JP2004322031A

JP2004322031A - 塗装方法

Info

Publication number: JP2004322031A
Application number: JP2003123787A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Morikawa; 豊森川; Takashi Arakawa; 孝荒川; Osamu Tanaka; 修田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】ワキ不具合や肌不良といった塗装不良を防止しつつ下塗り塗装と中塗り塗装とのウェットオンウェット塗装系が実現できる塗装方法を提供する。
【解決手段】少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法であって、水系下塗り塗料と、親水性溶剤の含有量が中塗り塗料全量に対して１０〜３０重量％の中塗り塗料を用い、下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、自動車ボディ等に適用して好ましい塗装方法に関し、特に下塗り塗料と中塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装し、これを同時に焼き付ける２コート１ベーク系の塗装方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
自動車ボディの塗装系は、エポキシ系樹脂を主剤とする電着塗料などが適用される下塗り塗装と、ポリエステル系樹脂を主剤とする中塗り塗料と、同じくポリエステル系塗料を主剤とする上塗り塗料の３種の塗料を用い、下塗り塗装を施したのちこれを焼き付け、硬化した下塗り塗膜の上に中塗り塗装を施したのちこれを焼き付け、硬化した中塗り塗膜の上に上塗り塗装を施したのちこれを焼き付けることで完成する、いわゆる３コート３ベーク系の塗装方法が採用されている。
【０００３】
ところが、こうした３コート３ベーク塗装系では、下塗り塗装工程、中塗り塗装工程及び上塗り塗装工程のそれぞれに乾燥炉が必要とされるので、乾燥炉を設置するための広い工程スペースが必要となり、また乾燥炉で消費されるエネルギが自動車の生産コストに反映する。
【０００４】
そこで、これら３つの工程に設けられた乾燥炉を２つ以下に減じて上記問題を解決するために、下塗り塗装と中塗り塗装又は中塗り塗装と上塗り塗装をウェットオンウェットで塗装することが検討されている。
【０００５】
しかしながら、下塗り塗装と中塗り塗装とをウェットオンウェットで塗装し、これらを同時に焼き付ける塗装系では、以下の問題があった。
【０００６】
すなわち、下塗り塗料の焼き付け温度は１７０℃×２０分保持であるのに対し、中塗り塗料の焼き付け温度は１４０℃×２０分保持であるため、これらを同時に焼き付けると、図４に示すように上層に塗装された中塗り塗膜が１４０℃近傍で先に硬化し始めたのちに下層に塗装された下塗り塗膜が１７０℃近傍で硬化し始める。
【０００７】
このため、下層の下塗り塗膜が硬化する際に、その溶剤が、既に硬化が進行している中塗り塗膜を突き破って蒸発するワキ不具合や、中塗り塗膜が硬化したのちに下塗り塗膜が硬化して収縮することで中塗り塗膜が肌不良になるといった問題があった。
【０００８】
【発明の開示】
本発明は、ワキ不具合や肌不良といった塗装不良を防止しつつ下塗り塗装と中塗り塗装とのウェットオンウェット塗装系が実現できる塗装方法ことを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法において、水系下塗り塗料と、親水性溶剤の含有量が中塗り塗料全量に対して１０〜３０重量％の中塗り塗料を用い、前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装することを特徴とする塗装方法が提供される。
【００１０】
本発明では、親水性溶剤が１０〜３０重量％含有する中塗り塗料を、水系下塗り塗膜の上に塗装し、これら下塗り塗料と中塗り塗料とを同時に焼き付け硬化させるので、下層の下塗り塗膜に残存した溶剤分、すなわち水分が、上層の中塗り塗膜に含まれた親水性溶剤に吸収され、当該中塗り塗膜に円滑に移行する。
【００１１】
これにより、両塗膜の焼き付け硬化時において、下塗り塗膜に含まれる水分の蒸発が促進される（特に、水との共沸によって沸点が水単独の沸点より降下する）ので、下層の下塗り塗料の溶剤が未硬化状態である上層の中塗り塗膜を突き破るといったワキ不具合の発生を防止することができ、また中塗り塗膜の肌不良を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る塗装方法を示す工程図である。
【００１３】
本実施形態に係る塗装方法は、下塗り塗装、中塗り塗装及び上塗り塗装の３コート系の塗装系において、下塗り塗装と中塗り塗装とをウェットオンウェットで塗装し、これらを同時に焼き付けたのち上塗り塗装を施す、いわゆる３コート２ベークの塗装系である。下塗り塗装と中塗り塗装に関していえば２コート１ベークの塗装系である。
【００１４】
すなわち、洗浄・前処理された被塗物である自動車ボディを電着槽に浸漬させることで電着塗装を施し、これを焼き付け硬化させることなく中塗りブースに搬送し、未硬化の電着塗膜上に中塗り塗料を塗装したのち、中塗り乾燥炉にてこれら未硬化の電着塗膜及び中塗り塗膜を同時に焼き付ける。
【００１５】
ここで、本実施形態で用いられる電着塗料と中塗り塗料は、硬化温度及び硬化温度保持時間が実質的に同一である。従来の電着塗料の硬化条件は１７０℃×２０分保持が一般的であり、また中塗り塗料の硬化条件は１４０℃×２０分保持が一般的であるが、本実施形態では、電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件をともに１６０℃×２０分保持とする。
【００１６】
すなわち、既存の電着塗料および中塗り塗料に対し、本例の電着塗料はその硬化温度を低温化させるものであり、また、本例の中塗り塗料はその硬化温度を高温化させたものである。
【００１７】
電着塗料の硬化温度を低温化させる手法としては、たとえば、電着塗料が基体樹脂としてのエポキシ系樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、ブロックポリイソシアネートをブロックするアルコール系ブロック剤に、既存のアルコール系ブロック剤より短いアルキル基のアルコール系ブロック剤を採用する。短いアルキル基のアルコール系ブロック剤を用いることでブロック剤の解離温度が低下し、これにより電着塗料の反応温度を低温化させることができる。
【００１８】
また、中塗り塗料の硬化温度を高温化させる手法としては、たとえば、中塗り塗料が水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、ブロックポリイソシアネートをブロックするアルコール系ブロック剤に、既存のアルコール系ブロック剤より長いアルキル基のアルコール系ブロック剤を採用する。長いアルキル基のアルコール系ブロック剤を用いることでブロック剤の解離温度が上昇し、これにより中塗り塗料の反応温度を高温化させることができる。
【００１９】
また、中塗り塗料の硬化温度を高温化させる他の手法として、中塗り塗料が水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、中塗り塗料中に中和しているアミンについて既存のアミンよりも高沸点のアミンを採用する。これによりアミンと水との結合力が低下し、極力長い時間カルボキシル基をブロックすることができるので、中塗り塗料の反応温度を高温化させることができる。
【００２０】
なお、本発明の塗装方法では、上記のように１６０℃×２０分保持の硬化条件に何ら限定されることはなく、電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件をともにＴ℃×ｔ分保持（Ｔ，ｔは任意の数）とすることもできる。この場合には、電着塗料及び中塗り塗料ともに従来の硬化条件を上述した手法を用いて変更させる。
【００２１】
特に本実施形態の中塗り塗料には、親水性溶剤を、中塗り塗料全量に対して１０〜３０重量％添加したものが使用される。
【００２２】
本例で使用することができる親水性溶剤としては、特に限定されることなく、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤などを例示することができ、なかでもエーテル系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤などの低沸点の親水性溶剤が好ましい。ここでいう低沸点の親水性溶剤としては、水よりも沸点が低い溶剤が最も好ましいが、水との共沸により水単独よりも低沸点化できるものであれば良い。こうした低沸点の親水性溶剤を水系塗料に加えると、飽和蒸気圧が大幅に減少し、急激な水蒸気蒸発を有効に抑制することができ、相変化を容易に行うことができる。
【００２３】
低沸点のエーテル系溶剤としては、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、メチルイソアミルエーテル、エチルプロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、エチルブチルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ビニルエーテル、アリルエーテル、メチルビニルエーテル、メチルアリルエーテル、エチルビニルエーテル、エチルアリルエーテル、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化トリメチレン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサンなどを例示することができる。
【００２４】
また、低沸点のエステル系溶剤としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、イソ酪酸メチル、ケイ皮酸メチルなどを例示することができる。
【００２５】
また、低沸点のアルコール系溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、アリルアルコールなどを例示することができる。
【００２６】
さらにケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを例示することができる。
【００２７】
以上の低沸点親水性溶剤のなかでも、飽和蒸気圧、蒸気速度および溶解性の観点から、低沸点アルコールがより好ましい。さらに、低沸点アルコールのなかでも、人体に対して毒性の低いメチルアルコールやエチルアルコールが環境対策上、最も好ましい。
【００２８】
また、こうした親水性溶剤は、中塗り塗料全量に対して１０〜３０重量％添加することが望ましい。添加量が１０重量％未満であると、目的とする電着塗膜に含まれる水分を充分に吸収移行させることができない。また、添加量が３０重量％を超えると下塗り塗膜と中塗り塗膜との混層が発生し密着性不良となって好ましくない。
【００２９】
次に本実施形態の塗装方法を適用した塗装ラインの一例を説明する。図２は本発明の実施形態に係る塗装方法を適用した塗装ラインを示す図であって図１（Ａ）の工程図に対応するラインレイアウト図、図３は本発明の実施形態に係る塗装方法による電着塗膜と中塗り塗膜を示す断面図である。
【００３０】
ホワイトボディとして組み立てられた自動車ボディは、車体組立工程から塗装工場に搬入され、最初の前処理ブース１にて、ボディに付着した油や塵埃が除去されるとともに、ボディを構成する鋼板表面に防錆用化成被膜が形成される。
【００３１】
前処理ブース１を通過することで清浄及び化成被膜が形成されたボディは、電着塗料が満たされた電着塗装槽２に搬送され、電着塗料に浸漬される。電着塗装槽２では電着塗料に高電圧が印加されることにより電着塗料が電気泳動し、これによりボディに電着塗膜が形成される。電着塗装槽２を出槽したボディは、電着水洗ブース３に搬入され、ここでボディに付着した余分な電着塗料が洗い流される。ここで、硬化条件を１６０℃×２０分保持とした電着塗料を電着塗装槽２に満たしておく。
【００３２】
従来の塗装方法では、電着水洗を終了したボディを電着乾燥炉に搬入し、電着塗膜を焼き付け硬化させるが、本実施形態では電着乾燥炉を設けずに、電着塗膜が未硬化の状態でボディを中塗りブース４へ搬入する。なお、既存の塗装ラインをそのまま使用する場合には、電着乾燥炉の運転を停止して未硬化の電着塗膜が形成されたボディをそのまま通過させる。
【００３３】
中塗りブース４では、硬化条件を１６０℃×２０分保持にした中塗り塗料をボディに塗装する。塗装方法は特に限定されず、ベル式塗装ガンやスプレー式塗装ガンなどを用いて塗装する。また、中塗り塗料の材質も特に限定されず、水系塗料及び有機溶剤系塗料の何れも使用することができるが、電着塗料が水系塗料である場合には中塗り塗料も水系塗料を用いることがより好ましい。
【００３４】
未硬化の電着塗膜の上に中塗り塗料が塗布されたボディは中塗り乾燥炉５に搬入され、ここで電着塗膜及び中塗り塗膜が同時に焼き付け硬化される。
【００３５】
図３は、この中塗り乾燥炉５において、鋼板１１の表面に形成された電着塗膜１２と、その表面に形成された中塗り塗膜１３の様子を模式的に示す断面図である。本実施形態では、中塗り塗料に親水性溶剤が適量添加されているので、下層の下塗り塗膜１２に残存した水分が、同図の矢印で示すように上層の中塗り塗膜１３に含まれたこの親水性溶剤に吸収され、当該中塗り塗膜１３に円滑に移行する。
【００３６】
これにより、両塗膜１２，１３の焼き付け硬化時において、下塗り塗膜１２に含まれる水分の蒸発が促進される。特に、水との共沸によって沸点が水単独の沸点より降下するので、下層の下塗り塗膜１２の溶剤が未硬化状態である上層の中塗り塗膜１３を突き破るといったワキ不具合の発生を防止することができ、また中塗り塗膜の肌不良を防止することができる。
【００３７】
また本例では、硬化条件が同じ電着塗料と中塗り塗料を用いているので、ボディ温度が１６０℃近傍に達したときに、電着塗膜１２及び中塗り塗膜１３が同時に硬化反応を開始し、さらに電着塗料および中塗り塗料それぞれのガラス転移点を超えたところで電着塗膜１２および中塗り塗膜１３ともに粘度が一旦低下し、ここで電着塗膜１２および中塗り塗膜１３ともに平滑になる。そして、さらにボディ温度が上昇すると電着塗膜１２および中塗り塗膜１３の粘度が再度上昇し、最終的に硬化する。
【００３８】
図２に戻り、中塗り乾燥炉５を通過し、硬化した電着塗膜及び中塗り塗膜が形成されたボディは、シーリング工程、ストーンガード塗布工程、アンダーコート塗布工程およびインシュレータセット工程（これらを総称して図２に８で示す。）に搬送される。
【００３９】
シーリング工程とは、自動車ボディのパネル合わせ面やヘミング部に塩化ビニル樹脂製シーリング材を塗布し、水密性・気密性あるいは防錆性を確保するための工程である。
【００４０】
ストーンガード塗布工程とは、自動車ボディのシルアウタ、ドア下部、フロントフェンダ下部、リヤフェンダ下部などに、走行中の飛び石による塗膜損傷を防止するためのストーンガードコート（耐チッピング塗料）を塗布するための工程である。
【００４１】
アンダーコート塗布工程とは、自動車ボディの床裏面、タイヤハウスなどに塩化ビニル樹脂製アンダーコート材を塗布し、走行中の飛び石による塗膜損傷を防止するための工程である。
【００４２】
インシュレータセット工程とは、ダッシュパネルやフロア面の適宜箇所にインシュレータ（防音・防振材）をセットする工程である。
【００４３】
これらの工程で使用される材料、すなわちシーリング材、ストーンガードコート、アンダーコート材およびインシュレータは何れも加熱工程を必要とするので、次の工程に乾燥炉９が設けられている。自動車ボディが乾燥炉９を通過することでシーリング材、ストーンガードコート、アンダーコート材がそれぞれ硬化し、またインシュレータは一時的に軟化することでパネル面に馴染むことになる。
【００４４】
次に自動車ボディを上塗りブース６に搬入する。上塗りブース６では従来公知の方法により上塗り塗料が塗装され、次の上塗り乾燥炉７にて上塗り塗膜が焼き付け硬化される。
【００４５】
以上のように、本実施形態の塗装方法によれば、従来必要とされた電着乾燥炉が不要となるので、塗装ラインの工程スペースが格段に縮小される。また、電着乾燥炉にて使用されていた熱エネルギーも不要となるので生産コストを低減させることができる。
【００４６】
これに加えて、中塗り塗料に親水性溶剤が適量添加されているので、下層の下塗り塗膜に残存した水分が、上層の中塗り塗膜に含まれたこの親水性溶剤に吸収され、当該中塗り塗膜に円滑に移行し、その結果、ワキ不具合や肌不良といった塗装不具合を防止することができる。
【００４７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４８】
たとえば、図１（Ａ）に示すシーリング工程、ストーンガード塗布工程、アンダーコート塗布工程およびインシュレータセット工程は、同図（Ｂ）に示すように、電着塗装工程と中塗り塗装工程との間に設定することもできる。この場合には、これらシーリング工程、ストーンガード塗布工程、アンダーコート塗布工程およびインシュレータセット工程を終了した後の専用乾燥炉、すなわち図２の乾燥炉９を省略し、中塗り乾燥炉５で代用することも可能である。
【００４９】
【実施例】
実施例１
自動車ドアパーツに脱脂、前処理およびリン酸亜鉛化成被膜処理を施し、これを水洗したのち、カチオン電着塗料（関西ペイント社製ＮＴ−１００Ｂ）を４００Ｖの電圧で３分間電着塗装した。これを水洗したのち室温で５分間セッティングした。電着膜厚は２０μｍであった。
【００５０】
この電着塗膜の上に、中塗り塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製ＡＧＸシーラー）に、塗料全量に対してメチルアルコールを１０重量％添加し、この塗料を乾燥膜厚で２５〜３０μｍとなるように塗装し、１６０℃×２０分保持の条件で電着塗膜および中塗り塗膜を同時に焼き付けた。
【００５１】
次いで、中塗り塗膜の上に、上塗り塗料としてのベース塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製シルバーメタリックベースアクアＢＣ−３）とクリヤ塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製クリヤＢ７３００）をウェットオンウェットで塗装し、１４０℃×２０分保持で焼き付けた。ベース塗膜の膜厚は１０μｍ、クリヤ塗膜の膜厚は３０μｍであった。
【００５２】
実施例２
中塗り塗料に、塗料全量に対してメチルアルコールを３０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５３】
実施例３
中塗り塗料に、塗料全量に対してエチルアルコールを１０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５４】
実施例４
中塗り塗料に、塗料全量に対してエチルアルコールを３０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５５】
比較例１
中塗り塗料に親水性溶剤を何ら添加することなくそのまま使用した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５６】
比較例２
中塗り塗料に、塗料全量に対してメチルアルコールを５重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５７】
比較例３
中塗り塗料に、塗料全量に対してメチルアルコールを３５重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５８】
評価方法
上記実施例１〜４および比較例１〜３のテストピースの塗膜外観（塗り肌）を目視評価し、非常に良好なものを○、やや良好なものを△、不良のものを×とした。
【００５９】
また、テストピースの塗膜にカッターで２ｍｍの升目を１００個作り、その表面にセロファンテープを密着させ、強く引き剥がした後の状態を評価した。そして、１００％剥がれなかったものを◎、９５％以上剥がれなかったものを○、９０％以上剥がれなかったものを△、９０％未満剥がれなかったものを×とした。以上の結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】

考察
実施例１〜４のテストピースは全て良好な塗装品質を示したが、比較例１〜３は塗装肌に欠陥が生じた。また、密着性についても実施例１〜４の方が比較例１〜３に比べて良好であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る塗装方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塗装方法を適用した塗装ラインを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る塗装方法の中塗り乾燥炉における塗膜状態を説明するための断面図である。
【図４】従来の塗装方法の中塗り乾燥炉における時間と温度との関係及び時間と粘度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…前処理ブース
２…電着塗装槽
３…電着水洗ブース
４…中塗り塗装ブース
５…中塗り乾燥炉
６…上塗り塗装ブース
７…上塗り乾燥炉

Claims

少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法において、
水系下塗り塗料と、親水性溶剤の含有量が中塗り塗料全量に対して１０〜３０重量％の中塗り塗料を用い、
前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装することを特徴とする塗装方法。
前記親水性溶剤が低沸点アルコールであることを特徴とする請求項１記載の塗装方法。
前記下塗り塗料を塗装したのち、シーリング、ストーンガードコート、アンダーコートを塗装するとともにインシュレータをセットし、その後、前記中塗り塗料を塗装することを特徴とする請求項１又は２記載の塗装方法。
前記下塗り塗料を塗装したのち前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、その後、シーリング、ストーンガードコート、アンダーコートを塗装するとともにインシュレータをセットし、その後、前記上塗り塗料を塗装することを特徴とする請求項１又は２記載の塗装方法。