JP2001121043A

JP2001121043A - 回転霧化式塗装装置

Info

Publication number: JP2001121043A
Application number: JP29915099A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Okada; 和人岡田; Tomohiko Miyata; 知彦宮田; Hirohiko Fukumoto; 裕彦福元; Itaru Yaso; 格八十; Menderin Walter; メンデリンウォルター
Original assignee: B & M Verfahrenstechnik GmbH; Kobe Steel Ltd
Current assignee: B & M Verfahrenstechnik GmbH; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】シェーピングエアを周方向に有効に均一化し
て良好な塗装パターンが得られるようにする。【解決手段】霧化頭１４の周囲にシェーピングエアリ
ング２６が設けられた回転霧化式塗装装置。シェーピン
グエアリング２６に、シェーピングエア噴射部として、
霧化頭回転方向と逆方向に傾斜する複数のノズル孔３２
と、これらノズル孔の下流側で全周にわたって連続する
環状スリット３４とを設ける。この環状スリットのエア
噴射口面積Ｓ₃を前記ノズル孔の流路面積の総和Ｓ_hより
も小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車製造工程で
の車体塗装等に用いられる回転霧化式塗装装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、車体表面等に塗装を施すための装
置として、回転霧化式静電塗装装置の開発が進められて
いる。かかる装置は、他の塗装装置（例えばガンタイプ
の装置）に比べて塗着効率が高く、塗料の無駄が少ない
上に、均一な塗膜を形成できる利点を有するため、特に
高品質が要求される塗装に好適とされている。

【０００３】このような回転霧化式静電塗装装置とし
て、例えば特開平８−１０８１０３号公報に示されるも
のが知られている。この装置は、回転軸の先端に固定さ
れる回転霧化頭と、この回転霧化頭の周囲に形成された
環状のエア噴射口とを備えている。

【０００４】この装置では、前記回転霧化頭が高速回転
しながらその前面から塗料が噴射される。この塗料は、
前記回転による遠心力を受けて径方向外側に広がろうと
するが、その周囲のエア噴射口から前方に噴射されるシ
ェーピングエアによって、前記塗料の噴射方向が前方に
絞り込まれる。すなわち、前記シェーピングエアの噴射
によって、塗料噴霧パターンがコントロールされる。

【０００５】しかし、この公報のものは、周方向に間欠
的に配された多数のエア噴射口からシェーピングエアが
噴射されるものであるため、各エア噴射位置に比べ、そ
の間の位置では必然的にエア噴射速度が低下する。すな
わち、シェーピングエアの強度は周方向に不均一とな
り、その強度が高い部位では噴射塗料が径方向内側に収
束する度合いが強く、逆に強度が低い部位では遠心力で
噴射塗料が径方向外側に分散しやすい傾向となる。その
結果、塗装パターンは放射状の模様を描くことになり、
塗膜の均一性を損なうだけでなく、高い塗着効率の実現
は困難となる。

【０００６】そこで、特開平９−８５１３４号公報の図
８及び図９には、周方向に並設された多数のエアノズル
Ｎ１（Ｎ２）の下流側に周方向に連続する環状溝Ｓ１
（Ｓ２）を形成し、この環状溝を通じてシェーピングエ
アを噴射するように構成することにより、シェーピング
エアの均一化を図るようにしたものが示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平９−８５１
３４号公報に示される装置では、多数のエアノズルの総
出口面積に比して環状溝の噴射口面積がかなり大きいた
め（同公報の図８及び図９参照）、特にシェーピングエ
アの噴射圧が高い場合、前記環状溝が存在してもこれを
シェーピングエアがそのまま突き抜けてしまう結果とな
り、十分な均一化を果たすことができない。

【０００８】また、前記公報の装置では、エアノズルの
径及び総出口面積にそれぞれ比して環状溝の入口幅及び
入口面積がかなり大きいため、エアノズルと環状溝との
境界部分でのエアの乱れが著しく、圧力損失が大きいと
いう欠点がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、シェー
ピングエアを有効に均一化して良好な塗装パターンを得
ることができ、さらに好ましくは、圧力損失を減らして
十分なシェーピングエア噴射圧を確保できる回転霧化式
塗装装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、霧化頭の周囲にシェーピング
エア噴射部が設けられた回転霧化式塗装装置において、
前記シェーピングエア噴射部を、周方向に並べて配さ
れ、霧化頭回転方向と逆方向に傾斜する複数のノズル孔
と、これらノズル孔の下流側に設けられ、全周にわたっ
て連続する環状スリットとで構成し、かつ、この環状ス
リットのエア噴射口面積Ｓ₃を前記ノズル孔の流路面積
の総和Ｓ_hよりも小さくしたものである。

【００１１】この構成において、各ノズル孔から噴射さ
れたシェーピングエアは環状スリット内に入り込む。こ
の環状スリットのエア噴射口面積Ｓ₃は前記ノズル孔の
総流路面積Ｓ_hよりも小さく、その分噴射抵抗が高いた
め、当該環状スリット内でシェーピングエアが周方向に
十分均一化されてから前記噴射口より噴射されることに
なる。すなわち、環状スリットの均圧機能が十分に発揮
される。

【００１２】ただし、前記環状スリットのエア噴射口面
積Ｓ₃を前記ノズル孔の総流路面積Ｓ_hの１／２よりも小
さくすると、周方向へのシェーピングエアの噴射速度成
分が著しく低下するので、１／２≦Ｓ₃／Ｓ_h＜１とする
ことが好ましい。

【００１３】ノズル孔と環状スリットとの境界部分につ
いては、前記ノズル孔の前記霧化頭径方向に沿う出口側
開口径ｄ_h′と前記環状スリットの入口幅ｄ₅とをなるべ
く同等にすることが好ましい。これらの寸法ｄ_h′，ｄ₅
が著しく相違すると、シェーピングエアの流れがノズル
孔から環状スリットへ移行する際に、通路幅が不連続的
にかつ著しく変化することになり、これに起因して前記
シェーピングエアの流れが乱れ、大きな圧力損失が生じ
るからである。

【００１４】具体的には、比ｄ₅／ｄ_h′を０．９以上
（より好ましくは１．０以上）でかつ、１．５以下（よ
り好ましくは１．２以下）とするのがよい。

【００１５】また、前記圧力損失を低減するには、環状
スリットの入口面積Ｓ₅と各ノズル孔の出口側開口面積
の総和Ｓ_h′とを略同一にする（すなわち面積変化を微
小に抑える）ことが、より好ましい。しかし、前記環状
スリットの入口幅が周方向に均一である場合、その環状
スリットの入口幅ｄ₅と各ノズル孔の霧化頭径方向に沿
う出口側開口径ｄ_h′との比を前記範囲（０．９以上
１．５以下）に収めようとすると、環状スリットの入口
面積が各ノズル孔の総出口面積よりもかなり大きくなっ
てしまうことになる。

【００１６】これに対し、前記環状スリットの入口面積
Ｓ₅と各ノズル孔の出口側開口面積の総和Ｓ_h′とが略同
一となるように、前記環状スリットの各ノズル孔同士の
間の部分の入口幅を各ノズル孔に通ずる部分の入口幅よ
りも小さくするような形状設定を行うことにより、０．
９≦ｄ₅／ｄ_h′≦１．５という条件と、Ｓ₅≒Ｓ_h′とい
う条件とを両立させることができ、より理想的なシェー
ピングエア噴射部を構成できる。

【００１７】一方、霧化頭周方向についても、圧力損失
低減のためにはノズル孔から環状スリットへ移行する際
の形状変化を小さく抑えることが好ましく、具体的に
は、前記環状スリット入口の幅方向中心部を通る円の周
長Ｌ_hを前記霧化頭の周方向に沿う各ノズル孔の出口側
開口径ｄ_h″の総和の２倍以下とするのがよい。これに
より、ノズル孔から環状スリットへシェーピングエアが
移行する際の霧化頭周方向への広がり度合いも減らすこ
とができ、これにより圧力損失を有効に低減させること
ができる。

【００１８】前記シェーピングエア噴射部を霧化頭の周
囲に設けるには、前記シェーピングエア噴射部及びこの
シェーピングエア噴射部にエアを供給するためのエア供
給通路が形成された略円筒状のシェーピングエア通路形
成部材を前記霧化頭の周囲に配するようにすればよい。
しかし、この構造では、霧化頭の高速回転及びシェーピ
ングエア流による動圧に起因して、前記シェーピングエ
ア通路形成部材と霧化頭との間に挟まれる環状空間が負
圧となるため、その負圧が大きいと微細塗粒がその噴射
方向と逆方向に引込まれ、霧化頭外周面や裏面、シェー
ピングエア噴射部の径方向内側部位などに付着してこれ
らを汚してしまうおそれがある。

【００１９】これに対し、前記シェーピングエア通路形
成部材と前記霧化頭との間に挟まれた空間を外気に連通
する連通路を設けるようにすれば、当該空間の負圧を抑
えてその負圧に起因する前記微細塗粒の引込みを未然に
回避することができる。

【００２０】ここで、前記連通路の具体的な配設部位は
特に問わないが、前記シェーピングエア通路形成部材
に、そのエア供給通路を横切って当該シェーピングエア
通路形成部材を径方向に貫通する連通管を設けるように
すれば、当該連通管をシェーピングエア通路形成部材に
組み付けるだけの簡単な構成で前記連通路を確保でき
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図４に基づいて説明する。

【００２２】図示の回転霧化式静電塗装装置は、筒状の
回転軸１０を備え、その内側に塗料供給管１２が挿通さ
れている。前記回転軸１０は図略のエアモータに連結さ
れ、同モータによって中心軸回りに高速回転駆動される
ようになっている。

【００２３】前記回転軸１０の先端には、霧化頭１４が
固定されている。この霧化頭１４は、回転軸１０の先端
部に外嵌される本体１６と、先端壁１８とからなってい
る。本体１６の先端側面（図１では上側面）は凹面とさ
れ、先端壁１８の裏面（図１では下側面）は凸面とされ
ている。そして、これら凹面と凸面との間に塗料噴射路
２０を形成するようにして前記本体１６と先端壁１８と
が一体化されている。本体１６の凹面の最外側には、全
周にわたって細溝が形成されている。

【００２４】前記回転軸１０の中間部は、軸受２２によ
って回転可能に支持されている。この軸受２２の周囲に
はカバー２４が装着され、このカバー２４の前端外周部
には略円筒状のシェーピングエアリング（シェーピング
エア通路形成部材）２６が装着されている。そして、前
記カバー２４からシェーピングエアリング２６にかけ
て、シェーピングエアの供給通路が形成されている。

【００２５】具体的には、前記カバー２４の外周部にエ
ア導入通路２８が形成され、このエア導入通路２８が図
略のエア供給源に接続されている。シェーピングエアリ
ング２６の中間部から後部にかけては、前記エア導入通
路２８につながる均圧チャンバ３０が形成され、この均
圧チャンバ３０の前方（図１では上方）にシェーピング
エア噴射部が形成されている。

【００２６】このシェーピングエア噴射部は、図３及び
図４にも示すようなノズル孔３２と環状スリット３４と
からなっている。ノズル孔３２は、周方向に並ぶ多数箇
所に形成されており、それぞれ共通の均圧チャンバ３０
に連通されている。各ノズル孔３２の中心軸は、前記霧
化頭１４の回転方向と逆の方向に所定角度θ₂（図４左
側参照）だけ傾斜しており、この傾斜によってシェーピ
ングエアに旋回成分が与えられるようになっている。環
状スリット３４は、全周にわたって連続し、各ノズル孔
３２からシェーピングエアリング２６の先端面にまで至
っている。

【００２７】さらに、この実施の形態にかかる装置は、
次のような特徴を有している。

【００２８】環状スリット３４のエア噴射口面積に
ついて環状スリット３４は、各ノズル孔３２から先端側に向か
うに従って幅が狭くなる方向のテーパー形状とされ、当
該環状スリット３４のエア噴射口面積Ｓ₃が、各ノズル
孔３２の流路面積の総和Ｓ_hよりも小さく設定されてい
る。

【００２９】両面積Ｓ₃，Ｓ_hは、ノズル孔３２の総数を
ｎとすると、次式により与えられる。

【００３０】Ｓ₃≒ｄ₃×Ｌ₃ Ｓ_h＝(π／４)ｄ_h ²×ｎここで、ｄ₃は環状スリット３４の噴射口開口幅、Ｌ₃は
同噴射口の幅方向中心部（図４の点Ｐ₃）を通る円の周
長、ｄ_hは各ノズル孔３２の孔径である（図４参照）。

【００３１】ノズル孔３２と環状スリット３４との
境界部分についてまず、霧化頭径方向（図４右側図では左右方向）につい
ては、ノズル孔３２の出口側開口径ｄ_h′と環状スリッ
ト３４の入口幅ｄ₅とが略同等に設定されている。

【００３２】ここで、前記ノズル孔３２の霧化頭径方向
に沿う出口側開口径ｄ_h′は、図４右側図のように霧化
頭接線方向からみたノズル孔３２の中心軸の傾斜角度を
θ₁とすると、次式で表される。

【００３３】ｄ_h′＝ｄ_h×（cosθ₁)^-1 また、霧化頭周方向（図３参照）については、環状スリ
ット３４の入口幅中心部（図４の点Ｐ₅）を通る円の周
長Ｌ₅が、霧化頭周方向に沿うノズル孔３２の出口側開
口径ｄ_h″の総和ｎ×ｄ_h″の２倍以下に設定されてい
る。

【００３４】図１及び図２に示すように、シェーピ
ングエアリング２６の周方向に並ぶ複数の位置には、そ
の均圧チャンバ３０を横切って当該シェーピングエアリ
ング２６を径方向に貫通する連通管３６が組み込まれて
おり、これらの連通管３６によって、当該シェーピング
エアリング２６と霧化頭１４との間に挟まれた環状空間
２７と外気とを連通する連通路が確保されている。

【００３５】次に、この装置の作用を説明する。

【００３６】前記回転軸１０及び霧化頭１４に図外の高
電圧発生装置から高電圧ケーブルを介して高電圧が印加
され、これにより霧化頭５と被塗装物との間に静電界が
形成される。同時に、エアモータによって回転軸１０及
び霧化頭１４が高速回転駆動されながら、塗料供給管１
２を通じて霧化頭１４に塗料が供給される。この塗料
は、霧化頭１４の回転による遠心力を受けることによ
り、先端壁１６裏面の凸面に沿って径方向外側へと移行
し、霧化頭最外端縁から細溝により径方向外側へ液糸状
に飛出し（すなわち塗料噴射路２０に沿って噴射さ
れ）、さらに、周りの気流から受けるせん断力で粒子状
に分断、微粒化されて塗料粒子となる。

【００３７】一方、装置外周部においては、カバー２４
のエア導入通路２８から高圧エアがシェーピングエアリ
ング２６の均圧チャンバ３０内に導入され、さらに、各
ノズル孔３２から環状スリット３４を通じてシェーピン
グエアとして前方へ噴射される。このシェーピングエア
による流体抗力と、前記静電界でのクーロン力とが前記
塗料粒子に作用することにより、この塗料粒子は前方の
被塗装物に向かって飛行し、該被塗装物に塗着する。

【００３８】ここで従来の装置は、前記環状スリット３
４が存在せず、あるいは、環状スリット３４が存在して
もその噴射口開口面積Ｓ₃がノズル孔流路面積の総和Ｓ_h
に比して非常に大きいため、ノズル孔３２の存在するシ
ェーピングエア噴射箇所と、ノズル孔３２同士の間に位
置するシェーピングエア非噴射箇所との間でのシェーピ
ングエア強度の落差が大きく、周方向に均一なシェーピ
ングエアの噴射ができなかったが、この実施の形態にか
かる装置では、環状スリット３４の噴射口開口面積Ｓ₃
がノズル孔流路面積の総和Ｓ_hよりも小さく設定されて
いて、その分噴射抵抗が大きくなっているため、各ノズ
ル孔３２から環状スリット３４へ導入されるシェーピン
グエアは同スリット３４内で周方向に十分均一化された
状態で同スリット３４の噴射口からリング状に噴射され
る。

【００３９】ただし、前記噴射口開口面積Ｓ₃をあまり
小さくすると、環状スリット３４内でのエアの混合が過
度となってシェーピングエアの旋回成分（周方向速度成
分）が著しく降下するので、当該面積Ｓ₃は適当な範囲
内に収めるのがよい（詳細は後述）。

【００４０】また、この実施の形態において、ノズル孔
３２と環状スリット３４との境界部分では、霧化頭径方
向について、ノズル孔３２の出口側開口径ｄ_h′と環状
スリット３４の入口幅ｄ₅とが略同等に設定され、また
霧化頭周方向について、環状スリット３４の入口幅中心
部（図４の点Ｐ₅）を通る円の周長Ｌ₅が霧化頭周方向に
沿うノズル孔３２の出口側開口径ｄ_h″の総和ｎ×ｄ_h″
の２倍以下に設定されているため、エアがノズル孔３２
から環状スリット３４へ移行する際の流路形状変化が少
なく、その分エアはスムーズに移行することとなり、圧
力損失が有効に低減される。

【００４１】図５（ａ）は、各ノズル孔３２の霧化頭径
方向に沿う出口側開口幅ｄ_h′を0.9mmに固定しながら環
状スリット３４の入口幅ｄ₅を変えることにより寸法比
ｄ₅／ｄ_h′を変化させ、この寸法比ｄ₅／ｄ_h′と圧力損
失との関係を示したものである。図示のように、圧力損
失は、寸法比ｄ₅／ｄ_h′≒１の点すなわち出口側開口幅
ｄ_h′と環状スリット３４の入口幅ｄ₅とが略同等の点で
最小となり、この点から離れるについて急激に上昇す
る。従って、圧力損失低減の観点からは、図示のように
ｄ₅／ｄ_h′を０．９以上（より好ましくは１．０以上）
であって、１．５以下（より好ましくは１．２以下）の
範囲内に収めることが好ましい。

【００４２】一方、図５（ｂ）は、霧化頭周方向に沿う
ノズル孔３２の出口側開口径ｄ_h″の総和ｎｄ_h″に対す
る環状スリット３４の入口側周長Ｌ₅の比Ｌ₅／ｎｄ_h″
と圧力損失との関係を示したものである。図３に示すよ
うに、ノズル孔３２同士の間には必ず間隔が設けられる
ので、比Ｌ₅／ｎｄ_h″は必然的に１よりも大きくなる。
そして、この比を大きくしていくと、図５（ｂ）に示す
ように、圧力損失も次第に大きくなっていく。従って、
前記比Ｌ₅／ｎｄ_h″はなるべく小さいほうが好ましく、
具体的には２以下にするのが好ましい。

【００４３】その他の諸元についても、例えば次のよう
に設定することが、より好ましい。

【００４４】１）ノズル孔３２において、その孔径ｄ_h
に対する流路長ｄ₆の比ｄ₆／ｄ_hは、３以上１５以下に
設定するのがよい。当該比が３未満であると、シェーピ
ングエアの旋回成分（周方向速度成分）が過度に低下し
てしまい、逆に１５を超えると、圧力損失が過度に大き
くなってしまうからである。

【００４５】２）環状スリット３４の入口面積Ｓ₅とノ
ズル孔出口側開口面積の総和Ｓ_h′とは、圧力損失の観
点からはなるべく略同等とするのが好ましい。

【００４６】しかしながら、環状スリット３４の入口幅
ｄ₅が全周にわたって一定の場合には、前記図４に示し
たように当該入口幅ｄ₅とノズル孔３２の霧化頭径方向
に沿う出口側開口径ｄ_h′とを略等しくすると、必然的
に、環状スリット３４の入口面積Ｓ₅がノズル孔出口側
開口面積の総和Ｓ_h′よりもかなり大きくなってしま
い、図６実線に示すような流路断面積の段差が発生して
しまうことになる。逆に、同図二点鎖線に示すように流
路断面積の段差をなくすべく、環状スリット３４の入口
面積Ｓ₅をノズル孔出口側開口面積の総和Ｓ_h′と略同等
の面積まで減らすと、必然的に、図7（ａ）に示すよう
に環状スリット３４の入口幅ｄ₅がノズル孔出口側開口
径ｄ_h′よりもかなり小さくなってしまい（ノズル孔出
口側開口径ｄ_h′の0.9倍未満となってしまい）、前記の
理由で圧力損失が高くなってしまう。

【００４７】そこで、上述の０．９≦ｄ₅／ｄ_h′≦１．
５という条件と、Ｓ₅≒Ｓ_h′という条件とを両立させる
手段としては、第２の実施の形態として図７（ｂ）及び
図８に示すように、環状スリット３４の入口部分であっ
て各ノズル孔３２に相当する位置に切欠３５を設け、こ
の切欠３５によってｄ₅／ｄ_h′を１に近づけながら、他
の部分（ノズル孔３２同士の間の部分）では環状スリッ
ト３４の入口幅を狭めて全体としての入口面積Ｓ₅を小
さく抑えるようにすればよい。また、前記のような切欠
３５ではなく、ノズル孔３２に対向する位置からノズル
孔同士の間の位置に向かうに従って滑らかに入口幅が減
少するような形状に環状スリット３４の入口形状を設定
してもよい。

【００４８】３）ノズル孔３２の孔径ｄ_hに対する環状
スリット３４の流路長ｄ₄の比ｄ₄／ｄ_hは、２．５以上
１０以下に設定するのが、より好ましい。ｄ₄／ｄ_h＜
２．５であると、環状スリット３４内でシェーピングエ
アの周方向の均一化が十分に果たせず、シェーピング強
度がばらつくおそれがあり、逆にｄ₄／ｄ_h＞１０である
と、シェーピングエアの旋回成分（周方向速度成分）が
環状スリット３４内で過度に低下してしまうおそれがあ
るためである。

【００４９】４）環状スリット３４のエア噴射口から霧
化頭１４の外周縁までの直線距離ｄ ₂と、当該エア噴射
口の開口幅ｄ₃との比ｄ₂／ｄ₃は、５以上２０以下に設
定するのが、より好ましい。ｄ₂／ｄ₃＜５であると、シ
ェーピングエアリング２６の先端部への塗料付着が顕著
となり、逆にｄ₂／ｄ₃＞２０であると、シェーピングエ
アの霧化頭軸方向（図４では上下方向）の速度成分が過
度に低下するからである。

【００５０】５）シェーピングエア噴射方向から見た環
状スリット３４のエア噴射口と霧化頭１４の外周縁との
間隔ｄ₁は、当該エア噴射口の開口幅ｄ₃以上とするの
が、より好ましい。ｄ₁＜ｄ₃であると、シェーピングエ
アの霧化頭軸方向と直交する旋回方向（図４では紙面に
垂直な方向）の速度成分が過度に低下するからである。

【００５１】６）各ノズル孔３２を霧化頭回転方向と逆
方向に傾斜させる角度θ₂は、塗着効率の観点からは１
０°以上６０°以下とするのが好ましい。

【００５２】前記第１の実施の形態において、前記図１
及び図２に示した装置では、連通管３６の組み込みによ
って霧化頭１４−シェーピングエアリング２６間の環状
空間２７と外気とを連通する連通路が確保されているの
で、より良好な塗装作業を実現することが可能となって
いる。すなわち、前記連通路がないと、霧化頭１４の高
速回転やシェーピングエアの高速気流に起因して前記環
状空間２７内がかなりの負圧となり、その負圧に起因し
て微細塗料粒子がその噴射方向と逆向きに引込まれ、シ
ェーピングエアリング２６の先端部や内側面、霧化頭１
４の周縁部などに付着してこれを汚すおそれがあるが、
前記環状空間２７を連通管３６を通じて外気に連通すれ
ば、当該空間２７の負圧を抑えてこれに起因する前記不
都合を解消することができる。

【００５３】さらに、第３の実施の形態として、前記連
通管３６にエア供給管４０を接続し、そのエア供給量を
調節するための流量調節弁４２を設ける等して、環状空
間２７内へのエア供給量を調節できる（すなわち負圧を
コントロールできる）ようにすれば、以下に示すような
効果を得ることができる。

【００５４】前記図１に示した装置において、例えば連
通路３６を塞いだ状態（環状空間２７を外気から遮断し
た状態）でシェーピングエア流量を０から少しずつ上昇
させてくと、装置先端部に脈動流が発生し、その脈動周
波数はシェーピングエア流量が約300ｌ／minとなった時
点でピークを迎える。この脈動は、霧化頭高速回転によ
る負圧領域の囲い込み効果に加えてシェーピングエア流
量の増加によるエゼクタ効果が増大するため、流体力学
的に不安定な状態になるためと考えられる。そして、こ
の脈動はスプレーパターンの首振り現象（スプレー方向
が揺動する現象）へと発達し、かつ、前記脈動周波数が
低いほど首振り角度（すなわち振幅）が大きくなること
が確認された（図１０（ａ）参照）。従って、この首振
り角度を小さく抑えてスプレー方向性をよくするために
は、なるべく脈動周波数が高い領域で運転をすることが
望まれる。

【００５５】一方、シェーピングエア流量と脈動周波数
との関係は図１０（ｂ）に示すようになることが確認さ
れた。同図に示すように、圧力調整用空気供給量Ｑが０
（すなわち環状空間２７が外気から遮断されている）状
態では、シェーピングエア流量が200〜400ｌ／minの範
囲で高い脈動周波数が得られるが、その範囲から外れる
と脈動周波数は著しく低下する（詳細後述）。従って、
前記首振り現象を抑えるためには、シェーピングエア流
量の使用範囲が狭い範囲に限られてしまうことになる。

【００５６】ところが、同図（ｂ）に示すように、圧力
調整用空気供給量Ｑ（連通管３６から環状空間２７に供
給されるエア流量）の増加に伴って、脈動周波数がピー
クを迎えるシェーピングエア流量の領域が高流量側（同
図（ｂ）では右側）に移行するので、シェーピングエア
流量の増加に伴って前記圧力調整用空気供給量Ｑの値も
増加させることにより、常に、脈動周波数が高い領域
（すなわち首振り角度が小さくて方向性が安定した領
域；同図（ｂ）の網目領域）で塗装を行うことが可能と
なる。換言すれば、低いシェーピングエア流量で運転す
る場合には、流量調節弁４２を絞って圧力調整用空気供
給量Ｑを減らす一方、高いシェーピングエア流量で運転
する場合には、流量調節弁４２を開いて圧力調整用空気
供給量Ｑを増やすといった負圧コントロールをすること
により、常に安定した（すなわち脈動周波数の高い）運
転をすることが可能となるのである。

【００５７】なお、環状空間２７と外気とを連通する手
段、あるいは環状空間２７内へ所定流量のエアを供給す
るための構造は、図示のような連通管３６を組み込んだ
ものに限らず、例えば図１に示すカバー２８側に連通路
を形成するようにしてもよい。

【００５８】また、図例では、環状スリット３４が直線
テーパー状のものを示したが、その開口面積や各寸法が
前記条件を満たすものであれば、具体的な形状を問わな
い。例えば、エア入口から出口に向かうに従って曲線的
にスリット幅が減少するようなものでもよい。

【００５９】

【実施例】（１）本発明のシェーピングエア均一化効果
について次の表１に示す諸元をもつ実施例装置を用い、同表に示
す運転条件下で実験を行った。そして、そのスプレーパ
ターンをレーザーシート光源を用いて可視化することに
より、観察を行った。

【００６０】

【表１】

【００６１】その結果、前記環状スリット３４を持たな
い従来装置では図１１（ａ）に示すような放射状のスプ
レーパターン５０しか得られなかったのに対し、本実施
例装置では同図（ｂ）に示すように周方向に略一様なス
プレーパターン５０を得ることが確認できた。

【００６２】（２）面積比Ｓ₃／Ｓ_hについて前記表１の諸元をもつ実施例装置（面積比Ｓ₃／Ｓ_h＝0.
84の装置）と、同表における環状スリット噴射口幅ｄ₃
を0.3mmから0.5mmまで増加して面積比Ｓ₃／Ｓ_hを1.4と
した比較例装置について実験を行い、その噴射口直後の
シェーピングエア噴射速度の軸方向成分ｕ_zoの周方向分
布を調べた。具体的には、同速度成分ｕ _zoと同速度成分
の最大値ｕ_zomaxとの比ｕ_zo／ｕ_zomaxの分布を調べた。
その結果を図１２（ａ）に示す。この実験により、面積
比Ｓ₃／Ｓ_hの増大に伴ってシェーピングエア速度の周方
向均一度合いが著しく低下することが確認できた。ま
た、面積比Ｓ₃／Ｓ_hが２のものでは塗着効率が90％であ
るのに対し、本実施例装置によれば塗着効率を95％迄向
上できることも確認できた。

【００６３】また、前記面積比Ｓ₃／Ｓ_hと、シェーピン
グエアの周方向速度成分ｕθ_oの減衰率との関係も調べ
た。その結果を図１２（ｂ）に示す。図示のように、Ｓ
₃／Ｓ_hが１／２を下回ると、環状スリット３４出口での
エア噴射抵抗が高くなりすぎて周方向速度成分ｕθ_oの
減衰率が著しくなる。よって、面積比Ｓ₃／Ｓ_hは、１／
２≦Ｓ₃／Ｓ_h＜１の範囲に設定することが、より好まし
い。

【００６４】（３）寸法比ｄ₄／ｄ_hについて前記表１の諸元をもつ実施例装置（寸法比ｄ₄／ｄ_h＝3.
9の装置）と、同表における環状スリット流路長さｄ₄を
3.5mmから2.0mmまで短くして寸法比ｄ₄／ｄ_hを2.2とし
た比較例装置について実験を行い、その噴射口直後のシ
ェーピングエア噴射速度の軸方向成分ｕ_zoの周方向分布
を調べた。具体的には、同速度成分ｕ _zoと同速度成分の
最大値ｕ_zomaxとの比ｕ_zo／ｕ_zomaxの分布を調べた。そ
の結果を図１３に示す。この実験により、寸法比ｄ₄／
ｄ_hの減少によってもシェーピングエア速度の周方向均
一度合いが低下することが確認できた。

【００６５】（４）連通管３６の効果について前記連通管３６を開いた場合と塞いだ場合とで前記条件
で運転を行った。その結果、連通管３６を塞いだ場合に
は、霧化頭外周面や裏面、シェーピングエアリング内面
などへ塗料が付着していたのに対し、連通管３６を開い
たものでは前記付着がほとんど見られなかった。また、
連通管３６を開いたものの方が、シェーピングエアのパ
ターン絞り込み効果が著しく、エア消費量が少なくて済
むことが確認できた。

【００６６】（５）流量調節弁４２を用いた圧力調整用
空気供給量Ｑの調整の効果についてまず、上述の運転条件において、連通管３６を塞ぎ、か
つ、シェーピングエア流量のみを変数とし、同流量を10
0ｌ／分から徐々に増やしていく実験を行った。その結
果、シェーピングエア流量が200ｌ／分のあたりで数十
ヘルツ程度の比較的高い周波数をもつ脈動流が発現し、
その後、シェーピングエア流量の増加に伴って周波数が
低くなり、かつのその変動度合いが大きくなり、500ｌ
／分では、スプレー吹き出し中心軸方向が霧化頭１４の
回転軸から偏向して円弧を描く、いわゆる首振り現象が
発生することが確認できた。さらに、シェーピングエア
流量が600ｌ／分に到達した時点で、スプレー吹き出し
中心軸方向が霧化頭の回転軸からある向きに偏向したま
ま動かなくなった。

【００６７】これに対し、各シェーピングエア流量に応
じて圧力調整用空気供給量Ｑを０〜100ｌ／分の範囲で
適宜調節することにより、シェーピングエア流量が200
〜600ｌ／分の広い範囲にわたって、前記図１０（ｂ）
に網目領域で示すように脈動周波数を数十ヘルツ程度の
高周波数に維持する運転を実現できた。その結果、図１
４に示すように、シェーピングエア流量にかかわらず常
に霧化頭回転軸を最大値にもつ膜厚分布が得られること
が確認できた。また、メタリック塗膜の性状について
は、色むらもなく、エアガン塗装に匹敵する明度とメタ
リック感とが得られることが確認できた。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明は、シェーピングエ
ア噴射部を複数のノズル孔とこれらに連通する環状スリ
ットで構成するとともに、環状スリットのエア噴射口面
積Ｓ₃を前記ノズル孔の流路面積の総和Ｓ_hよりも小さく
したものであるので、周方向についてシェーピングエア
を有効に均一化することができ、その結果良好な塗装パ
ターンを得ることができ、高い塗着効率を維持すること
ができる効果がある。

【００６９】さらに、前記ノズル孔と環状スリットとの
境界部分で、前記ノズル孔の前記霧化頭径方向に沿う出
口側開口径ｄ_h′に対する前記環状スリットの入口幅ｄ₅
の比ｄ₅／ｄ_h′を０．９以上１．５以下としたものや、
前記環状スリット入口の幅方向中心部を通る円の周長Ｌ
_hを前記霧化頭の周方向に沿う各ノズル孔の出口側開口
径ｄ_h″の総和の２倍以下としたものにおいては、前記
ノズル孔から環状スリットへのシェーピングエアの流れ
を円滑化することにより、圧力損失を減らして十分なシ
ェーピングエア圧を確保することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる回転霧化式
静電塗装装置の断面正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】前記塗装装置の環状スリットを示す平面図であ
る。

【図４】前記塗装装置の各諸元を示す説明図である。

【図５】（ａ）は霧化頭径方向に沿う前記ノズル孔の出
口側開口径ｄ_h′に対する前記環状スリットの入口幅ｄ₅
の比ｄ₅／ｄ_h′と圧力損失との関係を示すグラフ、
（ｂ）は前記環状スリット入口の幅方向中心部を通る円
の周長Ｌ_hと霧化頭の周方向に沿う各ノズル孔の出口側
開口径ｄ_h″の総和との比Ｌ_h／ｎｄ_h″と圧力損失との
関係を示すグラフである。

【図６】シェーピングエア噴射部での流路断面積の変化
を示すグラフである。

【図７】（ａ）は前記ノズル孔の出口側開口径ｄ_h′よ
りも環状スリットの入口幅ｄ₅が顕著に小さいシェーピ
ングエア噴射部の例を示す断面図、（ｂ）は本発明の第
２の実施の形態にかかるシェーピングエア噴射部を示す
断面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態にかかるシェーピン
グエア噴射部の要部を示す斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる回転霧化式
静電塗装装置の断面正面図である。

【図１０】（ａ）は本発明装置にかかる気流の脈動周波
数とスプレーパターンの首振り角度との関係を示すグラ
フ、（ｂ）はシェーピングエア流量と脈動周波数との関
係を示すグラフである。

【図１１】（ａ）は従来装置により得られる塗装パター
ンの回転軸に垂直な断面における可視化斜視図、（ｂ）
は本発明の実施例装置により得られる塗装パターンの回
転軸に垂直な断面における可視化斜視図である。

【図１２】（ａ）は環状スリットのエア噴射口面積Ｓ₃
とノズル孔の流路面積の総和Ｓ_hとの比Ｓ₃／Ｓ_hとシェ
ーピングエア速度の周方向分布との関係を示すグラフ、
（ｂ）は前記比Ｓ₃／Ｓ_hとシェーピングエアの周方向速
度成分の減衰率との関係を示すグラフである。

【図１３】ノズル孔３２の孔径ｄ_hに対する環状スリッ
ト３４の流路長ｄ₄の比ｄ₄／ｄ_hとシェーピングエア速
度の周方向分布との関係を示すグラフである。

【図１４】本発明にかかる実施例装置により得られる膜
厚分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１４霧化頭２６シェーピングエアリング（シェーピングエア通路
形成部材）３２ノズル孔３４環状スリット３６連通管

フロントページの続き (72)発明者宮田知彦愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２株式会社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンター内 (72)発明者福元裕彦神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者八十格神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者ウォルターメンデリンドイツアイターフェルトディー− 36132 マイニンガーウェグ 10 ビーアンドエムヴァーファーレンステクニクゲーエムベーハー内Ｆターム(参考） 4D075 AA08 AA09 AA13 AA23 DC12 4F034 AA04 BA23 BA26 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】霧化頭の周囲にシェーピングエア噴射部
が設けられた回転霧化式塗装装置において、前記シェー
ピングエア噴射部を、周方向に並べて配され、霧化頭回
転方向と逆方向に傾斜する複数のノズル孔と、これらノ
ズル孔の下流側に設けられ、全周にわたって連続する環
状スリットとで構成し、かつ、この環状スリットのエア
噴射口面積Ｓ₃を前記ノズル孔の流路面積の総和Ｓ_hより
も小さくしたことを特徴とする回転霧化式塗装装置。
【請求項２】請求項１記載の回転霧化式塗装装置にお
いて、前記環状スリットのエア噴射口面積Ｓ₃を前記ノ
ズル孔の流路面積の総和Ｓ_hの１／２以上としたことを
特徴とする回転霧化式塗装装置。
【請求項３】請求項１または２記載の回転霧化式塗装
装置において、前記ノズル孔と環状スリットとの境界部
分で、前記ノズル孔の前記霧化頭径方向に沿う出口側開
口径ｄ_h′に対する前記環状スリットの入口幅ｄ₅の比ｄ
₅／ｄ_h′を０．９以上１．５以下としたことを特徴とす
る回転霧化式塗装装置。
【請求項４】請求項３記載の回転霧化式塗装装置にお
いて、前記ノズル孔の前記霧化頭径方向に沿う出口側開
口径ｄ_h′に対する前記環状スリットの入口幅ｄ₅の比ｄ
₅／ｄ_h′を１．０以上としたことを特徴とする回転霧化
式塗装装置。
【請求項５】請求項３または４記載の回転霧化式塗装
装置において、前記ノズル孔の前記霧化頭径方向に沿う
出口側開口径ｄ_h′に対する前記環状スリットの入口幅
ｄ₅の比ｄ₅／ｄ_h′を１．２以下としたことを特徴とす
る回転霧化式塗装装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載の回転霧
化式塗装装置において、前記環状スリットの入口面積Ｓ
₅と各ノズル孔の出口側開口面積の総和Ｓ_h′とが略同一
となるように、前記環状スリットの各ノズル孔同士の間
の部分の入口幅を各ノズル孔に通ずる部分の入口幅より
も小さくしたことを特徴とする回転霧化式塗装装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の回転霧
化式塗装装置において、前記環状スリット入口の幅方向
中心部を通る円の周長Ｌ_hを前記霧化頭の周方向に沿う
各ノズル孔の出口側開口径ｄ_h″の総和の２倍以下とし
たことを特徴とする回転霧化式塗装装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の回転霧
化式塗装装置において、前記シェーピングエア噴射部及
びこのシェーピングエア噴射部にエアを供給するための
エア供給通路が形成された略円筒状のシェーピングエア
通路形成部材を前記霧化頭の周囲に配するとともに、こ
れらシェーピングエア通路形成部材と前記霧化頭との間
に挟まれた空間を外気に連通する連通路を設けたことを
特徴とする回転霧化式塗装装置。
【請求項９】請求項８記載の回転霧化式塗装装置にお
いて、前記シェーピングエア通路形成部材に、そのエア
供給通路を横切って当該シェーピングエア通路形成部材
を径方向に貫通する連通管を設けたことを特徴とする回
転霧化式塗装装置。