JP5971471B2 - 歯車の粉体塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯車の表面を粉体塗料で塗装する方法に関する。

従来から、下記特許文献１に記載されているように、歯部が樹脂によって被覆された歯車は知られている。この樹脂被膜は、電着塗装又は吹き付け塗装により形成されている。なお、特許文献１には、被膜の厚み（塗膜厚）が均一であることが好ましいと記載されている。

また、例えば下記特許文献２及び特許文献３に記載されているように、被塗装物を粉体塗料で塗装する方法は知られている。特許文献２では、粉体塗料を流動させた流動槽内に、被塗装物を回転させながら浸漬している。また、特許文献３では、被塗装物を回転させておき、スプレーガンを用いて粉体塗料を被塗装物に吹き付けている。特許文献２及び特許文献３では、被塗装物の表面に均一に粉体塗料を付着させることにより、塗膜厚の均一化を図っている。

また、例えば下記特許文献４に記載されているように、塗膜表面の平滑性を向上させる方法は知られている。この方法は、被塗装物の表面に粉体塗料を付着させる塗着工程と、粉体塗料を溶融させる溶融工程と、溶融した粉体塗料を焼結及び乾燥させる焼き付け乾燥工程を含む。溶融工程及び焼き付け乾燥工程では、加熱炉内で被塗装物を回転させ、溶融した粉体塗料に遠心力を作用させて流動させることにより、塗膜表面の平滑性の向上を図っている。

特開２００９−２４８３１号公報 特開２００２−１５３８０２号公報 特開２００４−８９３号公報 特開２００２−２１９４０７号公報

（発明が解決しようとする課題）
歯車を固定した状態で歯車の歯部を塗装した場合、塗料の自重、粘性、表面張力などの影響を受け、図６に示すように、歯底部の塗膜厚が厚くなり、歯先面と歯側面との境界部（以下、角部Ａという）の塗膜厚が薄くなる傾向にある。すなわち、塗膜厚を均一化することが困難である。

特許文献２及び特許文献３に記載の方法によれば、粉体塗料の溶融工程及び焼き付け乾燥工程では被塗装物は固定されている。したがって、粉体塗料を被塗装物の表面に均一に付着させてあっても、粉体塗料の溶融工程及び焼き付け乾燥工程では、溶融して液状になった塗料がその自重、粘性、表面張力などの影響を受けるので、塗膜厚を十分に均一化することができない。

また、上記のように、特許文献４では塗膜表面の平滑性（鏡面光沢度）を向上させることを目的としており、塗膜厚を均一化することについては考慮されていない。また、溶融工程（特に、その初期段階）での被塗装物の回転速度が速い場合には、被塗装物の表面に付着した粉体塗料が飛散してしまい、塗膜厚が全体的に薄くなる虞があるが、特許文献４では溶融工程での被塗装物の回転速度については考慮されていない。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、歯車の粉体塗装方法であって、塗膜厚を均一にするとともに十分な塗膜厚を確保できる粉体塗装方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、粉体塗料を霧状に拡散させた雰囲気中で、歯車（１０）をその歯車軸周りに所定の第１回転速度で回転させながら、粉体塗料を歯車の表面に付着させる塗料塗布工程と、粉体塗料を付着させた状態の歯車を歯車軸周りに前記第１回転速度よりも遅い所定の第２回転速度で回転させながら歯車の雰囲気温度を上昇させて粉体塗料を溶融させる溶融工程と、粉体塗料を溶融させた状態の歯車を歯車軸周りに前記第２回転速度よりも速い所定の第３回転速度で回転させながら歯車の雰囲気温度を上昇させて粉体塗料を定着させる焼き付け工程とを含むことにある。

なお、第１回転速度は、粉体塗料が歯車の表面に均一に付着する程度の速度である。また、第２回転速度は、塗料塗布工程で歯車の表面に付着した粉体塗料が飛散しない程度の速度である。また、第３回転速度は、溶融工程で溶融して液状になった塗料に遠心力を作用させ、歯底部側から歯先部側へ塗料の一部を流動させて歯車の歯面上の塗膜厚を均一化できる程度の速度である。

これによれば、塗料塗布工程では、粉体塗料を霧状に拡散させた雰囲気中で、第１回転速度で歯車をその歯車軸周りに回転させているので、前記雰囲気中における粉体塗料の分布が不均一であったとしても、歯車の表面に均一に粉体塗料を付着させることができる。また、溶融工程では、第２回転速度で歯車をその歯車軸周りに回転させているので、歯車の雰囲気温度の分布が不均一であったとしても、歯車を均一に加熱することができる。また、第２回転速度を、塗料塗布工程で歯車に付着した粉体塗料が飛散しない程度の速度に設定することにより、塗膜厚が全体的に薄くなることを防止できる。また、焼き付け工程では、第３回転速度で歯車を回転させることにより、前記溶融した塗料に遠心力を作用させて、歯底部側から歯先部側へ塗料を流動させ、塗膜厚を均一化することができる。

また、本発明の他の特徴は、溶融工程及び焼き付け工程では、歯車軸が水平方向（重力方向に垂直な方向）に延設されていることにある。歯車軸が鉛直方向（重力方向）に延設されている場合には、塗料がその自重により鉛直下方に流動するので、歯車軸方向の塗膜厚のバラつきが大きくなる。すなわち、鉛直方向上端部に比べて鉛直方向下端部の塗膜厚が厚くなる。これに対し、本発明によれば、歯車軸が水平方向に延設されているので、前記歯車軸方向の塗膜厚のバラつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る塗装方法によって塗装される歯車の斜視図である。 図１の歯車を塗装するための塗装装置の概略図である。 粉体塗料の温度と粘度との関係を示すグラフである。 塗膜厚の均一化を説明するための概念図である。 本方法で塗装された歯車の軸方向に垂直な断面を示す断面図である。 従来の方法で塗装された歯車の軸方向に垂直な断面を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る粉体塗装方法について説明する。まず、本方法により塗装される歯車１０について説明する。歯車１０は、図１に示すように、長尺状に形成されている。歯車１０の歯は、それぞれ歯車軸方向に平行に形成されている。なお、本方法により塗装される被塗装物は、歯車１０に限られず、どのような歯車であってもよい。

次に、歯車１０の表面を塗装する塗装装置２０について説明する。塗装装置２０は、図２に示すように、歯車１０の表面に粉体塗料を付着させる粉体塗料塗布装置３０と、歯車１０の表面に付着した粉体塗料を定着させる定着装置４０を備える。

粉体塗料塗布装置３０は、塗料塗布槽３１、電動モータ３２、コントローラ３３、気体供給槽３４、多孔質板３５、ノズル３６、電極３７及び高電圧発生回路３８を備える。

塗料塗布槽３１はその軸方向が鉛直方向に沿った円筒状に形成されている。この塗料塗布槽３１の内部に、粉体塗料が投入されている。本実施形態では、エポキシ樹脂の粉体とポリエステル樹脂の粉体とを混合したエポキシ‐ポリエステル粉体塗料を用いている。このエポキシ‐ポリエステル粉体塗料は、図３に示すように、その温度が上昇して１２０℃を越えると溶融し始め、その粘度が低下し、さらに温度が上昇して１６０℃を越えると焼結し始め、その粘度が急激に上昇する。また、塗料塗布槽３１の外壁部には、電動モータ３２が組み付けられている。電動モータ３２の駆動軸３２ａは、その軸線方向が水平になるようにして、塗料塗布槽３１内に挿入されている。駆動軸３２ａは、電気的に接地されている。電動モータ３２は、その回転速度を制御するコントローラ３３に接続されている。

気体供給槽３４は塗料塗布槽３１の下方に設けられている。気体供給槽３４は、筒状の側面部及び底面部を有する有底円筒形状に形成されている。気体供給槽３４の径は塗料塗布槽３１の径と等しい。塗料塗布槽３１と気体供給槽３４との間に多孔質板３５が配設される。したがって、多孔質板３５は、塗料塗布槽３１の底板を構成するとともに気体供給槽３４の天板を構成する。多孔質板３５には、塗料塗布槽３１内の空間と気体供給槽３４内の空間とを連通する複数の孔が形成されている。この孔の径は粉体塗料の粒径（例えば、５０μｍ）よりも小さい。したがって、塗料塗布槽３１内の粉体塗料がこの孔を経由して気体供給槽３４に落下することはない。本実施形態において多孔質板３５は、径が５０μｍよりも小さい孔が均一に形成された金属メッシュ（金網）である。

ノズル３６は、その基端側にて図示しない加圧気体発生源に連通されている。ノズル３６の先端には噴出口３６ａが形成されている。そして、噴出口３６ａが気体供給槽３４の中心に位置するように、ノズル３６が気体供給槽３４内に挿入されている。本実施形態では、加圧気体発生源は、圧力が約０．０１ＭＰａの工場エアー（加圧エアー）である。この工場エアーをドライヤーに通して乾燥させたドライエアーをノズル３６に供給してもよい。また、噴出口３６ａは、加圧エアーが気体供給槽３４の底面（下面）に向かって噴出されるように、気体供給槽３４内で下向きに配置されている。

気体供給槽３４内には、電極３７が配置されている。電極３７は、高電圧発生回路３８に接続されている。電極３７には、高電圧発生回路３８により高電圧（例えば、−６００００Ｖ）が印加される。上記のように、多孔質板３５の孔の径は粉体塗料の粒径よりも小さいので、気体供給槽３４に加圧エアーが供給されない状態では、塗料塗布槽３１に投入された粉体塗料は多孔質板３５上に堆積している。この状態で電極３７に高電圧を印加することにより、粉体塗料が負に帯電する。

定着装置４０は、加熱炉４１、電動モータ４２及びコントローラ４３を備える。加熱炉４１は、断熱材で箱状に形成されたケース４１ａと、電力を供給されることにより発熱する発熱体４１ｂを備える。ケース４１ａの外壁部には、電動モータ４２が組み付けられている。電動モータ４２の駆動軸４２ａは、その軸線方向が水平になるようにして、ケース４１ａ内に挿入されている。電動モータ４２は、その回転速度を制御するコントローラ４３に接続されている。

次に、歯車１０を粉体塗装する手順を説明する。

（準備工程）
まず、歯車１０を塗料塗布槽３１内に投入し、歯車軸と駆動軸３２ａの軸線方向が一致するようにして、歯車１０を駆動軸３２ａに組み付ける。駆動軸３２ａは水平方向に延設されているので、歯車１０が駆動軸３２ａに組み付けられた状態では、歯車軸も水平方向に延設されている。そして、コントローラ３３を操作して、電動モータ３２の回転速度を所定の第１回転速度に設定する。第１回転速度は、粉体塗料が歯車の表面に均一に付着する程度の速度であり、予備実験により決定される。本実施形態では、第１回転速度は５００ｒｐｍである。

（塗料塗布工程）
次に、ノズル３６の基端に連通された加圧気体発生源から加圧エアーをノズル３６に供給する。ノズル３６の噴出口３６ａが図２に示すように下方を向いているので、噴出口３６ａから噴出された加圧エアーは気体供給槽３４の底面に衝突して径方向に一様に広がり、その後上昇する。そして、多孔質板３５に形成されている孔部を経由して塗料塗布槽３１内にその下部から加圧エアーが供給される。

塗料塗布槽３１の下部から加圧エアーが供給されることにより、多孔質板３５上に堆積していた粉体塗料が上方に吹き上げられて霧状に拡散される。上記のように、粉体塗料は負に帯電しており、歯車１０は電気的に接地されている。したがって、粉体塗料は静電力により歯車１０に引き寄せられて歯車１０の表面に付着する。加圧エアーを供給開始してから所定の時間（例えば、１６秒）が経過した後、気体供給槽３４への加圧エアーの供給を停止させるとともに、コントローラ３３を操作して、電動モータ３２を停止させる。そして、歯車１０を駆動軸３２ａから取り外す。この状態では、歯車１０の表面に均一に粉体塗料が付着している。

（溶融工程）
次に、粉体塗料が表面に付着した歯車１０をケース４１ａ内に投入し、歯車軸と駆動軸４２ａの軸線方向が一致するようにして、歯車１０を駆動軸４２ａに組み付ける。駆動軸４２ａは水平方向に延設されているので、歯車１０が駆動軸４２ａに組み付けられた状態では、歯車軸も水平方向に延設されている。次いで、コントローラ４３を操作して歯車１０の回転速度を所定の第２回転速度に設定する。第２回転速度は、塗布工程で付着した粉体塗料が飛散しない程度の速度であり、予備実験により決定される。本実施形態では、第２回転速度は２５０ｒｐｍである。そして、発熱体４１ｂに電力を供給して発熱させ、ケース４１ａ内の温度を上昇させる。歯車１０の表面温度を図示しない測定装置で測定し、その測定温度が１３０℃に達するまで歯車１０を第２回転速度で回転させる。歯車１０の表面温度が１２０℃を越えたあたりから粉体塗料が溶融し始め、歯車１０の表面温度が１３０℃に達する頃には粉体塗料の流動性が高くなっている（図３参照）。この状態では、溶融して液状になった塗料は、その自重、粘性、表面張力などの影響を受け、歯車１０の歯底部に溜まっており、角部Ａ（図５参照）付近の塗膜厚は薄い。

（焼き付け工程）
歯車１０の表面温度が１３０℃に達した時点で、コントローラ４３を操作して歯車１０の回転速度を所定の第３回転速度に設定する。第３回転速度は、溶融工程で溶融して液状になった塗料に遠心力を作用させ、歯底部側から歯先部側へ塗料の一部を流動させて歯車１０の歯面上の塗膜厚を均一化できる程度の速度であり、予備実験により決定される。本実施形態では、第３回転速度は５００ｒｐｍである。そして、歯車１０の表面温度が１６０℃を越えると、溶融して液状になっていた塗料が焼結し始める（図３参照）。歯車１０の表面温度が１３０℃を越えてから所定の時間（例えば、４０分）が経過するまで歯車１０を第３回転速度で回転させ、歯車１０の表面に付着した塗料が完全に焼結した後、発熱体４１ｂへの電力供給を停止するとともに、コントローラ４３を操作して歯車１０を停止させる。

上記の粉体塗装方法によれば、歯車１０を塗料塗布槽３１内でその歯車軸周りに第１回転速度で回転させながら、塗料塗布槽３１内で粉体塗料を霧状に拡散させている。さらに、歯車１０及び粉体塗料間に静電力を作用させている。したがって、塗料塗布槽３１内における粉体塗料の分布が不均一であっても、歯車１０が回転することにより歯車１０の表面に均一に粉体塗料を付着させることができる。また、溶融工程及び焼き付け工程では、それぞれ第２回転速度及び第３回転速度で歯車１０をその歯車軸周りに回転させているので、ケース４１ａ内の温度分布（特に歯車１０の周囲の温度分布）が不均一であっても、歯車１０が回転することにより、歯車１０の表面を均一に加熱することができる。また、第２回転速度は、塗料塗布工程で歯車１０に付着した粉体塗料が溶融工程で飛散しない程度の速度に設定されているので、塗膜厚が全体的に薄くなることを防止できる。また、焼き付け工程において第３回転速度で歯車１０を回転させることにより、歯底部に溜まっていた塗料の一部を角部Ａ付近に流動させて歯面上の塗膜厚を均一化することができる（図４及び図５参照）。なお、図４では、歯車１０を回転させずに塗料を定着させたときの塗膜を実線で示し、歯車１０を回転させながら塗料を定着させたときの塗膜を破線で示している。

また、溶融工程及び焼き付け工程で、歯車１０の歯車軸が鉛直方向に延設されている場合には、塗料がその自重により鉛直下方に流動するので、歯車軸方向の塗膜厚のバラつきが大きくなる。すなわち、鉛直方向上端部に比べて鉛直方向下端部の塗膜厚が厚くなる。これに対し、本実施形態によれば、溶融工程及び焼き付け工程では歯車１０の歯車軸が水平方向に延設されているので、前記歯車軸方向の塗膜厚のバラつきを抑制することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、第１乃至第３回転速度は、歯車１０の形状や大きさ、粉体塗料の各種特性などに応じて変更可能である。また、塗料塗布工程では、歯車１０を歯車軸周りに回転させながら、スプレーガンを用いて粉体塗料を歯車１０に吹き付けるようにしてもよい。

１０・・・歯車、２０・・・塗装装置、３０・・・粉体塗料塗布装置、３１・・・塗料塗布槽、３２・・・電動モータ、３２ａ・・・駆動軸、３３・・・コントローラ、３４・・・気体供給槽、３５・・・多孔質板、３６・・・ノズル、３６ａ・・・噴出口、３７・・・電極、３８・・・高電圧発生回路、４０・・・定着装置、４１・・・加熱炉、４１ａ・・・ケース、４１ｂ・・・発熱体、４２・・・電動モータ、４２ａ・・・駆動軸、４３・・・コントローラ、Ａ・・・角部

Claims (2)

1. 粉体塗料を霧状に拡散させた雰囲気中で、歯車をその歯車軸周りに所定の第１回転速度で回転させながら、前記粉体塗料を前記歯車の表面に付着させる塗料塗布工程と、
   前記粉体塗料を付着させた状態の前記歯車を前記歯車軸周りに前記第１回転速度よりも遅い所定の第２回転速度で回転させながら、前記歯車の雰囲気温度を上昇させて前記粉体塗料を溶融させる溶融工程と、
   前記粉体塗料を溶融させた状態の前記歯車を前記歯車軸周りに前記第２回転速度よりも速い所定の第３回転速度で回転させながら、前記歯車の雰囲気温度を上昇させて前記粉体塗料を定着させる焼き付け工程と、を含む歯車の粉体塗装方法。
2. 請求項１に記載の粉体塗装方法において、
   前記溶融工程及び前記焼き付け工程では、前記歯車軸が水平方向に延設されている、粉体塗装方法。