JP6281910B2 - 塗装方法及び塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンベアなどにより連続的に搬送されてくる自動車ボディその他のワークに対して、各ワークごとに指定された塗色の塗料で塗装する塗装装置に関する。

自動車ボディ等の塗装では、環境保護及び公害防止の観点から塗装工程において大量に発生する揮発性有機溶剤を削減することが要請されており、その対策として、有機溶剤を使用した塗料（塗布材）に替えて水性塗料による塗装が行われている。

水性塗料を無駄なく使用するためには、塗着効率の高い静電塗装機（塗布機）で塗装するのが好ましいが、水性塗料は電気抵抗が低く、塗料供給系を流れる塗料を介して静電塗装機の回転霧化頭とアース側が導通しやすいため、塗料供給系全体に絶縁対策を施して、回転霧化頭に印加される−４５〜９０ｋＶの高電圧がリークするのを防止しなければならない。

このため従来より、塗料を充填したカートリッジを塗装機本体に着脱可能に装着し、塗料供給系と塗装機を物理的に切り離した状態でカートリッジから塗料を圧し出して塗装することにより、水性塗料を静電塗装するために塗装機に高電圧を印加する場合でも、塗料供給系を介した高電圧のリークを防止することが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、この種の塗装機は、個々のカートリッジに異なる塗色の塗料が充填されており、これを共通の塗装機本体に装着して使用するため、色替えするたびに塗装機本体内の塗料流路を洗浄しなければならず、その際に、塗料の無駄を生ずるという問題があった。

図５は、このような従来の塗装機による塗装方法を示す説明図であり、塗装機５１は、先端側に回転霧化頭（塗料霧化機構）５２を備えた塗装機本体５３の後端側にカートリッジ５４が着脱可能に装着されて成る。

塗装機本体５３には、回転霧化頭５２を回転駆動するエアモータ５５が内蔵されると共に、エアモータ５５の管状回転軸５６には先端から回転霧化頭５２内に塗料を吐出する塗料ノズル（塗料流路）５７が挿通され、当該ノズル５７の後端が塗装機本体５３の後端面に開口されるシャッターバルブ５８に接続されている。
シャッターバルブ５８は、カートリッジ５４から供給される塗料と、塗装機本体５３の外周面に形成された洗浄液ポート６０から洗浄液流路６１を介して供給される洗浄液とを、塗料ノズル５７に対して切換供給できるようになっている。

カートリッジ５４の内部空間は、パウチパック（可動壁）６２で形成された塗料バッグ（塗料室）６３と、当該塗料バッグ６３の外側空間の作動液室６４とに仕切られている。
また、塗装機本体５３のシャッターバルブ５８に対向する位置に、塗料バッグ６３から圧し出された塗料を、塗料ノズル５７に流入させる塗料ポート６５が形成され、当該塗料ポート６５には塗装機本体５３に係合されたときに機械的に開弁される塗料バルブ６６が設けられている。
さらに、作動液室６４には塗装機本体５３を経由して外部から作動液を供給する作動液流路６７が接続されており、当該流路６７の塗装機本体５３側及びカートリッジ５４側の接続口には、カートリッジ５４の装着時にのみ開き、取り外した時に閉塞されるコネクタバルブ６８、６９が設けられている。

このような従来の塗装機５１で塗装する場合、図５（ａ）に示すように、ロボットアームなどに取り付けられた塗装機本体５３に、塗料充填済のカートリッジ５４を装着する。
このとき、図５（ｂ）に示すように、コネクタバルブ６８、６９が開いて外部から作動液室６４に至る作動液流路６７が導通され、シャッターバルブ５８が開口された状態で塗料ノズル５７がカートリッジ５４の塗料ポート６５に接続される。
ここで、−４５〜９０ｋＶの高電圧を印加した回転霧化頭５２をエアモータ５５により高速回転駆動させると同時に、作動液流路６７を介して作動液室６４に作動液を供給すると、作動液室６４の内圧が高まって塗料バッグ６３が圧し潰され、塗料バッグ６３から圧し出された塗料が、塗料バルブ６６−塗料ポート６５−塗料ノズル５７を通り回転霧化頭５２に供給され、回転霧化頭５２で微粒化されて静電霧化される。
したがって、ワークを反対極性（例えば、アース電位）に維持することにより、帯電塗料粒子がワーク表面に静電付着して塗装される。

塗装が終了した時点では、図５（ｃ）に示すように、使用済カートリッジ５４は塗料バッグ６３が圧し潰されて塗料が空になっているので、後続のワークについて塗装する場合は充填済カートリッジ５４ａに交換する必要があり、また、前色塗料と異なる次色塗料で塗装する場合には色替洗浄を行う。

この色替洗浄の工程では、図５（ｄ）に示すように使用済みカートリッジ５４を外し、塗料ノズル後端のシャッターバルブ５８が閉じるので、この状態で図５（ｅ）に示すように、洗浄液ポート６０から洗浄液を供給する。
洗浄液は、塗料ノズル５７内を通り回転霧化頭５２から噴霧されるので、これらに残る前色塗料が洗浄除去されることとなり、次色塗料の塗装時にコンタミ（色交じり）を生じないように、前色塗料を洗浄する。
そして、洗浄終了後に、図５（ｆ）に示すように、次色塗料が充填されたカートリッジ５４ａを塗装機本体５３に装着し、後続ワークの到来を待って再び塗装を行う。

このような手順で連続して搬送されるワークに色替塗装する場合、前色塗料の塗装が終了した時点では、塗料ノズル５７内には前色塗料が残塗料として隙間なく充填されているので、色替洗浄することにより塗料ノズル５７内の残塗料がすべて廃棄されることとなり、その分塗料が無駄になるという問題があった。

特開２００６−３３４５４９号公報

そこで本発明は、色替塗装における色替洗浄の際に、塗料流路内に充填されている残塗料を再利用することにより、塗料の無駄を低減することを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、塗料室に塗料を充填したカートリッジを塗料霧化機構が形成された塗装機本体に装着する塗装準備工程と、塗料室を陽圧にしてカートリッジから塗料を圧し出し、塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装する塗装工程と、塗装工程終了後に使用済カートリッジを取り外して、充填済カートリッジを装着して塗装を繰り返し行う塗装方法において、塗装工程終了後、使用済カートリッジを取り外す前に、塗料流路に残る塗料をカートリッジ内に圧し戻す絞出工程を備えたことを特徴とする。

また、塗料室に塗料を充填したカートリッジが、塗料霧化機構を備えた塗装機本体に着脱可能に装着され、塗料室を陽圧にする陽圧生成手段により、カートリッジから圧し出された塗料を塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装し、塗装終了後に使用済カートリッジを取り外して充填済カートリッジを装着し繰り返し塗装を行う塗装装置において、前記塗料流路には、塗装終了後、使用済みカートリッジを取り外す前に、当該塗料流路に残る塗料をカートリッジ内に圧し戻す残塗料絞出機構を備えたことを特徴とする。

本発明の塗装方法によれば、コンベアにより順次搬送されるワークに対して色替塗装を行う際に、塗装準備工程で塗料室に塗料を充填したカートリッジを塗装機本体に装着し、塗装工程で塗料室を陽圧にしてカートリッジから塗料を圧し出し、塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装を行い、塗装終了後、使用済カートリッジを次色塗料が充填された充填済カートリッジに交換して、後続のワークに対し次色塗料の塗装を行う。

そして、塗装工程終了後、使用済カートリッジを取り外す前に、塗料流路を絞って当該流路内の残塗料をカートリッジに圧し戻す絞出工程を備えている。
これにより、塗料流路内の残塗料は使用済カートリッジに戻されて、取り外された後、同色塗料が充填されて充填済みカートリッジとして再利用に供されるので、塗料の無駄が軽減される。

本発明に係る塗装装置を示す説明図。 その要部を示す拡大図。 本発明に係る塗装方法を示す説明図。 その要部を示す説明図。 従来の塗装方法を示す説明図。

本例では、色替塗装における色替洗浄の際に、塗料流路内に充填されている残塗料を再利用することにより、塗料の無駄を低減するという目的を達成するために、塗料室に塗料を充填したカートリッジを塗料霧化機構が形成された塗装機本体に装着する塗装準備工程と、塗料室を陽圧にしてカートリッジから塗料を圧し出し、塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装する塗装工程と、塗装工程終了後に使用済カートリッジを取り外して、充填済カートリッジを装着して塗装を繰り返し行う塗装方法において、塗装工程終了後、使用済カートリッジを取り外す前に、塗料流路に残る塗料をカートリッジ内に圧し戻す絞出工程を備えた。

図１及び図２に示す塗装装置１は、塗装機本体２にカートリッジ３が着脱可能に装着されて成る塗装機４と、これに作動液及びオペレートエアを供給する吐出用作動液供給系５及びオペレートエア供給系６を備えている。

塗装機本体２には、その先端側に塗料を回転霧化する回転霧化頭（塗料霧化機構）１１が取り付けられ、その内部には、回転霧化頭１１を回転駆動するエアモータ１２が内蔵されると共に、回転霧化頭１１内に塗料を吐出する塗料ノズルＮがエアモータ１２の管状回転軸１４に挿通され、当該ノズルＮの後端が塗装機本体２の後端面に開口された塗料流入ポート１５に接続されている。
また、塗料ノズルＮの後端側には、その側面からノズル内に洗浄液を供給する洗浄液バルブ１６が配されており、塗装機本体２の外周面に形成された洗浄液ポート１７が洗浄液流路１８を介して洗浄液バルブ１６に接続されている。

カートリッジ３の内部空間は、パウチパック（可動壁）２１で形成された塗料バッグ（塗料室）２２と、当該塗料バッグ２２の外側空間の作動液室２３とに仕切られている。
また、塗装機本体２の塗料流入ポート１５に対向する位置には、塗料流入ポート１５と接続される塗料流出ポート２４が形成され、当該流出ポート２４には塗装機本体２に形成されたエア配管２５を経由して供給されるオペレートエアにより開閉操作される塗料バルブ２６が設けられている。
さらに、作動液室２３には塗装機本体２を経由して外部から作動液を供給する作動液流路２７が接続されており、当該流路２７の塗装機本体２側及びカートリッジ３側の接続口には、カートリッジ３の装着時にのみ開き、取り外した時に閉塞されるコネクタバルブ２８、２９が設けられている。

吐出用作動液供給系５は、塗料バッグ２２内を陽圧にしてバッグ２２に充填されている塗料を圧し出すための陽圧生成手段であって、具体的には、前記作動液流路２７に連通する作動液配管３１が切換バルブ３２を介して供給配管３３とドレン配管３４に分岐され、往路配管３３に送液ポンプ３５が介装されて成る。
この送液ポンプ３５を運転して、作動液を作動液供給源（図示せず）から作動液室２３に向かって正方向に送液することにより、作動液の圧力が塗料バッグ２２の周囲に作用するので、塗料バッグ２２が潰されて陽圧となり、塗料バッグ２２内の塗料が圧し出され、塗料ノズルＮを通り回転霧化頭１１に供給されて静電霧化される。

塗料ノズルＮは、カートリッジ３に接続される塗料流入ポート１５から回転霧化頭１１に延設される剛性管４１内に、塗料流路となる柔軟管４２が配され、前記剛性管４１と柔軟管４２との間には、流体圧により当該柔軟管４２を圧し潰す絞出室４３が形成されている。
そして、剛性管４１の回転霧化頭側先端部から絞出室４３内に加圧エアなどの加圧流体を供給することにより、前記絞出室４３を先端側から膨らませて塗料流路断面を縮小させる絞出用加圧流体供給系Ｓを備えている。

この絞出用加圧流体供給系Ｓにより流路断面を縮小させることができるように、剛性管４１は、外管４１ａと内管４１ｂからなる二重管に形成され、その隙間が加圧流体の流路４１ｃとなっており、その後端寄りで加圧流体供給流路４４に接続されている。
また、絞出室４３は、回転霧化頭側先端部の流入口４３inが前記流路４１ｃに接続され、剛性管４１の後端側に形成された流出口４３outが加圧流体排出流路４５に接続されている。

この絞出用加圧流体供給系Ｓと塗料ノズルＮにより残塗料絞出機構Ｚが形成され、加圧流体供給路４４から剛性管４１の流路４１ｃに加圧流体を供給すると、剛性管４１の先端側に形成された流入口４３inから絞出室４３に加圧流体が流入して絞出室４３が先端側から膨らんでいき、柔軟管４２が先端側から潰れるので、塗料流路断面が縮小されて、柔軟管４２内の残塗料がカートリッジ３側に圧し戻される。

オペレートエア供給系６は、前記エア配管２５に接続される圧縮エア供給路３６にオンオフバルブ３７が介装され、オンオフバルブ３７が開成されると圧縮エア供給路３６が導通されてオペレートエアが塗料バルブ２６に供給され、塗料バルブ２６を開く。
本例では、塗装を行うときに、作動液を作動液室２３に供給すると同時にオンオフバルブ３７が開成されて、これによって塗料バルブ２６が開かれるので、塗料バッグ２２から圧し出された塗料が回転霧化頭１１に送給される。
また、塗装終了後、塗料ノズルＮの絞出室４３に加圧流体を供給して、柔軟管４２を先端側から圧し潰すときに、オンオフバルブ３７を開成すると、これによって塗料バルブ２６が開かれ、柔軟管４２内の残塗料がカートリッジ３内に圧し戻される。なお、このとき、カートリッジ３の作動液室２３内の作動液を逃がすため吐出用作動液供給系５の切換バルブ３２をドレン配管３４に接続しておく。

以上が本発明に係る塗装装置１であって、次にこれを用いた塗装方法について、図３及び図４を伴って説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、塗料を塗料バッグ２２に充填したカートリッジ３を、ロボットアームなどに取り付けられたが塗装機本体２に装着して塗装機４をセットする塗装準備工程を行う。

次いで、この塗装機４を所定の塗装位置に移動させ、ワークが到来するのを待って、塗装工程を行う。
このとき、図３（ｂ）に示すように、−４５〜９０ｋＶの高電圧を印加した回転霧化頭１１をエアモータ１２により回転駆動させ、吐出用作動液供給系５により作動液を作動液室２３に供給すると同時に、オペレートエア供給系６のオンオフバルブ３７を開成し、塗料バルブ２６を開くと、作動液室２３に供給された作動液の圧力で塗料バッグ２２が圧し潰されて、塗料バッグ２２が陽圧となるので、塗料バッグ２２内の塗料が塗料ノズルＮに圧し出されて、回転霧化頭１１に供給されて霧化され、帯電した塗料粒子が反対極性（アース電位）に維持されたワークに静電塗装される。

塗装工程を終了するときは、作動液の供給を停止すると同時に塗料バルブ２６を閉じれば、塗料ノズルＮへ塗料供給が停止されるので、回転霧化頭１１からの塗料噴霧も停止される。
塗装が終了した時点では、塗料バッグ２２は、例えば図３（ｃ）に示すようにつぶれた状態となっており、塗料ノズルＮは、図４（ａ）に示すように塗料が詰まった状態となっている。

塗装工程が終了すると、使用済カートリッジ３を外して、次のワークの塗色の塗料が充填されているカートリッジ３Ｎに交換する。
ここで、使用済カートリッジ３を外す前に、カートリッジ３に圧し戻す絞出工程を実行し、図３（ｄ）に示すように塗料ノズルＮ内の塗料を絞り出す。

この絞出工程は、具体的には、塗装機４を所定の洗浄位置まで移動するまでに、塗料バルブ２６を開き、吐出用作動液供給系５の切換バルブ３２をドレン配管３４に接続した状態で、絞出用加圧流体供給系Ｓから塗料ノズルＮに加圧流体を供給する。
これにより、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、剛性管４１の流路４１ｃを通って、先端側から絞出室４３に加圧流体が流入し、これによって、絞出室４３がノズル先端側から膨らんで、柔軟管４２が先端側から潰れて、柔軟管４２内の残塗料が絞り出されて、塗料ノズルＮ内の残塗料は、殆んどがカートリッジ３の塗料室２２に圧し戻される。

絞出工程終了後、図３（ｅ）に示す洗浄工程が行われ、塗料ノズルＮ及び回転霧化頭１１に付着している塗料を除去する洗浄工程が行われる。
洗浄工程は、所定の洗浄位置に位置決めされた塗装機４の洗浄液ポート１７に洗浄液コネクタ（図示せず）を接続して洗浄液を供給し、塗装機本体２の洗浄機バルブ１６を開くと、図４（ｄ）に示すように、塗料ノズルＮの後端部から洗浄液が供給されて、塗料ノズルＮから回転霧化頭１１に至る間に付着している塗料が洗浄除去される。
このとき、絞出用加圧流体供給系Ｓの加圧流体供給流路４４及び加圧流体排出流路４５の双方とも大気に開放（液体の場合はドレンに接続）することにより、絞出室４３内に充填された加圧流体を容易に排出させることができるので、柔軟管４２が洗浄液の液圧により元通りに膨らんで剛性管４１の内壁に密着する。

そして、洗浄工程終了した後、図３（ｆ）に示すように、所定のカートリッジ脱着位置に移動して、使用済カートリッジ３を取り外し、次に到来するワークの塗色塗料が充填された充填済カートリッジ３Ｎを装着する塗装準備工程を行って、塗装工程に移行し、繰り返し塗装を行う。

このようにすれば、カートリッジ３を交換する直前に、塗料ノズルＮ内の残塗料がカートリッジ３に回収されて、再利用に供されるので塗料の無駄が軽減される。

本発明は、コンベアなどにより搬送されてくるワークに対し、異なる色の塗料を色替塗装する塗装装置の用途に適用し得る。

１ 塗装装置
２ 塗装機本体
３ カートリッジ
４ 塗装機
５ 吐出用作動液供給系
６ オペレートエア供給系
１１ 回転霧化頭（塗料霧化機構）
１２ エアモータ
Ｎ 塗料ノズル
１４ 管状回転軸
２１ パウチパック（可動壁）
２２ 塗料バッグ（塗料室）
２３ 作動液室
４１ 剛性管
４２ 柔軟管
４３ 絞出室
４４ 加圧流体供給流路
４５ 加圧流体排出流路
Ｓ 絞出用加圧流体供給系
Ｚ 残塗料絞出機構

Claims (8)

1. 塗料室に塗料を充填したカートリッジを塗料霧化機構が形成された塗装機本体に装着する塗装準備工程と、
   塗料室を陽圧にしてカートリッジから塗料を圧し出し、塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装する塗装工程と、
   塗装工程終了後に使用済カートリッジを取り外して、充填済カートリッジを装着して塗装を繰り返し行う塗装方法において、
   塗装工程終了後、使用済カートリッジを取り外す前に、塗料流路に残る塗料をカートリッジ内に圧し戻す絞出工程を備えたことを特徴とする塗装方法。
2. 前記カートリッジから回転霧化機構に至る剛性管内に前記塗料流路となる柔軟管が挿通されると共に、前記剛性管と柔軟管との間に絞出室が形成されて成り、
   前記絞出工程は、剛性管の回転霧化頭側先端部から絞出室内に加圧流体を供給し、前記絞出室を先端側から膨らませることにより塗料流路断面を縮小させて、残塗料を絞り出す請求項１記載の塗装方法。
3. 前記絞出工程において、加圧流体を前記絞出室内の回転霧化頭側先端部から流入させ、カートリッジ側後端部から流出されるように供給する請求項２記載の塗装方法。
4. 前記吸引工程終了後、使用済みカートリッジを取り外す前に、塗料流路を洗浄する洗浄工程を備えた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の塗装方法。
5. 塗料室に塗料を充填したカートリッジが、塗料霧化機構を備えた塗装機本体に着脱可能に装着され、
   塗料室を陽圧にする陽圧生成手段により、カートリッジから圧し出された塗料を塗装機本体に形成された塗料流路を通って塗料霧化機構に送給して塗装し、
   塗装終了後に使用済カートリッジを取り外して充填済カートリッジを装着し繰り返し塗装を行う塗装装置において、
   前記塗料流路には、塗装終了後、使用済みカートリッジを取り外す前に、当該塗料流路に残る塗料をカートリッジ内に圧し戻す残塗料絞出機構を備えたことを特徴とする塗装装置。
6. 残塗料絞出機構は、カートリッジから回転霧化機構に至る剛性管内に前記塗料流路となる柔軟管が挿通されると共に、前記剛性管と柔軟管との間には加圧流体の流体圧により当該柔軟管を圧し潰す絞出室が形成され、
   剛性管の回転霧化頭側先端部から絞出室内に加圧流体を供給することにより、前記絞出室を先端側から膨らませて塗料流路断面を縮小させる加圧流体供給系を備えた請求項５記載の塗装装置。
7. 前記絞出室の回転霧化頭側先端部に加圧流体の流入口が形成され、カートリッジ側後端部に加圧流体の流出口が形成された請求項６記載の塗装装置。
8. 前記カートリッジを装着したままの状態で、前記塗料流路を洗浄する洗浄液供給手段を備えた請求項５乃至７のいずれか一項に記載の塗装装置。

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