JP4339603B2 - 静電塗装機用高電圧出力制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は静電塗装、特に水系塗料，メタリック系塗料等の高導電性塗料を静電塗装する場合に適した外部帯電式の静電塗装装置に使用する高電圧発生器の出力制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電塗装は、噴霧される塗料粒子に高電圧静電気を帯電させ、静電スプレーガンから被塗装物に形成される電界によって前記の塗料粒子を被塗装物に運び、塗着効率を向上させる塗装方法として広く採用されている。この様な静電塗装に使用される塗料は、作用効果の関係で電気的に抵抗値の大きい溶剤型塗料と電気抵抗値の低い水系もしくはメタリック系塗料等の高導電性塗料に大別され、その塗装方法、装置が大きく異なっている。
【０００３】
すなわち揮発性有機化合物を含む溶剤型塗料は比較的塗料の電気抵抗値が高く塗料を噴霧化する装置に高電圧を荷電し、直接塗料に帯電させることが可能であるが、水系塗料の場合は荷電する高電圧が塗料を通じて接地された塗料供給源に流れ、静電効果が得られないだけでなく、塗料供給系全体に高電圧が流れ危険性が高まる。
【０００４】
このため塗料供給系を接地側から絶縁し、高電圧を荷電して塗料供給系全体を高電圧に維持しながら静電塗装を行う方法・装置が用いられている。しかし膨大となる塗料供給系の帯電量から、危険性の増加は避けられない。のみならず塗料の供給時には絶縁が維持されなくなるため、特別に絶縁遮断装置を設けるなど、設備の増大、取扱い上の危険性、複雑化が使用拡大の妨げになっている。
【０００５】
一方、塗料に直接荷電せず噴霧域の外部に設置した電極からの放電によりイオン化された領域を通過する塗料粒子に帯電させ、被塗装物に向かう電気力線（電界）に載せて被塗装物に塗着させる外部電極を用いた静電塗装機が知られている。
【０００６】
その一つとして、スプレーガンに一体とし、共動する装置として、特許第２７７００７９号や、特開平７−２１３９５８の如き静電塗装装置が提案されている。
【０００７】
外部電極方式の静電塗装スプレーガンは、スプレーガンによる噴霧塗料領域から外れた位置に設置された外部電極に高電圧を印加することにより、被塗装物等の接地電位側に放電させて電界を形成し、ここを通過する塗料の微粒子に帯電させると共に、被塗装物へ向かって形成される電界に乗せて塗着を促進するものである。しかし前述の直接帯電方式に比較し放電域を通過する塗料粒子への帯電効果は低く、充分な静電効果が得られていないのが現状である。
【０００８】
一般に商業的に使用しての効果が得られる静電塗装用スプレーガンとして、主に溶剤系塗料に使用される直接帯電式の場合、電極への荷電電圧は−３０ｋＶから−6０ｋＶ程度で、電位差があるほど高い塗着効果が得られるが、−７０ｋＶを越えるような場合には、高電圧による火花放電や電撃放電の危険性増加と、装置の耐電圧強度等から大形化、取扱い性の低下をきたし、実用的に使用に供し得ないため、荷電電圧を低くせざるを得ない現状がある。したがって一般的には−５０ｋＶ前後で使用されることが多くなっている。これに対し外部電極方式の場合は静電塗装としての効果を得るためには、−７０から−９０ｋＶと高い電位差が要求されるために、採用する上で更に困難性が増加し実用化が進んでいない。
【０００９】
一方近年の環境問題から揮発性有機溶剤使用の削減が求められ、水系塗料への移行が必要とされてきている。しかしながら上記したような問題から、水系塗料やメタリック塗料の静電塗装は普及が進まず、環境対策への遅れの原因になっていた。
【００１０】
更に汎用性を持たせ、特に手持ち式の静電塗装機にあっては、各種被塗装物に対して広く使用されることが望まれており、外部帯電方式の静電塗装機においても、高電圧の発生器を組み込み、荷電電極を一体とした静電塗装用スプレーガンとして使えるものが要求されている。しかしスプレーガンに高電圧が流れる場合には、接地電位との絶縁強度を十分に保持しないと放電破壊を生じ、塗装機の破損だけでなく、火花放電による火災の危険性や、作業者への電撃ショックなどの危険が発生する。これらの危険性は高電圧になるほど急激に増大し、その絶縁強度を維持するために高電圧回路周囲の肉厚を増すなどスプレーガン自体が大きく、重くなり、操作性が著しく悪化するなどの問題が生ずる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように外部帯電式の場合は、要求される帯電効果を得るため、より高い電圧の使用から、危険性への配慮、高電圧による絶縁破壊に対する考慮を必要とし、スプレーガンとしての装置の小形化、特に手持ち式スプレーガンとしての実用化に多くの問題があった。
【００１２】
本発明が解決すべき課題は、必要とされる高電圧荷電を行い、帯電効果の向上による塗着効率を損なうことなく、高電圧荷電に対しての安全性を確保し、スプレーガンの耐高電圧対策を軽減させて実用的に取扱い性の優れた静電塗装機を提供できるように高電圧荷電を効果的に行うことにある。
【００１３】
これによってスプレーガンの小形化を図り、外部帯電式の特に手持ち式のスプレーガンをはじめとする静電塗装機として、実用的に使用できる範囲を拡大し、結果として水性塗料の静電塗装普及を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するため、静電塗装装置の荷電電極に高電圧を供給し、静電気力によって被塗装物への塗着効率を向上する静電塗装用高電圧の供給制御において、必要な電圧として設定される荷電電圧における荷電電極から必要十分な放電電流を出力する高電圧発生器の最大出力電圧が、前記荷電時に要求される荷電電圧を越えないように制御する。
【００１５】
すなわち本来必要な要求電圧において、その時必要な要求電流を維持する場合に、高電圧発生器と荷電電極との間に制限抵抗を配し、接地電位側の対電極を備えた静電塗装機と、前記高電圧発生器は放電及び制限抵抗による電圧降下を考慮して荷電電圧より高く設定可能とし、該高電圧発生器の出力を制御する出力制御装置を設けるとともに、荷電電極と接地電位側対電極との放電電流を検出する電流検出手段を設け、その電流検出手段からの信号を出力制御装置に入力するように構成し、前記出力制御装置は電流値が設定した電流値より低い場合に、前記荷電電極の電圧を前記設定電圧もしくはそれ以下にする制御手段をもって出力させるように構成している。
【００１６】
また高電圧発生器の出力電圧は、出力制御装置の出力信号に基づき電源装置の低電圧出力電圧を制御している。要求される電圧は多くの場合−５０から−７０ｋＶが求められるが、取扱い性、塗着効率からみた経済性等の要求条件によっては−３０ｋＶでも採用効果があり、要求される電流値は８０から１５０μＡであり、この電圧は高電圧発生器に含まれる高抵抗を経て出力され、荷電電極に荷電される先端電圧を示している。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の態様を図１に基づき説明する。
図１の構成ブロック図に示すように、本実施例の場合、塗装機１の外部荷電電極２に高電圧を供給する高電圧発生器３は、塗装機１に組み込まれ、主に変圧器４、多段倍電圧整流回路５、制限高抵抗６で構成されている。高電圧発生器３に供給する電源は低電圧で、別に設けた制御装置１０の１次電源１１より低電圧が送られる構成で、本実施例の場合２４Ｖまでの電圧が供給され、高電圧発生器３で−９０ｋＶまでに昇圧される。本図においては噴霧塗装機としての手段等が省略されているが、一般的なエアースプレーガンやエアレススプレーガン等の機能を備えた塗装機として全体が構成されている。
【００１８】
高電圧発生器３の出力電圧は入力される１次電源１１の電圧によって決定され、必要とする高電圧に昇圧制御される。昇圧された高電圧は制限高抵抗６を経て、外部荷電電極２に荷電され、通常の場合塗料通路を構成する塗料ノズルもしくはニードル弁が対電極７として接地電位にあるため、外部電極より対電極であるこれらの接地電位部及び被塗装物８などに放電される。制御装置１０内に設けられた電流計Ａは、この放電電流を測定する。
【００１９】
電流計Ａの検出結果は出力制御装置１２に送られ、演算結果は１次電源１１の制御信号として出力される。
図２のグラフに例示するように最大電圧−９０ｋＶが出力される本実施例の場合、外部荷電電極２より対電極７等に放電する電流は、制限高抵抗６、対電極位置等塗装機の仕様条件により、１００μＡ程度、この時の荷電電極の電圧は−６０ｋＶ程度となっている。静電塗装時は一般的に多くの場合、斜線の範囲８０から１２０μＡが通常の使用範囲とされ、電流値が上がるほど荷電電極からの先端電圧は低下する。
【００２０】
安全性からは過電流検出手段により１５０μＡ程度もしくは２００μＡまでの範囲で電源を遮断し、スパーク等による危険を回避するように構成される。通常状態では、グラフの点線の如く放電電流がこれより低くなるにしたがって電圧は高くなり、電流値０で−９０ｋＶとなり、塗装機に耐高電圧の対策が必要となる。本発明の場合、電流値が前記の設定より低電流の場合に、設定された−６０ｋＶを越えないように供給する１次電源電圧を制御し、不必要な高電圧を荷電しないようにしている。
【００２１】
放電電流は塗装機の構成によって異なり、前記制限高抵抗の抵抗値で変化するのはもちろんのこと、前記外部電極の位置、形状、接地電位となる塗料ノズルやニードル弁の材質形状の他、接地環境によって左右される。また実際に使用するばあいには被塗装物との位置関係、塗装条件、使用する塗料等の条件によっても異なる。
【００２２】
また一般に静電塗装を扱う場合、高電圧による放電は火花放電による火災の危険性や電撃による人体へのショック、危険性を伴うためにその高電圧に対して最大値が決められている。反面静電塗装効果を高めるためには、より多くの電流値が求められることから、通常商業的に使用される装置の場合１５０μＡを限度とし、使用状態における最適値として、８０から１２０μＡ程度が使用されるものである。
【００２３】
前述の通り外部電極から実際の放電流は近傍に設けた対電極である塗料ノズル等に流れる他、被塗装物に向かう電界として流れ、その距離が近づく程に増加する。したがって増加する電流値に応じて電圧は低下するため、必要な荷電電圧を維持するには１次電源電圧を上げ、高電圧発生器からの出力電圧を上げる必要がある。
【００２４】
しかし出力電圧を上げた場合、前述の通り静電塗装機における耐電圧強度を上げることが必要なために高電圧回路、接続部の周囲に十分な厚さの絶縁材を設けなければならず、どうしても大形化、重量増が避けられない。このため本発明では必要な電流を維持するために電圧が低下した場合に、必要な電圧の範囲を維持した状態で高電圧が出力されるように、１次電圧を制御させ、静電塗装、特に外部帯電方式に必要な所定の電圧と電流を常時維持するようにしている。
【００２５】
外部電極の荷電電圧は高いほど放電によるイオン化が促進され、塗料への帯電効果が向上するため、塗着効率をあげるには高い電圧が求められるが前述の如く、実用性を考慮すると商業的には安全性等から−６０ｋＶ程度にすることが望ましい。
【００２６】
【実施例】
このため本発明においては、高電圧発生器の最大電圧を−９０ｋＶとし、必要な電流が流れた場合においても設定電圧として約−６０ｋＶが維持できる出力とし、高電圧発生器に入力する１次電源の出力電圧を制御している。
【００２７】
例えば初期の荷電電圧を−６０ｋＶとして、実際に塗料を吹き付けた場合に外部電極の先端電圧及び電流値が低下し、十分な放電が得られない場合において、計測した電流値が所定値を下回った場合、制御装置により供給する電圧を上げることによって高電圧出力を上げ、外部荷電電極に十分な先端電圧と電流が供給できるようにしたものである。
【００２８】
したがって例示の如く本来であれば実塗装時に−６０ｋＶ、８０μＡが必要とされる場合、初期出力は−９０ｋＶが必要となり、この−９０ｋＶの電圧に対する耐電圧強度がスプレーガンに要求される。本実施例の制御装置では先端電圧を最大−６０ｋＶとし、低電流時に電圧を上げないように制御され、塗装時に十分な電流が流れ電圧が低下した場合に先端電圧が設定値になるまで１次電源の出力電圧を上げて、最大効果を上げられる構成となっている。すなわち必要となった時に、必要な電圧、電流に出力をするように供給電源をコントロールすることで、不必要な高電圧をかけず、安全性のみならず塗装機（静電スプレーガン）の耐電圧強度を必要以上に高めることも無いため、小形に押さえることが可能となる。低電圧の供給制御は、限度値の比較に限らず、電流値と常に比較演算し、プロポーショナル制御をすることでも良い。
【００２９】
また初期出力電圧は−６０ｋＶに限らず、静電塗装機の機能と要求される効率によって設定電圧として定められ、荷電とともに計測する電流値で所要の出力電圧を維持して荷電電極に供給するように構成し、常に外部帯電に必要な電圧電流値でコントロールすることによって本発明が目的とする課題が解決される。
【００３０】
また電流計で計測された電流値は、出力電圧の制御の他、制御装置に予め設定入力されたデータと比較し、荷電停止制御が行われる。すなわち安全性の点より前述の如く限定されるものでは無いが、最大電流が１５０μＡを越える場合は、過電流検出の結果として電源の遮断により高電圧の荷電を停止するとともに、警報や危険表示ランプを点灯する等の出力をさせる。これらの技術は既に多くの既存技術として採用されているもので、電源の再投入をしなければ再度荷電が出来ないようにしたり、塗装機の作動、噴霧を停止する等の制御も行われている。
【００３１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば本来外部帯電方式によって静電塗装を行う場合に、荷電電極に必要な電圧、電流を供給しうる出力を有する高電圧発生器を備え、要求される静電塗装効果を十分に得ることができる荷電を可能とした上で、危険を伴う不必要な高電圧荷電を規制したため、高電圧に対する安全性を高め、かつ塗装機自体の耐高電圧対策、強度を軽減して小形軽量化が可能となる。
【００３２】
特に外部帯電式のように静電効果が得られにくい場合において、高い荷電電圧を必要とされ、絶縁破壊等の耐電圧対策のため大形、重量化が避けられず、取扱い性を阻害し実用上の普及を妨げていた静電塗装機の取扱い性を改善し、使用性が向上することで、水系塗料等の静電塗装化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する構成ブロック図である。
【図２】本発明の電圧−電流の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 塗装機
２ 荷電電極
３ 高電圧発生器
４ 変圧器
５ 多段倍電圧整流回路
６ 制限高抵抗
７ 対電極
１０ 制御装置
１１ １次電源
１２ 出力制御装置
Ａ 電流計

Claims (1)

1. 高電圧発生器からの出力電圧を制限高抵抗を介して荷電電極に接続し、該荷電電極と対向する接地側電極を備えた静電塗装機に用いられ、前記出力電圧を制御する方法において、前記制限高抵抗は、荷電電極からの最大放電電流を制限し、必要とする電流値において無負荷時の最大電圧より十分に低くかつ必要な荷電電圧を維持するものとし、前記高電圧発生器からの出力高電圧は、入力する一次電圧を制御することによって、これと比例する高電圧を出力する昇圧手段を備えており、静電塗装機の運転中に荷電電極の負荷状況によって変動する放電電流値を検出し、該電流値が前記必要な荷電電圧における電流値より低下した場合、前記必要な荷電電圧を超えないように荷電電圧が−３０から−７０ｋＶで、必要な放電電流値は８０から１５０μＡに設定されるよう前記一次電圧を制御する方法。

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