JP6367537B2 - 静電塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、スプレーガンと静電コントローラとを備えた静電塗装装置に関する。

従来、スプレーガンから噴霧される塗料の微粒子を、当該スプレーガンに内蔵させた直流高電圧発生部により例えば負の高電圧に帯電させ、帯電させた塗料微粒子を接地された被塗装物（陽極）との間に作用する静電気力によって被塗装物の表面に塗装する静電塗装装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような静電塗装装置では、被塗装物に形成する膜厚に応じて目標となる電圧値や電流値（目標駆動状態に相当する）を作業者が予め設定し、静電コントローラによってその目標駆動状態となるように制御が行われている。この目標駆動状態は、経験的な値やメーカの推奨値等が採用されていた。

特開平６−３２８０１３号公報

ところで、発明者らは、種々の実験を重ねた結果、同一の被塗装物および塗料であっても、直流高電圧発生部の駆動状態によって塗料の塗着効率が変化することを見いだした。また、発明者らは、その塗着効率が塗料の吐出量に応じて変化することをも見いだした。
しかしながら、駆動状態と塗着効率との関係を作業者に全て把握させたり、最適な塗着効率となるように作業者が塗装作業中に駆動状態を調整したりすることは、作業者の負担が増加してしまい、その実現には多くの困難が伴うのが実情である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業者の負担を伴うことなく塗着効率が最適となる駆動状態に制御することができる静電塗装装置を提供することにある。

請求項１の発明は、直流高電圧発生部を有し、供給された塗料を帯電させて噴霧するスプレーガンと、前記スプレーガンから噴霧される塗料の吐出量を直接的または間接的に特定可能な設定値を入力する入力手段、前記スプレーガンの前記直流高電圧発生部へ電源を供給する電源部、当該直流高電圧発生部の駆動状態を検出する駆動状態検出部、および、前記駆動状態検出部で検出した駆動状態が、前記入力手段に入力された設定値から特定される吐出量と当該吐出量における塗料の塗着効率とに基づいて予め設定される目標駆動状態となるように前記電源部を制御する制御部を備える静電コントローラと、を備え、前記駆動状態は、前記直流高電圧発生部の電流値によって示されるものであり、前記駆動状態検出部は、前記駆動状態として前記直流高電圧発生部の電流値を検出する電流検出回路により構成されており、前記制御部は、前記電流検出回路により検出された電流値が、当該電流値と比例関係になっていない塗着効率の最大値に対応する値であって前記目標駆動状態として予め設定されている目標電流値となるように制御する。

このような構成によれば、作業者が駆動状態と塗着効率との関係を把握しておかなくても、また、最適な塗着効率となるように作業者が塗装作業中に駆動状態を調整しなくても、自動で塗着効率が最適となる駆動状態（目標駆動状態）が設定される。したがって、作業者の負担を伴うことなく、塗着効率が最適となる駆動状態にて塗装を行うことができる。なお、吐出量を直接的に入力してもよいが、例えば吐出量と、その吐出量で形成される膜厚との関係を予め調査しておき、膜厚を入力することで間接的に吐出量を入力する構成であってもよい。

請求項２の発明は、入力手段は、塗料の種類をさらに入力可能であり、目標駆動状態は、塗料の種類に応じて区分けして設定されており、制御部は、塗料の種類に応じて、駆動状態検出部で検出した駆動状態が目標駆動状態となるように制御する。
このような構成によれば、塗料の種類が変更された場合であっても、その種類を入力するだけで塗着効率が最適となる駆動状態にて塗装を行うことができる。
請求項３の発明は、スプレーガンから被塗装物までの距離を検出する距離検出手段をさらに備え、目標駆動状態は、被塗装物までの距離に応じて区分けして設定されており、制御部は、被塗装物までの距離の変化に追従させて、駆動状態検出部で検出した駆動状態が目標駆動状態となるように制御する。
このような構成によれば、距離の変化に追従して塗着効率が最適となる駆動状態に制御されるので、作業者が手動で塗装をする際、多少のぶれがあったとしても、最適な駆動状態を維持することができる。また、塗装ロボットを使用する場合であれば、ロボットアームの位置に基づいて最適な駆動状態を検知することができる。

請求項４の発明は、駆動状態は、直流高電圧発生部の電流値によって示されるものであり、駆動状態検出部は、駆動状態として直流高電圧発生部の電流値を検出する電流検出回路により構成されており、制御部は、電流検出回路により検出された電流値が目標駆動状態として予め設定されている目標電流値となるように制御する。
このような構成によれば、直流高電圧発生部の電流値を制御することは従来の静電塗装装置でも行われていることから、複雑な回路構成や部品の追加あるいは複雑な処理の追加等を行わなくても、最適な駆動状態に制御することができる。
請求項５の発明は、外部の機器との間で通信を行う通信手段をさらに備え、通信手段を介して、目標駆動状態を外部の機器から取得する。
このような構成によれば、新たな種類の塗料が追加されたり、形状等が異なる新たな被塗装物への塗装を行ったりする場合であっても、各静電塗装装置に個別に設定等を行わなくても、最適な駆動状態を取得することができる。

本発明によれば、作業者の負担を伴うことなく塗着効率が最適となる駆動状態に制御することができる。

本発明の一実施形態による静電塗装装置の電気的構成を模式的に示す図 塗着効率と出力電流との関係の一例を示す図 静電コントローラによる塗装制御処理の流れを示す図 その他の実施形態における静電塗装装置の構成を模式的に示す図

以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。
本実施形態では、粉体塗装を例にして説明するが、本発明は、粉体塗装に限らず、液体塗装にも適用することができる。
図１に示すように、静電塗装装置１は、スプレーガン２と、このスプレーガン２にケーブル３を介して接続されている静電コントローラ４とを備えている。このケーブル３は、スプレーガン２に対して電源（交流電圧）を供給するための電源線３ａおよび３ｂと、後述する電流検出回路２３（駆動状態検出部に相当する）のための電流検出線３ｃと、作業者がトリガ６を操作した際の操作信号を伝達するための信号線３ｄ、３ｃとから構成されている。なお、ケーブル３は、その外周側が保護管３ｆにより保護されている。

スプレーガン２は、例えば電気的絶縁性を有する合成樹脂材料等により本体が形成されており、ノズル５、トリガ６、ＬＥＤで構成された通電状態ランプ７、通電状態ランプ７のオン／オフを制御するＬＥＤ駆動回路８、および、直流高電圧発生部９等を備えている。このスプレーガン２は、作業者によってトリガ６が操作されると、その操作に連動してガン内蔵スイッチ６ａが閉鎖する。このガン内蔵スイッチ６ａの開閉状態は、ケーブル３を介して静電コントローラ４の操作判定回路６ｂに伝達される。そして操作判定回路６ｂにてガン内蔵スイッチ６ａの開閉状態を検出し、ガン内蔵スイッチ６ａが閉鎖したことが検出されると、操作判定回路６ｂから制御部１７に対してトリガ操作検出信号が出力される。これにより、スプレーガン２に空気が供給されてノズル５から塗料１１が噴霧される。

このスプレーガン２は、供給配管部１０を介して塗料１１が蓄えられている塗料タンク１２に接続されている。この塗料タンク１２には、本実施形態では２つの空気配管部１３ａ、１３ｂを介してコンプレッサ１４から圧縮空気（メインエアー、サブエア−）がインジェクタ１５を介して供給される。これら空気配管部１３ａ、１３ｂの途中にはエアバルブ１５ａ、１５ｂそれぞれが設けられており、制御部１７からの指示により空気配管部１３ａ、１３ｂにおける空気の流れ、つまり、スプレーガン２に供給する空気の流れを断続する。

スプレーガン２に設けられている直流高電圧発生部９は、昇圧トランス１８、倍電圧整流回路１９、出力抵抗２０等で構成されており、静電コントローラ４に設けられている電源部２１から供給される交流電圧に比例した大きさの直流電圧を発生させる。すなわち、昇圧トランス１８に入力された交流電圧は、昇圧された後に例えばコッククロフト−ウォルトン型の倍電圧整流回路１９により昇圧及び整流され、６０ｋＶ〜１００ｋＶ程度の高電圧に変換される。この倍電圧整流回路１９は、回路内のダイオードの向きを変えることにより、出力電圧の極性を接地電位に対して正（プラス）、又は負（マイナス）のいずれかにすることができる。本実施形態の場合、倍電圧整流回路１９の出力電圧の極性は接地電位に対して負になるように構成されている。そのため、ノズル５の近傍に設けられているピン状の電極２２には、出力抵抗２０を介して負極性の直流電圧が供給される。

このスプレーガン２では、直流高電圧発生部９の出力側が静電コントローラ４に設けられている電流検出回路２３に接続されている。そのため、直流高電圧発生部９の出力側の電流値が検出される。そして、本実施形態では、詳細は後述するが、この出力側の電流値を直流高電圧発生部９の駆動状態を示す情報として採用している。
静電コントローラ４は、制御部１７により制御されている。この制御部１７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータにより構成されており、例えばＲＯＭ等に記憶されているプログラムを実行することで、静電コントローラ４の全体を制御する。具体的には、作業者がトリガ６を操作してガン内蔵スイッチ６ａがオンされると、発振回路２４に対して制御指令を出力し、電源部２１の出力（スプレーガン２に供給される電源）を調整する。一方、制御部１７は、トリガ６の操作が解除されると、ガン内蔵スイッチ６ａがオフされることから待機状態となる。なお、図示は省略するが、静電コントローラ４には、過電流を検出したりする周知の安全回路も勿論設けられている。

電源部２１は、電源２５、２個のスイッチング素子２６ａ、２６ｂ、出力トランス２７等を備えている。電源部２１は、周知のように、発振回路２４によってスイッチング素子２６ａ、２６ｂが交互にオン／オフされることにより、交流電圧を生成および出力する。生成された交流電圧は、スプレーガン２の直流高電圧発生部９に供給される。

また、静電コントローラ４には、作業者が設定を行うための操作パネル２８（入力手段に相当する）、および、例えば不揮発性の半導体メモリ等により構成された記憶回路２９（記憶手段に相当する）を備えている。操作パネル２８は、複数のスイッチ類３０および表示器３１を有しており、スイッチ類３０から作業者の操作が入力される。例えば、後述する塗料１１の吐出量が設定される。なお、本実施形態では、操作パネル２８から風量を設定することにより、塗料１１の吐出量が間接的に設定される。また、操作パネル２８は、入力された設定値や駆動状態等を表示器３１に表示する。記憶回路２９は、詳細は後述するが、本実施形態に関連して、目標駆動状態（本実施形態では、目標電流値）を、塗料１１の吐出、塗料１１の種類、および被塗装物３２までの距離等に区分けして記憶している。

次に、上記した構成の作用について説明する。
図２は、発明者らが見いだした直流高電圧発生部９の駆動状態によって塗料の塗着効率が変化する実験結果の一例を示している。この図２の場合、同一の被塗装物３２に対して同一の塗料１１を同一の距離から塗布し、その際の塗着効率と直流高電圧発生部９の駆動状態（本実施形態では、直流高電圧発生部９の出力側の電流値）との関係が一例として示されている。ここで、塗着効率は、平面状の被塗装物３２に対して正面からスプレーガンにて塗装を行った際における塗料１１の使用量（噴霧量）と、実際に被塗装物３２に塗装された塗料１１の量（吸着量）との比で示されている。また、図２には、吐出量を１００ｇ／ｍｉｎ（実線にて示すグラフＧ１）、２００ｇ／ｍｉｎ（破線にて示すグラフＧ２）、および３００ｇ／ｍｉｎ（二点鎖線にて示すグラフＧ３）に変化させた際の実験結果が示されている。なお、吐出量は目標となる膜厚に対して設定される値であり、本実施形態では、上記したように風量（メインエアーの風量、サブエアーの風量）を設定することで間接的に吐出量を設定している。勿論、ノズル５の径や形状等に基づいて、吐出量を直接的に設定してもよい。

この実験結果から明らかなように、塗料の塗着効率は、直流高電圧発生部９の駆動状態によって変化している。そして、この実験結果から、塗着効率が最大となる駆動状態（本実施形態では、電流値）を求めることができる。この場合、例えば吐出量が１００ｇ／ｍｉｎの場合、塗着効率が最大となる電流値はＩ１（目標電流値。目標駆動状態に相当する。このときの電圧値はＶ１）であり、吐出量が２００ｇ／ｍｉｎの場合、塗着効率が最大となる電流値はＩ２（このときの電圧値はＶ２）であり、吐出量が３００ｇ／ｍｉｎの場合、塗着効率が最大となる電流値はＩ３（このときの電圧値はＶ３）として求められる。なお、塗着効率が最大となる電流値だけでなく、塗着効率が最大となる電流範囲を求めてもよい。その場合、電流範囲は、塗着効率の最大値を含む範囲であって、塗着効率が最大値から所定割合低下するまでの範囲として求めればよい。

静電塗装装置１は、この実験結果を例えばテーブル化あるいは関数化したデータを、記憶回路２９に記憶している。また、記憶回路２９には、他の種類の塗料についても、同様のデータが記憶されている、さらに、記憶回路２９には、同一の塗料を異なる距離から塗布した際の塗着効率と直流高電圧発生部９の駆動状態（本実施形態では、直流高電圧発生部９の出力側の電流値）との関係等も記憶されている。
そして、静電塗装装置１では、実際に塗装が行われる際、これらのデータに基づいて、塗着効率が最大となるように、直流高電圧発生部９の駆動状態が制御される。以下、塗装中における処理について、静電塗装装置１を主体として説明する。

静電塗装装置１は、図３に示す塗装制御処理を実行しており、作業者により塗装条件（本実施形態では、風量（吐出量）を入力する操作）が設定されると（Ｓ１）、設定された塗装条件に応じて予め定められている目標駆動状態（本実施形態では、直流高電圧発生部９の出力側の電流値）を設定する（Ｓ２）。このとき、目標駆動状態は、記憶回路２９に記憶されている例えば図２に示したようなデータから、入力された風量に応じて塗着効率が最大となる電流値（目標電流値。なお、塗着効率が最大となる電流値から所定範囲となる目標電流範囲であってもよい）が設定される。例えば、吐出量が１００ｇ／ｍｉｎであれば、目標駆動状態として電流値Ｉ１が設定される。

続いて、静電塗装装置１は、塗装が開始されたかを判定する（Ｓ３）。このとき、静電塗装装置１は、ガン内蔵スイッチ６ａからのトリガ操作検出信号に基づいて、塗装が開始されたかを判定している。静電塗装装置１は、塗装が開始されていないと判定した場合には（Ｓ３：ＮＯ）そのまま待機する。一方、静電塗装装置１は、塗装が開始されたと判定した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、駆動状態（本実施形態では直流高電圧発生部９の出力側の電流値）を検出し（Ｓ４）、その駆動状態が目標駆動状態（本実施形態では、上記した目標電流値）となるように電源部２１を制御する（Ｓ５）。

その後、静電塗装装置１は、塗装が終了したかを判定しつつ（Ｓ６）、塗装が終了していない場合には（Ｓ６：ＮＯ）、駆動状態の検出（Ｓ４）および目標駆動状態となるようにする制御（Ｓ５）を繰り返し実行する。一方、静電塗装装置１は、塗装が終了した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ３へ移行し、塗装が再開されたかを判定しつつ（Ｓ３）、待機する。なお、塗装が行われていない期間に新たに風量等の塗装条件が入力された場合には（Ｓ１）、入力された塗装条件に対応する目標駆動状態の設定（Ｓ２）が行われる。
このように、静電塗装装置１は、塗着効率が最大（または最大付近）となる目標駆動状態を予め記憶しておき、その目標駆動状態で塗装が行われるように制御を行っている。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
静電塗装装置１では、作業者が駆動状態と塗着効率との関係を把握しておかなくても、また、最適な塗着効率となるように作業者が塗装作業中に駆動状態を調整しなくても、吐出量を設定するだけで塗着効率が最適となる駆動状態（目標駆動状態）が設定される。したがって、作業者の負担を伴うことなく、塗着効率が最適となる駆動状態にて塗装を行うことができる。また、塗着効率が向上することから、無駄な塗料の消費を抑制することができる。

駆動状態は、直流高電圧発生部９の出力側の電流値によって示されるものであり、本実施形態の駆動状態検出部は、駆動状態として直流高電圧発生部９の電流値を検出する電流検出回路２３により構成されており、制御部１７は、電流検出回路２３により検出された電流値が目標駆動状態として予め設定されている目標電流値となるように制御する。直流高電圧発生部９における電流値を検出して制御することは従来でも行われていることであるため、複雑な回路構成や部品の追加あるいは複雑な処理の追加等を行わなくても、最適な駆動状態に制御することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した各実施形態にて例示したものに限定されることなく、その範囲を逸脱しない範囲で任意に変形あるいは拡張することができる。
一実施形態では吐出量を直接的に入力したが、例えば吐出量とその吐出量で形成される膜厚との関係を予め調査しておき、膜厚を入力することで間接的に吐出量を入力する構成であってもよい。

図３に示す塗装制御処理においてステップＳ１にて入力手段（実施形態では操作パネル２８）から塗料の種類をさらに入力し、塗料の種類に応じて区分けして設定（記憶）されている目標駆動状態から、該当する塗料における目標駆動状態を設定してもよい。これにより、塗料の種類が変更された場合であっても、その種類を入力するだけで塗着効率が最適となる駆動状態にて塗装を行うことができる。

目標駆動状態を被塗装物３２までの距離に応じて区分けして予め設定（記憶）しておき、スプレーガン２側に被塗装物３２までの距離を検出する距離検出手段（例えば、レーザ距離計）を設け、図３に示す塗装制御処理のステップＳ４にて駆動状態を検出する際、被塗装物３２までの距離も合わせて検出し、その距離が変化した場合には、距離の変化に追従させて目標駆動状態となるように制御する。これにより、作業者が手動で塗装をする際に多少のぶれがあったとしても、最適な駆動状態を維持することができる。また、塗装ロボットを使用する場合であれば、ロボットアームの位置に基づいて最適な駆動状態に制御することができる。換言すると、ロボットアームの移動に追従させた制御を行うことができるようになる。なお、スプレーガン２に距離検出手段を設ける場合には、ケーブル３の芯数を増やす等により検出結果を静電コントローラに出力すればよい。

図４に示すように、管理装置４０等の外部の機器との間で通信を行う通信手段（通信部４１）を設け、その通信手段を介して目標駆動状態を管理装置４０の記憶部４２等から取得する構成としてもよい。これにより、新たな種類の塗料が追加されたり、形状等が異なる新たな被塗装物への塗装を行ったりする場合であっても、各静電塗装装置に個別に設定等を行わなくても、最適な駆動状態を取得することができる。なお、図４では１台の静電コントローラ４を示しているが、管理装置４０にて複数台の静電コントローラ４を管理するようにしてもよい。
実施形態で示したスプレーガン２や静電コントローラ４の構成は一例であり、例示した構成に限定されるものではない。

図面中、１は静電塗装装置、２はスプレーガン、４は静電コントローラ、９は直流高電圧発生部、１１は塗料、１７は制御部、２１は電源部、２３は電流検出回路（駆動状態検出部）、２８は操作パネル（入力手段）、３２は被塗装物、４０は管理装置（外部の機器）、４１は通信部（通信手段）を示す。

Claims (4)

1. 直流高電圧発生部を有し、供給された塗料を帯電させて噴霧するスプレーガンと、
   前記スプレーガンから噴霧される塗料の吐出量を直接的または間接的に特定可能な設定値を入力する入力手段、前記スプレーガンの前記直流高電圧発生部へ電源を供給する電源部、当該直流高電圧発生部の駆動状態を検出する駆動状態検出部、および、前記駆動状態検出部で検出した駆動状態が、前記入力手段に入力された設定値から特定される吐出量と当該吐出量における塗料の塗着効率とに基づいて予め設定される目標駆動状態となるように前記電源部を制御する制御部を備える静電コントローラと、を備え、
   前記駆動状態は、前記直流高電圧発生部の電流値によって示されるものであり、
   前記駆動状態検出部は、前記駆動状態として前記直流高電圧発生部の電流値を検出する電流検出回路により構成されており、
   前記制御部は、前記電流検出回路により検出された電流値が、当該電流値と比例関係になっていない塗着効率の最大値に対応する値であって前記目標駆動状態として予め設定されている目標電流値となるように制御することを特徴とする静電塗装装置。
2. 前記入力手段は、塗料の種類をさらに入力可能であり、
   前記目標駆動状態は、塗料の種類に応じて区分けして設定されており、
   前記制御部は、塗料の種類に応じて、前記駆動状態検出部で検出した駆動状態が前記目標駆動状態となるように制御することを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
3. 前記スプレーガンから前記被塗装物までの距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
   前記目標駆動状態は、前記被塗装物までの距離に応じて区分けして設定されており、
   前記制御部は、前記被塗装物までの距離の変化に追従させて、前記駆動状態検出部で検出した駆動状態が前記目標駆動状態となるように制御することを特徴とする請求項１また
   は２記載の静電塗装装置。
4. 外部の機器との間で通信を行う通信部をさらに備え、
   前記通信部を介して、前記目標駆動状態を前記外部の機器から取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の静電塗装装置。

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