静電塗装装置
【課題】水性塗料等の導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合において、外部電極と被塗物の間で形成される電界の強度および塗料粒子の帯電量を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる静電塗装装置を提供する。
【解決手段】塗料を霧化させるための霧化部たるベルカップ４ａを有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界Ｅを形成する針状電極７を有する外部電極６と、針状電極７に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置１０と、を備える静電塗装装置１であって、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置１であって、針状電極７の先端部７ａと塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）の間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部たる周縁部８ｄを備える。
【解決手段】塗料を霧化させるための霧化部たるベルカップ４ａを有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界Ｅを形成する針状電極７を有する外部電極６と、針状電極７に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置１０と、を備える静電塗装装置１であって、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置１であって、針状電極７の先端部７ａと塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）の間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部たる周縁部８ｄを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、塗装分野においては、環境負荷低減等のために、溶剤系塗料から水性塗料への転換を図る取り組みがなされており、静電塗装の分野においても、水性塗料を採用することが一般的になっている。
水性塗料等の導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合、従来から一般的に採用されている塗装ガンに高電圧を印加するタイプの静電塗装装置では、塗料を介して塗料の供給経路等に電流がリークしてしまうため、静電塗装が成立せず、従来の静電塗装装置をそのまま使用することができなかった。
【０００３】
そこで、導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合には、塗装ガンの周囲に外部電極を配置した、所謂外部電極タイプの静電塗装装置が一般的に使用されている。
外部電極を有する静電塗装装置では、塗装ガンと外部電極を電気的に絶縁しており、外部電極と被塗物との間で電界を形成するとともに、噴霧された塗料粒子に外部電極から放出された負の電荷（電子）を与えることによって、塗料粒子を帯電させて、静電塗装を成立させるようにしている。
そして、導電性塗料を使用する静電塗装装置の改良を図るべく、種々の技術が検討されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
【０００４】
特許文献１に開示されている従来技術では、導電性塗料を噴霧する塗装機がアースに接続され、該塗装機の周囲に沿って平行に電気的絶縁状態で配設した複数本の針状電極に、塗装機から噴霧した塗料粒子を荷電する高電圧が印加されるとともに、針状電極との間に静電界を形成する被塗物に、針状電極とは逆極性の高電圧を印加する静電塗装装置が示されている。
このような静電塗装装置を用いることによって、針状電極に印加する電圧を低く抑えることができるため、塗装機と針状電極の保持すべき絶縁距離を小さくすることができ、針状電極から塗装機に電流がリークしにくい構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平４−１３４４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される静電塗装装置等、導電性塗料を使用するための従来の外部電極を備えた静電塗装装置では、外部電極に対する印加電圧を高めると、被塗物よりも外部電極に接近している塗装機（塗装ガン）との間で電界が形成されてしまい、塗装機に電流がリークしてしまうため、思うように印加電圧を高めることができないという問題があった。
【０００７】
従って、従来の外部電極を備えた静電塗装装置では、外部電極に対する印加電圧を低く抑えざるを得ず、外部電極と被塗物との間に形成される電界の強度が、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して低くなっていた。またこれにより、塗料粒子の帯電量も非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して小さくなっていた。
このため、導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合には、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して、塗料の塗着効率が悪くなるという問題があった。尚、ここでいう「塗着効率」とは、噴霧した塗料量に対する被塗物に塗着した塗料量の比を示す値である。
【０００８】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、水性塗料等の導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合において、外部電極と被塗物の間で形成される電界の強度および塗料粒子の帯電量を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる静電塗装装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、塗料を霧化させるための霧化部を有する塗装ガンと、被塗物との間で電界を形成する針状電極を有する外部電極と、前記針状電極に高電圧を印加する高電圧発生装置と、該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、を備え、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、前記針状電極の先端部と前記塗装ガンの間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記外部電極は、前記針状電極を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部を備え、該保持部には、凹状の窪みである凹部を形成し、前記保持部に内蔵する前記針状電極の先端部を、前記凹部が包含するように前記凹部内に露出させ、前記遮蔽部を、前記凹部の外殻により形成するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記塗装ガンの霧化部を、絶縁体で構成するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記制御装置は、前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
請求項１においては、外部電極とベルカップの間で電界が形成されることを防止でき、外部電極に対する印加電圧を高めて、外部電極と被塗物との間で形成する電界の強度を高めることができる。これにより、塗料の帯電量および塗料に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項２においては、遮蔽部を容易に形成することができる。
【００１７】
請求項３においては、塗料の帯電量を増大させることができる。これにより、塗料に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項４においては、外部電極と被塗物との間で形成する電界の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置の全体構成を示す模式図。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置が備える外部電極を示す模式図。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図５】本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図６】印加電圧の時間変化と放電電流の時間変化の関係を示す図、（ａ）従来の静電塗装装置の場合を示す図、（ｂ）本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置の場合を示す図。
【図７】従来の静電塗装装置による電界の形成状況を示す模式図、（ａ）電圧Ｖ１を定常的に印加した場合を示す模式図、（ｂ）電圧Ｖ２を定常的に印加した場合を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第一の実施形態について、図１〜図３を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置１は、水性塗料を使用して、被塗物たるワーク２に静電塗装を行うための装置であって、ロボット３、塗装ガン４、高電圧発生装置５、外部電極６・６・・・、制御装置１０等からなる構成としている。ここで、ワーク２は接地（アースＧに接続）されており、電位を「０」としている。
尚、本実施形態では、水性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置１を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置において使用する塗料を水性塗料に限定するものではなく、導電性を有する塗料全般を使用することが可能である。
【００２１】
ロボット３は、ワーク２に対して、塗装ガン４を所望する速度および姿勢で変位させることができる多関節型ロボットであり、アーム３ａ、基台部３ｂ等からなる構成としている。そして、アーム３ａ先端の手先部３ｃにおいて、塗装ガン４を支持している。
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成するロボット３が多関節型ロボットである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成するロボットの態様をこれに限定するものではない。
【００２２】
塗装ガン４は、ワーク２に向けて塗料を噴霧して、ワーク２に塗料を塗布することができる塗装装置であって、ベルカップ４ａ、ガン本体４ｂ等からなる構成としている。
塗装ガン４は、ベルカップ４ａをエアモータ等の駆動手段（図示せず）により回転させて、ベルカップ４ａの内面に展延させた液状の塗料を遠心力により微粒化させることができる回転霧化型の塗装装置である。
また、ガン本体４ｂには、塗料を供給するための手段である塗料配管（図示せず）や、シェーピングエアを供給するための手段であるエア配管（図示せず）等、もさらに接続されている。
【００２３】
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成する塗装ガン４が回転霧化型の塗装ガンである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する塗装ガンの形式をこれに限定するものではなく、ヘッドが回転しない（例えば、スプレーノズル）形式の塗装ガンであってもよく、その他の種々の態様とすることが可能である。
【００２４】
高電圧発生装置５は、所謂カスケードと呼ばれる昇圧回路５ａと、電圧を発生させることができる電源部５ｂを備え、電源部５ｂにより発生させた電圧を、昇圧回路５ａにより昇圧して、数十ｋＶ程度の静電高電圧を発生させることができる装置である。
尚、以下の説明では、高電圧発生装置５により印加する静電高電圧の値を電圧Ｖとして規定し、電圧Ｖを印加したときに生じる放電電流の値を電流Ｉとして規定する。また、放電電流Ｉが流れることによって形成される静電界を電界Ｅとして規定する。また、以下の説明では、発生させる静電高電圧の極性が負である場合を例示して説明をする。
【００２５】
そして、高電圧発生装置５は、ケーブルにより外部電極６に内蔵される針状電極７と電気的に接続しており、針状電極７に対して電圧Ｖを印加することができる。
高電圧発生装置５によって、針状電極７に負の電圧Ｖを印加すると、針状電極７からアースＧに接地された（即ち、電位が０Ｖである）ワーク２に向けて放電電流Ｉが流れる。
そして、針状電極７からワーク２に向かって電位の勾配を有する静電界たる電界Ｅが形成され、この電界Ｅを利用して、ワーク２に対する静電塗装を行うことができる。
【００２６】
図１および図２に示す如く、外部電極６は、針状電極７、保持部８、支持ステー９等を備えており、複数の外部電極６・６・・・を１組として使用される。尚、図１上には、説明の便宜上、２本の外部電極６・６のみを図示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する外部電極の本数をこれに限定するものではない。
【００２７】
針状電極７は、導電性材料により形成される線状の部材であり、コロナ放電を生じさせる側の一端部を尖らせた態様の先端部７ａを形成し、また他端部に高電圧発生装置５と電気的に接続するための端子である接続部７ｂを備えている。そして、針状電極７は保持部８に内蔵され保持されている。
【００２８】
保持部８は、針状電極７を保持するための略円柱状に形成される部位であり、樹脂等の絶縁体により構成される。保持部８は、その略軸心上に針状電極７を内蔵して保持している。尚、針状電極７は、必ずしも保持部８の略軸心上に配置する必要はなく、保持部８の軸心に対して偏心して配置することもできる。
【００２９】
また、保持部８の軸心方向の一端部８ａには、軸心方向の外側に向けて開放される凹状の空隙部である凹部８ｂを形成している。
凹部８ｂは、軸心方向の最も凹んだ部位である底部８ｃと、凹部８ｂの底部８ｃから一端部８ａに至るまでの外殻を形成する周縁部８ｄ、により形成される。
【００３０】
そして、保持部８に内蔵される針状電極７は、先端部７ａが凹部８ｂに包含するように、底部８ｃから一端部８ａ側に向けて突設しており、凹部８ｂにおいて露出している。また、針状電極７は、保持部８の他端部８ｅ側において接続部７ｂを突出している。
【００３１】
支持ステー９は、保持部８を塗装ガン４に固定するための部材であり、絶縁体により構成されている。そして、支持ステー９によって塗装ガン４に対して保持部８を固定することにより、針状電極７と塗装ガン４とを電気的に絶縁した状態で、塗装ガン４に対して針状電極７を一体的に付設する構成としている。
【００３２】
そして、外部電極６は、先端部７ａが、塗装ガン４に対して周縁部８ｄの影となるように、保持部８の角度や配置位置等を調整して、支持ステー９によって固定されている。例えば、本実施形態では、外部電極６は、保持部８と塗装ガン４の各軸心が平行となるように、また保持部８の前記軸心方向の位置がベルカップ４ａの先端部と略同じ位置となるように、保持部８を固定して、先端部７ａが、塗装ガン４に対して周縁部８ｄの影となるように配置している。
このような構成により、凹部８ｂは、針状電極７からワーク２に向けて形成される電界Ｅを阻害せず、かつ、針状電極７から塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）に向かう電界を形成させないように阻害する構成としている。
【００３３】
尚、凹部８ｂの仕様（開口形状・開口寸法・開口位置・深さ等）および先端部７ａの配置（軸心方向の突設高さ・軸心位置等）は、所望する電界Ｅの有効範囲・強度や、ベルカップ４ａとの位置関係等を考慮して、適宜設定する。
【００３４】
また、高電圧発生装置５には、制御装置１０が、接続されている。
制御装置１０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールするための装置である。
静電塗装装置１は、制御装置１０から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置５によって発生させる電圧Ｖを制御する構成としている。
【００３５】
次に、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１による電界の形成状況について、図３を用いて説明をする。
図３に示す如く、静電塗装装置１では、高電圧発生装置５により針状電極７に電圧Ｖを印加すると、保持部８の凹部８ｂに内包されている先端部７ａからワーク２に向けて、放電電流Ｉが流れるとともに、塗装ガン４からワーク２に向けて噴霧される塗料の周囲に電界Ｅが形成される。電界Ｅは、例えば、図３に示すような電気力線として表される。
【００３６】
本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１において、先端部７ａは、凹部８ｂに内包されているため、先端部７ａに対して、塗装ガン４のベルカップ４ａは、周縁部８ｄの影となっている。
このため、先端部７ａからベルカップ４ａに向けて放電電流が生じることがなく、電界を生じることもない。
【００３７】
また、凹部８ｂは、ワーク２に向けて開放されており、先端部７ａからワーク２に向けて流れる放電電流Ｉを阻害することがなく、またこれにより形成される電界Ｅを阻害することもない。
このため、針状電極７に印加した電圧Ｖは、ベルカップ４ａからのリーク電流を生じることなく、先端部７ａとワーク２の間に電界Ｅを形成することに費やされるため、電圧Ｖを高めることによって、確実に電界Ｅの強度を高めることができる。
【００３８】
電界中の塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆは、塗料粒子ｘの帯電量をｑ、電界（強度）をＥとするとき、Ｆ＝ｑＥとして表される。
ワーク２と針状電極７の間に形成される電界Ｅの強度が増大すると、塗料粒子ｘが電界Ｅから取得する負の電荷（電子）が増えるため、塗料粒子ｘの帯電量ｑも増大する。
このため、塗料粒子ｘは、電界Ｅの強度の増大および帯電量ｑの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
【００３９】
このように、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１では、外部電極６を構成する保持部８に凹部８ｂを形成し、凹部８ｂの内部で針状電極７の先端部７ａを露出することにより、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を、凹部８ｂの外殻を形成する周縁部８ｄによって簡易に実現する構成としている。
【００４０】
尚、本実施形態では、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を、保持部８の一部である周縁部８ｄによって形成する構成としているが、例えば、先端部７ａとベルカップ４ａの間に、絶縁体で構成される遮蔽部となる部材を保持部８や塗装ガン４から別途突設させる態様等とすることも可能であり、本発明に係る静電塗装装置における遮蔽部の態様をこれに限定するものではない。
【００４１】
即ち、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１は、塗料を霧化させる霧化部たるベルカップ４ａを有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界Ｅを形成する針状電極７を有する外部電極６と、針状電極７に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置１０と、を備え、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、針状電極７の先端部７ａと塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）の間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部たる周縁部８ｄを備えるものである。
このような構成により、外部電極６とベルカップ４ａの間で電界が形成されることを防止でき、外部電極６に対して印加する電圧Ｖを高めて、外部電極６とワーク２との間で形成する電界Ｅの強度を高めることができる。これにより、塗料の帯電量ｑおよび塗料に作用するクーロン力Ｆを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００４２】
また、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１において、外部電極６は、針状電極７を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部８を備え、該保持部８には、凹状の窪みである凹部８ｂを形成し、保持部８に内蔵する針状電極７の先端部７ａを、凹部８ｂが包含するように凹部８ｂ内に露出させ、遮蔽部を、凹部８ｂの外殻である周縁部８ｄにより形成するものである。
このような構成により、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を容易に形成することができる。
【００４３】
次に、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第二の実施形態について、図４を用いて説明をする。
図４（ａ）に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第二の実施形態である静電塗装装置１１は、塗装ガン１４を備えており、塗装ガン１４は、ベルカップ１４ａ、ガン本体１４ｂ等を備えている。
ベルカップ１４ａは、樹脂等の絶縁体により構成しており、この点で、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置１と相違している。尚、ベルカップ１４ａ以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
【００４４】
次に、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた静電塗装の状況について、図４を用いて説明をする。
【００４５】
図４（ｂ）に示す如く、本発明の第一実施形態に係る静電塗装装置１では、塗装ガン４のベルカップ４ａが絶縁体で構成されていない。
このため、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘは、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、ベルカップ４ａから離れるときに誘導帯電が生じるため、ベルカップ４ａから噴霧された直後の塗料粒子ｘは、一旦正極側に帯電される。
そしてその後、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子ｘには次々と負の電荷が付与され、帯電量が一旦「０」となり、その後、負極側に帯電される。
【００４６】
一方、図４（ａ）に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗装ガン１４のベルカップ１４ａが絶縁体で構成されている。
このため、ベルカップ１４ａから噴霧される塗料粒子ｘは、ベルカップ１４ａから離れるときに誘導帯電が生じないため、ベルカップ１４ａから噴霧された直後の塗料粒子ｘの帯電量は「０」となっている。
そしてその後、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子ｘには次々と負の電荷が付与され、ベルカップ１４ａから噴霧された直後から、塗料粒子ｘは負極側に帯電される。
【００４７】
即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた場合には、ベルカップ１４ａから噴霧された直後の早期から塗料粒子ｘを負極側に帯電させることができるため、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を用いた場合に比して、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができる。
【００４８】
このため、電界Ｅを通過して塗着される塗料粒子ｘは、帯電量ｑの増大によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
つまり、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができるため、塗着効率の向上を図ることができる。
【００４９】
即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗装ガン１４の霧化部であるベルカップ１４ａを、絶縁体で構成している。
このような構成により、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができる。これにより、塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００５０】
次に、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第三の実施形態について、図５〜図７を用いて説明をする。
図５に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第三の実施形態である静電塗装装置２１は、制御装置３０を備えている。
制御装置３０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をパルス状に変化させることができる制御装置であり、この点において、本発明に係る静電塗装装置の第一および第二の実施形態に係る各静電塗装装置１・１１が備える制御装置１０と相違している。尚、制御装置３０以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
【００５１】
また、本実施形態では、制御装置３０以外のその他の構成が本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１と共通である場合を例示しているが、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１と共通である構成（即ち、絶縁体で構成されるベルカップ１４ａを採用する構成）とすることも可能である。
【００５２】
制御装置３０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールするための装置であり、高電圧発生装置５に対してパルス条件を含む信号を出力することができる。
静電塗装装置２１では、制御装置３０から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置５によって発生させる電圧Ｖをパルス状に切り換える構成としている。
尚、ここで言う「パルス状」とは、最大値か最小値のどちらかをとるように周期的に振幅が変化する状態を言い、矩形波状や正弦波状の変化等を含む概念である。
また、ここで言う「パルス条件」とは、パルス波形を決定するための各要素であって、振幅（電圧差）とパルス周期（パルス幅およびパルス間隔）を含んでいる。
【００５３】
制御装置３０は、ロボット３と接続されており、該ロボット３から塗装ガン４の動作状態（変位位置、姿勢、変位速度等）を示す信号がリアルタイムで入力される構成としている。
また、制御装置３０には、ワーク２の仕様や塗装条件（使用する塗料の種類、噴霧量、等の各種条件）に係る情報が予め記憶されており、ワーク２の仕様や塗装条件に係る情報と塗装ガン４の動作状態を示す信号に基づいて、制御装置３０によって、静電塗装状況を判断するとともに、そのときの最適なパルス条件をリアルタイムで演算して求める構成としている。
そして、制御装置３０は、リアルタイムで求めたそのときの最適なパルス条件に係る指令信号を、高電圧発生装置５に出力する構成としている。
【００５４】
尚、ここで言う「塗料の種類」とは、含有成分の相違により帯電性能や導電率が異なる塗料を、種類が異なる塗料として扱う概念であり、例えば、クリア塗料とベース塗料を異なる種類の塗料として扱うようにしている。
【００５５】
尚、本実施形態では、制御装置３０によって、そのときの静電塗装状況に応じてリアルタイムで指令信号を求める場合を例示しているが、あるいは、塗装開始から塗装終了までの一連の静電塗装工程に応じたパルス条件を予め制御装置３０にティーチングしておき、ティーチング内容に従って、制御装置３０により高電圧発生装置５に指令信号を出力する態様とすることも可能である。
【００５６】
ここで、静電塗装装置による電界Ｅの形成状況について、説明をする。
図６（ａ）に示す如く、静電塗装を行う場合において、針状電極７に印加する電圧として従来から一般的に採用されてきた第一の電圧Ｖを電圧Ｖ１として規定し、電圧Ｖ１を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ１と規定する。また、針状電極７に印加する電圧として従来から一般的に採用されている電圧Ｖ１に比して低い第二の電圧Ｖを電圧Ｖ２として規定し、電圧Ｖ２を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ２と規定する。
そして、電圧Ｖ１を印加するときと電圧Ｖ２を印加するときの各放電電流Ｉ１・Ｉ２の差をΔＩ（即ち、ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２）と規定する。
【００５７】
一方、図６（ｂ）に示す如く、静電塗装装置２１では、高電圧発生装置５によって針状電極７に印加する電圧Ｖの値は、従来と同じ各電圧Ｖ１・Ｖ２としつつ、制御装置３０によって、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に切り換えて印加するようにしている。
また、パルス状に各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて印加すると、このときに生じる放電電流Ｉは尖鋭部を有する略三角波のパルス状に変化する。そして、このとき生じる放電電流Ｉのピーク値をピーク電流Ｉ３として規定する。
【００５８】
各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて印加するパルスの態様は、各電圧Ｖ１・Ｖ２の電圧差である振幅ΔＶ、高圧側の電圧Ｖ１を印加する一単位の時間であるパルス幅ｔ１と、低圧側の電圧Ｖ２を印加する一単位の時間であるパルス間隔ｔ２、によって規定することができる。また、このように規定すると、パルス周期Ｔは、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２と表すことができる。
【００５９】
そして、このピーク電流Ｉ３は、パルス条件を調整することによって、定常的に電圧Ｖ１を印加するときの放電電流Ｉ１に比して大きい値とすることができる。
即ち、静電塗装装置２１により静電塗装を行えば、高電圧発生装置５により発生させる電圧Ｖの値は従来と同じ各電圧Ｖ１・Ｖ２としながら、より高い放電電流Ｉ（ピーク電流Ｉ３）を得ることが可能になる。
【００６０】
ピーク電流Ｉ３が放電電流Ｉ１に比して高くなる原因は、定常的に各電圧Ｖ１・Ｖ２を印加している場合には、電界Ｅの領域が既に電子で満たされているため大きな電子の流れが生じないが、一方、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に切り換えて印加する場合には、電界Ｅの領域に急激な電子の流れが生じるため、定常的に各電圧Ｖ１・Ｖ２を印加している場合に比して大きな電流が流れるものと考えられる。
【００６１】
また、電界Ｅの強度は、放電電流Ｉの強さに応じて変化するため、従来に比して高いピーク電流Ｉ３が流れたときには、より高い強度を有する電界Ｅを形成することができる。
ここで、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に印加するときの放電電流Ｉの差をΔＩｐ（即ち、ΔＩｐ＝Ｉ３−Ｉ２）として規定する。
【００６２】
次に、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１を用いて、印加電圧をパルス状に変化させた場合における静電塗装の状況について、説明をする。
図７に示す如く、高電圧発生装置５により、従来のように定常的な電圧Ｖ１を針状電極７に印加する（図６（ａ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図７（ａ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ１が形成される。尚、電気力線の間隔がより密になっている部分においては、電界Ｅ１の強度がより強くなっている。
【００６３】
電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１は、塗装ガン４から噴霧される塗料の拡散パターン等を考慮して、全ての塗料粒子ｘが電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に包含されながらワーク２に到達できる範囲となるように、電圧Ｖ１を設定している。
尚、ここで言う「電界の範囲」とは、塗料を塗着させるために必要なクーロン力Ｆを付与し得る強度を有する電界の範囲を意味しており、電界が存在する範囲を意味しているものではない。
【００６４】
また、高電圧発生装置５により、定常的に電圧Ｖ２を針状電極７に印加する（図６（ａ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図７（ｂ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ２が形成される。
印加電圧が低い（例えば、電圧Ｖ２を印加する）場合、電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に比してさらに電界Ｅ２の有効範囲Ｗ２が狭くなっている。また電界Ｅ２では、電気力線の間隔が、電界Ｅ１の電気力線の間隔に比してより疎になっており、電界Ｅ２の強度は電界Ｅ１に比して弱くなっている。
【００６５】
一方、静電塗装装置２１を用いて、制御装置３０および高電圧発生装置５により、パルス状に各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて針状電極７に印加する（図６（ｂ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図５に示すような電界Ｅ３が形成される。
電界Ｅ３の有効範囲Ｗ３は、電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に比して、さらに広範囲となっている。また電界Ｅ３では、電気力線の間隔が、電界Ｅ１の電気力線の間隔に比してより密になっており、電界Ｅ３の強度は、電界Ｅ１に比してより高くなっている。
つまり、静電塗装装置２１では、制御装置３０によって、パルス条件（即ち、パルス幅ｔ１、パルス間隔ｔ２、振幅ΔＶ）を変更することによって、電界Ｅ３の強度や有効範囲Ｗ３を調整するようにしている。
【００６６】
ワーク２と針状電極７の間に形成される電界Ｅの強度が増大すると、塗料粒子ｘが電界Ｅから取得する負の電荷が増えるため、塗料粒子ｘの帯電量ｑも増大する。
このため、電界Ｅ３を通過して塗着される塗料粒子ｘには、電界Ｅの強度の増大および帯電量ｑの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
【００６７】
このように、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１を用いて静電塗装を行えば、低圧側の電圧Ｖ２を低く設定することにより、振幅ΔＶを増大させることができるため、電圧Ｖ１をさらに高電圧化しなくても、容易に塗着効率の向上を図ることができる。
【００６８】
即ち、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１において、制御装置３０は、高電圧発生装置５により印加する高電圧として、静電塗装に適した印加電圧である第一の電圧Ｖ１と、該第一の電圧Ｖ１に比して低い印加電圧である第二の電圧Ｖ２が設定されるとともに、各電圧Ｖ１・Ｖ２を、所定のパルス幅ｔ１、パルス間隔ｔ２、振幅ΔＶでパルス状に切り換え可能とするものである。
このような構成により、外部電極６とワーク２との間で形成する電界Ｅの強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 静電塗装装置（第一の実施形態）
２ ワーク
４ 塗装ガン
４ａ ベルカップ（霧化部）
６ 外部電極
７ 針状電極
７ａ 先端部
８ 保持部
８ｂ 凹部
８ｄ 周縁部（遮蔽部）
１０ 制御装置
１１ 静電塗装装置（第二の実施形態）
１４ 塗装ガン
１４ａ ベルカップ（霧化部）
２１ 静電塗装装置（第三の実施形態）
３０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、塗装分野においては、環境負荷低減等のために、溶剤系塗料から水性塗料への転換を図る取り組みがなされており、静電塗装の分野においても、水性塗料を採用することが一般的になっている。
水性塗料等の導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合、従来から一般的に採用されている塗装ガンに高電圧を印加するタイプの静電塗装装置では、塗料を介して塗料の供給経路等に電流がリークしてしまうため、静電塗装が成立せず、従来の静電塗装装置をそのまま使用することができなかった。
【０００３】
そこで、導電性塗料を用いて静電塗装を行う場合には、塗装ガンの周囲に外部電極を配置した、所謂外部電極タイプの静電塗装装置が一般的に使用されている。
外部電極を有する静電塗装装置では、塗装ガンと外部電極を電気的に絶縁しており、外部電極と被塗物との間で電界を形成するとともに、噴霧された塗料粒子に外部電極から放出された負の電荷（電子）を与えることによって、塗料粒子を帯電させて、静電塗装を成立させるようにしている。
そして、導電性塗料を使用する静電塗装装置の改良を図るべく、種々の技術が検討されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
【０００４】
特許文献１に開示されている従来技術では、導電性塗料を噴霧する塗装機がアースに接続され、該塗装機の周囲に沿って平行に電気的絶縁状態で配設した複数本の針状電極に、塗装機から噴霧した塗料粒子を荷電する高電圧が印加されるとともに、針状電極との間に静電界を形成する被塗物に、針状電極とは逆極性の高電圧を印加する静電塗装装置が示されている。
このような静電塗装装置を用いることによって、針状電極に印加する電圧を低く抑えることができるため、塗装機と針状電極の保持すべき絶縁距離を小さくすることができ、針状電極から塗装機に電流がリークしにくい構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平４−１３４４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される静電塗装装置等、導電性塗料を使用するための従来の外部電極を備えた静電塗装装置では、外部電極に対する印加電圧を高めると、被塗物よりも外部電極に接近している塗装機（塗装ガン）との間で電界が形成されてしまい、塗装機に電流がリークしてしまうため、思うように印加電圧を高めることができないという問題があった。
【０００７】
従って、従来の外部電極を備えた静電塗装装置では、外部電極に対する印加電圧を低く抑えざるを得ず、外部電極と被塗物との間に形成される電界の強度が、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して低くなっていた。またこれにより、塗料粒子の帯電量も非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して小さくなっていた。
このため、導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合には、非導電性塗料を使用する静電塗装装置を用いた場合に比して、塗料の塗着効率が悪くなるという問題があった。尚、ここでいう「塗着効率」とは、噴霧した塗料量に対する被塗物に塗着した塗料量の比を示す値である。
【０００８】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、水性塗料等の導電性塗料を使用して静電塗装を行う場合において、外部電極と被塗物の間で形成される電界の強度および塗料粒子の帯電量を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる静電塗装装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、塗料を霧化させるための霧化部を有する塗装ガンと、被塗物との間で電界を形成する針状電極を有する外部電極と、前記針状電極に高電圧を印加する高電圧発生装置と、該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、を備え、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、前記針状電極の先端部と前記塗装ガンの間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記外部電極は、前記針状電極を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部を備え、該保持部には、凹状の窪みである凹部を形成し、前記保持部に内蔵する前記針状電極の先端部を、前記凹部が包含するように前記凹部内に露出させ、前記遮蔽部を、前記凹部の外殻により形成するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記塗装ガンの霧化部を、絶縁体で構成するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記制御装置は、前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
請求項１においては、外部電極とベルカップの間で電界が形成されることを防止でき、外部電極に対する印加電圧を高めて、外部電極と被塗物との間で形成する電界の強度を高めることができる。これにより、塗料の帯電量および塗料に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項２においては、遮蔽部を容易に形成することができる。
【００１７】
請求項３においては、塗料の帯電量を増大させることができる。これにより、塗料に作用するクーロン力を増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項４においては、外部電極と被塗物との間で形成する電界の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置の全体構成を示す模式図。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置が備える外部電極を示す模式図。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図５】本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置による静電塗装の状況を示す模式図。
【図６】印加電圧の時間変化と放電電流の時間変化の関係を示す図、（ａ）従来の静電塗装装置の場合を示す図、（ｂ）本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置の場合を示す図。
【図７】従来の静電塗装装置による電界の形成状況を示す模式図、（ａ）電圧Ｖ１を定常的に印加した場合を示す模式図、（ｂ）電圧Ｖ２を定常的に印加した場合を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第一の実施形態について、図１〜図３を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置１は、水性塗料を使用して、被塗物たるワーク２に静電塗装を行うための装置であって、ロボット３、塗装ガン４、高電圧発生装置５、外部電極６・６・・・、制御装置１０等からなる構成としている。ここで、ワーク２は接地（アースＧに接続）されており、電位を「０」としている。
尚、本実施形態では、水性塗料を使用して静電塗装を行う静電塗装装置１を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置において使用する塗料を水性塗料に限定するものではなく、導電性を有する塗料全般を使用することが可能である。
【００２１】
ロボット３は、ワーク２に対して、塗装ガン４を所望する速度および姿勢で変位させることができる多関節型ロボットであり、アーム３ａ、基台部３ｂ等からなる構成としている。そして、アーム３ａ先端の手先部３ｃにおいて、塗装ガン４を支持している。
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成するロボット３が多関節型ロボットである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成するロボットの態様をこれに限定するものではない。
【００２２】
塗装ガン４は、ワーク２に向けて塗料を噴霧して、ワーク２に塗料を塗布することができる塗装装置であって、ベルカップ４ａ、ガン本体４ｂ等からなる構成としている。
塗装ガン４は、ベルカップ４ａをエアモータ等の駆動手段（図示せず）により回転させて、ベルカップ４ａの内面に展延させた液状の塗料を遠心力により微粒化させることができる回転霧化型の塗装装置である。
また、ガン本体４ｂには、塗料を供給するための手段である塗料配管（図示せず）や、シェーピングエアを供給するための手段であるエア配管（図示せず）等、もさらに接続されている。
【００２３】
尚、本実施形態では、静電塗装装置１を構成する塗装ガン４が回転霧化型の塗装ガンである場合を例示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する塗装ガンの形式をこれに限定するものではなく、ヘッドが回転しない（例えば、スプレーノズル）形式の塗装ガンであってもよく、その他の種々の態様とすることが可能である。
【００２４】
高電圧発生装置５は、所謂カスケードと呼ばれる昇圧回路５ａと、電圧を発生させることができる電源部５ｂを備え、電源部５ｂにより発生させた電圧を、昇圧回路５ａにより昇圧して、数十ｋＶ程度の静電高電圧を発生させることができる装置である。
尚、以下の説明では、高電圧発生装置５により印加する静電高電圧の値を電圧Ｖとして規定し、電圧Ｖを印加したときに生じる放電電流の値を電流Ｉとして規定する。また、放電電流Ｉが流れることによって形成される静電界を電界Ｅとして規定する。また、以下の説明では、発生させる静電高電圧の極性が負である場合を例示して説明をする。
【００２５】
そして、高電圧発生装置５は、ケーブルにより外部電極６に内蔵される針状電極７と電気的に接続しており、針状電極７に対して電圧Ｖを印加することができる。
高電圧発生装置５によって、針状電極７に負の電圧Ｖを印加すると、針状電極７からアースＧに接地された（即ち、電位が０Ｖである）ワーク２に向けて放電電流Ｉが流れる。
そして、針状電極７からワーク２に向かって電位の勾配を有する静電界たる電界Ｅが形成され、この電界Ｅを利用して、ワーク２に対する静電塗装を行うことができる。
【００２６】
図１および図２に示す如く、外部電極６は、針状電極７、保持部８、支持ステー９等を備えており、複数の外部電極６・６・・・を１組として使用される。尚、図１上には、説明の便宜上、２本の外部電極６・６のみを図示しているが、本発明に係る静電塗装装置を構成する外部電極の本数をこれに限定するものではない。
【００２７】
針状電極７は、導電性材料により形成される線状の部材であり、コロナ放電を生じさせる側の一端部を尖らせた態様の先端部７ａを形成し、また他端部に高電圧発生装置５と電気的に接続するための端子である接続部７ｂを備えている。そして、針状電極７は保持部８に内蔵され保持されている。
【００２８】
保持部８は、針状電極７を保持するための略円柱状に形成される部位であり、樹脂等の絶縁体により構成される。保持部８は、その略軸心上に針状電極７を内蔵して保持している。尚、針状電極７は、必ずしも保持部８の略軸心上に配置する必要はなく、保持部８の軸心に対して偏心して配置することもできる。
【００２９】
また、保持部８の軸心方向の一端部８ａには、軸心方向の外側に向けて開放される凹状の空隙部である凹部８ｂを形成している。
凹部８ｂは、軸心方向の最も凹んだ部位である底部８ｃと、凹部８ｂの底部８ｃから一端部８ａに至るまでの外殻を形成する周縁部８ｄ、により形成される。
【００３０】
そして、保持部８に内蔵される針状電極７は、先端部７ａが凹部８ｂに包含するように、底部８ｃから一端部８ａ側に向けて突設しており、凹部８ｂにおいて露出している。また、針状電極７は、保持部８の他端部８ｅ側において接続部７ｂを突出している。
【００３１】
支持ステー９は、保持部８を塗装ガン４に固定するための部材であり、絶縁体により構成されている。そして、支持ステー９によって塗装ガン４に対して保持部８を固定することにより、針状電極７と塗装ガン４とを電気的に絶縁した状態で、塗装ガン４に対して針状電極７を一体的に付設する構成としている。
【００３２】
そして、外部電極６は、先端部７ａが、塗装ガン４に対して周縁部８ｄの影となるように、保持部８の角度や配置位置等を調整して、支持ステー９によって固定されている。例えば、本実施形態では、外部電極６は、保持部８と塗装ガン４の各軸心が平行となるように、また保持部８の前記軸心方向の位置がベルカップ４ａの先端部と略同じ位置となるように、保持部８を固定して、先端部７ａが、塗装ガン４に対して周縁部８ｄの影となるように配置している。
このような構成により、凹部８ｂは、針状電極７からワーク２に向けて形成される電界Ｅを阻害せず、かつ、針状電極７から塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）に向かう電界を形成させないように阻害する構成としている。
【００３３】
尚、凹部８ｂの仕様（開口形状・開口寸法・開口位置・深さ等）および先端部７ａの配置（軸心方向の突設高さ・軸心位置等）は、所望する電界Ｅの有効範囲・強度や、ベルカップ４ａとの位置関係等を考慮して、適宜設定する。
【００３４】
また、高電圧発生装置５には、制御装置１０が、接続されている。
制御装置１０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールするための装置である。
静電塗装装置１は、制御装置１０から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置５によって発生させる電圧Ｖを制御する構成としている。
【００３５】
次に、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１による電界の形成状況について、図３を用いて説明をする。
図３に示す如く、静電塗装装置１では、高電圧発生装置５により針状電極７に電圧Ｖを印加すると、保持部８の凹部８ｂに内包されている先端部７ａからワーク２に向けて、放電電流Ｉが流れるとともに、塗装ガン４からワーク２に向けて噴霧される塗料の周囲に電界Ｅが形成される。電界Ｅは、例えば、図３に示すような電気力線として表される。
【００３６】
本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１において、先端部７ａは、凹部８ｂに内包されているため、先端部７ａに対して、塗装ガン４のベルカップ４ａは、周縁部８ｄの影となっている。
このため、先端部７ａからベルカップ４ａに向けて放電電流が生じることがなく、電界を生じることもない。
【００３７】
また、凹部８ｂは、ワーク２に向けて開放されており、先端部７ａからワーク２に向けて流れる放電電流Ｉを阻害することがなく、またこれにより形成される電界Ｅを阻害することもない。
このため、針状電極７に印加した電圧Ｖは、ベルカップ４ａからのリーク電流を生じることなく、先端部７ａとワーク２の間に電界Ｅを形成することに費やされるため、電圧Ｖを高めることによって、確実に電界Ｅの強度を高めることができる。
【００３８】
電界中の塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆは、塗料粒子ｘの帯電量をｑ、電界（強度）をＥとするとき、Ｆ＝ｑＥとして表される。
ワーク２と針状電極７の間に形成される電界Ｅの強度が増大すると、塗料粒子ｘが電界Ｅから取得する負の電荷（電子）が増えるため、塗料粒子ｘの帯電量ｑも増大する。
このため、塗料粒子ｘは、電界Ｅの強度の増大および帯電量ｑの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
【００３９】
このように、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１では、外部電極６を構成する保持部８に凹部８ｂを形成し、凹部８ｂの内部で針状電極７の先端部７ａを露出することにより、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を、凹部８ｂの外殻を形成する周縁部８ｄによって簡易に実現する構成としている。
【００４０】
尚、本実施形態では、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を、保持部８の一部である周縁部８ｄによって形成する構成としているが、例えば、先端部７ａとベルカップ４ａの間に、絶縁体で構成される遮蔽部となる部材を保持部８や塗装ガン４から別途突設させる態様等とすることも可能であり、本発明に係る静電塗装装置における遮蔽部の態様をこれに限定するものではない。
【００４１】
即ち、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１は、塗料を霧化させる霧化部たるベルカップ４ａを有する塗装ガン４と、被塗物たるワーク２との間で電界Ｅを形成する針状電極７を有する外部電極６と、針状電極７に高電圧を印加する高電圧発生装置５と、該高電圧発生装置５により印加する高電圧を制御する制御装置１０と、を備え、導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、針状電極７の先端部７ａと塗装ガン４（より詳しくは、ベルカップ４ａ）の間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部たる周縁部８ｄを備えるものである。
このような構成により、外部電極６とベルカップ４ａの間で電界が形成されることを防止でき、外部電極６に対して印加する電圧Ｖを高めて、外部電極６とワーク２との間で形成する電界Ｅの強度を高めることができる。これにより、塗料の帯電量ｑおよび塗料に作用するクーロン力Ｆを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００４２】
また、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１において、外部電極６は、針状電極７を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部８を備え、該保持部８には、凹状の窪みである凹部８ｂを形成し、保持部８に内蔵する針状電極７の先端部７ａを、凹部８ｂが包含するように凹部８ｂ内に露出させ、遮蔽部を、凹部８ｂの外殻である周縁部８ｄにより形成するものである。
このような構成により、先端部７ａとベルカップ４ａの間を遮蔽する遮蔽部を容易に形成することができる。
【００４３】
次に、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第二の実施形態について、図４を用いて説明をする。
図４（ａ）に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第二の実施形態である静電塗装装置１１は、塗装ガン１４を備えており、塗装ガン１４は、ベルカップ１４ａ、ガン本体１４ｂ等を備えている。
ベルカップ１４ａは、樹脂等の絶縁体により構成しており、この点で、本発明に係る静電塗装装置の第一の実施形態である静電塗装装置１と相違している。尚、ベルカップ１４ａ以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
【００４４】
次に、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた静電塗装の状況について、図４を用いて説明をする。
【００４５】
図４（ｂ）に示す如く、本発明の第一実施形態に係る静電塗装装置１では、塗装ガン４のベルカップ４ａが絶縁体で構成されていない。
このため、ベルカップ４ａから噴霧される塗料粒子ｘは、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、ベルカップ４ａから離れるときに誘導帯電が生じるため、ベルカップ４ａから噴霧された直後の塗料粒子ｘは、一旦正極側に帯電される。
そしてその後、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子ｘには次々と負の電荷が付与され、帯電量が一旦「０」となり、その後、負極側に帯電される。
【００４６】
一方、図４（ａ）に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗装ガン１４のベルカップ１４ａが絶縁体で構成されている。
このため、ベルカップ１４ａから噴霧される塗料粒子ｘは、ベルカップ１４ａから離れるときに誘導帯電が生じないため、ベルカップ１４ａから噴霧された直後の塗料粒子ｘの帯電量は「０」となっている。
そしてその後、外部電極６から放出される負の電荷の影響により、塗料粒子ｘには次々と負の電荷が付与され、ベルカップ１４ａから噴霧された直後から、塗料粒子ｘは負極側に帯電される。
【００４７】
即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１を用いた場合には、ベルカップ１４ａから噴霧された直後の早期から塗料粒子ｘを負極側に帯電させることができるため、本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１を用いた場合に比して、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができる。
【００４８】
このため、電界Ｅを通過して塗着される塗料粒子ｘは、帯電量ｑの増大によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
つまり、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができるため、塗着効率の向上を図ることができる。
【００４９】
即ち、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１では、塗装ガン１４の霧化部であるベルカップ１４ａを、絶縁体で構成している。
このような構成により、塗料粒子ｘの帯電量ｑを増大させることができる。これにより、塗料粒子ｘに作用するクーロン力Ｆを増大させて、塗着効率の向上を図ることができる。
【００５０】
次に、塗着効率の向上を実現する静電塗装装置の第三の実施形態について、図５〜図７を用いて説明をする。
図５に示す如く、本発明に係る静電塗装装置の第三の実施形態である静電塗装装置２１は、制御装置３０を備えている。
制御装置３０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をパルス状に変化させることができる制御装置であり、この点において、本発明に係る静電塗装装置の第一および第二の実施形態に係る各静電塗装装置１・１１が備える制御装置１０と相違している。尚、制御装置３０以外のその他の構成は静電塗装装置１と共通であるため、説明は省略する。
【００５１】
また、本実施形態では、制御装置３０以外のその他の構成が本発明の第一の実施形態に係る静電塗装装置１と共通である場合を例示しているが、本発明の第二の実施形態に係る静電塗装装置１１と共通である構成（即ち、絶縁体で構成されるベルカップ１４ａを採用する構成）とすることも可能である。
【００５２】
制御装置３０は、高電圧発生装置５によって発生させる静電高電圧（即ち、電圧Ｖ）をコントロールするための装置であり、高電圧発生装置５に対してパルス条件を含む信号を出力することができる。
静電塗装装置２１では、制御装置３０から出力される指令信号に基づいて、高電圧発生装置５によって発生させる電圧Ｖをパルス状に切り換える構成としている。
尚、ここで言う「パルス状」とは、最大値か最小値のどちらかをとるように周期的に振幅が変化する状態を言い、矩形波状や正弦波状の変化等を含む概念である。
また、ここで言う「パルス条件」とは、パルス波形を決定するための各要素であって、振幅（電圧差）とパルス周期（パルス幅およびパルス間隔）を含んでいる。
【００５３】
制御装置３０は、ロボット３と接続されており、該ロボット３から塗装ガン４の動作状態（変位位置、姿勢、変位速度等）を示す信号がリアルタイムで入力される構成としている。
また、制御装置３０には、ワーク２の仕様や塗装条件（使用する塗料の種類、噴霧量、等の各種条件）に係る情報が予め記憶されており、ワーク２の仕様や塗装条件に係る情報と塗装ガン４の動作状態を示す信号に基づいて、制御装置３０によって、静電塗装状況を判断するとともに、そのときの最適なパルス条件をリアルタイムで演算して求める構成としている。
そして、制御装置３０は、リアルタイムで求めたそのときの最適なパルス条件に係る指令信号を、高電圧発生装置５に出力する構成としている。
【００５４】
尚、ここで言う「塗料の種類」とは、含有成分の相違により帯電性能や導電率が異なる塗料を、種類が異なる塗料として扱う概念であり、例えば、クリア塗料とベース塗料を異なる種類の塗料として扱うようにしている。
【００５５】
尚、本実施形態では、制御装置３０によって、そのときの静電塗装状況に応じてリアルタイムで指令信号を求める場合を例示しているが、あるいは、塗装開始から塗装終了までの一連の静電塗装工程に応じたパルス条件を予め制御装置３０にティーチングしておき、ティーチング内容に従って、制御装置３０により高電圧発生装置５に指令信号を出力する態様とすることも可能である。
【００５６】
ここで、静電塗装装置による電界Ｅの形成状況について、説明をする。
図６（ａ）に示す如く、静電塗装を行う場合において、針状電極７に印加する電圧として従来から一般的に採用されてきた第一の電圧Ｖを電圧Ｖ１として規定し、電圧Ｖ１を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ１と規定する。また、針状電極７に印加する電圧として従来から一般的に採用されている電圧Ｖ１に比して低い第二の電圧Ｖを電圧Ｖ２として規定し、電圧Ｖ２を定常的に印加したときに生じる放電電流Ｉの値を電流Ｉ２と規定する。
そして、電圧Ｖ１を印加するときと電圧Ｖ２を印加するときの各放電電流Ｉ１・Ｉ２の差をΔＩ（即ち、ΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２）と規定する。
【００５７】
一方、図６（ｂ）に示す如く、静電塗装装置２１では、高電圧発生装置５によって針状電極７に印加する電圧Ｖの値は、従来と同じ各電圧Ｖ１・Ｖ２としつつ、制御装置３０によって、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に切り換えて印加するようにしている。
また、パルス状に各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて印加すると、このときに生じる放電電流Ｉは尖鋭部を有する略三角波のパルス状に変化する。そして、このとき生じる放電電流Ｉのピーク値をピーク電流Ｉ３として規定する。
【００５８】
各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて印加するパルスの態様は、各電圧Ｖ１・Ｖ２の電圧差である振幅ΔＶ、高圧側の電圧Ｖ１を印加する一単位の時間であるパルス幅ｔ１と、低圧側の電圧Ｖ２を印加する一単位の時間であるパルス間隔ｔ２、によって規定することができる。また、このように規定すると、パルス周期Ｔは、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２と表すことができる。
【００５９】
そして、このピーク電流Ｉ３は、パルス条件を調整することによって、定常的に電圧Ｖ１を印加するときの放電電流Ｉ１に比して大きい値とすることができる。
即ち、静電塗装装置２１により静電塗装を行えば、高電圧発生装置５により発生させる電圧Ｖの値は従来と同じ各電圧Ｖ１・Ｖ２としながら、より高い放電電流Ｉ（ピーク電流Ｉ３）を得ることが可能になる。
【００６０】
ピーク電流Ｉ３が放電電流Ｉ１に比して高くなる原因は、定常的に各電圧Ｖ１・Ｖ２を印加している場合には、電界Ｅの領域が既に電子で満たされているため大きな電子の流れが生じないが、一方、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に切り換えて印加する場合には、電界Ｅの領域に急激な電子の流れが生じるため、定常的に各電圧Ｖ１・Ｖ２を印加している場合に比して大きな電流が流れるものと考えられる。
【００６１】
また、電界Ｅの強度は、放電電流Ｉの強さに応じて変化するため、従来に比して高いピーク電流Ｉ３が流れたときには、より高い強度を有する電界Ｅを形成することができる。
ここで、各電圧Ｖ１・Ｖ２をパルス状に印加するときの放電電流Ｉの差をΔＩｐ（即ち、ΔＩｐ＝Ｉ３−Ｉ２）として規定する。
【００６２】
次に、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１を用いて、印加電圧をパルス状に変化させた場合における静電塗装の状況について、説明をする。
図７に示す如く、高電圧発生装置５により、従来のように定常的な電圧Ｖ１を針状電極７に印加する（図６（ａ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図７（ａ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ１が形成される。尚、電気力線の間隔がより密になっている部分においては、電界Ｅ１の強度がより強くなっている。
【００６３】
電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１は、塗装ガン４から噴霧される塗料の拡散パターン等を考慮して、全ての塗料粒子ｘが電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に包含されながらワーク２に到達できる範囲となるように、電圧Ｖ１を設定している。
尚、ここで言う「電界の範囲」とは、塗料を塗着させるために必要なクーロン力Ｆを付与し得る強度を有する電界の範囲を意味しており、電界が存在する範囲を意味しているものではない。
【００６４】
また、高電圧発生装置５により、定常的に電圧Ｖ２を針状電極７に印加する（図６（ａ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図７（ｂ）に示すような電気力線で表される電界Ｅ２が形成される。
印加電圧が低い（例えば、電圧Ｖ２を印加する）場合、電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に比してさらに電界Ｅ２の有効範囲Ｗ２が狭くなっている。また電界Ｅ２では、電気力線の間隔が、電界Ｅ１の電気力線の間隔に比してより疎になっており、電界Ｅ２の強度は電界Ｅ１に比して弱くなっている。
【００６５】
一方、静電塗装装置２１を用いて、制御装置３０および高電圧発生装置５により、パルス状に各電圧Ｖ１・Ｖ２を切り換えて針状電極７に印加する（図６（ｂ）参照）と、ワーク２と針状電極７の間で、図５に示すような電界Ｅ３が形成される。
電界Ｅ３の有効範囲Ｗ３は、電界Ｅ１の有効範囲Ｗ１に比して、さらに広範囲となっている。また電界Ｅ３では、電気力線の間隔が、電界Ｅ１の電気力線の間隔に比してより密になっており、電界Ｅ３の強度は、電界Ｅ１に比してより高くなっている。
つまり、静電塗装装置２１では、制御装置３０によって、パルス条件（即ち、パルス幅ｔ１、パルス間隔ｔ２、振幅ΔＶ）を変更することによって、電界Ｅ３の強度や有効範囲Ｗ３を調整するようにしている。
【００６６】
ワーク２と針状電極７の間に形成される電界Ｅの強度が増大すると、塗料粒子ｘが電界Ｅから取得する負の電荷が増えるため、塗料粒子ｘの帯電量ｑも増大する。
このため、電界Ｅ３を通過して塗着される塗料粒子ｘには、電界Ｅの強度の増大および帯電量ｑの増大による相乗効果によって、従来に比してより大きいクーロン力Ｆが作用するため、ワーク２により強い力で引き付けられ、その結果、塗着効率を向上させることができる。
【００６７】
このように、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１を用いて静電塗装を行えば、低圧側の電圧Ｖ２を低く設定することにより、振幅ΔＶを増大させることができるため、電圧Ｖ１をさらに高電圧化しなくても、容易に塗着効率の向上を図ることができる。
【００６８】
即ち、本発明の第三の実施形態に係る静電塗装装置２１において、制御装置３０は、高電圧発生装置５により印加する高電圧として、静電塗装に適した印加電圧である第一の電圧Ｖ１と、該第一の電圧Ｖ１に比して低い印加電圧である第二の電圧Ｖ２が設定されるとともに、各電圧Ｖ１・Ｖ２を、所定のパルス幅ｔ１、パルス間隔ｔ２、振幅ΔＶでパルス状に切り換え可能とするものである。
このような構成により、外部電極６とワーク２との間で形成する電界Ｅの強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 静電塗装装置（第一の実施形態）
２ ワーク
４ 塗装ガン
４ａ ベルカップ（霧化部）
６ 外部電極
７ 針状電極
７ａ 先端部
８ 保持部
８ｂ 凹部
８ｄ 周縁部（遮蔽部）
１０ 制御装置
１１ 静電塗装装置（第二の実施形態）
１４ 塗装ガン
１４ａ ベルカップ（霧化部）
２１ 静電塗装装置（第三の実施形態）
３０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料を霧化させるための霧化部を有する塗装ガンと、
被塗物との間で電界を形成する針状電極を有する外部電極と、
前記針状電極に高電圧を印加する高電圧発生装置と、
該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、
を備え、
導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、
前記針状電極の先端部と前記塗装ガンの間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部を備える、
ことを特徴とする静電塗装装置。
【請求項２】
前記外部電極は、
前記針状電極を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部を備え、
該保持部には、
凹状の窪みである凹部を形成し、
前記保持部に内蔵する前記針状電極の先端部を、前記凹部が包含するように前記凹部内に露出させ、
前記遮蔽部を、
前記凹部の外殻により形成する、
ことを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
【請求項３】
前記塗装ガンの霧化部を、
絶縁体で構成する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電塗装装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、
前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とする、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の静電塗装装置。
【請求項１】
塗料を霧化させるための霧化部を有する塗装ガンと、
被塗物との間で電界を形成する針状電極を有する外部電極と、
前記針状電極に高電圧を印加する高電圧発生装置と、
該高電圧発生装置により印加する高電圧を制御する制御装置と、
を備え、
導電性塗料を使用して静電塗装を行うための静電塗装装置であって、
前記針状電極の先端部と前記塗装ガンの間を遮蔽する、絶縁体で構成される遮蔽部を備える、
ことを特徴とする静電塗装装置。
【請求項２】
前記外部電極は、
前記針状電極を内蔵して保持するための、絶縁体で構成される保持部を備え、
該保持部には、
凹状の窪みである凹部を形成し、
前記保持部に内蔵する前記針状電極の先端部を、前記凹部が包含するように前記凹部内に露出させ、
前記遮蔽部を、
前記凹部の外殻により形成する、
ことを特徴とする請求項１記載の静電塗装装置。
【請求項３】
前記塗装ガンの霧化部を、
絶縁体で構成する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電塗装装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記高電圧発生装置により印加する高電圧として、静電塗装に適した電圧である第一の印加電圧と、該第一の印加電圧に比して低い電圧である第二の印加電圧が設定されるとともに、
前記第一の印加電圧と前記第二の印加電圧を、所定のパルス幅、パルス間隔、振幅でパルス状に切り換え可能とする、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の静電塗装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５５２７６（Ｐ２０１１−２５５２７６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０２８１（Ｐ２０１０−１３０２８１）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０９００７８１８）友信工機株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０９００７８１８）友信工機株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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