JP4599990B2 - 水系塗料の塗装方法及び塗装システム - Google Patents

Description

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、特に水系中塗り塗料と水系上塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装し、これを同時に硬化させる水系塗料の塗装方法及び塗装システムに関する。

自動車ボディの塗装系は、エポキシ系樹脂を主成分とする電着塗料と、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂又はアルキド樹脂を主成分とする中塗り塗料と、同じくポリエステル系塗料、アクリル樹脂又はアルキド樹脂を主成分とする上塗り塗料の３種の塗料を用い、電着塗装(下塗り塗装)を施したのちこれを焼き付け、硬化した電着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。

ところが、こうした３コート３ベーク塗装系では、電着塗装工程、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といった問題があった。

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、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したのち、これらを同時に一つの乾燥炉で焼き付け硬化させることが検討されている(特許文献１参照)。

ところで、工程短縮化の課題とは別に、環境対策の観点から有機溶剤系塗料を水系塗料に変更することが検討、実用化されている。特に、溶剤分が多い（樹脂固形分が小さい）上塗りベース塗料を水系塗料に切り替えると環境対策効果が大きいので、上塗りベース塗料を始めとして、次に中塗り塗料の水系化が検討されている。この種の水系塗料は、未硬化塗膜からの水分蒸発速度が有機溶剤系塗料に比べて遅いので、未硬化状態の中塗り塗膜の表面に上塗り塗料を塗布したときに、上塗り塗料中に含まれる水分が中塗り塗膜中に移行し、中塗り塗膜と上塗り塗膜の境界部分が混合され（この現象を混層ともいう。）、その結果、鮮映性に代表される上塗り塗膜の平滑性が低下するといった問題があった。
特開２００２−１５３８０５号公報

本発明は、水系中塗り塗料と水系上塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装したのちこれらを同時に硬化させる場合に中塗り塗膜層と上塗り塗膜層との混層を防止して上塗り塗膜の平滑性を確保できる塗装方法及び塗装システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の水系塗料の塗装方法は、水平部と垂直部とを有する被塗物に水系中塗り塗料を塗装したのち、ウェットオンウェットで水系上塗り塗料を塗装し、これにより形成される中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とを同じ工程で硬化させる塗装方法であって、前記被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第１中塗り工程と、前記被塗物の上部側のみに熱源を配置して前記被塗物の水平部を加熱して前記第１中塗り工程で形成された第１中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第１プレヒート工程と、前記第１プレヒート工程を経た被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第２中塗り工程と、前記被塗物の水平部及び垂直部を加熱して前記第１中塗り工程で形成された第１中塗り塗膜層及び前記第２中塗り工程で形成された第２中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第２プレヒート工程と、前記第２プレヒート工程を経た被塗物に前記上塗り塗料を塗装する上塗り工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の水系塗料の塗装システムは、水平部と垂直部とを有する被塗物に水系中塗り塗料を塗装したのち、ウェットオンウェットで水系上塗り塗料を塗装し、これにより形成される中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とを同じ工程で硬化させる塗装システムであって、前記被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第１中塗り手段と、前記被塗物の上部側のみに熱源を配置して前記被塗物の水平部を加熱して前記第１中塗り手段により形成された第１中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第１プレヒート手段と、前記第１プレヒート手段により処理された被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第２中塗り手段と、前記被塗物の水平部及び垂直部を加熱して前記第１中塗り手段により形成された第１中塗り塗膜層及び前記第２中塗り手段により形成された第２中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第２プレヒート手段と、前記第２プレヒート手段により処理された被塗物に前記上塗り塗料を塗装する上塗り手段と、を有することを特徴とする。

本発明では、中塗り塗料を２ステージで塗装するとともに、１ステージ後および２ステージ後のそれぞれにおいてプレヒートする。特に１ステージ後のプレヒートは被塗物の水平部に対して主に実施する。

中塗り塗料を２ステージで塗装すると、１ステージで塗装した場合に比べて上塗り塗膜層の鮮映性が向上する（図５参照）。また、各ステージ後のそれぞれでプレヒートすると、中塗り塗装後にのみプレヒートした場合に比べて、上塗り塗膜層の鮮映性が向上する（図６参照）。

また、１ステージ後のプレヒートは鮮映性の低下が顕著に現れる被塗物の水平部に対して主に実施することで、ランニングコストを抑制しつつ品質向上が達成できる。

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は本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法を示す工程図、図２は本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法により形成される積層塗膜を示す断面図、図３は本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法を実施する中上塗り工程の一例を示す平面図である。

本発明に係る自動車ボディの塗装方法は、中塗り塗料と上塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装し、これにより形成された未硬化の中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とを同じ乾燥炉で同時に硬化させる工程を有する塗装方法であればよい。代表的な実施形態を以下に説明するが、本発明に係る自動車ボディの塗装方法はこれらの実施形態にのみ限定される趣旨ではなく、したがって、これら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。

なお本明細書において、被塗物に塗布する材料を塗料といい、この塗料を塗布することにより被塗物表面に形成される層であって硬化前を未硬化塗膜層、硬化後を硬化塗膜層、これら未硬化塗膜層及び硬化塗膜層を総称して塗膜層という。

本実施形態に係る積層塗膜は、図２に示すように被塗物である自動車ボディ１０１の表面に形成された電着塗膜層１０２と、この電着塗膜層１０２の表面に形成された第１中塗り塗膜層１０３ａと、この第１中塗り塗膜層１０３ａの表面に形成された第２中塗り塗膜層１０３ｂと、この第２中塗り塗膜層１０３ｂの表面に形成されたベース塗膜層１０４と、このベース塗膜層１０４の表面に形成されたクリヤ塗膜層１０５とから構成されている。

被塗物である自動車ボディ１０１としては、鋼板やアルミニウム板などの各種金属材料製部材のほか、プラスチック製部材も適用することができ、自動車ボディの外板や内板が塗装対象部位となる。この自動車ボディ１０１を図１に示す前処理工程１に搬入し、ここでアルカリ洗浄液などを用いて自動車ボディ１０１に付着した油分を脱脂洗浄したのち、自動車ボディ１０１の表面にリン酸亜鉛の化成皮膜を形成する。

次いで、化成皮膜が形成された自動車ボディ１０１は、図１に示す電着塗料塗布工程２に搬入され、ここでカチオン型電着塗料又はアニオン型電着塗料が満たされた電着槽に自動車ボディ１０１を浸漬し、自動車ボディ１０１と電着塗料との間に所定の電圧を印加することで、電気泳動作用により未硬化の電着塗膜層１０２が自動車ボディ１０１の表面に形成される。続く電着水洗工程３では、自動車ボディ１０１の表面に付着した余分な電着塗料を、工業用水や純水を用いてスプレーやディッピングすることで洗い流すとともに、洗い流された電着塗料を回収して再利用する。

次いで、電着水洗工程３を終了した自動車ボディ１０１を、電着硬化工程４である電着乾燥炉に搬入し、たとえば１６０℃〜１８０℃で１５分〜３０分焼き付けることで硬化した電着塗膜層１０２が得られる。自動車ボディ１０１の仕様や部位によっても相違するが、電着塗膜層１０１の膜厚はたとえば１０〜４０μｍである。

第１中塗り塗膜層１０３ａ及び第２中塗り塗膜層１０３ｂは、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、塩ビ酢ビ共重合樹脂、ウレタン樹脂、セルロース樹脂などを主成分とし、これに着色材、添加剤を添加してなる熱硬化型塗料又は常温硬化型塗料もしくは２液硬化型塗料であって、水を溶剤とする水系塗料である。そして、この塗料を溶剤で希釈したものを、図１に示す第１中塗り工程６及び第２中塗り工程８においてスプレー塗装ガンや回転霧化式塗装ガンなどの塗装機を用いて電着塗膜層１０２の表面に２ステージ塗装する。

第１中塗り塗膜層１０３ａを形成したら、この塗膜層に含まれた水分を蒸発させるために自動車ボディ１０１の水平部を加熱する（第１プレヒート工程７）。この第１プレヒート工程７は、中上塗りウェットオンウェット化によって鮮映性の低下が著しいボディの水平部、フード、ルーフ、トランクリッド、フェンダ上面部等々を、中塗り塗料の硬化温度より低い温度で加熱する。

尤も、加熱によるランニングコストを考慮しなければボディ全体を加熱することもできる。しかしながら、図４に示すように、従来の電着塗装→硬化→中塗り塗装→硬化→上塗り塗装→硬化という３コート３ベーク塗装系に対して、従来の３コート２ベーク塗装系、すなわち電着塗装→硬化→中塗り塗装→上塗り塗装→硬化の塗装系では、フェンダ垂直部、ドア、クォータ等のボディ垂直部の鮮映性の低下はさほど大きくなく（同図に示す例では０．５５→０．５０の低下）、これに対して、ボディ水平部の鮮映性の低下が著しい(同図に示す例では０．８→０．６の低下)。したがって、第１プレヒート工程７では、ランニングコストを考慮してボディの水平部のみ加熱することとしている。

第１プレヒート工程７における加熱条件は、第１中塗り塗膜層１０３ａの塗着ＮＶ(塗着固形分)が８０％に達するまでとする。または、中塗り塗着膜粘度が６００〜８００Ｐａ・ｓ前後になったときとする。図７に中塗り塗着ＮＶと鮮映性との関係、図８に中塗り塗着膜粘度と鮮映性との関係をそれぞれ示すが、図７に示すように中塗り塗着ＮＶが８０％より小さいと鮮映性が０．６５以下であるが、塗着ＮＶが８０％以上になると鮮映性が０．７となり、これ以上塗着ＮＶを高めても鮮映性は向上しない。また、中塗り塗着膜粘度については６００〜８００Ｐａ・ｓ前後において鮮映性が最大となり、これより小さくても大きくても鮮映性は低下する。したがって、第１プレヒート工程７の加熱条件はこれらを考慮して決定する。

なお、第１プレヒート工程７の設定位置を図３に示すが、ボディ１０１を加熱する熱源として、ランプや熱風送風機などを採用することができる。また、ボディの水平部に対して熱が照射されるように、ランプや熱風送風機などはボディ１０１の上部側のみに配置する構成とする。

第１プレヒート工程７を終了したら、第２中塗り工程８にて中塗り塗料をボディ１０１に塗装し、第２中塗り塗膜層１０３ｂを形成する。ここで、第１中塗り塗膜層１０３ａの膜厚と第２中塗り塗膜層１０３ｂの膜厚との関係（膜厚比率）は、第１中塗り塗膜層１０３ａの膜厚を第２中塗り塗膜層１０３ｂの膜厚以上とする。第２中塗り塗膜層１０３ｂの膜厚を第１中塗り塗膜層１０３ａの膜厚以上とすると、目的とする鮮映性が得られないからである。

第２中塗り塗膜層１０３ｂを形成したら、この塗膜層１０３ｂに含まれた水分及び先に形成した第１中塗り塗膜層１０３ａに残った水分を蒸発させるために自動車ボディ１０１の全体（水平部及び垂直部）を加熱する（第２プレヒート工程９）。この第２プレヒート工程９は、第１プレヒート工程７と同様に中塗り塗料の硬化温度より低い温度で加熱する。

なお、第２プレヒート工程９における加熱条件も、第１プレヒート工程７と同様に第２中塗り塗膜層１０３ｂの塗着ＮＶ(塗着固形分)が８０％に達するまでとする。または、中塗り塗着膜粘度が６００〜８００Ｐａ・ｓ前後になったときとする。また、第１プレヒート工程７と同様に、第２プレヒート工程９でもボディ１０１を加熱する熱源としてはランプや熱風送風機などが使用できるが、水平部と垂直部の両方を加熱するため、ボディ１０１の上部側及び左右側に上記熱源を配置する構成とする。

図３は、本実施形態に係る中上塗り塗装ブース５０及び中上塗り乾燥炉１００を示す平面図であり、被塗物である自動車ボディ１０１は図の左からブース５０内に搬入され、フロアコンベアＣによって図の右方向に定速で搬送される。中上塗りブース５０と中上塗り乾燥炉１００との間の９９は中塗り塗料及び上塗り塗料を塗布した後のセッティング室である。

中上塗り塗装ブース５０の入口にはボディ１０１のワイピングを行うための準備室が設けられ、その次に、ボディ１０１の主として水平部を塗装するためのレシプロ塗装機とボディ１０１の主として垂直部を塗装するための左右一対のレシプロ塗装機とを有する第１中塗り塗装機６Ａが設けられている。各レシプロ塗装機の先端には、上述した回転霧化式塗装ガン又はスプレー塗装ガンが装着され、ここからボディ１０１に向かって中塗り塗料が噴霧される(第１中塗り工程６)。

第１中塗り塗装機６Ａの後に第１プレヒート工程７でボディを加熱するためのランプ又は熱風送風機が設けられている。さらに、第１プレヒート工程７の後に、ボディ１０１の主として水平部を塗装するためのレシプロ塗装機とボディ１０１の主として垂直部を塗装するための左右一対のレシプロ塗装機とを有する第２中塗り塗装機８Ａが設けられ、その後に第２プレヒート工程９でボディを加熱するためのランプ又は熱風送風機が設けられている。

図１に戻り、中塗り塗料を塗布したら１〜２分程度のフラッシュオフをおいて、次の上塗りベース工程１０にてボディの内外板に上塗りベース塗料を塗布する。上塗りベース塗料は、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、塩ビ酢ビ共重合樹脂、ウレタン樹脂、セルロース樹脂などを主成分とし、これに着色材、光輝材、各種添加剤を添加してなる熱硬化型塗料又は常温硬化型塗料もしくは２液硬化型塗料であって、水を溶剤とする水系塗料である。そして、この塗料を溶剤で希釈したものを、図１に示す上塗りベース工程１０においてスプレー塗装ガンや回転霧化式塗装ガンなどの塗装機を用いて第２中塗り塗膜層１０３ｂの表面に塗装する。これにより上塗りベース塗膜層１０４が形成される。自動車ボディ１０１の仕様や部位によっても相違するが、上塗りベース塗膜層１０４の膜厚はたとえば１０〜３０μｍである。

上塗りベース工程１０は、図３に示すようにボディ１０１の主として水平部を塗装するためのレシプロ塗装機とボディ１０１の主として垂直部を塗装するための左右一対のレシプロ塗装機とを有する上塗り塗装機１０Ａを２ステージ配設することで構成することができる。なお、上塗り塗膜がソリッド系塗膜である場合にはこの上塗りベース工程１０の塗装機１０Ａは回送となる。

上塗りベース塗料を塗布したら１〜２分程度のフラッシュオフをおいて、次のクリヤ工程１１にてボディの内外板にクリヤ塗料を塗布する。クリヤ塗料は、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、塩ビ酢ビ共重合樹脂、ウレタン樹脂、セルロース樹脂などを主成分とし、これに各種添加剤を添加してなる熱硬化型塗料又は常温硬化型塗料もしくは２液硬化型塗料であって、この塗料を溶剤で希釈したものを、図１に示すクリヤ工程１１においてスプレー塗装ガンや回転霧化式塗装ガンなどの塗装機を用いて上塗りベース塗膜層１０４の表面に塗装する。これにより透明のクリヤ塗膜層１０５が形成される。自動車ボディ１０１の仕様や部位によっても相違するが、クリヤ塗膜層１０５の膜厚はたとえば１０〜４０μｍである。なお、本発明に係るクリヤ塗料は水系塗料及び有機溶剤系塗料の何れをも用いることができる。

クリヤ工程１１は、図３に示すようにボディ１０１の主として水平部を塗装するためのレシプロ塗装機とボディ１０１の主として垂直部を塗装するための左右一対のレシプロ塗装機とを有する上塗り塗装機１１Ａを２ステージ配設することで構成することができる。

クリヤ塗料を塗布したら、セッティング室９９を通過させることで数分の静置を経たのちボディを中上塗り硬化工程１２（図３に示す中・上塗り乾燥炉１００）に搬入し、先に塗布して形成した第１中塗り塗膜層１０３ａ、第２中塗り塗膜層１０３ｂ、上塗りベース塗膜層１０４及びクリヤ塗膜層１０５を、同時に、たとえば１２０℃〜１６０℃で１０分〜３０分焼き付ける。

以上により、自動車ボディ１０１の表面に、電着塗膜層１０２、第１中塗り塗膜層１０３ａ、第２中塗り塗膜層１０３ｂ、上塗りベース塗膜層１０４及びクリヤ塗膜層１０５の各硬化塗膜が形成される。

図４は、従来の３コート３ベーク塗装系によるボディ水平部と垂直部の鮮映性、及び従来の３コート２ベーク塗装系(中塗り工程を１ステージにて実施)によるボディ水平部と垂直部の鮮映性を比較したグラフであり、そのまま中塗り工程と上塗り工程とをウェットオンウェットしただけでは、特に水平部の鮮映性の低下が著しく、塗装品質が極めて低下する。

これに対して、図５は、３コート２ベーク塗装系（中塗り工程と上塗り工程とをウェットオンウェット）において中塗り工程を１ステージで実施した場合と２ステージ（第１中塗り工程で膜厚１０μｍ、第２中塗り工程で膜厚１０μｍを形成する）で実施した場合の水平部の鮮映性を比較したグラフであり、本実施形態のように中塗り工程を２ステージ化することにより、鮮映性を向上させることができる。

また、図６は、３コート２ベーク塗装系（中塗り工程と上塗り工程とをウェットオンウェット）において中塗り工程を１ステージで実施し、その後にプレヒートした場合と、２ステージ（第１中塗り工程で膜厚１０μｍ、第２中塗り工程で膜厚１０μｍを形成する）で実施し、それぞれのステージ後にプレヒートした場合の水平部の鮮映性を比較したグラフであり、本実施形態のように中塗り工程を２ステージ化するとともにそれぞれの後にプレヒートすることにより、鮮映性を向上させることができる。

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。

本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法を示す工程図である。 本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法により形成される積層塗膜を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る自動車ボディの塗装方法を実施する中上塗り工程の一例を示す平面図である。 従来の３コート２ベーク塗装系の鮮映性と従来の３コート３ベーク塗装系の鮮映性とを比較したグラフである。 本発明に係る中塗り２ステージの鮮映性と従来の中塗り１ステージの鮮映性とを比較したグラフである。 本発明に係る中塗り２ステージ(プレヒート有る)の鮮映性と従来の中塗り１ステージ(プレヒート有り)の鮮映性とを比較したグラフである。 中塗り塗着ＮＶと鮮映性との関係を示すグラフである。 中塗り塗着膜粘度と鮮映性との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…前処理工程
２…電着塗料塗布工程
３…電着水洗工程
４…電着硬化工程
５…中上塗り塗装工程
６…第１中塗り工程
７…第１プレヒート工程
８…第２中塗り工程
９…第２プレヒート工程
１０…上塗りベース工程
１１…クリヤ工程
１２…中上塗り硬化工程
１０１…自動車ボディ
１０２…電着塗膜層
１０３ａ…第１中塗り塗膜層
１０３ｂ…第２中塗り塗膜層
１０４…ベース塗膜層
１０５…クリヤ塗膜層

Claims (7)

1. 水平部と垂直部とを有する被塗物に水系中塗り塗料を塗装したのち、ウェットオンウェットで水系上塗り塗料を塗装し、これにより形成される中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とを同じ工程で硬化させる塗装方法であって、
   前記被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第１中塗り工程と、
   前記被塗物の上部側のみに熱源を配置して前記被塗物の水平部を加熱して前記第１中塗り工程で形成された第１中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第１プレヒート工程と、
   前記第１プレヒート工程を経た被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第２中塗り工程と、
   前記被塗物の水平部及び垂直部を加熱して前記第１中塗り工程で形成された第１中塗り塗膜層及び前記第２中塗り工程で形成された第２中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第２プレヒート工程と、
   前記第２プレヒート工程を経た被塗物に前記上塗り塗料を塗装する上塗り工程と、
   を有することを特徴とする水系塗料の塗装方法。
2. 前記第１中塗り工程における塗装膜厚は、前記第２中塗り工程における塗装膜厚以上であることを特徴とする請求項１記載の水系塗料の塗装方法。
3. 前記第１プレヒート工程は、前記第１中塗り工程にて被塗物の水平部に形成された第１中塗り塗膜層の塗着固形分が８０％以上となるまで加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の水系塗料の塗装方法。
4. 水平部と垂直部とを有する被塗物に水系中塗り塗料を塗装したのち、ウェットオンウェットで水系上塗り塗料を塗装し、これにより形成される中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とを同じ工程で硬化させる塗装システムであって、
   前記被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第１中塗り手段と、
   前記被塗物の上部側のみに熱源を配置して前記被塗物の水平部を加熱して前記第１中塗り手段により形成された第１中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第１プレヒート手段と、
   前記第１プレヒート手段により処理された被塗物に前記中塗り塗料を塗装する第２中塗り手段と、
   前記被塗物の水平部及び垂直部を加熱して前記第１中塗り手段により形成された第１中塗り塗膜層及び前記第２中塗り手段により形成された第２中塗り塗膜層に含まれた水分を蒸発させる第２プレヒート手段と、
   前記第２プレヒート手段により処理された被塗物に前記上塗り塗料を塗装する上塗り手段と、
   を有することを特徴とする水系塗料の塗装システム。
5. 前記第１中塗り手段により形成される第１中塗り塗膜層の塗装膜厚は、前記第２中塗り手段により形成される第２中塗り塗膜層の塗装膜厚より厚いことを特徴とする請求項４記載の水系塗料の塗装システム。
6. 前記第１プレヒート手段及び第２プレヒート手段の加熱源は、ランプ又は熱風送風機であることを特徴とする請求項４又は５記載の水系塗料の塗装システム。
7. 前記第１プレヒート手段は、前記第１中塗り手段により被塗物の水平部に形成された第１中塗り塗膜層の塗着固形分が８０％以上となるまで加熱することを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の水系塗料の塗装システム。

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