JP2009202055A - 回転霧化塗装機および回転霧化塗装機へのエア供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアモータの冷却量を低減することで、塗装機外壁面において結露の発生を抑制し、結露による高電圧のリークや、水分が被塗物に付着することによる塗膜品質上の欠陥等の発生を低減させることができる回転霧化塗装機および回転霧化塗装機へのエア供給方法を提供する。
【解決手段】エアモータ２と、当該エアモータ２の回転数を検出してエアモータ用のタービンエアの流量を制御する流量調整弁１６とを有する回転霧化塗装機１であり、前記流量調整弁１６が、前記エアモータ２の下流側のタービンエア排気流路１４に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転霧化塗装機および回転霧化塗装機へのエア供給方法に関する。

近年、ベル型塗装機を使用した塗装が一般的に行われている。この塗装方法では、回転する回転霧化頭の遠心力で霧化された塗料を強いシェーピングエアで被塗物に吹き付けている（例えば、特許文献１参照）。

このような回転霧化塗装機におけるエアモータへのエア供給方法は、通常、エア供給側の圧力を制御することによって必要なエア流量を確保し、エア排気側は大気圧としている。エア圧力を制御するためには、一般的に、エアモータに設けられた回転数検知手段によって検出された回転数が指定された回転数に一致するように、タービンエアの供給を自動調整する。そのために、フィードバック制御された電空変換器によって、エア供給源からエアモータのタービンに至るエア流量を調整し、タービンを回転させたエアは塗装機の前面もしくは背面に排気される。

しかし、このように供給圧力を制御する方法は、従来の比較的低い回転数、たとえば４０Ｋｒｐｍもしくはそれ以下においては特に問題はないが、近年用いられている高速の、たとえば７７０Ｋｒｐｍもしくはそれ以上の高速回転エアモータを使用するに際しては、欠点が目立つようになってきている。

すなわち、より高速に回転させるためには多量のエア流量を必要とし、またより高圧のエア供給が必要である。このようなエアを用いてエアモータを回転させるには高圧のエアをタービンに吹き付けて回転させるが、吹き付けられたエアは断熱膨張によってその温度が低下し、エアモータを冷却されてしまうという副次的な問題点が発生する。冷却されたエアモータは塗装機自体を冷やし、雰囲気中の水分が結露して塗装機の外側に凝結することになる。この結露した水分は、静電塗装機に印加された高電圧をリークさせる原因となるばかりか、被塗物側に飛び散って塗装面のハジキ欠陥になりやすいなど、連続生産製を阻害するという問題点となる。
特開平３−３０８４９号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、エアモータの冷却量を低減することで、塗装機外壁面において結露の発生を抑制し、結露による高電圧のリークや、水分が被塗物に付着することによる塗膜品質上の欠陥等の発生を低減させることができる回転霧化塗装機および回転霧化塗装機へのエア供給方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る回転霧化塗装機は、エアモータと、当該エアモータの回転数を検出してエアモータ用のタービンエアの流量を制御する流量調整弁とを有するものである。この回転霧化塗装機は、前記流量調整弁が、前記エアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置されている。

上記目的を達成する本発明に係る回転霧化塗装機へのエア供給方法は、エアモータと、当該エアモータの回転数を検出してエアモータ用のタービンエアの流量を制御する流量調整弁とを有する回転霧化塗装機へエアを供給するものである。この回転霧化塗装機へのエア供給方法は、前記流量調整弁を、前記エアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置している。

上記のように構成した本発明に係る回転霧化塗装機は、流量調整弁がエアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置されているため、エアモータの下流側が大気開放の場合よりもエアモータの冷却量を低減できる。したがって、塗装機外壁面において結露が発生し難くなり、結露による高電圧のリークや、水分が被塗物に付着することによる塗膜品質上の欠陥等の発生を低減させることができる。

上記のように構成した本発明に係る回転霧化塗装機へのエア供給方法は、流量調整弁を、エアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置しているため、エアモータの下流側が大気開放の場合よりもエアモータの冷却量を低減できる。したがって、塗装機外壁面において結露が発生し難くなり、結露による高電圧のリークや、水分が被塗物に付着することによる塗膜品質上の欠陥等の発生を低減させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転霧化塗装機の概略断面図である。

図１に示すように、回転霧化塗装機１は、エアモータ２と、エアモータ２により高速回転するベル型の回転霧化頭３とを有している。回転霧化頭３は、エアモータ２により回転駆動される駆動軸４に連結されて、回転可能な構造となっている。

また、駆動軸４の内部には、回転霧化頭３の空間部５まで伸びる供給管１２が設けられ、この供給管１２を通って塗料が空間部５に供給される。空間部５に供給された塗料は、ハブ部材６に設けられる複数の貫通穴７から外部に漏出され、回転に伴う遠心力により内面部８の外表面に沿って移動し、内面部８の環形状外側端部から微粒子化されて噴霧される。この回転霧化頭３には高電圧が印加されており、供給される塗料を帯電させることができ、微粒子化された帯電塗料粒子は、回転霧化頭３と回転霧化頭３の開口方向に設置される被塗物との間に形成される静電界に沿って移動し、被塗物に塗着される。

回転霧化頭３の外側には、回転霧化頭３を囲むようにリング状に形成されるシェーピングエアノズル９が設けられており、シェーピングエアノズル９から吐出されたシェーピングエアにより、回転霧化頭３から噴霧された塗料が、被塗物にパターン形成される。

エアモータ２は、内部に、エア軸受１０により回転支持されたタービン１１を備えている。エアモータ２には、タービン１１を駆動するための駆動用エアがエア供給源２０から供給されるタービンエア供給流路１３と、タービン１１からのエアを排出するためのタービンエア排気流路１４と、エア軸受１０を駆動するための軸受用エア供給流路１５とが連結されている。タービンエア排気流路１４には、電空変換器１６（流量調整弁）が設けられており、流量調整が可能となっている。シェーピングエアノズル９には、シェーピングエアを供給するシェーピングエア供給流路１７が連結されている。

また、回転霧化塗装機１には、タービン１１の回転数を検知する回転数検知手段１８が設けられ、回転数検知手段１８からの検出信号Ｘ_ｉｎが入力される制御部１９からの出力信号Ｘ_ｏｕｔにより、電空変換器１６の絞り弁が調整可能となっている。電空変換器１６の絞り弁を調整すると、タービン１１のエア流量が変更され、塗装機１の回転数を一定に保つように制御することができる。

次に、本実施形態に係る回転霧化塗装機１の作用について説明する。

回転霧化塗装機１を用いて塗装を行うには、まず、タービンエア供給流路１３を通してエアタービン１１へ駆動用エアを供給するとともに、軸受用エア供給流路１５を通してエア軸受１０へ軸受用エアを供給し、エアモータ２を駆動する。さらに、回転数検知手段１８によりタービン１１の回転数を検知し、検出された信号Ｘ_ｉｎに基づいて電空変換器１６の絞り弁の調整量を制御部１９により制御することで、タービン１１の排出側のタービンエア排気流路１４の圧力を所定の値に保ち、タービン１１を所定の回転数に設定する。このときのタービン１１への供給側エア圧力は、大気圧に対して例えば１．０ＭＰａであり、タービン１１の排出側エア圧力は、大気圧に対して例えば０．５ＭＰａである。この後、供給管１２を通って塗料が空間部５に供給され、遠心力により塗料を回転霧化頭３から噴霧するとともに、シェーピングエアノズル９から吐出されたシェーピングエアにより、噴霧された塗料を、被塗物にパターン形成する。

ここで、図３に示すような、電空変換器３２がタービン１１の吸気側に設けられて、排気側が大気圧となる構造を備えた比較例としての回転霧化塗装機３１を説明する。なお、第１実施形態と同様の作用を奏する部位については同一の符号を付し、重複を避けるために説明を省略する。この比較例の回転霧化塗装機３１において、本実施形態と同等の回転数を得るには、供給側と排気側の間の差圧が０．５ＭＰａ必要であるため、タービン１１への供給側エア圧力は大気圧に対して０．５ＭＰａであり、タービン１１の排出側は大気解放し、大気圧に対して０ＭＰａで放出される。

タービン１１に供給される加圧されたエアはタービン１１に対して吹きつけられることでタービン１１を回転させるが、このときの副作用として、加圧圧縮されたエアが急激に大気圧に減圧されることになるため、断熱膨張によって空気自体の温度が低下する。解析では、２０℃のエアにおいて、絶対圧力で０．６ＭＰａのエアが０．１ＭＰａになるとした場合、−９６℃に冷却させることが示される。ただし、実際の運転においては、エアモータ２の発熱によって冷却の一部が緩和されて、−５０℃程度に収まることが観測される。

しかし、この温度でも塗装機３１の外壁部を冷却するには十分低温であり、数時間の連続運転で塗装機外壁面に結露が観察される。結露した水分は、高電圧のリークをもたらすばかりか、周囲の気流に乗って被塗物に付着すると、塗膜品質上の欠陥をもたらす場合があるため、結露は連続生産のための障害になる。

この対策として、塗装機３１のエアモータ２周囲に過熱した空気、例えば８０℃以上の空気を流通させて、塗装機３１の冷却をさらに緩和させる手段を用いることも可能である。しかし、このようないわゆるエアヒーターはそれ自体故障の原因になることもあり、また塗装機３１の非常停止などに伴って急にタービンエアが停止するような場合、熱バランスが崩れて塗装機３１を異常に過熱してしまうなどの副次的な問題点を起こしやすい。

しかし、この比較例と比較して、本実施形態に係る塗装機１によれば、２０℃のエアの絶対圧力で１．１ＭＰａのエアが０．６ＭＰａになるとした場合、−２６℃に冷却されることが解析より示される。これにより、比較例における−９６℃と比べると冷却効果が非常に少ないことが確認できる。このように、エアモータ２へは１次側供給圧力もしくはそれに変わる高圧の固定圧力でエアを供給し、排気側に設けられた電空変換器１６（流量調整弁）で排気側の圧力を調整し、その差圧でエアモータ２のタービン１１を回転させることで、エアモータ２の冷却量を低減できる。したがって、塗装機外壁面において結露が発生し難くなり、結露による高電圧のリークや、水分が被塗物に付着することによる塗膜品質上の欠陥等の発生を低減させることができる。また、エアヒーターを用いる場合には、この程度の冷却であればエアモータ２の周囲に２０℃もしくはそれよりもやや高い温度のエアを流すことで、塗装機外壁の冷却を抑制することができる。したがって、塗装機１の非常停止などに伴ってタービンエアが停止するような場合でも、熱バランスが崩れ難く、塗装機１を異常に過熱してしまうなどの問題も生じ難く、加熱エアによる不具合をほぼ排除することができる。

本実施形態のように、タービンエアの供給側の圧力を大気圧に対して０．９Ｍｐａ以上とし、タービンエアの排気側の圧力を大気圧に対して０．４Ｍｐａ以上に制御すれば、差圧を確保してエアモータ２の回転数を保ちつつ、冷却量を良好に低減できる。

なお、高圧力領域においての一定圧力差の断熱膨張における温度低下量が、低圧力領域においての温度低下量よりも少ないことは、以下の式より示される。

すなわち、Ｐを圧力、Ｖを体積、Ｒを気体定数、Ｔを絶対温度、ｎをモル数、γを比熱比とすると、断熱膨張において、以下の２式が成り立つ。

この２式から、絶対温度Ｔと圧力Ｐの関係は、以下のように表わすことができる。

ここで、比熱比γ＞１であるから、０＜（γ―１）／γ＜１であり、絶対温度Ｔは、圧力Ｐ（＞０）が大きくなるほど収束し、変化量が減少する。したがって、高圧力領域においての一定圧力差の断熱膨張における温度低下量の方が、低圧力領域においての温度低下量よりも少なくなる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る回転霧化塗装機の概略断面図である。なお、第１実施形態と同様の作用を奏する部位については同一の符号を付し、重複を避けるために説明を省略する。

第２実施形態に係る回転霧化塗装機２１は、シェーピングエアとして、タービン１１からの排気エアを再利用する点においてのみ第１実施形態と異なり、他の構成については、第１実施形態と同様である。

第２実施形態に係る回転霧化塗装機２１は、シェーピングエア供給流路２２が、エアモータ２と電空変換器１６の間のタービンエア排気流路１４から分岐される。シェーピングエア供給流路２２には、エアオペレーションバルブ２３が設けられ、エアオペレーションバルブ２３には、エア流量を決定するためのパイロットエアを供給するパイロットエア供給管２４が連結される。なお、このようにタービンエア排気流路１４の途中でエア経路を分岐しても、タービン用の電空変換器１６は自動的に回転上昇を防ぐように働くため、問題は発生しない。

回転霧化塗装機２１が稼働する際には、第１実施形態において述べたように、タービン１１の排気側においてタービンエアは−２６℃程度に冷却されているが、シェーピングエア供給流路２２を構成するチューブを取り回すことで、エアを室温程度に温度上昇させることができ、結露の発生を抑えることができる。

また一般的に、シェーピングエアの必要圧力は、大気圧に対して０．５ＭＰａ以下であり、エア流量は６００Ｌ／分の程度である。本実施形態において、第１実施形態と同様にタービンエアの供給側の圧力を大気圧に対して０．９Ｍｐａ以上とし、タービンエアの排気側の圧力を大気圧に対して０．４Ｍｐａ以上に制御すれば、差圧を確保してエアモータ２の回転数を保ちつつ冷却量を低減でき、さらにシェーピングエアをも良好に供給することができる。

第２実施形態の構成によれば、シェーピングエア供給流路２２を別途の供給源に接続する必要がなく、塗装機２１へのエア経路をタービンエア用の１本の高圧系でまかなえるため、太いエアホースの取り回しが容易となるという利点が生じる。例えば、通常６００Ｌ／分のエア流量を確保するためには内径１２ｍｍ、外径１６ｍｍの太いエアホースを２本もしくは３本必要とするため、近年のロボットによる塗装においては、非常に利点となる。なお、第２実施形態ではパイロットエア供給管２４が必要であるが、これは例えば内径２ｍｍ、外径４ｍｍ程度の極細いエアホースで十分であるため、取り回しにおいて無視できる程度であり、自由度を高める上でほとんど妨げとならない。

また図３に示す比較例では排気していただけのエアを、第２実施形態ではシェーピングエアに使うことで、全体としてのエア供給量を減らすことができ、エネルギーの低減効果も期待できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、第１、第２実施形態において、軸受用エア供給流路１５を、エアモータ２と電空変換器１６の間のタービンエア排気流路１４から分岐させることで、タービン１１からの排気エアを、エア軸受１０の軸受用エアとして再利用することもできる。これにより、エア経路を削減してエアホースの取り回しが容易となり、さらに全体としてのエア供給量を減らすことができる。

本発明の第１実施形態に係る回転霧化塗装機の概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転霧化塗装機の概略断面図である。 比較例に係る回転霧化塗装機の概略断面図である。

符号の説明

１，２１ 回転霧化塗装機、
２ エアモータ、
３ 回転霧化頭、
９ シェーピングエアノズル、
１０ エア軸受、
１１ タービン、
１３ タービンエア供給流路、
１４ タービンエア排気流路、
１５ 軸受用エア供給流路、
１６ 電空変換器（流量調整弁）、
１７ シェーピングエア供給流路、
１８ 回転数検知手段、
１９ 制御部、
Ｘ_ｉｎ 検出信号、
Ｘ_ｏｕｔ 出力信号。

Claims (10)

1. エアモータと、当該エアモータの回転数を検出してエアモータ用のタービンエアの流量を制御する流量調整弁とを有する回転霧化塗装機であって、
   前記流量調整弁が、前記エアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置されたことを特徴とする回転霧化塗装機。
2. 前記エアモータと流量調整弁の間のタービンエア排気流路から分岐したシェーピングエア流路により、シェーピングエアを供給することを特徴とする請求項１に記載の回転霧化塗装機。
3. 前記エアモータと流量調整弁の間のタービンエア排気流路から分岐した軸受エア流路により、前記エアモータを回転支持するエア軸受に軸受エアを供給することを特徴とする請求項１または２に記載の回転霧化塗装機。
4. 前記エアモータへのエア供給側の圧力が、大気圧に対して０．９ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転霧化塗装機。
5. 前記流量調整弁の上流側のタービンエア排気流路のエア圧力を、大気圧に対して０．４ＭＰａ以上となるように前記流量調整弁を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転霧化塗装機。
6. エアモータと、当該エアモータの回転数を検出してエアモータ用のタービンエアの流量を制御する流量調整弁とを有する回転霧化塗装機へのエア供給方法であって、
   前記流量調整弁を、前記エアモータの下流側のタービンエア排気流路に配置したことを特徴とする回転霧化塗装機へのエア供給方法。
7. 前記エアモータと流量調整弁の間のタービンエア排気流路から分岐したシェーピングエア流路により、シェーピングエアを供給することを特徴とする請求項６に記載の回転霧化塗装機へのエア供給方法。
8. 前記エアモータと流量調整弁の間のタービンエア排気流路から分岐した軸受エア流路により、前記エアモータを回転支持するエア軸受に軸受エアを供給することを特徴とする請求項６または７に記載の回転霧化塗装機へのエア供給方法。
9. 前記エアモータへのエア供給側の圧力が、大気圧に対して０．９ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の回転霧化塗装機へのエア供給方法。
10. 前記流量調整弁の上流側のタービンエア排気流路のエア圧力を、大気圧に対して０．４ＭＰａ以上となるように前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の回転霧化塗装機へのエア供給方法。

Images