UV硬化コーティングの自動車用途

UV技術は、工業用コーティングの硬化における「注目の」技術として多くの人に認識されています。工業用コーティングや自動車コーティング業界では新しい技術かもしれませんが、他の業界では30年以上前から利用されています。

UV技術は、多くの人から工業用コーティングの硬化における「注目の」技術だと考えられています。工業用および自動車用コーティング業界では多くの人にとって新しい技術かもしれませんが、他の業界では30年以上前から存在しています。人々は毎日UVコーティングされたビニール製床材の上を歩き、多くの人が自宅にそれを使用しています。UV硬化技術は、民生用電子機器業界でも重要な役割を果たしています。たとえば携帯電話の場合、UV技術はプラスチック製ハウジングのコーティング、内部の電子機器を保護するためのコーティング、UV接着剤で結合された部品、さらには一部の携帯電話に搭載されているカラースクリーンの製造に使用されています。同様に、光ファイバーおよびDVD/CD業界ではUVコーティングと接着剤のみが使用されており、UV技術によって開発されていなければ、今日私たちが知っているような業界は存在していなかったでしょう。

では、UV硬化とは何でしょうか？簡単に言えば、UVエネルギーによって開始・維持される化学反応によってコーティング剤を架橋（硬化）させるプロセスです。コーティング剤は1分も経たないうちに液体から固体へと変化します。コーティング剤に含まれる原材料や樹脂の機能性には根本的な違いがありますが、これらはコーティング剤を使用する人にとっては明らかです。

従来の塗布装置（エアアトマイズスプレーガン、HVLP、ロータリーベル、フローコーティング、ロールコーティングなど）はUVコーティングを塗布します。しかし、コーティング塗布後に加熱炉で溶剤をフラッシュさせる代わりに、UVランプシステムによって生成されたUVエネルギーでコーティングを硬化させます。このシステムは、硬化に必要な最小限のエネルギーでコーティングを照射します。

UV 技術の特性を活用している企業や業界は、優れた生産効率と優れた最終製品を提供し、利益を向上させることで、並外れた価値を実現しています。

UVの属性を活用する

活用できる主な特性は何でしょうか？まず、前述の通り、硬化が非常に速く、室温で行うことができます。これにより、熱に弱い基材を効率的に硬化させることができ、あらゆるコーティングを非常に短時間で硬化させることができます。硬化時間が長いことがプロセスの制約（ボトルネック）となっている場合、UV硬化は生産性の鍵となります。また、その速度により、プロセスに必要なフットプリントが大幅に縮小されます。例えば、従来のコーティングでは、ライン速度15 fpmで30分間のベーキングが必要で、オーブン内で450フィートのコンベアが必要になりますが、UV硬化コーティングでは25フィート（またはそれ以下）のコンベアしか必要ありません。

UV架橋反応により、物理的耐久性に非常に優れたコーティングが得られます。コーティングは、床材などの用途向けに硬く調合することも可能ですが、非常に柔軟に調合することも可能です。硬質コーティングと柔軟コーティングの両方が、自動車用途で使用されています。

これらの特性は、自動車用コーティングにおけるUV技術の継続的な開発と普及の原動力となっています。もちろん、工業用コーティングのUV硬化には課題も存在します。プロセスオーナーにとって最大の懸念事項は、複雑な部品のあらゆる領域にUVエネルギーを照射できるかどうかです。コーティングの硬化に必要な最小限のUVエネルギーを、コーティング表面全体に照射する必要があります。そのためには、部品の綿密な分析、部品の配置、そして影になる部分をなくすためのランプの配置が必要です。しかしながら、ランプ、原材料、そして配合製品の大幅な改良により、これらの制約のほとんどを克服することができました。

自動車用前方照明

UVが標準技術となった自動車用途は、特に自動車前方照明業界です。この業界では15年以上UVコーティングが使用されており、現在では市場の80%を占めています。ヘッドランプは、コーティングが必要な2つの主要部品、すなわちポリカーボネートレンズとリフレクターハウジングで構成されています。レンズには、ポリカーボネートを風雨や物理的損傷から保護するために、非常に硬く傷つきにくいコーティングが必要です。リフレクターハウジングには、基材を密封し、メタライゼーションのための非常に滑らかな表面を提供するUVベースコート（プライマー）が施されています。リフレクターベースコート市場は現在、実質的に100%UV硬化型です。UVコーティングが採用された主な理由は、生産性の向上、プロセスフットプリントの縮小、そして優れたコーティング性能です。

使用されるコーティング剤はUV硬化型ですが、溶剤を含んでいます。しかし、オーバースプレーの大部分は回収され、プロセスに再循環されるため、ほぼ100%の転写効率を達成しています。今後の開発では、固形分を100%にまで高め、酸化剤を不要にすることを目指しています。

外装プラスチック部品

あまり知られていない用途の一つに、成形されたカラーボディサイドモールディングへのUV硬化型クリアコートの使用があります。このコーティングは当初、ビニール製のボディサイドモールディングの外観における黄ばみを軽減するために開発されました。モールディングに物体が衝突してもひび割れが生じず、接着力を維持するには、コーティングは非常に強靭で柔軟性が高くなければなりませんでした。この用途でUVコーティングが使用される主な理由は、硬化速度（プロセスフットプリントが小さい）と優れた性能特性です。

SMCボディパネル

シートモールディングコンパウンド（SMC）は、30年以上にわたって鋼鉄の代替として使用されてきました。SMCは、ガラス繊維を充填したポリエステル樹脂をシート状に成形したものです。次に、これらのシートを圧縮金型に入れてボディパネルに成形します。SMCが選択される理由は、少量生産時の金型費用の削減、重量の軽減、へこみや腐食への耐性、そしてスタイリストの自由度の向上です。しかし、SMCを使用する上での課題の1つは、組立工場での部品の仕上げです。SMCは多孔質の基材です。車両に装着されたボディパネルがクリアコート塗装オーブンを通過すると、「ポロシティポップ」と呼ばれる塗装欠陥が発生する可能性があります。この場合、少なくとも部分的な補修が必要になり、「ポップ」が多数発生する場合は、ボディシェルの完全な再塗装が必要になります。

3年前、この欠陥を解消するため、BASFコーティングスはUV/熱ハイブリッドシーラーを製品化しました。ハイブリッド硬化を採用する理由は、オーバースプレーが非重要表面で硬化されるためです。「ポロシティポップ」を解消するための重要なステップは、UVエネルギーへの曝露です。これにより、重要表面の曝露された塗膜の架橋密度が大幅に向上します。シーラーが最低限のUVエネルギーを受けなくても、塗膜は他のすべての性能要件を満たします。

この事例では、デュアルキュア技術を用いることで、UV硬化を利用することで新たなコーティング特性を実現しながら、高付加価値用途におけるコーティングの安全性を確保しています。この応用例は、UV技術が独自のコーティング特性を提供できることを示すだけでなく、高付加価値、大量生産、大型かつ複雑な自動車部品においてもUV硬化コーティングシステムが実用可能であることを示しています。このコーティングは、約100万枚のボディパネルに使用されています。

OEMクリアコート

UV技術市場で最も注目度が高いセグメントは、自動車外装パネルのクラスAコーティングと言えるでしょう。フォード・モーター・カンパニーは、2003年の北米国際オートショーにおいて、プロトタイプ車両「コンセプトU」にUV技術を搭載した車両を出展しました。実演されたコーティング技術は、アクゾ・ノーベル・コーティングス社が開発・供給したUV硬化型クリアコートでした。このコーティングは、様々な素材で作られた個々のボディパネルに塗布・硬化されました。

フランスで隔年開催される世界有数の自動車用塗料会議であるSurcarにおいて、デュポン・パフォーマンス・コーティングスとBASFは2001年と2003年に、自動車用クリアコートのUV硬化技術に関するプレゼンテーションを行いました。この開発の原動力は、塗装における顧客満足度の主要課題である耐傷付き性および耐擦傷性の向上です。両社はハイブリッド硬化（UV硬化と熱硬化）コーティングを開発しました。ハイブリッド技術の追求は、目標とする性能特性を達成しながら、UV硬化システムの複雑さを最小限に抑えることを目指しています。

デュポン社とBASF社は、両社とも自社施設にパイロットラインを設置しています。ヴッパータールにあるデュポン社のラインは、車体全体を硬化させる能力を備えています。コーティング会社は、優れたコーティング性能を示すだけでなく、塗装ラインソリューションも実証する必要があります。デュポン社が挙げるUV/熱硬化のもう一つの利点は、加熱炉の長さを短縮するだけで、仕上げラインのクリアコート部分の長さを50%短縮できることです。

エンジニアリング部門では、Dürr System GmbHがUV硬化のための組立工場のコンセプトについてプレゼンテーションを行いました。このコンセプトにおける重要な変数の一つは、仕上げラインにおけるUV硬化工程の配置でした。エンジニアリングソリューションには、UVランプを加熱炉の前、中、または後に配置するものが含まれていました。Dürrは、現在開発中の配合を含むほとんどのプロセスオプションに対してエンジニアリングソリューションが存在すると考えています。Fusion UV Systemsはまた、自動車ボディのUV硬化プロセスをコンピューターシミュレーションする新しいツールを発表しました。この開発は、組立工場におけるUV硬化技術の導入を支援し、加速するために行われました。

その他のアプリケーション

自動車内装に使用されるプラスチックコーティング、アルミホイールおよびホイールカバーのコーティング、大型成形カラー部品のクリアコート、そしてボンネット下部品向けのコーティングの開発が進められています。UVプロセスは、安定した硬化プラットフォームとして継続的に検証されています。実際に変化しているのは、UVコーティングがより複雑で高価値な部品へと移行しつつあることです。このプロセスの安定性と長期的な実現可能性は、前方照明への応用において実証されています。このプロセスは20年以上前に開発され、現在では業界標準となっています。

UV技術には「クール」な要素があると考える人もいますが、業界がこの技術で目指すのは、塗装業者の課題に対する最適なソリューションを提供することです。技術そのものを技術として使う人はいません。技術は価値を提供するものでなければなりません。その価値は、硬化速度に関連した生産性の向上という形で実現できます。あるいは、現在の技術では実現できなかった、改善された特性や新しい特性によって実現できるかもしれません。コーティングが汚れにさらされる時間が短くなることで、初回品質が向上するというメリットもあります。施設におけるVOC（揮発性有機化合物）を削減または排除する手段となるかもしれません。この技術は価値を提供します。UV業界と塗装業者は、塗装業者の収益を向上させるソリューションを継続的に開発するために協力していく必要があります。