WO2013081029A1

WO2013081029A1 - 静電塗装方法

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Publication number: WO2013081029A1
Application number: PCT/JP2012/080821
Authority: WO
Inventors: 吉宣田村
Original assignee: いすゞ自動車株式会社
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-06-06
Also published as: JP5854322B2; CN103958074B; JP2013111554A; CN103958074A; EP2786806A4; US9724728B2; US20140335284A1; EP2786806A1

Abstract

第１の塗装工程では、非導電性被塗物２０の被塗面２１に弱導電性を付与し、フリーイオンを抑制した状態で、帯電させた第１の塗料を被塗面２１に塗布して第１の塗膜を形成する。第２の塗装工程では、第１の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第２の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で第１の塗膜の表面に塗布して第２の塗膜を形成する。

Description

静電塗装方法

　本発明は、静電塗装方法に関する。

　一般に、静電塗装とは、被塗物をアース極とし、塗装装置側の電極を陰極とし、これらの間に高電圧を加えることにより静電界（電気力線）を形成させるとともに、塗料粒子をマイナスに帯電させ、静電気力によって被塗物に塗料を効率良く塗着させる塗装方法である。静電塗装によって、塗装効率の向上（塗装つきまわり性の向上による塗装時間の短縮化）や、塗着効率の向上（被塗物に塗着する塗料の量比率の向上による塗料の使用量の低減化）などの効果を得ることができる。

　また、静電塗装の被塗物は電極であるため、導電性を有することが必要であり、非導電性被塗物に静電塗装を実施する場合、以下の技術が用いられる。
・導電材又は導電剤の混入による素材への導電性付与。
・導電プライマーなどの導電膜の塗布による被塗面への導電性付与。
・界面活性剤の塗布などの帯電防止処理による被塗面への一時的な弱導電性付与。
・被塗面の接地及び導電性塗料の使用による被塗面への弱導電性付与。
・導電性物質を被塗物裏面に塗布すること又は接近させることによる静電容量の上昇（帯電量に対する電位降下）。

　そして、特に自動車用の樹脂部品の塗装の大半を占めるフロントバンパやリヤバンパ等のポリプロピレン（ＰＰ）素材の表面に静電塗装を施す技術では、導電プライマーなどの導電膜の塗布による被塗面への導電性付与が最も一般的である。

特開２００５－１６９３５３号公報特開２００７－３８０８１号公報特開２００７－１４８５２号公報

　導電材等の混入による導電性の付与の場合、混入する導電材等によって最終製品の性能が低下するおそれがある。また、導電材等の混入はコストの上昇を招く。

　導電膜の塗布による導電性を付与の場合、静電塗装の前工程として導電膜の塗布工程が必要となり、工数の増大及びコストの上昇を招く。

　界面活性剤の塗布などの帯電防止処理による弱導電性の付与の場合、界面活性剤を被塗面に万遍なくムラなく塗布しなければならない。また、帯電防止効果は、被塗面上の界面活性剤皮膜に空気中の水分が吸着して形成される水分子膜の発現によって得られることから、一般に６０％を超える一定の相対湿度管理が必要であり、湿度管理が不十分であると、塗着効率の変動や塗装ムラが生じ、塗装品質の低下を招く。このため、上記導電膜を塗布する場合と同様に、静電塗装の前工程として界面活性剤の塗布工程が必要となり、工数の増大及びコストの上昇を招く。特に、自動車のラジエータグリルのような複雑な形状を有する被塗物に対しては、相応の設備や管理が必要となり、コストが大幅に上昇してしまう。

　これに対し、被塗面の接地及び導電性塗料の使用による弱導電性付与の場合、導電性塗料を被塗面の接地部近傍から塗り拡げていくため、工数の増大やコストの上昇は抑制される。しかし、静電塗装中において、接地部（例えば被塗物を保持する冶具の金属部分）の通電状態や接地部と被塗物との接触状態を継続して維持させなければならない。このため、接地部の汚れの除去を頻繁に行うなどの細かいメンテナンスが必要であり、作業が煩雑である。また、導電性塗料の塗布によって被塗面に弱導電性を付与するため、塗装の初期段階では、弱導電性が付与されていない被塗面への塗装となり、つきまわり性の向上や塗着効率の向上などの静電塗装の効果を得ることができない。

　また、導電性物質を被塗物裏面に塗布し又は接近させて静電容量を上昇させる方法では、被塗物裏面に導電性物質を塗布する工程及び材料の追加や、被塗物裏面に導電性物質を近接させるための特殊な冶具の導入が必要であるため、コストの上昇を招く。さらに、静電容量の増加に伴い帯電量が増加し、放電スパークの危険性が高まる。

　本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、作業の煩雑化を招くことなく、工数の増加やコストの上昇を抑制しつつ、良好な静電塗装を継続して行うことが可能な静電塗装方法の提供を目的とする。

　上記目的を達成すべく、本発明の第１の態様の静電塗装方法は、導電性を有する第１の塗料を被塗面に塗布して第１の塗膜を形成する第１の塗装工程と、第１の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第２の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で第１の塗膜の表面に塗布して第２の塗膜を形成する第２の塗装工程と、を備える。第１の塗装工程は、導電性を有する第１の塗料を被塗面に塗布するものであればよく、その塗装方法は任意である。

　第２の塗装工程では、放電極からのコロナ放電によって第２の塗料をマイナスに帯電させ、コロナ放電によって発生したフリーイオンを、放電極の近傍に配置されたフリーイオン除去電極によって低減又は除去してもよい。

　また、第２の塗料として導電性塗料を使用し、第２の塗装工程では、高電圧電極から高電圧を直接印加して導電性塗料をマイナスに帯電させることによって、フリーイオンの発生を抑制してもよい。導電性塗料の体積固有抵抗値は、１００ＭΩｃｍ以下が好ましく、２０ＭΩｃｍ以下がさらに好適である。

　なお、フリーイオンとは、コロナ放電によって塗料を負に帯電させる際に、塗料の帯電に利用されないイオンであり、主にイオン化した空気として存在する。

　上記方法では、乾燥前（ウエット状態）の第１の塗膜の表面は弱導電性を有するため、第２の塗装工程において、フリーイオンを抑制した状態で弱導電性の第１の塗膜の表面に対して静電塗装が行われ、フリーイオンの抑制は、第１の塗膜の表面に到達するイオン量を低減し、弱導電性の第１の塗膜の表面の帯電を抑制する。このため、弱導電性の第１の塗膜の表面の帯電を低レベルに維持することができ、良好な静電塗装を継続して行うことができる。

　コロナ放電によって発生したフリーイオンをフリーイオン除去電極によって低減又は除去する方法は、使用可能な塗料が幅広い点で有利である。

　一方、高電圧を直接印加して導電性塗料をマイナスに帯電させてフリーイオンの発生を抑制する方法は、コロナ放電電極とフリーイオン除去電極が不要であり、フリーイオン除去電極の塗料汚れ問題が無い点、コロナ放電電極によるスパーク危険性問題が無い点、そしてコロナ放電電極と被塗物間の電気力線が無くなることによる被塗物凹部への塗料入り込み性向上に代表される塗装均一性が向上する点で有利である。

　第２の塗装工程で使用する静電塗装用ガンは、塗料供給路と高電圧電極と吐出口とを備えてもよい。塗料供給路には、導電性塗料が流通する。高電圧電極は、塗料供給路に設けられ、塗料供給路を流通する導電性塗料に高電圧を直接印加して導電性塗料をマイナスに帯電させる。吐出口は、塗料供給路の先端またはその近傍に設けられ、マイナスに帯電した導電性塗料を外部へ吐出する。すなわち、この静電塗装用ガンは、導電性塗料をマイナスに帯電するためのコロナ放電を行う放電極を有さない。

　また、上記被塗面は、弱導電性又は絶縁性を有してもよく、第１の塗装工程では、マイナスに帯電した第１の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で被塗面に塗布してもよい。

　この場合、第１の塗料を第２の塗料の場合と同様に塗装することができ、複数層の塗膜を簡単に塗り重ねることができる。

　なお、上記第２の塗装工程と同様に、第１の塗装工程において、放電極からのコロナ放電によって第１の塗料をマイナスに帯電させ、コロナ放電によって発生したフリーイオンを、放電極の近傍に配置されたフリーイオン除去電極によって低減又は除去してもよい。また、高電圧電極から高電圧を直接印加して第１の塗料（導電性塗料）をマイナスに帯電させることによって、フリーイオンの発生を抑制してもよい。

　被塗物が非導電性（被塗面が絶縁性）の場合、第１の塗装工程において、被塗面に弱導電性を付与することが好ましい。被塗面への弱導電性の付与は、被塗面の帯電防止処理、又は被塗面の接地及び導電性塗料の使用の少なくとも一方によって行ってもよく、被塗面の帯電防止処理は、被塗面に帯電防止液をワイプ塗布することによって行ってもよい。

　さらに、第２の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第３の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で第２の塗膜の表面に塗布して第３の塗膜を形成する第３の塗装工程や、第３の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第４の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で第３の塗膜の表面に塗布して第４の塗膜を形成する第４の塗装工程というように、塗装工程を増やすことによって所望の層数の塗膜を塗り重ねることができる。

　また、導電性物質を被塗物裏面に塗布し又は接近させて静電容量を上昇させる必要がないので、コストの上昇を抑制し、且つ放電スパークの危険性を低減することができる。

　本発明の第２の態様の静電塗装方法では、マイナスに帯電した塗料を、フリーイオンを抑制した状態で絶縁性の被塗面に塗布する。

　上記方法では、絶縁性を有する被塗面をアース側から塗布する。このような絶縁性を有する被塗面の塗装においても、フリーイオンを抑制した状態で被塗面の静電塗装が行われ、フリーイオンの抑制は、被塗面に到達するイオン量を低減し、被塗面の帯電を抑制する。このため、被塗面の帯電を低レベルに維持することができ、静電塗装を継続して行うことができる。

　本発明によれば、作業の煩雑化を招くことなく、工数の増加やコストの上昇を抑制しつつ、良好な静電塗装を継続して行うことができる。

第１の形態例の静電塗装用ガンの断面図である。図１の静電塗装用ガンの外観斜視図である。図１の静電塗装用ガンの分解斜視図である。第２の形態例の静電塗装用ガンの断面図である。図２の静電塗装用ガンの分解斜視図である。体積固有抵抗値が２００ＭΩｃｍの導電性塗料に６０ｋボルトの電圧をかけ、スプレーエアを止めて水鉄砲状に吐出させたときの様子を撮影した写真である。体積固有抵抗値が１００ＭΩｃｍの導電性塗料に６０ｋボルトの電圧をかけ、スプレーエアを止めて水鉄砲状に吐出させたときの様子を撮影した写真である。体積固有抵抗値が５０ＭΩｃｍの導電性塗料に６０ｋボルトの電圧をかけ、スプレーエアを止めて水鉄砲状に吐出させたときの様子を撮影した写真である。体積固有抵抗値が２０ＭΩｃｍの導電性塗料に６０ｋボルトの電圧をかけ、スプレーエアを止めて水鉄砲状に吐出させたときの様子を撮影した写真である。体積固有抵抗値が１０ＭΩｃｍの導電性塗料に６０ｋボルトの電圧をかけ、スプレーエアを止めて水鉄砲状に吐出させたときの様子を撮影した写真である。本実施形態の静電塗装方法によって塗り重ねられた塗膜の切断面を模式的に示す斜視図である。効果確認実験１の結果を示す表である。効果確認実験３の結果を示すグラフである。

　本発明の静電塗装方法は、弱導電性を有する被塗面に対して、複数の塗料を順次塗り重ねるものであり、第１の塗装工程と第２の塗装工程とを少なくとも備える。

　第１の塗装工程では、マイナスに帯電した第１の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で被塗面に塗布して第１の塗膜を形成する。第２の塗装工程では、第１の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第２の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で第１の塗膜の表面に塗布して第２の塗膜を形成する。乾燥前の第１の塗膜の表面は弱導電性を有するため、第２の塗料を第１の塗料の場合と同様に静電塗装することができ、複数層の塗膜を簡単に塗り重ねることができる。

　第１の塗装工程と第２の塗装工程とは、共にフリーイオンを抑制した状態で塗料を塗布する静電塗装であるため、両者を代表して第１の塗装工程について説明する。第１の塗装工程で使用するスプレーガンとして、例えば以下の２つの形態例が挙げられる。

　＜第１の形態例のスプレーガンを用いた静電塗装の説明＞
　以下、スプレーガンの第１の形態例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下は、図１中の上下方向に対応し、前後は、図１中の左右に対応する。

　図１～図３に示すように、本実施例のスプレーガン（静電塗装用ガン）１は、例えば自動スプレーガンであり、非導電性被塗物２０の静電塗装に使用される。スプレーガン１は、絶縁樹脂製のガン本体２と、ガン本体２の先端部に取り付けられた絶縁樹脂製のペイントノズル３と、ガン本体２の前端部に取り付けられてペイントノズル３の外周を覆う絶縁樹脂製のエアキャップ（例えば扇パターンの噴霧を形成するタイプ）４とを備える。

　ガン本体２内の上部には、高電圧発生回路を構成する昇圧トランス及び高圧整流回路を一体にモールドしたカスケード（高電圧発生装置）５が収納され、ガン本体２内の前上部には、導電性を有する連体棒６が下方に向かって配設されている。カスケード５の前端は、連体棒６と当接し、両者は電気的に接続している。

　ペイントノズル３の中心部には孔１０が形成され、この孔１０に絶縁樹脂製の電極外筒７が収容され支持されている。電極外筒７の後端部は、ガン本体２に形成された孔１１に挿入されている。電極外筒７の中心部には、コロナピン（例えばタングステン製の放電極）８が収容され支持されている。孔１０の前端は、吐出口１２を介して外部と連通し、コロナピン８の前端は、吐出口１２を挿通して電極外筒７の前端から突出する。コロナピン８は、電極外筒７に内蔵された保護抵抗１４の前端側に接続されている。保護抵抗１４の後端側は、電極外筒７の後端から露出し、孔１０に収容されたスプリング９を介して連体棒６に電気的に接続されている。

　エアキャップ４には、２種類のエア噴射口（図示省略）が設けられている。一方のエア噴射口は、吐出された塗料を霧化する霧化エアとして機能し、他方の噴射口は、扇パターンの噴霧を形成するパターンエアとして機能する。

　電源コネクタ（図示外）から取り入れられた高周波電圧は、グリップ（図示外）内の配線ケーブル（図示外）を介してカスケード５内の昇圧トランスに供給される。供給された高周波電圧は、昇圧トランスで昇圧された後、高電圧整流回路で更に昇圧されると同時に整流され、マイナス数万Ｖの直流高電圧が発生する。発生した直流高電圧は、カスケード５から連体棒６、保護抵抗１４及びスプリング９を介してコロナピン８に印加され、コロナ放電（ピン先端に集中する不平等電界により出現する安定した空気絶縁破壊放電）により大量のマイナスイオンを発生する。印加する高電圧は、６０ｋＶ以上が好適である。

　ガン本体２には、孔１１と連通する塗料流通孔１６が形成されている。導電性塗料は、塗料流通孔１６から孔１１へ供給され、孔１０を流通して吐出口１２から吐出する。

　ガン本体２の前端部の外周には、アース線に接続されたステンレス製のフリーイオン除去電極（接地電極）１５が着脱自在に装着されている。フリーイオン除去電極１５は、二分割分離着脱型の板部材であり、コロナピン８の後方近傍の広範囲に配置される。

　非導電性被塗物２０の被塗面２１には、帯電防止処理によって弱導電性が予め付与され、非導電性被塗物２０の接地部２３は、アース線に接続されて接地される。

　帯電防止処理は、被塗面２１に帯電防止液（例えば４級アンモニウム塩界面活性剤を０．１～１０％程度にイソプロピルアルコールに溶解させた溶液）をワイプ塗布することによって行われ、ワイプ塗布によって被塗面２１上に帯電防止処理皮膜２４が形成される。ワイプ塗布とは、帯電防止液を含浸させた布で被塗面２１を拭くことであり、ワイプ塗布によって被塗面２１に帯電防止液が塗布されるとともに、被塗面２１に付着したゴミや埃が拭き取られる。ワイプ塗布は、塗布ムラが発生する低品質な処理であり、その作業は極めて簡易である。

　一般に、静電塗装の前処理として非導電性被塗物２０の被塗面２１に帯電防止液を塗布する場合には、塗装品質の低下を防止するため、スプレー塗布や浸漬塗布によって被塗面２１の全域に均一な連続被膜を形成する。これに対し、本実施形態では、後述するフリーイオンの抑制効果によって、ワイプ塗布のような低品質な前処理であっても塗装品質が低下せず、前処理の簡略化を図ることができる。

　コロナ放電は、主にコロナピン８とフリーイオン除去電極１５との間で発生し、塗料吐出口２９から吐出され霧化された塗料粒子は、発生した放電域を突き抜けながら飛行することによって、電荷を受け取りマイナスに帯電する。帯電した塗料粒子は、ミラー効果と呼ばれる接地物表面に現れるプラス電荷と塗料粒子のマイナス電荷間に形成される静電気力によって引き付けられて、被塗面２１に到達する。被塗面２１に到達した電荷は、塗着した導電性塗料と帯電防止処理皮膜２４とによって付与される弱い導電性により、接地部２３から排出される。一方、導電性塗料の帯電に寄与しなかったフリーイオンは微少質量であるために殆ど慣性飛行すること無く、電気力線に沿ってフリーイオン除去電極１５へ飛行して衝突し、電荷を失う。すなわち、フリーイオン除去電極１５によって、フリーイオンが低減又は除去される。このように、被塗面２１には、主に塗着する塗料粒子が担持する電荷が到達し、フリーイオンによってイオン化された空気の接触による被塗面２１の帯電が抑制される。

　上記塗着した導電性塗料と帯電防止処理皮膜２４とによって付与される弱い導電性は、帯電防止処理皮膜２４上に導電性塗料を膜厚３０μｍ程度塗布した直後において、７００ＭΩ／□程度の表面抵抗値であることが確認された。これは、金属被塗物（表面抵抗値はほぼゼロΩ／□）や導電プライマーが塗布された被塗物（表面抵抗値は１０ＭΩ／□程度）と比較すると、はるかに高い表面抵抗値である。従って、フリーイオンを抑制せずに静電塗装を行った場合、フリーイオンによって非導電性被塗物２０に大量の電荷が供給され、接地部２３からの電荷の排出が間に合わず、非導電性被塗物２０が高レベルに帯電していくことになる。その結果、滞留する電荷が静電反発を引き起こし、静電反発は、塗装膜厚ムラ、塗装つきまわり不良、塗り薄、塗着効率の低下、塗装機器や塗装作業者への吹き戻りなどの様々な静電塗装不具合の発生を誘因する。このような不具合は、その発生防止の管理が難しく、特に自動車のラジエータグリルのような大型で複雑な形状の非導電性被塗物の場合、不具合の発生防止が不可能であり、導電材等の混入による導電性付与や導電プライマーの塗布による導電性付与によって、静電塗装が実現されているのが実状である。

　これに対し、本実施形態では、フリーイオンの抑制によって非導電性被塗物２０の帯電を低レベルに維持することができるので、大型で複雑な形状の非導電性被塗物であっても、煩雑な管理を要することなく、工数の増加やコストの上昇を抑制しつつ、簡単な作業によって良好な静電塗装を継続して行うことができる。

　また、導電性塗料を使用する必要がないため、幅広い種類の塗料によって非導電性被塗物２０の静電塗装を行うことができる。

　＜第２の形態例のスプレーガンを用いた静電塗装の説明＞
　次に、スプレーガンの第２の形態例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下は、図２中の上下方向に対応し、前後は、図２中の左右に対応する。また、第１の形態例と共通する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　本形態例では、導電性塗料を使用し、コロナ放電を行わず、導電性塗料に高電圧を直接印加して導電性塗料をマイナスに帯電させるものであり、フリーイオンの発生自体を抑制している。

　図４及び図５に示すように、スプレーガン３０のペイントノズル３には、第１の形態例の絶縁樹脂製の電極外筒７に代えて、電極外筒７とほぼ同じ外形を有する金属製の高電圧直接印加電極（高電圧電極）３１が設けられている。高電圧直接印加電極３１の後端は、スプリング９を介して連体棒６に電気的に接続されており、第１の形態例のようなコロナピン８は設けられていない。

　直流高電圧は、カスケード５から連体棒６及びスプリング９を介して高電圧直接印加電極３１に供給され、孔１０を流通する導電性塗料は、高電圧直接印加電極３１に直接接触することによって印加され、導電性塗料そのものが放電極となって電荷を担持し、帯電塗料粒子となって吐出口１２から吐出され霧化される。

　次に、高電圧直接印加電極３１との接触によって印加された導電性塗料の状態について、図６～図１０を参照して説明する。

　図６～図１０は、ガン本体の塗料霧化部であるエアキャップ４からのエアの噴射を完全に停止し、印加電圧を６０ｋＶに固定し、導電性塗料の体積固有抵抗値を変更して導電性塗料を吐出口１２から水鉄砲状に吐出させた様子を撮影した写真である。図６は２００ＭΩｃｍ、図７は１００ＭΩｃｍ、図８は５０ＭΩｃｍ、図９は２０ＭΩｃｍ、図１０は１０ＭΩｃｍである。

　これらの図から明らかなように、２００ＭΩｃｍ（図６）のときの塗料液糸は、水鉄砲状の液糸であるのに対し、１００ＭΩｃｍ（図７）のときの塗料液糸では、吐出後数ｃｍ先で液糸が静電反発を起こして棘状に分裂霧化していることが判る。また、棘状の分裂霧化は、導電性塗料の体積固有抵抗値が低くなるほど、塗料液糸内の電圧降下が小さくなって実効電圧が上昇することにより早期に発生し、棘状も顕著化することが判る。

　本形態例では、高電圧を直接印加して導電性塗料をマイナスに帯電させてフリーイオンの発生自体を抑制する。このため、コロナ放電が不要であり、コロナ放電によるフリーイオンの発生自体が抑制される。従って、被塗面２１の帯電をさらに低レベルに維持することができる。

　また、孔（塗料供給路）１０に高電圧直接印加電極３１を設けるという簡単な構造によって、コロナ放電によるフリーイオンの発生自体を抑制して、被塗面２１の帯電を低レベルに維持することができ、良好な静電塗装を継続して行うことができる。

　特に、コロナ放電によるフリーイオンの発生自体を抑制するため、発生したフリーイオンの低減又は除去するためのフリーイオン除去電極が不要であり、フリーイオン除去電極の清掃や洗浄作業も発生しない。また、放電電流を低く抑えることができ、高電圧発生装置の低容量化を図ることができる。さらに、コロナピンとは異なり、高電圧直接印加電極３１が外部に露出しないため、スパークの発生が抑制され、安全性が向上する。

　なお、水溶性塗料は、高い導電性を有しているため、塗料経路からの高電圧漏洩防止対策を条件として、本実施形態の塗料として使用可能である。

　＜塗り重ねの説明＞
　本実施形態では、第１の形態例又は第２の形態例の静電塗装によって、図１１に示すように、第１の塗料を非導電性被塗物２０の被塗面２１に塗布して第１の塗膜４０を形成し（第１の塗装工程）、次に、同様の静電塗装（第１又は第２の形態例の静電塗装）によって、第２の塗料を第１の塗膜４０の表面４１に塗布して第２の塗膜４２を形成する（第２の塗装工程）。第２の塗料の塗布は、第１の塗膜４０が乾燥する前に行う。乾燥前の第１の塗膜４０の表面４１は弱導電性を有するため、第２の塗料を第１の塗料の場合と同様に静電塗装することができ、複数層の塗膜を簡単に塗り重ねることができる。すなわち、作業の煩雑化を招くことなく、工数の増加やコストの上昇を抑制しつつ、被塗面への重ね塗りを、良好な静電塗装によって簡単に、確実に且つ安全に行うことができる。

　さらに、同様の静電塗装によって、第２の塗膜４２が乾燥する前に、第３の塗料を第２の塗膜４２の表面４３に塗布して第３の塗膜４４を形成してもよく（第３の塗装工程）、第３の塗膜４４が乾燥する前に、第４の塗料を第３の塗膜４４の表面４５に塗布して第４の塗膜（図示省略）を形成してもよい（第４の塗装工程）。このように、塗装工程を増やすことによって所望の層数の塗膜を塗り重ねることができる。

　本実施形態の静電塗装による塗り重ねは、例えば、自動車車体のフロントバンパー・リアバンパーで最も採用例の多いＰＰ（ポリプロピレン）樹脂基材に３コート１ベークと呼ばれるウェットオンウェット工法でＰＰプライマー、ベースコート、及びクリアコートの３層を複層塗装・乾燥させる塗装系に適用することができる。この場合、非導電性被塗物２０はＰＰ樹脂基材、第１の塗料はＰＰプライマー、第２の塗料はベースコート、第３の塗料はクリアコートである。

　＜効果確認実験１＞
　次に、効果確認実験１について説明する。

　本実験では、非導電性被塗物として５００ｃｃのペットボトルを使用し、レシプロケータに取り付けた静電塗装用の自動スプレーガンを、縦方向に３往復レシプロさせ、ペットボトルの範囲でのみ塗料を吐出させて静電塗装を行った。その際、導電性塗料が被塗面の接地部近傍から塗り拡げられるように、スプレーガンの移動を設定した。導電性塗料に印加した高電圧は、０ｋＶ、３０ｋＶ、６０ｋＶ、９０ｋＶである。使用した導電性塗料は、２液ウレタン塗料に導電剤を添加したものであり、体積固有抵抗値は１ＭΩｃｍであった。ペットボトルの表面（被塗面）には、４級アンモニウム塩０．３５％イソプロピルアルコール溶液をワイプ塗布した。

　効果確認実験１の結果を、図１２の表１に示す。この結果から、以下のことが判る。なお、第１の形態例には、６０ｋＶでのコロナ放電＋フリーイオン除去電極が対応し、第２の実施例には、６０ｋＶでの直接印加が対応する。

　第１の形態例及び第２の形態例ともに、塗着効率が４．７％からそれぞれ２３．７％と２７．０％に大幅に向上しており、塗料使用量の節減と、塗着せずに破棄される塗料の大幅な削減が可能である。

　第１の形態例及び第２の形態例ともに、ペットボトルの背面へのつきまわり（背面塗装状態）が良好であり、側面や背面等に正対する塗装を省略することが可能である。このため、塗装軌跡の大幅な削減（塗装時間の短縮）が可能である。

　第２の形態例は、第１の形態例に比べて、塗装電流値が大幅に低減しており、電流の削減による高電圧発生装置の小型化（小容量化）が可能である。

　＜効果確認実験２＞
　次に、効果確認実験２について説明する。

　本実験では、非導電性被塗物としてＡＳＡ樹脂製のラジエータグリルを使用し、自動スプレーガンを備えた塗装ロボットによって、０ｋＶでの直接印加（非印加）による塗装と、６０ｋＶでの直接印加（第２の形態例）による静電塗装とを行った。なお、その他の条件は効果確認実験１と同様である。

　実験の結果、第２の形態例の方が非印加よりも塗料使用量が２８％低減し、ロボット塗装時間が６０秒から３０秒へ５０％低減することが確認された。

　また、塗着効率向上とつきまわり向上との相乗効果として、凹凸面や側面にまで均等に塗膜が形成されていることが確認され、塗装の均一塗布性を実証することができた。

　＜効果確認実験３＞
　次に、効果確認実験３について説明する。

　本実験では、効果確認実験１において、導電性塗料に印加する高電圧を６０ｋＶとし、導電性塗料の体積固有抵抗値２００ＭΩｃｍから０．５ＭΩｃｍまで変化させて、塗着効率を測定した。

　効果確認実験３の結果を、図１３に示す。この結果から、導電性塗料の体積固有抵抗値は、１００ＭΩｃｍ以下が好ましく、２０ＭΩｃｍ以下がさらに好適であることが判る。

　＜効果確認実験４＞
　次に、効果確認実験４について説明する。

　ＰＰ樹脂基材にＰＰプライマー、ベースコート、及びクリアコートの３層を複層塗装・乾燥させる塗装系（樹脂基材上３コート１ベーク塗装）において、従来の一般的な塗装では、３層とも非静電塗装を行うか、或いは高い導電性（表面抵抗値：１０ＭΩ／□程度）を持つＰＰプライマーを非静電塗装し、ベースコート（２層目）とクリアコート（３層目）とを従来技術の静電塗装で行っている。なお、従来技術の静電塗装とは、被塗物をアース極とし、塗装装置側の電極を陰極とし、これらの間に高電圧を加えることにより静電界（電気力線）を形成させるとともに、塗料粒子をマイナスに帯電させ、静電気力によって被塗物に塗料を塗着させる塗装方法であり、被塗物と塗装装置側との間に高電圧を加えて静電界を積極的に形成する点において、本実施形態の静電塗装とは本質的に相違する。

　これに対し、本実施形態の塗装方法は、導電性塗料（体積固有抵抗値１ＭΩｃｍ）を塗装された乾燥前ウェット状態の被塗装物（表面抵抗値１～１０ＧΩ／□程度の弱導電性を有する）にフリーイオン抑制手段を追加して静電塗装する複層静電塗装方法である。

　本実験では、複層静電塗装の２層目に当たるベースコート塗装（２層ウェットオンウェット複層静電塗装）について、従来の一般的な塗装と本実施形態の複層静電塗装とを比較した。

　従来の塗装として、非静電塗装を採用した。非静電塗装では、塗装回転台に載せた被塗物（ＰＰプライマー塗布済の未乾燥ウェット状態、弱導電性有り）をろくろのように手で回転させながら、全面を静電塗装ガン（導電塗料直接印加方式エアスプレー静電ハンドガン）を用いて非静電（高電圧０ｋＶ）でベースコート塗料（塗料体積固有抵抗値１ＭΩｃｍ）をスプレーパターンのごとく塗装した。

　一方、本実施形態の複層静電塗装では、被塗物を回転させずに前方向からのみベースコート塗料をガン内部で高電圧６０ｋＶ直接印加したスプレーパターンで塗装し、従来の非静電塗装の場合と比較した。比較結果は、以下のとおりである。
（１）比較対象とした非静電塗装（高電圧０ｋＶスプレー）
　全面塗装に要した塗装時間：６０秒（被塗装物を回転させながら、２５往復塗装）
　全面塗装に要した塗料使用量：１６０ｃｃ
（２）本実施形態の静電塗装（高電圧６０ｋＶスプレー）
　全面塗装に要した塗装時間：１１秒（被塗装物の前面のみから３往復塗装）
　全面塗装に要した塗料使用量：３０ｃｃ
　全面塗装つきまわり状況：良好
（３）効果考察
　本実施形態の静電塗装では、従来の非静電塗装と比較して、塗装時間及び塗料使用量ともに約８０％低減しており、塗装時間短縮及び塗料使用量低減に大きな効果が認められた。なお、この実験では、２層目のベースコートについて確認したが、３層目のクリアや更に４層目以降を塗装する場合でも同様の効果がある。

　また、本実施形態によれば、一般プライマーよりも３０％程度高価な導電プライマー（表面抵抗値、約１０ＭΩ／□）を必要としないため、塗料単価も低減できる。そして、表面抵抗値が導電プライマーより１００倍から１０００倍高い半導体状態で静電塗装し、かつフリーイオン抑制状態で最小限の電荷のみ与える塗装方式となるため、被塗装物のアースが不十分な場合に発生する浮遊導体帯電スパークの危険性が減少する。

　なお、上記実施形態では、非導電性被塗物２０の被塗面２１に弱導電性を付与する場合を説明したが、弱導電性素材からなる被塗物にも本発明は適用可能である。この場合、被塗面への弱導電性の付与を考慮することなく、静電塗装を行うことができる。

　また、上記実施形態では、帯電防止液の塗布による被塗面２１の帯電防止処理と、被塗面２１の接地及び導電性塗料の使用との双方によって、被塗面２１に弱導電性を付与しているが、両者の一方のみによって被塗面２１に弱導電性を付与してもよく、また、他の方法によって被塗面２１に弱導電性を付与してもよい。

　また、上記第１の形態例では、静電塗装用ガンとして、エアスプレータイプのスプレーガン１を使用する場合を説明したが、これに代えて、コロナ放電を行うエアレスタイプのスプレーガンを用いてもよい。

　また、上記第２の形態例では、導電性塗料に高電圧を直接印加してマイナスに帯電させる静電塗装用ガンとして、エアスプレータイプのスプレーガン３０を説明したが、本発明の静電塗用ガンはこれに限定されるものではなく、導電性塗料に高電圧を直接印加してマイナスに帯電させるための内部構造とフリーイオン発生する高電圧印加導電体（コロナ電極ピン、金属ベルカップ、金属スプレーキャップ、金属スプレーノズルなど）を絶縁体化した構造を有するエアレススプレーガンや回転霧化ガンであってもよい。

　また、上記実施形態では、塗装装置側の電極を陰極として塗料粒子をマイナスに帯電させる場合について説明したが、塗装装置側の電極を陽極として塗料粒子をプラスに帯電させてもよい。

　また、上記実施形態では、第１の塗装工程と第２の塗装工程とを同様に静電塗装する場合、すなわちマイナスに帯電した第１の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で被塗面２１に塗布する場合について説明したが、第１の塗装工程は、導電性を有する第１の塗料を被塗面２１に塗布するものであればよく、その塗装方法は任意である。例えば、第１の塗装工程において、非静電のエアスプレーによって第１の塗料を塗布してもよく、布や刷毛等によって第１の塗料を塗布してもよい。

　また、上記実施形態では、弱導電性を有する被塗面２１への静電塗装について説明したが、被塗面は絶縁性を有してもよく、第１の塗料のみを上記実施形態の静電塗装によって塗布する単層の塗装であってもよい。

　この場合、絶縁性を有する被塗面をアースし、第１の塗料を被塗面のアース（接地）側から順次塗布する。このような絶縁性を有する被塗面の塗装においても、フリーイオンを抑制した状態で被塗面の静電塗装が行われ、フリーイオンの抑制は、被塗面に到達するイオン量を低減し、被塗面の帯電を抑制する。このため、被塗面の帯電を低レベルに維持することができ、静電塗装を継続して行うことができる。

　以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

　本発明は、非導電性又は弱導電性の被塗物の静電塗装に広く用いることができる。

１：スプレーガン（静電塗装用ガン）
２：ガン本体
３：ペイントノズル
４：エアキャップ
５：カスケード（高電圧発生装置）
７：電極外筒
８：コロナピン
１０：孔（塗料供給路）
１２：吐出口
１５：フリーイオン除去電極（接地電極）
２０：非導電性被塗物
２１：被塗面
２３：接地部
２４：帯電防止処理皮膜
３０：スプレーガン（静電塗装用ガン）
３１：高電圧直接印加電極
４０：第１の塗膜
４１：第１の塗膜の表面
４２：第２の塗膜
４３：第２の塗膜の表面
４４：第３の塗膜
４５：第３の塗膜の表面

Claims

　導電性を有する第１の塗料を被塗面に塗布して第１の塗膜を形成する第１の塗装工程と、
　前記第１の塗膜が乾燥する前に、マイナスに帯電した第２の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で前記第１の塗膜の表面に塗布して第２の塗膜を形成する第２の塗装工程と、を備えた
　ことを特徴とする塗装方法。
　請求項１に記載の静電塗装方法であって、
　前記被塗面は、弱導電性又は絶縁性を有し、
　前記第１の塗装工程では、マイナスに帯電した前記第１の塗料を、フリーイオンを抑制した状態で前記被塗面に塗布する
　ことを特徴とする静電塗装方法。
　絶縁性を有する被塗面の静電塗装方法であって、
　マイナスに帯電した塗料を、フリーイオンを抑制した状態で前記被塗面に塗布する
　ことを特徴とする静電塗装方法。