(57)【要約】【課題】静電塗装機から吐出された塗料粒子の粒径毎の比電荷を計測し、高精度に被塗装面における帯電量分布データを作成する。【解決手段】静電塗装機２のベル３から噴霧する工程と、前記噴霧された塗料粒子Ｐのうち、所定の粒径範囲の塗料粒子を金属フィルタ板５の塗料通過孔５ａに通過させ、被塗装面４ａに塗着させる工程と、前記被塗装面に塗着した塗料粒子の質量を計測する工程と、前記被塗装面に塗着した塗料粒子の帯電量を計測する工程と、前記被塗装面に塗着する塗料粒子の粒径分布を計測する工程と、前記所定の粒径範囲における比電荷を算出する工程とを含む。【選択図】図１
2014222192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電塗装機のベルが被塗装板の被塗装面に向けて配置され、前記静電塗装機と前記被塗装板との間に塗料通過孔が形成された金属フィルタ板が配置された計測装置において、前記静電塗装機から吐出された塗料粒子の所定の粒径範囲毎の比電荷を計測する帯電量分布計測方法であって、
前記静電塗装機のベルから噴霧する工程と、
前記噴霧された塗料粒子のうち、所定の粒径範囲の塗料粒子を前記金属フィルタ板の塗料通過孔に通過させ、前記被塗装面に塗着させる工程と、
前記被塗装面に塗着した塗料粒子の質量を計測する工程と、
前記被塗装面に塗着した塗料粒子の帯電量を計測する工程と、
前記被塗装面に塗着する塗料粒子の粒径分布を計測する工程と、
前記所定の粒径範囲における比電荷を算出する工程とを含むことを特徴とする帯電量分布計測方法。
【請求項２】
他の粒径範囲における比電荷を求める場合には、
前記所定の粒径範囲における比電荷を算出する工程の後、
前記金属フィルタ板を、前記他の粒径範囲の塗料粒子が前記被塗装面に塗着されるように前記塗料通過孔が形成された前記金属フィルタ板に交換し、且つ、前記被塗装板を新たな被塗装板に交換する工程を実施し、
さらに前記請求項１に記載の全ての工程を実施することを特徴とする請求項１に記載された帯電量分布計測方法。
【請求項３】
前記金属フィルタ板に形成された塗料通過孔は予め、
前記静電塗装機のベルから被塗装面に対し噴霧される塗料粒子の粒子径の分布を計測することにより決められることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された帯電量分布計測方法。
【請求項４】
前記金属フィルタ板に形成された塗料通過孔の縁部に、前記静電塗装機側に突起する所定高さのフランジを設けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された帯電量分布計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電量分布計測方法に関し、特に静電塗装機のベルから吐出された塗料粒子の粒径毎の比電荷を計測する帯電量分布計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に模式的に示す静電塗装機５０においては、下方にラッパ状に拡径するベル５１が、帯電させた塗料粒子Ｐを霧状に噴射する。前記ベル５１は、数千〜数万ｒｐｍの回転数により軸周りに回転しながら塗料粒子Ｐを噴霧するため、塗料粒子Ｐは図示するように遠心力により真横方向に噴射される。
また、ベル５１の上方には、塗装面に向けて送風する送風部５２が設けられており、前記ベル５１から噴霧された塗料粒子Ｐが下方（塗装面）に向けて吹き付けられる構成となっている。
【０００３】
ここで、ベル５１から噴射される塗料粒子Ｐの粒子径は様々であり、大略例えば大中小に分類することができる。径の大きな粒子Ｐ１は、比較的重量が重いため、慣性力が大きく外力の影響を受けにくい。反対に、径の小さな粒子Ｐ３は、比較的重量が軽いため、慣性力が小さく、外力の影響を受けやすい。径の大きさが中程度の粒子Ｐ２は、粒径が大の粒子Ｐ１と粒径が小の粒子Ｐ３の間の性質を持つ。
【０００４】
このため、ベル５１から噴射された塗料粒子Ｐが、ベル５１の周囲に噴霧されると、図１１に示すように、外力の影響を受けやすい小粒径の粒子Ｐ３は、直ぐさま送風部５２からの風によって直下方向に流れ、塗装面７０に向け吹き付けられる。
また、中粒径の粒子Ｐ２は、塗装面７０に対し、前記小粒径の粒子Ｐ３が吹き付けられた領域の周囲に吹き付けられる。
さらに、大粒径の粒子Ｐ１は、塗装面７０に対し、前記中粒径の粒子Ｐ２が吹き付けられた領域の周囲に吹き付けられる。
このように、静電塗装機５０から噴霧される塗料粒子Ｐは、その粒子径の大きさによって、塗装面７０上の吹き付けられる領域が異なることが知られている。
【０００５】
ところで、従来、気流によって流れる微粒子がどこに付着するかをニュートンの運動方程式を前提に予測する試みが広く行われ、例えば、下記のランジュバンの方程式も周知となっている。
【０００６】
ｍｐｄｖ／ｄｔ＝ｍｐｋ（ｕ−ｖ）＋Ｆ＋Ｂ  ・・・（１）
ｖ：粒子速度
ｔ：時間
ｕ：流体速度
Ｆ：外力
Ｂ：ブラウン拡散
ｍｐ：粒子質量
ｋ：抗力係数
【０００７】
ここで、Ｆは次の一次結合で表される量である。
Ｆ＝Ｇ＋Ｌ＋Ｃ＋Ｈ
Ｇ：重力
Ｌ：揚力
Ｃ：静電気力
Ｈ：熱泳動
【０００８】
本願発明者は、前記式（１）を解析装置でのシミュレーションに用いるにあたり、静電気力Ｃ＝ＱＥ（Ｑ：荷電量、Ｅ：電界強度）を規定できれば、静電塗装機のベルから噴霧される帯電した塗料粒子が塗装面へ塗着する際の挙動を解析できることに着目した。
そこで、特許文献１において、静電塗装機のベルから塗装面に噴霧される不均一な粒径の塗料粒子の帯電量分布を計測可能とする塗料粒子の帯電量（荷電量）分布計測方法を開示した。
【０００９】
特許文献１に開示した帯電量分布計測方法について図１２のフローに沿って簡単に説明する。
先ず、静電塗装機のベルから被塗装面に対し塗料粒子を噴霧する（図１２の工程Ｓｐ１）。
また、レーザ式の粒径分布計測装置により、側方から噴射パターンの横断面の塗料の粒径分布を計測する（図１２の工程Ｓｐ２）。
また、前記粒径分布データに塗料粒子密度を乗算することにより塗料粒子の質量分布データを算出する（図１２の工程Ｓｐ３）。
【００１０】
次いで、被塗装面に塗着した単位時間あたりの塗料の質量と、前記被塗装面と基準電位間に流れる電流から塗料粒子の比電荷を算出する（図１２の工程Ｓｐ４）。
そして、前記塗料粒子の質量分布データと塗料粒子の比電荷とを乗算して帯電量分布データを作成する（図１２の工程Ｓｐ５）。
このように帯電量分布データが求められると、ベル電圧、被塗装面の電位等の塗装環境の電位を境界条件として、周知のガウスの定理に基づく計算により、前記した式（１）による噴射パターンの解析を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２１６１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、本願発明者らは、前記特許文献１に開示した方法を用いて、コンピュータによる噴霧シミュレーションと、実際に被塗装面に対する噴霧とを行い、その結果を検証した。
その結果、前記噴霧シミュレーションによる結果に対し、実際には、被塗装面に対し未塗着の塗装粒子が多いということがわかった。
このような課題に対し、本願発明者は、特許文献１に開示の方法によれば、図１２の工程Ｓｐ４の比電荷の算出において、粒径に拘わらず一様に比電荷を求めていた点に着目した。
そして鋭意検討の結果、粒径毎に比電荷を求めることによって前記課題を解決できることを知見し、本発明に想到したものである。
【００１３】
本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、静電塗装機から吐出された塗料粒子の粒径毎の比電荷を計測し、高精度に被塗装面における帯電量分布データを作成する帯電量分布計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記した課題を解決するために、本発明に係る帯電量分布計測方法は、静電塗装機のベルが被塗装板の被塗装面に向けて配置され、前記静電塗装機と前記被塗装板との間に塗料通過孔が形成された金属フィルタ板が配置された計測装置において、前記静電塗装機から吐出された塗料粒子の所定の粒径範囲毎の比電荷を計測する帯電量分布計測方法であって、前記静電塗装機のベルから噴霧する工程と、前記噴霧された塗料粒子のうち、所定の粒径範囲の塗料粒子を前記金属フィルタ板の塗料通過孔に通過させ、前記被塗装面に塗着させる工程と、前記被塗装面に塗着した塗料粒子の質量を計測する工程と、前記被塗装面に塗着した塗料粒子の帯電量を計測する工程と、前記被塗装面に塗着する塗料粒子の粒径分布を計測する工程と、前記所定の粒径範囲における比電荷を算出する工程とを含むことに特徴を有する。
尚、他の粒径範囲における比電荷を求める場合には、前記所定の粒径範囲における比電荷を算出する工程の後、前記金属フィルタ板を、前記他の粒径範囲の塗料粒子が前記被塗装面に塗着されるように前記塗料通過孔が形成された前記金属フィルタ板に交換し、且つ、前記被塗装板を新たな被塗装板に交換する工程を実施し、さらに前記の静電塗装機から噴霧する工程から、所定の粒径範囲における比電荷を求める工程までを実施すればよい。
【００１５】
このような方法によれば、被塗装面の前方に、所定の粒径範囲の塗料粒子のみを通過させる塗料通過孔が形成された金属フィルタ板が配置されるため、被塗装面に塗着した塗料粒子の粒子径を特定した上で、その粒子径範囲における塗料粒子の比電荷を求めることができる。
即ち、複数の所定の粒子径範囲毎に比電荷を求めることができ、従来よりも高精度に帯電量分布データを得ることができる。
その結果、実際の噴霧の場合に近似したシミュレーションを実施することができ、噴霧シミュレーションにおける制御パラメータ（エア圧、ベル回転数、吐出量など）を調整することにより、未塗着の塗料粒子を格段に低減することが可能となる。
【００１６】
また、前記金属フィルタ板に形成された塗料通過孔は予め、前記静電塗装機のベルから被塗装面に対し噴霧される塗料粒子の粒子径の分布を計測することにより決められることが望ましい。
このようにすれば、塗料通過孔の位置や径の大きさを決定することができる。
【００１７】
また、前記金属フィルタ板に形成された塗料通過孔の縁部に、前記静電塗装機側に突起する所定高さのフランジを設けることが望ましい。
このようなフランジを設けることにより、金属フィルタ板の面上を伝って粒子径の大きく異なる塗料粒子の塗料通過孔への流れ込みを防止し、所定の粒子径の塗料粒子のみを塗料通過孔に通過させる精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静電塗装機から吐出された塗料粒子の粒径毎の比電荷を計測し、高精度に被塗装面における帯電量分布データを作成する帯電量分布計測方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る帯電量分布計測方法を実施するための計測装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の断面図である。
【図３】図３は、金属フィルタ板に形成される塗料通過孔の位置及び径の大きさを決定するために予め行う計測の装置構成を模式的に示す側面図である。
【図４】図４は、図３の装置構成により計測された結果を示すグラフである。
【図５】図５は、金属フィルタ板に形成される塗料通過孔を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係る帯電量分布計測方法を説明するためのフローである。
【図７】図７は、実施例１の結果を示すグラフであって、粒子径毎の比電荷を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１の結果を示すグラフであって、粒子径毎の帯電量の分布を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例２のシミュレーション結果を模式的に示す側面図である。
【図１０】図１０は、静電塗装機を説明するための側面図である。
【図１１】図１１は、静電塗装機から噴霧された塗料粒子の流れを説明するための側面図である。
【図１２】図１２は、従来の帯電量分布計測方法の流れを示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる帯電量分布計測方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る帯電量分布計測方法を実施するための計測装置を模式的に示す斜視図である。
図１に示す計測装置１は、静電塗装機２のベル３に対向する被塗装板４と、この被塗装板４と前記静電ベル塗装機２との間に配置された金属フィルタ板５と、前記被塗装板４と金属フィルタ板５の間の空間に、側方からレーザ光を挿通させ、前記空間を通過する塗料粒子の粒径を測定する粒径分布計測装置６とを備える。
【００２１】
前記被塗装板４は、電流計７を介してアースされ、ベル３から被塗物が配置される例えば３０ｃｍ離間した標準位置に配置され、かつ概略予想される噴射パターンの拡がりに対応した１．５ｍ平方に形成されている。
また、前記金属フィルタ板５はアースされ、前記被塗装板４の前方に例えば５ｃｍ離間して配置され、その面上の所定位置に所定径の塗料通過孔５ａが設けられている。前記静電塗装機２は、ベル３から噴射された塗料粒子を送風部２ａからの送風によって前方に噴霧し、図２に示すように、前記金属フィルタ板５の塗料通過孔５ａを通った塗料粒子のみが被塗装板４の塗装面４ａに塗着するようになっている。尚、金属フィルタ板５はアースされているため、静電塗装機２から生じた静電気がここで除去されるようになっている。
【００２２】
また、粒径分布計測装置６は、被塗装板４及び金属フィルタ板５の一方の側方にレーザ光発射部６Ａが配置され、他方の側方に前記レーザ光発射部６Ａから発射されたレーザ光を受光し解析する受光解析部６Ｂが配置される。前記受光解析部６Ｂは、時系列に検出される塗料粒子の微小散乱光のパターンを基に、噴射パターン横断面の塗料粒子の個数及びその粒径を検出して、粒径分布データを作成するものである。
【００２３】
前記金属フィルタ板５は、塗料粒子を径の大きさによって分類した数に合わせて複数枚用意される。塗料粒子の大きさを例えば大中小の３つの粒径範囲に分類するとすれば、大中小の大きさ毎に、金属フィルタ板５が用意され、各金属フィルタ板５において、その大きさの塗料粒子のみを通過させるための塗料通過孔５ａが形成される。
そして、各金属フィルタ板５が順に被塗装板４の前方に配置され、分類された粒子径の大きさ毎に計測が行われる。
【００２４】
前記金属フィルタ板５に形成される塗料通過孔５ａの位置及び径の大きさは、次のようにして決定される。
図３に示すように静電塗装機２のベル３を被塗装面１０に対向して配置する。このとき、ベル３と被塗装面１０との距離は、計測装置１におけるベル３と金属フィルタ板５との距離に等しく設定される。
そして、ベル３から塗料粒子を噴霧し、塗装面１０の中心側から径方向外側に向かって順に複数の計測点１１において通過する粒子の径を粒径分布計測装置（図示せず）により計測する。
その結果、計測点１１毎に例えば図４に示すようなグラフが得られる。図４のグラフは、例えば４つの計測点のデータ（異なる線種）を示すものであり、横軸は粒径（μｍ）、縦軸が頻度（％）である。
【００２５】
図４のグラフに示されるように、計測点によって検出される粒径が大きく異なる。
このことから、塗装面１０上での粒径分布を得ることができる。また、その粒径分布から、図５（ａ）に示すように塗料通過孔５ａの位置や径寸法ｄを決定することができる。
また、図５（ｂ）に示すように塗料通過孔５ａの縁部に所定高さｈのフランジ５ｂを形成し、これを静電塗装機２側に配置することによって、金属フィルタ板５の面上を伝って粒子径の大きく異なる塗料粒子の塗料通過孔５ａへの流れ込みを防止し、所定の粒子径の塗料粒子のみを塗料通過孔５ａに通過させる精度を向上することができる。
【００２６】
続いて、前記した計測装置１を用い、本発明に係る帯電量分布計測方法を実施する手順について図６のフローに沿って説明する。
先ず、静電塗装機２のベル３から被塗装板４に向けて塗料粒子を噴霧する（図６の工程Ｓ１）。
【００２７】
このとき前記被塗装板４の前方には金属フィルタ板５が配置されているため、前記噴霧された塗料粒子のうち、所定の粒径範囲（例えば小粒径の粒径範囲）の粒子の一部が塗料通過孔５ａを通過して被塗装板４の塗装面４ａに塗着し、その他は金属フィルタ板５に塗着する（図６の工程Ｓ２）。尚、金属フィルタ板５はアースされているため、静電塗装機２から発する静電気はここで除去される。
【００２８】
前記被塗装板４の塗装面４ａに塗着した塗料粒子は、前記のように所定の粒径範囲の粒子径を有しており、その塗着した塗料の質量が計測される（図６の工程Ｓ３）。この質量の計測は、例えば塗装面４ａに塗料粒子が塗着する前後での被塗装板４の質量の差分により求めることができる。
【００２９】
次いで、電流計７により、被塗装板４と基準電位間に流れる電流から、被塗装面４ａに塗着している塗料粒子の帯電量が計測される（図６の工程Ｓ４）。
一方、レーザ式の粒径分布計測装置６において、レーザ光発射部６Ａにより側方から受光解析部６Ｂに向けてレーザ光が発射され、塗料通過孔５ａを通過する塗料粒子の粒径分布が計測される（図６の工程Ｓ５）。
【００３０】
そして、被塗装面４ａに塗着した単位時間あたりの塗料の質量と、帯電量、及び粒径分布から、その粒径範囲（例えば小粒径に分類された粒径範囲）における塗料粒子の比電荷を算出する（図６の工程Ｓ６）。
【００３１】
次に、他の粒径範囲（例えば中粒径に分類された粒径範囲）について、その塗料粒子の比電荷を求めるために（図６の工程Ｓ７）、金属フィルタ板５を、その粒径用に塗料通過孔５ａが設けられたものに交換し、被塗装板４も新たなものに交換する（図６の工程Ｓ８）。
そして、工程Ｓ１〜Ｓ６を実行することにより、その粒径範囲における塗料粒子の比電荷が求められる。
【００３２】
このようにして全ての粒径範囲（例えば大、中、小）について塗料粒子の比電荷が求められると（図６の工程Ｓ７）、粒径分布データと粒径毎の比電荷に基づき荷電量分布データを作成する（図６の工程Ｓ９）。
このように荷電量分布データが求められると、ベル電圧、被塗装面の電位等の塗装環境の電位を境界条件として、周知のガウスの定理に基づく計算により、前記した式（１）による噴射パターンの解析が可能となる。
【００３３】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、被塗装面の前方に、所定の粒径範囲の塗料粒子のみを通過させる塗料通過孔５ａが形成された金属フィルタ板５が配置されるため、被塗装面４ａに塗着した塗料粒子の粒子径を特定した上で、その粒子径範囲における塗料粒子の比電荷を求めることができる。
即ち、複数の所定の粒子径範囲毎に比電荷を求めることができ、従来よりも高精度に帯電量分布データを得ることができる。
その結果、実際の噴霧の場合に近似したシミュレーションを実施することができ、噴霧シミュレーションにおいて制御パラメータ（エア圧、ベル回転数、吐出量など）を調整することにより、未塗着の塗料粒子を格段に低減することが可能となる。
【実施例】
【００３４】
本発明に係る塗料粒子の帯電量分布計測方法について、実施例に基づきさらに説明する。
［実施例１］
実施例１では、前記実施の形態に基づき粒径毎の比電荷を計測した。粒子径の分類は、粒子径をその大きさによって４つに区切り、分類された各大きさについて比電荷を求めた。
【００３５】
［比較例１］
比較例１として、従来の図１２に示したフローに従い、粒子の比電荷を求めた。
【００３６】
図７、図８に、前記実施例１、及び比較例１の結果を示す。
図７は、粒子径毎の比電荷を示すグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は粒子径（μｍ）、縦軸は比電荷（クーロン／ｇ）である。また、実施例１において分類された粒子径の大きさは、各大きさの範囲の中で計測された粒子径の平均値をプロットした。
図７のグラフに示すように、比較例１では粒子径に拘わらず同じ比電荷の値であるが、実施例１では、各粒子径によって比電荷が大きく異なることが確認された。
また、図８は、粒子径毎の帯電量の分布を示すグラフである。図８のグラフにおいて、横軸は粒子径（μｍ）、縦軸は帯電量（クーロン）である。また、実施例１において分類された粒子径の大きさは、各大きさの範囲の中で計測された粒子径の平均値をプロットした。
図８のグラフに示すように、比較例１での分布に対し、実施例１では、特に粒子径が小さい場合の帯電量分布が異なることが確認された。
【００３７】
［実施例２］
実施例２では、前記実施の形態に示した帯電量分布計測方法により大中小の３つに分類した粒子径ごとの比電荷、及び荷電量分布データを求め、それに基づきコンピュータによる噴霧シミュレーションを行った。
その結果、図９に模式的に示すように、塗装面１５に対し静電ベル塗装機２のベル３から噴霧した際に、実際の噴霧と同様に、小さい粒径の塗料粒子Ｐ１が塗装面１５に塗着されずに周囲に流れる現象を確認することができた。
【００３８】
以上の実施例の結果により、本発明によれば、噴霧シミュレーションにおける制御パラメータ（エア圧、ベル回転数、吐出量など）を調整することにより、未塗着現象をシミュレーション上で改善し、実際の塗装作業での未塗着塗料を大幅に低減することができることを確認した。
【符号の説明】
【００３９】
１          計測装置
２          静電塗装機
２ａ        送風部
３          ベル
４          被塗装板
４ａ        被塗装面
５          金属フィルタ板
５ａ        塗料通過孔
５ｂ        フランジ
６          粒径分布計測装置
７          電流計
Ｐ          塗料粒子
【図１】
2014222192.tif 000003
【図２】
2014222192.tif 000004
【図３】
2014222192.tif 000005
【図４】
2014222192.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014222192.tif 000008
【図７】
2014222192.tif 000009
【図８】
2014222192.tif 000010
【図９】
2014222192.tif 000011
【図１０】
2014222192.tif 000012
【図１１】
2014222192.tif 000013
【図１２】
2014222192.tif 000014