JP5286971B2 - 筒体の塗装装置及び塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒体、特にジェットエンジンシャフト等のように径に対して長い長さを有する筒体の内表面及び外表面に、小型の装置で一定膜厚の塗装膜を安定して形成できるようにした筒体の塗装装置及び塗装方法に関する。

ジェットエンジンシャフトには、例えば図８に一例を示すように直径が１５０ｍｍ前後で長さが３０００ｍｍ前後のような細長い筒体１によって構成されたものがあり、このようなジェットエンジンシャフトは、断面形状が長手方向において均一ではなく、内表面及び外表面に部分的に径が異なる形状変化部１ａを有するものがある。そして、このようなジェットエンジンシャフトは製造の一工程として内表面と外表面に塗装を行って４０〜７０μｍの薄い膜厚の塗装膜を形成することが実施されており、この塗装膜は塗装した後に焼き付け処理を行って筒体と一体化しているが、この焼き付け処理の安定性を保持するために前記塗装膜の膜厚の誤差を３０μｍ程度内に収めるという厳しい要求がある。このため、従来より１０μｍ程度の薄い膜厚による塗装を複数回繰り返して重ね塗りすることで４０〜７０μｍの膜厚の塗装膜を形成している。

ここで、ジェットエンジンシャフトのような筒体において外表面を塗装する場合は、均一厚さの塗装膜を形成することが比較的容易で種々の方法が実施されているが、筒体の内表面を塗装する場合は、均一厚さの塗装膜を形成することが難しいという問題がある。

従来、筒体の内表面を塗装する方法としては、長尺のアームの先端に周方向全周へ向けて塗料を噴射するようにしたスプレーガンを取り付けたスプレー装置、或いはアームの先端に回転するスプレーガンを取り付けたスプレー装置を用いて、作業員がアームを把持しスプレーガンを筒体内に挿入することにより塗装する方法がある。

しかし、前記したように作業員がアームを把持し手作業によりスプレーガンをジェットエンジンシャフト内に挿入して内表面に４０〜７０μｍの薄い塗装膜を均一に形成することは非常に難しく、塗装には高度の熟練を要していた。特にシャフトの内表面を塗布する際は目視によって確認することができないため、熟練した作業員によっても均一な塗装膜を形成することは非常に困難であるという問題があった。

更に、周方向全周へ塗料を噴霧するスプレーガンを用いる方法では、スプレーガンの性能によって周方向における噴射量にバラツキが生じて塗装膜の膜厚が不均一になる可能性があり、又、回転するスプレーガンを用いる方法では、スプレーガンを回転させるための構造が非常に複雑になるという問題がある。又、前記周方向全周へ塗料を噴霧するスプレーガン及び回転するスプレーガンのいずれを用いる場合においても、水平に固定した筒体内表面に塗料を噴射すると、塗料は下側に向かって液垂れするために、塗装膜の厚みが周方向で不均一になるという問題がある。又、周方向に均一な厚みの塗装膜を形成するために、筒体を縦に固定して塗装することも考えられるが、このように筒体を立てた場合には、長手方向一端（上端）と他端（下端）とで膜厚に差異が生じてしまう可能性があり、更に、筒体を縦に固定した場合には、装置全体の高さが大型になってしまう問題がある。

前記塗装には、一般に揮発性で可燃性の溶剤に粉体等の基剤を溶解した塗装液を用いられているために、前記した筒体等の塗装作業は通常防爆ブース内で行われているが、前記したように塗装装置の高さが高くなると、防爆ブースも大型にする必要があり、このように防爆ブースが大型になると、防爆ブース内を換気するためのファン等の換気装置も大型になるという問題がある。

先端に噴射ノズルを備えたランス（槍状物）を、管の一端から管内に挿入して管の内面を塗装するようにした管内面の塗装装置には特許文献１がある。

又、回転させた円筒状基体に対し、ノズルヘッドを回転軸線と平行に移動させて基体の表面に連続した塗布膜を形成する円筒状塗布体の製造方法には特許文献２がある。
特開平０５−０６４７６２号公報 特開平０４−０７４５７０号公報

しかしながら、前記特許文献１では、前記ジェットエンジンシャフトのように３０００ｍｍ前後の長さを有する筒体１の内表面を塗装するには、筒体１の長さ３０００ｍｍに、ランスを支持するための長さを加えた非常に長い長さのランスを備え、更に、該ランスを筒体１の全長に亘って挿入・引抜きを行うためにランスに長さと略同等の長さの移動が可能な移動装置を備える必要があり、よって塗装装置が非常に大型になるという問題がある。更に、前記したようにランスが長くなると先端が撓んで垂れ下がる問題があり、この垂れ下がりによって、筒体１の手前側と内奥部とでは噴射ノズルと筒体１内表面の間隔が変化し、よって均一な塗装が困難になるという問題があり、又最悪の場合には噴射ノズルが筒体１の内表面に接触してしまうことが考えられる。

又、前記特許文献２においても、前記したような長さが長い筒体１の外表面に塗布膜を形成するには、ノズルヘッドを筒体１の全長に亘って移動させる必要があるために、塗装装置が非常に大型になるという問題がある。

更に、上記したように塗装装置が大型になると、防爆ブースも大型となり、よって防爆ブース内を換気するための換気装置も大型になるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、特にジェットエンジンシャフト等のように径に対して長い長さを有する筒体の内表面及び外表面に、小型の装置で一定膜厚の塗装膜を安定して形成できるようにした筒体の塗装装置及び塗装方法を提供しようとするものである。

本発明は、筒体の表面に一定膜厚の塗装膜を形成する筒体の塗装装置であって、
筒体を水平に支持し且つ筒体の軸線を中心に回転駆動する支持台と、
前記支持台に支持した筒体の表面と間隔を隔てたスプレーガンを筒体の軸線と平行に移動させて筒体の表面に塗料を噴射する塗装機と、
前記支持台を１８０゜水平旋回可能に支持する旋回台とを有し、
前記塗装機は、筒体の一方の端部から長手方向中間位置まで塗装できるようにスプレーガンを移動させ、旋回台による支持台の旋回を行った後、筒体の他方の端部から長手方向中間位置まで塗装できるように前記スプレーガンを移動させる
ことを特徴とする筒体の塗装装置、に係るものである。

上記筒体の塗装装置において、塗装機と、旋回台上に支持した支持台は、防爆ブース内に配置してもよい。

又、前記筒体の塗装装置において、塗装機は、アームの先端にスプレーガンを備えて筒体内に挿入することにより筒体の内表面を塗装する内面塗装機であってもよい。

又、前記筒体の塗装装置において、塗装機は、スプレーガンにより筒体の外表面を塗装する外面塗装機であってもよい。

又、前記筒体の塗装装置において、支持台上に支持される筒体の軸線を一定位置に保持するための調心手段を有することは好ましい。

又、前記筒体の塗装装置において、調心手段は、筒体外面の長手方向２個所に取り付けるようにした調心リングであってもよい。

本発明は、筒体の表面に一定膜厚の塗装膜を形成する筒体の塗装方法であって、筒体を水平に支持し且つ筒体の軸線を中心に回転駆動可能な支持台と、支持台に支持した筒体の表面と間隔を隔てたスプレーガンを筒体の軸線と平行に移動させて筒体の表面に塗料を噴射する塗装機と、支持台を１８０゜水平旋回可能に支持する旋回台とを設け、
前記塗装機は、筒体の長手方向中間位置まで塗装できるように前記スプレーガンを移動させる構成を有し、
回転した筒体の一端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して螺旋状に塗装した後、スプレーガンを後退させ、
旋回台により支持台を１８０゜水平旋回して筒体を長手方向に反転し、
筒体の他端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して螺旋状に塗装することにより塗装膜の繋ぎ部を形成する
ことを特徴とする筒体の塗装方法、に係るものである。

上記筒体の塗装方法において、筒体の一端から長手方向中間位置まで塗装を行って塗装を停止した後、スプレーガンを後退させ、旋回台により支持台を１８０゜水平旋回して筒体を長手方向に反転し、筒体の他端から長手方向中間位置まで塗装して塗装膜の繋ぎ部を形成する操作を複数回行うことにより重ね塗りすることは好ましい。

又、上記筒体の塗装方法において、重ね塗りする際に、前回の塗装に対して位相をずらして塗装することにより一定膜厚の塗装膜を形成することは好ましい。

又、上記筒体の塗装方法において、重ね塗りする際に、前回の繋ぎ部と今回の繋ぎ部とが重ならないように繋ぎ部の位置をずらすことは好ましい。

本発明の筒体の塗装装置及び塗装方法によれば、回転した筒体の一端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して塗装した後、旋回台により支持台を１８０゜水平旋回して筒体を長手方向に反転し、筒体の他端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して塗装することができるので、塗装のための塗装機の移動距離を従来に比して半減できるため塗装機を小型化することができ、特に筒体の内表面を塗装する際には、筒体内に挿入するアームの長さが半減されるために、アームが撓んで先端が垂れ下がる問題を防止して均一膜厚での塗装が可能になる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は一端にコーン状に拡がった形状変化部１ａを有する筒体１の内表面及び外表面に塗装膜を形成する場合の塗装装置の全体を示す平面図、図２は塗装装置の斜視図である。図１、図２において、塗装装置は、筒体１を水平に支持する支持台２と、筒体１の内表面の塗装を行う内面塗装機３と、筒体１の外表面の塗装を行う外面塗装機４とを有している。又、上記支持台２と内面塗装機３と外面塗装機４は、防爆ブース５内に配置されている。

前記支持台２の上面には、図１〜図４に示すように、左右に間隔を隔てた一対の駆動シャフト６が水平に設けてあり、該駆動シャフト６はサーボモータによる回転駆動装置７によって同方向に同時に回転駆動されるようになっている。そして、駆動シャフト６の長手方向の一方の端部には、両鍔付きのプーリ８が外嵌装着されていると共に、前記各駆動シャフト６の長手方向の他方の端部には、軸心方向に長いローラ９が外嵌装着されており、これら各プーリ８と各ローラ９とにより前記筒体１の両端部に装着した調心リング１０，１１（調心手段）を介して筒体１を回転駆動可能に支持している。

前記調心リング１０，１１は、前記駆動シャフト６の各プーリ８と各ローラ９に支持される筒体１の軸線の左右・上下の位置を常に一定位置に保持するためのものであり、従って、筒体１の径が異なる場合にはその径に応じた調心リング１０，１１を取り付けて、筒体１の軸線が常に一定位置に保持されるようにしている。ジェットエンジンシャフトのような筒体１では、少なくとも長手方向２箇所に軸受を装着する部分を有しており、この軸受の取付部には塗装を施さないため、この軸受の取付部に前記調心リング１０，１１を装着するようにしている。

又、一方の調心リング１０が両鍔付きのプーリ８で支えられているのは、筒体１が軸線方向へ移動するのを抑えるためであり、他方の調心リング１１が軸心方向に長いローラ９で支えられているのは、長さの異なる他の筒体１にも対応できるようにするためである。又、図示例では調心リング１０，１１を筒体１に取り付けた調心手段の場合について説明したが、駆動シャフト６に筒体１の軸線を一定位置に保持して回転駆動するようにした調心鍔等からなる調心手段を備えるようにしてもよい。

前記内面塗装機３は、図１、図２に示すように、支持台２上に水平設置される筒体１の内部に対して挿脱し得るよう筒体１の軸線と平行に進退動するアーム１２を備えており、このアーム１２の先端に前記筒体１の内表面に塗料を噴射するスプレーガン１３が備えられている。前記アーム１２は、前記筒体１の軸線と平行に設けたガイドレール１４に沿って移動する移動台車１５により水平状態に支持されており、前記ガイドレール１４内に張設された図示しない無端状チェーンを駆動装置１６で循環駆動することにより前記移動台車１５がガイドレール１４に沿い移動してアーム１２が筒体１内に対して挿脱されるようになっている。

前記アーム１２は、前記筒体１の全長の１／２の長さを塗装できる長さ寸法に設定されており、又、アーム１２を筒体１に挿脱する移動ストロークも筒体１の全長の略１／２の長さとなっている。

又、前記外面塗装機４は、図１、図２に示すように、旋回台部１７と、該旋回台部１７上に回動可能に備えた回動アーム１８と、該回動アーム１８の上端に起伏可能に備えた起伏アーム１９と、該起伏アーム１９の先端にスプレーガン２０を備えた塗装ロボットの場合を示している。尚、外面塗装機４としては、例えば特許文献２に示したように、筒体１の外表面と間隔を隔ててスプレーガンを平行に移動させることによって筒体１の外表面に塗料を噴射する塗装機を用いることもできる。

図１〜図４に示した塗装装置における支持台２は、水平旋回可能な旋回台２１上に設けられている。旋回台２１は、固定台２２に設けたサーボモータからなる旋回駆動装置２３により歯車２４を介して回転するようになっており、旋回台２１上に固定した支持台２を１８０゜の範囲で水平旋回し、これによって支持台２上に支持した筒体１を長手方向で反転できるようにしている。

図１中、２５，２６は塗料供給装置、２７は塗料供給装置２５と内面塗装機３、塗料供給装置２６と外面塗装機４、及び旋回台２１と支持台２の夫々に信号を送って作動を制御する制御盤である。又、２８は防爆ブース５の天井に設けられた空気吹き込み口、２９は吸引口３０を介して防爆ブース５内を吸引する吸引ファンであり、防爆ブース５内を換気するようになっている。

次に、上記図示例の作動を説明する。

前記筒体１を塗装するには、図２に示すように、調心リング１０，１１を装着した筒体１の調心リング１０が両鍔付きのプーリ８上に支持され、調心リング１１がローラ９上に支持されるように支持台２上に載置する。この時、支持台２は駆動シャフト６が内面塗装機３のアーム１２と平行な状態に保持されており、更に、支持台２上に載置した筒体１の長手方向中間部が旋回台２１の旋回中心に略一致するように両鍔付きのプーリ８の位置が予め設定されている。

支持台２の回転駆動装置７を駆動し、前記プーリ８、ローラ９、及び調心リング１０，１１を介して筒体１を所定の速度で回転した状態で、内面塗装機３によって筒体１の内表面を塗装する際は、アーム１２先端のスプレーガン１３から塗料を噴射しながら駆動装置１６を作動して、図３に示すようにスプレーガン１３を所要の速度で筒体１の一端Ａ側から筒体１内に挿入し、図６（ａ）に示すように、筒体１の長手方向中間位置まで塗装を行い、スプレーガン１３の挿入停止位置で筒体１を略一回転させた後塗料の噴射を停止する。筒体１が回転した状態で塗装が行われるため、筒体１の内表面には螺旋状の塗装膜が形成されるようになり、更に、筒体１が回転しているために塗布した塗料が液垂れする問題は生じない。

筒体１の長手方向中間位置まで塗装を行うと、アーム１２を筒体１から抜き出した後、旋回駆動装置２３を駆動して旋回台２１及び支持台２を１８０゜水平旋回することにより、図５に示すように筒体１を長手方向で反転させる。

続いて、前記と同様に、スプレーガン１３から塗料を噴射しながら駆動装置１６によりアーム１２を所要の速度で筒体１の他端Ｂ側から筒体１内に挿入し、図６（ｂ）に示すように、筒体１の長手方向中間位置における前記停止位置まで塗装を行い、挿入停止位置で筒体１を略一回転させた後塗料の噴射を停止することにより、繋ぎ部３１を形成する。これにより、筒体１は全内表面が塗装される。尚、上記塗装を停止する位置は塗り残しが無く且つ不要な重ね塗りが生じない繋ぎ部３１が形成されるように、スプレーガン１３の移動の停止と塗料の噴射の停止を制御する。

又、上記したように筒体１の内表面に１回目の塗装を行った後に、同様の操作を複数回行うことにより、重ね塗りすることができる。このとき、複数回の塗装を位相を同じくして行った場合には、塗装膜の膜厚に厚い部分と薄い部分が生じてしまう問題があるため、複数回の塗装を行う際には、前回の塗装と今回の塗装を位相をずらして行うことが好ましく、位相をずらして塗装を行うと、塗装膜の膜厚が平坦化されて一定膜厚の塗装膜を精度良く形成することができる。

又、複数回の塗装を行う際は、前記したように筒体１の長手方向中間位置で塗装を停止する位置が常に同じ場合には繋ぎ部によって塗装膜の膜厚に厚い部分と薄い部分が生じてしまう問題があるため、上記したように複数回の塗装を行う際には、図７（ａ）に示すように、前回の繋ぎ部３１とは異なる位置まで塗装を行って停止し、筒体１を長手方向に反転した後、図７（ｂ）に示すように、今回の停止位置まで塗装を行って繋ぎ部３１'を形成し、今回の塗装膜の繋ぎ部３１'が前回の繋ぎ部３１と重ならないようにすることが好ましく、このように今回の塗装膜の繋ぎ部３１'が前回の繋ぎ部３１と重ならないように塗装を行うと、塗装膜の膜厚が平坦化されて一定膜厚の塗装膜を精度良く形成することができる。

前記した内面塗装機３においては、アーム１２の長さを筒体１の全長の略１／２にできるため、アーム１２が撓んで先端が垂れ下がる問題を防止して、スプレーガン１３と筒体１内表面との間隔を一定に保持することができ、よって均一な膜厚での塗装が可能となる。又、アーム１２を筒体１に挿脱する移動ストロークも筒体１の全長の略１／２の長さとすることができるため、内面塗装機３の全体長さを小型化することができる。

一方、外面塗装機４によって筒体１の外表面を塗装する際は、外面塗装機４に備えた起伏アーム１９先端のスプレーガン２０から塗料を噴射しながら、回転している筒体１の外表面に沿ってスプレーガン２０を筒体１の一端Ａから他端Ｂまで全長に亘って移動させることにより１回の操作で塗装することができる。しかし、長さが長い筒体１の場合には、外面塗装機４のスプレーガン２０から塗料を噴射しながら、回転している筒体１の外表面に沿ってスプレーガン２０を筒体１の一端Ａ側から長手方向中間位置まで移動して塗装を行い、移動停止位置で筒体１を略一回転させた後塗料の噴射を停止する。続いて、スプレーガン２０を後退させ、旋回駆動装置２３を駆動して旋回台２１及び支持台２を１８０゜水平旋回することにより、図５に示すように筒体１を長手方向で反転させた後、再びスプレーガン２０から塗料を噴射しながらスプレーガン２０を筒体１の他端Ｂ側から外表面に沿って移動させて筒体１の長手方向中間位置まで塗装を行い、移動停止位置で筒体１を略一回転させた後塗料の噴射を停止することにより、繋ぎ部３１を形成する。これにより、筒体１は全外表面が塗装される。筒体１の外表面に複数回の重ね塗りを行う際には、前記筒体１の内表面を塗装する場合と同様にして行うことができる。

このように、筒体１の外表面を塗装する場合においても、筒体１を長手方向で反転させて長手方向に半分ずつを塗装することにより、スプレーガン２０の移動距離を短くすることができ、よって、外面塗装機４を小型化することができる。

尚、前記外面塗装機４による筒体１の外表面の塗装は、前記内面塗装機３による内表面の塗装と別々に行うようにしてもよく、或いは内面塗装機３による内表面の塗装と同時に行うようにしてもよい。

上記したように、内面塗装機３及び外面塗装機４を小型化できることによって、防爆ブース５を小型化することができ、よって防爆ブース５内を換気するための吸引ファン２８等の換気装置も小型化することができる。

なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものできなく、ジェットエンジンシャフトの以外の種々の筒体の塗装にも適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の塗装装置の全体を示す平面図である。 図１の塗装装置の斜視図である。 支持台と旋回台の構成を示す正面図である。 図３の右側面図である。 図３の支持台を１８０゜水平旋回した状態を示す作動説明図である。 （ａ）は筒体の内表面の長手方向途中まで塗布した状態の概略図、（ｂ）は筒体を長手方向に反転し、内表面の残りを塗布して繋ぎ部を形成した状態の概略図である。 （ａ）は図６で形成した塗装膜の上に更に前記繋ぎ部とは異なる位置まで塗布した状態の概略図、（ｂ）は筒体を長手方向に反転し、残りを塗布して前記とは異なる位置に繋ぎ部を形成した状態の概略図である。 ジェットエンジンシャフトの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 筒体
２ 支持台
３ 内面塗装機（塗装機）
４ 外面塗装機（塗装機）
５ 防爆ブース
１０，１１ 調心リング（調心手段）
１２ アーム
１３ スプレーガン
２０ スプレーガン
２１ 旋回台
３１ 繋ぎ部（前回）
３１' 繋ぎ部（今回）
Ａ 一端
Ｂ 他端

Claims (10)

1. 筒体の表面に一定膜厚の塗装膜を形成する筒体の塗装装置であって、
   筒体を水平に支持し且つ筒体の軸線を中心に回転駆動する支持台と、
   前記支持台に支持した筒体の表面と間隔を隔てたスプレーガンを筒体の軸線と平行に移動させて筒体の表面に塗料を噴射する塗装機と、
   前記支持台を１８０゜水平旋回可能に支持する旋回台とを有し、
   前記塗装機は、筒体の一方の端部から長手方向中間位置まで塗装できるようにスプレーガンを移動させ、旋回台による支持台の旋回を行った後、筒体の他方の端部から長手方向中間位置まで塗装できるように前記スプレーガンを移動させる
   ことを特徴とする筒体の塗装装置。
2. 塗装機と、旋回台上に支持した支持台は、防爆ブース内に配置される請求項１に記載の筒体の塗装装置。
3. 塗装機は、アームの先端にスプレーガンを備えて筒体内に挿入することにより筒体の内表面を塗装する内面塗装機である請求項１又は２に記載の筒体の塗装装置。
4. 塗装機は、スプレーガンにより筒体の外表面を塗装する外面塗装機である請求項１又は２に記載の筒体の塗装装置。
5. 支持台上に支持される筒体の軸線を一定位置に保持するための調心手段を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の筒体の塗装装置。
6. 調心手段は、筒体外面の長手方向２個所に取り付けるようにした調心リングである請求項５に記載の筒体の塗装装置。
7. 筒体の表面に一定膜厚の塗装膜を形成する筒体の塗装方法であって、筒体を水平に支持し且つ筒体の軸線を中心に回転駆動可能な支持台と、支持台に支持した筒体の表面と間隔を隔てたスプレーガンを筒体の軸線と平行に移動させて筒体の表面に塗料を噴射する塗装機と、支持台を１８０゜水平旋回可能に支持する旋回台とを設け、
   前記塗装機は、筒体の長手方向中間位置まで塗装できるように前記スプレーガンを移動させる構成を有し、
   回転した筒体の一端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して螺旋状に塗装した後、スプレーガンを後退させ、
   旋回台により支持台を１８０゜水平旋回して筒体を長手方向に反転し、
   筒体の他端から長手方向中間位置まで塗装機により塗料を噴射して螺旋状に塗装することにより塗装膜の繋ぎ部を形成する
   ことを特徴とする筒体の塗装方法。
8. 筒体の一端から長手方向中間位置まで塗装を行って塗装を停止した後、スプレーガンを後退させ、旋回台により支持台を１８０゜水平旋回して筒体を長手方向に反転し、筒体の他端から長手方向中間位置まで塗装して塗装膜の繋ぎ部を形成する操作を複数回行うことにより重ね塗りする請求項７に記載の筒体の塗装方法。
9. 重ね塗りする際に、前回の塗装に対して位相をずらして塗装することにより一定膜厚の塗装膜を形成する請求項８に記載の筒体の塗装方法。
10. 重ね塗りする際に、前回の繋ぎ部と今回の繋ぎ部とが重ならないように繋ぎ部の位置をずらす請求項８又は９に記載の筒体の塗装方法。

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