(57)【要約】【課題】電着塗装において被塗物に形成される塗膜の膜厚に大きく影響する塗料の流速をパラメータとして取り入れ、前記被塗物に形成される膜厚を高精度、且つ容易に予測する。【解決手段】電着槽内の塗料の流速Ｕと被塗物Ｗに形成される塗料の膜厚との相関データを求める工程と、前記相関データから、流速が無い場合に形成された膜厚に対する所定の流速のときに形成された膜厚の減少率を補正係数Φとして求める工程と、前記被塗物における測定部位について、流速が無い場合の第１の膜厚σＸを求める工程と、前記第１の膜厚に前記補正係数を乗じ、第２の膜厚Ｘを求める工程とを含む。【選択図】図１
2015089953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電着槽内の被塗物に塗料を析出する電着塗装の膜厚予測方法であって、
電着槽内の塗料の流速と被塗物に形成される塗料の膜厚との相関データを求める工程と、
前記相関データから、流速が無い場合に形成された膜厚に対する所定の流速のときに形成された膜厚の減少率を補正係数として求める工程と、
前記被塗物における測定部位について、流速が無い場合の第１の膜厚を求める工程と、
前記第１の膜厚に前記補正係数を乗じ、第２の膜厚を求める工程とを含むことを特徴とする電着塗装の膜厚予測方法。
【請求項２】
前記補正係数をΦとし、塗料の流速をＵ（ｍ／ｓ）とし、電着塗装において印加する電圧と通電時間とによって規定される係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、補正係数Φは、式（１）により規定され、前記第１の膜厚をσＸ（μｍ）とし、前記第２の膜厚をＸ（μｍ）とすると、前記第２の膜厚Ｘは、式（２）により規定されることを特徴とする請求項１に記載された電着塗装の膜厚予測方法。
補正係数Φ＝Ａ・Ｕ３＋Ｂ・Ｕ２＋Ｃ・Ｕ＋Ｄ  ・・・（１）
第２の膜厚Ｘ＝Φ×σＸ  ・・・（２）
【請求項３】
前記補正係数を求める工程の前に、
前記被塗物における測定部位について表面近傍の塗料の流速を求める工程を実施し、
前記流速を前記塗料の流速Ｕに代入することにより前記補正係数Φを求めることを特徴とする請求項２に記載された電着塗装の膜厚予測方法。
【請求項４】
前記流速が無い場合の第１の膜厚を求める工程は、
電着槽内の電位分布を求める工程と、
前記電位分布に基づき、測定する部位表面の電流密度を求める工程とを含み、
前記電流密度をＪ（Ａ／ｍｍ２）とし、印加電圧をＶ（Ｖ）とし、塗料液抵抗及び塗膜抵抗をＲ（Ω）とし、測定部位表面の面積をＳｐ（ｍｍ２）とすると、前記電流密度Ｊは、式（３）により規定され、
前記第１の膜厚をσＸ（μｍ）とし、塗膜の析出効率をＨ（ｍｇ／クーロン）とし、塗料の比重をＧ（ｇ／ｃｍ２）とすると、前記第１の膜厚σＸは、式（４）により規定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された電着塗装の膜厚予測方法。
電流密度Ｊ＝Ｖ／（Ｒ・Ｓｐ）  ・・・（３）
第１の膜厚σＸ＝（Ｈ・Ｊ）／Ｇ  ・・・（４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電着塗装の膜厚予測方法に関し、特に電着槽内の被塗物に対する塗料の流速を考慮し、被塗物に形成される膜厚を精度よく予測する電着塗装の膜厚予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の製造工程において、車両ボディの外板及び袋部内などに対し、防錆等を目的とした下地塗装が行われる。一般に、この下地塗装においては、被塗物である車両ボディなどを、塗料が充填された電着槽に浸漬しつつ槽内を移動させ、被塗物に塗膜形成する電着塗装が行われている。より具体的には、前記電着塗装は、図７に模式的に示すように電着槽５０内に水性塗料５１が充填され、さらに槽底部に複数設けられた塗料攪拌機５２によって槽内の塗料に所定の流れが形成される。そして、コンベアーなどの搬送手段５３にハンガー５４を介して被塗物Ｗを吊着すると共に被塗物Ｗを槽内の塗料に浸漬し、前記搬送手段５３により被塗物Ｗを槽５０内で移動させる。
【０００３】
図８に模式的に示すように、例えばカチオン電着塗装の場合、槽５０内においては被塗物Ｗ側を陰極とし、槽５０内に設置した陽極板６０との間に直流電流が流される。これにより、水溶塗料５１において水の電気分解が生じ、塗料粒子５１ａとＯＨ−が反応する中和作用によって被塗物Ｗの表面に塗膜５５が析出される。
【０００４】
ところで、被塗物Ｗが車両ボディの場合、外板、内板の他、ロッカーパネルなどの袋構造の内面に対し、防錆などの理由から所定厚さ以上の塗膜を形成する必要がある。
しかしながら、袋構造の内部には塗料が流れ込みにくいため、外板や内板に比べて袋構造部内の塗膜の膜厚が薄くなる。そのため従来は、必要な膜厚が袋構造内面に形成されるまで車両ボディを電着槽内に浸漬する必要があった。
【０００５】
しかしながら、そのように袋構造の内面に形成される塗膜が必要最低限の膜厚となるよう車両ボディを電着槽内に浸漬した場合、外板や内板における塗膜の析出が過剰となり、膜厚が厚くなりすぎて、無駄なコストが生じるという課題が生じていた。
前記課題を少しでも解決するためには、電着塗装のシミュレーションを行うことによって、袋構造の内面に必要最低限の膜厚の塗膜を形成し、且つ外板等における余剰な塗膜を出来るだけ低減できるような電着塗装に係る諸条件（塗膜形成に関連したパラメータ群）を求めることが必要である。
しかしながら、従来のシミュレーション手法にあっては、シミュレーション結果と実際の電着塗装ラインで得られた膜厚の結果との間に生じる差異が大きすぎるという課題があった。
【０００６】
前記課題に対し特許文献１には、実際の電着塗装ラインを用いた被塗物への電着塗装を行う前に、シミュレーションにおいて再現性に優れた塗料データ（パラメータ）を生成するための方法が開示されている。
具体的には、塗膜形成に関連したパラメータ群で構成される基準塗料データに基づいて、被塗物を解析対象としたシミュレーションが行われ、予め設定された複数の対象点に形成される膜厚が、解析膜厚として算出される。そして、実際に前記塗料を用いて被塗物に電着塗装を行った塗膜の実膜厚と、前記解析膜厚とが対応しないと判断した場合には、解析膜厚が実膜厚に近づくように、最適化手法を用いてパラメータ値が調整される。
この方法によれば、パラメータ値の調整によって解析膜厚が実膜厚に近づくようになされるため、実膜厚に近い解析膜厚の塗料データ（パラメータ）を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３０７２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、本願発明者らは、実験及びシミュレーション解析等を重ね、鋭意研究の結果、図９のグラフに示すように、電着槽内に形成される塗料の流速によって、外板部において膜厚が変化し、電着槽内の塗料の流速が影響しない袋部内においては、電着槽内の流速の変化にかかわらず膜厚が変化しないことを知見するに至った。
図９のグラフについて説明すると、◆は外板部における流速が０ｍ／ｓの場合の膜厚を示し、■は外板部における流速が０．３ｍ／ｓの場合の膜厚を示し、▲は外板部における流速が１．５ｍ／ｓの場合の膜厚を示している。また、外板部において流速が変化しても、袋部内での流速は０ｍ／ｓであったため、一例として前記外板部における流速が１．５ｍ／ｓのときの、袋部内での膜厚を●で示している。
また、車両ボディの形状タイプによって、ロッカーパネルの袋部構造も異なり、袋部内での膜厚の形成されやすさが異なるため、袋部内において膜厚が形成され難い車両ボディを車両ａとし、袋部内に膜厚が形成され易い車両ボディを車両ｃとし、袋部内への膜厚の形成され易さが、それらの中間である車両ボディを車両ｂとして、車両タイプごとの膜厚を図９中に示している。
【０００９】
図９のグラフから、どの車両ボディの形状タイプであっても、外板部においては、塗料の流速が速いほど膜厚が薄いことがわかった。
一方、袋部内においては、外板部における塗料の流速が変化しても、形成される塗膜の膜厚は影響されないことがわかった。
また、袋部内に塗膜が形成されやすい車両形状ほど、短時間に袋部内に必要な膜厚を形成することができ、外板部に形成される塗膜の膜厚もより薄くなることがわかった。
【００１０】
このように電着槽内における塗料の流速は塗膜の膜厚形状に大きく影響するといえる。しかしながら、特許文献１に開示された発明にあっては、流速をパラメータとしてどのように用いるのかが全く開示されていない。
また、特許文献１に開示の発明にあっては、実存する電着塗装ラインにおいては、電着塗装に係る諸条件を包括するため、その点では効率的な手法といえる。しかしながら、シミュレーションによる解析結果と、実存する電着塗装ラインで得られた実膜厚との誤差が所定の許容範囲内に収まるまでシミュレーションを繰り返してパラメータの検証を行わなければならず、最適な塗料データ（パラメータ）を得るまでに多大な時間と手間を必要とするという課題があった。また、実ラインでの条件が変更になった場合などに、最初から同じ手順を踏まなければならず、効率が悪いという課題があった。
さらに特許文献１に開示の発明にあっては、計画段階の電着塗装ラインにおいては、前提条件の下に計算結果を判断する必要があり、包括されているパラメータを変更したときの効果の予測がしづらいという課題があった。
【００１１】
本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、電着塗装において被塗物に形成される塗膜の膜厚に大きく影響する塗料の流速をパラメータとして取り入れ、前記被塗物に形成される膜厚を高精度、且つ容易に予測することのできる電着塗装の膜厚予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記した課題を解決するために、本発明に係る電着塗装の膜厚予測方法は、電着槽内の被塗物に塗料を析出する電着塗装の膜厚予測方法であって、電着槽内の塗料の流速と被塗物に形成される塗料の膜厚との相関データを求める工程と、前記相関データから、流速が無い場合に形成された膜厚に対する所定の流速のときに形成された膜厚の減少率を補正係数として求める工程と、前記被塗物における測定部位について、流速が無い場合の第１の膜厚を求める工程と、前記第１の膜厚に前記補正係数を乗じ、第２の膜厚を求める工程とを含むことに特徴を有する。
【００１３】
尚、前記補正係数をΦとし、塗料の流速をＵ（ｍ／ｓ）とし、電着塗装において印加する電圧と通電時間とによって規定される係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、補正係数Φは、式（１）により規定され、前記第１の膜厚をσＸ（μｍ）とし、前記第２の膜厚をＸ（μｍ）とすると、前記第２の膜厚Ｘは、式（２）により規定されることが望ましい。
補正係数Φ＝Ａ・Ｕ３＋Ｂ・Ｕ２＋Ｃ・Ｕ＋Ｄ  ・・・（１）
第２の膜厚Ｘ＝Φ×σＸ  ・・・（２）
【００１４】
また、前記補正係数を求める工程の前に、前記被塗物における測定部位について表面近傍の塗料の流速を求める工程を実施し、前記流速を前記塗料の流速Ｕに代入することにより前記補正係数Φを求めることが望ましい。
【００１５】
また、前記流速が無い場合の第１の膜厚を求める工程は、電着槽内の電位分布を求める工程と、前記電位分布に基づき、測定する部位表面の電流密度を求める工程とを含み、前記電流密度をＪ（Ａ／ｍｍ２）とし、印加電圧をＶ（Ｖ）とし、塗料液抵抗及び塗膜抵抗をＲ（Ω）とし、測定部位表面の面積をＳｐ（ｍｍ２）とすると、前記電流密度Ｊは、式（３）により規定され、前記第１の膜厚をσＸ（μｍ）とし、塗膜の析出効率をＨ（ｍｇ／クーロン）とし、塗料の比重をＧ（ｇ／ｃｍ２）とすると、前記第１の膜厚σＸは、式（４）により規定されることが望ましい。
電流密度Ｊ＝Ｖ／（Ｒ・Ｓｐ）  ・・・（３）
第１の膜厚σＸ＝（Ｈ・Ｊ）／Ｇ  ・・・（４）
【００１６】
このような電着塗装の膜厚予測方法によれば、測定部位毎に電着槽内の塗料流速をパラメータに含めて膜厚を算出することにより、高精度且つ容易に膜厚を予測することができる。
その結果、シミュレーションにより得られた膜厚と実際の電着塗装ラインで得られた実膜厚との差が無くなるため、車体ボディの各部位における電着塗装の最適なパラメータを検証することができ、得られた最適なパラメータを用いて実際のラインで再現させることができる。
また、例えば電着塗装ラインの条件が変わっても、容易に高精度なシミュレーションを実現できるため、袋部内面の膜厚を確保しつつ、その他外板部等において、過剰な塗料膜厚を大幅に低減することが可能な電着塗装に係るパラメータを得ることができ、作業を効率的に行うことができ、また、塗料にかかるコストを削減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電着塗装において被塗物に形成される塗膜の膜厚に大きく影響する塗料の流速をパラメータとして取り入れ、前記被塗物に形成される膜厚を高精度、且つ容易に予測することのできる電着塗装の膜厚予測方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る膜厚予測方法の流れを示すフローである。
【図２】図２は、図１のフローを実施する上で必要となるパラメータの幾つかを得るための準備工程の一つを示すフローである。
【図３】図３は、被塗物としての車体ボディにおいて複数の膜厚予測ポイントＰ１〜Ｐ５を示す前記車体ボディの側面図である。
【図４】図４は、膜厚を算出する上で必要なパラメータである塗膜抵抗値、塗膜の析出効率（クーロン効率）等を求めるための実験装置を示す斜視図である。
【図５】図５は、実験データにより得られた電着槽内の流速と膜厚との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明に係る膜厚予測方法の実施例の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、電着塗装を説明するための電着塗装の装置全体を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、電着塗装の原理を説明するために槽内の状態を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、被塗物である車両ボディの外板部に形成される塗膜の膜厚が塗料の流速によって変化し、袋構造部における塗膜の膜厚は流速によって変化しないことを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電着塗装の膜厚予測方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る膜厚予測方法の流れを示すフローである。図２は、図１のフローを実施する上で必要となるパラメータの幾つかを得るための準備工程の一つを示すフローである。
【００２０】
先ず、図１のフローのステップＳ１において、予め必要な準備工程を行う。
この準備工程においては、図３に被塗物として例示する車体ボディ１の複数の膜厚予測ポイントＰ１〜Ｐ５における塗料流速を求める。この塗料流速の算出にあっては、電着塗装のシミュレーションプログラムを実施する図示しないコンピュータ（以下、シミュレータと呼ぶ）が用いられる。このシミュレータにおいては、図７に示したような電着槽の形状、複数の塗料攪拌機の位置や出力情報、搬送する被塗物（車両ボディ）の速度、塗料の充填量等の情報がパラメータとして設定されている。
【００２１】
作業者は、前記シミュレータに対し、電着槽内に充填する電着塗料の情報を入力する（図２のステップＳｔ１）。この電着塗料の情報とは、例えば、用いる塗料の粘度等のパラメータである。
次いで、前記シミュレータ上において、電着塗装のシミュレーションを実行し、電着槽内の塗料の流速を計算する（図２のステップＳｔ２）。
そして、例えば図３に示した車両ボディにおける複数の測定部位Ｐ１〜Ｐ４における流速を前記ステップＳｔ２において求めた計算結果の中から抽出する（図２のステップＳｔ３）。この測定部位の中には、図７に示すように車両ボディの外面、内面だけでなく、袋部内面（Ｐ４）を含む。
また、前記ステップＳｔ３において抽出した測定ポイント毎の流速は、後に用いるパラメータデータとしてシミュレータに一時的に記憶しておく。
【００２２】
また、図１のステップＳ１における準備工程においては、膜厚を算出する上で必要なパラメータである塗膜抵抗値、塗膜の析出効率（クーロン効率）等が実験に基づき求められる。具体的には、図４に示すような板状のテストピースＴＰを被塗物とする実験装置を用い、電圧、測定時間等をパラメータとして、テストピースＴＰの表面に析出される塗料の電気量（クーロン）に対する塗膜析出量（クーロン効率）、及び膜厚に対する抵抗値（塗膜抵抗値）が測定される。
尚、図４に示す実験装置は、電着槽２０内に電着塗料が充填され、槽内に電極２２（陽極）と被塗物としてのテストピースＴＰ（陰極）とが配置される。また、電極２２とテストピースＴＰとの間には電源２３により直流電流が流される。
また、テストピースＴＰの大きさは、例えば７ｃｍ×１０ｃｍの方形状の板であり、極間距離は例えば１５０ｍｍ、極比１：２、液抵抗は４５Ωとすればよい。尚、この液抵抗の値は、塗料の希釈条件を大幅に変更した場合には、再度、実験により求める必要があるが、その場合には実際に塗料を用意することで、容易に測定することができる。
【００２３】
さらに、この準備工程においては、電着槽内の塗料に流速を与えた別の実験に基づき槽内の流速と膜厚との関係を示す相関データとして図５のグラフが求められる。図５のグラフは、縦軸が膜厚（μｍ）、横軸が流速（ｍ／ｓ）であり、電圧の値と通電時間の組み合わせ（例えば５０Ｖで１分、５０Ｖで３分、１００Ｖで１分など）毎にデータをプロットしている。
そして、電圧値と通電時間の組み合わせ条件毎に、前記グラフから、流速０ｍ／ｓのときに対して、所定の流速のときに膜厚がどの程度（％）減少するかを算出し、流速（ｍ／ｓ）に対する膜厚の減少率（％）を示す補正係数Φの演算式（１）を作成する。尚、式（１）において、流速をＵ（ｍ／ｓ）とし、電圧値と通電時間とによって規定される係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした。
［数１］
補正係数Φ＝Ａ・Ｕ３＋Ｂ・Ｕ２＋Ｃ・Ｕ＋Ｄ  ・・・（１）
【００２４】
尚、前記式（１）で求められた補正係数Φを、式（２）に示すように流速を考慮しないで算出した第１の膜厚σＸ（μｍ）に乗じることにより流速を考慮した補正後の膜厚Ｘ（μｍ）が第２の膜厚として求められ、この式（２）が膜厚と流速との関係式となる（図２のステップＳｔ２）。
［数２］
Ｘ＝σＸ×Φ・・・（２）
【００２５】
図１のフローに戻ると、ステップＳ１において、準備工程が終了すると、シミュレータにおいて電着槽内の電位分布が計算され（図１のステップＳ２）、前記電位分布に基づき各測定部位Ｐ１〜Ｐ４の表面近傍における電流密度Ｊ（Ａ／ｍｍ２）が式（３）により算出される（図１のステップＳ３）。尚、式（３）において、印加電圧をＶ（Ｖ）とし、電着塗料液抵抗及び塗膜抵抗をＲ（Ω）とし、測定部位の面積をＳｐ（ｍｍ２）とする。
［数３］
Ｊ＝Ｖ／（Ｒ・Ｓｐ）  ・・・（３）
【００２６】
次いで、所定の経過時間を１サイクルとして、その１サイクルに析出される第１の膜厚σＸ（μｍ）を、式（４）により算出する（図１のステップＳ４）。尚、式（４）において、塗膜の析出効率をＨ（ｍｇ／クーロン）とし、塗料の比重をＧ（ｇ／ｃｍ２）とする。
［式４］
σＸ＝（Ｈ・Ｊ）／Ｇ  ・・・（４）
【００２７】
また、式（４）で第１の膜厚σＸ（μｍ）が求められると、これに流速をパラメータとして含む前記式（１）で求められた補正係数Φを乗じることにより（即ち前記式（２））、そのサイクルにおける補正した第２の膜厚Ｘ（μｍ）が得られる（図１のステップＳ５）。
そして、次のサイクルにおいても同様にして第２の膜厚Ｘ（μｍ）を求めて、サイクル毎に加算し、全サイクルの終了時に求められた加算値がその測定部位における最終的な膜厚Ｘ（μｍ）となされる（図１のステップＳ６、Ｓ７）。
また、このようにして１つの測定部位における第２の膜厚Ｘの測定が完了すると、次の測定部位の膜厚の演算に戻り、補正係数Φ、第１の膜厚σＸ、及び第２の膜厚Ｘの算出が全測定部位Ｐ１〜Ｐ４について行われる（図１のステップＳ８）。
【００２８】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、電着槽における電着塗装シミュレーションにおいて、測定部位毎に電着槽内の塗料流速をパラメータに含めて膜厚を算出することにより、高精度且つ容易に膜厚を予測することができる。
その結果、シミュレーションにより得られた膜厚と実際の電着塗装ラインで得られた実膜厚との差が無くなるため、車体ボディの各部位における電着塗装の最適なパラメータを検証することができ、得られた最適なパラメータを用いて実際のラインで再現させることができる。
また、本発明によれば、例えば電着塗装ラインの条件が変わっても、容易に高精度なシミュレーションを実現できるため、袋部内面の膜厚を確保しつつ、その他外板部等において、過剰な塗料膜厚を大幅に低減することが可能な電着塗装に係るパラメータを得ることができ、作業を効率的に行うことができ、また、塗料にかかるコストを削減することができる。
【実施例】
【００２９】
本発明に係る電着塗装の膜厚予測方法について、実施例に基づきさらに説明する。
本実施例においては、図３に示したような車両ボディを被塗物Ｗとして、複数の測定部位Ｐ１〜Ｐ４について、前記実施の形態に基づき電着塗装のシミュレーションを行い、膜厚を測定した。
また、比較対象として実際の電着塗装ラインで塗膜形成を行い、同部位Ｐ１〜Ｐ４における塗膜の膜厚を測定した。
図６に本実施例の結果をグラフで示す。尚、図６のグラフにおいて、破線部は本発明に係る膜厚予測方法に沿って得られた膜厚のシミュレーション値を示し、実線部は実測値を示す。
図６のグラフの結果から、本発明に係る膜厚予測方法に沿って得られた膜厚値は、実測値に高精度に近似することを確認することができた。
【００３０】
以上の実施例の結果により、本発明によれば、電着塗装において被塗物に形成される塗膜の膜厚に大きく影響する塗料の流速をパラメータとして取り入れることにより、前記被塗物に形成される膜厚を高精度、且つ容易に予測することができることを確認した。
【符号の説明】
【００３１】
２０        電着槽
２１        塗料
２２        電極
２３        電源部
Ｗ          被塗物
【図１】
2015089953.tif 000003
【図２】
2015089953.tif 000004
【図３】
2015089953.tif 000005
【図４】
2015089953.tif 000006
【図５】
2015089953.tif 000007
【図６】
2015089953.tif 000008
【図７】
2015089953.tif 000009
【図８】
2015089953.tif 000010
【図９】
2015089953.tif 000011