CN101151102A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以减少涂装所需空间的成膜装置。该成膜装置具有用于移动物体(50)的物体传送器；用于移动喷雾涂装材料的喷枪(30)的喷枪传送器(41)；和用于控制物体传送器(41)、喷枪(30)以及喷枪传送器运行的控制器，其中所述控制器在从喷枪(30)喷雾涂装材料时以特定方向移动物体(50)，并使物体(50)往复运动，使得可以依次进行部分层涂装，并且在涂装物体(50)的同时，控制器使物体(50)和喷枪(30)移位，同时保持物体和喷枪的彼此相对位置恒定。

Description

成膜装置
技术领域
本发明涉及成膜装置。
背景技术
为了对物体施加均一厚度的涂层，涂装方法常规采用了使用喷枪喷雾的涂装材料形成的喷流型(spray pattern)。层涂装用包含空气调节器、喷枪等的成膜装置，以例如图7的所示方式进行。换言之，通过从固定在涂装间(coating booth)151中心的喷枪喷雾涂装材料形成喷流型153，并且通过使用物体传送器(未显示)，以预定速度上下移动放置在喷枪下方的物体152，同时以箭头S所示方向(即附图中从左至右)将物体移位预定的距离。
层涂装还可通过从喷枪喷雾涂装材料至固定在涂装间151中心的物体152，形成喷流型153来进行，如图8所示，使用布置在物体152上方的喷枪，并以预定速度上下移动喷枪，同时以箭头S所示方向(即附图中从左至右)使其移位预定的距离。
发明公开
[本发明要解决的问题]
当如上所述固定喷枪和移动物体进行层涂装时，当物体处于离开喷流型位置时必须开始层涂装，并连续涂装直至物体完全通过喷流型。换言之，涂装需要过大的空间，即(物体的长度×2+喷流型的宽度)×(物体的宽度×2+喷流型的宽度)。
类似地，当固定物体和移动喷枪进行层涂装时，在喷流型处于离开物体的位置时必须开始层涂装，并连续涂装直至喷流型完全通过物体。换言之，涂装需要过大的空间，即(物体的长度+喷流型的宽度×2)×(物体的宽度+喷流型的宽度×2)。此外，当以该方式进行涂装时，应该在涂装间内表面和喷流型之间提供额外的空间，以免喷流型被涂装间沾污，甚至需要更大空间。
涂装需要这种过大的空间限制了可以安装成膜装置的位置，并且需要大量能量调节涂装间中的空气。
为了解决该问题完成了本发明，并提供了可以减少涂装所需空间的成膜装置。
[解决问题的方法]
可以用一种成膜装置实现本发明目的，该成膜装置包含用于移动物体的物体传送器；用于移动喷雾涂装材料的喷枪的喷枪传送器；用于控制物体传送器、喷枪、喷枪传送器运行的控制器，其中所述控制器以特定方向移动物体，同时从喷枪喷雾涂装材料，并使物体往复运动，使得可以依次进行部分层涂装，并在涂装物体的同时，控制器使物体和喷枪移位，并保持物体和喷枪相对于彼此的位置恒定。
该成膜装置中，优选物体和喷枪的移位方向与要部分层涂装的物体的移动方向相反。
还优选当从喷枪喷雾的中心基本上位于物体在移位方向上纵向中间时，使物体和喷枪移位。
还优选控制器在与所述物体往复运动的方向相反的方向以同步方式使喷枪往复运动。
发明效果
本发明提供可以减少涂装所需空间的成膜装置。
附图简述
图1展示了本发明一种实施方式的形成涂膜的装置。
图2是沿着图1中X-X线的剖面图。
图3展示了主要部分的横截面图，用于说明物体和喷枪的运动。
图4展示了主要部分的横截面图，用于说明本发明另一种实施方式的成膜装置的运行。
图5是说明图，展示了在实际涂装步骤中，在要被涂装的物体上方涂装装置的路线。
图6是实际涂装步骤中涂装膜形成过程(formation profile)的说明图。
图7是说明使用传统成膜装置的涂装方法的图。
图8是说明使用另一种传统成膜装置的涂装方法的图。
图9是说明在实际涂装步骤中另一种涂装膜形成过程的图。
[数字符号的说明]
1    形成涂膜的装置
10   空气调节***
15   管
20   涂装装置主体
21   空气供给室
22   涂装间
23   排气室
24   供气过滤器
25   粉尘收集过滤器
30   喷枪
40   储存部分(storage member)
41   物体传送器
42   固定夹具
50   物体
实施本发明的最佳方式
以下参考附图说明本发明用于形成涂膜的装置。图1是横截面图，示意展示了本发明一种实施方式的用于形成涂膜的装置的结构，图2是图1中沿着X-X线的平面剖视图。
如图1所示，所述成膜装置1包含空气调节***10、管15、涂装装置主体20、传送器储存部分40和控制器(未显示)。空气调节***10提供了温度和湿度适用于涂装装置主体20的空气，使得空气调节***10在其顶部通过管15与涂装装置主体20连通。
涂装装置主体20从顶部向下分为供气室21、涂装间22和排气室23，使得供气室21和涂装间22被供气过滤器24彼此隔开，并且涂装间22和排气室23被粉尘收集过滤器25彼此隔开。
供气室21包含用于检测供气室21温度和湿度的温度检测器和湿度检测器(未显示)。温度测检器的实例是温度传感器，例如热敏电阻和热电偶。湿度传感器例如高聚物膜湿度传感器、陶瓷湿度传感器和电解质湿度传感器可以用作湿度检测器。
涂装间22包含喷枪30，其起到涂装材料雾化器的作用。喷枪传送器、涂装材料供给装置、空气控制面板、高电压发生机、电缆等(未显示)连接到喷枪30。喷枪30的结构使得可以改变与物体50距离。
回转钟型雾化涂装装置、空气雾化型涂装装置等可以用作喷枪30。回转钟型雾化涂装装置包含在涂装枪上高速回转的钟杯，并且通过钟杯排出的涂装材料由该钟杯回转产生的离心力雾化。回转钟型雾化涂装装置包含用于发射整形空气(shaping air)的喷气嘴，所述整形空气通过调节从钟杯外缘以向外放射的方向散射的涂装材料雾化粒子的散射方向，来控制涂装材料的喷流型的宽度。空气喷雾型涂装装置包含围绕涂装材料出口用于射出压缩空气(雾化空气)的喷嘴，并通过从排放出口排放涂装材料而雾化涂装材料，同时从喷嘴喷射压缩空气。空气喷雾型涂装装置通常在压缩空气喷嘴的外周包含定型喷气嘴(pattern airnozzle)，以控制喷流型的宽度。
喷枪传送器(未显示)是通过接受随后描述的控制器的指令移动喷枪30的装置。气缸、双轴致动器等是喷枪传送器的实例。涂装材料供给装置的实例是注射泵，其中由微致动器压迫用特定量涂装材料填充的注射器活塞，提供涂装材料。空气控制面板控制回转所述钟的气压、整形空气的流速、以及回转钟型雾化涂装装置的其它条件。高压发生器使用静电将已经用雾化器制成细粒子的雾化粒子施加至物体50。
排气室23包含用于排放空气调节***10提供的空气的排气装置(未显示)。
如图2剖面图所示，储存部分40与涂装间22相邻布置，并包含用于传送物体50的传送器41。在分离储存部分40与涂装间22的隔板43的下方形成特定尺寸的隔离部分(spacer)44。传送器41包含固定夹具42，用于通过隔离部分44固定涂装间22中的物体50。可以使用单轴致动器、双轴致动器作为传送器41，只要传送器41可以在涂装间22中一个表面上自由传运物体50。本实施方式中，使用双轴致动器作为传送器41。
所述控制器连接到空气调节***10、温度传感器、湿度传感器、喷枪30、喷枪传送器和物体传送器41等，并控制其运行。
以下说明使用本实施方式的成膜装置1在物体50上形成涂膜的方法。
开始，将预定量涂装材料提供给具有喷枪30的涂装材料供给装置。然后将物体50固定至涂装间22中配备传送器41的传送夹具42。通过打开成膜装置1，运行空气调节***10、温度传感器、湿度传感器、喷枪30、物体传送器41、喷枪传送器、排气装置和控制器。
空气调节***10通过导管15提供空气至供气室21。在从供气室21配备的温度和湿度传感器输出的信号反馈时，控制器将空气调节***10提供的空气温度和湿度调节到基本恒定。将已经调节好温度和湿度的空气经过供气过滤器24送至涂装间22。
通过往复移动物体50而形成涂膜，同时在调节涂装间中温度和湿度的条件下从喷枪30喷雾涂装材料，并以特定方向移动物体50，从而依次进行部分层涂装，在物体50上形成涂膜。后文将描述形成涂膜期间，用于控制物体50和喷枪30的方法与操作。
没有沉积在物体50上的涂装材料的过量雾化粒子被空气调节***10供应的气流运载，并送至排气室23。该过程中，用粉尘收集过滤器25除去涂装材料的雾化粒子。将通过粉尘收集过滤器25的空气送至排气室23，然后通过排气装置排出。
以下参考图3中展示的涂装间22主要部分的剖面图，说明控制物体50和喷枪30的方法与其操作。当开始涂装时，控制器调节喷枪(未显示)和要布置的物体50，以致从喷枪喷雾的喷流型与物体50相互离开，如图3(a)所示。从喷枪喷雾涂装材料的同时，操作物体传送器(未显示)，使物体50上下移动，并使其以箭头S所示方向移位，依次进行部分层涂装。本实施方式中，在完成往返行程(round-trip)的每一半时，控制器以箭头S所示方向使物体50移位预定的距离，从而将层涂装到物体50上。
其次，如图3(b)和3(c)所示，涂装物体50期间，以预定方向使物体50和喷枪移位，同时保持物体50与喷枪的特定相对位置。该实施方式中，当在物体50上依次进行部分层涂装时，所述移位方向与上述(箭头S所示方向)相反。以该方向移动物体50减少了涂装所需的空间。
设置移位时机，使得当喷流型31的中心(相应于从喷枪喷出的喷雾中心)基本上位于物体50纵向中间时，使物体50移位，以便在物体50的移位方向(箭头S所示方向)依次进行部分涂装。通过在该时间移位物体，确保足够的空间以防止喷流型31污染涂装间22的内表面22a，同时减少涂装所需的空间。移位的时机可以是当物体50以箭头S所示方向移动时，或物体50往复移动时。
设置物体50和喷枪的所述移位量，使得从喷枪喷出的涂装材料的喷流型31不污染涂装间的内表面。
其后，如图3(d)所示，往复移动物体50的同时，物体50在完成往返行程的每一半时，使其以箭头S所示方向移位预定的距离，从而在物体50上进行层涂装。当物体50如图3(e)所示完全经过喷流型31时，完成涂装。
如上所述，本实施方式成膜装置1这样构造，使得涂装物体50期间，物体50和喷枪可被移位，同时保持物体50和喷枪的相对位置恒定，因此可减少涂装所需的空间，并防止物体50上的层涂装的对准偏差。
此外，由于减少了涂装所需空间，可以使涂装间22小型化。这减少了保持涂装间22中温度和湿度恒定而所需的能量。
因为可以降低能量来保持涂装间22中温度和湿度恒定，所以可使用具有低空气调节性能的小型空气调节器10。这实现了成膜装置1的进一步小型化，并降低了设备成本。
涂装间22的小型化也在总体上小型化了成膜装置1，因此提高了安装成膜装置1的操作效率，并减轻了安装成膜装置的位置限制。
将喷枪的移位量设置在一个范围内，使得从喷枪喷雾的涂装材料的喷流型31不污染涂装间22的内表面22a。因此，没有涂装材料粘附至内表面22a的风险，减少了清洁或其它维护步骤，提高了涂装过程的效率。
上述说明了本发明的一个实施方式；然而，本发明范围不局限于此。例如，还可以控制喷枪传送器的运行，使得喷枪30以同步方式，在与物体50相反的方向往复移动。以下参考图4说明当使用该控制方法时物体50和喷枪30的操作。
当开始涂装时，如图4(a)所示，控制器调节物体50和喷枪到这样的位置，使得从喷枪喷雾的喷流型与物体50相互远离。从喷枪喷雾涂装材料的同时，操作物体传送器(未显示)，以箭头H所示方向使物体50移位，并操作喷枪传送器，以使喷枪移位，从而使得喷流型31以与箭头H所示方向相反的方向(即箭头I所示方向)移位。
调节物体传送器和喷枪的操作，使得当物体50完成第一半往返行程时，喷枪也完成第一半往返行程，并且如图4(b)所示，物体传送器和喷枪处于喷流型31中的涂装材料没有被施加至物体50的位置。然后以箭头S所示方向将物体50移位预定的距离。如图4(c)所示，物体50在第二半往返行程中移动，喷枪也在第二半往返行程中移动，并且以箭头J所示方向使喷流型31移位。通过重复这样的操作进行涂装。通过使喷枪和物体50的相对速度相互恒定，可以形成具有均一厚度的涂膜。
如图4(d)和4(e)所示，涂装物体50期间，以预定方向(即与箭头S相反的方向)使物体50和喷枪移位，同时保持物体50与喷枪的相对位置恒定。
其后，如图4(f)和4(g)所示，当以彼此相反的方向，以同步方式往复移动物体50和喷枪时，每次完成第一半往返行程和第二半往返行程时，物体50以箭头S所示方向依次移位预定的距离，并继续涂装材料的层涂装。如图4(h)所示，当往复移动物体50完全通过喷流型31时，完成涂装。
通过在如上所述彼此相反的方向，以同步方式往复移动物体50和喷枪的同时进行涂装，可以减少物体50往复的开始位置和完成位置之间的距离。这进一步减少了物体50在往复运动方向涂装所需的空间。
本实施方式中，物体50和喷枪30的移位方向与箭头S所示的方向相反；然而，方向不局限于此，只要可以减少涂装所需的空间。
本实施方式中，当从喷枪30喷雾的喷流型31的中心基本上在物体50以箭头S所示方向的纵向中间时，对物体50和喷枪30进行移位；然而，移位的时机不局限于此。
本实施方式中，如图3(c)所示，控制器控制物体传送器和喷枪传送器的运行，使得物体50和喷枪30移位一次；然而，移位的次数不局限于一次，并且该操作可以使得物体50和喷枪30多次移位。
此外，本实施方式中，控制器控制物体50的运行，使得物体50在如图3所示完成所述物体50的每一半往返行程时，依次以箭头S所示方向移位预定距离。然而，还可以控制使得物体50以特定恒定速度、以箭头S所示方向移位，同时往复移动物体50。
在本实施方式的成膜装置1中，通过控制从喷枪30喷雾的涂装材料的喷流型中雾化粒子的粒径、浓度和速度，以及喷枪30与物体50的相对移位，可以有效形成涂膜，其与在实际涂装步骤的涂装条件下形成的膜具有基本上相同的质量。
以下说明控制从喷枪30喷雾的涂装材料的喷流型中雾化粒子的粒径、浓度和速度的方法。雾化粒径是在接近物体50的位点测量的涂装材料雾化粒子群的平均粒径，所述涂装材料已经用喷枪30雾化。粒径可以用激光衍射粒度分析器等测量。雾化粒子浓度是通过单位面积喷流型的粒子总体积。作为简化的方法，雾化粒子浓度可以作为是平均雾化粒子浓度，其用涂装材料流速除以喷流型面积计算。通过将喷流型喷到板上等，可以容易得到喷流型面积。雾化粒子速度是在雾化粒子到达物体50的位点处时，物体50方向中粒子群的平均粒子速度。雾化粒子速度可以用例如激光多普勒速度计等测量。
当使用回转钟型雾化涂装装置作为喷枪30时，通过适当选择回转钟型雾化涂装装置的钟杯直径、钟的转速和涂装材料的流速等，可以容易地设定粒径，使得粒径基本上与实际涂装操作中的相同。例如，可以通过改变回转钟型雾化涂装装置30的钟回转的气压，控制钟的转速。可以通过改变涂装材料供给装置的流速，控制涂装材料的流速。通常，用于实际涂装操作的回转钟型雾化涂装装置具有约60mmφ至70mmφ的钟杯直径，其回转速度是20000-30000rpm，流速是200至300立方厘米/分钟；然而，当本实施方式中使用小钟杯时，可以在少达约20至30立方厘米/分钟的流速和约10000rpm的回转速度下，获得基本上与实际涂装操作相同的粒径。
当使用空气雾化型涂装设备作为喷枪30时，通过适当地选择雾化气流速度、涂装材料的流速等，可以容易设定粒径，从而基本上与实际涂装操作中相同。可以通过减少排出空气的体积等，控制雾化气流速度。
通过从喷枪30喷雾的喷流型，基于涂装材料相对于物体50上形成的喷流型面积的流速，可以容易地计算雾化粒子浓度。因此，通过控制涂装材料流速，可以容易获得基本上与实际涂装操作中相同的雾化粒子浓度。例如，当实际操作中涂装图案的宽度是30厘米、流速是200立方厘米/分钟时，如果本实施方式中涂装图案的宽度设定为10cm，本实施方式/实际操作的图案面积比例是1/9。因此，通过设定流速为22.2立方厘米/分钟(200×(1/9))，可以获得相同的雾化粒子浓度。请注意通过控制从回转钟型雾化涂装装置发出的整形空气的角度和其流速，可以容易改变喷流型的宽度。
当使用回转钟型雾化涂装装置作为喷枪30时，通过适当地选择回转钟型雾化涂装装置的整形空气流速、涂装距离等，可以容易使雾化粒子速度基本上与实际涂装操作中的相同。请注意当使用空气雾化型涂装设备作为喷枪30时，通过适当地选择雾化气流速度和涂装距离，可以容易地使雾化粒子速度基本上与实际涂装操作相同。
如上所述，通过控制喷枪30的涂装材料的流速、涂装距离等，可以使涂装材料的雾化条件(雾化粒子的粒径、浓度和速度)基本上与实际涂装操作中在物体50上沉积的涂装材料相同。
以下说明控制喷枪30和物体50相对运动的方法。具体地，基于涂膜形成时间与所得涂膜厚度的变化之间的关系确定的实际涂装操作中涂膜形成过程，控制喷枪30和物体50的相对运动。
以下参考图5和图6说明实际涂装操作中涂膜形成过程。图5是说明图，展示了实际涂装步骤中，在物体101的微面积部分103上喷枪100的路径。图6是说明图，例示了微面积部分103中消耗时间(elapse time)和涂膜厚度之间的关系。
图5中，喷枪100连接至垂直往复移动元件102，并将涂装材料喷雾至要涂装的物体上。该实施方式中，喷枪100在涂装物体101的微面积部分103上通过七次，使得喷流型被涂装七次，形成涂膜。
用微面积部分103的通过长度L1除以往复运动速度，可以计算随着喷枪100通过微面积部分103一次，雾化粒子的沉积时间(floattime)(TF)。喷枪100也在微面积部分103以外的部分往复运动。回转钟型雾化涂装装置100通过微面积部分103以外部分的持续时间，即完成微面积部分103中涂装路径后至后续涂装路径的间隔TI，可以用公式TI＝(往复移动宽度L2-微面积部分103的通过距离L1)/往复移动速度来计算。因此，可以用代表涂膜形成时间的水平轴和代表涂膜厚度的垂直轴获得如图6所示涂膜形成过程。涂膜的厚度可以用电磁涂层厚度测量计、激光器位移测量仪等测量。图6中，用直线示意性表示膜厚度，但是实际涂装操作中，膜基于对数函数沉积。
控制器调节物体传送器41，以便产生涂装膜形成过程，其由涂装膜形成时间和得到的涂装膜厚度的变化之间的关系确定。换言之，物体传送器41的控制取决于从喷枪30喷雾的涂装材料喷流型中物体50通过的持续时间、物体50通过的次数、和完成一次涂装传送与开始随后涂装传送之间的间隔TI，使得这些与实际涂装操作中涂膜形成过程相一致。请注意控制物体传送器41，通过使物体50静置于或移动物体50至不沉积涂装材料雾化粒子的涂装间中的区域，使得在间隔TI期间，涂装材料的雾化粒子不沉积在物体50上。
这使得从喷枪30喷雾的涂装材料雾化粒子沉积在物体50上(膜沉积行为)与实际涂装中基本上相同。
当实际涂装操作通过2-阶段涂装进行时，即如图9所示涂装膜形成过程，物体在预先进行涂装后过涂装，在第一步骤中完成涂装与在第二步骤中开始涂装之间提供的不进行涂装的闪断时间(flash time)。当实际涂装操作中用具有一个闪断时间的两次涂装进行涂装时，通过适当地设定间隔TI以便符合闪断时间的时机，可以使从回转钟型雾化涂装装置30喷雾的涂装材料雾化粒子沉积(沉积行为)在物体50上基本上与实际涂装操作相同。
在用涂装材料涂装物体三次或更多次的多阶段涂装中，通过适当地设定间隔T1使其符合多个闪断时间，可以使沉积性能基本上与实际涂装操作中相同。
如上所述，本实施方式的成膜装置1可以通过控制涂装间22中的空气温度和湿度，控制从喷枪30喷雾的涂装材料雾化粒子的粒径、浓度和速度，并控制沉积在物体50上的雾化粒子沉积行为，使得它们基本上与实际涂装操作中相同，再现实际涂装操作中的涂装条件。因此，可以形成最终质量与实际涂装操作中得到的基本上相同的涂装膜。

Claims (4)

1.成膜装置，其包括：
用于移动物体的物体传送器；
用于移动喷雾涂装材料的喷枪的喷枪传送器；
用于控制物体传送器、喷枪和喷枪传送器运行的控制器，
其中所述控制器在从喷枪喷雾涂装材料的同时以特定方向移动物体，并使物体往复运动，使得可以依次进行部分层涂装，并且
在涂装物体的同时，所述控制器使物体和喷枪移位，同时保持物体和喷枪彼此的相对位置恒定。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中所述物体和喷枪被移位的方向与受到部分层涂装的物体的移动方向相反。
3.根据权利要求2所述的成膜装置，其中当从喷枪发射的喷雾中心基本上位于物体在移位方向上的纵向中间时，对所述物体和喷枪进行所述移位。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其中所述控制器以同步方式使所述喷枪以与所述物体往复运动的方向相反的方向往复运动。
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