JP5565080B2 - 粉体塗装装置及び粉体塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、流動浸漬法による粉体塗装装置及び粉体塗装方法に関するものである。

流動浸漬法による粉体塗装、即ち、予熱された被塗装物を、粉体流動槽内の塗料粉体に浸漬し、被塗装物表面に塗料を融着させることにより粉体塗装を行うことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。流動浸漬法に用いられる粉体流動槽は、通常、粉体貯留部の底面に隣接して設けられたプレナム室とそれらを流体連通可能に区画する多孔板を備えており、粉体貯留部に貯留された粉体塗料は、プレナム室から多孔板を介して供給される空気により流動化される。

日本塗装技術協会編「塗装技術ハンドブック」日刊工業新聞社、１９８９年２月２０日、ｐ. ３０８

ところで、被塗装物に、塗装領域と、塗料粉体の付着が許容されない塗装禁止領域とが設けられていて、塗装領域だけを流動浸漬法により粉体塗装する場合がある。その場合には、塗装禁止領域に塗料が付着しないように浸漬深さを管理する必要がある。しかしながら、流動浸漬法では、多孔板の微細な孔から噴出した空気により形成された気泡が、粉体の密度を不均一にするとともに、粉体の流動表面に凹凸を引き起こして流動表面の高さを不均一にし、その結果浸漬深さの比較的大きな変動を招いていた。そのため、従来技術による粉体塗装装置又は粉体塗装方法では、塗装領域の寸法許容誤差を相当に大きく設定することが必要であった。しかしながら、被塗装物が小型化するという昨今の状況においては、塗装領域の寸法許容誤差を縮小することが望まれていた。

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、被塗装物の塗装領域の寸法精度を高めることのできる粉体塗装装置及び粉体塗装方法を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被塗装物（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装装置であって、被塗装物（Ｗ）の進退が可能な上部開口（２４）を備え、粉体塗料からなる粉体（Ｐ）を貯留する粉体貯留部（２１）と、粉体貯留部（２１）の下側に設けられたプレナム室（２２）と、粉体貯留部（２１）とプレナム室（２２）とを流体連通可能に区画する多孔板（２３）とを有する粉体流動槽（２０）、及び粉体流動槽（２０）を水平方向に加振する水平加振手段（３０）、を具備し、水平加振手段（３０）は、回転式のバイブレータからなるものであり、前記バイブレータ（３０）は、そのロータ（３２）の回転軸線（Ｒａ）の位置が粉体流動槽（２０）の水平方向における中心からずれた位置で粉体流動槽（２０）に固定されており、プレナム室（２２）から多孔板（２３）をとおして粉体貯留部（２１）に空気が供給され、かつ粉体流動槽（２０）が水平加振手段（３０）により水平方向に加振されている間に、被塗装物（Ｗ）の塗装領域（ａ）だけが塗装されるように被塗装物（Ｗ）が粉体（Ｐ）中に部分的に浸漬されること特徴とする、粉体塗装装置を提供する。

本発明によると、多孔板（２３）を通して噴出された空気により形成される気泡が減少するとともにそのサイズが縮小して流動表面の凹凸が小さくなることが観察された。その結果、被塗装物（Ｗ）の塗装領域（ａ）の寸法精度を高めることが可能になった。このように気泡が減少するとともにそのサイズが縮小して流動表面の凹凸が小さくなるのは、粉体流動槽（２０）に加わる水平方向の振動力に起因して、粉体（Ｐ）と空気との混合が促進されたことが要因として考えられる。

請求項２に記載の発明では、粉体（Ｐ）が溢れ出る限界まで粉体貯留部（２１）に貯留される。これによれば、粉体（Ｐ）の流動表面の高さの検知が不要になると共に、流動表面の高さの誤差を、その平面度に基づくものを除けば、ほぼゼロにすることができる。

請求項３に記載の発明では、多孔板（２３）に対向してプレナム室（２２）中に配置された第２の多孔板（７２）にして、前記多孔板（２３）を構成する孔よりも大きい孔で構成された第２の多孔板（７２）を粉体流動槽（２０）がさらに有している。これにより、粉体の流動表面の平面度を更に高めることが可能である。これは、プレナム室に配置された第２の多孔板（７２）の作用により、多孔板（２３）の表面に作用する空気圧力の均等化が更に促進されて、流動化した粉体（Ｐ）の密度の一様性が増すためと考えられる。

請求項４に記載の発明では、粉体貯留部（２１）の大きさが、一つだけの被塗装物（Ｗ）の浸漬が可能な大きさである。

請求項５に記載の発明は、被塗装物（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装方法であって、粉体（Ｐ）が貯留された粉体貯留部（２１）を有し、水平加振手段（３０）が固定されている粉体流動槽（２０）を準備する段階と、プレナム室（２２）から多孔板（２３）を介して粉体貯留部（２１）内に空気を供給するとともに水平加振手段（３０）によって粉体流動槽（２０）を水平方向に加振する段階と、加振する前記段階中に、被塗装物（Ｗ）の塗装領域（ａ）に粉体（Ｐ）が付着するように被塗装物（Ｗ）を粉体（Ｐ）中に部分的に浸漬する段階と、予め定められた時間が経過した後、被塗装物（Ｗ）を粉体（Ｐ）中から取り出す段階と、を含んでおり、水平加振手段（３０）は、回転式のバイブレータからなるものであり、前記バイブレータ（３０）は、そのロータ（３２）の回転軸線（Ｒａ）の位置が粉体流動槽（２０）の水平方向における中心からずれた位置で粉体流動槽（２０）に固定されている、粉体塗装方法を提供する。

前記粉体塗方法を用いると、多孔板（２３）を通して噴出された空気により形成される気泡が減少するとともにそのサイズが縮小して流動表面の凹凸が小さくなることが観察された。その結果、被塗装物（Ｗ）の塗装領域（ａ）の寸法精度を高めることが可能になった。

請求項６に記載の発明では、粉体流動槽（２０）を準備する前記段階において、粉体（Ｐ）が少なくとも溢れ出る限界まで粉体貯留部（２１）に貯留される。これによれば、粉体（Ｐ）の流動表面の高さの検知が不要になると共に、流動表面の高さの誤差を、その平面度に基づくものを除けば、ほぼゼロにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明による粉体塗装装置及び粉体塗装方法が適用される被塗装物である回転電機の固定子の塗装前の正面図である。 前記固定子の塗装後の正面図である。 図１ＢのＣ部の拡大詳細図である。 本発明による第１の実施形態の粉体塗装装置の要部の正面断面図である。 第１の実施形態の粉体塗装装置とその支持構造体と基礎との関係を示す正面図である。 図３Ａで示される粉体塗装装置とその支持構造体の平面図である。 第２の実施形態の粉体塗装装置の要部の正面断面図である。 第３の実施形態の粉体塗装装置の要部の正面断面図である。

最初に、本発明による粉体塗装装置及び粉体塗装方法が適用される被塗装物Ｗについて説明する。本明細書では、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示される回転電機の固定子Ｗを被塗装物Ｗの例として発明を説明する。ただし、そのような固定子Ｗ以外の物に対しても本願発明が適用され得ることは勿論である。

図１Ａは、塗装前の固定子Ｗを示しており、固定子Ｗは、固定子コアＷ１と巻線Ｗ２とを含んでいる。図１Ｂは塗装後の固定子Ｗを示しており、この図に示されるように巻線Ｗ２はその下端側に塗装領域ａが部分的に設けられていて、その塗装領域ａがエポキシ樹脂により粉体塗装され、また塗装領域ａ以外は塗料の付着が許容されない塗装禁止領域ｂである。この図の例では、粉体塗装により形成されたエポキシ樹脂被覆は絶縁被覆として機能するものである。またこの例では、図１ＢのＣ部の拡大詳細図である図１Ｃに示されるように、塗装領域ａと塗装禁止領域ｂとの境界線が、固定子コアＷ１の端から下方へ２．７５ｍｍの位置で許容誤差±１．２５ｍｍで水平に延びている。

次に、本発明による第１の実施形態の粉体塗装装置１０をその要部断面正面図である図２及び概略的正面図と平面図である図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。
第１の実施形態の粉体塗装装置１０は、粉体流動槽２０と、前記粉体流動槽２０を水平方向に加振するための水平加振手段３０とを主要構成要素として具備している。また、図２に示される粉体塗装装置１０は、それを床面等の基礎Ｂに固定するための支持構造体４０、及び粉体を供給するための粉体供給装置５０も具備している。

前記粉体流動槽２０は、流動浸漬法により粉体塗装を行うために、粉体塗料であるエポキシ樹脂粉体Ｐ（以下「粉体Ｐ」と呼ぶ）を貯留する粉体貯留部２１と、この粉体貯留部２１の下側に設けられたプレナム室２２と、粉体貯留部２１とプレナム室２２とを流体連通可能に区画する多孔板２３とを具備している。

粉体貯留部２１は、被塗装物搬送装置（図示せず）によって把持された被塗装物Ｗが進退する矩形状の上部開口２４を有しており、この上部開口２４の大きさは、本実施形態では一つだけの被塗装物Ｗが通過できる大きさで作られている。また、粉体貯留部２１の底部には、上部開口２４よりも拡大したフランジ状部分２５が形成されており、前記フランジ状部分２５において、粉体貯留部２１は、多孔板２３等を間に挟んでプレナム室２２を形成する側壁部２６にボルト２９により固定される。但し、粉体貯留部２１は、粉体Ｐを支持するための底面を有さず、したがって粉体Ｐは多孔板２３によって支持される。

多孔板２３は、本実施形態では、矩形の平面形状を有するものであり、約φ０．０１ｍｍの微細な孔（図示せず）が多数設けられたものである。また、多孔板２３の下面側には補強のための枠板２３ａが付着されていて、この枠板２３ａと共に多孔板２３は、ボルト２９を使って粉体貯留部２１とプレナム室２２を形成する側壁部２６との間に挟まれて固定される。

本実施形態におけるプレナム室２２は、側壁部２６と底板部２７と上に配置された多孔板２３とによって直方体状に形成されている。またプレナム室２２の図の右側の側壁部２６には、空気入口２８が設けられていて、前記空気入口２８には、一定圧力の高圧空気を供給することができる空気供給源（図示せず）に接続された管路６０が連結されている。したがって、空気供給源から高圧空気がプレナム室２２内に供給されると、高圧のプレナム室２２から多孔板２３の微細な孔をとおしてほぼ均一な圧力の空気が粉体貯留部２１側へ噴出する。

本実施形態における前記水平加振手段３０は、回転式のバイブレータ３０から構成されており、このバイブレータ３０はブラケット３１によって粉体流動槽２０のプレナム室２２の底板部２７の外面に固定される。バイブレータ３０は、回転軸線Ｒａから偏心した重心を有するロータ３２を内部に有しており、前記ロータ３２を空気管路（図示せず）から供給される高圧空気により回転させることにより、前記回転軸線Ｒａに直交する各方向に振動力を発生するものである。したがって、図２で示されるように、バイブレータ３０のロータ３２の回転軸線Ｒａが鉛直方向に向くようにバイブレータ３０を粉体塗装装置２０に固定することにより、粉体流動槽２０を水平方向で振動させることができる。

また、本実施形態では、回転式のバイブレータ３０の振動力の方向が回転して変化するので、粉体流動槽２０は、基本的には旋回運動を行う。但し、図３Ｂに示されるように、ロータ３２の回転軸線Ｒａの位置と粉体流動槽２０の中心あるいは４個のゴムブッシュ４３が形成する仮想的矩形の中心位置が一致しないこと、及び支持構造体４０の剛性に方向性があることから、粉体流動槽２０は、円軌道に沿う旋回運動ではなく略長円軌道に沿う旋回運動により振動する。

図３Ａは、第１の実施形態の粉体塗装装置１０と支持構造体４０と基礎Ｂとの関係を示す正面図であり、図３Ｂはその平面図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、図２で示された粉体供給装置５０等の作図は省略されている。

支持構造体４０は、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、基礎Ｂ面に固定されるみぞ形部材４１と、粉体流動槽２０のプレナム室２２の底板部２７に結合される平板部材４２とをそれぞれ左右一対具備しており、前記平板部材４２とみぞ形部材４１の上側部分とが左右片側２個ずつの円筒形のゴムブッシュ４３を介してボルト４４で固定される。本実施形態におけるゴムブッシュ４３は、粉体流動槽２０を所定の振幅で振動させるため、及び基礎Ｂへの振動の伝達を防ぐ防振のために用いられている。ただし、防振機能が求められないのであれば、このようなゴムブッシュ４３を含まない支持構造体も可能であり、その場合には、粉体流動槽２０の振動の所望の振幅に対応する支持構造体の全体の剛性が得られる支持構造体を準備すればよい。

再び図２に戻って、粉体供給装置５０について説明する。粉体供給装置５０は、粉体貯留部２１の上部開口２４から粉体Ｐを供給するためのホッパー部５１と、前記ホッパー部５１を支持するために粉体流動槽２０の側壁部２６に固定された略Ｚ字形の支持フレーム５２と、前記支持フレーム５２の上部に連結されて粉体Ｐの落下を促進する粉体供給用バイブレータ５３とを具備している。粉体供給装置５０は、例えばレーザー光を利用した液面センサ（図示せず）を使って検知された粉体貯留部２１内の粉体Ｐの流動表面の高さに応じて粉体Ｐを粉体貯留部２１に補充するように構成されている。

次に、本願発明の第１の実施形態の粉体塗装装置１０の作用について、それを使う粉体塗装方法の例に基づいて以下に説明する。

最初に、粉体貯留部２１に所定の量の粉体Ｐを準備しておく。ここで、所定の量とは、空気で流動化した粉体Ｐにより定まる流動表面の高さが所定の高さを示す量である。また、所定の高さとは、浸漬された被塗装物Ｗの塗装領域ａと塗装禁止領域ｂとの境界線に対応する高さであり、浸漬される塗装領域ａの体積により上昇する分も考慮された高さであり、図２に示される例では粉体貯留部２１の上端縁２１ａまでの最大高さの約８０％の高さである。

次に、空気供給源から高圧空気をプレナム室２２内に供給することにより、多孔板２３をとおして空気を粉体貯留部２１内へ噴出させる。

次に、回転式のバイブレータ３０を作動させることにより粉体流動槽２０を水平方向に加振する。このとき、本実施形態では、粉体流動槽２０は、振動数が４００〜５００ｒｐｍ、振幅が約０．０２ｍｍで振動する。

次に、前述の空気による粉体Ｐの流動化及び水平方向での加振を継続しながら、予熱炉（図示せず）で約１８０℃に予熱していた一つの被塗装物Ｗを、被塗装物搬送装置（図示せず）を使って粉体貯留部２１の上方に搬送した後、下方に移動させることにより被塗装物Ｗを粉体Ｐ中に部分的に浸漬させる。このとき、被塗装物Ｗの塗装領域のみが粉体Ｐに浸漬されるように被塗装物搬送装置の下降距離が定められている。代わりに、液面センサ（図示せず）で検知した流動表面の高さに応じて被塗装物搬送装置（図示せず）の下降距離を制御してもよい。

所要の膜厚等により規定された時間が経過した後、被塗装物搬送装置（図示せず）によって被塗装物Ｗを上昇させて粉体Ｐ中から引き上げ、その後他の場所へ移動させて自然乾燥させる。あるいは、塗料の種類によっては、被塗装物Ｗは粉体貯留部２１から引き上げられた後に焼付け炉（図示せず）に運ばれることもある。

以上で、一つの被塗装物Ｗに対する粉体塗装が終わる。次に、流動表面の高さが液面センサ（図示せず）で検知され、それが所定の下限高さよりも低ければ粉体供給装置５０により粉体Ｐを供給する。また、後続する一つの予熱された被塗装物Ｗを同様に効率的に処理するために、通常は、前述の空気による粉体Ｐの流動化及び水平方向での加振は止めること無く継続させておく。

前述の実施形態による粉体塗装装置１０あるいは粉体塗装方法を用いると、気泡が減少するとともにそのサイズが縮小して流動表面の凹凸が小さくなることが観察された。これは、粉体流動槽に加わる水平方向の振動力に起因して粉体Ｐと空気との混合が促進されたことが要因として考えられる。

次に、本発明による第２の実施形態の粉体塗装装置２００について、図４を参照して説明する。この実施形態の粉体塗装装置２００は、図２で示された第１の実施形態の粉体塗装装置１０と構造的にはほとんど同じであるが、粉体Ｐが、粉体貯留部２１の上端縁２１ａに達して、溢れ出る限界まで粉体貯留部２１に貯留されていること、及び粉体Ｐが粉体貯留部２１から溢れ出たときそれを粉体貯留部２１の周囲で受け止めるように形成された粉受け７１を粉体貯留部２１のフランジ状部分２５の上に備えることで異なっている。

第２の実施形態では、粉体貯留部２１はその上端縁２１ａに達する粉体Ｐで満たされているので、粉体流動表面の高さは常に一定に維持される。また、粉体Ｐが一時的に粉体貯留部２１の上端縁２１ａを越えて山状に盛り上がったとしても、粉体Ｐを空気で流動化し且つ水平方向に加振することにより余分な粉体Ｐは溢れ出して、粉体Ｐの流動表面の高さは粉体貯留部２１の上端縁２１ａと同一レベルになる。従って、この第２の実施形態の粉体塗装装置２００を使用すると、粉体Ｐの流動表面の高さの検知が不要になると共に、流動表面の高さの誤差は、その平面度に基づくものを除けば、原理的にゼロになる。また、粉体Ｐを粉体供給装置５０を使って補給する場合には、粉体Ｐが溢れ出るほどに多めに補給したとしても流動表面の高さは一定に維持されるので、粉体Ｐの補給量の管理が簡単になる。なお、粉体貯留部２１から溢れ出て粉受け７１で回収された粉体Ｐは、通常は再利用することが可能である。

次に第３の実施形態の粉体塗装装置３００について、図５を参照して説明する。この実施形態の粉体塗装装置３００は、プレナム室２２の内部に第２の多孔板７２を更に具備することにおいて前述した第２の実施形態の粉体塗装装置２００と異なっている。第２の多孔板７２は、本実施形態では、前述した多孔板２３（以下「第１の多孔板２３」と呼ぶ）の約φ０．０１ｍｍの孔よりはるかに大きいφ２ｍｍのサイズの多数の孔があけられた板である。また、第２の多孔板７２は、プレナム室２２の空気入口２８よりも上側で、第１の多孔板２３に平行に対向するように配置され、その結果プレナム室２２を、空気入口２８を備える下側空間２２Ｌと第１の多孔板２３に接する上側空間２２Ｕとに区画している。

第３の実施形態の粉体塗装装置３００の粉体流動槽２０を使って粉体Ｐを流動化すると、第１及び第２の実施形態の場合よりも粉体Ｐの流動表面の平面度がさらに高まることが観察された。これは、第２の多孔板７２を追加することにより、第１の多孔板２３の表面に作用する空気圧力の均等化がさらに促進され、その結果、流動化した粉体Ｐの密度の一様性が高められたためと考えられる。

本願発明による、前述の実施形態の様々な変形形態が可能であり、例えば、第２の多孔板７２を第１の実施形態の粉体塗装装置１０に追加してもよい。

また、第１の実施形態の説明では粉体流動槽２０の振動の振幅と振動数が示されているが、それら振幅と振動数は、粉体Ｐの流動化表面の平面度を高めることができる範囲であれば特に限定されず、またその最適値は、粉体Ｐの材質、貯留量、粒径、供給空気量等の条件により異なる。

前述の実施形態では、粉体Ｐの流動化のための気体として空気が用いられたが、空気に代えて、例えば窒素やアルゴンのような不活性ガスが用いられてもよい。

２０ 粉体流動槽
２１ 粉体貯留部
２１ａ 上端縁
２２ プレナム室
２３ 多孔板
２４ 上部開口
２５ フランジ部
２６ 側壁部
２８ 空気入口
３０ 水平加振手段
４０ 支持構造体
４１ みぞ形部材
４２ 平板部材
４３ ゴムブッシュ
５０ 粉体供給装置
６０ 管路
ａ 塗装領域
Ｐ 粉体
Ｗ 被塗装物

Claims (6)

1. 被塗装物（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装装置であって、
   前記被塗装物（Ｗ）の進退が可能な上部開口（２４）を備え、粉体塗料からなる粉体（Ｐ）を貯留する粉体貯留部（２１）と、前記粉体貯留部（２１）の下側に設けられたプレナム室（２２）と、前記粉体貯留部（２１）と前記プレナム室（２２）とを流体連通可能に区画する多孔板（２３）とを有する粉体流動槽（２０）、及び
   前記粉体流動槽（２０）を水平方向に加振する水平加振手段（３０）、を具備し、
   前記水平加振手段（３０）は、回転式のバイブレータからなるものであり、
   前記バイブレータ（３０）は、そのロータ（３２）の回転軸線（Ｒａ）の位置が前記粉体流動槽（２０）の水平方向における中心からずれた位置で前記粉体流動槽（２０）に固定されており、
   前記プレナム室（２２）から前記多孔板（２３）をとおして前記粉体貯留部（２１）に空気が供給され、かつ前記粉体流動槽（２０）が前記水平加振手段（３０）により水平方向に加振されている間に、前記被塗装物（Ｗ）の前記塗装領域（ａ）だけが塗装されるように前記被塗装物（Ｗ）が前記粉体（Ｐ）中に部分的に浸漬されること特徴とする、粉体塗装装置。
2. 前記粉体（Ｐ）が溢れ出る限界まで前記粉体貯留部（２１）に貯留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。
3. 前記多孔板（２３）に対向して前記プレナム室（２２）中に配置された第２の多孔板（７２）にして、前記多孔板（２３）を構成する孔よりも大きい孔で構成された第２の多孔板（７２）を前記粉体流動槽（２０）がさらに有する、請求項１又は２に記載の粉体塗装装置。
4. 前記粉体貯留部（２１）の大きさが、一つだけの前記被塗装物（Ｗ）の浸漬が可能な大きさであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。
5. 被塗装物（Ｗ）に部分的に設けられた塗装領域（ａ）を流動浸漬法により粉体塗装するための粉体塗装方法であって、
   前記粉体（Ｐ）が貯留された粉体貯留部（２１）を有し、水平加振手段（３０）が固定されている粉体流動槽（２０）を準備する段階と、
   プレナム室（２２）から多孔板（２３）を介して前記粉体貯留部（２１）内に空気を供給するとともに前記水平加振手段（３０）によって前記粉体流動槽（２０）を水平方向に加振する段階と、
   加振する前記段階中に、前記被塗装物（Ｗ）の前記塗装領域（ａ）に前記粉体（Ｐ）が付着するように前記被塗装物（Ｗ）を前記粉体（Ｐ）中に部分的に浸漬する段階と、
   予め定められた時間が経過した後、前記被塗装物（Ｗ）を前記粉体（Ｐ）中から取り出す段階と、を含んでおり、
   前記水平加振手段（３０）は、回転式のバイブレータからなるものであり、
   前記バイブレータ（３０）は、そのロータ（３２）の回転軸線（Ｒａ）の位置が前記粉体流動槽（２０）の水平方向における中心からずれた位置で前記粉体流動槽（２０）に固定されている、粉体塗装方法。
6. 前記粉体流動槽（２０）を準備する前記段階において、前記粉体（Ｐ）が少なくとも溢れ出る限界まで前記粉体貯留部（２１）に貯留されることを特徴とする、請求項５に記載の粉体塗装方法。

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