JP2009022856A - 塗装セッティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布された塗料を早期に乾燥させる。また、このときの消費エネルギを低減する。
【解決手段】塗装されたワーク１２を受け入れるセッティングチャンバ２０内に、除湿機２４より、除湿された空気を供給する。セッティングチャンバの入口と出口に、チャンバの開口面積の調整を行うことができる入口絞り装置３２、出口絞り装置３４を設ける。ワーク１２の形状に合わせて絞り装置の進退を調整し、ワーク１２が通過可能な程度に、チャンバの入口および出口の開口面積を小さくする。これにより、除湿空気のチャンバ内からの流出を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを連続的に搬送して塗装を行う塗装ラインにおいて、塗料を塗布した後、塗料を予備的に乾燥させるセッティング処理を行う装置に関する。

塗料を塗布したワークを高温で加熱、乾燥させて塗装を行う焼き付け塗装が知られている。また、焼き付け塗装を連続して行うために、複数のワークを連続的に搬送して、塗料の塗布を行うブース、焼き付け乾燥を行う炉を通過させる塗装装置が知られている（下記非特許文献１参照）。この連続塗装装置において、塗料の塗布の後、焼き付け乾燥を行う前に、塗料中の揮発成分を蒸発させるための予備的な乾燥工程であるセッティングと呼ばれる工程を設けることがある。特に、水溶性の塗料を用いる場合、溶媒である水は、有機溶剤の場合よりも蒸発に時間を要するために、上記のセッティング工程を設けること場合が多い。セッティング工程においては、所定の時間、常温で保持する場合、常温よりやや高い温度、例えば６０〜８０℃の雰囲気中で保持し、予熱を行う場合などがある。

「塗装技術」，株式会社理工出版社，２００６年１１月，ｐ．４８−４９

前述のセッティング工程における塗料の乾燥過程を、より精度良く制御するために、雰囲気の温度、湿度を適切に制御する必要がある。また、セッティング工程で予熱を行う場合など、雰囲気の制御に用いられるエネルギの低減に関する要請がある。

本発明は、焼き付け乾燥前のセッティング工程において、ワークが置かれる雰囲気を精度良く制御すること、雰囲気の制御に要するエネルギを低減することの少なくとも一つを目的とする。

本発明の塗装ラインのセッティング装置においては、塗料が塗布されたワークを受け入れ予備的に乾燥させるセッティングを行うチャンバが設けられ、このセッティングチャンバ内には、除湿空気供給手段より除湿された空気が供給される。このセッティングチャンバの常時開放している入口または出口に、その入口または出口の開口面積を調節する絞り手段が設けられる。

入口または出口の開口面積を調整することで、供給された除湿空気のチャンバ外への流出を制御でき、チャンバ内の雰囲気の制御が容易になる。また、空気の除湿に用いるエネルギを抑制することができる。

さらに、セッティングチャンバに搬入されるワークの形状を検出するワーク形状検出手段と、検出された形状に基づき絞り手段を制御して、チャンバ入口または出口の開口面積をワークが通過できる程度に小さくなるように調節する制御手段とを有するようにできる。

さらに、ワークを搬送するコンベアは、ハンガーにワークを吊り下げて搬送するものとでき、セッティングチャンバは、ワークが通過する主チャンバと、コンベアが配置されるコンベアチャンバを含むものとできる。主チャンバとコンベアチャンバの境界には、コンベアのハンガーの通過を許容しつつ、主チャンバとコンベアチャンバとを隔てる仕切り板を設けることができる。

さらに、コンベアチャンバの水平方向の幅は主チャンバのそれより小さくすることができる。

また、除湿空気供給手段は、除湿空気をセッティングチャンバに導くダクトを有するようにでき、このダクトのセッティングチャンバに対する開口は、このセッティングチャンバの上流側に偏って配置されるようにできる。さらに、ダクトの開口は、セッティングチャンバの入口に隣接して配置することもできる。

上述した塗装装置のいずれか一つの態様により、水溶性塗料の塗装を好適に行うことができる。特に、水性二液型ウレタン塗料においては、乾燥過程において水が含まれていると、副次的な反応が促進され、形成される塗膜の特性が低下する場合がある。セッティングの際に、塗料中の水分の蒸発を促進することで、塗膜の性状を安定させることができる。

また、本発明の他の態様によれば、ワークをコンベアにより連続的に搬送し、塗装ブースで塗料を塗布した後に、焼き付け乾燥炉にて焼き付け乾燥を行う塗装ラインの、前記塗装ブースの後かつ焼き付け乾燥炉の前に配置され、塗料の予備的な乾燥を行う塗装セッティング装置であって、塗料が塗布されたワークを、焼き付け乾燥する前に予備的に乾燥させるセッティングチャンバと、セッティングチャンバに除湿された空気を供給する除湿空気供給手段と、セッティングチャンバの入口または出口に設置され、その入口または出口の開口面積を調節する絞り手段とを有する塗装セッティング装置が提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の塗装セッティング装置１０が適用された塗装ラインの概略構成を示す図である。ワーク１２は、オーバヘッドコンベア１４のハンガー１６に吊り下げられて、図１において左から右へ搬送される。ワーク１２は、まず塗装ブース１８に送られ、ここで塗料が塗布される。塗料が塗布された後、セッティングチャンバ２０を通過し、焼き付け乾燥炉２２に送られる。セッティングチャンバ２０を通過する間に、塗料内の揮発分が蒸発する。焼き付け乾燥炉２２においては、ワーク１２を塗料の種類に対応した所定の温度に加熱し、これによりワーク表面に塗膜が形成される。

セッティングチャンバ２０における塗料の乾燥は、塗装の品質管理上、重要である。塗料の溶剤が十分に蒸発して除去されていない状態で焼き付け乾燥を行うと、残留していた気泡および溶剤により、塗膜に微小な穴、いわゆるワキが発生し、品質の低下を招く。また、セッティングチャンバ内で、塗布した塗料が重力により流れて、塗膜厚さが不整となる、いわゆるタレが生じ、品質の低下を招く。特に、水性塗料を用いる場合、その溶媒である水は、油性塗料の有機溶剤より蒸発が遅いため、乾燥に時間を要する。その分、前記のワキ、タレが発生しやすい。

塗料の乾燥を促進するために、セッティングチャンバ２０内の湿度を低くすることが望まれる。このために、セッティングチャンバ２０には、除湿された空気、例えば相対湿度１０％程度の空気を供給する装置が設けられる。具体的には、空気の除湿を行う除湿機２４、セッティングチャンバ２０と除湿機２４との間で空気の循環を行うファン２６、吸入ダクト２８、吐出ダクト３０が設けられている。除湿機２４は、ヒートポンプ式の冷却機により空気を冷却し、このとき空気中の水蒸気を凝結させて除湿を行う。また、一旦冷却された空気を、ヒートポンプの高温の冷媒を用いて加熱し、高温の除湿された空気を生成する。この除湿空気の温度は、常温よりは高く、焼き付け乾燥炉の温度より低い温度とすることができ、例えば６０〜８０℃が好ましい。ファン２６により、吸入ダクト２８を介してセッティングチャンバ２０内の空気が除湿機２４に送られ、除湿された空気が吐出ダクト３０を介してセッティングチャンバ内に戻される。

セッティングチャンバ２０内の空気は、除湿機２４により除湿され、また加熱されており、この空気がチャンバ外部に流出しないようにすることが好ましい。しかし、連続塗装ラインにおいては、ワーク１２は順次送られてくるので、セッティングチャンバ２０を密閉することは難しい。本実施形態のセッティングチャンバ２０は、その入口と出口に、これらの出入口を絞り、開口面積を調整可能な絞り装置３２，３４を備える。入口に設けられた絞り装置を入口絞り装置３２、出口に設けられた絞り装置３４を出口絞り装置３４と記す。出入口の開口面積は、絞り装置３４の開度で調整される。絞り装置の開度は、ワークの搬送路上、例えば塗装ブース１８の前に配置される、ワーク形状を検出するワーク形状センサ４６の検出結果に基づき調整される。前のワークが通過し、次のワークが入口または出口に到達するまでの間に次のワークの形状に合わせて開口面積の調整が行われる。同一形状のワークが連続する場合には、開口面積は維持される。ワーク形状センサ４６の検出結果に基づき、制御部４８にて、適切な絞り装置開度が求められ、絞り装置３２，３４がこの開度に調整される。絞り装置３２，３４の構造、動作の詳細については後述する。

さらに、入口と出口に、エアカーテン３６，３８を形成するようにできる。このために、ファン４０，４２が設けられている。また、図１に示すように、吐出ダクト３０のセッティングチャンバ２０内に対する開口４４は、チャンバの上流側に偏って配置されている。好ましくは、入口絞り装置３２に隣接する領域に集中して配置される。これにより、塗料の塗布後、早い時期に塗料を乾燥させることができ、タレやワキの発生を抑えるのに有利となっている。

図２は、セッティングチャンバ２０の断面および入口絞り装置３２の構成を示す図である。なお、出口絞り装置３４も同様の構成を有しており、ここでは説明を省略する。ワーク１２は、図２においては、紙面を貫く方向に手前から奥へと搬送される。セッティングチャンバ２０は、ワーク１２が通過する主チャンバ５０と、コンベア１４が配置されるコンベアチャンバ５２とを含み、これらの間には、仕切り板５４が設けられている。仕切り板５４は、ハンガー１６を挟んで２個が配置され、この２個の隙間はハンガー１６が通れる程度に狭くされている。仕切り板５４は剛体板で構成されても良く、また、全体が、または先端が可撓性を有する材料で構成されてもよい。仕切り板５４により主チャンバ５０からコンベアチャンバ５２に流出する空気を少なくしている。また、コンベアチャンバ５２の水平方向の幅は、主チャンバ５０より小さくされており、コンベアチャンバ５２を通ってセッティングチャンバ２０より流出する空気を少なくしている。

入口絞り装置３２は、セッティングチャンバ２０の左右と、下方に配置される３枚の絞り板５６，５８，６０を有する。ワークの進行方向（図２の紙面を貫いて奥に向かう方向）に向かって左側の絞り板を左絞り板５６、右側を右絞り板５８、下側を絞り板６０と記す。左絞り板５６は、コンベアチャンバ５２とほぼ同じ高さに位置するガイドレール６２に吊り下げられ、このレールに沿って、すなわち図中左右方向に移動可能となっている。左絞り板５６は、下方にもガイドレールを設け、揺れを抑制するよう構成することもできる。左絞り板５６に対応して、エアシリンダ６４が配置され、このエアシリンダ６４の伸縮により左絞り板５６が左右に移動する。右絞り板５８も、左絞り板５６と同様の構成を有し、ガイドレール６４より吊り下げられ、エアシリンダ６８によって移動される。下絞り板６０は、左右に配置された２本のガイドレール７０により上下方向に移動可能にガイドされ、エアシリンダ７２によりレール７０に沿って上下方向に移動される。各絞り板を駆動するアクチュエータとして、前記のエアシリンダの他に、電気モータ、油圧シリンダなどのアクチュエータを用いることができる

図３は、セッティングチャンバ２０を、その入口側から見た斜視図である。入口絞り装置３２は、実際には図中手前側に設置されるが、省略されている。セッティングチャンバ２０の外壁外側の入口に最も近い位置に、エアカーテン用のダクト７４が配置されている。セッティングチャンバ２０の左右の壁面には、エアカーテン用のエア吹き出し口７６が設けられている。このエアカーテン用ダクト７４に前述のファン４０よりエアを送り、エア吹き出し口７６より吹き出してエアカーテン３６が形成される。出口側にもエアカーテン用ダクト７８が配置されており、入口側と同様にエア吹き出し口（不図示）が設けられている。このダクト７８にファン４２よりエアを供給してエアカーテン３８が形成される。エアカーテン３６，３８は、入口、出口の一方のみに配置することができる。また、両方とも省略することもできる。エアカーテンは循環型が好ましい。

セッティングチャンバ２０の上流側、この実施形態では、入口に隣接する位置に、除湿空気の吐出ダクト３０およびそのチャンバ内に対する開口４４が配置される。開口４４は、左右の壁面に複数設けられ、それぞれにルーバーが設置されている。ルーバーにより、吹き出す除湿空気の向きが制御され、ワークに強い気流が直接当たらないようにされている。

図４は、ワーク形状センサ４６の概略構成を示す図である。ワーク形状センサ４６は、複数の光電管８０が配列されたセンサフレーム８２と、光電管８０からの信号を受信し、この信号に基づきワークの形状を検出する検出部８４を含む。ハンガー１６が通過する部分が開放した方形のセンサフレーム８２には、その方形の辺に沿って光電管８０が配列されている。センサフレーム８２内をワーク１２が通過したとき、光電管８０の光路をワークが遮る。遮断される光路は、ワークの形状に依存する。検出部８４は、光路が遮断された光電管の情報に基づき、ワークの形状、特に、上下方向および左右方向の寸法およびワークの位置を検出する。この検出されたワークの形状に関する情報は、制御部４８に送られ、制御部４８にて、各絞り板５６，５８，６０の移動量が算出される。ワーク形状センサ４６の搬送経路上の位置、入口絞り装置３２の位置は既知であり、ワーク１２の搬送速度は、コンベア１４の運転状況から取得できる。よって、ワーク形状センサ４６で形状が判断されたワークが入口絞り装置３２の位置に達する時刻、または到達するまでの時間を算出することができ、ワーク１２が入口絞り装置３２の位置に達した時点で、先に算出された各絞り板５６，５８，６０の移動量を達成すべくエアシリンダ６４，６８，７２が駆動制御される。

図５は、ワーク１２の形状の検出に関する他の手法を示す図である。ハンガー１６には、フラグ８６が設けられている。このフラグ８６は、そのフラグ８６が設けられたハンガーに吊り下げられているワークの形状に応じて立てられるピン８８を含む。ピン８８は、ワーク１２をハンガー１６に掛けるとき、その作業者が立てるようにすることができる。ワークの寸法が所定値以上のときには、ピン８８を立てず、所定値未満の場合はピン８８を立てるようにすることができる。ピン８８の有無を、フラグ８６が通過したときにスイッチ９０で検出する。例えばピン８８が検出されれば、小さな寸法のワークが搬送されていると判断できる。ピンを複数立てることができるようにすれば、ワークの形状をさらに細かく判断することが可能である。

また、ワーク１２の形状は、生産計画から取得することもできる。生産計画に示されたワークの種類（形状）から、現在コンベア上を搬送されているワークの形状を検出をすることができる。

図６は、入口絞り装置３２の開閉の様子を示す図である。出口絞り装置３４も同様であるので、説明は省略する。図６（ａ）は大きなワーク１２ａを受け入れる場合の開閉状態を示し、図６（ｂ）は小さなワーク１２ｂを受け入れる場合の状態を示している。大きなワーク１２ａの場合、十分な開口面積を得るために、各絞り板５６，５８，６０は、後退するよう制御される。また、小さなワーク１２ｂの場合には、各絞り板５６，５８，６０は進出するよう制御される。各絞り板５６，５８，６０は、ワーク１２ａ，ｂとの間隔が所定値となるように制御される。これは、ワーク１２が傾斜したり、揺れたりするときの余裕として、設定される。また、各絞り装置の位置は、連続的に変化させるようにしてもよく、またあらかじめ定められた離散的な位置のいずれかを、ワークの形状に応じて選択するようにもできる。本実施形態においては、絞り板を左、右および下の３枚を用いて、開口面積の絞り量を調整しているが、この構成に限らない。例えば、下を設けず、左右のみとすることもできる。また、各絞り板は、スライドして移動するが、回動するように構成することもできる。

本実施形態の塗装セッティング装置１０は、水溶性塗料による塗装に用いることができる。特に、水性二液硬化型ウレタンにおいては、塗料中に水が存在していると、主反応であるウレタン反応と共に、副反応であるウレア反応を生じる。塗料中の水分を早期に蒸発させることにより、ウレア反応を抑制することができ、塗膜の性状が安定する。図７は、水性二液硬化ウレタン塗料の塗膜の特性（温度に対する粘弾性）を示すグラフである。実線は、相対湿度１０％に除湿された空気中でセッティングを行った後、焼き付け乾燥した塗膜の特性であり、破線は温度２０℃、相対湿度８０％の空気中でセッティングを行った後、焼き付け乾燥した塗膜の特性である。破線の場合には、１５０℃以上で、粘弾性が低下しており、これは、塗膜の熱分解を示唆している。除湿空気中でセッティングを行ったものについては粘弾性の低下は見られず塗膜の性能が安定していることが分かる。

図８は、電着塗装と焼き付け塗装の２層の塗膜を作る塗装ラインの概略構成である。電着槽１００内にワーク１０２を浸漬し、その後水洗ブース１０４にて水洗を行う。次に第１塗装セッティング装置１０６によりセッティングを行う。第１セッティング装置１０６は、図１等に示した前述の塗装セッティング装置１０と同様の構成を有するものである。セッティングチャンバ１０８内には、除湿機１１０により、除湿され加熱された空気が送られ、チャンバ内は、温度５０〜７０℃、相対湿度１０％程度に維持される。また、チャンバの入口、出口には、前述の入口、出口絞り装置３２，３４と同様の構成を有する入口、絞り装置１１２、出口絞り装置１１４が配置されている。塗装セッティング装置１１６の次には、炉内が１３０〜１５０℃に維持される乾燥炉１１６が配置され、ここでセッティング時に蒸発しきれなかった水分が蒸発する。なお、セッティング処理により必要な程度に乾燥が行われるのであれば、乾燥炉１１６は設けなくてもよい。若干の水分が残っていても、下流の焼き付け乾燥炉にて再度乾燥が行われ、そこで蒸発するので、この段階で完全に乾燥しなくてもよい場合がある。乾燥炉１１６の後は、図１に示した塗装ラインと同じであり、塗装ブース、セッティング装置１０のチャンバ２０、焼き付け乾燥炉２２が並ぶ。このラインにおいては、電着後の乾燥を、除湿空気で行うために、加熱を行って乾燥させる場合よりも、エネルギ消費を抑えることができる。

本実施形態の塗装セッティング装置が備えられた塗装ラインの概略構成を示す図である。 絞り装置の構成を示す図である。 セッティングチャンバの概要を示す図である。 ワーク形状センサの概略構成を示す図である。 ワーク形状センサの他の構成例を示す図である。 絞り装置の開閉の様子を示す図である。 水性二液硬化型ウレタン塗料の、除湿空気によるセッティングの塗膜の特性の向上を示す図である。 ２層塗装の塗装ラインの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 塗装セッティング装置、１２ ワーク、１４ コンベア、１６ ハンガー、１８ 塗装ブース、２０ セッティングチャンバ、２２ 焼き付け乾燥炉、２４ 除湿機、３２ 入口絞り装置、３４ 出口絞り装置、４６ ワーク形状センサ、４８ 制御部、５０ 主チャンバ、５２ コンベアチャンバ、５４ 仕切り板。

Claims (9)

1. ワークをコンベアにより連続的に搬送し、塗装を行う塗装ラインにおいて、塗料の塗布後、塗料の予備的な乾燥を行う塗装セッティング装置であって、
   塗料が塗布されたワークを受け入れ、塗料を予備的に乾燥させるセッティングチャンバと、
   セッティングチャンバに除湿された空気を供給する除湿空気供給手段と、
   セッティングチャンバの常時開放した入口または出口に設置され、その入口または出口の開口面積を調節する絞り手段と
   を有する、塗装セッティング装置。
2. 請求項１に記載の塗装セッティング装置であって、
   セッティングチャンバに搬入されるワークの形状を検出するワーク形状検出手段と、
   検出された形状に基づき絞り手段を制御して、前記開口面積を、ワークが通過できる程度に小さくなるよう調節する制御手段と、
   を有する、塗装セッティング装置。
3. 請求項１または２に記載の塗装セッティング装置であって、
   前記コンベアは、ハンガーにワークを吊り下げて搬送し、
   セッティングチャンバは、ワークが通過する主チャンバと、コンベアが配置されるコンベアチャンバを含み、主チャンバとコンベアチャンバの境界には、前記ハンガーの通過を許容しつつ、主チャンバとコンベアチャンバとを隔てる仕切り板が設けられる、
   塗装セッティング装置。
4. 請求項３に記載の塗装セッティング装置であって、コンベアチャンバの水平方向の幅は主チャンバのそれより小さい、塗装セッティング装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗装セッティング装置であって、
   除湿空気供給手段は、除湿空気をセッティングチャンバに導くダクトを有し、このダクトのセッティングチャンバに対する開口は、このセッティングチャンバの上流側に偏って配置される、
   塗装セッティング装置。
6. 請求項５に記載の塗装セッティング装置であって、前記ダクトの開口は、セッティングチャンバの入口に隣接して配置される、塗装セッティング装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の塗装セッティング装置であって、絞り手段は、セッティングチャンバの入口と出口の双方に設けられる、塗装セッティング装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の塗装セッティング装置であって、当該塗装セッティング装置は、ワークに塗料を塗布する塗装ブースと、塗布された塗料を焼き付け乾燥する乾燥炉の間に配置される、塗装セッティング装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の塗装セッティング装置により、水溶性塗料の予備的な乾燥を行う、塗装方法。

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