JP2022157799A - 回転ベルカップ塗装機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ベルカップ塗装機において、塗料粒子径の微細化および均一化を実現する。【解決手段】回転ベルカップ塗装機１は、塗料を吐出するフィードチューブ２２と、ベルカップ３と、フィードチューブ２２から吐出された塗料を受けるベルハブ５と、を備える。ベルカップ３は、基端側の第１内周面３３ａと、第１内周面３３ａに比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる第２内周面３３ｂと、を有する。中心軸Ｃ方向に直交する径方向と、第２内周面３３ｂ上での所定位置における該第２内周面３３ｂの接線方向と、がなす傾斜角をθｓとし、径方向に沿って見たときの中心軸Ｃから所定位置までの長さをＲとし、ｃを定数とすると、第２内周面３３ｂは、Ｒｃｏｓθｓ＝ｃ …（Ａ）の関係を満足するように形成される。【選択図】図７

Description

ここに開示する技術は、回転ベルカップ塗装機に関する。

特許文献１には、回転ベルカップ塗装機の一例として、フィードチューブが挿入された回転軸と、回転軸の先端部に装着されたベルカップ（回転霧化頭）と、ベルカップの基端中央に装着されたベルハブ（ハブ部材）と、を備えた回転霧化頭型塗装装置が開示されている。同文献に係るベルハブは、その中央部に円錐状の突起を設けた円板状に形成されており、フィードチューブ側に突起を向けた姿勢とされている。

前記特許文献１に開示されているベルハブは、その外周部に、複数の脚部と、複数の切欠溝と、を有している。各切欠溝は、各脚部と交互に形成されており、ベルカップに設けられた凹溝（ハブ嵌合凹溝）に嵌合したときに、該凹溝との間に複数個の孔状塗料通路を形成する。ベルハブの内底面に吐出された塗料は、それら孔状塗料通路を介してベルカップの内周面に導かれるようになっており、ベルカップの内周面において粒子化された塗料粒が放出されるように構成されている。

特開２００２－２２４５９３号公報

ところで、ベルカップの内周面を流れる塗料には、該ベルカップの回転に起因した遠心力が作用する。この遠心力のうち、前記内周面の接線方向に沿った力の成分は、該内周面の先端側に向かって塗料が流れるように作用することになる。

しかしながら、例えば前記特許文献１に記載されているようなベルカップを用いた場合、その内周面の接線方向に沿った力の成分が、該内周面の各所で不均一になるという問題があった。この場合、塗料の液膜速度が不均一となり、その膜厚にむらが生じる可能性がある。塗料の膜厚にむらが生じてしまっては、塗料粒子径の微細化および均一化を図る上で望ましくない。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転ベルカップ塗装機において、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することにある。

ここに開示する技術は、遠心霧化した塗料粒を放出する回転ベルカップ塗装機に係る。この回転ベルカップ塗装機は、先端から塗料を吐出する塗料供給管と、前記塗料供給管の先端を取り囲むように設けられ、該塗料供給管の中心軸まわりに回転するベルカップと、前記塗料供給管の先端に対向し、該先端から吐出された塗料を受ける塗料受け部材と、を備え、前記ベルカップは、基端側の第１内周面と、前記第１内周面に比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる第２内周面と、を有する。

そして、前記中心軸方向に直交する径方向と、前記第２内周面上での所定位置における該第２内周面の接線方向と、がなす傾斜角をθ_ｓとし、前記径方向に沿って見たときの前記中心軸から前記所定位置までの長さをＲとし、ｃを定数とすると、前記第２内周面は、
Ｒｃｏｓθ_ｓ＝ｃ …（Ａ）
の関係を満足するように形成される。

前記所定位置における塗料に作用する遠心力をＦとし、ベルカップの角速度をωとし、遠心力Ｆが作用する塗料（前記所定位置に存する塗料）の質量をｍとすると、遠心力Ｆの大きさは、下式（１）に示すように、前記長さＲを用いて記述することができる。

Ｆ＝ｍＲｗ^２ …（１）

一方、遠心力Ｆのうち、前記第２内周面の接線方向に沿った力の成分をＦ’とすると、接線成分Ｆ’の大きさは、下式（２）に示すように、前記傾斜角θ_ｓを用いて記述することができる。

Ｆ’＝Ｆｃｏｓθ_ｓ …（２）

式（１）を用いて式（２）を整理すると、下式（３）を得る。

Ｆ’＝Ｆｃｏｓθ_ｓ
＝ｍＲｗ^２ｃｏｓθ_ｓ …（３）

したがって、上式（Ａ）を満足するように第２内周面を構成すると、下式（４）に示すように、少なくとも角速度ωが一定の場合には、接線成分Ｆ’の大きさは一定となる。

Ｆ’＝ｍｗ^２ｃ
＝（一定） …（４）
となる。このように、上式（Ａ）を満足するように第２内周面を構成することで、第２内周面の接線に沿って作用する力Ｆ’の大きさが、該第２内周面の各所で均一になる。これにより、塗料液膜の速度、ひいては塗料の膜厚を従来よりも均一にすることができる。そのことで、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能となる。

ここに開示する別の技術は、遠心霧化した塗料粒を放出する回転ベルカップ塗装機に係る。この回転ベルカップ塗装機は、先端から塗料を吐出する塗料供給管と、前記塗料供給管の先端を取り囲むように設けられ、該塗料供給管の中心軸まわりに回転するベルカップと、前記塗料供給管の先端に対向し、該先端から吐出された塗料を受ける塗料受け部材と、を備え、前記ベルカップは、基端側の第１内周面と、前記第１内周面に比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる第２内周面と、を有する。

そして、前記中心軸方向に直交する径方向と、前記第２内周面上での所定位置における該第２内周面の接線方向と、がなす傾斜角は、前記中心軸方向に沿って先端側に向かうに従って連続的に増加し、前記傾斜角が増加する際の変化率は、前記先端側に向かって連続的に増加する。

本願発明者らは、上式（Ａ）を満たす場合の表面形状をさらに考察した。その結果、上式（Ａ）を満たす場合、傾斜角θ_ｓが、中心軸方向に沿って先端側に向かうに従って連続的に増加することと、その傾斜角θ_ｓが増加する際の変化率は、先端側に向かって連続的に増加することと、を見いだした。

言い換えると、上式（Ａ）を満たす場合、傾斜角θ_ｓの大きさは、先端側に向かって単調に増加すると同時に、先端側に向かうに従って、より大きく増加することになる。

この構成によれば、第２内周面の接線に沿って作用する力Ｆ’の大きさが、該第２内周面の各所で均一になる。これにより、塗料液膜の速度、ひいては塗料の膜厚を従来よりも均一にすることができる。そのことで、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能となる。

また、前記傾斜角は、前記ベルカップの先端に至るまで連続的に増加する、としてもよい。

この構成によれば、第２内周面の先端から飛散するまでの期間にわたって接線成分Ｆ’の大きさを一定に保つことができる。これにより、塗料粒子径の微細化および均一化に有利になる。

また、前記第１内周面は、前記中心軸方向に沿って延び、前記塗料受け部材は、前記塗料供給管から吐出された塗料を前記ベルカップに放出する端面を有し、前記端面から外方に向かって延ばした延長線は、前記中心軸方向に沿って前記第１内周面を基端側部分と先端側部分とに２分したときの該基端側部分と交差する、としてもよい。

ここで、「中心軸方向に沿って延びる」の語は、中心軸方向に対して若干傾斜して延びる構成も含む。

本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、従来のベルハブを用いた場合、塗料受け部材の内面に衝突した塗料の前記回転軸に対する偏心に起因してベルハブ内面での液膜流動が不均一となり、それがベルカップ内面における液膜の波立ちを引き起こしていること、および、脚部等によるベルハブの連結構造に起因して液膜の波立ちが引き起こされることを突き止めた。

それに対し、前記の構成によれば、塗料受け部材の端面から飛翔した塗料は、第１内周面と、第２内周面と、を順番に流れることになる。本願発明者らにより得られた知見によれば、中心軸方向に延びる第１内周面に沿って塗料を流動させることで、前述したような偏芯の影響を低減するとともに、塗料の液膜を均厚化することができる。これにより、塗料の液膜の波立ちを抑制することができる。

さらに、前記の構成によれば、塗料受け部材の端面から飛翔した塗料は、第１内周面における基端側部分に到達することになる。こうすることで、第１内周面に到達した塗料は、先端側部分ばかりでなく、基端側部分も流れるようになる。これにより、第１内周面を流れる際の流動距離をより長くすることができ、塗料液膜の波立ちをより確実に抑制することができる。

このように、前記の構成によれば、塗料液膜の波立ちを抑制し、ひいては、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能になる。

また、前記中心軸方向に対して前記第１内周面がなす傾斜角をθｃとすると、
０°≦θｃ≦２０°
の関係が満足される、としてもよい。

この構成によれば、前記関係が満足されるように第１内周面を構成することで、塗料液膜の波立ちをより確実に抑制することができるようになる。

以上説明したように、前記の回転ベルカップ塗装機によれば、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することができる。

図１は、回転ベルカップ塗装機の先端部を例示する縦断面図である。 図２は、ベルカップの構成を例示する縦断面図である。 図３は、回転ベルカップ塗装機の先端部を例示する横断面図である。 図４は、ベルハブの構成を例示する斜視図である。 図５は、回転ベルカップ塗装機における塗料の流れを例示する図である。 図６は、連結具による流れへの影響を比較して示す説明図である。 図７は、第２内周面の表面形状を拡大して例示する縦断面である。 図８は、第２内周面における塗料の流れを説明するための図である。 図９は、回転ベルカップ塗装機の変形例を示す図１対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

（回転ベルカップ塗装機の構成）
図１は、回転ベルカップ塗装機１の先端部を例示する縦断面図であり、図２は、ベルカップ３の構成を例示する縦断面図である。さらに、図３は、回転ベルカップ塗装機１の先端部を例示する横断面図である。さらに、図４は、ベルハブ５の構成を例示する斜視図である。なお、図１は、回転ベルカップ塗装機１の中心軸Ｃに沿った断面であり、図３は、図１におけるＡ－Ａ断面に相当する。

なお、以下の記載において、「基端側」とは、中心軸Ｃ方向におけるフィードチューブ２２側（被塗装物の反対側）を指し、「先端側」とは、同方向におけるフィードチューブ２２の反対側（被塗装物側）を指す。また、以下の記載において、「径方向」とは、中心軸Ｃに直交し、かつ中心軸Ｃから放射状に延びる方向を指し、「周方向」とは、径方向に直交し、かつ中心軸Ｃの周囲を循環する方向を指す。

図１等に示される回転ベルカップ塗装機１は、静電塗装用の回転霧化式塗装置であって、遠心霧化した塗料粒を放出するように構成されている。すなわち、回転ベルカップ塗装機１は、高速回転する回転軸２１に取り付けられたベルカップ３から塗料を遠心力で飛ばして霧化させるとともに、マイナス電荷を帯びた塗料粒子と、プラスに帯電させた自動車のボディ等の被塗装物との間に作用する引力を利用して塗装を行うものである。

具体的に、回転ベルカップ塗装機１は、筒状のハウジング１０と、ハウジング１０に挿入されていて先端から塗料を吐出する管状部材２と、管状部材２におけるフィードチューブ２２の先端２２ａを取り囲むように設けられ、該フィードチューブ２２の中心軸Ｃまわりに回転するベルカップ３と、フィードチューブ２２の先端２２ａに対向し、該先端２２ａから吐出された塗料を受けるベルハブ５と、ベルカップ３にベルハブ５を取り付けるための支持具４と、を備えている。

このうち、ハウジング１０は、筒状に形成されている。ハウジング１０は、管状部材２と、塗料を帯電させるための高圧電源（不図示）と、を収容している。また、ハウジング１０の先端部に設けた開口１０ａには、ベルカップ３の基端部が挿入されている。図示は省略したが、ハウジング１０の先端部からは、塗料粒子を偏向させるためのエアを吐出することができる。

また、管状部材２は、ベルカップ３と一体的に回転する回転軸２１と、回転軸２１に挿入され、先端から塗料を吐出するフィードチューブ２２と、を有している。フィードチューブ２２は、本実施形態における「塗料供給管」の例示である。

このうち、回転軸２１は、中空のシャフト部材として構成されており、ベルカップ３における基端側の筒状部３１に挿入されている。この回転軸２１は、外部から動力を受けて中心軸Ｃまわりに回転するように構成されており、筒状部３１を介してベルカップ３と一体的に回転するようになっている。

フィードチューブ２２は、塗料を流通させるチューブ状の部材として構成されており、回転軸２１に挿入されている。フィードチューブ２２の先端２２ａは、塗料を吐出可能な開口端として構成されており、回転軸２１から露出している。本実施形態に係るフィードチューブ２２は、中心軸Ｃ方向の一側（被塗装物Ｓの反対側）から他側（被塗装物Ｓ側）に向かって塗料を流通させ、先端２２ａから塗料を吐出するようになっている。この先端２２ａから吐出された塗料は、ベルハブ５の内底面５１に衝突することになる。

ベルカップ３は、図２に示すように略カップ形状をなす。ベルカップ３は、基端側の筒状部３１と、先端側のテーパ部３２と、を有している。

このうち、筒状部３１は、中心軸Ｃ方向に沿って延びる短筒状に形成されており、基端側から回転軸２１が挿入されると同時に、先端側から支持具４が挿入されている。筒状部３１の内周面には、径方向の内側に向かって突出した被当接部３１ａが設けられている。この被当接部３１ａは、筒状部３１に挿入された支持具４と当接することで、この支持具４を位置決めするように構成されている。

筒状部３１の内周面のうち、被当接部３１ａよりも先端側の第１内周面３３ａは、遠心力によってベルハブ５から飛散した塗料が流れるように構成されている。この第１内周面３３ａは、後述の第２内周面３３ｂとともに、塗料を拡散するための塗料拡散面３３を構成する。

具体的に、ベルカップ３の第１内周面３３ａは、中心軸Ｃ方向に沿って延びかつ少なくともベルハブ５を取り囲むように構成されている。詳しくは、第１内周面３３ａは、中心軸Ｃ方向に対して若干傾斜しており、先端側に向かって徐々に拡径している。第１内周面３３ａは、管状部材２の先端（具体的には、フィードチューブ２２の先端２２ａ）と、支持具４と、ベルハブ５（具体的には、後述の内周面５２および端面５３）と、を取り囲む。すなわち、この第１内周面３３ａは、中心軸Ｃに対して直交する方向（径方向）に沿って見たときに、フィードチューブ２２、支持具４およびベルハブ５の内周面５２および端面５３とオーバーラップする。

さらに詳しくは、中心軸Ｃ方向に対して第１内周面３３ａがなす傾斜角をθｃとすると、好ましくは０°≦θｃ≦２０°、さらに好ましくは０°≦θｃ≦５°の関係が満足される。

テーパ部３２は、先端側に向かってテーパ状に拡径している。テーパ部３２の内周面は、第１内周面３３ａを通過した塗料が流れる第２内周面３３ｂをなす。この第２内周面３３ｂは、第１内周面３３ａとともに塗料拡散面３３を構成する。

具体的に、ベルカップ３の第２内周面３３ｂは、第１内周面３３ａに比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる。この第２内周面３３ｂは、前記径方向に沿って見たときに、フィードチューブ２２、支持具４およびベルハブ５の内周面５２および端面５３とオーバーラップしない。第２内周面３３ｂの詳細については、後述する。

また、支持具４は、フィードチューブ２２の先端２２ａ側に配置され、かつベルカップ３の内周側に挿入されるようになっている。具体的に、本実施形態に係る支持具４は、中心軸Ｃ方向に延びる筒状に形成されており、フィードチューブ２２の先端２２ａが挿し通された状態で、ベルカップ３における筒状部３１に挿入されている。すなわち、支持具４の内径は、フィードチューブ２２の先端２２ａよりも大径であり、支持具４の外径は、筒状部３１よりも小径である。

さらに、支持具４の外面には、フランジ状に突出した鍔部４ａが設けられている。支持具４を筒状部３１に挿入して押し込むと、支持具４における鍔部４ａが、筒状部３１における被当接部３１ａに当接する。これにより、ベルカップ３、特に筒状部３１に対して支持具４が位置決めされる。

ベルハブ５は、ベルカップ３の内周側に設けられており、フィードチューブ２２に凹みを向けた姿勢で配置されている。ベルハブ５は、断面凹状である。詳しくは、ベルハブ５は、フィードチューブ２２に対向させた内底面５１と、フィードチューブ２２側に面する端面５３と、内底面５１から端面５３に向かって延びる内周面５２と、を有している。ベルハブ５は、本実施形態における「塗料受け部材」の例示である。

具体的に、本実施形態に係るベルハブ５は、フィードチューブ２２の先端２２ａに開口および内底面５１を向けてなる有底円筒状に形成されており、円形の内底面５１と、略円筒状の内周面５２と、ベルハブ５の開口縁に相当する端面５３と、を有している。ベルハブ５は、後述の連結具６を介して支持具４に連結されているとともに、この支持具４を介してベルカップ３と一体的に回転する。

このうち、内底面５１は、円形の平面として形成されており、中心軸Ｃに対して面直に、かつ内底面５１の中央部（内底面５１を円とみなしたときの中心に相当する部位）をフィードチューブ２２の先端２２ａに向い合せるように配置されている。このように配置することで、フィードチューブ２２から吐出される塗料が、内底面５１の中央部に衝突するようになる。

続いて、内周面５２は、略円筒状の曲面として形成されており、内底面５１の周縁部から基端側に向かって略垂直に延びている。ここで、内底面５１に対して内周面５２がなす傾斜角θｈは、９０度よりも若干、鈍角とされている。すなわち、本実施形態に係る内周面５２は、内底面５１側から端面５３へ向うにつれて、中心軸Ｃから離れていくように（すなわち径方向の外側に向かって）延びている。また、図１に拡大して示すように、内底面５１と内周面５２とが交わる角部にはアールが設けられており、内底面５１と内周面５２とがスムースに接続されている。

ここで、内周面５２には、フィードチューブ２２と、塗料受け部材としてのベルハブ５を連結するための連結具６が設けられている。図３に示すように、連結具６は、周方向における内周面５２の一部の部位に設けられている。具体的に、本実施形態に係る連結具６は、ボルト状の締結部材からなり、中心軸Ｃまわりの周方向に沿って、複数箇所に等間隔で（図３に示す例では、１２０度おきの３箇所に）設けられている。各連結具６は、それぞれ、内周面５２に対して実質的に直交する方向に延びている。

内周面５２は、連結具６によって支持具４に連結された状態にあっては、図１に例示するように、支持具４の外周面（特に、鍔部４ａよりも先端側の外周面）に対して、間隔を空けて向い合うようになっている。こうすることで、ベルハブ５の内周面５２と、支持具４の外周面との隙間に塗料を流通させることができるようになる。

また、端面５３は、塗料受け部材としてのベルハブ５がベルカップ３とともに中心軸Ｃまわりに回転したときに、フィードチューブ２２から吐出された塗料をベルカップ３に向けて放出する。

ここで、本実施形態に係る端面５３は、ベルカップ３の第２内周面３３ｂではなく、その第１内周面３３ａに向けて塗料を放出するべく、該端面５３から外方（径方向の外方）に向かって延ばした延長線Ｌｅと、第１内周面３３ａと、が交差するように構成されている。具体的に、ベルハブ５の端面５３から外方に向かって延ばした延長線Ｌｅは、図２に示すように、中心軸Ｃ方向に沿って第１内周面３３ａを基端側部分３３Ｒと先端側部分３３Ｔとに２分したときの基端側部分３３Ｒと交差する。

詳細には、ベルハブ５の端面５３は、略環状の平面として形成されている。この端面５３は、ベルハブ５の内周面５２における基端側の端部から、中心軸Ｃに面直な平面に沿って延びる。この端面５３は、連結具６によって支持具４に連結された状態にあっては、図１に例示するように、支持具４の鍔部４ａに対し、間隔を空けて向かい合うようになっている。こうすることで、ベルハブ５の端面５３と、支持具４の鍔部４ａと、の間に塗料を流通させることができる。

本実施形態に係るベルハブ５は、径方向においてはベルカップ３の内周側に配置されているとともに、中心軸Ｃ方向においてはテーパ部３２よりも基端側の筒状部３１まで挿入されている。すなわち、ベルハブ５の内周面５２および端面５３は、中心軸Ｃ方向に対して直交する方向に沿って見たときに、第１内周面３３ａとオーバーラップするようになっている。

また、ベルハブ５における端面５３側の外周部５４は、径方向の外側に向うにつれて先細となるように形成されている。具体的に、本実施形態における端面５３側の外周部５４とは、ベルハブ５における、基端側かつ開口部周辺の外周部を指す。この外周部５４は、図４に示すように、周方向の全周にわたって先細となっている。外周部５４の先端は、９０°未満の鋭角となる。

（回転ベルカップ塗装機の動作）
図５は、回転ベルカップ塗装機１における塗料の流れを例示する図である。図６は、連結具６による流れへの影響を比較して示す説明図である。

塗料受け部材としてのベルハブ５は、ベルカップ３とともに中心軸Ｃまわりに回転することにより、フィードチューブ２２からベルハブ５の内底面５１に向かって吐出された塗料が、ベルハブ５の内周面５２および端面５３を介してベルカップ３の内周面（塗料拡散面３３）へ至るように構成されている。

以下、前述の如き構成について、具体的に説明する。まず、回転軸２１が中心軸Ｃまわりに回転すると、該回転軸２１と一体的にベルカップ３が回転する。ベルカップ３の回転に伴って、支持具４、ひいてはベルハブ５も一体的に回転することになる。

回転しているベルハブ５に向けて塗料を吐出すると、吐出された塗料は、図５の矢印Ａ１に示すように、ベルハブ５における内底面５１の中央部に到達する。内底面５１の中央部に到達した塗料は、ベルハブ５の回転に起因した遠心力に従って拡散流をなし、矢印Ａ２に示すように、内底面５１に沿って径方向外側に流動する。

内底面５１に沿って流動する塗料は、この内底面５１を通過して内周面５２に到達する。内周面５２に到達した塗料は、略中心軸Ｃ方向に沿って流れる並行流をなし、矢印Ａ３に示すように、内周面５２に沿って基端側に流動する。

内周面５２に沿って流動する塗料は、連結具６によって流動を妨げられつつ、内周面５２を通過して端面５３に到達する。端面５３に到達した塗料は、再び拡散流をなし、矢印Ａ４に示すように、端面５３に沿って径方向外側に流動する。

端面５３に沿って流動する塗料は、先細とされた外周部５４から飛散して、塗料拡散面３３における第１内周面３３ａ、特に、第１内周面３３ａの基端側部分３３Ｒに到達する。その基端側部分３３Ｒに到達した塗料は、矢印Ａ５，Ａ６に示すように、中心軸Ｃ方向における先端側に向かって、第１内周面３３ａ（具体的には、第１内周面３３ａの基端側部分３３Ｒおよび先端側部分３３Ｔ）と、第２内周面３３ｂと、を順番に通過する。塗料拡散面３３における第２内周面３３ｂの先端で塗料が糸状になり、糸状になった塗料が微粒子化されて放出される。

ここで、本実施形態に係る第２内周面３３ｂは、その表面形状に工夫を凝らしたものとされており、該第２内周面３３ｂを流れる塗料の粒子径の微細化および均一化に資するように構成されている。

以下、ベルカップ３における第２内周面３３ｂの表面形状について、詳細に説明する。

（第２内周面の詳細）
図７は、第２内周面３３ｂの表面形状を拡大して例示する縦断面であり、図８は、第２内周面３３ｂにおける塗料の流れを説明するための図である。

図７に示すように、径方向に沿って見たときの中心軸Ｃから所定位置までの長さをＲとし、ベルカップ３の角速度をωとし、その所定位置に存する塗料の質量をｍとすると、その塗料に作用する遠心力Ｆの大きさは、下式（１）に示すように、長さＲを用いて記述することができる。

Ｆ＝ｍＲｗ^２ …（１）

周知のように、角速度ωが一定の場合、遠心力Ｆの大きさは一定となる。

ここで、本願発明者らは、遠心力Ｆのうち、第２内周面３３ｂの接線に沿った力の成分（以下、「接線成分」ともいう）に着目した。中心軸Ｃ方向に直交する径方向と、第２内周面３３ｂ上での所定位置における該第２内周面３３ｂの接線方向と、がなす傾斜角をθ_ｓとすると、遠心力Ｆの接線成分Ｆ’の大きさは、下式（２）に示すように、傾斜角θ_ｓを用いて記述することができる。

Ｆ’＝Ｆｃｏｓθ_ｓ …（２）

式（１）を用いて式（２）を整理すると、下式（３）を得る。

Ｆ’＝Ｆｃｏｓθ_ｓ
＝ｍＲｗ^２ｃｏｓθ_ｓ …（３）

本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上式（３）が一定になるような、第２内周面３３ｂの表面形状を想到するに至った。具体的に、ｃを定数とすると、本実施形態に係る第２内周面３３ｂは、
Ｒｃｏｓθ_ｓ＝ｃ …（Ａ）
の関係を満足するように形成される。

上式（Ａ）を満足するように第２内周面３３ｂを形成すると、下式（４）に示すように、少なくとも角速度ωが一定の場合には、接線成分Ｆ’の大きさは一定となる。

Ｆ’＝ｍｗ^２ｃ
＝（一定） …（４）
となる。このように、上式（Ａ）を満足するように第２内周面３３ｂを構成することで、第２内周面３３ｂの接線に沿って作用する力Ｆ’の大きさが、該第２内周面３３ｂの各所で均一になる。

また、式（Ａ）を満たす場合の第２内周面３３ｂの表面形状は、傾斜角θ_ｓの増減を用いて記述することができる。

具体的に、上式（Ａ）を満たす場合、傾斜角θ_ｓは、中心軸Ｃ方向に沿って先端側に向かうに従って連続的に増加する。そして、傾斜角θ_ｓが増加する際の変化率は、先端側に向かって連続的に増加する。

本願発明者らは、上式（Ａ）を満たす場合の表面形状をさらに考察した。その結果、上式（Ａ）を満たす場合、傾斜角θが、中心軸方向に沿って先端側に向かうに従って連続的に増加することと、その傾斜角θが増加する際の変化率は、先端側に向かって連続的に増加することと、を見いだした。

言い換えると、上式（Ａ）を満たす場合、傾斜角θ_ｓの大きさは、先端側に向かって単調に増加すると同時に、先端側に向かうに従って、より大きく増加することになる。

例えば、長さＲが相対的に小さい場合（中心軸Ｃ方向において基端側に塗料が位置する場合）、傾斜角θ_ｓは緩慢に増加する。一方、長さＲが相対的に小さい場合（中心軸Ｃ方向において先端側に塗料が位置する場合）、傾斜角θ_ｓは急峻することになる。

また、傾斜角θ_ｓは、ベルカップ３の先端に至るまで連続的に増加する。すなわち、式（Ａ）で表される表面形状は、ベルカップ３の先端（第２内周面３３ｂ）の先端に至るまでの全域に形成されている。

例えば図８の左図に示すように、従来知られた第２内周面３３３ｂを用いた場合、接線成分Ｆ’の大きさは一定にならず、その第２内周面３３３ｂを流れながら増加したり、減少したりするようになっていた。対して、図８の右図に示すように、本実施形態に係る第２内周面３３ｂを用いた場合、接線成分Ｆ’の大きさを可能な限り一定に保つことができる。

（塗料粒子径の微細化および均一化について）
以上説明したように、本実施形態によれば、上式（Ａ）を満足するように第２内周面３３ｂを構成することで、第２内周面３３ｂの接線に沿って作用する力Ｆ’の大きさが、該第２内周面３３ｂの各所で均一になる。これにより、塗料液膜の速度、ひいては塗料の膜厚を従来よりも均一にすることができる。そのことで、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能となる。

また、図７に示すように、第２内周面３３ｂの先端に至るまで上式（Ａ）を満足させることで、第２内周面３３ｂの先端から飛散するまでの期間にわたって、接線成分Ｆ’の大きさを一定に保つことができる。これにより、塗料粒子径の微細化および均一化に有利になる。

また、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、塗料受け部材としてのベルハブ５の内面に沿って流れる塗料のうち、その内面に近接した界面側の流速と、ベルハブ５の内面から離間した表層側の流速とが相違した結果、ベルカップ３の内面に沿って流れる塗料の液膜の厚みにムラが生じることを突き止めた。

それに対し、本実施形態によれば、ベルハブ５の端面５３から飛翔した塗料は、図５の矢印Ａ５に示すように、第１内周面３３ａと、第２内周面３３ｂと、を順番に流れることになる。本願発明者らにより得られた知見によれば、中心軸Ｃ方向に延びる第１内周面３３ａに沿って塗料を流動させることで、界面側の流速と表層側の流速との差異を低減し、塗料の液膜を均厚化することができる。これにより、塗料の液膜の波立ちを抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、ベルハブ５の端面５３から飛翔した塗料は、第１内周面３３ａにおける基端側部分３３Ｒに到達することになる。こうすることで、第１内周面３３ａに到達した塗料は、先端側部分３３Ｔばかりでなく、基端側部分３３Ｒも流れるようになる。これにより、第１内周面３３ａを流れる際の流動距離をより長くすることができ、塗料液膜の波立ちをより確実に抑制することができる。

このように、前記の構成によれば、塗料液膜の波立ちを抑制し、ひいては、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能になる。

また、図２に例示したように、中心軸Ｃ方向に対する第１内周面３３ａの傾斜角をθｃとしたときに、０°≦θｃ≦２０°の関係を満足するように第１内周面３３ａを構成することで、塗料液膜の波立ちをより確実に抑制することができるようになる。

また、図５に例示したように、ベルハブ５の内底面５１に吐出された塗料は、その端面５３を介してベルカップ３へ至る前に、一旦、その内周面５２に沿って流れることになる（図５の矢印Ａ３を参照）。本願発明者らにより得られた知見によれば、断面凹状に形成された部材の内周面に沿って塗料を流動させることで、回転軸２１に対する偏芯の影響を低減し、塗料の液膜を均厚化することができる。これにより、衝突した塗料の中心軸Ｃに対する偏芯による流動の阻害等に起因した塗料液膜の波立ちを抑制することができる。

また、ベルハブ５からベルカップ３へ乗り移る前に、塗料の波立ちを予め抑制しておくことで、ベルハブ５からベルカップ３へ乗り移る際の衝突の影響を考慮しても、塗料液膜の厚みを可能な限り均一に保つことができる。そのことで、塗料粒子径の微細化および均一化を実現することが可能になる。

また、図５を用いて説明したように、ベルハブ５の内底面５１に沿って流れる塗料は、ベルハブ５の回転に起因した遠心力によって拡散流となる。一方、ベルハブ５の内周面５２に沿って流れる塗料は、中心軸Ｃと略平行に流れることから、いわゆる並行流となる。本願発明者らにより得られた知見によれば、並行流は、拡散流と比較して、障害物から受ける影響が小さい。すなわち、図６に示すように、拡散流の場合は、障害物としての連結具６に衝突した塗料の流れは、連結具６周辺の流れが拡散していることから、相対的に合流し難くなる。一方、並行流の場合は、連結具６に衝突した塗料の流れは、連結具６周辺の流れが略平行となっていることから、拡散流の場合に比して、相対的に合流し易くなる。

よって、図１、図３等に例示したように、ベルハブ５の内底面５１ではなく内周面５２に連結具６を設けることで、障害物としての連結具６による流動への影響を抑制し、ひいては、塗料粒子径の微細化および均一化を実現する上で有利になる。

また、図５を用いて説明したように、ベルハブ５の端面５３からベルカップ３へ乗り移った塗料は、ベルカップ３の内周面のうち、先端側の第２内周面３３ｂに加えて、基端側の第１内周面３３ａも流れることになる。この第１内周面３３ａは、ベルハブ５の内周面５２と同様の機能を発揮する。その結果、塗料粒子径の微細化および均一化を実現する上で一層有利になる。

また、図５を用いて説明したように、ベルハブ５からベルカップ３へと乗り移ろうとする塗料は、ベルハブ５における端面５３側の外周部５４からベルカップ３に飛翔するところ、図４に示すように、その外周部５４を先細とすることで、先細とされた部分の先端から塗料が飛翔するようになる。

仮に、外周部５４を、丸みを帯びた形状とした場合、表面張力によって外周部５４に付着した塗料が、丸みを帯びた各所から飛翔することになる。この場合、塗料の流動距離が不均一となるため、塗料粒子径の微細化および均一化を実現する上で不利になる。

一方、本実施形態によれば、図５に示したように、外周部５４における特定の部位（先細とされた部分の先端）から塗料が飛翔するようになる。そのことで、塗料の流動距離を略一定に保ち、ひいては、塗料粒子径の微細化および均一化を実現する上で有利になる。

また、図１に示すように、ベルハブ５の内周面５２は、ベルハブ５の内底面５１側から端面５３へ向うにつれて、中心軸Ｃから離れるように延びている。これによれば、内周面５２上の塗料を、ベルハブ５の回転に起因した遠心力によって内底面５１側から端面５３側へ流動させることができる。そのことで、例えば、内底面５１と内周面５２とが交わる角部付近に塗料が残存しないようにすることができ、ひいては、回転ベルカップ塗装機１の使い勝手を向上させることができる。このことは、特に、複数種の塗料を交換しながら塗装をするときに有効である。

（回転ベルカップ塗装機の変形例）
図９は、回転ベルカップ塗装機の従来例を示す図１対応図である。

前記実施形態では、塗料粒子径の微細化および均一化を実現するために、断面凹状のベルハブ５を用いた構成について説明したが、本開示は、その構成に限定されない。

例えば、変形例に係る回転ベルカップ塗装機１０１のように、前記実施形態と同様に構成された第１内周面１３３ａおよび第２内周面１３３ｂを備えてなるベルカップ１０３と、従来例と同様に、中央部を隆起させた断面形状を有するベルハブ３０５と、を組み合わせた構成としてもよい（図９を参照）。

１ 回転ベルカップ塗装機
２ 管状部材
２１ 回転軸
２２ フィードチューブ（塗料供給管）
３ ベルカップ
３３ 塗料拡散面
３３ａ 第１内周面
３３ｂ 第２内周面
３３Ｒ 第１内周面の基端側部分
３３Ｔ 第１内周面の先端側部分
４ 支持具
５ ベルハブ（塗料受け部材）
５１ 内底面
５２ 内周面
５３ 端面
５４ 外周部
６ 連結具
Ｃ 中心軸

Claims (5)

1. 遠心霧化した塗料粒を放出する回転ベルカップ塗装機であって、
   先端から塗料を吐出する塗料供給管と、
   前記塗料供給管の先端を取り囲むように設けられ、該塗料供給管の中心軸まわりに回転するベルカップと、
   前記塗料供給管の先端に対向し、該先端から吐出された塗料を受ける塗料受け部材と、を備え、
   前記ベルカップは、
   基端側の第１内周面と、
   前記第１内周面に比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる第２内周面と、を有し、
   前記中心軸方向に直交する径方向と、前記第２内周面上での所定位置における該第２内周面の接線方向と、がなす傾斜角をθ_ｓとし、前記径方向に沿って見たときの前記中心軸から前記所定位置までの長さをＲとし、ｃを定数とすると、前記第２内周面は、
   Ｒｃｏｓθ_ｓ＝ｃ …（Ａ）
   の関係を満足するように形成される
   ことを特徴とする回転ベルカップ塗装機。
2. 遠心霧化した塗料粒を放出する回転ベルカップ塗装機であって、
   先端から塗料を吐出する塗料供給管と、
   前記塗料供給管の先端を取り囲むように設けられ、該塗料供給管の中心軸まわりに回転するベルカップと、
   前記塗料供給管の先端に対向し、該先端から吐出された塗料を受ける塗料受け部材と、を備え、
   前記ベルカップは、
   基端側の第１内周面と、
   前記第１内周面に比して先端側に設けられ、該先端側に向かって拡径してなる第２内周面と、を有し、
   前記中心軸方向に直交する径方向と、前記第２内周面上での所定位置における該第２内周面の接線方向と、がなす傾斜角は、前記中心軸方向に沿って先端側に向かうに従って連続的に増加し、
   前記傾斜角が増加する際の変化率は、前記先端側に向かって連続的に増加する
   ことを特徴とする回転ベルカップ塗装機。
3. 請求項１又は２に記載された回転ベルカップ塗装機において、
   前記傾斜角は、前記ベルカップの先端に至るまで連続的に増加する
   ことを特徴とする回転ベルカップ塗装機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された回転ベルカップ塗装機において、
   前記第１内周面は、前記中心軸方向に沿って延び、
   前記塗料受け部材は、前記塗料供給管から吐出された塗料を前記ベルカップに放出する端面を有し、
   前記端面から外方に向かって延ばした延長線は、前記中心軸方向に沿って前記第１内周面を基端側部分と先端側部分とに２分したときの該基端側部分と交差する
   ことを特徴とする回転ベルカップ塗装機。
5. 請求項４に記載された回転ベルカップ塗装機において、
   前記中心軸方向に対して前記第１内周面がなす傾斜角をθｃとすると、
   ０°≦θｃ≦２０°
   の関係が満足される
   ことを特徴とする回転ベルカップ塗装機。

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