧試験結果

4 結言
本研究では、アルミニウムダイカスト及びマグネシウムダイカスト製品における塗装前処理の脱クロ
ム、溶剤型塗装仕様でのム、溶剤型塗装VOC の低減化を図ることを目的に、ノンクロ目的に、ノンクロメート前処理前処理した後にした後に、下塗りに下塗りに電着塗膜に対する溶剤型塗料の付着性、耐候性、耐食性等の塗膜性能について検討を行った。
その結果、アルミニウムダイカスト、マグネシウムダイカストへノンクロメート処理及び、ムダイカストへノンク メート処理及び、下塗に電メート処理及び、に電着塗装を用いた塗装仕様は、紫外線劣化等の影響に着塗装を用いたは、紫外線劣化等の影響による付着性の低下は認められず安定した耐候性よる付着性の低下は認められず安定した耐候性能が能が得られた。また、アルミニウムダイカストでは、溶得られた。また、アルミニウムダイカストでは、溶剤型塗装仕様よりも耐食性が向上する結果が得られ、剤型塗装よりも耐食性が向上する結果が得られ、脱クロム、VOC の低減化が可能であることがわかった。
しかし、マグネシウムダイカストでは、溶剤型塗装仕様仕様よりも耐食性が低下する結果が得られ、課題よりも耐食性が低下する結果が得られ、課題が多いことがわかった。今後、6 価クロメート処理と同等の性能を発揮することができるノンクロメート処理方法の検討や、粉体塗装の下塗りとして電着塗処理方法の検討や、 体塗装の下塗りとして電着塗装を用いる等の検討が必要である。
謝
辞本研究の一部はスガウェザリング技術振興財団平
本研究の一部はスガウェザリング技術振興財団平成 24 年度第 31 回研究助成を受けて行われたものでを受けて行われたものです。ここに感謝の意を表します。

図6

AZ91D 素材及び化成皮膜の表面観察結果
素材及び化成の表面観察結果

図7

PMn
PMn-ED-AC の塗膜膨れ部の断面観察結果（上－1mm1mm 膨れ部、下－0.3mm
膨れ部、下－膨れ部）

文献1）） 佐々木麗、穴沢靖、内舘真澄、佐藤博、大町怜、
浅沼和彦：下塗りに電着塗装を利用する VOC 低減
化法、
地方独立行政法人
地方独立行政法人岩手県工業技術センター
岩手県工業技術センター
研究報告、第 18 号（202015）2）） 財団法人素形材センター：軽合金鋳物ダイカストの生産技術、p3-5（20002000）
3）） 軽金属協会：マグネシウム便覧 p179
79（1975）
4）） 高谷松文：軽金属、
松文：軽金属、第 50 巻 第 11 号、p567-576
号、576（2000）