JP3706281B2 - 塗装設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンベアで搬送される被塗物の表面に水性塗料を塗った後、その水性塗料の塗膜に別異の塗料を重ね塗りする塗装設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、有機溶剤の排出規制が厳しくなるにつれ、広い用途分野にわたって水性塗料の使用が増加しつつある。特に、自動車塗装の分野においては、有機溶剤の排出規制をクリアするために、これまでの有機溶剤系塗料による塗装から水性塗料を使用した塗装への転換が図られつつある。
【０００３】
自動車塗装には、高品質の塗膜が要求されるが、各種合成樹脂を水溶化して焼付け乾燥するように作られた水溶性焼付け塗料にも、例えば１５０℃で焼き付けるアルミアクリル系のように、透明で、変色が少なく、耐候性に優れたものがあることから、これを自動車ボディの中塗り塗装や上塗り塗装に使用する試みがなされている。
【０００４】
ところで、例えば自動車ボディの上塗り塗装を行う従来の自動車塗装設備は、コンベアで搬送される自動車ボディの表面に有機溶剤系のメタリック塗料によって美観付与のためのベースコートを施す前段の塗装ゾーンと、そのベースコートの上に透明塗料によって外的要因からの保護機能を有するクリアコートを施す後段の塗装ゾーンとの間に、ベースコートの後補正塗装ゾーンと、長さ約２０ｍ程度のセッティングゾーンを設けたものが一般的である。
【０００５】
このセッティングゾーンは、前段の塗装ゾーンで自動車ボディの表面に塗られたベースコート用塗料の塗膜を常温放置して、その塗膜中の有機溶剤を適度に蒸発させることにより、ベースコートとクリアコートとで成る上塗り塗膜を焼付け乾燥する際に、ベースコートの塗膜を適度に軟化させて平滑化すると同時に、ベースコートの塗膜中に有機溶剤の急激な蒸発による気泡が発生して、わき（あわ）等の塗装欠陥が生ずることを防止するために設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような既存の自動車塗装設備で、ベースコート用塗料として水性塗料を使用すると、セッティングゾーンで常温放置されるのみのベースコートの塗膜中に水性塗料の水分が過剰に残存したまま、その塗膜の上にクリアコート用塗料が重ね塗りされることとなるので、焼付け乾燥の際にベースコートの塗膜中の水分が急激に蒸発して、たれ、たるみ、わき等の塗装欠陥を生ずるおそれがある。
【０００７】
すなわち、水性塗料は、通常、塗装後に加熱して、水溶性樹脂を希釈する水と、それら水溶性樹脂と水のカップリング効果を有する共溶剤とを蒸発させた後、架橋反応等により緻密な塗膜を形成させるものであるが、既存の自動車塗装設備で上塗り塗装のベースコート用塗料として水性塗料を使用すると、その水性塗料の塗膜は、加熱されずに常温放置されて、塗膜中の水分が十分蒸発しないまま、クリアコート用塗料が重ね塗りされることとなるので、焼付け乾燥の際に、わき（あわ）等の欠陥が発生することは避けられない。
【０００８】
そこで、本出願人は、既存の自動車塗装設備のセッティングゾーンに、図３に示すような赤外線ヒータ２０と熱風加熱装置２１とを並設し、コンベアで搬送される自動車ボディ２２の表面に塗られた水性塗料の塗膜を高温に加熱して、その塗膜中の水分を蒸発させる実験を試みた。
【０００９】
この実験によれば、通常、分速５ｍ程度のコンベア速度で搬送される自動車ボディ２２を、まず、赤外線ヒータ２０の放射熱で約１分間加熱して、その自動車ボディ２２の表面温度を約６０℃まで昇温させ、次に、熱風加熱装置２１の熱風吹出ノズル２３から秒速８ｍで吹き出す８０℃の熱風で、約６０℃の表面温度を約３分間保持させたところ、水性塗料の塗膜中の水分が、焼付け乾燥の際にわきを生じない程度まで蒸発することが確認された。
【００１０】
しかし、８０℃の熱風で自動車ボディ２２の表面温度を６０℃の高温に保持するには、その熱風を逃がさないように、自動車ボディ２２の搬送路に沿ってその上方に断熱壁等を設ける必要があり、そのための工事費が嵩む。
【００１１】
また、上記の如く赤外線ヒータ２０と熱風加熱装置２１で塗膜中の水分を蒸発させるまでに約４分間かかると、分速５ｍで搬送される自動車ボディ２２は、その間に約２０ｍ移動するので、既存の塗装設備であれば、セッティングゾーンを通過して、高い表面温度を保持したままクリアコートを施す後段の塗装ゾーンに移行することとなる。このため、水性塗料の塗膜がわき等の欠陥を生ずるおそれは解消されても、今度は、その塗膜の上に重ね塗りするクリアコート用塗料の塗膜に高温による肌あれ等の欠陥が生ずるおそれがある。
【００１２】
そこで、図３の如く、熱風加熱装置２１の次段に冷風冷却装置２４を設置し、当該冷風冷却装置２４の冷風吹出ノズル２５から秒速８ｍで吹き出す２０℃の冷風を自動車ボディ２２の表面に吹き付けて、その表面温度を低下させる実験を試みたところ、約６０℃の高温に加熱された自動車ボディ２２の表面温度がクリアコートの塗膜に肌あれ等を生じない温度まで低下するのに約１分３０秒程度要した。したがって、冷風冷却装置２４は、７ｍ以上の設置長さが必要となる。
【００１３】
しかし、赤外線ヒータ２０と熱風加熱装置２１についても、各々約５ｍ、約１５ｍの設置長さが必要となるから、既存の自動車塗装設備に設けられた長さ約２０ｍ程度あるいはそれ以下のセッティングゾーンには、冷風冷却装置２４を設置するスペースがない。
【００１４】
なお、冷風冷却装置２４の設置スペースを捻出するために、赤外線ヒータ２０や熱風加熱装置２１の設置長さを短縮し、その設置長さを短縮した分だけ、赤外線ヒータ２０と熱風加熱装置２１の加熱温度を高めて、水性塗料の塗膜中の水分を短時間で蒸発させようとすれば、水分の急激な蒸発による塗膜の流れや、気泡が発生して、たれ、たるみ、わき等の欠陥を生ずるおそれが大きい。
【００１５】
また、冷風冷却装置２４の冷却温度を下げてその設置長さを短縮しようとすれば、熱風加熱装置２１で高温に保持された水性塗料の塗膜表面が低温の冷気で急激に冷却されて、その表面に、結露を生じたり、しわ等の欠陥を生ずるおそれがある。
【００１６】
以上のような諸事情に鑑み、本発明は、既存の自動車塗装設備においても、水性塗料による塗装が行えるようにするため、水性塗料の塗膜にたれ、たるみ、わき等の塗装欠陥を生じさせることなく、その塗膜中の水分を速やかに蒸発させると共に、その水性塗料の塗膜に重ね塗りされる別異の塗料の塗膜に、高温による肌あれ等の塗装欠陥が生じないようにすることを技術的課題としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の塗装設備は、コンベアで搬送される被塗物の表面に水性塗料を塗る前段の塗装ゾーンと、その水性塗料の塗膜に別異の塗料を重ね塗りする後段の塗装ゾーンとの間に、前段の塗装ゾーンで水性塗料が塗られた被塗物を加熱昇温させてその水性塗料の塗膜中の水分を蒸発させる加熱装置と、当該加熱装置で加熱された被塗物の表面に、除湿装置で除湿した乾燥空気を高風速で吹き付けて、その表面に塗られた水性塗料の水分を蒸発させると同時に、その被塗物の表面温度を低下させる乾燥空気吹付装置とを設置した塗膜の蒸発乾燥ゾーンが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、前段の塗装ゾーンで被塗物の表面に塗られた水性塗料の塗膜が、まず、加熱されて、その塗膜中の水分が塗膜の表面から蒸発し始める。次に、その塗膜の表面に、除湿装置で除湿した乾燥空気が高風速で吹き付けられて、塗膜の表面に接する空気を次々と運び去ってその空気を相対湿度の低い乾燥空気と入れ替える高速気流が生ずることにより、塗膜の表面からの水分の蒸発作用が促進されると同時に、水分の蒸発による気化熱で塗膜が徐冷される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。
図１は本発明に係る塗装設備の一例を示す図、図２は本発明の効果を示すグラフである。
【００２０】
本例の塗装設備は、自動車ボディに上塗り塗装を施す自動車塗装設備であって、コンベアで搬送される自動車ボディ１の表面に水性メタリックベースコートを施す前段の塗装ゾーン２と、その水性メタリックベースコートの上に透明塗料を塗ってクリアコートを施す後段の塗装ゾーン３との間に、前段の塗装ゾーン２で水性メタリック塗料が塗られた自動車ボディ１を加熱してその自動車ボディ１の表面温度を上昇させる加熱装置５と、当該加熱装置５で加熱昇温された自動車ボディ１の表面に、除湿装置６で除湿して送風機７で供給される高風速の乾燥空気を吹き付けて、その表面に塗られた水性メタリック塗料の水分を蒸発させると同時に、自動車ボディ１の表面温度を低下させる乾燥空気吹付装置８とを設置した塗膜の蒸発乾燥ゾーン４が設けられている。
【００２１】
加熱装置５は、分速５ｍで搬送される自動車ボディ１をその搬送路の両側から約１分間加熱して、自動車ボディ１の表面温度を約４５〜６０℃に昇温させる設置長さ約５ｍの赤外線ヒータで構成されている。
【００２２】
乾燥空気吹付装置８は、自動車ボディ１の搬送路の両側に沿って並設した前後二つの空気吹出ダクト９ａ，９ｂで構成され、それら空気吹出ダクト９ａ，９ｂの前面には、約３００mm程度離れて対峙する自動車ボディ１の側面に向かって乾燥空気を高風速で吹き出す多数の空気吹出ノズル１０が設けられている。
【００２３】
除湿装置６は、処理空気を露点温度以下まで冷却してその空気中の水蒸気分を凝縮除去する冷却式の除湿装置や、処理空気をロータに通してその空気中の水分をシリカゲル、活性アルミナ等の多孔性物質で成るロータエレメントに吸着させる吸着式の除湿装置等を用いることができる。
【００２４】
送風機７は、除湿装置６で除湿した乾燥空気を給気ダクト１１を通じて乾燥空気吹付装置８の空気吹出ダクト９ａ，９ｂへ供給するもので、その乾燥空気の供給量を自在に調節できる可変速ファンが用いられている。
【００２５】
また、給気ダクト１１は、除湿装置６で除湿した乾燥空気を空気吹出ダクト９ａ，９ｂへ分配供給する分岐ダクトで成ると共に、その分岐した各ダクトに夫々風量調節ダンパ１２ａ，１２ｂが設けられて、乾燥空気吹付装置８で自動車ボディ１の表面に吹き付ける乾燥空気の風速・風量を各空気吹出ダクト９ａ，９ｂごとに個別に調節できるようになっている。
【００２６】
なお、前段の塗装ゾーン２には、自動車ボディ１の搬出側に後補正塗装ゾーン１３が付設されている。
【００２７】
また、乾燥空気吹付装置８の空気吹出ダクト９ａ，９ｂは、既存の塗装設備に設けられた長さ約２０ｍ程度のセッティングゾーンにも設置可能なように、双方合わせた設置長さの全長が約１５ｍ以下に選定されている。
【００２８】
しかして、前段の塗装ゾーン２で自動車ボディ１の表面に塗られた水性メタリック塗料の塗膜は、まず、塗膜の蒸発乾燥ゾーン４に設置した加熱装置５により約４５〜６０℃に加熱昇温されて、その塗膜中の水分が蒸発を開始する。
【００２９】
次いで、加熱装置５で加熱された水性メタリック塗料の塗膜に対して、除湿装置６で温度約３０℃、相対湿度約３０％に調製した乾燥空気が、乾燥空気吹付装置８の空気吹出ダクト９ａ，９ｂに設けた多数の空気吹出ノズル１０から秒速約１０ｍの高風速で約３分間吹き付けられて、塗膜中の水分の蒸発作用が促進されると同時に、その水分が蒸発する際の気化熱によって、塗膜が、表面に急冷によるしわ等の塗装欠陥を生ずることなく、徐々に冷却される。
【００３０】
これにより、前段の塗装ゾーン２で自動車ボディ１の表面に塗られた水性メタリック塗料の塗膜は、後段の塗装ゾーン３でクリアコート用の透明塗料を重ね塗りする際に、そのクリアコート用塗料の塗膜に高温による肌あれ等の塗装欠陥を生ずるおそれがない程度まで、温度が低下すると同時に、焼付け乾燥の際に、たれ、たるみ、わき等の塗装欠陥を生ずるおそれがない程度まで、塗膜中の水分が適度に蒸発する。
【００３１】
なお、実験によれば、自動車ボディ１の表面に塗られた膜厚約１５μｍ、不揮発分（nonvolatile content ）ＮＶ＝２５．５重量％の水性塗料の塗膜を常温放置すると、３分経過時のＮＶ値が約３０重量％にしか達しないのに対し、上記塗膜を加熱装置５で約３０秒間加熱して約４８℃に昇温させた後、その塗膜の表面に空気吹出ダクト９ａ，９ｂの各空気吹出ノズル１０から吹付風速約１０ｍ／sec で温度３０℃、相対湿度３０％の乾燥空気を吹き付けると、図２のグラフに実線で表すように、３分経過時のＮＶ値が約７５重量％にまで達することが確認された。つまり、本発明によれば、僅か３分間で、塗膜のＮＶ値が焼付け乾燥に最適とされる７５〜８０重量％の範囲内に到達する。
【００３２】
また、本発明の比較例となる図３の実験設備を用いて、上記塗膜を赤外線ヒータ２０で約３０秒間加熱して約４８℃に昇温させた後、熱風加熱装置２１から吹き出す８０℃の熱風で更に加熱する実験を行ったところ、図２のグラフに破線で表すように、３分経過時のＮＶ値が約７７重量％であった。したがって、本発明に係る乾燥空気吹付装置８は、水性塗料の塗膜を蒸発乾燥させる効果において、熱風加熱装置２１と殆ど遜色がない。
【００３３】
また、乾燥空気吹付装置８は、水性塗料の塗膜表面に乾燥空気による高速気流を生じさせて、塗膜中の水分を蒸発させるものであるから、その周囲を断熱壁等で囲う必要もないし、高温の熱風を吹き付ける装置ではないから、空気吹出ダクト９ａ，９ｂや空気吹出ノズル１０等を安価なプラスチック製とすることができ、設備費も安くて済むという利点がある。
【００３４】
また、実施態様の如く、乾燥空気吹付装置８を複数の空気吹出ダクト９ａ，９ｂで構成すると、例えば、除湿装置６から空気吹出ダクト９ａへ供給される乾燥空気の量を給気ダクト１１に設けた風量調節ダンパ１２ａで減少させて、空気吹出ダクト９ａの空気吹出ノズル１０から吹き出す乾燥空気の風速・風量を低下させることにより、その乾燥空気で冷却される自動車ボディ１の表面温度を若干高めに保持するなどして、塗膜中の水分の蒸発量を最適に調整することもできる。
【００３５】
なお、加熱装置５は、水性塗料の塗膜のＮＶ値を焼付け乾燥に最適な７５〜８０重量％とするために必要なもので、若し、この加熱装置５で自動車ボディ１を４５〜６０℃に加熱昇温することなく、その自動車ボディ１の表面に塗られた膜厚約１５μｍ、ＮＶ値２５．５重量％の水性塗料の塗膜を乾燥空気吹付装置８で吹き付ける温度３０℃、相対湿度３０％の前記乾燥空気のみによって蒸発乾燥させると、３分経過後のＮＶ値は約７１％にまで達するが、それ以後はＮＶ値が上昇せず、４分経過後のＮＶ値も約７１％である。
【００３６】
これは、水性塗料の塗膜を加熱せずに、これに高風速の乾燥空気を吹き付けるのみでは、水性塗料に配合された共溶剤の蒸発を促すことができないからであり、加熱装置５で加熱して塗膜中の共溶剤をある程度蒸発させることによって、塗膜のＮＶ値を数分間で焼付け乾燥に最適な７５〜８０重量％とすることができるのである。
【００３７】
なお、加熱装置５は、赤外線ヒータに限らず、被塗物となる自動車ボディ１を熱風で加熱する熱風加熱装置であっても良い。また、本発明は、上塗り塗装用の塗装設備に限らず、中塗り塗装用の塗装設備にも適用することができる。また、自動車塗装設備に限らず、コンベアで搬送される被塗物の表面に水性塗料を塗る前段の塗装ゾーンと、その水性塗料の塗膜に別異の塗料を重ね塗りする後段の塗装ゾーンとを備えた各種塗装設備に適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、コンベアで搬送される被塗物の表面に塗られた水性塗料の塗膜に、高温によるたれ、たるみ、わき等の塗装欠陥を生じさせず、また、その塗膜に重ね塗りする別異の塗料の塗膜にも、高温による肌あれ等の塗装欠陥を生じさせることなく、その水性塗料の塗膜を速やかに蒸発乾燥させることができるという大変優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る塗装設備の一例を示す図。
【図２】本発明の効果を示すグラフ。
【図３】本発明の比較例となる実験的な塗装設備を示す図。
【符号の説明】
１・・・・・自動車ボディ（被塗物）
２・・・・・前段の塗装ゾーン
３・・・・・後段の塗装ゾーン
４・・・・・塗膜の蒸発乾燥ゾーン
５・・・・・加熱装置
６・・・・・除湿装置
８・・・・・乾燥空気吹付装置
９ａ・・・・空気吹付ダクト
９ｂ・・・・空気吹付ダクト

Claims (3)

1. コンベアで搬送される被塗物（１）の表面に水性塗料を塗る前段の塗装ゾーン（２）と、その水性塗料の塗膜に別異の塗料を重ね塗りする後段の塗装ゾーン（３）との間に、前段の塗装ゾーン（２）で水性塗料が塗られた被塗物（１）を加熱昇温させてその水性塗料の塗膜中の水分を蒸発させる加熱装置（５）と、当該加熱装置（５）で加熱された被塗物（１）の表面に除湿装置（６）で除湿した乾燥空気を高風速で吹き付けて、その表面に塗られた水性塗料の水分を蒸発させると同時に、その被塗物（１）の表面温度を低下させる乾燥空気吹付装置（８）とを設置した塗膜の蒸発乾燥ゾーン（４）が設けられていることを特徴とする塗装設備。
2. 前記加熱装置（５）が、前記被塗物（１）を約４５〜６０℃に加熱昇温させる赤外線ヒータもしくは熱風加熱装置である請求項１記載の塗装設備。
3. 前記乾燥空気吹付装置（８）が、前記除湿装置（６）で除湿した乾燥空気が分配供給される複数の空気吹出ダクト（９ａ，９ｂ）で構成されている請求項１又は２記載の塗装設備。

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