JP2020157198A - ベル型静電塗装機を用いたメタリック塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベル型静電塗装機を使ったメタリック塗装の塗着効率を改善する。【解決手段】ベルカップ(2)を備えたベル型静電塗装機(100,200)を使ってメタリック塗装する塗装方法である。ベルカップ(2)とワーク(W)との間の塗装距離(D)が20mm以上且つ100mm以下に設定されている。ワーク(W)と放電電極(2,30)との間の電位差が30,000ボルト以上且つ40,00ボルト以下に設定されている。シェーピングエア(ＳＡ)の流量が150NL/min以上且つ300NL/min以下に設定されている。【選択図】図1

Description

本発明は、一般的には、いわゆるメタリック塗装に関し、より詳しくは、ベル型静電塗装機を用いたメタリック塗装方法に関する。

静電気の引力を利用してワーク（塗装対象物）に塗料を付着させる静電塗装機は、塗装ロボットやレシプロケータなどの自動化システムに組み込まれて広く普及している。

静電塗装機は、塗料を霧化する方法によって下記の第１乃至第３の３つに大別することができる。第１はエアを使って塗料を微粒化するエア霧化方式であり、この方式の塗装機は「エアスプレーガン」と呼ばれている。第２は塗料液圧を使って微粒化する液圧霧化方式であり、この方式の塗装機は「エアレススプレーガン」と呼ばれている。第３は、回転する霧化頭を使って塗料を微粒化する回転霧化方式である。この霧化頭は「ベルカップ」又は「ディスク」と呼ばれている。用語を統一するため、本願明細書では、「ベルカップ」という用語を用いる。ベルカップを備えた静電塗装機は「ベル型静電塗装機」と呼ばれている。

ベル型静電塗装機において、塗料を帯電させる方法によって２つに大別することができる。一つは塗料を微粒化する際に直接誘導帯電させる方式であり、この直接誘導帯電方式の塗装機は、ベルカップに高電圧を印加する構造を備えている（特許文献１〜４）。他の一つは、微粒化した塗料に対して、コロナ放電により間接誘導帯電させる方式であり、この間接誘導帯電方式の塗装機は、ベルカップとは別に電極を備えている（特許文献５）。この電極は「外部電極」と呼ばれており、外部電極を備えた塗装機は「外部電極方式」の塗装機と呼ばれている。外部電極方式つまり間接誘導帯電方式の塗装機は、塗装機の先端部分に同一円周上に配置した複数の外部電極を備え、この複数の外部電極に高電圧を印加する構造を備えている。

ベル型静電塗装は、メタリック塗装の品質の問題を含んでいる。塗装色の多様化のなかで、鱗片状光輝性顔料を含む塗料を使った塗装が周知である。鱗片状光輝性顔料を含む塗料は「メタリック塗料」と呼ばれており、メタリック塗料を使った塗装は「メタリック塗装」と呼ばれている。また、ワーク（例えば自動車ボディ）に形成された塗装膜は「メタリック塗膜」と呼ばれている。鱗片状光輝性顔料の典型例として、アルミニウムフレーク、マイカ箔を挙げることができる。メタリック塗膜は金属的な光沢のある外観を提供するものであり、この外観の評価を数値化したフリップフロップ（FF）が知られている。

ベル型静電塗装機でメタリック塗装を行った場合、塗膜の金属的な光沢（塗装明度）を得るのが難しいという問題がある。これが、ベル型静電塗装におけるメタリック塗装の上述した品質の問題である。この金属的な光沢を実現するために、２つの方法が提案され且つ実施されている。第１の方法は、大流量のエアを使って帯電した塗料粒子を勢いよくワークの表面に衝突させることを特徴としている（特許文献１〜３）。第２の方法は、微粒化した塗料粒子の平均粒径を、鱗片状光輝性顔料の平均粒径と同じ又はこれよりも小さくすることを特徴としている（特許文献４）。第１、第２の方法を区別するために、第１の方法を用いたメタリック塗装を「大流量エア方式」のメタリック塗装と呼び、第２の方法を用いたメタリック塗装を「超微粒化方式」のメタリック塗装と呼ぶ。今現在、大流量エア方式のメタリック塗装が最も普及している。

特許文献１〜３は大流量エア方式のメタリック塗装を開示している。特許文献１の段落[0003]に明記されているように、一般論として、メタリック塗装は、鱗片状光輝性顔料をワーク表面と平行に配列するのが良いことが知られている。すなわち、ベル型静電塗装機を使ったメタリック塗装では、鱗片状光輝性顔料がワーク表面に対して起立する傾向がある。この鱗片状光輝性顔料を寝かせてワーク表面と平行に配列させることで金属的な光沢を実現できることが知られている。金属的な光沢を実現できるとメタリック塗膜は「明るい」印象を受ける。このことから、塗装業界では、メタリック塗膜の品質の良否を「明るい」「暗い」という言葉で表現している。

ベル型静電塗装機は、ベルカップによって微粒化された塗料粒子を強制的にワーク表面に差し向けるためにエアが用いられている。このエアは「シェーピングエア」又は「パターンエア」と呼ばれている。本願明細書では、用語を統一するために「シェーピングエア」と呼ぶ。

特許文献１〜３から分かるように、大流量エア方式のメタリック塗装は、帯電塗料粒子を勢いよくワークの表面に衝突させるために大流量のシェーピングエアが用いられる。すなわち、大流量エア方式のメタリック塗装は、大流量のシェーピングエアで鱗片状光輝性顔料を寝かせてワーク表面と平行に配列させるという考えに基づいている。しかし、大流量のシェーピングエアを用いることに伴って、ワーク表面で塗料粒子が跳ね返って飛散する現象が現れる。このことから、大流量エア方式のメタリック塗装は塗着効率が悪化するという欠点を含んでいる。「塗着効率」とは、使用した塗料に対して実際にワークに付着した塗料の割合を意味している。

上記塗着効率の悪化の問題に対して、特許文献１は、２つのステージに分けて塗装する２ステージ塗装方法を提案している。今現在、自動車ボディのメタリック塗装では、２ステージ塗装方法が最も普及している。

なお、特許文献４は、段落[0005]〜[0008]において、２ステージ塗装方法の実際上の運用及び塗着効率を具体的に記載している。特許文献４の段落[0005]〜[0008]を参照して、第１ステージにおいて、シェーピングエアの流量を相対的に少なくして塗着効率を７０〜８０％に高めることのできる塗装条件が設定され、そして、比較的厚い膜厚の塗膜が形成される。これに対して、第２ステージでは、大流量のシェーピングエアを用いて塗装品質を確保する。第２ステージでは塗着効率が約６０％に留まるため、第２ステージで形成する塗膜を薄くするように塗料吐出量が設定される。この結果、第２ステージの約６０％の低い塗着効率を、第１ステージの７０〜８０％の塗着効率で改善できる。

特許文献２は、２ステージ塗装方法において、メタリック塗装の塗着効率を改善するために、第１ステージでは、シェーピングエアの流量を500〜700NL/min.に設定し、第２ステージでは、シェーピングエアの流量を600〜700NL/min.に設定し、そして、第１、第２ステージの間に、塗装を行わないステージを加えることを提案している。

特許文献３は、２ステージ塗装方法において、塗装作業の効率を高め且つメタリック塗装の品質を向上することを目的として、第１ステージと第２ステージの夫々の塗装条件に関し、次の提案を行っている。

(1)濃色のメタリック塗装の場合：
(1-1)第１ステージ：
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：200mm
--シェーピングエアの流量：450NL/min.
--ベルカップの回転速度：30,000rpm

(1-2)第２ステージ：
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：250mm
--シェーピングエアの流量：600NL/min.
--ベルカップの回転速度：50,000rpm

(2)淡色のメタリック塗装の場合：
(2-1)第１ステージ：
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：300mm
--シェーピングエアの流量：350NL/min.
--ベルカップの回転速度：40,000rpm

(2-2)第２ステージ：
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：300mm
--シェーピングエアの流量：700NL/min.
--ベルカップの回転速度：50,000rpm

前述したように、メタリック塗装において、ワークに付着した鱗片状光輝性顔料を寝かせてワーク表面と平行に配列させることで金属的な光沢を実現できることが知られている。特許文献４は、前述したように、超微粒化方式のメタリック塗装方法を提案している。この超微粒化方式のメタリック塗装方法は、前述した大流量エア方式とは着眼点が異なっている。なお、超微粒化方式のメタリック塗装方法は、塗料粒子の平均粒径を小さくすることでメタリック塗装の品質を確保できることから、シェーピングエアの流量を少なくできる点で、上述した大流量エア方式とは異なっている。超微粒化方式のメタリック塗装方法において、その他の例えばベルカップに対する印加電圧や塗装距離に関する塗装条件は大流量エア方式と実質的に同じである。

特許文献４が提案する超微粒化方式の発明者は、ワーク表面に付着した塗料表面に働く表面張力に注目して、塗料がワーク表面に付着したときに鱗片状光輝性顔料に作用する表面張力に検討を加えている。塗料粒子の粒径が鱗片状光輝性顔料よりも大きい場合、塗料粒子の中に存在する光輝性顔料は、その配向に自由度がある。このことから、光輝性顔料の配向を表面張力で規定することができない。これに対して、塗料粒子の粒径を鱗片状光輝性顔料と同じ又はこれよりも小さい場合には、塗料表面に作用する表面張力によって、光輝性顔料は、ワーク表面と平行となるように引っ張られる。これにより光輝性顔料を寝かせることができる。つまり、表面張力を使って鱗片状光輝性顔料をワーク表面と平行に配列させることができる。この超微粒化方式の利点は、シェーピングエアの流量に依存しないでメタリック塗装の品質を確保できる点にある。したがって、超微粒化方式のメタリック塗装は大流量エア方式の欠点である塗着効率の悪化を改善できる。

特許文献４に開示の実施例の塗装条件は次の通りである。
--鱗片状光輝性顔料の平均粒径：22μm
--メタリック塗料の吐出量：50〜200cc/min.
--シェーピングエアの流量：200NL/min.
--塗着効率：約80％以上

ここに、特許文献４は、段落[0026]において、塗料粒子の平均粒径は、塗料の吐出量、ベルカップの回転速度、ベルカップの直径によって制御可能であると記載している。

日本特許第2531066号公報 日本特許第3589022号公報 日本特許第4121364号公報 日本特許第4765637号公報 JP特開2003-334491号公報

本願発明者らは、ベル型静電塗装機の塗着効率を限りなく100％に近づける技術開発を推進しているなかで、ワークと塗装機との間の電位差に着目して検討及び実証実験を行うなかで本発明を案出したものである。本発明の目的は、ベル型静電塗装機を使ったメタリック塗装の塗着効率を改善できる第３の方式の塗装方法を提供することにある。

先ず、従来のベル型静電塗装機を使ったメタリック塗装の実際上の塗装条件を説明する。第１に、特許文献１〜３は大流量エア方式のメタリック塗装において、有機溶剤を含むメタリック塗料に適用されている一般的な塗装条件は次の通りである。

--ベルカップに印加する電圧：−60,000Ｖ(ボルト)
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：200mm
--シェーピングエアの流量：500〜800NL/min.
--ベルカップの回転数：30,000〜60,000rpm
--ワーク表面近くでの塗料粒子の速度：12〜18m/sec.
--ワーク表面の塗装パターン幅：250〜350mm
--塗着効率：65〜75％

第２に、水性塗料に適用されるベル型静電塗装において、Durr社の外部電極方式の塗装機（製品名「EcoBell-3」）が最も普及している。このEcoBell-3は次の塗装条件の下で最適設計されている。
--外部電極に印加する電圧：−80,000〜85,000Ｖ(ボルト)
--ワーク表面とベルカップとの間の距離（塗装距離）：150〜300mm
--ベルカップの回転数：30,000〜70,000rpm

なお、有機溶剤を含むメタリック塗料を使った塗装では、ベルカップに高電圧を印加する直接誘導帯電方式の塗装機が最も普及しているが、これは塗料粒子を誘導帯電させるための放電電極としてベルカップを使っているに過ぎない。塗料粒子を誘導帯電させるための電極という観点に立てば、ベルカップと外部電極は直接的か間接的かの違いがあるものの実質的に同じ機能である。したがって、ベルカップ及び外部電極の双方を含む用語として「放電電極」を使って本発明を説明する。

放電電極に高電圧を印加すると、ワークとの間に電位差が発生すると共に放電電極とワークとの間に電流が流れる。この影響で、ワーク表面に付着した光輝性顔料は、前述したようにワーク表面上で起立する傾向になる。そして、これがメタリック塗装の品質を悪化させる原因となる。本願発明者らは、前述したように、放電電極とワークとの間の電位差に注目した。仮説として、電位差を小さくすれば、光輝性顔料がワーク表面上で起立する傾向を弱めることができると考えた。

しかし、静電塗装機は、誘導帯電した塗料粒子をワーク表面に静電気の引力で付着させるものである。したがって、電位差を小さくすることは静電気の引力が弱くなり、静電塗装機の利点である高い塗着効率を維持することができない。そこで、本願発明者らは、次の仮説の下で、(i)電位差を小さくすることと、(ii)塗装距離を小さくすることの組み合わせを検討した。本願発明者らが設定した仮説は次の通りである。

『静電塗装機をワーク表面に近づければ近づけるほど、塗料粒子をワーク表面に運ぶためのシェーピングエアはその流量が少なくてもよい。そして、ワーク表面に静電塗装機を接近させれば、ワーク表面に付着しないで飛散する塗料の量を低減できる。つまり塗着効率を高めることができる。』

この仮説を裏付ける実験及び検証を行った結果、次の塗装条件であれば、メタリック塗装は明るい仕上がりを実現でき且つ85〜95％の塗着効率を実現できることが分かった。塗装条件は次の通りであった。

(1)塗装距離：100mmを含むそれよりも小さな距離に設定できる。つまり塗装機をワーク表面に接近させた状態で塗装を行う近接塗装である。塗装機をワーク表面に接近させ過ぎると塗装機がワーク表面と干渉してワーク表面を傷つけてしまう虞がある。この虞を念頭に置いたときに、例えば30mm以上、塗装機をワーク表面から離すのが良い。勿論、20mmの塗装距離でも良いが、現実的には、30mmを含むそれ以上であって且つ100mmを含むそれ以下の塗装距離であるのが好ましい。
(2)ワークと放電電極との間の電位差：約30,000〜約40,000Ｖ(ボルト)。

なお、ベルカップの回転数についても検討した結果、現状の要求品質に対応するのであれば約20,000〜約30,000rpmであるのが好ましい。ここにベルカップの回転数は、ベルカップの直径や塗料吐出量によって左右される。このことから上記の約20,000〜約30,000rpmは例示的であると理解されたい。少なくとも超微粒化方式(特許文献４)で要求される高度の微粒化は必要でないため、現状の要求品質に応じるのであれば約20,000〜約30,000rpmでよい。

溶剤を含むメタリック塗料を使った塗装において、従来の一般的な塗装距離である200mmよりも小さい塗装距離を設定すると、塗装を実行中にスパークが発生する虞がある。このスパークの問題は、高電圧発生デバイスと放電電極との間に高い値の抵抗体を介在させることで解消することができる。本願出願人は、エアモータの回転力をベルカップに伝達する回転軸に高抵抗体を配置することを既に提案している。この特許出願は、日本及び欧州で特許が成立している（日本特許第6444820号、EP 3 135 384 B1）。この高抵抗体を組み込んだベル型静電塗装機によれば、ベルカップをワークに近接させてもスパークが発生する虞がない。つまり近接塗装が可能になる。そして、ワークにベルカップを近接させることでベルカップの実質的な電圧を例えば−30,000〜−40,000Ｖ(ボルト)に抑えることができる。この高電圧の絶対値は従来に比べて約半分である。

水性塗料を外部電極式塗装機で塗装する場合、ベルカップからのスパークの問題はないため、放電電極（外部電極）に印加する電圧の値を30,000〜40,000Ｖ（ボルト）に抑える電流制御手段を放電電極内に直接組み込めばよい。

有機溶剤を含むメタリック塗料を使って、本発明に従う近接且つ低電圧塗装方法を実施するのに適した直接誘導帯電方式のベル型静電塗装機の概要を説明するための図である。 シェーピングエアを吐出する吐出孔が１系統のベル型静電塗装機において、ベルカップの外周縁に向けてシェーピングエアが吐出されることを説明するための図である。 図２に関連して、１系統のシェーピングエアが、ベルカップの回転方向と逆方向に捻られた状態で吐出されることを説明するための図である 表２の第５(No.5)実験（塗装距離Ｄ＝75mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像であり、（A）は比較的低倍率の写真であり、（B）は比較的高倍率の写真である。 表２の第８(No.8)実験（塗装距離Ｄ＝150mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像であり、（A）は比較的低倍率の写真であり、（B）は比較的高倍率の写真である。 表２の第９(No.9)実験（塗装距離Ｄ＝200mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像であり、（A）は比較的低倍率の写真であり、（B）は比較的高倍率の写真である。 水性メタリック塗料を使って、本発明に従う近接且つ低電圧塗装方法を実施するのに適した間接誘導帯電方式のベル型静電塗装機の概要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を説明する。図１は、直接誘導帯電方式のベル型静電塗装機の概要を説明するための図である。図１の塗装機は、有機溶剤を含むメタリック塗料を使って本発明の塗装方法を実施するのに適している。図１を参照して、ワークＷは接地されている。ワークＷは典型的には自動車ボディである。ベル型静電塗装機１００は、回転霧化頭であるベルカップ２を有し、ベルカップ２はエアモータ４によって回転駆動される。このベルカップ２には塗料源６から流量制御弁又は開閉弁８を介してメタリック塗料が供給される。

直接誘導帯電方式のベル型静電塗装機１００は、高電圧発生デバイス（カスケード）１０とベルカップ２との間に高抵抗体１２が介装されている。高電圧コントローラ１４から電力の供給を受けて高電圧発生デバイス１０は高電圧を生成し、この高電圧は、エアモータ４を介して高抵抗体１２に供給され、そして、この高抵抗体１２を介してベルカップ２に供給される。

ベル型静電塗装機１００は、シェーピングエアＳＡを吐出する吐出孔として少なくとも２系統の吐出孔群１６、１８を有している。ベル型静電塗装機１００は図示を省略したが追加の系統の吐出孔群を含んでいてもよい。第１、第２の系統の吐出孔群１６、１８は、夫々、径の異なる２つの同軸円周上に配置されている。第１系統の吐出孔群１６は相対的に外周側の円周上に配置されている。第２系統の吐出孔群１８は第１の吐出孔群１６よりも内周側に配置されている。これらの吐出孔群１６、１８から吐出される２系統のシェーピングエアを区別するために、外周側に位置する第１系統の吐出孔群１６から吐出されるシェーピングエアを「外周側シェーピングエア」と呼び、参照符号「ＳＡ-out」を付す。他方、内周側に位置する第２系統の吐出孔群１８から吐出されるシェーピングエアを「内周側シェーピングエア」と呼び、参照符号「ＳＡ-in」を付す。そして、これらを総称するときには、単に「シェーピングエア」と呼び、参照符号「ＳＡ」を付す。

外周側シェーピングエアＳＡ-out及び／又は内周側シェーピングエアＳＡ-inは捻られていてもよく、その捻り方向は、ベルカップ２の回転方向と同じであってもよいし、ベルカップ２の回転方向とは逆方向であってもよい。また、一方の系統のシェーピングエアＳＡの捻り方向がベルカップ２の回転方向と同じであり且つ他方の系統のシェーピングエアＳＡの捻り方向がベルカップ２の回転方向とは逆方向であってもよい。なお、例えば第２系統の吐出孔群１８から吐出される内周側シェーピングエアＳＡ-inをベルカップ２の外周縁に指向させるのが好ましい。この場合、内周側シェーピングエアＳＡ-inをベルカップ２の外周縁に指向させるのがよい。なお、シェーピングエアＳＡの「捻り」又は「捻り方向」に関し、後に図３を参照して説明するが、シェーピングエアＳＡの捻りは、従来から知られている。必要であれば、特許文献１の図８及びこれに関連した説明や日本特許第2600390号公報の図２〜図６及びこれに関連した説明を参照されたい。

図１に図示の塗装機１００は少なくとも２系統の吐出孔群１６、１８を備えているが、シェーピングエアＳＡを吐出する吐出孔群は１系統でもよい。つまりシェーピングエアＳＡは単一の系統であってもよい。図２、図３は単一系統の吐出孔群２０を説明するための図である。単一系統の吐出孔群２０は、周知のシェーピングエアリング２２に形成されている。このシェーピングエアリング２２は、塗装機１００の先端部分に配置される。吐出孔群２０を構成する複数の吐出孔２０hは、ベルカップ２の回転軸線を中心とした同じ円周C上に等間隔に配置されている。図２を参照して、各吐出孔２０hは、ベルカップ２の外周縁Eに指向されている。すなわち、各吐出孔２０hから吐出されるシェーピングエアＳＡは、ベルカップ２の外周縁Eに差し向けられる。

図３を参照して、塗料の微粒化のためにシェーピングエアＳＡは捻られているのがよく、この捻り方向はベルカップ２の回転方向Ｒとは逆方向であるのがよい。そして、シェーピングエアＳＡの捻り角θは２５°〜６０°であるのがよい。捻り角θは、ベルカップ２の直径、ベルカップ２の背面の角度、塗装機が直接誘導帯電方式か間接誘導帯電方式であるかによって決定すればよい。

ベル型静電塗装機１００は塗装ロボット又はレシプロケータ（図示せず）に組み込まれる。上記の流量制御弁又は開閉弁８及び高電圧コントローラ１４は、塗装ロボット又はレシプロケータを制御する制御ユニットＣＵによって統合的に制御される。

上述したベルカップ２は半導体で構成されており、ベルカップ２と高抵抗体１２との距離は極力小さくするのが好ましい。すなわち、ベルカップ２と高抵抗体１２とを接続する導電体はできるだけ短いのが好ましい。高抵抗体１２の構成及び配置に関して、日本特許第6444820号、そのパテントファミリであるEP 3 135 384 B1に詳しく説明されている。

高抵抗体１２の抵抗値の設定に関してその概要を説明すると、塗装を実行している最中に塗装距離Ｄが10mmまで接近したときにスパークが発生すると仮定したときに、このスパーク電位は10,000Ｖ(ボルト)である。塗装距離Ｄが10mmという条件でベルカップ２の電位の絶対値が10,000Ｖ(ボルト)よりも低ければスパークは発生しない。塗装距離Ｄが10mmであると、ワークＷとベルカップ２との間に流れる電流が増加する。そして、高電圧発生デバイス１０とベルカップ２との間に介在する高抵抗体１２によって、ベルカップ２に対する実質的な印加電圧は低下する。ベルカップ２の実質的な印加電圧の絶対値が10,000Ｖ(ボルト)以下となるように高抵抗体１２の抵抗値を設定すれば、仮にベルカップ２がワークＷに異常接近(塗装距離Ｄ＝10mm)したとしてもスパークは発生しない。

上記の条件の下で、例えば高電圧発生デバイス１０の出力電圧が−37,500Ｖ（ボルト）である場合、高電圧発生デバイス１０とベルカップ２との間に介装する高抵抗体１２の抵抗値を約300ＭΩに設定すればスパーク無しに、塗装距離Ｄを10mmまで接近させた近接塗装を実現できる。

実験により前述した仮説を検証するのに用いたメタリック塗料は、現在入手可能な一般的な塗料であるアルミニウムフレークを含有したメタリックベース塗料であった。そして、これを有機溶剤で希釈して使用した。

上記の表１に示す第１(No.１）〜第３(No.3）の実験において、ベルカップ２の実質的な印加電圧つまりワークＷとの電位差の絶対値は30,000Ｖ（ボルト）であった。なお、塗装機１００の移動速度は400mm/secであり、そして、塗り重ねピッチは100mmであった。また、環境温度は１６℃、環境湿度は40％であった。１６℃という環境温度は、実際に塗装を運用するときの温度に比べて低温である。

上記の第１(No.１）〜第３(No.3）の実験は、シェーピングエアＳＡの流量、塗料吐出量、ベルカップ２の回転数は同じであった。第１〜第３の実験において、異なるパラメータは塗装距離Ｄだけである。

表１から次のことが分かる。塗装距離Ｄを小さくして、ベルカップ２をワークＷに接近させるとフリップフロップ(FF)が良くなると共にメタリック塗装の膜厚も厚くなる。膜厚が厚くということは、塗着効率が良くなることを意味する。なお、表１の塗料吐出量の欄に記載の「150×2」は、毎分150ccの塗料吐出量で２回、重ね塗りしたことを意味している。

更なる検証のため、塗装距離Ｄを「50mm」から「200mm」まで段階的に変化させた実験例の結果を次の表２に示す。この追加の実験において、塗装機１００の移動速度は550mm/secであり、上記の第１回目の実験に比べて高速であった。また、環境温度は１６℃、環境湿度は40％であった。上述したように、１６℃という環境温度は、実際に塗装を運用するときの温度に比べて低温であり、したがってFFは、実際の運用よりも幾分低い値となっていると理解されたい。

なお、上記の第４(No.4)〜第９(No.9)の実験において、ベルカップ２の実質的な印加電圧つまりワークＷとの電位差の絶対値は30,000Ｖ(ボルト)であった。

第５(No.5)の実験(Ｄ＝75mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像を図４に示す。対比のため、第８(No.8)の実験(Ｄ＝150mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像を図５に示し、また、第９(No.9)の実験(Ｄ＝200mm)により得られた塗膜の表面を撮影した画像を図６に示す。図４ないし図６において画像（B）は、画像（A）よりも高い倍率で撮影した画像である。

表２及び図４ないし図６を参照して、塗装距離Ｄが100mmを含むこれよりも小さい近接塗装を行うと、フリップフロップ(FF)及び膜厚が良好になることが分かる。また、図４（Ｄ＝75mm）と、図５（Ｄ＝150mm）、図６（Ｄ＝200mm）とを対比すると分かるように、図４（Ｄ＝75mm）の画像は全体的に明るく、また、ワークＷの表面上の塗装パターンの全域において均一にアルミニウムフレークが分散していることが分かる。つまり、近接塗装では、鱗片状光輝性顔料が均一分散されることが分かる。

したがって、従来よりも低電圧で且つワークＷに塗装機１００を近づけてメタリック塗装を実施するとしたときに、塗装距離Ｄが200mm、150mmでは良好な品質を実現できないが、塗装距離Ｄが100mmを含むこれよりも小さい、つまりワークＷに近接して塗装を行う近接塗装を採用することで、塗着効率及び良好な品質を実現できることが実証できた。

次に、塗料の微粒化及びワークＷの表面におけるパターン幅の傾向を知るために次の条件で実験した。
(i)塗装距離Ｄ：100mm。
(ii)ベルカップ２の実質的な印加電圧：−30,000V(ボルト)
(iii)ベルカップ２の回転数：25,000rpm。
(iv)塗装機１００の移動速度：500mm/sec。
(v)塗料吐出量:150cc/min。

なお、環境温度は１５℃であった。使用したベルカップ２の直径は40mmであった。

上記の第１０(No.10)〜第１５(No.15)の実験の結果を示す表３から分かるように、第１０〜第１５の実験のいずれも、塗着効率が90％を越える極めて良好な値である。この第１０〜第１５の実験は、塗装距離Ｄを100mmに設定して行ったのは上述した通りである。塗装距離Ｄを100mm以下にした近接塗装の場合、シェーピングエアの吐出量を少なくする設定も可能であり、これにより塗着効率を更に向上できる。

図７は、水性メタリック塗料において、本発明の塗装方法を実施するのに適した外部電極方式のベル型静電塗装機２００の概要を説明するための図である。この外部電極方式の塗装機２００の説明において、図１を参照して説明した有機溶剤を含むメタリック塗料に適用可能な直接誘導帯電方式の塗装機１００と同じ要素には、同じ参照符号を付すことによりその説明を省略する。

図７を参照して、間接誘導帯電方式のベル型静電塗装機の概要を説明するための図である。図７の塗装機は、水性メタリック塗料を使って本発明の塗装方法を実施するのに適している。図７を参照してベル型静電塗装機２００は外部電極３０を有し、この外部電極３０に高電圧発生デバイス１０から高電圧が印加される。すなわち、図７に図示の塗装機２００は外部電極方式のベル型静電塗装機である。外部電極３０には、電流制御手段を構成する高抵抗体３２が組み込まれている。これにより塗装距離Ｄに応じて外部電極３０に印加する電圧を例えば−30,000Ｖ(ボルト)に調整することができる。

水性メタリック塗料の適用について検証するため、外部電極３０に印加する電圧を−30,000Ｖ（ボルト）に設定して、第１６実験(No.16：塗装距離Ｄ＝75mm）と、第１７実験(No.17：塗装距離Ｄ＝150mm）とを行った。第１６実験(Ｄ＝75mm)、第１７実験(Ｄ＝150mm)の結果を次の表４に示す。この水性メタリック塗料の実験において、外部電極方式の塗装機２００の移動速度は550mm/secであった。また、環境温度は１６℃、環境湿度は40％であった。

上記の第１６(No.16）実験及び第１７(No.17）実験の結果を示す表４から次のことが分かる。すなわち、塗装距離Ｄを100mmよりも遠い「150mm」に設定した第１７(No.17）実験との対比で、塗装距離Ｄを100mmより近い「75mm」に設定した第１６(No.16）実験の方がFF(塗装品質)において優れており、また、膜厚も厚くなって塗着効率が向上している。この実験結果から、水性メタリック塗料においても、本発明の近接且つ低電圧の塗装方法が有効であることが分かる。

以上、本発明の近接且つ低電圧塗装方法の検証ための条件及び結果を説明した。上記の結果に基づいて、当業者であれば本発明は次の範囲を含むことが理解できる。

(i)直接誘導帯電方式のベルカップ２及び間接誘導帯電方式の外部電極３０を総称して「放電電極」と呼ぶと、放電電極の実質的な電位の絶対値が30,000〜40,000V(ボルト)という従来に比べて低い値の高電圧が適用可能である。

(ii)塗装距離Ｄは、10mmを含むこれ以上且つ100mmを含むこれ以下の範囲に設定可能であり、塗装中に塗装機がワークと干渉するのを回避するために塗装距離Ｄの下限値は20〜30mmであってよい。要求塗装品質によって多少変わるが、塗装距離Ｄの上限値は100mmよりも若干大きくてもよいが、塗装距離Ｄの上限値は100mmよりも小さいのが好ましい。具体的には、塗装距離Ｄの範囲は約30mm以上且つ約80mm以下であってもよく、好ましくは約40mm以上且つ約80mm以下の範囲、更に好ましくは、約60mm以上且つ約80mm以下の範囲の塗装距離Ｄに設定した近接塗装に対して本発明を適用できる。

(iii)シェーピングエアＳＡの流量は例えば150NL/min以上且つ例えば300NL/min以下の範囲で任意に設定可能である。この数値は従来に比べて極めて少ないシェーピングエアの流量である。

(iv)ベルカップ２の回転数は、ベルカップ２の直径、メタリック塗料の粘度などによって左右されるが、従来に比べて低い回転数を設定することが可能であり、例えば20,000rpm以上且つ30,000rpm以下の範囲であればよい。

(v)パターン幅は、ベルカップ２の直径、ベルカップ２の回転数、シェーピングエアＳＡの流量、シェーピングエアＳＡの指向方向、シェーピングエアＳＡの捻り角度によって、従来と同様の例えば250〜350mmに調整可能である。

１００ 有機溶剤を含むメタリック塗料の塗装に本発明を適用するのに用いることのできるベル型静電塗装機
Ｗ ワーク（塗装対象物）
２ ベルカップ
４ エアモータ
６ 塗料源
８ 流量制御弁又は開閉弁
１０ 高電圧発生デバイス
１２ 高抵抗体
１６ 外周側シェーピングエアを吐出する第１系統の吐出孔群
１８ 内周側シェーピングエアを吐出する第２系統の吐出孔群
２０ 単一系統の吐出孔群
ＳＡ シェーピングエア
２００ 水性メタリック塗料の塗装に本発明を適用するのに用いることのできるベル型静電塗装機
３０ 外部電極
３２ 高抵抗体（電流制御手段）

Claims (10)

1. ベルカップを備えた静電塗装機を使ってメタリック塗装する塗装方法において、
   ベルカップとワークとの間の塗装距離が20mm以上且つ100mm以下に設定され、
   ワークと放電電極との間の電位差が30,000ボルト以上且つ40,00ボルト以下に設定され、
   シェーピングエアの流量が150NL/min以上且つ300NL/min以下に設定されていることを特徴とするメタリック塗装方法。
2. 前記塗装距離が30mm以上且つ100mm以下に設定されている、請求項１に記載のメタリック塗装方法。
3. 前記塗装距離が30mm以上且つ80mm以下に設定されている、請求項１に記載のメタリック塗装方法。
4. 前記静電塗装機が前記シェーピングエアを吐出する単一系統の吐出孔群を有し、
   該単一系統の吐出孔群を構成する各吐出孔が、前記ベルカップの外周縁に指向されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタリック塗装方法。
5. 前記各吐出孔から吐出されるシェーピングエアが、前記ベルカップの回転方向とは逆方向に捻られている、請求項４に記載のメタリック塗装方法。
6. 前記静電塗装機が前記シェーピングエアを吐出する少なくとも２系統の吐出孔群を有し、
   該複数の系統の吐出孔群は、相対的に外周側に位置する第１系統の吐出孔群と、該第１系統の吐出孔群よりも内周側に位置する第２系統の吐出孔群を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタリック塗装方法。
7. 前記第１、第２の系統の吐出孔群のうち、内周側に位置する第２系統の吐出孔群から吐出されるシェーピングエアが前記ベルカップの外周縁に指向されている、請求項６に記載のメタリック塗装方法。
8. 前記第２の系統の吐出孔群から吐出されるシェーピングエアが、前記ベルカップの回転方向とは逆方向に捻られている、請求項７に記載のメタリック塗装方法。
9. 前記放電電極が前記ベルカップで構成され、
   前記静電塗装機は、前記ベルカップに印加する高電圧を発生する高電圧発生デバイスと、該高電圧発生デバイスと前記ベルカップとの間に介装された抵抗体とを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメタリック塗装方法。
10. 前記静電塗装機が外部電極を備え、
    前記放電電極が前記外部電極で構成され、
    該静電塗装機は、前記外部電極に印加する高電圧を発生する高電圧発生デバイスと、該高電圧発生デバイスと前記外部電極との間に介装された抵抗体とを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメタリック塗装方法。