(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属円筒体（１）の内周面（２）を保持して回転させる回転ステージ（３）と、
前記回転ステージ（３）に保持された前記金属円筒体（１）の一部を、前記金属円筒体（１）が回転可能な状態で覆う第１のブース（１０）と、
所定の内部空間（２１）を隔てて前記第１のブース（１０）を収容する第２のブース（２０）と、
１つの粉体塗料の注入口（３１）と複数の粉体塗料の噴口（３２）を備え、前記注入口（３１）は前記第２のブース（２０）の外側に位置し、前記複数の噴口（３２）は前記第１のブース（１０）内で自由に位置を変更させて前記金属円筒体（１）の表面部分に対向させることが可能な粉体塗料導入ノズル（３０）とを備えることを特徴とする粉体塗装装置（５）。
【請求項２】
前記第１のブース（１０）にはブース内に空気流を注入可能な配管（１２）を備えるブロー装置（１３）が接続されており、
前記第２のブース（２０）には内部に残存する前記粉体塗料を吸引するホース（２２）を備える集塵装置（２３）が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の粉体塗装装置（５）。
【請求項３】
前記回転ステージ（３）に保持された前記金属円筒体（１）の、前記第２のブース（２０）とは干渉しない位置に、前記金属円筒体（１）に対してプラズマを照射して前記金属円筒体（１）を加熱することが可能なプラズマ照射装置（４０）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の粉体塗装装置（５）。
【請求項４】
前記粉体塗装装置に制御装置（５０）が設けられており、
該制御装置（５０）は、前記プラズマ照射装置（４０）を動作させた後に、前記粉体塗料導入ノズル（３０）から前記粉体塗料を噴出させて前記金属円筒体（１）の表面部分に塗装を行うことを特徴とする請求項３に記載の粉体塗装装置（５）。
【請求項５】
前記制御装置（５０）は、前記金属円筒体（１）の表面部分に塗装を行う時に前記集塵装置（２３）を動作させ、前記金属円筒体（１）の塗装が終了して前記前記金属円筒体（１）が前記回転ステージ（３）から取り外された後に、前記ブロー装置（１３）を動作させることを特徴とする請求項４に記載の粉体塗装装置（５）。
【請求項６】
前記回転ステージ（３）は前記金属円筒体（１）の内周面（２）の方向に伸縮する導電性のチャック部材（４）によって、前記金属円筒体（１）の内周面（２）を保持すると共に、前記チャック部材（４）は接地されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の粉体塗装装置。
【請求項７】
前記制御装置（５０）は、前記回転ステージ（３）を５〜１０００ｒｐｍで回転させることを特徴とする請求項４または５に記載の粉体塗装装置（５）。
【請求項８】
前記粉体塗料導入ノズル（３０）の少なくとも前記第１のブース（１０）内にある部分は柔軟な材料で形成されており、前記第１のブース（１０）内に挿入される前記金属円筒体（１）の形状に合わせて、前記複数の粉体塗料の噴口（３２）の位置を変更できることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の粉体塗装装置（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体塗料を用いて塗装空間内で被塗装材を塗装する粉体塗装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被塗装材の表面部分に薄い均一な厚さの塗膜を形成する塗装方法として、静電塗装方法が知られている。このような静電塗装方法の一例としては、特許文献１のような、樹脂粉体を粉体塗料として用いた金属円筒体の塗装方法が知られている。静電塗装では、樹脂粉体に静電気を付与して帯電させ、極性が反対の静電気を付与した被塗装物に樹脂粉体を塗布してその表面に付着させた後、被塗装物を加熱することによって付着した樹脂粉体を融着させて被塗装物の表面に塗膜を形成している。樹脂粉体は以後粉体塗料と記す。
【０００３】
これまでの粉体塗装技術は、被塗装材より大きな塗装ブース内に被塗装材を吊り下げて接地電位にし、粉体塗料を気流と混合して輸送し、塗装ガンの吹き出し口で粉体塗料に静電気を帯びさせて吊り下げた被塗装材に粉体塗料を噴霧して塗布するものであった。そして、粉体塗料の塗布時に粉体塗料の舞う体積が大きいために塗装ブースのサイズが大きくなり、塗装後に粉体塗料を集塵、回収する集塵機の能力、サイズも大きくなっていた。このため、被塗装材のサイズが小さくても大型の塗装ブースと集塵機が必要であり、粉体塗装設備の小型化、簡略化が困難であった。
【０００４】
更に、粉体塗装では、塗装ブース内で粉体塗料が被塗装材に付着する割合は３０％程度であり、残った粉体塗料は回収して再利用するが、何度も使用して劣化した粉体塗料は交換が必要であり、最終利用率は９０％程度であった。従って、塗装ブース内での粉体塗料の被塗装材への付着率を向上させ、粉体塗料の最終利用率を向上させることが望まれている。
【０００５】
一方、本発明者らは、粉体塗装する金属円筒体の中には、その内周面への塗装が不要なものがあり、この種の金属円筒体に対しては粉体塗装装置の塗装ブースの構造を改良することによって小型化でき、且つ粉体塗料の最終利用率を向上できることを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０７４７０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、上述の種類の金属円筒体に対して、塗装ブース内での粉体塗料の被塗装材への付着率を向上させると共に、粉体塗料の最終利用率を向上させることが可能な粉体塗装装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の粉体塗装装置５は、金属円筒体１の内周面２を保持して回転させる回転ステージ３と、回転ステージ３に保持された金属円筒体１の一部を、金属円筒体１が回転可能な状態で覆う第１のブース１０と、所定の内部空間２１を隔てて第１のブース１０を収容する第２のブース２０と、１つの粉体塗料の注入口３１と複数の粉体塗料の噴口３２を備え、注入口３１は第２のブース２０の外側に位置し、複数の噴口３２は第１のブース１０内で自由に位置を変更させて金属円筒体１の表面部分に対向させることが可能な粉体塗料導入ノズル３０とを備えることを特徴としている。
【０００９】
これにより、内周面への塗装が不要な種類の金属円筒体に対して、塗装ブース内での粉体塗料の被塗装材への付着率を向上させると共に、粉体塗料の最終利用率を向上させることが可能となる。
【００１０】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の粉体塗装装置の各部材の配置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の粉体塗装装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の粉体塗装装置の第２の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の粉体塗装装置の具体例の水平方向の断面図である。
【図５】図４に示した粉体塗装装置の具体例の垂直方向の断面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。また、本発明では、被塗装材として、金属円筒体を例にとって説明する。
【００１３】
図１は、本発明の粉体塗装装置５の各部材の配置の一例を示す斜視図である。粉体塗装装置５には、回転ステージ３、第１のブース１０、第２のブース２０、粉体塗料導入ノズル３０、プラズマ照射装置４０及び制御装置５０を設けることができ、二点鎖線で示す位置に設置される金属円筒体１を粉体塗料で塗装する。
【００１４】
本発明の粉体塗装装置５は、内周面２に対して塗装が不要な金属円筒体１の塗装に用いられるものである。従って、金属円筒体１は、その内周面２が回転ステージ３に設けられたチャック部材４によって保持される。回転ステージ３は、チャック部材４が取り付けられた回転部３Ａと、回転部３Ａを回転させる駆動部３Ｂとを備える。駆動部３Ｂにより、回転部３Ａは５〜１０００ｒｐｍで回転することができる。また、回転ステージ３は、図示しない昇降装置によって矢印Ｕで示す方向に上下動することができ、第１のブース１０と第２のブース２０の中に挿入された金属円筒体１の位置まで上昇することができる。
【００１５】
チャック部材４は、複数のロッド部４Ｂと、ロッド部４Ｂの先端部に設けられたアーム部４Ａを備え、ロッド部４Ｂの基部が回転部３Ａの上に突設される。この例では、ロッド部４Ｂの本数は４本であるが、ロッド部４Ｂの本数は４本に限定されるものではなく、アーム部４Ａによって金属円筒体１の内周面２を確実に保持できる本数であれば何本でも良い。アーム部４Ａはロッド部４Ｂに対して直交する方向に取り付けられており、アーム部４Ａの先端面が金属円筒体１の内周面２に対向する。そして、アーム部４Ａは、矢印Ｅで示す金属円筒体１の内周面２の方向に伸び縮みすることができ、金属円筒体１の内周面２を保持したり、保持を解除したりすることができる。アーム部４Ａの伸縮機構については公知のものが使用できるので、ここでは説明を省略する。
【００１６】
第１のブース１０は、回転ステージ３に保持された金属円筒体１の一部を覆う程度の大きさであり、第２のブース２０は所定の内部空間２１を隔てて第１のブース１０を収容できる大きさである。第１のブース１０の金属円筒体１に対向する側の筐体１４には開口部１５があり、金属円筒体１の一部はこの開口部１５の中に挿入される。また、第２のブース２０の筐体２４には、第１のブース１０の開口部１５に重なる位置に開口部２５があり、金属円筒体１の一部はこの開口部２５の中にも挿入される。金属円筒体１は、開口部１５，２５の中に挿入された状態で回転可能である。第２のブース２０は金属円筒体１側の幅が狭められた形状であるが、形状は特に限定されるものではない。
【００１７】
粉体塗料導入ノズル３０は、第２のブース２０の外側に位置する１つの粉体塗料の注入口３１を備える。粉体塗料導入ノズル３０は、第２のブース２０の内部で複数の枝管３３に分岐され、複数の枝管３３が第１のブース１０内に挿入される。複数の枝管３３の先端部の第１のブース１０内の形状及び複数の枝管３３の先端部にある噴口については後述する。粉体塗料導入ノズル３０の粉体塗料の注入口３１から注入される粉体塗料は、後述する塗布ガンから注入することができる。
【００１８】
第１のブース１０には、ブース内に空気流を注入可能な配管１２を備えるブロー装置１３が、筐体１４の側面に接続されている。また、第２のブース２０には、内部に残留する粉体塗料を吸引するホース２２を備える集塵装置２３が接続されている。集塵装置２３は吸引して回収した粉体塗料を内部に蓄えることができる。粉体塗料導入ノズル３０から粉体塗料が第１のブース１０内に噴射されている時には、ブロー装置１３は動作せず、塗装終了後にブロー装置１３によって吸引口１６から吸い込んだ空気が第１のブース１０内に注入される。ブロー装置１３から空気が第１のブース１０内に注入されると、第１のブース１０内に滞留する粉体塗料が第２のブース２０の内部空間２１に押し出され、集塵装置２３に吸い取られる。
【００１９】
プラズマ照射装置４０は、回転ステージ３に保持された金属円筒体１に対して、第２のブース２０とは干渉しない位置に設けられる。プラズマ照射装置４０の内部構成は後述するが、プラズマ照射装置４０は、配管４３を通じてプラズマガス供給源４２に接続されると共に、プラズマ電源４４に接続される。プラズマ照射装置４０は、金属円筒体１に対してプラズマを照射して、粉体塗料の金属円筒体１の表面に対する密着力を向上させるものである。粉体塗装装置５にはプラズマ照射装置４０が設けられる場合と設けられない場合がある。
【００２０】
ブロー装置１３、集塵装置２３、プラズマ電源４４には、これらの動作を制御する制御装置５０が接続されている。制御装置５０はまた、回転ステージ３の回転制御、ブロー装置による空気の第１のブース１０への注入制御及び集塵装置２３の吸引制御を行うことができる。制御装置５０の制御については、後に説明する。
【００２１】
図２は、本発明の粉体塗装装置５の第１の実施例を示す断面図である。第１の実施例の粉体塗装装置５には、プラズマ照射装置は設けられていない。第１の実施例の粉体塗装装置５では、回転ステージ３に被塗装材である金属円筒体１が設置される。金属円筒体１の回転ステージ３への取り付けに際してはまず、回転ステージ３を下降させた状態で、金属円筒体１を第１のブース１０内に挿入する。この状態で回転ステージ３を上昇させてチャック部材４を金属円筒体１の内周面２の内側に挿入する。この状態ではチャック部材４は閉じている。チャック部材４が金属円筒体１の内周面２の内側の所定位置に達したら、チャック部材４を開き、金属円筒体１の内周面２をチャック部材４に保持させる。チャック部材４は導電性金属製であり、アース電位に接地されている。
【００２２】
金属円筒体１を第１のブース１０内に挿入する際には、粉体塗料導入ノズル３０の枝管３３は金属円筒体１に干渉しないように退避させておき、金属円筒体１が回転ステージ３のチャック部材４に保持されたら、枝管３３の噴口３２の位置を塗装位置に向ける。このため、粉体塗料導入ノズル３０の枝管３３は変形可能であり、第１のブース１０内で噴口３２の位置を自由に変更し、その位置を保持することが可能な柔軟な材料で出来ている。なお、枝管３３の第２のブース２０内に位置する部分は、特に変形させる必要がないので、この部分は柔軟な材料で形成しなくても良い。
【００２３】
また、金属円筒体１を第１のブース１０と第２のブース２０の内部に挿入する際には、第１のブース１０と第２のブース２０を開閉できるようにすることができる。更に、金属円筒体１をチャック部材４に保持させる時に、第１と第２のブース１０、２０を金属円筒体１から遠ざけておき、金属円筒体１がチャック部材４に保持されたら第１と第２のブース１０を移動させてその中に金属円筒体１を挿入することも可能である。
【００２４】
回転ステージ３に金属円筒体１が設置されると、図１に示した制御装置５０（図２には図示省略）により、第２のブース２０の吸引が矢印Ｖで示すようにホース２２を通じて開始される。次いで、回転ステージ３が回転し、塗装ガン６から粉体塗料が注入口３１内に吐出される。粉体塗料は、各枝管３３を通り、各噴口３２から金属円筒体１の表面に向かって噴出される。ここで、粉体塗料導入ノズル３０の枝管３３の本数は多いほど塗布部分への塗料分配比率を細かく制御できるが、枝管３３の位置決めが密集し、配置が難しくなる。このことから、実際には枝管３３の数は１０〜３０本の間が、供給分布制御を確保しつつ各噴口３２の配置が容易となるので良い。
【００２５】
粉体塗料導入ノズル３０の各噴口３２から金属円筒体１に向かって噴出された粉体塗料は、所定量が金属円筒体１の表面に直接付着し、付着しなかった粉体塗料は第１のブース１０内で一定時間滞留する。従って、第１のブース１０は粉体塗料滞留ブースとも呼ばれる。そして、第１のブース１０内に滞留する粉体塗料は帯電しているので、滞留中に被着材と静電引力により引き寄せられ、金属円筒体１の表面に付着する。従って、粉体塗料導入ノズル３０の各噴口３２から金属円筒体１に向かって噴射された粉体塗料の、金属円筒体１の表面への付着率が向上する。
【００２６】
このとき、ブロー装置は動作しておらず、第１のブース１０内に空気は注入されていない。このように、第２のブース２０の内側に第１のブース１０を設けてブースを二重構造とし、第１のブース１０内で粉体塗料を滞留させながら塗装を行うと、ブースが一重の場合に比べて金属円筒体１の表面に付着する粉体塗料の割合が増加する。この結果、再利用に回る粉体塗料の量が減り、劣化する粉体塗料の量が減って、粉体塗料の利用率が向上する。実験の結果、粉体塗料の利用率は９０％から９５％に向上した。
【００２７】
一方、第１のブース１０内で金属円筒体１の表面に付着しなかった粉体塗料で、第１のブース１０内に滞留した後に第２のブース２０に溢れ出た粉体塗料は、集塵装置２３によって吸引される。この構成により、第１と第２のブース１０、２０の外に粉体塗料を飛散させずに、粉体塗料を集塵装置内に回収することができる。また、一般的な粉体塗装ブースと比較して、第２のブース２０の容積を１／００程度にできるため、集塵装置の吸引能力、処理能力もこれまでの集塵装置の１／１００程度に小型化可能である。
【００２８】
金属円筒体１への塗装が終了すると、制御装置により塗装ガン６からの粉体塗料の吐出が停止される。次いで、第１と第２のブース１０，２０を金属円筒体１から離し、金属円筒体１を回転ステージ３から取り外す。取り外した金属円筒体１は、塗膜焼成のための加熱処理プロセスに搬送される。
【００２９】
金属円筒体１が取り出された後は、制御装置により空気が配管１２を通じて矢印Ａで示すように第１のブース１０に送り込まれ、第１のブース１０のエアブローが行われる。このエアブローにより、第１のブース１０内に堆積した粉体塗料が第２のブース２０側に吹き出され、第１のブース１０内の粉体塗料が除去される。この際、エアブローにより舞い上がった粉体塗料は、第２のブース２０に移った後に集塵装置によって回収される。このため、第２のブース２０は、集塵ブースとも呼ばれる。
【００３０】
図３は、本発明の粉体塗装装置５の第２の実施例を示す断面図である。第２の実施例の粉体塗装装置５には、プラズマ照射装置４０が設けられている。第２の実施例におけるプラズマ照射装置４０以外の部分の動作は第１の実施例と同じであるので、第１の実施例と同じ構成部材には同じ符号を付してその動作の説明を省略する。
【００３１】
第２の実施例では、プラズマ照射装置４０は、回転ステージ３を中心にして、第１と第２のブース１０，２０の反対側の位置に設けられている。プラズマ照射装置４０には、金属円筒体１の形状に合わせて複数個のプラズマ照射ノズル４１が設けられている。各プラズマ照射ノズル４１には、プラズマ電源４４から交流電源が供給され、プラズマガス供給源４２から配管４３を通じてプラズマガスが供給される。プラズマガスはＡｒ，Ｏ2，Ｈ2，Ｎ2及び空気を混合したものである。
【００３２】
第２の実施例では、回転ステージ３に金属円筒体１が設置され、図１に示した制御装置５０（図３には図示省略）により、回転ステージ３が回転した後に、プラズマ照射装置４０が動作する。プラズマ照射装置４０の動作時には、プラズマガス供給源４２から配管４３を通じてプラズマガスが供給され、この状態でプラズマ電源４４がオンされ、プラズマ照射ノズル４１から大気圧プラズマ気流が金属円筒体１の表面に照射される。プラズマ照射装置４０の動作によって金属円筒体１に所定時間プラズマが照射されると、制御装置によりプラズマ電源４４がオフされ、プラズマガス供給源４２からのプラズマガスの供給が止まり、プラズマ照射ノズル４１からのプラズマ照射が止まる。
【００３３】
この後、第２のブース２０の吸引が矢印Ｖで示すようにホース２２を通じて開始され、回転ステージ３が回転を維持した状態で、塗装ガン６から粉体塗料の吐出が開始され、以後は第１の実施例と同様に金属円筒体１の表面に対する粉体塗料を用いた塗装が開始される。このように、第２の実施例では、金属円筒体１の表面に対する粉体塗装を行う前に、塗装の前処理であるプラズマ照射を金属円筒体１に対して行い、その後金属円筒体１を搬送することなく粉体塗装を連続して行うことが可能である。この結果、プラズマ照射を金属円筒体１に対して行った後に金属円筒体１を搬送し、粉体塗装装置に取り付けて粉体塗装を行う従来の塗装装置に比べて、粉体塗料の金属円筒体１の表面に対する密着力を２０％程度向上できる。
【００３４】
次に、図４から図６を用いて本発明の粉体塗装装置５の具体例の構成を説明する。図４は、本発明の粉体塗装装置５の水平方向の断面図であり、図５は図４に示した粉体塗装装置５の垂直方向の断面図であり、図６は、図５のＸ−Ｘ線における断面図である。粉体塗装装置５の具体例では、図１から図３を用いて説明した本発明の実施例と同じ構成部材には同じ符号を付して説明する。
【００３５】
まず、図５及び図６に示すように、第１のブース１０は、第２のブース２０の中に、４本の支持具１７によって固定されている。そして、図６に示すように、第１のブース１０の筐体１４の背面には、粉体塗料導入ノズル３０の枝管３３を通すための貫通孔１８が設けられており、枝管３３はこの貫通孔１８を通過して第１のブース１０内に入る。この具体例では、縦方向に１３個ずつ並ぶ貫通孔１８が２列設けられており、貫通孔１８の総数は２６である。また、第２のブース２０の筐体２４に開けられた開口部２５の高さは、金属円筒体１の高さよりも大きく、金属円筒体１が開口部２５の中を筐体２４に触れることなく回転できることが分かる。
【００３６】
更に、図４に示すように、第１のブース１０内には複数の合成樹脂製の粉体塗料導入ノズル３０の枝管３３を固定するためのステー１９がある。枝管３３はこのステー１９を利用して、図５に示すように先端部の噴口３２の位置を、金属円筒体１の表面の塗装したい位置に合わせることができる。
【００３７】
以上被塗装部材として金属円筒体１に粉体塗装を行う粉体塗装装置について説明したが、被塗装部材としては金属円筒体に限定されるものではなく、チャック部材で保持する内周面に塗装を施す必要の無い筒状の部材であれば何でも良い。また、筒の形状も円筒ではなく、矩形状の筒、多角形状の筒でも良い。
【符号の説明】
【００３８】
１    金属円筒体
３    回転ステージ
４    チャック部材
５    粉体塗装装置
１０    第１のブース（粉体塗料滞留ブース）
１３    ブロー装置
２０    第２のブース（集塵ブース）
２３    集塵装置
３０    粉体塗料導入ノズル
４０    プラズマ照射装置
５０    制御装置
【図１】
0005712955.tif 000002
【図２】
0005712955.tif 000003
【図３】
0005712955.tif 000004
【図４】
0005712955.tif 000005
【図５】
0005712955.tif 000006
【図６】
0005712955.tif 000007