(57)【要約】【課題】袋構造部の内部の電着塗膜の膜厚を正確に解析する。【解決手段】電着槽中において、被塗物を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の被塗物の外表面の電位を、電着塗装中に経時的に測定することによって被塗物表面の電着塗膜の膜厚を予測する。【選択図】        図１
2004169090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電着塗装による被塗物表面の塗膜析出量を解析する方法であって、電着槽中において、被塗物を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の被塗物の外表面の電位を、電着塗装中に経時的に測定することによって被塗物表面の電着塗膜の膜厚を予測することを特徴とする電着塗装の解析方法。
【請求項２】
（１）電着槽中において、被塗物を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の被塗物の外表面の電位を、電着塗装中に経時的に測定する工程、
（２）被塗物の解析領域を有限個の部分要素にメッシュ分割し、上記工程（１）で求めた測定電位から解析手法を用いて被塗物全面の電流密度を求める工程、及び
（３）上記（２）で求めた電流密度から被塗物の各部分におけるクーロン量を求め、このクーロン量により析出する電着塗膜量を計算することを測定時間分繰り返し積算することにより、上記工程（１）における電着槽中の被塗物の移動による電位変動に対応した被塗物の各部分に析出する電着塗膜の膜厚を予測する工程
を含むことを特徴とする電着塗装による電着塗装の解析方法。
【請求項３】
電着塗膜の膜厚を予測する被塗物表面が袋構造物内部の表面である請求項２記載の電着塗装の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実際の塗装ラインでの自動車ボディ等の電着塗装における電着塗装の解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術の説明】
電着塗装は、水性塗料を電気泳動法を用いて被塗物に塗装する方法であり、被塗物に均一に塗装でき、かつ得られる塗膜は防食性に優れたものとできることから、自動車ボディ、自動車部品、電気器具、厨房機器などの塗装に広く用いられている。近年、自動車ボディとしては、耐衝撃性向上などの観点から補強部材が幾重にも重なった袋構造部を有するものが多くなっている。
【０００３】
袋構造部においては、内部への電着塗料の塗着に必要な電流の流れ込みが、袋構造部の孔及び隙間からに制限されるので、袋構造内部への電着塗料のつきまわり性が阻害されやすい。つきまわり性が阻害されて要求される膜厚が得られない場合には、その部分の耐食性が悪くなる。そこで、袋構造部内部において、要求される膜厚が得られているか否かを評価することが必要となる。袋構造部内部の電着塗料のつきまわり性を評価する方法としては、実際の構造物あるいはそれを簡略化した構造物を用いて電着塗装を行い、その構造物を解体して内部の膜厚を測定する方法が一般的である。しかしながら、電着塗装し、電着塗装した構造物を解体することは、費用面及び工数面での負担が大きいという問題がある。
【０００４】
この課題を解決するため、従来から有限要素法、有限体積法をはじめとした各種解析方法による電着塗料のつきまわり性の予測が試みられている。例えば、塗装工学Ｖｏｌ．３７  Ｎｏ．４  ｐ１０６〜１１２（２００２）には、全没通電による電着塗装に対して、有限体積法に基づく非構造格子対応の手法を用いた解析方法が提案されており、自動車パーツへの適用事例が紹介されている。また、特開２００２−１８０２９５号公報には、電位解析によって得られた電流密度と、塗料温度、塗料特性または被塗装物特性の少なくとも一つとを入力とした予測式に基づいて、被塗装物の表面の塗膜析出量を求める電着塗装解析方法が提案されており、この方法によって電着塗装解析の精度向上を図ることができることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記した解析方法のいずれも、実際の電着塗装ラインで定められた外部電圧を被塗物に与えたと仮定して解析するものであるため、電着浴中で被塗物を移動させながら電着塗装する場合には、電着塗装ラインの構造及び被塗物が移動することによる電極（カソード極とアノード極）の距離変化等の要因の影響を受け、正確な電着塗膜厚を予測することができなかった。
【０００６】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００２−１８０２９５号公報
【非特許文献１】
「塗装工学」  Ｖｏｌ．３７  Ｎｏ．４  ｐ１０６〜１１２  （２００２）
【非特許文献２】
「表面技術」  Ｖｏｌ．５０  Ｎｏ．５  ｐ４１６〜４２０  （１９９９）
【従来の技術の課題】
本発明の目的は、電着塗装ラインで被塗物を移動させながら電着塗装させる場合においても、袋構造部を有する被塗物の内部に析出する電着塗膜の膜厚を正確に予測することができる電着塗装解析方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電着塗装ラインで移動しながら電着塗装さている被塗物の外板部分の電位を経時的に測定し、得られた実測電位を解析条件に当てはめることによって被塗物の電着塗膜厚を正確に予測でき、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させることができたものである。
【０００８】
上記のとおりの目的を達成するために、本発明に従うと、
電着塗装による被塗物表面の塗膜析出量を解析する方法であって、電着槽中において、被塗物を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の被塗物の外表面の電位を、電着塗装中に経時的に測定することによって被塗物表面の電着塗膜の膜厚を予測することを特徴とする電着塗装の解析方法
が提供される。
【０００９】
更に、本発明に従うと、
（１）電着槽中において、被塗物を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の被塗物の外表面の電位を、電着塗装中に経時的に測定する工程、
（２）被塗物の解析領域を有限個の部分要素にメッシュ分割し、上記工程（１）で求めた測定電位から解析手法を用いて被塗物全面の電流密度を求める工程、及び
（３）上記（２）で求めた電流密度から被塗物の各部分におけるクーロン量を求め、このクーロン量により析出する電着塗膜量を計算することを測定時間分繰り返し積算することにより、上記工程（１）における電着槽中の被塗物の移動による電位変動に対応した被塗物の各部分に析出する電着塗膜の膜厚を予測する工程
を含むことを特徴とする電着塗装による電着塗装の解析方法
が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によると、例えば、袋構造部の内部の膜厚を好適に解析することができる。
【００１１】
本発明によると、例えば、電着槽中において、被塗物である袋構造部を移動させながら電着塗装するに際して、移動中の袋構造部の外側の部分の表面近傍の電位を、電着塗装中に経時的に測定する。この電位測定は、例えば、データドーガーを用いて行うことができる。
【００１２】
被塗物の解析領域を有限個の部分要素にメッシュ分割し、上記工程（１）で求めた経時の測定電位を境界条件に与えることによって被塗物の各部分における電流密度を解析する。
【００１３】
この電流密度の解析は、例えば、雑誌「表面技術」、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．５，１９９９、第４１６−４２０頁、「電解槽の電流分布シミユレーシヨン」（小原勝彦）の開示内容を参照して、容易に実施することができる。
【００１４】
そして、上記（２）で求めた電流密度から被塗物の各部分におけるクーロン量を求め、このクーロン量により析出する電着塗膜量を計算することを測定時間分繰り返し積算することにより、上記工程（１）における電着槽中の被塗物の移動による電位変動に対応した被塗物の各部分に析出する電着塗膜の膜厚を予測する。
【００１５】
測定するデータは、被塗物の外側表面の電位である。電着塗装工程中、この電位は経時的に変化する。
【００１６】
電位が測定された時点を含む所定時間（例えば、０．１秒）の間に、被塗物の各部分において塗装される塗料の膜厚は、測定された電位及びその時既に塗装されている被塗物の各部分の塗膜抵抗から、解析手法、例えば有限要素法を用いることによって、得ることができる。
【００１７】
その時既に塗装されている被塗物の各部分の塗膜の膜厚（塗膜抵抗）は、塗装開始から、その時までの間に、被塗物の各部分において電流密度がどのように変化したかを知ることによって、計算することができる。
【００１８】
基本的には、電流密度から、生成される塗膜重量を求め、この塗膜重量を比重で割ることによって、膜厚を求める。求めた膜厚に塗膜の電気伝導度をかけることによって、塗膜抵抗が計算される。
【００１９】
電流密度は、塗膜重量（従って、膜厚）を求めるために必要であり、また、次の時点の電流密度を求めるために、膜厚（膜厚抵抗）が必要となる。
【００２０】
電流密度、塗膜重量、膜厚、塗膜抵抗、電流密度の計算サイクルを測定時間分繰り返すことによって、電着塗装工程完了時の膜厚が解析される。
【００２１】
このようにして、本発明に従うと、例えば、袋構造部の内部の膜厚を好適に解析することができる。
【００２２】
【実施例】
（被塗物表面近傍での電位の測定）
実際のラインでの被塗物表面の電位の測定方法の概略図を図１に示す。
【００２３】
実際の電着ラインの電着槽に浸される自動車ボディ１０に、耐水仕様の電位測定用のデータロガー１２（日置電機社製、商品名「８４２０メモリハイロガー」）を取り付ける。データロガーのマイナス側の測定端子１４を自動車のボディに接続させ、プラス側の端子は抵抗器１６（日置電機社製、オリジナル品（４００Ｖ→１００ｍｖ））を経由して測定したい箇所、例えば袋構造物の穴近傍に、プラスチックスを介して自動車ボディと絶縁状態となるように取り付ける。データロガーは、電圧変化を経時的にメモリー上に記憶する装置である。
【００２４】
データロガーの測定端子は、金属板と厚さ１２ｍｍのプラスチック板から構成され、プラスチック板を間に挟んで、金属板を被塗物に例えば粘着テープによって取り付ける。
【００２５】
データロガーを設置した自動車のボディを電着槽に浸して通常の塗装条件で電着塗装を行う（図２参照）。電着塗装が終了した後、データロガーを回収して、記録されている測定点の電位の経時変化（実測値）を得る。図３は実際の電着ライン（電着条件：印加電圧３５０〜３７０Ｖ）から得た自動車サイドシルにおける穴近傍の外表面の電位の実測値であるが、実測値の電位が電着条件（印加電圧）とは大きく異なっている。
【００２６】
（電流分布の解析）
電解層における電流分布は、Ｌａｐｌａｃｅ方程式を適当な境界条件の下で解くことによって求めることができる。
【００２７】
電解槽の一次電流分布、必要に応じて、過電圧を今境界条件に与えたＬａｐｌａｃｅ方程式を解いた結果である二次電流分布、物質移動の影響を考慮した三次電流分布である、電解槽の電流分布を支配する基礎方程式である微分方程式を、境界条件及び初期条件を満足するように解く。
【００２８】
微分方程式の数値解析は、離散化技法と離散化で得られた連立一次方程式の解法からなる。代表的な離散化技法としては、差分法、有限要素法、及び境界要素法がある。
【００２９】
一例として、有限要素法によって電流分布を求める方法を説明する。
【００３０】
有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ、ＦＥＭと略称する）では、解析領域を有限個の部分要素に分割し、メッシュのモデルを作成する。
【００３１】
図４に測定した自動車ボディのサイドシル部（２重構造）の概略図を示す。ＳＩＬＬ  ＩＮは、サイドシル内側部材、ＳＩＬＬ  ＯＴＲは、サイドシル外側部材、ＲＥＩＮＦは、サイドシル補強部材を意味する。
図４の様に実際に電着槽で電着塗装される自動車のボディの一部を精密にソリッドモデル化した後、図５の様に電着塗料が満たされる全ての領域に対してメッシュの生成し、有限個の部分要素に分割する。図５に示したメッシュの格子状態は、一例であり、差分法、有限要素法等において、メッシュ状態は、四面体、六面体等を選択することができる。
【００３２】
部分要素に対して、試行関数を導入し、リツ（Ｒｉｔｚ）法、ガラキン（Ｇａｌｅｒｋｉｎ）法等の微分法的式の近似解を手法を利用して、微分法的式を離散化する。
【００３３】
そして、下記の境界条件を与えて、電流分布の解析を行う。
【００３４】
（１）Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ条件：ΓＤ
未知関数値φ（電位）を指定
（２）Ｎｅｎｕｍａｎｎ条件：ΓＮ
外向き法線方向の流速（電流）を指定
測定部のメッシュ上にアノード極作成し、これに境界条件として上述の実際の電着塗装工程から得られた実測値の電位を与えて、有限要素法を用いて各メッシュ内の要素について定常状態の電流密度を計算する。
解析手法として、上記以外に、例えば、メッシュ分割しないフリーメッシュ法を用いることができる。このフリーメッシュ法は、有限要素法をベースとしたメッシュレス法の一種である。
【００３５】
（膜厚の予測）
得られた自動車ボディの鋼板上の電流密度から析出する電着塗膜を計算し、この計算をデータローガーで計測した測定時間分繰り返し積算することによって、各メッシュ内の要素上に析出する電着塗膜の膜厚を求める。
【００３６】
結果として得られる電着塗膜はある時間における生成膜の蓄積であるため、経時変化している電流を１秒毎に取り出し、これに境界条件を与え（定常状態には瞬時に達するとして）定常状態の電流密度を計算する。経時の分解能を細かく（例えば、０．１秒間）設定して、解析精度を上げることができる。
【００３７】
（結果）
本発明により求めたサイドシル内部の計算膜厚と実測膜厚を図６に示す。
【００３８】
図６における距離は、サイドシル端部からの距離である。距離３００ｍｍ近辺で膜厚が大きくなっているのは、穴の近傍であるためである。図６から明らかなように、実測膜厚と本発明方法による計算膜厚はよく一致している。
【００３９】
【効果】
本発明により、図６に示す様に、自動車ボディの袋構造を有するサイドシル部において内部の電着塗膜が穴などの構造上の影響でどのように変動しているかを高精度に予測することが可能であり、自動車ボディの解体作業をせずに規定の膜厚が析出しているか評価することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従った被塗物の表面付近の電位の測定方法の概略図。
【図２】被塗物である自動車のボディを電着槽に浸して電着塗装を行う工程を示す図。
【図３】電着槽の電極間の電圧と実測値とを示した図。
【図４】被塗物の一例である自動車ボディのサイドシル部の略図。
【図５】被塗物の一例である自動車ボディのサイドシル部にメッシュを生成した図。
【図６】本発明の一実施例に従って被塗物の一例である自動車ボディのサイドシル部を塗装したときの膜厚を示す図。
【符号の説明】
１０  自動車ボディ
１２  データロガー
１４  測定端子
１６  抵抗器
【図１】
2004169090.tif 000003
【図２】
2004169090.tif 000004
【図３】
2004169090.tif 000005
【図４】
2004169090.tif 000006
【図５】
2004169090.tif 000007
【図６】
2004169090.tif 000008