JP2014205134A - 粉体塗装装置および粉体塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体による膜厚のばらつきを低減することの可能な粉体塗装装置を提供する。【解決手段】粉体塗装装置１は、ノズルの吹出口４２からワーク１０に向けて帯電した粉体を気流により噴射する。エアー噴射部は、その噴射孔７１からワーク１０に向けて気流を噴射し、ワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばす。これにより、ノズルの吹出口４２から噴射されて静電引力によりワーク１０に過剰に付着した粉体は、エアー噴射部の噴射孔７１からワーク１０に向けて噴射された気流により吹き飛ばされる。したがって、粉体の帯電量と気流の強さを調整することで、ワーク１０に塗布される粉体による膜厚のばらつきを低減することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、被塗装物に粉体を塗布する粉体塗装装置および粉体塗装方法に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、有機溶媒を使用しない粉体塗装の要求が高まっている。その手法の一つである静電粉体塗装では、粉体塗料（以下「粉体」という）をコロナ放電又は摩擦によって帯電させ、静電引力により被塗装物（以下、「ワーク」という）に付着した粉体を加熱処理することにより塗膜を形成している。
特許文献１に記載の粉体塗装装置は、平面部と凹部を有するワークに対し、摩擦帯電により帯電させた粉体を噴射した後、コロナ放電により帯電させた粉体を噴射する。これにより、ワークの平面部と凹部に粉体を付着させている。

特開２００３−３３７１７号公報

ところで、コロナ放電式の静電粉体塗装では、ファラデーケージ効果により、凹凸のあるワークでは電気力線が凸部へ集中し、その電気力線に沿って粉体が移動しワークに付着することから、凸部に粉体が厚く塗布され、凹部へは粉体を十分に供給することが出来ないという原理的な問題がある。
一方、摩擦帯電式の静電粉体塗装では、ファラデーケージ効果が無く凹部へも塗布気流に乗せて粉体を入り込ませることが可能であるが、凹部へは粉体が吹き溜まり易く膜厚が過剰に厚くなるという問題がある。これは、凹部へ入り込んだ塗布気流はその形状により減速し粉体を輸送する能力を失う結果、凹部では過剰な粉体が堆積しやすく膜厚が過剰に厚くなるからであると考えられる。
こうした問題は、性能を保証するために形状が厳しく定められた製品では特に問題となる。その一例として、Ｖリブドベルトのプーリーは、製品の輪郭がＪＩＳ Ｂ １８５８：２００５によって定められているので、塗装の膜厚のばらつきが大きいと、プーリーの輪郭が変化し、そのＪＩＳ規格を満たさなくなるといった問題が生じる。

特許文献１に記載の粉体塗装装置は、２つの帯電方式により帯電させた粉体がそれぞれワークの凹部と平面部に付着するので、平面部に塗布された粉体の膜厚と、凹部に塗布された粉体の膜厚とが一定にならないおそれがある。したがって、特許文献１に記載の技術により上述した問題を解決することは困難である。
また、特許文献１に記載の粉体塗装装置は、２つの帯電方式を使用しているので、装置が大型化すると共に、装置の製造コストが高くなることが懸念される。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、塗装の膜厚のばらつきを低減することの可能な粉体塗装装置および粉体塗装方法を提供することを目的とする。

本発明は、ブースに収容したワークに塗装を行う粉体塗装装置において、第１噴射手段が帯電した粉体をブース内で噴射し、第２噴射手段がワークに向けて気流を噴射することによりワークに過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことを特徴とする。
これにより、第１噴射手段から噴射された粉体は、静電引力によりワークに付着する。そして、ワークに過剰に付着した粉体は、第２噴射手段からワークに向けて噴射された気流により吹き飛ばされる。そのため、粉体の帯電量と気流の強さを調整することで、ワークに塗布される粉体による膜厚のばらつきが低減される。したがって、粉体塗装装置は、粉体塗装における膜厚のロバスト性を高めることができる。

本発明は、粉体塗装方法において、付着工程では、帯電した粉体をブース内で噴射して静電引力によりワークに粉体を付着させ、除去工程では、ワークに向けて気流を噴射してワークに過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことを特徴とする。
この方法によれば、粉体の帯電量と気流の強さを調整することで、ワークに塗布される粉体による膜厚のばらつきを低減することができる。
なお、本発明は、粉体塗装方法によって製造された製品にも権利が及ぶものである。

本発明の第１実施形態による粉体塗装装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図１または図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 本発明の第１実施形態による塗装工程を示す説明図である。 第１実施形態の塗装方法により塗装されたワークの要部拡大断面図である。 第２噴射手段による気流と粉体の付着力との関係を示す模式図である。 第２噴射手段による風速と粉体の膜厚との関係を示すグラフである。 第１変形例による粉体塗装装置の断面図である。 第２変形例による粉体塗装装置の断面図である。 本発明の第２実施形態による粉体塗装装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による粉体塗装装置の断面図である。 本発明の第４実施形態による粉体塗装装置の断面図である。

以下、本発明による実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に示す。本実施形態では、ワーク１０としてエンジン等に用いられるクラッチロータに粉体を塗装する粉体塗装装置１を例に説明する。ワーク１０としてのクラッチロータは、具体的に、Ｖリブドベルト用プーリーが例示される。
図１〜図３に示すように、ワーク１０は、金属から円筒状に形成され、径外方向の外壁１１に周方向に延びる複数の溝１１１を有する。また、ワーク１０は、軸方向に環状に凹む凹部１２と、その凹部１２の底から軸方向の端面１３に通じる複数本の円弧状の孔１４を有する。
このワーク１０の径外方向の外壁１１に周方向に延びる複数の溝１１１は、断面がＶ形状であり、その溝１１１を形成する両側の斜面のなす角が鋭角に形成されている（図５参照）。

ワーク１０は、径内方向の内壁１５が回転ステージ２０から延びるチャック２１に固定される。回転ステージ２０は、駆動部２２により駆動され、チャック２１と共に回転する。これにより、ワーク１０は、図２の矢印Ａの方向に回転する。なお、ワーク１０は、チャック２１を通じて接地されている。
ワーク１０は、周方向の一部が第１ブース３１及び第２ブース３２に収容される。ワーク１０は、第１ブース３１及び第２ブース３２に収容された部分が粉体を塗布される箇所となる。ワーク１０は、矢印Ａの方向へ回転することにより、全周に粉体が塗布される。

第１ブース３１には、第１噴射手段としてのノズル４０が設けられている。ノズル４０は、枝分かれした複数の枝管４１を有する。複数の枝管４１の吹出口４２は、それぞれ、ワーク１０の径外方向の外壁１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４などに向くように配置される。
ノズル４０の吹出口４２と反対側に設けられた注入口４３は、第１ブース３１及び第２ブース３２の外側に配置されている。ノズル４０の注入口４３には、コーティングガン５０を設置することが可能である。
コーティングガン５０は、ホース５１，５２を通じ、粉体タンク５３と、気流発生手段としてのコンプレッサ５４とに接続されている。

粉体タンク５３に貯留される粉体は、例えばエポキシ系、ポリエステル系またはエポキシポリエステル系の粉体塗料である。コーティングガン５０は、帯電手段としての機能を兼ね備えており、例えばフッ素樹脂と粉体とを摩擦することにより、粉体タンク５３の粉体を、１粒子あたり０．５ｐＣ以上、好ましくは１ｐＣ以上、さらに好ましくは１．２ｐＣ以上に帯電する。
このように、粉体を十分に帯電させることにより、後述する第２噴射手段としてのエアー噴射部７０から噴射される気流に対し、容易には吹き飛ばない付着力が確保される。これにより、エアー噴射部７０が噴射する気流速度の設定レンジを広く取ることが可能になる。

コーティングガン５０とコンプレッサ５４を接続するホース５２には、バルブ５６が設けられている。ノズル４０の吹出口４２から噴射される粉体を含む気流は、バルブ５６により、０．１〜１０ｍ／ｓに調整される。この気流により、コーティングガン５０は、ノズル４０を通じて、ワーク１０の各箇所に帯電した粉体を吹きつけることが可能である。
ノズル４０から噴射される気流が０．１ｍ／ｓよりも弱いとワーク１０の凹部１２の内側へ粉体を供給することが困難になる。一方、その気流が１０ｍ／ｓよりも強いとワーク１０に粉体が静電引力によって付着することが困難になる。そのため、ノズル４０から噴射される気流を０．１〜１０ｍ／ｓとすることで、ワーク１０の凹部１２を含む全箇所へ粉体を付着させることが可能である。
第１ブース３１にはブロー装置６０が接続されている。このブロー装置６０は、第１ブース内に空気を送り込むことが可能である。

第２ブース３２は、第１ブース３１の外側を覆う。第２ブース３２には、集塵装置６１が接続されている。集塵装置６１は、第１ブース３１から第２ブース３２へ漏れ出た粉体を空気と共に吸引する。
第２噴射手段としてのエアー噴射部７０は、噴射エアーが第１ブース３１の塗布気流を妨げない位置に配置する。図３に示すように、エアー噴射部７０には、ワーク１０に向けた複数の噴射孔７１が設けられている。この噴射孔７１は、ワーク１０の径外方向の外壁１１の溝１１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４など、ワーク１０に粉体が過剰に付着する部分に向けて配置されている。図２及び図３では、噴射孔７１から噴射される気流の向きを矢印によって示している。

噴射孔７１とワーク１０との距離は、０よりも遠く、且つ、３ｃｍ以下である。仮に、その距離が３ｃｍよりも遠いと、噴射孔７１から噴射される気流の流速がワーク１０の表面に到達するまでに低下するので、目標として設定した流速の気流をワーク１０の表面に当てることが困難になる。また、その距離が３ｃｍよりも遠いと、気流が揺らぐことで、上述したワーク１０の溝１１１などの狙った位置に気流を当てることが困難になる。したがって、その距離を３ｃｍ以下とすることにより、目標として設定した流速の気流をワーク１０の狙った位置に当てることができる。
なお、噴射孔７１の形状は、複数の丸穴に限らず、例えばスリット状のものであってもよい。

エアー噴射部７０は、ホース７２を通じてコンプレッサ５４に接続されている。エアー噴射部７０は、コンプレッサ５４から供給された空気を複数の噴射孔７１からワーク１０に向けて噴射し、ワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばす。
エアー噴射部７０とコンプレッサ５４を接続するホース７２には、バルブ７３が設けられている。エアー噴射部７０の噴射孔７１から噴射される気流は、バルブ７３により、１０〜５０ｍ／ｓ、好ましくは１５〜４０ｍ／ｓに調整される。
エアー噴射部７０から噴射される気流が１０ｍ／ｓよりも弱いと、ワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことが困難になる。一方、その気流が５０ｍ／ｓよりも強いと、ワーク１０から吹き飛ばされる粉体の量が多くなり、膜厚のばらつきを低減することが困難になる。したがって、エアー噴射部７０から噴射される気流を１０〜５０ｍ／ｓとすることで、ワーク１０の凹部１２等の箇所において、膜厚のばらつきを低減し、膜厚を一定の厚さにすることが可能である。
さらに、エアー噴射部７０の噴射孔７１から噴射される気流は、１５〜４０ｍ／ｓに調整することが好ましい。このように調整することで、ワーク１０の径外方向の外壁１１に設けられたＶ形状の溝１１１の焼成後の塗装の膜厚比を２以下にすることが可能になる。これについては、後述する。

プラズマ照射装置８０は、第１ブース３１及び第２ブース３２の外側で、ワーク１０を囲んで設けられる。プラズマ照射装置８０は、プラズマガス供給源８１とプラズマ電源８２に接続される。プラズマガス供給源８１は、プラズマ照射装置８０に、Ａｒ、Ｏ₂、Ｈ₂、Ｎ₂及び空気を混合したプラズマガスを供給する。プラズマ照射装置８０は、ワーク１０にプラズマを照射し、ワーク１０の表面を改質する。これにより、ワーク１０に対する粉体の密着力が向上する。

次に、上述した粉体塗装装置１を使用した粉体塗装方法を説明する。
この粉体塗装方法は、収容工程、表面改質工程、帯電工程、気流発生工程、付着工程および除去工程を含む。
まず、収容工程では、チャック２１に固定したワーク１０の周方向の一部を第１ブース３１及び第２ブース３２に収容する。駆動部２２を駆動し、回転ステージ２０とチャック２１を回転させる。これにより、ワーク１０が所定の速度で回転する。
次に、表面改質工程では、プラズマ照射装置８０がワーク１０に対し、プラズマを所定時間照射する。これにより、ワーク１０の全周の表面が改質されると、プラズマ照射装置８０は動作を停止する。

気流発生工程では、気流を発生させるコンプレッサ５４を駆動する。
帯電工程では、粉体タンク５３内の粉体をコーティングガン５０に導き帯電させる。
続いて、付着工程では、コーティングガン５０からノズル４０を通じ、第１ブース３１に気流と共に粉体を噴射供給する。
図４（Ａ）に示すように、ノズル４０の吹出口４２から噴射された粉体は、ワーク１０の径外方向の外壁１１の溝１１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４など、各箇所に噴きつけられ、所定量の粉体が静電引力によりワーク１０の表面に直接付着する。
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）では、ノズル４０の吹出口４２、その吹出口４２から吐出した粉体、及び第１ブース３１などを模式的に示している。
図４（Ｂ）に示すように、ノズル４０の吹出口４２から吐出した粉体は、静電引力により、吹出口４２の近傍、凹部１２の入口、および径外方向の外壁１１の溝１１１の底などに多量に付着すると共に、第１ブース３１に滞留し、第１ブース内をワーク１０が回転移動する間にワーク１０の表面全体に付着する。
なお、付着工程の間、第１ブース３１に接続されたブロー装置６０は、動作を停止している。

図４（Ｃ）に示すように、除去工程では、第１ブース３１から第２ブース３２に回転移動したワーク１０に対し、エアー噴射部７０が噴射孔７１から気流を噴射する。この気流は、図４（Ｃ）の矢印に示すように、主にワーク１０に粉体が過剰に付着する部分に向けて噴射される。すなわち、気流は、例えばワーク１０の径外方向の外壁１１の溝１１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３のノズル４０の吹出口４２に対応する箇所、および円弧状の孔１４などに向けて噴射される。これにより、ワーク１０に過剰に付着した粉体が吹き飛ばされ、粉体の膜厚が一定になる。ワーク１０から吹き飛ばされた粉体は、集塵装置６１に吸引される。
なお、図４（Ｃ）では、エアー噴射部７０の噴射孔７１及び第２ブース３２などを模式的に示している。

ワーク１０の全周に粉体が塗布されると、コーティングガン５０は粉体の吐出を停止する。ワーク１０は、チャック２１から取り外された後、次の焼成工程へ移行する。焼成工程では、ワーク１０を加熱処理することにより粉体を溶融し、ワーク１０の表面に塗膜を形成する。
ワーク１０がチャック２１から取り出された後、ブロー装置６０から第１ブース３１に空気が送り込まれる。これにより、第１ブース３１に堆積した粉体が第２ブース３２に吹き出される。第２ブース３２に吹き出された粉体は、集塵装置６１に回収される。

本実施形態の粉体塗装方法により塗装されたワーク１０の径外方向の外壁１１の拡大断面図を図５に示す。このワーク１０は、具体的に、Ｖリブドベルト用プーリーであり、その外壁１１の表面には、焼成工程後の塗膜９０が形成されている。
このワーク１０の塗膜９０の厚さは、外壁１１の頂部１１２の厚さβ及び斜面の厚さγが４０μｍのとき、溝１１１深部の厚さαは８０μｍ以下となる。
また、外壁１１の頂部１１２の厚さβ及び斜面の厚さγが５０μｍのとき、溝１１１深部の厚さαは１００μｍ以下となる。
したがって、本実施形態の粉体塗装方法は、ワーク１０の外壁１１に形成された塗膜９０の膜厚比（α／β 又はα／γ）を、２．０以下に抑えることが可能である。

続いて、エアー噴射部７０から噴射される気流と、粉体の帯電量と、膜厚との関係を図６および図７を参照して説明する。
図６の矢印Ｆｅに示すように、粉体の粒子１００は、静電引力、即ちクーロン力によりワーク１０に付着する。この粒子１００に対し、矢印Ｖに示すように気流を吹き付けると、その風速の増加に応じて、矢印Ｄに示すように粒子１００に働く抗力が増加する。そして、所定の風速でその粒子１００はワークから離脱する。

このとき、抗力Ｄは、次の式１に示される。

但し、
ρ：流体（空気）の密度、
Ｖ：流体（空気）の流速、
Ｓ：粒子（粉体）の投影断面積（Ｓ＝（πｄ^２）／４）、
Ｃ_D：抗力係数。

静電引力Ｆ_eは、次の式２に示される。

但し、
ε₀：真空の誘電率、
ε_r：物質（粉体）の比誘電率、
ｑ：帯電量、
ｄ：電荷間距離（今回は粒子の半径の２倍＝直径）。

上記式１および式２より、所定の風速でワークから離脱した粉体の粒子１００の帯電量ｑは、次の式３に示すものとなる。

次に、粉体の帯電量と風速と膜厚との関係を図７を参照して説明する。
図７は、粉体に所定の帯電量を与え、容易には吹き飛ばない付着力を付与した上で、ワークに付着した粉体を気流によって吹き飛ばした結果を示すものである。
実線Ｘ及び実線Ｙは、粉体の帯電量が０．５ｐＣ／粒子のときの風速と膜厚との関係を示す。
一方、実線Ｚは、粉体の帯電量が１．２ｐＣ／粒子のときの風速と膜厚との関係を示す。

実線Ｘ及び実線Ｙに示すように、粉体の帯電量が０．５ｐＣ／粒子のとき、風速が２０ｍ／ｓ付近で目標膜厚となる。それよりも風速が大きくなると、粉体はワークから離脱する。
一方、実線Ｚに示すように、粉体の帯電量が１．２ｐＣ／粒子のとき、風速が１５〜５０ｍ／ｓ付近で目標膜厚となる。それよりも風速が大きくなると、粉体はワークから離脱する。
この結果、ワークに付着した過剰な粉体を吹き飛ばして必要な膜厚に制御する際、粉体の帯電量を大きくすれば、目標膜厚の範囲にするための風速の設定レンジを広く取れる。

第１実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、ノズル４０が第１ブース内に帯電した粉体を噴射し、エアー噴射部７０がワーク１０に向けて気流を噴射することによりワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばす。
これにより、ノズル４０から噴射された粉体は、静電引力によりワーク１０に付着する。そして、ワーク１０に過剰に付着した粉体は、エアー噴射部７０から噴射された気流により吹き飛ばされる。そのため、粉体の帯電量と気流の強さを調整することで、ワーク１０に塗布される粉体の膜厚のばらつきが低減される。したがって、粉体塗装装置１は、粉体塗装における膜厚のロバスト性を高めることができる。

（２）第１実施形態では、ノズル４０は粉体を含む気流をワーク１０に向けて噴射し、エアー噴射部７０はワーク１０に粉体が過剰に付着する部分に向けて気流を噴射する。
ノズル４０により、ワーク１０の凹部１２の内壁や円弧状の孔１４など、粉体が付着しにくい箇所へ気流によって粉体を供給することが可能になる。このとき、ノズル４０の近傍、ワーク１０の径外方向の外壁１１の溝１１１、または凹部１２の入口などに粉体が過剰に付着することがある。そこで、エアー噴射部７０により、その部分に向けて気流を噴射し、粉体の膜厚のばらつきを低減することができる。

（３）第１実施形態では、ノズル４０は粉体を含む気流をワーク１０の凹部１２の内壁または外壁１１の溝１１１などに向けて噴射する。エアー噴射部７０はワーク１０の凹部１２の内壁または外壁１１の溝１１１などに向けて気流を噴射してワーク１０の凹部１２の内壁または外壁１１の溝１１１などに過剰に付着した粉体を吹き飛ばす。
これにより、ノズル４０から噴射される気流に乗せてワーク１０の凹部１２または溝１１１などへ粉体を供給することが可能になる。このとき、ワーク１０の凹部１２の内壁または溝１１１などに粉体が過剰に付着することがある。そこで、エアー噴射部７０により、その部分に向けて気流を噴射し、粉体の膜厚のばらつきを低減することができる。

（４）第１実施形態では、ノズル４０から噴射される粉体を含む気流は０．１〜１０ｍ／ｓである。
ノズル４０から噴射される気流が０．１ｍ／ｓよりも弱いとワーク１０の凹部１２の内側へ粉体を供給することが困難になる。一方、その気流が１０ｍ／ｓよりも強いとワーク１０に粉体が静電引力によって付着することが困難になる。そのため、ノズル４０から噴射される気流を０．１〜１０ｍ／ｓとすることで、ワーク１０の凹部１２を含む全箇所へ粉体を付着させることができる。

（５）第１実施形態では、粉体の帯電量は１粒子あたり０．５ｐＣ以上、好ましくは１ｐＣ以上、さらに好ましくは１．２ｐＣ以上である。
粉体の帯電量を大きくすれば、ワークに付着した過剰な粉体を吹き飛ばして目標膜厚の範囲に制御する際、その風速の設定レンジを広く取ることができる。

（６）第１実施形態では、エアー噴射部７０から噴射される気流は１０〜５０ｍ／ｓであり、好ましくは１５〜４０ｍ／ｓである。
エアー噴射部７０から噴射される気流が１０ｍ／ｓよりも弱いとワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことが困難になる。一方、その気流が５０ｍ／ｓよりも強いとワーク１０から吹き飛ばされる粉体の量が多くなり、膜厚のばらつきを低減することが困難になる。そのため、エアー噴射部７０から噴射される気流を１０〜５０ｍ／ｓとすることで、ワーク１０の凹部１２等の箇所において、膜厚のばらつきを低減し、膜厚を一定の厚さにすることができる。
さらに、第１実施形態では、エアー噴射部７０の噴射孔７１から噴射される気流を１５〜４０ｍ／ｓに調整することが好ましい。これにより、ワーク１０の径外方向の外壁１１に設けられたＶ形状の溝１１１の深部に粉体の吹き溜まりが生じることを防ぎ、焼成後の塗装の膜厚比を２．０以下に抑えることが可能である。

（７）第１実施形態では、噴射孔７１とワーク１０との距離は、０よりも遠く、且つ、３ｃｍ以下である。これにより、エアー噴射部７０から噴射される気流を目標として設定した流速で、ワーク１０の溝１１１等の狙った箇所に確実に当てることができる。

（８）第１実施形態では、粉体塗装装置１は、ノズル４０から粉体を含む気流が噴射される第１ブース３１と、エアー噴射部７０から気流が噴射される第２ブース３２を備える。これにより、第１ブース３１に滞留する粉体の濃度が高くなり、ワーク１０への粉体の付着率が向上する。したがって、再利用に回る粉体の量が減り、粉体の劣化が抑制される。その結果、粉体塗装装置１は、粉体の利用率を高めることができる。

（９）第１実施形態では、第２ブース３２は、第１ブース３１の外側を覆う。これにより、第１ブース内から外側へ漏れ出た粉体は、第２ブース３２によって捕獲される。したがって、粉体塗装装置１から外気へ粉体が漏れることを抑制することができる。

（１０）第１実施形態では、粉体塗装方法において、付着工程で、帯電した粉体をブース内に噴射し、静電引力によりワーク１０に粉体を付着させる。そして除去工程で、ワーク１０に向けて気流を噴射し、ワーク１０に過剰に付着した粉体を吹き飛ばす。
これにより、粉体の帯電量と気流の強さを調整し、ワーク１０に塗布される粉体の膜厚のばらつきを低減することが可能になる。したがって、この粉体塗装方法により、膜厚のロバスト性を高めることができる。

（第１変形例）
第１実施形態の第１変形例を図８に示す。以下、複数の変形例及び複数の実施形態において、上述した第１実施形態の構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第１変形例では、エアー噴射部７０に設けられた複数の噴射孔７１は、２列に配置されている。ワーク側の列に配置された複数の噴射孔７１と、それよりも外側の列に配置された複数の噴射孔７１とは、ワーク１０から見て重ならないように、いわゆる千鳥に配置されている。これにより、ワーク１０に噴射される気流は、流速の速い箇所と遅い箇所のばらつきがなくなり、ワーク１０に対し、目標として設定した流速で均一に気流を当てることが可能になる。したがって、ワーク１０の粉体が過剰に付着する部分に、粉体の吹き溜まりが生じることを抑制することができる。
なお、第１変形例において、エアー噴射部７０に設けられる複数の噴射孔７１は複数列であればよく、即ち２列以上に配置することが可能である。

（第２変形例）
第１実施形態の第２変形例を図９に示す。第２変形例では、エアー噴射部７０に設けられた複数の噴射孔７４は、スリット状に構成されている。これにより、ワーク１０に噴射される気流は、流速の速い箇所と遅い箇所のばらつきがなくなり、ワーク１０に対し、設定した流速で均一に気流を当てることが可能になる。したがって、ワーク１０の粉体が過剰に付着する部分に、粉体の吹き溜まりが生じることを抑制することができる。
なお、第２変形例において、エアー噴射部７０に設けられるスリット状の噴射孔７４は複数列であればよく、即ち２列以上に配置することが可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１０に示す。
第２実施形態の粉体塗装装置２は、１個のブース３３にワーク１０を収容するものである。
なお、ブース３３は、ワーク１０の周方向の一部を収容するものであってもよい。その場合、回転ステージ２０と共にワーク１０を回転することにより、ワーク１０の全周に粉体を塗布することが可能である。
ブース３３には、第１噴射手段と第２噴射手段とが一体に構成されたノズル４５が設けられている。ノズル４５は、その吹出口４６が、ワーク１０の径外方向の外壁１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４などに向くように配置される。

ノズル４５の注入口に設置されたコーティングガン５０とコンプレッサ５４を接続するホース５２には、第１バルブ５６が設けられている。また、コーティングガン５０と粉体タンク５３を接続するホース５１には、第２バルブ５７が設けられている。第２バルブ５７の開閉により、コーティングガン５０は、粉体を含む気流の噴射と、気流のみの噴射とを切換可能である。
なお、図１０では、ブロー装置、集塵装置およびプラズマ照射装置などの図示を省略している。

第２実施形態の粉体塗装装置２を使用した粉体塗装方法を説明する。
この粉体塗装方法では、チャック２１に固定したワーク１０をブース３３に収容し、コンプレッサ５４を駆動する。コーティングガン５０により、粉体は、１粒子あたり０．５ｐＣ以上、好ましくは１ｐＣ以上、さらに好ましくは１．２ｐＣ以上に帯電される。
次に、付着工程において、コーティングガン５０からノズル４５を通じ、ワーク１０に向けて気流と共に粉体を噴射供給する。このときノズル４５の吹出口４６から噴射される粉体を含む気流は、第１バルブ５６により、０．１〜１０ｍ／ｓに調整される。
ノズル４５の吹出口４６から噴射された粉体は、ワーク１０の径外方向の外壁１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４など、各箇所に噴きつけられ、静電引力により所定量の粉体がワーク１０の表面に直接付着する。ワーク１０の表面に直接付着しなかった粉体は、ブース内に滞留し、時間の経過に応じた量が静電引力によりワーク１０の表面に付着する。

続いて、除去工程では、第２バルブ５７を閉じ、コーティングガン５０と粉体タンク５３との間の粉体の流通を遮断する。そして、コーティングガン５０からノズル４５を通じ、ワーク１０に向けて気流のみを噴射する。この気流は、第１バルブ５６により、１５〜４０ｍ／ｓに調整される。これにより、ワーク１０に過剰に付着した粉体が吹き飛ばされ、粉体の膜厚が一定になる。
第２実施形態では、第１噴射手段と第２噴射手段とが１個のノズル４５として一体で構成される。これにより、粉体塗装装置２の構成を簡素にすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１１に示す。第３実施形態の粉体塗装装置３の構成は、第２バルブを廃止したことを除き、第２実施形態のものと同一である。
第３実施形態の粉体塗装方法では、板状のワーク１９に粉体を塗装するものを例に説明する。このワーク１９は、凹部や溝を有していないものである。

この粉体塗装方法では、付着工程と除去工程とが同時に行われる。コーティングガン５０はノズル４５を通じ、ワーク１９に向けて気流と共に粉体を噴射供給する。このときノズル４５の吹出口４６から噴射される粉体を含む気流は、第１バルブ５６により、３〜５ｍ／ｓに調整される。つまり、帯電した粉体を気流によってワーク１９に向けて噴出してワーク１９に粉体を付着させると共に、ワーク１９に過剰に付着した粉体を、粉体を含む気流によって吹き飛ばす。なお、コーティングガン５０により、粉体は、１粒子あたり０．５ｐＣ以上、好ましくは１ｐＣ以上、さらに好ましくは１．２ｐＣ以上に帯電されている。

ここで、粉体の質量は空気の質量よりも大きい。付着工程と除去工程とを同時に行う場合、ワーク１９に過剰に付着した粉体を、空気よりも質量の大きい帯電した粉体を含む気流によって吹き飛ばすことになる。そのため、気流が３ｍ／ｓよりも弱いと帯電した粉体がワーク１９に過剰に付着する。一方、気流が５ｍ／ｓよりも強いとワーク１９に付着した粉体が後続の粉体によって弾き飛ばされ脱落し、膜厚のばらつきを低減することが困難になる。
そのため、ノズル４５の吹出口４６から噴射される粉体を含む気流を３〜５ｍ／ｓにすることで、ワーク１９に塗布される粉体の膜厚のばらつきを低減し、膜厚を一定にすることができる。
第３実施形態では、粉体塗装装置３の構成を簡素にすると共に、粉体塗装を簡素な工程で行うことができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１２に示す。第４実施形態の粉体塗装装置４では、ブースが凹部塗布ブース３４、外壁塗布ブース３５、及び膜厚調整ブース３６から構成されている。第４実施形態では、凹部塗布ブース３４と外壁塗布ブース３５とが特許請求の範囲に記載の「第１ブース」に相当し、膜厚調整ブース３６が特許請求の範囲に記載の「第２ブース」に相当する。
ワーク１０は、図示しない回転ステージから延びるチャックに固定され、矢印Ａの方向へ回転する。

第１噴射手段は、第１ノズル４７と第２ノズル４８から構成されている。
第１ノズル４７は、凹部塗布ブース３４に設けられ、複数の枝管の吹出口４７１が、ワーク１０の凹部１２の内壁、および凹部１２の入口などに向くように配置される。
第２ノズル４８は、外壁塗布ブース３５に設けられ、複数の枝管の吹出口４８１が、ワーク１０の径外方向の外壁１１、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４などに向くように配置される。

第２噴射手段としての第３ノズル４９は、膜厚調整ブース３６に設けられ、複数の枝管の吹出口４９１が、ワーク１０の径外方向の外壁１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３および円弧の孔など、ワーク１０に粉体が過剰に付着する部分に向けて配置されている。
第１〜第３ノズル４７，４８，４９の各注入口には、それぞれ第１、第２、第３コーティングガン５０１，５０２，５０３が設置される。
第１、第２、第３コーティングガン５０１，５０２，５０３は、ホースなどを通じ、粉体タンク５３とコンプレッサ５４に接続されている。粉体タンク５３の粉体は、第１、第２、第３コーティングガン５０１，５０２，５０３により、１粒子あたり０．５ｐＣ以上、好ましくは１ｐＣ以上、さらに好ましくは１．２ｐＣ以上に帯電される。
なお、図１２では、ブロー装置、集塵装置およびプラズマ照射装置などを省略している。

第４実施形態の粉体塗装装置４を使用した粉体塗装方法を説明する。
この粉体塗装方法では、チャックに固定したワーク１０の各部を凹部塗布ブース３４、外壁塗布ブース３５、及び膜厚調整ブース３６に収容し、回転ステージによりワーク１０を矢印Ａの方向へ回転させる。また、コンプレッサ５４を駆動する。

凹部塗布ブース３４では、第１コーティングガン５０１から第１ノズル４７を通じ、ワーク１０の凹部１２の内壁、および凹部１２の入口に向けて気流と共に粉体が噴射供給される。このとき第１ノズル４７の吹出口４７１から噴射される粉体を含む気流は、バルブ４７２により、０．１〜１０ｍ／ｓに調整される。
第１ノズル４７の吹出口４７１から噴射された粉体は、ワーク１０の凹部１２の内壁および凹部１２の入口などに噴きつけられ、所定量の粉体が静電引力によりワーク１０の表面に直接付着する。ワーク１０の表面に直接付着しなかった粉体は、凹部塗布ブース３４に滞留する。そのため、凹部塗布ブース３４をワーク１０が移動する時間の経過に応じた量の粉体が、静電引力によりワーク１０の表面に付着する。

また、外壁塗布ブース３５では、第１コーティングガン５０２から第２ノズル４８を通じ、ワーク１０の径外方向の外壁１１、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４などに向けて気流と共に粉体を噴射供給する。このとき第２ノズル４８の吹出口４８１から噴射される粉体を含む気流は、バルブ４８２により、０．１〜１０ｍ／ｓに調整される。
第２ノズル４８の吹出口４８１から噴射された粉体は、ワーク１０の径外方向の外壁１１、軸方向の端面１３および円弧状の孔１４などに噴きつけられ、所定量の粉体が静電引力によりワーク１０の表面に直接付着する。ワーク１０の表面に直接付着しなかった粉体は、外壁塗布ブース３５に滞留する。そのため、外壁塗布ブース３５をワーク１０が移動する時間の経過に応じた量の粉体が、静電引力によりワーク１０の表面に付着する。

そして、膜厚調整ブース３６では、第１コーティングガン５０３から第３ノズル４９を通じ、ワーク１０の径外方向の外壁１１の溝１１１、凹部１２の内壁、凹部１２の入口、軸方向の端面１３の第１ノズル４７および第２ノズル４８の吹出口４７１，４８１に対応する箇所、並びに円弧状の孔１４など、ワーク１０に粉体が過剰に付着する部分に向けて気流を噴射する。このとき第３ノズル４９の吹出口４９１から噴射される粉体を含む気流は、バルブ４９２により、１５〜４０ｍ／ｓに調整される。これにより、ワーク１０に過剰に付着した粉体が吹き飛ばされ、粉体の膜厚が一定になる。

第４実施形態では、３個のブース３４，３５，３６により粉体塗装を行うので、それぞれのブース３４，３５，３６に設けられる第１〜第３ノズル４７，４８，４９の枝管の配置の自由度を高めることが可能である。したがって、粉体塗装装置４は、複雑な形状のワーク１０に対応し、膜厚のばらつきを低減することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、粉体塗料を塗布する粉体塗装装置について説明した。これに対し、他の実施形態では、粉体塗装装置が塗布する粉体に限定はなく、粉体は、例えば金型の離型剤であってもいし、ロウ付けに用いるフラックスであってもよい。
上述した実施形態では、粉体塗装装置が備える帯電手段として、摩擦帯電方式を例に説明した。これに対し、他の実施形態では、粉体塗装装置が備える帯電手段は、コロナ放電式のものであってもよい。
上述した実施形態では、エアー噴射部７０を第２ブース３２の開口部に設けた。これに対し、他の実施形態では、エアー噴射部は、そこから噴射されるエアーが第１ブースの塗布気流を妨げないことを条件として、第２ブースの内側に設けることも可能であり、或いは、第１ブースの容積が十分に広い場合にはその内側に配置することも可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・粉体塗装装置
１０ ・・・ワーク
３１ ・・・第１ブース（ブース）
３２ ・・・第２ブース（ブース）
５０ ・・・コーティングガン（帯電手段）
５４ ・・・コンプレッサ（気流発生手段）
４０ ・・・ノズル（第１噴射手段）
７０ ・・・エアー噴射部（第２噴射手段）

Claims (19)

1. ワーク（１０，１９）の塗装箇所を収容可能なブース（３１〜３６）と、
   粉体を帯電させる帯電手段（５０）と、
   気流を発生させる気流発生手段（５４）と、
   前記気流発生手段によって発生した気流により、前記帯電手段によって帯電した粉体を前記ブース内で噴射する第１噴射手段（４０，４５，４７，４８）と、
   前記気流発生手段によって発生した気流を前記ワークに向けて噴射し、前記ワークに過剰に付着した粉体を吹き飛ばす第２噴射手段（７０、４５、４９）と、を備えることを特徴とする粉体塗装装置（１，２，３、４）。
2. 前記第１噴射手段は、粉体を含む気流を前記ワークに向けて噴射し、
   前記第２噴射手段は、前記ワークに粉体が過剰に付着する部分に向けて気流を噴射することを特徴とする請求項１に記載の粉体塗装装置。
3. 前記第１噴射手段は、粉体を含む気流を前記ワークの有する凹部（１２）の内壁または外壁（１１）の溝（１１１）に向けて噴射し、
   前記第２噴射手段は、前記ワークの前記凹部の内壁または前記外壁の前記溝に向けて気流を噴射し、前記ワークの前記凹部の内壁または前記外壁の前記溝に過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体塗装装置（１，２，４）。
4. 前記帯電手段による粉体の帯電量は、１粒子あたり０．５ｐＣ以上であり、
   前記第１噴射手段が噴射する粉体を含む気流は、０．１〜１０ｍ／ｓ であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉体塗装装置（１，２，４）。
5. 前記帯電手段による粉体の帯電量および粉体による目標膜厚量に応じて、前記第２噴射手段が噴射する気流を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。
6. 前記帯電手段による粉体の帯電量は、１粒子あたり０．５ｐＣ以上であり、
   前記第２噴射手段が噴射する気流は、１０〜５０ｍ／ｓ であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉体塗装装置（１，２，４）。
7. 前記第２噴射手段の噴射孔（７１，７４）とワークとの距離は、０より遠く、且つ、３ｃｍ以下であ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粉体塗装装置。
8. 前記第２噴射手段の噴射孔（７１）は、複数個の孔が一列に構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。
9. 前記第２噴射手段の噴射孔（７１）は、複数個の孔が複数列に構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。
10. 前記第２噴射手段の噴射孔（７４）は、スリット状に構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。
11. 前記ブースは、
    前記第１噴射手段が粉体を含む気流を噴射する第１ブース（３１，３４，３５）と、
    前記第２噴射手段が気流を噴射する第２ブース（３２、３６）と、を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の粉体塗装装置（１）。
12. 前記第２ブースは、前記第１ブースの外側を覆うことを特徴とする請求項１１に記載の粉体塗装装置（１）。
13. 前記第１噴射手段と前記第２噴射手段とは１個のノズル（４５）として構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉体塗装装置（２、３）。
14. 前記ノズルは、帯電した粉体を気流によって前記ワークに向けて噴出し、前記ワークに粉体を付着させると共に、前記ワークに過剰に付着した粉体を、粉体を含む気流によって吹き飛ばすことを特徴とする請求項１３に記載の粉体塗装装置（３）。
15. 前記帯電手段による粉体の帯電量は、１粒子あたり０．５ｐＣ以上であり、前記ノズルが噴射する気流は３〜５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１４に記載の粉体塗装装置。
16. ワークの塗装箇所をブースに収容する収容工程と、
    粉体を帯電させる帯電工程と、
    気流を発生させる気流発生工程と、
    前記気流発生工程によって発生した気流により、前記帯電工程によって帯電した粉体を前記ブース内で噴射し、静電引力により前記ワークに粉体を付着させる付着工程と、
    前記気流発生工程によって発生した気流を前記ワークに向けて噴射し、前記ワークに過剰に付着した粉体を吹き飛ばす除去工程と、を含むことを特徴とする粉体塗装方法（１，２，３、４）。
17. 前記付着工程では、粉体を含む気流を前記ワークに向けて噴出し、
    前記除去工程では、前記ワークに粉体が過剰に付着する部分に向けて気流を噴射することを特徴とする請求項１６に記載の粉体塗装方法。
18. 前記付着工程では、粉体を含む気流を前記ワークの有する凹部の内壁に向けて噴射し、
    前記除去工程では、前記ワークの前記凹部の内壁に向けて気流を噴射し、前記ワークの前記凹部の内壁に過剰に付着した粉体を吹き飛ばすことを特徴とする請求項１６または１７に記載の粉体塗装方法（１，２，４）。
19. 前記付着工程と前記除去工程とを同時に行い、帯電した粉体を気流によって前記ワークに向けて噴出して前記ワークに粉体を付着させると共に、前記ワークに過剰に付着した粉体を、粉体を含む気流によって吹き飛ばすことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の粉体塗装方法（３）。

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