脱脂
脱脂とは、金属や樹脂、ガラスなどの表面から切削油・防錆油・離型剤・指紋等の油分を除去し、めっき、塗装、溶接、接着、印刷といった後工程の密着性と信頼性を高めるための前処理である。油膜は濡れ性や表面エネルギーを低下させ、はじき、ピンホール、ブリスター、ポロシティ等の欠陥を招くため、対象材質・汚れ性状・環境法規に適合した脱脂プロセスを設計することが品質の起点となる。
目的と役割
脱脂の主目的は表面の清浄化による密着性・導通性・外観の確保である。機械加工後の切削油、プレス加工時の潤滑油、圧延油、組立時の皮脂など多様な油分を対象とし、微細な孔やエッジ、ねじ溝に残存する油を確実に除去する。清浄度は接触角、ダイン値、非揮発性残渣(NVR)などで評価し、工程能力として安定管理する。
主な方法
代表的な脱脂法は水系と溶剤系に大別され、電気化学的・物理的支援を組み合わせる。
- アルカリ洗浄：苛性ソーダ等のアルカリと界面活性剤で油を皿化・乳化して除去する。鉄鋼に適し、温度・濃度・攪拌で洗浄力を調整する。
- 溶剤洗浄：炭化水素系などで油を溶解させる。乾燥が速く複雑形状に有効だが、VOC・防爆・作業環境管理が要件となる。
- 電解脱脂：アルカリ浴中で通電しガス撹拌と界面反発で汚れを剥離する。鋼・銅系で効果が高い。
- 超音波洗浄：キャビテーションにより微細部の再付着を抑えて洗浄する。微小バリや脆弱部への影響に配慮する。
- 蒸気脱脂：溶剤蒸気の凝縮熱で油を溶解する。密閉・回収装置と漏洩監視が前提となる。
- プラズマ/UVオゾン：最表面の有機汚染を分解し、同時に表面改質で濡れ性を高める。
- 超臨界CO2：溶解性と拡散性に優れ、乾燥工程の簡略化が期待できる。
プロセス設計と条件
洗浄力は「Sinnerの円」に従い、化学作用(薬液)、温度、時間、機械力の総合で決まる。典型的な工程は、予備洗浄→本洗浄→リンス(多段)→乾燥で構成し、ドラグアウト低減のために段間で滴下時間やエアナイフを設ける。循環ろ過、オイルスキマー、比重分離で浴負荷を管理し、pH・導電率・濁度・油分計で日常点検を行う。乾燥は熱風・真空・遠赤外等から選定し、再付着防止のため清浄エリアでの取り扱いを徹底する。
品質評価と検査
濡れ性は接触角やダインペンで迅速判定し、表面炭素量の変化はFTIR、XPS等で確認する。NVR測定や重量法は定量的だが、サンプリングと前処理のばらつきに注意する。白布拭き・水はじき観察・蛍光トレーサを用いた可視化は現場適用性が高い。最終リンスの導電率や微粒子清浄度(例えばISO 16232/VDA 19に整合)を規格化し、工程能力指数で管理する。
材料・形状ごとの注意点
アルミニウムは強アルカリで腐食しやすいため、緩衝剤や防食剤を添加し温度上限を設ける。銅・黄銅はアンモニア系で変色することがあり、短時間処理と即時乾燥が有効である。ステンレスはパッシブ皮膜を損なわない条件設定が要る。ゴム・樹脂は溶剤膨潤に注意し、水系・プラズマを優先する。複雑形状・毛細溝は超音波やジェットで機械力を補完する。
環境・安全と法規制
溶剤系はVOC、PRTR、作業環境測定、有機溶剤中毒予防規則への適合が必須である。爆発下限界や換気量、防爆電気機器の選定を行い、漏洩監視と回収再生で排出を最小化する。水系は排水の油分、COD、界面活性剤、金属塩を考慮し、凝集沈殿・浮上分離・活性汚泥・膜処理を組み合わせる。ケミカルのSDSを参照し、PPE・こぼれ対策・禁水反応性の有無を明確化する。
前後工程との整合
切削・研磨・バレルなど上流からの油・粉塵の持ち込みを抑え、保管中の再汚染を防ぐために防塵梱包・手袋・クリーン搬送を徹底する。下流のめっき・塗装・接着は表面エネルギーに強く依存するため、最終リンスはDI水とし、乾燥後は速やかに次工程へ通す。設備内の死角、バスの老化、キャビネット内の風向など細部の整流化が、量産安定化の鍵となる。
代表的な不具合と対策
塗装はじきやブリスターは未除去油膜や界面活性剤残渣が原因であり、濃度・温度・時間の再設定、リンス段数追加、最終リンスの導電率管理(<1 µS/cm目安)で改善する。溶接ポロシティは溶解ガスや油残りに起因するため、前処理の乾燥強化と直前拭き取りで抑制する。再付着は汚れた治工具・搬送コンベヤから発生するため、治具の定期脱脂とゾーニングで封じ込める。
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