試作人基礎講座

本日は金属塗装について解説していきたいと思います。
是非ご覧ください♪

塗装とは？

塗装は表面処理の一種であり、塗料を塗ったり、吹き付けたりすることで材料の表面に塗膜を形成させる処理方法のことです。 材料を保護したり、見た目を美しくしたりする目的で、私たちの身の回りにあるさまざまなものに塗装が行われています。 表面処理の方法としては他にもメッキがありますが、塗装の場合は常温かつ大気下で作業することができるため、メッキに比べると作業環境の準備が容易という特徴があります。 塗装は、材料の表面に塗料を塗ればよいという単純なものではありません。 適切な塗装を行わなければ、すぐに塗料が剥がれてしまうなどの不具合が起きて塗装の目的を十分に達成できなくなってしまいます。 高品質な塗装を行うためには、材料や目的に合った最適な塗料と塗装方法を選定することが重要です。

塗装を行う目的

塗装は主に、材料の装飾や保護のために行われていますが、それらの基本機能のほかにも、さまざまな特殊な機能を付与できる場合があります。 塗装を行う目的がどのようなものかみてみましょう。

装飾

色や模様、光沢を与えることによって、見た目を美しくするために塗装が行われています。 例えば、自動車の大半は塗装が行われており、同じ車種でも塗装する色を変えることで、さまざまなカラーバリエーションを取り揃えています。

保護

材料表面が露出したままだと紫外線や雨風、摩擦などによって材料は損傷を受けてしまいます。 特に、金属の場合は材料表面が露出したままだと錆の発生によってもろくなったり、見栄えが悪くなったりするので、表面処理を行って耐久性を向上させる必要があります。 塗装を行って材料表面を塗膜で覆うことにより、保護できます。

機能の付与

装飾や保護といった基本的な機能以外にも、様々な機能を付与した機能性塗料を用いることで材料の表面に付加価値をつけることができます。 例えば、導電性を高める、電磁波を防ぐ、放熱性を高める、耐熱性・耐候性を高める、潤滑性を高めるといったように、様々な機能を持った塗料が開発されています。

塗装の種類

塗装と聞くと、一般的には刷毛で塗る方法がイメージしやすいでしょう。 しかし、現在ではさまざまな塗装方法があり、高品質かつ効率的に塗装を行えるようになっています。 製品の大きさや塗装方法によって呼び方は様々ですが、ここでは一般的なものについてみてみましょう。

溶剤塗装

溶剤塗装は、シンナーなどの有機溶剤に樹脂や顔料などを混ぜた塗料を、刷毛やスプレー、ローラーなどで塗布する塗装方法です。 塗料の選択肢が多いことや、塗り方を自由に変えられることから汎用性が高く、幅広く用いられています。 また、塗料自体も比較的安価なため、他の塗装方法に比べると安価に塗装できるというメリットがあります。 ただし、塗料に中毒性や大気汚染の危険性があるため、保護具の着用や換気設備を整えるといった対策が必須になります。

焼付塗装

焼付塗装は、塗料を揮発させて材料に吹き付けた後に、加熱して乾燥を早めることで塗料を硬化させる塗装方法です。 塗膜の密着性が高く、耐候性に優れた塗膜を得ることができます。 自動車のボディの下塗りや、調理用具の耐熱性塗装などでよく活用されています。

粉体塗装

粉体塗装は、粉末状の塗料を静電気によって材料に付着させた後、加熱溶解することで塗膜を形成する塗装方法です。 液状の塗料を用いる他の塗装方法に比べると、1回の塗装で厚い塗膜を得やすいという特徴があります。 自動車や家電製品、建材などの塗装に向いており、ライン生産方式でも活用されています。

静電塗装

静電塗装は、帯電した塗料を利用する塗装方法です。 静電気によって塗料が引き寄せられるため、塗装対象に効率よく付着させることができて無駄が少ないことや、仕上がりが美しくて均一に塗装がしやすいといった特徴があります。 一方で、高電圧を利用する方法のため、感電事故や火災の発生には十分気を付けなければなりません。 ライン生産方式や産業用ロボットなどの機械による塗装に向いており、自動車の車体や家電製品、OA機器などの塗装方法として活用されています。

電着塗装

電着塗装は、塗料が入った液中に材料を入れて電気を流すことで、塗料を材料に付着させて塗膜を形成する塗装方法です。 電気化学を利用しており、メッキとよく似た塗装方法となっています。 複雑な形状であっても均一な塗膜が得られることや、塗膜の膜厚などの処理条件を管理しやすいといった特徴があり、生産性も高いため大量生産に適しています。 一方で、設備や塗装にかかるコストが高いため、小ロット生産には不向きであり、塗料の変更が柔軟にできないといったデメリットもあります。

塗装処理の工程

塗装処理を行う工程は、前処理、調合、塗布、乾燥の4つのステップに分かれているのが一般的です。 各工程でどのようなことを行うのかをみてみましょう。

前処理

前処理では、材料表面の油や錆び、異物などを取り除いてきれいにします。 前処理の目的は、塗料が広がりやすくする、材料と塗料の密着性を向上させる、保護機能の向上などが挙げられます。 前処理を適切に行わなければ、塗装処理後に塗膜が剥がれてしまうといった不具合が発生する可能性があるため、重要な工程です。 前処理は、研磨などによって表面をきれいにする機械的前処理と、表面を皮膜で覆うことで塗料の密着度を高める化学的前処理の2種類に分類されます。

調合

機能性を高めるために複数の塗料を混合したり、色を整えたりするために異なる塗料を調合します。 また、塗装方法や塗装環境に合わせてシンナーなどの希釈材を調合して塗料を調整することもあります。 調合工程の質によって、塗料の性能や塗装の作業性、塗膜の平坦性や色などが影響を受けます。

塗布

上述した様々な塗装方法を用いて、塗料を材料に塗り付けたり、吹き付けたりして塗膜を形成させます。 塗装方法によっては、下塗り、中塗り、上塗りといったように複数回に分けて塗料を塗布することがあります。 塗布工程は、塗膜の厚さと均一性をはじめとして、塗装品質の全てに影響する最も重要な工程です。 そのため、材料や塗装の目的に合った最適な塗装方法を選定し、適切な作業を行う必要があると言えるでしょう。

乾燥

塗布した塗料を塗膜に変化させるために、常温乾燥または加熱乾燥を行います。 常温乾燥には、何も手を加えない自然乾燥と、紫外線や電子線を照射する方法の2種類があります。 加熱乾燥では、熱風や赤外線、電磁誘導などで塗布した塗料を加熱して乾燥させます。 乾燥工程は、穴などの塗膜欠陥の発生や塗膜の硬化状態に影響します。

塗装のメリット・デメリット

塗装のメリット

・塗装するものの大きさや形状に制限を受けにくい ・金属、プラスチック、ガラス、セラミック、木材など、あらゆる材料に塗装できる ・塗装方法や塗料が多種多様であり、選択肢が多い ・塗装で形成できる塗膜の膜厚が幅広く、薄い塗膜から分厚い塗膜まで選択できる ・塗装方法によっては、塗装対象がある場所に行って作業ができる ・不具合が発生しても、塗りなおすことによって修正しやすい

塗装のデメリット ・塗膜の密着性が低い傾向にある ・塗装方法や作業者のスキルによっては、塗膜が均一でなくムラが発生しやすい ・メッキよりも強度が低く、損傷を受けやすい傾向にある

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