車両ボディのデジタル印画工程

本発明は、生産ラインを通じてユーザーが準備したデジタル画像を車両のボディに印画することを目的とする塗装工程に関する。印画は、エコ溶剤プリンタ用インクおよびUVインクに加え自動車用インク(溶剤系/水性)を噴射する印画ヘッドを介して行われる。印画ヘッドは、連続したパス制御を通じて、ボディに印画するための種々の自動化された動作を行うように指示される。印画ヘッドは、印画のための異なるツールやエンボッサを使用することができるアーム形状構造によって特徴付けられ、ユーザーが準備した画像からの情報に基づいて決定を下すことができる。

自動車用塗装の進化は、その当初から、顧客が購入しようとする最終製品に望まれる納期や要求への技術的な可能性と連動してきた。

最初の自動車に使われた塗装工程は、馬車の塗装に使われたものと同じであった。その塗料は、樹脂や植物油を使用して製造され、ブラシで塗布された。車の塗装の全工程は(その長い乾燥時間から)、約4週間を要した。

20世紀前半に金属ボディが出現し量産が開始されて、より短い乾燥時間を持つより速い塗装工程を実現できて、黒色だけでない塗装もできる技術が必要になり、こうして自動車の塗装の多様性の時代が始まった。

連続生産の時代の最初の塗料は、世界大戦での化学の発展によるニトロセルロースであり、エアログラフィックガンにより塗布された。ニトロセルロース塗料は速乾性があったが、あまり耐候性に優れず時間とともに曇るという欠点があった。

1933年まで、自動車のボディの塗装で最も評判の高かった技術は、アルキド樹脂に基づく合成塗料を使用するエアログラフィックガンによるものであり、同じ塗布技術(スプレーガン)でより大きな充填力と、研磨を必要としない艶出し仕上げを実現したが、単色の塗装しかできなかった。

これらの塗装は、長年にわたり、120℃で焼成できて乾燥に要する時間を短縮できる、非常に耐久性の高い膜を実現するように改善された。

1960年台には、効果塗装の時代が始まった。別の種類の樹脂やアクリルが使われ始め、熱可逆性アクリルおよび2構成要素の熱可逆性物質という2つの異なる方向に開発が進んだ。後者は焼成によって急速に硬化し、光沢があって耐久性も高い仕上がりを実現した。同じ1960年台に、いわゆるメタリック塗料で自動車を塗装することが始まった。メタリック塗料は、ボディにメタリック効果を持たせたいという顧客の要望を満たすために、その組成にアルミニウム粒子を含んでいた。しかし、効果塗装には欠点があった。その金属プレートレットは表面に近接しており、年とともに酸化し分解されるので、耐用年数や修理に問題があった。効果塗装は、花火効果や影を取り入れるといった顧客の嗜好に対するボディのカスタマイズを可能にする最初の例の1つであった。

その後の数十年には、自動車の個性化に用いられる「チューニング」方法として、後に車両ボディに粘着するビニールのラベル付けや手作りのラベル付けが自動車産業に出現した。

チューニング方法 自動車の購入後にその外観を変更するチューニング方法とは、基本的には所有者の好みにしたがってカスタマイズすることである。この方法によれば、車両の内装と同様に外観を変更してその独自性を発揮することができる。この方法の主な欠点は、連続生産の場合は実施できないということである。

チューニングは3つのグループに分類できる。 a.内装のチューニング:車両内部の様々な構成要素や部品にいくつかの改修を加えたり、それらのパーツを新しいものに替えたりすることである。自動車の内装のチューニングとしては、非常に印象的で鮮やかな色彩にすることや、高品質の部品を使用することや、ハンドルにタペストリーを使用することなどが見られる。 b.動力系のチューニング:このチューニングは多くの場合、車両の技術的な特性を変更することになるので、恐らく最も普及していない。エンジンの特性を変えない変更としては、エアフィルタや、空気取入れ口や、サスペンションの変更などがある。 c.外装のチューニング:外装のチューニングは最も普及しており、ボディにエアブラシ法を適用することである。これは、車両を実際に個性的にするリソースの一つとして個別の車に適用される、主に外装のための装飾の工芸技術である。平面や3次元の表面を着色するためには、エアブラシが用いられる。エアブラシは最も重要なツールであり、圧縮空気による塗装ガンのように作用し、塗料は円錐形の先端によって吐出される。なだらかで拡散的でほのかな着色が可能なように、塗料は加圧空気と混合され、出口からスプレーされる。エアブラシの出射角度に応じて、装飾されるべき表面に塗料を浸潤させる。

しかしながら、「チューニング」方法によるラベル付けは手工芸と考えられ、連続生産には適用できず、改修を行う「芸術家」の評判に大きく依存してコストも概して高い。

ビニールによるラベル付け この工程はボディの露出された外装表面の全体を覆うことで、その表面を保護するとともに、独創的で目立ちさえする色の新たな質感を実現することを意図している。ビニールによるチューニングは、カーボン繊維によって異なる様相を呈し、多くの異なる方法で調節される。

粘着性のビニール膜は車の元々の塗装を保ちつつ、個性的な見た目を与える。この方法は、膜が車両の表面の外形の全体を複写するので、プロッティングとして知られている。しかしながら、粘着性ビニール膜が経時効果で損傷された時は、その膜を交換する必要があり、またボディの外観の美しさを維持するためには最大レベルの防護を必要とする。

しかしながら、ビニールは、チューニング方法と同様に、ボディにデジタル的な効果をもたらすことはできない。

上述の技術と異なり、本発明はユーザーが準備する画像をデジタル印画して、自動車の個性化を達成する。さらに、エコ溶剤プリンタ用インクおよびUVインクに加え、自動車用インク(溶剤系/水性)は、その配合において固形物の量を増やすことができるので、これらの塗料に要求される光沢や硬度といった特性に影響を与えることなく希釈剤の比率を下げることができる。

塗料塗布工程の概略上面図である。

自動塗料塗布ブースの上面図である。

自動塗料塗布ブースの側断面図である。

自動塗装ロボットの側断面図である。

図1を参照して、塗料の塗布エリア内の、塗料塗布工程の略図が以下のように提示される。 1A)ロボットによるボディ内面への塗料塗布エリア、 1B)3軸直動ロボットを有する、外面への塗料塗布ゾーン、および、 1C)ロボットWおよびXが外面への塗料塗布を行うために使用され、ロボットYおよびZがカスタムデジタル塗装工程を実行するために使用される、ロボットによるボディ外面への塗料塗布エリア。

図3は、車両のボディへのデジタル塗料塗布工程の具現化状況を示しており、図2Aおよび図2Bは、ボディに個別のデジタル印画を施すロボットを示す。図2Cは、効果がもたらされるボディを含み、そして最後に図2Dは、画像のデジタル的な効果の適用を実現するヘッドを示す。

図4を参照して、移動可能でしかも、顧客が選択した画像のパラメータに従った種々のアクションを自律的に実行することができる自動化塗装ロボットのヘッドを示す。ヘッドの関節は、塗料がボディの全てのくぼみに発射されるような自由度で動作できる。

本発明の目的は、記録ヘッドを用いたデジタル印画によって、車両のボディにユーザーが準備した画像を再現することである。塗装工程は、手動フェーズ、自動化フェーズ、およびそれらの混合したフェーズで行われ得る。

印画ヘッドは、連続生産ラインにおいて、エコ溶剤印画用インクおよびUVインクに加え、自動車用インク(溶剤系/水性)を噴射する。そのヘッドは、同時に異なる色調を与えることができる。図柄はユーザーが準備したり、企業が準備したデータベースから選択されることができる。

本発明の塗装工程は、腐食から保護するリン酸塩の溶剤の塗布、ボディを整える下塗剤の配置、デジタル塗料塗布とそれに続く光沢塗装膜の塗布を含む最終パートなどの種々のフェーズを有する。前記工程は顧客の要求に従い、1台の単位から不確定数の単位までに適用されることができる。

塗装工程は二重の機能を持つ。第1に車両を腐食から保護し、一方、最終的な美的外観を提供する。車両のボディの塗装は、ボディの組み立て後、そしてアクセサリーおよび装備の組み立ての開始の前に実施される。

ボディの組み立て工程の間、表面には潤滑油、粉塵、および他の不純物が溜まるが、塗装エリアに移るまでには除去される必要がある。その後表面は、その上に設けられる生成物の完璧な固着を確実にするように整えられる。

塗装工程は、すずめっき鋼板による車体の受け取りではじまり、そして車体がリン酸塩処理および電気泳動の工程(VBH/KTL)を通じて処理されて、ボディ薄板およびボディの不純物が洗浄される。塗料の最初の被膜が付着するように整える。

リン酸塩処理および電気泳動(VBH/KTL)の工程は、槽の中の汚染が制御されて最低レベルまで引き下げられることを確実にする。塗装工程の開始前までにボディの表面の他の物質が全て除去される必要があるため、表面処理トンネル(VBH)は、リン酸塩処理の前にボディを脱脂し洗浄することを目的とする。

表面処理トンネル中で運転室に施される第1の副工程は、スプレーによる脱脂である。この工程は、ボディの表面を覆うオイル、汚れ、および他の不純物を取り除くことを目的とする。

第2のステップとして、浸漬による脱脂処理を行う。この新たなフェーズでは、スプレーによる脱脂と違って、ボディは、スプレーによる脱脂では不可能な領域に到達するアルカリ洗剤を含むインクの中に浸される。次に、浸漬によって表面調整剤が塗布され、塗料の溶剤として理想と考えられている、微細な水晶で形成されたリン酸塩の高濃度な層が形成される。

その結果、防食性の機械的な表面をもたらすために、ニッケルのリン酸塩、マンガンのリン酸塩、および亜鉛で形成された層を車両のボディに加えるリン酸塩処理フェーズが始まる。リン酸塩処理は、電気泳動の粘着性基材(KTL)の中に腐食が侵入することを防ぐために適用される。リン酸塩処理工程の役目は、ボディに強く粘着する酸化物の薄い層を生成することであり、これにより、内部への酸化の進行に対する第1の保護物、および次の塗料の層がよりよく粘着する表面が得られる。

リン酸塩処理工程は、浸漬による金属表面の転換の処置であり、それによって金属が攻撃されて、亜鉛のリン酸塩の微結晶性の層を形成する。ボディは、主としてリン酸、一次亜鉛リン酸塩、および促進添加物からなる槽に、40℃から60℃の間の温度で、90秒間から180秒間浸される。このコーティングにより、高い耐食性、高い密着性および耐久性が得られる。また、化学的に不活性な表面が得られ、金属性の基材と塗料の種々の成分との間の反応を防止する。

この浸漬は、スプレーによる方法よりもより均一なコーティングおよびくぼみ部分へのよりよい浸透をもたらす。生成された層は浸透性であり、その結晶性の構造のおかげでデジタル塗装の粘着性を促進する接触表面を増加させる。このコーティングは実質的に不溶性であり、電気的に絶縁性であって、ボディを湿気や腐食から保護する。その厚みは主に、浸漬時間および槽のトータルの酸性度に依存し、温度や撹拌などの他の面に影響する。

次に、リン酸塩処理ステップからの微細なスラッジを可能な限り除去するために必要な、スプレーによるすすぎが実施される。補足的に、その前のスプレーによるステージでは除去できなかったスラッジを除去する目的で、浸漬によるすすぎが実施される。

次のステージは浸漬による表面安定化処理であり、リン酸塩を含む表面の耐食性を上げるために、車両ボディは表面安定化桶の中に浸される。続いて、リン酸塩処理および表面安定化のステージからの残留塩のエントレインメントを可能な限り除去するために、脱塩された、または脱イオン化された再循環水を用いて、浸漬によるすすぎが実行される。

リン酸塩処理工程の最後に、車両のボディは陰極電着すなわち電気泳動(KTL)によるボディ塗装フェーズに課される。

電気泳動は、正帯電した塗料粒子が、陰極(負電荷)として作用しある電位に接続されたボディに向かって移動するという電気泳動現象に基づく、浸漬による車両のボディの塗装で構成される。リン酸塩処理後のこの第2のコーティングは、主として防食性の機能を有する。

電気泳動の基本原理は、相反する電荷を有する材料が引き付け合うことである。電気泳動は、逆帯電した粒子の入った塗料槽に浸された金属部分に直流負荷を印加する。塗料粒子は金属部分に引き付けられ、塗料は均一な層を形成して金属部分に固着する。この処理は、被覆が所望の厚さになるまで、それぞれのスリットやコーナーの各表面上で続けられる。所望の厚みが得られれば、層は部品を絶縁し引き付け合いは止まり、電気泳動工程が終了する。

電気泳動処理の間、表面処理トンネル(TTS)からのボディは、無鉛で水溶性の電気泳動塗料を含む撹拌槽の中に浸される。

電気泳動槽のエリアでは、塗料が塗布され工程制御装置が作動する。電気泳動槽は、80%から90%の脱イオン化水および10%から20%の塗料固形体を含む。脱イオン化水は、常に撹拌されて塗料固形体のキャリアとして作用する。その固形体は樹脂および顔料を含む。樹脂は最終層の主要成分であり、耐食性および耐久性をもたらす。顔料は色彩および光沢をもたらす役割をする。このフェーズは、汚染および引火性の問題を避けるために、水性の媒体の中でなされる。

電気泳動工程では、層がボディに固着すると同時に、H+が陽極で放出される。平衡を維持する方法は、陽極(正電荷)に向かう酢酸塩イオン(陰イオン)のマイグレーションを利用して生成された酢酸の余剰分を抽出することである。

そしてボディは、塗料槽の生成物である固形体を除去するために、限外濾過システムを通じて、スプレーによってすすがれる。

続いて、過剰なKTLおよび固形体を除去し、さらにスプレーによるすすぎでは届かないボディの内部を洗浄するためにボディを槽に浸す目的で、ボディはすすぎにかけられる。そして浸漬型塗料の塗布の結果生じる固形体を可能な限り除去するために、ボディはまず脱塩水へ浸漬されてすすがれ、次に脱塩水でスプレーされてすすがれる。

次にボディは炉に引き上げられ、ボディの両側にノズルを有する横方向の乾燥用傾斜台によって移送される。この焼成のステージでは、樹脂がボディ上に固着することが求められる。

この加熱炉のステージの最後に、エンジンルームや車輪ケースなどのボディの下部に密封剤と呼ばれるペースト状の材料が塗布される。この塗布により環境による腐食を避けることができ、車両ボディの品質の年数を保証する。また密封剤は、内部に配置される中底と共に、アセンブリを覆い、衝撃からボディを保護し、空気やノイズを排除することを狙いとする。

続いて、低温工程が実行され、ボディは高温空気ベースの密封剤の膜を乾燥させ硬化させるための加熱炉を通過する。

この密封工程の直後に、後にボディに指定された色彩を与える地として作用する、充填剤と呼ばれる塗料の層がボディに塗布される。この充填剤の塗布の目的は、ボディの表面を平らにすることであり、塗装の第2の被膜として作用する。

充填剤の塗布の第1のフェーズは自動塗布であり、汚れた表面を除去する目的でボディはいくつかのローラーを通過する。そして、充填剤が空気圧ピストルによってボディの内部に手動で塗布される。

充填剤を適切に塗布するため、充填剤層の厚みの均一性を確保するために流量、電圧、ベルマウスの回転速度、およびファンの空気などいくつかのパラメータが考慮される。

充填剤という塗料の塗布の最後に、先の処置からの電解質や残留生成物を除去するために脱イオン化水によるボディの最終洗浄が実行される。

次にボディは、図1に示されるように、塗料塗布工程の自動化ゾーン(DL)に入り、ロボットにより自動的に着色される。

車体への塗料塗布工程は、塗料塗布セル内のロボットを使って自動的に行われる。塗布セルは、ボディ内部を着色するための設備のエリアと、ボディの外側に同じ作業を行うためのもう1つのエリアに分割されている。

このステージの開始時に、図2に示すように、ロボットによってボディ内部を着色するエリア(1A)において、ボディ内部に自動的に塗布された塗料溶剤を洗浄する。

室内の溶剤塗布は、図3に示すように、その設備がフードやトランクの蓋の内部に加え、あぶみと、ドアやフレームの内部とを担当する自動化塗装スプレーブースの中で自動的に実行される。

車両のボディ内部への塗料の塗布の終了時に、ボディは、図1に示すように、3直動軸の外面着色ロボット(1B)のある塗布ゾーンに入る。このフェーズでモニタされるべきパラメータは、空気圧および金属製の基材の流量である。

続いて、印画ロボットでボディを個性化する工程は、図1に示すように、特にボディの外面色彩塗装ロボットのエリア(1C)において、効果をもたらすようにエリアがすでに指定され整えられているボディへの特別なタッチを通じて開始される。最初の2台のロボットは外面への塗料塗布を実行し、残る2台のロボットはデジタル塗料塗布工程を実行するために用いられる。

図4に例示されるように、デジタルカスタム塗料が電気的に制御される機械式ロボットヘッドによって印画される。機械式ヘッドは、顧客のために選択された画像のパラメータにしたがって、移動するとともに自律的に種々のアクションを実行することができる。

ロボットのヘッドは自由度を持って作動することが可能なジョイントを有する。そのため、ヘッドは塗料を部品の全ての隙間に発射すると共に、塗装ブース内を浮遊する粒子や、それによって起こり得る爆発、火災、機械的な劣化などに対する防御として特別な保護物を有する。

自動化ロボット、静電スプレーによる塗料の塗布、および静電噴霧器の運用は、全ての塗料粒子を壊すためにその機構内で高回転を発生させるためのものであり、またボディの輪郭に追従するロボットの動きによって、ボディに固着した塗料の微細な粒子を含む一種の雲を発生させるためのものである。

噴霧器は、塗料を車体によりよく粘着させる静電界を発生する塗布を通じて転送される電荷を発生させる。

機械式ロボットヘッドは、その進行ルートを規定するための動きの始点および終点を規定する、連続的なパス制御に基づいて動作する。

自動化ロボットによる塗布の全工程は、ボディに塗料を塗布するのに必要な塗料、空気圧、および電荷の量を制御するコンピュータとして機能する、ロボットのPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)によって制御される。プログラマブル・ロジック・コントローラはまた、X、Y、およびZ軸上で行われなければならないロボットの動きを制御して、ロボットを車両の形状に追従させる。

ボディへの塗料の塗布は、ボディの変化のある線へのタッチを通じて、連続的に行われる。

エコ溶剤インクおよびUVインクに加え自動印画用インク(溶剤系/水性)が印画されると、乾燥が直ちに行われる。したがって、ボディは、環境に対してボディの色彩を保護し車両に望まれる光沢を発生する光沢塗装膜の塗布工程に進む。

塗料とボディのタッチ時間は、車両単位当たり0.8分間から1.2分間である。

光沢塗装膜の塗布の後、60℃の温度で通常30分間から60分間続く乾燥が実行される。最終検査により、仕上がりに欠陥が存在しないことが保証される。

以上により、製造ラインを通じて、車両のボディへのユーザーが準備したデジタル画像の印画を実現することを目的とする塗装工程が実現される。