JP2016203162A - 塗装装置及び塗装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 実行塗着効率を向上する。【解決手段】横並びに配置された複数の回転霧化型静電塗装機20で構成された塗装ユニット100を備えた塗装ロボット２と、塗装ユニット100及び塗装ロボット２を制御する塗装制御装置12を有する。ベル26の直径は50mm以下である。各回転霧化型静電塗装機20の塗料吐出量は400cc/min以下である。ベル26とワークの塗装面との塗装距離は50〜150mmに制御される。複数の静電塗装機20の塗料の吐出量は各塗装機20毎に制御される。この塗料の吐出量の制御は塗料吐出の休止を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、一般的には塗装装置及び塗装方法に関し、より詳しくは、塗装装置は、小さな回転霧化型静電塗装機を複数備えた塗装ユニットを含んでいる。
特許文献１は、スプレーパターンを可変に制御可能な回転霧化型静電塗装機を開示している。ここに、スプレーパターンとは、特許文献１に明記しているように、塗装機を停止した状態で塗料を噴霧したときに塗装面に付着した塗料の輪郭形状をいう。
一般的に、塗装品質の均一性を確保するために、塗装面のいずれの箇所でも複数回スプレーパターンを通過させることが行われている。すなわち、何回か塗り重ねを行うことで、塗装品質の均一性を確保している。塗装面の中央部分と縁部分とで塗装品質に差が出ないようにオーバースプレーが行われている。オーバースプレーは、スプレーパターンが塗装面の縁からはみ出した状態で塗料を噴霧する状態を意味している。
特許文献１にも記載があるように、オーバースプレーを行うと次の問題が発生する。（１）静電塗装機が噴霧する塗料のうち塗装面の塗装に関与しない塗料が発生する。つまり廃棄塗料が発生する。（２）塗装面の縁部には静電界の電気力線が集中している。オーバースプレーによって塗装面の縁部に塗料が集中的に付着する。（３）塗装面の周辺に飛散する塗料が増大し、塗装面の周囲を汚染する。
このような問題を解決することを目的として、特許文献１は、上述したスプレーパターンを可変制御することを提案している。自動車ボディを例に説明すると、例えば、ボンネットやルーフのように大きな塗装面に対しては大きなスプレーパターンで塗装を行う。フロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、リアピラー（Ｃピラー）のように幅狭の塗装面に対しては小さなスプレーパターンで塗装を行う。
特開２００４−３０５８７４号公報
ところで、回転霧化型静電塗装機は、回転する霧化頭つまりベルから飛散する塗料粒子をシェーピングエアによって塗装面（ワーク）に差し向け、そして、帯電した塗料粒子を塗装面に静電付着させる。スプレーガンとの対比で、回転霧化型静電塗装機は塗着効率は高いという利点がある。しかし、シェーピングエア及び高回転するベルによる随伴気流によって、塗装機からワークに向けて飛行する塗料粒子の一部が周囲に飛散するという問題を基本的に有している。このことから、自動車ボディに適用された回転霧化型静電塗装機の実行塗着効率は約70％が上限であると認識されている。
ここに実行塗着効率は塗装機メーカが言う塗着効率とは違う。塗装機メーカが言う塗着効率は、塗装機の持つ能力の指標を意味する。塗装機メーカは、規定された垂直平面（ワーク）に対して噴霧した塗料のうちワークに付着した塗料の割合をユーザに伝えるために塗着効率という言葉を使う。
自動車ボディを例に説明すると、ピラーのように幅狭の部位を塗装する場合、オーバースプレーの影響で、噴霧した塗料のうちピラーに付着する塗料の割合が小さくなる。他方、ボンネットなどの広い面を塗装する場合には、ピラーに比べて塗着効率は良い。ユーザが言う塗着効率を塗装機メーカが言う塗着効率から区別するために、ユーザの言う塗着効率は「実行塗着効率」と呼ばれている。自動車ボディの実行塗着効率は60〜70％である。
本発明の目的は、従来、上限と考えられていた約70％の実行塗着効率よりも高い実行塗着効率を実現することのできる塗装装置及び塗装方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、塗料の歩溜まりを改善できる塗装装置及び塗装方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、周囲に飛散する塗料の量を低減して、塗料による周囲の汚染を低減することのできる塗装装置及び塗装方法を提供することにある。
上記の技術的課題は、本発明の一つの観点によれば、
互いに隣接して配置された複数の回転霧化型静電塗装機で構成された塗装ユニットと、
該塗装ユニットを取り付けた塗装マニピュレータと、
前記塗装ユニット及び前記塗装マニピュレータを制御する塗装制御装置とを有し、
前記各回転霧化型静電塗装機の霧化頭の直径が50mm以下であり、
前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が400cc/min以下であり、
前記塗装制御装置により前記霧化頭とワークの塗装面との塗装距離が50〜150mmに制御され、
前記塗装制御装置により前記複数の回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量が各回転霧化型静電塗装機毎に制御され、
該各回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量の制御が、該回転霧化型静電塗装機からの塗料吐出の休止を含む塗装装置を提供することにより達成される。
上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
互いに隣接して配置された複数の回転霧化型静電塗装機で構成された塗装ユニットと、
該塗装ユニットを取り付けた塗装マニピュレータと、
前記塗装ユニット及び前記塗装マニピュレータを制御する塗装制御装置とを有し、
前記各回転霧化型静電塗装機の霧化頭の直径が50mm以下であり、
前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が400cc/min以下であり、
前記塗装制御装置により前記霧化頭とワークの塗装面との塗装距離が50〜150mmに制御され、
前記塗装制御装置により前記複数の回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量が各回転霧化型静電塗装機毎に制御され、
該各回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量の制御が、該回転霧化型静電塗装機からの塗料吐出の休止を含む塗装装置を使った塗装方法であって、
広い塗装面の塗装では、前記複数の回転霧化型静電塗装機の全てから塗料を吐出し、
小さな塗装面の塗装又はオーバースプレーとなる塗装では、前記複数の回転霧化型静電塗装機のうち、オーバースプレーとなる回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出を停止する塗装方法を提供することにより達成される。
本発明によれば、複数の小型の回転霧化型静電塗装機を一つのユニットとして備え、塗装距離を小さくすると共に各静電塗装機の塗料吐出量を400cc/min以下、好ましくは50〜350cc/min、更に好ましくは50〜300cc/minに制限することで、高い実行塗着効率を実現することができる。また、周囲に飛散する塗料の量を低減することができる。
また、小さな塗装面や幅狭の塗装面又は広い塗装面の縁や角隅部などオーバースプレーとなる塗装では、オーバースプレーとなる回転霧化型静電塗装機の塗料吐出を休止させることでオーバースプレーによる塗料の無駄を省くことができる。これにより塗料の歩溜まりを向上できる。
手首部分に実施例の塗装ユニットを組み付けた自動車ボディ用の塗装ロボットを含む塗装システムの全体概要を説明するための図である。 第１実施例に含まれる塗装ユニットの斜視図である。 第１実施例に含まれる塗装ユニットの正面図である。 塗装ユニットを構成する回転霧化型静電塗装機を側面から見た説明図である。 塗装ユニットに含まれる６つの小型静電塗装機の制御系統図である。 自動車ボディを例に広い塗装面（例えばルーフ）と幅狭の塗装面（ピラー）での塗装方法を説明するための図である。 隣接した２つの静電塗装機が作る２つのスプレーパターンの間で発生する問題点を説明するための図である。 第２実施例に含まれる塗装ユニットの正面図であり、図３に対応する図である。
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。下記の実施例は、典型例として、本発明を多関節塗装ロボットに適用した例である。本発明は、塗装ロボットに限らずレシプロケータを含む塗装マニピュレータに適用可能である。
図１は自動車ボディの塗装ラインに設置された塗装ロボット２を示す。塗装ロボット２は、基台４と、基台４の上に配置された垂直アーム６を有する。垂直アーム６は基台４に対して回転可能であり、また、揺動可能である。
塗装ロボット２は、垂直アーム６の自由端つまり上端に配置された水平アーム８を更に有する。水平アーム８は、垂直アーム６に対して揺動可能である。水平アーム８の先端に位置する多関節の手首部分１０に塗装ユニット１００が取り付けられている。塗装ロボット２及び塗装ユニット１００は塗装制御装置１２によって制御される。
図２は塗装ユニット１００の概略図であり、図３は塗装ユニット１００の正面図である。塗装ユニット１００は、同じ構造及び同じ大きさの複数の回転霧化型静電塗装機２０と、これを支持するボックス２２とを有する。すなわち、塗装ユニット１００は、一つのボックス２２で複数の回転霧化型静電塗装機２０を支持した構成を有する。この第１実施例に含まれる塗装ユニット１００は、ボックス２２の長手方向軸線Ａx（図３）上に一列に且つ等間隔に配置された６つの回転霧化型静電塗装機２０で構成されているが、回転霧化型静電塗装機２０の数は２以上、好ましくは３以上、更に好ましくは４以上であるのが良く、回転霧化型静電塗装機２０の数は任意である。
図４は、回転霧化型静電塗装機２０の概要を説明するための図である。静電塗装機２０は、従来から知られている回転霧化型静電塗装機と機構は同じである。すなわち、静電塗装機２０は、従来と同様に、本体２４と回転霧化頭（ベル）２６とを有する。実施例の静電塗装機２０は従来に比べて小型である。ベル２６の直径Ｄは例えば30mmであるが、50mm以下であるのがよく、好ましくは20〜40mmである。
本体２４は、ベル２６に高電圧を供給する高電圧発生器と、ベル２６を回転駆動するエアモータとを有する。ベル２６には、その中心部分に塗料が供給される。塗料をベル２６に供給するセンターフィードチューブを参照符号２８で図示してある。塗料供給量つまり静電塗装機２０の塗料吐出量は、例えばベル２６の直径が50mmの場合には400cc/min以下であるのが良く、数cc/min〜数十cc/minと僅かな量であってもよい。塗料吐出量は50〜400cc/min、好ましくは50〜350cc/min、最も好ましくは50〜300cc/minである。
本体２４の前端面に配置されたエア孔（図示せず）からシェーピングエアＳＡが吐出される。シェーピングエアＳＡによってスプレーパターンが規定される。各静電塗装機２０のシェーピングエアＳＡの吐出量は0（ゼロ）〜200NL/minであり、好ましくは50〜150NL/minである。直径30mmのベル２６を採用したときには、塗料吐出量は300cc/min以下であるのがよく、シェーピングエアＳＡの吐出量は約150NL/minであるのがよい。
再び図１を参照して、図１には、ワークＷは自動車ボディの代わりに縦長のピースが図示されている。これは、塗装ユニット１００の回転霧化型静電塗装機２０のベル２６とワークＷの塗装面３０との間の塗装距離(Sd)を説明するのに分かり易いからである。実施例に含まれる塗装ユニット１００を使って塗装を行うとき、ベル２６（図１では現れていない）と塗装面３０との間の塗装距離(Sd)は50〜150mmである。当業者であれば、この塗装距離(Sd)の数値は従来に比べて極めて小さな値であることに驚くことであろう。ちなみに、自動車ボディの塗装において、従来の一般的な塗装距離(Sd)は200〜300mmである。
上記の説明から分かるように、第１実施例に含まれる塗装ユニット１００の回転霧化型静電塗装機２０は従来に比べて小型である。つまりベル２６の直径が従来に比べて小さい。また、各回転霧化型静電塗装機２０の塗料吐出量も従来に比べて少ないし、また、シェーピングエアＳＡの吐出量も従来に比べて少ない。各回転霧化型静電塗装機２０の塗装距離(Sd)も従来に比べて小さい。
すなわち、第１実施例に含まれる塗装ユニット１００は、塗装を実施するときには、ワークＷの塗装面３０に極めて接近した位置に位置決めされる。シェーピングエアＳＡの吐出量も従来に比べて少ない。そして、一つの超小型の静電塗装機２０が吐出する塗料は従来に比べて少ないが、塗装ユニット１００の全体で従来と同等又はそれ以上の量の塗料を吐出させることができる。
図５は、単一の塗装ユニット１００を構成する複数の回転霧化型静電塗装機２０が個々独立して塗装制御装置１２によって制御可能であることを説明するための図である。図３、図５を参照して、塗装ユニット１００に含まれる例えば６つの各静電塗装機２０つまりNo.１乃至No.６の各静電塗装機２０は、個々独立して、塗装制御装置１２によって、少なくとも塗料の吐出が制御される。勿論、高電圧の印加、シェーピングエアＳＡの吐出も各静電塗装機２０毎に独立して制御するようにしてもよい。
図６は、被塗物（ワーク）Ｗである自動車ボディ４０を上から見た図である。図６において、参照符号４２はボンネットを示す。４４はルーフを示す。４６はトランクリッドを示す。ボンネット４２、ルーフ４４は広い塗装面である。参照符号４８はＡピラー、５０はＢピラー、５２はＣピラーを示す。これらのピラーは幅狭の塗装面である。
図６を参照して自動車ボディ４０の塗装方法を説明する。ボンネット４２などの広い塗装面では、塗装ユニット１００の長手方向軸線Ａx（図３）が塗装ユニット１００の進行方向と直交する状態で位置決めされる。すなわち、複数の静電塗装機２０は横一列に並んだ状態でボンネット４２などの上方に位置決めされ、そして前進する。塗装ユニット１００の移動軌跡を実線で示してある。塗装ユニット１００に含まれる全ての静電塗装機２０から塗料が吐出される。
ボンネット４２の縁や角隅部において、オーバースプレーとなる塗装では、ボンネット４２の縁の外に位置している幾つかの静電塗装機２０は休止状態となり、縁の内側に位置している単数又は複数の静電塗装機２０から塗料が吐出される。
Ａピラー４８などの幅狭の塗装面では、例えば、塗装ユニット１００の長手方向軸線Ａx（図３）が塗装ユニット１００の進行方向と直交又は斜めの状態で位置決めされる。そして、幅狭の塗装面（Ａピラー４８）に対応する例えば１又は２の静電塗装機２０から塗料が吐出され、オーバースプレーとなる他の静電塗装機２０は休止状態となる。
上記の説明から分かるように、広い塗装面では全ての静電塗装機２０から塗料が吐出される。広い塗装面の角隅部や縁では、オーバースプレーになる領域に位置している単数又は複数の静電塗装機２０は休止状態になる。幅狭又は小さな塗装面では、この幅狭又は小さな塗装面を塗装するのに足りる単数又は複数の静電塗装機２０から塗料が吐出され、オーバースプレーになる領域に位置している単数又は複数の静電塗装機２０は休止状態になる。
メタリック塗装は塗装品質を均一にするのが難しい。シェーピングエアＳＡを変化させるとメタリック塗装の品質に違いがでる。実施例の塗装ユニット１００を使った塗装において、全ての静電塗装機２０からシェーピングエアＳＡを吐出させながら、各静電塗装機２０から塗料を吐出する又は吐出しないを制御するのが好ましい。これによりメタリック塗装の品質が不均一になるのを抑制することができる。
上記の説明から分かるように、小型の各静電塗装機２０が従来に比べて塗装面３０に極めて接近した位置に位置決めされ、また、シェーピングエアＳＡの吐出量も従来に比べて少ないため、静電塗装機２０の周囲に飛散する塗料の量を激減させることができる。換言すれば、実行塗着効率を従来に比べて大幅に向上させることができる。
また、ユニットの複数の静電塗装機２０から塗料を吐出する／吐出しないの制御を行うことで、実質的にスプレーパターンの大きさを可変制御することができる。これにより、オーバースプレーによって無駄になる塗料の量を大幅に低減することができる。したがって、塗料の歩溜まりを改善することができる。
図７は隣接する２つの静電塗装機２０が形成するスプレーパターンＳＰを示す。隣接する第１のスプレーパターンＳＰ(1)と第２のスプレーパターンＳＰ(2)との境界領域Ａrbでは、同じ極性に帯電した塗料粒子は互いに反発し合う。その結果、第１、第２のスプレーパターンＳＰ(1)、ＳＰ(2)の境界領域Ａrbは相対的に薄い塗膜になる可能性がある。
図８は第２実施例の塗装ユニット２００を示す。この図８は、前述した図３（第１実施例の塗装ユニット１００）に対応した図である。第２実施例と第１実施例とは複数の回転霧化型静電塗装機２０の配置に違いがある。図８を参照して、第２実施例の塗装ユニット２００は、複数の静電塗装機２０が千鳥状に配置されている。第２実施例の塗装ユニット２００は少なくとも３つの静電塗装機２０を含む。
第２実施例の塗装ユニット２００によれば、例えば長手方向軸線Ａxと直交する方向に塗装ユニット２００を進行させながら塗装を行う場合、横隣りの第１、第２の２つの静電塗装機２０(1)、２０(2)の間に第３の静電塗装機２０(3)が位置する。これにより、第１、第２の静電塗装機２０(1)、２０(2)が作る２つのスプレーパターンの間を第３の静電塗装機２０(3)が作るスプレーパターンで埋めることができる。すなわち、図７を参照して説明した境界領域Ａrbの薄い膜厚を、第３の静電塗装機２０(3)のスプレーパターンで補正することができる。これにより塗装ユニット２００が作る塗膜の厚さの均一性を高めることができる。
２ 多関節塗装ロボット（塗装マニピュレータ）
１０ 塗装ロボットの手首部分
１２ 塗装制御装置
１００ 塗装ユニット
２０ 回転霧化型静電塗装機
２６ 回転霧化頭（ベル）
ＳＡ シェーピングエア
Ｗ ワーク（被塗物）
３０ 塗装面
４０ 自動車ボディ
４２ ボンネット
４４ ルーフ
４６ トランクリッド
４８ フロントピラー（Ａピラー）
５０ センターピラー（Ｂピラー）
５２ リアピラー（Ｃピラー）
Sd 塗装距離

Claims (9)

  1. 互いに隣接して配置された複数の回転霧化型静電塗装機で構成された塗装ユニットと、
    該塗装ユニットを取り付けた塗装マニピュレータと、
    前記塗装ユニット及び前記塗装マニピュレータを制御する塗装制御装置とを有し、
    前記各回転霧化型静電塗装機の霧化頭の直径が50mm以下であり、
    前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が400cc/min以下であり、
    前記塗装制御装置により前記霧化頭とワークの塗装面との塗装距離が50〜150mmに制御され、
    前記塗装制御装置により前記複数の回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量が各回転霧化型静電塗装機毎に制御され、
    該各回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量の制御が、該回転霧化型静電塗装機からの塗料吐出の休止を含む塗装装置。
  2. 前記塗装ユニットに含まれる前記複数の回転霧化型静電塗装機が一列に配置されている、請求項１に記載の塗装装置。
  3. 前記塗装ユニットに含まれる前記複数の回転霧化型静電塗装機が千鳥状に配置されている、請求項１に記載の塗装装置。
  4. 前記霧化頭の直径が20〜40mmである、請求項２又は３に記載の塗装装置。
  5. 前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が50〜350cc/minである、請求項２又は３に記載の塗装装置。
  6. 前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が50〜300cc/minである、請求項２又は３に記載の塗装装置。
  7. 前記各回転霧化型静電塗装機がシェーピングエアを吐出するエア孔を有する、請求項２又は３に記載の塗装装置。
  8. 前記各回転霧化型静電塗装機の前記シェーピングエアの吐出量が50〜150NL/minである、請求項７に記載の塗装装置。
  9. 互いに隣接して配置された複数の回転霧化型静電塗装機で構成された塗装ユニットと、
    該塗装ユニットを取り付けた塗装マニピュレータと、
    前記塗装ユニット及び前記塗装マニピュレータを制御する塗装制御装置とを有し、
    前記各回転霧化型静電塗装機の霧化頭の直径が50mm以下であり、
    前記各回転霧化型静電塗装機の塗料吐出量が400cc/min以下であり、
    前記塗装制御装置により前記霧化頭とワークの塗装面との塗装距離が50〜150mmに制御され、
    前記塗装制御装置により前記複数の回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量が各回転霧化型静電塗装機毎に制御され、
    該各回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出量の制御が、該回転霧化型静電塗装機からの塗料吐出の休止を含む塗装装置を使った塗装方法であって、
    広い塗装面の塗装では、前記複数の回転霧化型静電塗装機の全てから塗料を吐出し、
    小さな塗装面の塗装又はオーバースプレーとなる塗装では、前記複数の回転霧化型静電塗装機のうち、オーバースプレーとなる回転霧化型静電塗装機の塗料の吐出を停止する塗装方法。
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