JP7208437B1

JP7208437B1 - 静電塗装設備

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Publication number: JP7208437B1
Application number: JP2022152338A
Authority: JP
Inventors: 幸雄山田
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2042-09-26
Also published as: EP4344790A1; US20240100548A1; CN117753578A; JP2024046949A

Abstract

【課題】被塗装物等の位置ずれと被塗装物の接地状態を容易に検査できるようにし、被塗装物と静電塗装機との距離を正しい値に保持することで塗装品質を向上する。【解決手段】静電塗装設備１は、高電圧発生器６Ｂから出力された高電圧の値と、塗装位置に配置されたバンパ３の複数箇所の計測点（フラット面Ｆ、左右のコーナ面Ｃ、開口有り面Ｓ）に対して所定の離隔距離だけ離れた計測位置に塗料を噴霧していない静電塗装機６を対向せしめ、一定の電流値をもってバンパ３との間に電気力線を形成したときの電圧値と、の差からバンパ３の異常を検出する異常検出部９を備えている。【選択図】図４

Description

本開示は、例えば、塗料に高電圧を印加して自動車のボディ、バンパ等の被塗装物を塗装するのに用いて好適な静電塗装設備に関する。

一般に、自動車のボディ、バンパ等の被塗装物を塗装する静電塗装設備は、被塗装物を塗装位置に支持する支持手段と、被塗装物を接地させるために被塗装物に接続された接地手段と、接地手段によって接地された被塗装物との間に電気力線を形成すると共に塗料に印加するための高電圧を出力する高電圧発生器を有し、高電圧に帯電した塗料を前記電気力線に沿って飛行させて前記塗装位置に配置された被塗装物を塗装する静電塗装機と、を備えている。

被塗装物を塗装する静電塗装設備では、駆動されているコンベアの上に架台や治具が置かれ、その架台や治具に被塗装物が置かれて塗装に必要な場所まで搬送される。被塗装物は、接地手段によって接地された状態でコンベアに置かれた架台によって塗装位置に支持され、この塗装位置で静電塗装機によって塗装が施される（特許文献１）。

ここで、被塗装物の塗装面に高品質な塗装を施すためには、静電塗装機を被塗装物の塗装面に対して正しい離隔距離に配置する必要がある。しかし、コンベアに対する架台の設置位置がずれていたり、架台に対する被塗装物の取付位置がずれていたり、コンベアに対する塗装用ロボットまたは静電塗装機の位置がずれていたりする虞がある。この場合には、正しい離隔距離を得ることができなかったり、塗料が噴霧される方向に正しく被塗装物を配置できなかったりするから、塗装品質が低下してしまう。

これに対し、昨今の静電塗装設備では、コンベアに対する被塗装物の位置ずれや塗装用ロボット等の位置ずれを監視し、塗装作業前に位置ずれを検知して塗装不良を防止することが行われている。この位置ずれの監視には、カメラによる画像処理、光電管による位置測定等を用いることが考えられる。

また、静電塗装を行う場合には、静電塗装機との間に電気力線を形成するために、被塗装物を接地させる必要がある。一方で、架台や治具（ハンガー等）に付着した塗料が乾燥して堆積すると、被塗装物の接地が不十分になる場合があり、この場合には、塗装面との間に適切な電気力線が形成されず、塗装品質や塗装効率の低下を招いてしまう。

加えて、ドアやボンネットなど自動車本体と同時に塗装される部品は開閉できるよう工夫された治具を介して自動車本体に仮取付けされている。この治具による取付構造は、作業の容易化のため、クリップ等のばね力と摩擦力で支持する構造が一般的である。しかし繰り返し利用する治具には、被塗装物から外れた塗料が塗装カスとなって付着するため、治具の接地確保、形状維持のための塗膜剥がしのメンテナンスが必要となる。このメンテナンス時には、治具の変形やカス残留による接触通電不良、もしくは取付位置のずれが発生する虞がある。

さらに、被塗装物には、自動車のバンパ等のように絶縁性の樹脂材料からなる部品（樹脂製部品）がある。この樹脂製部品に静電塗装を施すためには、樹脂製部品の表面に導電性プライマ等を塗装して導電膜を形成し、接地されたコンベアと導電膜とを架台や治具を介して接続している。これにより、樹脂製部品を接地させることができる。しかし、コンベアの接地が不十分であったり、コンベアと導電膜との接触が不十分であったりすると、塗装面との間に適切な電気力線が形成されず、塗装品質が低下する虞がある。

これに対し、特許文献１では、被塗装物の接地状態を検査する場合に、被塗装物に対して塗料を噴霧していない状態で、電圧印加装置から高電圧が印加された塗装ガンを被塗装物に対して間隔を隔てて配置すると共に、電流測定装置により塗装ガンを流れる電流を測定している。これにより、特許文献１は、電流測定装置により測定された電流に基づいて、被塗装物の接地状態を検査している。

特許第５７５３１４６号公報

ところで、被塗装物、塗装用ロボット等の位置ずれを監視するために用いられているカメラによる画像処理、光電管による位置測定等に用いる機器は、防爆構造が必要で、高価な上に、維持費も嵩んでしまうという問題がある。

また、被塗装物の接地状態の検査は、被塗装物に対して塗装ガンを近接させる動作を伴う。このために、被塗装物、塗装用ロボット等に位置ずれが生じていると、被塗装物に対して塗装ガンが異常に接近することが考えられ、対地へのインピーダンスが想定より小さくなる。この場合には、電流が一気に流れる電子なだれを誘発させる虞があり、正確な検査ができなくなるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被塗装物等の位置ずれを安易に検出できると共に、被塗装物の接地状態を検査できるようにして、塗装品質を向上できるようにした静電塗装設備を提供することにある。

本発明の一実施形態は、被塗装物を塗装位置に支持する支持手段と、前記被塗装物を接地させるために前記被塗装物に接続された接地手段と、前記接地手段によって接地された前記被塗装物との間に電気力線を形成すると共に塗料に印加するための高電圧を出力する高電圧発生器を有し、高電圧に帯電した塗料を前記電気力線に沿って飛行させて前記塗装位置に配置された前記被塗装物を塗装する静電塗装機と、を備えてなる静電塗装設備において、前記高電圧発生器から出力された高電圧の値と、前記塗装位置に配置された前記被塗装物の１箇所ないし複数箇所の計測点に対して所定の離隔距離だけ離れた計測位置に塗料を噴霧していない前記静電塗装機を対向せしめ、一定の電流値をもって前記被塗装物との間に前記電気力線を形成したときの電圧値と、の差から前記被塗装物の異常を検出する異常検出部を備えている。

本発明の一実施形態によれば、被塗装物等の位置ずれを安易に検出できると共に、被塗装物の接地状態を容易に検査することができるから、被塗装物と静電塗装機との距離を正しい値に保持することができ、塗装品質を向上することができる。また、静電塗装時には、高電圧異常を防止でき、不完全な塗装の抑止もできる。

本発明の第１の実施形態による静電塗装設備によって自動車のボディを塗装する場合の全体構成図である。本発明の第１の実施形態による静電塗装設備によって自動車のバンパを塗装する場合の全体構成図である。バンパの位置ずれと接地不良の検出構造を示す検査模式図である。バンパの位置ずれの検出構造を示す検査模式図である。バンパの接地不良の検出構造を示す検査模式図である。離隔距離と電圧の低下値との関係を示す特性線図である。本発明の第２の実施形態による開口を利用したバンパの位置ずれと接地不良の検出構造とを示す検査模式図である。

以下、本発明の実施形態による静電塗装設備について、添付図面に従って詳細に説明する。

図１ないし図６は、本発明の第１の実施形態に係る静電塗装設備と検査例を示している。本実施形態では、被塗装物としての自動車のボディまたはバンパを支持手段としてのコンベアによって塗装位置に配置し、回転霧化頭型の静電塗装機によって塗装する場合を例に挙げて説明する。

図１、図２において、静電塗装設備１は、自動車のボディ２、バンパ３等の被塗装物に塗装を施すものである。静電塗装設備１は、後述のコンベア４、接地手段５、静電塗装機６、異常検出部９を含んで構成されている。

まず、被塗装物としては、一例として、図１に示す自動車のボディ２と図２に示す自動車のバンパ３とがある。ボディ２は、コンベア４の搬送方向となる前後方向に長尺な構造体からなる。ボディ２は、金属製の薄板をプレス成形したものを溶接によって固着して形成されている。また、一部の部品は、ヒンジやボルト（いずれも図示せず）を用いて回動可能、着脱可能に取り付けられている。

ボディ２の構成について述べる。なお、ボディ２の前後方向および左右方向は、自動車に搭乗した運転者から見た方向となっている。ボディ２は、フロントパネル２Ａ、エンジンフード２Ｂ、左フロントフェンダ２Ｃ、右フロントフェンダ２Ｄ、左フロントピラー２Ｅ、右フロントピラー２Ｆ、ルーフ２Ｇ、左フロントドア２Ｈ、右フロントドア２Ｊ、左センタピラー２Ｋ、右センタピラー２Ｌ、左リアドア２Ｍ、右リアドア２Ｎ、左リアピラー、右リアピラー、トランクリッド、左リアフェンダ、右リアフェンダ、リアパネル等（いずれも図示せず）を備えている。

一方、自動車のバンパ３は、ボディ２のデザインに合わせた形状を有している。しかし、本実施形態では、検出の内容を明確にするために、コンベア４の搬送方向となる前後方向に直交する左右方向に長尺な構造体として形成した場合を例示している。バンパ３は、絶縁性の樹脂材料によって形成されている。また、バンパ３は、左右方向に長尺な前面部３Ａと、前面部３Ａの左端の左コーナ部３Ｂと、前面部３Ａの右端の右コーナ部３Ｃと、左コーナ部３Ｂから後側に延びた左側面部３Ｄと、右コーナ部３Ｃから後側に延びた右側面部３Ｅと、を含んで構成されている。さらに、樹脂材料からなるバンパ３は、例えば、表面に導電性プライマを塗装することによって導電膜が形成されている。このバンパ３は、表面に形成された導電膜によって静電塗装を施すことが可能となっている。

そこで、本実施形態では、静電塗装設備１による塗装を、被塗装物として自動車のバンパ３に施す場合を例に挙げて説明する。即ち、静電塗装設備１の異常検出部９は、バンパ３が塗装位置に正しく配置されているか否か、バンパ３が正しく接地されているか否かを判定している。

バンパ３は、コンベア４に設置されている架台を介して図２に示す塗装位置に支持される。この塗装位置は、被塗装物を塗装するときの一例であり、被塗装物の形状、塗装条件等によって変更される。例えば、バンパは、コンベアの架台上に搬送方向に延びた姿勢で塗装位置に支持したり、ハンガー等の治具から鉛直下方に吊り下げた状態で塗装位置に支持したりする構成としてもよい。

バンパ３は、前面部３Ａがコンベア４の搬送方向の前側となるように左右方向に延びて配置されている。ここで、バンパ３を塗装するときに発生する異常について述べる。まず、バンパ３と静電塗装機６との位置ずれがある。この位置ずれには、コンベア４に対するバンパ３の位置ずれと、塗装位置のバンパ３に対する静電塗装機６の位置ずれと、がある。本実施形態では、コンベア４に対するバンパ３の位置ずれを異常検出部９によって検出する場合と、バンパ３の接地不良を異常検出部９によって検出する場合と、について説明する。

支持手段としてのコンベア４は、バンパ３を搬送して塗装位置（図２に示す位置）に支持する。コンベア４は、レール４Ａに沿って移動する架台（図示せず）を備え、架台上にバンパ３を支持している。

接地手段５は、バンパ３を接地（アース）させるためにバンパ３に接続されている。接地構造の一例としては、接地手段５は、接地されたアース線をコンベア４に接続し、架台とバンパ３とをクリップ（図示せず）を用いて連結している。これにより、接地手段５は、コンベア４の架台、レール４Ａを通じてバンパ３を接地している。

静電塗装機６は、接地手段５によって接地されたバンパ３との間に電気力線を形成し、高電圧に帯電した塗料を電気力線に沿って飛行させて塗装位置に配置されたバンパ３を塗装する。静電塗装機６は、塗装用ロボットのアーム（図示せず）の先端に取付けられている。例えば、静電塗装機６は、先端側に高速で回転する回転霧化頭６Ａを備えた回転霧化頭型塗装機として構成されている。静電塗装機６は、回転霧化頭６Ａから噴霧される塗料に高電圧を印加するためのコッククロフト回路等からなる高電圧発生器６Ｂを備えている。なお、回転霧化頭型塗装機以外にも、液圧霧化型塗装機、エア霧化型塗装機等の他の静電塗装機を用いることもできる。

また、静電塗装機６は、塗料供給装置７と高電圧制御装置８に接続されている。塗料供給装置７は、色替弁装置とも呼ばれ、静電塗装機６に複数種類の塗料、洗浄流体（洗浄液、洗浄エア）を選択的に供給する。

さらに、高電圧制御装置８は、静電塗装機６の高電圧発生器６Ｂに接続されている。高電圧制御装置８は、高電圧発生器６Ｂから回転霧化頭６Ａ等に対して適切な高電圧が供給されるように制御する。例えば、高電圧制御装置８は、高電圧発生器６Ｂに供給する電圧、電流を制御することにより、高電圧発生器６Ｂから回転霧化頭６Ａ等に供給される高電圧を－６０～－１２０ｋＶに調整している。また、高電圧制御装置８は、後述の異常検出部９を有している。

次に、本実施形態の特徴部分となる異常検出部９の機能とバンパ３の位置ずれ、接地不良の検査の手順について詳細に説明する。

異常検出部９は、バンパ３の異常を検出する。具体的には、異常検出部９は、バンパ３と静電塗装機６との位置ずれ（コンベア４に対するバンパ３の位置ずれ、バンパ３に対する塗装用ロボットまたは静電塗装機６の位置ずれ）、接地手段５によるバンパ３の接地不良等の異常を検出する（バンパ３の導電膜の形成不良も含まれる）。

異常検出部９は、コンベア４によって塗装位置に配置されたバンパ３の複数箇所の計測点、例えば、前面部３Ａのうち縁から離れた部分となるフラット面Ｆと、前面部３Ａの左コーナ部３Ｂ、右コーナ部３Ｃに対応したコーナ面Ｃと、前面部３Ａに設けた開口部分（図示せず）となる開口有り面Ｓと、が設定されている。また、フラット面Ｆ、コーナ面Ｃ、開口有り面Ｓは、接地手段５による接続不良、導電膜の形成不良等によって接地不良面Ｚになる。

ここで、フラット面Ｆ、コーナ面Ｃ、開口有り面Ｓおよび接地不良面Ｚの特性について図６の特性線図を用いて説明する。図６の特性線図は、高電圧発生器６Ｂから出力する高電圧の絶対値を６０ｋＶ以下とし、流れ出る電流を予め設定した値に保った状態で、静電塗装機６の回転霧化頭６Ａをバンパ３の塗装対象となる面に対して所定の離隔距離に配置したときの電圧値の変化を示している。この場合、高電圧制御装置８は、電流値を３０μＡの一定に保持している。

これにより、フラット面Ｆでは、静電塗装機６の回転霧化頭６Ａとの離隔距離が１００ｍｍのときに２８ｋＶ程度電圧が低下する。また、同様の条件で、コーナ面Ｃでは、２２ｋＶ程度の電圧の低下に留まる。さらに、同様の条件で、開口有り面Ｓでは、１２ｋＶ程度の電圧の低下となる。一方、同様の条件で、接地不良面Ｚでは、３ｋＶ以下の電圧の低下となっている。これらの電圧の低下値は、離隔距離が小さいほど差が生じやすく、正確かつ容易に形状や条件が変化する場所を判別することができる。

このように、電流値を一定にして電圧低下を検知する手段を用いることで、高電圧一定で電流変化を検知する場合に比して、相対位置のずれで離隔距離が近すぎる状態になった場合であっても、対向物（バンパ３）に応じて電圧が低下することでスパークの発生を抑止でき、安全が確保できた状態でバンパ３の形状や状態が確認判別できる。

従って、図３に示すように、塗装位置に配置されたバンパ３に対し、一定の離隔距離をもって前面部３Ａの全長に亘って静電塗装機６を移動させた場合、フラット面Ｆから左右のコーナ面Ｃに切換わる位置で電圧の低下値が変動する。そして、高電圧制御装置８は、バンパ３が正しい塗装位置となる正規位置（図３に示す位置）に配置されているときの電圧の低下値の特性線ａを保存する。

これにより、図４に示すように、バンパ３が正規位置からずれている場合、即ち、位置ずれ位置に配置されている場合には、電圧の低下値が変化する位置が、保存してある正規位置における電圧の低下値の特性線ａと異なるから、電圧の低下値の特性線ａと特性線ｂとを比較することでバンパ３の位置ずれを検出することができる。

次に、バンパ３の接続不良、フラット面Ｆ等の導電膜の形成不良等が発生している場合には、図５に示すように、電圧の低下値の特性線ｃは、０に近い値で推移することになるから、バンパ３の接地不良として検出することができる。

なお、異常検出部９によるバンパ３の位置ずれ、接地不良の検査について述べたが、異常検出部９は、正規位置に配置されたボディ２のフロントパネル２Ａ、エンジンフード２Ｂ、左フロントフェンダ２Ｃ、右フロントフェンダ２Ｄ、左フロントピラー２Ｅ、右フロントピラー２Ｆ、ルーフ２Ｇ、左フロントドア２Ｈ、右フロントドア２Ｊ、左センタピラー２Ｋ、右センタピラー２Ｌ、左リアドア２Ｍ、右リアドア２Ｎ、左リアピラー、右リアピラー、トランクリッド、左リアフェンダ、右リアフェンダ、リアパネル等に対する電圧の低下値の変化を保存し、塗装位置に配置されたボディ２の各部の電圧の低下値の変化と比較することにより、ボディ２の位置ずれや接地不良を検出することができる。

ここで、図６に示すように、高電圧制御装置８は、バンパ３と静電塗装機６との間の離隔距離を小さくすることにより、フラット面Ｆ、コーナ面Ｃ、開口有り面Ｓおよび接地不良面Ｚにおける電圧の低下値の違いを明確に（大きく）することができる。このために、バンパ３の位置ずれ、接地不良を検出する場合には、バンパ３に対して静電塗装機６を１００ｍｍまで近付けることが望ましい。

しかし、バンパ３に静電塗装機６を近付けると、対地へのインピーダンスが想定より小さくなることがあり、電流が一気に流れる電子なだれやスパークを誘発させる虞がある。

然るに、本実施形態では、高電圧発生器６Ｂから出力された高電圧の値（特性線ａ）と、塗装位置に配置されたバンパ３の複数箇所の計測点（フラット面Ｆ、左右のコーナ面Ｃ）に対して所定の離隔距離だけ離れた計測位置に塗料を噴霧していない静電塗装機６を配置し、一定の電流値をもってバンパ３との間に電気力線を形成したときの電圧値（特性線ｂ，ｃ）と、の差からバンパ３の異常を検出する異常検出部９を備えている。具体的には、異常検出部９は、バンパ３と静電塗装機６との離隔距離の変化による電圧値の変化によってバンパ３の位置ずれを検出することができる。また、異常検出部９は、バンパ３の接地不良も検出することができる。

従って、異常検出部９は、電流値を一定に維持しているから、静電塗装機６をバンパ３に近付けても電子なだれやスパークを誘発すことがない。これにより、異常検出部９は、バンパ３に静電塗装機６を近付けて、フラット面Ｆ、コーナ面Ｃ、開口有り面Ｓおよび接地不良面Ｚにおける電圧の低下値の違いを明確に（大きく）することができる。

この結果、コンベア４に対するバンパ３の位置ずれを安易に検出できると共に、バンパ３の接地状態を検査できるから、バンパ３と静電塗装機６との塗装間隔を最適な値に維持することができ、かつ接地不良を防止でき、塗装品質を向上することができる。

次に、図７は本発明の第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、バンパの開口有り面によってバンパの位置ずれを検出する構成としたことにある。なお、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図７において、第２の実施形態による被塗装物としてのバンパ１１は、前面部１１Ａに開口１１Ｂを有している。従って、バンパ１１には、前面部１１Ａのうち縁から離れた部分となるフラット面Ｆと、開口１１Ｂを有する開口有り面Ｓと、が設定されている。

これにより、フラット面Ｆから開口有り面Ｓに切換わる位置で電圧の低下値が変動するから、この電圧の低下値の特性線（図示せず）を、正規位置に配置されたバンパ１１で検出した電圧値の特性線ｄと比較することにより、バンパ１１の位置ずれを検出することができる。また、バンパ１１の接地不良も検出することができる。

かくして、このように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

なお、第１の実施形態では、コンベア４によってボディ２とバンパ３を塗装位置に支持し、第２の実施形態では、コンベア４によってバンパ１１を塗装位置に支持した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、ロボットや作業員の手作業によって被塗装物を運搬し、支持手段によって被塗装物を塗装位置に支持する構成としてもよい。

１静電塗装設備
２ボディ（被塗装物）
３，１１バンパ（被塗装物）
４コンベア（支持手段）
５接地手段
６静電塗装機
６Ｂ高電圧発生器
９異常検出部

Claims

被塗装物を塗装位置に支持する支持手段と、
前記被塗装物を接地させるために前記被塗装物に接続された接地手段と、
前記接地手段によって接地された前記被塗装物との間に電気力線を形成すると共に塗料に印加するための高電圧を出力する高電圧発生器を有し、高電圧に帯電した塗料を前記電気力線に沿って飛行させて前記塗装位置に配置された前記被塗装物を塗装する静電塗装機と、
を備えてなる静電塗装設備において、
前記高電圧発生器から出力された高電圧の値と、前記塗装位置に配置された前記被塗装物の１箇所ないし複数箇所の計測点に対して所定の離隔距離だけ離れた計測位置に塗料を噴霧していない前記静電塗装機を対向せしめ、一定の電流値をもって前記被塗装物との間に前記電気力線を形成したときの電圧値と、の差から前記被塗装物の異常を検出する異常検出部を備えていることを特徴とする静電塗装設備。
請求項１に記載の静電塗装設備において、
前記異常検出部は、前記被塗装物と前記静電塗装機との離隔距離の変化による電圧の変化によって、前記被塗装物の位置ずれ、あるいは表面形状の異常、あるいは接地不良等、いずれかの異常な状態になく、被塗装物が適切に静電塗装に供せる状態かどうかを検出することを特徴とする静電塗装設備。