JP2626192B2 - 回転霧化静電塗装装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車用ボデーの塗装等に用いられる回転
霧化静電塗装装置に関し、とくに回転霧化頭の振れ量を
抑制する構造に関する。

［従来の技術］ 回転霧化静電塗装装置は、機械的な高速回転力により
塗料を微粒化（霧化）し、この微粒化された塗料に電荷
を加え、塗料を静電力で非塗装物に吸着させる装置であ
る。塗料を霧化させる霧化頭の回転数は塗料によって異
なるが、ソリッド系の塗料の場合は1.5万〜3.0万rpm、
メタリック系の塗料の場合は3.0万〜5.0万rpmと非常に
高回転になる。したがって、霧化頭が取付けられる回転
軸を通常のコロ軸受等で支持する場合は潤滑が不十分と
なり、軸受の損傷を招く。そこで、潤滑に起因する問題
を解決するために、霧化頭が取付けられる回転軸を空気
軸受で支持するようにした回転霧化静電塗装装置が提案
されている（特開昭56−141864号公報）。

第７図は、従来の空気軸受方式の回転霧化静電塗装装
置の要部を示している。図中、１は回転霧化静電塗装装
置を示しており、回転軸２は空気軸受３で支持されてい
る。回転軸２の先端部には塗料を霧化させるための霧化
頭４が取付けられている。霧化頭４が取付けられる回転
軸２の反対側の先端には、回転軸２の回転させるための
タービン翼（図示略）が連結されている。塗料はフィー
ドチューブ５により霧化頭４に供給され、霧化頭４の高
速回転によりエッジ６で霧化され塗装が行なわれる。回
転軸２の先端部にはテーパ部2aが形成されており、霧化
頭４には回転軸２のテーパ部2aと嵌合可能なテーパ部4a
が形成されている。回転軸２と霧化頭４とは、嵌合され
た状態で霧化頭４側から挿通されたビス（ボルト）７の
螺合緊締によって締結されている。そして、霧化等４は
テーパ部の作用によって、回転軸２に対して自動的に芯
出しされる。

ところで、回転霧化静電塗装装置１では、霧化頭４の
後方側面部のフィードチューブ５から供給された塗料は
霧化頭４から吐出される。塗料の色替え時には、回転霧
化静電塗装装置１および配管系８に残存している前色の
塗料と、この塗料を洗浄するためのシンナー、エアも霧
化頭４から吐出される。そのため、塗料の色替え、洗浄
を実施するには、被塗装物へのそれらの飛散、付着を防
止することが要求される。従来の回転霧化静電塗装装置
１では、第８図に示すように、霧化頭４の周囲を覆い隠
す色替用のシュラウド９により、前色の塗料、洗浄用の
シンナ、エアを捕集することが行なわれている。

しかし、シュラウド９を設けることによって前色の塗
料および洗浄用のシンナー、エアの大部分が捕集可能に
なったものの、洗浄シンナーがシュラウド９の先端部9a
に付着し、この付着したシンナーが塗装時に被塗装面に
落下して、塗装品質が低下するという問題があった。ま
た、第７図の回転霧化静電塗装装置１の構造の場合は、
霧化頭４の部屋4bおよびその周辺が減圧状態になるた
め、霧化頭４の周辺では空気の流れ（エアポンピング現
象）10が発生し、回転霧化静電塗装装置１の霧化頭４の
外周面4cおよびシェーピングエアキャップ11に塗料が付
着し、この付着塗料が塗装中に被塗装物に飛んで、塗装
品質の低下を生じさせるという問題もある。

そこで、上記のような問題の解消をはかるために、回
転軸の回転中心に被接触状態でフィードチューブ（塗料
供給管）を配置し、回転中心から塗料を吐出させるよう
にした装置が採用されるに至っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、回転中心から塗料を吐出させるように
した塗装装置においては、回転軸中心にフィードチュー
ブが挿入されているため、第７図のように回転軸と霧化
頭とをビスで締結し、回転軸に対して霧化頭を芯出しす
ることはできなかった。そのため、回転軸と霧化頭のそ
れぞれにテーパ部とねじ部を形成し、両者を締結する方
法が考えられているが、この締結構造の場合は、ねじ部
の螺合時のクリアランス（半径方向のガタ）とテーパ部
の設定方法によって、回転軸に対して霧化頭を正確に芯
出しすることができないという問題が生じる。したがっ
て、このような締結構造の場合は、霧化頭の回転時の振
れ量が従来の装置よりも大きくなり、回転安定性等に影
響を及ぼすとともに、所望の条件での塗装作業ができな
くなり、塗装品質の低下を招くという問題がある。

本発明は、上記の問題に着目し、回転軸の回転中心か
ら塗料を吐出させる回転霧化静電塗装装置において、霧
化頭の回転時の振れ量を抑制することのできる霧化頭と
回転軸との締結構造を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を沿う本発明に係る回転霧化静電塗装装置
は、空気軸受で支持される回転軸の先端に霧化頭を取付
け、前記回転軸の回転中心に非接触状態で塗料供給管を
配置した回転霧化静電塗装装置であって、前記回転軸の
先端に第１のねじ部を形成するとともに該第１のねじ部
に隣接して第１のテーパ部を形成し、前記霧化頭に前記
第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ部を形成するとと
もに該第２のねじ部に隣接して第１のテーパ部と嵌合可
能な第２のテーパ部を形成し、前記第１のねじ部と第１
のテーパ部との同軸度を、該第１のねじ部と前記第２の
ねじ部との螺合時の半径方向のクリアランスよりも小と
し、前記回転軸に形成される第１のテーパ部の長さと、
該第１のテーパ部の長さの1/2におけるテーパ直径との
比を所定の範囲に設定したものから成る。

［作用］ このように構成された回転霧化静電塗装装置において
は、回転軸に第１のねじ部と第１のテーパ部が形成さ
れ、霧化頭に第２のねじ部と第２のテーパ部が形成され
る。そして、第１のテーパ部と第２のテーパ部とが嵌合
され、第１のねじ部と第２のねじ部とが螺合される。こ
の場合、第１のねじ部と第１のテーパ部との同軸度（偏
心量）は、第１のねじ部と第２のねじ部との螺合時の半
径方向のクリアランスよりも小とされるので、テーパ部
による霧化頭と回転軸との芯出しが確実に行なわれる。
つまり、第１のねじ部と第２のねじ部との螺合時のガタ
を大きくしているので、第１のねじ部と第２のねじ部と
の螺合による回転軸と霧化頭との芯出しは行なわれず、
回転軸と霧化頭との芯出しはテーパ部の嵌合のみによっ
て確実に行なわれる。

また、回転軸に形成される第１のテーパ部の長さと、
この第１のテーパ部の長さの1/2におけるテーパ直径と
の比を所定の範囲に設定するようにしたので、回転軸の
軸径に対して嵌合長さを十分にとることが可能となり、
芯出し精度を長期にわたって維持することが可能とな
る。

［実施例］ 以下に、本発明に係る回転霧化静電塗装装置の望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図ないし第５図は、本発明の第１実施例を示して
いる。第２図において、21は回転霧化静電塗装装置を示
している。回転霧化静電塗装装置21は略円筒状の回転軸
22を有しており、回転軸22は空気軸受24によって支持さ
れている。回転軸22の先端部には、塗料を霧化するため
の霧化頭25が取付けられている。回転軸22の反対側の先
端部には、回転軸22を回転させるためのタービン翼26が
連結されている。回転軸22の回転中心には、塗料供給管
としてのフィードチューブ23が回転軸22と非接触状態で
配置されている。

フィードチューブ23は、内管23aと外管23bとからなる
２重管から構成されている。内管23aの一方は、図示さ
れない塗料ホースを介してカラーチェンジバルブと接属
されている。内管23aの他方の先端部には、外管23bの先
端に配置されたバルブシート27と接触するバルブ28が設
けられている。内管23aの反対側の先端はエアシリンダ2
9と接続されており、塗装中はエアシリンダ29をパイロ
ットエア30で作動させることにより、バルブ28とバルブ
シート27を開弁状態とし、塗料を霧化頭25に供給するよ
うになっている。塗装時には、高速回転する霧化頭25に
よって塗料は霧化され、霧化された塗料に静電電圧−90
KV〜−110KVを印加することにより、塗料は効率より被
塗装物に付着される。

色替え洗浄時には、エアシリンダ29がパイロットエア
30によって作動され、バルブ28とバルブシート27が閉弁
状態とされる。これによって、カラーチェンジバルブ
（図示略）から供給され内管23aに残存している前色の
塗料は、シンナーによって洗浄され、圧縮エアにより外
管23bを介して系外に排出されるようになっている。ま
た、図示されない内管23aが洗浄された時点で、エアシ
リンダ29をパイロットエア30で作動させてバルブ28とバ
ルブシート27を開状態とし、シンナー、エアを霧化頭25
に供給して霧化頭25の洗浄が行なわれる。この一連の色
替え洗浄作業により、塗料、シンナー、エアは極少量し
か霧化頭25から吐出されないため、これら吐出物の被塗
装物への飛び散り、被塗装物への付着が抑制され、塗料
の色替え洗浄時における被塗装物の品質は確保される。

霧化頭25の部屋25aは、従来技術に示した霧化頭の部
屋とは異なり、周辺空気と直接接触しないようになって
いる。したがって、霧化頭25の外周空気が霧化頭25に向
けて流れるようなエアポンピング現象は生成されず、霧
化頭25の外周面25bおよびシェーピングエアキャップ31
に付着した塗料の飛散による被塗装物の品質低下が防止
されるようになっている。

第１図は、回転軸と霧化頭との締結構造を示してい
る。第１図に示すように、回転軸22の先端には、第１の
ねじ部35が形成されている。第１のねじ部35は、雄ねじ
から構成されている。回転軸22の先端には第１のねじ部
35に隣接して第１のテーパ部36が形成されている。第１
のねじ部35と第１のテーパ部36を機械加工する場合、ね
じ部とテーパ部の加工設備が異なるので両者の加工中心
の再現精度が問題となるが、本実施例では、両者の中心
の同軸度（偏心量）と回転安定性との基礎解析に基づ
き、同軸度が0.05mm以下となるように設定し、かつ、両
者の中心と回転軸の中心を一致させるようにしている。

本実施例では、回転軸22に形成される第１のねじ部35
の規格は、JIS規格でいうM15（メートルネジ）に準じて
おり、第１のねじ部35のピッチはJIS規格と同一の値で
あり、ねじ山からねじ谷までの距離（（外径−谷径）/
2）は、JIS規格に対して、ねじ谷方向に0.2mmだけ大と
なっている。すなわち、第１のねじ部35は、JIS規格に
対してネジ谷方向に0.2mm余分に切込まれている。これ
によって、後述する第２のねじ部37との螺合時の半径方
向のガタが大とされる。回転軸22に形成される第１のテ
ーパ部36は、長さＬが20mmであり、第１のテーパ部36の
長さＬの1/2におけるテーパ部の直径は、20mmとなって
いる。第１のテーパ部の1/2長におけるテーパ直径と第
１のテーパ部の長さの比は、0.5〜1.2（好ましくは0.7
〜1.0）に設定されている。この関係は、第４図に示す
ように、実験によって求められたものである。

霧化頭25には、第２のねじ部37が形成されている。霧
化頭25には、第２のねじ部37に隣接して第２のテーパ部
38が形成されている。第２のねじ部37は、JIS規格でい
うM15（メートルネジ）であり、ピッチおよびねじ山か
らねじ谷までの距離もJIS規格と同一になっている。第
２のテーパ部38は、回転軸22と同一寸法で加工されてい
る。霧化頭25の第２のねじ部37の加工と第２のテーパ部
38の加工は、同一の設備で行うことができるので、両者
の間に芯ずれはないものとし、前述した第１のテーパ部
のような関係は、特別に規定しない。

回転軸22の第１のねじ部37と第２のテーパ部38との間
には、周方向に延びる逃がし溝39が形成されている。逃
がし溝39は、回転軸22と霧化頭25との締結時に、回転軸
22の第１のテーパ部36が霧化頭25の第２のねじ部37に当
接するのを回避し、第１のテーパ部36が損傷するのを防
止する機能を有する。

なお、回転軸22に形成される第１のねじ部35と第２の
テーパ部36の中心の同軸度（偏心量）は、霧化頭25の重
量が180g以下（好ましくは20〜150g）で、かつ第１のね
じ部35の有効径が10〜20mmの領域において、0.05mm（好
ましくは0.01〜0.03mm）に設定されている。回転軸22の
第１のねじ部35と霧化頭25の第２のねじ部37の螺合時に
おける半径方向のクリアランス（ガタ）は、霧化頭25の
重量が180g以下（好ましくは20〜150g）で、かつ第１の
ねじ部35の有効径が10〜20mmの領域において、第１のね
じ部35と第１のテーパ部36との同軸度0.05mmよりも大き
く（好ましくは0.2〜0.35mm）に設定されている。

つぎに、第１実施例における作用について説明する。

第１図の２点鎖線で示した回転軸22は、回転軸22と霧
化頭25との締結状態を示している。本実施例では、第１
のねじ部35と第１のテーパ部36との同軸度（偏心量）
は、第１のねじ部35と第２のねじ部37との螺合時の半径
方向のクリアランスよりも小に設定されるので、テーパ
部36、38の嵌合のみによる回転軸22と霧化頭25との芯出
しが確実に行なわれる。

第３図は、回転軸22と霧化頭25の同軸度に対する第１
のねじ部36のクリアランスと霧化頭25の振れ量との関係
を示している。ここで、回転軸22の第１のねじ部35の有
効径は10〜20mmであり、第１のテーパ部の1/2長におけ
るテーパ直径と第１のテーパ部の長さの比は1.0であ
る。また、この場合の霧化頭25の重量は180gとした。第
３図に示すように、霧化頭25の振れ量を目標値である0.
04mm以下に抑える場合は、第１のねじ部35と第２のねじ
部37との螺合時のクリアランスの上限は、0.35mmであっ
た。なお、上記のクリアランスを0.1mmに設定し、回転
軸22と霧化頭25との中心の同軸度を0.1mmとした場合
は、霧化頭25の振れ量は0.65mmであった。

第４図は、回転軸22の第１のテーパ部の1/2長におけ
るテーパ直径／テーパの長さと霧化頭25の振れ量との関
係を示している。ここで、回転軸22の第１のねじ部35の
有効径は10〜20mmであり、第１のねじ部35と第１のテー
パ部36の同軸度は0.05mmに設定されている。また、第１
のねじ部35と第２のねじ部38との螺合時における半径方
向のクリアランスは0.2mmに設定されている。霧化頭25
の重量は180gとした。第４図に示すように、霧化頭25の
振れ量は目標値である0.04mm以下に抑えるには、テーパ
長1/2におけるテーパ直径の比を0.5〜1.2、好ましくは
0.7〜1.0に設定すればよいことになる。

このように、回転霧化静電塗装装置21においては、回
転軸22と霧化頭25との締結条件を上述のように設定する
ことにより、霧化頭25の回転時の振れ量を小さくするこ
とが可能となり、安定した高速回転が得られ、塗装品質
および装置の耐久性の向上がはかれる。

第２実施例 第５図は、本発明の第２実施例を示している。第２実
施例が第１実施例と異なるところは、回転軸22の先端部
の構造のみであり、その他の部分は第１実施例に準じる
ので、準じる部分に第１実施例と同一の符号を付すこと
により準じる部分の説明を省略し、異なる部分について
のみ説明する。後述する他の実施例も同様とする。

第５図において、回転軸22の第１のテーパ部36の表面
には、硬質層41が形成されている。本実施例では、回転
軸22をステンレス（SUS）材から構成し、硬質層41は硬
質クロムメッキからなっている。また、回転軸22が焼入
れ可能な鋼材から構成される場合は、熱処理等によって
硬質層41を形成する構成としてもよい。

なお、本実施例では、第１のねじ部35と第１のテーパ
部36の間に位置する逃がし溝39の幅Ｗは、第１のテーパ
部36の端面から0.5〜2.0mmの範囲に設定され、深さＤは
第１のテーパ部36の端から0.5〜2.0mmの範囲に設定され
ている。

このように構成された第２実施例においては、回転軸
22の第１のテーパ部36の表面に硬質層41が形成されるた
め、回転軸22と霧化頭25との締結時に、第１のテーパ部
36が霧化頭25との当接によって損傷するのが防止され
る。これによって、第１のテーパ部36の損傷による回転
軸22と霧化頭25との芯ずれの発生が回避され、霧化頭25
の振れ量を所望の値に維持することが可能となる。

第３実施例 第６図は、本発明の第３実施例を示している。本実施
例では、第１のねじ部36がJIS規格のM10〜M20の範囲に
おいて、逃がし溝39の底面から回転軸22の内周壁面まで
の距離Ｔがたとえば1.0mmに設定されている。なお、回
転軸22の先端部の機械的強度を十分に満足することが可
能であれば、上述の距離Ｔを1.0mm以上とするのが望ま
しい。

このように構成された第３実施例においては、回転軸
22と霧化頭25とを締結する際に、第１のねじ部36の端部
を逃がし溝39によって確実に逃がすことが可能となる。
そのため、第１のねじ部35の倒れが回避され、第１のね
じ部35と第２のねじ部37の螺合中心と両テーパ部36、38
の嵌合中心との同軸度（偏心量）が両ねじ部35、37の螺
合時における半径方向のクリアランスよりも大となるこ
とは防止される。したがって、霧化頭25の振れ量は所定
値内に維持される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る回転霧化静電塗装
装置によるときは、回転軸の先端に第１のねじ部を形成
するとともに第１のねじ部に隣接して第１のテーパ部を
形成し、霧化頭に第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ
部を形成するとともに第２のねじ部に隣接して第１のテ
ーパ部と嵌合可能な第２のテーパ部を形成し、第１のね
じ部と第１のテーパ部との同軸度を、第１のねじ部と第
２のねじ部との螺合時の半径方向のクリアランスよりも
小とし、回転軸に形成される第１のテーパ部の長さと、
第１のテーパ部の長さの1/2におけるテーパ直径との比
を所定の範囲に設定したので、以下の効果が得られる。

（イ）第１のねじ部と第２のねじ部との螺合時の半径方
向のクリアランス（ガタ）を大きくしているため、第１
のねじ部と第２のねじ部との螺合による回転軸と霧化頭
との芯出しを回避し、回転軸と霧化頭との芯出しはテー
パ部の嵌合のみによって確実に行なうことができる。し
たがって、霧化頭の回転軸の振れ量を抑制することが可
能となり、回転安定性が高められる。その結果、従来よ
りも塗装品質を高めることができるとともに、装置の耐
久性を高めることができる。

（ロ）また、回転軸に形成される第１のテーパ部の長さ
と、この第１のテーパ部の長さの1/2におけるテーパ直
径との比を所定の範囲に設定しているので、回転軸の軸
径に対して嵌合長さを十分にとることができ、芯出し精
度を長期にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る回転霧化静電塗装装
置における回転軸と霧化頭との組付状態を示す断面図、 第２図は第１図の回転霧化静電塗装装置の要部断面図、 第３図は第１図の装置における第１のねじ部のクリアラ
ンスと霧化頭の振れ量との関係を示す特性図、 第４図は第１図の装置における第１のテーパ部の長さと
直径の比に対する霧化頭の振れ量の関係を示す特性図、 第５図は本発明の第２実施例に係る回転霧化静電塗装装
置における回転軸と霧化頭との組付状態を示す断面図、 第６図は本発明の第３実施例に係る回転霧化静電塗装装
置における回転軸と霧化頭との組付状態を示す断面図、 第７図は従来の回転霧化静電塗装装置における霧化頭近
傍の断面図、 第８図は塗料等の飛散防止用のシュラウドを設けた従来
の回転霧化静電塗装装置の断面図、 である。 21……回転霧化静電塗装装置 22……回転軸 23……塗料供給管としてのフィードチューブ 24……空気軸受 25……霧化頭 35……第１のねじ部 36……第１のテーパ部 37……第２のねじ部 38……第２のテーパ部 39……逃がし溝 41……硬質層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気軸受で支持される回転軸の先端に霧化
   頭を取付け、前記回転軸の回転中心に非接触状態で塗料
   供給管を配置した回転霧化静電塗装装置であって、前記
   回転軸の先端に第１のねじ部を形成するとともに該第１
   のねじ部に隣接して第１のテーパ部を形成し、前記霧化
   頭に前記第１のねじ部と螺合可能な第２のねじ部を形成
   するとともに該第２のねじ部に隣接して第１のテーパ部
   と嵌合可能な第２のテーパ部を形成し、前記第１のねじ
   部と第１のテーパ部との同軸度を、該第１のねじ部と前
   記第２のねじ部との螺合時の半径方向のクリアランスよ
   りも小とし、前記回転軸に形成される第１のテーパ部の
   長さと該第１のテーパ部の長さの1/2におけるテーパ直
   径との比を所定の範囲に設定したことを特徴とする回転
   霧化静電塗装装置。