JP4677838B2 - 塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、水性塗料を用いて行う塗装方法に関するものである。

従来、例えば自動車のバンパー等のような製品に水性塗料（水性プライマー塗料、水性ベース塗料）を用いて塗装を行う場合、例えば図５に示す手順により塗装処理が行われている。

まず、水性プライマー塗料を用いて被塗装物の表面を塗装し、しかる後に、塗装後の被塗装物を乾燥炉中で加熱する等して、水性プライマー塗料の塗膜を乾燥させる。この乾燥工程（以下、第一のプレヒート工程という）では、塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が所定値以上となるよう、塗膜中の水分を蒸発させる。

このとき、この所定のＮＶ値を確保するために必要時間乾燥させると、塗膜のみならず被塗装物も加熱されてしまうため、塗膜の温度がなかなか下がらず、結果的に塗膜が所定の温度以上に加熱されすぎてしまう。そして、後工程のベース塗装時において、水性ベース塗料が塗装直後にすぐに乾燥してしまい、ベース塗料の塗膜表面がバサバサと荒れた状態となる「ベース肌不良」が発生してしまう。この「ベース肌不良」は塗装品質の低下を招く。また、被塗装物も加熱されすぎて温度が上昇してしまい、以後の取り扱いに支障をきたす。

そこで従来では、図５に示すように、第一のプレヒート工程において、所定のＮＶ値を確保しつつ塗膜表面の温度が所定の温度（７５℃）以上にならないように３分間かけて塗膜の乾燥を行っている。さらに、第一のプレヒート工程後には、冷却装置により塗膜及び被塗装物を所定の温度まで冷却する冷却工程が設けられ、この冷却処理により、上記問題を回避すべく塗膜の温度を低下させている。また、水性プライマー塗料の塗装（プライマー塗装）の開始から後工程のベース塗装開始までに要する時間の短縮化をも図っている。こうしてプライマー塗装が行われる。

次に、プライマー塗装後の被塗装物の表面上（水性プライマー塗料の塗膜上）に、水性ベース塗料を用いて被塗装物の表面を塗装し、しかる後に、塗装後の被塗装物を乾燥炉中で加熱する等して、水性ベース塗料の塗膜を乾燥させる。この乾燥工程（以下、第二のプレヒート工程という）においても、上記第一のプレヒート工程と同様、塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が所定値以上となるよう、塗膜中の水分を蒸発させる。

このとき、この所定のＮＶ値を確保するために必要時間乾燥させると、塗膜のみならず被塗装物も加熱されてしまうため、塗膜の温度がなかなか下がらず、その結果、後工程のクリア塗装時においてクリア塗料が塗装直後からすぐに硬化してしまい、クリア塗料の塗膜表面が荒れた状態となる「クリア肌不良」が発生してしまう。この「クリア肌不良」もまた塗装品質の低下を招く。また、この際にも被塗装物も加熱されすぎて温度が上昇してしまい、以後の取り扱いに支障をきたす。

そこで従来では、図５に示すように、第二のプレヒート工程において、所定のＮＶ値を確保しつつ塗膜表面の温度が所定の温度（７５℃）以上にならないように３分間かけて塗膜の乾燥を行っている。さらに、第二のプレヒート工程後にも、冷却装置により塗膜及び被塗装物を所定の温度まで冷却する冷却工程が設けられ、この冷却処理により、上記問題を回避すべく塗膜の温度を低下させている。また、水性ベース塗料の塗装（ベース塗装）の開始から後工程のクリア塗装開始までに要する時間の短縮化をも図っている。こうしてベース塗装が行われる。

そして上記ベース塗装後に、ベース塗装後の被塗装物の表面上（水性ベース塗料の塗膜上）にクリア塗料を塗装するクリア塗装工程が設けられている。以上のように、水性塗料（水性プライマー塗料、水性ベース塗料）を用いて塗装を行う場合、プライマー塗装、ベース塗装、及びクリア塗装の手順で塗装処理が行われている。

特開２００３−３４０３６１号公報

上記の従来技術によれば、プライマー塗装及びベース塗装においてそれぞれ冷却工程を設けることで、塗装処理工程全体の時間の短縮化を図っており、例えば図５に示すように、塗装処理の全工程に要する時間を２０分弱としている。しかしながら、製品の効率的な大量生産の観点からすると、塗装処理工程におけるより一層の時間の短縮化が求められているのが現状である。

本発明の目的は、塗装処理工程全体の時間の一層の短縮化を実現することができる塗装方法を提供することにある。

本発明の塗装方法は、水性プライマー塗料を用いて被塗装物へのプライマー塗装を行うプライマー塗装工程と、プライマー塗装された被塗装物のプライマー塗膜にエアを当てて該プライマー塗膜を乾燥させる第一のプレヒート工程と、第一のプレヒート工程後のプライマー塗膜上に水性ベース塗料を用いてベース塗装を行うベース塗装工程と、を含み、第一のプレヒート工程を、プライマー塗膜の表面温度が７５℃以下で且つ該プライマー塗膜中の不揮発成分量であるＮＶ値が８０質量％以上となるように、４０℃より高くかつ１００℃以下の温度のエアを、５ｍ／ｓより速くかつ２０ｍ／ｓ未満の風速でプライマー塗膜に当てることで、該プライマー塗膜を乾燥させる工程としたものである。

ここで、上記の塗装方法において、第一のプレヒート工程では、エアをプライマー塗膜に当てる送風時間を３０秒以上７０秒以下とするのが好適である。

さらに、ベース塗装工程後の塗膜にエアを当てて該塗膜を乾燥させる第二のプレヒート工程と、第二のプレヒート工程後の塗膜上にクリア塗料を用いてクリア塗装を行うクリア塗装工程と、を含み、第二のプレヒート工程を、水性ベース塗装工程後の塗膜の表面温度が４５℃以下で且つ該塗膜中の不揮発成分量であるＮＶ値が８０質量％以上となるように、１６ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満の風速のエアを前記塗膜に当てることで、該塗膜を乾燥させる工程とするのが好適である。

本発明によれば、従来の冷却工程を有する塗装方法に比べて、塗装処理工程全体の時間をより一層短縮することが可能となる。

本発明の塗装方法は、プレヒート工程において、被塗装物の表面上の塗膜の温度が塗装品質に影響を与えない最大温度以上にならないように、エアを当てて塗膜を乾燥させることで、冷却工程を省略可能としたものである。

ここで、塗膜の塗装品質に影響を与えない最大温度としては、次のような条件を満足する必要がある。

まず、ベース塗装前（すなわち、プライマー塗装後の第一のプレヒート工程の後）における条件としては、水性プライマー塗料の塗膜表面の温度が７５℃以下であることが必要である。これは、ベース塗装前（プライマー塗装後）のプレヒートによって塗膜表面の温度が７５℃より高い温度となってからベース塗装を行うと、後工程のベース塗装時において水性ベース塗料が塗装直後にすぐに乾燥してしまい、ベース塗料の塗膜表面がバサバサとなる「ベース肌不良」が発生してしまうからである。また、塗装品質上、水性プライマー塗料の塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上であることが必要である。

さらに、クリア塗装前（すなわち、ベース塗装後の第二のプレヒート工程の後）における条件としては、水性ベース塗料の塗膜表面の温度が４５℃以下であることが必要である。これは、クリア塗装前（ベース塗装後）のプレヒートによって塗膜表面の温度が４５℃より高い温度になってからベース塗装を行うと、後工程のクリア塗装時においてクリア塗料が塗装直後からすぐに硬化してしまい、「クリア肌不良」が発生してしまうからである。また、塗装品質上、水性ベース塗料の塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上であることが必要である。

そこで、上記の各条件を満足し且つ冷却工程を省略可能な塗装方法の手順について、図面を参照して以下説明する。図１には、本発明の第一の実施形態における塗装方法の手順の一例が示されている。

本発明の塗装方法では、まず、水性プライマー塗料を用いて被塗装物の表面を塗装し、この塗装後の乾燥工程（第一のプレヒート工程）において、４０℃以上１００℃以下の温度のエアを、５ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満の風速で約３０秒以上７０秒以下程度の送風時間の間、塗膜に当てて塗膜を乾燥させる。これにより、冷却工程がなくとも、塗膜表面の温度が７５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という上記の条件を満たしながら塗膜を乾燥させることができる。尚、風速を２０ｍ／ｓ未満としたのは、これ以上の風速にすると、水性プライマー塗料の塗膜が波打ってしまい、塗装品質が低下するためである。

例えば図１や図２（ａ）に示すように、従来と同様の３分間の水性プライマー塗料を塗装した後、第一のプレヒート工程において、湿度１９．５％ＲＨで５０℃のエアを、風速１８ｍ／ｓで３０秒間、塗膜に当てて塗膜を乾燥させると、図２（ｂ）に示すように、水性プライマー塗料の塗膜表面が４３．２℃で且つＮＶ値が８８．２質量％となり、上記条件を満たすプライマー塗装を行うことができる。

次に、プライマー塗装後の被塗装物の表面上（水性プライマー塗料の塗膜上）に、水性ベース塗料を用いて被塗装物の表面を塗装し、この塗装後の乾燥工程（第二のプレヒート工程）において、１６ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満という風速の条件で、且つ、例えば６０℃のエアを風速１８ｍ／ｓで３０秒間程度、あるいは５０℃のエアを風速１８ｍ／ｓで５０秒間程度、というようにエアの温度を送風時間の長さに反比例して低くなるように、エアの温度と送風時間の条件を設定し、これらの設定条件に従ってエアを塗膜に当てて塗膜を乾燥させる。これにより、冷却工程がなくとも、塗膜表面の温度が４５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という上記の条件を満たして塗膜を乾燥させることができる。尚、風速を２０ｍ／ｓ未満としたのは、これ以上の風速にすると、水性ベース塗料の塗膜が波打ってしまい、塗装品質が低下するためである。

例えば図１や図２（ａ）に示すように、従来と同様の３分間のベース塗装を行った後、第二のプレヒート工程において、湿度１９．５％ＲＨで５０℃のエアを、風速１８ｍ／ｓで５０秒間、塗膜に当てて塗膜を乾燥させると、図２（ｂ）に示すように、水性プライマー塗料の塗膜の塗膜表面が４４℃で且つＮＶ値が８２．３質量％となり、上記条件を満たすベース塗装を行うことができる。

そして、上記のようにベース塗装が行われた後には、従来と同様に、ベース塗装後の被塗装物の表面上（水性ベース塗料の塗膜上）にクリア塗料を塗装するクリア塗装が行われる。

このように、上記の塗装方法によれば、塗装品質を損なうことなく、従来の塗装方法におけるプライマー塗装及びベース塗装での各冷却工程をいずれも省略することができるため、塗装品質を維持しつつ塗装処理工程全体に要する時間の短縮化を実現できる。例えば図１と図５とを比較すると、クリア塗装が１分間延長しているものの、冷却工程の省略により、塗装工程全体で約６分の時間短縮化を実現している。

以下、実施例により、本発明の塗装方法について、さらに詳細に説明する。以下の実施例では、プライマー塗装後の第一のプレヒート工程で利用されるエアについて、塗装品質を損ねない条件（具体的には、塗膜表面の温度が７５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件、及び風速２０ｍ／ｓ未満という条件）を満たすことのできるエアの温度、エアによる送風時間、風速を評価した。

具体的には、まず、被塗装物としてテスト用の樹脂評価パネル（材質：トヨタ・スーパー・オレフィン・ポリマー「ＴＳＯＰ６」、サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）を用いて、このパネルに対して水性プライマー塗料の塗装及び第一のプレヒートを行い、さらに第一のプレヒート後に塗装品質の良好なパネルに対して、水性ベース塗料の塗装、第二のプレヒート、クリア塗料を行った。ここで、上記パネルへの水性プライマー塗料及び水性ベース塗料の塗装は、塗装用ガンを用いて、図１に示す手順と同様に、３分間かけて行った。また、第一のプレヒート工程におけるエアの条件として、温度については４０〜１００℃、送風時間については３０秒、５０秒、７０秒の３通り、風速を５〜１８ｍ／ｓといった条件設定を行った。また同様に、第二のプレヒート工程におけるエアの条件としても、温度については４０〜６０℃、送風時間については３０秒、５０秒、７０秒の３通り、風速を５〜１８ｍ／ｓといった条件設定を行った。

尚、本実施例で用いられた各塗料は以下の通りである。
水性プライマー塗料：日本ビー・ケミカル株式会社製「ＷＢ−１１１０ＣＤ（Ｕ−ＡＨ７）」
水性ベース塗料：神東ハーバーツ・オートモティブ・システムズ株式会社製「ＨＷ−１０ ＃１Ｄ２」
クリア塗料：日本ビー・ケミカル株式会社製「２液クリア Ｈ２ＣＰ−２３０１−１（主剤）／Ｈ２ＣＰ−２３０１（硬化剤）」

そして、第一のプレヒート工程後に、この第一のプレヒート工程での各エア条件ごとの評価パネルについて、それぞれ、塗膜表面の温度が７５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満たすか否かを測定し、第一のプレヒート工程における最適なエアの条件を評価した。また、第二のプレヒート工程後に、この第二のプレヒート工程での各エア条件ごとの評価パネルについて、それぞれ、塗膜表面の温度が４５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満たすか否かを測定し、第二のプレヒート工程における最適なエアの条件を評価した。

尚、第一及び第二のプレヒート工程後の評価パネルにおける塗膜表面の温度については、非接触温度計（日本アビオニクス株式会社製「Ｎｅｏ Ｔｈｅｒｍｏ ＴＳＶ−７００」）を用いて測定した。また、不揮発成分量（ＮＶ値）については、各プレヒート工程前の評価パネルの重量、各プレヒート工程後の評価パネルの重量、及び所定の評価パネル重量を測定し、得られた測定値と以下の式１とを用いて算出した。ここで、評価パネル重量には、１２０℃×２時間の条件下で乾燥して得られた塗装前の樹脂評価パネルの重量値を用いた。

以上のようにして、各プレヒート工程後に得られたエア条件ごとの評価パネルについて、最適なエア条件に関する評価を行った。以下、各プレヒート工程における最適なエア条件に関する評価結果を、図面を参照して説明する。

図３には、第一のプレヒート工程後において塗膜表面の温度が７５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満足できるエアの温度と風速との関係が、送風時間ごとに示されている。図３によれば、４０℃以上１００℃以下のエアを、５ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満（図３では、１８ｍ／ｓ以下）の風速で約３０秒以上７０秒以下程度の送風時間の間、塗膜に当てることで、塗膜表面の温度が７５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満たして塗膜を乾燥させることができた。

以上のように、この第一のプレヒート工程後に従来のような冷却工程を設けなくとも、ベース塗装前における塗膜表面の温度は７５℃以下で、且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）は８０質量％以上とすることができる。従って、塗装品質を低下させることなく冷却工程を省略でき、その分、塗装処理工程全体の時間の短縮化を実現できる。

また、図４には、第二のプレヒート工程後において塗膜の温度が４５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満足できるエアの温度と風速との関係が、送風時間ごとに示されている。図４によれば、６０℃のエアを風速１８ｍ／ｓで３０秒間程度、あるいは５０℃のエアを風速１８ｍ／ｓで５０秒間程度、というように、エアの温度を送風時間の長さに反比例して低くなるように条件設定し、この設定条件に従ってエアを塗膜に当てることで、塗膜表面の温度が４５℃以下で且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）が８０質量％以上という条件を満たして塗膜を乾燥させることができた。尚、エアを７０秒間程度、塗膜に当てた場合、エアの温度と風速との関係で第二のプレヒート工程における乾燥条件を満たすものはなかった。

以上のように、この第二のプレヒート工程後においても、従来のような冷却工程を設けなくとも、クリア塗装前における塗膜表面の温度は４５℃以下で、且つ塗膜中の不揮発成分量（ＮＶ値）は８０質量％以上とすることができる。従って、塗装品質を低下させることなく冷却工程を省略でき、その分、塗装処理工程全体の時間の短縮化を実現できる。

本発明の第一の実施形態における塗装方法の処理手順を示す図である。 図１の塗装方法におけるプレヒート条件及び、該プレヒート条件により得られた塗膜の状態を示す図である。 第一のプレヒート工程後に塗膜が所定の条件を満足するためのエアの温度と風速との関係を、送風時間ごとに示した図である。 第二のプレヒート工程後に塗膜が所定の条件を満足するためのエアの温度と風速との関係を、送風時間ごとに示した図である。 従来の塗装方法の処理手順を示す図である。

Claims (3)

1. 水性プライマー塗料を用いて被塗装物へのプライマー塗装を行うプライマー塗装工程と、
   プライマー塗装された被塗装物のプライマー塗膜にエアを当てて該プライマー塗膜を乾燥させる第一のプレヒート工程と、
   前記第一のプレヒート工程後のプライマー塗膜上に水性ベース塗料を用いてベース塗装を行うベース塗装工程と、
   を含み、
   前記第一のプレヒート工程を、
   前記プライマー塗膜の表面温度が７５℃以下で且つ該プライマー塗膜中の不揮発成分量であるＮＶ値が８０質量％以上となるように、４０℃より高くかつ１００℃以下の温度のエアを、５ｍ／ｓより速くかつ２０ｍ／ｓ未満の風速でプライマー塗膜に当てることで、該プライマー塗膜を乾燥させる工程とした、
   ことを特徴とする塗装方法。
2. 請求項１に記載の塗装方法において、
   前記第一のプレヒート工程では、エアをプライマー塗膜に当てる送風時間を３０秒以上７０秒以下としたことを特徴とする塗装方法。
3. 請求項１又は２に記載の塗装方法において、
   さらに、
   前記ベース塗装工程後の塗膜にエアを当てて該塗膜を乾燥させる第二のプレヒート工程と、
   前記第二のプレヒート工程後の塗膜上にクリア塗料を用いてクリア塗装を行うクリア塗装工程と、
   を含み、
   前記第二のプレヒート工程を、
   水性ベース塗装工程後の塗膜の表面温度が４５℃以下で且つ該塗膜中の不揮発成分量であるＮＶ値が８０質量％以上となるように、１６ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満の風速のエアを前記塗膜に当てることで、該塗膜を乾燥させる工程とした、
   ことを特徴とする塗装方法。

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