JP5427726B2 - 塗装設備 - Google Patents

Description

本発明は、塗装設備、特に自動車の製造ラインに適した塗装設備に関する。

自動車の製造ラインでの塗装法として、周囲から遮蔽された複数の塗装ブース内に搬送手段で車体を通過させ、この車体にスプレーガンにより塗装を施す方法が広く行われている。
この様な塗装ブース内で噴霧することにより、塗装ミストが外へ飛散することを防止できるという利点がある。塗装設備の構造は各種提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図４は従来の塗装設備の基本構成を説明する図であり、調和空気１０１が給気ファン１０２及び給気ダクト１０３により、塗装ブース１０４へ供給される。
用済みの空気（排気）は、排気ファン１０５及び排気ダクト１０６により、排出される。
給気ファン１０２はインバータ１０７により回転速度が制御される。また、複数台の排気ファン１０５は、各々インバータ１０８により回転速度が制御される。

ところで、排気には、車体に付着しなかった塗装がミストの形態で含まれている。大気汚染防止の観点から、大気放出前に塗装ミストを除去する必要がある。 そこで、塗装設備には、各種の排気洗浄機構が設けられている（例えば、特許文献２（図４）参照。）。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図５は従来の排気浄化機構の基本構造を説明する図であり、塗装ブース１０４は、車体１１１にガン１１２で塗装を施す塗装室１１３と、この塗装室１１３の下に設けられる排気浄化室１１４とに区分される。

排気浄化室１１４の天井１１５はＶ字状に傾斜しており、中央に排気口１１６を有する。水槽１１７の水は、循環ポンプ１１８で汲み上げられ、天井１１５の上面に一定速度で噴射される。すると、水は傾斜を流下しながら旋回し、排気口１１６で渦になる。すなわち、塗装ミストを含む排気は、渦で洗われ、塗装ミストが水に混入することで除去される。浄化された排気が排気浄化室１１４から排出される。

図４において、特許文献１の説明によれば、インバータ１０７と、複数個のインバータ１０８は、互いに独立して制御される。
しかしながら、インバータ１０７、１０８を独立して制御すると、ファンの回転速度の変更開始点からある時間が経過するまでは、過渡期となり、この過渡期に塗装ブース１０４内部での空気１１９の流れが乱れることが分かった。

空気の流れが乱れると、遮蔽された空間のエアバランスが崩れ、結果、外部からゴミが塗装ブース１０４に侵入することがあり、これを防止するためにエアカーテンなどの追加設備を要していた。

また、図５に示される塗装ミスト除去用水循環ポンプ１１８は、一定速度で連続的に運転されるため、循環ポンプ１１８の電力消費量は、大きくなり、省エネルギー対策が求められていた。

更に、車体の製造ラインでは、定期的な食事休憩や短時間休憩、そして、不定期に発生するライン停止などの、無負荷時間帯が存在する。
従来方式によれば、短時間休憩の直前で給気手段や排気ファンの回転速度を落とし、短時間休憩明けに元の回転速度に戻すと、上述したように過渡期に複数の塗装ブース間のエアバランスが崩れ、塗装ミストが他の塗装ブース内に侵入してしまう。

そこで、本発明では、稼働時間帯や無負荷時間帯の全時間帯で、給気ファン、排気ファン、更には循環ポンプを、総合的に制御して、塗装の品質の維持と省エネルギー化を両立させることを課題とする。

特開２００７−２５３１０２公報 特許第３５６８７５１号公報

本発明は、塗装設備において一層の省エネルギーを図ることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、給気手段で塗装ブースへ空気を供給し、塗装ミストを含む排気を水で洗浄し、洗浄された排気を排気手段で排出する塗装設備において、
前記給気手段を駆動する給気用モータと、前記水を循環させる循環手段を駆動する循環水用モータと、前記排気手段を駆動する排気用モータは、全てを同期電動機とし、
前記給気用モータと前記循環水用モータと前記排気用モータを同期して同一の増減速率で速度制御する制御部を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、給気用モータと循環水用モータと排気用モータは、電動機極数が同一であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、給気用モータと循環水用モータと排気用モータは、速度制御用のインバータを備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、給気用モータと循環水用モータと排気用モータは、制御部により同期して同一の増減速率で速度制御する。
ファンの風量は回転速度に一次比例する。ポンプも同様である。同期して同一の増減速率で回転速度を変化させることで、風量や水量の変化率を合わせることができ、エアバランスの崩れを防止することができる。

モータの軸動力は、回転速度の三乗に比例する。例えば、回転速度を１／２にすれば、軸動力は１／８になり、消費電力が大幅に下がる。
結果、短時間休憩であっても複数ファンとポンプを減速することができ、エネルギーの消費を抑えることができる。同様、食事休憩やライン停止にも複数ファンとポンプを減速することができ、エネルギーの消費を抑えることができる。
したがって、本発明によれば、塗装設備において一層の省エネルギーを図ることができる技術が提供される。

請求項２に係る発明では、複数のモータの電動機極数を同じにした。回転速度は、周波数に比例し、電動機極数に反比例する。電動機極数が同じであれば定格回転速度が同じになる。例えば、インバータで複数のモータを一元制御させることができ、インバータの個数を減らすことができ、設備コストの低減が図れる。

請求項３に係る発明では、給気用モータと循環水用モータと排気用モータは、速度制御用のインバータを備えている。
モータの速度制御には、汎用で安価なインバータが採用可能である。インバータの採用により、設備コストの上昇を抑制することができる。

本発明に係る塗装ブースの基本構成を説明する図である。 ファン及びポンプの制御に係るグラフである。 塗装設備の平面図である。 従来の塗装設備の基本構成を説明する図である。 従来の排気浄化機構の基本構造を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。図面は符号の向きに見るものとする。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、塗装設備１０は、塗装対象物である車体１１に塗料を噴射するガン１２を内蔵した塗装ブース１３と、この塗装ブース１３へ調和空気１４を供給する給気手段１５及び給気ダクト１６と、塗装ブース１３から用済みの空気を排出する排気ダクト１７及び排気手段１８と、塗装ブース１３の下部に水を送り、この水で排気を浄化する排気浄化機構２０とからなる。

なお、車体１１はコンベア等の搬送手段１９により、図面表裏方向に搬送される。
調和空気１４は、調和機で温度及び湿度が調和された空気を指す。
給気手段１５や排気手段１８は、遠心ファン、軸流ファンが好適であるが、種類はと問わない。

排気浄化機構２０は、水槽２１の水を加圧し送水管２８を介して塗装ブース１３下部に送る循環手段２２と、送られた水を旋回させる浄化室天井２３と、この浄化室天井２３に開けられた排気口２４と、この排気口２４を通って落下した水を一時的に蓄える貯水部２５と、この貯水部２５に溜めた水を水槽２１へ戻すリターン路２６とからなる。

浄化室天井２３に沿って流下した水は渦となって排気口２４から落下する。この際、渦で排気中の塗料ミストを除去する。浄化された排気は開口調節板２７の下を潜って排気ダクト１７に至る。

給気手段１５は給気用モータ３１で回され、排気手段１８は排気用モータ３２で回され、循環手段２２は循環水用モータ３３で回される。
これらのモータ３１、３２、３３は、インバータ３５でＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）制御される。このインバータ３５は制御部３６で制御される。この制御部３６にスイッチ手段３７が付属され、このスイッチ手段３７で、通常運転、第１低速運転（例えば短時間休憩）、第２低速運転（例えば食事休憩、ライン停止）などのモードに切り換えることができる。

モータ３１、３２、３３は、全て同期モータとする。
同期モータは、回転速度が電源周波数に完全に比例し、回転速度が安定していることを特長とする。

一方、同期モータより安価で広く使用される誘導電動機は、同期速度より僅かに遅い速度で回転する。すなわち、不可避的にスリップが発生する。このスリップは、定格回転速度では、影響が小さいが、インバータにより回転速度を落とした場合には、影響が大きくなる。この影響により、複数のモータ間に速度差が発生する。この速度差により、塗装設備ではエアバランスが崩れ、ゴミの侵入が懸念される。

この懸念は、同期電動機（同期モータ）を採用することで払拭が可能となる。ただし、同期モータを採用するだけでは不十分で、モータの制御が重要となる。この点について次に詳しく述べる。

制御部３２の作用を、次に説明する。
図２に示すように、給気手段、排気手段、循環手段が制御される。
すなわち、（ａ）に示すように、通常運転では、給気手段はＮ１の回転速度で回される。

短時間休憩が必要なときには、作業員の手でスイッチ手段（図１、符号３７）により第１低速運転に切替えられる。すると、制御部は、時間ｔ１〜時間ｔ２に（１分〜２分）掛けて、回転数が、Ｎ１の例えば７５％に相当するＮ２まで減速する。

短時間休憩から通常運転に戻すときには、作業員の手でスイッチ手段（図１、符号３７）により通常運転に切替えられる。すると、制御部は、時間ｔ３〜時間ｔ４（１分〜２分）に掛けて、回転数が、Ｎ２からＮ１になるまで増速する。

この際、制御部は、（ｂ）に示すように、排気手段を、時間ｔ１〜時間ｔ２に掛けて、回転数Ｎ２まで減速する。同時に、（ｃ）に示すように、循環手段を、時間ｔ１〜時間ｔ２に掛けて、回転数Ｎ２まで減速する。

短時間休憩から通常運転に戻すときには、制御部は、（ｂ）に示すように、排気手段を、時間ｔ３〜時間ｔ４に掛けて、回転数が、Ｎ２からＮ１になるまで増速する。同時に、（ｃ）に示すように、循環手段を、時間ｔ３〜時間ｔ４に掛けて、回転数Ｎ１まで増速する。

すなわち、（Ｎ２−Ｎ１）／（ｔ２−ｔ１）で定義される減速率は、給気手段、排気手段、循環手段の全てにおいて、同一とし、同時に減速を開始し、同時に減速が終了するように、タイミングを合わせて回転速度制御を行う。このことを、同期制御と呼ぶ。
（Ｎ１−Ｎ２）／（ｔ４−ｔ３）で定義される増速率についても同様である。

図１において、給気手段１５が減速制御されると、給気手段１５による風量は回転速度に比例して減少する。同様に、排気手段１８が減速制御されると、排気手段１８による風量は回転速度に比例して減少し、循環手段２２が減速制御されると、循環手段２２による水量は回転速度に比例して減少する。

風量や水量の減少率と減少タイミングが給気手段１５、排気手段１８、循環手段２２で同期しているため、塗装ブース１３でのエアバランスが乱れる心配はない。結果、ゴミが塗装ブース１３に侵入する心配がない。

加速制御についても同様に、同一の増速率で同一タイミングで実施することでエアバランスの乱れを未然に防止することができる。
図２において、食事休憩時は、時間ｔ５で同期して減速を開始し、Ｎ１の例えば５０％の回転速度であるＮ３まで下げる。食事休憩後は、時間ｔ６で同期して増速を開始する。

食事休憩では、車体への塗装作業は行わない。すなわち、図１において、ガン１２から塗料の噴射は行われない。
循環手段２２の回転速度を落としたことで、渦の形成が不十分になるが、排気に塗料ミストが混入しないので、排気を洗浄する必要はなくなる。

また、循環手段２２の回転速度を落とすと、浄化室天井２３への給水量が減る。リターン路２６からの排水は、それ程変化しないため、貯水部２５での水面３８が下がる。
すると、開口調節板２７と水面３８との開口部の距離Ｌが拡大する。すると、排気の流路面積が増加し、排気の流速が低下する。流路抵抗は流速の二乗に比例するため、給気手段１５及び排気手段１８の負荷が低下する。結果、給気手段１５及び排気手段１８の電力消費量が減少し、一層の省エネルギーが図れる。

塗装設備１０は、図３に示すように、複数（この例では６）の塗装ブース１３ａ〜１３ｆを、搬送手段１９により搬送される車体１１の搬送方向に連続的に配設したものである。塗装ブース１３ｆの末端に乾燥炉４０が接続され、車体１１の塗膜面を乾燥させる。

塗装ブース１３ａ〜１３ｆや、下塗処理された車体の中塗工程や、中塗された車体を半乾燥させるフラッシュオフ工程や、上塗工程からなる各工程間における相互間のエアバランスが重要になる。すなわち、各塗装ブース１３ａ〜１３ｆ及び乾燥炉４０側との相互間に圧力差が発生し、エアバランスが崩れると、塗装設備１０の前後に塗料ミストが漏れて、浮遊することになる。特に、出口側で浮遊する塗料ミストは、車体１１の塗装面に付着して塗装不良を引き起こす。

本発明により、給気ダクト１６ａ〜１６ｆに設ける給気手段、排気ダクト１７ａ〜１７ｆに設ける排気手段１８ａ〜１８ｆ及び塗装ブース１３ａ〜１３ｆに付属する循環水手段を同期して同一の増減速率で回転速度を変化させる。結果、風量や水量の変化率を合わせることができ、省エネルギー運転が可能となり、且つエアバランスの崩れを防止することができるので、塗装ブース１３の前後に塗料ミストが漏れて、浮遊することはなくなり、浮遊する塗料ミストが、車体１１の塗装面に付着することを防止できる。

なお、給気用モータ３１と排気用モータ３２と循環水用モータ３３の定格回転速度を同一にすることが望まれる。回転速度は周波数に比例し、電動機極数に比例するため、電動機極数を統一することで容易に達成できる。
インバータ３５で複数のモータ３１、３２、３３を一括制御させることができ、インバータの個数を減らすことができ、設備コストの低減が図れる。

また、給気用モータ３１と排気用モータ３２と循環水用モータ３３に各々インバータを付設しても良い。この場合でも、３個のインバータを制御部３６で一括制御すればよい。

尚、塗装対象物は、車体の他、家電等の箱物、減速機ケース等のケース類であってもよく、種類は限定されない。
また、実施例では、制御部への指令はスイッチ手段で行ったが、食事休憩など開始時間、終了時間が決まっている休憩（定時休憩）については、タイマーにより自動的に制御部へ指令を送るようにしても良い。

本発明の塗装設備は、車体の塗装に好適である。

１０…塗装設備、１１…塗装対象物（車体）、１２…ガン、１３…塗装ブース、１４…調和空気、１５…給気手段、１８…排気手段、２２…循環手段、３１…給気用モータ、３２…排気用モータ、３３…循環水用モータ、３５…インバータ、３６…制御部。

Claims (3)

1. 給気手段で塗装ブースへ空気を供給し、塗装ミストを含む排気を水で洗浄し、洗浄された排気を排気手段で排出する塗装設備において、
   前記給気手段を駆動する給気用モータと、前記水を循環させる循環手段を駆動する循環水用モータと、前記排気手段を駆動する排気用モータは、全てを同期電動機とし、
   前記給気用モータと前記循環水用モータと前記排気用モータを、同期して同一の増減速率で速度制御する制御部を有することを特徴とする塗装設備。
2. 前記給気用モータと前記循環水用モータと前記排気用モータは、電動機極数が同一であることを特徴とする請求項１記載の塗装設備。
3. 前記給気用モータと前記循環水用モータと前記排気用モータは、前記速度制御用のインバータを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の塗装設備。

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