JP5742743B2 - 粉体塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、流動槽に浸漬する粉体塗装において、浸漬量をより正確に管理して行う粉体塗装装置に関する。

特許文献１には、被塗装物である金属体の下端面に、気泡が残るのを嫌い、まず揺動動作にて金属体を静止液面に浸漬させた後、昇降制御だけで浸漬量を管理する塗布方法が開示されている。この従来技術による場合、液面高さが安定した状態で揃っていないと、金属体を昇降させても金属体への塗布が斜めになったりして安定した塗布ができないことから、常に液面高さを均一にしておく必要がある。塗布材が粉体であり、従来の様な静的な液槽ではなく、流動槽に浸漬する粉体塗装においては、液面が流動面となって液面高さの均一化が一層難しくなる。また、従来技術では隣り合う金属体が有る場合、隣り合う金属体の塗布制御の対処が困難であって、１個ずつの塗布になってしまい、効率的に塗布を行うことができなかった。

特開平３−２３６４１５号公報

本発明は、上記問題に鑑み、流動槽に浸漬する粉体塗装において、浸漬量を正確に管理して行う粉体塗装装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ワーク（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を、流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装装置であって、該粉体塗装装置は、粉体流動槽（２０）と、該粉体流動槽（２０）を加振するバイブレータ（３０、３０’）と、前記ワーク（Ｗ）を把持するチャック（２、２’）の傾斜方向と角度を調整することができるワーク浸漬移送装置（１）と、粉体表面の液面の傾き具合を、複数の液面レベルセンサ（Ｔ１〜Ｔ４）により計測して演算する液面レベルセンサ部と、を具備し、前記液面レベルセンサ部により計測演算した液面の傾き具合に基づいて、前記ワーク浸漬移送装置（１）のチャック（２、２’）の傾斜方向と角度を調整して、ワーク（Ｗ）の塗装領域（ａ）を、前記粉体流動槽（２０）の液面に合わせて浸漬した粉体塗装装置である。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の一実施形態の塗装前の被塗装物Ｗを示す正面図である。 本発明の一実施形態の塗装後の被塗装物Ｗを示す正面図である。 本発明の一実施形態の粉体塗装装置の要部の正面断面図である。 本発明の一実施形態の粉体塗装装置とその支持構造体と基礎との関係を示す正面図である。 図３Ａで示される粉体塗装装置とその支持構造体の平面図である。 本発明の一実施形態の全体図である。 ロボットのヘッドに設置されたチャックの正面図である。 ロボットのヘッドに設置されたチャックの平面図である。 本発明の一実施形態の液面の傾き具合を計測する説明図である。 本発明の一実施形態の液面の傾き具合を計測する正面説明図である。 本発明の一実施形態の液面の傾き具合を計測する平面説明図である。 本発明の一実施形態の作動を説明する説明図である。 ロボットのヘッドに２個設置されたチャックを例示する概略図である。 本発明の一実施形態の作動制御の概略的なフローチャートである。 本発明の他の実施形態の塗装前の被塗装物Ｗを示す正面図である。 本発明の他の実施形態の平面説明図である。 本発明の他の実施形態の正面説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

最初に、本発明の一実施形態による粉体塗装装置が適用される被塗装物Ｗ（ワークとも称する）について例示して説明する。図１Ａ、図１Ｂに示される回転電機の固定子Ｗを被塗装物Ｗの例として発明を説明する。固定子Ｗ以外の一般的ワークに対しても本発明が適用され得ることは勿論である。本発明は、特許文献１のような特定形状の金属部材であっても良く、また、粉体に限らず液体に浸漬する場合に適用しても良い。ここで、粉体であっても、流動槽の粉体表面が形成する流動表面を「液面」と称する。

図１Ａは、塗装前の固定子Ｗを示しており、固定子Ｗは、固定子コアＷ１と巻線Ｗ２とを含んでいる。図１Ｂは、塗装後の固定子Ｗを示しており、この図に示されるように巻線Ｗ２はその下端側に塗装領域ａが部分的に設けられていて、その塗装領域ａがエポキシ樹脂により粉体塗装され、また塗装領域ａ以外は塗料の付着が許容されない塗装禁止領域ｂである。この図の例では、粉体塗装により形成されたエポキシ樹脂被覆は絶縁被覆として機能するものである。塗装領域ａと塗装禁止領域ｂとの境界線が、一例として、固定子コアＷ１の端から下方へ２．７５ｍｍの位置で許容誤差±１．２５ｍｍで水平に延びている。

本発明による一実施形態の粉体塗装装置１０を、図２〜図５Ａ、５Ｂを参照して説明する。一実施形態の粉体塗装装置１０は、粉体流動槽２０と、粉体流動槽２０を水平方向に加振するための水平加振手段３０とを主要構成要素として具備している。また、図２に示される粉体塗装装置１０は、それを床面等の基礎Ｂに固定するための支持構造体４０、及び粉体を供給するための粉体供給装置５０も具備している。図４に見られるように、粉体供給装置５０は、粉体貯留部２１の上部開口２４又は内部へ粉体Ｐを供給するためのホッパー部５１と、ホッパー部５１を支持するために粉体流動槽２０の側壁部２６に固定された支持フレーム５２と、粉体Ｐの落下を促進する粉体供給用バイブレータ（図示せず）とを具備している。５１’は、ホッパー部５１の上部に枢着された取手付き蓋である。

粉体流動槽２０は、流動浸漬法により粉体塗装を行うために、粉体塗料であるエポキシ樹脂粉体Ｐ（以下「粉体Ｐ」と呼ぶ）を貯留する粉体貯留部２１と、この粉体貯留部２１の下側に設けられたプレナム室２２と、粉体貯留部２１とプレナム室２２とを流体連通可能に区画する第１の多孔板２３とを具備している。

粉体貯留部２１は、被塗装物搬送装置（図示せず）によって把持された被塗装物Ｗが進退する矩形状の上部開口２４を有している。また、粉体貯留部２１の底部には、上部開口２４よりも拡大したフランジ状部分２５が形成されており、フランジ状部分２５において、粉体貯留部２１は、第１の多孔板２３等を間に挟んでプレナム室２２を形成する側壁部２６にボルト２９により固定される。但し、粉体貯留部２１は、粉体Ｐを支持するための底面を有さず、したがって粉体Ｐは第１の多孔板２３によって支持される。

第１の多孔板２３は、本実施形態では、矩形の平面形状を有するものであり、約φ０．０１ｍｍの微細な孔（図示せず）が多数設けられたものである。流動槽２０の下には、極小の開口孔（φ０．０１）のある第１の多孔板２３（焼結樹脂材）のさらに下に、若干粗めの孔（φ２）をあけた第２の多孔板７２を取付ける。これによりエアーを２段階で絞ることができるので、気泡を最小限に抑え、液面のうねりを抑えることができる。第１の多孔板２３の下面側には補強のための枠板２３ａが付着されていて、この枠板２３ａと共に第１の多孔板２３は、ボルト２９を使って粉体貯留部２１とプレナム室２２を形成する側壁部２６との間に挟まれて固定される。

本実施形態におけるプレナム室２２は、側壁部２６と底板部２７と上に配置された第１の多孔板２３とによって直方体状に形成されている。またプレナム室２２の図の右側の側壁部２６には、空気入口２８が設けられていて、空気入口２８には、一定圧力の高圧空気を供給することができる空気供給源（図示せず）に接続された管路６０が連結されている。したがって、空気供給源から高圧空気がプレナム室２２内に供給されると、高圧のプレナム室２２から第１の多孔板２３の微細な孔をとおしてほぼ均一な圧力の空気が粉体貯留部２１側へ噴出する。

本実施形態における水平加振手段３０は、回転式のバイブレータ３０から構成されており、このバイブレータ３０はブラケット３１によって粉体流動槽２０のプレナム室２２の底板部２７の外面に固定される。バイブレータ３０は、回転軸線Ｒａから偏心した重心を有するロータ３２を内部に有しており、ロータ３２を空気管路（図示せず）から供給される高圧空気により回転させることにより、回転軸線Ｒａに直交する各方向に振動力を発生するものである。したがって、図２で示されるように、バイブレータ３０のロータ３２の回転軸線Ｒａが鉛直方向に向くようにバイブレータ３０を粉体塗装装置２０に固定することにより、粉体流動槽２０を水平方向で振動させることができる。

回転式のバイブレータ３０の振動力の方向が回転して変化するので、粉体流動槽２０は、基本的には旋回運動を行う。但し、図３Ｂに示されるように、ロータ３２の回転軸線Ｒａの位置と粉体流動槽２０の中心あるいは４個のゴムブッシュ４３が形成する仮想的矩形の中心位置が一致しないこと、及び支持構造体４０の剛性に方向性があることから、粉体流動槽２０は、円軌道に沿う旋回運動ではなく略長円軌道に沿う旋回運動により振動する。図３Ａは、第１の実施形態の粉体塗装装置１０と支持構造体４０と基礎Ｂとの関係を示す正面図であり、図３Ｂはその平面図である。

支持構造体４０は、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、基礎Ｂ面に固定されるみぞ形部材４１と、粉体流動槽２０のプレナム室２２の底板部２７に結合される平板部材４２とをそれぞれ左右一対具備しており、平板部材４２とみぞ形部材４１の上側部分とが左右片側２個ずつの円筒形のゴムブッシュ４３を介してボルト４４で固定される。本実施形態におけるゴムブッシュ４３は、粉体流動槽２０を所定の振幅で振動させるため、及び基礎Ｂへの振動の伝達を防ぐ防振のために用いられている。ただし、防振機能が求められないのであれば、このようなゴムブッシュ４３を含まない支持構造体も可能であり、その場合には、粉体流動槽２０の振動の所望の振幅に対応する支持構造体の全体の剛性が得られる支持構造体を準備すればよい。

次に、ワーク（塗装前の固定子）Ｗの搬入・搬出について、述べる。本発明の一実施形態では、ワークの流動槽２０への搬入・搬出、浸漬は、多関節形のロボット（ワーク浸漬移送装置）１が行う。多関節形のロボット１に限らず、他の変形例（後述）であっても良い。複数軸（６軸）可動できるロボット１に、ワークＷ（回転電機固定子）の外周を把持するチャックを装備させ、ワークＷをクランプした状態でワークＷに昇降動作及び揺動動作（及び回転動作）を与える構成にする。前工程の処理（焼付け炉）が終了して、搬入台４に浸漬前のワークＷが載置される。ロボット１は、図５Ａ、５Ｂに示したようなチャックの３つ爪２でワークＷを把持し、搬入台４のワークＷを粉体流動槽２０に浸漬する。浸漬終了後は、搬出台５のパレットにワークＷを載置してパレットを後工程に搬送する。

本発明の一実施形態は、複数の液面レベルセンサにより液面の傾き具合を計測して、この傾き具合をロボットヘッド３の傾斜を補正して含浸材の付着位置精度を向上させるものである。液面の傾き具合とは、情報処理や数学的に良く知られているように、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標における液面の平面方程式（３点で定まる平面）から、面法線ベクトルの方向を定めれば求められるが、その他後述するように、近似的に求められる傾斜角度θ（θ１、θ２）であっても良い。ここでは、傾き具合とは、ロボットヘッド３に、液面の傾斜がどの方向にどれだけ傾いているか指令するものとして定義付けられ、近似的に求められる傾斜角度を含む。

流動面の高さを検出する反射型のレーザ変位計Ｔ１〜Ｔ４を、４隅のコーナー部近傍の流動槽の真上にそれぞれ取り付ける。この場合、気泡の出る箇所を外し、少し中央側の安定領域内の流動面の箇所を狙うと良い。図７Ｂの４隅の領域Ｃは、凹凸が大で不安定域であるが、領域Ｄは、凹凸が小で安定域である。通常、回転式のバイブレータ３０による流動面は４隅のうちの１箇所の位置が最も液面高さが高くなることが多く、そこを基点にある角度をなす傾斜面になる。４つの液面レベルセンサＴ１〜Ｔ４の配置で検出したそれぞれの４つの液面高さＬ１〜Ｌ４に基づいて、液面の傾き具合がどの方向にどれだけ傾いているかを演算して求めることができる。液面レベルセンサは、ここでは近似のため４つ使用しているが、平面を決定する上では、３つあれば良い。後述するすり鉢状の液面の場合には、２つあればよい。少なくとも２つあれば、液面の傾き具合を特定することができる。

演算の仕方は、様々な求め方が存在するが、一例として、最大の液面高さと、最小の液面高さの液面レベルセンサを特定し、残り２つのうちのいずれかを選んで、３点として数学的に面法線方向を演算して、液面の傾き具合を決定しても良い。近似法としては、液面レベルセンサＴ１〜Ｔ４の配置を正方形（一辺Ｌ０）の位置として、対角線の中心に、回転式のバイブレータ３０の回転軸線Ｒａを合わせる。図７Ｂで、横方向の高さの差Ｔ１−Ｔ２とＴ３−Ｔ４を算術平均した高さの差を求め距離Ｌ０で割って、その傾きをＸ軸上の傾き角度θ１に換算し、同様に、縦方向の差Ｔ１−Ｔ３、Ｔ２−Ｔ４を算術平均した差を求めて、その傾きをＹ軸上の傾き角度θ２として、ロボットヘッド３に、液面の傾斜がどの方向にどれだけ傾いているか指令しても良い。その他、２つの対角線の傾きで近似しても良い。これにより演算スピードが格段速くなり、ほぼ液面を近似することができ、浸漬量をより正確に管理することができる。

図８を参照して、本実施形態の作動を説明する。
まず、ワークＷを浸漬させる前に、図８（ａ）で４隅のコーナー部の液面高さを検出し、（ｂ）でロボット１のチャックの傾斜方向と角度を求め、液面とワークＷが面接触になるようにワーク側を傾ける。その傾けた状態から、（ｃ）で液面に沿って垂直方向へ、ワークＷ（複数本であっても良い）を同時か交互に沈め、（ｄ）で所定時間、粉体塗装を行ったあと、（ｆ）で液面に沿って垂直方向へ持ち上げて液槽から離間させる。

図９に見られるような二股のチャックを利用すれば、２個のワークＷをロボットのヘッド３に把持して、チャック２、２’の位置と角度を別々に調整して、各ワークＷの塗装領域ａを、粉体流動槽２０の液面に合わせて浸漬できる。この場合、最初に、チャック２の方のワークＷを、液面とワークＷが面接触になるようにワーク側を傾けて、粉体塗装を行う。次に、チャック２’の方のワークＷを、液面とワークＷが面接触になるように、再度ロボット１のチャックの傾斜方向と角度を求め、粉体塗装を行う。

以上、２個のワークＷの場合で説明したが、２個以上であっても各ワークＷが独立して、浸漬できれば実施可能である。このように、同時に複数個のワークの粉体塗装を行うことができるので、サイクルタイムを削減でき効率をあげることができる。すり鉢状の液面の場合には、後述するが、ワークＷを把持するそれぞれのチャック２、２’（２個に限らず３個以上であっても良い）の軸心Ｏ２、Ｏ２’を、ロボット１のヘッド３の軸心Ｏ１と等角度に形成し、角度φを調整自在に構成している。角度φの調整は、ギアなどで噛み合わせて対称に等角度変位させるようにしても良い。

図１０に示すように、ステップＳ０１〜Ｓ０７のように工程が進行し、ワークＷが複数ある場合には、再度ステップＳ０１に戻って、ワークＷの個数分だけステップＳ０１〜Ｓ０７が繰り返される。全てのワークＷの粉体塗装が終了したならば、ステップＳ０８〜Ｓ１０に進み、作業工程が終了する。

本発明の他の実施態様として、ロボット１の代わりに、図１１に示すように、専用のワーク固定治具６を使用することも可能である。この場合には、ワークＷが複数差し込まれたワーク固定治具６には、４隅に上下方向に可動するアクチュエータ７（基礎Ｂに固定）が４個設けられている。流動面の高さを検出する反射型のレーザ変位計Ｔ１〜Ｔ４を、４隅のコーナー部近傍の流動槽２０の真上にそれぞれ取り付ける。４つの液面レベルセンサＴ１〜Ｔ４で検出したそれぞれの４つの液面高さＬ１〜Ｌ４に基づいて、液面の傾き具合がどの方向にどれだけ傾いているかを演算して求める。４個のアクチュエータ７をこの液面に合うように調整して、ワーク固定治具６の傾き具合を整合させ、その後、各アクチュエータのロッドを同一距離下に移動させて、各ワークＷを流動槽２０に浸漬させる。

図１２Ａ、１２Ｂに見られるように、流動層２０の上から見た平面形状が円形の場合で、ボウルフィーダ（ボウル状のパーツフィーダでパーツが底から上に上ってくる）と同じバイブレータ３０’を使用する場合には、流動面は必ずスリ鉢状形状になる。この場合には、液面高さ検出のセンサＴ１、Ｔ２は、中央部と外周の任意位置の２箇所から傾斜角度（液面の傾き具合）が検出できる。球面状態で傾くので、傾きの方向性が流動槽２０の中心軸に関して限定できる。流動槽２０の壁際の円周（領域Ｕ）に気泡がたまり易く不安定になるので、その位置より内側の安定域Ｓ、Ｔ、Ｖ内で、液面と面接触になるようにワーク側を傾けて塗装を行うことができる。

流動面のスリ鉢状形状の傾きは、センサＴ１、Ｔ２の位置によって厳密には異なるが、センサＴ２を流動層２０のスリ鉢状形状の中心軸に置き、ほぼ２点での計測で近似することができる。先に図９で述べたように、ワークＷを把持するそれぞれのチャック２、２’（２個に限らず３個以上であっても良い）の軸心Ｏ２、Ｏ２’を、ロボット１のヘッド３の軸心Ｏ１と等角度に形成し、角度φを調整自在に構成しても良い。ヘッド３の軸心Ｏ１を流動層２０のスリ鉢状形状の中心軸に合わせる。この場合には、複数のワークＷを液面の傾き具合に同時に合わせるのが極めて容易になり、一層の処理効率アップに貢献することができる。すり鉢状の流動面の場合には、ワークＷは、必ずしも２個に限らず、３個以上のチャックをスリ鉢状形状の中心軸の周りに設けることもできる。

１ ワーク浸漬移送装置、ロボット
２、２’ チャック
２０ 粉体流動槽
３０、３０’ バイブレータ

Claims (4)

1. ワーク（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を、流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装装置であって、該粉体塗装装置は、
   粉体流動槽（２０）と、
   該粉体流動槽（２０）を加振するバイブレータ（３０、３０’）と、
   前記ワーク（Ｗ）を把持するチャック（２、２’）の傾斜方向と角度を調整することができるワーク浸漬移送装置（１）と、
   粉体表面の液面の傾き具合を、複数の液面レベルセンサ（Ｔ１〜Ｔ４）により計測して演算する液面レベルセンサ部と、を具備し、
   前記液面レベルセンサ部により計測演算した液面の傾き具合に基づいて、前記ワーク浸漬移送装置（１）のチャック（２、２’）の傾斜方向と角度を調整して、ワーク（Ｗ）の塗装領域（ａ）を、前記粉体流動槽（２０）の液面に合わせて浸漬した粉体塗装装置。
2. 前記ワーク浸漬移送装置は、複数個のワークをチャックで把持して、前記液面レベルセンサ部により計測演算した液面の傾き具合に基づいて、それぞれのワークに対して、ワーク浸漬移送装置のチャックの傾斜方向と角度を調整して、各ワークの塗装領域を、前記粉体流動槽の液面に合わせて浸漬したことを特徴とする請求項１に記載の粉体塗装装置。
3. 前記粉体表面の液面がすり鉢状の場合には、２つの前記液面レベルセンサで粉体表面の液面の傾き具合を計測したことを特徴とする請求項１に記載の粉体塗装装置。
4. 複数個のワークを把持するそれぞれのチャック（２、２’）の軸心（Ｏ２、Ｏ２’）を、前記ワーク浸漬移送装置のヘッド（３）の軸心（Ｏ１）と等角度（φ）に形成し、該角度（φ）を可変調整自在に構成したしたことを特徴とする請求項３に記載の粉体塗装装置。