特開 2024-85622 塗装装置および塗装方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085622

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】塗装装置および塗装方法

(51)【国際特許分類】

   B05B 5/025 20060101AFI20240620BHJP

   B05B 5/16 20060101ALI20240620BHJP

   B05B 1/06 20060101ALI20240620BHJP

   B05D 5/12 20060101ALI20240620BHJP

   B05D 1/04 20060101ALI20240620BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

B05B5/025 A

B05B5/16

B05B1/06

B05D5/12 B

B05D1/04 A

B05D3/00 B

B05D3/00 D

B05D1/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200228

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000149790

【氏名又は名称】株式会社大気社

(71)【出願人】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 敬二

(72)【発明者】

【氏名】野田 祥吾

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 幸也

(72)【発明者】

【氏名】赤荻 隆斗

(72)【発明者】

【氏名】谷川 達也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 洋平

(72)【発明者】

【氏名】岡村 碧依

【テーマコード（参考）】

4D075

4F033

4F034

【Ｆターム（参考）】

4D075AA01

4D075AA09

4D075AA37

4D075AA71

4D075AA76

4D075AA78

4D075AA87

4D075CA22

4D075CA47

4D075CA48

4D075EA05

4F033AA01

4F033BA03

4F033DA05

4F033EA01

4F033GA10

4F033GA11

4F033NA01

4F034AA03

4F034BA07

4F034BB04

4F034BB13

4F034BB14

4F034BB21

(57)【要約】

【課題】被塗物および導電体の位置のずれが塗装品質に影響しにくい塗装装置および塗装方法を実現する。
【解決手段】電気抵抗率が２０ＭΩ・ｃｍ以下である塗料を電場の作用によって霧化する塗装装置１Ａであって、電圧が印加されているノズル２１と、塗料が流通する流通路２３と、供給される電流を測定する測定部４２と、測定部の測定値に基づいてノズル２１に印加される電圧を制御する制御部５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気抵抗率が２０ＭΩ・ｃｍ以下である塗料を電場の作用によって霧化する塗装装置であって、
電圧が印加されているノズルと、
前記塗料が流通する流通路と、
供給される電流を測定する測定部と、
前記測定部の測定値に基づいて前記ノズルに印加される電圧を制御する制御部と、を備える塗装装置。

【請求項2】

前記流通路の少なくとも一部が螺旋状である請求項１に記載の塗装装置。

【請求項3】

前記流通路の少なくとも一部の内径が０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１に記載の塗装装置。

【請求項4】

前記ノズルの接地抵抗が２５ＧΩ以上である請求項２または３に記載の塗装装置。

【請求項5】

前記測定部が、前記流通路を流れる電流をさらに測定する請求項１に記載の塗装装置。

【請求項6】

電気抵抗率が２０ＭΩ・ｃｍ以下である塗料を電場の作用によって霧化する塗装方法であって、
供給される電流を測定することと、
前記電流の測定値に基づいて、前記塗料を吐出するノズルに印加される電圧を制御することと、を含む塗装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塗装装置および塗装方法に関する。

【背景技術】

【0002】

静電霧化塗装は、帯電したノズルと当該ノズルに対向して設けられる導電体との間に形成される電場の作用によって塗料を微細な液滴にして、これを被塗物に噴霧する塗装方法である。

【0003】

たとえば特開２０１８－８２５３号公報（特許文献１）には、静電塗装方式の塗装を行う際に用いられる静電噴霧装置が開示されている。特許文献１の静電噴霧装置によれば、液体の噴霧方向によらず、各ノズルからの液体の噴霧量のばらつきを低減することができる。

【0004】

静電霧化塗装において均一な塗装を実現するためには、塗料粒子の粒径を均一化することが有効であり、そのためにはノズルと導電体との間に形成される電場が均一になるようにノズルを制御する必要がある。電場の強さは正負両極間の距離と印加電圧との関数であるので、ノズルと導電体との距離に応じてノズルに印加される電圧を制御すれば、電場の強さを一定に保つことができる。典型的には、産業用ロボットの先端に装着されたノズルを被塗物の形状に沿ってあらかじめ設定された経路で動かしながら、当該経路上の各点におけるノズルと導電体との距離に応じてノズルに印加される電圧を制御することによって、塗料の粒径を均一化している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－８２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、被塗物および導電体が予定された位置にない場合は、上記の制御にずれが生じることになる。たとえば、被塗物および導電体が、予定された位置に比べてノズルの経路に遠い位置にある場合は、ノズルと導電体の距離の割に低い電圧が印加されることになり、電場の強さが予定より弱くなる。すなわち、被塗物および導電体の位置のずれが、塗料の粒径の均一化を阻害し、ひいては塗装品質の低下を招く場合があった。

【0007】

そこで、被塗物および導電体の位置のずれが塗装品質に影響しにくい塗装装置および塗装方法の実現が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る塗装装置は、電気抵抗率が２０ＭΩ・ｃｍ以下である塗料を電場の作用によって霧化する塗装装置であって、電圧が印加されているノズルと、前記塗料が流通する流通路と、供給される電流を測定する測定部と、前記測定部の測定値に基づいて前記ノズルに印加される電圧を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

【0009】

本発明に係る塗装方法は、電気抵抗率が２０ＭΩ・ｃｍ以下である塗料を電場の作用によって霧化する塗装方法であって、供給される電流を測定することと、前記電流の測定値に基づいて、前記塗料を吐出するノズルに印加される電圧を制御することと、を含むことを特徴とする。

【0010】

これらの構成によれば、電流の測定およびこれに基づく電圧の制御を通じて、ノズルと導電体との相対位置関係のずれに起因する電場の不均一を抑制できる。そのため、被塗物および導電体の位置のずれが塗装品質に影響しにくい。

【0011】

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第一の実施形態に係る塗装装置の断面図である。

【図2】第一の実施形態に係る塗装装置の構成要素を示すブロック図である。

【図3】第一の実施形態に係る塗装装置の使用状態を示す模式図である。

【図4】第二の実施形態に係る塗装装置の断面図である。

【図5】第三の実施形態に係る塗装装置の断面図である。

【図6】第三の実施形態に係る塗装装置の構成要素を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明に係る塗装装置および塗装方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0014】

〔第一の実施形態〕
以下では、本発明に係る塗装装置を、静電霧化塗装に供される塗装装置１Ａおよびこれを用いる塗装方法に適用した例について説明する。

【0015】

（塗装装置の構成）
第一の実施形態に係る塗装装置１Ａは、ノズルヘッド２と、塗装ロボット（不図示）の作業アームに連結された本体部３と、電源装置４と、制御装置５（制御部の一例である。）と、を備える（図１、図２）。

【0016】

ノズルヘッド２は、電圧が印加されているノズル２１と、ノズル２１の基端が接続されている塗料室２２と、本体部３を介して塗料供給源（不図示）と連通する流通路２３（２３ａ、２３ｂ）と、を有する。ノズル２１は複数設けられており、本実施形態では直線状に配列されている。塗料室２２は、塗料供給源から供給された塗料を複数のノズル２１に分配する役割を果たす部材であり、本実施形態では略直方体状の空間として設けられている。流通路２３は二つ設けられており、一方の流通路２３ａは塗料供給源から塗料室２２に供給される塗料の流路（以下「往路」と称する場合がある。）の一部であり、他方の流通路２３ｂは塗料室２２から塗料供給源に返送される塗料の流路（以下「復路」と称する場合がある。）の一部である。なお、ノズルヘッド２にはこれらの他に、各ノズル２１を開閉する開閉弁装置Ｖなどの構成要素が含まれうる。

【0017】

ノズル２１に印加される電圧は、電源装置４の出力に依存する。電源装置の出力は、制御装置５によって制御される。なお、ノズル２１と電源装置４とを電気的に接続する経路を除いて、塗装装置１Ａの各部は絶縁する意図で設計されており、少なくとも積極的に導電可能に構成されてはいない。

【0018】

本体部３は、ノズルヘッド２と塗料供給源（不図示）とを連絡する流通路３１（３１ａ、３１ｂ）と、流通路３１（３１ａ、３１ｂ）における塗料の流通を制御する制御弁３２（３２ａ、３２ｂ）と、を有する。流通路３１および制御弁３２のうち、流通路３１ａおよび制御弁３２ａはノズルヘッド２の流通路２３ａと同様に塗料の往路であり、流通路３１ｂおよび制御弁３２ｂはノズルヘッド２の流通路２３ｂと同様に塗料の復路である。したがって制御弁３２ａは塗料室２２に供給される塗料の流通を制御するものであり、制御弁３２ｂは塗料供給源に返送される塗料の流通を制御するものである。なお、制御弁３２（３２ａ、３２ｂ）の動作は、制御装置５によって制御される。

【0019】

流通路３１（３１ａ、３１ｂ）は、螺旋状に設けられている。したがって流通路３１（３１ａ、３１ｂ）の長さは、本体部３の基端側と先端側とを直線的に接続する場合に比べてその延長距離が長くなっている。なお、本体部３の基端側とは、塗装ロボット（不図示）の作業アームに連結される側をいい、図１において紙面下側に位置する側である。また、本体部３の先端側とは、ノズルヘッド２に連結される側をいい、図１において紙面上側に位置する側である。

【0020】

流通路２３（２３ａ、２３ｂ）および流通路３１（３１ａ、３１ｂ）を構成する材料としては、絶縁性に優れる材料を使用する観点から、樹脂材料が好適である。かかる樹脂材料としては、フッ素樹脂、ナイロン樹脂などが例示されるが、これらに限定されない。なお、流通路２３ａ、流通路２３ｂ、流通路３１ａ、および流通路３１ｂを構成する材料について、それぞれ独立に選択できる。

【0021】

電源装置４としては、公知の電源装置を使用できる。電源装置４は、その運転状態に係る測定値を測定し、かつ、制御装置５に入力できる。具体的には、電源装置４は、ノズルヘッド２（ノズル２１）に印加している電圧を測定する電圧計４１と、ノズルヘッド２に流れる電流を測定する電流計４２（測定部の一例である。）と、ノズルヘッド２に電圧を供給する電源部４３と、を備える（図２）。

【0022】

制御装置５としては、コンピュータなどの公知の制御装置を使用できる。制御装置は、電流計４２の測定値に基づいて電源装置４の出力（ノズル２１に印加される電圧）を制御する。なお、制御装置５が、塗装ロボットの制御などの他の機能を有していてもよい。

【0023】

（塗装の原理および塗装の制御）
塗装装置１Ａは、塗料を吐出するノズル２１と、ノズル２１に対向して設けられる導電体Ｃと、の間に形成される電場の作用によって塗料を霧化する塗装装置である（図３）。電圧が印加されているノズル２１と、接地接続されている導電体Ｃと、の間に電場が形成されるとともに、塗料がノズル２１と同じ極性に帯電することで、塗料が導電体Ｃに引き寄せられる作用が生じる。また、ノズル２１を離れた塗料の液滴Ｐが帯電していることから、液滴Ｐ同士の間に反発力が生じて合一が防止されるので、微細な液滴Ｐが実現される。

【0024】

微細な液滴Ｐとなった塗料は、電場の作用によって導電体Ｃに引き寄せられて飛翔し、被塗物Ｗに付着する。被塗物Ｗは接地接続しており、塗料の液滴Ｐが有する電荷は被塗物Ｗの接地点を通じて大地に流れる。以上の動作により、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に、液滴Ｐを媒体として電流が流れることになる。換言すれば、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流の大きさが一定になるように塗装装置１Ａを制御すれば、形成される塗料の液滴Ｐの大きさや吐出速度などが一定になることが期待できる。このことは、塗装品質の安定化に資する。したがって、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流の大きさを特定することが求められる。

【0025】

前述の通り、ノズル２１と電源装置４とを電気的に接続する経路を除いて、塗装装置１Ａの各部は絶縁する意図で設計されている。そのため、少なくとも設計上は、塗装装置１Ａに供給される電流と、液滴Ｐを媒体としてノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流と、が一致する。ただし、意図されてない電流として、塗料の流通経路（流通路２３、流通路３１）を介して塗料供給源に流れる電流（以下、漏洩電流という。）が発生しうる。すなわち、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流は、電流計４２の測定値から漏洩電流を差し引いた分になるため、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流を正しく特定するためには漏洩電流の特定が必要である。

【0026】

本実施形態では、漏洩電流を特定することに替えて、漏洩電流を無視しうる水準に抑制し、電流計４２の測定値とノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流とが一致するとして取り扱えるようにしてある。具体的には、流通路３１（３１ａ、３１ｂ）を螺旋状としてその延長距離を長くすることにより、塗料の流通経路の抵抗を大きくしてあり、これによってノズル２１の接地抵抗が２５ＧΩ以上になるため、漏洩電流が無視しうる水準に抑制されるのである。したがって本実施形態では、電流計４２の測定値がノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流を表しており、当該測定値が一定になるように電源装置４の出力を制御すれば、塗料の液滴Ｐの大きさや吐出速度などを一定にできる。

【0027】

なお、上記では被塗物Ｗが絶縁体である場合を例として説明したが、導電体を被塗物とすることも可能である。被塗物Ｗが導電体である場合は、被塗物Ｗ自身がノズル２１との間に電場を形成する役割を果たすため、別体の導電体Ｃを設ける必要がない。この点は、以降の実施形態についても同様である。

【0028】

〔第二の実施形態〕
第二の実施形態に係る塗装装置１Ｂでは、第一の実施形態における流通路３１（３１ａ、３１ｂ）に替えて、直線状の流通路３３（３３ａ、３３ｂ）が設けられている（図４）。ただし流通路３３（３３ａ、３３ｂ）の内径は０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、この種の塗装装置において塗料の流通路として使用される配管に比べて細いものが用いられている。流通路３３（３３ａ、３３ｂ）を細くすることによって塗料の流通経路の抵抗を大きくしてあり、これによってノズル２１の接地抵抗が２５ＧΩ以上になるため、第一の実施形態と同様に、漏洩電流が無視しうる水準に抑制される。

【0029】

流通路３３（３３ａ、３３ｂ）の内径が１ｍｍ以下であると、ノズル２１の接地抵抗が十分に大きくなりやすく、漏洩電流を抑制しやすい。一方、流通路３３（３３ａ、３３ｂ）の内径が１ｍｍ以上であると、ノズル２１に塗料を円滑に供給しやすい。

【0030】

なお、その他の構成要素は第一の実施形態と同様である。

【0031】

〔第三の実施形態〕
第三の実施形態に係る塗装装置１Ｃでは、第一の実施形態における流通路３１（３１ａ、３１ｂ）に替えて、直線状の流通路３４（３４ａ、３４ｂ）が設けられている（図５）。流通路３４（３４ａ、３４ｂ）として、この種の塗装装置において塗料の流通路として一般的に使用される寸法帯のものが使用されている。したがって第三の実施形態では、第一および第二の実施形態で見られたような、漏洩電流が無視しうる水準に抑制される効果を期待しにくい。

【0032】

そこで第三の実施形態では、第一および第二の実施形態と同様に設けられている電流計４２に加えて、流通路３４を流れる電流（漏洩電流）を測定する第二の電流計４４（測定部の一例である。）が設けられている（図６）。すなわち、ノズルヘッド２に供給される電流の総量を表す電流計４２の測定値から、漏洩電流を表す電流計４４の測定値を差し引けば、ノズル２１と被塗物Ｗとの間に流れる電流を特定できる。したがって、電流計４２の測定値と電流計４４の測定値との差が一定になるように電源装置４の出力を制御すれば、塗料の液滴Ｐの大きさや吐出速度などを一定にできる。

【0033】

なお、その他の構成要素は第一の実施形態と同様である。

【0034】

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る塗装装置のその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

【0035】

特に、上記の第一、第二、および第三の各実施形態は、矛盾しない範囲で組み合わされうる。たとえば、流通路を螺旋状かつ内径１．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とする構成が採用されうる。この組み合わせ例は、同種の塗装装置において塗料の流通路として使用される配管に比べて細いものが用いられている点では第二の実施形態と同様であるが、第二の実施形態と比べると太い配管を用いることができる。これは、比較的細い配管を用いることと流通路を螺旋状とすることとの双方が塗料の流通経路の抵抗を大きくすることに寄与するため、細い配管を用いることに求められる寄与分が第二の実施形態より小さいからである。同様に、螺旋状の形状に求められる寄与分が第一の実施形態より小さいため、螺旋の巻数を第一の実施形態より少なくしてもよい。また、そのほか、流通路を螺旋状とした上で測定部が当該流通路を流れる電流を測定する構成、なども採用可能である。

【0036】

上記の実施形態では、ノズル２１が直線状に配置されている構成を例として説明した。しかし本発明において、ノズルの配置は限定されない。たとえば、ノズルが円周に沿って配置されていてもよい。

【0037】

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0038】

１Ａ ：塗装装置（第一の実施形態）
２ ：ノズルヘッド
２１ ：ノズル
２２ ：塗料室
２３ ：流通路
３ ：本体部
３１ ：流通路
３２ ：制御弁
４ ：電源装置
４１ ：電圧計
４２ ：電流計
４３ ：電源部
５ ：制御装置
Ｐ ：液滴
Ｃ ：導電体
Ｗ ：被塗物
１Ｂ ：塗装装置（第二の実施形態）
３３ ：流通路
１Ｃ ：塗装装置（第三の実施形態）
３４ ：流通路
４４ ：電流計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】