技術開発部門
開発部 技術開発第二グループ
Technical Development Div. Development Dept.
Technical Development Group 2
技術開発部門
研究部 研究第二グループ
塗膜形成・塗装技術チーム
Technical Development Div. Research Dept.
Research Group2.
Film Formation & Application Technology Team小野

彩花

Ayaka ONO

要旨

籠谷

天真

Takamasa KAGOTANI

渡辺淳也

Jyunya WATANABE

Abstract

近年、
自動車塗装業界では、環境問題への対応策

In recent years, the automotive coating industry

として、
ＣＯ２およびＶＯＣ（Volatile organic com-has been developing water-based coatings andpounds : 揮発性有機化合物）削減が盛んに行われimproving these process to reduce CO 2 andている。その手段として、水性塗料の適用、塗装工程

VOCs (volatile organic compounds) as one of

改善が大きな課題となっており、水性塗料開発およthe issues for environmental progress.

び塗装工程改善への取り組みが行われている。

This report describes the development of water-

本報では、
自動車外装材に適用可能な水性ベース

based coatings applicable to automotive body塗料の開発、および当社設備での作業性条件の最panels and various exterior parts, the optimization

適化および作業性幅(温度・湿度)の決定を行った。
まof workability conditions at our facilities, andた、メタリックベース塗料における、
アルミフレーク配

the determination of workability ranges

向性と粘性挙動の関係性について考察した。

(temperature and humidity). It was also discussed
the relationship between aluminum ﬂake
orientation and viscosity behavior in metallic
base coatings.

基本設計の手段として、
水性塗料の開発、および塗装工程改善へ

ベース塗料に要求される性能として、高い意匠性のの取り組みが行われている。
また塗装の改善だけでなく、他、外装用途に適応した強靭な塗膜耐久性と、プラス

インクジェットや金型内で塗装を行うインモールドコー

チックのような柔軟な基材上での物性を想定した柔軟

ティングシステム、
フィルム加飾なども注目されている。

性が必要となる。
また、一般的に水性塗料の課題とさはより微粒化し塗膜外観は向上する。
しかし、吐出され調整し、アルミフレークの配向性およびタレ性を制御

240時間静置後、
クロスカット法にて確認した。

塗装ラインで実用化され、ベルカップと呼ばれるガン先る塗料粒子が微粒化することによって、被塗物に塗着する。
しかし、水性塗料の場合、溶剤変更による揮発端に装着された回転体が塗装時に高速回転し、遠心力する前に飛散し塗着効率が減少する傾向にある。
つま性の調整ができないため、アルミフレークの配向制

塗料

添加種類

ブランク

2.2.3

結果と考察

によって塗料を微粒化できる仕様となっている。塗料はり、塗料の微粒化による塗膜外観および塗着効率の最御には、高擬塑性の粘性挙動制御が必要となる。本

ベルカップ中心から吐出されるため、実質的に吐出され適化は、塗料粘度や塗料固形分（ＮＶ）などの塗料性章では、開発塗料のメタリック塗色の粘性挙動制御

各溶剤の性質と塗料性能

た液滴は遠心力によってカップ円周部へ移動する。
ベル状および塗装方法によって調整する必要がある。

と作業性検討および塗装可能条件の最適化につい

付着性

カップ円周部には同一幅の溝が形成されており、これに塗装パターンは通常のエアスプレーガンを例に取るて報告する。

よって同一形状の塗料液柱を生成し、塗装ムラなど、不と、ガン先中心から液柱となって吐出された塗料が、そ具合が起こりにくくなる仕様となっている。
さらに、生成の周囲にある霧化エアにより微粒化され、左右から放3.3.1

された液柱はシェーピングエアと呼ばれる非常に大き評価結果について添加溶剤の沸点・ＡＢＳに対する
溶解性および検討塗料の付着性を表２に示す。
表2
沸点

ABS溶解性

一次耐湿72hr 耐湿240hr

未添加

─

塗料 A

低

変化なし

90/10075/10060/100塗料 B

高やや溶解状態

100/100

100/100

100/100─

90/10070/10065/100

新たな機能を有する水性塗料の開発やカーボンニュート

で配合することによって、顔料濃度の異なるメタリック

ラルの観点から、焼付工程の削減および低温化について

色、ソリッド色での物性、外観を確保している。

水性ベース塗料の溶剤以外の基本配合に対して、そのほかのプラスチック部品など、様々な素材が用いられ溶剤ａ〜ｅを添加し、塗料Ａ〜Ｅを作製した後、ＡＢＳる。本開発では、これらの自動車外装材にマルチに対応

基材上にベース塗料、溶剤クリヤー塗料を塗装し、付するベース塗料体系を想定し、各種外装部品に対応でき

着性評価を行った。
2.2.2

る水性ベース塗料を開発した（表1）。
表1 開発塗料の適応範囲
基材

下層塗料

PP樹脂

水性プライマー

ABS樹脂

水性プライマーなし

ボディー鋼板

電着+水性中塗り

アルミ

粉体プライマー

上塗塗料

開発水性
ベース

各素材専用
溶剤クリヤー

しくは膨潤する効果がある溶剤を添加することによっの塗料粒子が生成可能なことが挙げられる。近年ベル

に液滴が生成される。生成された液滴は、
ガン先端円1000(1/s)の状態から、塗着後を想定した低シェアのて、一次付着および耐湿後の二次付着が向上する傾用し粘性調整を試みた。
その他の増粘剤に関しては、

ガンの動向としては、吐出された粒子のシミュレーショ

周部から出されるパターンエア、および遠心力によって0.1(1/s)へ変化させた際の、粘度回復の挙動を評価し向が見られた。
また、
ＡＢＳ基材に対して溶解による侵安定性などを含む基本物性の観点から、粘性挙動のンやメタリック塗料におけるアルミ顔料の配向性など吐ベルカップの縁まで移動し射出する仕様で、形成するた。
この際の粘度は、400〜500mPa・s程度に調整し食性が強い溶剤がより付着性を向上させる傾向が検討対象として除外した。検証のため、増粘剤ｆ〜ｉを出から塗膜が形成されるまでの評価技術が注目されてパターンはドーナツ型になる。パターンエアおよび霧化て測定を行った。
また、(B)溶剤の検討に関しては、上記あった。
これは基材表面を溶剤溶解または膨潤したこ

樹脂、顔料などが含まれるメタリック塗料の基本配合いる。ベルガン以外の塗装機の動向としては、さらなるエアの増減によるパターン形成への影響のうち、霧化測定に加えて、溶剤を添加し塗料作製した後、25℃条とにより、付着性が向上したと予測できる。ただし、樹に対して添加した塗料Ｆ〜Ｉを調製した。
この際、増粘塗着効率の向上など、塗装工程改善およびコスト低減

エアの増加は塗装跡が均一化された形状となり、パ件でせん断速度を0.1(1/s)から10000(1/s)へ変化さ

脂基材に対する侵食性を付与することによって基材剤ｆ、増粘剤ｇについてはアルカリ増粘剤、増粘剤ｈ、を目的にした塗装機が注目されている。

ターンエアの増加は中心部が薄くなる傾向にある。

増粘剤ｉについては会合型増粘剤を用いた(表3)。
ませた際の粘度変化の測定および周波数1Hz、歪み

た、表3中に塗料作製時の静置時の粘度上昇率につ0.01〜100%における歪み依存性測定からtanδ(損いて記載した。
これらの塗料を塗装機に応じた粘度に

失正接=損失弾性率 Gʼʼ/貯蔵弾性率Gʼ)を求めた。

調整し、エアスプレーで水平面へ塗装、またベルガン

塗膜外観の評価として、塗装時の粘度は塗装機にで静電塗装により垂直面へ塗装して得られた乾燥塗対応する最適の粘度で行い、膜厚は10μmとした。次膜を用いて外観評価を行った。
この際、垂直面の塗装に塗装ムラおよびアルミフレークの配向性の評価につ割れを引き起こす場合が予測され、様々な下地樹脂

当社では2020年7月に、コーティング技術センター

基材への付着とその影響を考慮した溶剤種、添加量(Coating Technology Center : ＣＴＣ)が設立され、の選定が必要となる。

温度・湿度を調整可能な液体塗装ブースや前述したベ
ルガン、静電スプレーガン、低圧霧化ガンの3種の塗装

３． 作業性実験

実験

評価方法

3.1

作業性実験設備および装置

近年の自動車塗装は、生産効率を考えた産業用ロ
ボットによる無人塗装や環境面を配慮した静電塗装に

まず、溶剤のＡＢＳ基材に対する侵食性の評価をよる高塗着効率塗装が主流となっている。静電塗装の行った。検討溶剤をＡＢＳ基材に滴下し、室温で一定

概要として、
ロボット先端に取り付けた塗装ガン内で予時間放置後、
ふき取りを行いＡＢＳに対する溶解性のめ塗料にマイナスの電荷を付加し、塗装対象となる被評価を行った。

塗物にアースを確保することで、マイナスへ印加された塗膜の評価方法として、一次付着性は、
クロスカット

塗料は静電気的に被塗物へ塗着する。
そのため静電塗法(2mm幅、100マス目の残存数)にて確認した。耐湿装は非静電塗装に比べ塗着効率を向上させることがでこれらの傾向を基に実験条件の最適化を行った。
3.3

開発塗料の作業性ガンを備えた、液体塗装ロボットを配備しており、さらに前述した設備および塗装機を用いて、開発した水液体レシプロ機、粉体塗装設備やインクジェットプリン

性ベース塗料の作業性試験を行った。ベース塗料にについてはタレ性の評価も行った。

いては角度色差計(BYK-mac I:BYK-Gardner社)を

ター、インモールドコーティングシステムを完備していおいて重要とされる意匠性は、同一塗料でも、使用用いて、15 、25 、45 、75 、110 の明度(L*)を測定し、る。
また、液体塗装ブース、粉体塗装ブース、大型乾燥する塗装機や塗装条件によって大きく異なる。
また、

表3

炉間がコンベアで繋がっており、実際の工場塗装ライベース塗料の塗色の中でも、鱗片状のアルミフレー

未添加ンと同じ塗装条件が再現可能である2）。

クが含まれているメタリック塗料では、角度によってアルカリ増粘剤

3.2

実験条件の最適化

前述した通り、ベルガンはガン先端のベルカップの回転や霧化エアにより塗料の微粒化がなされている。
これらに使用する回転数およびエア量が高いほど、塗料に与えるせん断力が強くなり、生成される液滴を変形、分裂させる作用が強まる。
それによって、塗料粒子

反射光の異なる塗膜を形成し、メタリック感と呼ばれる意匠性を表現できる。高意匠なメタリック塗膜

会合型増粘剤

検討増粘剤種類

フロップインデックス(ＦＩ)を用いて評価した。
ＦＩの算

・ 4.2

・ 4.0

・ 3.7

10

塗料 F

塗料 G

塗料 H

塗料 I

○/○

×/×

△/△

○/◎

0mm

10mm以上

0mm

0mm

図3

試験結果

塗料 F

塗料 G

ずり速度
1000（1/s）

ずり速度
0 . 1（1/s）

塗料 H

加した溶剤種によって、粘性挙動に違いがでることがからひずみ依存性の測定において、ＦＩ値が高く、
目視

0.0

確認できた。塗料Ｊのクレーターに関しては、塗料塗外観に優れる塗料Ｌのような塗料は、tanδの値が小着後の粘度回復が遅く、回復が起こらないまま、塗装

さい弾性支配の傾向が見られた。

塗料の粘度挙動

基準

塗料 F

高

塗料 G

中

ガンでは同様の傾向が見られた。塗料評価、塗膜評

塗料 H

中

塗料 I

低

価の結果からアルミフレークの配向性およびタレ性に（B）溶剤による粘度調整

乱光を抑えることが必要であり、塗装時の霧化、粘塗 料中の溶 剤によって粘 度 調 整を試みた。検 証式1 ＦＩの計算式

度変化、体積収縮の過程でアルミフレークの配向をのため、溶剤ｊ〜ｍを樹脂、顔料などを含むメタリッ

また、作業性については、垂直塗りのタレ性評価とし均一に制御する。溶剤形塗料では、様々な沸点や蒸ク塗料に添加した塗料Ｊ〜Ｍを調製した。なお、溶て、PP板に、直径10.5mm幅の穴を設け、発生したタレ

発速度の有機溶剤を組み合わすことにより、塗装時

剤ｊ、ｋについては親水性溶剤、溶剤ｌ、溶剤ｍにつの長さを評価した。

および塗装後の溶剤揮散・揮発に伴う粘度の変化をいては疎水性溶剤を用いて実験を行った（表4）。

料Jおよびブラック塗料を比較にせん断速度上昇時の図6で示した粘性挙動としては、類似の挙動を取るこ

粘度変化を測定した（図8）。塗料Ｌの方が、塗料Ｊととが読み取れる。
そこで塗着3分後の塗着ＮＶを比較比較して、低シェア時の粘度が高く、高シェア時の粘したところ、塗装時の塗料ＮＶは同じであったが、塗料度は低くなることが読み取れる。
このことから、塗料ＬＪに比べて塗料Ｋは3%程度高い塗着ＮＶであることの方が塗料Ｊと比較して微粒化が良好であると予測がわかった。
このことから、水性塗料の溶剤についてできる。
これは、溶剤lが溶媒である水中より樹脂界面

も、塗料の粘度回復に揮発速度や塗装機より吐出さに多く存在し、相互作用することにより、低シェア時のれる塗料粒子の微粒化効果を考慮する必要がある。

粘度上昇に寄与し、緩やかな相互作用がシェア上昇

・ 3.5

値の絶対量では差は見られたが、エアスプレーとベル

関しては、塗料の粘度挙動に起因することが示唆され

・ 2.9

15.0

・ 2.7

時に切れることで高シェア時の粘度下降が起こったと

・ 3.2

5.0

考えられる。
このことより、塗着時の回復粘度だけでな

4.0

く、微粒化が塗膜外観に寄与していることが示唆され

3.0

た。

2.0
1.0

図３の結果から、エアスプレーとベルガンによるＦＩ

静置時の粘度上昇率を得るためには、
アルミフレークを均一に配向させ散こったと考えられる。
しかしながら、塗料Ｊと塗料Ｋは

時 間（秒）

塗料

F I=2.69 (L* 15 −L 110 ) 1.11 ／L 45 0.86

この目視外観に優れる塗料Lと目視外観の劣る塗

20.0

ブランク

出式を式1に示す。3)中の積層が起こり、クレーターなどの外観不良が起

・TI値

10.0

目視 外 観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 J

塗料 K

塗料 L

塗料 M

×＊/×＊

△/△

○/○

△/△

0mm

5mm

5mm

0mm

0.0

水性ベース塗料の開発を行った。塗料配合として、樹脂選定と比率の最適化、溶剤選定による物性確保、増粘剤や溶剤を用いた粘性調整の手法により塗料を開発し、温度湿度に対する塗装可能範囲を設定した。

1.0■FI値(ベルガン塗装)

今回様々な下地への付着性を有する自動車外装用

ずり速度
0 . 1（1/s）

次にひずみ依存性の結果を示す（図7）。
この結果

塗料 I

本開発で得られた知見は、自動車分野のみならず、環ひずみ（％）

図7 ひずみ依存性技法No.3、(2003)
2）塗料事業部門,技術開発部門,スペシャリティ事業
部門:DNTコーティング技報No.20,(2020)3）Hans-Joachim Streitberger, Karl-Fredrich:
せん断速度（1/s）

図8 せん断速度上昇時の粘度変化（せん断速度依存性）
3.3.4 開発塗料の作業性
前述の手法を用いて最適化した水性ベース塗料について、作業性幅を決定した。

これらの結果から、溶剤選定は2章で述べた物性に対して溶剤の与える影響と、粘性に与える影響の両方の観点からの選定が必要となる。

試験結果を与えると考えられるが、ＴＩ値については本来のチク
ソトロピックの意味である時間依存性を含まない値でを決定できると断定するのは極めて困難である。水性

塗料の水性化に活かせると予測できる。

1）佐野秀二,大柴雅紀,石原真興：DNTコーティング

た。
ＴＩ値についてもアルミ配向性およびタレ性に影響あるため、ＴＩ値のみによってアルミフレークの配向性

境対応の観点から、様々な分野で活発に進んでいる

５．
引用文献

＊装着跡、クレーター図515

4． まとめ

塗料 M

図6 回復粘度測定にベルガン塗装粘度でのレオメーター測定による、せ■FI値(エアスプレー塗装)

図4

塗料 L

ん断速度依存性の粘度回復を示した。その結果、添

2.0

・ 1.6

ずり速度
1000（1/s）

塗料 K

時 間（秒）

観、色差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレ長さ、図6

4.0
3.0

15

塗料 J

塗料Ｊ〜ＭのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外

・TI値
5.0

タレの長さ

を選定した。
これらの樹脂を塗色によって最適な割合■FI値(ベルガン塗装)

20

装機からの吐出時を想定して、高シェアのずり速度を削減した水性3WET方式が導入されたとともに、昨今

はボディー鋼板、アルミなどの金属素材およびバンパーや評価方法

増粘剤として、
アルカリ増粘剤、会合型増粘剤を使を選定、作業性の観点からアクリル樹脂である樹脂Ｂ(B)溶剤による粘性調整
各塗料においての結果を示す（図５、図６）。図5に■FI値(エアスプレー塗装)

はベルカップの回転による遠心力でベルカップ円周部

年には現在の自動車塗装の主流である中塗り焼付工程

2.2.1

でのレオメーター測定による塗料の粘度挙動を示す。

点として塗装面積が広いことや、比較的均一な粒子径した。塗膜物性の観点から、
ウレタン樹脂である樹脂Ａらの色調を網羅する必要がある。
また、自動車外装材に中不十分であったのに対し、ＡＢＳ基材に対して、溶解もは水性メタリックベース塗料が実用化された。
また2007を報告する。

疎水性溶剤

目視外観
スプレー塗装/ベルガン塗装

70/100顔料を含むメタリック色に分類され、開発においてはこれM表す、Thixotropic Index(ＴＩ値)を測定した。
また塗100/100

70/100性および下地の侵食性との関係についての検討結果推察できる。

（A）増粘剤による粘性挙動の制御

90/10090/100構成されるソリッド色、
アルミニウム片などの鱗片状光輝

値、
プレヒート後のタレの長さ、
図4にベルガン塗装粘度

高パターン幅を変える仕様となっている。対してベルガン

90/100

膨潤状態

これらの溶剤選定について、溶剤による下地との付着

低

疎水性溶剤

ガンの塗着効率は約65〜70%程度と高く、
その他の利

膨潤状態

低

い、
高い意匠性が求められる。
塗色としては、
着色顔料で

親水性溶剤

L

結果より、溶剤未添加の塗料については、付着性が

中

塗料 E

本物性を担保可能な溶剤の選定を行う必要がある。

K

断粘度を用いて、粘度変化する塗料の粘度値の比を

塗料 D

前述の通り、
ベース塗膜の役割としては外観品質を担粘度回復がそのまま乾燥後の塗膜外観へ寄与したとる粘度調整を試みた。

保するため、主な樹脂として2種類を用いて塗料を設計

性および安定性、基材付着性、耐湿性などを含む基および塗膜形成後の目視での外観、色差計によるＦＩ

は長楕円形状を形成しており、被塗物形状に合わせてら50年前の1970年頃から始まったとされ、1990年代に想されている。

中

りも微粒化効果が大きく、外観が良くなりやすい。ベル

100/100

選定を行った。溶剤の選定に関しては、樹脂との相溶

親水性溶剤

性測定を行った。
ずり速度0.1(1/s)、1(1/s)の際のせん

100/100

点からボディー/バンパー一体塗装系の導入が進むと予J

塗物へ塗着する。
そのため、形成される塗装パターン

100/100

水性ベースの基本物性を満足させるために、溶剤の基準な流量の霧化エアで粒子化させるため、
エアスプレーよ

溶解状態いる。
これらの塗料を使用して、今後塗装工程削減の観水Antom-Paar社製)を用いて、25℃でのずり速度依存

高性と密着性など品質の向上に各社精力的に取り組んで果の粘度挙動は、塗装直後を想定した数秒後までのへ影響を及ぼすことが知られており1）、（B）溶剤によ

塗料 C

溶剤選定

御結果を
（図3、図4）に示す。図3に塗料Ｆ〜ＩのＴＩ値制御を試みた。
さらに、水性塗料において溶剤が粘性料同等の塗膜性能が求められる。
そのような性能を担2.2

静置時粘度上昇率

出されるパターンエアによって押しつぶされるように被「静電塗装」「回転霧化型塗装機(以下ベルガン)」
は今か

塗料の場合、溶剤形塗料と比較して塗着後のＮＶ上昇が極めて遅いことが知られている。そのため、本結検討増粘剤種類

塗料の評価として、粘弾性測定装置(MCR-301：

れている耐水性などの基本物性に対しても、溶剤形塗塗料構成の国内動向として、中塗塗料は耐チッピング

結果と考察

各塗料においての（A）増着剤による粘着性挙動の制

表4

3.3.2

実験

3.3.3

粘性挙動制御として、(A)増粘剤による粘性挙動の

現在では自動車塗装ラインとして当たり前となっているの技術検討が国内外で精力的に行われている。

作製した塗料について、(A)と同様に評価した。

tanδ

そ
として、
ＣＯ２およびＶＯＣ削減が盛んに行われている。

2.1

きる。特に静電塗装の中でもベルガンは多くの自動車

14

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度（mPa・s）

現在、自動車塗装業界において、環境問題への対応策

性については、50℃、95％RH条件下で72時間および

13

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度(Pa・s)

Development of Water-based Base Paint for Automotive Exterior

２． 塗料開発

12

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

１． 自動車塗装

自動車外装用水性ベース塗料の開発

11

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

FI値

10

DNTコーティング技報 No.23
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自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

9

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FI値

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せん断粘度(mPa・s)

8

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

図9

開発メタリック塗料の塗装可能範囲

Automotive Paints and Coating,P181(2008)

16

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

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参考文献

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技術開発部門
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彩花

Ayaka ONO

要旨

籠谷

天真

Takamasa KAGOTANI

渡辺淳也

Jyunya WATANABE

Abstract

近年、
自動車塗装業界では、環境問題への対応策

In recent years, the automotive coating industry

として、
ＣＯ２およびＶＯＣ（Volatile organic com-has been developing water-based coatings andpounds : 揮発性有機化合物）削減が盛んに行われimproving these process to reduce CO 2 andている。その手段として、水性塗料の適用、塗装工程

VOCs (volatile organic compounds) as one of

改善が大きな課題となっており、水性塗料開発およthe issues for environmental progress.

び塗装工程改善への取り組みが行われている。

This report describes the development of water-

本報では、
自動車外装材に適用可能な水性ベース

based coatings applicable to automotive body塗料の開発、および当社設備での作業性条件の最panels and various exterior parts, the optimization

適化および作業性幅(温度・湿度)の決定を行った。
まof workability conditions at our facilities, andた、メタリックベース塗料における、
アルミフレーク配

the determination of workability ranges

向性と粘性挙動の関係性について考察した。

(temperature and humidity). It was also discussed
the relationship between aluminum ﬂake
orientation and viscosity behavior in metallic
base coatings.

基本設計

いる。
その手段として、水性塗料の開発、および塗装工

ベース塗料に要求される性能として、高い意匠性の程改善への取り組みが行われている。
また塗装の改他、外装用途に適応した強靭な塗膜耐久性と、プラス

善だけでなく、
インクジェットや金型内で塗装を行うイ

チックのような柔軟な基材上での物性を想定した柔軟

ンモールドコーティングシステム、
フィルム加飾なども性が必要となる。
また、一般的に水性塗料の課題とさ注目されている。

れている耐水性などの基本物性に対しても、溶剤形塗はより微粒化し塗膜外観は向上する。
しかし、吐出され調整し、アルミフレークの配向性およびタレ性を制御

240時間静置後、
クロスカット法にて確認した。

塗装ラインで実用化され、ベルカップと呼ばれるガン先る塗料粒子が微粒化することによって、被塗物に塗着する。
しかし、水性塗料の場合、溶剤変更による揮発端に装着された回転体が塗装時に高速回転し、遠心力する前に飛散し塗着効率が減少する傾向にある。
つま性の調整ができないため、アルミフレークの配向制

塗料

添加種類

静置時粘度上昇率

ブランク

水

基準

J

親水性溶剤

中

K

親水性溶剤

低

L

疎水性溶剤

高

M

疎水性溶剤

中

2.2.3

結果と考察

によって塗料を微粒化できる仕様となっている。塗料はり、塗料の微粒化による塗膜外観および塗着効率の最御には、高擬塑性の粘性挙動制御が必要となる。本

ベルカップ中心から吐出されるため、実質的に吐出され適化は、塗料粘度や塗料固形分（ＮＶ）などの塗料性章では、開発塗料のメタリック塗色の粘性挙動制御

各溶剤の性質と塗料性能

た液滴は遠心力によってカップ円周部へ移動する。
ベル状および塗装方法によって調整する必要がある。

と作業性検討および塗装可能条件の最適化につい

付着性

カップ円周部には同一幅の溝が形成されており、これに塗装パターンは通常のエアスプレーガンを例に取るて報告する。

よって同一形状の塗料液柱を生成し、塗装ムラなど、不と、ガン先中心から液柱となって吐出された塗料が、そ具合が起こりにくくなる仕様となっている。
さらに、生成の周囲にある霧化エアにより微粒化され、左右から放3.3.1

された液柱はシェーピングエアと呼ばれる非常に大きな流量の霧化エアで粒子化させるため、
エアスプレーよ

評価結果について添加溶剤の沸点・ＡＢＳに対する
溶解性および検討塗料の付着性をに示す
（表２）。
表2
沸点

ABS溶解性

未添加

─

─

塗料 A

低

変化なし

90/10075/10060/100塗料 B

高やや溶解状態

100/100

100/100

100/100

一次

耐湿72hr 耐湿240hr

90/10070/10065/100

現在では自動車塗装ラインとして当たり前となって料同等の塗膜性能が求められる。
そのような性能を担

塗料 C

高

溶解状態

100/100

100/100

100/100いる「静電塗装」「回転霧化型塗装機(以下ベルガン)」

保するため、主な樹脂として2種類を用いて塗料を設計

塗料 D

中

膨潤状態

90/10090/100100/100

塗料 E

低

膨潤状態

90/10070/10070/100

は今から50年前の1970年頃から始まったとされ、した。塗膜物性の観点から、
ウレタン樹脂である樹脂Ａ

1990年代には水性メタリックベース塗料が実用化さを選定、作業性の観点からアクリル樹脂である樹脂Ｂれた。
また2007年には現在の自動車塗装の主流であを選定した。
これらの樹脂を塗色によって最適な割合

る中塗り焼付工程を削減した水性3WET方式が導入で配合することによって、顔料濃度の異なるメタリックされたとともに、昨今新たな機能を有する水性塗料の色、ソリッド色での物性、外観を確保している。

開発やカーボンニュートラルの観点から、焼付工程の削減および低温化、さらにボディー/バンパー一体塗装系の導入についての技術検討が精力的に行われて
いる。

2.2

溶剤選定

水性ベースの基本物性を満足させるために、溶剤の塗膜構成中の上塗塗料のうち、ベース塗料の役割選定を行った。溶剤の選定に関しては、樹脂との相溶

としては外観品質を担い、高い意匠性が求められる。

性および安定性、基材付着性、耐湿性などを含む基塗色としては、着色顔料で構成されるソリッド色、アル

本物性を担保可能な溶剤の選定を行う必要がある。

ミニウム片などの鱗片状光輝顔料を含むメタリック色

これらの溶剤選定について、溶剤による下地との付着に分類され、開発においてはこれらの色調を網羅する性および下地の侵食性との関係についての検討結果必要がある。
また、
自動車外装材にはボディー鋼板、
アを報告する。

ルミなどの金属素材およびバンパーやそのほかのプラ2.2.1

スチック部品など、様々な素材が用いられる。本開発

水性ベース塗料の溶剤以外の基本配合に対して、

では、これらの自動車外装材にマルチに対応するベー

溶剤ａ〜ｅを添加し、塗料Ａ〜Ｅを作製した後、ＡＢＳ

ス塗料体系を想定し、各種外装部品に対応できる水基材上にベース塗料、溶剤クリヤー塗料を塗装し、付性ベース塗料を開発した（表1）。

着性評価を行った。
2.2.2

表1 開発塗料の適応範囲
基材

下層塗料

PP樹脂

水性プライマー

ABS樹脂

水性プライマーなし

ボディー鋼板

電着+水性中塗り

アルミ

粉体プライマー

上塗塗料

開発水性
ベース

各素材専用
溶剤クリヤー

表4

3.3.2

実験

検討増粘剤種類

粘性挙動制御として、(A)増粘剤による粘性挙動の塗料の評価として、粘弾性測定装置(MCR-301：

出されるパターンエアによって押しつぶされるように被制御を試みた。
さらに、水性塗料において溶剤が粘性

Antom-Paar社製)を用いて、25℃でのずり速度依存

塗物へ塗着する。
そのため、形成される塗装パターン

へ影響を及ぼすことが知られており1）、（B）溶剤によ性測定を行った。
ずり速度0.1(1/s)、1(1/s)の際のせんは長楕円形状を形成しており、被塗物形状に合わせて断粘度を用いて、粘度変化する塗料の粘度値の比を結果より、溶剤未添加の塗料については、付着性がる粘度調整を試みた。

ガンの塗着効率は約65〜70%程度と高く、その他の利パターン幅を変える仕様となっている。対してベルガン

表す、Thixotropic Index(ＴＩ値)を測定した。
また塗不十分であったのに対し、ＡＢＳ基材に対して、溶解も（A）増粘剤による粘性挙動の制御点として塗装面積が広いことや、比較的均一な粒子径はベルカップの回転による遠心力でベルカップ円周部装機からの吐出時を想定して、高シェアのずり速度

しくは膨潤する効果がある溶剤を添加することによっ増粘剤として、
アルカリ増粘剤、会合型増粘剤を使の塗料粒子が生成可能なことが挙げられる。近年ベル

に液滴が生成される。生成された液滴は、
ガン先端円1000(1/s)の状態から、塗着後を想定した低シェアのて、一次付着および耐湿後の二次付着が向上する傾用し粘性調整を試みた。
その他の増粘剤に関しては、

ガンの動向としては、吐出された粒子のシミュレーショ

周部から出されるパターンエア、および遠心力によって0.1(1/s)へ変化させた際の、粘度回復の挙動を評価し向が見られた。
また、
ＡＢＳ基材に対して溶解による侵安定性などを含む基本物性の観点から、粘性挙動のンやメタリック塗料におけるアルミ顔料の配向性など吐ベルカップの縁まで移動し射出する仕様で、形成するた。
この際の粘度は、400〜500mPa・s程度に調整し食性が強い溶剤がより付着性を向上させる傾向が検討対象として除外した。検証のため、増粘剤ｆ〜ｉを出から塗膜が形成されるまでの評価技術が注目されてパターンはドーナツ型になる。パターンエアおよび霧化て測定を行った。
また、(B)溶剤の検討に関しては、上記あった。
これは基材表面を溶剤溶解または膨潤したこ

樹脂、顔料などが含まれるメタリック塗料の基本配合いる。ベルガン以外の塗装機の動向としては、さらなるエアの増減によるパターン形成への影響のうち、霧化エ

測定に加えて、溶剤を添加し塗料作製した後、25℃条とにより、付着性が向上したと予測できる。ただし、樹に対して添加した塗料Ｆ〜Ｉを調製した。
この際、増粘塗着効率の向上など、塗装工程改善およびコスト低減

アの増加は塗装パターンが均一化された形状となり、件でせん断速度を0.1(1/s)から10000(1/s)へ変化さ

脂基材に対する侵食性を付与することによって基材剤ｆ、増粘剤ｇについてはアルカリ増粘剤、増粘剤ｈ、を目的にした塗装機が注目されている。

パターンエアの増加は中心部が薄くなる傾向にある。

増粘剤ｉについては会合型増粘剤を用いた(表3)。
ませた際の粘度変化の測定および周波数1Hz、歪み

これらの傾向を基に実験条件の最適化を行った。

た、表3中に塗料作製時の静置時の粘度上昇率につ0.01〜100%における歪み依存性測定からtanδ(損いて記載した。
これらの塗料を塗装機に応じた粘度に

失正接=損失弾性率 Gʼʼ/貯蔵弾性率Gʼ)を求めた。

調整し、エアスプレーで水平面へ塗装、またベルガン

塗膜外観の評価として、塗装時の粘度は塗装機にで静電塗装により垂直面へ塗装して得られた乾燥塗対応する最適の粘度で行い、膜厚は10μmとした。次膜を用いて外観評価を行った。
この際、垂直面の塗装に塗装ムラおよびアルミフレークの配向性の評価につ割れを引き起こす場合が予測され、様々な下地樹脂

当社では2020年7月に、コーティング技術センター

基材への付着とその影響を考慮した溶剤種、添加量(Coating Technology Center : ＣＴＣ)が設立され、の選定が必要となる。

温度・湿度を調整可能な液体塗装ブースや前述したベ
ルガン、静電スプレーガン、低圧霧化ガンの3種の塗装

３． 作業性実験
3.1

作業性実験設備および装置

近年の自動車塗装は、生産効率を考えた産業用ロ
ボットによる無人塗装や環境面を配慮した静電塗装に

まず、溶剤のＡＢＳ基材に対する侵食性の評価をよる高塗着効率塗装が主流となっている。静電塗装の行った。検討溶剤をＡＢＳ基材に滴下し、室温で一定

概要として、
ロボット先端に取り付けた塗装ガン内で予時間放置後、
ふき取りを行いＡＢＳに対する溶解性のめ塗料にマイナスの電荷を付加し、塗装対象となる被評価を行った。

塗物にアースを確保することで、マイナスへ印加された塗膜の評価方法として、一次付着性は、
クロスカット

塗料は静電気的に被塗物へ塗着する。
そのため静電塗法(2mm幅、100マス目の残存数)にて確認した。耐湿装は非静電塗装に比べ塗着効率を向上させることがで

3.3

開発塗料の作業性ガンを備えた、液体塗装ロボットを配備しており、さらに前述した設備および塗装機を用いて、開発した水液体レシプロ機、粉体塗装設備やインクジェットプリン

性ベース塗料の作業性試験を行った。ベース塗料にについてはタレ性の評価も行った。

いては角度色差計(BYK-mac I:BYK-Gardner社)を

ター、インモールドコーティングシステムを完備していおいて重要とされる意匠性は、同一塗料でも、使用用いて、15 、25 、45 、75 、110 の明度(L*)を測定し、る。
また、液体塗装ブース、粉体塗装ブース、大型乾燥する塗装機や塗装条件によって大きく異なる。
また、

表3

炉間がコンベアで繋がっており、実際の工場塗装ライベース塗料の塗色の中でも、鱗片状のアルミフレー

未添加ンと同じ塗装条件が再現可能である2）。

クが含まれているメタリック塗料では、角度によってアルカリ増粘剤

3.2

実験条件の最適化

前述した通り、ベルガンはガン先端のベルカップの回転や霧化エアにより塗料の微粒化がなされている。
これらに使用する回転数およびエア量が高いほど、塗料に与えるせん断力が強くなり、生成される液滴を変形、分裂させる作用が強まる。
それによって、塗料粒子

反射光の異なる塗膜を形成し、メタリック感と呼ばれる意匠性を表現できる。高意匠なメタリック塗膜

会合型増粘剤

検討増粘剤種類

3.3.3

結果と考察

フロップインデックス(ＦＩ)を用いて評価した。
ＦＩの算

塗料の場合、溶剤形塗料と比較して塗着後のＮＶ上（A）
増粘剤による粘性挙動の制御

昇が極めて遅いことが知られている。そのため、本結各塗料においての結果を示す（図3、図4）。図3に塗果の粘度挙動は、塗装直後を想定した数秒後までの料Ｆ〜ＩのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外観、色粘度回復がそのまま乾燥後の塗膜外観へ寄与したと差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレの長さ、図4にベ推察できる。

ルガン塗装粘度でのレオメーター測定による塗料の粘(B)溶剤による粘性調整

度挙動を示す。

各塗料においての結果を示す（図５、図６）。図5に

評価方法

りも微粒化効果が大きく、外観が良くなりやすい。ベル

実験

評価方法

作製した塗料について、(A)と同様に評価した。

■FI値(エアスプレー塗装)■FI値(ベルガン塗装)
・ 4.2

・ 4.0

・ 3.7

15

目視外観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 G

塗料 H

塗料 I

○/○

×/×

△/△

○/◎

0mm

10mm以上

0mm

0mm

図3

試験結果

塗料 F
ずり速度
1000（1/s）

塗料 G

塗料 H

次にひずみ依存性の結果を示す（図7）。
この結果加した溶剤種によって、粘性挙動に違いがでることがからひずみ依存性の測定において、ＦＩ値が高く、目視確認できた。塗料Ｊのクレーターに関しては、塗料塗外観に優れる塗料Ｌのような塗料は、tanδの値が小着後の粘度回復が遅く、回復が起こらないまま、塗装

さい弾性支配の傾向が見られた。

時 間（秒）

塗料の粘度挙動

静置時の粘度上昇率
基準

塗料 F

高

塗料 G

中

ガンでは同様の傾向が見られた。塗料評価、塗膜評

塗料 H

中

塗料 I

低

価の結果からアルミフレークの配向性およびタレ性にを得るためには、
アルミフレークを均一に配向させ散（B）溶剤による粘度調整

乱光を抑えることが必要であり、塗装時の霧化、粘塗 料中の溶 剤によって粘 度 調 整を試みた。検 証式1 ＦＩの計算式

度変化、体積収縮の過程でアルミフレークの配向をのため、溶剤ｊ〜ｍを樹脂、顔料などを含むメタリッ

また、作業性については、垂直塗りのタレ性評価とし均一に制御する。溶剤形塗料では、様々な沸点や蒸ク塗料に添加した塗料Ｊ〜Ｍを調製した。なお、溶て、PP板に、直径10.5mm幅の穴を設け、発生したタレ

発速度の有機溶剤を組み合わすことにより、塗装時

剤ｊ、ｋについては親水性溶剤、溶剤ｌ、溶剤ｍにつの長さを評価した。

および塗装後の溶剤揮散・揮発に伴う粘度の変化をいては疎水性溶剤を用いて実験を行った（表4）。

料Jおよびブランク塗料を比較にせん断速度上昇時の図6で示した粘性挙動としては、類似の挙動を取るこ

粘度変化を測定した（図8）。塗料Ｌの方が、塗料Ｊととが読み取れる。
そこで塗着3分後の塗着ＮＶを比較比較して、低シェア時の粘度が高く、高シェア時の粘したところ、塗装時の塗料ＮＶは同じであったが、塗料度は低くなることが読み取れる。
このことから、塗料ＬＪに比べて塗料Ｋは3%程度高い塗着ＮＶであることの方が塗料Ｊと比較して微粒化が良好であると予測がわかった。
このことから、水性塗料の溶剤についてできる。
これは、溶剤lが溶媒である水中より樹脂界面

も、塗料の粘度回復に揮発速度や塗装機より吐出さに多く存在し、相互作用することにより、低シェア時のれる塗料粒子の微粒化効果を考慮する必要がある。

粘度上昇に寄与し、緩やかな相互作用がシェア上昇

・ 3.5

値の絶対量では差は見られたが、エアスプレーとベル

関しては、塗料の粘度挙動に起因することが示唆され

・ 2.9

15.0

・ 2.7

時に切れることで高シェア時の粘度下降が起こったと

・ 3.2

5.0

考えられる。
このことより、塗着時の回復粘度だけでな

4.0

く、微粒化が塗膜外観に寄与していることが示唆され

3.0

た。

2.0
1.0

図３の結果から、エアスプレーとベルガンによるＦＩ塗料

F I=2.69 (L* 15 −L 110 ) 1.11 ／L 45 0.86

こったと考えられる。
しかしながら、塗料Ｊと塗料Ｋは

20.0

ブランク

出式を示す
（式1）。

この目視外観に優れる塗料Lと目視外観の劣る塗

・TI値

10.0

目視 外 観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 J

塗料 K

塗料 L

塗料 M

×＊/×＊

△/△

○/○

△/△

0mm

5mm

5mm

0mm

0.0

増粘剤や溶剤を用いた粘性調整の手法により塗料を本開発で得られた知見は、自動車分野のみならず、環ひずみ（％）

図6 回復粘度測定

中の積層が起こり、クレーターなどの外観不良が起■FI値(ベルガン塗装)

脂選定と比率の最適化、溶剤選定による物性確保、

時 間（秒）

ん断速度依存性の粘度回復を示した。その結果、添■FI値(エアスプレー塗装)

水性ベース塗料の開発を行った。塗料配合として、樹開発し、温度湿度に対する塗装可能範囲を設定した。

にベルガン塗装粘度でのレオメーター測定による、せ塗料 I

今回様々な下地への付着性を有する自動車外装用

ずり速度
0 . 1（1/s）

3.0

0.0

図7 ひずみ依存性技法No.3、(2003)
2）塗料事業部門,技術開発部門,スペシャリティ事業
部門:DNTコーティング技報No.20,(2020)3）Hans-Joachim Streitberger, Karl-Fredrich:
せん断速度（1/s）

図8 せん断速度上昇時の粘度変化（せん断速度依存性）
3.3.4 開発塗料の作業性
前述の手法を用いて最適化した水性ベース塗料について、作業性幅を決定した（図９）。

これらの結果から、溶剤選定は2章で述べた物性に対して溶剤の与える影響と、粘性に与える影響の両方の観点からの選定が必要となる。

試験結果を与えると考えられるが、ＴＩ値については本来のチク
ソトロピックの意味である時間依存性を含まない値でを決定できると断定するのは極めて困難である。水性

塗料の水性化に活かせると予測できる。

1）佐野秀二,大柴雅紀,石原真興：DNTコーティング

た。
ＴＩ値についてもアルミ配向性およびタレ性に影響あるため、ＴＩ値のみによってアルミフレークの配向性

境対応の観点から、様々な分野で活発に進んでいる

５．
引用文献

＊装着跡、クレーター図515

4． まとめ塗料 M

観、色差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレ長さ、図6

ずり速度
0 . 1（1/s）

図4

塗料 L

4.0

1.0

塗料 F

ずり速度
1000（1/s）

塗料 K

5.0

2.0

・ 1.6

10

塗料Ｊ〜ＭのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外

・TI値

20

塗料 J

tanδ
（−）

応策として、
ＣＯ２およびＶＯＣ削減が盛んに行われて2.1

きる。特に静電塗装の中でもベルガンは多くの自動車

14

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度（mPa・s）

現在、自動車塗装業界において、環境問題への対性については、50℃、95％RH条件下で72時間および

13

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度(Pa・s)

Development of Water-based Base Paint for Automotive Exterior

２． 塗料開発

12

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

１． 自動車塗装

自動車外装用水性ベース塗料の開発

11

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

FI値

10

DNTコーティング技報 No.23
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自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

9

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

FI値

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度(Pa・s)

8

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報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

図9

開発メタリック塗料の塗装可能範囲

Automotive Paints and Coating,P181(2008)

16

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

参考文献

17

技術開発部門
開発部 技術開発第二グループ
Technical Development Div. Development Dept.
Technical Development Group 2
技術開発部門
研究部 研究第二グループ
塗膜形成・塗装技術チーム
Technical Development Div. Research Dept.
Research Group2.
Film Formation & Application Technology Team小野

彩花

Ayaka ONO

要旨

籠谷

天真

Takamasa KAGOTANI

渡辺淳也

Jyunya WATANABE

Abstract

近年、
自動車塗装業界では、環境問題への対応策

In recent years, the automotive coating industry

として、
ＣＯ２およびＶＯＣ（Volatile organic com-has been developing water-based coatings andpounds : 揮発性有機化合物）削減が盛んに行われimproving these process to reduce CO 2 andている。その手段として、水性塗料の適用、塗装工程

VOCs (volatile organic compounds) as one of

改善が大きな課題となっており、水性塗料開発およthe issues for environmental progress.

び塗装工程改善への取り組みが行われている。

This report describes the development of water-

本報では、
自動車外装材に適用可能な水性ベース

based coatings applicable to automotive body塗料の開発、および当社設備での作業性条件の最panels and various exterior parts, the optimization

適化および作業性幅(温度・湿度)の決定を行った。
まof workability conditions at our facilities, andた、メタリックベース塗料における、
アルミフレーク配

the determination of workability ranges

向性と粘性挙動の関係性について考察した。

(temperature and humidity). It was also discussed
the relationship between aluminum ﬂake
orientation and viscosity behavior in metallic
base coatings.

基本設計

いる。
その手段として、水性塗料の開発、および塗装工

ベース塗料に要求される性能として、高い意匠性の程改善への取り組みが行われている。
また塗装の改他、外装用途に適応した強靭な塗膜耐久性と、プラス

善だけでなく、
インクジェットや金型内で塗装を行うイ

チックのような柔軟な基材上での物性を想定した柔軟

ンモールドコーティングシステム、
フィルム加飾なども性が必要となる。
また、一般的に水性塗料の課題とさ注目されている。

れている耐水性などの基本物性に対しても、溶剤形塗はより微粒化し塗膜外観は向上する。
しかし、吐出され調整し、アルミフレークの配向性およびタレ性を制御

240時間静置後、
クロスカット法にて確認した。

塗装ラインで実用化され、ベルカップと呼ばれるガン先る塗料粒子が微粒化することによって、被塗物に塗着する。
しかし、水性塗料の場合、溶剤変更による揮発端に装着された回転体が塗装時に高速回転し、遠心力する前に飛散し塗着効率が減少する傾向にある。
つま性の調整ができないため、アルミフレークの配向制

塗料

添加種類

静置時粘度上昇率

ブランク

水

基準

J

親水性溶剤

中

K

親水性溶剤

低

L

疎水性溶剤

高

M

疎水性溶剤

中

2.2.3

結果と考察

によって塗料を微粒化できる仕様となっている。塗料はり、塗料の微粒化による塗膜外観および塗着効率の最御には、高擬塑性の粘性挙動制御が必要となる。本

ベルカップ中心から吐出されるため、実質的に吐出され適化は、塗料粘度や塗料固形分（ＮＶ）などの塗料性章では、開発塗料のメタリック塗色の粘性挙動制御

各溶剤の性質と塗料性能

た液滴は遠心力によってカップ円周部へ移動する。
ベル状および塗装方法によって調整する必要がある。

と作業性検討および塗装可能条件の最適化につい

付着性

カップ円周部には同一幅の溝が形成されており、これに塗装パターンは通常のエアスプレーガンを例に取るて報告する。

よって同一形状の塗料液柱を生成し、塗装ムラなど、不と、ガン先中心から液柱となって吐出された塗料が、そ具合が起こりにくくなる仕様となっている。
さらに、生成の周囲にある霧化エアにより微粒化され、左右から放3.3.1

された液柱はシェーピングエアと呼ばれる非常に大きな流量の霧化エアで粒子化させるため、
エアスプレーよ

評価結果について添加溶剤の沸点・ＡＢＳに対する
溶解性および検討塗料の付着性をに示す
（表２）。
表2
沸点

ABS溶解性

未添加

─

─

塗料 A

低

変化なし

90/10075/10060/100塗料 B

高やや溶解状態

100/100

100/100

100/100

一次

耐湿72hr 耐湿240hr

90/10070/10065/100

現在では自動車塗装ラインとして当たり前となって料同等の塗膜性能が求められる。
そのような性能を担

塗料 C

高

溶解状態

100/100

100/100

100/100いる「静電塗装」「回転霧化型塗装機(以下ベルガン)」

保するため、主な樹脂として2種類を用いて塗料を設計

塗料 D

中

膨潤状態

90/10090/100100/100

塗料 E

低

膨潤状態

90/10070/10070/100

は今から50年前の1970年頃から始まったとされ、した。塗膜物性の観点から、
ウレタン樹脂である樹脂Ａ

1990年代には水性メタリックベース塗料が実用化さを選定、作業性の観点からアクリル樹脂である樹脂Ｂれた。
また2007年には現在の自動車塗装の主流であを選定した。
これらの樹脂を塗色によって最適な割合

る中塗り焼付工程を削減した水性3WET方式が導入で配合することによって、顔料濃度の異なるメタリックされたとともに、昨今新たな機能を有する水性塗料の色、ソリッド色での物性、外観を確保している。

開発やカーボンニュートラルの観点から、焼付工程の削減および低温化、さらにボディー/バンパー一体塗装系の導入についての技術検討が精力的に行われて
いる。

2.2

溶剤選定

水性ベースの基本物性を満足させるために、溶剤の塗膜構成中の上塗塗料のうち、ベース塗料の役割選定を行った。溶剤の選定に関しては、樹脂との相溶

としては外観品質を担い、高い意匠性が求められる。

性および安定性、基材付着性、耐湿性などを含む基塗色としては、着色顔料で構成されるソリッド色、アル

本物性を担保可能な溶剤の選定を行う必要がある。

ミニウム片などの鱗片状光輝顔料を含むメタリック色

これらの溶剤選定について、溶剤による下地との付着に分類され、開発においてはこれらの色調を網羅する性および下地の侵食性との関係についての検討結果必要がある。
また、
自動車外装材にはボディー鋼板、
アを報告する。

ルミなどの金属素材およびバンパーやそのほかのプラ2.2.1

スチック部品など、様々な素材が用いられる。本開発

水性ベース塗料の溶剤以外の基本配合に対して、

では、これらの自動車外装材にマルチに対応するベー

溶剤ａ〜ｅを添加し、塗料Ａ〜Ｅを作製した後、ＡＢＳ

ス塗料体系を想定し、各種外装部品に対応できる水基材上にベース塗料、溶剤クリヤー塗料を塗装し、付性ベース塗料を開発した（表1）。

着性評価を行った。
2.2.2

表1 開発塗料の適応範囲
基材

下層塗料

PP樹脂

水性プライマー

ABS樹脂

水性プライマーなし

ボディー鋼板

電着+水性中塗り

アルミ

粉体プライマー

上塗塗料

開発水性
ベース

各素材専用
溶剤クリヤー

検討増粘剤種類

粘性挙動制御として、(A)増粘剤による粘性挙動の塗料の評価として、粘弾性測定装置(MCR-301：

出されるパターンエアによって押しつぶされるように被制御を試みた。
さらに、水性塗料において溶剤が粘性

Antom-Paar社製)を用いて、25℃でのずり速度依存

塗物へ塗着する。
そのため、形成される塗装パターン

へ影響を及ぼすことが知られており1）、（B）溶剤によ性測定を行った。
ずり速度0.1(1/s)、1(1/s)の際のせんは長楕円形状を形成しており、被塗物形状に合わせて断粘度を用いて、粘度変化する塗料の粘度値の比を結果より、溶剤未添加の塗料については、付着性がる粘度調整を試みた。

ガンの塗着効率は約65〜70%程度と高く、その他の利パターン幅を変える仕様となっている。対してベルガン

表す、Thixotropic Index(ＴＩ値)を測定した。
また塗不十分であったのに対し、ＡＢＳ基材に対して、溶解も（A）増粘剤による粘性挙動の制御点として塗装面積が広いことや、比較的均一な粒子径はベルカップの回転による遠心力でベルカップ円周部装機からの吐出時を想定して、高シェアのずり速度

しくは膨潤する効果がある溶剤を添加することによっ増粘剤として、
アルカリ増粘剤、会合型増粘剤を使の塗料粒子が生成可能なことが挙げられる。近年ベル

に液滴が生成される。生成された液滴は、
ガン先端円1000(1/s)の状態から、塗着後を想定した低シェアのて、一次付着および耐湿後の二次付着が向上する傾用し粘性調整を試みた。
その他の増粘剤に関しては、

ガンの動向としては、吐出された粒子のシミュレーショ

周部から出されるパターンエア、および遠心力によって0.1(1/s)へ変化させた際の、粘度回復の挙動を評価し向が見られた。
また、
ＡＢＳ基材に対して溶解による侵安定性などを含む基本物性の観点から、粘性挙動のンやメタリック塗料におけるアルミ顔料の配向性など吐ベルカップの縁まで移動し射出する仕様で、形成するた。
この際の粘度は、400〜500mPa・s程度に調整し食性が強い溶剤がより付着性を向上させる傾向が検討対象として除外した。検証のため、増粘剤ｆ〜ｉを出から塗膜が形成されるまでの評価技術が注目されてパターンはドーナツ型になる。パターンエアおよび霧化て測定を行った。
また、(B)溶剤の検討に関しては、上記あった。
これは基材表面を溶剤溶解または膨潤したこ

樹脂、顔料などが含まれるメタリック塗料の基本配合いる。ベルガン以外の塗装機の動向としては、さらなるエアの増減によるパターン形成への影響のうち、霧化エ

測定に加えて、溶剤を添加し塗料作製した後、25℃条とにより、付着性が向上したと予測できる。ただし、樹に対して添加した塗料Ｆ〜Ｉを調製した。
この際、増粘塗着効率の向上など、塗装工程改善およびコスト低減

アの増加は塗装パターンが均一化された形状となり、件でせん断速度を0.1(1/s)から10000(1/s)へ変化さ

脂基材に対する侵食性を付与することによって基材剤ｆ、増粘剤ｇについてはアルカリ増粘剤、増粘剤ｈ、を目的にした塗装機が注目されている。

パターンエアの増加は中心部が薄くなる傾向にある。

増粘剤ｉについては会合型増粘剤を用いた(表3)。
ませた際の粘度変化の測定および周波数1Hz、歪み

これらの傾向を基に実験条件の最適化を行った。

た、表3中に塗料作製時の静置時の粘度上昇率につ0.01〜100%における歪み依存性測定からtanδ(損いて記載した。
これらの塗料を塗装機に応じた粘度に

失正接=損失弾性率 Gʼʼ/貯蔵弾性率Gʼ)を求めた。

調整し、エアスプレーで水平面へ塗装、またベルガン

塗膜外観の評価として、塗装時の粘度は塗装機にで静電塗装により垂直面へ塗装して得られた乾燥塗対応する最適の粘度で行い、膜厚は10μmとした。次膜を用いて外観評価を行った。
この際、垂直面の塗装に塗装ムラおよびアルミフレークの配向性の評価につ割れを引き起こす場合が予測され、様々な下地樹脂

当社では2020年7月に、コーティング技術センター

基材への付着とその影響を考慮した溶剤種、添加量(Coating Technology Center : ＣＴＣ)が設立され、の選定が必要となる。

温度・湿度を調整可能な液体塗装ブースや前述したベ
ルガン、静電スプレーガン、低圧霧化ガンの3種の塗装

３． 作業性実験
3.1

作業性実験設備および装置

近年の自動車塗装は、生産効率を考えた産業用ロ
ボットによる無人塗装や環境面を配慮した静電塗装に

まず、溶剤のＡＢＳ基材に対する侵食性の評価をよる高塗着効率塗装が主流となっている。静電塗装の行った。検討溶剤をＡＢＳ基材に滴下し、室温で一定

概要として、
ロボット先端に取り付けた塗装ガン内で予時間放置後、
ふき取りを行いＡＢＳに対する溶解性のめ塗料にマイナスの電荷を付加し、塗装対象となる被評価を行った。

塗物にアースを確保することで、マイナスへ印加された塗膜の評価方法として、一次付着性は、
クロスカット

塗料は静電気的に被塗物へ塗着する。
そのため静電塗法(2mm幅、100マス目の残存数)にて確認した。耐湿装は非静電塗装に比べ塗着効率を向上させることがで

3.3

開発塗料の作業性ガンを備えた、液体塗装ロボットを配備しており、さらに前述した設備および塗装機を用いて、開発した水液体レシプロ機、粉体塗装設備やインクジェットプリン

性ベース塗料の作業性試験を行った。ベース塗料にについてはタレ性の評価も行った。

いては角度色差計(BYK-mac I:BYK-Gardner社)を

ター、インモールドコーティングシステムを完備していおいて重要とされる意匠性は、同一塗料でも、使用用いて、15 、25 、45 、75 、110 の明度(L*)を測定し、る。
また、液体塗装ブース、粉体塗装ブース、大型乾燥する塗装機や塗装条件によって大きく異なる。
また、

表3

炉間がコンベアで繋がっており、実際の工場塗装ライベース塗料の塗色の中でも、鱗片状のアルミフレー

未添加ンと同じ塗装条件が再現可能である2）。

クが含まれているメタリック塗料では、角度によってアルカリ増粘剤

3.2

実験条件の最適化

前述した通り、ベルガンはガン先端のベルカップの回転や霧化エアにより塗料の微粒化がなされている。
これらに使用する回転数およびエア量が高いほど、塗料に与えるせん断力が強くなり、生成される液滴を変形、分裂させる作用が強まる。
それによって、塗料粒子

反射光の異なる塗膜を形成し、メタリック感と呼ばれる意匠性を表現できる。高意匠なメタリック塗膜

会合型増粘剤

検討増粘剤種類

結果と考察

フロップインデックス(ＦＩ)を用いて評価した。
ＦＩの算

塗料の場合、溶剤形塗料と比較して塗着後のＮＶ上（A）
増粘剤による粘性挙動の制御

昇が極めて遅いことが知られている。そのため、本結各塗料においての結果を示す（図3、図4）。図3に塗果の粘度挙動は、塗装直後を想定した数秒後までの料Ｆ〜ＩのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外観、色粘度回復がそのまま乾燥後の塗膜外観へ寄与したと差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレの長さ、図4にベ推察できる。

ルガン塗装粘度でのレオメーター測定による塗料の粘(B)溶剤による粘性調整

度挙動を示す。

各塗料においての結果を示す（図５、図６）。図5に

評価方法

りも微粒化効果が大きく、外観が良くなりやすい。ベル

実験

評価方法

表4

3.3.2

実験

3.3.3

作製した塗料について、(A)と同様に評価した。

■FI値(エアスプレー塗装)■FI値(ベルガン塗装)
・ 4.2

・ 4.0

・ 3.7

15

目視外観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

3)

塗料 G

塗料 H

塗料 I

○/○

×/×

△/△

○/◎

0mm

10mm以上

0mm

0mm

図3

試験結果

塗料 F
ずり速度
1000（1/s）

塗料 G

塗料 H

次にひずみ依存性の結果を示す（図7）。
この結果加した溶剤種によって、粘性挙動に違いがでることがからひずみ依存性の測定において、ＦＩ値が高く、目視確認できた。塗料Ｊのクレーターに関しては、塗料塗外観に優れる塗料Ｌのような塗料は、tanδの値が小着後の粘度回復が遅く、回復が起こらないまま、塗装

さい弾性支配の傾向が見られた。

時 間（秒）

塗料の粘度挙動

静置時の粘度上昇率
基準

塗料 F

高

塗料 G

中

ガンでは同様の傾向が見られた。塗料評価、塗膜評

塗料 H

中

塗料 I

低

価の結果からアルミフレークの配向性およびタレ性に

F I=2.69 (L* 15 −L 110 ) 1.11 ／L 45 0.86を得るためには、
アルミフレークを均一に配向させ散（B）溶剤による粘度調整

乱光を抑えることが必要であり、塗装時の霧化、粘塗 料中の溶 剤によって粘 度 調 整を試みた。検 証式1 ＦＩの計算式

度変化、体積収縮の過程でアルミフレークの配向をのため、溶剤ｊ〜ｍを樹脂、顔料などを含むメタリッ

また、作業性については、垂直塗りのタレ性評価とし均一に制御する。溶剤形塗料では、様々な沸点や蒸ク塗料に添加した塗料Ｊ〜Ｍを調製した。なお、溶て、PP板に、直径10.5mm幅の穴を設け、発生したタレ

発速度の有機溶剤を組み合わすことにより、塗装時

剤ｊ、ｋについては親水性溶剤、溶剤ｌ、溶剤ｍにつの長さを評価した。

および塗装後の溶剤揮散・揮発に伴う粘度の変化をいては疎水性溶剤を用いて実験を行った（表4）。

料Jおよびブランク塗料を比較にせん断速度上昇時の図6で示した粘性挙動としては、類似の挙動を取るこ

粘度変化を測定した（図8）。塗料Ｌの方が、塗料Ｊととが読み取れる。
そこで塗着3分後の塗着ＮＶを比較比較して、低シェア時の粘度が高く、高シェア時の粘したところ、塗装時の塗料ＮＶは同じであったが、塗料度は低くなることが読み取れる。
このことから、塗料ＬＪに比べて塗料Ｋは3%程度高い塗着ＮＶであることの方が塗料Ｊと比較して微粒化が良好であると予測がわかった。
このことから、水性塗料の溶剤についてできる。
これは、溶剤lが溶媒である水中より樹脂界面

も、塗料の粘度回復に揮発速度や塗装機より吐出さに多く存在し、相互作用することにより、低シェア時のれる塗料粒子の微粒化効果を考慮する必要がある。

粘度上昇に寄与し、緩やかな相互作用がシェア上昇

・ 3.5

値の絶対量では差は見られたが、エアスプレーとベル

関しては、塗料の粘度挙動に起因することが示唆され

・ 2.9

15.0

・ 2.7

時に切れることで高シェア時の粘度下降が起こったと

・ 3.2

5.0

考えられる。
このことより、塗着時の回復粘度だけでな

4.0

く、微粒化が塗膜外観に寄与していることが示唆され

3.0

た。

2.0
1.0

図３の結果から、エアスプレーとベルガンによるＦＩ

塗料

出式を示す
（式1） 。

こったと考えられる。
しかしながら、塗料Ｊと塗料Ｋは

20.0

ブランク

3)

この目視外観に優れる塗料Lと目視外観の劣る塗

・TI値

10.0

目視 外 観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 J

塗料 K

塗料 L

塗料 M

×＊/×＊

△/△

○/○

△/△

0mm

5mm

5mm

0mm

0.0

増粘剤や溶剤を用いた粘性調整の手法により塗料を本開発で得られた知見は、自動車分野のみならず、環ひずみ（％）

図6 回復粘度測定

中の積層が起こり、クレーターなどの外観不良が起■FI値(ベルガン塗装)

脂選定と比率の最適化、溶剤選定による物性確保、

時 間（秒）

ん断速度依存性の粘度回復を示した。その結果、添■FI値(エアスプレー塗装)

水性ベース塗料の開発を行った。塗料配合として、樹開発し、温度湿度に対する塗装可能範囲を設定した。

にベルガン塗装粘度でのレオメーター測定による、せ塗料 I

今回様々な下地への付着性を有する自動車外装用

ずり速度
0 . 1（1/s）

3.0

0.0

図7 ひずみ依存性技法No.3、(2003)
2）塗料事業部門,技術開発部門,スペシャリティ事業
部門:DNTコーティング技報No.20,(2020)3）Hans-Joachim Streitberger, Karl-Fredrich:
せん断速度（1/s）

図8 せん断速度上昇時の粘度変化（せん断速度依存性）
3.3.4 開発塗料の作業性
前述の手法を用いて最適化した水性ベース塗料について、作業性幅を決定した（図９）。

これらの結果から、溶剤選定は2章で述べた物性に対して溶剤の与える影響と、粘性に与える影響の両方の観点からの選定が必要となる。

試験結果を与えると考えられるが、ＴＩ値については本来のチク
ソトロピックの意味である時間依存性を含まない値でを決定できると断定するのは極めて困難である。水性

塗料の水性化に活かせると予測できる。

1）佐野秀二,大柴雅紀,石原真興：DNTコーティング

た。
ＴＩ値についてもアルミ配向性およびタレ性に影響あるため、ＴＩ値のみによってアルミフレークの配向性

境対応の観点から、様々な分野で活発に進んでいる

５．
引用文献

＊装着跡、クレーター図515

4． まとめ塗料 M

観、色差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレ長さ、図6

ずり速度
0 . 1（1/s）

図4

塗料 L

4.0

1.0

塗料 F

ずり速度
1000（1/s）

塗料 K

5.0

2.0

・ 1.6

10

塗料Ｊ〜ＭのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外

・TI値

20

塗料 J

tanδ
（−）

応策として、
ＣＯ２およびＶＯＣ削減が盛んに行われて2.1

きる。特に静電塗装の中でもベルガンは多くの自動車

14

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度（mPa・s）

現在、自動車塗装業界において、環境問題への対性については、50℃、95％RH条件下で72時間および

13

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度(Pa・s)

Development of Water-based Base Paint for Automotive Exterior

２． 塗料開発

12

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

１． 自動車塗装

自動車外装用水性ベース塗料の開発

11

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

FI値

10

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

TI値

9

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FI値

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せん断粘度(Pa・s)

8

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

図9

開発メタリック塗料の塗装可能範囲

Automotive Paints and Coating,P181(2008)

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DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

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自動車外装用水性ベース塗料の開発

参考文献

17

技術開発部門
開発部 技術開発第二グループ
Technical Development Div. Development Dept.
Technical Development Group 2
技術開発部門
研究部 研究第二グループ
塗膜形成・塗装技術チーム
Technical Development Div. Research Dept.
Research Group2.
Film Formation & Application Technology Team小野

彩花

Ayaka ONO

要旨

籠谷

天真

Takamasa KAGOTANI

渡辺淳也

Jyunya WATANABE

Abstract

近年、
自動車塗装業界では、環境問題への対応策

In recent years, the automotive coating industry

として、
ＣＯ２およびＶＯＣ（Volatile organic com-has been developing water-based coatings andpounds : 揮発性有機化合物）削減が盛んに行われimproving these process to reduce CO 2 andている。その手段として、水性塗料の適用、塗装工程

VOCs (volatile organic compounds) as one of

改善が大きな課題となっており、水性塗料開発およthe issues for environmental progress.

び塗装工程改善への取り組みが行われている。

This report describes the development of water-

本報では、
自動車外装材に適用可能な水性ベース

based coatings applicable to automotive body塗料の開発、および当社設備での作業性条件の最panels and various exterior parts, the optimization

適化および作業性幅(温度・湿度)の決定を行った。
まof workability conditions at our facilities, andた、メタリックベース塗料における、
アルミフレーク配

the determination of workability ranges

向性と粘性挙動の関係性について考察した。

(temperature and humidity). It was also discussed
the relationship between aluminum ﬂake
orientation and viscosity behavior in metallic
base coatings.

基本設計

いる。
その手段として、水性塗料の開発、および塗装工

ベース塗料に要求される性能として、高い意匠性の程改善への取り組みが行われている。
また塗装の改他、外装用途に適応した強靭な塗膜耐久性と、プラス

善だけでなく、
インクジェットや金型内で塗装を行うイ

チックのような柔軟な基材上での物性を想定した柔軟

ンモールドコーティングシステム、
フィルム加飾なども性が必要となる。
また、一般的に水性塗料の課題とさ注目されている。

れている耐水性などの基本物性に対しても、溶剤形塗はより微粒化し塗膜外観は向上する。
しかし、吐出され調整し、アルミフレークの配向性およびタレ性を制御

240時間静置後、
クロスカット法にて確認した。

塗装ラインで実用化され、ベルカップと呼ばれるガン先る塗料粒子が微粒化することによって、被塗物に塗着する。
しかし、水性塗料の場合、溶剤変更による揮発端に装着された回転体が塗装時に高速回転し、遠心力する前に飛散し塗着効率が減少する傾向にある。
つま性の調整ができないため、アルミフレークの配向制

塗料

添加種類

静置時粘度上昇率

ブランク

水

基準

J

親水性溶剤

中

K

親水性溶剤

低

L

疎水性溶剤

高

M

疎水性溶剤

中

2.2.3

結果と考察

によって塗料を微粒化できる仕様となっている。塗料はり、塗料の微粒化による塗膜外観および塗着効率の最御には、高擬塑性の粘性挙動制御が必要となる。本

ベルカップ中心から吐出されるため、実質的に吐出され適化は、塗料粘度や塗料固形分（ＮＶ）などの塗料性章では、開発塗料のメタリック塗色の粘性挙動制御

各溶剤の性質と塗料性能

た液滴は遠心力によってカップ円周部へ移動する。
ベル状および塗装方法によって調整する必要がある。

と作業性検討および塗装可能条件の最適化につい

付着性

カップ円周部には同一幅の溝が形成されており、これに塗装パターンは通常のエアスプレーガンを例に取るて報告する。

よって同一形状の塗料液柱を生成し、塗装ムラなど、不と、ガン先中心から液柱となって吐出された塗料が、そ具合が起こりにくくなる仕様となっている。
さらに、生成の周囲にある霧化エアにより微粒化され、左右から放3.3.1

された液柱はシェーピングエアと呼ばれる非常に大きな流量の霧化エアで粒子化させるため、
エアスプレーよ

評価結果について添加溶剤の沸点・ＡＢＳに対する
溶解性および検討塗料の付着性をに示す
（表２）。
表2
沸点

ABS溶解性

未添加

─

─

塗料 A

低

変化なし

90/10075/10060/100塗料 B

高やや溶解状態

100/100

100/100

100/100

一次

耐湿72hr 耐湿240hr

90/10070/10065/100

現在では自動車塗装ラインとして当たり前となって料同等の塗膜性能が求められる。
そのような性能を担

塗料 C

高

溶解状態

100/100

100/100

100/100いる「静電塗装」「回転霧化型塗装機(以下ベルガン)」

保するため、主な樹脂として2種類を用いて塗料を設計

塗料 D

中

膨潤状態

90/10090/100100/100

塗料 E

低

膨潤状態

90/10070/10070/100

は今から50年前の1970年頃から始まったとされ、した。塗膜物性の観点から、
ウレタン樹脂である樹脂Ａ

1990年代には水性メタリックベース塗料が実用化さを選定、作業性の観点からアクリル樹脂である樹脂Ｂれた。
また2007年には現在の自動車塗装の主流であを選定した。
これらの樹脂を塗色によって最適な割合

る中塗り焼付工程を削減した水性3WET方式が導入で配合することによって、顔料濃度の異なるメタリックされたとともに、昨今新たな機能を有する水性塗料の色、ソリッド色での物性、外観を確保している。

開発やカーボンニュートラルの観点から、焼付工程の削減および低温化、さらにボディー/バンパー一体塗装系の導入についての技術検討が精力的に行われて
いる。

2.2

溶剤選定

水性ベースの基本物性を満足させるために、溶剤の塗膜構成中の上塗塗料のうち、ベース塗料の役割選定を行った。溶剤の選定に関しては、樹脂との相溶

としては外観品質を担い、高い意匠性が求められる。

性および安定性、基材付着性、耐湿性などを含む基塗色としては、着色顔料で構成されるソリッド色、アル

本物性を担保可能な溶剤の選定を行う必要がある。

ミニウム片などの鱗片状光輝顔料を含むメタリック色

これらの溶剤選定について、溶剤による下地との付着に分類され、開発においてはこれらの色調を網羅する性および下地の侵食性との関係についての検討結果必要がある。
また、
自動車外装材にはボディー鋼板、
アを報告する。

ルミなどの金属素材およびバンパーやそのほかのプラ2.2.1

スチック部品など、様々な素材が用いられる。本開発

水性ベース塗料の溶剤以外の基本配合に対して、

では、これらの自動車外装材にマルチに対応するベー

溶剤ａ〜ｅを添加し、塗料Ａ〜Ｅを作製した後、ＡＢＳ

ス塗料体系を想定し、各種外装部品に対応できる水基材上にベース塗料、溶剤クリヤー塗料を塗装し、付性ベース塗料を開発した（表1）。

着性評価を行った。
2.2.2

表1 開発塗料の適応範囲
基材

下層塗料

PP樹脂

水性プライマー

ABS樹脂

水性プライマーなし

ボディー鋼板

電着+水性中塗り

アルミ

粉体プライマー

上塗塗料

開発水性
ベース

各素材専用
溶剤クリヤー

表4

3.3.2

実験

検討増粘剤種類

粘性挙動制御として、(A)増粘剤による粘性挙動の塗料の評価として、粘弾性測定装置(MCR-301：

出されるパターンエアによって押しつぶされるように被制御を試みた。
さらに、水性塗料において溶剤が粘性

Antom-Paar社製)を用いて、25℃でのずり速度依存

塗物へ塗着する。
そのため、形成される塗装パターン

へ影響を及ぼすことが知られており1）、（B）溶剤によ性測定を行った。
ずり速度0.1(1/s)、1(1/s)の際のせんは長楕円形状を形成しており、被塗物形状に合わせて断粘度を用いて、粘度変化する塗料の粘度値の比を結果より、溶剤未添加の塗料については、付着性がる粘度調整を試みた。

ガンの塗着効率は約65〜70%程度と高く、その他の利パターン幅を変える仕様となっている。対してベルガン

表す、Thixotropic Index(ＴＩ値)を測定した。
また塗不十分であったのに対し、ＡＢＳ基材に対して、溶解も（A）増粘剤による粘性挙動の制御点として塗装面積が広いことや、比較的均一な粒子径はベルカップの回転による遠心力でベルカップ円周部装機からの吐出時を想定して、高シェアのずり速度

しくは膨潤する効果がある溶剤を添加することによっ増粘剤として、
アルカリ増粘剤、会合型増粘剤を使の塗料粒子が生成可能なことが挙げられる。近年ベル

に液滴が生成される。生成された液滴は、
ガン先端円1000(1/s)の状態から、塗着後を想定した低シェアのて、一次付着および耐湿後の二次付着が向上する傾用し粘性調整を試みた。
その他の増粘剤に関しては、

ガンの動向としては、吐出された粒子のシミュレーショ

周部から出されるパターンエア、および遠心力によって0.1(1/s)へ変化させた際の、粘度回復の挙動を評価し向が見られた。
また、
ＡＢＳ基材に対して溶解による侵安定性などを含む基本物性の観点から、粘性挙動のンやメタリック塗料におけるアルミ顔料の配向性など吐ベルカップの縁まで移動し射出する仕様で、形成するた。
この際の粘度は、400〜500mPa・s程度に調整し食性が強い溶剤がより付着性を向上させる傾向が検討対象として除外した。検証のため、増粘剤ｆ〜ｉを出から塗膜が形成されるまでの評価技術が注目されてパターンはドーナツ型になる。パターンエアおよび霧化て測定を行った。
また、(B)溶剤の検討に関しては、上記あった。
これは基材表面を溶剤溶解または膨潤したこ

樹脂、顔料などが含まれるメタリック塗料の基本配合いる。ベルガン以外の塗装機の動向としては、さらなるエアの増減によるパターン形成への影響のうち、霧化エ

測定に加えて、溶剤を添加し塗料作製した後、25℃条とにより、付着性が向上したと予測できる。ただし、樹に対して添加した塗料Ｆ〜Ｉを調製した。
この際、増粘塗着効率の向上など、塗装工程改善およびコスト低減

アの増加は塗装パターンが均一化された形状となり、件でせん断速度を0.1(1/s)から10000(1/s)へ変化さ

脂基材に対する侵食性を付与することによって基材剤ｆ、増粘剤ｇについてはアルカリ増粘剤、増粘剤ｈ、を目的にした塗装機が注目されている。

パターンエアの増加は中心部が薄くなる傾向にある。

増粘剤ｉについては会合型増粘剤を用いた(表3)。
ませた際の粘度変化の測定および周波数1Hz、歪み

これらの傾向を基に実験条件の最適化を行った。

た、表3中に塗料作製時の静置時の粘度上昇率につ0.01〜100%における歪み依存性測定からtanδ(損いて記載した。
これらの塗料を塗装機に応じた粘度に

失正接=損失弾性率 Gʼʼ/貯蔵弾性率Gʼ)を求めた。

調整し、エアスプレーで水平面へ塗装、またベルガン

塗膜外観の評価として、塗装時の粘度は塗装機にで静電塗装により垂直面へ塗装して得られた乾燥塗対応する最適の粘度で行い、膜厚は10μmとした。次膜を用いて外観評価を行った。
この際、垂直面の塗装に塗装ムラおよびアルミフレークの配向性の評価につ割れを引き起こす場合が予測され、様々な下地樹脂

当社では2020年7月に、コーティング技術センター

基材への付着とその影響を考慮した溶剤種、添加量(Coating Technology Center : ＣＴＣ)が設立され、の選定が必要となる。

温度・湿度を調整可能な液体塗装ブースや前述したベ
ルガン、静電スプレーガン、低圧霧化ガンの3種の塗装

３． 作業性実験
3.1

作業性実験設備および装置

近年の自動車塗装は、生産効率を考えた産業用ロ
ボットによる無人塗装や環境面を配慮した静電塗装に

まず、溶剤のＡＢＳ基材に対する侵食性の評価をよる高塗着効率塗装が主流となっている。静電塗装の行った。検討溶剤をＡＢＳ基材に滴下し、室温で一定

概要として、
ロボット先端に取り付けた塗装ガン内で予時間放置後、
ふき取りを行いＡＢＳに対する溶解性のめ塗料にマイナスの電荷を付加し、塗装対象となる被評価を行った。

塗物にアースを確保することで、マイナスへ印加された塗膜の評価方法として、一次付着性は、
クロスカット

塗料は静電気的に被塗物へ塗着する。
そのため静電塗法(2mm幅、100マス目の残存数)にて確認した。耐湿装は非静電塗装に比べ塗着効率を向上させることがで

3.3

開発塗料の作業性ガンを備えた、液体塗装ロボットを配備しており、さらに前述した設備および塗装機を用いて、開発した水液体レシプロ機、粉体塗装設備やインクジェットプリン

性ベース塗料の作業性試験を行った。ベース塗料にについてはタレ性の評価も行った。

いては角度色差計(BYK-mac I:BYK-Gardner社)を

ター、インモールドコーティングシステムを完備していおいて重要とされる意匠性は、同一塗料でも、使用用いて、15 、25 、45 、75 、110 の明度(L*)を測定し、る。
また、液体塗装ブース、粉体塗装ブース、大型乾燥する塗装機や塗装条件によって大きく異なる。
また、

表3

炉間がコンベアで繋がっており、実際の工場塗装ライベース塗料の塗色の中でも、鱗片状のアルミフレー

未添加ンと同じ塗装条件が再現可能である2）。

クが含まれているメタリック塗料では、角度によってアルカリ増粘剤

3.2

実験条件の最適化

前述した通り、ベルガンはガン先端のベルカップの回転や霧化エアにより塗料の微粒化がなされている。
これらに使用する回転数およびエア量が高いほど、塗料に与えるせん断力が強くなり、生成される液滴を変形、分裂させる作用が強まる。
それによって、塗料粒子

反射光の異なる塗膜を形成し、メタリック感と呼ばれる意匠性を表現できる。高意匠なメタリック塗膜

会合型増粘剤

検討増粘剤種類

3.3.3

結果と考察

フロップインデックス(ＦＩ)を用いて評価した。
ＦＩの算

塗料の場合、溶剤形塗料と比較して塗着後のＮＶ上（A）
増粘剤による粘性挙動の制御

昇が極めて遅いことが知られている。そのため、本結各塗料においての結果を示す（図3、図4）。図3に塗果の粘度挙動は、塗装直後を想定した数秒後までの料Ｆ〜ＩのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外観、色粘度回復がそのまま乾燥後の塗膜外観へ寄与したと差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレの長さ、図4にベ推察できる。

ルガン塗装粘度でのレオメーター測定による塗料の粘(B)溶剤による粘性調整

度挙動を示す。

各塗料においての結果を示す（図５、図６）。図5に

評価方法

りも微粒化効果が大きく、外観が良くなりやすい。ベル

実験

評価方法

作製した塗料について、(A)と同様に評価した。

■FI値(エアスプレー塗装)■FI値(ベルガン塗装)
・ 4.2

・ 4.0

・ 3.7

15

目視外観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 G

塗料 H

塗料 I

○/○

×/×

△/△

○/◎

0mm

10mm以上

0mm

0mm

図3

試験結果

塗料 F
ずり速度
1000（1/s）

塗料 G

塗料 H

次にひずみ依存性の結果を示す（図7）。
この結果加した溶剤種によって、粘性挙動に違いがでることがからひずみ依存性の測定において、ＦＩ値が高く、目視確認できた。塗料Ｊのクレーターに関しては、塗料塗外観に優れる塗料Ｌのような塗料は、tanδの値が小着後の粘度回復が遅く、回復が起こらないまま、塗装

さい弾性支配の傾向が見られた。

時 間（秒）

塗料の粘度挙動

静置時の粘度上昇率
基準

塗料 F

高

塗料 G

中

ガンでは同様の傾向が見られた。塗料評価、塗膜評

塗料 H

中

塗料 I

低

価の結果からアルミフレークの配向性およびタレ性にを得るためには、
アルミフレークを均一に配向させ散（B）溶剤による粘度調整

乱光を抑えることが必要であり、塗装時の霧化、粘塗 料中の溶 剤によって粘 度 調 整を試みた。検 証式1 ＦＩの計算式

度変化、体積収縮の過程でアルミフレークの配向をのため、溶剤ｊ〜ｍを樹脂、顔料などを含むメタリッ

また、作業性については、垂直塗りのタレ性評価とし均一に制御する。溶剤形塗料では、様々な沸点や蒸ク塗料に添加した塗料Ｊ〜Ｍを調製した。なお、溶て、PP板に、直径10.5mm幅の穴を設け、発生したタレ

発速度の有機溶剤を組み合わすことにより、塗装時

剤ｊ、ｋについては親水性溶剤、溶剤ｌ、溶剤ｍにつの長さを評価した。

および塗装後の溶剤揮散・揮発に伴う粘度の変化をいては疎水性溶剤を用いて実験を行った（表4）。

料Jおよびブランク塗料を比較にせん断速度上昇時の図6で示した粘性挙動としては、類似の挙動を取るこ

粘度変化を測定した（図8）。塗料Ｌの方が、塗料Ｊととが読み取れる。
そこで塗着3分後の塗着ＮＶを比較比較して、低シェア時の粘度が高く、高シェア時の粘したところ、塗装時の塗料ＮＶは同じであったが、塗料度は低くなることが読み取れる。
このことから、塗料ＬＪに比べて塗料Ｋは3%程度高い塗着ＮＶであることの方が塗料Ｊと比較して微粒化が良好であると予測がわかった。
このことから、水性塗料の溶剤についてできる。
これは、溶剤lが溶媒である水中より樹脂界面

も、塗料の粘度回復に揮発速度や塗装機より吐出さに多く存在し、相互作用することにより、低シェア時のれる塗料粒子の微粒化効果を考慮する必要がある。

粘度上昇に寄与し、緩やかな相互作用がシェア上昇

・ 3.5

値の絶対量では差は見られたが、エアスプレーとベル

関しては、塗料の粘度挙動に起因することが示唆され

・ 2.9

15.0

・ 2.7

時に切れることで高シェア時の粘度下降が起こったと

・ 3.2

5.0

考えられる。
このことより、塗着時の回復粘度だけでな

4.0

く、微粒化が塗膜外観に寄与していることが示唆され

3.0

た。

2.0
1.0

図３の結果から、エアスプレーとベルガンによるＦＩ塗料

F I=2.69 (L* 15 −L 110 ) 1.11 ／L 45 0.86

こったと考えられる。
しかしながら、塗料Ｊと塗料Ｋは

20.0

ブランク

出式を示す
（式1）。

この目視外観に優れる塗料Lと目視外観の劣る塗

・TI値

10.0

目視 外 観
スプレー塗装/ベルガン塗装
タレの長さ

塗料 J

塗料 K

塗料 L

塗料 M

×＊/×＊

△/△

○/○

△/△

0mm

5mm

5mm

0mm

0.0

増粘剤や溶剤を用いた粘性調整の手法により塗料を本開発で得られた知見は、自動車分野のみならず、環ひずみ（％）

図6 回復粘度測定

中の積層が起こり、クレーターなどの外観不良が起■FI値(ベルガン塗装)

脂選定と比率の最適化、溶剤選定による物性確保、

時 間（秒）

ん断速度依存性の粘度回復を示した。その結果、添■FI値(エアスプレー塗装)

水性ベース塗料の開発を行った。塗料配合として、樹開発し、温度湿度に対する塗装可能範囲を設定した。

にベルガン塗装粘度でのレオメーター測定による、せ塗料 I

今回様々な下地への付着性を有する自動車外装用

ずり速度
0 . 1（1/s）

3.0

0.0

図7 ひずみ依存性技法No.3、(2003)
2）塗料事業部門,技術開発部門,スペシャリティ事業
部門:DNTコーティング技報No.20,(2020)3）Hans-Joachim Streitberger, Karl-Fredrich:
せん断速度（1/s）

図8 せん断速度上昇時の粘度変化（せん断速度依存性）
3.3.4 開発塗料の作業性
前述の手法を用いて最適化した水性ベース塗料について、作業性幅を決定した（図９）。

これらの結果から、溶剤選定は2章で述べた物性に対して溶剤の与える影響と、粘性に与える影響の両方の観点からの選定が必要となる。

試験結果を与えると考えられるが、ＴＩ値については本来のチク
ソトロピックの意味である時間依存性を含まない値でを決定できると断定するのは極めて困難である。水性

塗料の水性化に活かせると予測できる。

1）佐野秀二,大柴雅紀,石原真興：DNTコーティング

た。
ＴＩ値についてもアルミ配向性およびタレ性に影響あるため、ＴＩ値のみによってアルミフレークの配向性

境対応の観点から、様々な分野で活発に進んでいる

５．
引用文献

＊装着跡、クレーター図515

4． まとめ塗料 M

観、色差計によるＦＩ値、
プレヒート後のタレ長さ、図6

ずり速度
0 . 1（1/s）

図4

塗料 L

4.0

1.0

塗料 F

ずり速度
1000（1/s）

塗料 K

5.0

2.0

・ 1.6

10

塗料Ｊ〜ＭのＴＩ値および塗膜形成後の目視での外

・TI値

20

塗料 J

tanδ
（−）

応策として、
ＣＯ２およびＶＯＣ削減が盛んに行われて2.1

きる。特に静電塗装の中でもベルガンは多くの自動車

14

DNTコーティング技報 No.23
報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度（mPa・s）

現在、自動車塗装業界において、環境問題への対性については、50℃、95％RH条件下で72時間および

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報文-2
自動車外装用水性ベース塗料の開発

せん断粘度(Pa・s)

Development of Water-based Base Paint for Automotive Exterior

２． 塗料開発

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TI値

１． 自動車塗装

自動車外装用水性ベース塗料の開発

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FI値

10

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TI値

9

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FI値

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せん断粘度(Pa・s)

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図9

開発メタリック塗料の塗装可能範囲

Automotive Paints and Coating,P181(2008)

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参考文献

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