JP4209310B2 - 回転霧化式静電塗装方法と回転霧化式静電塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は塗装の技術分野に属するもので回転霧化式静電塗装方法と回転霧化式静電塗装装置の改良に関する。

自動車外板で代表されるボディやパネルの塗装技術として回転霧化式静電塗装手段が広く採用されている。これは霧化した塗料（塗料粒子）を高速化して被塗装面に衝突付着させるものである。ちなみに既成の回転霧化式静電塗装手段としては、塗料をベル形の塗料霧化頭で霧化したりその霧化塗料をシェーピングエアノズルで高速化したりするものが下記の特許文献１〜５や他の文献で知られている。

特許文献１〜５に係る各回転霧化式静電塗装手段については塗料の高い塗着効率・塗膜全体の均一な膜厚分布・塗装機に対する汚損防止などを企図した改善がなされ、それに基づく応分の成果をおさめている。

このような回転霧化式静電塗装手段のベル形塗料霧化頭としては生産性を考慮して直径５０ｍｍや７０ｍｍのものが作製されている。しかしこのサイズのベル形塗料霧化頭を用いて塗装パターン幅を５００〜６００ｍｍに設定する塗装の場合は、被塗装面の端末側でオーバースプレーがかなり生じる。周知のとおり、オーバースプレーは塗料が被塗装面に付着しないで散逸する現象のことである。したがってオーバースプレーによる塗装ロスや周辺の汚染が問題化する。

上記の対策として、塗装パターン幅を小さくしたり近接塗装を実施したりして塗着効率を向上させている。とはいえ、これらを既成の塗装手段で実施したりすると、膜厚不均一による品質不良や近接塗装に起因した塗装機械などの汚れが起こりがちになる。この理由は、塗装パターン幅を小さくすべくパターン制御用のエア圧を高くして近接塗装を実施した場合に被塗装面付近でエア速度が高速化するからであり、その影響で機器汚れや膜厚不均一などが発生する。もちろん塗り重ねを施しても品質不良は解消されないし、塗り重ね自体が塗装の生産性を低下させる。
特開平０６−３２００６５号公報 特開平０９−０００９９６号公報 特開平０９−２７６７５１号公報 特開平１０−３０９４９８号公報 特開２００２−２２４６１１公報

従来の回転霧化式静電塗装手段は既述のとおり、高レベルの塗着効率を確保しようとする場合に塗装の品質不良や機器の汚損が発生したりする。にもかかわらず従来技術には、かかる課題を解決するための技術示唆がない。

本発明はこのような塗装技術上の課題に鑑み、塗装品質の維持や機器汚損の防止を確保しながら高度の塗着効率をも満足させることのできる回転霧化式静電塗装方法と回転霧化式静電塗装装置を提供しようとするものである。

本発明に係る回転霧化式静電塗装方法は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発明は、高速回転している塗料霧化頭の内部に塗料を供給してこれを霧化するとともに霧化された塗料を塗料霧化頭の先方へ拡散させること、および、塗料霧化頭の外周に配置されたシェーピングエアノズルにエアを供給するとともに当該エアをシェーピングエアノズルの各噴射孔から噴射させて高速回転中の塗料霧化頭外周面に衝突させること、および、霧化拡散状態にある塗料の有効塗装パターン幅を上記衝突後のエアによりコントロールして霧化塗料を塗料霧化頭先方の被塗装面に付着させることを前提とした回転霧化式静電塗装方法において、直径３５〜４５ｍｍのベル形部材からなる塗料霧化頭を用いること、および、各噴射孔の直径が１．０〜１．５ｍｍであるシェーピングエアノズルを用いること、および、塗料霧化頭とシェーピングエアノズルとの相対関係において各噴射孔が塗料霧化頭の回転軸心線を基準にして１５〜２０゜の勾配で塗料霧化頭の外周面を向いているという条件を満していること、および、塗料を霧化かつ拡散させるときにベル形部材からなる塗料霧化頭を２５０００〜３００００ｒｐｍで高速回転させつつその内部に塗料を供給すること、および、エアを塗料霧化頭に衝突させるときにシェーピングエアノズルに対して５００〜６００ＮＬ／分の流量で供給したエアを各噴射孔から１５〜２０ｍ／秒の噴射速度で噴射させ、かつ、該噴射エアを塗料霧化頭の先端部より塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内の塗料霧化頭外周面に衝突させること、および、塗料霧化頭の外周面に衝突した後のエアにより塗料の有効塗装パターン幅を３００〜４００ｍｍにコントロールすること、および、塗料霧化頭の先方１５０〜２５０ｍｍのところにある被塗装面に霧化塗料を付着させることを特徴とする。

本発明に係る回転霧化式静電塗装方法によるときはつぎのような効果が得られる。一つは被塗装面に対する塗料の高い塗着効率である。これによって塗料の歩留まりが高まるから塗装コストの低減がはかれる。他の一つは塗膜全体が均一な膜厚分布を呈することである。これで塗装品質を高位に維持することができる。さらに他の一つは塗料による塗装機器の汚損がほとんど起こらないことである。これは機器のメンテナンスを簡易にする一方で作業環境をも良好にする。別の一つは塗装の生産性が高まることである。この高い生産性は大量塗装を可能にする。それが塗装コストの低減にも通じる。

本発明に係る回転霧化式静電塗装装置はこれを用いることで上記の効果が安定して得られる。したがって当該装置は本発明方法を実施する上で有用なものである。

本発明方法と本発明装置の実施形態として添付の図面に例示されたものは、回転霧化式静電塗装の実施において高い塗着効率・均一な膜厚分布・塗装品質の高維持・塗装の高生産性などを満足させるものである。しかしこれは一例にすぎないから、本発明方法や本発明装置は図示の実施形態に限定されるものでない。

本発明方法とこれに用いる本発明装置については図１・図２に基づいてその一実施例を説明する。

図１・図２において、１１は回転霧化式静電塗装装置の機体、２１は塗料供給ノズル、３１はエアモータ、４１は塗料霧化頭、５１はハブ、６１はシェーピングエアノズルを示し、８１は導電性カバー、８２は絶縁性カバー、９１は反発電極を示す。

上記のうちで管状をなす塗料供給ノズル２１は、周知の導電性材料たとえば金属でつくられた一本または複数本のノズル管からなる。塗料供給ノズル２１が複数本のノズル管からなるときは、各ノズル管がバンドル状に集合一体化される。塗料供給ノズル２１は非回転体として機体１１の軸心部に保持される。塗料供給ノズル２１の先端部は機体１１の先端部側（図１の下方）へ突出しており、塗料供給ノズル２１の基端部側（図１の上方側）は図示しない塗料供給系に接続されている。

エアモータ３１については周知のとおり、圧縮空気を動力源にして所定部を高速回転させるというものである。エアモータ３１は回転体３２・回転支持体３４・その他を主要な構成部材にしている。これらのうちの回転体３２の先端部外周面には雄ネジ３３が形成されている。エアモータ３１の回転体３２は塗料供給ノズル２１の外周にあってこれと同心状に配置されており、エアモータ３１の回転支持体３４は回転体３２の外周にあって該回転体３２を回転自在に支持している。回転支持体３４は機体１１の一部に組み付けられて固定されている。

シェーピングエアノズル６１はノズルヘッド６２・ホルダ６７・エア供給路材７２など複数のノズル部品を組み立てたものからなる。これらはアルミニウム合金製であることが多い。なかでもノズルヘッド６２やホルダ６７はアルミニウム合金に無電解ニッケルメッキが施されたりする。カバー構造のノズルヘッド６２は中心の開口部６３や外周部が円形である。ノズルヘッド６２の内面側は円形の環状溝６４となっており、ノズルヘッド６２のフラットな先端部壁には多数の噴射孔６５が形成されている。ノズルヘッド先端部壁の噴射孔６５は、２４〜４８個程度のものが周方向に等間隔で分布していることが多い。各噴射孔６５の直径は１．０〜１．５ｍｍである。各噴射孔６５の勾配すなわち機体１１の中心軸線に対する各噴射孔６５の傾きは１５〜２０゜である。望ましい一例として３６個としたときの各噴射孔６５は直径が１．３ｍｍで勾配が１８゜である。このほかノズルヘッド６２の周壁内面には雌ネジ６６が形成されている。板状のホルダ６７も外周部が円形で中心に円形の開口部６８がある。ホルダ６７の外周寄りの部分には該部を貫通する多数の通気孔６９が形成されている。ホルダ６７には、また、開口部６８と各通気孔６９との間にネジ差込孔７０が複数形成されている。ホルダ６７の場合も各通気孔６９や各ネジ差込孔７０が周方向に等間隔で分布している。これ以外のものとして、ノズルヘッド６２の雌ネジ６６と対応する雄ネジ７１がホルダ６７の外周面に形成されている。平面円形のエア供給路材７２も外周部が円形で中心に円形の開口部７３がある。エア供給路材７２の先端面には円形で環状をなす通気溝７４が形成されている。エア供給路材７２の先端面にはさらに、通気溝７４と連通するものであって上下方向にわたる給気路７５が形成されている。給気路７５は単数であったり複数であったりする。このほかに、エア供給路材７２の外周面には雄ネジ７６が形成されている。これらの部品のうちでエア供給路材７２は、回転支持体３４の先端部よりその外周部に装着されて固定される。ホルダ６７はエア供給路材７２の先端面にあてがわれるとともに各ネジ差込孔７０からエア供給路材７２にねじ込まれた複数本のボルト７７を介してエア供給路材７２に組み付けられる。この組み付けによりエア供給路材７２の通気溝７４とホルダ６７の各通気孔６９とが互いに通じる。ノズルヘッド６２については、これの雌ネジ６６をホルダ６７の雌ネジ６６にねじ込むことでホルダ６７に組み付けられる。この組み付けではホルダ６７の各通気孔６９とノズルヘッド６２の環状溝６４とが互いに通じる。かかる組立構成のシェーピングエアノズル６１にあっては、給気路７５の基端部側がエア供給系（図示せず）と接続される。以上のような組み立てで気密性を要する箇所にはＯリングその他のシール部材が施される。かくてアセンブリの完了したシェーピングエアノズル６１ではエア上流側（エア供給側）からエア下流側（エア噴射側）にわたり、給気路７５→通気溝７４→通気孔６９→環状溝６４→噴射孔６５という一連のエア流路が確立する。

塗料霧化頭４１は塗料を霧化（粒子化）するための主要部品の一つである。これは筒状体である。さらにいうと、塗料霧化頭４１は略截頭円錐形（末広がり形状）をしているためベル形と称されている。塗料霧化頭４１の先端部（最大直径部）は直径３５〜４５ｍｍで、その外部円錐面と先端面とのなす内角は６５〜７５゜である。代表例ともいえる望ましい例をいえば、塗料霧化頭４１の先端部が直径４０ｍｍで、円錐面と先端面とのなす内角が７０゜である。塗料霧化頭４１の内部には軸心線と直角をなす仕切壁があってそこに開口部４２が形成されている。開口部４２のやや上の霧化頭内周面にはエアモータ回転体３２の雄ネジ３３と対応する雌ネジ４３が形成されている。この塗料霧化頭４１もたとえばアルミニウム合金に無電解ニッケルメッキを施したものからなる。

ハブ５１は塗料を塗料霧化頭４１の内部全域に均等拡散流動させるためのものである。そのためにハブ５１は、等間隔かつ放射状に分布した多数の放射スリット５２を有し、そのほかに中心孔５３を有している。ハブ５１は金属や樹脂など周知の材料からなる。

塗料霧化頭４１とハブ５１は、ハブ５１が塗料霧化頭４１内の開口部４２下に装着されることで両者が一体に組み合わされる。かくてハブ５１を保持した塗料霧化頭４１は、これの雌ネジ４３をエアモータ回転体３２の雄ネジ３３にねじ込むことで該回転体３２の先端部に組み付けられる。この組み立て状態において、塗料供給ノズル２１の先端部は塗料霧化頭４１内の開口部４２に嵌り込んでハブ５１を指向する。一方でシェーピングエアノズル６１の各噴射孔６５は塗料霧化頭４１の外周面を向く。各噴射孔６５は、また、前述した噴射角度を付されたものであるからシェーピングエアノズル６１の回転軸心線を基準にした勾配が１５〜２０゜となる（具体例：１８゜）。さらにいうと、各噴射孔６５から噴射されたエアは塗料霧化頭４１の先端部より塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内の塗料霧化頭外周面に衝突するようになる。

図１〜図２において、エアモータ３１やシェーピングエアノズル６１の周囲にはこれらの所定部を覆うための導電性カバー（金属製）８１および絶縁性カバー（樹脂製）８２が周知の手段で施される。さらに機体１１の先端部には、ステー９２を介して絶縁性カバー８２に取り付けられた反発電極９１が配置される。

上述した本発明装置を用いて実施する本発明方法は、塗料供給ノズル２１を通じて供給される塗料にマイナスの電荷を与えたり塗料霧化頭４１下の被塗装物（アース側）をプラス側にしたりして塗料と被塗装物との間に静電界を発生させ、それで塗装を行うものである。この方法の一例は以下のようなものである。

エアモータ３１については、これの回転体３２を高速回転させて塗料霧化頭４１を回転数３００００ｒｐｍ以下の回転状態たとえば２５０００〜３００００ｒｐｍに保持する。図示しない塗料供給系から塗料供給ノズル２１へと供給される塗料については、これを塗料供給ノズル２１の先端から塗料霧化頭４１内のハブ５１に向けて噴射する。シェーピングエアノズル６１については、図示しないエア供給系から前記エア流路（給気路７５→通気溝７４→通気孔６９→環状溝６４→噴射孔６５）へ流量５００〜６００ＮＬ／分にてエアを供給する。被塗装物の被塗装面Ｓは塗料霧化頭４１の先方１５０〜２５０ｍｍ望ましくは該霧化頭の先端部から２００ｍｍのところに置く。

上記のように塗料供給ノズル２１から噴射された塗料は、ハブ５１を通過したのち、塗料霧化頭４１の内部全域に均等拡散流動して霧化状態となるとともに所定の塗装パターン幅を保持して塗料霧化頭４１下の被塗装面Ｓに付着する。このときシェーピングエアノズル６１の各噴射孔６５から１５〜２０ｍ／秒の速度で噴射されるエアは、塗料霧化頭４１の円錐外周面（霧化頭先端部から塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内）に衝突して先方へ高速流動し、霧化塗料の塗装パターン幅を３００〜４００ｍｍにコントロールする。したがって被塗装面Ｓは、このようにコントロールされた塗装パターン幅の霧化塗料で塗装されることとなる。

かかる本発明方法によるときは、被塗装面Ｓに対する塗料の塗着効率が高く、塗装も高品質で、塗装機器の汚損などが起こりがたい。ちなみに塗着効率は従来技術よりも１５〜２０％程度向上して８５％以上の高効率になる。その理由は、所期の目的を達成するためのスペックやパラメータが下記(1)〜(9)の条件を満たしているからである。
(1) 塗料霧化頭４１の直径＝３５〜４５ｍｍ
(2) 塗料霧化頭４１の回転数＝２５０００〜３００００ｒｐｍ
(3) 噴射孔６５の直径＝１．０〜１．５ｍｍ
(4) 噴射孔６５の勾配＝１５〜２０゜
(5) エアの供給流量＝５００〜６００ＮＬ／分
(6) 噴射エアの流速＝１５〜２０ｍ／秒
(7) エアの衝突領域＝塗料霧化頭４１の円錐外周面で該霧化頭先端部から塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内
(8) 霧化塗料の有効塗装パターン幅＝３００〜４００ｍｍ
(9) 塗料霧化頭４１の先端部から被塗装面Ｓまでの距離＝１５０〜２５０ｍｍ

上記において、塗料霧化頭４１の直径が３５ｍｍ未満のように小さいときは、塗料の微粒化を維持するために塗料霧化頭４１を回転数３００００ｒｐｍよりも速く回転させることを要する。そのため塗料霧化頭４１を回転数３００００ｒｐｍ超過で回転させたりするとオーバースプレーになり、塗料ロスや周辺の汚染が発生する。逆に塗料霧化頭４１の直径が４５ｍｍ超過と大きいときは、塗料霧化頭４１を２５０００〜３００００ｒｐｍで回転させたとしても塗装パターン幅が最適な３００〜４００ｍｍにならない。したがって塗料霧化頭４１の直径については３５〜４５ｍｍの範囲内にあることが技術的に有意であるといえる。噴射孔６５の直径１．０〜１．５ｍｍやエア供給流量５００〜６００ＮＬ／分のときに噴射エア流速が１５〜２０ｍ／秒の範囲内にあるとエアが安定し、被塗装面Ｓに当たったエアが跳ね返るとか、塗装パターン幅が乱れるとかいう不具合が生じない。各噴射孔６５が塗料霧化頭４１の回転軸心線を基準にして１５〜２０゜の勾配でその霧化頭外周面を向いているとき、各噴射孔６５から噴射されるエアは塗料霧化頭４１の先端部から塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内の霧化頭外周面に衝突する。かかる衝突後のエアはシェーピング用として望ましい方向性と流動性を示し、霧化塗料の有効塗装パターン幅も３００〜４００ｍｍで安定する。塗料霧化頭４１の先端部から被塗装面Ｓまでの距離については、１５０ｍｍ未満のときショートによる火災の危険性が高まり、２５０ｍｍ超過のとき塗料の塗着効率が低下する。したがってこの距離は、１５０〜２５０ｍｍであるのがよい。

上述した本発明方法については、塗料の高い塗着効率によって塗料の歩留まりが高まり塗装の生産性も向上する。これらは塗装コストの低減にも通じるものである。加えて、霧化塗料やシェーピング用のエアが十分な安定性を示し、これに依存して被塗装面の塗膜が均一に仕上がるから塗装の品質が高レベルになる。本発明の条件を満たすときはオーバースプレーに起因した塗装機器の汚損もほとんど起こらない。したがって機器のメンテナンスが簡易となる。オーバースプレーがないときは、また、作業環境も良好になる。

本発明に係る回転霧化式静電塗装方法は塗料の高い塗着効率・塗料の高歩留まり・塗装コストの低減・塗膜全体の均一性・塗装の高品質・塗装機器の汚損防止・機器の簡易メンテナンス性・良好な作業環境・塗装の高生産性・大量塗装などを満足させる。したがって当該方法は、自動車部門のボディ塗装をはじめとする各種の工業塗装に適用した場合に有意な結果を得ることができる。

本発明に係る回転霧化式静電塗装方法は上記のごとき諸効果のある本発明方法を実施するのに適している。したがって当該装置は、本発明方法を実施する上で有用かつ有益なものである。

本発明方法と本発明装置の一実施例を示した切り欠き正面図である。 図１の要部拡大断面図である。

符号の説明

１１ 機体
２１ 塗料供給ノズル
３１ エアモータ
３２ エアモータの回転体
４１ 塗料霧化頭
５１ ハブ
６１ シェーピングエアノズル
６２ ノズルヘッド
６４ 環状溝
６５ 噴射孔
６７ ホルダ
６９ 通気孔
７２ エア供給路材
７４ 通気溝
７５ 給気路
Ｓ 被塗装面

Claims (1)

1. 高速回転している塗料霧化頭の内部に塗料を供給してこれを霧化するとともに霧化された塗料を塗料霧化頭の先方へ拡散させること、および、塗料霧化頭の外周に配置されたシェーピングエアノズルにエアを供給するとともに当該エアをシェーピングエアノズルの各噴射孔から噴射させて高速回転中の塗料霧化頭外周面に衝突させること、および、霧化拡散状態にある塗料の有効塗装パターン幅を上記衝突後のエアによりコントロールして霧化塗料を塗料霧化頭先方の被塗装面に付着させることを前提とした回転霧化式静電塗装方法において、直径３５〜４５ｍｍのベル形部材からなる塗料霧化頭を用いること、および、各噴射孔の直径が１．０〜１．５ｍｍであるシェーピングエアノズルを用いること、および、塗料霧化頭とシェーピングエアノズルとの相対関係において各噴射孔が塗料霧化頭の回転軸心線を基準にして１５〜２０゜の勾配で塗料霧化頭の外周面を向いているという条件を満していること、および、塗料を霧化かつ拡散させるときにベル形部材からなる塗料霧化頭を２５０００〜３００００ｒｐｍで高速回転させつつその内部に塗料を供給すること、および、エアを塗料霧化頭に衝突させるときにシェーピングエアノズルに対して５００〜６００ＮＬ／分の流量で供給したエアを各噴射孔から１５〜２０ｍ／秒の噴射速度で噴射させ、かつ、該噴射エアを塗料霧化頭の先端部より塗料供給上流側５〜１０ｍｍの範囲内の塗料霧化頭外周面に衝突させること、および、塗料霧化頭の外周面に衝突した後のエアにより塗料の有効塗装パターン幅を３００〜４００ｍｍにコントロールすること、および、塗料霧化頭の先方１５０〜２５０ｍｍのところにある被塗装面に霧化塗料を付着させることを特徴とする回転霧化式静電塗装方法。

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