JP5997785B2 - 隔膜電極及びそれを用いた電着塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、隔膜電極及びそれを用いた電着塗装装置に関し、例えば、大きさの異なる被塗物が連続して搬送される場合に、各被塗物に要求される塗膜厚にてそれぞれ電着塗装を行うための隔膜電極及びそれを用いた電着塗装装置に関する。

例えば自動車の製造工程において、車両ボデーの外・内板及び袋部内などに対し、防錆等を目的とした下地塗装が行われる。一般に、この下地塗装においては、被塗物である車両ボデーなどを、塗料が貯留された電着槽に浸漬し、通電しながら槽内を移動させ、被塗物に塗膜形成する電着塗装が行われている。より具体的には、前記電着塗装は、図１０に模式的に示すように電着槽５０内に水性の電着塗料５１が貯留される。そして、搬送手段であるコンベア５３にハンガー５４を介して被塗物Ｗを吊持すると共に被塗物Ｗを槽内の塗料５１に浸漬し、前記コンベア５３により被塗物Ｗを槽５０内で移動させる。

また、コンベア５３に並行に集電レール５６が設けられ、この集電レール５６とハンガー５４を介して被塗物Ｗに電圧を印加するようになっている。例えばカチオン電着塗装の場合、図１１に模式的に示すように槽５０内においては被塗物Ｗ側を陰極とし、槽５０内に設置した陽極板６０との間に直流電圧を印加する。これにより、電着塗料５１において水の電気分解が生じ、塗料粒子５１ａとＯＨ−イオンとの作用によって被塗物Ｗの表面に塗膜５５が析出される。

ところで、近年では、自動車生産の多品種少量生産化や注文生産化に伴い、車種に応じたボデーや部品においても小ロットでの生産が求められている。このため、被塗物Ｗの種類毎に電着塗装装置の部品を変更することなく、一つのラインで対応でき、また、様々な種類の被塗物Ｗが連続して搬送されても自動的に対応でき、かつ要求される塗膜厚と塗膜品質を達成できる電着塗装装置が求められている。

このような要求に対し特許文献１には、前記集電レール５６を電着槽５０の入槽域に設置された１段目レールと、電着槽５０の全没域及び出槽域に設置した２段目レールとで構成し、さらに２段目レールを複数の部分レールに分割し、各部分レールに独立して電圧印加が可能とした電着塗装装置が開示されている。
この構成によれば、異なる種類の被塗物Ｗが連続して搬送される場合においても、前記部分レール毎に対応する被塗物Ｗに適した電圧印加を行うことができるため、被塗物Ｗ毎に目的とする膜厚を高精度に制御することができる。

ところで、特許文献１にも開示されるように、集電レール５６は一般に電気的に分離された１段目レールと２段目レールとで構成され、それぞれに整流器やトランスからなる電圧設定装置が設けられる。即ち、２つの電圧設定装置により電圧制御がなされる。
しかしながら、特許文献１に開示された電着塗装装置の構成にあっては、２段目レールにおいて、部分レール毎に独立して電圧の印加を行うために、部分レール毎に電流断続器が必要となる。したがって、従来よりも設備にかかるコストが格段に高くなるという課題があった。

特許４８６６９８０号

前記の課題に対し本願出願人は、電着槽中に複数の被塗物を連続的に搬送する際、最も面積の大きい被塗物に合わせた電圧を印加すると共に、最も面積の大きい被塗物よりも面積の小さい被塗物に対しては、通電終了前の所定時点で電圧の印加を停止するよう制御する方法を提案している（特願２０１４−０７５０４７）。
この方法によれば、塗着面積の異なる複数の被塗物が混在する場合であっても、各被塗物に対し適正な膜厚形成を行うことができる。

しかしながら、前記のように電圧の印加を停止する制御を行う場合、大掛かりな電流断続器が電極ごとに必要となる。そのため、電流断続器を使用しない構成よりも格段にコストが大きくなるという課題が生じていた。
更には、通電を停止する制御にあっては、陽極側に逆電位が発生し、バイポーラ現象によって塗装面に品質不良が生じるという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、種類の異なる複数の被塗物が連続して電着槽に搬送される電着塗装装置において、各被塗物に要求される塗膜厚にてそれぞれ電着塗装することができ、且つ装置にかかるコストを抑制することのできる隔膜電極及びそれを用いた電着塗装装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る隔膜電極は、電着塗料が貯留された電着槽の中に配置され、被塗物との間に所定の電圧が印加される隔膜電極であって、筒状に配置された隔膜と、前記筒状の隔膜内においてその軸方向に延設された電極管と、前記隔膜の内周面と電極管の外周面との間の空間により形成された隔膜室と、前記隔膜室に対し電極液の供給／回収を行う第１の流路と、前記第１の流路から電極液が隔膜室に供給される際には前記隔膜室から溢れた電極液を外部に排出し、前記隔膜室内の電極液が前記第１の流路から回収される際には外部から前記隔膜室に空気を導入する第２の流路と、前記第１の流路を用いた電極液の供給／回収の切り替え制御を行う制御部とを備えることに特徴を有する。
また、前記複数の隔膜室のそれぞれに対応する複数の前記第１の流路と、前記複数の隔膜室のそれぞれに対応する複数の前記第２の流路とを備えることにより、前記制御部は、前記複数の第１の流路を用いた電極液の供給／回収の制御を前記複数の隔膜室に対してそれぞれ独立して行うことができる。

このように構成することにより、被塗物の大きさに合わせて、電着槽中における通電量を制御することができる。即ち、例えば車両ボデーの大きさの異なる被塗物を電着槽に連続搬送しても、各被塗物に適した通電量で電着塗装を行うことができ、大きさの異なる被塗物に対し均一な膜厚の塗装を行うことができる。
また、前記隔膜電極を用いることにより、電圧の印加を遮断することなく通電量を調整することができるため、陽極側に逆電位が発生することがなく、バイポーラ現象による塗装面の品質不良の発生を防止することができる。
また、被塗物Ｗの大きさによって、多数の電圧設定装置により印加電圧を切り替えたり、或いは、電流断続器により電圧の印加時間を変化させる必要がないため、装置にかかるコストを格段に抑えることができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係る電着塗装装置は、前記隔膜電極を用いた電着塗装装置であって、電着塗料が貯留された電着槽と、前記電着槽の中に形成された搬送路と、前記搬送路に沿って複数の被塗物を連続搬送する搬送手段と、前記搬送路に沿って配置された複数の前記隔膜電極と、前記搬送路に搬送される被塗物と前記隔膜電極との間に所定の電圧を印加する整流器とを備え、前記制御部は、前記隔膜室ごとに前記第１の流路を用いた電極液の供給／回収の切り替え制御を行うことに特徴を有する。
このように構成された電着塗装装置によれば、前記の隔膜電極を用いることによる効果を得ることができる。

本発明によれば、種類の異なる複数の被塗物が連続して電着槽に搬送される電着塗装装置において、異なる表面積の被塗物に要求される同一膜厚に対して、それぞれ適正な電着塗装をすることができ、且つ装置にかかるコストを抑制することができる。

図１は、本発明に係る電着塗装装置を模式的に示した断面図である。 図２は、図１の電着塗装装置に用いる隔膜電極の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図３は、図２の隔膜電極の横断面図である。 図４は、図２の隔膜電極の他の状態を示す縦断面図である。 図５は、図１の電着塗装装置に用いる隔膜電極の第２の実施形態を示す縦断面図である。 図６は、図５の隔膜電極の横断面図である。 図７は、図５の隔膜電極が配置された電着槽中に複数の被塗物を搬送する場合に、隔膜電極の陽極として機能させる部分を模式的に示す断面図である。 図８は、図７に示す被塗物の大きさが異なる場合に、隔膜電極の陽極として機能させる部分の変化を模式的に示す断面図である。 図９は、図７、図８に示す被塗物の大きさがさらに異なる場合に、隔膜電極の陽極として機能させる部分の変化を模式的に示す断面図である。 図１０は、一般的な電着塗装装置の構成を示す断面図である。 図１１は、電着塗装の原理を説明するための断面図である。

以下、本発明にかかる隔膜電極及びそれを用いた電着塗装装置の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、本発明に係る電着塗装装置は、ハンガーに吊した被塗物を、コンベアを用いて一定速度で搬送しながら、電着槽の電着塗料に全没させ、集電レールを介して被塗物と電極との間に所定の電圧を印加し電着塗装を行うものである。

図１は、本発明に係る電着塗装装置を模式的に示した断面図である。図１に示す電着塗装装置１は電着槽２を備え、この電着槽２は、内面をＦＲＰ等の電気絶縁材でライニングした舟形の金属タンクを採用し、中に水性塗料からなる電着塗料３を貯留している。前記電着槽２の上方には、被塗物の搬送方向に沿ってコンベア４（搬送手段）が設けられ、コンベア４の下方には、このコンベア４と並行して集電レール１０が設けられている。尚、コンベア４にはコンベアパルス発信器１７が設けられ、コンベア速度に応じたパルスを発信しており、このコンベアパルスは電着塗装における制御信号として用いられる。

コンベア４には絶縁部５を介してハンガー６が連結され、ハンガー６の上部に設けられた集電子（図示せず）が前記集電レール１０と接触するように構成されている。また、本実施の形態において、被塗物Ｗは自動車ボデーとし、例えば異なるサイズのボデーが混在し、それらがハンガー６に吊持され、電着槽２の電着塗料３中に形成された搬送路に沿って搬送されるようになっている。

また、前記集電レール１０は、電着槽２の入槽域に設置された第１レール１０ａと、その後に続く第２レール１０ｂ、第３レール１０ｃとにより構成される。
集電レール１０のうち、第１レール１０ａには、整流器１１により一方向に所定の電圧（例えば２６０Ｖ）が印加可能とされ、第２レール１０ｂには、整流器１２により一方向に所定の電圧印加（例えば２９０Ｖ）が可能な構成となっている。尚、第３レール１０ｃは被塗物Ｗが電着液から引き上げられた後での搬送のため常時０Ｖとなされる。

また、第１レール１０ａ、第２レール１０ｂにそれぞれ対応して、電着槽２内の電着塗料３に没する槽内及び被塗物側面には、複数の隔膜電極１５が配置されている。尚、本実施の形態においては、例えば、被塗物Ｗ側を陰極とし、隔膜電極１５側を陽極とするカチオン型電着塗装を実施するものとする。

ここで、前記隔膜電極１５の第１の実施形態について詳細に説明する。隔膜電極１５は、筒状に配置された隔膜内の電極管を陽極（本実施形態ではカチオン電着とする）とする電着隔膜電極によって構成される。
図２に１本の隔膜電極１５の縦断面図を示し、図３にその横断面図を示す。図２、図３に示す隔膜電極１５は、直棒状（筒状）の金属からなる電極管７の周りに配置された筒状の多孔性支持材８と、多孔性支持材８によってその外側に支持された隔膜９（例えばポリエチレンにより形成された膜）とを備える。

前記電極管７と多孔性支持材８と円筒状の隔膜９とは、その両端開口が絶縁キャップ１３、１４によって塞がれ、電極管７の外周面と多孔性支持材８の内周面との間の空間に隔膜室１６が形成されている。この隔膜室１６に電極液Ｌが充填されることによって、隔膜電極１５が陽極として機能するようになっている。
また、前記電極管７には、整流器１１（１２）の陽極側が接続されており、その内部には電極液Ｌが流れ込まないように密閉されている（即ち空洞状態）。

また、前記隔膜室１６には、第１の流路として供給／回収パイプ２０が配管されている。この供給／回収パイプ２０は、上部側の絶縁キャップ１３に貫挿され、その下端部開口２０ａが隔膜室１６の底部付近（絶縁キャップ１４付近）に位置している。この供給／回収パイプ２０は、極液槽１８から電極液Ｌを供給する、或いは隔膜室１６内の電極液Ｌを回収するために設けられている。

また、前記隔膜室１６には、第２の流路として、隔膜室１６内からオーバーフローにより溢れた電極液Ｌを回収槽２１に回収するとともに、隔膜室１６内に外部から空気を供給するための回収パイプ２２が、上部側の絶縁キャップ１３に挿通され、その一端開口２２ａが隔膜室１６内の上部に配置されている。

尚、図２に示すように前記供給／回収パイプ２０を通して隔膜室１６内に電極液Ｌが供給されている場合、溢れた電極液Ｌが前記回収パイプ２２を通して回収槽２１に回収される。
一方、図４に示すように前記供給／回収パイプ２０を通して隔膜室１６から電極液Ｌが回収される場合、前記回収パイプ２２を通して外部から隔膜室１６に空気が供給され、電極液Ｌがすべて回収されることによって隔膜室１６内が空気に置換されるようになっている。

また、前記極液パイプ２０の上端側は、切替バルブ２５に接続されている。前記切替バルブ２５は、３つの入出力ポートを持ち、その１つに極液パイプ２０が接続されている。他の２つのポートはそれぞれポンプＰ１に接続された回収パイプ２６の一端側と、ポンプＰ２に接続された供給パイプ２７の一端側とに接続されている。また、前記回収パイプ２６の他端側と、供給パイプ２７の他端側とは、それぞれ極液槽１８に接続されている。
前記切替バルブ２５は、極液パイプ２０の接続先を、回収パイプ２６と供給パイプ２７のいずれかに切り替えるためのものである。

また、極液槽１８と回収槽２１との間には、ポンプＰ３に接続されたパイプ２８が設けられ、回収槽２１に貯まった極液ＬをポンプＰ３の駆動で極液槽１８に戻すようになっている。

このように構成された隔膜電極１５を陽極（カチオン電着の場合）として機能させる場合、制御部１００の制御により切替バルブ２５の切り替え（電極液Ｌの供給／回収の切り替え）を行い、極液パイプ２０と供給パイプ２７とを接続する。また、ポンプＰ２を駆動し、極液槽１８から電極液Ｌを極液パイプ２０に流す。これにより、隔膜室１６には電極液Ｌが供給開始され、溢れてオーバーフローした液は、回収パイプ２２を通って回収槽２１に回収されるようになっている（図２の状態）。
また、整流器１１（１２）からの電圧印加により、電着塗料内の余分な酸が隔膜を通じて隔膜室１６内（電極管７）に導かれ、電着塗料内から分離除去される。また、塗料粒子とＯＨ−イオンとの作用によって被塗物Ｗの表面に塗膜が析出される。

一方、隔膜電極１５の陽極としての機能を停止させる場合、制御部１００の制御により切替バルブ２５の切り替えを行い、極液パイプ２０と回収パイプ２６とを接続する。また、ポンプＰ１を駆動し、隔膜室１６内の電極液Ｌを極液パイプ２０の先端部２０ａから吸い出し、極液槽１８に回収する。また、このとき回収パイプ２２を通じて隔膜室１６には空気が供給され、隔膜室１６内にあった電極液Ｌは空気に置換される（図４の状態）。これにより、隔膜電極１５は電極として機能しない状態となされる。

このように構成された隔膜電極１５を用いる電着塗装装置１にあっては、電着槽２内の搬送路（第１レール１０ａ、第２レール１０ｂに対応する区間）に沿って、隔膜電極１５が複数本配置される。
そして、電着槽２内の搬送路に沿って、複数の被塗物Ｗが搬送され、制御部１００は例えば被塗物Ｗの大きさに応じて各隔膜電極１５を陽極として機能させるか否かを制御する。具体的には、搬送路を複数の区間に分け、例えば被塗物Ｗの大きさによって、各区間に配置された複数の隔膜電極１５を陽極として機能させるか否かを設定し、被塗物Ｗの通過に合わせて切替バルブ２５の切り替えを行うように制御する。

これにより被塗物Ｗの大きさに合わせて、電着槽２中における通電量を制御することができる。即ち、車両ボデーの大きさの異なる被塗物Ｗを電着槽２に連続搬送しても、各被塗物Ｗに適した通電量で電着塗装を行うことができ、大きさの異なる被塗物Ｗに対し均一な膜厚の塗装を行うことができる。
また、前記隔膜電極１５を用いることにより、電圧の印加を遮断することなく通電量を調整することができるため、陽極側に逆電位が発生することがなく、バイポーラ現象による塗装面の品質不良の発生を防止することができる。
また、被塗物Ｗの大きさによって、多数の電圧設定装置により印加電圧を切り替えたり、或いは、電流断続器により電圧の印加時間を変化させる必要がないため、装置にかかるコストを格段に抑えることができる。

続いて、本発明に係る隔膜電極１５の第２の実施形態について説明する。
図５は、隔膜電極１５の第２の実施形態を示す縦断面図であり、図６はその横断面図である。図５に示すように、隔膜電極１５は、複数（第２の実施形態では３つ）のサブ電極部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが上下に連結されてなる（即ち、第１の実施形態に示した電極部１５と同様の独立した機能を有する３つのサブ電極部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが１本の棒状に連結されている）。

図５において、サブ電極部１５Ａとサブ電極部１５Ｂとは絶縁キャップ２３により分離され、サブ電極部１５Ｂとサブ電極部１５Ｃとは絶縁キャップ２４により分離されている。
切替バルブ２５はサブ電極部１５Ａに対応するバルブ２５Ａと、サブ電極部１５Ｂに対応するバルブ２５Ｂと、サブ電極部１５Ｃに対応するバルブ２５Ｃとが設けられている。

各サブ電極部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの隔膜室１６に対し極液Ｌの供給と回収を行うための極液パイプ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのうち、極液パイプ２０Ａはその下端開口がサブ電極部１５Ａの隔膜室１６下部に配置され、極液パイプ２０Ｂはその下端開口がサブ電極部１５Ｂの隔膜室１６下部に配置され、極液パイプ２０Ｃはその下端開口がサブ電極部１５Ｃの隔膜室１６下部に配置される。

また、隔膜室１６からオーバーフローした液を回収槽２１に回収し、かつ空気を隔膜室１６に供給するための回収パイプ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにおいて、回収パイプ２２Ａはその下端開口がサブ電極部１５Ａの隔膜室１６上部に配置され、回収パイプ２２Ｂはその下端開口がサブ電極部１５Ｂの隔膜室１６上部に配置され、回収パイプ２２Ｃはその下端開口がサブ電極部１５Ｃの隔膜室１６上部に配置される。

尚、この第２の実施形態にあっては、図６に示すように、最上部のサブ電極部１５Ａの隔膜室１６内を３本の極液パイプ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと３本の回収パイプ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが配置される。また、中央のサブ電極部１５Ｂの隔膜室１６内に２本の極液パイプ２０Ｂ、２０Ｃと２本の回収パイプ２２Ｂ、２２Ｃが配置される。また、最下部のサブ電極部１５Ｃの隔膜室１６内に１本の極液パイプ２０Ｃと１本の回収パイプ２２Ｃが配置される。

このように構成された隔膜電極１５を用いる電着塗装装置１によれば、例えば、図７乃至図９に示すように１つの隔膜電極１５内で、さらに陽極として機能させる部分（サブ電極部）と機能させない部分（サブ電極部）とを分けることができるため、より細かな通電量の制御を行うことができる。尚、図７乃至図９において、各隔膜電極１５内のハッチング部分は、陽極として機能させないことを示している。

例えば、図７、図８に示すように、小型車ボデーである被塗物Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６が区間Ｓ１を通過する際は、制御部１００は、隔膜電極１５内の全てのサブ電極部が陽極として機能するよう制御する。
また、区間Ｓ２、Ｓ３を通過する際には、制御部１００は隔膜電極１５の３つのサブ電極部のうち２つが陽極として機能するよう制御する。
さらに最後の区間Ｓ４では、制御部１００は、隔膜電極１５の３つのサブ電極部すべてが陽極として機能しないよう制御する。
即ち、被塗物Ｗが小型車ボデーの場合には、塗布面積が小さい分、通電量が小さく抑えられる。

一方、図７、図９に示すように、大型車ボデーである被塗物Ｗ３、Ｗ９、Ｗ１０、Ｗ１１が区間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を通過する際は、制御部１００は、隔膜電極１５内の全てのサブ電極部が陽極として機能するよう制御する。
即ち、被塗物Ｗが大型車ボデーの場合には、塗布面積が大きい分、通電量が大きくなるよう制御される。

このように隔膜電極１５の第２の実施形態によれば、１つの隔膜電極１５内に複数のサブ電極部を有し、サブ電極部ごとに陽極として機能させるか否かを設定することができるため、搬送区間内においてより細かに通電量を制御することができる。

尚、前記実施の形態においては、隔膜電極１５の第２の実施形態において、１つの隔膜電極１５が３つのサブ電極部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃからなるものとしたが、本発明にあっては、サブ電極部の数は限定されるものではない。例えば、２つのサブ電極部や４つのサブ電極部により１つの隔膜電極１５を構成してもよい。

また、図７乃至図９に示した例では、被塗物Ｗの大きさを２種として説明したが、その種類も限定されるものではなく、本発明に係る隔膜電極を用いることにより、より多種の被塗物Ｗが電着槽２中を搬送される場合にも対応することができる。

１ 電着塗装装置
２ 電着槽
３ 電着塗料
４ コンベア（搬送手段）
５ 絶縁部
６ ハンガー
７ 電極管
８ 多孔性支持材
９ 隔膜
１０ 集電レール
１０ａ 第１レール
１０ｂ 第２レール
１０ｃ 第３レール
１１ 整流器（第１）
１２ 整流器（第２）
１５ 隔膜電極
１７ コンベアパルス発信器
１００ 制御部
Ｗ 被塗物

Claims (3)

1. 電着塗料が貯留された電着槽の中に配置され、被塗物との間に所定の電圧が印加される隔膜電極であって、
   筒状に配置された隔膜と、
   前記筒状の隔膜内においてその軸方向に延設された電極管と、
   前記隔膜の内周面と電極管の外周面との間の空間により形成された隔膜室と、
   前記隔膜室に対し電極液の供給／回収を行う第１の流路と、
   前記第１の流路から電極液が隔膜室に供給される際には前記隔膜室から溢れた電極液を外部に排出し、前記隔膜室内の電極液が前記第１の流路から回収される際には外部から前記隔膜室に空気を導入する第２の流路と、
   前記第１の流路を用いた電極液の供給／回収の切り替え制御を行う制御部とを備えることを特徴とする隔膜電極。
2. 複数の前記隔膜室と、
   前記複数の隔膜室のそれぞれに対応する複数の前記第１の流路と、
   前記複数の隔膜室のそれぞれに対応する複数の前記第２の流路とを備え、
   前記制御部は、前記複数の第１の流路を用いた電極液の供給／回収の制御をそれぞれ独立して行うことを特徴とする請求項１に記載された隔膜電極。
3. 前記請求項１または請求項２に記載された隔膜電極を用いた電着塗装装置であって、
   電着塗料が貯留された電着槽と、
   前記電着槽の中に形成された搬送路と、
   前記搬送路に沿って複数の被塗物を連続搬送する搬送手段と、
   前記搬送路に沿って配置された複数の前記隔膜電極と、
   前記搬送路に搬送される被塗物と前記隔膜電極との間に所定の電圧を印加する整流器とを備え、
   前記制御部は、前記隔膜室ごとに前記第１の流路を用いた電極液の供給／回収の切り替え制御を行うことを特徴とする電着塗装装置。

Images