(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に対し角度３度から２０度までの範囲で傾けた試験板上に、直径１０μｍから５００μｍまでの範囲の粒径分布を持つ鉄粉を含む鉄粉群を予め水と混合させたものを存在させ、そこに流速３ｃｍ／秒から２０ｃｍ／秒までの範囲でカチオン性電着塗料を流した後、同じ塗料にて標準膜厚が得られる電着塗装を実施し、水洗焼き付け後に塗膜上に残存している鉄粉の個数を塗料間で比較することによって電着塗装工程における塗料の鉄ブツ不具合発生の優劣を評価することを特徴とするカチオン性電着塗料の評価方法。
【請求項２】
比較される鉄粉の個数が、総鉄粉の個数、凝集鉄粉の個数、および触検可能な鉄粉の個数からなる群から選択される少なくとも一種の鉄粉の個数であることを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
鉄粉群を存在させる試験板上の部分がＰＴＦＥ製テープで覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
試験板上の塗料の落下地点より下流側であって、鉄粉群を存在させる位置より上流側の場所に、２ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の高さの堰が設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車ボデーや自動車部品の塗装工程の一つである電着塗装工程において電着塗膜上に発生する不具合である、溶接スパッタ片等の鉄粉を主体とするブツについて、その発生のし易さの優劣を塗料間で評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車ボデーや自動車部品の塗装工程の代表的不具合の一つである電着塗膜上のブツ個数の削減は、塗装ラインにおける大きな改善テーマの一つであった。電着塗膜上のブツとしては、塗料由来の樹脂成分や顔料成分を主体とするブツやライン工程内の埃等からくるゴミブツなど様々なものがあるが、その中でもボデー溶接時に発生するスパッタ片、ボデー成形時に発生する金属屑等の鉄粉を主体とするブツ（以下鉄ブツと称する）の不具合件数が多いことから、これらを削減することがブツ不具合の削減効果が高い。
【０００３】
鉄ブツを削減するために、これまでは主に塗装設備、塗装条件による改善、改良が実施されてきた。またその評価方法としては、塗装装置の実機あるいは実機に近いスケールの大型の装置を用いて実際の状況を再現させ塗装し、その被塗物の外観によりその優劣を評価していた。一方、電着塗料の特性に関しては、これまでに鉄ブツ発生に結びつくような物性値は見出されていない。また、電着塗装工程におけるブツ等の外観不具合の評価方法に関する先行技術文献としては、特許文献１〜５があるが、ラボスケールの小型装置を用いて塗料組成による鉄ブツ発生の優劣を検出するための評価方法を提案するものではない。
【０００４】
しかしながら最近の検討により、電着塗装工程における鉄ブツの発生は、塗装設備および塗装条件等だけでなく、塗料そのものの組成および塗料特性にも影響されるということが明らかとなってきた。一例としては、塗料のヌレ性に関係する塗料の接触角や表面張力値が挙げられ、これらの差により、素地上での鉄粉の滑りにくさ、鉄粉同士の凝集のほぐれにくさに影響し、結果として鉄ブツの増加につながっていることが明らかとなってきた。これまでは、鉄ブツの発生に対してこのような塗料特性には着目しておらず、したがってラボスケールの小型装置による鉄ブツ発生に関する評価方法は考えられていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１６５９４号公報
【特許文献２】特開２００５−４９２３６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２６７７８号公報
【特許文献４】特開２００８−７８３１号公報
【特許文献５】特開２０１２−９２２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の現状に鑑みなされたものであり、その目的は、少量スケールかつ小型装置により、電着塗装ラインでのカチオン性電着塗料の鉄ブツ発生の優劣を評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、塗料の鉄粉（表面組成＝酸化鉄）に対するヌレ性に着目し、この性質の差による塗料中の鉄粉の滑り性およびほぐれ性の評価に好適な装置構成、評価条件を用いることによって、少量スケールでこれらの特性の優劣を評価できることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００８】
即ち、本発明は、水平面に対して３度から２０度までの範囲で傾けた試験板上に、直径１０μｍから５００μｍまでの範囲の粒径分布をもつ鉄粉を含む鉄粉群を予め水と混合させたものを存在させて、そこに流速３ｃｍ／秒から２０ｃｍ／秒までの範囲でカチオン性電着塗料を流した後、同じ塗料にて標準膜厚が得られる電着塗装を実施し、水洗焼き付け後に残存している鉄粉の個数を塗料間で比較することによって電着塗装工程における塗料の鉄ブツ不具合発生の優劣を評価することを特徴とするカチオン性電着塗料の評価方法である。
【０００９】
本発明の方法の好ましい態様では、比較される鉄粉の個数が、総鉄粉の個数、凝集鉄粉の個数、及び触検可能な鉄粉の個数からなる群から選択される少なくとも一種の鉄粉の個数である。また、本発明の方法の好ましい態様では、水と混合して凝集した鉄粉群が試験板上に過度に密着することを防止するために、鉄粉群を存在させる試験板上の部分がＰＴＦＥ製テープで覆われる。さらに、本発明の方法の好ましい態様では、試験板上に流すカチオン性電着塗料の流れが分断されることを防止するために、試験板上の塗料の落下地点より下流側であって、鉄粉群を存在させる位置より上流側の場所に、２ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の高さの堰が設置されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の評価方法によれば、自動車ボデー塗装ラインあるいは部品塗装用ラインにおける鉄ブツ発生に関して、新規塗料導入時等の鉄ブツ性への影響を事前に把握することが可能である。また本発明の評価方法によれば、電着塗料の組成因子と鉄ブツ発生性の関係を把握することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の評価方法で使用することができる装置（堰なし）の一例である。
【図２】本発明の評価方法で使用することができる装置（堰あり）の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の方法は、特定の範囲の角度に固定した試験板上に実際の塗装ラインで採取した鉄粉群またはそれと同様の粒径分布の鉄粉群を置き、その上に水を滴下することによって鉄粉群と水とが混合した凝集体を試験板上に存在させ、そこに一定量の塗料を一定速度で流し、電着、水洗、焼付後に塗膜上に残存している鉄粉の個数（総鉄粉の個数、凝集鉄粉の個数、触検可能な鉄粉の個数）を確認し、その塗料ごとの個数の比較から、電着塗装工程における塗料の鉄ブツ不具合発生の優劣を評価するものである。
【００１３】
本発明で使用される試験板は、電着塗装が可能な自動車ボデー用の素材であれば特に限定されず、例えば、自動車用鋼板として用いられている冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ材）や合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ材）、あるいはアルミ板（ＡＬ材）のいずれも使用可能であり、必要に応じて未処理のまま、あるいは任意の化成処理を施したものを使用することができる。
【００１４】
また、実際の自動車ボデー塗装ラインにおける鉄ブツを観察すると、ブツの中には直径１０μｍから５００μｍ程度までの大きさの異なる複数の鉄粉が寄り集まったような形状のものが見られる。これらは、電着槽に入る前の時点で鉄粉同士が水の影響により凝集状態を作り、それが電着塗料中でほぐれずに通電終了後まで残ったものである。従って、本発明で使用する鉄粉は、直径１０μｍ以下程度から５００μｍの範囲の粒径分布を持つものを主成分（５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上）とした鉄粉群であることが必要である。この場合、直径１０μｍ以上１００μｍ未満の範囲の粒径分布を持つ鉄粉群を５０重量％以上含有することが好ましい。実際には、脱脂洗浄工程前の自動車ボデーから吸引にて採取した鉄粉群を脱脂洗浄して使用することが好ましい。このとき金属粉以外のゴミや直径５００μｍ以上の大きなブツは除去することが好ましい。また、磁石で回収した鉄粉群は磁力を帯びているため、本発明の評価方法には使用できない。
【００１５】
本発明で使用される塗料は、カチオン性の電着塗料であり、樹脂系として、エポキシ系、アクリル系のいずれにおいても使用することができる。例えばエポキシ系であれば、神東アクサルタコーティングシステムズ株式会社製サクセード＃８０Ｖ、アクリル系であれば神東塗料製シントーサクセード＃３５００を使用することができる。
【００１６】
本発明の方法で塗料を試験板上で一定流速で流す方法は、特に限定されないが、同規格、サイズのものが世界中で入手可能でありかつ流量のバラツキが少ないという理由から、塗料の粘度測定に用いられるフォードカップあるいはＤＩＮカップから塗料を傾斜した試験板上に落下させて流すことが好ましい。また、試験板上には、流れが分断することがないようにより均一化するために、塗料の落下地点より下流側であって、鉄粉群を存在させる位置より上流側の場所に、堰を設置し、堰を乗り越えた塗料が試験板の幅全体に均一に流れるようにすることが望ましい。この場合、堰の高さは２ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは３ｍｍ〜９ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍ、さらに好ましくは３ｍｍ〜６ｍｍである。また、堰から鉄粉群を存在させる位置までの距離は１５ｍｍ〜６０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍである。試験板は水平面に対して角度３度〜２０度、好ましくは角度４度〜１８度、より好ましくは角度４度〜１７度であり、試験板上の塗料の流速は３ｃｍ／秒〜２０ｃｍ／秒、好ましくは４ｃｍ／秒〜１８ｃｍ／秒、より好ましくは５ｃｍ／秒〜１７ｃｍ／秒である。
【００１７】
本発明の方法では、上記のように塗料を試験板上に流した後、同じ塗料にて標準膜厚が得られる電着塗装を実施し、水洗、焼付を行う。そして、試験板上に残存している鉄粉の個数を塗料間で比較することによって電着塗装工程における塗料の鉄ブツ不具合発生の優劣を評価する。鉄粉の個数の評価方法は、限定はされないが、例えば、一般に目視にて行うことができ、あるいは凝集状態観察とともに倍率５０倍程度の拡大鏡あるいは顕微鏡にて行うことができる。触検可能な鉄粉の個数は、ナイロン製検査用手袋を手にはめて鉄粉が手の感覚で検知される個数で評価することができる。
【００１８】
上記の方法で得られる試験板上の鉄粉総個数、凝集している（すなわち複数の鉄粉が寄り集まった状態の）鉄粉の個数および触検可能な鉄粉個数を塗料間で比較することにより、塗料間の鉄ブツ不具合発生の優劣を簡単に判断することが可能である。
【００１９】
次に、本発明の評価方法において使用することができる装置を図１および図２に基づいて説明する。図１は、かかる装置の一例の概略図である。試験板は、上述した電着塗装が可能な自動車ボデー用の素材を使用するが、塗料の流速による鉄粉の流れ性を評価するためにある程度の長さおよび面積が必要となるため、横５ｃｍ×縦２０ｃｍ以上のものが好ましく、さらにはスペース、塗料使用量の関係から横７ｃｍ×縦２５ｃｍのものがより好ましい。また、試験板の両端には試験結果のバラツキの要因となる塗料のはみ出しを防止するための壁を取り付けることが好ましい。壁は、非導電体であれば特に材質は限定されないが、加工性、とりまわしの観点から硬質塩化ビニル製が好ましい。試験に用いる塗料量は、５００ｍｌ以上１５００ｍｌ以下が好ましく、５００ｍｌ以上１０００ｍｌ以下がより好ましい。塗料流量を決定する因子の一つである塗料流出口の口径は、２〜９ｍｍが好ましく、３〜７ｍｍがより好ましい。また、試験板から塗料流出口までの高さは、３０〜１６０ｍｍが好ましく、４０〜１４０ｍｍがより好ましい。さらに試験板の設置角度は、水平面に対して３〜２０度、好ましくは４〜１８度、さらに好ましくは５〜１５度である。これらの条件について、下限値未満であれば残存鉄粉数が多過ぎて、塗料間の比較が困難となり、逆に上限値を超えると残存鉄粉数が少なすぎて、塗料間の比較が困難となる。図２は、試験板上の塗料の落下地点より下流側であって、鉄粉群を存在させる位置より上流側の場所に、堰が設置されていることを除いては、図１と同様の装置の一例の概略図である。
【００２０】
本発明の評価方法に用いる鉄粉については、上述のように、脱脂工程前の自動車ボデーから磁性を帯びないように吸引器にて採取した鉄粉を、ラボにて脱脂洗浄し、直径が５００μｍを超えるような大きな鉄粉および明らかな鉄粉以外のゴミを取り除いたものを使用することが好ましい。あるいは同様の粒径分布の鉄粉群を人工的に作って使用してもよい。鉄粉群を水と混合させて凝集状態をつくるために、それらの粒径は直径１０μｍから５００μｍまでの幅広い粒径分布を持った鉄粉群である必要があるが、例えば、実際に自動車ボデーから採取した鉄粉群３ｍｇを量り採った時に、その粒径分布の内訳は１０μｍ以上１００μｍ未満が約７５重量％、１００μｍ以上１５０μｍ未満が約１５重量％、１５０μｍ以上２００μｍ未満が５重量％、２００μｍ以上５００μｍ以下が約５重量％という構成となっていた。これらの粒径は、実際に量り採った鉄粉をふるい分け、目視で個数を測定した後、顕微鏡にて粒子径を測定した。従って、直径１０μｍ〜５００μｍの広い粒径分布を持つ鉄粉群を主成分としたものを使用することが好ましい。
【００２１】
鉄粉群を試験板上へ置く方法について、試験板に鉄粉を直接置き、そこに凝集用の水を滴下した場合、鉄粉と試験板の間で過度に密着してしまい、塗料を流した時の塗料の濡れ性による鉄粉の流され方の評価が正しくできないことがある。そこで鉄粉群と試験板の過度の密着を防ぐために、鉄粉群を存在させる試験板上を、表面張力の高い素材であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のテープで覆うことが好ましい。そうすることで、塗料を流した時に鉄粉が動きやすくなり、より塗料のヌレ性の差が検知されやすくなる。また、塗料を流した時により鉄粉が動きやすくするために、鉄粉と水の混合物の上にさらに塗料を滴下してもよい。この場合、水の量に対する塗料の割合は、１００％以下が好ましく、５０％以下がより望ましい。具体的には、鉄粉群３ｍｇに対し、５ｍｌスポイトで水２滴、塗料１滴が好ましい。
【００２２】
試験板上に塗料を流し終わった後の電着塗装について、試験板につけた壁およびＰＴＦＥテープはそのままで、電着用の空の容器に水平のまま入れ、通電用ケーブルによる接続を実施した上で、塗料を静かに注ぎ入れる。容器は非導電体であり、試験板が入る大きさであれば特に材質、容量は限定されないが、市販の硬質塩化ビニル製またはポリエチレン製の４Ｌ程度の容器を使用することができる。ステンレス製極板をセットし、極板をアノード、試験板をカソードとして、整流器からの直流電流を定電圧条件で印加する。標準膜厚として約１５μｍを得る任意の浴温、電圧、通電時間にて電着塗装を実施し、水洗、セッティングを経て熱風循環乾燥炉にて焼き付ける。この時、水洗時の水圧条件が最終的に残存する鉄粉個数に影響するため、同一試験内での水洗条件はできる限り同一にする。
【００２３】
鉄ブツ性の評価については、焼付後の残存鉄粉の個数で行う。具体的には、目視による総鉄粉の個数の測定、拡大鏡観察または顕微鏡観察による凝集鉄粉の個数の測定、および検査用ナイロン手袋による触検可能な鉄粉の個数の測定を実施し、それらの値を塗料間で比較することにより鉄ブツ不具合発生の優劣を判断する。例えば、鉄ブツ不具合が発生しやすい悪い塗料は、触検可能な鉄粉の個数および凝集鉄粉の個数が多くなる傾向にある。
【実施例】
【００２４】
本発明の評価方法の効果を実施例によって示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
実施例１〜１３、比較例１、２
神東アクサルタコーティングシステムズ株式会社製のカチオン性電着塗料であるサクセード＃８０Ｖをベースとして、非イオン性界面活性剤の添加量を変動させることにより動的表面張力および酸化鉄に対する接触角を調整した塗料Ａ（動的表面張力＝４１ｍＮ／ｍ、酸化鉄に対する接触角＝４３度）、塗料Ｂ（動的表面張力＝４５ｍＮ／ｍ、酸化鉄に対する接触角＝５２度）を作製した。これらの塗料を用いて、実施例１〜８、比較例１、２については図２に示す装置を、実施例９〜１３については図１に示す装置を用いて、表１に示す条件にて、試験板上に設置した堰の高さ（ａ）、堰から鉄粉までの距離（ｂ）、塗料量（ｃ）、塗料流出口の口径（ｄ）、塗料流速（ｅ）、カップ高さ（ｆ）、試験板角度（ｇ）、鉄粉群の種類（粒径分布）、鉄粉群と水との事前混合の有無を変動させて評価を実施した。総鉄粉の個数は、目視にて評価し、凝集鉄粉の個数はペンタックス製拡大鏡（倍率×５０）にて評価し、触検可能な鉄粉の個数は検査用ナイロン手袋にて評価した。電着塗装条件は、浴温２８℃、電圧２００Ｖ、通電時間３分で、膜厚約２０μｍにて評価した。水洗は、２ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて５秒間実施し、焼き付けは、熱風循環炉（タバイエスペック製ＰＨＨ−２０１）にて１７０℃×２０分保持で実施した。動的表面張力は、ＫＲＵＳＳ社製ＢＰ−２を用いて、最大泡圧法にて測定し、２４℃、６Ｈｚ時の表面張力値を動的表面張力値とした。また、接触角は、協和界面科学株式会社製ＤＭ−５０１を用いて、市販の未処理酸化鉄板ＳＳ−４００（日本テストパネル製、長さ１５０ｍｍ×幅７０ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を脱脂したものの上にて温度２０℃、滴下２０秒後測定の条件にて測定を実施した。鉄粉の個数の測定は、各実施例及び比較例について５回行ない、５回の評価結果の平均及び標準偏差を計算した。
【００２６】
【表１】
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＊１  鉄粉の種類：鉄粉群１＝直径１０μｍ以上から５００μｍの幅広い粒径分布を持った鉄粉群（１０μｍ以上１００μｍ未満：７５重量％、１００μｍ以上１５０μｍ未満：１５重量％、１５０μｍ以上２００μｍ未満：５重量％、２００μｍ以上５００μｍ以下：５重量％）
鉄粉群２＝直径３００〜５００μｍの狭い粒径分布を持った鉄粉群（３００μｍ以上４００μｍ未満：５０重量％、４００μｍ以上５００μｍ以下：５０重量％）
＊２  塗料Ａ：動的表面張力＝４１ｍＮ／ｍ、酸化鉄に対する接触角＝４３度
＊３  塗料Ｂ：動的表面張力＝４５ｍＮ／ｍ、酸化鉄に対する接触角＝５２度
＊４  判定可否：○＝塗料Ａ，Ｂ間で判定可能、△＝塗料Ａ，Ｂ間で判定可能だが、塗料間の差が小さい、×＝塗料Ａ，Ｂ間の差が有意でなく判定不可能
【００２７】
表１の試験結果から、実施例１〜１３のいずれも、ヌレ性のよい塗料Ａとヌレ性の悪い塗料Ｂの間で残存している総鉄粉の個数、凝集鉄粉の個数、触検可能な鉄粉の個数について明確な差が認められた。また、試験板上に塗料落下地点より下流側であって、鉄粉群を存在させる場所より上流側に堰を設置した実施例１〜８は堰が設置されていない実施例９〜１３と比較して、測定値のバラツキを示す標準偏差の合計が小さくなった。一方で比較例１、２については、鉄粉の個数が鉄粉の状態を変えても差が認められずに、鉄ブツ不具合発生の優劣の判断ができない結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の評価方法によれば、塗装ラインにて不具合となる可能性のある鉄ブツ不具合発生の優劣を迅速にかつ正確に評価することが可能であり、従って適正な電着塗料配合を迅速に決定することができる。
【図１】
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【図２】
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