JP5738546B2 - 静電塗装装置および静電塗装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、静電塗装装置および静電塗装方法の技術に関する。
従来、自動車の車体等に塗装を施すための塗装方法として、静電塗装が知られている。
静電塗装は、被塗物と塗装機との間に電界を形成し、被塗物と塗料との間に電位差を生じさせることによって、塗料にクーロン力を作用させつつ被塗物に塗着させるものであり、均一な塗膜が形成でき、また、塗着効率にも優れているため、広く採用されている。
従来の静電塗装装置および静電塗装方法に係る技術は、例えば、以下に示す特許文献１等に開示され、公知となっている。
特許文献１に開示された従来技術では、複数のコンデンサと複数のダイオードとを縦属接続してなる負極性出力の多段縦属型倍電圧整流回路（例えば、コッククロフト・ウォルトン回路等）を用いて、荷電電極に負極性の高電圧を印加する構成としている。
このように、従来採用されている静電塗装装置および静電塗装方法では、被塗物側をアースに接続し（即ち、電位を「０」とし）、塗装機側に負極性の高電圧を印加して、静電塗装を行う構成としている。
塗装機に負極性の高電圧を印加すると、例えば、ベルカップの縁部（尖端部）において、負極コロナが生じる。負極コロナは、正極コロナに比して低い電圧で生じること、また、全路破壊に至る電圧が正極コロナに比して高く、火花放電に移行しにくいこと、等の特徴がある。
このことから、従来、静電塗装を行う際に高電圧発生装置により発生させる高電圧の態様としては、負極性の高電圧がより適していると考えられてきた。このため、従来の静電塗装装置では、高電圧発生装置によって、塗装機に負極性の高電圧を印加する構成が採用されてきた。
特開２００１−１７０５２２号公報
従来の静電塗装装置の構成では、塗料には負極性の電荷が与えられる。そして噴霧された塗料は、シェーピングエアに接しながら拡散する。
ここで、空気（即ち、シェーピングエア）の特性に着目すると、図９に示す如く、帯電列表において、空気は最も正極性に帯電しやすい物質に挙げられている。
つまり、負極性に帯電した塗料が空気（シェーピングエア）に接触するとき、空気によって電荷が中和されて、帯電量の低下が生じていると考えられる。
近年、環境負荷低減のさらなる強化が望まれており、静電塗装の分野では、さらなる塗着効率の向上を図る技術へのニーズが高まっている。塗着効率の向上を図るためには、塗料の帯電量を増大させることが有効である。
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、空気の帯電列に着目し、シェーピングエアを利用して塗料の帯電量増大を図るとともに、被塗物と塗装機の間に形成する電界の強度を増大することによって、塗着効率のさらなる向上を図ることができる静電塗装装置および静電塗装方法を提供することを目的としている。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、塗料を霧化させるための霧化部と、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部と、を有する塗装ガンと、該塗装ガンに高電圧を印加する高電圧発生装置と、該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、を備える静電塗装装置であって、前記高電圧発生装置は、前記塗装ガンの前記霧化部に、該霧化部に接する状態の前記塗料を正極性に帯電させるための正極性の高電圧を発生させるものである。
請求項２においては、前記エア噴出部から噴出させるシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させる帯電手段を有するものである。
請求項３においては、前記帯電手段は、負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材により構成する、前記エア噴出部にエアを供給するためのエア供給手段とするものである。
請求項４においては、前記制御装置は、前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とするものである。
請求項５においては、塗料を霧化させるための霧化部と、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部と、を有する塗装ガンと、該塗装ガンに高電圧を印加する高電圧発生装置と、該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、を備える静電塗装装置による静電塗装方法であって、前記高電圧発生装置によって、前記塗装ガンの前記霧化部に、該霧化部に接する状態の前記塗料を正極性に帯電させるための正極性の高電圧を発生させ、被塗物と前記霧化部との間に電界を形成するとともに、前記霧化部に接する塗料に、正極性の電荷を印加して、静電塗装するものである。
請求項６においては、前記エア噴出部から噴出するシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させるものである。
請求項７においては、負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材により構成する、前記エア噴出部にエアを供給するためのエア供給手段によって、前記エア噴出部より噴出するシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させるものである。
請求項８においては、前記制御装置において、前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧を設定するとともに、前記制御装置によって、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅で、前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧をパルス状に切り換えて、前記被塗物と前記塗装ガンとの間に、前記高電圧発生装置により前記第一の印加電圧を定常的に印加したときに形成される電界の強度および範囲に比して、高強度かつ広範囲の電界を形成するものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項１においては、塗料に正極性の電荷を付与して静電塗装を行うことができる。
これにより、塗料がシェーピングエアに接触して、帯電量が低下することを防止できる。
請求項２においては、シェーピングエアに対して、正極性の電荷を積極的に帯電させることができる。
これにより、塗料をシェーピングエアに接触させることによって、帯電量を増大させることができる。
請求項３においては、シェーピングエアに対して、より効果的に正極性の電荷を帯電させることができる。
これにより、塗料をシェーピングエアに接触させることによって、より効果的に帯電量を増大させることができる。
請求項４においては、従来に比して高強度でかつ広範囲の電界を形成することができる。これにより、塗料粒子に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
請求項５においては、塗料に正極性の電荷を付与して静電塗装を行うことができる。
これにより、塗料がシェーピングエアに接触して、帯電量が低下することを防止できる。
請求項６においては、シェーピングエアに対して、正極性の電荷を積極的に帯電させることができる。
これにより、塗料をシェーピングエアに接触させることによって、帯電量を増大させることができる。
請求項７においては、シェーピングエアに対して、より効果的に正極性の電荷を帯電させることができる。
これにより、塗料をシェーピングエアに接触させることによって、より効果的に帯電量を増大させることができる。
請求項８においては、従来に比して高強度でかつ広範囲の電界を形成することができる。これにより、塗料粒子に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置の全体構成を示す模式図。 本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置が備える高電圧発生装置を示す模式図。 誘導帯電の発生状況を示す模式図、（ａ）本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置（正極性の電圧を印加した場合）における誘導帯電の状況を示す模式図、（ｂ）従来の静電塗装装置（負極性の電圧を印加した場合）による誘導帯電の状況を示す模式図。 静電塗装状況を示す模式図、（ａ）本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置（正極性の電圧を印加した場合）による静電塗装状況を示す模式図、（ｂ）従来の静電塗装装置（負極性の電圧を印加した場合）による静電塗装状況を示す模式図。 本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置（正極性の電圧を印加した場合）による静電塗装状況を示す模式図。 本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。 印加電圧の時間変化と放電電流の時間変化の関係を示す図、（ａ）従来の静電塗装装置の場合を示す図、（ｂ）本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置の場合を示す図。 従来の静電塗装装置による電界の形成状況を示す模式図、（ａ）電圧Ｖ1を定常的に印加した場合を示す模式図、（ｂ）電圧Ｖ2を定常的に印加した場合を示す模式図。 帯電列表を示す図。
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態について、図１および図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置１は、被塗物たるワーク２に静電塗装を行うための装置であって、ロボット３、塗装ガン４、高電圧発生装置５、制御装置６、エアノズル７・７等からなる構成としている。ここで、ワーク２は接地（アースＧに接続）されており、電位を「０」としている。
ロボット３は、ワーク２に対して、塗装ガン４を所望する速度および姿勢で変位させることができる多関節型ロボットであり、アーム３ａ、基台部３ｂ等からなる構成としている。そして、アーム３ａ先端の手先部３ｃにおいて、塗装ガン４を支持している。
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成するロボット３が多関節型ロボットである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成するロボットの態様をこれに限定するものではない。
塗装ガン４は、ワーク２に向けて塗料を噴霧して、ワーク２に塗料を塗布することができる塗装装置であって、ベルカップ４ａ、ガン本体４ｂ等からなる構成としている。
塗装ガン４は、ベルカップ４ａをエアモータ等の駆動手段（図示せず）により回転させて、ベルカップ４ａの内面に展延させた液状の塗料を遠心力により微粒化させることができる回転霧化型の塗装装置である。
また、ガン本体４ｂには、高電圧発生装置５が電気的に接続されており、塗料を供給するための手段である塗料供給チューブ８や、シェーピングエアを供給するための手段であるエア供給チューブ９・９等、も接続されている。
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成する塗装ガン４が回転霧化型である場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する塗装ガンの形式をこれに限定するものではなく、ヘッドが回転しない形式の塗装ガンであってもよく、その他の種々の態様とすることが可能である。
また、本実施形態で示す塗装ガン４は、当該塗装ガン４の外部に高電圧発生装置５が設けられる態様としているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する塗装ガンの態様をこれに限定するものではなく、高電圧発生装置が、塗装ガンのガン本体に内蔵される態様であってもよく、その他の種々の態様とすることが可能である。
さらに、塗装ガン４に塗料を供給するための手段の態様は、ガン本体４ｂに塗料配管を接続する態様に限定するものではなく、例えば、ガン本体に塗料を充填したカートリッジ型の容器を装填し、当該容器から塗料を供給する態様であってもよく、その他の種々の態様とすることが可能である。
エアノズル７は、塗料の拡散パターンを調整するシェーピングエアを噴出するためのノズル部であり、該エアノズル７には、エアを供給するための手段であるエア供給チューブ９・９を接続している。そして、エアノズル７の噴出部の形状や、エア供給チューブ９・９から供給するエアの供給圧力等を適宜調整することによって、塗料の拡散パターンを調整する。
また、エアノズル７は、ベルカップ４ａの背面に向けてシェーピングエアを噴出することができるように、ガン本体４ｂの前端面において、ベルカップ４ａに噴出方向を向けて配置されており、エアノズル７から噴出させるシェーピングエアの拡散パターンを、ベルカップ４ａを取り囲むようなパターンとしている。
尚、本実施形態では、シェーピングエアを噴出するためのエア噴出部がノズル状の態様である場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成するエア噴出部の態様をこれに限定するものではなく、例えば、エア噴出部を、リング状のエア噴出部を形成する、所謂シェーピングエアリングの態様とすることも可能である。
高電圧発生装置５は、昇圧部２１と、電圧を発生させることができる電源部２２を備え、電源部２２により発生させた電圧を、昇圧部２１により昇圧して、正極性である数十ｋＶ程度の静電高電圧を発生させることができる装置である。
尚、以下の説明では、高電圧発生装置５により印加する静電高電圧の値を電圧Ｖとして規定し、電圧Ｖを印加したときに生じる放電電流の値を電流Ｉとして規定する。また、放電電流Ｉが流れることによって形成される静電界を電界Ｅとして規定する。
そして、高電圧発生装置５は、ケーブルにより塗装ガン４と電気的に接続しており、塗装ガン４に対して正極性の高電圧である電圧Ｖを印加することができる。
高電圧発生装置５によって、塗装ガン４に正極性の電圧Ｖを印加すると、アースＧに接地された（即ち、電位が０Ｖである）ワーク２からベルカップ４ａの尖端部に向けて放電電流Ｉが流れる。
そして、ワーク２からベルカップ４ａに向かって電位の勾配を有する静電界たる電界Ｅが形成され、この電界Ｅを利用して、ワーク２に対する静電塗装を行うことができる。
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成する高電圧発生装置５の接続先が塗装ガン４であって、塗装ガン４に電圧Ｖを印加する場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置の態様をこれに限定するものではなく、高電圧発生装置の接続先が、塗装ガンの周囲の電界を形成するために当該塗装ガンに付設される電極であって、高電圧発生装置により、当該電極に電圧を印加する態様であっても良い。このような形態の静電塗装装置では、当該電極とワークの間に電界を形成し、当該電界によって塗料粒子を帯電させることができる。
また、高電圧発生装置５には、制御装置６が、接続されている。
制御装置６は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールすることができる。
次に、本発明の一実施形態に係る静電塗装装置１を構成する高電圧発生装置５について、図２を用いて説明をする。
図２に示す如く、高電圧発生装置５は、昇圧部２１と、電源部２２と、低電圧ケーブル２３等を備えている。
昇圧部２１は、電源部２２によって発生する電圧を昇圧するための部位であり、高電圧トランス２４や、高電圧発生用の整流器および倍率器であって複数のコンデンサやダイオード等の組合せによって構成されたコッククロフト・ウォルトン式昇圧回路（以下、ＣＷ回路と記載する）２５を備えている。
また、昇圧部２１は、高電圧トランス２４の一次巻線２４ａのセンター相（以下、ＣＴ相と呼ぶ）に接続される入力端子２１ａ、一次巻線２４ａのドライブＡ相（以下、ＤＡ相と呼ぶ）に接続される入力端子２１ｂ、一次巻線２４ａのドライブＢ相（以下ＤＢ相と呼ぶ）に接続される入力端子２１ｃを備えている。さらに、昇圧部２１は、ＣＷ回路２５の全発生電流値を示す電流フィードバック信号（以下、ＩＭ信号と呼ぶ）を出力するための出力端子２１ｄ、ＣＷ回路２５によって昇圧した後の高電圧値を示す電圧フィードバック信号（以下、ＶＭ信号と呼ぶ）を出力するための出力端子２１ｆ、ＣＷ回路２５を接地するための接地端子２１ｇ、ＣＷ回路２５によって昇圧した高電圧を出力するための高電圧出力端子２１ｈ等を備えている。
そして、出力端子２１ｈを、ケーブル等により、塗装ガン４と接続して、高電圧発生装置５により、塗装ガン４に電圧を印加する構成としている。
高電圧発生装置５が備えるＣＷ回路２５は、図２中の二点鎖線囲み内に示す従来の負極性の高電圧を発生させる高電圧発生装置５５のＣＷ回路６５と比較して、ダイオードの極性（取付方向）を全て逆向きとしており、これにより、正極性の高電圧を発生させる構成としている。
つまり、高電圧発生装置５は、従来の高電圧発生装置５５のＣＷ回路６５を改良して容易に得ることができる。
高電圧トランス２４は、一次巻線２４ａ、二次巻線２４ｂを備えており、二次巻線２４ｂ側にＣＷ回路２５が接続されている。
電源部２２は、塗装ガン４等に印加するための高電圧のもととなる電圧を発生させるための部位であり、直流電源２７、増幅器２８、ＣＰＵ２９、ＲＡＭ３０、リレー３１、プッシュプル発振装置３２、電圧センサ３３、電流センサ３４、バンドパスフィルタ３５・３６・３７等を備えている。
また電源部２２は、直流電源２７により発生する出力電圧をＣＰＵ２９からの指令値に応じて増幅器２８によって調整して、作動電圧を生成する。ここで生成される作動電圧は、該作動電圧の供給ライン上に設けられた電圧センサ３３および電流センサ３４により測定される値がＣＰＵ２９にフィードバックされることによって、作動電圧を指令値に一致させるように調整されている。
また、増幅器２８に対するＣＰＵ２９からの指令値は、前述したＩＭ信号やＶＭ信号がＣＰＵ２９にフィードバックされて、ＣＰＵ２９により各フィードバック信号やＲＡＭ３０に記憶されている条件等に基づいて演算を行うことによって求めている。
このＩＭ信号およびＶＭ信号等は、バンドパスフィルタ３５・３６・３７等を介してＣＰＵ２９に入力される。
また電源部２２は、一次巻線２４ａの各ドライブ相に入力するためのドライブ信号を、ＣＰＵ２９からの指令値に応じて、プッシュプル発振装置３２によって生成する。
また、プッシュプル発振装置３２に対するＣＰＵ２９からの指令値は、前述したＩＭ信号やＶＭ信号がＣＰＵ２９にフィードバックされて、ＣＰＵ２９により各フィードバック信号やＲＡＭ３０に記憶されている条件等に基づいて演算を行うことによって求めている。
さらに電源部２２は、作動電圧の供給ライン上にリレー３１を備えている。そして、ＣＰＵ２９により各フィードバック信号やＲＡＭ３０に記憶されている条件等に基づいて行った演算結果から異常が検出された場合には、即座にリレー３１を作動させて、作動電圧の供給を遮断する。これにより、例えば、高電圧発生装置５から異常な高電圧が出力させること等を確実に防止するようにしている。
また、電源部２２は、一次巻線２４ａのＣＴ相に対する作動電圧を出力するための出力端子２２ａ、一次巻線２４ａのＤＡ相に対するドライブ信号を出力するための出力端子２２ｂ、一次巻線２４ａのＤＢ相に対するドライブ信号を出力するための出力端子２２ｃを備えている。さらに、電源部２２は、ＣＰＵ２９に対してＩＭ信号を入力するための入力端子２２ｄ、ＣＰＵに対してリーク電流フィードバック信号を入力するための入力端子２２ｅ、ＣＰＵに対してＶＭ信号を入力するための入力端子２２ｆ、電源部２２を接地するための接地端子２２ｇ等を備えている。
低電圧ケーブル２３は、昇圧部２１と電源部２２とを電気的に接続するための各種ケーブルの束であり、ＣＴ入力線（ＣＴ）２３ａ、ＤＡ入力線（ＤＡ）２３ｂ、ＤＢ入力線（ＤＢ）２３ｃ、ＩＭ信号線（ＩＭ）２３ｄ、リーク電流フィードバック線（ＬＩＭ）２３ｅ、ＶＭ信号線（ＶＭ）２３ｆ、コモン線（ＣＯＭ）２３ｇ等によって構成されている。
尚、本実施形態では、ＣＷ回路２５を備える構成の高電圧発生装置５を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する高電圧発生装置の態様をこれに限定するものではなく、正極性の高電圧を発生することができ、塗装ガン等に印加し得る態様のものであればよい。
次に、塗料粒子の帯電状況および静電塗装装置による静電塗装状況について、図３および図４を用いて説明をする。
図３（ｂ）に示す如く、従来の静電塗装装置５１では、従来の高電圧発生装置５５によって、負極性の高電圧が塗装ガン４に印加されている。
このため、ベルカップ４ａから噴霧される塗料である塗料粒子ｘは、ベルカップ４ａの周囲に存在する、該ベルカップ４ａから放出される負極性の電荷の影響により、ベルカップ４ａから離れるときに誘導帯電が生じて、負極性に帯電した状態で放出される。
また、図４（ｂ）に示す如く、誘導帯電により負極性に帯電された塗料粒子ｘは、空気（シェーピングエア）中に存在する正極性の電荷によって電気的に中和される。
従って、従来の静電塗装装置５１を用いた静電塗装方法では、塗料粒子ｘの最終的な負極性の帯電量が減少してしまう。
一方、図３（ａ）に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１では、高電圧発生装置５によって、正極性の高電圧が塗装ガン４に印加されている。
このため、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘは、ベルカップ４ａの周囲に存在する、該ベルカップ４ａから放出される正極性の電荷の影響により、ベルカップ４ａから離れるときに誘導帯電が生じて、正極性に帯電した状態で放出される。
また、図４（ａ）に示す如く、噴霧された塗料粒子ｘの周囲には、ベルカップ４ａから放出され、あるいは、空気（シェーピングエア）中に存在する正極性の電荷のみが存在しているため、塗料粒子ｘには次々と正極性の電荷が付与され、効果的に正極側への帯電が進行する。つまり、塗料粒子ｘは、空気中に存在する正極性の電荷によって、正極側への帯電の進行が助長される。
従って、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を用いた静電塗装方法では、シェーピングエア内に存在している正極性の電荷によって、帯電を妨げられることがなく、さらに、シェーピングエア内に存在する正極性の電荷を有効に利用して、塗料粒子ｘの帯電量を増大させるようにしている。
電界中の塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆは、塗料粒子ｘの帯電量をｑ、電界（強度）をＥとするとき、Ｆ＝ｑＥとして表される。
つまり、帯電量ｑが増大すると、塗料粒子ｘには、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
即ち、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１は、塗料を霧化させるための霧化部たるベルカップ４ａと、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部たるエアノズル７と、を有する塗装ガン４と、該塗装ガン４（または塗装ガン４に付設される電極）に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置６と、を備える静電塗装装置１であって、高電圧発生装置５は、正極性の高電圧を発生するものである。
このような構成により、塗料に正極性の電荷を付与して静電塗装を行うことができる。
また、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を用いた静電塗装方法は、塗料を霧化させるための霧化部たるベルカップ４ａと、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部たるエアノズル７と、を有する塗装ガン４と、該塗装ガン４（または塗装ガン４に付設される電極）に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置６と、を備える静電塗装装置１による静電塗装方法であって、高電圧発生装置５によって、正極性の高電圧を発生させて、被塗物たるワーク２と塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）との間に電界Ｅを形成するとともに、塗装ガン４により噴霧する塗料に、正極性の電荷を印加して、静電塗装するものである。
このような構成により、塗料がシェーピングエアに接することによる帯電量の低下を防止できる。
次に、本発明に係る静電塗装装置の第二の実施形態について、図５を用いて説明をする。
図５に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第二の実施形態である静電塗装装置１１では、エアノズル７に対して、エア供給チューブ１９・１９によってエアを供給する構成としている。
帯電列表における帯電列の乖離がより大きい素材同士を接触させることにより、各素材により多くの電荷を生じさせることができることが知られている。
フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）は、帯電列において（図９参照）、負極性に帯電しやすい素材として例示されており、また、空気に対して帯電列が十分に乖離している素材である。
従来、エアノズル７に対してシェーピングエアを供給するチューブは、エアを供給する機能さえ満足すればよいため、その素材やその素材の帯電列等は意識されておらず、例えば、ポリアミド合成繊維系のチューブ等が無意識に採用される場合が多かった。
ポリアミド合成繊維は、帯電列において（図９参照）、空気と同じ正極性に帯電しやすい素材として例示されており、空気に対する帯電列の乖離がフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等に比して小さい。このため、エアノズル７に対するシェーピングエアを、ポリアミド合成繊維を素材とするチューブで供給した場合には、シェーピングエアを正極性に帯電させる効果が小さい。
そこで、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１が備えるエア供給チューブ１９・１９は、その素材として意識的にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を採用しており、この点において、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態に係る各静電塗装装置１が備えるエア供給チューブ９・９と相違している。尚、エア供給チューブ１９・１９以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
図５に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、高電圧発生装置５によって、塗装ガン４に正極性の高電圧を印加している。
また、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）で構成されるエア供給チューブ１９・１９内を通過させて、エアノズル７にシェーピングエアを供給することにより、積極的にシェーピングエアを正極性に帯電させることができる。これにより、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた静電塗装方法では、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を用いた場合に比して、より多くの正極性の電荷をシェーピングエア中に拡散させることができる。
このため、正極性に帯電して噴霧された塗料粒子ｘが、噴霧直後にシェーピングエアに接触すると、シェーピングエア内により多く存在する正極性の電荷によって、正極性に帯電することがより強力に促進される。
つまり、静電塗装装置１１では、シェーピングエア内に正極性の電荷を積極的に発生させて、これを有効に利用することによって、塗料粒子ｘの帯電量をさらに増大させるようにしている。
即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１においては、エアノズル７から噴出させるシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させる帯電手段を有しており、また、該帯電手段を、負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材（本実施形態では、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ））により構成したエア供給手段であるエア供給チューブ１９・１９とすることにより、シェーピングエアをより効果的に正極性に帯電させることができる。
さらに、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた静電塗装方法は、エアノズル７から噴出するシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させるものであり、また、負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材（本実施形態であるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ））によりエア供給チューブ１９・１９を構成して、該エア供給チューブ１９・１９によりエアノズル７に供給するシェーピングエアを、積極的に正極性に帯電させるものである。
これにより、塗料がシェーピングエアに接することによって、より効果的に帯電量を増大させることができる。
尚、本実施形態では、エア供給チューブ１９・１９をフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）で構成する場合を例示しているが、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を構成するエア供給チューブの素材をこれに限定するものではなく、負極性に帯電しやすい素材として例示されており、また、空気に対して帯電列が十分に乖離している素材であればよいため、例えば、シリコンや塩化ビニール等を素材として採用してもよく、図９の帯電列表に示す、より負極性に帯電しやすい素材を選ぶのが好適である。
また、本実施形態では、エア供給チューブ１９・１９をフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等で構成する場合を例示しているが、エアノズル７の全体あるいは一部をさらにフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等で構成して、さらに積極的にシェーピングエアに正極性の電荷を印加することも可能である。
さらに、本実施形態では、シェーピングエアを正極性に帯電させるための帯電手段を、エア供給チューブ１９により構成する場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置における帯電手段の構成をこれに限定するものではなく、例えば、正極性の電荷を発生させる針状電極等を別途シェーピングエアの流れ中に配設する構成とすることも可能である。
次に、本発明に係る静電塗装装置の第三の実施形態について、図６〜図８を用いて説明をする。
図６に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第三の実施形態である静電塗装装置４１は、制御装置４６を備えている。
制御装置４６は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をパルス状に変化させることができる制御装置であり、この点において、本発明に係る静電塗装装置の第一および第二の実施形態に係る各静電塗装装置１・１１が備える制御装置６と相違している。尚、制御装置４６以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
また、本実施形態では、制御装置４６以外のその他の構成が本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１と共通である場合を例示しているが、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１と共通である構成（即ち、エア供給チューブ１９を備える構成）とすることも可能である。
制御装置４６は、高電圧発生装置５によって発生させる正極性の静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールするための装置であり、高電圧発生装置５に対してパルス条件を含む信号を出力することができる。
静電塗装装置４１では、制御装置４６から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置５によって発生させる電圧Ｖをパルス状に切り換える構成としている。
尚、ここで言う「パルス状」とは、最大値か最小値のどちらかをとるように周期的に振幅が変化する状態を言い、矩形波状や正弦波状の変化等を含む概念である。
また、ここで言う「パルス条件」とは、パルス波形を決定するための各要素であって、振幅（電圧差）とパルス周期（パルス幅およびパルス間隔）を含んでいる。
制御装置４６は、ロボット３と接続されており、該ロボット３から塗装ガン４の動作状態（変位位置、姿勢、変位速度等）を示す信号がリアルタイムで入力される構成としている。
また、制御装置４６には、ワーク２の仕様や塗装条件（使用する塗料の種類、噴霧量、等の各種条件）に係る情報が予め記憶されており、ワーク２の仕様や塗装条件に係る情報と塗装ガン４の動作状態を示す信号に基づいて、制御装置４６によって、静電塗装状況を判断するとともに、そのときの最適なパルス条件をリアルタイムで演算して求める構成としている。
そして、制御装置４６は、リアルタイムで求めたそのときの最適なパルス条件に係る指令信号を、高電圧発生装置５に出力する構成としている。
尚、ここで言う「塗料の種類」とは、含有成分の相違により帯電性能や導電率が異なる塗料を、種類が異なる塗料として扱う概念であり、例えば、クリア塗料とベース塗料を異なる種類の塗料として扱うようにしている。
尚、本実施形態では、制御装置４６によって、そのときの静電塗装状況に応じてリアルタイムで指令信号を求める場合を例示しているが、あるいは、塗装開始から塗装終了までの一連の静電塗装工程に応じたパルス条件を予め制御装置４６にティーチングしておき、ティーチング内容に従って、制御装置４６により高電圧発生装置５に指令信号を出力する態様とすることも可能である。
ここで、静電塗装装置による電界Ｅの形成状況について、説明をする。
図７（ａ）に示す如く、静電塗装を行う場合において、塗装ガン４に印加する電圧として従来から一般的に採用されてきた第一の電圧Ｖを電圧Ｖ1として規定し、電圧Ｖ1を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ1と規定する。また、塗装ガン４に印加する電圧として従来から一般的に採用されている電圧Ｖ1に比して低い第二の電圧Ｖを電圧Ｖ2として規定し、電圧Ｖ2を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ2と規定する。
そして、電圧Ｖ1を印加するときと電圧Ｖ2を印加するときの各放電電流Ｉ1・Ｉ2の差をΔＩ（即ち、ΔＩ＝Ｉ1−Ｉ2）と規定する。
一方、図７（ｂ）に示す如く、静電塗装装置４１では、高電圧発生装置５によって塗装ガン４に印加する電圧Ｖの値は、従来と同じ各電圧Ｖ1・Ｖ2としつつ、制御装置４６から出力される信号に従って、各電圧Ｖ1・Ｖ2をパルス状に切り換えて印加するようにしている。
また、パルス状に各電圧Ｖ1・Ｖ2を切り換えて印加すると、このときに生じる放電電流Ｉは尖鋭部を有する略三角波のパルス状に変化する。そして、このとき生じる放電電流Ｉのピーク値をピーク電流Ｉ3として規定する。
各電圧Ｖ1・Ｖ2を切り換えて印加するパルスの態様は、各電圧Ｖ1・Ｖ2の電圧差である振幅ΔＶ、高圧側の電圧Ｖ1を印加する一単位の時間であるパルス幅ｔ1と、低圧側の電圧Ｖ2を印加する一単位の時間であるパルス間隔ｔ2、によって規定することができる。また、このように規定すると、パルス周期Ｔは、Ｔ＝ｔ1＋ｔ2と表すことができる。
そして、このピーク電流Ｉ3は、制御装置４６から出力される信号に従って、パルス条件を調整することによって、定常的に電圧Ｖ1を印加するときの放電電流Ｉ1に比して大きい値とすることができる。
即ち、静電塗装装置４１により静電塗装を行えば、高電圧発生装置５により発生させる電圧Ｖの値は従来と同じ各電圧Ｖ1・Ｖ2としながら、より高い放電電流Ｉ（ピーク電流Ｉ3）を得ることが可能になる。
ピーク電流Ｉ3が放電電流Ｉ1に比して高くなる原因は、定常的に各電圧Ｖ1・Ｖ2を印加している場合には、電界Ｅの領域が既に電子で満たされているため大きな電子の流れが生じないが、一方、各電圧Ｖ1・Ｖ2をパルス状に切り換えて印加する場合には、電界Ｅの領域に急激な電子の流れが生じるため、定常的に各電圧Ｖ1・Ｖ2を印加している場合に比して大きな電流が流れるものと考えられる。
また、電界Ｅの強度は、放電電流Ｉの強さに応じて変化するため、従来に比して高いピーク電流Ｉ3が流れたときには、より高い強度を有する電界Ｅを形成することができる。
ここで、各電圧Ｖ1・Ｖ2をパルス状に印加するときの放電電流Ｉの差をΔＩp（即ち、ΔＩp＝Ｉ3−Ｉ2）として規定する。
次に、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置４１を用いて、印加電圧をパルス状に変化させた場合における静電塗装の状況について、説明をする。
図８に示す如く、高電圧発生装置５により、従来のように定常的な電圧Ｖ1を塗装ガン４に印加する（図７（ａ）参照）と、ワーク２とベルカップ４ａの間で、図８（ａ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ1が形成される。尚、電気力線の間隔がより密になっている部分においては、電界Ｅ1の強度がより強くなっている。
電界Ｅ1の有効範囲Ｗ1は、塗装ガン４から噴霧される塗料の拡散パターン等を考慮して、全ての塗料粒子ｘが電界Ｅ1の有効範囲Ｗ1に包含されながらワーク２に到達できる範囲となるように、電圧Ｖ1を設定している。
尚、ここで言う「電界の範囲」とは、塗料を塗着させるために必要なクーロン力Ｆを付与し得る強度を有する電界の範囲を意味しており、電界が存在する範囲を意味しているものではない。
また、高電圧発生装置５により、定常的に電圧Ｖ2を塗装ガン４に印加する（図７（ａ）参照）と、ワーク２とベルカップ４ａの間で、図８（ｂ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ2が形成される。
印加電圧が低い（例えば、電圧Ｖ2を印加する）場合、電界Ｅ1の有効範囲Ｗ1に比してさらに電界Ｅ2の有効範囲Ｗ2が狭くなっている。また電界Ｅ2では、電気力線の間隔が、電界Ｅ1の電気力線の間隔に比してより疎になっており、電界Ｅ2の強度は電界Ｅ1に比して弱くなっている。
一方、静電塗装装置４１を用いて、制御装置４６および高電圧発生装置５により、パルス状に各電圧Ｖ1・Ｖ2を切り換えて塗装ガン４に印加する（図７（ｂ）参照）と、ワーク２とベルカップ４ａの間で、図６に示すような電界Ｅ3が形成される。
電界Ｅ3の有効範囲Ｗ3は、電界Ｅ1の有効範囲Ｗ1に比して、さらに広範囲となっている。また電界Ｅ3では、電気力線の間隔が、電界Ｅ1の電気力線の間隔に比してより密になっており、電界Ｅ3の強度は、電界Ｅ1に比してより高くなっている。
つまり、静電塗装装置４１では、制御装置４６から出力される信号に従って、パルス条件（即ち、パルス幅ｔ1、パルス間隔ｔ2、振幅ΔＶ）を変更することによって、電界Ｅ3の強度や有効範囲Ｗ3を調整するようにしている。
ワーク２とベルカップ４ａの間に形成される電界Ｅの強度が増大すると、塗料粒子ｘが電界Ｅから取得する正極性の電荷が増えるため、塗料粒子ｘの帯電量ｑも増大する。
このため、電界Ｅ3を通過して塗着される塗料粒子ｘには、電界Ｅの強度の増大および帯電量ｑの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
このように、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置４１を用いて静電塗装を行えば、低圧側の電圧Ｖ2を低く設定することにより、振幅ΔＶを増大させることができるため、電圧Ｖ1をさらに高電圧化しなくても、容易に塗着効率の向上を図ることができる。
即ち、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置４１において、制御装置４６は、高電圧発生装置５により印加する正極性の高電圧として、静電塗装に適した印加電圧である第一の電圧Ｖ1と、該第一の電圧Ｖ1に比して低い印加電圧である第二の電圧Ｖ2が設定されるとともに、各電圧Ｖ1・Ｖ2を、所定のパルス幅ｔ1、パルス間隔ｔ2、振幅ΔＶでパルス状に切り換え可能とするものである。
また、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置４１を用いた静電塗装方法は、制御装置４６において、高電圧発生装置５により印加する高電圧として、静電塗装に適した正極性の電圧である第一の電圧Ｖ1と、該第一の電圧Ｖ1に比して低い電圧である第二の電圧Ｖ2を設定するとともに、制御装置４６によって、所定のパルス幅ｔ1、パルス間隔ｔ2、振幅ΔＶで、各電圧Ｖ1・Ｖ2をパルス状に切り換えて、ワーク２と塗装ガン４との間に、高電圧発生装置５により電圧Ｖ1を定常的に印加したときに形成される電界Ｅ1の強度および有効範囲Ｗ1に比して、高強度かつ広範囲（有効範囲Ｗ3）である電界Ｅ3を形成するものである。
このような構成により、塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
１ 静電塗装装置（第一の実施形態）
２ ワーク
４ 塗装ガン
４ａ ベルカップ
４ｂ ガン本体
５ 高電圧発生装置
６ 制御装置
７ エアノズル
１１ 静電塗装装置（第二の実施形態）
１９ エア供給チューブ
４１ 静電塗装装置（第三の実施形態）
４６ 制御装置

Claims (8)

  1. 塗料を霧化させるための霧化部と、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部と、を有する塗装ガンと、
    該塗装ガンに高電圧を印加する高電圧発生装置と、
    該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、
    を備える静電塗装装置であって、
    前記高電圧発生装置は、
    前記塗装ガンの前記霧化部に、該霧化部に接する状態の前記塗料を正極性に帯電させるための正極性の高電圧を発生させる、
    ことを特徴とする静電塗装装置。
  2. 前記エア噴出部から噴出させるシェーピングエアを、
    積極的に正極性に帯電させる帯電手段を有する、
    ことを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
  3. 前記帯電手段は、
    負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材により構成する、前記エア噴出部にエアを供給するためのエア供給手段とする、
    ことを特徴とする請求項２記載の静電塗装装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、
    前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とする、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の静電塗装装置。
  5. 塗料を霧化させるための霧化部と、霧化した塗料の拡散パターンを制御するためのシェーピングエアを噴出させるエア噴出部と、を有する塗装ガンと、
    該塗装ガンに高電圧を印加する高電圧発生装置と、
    該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、
    を備える静電塗装装置による静電塗装方法であって、
    前記高電圧発生装置によって、
    前記塗装ガンの前記霧化部に、該霧化部に接する状態の前記塗料を正極性に帯電させるための正極性の高電圧を発生させ、
    被塗物と前記霧化部との間に電界を形成するとともに、
    前記霧化部に接する塗料に、
    正極性の電荷を印加して、静電塗装する、
    ことを特徴とする静電塗装方法。
  6. 前記エア噴出部から噴出するシェーピングエアを、
    積極的に正極性に帯電させる、
    ことを特徴とする請求項５記載の静電塗装方法。
  7. 負極性に帯電しやすく、空気に対する帯電列の乖離がより大きい素材により構成する、前記エア噴出部にエアを供給するためのエア供給手段によって、
    前記エア噴出部より噴出するシェーピングエアを、
    積極的に正極性に帯電させる、
    ことを特徴とする請求項６記載の静電塗装方法。
  8. 前記制御装置において、前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、
    静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、
    該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧を設定するとともに、
    前記制御装置によって、
    所定のパルス幅、パルス間隔、振幅で、前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧をパルス状に切り換えて、
    前記被塗物と前記塗装ガンとの間に、
    前記高電圧発生装置により前記第一の印加電圧を定常的に印加したときに形成される電界の強度および範囲に比して、高強度かつ広範囲の電界を形成する、
    ことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の静電塗装方法。
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