DE69700296T2

DE69700296T2 - Rotationszerstäubungskopf für die Beschichtung durch elektrostatische Zerstäubung

Info

Publication number: DE69700296T2
Application number: DE69700296T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Ishiguro; Yoshiaki Ohnishi; Masahito Sakakibara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: US5788165A; EP0790077A1; JP3726329B2; CA2197799C; DE69700296D1; EP0790077B1; JPH09220497A; CA2197799A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glockenkopf einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung, der aus einem Glockenkopf-Grundkörper aus Material mit hohem elektrischen Widerstand, der die Form einer Glocke mit einer Außenseite hat, und einer halbleitenden Schicht besteht, die auf der Außenseite des Glockenkopf-Grundkörpers ausgebildet ist und eine Außenfläche hat.
Bei einer herkömmlichen elektrostatischen Rotationszerstäubungs- Lackiereinrichtung wird ein Glockenkopf mit hoher Drehzahl von einem Druckluftmotor mit einem Luftlager angetrieben. In den Glockenkopf wird Lack eingespeist und dort zerstäubt. Zur Erhöhung der Spritzleistung wird der Glockenkopf statisch aufgeladen, so daß der Lack während des Auftragens vom Glockenkopf elektrisch geladen wird.
Normalerweise bestehen die Teile einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung aus elektrisch leitenden Materialien, meistens Leichtmetallen. Wenn daher die Einrichtung elektrostatisch aufgeladen wird, wird sie mit einer recht großen Menge elektrostatischer Energie geladen. Somit entsteht zwischen der Lackiereinrichtung und einem elektrisch geerdeten Gegenstand ein elektrischer Funke, wenn sich der geerdete Gegenstand der Lackiereinrichtung nähert oder sich die Lackiereinrichtung dem geerdeten Gegenstand nähert.
Insbesondere kommt beim Lackieren einer Karosserie die Lackiereinrichtung zwangsläufig der geerdeten Karosserie nahe. Um Funkenbildung zu vermeiden, kommt üblicherweise ein Glockenkopf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, zum Einsatz. Der Glockenkopf besteht aus einem Grundkörper 1' aus Kunstharz mit einem hohen elektrischen Widerstand und einer halbleitenden Schicht, die durch Auftragen eines halbleitenden Lacks 2' (der in der japanischen Patentschrift Nr. 286566/1987 beschrieben ist) auf die Außenseite des Grundkörpers ausgebildet wird. Bei diesem Aufbau wird statische Elektrizität von einem Hochspannungsgenerator über eine umlaufende Welle zur halbleitenden Schicht übertragen, die die Welle berührt.
Ein ähnlicher Glockenkopf wird auch in EP-A-0600 397 beschrieben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Glockenkopf, der eine Schicht aus einem halbleitenden Material 2' hat, die auf dem Glockenkopf-Grundkörper 1' ausgebildet ist, der einen hohen elektrischen Widerstand hat, besteht jedoch die Schwierigkeit, den elektrischen Widerstand der halbleitenden Schicht über die gesamte Außenfläche des Glockenkopfes hinweg auf halbleitendem Niveau zu halten. Das ist darauf zurückzuführen, daß, wie in Fig. 5 dargestellt, Kohlenstoffteilchen, die in dem halbleitenden Material 2' enthalten sind, das aus einem Gemisch aus Kohlenstoffteilchen und Harz wie Phenol besteht, und im metallischen Lack enthaltene Aluminiumflocken so zusammenwirken, daß eine elektrische Widerstandslinie entsteht, wodurch sich der elektrische Widerstand der Lackschicht ändert. Dieser ändert sich auch dadurch, daß sich die Dicke und/oder Zusammensetzung der Lackschicht aufgrund von Korrosion durch von außen einwirkende Chemikalien oder Verdünner ändert. Wenn sich hierbei der elektrische Widerstand der Lackschicht so ändert, daß er zu niedrig ist, kommt es zu einem elektrischen Funken, und wenn sich der elektrische Widerstand der Lackschicht so ändert, daß er zu hoch wird, gelangt keine statische Elektrizität mehr durch den Glockenkopf auf den Lack, was zu einer verminderten Spritzleistung führt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Glockenkopf einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem die Änderung des elektrischen Widerstands der halbleitenden Schicht des Glockenkopfes vermieden werden kann.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß ein Glockenkopf einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung zur Verfügung gestellt wird, der außerdem dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Schicht mit hohem elektrischen Widerstand auf der Außenseite der halbleitenden Schicht ausgebildet wird, wobei die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand gegen Chemikalien und Verdünner beständig ist.
Da die erfindungsgemäße Glocke mit der äußersten Schicht mit hohem elektrischen Widerstand versehen ist, entsteht zwischen der halbleitenden Schicht und einem metallischen Lack keine elektrische Widerstandslinie, so daß auch dann, wenn der metallische Lack den Glockenkopf berührt, der elektrische Widerstand der leitenden Schicht nicht geändert wird. Da außerdem die halbleitende Schicht durch die äußerste Schicht gegen Chemikalien und Verdünner abgedichtet ist, kommt es zu keiner korrosionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der halbleitenden Schicht.
Zum besseren Verständnis der vorstehenden und weiterer Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung dient die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hierbei ist:
Fig. 1 eine Schnittzeichnung eines Glockenkopfes einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittzeichnung einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs- Lackiereinrichtung, die den Glockenkopf von Fig. 1 aufnimmt;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittzeichnung eines Abschnitts des Glockenkopfes von Fig. 1, die das Prinzip der Unterdrückung der Änderung des elektrischen Widerstands des Glockenkopfes von Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 eine Schnittzeichnung eines Glockenkopfes einer herkömmlichen elektrostatischen Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittzeichnung eines Abschnitts des Glockenkopfes von Fig. 4, die das Prinzip der Änderung des elektrischen Widerstands des Glockenkopfes von Fig. 4 zeigt.
Der Glockenkopf einer elektrostatischen Rotationszerstäubungs- Lackiereinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung wird anhand von Fig. 1 - 3 erläutert.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, besteht die Lackiereinrichtung 3 aus einem Glockenkopf (Rotationszerstäubungskopf) 4 zum Zerstäuben des Lacks, einer Antriebshohlwelle 10, deren Stirnseite mit dem Glockenkopf 4 verbunden ist, so daß sie sich zusammen mit dem Glockenkopf 4 dreht, einem Druckluftmotor 6 zum Drehen der Antriebswelle, der ein Luftlager zur schwimmenden Lagerung der Antriebswelle enthält, mindestens einer Lackspeiseleitung, die sich durch die Antriebshohlwelle 10 bis zum Inneren des Glockenkopfes 4 erstreckt und dem Glockenkopf 4 Lack zuführt, einer Luftglocke 11 mit einer Luftdüse zum Pressen von Luft gegen den Lack, der sich durch die Zentrifugalkraft vom äußersten Rand des Glockenkopfes radial nach außen verteilt, einem Hochspannungsgenerator 7 zum Erzeugen einer Hochspannung, die die Verteilung des Lacks über den Glockenkopf 4 gewährleistet, und einem Gehäuse 12. Die Luftglocke 11 und das Gehäuse 12 bestehen aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand wie Kunstharz, z. B. Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyacetal usw.
Der Glockenkopf 4 besteht aus einem Glockenteil, einer Nabe und einem Scheibenteil, der Glockenteil und Nabe miteinander verbindet. Die Nabe ist vor einer oder mehreren Lackspeiseleitungen 5 und axial gegenüber zu diesen angeordnet. Der radial verlaufende äußere Abschnitt des Scheibenteils ist mit mehreren Öffnungen 4a versehen, die den Lack beim Auftragen hindurchlassen. Die Nabe ist zur Selbstreinigung mit mehreren Bohrungen 4b versehen, durch die eine bestimmte Menge Verdünner fließen kann, wenn der Rotationszerstäubungskopf gereinigt wird.
Die vom Hochspannungsgenerator 7 erzeugte Hochspannung wird über den Druckluftmotor 6 und die Antriebswelle 10 zum Glockenkopf 4 übertragen, und der Glockenkopf 4 zerstäubt die Lacktropfen, die sich dann vom äußersten Rand des Glockenkopfes 4 aus verteilen, so daß nahezu alle Lacktropfen das zu lackierende Werkstück erreichen und der Lackverlust minimiert wird. Auf diese Weise wird eine hohe Lackier- oder Auftragleistung erzielt.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, besteht der Glockenkopf 4 aus einem Glockenkopf- Grundkörper 1, der aus Material mit einem hohen elektrischen Widerstand (nichtleitendes Material) besteht, einer halbleitenden Schicht 2, die auf der Außenseite des Glockenkopf-Grundkörpers 1 ausgebildet ist, und einer Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (nichtleitende Schicht) 8, die auf der Außenseite der halbleitenden Schicht 2 ausgebildet ist. Die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 ist zur Vermeidung oder Begrenzung von Korrosion chemisch beständig, insbesondere beständig gegen Verdünner. Vorzugsweise hat die halbleitende Schicht 2 einen elektrischen Widerstand von 10&sup8; bis 10&sup9; Ohm, und sowohl der Grundkörper 1 als auch die nichtleitende Schicht 8 haben einen elektrischen Widerstand, der höher als der der halbleitenden Schicht 2 ist, beispielsweise 10¹&sup0; Ohm. Die Antriebswelle 10 berührt die halbleitende Schicht 2 an ihrem axialen Ende, so daß die Schicht 2 über die Antriebswelle 10 elektrostatisch aufgeladen wird. Die halbleitende Schicht 2 wird beispielsweise durch Auftragen eines halbleitenden Anstrichstoffs auf die Außenseite des Glockenkopf-Grundkörpers 1 ausgebildet.
Das Material mit hohem elektrischen Widerstand (nichtleitendes Material) des Glockenkopf-Grundkörpers 1 ist beispielsweise Kunstharz. Als Kunstharze können zum Beispiel hochwertige technische Kunststoffe verwendet werden. Hierzu zählen (a) spezielle technische Thermoplaste wie Polyetherimid oder (b) hochwertige technische Thermoplaste wie Polyetheretherketon. Polyetherimid und Polyetheretherketon haben folgende Strukturformeln: [Polyetherimid] [Polyetheretherketon]
Als halbleitendes Material der halbleitenden Schicht 2 kann beispielsweise (a) Phenolharz, das Teilchen aus elektrisch leitendem Material (z. B. Kohlenstoff, aber nicht darauf beschränkt) enthält, oder (b) Epoxidharz, das ebenfalls Teilchen aus elektrisch leitendem Material (z. B. Kohlenstoff, aber nicht darauf beschränkt) enthält, verwendet werden.
Als chemisch beständiges und verdünnerbeständiges Material der Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 kann Phenolharz, Epoxidharz, Polytetrafluorethylen usw. zum Einsatz kommen.
Die halbleitende Schicht 2 hat ein vorderes Ende 13 und ein hinteres Ende 14, die nicht von der äußersten Schicht 8 bedeckt sind. Das vordere Ende 13 der halbleitenden Schicht 2 liegt frei, so daß der Lack elektrisch aufgeladen werden kann. Das hintere Ende 14 der halbleitenden Schicht 2 liegt frei, so daß eine elektrische Verbindung mit der Antriebswelle 10 besteht.
Die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 bedeckt also die gesamte Außenseite der halbleitenden Schicht 2 außer das vordere Ende 13 und das hintere Ende 14 der halbleitenden Schicht 2.
Die Dicke der halbleitenden Schicht 2 beträgt vorzugsweise 1 bis 10 um, so daß eine gleichmäßige elektrostatische Beschichtung erfolgen kann. Die Dicke der Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 beträgt vorzugsweise 5 bis 20 um, so daß die Schicht 8 die halbleitende Schicht 2 zuverlässig vor Chemikalien und/oder Verdünner schützen kann.
Die halbleitende Schicht 2 hält den elektrischen Widerstand des Glockenkopfes 4 über die gesamte Außenseite des Glockenkopf-Grundkörpers 1 hinweg auf halbleitendem Niveau. Außerdem schützt die chemikalien- und verdünnerbeständige Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 die gesamte Außenseite der halbleitenden Schicht 2 außer deren einander gegenüberliegende Enden. Die elektrostatische Aufladung der Lacktropfen erfolgt am freiliegenden vorderen Ende 13 der halbleitenden Schicht 2.
Da die aus Kunstharz bestehende Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (nichtleitende Schicht) 8 den Glockenkopf 4 als äußerste Schicht bedeckt und die Luftglocke 11 und das Gehäuse 12 ebenfalls aus Kunstharz mit hohem elektrischen Widerstand bestehen, weist die Außenfläche der Rotationszerstäubungs- Lackiereinrichtung 3 einen so hohen elektrischen Widerstand auf, daß Funkenbildung zwischen der Einrichtung und dem zu lackierenden Werkstück wirksam vermieden wird. Da das vordere Ende des Glockenkopfes 4 halbleitend ist, ist eine Funkenbildung zwischen dem vorderen Ende des Glockenkopfes und dem zu lackierenden Werkstück ebenfalls unwahrscheinlich.
Um den vorgenannten Effekt beständig zu erzielen, muß der elektrische Widerstand der halbleitenden Schicht 2 konstant gehalten und der elektrische Widerstand des Glockenkopfes 4 auf halbleitendem Niveau gehalten werden. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, entsteht hierbei keine elektrische Widerstandslinie zwischen der halbleitenden Schicht 2 und den Aluminiumflocken des metallischen Lacks, da die chemikalien- und verdünnerbeständige Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 auf der Außenfläche der halbleitenden Schicht 2 gebildet wird. Daher ändert sich der elektrische Widerstand der halbleitenden Schicht 2 auch dann nicht, wenn der metallische Lack mit der Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 in Kontakt kommt. Da außerdem die halbleitende Schicht 2 von der Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 gegen Chemikalien und Verdünner abgesperrt wird, ist die halbleitende Schicht 2 vor Korrosion durch Chemikalien und Verdünner geschützt, und es kommt nicht zu einer korrosionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der halbleitenden Schicht. Somit wird der elektrische Widerstand des Glockenkopfes 4 stabil auf halbleitendem Niveau gehalten, so daß Funkenbildung vermieden wird.
Außerdem wird der Lack kontinuierlich elektrisch aufgeladen, so daß die Spritzleistung hoch bleibt.
Erfindungsgemäß werden folgende technische Vorteile erzielt:
Aufgrund der Ausbildung der Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 auf der Außenfläche der halbleitenden Schicht 2 entsteht keine elektrische Widerstandslinie zwischen der halbleitenden Schicht 2 und dem metallischen Lack, so daß sich der elektrische Widerstand des Glockenkopfes 4 auch dann nicht ändert, wenn der metallische Lack mit dem Glockenkopf 4 in Kontakt kommt. Da außerdem die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand 8 chemikalien- und verdünnerbeständig ist, korrodiert die halbleitende Schicht 2 nicht, so daß sich ihr elektrischer Widerstand nicht korrosionsbedingt ändert. Somit wird der elektrische Widerstand des Glockenkopfes 4 auf halbleitendem Niveau gehalten, so daß es zu keiner Funkenbildung kommt und ein gleichmäßiges Aufladen des Lacks gewährleistet wird, was eine hohe Spritzleistung zu Folge hat.

Claims

1. Glockenkopf (4) einer Rotationszerstäubungs-Lackiereinrichtung (3), der einen Glockenkopf-Grundkörper (1) aus Material mit hohem elektrischen Widerstand, der die Form einer Glocke mit einer Außenseite hat,

und eine halbleitende Schicht (2), die auf der Außenseite des Glockenkopf- Grundkörpers (1) ausgebildet ist und eine Außenfläche hat,

aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (8), die gegen Chemikalien und Verdünner beständig ist, auf der Außenseite der halbleitenden Schicht (2) ausgebildet ist.

2. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem elektrischen Widerstand des Glockenkopfes (4) Kunstharz umfaßt.

3. Glockenkopf (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein hochwertiger technischer Kunststoff ist.

4. Glockenkopf (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwertige technische Kunststoff Polyetherimid ist.

5. Glockenkopf (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwertige technische Kunststoff Polyetheretherketon ist.

6. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) aus Phenolharz besteht, das Teilchen aus elektrisch leitendem Material enthält.

7. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) aus Epoxidharz besteht, das Teilchen aus elektrisch leitendem Material enthält.

8. Glockenkopf (4) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Kohlenstoff ist.

9. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) eine Dicke von 1 bis 10 um hat.

10. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) auf der gesamten Außenfläche des Glockenkopf-Grundkörpers (1) ausgebildet ist.

11. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (8) aus einem der Kunstharze Phenolharz, Epoxidharz und Polytetrafluorethylen besteht.

12. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (8) eine Dicke von 5 bis 20 m hat.

13. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) ein vorderes Ende (13) und ein hinteres Ende (14) hat und daß die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (8) auf der gesamten halbleitenden Schicht (2) außer an ihrem vorderen Ende (13) und an ihrem hinteren Ende (14) ausgebildet ist.

14. Glockenkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (2) einen elektrischen Widerstand von 10&sup8; bis 10&sup9; Ohm hat und daß sowohl der Glockenkopf-Grundkörper (1) als auch die Schicht mit hohem elektrischen Widerstand (8) einen elektrischen Widerstand haben, der höher als der der halbleitenden Schicht (2) ist.