JP2017136550A - 合成樹脂成型品の静電塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性に乏しい合成樹脂成型品に対して、合成樹脂成型品を接地しなくても高品質の静電塗装を可能にする。【解決手段】準備工程(A)において、バンパー10の裏面10bに導電処理材料を塗布して、バンパー裏面10bを導電層14で構成する。次の静電塗装工程(B)では、例えば放電電極16（イオン発生器）によって導電層14に正極性の電荷が付与される。そして、この状態で、負極性に帯電した塗料粒子22が静電塗装機20から吐出され、バンパー10の静電塗装が行われる。【選択図】図3

Description

本発明は、合成樹脂成型品の静電塗装方法に関し、表面と裏面とを有する合成樹脂成型品の表面に塗装を施すのに好適に適用される。本発明は典型的には自動車用バンパーに適用される。

帯電した塗料粒子を静電的相互作用によってワークピースに吸着させるのが静電塗装の原理である。帯電した塗料粒子は電気力線に沿って飛行してワークピースに静電的に吸着する。

静電塗装方法は自動車業界に採用されて久しい。自動車の塗装は、自動車の意匠性及び商品性に直結するため高度の品質が求められる。自動車業界は、軽量化のために合成樹脂から作られた部品を採用する傾向にある。その典型的な具体例がバンパーである。

合成樹脂製バンパーと金属製バンパーとの違いは、導電性の違いにある。金属製バンパーは良導電性を有する。合成樹脂製バンパーは導電性に乏しい。合成樹脂製バンパーに静電塗装を施す一つの方法を特許文献１が提案している。

特許文献１は、合成樹脂製バンパーの裏面に導電処理材料を塗布し、そして、バンパーを接地した状態で静電塗装することを開示している。

ＪＰ特開２００７−１４８５２号公報

バンパーを接地した状態で塗装を行う特許文献１の提案は、上手く接地されていない場合には塗装不良を発生してしまうという問題がある。このことから、特許文献１の塗装方法を実施するときには、静電塗装を行っている最中、バンパーの接地状態を監視し続ける装置が必ず必要である。すなわち、合成樹脂製のワークピースの接地の適否が塗装品質を左右してしまう。バンパーのように所定の時間間隔を置いて流れ作業で塗装を行う場合、各バンパー毎に接地の適否を確認することは作業の繁雑さを招く。

本発明の目的は、導電性に乏しい合成樹脂成型品に対して、合成樹脂成型品を接地しなくても高品質の静電塗装が可能な静電塗装方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、高品質が求められる自動車部品の塗装に関し、自動車部品を接地状態にする必要無しに実施可能な静電塗装方法を提供することにある。

本発明の目的の下で本願発明者らは静電塗装の原理を再検討した。

(1)帯電した塗料粒子がワークピースに付着すると、これに伴ってワークピースに与えられた電荷はワークピースの表面を通って外部に逃げる。
(2)帯電した塗料粒子がワークピースに付着すると、これに伴ってワークピースに与えられた電荷はワークピースの内部を通じて外部に逃げる。

上記の(1)、(2)によってワークピースの表面は電位がゼロになるため、帯電した塗料粒子は静電的相互作用によってワークピースに吸着することができる。

ワークピースが電気的に導体でない場合、つまりワークピースが導電性に乏しい合成樹脂成型品の場合、次の点が静電塗装を行うに際して問題となる。

合成樹脂成型品は導電性に乏しいため、帯電した塗料粒子が合成樹脂成型品に付着しても、塗料粒子の電荷が移動しない。このことから、塗料粒子の電荷が合成樹脂成型品を通って外部に逃げないため、静電塗装を行っても直ぐに合成樹脂成型品の表面で電荷が飽和してしまう。そして、これ以上、塗料粒子を静電的に合成樹脂成型品の表面に吸着させることができなくなってしまう。

金属製ワークピースつまり良好な導電性を備えたワークピースに対する塗装方法として静電塗装方法が進化してきたのは前述した通りである。そして、金属製のワークピースは接地した状態で静電塗装が実施されている。この延長線上で合成樹脂成型品に静電塗装を適用することを企図して、合成樹脂製のワークピースを接地した状態で静電塗装を行う、というのが特許文献１の提案である。

本願発明者らは、導電性が乏しいという合成樹脂成型品の特性を上手く使うことができれば合成樹脂成型品に相応しい静電塗装方法を提供できる、との考えに基づいて本発明を案出するに至ったものである。

図１、図２は、合成樹脂成型品１００の内部のメカニズムを双極子２を例に説明するための図である。図１は、合成樹脂成型品１００を外部電場に晒していないときの合成樹脂成型品１００内部の双極子２の状態を示す。図２は、合成樹脂成型品１００を外部電場に晒したときの双極子２の状態を示す。合成樹脂成型品１００を外部電場に晒していないときには双極子２がランダムな状態にある（図１）。

合成樹脂成型品１００を外部電場に晒したときには双極子２が電場の影響を受けて同じ方向に整列した状態になる（図２）。図１、図２を参照して説明した双極子２の配列の変化は、合成樹脂成型品１００が導電性に乏しいという特性に基づいている。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
単一の極性に帯電した塗料粒子を静電的作用によって合成樹脂成型品の表面に吸着させる静電塗装方法であって、
前記合成樹脂成型品の裏面に、前記塗料粒子とは逆の極性の電圧を印加する又はイオンを当てて該合成樹脂成型品の表面を前記塗料粒子とは逆の極性に帯電した状態にする表面特性改質工程と、
前記合成樹脂成型品の表面に前記塗料粒子を静電的相互作用によって吸着させる塗装工程とを有し、
前記合成樹脂成型品を接地することなく静電塗装を施することを特徴とする合成樹脂成型品の静電塗装方法を提供することにより達成される。

本発明によれば、合成樹脂成型品の裏面を、塗料粒子とは逆の極性に帯電させた状態にすることで、合成樹脂成型品の内部の双極子を同じ方向に整列した状態にすることができる。そして、これにより合成樹脂成型品の表面には、塗料粒子とは逆の極性が現れる。この現象により、塗料粒子を合成樹脂成型品の表面に静電的に吸着させることができる。したがって、本発明によれば、合成樹脂成型品を接地しなくても静電塗装を行うことができる。

本発明の作用効果、他の目的は、以下の本発明の実施例の詳しい説明から明らかになろう。

電気的絶縁体の内部では双極子がランダムに配列していることを説明するための図である。 外部電場に電気的絶縁体を晒したときに、電気的絶縁体の内部では双極子が同じ方向に配列することを説明するための図である。 第１実施例の静電塗装方法を説明するための図であり、(A)は合成樹脂製バンパーの裏面に導電層を形成する準備工程を示し、(B)はバンパー裏面の導電層を帯電した状態で合成樹脂製バンパーの表面に静電塗装を施す静電塗装工程を示す。 第２実施例の静電塗装方法を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

第１実施例（図３）：
図３は、本発明の第１実施例を説明するための図である。図３の参照符号１０はワークピースを示す。ワークピース１０は自動車部品のバンパーであり、このバンパーはポリプロピレン樹脂から作られている。このポリプロピレン樹脂は、導電性に乏しく（絶縁性）、誘電率は2.2〜2.6である。ちなみに、水は導電性であることが知られているが、その誘電率は約80である。

バンパー１０は表面１０aと裏面１０bとを有する。静電塗装を開始する前の準備工程(A)において、バンパー１０の裏面１０bには、従来から知られている導電処理材料が塗布される。この導電処理材料はバンパー１０の裏面１０bに限定して塗布される。図３の参照符号１２は、バンパー１０の裏面１０bに導電処理材料を塗布するためのスプレーを示し、参照符号１４は、導電処理材料を塗布することによりバンパー裏面１０bに形成された導電層を示す。

上記の準備工程(A)を経たバンパー１０は、その裏面１０bが実質的に導電層１４によって構成される。次の静電塗装工程(B)では、導電層１４に正極性の電荷が付与される。ここに、静電塗装機２０から吐出される、帯電した塗料粒子２２の極性は負の極性である。すなわち、導電層１４の極性（正極性）は、塗料粒子２２（負極性）とは逆の極性である。

正イオンを前記導電層１４に当てることにより導電層１４に対して正極性の電荷を付与してもよいし、バンパー１０の裏面１０bつまり導電層１４に正極性の電圧を直接的に印加してもよい。なお、単一の極性のイオンを発生する機器として、静電塗装機の放電電極やイオン発生器が周知である。図３の参照符号１６は放電電極を示す。

静電塗装工程(B)では、バンパー１０は、その裏面１０bが実質的に導電層１４で構成されているため、裏面１０bが正極で帯電した状態になる。そして、この状態で静電塗装機２０を使ってバンパー１０の表面１０aに塗装が行われる。この塗装に用いられる塗料は導電性プライマーであってもよいし、通常の自動車ボディ用塗料（下塗り塗料、ソリッド塗料、クリヤー塗料、メタリック塗料など）であってもよい。

静電塗装の間、放電電極１６から正極性のイオンを発生させ続けるのが好ましい。導電層１４に正極性の電圧を直接的に印加する場合には、静電塗装の間、継続してバンパー裏面１０bの導電層１４に正極性の電圧を印加し続けるのが良い。

バンパー１０の裏面１０bを実質的に構成する導電層１４を正極に帯電した状態に保つことで、合成樹脂製バンパー１０の内部では双極子２が同じ方向に整列した状態（図２）となる。そして、これによりバンパー１０の表面１０aには正極が現れる。すなわち、バンパー１０の表面１０aの特性が改質され、バンパー１０の表面１０aが、事実上、正極に帯電した状態になる。これにより合成樹脂製バンパー１０は、これを接地しなくても静電塗装が可能な状態になる。

負極性に帯電した塗料粒子２２が静電塗装機２０から吐出される。負極性に帯電した塗料粒子２２は、事実上正極に帯電した状態のバンパー表面１０aに静電的に吸着される。

実証試験を次の条件で実施した結果、塗着効率は７６％であり良好な結果を得た。
(1)ワークピース：縦1200mm×横600mm×厚み３mmのポリプロピレン樹脂ボード（誘電率：2.2〜2.6）
(2)静電塗装機２０の塗料吐出量：160cc/min
(3)静電塗装機２０の回転霧化頭（ベルカップ）の回転数：20,000rpm
(4)静電塗装機２０の回転霧化頭（ベルカップ）の直径：40mm
(5)静電塗装機２０の印加電圧：−８０kV
(6)ベルカップとワークピースとの間の距離：１５０mm
(7)バンパー裏面１０bの導電層１４への印加電圧：＋２０kV

第２実施例（図４）：
図４は、第２実施例を説明するための図である。図４を参照した説明において、上記第１実施例（図３）と同じ要素には同じ参照符号を使って第２実施例を説明する。

図４を参照して、第２実施例では、上述した導電層１４を形成する準備工程無しに、バンパー１０の表面１０aに対して、静電塗装が実行される。そして、この静電塗装を実行する際に、バンパー１０の裏面１０bに正イオンを当てることによりバンパー裏面１０bを正極に帯電した状態が維持される。

これにより、バンパー１０の内部の双極子２が整列される。これにより、バンパー１０の表面１０aの特性が改質され、バンパー１０の表面１０aが、事実上、正極に帯電した状態になる。これにより合成樹脂製バンパー１０は、これを接地しなくても静電塗装が可能な状態になる。

この第２実施例は、例えばポリウレタンのような比較的誘電率が高い合成樹脂製のワークピース１０に好適に適用可能である。ちなみに、ポリウレタンの誘電率は5.0〜5.3であり、前述したポリプロピレン（誘電率：2.2〜2.6）に比べて、相対的に誘電率が大きい。

この第２実施例の実施において、ワークピース１０の裏面１０bの全ての領域が当接する導電性保持台（金属製の保持台）を用意し、この導電性保持台の上にワークピース１０を載置した状態で静電塗装を施してもよい。勿論、静電塗装を実施している最中、導電性保持台には正電極の電圧が印加される。この導電性保持台は前述した第１実施例に適用可能であるのは言うまでもない。

１０ ワークピース（合成樹脂製バンパー）
１０a バンパー表面
１０b バンパー裏面
１４ バンパー裏面に形成した導電層
１６ 放電電極（イオン発生器）
２０ 静電塗装機
２２ 帯電した塗料粒子

Claims (8)

1. 単一の極性に帯電した塗料粒子を静電的作用によって合成樹脂成型品の表面に吸着させる静電塗装方法であって、
   前記合成樹脂成型品の裏面に、前記塗料粒子とは逆の極性の電圧を印加する又はイオンを当てて該合成樹脂成型品の表面を前記塗料粒子とは逆の極性に帯電した状態にする表面特性改質工程と、
   前記合成樹脂成型品の表面に前記塗料粒子を静電的相互作用によって吸着させる塗装工程とを有し、
   前記合成樹脂成型品を接地することなく静電塗装を施することを特徴とする合成樹脂成型品の静電塗装方法。
2. 前記合成樹脂成型品の裏面が導電層で構成されている、請求項１に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
3. 前記導電層が、前記合成樹脂成型品を静電塗装する前に該合成樹脂成型品に導電処理材料を塗布することにより形成される、請求項２に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
4. 前記表面特性改質工程が、前記合成樹脂成型品の裏面に臨んで位置する放電電極に電圧を印加することにより発生するイオンにより行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
5. 前記表面特性改質工程が、前記合成樹脂成型品の裏面に電圧を印加することにより行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
6. 前記合成樹脂成型品の裏面の全領域が当接する導電性保持台に前記合成樹脂成型品を載置し、該導電性保持台に電圧を印加することにより前記表面特性改質工程が行われる、請求項５に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
7. 前記塗装工程において、前記合成樹脂成型品の表面に吸着させる前記塗料粒子が導電性処理材料である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。
8. 前記塗装工程において、前記合成樹脂成型品の表面に吸着させる前記塗料粒子が、自動車ボディ用の塗料である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の合成樹脂成型品の静電塗装方法。

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