JP4612048B2 - 静電塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧を印加した状態で塗料を噴霧するようにした静電塗装装置に関する。

一般に、静電塗装装置として、例えばエアモータと回転霧化頭とからなる噴霧器と、絶縁材料によって形成され該噴霧器のエアモータを保持するハウジング部材と、該ハウジング部材の外表面を覆って筒状に設けられたカバー部材と、外部電極を用いて噴霧器の回転霧化頭から噴霧された塗料粒子をマイナスの高電圧に帯電させる高電圧発生器とを備えたものが知られている（例えば、特開２００１−１１３２０７号公報参照）。
このような従来技術による静電塗装装置では、マイナスの高電圧が印加された外部電極とアース電位となる回転霧化頭との間、および外部電極と被塗物との間には、それぞれ電気力線による静電界域が形成される。また、外部電極の先端近傍にはマイナスのイオン化圏域が形成される。
この状態で、高速回転する回転霧化頭を用いて塗料を噴霧すると、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子は、イオン化圏域を通過することによってマイナスの高電圧に帯電され、帯電塗料粒子となる。これにより、帯電塗料粒子は、アースに接続された被塗物に向けて飛行し、該被塗物の表面に塗着する。
ところで、特開２００１−１１３２０７号公報による静電塗装装置では、カバー部材の外表面は、放電されているマイナスの負極性に帯電している。このため、互いにマイナスの同極性にある帯電塗料粒子とカバー部材とが反発し、カバー部材の外表面に塗料粒子が付着するのを防止している。また、カバー部材等は絶縁材料を用いて形成されることによって、その外表面に帯電した高電圧の電荷がアース電位側に漏洩するのを防止している。
しかし、実際には、静電塗装を継続するに従って、カバー部材の外表面には徐々に塗料粒子が付着して付着塗料となる。このため、この付着塗料によって、カバー部材の外表面の絶縁度が低下するという問題がある。そして、カバー部材の絶縁度が低下すると、塗料の付着が急激に進行する。このため、従来技術では、付着した塗料を除去するために、塗装作業を頻繁に中断せざるを得なかった。
また、特開２００１−１１３２０７号公報による静電塗装装置では、カバー部材の外表面に撥水性塗料を塗布することによって、塗料粒子の付着を防止している。しかし、この塗装装置では、塗装作業の終了時に塗装装置の外表面を洗浄するのに伴って、撥水性塗料の膜厚が徐々に薄くなるため、定期的に撥水性塗料を再塗布する必要がある。また、撥水性塗料の塗膜の品質が安定しないため、製品歩留まりが低く、塗膜形成作業そのもののコストも高いという問題もある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、カバー部材の外表面に高電圧を安定的に帯電させ、塗料粒子が付着するのを防止することができる静電塗装装置を提供することにある。
（１）．上述した課題を解決するために、本発明は、供給された塗料を被塗物に噴霧する塗料噴霧手段と、絶縁材料によって形成され該塗料噴霧手段を保持するハウジング部材と、絶縁材料によって形成され該ハウジング部材の外表面を覆って筒状に設けられたカバー部材と、前記塗料噴霧手段から噴霧された塗料粒子を高電圧に帯電させ帯電塗料粒子を被塗物に塗着させる高電圧印加手段とからなる静電塗装装置に適用される。
そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記ハウジング部材の外表面には、該外表面から凹陥した複数の凹陥部を設け、前記カバー部材は、前記ハウジング部材の外表面に接触した状態で覆うことにより、該各凹陥部を閉塞して閉塞空間を画成する構成としたことにある。
このように構成したことによって、カバー部材は、凹陥部を除いてハウジング部材の外表面に接触し、各凹陥部を閉塞して閉塞空間を画成している。このとき、一般に空気と絶縁材料とでは空気の方が比誘電率が小さいから、ハウジング部材のうち凹陥部内（閉塞空間）とカバー部材が接触している接触部位とでは、比誘電率が例えば２〜４倍程度異なる。そして、ハウジング部材には複数の凹陥部が設けられているから、各凹陥部内の閉塞空間によって等電位線が波を打った状態になる。
この結果、凹陥部の内側（閉塞空間）と外側（ハウジング部材）との境界付近では、等電位線の間隔が狭くなって電界強度が高くなると共に、複数の凹陥部によって電界強度の高い部位が周期的に形成される。これにより、カバー部材の外表面にも電界強度が高い部位が周期的に形成されるから、電界強度に比例するクーロン反発力も高めることができ、カバー部材に帯電塗料粒子が付着するのを効果的に防止することができる。
特に、本発明では、凹陥部内の閉塞空間、ハウジング部材、カバー部材からなる３部材の比誘電率をそれぞれ異ならせることができる。従って、これら比誘電率が互いに異なる３部材（閉塞空間、ハウジング部材、カバー部材）が境界をなす部分（凹陥部の開口周囲）で、等電位線の歪みが大きくなり、電界強度がさらに高くなる。このため、カバー部材を例えば数ｍｍ程度の薄膜を用いて形成することによって、カバー部材の外表面に極めて近い位置に比誘電率が互いに異なる３部材の境界部分を配置することができ、カバー部材の外表面の電界強度も高めることができる。この結果、帯電塗料粒子がカバー部材に付着するのを効果的に抑制することができる。
また、例えばハウジング部材に凹陥部を設けない場合には、帯電電荷は同一の部材では電位を安定させるために常時移動している。このように、帯電電荷が移動すると、ハウジング部材に接触するカバー部材の電界強度も不安定になると共に、カバー部材の全体に対する電界強度の分布も不均一になる。これにより、カバー部材の外表面には電界強度の強い箇所と弱い箇所とが形成されるから、気中を浮遊している帯電塗料粒子が電界強度の弱い箇所に局所的に集中して付着し、その箇所を基点として塗料の付着が加速的に進行する。
これに対し、本発明では、ハウジング部材には複数の凹陥部を設けたから、カバー部材のうちハウジング部材に接触する接触部位と凹陥部（閉塞空間）を覆う部位（非接触部位）とでは、電位の変動を異ならせることができる。このとき、カバー部材のうち凹陥部を覆う非接触部位では、その範囲内で電位の変動が自由に生じるから、電界強度も不均一になる。しかし、接触部位によって電位の変動が抑制されるから、電位の変動が凹陥部を覆う部位から逸脱し難い傾向がある。
このため、本発明では、複数の凹陥部をカバー部材の全体に対してそれぞれ独立して均等に配置することによって、カバー部材の全体では、電界強度のバランスを保持することができる。これにより、カバー部材の外表面全体に亘って帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
（２）．本発明では、前記ハウジング部材は、前記塗料噴霧手段を保持する本体部と、該本体部と前記カバー部材との間に位置して該本体部の外周側に設けられた中間筒部とによって構成し、前記凹陥部は、該中間筒部を貫通して、または該中間筒部の外周側に有底状に形成している。
このように構成したことにより、塗料噴霧手段を保持する本体部とは別個に筒状の中間筒部を形成することができる。このため、中間筒部に穴加工等を施すことによって、容易に中間筒部を貫通して、または該中間筒部の外周側に有底状に凹陥部を形成することができる。また、本体部に関係なく中間筒部の材料を自由に選択することができるから、本体部には加工性に優れた絶縁材料を用いるのに対し、中間筒部には比誘電率の高い絶縁材料を用いることができる。この結果、凹陥部の周囲で等電位線の歪みを大きくすることができるから、電界の上昇効果を高めることができ、帯電塗料粒子の付着を確実に防止することができる。
（３）．本発明では、前記本体部と中間筒部との間には、これらの本体部と中間筒部とが互いに対面する部位の全面に亘って環状空間を設ける構成としている。
このように構成したことにより、空気に比べて抵抗の低い本体部が中間筒部に接触する部位を減らすことができる。この結果、高電圧に帯電したカバー部材の外表面の電荷が中間筒部および本体部を介して漏洩するのを減らすことができるから、カバー部材の帯電状態を保持し、帯電塗料粒子の付着を防止することができる。
（４）．本発明では、前記カバー部材の外周側には、前記帯電塗料粒子と同極性の高電圧を放電する高電圧放電電極を設ける構成としている。
これにより、高電圧放電電極を用いて帯電塗料粒子と同極性のイオンを放電し、該同極性の電荷でカバー部材を帯電させることができる。また、高電圧放電電極によってカバー部材の外周側に高電圧の静電界を形成することができる。このため、高電圧放電電極の静電界によって帯電塗料粒子がカバー部材に近付くのを防止できると共に、高電圧に帯電したカバー部材によって帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
（５）．本発明では、前記高電圧放電電極は、前記カバー部材から延びる支持腕部と、該支持腕部の先端に設けられ前記塗料噴霧手段の周囲に位置してカバー部材を取り囲むリング部と、該リング部から前記被塗物とは逆方向に向けて延びる針状またはブレード状の電極部とによって構成している。
これにより、カバー部材を取り囲むリング部によってカバー部材の周囲に高電圧の静電界を形成することができ、帯電塗料粒子をカバー部材から遠ざけることができる。一方、被塗物から離れる方向に延びる電極部によって高電圧を放電するから、カバー部材のうち被塗物から離れた部位まで高電圧に帯電させることができる。これにより、カバー部材の広い範囲で帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
（６）．本発明では、前記塗料噴霧手段は、前記ハウジング部材に収容されたエアモータと、該エアモータの前端側に位置して該エアモータによって回転可能に設けられ先端が塗料の放出端縁となった回転霧化頭とによって構成している。
これにより、エアモータを用いて回転霧化頭を高速回転させることによって塗料を噴霧することができる。
（７）．本発明では、前記高電圧印加手段は、前記エアモータに高電圧を印加し、回転霧化頭に供給された塗料に直接的に高電圧を印加する構成としている。
これにより、エアモータおよび回転霧化頭は常に高電圧が印加されているから、回転霧化頭に供給された霧化前の塗料に直接的に高電圧を印加することができる。また、エアモータはハウジング部材に収容されているから、カバー部材はエアモータを取囲む位置に配置される。このとき、回転霧化頭のみならずエアモータにも印加されるから、このエアモータによって該エアモータを取囲むカバー部材の外表面に高電圧を安定的に帯電させることができ、塗料粒子が付着するのを防止することができる。
（８）．本発明では、前記高電圧印加手段は、前記カバー部材の外側に位置する外部電極に高電圧を印加し、前記回転霧化頭から噴霧される塗料粒子に間接的に高電圧を帯電される構成としている。
これにより、外部電極によって回転霧化頭の周囲にイオン化圏域を形成し、回転霧化頭から噴霧される塗料粒子を間接的に帯電させることができる。また、高電圧が印加された外部電極によってカバー部材の外表面に高電圧を安定的に帯電させることができ、塗料粒子が付着するのを防止することができる。

図１は、第１の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図２は、図１中の噴霧器の周囲を拡大して示す縦断面図である。
図３は、図１中のａ部を拡大して示す縦断面図である。
図４は、図３中の中間筒部、カバー部材等を分解した状態で示す分解斜視図である。
図５は、図１中の回転霧化頭型塗装装置の周囲に生じる電界強度分布を示す説明図である。
図６は、図５中の電界強度分布のうちｂ部を拡大して示す説明図である。
図７は、図６と同じ位置の等電位線の分布を拡大して示す説明図である。
図８は、第２の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図９は、図８中のｃ部を拡大して示す縦断面図である。
図１０は、第３の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図１１は、第４の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図１２は、第４の実施の形態による高電圧放電電極を図１１中の矢示ＸＩＩ−ＸＩＩ方向からみた右側面図である。
図１３は、第５の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図１４は、第１の変形例による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図１５は、第１の変形例による高電圧放電電極を図１４中の矢示ＸＶ−ＸＶ方向からみた右側面図である。
図１６は、第２の変形例によるカバー部材、凹陥部等を拡大して示す図３と同様位置の縦断面図である。
図１７は、第３の変形例によるカバー部材、凹陥部等を拡大して示す図３と同様位置の縦断面図である。
図１８は、第４の変形例による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。
図１９は、第５の変形例による回転霧化頭型塗装装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による静電塗装装置として回転霧化頭型塗装装置を例に挙げて添付図面に従って詳細に説明する。
まず、図１ないし図７は第１の実施の形態を示している。図において、１はアース電位にある被塗物（図示せず）に向けて塗料を噴霧する塗料噴霧手段としての噴霧器で、該噴霧器１は、後述するエアモータ２、回転霧化頭３等によって構成されている。
２は導電性金属材料からなるエアモータで、該エアモータ２は、モータハウジング２Ａと、該モータハウジング２Ａ内に静圧エア軸受２Ｂを介して回転可能に支持された中空の回転軸２Ｃと、該回転軸２Ｃの基端側に固定されたエアタービン２Ｄとによって構成されている。そして、エアモータ２は、エアタービン２Ｄに駆動エアを供給することにより、回転軸２Ｃと回転霧化頭３を、例えば３０００〜１０００００ｒｐｍで高速回転させるものである。
３はエアモータ２の回転軸２Ｃ先端側に取付けられた回転霧化頭で、該回転霧化頭３は、例えば金属材料または導電性の樹脂材料によって形成されている。そして、回転霧化頭３は、エアモータ２によって高速回転された状態で後述のフィードチューブ４を通じて塗料を供給することにより、その塗料を遠心力によって先端側の放出端縁３Ａから噴霧する。また、回転霧化頭３は、エアモータ２等を介して後述の高電圧発生器７に接続されている。これにより、静電塗装を行う場合に、回転霧化頭３全体に高電圧を印加することができ、これらの表面を流れる塗料を直接的に高電圧に帯電させることができる。
４は回転軸２Ｃ内に挿通して設けられたフィードチューブで、該フィードチューブ４の先端側は、回転軸２Ｃの先端から突出して回転霧化頭３内に延在している。また、フィードチューブ４内には塗料通路５が設けられると共に、該塗料通路５は色替弁装置を介して塗料供給源および洗浄シンナ供給源（いずれも図示せず）に接続されている。また、フィードチューブ４の中間部位には、後述する弁体６Ａが離着座する弁座４Ａが形成されている。これにより、フィードチューブ４は、塗装時には塗料通路５を通じて回転霧化頭３に向けて塗料供給源からの塗料を供給すると共に、洗浄時、色替時等には洗浄シンナ供給源からの洗浄流体（シンナ、空気等）を供給する。
なお、フィードチューブ４は、本実施の形態に限らず、例えば内筒に塗料通路が形成され、外筒に洗浄シンナ通路が配置された二重筒状に形成してもよい。また、塗料通路５は、本実施の形態のようにフィードチューブ４内を通るものに限らず、噴霧器１の種類に応じて種々の通路形態が採用可能である。
６は塗料通路５の途中に設けられた例えば常閉型の塗料供給弁である。この塗料供給弁６は、塗料通路５内を延び先端が弁座４Ａに離着座する弁体６Ａと、該弁体６Ａの基端側に位置してシリンダ６Ｂ内に設けられたピストン６Ｃと、シリンダ６Ｂ内に設けられ弁体６Ａを閉弁方向に付勢する弁ばね６Ｄと、シリンダ６Ｂ内で弁ばね６Ｄと反対側に設けられた受圧室６Ｅとから構成されている。そして、塗料供給弁６は、受圧室６Ｅに供給弁駆動エア（パイロットエア）が供給されることによって、弁ばね６Ｄに抗して弁体６Ａが開弁し、塗料通路５内の塗料の流通を許可する。
７はエアモータ２に接続された高電圧印加手段としての高電圧発生器で、該高電圧発生器７は、複数のコンデンサ、ダイオード（いずれも図示せず）からなる多段式整流回路（所謂、コッククロフト回路）によって構成されている。また、高電圧発生器７は、高電圧制御装置８から供給される直流の電源電圧を昇圧して、例えば−３０〜−１５０ｋＶの高電圧を発生する。このとき、高電圧発生器７は、高電圧制御装置８による電源電圧に応じて発生する高電圧が設定されるから、高電圧制御装置８によって出力電圧（高電圧）が制御されている。そして、高電圧発生器７は、高電圧ケーブル７Ａを介してエアモータ２および回転霧化頭３に接続され、該回転霧化頭３によって塗料を直接的に高電圧に帯電させている。
９はエアモータ２と高電圧発生器７とが取付けられたハウジング部材である。このハウジング部材９は、後述する本体部１０と該本体部１０の外周側に設けられた中間筒部１１とによって構成されている。そして、ハウジング部材９は、例えばＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＨＰ−ＰＥ（高圧ポリエチレン）、ＨＰ−ＰＶＣ（高圧塩化ピニル）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ポリメチルペンテン等の絶縁性樹脂材料によって略円柱状に形成されている。
１０はハウジング部材９の一部を形成する本体部で、該本体部１０は、略円柱状に形成され、その外表面１０Ａが円筒状をなしている。そして、本体部１０は、噴霧器１のエアモータ２を保持するものである。この本体部１０は、例えば低コストで加工性に優れたデルリン（登録商標）を用いて形成されている。また、本体部１０の前側にはエアモータ収容穴１０Ｂが形成され、該エアモータ収容穴１０Ｂ内にはエアモータ２および塗料供給弁６が取付けられている。また、本体部１０の後側には高電圧発生器収容穴１０Ｃが形成され、該高電圧発生器収容穴１０Ｃ内には高電圧発生器７が取付けられている。
１１は本体部１０の外周側（外表面１０Ａ側）に設けられた筒状の中間筒部で、該中間筒部１１は、本体部１０と後述するカバー部材１３との間に配置されている。そして、中間筒部１１は、機械的強度を保持するために、例えば１〜３ｍｍ程度の厚さ寸法を有している。ここで、中間筒部１１は、前述した絶縁樹脂材料のうち例えばＰＯＭ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰ等を用いて形成されている。このとき、中間筒部１１の比誘電率は、例えばＰＯＭで３．７、ＰＥＴで２．９〜３．２、ＰＥＮで２．９、ＰＰで２．２〜２．６程度の値である。
また、中間筒部１１は、アルミナエポキシ、ジルコニア、チタン酸バリウム等のように比較的高い比誘電率を有する絶縁材料を用いて形成してもよい。このとき、中間筒部１１の比誘電率は、例えばアルミナエポキシで５．５〜８．５、ジルコニアで２５〜４６、チタン酸バリウムで１２００程度の値である。この場合には、後述する電界の上昇効果がより顕著に得られる。
ここで、中間筒部１１には、外表面１１Ａの全面に亘って円形状の貫通孔１１Ｂが多数設けられている。そして、これらの貫通孔１１Ｂは、中間筒部１１を本体部１０の外表面１０Ａに取付けたとき、この外表面１０Ａによって閉塞され、後述の凹陥部１２を形成するものである。
１２は中間筒部１１の外表面１１Ａから凹陥した多数の凹陥部を示し、該凹陥部１２は、中間筒部１１を本体部１０の外表面１０Ａに取付けたとき、各貫通孔１１Ｂと本体部１０の外表面１０Ａとによって形成されるものである。ここで、これら複数の凹陥部１２は、それぞれ独立して形成されると共に、中間筒部１１の外表面１１Ａの全面に亘って略均一な状態で配置されている。そして、凹陥部１２の裏面側開口（内周側開口）は、本体部１０の外表面１０Ａによって閉塞され、凹陥部１２の表面側開口（外周側開口）は、後述するカバー部材１３によって閉塞されている。
１３は中間筒部１１の外表面１１Ａを覆って筒状に設けられたカバー部材である。そして、カバー部材１３は、高絶縁性、非吸水性をもち、中間筒部１１と比誘電率が異なる材料として、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）または表面撥水処理を施したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の絶縁樹脂材料を用いて形成されている。このため、カバー部材１３の比誘電率は、例えばＰＴＦＥで２．１、ＰＯＭで３．７、ＰＥＴで２．９〜３．２程度の値である。
また、カバー部材１３は、例えば０．３〜１ｍｍ程度の薄膜状に形成され、中間筒部１１の外表面１１Ａに接触した状態で取付けられている。これにより、カバー部材１３は、凹陥部１２を閉塞して円形な閉塞空間Ｓを画成している。さらに、カバー部材１３の前端側には、内周側に向けて環状に突出し、ハウジング部材９の前端側を閉塞する前閉塞部材１４が設けられている。
１５はシェーピングエアを噴出するシェーピングエアリングで、該シェーピングエアリング１５は、回転霧化頭３の外周側を覆うようにカバー部材１３の先端側（前端側）に前閉塞部材１４を介して設けられている。そして、シェーピングエアリング１５は、カバー部材１３とほぼ同様の材料として、例えばＰＴＦＥ、ＰＯＭまたは表面撥水処理を施したＰＥＴ等を用いて筒状に形成されている。また、シェーピングエアリング１５には複数個のエア吐出孔１５Ａが穿設され、該エア吐出孔１５Ａは本体部１０内に設けられたシェーピングエア通路１６に連通している。そして、エア吐出孔１５Ａにはシェーピングエア通路１６を通じてシェーピングエアが供給され、エア吐出孔１５Ａは、該シェーピングエアを回転霧化頭３から噴霧される塗料に向けて噴出する。これにより、シェーピングエアは、回転霧化頭３から噴霧された塗料粒子の噴霧パターンを整形する。
本実施の形態による回転霧化頭型塗装装置は上述のような構成を有するもので、次に、該塗装装置を用いた塗装動作について説明する。
噴霧器１は、エアモータ２によって回転霧化頭３を高速回転させ、この状態でフィードチューブ４を通じて回転霧化頭３に塗料を供給する。これにより、噴霧器１は、回転霧化頭３が回転するときの遠心力によって塗料を微粒化し、塗料粒子として噴霧する。また、シェーピングエアリング１５からシェーピングエアが供給され、このシェーピングエアによって塗料粒子からなる噴霧パターンが制御される。
また、回転霧化頭３にはエアモータ２を介して高電圧発生器７による高電圧が印加されている。これにより、回転霧化頭３に供給された塗料は、回転霧化頭３を通じて直接的に高電圧に帯電すると共に、帯電塗料粒子となって回転霧化頭３と被塗物との間に形成された静電界に沿って飛行し、被塗物に塗着する。
次に、第１の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置について、帯電塗料粒子の付着を防止する効果について検討する。
この効果に関連して、まず本実施の形態による回転霧化頭型塗装装置の周囲に生じる電界強度分布および等電位線の分布を有限要素法による３次元シミュレーションを用いて調べた。この結果を図５ないし図７に示す。
然るに、カバー部材１３の外表面は、エアモータ２等に印加された高電圧と同極で略同電位な状態に帯電している。ここで、本実施の形態では、カバー部材１３は、各凹陥部１２を閉塞して閉塞空間Ｓを画成し、凹陥部１２を除いて中間筒部１１の外表面１１Ａに接触している。このとき、一般に空気と絶縁材料とでは空気の方が比誘電率が小さい。このため、中間筒部１１のうち、凹陥部１２内（閉塞空間Ｓ）と中間筒部１１が本体部１０の外表面１０Ａとカバー部材１３とに接触している接触部位とでは、比誘電率が例えば２〜４倍程度異なる。
そして、中間筒部１１には複数の凹陥部１２が設けられているから、図７に示すように、中間筒部１１およびカバー部材１３の周囲では、各凹陥部１２内の閉塞空間Ｓによって等電位線Ｐ１〜Ｐ９が波を打った状態になる。この結果、凹陥部１２をなす貫通孔１１Ｂの内周面では、等電位線Ｐ１〜Ｐ９の間隔が狭くなって電界強度が高くなると共に、複数の凹陥部１２によって電界強度の高い部位が周期的に形成される。
これにより、図５および図６に示すように、カバー部材１３の外表面にも電界強度が高い部位が周期的に形成される。この結果、電界強度に比例するクーロン反発力Ｆ（（１）式参照）も高めることができ、帯電塗料粒子が付着するのを効果的に防止することができる。
Ｆ＝ｑＥ ・・・（１）
但し、ｑ：塗料粒子のもつ電荷
Ｅ：電界強度
特に、第１の実施の形態では、凹陥部１２内の閉塞空間Ｓ、ハウジング部材９の中間筒部１１、カバー部材１３からなる３部材は、比誘電率がそれぞれ異なる構成となっている。このとき、図６、図７中に二点鎖線で示すように、凹陥部１２の表面側開口の周囲部分Ａでは、これら比誘電率が互いに異なる閉塞空間Ｓ、中間筒部１１、カバー部材１３が境界をなすから、図７中に点線で示す等電位線Ｐ１〜Ｐ９の歪みが大きくなり、電界強度がさらに高くなる。
これに加えて、第１の実施の形態では、カバー部材１３を０．３〜１ｍｍ程度の薄膜を用いて形成している。このため、比誘電率が互いに異なるカバー部材１３、中間筒部１１、空気層からなる前述の３部材の境界部分（図６中の周囲部分Ａ）は、カバー部材１３の外表面に極めて近い位置に配置することができる。これにより、凹陥部１２の表面側開口の周囲部分Ａで電界強度が高くなるのに伴って、カバー部材１３の外表面の電界強度も高めることができる。この結果、帯電塗料粒子がカバー部材１３に付着するのを効果的に抑制することができる。
また、従来技術のように例えばハウジング部材９に凹陥部１２を設けない場合には、帯電電荷は同一の部材では電位を安定させるために常時移動している。このため、常時移動している電荷によって、ハウジング部材９に接触するカバー部材１３の電界強度も不安定になると共に、カバー部材１３の全体に対する電界強度の分布も不均一になる。これにより、カバー部材１３の外表面には電界強度の強い箇所と弱い箇所とが形成されるから、気中を浮遊している帯電塗料粒子が電界強度の弱い箇所に局所的に集中して付着し、その付着箇所を基点として塗料の付着が加速的に進行する傾向がある。
これに対し、第１の実施の形態では、ハウジング部材９には、中間筒部１１の貫通孔１１Ｂを用いて複数の凹陥部１２を設けている。このため、カバー部材１３のうち中間筒部１１に接触する接触部位と凹陥部１２（閉塞空間Ｓ）を覆う部位（非接触部位）とでは、電位の変動を異ならせることができる。このとき、カバー部材１３のうち凹陥部１２を覆う非接触部位では、その範囲内で電位の変動が自由に生じるから、電界強度も不均一になる。
しかし、カバー部材１３の接触部位によって電位の変動が抑制されるから、電位の変動が凹陥部１２を覆う非接触部位から逸脱し難い傾向がある。そして、複数の凹陥部１２をカバー部材１３の全体に対してそれぞれ独立して均等に配置したから、カバー部材１３の全体では、電界強度のバランスを保持することができる。これにより、カバー部材１３の外表面全体に亘って帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
かくして、第１の実施の形態では、ハウジング部材９の外表面に凹陥部１２を設けると共に、ハウジング部材９の外表面に接触した状態でカバー部材１３を設けたから、カバー部材１３のうち凹陥部１２近傍の電界強度を高めることができる。これにより、帯電塗料粒子に対するクーロン反発力が上昇するから、帯電塗料粒子がカバー部材１３に付着するのを防止することができる。
また、複数の凹陥部１２は、互いに独立すると共に、ハウジング部材９の外表面全体に亘って均等に配置したから、凹陥部１２を覆うカバー部材１３の全体で電界強度のバランスを保持することができる。これにより、カバー部材１３の全体に対する電界強度のばらつきを少なくすることができるから、局所的な電界強度の弱い箇所をなくすことができる。この結果、塗料の付着の基点をなくすことができ、塗料粒子の付着をカバー部材１３全体に亘って抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、ハウジング部材９を本体部１０と中間筒部１１とによって構成し、カバー部材１３と接触する中間筒部１１の貫通孔１１Ｂを用いて凹陥部１２を設ける構成としている。このため、中間筒部１１に貫通孔１１Ｂの穴加工等を施すだけで、容易に凹陥部１２を形成することができる。
また、エアモータ２等が取付けられる本体部１０は、加工性に優れた絶縁材料を用いるのに対し、中間筒部１１は、本体部１０に関係なく、自由に材料を選択することができる。これにより、中間筒部１１には、比誘電率の高い絶縁材料を用いることができるから、凹陥部１２の周囲で等電位線Ｐ１〜Ｐ９の歪みを大きくすることができる。この結果、電界の上昇効果を高めることができ、帯電塗料粒子の付着を確実に防止することができる。
さらに、エアモータ２はハウジング部材９に収容されているから、カバー部材１３は、ハウジング部材９を覆ってエアモータ２を取囲む位置に配置される。このとき、高電圧発生器７はエアモータ２に高電圧を印加する構成としている。このため、エアモータ２によって該エアモータ２を取囲むカバー部材１３の外表面に高電圧を安定的に帯電させることができ、このカバー部材１３に塗料粒子が付着するのを防止することができる。
次に、図８および図９は第２の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示し、第２の実施の形態の特徴はハウジング部材を単一部材によって形成し、該ハウジング部材の外表面に有底の凹陥部を複数個設けたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
２１は第２の実態の形態によるハウジング部材で、該ハウジング部材２１は、第１の実施の形態によるハウジング部材９とほぼ同様に、噴霧器１と高電圧発生器７とが取付けられ、絶縁性樹脂材料によって略円柱状に形成されている。また、ハウジング部材２１の外表面２１Ａには、カバー部材１３が接触した状態で取り付けられている。さらに、ハウジング部材２１の前側にはエアモータ２を収容するエアモータ収容穴２１Ｂが形成されると共に、ハウジング部材２１の後側には高電圧発生器７を収容する高電圧発生器収容穴２１Ｃが形成されている。
２２はハウジング部材２１に複数個設けられた凹陥部で、該凹陥部２２は、第１の実施の形態による凹陥部１２とほぼ同様に、ハウジング部材２１の外表面２１Ａから凹陥している。また、これら複数の凹陥部２２は、それぞれ独立して形成されると共に、ハウジング部材２１の外表面２１Ａの全面に亘って略均一な状態で配置されている。ここで、凹陥部２２は、ハウジング部材２１の外表面２１Ａに設けられた例えば円形状の有底穴によって形成されている。そして、凹陥部２２の表面側開口は、カバー部材１３によって閉塞され、凹陥部２２内には閉塞空間Ｓが画成されている。
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、ハウジング部材２１を単一部材を用いて形成したから、ハウジング部材２１の組立て作業が不要となり、製造コストを低減することができる。
次に、図１０は第３の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示し、第３の実施の形態の特徴は、本体部と中間筒部との間にはこれらの本体部と中間筒部とが対面する部位の全面に亘って空間を設ける構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
３１は第３の実施の形態によるハウジング部材で、該ハウジング部材３１は、第１の実施の形態によるハウジング部材９とほぼ同様に絶縁性樹脂材料によって略円柱状に形成されている。また、ハウジング部材３１は、後述する本体部３２と該本体部３２の外周側に設けられた中間筒部３３とによって構成されている。
３２は噴霧器１のエアモータ２と高電圧発生器７を保持する本体部で、該本体部３２は、第１の実施の形態による本体部１０とほぼ同様に、絶縁性樹脂材料を用いて略円柱状に形成されている。しかし、本体部３２は、第１の実施の形態による本体部１０に比べて小径な円柱状に形成されている。そして、本体部３２は、円筒状の外表面３２Ａを有すると共に、その後端３２Ｂは大径な鍔状に形成されている。
また、本体部３２には、その前側にエアモータ２を収容するエアモータ収容穴３２Ｃが形成されると共に、後側に高電圧発生器７を収容する高電圧発生器収容穴３２Ｄが形成されている。但し、本体部３２は、第１の実施の形態による本体部１０に比べて小径な円柱状に形成されている。
３３は本体部３２の外表面３２Ａと隙間をもって設けられた絶縁性樹脂材料からなる中間筒部である。この中間筒部３３は、第１の実施の形態による中間筒部１１とほぼ同様に、例えば１〜３ｍｍ程度の厚さ寸法をもって筒状に形成されている。また、中間筒部３３の外表面３３Ａにはカバー部材１３が接触した状態で取付けられている。
ここで、中間筒部３３は、後端側が本体部３２の大径な後端３２Ｂに取付けられ、前端側が前閉塞部材１４に取付けられている。このため、中間筒部３３と本体部３２の外表面３２Ａとが径方向に対して互いに対面する部位（中間筒部３３の軸方向中間部位）は、略全面に亘って本体部３２と環状に離間している。この結果、中間筒部３３と本体部３２との間には横断面が環状の環状空間３４が形成されている。
３５は中間筒部３３の外表面３３Ａから凹陥して中間筒部３３に複数個設けられた凹陥部である。この凹陥部３５は、中間筒部３３の外表面３３Ａにそれぞれ独立して形成されると共に、中間筒部３３の外表面３３Ａの全面に亘って略均一な状態で配置されている。ここで、凹陥部３５は、中間筒部３３を厚さ方向に貫通した例えば円形状の貫通孔によって形成され、凹陥部３５内には閉塞空間Ｓが画成されている。そして、凹陥部３５の表面側開口は、カバー部材１３によって閉塞されるものの、凹陥部３５の裏面側は環状空間３４に向けて開口している。
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態では、本体部３２と中間筒部３３との間には本体部３２と中間筒部３３とが互いに対面する部位の全面に亘って環状空間３４を設ける構成としたから、空気に比べて抵抗の低い本体部３２が中間筒部３３に接触する部位を減らすことができる。この結果、高電圧に帯電したカバー部材１３の外表面の電荷が中間筒部３３および本体部３２を介して漏洩するのを減らすことができるから、カバー部材１３の帯電状態を保持し、帯電塗料粒子の付着を防止することができる。
次に、図１１および図１２は第４の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示している。第４の実施の形態の特徴は、カバー部材の外周側に高電圧放電電極を設ける構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
４１はシェーピングエアリング１５の外周側に設けられた高電圧放電電極で、該高電圧放電電極４１は、後述する支持腕部４２、リング部４３、電極部４４によって構成されている。
４２はシェーピングエアリング１５から径方向外側に向けて延びる支持腕部で、該支持腕部４２は、シェーピングエアリング１５の周囲に等間隔に例えば４本設けられ、リング部４３を支持している。また、支持腕部４２は、導電性材料を用いて形成されると共に、接続線路４２Ａを介してエアモータ２に電気的に接続されている。
４３は支持腕部４２の先端に設けられたリング部で、該リング部４３は、例えば金属等の導電性材料を用いて円環状に形成されている。また、リング部４３は、エアモータ２の周囲に位置してシェーピングエアリング１５を取り囲んでいる。そして、リング部４３は、シェーピングエアリング１５の外径よりも大きな円形に形成され、エアモータ２の回転軸２Ｃと同軸の略同心円状に配置されている。これにより、リング部４３は、その全周に亘ってシェーピングエアリング１５との距離が略一定になっている。そして、リング部４３は、接続線路４２Ａ、支持腕部４２を介してエアモータ２に接続されている。これにより、リング部４３および電極部４４には高電圧発生器７による高電圧が印加されている。
４４はリング部４３に設けられた電極部で、該電極部４４は、金属等の導電性材料からなる針状電極によって形成されている。そして、電極部４４は、リング部４３から被塗物とは逆方向（後側）に向けて延びている。また、電極部４４は、リング部４３の全周に亘って等間隔に複数個列設されている。そして、電極部４４の向きは、エアモータ２の軸線（回転軸２Ｃ）と平行または俯角１０°、仰角２０°の範囲で配設されている。
かくして、第４の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第４の実施の形態では、シェーピングエアリング１５の外周側には高電圧放電電極４１を設ける構成としている。このため、高電圧発生器７からの高電圧は、エアモータ２等を介してリング部４３に印加され、電極部４４から放電される。
これにより、高電圧放電電極４１を用いて帯電塗料粒子と同極性のイオンを放電し、該同極性の電荷でカバー部材１３を帯電させることができる。また、高電圧放電電極４１によってカバー部材１３の外周側に高電圧の静電界を形成することができる。このため、高電圧放電電極４１の静電界によって帯電塗料粒子がカバー部材１３に近付くのを防止できると共に、高電圧に帯電したカバー部材１３によって帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
また、高電圧放電電極４１を支持腕部４２、リング部４３および電極部４４によって構成したから、カバー部材１３を取り囲むリング部４３によってカバー部材１３の周囲に高電圧の静電界を形成することができ、帯電塗料粒子をカバー部材１３から遠ざけることができる。一方、被塗物から離れる方向に延びる電極部４４によって高電圧を放電するから、カバー部材１３の後側まで高電圧の電荷で帯電させることができる。これにより、カバー部材１３の広い範囲で帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
次に、図１３は第５の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置を示している。第５の実施の形態の特徴は、高電圧発生器は、カバー部材の外側に位置する外部電極に高電圧を印加する構成としたことにある。なお、第５の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
５１はカバー部材１３の外周側に設けられた外部電極で、該外部電極５１は、後述する支持腕５２と針状電極５３とによって構成されている。
５２はハウジング部材９の後側に設けられた複数本の支持腕で、該支持腕５２は、エアモータ２の回転軸２Ｃに対して放射状に配置され、ハウジング部材９から径方向外側に向けて延びている。
５３は支持腕５２の先端に設けられた針状電極で、該針状電極５３は、支持腕５２から前側に向けて延び、その先端が回転霧化頭３の周囲に配置されている。そして、針状電極５３は、支持腕５２を介して高電圧発生器７に接続され、高電圧発生器７による高電圧が印加されている。
かくして、第５の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第５の実施の形態では、高電圧発生器７は、カバー部材１３の外側に位置する外部電極５１に高電圧を印加する構成としている。このため、外部電極５１によって回転霧化頭３の周囲にイオン化圏域を形成し、回転霧化頭３から噴霧される塗料粒子を間接的に帯電させることができる。また、高電圧が印加された外部電極５１によってカバー部材１３の外表面に高電圧を安定的に帯電させることができ、塗料粒子が付着するのを防止することができる。
なお、前記第４の実施の形態では、電極部４４を針状電極によって形成し、リング部４３に複数個設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１４および図１５に示す第１の変形例のような放電リングとして構成してもよい。即ち、放電リングは、リング部４３′とこのリング部４３′の全周に亘ってブレード状をなして後方に突出した電極部４４′とによって構成してもよい。この場合には、１枚のブレードをリング状に折曲げるだけでよい。
また、第５の実施の形態では、第１の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置に対して外部電極５１を適用するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２ないし第４の実施の形態による回転霧化頭型塗装装置に対して外部電極を適用する構成としてもよい。
また、第１、第３、第４、第５の実施の形態では、ハウジング部材９の中間筒部１１に貫通孔１１Ｂを設けて凹陥部１２を形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、図１６に示す第２の変形例のように、中間筒部１１に有底穴１１Ｂ′を設け、この有底穴１１Ｂ′を用いて凹陥部１２′を形成してもよい。
また、第１、第３、第４、第５の実施の形態では、ハウジング部材９の中間筒部１１には略同一径の円形開口からなる貫通孔１１Ｂを設けて凹陥部１２を形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１７に示す第３の変形例のように、凹陥部１２の裏面側開口には面取り部１２Ａを設ける構成としてもよい。
また、前記各実施の形態では、シェーピングエアリング１５は、絶縁樹脂材料を用いて形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばシェーピングエアリングを導電性金属材料を用いて形成してもよい。この場合、金属材料からなるシェーピングエアリングには、エアモータを介して塗料と同極性の高電圧が印加される。これにより、シェーピングエアリングは反発電極として機能するから、シェーピングエアリングに帯電塗料粒子が付着するのを防止することができる。
また、第１〜第５の実施の形態では、シェーピングエアリング１５とハウジング部材９とを別部材よって形成すると共に、ハウジング部材９，２１，３１の外表面１１Ａ，２１Ａ，３３Ａに全面に亘って凹陥部１２，２２，３５を形成し、ハウジング部材９，２１，３１をカバー部材１３で覆う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１８に示す第４の変形例のように、シェーピングエアリングとハウジング部材とを一体に形成してもよい。
即ち、ハウジング部材６１の前端部にはシェーピングエアリングを一体的に形成し、該ハウジング部材６１の外表面６１Ａに全面に亘って凹陥部６２を形成すると共に、ハウジング部材６１を絶縁樹脂材料からなる膜状のカバー部材６３を用いて覆う構成とする。
この場合、ハウジング部材６１の前側に回転霧化頭３を収容する霧化頭収容凹部６１Ｂを設けると共に、該霧化頭収容凹部６１Ｂの外周側にシェーピングエア噴出リング６１Ｃを形成する。そして、該シェーピングエア噴出リング６１Ｃにエア吐出孔６１Ｄを設ける。これにより、カバー部材６３はシェーピングエアリングの外周も覆うから、カバー部材６３等を用いてシェーピングエアリングに対する帯電塗料粒子の付着を防止することができる。
また、例えば図１９に示す第５の変形例のように構成してもよい。即ち、図１９において、ハウジング部材７１の前端側の内部にシェーピングエアリング７２を収容し、該ハウジング部材７１の外表面７１Ａに全面に亘って凹陥部７３を形成すると共に、ハウジング部材７１を絶縁樹脂材料からなる膜状のカバー部材７４を用いて覆う構成としてもよい。
この場合、ハウジング部材７１の前側にはシェーピングエアリング７２を収容するリング収容凹部７１Ｂを設け、シェーピングエアリング７２にはエア吐出孔７２Ａを設ける。この第５の変形例も、第４の変形例と同様に、カバー部材７４等を用いてシェーピングエアリング７２に対する帯電塗料粒子の付着を防止することができる。
さらに、前記各実施の形態では静電塗装装置として回転霧化頭３を用いて塗料を噴霧する回転霧化頭型塗装装置（回転霧化式静電塗装装置）に適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気霧化式静電塗装装置、液圧霧化式静電塗装装置等の回転霧化以外の霧化方式を用いた静電塗装装置に適用してもよい。

Claims (8)

1. 供給された塗料を被塗物に噴霧する塗料噴霧手段と、絶縁材料によって形成され該塗料噴霧手段を保持するハウジング部材と、絶縁材料によって形成され該ハウジング部材の外表面を覆って筒状に設けられたカバー部材と、前記塗料噴霧手段から噴霧された塗料粒子を高電圧に帯電させ帯電塗料粒子を被塗物に塗着させる高電圧印加手段とからなる静電塗装装置において、
   前記ハウジング部材の外表面には、該外表面から凹陥した複数の凹陥部を設け、
   前記カバー部材は、前記ハウジング部材の外表面に接触した状態で覆うことにより、該各凹陥部を閉塞して閉塞空間を画成する構成としたことを特徴とする静電塗装装置。
2. 前記ハウジング部材は、前記塗料噴霧手段を保持する本体部と、該本体部と前記カバー部材との間に位置して該本体部の外周側に設けられた中間筒部とによって構成し、
   前記凹陥部は、該中間筒部を貫通して、または該中間筒部の外周側に有底状に形成してなる請求項１に記載の静電塗装装置。
3. 前記本体部と中間筒部との間には、これらの本体部と中間筒部とが互いに対面する部位の全面に亘って環状空間を設ける構成としてなる請求項２に記載の静電塗装装置。
4. 前記カバー部材の外周側には、前記帯電塗料粒子と同極性の高電圧を放電する高電圧放電電極を設けてなる請求項１，２または３に記載の静電塗装装置。
5. 前記高電圧放電電極は、前記カバー部材から延びる支持腕部と、該支持腕部の先端に設けられ前記塗料噴霧手段の周囲に位置してカバー部材を取り囲むリング部と、該リング部から前記被塗物とは逆方向に向けて延びる針状またはブレード状の電極部とによって構成してなる請求項４に記載の静電塗装装置。
6. 前記塗料噴霧手段は、前記ハウジング部材に収容されたエアモータと、該エアモータの前端側に位置して該エアモータによって回転可能に設けられ先端が塗料の放出端縁となった回転霧化頭とによって構成してなる請求項１，２または３に記載の静電塗装装置。
7. 前記高電圧印加手段は、前記エアモータと回転霧化頭とに高電圧を印加し、前記回転霧化頭に供給された塗料に直接的に高電圧を印加する構成としてなる請求項６に記載の静電塗装装置。
8. 前記高電圧印加手段は、前記カバー部材の外側に位置する外部電極に高電圧を印加し、前記回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に間接的に高電圧を帯電される構成してなる請求項６に記載の静電塗装装置。

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