JP7141564B1

JP7141564B1 - 静電塗装装置

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Publication number: JP7141564B1
Application number: JP2022083981A
Authority: JP
Inventors: 達也中石; 昇吉石橋
Original assignee: Carlisle Fluid Technologies LLC
Current assignee: Carlisle Fluid Technologies LLC
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2042-05-23
Also published as: JP2023164226A

Abstract

【課題】近接塗装法に従う塗装を実行する際に、従来よりも高速化した線速を設定しても、スパーク発生リスクを低減できる静電塗装法を提供する。【解決手段】カスケードによって生成した高電圧によって静電塗装を実行する静電塗装機において、該静電塗装機の全静電容量Ｃ0とブリーダ抵抗器Ｒ1との積で定義される時定数τが、０．００５乃至０．０５０となるように全静電容量Ｃ0とブリーダ抵抗器Ｒ1との積が設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は静電塗装装置に関する。より詳しくは、本発明は、近接塗装法の運用に適した静電塗装装置に関する。従来一般的には塗装距離つまり静電塗装機と被塗物との間隔は約１５０mm～３００mmに設定される。静電塗装機を１５０mmよりも接近させて運用するのが近接塗装法である。被塗物と静電塗装機との間の距離つまり塗装距離を約１５０mm～３００mmに設定して運用する従来の塗装法を「遠位塗装法」と呼び、他方、１５０mmよりも短い塗装距離で運用する塗装法を「近接塗装法」と呼ぶ。本発明によれば、近接塗装法で問題となる着火性放電（以下、「スパーク」という。）が発生するリスクを低減できる。ここに、スパークとは、溶剤蒸気が着火する放電エネルギー（0.24mJ）以上の火花放電をいう。

静電塗装機は高電圧を用いて塗装を行う。静電塗装機は、印加される高電圧によって塗料を帯電させる。帯電した塗料は被塗物に静電吸着される。このため、静電塗装機は、高電圧発生器が生成した高電圧を塗装機の先端（例えば、回転霧化頭や外部電極）に印加するための高電圧印加経路を備えている。静電塗装機を含む塗装装置は、静電塗装機を制御するための高電圧コントローラを有している。運用時の安全性を確保するために、高電圧コントローラには、静電塗装機に印加する高電圧を制御する高電圧安全制御機能が組み込まれている。高電圧安全制御を実行するために、高電圧コントローラには、高電圧印加経路を流れる高電圧電流が常に入力される。

高電圧を発生する方法はコッククロフト・ウォルトン回路（多段式整流回路）、交流電圧整流式、静電式発電機、インパルス式などがある。コッククロフト・ウォルトン回路（多段式整流回路）は、多数のコンデンサに電荷を充電して高電圧を生成する回路である。コッククロフト・ウォルトン回路の高電圧発生器は小型化が進み、この高電圧発生器は「カスケード」と通称され、昨今の静電塗装機はカスケードを内蔵することが主流となっている。カスケードを内蔵した静電塗装機は「パックイン型静電塗装機」と呼ばれている。外部の高電圧発生器から高電圧ケーブル（ＨＶケーブル）を通じて高電圧の供給を受ける静電塗装機（「パックアウト型静電塗装機」と言われている。）との対比で、パックイン型静電塗装機はＨＶケーブルが不要であるという特徴がある。

塗装作業を実行している時つまり運用時のスパーク発生の問題に対して３つの解決手段が遠位塗装法において実用化されている。第１に過電流安全制御機能であり、第２に出力高電圧制御機能であり、第３に最小高電圧保護制御機能である。特許文献１は、これら３つの機能を開示している。

前記過電流安全制御機能は、絶対値感度（カレントリミット（ＣＬ）制御）に基づいて高電圧電流の異常検知する第１の機能と、微分値感度（スロープ感度（ＳＬＰ））に基づいて、ある一定時間の高電圧電流の異常増加を検知する第２の機能とを有し、異常を検知したときに、カスケードへの供給電力を遮断して高電圧発生器の出力停止動作を行う。

前記出力高電圧制御機能は、カレントバッファ制御において、高電圧電流が電流制限値（ＣＢ）に達したときに、高電圧発生器の出力を停止せずに、高電圧発生器が出力する高電圧の絶対値を降下させる。すなわち、出力高電圧制御機能は、高電圧電流が電流制限値以上にならないように、高電圧発生器の高電圧出力の絶対値を下げる。

前記最小高電圧保護制御機能は、上記出力高電圧制御機能の働きにより高電圧発生器の出力高電圧が低下して、その絶対値が、アンダーボルテージ制御において、高電圧下限感度(ＵＶ)以下となったときに、高電圧発生器の出力停止動作を行う。

特開平２－２９８３７４号公報

従来の遠位塗装法において、静電塗装機がワークに異常接近し、これに伴って高電圧電流が異常上昇したときに、これを検知すると直ちに前記過電流安全制御機能が働く。過電流安全制御機能の動作に基づいて、カスケードは、その出力が停止される。

塗着効率を高めるのに、静電塗装機をワークに接近させるのが良い。この観点から近接塗装法が検討されている（JP特開２０１７－１３００９号公報）。

塗装距離を短く設定するのが近接塗装法である。上述した遠位塗装法で実行されていたスパーク発生防止策をそのまま近位塗装法に適用した場合、塗装距離が近いことに伴ってスパーク発生防止策が追従できなくなる虞がある。その結果、近接塗装法の採用は、スパーク発生のリスク増大を招く。

近年は生産効率を高めるため塗装機の塗装速度（以下、「線速」という。)を高速化する傾向にある。静電塗装が自動車の塗装に採用されて久しい。自動車塗装において、従来の線速は３００mm/sec～５００mm/secであったが、これを５００mm/sec～１２００mm/secへと高速化する傾向にある。

塗装ロボットは、自動車塗装だけではなく、一般的な様々な製品の塗装（一般塗装）にも広く導入されている。一般塗装においても高効率化のために近接塗装法や線速の高速化が検討され始めている。

上述した遠位塗装法で実行されていたスパーク発生防止策を近接塗装法に適用するだけでなく、線速を高速化する場合、益々、スパーク発生防止策が追従できなくて、その結果、スパーク発生のリスクが、益々、増大するのは言うまでもない。

本発明は、近接塗装法に従う塗装を実行する際に、従来よりも高速化した線速を設定しても、スパーク発生リスクを低減できる静電塗装法を提供することにある。

本発明者は、塗装機残留電圧によるスパークを低減する為に高電圧安全機能が作動した後に静電塗装機の高電圧供給系統に残留する電荷を素早く安全なレベルまで減衰させることを目的に線速と静電塗装機の時定数τの関係に着目して本発明を案出したものである。本発明によれば、時定数τが０．００５乃至０．０５０となるように、静電塗装機の全静電容量Ｃ₀と、その残留電圧を減衰させるブリーダ抵抗器Ｒ₁と、の積を設定したことを特徴とする。

本発明の具体例において、最も好ましい時定数τは０．０１５乃至０.０３３である。

ここに時定数τは次の式１で定義される。
（式１） τ＝Ｃ_０×Ｒ_１
ここに、後に説明するように、Ｃ₀:は全静電容量であり、Ｒ_１はブリーダ抵抗器である。

一般論として、「時定数」とは、電気回路における緩和時間を意味し、平衡状態の６３．２％にするまでの時間で定義される。

本発明が適用された静電塗装機の全体構成図である。静電塗装機がスパークを発生させない理想的な高電圧制御を説明するための図である。静電塗装機の高電圧安全制御部の全体構成図である。従来の静電塗装機において、線速３００mm/secで被塗物に接近した時にスパーク発生を回避するために残留電圧の減衰を説明するための図である。従来の静電塗装機において、線速５００mm/secで被塗物に接近した時にスパーク発生を回避するために残留電圧の減衰を説明するための図である。従来の静電塗装機において、被塗物への接近が線速１２００mm/secでは、従来の方策でスパーク発生を回避することができないことを説明するための図である。線速と制動距離と制動時間との関係を説明するための一覧表である。線速１２００mm/secにおいて、本発明に従って時定数により静電塗装機を設計したときの効果を説明するための図である。各塗装距離における高電圧運転理想線上の高電圧値と被塗物電流との関係を説明するための図である。－６０kＶが印加されているときに、塗装距離と被塗物電流の関係を線速との関係で表した図である。－３０kＶが印加されているときに、塗装距離と被塗物電流の関係を線速との関係で表した図である。ＣＢ、ＣＬの設定値を変更する制御を実行するときのＣＢ、ＣＬの設定値の変更特性を説明するための図である。

図１は、本発明が適用される静電塗装機の全体構成図である。参照符号２は静電塗装機を示し、参照符号４は高電圧コントローラである。また、図１に示す参照符号は次の要素を示す。

Ｒ₁:ブリーダ抵抗器
Ｒ₂:直列抵抗器
Ｖ:塗装機先端の高電圧
Ｉ₁:全電流（高電圧発生器電流）
Ｉ₂:リーク電流
Ｉ₃:ブリーダ抵抗器電流（I₃＝Ｖ/Ｒ_１）
Ｉ₄:出力電流（Ｉ₄＝Ｉ₁-Ｉ₃）
Ｉ₅:被塗物電流（Ｉ₅＝Ｉ₁-Ｉ₂-Ｉ₃）
Ｃ₁:カスケード６の静電容量
Ｃ₂:カスケード６を除くカスケード６から静電塗装機２の先端までの静電容量
Ｃ₀:全静電容量
Ｄe:放電エネルギー
Ｌ:塗装距離（塗装機と被塗物との間の離間距離）
Ｗ:被塗物

図１に図示の静電塗装機２は回転霧化頭２aを備えた回転霧化型塗装機であるが、本発明は、回転霧化型塗装機に限定されずエア霧化型静電塗装機、液圧霧化型静電塗装機にも適用可能である。

図１を参照して、高電圧を発生するカスケード６を含む静電塗装機２の全体が保有するエネルギーによってスパークが発生した場合の放電エネルギーＤeは次の式２で表すことができる。

（式２）Ｄe＝（１／２）×Ｃ_０×Ｖ^２

ここに、静電塗装機２の全体の静電容量つまり全静電容量Ｃ_０は、次の式３で定義することができる。

（式３）Ｃ_０＝Ｃ₁＋Ｃ_２

コッククロフト・ウォルトン回路（多段式整流回路）で構成されるカスケード６は、周知のように、内部トランス側から交流高電圧をコンデンサに充電し、ダイオードで整流しつつ積み重ねて負極直流高電圧を発生させる。ここに、昇圧された負極高電圧はダイオードによって内部トランス側に戻ることが阻止される。カスケード内部の出力端から高電圧電流が流れる先は被塗物Ｗとブリーダ抵抗器Ｒ₁である。よって、カスケード６のコンデンサの充電容量つまり残留電圧を実質的に除去するのは、ブリーダ抵抗器Ｒ₁だけである。この考察に基づけば、残留電圧を放電するのに要する時間つまり時定数τは、上記式１（τ＝Ｃ_０×Ｒ_１）によって定義することができる。

図１を参照して前述した静電塗装機２において、図２は、実験結果に基づくスパーク発生域SParを図示している。破線ＳＬは、塗装を実行している最中にスパークを発生させないための高電圧安全目安となる安全ラインを示す。安全ラインＳＬは、塗装距離Ｌを１０mm単位で説明すると、静電塗装機２が被塗物Ｗに１０mm接近するときに、高電圧Ｖの絶対値を約６kＶ低下させることでスパークの発生を防止できることを示している。

安全ラインＳＬを念頭に置いて、図２は、－６０ｋＶの高電圧を印加した静電塗装機２が従来の塗装距離L＝２００mmの遠位塗装法から被塗物に接近し、近接塗装法を実施する場合において実線２００は理想的な安全高電圧制御を表している。塗装距離Ｌ＝１００mmから更に被塗物に接近する場合は安全ラインＳＬに沿って高電圧を制御する。静電塗装機２が被塗物Ｗに１０mm接近するときに、高電圧Ｖの絶対値を約６kＶ低下させる制御を実行すればスパークの発生を防止できる。

さて、塗装ロボットによる塗装の運用において、自動車ボディのような大きな被塗物は台車に載置された状態で塗装が実行される。台車に乗せられて被塗物は塗装工程中、台車との関係で位置変位が小さい。このことから、塗装ロボットによる塗装機の制御によって、被塗物に対する塗装機の相対的な位置が所望の設定通りに保たれながら塗装を実行することができる。

ドアミラーのカバーのような比較的小さな被塗物は複数個をハンガーに掛けてオーバーヘッド・トロリー式コンベアに吊り下げられる。すなわち、コンベアは天井に配置され、被塗物を吊り下げたハンガーはコンベアによって搬送される。そして、塗装ロボットを使って静電塗装が行われる。作業者によって、ハンガーに被塗物が組み付けられ、そして、ハンガーがコンベアに吊り下げられる。被塗物を正確にハンガーに設置するのは容易ではない。また、コンベアに吊り下げられたハンガーは、搬送中、揺れる。このことから、被塗物に対する塗装機の相対的な位置は一律ではない。このような環境の下で近接塗装法を採用するには、高度な安全性を確保しつつ、近接塗装法の適正な運用つまりスパーク発生のリスクを低減する方法の開発が必要となる。

高電圧コントローラ４はメモリＭ（図１）を有し、高電圧コントローラ４には、図３に示すように、過電流安全制御機能、出力高電圧制御機能、最小高電圧保護制御機能を実行する回路が組み込まれている。

高電圧安全制御部３０は、現在の高電圧の出力電流Ｉ₄を常時監視する高電圧電流値監視部３１０と、現在の高電圧Ｖを常時監視する高電圧監視部３１２（Ａ）、（Ｂ）とを有している。高電圧電流値監視部３１０には、コッククロフト・ウォルトン回路による脈動成分ΔＶの影響を受けない高電圧電流が取り込まれる。

高電圧電流値監視部３１０から高電圧の出力電流Ｉ₄の現在の値が出力高電圧制御部３０２及び過電流安全制御部３０４に供給される。出力高電圧制御部３０２は、従来と同様に、上昇する高電圧の出力電流Ｉ₄が電流制限値ＣＢに達すると、カスケード６の出力高電圧Ｖの値を小さくする出力高電圧制御信号を生成する。この出力高電圧制御信号に基づいてカスケード６の出力が制御される（出力高電圧制御機能（ＣＢ）の実行）。

過電流安全制御部３０４は、従来と同様に、高電圧の出力電流Ｉ₄が異常に上昇して絶対値感度ＣＬよりも高い値になったら出力停止信号を生成する。この出力停止信号に基づいてカスケード６の出力が停止される（過電流安全制御機能（ＣＬ）の実行）。

図３において、電流制限値設定（ＣＢ）である参照符号３２０はＣＢ設定変更部を示し、絶対値設定（ＣＬ）である参照符号３２２はＣＬ設定変更部を示す。ＣＢ設定変更部３２０及びＣＬ設定変更部３２２は必ずしも必須な構成要素ではないが、確実なスパーク発生の防止のために、ＣＢ設定変更部３２０及びＣＬ設定変更部３２２を設けるのが好ましい。高電圧監視部３１２（Ａ）、３１２（Ｂ）から高電圧Ｖの現在値が入力される。ＣＢ設定変更部３２０には、メモリＭから読み込んだ電流制限値ＣＢの登録値が入力され、ＣＢ設定変更部３２０において、高電圧Ｖの現在値に基づいて該現在値に対応する電流制限値ＣＢとなるように電流制限値ＣＢの設定値が変更される。ＣＬ設定変更部３２２には、メモリＭから読み込んだ絶対値感度ＣＬの登録値が入力され、ＣＬ設定変更部３２２において、高電圧Ｖの現在値に基づいて該現在値に対応する絶対値感度ＣＬとなるように絶対値感度ＣＬの設定値が変更される。

出力高電圧制御部３０２は、ＣＢ設定変更部３２０から受け取った電流制限値ＣＢの設定値に基づいて出力高電圧制御（ＣＢ）が実行される。過電流安全制御部３０４は、ＣＬ設定変更部３２２から受け取った絶対値感度ＣＬの設定値に基づいて過電流安全制御（ＣＬ）が実行される。

出力高電圧制御部３０２が生成した高電圧Ｖの値は、現在の高電圧の値であるとして、高電圧監視部３１４を通じて最小高電圧保護制御部３０６に供給される。最小高電圧保護制御部３０６には、メモリＭから読み込んだ高電圧下限感度ＵＶの登録値が入力され、最小高電圧保護制御部３０６は高電圧下限感度ＵＶの設定値に基づいて最小高電圧保護制御を実行する。すなわち、カスケード６の高電圧の絶対値が高電圧下限感度ＵＶ以下となったときに、カスケード６の出力が停止される。

図示を省いた塗装ロボットを動作させて静電塗装を実行している最中に、静電塗装機２が被塗物Ｗに異常接近し、これに伴って高電圧の出力電流Ｉ₄〔出力電流(Ｉ₄＝Ｉ₁-Ｉ₃）〕が異常上昇したときに、これを検知すると直ちに過電流安全制御機能が働く。過電流安全制御機能（以下, ＣＬ制御及びＳＬＰ制御という。）の動作に基づいて、カスケード６は、その出力が停止される。また、出力高電圧制御機能（ＣＢ制御）による出力高電圧制御についても、静電塗装機先端の高電圧Ｖを線速に対応して、その絶対値を急速に低下させる必要がある。

ＳＬＰ制御は広く周知であり、高電圧電流値を一定時間の間隔で読込み（サンプリング時間）、その値にメモリＭから読み込んだ微分感度ＳＬＰの登録値を加算し閾値としている。前述と同様に高電圧の出力電流Ｉ₄が異常上昇したときに安全制御機能として働く。尚、安全制御機能を二重、三重に準備することは静電塗装を安全に運用するために必要である。因みに近接塗装の高線速化における最適なサンプリング時間は１０～１００msecである。

近接塗装法では、異常接近によりカスケード６の出力を停止したとき、又は、ＣＢ制御による高電圧の絶対値を低下させるとき、遠位塗装法とは違った新たな課題が発生する。この新たな課題は、静電塗装機に残留する電荷である。この問題について次に説明する。

ＣＬ制御及びＳＬＰ制御は高電圧電流の異常上昇の検知に基づく緊急停止信号を受けて動作し、高電圧コントローラ４がカスケード６に電力を供給するのを遮断した後、静電塗装機２には電荷が残留する。ここで、カスケード６を含む高電圧印加経路（例えば回転霧化頭２aなどの高電圧電極やエアモータなど）の全静電容量Ｃ_０の大小によって残留する電荷量が異なる。全静電容量Ｃ_０が大きければ、残留する電荷量が多くなり、これに伴う残留電圧が減衰するのに時間を必要とする。

次に、塗装ロボットは、緊急停止信号の生成から塗装ロボットの動作が完全に停止するまで時間が必要である。この時間は「制動時間」と呼ばれている。また、緊急停止信号の生成から塗装ロボットの慣性による動作が完全に停止するまで、塗装ロボットの動作が継続する。この継続した慣性動作による塗装機の移動量を「制動距離」と呼ぶ。

近接塗装法は、被塗物に塗装機を接近した状態で塗装を実行する。このことから、異常を検知して緊急停止信号が生成され、この緊急停止信号に基づいて、塗装ロボットの動作を停止させる制御が実行されても、塗装ロボットの動作は直ぐに止まらず、上述した制動時間、制動距離の問題が常に発生する。すなわち、制動時間の間、塗装ロボットが移動し、これに伴って塗装機が移動する。近接塗装において、制動距離によって、塗装ロボットの一部を構成する静電塗装機２がスパーク発生域SParに侵入してしまう可能性がある。そして、残留電圧によってスパークが発生するリスクがある。

ＣＢ制御は、高電圧電流が電流制限値（ＣＢ）に達したときに、高電圧発生器の出力を停止せずに、高電圧発生器が出力する高電圧の絶対値を降下させる。このとき高電圧コントローラ４が高電圧の絶対値を降下させる制御を実行しても、静電塗装機２の残留電圧を減衰できる時間よりも早く高電圧を降下させることは出来ない。

図４は従来の静電塗装機に関する図であり、図２の安全ラインＳＬすなわち高電圧安全理想線２００に対応する残留電圧の減衰を示す図である。従来の静電塗装機の時定数τを計算により求めたところ、τ=０．１３２であった。図４は、線速３００mm/secで被塗物に向かって接近する最悪の状況を想定したときの図である。図４の２点鎖線１００は、塗装距離Ｌ＝１００mm、静電塗装機の先端電圧Ｖ＝-６０kＶを起点にして、カスケード６の出力高電圧が停止、又は、ＣＢ制御の降下制御量が最大限のとき、塗装機先端の高電圧Ｖが０．１３２ｓｅｃ毎に６３．２％へ降下する残留電圧の降下曲線である。

図４の２点鎖線１００を参照して、線速３００mm/secの場合で１００mmを０．３３secで移動するのでスパーク発生域SParに侵入する塗装距離Ｌ＝１３mmであるから、３００mm/secの制動距離である２２mmから逆算して、スパーク発生域SParの手前となる塗装距離Ｌ＝３５mmまでに緊急停止信号を送信すればスパーク発生を回避できる。また、破線１００は高電圧運転理想線（実線）に近似しているので、出力高電圧制御機能を使ってＣＢ制御も可能である。

図５は、線速５００mm/secで被塗物に向かって接近することを想定したときの図である。図５において、２点鎖線１０２を参照して、線速５００mm/secの場合、１００mmを０．２０secで移動するのでスパーク発生域SParに侵入する塗装距離Ｌ＝２３mmであるから、５００mm/secの制動距離である５０mmから逆算して、スパーク発生域SParの手前となる塗装距離Ｌ＝７３mmまでに緊急停止信号を送信すればスパーク発生を回避できる。

図６は、線速１２００mm/secで運用したときの図である。図６において、２点鎖線１０４を参照して、線速１２００mm/secの場合、１００mmを０．０８３secで移動するのでスパーク発生域SParに侵入する塗装距離Ｌ＝４４mmであるから、１２００mm/secの制動距離である２８０mmから逆算して、スパーク発生域SParの手前となる塗装距離Ｌ＝３２４ｍｍまでに緊急停止信号の送信が必要である。このことは近接塗装法そのものが成立できないことを意味している。仮に、出力高電圧制御機能を使ってＣＢ制御を行っても高電圧運転理想線２００すなわち高電圧安全理想線に近似していないのでＣＢ制御も不可能である。

すなわち、高電圧コントローラ４が、高電圧運転理想線２００を目指して制御したとしても、静電塗装機２の全体の残留電圧Ｖが高電圧運転理想線２００よりも遙かに高く、ＣＢ制御では高電圧運転理想線２００を追従できない。

図７は、一般的な塗装ロボットの線速と制動距離及び制動時間との関係（実測値）を示す。

近接塗装法において線速１２００mm/secを実現するには、高速で残留電圧を減衰させる必要がある。これを実現できる具体例を図８に示す。図８を参照して、線速１２００mm/secにおいて、高電圧運転理想線未満となる時定数τ＝０．００５の降下曲線を図８の１点鎖線１１０ａと２点鎖線１１０ｂで示す。ここに、塗装距離Ｌ＝１００ｍｍで－６０kＶから最速で減衰させようとしたときを１１０ａで示し、塗装距離L＝１００ｍｍから５０ｍｍまでの塗装機先端の高電圧Ｖは高電圧運転理想線２００より下回るので、高電圧運転理想線２００通りのＣＢ制御で運転して塗装距離L＝５０ｍｍで－３０kＶまで降下した点でＵＶ検知し出力高電圧を停止する。その塗装距離L＝５０ｍｍの－３０kＶからの減衰を１１０ｂで示している。前述と同様に線速１２００mm/secで被塗物Ｗに向かって接近しても残留電圧は安全電圧以下に降下するのでSParに侵入しないことが分かる。尚、安全電圧とは放電エネルギー（式２）からＤeが着火エネルギー（０．２４ｍＪ）に達しない電圧を意味する。そして、安全電圧は静電塗装機先端の高電圧Ｖと全静電容量Ｃ_０との積で決まる。具体的には、安全電圧の目安として－３．５kＶを例示している。

尚、時定数τ＝０．００５より小さくしたときにブリーダ抵抗器Ｒ_１の電力特性やコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧特性からカスケード６のサイズが大型化して静電塗装機２にカスケード６を内装できない場合には、カスケード６を外部に配置しても良い。変形例として、ブリーダ抵抗器Ｒ_１の機能と同等の機能となる特開平８－１８７４５３で知られている半導電膜や抵抗器を静電塗装機２の高電圧体とアース点の間の外周や内部に付設してもよい。

時定数τ＝０．０５０としたときの全静電容量Ｃ_０とブリーダ抵抗器Ｒ_１の実施例はＣ_０＝３３ｐＦ、Ｒ_１＝１５００ＭΩである。時定数τ＝０．００５の場合、全静電容量Ｃ_０とブリーダ抵抗器Ｒ_１の一例はＣ_０＝１０ｐＦ、Ｒ_１＝５００ＭΩである。ここに、具体例での最適な範囲の時定数τは０．０１５乃至０.０３３である。

前述したように、塗装距離Ｌが１５０mm以下の近接塗装法に於いては最低でも１０mm単位での制御が必要であり、線速１２００mm/secの場合に１０mmの移動時間は８．３msecであるから、図１の高電圧コントローラ４はそれ以上の速度で、カスケード６からフィードバックされる出力高電圧や高電圧電流などを０．１～２msecのサンプリング時間で読込み、そして高電圧運転理想線２００を狙った高電圧運転を行うため高速で処理する必要がある。

上述した塗装距離Ｌと高電圧の関係に次の関係を追記したのが図９である。すなわち、図９において、各塗装距離Ｌ＝１００ｍｍ以下に於ける高電圧運転理想線２００上の高電圧値Ｖでの被塗物電流Ｉ_５が追記されている。マーク△は板状の被塗物Ｗの電流値、マーク○は球状の被塗物Ｗの電流値を記述している。つまり、高電圧電流が流れ難い球状の被塗物Ｗを基準にして現在の高電圧に応じた被塗物電流Ｉ_５に対してＣＢ制御を行うことで高い安全性が維持できる。また、近接塗装の安全性で重要な塗装距離Ｌ＝５０mm付近の約－３０kＶから被塗物形状の違いによる被塗物電流の差異は小さくなる。つまり、－３０kＶ付近以下では出力高電圧値と高圧電流値関係のみで塗装距離Ｌとして読み取ることが可能となる。同時に塗装距離Ｌ＝５０mmまではエッジ形状の被塗物への過剰な高電圧電流を抑えて運転することができる。

図１０は塗装機先端の高電圧Ｖが－６０kＶ印加時、そして、図１１は－３０kＶ印加時の塗装距離Ｌと被塗物電流Ｉ_５の関係で線速が３００mm/sec（マーク：×）、６００mm/sec（マーク：△）、９００mm/sec（マーク：◇）、１２００mm/sec（マーク：□）の違いを示している。実線は平均値、マーク（○）は各塗装距離Ｌでの標準偏差を現わしている。これは線速が異なっても標準偏差は５未満であり、塗装距離Ｌと被塗物電流Ｉ_５の関係は不変であることを示している。ここでも静電塗装機先端の高電圧Ｖと被塗物電流Ｉ_５の関係で塗装距離Ｌとして読み取るできることを裏付けている。

塗装ロボット手首部の可搬質量や制動距離を考慮すると、最も先端に位置する静電塗装機は軽量が良い。内蔵するカスケード６の容積は１８０ｃｍ³程度（φ３６mmx１８０mm）が限界となる。ここで、ブリーダ抵抗器Ｒ_１の定格電力と容積に着目する。例えば１００ＭΩに６０kＶ印加すると常時６００μAがブリーダ抵抗器へ流れ、このときの消費電力は３６Ｗであるため、発熱を小さくするため高電力用の大型の抵抗器が必要となり、ブリーダ抵抗器Ｒ_１の容積は７８０ｃｍ³程度（φ４６mmx４７０mm）であり、塗装機内にカスケードを内蔵するパックイン化は非常に困難である。ブリーダ抵抗器Ｒ_１を５００ＭΩとすると消費電力は７．２Ｗと低くなる。よって、一般的な抵抗器を用いることができる。その容積は９ｃｍ³程度（φ８．５mmx１６２mm）である。これであれば、パックイン化が可能である。

塗装距離Ｌ＝１００mm以下の超近接塗装法の場合は塗装距離Ｌに応じて出力高電圧Ｖを正確且つ高速に急降下させる高度な安全性を確保するため、JP特許第4678858号に開示の高電圧のリークを検知する機構を用いて、カスケード６で発生した全電流Ｉ_１からカスケード６内部のブリーダ抵抗器電流Ｉ_３とリーク電流Ｉ_２を除算した被塗物電流Ｉ_５に対し、現在の塗装機先端の高電圧Ｖに応じてＣＢ制御値を可変する制御を行うのが好ましい。

図１２は、前述した電流制限値（ＣＢ）の設定値を変更する機能を有するＣＢ設定変更部３２０及び絶対値感度（ＣＬ）の設定値を変更する機能を有するＣＬ設定変更部３２２（図３）に関連してＣＢ設定値の変更を説明するための図である。図１２を参照して、近接塗装法の運用において高電圧の変化域（出力高電圧制御（ＣＢ）による電圧降下）は、この実施例では、高電圧Ｖの絶対値が６０kＶ乃至それ以下である。この高電圧Ｖの変化域よりも上の領域を「相対的高電圧域Ｈar」と呼ぶ。相対的高電圧域Ｈarは、２００mm以上の塗装距離Ｌに相当する。他方、相対的高電圧域Ｈarよりも高電圧Ｖの絶対値が低い領域を「相対的低電圧域Ｌar」と呼ぶ。相対的低電圧域Ｌarは、塗装距離Ｌが２０mm～２００mmに相当する。また、最小高電圧保護域（ＭＶａｒ）はＵＶで遮断された領域を示す。

相対的高電圧域Ｈarでは、高電圧Ｖに対して電流制限値（ＣＢ）が一定値である（ＣＢが約５０μＡ）。他方、相対的低電圧域Ｌarでは、電流制限値（ＣＢ）の設定値が変更される。具体的に説明すると、相対的低電圧域Ｌarにおいて、高電圧Ｖの絶対値が大きいときと小さいときとを対比したときに、高電圧Ｖの絶対値が小さいときの方が電流制限値（ＣＢ）の設定値が小さな値に変更される。好ましくは、相対的低電圧域Ｌarにおいて、電流制限値（ＣＢ）の設定値は、高電圧Ｖの絶対値が低くなるに従って小さな値に設定変更される（約３０μＡ以上約５０μＡ以下）。更に好ましくは、相対的低電圧域Ｌarにおいて、電流制限値（ＣＢ）の設定値は、図１２から分かるように、高電圧Ｖの絶対値が低くなるに従って徐々に小さな値に設定変更される。この電流制限値（ＣＢ）の設定変更はＣＢ設定変更部３２０（図３）で行われる。好ましくは、高電圧Ｖの各値と、これに対応する電流制限値（ＣＢ）の設定値とをメモリＭに登録させておくのがよい。

運用の中、ＣＢ設定変更部３２０は、高電圧Ｖの現在値に対応する電流制限値（ＣＢ）の登録値をメモリＭから読み込んで、この読み込んだ電流制限値（ＣＢ）の登録値に基づく電流制限値（ＣＢ）の設定値を出力高電圧制限制御部３０２（図３）に供給する。出力高電圧制限制御部３０２で行われる出力高電圧制御はＣＢ設定変更部３２０から受け取った電流制限値（ＣＢ）の設定値に基づいて実行される。

電流制限値（ＣＢ）の設定値を変更することにより、塗装機先端の高電圧Ｖの絶対値が降下するのに敏感に反応して電流制限値（ＣＢ）の設定値が変化する。そして、この変化する電流制限値（ＣＢ）に基づいて、先端の高電圧Ｖの絶対値が下がる（出力高電圧制御機能）。これにより、塗装機２の先端の高電圧Ｖが急激に降下する。また、高電圧の全電流Ｉ_１も急激に小さな値になる。

時定数τが０．００５乃至０．０５０となるように静電塗装機２の全静電容量Ｃ₀とブリーダ抵抗器Ｒ₁の積を設定すると共に、上述した電流制限値（ＣＢ）の設定値を変更する制御を加えることにより、スパーク発生のリスク低減を確実なものにすることができる。

ＣＬ設定変更部３２２も同様であり、絶対値感度（ＣＬ）の設定値は、図１２から分かるように、好ましくは塗装機先端の高電圧Ｖの絶対値が低くなるに従って小さな値に設定変更される。

相対的低電圧域Ｌarにおいて、高電圧Ｖの絶対値が大きいときと小さいときとを対比したときに、高電圧Ｖの絶対値が小さいときの方が絶対値感度（ＣＬ）の設定値が小さな値に設定される。好ましくは、相対的低電圧域Ｌarにおいて、高電圧Ｖの絶対値が低くなるに従って絶対値感度（ＣＬ）の設定値が小さな値に変更される。更に好ましくは、図１２から分かるように、相対的低電圧域Ｌarにおいて、高電圧Ｖの絶対値が低くなるに従って絶対値感度（ＣＬ）の設定値が徐々に小さな値に変更される。そして、同じ高電圧で対比したときに、絶対値感度（ＣＬ）は電流制限値（ＣＢ）よりも大きな値に設定される（ＣＢ＜ＣＬ）。好ましくは、高電圧Ｖの絶対値が低くなる程、絶対値感度（ＣＬ）と電流制限値（ＣＢ）との差が大きくなるように設定するのが良い。

例えば故障や事故でスパークが発生するような状況になったときに、つまり、出力高電圧制御(ＣＢ)による追従が間に合わないときに、高電圧Ｖの絶対値の降下に伴って小さな値に設定される絶対値感度（ＣＬ）に基づいて過電流安全制御が実行され、カスケード６の出力が遮断される。この過電流安全制御によって、安全性確保をバックアップすることができる。

２静電塗装機
４高電圧コントローラ
６カスケード
Ｒ₁ ブリーダ抵抗器
Ｗ被塗物
Ｌ塗装距離（塗装機と被塗物との間の離間距離）
Ｃ_０静電塗装機全体の静電容量（全静電容量）
Ｉ₁ 全電流
３０高電圧安全制御部
３２０ＣＢ設定変更部

Claims

カスケードによって生成した高電圧によって静電塗装を実行する静電塗装機において、
該静電塗装機の全静電容量Ｃ₀とブリーダ抵抗器Ｒ₁との積で定義される時定数τが、０．００５乃至０．０５０となるように全静電容量Ｃ₀とブリーダ抵抗器Ｒ₁との積が設定されていることを特徴とする静電塗装機。
請求項１に記載の静電塗装機において、
前記時定数τが、０．０１５乃至０．０３３となるように全静電容量Ｃ₀とブリーダ抵抗器Ｒ₁との積が設定されていることを特徴とする静電塗装機。
請求項１に記載の静電塗装機において、
静電塗装機に印加する前記高電圧を制御する高電圧安全制御部を有し、
該出力高電圧制御部は、高電圧電流が電流制限値に達したときに、前記高電圧発生器の出力を停止せずに、前記高電圧発生器が出力する前記高電圧の絶対値を降下させる制御を実行することを特徴とする静電塗装機。
請求項３に記載の静電塗装機において、
前記高電圧安全制御部は、前記高電圧の現在値に基づいて前記電流制限値の設定値を変更するＣＢ設定変更部を更に含み、
該ＣＢ設定変更部において、前記高電圧の絶対値が所定のしきい値よりも低い相対的低電圧域では、前記高電圧の絶対値が大きいときと小さいときとを対比したときに、前記高電圧の絶対値が小さいときの方が、前記電流制限値が小さな値に設定されることを特徴とする静電塗装機。
請求項２に記載の静電塗装機において、
静電塗装機に印加する前記高電圧を制御する高電圧安全制御部を有し、
該出力高電圧制御部は、高電圧電流が電流制限値に達したときに、前記高電圧発生器の出力を停止せずに、前記高電圧発生器が出力する前記高電圧の絶対値を降下させる制御を実行することを特徴とする静電塗装機。
請求項５に記載の静電塗装機において、
前記高電圧安全制御部は、前記高電圧の現在値に基づいて前記電流制限値の設定値を変更するＣＢ設定変更部を更に含み、
該ＣＢ設定変更部において、前記高電圧の絶対値が所定のしきい値よりも低い相対的低電圧域では、前記高電圧の絶対値が大きいときと小さいときとを対比したときに、前記高電圧の絶対値が小さいときの方が、前記電流制限値が小さな値に設定されることを特徴とする静電塗装機。
請求項１の静電塗装機において、
該静電塗装機が、前記カスケードを内蔵していることを特徴とする静電塗装機。
請求項１の静電塗装機において、
該静電塗装機が、回転霧化頭を備えた回転霧化型静電塗装機であることを特徴とする静電塗装機。