省エネルギー型製造プロセス｜Openair-Plasma^®大気圧プラズマでの表面前処理による効率化

大気圧下で動作するプラズマ技術は、インラインへの組み込みが容易で、多くの産業分野で製造プロセスの最適化 (プロセス設計の再構築) を可能にします。
すべての表面処理工程がドライ条件下で行われるため、省エネルギー化の大きな可能性を備えています。これにより、大量のエネルギーを必要とする乾燥工程をなくすことができ、有害な化学薬品の使用や廃棄も削減できます。

乾燥工程を不要にする手法として、長年にわたり実績を積み重ねてきたのが、大気圧プラズマによるコーティングです。
プラズマコーティングでは、表面に新たな機能を付与することができ、多くの場合、塗装などの従来型コーティング工程と比べてコストを大幅に抑えることが可能です。

従来、プラズマコーティングはPVDやスパッタリングなどの低圧プロセスで行われてきましたが、現在ではOpenair-Plasma^®プロセスとPlasmaPlus^®(プラズマプラス) を組み合わせることで、真空チャンバーを使用することなく、大気圧 (常圧) 下でのプラズマコーティングが可能になっています。

軽量構造の目的は、製品の製造・組立・輸送・使用といった各工程での資源消費を削減することにあります。その実現に向けて、従来のスチールなどの素材に代わり、GFRP (ガラス繊維強化プラスチック) やCFRP (炭素繊維強化プラスチック) といった新しい複合材料が広く採用されています。これにより、原材料コストの削減だけでなく、製造工程でのエネルギー効率が向上し、物流コストの大幅な削減にもつながります。

接着、ラミネート加工、塗装など、異なる材料を組み合わせる場合には、確実な接合を実現するために表面エネルギーと表面の清浄度が極めて重要となります。十分な接着特性を得るためには、多くの場合、製造プロセスにおいて材料を特定の処理温度まで加熱する必要があります。しかし、このような工程は一般的にエネルギー消費の大きいプロセスとなります。これに対し、プラズマ処理は非常に効果的な表面前処理技術であると同時に、省エネルギーな代替プロセスでもあります。

大気圧プラズマ技術 Openair-Plasma^®を利用することで、多くの用途において処理温度を大幅に低減でき、加熱工程の短縮や、場合によっては完全に省略することも可能です。また、UV硬化型コーティングなどの代替塗装システムを使用する場合には、乾燥炉自体を不要にすることもできます。

コイルコーティングの導入事例として、Openair-Plasma^®による超微細クリーニングとプラズマ活性化を組み合わせることで、UV硬化型塗料の使用が可能になったものがあります。その結果、システム全体の構成規模を従来型システムの約25％にまで削減することができ、省スペース化とエネルギー効率の両立を実現しています。

現在も多くの産業で用いられているアニール (焼鈍) プロセスは、Openair-Plasma^®による前処理と比較して、はるかに多くの時間とエネルギーを消費します。たとえばアルミ箔などの製品では、表面の軽い油分 (ライトグリース) を除去するために、アニール炉で高温状態を数日間維持し、油脂を分解・蒸発させる必要があります。

一方、プラズマは熱伝達効率が非常に高く、Openair-Plasma^®によるクリーニングをアニール処理と組み合わせることで、処理時間を大幅に短縮することができます。実際に、従来72時間かかっていた工程をわずか10分に短縮した事例もあります。さらに、多くのケースでは熱処理工程そのものを完全に不要にすることも可能です。