JP5758590B2 - 静電塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性塗料を使用して静電塗装を行う回転霧化式の静電塗装装置の技術に関する。

近年、塗装分野においては、環境負荷低減等のために、溶剤系塗料から水性塗料への転換を図る取り組みがなされており、静電塗装の分野においても、水性塗料を採用することが一般的になっている。
水性塗料等の導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合、従来から一般的に採用されている塗装ガンに高電圧を印加するタイプの静電塗装装置では、塗料を介して塗料の供給経路等に電流がリークしてしまうため、静電塗装が成立せず、従来の静電塗装装置をそのまま使用することができなかった。

そこで、導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合には、塗装ガンの周囲に外部電極を配置した、所謂外部電極タイプの静電塗装装置が一般的に使用されている。
外部電極を有する静電塗装装置では、塗装ガンと外部電極を電気的に絶縁しており、外部電極と被塗物との間で電界を形成するとともに、噴霧された塗料粒子に外部電極から放出された負の電荷（電子）を与えることによって、塗料粒子を帯電させて、静電塗装を成立させるようにしている。
そして、導電性塗料を使用する静電塗装装置の改良を図るべく、種々の技術が検討されており、例えば、以下に示す特許文献１および特許文献２にその技術が開示され公知となっている。

特許文献１に開示されている従来技術では、導電性塗料を噴霧する塗装機がアースに接続され、該塗装機の周囲に沿って平行に電気的絶縁状態で配設した複数本の外部電極に、塗装機から噴霧した塗料粒子を荷電する高電圧が印加されるとともに、外部電極との間に静電界を形成する被塗物に、外部電極とは逆極性の高電圧を印加する静電塗装装置が示されている。
このような構成とすることにより、外部電極に印加する電圧を低く抑えることができるため、塗装機と外部電極の保持すべき絶縁距離を小さくすることができ、外部電極から塗装機に電流がリークしにくい構成としている。

また、特許文献２に開示されている従来技術では、回転する噴霧頭（ベルカップ）を有し、かつベルカップの前面上に塗料を供給する手段を備えた回転霧化塗装装置において、ベルカップが電気絶縁材料で構成され、かつベルカップの後面側に、ベルカップの中心部側よりベルカップの後面形状に概略沿って外方に延長されてなる略帯状の電極を、ベルカップの回転軸回りに相互に位相差を有するように複数本配置してなり、この複数本の放電電極が、ベルカップとともに回転する回転霧化静電塗装装置が示されている。
このような構成とすることにより、外部電極と被塗物との間で生じる放電電流を増大させることができ、塗着効率の向上を実現している。

実開平４−１３４４５１号公報 特開平９−１３１５５１号公報

特許文献１および特許文献２に示される静電塗装装置等の、導電性塗料を使用するための従来の回転霧化式の静電塗装装置では、塗装機（塗装ガン）から略円形等の所定の拡散パターンで塗料が噴霧され、また、外部電極と被塗物の間で形成される電界が、当該拡散パターンの外周部分を通過する構成としている。

当該拡散パターンの外周部分において拡散する塗料粒子は、電界から電荷を容易に取得することができるが、電界から離間している当該拡散パターンの中心寄りの部位において拡散する塗料粒子は、電界から電荷を取得することが困難であるため、塗装機から噴霧される塗料粒子全体としては、帯電量が低くなっていた。
このため、導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合には、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して、塗料の塗着効率が悪くなるという問題があった。尚、ここでいう「塗着効率」とは、噴霧した塗料量に対する被塗物に塗着した塗料量の比を示す値である。

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、絶縁体で構成される霧化部を有する回転霧化式の静電塗装装置を用いて、水性塗料等の導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合において、外部電極と被塗物の間で形成される電界の強度および塗料粒子の帯電量を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる静電塗装装置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、回転により塗料を微粒化させるための絶縁体で構成されるベルカップと、微粒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、被塗物との間で電界を形成するための、前記ベルカップと電気的に絶縁される外部電極と、前記外部電極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、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、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、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し、全ての前記外部電極に対して、パルス状に前記高電圧を印加し、パルス状の前記高電圧の印加は、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印加したときに生じるピーク電流が、前記第一の印加電圧を印加したときに生じる放電電流に比して高くなるように、前記所定のパルス幅、パルス間隔、振幅を切り換えつつ行うものである。

請求項２においては、前記外部電極の先端部を、前記ベルカップの背後における、前記シェーピングエアによる誘引作用が生じる領域に配置するものである。

請求項３においては、前記外部電極の先端部を、前記ベルカップの背後における、前記シェーピングエアの流れ中に配置するものである。

請求項４においては、前記外部電極を、前記エア噴出部の内部に配設するものである。

請求項５においては、前記ベルカップの背後における、前記シェーピングエアによる誘引作用が生じる領域に先端部を配置した前記外部電極を、さらに追加するものである。

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、外部電極と被塗物との間で形成する電界の強度を高めることができる。これにより、塗着時において塗料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２においては、噴霧直後の塗料粒子に電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心寄りに存在する塗料粒子に電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量および塗料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３においては、噴霧直後の塗料粒子に電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心寄りに存在する塗料粒子に電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量および塗料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４においては、噴霧直後の塗料粒子に確実に電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心寄りに存在する塗料粒子に確実に電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量および塗料に作用するクーロン力を確実に増大させて、確実に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、噴霧直後の塗料粒子により多くの電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心寄りに存在する塗料粒子により多くの電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量および塗料に作用するクーロン力をさらに増大させて、塗着効率のさらなる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による塗料粒子の噴霧状況、シェーピングエアの噴出状況、および電界の形成状況を示す模式図。 本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置におけるシェーピングエア回りに形成される誘引領域を示す模式図。 外部電極から放出される電荷の拡散状況を示す模式図、（ａ）本発明の一実施形態に係る静電塗装装置の外部電極から放出される電荷の拡散状況を示す模式図、（ｂ）従来の静電塗装装置の外部電極から放出される電荷の拡散状況を示す模式図。 本発明の第一の実施形態に係る外部電極の配置が異なる静電塗装装置における電荷の拡散状況を示す模式図。 外部電極から放出される電荷の拡散状況を示す模式図、（ａ）本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置の外部電極から放出される電荷の拡散状況を示す模式図、（ｂ）本発明の第二の実施形態に係る外部電極の配置が異なる静電塗装装置における電荷の拡散状況を示す模式図。 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。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第一の実施形態について、図１〜図３を用いて説明をする。
尚、本説明では、図１〜図３中に示す矢印Ａの方向を、塗装方向たる前方として規定し、その反対方向を後方とする。
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、水性塗料を使用して、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、エアノズル６・６、外部電極７・７、制御装置１０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。
尚、本実施形態では、水性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置１を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置において使用する塗料を水性塗料に限定するものではなく、導電性を有する塗料を使用する静電塗装装置全般に本発明を適用することが可能である。

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。ベルカップ４ａはガン本体４ｂの塗装方向側端面に取り付けられている。
塗装ガン４は、ベルカップ４ａをエアモータ４ｃからなる駆動手段により回転させて、ベルカップ４ａの内面４ｄ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。またベルカップ４ａの回転軸心上に、ベルカップ４ａの内面４ｄに液状の塗料を供給するための貫通孔４ｅが形成されており、当該貫通孔４ｅには塗料を供給するための塗料配管８を接続している。このような構成により、塗料配管８からベルカップ４ａの内面４ｄに塗料を供給するようにしている。

エアノズル６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６には、エアを供給するための手段であるエア配管９・９を接続している。そして、エアノズル６の噴出部の形状や、エア配管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６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６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、所謂カスケードと呼ばれる昇圧回路５ａと、電圧を発生させることができる電源部５ｂを備え、電源部５ｂにより発生させた電圧を、昇圧回路５ａにより昇圧して、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。また、以下の説明では、発生させる静電高電圧の極性が負である場合を例示して説明をする。

そして、高電圧発生装置５は、ケーブルによりガン本体４ｂに内蔵される外部電極７と電気的に接続しており、外部電極７に対して電圧Ｖを印加することができる。
高電圧発生装置５によって、外部電極７に負の電圧Ｖを印加すると、外部電極７からアースＧに接地された（即ち、電位が０Ｖである）ワーク２に向けて放電電流Ｉが流れる。
そして、外部電極７からワーク２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。

図１および図２に示す如く、外部電極７は、導電性材料により形成される線状の部材であり、塗装ガン４と電気的に絶縁された状態を保持しつつ、塗装ガン４のガン本体４ｂに内蔵されている。即ち、外部電極７と塗装ガン４の間では、電界が形成されることがない。
また、外部電極７は、エアノズル６の軸心に対して、ベルカップ４ａの回転中心から離間する側に設けており、外部電極７のコロナ放電を生じさせる側の一端部には、尖らせた態様の先端部７ａを形成している。
そして、高電圧発生装置５によって、外部電極７に電圧を印加することにより、先端部７ａから電荷（電子）が放出される。

また、高電圧発生装置５には、制御装置１０が接続されている。
制御装置１０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ための装置である。
静電塗装装置１は、制御装置１０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を制御する構成としている。

次に、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１におけるシェーピングエアによる誘引領域の形成状況について、図３を用いて説明をする。
尚、以下の説明では、図３に示すように、ベルカップ４ａの前面（塗装方向側の端面）位置を基準として、その後方（ガン本体４ｂ側）に該当する部位を、ベルカップ４ａの「背後」と呼ぶものとする。また、説明の便宜上、図３中における電界Ｅの記載を省略している（図４、図５、図６においても同様）。

図３に示す如く、静電塗装装置１では、エアノズル６・６からベルカップ４ａに向けて所定の拡散パターンでシェーピングエアを噴出させると、シェーピングエアの周囲において、空気を誘引する領域（以下、「誘引領域」と呼ぶ）が形成される。当該誘引領域の形成状態は、シェーピングエアの拡散パターンや噴出速度等の各要素を変更することによって、適宜設定することができる。

そして、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１では、図３に示すように外部電極７の先端部７ａを、ベルカップ４ａの背後におけるシェーピングエアの誘引領域に配置する構成としている。
このような構成により、先端部７ａから放出される電荷を、ベルカップ４ａの背後におけるシェーピングエアに誘引させることができ、当該電荷をシェーピングエアの流れに乗せて拡散させることができる。
尚、本実施形態では、塗装ガン４と電気的に絶縁された外部電極７をガン本体４ｂに内蔵する態様を例示しているが、外部電極７は、必ずしもガン本体４ｂに内蔵する必要はなく、先端部７ａをベルカップ４ａの後部におけるシェーピングエアの誘引領域に配置することができる態様であればよい。

次に、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１による静電塗装状況について、図４を用いて説明をする。
従来の静電塗装装置５１では、シェーピングエアの誘引領域を意識せずに、外部電極７を配置していた。従って、図４（ｂ）に示すように、外部電極７の先端部７ａが、シェーピングエアの誘引領域から外れた配置となる場合が多かった。
この場合、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘが、噴霧直後に接触するシェーピングエアには電荷がほとんど含まれておらず、塗料粒子ｘの噴霧後、該塗料粒子ｘに対する電荷の蓄積が始まるまでにタイムラグがあった。このため、塗料粒子ｘが噴霧されてから塗着するまでの時間における、電荷の蓄積に利用される時間が短かくなっていた。

また、外部電極７から放出された電荷は、拡散パターンの中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）付近に到達することなく拡散パターンの外側方向に拡散してしまうため、拡散パターンの中心付近に存在する塗料粒子ｘを確実に帯電させることができなかった。

さらに、外部電極７から放出された電荷の一部分は、シェーピングエアの誘引作用によりシェーピングエアに取り込まれて、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘを帯電させるのに寄与するが、その他の部分は、シェーピングエアに取り込まれることなく拡散してしまうため、塗料粒子ｘを確実に帯電させることができなかった。

一方、図４（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、外部電極７の先端部７ａを、意識的にベルカップ４ａの背後におけるシェーピングエアの誘引領域に配置している。
このため、外部電極７から放出された電荷は、シェーピングエアによる誘引作用によって、シェーピングエアに取り込まれて、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘを帯電させるのに寄与するため、塗料粒子ｘを確実に帯電させることができる。

また、塗料粒子ｘは、噴霧直後において、シェーピングエアと接触する。当該シェーピングエアには、ベルカップ４ａの背後において、既に電荷が取り込まれているため、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１では、噴霧直後の塗料粒子ｘに対して、すぐに電荷を与えることができる。
このため、塗料粒子ｘが噴霧されてから塗着するまでの時間において、より長い時間を電荷の蓄積に利用することができるため、塗着時における塗料粒子ｘの電荷量が増大する。

さらに、外部電極７から放出された電荷は、シェーピングエアの流れ中を十分に拡散して、拡散パターンの中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）付近にも到達するため、拡散パターンのより中心部に存在する塗料粒子ｘについても確実に帯電させることができる。

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、回転により塗料を微粒化させるための絶縁体で構成されるベルカップ４ａと、微粒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であるエアノズル６・６と、を有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界を形成するための、ベルカップ４ａと電気的に絶縁される外部電極７と、外部電極７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１０と、を備え、導電性塗料たる水性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置１であって、外部電極７の先端部７ａを、ベルカップ４ａの背後において、シェーピングエアによる誘引作用が生じる領域（誘引領域）に配置するものである。
このような構成により、噴霧直後の塗料粒子ｘに電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンにおける中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）寄りに存在する塗料粒子ｘに電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量ｑおよび塗料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。

次に、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を改良した態様について、図５を用いて説明をする。
図５に示す如く、静電塗装装置１１は、さらなる塗着効率の向上を図るべく、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を改良したものであり、静電塗装装置１に対して、さらに外部電極７を一系統追加する構成としている。

静電塗装装置１１において、追加した外部電極７は、エアノズル６の軸心位置に対して、ベルカップ４ａの回転中心寄りに設けており、当該外部電極７の先端部７ａを、ベルカップ４ａの回転中心寄りに形成されるシェーピングエアの誘引領域に配置する構成としている。

このため、静電塗装装置１１では、一つのエアノズル６（即ち、一単位のシェーピングエア）に対して、合計二系統の各外部電極７・７から電荷を放出させることができるため、静電塗装装置１に比して、より多くの電荷を放出することができる。そして、シェーピングエアの誘引作用により、ベルカップ４ａの背後において、より多くの電荷をシェーピングエアに取り込むことができる。
これにより、塗料粒子ｘが噴霧されてから塗着するまでの時間において、各塗料粒子ｘ・ｘ・・・により多くの電荷を蓄積させることができるため、塗着時における塗料の帯電量ｑをより確実に増大させることができる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１による静電塗装状況について、図６を用いて説明をする。
図６（ａ）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２１では、外部電極７の先端部７ａを、シェーピングエアの誘引領域ではなく、ベルカップ４ａの背後におけるシェーピングエアの流れ中に直接配置する構成としており、具体的には、先端部７ａをシェーピングエアの流れ中に直接配置するために、外部電極７をエアノズル６に内蔵する構成としている。
このため、外部電極７から放出された電荷は、シェーピングエアによる誘引作用を利用しなくとも、その全てが確実にシェーピングエアに取り込まれて、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘを帯電させるのに寄与するため、塗料粒子ｘを確実に帯電させることができる。

また、塗料粒子ｘは、噴霧直後において、シェーピングエアと接触する。当該シェーピングエアには、ベルカップ４ａの背後において、既に電荷が取り込まれているため、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１では、噴霧直後の塗料粒子ｘに対して、すぐに電荷を与えることができる。
このため、塗料粒子ｘが噴霧されてから塗着するまでの時間において、より長い時間を電荷の蓄積に利用することができるため、塗着時における塗料粒子ｘの電荷量が増大する。

さらに、外部電極７から放出された電荷は、シェーピングエアの流れ中を十分に拡散して、拡散パターンの中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）付近にも到達するため、拡散パターンのより中心部に存在する塗料粒子ｘについても確実に帯電させることができる。

そして、外部電極７から放出された電荷が、全てベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘを帯電させるのに寄与するため、塗料粒子ｘをより確実に帯電させることができる。
尚、本実施形態では、外部電極７の先端部７ａを、ベルカップ４ａの背後においてシェーピングエアの流れ中に配置するための態様として、外部電極７をエアノズル６に内蔵する構成を例示しているが、これに限定するものではなく、エアノズルの外部において、その先端部をベルカップの背後におけるシェーピングエアの流れ中に差し込むようにして外部電極を配設する態様とすることも可能である。

即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１は、回転により塗料を微粒化させるための絶縁体で構成されるベルカップ４ａと、微粒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であるエアノズル６・６と、を有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界を形成するための、ベルカップ４ａと電気的に絶縁される外部電極７と、外部電極７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１０と、を備え、導電性塗料たる水性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置２１であって、外部電極７の先端部７ａを、ベルカップ４ａの背後における、シェーピングエアの流れ中に配置するものである。
このような構成により、噴霧直後の塗料粒子ｘに電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンにおける中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）寄りに存在する塗料粒子ｘに電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量ｑおよび塗料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。

また、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１においては、ベルカップ４ａの背後におけるシェーピングエアの流れ中に、先端部７ａを配置する外部電極７を、エアノズル６の内部に配設するものである。
このような構成により、噴霧直後の塗料粒子ｘに確実に電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）寄りに存在する塗料粒子ｘに確実に電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量ｑおよび塗料に作用するクーロン力Ｆを確実に増大させて、確実に塗着効率の向上を図ることができる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１を改良した態様について、説明をする。
図６（ｂ）に示す如く、静電塗装装置３１は、さらなる塗着効率の向上を図るべく、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置２１を改良したものであり、静電塗装装置２１に対して、さらに二系統の外部電極７・７を追加する構成としている。

静電塗装装置３１において、追加した各外部電極７・７は、エアノズル６の軸心位置に対して、ベルカップ４ａの回転中心寄りと外側寄りにそれぞれ設けており、追加した各外部電極７・７の各先端部７ａ・７ａを、ベルカップ４ａの背後においてベルカップ４ａの回転中心寄りおよび外側寄りに形成されるシェーピングエアの誘引領域に配置する構成としている。

このように静電塗装装置３１では、一つのエアノズル６（即ち、一単位のシェーピングエア）に対して、合計三系統の各外部電極７・７・７から電荷を放出させることができるため、静電塗装装置２１に比して、より多くの電荷を放出することができる。そして、エアノズル６に内蔵する外部電極７によって、シェーピングエアの流れ中に直接電荷を放出するとともに、さらに追加した各外部電極７・７によって、シェーピングエアの誘引領域にも電荷を放出することにより、ベルカップ４ａの背後においてシェーピングエアにさらに多くの電荷を取り込むことができる。
これにより、塗料粒子ｘが噴霧されてから塗着するまでの時間において、各塗料粒子ｘ・ｘ・・・にさらに多くの電荷を蓄積させることができるため、塗着時における塗料の帯電量ｑを増大させることができる。

即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置３１は、ベルカップ４ａの背後における誘引領域に先端部７ａを配置した外部電極７を、さらに追加するものである。
このような構成により、噴霧直後の塗料粒子ｘにより多くの電荷を与えることでき、また、塗料の拡散パターンの中心（即ち、ベルカップ４ａの回転軸心上）寄りに存在する塗料粒子ｘにより多くの電荷を与えることができる。
これにより、塗着時における塗料の帯電量ｑおよび塗料に作用するクーロン力Ｆをさらに増大させて、塗着効率のさらなる向上を図ることができる。

次に、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第三の実施形態について、図７〜図９を用いて説明をする。
図７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３０を備えている。
制御装置３０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、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１が備える制御装置１０と相違している。尚、制御装置３０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。
尚、本実施形態では、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１の制御装置１０を制御装置３０に置換して改良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２１の制御装置１０を制御装置３０に置換して改良することも可能である。

制御装置３０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３０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３０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３０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３０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３０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３０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３０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３０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８（ａ）に示す如く、静電塗装を行う場合において、外部電極７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、外部電極７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８（ｂ）に示す如く、静電塗装装置４１では、高電圧発生装置５によって外部電極７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３０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３０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ΔＩ_p（即ち、ΔＩ_p＝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９に示す如く、静電塗装装置１を用いて、高電圧発生装置５により、従来のように定常的な電圧Ｖ₁を外部電極７に印加する（図８（ａ）参照）と、ワーク２と外部電極７の間で、図９（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を外部電極７に印加する（図８（ａ）参照）と、ワーク２と外部電極７の間で、図９（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３０および高電圧発生装置５により、パルス状に各電圧Ｖ₁・Ｖ₂を切り換えて外部電極７に印加する（図８（ｂ）参照）と、ワーク２と外部電極７の間で、図７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２１では、制御装置３０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と外部電極７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から取得する負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３０は、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。
このような構成により、外部電極７とワーク２との間で形成する電界Ｅの強度を高めることができる。これにより、塗着時において塗料粒子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
２ ワーク
４ 塗装ガン
４ａ ベルカップ
５ 高電圧発生装置
６ エアノズル
７ 外部電極
７ａ 先端部
１０ 制御装置
３０ 制御装置

Claims (5)

1. 回転により塗料を微粒化させるための絶縁体で構成されるベルカップと、微粒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、
   被塗物との間で電界を形成するための、前記ベルカップと電気的に絶縁される外部電極と、
   前記外部電極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、
   導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、
   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、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し、
   全ての前記外部電極に対して、パルス状に前記高電圧を印加し、
   パルス状の前記高電圧の印加は、
   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印加したときに生じるピーク電流が、前記第一の印加電圧を印加したときに生じる放電電流に比して高くなるように、前記所定のパルス幅、パルス間隔、振幅を切り換えつつ行う、
   ことを特徴とする静電塗装装置。
2. 前記外部電極の先端部を、
   前記ベルカップの背後における、
   前記シェーピングエアによる誘引作用が生じる領域に配置する、
   ことを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
3. 前記外部電極の先端部を、
   前記ベルカップの背後における、
   前記シェーピングエアの流れ中に配置する、
   ことを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
4. 前記外部電極を、
   前記エア噴出部の内部に配設する、
   ことを特徴とする請求項３記載の静電塗装装置。
5. 前記ベルカップの背後における、
   前記シェーピングエアによる誘引作用が生じる領域に先端部を配置した前記外部電極を、
   さらに追加する、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４記載の静電塗装装置。

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