JP2005305247A - 塗膜の平坦化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗膜に非接触で加える電磁気による振動を利用することによって工程の簡略化を可能とし、被塗装基板の影響を受けない塗膜の平坦化方法及び装置の提供にある。
【解決手段】被塗装材１に塗装液を塗布後、塗膜３に振動を付加する塗膜の平坦化方法であって、前記塗装液は、金属性の組成物１８を含み該組成物が磁気極性若しくは電気極性を持っており、前記振動は、塗膜３の外部から非接触で与えられる電磁気による振動であり、コイルに電流を流すことにより発生する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、未固着の塗膜の表面を平坦化する方法及び装置に関するものである。

従来の塗装技術においては、鋳物など表面の凹凸の大きい対象物に塗装する場合に、下地の凹凸が見えてしまう問題があった。
このような塗装面の凹凸を修正する手段として、例えば一般的にはパテ法が用いられている。この方法は、凹部にパテ材を塗って凹みを無くし、表面研磨したのち、塗装を施すことにより塗装面の平坦化を図ろうとするものである。しかしながら、上記した従来の技術では、凹部にパテを塗ることによって工程が増え、また工数がかかる欠点がある。

また、特許文献１には、未硬化の塗膜に微振動を与えることにより塗膜の平滑化を図る技術が提案されている。塗液を塗布した基板を直接振動させることにより塗液のうねりの波長を減少させ、塗膜の平滑化を図ろうとするもので、微振動を与える方法としては、超音波を用いるものである。
特開平５−１５４４４１号公報

しかし、特許文献１に開示された技術では、基板に微振動を与えるための振動源と伝達媒体が必要であり、コスト高となる問題がある。さらに、基板が樹脂とかゴム等の長尺物の場合には、振動が基板に吸収されてしまい、塗膜にうまく伝わらないという欠点がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、塗膜に非接触で加える電磁気による振動を利用することによって工程の簡略化を可能とし、基板の影響を受けない塗膜の平坦化方法及び装置の提供にある。

上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、被塗装材に塗装液を塗布後、塗膜に振動を付加する塗膜の平坦化方法であって、前記塗装液は、金属性の組成物を含み該組成物が極性を持っており、前記振動は、塗膜の外部から非接触で与えられる電磁気による振動であることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、塗装液の組成物が極性を持っているので、外部から電磁気が作用すると電磁気振動が起こり、塗膜内で前記組成物が激しくスピン運動を繰り返し、塗膜が攪拌された状態となる。この時塗膜表面に凹凸がある場合には、塗料が凹部の方に移動し表面の平坦化が可能となる。また、塗膜に非接触で振動を与えるので、被塗装材の形状とか材質によらずに適用が可能である。

請求項２記載の発明は、前記電磁気による振動は、コイルに交流電流を印加することにより発生させることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、コイルに交流電流を印加することにより交流磁界を発生させることができ、電磁気振動を起こさせることが可能となる。

請求項３記載の発明は、前記塗装液に含まれる金属性の組成物は、磁性材料であることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、塗装液の組成物が磁性材料を含むので、容易に磁気極性を持つことが可能となり、外部から交流磁界がかかった時には、金属組成物は磁気作用を受け振動を起こすので、塗膜の平坦化が可能となる。

請求項４記載の発明は、被塗装材の表面の素地調整を行う前処理工程と、被塗装材に塗装液を塗布する塗装工程と、塗膜に電磁気による振動を付与する振動工程と、塗膜を被塗装材に固定する固着工程とから構成されることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、被塗装材にパテ塗りとか研磨の工程が削除できるので、塗装工程を簡略化できる。

請求項５記載の発明は、塗装液が極性を持った金属組成物を含み、該塗装液を被塗装材に塗布後、非接触で振動を付加する塗膜の平坦化装置であって、コイルに電流を印加することにより電磁界を発生させ振動を付加する手段と、該電磁気による振動付加手段と被塗装材とを相対的に移動させるため移動手段とを備えることを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、上記請求項１〜３項と同様の効果が得られる。

以上詳述したように本発明によれば、塗膜に非接触で電磁気による振動を与えることによって塗膜の流動性が増加し、塗膜表面の凹凸が解消されることにより塗膜の平坦化を可能とする。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、本発明の塗装方法に係わる工程順序を示したものであり、前処理工程Ｓｔｅｐ１（Ｓ１と略称）、塗装工程Ｓｔｅｐ２（Ｓ２と略称）、振動工程Ｓｔｅｐ３（Ｓ３と略称）、固着工程Ｓｔｅｐ４（Ｓ４と略称）からなっている。
前処理工程Ｓ１においては、被塗装材１の表面に付着している油脂分とか酸化物の除去処理の素地調整を行った後、さび止め塗装を行いプライマー層２を形成する。塗装方法は、スプレーガンによる吹き付け塗装方式等公知の方法で行う。

次に、塗装工程Ｓ２においては、前記プライマー塗装のあと、表面用塗料を、例えばスプレーガンによる吹き付け塗装方式等の公知の方法で塗布する。塗料は、被塗装材１に応じて適当な材質と粘度のものが選択して使用される。
本実施例では、塗料に含まれる着色顔料として、フェライト、γ酸化鉄、酸化クロム、磁性鉄粉等極性の強い金属磁性材料を用いたメタリック塗料を使用している。
従ってＳ２においては、被塗装材１の上にプライマー２を介して塗膜３が形成される。尚、この場合、被塗装材１の表面の凹凸に応じて塗膜３の表面も凹凸の状態で塗装されている。

振動工程Ｓ３においては、塗装面を略水平に保持しつつ、該塗装面に対して電磁気による振動が付与される。振動の付与は、コイルに交流電流を印加したものを、塗装面の上を非接触でなぞることにより行われる。
コイルに発生した交流磁界の影響を受けて、塗膜３内の金属組成物１８（図４参照）は激しくスピン運動を繰り返すことによって、塗膜３が攪拌された状態となり、流動性が増加する。このために、塗膜３の表面の凹凸が平坦化され、凹凸が極めて小さなものとなる。

固着工程Ｓ４においては、塗膜３を被塗装材１に固着する工程であり、使用される表面用塗料に応じて所定温度で焼き付けを行ったり、温風を吹き付けることにより乾燥を行う。
塗装表面は、凹凸が極めて少ない状態で仕上がり、外観的にも問題の無いレベルになっている。

図２及び図３によって、上記振動工程Ｓ３で用いるローラコンベア式振動付与装置の詳細を説明する。
４本の送りローラ８、９、１０、１１は、支持フレーム１２、１３で両端を支持されており、駆動モータ２０とチェーン２１、２２等の伝達手段により回転駆動されるようになっている。

上記送りローラ９と１０の間には、被塗装材１の塗膜３に振動を付与するためのコの字型の磁性体コア１５が進行方向に対して直角に設置されており、コの字型の開口部１５ｄで被塗装材１を上下から挟むように配置されている。
磁性体コア１５は、被塗装材１の塗膜３に対向する上方位置に一定の間隔を置いて上部磁極１５ａを有し、逆に被塗装材１の下方位置に一定間隔を置いて下部磁極１５ｂを有しており、被塗装材１の幅をカバーするストロークを持っている。尚、図２において、被塗装材１の進行方向（前後方向）の長さを長さとし、それと直角方向（図３における左右方向）の長さを幅と定義する。
また、磁性体コア１５の上下の磁極を支持する垂直部１５ｃにはコイル１６が巻かれており、交流電源１７と接続されている。

以上の構成を持つローラコンベア式振動付与装置の作用を説明する。
表面に未固着の塗膜３を有する被塗装材１が、塗膜３を上方にしてローラコンベアに置かれ、図示しない起動スイッチがオンされる。被塗装材１は送りローラ１１、１０上を図２で右方向に移動し、コの字型の磁性体コア１５の開口部１５ｄを通過する。
磁性体コア１５には、コイル１６に交流電源１７を介して交流電流が印加されているので、上下の磁極１５ａ、１５ｂ間に交流磁界が発生している。この交流磁界の作用で、被塗装材１の塗膜３内の金属組成物１８は、磁気力を受け激しくスピン運動を繰り返す。尚、交流電源１７に印加される交流周波数は、金属組成物１８を振動させるのに最も適した周波数を用いる。

この時の状態を図４で更に説明すると、塗膜３内の金属組成物１８は、予め磁気極性を持っているので、個々の粒子内にＮ極とＳ極を持った状態で塗膜３内で分散分布している。例えばある時点で、上部磁極１５ａがＮ極に、下部磁極１５ｂがＳ極に着磁された時には、金属組成物１８は、外部磁界の作用を受け磁力線１９と平行な方向に姿勢を変え、上部磁極１５ａに近いほうがＳ極となり下部磁極１５ｂに近いほうがＮ極となる。

そして、交流磁界であるので次の瞬間上部磁極１５ａがＳ極に、下部磁極１５ｂがＮ極に切り替わった場合には、磁力線１９の方向が逆方向となり、金属組成物１８はＳ極が下方にＮ極が上方になるように姿勢を変えようとして、半回転することになる。
この動作が繰り返されるので、金属組成物１８は、交流磁界の影響を受けてスピン運動を繰り返すことになり、塗膜３が内部で攪拌された状態となり、流動性が増加する。

その結果、表面張力と重力の影響で塗膜３の表面の凸部の塗装液が凹部の方に移動し凹部が埋まることによって塗膜の平坦化が起こり、塗膜３の表面状態が、振動前の状態３ａより振動後の状態３ｂに変化する。
従って、被塗装材１が磁性体コア１５の開口部１５ｄを順次通過することによって、塗膜３の表面状態が順次平坦化され、被塗装材１の表面の凹凸の影響を受けないフラットな塗装面に仕上がることになる。

第１の実施形態に係わる塗膜の平坦化方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）塗膜に非接触で電磁気力を作用させ振動を与えるので、被塗装材に直接振動を与えることによる機械的な影響を回避できる。
（２）被塗装材が樹脂、ゴムなど振動を伝えにくい材質であっても、或いは長大であっても、また被塗装材に接触できない状態であっても、塗膜自体に非接触で振動を与えるので、どのような被塗装材にも適用が可能である。
（３）粘性の高い塗料により塗装する場合とか、下地の凹凸のうねりの大きいものに塗装する場合にも、塗膜自体を振動させることにより表面をより平坦に仕上げることができる。
（４）塗装工程を簡略化できる。
（５）塗料が被塗装材の窪み、ヒビ、ピンホール等の中にまで入り易くなるので、塗料の下に空気が残されることが減少し、あとで膨れ、剥れなどが発生することを防止できる。
（６）交流磁界を発生させる磁性体コアの下を通過させるだけで済むので、装置が簡単となり、また、連続処理が可能となる。特に平板状の対象物に適している。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係わる塗膜の平坦化方法について説明する。図５に示す第２実施例は、第１実施例におけるローラコンベア式振動付与装置に替わって、ロボット式振動付与装置を用いるものである。

固定式の台座４０が設けられ、その上に未固着の塗膜３を持つ被塗装材１が設置される。前記台座４０の直ぐ隣には、ロボット式の振動付与装置の本体部が設置されており、架台部３６の上方に旋回テープル３５と、図５において左右方向（被塗装材１の長さ方向）に回動可能なアーム３２及び上下に回動可能なアーム３１を有し、油圧シリンダ３３、３４によりそれぞれ駆動される。尚、図５において、被塗装材１の左右方向の長さを長さとし、それと直角方向の長さを幅と定義する。

また、アーム３１の先端部には、磁性体コア３７が取り付けられており、その周囲にはコイル３８が巻かれ、交流電源３９に接続されている。
上下アーム３１の先端部に取り付けられた磁性体コア３７は、図示しない制御用コントローラにより前記油圧シリンダ３３、３４及び前記旋回テーブル３５が駆動制御されることによって、前記被塗装材１の上を長さ方向及び幅方向に順次全面にわたり走査動作を行い、塗膜３に電磁気による振動を付与する。

以上の構成を持つロボット式振動付与装置の作用について説明する。
まず、台座４０の上に未固着の塗膜３を持つ被塗装材１が設置され動かないように固定される。
次に、ロボット式振動付与装置の図示されない起動スイッチがオンとなる。アーム３１の先端部に取り付けられた磁性体コア３７は、被塗装材１と一定の間隔を有しつつ、また一定の速度で被塗装材１の全面にわたり、表面をなぞるように走査制御される。
磁性体コア３７のコイル３８には交流電源が印加されているので、磁性体コア３７は着磁され、その端部は被塗装材１に対向する方が磁極３７ａ、アーム３１に対向する方が３７ｂとなっている。

この時の状態を図６で更に説明すると、例えばある時点で、磁性体コア３７の磁極３７ａがＮ極に、別の磁極３７ｂがＳ極になったとすると、この電磁石による磁力線４１は、磁極端部で大きく曲がり、図６のような形状となる。
塗膜３内に分散分布している金属組成物１８は、予め磁気極性を持ちそれぞれ個々の粒子内にＮ極とＳ極を有しているので、上記外部磁界が作用したときには、磁力線４１に沿うように姿勢を変え、磁極３７ａに近い方がＳ極、遠い方がＮ極となる。

そして、次の瞬間磁極３７ａがＳ極に、磁極３７ｂがＮ極に切り替わった場合には、磁力線１９の方向が逆方向となり、金属組成物１８は、磁極３７ａに近い方がＮ極に，遠い方がＳ極になろうとして姿勢を変え、半回転することになる。
この動作が繰り返されるので、金属組成物１８は、交流磁界の影響を受けてスピン運動を繰り返すことになり、塗膜３が内部で攪拌された状態となり、流動性が増加する。尚、交流電源１７に印加される交流周波数は、金属組成物１８を振動させるのに最も適した周波数を用いる。

その結果、表面張力と重力の影響で塗膜３の表面の凸部の塗装液が凹部の方に移動し凹部が埋まることによって塗膜の平坦化が起こり、塗膜３の表面状態が、振動前の状態３ａより振動後の状態３ｂに変化する。
従って、被塗装材１上を磁性体コア３７が走査することによって、塗膜３の表面状態が順次平坦化され、被塗装材１の表面の凹凸の影響を受けないフラットな塗装面に仕上がることになる。

第２の実施形態に係わる塗膜の平坦化方法によれば、以下の効果を奏する。
尚、第１の実施形態の効果の内、（１）〜（５）は共通であり、それ以外の効果を記す。（１）被塗装材は固定されたまま、その上をロボット式振動付与装置が走査するので、形状が複雑なものとか、重量物で移動が難しいものの処理に適している。
（２）交流磁界の印加装置をオプション化し、取り付け、取り外し可能とすることにより、塗装用ロボットを振動付与用として共用できる。

なお、本発明は、上記した第１、第２の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態では、ローラコンベア上を移動する対象物に対し、固定式の電磁石によって交流磁界を印加するとして説明したが、電磁石コイルも往復移動させても良い。この場合には、上記固定式のように対象物の幅方向全体をカバーするストロークを持つ必要は無く、電磁石を小型化できるメリットがある。
○ 第１の実施形態では、金属組成物としてフェライト等極性の強い磁性材料を用いるとして説明したが、表面をアルミコーティングしたり、樹脂コーティングしたりして用いても良い。このようにすると本発明の適用の幅が広くなり、本来金属組成物を含まない塗料にも適用可能となる。
○ 第２の実施形態では、固定式の台座を設けてその上に被塗装材を設置してロボット式振動付与装置を作動させるとしたが、コンベア式の流れ作業による塗装工程の途中に、上記ロボット式振動付与装置を設置しても良い。この場合には、被塗装材をその都度移動させる必要が無く、作業効率の向上が図れる。
○ 第１及び第２実施形態では、電磁気力を作用させる方法として、磁性体コアにコイルを巻いて交流電流を印加するとして説明したが、磁性体コアを複数個並べて配置し、コイルにそれぞれ逆方向の直流電流を印加することによって、対象物に対向する面がＮＳ交互に着磁するように配置しても良い。また、永久磁石を用いてＮＳ交互に配置したり、ローラの周辺に磁極を交互に配置しこのローラを被塗装物の塗膜面上で回転させても良い。
○ 第１及び第２実施形態では、塗料内に含まれる金属組成物が磁気極性を持っている場合に外部より交流磁界等を加えるとして説明したが、塗料成分が電気極性を持っている場合には、外部より高圧の交流電界等を加えて塗料成分を振動させても良い。塗料成分に電気極性を持たす方法としては、予め＋或いは−に帯電させた成分を添加しても良いし、コロナ帯電等の手段で塗料成分に電気極性を付与しても良いし、また樹脂成分に電気極性を持ちやすいものを使用しても良い。この場合には、磁気極性を持っている場合と同じ効果が得られる。

第１の実施形態に係る塗装工程の順序を示す図である。 第１の実施形態に係るローラコンベア式振動付与装置の概略構成を示す側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 第１の実施形態に係る塗膜の平坦化を説明する図である。 第２の実施形態に係わるロボット式振動付与装置の概略構成を示す側面図である。 第２の実施形態に係わる塗膜の平坦化を説明する図である。

符号の説明

１ 被塗装材
３ 塗膜
１０ ローラコンベア式振動付与装置
１１ 送りローラ
１５ 磁性体コア
１５ａ 上部磁極
１５ｂ 下部磁極
１６ コイル
１７ 交流電源
１８ 金属組成物

Claims (5)

1. 被塗装材に塗装液を塗布後、塗膜に振動を付加する塗膜の平坦化方法であって、前記塗装液は、金属性の組成物を含み該組成物が極性を持っており、前記振動は、塗膜の外部から非接触で与えられる電磁気による振動であることを特徴とする塗膜の平坦化方法。
2. 前記電磁気による振動は、コイルに交流電流を印加することにより発生させることを特徴とする請求項１項記載の塗膜の平坦化方法。
3. 前記塗装液に含まれる金属性の組成物は、磁性材料であることを特徴とする請求項１項又は２項記載の塗膜の平坦化方法。
4. 被塗装材の表面の素地調整を行う前処理工程と、被塗装材に塗装液を塗布する塗装工程と、塗膜に電磁気による振動を付与する振動工程と、塗膜を被塗装材に固定する固着工程とから構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の塗膜の平坦化方法。
5. 塗装液が極性を持った金属組成物を含み、該塗装液を被塗装材に塗布後、非接触で振動を付加する塗膜の平坦化装置であって、コイルに電流を印加することにより電磁界を発生させ振動を付加する手段と、該電磁気による振動付加手段と被塗装材とを相対的に移動させるための移動手段とを備えることを特徴とする塗膜の平坦化装置。

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