JP2001096201A - 静電塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】塗布機及びワークの間に印加する電圧値を高く
設定してもスパークが生じ難くし、また、塗着効率低下
の原因となる空間電荷効果、逆電離、静電反発を起こさ
せないようにして塗着効率を向上させる。 【解決手段】塗布機（２）とワーク（３）の間に、パル
ス幅が２００μｓ以下の高電圧パルス（ＨＰ）を印加す
るようにした。パルス幅が２００μｓ以下と極めて短い
ので、何らかのきっかけで塗布機（２）とワーク（３）
の間の電流値が急激に上昇しても、スパークに至るまで
に要する約０．５〜１ｍｓの時間が経過する前に、印加
電圧が低下してしまい、スパ−クを生じにくくなる。し
たがって、電圧値を高く設定することにより塗着効率を
向上させることができ、また、パルス電圧を印加してい
るので空間電荷効果、逆電離、静電反発に起因する塗着
効率の低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗布機及びワーク
の間に高電圧を印加して、塗布機から噴霧された液体塗
料、粉体塗料、塗油材その他の塗布材をワークに塗着さ
せる静電塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体塗料、粉体塗料、塗油材その他の塗
布材を効率良くワークに塗着させるために、塗布機及び
ワークの間に高電圧を印加して静電場を形成し、塗布材
粒子をワークと反対極に帯電させて静電塗着させる静電
塗布装置が用いられている。液体塗料を使用して塗装す
る場合、その塗着効率は、平板では８０〜９０％、条件
によっては９５％に達することさえあるが、自動車ボデ
ィーなどの立体的なワークは表面に凹凸が形成されてい
たり、窓用開口部などの隙間が形成されていたり、さら
には、塗装機（塗布機）を移動させながら塗装しなけれ
ばならないことから、塗着効率が６５〜７０％程度にと
どまる。

【０００３】この塗着効率をより向上させることができ
れば、同じ膜厚の塗膜を形成する場合に、塗料の使用量
も廃塗料も減少するので、廃塗料の処理コストを軽減す
ることができるだけでなく、処理に伴うＣＯ₂ の発生量
を減少させることができ、ＶＯＣ対策の点からも望まし
い。

【０００４】例えば、塗料を静電塗着させる塗着効率が
７０％であったときの噴霧量が１００だとすると、その
ときワークには７０の塗料が塗着されることとなり、計
算上は３０の塗料が廃塗料となる。ここで、塗着効率を
８０％に向上させることができれば、ワークに７０の塗
料を塗着させるために必要な噴霧量は８８で足り、１８
の塗料が廃塗料となる。したがって、塗着効率７０％の
場合に比して塗料の使用量が１２％減少し、廃塗料は４
０％減少する。

【０００５】また一般に、塗装機及びワークの間に印加
する高電圧の値を大きくすればするほど塗着効率が向上
することが知られている。したがって、ワークをアース
電位に維持し、塗装機に−９０ｋＶの高電圧を印加して
静電塗装を行うよりも、塗装機に−１２０ｋＶの高電圧
を印加して静電塗装を行ったほうが塗着効率は高い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、印加電
圧を高くすると塗着効率が向上するものの、塗装機及び
ワークの間でスパークを生じやすくなるため、塗膜の肌
あれや変色などの塗装不良を起こしやすいという問題を
生ずることも知られており、印加電圧を高くするにも限
度があった。また、印加電圧を高くする場合に限らず、
通常の塗装条件に応じた適正な高電圧を印加して塗装し
ている場合であっても、塗装機とワークが異常接近した
場合などにスパークが起きやすく、この場合は、前述と
同様に塗装不良を起こす。

【０００７】一方、塗装機及びワークの間に一定の高電
圧を印加して静電塗装していると、時間の経過に伴って
塗着効率が低下することがある。発明者の研究によれ
ば、これは、空間電荷効果、逆電離、静電反発という夫
々の現象に起因するものであり、特に逆電離及び静電反
発は比抵抗の高い粉体塗装を行った場合などに顕著であ
る。

【０００８】空間電荷効果は、塗装機とワークの間に形
成される静電場に電荷が飽和する現象で、その結果、静
電場内にそれ以上電荷を放出しなくなるために塗着効率
を低下させる原因になると推測される。

【０００９】逆電離は、塗膜の電気抵抗が大きいため
に、プラスのワーク表面に塗着した塗料粒子のマイナス
電荷がワーク内へ流れずに表面にチャージされたままの
状態になったときに、ワーク表面から空間ヘプラスの電
荷が飛び出す現象で、その結果、塗料粒子のマイナスの
電荷を中性化してしまうために塗着効率を低下させる原
因になると推測される。

【００１０】また、静電反発は、前述と同様にマイナス
電荷がワークの表面にチャージされたときに、ワーク表
面と塗料粒子がいずれもマイナスに帯電されて反発しあ
う現象で、その結果、塗着効率を低下させる原因になる
と推測される。

【００１１】そして、発明者が実験したところ、特開平
５−１７７１５５号公報及び特開平７−８８４８号公報
に開示されているように、高電圧をパルス状の電圧波形
にして供給するとこれらの影響が少なくなって、上述し
たような空間電荷効果、逆電離、静電反発という夫々の
現象に起因する塗着効率の低下を防止できることが確認
された。しかしながら、この場合も、より塗着効率を向
上させようとすれば、パルストップの電圧値を高く設定
せざるを得ないのでスパークを起こしやすくなり、ま
た、通常の電圧値で塗装していても塗装機とワークが異
常接近した場合などにスパークが起きることは、直流高
電圧を供給する場合と同様である。

【００１２】そこで本発明は、塗布機及びワークの間に
印加する電圧値を上昇させてもスパークを発生させない
ようにし、また、塗着効率低下の要因となる空間電荷効
果、逆電離、静電反発を起こさせないようにして塗着効
率を向上させるようにすることを技術的課題としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、塗布機及びワークの間に高電圧を印加し
て両者の電位差により静電場を形成し、塗布機から噴霧
された塗布材粒子をワークと反対極に帯電させて静電塗
着させる静電塗布装置であって、パルス発生回路で発生
させた高電圧パルスを前記塗布機及びワークの間に印加
する高電圧供給回路を備え、前記高電圧パルスのパルス
ベースとパルストップとの振幅差で表されるパルス振幅
の一部又は全部が、通常の塗布条件で塗布機及びワーク
の間にスパークを起こさずに静電塗布を行うことができ
る高電圧領域と重なるように、そのパルスベース及びパ
ルストップの電圧値が設定されると共に、パルスの立上
がりから立下がりに至るパルス幅が２００μｓ以下に設
定されたことを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、高電圧供給回路から出力
された高電圧パルスが前記塗布機及びワークの間に印加
される。例えば、通常の塗布条件で塗布機及びワークの
間にスパークを起こさずに静電塗布を行うことができる
高電圧領域が−６０ｋＶ〜−１１０ｋＶであった場合、
高電圧パルスは、そのパルスベースが−９０ｋＶ、パル
ストップが−１３０ｋＶ、パルス幅が２００μｓ以下に
設定される。

【００１５】高電圧パルスのパルスベースの電圧値は、
これを定常的に印加しても通常の条件で静電塗布を行っ
ていればスパークを生じない電圧であるが、パルストッ
プの電圧値は、これを定常的に印加して静電塗布を行っ
た場合にはスパークを生じるおそれがある。しかしなが
ら、本発明では、パルス幅が２００μｓ以下と極めて短
いのでスパークを生じにくい。すなわち、何らかのきっ
かけで塗布機とワークの間の電流値が急激に上昇して
も、発明者の実験によれば電流値が高くなり始めてから
スパークに至るまで約０．５〜１ｍｓ程度を要する。本
発明では、パルス幅が２００μｓ以下と極めて短く設定
されており、スパークに至る前までに印加電圧が低下す
るので、スパークを生じにくい。

【００１６】また、高電圧パルスのパルスベースが−５
０ｋＶ、パルストップが−９０ｋＶに設定されている場
合、いずれも、この電圧値を定常的に印加して通常の条
件で静電塗布を行っていればスパークを生じない電圧で
あるが、塗布機とワークが異常接近した場合などにはス
パークを生じるおそれがある。しかしながら、本発明で
は、パルス幅が２００μｓ以下と極めて短いので、前述
と同様の理由でスパークを生じにくい。

【００１７】さらに、発明者の実験によれば、高電圧パ
ルスを印加すると、一定の高電圧を定常的に印加したと
きに比して、空間電荷効果の影響を受けにくいだけでな
く、逆電離や静電反発も起こりにくいので、塗着効率の
低下が防止され、結果として塗着効率が向上し、また、
スパークを生じにくいので高電圧パルスのパルスベース
を非常に高い電圧値に設定して塗着効率を向上させるこ
ともできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る静電
塗布装置を示すブロック図、図２は高電圧パルスの例を
示す波形図、図３は基準高電圧とパルス電圧を重畳して
形成された高電圧パルスの例を示す波形図である。

【００１９】本例の静電塗装装置（静電塗布装置）１
は、塗装機（塗布機）２及びワーク３の間に高電圧を印
加して両者の電位差により静電場を形成し、塗装機２か
ら噴霧された塗料粒子をワーク３と反対極に帯電させて
静電塗着させるように成されている。

【００２０】塗装機２の霧化ヘッド２ａには高電圧供給
回路４が接続されて所定の高電圧が印加されると共に、
ワーク３はアース電位に維持されている。高電圧供給回
路４は、一定の基準高電圧Ｃを発生させる基準高電圧発
生回路５と、所定のパルス振幅及びパルス幅を有するパ
ルス電圧Ｐを発生させるパルス発生回路６とを備え、前
記基準高電圧Ｃとパルス電圧Ｐを重畳させて得られた高
電圧パルスＨＰが、前記塗装機２の霧化ヘッド２ａに印
加されるように成されている。

【００２１】この高電圧パルスＨＰは、パルスベースＶ
ｂとパルストップＶｔとの振幅差で表されるパルス振幅
の一部又は全部が、通常の塗装条件で塗装機２及びワー
ク３の間にスパークを起こさずに静電塗装を行うことが
できる高電圧領域Ｈと重なるように、そのパルスベース
ＶｂとパルストップＶｔが設定されると共に、パルスの
立上がりから立下がりに至るパルス幅（具体的には、例
えば、立ち上がり半値点から立ち下がり半値点までの時
間）が２００μｓ以下に設定されている。また、前記パ
ルス振幅が、前記パルスベースＶｂの電圧値の１０％以
上に設定されている。

【００２２】ここで、パルス幅を２００μｓ以下に設定
したのは、その時間がスパークの発生を確実に防止し得
る時間として十分であり、また、パルス振幅をパルスベ
ースＶｂの電圧値の１０％以上に設定したのは、１０％
程度の電圧変動がなければ塗着効率をそれほど向上させ
ることができないことが実験的に確認されたからであ
る。

【００２３】高電圧パルスＨＰの波形は、図２（ａ）に
示すように、パルスベースＶｂが高電圧領域Ｈ内に設定
され、パルストップＶｔが高電圧領域Ｈを超えた高電圧
値に設定されている場合や、図２（ｂ）に示すように、
パルスベースＶｂが高電圧領域Ｈ以下に設定され、パル
ストップＶｔが高電圧領域Ｈを超えた高電圧値に設定さ
れている場合や、図２（ｃ）に示すように、パルスベー
スＶｂが高電圧領域Ｈ以下に設定され、パルストップＶ
ｔが高電圧領域Ｈ内に設定されている場合や、図２
（ｄ）に示すように、パルスベースＶｂ及びパルストッ
プＶｔが高電圧領域Ｈ内に設定されている場合が考えら
れる。

【００２４】さらに、高電圧パルスＨＰの形成手段につ
いて、図２（ａ）に示す波形を例にとって説明すると、
通常の塗装条件で塗装機２及びワーク３の間でスパーク
を起こさずに静電塗装を行うことができる高電圧領域Ｈ
が−６０ｋＶ〜−１１０ｋＶであった場合、例えば、高
電圧パルスＨＰのパルスベースＶｂを−９０ｋＶ、パル
ストップＶｔを−１３０ｋＶに設定する。

【００２５】そして、図３（ａ）に示すように、基準高
電圧発生回路５から−９０ｋＶの基準高電圧Ｃを出力さ
せ、パルス発生回路６から、パルスベースＶｂが０Ｖ、
パルストップＶｔが−４０ｋＶ、パルス幅が２００μｓ
以下、本例では５０μｓのパルス電圧Ｐを出力させる。

【００２６】次いで、この基準高電圧Ｃとパルス電圧Ｐ
を重畳させると、図３（ｂ）に示すように、パルスベー
スＶｂが−９０ｋＶ、パルストップＶｔが−１３０ｋ
Ｖ、パルス振幅が−４０ｋＶ、塗装機２とワーク３の間
の瞬間最大電位差が１３０ｋＶ、パルス幅が５０μｓの
高電圧パルスＨＰが出力されることとなる。

【００２７】以上が本発明を適用した静電塗装装置の一
例構成であって、次に、その作用について説明する。

【００２８】例えば、自動車ボディーなどのワーク３に
静電塗装をする場合は、ワーク３をアースに接続してア
ース電位に維持すると共に、高電圧供給回路４から塗装
機２に高電圧パルスＨＰを供給する。そして、塗装機２
から塗料を噴霧させると、霧化ヘッド２ａで霧化された
塗料粒子（塗布材粒子）が負極に帯電され、反対極であ
るアース電位のワーク３に静電塗着されることとなる。

【００２９】塗装機２に高電圧パルスＨＰを印加するこ
とにより、塗装機２とワーク３の間の電位差は常に９０
ｋＶから１３０ｋＶ間で変動し、通常の塗装条件で静電
塗装を行った場合にスパークを起こさない高電圧領域Ｈ
を超えた高電圧（−１３０ｋＶ）が印加される。

【００３０】したがって、−９０ｋＶの高電圧を定常的
に印加するよりも高い電圧が印加されるので、塗着効率
が向上される。また、高電圧領域Ｈを超えた高電圧（−
１３０ｋＶ）が印加されるが、そのパルス幅が５０μｓ
以下と極めて短時間に設定されているので、何らかのき
っかけにより電流値が急激に上昇してもスパークに至る
までの０．５〜１．０ｍｓの時間が経過する前に電圧値
が低下し、スパークを生じることがない。

【００３１】また、発明者の実験によれば、高電圧を印
加する際に、一定電圧を定常的に印加する場合に比し
て、パルスを印加した方が、空間電荷効果の影響を受け
にくいだけでなく、逆電離や静電反発も起こりにくいの
で、塗着効率の低下が防止されることが確認された。

【００３２】なお、上述の説明では、−９０ｋＶと−１
３０ｋＶの間を変動する高電圧パルスＨＰを出力させる
ために、−９０ｋＶの基準高電圧Ｃに、０Ｖ〜−４０ｋ
Ｖの間を変動するパルス電圧Ｐを重畳する場合について
説明したが、本発明はこれに限らず、−１１０ｋＶの基
準高電圧Ｃに＋２０ｋＶ〜−２０ｋＶの間を変動するパ
ルス電圧Ｐを重畳させたり、−１３０ｋＶの基準高電圧
Ｃに＋４０ｋＶ〜０Ｖの間を変動するパルス電圧Ｐを重
畳させたり、さらに、−７０ｋＶの基準高電圧Ｃに−２
０ｋＶ〜−５０ｋＶの間を変動するパルス電圧Ｐを重畳
させる場合であってもよい。

【００３３】また、高電圧パルスＨＰを塗装機２に印加
する場合に限らず、ワーク３に印加したり、基準高電圧
Ｃを塗装機２に印加してパルス電圧Ｐをワーク３に印加
したり、さらに、基準高電圧Ｃをワーク３に印加してパ
ルス電圧Ｐを塗装機２に印加する場合であってもよい。

【００３４】さらに、パルス発生回路６により、パルス
ベースＶｂを０Ｖ、パルストップＶｔを高電圧領域Ｈ内
の電圧または高電圧領域Ｈを超える電圧に設定した高電
圧パルスＨＰを出力させれば、基準高電圧Ｃを出力する
基準高電圧発生回路５を設けるまでもない。

【００３５】さらにまた、本発明は、液体塗料を塗装す
る場合に限らず、粉体塗料を塗装したり、塗油材を塗布
する場合など、任意の塗布材を静電塗布させる場合に適
用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
電圧をパルス状に印加しているので、定常高電圧を印加
したときに比して、空間電荷効果、逆電離、静電反発の
影響を受けにくく塗着効率の低下が防止されて相対的に
塗着効率が向上し、しかも、塗布機またはワークに印加
される高電圧パルスのパルス幅が２００μｓ以下と極め
て短いので、塗布機とワークが異常接近した場合や、塗
着効率を向上させるためにパルストップの電圧値を高く
設定した場合でも、スパークを生じることなく静電塗布
することができるという大変優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電塗布装置を示すブロック図。

【図２】高電圧パルスの例を示す波形図。

【図３】基準高電圧とパルス電圧を重畳して形成された
高電圧パルスの例を示す波形図。

【符号の説明】

１・・・静電塗装装置（静電塗布装置） ２・・・塗装機（塗布機） ３・・・ワーク ４・・・高電圧供給回路 ５・・・基準高電圧発生回路 ６・・・パルス発生回路 Ｖｂ・・パルスベース Ｖｔ・・パルストップ Ｈ・・・高電圧領域 ＨＰ・・高電圧パルス Ｃ・・・基準高電圧 Ｐ・・・パルス電圧

フロントページの続き (72)発明者 酒 徳 亮 太 愛知県豊田市柿本町一丁目９番地 トリニ ティ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F034 AA01 AA03 AA04 AA06 BB12 BB21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塗布機（２）及びワーク（３）の間に高電
   圧を印加して両者の電位差により静電場を形成し、塗布
   機（２）から噴霧された塗布材粒子をワーク（３）と反
   対極に帯電させて静電塗着させる静電塗布装置であっ
   て、 パルス発生回路（６）で発生させた高電圧パルス（Ｈ
   Ｐ）を前記塗布機（２）及びワーク（３）の間に印加す
   る高電圧供給回路（４）を備え、 前記高電圧パルス（ＨＰ）のパルスベース（Ｖｂ）とパ
   ルストップ（Ｖｔ）との振幅差で表されるパルス振幅の
   一部又は全部が、通常の塗布条件で塗布機（２）及びワ
   ーク（３）の間にスパークを起こさずに静電塗布を行う
   ことができる高電圧領域（Ｈ）と重なるように、そのパ
   ルスベース（Ｖｂ）及びパルストップ（Ｖｔ）の電圧値
   が設定されると共に、パルスの立上がりから立下がりに
   至るパルス幅が２００μｓ以下に設定されたことを特徴
   とする静電塗布装置。
2. 【請求項２】前記高電圧供給回路（４）が、一定の基準
   高電圧（Ｃ）を発生する基準高電圧発生回路（５）と、
   前記基準高電圧（Ｃ）に重畳させるパルス電圧（Ｐ）を
   発生させるパルス発生回路（６）からなる請求項１記載
   の静電塗布装置。
3. 【請求項３】前記パルス振幅が、前記パルスベース（Ｖ
   ｂ）の１０％以上に設定されてなる請求項１又は２記載
   の静電塗布装置。