JP2005118683A - 塗装装置および塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小径容器や小径筒等の内面を塗装する際、薄く斑のない均一な塗膜を形成することができるようにする。
【解決手段】 光学フード６をステージ７ａで保持し、シャフト１を回転部３で回転させる。次に、供給された塗料を、ガイド４からシャフト１の上端部内側に滴下する。シャフト１の内側に滴下された塗料は、重力によりシャフト１の内面を伝わって流れ落ち、シャフト１の下部に至る。シャフト１の下端に到達した塗料は、シャフト１の高速回転による遠心力で微粒化され、ノズル１０から回転外周方向に噴霧される。次に、ステージ７ａを上下方向に移動させることにより、シャフト１の下端の塗料噴霧部に光学フード６を通過させ、光学フード６の内面を塗装する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、開口を有した小径容器や小径筒等、円筒形状の内面を有する被塗装物を、内面塗装する塗装装置に関するものである。この塗装装置は、例えば、赤外線カメラ用の光学フードの内面塗装に適用されて好適である。

従来から、小径容器や小径筒等の被塗装物の内面を塗装する方法に関して、様々な提案がなされている。

この様な塗装方法の一例として、従来、塗料噴射ノズルを小径容器の口に差込むか、塗料噴射ノズルを小径容器の口にのぞませて塗料を噴射し、内側を塗装する塗装方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１７６３３５号公報（第１０段落乃至第１５段落、第２図）

特許文献１記載の従来の塗装方法では、塗料噴射ノズルを回転させ、塗料噴射ノズル下方向に塗料を噴射することによって、円錐形状の末広がりを持つように塗料を噴霧する。塗料噴射ノズルは上下動させて、小径容器を深さ方向に移動させる。これによって、小径容器内にまんべんなく霧化塗料を塗着させることができる。

しかし、このような従来の塗装方法では、容器内面に薄く均一に塗膜を得ることができず、容器内面に、斑様に厚い塗膜が形成されることがあった。このため、例えば、従来の塗装方法を用いて樹脂塗料で内面塗装した容器を、低温度で使用する場合、この厚い塗膜部分に熱応力が加わって、塗装面にひびや割れが発生した。

したがって、従来の塗装方法では、薄く斑のない均一な厚さの塗膜が要求される被塗装物には適用できない、という問題があった。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであって、被塗装物の内面に、薄くて斑を抑えた、均一な塗膜を形成することができるようにすることを目的とする。

この発明による塗装装置は、管内への塗料の供給口が設けられ、当該管内へ供給された塗料を管下から噴出するノズルを有したシャフトと、上記シャフトを回転させる回転部と、上部が開口し円筒状の内面を有した被塗装物を、保持する保持部と、上記シャフトが上記被塗装物の開口内へ挿入された状態で、上記シャフトまたは被塗装物をシャフトの軸方向へ移動させる駆動部とを備えて、上記ノズルの先端に、径外方向へ屈曲した尖先が形成されたものである。

また、この発明による塗装方法は、上部が開口し円筒状の内面を有した被塗装物を、塗装する塗装方法であって、上記ノズルを軸周りに、毎分３０，０００回転以上の回転数で回転させる第１の工程、上記ノズルに塗料を供給する第２の工程、上記ノズルが上記被塗装物の内側に至るように、上記ノズルまたは上記被塗装物をノズル軸方向に移動させる第３の工程、の工程順序で塗装するものである。

これによって、被塗装物の内面に、薄く斑なく塗装することが可能となり、また、塗装面への塗料のたれも防止することができ、均一な膜厚を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る塗装装置の構成を示す断面図であり、図１（ａ）は被塗装物の上側の内側面（６ａ）を塗装している状態を示し、図１（ｂ）は被塗装物の下側の内側面（６ｂ）を塗装している状態を示す部分断面図である。本実施の形態では、被塗装物として、特に赤外線カメラに用いられる光学フードを例に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）において、ヘッド１１ａは、シャフト１、軸受部２、回転部３、ガイド４、およびハウジング５を保持して、回転霧化頭として機能する。シャフト１は、上端に穿孔が設けられ、円筒形状を成す細長い管で形成されている。シャフト１の下側先端には、塗料噴霧部であるノズル１０が設けられる。このノズル１０は、先端部が３６０°末広がりに径外方向へ屈曲して、先端に鋭く尖った尖先が形成されている。シャフト１の外周は、軸受部２の内輪に保持されて、回転自在に軸支される。軸受部２は、スラスト方向（上下方向）に２つのベアリングを並列に配置して構成され、各ベアリングの外輪はハウジング５によって保持される。

ハウジング５は、上部外周に円錐形状のテーパ筒が形成される。ヘッド１１ａには、テーパ穴が形成され、このテーパ穴はハウジング５のテーパ筒と嵌合する。この状態で、ハウジング５はヘッド１１ａに固定される。これによって、軸受部２がヘッド１１ａに対して軸ずれを生じないように設置される。この場合、ノズル１０から噴霧される塗料が脈動しないように、例えばシャフト１の先端の振れを、０．０１ｍｍ以下に設定すると良い。

回転部３は、ハウジング５の上部に設けられて回転力を発生する。回転部３は、例えばエアモータや回転電動機（電気モータ）で構成される。回転部３がエアモータで構成される場合、回転部３は羽根車（図示せず）を有しており、羽根車はシャフト１の外筒に固定される。そして、回転部３に対して図示しないエア供給路からエアが供給される。羽根車は供給エアの流れによって回転し、エアの圧力と流速に応じて羽根車の回転数が調整される。また、回転部３が電気モータで構成される場合は、回転部３のロータ側はシャフト１を保持し、回転部３のステ−タ側はヘッド１１ａに固定される。

シャフト１の上端の穿孔には、定量供給装置（図示せず）から供給された塗料を、シャフト１内に滴下するためのガイド４が挿入されている。ヘッド１１ａは、側面がアーム１１ｂに支持されている。アーム１１ｂは直立台７ｂの側面に固定される。直立台７ｂはステージ７ａとともに本体７を構成する。ステージ７ａは光学フード６を保持する保持部として機能する。

光学フード６は、上部に開口穴を有し円筒形状または多角柱形状の内面を有した被塗装物である。光学フード６の内面は、例えば、円筒面、円筒テーパ面または角柱面を成して、互いに径または対辺との距離の異なった複数の内側面が上下に積まれて構成され、各内側面は段部を成して接続される。なお、光学フード６の内面形状は、円筒面や正多角柱に近い形状のほうが望ましく、例えばシャフト１の軸に垂直な面の断面が長方形である場合には、異なる対辺同士の距離の差が小さい方が好ましい。

図１の例では、光学フード６の内面が、円筒面の内側面６ａと、四角柱面の内側面６ｂで構成されている。また、内側面６ａと内側面６ｂはリング形状の内側水平面６ｃで接続され、内側面６ａ、内側面６ｂ、内側水平面６ｃの接続部分は段部を構成する。光学フード６の内側面６ａ、６ｂは、内径がφ１０ｍｍ〜φ１００ｍｍの大きさを持つ。光学フード６は、ステージ７ａの装着用穴に装着されて保持固定される。

ステージ７ａは、駆動部７ｃに取付られる。駆動部７ｃは、直立台７ｂに対して、ステージ７ａを上下方向（垂直方向またはシャフト１の軸方向）に移動させる。ステージ７ａは、任意の速度、ストロークで上下動する。これによって、光学フード６はステージ７ａとともに上下動する。

シャフト１は、回転部３に回転駆動されて、シャフト１の円筒軸を回転中心として高速回転する。このため、シャフト１は軸受部２の内輪との回転磨耗や、軸受部２の回転に伴なう摩擦熱によって変形のし難い材料を用いる。また、シャフト１は、光学フード６の開口穴に挿入でき、かつ内面に均等に塗料を噴霧することができるように、外径が適当な大きさに設定されている。例えば、シャフト１として、管長が７３ｍｍ、外径がφ３ｍｍ、内径がφ２ｍｍのステンレスを用いるのが好適である。

なお、回転磨耗による耐久性の許容範囲内であれば、回転による摩擦熱を拡散するために、より熱伝導率の高い銅合金やアルミニウム合金を用いても良い。シャフト１は上部から下部に渡って、内径および外径が均等である。ノズル１０は、先端に向かってくびれた形状を成し、上記シャフト１の外径よりも径が小さくなるように凹んだ狭口部分を有している。また、先端は上記シャフト１の外径とほぼ同径となる広口部分を成す。ノズル１０は、シャフト１と一体的にもしくはシャフト１の先端に接合されて形成される。

次に、本実施の形態１による内面塗装装置の動作について説明する。
まず、光学フード６をステージ７ａの装着穴に挿入し、ステージ７ａに対して保持固定する。次に、シャフト１を回転部３で回転させ、シャフト１の回転数が規定の回転数に達するように、回転数を調整する。シャフト１は、その規定された回転数（例えば５０，０００ｍｉｎ^−１）で回転を続ける。このとき、シャフト１（すなわちノズル１０）の規定の回転数は、３０，０００ｍｉｎ^−１以上であることが好ましい。これによって、塗料が微粒化され薄く斑なく塗装することができる。

なお、回転部３がエアモータである場合は、上述したように供給されるエアの圧力や流速を変化させて回転数を調整する。例えば、予め回転数とエア圧力との関係が規定されており、供給エアを所定のエア圧力に調整することによって、所定の回転数を与える。また、回転部３が電気モータである場合は、電気モータへの印加電圧や印加電流を制御して回転数を調整する。

続いて、図示しない定量供給装置からガイド４に塗料が供給される。この供給された塗料は、ガイド４からシャフト１の上端部で管内に滴下される。シャフト１の内側に滴下された塗料は、重力によりシャフト１の内面を伝わって流れ落ち、シャフト１の下部に至る。シャフト１の下端に到達した塗料は、シャフト１の回転による遠心力で微粒化され、ノズル１０の先端から回転外周方向に噴霧される。このとき、ノズル１０の先端に尖先が設けられているので、ノズル１０の高速回転とも相まみれて、ノズル１０から噴霧される塗料は微粒化された状態を維持したまま、ノズル１０の先端で抵抗を受けずに噴出される。すなわち、先端の尖先形状とノズル１０の末広がり形状によって、微粒化された塗料はノズル１０から切れが良く噴出される。

続いて、駆動部７ｃは、シャフト１に対してステージ７ａを上方向に移動させる。シャフト１のノズル１０は、光学フード６上部の開口穴を通じて、光学フード６の内部に挿入される。かくして、ノズル１０から噴霧された塗料は、遠心力によってノズル１０の水平方向に拡散し、光学フード６の内面に吹き付けられて、光学フード６の内面が塗装される。このとき、例えば、ノズル１０からの塗料の吐出量を１．５ｍｌ/ｍｉｎ、ステージ７ａの移動速度を１３ｍｍ／ｓに設定するのが望ましい。これによって、塗装の膜厚は０．０７ｍｍ以下に抑えることができる。なお、塗装の膜厚は、ステージ７ａの移動速度によって調整され、速度が速いほど膜厚が薄くなり、速度が遅いほど膜厚が厚くなる。

また、駆動部７ｃは、光学フード６の内面形状に応じて、ステージ７ａの移動速度を可変させるための、図示しない制御部を設けても良い。制御部には、塗装の膜厚と塗装面との距離に応じて、ステージ７ａに適切な移動速度を与える移動速度パラメータが規定されている。したがって、光学フード６の内面形状に応じて所望の一定厚さの塗装膜を得るように、塗装面との距離に応じて、予め規定された移動速度パラメータから適切なものを選択し、ステージ７ａの移動位置に対応して予め駆動部７ｃの制御指令を設定すれば良い。

例えば、ノズル１０が光学フード６の内側面６ａの水平方向延長上に位置して、ノズル１０と内側面６ａとの距離が長いときは、ステージ７ａが遅い移動速度で移動するように、制御部の移動速度パラメータを設定する。また、ステージ７ａの移動によって、ノズル１０が光学フード６の内側面６ｂの水平方向延長上に位置して、ノズル１０と内側面６ｂとの距離が短くなるときは、ステージ７ａが速い移動速度で移動するように、制御部の移動速度パラメータを設定する。

このように設定された制御部からの制御指令によって、駆動部７ｃはステージ７ａ、すなわちシャフト１先端に設けられたノズル１０を、次のように動作させる。
まず、図１（ａ）に示すように、ノズル１０が光学フード６の内側面６ａの水平方向延長上に位置し、ノズル１０と内側面６ａとの距離が長いときは、駆動部７ｃはステージ７ａを遅い移動速度で移動させる。次に、図１（ｂ）に示すように、ステージ７ａが上方へ移動する。これに伴なって、図示しない位置検出器により、光学フード６の内側面６ｂにおける、水平方向延長上の所定の位置Ｌ０にノズル１０が達したことが検出される。かくして、ノズル１０と内側面６ｂとの距離が短くなると、駆動部７ｃはステージ７ａを速い移動速度で移動させる。すなわち、駆動部７ｃは、ノズル１０と塗装面（光学フード６の内側面）との距離が近い場合はノズル１０を速く移動させ、ノズル１０と塗装面との距離が遠い場合はノズル１０を遅く移動させる。

従って、本実施の形態による塗装方法は、第１の工程としてノズル１０を軸周りに、毎分３０，０００回転以上の回転数で回転させる。次いで、第２の工程として、ノズル１０に塗料を供給して、塗料の噴霧を開始する。さらに続いて、第３の工程としてノズル１０が被塗装物の内側に至るように、ノズル１０または被塗装物をノズル１０の軸方向に移動させることによって、被塗装面の塗装を開始する。このとき、第３の工程では、被塗装面とノズル１０との距離に応じて、ノズル１０の移動速度を可変する。

なお、上述の例では、光学フード６側がシャフト１の軸方向に上下動する例について説明したが、ノズル１０と光学フード６との上下方向の位置が相対移動すれば良く、シャフト１側がシャフト１の軸方向に上下動する構成であっても良い。

以上により、本実施の形態１では、管内への塗料の供給口が設けられ、当該管内へ供給された塗料を管下から噴出するノズル（１０）を有したシャフト（１）と、シャフト（１）を回転させる回転部（３）と、上部が開口し円筒状の内面を有した被塗装物（光学フード６）を、保持する保持部（ステージ７ａ）と、シャフト（１）が被塗装物の開口内へ挿入された状態で、シャフト（１）または被塗装物を上下動させる駆動部（７ｃ）とを備え、ノズル（１０）の先端に径外方向へ屈曲した尖先が形成されるように、塗装装置を構成したことを特徴とする。
これによって、薄く斑なく塗装することが可能となり、塗料のたれも防止することができ、均一な膜厚を得ることができる。

このため、例えば、赤外線カメラ素子を、低温の環境下（例えば−１８０℃）で作動させ、赤外線カメラ素子の周辺に光学フード６を設置しても、光学フード６の塗膜の一部への応力集中を抑えることができ、塗膜の割れや剥離を防ぐことができる。
また、斑による素地の露出を防ぐことができ、入射光の反射を抑えることも可能となって、赤外線カメラの光学特性の劣化を防ぐことが可能となる。

さらに、被塗装面とノズル１０との距離に応じて、シャフト１の移動速度を変化させることにより、被塗装物の内面が上下方向でノズル１０からの距離の異なる複数の面で構成されている場合であっても、一定の膜厚で塗装することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施形態２に係る内面塗装装置を示すものであり、塗装装置の構成を示す断面図である。図において、実施の形態１の図１と同一の符号のものは同一相当のものを示す。

図において、ヘッド１１ａの下部には、シャフト１の先端に向けてエア噴流を噴出するためのシェイプエア噴出口８が設けられている。シェイプエア噴出口８は、シャフト１の先端に向けて、斜め下方にエア噴流８ａを噴出できるように形成される。シェイプエア噴出口８は、シャフト１の回転軸に対して同芯円上に複数箇所形成することが好ましい。シェイプエア噴出口８には圧力又は流量が制御できるエア供給源（図示せず）が接続されている。その他の構成及び動作については、実施形態１の図１と同様である。

シェイプエア噴出口８から、ノズル１０に向かって斜め下方向に噴出されたエア噴流８ａは、ノズル１０の先端に吹き付けられて、ノズル１０から噴出される塗料の噴霧角度を、水平に対して斜め下方に変化させる。

本実施の形態においては、シェイプエア噴出口８から噴出されるエア噴流８ａにより、塗料の噴霧角度θが変えられることに特徴がある。
まず、光学フード６をステージ７ａで保持し、次に、シャフト１をモータ３で回転させ、塗料をガイド４からシャフト１に滴下する。シャフト１の内側に滴下された塗料は重力によってシャフト１の内面を伝わって流れ落ち、シャフト１の下端に到達した塗料は、シャフト１の回転による遠心力で微粒化され、ノズル１０から噴霧される。

次いで、ステージ７ａの上方向への移動に伴なって、ノズル１０が予め設定された所定の位置Ｌ１（位置Ｌ０よりも上方）に達すると、図示しないエア供給源からシェイプエア噴出口８に対してエア供給が成される。かくして、シェイプエア噴出口８からエア噴流８ａが噴出されて、ノズル１０にエア噴流８ａが吹き付けられる。この場合、予め設定する所定の位置Ｌ１を適宜設定することによって、エア供給の開始位置を調整することができる。

実施の形態１に示した例では、ノズル１０から噴霧される塗料が回転外周方向に飛散する。この場合、塗料は水平方向もしくは水平面に対して僅か斜め下方向に、一定の角度で噴霧されるため、光学フードの内側面６ａは塗装されるが、光学フード内側水平面６ｃは均一の塗膜を得るような充分な塗装が成されない。

しかし、本実施の形態では、シェイプエア噴出口８からエア噴流８ａが噴出されノズル１０に吹き付けられて、水平面に対する塗料の噴霧角度θ（水平面に対し斜め下向きが正）が変わる。これによって、塗料が光学フード６の内側水平面６ｃに吹き付られる。
なお、塗料の噴霧角度θは、エア噴流８ａの圧力又は流量を変化させることによって適宜調整することが可能である。

このように、本実施の形態によれば、ノズル１０から噴霧される塗料の噴霧角度を変化させることによって、塗料が光学フード６の内側面６ａのみに付着することを防止し、光学フード６の内側水平面６ｃにも塗装することができる。このため、光学フード６の形状に係わらず、全体に渡って均一な膜厚を得ることが可能となる。
勿論、この場合、光学フード６の内側面とノズル１０との距離に応じて、シャフト１の移動速度を可変させても良いことは言うまでもない。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施形態３に係る塗装装置を示すものであり、塗装装置の構成を示す断面図である。図において、実施の形態２の図２と同一の符号のものは同一相当のものを示す。

図において、ベアリングカバー９は、ハウジング５の下部に取付けられて、ベアリング２を下方から覆っている。ベアリングカバ−９はシャフト１と近接し、かつ接触しないように形成されている。その他の構成及び動作については、実施形態２の図２と同様である。
なお、ベアリングカバー９とシャフト１との間に、樹脂シール（例えばゴム製シール）を設けて、ベアリングカバー９とシャフト１との隙間からの油分の染み出しや漏れを防止しても良い。

ハウジング５の下部に取付けられたベアリング２は、ベアリング２の中に塗られている潤滑剤やベアリング２の摩耗粉が回転中に飛散する。この飛散物が光学フード６に付着すると、塗料の密着性を低下させることになる。しかし、本実施の形態３においては、ベアリングカバー９を油受として設けることによって、ベアリング２から潤滑剤や摩耗粉が飛散した場合でも、光学フード６に付着することを防止できる。これにより、ベアリング２からの飛散物の付着による塗料の密着性低下を防ぎ、塗膜の品質を確保できる。

勿論、本実施の形態における他の態様として、ベアリング２に無潤滑軸受を用いても良い。無潤滑軸受としては、例えば、通常良く知られた固体潤滑軸受や、プラスチック製無潤滑軸受を用いると良い。この場合、油が飛散することがないので、ベアリングカバー９に油受を設置しなくともいいことは言うまでもない。

なお、上述した実施の形態１から３は、いずれも赤外線カメラに用いられる光学フードに、本件発明を適用した場合を説明した。
しかし、言うまでもなく、各実施の形態で説明した発明は、小径容器や小径筒等の被塗装物の内面を均一に塗装するものであれば、他の用途にも利用できる。例えば、小径の固体潤滑軸受けについて、軸受け内面への固体潤滑剤を塗布する装置に適用しても良い。

本発明の実施の形態１による、塗装装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による、塗装装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による、塗装装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ シャフト、２ 軸受部、３ 回転部、４ ガイド、５ ハウジング、６ 光学フード、７ａ ステージ（保持部）、７ｃ 駆動部、８ シェイプエア噴出口、９ ベアリングカバー（油受）、１０ ノズル、１１ａ ヘッド。

Claims (7)

1. 管内への塗料の供給口が設けられ、当該管内へ供給された塗料を管下から噴出するノズルを有したシャフトと、
   上記シャフトを回転させる回転部と、
   上部が開口し円筒状の内面を有した被塗装物を、保持する保持部と、
   上記シャフトが上記被塗装物の開口内へ挿入された状態で、上記シャフトまたは被塗装物をシャフトの軸方向へ移動させる駆動部とを備え、
   上記ノズルの先端に、径外方向へ屈曲した尖先が形成された塗装装置。
2. 上記回転部は、上記シャフトの回転数を毎分３０，０００回転以上としたことを特徴とする請求項１記載の塗装装置。
3. 上記ノズル先端の外周に対して、エアを供給するエア供給部を備えたことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の塗装装置。
4. 上記駆動部は、上記被塗装物の内面形状に応じて、上記シャフトの移動速度を変化させる制御部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の塗装装置。
5. 上記回転部は、上記シャフトを無潤滑軸受で回転自在に軸支したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の塗装装置。
6. 上記ノズル下方に、油受を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の塗装装置。
7. 上部が開口し円筒状の内面を有した被塗装物を、塗装する塗装方法であって、
   上記ノズルを軸周りに、毎分３０，０００回転以上の回転数で回転させる第１の工程、 上記ノズルに塗料を供給する第２の工程、
   上記ノズルが上記被塗装物の内側に至るように、上記ノズルまたは上記被塗装物をノズル軸方向に移動させる第３の工程、
   の工程順序で塗装する塗装方法。

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