JP4903087B2 - 水性塗料の塗装環境制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、水性塗料の塗装環境制御方法および制御装置に関し、特に、少ない空調エネルギーで、所望の塗膜の仕上がりを実現することができる塗装環境制御方法および制御装置に関する。

一般に、水性塗料を用いた塗装では、狭い空調範囲でしか十分な品質の塗着膜を得ることができない。そこで一部のユーザは、莫大な空調エネルギーコストと環境負荷とを抱えながら、塗装環境を制御している。その一方、ほとんど空調をせずに、塗着膜の仕上がりに不満を残したままのユーザも存在する。後者のユーザに関しては、蒸発速度の異なる溶剤を併用することや、希釈率を変えること等で対応しているが、その場その場の現場対応であり、システマチックな対応には程遠く、作業者の勘に頼るところが多い。

この原因として、水性塗料による塗膜の仕上がりに環境のどのパラメータ（空気特数値）が影響するのか掴めていないことが挙げられる。即ち、どのタイミングでどのパラメータを制御すればよいのか、また、どのような方法がその制御に有効であり、実現可能な範囲はどこまでかが十分に知られていない。

先行文献や特許出願の多くは溶剤種や希釈法など方法論を開示しているだけであるが、例えば下記特許文献１および２には、空気パラメータと仕上がりを結びつける方法が開示されている。
特開平１−２９９６７２号公報 特開２００２−２３３８１２号公報 上田政文、「湿度と蒸発」、ｐ．９０〜９１、コロナ社出版、 仲野章生ら、「浴室の残水評価法と残水乾燥シミュレーション」、松下電工技報、ｐ．３３、Ｍａｙ．２００４ 成田健一ら、「新宿御苑における蒸発効率と温熱環境の実測」、環境情報科学論文集、Ｖｏｌ．１８、ｐ．２５６、２００４

しかし、上記特許文献１、２で開示しているパラメータは、塗装環境における空気温度と塗装直後の塗膜温度が同じ場合にしか成立しない。実際の現場では下地処理で熱風乾燥された直後に塗装するケースもあり、被塗物温度が空気温度と異なる状況が多々ある。更に被塗物、空気および塗装液の熱容量および熱伝導率は当然異なっている。このため朝の始動時や突然の通り雨などによって塗装環境が急変した場合、その過渡期は被塗物・空気・塗液・各々の温度も違っている。従って、このような場合には、上記特許文献１、２に開示されているパラメータでは対応できない問題がある。

また、空調エネルギーに関しても、仕上がりに影響するパラメータとそのエネルギーの関係も掴めておらず、仕上がりを落とさずに空調エネルギーを低減することが困難である問題がある。

本発明は、上記の課題を解決すべく、より少ない空調エネルギーで、所望の塗膜の仕上がりを実現することができる水性塗料の塗装環境制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、異なる環境での水性塗料の仕上がり肌およびタレ性は、塗装後の早い時間帯での塗着ＮＶに依存することを見出した。その塗着ＮＶは塗装環境のΔＰ（塗装環境における空気の水蒸気圧と塗装された直後の塗膜温度における飽和水蒸気圧との差）に依存するので、ΔＰが同じ環境で塗装すれば、仕上がり肌やタレ性は同じになると考えられる。そして、ΔＰを水性塗料の塗装仕上がりに関する特数値とし、これを基に塗装の仕上がりの環境変動を制御する方法を発明した。

即ち、本発明に係る塗装環境制御方法は、水性塗料を用いて塗装を行なうブース内の塗装環境を制御する方法であって、前記ブース内の雰囲気の第１の温度および第１の湿度の測定値と、塗装時の塗膜温度の測定値とに基づいて、前記ブース内の前記雰囲気の水蒸気圧と前記塗膜温度における飽和水蒸気圧との差であるΔＰを求める第１ステップと、前記ブース内に導入される外気の絶対湿度を求める第２ステップと、予め求められたΔＰ等高線および絶対湿度等高線に基づいて、前記ΔＰが同じであり且つ前記外気の絶対湿度が同じである温度および湿度を求めて、第２の温度および第２の湿度とする第３ステップと、新たに測定された前記ブース内の前記雰囲気の温度および湿度が、前記第１の温度および前記第１の湿度と異なる場合に、前記外気を吸気し、吸気した前記外気の温度を前記第２の温度と同じにした後、前記外気を前記ブース内に供給する第４ステップとを含み、前記ブース内の前記雰囲気の絶対湿度を一定に維持したまま、前記ブース内の前記雰囲気を前記第２の温度および前記第２の湿度にすることを特徴としている。

本発明に係る塗装環境制御方法は、前記ブース内を前記第１の温度および前記第１の湿度に設定した状態で、前記水性塗料を塗装し、塗装された直後の前記塗膜温度を測定する第５ステップをさらに含むことができる。

また、塗装された直後の前記塗膜温度に対応する絶対温度をＴp、前記ブース内の前記雰囲気の前記第１の温度の絶対温度をＴa、前記ブース内の前記雰囲気の前記第１の湿度の相対湿度をＨ、前記Ｔpにおける飽和蒸気圧および水蒸気圧をＰsatおよびＰとして、前記ΔＰが、
ΔＰ＝Ｐsat−Ｐ 、
ln(Ｐsat)＝−6096.9385Ｔp^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔp
＋1.673952×10^-5Ｔp²＋2.433502×ln(Ｔp) 、および、
Ｐ＝Exp{−6096.9385Ｔa^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔa＋1.673952×10^-5Ｔa²
＋2.433502×ln(Ｔa)}×Ｈ
によって決定されることができる。

本発明に係る塗装環境制御装置は、水性塗料を用いて塗装を行なうブース内の塗装環境を制御する装置であって、制御部と空調部とを備え、前記制御部が、前記ブース内の雰囲気の第１の温度および第１の湿度の測定値と、塗装時の塗膜温度の測定値とに基づいて、前記ブース内の前記雰囲気の水蒸気圧と前記塗膜温度における飽和水蒸気圧との差であるΔＰを求め、前記制御部が、前記ブース内に導入される外気の絶対湿度を求め、前記制御部が、予め求められたΔＰ等高線および絶対湿度等高線に基づいて、前記ΔＰが同じであり且つ前記外気の絶対湿度が同じである温度および湿度を求めて、第２の温度および第２の湿度として決定し、前記制御部が、新たに測定された前記ブース内の前記雰囲気の温度および湿度が、前記第１の温度および前記第１の湿度と異なると判断した場合に、前記空調部に、前記外気を吸気させ、吸気された前記外気の温度を前記第２の温度と同じにした後、前記外気を前記ブース内に供給させ、前記ブース内の前記雰囲気の絶対湿度を一定に維持したまま、前記ブース内の前記雰囲気を前記第２の温度および前記第２の湿度にすることを特徴としている。

本発明によれば、水性塗料を用いた塗装において所望の塗膜の仕上がり肌またはタレ性を実現することができる目標環境（温度および湿度）を決定し、塗装ブースをその目標環境にすることができる。

また、外気の温度が目標温度よりも高い場合と低い場合とに応じた制御を行なうことによって、より少ない空調エネルギーで塗装ブースを目標環境にすることができる。

また、塗装ブースおよび外気の状態に応じて、目標環境を決定し、塗装ブースをその目標環境にすることができる。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る水性塗料の塗装環境制御装置の概略構成を示すブロック図である。本塗装環境制御装置は、塗装ブース１内に配置された塗装装置２、第１温度測定部３、第１湿度測定部４、及び第２温度測定部５と、空調部６と、塗装ブース１外に配置された第３温度測定部７及び第２湿度測定部８と、制御部９とを備えている。図１では、塗装の対象である被塗物１０、ダミー板１１も示している。なお、塗装ブース１には、これら以外の機器などが配置されて塗装ラインを構成していてもよい。制御対象となるのは塗装ブース内の環境（温度および湿度）であり、これは、塗装ブース１の設置場所、内部の塗装ラインの構成などによって影響を受ける。

塗装装置２は、公知の水性塗料用の塗装装置である。空調部６は、塗装ブース１内の温湿度環境を所定の温度および湿度に調節するための手段であり、吸気した空気を所定の温度および湿度にして排出する機能を有する公知の空調装置を使用する。第１〜第３温度測定部３、５、７、第１および第２湿度測定部４、８には、公知の温度測定装置、湿度測定装置を使用する。制御部９は、第１〜第３温度測定部３、５、７および第１〜第２湿度測定部４、８からの測定データが入力されて、空調部６の制御に必要なデータを計算し、計算結果に基づいて制御信号を空調部６に出力する。制御部９には、例えばコンピュータを使用することができる。

図１に示した塗装環境制御装置の動作の概要は、次の（１）〜（４）の通りである。
（１）制御対象の塗装ブース１に関して、標準環境を決定する。ここで標準環境とは、所望の塗膜仕上がりを得ることができる温度および湿度（以下、標準温度および標準湿度とも記す）であり、塗装ブース１の設置場所、内部の塗装ラインの構成、空調設備などを考慮して決定される。なお、使用する水性塗料は、標準環境に合わせて予め微調整される。
（２）塗装ブース１内において、塗装直後の塗膜温度を測定し、塗装ブース１内における空気の水蒸気圧と塗装された直後の塗膜温度における飽和水蒸気圧との差（ΔＰ）を計算する。
（３）外気の絶対湿度を求め、絶対湿度が外気と同じであり、且つΔＰが上記（２）で求めた値と同じである条件を満たす温度および湿度を求めて、目標環境とする。
（４）空調部６の運転を制御して外気を上記（３）で求めた目標環境にした後、塗装ブース１内に供給する。そして、塗装ブース１内が目標環境になった後、塗装装置２を用いて被塗物１０を塗装する。

以下、具体的に塗装環境制御装置の動作、即ち塗装環境制御方法について説明する。図２および図３は、塗装環境制御方法を示すフローチャートである。図２のフローチャートは上記の（１）および（２）の処理に対応し、図３のフローチャートは上記の（３）および（４）の処理に対応する。

以下では、特に断らない限り、制御部９の演算処理部（図示せず。以下、ＣＰＵと記す）が行う処理として説明する。また、ＣＰＵは、制御部９内部の記録部（図示せず）から所定のプログラムおよびデータを読み出し、メモリ部（図示せず）をワークエリアとして用いて後述する各々の処理を行い、必要に応じて処理途中のデータ及び処理結果のデータを記録部に記録する。

ステップＳ１において、標準環境として所定の温度および湿度の指定を受け付ける。例えば、制御部９に接続された操作部（コンピュータ用キーボードなど）を介して、管理者によって標準温度および標準湿度の数値が入力される。

ステップＳ２において、塗装ブース１内がステップＳ１で指定された標準環境になるように空調部６を制御する。例えば、空調部６の運転状態を制御し、第１温度測定部３および第１湿度測定部４からの測定データを所定のタイミングで取得し、取得したこれらの測定データと、指定された標準温度および標準湿度とがそれぞれ等しくなるようにする。また、ダミー板１１は、環境と同じ温度になるように、十分に長時間塗装ブース１内に置いておく。

ステップＳ３において、塗装ブース１内の温度および湿度を測定した後、速やかに、塗装時の塗着膜の温度を計測する。具体的には、ダミー板１１の表面に第２温度測定部５（例えば、熱電対）を取り付けた状態で、塗料をダミー板１１に噴霧し、塗料がダミー板１１に降りかかった瞬間の温度（以下、塗着膜温度と記す）を測定する。ここで、ダミー板１１に塗料を噴霧したとき、塗着膜の温度は直ちに一定値に収束するので、塗料が降りかかった瞬間の温度とは、この低下した温度を意味する。なお、塗装ブース１内の温度および湿度の測定は、被塗物１０と塗装装置２との間に第１温度測定部３および第１湿度測定部４を配置して行なうのが望ましい。

ステップＳ４において、ステップＳ３で測定した、塗装ブース１内の温度および湿度と、塗着膜温度とを用いて、式（１）〜（３）（ＳＯＮＮＴＡＧの式を用いている）によってΔＰを求める。
ΔＰ＝Ｐsat−Ｐ ・・・（１）
ln(Ｐsat)＝−6096.9385Ｔp^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔp
＋1.673952×10^-5Ｔp²＋2.433502×ln(Ｔp) ・・・（２）
Ｐ＝Exp{−6096.9385Ｔa^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔa＋1.673952×10^-5Ｔa²
＋2.433502×ln(Ｔa)}×Ｈ ・・・（３）
ここで、Ｔp、Ｔa、Ｈはそれぞれ、ステップＳ３での測定によって得られた塗着膜温度（絶対温度）、塗装ブース１内の空気の絶対温度、塗装ブース１内の空気の相対湿度であり、Ｐsatは温度Ｔpにおける飽和蒸気圧、Ｐは水蒸気圧である。また、lnは自然対数を表す。

上記の式（１）〜（３）は次の考えに従って導出される。ΔＰは空気に接した水の蒸発速度に比例する。水面は湿度がほぼ１００％であるため水温の飽和蒸気圧Ｐsatに等しい。この時の空気の蒸気圧をＰとすれば、ΔＰ＝Ｐsat−Ｐと表現できる。Ｐsatは水（水性塗料）の表面温度から、またＰは空気の温度と相対湿度から計算できるので、空気の温度、空気の相対湿度、および水の温度さえ計測すれば、ΔＰを求めることができる。水の蒸発とΔＰに関する詳細は、上記の非特許文献１〜３に開示されているので、ここでは説明を省略する。

以上によって、所望の塗膜の仕上がりが得られるように、外気環境に応じて塗装ブース１内の環境を制御するために必要となるΔＰが得られる。以上のステップＳ１〜Ｓ４の処理は、特定の塗装ブース１に対して、少なくとも一度実施すればよい。但し、同じ塗装ブース１においても、使用する塗料やライン構成が変更された場合、再度標準環境を指定してΔＰを求めることが必要である。

次に、塗装ブース１内の温度および湿度が標準環境と異なる場合に、上記で得られたΔＰを用いて塗装ブース１内の塗装環境、即ち温度および湿度を制御する方法について、図３のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１１において、ΔＰの指定を受け付ける。ΔＰは、ステップＳ１と同様に、外部から管理者によって指定されてもよいが、ステップＳ４で求めたΔＰを制御部９内部の記録部に記録しておき、これを読み出してもよい。

ステップＳ１２において、第３温度測定部７及び第２湿度測定部８を用いて、外気の温度および湿度を測定し、外気の絶対湿度Ｈoutを求める。

ステップＳ１３において、ΔＰ及び絶対湿度Ｈoutから、目標環境、即ち達成すべき塗装ブース１内の目標温度及び目標湿度を求める。具体的には、温度および湿度を軸とした空気線図において、ステップＳ１１で指定されたΔＰに対応する曲線（ΔＰ等高線）と、ステップＳ１２で求めた絶対湿度Ｈoutに対応する曲線（絶対湿度等高線）との交点の温度および湿度を求めて、目標環境とする。この交点は、標準環境と同じΔＰであり、外気環境と同じ絶対湿度である状態を表す。一例として、図４に、ΔＰ＝２．０の等高線と、Ｈout＝０．０１０３の等高線との交点から目標温度および目標湿度が決定されることを示す。ここで、ΔＰ等高線および絶対湿度等高線は、予め関数として求めておき、制御部９内部の記録部に記録しておけばよい。例えば、塗装ブースを所定の温度および湿度にして塗着膜温度を測定し、式（１）〜（３）によってΔＰを求める処理を、塗装ブースの温度および湿度を変化させる毎に行なうことによって、ΔＰ等高線を表す関数を求めることができる。

図４のΔＰ等高線から分かるように、ΔＰが同じ状態は複数存在する。一方、空調する場合、絶対湿度を出来るだけ変化させずに環境変動させれば、空調エネルギーが最小となる。従って、上記したステップＳ１３での処理は、空調エネルギーが最小になるような目標環境を決定したことを意味する。絶対湿度が変化しないということは、空気中の水蒸気量が変化しないことを意味するので、実際の空調方法としては加温もしくは冷却だけでよく、加湿または除湿が不要である。

ステップＳ１４において、現在が夏季か否かを判断し、夏季と判断した場合ステップＳ１６に移行し、そうでない場合ステップＳ１５に移行する。ここで、夏季とは、外気温度が目標温度よりも高い状態を意味する。従って、夏季か否かは、外気温度を測定し、ステップＳ１３で決定した目標温度と比較することで判断することができる。

ステップＳ１５において、現在が冬季か否かを判断し、冬季と判断した場合ステップＳ２０に移行し、そうでない場合、現状を維持したまま処理を終了する。ここで、冬季とは、外気温度が目標温度よりも低い状態を意味する。従って、冬季か否かは、外気温度を測定し、ステップＳ１３で決定した目標温度と比較することで判断することができる。

ステップＳ１４、Ｓ１５は、現状の塗装ブースの環境を目標環境に近づける制御方法を、夏季と冬季とで異なる方法で制御するためのものである。

夏季に該当する場合、ステップＳ１６において、空調部６を制御して外気を目標環境の温度まで冷却した後、塗装ブース１内に送り込む。この処理は、ステップＳ１７において終了の指示を受けたと判断するまで繰り返えされる。なお、吸気した外気が目標環境の温度になったか否かは、空調部６の内部に備えた温度計の測定データを取得し、これによって判断すればよい。

冬季に該当する場合、ステップＳ１８において、空調部６を制御して外気を目標温度まで加温した後、塗装ブース１内に送り込む。この処理は、ステップＳ１９において終了の指示を受けたと判断するまで繰り返えされる。

以上によって、塗装ブース１内の環境を目標環境にすることができるので、塗装装置２を用いて被塗物１０の塗装を行なった場合、所望の塗膜の仕上がり肌およびタレ性を実現することができる。塗装ブース１内が目標環境になったか否かは、第１温度測定部３および第１湿度測定部４から取得した測定データによって判断すればよい。また、空調部６を所定時間以上連続運転すれば、設定された環境になることが分かっていれば、その所定時間が経過した後に塗装を開始するようにしてもよい。

ステップＳ１６、Ｓ１８において、絶対湿度が変化しないように状態遷移させているので、状態遷移に必要な空調エネルギーは最小となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、図１に示した構成や、図２および３に示したフローチャートを種々変更して実施することができる。

例えば、上記では、ステップＳ３において、ダミー板を用いて塗装時の塗着膜の温度を計測する場合を説明したが、被塗物を用いてもよい。また、第２温度測定部５に、熱電対などの接触型の測定手段を使用せずに、赤外線温度計などの非接触型の測定手段を使用してもよい。

また、上記では、一度外気の絶対湿度を求めて目標環境を決定した後は、その値を使用するが、適宜外気の状態を測定し、外気の状態が変化した場合、新たに目標環境を決定するようにしてもよい。その場合、塗装を中断し、新たに決定した目標環境を用いて空調部を制御し、塗装ブース内を目標環境にした後に塗装を再開すればよい。

以下に実施例を示し、本発明の特徴を明らかにする。まず、使用した、水性塗料、被塗物、及び塗装機に関して説明する。水性塗料は自動車用の中塗り塗料ＷＰ306（関西ペイント社製）を用いた。まず塗料をフォードカップNo.4にて45秒に水希釈した。このときの固形分（以後塗装NV）は１１０℃１時間乾燥の条件で５５％になる。塗装機には回転霧化型のベル塗装機でＧ１ベルカップ（ＡＢＢ社製）を使用した。また被塗物には化成処理を行なった冷延ダル鋼板にカチオン電着塗料エレクロンＧＴ１０（関西ペイント社製）を乾燥後の膜厚が２５μｍになるように塗装したものを用いた。

塗膜作成方法、評価項目は次の通りである。塗装は風速０．５ｍ/ｓの水循環ブースにて、上記塗料を乾燥後の膜厚が２８μｍになるように塗装した。塗着３０秒後に塗着膜の一部をかきとり、１１０℃で１時間乾燥した後の塗着ＮＶを測定した。一方、残りの塗膜はブース環境に５分間放置した後、８０℃で１０分間乾燥し、更に１５０℃で３０分間焼付けた。

評価項目のうち、仕上がり肌はＢＹＫ社製のウエーブスキャンを用いて評価した。この装置は肌のラウンドを光学的に数値化するもので、値が小さいほどラウンドが少ないことを示す。タレ性は塗板に１ｃｍφの穴を開け、その周辺のタレ長さを判定した。目視で５ｍｍ以上のタレ長さを検知した場合、タレ不良と判断した。

空調エネルギーの評価は、夏場と冬場の２種類について、上記の式（４）〜（９）を用いて評価した。空気風量は大型の塗装ブースを意識して３００００ｍ³/ｈとし、安全係数Ｃを１．１５とした。また、単位質量辺りの水蒸気を作るためのエネルギーであるe_vapを２０℃の水の蒸発熱量から求めた。

以下に示す実施例１、比較例１、比較例２では、外気条件を１７℃８５％（低温高湿）とした。また、実施例２、比較例３、比較例４では、外気条件を３３℃５０％（高温低湿）とした。前者が冬季、後者が夏季をイメージした条件である。また、所望の仕上がり肌とタレ性が達成できる標準環境を２５℃７０％とした。

ステップＳ１〜Ｓ４に従って、標準環境にて塗料を吹き付けた時の塗着膜温度を測定した結果、２１℃となり、その温度と塗装ブース内の空気の温湿度とから、この環境についてΔＰ＝２．０が得られた。なお、予め被塗物を塗装ブース内の空気に長時間晒しておき、被塗物の温度が塗装ブース内の空気温度と同じになるようにした。
（１）実施例１
外気の絶対湿度を計算によって求めた結果、０．０１０３ｋｇ／ｋｇＤＡであった。この絶対湿度とΔＰ＝２．０の条件とを用いて、ステップＳ１１〜Ｓ１３に従って目標環境を求め、ステップＳ１８に従って塗装ブース内の空気の温湿度をこの目標環境に空調した。目標環境としては、温度２０．８℃、湿度６６．９％（以下、２１℃６７％と略す）が得られた。そして、得られた塗装膜の塗着ＮＶ、仕上がり肌としてのウエーブスキャン値、タレ性を評価し、空調エネルギーを計算した。

図５は、このときの状態遷移を示す空気線図である。図５には、参考にΔＰ＝２．０の等高線を示す。図５において、点Ａが制御前の外気の温度および湿度（１７℃８５％）に対応する点であり、点Ｂが目標温度および目標湿度（２１℃６７％）に対応する点である。ここでの空調は、点Ａから点Ｂへの水平な遷移（絶対湿度が変化しない遷移）に対応する。

このときに要した全空調エネルギーは、次式（４）で計算されるe_heat1と考えることができる。
e_heat1＝Q/v₁×Δi_H1 ・・・（４）
ここで、Qは風量、v₁は外気（点Ａ）の湿り比容、Δi_H1は外気と目標環境の温度まで加温したポイント（点Ｂ）とのエンタルピー差である。

各々の空気のエンタルピーは式（５）で求められる（以下同じ）。
i_H＝C_H×（t−273）＋H_abs×l₀ ・・・（５）
ここで、C_Hは湿り空気の比熱、tは空気の絶対温度、H_absは絶対湿度、l₀は273Kにおける水の蒸発潜熱である。
（２）比較例１
塗装環境を上記の外気条件のままとし、その他は実施例１と同様の操作および評価を行った。
（３）比較例２
塗装環境を標準環境まで空調し、実施例１と同様の操作および評価を行った。図５には、このとき用いた従来の空調方法に対応する状態遷移も示している。図５において、点Ｄが標準環境の温度および湿度（２５℃７０％）に対応する点である。まず、空調を制御して外気を標準環境の温度まで加温した。これは、点Ａから点Ｃへの水平な遷移（絶対湿度が変化しない遷移）に対応する。次に、標準環境の湿度まで加湿した。これは、点Ｃから点Ｄへの垂直な遷移に対応する。これによって、塗装ブース１内を標準環境にすることができた。

このときに要した全空調エネルギーは、次式（６）および（７）で計算されるe_heat2およびe_humの和と考えることができる。
e_heat2＝Q/v₁×Δi_H2 ・・・（６）
ここで、Qは風量、v₁は外気（点Ａ）の湿り比容、Δi_H2は外気と標準環境の温度まで加温したポイント（点Ｃ）とのエンタルピー差である。
e_hum＝Q/v₂×ΔH_abs×C×e_vap ・・・（７）
ここで、v₂は標準環境の温度まで加温したポイント（点Ｃ）の湿り比容、ΔH_absは標準環境の温度まで加温したポイント（点Ｃ）と標準環境（点Ｄ）との絶対湿度差、Cは安全係数、e_vapは単位質量辺りの水蒸気を作るためのエネルギーである。

実施例１、比較例１および比較例２の結果を表１に示す。

実施例１は塗着ＮＶが比較例２の標準環境と同じであり、仕上がり肌、タレ性も所望の標準環境レベルであった。一方、比較例１は塗着ＮＶが低く、タレが発生した。また空調エネルギーに関しては、実施例１は比較例２の約１／４であった。これらのことから、実施例１では、より少ない空調エネルギーによって、標準環境の仕上がり肌およびタレ性を達成できたことが分かる。
（４）実施例２
外気の絶対湿度を計算によって求めた結果、０．０１５８ｋｇ／ｋｇＤＡであった。この絶対湿度とΔＰ＝２．０の条件を用いて、ステップＳ１１〜Ｓ１３に従って目標環境を求め、ステップＳ１６に従って塗装ブース内の空気の温湿度をこの目標環境に空調した。目標環境としては、温度２９．５℃、湿度６０％が得られた。その後、実施例１と同様に評価を行なった。

図５に、このときの状態遷移を示す。図５において、点Ｅが制御前の外気の温度および湿度（３３℃５０％）に対応する点であり、点Ｆが目標温度および目標湿度（２９．５℃６０％）に対応する点である。従って、ここでの空調は、点Ｅから点Ｆへの水平な遷移（絶対湿度が変化しない遷移）に対応する。

このときに要した全空調エネルギーは、次式（８）で計算されるe_cool1と考えることができる。
e_cool1＝Q/v₃×Δi_H3 ・・・（８）
ここで、Qは風量、v₃は外気（点Ｅ）の湿り比容、Δi_H3は外気と目標環境の温度まで冷却したポイント（点Ｆ）とのエンタルピー差である。
（５）比較例３
塗装環境を外気条件のままとし、その他は実施例２と同様の操作および評価を行った。
（６）比較例４
塗装環境を標準環境まで空調し、実施例２と同様の操作および評価を行った。図５には、このとき用いた従来の空調方法に対応する状態遷移も示している。まず、空調を制御して外気を露点まで冷却した。これは、点Ｅから点Ｇへの水平な遷移（絶対湿度が変化しない遷移）に対応する。次に、標準環境の露点まで冷却した。これは、点Ｆから点Ｇへの飽和曲線に沿った遷移（絶対湿度が変化する遷移）に対応する。最後に、標準環境の温度まで加温した。これは、点Ｈから点Ｄへの水平な遷移に対応する。これによって、塗装ブース１内を目標環境にすることができた。

このときに要した全空調エネルギーは、次式（９）〜（１１）で計算されるe_cool2、e_cool3およびe_heat3の総和と考えることができる。
e_cool2＝Q/v₃×Δi_H4 ・・・（９）
ここで、Qは風量、v₃は外気（点Ｅ）の湿り比容、Δi_H4は外気と外気の露点ポイント（点Ｇ）とのエンタルピー差である。
e_cool3＝Q/v₄×Δi_H5 ・・・（１０）
ここで、v₄は外気の露点ポイント（点Ｇ）における湿り比容、Δi_H5は外気の露点ポイント（点Ｇ）と標準環境の露点ポイント（点Ｈ）とのエンタルピー差である。
e_heat1＝Q/v₅×Δi_H6 ・・・（１１）
ここで、v₅は標準環境の露点ポイント（点Ｈ）における湿り比容、Δi_H6は標準環境の露点ポイント（点Ｈ）と標準環境ポイント（点Ｄ）のエンタルピー差である。

実施例２、比較例３および比較例４の結果を表２に示す。

実施例２は塗着ＮＶが比較例４の標準環境と同じであり、仕上がり肌、タレ性も所望の標準環境レベルであった。一方、比較例３は塗着ＮＶが高く、仕上がり肌が荒れた。また空調エネルギーに関しては、実施例２は比較例４の約１／８であった。これらのことから、実施例２では、より少ない空調エネルギーによって、標準環境の仕上がり肌およびタレ性を達成できたことが分かる。

本発明の実施の形態に係る水性塗料の塗装環境制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る塗装環境制御方法のフローチャートであり、制御に必要なΔＰを求める処理を示す。 本発明の実施の形態に係る塗装環境制御方法のフローチャートであり、塗装ブースの環境を制御する処理を示す。 空気線図であり、ΔＰの等高線と外気の絶対湿度等高線との交点から目標環境（温度、湿度）が決定されることを示す。 空気線図であり、本発明の実施の形態に係る塗装環境制御方法による状態遷移を示す。

符号の説明

１ 塗装ブース
２ 塗装装置
３ 第１温度測定部
４ 第１湿度測定部
５ 第２温度測定部
６ 空調部
７ 第３温度測定部
８ 第２湿度測定部
９ 制御部
１０ 被塗物
１１ ダミー板

Claims (4)

1. 水性塗料を用いて塗装を行なうブース内の塗装環境を制御する方法であって、
   前記ブース内の雰囲気の第１の温度および第１の湿度の測定値と、塗装時の塗膜温度の測定値とに基づいて、前記ブース内の前記雰囲気の水蒸気圧と前記塗膜温度における飽和水蒸気圧との差であるΔＰを求める第１ステップと、
   前記ブース内に導入される外気の絶対湿度を求める第２ステップと、
   予め求められたΔＰ等高線および絶対湿度等高線に基づいて、前記ΔＰが同じであり且つ前記外気の絶対湿度が同じである温度および湿度を求めて、第２の温度および第２の湿度とする第３ステップと、
   新たに測定された前記ブース内の前記雰囲気の温度および湿度が、前記第１の温度および前記第１の湿度と異なる場合に、前記外気を吸気し、吸気した前記外気の温度を前記第２の温度と同じにした後、前記外気を前記ブース内に供給する第４ステップとを含み、
   前記ブース内の前記雰囲気の絶対湿度を一定に維持したまま、前記ブース内の前記雰囲気を前記第２の温度および前記第２の湿度にすることを特徴とする塗装環境制御方法。
2. 前記ブース内を前記第１の温度および前記第１の湿度に設定した状態で、前記水性塗料を塗装し、塗装された直後の前記塗膜温度を測定する第５ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の塗装環境制御方法。
3. 塗装された直後の前記塗膜温度に対応する絶対温度をＴp、前記ブース内の前記雰囲気の前記第１の温度の絶対温度をＴa、前記ブース内の前記雰囲気の前記第１の湿度の相対湿度をＨ、前記Ｔpにおける飽和蒸気圧および水蒸気圧をＰsatおよびＰとして、前記ΔＰが、
   ΔＰ＝Ｐsat−Ｐ 、
   ln(Ｐsat)＝−6096.9385Ｔp^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔp
   ＋1.673952×10^-5Ｔp²＋2.433502×ln(Ｔp) 、および、
   Ｐ＝Exp{−6096.9385Ｔa^-1＋21.2409642−2.711193×10^-2Ｔa＋1.673952×10^-5Ｔa²
   ＋2.433502×ln(Ｔa)}×Ｈ
   によって決定されることを特徴とする請求項２に記載の塗装環境制御方法。
4. 水性塗料を用いて塗装を行なうブース内の塗装環境を制御する装置であって、
   制御部と空調部とを備え、
   前記制御部が、前記ブース内の雰囲気の第１の温度および第１の湿度の測定値と、塗装時の塗膜温度の測定値とに基づいて、前記ブース内の前記雰囲気の水蒸気圧と前記塗膜温度における飽和水蒸気圧との差であるΔＰを求め、
   前記制御部が、前記ブース内に導入される外気の絶対湿度を求め、
   前記制御部が、予め求められたΔＰ等高線および絶対湿度等高線に基づいて、前記ΔＰが同じであり且つ前記外気の絶対湿度が同じである温度および湿度を求めて、第２の温度および第２の湿度として決定し、
   前記制御部が、新たに測定された前記ブース内の前記雰囲気の温度および湿度が、前記第１の温度および前記第１の湿度と異なると判断した場合に、前記空調部に、前記外気を吸気させ、吸気された前記外気の温度を前記第２の温度と同じにした後、前記外気を前記ブース内に供給させ、
   前記ブース内の前記雰囲気の絶対湿度を一定に維持したまま、前記ブース内の前記雰囲気を前記第２の温度および前記第２の湿度にすることを特徴とする塗装環境制御装置。

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