JP5633990B2 - 静電塗装装置 - Google Patents
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水性塗料等の導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合、従来から一般的に採用されている塗装ガンに高電圧を印加するタイプの静電塗装装置では、塗料を介して塗料の供給経路等に電流がリークしてしまうため、静電塗装が成立せず、従来の静電塗装装置をそのまま使用することができなかった。
外部電極を有する静電塗装装置では、塗装ガンと外部電極を電気的に絶縁しており、外部電極と被塗物との間で電界を形成するとともに、噴霧された塗料粒子に外部電極から放出された負の電荷(電子)を与えることによって、塗料粒子を帯電させて、静電塗装を成立させるようにしている。
そして、導電性塗料を使用する静電塗装装置の改良を図るべく、種々の技術が検討されており、例えば、以下に示す特許文献1にその技術が開示され公知となっている。
このような静電塗装装置を用いることによって、針状電極に印加する電圧を低く抑えることができるため、塗装機と針状電極の保持すべき絶縁距離を小さくすることができ、針状電極から塗装機に電流がリークしにくい構成としている。
このため、導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合には、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して、塗料の塗着効率が悪くなるという問題があった。尚、ここでいう「塗着効率」とは、噴霧した塗料量に対する被塗物に塗着した塗料量の比を示す値である。
まず始めに、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第一の実施形態について、図1〜図3を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置1は、水性塗料を使用して、被塗物たるワーク2に静電塗装を行うための装置であって、ロボット3、塗装ガン4、高電圧発生装置5、外部電極6・6・・・、制御装置10等からなる構成としている。ここで、ワーク2は接地(アースGに接続)されており、電位を「0」としている。
尚、本実施形態では、水性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置1を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置において使用する塗料を水性塗料に限定するものではなく、導電性を有する塗料全般を使用することが可能である。
尚、本実施形態では、静電塗装装置1を構成するロボット3が多関節型ロボットである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成するロボットの態様をこれに限定するものではない。
塗装ガン4は、ベルカップ4aをエアモータ等の駆動手段(図示せず)により回転させて、ベルカップ4aの内面に展延させた液状の塗料を遠心力により微粒化させることができる回転霧化型の塗装装置である。
また、ガン本体4bには、塗料を供給するための手段である塗料配管(図示せず)や、シェーピングエアを供給するための手段であるエア配管(図示せず)等、もさらに接続されている。
尚、以下の説明では、高電圧発生装置5により印加する静電高電圧の値を電圧Vとして規定し、電圧Vを印加したときに生じる放電電流の値を電流Iとして規定する。また、放電電流Iが流れることによって形成される静電界を電界Eとして規定する。また、以下の説明では、発生させる静電高電圧の極性が負である場合を例示して説明をする。
高電圧発生装置5によって、針状電極7に負の電圧Vを印加すると、針状電極7からアースGに接地された(即ち、電位が0Vである)ワーク2に向けて放電電流Iが流れる。
そして、針状電極7からワーク2に向かって電位の勾配を有する静電界たる電界Eが形成され、この電界Eを利用して、ワーク2に対する静電塗装を行うことができる。
凹部8bは、軸心方向の最も凹んだ部位である底部8cと、凹部8bの底部8cから一端部8aに至るまでの外殻を形成する周縁部8d、により形成される。
このような構成により、凹部8bは、針状電極7からワーク2に向けて形成される電界Eを阻害せず、かつ、針状電極7から塗装ガン4(より詳しくは、ベルカップ4a)に向かう電界を形成させないように阻害する構成としている。
制御装置10は、高電圧発生装置5によって発生させる静電高電圧(即ち、電圧V)をコントロールするための装置である。
静電塗装装置1は、制御装置10から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置5によって発生させる電圧Vを制御する構成としている。
図3に示す如く、静電塗装装置1では、高電圧発生装置5により針状電極7に電圧Vを印加すると、保持部8の凹部8bに内包されている先端部7aからワーク2に向けて、放電電流Iが流れるとともに、塗装ガン4からワーク2に向けて噴霧される塗料の周囲に電界Eが形成される。電界Eは、例えば、図3に示すような電気力線として表される。
このため、先端部7aからベルカップ4aに向けて放電電流が生じることがなく、電界を生じることもない。
このため、針状電極7に印加した電圧Vは、ベルカップ4aからのリーク電流を生じることなく、先端部7aとワーク2の間に電界Eを形成することに費やされるため、電圧Vを高めることによって、確実に電界Eの強度を高めることができる。
ワーク2と針状電極7の間に形成される電界Eの強度が増大すると、塗料粒子xが電界Eから取得する負の電荷(電子)が増えるため、塗料粒子xの帯電量qも増大する。
このため、塗料粒子xは、電界Eの強度の増大および帯電量qの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Fが作用するため、ワーク2により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
このような構成により、外部電極6とベルカップ4aの間で電界が形成されることを防止でき、外部電極6に対して印加する電圧Vを高めて、外部電極6とワーク2との間で形成する電界Eの強度を高めることができる。これにより、塗料の帯電量qおよび塗料に作用するクーロン力Fを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
このような構成により、先端部7aとベルカップ4aの間を遮蔽する遮蔽部を容易に形成することができる。
図4(a)に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第二の実施形態である静電塗装装置11は、塗装ガン14を備えており、塗装ガン14は、ベルカップ14a、ガン本体14b等を備えている。
ベルカップ14aは、樹脂等の絶縁体により構成しており、この点で、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置1と相違している。尚、ベルカップ14a以外のその他の構成は静電塗装装置1と共通であるため、説明は省略する。
このため、ベルカップ4aから噴霧される塗料粒子xは、外部電極6から放出される負の電荷の影響により、ベルカップ4aから離れるときに誘導帯電が生じるため、ベルカップ4aから噴霧された直後の塗料粒子xは、一旦正極側に帯電される。
そしてその後、外部電極6から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子xには次々と負の電荷が付与され、帯電量が一旦「0」となり、その後、負極側に帯電される。
このため、ベルカップ14aから噴霧される塗料粒子xは、ベルカップ14aから離れるときに誘導帯電が生じないため、ベルカップ14aから噴霧された直後の塗料粒子xの帯電量は「0」となっている。
そしてその後、外部電極6から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子xには次々と負の電荷が付与され、ベルカップ14aから噴霧された直後から、塗料粒子xは負極側に帯電される。
つまり、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置11では、塗料粒子xの帯電量qを増大させることができるため、塗着効率の向上を図ることができる。
このような構成により、塗料粒子xの帯電量qを増大させることができる。これにより、塗料粒子xに作用するクーロン力Fを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
図5に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第三の実施形態である静電塗装装置21は、制御装置30を備えている。
制御装置30は、高電圧発生装置5によって発生させる静電高電圧(即ち、電圧V)をパルス状に変化させることができる制御装置であり、この点において、本発明に係る静電塗装装置の第一および第二の実施形態に係る各静電塗装装置1・11が備える制御装置10と相違している。尚、制御装置30以外のその他の構成は静電塗装装置1と共通であるため、説明は省略する。
静電塗装装置21では、制御装置30から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置5によって発生させる電圧Vをパルス状に切り換える構成としている。
尚、ここで言う「パルス状」とは、最大値か最小値のどちらかをとるように周期的に振幅が変化する状態を言い、矩形波状や正弦波状の変化等を含む概念である。
また、ここで言う「パルス条件」とは、パルス波形を決定するための各要素であって、振幅(電圧差)とパルス周期(パルス幅およびパルス間隔)を含んでいる。
また、制御装置30には、ワーク2の仕様や塗装条件(使用する塗料の種類、噴霧量、等の各種条件)に係る情報が予め記憶されており、ワーク2の仕様や塗装条件に係る情報と塗装ガン4の動作状態を示す信号に基づいて、制御装置30によって、静電塗装状況を判断するとともに、そのときの最適なパルス条件をリアルタイムで演算して求める構成としている。
そして、制御装置30は、リアルタイムで求めたそのときの最適なパルス条件に係る指令信号を、高電圧発生装置5に出力する構成としている。
図6(a)に示す如く、静電塗装を行う場合において、針状電極7に印加する電圧として従来から一般的に採用されてきた第一の電圧Vを電圧V1として規定し、電圧V1を定常的に印加したときに生じる放電電流Iの値を電流I1と規定する。また、針状電極7に印加する電圧として従来から一般的に採用されている電圧V1に比して低い第二の電圧Vを電圧V2として規定し、電圧V2を定常的に印加したときに生じる放電電流Iの値を電流I2と規定する。
そして、電圧V1を印加するときと電圧V2を印加するときの各放電電流I1・I2の差をΔI(即ち、ΔI=I1−I2)と規定する。
また、パルス状に各電圧V1・V2を切り換えて印加すると、このときに生じる放電電流Iは尖鋭部を有する略三角波のパルス状に変化する。そして、このとき生じる放電電流Iのピーク値をピーク電流I3として規定する。
即ち、静電塗装装置21により静電塗装を行えば、高電圧発生装置5により発生させる電圧Vの値は従来と同じ各電圧V1・V2としながら、より高い放電電流I(ピーク電流I3)を得ることが可能になる。
ここで、各電圧V1・V2をパルス状に印加するときの放電電流Iの差をΔIp(即ち、ΔIp=I3−I2)として規定する。
図7に示す如く、高電圧発生装置5により、従来のように定常的な電圧V1を針状電極7に印加する(図6(a)参照)と、ワーク2と針状電極7の間で、図7(a)に示すような電気力線で表される電界E1が形成される。尚、電気力線の間隔がより密になっている部分においては、電界E1の強度がより強くなっている。
尚、ここで言う「電界の範囲」とは、塗料を塗着させるために必要なクーロン力Fを付与し得る強度を有する電界の範囲を意味しており、電界が存在する範囲を意味しているものではない。
印加電圧が低い(例えば、電圧V2を印加する)場合、電界E1の有効範囲W1に比してさらに電界E2の有効範囲W2が狭くなっている。また電界E2では、電気力線の間隔が、電界E1の電気力線の間隔に比してより疎になっており、電界E2の強度は電界E1に比して弱くなっている。
電界E3の有効範囲W3は、電界E1の有効範囲W1に比して、さらに広範囲となっている。また電界E3では、電気力線の間隔が、電界E1の電気力線の間隔に比してより密になっており、電界E3の強度は、電界E1に比してより高くなっている。
つまり、静電塗装装置21では、制御装置30によって、パルス条件(即ち、パルス幅t1、パルス間隔t2、振幅ΔV)を変更することによって、電界E3の強度や有効範囲W3を調整するようにしている。
このため、電界E3を通過して塗着される塗料粒子xには、電界Eの強度の増大および帯電量qの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Fが作用するため、ワーク2により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
このような構成により、外部電極6とワーク2との間で形成する電界Eの強度を高めることができる。
2 ワーク
4 塗装ガン
4a ベルカップ(霧化部)
6 外部電極
7 針状電極
7a 先端部
8 保持部
8b 凹部
8d 周縁部(遮蔽部)
10 制御装置
11 静電塗装装置(第二の実施形態)
14 塗装ガン
14a ベルカップ(霧化部)
21 静電塗装装置(第三の実施形態)
30 制御装置
Claims (3)
- 塗料を霧化させるための霧化部を有する塗装ガンと、
被塗物との間で電界を形成する針状電極を有する外部電極と、
前記針状電極に高電圧を印加する高電圧発生装置と、
該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、
前記針状電極の先端部と前記塗装ガンの間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部と、
を備え、
導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、
前記外部電極は、
前記針状電極を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部を備え、
該保持部には、
凹状の窪みである凹部を形成し、
前記保持部に内蔵する前記針状電極の先端部を、前記凹部に包含されるように前記凹部の奥まった位置に露出させ、
前記遮蔽部を、
前記凹部の外殻により形成する、
ことを特徴とする静電塗装装置。 - 前記塗装ガンの霧化部を、
絶縁体で構成する、
ことを特徴とする請求項1記載の静電塗装装置。 - 前記制御装置は、
前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、
前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とする、
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の静電塗装装置。
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