JP2006527302A - 電気泳動浸漬塗装装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体によって充填可能であり、かつ、コーティング対象の物体をその内部に浸漬可能な少なくとも１つの浸漬槽（１）を有する電気泳動浸漬システムに関する。少なくとも１つの電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）が、限定的な残留リップルを有するＤＣ電圧をＡＣ電圧から生成する。この電源ユニットの１つの極は、第１極性の少なくとも１つの電極（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）に接続可能であり、この電極は、浸漬槽（１）内に配列されており、他方の極は、コーティング対象の物体に接続可能である。電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）は、１つの制御されていないダイオード整流器ブリッジ（１９）と、制御可能な発振器（２４）とパワートランジスタ（２３）を有するＩＧＢＴスイッチ（２２）と、を備える。制御可能な発振器（２４）は、可変パルス幅を有する５〜３０ｋＨｚのレンジの反復周波数を有するパルスを生成する。このパルスによってパワートランジスタ（２３）を制御する。この結果生成される電圧パルスは、品質（特に、施される保護コーティングの滑らかさと粗さ）に有益な大幅に低減された残留リップルが得られるまで、相対的に小さな平滑要素を使用して平滑可能である。また、電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）は、同一目的に使用されている現在既知のサイリスタブリッジスイッチと比べ、非常に改善されたｃｏｓφを有している。

Description

本発明は、（ａ）塗装液によって充填可能であり、かつ、その中に塗装対象の物体を浸漬可能な少なくとも１つの浸漬塗装槽と、（ｂ）浸漬塗装槽内に配置された第１極性を具備する少なくとも１つの電極と、（ｃ）所与の残留リップルを具備する直流電圧を交流電圧から生成する少なくとも１つの電源ユニットであって、この電源ユニットの１つの極は、第１極性を具備する電極に接続可能であり、電源ユニットの他方の極は、塗装対象の物体に接続可能であり、残留リップルを低減するための平滑要素を含んでいる、少なくとも１つの電源ユニットと、を備える電気泳動浸漬塗装装置に関するものである。

このような電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃまたはｃａｔａｐｈｏｒｅｔｉｃ）による浸漬塗装装置は、商業的に周知である。これらは、所与の状況に適合するべく、レベルが可変の平滑済みの直流電圧を供給可能でなければならない。可能な最大直流電圧が相対的に長期間にわたって電源ユニットに要求されるケースは、非常にわずかである。最大レベルから低減された直流電圧を必要する場合のほうが、はるかに頻繁であり、これに関係する期間のほうが、はるかに長い。直流電圧を生成するために、既知の電源ユニットは、サイリスタブリッジ回路を具備している。平滑の後に、必要なレベルの直流電圧が確立されるように、位相制御法を使用して、これらを作動させている。この方法には、様々な欠点が伴っている。第１に、サイリスタブリッジ回路によって直接生成される出力電圧は、非常に大きなリップルを具備しており、このリップルは、その生成源である交流電圧の周波数を有している。この電圧の平滑に必要とされる平滑要素は、高価であるだけでなく、非常に重く、かつ大きな空間要件を有する非常に大きな平滑チョークを必要としている。このような高価な平滑要素の使用にも拘らず、既知の電気泳動浸漬塗装装置においては、アノードと塗装対象の物体と間の電圧に相当量の残留リップルが存在しており、これは、実現する塗装の仕上げ状態に対して有害な影響を有する。さらには、浸漬塗装槽内に配置されたアノードを略包囲している透析セルの安定性が損なわれる。さらには、これらの既知の電源ユニットのｃｏｓφは、相対的に小さい。

従って、電源ユニットの出力電圧が具備する残留リップルが少ない冒頭において言及したタイプの電気泳動浸漬塗装装置を、コストが低廉であって単純な回路技術を使用して構成することが本発明の目的である。

この目的は、（ｄ）電源ユニットが、（ｄａ）制御されていないダイオード整流器ブリッジと、（ｄｂ）５〜３０ｋＨｚのレンジ内の反復周波数と可変パルス幅とを有するパルスを生成する制御可能な発振器と、この発振器のパルスによって作動するパワートランジスタと、を含んでいるＩＧＢＴ回路と、を備える本発明によって実現される。

従って、本発明によれば、必要な直流電圧を生成するべく、サイリスタブリッジ回路はもはや使用されていない。この代わりに、亜鉛メッキプロセスにおいて同一の形態で既に使用されている回路構成を採用している。当然のことながら、後者においては、利用される電圧および電力レベルは、電気泳動浸漬塗装装置に比べて格段に小さい。このタイプの電流供給構成の基本概念は、制御されていないダイオード整流器ブリッジによって生成された予め平滑済みの電圧内にパルス幅変調を誘発するというものであり、この変調は、本線周波数を格段に上回る相対的に高い周波数を有している。このように生成されたパルスは、相対的に小さなＬＣ要素を使用し、無視可能なほどに少ない残留リップルに平滑可能である。このような電源ユニットの平滑済みの出力電圧のレベルは、パワートランジスタから出力される電圧パルスのデューティファクタに直接比例している。電気泳動塗装に必要とされる電極と物体間の電界を確立する平滑済みの電圧の残留リップルが少なく、この結果、非常に優れた塗装の仕上げ状態（特に、滑らかな表面）が生成される。これは、非常に小さなサイズの平滑チョークを使用することよって実現される。この少ない残留リップルは、透析セルの有効寿命に対しても良い影響を有している。

発振器の反復周波数は、好ましくは、約２０ｋＨｚである。パワートランジスタは、この周波数において問題なく動作可能であり、さらに、この周波数は、生成された矩形パルスの平滑が困難なものにならないように、十分に高い。

ダイオード整流器ブリッジは、三相電流の３つの位相の全波整流のために、６つのダイオードを含んでいることが有利である。

一般に、塗装対象の物体は、コンベアシステムにより、浸漬塗装槽に向かって移動し、その中に浸漬され、この浸漬塗装槽を通過して、引き上げられた後に、さらなる処理のために継続移動する。このケースにおいては、複数のゾーンが搬送方向に順番に配置されており、これらのゾーンは、通常、電気的に相互に隔離されており、このそれぞれが、電源ユニットと、対象のゾーン内の物体と電気的接触状態にありかつ電源ユニットの１つの極に接続されている電流バーと、第１極性を具備する少なくとも１つの極性と、を含んでいる本発明の構成を推奨する。装置全体を、個別に電気的に動作可能な連続したゾーンにサブ分割することにより、物体上の塗装レイヤの段階的な構築に対して電界を局所的に適合可能である（例えば、搬送方向に電界を増大させる）。個々のゾーンを電気的に隔離することにより、遷移領域内における望ましくない相互作用を回避可能である。

このようなケースにおいて、１つの電流バーから別のものに物体が移動する際に、隣接するゾーンの電流バーが互いに電気的に接続可能であれば、物体のこの移動の際に、電圧比率は、定義された状態に常に留まることになる。

任意選択により、それぞれの電源ユニットが、すべてのゾーン内の第１極性のそれぞれの電極に対して接続可能である本発明の実施例は、特に有用である（特に、１つの電源ユニットに障害が発生した場合）。この場合には、障害によって電源ユニットが故障すると、別の電源ユニットを使用して、少なくとも緊急動作を維持することが可能である。

電源ユニットの平滑済みの出力電圧から一連の矩形パルスを生成するパルス整形器が少なくとも１つの電源ユニットの出力に接続されていれば、特に中空構造の内部表面に対する非常に優れた塗装結果を実現可能である。これにより、ファラデー箱として機能する導電性中空構造の影響の大部分を除去可能である（この影響により、静電界が内部を貫通することが妨げられる）。

矩形パルスの反復周波数は、１〜１０ｋＨｚである（特に、５ｋＨｚまたはこの近傍である）ことが有利である。

以下、添付の図面を参照し、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。

まず、図１を参照されたい。この図には、動作の際に塗装液によって充填される浸漬塗装槽が、参照符号１によって示されている。例えば、車両のボディなどの塗装対象の物体が、この浸漬塗装槽１内に浸漬される。これは、連続移動プロセスによって実行可能であり、この場合には、塗装対象の物体は、塗装対象の物体を浸漬塗装槽の内部に移動させてこれを通過させた後に浸漬塗装槽１から外部に引き上げるコンベアに装着される。ただし、この代わりに、不連続な浸漬プロセスにより、塗装槽１内において物体を塗装することも可能である。以下の説明においては、連続プロセスを前提としている。塗装対象の物体の移動方向は、矢印２によって示されている。

例えば、塗装液に含まれている色素、溶剤、および添加物粒子などの塗装粒子を堆積させるべく、物体の表面が浸漬塗装槽１を通過する際に、多数のアノード３と物体の表面との間に確立される電界のカソード電位の下に、物体の表面を配置する。この電界内において、塗装粒子は、物体に向かって移動し、これらの表面上に堆積する。

浸漬塗装槽１内に前述の電界を生成する全体的な構成は、３つの電気的に隔離されたゾーンＡ、Ｂ、Ｃにサブ分割されている。ゾーンＡは、入口ゾーンであり、ゾーンＢは、メインゾーンであり、ゾーンＣは、出口ゾーンである。それぞれのゾーンＡ、Ｂ、Ｃは、アノードのグループ３Ａ、３Ｂ、および３Ｃを含んでおり、これらのそれぞれは、並列に接続され、物体の移動経路に隣接して配列されている。さらには、それぞれのゾーンＡ、Ｂ、Ｃは、電流バー４Ａ、４Ｂ、４Ｃを具備しており、これは、カソード電位を有しており、これにより、物体は、適切な摺動接触を通じた永久的な接触状態となる。最後に、それぞれのゾーンＡ、Ｂ、Ｃは、関連する独自の電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃを具備しており、この負極は、電流バー４Ａ、４Ｂ、４Ｃを介して、最終的に、塗装対象の物体に接続され、この正極は、アノードの個々のグループ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと接続されている。３つの電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃには、それぞれ、三相変圧器６の二次側コイル６Ａ、６Ｂ、６Ｃから電力が供給されている。

電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃとアノードグループ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの間の接続は、浸漬塗装槽１の全体の長さにわたって延長している３つのライン７Ａ、７Ｂ、７Ｃのグループを介して実現されている。それぞれの電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、任意選択により、それぞれのライン７Ａ、７Ｂ、７Ｃに接続可能である。ただし、通常の動作状態においては、電源ユニット５Ａは、ライン７Ａに接続され、電源ユニット５Ｂは、ライン７Ｂに接続され、電源ユニット５Ｃは、ライン７Ｃに接続されている。

ライン７Ａは、ブランチライン８Ａを介して、アノードグループ３Ａに接続されており、ライン７Ｂは、ブランチライン８Ｂを介して、別のアノードグループ３Ｂに接続されており、ライン７Ｃは、ブランチライン８Ｃを介して、アノードグループ３Ｃに接続されている。従って、この結果、この構成は、必要に応じて、例えば、電源ユニット５Ａ、５Ｂ、または５Ｃの障害後の緊急動作の際に、それぞれの電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃから、それぞれのアノードグループ３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対してアノード電圧を供給できるようになっている。

それぞれの電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃの正極は、物体の移動方向（矢印２）に沿って延長しているそれぞれの関連するラインセクション９Ａ、９Ｂ、９Ｃに接続可能である。通常、ラインセクション９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、互いに電気的に隔離されている。ただし、必要に応じて、スイッチ１０、１１により、これらを相互接続可能である。ブランチライン１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが、それぞれのラインセクション９Ａ、９Ｂ、９Ｃから、対応する電流バー４Ａ、４Ｂ、４Ｃに向かって延長している。従って、このケースにおいては、任意選択により、電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃのそれぞれから電流バー４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対して電力供給可能であるが、通常は、電源ユニット５Ａは、電流バー４Ａに割り当てられており、電源ユニット５Ｂは、電流バー４ｂに割り当てられており、電源ユニット５Ｃは、電流バー４Ｃに割り当てられている。

ブランチライン１２Ａおよび１２Ｂは、制御可能なサイリスタ１３を介して相互接続されており、ブランチ１２Ｂおよび１２Ｃは、制御可能なサイリスタ１４を介して相互接続されている。サイリスタ１３および１４は、電流バー４Ａ、４Ｂ、および４Ｃ間における電気的な隔離状態が維持されるように、通常は遮断されている。

電流バー４Ａおよび４Ｂと電流バー４Ｂおよび４Ｃを相互に隔離している途切れた部分の近傍に、存在センサ１６、１７、１８、１９が物体の移動経路に沿って配置されている。これらのセンサは、後程詳述するように、対象の位置に物体が存在していることを検出し、信号をトリガしてサイリスタ１３および１４を作動させる。

前述の浸漬塗装装置の動作は、次のとおりである。

通常の動作においては、浸漬塗装槽１内の塗装対象の物体は、矢印２の方向に接近し、槽内に浸漬される。適切な接触構成により、これらは、まず、電流バー４Ａに接続され、塗装液中を、アノードグループ３Ａと物体の表面間に確立される電界内に移動する。物体の表面上への塗装粒子の堆積が始まる。物体がアノードグループ３Ａの端部に接近し、この結果、存在センサ１６の検出レンジ内に到来すると、２つの電流バー４Ａおよび４Ｂを接続するサイリスタ１３が導通状態となる。物体が存在センサ１７の検出レンジに到達すると、サイリスタ１３は、再度遮断される。従って、２つの電流バー４Ａおよび４Ｂは、電流バー４Ａから電流バー４Ｂに物体が遷移する際にのみ、同一電位にスイッチングされる。

この結果、物体は、電流バー４Ｂと（従って、物体の表面と）、アノードグループ３Ｂの間に確立される電界内の塗装液中を移動する。一般に、この電界は、入口ゾーンＡ内の電界よりも大きい。このメインゾーンＢ内においては、塗装レイヤの厚さの主要な部分が物体の表面上に堆積される。物体が存在センサ１８に到達すると、サイリスタ１４が導通状態となり、この結果、電流バー４Ｂおよび４Ｃが相互接続される。この接続は、物体が存在センサ１９の検出レンジに到達するまで維持され、次いで、再度遮断される。出口ゾーンＣ内においては、電界は、一般に、再度、先行するゾーンＡ、Ｂ内の電界よりも多少大きくなっており、物体上に堆積される塗装レイヤの厚さが、その最終値まで増大することになる。次いで、物体は、この浸漬塗装槽１を離れ、既知の方式でさらに処理される。

例えば、電源ユニット５Ａが故障した場合には、その他の電源ユニット５Ｂ、５Ｃの中の１つが、故障した電源ユニット５Ａの機能を引き継ぐという緊急動作を維持することが可能である。これを実現するには、電源ユニット５Ａをライン７Ａおよびラインセクション９Ａから切断する。（追加の）接続を、例えば、電源ユニット５Ｂとライン７Ａとの間に確立する。同時に、スイッチ１０を閉じる。この結果、ゾーンＡおよびＢが並列に電気的に動作することになる。これは、電源ユニット５Ａの修理が完了するまで実行可能である。

すべての電源ユニット５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、原則的に同様に構築されている。電源ユニット５Ａの回路構成が図２に示されており、次に、これを参照されたい。

図２には、本線電圧が供給されている三相変圧器６と、電源ユニット５Ａに関連した二次側巻線６Ａが示されている。二次側巻線６Ａによって生成されたそれぞれ１２０°だけシフトした３つの電圧位相が、図示のように、６つのダイオード２０を含む制御されていないブリッジ回路１９に供給されている。ブリッジ回路１９の出力電圧を事前に平滑するコンデンサ２１が、ブリッジ回路１９の出力と並列に接続されている。

この出力電圧は、ＩＧＢＴ回路２２に供給されているが、ＩＧＢＴについては、周知である。この回路は、少なくとも１つの制御可能なパワートランジスタ２３と発振器２４とを含んでおり、この発振器２４は、例えば、２０ｋＨｚの反復周波数を有する相対的に高い周波数の矩形パルスを生成する。矩形パルスの幅と、従って、パルスのデューティファクタは、発振器２４の制御接続２５を介して変更可能である。発振器２４の矩形パルスは、パワートランジスタ２３の制御入力に供給されている。

パワートランジスタ２３のエミッタは、逆方向に接続されているダイオード２７を介してアースに接続されている。このダイオード２７において、ＩＧＢＴ回路２２の出力電圧が降下する。この出力電圧は、図３に示されているように時間と共に変化する。これは、その反復周波数がＩＧＢＴ回路２２の発振器２４の周波数に対応しており、かつ、その幅がＩＧＢＴ回路の制御接続２５を介して変更可能な矩形パルスから構成されている。これらの電圧パルスの振幅は、変圧器６の入力電圧と二次側巻線６Ａの設計とによって決定される。

図３に示されているＩＧＢＴ回路２２の出力パルスは、チョーク２８とコンデンサ２９とを含むＬＣ要素によって平滑されている。このＬＣ要素は、発振器２４の反復周波数に対して、従って、ＩＧＢＴ回路２２の出力パルスに対して、適合されている。前述のように、これらの出力パルスの反復周波数は相対的に高いため、非常に良好な平滑を相対的に小さなチョーク２８と小さなコンデンサ２９とによって実現可能である。従って、端子３０に出現する電源ユニット５Ａの出力電圧は、大部分の残留リップルが除去されており、これは、略１％未満に容易に抑圧可能である。さらには、前述の電源ユニット５Ａのｃｏｓφは、制御可能なサイリスタブリッジによって動作する既知の電源ユニットを有する場合と比べ、格段に小さい。この結果、表面粗度が小さい優れたコーティング結果が得られる。

図３には、ダイオード２７に印加される異なるパルス幅を具備する２つの模範的なパルスシーケンスと、これに関連する図２の回路構成の端子３０に出現する平滑済みの電圧が示されている。

電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、電流制御および電圧制御方式の両方において動作可能である。

電源ユニット５Ａ、５Ｂ、および５Ｃの出力電圧を塗装対象の物体に直接印加するのではなく、まず、図４に示されているパルス整形器５０に印加するようにすれば、中空構造において、これまで知られているものよりも良好な塗装結果が実現する。パルス整形器５０は、電源ユニット５Ａ、５Ｂ、または５Ｃの端子３０における平滑済みの出力電圧から、通常、１〜１０ｋＨｚのレンジ（好ましくは、５ｋＨｚまたはこの近傍）の反復周波数を有する矩形パルスシーケンスを生成する。

図４に示されているパルス整形器５０は、原理上は周知である。これは、入力５１に並列に接続されたコンデンサ５２と、このコンデンサ５２に並列に接続された２つの直列接続ＩＧＢＴトランジスタ５３および５４とを備えており、これらのトランジスタは、所望の周波数の矩形パルスシーケンスによって逆方向において動作する。これらの矩形パルスは、２つのＩＧＢＴトランジスタ５３、５４間のポイント５５において抽出可能であり、図５に示されている形態でパルス整形器５０の出力端子に出現する。

パルス整形器５０を使用する際には、電圧が最大値に制限されている場合にも、対象物に対する電圧弧絡を回避するべく、関連する電源ユニット５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、原則的に、電流制御する。

電気泳動浸漬塗装装置の全体的な回路構成を概略的に示す図である。 図１の装置に利用されている電源ユニットの回路図を示す図である。 図２の電源ユニットから出力されるパルスシーケンスを示す図である。 図２に示されている電源ユニットの出力に接続可能なパルス整形器を示す図である。 図５に示されているパルス整形器から出力されるパルスシーケンスを示す図である。

Claims (9)

1. （ａ）塗装液によって充填可能であり、かつ、その内部に塗装対象の物体を浸漬可能な少なくとも１つの浸漬塗装槽と、
   （ｂ）該浸漬塗装槽内に配置されている第１極性を有する少なくとも１つの電極と、
   （ｃ）交流電圧から所与の残留リップルを有する直流電圧を生成する少なくとも１つの電源ユニットであって、該電源ユニットの１つの極は、前記第１極性を有する前記電極に接続可能であり、前記電源ユニットの他方の極は、前記塗装対象の物体に接続可能であり、前記残留リップルを低減するための平滑要素を含んでいる少なくとも１つの電源ユニットと、
   を備える電気泳動浸漬塗装装置であって、
   （ｄ）前記電源ユニット（５）は、
   （ｄａ）制御されていないダイオード整流器ブリッジ（１９）と、
   （ｄｂ）５〜３０ｋＨｚのレンジ内の反復周波数を有する可変幅のパルスを生成する制御可能な発振器（２４）と、前記発振器（２４）の前記パルスによって作動するパワートランジスタ（２３）と、を含むＩＧＢＴ回路（２２）と、
   を含むことを特徴とする電気泳動浸漬塗装装置。
2. 前記発振器（２４）の前記反復周波数は、略２０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
3. 前記ダイオード整流器ブリッジ（１９）は、三相電流の３つの位相の全波整流のために６つのダイオード（２０）を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
4. 前記物体がコンベアシステムによって前記浸漬塗装槽内を移動可能である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気泳動浸漬塗装装置であって、搬送方向に順番に配置され、通常、互いに電気的に隔離されている複数のゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ）を含んでおり、前記ゾーンのそれぞれは、電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）と、前記ゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ）内の前記物体とが電気的接触状態にあり前記電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）の他方の極に接続可能である電流バー（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）と、前記第１極性を有する少なくとも１つの電極（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）と、を含んでいることを特徴とする電気泳動浸漬塗装装置。
5. 隣接するゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ）の前記電流バー（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）は、１つの電流バー（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）から別のものに前記物体が移動する際に互いに電気的に接続可能であることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
6. 各前記電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）は、任意選択により、すべての前記ゾーン（Ａ、Ｂ、Ｃ）内の前記第１極性を有するそれぞれの電極（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）に接続可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
7. 少なくとも１つの前記電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）の出力にパルス整形器（５０）が接続されており、該パルス整形器（５０）は、前記電源ユニット（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）の前記平滑済みの出力電圧から一連の矩形パルスを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
8. 前記矩形パルスの前記反復周波数は、１〜１０ｋＨｚであることを特徴とする請求項７に記載の電気泳動浸漬塗装装置。
9. 前記矩形パルスの前記反復周波数は、５ｋＨｚまたはこの近傍であることを特徴とする請求項８に記載の電気泳動浸漬塗装装置。

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