JP2014151259A - 静電塗装機 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡略で塗着効率の高い静電塗装機を提供する。
【解決手段】高電圧発生器１１による発生電圧を印加する誘導電極部Ｘを、内部塗料路８，１０の通過塗料Ｔとは電気的に非接触にした状態で機体１の内部において内部塗料路８，１０の近傍に配置し、高電圧発生器１１による電圧印加により誘導電極部Ｘを帯電状態にすることで静電誘導により内部塗料路８，１０の通過塗料Ｔを帯電させて、この帯電塗料Ｔを噴霧部２から噴霧する構成にする。
【選択図】図１

Description

本発明は静電塗装機に関し、詳しくは、外部塗料路を通じて機体に供給される塗料を機体先端の噴霧部に導く内部塗料路を機体の内部に設け、前記噴霧部から外部に噴霧する塗料を高電圧発生器による発生電圧により帯電状態にする帯電手段を設けた静電塗装機に関する。

静電塗装機には以前より直接帯電方式と間接帯電方式とがあり、直接帯電方式では、帯電手段として導電電極を機体の内部に設け、この導電電極に高電圧発生器による発生高電圧を印加した状態で噴霧前の塗料を導電電極に対して直接に接触させることで噴霧前の塗料を帯電させ、この帯電塗料を噴霧部から噴霧する（特許文献１参照）。

一方、間接帯電方式では、帯電手段として塗装機本体の外部で噴霧部の近傍に外部電極を配置し、この外部電極に高電圧発生器による発生高電圧を印加して噴霧部近傍にコロナ放電領域を形成した状態で噴霧部から塗料を噴霧することで、噴霧直後の塗料をコロナ放電により外部電極とは非接触の状態で帯電させる（特許文献２参照）。

特開２００６−３４６５９６号 特開平４−２１５８６４号

しかし、使用する塗料が溶剤系塗料の場合、溶剤系塗料の電気抵抗値が高いことから特に問題がないものの、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値が低い塗料を用いる場合、直接帯電方式では高電圧印加状態の導電電極に対する接触により塗料に付与した電荷が内部塗料路及び外部塗料路における後続の塗料を通じてアース部にリークしてしまい、そのことで静電塗装が不能になる。

このため、直接帯電方式で水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値の低い塗料を用いる場合には、導電電極との接触により帯電させて噴霧部に送る塗料と後続の塗料とをそれらの連続性を断って電気的に絶縁する絶縁手段が必要になり、このため、塗装機や塗装機周りの構造が複雑になって装置コストが大きくなるとともに装置メンテナンスの負担が大きくなる問題があった。

また、塗料の連続性を断つため長時間にわたる連続塗装を行うことができず、そのことで塗装作業性が制約される問題もあった。

一方、間接帯電方式では噴霧後の塗料を帯電させることから、塗料に付与した電荷が後続塗料を通じてアース部にリークすることはないが、外部電極とは非接触の状態でコロナ放電により塗料を間接的に帯電させるため直接帯電方式に比べ塗料の帯電電圧が低くなり、このため、直接帯電方式に比べて被塗物に対する塗着効率が低く制限される問題があった。

また、外部電極を機体の外部で噴霧部の近傍に配置するため、外部電極に対する噴霧塗料の付着が多く、このため、付着塗料を除去する清掃メンテナンスの負担が大きくなる問題もあった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な帯電方式を採用することで上記の如き問題を効果的に解消する点にある。

本発明の第１特徴構成は静電塗装機に係り、その特徴は、
外部塗料路を通じて機体に供給される塗料を機体先端の噴霧部に導く内部塗料路を機体の内部に設け、
前記噴霧部から外部に噴霧する塗料を高電圧発生器による発生電圧により帯電状態にする帯電手段を設けた静電塗装機であって、
前記帯電手段として、前記高電圧発生器による発生電圧を印加する誘導電極部を、前記内部塗料路の通過塗料とは電気的に非接触にした状態で機体の内部において前記内部塗料路の近傍に配置し、
前記高電圧発生器による電圧印加により前記誘導電極部を帯電状態にすることで静電誘導により前記内部塗料路の通過塗料を帯電させて、この帯電塗料を前記噴霧部から噴霧する構成にしてある点にある。

この構成の静電塗装機では、誘導電極部による静電誘導により内部塗料路の通過塗料に静電分極を生じさせて、誘導電極部に対する印加電圧の極性と同極性の分極電荷については後続塗料や接触導電部を通じてアース部にリークさせながら、誘導電極部に対する印加電圧の極性とは逆極性の分極電荷を通過塗料中に保持させる形態で通過塗料を帯電させるから、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値の低い塗料を使用する場合でも、塗料に付与した帯電電荷（上記逆極性の分極電荷）が後続塗料を通じてアース部にリークすることがない。

従って、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値の低い塗料を使用する場合でも、従来の直接帯電方式の塗装機に付加されていた塗料の連続性を断つ絶縁手段を不要にしながら、帯電塗料を噴霧部から噴霧することができて被塗物に対する静電塗装を行うことができ、これにより、絶縁手段を備える直接帯電方式の塗装機に比べ、塗装機や塗装機周りの構造を簡素にして装置コストや装置メンテナンスの負担を効果的に低減することができる。

また、塗料の連続性を断つ必要がないことから、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値の低い塗料を用いる場合でも、長時間にわたる連続塗装が可能になり、これにより、塗装作業性も高めることができる。

そしてまた、誘電電極部とは電気的に非接触の状態で塗料を間接的に帯電させるものでありながら、その帯電が内部塗料路の近傍に配置した誘導電極部からの静電誘導による帯電であることで、塗料の帯電電圧を誘導電極部に対する印加電圧と同等程度にまで高くすることができ、これにより、外部電極を備える間接帯電方式の塗装機に比べ被塗物に対する塗着効率も効果的に高めることができる。

しかも、誘導電極部は機体の内部に配置するから、誘導電極部に対する噴霧塗料の付着がなく、これにより、外部電極を備える間接帯電方式の塗装機に比べ付着塗料を除去する清掃メンテナンスの負担も効果的に軽減することができる。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の静電塗装機の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記噴霧部として前記内部塗料路からの供給塗料を回転に伴う遠心力により外周縁部から飛散させる回転霧化ヘッドを設け、
機体の内部に設けたエアモータの回転出力軸を前記回転霧化ヘッドに連結して、このエアモータにより前記回転霧化ヘッドを回転させる構成にし、
前記内部塗料路を形成する塗料供給チューブを前記エアモータの回転出力軸における中央孔に挿通して前記回転霧化ヘッドに渡らせ、
この塗料供給チューブ及び前記エアモータの回転出力軸を電気絶縁材により形成するとともに、前記高電圧発生器の電圧出力端を前記エアモータに対して電気的に接続することで前記エアモータを前記誘導電極部にしてある点にある。

この構成の静電塗装機であれば、回転霧化ヘッドを備える直接帯電方式の静電塗装機で使用されている金属製の塗料供給チューブ及び金属製のエアモータ回転出力軸を電気絶縁材からなるものに変更するごく簡単な仕様変更だけで、内部塗料路の通過塗料を静電誘導により帯電させる第１特徴構成の静電塗装機を容易に製作することができる。

即ち、回転霧化ヘッドを備える直接帯電方式の静電塗装機では一般に、回転霧化ヘッド、その回転霧化ヘッドに接続するエアモータの回転出力軸並びに回転霧化ヘッドに渡らせる塗料供給チューブの夫々を金属材製にするとともに、高電圧発生器の電圧出力端を同じく金属製のエアモータに対して電気的に接続することで、金属製の回転霧化ヘッド及び塗料供給チューブを高電圧印加の導電電極として、それら回転霧化ヘッド及び塗料供給チューブに対する塗料の接触により噴霧前の塗料を帯電させる構成を採用している。

従って、この直接帯電方式の静電塗装機に対する仕様変更として、少なくとも、エアモータと回転霧化ヘッドとを連結する金属材製のエアモータ回転出力軸、及び、そのエアモータ回転出力軸に挿通して回転霧化ヘッドに渡らせる金属材製の塗料供給チューブを電気絶縁材からなるものに変更することで、直接帯電方式における導電電極は無くして、その代わりに、高電圧発生器の電圧出力端が電気的に接続されているエアモータを、機体の内部において内部塗料路の通過塗料とは電気的に非接触の状態で内部塗料路（塗料供給チューブ）の近傍に位置する誘電電極部とすることができ、これにより、高電圧印加状態のエアモータによる静電誘導により通過塗料を帯電させることができて、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値が小さい塗料の使用にも適した第１特徴構成の静電塗装機を容易に製作することができ、また、その製作コストを安価にすることができる。

本発明の第３特徴構成は、第２特徴構成の静電塗装機の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記回転霧化ヘッドを前記塗料供給チューブから供給される帯電状態の塗料に対する電気絶縁性を備える構成にしてある点にある。

この構成の静電塗装機であれば、静電誘導により帯電した塗料が塗料供給チューブを通じ回転霧化ヘッドに供給されて回転霧化ヘッドに接触するにしても、帯電状態の塗料に対する回転霧化ヘッドの電気絶縁性により帯電塗料が持つ帯電電荷を確実に保持した状態で、その帯電塗料を回転霧化ヘッドの回転により霧化することができ、これにより、被塗物に対する塗着効率を一層効果的に高めることができる。

また、回転霧化ヘッドに接触する帯電塗料からの導電により回転霧化ヘッドとアース状態にある他物や作業者との間でスパークが生じることを、帯電状態の塗料に対する回転霧化ヘッドの電気絶縁性により防止することもでき、これにより、直接帯電方式や間接帯電方式の塗装機に比べスパーク事故に対する安全性も高めることができる。

なお、この構成の静電塗装機を実施において回転霧化ヘッドを帯電状態の塗料に対する電気絶縁性を備えるものにするには、回転霧化ヘッドの全体を電気絶縁材により形成したり、回転霧化ヘッドに電気絶縁性の被覆層を設けるなどしてもよい。

本発明の第４特徴構成は、第２又は第３特徴構成の静電塗装機の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記エアモータの収容部である機体先端部の外郭を形成するとともに先端開口部を通じて外部に露出させた前記回転霧化ヘッドの外周部との間にシェービングエア噴出部を形成するエアノズル形成カバーを設け、
このエアノズル形成カバーを電気絶縁材で形成してある点にある。

この構成の静電塗装機によれば、誘導電極部として高電圧印加の帯電状態とするエアモータによる静電誘導でエアモータの収容部である機体先端部の外郭にも誘電分極が生じ、そのことで機体先端部の外郭とアース状態にある他物や作業者との間でスパークが生じることを、電気絶縁材からなる上記エアノズル形成カバーにより防止することができ、これにより、スパーク事故に対する安全性を一層高めることができる。

本発明による誘導帯電方式の静電塗装機の縦断面図

図１は塗装ロボットのアームの先端部などに装備する誘導帯電方式の静電塗装機を示し、砲弾形状の機体１（塗装機本体）の先端には、噴霧部としてのベル型の回転霧化ヘッド２を装備してある。

この回転霧化ヘッド２では、その中央部に形成した塗料供給孔２ａから高電圧帯電状態の塗料Ｔ（本例では水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値の小さな塗料）を回転霧化ヘッド２の内面側に吐出させることで、この吐出塗料Ｔを回転霧化ヘッド２の回転による遠心力により回転霧化ヘッド２の外周縁から微細化した状態で回転霧化ヘッド２の半径方向に飛散させて噴霧し、この噴霧塗料Ｔ（具体的には塗料粒子の分散群）を回転霧化ヘッド２の周縁部の後方から噴出するシェーピングエアＡにより変向させることで、噴霧塗料Ｔの噴霧パターンＰを機体１の前方に向く円筒状ないし逆円錐状にする。

そして、この飛行パターンＰの状態で噴霧塗料Ｔを、その帯電極性とは逆極性の電圧を印加した自動車ボディなどの被塗物（図示せず）に対して電気的引力により塗着させることで、その被塗物をいわゆる静電塗装方式により塗装する。

機体１の先端部には、その機体先端部の外郭を形成するとともに先端開口部３ａを通じて回転霧化ヘッド２を機体１から前方に向けて露出させるエアノズル形成カバー３を装着してあり、このエアノズル形成カバー３の装着によりエアノズル形成カバー３における先端開口縁と回転霧化ヘッド２の背面との間の隙間部分に先端開口部３ａの全周にわたるシェーピングエア噴出部４を形成し、このシェーピングエア噴出部４から機体１の前方に向けて上記シェーピングエアＡを噴出させる。

さらに具体的には、外周面に多数の凹溝を形成したノズル形成筒５をエアノズル形成カバー３に内嵌して、ノズル形成筒５の各凹溝をエアノズル形成カバー３により蓋する状態にすることで、それら凹溝の夫々をエア通路にして各凹溝の先端側の開口をエアノズル形成カバー３における先端開口部３ａの全周にわたって並ぶエア噴出口にし、これらのエア噴出口の環状群により上記シェーピングエア噴出部４を形成してある。

エアノズル形成カバー３を取り付けた機体１の先端部には、回転霧化ヘッド２を回転させるタービン型エアモータ６のタービン部６ａを内蔵してあり、このタービン部６ａを機体１の外部からホースを通じて供給する圧縮空気により回転させることで、回転霧化ヘッド２に連結したエアモータ６の回転出力軸６ｂを駆動回転させて回転霧化ヘッド２を回転させる。

機体１の内部には、外部塗料路７を通じて機体１に供給される塗料Ｔを回転霧化ヘッド２の塗料供給孔２ａに導く内部塗料路８を設けてあり、この内部塗料路８のうち、その内部塗料路８に介装した塗料注入ノズル９以降の部分は、中空軸であるエアモータ６の回転出力軸６ｂの中央孔に挿通して回転霧化ヘッド２に渡らせた塗料供給チューブ１０により形成してある。

また、機体１の内部には、塗料帯電用の高電圧を発生する高電圧発生器１１を内蔵してあり、この高電圧発生器１１の電圧出力端１１ａはエアモータ６のタービン部６ａに対して電気的に接続してある。

ここまでの構造は従来の直接帯電方式の静電塗装機とほぼ同じであり、直接帯電方式の静電塗装機では一般に、高電圧発生器１１の電圧出力端１１ａを電気的に接続するエアモータ６のタービン部６ａ、そのタービン部６ａと機械的に連結されたエアモータ６の回転出力軸６ｂ、その回転出力軸６ｂを連結する回転霧化ヘッド２、並びに、その回転霧化ヘッド２に渡らせた塗料供給チューブ１０の夫々を金属製にして、高電圧発生器１１によるタービン部６ａへの高電圧印加により、それら金属製の回転出力軸６ｂ、回転霧化ヘッド２、塗料供給チューブ１０にも高電圧が印加されるようにし、これにより、金属製の回転霧化ヘッド２及び塗料供給チューブ１０を塗料帯電用の導電電極として、それら回転霧化ヘッド２及び塗料供給チューブ１０に対する塗料Ｔの接触により噴霧前の塗料Ｔを帯電させるようにしている。

これに対し、本例の誘導帯電方式の静電塗装機では、上記した直接帯電方式の静電塗装機に対する仕様変更として、エアモータ６の回転出力軸６ｂ、回転霧化ヘッド２、塗料供給チューブ１０の夫々を電気絶縁性の樹脂材で形成してある。

即ち、これらエアモータ６の回転出力軸６ｂ、回転霧化ヘッド２、塗料供給チューブ１０の夫々を電気絶縁性の樹脂材で形成することで、直接帯電方式における上記導電電極は無くして、その代わりに、高電圧発生器１１の電圧出力端１１ａが電気的に接続されているエアモータ６のタービン部６ａを、機体１の内部において内部塗料路８の通過塗料Ｔとは電気的に非接触の状態で内部塗料路８における塗料供給チューブ１０の部分を近接状態で全周にわたって囲む塗料帯電用の誘電電極部Ｘとして機能させるようにしてある。

そして、この誘電電極部Ｘとしてのタービン部６ａを高電圧発生器１１による高電圧印加で高電圧の帯電状態にすることで、内部塗料路８における塗料供給チューブ１０の部分を通過する塗料Ｔをその通過過程において高電圧帯電状態のタービン部６ａによる静電誘導により効率良く帯電させて、その帯電塗料Ｔを回転霧化ヘッド２において被塗物に対し噴霧するようにしてある。

一方、タービン部６ａを内蔵した機体先端部の外郭を形成するエアノズル形成カバー３は、回転霧化ヘッド２とともに電気絶縁性の樹脂材で形成してあり、これにより、それら回転霧化ヘッド２やエアノズル形成カバー３が帯電塗料Ｔとの接触やタービン部６ａによる静電誘導などで高電圧を帯びる状態になること防止して、それら回転霧化ヘッド２及びエアノズル形成カバー３と他物ないし作業者との間でスパークが生じることを防止する。

〔別実施形態〕
次に本発明の別実施形態を列記する。

前述の実施形態では、エアモータ６のタービン部６ａを誘導電極部Ｘとする例を示したが、機体１の内部において内部塗料路８の通過塗料Ｔとは電気的に非接触の状態で内部塗料路８の近傍に位置するものであれば、タービン部６ａに限らず種々の内蔵部品分を誘導電極部Ｘとして利用することができ、また、誘導電極部Ｘとしての専用部品を機体１に内蔵するようにしてもよい。

前述の実施形態では、回転霧化ヘッド２を噴霧部とする例を示したが、噴霧部は回転霧化ヘッド２に限らず、どのような形式・構造のものであってもよい。

前述の実施形態では高電圧発生器１１を機体１に内蔵する例を示したが、高電圧発生器１１は機体１の外部に配置するものであってもよい。

また、本発明の実施においては、誘導電極部Ｘによる静電誘導により塗料Ｔに生じる分極電荷のうち誘導電極部Ｘの印加電圧と同じ極性の分極電荷をアース部に導いて塗料Ｔから除去するアース電極を付加的に装備してもよい。

本発明よる静電塗装機は、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値が低い塗料を使用する場合に特に好適であるが、使用塗料Ｔは電気抵抗値が低い塗料に限られるものではなく、溶剤系塗料などの電気抵抗値の高い塗料であってもよい。

本発明による静電塗装機であれば、水性塗料やメタリック塗料などの電気抵抗値が低い塗料を使用する場合にも、供給塗料Ｔの連続性を断つ絶縁手段を不要にすることができるが、この絶縁手段は本発明の静電塗装機の実施において必ずしも省略する必要はなく、絶縁手段を備える状態で本発明による静電塗装機を実施してもよい。

本発明による静電塗装機の塗装対象である被塗物は、自動車ボディや軌道車両のボディあるいは電気製品のケーシングや種々の物品など、静電塗装が可能なものであれば、どのようなものであってもよい。

本発明による静電塗装機は、各種分野において種々の物品の静電塗装に利用することができる。

７ 外部塗料路
１ 機体
Ｔ 塗料
２ 噴霧部、回転霧化ヘッド
８ 内部塗料路
１１ 高電圧発生器
Ｘ 誘導電極部（帯電手段）
６ エアモータ
６ｂ 回転出力軸
１０ 塗料供給チューブ
４ シェーピングエア噴出部
３ エアノズル形成カバー

Claims (4)

1. 外部塗料路を通じて機体に供給される塗料を機体先端の噴霧部に導く内部塗料路を機体の内部に設け、
   前記噴霧部から外部に噴霧する塗料を高電圧発生器による発生電圧により帯電状態にする帯電手段を設けた静電塗装機であって、
   前記帯電手段として、前記高電圧発生器による発生電圧を印加する誘導電極部を、前記内部塗料路の通過塗料とは電気的に非接触にした状態で機体の内部において前記内部塗料路の近傍に配置し、
   前記高電圧発生器による電圧印加により前記誘導電極部を帯電状態にすることで静電誘導により前記内部塗料路の通過塗料を帯電させて、この帯電塗料を前記噴霧部から噴霧する構成にしてある静電塗装機。
2. 前記噴霧部として前記内部塗料路からの供給塗料を回転に伴う遠心力により外周縁部から飛散させる回転霧化ヘッドを設け、
   機体の内部に設けたエアモータの回転出力軸を前記回転霧化ヘッドに連結して、このエアモータにより前記回転霧化ヘッドを回転させる構成にし、
   前記内部塗料路を形成する塗料供給チューブを前記エアモータの回転出力軸における中央孔に挿通して前記回転霧化ヘッドに渡らせ、
   この塗料供給チューブ及び前記エアモータの回転出力軸を電気絶縁材により形成するとともに、前記高電圧発生器の電圧出力端を前記エアモータに対して電気的に接続することで前記エアモータを前記誘導電極部にしてある請求項１記載の静電塗装機。
3. 前記回転霧化ヘッドを前記塗料供給チューブから供給される帯電状態の塗料に対する電気絶縁性を備える構成にしてある請求項２記載の静電塗装機。
4. 前記エアモータの収容部である機体先端部の外郭を形成するとともに先端開口部を通じて外部に露出させた前記回転霧化ヘッドの外周部との間にシェービングエア噴出部を形成するエアノズル形成カバーを設け、
   このエアノズル形成カバーを電気絶縁材で形成してある請求項２又は３記載の静電塗装機。

Images