JP2006263554A - 回転霧化式塗装装置の霧化頭 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の回転数、吐出量において高微粒化を達成できる回転霧化式塗装装置の霧化頭を提供する。
【解決手段】
回転軸３に装着され、塗料が供給される霧化頭１の表面２に、その回転中心から縁部へ向かう略放射方向に沿って、所定長の溝部７を霧化頭１の周方向に列状に設ける。この溝部７を、各溝部の溝深さが回転中心Ｐ側の溝部７の端部から縁部Ｅ側の所定位置へ向かうにつれて深くなるとともに、各溝部７の回転中心Ｐ側の端部における溝間ピッチが、溝深さが最大位置の溝間ピッチよりも長くなるように形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転霧化式塗装装置の霧化頭に関する。

この種の回転霧化式塗装装置では、高速回転する霧化頭の表面中央に塗料を供給すると、霧化頭の遠心力により当該塗料は薄い液膜状となって霧化頭の表面全体に広がり、霧化頭のエッジから接線方向に飛散する。そして、この放射状に飛散した塗料粒子は、霧化頭の外周に供給されるシェーピングエアーによって塗装面に導かれ、塗装面に付着する。塗料の微粒子化、塗着効率を向上させる観点から、塗料拡散面に凸面形状を設けた回転霧化頭（特許文献１参照）や、塗料拡散面に多数の溝列を設けた回転霧化頭（特許文献２参照）が知られている。

しかしながら、塗料の種類によっては、塗料の微粒子化の向上が達成される霧化頭の回転数、塗料吐出量の組み合わせが限定されるという問題があった。
特開平１０−５２６５７号公報 特開平１０−５２６５８号公報

本発明は、広い塗装条件において微粒化を達成できる回転霧化式塗装装置の霧化頭を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の回転霧化式塗装装置の霧化頭は、回転軸と、回転軸に装着されてその表面に塗料が供給される霧化頭とを有する回転霧化式塗装装置において、霧化頭の表面に、その回転中心から縁部へ向かう略放射方向に沿って、各溝部の回転中心側の端部における溝間ピッチが所定位置の溝間ピッチよりも長くなるように形成された所定長の溝部を列状に設けたことを特徴とする。

このような溝部を霧化頭の表面に形成することにより、塗料を霧化頭の表面で十分に拡げつつ溝部に流入させるようにしたので、霧化頭の縁部において均一な液膜が形成される。

これにより、広い塗装条件において霧化頭の表面における液膜厚さの均等化を図り、塗料粒子の微粒化を向上させることができる。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る霧化頭の実施形態を示す断面図、図２は同じく断面斜視図である。同図は霧化頭全体と、この霧化頭が装着される回転霧化式塗装装置の先端部分を示すが、回転霧化式塗装装置にはこれ以外に、回転軸を高速回転させるためのエアーモータ、霧化頭に直流高電圧を印加するための電圧印加装置、霧化頭に塗料や洗浄液、洗浄エアーを供給するための塗料管、霧化頭の周囲にシェーピングエアーを供給するためのエアー管などが設けられている。

本例の霧化頭１は、同図に概略が示されるように外形が釣鐘形状に形成され、被塗物方向に向かって凸状をなす霧化頭１の表面２が塗料の供給面となる。つまり、霧化頭の表面の断面軌跡は、回転軸３をｙ軸とする断面座標において、塗料が吐出される方向に凸状の曲線となる。

この霧化頭１は、回転軸３の先端にハブ４を介して固定され、回転軸３の回転にともなって高速回転する。霧化頭１の表面中央から突出したハブ４の側面には、全周にわたって均一な間隔で塗料供給孔又は塗料供給スリット（代表的に５で示す）が形成され、同図に示す塗料管６の先端から供給された塗料はこのハブ４の塗料供給孔又は塗料供給孔５を通って霧化頭１の表面２に吐出される。

本実施形態の霧化頭１の表面２には、複数の溝部７が霧化頭１の周方向に列状に設けられた溝群７０が形成されている。溝群７０を構成する溝部７は、霧化頭１の回転中心Ｐから縁部Ｅへ向かう略放射方向に沿って設けられた所定長の溝である。溝部７は、各溝部の溝深さが回転中心Ｐ側の溝部の端部から縁部Ｅ側の所定位置に向かうにつれて深くなるように形成されている。また、各溝部７の回転中心Ｐ側の端部における溝間ピッチは、溝が最も深くなる所定位置の溝間ピッチよりも長くなるように形成されている。図２に示すように、隣り合う溝部７は、回転中心Ｐ側の端部において所定間隔だけ離間しているが、溝幅が徐々に太くなるにつれて接近し、縁部Ｅ側の端部手前で接する。本実施形態では、深さが最大となる所定位置において隣り合う溝部７同士が接触するように、溝部７を列状に設けた。

図３に基づいて溝部７の形状を具体的に説明する。図３に溝部７１〜７３を示した。溝部７１〜７３は同じ形状である。溝部７１〜７３の溝深さは、回転中心Ｐ側の端部Ｃ１〜Ｃ３から縁部Ｅ側の所定位置Ｋ１〜Ｋ３へ向かうにつれて深くなり、所定位置Ｋ１〜Ｋ３から溝部７１〜７３の縁部Ｅ側の端部へ向かうにつれて浅くなる。つまり、所定位置Ｋ１〜Ｋ３において溝部７１〜７３の深さは最大となる。溝部７の底の形状は、曲面であってもよいし、谷部にエッジを形成した形状であってもよい。

回転中心Ｐ側の端部Ｃ１〜Ｃ３の位置における溝間ピッチ（ａ１，ａ２）は、所定位置Ｋ１〜Ｋ３の位置における溝間ピッチ（ｂ１，ｂ２）よりも長い。各溝部７の幅は、端部Ｃ１〜Ｃ３から所定位置Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ３１，Ｋ３２まで連続的に変化する。本例の溝部７は平面視で略菱形の形状である。その溝部７の間には平面視で略三角形の拡散面（溝として加工されていない表面）が形成される。このように、本実施形態の霧化頭１は、周囲を拡散面で囲まれた溝部７を有する。

溝部７の深さ及び溝部７の幅は回転中心Ｐ側の端部で最小となる。本例では、溝部７の幅及び深さが最小となる部分において広い拡散面を形成するとともに、溝部７の幅及び深さが最大となる部分において狭い拡散面を形成する。溝部７は回転中心Ｐ側で少量の塗料を受け入れることができ、縁部Ｅ側で比較的大量の塗料を受け入れることができる。回転中心Ｐ側で溝部７から溢れた（流入できなかった）塗料は拡散面に滞留し、この拡散面にて拡散させられてから縁部Ｅ側で溝部７へ流入する。

特に限定されないが、本実施形態の溝部７の回転中心Ｐ側の端部から所定位置までの長さ、すなわち溝間ピッチが変化する区間は、できるだけ長く設定することが好ましい。本例において、回転中心Ｐ側の溝部７の端部Ｃ１〜Ｃ３から縁部Ｅ側の所定位置Ｋ１〜Ｋ３までの長さは、回転中心Ｐ側における溝間ピッチａ１，ａ２の２倍以上であることが好ましく、回転中心Ｐ側における溝間ピッチａ１，ａ２の３倍以上であることがさらに好ましい。具体的に、回転中心Ｐ側の端部Ｃ１〜Ｃ３から縁部Ｅ側の所定位置Ｋ１〜Ｋ３までの長さは１mm以上とすることが好ましい。本実施形態では、約２mmとした。

特に限定されないが、図４に示すように、本実施形態の溝部７の谷部の断面軌跡が、回転軸３をｙ軸とする断面座標において塗料が吐出される方向Ｑへ向かって凸状の曲線となるように溝部７を形成することが好ましい。つまり、本例の溝部７の谷部の断面軌跡を直線状にしないことが好ましい。特に限定されないが、溝部７の谷部の断面軌跡は、霧化頭１の表面２の断面軌跡に沿うように形成することが好ましい。

特に限定されないが、霧化頭１の表面２は吐出方向に向かって凸状の曲面であることが好ましい。特に、溝部７（溝群７０）が形成される部分の曲率を大きく設定することが好ましい。具体的には、溝部７の回転中心Ｐ側の端部から溝部７の深さが最も深くなる位置までの領域（又は溝間ピッチが変化する区間）に対応する表面２の曲率は、回転軸３に対して２０°〜５０°であることが好ましい。図４に示すように、本例の霧化頭１の表面２の断面軌跡は、溝部７の回転中心Ｐ側の端部に対応する位置（回転中心Ｐから同距離の位置）おいて、回転軸３に対する角度が３０°以下であり、ここから溝深さが最大となる位置Ｋに向かうにつれて大きくなり、位置Ｋ対応する位置において回転軸に対する角度が４０°以上である。本例では、溝部７の谷部が曲面で形成された霧化頭１の表面２に沿う曲線となるように溝部７を形成した。このように、溝部７が設けられた位置において霧化頭１の表面の曲率を大きく変化させたため、溝部７に流れ込む塗料及び溝部７から溢れた（流入しきれなかった）塗料は、曲率変化の大きい拡散面上（表面２上）において急激に引き延ばされ、各溝部７に均等に分配される。

なお、回転中心Ｐ近傍における霧化頭１の表面２の曲率は、回転軸３となす角度が５°以下となるようにすることが好ましい。供給された塗料を霧化頭１の内周面に一様に拡散させるという観点からは、回転軸３となす角度を５°未満とすることが好ましいが、回転軸３となす角度が小さすぎる（回転軸３と霧化頭１の表面２とが略平行になる）と、塗料中の顔料部分が遠心分離され表面２に沈着し、塗料組成の不均一化、洗浄性能の低下が生じるおそれがある。このため、本実施形態では表面２を回転軸３に対して５°以下とした。

霧化頭１の外側にはシェーピングエアーを供給するための外筒部材８が設けられ、この外筒部材８には、エアー通路９と、このエアー通路９に連通する環状エアー通路１０と、環状エアー通路１０から霧化頭１の背面に向かって所定間隔で形成されたエアー吹出口１１が設けられている（図１参照）。これにより、塗料を噴霧する際にその背面から所定流量のシェーピングエアーが供給されるので、塗料粒子を被塗物方向に搬送することができる。

次に作用を説明する。塗料供給孔５から霧化頭１の表面２に供給された塗料は、回転軸３の近傍の表面２において徐々に拡散され、溝部７が設けられている領域へ向かう。溝部７の回転中心Ｐ側の端部は深さが浅いため、この端部において溝部７は塗料の一部のみを受け入れる。余剰の塗料は拡散面に滞留し、霧化頭１の回転によりさらに拡散させられる。溝部７の回転中心Ｐ側では溝間ピッチを比較的広く設定し、広い拡散面（溝部が形成さていない部分）を確保したため、溝部７に流入できなかった塗料はこの拡散面において均一に拡散させられる。本例では、拡散面の曲率の変化率を大きく設定したため、塗料は拡散面上において急激に拡げられ、その液膜厚は均一となる。拡散面において拡げられた塗料は、順次溝部７へ流入する。このように、塗料を拡散面において拡散させつつ各溝部７へ流入させるため、各溝部７に塗料を均等に分配することができる。溝部７に分配された等量の塗料は縁部Ｅ側の端部から糸状に流れ出て、遠心力により縁部Ｅへ運ばれる。溝部７から流れ出る塗料の流量は、霧化頭１の全周において略均等となる。

霧化頭１の外縁側の表面は、中心側よりも大きな傾きを有しているため、塗料はさらに引き延ばされ、液膜厚さはさらに薄くなる。縁部Ｅに達した塗料は、図示しない縁溝から糸状に放出されることにより、細かい粒状に霧化させられる。

このように、本実施形態によれば、霧化頭１の表面２における塗料の液膜厚さを高度に均等化させることができるため、塗料を高度に微粒化させることができる。また、吐出量、回転数、使用する塗料の種類などは液膜の均一性に影響を与えるが、本実施形態によればこれらの影響を排除して広い塗装条件下において液膜厚の均一性を確保し、微粒化を図ることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、本発明をさらに具体化して説明する。

《実施例１》
霧化頭１（日産自動車製試作品）の表面に、その回転中心Ｐから縁部Ｅに向かう略放射方向に沿って、霧化頭１の周方向に長さｌの溝部７を列状に形成した（図１〜４を参照）。溝部７を、溝深さが回転中心Ｐ側の溝部の端部から縁部Ｅ側の所定位置Ｋに向かうにつれて深くなり、所定位置Ｋから縁部Ｅ側端部に向かうにつれて浅くなるように形成した。溝部７を、各溝部７の回転中心Ｐ側の端部における溝間ピッチが所定位置Ｋ（溝深さが最大になる位置）における溝間ピッチよりも長くなるように形成した。また、溝部７を、その溝部７の谷部中心の断面軌跡が回転軸３をｙ軸とする断面座標において塗料が吐出される方向に凸曲線となるように形成した。この霧化頭を回転霧化式塗装装置に装着した。

この回転霧化式塗装装置を用いて水系メタリックベース塗料を、ベル回転数７０，０００ｒｐｍで吐出し、このときの体積平均粒径（μｍ）及び塗料粒子の分布を測定した。この結果を図７（Ａ）に示した。

《比較例１》
霧化頭１（日産自動車製試作品）の表面に、その回転中心Ｐから縁部Ｅに向かう略放射方向に沿って、霧化頭１の周方向に長さｌの溝部７Ａを形成した。比較例１の溝部７Ａの形状は、実施例１の溝部７の形状と異なる。すなわち、比較例１では、溝部７Ａを溝全長にわたり溝深さ及び溝部７Ａの間隔がほぼ一定となるように形成した。また、溝部７Ａの谷部中心の断面軌跡が直線となるように形成した。比較例１の霧化頭の断面斜視図を図５に、溝部７Ａの断面概略図を図６に示した。これら以外は実施例１と同じ条件で体積平均粒径（μｍ）及び塗料粒子の分布を測定した。この結果を図７（Ｂ）に示した。

実施例１及び比較例１の結果から、実施例１の回転霧化式塗装装置は、比較例１よりも微粒化性能が高いことが理解される。すなわち、同じ回転数、同じ吐出量であるにもかかわらず、実施例１の体積平均粒径は２３．１２μｍとなり、比較例１の体積平均粒径２６．３５μｍよりも小さい。また、図７（Ａ）に示した実施例１の塗料粒子径の分布と図７（Ｂ）に示した比較例１の塗料粒子径の分布とを比較すると、実施例１の塗料粒子径の分布のピークは、比較例１のそれよりも粒子径の小さい側にシフトしている。さらに、実施例１の塗料粒子径の分布範囲は、比較例１のそれと比べて狭い。つまり実施例１の塗料粒子径の分布曲線はシャープな形状を示している。以上のように、実施例１の回転霧化式塗装装置によれば、塗料の平均粒径を小さくするとともに、粒径のバラツキを小さくし、塗料を高度に微粒化させることができる。

このような有意差が生じるのは以下の理由によるものと考えられる。
比較例１の溝部７Ａは、全長に渡って幅がほぼ一定で、平面視においてほぼ長方形の形状である。比較例１の溝部は、溝加工の際に側面が干渉するため、溝部と溝部との間は直線状となり、溝間に拡散面を形成することができない。

また、比較例１の溝部７Ａは全長に渡って深さがほぼ一定であるため、供給された塗料は回転中心側の端部から各溝部７Ａにほぼ同時に流入する。一旦、溝部７Ａに流入した塗料は、他の溝部へ移動することはなく、溝部の壁面に沿って、そのまま縁部まで移動する。

溝部７Ａに流入する前に塗料の液膜厚さが均一になっていれば問題はないが、そのような場合の塗料の吐出量及び回転数は限定された範囲であり、吐出量が少なく、霧化頭の回転数が適切な範囲内に限られる。これは、回転数が高すぎる場合及び吐出量が低すぎる場合には塗料が溝部に流入する前に液膜厚さが薄くなりすぎて、液膜切れを起こしてしまうからであり、回転数が低すぎる場合及び吐出量が多すぎる場合には液膜厚さが厚すぎて均一化が図れないからである。特に比較例１において水性塗料を用いる場合は適用可能な塗装条件はより限定される。これは、溶剤となる水の表面張力が高く、霧化頭の表面における濡れ性が有機溶剤系塗料のそれよりも低く、液膜厚さの均等化が困難だからである。

ちなみに、溝部が干渉しないように、溝部の本数を減らして設計した場合、上述した問題は発生しにくいものの、溝部よりも下流側の拡散面を有効に利用できないという問題が生じる。つまり、溝部の本数を４８０本から２４０本に減らして水系塗料を吐出させた場合、見かけ上の吐出量が２倍になったような結果となる。これは水系塗料の表面張力が高いため、拡散面における周方向への拡散が十分に行われなかったためである。

これに対し、実施例１の霧化頭１では、塗料吐出量が多い場合及び回転数が低い場合であっても、供給された塗料の一部が溝部７の浅い部分から徐々に流入し、余剰の塗料は溝部の間に形成された拡散面において拡散される。拡散面において拡散させられた塗料は、溝部７が深くなったところで溝部７へ流入する。このように溝部間に形成された拡散面によって塗料を拡散し、拡散後に溝部７へ流入させるようにしたため、溝部７へ塗料を均等に分散し、霧化頭１の縁部Ｅ近傍における塗料の液面厚を均一にすることができる。また、霧化頭１の回転数が高い場合及び吐出量が低い場合であっても、溝部７は、回転中心Ｐ側から供給された塗料を回転中心側の端部から少量ずつ受け入れるため、膜切れによる塗料の不均一化を防止することができる。

以上のように、実施例１では吐出量の多少、回転数の高低にかかわらず、塗料を均一に分散させることができ、広い範囲の吐出量及び回転数において塗料の微粒化を図ることができる。霧化頭表面へのぬれ性が低い水性塗料についても、霧化頭の表面における液膜厚さを均等にすることでき、微粒化を図ることができる。

本発明に係る霧化頭を示す断面図である。 本発明に係る霧化頭の断面斜視図である。 本発明に係る霧化頭の溝部の形状を説明するための第１の図である。 本発明に係る霧化頭の溝部の形状を説明するための第２の図である。 比較例に係る霧化頭の溝部の形状を説明するための第１の図である。 比較例に係る霧化頭の溝部の形状を説明するための第２の図である。 図７（Ａ）は実施例１の塗料粒子径の分布を示し、図７（Ｂ）は比較例１の塗料粒子径の分布を示す。

符号の説明

１…霧化頭
２…霧化頭の表面
３…回転軸
４…ハブ
５…塗料供給孔、塗料供給スリット
６…塗料管
７…溝部
８…外筒部材
９，１０…エアー通路
１１…エアー吹出口

Claims (7)

1. 回転軸と、前記回転軸に装着されてその表面に塗料が供給される霧化頭とを有する回転霧化式塗装装置において、
   前記霧化頭の表面に、その回転中心から縁部へ向かう略放射方向に沿って、所定長の溝部が、前記霧化頭の周方向に列状に設けられ、
   前記溝部は、各溝部の溝深さが前記回転中心側の溝部の端部から前記縁部側の所定位置へ向かうにつれて深くなるとともに、各溝部の前記回転中心側の端部における溝間ピッチが前記所定位置の溝間ピッチよりも長くなるように形成されたことを特徴とする回転霧化式塗装装置の霧化頭。
2. 前記回転中心側の溝部の端部から前記縁部側の所定位置までの長さは、前記回転中心側の溝部の端部における溝間ピッチの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
3. 前記回転中心側の溝部の端部から前記縁部側の所定位置までの長さは、前記回転中心側の溝部の端部における溝間ピッチの３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
4. 前記霧化頭の表面の断面軌跡は、前記回転軸をｙ軸とする断面座標において前記塗料が吐出される方向に凸となる曲線である請求項１〜３のいずれかに記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
5. 前記霧化頭の表面の断面軌跡は、前記回転中心側の溝部の端部対応位置において前記回転軸に対する角度が３０°以下であり、前記回転中心側の溝部の端部対応位置から前記縁部側の所定位置に対応する位置へ向かうにつれて大きくなり、前記所定位置に対応する位置において前記回転軸に対する角度が４０°以上であることを特徴とする請求項４に記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
6. 前記溝部の谷部中心の断面軌跡は、前記回転軸をｙ軸とする断面座標において前記塗料が吐出される方向に凸となる曲線であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
7. 前記溝部の谷部の断面軌跡は、前記霧化頭の表面の断面軌跡に沿うように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の回転霧化式塗装装置の霧化頭。
   
   

Images