CN104936705B - 静电涂装机及静电涂装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的静电涂装机(100)包括：在对工件(W)进行涂装的运用时生成用于使涂料带电的高电压的运用高电压发生器(104)；以及用于生成极性与运用高电压发生器(104)所生成的高电压的极性相反的高电压的第二高电压发生器(110)，第二高电压发生器(110)在停止对运用高电压发生器(104)进行供电后接受供电，使得产生用于对静电涂装机(100)的带电状态进行中和的高电压。利用该结构，能在停止向静电涂装机进行供电时，使残留于静电涂装机的电荷尽早中和。

Description

静电涂装机及静电涂装方法
技术领域
本发明涉及一种静电涂装机，典型地涉及涂装机异常接近工件(被涂物)时的安全对策。
背景技术
静电涂装机一般用于例如汽车的涂装。在汽车的涂装中机器人化正逐步推进，设置于作为防爆空间的涂装壳体内的涂装机器人经由电缆与设置于涂装壳体外的控制器相连接，基于控制器的指令来对静电涂装机进行控制。
专利文献1公开了一种内置有高电压发生器的静电涂装机。这种静电涂装机除了内置的高电压发生器以外，还具有旁漏(bleeder)电阻来作为安全对策，静电涂装机通常时经由旁漏电阻进行接地。在停止向静电涂装机进行供电时，储存于静电涂装机的电荷经由旁漏电阻放出至外部。由此，能防止因停止供电后滞留于静电涂装机的电荷而导致发生事故，例如能将静电涂装机异常接近工件时的火花放电防止于未然。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-50949号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
静电涂装的涂布效率定义如下。所谓涂布效率，是指附着于工件的涂料的量相对于静电涂装机向工件所放出的涂料的量的比例。由于涂布效率的提高能有助于削减涂料的使用量，因此，想了各种方法来提高涂布效率。作为该方法的一个示例，可以列举出进一步提高施加于静电涂装机的电压的方法。另外，作为其它示例，可以列举出缩小静电涂装机与工件之间的分隔距离的方法。
然而，这样的用于提高涂装效率的方法会导致产生静电涂装机与工件之间发生火花放电的风险提高的倾向。因此，作为其安全对策而考虑降低旁漏电阻的电阻值。
旁漏电阻组装于静电涂装机，以使提供给静电涂装机的电源的一部分始终从该电源放出来以实施安全对策。降低该旁漏电阻的电阻值，由此来增大其放出量。即，降低旁漏电阻的值会导致提供给静电涂装机的电源中白白放出至外部的功率的量增大。这就意味着施加于静电涂装机的高电压的绝对值会降低，涂装质量会降低，涂装效率会降低。因此，为了将施加于静电涂装机的高电压的绝对值保持得与以往相一致，从而产生了必须增大提供给静电涂装机的功率的量的问题。
本发明的目的在于，提供一种能在停止向静电涂装机进行供电时使残留的电荷尽早中和的静电涂装机及静电涂装方法。
本发明的另一目的在于，提供一种静电涂装机，该静电涂装机在为了提高静电涂装的涂布效率而提高施加于静电涂装机的电压和/或减小静电涂装机与工件之间的距离时，能将在静电涂装机与工件之间发生火花放电的情况防止于未然。
本发明的另一目的在于，提供一种静电涂装机，该静电涂装机以对流过静电涂装机与工件之间的电流的值进行检测并在该值表现为异常值时强制停止向静电涂装机进行供电的静电系统为前提，在强制停止向静电涂装机进行供电时，具备取代旁漏电阻的安全对策。
解决技术问题所采用的技术手段
对于上述技术问题，根据本发明的第一观点能通过提供一种静电涂装机来解决，
所述静电涂装机使微粒化的涂料带电，并使涂料附着于工件，其特征在于，包括：
运用高电压发生器，该运用高电压发生器在使用该静电涂装机来对工件进行涂装的运用时，生成用于使所述涂料带电的高电压；以及
第二高电压发生器，该第二高电压发生器用于生成极性与该运用高电压发生器所生成的高电压的极性相反的高电压，
该第二高电压发生器在停止对所述运用高电压发生器进行供电后，接受供电并产生用于对所述静电涂装机的带电状态进行中和的高电压。
对于上述技术问题，根据本发明的第二观点能通过提供一种静电涂装机来解决，
所述静电涂装机使微粒化的涂料带电，并使涂料附着于工件，其特征在于，包括：
运用高电压发生器，该运用高电压发生器在使用该静电涂装机来对工件进行涂装的运用时，生成用于使所述涂料带电的高电压；以及
离子发生器，该离子发生器产生极性与该运用高电压发生器所生成的高电压的极性相反的离子，
该离子发生器配置于向所述静电涂装机提供空气的空气通路上，
在停止对所述运用高电压发生器进行供电后，将经所述离子发生器离子化后的空气提供给所述静电涂装机，以对该静电涂装机的带电状态进行中和。
对于上述技术问题，根据本发明的第三观点能通过提供一种静电涂装方法来解决，
所述静电涂装方法使用静电涂装机来使微粒化的涂料带电，并使涂料附着于工件，其特征在于，包括：
涂装工序，在该涂装工序中，使带电的涂料附着于工件；以及
中和工序，在该中和工序中，在该涂装工序结束之后，将极性与所述静电涂装机的带电电荷的极性相反的高电压施加于所述静电涂装机，以使所述静电涂装机的带电部分的带电状态中和。
这里，本发明中所谓的“中和”并不局限于动作停止后的静电涂装机中所存在的电荷成为“零”的状态的意思。本发明中所谓的“中和”包含使得下降至能避免在动作停止后因静电涂装机而发生火花放电事故的带电量的意思。
本发明的其他目的及本发明的作用效果由以下本发明的优选实施例的详细说明来明确。
附图说明
图1是用于对安装有实施例的静电涂装机的涂装机器人及设置有该涂装机器人的汽车涂装室的概要进行说明的图。
图2是用于对实施例1的静电涂装机的概要进行说明的图。
图3是用于对实施例1的静电涂装机的控制的一个示例进行说明的流程图。
图4是用于对实施例1的变形例的静电涂装机的概要进行说明的图。
图5是用于对实施例2的静电涂装机的概要进行说明的图。
图6是用于对实施例2的静电涂装机的控制的一个示例进行说明的流程图。
具体实施方式
实施例
以下，根据附图对本发明的优选实施例进行说明。图1是用于对作为一个示例的涂装系统2的整体概要进行说明的图。图示的涂装系统2适用于汽车的涂装。
实施例1(图1～图3)：
参照图1，参照标号4表示涂装室。利用该涂装室4来作成防爆空间。在涂装室4中设置有多个涂装机器人6。涂装机器人6的臂部的前端安装有实施例1的静电涂装机100。利用涂装机器人6来对送入涂装室4的被涂物(工件)即汽车W实施静电涂装。
在涂装室4的外侧设置有控制器10。利用低电压(LV)电缆12将控制器10与静电涂装机100相连接。利用控制器10来对静电涂装机100的高电压进行控制。控制器10包含安全电路，若检出到危险的状态，则使静电涂装机100停止动作。包含安全电路的上述结构是以往以来就公知的，因此，省略其详细说明。
图2是用于对实施例1的静电涂装机100的内部结构的概要进行说明的图。参照图2，静电涂装机100是旋转雾化式的涂装机。旋转雾化式的静电涂装机100的前端具有旋转雾化头102。该旋转雾化头102在业界被称为“钟形罩”。利用空气电动机(未图示)来对旋转雾化头102进行驱动。静电涂装机100中组装有向旋转雾化头102提供高电压的高电压发生器104。以下的说明中将该高电压发生器104称为“运用高电压发生器”。该运用高电压发生器104在业界被称为“串级(cascade)”。串级包含有旁漏电阻106。
运用高电压发生器104一般由克罗夫特沃尔顿(Cochcroft&Walton)电路构成。克罗夫特沃尔顿电路如以往那样由二极管和电容器构成。关于克罗夫特沃尔顿电路和旁漏电阻106已在专利文献1中进行了详细说明，因此，通过将该专利文献1与本说明书相组合，来省略其具体说明。
此外，运用高电压发生器104可以内置于静电涂装机100，也可以置于静电涂装机100之外，例如内置于涂装机器人6。
运用高电压发生器104生成负极性的高电压，并将该高电压提供给旋转雾化头102。此外，送入涂装室4的汽车W维持接地状态。从静电涂装机100的旋转雾化头102放出的细微的涂料粒子呈负的带电状态，带电为负电位的涂料粒子呈静电性地拉至接地的汽车W从而附着于汽车W。这是静电涂装的原理。
实施例1的静电涂装机100还包括第二高电压发生器110。该第二高电压发生器110生成极性与前述运用高电压发生器104相反的高电压。图2中用斜线来对静电涂装机100的导电体部分(带电部分)进行图示。该静电涂装机100的导电体部分(带电部分)上连接有第二高电压发生器110。即，第二高电压发生器110能产生正极性的高电压并将其提供给旋转雾化头102。
除了第二高电压发生器110以外，静电涂装机100也可以包括只沿一个方向流过电流的具备整流功能的元件(典型的如二极管)112。如上所述，图2中用斜线来对静电涂装机100的带电部分进行图示。优选为与该带电部分相邻地配置该整流元件112。最恰当的是，可以用克罗夫特沃尔顿电路来构成第二高电压发生器110。如上所述，克罗夫特沃尔顿电路包含有二极管，因此，该克罗夫特沃尔顿电路能使二极管作为上述整流元件112来发挥功能。
在静电涂装机100中设置上述整流元件112，从而在运用静电涂装机100时，能防止运用高电压发生器104所生成的高电压通过第二高电压发生器110而漏出至外部。
基于图3的流程图来对该第二高电压发生器110的控制的一个示例进行说明。首先，在步骤S1中，对静电涂装机100与工件W之间所流过的电流i进行监视，对该电流i是否是正常范围内的值进行判断。若该监视电流i表现为异常值，则前进至步骤S2。在步骤S2中，设静电涂装机100与工件W异常接近，从而强制停止向静电涂装机100所包含的运用高电压发生器104的供电。
通过停止向该运用高电压发生器104的供电，从而运用高电压发生器104(串级)丧失生成负极性的高电压的功能，其结果是，无法向旋转雾化头102提供负极性的高电压。至此前为止都被提供有负极性的高电压的旋转雾化头102、空气电动机等维持呈负极性带电的状态，但该带电电荷会通过串级所包含的旁漏电阻106而被放出至外部。
在上述步骤S2的后续步骤S3中，开始向第二高电压发生器110进行供电。该第二高电压发生器110产生正极性的高电压并将该高电压提供给旋转雾化头102。接着，在步骤S4中，从开始向第二高电压发生器110进行供电起经过规定时间后，停止向第二高电压发生器110进行供电。
运用高电压发生器104的强制动作停止并不局限于上述监视电流i的异常，还在控制器10的安全电路检测到异常时进行。以下示例性地列举出了安全电路检测到异常的项目。
(1)绝对灵敏度异常(COL)：以规定间隔对IM量进行采样，将采样到的IM量与COL灵敏度阈值进行比较。当IM量连续多次比COL灵敏度阈值要大时，判断为COL异常。
(2)SLP(DiDt灵敏度异常)：以规定间隔将采样到的IM量与SLP灵敏度阈值进行比较。当IM量连续多次比SLP灵敏度阈值要大时，判断为SLP异常。
(3)TCL(变压器一次电流的过大异常)：以规定间隔对CT变压器电流进行采样，将采样到的电流值与TCL灵敏度阈值进行比较。当电流值连续多次比TCL灵敏度阈值要大时，判断为TCL异常。
(4)VO(异常高电压)：以规定间隔对KV量进行采样，将采样到的KV量与VO灵敏度阈值进行比较。当KV量连续多次比VO灵敏度阈值要大时，判断为VOL异常。
(5)VU(异常低电压)：将采样到的KV量与VU灵敏度阈值进行比较。当KV量连续多次比VU灵敏度阈值要小时，判断为VOL异常。
(6)WT1(AB相电流差)：若A相与B相的电流差为0.5A以上的状态持续规定时间，则判断为异常。
(7)WT2(CT断路检测)：当高电压值为30kv以上时，若变压器电流持续规定时间为0.1A以下，则判断为WT2异常。
(8)WT3(IM线短路的检测)：当高电压监视值(KVM)为30kV以上时，若平均高压电流值(HEIIM)持续规定时间为5μA以下，则判断为WT3异常。
正在运用静电涂装机100的过程中安全电路检测到上述异常，使上述运用高电压发生器104的动作强制停止，此时，也可以前进至上述步骤S3，对上述第二高电压发生器110进行供电。
在实施例1的静电涂装机100中，运用高电压发生器104(串级)所生成的负极性的高电压的值例如为-120kV～-30kV，典型地为-90kV～-60kV。与之相对，第二高电压发生器110所生成的正极性的高电压的值为+20kV～+30kV。该+20kV～+30kV仅仅是个示例，也可以通过实验来设定最恰当的值。
为了避免危险，即使运用高电压发生器104的动作强制停止，包含旋转雾化头102、空气电动机等的静电涂装机100的前端部分也呈带负极性的电荷的状态。在该主要的高电压发生器104强制停止之后，从第二高电压发生器110向旋转雾化头102、空气电动机提供规定时间的逆极性的高电压，因此，利用该逆极性的高电压，能瞬间对静电涂装机100的包含旋转雾化头102的带电部分(图2的斜线部分)的负极性的带电状态进行中和。
在运用静电涂装机100的过程中，也可以根据提供给旋转雾化头102的高电压的值的大小，来使极性与之相反的高电压的电压值发生变化。若进行具体说明，则在将负极性的90kV的电压提供给旋转雾化头102来进行运用的情况下，将30kV作为极性与之相反的正极性的高电压的电压值来提供给旋转雾化头102。另一方面，在将负极性的60kV的电压提供给旋转雾化头102来进行运用的情况下，将20kV作为极性与之相反的正极性的高电压的电压值来提供给旋转雾化头102。
为了对实施例1的静电涂装机100的效果进行确认，尝试将不使第二高电压发生器110动作的情况(比较例)与使第二高电压发生器110动作的情况(实施例的效果)进行比较。在作为比较例而不使第二高电压发生器110动作的情况下，经由旁漏电阻106的带电电荷的放出需要2秒。与之相对，在使第二高电压发生器110动作的情况下，能用0.5秒来对带电电荷进行中和。此外，静电涂装机100的运用电压为-90kV，在该高电压的值下降至-1kV的时刻判断为带电电荷已中和，来测量中和所需要的时间(上述0.5秒)。该电压值即-1kV是没有发生火花放电的危险性的值。当然，也可以使第二高电压发生器110动作直至完全中和即电压值下降至正负零为止。
实施例1的变形例(图4)：
图4示出了实施例1的静电涂装机100的变形例120。在图4中所图示的静电涂装机120中，第二高电压发生器110配置于静电涂装机120之外(例如涂装机器人6)。第二高电压发生器110所生成的正极性的高电压通过导线122而被提供至静电涂装机120的导电体部分(带电部分)。
静电涂装机120的内部具有电阻124，电阻124与导线122相连接。将电阻124插入导线122，从而能降低导线122的外观上的静电电容。换言之，用于将高电压提供给静电涂装机120的导线122成为静电涂装机120的导电体。在该导线122上插入电阻124，从而能实质降低导线122的静电电容。作为图4的图示的静电涂装机120的变形例，也可以用半导体导线构成导线122的整体或其一部分，以代替上述电阻124。
关于对导线122用电阻124或由半导体导线来构成导线122的情况，当然也可以将该结构与前述实施例1的静电涂装机100进行组合。
实施例2(图5、图6)：
图5是用于对实施例2的静电涂装机200的概要进行说明的图。在实施例1的静电涂装机100中，如上所述，采用了将逆极性(正极性)的电压提供给旋转雾化头102从而对使静电涂装机100的前端部带电的电荷进行中和的结构，但在图5所图示的实施例2的静电涂装机200中，采用将带逆极性(正极性)电的空气提供给静电涂装机200从而对残留于静电涂装机200前端部的电荷进行中和的结构。
在该实施例2的静电涂装机200的说明中，对与上述实施例1的静电涂装机100相同的要素标注相同的参照标号，从而省略其说明。
实施例2的静电涂装机200的外部具有产生正离子的离子发生器202，该离子发生器202设置于离子化空气配管204。离子化空气配管204通过空气源(未图示)。静电涂装机200具有通路切换阀208，该通路切换阀208安装于成形空气、空气电动机等的空气系统配管206，该通路切换阀208与上述离子化空气配管204相连接。
基于图6的流程图来对实施例2的静电涂装机200的控制的一个示例进行说明。在步骤S21中，若控制器10的安全电路检测到异常，则前进至步骤S22并从控制器10输出安全信号，从而强制停止向静电涂装机200所包含的运用高电压发生器104(串级)的供电。另外，在接下来的步骤S23中，向离子发生器202进行供电并基于来自控制器10的指令来对通路切换阀208进行切换。由此，将离子发生器202所产生的离子化成正极性的空气导入静电涂装机200，将离子化成正极性的空气提供给静电涂装机200的成形空气通路、空气电动机。然后，在持续规定时间提供该离子化后的空气后，停止向静电涂装机200的空气提供，静电涂装机200成为休止状态(S24)。
对于将离子化成正极性的空气提供给静电涂装机200的时间，可以设定一样的时间而不管静电涂装机200的运用电压的绝对值的大小如何，也可以根据运用电压的绝对值的大小来将提供离子化成正极性的空气的时间设得不同。例如，当静电涂装机200的运用电压为-90kV时，将提供离子化后的空气的时间设定为较长的时间，当静电涂装机200的运用电压为例如-60kV时，也可以将提供离子化后的空气的时间设定为比较短的时间。
对于将离子化成正极性的空气提供给静电涂装机200的时间，当强制停止对静电涂装机200的运用电压(负极性的高电压)的提供时，也可以设定为能利用逆极性的离子化空气来对静电涂装机200的前端部分的负极性的带电状态进行中和的时间。该时间可以通过实验来决定，但也可以对为使静电涂装机200的前端部分的负极性的带电状态完全中和而需要的时间进行设定，考虑在带电状态下降至能确保安全性的程度的时刻(例如旋转雾化头102的电位下降至1kV的时刻)实质性地进行中和，也可以对到该实质性中和的时刻为止所需要的时间进行设定。
以上说明了在控制器10检测到异常而停止对产生负极性高电压的运用高电压发生器104的供电时、积极地对静电涂装机100、200的带电部分的带电状态进行中和的控制。本发明并不局限于此，在运用第一、第二静电涂装机100、200的过程中的通常的控制中，也可以进行如下控制：即，在使第一、第二静电涂装机100、200的动作停止的情况下，也积极地使动作停止后的第一、第二静电涂装机100、200的带电部分的带电状态中和。
根据实施例1、实施例2的静电涂装机100、200，能使静电涂装机100、200的带电部分的带电状态的危险水平瞬间下降，因此，能大幅降低静电涂装机100、200与工件W接近而导致发生火花放电的风险。例如，即使控制器10检测到异常而使涂装机器人6的动作停止，机器人6也会因惯性而继续接近工件W几cm左右。对于该情况，实施例1、实施例2的静电涂装机100、200也能有效抑制火花放电的发生。
如上所述，实施例的静电涂装机100、200即使在接近工件W时也能避免发生火花放电。换言之，能在使静电涂装机100、200比以往要更接近工件W的状态下执行涂装作业，因此，能提高涂布效率。此外，在现有的静电涂装中，将工件W与涂装机之间的距离(涂装距离)设定为约30cm来确保安全性，但根据实施例的静电涂装机100、200，能设定为比30cm要小的涂装距离来实施涂装。缩小涂装距离有助于提高涂布效率。
工业上的实用性
本发明能广泛适用于静电涂装。具体而言，虽然在实施例中对旋转雾化型涂装机进行了说明，但本发明对空气雾化式静电涂装机(包含手喷枪)、液压雾化式静电涂装机(包含手喷枪)也能适用。另外，在实施例中以涂装机器人为例对实施例进行了说明，但并不局限于涂装机器人，本发明对往复式机器也能有效适用。
标号说明
W 汽车(被涂物：工件)
2 涂装系统
4 涂装室
6 涂装机器人
10 控制器
100 实施例1的静电涂装机
102 旋转雾化头(钟形罩)
104 运用高电压发生器(克罗夫特沃尔顿电路)
106 旁漏电阻
110 第二高电压发生器
122 导线
124 电阻
200 实施例2的静电涂装机
202 产生正离子的离子发生器
204 外部配管(空气提供用配管)
206 空气系统配管
208 通路切换阀

Claims (6)

1.一种静电涂装机，所述静电涂装机使微粒化的涂料带电，并使涂料通过静电而附着于工件，其特征在于，包括：
运用高电压发生器，该运用高电压发生器在使用该静电涂装机来对工件进行涂装的运用时，生成用于使所述涂料带电的高电压；以及
第二高电压发生器，该第二高电压发生器用于生成极性与该运用高电压发生器所生成的高电压的极性相反的高电压，
在停止对所述运用高电压发生器进行供电后，该第二高电压发生器接受供电并产生用于对所述静电涂装机的带电状态进行中和的高电压，
所述静电涂装机还包括整流元件，该整流元件在向所述静电涂装机提供由所述运用高电压发生器所生成的高电压来实施静电涂装时，阻止电流流过所述第二高电压发生器。
2.如权利要求1所述的静电涂装机，其特征在于，
利用控制器来对所述静电涂装机进行控制，
该控制器包括安全电路，所述安全电路在检测到异常时强制停止对所述运用高电压发生器的供电，
在该安全电路动作时，向所述第二高电压发生器进行规定时间的供电。
3.如权利要求1或2所述的静电涂装机，其特征在于，
所述静电涂装机还包括电阻，该电阻插入在用于向所述静电涂装机的带电部分提供由所述第二高电压发生器所产生的高电压的导线上。
4.如权利要求3所述的静电涂装机，其特征在于，
所述电阻由半导体构成。
5.一种静电涂装机，所述静电涂装机使微粒化的涂料带电，并使涂料附着于工件，其特征在于，包括：
运用高电压发生器，该运用高电压发生器在使用该静电涂装机来对工件进行涂装的运用时，生成用于使所述涂料带电的高电压；以及
离子发生器，该离子发生器产生极性与该运用高电压发生器所生成的高电压的极性相反的离子，
该离子发生器配置于向所述静电涂装机提供空气的空气通路上，
在停止对所述运用高电压发生器进行供电后，将经所述离子发生器离子化后的空气提供给所述静电涂装机，以对该静电涂装机的带电状态进行中和，
所述静电涂装机还包括整流元件，该整流元件在向所述静电涂装机提供由所述运用高电压发生器所生成的高电压来实施静电涂装时，阻止电流流过所述离子发生器。
6.一种静电涂装方法，所述静电涂装方法使用静电涂装机来使微粒化的涂料带电，并使涂料通过静电而附着于工件，其特征在于，包括：
涂装工序，在该涂装工序中，使带电的涂料通过静电而附着于工件；以及
中和工序，在该中和工序中，在该涂装工序结束之后，将极性与所述静电涂装机所带电电荷的极性相反的高电压施加于所述静电涂装机，以使所述静电涂装机的带电部分的带电状态中和，
还设置有整流元件，该整流元件在向所述静电涂装机提供由所述静电涂装机所带电荷的高电压来实施静电涂装时，阻止电流流过极性与所述静电涂装机所带电电荷的极性相反的电流。
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