JP2014023995A - 自動車車体の上塗り塗装方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗装ブースの温度及び湿度を管理するために消費されるエネルギを低減できる塗装方法を提供する。
【解決手段】被塗物Ｖの塗装部位に形成された下地塗膜Ｐ１の表面に、目的とする上塗りベース塗膜の膜厚未満の膜厚で水系上塗りベース塗料を塗装して第１未硬化ベース塗膜Ｐ３を形成する第１ステージ塗装工程７２と、前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発工程７３と、前記第１未硬化ベース塗膜の上に、上塗りベース塗膜の総膜厚が前記目的とする膜厚となるように前記水系上塗りベース塗料を塗り重ねて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成する第２ステージ塗装工程７４と、前記第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発工程７５と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車車体の上塗り塗装方法及び装置に関するものである。

一般的な自動車車体の塗装は、主として防錆を目的とする下塗り塗装と、主として防錆及び上塗り仕上がり性を目的とする中塗り塗装と、主として外観意匠性を目的とする上塗り塗装の３コート３ベーク方式で行われている。このうち中塗り塗料や上塗り塗料においては、従来の有機溶剤希釈型熱硬化性塗料（以下単に有機溶剤系塗料ともいう）に代えて水希釈型熱硬化性塗料（以下単に水系塗料ともいう）を用いることで、塗装作業環境の改善及び廃水処理負荷の軽減が図られている。

水系塗料は、有機溶剤系塗料に比べて蒸発エネルギが大きいため、塗装環境が低温または高湿度であると水が蒸発し難く、また有機溶剤のように種類（沸点）の選択ができないため、塗料の塗着固形分（被塗物に塗布された未硬化塗膜の固形分、以下塗着ＮＶともいう）の調整が困難である。ブース温度又は被塗物温度が低い場合やブース湿度が高い場合には、塗着した未硬化塗膜中の水が蒸発し難いため、塗着固形分と塗膜粘度が低くなり、被塗物表面への濡れ性が悪くなることから、タレやタマリが発生しやすくなる。また、メタリック系塗膜においてはアルミニウムなどの光輝性顔料が流動しやすいため、メタルムラや色味不良が発生しやすくなる。

こうした理由により、水系塗料を用いた塗装工程においては、ブース温度、湿度及び被塗物温度などの塗装環境条件を狭い範囲で管理することで、水の蒸発をコントロールし、品質・性能上必要とされる塗着ＮＶを得ているのが実情である（水系塗料の水を強制的に蒸発させる手段を採用するものとして特許文献１参照）。

特開２００５−１７７６３２号公報

ところで、未硬化塗膜中の水を蒸発させるためには、ブース温度及び被塗物温度を上げるか又はブース湿度を下げる必要がある。しかしながら、一般的にはブース温度を上げるか又はブース湿度を下げる方法として、ブースの空調設備において、取り入れた外気を加温し、加湿したのち冷却し、再度加温するといった複雑なステップを経るため、バーナや冷凍機において多量のエネルギが消費される。しかも、ブースの空調設備は、一つのブースに一式のみ設置するのが通常であるため、温度及び湿度を所定の狭い範囲でコントロールする必要がないブースエリア、たとえば有機溶剤系塗料を用いたクリヤ塗装エリアにおいても同様の温湿度で管理され、無駄なエネルギが発生する。

本発明が解決しようとする課題は、塗装ブースの温度及び湿度を管理するために消費されるエネルギを低減できる塗装方法及び装置を提供することである。

本発明は、被塗物に水系上塗りベース塗料を複数ステージで塗り重ねて塗装するにあたり、少なくとも各ステージ直後において当該工程で形成された未硬化塗膜の水を蒸発させることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、前工程で形成された未硬化塗膜Ａ中の水を蒸発させることで塗着固形分が増加し、この上に次工程で水系上塗り塗料を塗り重ねると、当該次工程で塗装された未硬化塗膜Ｂ中の水分は直下の未硬化塗膜Ａ中に吸収されるとともに、未硬化塗膜Ｂ中の水を蒸発させるので、未硬化塗膜Ｂの塗着固形分が増加する。このため、塗装ブース全体を所定の温度及び湿度に管理しなくても、未硬化塗膜Ｂの塗着固形分の増加によってタレやタマリ、あるいはメタルムラや色味不良といった塗装不具合の発生が抑制されるので、塗装ブースの温度及び湿度を管理するために消費されるエネルギを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る上塗り塗装方法を適用した自動車車体の塗装方法を示す工程図である。 図１の上塗り塗装工程を適用した上塗り塗装ブースの一例を示す平面図である。 図１の上塗り塗装工程における塗膜の挙動を示す塗膜断面図である。 図２の上塗りブースに用いられる空調設備の一例を示すブロック図である。 図２の水分蒸発工程で用いられる水分蒸発装置の一例を示す正面図である。 図２の水分蒸発工程で用いられる水分蒸発装置の他例を示す正面図である。 図２の上塗りブースの温度及び湿度の管理範囲を示すグラフである。 図７ＡのＸの環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の各工程における塗着ＮＶを示すグラフである。 図７ＡのＹの環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の各工程における塗着ＮＶを示すグラフである。 図７ＡのＺの環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の各工程における塗着ＮＶを示すグラフである。 図２の上塗り塗装ブースの各種環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の各工程における塗着ＮＶを示すグラフである。 図８Ａの各種環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の塗着ＮＶと色差（ΔＬ）の関係を示すグラフである。 図８Ａの各種環境条件で上塗りベース塗料を塗装した場合の塗着ＮＶとメタリック感差（ΔＦＩ）の関係を示すグラフである。 図５の水分蒸発装置のホットエアブローの条件を確認するための試験条件を示す図である。 図９Ａの試験条件で確認された温度、風速及びメタリック感並びに色味変動範囲の結果を示すグラフ（ノズル距離が１００ｍｍ）である。 図９Ａの試験条件で確認された温度、風速及びメタリック感並びに色味変動範囲の結果を示すグラフ（ノズル距離が２００ｍｍ）である。 図９Ａの試験条件で確認された温度、風速及びメタリック感並びに色味変動範囲の結果を示すグラフ（ノズル距離が３００ｍｍ）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る上塗り塗装方法を適用した自動車車体の塗装方法を示す工程図、図２は、図１の上塗り塗装工程を適用した上塗り塗装ブースの一例を示す平面図である。最初に自動車車体の塗装ラインの概要を説明する。なお本発明の上塗り塗装方法は、被塗物が自動車車体に限定される趣旨ではなく、車体部品の上塗り塗装方法としても適用でき、消費エネルギが多大な空調設備を備える塗装ブースで塗装される被塗物であれば本発明の効果は大きい。

まず、塗装ラインの前工程である車体溶接ラインで組み立てられたホワイトボディは、まず下塗り塗装工程１に搬入される。この下塗り塗装工程１では、ホワイトボディに付着した油分や鉄粉などを洗浄したのち、表面調整およびリン酸亜鉛などの化成皮膜処理が施され（以上が下塗り塗装工程１のうちの洗浄・前処理工程）、さらに下塗り塗膜を構成する電着塗装が行われる。これが下塗り塗装工程１のうちの電着塗装工程である。電着塗料は、たとえばポリアミン樹脂などのエポキシ系樹脂を基体樹脂とする熱硬化型塗料である。

電着塗料が塗布されたボディは、電着乾燥炉に搬入されて、たとえば１６０〜１８０℃で１５分〜３０分焼き付けられ、これにより自動車車体の内外板および袋構造部内に、膜厚１０μｍ〜３５μｍの電着塗膜が形成される。これが下塗り乾燥工程２である。なお以下において、電着塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料などの「塗料」という場合は、被塗物に塗装する前の液状の状態をいい、電着塗膜、中塗り塗膜及び上塗り塗膜などの「塗膜」という場合は、被塗物に塗装されて膜状となった状態をいい、両者を区別するものとする。

図１の工程図では省略するが、電着塗膜が形成された自動車車体は、シーリング工程（アンダーコート工程、ストーンガードコート工程を含む。）に送られて、鋼板合わせ目や鋼板エッジ部に防錆または目止めを目的とした塩化ビニル系樹脂製シーリング材が塗布される。また、アンダーコート工程では、タイヤハウスや床裏に塩化ビニル樹脂系の耐チッピング材が塗布され、ストーンガードコート工程では、シルやフェンダなどのボディ外板下部にポリエステル系又はポリウレタン系樹脂製耐チッピング材が塗布される。なお、これらシーリング材や耐チッピング材は専用の乾燥炉または次に述べる中塗り乾燥炉にて硬化することになる。

シーリング材や耐チッピング材が塗布され、内外板に電着塗膜が形成された自動車車体は、次に中塗り塗装工程３及び中塗り乾燥工程４に搬入される。中塗り塗装工程３は中塗りブースを有し、中塗り乾燥工程４は中塗り乾燥炉を有する。中塗りブースでは、エンジンルーム・フードインナ・ドアインナ・トランクリッドインナなどの自動車車体の内板部に、その車両の外板色に対応した着色顔料が添加された内板塗装用塗料が塗布されたのち、ウェットオンウェット（未硬化塗膜の上に塗料を塗布すること、以下同じ。）で、フードアウタ・ルーフ・ドアアウタ・トランクリッドアウタなどの外板部に中塗り塗料が塗布される。

この自動車車体は中塗り乾燥炉に搬送され、中塗り乾燥炉をたとえば１３０〜１５０℃で１５分〜３０分通過することにより、外板部に膜厚１５μｍ〜３５μｍの中塗り塗膜が形成され、内板部に膜厚１５μｍ〜３０μｍの内板塗装用塗膜が形成される。なお、内板塗装用塗料および中塗り塗料は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とする熱硬化型塗料であり、水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよい。

中塗り塗装を終えた自動車車体は、必要に応じて水研工程５及び水研乾燥工程６へ送られる。水研工程５では、中塗り塗膜と上塗り塗膜との塗膜密着性を高めるとともに、外板部の上塗り塗膜の平滑性（塗り肌及び鮮映性）を高めるために、清浄な水と研磨材を用いて中塗り塗膜の表面を研磨する。水研乾燥工程６では、水研工程５で自動車車体に付着した水分を乾燥させるために水切り乾燥炉を通過させる。なお、中塗り塗膜と上塗り塗膜との塗膜密着性や上塗り塗膜の平滑性などが充分に確保できれば、水研工程５及び水研乾燥工程６は省略してもよい。

水研工程５及び水研乾燥工程６を通過した自動車車体は、上塗り塗装工程７に搬送される。自動車の外板色には、アルミニウム・雲母などの各種光輝性顔料を含むメタリック系外板色と、光輝性顔料を含まないソリッド系外板色があり、メタリック系外板色の場合は、上塗りブースにおいて、上塗りベース塗料と上塗りクリヤ塗料とがウェットオンウェットで塗装される。また、ソリッド系外板色の場合は、同じ上塗りブースを使用し、クリヤ塗装の工程にて、クリヤ塗料に代えて上塗りソリッド塗料が塗装される。この場合に、上塗りベース塗装の工程は回送される。なお、これらの上塗り塗料は、主として自動車車体の外板部に塗装される。

上塗りベース塗料、上塗りクリヤ塗料、上塗りソリッド塗料は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とする塗料であり、本例の場合は、少なくとも上塗りベース塗料は水系塗料からなり、上塗りクリヤ塗料及び上塗りソリッド塗料は水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよい。なお、上塗りベース塗料は、光輝性顔料の配向などの仕上がり性を考慮して重量比で６０〜８０％希釈されて塗装され（固形分が２０〜４０％）、これに対して上塗りクリヤ塗料や上塗りソリッド塗料は重量比で１５〜３０％希釈されて塗装される（固形分が７０〜８５％）。したがって、希釈率が大きい上塗りベース塗料を水系塗料とすると、作業環境の改善効果及び廃水処理負荷の低減効果が大きい。

そして、上塗り塗料が塗装された自動車車体は上塗り乾燥炉を有する上塗り乾燥工程８へ搬送され、ここでたとえば１３０〜１５０℃で１５分〜３０分焼き付けられ、これにより上塗り塗膜が形成される。なお、上塗りベース塗膜の膜厚は、たとえば１０μｍ〜２０μｍ、上塗りクリヤ塗膜の膜厚は、たとえば１５μｍ〜３０μｍ、上塗りソリッド塗膜の膜厚は、たとえば１５μｍ〜３５μｍである。最後に、図１の工程図では省略するが、塗装を完了した自動車車体（塗完ボディ）は、検査および手直し工程を経たのち、自動車部品が組み付けられる組立ラインへ搬送される。

以上が自動車車体の塗装ラインの概要であるが、この中の上塗り工程７について本発明の上塗り塗装方法を適用した一例を説明する。なお、本発明の上塗り塗装方法は、メタリック系外板色に適用するものであるため、メタリック系外板色を仕様とする自動車車体の上塗り塗装工程についてのみ説明するが、同じ塗装ブースを用いてソリッド系外板色を仕様とする自動車車体を塗装することは何ら問題ない。

また、雲母を光輝性顔料とする外板色はマイカ色とかパールマイカ色とか称され、アルミニウム及び雲母の両方を含む外板色はマイカメタリック色と称され、厳密にはメタリック系外板色と区別されるが、少なくともアルミニウムなどの金属粉や雲母片などの光輝性顔料を含んだ外板色について本発明は適用できるので、これらをメタリック系外板色と総称する。また、以下の実施形態では、上塗り塗膜を２コート１ベーク（２Ｃ１Ｂ）塗装系にて構成するが、上塗り塗膜を構成する塗膜層の少なくとも一つの塗膜層に光輝性顔料を含む層があればよい。たとえば、着色顔料を含み光輝性顔料を含まない第１ベース塗料と、少なくとも光輝性顔料を含む第２ベース塗料と、クリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装して上塗り塗膜を構成する３Ｃ１Ｂ塗装系にも本発明の上塗り塗装方法を適用することができる。

本例の上塗り工程７は、図１に示すように、自動車車体の塗装部位を清浄に払拭する上塗り準備工程７１と、上塗りベース塗料を塗装する上塗りベース塗装工程第１ステージ７２と、この第１ステージ７２で形成された第１未硬化ベース塗膜の水分を蒸発させる第１水分蒸発工程７３と、第１ステージ７２で形成された第１未硬化ベース塗膜の上に上塗りベース塗料を塗り重ねる上塗りベース塗装工程第２ステージ７４と、この第２ステージ７４で形成された第２未硬化ベース塗膜の水分を蒸発させる第２水分蒸発工程７５と、上塗りクリヤ塗料を塗装する上塗りクリヤ塗装工程７６と、上塗りベース塗膜およびクリヤ塗膜の水分又は有機溶剤を蒸発させるために静置するセッティング工程７７と、を備える。なお、一般的にクリヤ塗装工程７６の前工程に設けられるフラッシュオフ工程は、第２水分蒸発工程７５を設けることで省略している。

なお、上塗り塗料がソリッド系塗料である自動車車体については、上塗りベース塗装工程７２〜７５は回送（そのまま素通り）され、上塗りクリヤ塗装工程７６にて、上塗りクリヤ塗料に代えて（塗装機でカラーチェンジする）上塗りソリッド塗料が塗装される。

特に本例の上塗りベース塗料の塗装工程は、水希釈型熱硬化性塗料が用いられている関係で以下のように構成されている。すなわち、目的とする上塗りベース塗膜の目標膜厚が１０μｍ〜２０μｍであるとすると、第１ステージ７２にてたとえば５〜１０μｍ塗装し、第２ステージ７４にて残りの５〜１０μｍ塗装し、総計で１０〜２０μｍになるようにする。そして、この第１ステージ７２と第２ステージ７４との間に第１ステージ７２で形成された第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発工程７３が設けられ、第２ステージ７４の直後に当該第２ステージ７４で形成された第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発工程７５が設けられている。

図３は、本例の上塗り塗装方法の作用を説明するための塗膜断面図であり、第１ステージ７２では、中塗り塗膜Ｐ１の上に光輝性顔料Ｐ２を含む第１未硬化ベース塗膜Ｐ３が形成される。この第１未硬化ベース塗膜Ｐ３は、第１水分蒸発工程７３にて塗膜に含まれる水分の一部が蒸発し、これにより第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の光輝性顔料が均一に配向する。そして、第２ステージ７４にて、水分の一部が蒸発した第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の上にさらに第２未硬化ベース塗膜Ｐ５が形成されると、当該第２未硬化ベース塗膜Ｐ５に含まれる水分は、環境温度によって塗膜表面から蒸発する以外に、下地である第１未硬化ベース塗膜Ｐ３に吸収され、これにより第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の塗着ＮＶが増加することになる。またこれと同時に、第２ステージ７４の直後にもうけられた第２水分蒸発工程７５によって第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の水分が塗膜表面から蒸発するので塗着ＮＶが増加することになる。

図７Ａは、上塗り塗装ブースにおける温度及び湿度の管理範囲を示すグラフであり、上記背景技術にて説明したとおり従来の上塗り塗装方法では、ブース温度を２５〜３０℃、ブース湿度を６５〜８０％の範囲に属するように空調設備を制御しないとメタリック系外板色の色味が許容範囲に入らなかった。しかし、本例の上塗り塗装方法を採用すると、図７Ａに示すＸ（ブース温度２３℃，ブース湿度７５％，図７Ｂ）、Ｙ（ブース温度３４℃，ブース湿度６８％，図７Ｃ）、Ｚ（ブース温度３３℃，ブース湿度８６％，図７Ｄ）といった管理範囲外のブース条件であってもメタリック系外板色の色味が許容範囲に入ることが確認された。

すなわち、図７Ｂは、Ｘ（ブース温度２３℃，ブース湿度７５％）のブース空調条件でメタリック系塗料を塗装した場合の本例、つまり図１及び図２に示す工程，第１ステージ７２と第２ステージ７４との間に第１水分蒸発工程７３を有し、第２ステージ７４の直後に第２水分蒸発工程７５を有する工程で塗装した場合の各工程における塗着ＮＶの測定結果と、比較例、つまり同じ上塗りメタリック系塗料を使用するが、第１ステージ７２と第２ステージ７４との間に第１水分蒸発工程７３を有さないで塗装した場合の各工程における塗着ＮＶの測定結果を示すグラフである。本例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが３０％であるのに対し、水分蒸発工程７３を経た第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは８５％まで増加し、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは４４％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは８９％である。この結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は２．３１となり、許容範囲である±３．０の範囲に入った。

これに対して、比較例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが本例と同じ３０％であるのに対し、第１水分蒸発工程７３を経ない第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは３４％までしか増加せず、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは３２％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは８３％であり、一般的には許容範囲といわれている値であるが、この結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は−８．３８となり、許容範囲である±３．０の範囲に入らなかった。

同様の測定を図７ＡのＹ及びＺの条件で行った結果を図７Ｃ及び図７Ｄに示す。図７Ｃは、Ｙ（ブース温度３４℃，ブース湿度６８％）のブース空調条件でメタリック系塗料を塗装した場合の本例と比較例の各工程における塗着ＮＶの測定結果を示すグラフである。本例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが３０％であるのに対し、第１水分蒸発工程７３を経た第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは７８％まで増加し、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは４４％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは８８％である。この結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は０．６３となり、許容範囲である±３．０の範囲に入った。

これに対して、比較例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが本例と同じ３０％であるのに対し、第１水分蒸発工程７３を経ない第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは４６％までしか増加せず、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは３９％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは８３％であり、一般的には許容範囲といわれている値である。またこの結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は０．９７となり、許容範囲である±３．０の範囲に入った。これは、ブース温度が３４℃と高く、ブース湿度も６８％と低いので、第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の蒸発条件には好条件となったのが原因であると推察される。

図７Ｄは、Ｚ（ブース温度３３℃，ブース湿度８６％）のブース空調条件でメタリック系塗料を塗装した場合の本例と比較例の各工程における塗着ＮＶの測定結果を示すグラフである。本例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが３０％であるのに対し、第１水分蒸発工程７３を経た第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは７８％まで増加し、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは４４％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは８６％である。この結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は２．３５となり、許容範囲である±３．０の範囲に入った。

これに対して、比較例の塗装方法によれば、第１ステージ７２直後の塗着ＮＶが本例と同じ３０％であるのに対し、第１水分蒸発工程７３を経ない第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の塗着ＮＶは４１％までしか増加せず、その上に第２ステージ７４にて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５を形成すると、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶは３４％となる。なお、第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶは本例と同じ８６％であり、一般的には許容範囲といわれている値であるが、この結果得られた上塗り塗膜は標準板に対して色差ΔＬ（１５度）は−５．１７となり、許容範囲である±３．０の範囲に入らなかった。

以上の検証の結果、本例のように第１ステージ７２と第２ステージ７４との間に第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の水分を蒸発させる第１水分蒸発工程７３を設けると、ブース条件が従来の管理範囲（ブース温度２５〜３０℃、ブース湿度６５〜８０％）でなくとも、色味の品質を充分に満足することが確認された。また、いずれのブース条件Ｘ，Ｙ，Ｚにおいても、第２水分蒸発工程７５後の塗着ＮＶが８０％以上に増加するにも拘らず、ブース条件Ｘ，Ｚの比較例では色味品質が不合格となったことに鑑みると、従来言われて来たクリヤ塗料の塗装直前、つまり第２水分蒸発工程７５後の塗着ＮＶによって塗装品質が左右されるという定説には多少の疑問が生じた。

そこで、色味品質を管理するためのパラメータを検証するために、第２ステージ７４直前の塗着ＮＶと、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶとの組み合わせを変えて色味品質を確認した。図８Ａは、塗装ブースの温度及び湿度と、第１水分蒸発工程７３の有無との組み合わせを種々に変えて、第２ステージ７４直前の塗着ＮＶ、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶ及び第２水分蒸発工程７５直後の塗着ＮＶを測定した結果を示すグラフである。また、この結果得られた各塗板の標準板との色差ΔＬ（１５度）を測定し、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶとの関係を整理したのが図８Ｂであり、同様に得られた各塗板の標準板とのメタリック感の差であるΔＦＩを測定し、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶとの関係を整理したのが図８Ｃである。

図８Ａに示す各種ブース条件にて塗板を作成し、色差ΔＬ及びメタリック感差ΔＦＩを測定した結果、第２ステージ７４直前の塗着ＮＶと、色差ΔＬ及びメタリック感差ΔＦＩとの間には強い相関は観察されなかったが、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶと、色差ΔＬ及びメタリック感差ΔＦＩとの間には、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように強い相関が見られた。

同図に示すように、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶが３８〜４４％の範囲であると、色差ΔＬ（１５度）が±３．０の範囲に入り、またメタリック感差ΔＦＩが±１．０の範囲に入ることが確認された。つまり、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶが３８％未満であると、色差ΔＬがマイナス側に大きくなり（標準板に対して黒っぽくなる）、メタリック感差ΔＦＩもマイナス側に大きくなる（標準板に対してキラキラ感がなくなる）。また、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶが４４％を超えると、色差ΔＬがプラス側に大きくなり（標準板に対して白っぽくなる）、メタリック感差ΔＦＩもプラス側に大きくなる（標準板に対してキラキラ感が過剰になる）。

したがって、メタリック系外板色の色差及びメタリック感差を標準板に対してゼロに近づけるには、第２ステージ直後の塗着ＮＶを３８〜４４％の範囲に管理することが望ましく、このために本例のように第１ステージ７２と第２ステージ７４との間に第１水分蒸発工程７３を設けるとともに、第２ステージ７４の直後に第２水分蒸発工程７５を設ければ、塗装ブース全体の温度及び湿度条件がどうであれ、第２ステージ７４直後の塗着ＮＶをこの範囲に制御することが容易となることが確認された。

次に、図４を参照して上塗り塗装ブースの空調設備の一般例を説明すると、空調設備９は、たとえば上塗り塗装ブースの屋上に設けられた空調筐体９１を備え、当該空調筐体９１の同図の左側に吸気ダクトを介して外気などが導入され、同図の右側から給気ダクトを介して空調エアを塗装ブース内に給気する。空調筐体９１内には、導入された空気に含まれる塵埃を除去するプレフィルタ９２と、導入空気を加温する加温用バーナ９３と、加温された導入空気に冷水を噴霧状に噴霧して加湿する加湿用エアワッシャ９４と、導入空気を冷却する冷却用冷水コイル９５と、冷却された導入空気を再加温する加温用バーナ９６と、こうして空調された空気を塗装ブース内に給気する給気ファン９７と、を備える。

また、空調筐体９１の外部には、冷却用冷水コイル９５に冷水を供給する、クーリングタワー９８を含む吸収式冷凍機９９を備える。このような構成の空調設備９は、加温用バーナ９３，９６及び吸収式冷凍機９９にガスが供給され、給気ファン９７及び各種ポンプに電気が供給される。本例の上塗り塗装方法を採用すると、図７Ａに示す上塗り塗装ブースの温度及び湿度の管理範囲が広がるので、日本の夏場においては高温・多湿の外気に対して冷房・除湿の程度が小さくなり、日本の冬場においては低温・低湿の外気に対して暖房・加湿の程度が小さくなる。本発明者らが見積もったところ、本例のように水分蒸発工程７３を設けてメタリック系外板色の色味を管理することで、塗装ブース全体の温度・湿度の管理範囲が広がる結果、水分蒸発工程７３に必要なエネルギが増加するとしても、年間で電気及びガスの使用量を４７％削減することができる。

次に、本例の第１水分蒸発工程７３及び第２水分蒸発工程７５に適用できる設備の一例を説明する。図５は、ホットエアブロー装置１００を示すブロック図であり、上塗り塗装ブース内の第１水分蒸発工程７３又は第２水分蒸発工程７５に設けられた門型タワー１０５を備え、ここに、塗装ブース内をフロアコンベアで搬送される自動車車体に対して主として外板部へホットエアを吹き付ける複数のノズル１０２が取り付けられている。熱風発生器１０１は、外気などを加温するヒータを備え、ダクト１０３を介してノズル１０２にホットエアを供給する。なお、図５の熱風発生器１０１に代えて除湿器を設け、ドライエアを自動車車体に吹き付けてもよい。

図２に示す第２ステージ７４の直前には自動車車体に形成された第１未硬化ベース塗膜Ｐ３の水分量を測定する水分計Ａが配置され、第２ステージ７４の直後には自動車車体に形成された第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の水分量を測定する水分計Ｂが配置されている。そして、これら水分計Ａ，Ｂにより測定された各塗膜Ｐ３，Ｐ５の水分量のデータは中央制御装置１０４へ送出される。なお、水分計Ａ，Ｂは、たとえば近赤外線を未硬化塗膜に照射しその反射光の分光スペクトルを基準試料と比較することで未硬化塗膜に含まれる水分量をオンライン（非破壊）で検出することができる。

たとえば第２ステージ７４直後（水分計Ｂ）の塗着ＮＶが３８〜４４％になるような第２ステージ７４直前（水分計Ａ）の塗着ＮＶの条件を予め実験的に求めておき、その第２ステージ７４直前の塗着ＮＶを実現するための熱風発生器１０１の作動条件との関係を示す制御マップを中央制御装置１０４に格納する。そして、水分計Ｂで測定された第２ステージ７４直後の塗着ＮＶが３８〜４４％の範囲を外れた場合は、水分計Ａの測定結果から制御マップを参照して熱風発生器１０１の作動条件を制御する。これにより、第１水分蒸発工程７３においてホットエアブロー装置１００から自動車車体の第１未硬化ベース塗膜Ｐ３に吹き付けられるホットエアの温度条件が修正され、第２ステージ直前の塗着ＮＶも適切な値に修正される。その結果、第２ステージ直後の塗着ＮＶが目的とする３８〜４４％の管理範囲に入ることになる。

図６は、本例の第１水分蒸発工程７３及び第２水分蒸発工程７５に適用できる設備の他例であってホットドライエアブロー装置２００を示すブロック図である。本例の第１水分蒸発工程７３は、第１未硬化ベース塗膜Ｐ３に含まれる水分を適量だけ蒸発させればよいので、また本例の第２水分蒸発工程７５は、第２未硬化ベース塗膜Ｐ５に含まれる水分を適量だけ蒸発させればよいので、図５に示すよう第１未硬化ベース塗膜Ｐ３又は第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の塗膜温度を上げる以外にも、塗膜に接する空気の湿度を下げてもよい。すなわち、水分蒸発を促進するためには加温及び／又は除湿すればよい。

そのため、図６に示すホットドライエアブロー装置２００は、加熱器２０１に加えて除湿器２０２を備え、これら加熱器２０１と除湿器２０２を適宜組み合わせて、塗装ブース内の温度湿度環境に適したホットドライエアを自動車車体に吹き付ける。なお、図６に示すホットドライエアブロー装置２００は、乾燥炉に類似した炉体２０６を備え、内部左右に設けられたダクト２０４に複数のノズル２０３が装着されている。そして、塗装ブース内をフロアコンベアで搬送される自動車車体に対して、中央制御装置２０５の制御によって調整されたホットドライエアを吹き付ける。

本例の上塗り塗装方法を適用するにあたり、図５に示すホットエアブロー装置１００又は図６に示すホットドライエアブロー装置２００のエア温度、エア風速及び吹付距離（ノズルと車体との間隔）については、メタリック感ＦＩ値の許容範囲（たとえばシルバー系外板色の場合は１０．５±１．０）を満足し、色味変動範囲が大きいためには、エア温度が９０℃±５℃、エア風速が１０ｍ／秒±１ｍ／秒、吹付距離が２００ｍｍ以上であることが望ましい。

すなわち本発明者らは、図９Ａに示すように、図５の熱風発生器１０１と同様の構成の熱風発生器からφ７５ｍｍのダクトにホットエアを供給し、当該ダクトに１２０ｍｍピッチで設けられたφ７５ｍｍのノズルから被塗物の試験パネルに向かってホットエアを吹き付ける試験を行った。図２に示す上塗り塗装工程７の第１水分蒸発工程７３に図９Ａに示すホットエアブロー装置を配置し、シルバー系の外板色塗料を用いて試験パネルを作製した。得られた試験パネルのメタリック感ＦＩ値と標準板との色差ΔＬを測定した結果を図９Ｂ〜図９Ｄに示す。図９Ｂは吹付距離を１００ｍｍ、図９Ｃは吹付距離を２００ｍｍ、図９Ｄは吹付距離を３００ｍｍにそれぞれ設定し、各吹付距離について、エア温度を７０±５℃、９０±５℃、１１０±５℃、エア風速を６±１ｍ／秒、１０±１ｍ／秒、１４±１ｍ／秒にそれぞれ設定した。

図９Ｂ〜図９Ｄの左図の縦軸はメタリック感ＦＩ値を示し、右図の縦軸は色味変動範囲（色差が合格となった面積）を示す。同図の結果から、吹付距離が２００ｍｍ以上、エア温度が９０℃±５℃、エア風速が１０ｍ／秒±１ｍ／秒である場合に、メタリック感ＦＩ値が１０．５±１．０の許容範囲を満足し、色味変動範囲が大きくなった。

以上のとおり、本例の上塗り塗装方法及び装置によれば、第１ステージ７２で形成された第１未硬化ベース塗膜Ｐ３中の水を蒸発させることで塗着固形分が増加し、この上に第２ステージ７４で水系上塗りベース塗料を塗り重ねると、当該工程で塗装された第２未硬化ベース塗膜Ｐ５中の水分は直下の第１未硬化ベース塗膜Ｐ３中に吸収され、これにより第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の塗着固形分が増加する。このため、塗装ブース全体を所定の温度及び湿度に管理しなくても、第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の塗着固形分の増加によってタレやタマリ、あるいはメタルムラや色味不良といった塗装不具合の発生が抑制される。その結果、上塗り塗装ブースの温度及び湿度を管理するために消費されるエネルギを低減することができる。

特に、第２ステージ直後の塗着ＮＶが３８〜４４％となるように制御すれば、色差ΔＬ（１５度）及びメタリック感差ΔＦＩが標準板に対して最もゼロに近づく。

また、第２ステージ７４直後に第２水分蒸発工程７５を設けて第２未硬化ベース塗膜Ｐ５の水分を蒸発させるので、従来のフラッシュオフ工程が不要となる。

また、第１水分蒸発工程７３又は第２水分蒸発工程７５で吹き付けられるホットエア又はホットドライエアの条件を、吹付距離が２００ｍｍ以上、エア温度が９０℃±５℃、エア風速が１０ｍ／秒±１ｍ／秒に設定することで、メタリック感ＦＩ値及び色味の点で最も好ましいものとなる。

上記自動車車体Ｖは本発明に係る被塗物に相当し、上記中塗り塗膜Ｐ１は本発明に係る下地塗膜に相当する。

１…下塗り塗装工程
２…下塗り乾燥工程
３…中塗り塗装工程
４…中塗り乾燥工程
５…水研工程
６…水研乾燥工程
７…上塗り塗装工程
７１…上塗り準備工程
７２…上塗りベース塗装工程第１ステージ
７３…第１水分蒸発工程
７４…上塗りベース塗装工程第２ステージ
７５…第２水分蒸発工程
７６…クリヤ塗装工程
７７…セッティング工程
８…上塗り乾燥工程
９…空調設備
９１…空調筐体
９２…プレフィルタ
９３，９６…加温用バーナ
９４…加湿用エアワッシャ
９５…冷却用冷水コイル
９７…給気ファン
９８…クーリングタワー
９９…吸収式冷凍機
１００…ホットエアブロー装置
１０１…熱風発生器
１０２…ノズル
１０３…ダクト
１０４…中央制御装置
１０５…門型タワー
２００…ホットドライエアブロー装置
２０１…加熱器
２０２…除湿器
２０３…ノズル
２０４…ダクト
２０５…中央制御装置
２０６…炉体
Ａ，Ｂ…水分計
Ｐ１…中塗り塗膜
Ｐ２，Ｐ４…光輝性顔料
Ｐ３…第１未硬化ベース塗膜
Ｐ５…第２未硬化ベース塗膜
Ｖ…自動車車体（被塗物）

Claims (16)

1. 被塗物の塗装部位に形成された下地塗膜の表面に、目的とする上塗りベース塗膜の膜厚未満の膜厚で水系上塗りベース塗料を塗装して第１未硬化ベース塗膜を形成する第１ステージ塗装工程と、
   前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発工程と、
   前記第１未硬化ベース塗膜の上に、上塗りベース塗膜の総膜厚が前記目的とする膜厚となるように前記水系上塗りベース塗料を塗り重ねて第２未硬化ベース塗膜を形成する第２ステージ塗装工程と、
   前記第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発工程と、
   前記第２未硬化ベース塗膜の上に、上塗りクリヤ塗料を塗装して未硬化クリヤ塗膜を形成する上塗りクリヤ塗装工程と、を備える上塗り塗装方法。
2. 被塗物の塗装部位に形成された下地塗膜の表面に、目的とする上塗りベース塗膜の膜厚未満の膜厚で水系上塗りベース塗料を塗装して第１未硬化ベース塗膜を形成する第１ステージ塗装工程と、
   前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発工程と、
   前記第１未硬化ベース塗膜の上に、上塗りベース塗膜の総膜厚が前記目的とする膜厚となるように前記水系上塗りベース塗料を塗り重ねて第２未硬化ベース塗膜を形成する第２ステージ塗装工程と、
   前記第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発工程と、
   前記第２未硬化ベース塗膜の上に、上塗りクリヤ塗料を塗装して未硬化クリヤ塗膜を形成する上塗りクリヤ塗装工程と、
   前記第１未硬化塗膜、前記第２未硬化塗膜及び前記未硬化クリヤ塗膜を同時に乾燥させる上塗り乾燥工程と、を備える上塗り塗装方法。
3. 前記第１水分蒸発工程は、前記第１未硬化ベース塗膜を加温雰囲気にする工程を含む請求項１又は２に記載の上塗り塗装方法。
4. 前記第２水分蒸発工程は、前記第２未硬化ベース塗膜を加温雰囲気にする工程を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の上塗り塗装方法。
5. 前記第１水分蒸発工程は、前記第１未硬化ベース塗膜を除湿雰囲気にする工程を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の上塗り塗装方法。
6. 前記第２水分蒸発工程は、前記第２未硬化ベース塗膜を除湿雰囲気にする工程を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の上塗り塗装方法。
7. 前記第１水分蒸発工程は、前記第２未硬化ベース塗膜の水分量が３８％〜４４％の範囲に属するように前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる請求項１〜６のいずれか一項に記載の上塗り塗装方法。
8. 前記第１水分蒸発工程は、前記第２未硬化ベース塗膜の水分量が３８％未満の場合には前記第１未硬化ベース塗膜の水分の蒸発量を減少させ、前記第２未硬化ベース塗膜の水分量が４４％を超える場合には前記第１未硬化ベース塗膜の水分の蒸発量を増加させる請求項７に記載の上塗り塗装方法。
9. 被塗物の塗装部位に少なくともメタリック系上塗り塗料を塗装する塗装装置であって、
   水系上塗りベース塗料を塗装して第１未硬化ベース塗膜を形成する第１ステージ塗装手段と、
   前記第１未硬化ベース塗膜の上に前記水系上塗りベース塗料を塗り重ねて第２未硬化ベース塗膜を形成する第２ステージ塗装手段と、
   前記第２未硬化ベース塗膜の上に上塗りクリヤ塗料を塗装する上塗りクリヤ塗装手段と、
   前記第１ステージ塗装手段と前記第２ステージ塗装手段との間に設けられ、前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発手段と、
   前記第２ステージ塗装手段と前記上塗りクリヤ塗装手段との間に設けられ、前記第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発手段と、を備える上塗り塗装装置。
10. 被塗物の塗装部位に少なくともメタリック系上塗り塗料を塗装する塗装装置であって、
    水系上塗りベース塗料を塗装して第１未硬化ベース塗膜を形成する第１ステージ塗装手段と、
    前記第１未硬化ベース塗膜の上に前記水系上塗りベース塗料を塗り重ねて第２未硬化ベース塗膜を形成する第２ステージ塗装手段と、
    前記第２未硬化ベース塗膜の上に上塗りクリヤ塗料を塗装する上塗りクリヤ塗装手段と、
    前記第１未硬化塗膜、前記第２未硬化塗膜及び前記上塗りクリヤ塗装工程で形成された未硬化クリヤ塗膜を同時に乾燥させる上塗り乾燥手段と、
    前記第１ステージ塗装手段と前記第２ステージ塗装手段との間に設けられ、前記第１未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第１水分蒸発手段と、
    前記第２ステージ塗装手段と前記上塗りクリヤ塗装手段との間に設けられ、前記第２未硬化ベース塗膜に含まれる水分を蒸発させる第２水分蒸発手段と、を備える上塗り塗装装置。
11. 前記第１水分蒸発手段は、前記第１未硬化ベース塗膜を加温雰囲気にする手段を含む請求項１０に記載の上塗り塗装装置。
12. 前記第２水分蒸発手段は、前記第２未硬化ベース塗膜を加温雰囲気にする手段を含む請求項１０又は１１に記載の上塗り塗装装置。
13. 前記第１水分蒸発手段は、前記第１未硬化ベース塗膜を除湿雰囲気にする手段を含む請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の上塗り塗装装置。
14. 前記第２水分蒸発手段は、前記第２未硬化ベース塗膜を除湿雰囲気にする手段を含む請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の上塗り塗装装置。
15. 前記第２ステージ塗装手段直後の前記第２未硬化ベース塗膜の水分量を検出する水分量検出手段と、
    前記水分量検出手段で検出された第２未硬化ベース塗膜の水分量が３８％〜４４％の範囲に属するように、前記第１水分蒸発手段における前記第１未硬化ベース塗膜の水分の蒸発量を制御する蒸発量制御手段と、をさらに備える請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の上塗り塗装装置。
16. 前記蒸発量制御手段は、前記第２未硬化ベース塗膜の水分量が３８％未満の場合には前記第１未硬化ベース塗膜の水分の蒸発量を減少させ、前記第２未硬化ベース塗膜の水分量が４４％を超える場合には前記第１未硬化ベース塗膜の水分の蒸発量を増加させるように、前記第１水分蒸発手段を制御する請求項１５に記載の上塗り塗装装置。

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