(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料を霧化する回転霧化頭（２）を備えた複数のベルユニット（５）と、当該ベルユニット（５）に対し挿脱可能に装填されると共に回転霧化頭（２）に供給する塗料が予め充填される複数の塗料カセット（６）と、前記ベルユニット（５）を着脱可能に装着するホルダ（８）が取り付けられた塗装ロボット（Ｒ）とを備え、任意のベルユニット（５）に任意の塗料カセット（６）を装填して当該ベルユニットを前記ホルダ（８）に装着して塗装を行う塗装装置であって、
各ベルユニット（５）は、その先端側にエアモータ（４）の管状回転軸（９）で駆動される回転霧化頭（２）が取り付けられると共に、その後端側に塗料カセット（６）の収納部（１０）が形成され、
前記塗料カセット（６）は、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されたときに前記管状回転軸（９）に挿通される塗料供給ノズル（１４）が形成されると共に、外力により塗料を押し出すことができるようにシリンダ状に形成され、
前記ベルユニットが装着されるホルダ（８）に、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されている塗料カセット（６）に対して外力を作用させて塗料を押し出す塗料押出し機構（７）が内蔵されたことを特徴とする塗装装置。
【請求項２】
前記ホルダ（８）に交互に装着される少なくとも二つのベルユニット（５，５）と、前記ホルダ（８）から外された一のベルユニット（５）を洗浄すると共に、当該一のベルユニット（５）を外した前記ホルダ（８）に、塗料を充填した塗料カセット（６）が装填された他のベルユニット（５）を装填するベルユニット洗浄交換装置（１１）と、前記ホルダ（８）から外されたベルユニット（５）が洗浄開始される前に当該ベルユニット（５）に装填されている使用済みの塗料カセット（６）を外して、塗料が充填された塗料カセット（６）を洗浄終了した当該ベルユニット（５）に装填するカセット交換装置（１８）を備えた請求項１記載の塗装装置。
【請求項３】
前記使用済みの塗料カセット（６）に、塗料を充填する塗料充填コネクタ（１６）が形成されたカセットラック（１７）を備えた請求項１又は２記載の塗装装置。
【請求項４】
前記ベルユニット（５）に配された回転霧化頭（２）に対して前記ホルダ（８）を介して高電圧を印加する高電圧発生器（２１）が当該ホルダ（８）又は塗装ロボット（Ｒ）に配設された請求項１，２又は３記載の塗装装置。
【請求項５】
塗料を霧化する回転霧化頭（２）を備えた複数のベルユニット（５）と、前記回転霧化頭（２）に供給される塗料を予め充填した複数の塗料カセット（６）とを備え、任意のベルユニット（５）に任意の塗料カセット（６）を装填して当該ベルユニットを当該ベルユニットを塗装ロボット（Ｒ）に固定されたホルダ（８）に装着して使用される塗装機であって、
当該ベルユニット（５）を塗装ロボット（Ｒ）に固定されたホルダ（８）に対して着脱可能に装着して使用される塗装機であって、
前記ベルユニット（５）は、その先端側にエアモータ（４）の管状回転軸（９）で駆動される回転霧化頭（２）が取り付けられると共に、その後端側に塗料カセット（６）の収納部（１０）が形成され、
前記塗料カセット（６）は、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されたときに管状回転軸（９）に挿通される塗料供給ノズル（１４）が形成されると共に、外力により塗料を押し出すことができるようにシリンダ状に形成され、
前記ベルユニット（５）が装着されるホルダ（８）に、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されている塗料カセット（６）に対して外力を作用させて塗料を押し出す塗料押出し機構（７）が内蔵されたことを特徴とする塗装機。
【請求項６】
塗料を霧化する回転霧化頭（２）を備えた複数のベルユニット（５）から選択された任意のベルユニット（５）に、回転霧化頭（２）に供給する塗料が予め充填される複数の塗料カセット（６）から選択された任意の塗料カセット（６）を着脱可能に装填すると共に、当該ベルユニット（５）を塗装ロボット（Ｒ）に固定されたホルダ（８）に対して着脱可能に装着して塗装する塗装方法において、
前記ベルユニット（５）は、その先端側にエアモータ（４）の管状回転軸（９）で駆動される回転霧化頭（２）が取り付けられると共に、その後端側に塗料カセット（６）の収納部（１０）が形成され、
前記塗料カセット（６）は、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されたときに管状回転軸（９）に挿通される塗料供給ノズル（１４）が形成されると共に、外力により塗料を押し出すことができるようにシリンダ状に形成され、
前記ベルユニット（５）を装着するホルダ（８）に、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されている塗料カセット（６）に対して外力を作用させて塗料を押し出す塗料押出し機構（７）が内蔵されて成り、
塗装工程ごとに異なるベルユニット（５）をホルダ（８）に装着して塗装する際に、
先の塗装工程で、塗料カセット（６）を装填した一のベルユニット（５）をホルダ（８）に装着して塗装している間に、次の塗装工程で使用する他のベルユニット（５）に塗料カセット（６）を装填しておき、
先の塗装工程が終了した時点で、前記一のベルユニット（５）を塗料カセット（６）ごとホルダ（８）から外して、他のベルユニット（５）を塗料カセット（６）ごとホルダ（８）に装着し、
次の塗装工程で塗装している間に、先の塗装工程で使用した前記一のベルユニットから使用済み塗料カセットを取り外して、当該一のベルユニットを洗浄した後、さらに次の塗装工程で使用するベルユニットに塗料カセットを装填することを特徴とする塗装方法。
【請求項７】
前記ベルユニット洗浄交換装置（１１）は、ホルダ（８）から外されたベルユニット（５）を収容する収容部（１２）と、当該収容部（１２）に収容されたベルユニット（５）の外周面、回転霧化頭及び管状回転軸内を洗浄する洗浄ノズル（１３）が形成された請求項２記載の塗装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアモータで高速回転駆動される回転霧化頭により塗料を霧化して塗装を行う塗装装置に関し、特に、自動車塗装のように、次々と搬送されてくる被塗物ごとに予め設定された各色の導電性塗料を静電塗着させる多色静電塗装装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車ボディの塗装では、有機溶剤を使用した塗料が主流であるが、環境保護及び公害防止の観点から、塗装工程において大量に発生する揮発性有機溶剤を削減することが要請されており、その対策として、水性塗料による塗装が注目を集めている。
【０００３】
水性塗料を無駄なく使用するためには、塗着効率の高い静電塗装装置で塗装するのが好ましいが、水性塗料は電気抵抗が低く、塗料供給系を流れる塗料を介して静電塗装機の回転霧化頭とアース側が導通しやすいため、塗料供給系全体に絶縁対策を施して、回転霧化頭に印加される−６０〜９０ｋＶの高電圧がリークするのを防止しなければならない。
【０００４】
しかも、自動車ボディの塗装においては数十色もの塗料を用いて色替塗装を行うため、その全てに絶縁対策を施すのは極めて面倒であり、設備が大型化するという問題があった。
【０００５】
また、各色塗料を供給して色替塗装を行う場合に、前色塗料による塗装が終了した時点で回転霧化頭や塗装機内部に残存する前色塗料を洗浄し、次に供給される次色塗料との混色を防止しているが、廃棄する残存塗料が多く、シンナーなどの洗浄液も大量に必要となり、洗浄時間も長くかかるという問題があった。
【０００６】
そこで最近では、図４に示すような静電塗装装置が提案されている（特開平８−２２９４４６号）。
この静電塗装装置５１は、回転霧化頭５２を配した塗装機本体５３が、塗装ロボット５４に電気的絶縁状態で取り付けられ、回転霧化頭５２に供給する塗料を充填した塗料カセット５５が当該塗装機本体５３に挿脱可能に装填されたものである。
【０００７】
回転霧化頭５２はエアモータ５６の管状回転軸５７に取り付けられると共に、前記塗料カセット５５に形成された塗料供給ノズル５８が管状回転軸５７内に挿通されて、回転霧化頭５２に直接塗料が供給されるようになされている。
【０００８】
この静電塗装装置５１は、塗料カセット５５を塗装機本体５３に装填し、当該カセット５５から回転霧化頭５２に供給して自動車ボディなどの被塗物を塗装した後、塗装機本体５３に使用済みの塗料カセット５５を装填したまま回転霧化頭５２及び塗装機本体５３内に残存する塗料を洗浄する。
次いで、洗浄終了後に、使用済みの塗料カセット５５を外して、次色塗料を充填した塗料カセット５５に交換し、次色塗料による塗装を行う。
【０００９】
これによれば、回転霧化頭５２と塗料カセット５５から供給される導電性塗料が電気的に導通しても、その塗料供給系は塗装機本体５３に装填された塗料カセット５５で寸断され、高電圧がアース側へリークすることがないので、各色ごとに面倒な絶縁対策を施す必要もない。
【００１０】
また、塗料カセット５５に一体的に形成された塗料供給ノズル５８の先端から回転霧化頭５２に塗料が供給されるため、塗装機本体５３内に残存する塗料が少なく、したがって、塗装機本体５３を色替洗浄する場合も、比較的少量のシンナーで足り、洗浄時間も短縮される。
この静電塗装装置５１は、大規模な絶縁対策を施す必要もなく、洗浄性にも優れていることから、水性塗料の多色静電塗装を行うのに好適であり、揮発性有機溶剤の削減を図ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、地球環境保護の観点から、ＣＯ2 の排出量の大幅な削減が高く、また、生産コストの低減を図る観点から、省エネルギ、省スペースという要請がある。
【００１２】
例えば、塗装ブースで消費されるエネルギーは塗装工場全体で消費されるエネルギの約６０％にも達し、塗装ブースで消費されるエネルギーは生産量に関係なく略一定であるので、塗装ブースが長くなればそれだけランニングコストが嵩み、生産量が低下すると自動車一台あたりの生産コストが高くなるという問題があった。
【００１３】
このため、従来は被塗物となる自動車ボディをコンベアで搬送しながら中塗り工程−乾燥工程−上塗り工程−乾燥工程を行っていたものを、コンベアを止めて中塗りと上塗りを同一ステージで行った後、乾燥させるというように塗装工程を簡略化すれば、塗装ブースを短縮することができ、ランニングコストも低減される。
【００１４】
しかしながら、中塗り塗装や上塗り塗装を一つとっても、自動車ボディの室内側を塗装する内板用塗装装置と、トランクリッド上面、ルーフ上面、ボンネット上面、側面等を塗装する外板用塗装装置は種類が異なるため、従来は内板用塗装装置と外板用塗装装置を別々のステージに設置して塗装している。
【００１５】
即ち、内板用塗装装置は、狭い室内で自由に姿勢を変えることができ、小さな塗装パターンで凹凸の多い室内の塗装面を均一に塗装できるように小径（直径３５ｍｍ程度）の回転霧化頭５２が取り付けられているのに対し、外板用塗装装置は、大きな塗装パターンで広い平滑面を効率良く塗装できるように大径（直径７０ｍｍ程度）の回転霧化頭５２が取り付けられている。
【００１６】
さらに、中塗り用塗装装置は比較的微粒化の程度が粗く噴霧量が多く設定されているのに対し、上塗り用塗装装置は比較的微粒化の程度が細かく噴霧量が少なく設定されている。
このため、中塗り用と上塗り用の夫々について、内板用と外板用の２類類ずつ合計４種類、左右両側で８台の塗装装置が必要となるが、これら全ての塗装装置を同一ステージ上に設置することは困難であり、結局、中塗りと上塗りを一つのステージで行うことは困難であった。
【００１７】
また、前述した静電塗装装置５１を用いて塗装したときに、塗装機本体５３の外周面に付着した塗料が被塗物上に剥がれ落ちて塗装不良を生じたり、外周面に付着した導電性塗料を介してアース側へ高電圧がリークするなどのトラブルを生じる原因となる。
このため、例えば３０分ごとに塗装機本体５３の外周面を洗浄することとしているが、このときの洗浄時間は比較的長くかかり、その間、塗装作業を中断しなければならないという問題もある。
【００１８】
そこで本発明は、自動車ボディなどの被塗物の内板塗装と外板塗装はもちろんのこと、中塗りと上塗りも一つのステージで行うことができるようにし、また、外周面に塗料が付着したときでも作業を中断することなく洗浄できるようにすることを技術的課題としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、塗料を霧化する回転霧化頭（２）を備えた複数のベルユニット（５）と、当該ベルユニット（５）に対し挿脱可能に装填されると共に回転霧化頭（２）に供給する塗料が予め充填される複数の塗料カセット（６）と、前記ベルユニット（５）を着脱可能に装着するホルダ（８）が取り付けられた塗装ロボット（Ｒ）とを備え、任意のベルユニット（５）に任意の塗料カセット（６）を装填して当該ベルユニットを前記ホルダ（８）に装着して塗装を行う塗装装置であって、
各ベルユニット（５）は、その先端側にエアモータ（４）の管状回転軸（９）で駆動される回転霧化頭（２）が取り付けられると共に、その後端側に塗料カセット（６）の収納部（１０）が形成され、
前記塗料カセット（６）は、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されたときに前記管状回転軸（９）に挿通される塗料供給ノズル（１４）が形成されると共に、外力により塗料を押し出すことができるようにシリンダ状に形成され、
前記ベルユニットが装着されるホルダ（８）に、ベルユニット（５）の収納部（１０）に装填されている塗料カセット（６）に対して外力を作用させて塗料を押し出す塗料押出し機構（７）が内蔵されたことを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、前記回転霧化頭及びこれを回転駆動するエアモータを備えたベルユニットが、塗装ロボットに固定されたホルダに対して着脱可能に装着される。
したがって、ベルユニットとして、例えば中塗り用と上塗り用の夫々について、内板塗装用及び外板塗装用の合計４種類のベルユニットを用意し、ステージの左右両側にこれらのベルユニットを装着する塗装ロボットを１台ずつ設置しておけば、ベルユニットを交換するだけで、中塗りから上塗りに至るまで同一のステージで塗装することができる。
【００２１】
また、塗装ロボットに固定されたホルダから、塗装が終了した一のベルユニットを外し、塗料を充填した塗料カセットを装填した他のベルユニットを当該ホルダに装着して塗装している間に、前記一のベルユニットの洗浄及び使用済み塗料カセットの交換を行うことができるので、ベルユニットの外周面が汚れた場合でも、塗装作業を中断することなく当該ベルユニットを洗浄できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る塗装装置を示す概略構成図、図２はその全体図、図３は本発明に係る塗装方法を示す工程図である。
【００２３】
本例の塗装装置１は、塗料を霧化する回転霧化頭２を備えた塗装機Ｔが、その塗料噴霧方向・噴霧位置をコントロールする塗装ロボットＲのアーム３の先端に取り付けられて成る。
【００２４】
塗装機Ｔは、前記回転霧化頭２及びこれを回転駆動するエアモータ４を備えたベルユニット５と、前記回転霧化頭２に供給する塗料を充填した塗料カセット６と、当該塗料カセット６内の塗料を押し出す塗料押出機構７が内蔵されたホルダ８とから成り、塗料カセット６がベルユニット５に対して挿脱可能に装填されると共に、当該ベルユニット５が塗装ロボットＲのアーム３の先端に取り付けられたホルダ８に対して着脱可能に装着されて成る。
【００２５】
ベルユニット５は、例えば、中塗り用と上塗り用の夫々について内板用と外板用の合計４種類が用意されている。
各ベルユニット５は、回転霧化頭２がエアモータ４の管状回転軸９の先端に取り付けられており、その後端には、前記塗料カセット６の収納部１０が形成されている。
【００２６】
また、各ベルユニット５は、ベルユニット洗浄交換装置１１に形成された収容部１２に収容され、この状態で前記ホルダ８に対して着脱される。
前記各収容部１２内には、ベルユニット５の外周面、回転霧化頭２及びその管状回転軸９内を洗浄する洗浄ノズル１３が配設されている。
【００２７】
塗料カセット６は、先端側に前記管状回転軸９内に挿通される塗料供給ノズル１４が取り付けられて、その後端側には、外力により往復移動されるピストン１５が配設され、その容量が一回分の塗装に使用するのに十分な量（３００〜５００ｃｃ程度）に設計されたシリンダ状に形成され、前記ベルユニット５の後端側から挿脱可能に装填できるようになされている。
【００２８】
また、各塗料カセット６は、その塗料供給ノズル１４から当該カセット６内に各色塗料を充填すると共に、待機中は塗料カセット６内に塗料を循環供給する塗料充填コネクタ１６が形成されたカセットラック１７に収容されている。
【００２９】
１８は、塗料カセット６をカセットラック１７とベルユニット洗浄交換装置１１との間で移動させるカセット交換用マニピュレータ（カセット交換装置）であって、塗料を充填した塗料カセット６をカセットラック１７から取り出してベルユニット洗浄交換装置１１の収容部１２に収容されたベルユニット５に装填し、前記収容部１２でホルダ８から外されたベルユニット５に装填されている使用済みの塗料カセット６をベルユニット５から取り出してカセットラック１７の所定の位置に戻すように成されている。
【００３０】
ホルダ８は、ベルユニット５と係脱可能に係合するクランプ２０を備えると共に、ベルユニット５が係合した状態で、エアモータ４に駆動用エアを送給するエア供給管（図示せず），回転霧化頭２に高電圧を印加する高電圧発生器２１などが配設されており、塗装ロボットＲのアーム３の先端に電気的絶縁状態で取り付けられている。
【００３１】
また、ホルダ８に配設された塗料押出機構７は、エアモータ２２により軸方向に往復移動されるボールネジ２３で形成され、エアモータ２２を一定速度で回転させることによりボールネジ２３を介して前記ベルユニット５内に装填された塗料カセット６のピストン１５を一定速度で押し動かし、塗料を一定流量で回転霧化頭２に供給できるように成されている。
【００３２】
以上が本発明の一例構成であって、次に本発明に係る塗装方法を図３を伴って説明する。
例えば、中塗りと上塗りを一つのステージで行う場合、まず、ベルユニット洗浄交換装置１１の収容部１２に収容した中塗り内板用のベルユニット５に対し、中塗り塗料を充填した塗料カセット６をカセット交換用マニピュレータ１８により装填した後、塗装ロボットＲのアーム３をその収容部１２まで移動させ、その先端に取り付けられたホルダ８に中塗り内板用のベルユニット５を装着する（第１工程）。
【００３３】
そして、ホルダ８に配設された高電圧発生器２１から回転霧化頭２に−３０〜６０ｋＶの高電圧を印加し、エアモータ４に駆動エアを供給して回転霧化頭２を 20000〜60000 ｒｐｍで回転させると共に、塗料押出機構７により塗料カセット６から回転霧化頭２に対して所定流量で塗料を供給し、中塗り内板塗装を行う（第２工程）。
【００３４】
内板塗装が終了すると、塗装ロボットＲのアーム３をその収容部１２まで移動させ、ベルユニット５を収容部１２に入れてホルダ８から取り外し（第３工程）、塗料カセット装填済みの中塗り外板用のベルユニット５に交換する（第４工程）。
【００３５】
そして、中塗り外板塗装（第５工程）を行っている間に、先に外した中塗り内板用ベルユニット５から使用済み塗料カセット６を取り出してカセットラック１７の所定位置に戻して同種塗料を充填すると共に、当該ベルユニット５の回転霧化頭２，管状回転軸９及び外周面を洗浄する。
【００３６】
外板塗装が終了すると、塗装ロボットＲのアーム３をその収容部１２まで移動させ、ベルユニット５を収容部１２に入れてホルダ８から取り外して（第６工程）、中塗り塗料を生乾き状態まで乾燥させるセッティング（第７工程）を行った後、中塗りで行った第１〜６工程と同様に、上塗りの塗装工程（第８〜１３工程）を行う。
【００３７】
このように、本例では、４種類のベルユニット５を交換して使用することにより、一つの塗装ステージに自動車ボディを停止させた状態で、中塗りから上塗りに至るまで、夫々内板及び外板塗装を行わせることができる。
もちろん、中塗り用と上塗り用のステージを設け、夫々に内板用と外板用の２種類のベルユニット５を用意した塗装装置１を設置してもよい。
【００３８】
さらに、従来と同様に、中塗りと上塗りの夫々について、内板塗装用と外板塗装用の合計４つのステージを設け、夫々について、同種のベルユニット５を２台用意した塗装装置１を設置してもよい。
この場合は、ベルユニット５を交互に交換して塗装することができるので、一方のベルユニット５で塗装している間に、他方のベルユニット５を洗浄することができ、ベルユニット５の外周面に塗料が付着して洗浄時間が長くかかっても、塗装作業を中断する必要がないというメリットがある。
【００３９】
なお、ベルユニット洗浄交換装置１１及びカセットラック１７は塗装ブースの外側に配して使用することもできる。
また、塗料押出機構７は、ボールネジ２３等を使用して機械的に押し出す場合に限らず、ホルダ８に設けた流体圧シリンダに作動油を定量供給してそのピストンで塗料カセット６のピストン１２を押すようにしたり、ホルダ８に形成した加圧空気供給ポート（図示せず）を介してベルユニット５に形成された流入ポート（図示せず）に加圧空気を供給することにより、塗料カセット６のピストン１２を空気圧で押すようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、自動車ボディなどの被塗物の内板塗装と外板塗装はもちろんのこと、中塗りと上塗りを一つのステージで行うこともできるので、塗装ブースを短くして、省スペースを図ることができるだけでなく、省エネルギを図りＣＯ2 の排出量を削減して環境保護に資することができ、さらに、外周面に塗料が付着したときでも作業を中断することなくベルユニットを洗浄することができるという大変優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る塗装装置を示す概略構成図。
【図２】その全体図。
【図３】本発明に係る塗装方法を示す工程図。
【図４】従来装置を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・塗装装置              ２・・・回転霧化頭
Ｔ・・・塗装機                Ｒ・・・塗装ロボット
４・・・エアモータ            ５・・・ベルユニット
６・・・塗料カセット          ７・・・塗料押出機構
８・・・ホルダ              １１・・・ベルユニット洗浄交換装置
１６・・・塗料充填コネクタ    １７・・・カセットラック
１８・・・マニピュレータ（カセット交換装置）
【図１】
0004358352.tif 000002
【図２】
0004358352.tif 000003
【図３】
0004358352.tif 000004
【図４】
0004358352.tif 000005