JP4507590B2 - 自動車ボディの塗装方法 - 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、これを同時に硬化させる塗装方法に関する。

自動車ボディの塗装系は、エポキシ系樹脂を主剤とする電着塗料などが適用される下塗り塗装と、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アルキド樹脂を主剤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、アルキド樹脂を主剤とする上塗り塗料の３種の塗料を用い、下塗り塗装を施したのちこれを焼き付け、硬化した下塗り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、下塗り塗装工程、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。

しかしながら、中塗り塗装と上塗り塗装とをウェットオンウェットで塗装し、これらを同時に焼き付ける塗装系では、中塗り塗膜層の表面を平滑化するサンディング工程を設けることができないため、電着塗膜層や中塗り塗膜層の表面の凹凸が上塗り塗膜層の表面に現れ、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。

本発明は、中塗り塗膜と上塗り塗膜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上塗り塗膜層の平滑性を高めることができる自動車ボディの塗装方法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、本発明の第１の観点によれば、自動車ボディに少なくとも中塗り塗膜層を形成する工程と上塗り塗膜層を形成する工程を有する自動車ボディの塗装方法であって、前記自動車ボディに、鱗片状アルミニウム粉末の表面を飽和脂肪酸で被覆したリーフィングアルミニウム顔料を含有する中塗り塗料を塗布し、中塗り塗膜層の表面に前記リーフィングアルミニウム顔料を配向させる中塗り塗料塗布工程と、前記中塗り塗料塗布工程で塗布された未硬化の中塗り塗膜層の表面に上塗り塗料を塗布する上塗り塗料塗布工程と、前記中塗り塗膜層と前記上塗り塗料塗布工程で塗布された上塗り塗膜層とを同時に硬化させる中上塗り硬化工程と、を有することを特徴とする自動車ボディの塗装方法が提供される。

また、上記目的を達成するために、本発明の第２の観点によれば、自動車ボディに少なくとも電着塗膜層を形成する工程と中塗り塗膜層を形成する工程と上塗り塗膜層を形成する工程とを有する自動車ボディの塗装方法であって、前記自動車ボディに、鱗片状アルミニウム粉末の表面を飽和脂肪酸で被覆したリーフィングアルミニウム顔料を含有する電着塗料を塗布し、電着塗膜層の表面に前記リーフィングアルミニウム顔料を配向させる電着塗料塗布工程と、前記電着塗料塗布工程で塗布された電着塗膜層を硬化させる電着硬化工程と、前記電着硬化工程で硬化した電着塗膜層の表面に中塗り塗料を塗布する中塗り塗料塗布工程と、前記中塗り塗料塗布工程で塗布された未硬化の中塗り塗膜層の表面に上塗り塗料を塗布する上塗り塗料塗布工程と、前記中塗り塗膜層と前記上塗り塗料塗布工程で塗布された上塗り塗膜層とを同時に硬化させる中上塗り硬化工程と、を有することを特徴とする自動車ボディの塗装方法が提供される。

自動車ボディなどの被塗物表面に２層以上の積層塗膜を形成する場合、上側の塗膜層の表面には下側の塗膜層の表面の凹凸が転写され、これにより最終塗膜層の表面の凹凸状態が悪化する。しかしながら、本発明では電着塗料または中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を含有させているので、これを含有した電着塗膜層または中塗り塗膜層が硬化する際に塗膜層の表面にリーフィングアルミニウム顔料が配向するので、下側の塗膜層である電着塗膜層または中塗り塗膜層の表面の平滑性が向上し、その結果，最終塗膜層の表面の平滑性が向上する。

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。
本発明に係る自動車ボディの塗装方法は、中塗り塗膜層と上塗り塗膜層とをウェットオンウェットで塗装し、これら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り好ましい。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。

第1実施形態
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フローチャート、図２は本発明の第1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は本発明の第1実施形態に係るリーフィングアルミニウム顔料含有の中塗り塗膜層を示す断面図である。

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中塗り塗膜層１０３と、この中塗り塗膜層１０３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。

次いで、中塗り塗料塗布工程６において電着塗膜層１０２の表面に中塗り塗料を塗布する。これにより形成される中塗り塗膜層１０３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、これに着色材や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の表面に塗装する。

特に本実施形態に係る中塗り塗料には、リーフィングアルミニウム顔料が含有されている。リーフィングアルミニウム顔料とは、鱗片状アルミニウム粉末の表面にステアリン酸などの飽和脂肪酸を吸着させることで被覆したもので、好ましくは平均粒径が５μｍ〜２０μｍ、平均厚さが０．０１μｍ〜１．０μｍである。リーフィングアルミニウム顔料ＬＡは、疎水性及び疎油性の特性を有し，表面張力が低いので、塗料に含有させて塗布すると、図3に示すように中塗り塗膜層１０３の表面に規則的に配向し、これにより中塗り塗膜層１０３の表面が平滑化されることになる。

このリーフィングアルミニウム顔料は、顔料重量濃度（ＰＷＣ）で、５％〜２０％とすることが好ましい。ＰＷＣが５％に満たないと、顔料配向による平滑性の向上が期待できず、逆にＰＷＣが２５％を超えると塗膜層の密着性が低下する。

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、次の上塗りベース塗料塗布工程７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、この塗料を溶剤で希釈したものを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中塗り塗膜層１０３の表面に塗装することで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、次のクリヤ塗料塗布工程８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とで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。

クリヤ塗料を塗布したら、数分の静置（セッティング）を経たのちボディを中上塗り乾燥炉に搬入し、先に塗布して形成した中塗り塗膜層１０３、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（中上塗り硬化工程９）。

本実施形態では、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を含有させているので、これを含有した中塗り塗膜層１０３が硬化する際に図3に示すように中塗り塗膜層１０３の表面にリーフィングアルミニウム顔料ＬＡが配向する。これにより、中塗り塗膜層１０３の表面の平滑性が向上し、その結果，最終塗膜層である上塗り塗膜層１０４，１０５の表面の平滑性が向上する。

第2実施形態
図４は本発明の第２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５は本発明の第２実施形態に係るリーフィングアルミニウム顔料含有の電着塗膜層を示す断面図である。上述した第1実施形態では、リーフィングアルミニウム顔料を含有する中塗り塗料を用いたが、この第2実施形態ではリーフィングアルミニウム顔料を含有する電着塗料を用いて上塗り塗膜層の平滑性を向上させるとともに、防錆効果をも付帯的に向上させる。

塗装方法のフローについては図1に示すものと同じであるため、同図を参照しながら説明すると、化成皮膜が形成された自動車ボディ１０１は、同図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。

特に本実施形態に係る電着塗料には、リーフィングアルミニウム顔料が含有されている。リーフィングアルミニウム顔料とは、既述したとおり鱗片状アルミニウム粉末の表面にステアリン酸などの飽和脂肪酸を吸着させることで被覆したもので、好ましくは平均粒径が５μｍ〜２０μｍ、平均厚さが０．０１μｍ〜１．０μｍである。リーフィングアルミニウム顔料ＬＡは、疎水性及び疎油性の特性を有し，表面張力が低いので、塗料に含有させて塗布すると、図５に示すように電着塗膜層１０２の表面においても規則的に配向し、これにより電着塗膜層１０２の表面が平滑化されることになる。

このリーフィングアルミニウム顔料は、顔料重量濃度（ＰＷＣ）で、５％〜２０％とすることが好ましい。ＰＷＣが５％に満たないと、顔料配向による平滑性の向上が期待できず、逆にＰＷＣが２５％を超えると塗膜層の密着性が低下する。

図1に戻り、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。

なお、図1に示す中塗り塗料塗布工程６から中上塗り硬化工程９までは、リーフィングアルミニウム顔料を含有しない中塗り塗料を用いること以外は，上述した第1実施形態と同じ構成であるため，その詳細な説明は省略するが、本実施形態においても必要に応じてリーフィングアルミニウム顔料を含有する中塗り塗料を用い，さらに平滑性の向上を求めることもできる。

本実施形態に係る自動車ボディの塗装方法では、電着塗料にリーフィングアルミニウム顔料を含有させているので、これを含有した電着塗膜層１０２が硬化する際に図５に示すように電着塗膜層１０２の表面にリーフィングアルミニウム顔料ＬＡが配向する。これにより、電着塗膜層１０２の表面の平滑性が向上し、その結果，中塗り塗膜層１０３及び最終塗膜層である上塗り塗膜層１０４，１０５の表面の平滑性が向上する。

これに加えて、電着塗料にリーフィングアルミニウム顔料を含有させると、電着塗膜層１０２のみで構成される自動車ボディの袋構造部、たとえばメンバ内面やシル内面などにおいては、電着塗膜層１０２の表面に配向したリーフィングアルミニウム顔料が水，酸素又はイオンなどの塗膜層内への侵入を阻止するので、電着塗膜層１０２の膜厚を増加させることなく防錆性能を向上させることができる。

以下、本発明をさらに具体化して説明する。

実施例１
板厚０．７５ｍｍ，大きさ７０ｍｍ×１５０ｍｍのダル鋼鈑を被塗物として、これにリン酸亜鉛処理を施してリン酸亜鉛皮膜を形成したのち、カチオン型電着塗料（日本ペイント社製パワートップＵ−６００Ｍ）を用いて乾燥膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を行い、１６０℃で３０分焼き付け硬化させることで電着塗膜層を形成した。このときの電着塗膜層の表面粗度（Ｒａ値）を、表面粗度計（ミツトヨ社製ＣＳ５０００）を用いて測定したところ、０．１〜０．２μｍであった。

この電着塗膜層の表面に、ポリエステル樹脂系中塗り塗料に、平均粒径が１２μｍ、厚さが０．３５μｍのリーフィングアルミニウムを、ＰＷＣで１８％添加し、これを用いて乾燥膜厚が２５μｍとなるようにスプレー塗装することで中塗り塗膜層を形成した。

続けて、アクリル樹脂系上塗りベース塗料を未硬化の中塗り塗膜層の表面に乾燥膜厚が１５μｍとなるようにスプレー塗装し、さらに続けてアクリル樹脂系クリヤ塗料を、未硬化のベース塗膜層の表面に乾燥膜厚が３０μｍとなるようにスプレー塗装し、これら中塗り塗膜層、ベース塗膜層およびクリヤ塗膜層を１４０℃で３０分同時に焼き付け硬化させた。

得られた積層塗膜の平滑性を目視で評価し、平滑性がきわめて優れているものを◎、平滑性が優れているものを○、平滑性がやや劣るものを△、平滑性が悪いものを×とした。この結果を表１に示す。

実施例２
電着塗膜層の表面粗度が０．２〜０．３μｍの範囲にあること以外は実施例１と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

実施例３
電着塗膜層の表面粗度が０．２〜０．３μｍの範囲にあることと、中塗り塗膜層の乾燥膜厚を３５μｍにしたこと以外は実施例１と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

実施例４
電着塗膜層の表面粗度が０．３〜０．４μｍの範囲にあること以外は実施例１と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例１
実施例１の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったこと以外は実施例１と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例２
実施例１の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったことと、中塗り塗膜層の乾燥膜厚を３５μｍにしたこと以外は実施例１と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例３
実施例２の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったこと以外は実施例２と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例４
実施例３の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったこと以外は実施例３と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例５
実施例４の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったこと以外は実施例４と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

比較例６
実施例４の比較例として、中塗り塗料にリーフィングアルミニウム顔料を添加しなかったことと、中塗り塗膜層の乾燥膜厚を３５μｍにしたこと以外は実施例４と同じ条件で積層塗膜を作製し、同様の評価を行った。この結果を表１に示す。

実施例１と比較例１、実施例２と比較例３、実施例４と比較例５から、電着塗膜層の表面粗度が同じ程度で、中塗り塗膜層の乾燥膜厚が同じであるときは、リーフィングアルミニウム顔料を含有する中塗り塗料を用いた方が、平滑性が向上することが確認された。

実施例１と比較例２より、リーフィングアルミニウム顔料を含有しない中塗り塗料を用いると増膜しなければ同程度の平滑性が得られないことが確認された。

実施例４と比較例６から、電着塗膜層の表面粗度が大きいと，中塗り塗膜層を増膜しても満足する表面粗度は得られないことが確認された。

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フローチャートである。 本発明の第1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。 本発明の第1実施形態に係るリーフィングアルミニウム顔料含有の中塗り塗膜層を示す断面図である。 本発明の第２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。 本発明の第２実施形態に係るリーフィングアルミニウム顔料含有の電着塗膜層を示す断面図である。

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…中塗り塗料塗布工程
７…上塗りベース塗料塗布工程
８…クリヤ塗料塗布工程
９…中上塗り硬化工程
１０１…自動車ボディ
１０２…電着塗膜層
１０３…中塗り塗膜層
１０４…ベース塗膜層
１０５…クリヤ塗膜層
ＬＡ…リーフィングアルミニウム顔料

Claims (5)

1. 自動車ボディに少なくとも中塗り塗膜層を形成する工程と上塗り塗膜層を形成する工程を有する自動車ボディの塗装方法であって、
   前記自動車ボディに、鱗片状アルミニウム粉末の表面を飽和脂肪酸で被覆したリーフィングアルミニウム顔料を含有する中塗り塗料を塗布し、中塗り塗膜層の表面に前記リーフィングアルミニウム顔料を配向させる中塗り塗料塗布工程と、
   前記中塗り塗料塗布工程で塗布された未硬化の中塗り塗膜層の表面に上塗り塗料を塗布する上塗り塗料塗布工程と、
   前記中塗り塗膜層と前記上塗り塗料塗布工程で塗布された上塗り塗膜層とを同時に硬化させる中上塗り硬化工程と、を有することを特徴とする自動車ボディの塗装方法。
2. 前記中塗り塗料塗布工程の前に、前記自動車ボディの表面に電着塗料を塗布して硬化させる電着塗装工程を有することを特徴とする請求項１に記載の自動車ボディの塗装方法。
3. 自動車ボディに少なくとも電着塗膜層を形成する工程と中塗り塗膜層を形成する工程と上塗り塗膜層を形成する工程とを有する自動車ボディの塗装方法であって、
   前記自動車ボディに、鱗片状アルミニウム粉末の表面を飽和脂肪酸で被覆したリーフィングアルミニウム顔料を含有する電着塗料を塗布し、電着塗膜層の表面に前記リーフィングアルミニウム顔料を配向させる電着塗料塗布工程と、
   前記電着塗料塗布工程で塗布された電着塗膜層を硬化させる電着硬化工程と、
   前記電着硬化工程で硬化した電着塗膜層の表面に中塗り塗料を塗布する中塗り塗料塗布工程と、
   前記中塗り塗料塗布工程で塗布された未硬化の中塗り塗膜層の表面に上塗り塗料を塗布する上塗り塗料塗布工程と、
   前記中塗り塗膜層と前記上塗り塗料塗布工程で塗布された上塗り塗膜層とを同時に硬化させる中上塗り硬化工程と、を有することを特徴とする自動車ボディの塗装方法。
4. 前記リーフィングアルミニウム顔料の平均粒径が５μｍ〜２０μｍ、平均厚さが０．０１μｍ〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の自動車ボディの塗装方法。
5. 前記リーフィングアルミニウム顔料の顔料重量濃度（ＰＷＣ）が、５％〜２０％であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動車ボディの塗装方法。

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