JP6369109B2 - 塗装乾燥装置および塗装乾燥方法 - Google Patents

Description

この発明は、誘導加熱コイルが形成する台形形状の上辺部分の入熱温度分布の変化を簡易に行うことができる塗装乾燥装置および塗装乾燥方法に関する。

従来、自動車ボディなどの塗装乾燥を行う場合、熱風乾燥炉が用いられていた。この熱風乾燥炉では、熱容量の大きい箇所の焼付不良を防ぐために熱風温度は標準焼付温度以上に設定されていた。このため、熱容量の小さい箇所は過剰加熱になり、省エネルギー化を阻害していた。また、熱風乾燥炉では間接的な入熱によって被塗装物を加熱するため、被塗装物が所望温度に達するまでに長い時間がかかっていた。一方、塗料の性質上、決められた焼付温度以上の雰囲気中に被塗装物を置くと黄変や炭化が生じる。

この省エネルギー化と塗膜品質の向上とを図るため、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方式によって塗装乾燥を行うものがある。誘導加熱方式は、誘導加熱コイルに高周波電流を流すことによって誘導加熱コイルの周囲に磁力線を発生させ、その近くにある導電性の被加熱体はこの磁力線の影響を受けて、被加熱物内に渦電流を生じさせる。そして、被加熱体は、この渦電流によってジュール熱を発生し、内部から直接加熱されるものである。

この誘導加熱方式を用いたものとして、例えば、特許文献１では、誘導加熱コイルの形状の変形が可能であり、誘導加熱コイルから発する磁束密度の強さや領域を調整することができる塗装乾燥装置が記載されている。このため、特許文献１では、複雑形状の被塗装物であっても被塗装物の表面温度を均一にすることができる。なお、特許文献１では、被塗装物の表面温度を検出して誘導加熱コイルの出力、加熱位置、加熱時間を調整して被塗装物の表面温度を調整している。

また、特許文献２では、幅寸法よりも長尺の長さ寸法を有する環状のコイル部の長さ方向の少なくとも一端部が、コイル部の厚さ方向の一方側に曲成された誘導加熱コイルが記載されている。この誘導加熱コイルの一端部の曲成によって凸部を回避させるルートを作り、凸部の両端に効率よく入熱させることができる。

特開２０１０−２８１４９０号公報 特開２００９−２５２５２３号公報

ところで、被塗装物の周囲表面を移動する従来の誘導加熱コイルの形状は、一般的にドーナツ型であった。このドーナツ型の誘導加熱コイルの場合、誘導加熱コイルが通過した後における、誘導加熱コイルの移動方向に垂直な方向の入熱温度分布は、台形形状の入熱温度分布をなすが、この台形形状の上辺部分の中央部分は、入熱量が低下し、下に凸となる。すなわち、上辺部分の山谷温度差が大きくなっている。このため、誘導加熱コイルの移動方向に対する中央部分は入熱温度が低下し、外側両端部分は入熱温度が上昇し、被塗装物に対して均一な温度分布を形成することができない。

一方、簡易な装置で、上述した誘導加熱コイルが形成する台形形状の上辺部分の入熱温度分布を変化させたいという要望がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誘導加熱コイルが形成する台形形状の上辺部分の入熱温度分布の変化を簡易に行うことができる塗装乾燥装置および塗装乾燥方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる塗装乾燥装置は、被塗装物の周囲に誘導加熱コイルを移動させ、該塗装物に塗布された塗料を乾燥する塗装乾燥装置であって、前記誘導加熱コイルは、両端に設けた半円筒形の２つのコーナー部と該２つのコーナー部との間に設けた２つの直線部とを有したレーストラック型のコイルであり、前記誘導加熱コイルの移動方向と前記誘導加熱コイルの長手方向の軸との傾き角度を変化させ前記被塗装物に対して所望の入熱温度分布を形成させる制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる塗装乾燥装置は、上記の発明において、前記誘導加熱コイルの傾き角度と、前記移動方向に垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差との関係を保持するコイル姿勢ライブラリを備え、前記制御部は、前記コイル姿勢ライブラリをもとに前記所望の入熱温度分布となるように前記傾き角度を変化させることを特徴とする。

また、この発明にかかる塗装乾燥装置は、上記の発明において、前記誘導加熱コイルは、コイル平面状の対向コイルからの磁界によって誘導起電力が互いに相殺しない内径以上の内部空間を有し、前記制御部は、前記移動方向に平行で前記内部空間に接する方向のコイル平面上の距離と、前記移動方向に平行で前記内部空間の直線部分のみを通過する方向のコイル平面上の距離とが同一となるような前記傾き角度に制御し、前記移動方向に垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差を小さくすることを特徴とする。

また、この発明にかかる塗装乾燥装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記傾き角度を一定とし、前記直線部の長さの変化によって所望の入熱温度分布を形成する前記誘導加熱コイルを用いることを特徴とする。

また、この発明にかかる塗装乾燥方法は、被塗装物の周囲に誘導加熱コイルを移動させ、該塗装物に塗布された塗料を乾燥する塗装乾燥方法であって、前記誘導加熱コイルは、両端に設けた半円筒形の２つのコーナー部と該２つのコーナー部との間に設けた２つの直線部とを有したレーストラック型のコイルであり、前記誘導加熱コイルの移動方向と前記誘導加熱コイルの長手方向の軸との傾き角度を変化させ前記被塗装物に対して所望の入熱温度分布を形成させることを特徴とする。

この発明によれば、誘導加熱コイルは、両端に設けた半円筒形の２つのコーナー部と該２つのコーナー部との間に設けた２つの直線部とを有したレーストラック型のコイルであり、前記誘導加熱コイルの移動方向と前記誘導加熱コイルの長手方向の軸との傾き角度を変化させ前記被塗装物に対して所望の入熱温度分布を形成させるようにしている。この結果、誘導加熱コイルが形成する台形形状の上辺部分の入熱温度分布の変化を簡易に行うことができる。

図１は、この発明の実施の形態である塗装乾燥装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示した誘導加熱コイルの形状を示す平面図である。 図３は、傾き角度θを４５°一定にして直線部の長さを１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍとした場合の入熱温度分布を示す図である。 図４は、山谷温度差の傾き角度θ依存性を示す図である。 図５は、直線部の長さを変化させた場合における入熱温度分布を示す図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（全体構成）
図１は、この発明の実施の形態である塗装乾燥装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、塗装乾燥装置は、制御部１に、温度分布取得部２、先端に誘導加熱コイル３が結合されたロボットアームで実現される誘導加熱部４、記憶部５、表示部６、および操作部７が接続される。

温度分布取得部２は、搬入された被塗装物１０の温度分布情報を取得する。具体的に、温度分布取得部２は、３次元赤外線サーモグラフィであり、被塗装物１０の温度分布情報を取得する。この温度分布情報は、制御部１を介して記憶部５に温度分布情報Ｄ２として記憶される。この実施の形態では、温度分布取得部２は、天井１３に設置される。

誘導加熱コイル３は、後述するように、レーストラック型に巻回されたコイルである（図２参照）。誘導加熱コイル３は、制御部１による制御のもと、天井１３に取り付けられたロボットアームが駆動されて、位置および姿勢を変えることができる。なお、誘導加熱コイル３は、図示しない電源から供給される高周波電流によって磁界を発生する。被塗装物１０は金属であり、誘導加熱コイル３からの磁界を受けて渦電流を発生することによって加熱される。

記憶部５は、被塗装物１０の３次元形状情報Ｄ１を保持する。３次元形状情報Ｄ１は、例えば、３次元ＣＡＤデータである。記憶部５は、上述した温度分布情報Ｄ２のほかに、後述するように、予め設定される誘導加熱コイルの傾き角度を示すコイル姿勢設定情報Ｄ３と、誘導加熱コイル３の傾き角度と誘導加熱コイル３の移動方向に垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差との関係を保持するコイル姿勢ライブラリＤ４とを有する。

表示部６は、３次元形状情報Ｄ１、温度分布情報Ｄ２、コイル姿勢設定情報Ｄ３、コイル姿勢ライブラリＤ４、誘導加熱コイル３の３次元移動経路ＲＴなどの各種情報を表示出力する。なお、３次元形状情報Ｄ１、温度分布情報Ｄ２、誘導加熱コイル３の３次元移動経路ＲＴは、少なくとも制御部１の制御のもとに、各情報を重ね合せ出力することができる。

操作部７は、制御部１に対する制御指示を行う。操作部７は、キーボードやポインティングデバイスによって実現される。

床１１の上部には、被塗装物１０を搬送するコンベア１２が配置される。被塗装物１０は、たとえば自動車ボディであり、水性塗料が塗布された状態でコンベア１２によって所定位置まで搬入される。被塗装物１０が搬入されると、制御部１は、被塗装物１０に塗布された塗料を焼き付けるために、誘導加熱部４を駆動制御し、誘導加熱コイル３の位置および姿勢を制御しながら、被塗装物１０を誘導加熱する。

特に、制御部１は、コイル姿勢設定情報Ｄ３に基づき、誘導加熱コイル３の移動方向と誘導加熱コイル３の長手方向の軸との傾き角度を変化させ、被塗装物１０に対して所望の入熱温度分布を形成させる制御を行う。この所望の入熱温度分布は、誘導加熱コイル３の移動方向に対して垂直な方向の分布である。制御部１は、誘導加熱コイル３の移動中に傾き角度を変化させて入熱温度分布を変化させてもよいし、傾き角度を固定してもよい。

なお、誘導加熱コイル３は、基本的に、一定電流値の高周波電流を流す、若しくは一定電力値となるよう高周波電流・電圧・周波数が制御され、コイル形成面を被塗装物１０の表面に対して平行に維持し、被塗装物１０とのギャップを一定にしつつ、移動する。また、誘導加熱コイル３の３次元移動経路ＲＴは、熱容量の大きい領域から熱容量の小さい領域に向けた順序に設定される。例えば、図１に示した領域Ｅ１はロッカー部であり、コンベア１２に接触し、かつ厚いために熱容量が大きいので、優先して誘導加熱する。領域Ｅ２は、複雑形状を有して誘導加熱困難な部分が存在するため、領域Ｅ１の誘導加熱後に誘導加熱を行う。また、領域Ｅ３は、板厚が薄く熱容量が小さいため、誘導加熱順序の優先順位を最後にしている。このように、誘導加熱コイル３の移動経路を熱容量の大きい領域から小さい領域に向けて設定することによって、１回の誘導加熱が終わった時点における誘導加熱領域全体の温度差を小さくすることができる。

（誘導加熱コイルの形状）
図２は、誘導加熱コイル３の形状を示す平面図である。図２に示すように、誘導加熱コイル３は、レーストラック型のコイルである。誘導加熱コイル３は、長手方向の両端部に２つの半円筒形のコーナー部３１ａ，３１ｂを有し、２つのコーナー部３１ａ，３１ｂの間に設けられた２つの直線部３２ａ，３２ｂを有する。これらコーナー部３１ａ，３１ｂ及び直線部３２ａ，３２ｂに囲まれた内部空間は、両端の円中心Ｏ１，Ｏ２を有した半円内部空間３５ａ，３５ｂ、及び半円内部空間３５ａ，３５ｂ間に形成された直線内部空間３６によって形成される。そして、この誘導加熱コイル３は、中心Ｏを通る長手方向の軸ＡＸに対して対称である。ここで、この実施の形態による誘導加熱コイル３は、移動加熱時に、移動方向Ａに対して軸ＡＸを傾き角度θ分、傾斜させるようにしている。

（誘導加熱コイルの入熱温度分布）
ここで、図２に示した誘導加熱コイル３は、例えば、コーナー部３１ａ，３１ｂの外径Ｒ１を２８０ｍｍとし、半円内部空間３５ａ，３５ｂの内径Ｒ２を５０ｍｍとしている。内径Ｒ２を５０ｍｍとしたのは、コイル平面状の対向コイルからの磁界によって誘導起電力が互いに相殺しない最小内径とするためである。

図３は、傾き角度θを４５°一定にして直線部３２ａ，３２ｂの長さＷを１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍとした場合の入熱温度分布特性Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を示している。図３に示すように、移動方向Ａに垂直な方向での幅方向距離Ｂに対する台形形状の入熱温度分布特性Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の上辺部分は、長さＷを１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍとした場合、山谷温度差ΔＴが１℃となり、平坦な入熱温度分布が実現される。具体的には、入熱温度分布特性Ｌ１の場合、山谷温度差ΔＴは０．８℃であり、入熱温度分布特性Ｌ２の場合、山谷温度差ΔＴは０．６℃であり、入熱温度分布特性Ｌ３の場合、山谷温度差ΔＴは１．０℃である。したがって、図２に示した誘導加熱コイル３は、傾き角度θが４５°の場合、直線部３２ａ，３２ｂの長さＷを１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍのとき、平坦な入力温度分布を形成することができる。特に、長さＷを１２５ｍｍとしたときに、きわめて平坦な入力温度分布を形成することができる。なお、図３において、入熱温度分布特性Ｌ０は、従来のドーナツ型の誘導加熱コイル（Ｗ＝０ｍｍ）の場合を示してる。この場合、傾き角度θを持たせることはできず、山谷温度差ΔＴは、２℃程度と大きく、中央部分の入熱温度が低下している。

（誘導加熱コイルの傾き角度）
なお、誘導加熱コイル３の入熱温度分布は、傾き角度θに依存する。図４は、山谷温度差ΔＴの傾き角度θ依存性を示している。図４の特性曲線Ｌ２０に示すように、従来のドーナツ型の誘導加熱コイルでは、山谷温度差ΔＴの傾き角度θ依存性はないが、図２に示したレーストラック型の誘導加熱コイル３の特性曲線Ｌ２１では、傾き角度θが４５°のときに山谷温度差ΔＴが最小となっている。なお、図４では、傾き角度θが３５°〜６０°の範囲で山谷温度差ΔＴが１℃以下となっている。したがって、図２に示した誘導加熱コイル３では、傾き角度θを４５°とすることが好ましい。

すなわち、図２に示した誘導加熱コイル３では、傾き角度θを４５°とし、長さＷを１２５ｍｍとすることによって、山谷温度差ΔＴを１℃以内に収めることができる。この結果、誘導加熱コイル３が移動加熱した後の幅方向距離Ｂでの入熱温度分布は極めて平坦になり、被塗装物１０に対して均一な温度分布を容易に実現することができる。

ところで、誘導加熱コイル３は、傾き角度θが４５°のとき山谷温度差ΔＴを小さくすることができたが、種々の誘導加熱コイル３に対する山谷温度差ΔＴを最小化することができる条件を種々の誘導加熱コイル３について検討した。その結果、図２に示した距離ＬＡと、距離ＬＢ１と距離ＬＢ２との合計距離とがほぼ同一であるときに、山谷温度差ΔＴを最小化することができた。なお、距離ＬＡは、移動方向Ａに平行で内部空間の半円内部空間３５ａ，３５ｂに接する方向のコイル平面上の距離である。また、距離ＬＢ１と距離ＬＢ２との合計距離とは、移動方向Ａに平行で直線内部空間３６のみを通過する領域Ｅ内の方向のコイル平面上の距離の合算値である。すなわち、距離ＬＡと、距離ＬＢ１と距離ＬＢ２との合計距離とがほぼ同一であるときの傾き角度θとすることによって山谷温度差ΔＴを最小化することができる。なお、距離ＬＡと、距離ＬＢ１と距離ＬＢ２との合計距離との比をほぼ同一とする傾き角度θであってもよい。

ここで、コイル姿勢ライブラリＤ４は、誘導加熱コイル３の傾き角度θと、移動方向Ａに垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差ΔＴとの関係を保持する。そして、制御部１は、コイル姿勢ライブラリＤ４の関係をもとに、所望の入熱温度分布となるように傾き角度θを、移動加熱中に変化させ、あるいは移動加熱前の初期値としてコイル姿勢設定情報Ｄ３として保持させる。

（入熱温度分布の変化）
上述した実施の形態では、山谷温度差ΔＴが小さくなるような誘導加熱コイル３の形状、傾き角度θ、長さＷについて説明した。ここで、図２に示した誘導加熱コイル３の傾き角度θを４５°のまま、直線部３２ａ，３２ｂの長さＷを２５０ｍｍとさらに長くすると、図５に示した入熱温度分布特性Ｌ１０に示すように、上辺部分の中央部分における入熱温度が上昇し、上に凸の入熱温度分布を実現することができる。

すなわち、直線部３２ａ，３２ｂの長さＷを変化させることによって、上辺部分の中央部分における入熱温度分布を変化させることができる。具体的には、誘導加熱コイル３の傾き角度θを４５°のままとして、長さＷを０ｍｍとすると、上辺部分の中央部分が下に凸の入熱温度分布となり、さらに長さＷを１００ｍｍ〜１５０ｍｍとすると、上辺部分が平坦な入熱温度分布となり、さらに長さＷを２５０ｍｍとすると、上辺部分の中央部分が上に凸の入熱温度分布となる。

なお、上述した実施の形態では、１つの誘導加熱コイル３と１つの温度分布取得部２とを設けるようにしていたが、これに限らず、複数の誘導加熱コイル３を設けてもよいし、複数の温度分布取得部２を設けるようにしてもよい。この場合、各誘導加熱コイル３と各温度分布取得部２とを対とする構成にすることが好ましい。

１ 制御部
２ 温度分布取得部
３ 誘導加熱コイル
４ 誘導加熱部
５ 記憶部
６ 表示部
７ 操作部
１０ 被塗装物
１１ 床
１２ コンベア
１３ 天井
３１ａ，３１ｂ コーナー部
３２ａ，３２ｂ 直線部
３５ａ，３５ｂ 半円内部空間
３６ 直線内部空間
Ａ 移動方向
ＡＸ 軸
Ｂ 幅方向距離
Ｄ１ ３次元形状情報
Ｄ２ 温度分布情報
Ｄ３ コイル姿勢設定情報
Ｄ４ コイル姿勢ライブラリ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ１０ 入熱温度分布特性
Ｌ２０，Ｌ２１ 特性曲線
ＬＡ，ＬＢ１，ＬＢ２ 距離
Ｏ 中心
Ｏ１，Ｏ２ 円中心
Ｒ１ 外径
Ｒ２ 内径
ＲＴ ３次元移動経路
ΔＴ 山谷温度差
θ 傾き角度

Claims (2)

1. 被塗装物の周囲に誘導加熱コイルを移動させ、該被塗装物に塗布された塗料を乾燥する塗装乾燥装置であって、
   前記誘導加熱コイルは、両端に設けた半円筒形の２つのコーナー部と該２つのコーナー部との間に設けた２つの直線部とを有したレーストラック型のコイルであり、
   前記誘導加熱コイルの移動方向と前記誘導加熱コイルの長手方向の軸との傾き角度を変化させ前記被塗装物に対して所望の入熱温度分布を形成させる制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記誘導加熱コイルは、コイル平面上の対向コイルからの磁界によって誘導起電力が互いに相殺しない内径以上の内部空間を有し、
   前記制御部は、前記移動方向に平行で前記内部空間に接する方向のコイル平面上の距離と、前記移動方向に平行で前記内部空間の直線部分のみを通過する方向のコイル平面上の距離とが同一となるような前記傾き角度に制御し、前記移動方向に垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差を小さくすることを特徴とする塗装乾燥装置。
2. 被塗装物の周囲に誘導加熱コイルを移動させ、該被塗装物に塗布された塗料を乾燥する塗装乾燥方法であって、
   前記誘導加熱コイルは、両端に設けた半円筒形の２つのコーナー部と該２つのコーナー部との間に設けた２つの直線部とを有し、コイル平面上の対向コイルからの磁界によって誘導起電力が互いに相殺しない内径以上の内部空間を有したレーストラック型のコイルであり、
   前記誘導加熱コイルの移動方向に平行で前記内部空間に接する方向のコイル平面上の距離と、前記移動方向に平行で前記内部空間の直線部分のみを通過する方向のコイル平面上の距離とが同一となるように、前記移動方向と前記誘導加熱コイルの長手方向の軸との傾き角度を制御し、前記移動方向に垂直な方向に対して台形形状をなす入熱温度分布の上辺部分の山谷温度差を小さくすることを特徴とする塗装乾燥方法。

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