JP2006082064A

JP2006082064A - 静電塗装装置

Info

Publication number: JP2006082064A
Application number: JP2004272447A
Authority: JP
Inventors: Masato Sakakibara; 正人榊原; Shinichi Washizu; 慎一鷲頭; Michio Mitsui; 三千雄三井; Kimiyoshi Nagai; 公好永井
Original assignee: Toyota Motor Corp; Ransburg Industrial Finishing KK
Current assignee: Carlisle Fluid Technologies Ransburg Japan KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: US7966967B2; EP1800757A1; EP1800757B1; JP4578908B2; CN101072644A; WO2006030991A1; CN100512976C; US20080178802A1; DE602005026960D1; EP1800757A4

Abstract

【課題】従来の静電塗装装置では、塗装ガンやロボットアームに塗料付着汚れが発生することを防ぐために静電パネルを用いていたが、塗装ガンが塗料を噴射した後に急速に移動した場合は、静電パネルが静電反発力を有する範囲外に浮遊する塗料ミストが静電パネルの裏側に回り込んでロボットアーム等に付着してしまうため、完全に汚れを防止することができなかった。
【解決手段】被塗装物９に対して塗料を噴霧する塗装ガン２と、該塗装ガン２を被塗装物９に対して移動させるロボットアーム３とを備え、塗装ガン２に電圧が印加される静電塗装装置１であって、塗装ガン２と同極性の電圧が印加され尖端部を有した静電電極である針状電極１１を、塗装ガン２またはロボットアーム３に付設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電塗装を行う静電塗装装置に関し、特に、塗装ガンや塗装ガンが装着されるロボットアームに発生する噴霧ミストの付着汚れを防止するための技術に関する。

一般的に、自動車のボディ等の被塗装物に対する塗装は、被塗装物側を陽極とし、塗装装置側を陰極として両極間に静電界を構成し、負側に帯電した霧化塗料を静電力により被塗装物に吸着させることで塗装を行う、静電塗装が用いられている。
このような静電塗装を行う塗装装置としては、例えば、被塗装物に対して塗料を噴霧する塗装ガンと、該塗装ガンを被塗装物に対して移動させるロボットアームとを備え、塗装ガンに備えられるベルカップを回転させて、ベルカップ内面に展延させた流体塗料を遠心力で微粒化させ、霧化頭等に印加された静電高電圧で微粒化粒子に帯電させ、接地された被塗装物との間で形成される静電電界により静電塗装を行う、回転霧化型の静電塗装装置がある。

この静電塗装装置は、塗装ガン先端の金属ベルカップや静電電極に静電高電圧を印加し、これらが気中放電する際に発生する空気イオンを塗料に付着させることにより塗料を帯電させ、帯電した塗料を被塗装物に静電引力により付着させるものであるため、帯電した塗料に対して電位差の異なるものが被塗装物以外に存在すれば、これにも静電付着することになる。
そして、回転霧化型塗装装置においては、シェーピングエアーと称される、スプレーパターンの形状をコントロールする補助エアーを使用してスプレーパターンを形成するのが一般的である。このシェーピングエアーは強制的にシェーピングエアーノズルから噴射されるため、その周囲には空気の負圧領域が形成される。また、被塗装物に向けて噴霧されて微粒化した塗料の跳ね返りが発生することもある。
一般的に、静電塗装装置の外装部材は、絶縁性の樹脂部材で構成されていて塗料の帯電電位と異なる帯電電位を有しているため、これらの負圧領域や跳ね返り塗料が塗装ガン等の周囲に存在することで、この外装部材には必然的に樹脂表面への塗料の静電付着が発生し、汚れが生じることになる。
例えば、図９に示すように、噴霧された塗料は、塗装ガン１０２のベルカップ１０２ａが形成する電磁力線ｍに沿って飛翔して、被塗装物１０９に塗着する。しかし、被塗装物１０９上で跳ね返った塗料粒子や、被塗装物に塗着しないで浮遊している塗料粒子等は帯電粒子であるため、樹脂部材で構成される塗装ガン１０２の表面等といった、静電塗装装置の表面電位の低い部分に塗着して汚れ１０２ｐとなる。
そして、静電引力は帯電塗料と被着物との距離が近いほど強くなるため、ベルカップ１０２ａに近い塗装ガン１０２の先端部から汚れが成長していくことになる。

このように、微粒化した塗料が付着して生じる汚れは、塗装工程においては重大な問題である。つまり、生じた汚れが顕著になると、汚れ塗料がスピットとなって被塗装物に付着し、塗装の仕上がり不良を発生してしまう。
また、不良の発生を未然に防ぐために生じた汚れの清掃を行うが、この清掃時間の間は塗装ラインを停止させることになるため、清掃頻度が多くなれば塗装生産量に大きく支障をきたすことになってしまう。特に大型の製品を短いタクトで生産している自動車生産ラインにとっては、生産ラインの停止時間増大は非常に大きな問題であり、いかに汚れない塗装装置に構成するということが重要な課題である。

そこで、従来は、塗装ガンに印加される電圧と同極性の電圧が印加された静電パネルを塗装ガンやロボットアームに取り付け、静電パネルの静電反発力により、微粒化した塗料の塗装ガンやロボットアームへの付着を抑制することが行われている（特許文献１参照）。
例えば、図１０に示すように、塗装ガン１０２をロボットアーム１０３にて移動可能に支持して構成される静電塗装装置１０１における、塗装ガン１０２の基端部に静電パネル１０４を取り付けて、静電パネル１０４の静電反発力により、塗料ミストを被塗装物側へ向かわせて、塗装ガン１０２側およびロボットアーム１０３側へ近づかないようにしている。
特開平６−１４２５６１号公報

前述のように、塗装ガンと同極性の電圧が印加された静電パネルを静電塗装装置に取り付けることで、塗料ミストを静電反発して塗装ガンおよびロボットアーム１０３への塗料ミストの付着を防止することが可能である。
しかし、静電パネルは塗料の静電反発方向が前面側のみとなっており、例えば図１１に示すように、塗装ガン１０２が塗料を噴射した後に急速に移動した場合は、静電パネル１０４が静電反発力を有する範囲外に浮遊する塗料ミストが静電パネル１０４の裏側に回り込んでロボットアーム１０３等に付着してしまうため、完全に汚れを防止することができなかった。この場合、ロボットアーム１０３等への塗料の付着を防ぐためには、ロボットアーム１０３の動作速度等を制限する必要があって、生産性等に影響を及ぼすこととなっていた。

上記課題を解決する静電塗装装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、被塗装物に対して塗料を噴霧する塗装ガンと、該塗装ガンを被塗装物に対して移動させるロボットアームとを備え、塗装ガンに電圧が印加される静電塗装装置であって、塗装ガンと同極性の電圧が印加され尖端部を有した静電電極を、塗装ガンまたはロボットアームに付設した。
これにより、付設した静電電極の周囲にも静電界が形成され、静電電極の周辺に浮遊している塗料ミストは静電反発されて被塗装物側へ飛翔することとなって、塗装ガンやロボットアームに付着することが防止される。
特に、静電電極は尖端部を有しているので強力な静電界を形成することができ、高い塗料付着汚れ防止の効果を奏することができる。
また、塗装ガンと静電電極とに、同じ極性の電圧が印加されているので、広い範囲にわたって連続的かつ均質な電界バリアを形成することができ、静電塗装装置側への塗料ミストの飛来を防止して、塗装ガンやロボットアームの塗料付着汚れを効果的に抑えることが可能となる。

また、請求項２記載のごとく、前記静電電極は、針状電極である。
このように、針状電極に形成される静電電極により形成される静電界は、従来の静電塗装装置における静電パネルのように前面側（被塗装物側）だけでなく、放射状に形成されるため、ロボットアームにより塗装ガンが急速に移動したときでも、塗装ミストを静電反発して塗料付着汚れを防止することができる。
また、静電電極を含めた、静電電極に高電圧を印加するための高電圧発生器や高電圧ケーブル等の静電供給経路に保有するエネルギー（静電容量）が小さくなるようにして、静電電極から着火性放電が生じることを防ぐことができる。

また、請求項３記載のごとく、前記静電電極は、塗装ガンまたはロボットアームに対して可動に構成される。
これにより、塗装ガンから噴霧される塗料の噴霧パターンや、ロボットアームの動作軌跡や動作範囲等に応じて、塗装ガンまたはロボットアームに対する静電電極先端の位置を調節し、静電反発効果を高めることができる。

また、請求項４記載のごとく、前記電極は、塗装ガンまたはロボットアームの周囲を囲むように配置される円環状部材にて構成され、該円環状部材は尖端縁部を有する。
これにより、塗装ガンやロボットアームの周囲には、尖端縁部を備えた円環状の電極による強力な静電界が連続的に形成されているので、塗料ミストの静電反発効果を高めることができる。

また、請求項５記載のごとく、前記電極は、前記円環状部材、および円環状部材から外周方向へ突出する針状電極にて構成される。
これにより、塗料ミストの濃度や、塗装ガンやロボットアームの仕様等に応じて、効率的に塗装付着汚れを抑えることができる。

また、請求項６記載のごとく、前記塗装ガンに電圧を印加する電源と、静電電極に電圧を印加する電源とを別電源とした。
これにより、各電源に別系統の安全回路を設けることができ、一方の電源回路に過大な電流が流れる等の異常が生じた場合でも、他方の電源回路への電圧印加を継続することが可能となる。

また、請求項７記載のごとく、前記静電電極に印加される電圧は、塗装ガンのベルカップから静電電極の設置位置までの距離に応じて変化され、ベルカップから離れるに従って小さく設定される。
これにより、塗装ガンからロボットアームにかけて塗料ミストが付着することを効果的に防止することができる。これは、静電気が帯電した塗料ミストは、時間が経てば自然放電して電荷を失っていくことによる。
また、一般的に溶剤型塗料の方が電荷の持ちが良く、水性塗料粒子の方が電荷の逃げが速いため、水性塗料と溶剤塗料とで電極にかける電圧を変化させることで、効果的に塗料ミストの付着を防止することができる。

本発明によれば、付設した静電電極の周囲にも静電界が形成され、静電電極の周辺に浮遊している塗料ミストは静電反発されて被塗装物側へ飛翔することとなって、塗装ガンやロボットアームに付着することが防止される。
また、塗装ガンと、静電電極とに、同じ極性の電圧が印加されているので、広い範囲にわたって連続的かつ均質な電界バリアを形成することができ、静電塗装装置側への塗料ミストの飛来を防止して、塗装ガンやロボットアームの塗料付着汚れを効果的に抑えることが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１に示す静電塗装装置１は、被塗装物９に対して塗料を噴霧する塗装ガン２と、該塗装ガン２を被塗装物９に対して移動させるロボットアーム３とを備えており、ロボットアーム３には、浮遊する塗料ミストを静電反発する静電電極である針状電極１１が支持台１２を介して取り付けられている。また、塗装ガン２の先端部分には複数の針状電極２１が放射状に取り付けられている。

塗装ガン２および針状電極１１は高電圧ケーブル１５により、それぞれ別々の電源である高電圧発生器５に接続されており、該塗装ガン２の先端部および針状電極１１には負側の高電圧が印加されている。
針状電極２１は塗装ガン２と電気的に接続されており、針状電極２１には塗装ガン２に印加されている電圧と同等の大きさの電圧が印加されている。
また、針状電極１１に印加される電圧は塗装ガン２に印加される電圧と同等、もしくは塗装ガン２に印加される電圧よりも低く（０Ｖに対する電位差が小さく）設定されている。例えば、塗装ガン２に印加される電圧はＤＣ−９０ｋＶ程度に設定され、針状電極１１に印加される電圧はＤＣ−５０ｋＶ〜−７０ｋＶに設定されている。この場合、針状電極２１に印加される電圧は塗装ガン２と同様のＤＣ−９０ｋＶ程度となる。

また、図１に示す静電塗装装置１では、塗装ガン２および針状電極１１への電圧の印加が、それぞれ別の高電圧発生器５から行われているので、各高電圧発生器５に安全回路を設けることができ、一方（例えば針状電極１１）に過大な電流が流れる等の異常が生じた場合でも、他方（塗装ガン２）への電圧印加を継続することが可能となっている。
なお、塗装ガン２および針状電極１１へ共通の高電圧発生器５から電圧を印加するように構成することも可能である。この場合は、必要であれば一つの高電圧発生器５に２系統の安全回路を設けて、前述のように、一方に異常が生じた場合でも他方への電圧印加を継続可能なように構成することができる。

図２に示すように、針状電極１１は、支持台１２に対して回動自在に、かつ伸縮自在に構成されている。
また、図３に示すように、針状電極１１は、電極針１１ａを絶縁ケース１１ｃにて覆って構成されており、電極針１１ａは抵抗器１１ｂを介して高電圧ケーブル１５に接続されている。
この場合、電極として針状部材である電極針１１ａを用いているため、高電圧発生器５や高電圧ケーブル１５等の静電供給経路に保有するエネルギー（静電容量）が小さくなるようにして、電極針１１ａの先端から着火性放電が生じることを防いでいる。
さらには、抵抗器１１ｂの抵抗値を例えば５〜３００ＭΩといった高抵抗値に設定しているため、着火性放電をより確実に抑えることができる。
また、絶縁ケース１１ｃおよび支持台１２は、ＰＴＦＥ（ＰｏｌｙＴｅｔｒａ−ＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）等の高い撥水性を備える部材を用いて構成されている。

このように、構成される静電塗装装置１においては、負側の高電圧が印加された塗装ガン２と接地された被塗装物９との間に形成される静電界により、塗装ガン２から噴射された塗料が被塗装物９へ塗着されるが、針状電極１１にも塗装ガン２と同様に負側の高電圧が印加されているので、針状電極１１の周囲にも静電界が形成され、針状電極１１の周辺に浮遊している塗料ミストは静電反発されて被塗装物９側へ飛翔することとなって、ロボットアーム３に付着することが防止される。
特に、尖端状に形成される針状電極１１は強力な静電界を形成することができるので、高い塗料付着汚れ防止の効果を奏することができる。
また、従来の静電塗装装置における静電パネルのように前面側（被塗装物側）だけでなく、放射状に形成されるため、ロボットアーム３が急速に移動したときでも、塗装ミストを静電反発して塗料付着汚れを防止することができる。

図４に示すように、針状電極１１による静電界は広範囲に形成される（針状電極１１先端部の電極針１１ａから放射状に形成される）ため、塗装ガン２が塗料を噴射した後に急速に移動した場合でも、浮遊する塗料ミストは広範囲にわたって、形成される静電界により被塗装物９側へ飛翔することとなり、塗料ミストがロボットアーム３等に付着することを防止して、汚れの発生を抑えることが可能となっている。

また、針状電極１１は、ロボットアーム３に対して伸縮自在および回動自在に構成されているので、ロボットアーム３の動作軌跡や動作範囲等に応じて、ロボットアーム３に対する針状電極１１先端の電極針１１ａの位置を調節し、静電反発効果を高めることができる。
なお、静電塗装装置１には、一つまたは複数の針状電極１１を備えることができ、該針状電極１１は、ロボットアーム３だけでなく塗装ガン２等の他の箇所に配置することも可能である。

また、図５に示すように、塗装ガン２の前部には、金属部材にて形成され、前記高電圧発生器５からの電圧が印加されるベルカップ２ａおよびシェーピングエアーリング２ｂが配置されている。そして、塗装ガン２に取り付けられる前記針状電極２１は、ベルカップ２ａの後方に位置するシェーピングエアーリング２ｂの外周部に、複数取り付けられている。この場合、複数の針状電極２１は、例えば半径方向外側へ向けて放射状に配置される。また、放射状に配置した針状電極２１は、図５のように真横に配置するだけでなく、前方（ベルカップ２ａ方向）へ傾斜させて配置したり、後方へ傾斜させて配置したりすることも可能である。

このように、塗装ガン２に針状電極２１を設けることで、塗装ガン２の先端部近傍における電磁力線は、図６に示すように、ベルカップ２ａが形成する電磁力線ｍ１、および針状電極２１が形成する電磁力線ｍ２にて構成されることとなり、塗料ミストを静電反発する電界バリアが塗装ガン２の先端部近傍の広範囲にわたって形成されることとなる。
そして、ベルカップ２ａの後方には、該ベルカップ２ａの回転に伴う負圧領域が形成されるが、この負圧領域が形成されることにより発生する塗装ガン２の塗料ミストの付着汚れを、針状電極２１の電磁力線ｍ２にて形成される電界バリアにより抑えることが可能となっている。

なお、針状電極２１の長さを、ベルカップ２ａの低速回転時には短く設定し、高速回転時には長く設定することで、塗装ガン２から噴霧される塗料の噴霧パターンを乱すことなく塗料ミストの付着汚れを防止することが可能である。
また、針状電極２１は、ロボットアーム３等の塗装ガン２以外の部分に取り付けることも可能である。

また、浮遊する塗料ミストを静電反発する静電電極は、次のように構成することもできる。
つまり、図７、図８に示す塗装ガン２におけるベルカップ２ａの後方に位置するシェーピングエアーリング２ｂの外周部に配置した円環状に形成されるリング電極１３と、該リング電極１３の外周面から半径方向外側へ向けて放射状に設置した複数の針状電極２１とで静電電極を構成することもでき、このリング電極１３および針状電極２１には、共に負側の高電圧が印加されている。
リング電極１３は、図８における上下面に尖端縁部１３ａを備えており、該尖端縁部１３ａを中心とした静電界を形成する。

そして、ベルカップ２ａによる静電界、ベルカップ２ａの後方に配置されるリング電極１３の尖端縁部１３ａによる静電界、およびリング電極１３の外周部に突出する針状電極２１により、前述の図６に示した場合と同様に、塗料ミストを静電反発する電界バリアが塗装ガン２の先端部近傍の広範囲にわたって形成されることとなる。
この塗装ガン２の周辺に形成される電界バリアにより、浮遊する広範囲の塗料ミストが被塗装物９側へ飛翔することとなり、塗装ガン２への塗料の付着汚れ発生を抑えることができる。

特に、塗装ガン２の周囲には、尖端縁部１３ａを備えたリング電極１３による強力な静電界が連続的に形成されているので、塗料ミストの静電反発効果を高めることが可能である。
なお、図８におけるリング電極１３の断面形状は四角形状に形成されているが、これに限るものではなく、三角形状や多角形状等でもよく、尖端形状（シャープエッジ）を備える形状であればよい。

また、リング電極１３から突出する針状電極２１は、塗料ミストの濃度や、塗装ガン２やロボットアーム３の仕様等に応じた数量を設置することで、効率的に塗装付着汚れを抑えることができる。針状電極２１の形状は、尖端形状（シャープエッジ）を備える形状であればよく、先端が複数本に分割されたものでもよい。さらには、導電ブラシをリング電極１３の外周面に貼設したもので構成することもできる。
なお、本静電塗装装置１の仕様等によっては、リング電極１３のみを設けて、針状電極２１を設けない構成とすることも可能である。

また、本静電塗装装置１においては、塗装ガン２（ベルカップ２ａ）と、リング電極１３や針状電極２１とに、同程度の電圧が印加されているので、広い範囲にわたって連続的かつ均質な電界バリアを形成することができ、静電塗装装置１側への塗料ミストの飛来を防止して、塗装ガン２の塗料付着汚れを効果的に抑えることが可能となっている。
なお、本例では、リング電極１３および針状電極２１をシェーピングエアーリング２ｂの外周部に配置しているが、この場所に限るものではなく、塗料ミストが静電塗装装置１側へ飛来してくることを防止できる場所であればよい。

また、塗装ガン２から噴霧されたばかりのベルカップ２ａ近傍に位置する塗料ミストはベルカップ２ａと同等の電圧に帯電しているため、ベルカップ２ａと同じ電圧が印加されている針状電極２１により効果的に反発させることができる。
これに対し、塗装ガン２から噴霧されて時間が経過し、ベルカップ２ａから離れたロボットアーム３近傍に存在している塗料ミストは、ベルカップ２ａに印加されている電圧よりも低い電圧に（０Ｖに対する電位差が小さく）帯電しているため、ロボットアーム３に取り付けられる針状電極１１に印加する電圧を、ロボットアーム３近傍の塗料ミストと同程度の電圧（すなわち、ベルカップ２ａに印加されている電圧よりも低い電圧）となるように設定することで、針状電極１１による塗料ミストの反発を効果的に行うことが可能である。

このように、針状電極１１・２１に印加する電圧の大きさを、該針状電極１１・２１の配置位置近傍に浮遊する塗料ミストの帯電電圧に合わせて設定することで、塗装ガン２からロボットアーム３にかけて塗料ミストが付着することを効果的に防止することができる。
また、塗装ガン２およびロボットアーム３への塗料ミストの浮遊状況に応じて、針状電極１１または針状電極２１の何れか一方を、塗装ガン２およびロボットアーム３へ設けることも可能である。

本発明の静電塗装装置を示す側面図である。ロボットアームに付設された針状電極を示す側面図である。針状電極の構造を示す側面断面図である。ロボットアームが急速に移動した場合でも針状電極により塗料ミストが静電反発される様子を示す図である。静電電極の第二実施形態を示す側面図である。図５に示す静電電極が付設された塗装ガンの電磁力線を示す側面図である。静電電極の第三実施形態を示す側面図である。リング電極と針状電極とで構成される第三実施形態の静電電極を示す斜視図である。従来の静電塗装装置における塗装ガンの電磁力線を示す側面図である。従来の、静電パネルを付設した静電塗装装置を示す側面図である。従来の、静電パネルを付設した静電塗装装置においてロボットアームが急速に移動した場合に、塗料ミストが静電塗装装置に付着する様子を示す側面図である。

符号の説明

１静電塗装装置
２塗装ガン
３ロボットアーム
９被塗装物
１１・２１針状電極

Claims

被塗装物に対して塗料を噴霧する塗装ガンと、該塗装ガンを被塗装物に対して移動させるロボットアームとを備え、塗装ガンに電圧が印加される静電塗装装置であって、
塗装ガンと同極性の電圧が印加され尖端部を有した静電電極を、少なくとも塗装ガンまたはロボットアームの何れか一方に付設したことを特徴とする静電塗装装置。
前記静電電極は、針状電極であることを特徴とする請求項１に記載の静電塗装装置。
前記静電電極は、塗装ガンまたはロボットアームに対して可動に構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電塗装装置。
前記静電電極は、塗装ガンまたはロボットアームの周囲を囲むように配置される円環状部材にて構成され、該円環状部材は尖端縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の静電塗装装置。
前記静電電極は、塗装ガンまたはロボットアームの周囲を囲むように配置される円環状部材、および円環状部材から外周方向へ突出する針状電極にて構成されることを特徴とする請求項１に記載の静電塗装装置。
前記塗装ガンに電圧を印加する電源と、静電電極に電圧を印加する電源とを別電源としたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の静電塗装装置。
前記静電電極に印加される電圧は、塗装ガンのベルカップから静電電極の設置位置までの距離に応じて変化され、ベルカップから離れるに従って小さく設定されることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の静電塗装装置。