JP4705612B2

JP4705612B2 - 静電塗装システム

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Publication number: JP4705612B2
Application number: JP2007200374A
Authority: JP
Inventors: 成佳福岡
Original assignee: 東メンシステム株式会社
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: JP2009034596A

Description

本発明は、例えば、車両のボデイ等の被塗装物に対して導電性塗料を吐出し塗装することが可能な静電塗装システムに関する。

従来から、導電性塗料に高電圧を印加して自動車のボデイ等の被塗装物に静電塗装を施す方法が知られている。この方法では、導電性塗料が、接地電位から絶縁されている中間貯留槽に一旦導入された後、前記中間貯留槽と塗料供給源とを連通している供給通路が洗浄及び乾燥されて電圧ブロックが形成される。この状態で、高電圧が印加された導電性塗料を中間貯留槽から塗装ガンに供給することにより、被塗装物に対する静電塗装作業が遂行される。

ところで、従来の静電塗装システム（静電塗装装置）では、例えば、自動車のボデイのコーナー曲面部分、平面部分等の被塗装面の条件変化に応じて塗装ガンの塗料吐出量を変化させる塗料制御、塗装ガンから所定距離離間した送出ポンプの送出量制御によって行っているため、その塗料制御を高精度に制御することができず、オーバースプレーやスプレー不足が発生するという不具合があった。

そこで、本出願人は、前記不具合を解消するために、間欠塗料のワンショット分の塗料キャパシティの塗料プール部と、前記塗料プール部のプール塗料を塗装ガンへバー回転することによって送出するモノ送出バー形態のモノポンプ部とを有するスプレーユニットを備え、前記モノポンプ部の回転数を制御して塗料送出定量を調整可能とする静電塗装装置を提案している（特許文献１参照）。
特開２００１−２４６２９５号公報（段落００１４、図２）

本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、塗装ガンから吐出される塗料吐出量をより一層高精度に制御すると共に、一定量の塗料を安定して供給することが可能な静電塗装システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、塗料槽から塗装ガンに供給される塗料に高電圧を印加して被塗装物に対して塗装を行う静電塗装システムであって、シリンダチューブ内を一方の塗料供給室と他方の塗料供給室とに分割して直線状に往復動作する単一の吐出ピストンと、一端部が前記吐出ピストンに連結され他端部がロッド洗浄部まで延在し該吐出ピストンと一体的に変位するロッドとを有する片ロッドタイプの定量吐出ポンプからなり、前記ロッドに絶縁部を介して連結された駆動手段の駆動作用で前記吐出ピストンが前記シリンダチューブ内を直線状に変位することによって、前記一方の塗料供給室から前記塗装ガンに対する塗料の押し出し作用と、前記他方の塗料供給室への塗料の吸引作用とを同時に行い、前記吐出ピストンが往復動作することにより前記塗装ガンに対して一定量の塗料を連続して送給する塗料定量供給手段と、前記吐出ピストンの変位速度を制御する変位速度制御部と、を備え、前記塗料定量供給手段は、前記ロッド洗浄部に設けられるコイルスプリングを除いた他の構成要素が電気絶縁性材料で構成され、前記変位速度制御部は、前記吐出ピストンの往路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量と、前記吐出ピストンの復路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量とを一致させるように、往路ストローク又は復路ストロークのいずれか一方における前記吐出ピストンの変位速度を所定量だけ増減させることを特徴とする。

本発明によれば、１ストローク中に塗料の押し出し作用と塗料の吸引作用とを同時に行う吐出ピストンを直線状に往復動作させる定量吐出ポンプを備えることにより、塗装ガンに対して塗料を連続して交互に吐出供給することができる。この結果、本発明では、流通路を流通する塗料の流れが円滑となり、塗装ガンに対して継続的に且つ安定的に塗料を供給することができる。

また、本発明によれば、ロッド洗浄部に設けられるコイルスプリングを除いた塗料定量供給手段の他の構成要素が、電気絶縁性を有する材料によって形成されることにより、電流の通電が遮断されてリーク電流の発生を防止することができる。このように本発明では、コイルスプリングを除いた塗料定量供給手段の全部の要素が電気絶縁性材料で構成されて、例えば、電気モータ等の電気供給媒体を用いていないため、高度な絶縁性を確保して水溶性塗料が使用可能な好適な環境とすることができる。

さらに、前記塗料定量供給手段は、シリンダチューブ内を一方の塗料供給室と他方の塗料供給室とに分割して直線状に往復動作する単一の吐出ピストンと、一端部が前記吐出ピストンに連結され他端部がロッド洗浄部まで延在し該吐出ピストンと一体的に変位するロッドとを有する片ロッドタイプの定量吐出ポンプによって構成される。この場合、変位速度制御部で前記吐出ピストンの変位速度を制御して、前記吐出ピストンの往路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量と、前記吐出ピストンの復路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量とを一致させることができる。

すなわち、本発明によれば、定量吐出ポンプの吐出ピストンを往復動作させて塗料を継続的（連続的）に供給する際、片側ストロークにおける前記吐出ピストンの変位速度を、例えば、電空ポジショナからなる変位速度制御部によって制御して単位時間当たりの塗料供給量を往復ストローク間で一定（略一定）とすることにより、片ロッドタイプの定量吐出ポンプにおいて吐出ピストンの往路ストロークと復路ストロークとの間で発生する供給塗料の容積差を解消し、塗装ガンに対してより一層安定し且つ高精度な塗料の供給を行うことができる。

前記定量吐出ポンプは、シリンダチューブ内を直線状に往復動作する吐出ピストンと前記吐出ピストンに連結されて該吐出ピストンと一体的に変位するロッドとを有する塗料供給部と、前記ロッドに付着した塗料を洗浄するロッド洗浄部とから構成され、前記塗料供給部内に形成された塗料供給室、及び、前記ロッド洗浄部内に形成されたロッド洗浄室は、それぞれ、ガス供給手段から供給された窒素ガスによって封入されるとよい。

本発明によれば、定量吐出ポンプのロッド洗浄室内等を窒素ガスで加圧し封入することにより、ロッドの一部が外部に露呈する場合であっても外部に対する塗料の漏洩を確実に阻止することができる。例えば、導電性塗料として水溶性塗料を使用した場合、外部に対する水溶性塗料の漏洩防止は、リーク電流の発生を阻止するために特に重要であり、汎用性を増大させることができる。

前記ロッド洗浄部内には、ロッドの外周面に付着した塗料を掻き取る手段が設けられるとよい。

本発明によれば、ロッド洗浄部内にロッドの外周面に摺接して前記ロッドの外周面に付着した塗料を掻き取る手段として、例えば、リングブラシ等を設けることにより、外部にロッドの一部が露呈した場合であっても塗料の外部への漏出を防止することができると共に、ロッドに付着した塗料の汚れによって電気絶縁性が低下してリーク電流が発生することを防止することができる。

塗装ガンから吐出される塗料吐出量をより一層高精度に制御すると共に、一定量の塗料を安定して供給することが可能な静電塗装システムが提供される。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、自動車ボデイの静電塗装に適用される本発明の実施形態に係る静電塗装システムの概略構成図であり、図２は、前記静電塗装システムのブロック構成図である。

図１及び／又は図２に示すように、静電塗装システム１０は、カラーチェンジャバルブからなり図示しない各色塗料槽から供給された塗料を供給すると共に、所望の特定色（塗料）に切り換える塗料供給及び色切換部１２と、前記塗料供給及び色切換部１２から供給された特定色の塗料を所定量ずつ間欠供給するプランジャポンプ１４と、前記プランジャポンプ１４から供給された塗料を所定量に調整すると共に、電気絶縁性を確保するために樹脂製の滴下ノズル１６から樹脂製のフロート１８に向かって滴下させる塗料滴下供給部２０とを含む。前記フロート１８の下方には、前記フロート１８内に貯留された塗料の流量を検出する流量計２１が設けられる。なお、塗料としては、有機溶剤型塗料を含む導電性塗料が用いられるが、好適には水溶性塗料が用いられるとよい。

さらに、静電塗装システム１０は、前記塗料滴下供給部２０に対して第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂを介してそれぞれ接続される第１塗料出入ポート２４ａ及び第２塗料出入ポート２４ｂ（図３参照）が設けられ、後記する吐出ピストン２６の往復動作によって塗料を吸入及び排出する定量吐出ポンプ（塗料定量供給手段）２８と、絶縁部３０を介して前記定量吐出ポンプ２８と同軸状に連結され前記吐出ピストン２６を駆動させる駆動シリンダ（駆動手段）３２と、前記駆動シリンダ３２のピストン（図示せず）及びピストンロッド３４の変位（ストローク）を所望の速度に制御する変位速度制御部３６と、前記変位速度制御部３６に対して制御信号を導出するコントローラ３８と、図示しないキーボード等からなり前記コントローラ３８に所望の制御信号を入力・設定する入力部４０と、前記定量吐出ポンプ２８から供給された塗料を図示しない自動車ボデイ（被塗装物）に向かって吐出する塗装ガン４２とを有する。

塗料供給及び色切換部１２は、コントローラ３８から導入された色選択信号に基づいて所定色の塗料が選択され、プランジャポンプ１４に供給される。なお、前記塗料供給及び色切換部１２には、図示しない洗浄液供給手段及び乾燥手段が接続され、コントローラ３８からの塗料／洗浄液切換信号に基づいて図示しない塗料供給通路に対して洗浄液（例えば、水やシンナー）を供給することにより、前記塗料供給通路が洗浄可能に設けられている。

プランジャポンプ１４は、図示しない調整機構を介して１ストローク当たりの吐出量が調整可能に設けられると共に、ストローク数も任意に設定可能に設けられ、コントローラ３８から導入される吐出量供給信号により自動車ボデイに対して予め設定された所定量の塗料が間欠供給される。

塗料滴下供給部２０は、医療用の点滴と同様な構成からなり、上方側に設けられた樹脂製の滴下ノズル１６から塗料（雫）を自然落下させ、前記滴下ノズル１６の下方側に設けられた樹脂製のフロート１８の開口部で受容して暫時所定量だけ貯留するように構成される。その際、プランジャポンプ１４から間欠供給された塗料が、滴下ノズル１６から非連続で滴下されることにより電流の導通が遮断され、電流経路が確実に遮断される。

この場合、前記フロート１８を図示しない壁面に固定し、該フロート１８に接続された可撓性を有する樹脂製チューブ４４を介して定量吐出ポンプ２８に塗料を供給するようにしてもよいし、又は、前記フロート１８を取付手段４５を用いて定量吐出ポンプ２８に直接装着するようにしてもよい。なお、前記フロート１８を定量吐出ポンプ２８に対して直接装着した場合、図示しないロボットのアーム４６の移動による溢れ等を考慮して、上方側の開口部が小径で一時的な塗料の貯留量が少量からなる小型のフロート形状にするとよい。

定量吐出ポンプ２８は、図３及び図４に示されるように、前記第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂを介して、前記塗料滴下供給部２０から塗料が導入されると同時に前記塗装ガン４２に対して塗料を送給する塗料供給部４８と、後記する吐出ピストン２６に連結されたロッド５０を洗浄するロッド洗浄部５２とから基本的に構成される。

なお、前記第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂは、それぞれ、３ポート２位置切換弁からなり、後記するコントローラ３８からの付勢信号に基づいて図示しないソレノイド部が通電されてオン状態となることにより、通路５４（電気絶縁性管路）を介して塗装ガン４２と前記第１塗料出入ポート２４ａ又は前記第２塗料出入ポート２４ｂとが連通するように設けられる。

前記第１三方切換弁２２ａ及び前記第２三方切換弁２２ｂは、それぞれ、ソレノイド部と弁機構部とを含む同一構成からなる。この場合、コントローラ３８から前記ソレノイド部に導入される弁切換制御信号に応じて弁機構部の弁体（図示せず）を変位させることにより、塗料滴下供給部２０と定量吐出ポンプ２８とを連通させて前記定量吐出ポンプ２８内への塗料の導入（充填）が可能となる第１弁位置（オン状態）と、定量吐出ポンプ２８と塗装ガン４２とを連通させて前記定量吐出ポンプ２８内から押し出された一定量の塗料を前記塗装ガン４２に対して供給（排出）する第２弁位置（オフ状態）とが切換制御される。

前記定量吐出ポンプ２８を構成する前記塗料供給部４８は、図４に示されるように、肉厚に形成された円筒状の第１シリンダチューブ５６ａと、前記第１シリンダチューブ５６ａの一端部に連結されて前記一端部を閉塞する第１エンドキャップ５８ａと、前記第１シリンダチューブ５６ａの貫通孔内に内嵌され、セラミック材料で薄肉に形成された円筒状のセラミック体（セラミック焼結体を含む）６０と、前記セラミック体６０の内部空間に沿って摺動自在に変位するように設けられ、相互に対向する一対の部分球面６２ａ、６２ｂが形成された吐出ピストン２６と、前記吐出ピストン２６に一端部が連結されて他端部がロッド洗浄部５２まで延在する長尺なロッド５０とを有する。前記吐出ピストン２６の外周面には、前記セラミック体６０の内壁に摺接するピストンパッキン６３が環状溝を介して装着される。

この場合、前記第１シリンダチューブ５６ａの内側にセラミック体６０を内嵌することにより、電気絶縁性を有する樹脂製材料によって形成された前記第１シリンダチューブ５６ａが、温度差に起因して膨張（拡径）乃至収縮（縮径）することを好適に防止することができる。また、吐出ピストン２６を一対の部分球面６２ａ、６２ｂで縦断面円弧状に形成することにより、吸引した際の塗料の吐出特性を緩やかにして急激な吸引作用を緩衝する機能を有する。

前記セラミック体６０に形成された内部空間は、図４に示されるように、前記吐出ピストン２６によって一方の塗料供給室６４ａと他方の塗料供給室６４ｂとに分割される。前記一方の塗料供給室６４ａは、連通路６６を介して第１エンドキャップ５８ａに形成された第１塗料出入ポート２４ａ及び第１連通ポート７０ａにそれぞれ連通接続され、前記他方の塗料供給室６４ｂは、前記第１塗料出入ポート２４ａから軸線方向に沿って所定距離だけ離間する位置に形成された第２塗料出入ポート２４ｂに連通接続される。前記第２塗料出入ポート２４ｂの周方向に沿った反対側には第２連通ポート７０ｂが設けられる。

この場合、図３に示されるように、前記第１連通ポート７０ａには第１オン／オフ弁７２ａが接続され、前記第２連通ポート７０ｂには第２オン／オフ弁７２ｂが接続され、前記第１オン／オフ弁７２ａ及び前記第２オン／オフ弁７２ｂは、通路７４（電気絶縁性管路）によって相互に連通接続される。従って、後記するように、ロッド洗浄部５２から送給された窒素ガス又は洗浄液は、第１オン／オフ弁７２ａ及び／又は第２オン／オフ弁７２ｂの弁開作用下に、第１連通ポート７０ａを介して一方の塗料供給室６４ａに供給されると共に、第２連通ポート７０ｂを介して他方の塗料供給室６４ｂに供給されるように設けられる。

前記ロッド洗浄部５２は、図４に示されるように、前記塗料供給部４８の第１シリンダチューブ５６ａに対して一端部が同軸状に連結された円筒状の第２シリンダチューブ５６ｂと、前記第２シリンダチューブ５６ｂの軸線方向に沿った他端部に連結されて前記他端部を閉塞すると共に、ロッド５０を摺動自在に軸支する第２エンドキャップ５８ｂとを有する。

前記第１シリンダチューブ５６ａと前記第２シリンダチューブ５６ｂとの連結部位には、液密性及び気密性を保持するために、環状溝を介してＯリング等の第１シール部材７６ａが設けられる。また、第１シリンダチューブ５６ａの内壁に形成された環状段部にはリングプレート７８が装着され、前記リングプレート７８には、ロッド５０の外周面を囲繞するＯリング等の第２シール部材７６ｂが保持される。さらに、前記第２シリンダチューブ５６ｂの他端部と前記第２エンドキャップ５８ｂとの連結部位には、液密性及び気密性を保持するために、Ｏリング等の第３シール部材７６ｃが設けられる。

前記第２シリンダチューブ５６ｂには、図３又は図４に示されるように、洗浄液（洗浄水）と窒素ガス（Ｎ_２ガスともいう）との供給を相互に切換制御する第３三方切換弁２２ｃに連通する第３ポート２４ｃと、窒素ガスを供給するＮ_２ガス供給源（ガス供給手段）８０に連通する第４ポート２４ｄと、前記第４ポート２４ｄから第２シリンダチューブ５６ｂ内に導入された窒素ガスを前記第３三方切換弁２２ｃに向かって送給する第５ポート２４ｅと、前記第３ポート２４ｃの周方向に沿った反対側に配置され通路７４を介して第３ポート２４ｃから供給された洗浄液又は窒素ガスを一方及び他方の塗料供給室６４ａ、６４ｂ側に向かって送給する第３連通ポート７０ｃとが設けられる。

なお、前記第３三方切換弁２２ｃは、例えば、パイロット圧によって変位する図示しないスプール弁を有する３ポート３位置切換弁からなり、インレットポートには洗浄液供給源６８が接続され、アウトレットポートにはロッド洗浄部５２の第３ポート２４ｃが接続される（図３参照）。前記第３三方切換弁２２ｃでは、中央の弁ポジションを中間位置として、第３ポート２４ｃと第５ポート２４ｅとを連通させる右側の弁ポジションと、洗浄液供給源６８と第３ポート２４ｃとを連通させる左側の弁ポジションとが切換制御される。

前記第２シリンダチューブ５６ｂに設けられた第３〜第５ポート２４ｃ〜２４ｅ及び第３連通ポート７０ｃは、それぞれ、第２シリンダチューブ５６ｂ内に形成された内部空間であるロッド洗浄室８２と連通するように設けられる。

前記第２シリンダチューブ５６ｂの第３ポート２４ｃ及び第３連通ポート７０ｃに近接する部位には、前記ロッド洗浄室８２内に固定され、ロッド５０の外周面を囲繞してシールする第４シール部材７６ｄを保持するリテーナ８４と、前記ロッド５０の外周面に摺接することにより前記ロッド５０を洗浄する樹脂製のリングブラシ８６と、前記リングブラシ８６を保持する円筒状の保持部材８８と、前記リテーナ８４と前記リングブラシ８６との間に装着され該リングブラシ８６を第２エンドキャップ５８ｂ側に向かって押圧するコイルスプリング９０とが設けられる。なお、リングブラシ８６は、ロッド５０の外周面に付着した塗料を掻き取る手段として機能するものである。

前記第４ポート２４ｄ及び第５ポート２４ｅに近接するロッド洗浄室８２内には、無数の孔部が形成された多孔質体からなり、ロッド５０の外周面を囲繞する円筒状のカラー部材９２が設けられる。前記カラー部材９２と前記第２エンドキャップ５８ｂとの間には、ロッド５０の外周面に摺接してシール機能を発揮するＯリングからなる第５シール部材７６ｅが設けられる。

前記定量吐出ポンプ２８では、図３に示されるように、ＳＵＳ等の金属製材料で形成されたコイルスプリング９０を除いた全ての構成要素が、電気絶縁性を有する以下の材料、すなわち、樹脂製材料（例えば、第１シリンダチューブ５６ａ、第２シリンダチューブ５６ｂ、吐出ピストン２６、第１エンドキャップ５８ａ、第２エンドキャップ５８ｂ等）、セラミック材料（セラミック体６０）、及び、ゴム製材料（例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）からなる第１〜第５シール部材７６ａ〜７６ｅ）等によって形成され、電流の通電が遮断されてリーク電流の発生を防止している。

定量吐出ポンプ２８の他端部から所定長だけ突出して外部に露呈するロッド５０の自由端には、絶縁部３０が設けられ、前記絶縁部３０によって駆動シリンダ３２及び変位速度制御部３６からの電流の通電が遮断されている。この絶縁部３０は、電気絶縁性を有する樹脂製材料によって形成されたカップリング部材からなり、定量吐出ポンプ２８のロッド５０と駆動シリンダ３２のピストンロッド３４とがそれぞれ同軸に連結される。

駆動シリンダ３２は、金属製シリンダチューブに形成されたシリンダ室内に収装された図示しないピストンと、前記ピストンに連結された自由端が外部に露呈するピストンロッド３４とを有する周知のエアシリンダから構成される。この場合、図示しないエア供給源から供給された圧力エアがシリンダ室内に供給されてピストンを押圧することにより前記ピストンが一方の変位終端から他方の変位終端まで変位し、ピストンロッド３４が前記ピストンと一体的に変位して進退動作（往復動作）するように設けられる。

従って、駆動シリンダ３２が駆動されてピストンロッド３４が進退動作することにより、前記ピストンロッド３４の直線運動が定量吐出ポンプ２８のロッド５０に伝達され、第１シリンダチューブ５６ａの軸線方向に沿って吐出ピストン２６が直線状に往復動作するように設けられている。

この場合、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６の変位方向側に存在する塗料供給室６４ａ（又は６４ｂ）内の塗料は、前記吐出ピストン２６によって押し出されて第１三方切換弁２２ａ（又は第２三方切換弁２２ｂ）を介して塗装ガン４２に送給（排出）されると共に、前記吐出ピストン２６の変位方向と反対側に存在する塗料供給室６４ｂ（又は６４ａ）内に第２三方切換弁２２ｂ（又は第１三方切換弁２２ａ）を介して新たな塗料が吸入（吸引）充填される。

このように、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６の１ストローク（一方の変位終端位置から他方の変位終端位置までの変位）によって、吐出ピストン２６による塗料の押し出し作用（排出作用）と塗料の吸入充填作用（吸引充填作用）とが同時に遂行される。

さらに、吐出ピストン２６が第２エンドキャップ５８ｂから第１エンドキャップ５８ａまで変位する往路ストローク（図３参照）では、図４中の吐出ピストン２６の左側の塗料供給室６４ａにおいて塗料の押し出し作用が営まれ、同時に、図４中の吐出ピストン２６の右側の塗料供給室６４ｂにおいて塗料の吸引充填作用が営まれるが、前記吐出ピストン２６が第１エンドキャップ５８ａから第２エンドキャップ５８ｂまで変位する復路ストローク（図３参照）では、左右の塗料供給室６４ａ、６４ｂにおける塗料の押し出し作用と吸引充填作用が逆転した状態となる。なお、往路ストローク及び復路ストロークの方向は、図３に示される方向に限定されるものではなく、その逆方向であってもよい。

換言すると、吐出ピストン２６の往路ストロークと復路ストロークでは、左右の塗料供給室６４ａ、６４ｂにおいて、塗料の押し出し作用と塗料の吸引充填作用とが正逆反対の作用となると共に、第１三方切換弁２２ａと第２三方切換弁２２ｂとの間でオン状態とオフ状態とが相互に逆転した状態にある（図５（ａ）参照）。

従って、駆動シリンダ３２の駆動作用下に定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６が複数回往復動作して前記ストロークが連続することにより、先に充填された塗料の押し出し作用及び新たな塗料の吸入充填作用が連続し塗装ガン４２に対して塗料を継続的に供給することができる。なお、各ストロークの単位時間において一定量の塗料が供給される点については、後記する。

前記駆動シリンダ３２のピストンの変位速度を制御する変位速度制御部３６は、例えば、電気信号を空気圧信号に変換する電空変換機構を内部に有する公知の電空ポジショナによって構成される。この電空ポジショナでは、予め入力（設定）される電気信号（入力信号）に比例した圧力エアを出力側から得ることができ、前記圧力エアを駆動シリンダ３２のシリンダ室に供給することにより、ピストンの変位速度を所望の速度に制御することができる。

なお、前記電空変換機構は、圧電素子等からなるフラッパによってノズル背圧を調圧する図示しないノズルフラッパ機構や、複数のダイヤフラムによってノズル背圧を調圧する図示しないダイヤフラム機構等が用いられるとよい。

被塗装物である自動車ボデイが搬送される図示しない生産ラインに近接して塗装用のロボット（図示せず）が配設され、前記ロボットのアーム４６（図１参照）には、例えば、塗装ガン４２、定量吐出ポンプ２８、駆動シリンダ３２及び変位速度制御部３６（電空ポジショナ）等が図示しない固定手段を介して搭載され、アーム４６と一体的に変位するように設けられる。

塗料に対する高電圧印加方法としては、外部印加方式（塗装ガン４２で噴霧状態にした塗料に対して高電圧を印加する方式）と、内部印加方式（塗装ガン４２内で流動状態の塗料に対して高電圧を印加する方式）とが知られており、本実施形態では、いずれの方式も可能であるが、好適には塗装効率が高い水溶性塗料に対する内部印加方式を用いるとよい。

なお、前記塗装用のロボットは、例えば、コントローラ３８によってその動作がプログラミング制御される、産業用の多関節型のロボットからなり、旋回部を構成するアーム４６の先端部（手首部）に塗装ガン４２が装着されたものを用いるとよい。

本実施形態に係る静電塗装システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、塗料供給及び色切換部１２で選択された特定色の塗料がプランジャポンプ１４に導入され、所定量の塗料（例えば、ワンショット分の塗料量）が塗料滴下供給部２０の滴下ノズル１６に供給される。滴下ノズル１６の下端部から滴下された塗料の雫は、フロート１８内に受け止められて貯留される。

前記フロート１８に貯留された塗料は、樹脂製チューブを介して第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂに送給される。ここで、コントローラ３８からの弁切換制御信号が第１三方切換弁２２ａ又は第２三方切換弁２２ｂに導入されて、所望の弁切換位置となる。例えば、図３において、第２三方切換弁２２ｂをオン状態として定量吐出ポンプ２８の第２ポート２４ｂと塗料滴下供給部２０とが連通状態にあると共に、オフ状態にある第１三方切換弁２２ａを介して定量吐出ポンプ２８の第１ポート２４ａと塗装ガン４２とが連通状態にある場合を例にして以下説明する。

図示しないエア供給源を付勢し、変位速度制御部３６（電空ポジショナ）を経由して駆動シリンダ３２に駆動用エアを供給すると共に、コントローラ３８から電空ポジショナに制御信号（入力信号）を導入して駆動シリンダ３２のピストンの変位速度を所定速度に制御することにより、定量吐出ポンプ２８から単位時間当たり一定量の塗料が塗装ガン４２に対して供給される。

すなわち、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６が図３の往路ストローク方向に変位する際、一方の塗料供給室６４ａから塗装ガン４２側に向かって押し出される塗料量と、他方の塗料供給室６４ｂ内に吸引充填される塗料量とが、それぞれ、ロッド５０の容積分だけ異なっている。換言すると、図４に向かって左側の塗料供給室６４ａに臨む吐出ピストン２６の一側面は、部分球面６２ａのみでロッド５０が連結されていないのに対し、図４に向かって右側の塗料供給室６４ｂに臨む吐出ピストン２６の他側面にはロッド５０が連結されているため、左側の塗料供給室６４ａと右側の塗料供給室６４ｂとの間でロッド５０の容積分だけ容積差が発生する。

例えば、吐出ピストン２６の往路と復路の各ストローク量（変位量）が一定で、ロッド５０が連結されていない左側の塗料供給室６４ａから供給される塗料量を毎分１００ｃｃとし、ロッド５０が連結されている右側の塗料供給室６４ｂから供給される塗料量を毎分８５ｃｃと仮定した場合、吐出ピストン２６の往路ストロークと復路ストロークにおける変位速度を同一とすると、往路ストロークと復路ストロークとの間で塗装ガン４２に対して供給される塗料に毎分１５ｃｃの容量差が発生する。

そこで、毎分当たり（単位時間当たり）の塗料供給量を一定（略一定）にするために、往路ストローク全体の単位時間当たりの供給量（各往路ストロークにおける塗料供給量を合算して単位時間で除算した量）と、復路ストローク全体における単位時間当たりの供給量（各復路ストロークにおける塗料供給量を合算して単位時間で除算した量）とが一致（略一致）するように、往路ストロークにおける吐出ピストン２６の変位速度に対して、復路ストロークにおける吐出ピストン２６の変位速度を、例えば、約１５パーセントだけ増大させる。

換言すると、吐出ピストン２６を変位させて塗料の押し出し作用と吸引充填作用とを同時に行いながら、前記吐出ピストン２６を往復動作させて塗料を継続的（連続的）に供給するようにした場合、吐出ピストン２６の往路ストロークと復路ストロークとの間で発生する供給塗料の容積差を、片側ストロークにおける前記吐出ピストン２６の変位速度を増大させて単位時間当たりの塗料供給量を往復ストローク間で一定（略一定）とすることができる。

この場合、コントローラ３８から電空ポジショナに対して所望の変位速度となるように制御信号（入力信号）を導入し、前記制御信号に比例するエア圧が駆動シリンダ３２のシリンダ室に供給されてピストンを押圧することにより、前記駆動シリンダ３２のピストンロッド３４に連結された定量吐出ポンプ２８のロッド５０及び吐出ピストン２６の変位速度を制御することが可能となる。駆動シリンダ３２と電空ポジショナとが一体的に組み付けて構成される、いわゆるシリンダポジショナを用いることも可能である。

ここで、電空ポジショナの一動作例を説明すると、エアシリンダからなる駆動シリンダ３２のストローク長（変位量）を塗料の吐出容量に対応させて決定し、前記ストローク長を各ポイントによって分割し（例えば、１〜６０ポイント）、前記分割された各ポイントの電圧を設定する。この電圧信号を送給することで発生する電位差（０〜２４Ｖ）により駆動シリンダ３２に出力されるエア圧力が制御され、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６の変位速度を所望の速度に制御することが可能となる。

なお、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６が往復動作する際、コントローラ３８から導入される弁切換制御信号により、第１三方切換弁２２ａと第２三方切換弁２２ｂの弁切換位置は正逆反対となるように制御されている（図５（ａ）参照）。

このようにして第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂから供給された塗料は、通路５４を介して塗装ガン４２に送給される。さらに、図示しない高電圧印加手段による内部高電圧方式で高電圧に印加されたされた後、前記塗装ガン４２から自動車ボデイに向かって単位時間当たり一定量の塗料が安定的且つ連続的に吐出されて静電塗装が遂行される。

静電塗装の開始前及び静電塗装の遂行中において、ガス供給源８０を付勢して第４ポート２４ｄからロッド洗浄室８２内に窒素ガスを供給し、前記ロッド洗浄室８２内を窒素ガスで加圧して封入しておくことにより、外部に対する塗料の漏洩を確実に阻止することができる。例えば、導電性塗料として水溶性塗料を使用した場合、外部に対する塗料の漏洩防止は、リーク電流の発生を阻止するために特に重要である。この場合、前記ロッド洗浄室８２内に封入される窒素ガスの圧力は、塗料の供給圧力よりも高く設定されることにより、シール機能を円滑に発揮することができる。

なお、第４ポート２４ｄから供給された窒素ガスは、カラー部材９２に形成された多数の小孔を通じて、第２シリンダチューブ５６ｂの内壁、ロッド５０の外周面及び第２エンドキャップ５８ｂの側壁によって囲繞されたロッド洗浄室８２内の全体に充填されると共に、ロッド５０の外周面を囲繞する第４シール部材７６ｄ及び第５シール部材７６ｅのシール作用によって窒素ガスの外部への漏出を防止して気密性が保持される。

また、静電塗装の遂行中において、ロッド洗浄部５２では、ロッド５０の外周面にリングブラシ８６が摺接することにより、前記ロッド５０の外周面に付着した塗料を掻き取ることができるため、外部にロッド５０の一部が露呈した場合であっても塗料の外部への漏出を防止することができる。

次に、例えば、塗料の色切り換え時又はメンテナンス等において、塗料の流通路を洗浄液によって洗浄する洗浄作業について説明する。

第３三方切換弁２２ｃの弁位置を図３中の右側の弁ポジションに切り換えて、第３ポート２４ｃと第５ポート２４ｅとを連通状態にすると共に、第１オン／オフ弁７２ａ及び第２オン／オフ弁７２ｂをそれぞれオン状態にする（図５（ｂ）参照）。第３三方切換弁２２ｃ及び第３ポート２４ｃを介して供給された窒素ガスは、第３連通ポート７０ｃ、通路７４、第１オン／オフ弁７２ａ及び第２オン／オフ弁７２ｂをそれぞれ経由して両方の塗料供給室６４ａ、６４ｂにそれぞれ充填される。

このように窒素ガスが充填された後、前記第３三方切換弁２２ｃの弁位置を図３中の左側の弁ポジションに切り換えて、第３ポート２４ｃと第５ポート２４ｅとの連通を遮断し、洗浄液供給源６８から供給された洗浄液を第３ポート２４ｃに送給する（図５（ｂ）参照）。その際、第１オン／オフ弁７２ａ及び第２オン／オフ弁７２ｂは、それぞれオン状態に保持されたままである。従って、第３ポート２４ｃから導入された洗浄液は、第３連通ポート７０ｃ、第１オン／オフ弁７２ａ及び第２オン／オフ弁７２ｂをそれぞれ経由して両方の塗料供給室６４ａ、６４ｂにそれぞれ供給されて、前記両方の塗料供給室６４ａ、６４ｂ内が好適に洗浄される。なお、使用済みの洗浄液は、第１三方切換弁２２ａ及び第２三方切換弁２２ｂを通じて塗装ガン４２から排水される。

このようにして所定時間だけ供給された洗浄液によって塗料の流通路が洗浄された後、前記第３三方切換弁２２ｃの弁位置を再び図３中の右側の弁ポジションに切り換えて第３ポート２４ｃと第５ポート２４ｅとを連通状態とし、窒素ガスを再度供給することにより残留する洗浄液を好適に吹き飛ばすことができる（図５（ｂ）参照）。この場合、窒素ガス（Ｎ_２）は、無色無臭の不活性ガスからなり、その比重（１．２５０６ｇ／ｃｍ^３）が水よりも重く、熱伝導率（０．０２５９８ｍ・℃）も低いことから、塗料の流通路内に残留する洗浄液を排出するためのブロー用ガスとして好適に用いることができる。

なお、ブロー用ガスとして窒素ガスの供給が所定時間経過した後、コントローラ３８からの弁切換信号により第１オン／オフ弁７２ａ及び第２オン／オフ弁７２ｂをオフ状態とし、両方の塗料供給室６４ａ、６４ｂ内に充填された窒素ガスをそのまま密封状態とし、シール用ガスとして機能させるとよい。

本実施形態では、１ストローク中に塗料の押し出し作用と塗料の吸引充填作用とを同時に行う吐出ピストン２６を直線状に往復動作させる定量吐出ポンプ２８を備えることにより、塗装ガン４２に対して塗料を連続して交互に吐出供給することができる。この結果、本実施形態では、流通路を流通する塗料の流れが円滑となり、塗装ガン４２に対して継続的に且つ安定的に塗料を供給することができる。

この場合、本実施形態では、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６を往復動作させて塗料を継続的（連続的）に供給する際、片側ストロークにおける前記吐出ピストン２６の変位速度を変位速度制御部３６（電空ポジショナ）によって増大させて単位時間当たりの塗料供給量を往復ストローク間で一定（略一定）とすることにより、吐出ピストン２６の往路ストロークと復路ストロークとの間で発生する供給塗料の容積差を解消し、塗装ガン４２に対してより一層安定し且つ高精度な塗料の供給を行うことができる。

また、本実施形態では、金属製材料で形成されたコイルスプリング９０を除いた定量吐出ポンプ２８の全ての構成要素が、電気絶縁性を有する材料によって形成され、電流の通電が遮断されてリーク電流の発生を防止している。例えば、第１シリンダチューブ５６ａ、第２シリンダチューブ５６ｂ、吐出ピストン２６、第１エンドキャップ５８ａ、第２エンドキャップ５８ｂ等がそれぞれ樹脂製材料によって形成され、セラミック体６０がセラミック材料によって形成され、第１〜第５シール部材７６ａ〜７６ｅがニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴム製材料によって形成されている。

このように本実施形態では、定量吐出ポンプ２８の略全部の要素が絶縁性材料で構成され、例えば、電気モータ等の電気供給媒体を用いていないため、高度な絶縁性を確保して水溶性塗料が使用可能な好適な環境とすることができる。

さらに、本実施形態では、定量吐出ポンプ２８のロッド洗浄室８２内を窒素ガスで加圧し封入することにより、ロッド５０の一部が外部に露呈する場合であっても外部に対する塗料の漏洩を確実に阻止することができる。例えば、導電性塗料として水溶性塗料を使用した場合、外部に対する水溶性塗料の漏洩防止は、リーク電流の発生を阻止するために特に重要であり、汎用性を増大させることができる。

さらにまた、本実施形態では、ロッド洗浄部５２内にロッド５０の外周面に摺接するリングブラシ８６を設けることにより、前記ロッド５０の外周面に付着した塗料を掻き取ることができるため、外部にロッド５０の一部が露呈した場合であっても塗料の外部への漏出を防止することができると共に、ロッド５０に付着した塗料の汚れによって電気絶縁性が低下してリーク電流が発生することを防止することができる。

またさらに、本実施形態では、第３三方切換弁２２ｃの切換作用下に、塗料の流通路を洗浄する洗浄液の供給と、洗浄後において前記流通路内に残留する洗浄液を吹き飛ばして外部に押し出す窒素ガスの供給とを容易に切り換えることができ、塗料の色切換作業及びメンテナンス作業を簡便に遂行することができると共に、色切換作業時間及びメンテナンス作業時間の短縮化を図ることができる。

自動車ボデイの静電塗装に適用される本発明の実施形態に係る静電塗装システムの概略構成図である。前記静電塗装システムのブロック構成図である。前記静電塗装システムを構成する定量吐出ポンプから塗装ガンへ供給される塗料の回路構成図である。前記定量吐出ポンプの軸線方向に沿った縦断面図である。（ａ）は、前記静電塗装システムを用いて静電塗装を行うときのタイムチャートであり、（ｂ）は、洗浄液によって塗料の流通路を洗浄するときのタイムチャートである。

符号の説明

１０静電塗装システム
２２ａ〜２２ｃ三方切換弁
２６吐出ピストン
２８定量吐出ポンプ
３６変位速度制御部
４２塗装ガン
４８塗料供給部
５２ロッド洗浄部
６４ａ、６４ｂ塗料供給室
８２ロッド洗浄室
８６リングブラシ

Claims

塗料槽から塗装ガンに供給される塗料に高電圧を印加して被塗装物に対して塗装を行う静電塗装システムであって、
シリンダチューブ内を一方の塗料供給室と他方の塗料供給室とに分割して直線状に往復動作する単一の吐出ピストンと、一端部が前記吐出ピストンに連結され他端部がロッド洗浄部まで延在し該吐出ピストンと一体的に変位するロッドとを有する片ロッドタイプの定量吐出ポンプからなり、前記ロッドに絶縁部を介して連結された駆動手段の駆動作用で前記吐出ピストンが前記シリンダチューブ内を直線状に変位することによって、前記一方の塗料供給室から前記塗装ガンに対する塗料の押し出し作用と、前記他方の塗料供給室への塗料の吸引作用とを同時に行い、前記吐出ピストンが往復動作することにより前記塗装ガンに対して一定量の塗料を連続して送給する塗料定量供給手段と、
前記吐出ピストンの変位速度を制御する変位速度制御部と、
を備え、
前記塗料定量供給手段は、前記ロッド洗浄部に設けられるコイルスプリングを除いた他の構成要素が電気絶縁性材料で構成され、
前記変位速度制御部は、前記吐出ピストンの往路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量と、前記吐出ピストンの復路ストロークによって吐出される単位時間当たりの吐出量とを一致させるように、往路ストローク又は復路ストロークのいずれか一方における前記吐出ピストンの変位速度を所定量だけ増減させることを特徴とする静電塗装システム。
請求項１記載の静電塗装システムにおいて、
前記定量吐出ポンプは、前記一方及び他方の塗料供給室を有し第１シリンダチューブ内に設けられる塗料供給部と、前記第１シリンダチューブと同軸状に連結された第２シリンダチューブ内に設けられたロッド洗浄室を有し、前記ロッドに付着した塗料を洗浄する前記ロッド洗浄部とから構成されることを特徴とする静電塗装システム。
請求項２記載の静電塗装システムにおいて、
前記一方及び他方の塗料供給室、及び、前記ロッド洗浄室は、それぞれ、ガス供給手段から供給された窒素ガスによって封入されることを特徴とする静電塗装システム。
請求項１又は２記載の静電塗装システムにおいて、
前記ロッド洗浄部内には、前記ロッドの外周面に付着した塗料を掻き取る手段が設けられることを特徴とする静電塗装システム。