JP6314735B2 - 回転霧化式塗装装置のベルカップ - Google Patents

Description

本発明は、回転霧化式塗装装置のベルカップに関するものである。

回転霧化式塗装装置において、塗料に含まれるアルミフレークや雲母フレークなどの光輝性顔料がベルカップ表面を摩耗させる傾向がある。そのため、ベルカップの表面に珪素ドープ非晶質炭素被膜などの耐摩耗被膜を形成することが行われている（特許文献１）。

特開２００１−３５３４５５号公報

しかしながら、ベルカップの表面に耐摩耗被膜を形成すると、耐摩耗被膜のメッキ工程などベルカップの製造工程が増加し、コストアップにつながるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗被膜などを形成することなくベルカップ表面の摩耗を抑制できる回転霧化式塗装装置のベルカップを提供することである。

本発明は、ベルカップ本体の塗料拡散面のうち基端部側の第１範囲を、回転軸とのなす角度が０°を超え５°未満の第１塗料拡散面で構成し、第１塗料拡散面に連続し、ベルカップ本体の先端縁までの第２範囲を、回転軸に向かう凸状の曲面で構成する。そして、前記ベルハブの通孔の先端部に、当該通孔から前記第１塗料拡散面に向かって滑らかに漸近するスカート部を形成するか、又は、前記ベルカップ本体を金属材料により形成するとともに前記第１塗料拡散面にリング部材を埋設することによって上記課題を解決する。

本発明に係るベルカップは、フィードチューブから塗料が吐出される第１塗料拡散面が回転軸に対して０°を超え５°未満の角度とされているので、当該第１塗料拡散面に沿う遠心力成分が著しく小さい。このため、第１塗料拡散面に塗料の液溜りが生じ、これにより塗料に含まれる光輝性顔料が第１塗料拡散面に衝突したり擦れたりすることでベルカップ表面が摩耗するのを抑制することができる。

本発明に係るベルカップの一実施の形態を適用した回転霧化式静電塗装装置の先端部を示す断面図である。 図１のベルカップ本体を示す断面図である。 図１のベルハブ及びスペーサを示す断面図である。 図３のＩＶ部の拡大断面図である。 本発明に係るベルカップの他の実施の形態を適用した回転霧化式静電塗装装置の先端部を示す断面図である。 図５のリング部材を示す斜視図である。 図５のＶＩＩ部の拡大断面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るベルカップ３の一実施の形態を適用した回転霧化式塗装装置１の先端部を示す断面図、図２はベルカップ本体３０を示す断面図、図３はベルハブ４０及びスペーサ５０を示す断面図、図４は図３のＩＶ部の拡大断面図である。以下において、ベルカップ本体３０、ベルハブ４０及びスペーサ５０を含めてベルカップ３と総称する。回転霧化式塗装装置に用いられるベルカップ３は、霧化頭又は噴霧頭とも称されるが、本明細書ではベルカップ３という。最初に図１を参照して回転霧化式塗装装置１の一例を説明する。また、ベルカップ３の基端側とは、回転霧化式塗装装置１の中空シャフト１３側をいい、これに対してベルカップ３の先端側とは被塗物側をいうものとする。なお、本発明に係るベルカップ３は、以下に説明する構造の回転霧化式塗装装置１にのみ限定されず、その他の構造の回転霧化式塗装装置にも適用することができる。

図１に示す回転霧化式塗装装置１は、静電印加式塗装装置であって、電気絶縁性材料から形成されたハウジング１１と、このハウジング１１内に設けられた、エアーモータ１２によって回転する中空シャフト１３とを有する。中空シャフト１３の先端には、塗料を噴霧するベルカップ３が、そのねじ部３５（図２参照）を図１に示す中空シャフト１３のねじ部２１にねじ締結することにより固定され、中空シャフト１３とともに回転駆動する。また、中空シャフト１３の中心孔には、塗料供給装置１４から供給される塗料や洗浄シンナーをベルカップ３へ供給する非回転の中空状のフィードチューブ１５が配置されている。なおベルカップ３の背面外周は、ハウジング１１の先端によって覆われている。

回転霧化式塗装装置１は、高圧電源１６からの印加によって帯電した塗料粒子を、被塗物との間に形成された静電界に沿って飛行させて当該被塗物に塗着させるものである。被塗物は、図１の左側に所定のガン距離を隔てて存在し、塗装台車や塗装ハンガを介して接地されている。高圧印加方式としては、図１に示すように高圧電源１６をハウジング１１内に設け、導電性材料で構成された中空シャフト１３を介して、同じく導電性材料で構成されたベルカップ本体３０に印加する内部印加型を採用することができる。またこれに代えて、ベルカップ本体３０を電気絶縁性材料で構成した場合は、高圧電源が接続された放電電極をベルカップ３０の周囲に設け、ベルカップ本体３０から飛び出した塗粒に印加する外部印加型の回転霧化式静電塗装装置も採用することができる。

また回転霧化式塗装装置１は、ベルカップ本体３０の背面側からシェーピングエアーと称される空気流をエアー吐出口１７から吐出し、ベルカップ本体３０により微粒化された塗料粒子を、ベルカップ本体３０の前方に位置する被塗物に向かう方向に偏向させる。このため、ハウジング１１の一部に、エアー供給装置１８に接続されたエアー通路１９が形成されるとともに、ハウジング１１の先端に当該エアー通路１９が連通する環状のエアー通路２０が形成されている。そして、環状のエアー通路２０に連通するエアー吐出口１７が、ハウジング１１の先端円周面に沿って所定間隔で複数個形成されている。このエアー吐出口１７から吹き出されるシェーピングエアーの流量や吹き出し角度を調節することにより、ベルカップ本体３０の先端から接線方向に飛び出した塗料粒子の飛行方向、すなわち塗装パターンを制御することができる。また、塗料粒子には上述した静電界による力以外にも、このシェーピングエアーによる運動量が与えられることになる。なお、図１に示すシェーピングエアーのエアー吹出口１７は環状に一列設けたが、シェーピングエアーの吹き出し角度を調整するために複数列設けてもよい。

フィードチューブ１５の先端は、中空シャフト１３の先端から露出し、ベルカップ本体３０の内面に向けて延在している。このフィードチューブ１５には、塗料供給装置１４から塗料又は洗浄シンナーが供給され、その先端からベルカップ本体３０の塗料拡散面３１へ供給される。なお、洗浄シンナーは、ベルカップ本体３０の塗料拡散面３１及び後述するベルハブ４０を洗浄するための洗浄液（有機溶剤系塗料の場合には有機溶剤、水系塗料の場合は水）であり、本例の回転霧化式塗装装置１を、色替え操作を必要とする上塗り塗装工程や中塗り塗装工程に適用した場合に、塗料の色替え時の洗浄用として供給されるものである。したがって、色替え操作が不要な塗装工程、たとえば単一種の中塗り塗料のみを塗装する中塗り塗装工程などにあっては、塗料のみがフィードチューブ１５に供給されることもある。色替え操作は、塗料供給装置１４に含まれる図示しないカラーチェンジバルブなどの色替弁ユニットにより行われる。

本例のベルカップ本体３０は、導電性材料、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス合金その他の金属材料で構成されている。ただし、上述した外部印加型の回転霧化式静電塗装装置に適用されるベルカップ本体３０においては、硬質の樹脂材料から構成してもよい。本例のベルカップ本体３０は、略カップ形状をなし、カップ状の内面の塗料拡散面３１、カップ状の外面３２と、内面の先端に位置する塗料が放出される先端縁３３と、を有する。塗料拡散面３１の構成については後述する。

ベルカップ本体３０の基端側の中央であって、フィードチューブ１５の先端近傍には、ベルハブ４０が取り付けられている。このベルハブ４０は、金属などの導電性材料でも樹脂などの電気絶縁性材料でも構成することができるが、樹脂材料で構成することがより好ましい。本例のベルハブ４０は、図３に示すねじ部４６を図２に示すベルカップ本体３０の基端内面に形成されたねじ部３４にネジ締結することで固定され、ベルカップ本体３０及び中空シャフト１３とともに回転する。ただし、ベルハブ４０を中空シャフト１４の先端に装着してもよいし、フィードチューブ１５の先端に装着して非回転に構成してもよい。

また、ベルカップ本体３０が正面視において回転中心軸ＣＬを中心とする円形であることから、ベルハブ４０も正面視において円形とされている。そして、ベルハブ４０の外周部には所定間隔をもって複数の通孔４１が形成され、フィードチューブ１５の先端から供給された塗料又は洗浄シンナーは、ベルハブ４０の通孔４１を通過してベルカップ本体３０の塗料拡散面３１へ導かれ、先端縁３３の全周から飛散することになる。

本例のベルハブ４０は、スペーサ５０を介在させた状態でベルカップ本体３０の基端部にネジ締結により固定される。スペーサ５０は、図３に示すように環状凸部５１を有し、この環状凸部５１がベルカップ本体３０の基端部に形成された環状凸部３６に当接することで、スペーサ５０はベルハブ４０とベルカップ本体３０の基端部との間に挟持される。なお、スペーサ５０は、金属などの導電性材料でも樹脂などの電気絶縁性材料でも構成することができる。また、スペーサ５０は、必要に応じて省略してもよい。

次に、本例のベルカップ本体３０の塗料拡散面３１とベルハブ４０の構成について説明する。
図２は、図１に示すベルカップ本体３０の単体の拡大断面図であり、本例のベルカップ本体３０は、中空シャフト１３の回転中心軸ＣＬ廻りに回転対称とされた塗料拡散面３１を有する。この塗料拡散面３１は、ベルカップ本体３０の内面の基端側、具体的には塗料が吐出する通孔４１が対面する位置を始点とし、ベルカップ本体３０の内面の先端縁３３の位置を終点とする連続した曲面で構成されている。なお、これら始点および終点なる用語は、フィードチューブ１５から吐出される塗料の流動方向に沿って表現した趣旨であり、塗料拡散面３１の両端が、通孔４１の位置とベルカップ本体３０の内面の先端縁３３とで定義される意味である。

特に本例の塗料拡散面３１は、通孔４１に対面する始点を含む基端部までの第１範囲３１Ａは、回転中心軸ＣＬに対して０°を超え５°未満の曲面で構成される一方で、この第１範囲３１Ａに連続する、ベルカップ本体３０の先端縁３３までの第２範囲３１Ｂは、回転中心軸ＣＬに向かう凸状の曲面で構成されている。第１範囲３１Ａの塗料拡散面を第１塗料拡散面３１Ａ、第２範囲３１Ｂの塗料拡散面を第２塗料拡散面３１Ｂともいう。第１範囲の第１塗料拡散面３１Ａの曲面は、図２に示すように中空シャフト１４の回転中心軸ＣＬを含む任意平面の断面において、第１塗料拡散面３１Ａを通る直線Ｌ１と回転中心軸ＣＬとのなす角度αが、０°＜α＜５°となる、先端側に向かって拡開する円錐台の側面形状と成されている。

なお、第１塗料拡散面３１Ａを通る直線Ｌ１と回転中心軸ＣＬとのなす角度αが０°であると、第１塗料拡散面３１Ａに吐出された塗料や洗浄用シンナがベルカップ本体３０の回転による遠心力によって第２塗料拡散面３１Ｂへ流れ難い。また、第１塗料拡散面３１Ａを通る直線Ｌ１と回転中心軸ＣＬとのなす角度αが０°未満であると、すなわち、基端側に向かって拡開する円錐台の側面形状であると、第１塗料拡散面３１Ａに吐出された塗料や洗浄用シンナがベルカップ３０の回転による遠心力によってベルカップ本体３０の基端部に向かって逆に流れることになる。一方、第１塗料拡散面３１Ａを通る直線Ｌ１と回転中心軸ＣＬとのなす角度αが５°以上であると、以下に説明する塗料溜りの効果が得難い。したがって、第１塗料拡散面３１Ａを通る直線Ｌ１と回転中心軸ＣＬとのなす角度αは０°＜α＜５°であることが好ましい。

第２範囲の第２塗料拡散面３１Ｂの曲面は、回転中心軸ＣＬに向かう凸状の曲面であって、回転中心軸ＣＬとその接線とのなす角度が、ベルカップ本体３０の先端縁３３に向かうにしたがって徐々に大きくなる曲面とされている。なお、第１塗料拡散面３１Ａと第２塗料拡散面３１Ｂとの境界部分は滑らかに変化する曲面とされている。

一方、ベルハブ４０は、図３に示すように各通孔４１の出口である先端部に、当該通孔４１から第１塗料拡散面３１Ａに向かって滑らかに漸近するスカート部４２が形成されている。このスカート部４２によって通孔４１から吐出する塗料が第１塗料拡散面３１Ａに衝突するのを緩和する。また、ベルハブ４０の内面のうち、回転中心軸ＣＬを含む、フィードチューブ１５の先端に対面する中央部の内面は、ベルカップ本体３０の基端方向に向かう凹状曲面４３とされている。一方、ベルハブ４０の内面のうち外周部は、この凹状曲面４３に連続し、ベルカップ本体３０の基端方向に向かう凸状曲面４４とされている。この凹状曲面４３及び凸状曲面４４により、フィードチューブ１５から吐出した塗料の流れ方向が変わることで減速することになる。これにより、通孔４１に達した際の塗料の流速が制限され、第１塗料拡散面３１Ａに衝突するエネルギが小さくなる。

なお、ベルハブ４０の中央には複数の洗浄孔４５が形成されている。この洗浄孔４５は、ベルハブ４０の内面に複数の開口を有し、ベルハブ４０の外面において一つの開口とされている。すなわち、各洗浄孔４５は回転中心軸ＣＬに向かって傾斜する孔、換言すればベルカップ３の先端に向かって縮径方向に傾斜する孔とされている。本例の洗浄孔４５は、ベルカップ本体３０及びベルハブ４０の外面を洗浄用シンナにより洗浄する際に用いられ、ベルカップ３の回転速度を低速とした状態でフィードチューブ１５から洗浄用シンナを供給すると、ベルハブ４０の内面に吐出された洗浄用シンナには大きな遠心力が作用しない。このため、当該洗浄用シンナの一部は洗浄孔４５を介してベルハブ４０の外面に至り、当該ベルハブ４０の外面を洗浄することができる。ただし、塗料を塗布する際のようにベルカップ３を高速で回転させると、その遠心力と洗浄孔４５の逆傾斜により、ベルハブ４０の内面に吐出された塗料が洗浄孔４５からベルハブ４０の外面に至ることはない。

次に作用を説明する。
図１に示す状態でエアーモータ１２を駆動して中空シャフト１３を、たとえば４０，０００ｒｐｍの高速回転させながらフィードチューブ１５から塗料を供給すると、この塗料はベルハブ４０の内面の中央に吐出されたのち、ベルカップ本体３０の高速回転による遠心力によって、凹状曲面４３から凸状曲面４４に沿って流れたのち複数の通孔４１に至る。この凹状曲面４３及び凸状曲面４４により、フィードチューブ１５から吐出した塗料の流れ方向が変わり塗料の流れが減速する。これにより、通孔４１に達した際の塗料の流速が制限され、第１塗料拡散面３１Ａに衝突するエネルギが小さくなる。

各通孔４１に至った塗料は、通孔４１を通過したのち、スカート部４２によってベルカップ本体３０の第１塗料拡散面３１Ａに滑らかに流れる。これにより、アルミフレークや雲母フレークなどの光輝性顔料を含む塗料がベルカップ本体３０の第１塗料拡散面３１Ａへ大きなエネルギをもって衝突することが抑制される。

また、第１塗料拡散面３１Ａは、回転中心軸ＣＬに対して５°未満といった略平行の円錐台側面で構成されているので、第１塗料拡散面３１Ａに至った塗料に作用する遠心力のうち、ベルカップ３の先端方向に向かう速度成分（すなわち第１塗料拡散面３１Ａに沿う方向の速度成分）は極めて小さい。これにより、第１塗料拡散面３１Ａには他の第２塗料拡散面３１Ｂに比べて厚膜の液溜りが生じる。たとえば、３〜５０，０００ｒｐｍ程度の高速で回転する場合であっても、第１塗料拡散面３１Ａに生じる液膜は１０μｍ〜１００μｍに保つことができる。典型的な光輝性顔料の厚さが０．５μｍ〜１．５μｍの範囲であるから、塗料吐出開始時においては光輝性顔料が第１塗料拡散面３１Ａに衝突することは避けられないものの、これに続く光輝性顔料は第１塗料拡散面３１Ａに生じた液溜りの中に流入する。その結果、光輝性顔料の衝突エネルギーが液溜りで吸収されることになる。

第１塗料拡散面３１Ａを通過した塗料は第２塗料拡散面３１Ｂに導かれる。本例の第２塗料拡散面３１Ｂは、上述したとおり回転中心軸ＣＬに向かう凸状の曲面であって、回転中心軸ＣＬとその接線とのなす角度が、ベルカップ本体３０の先端縁３３に向かうにしたがって徐々に大きくなる曲面とされている。これにより、個々の光輝性顔料の重心が第２塗料拡散面３１Ｂに接触したとしても、光輝性顔料の先端が第２塗料拡散面３１Ｂを摩耗させることがない。

なお、ベルハブ４０を樹脂材料で構成すれば、フィードチューブ１５から吐出された塗料がベルハブ４０の内面に衝突した際のエネルギを樹脂材料の弾性により吸収することができる。第１塗料拡散面３１Ａに作用する遠心力による光輝性顔料の衝突速度に比べると、フィードチューブ１５からの供給液圧による塗料の速度は比較的に小さいため、樹脂製ベルブでも十分に耐えることができる。

《他の実施の形態》
図５は、本発明に係るベルカップ３の他の実施の形態を適用した回転霧化式静電塗装装置１の先端部を示す断面図、図６は図５のリング部材６０を示す斜視図である。なお、図１〜図４に示す第１の実施の形態に係る部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明をここに準用する。

図５及び図６に示す実施形態のベルカップ３は、第１塗料拡散面３１Ａにリング部材６０が着脱可能に埋設されている点が図１に示す第１の実施の形態と相違する。本例のリング部材６０は、ダイヤモンドライクカーボンＤＬＣをコーティングした金属材料、樹脂材料又はゴム材料により構成することができる。本例のリング部材６０は、第１塗料拡散面３１Ａのうちの、少なくともベルハブ４０の通孔４１の先端部が相対する位置を含んだ位置に埋設され、リング部材６０の表面と第１塗料拡散面３１Ａの表面とが面一になるように埋設されている。本例のリング部材６０は、図６に示すように一箇所に切り込み部６１が形成され、これによりリング部材６０を強く摘まむと縮径し、放すと自己弾性により原形に戻る。リング部材６０をベルカップ本体３０に装着する場合には、リング部材６０を強く摘まんで縮径させた状態でベルカップ本体３０に形成した環状凹部３７に嵌合させる。またリング部材６０を取り外す場合には、同様にして縮径させて取り外せばよい。

このようにしたベルカップ３にあっては、塗料に含まれる光輝性顔料が最も強く衝突する位置に着脱可能なリング部材６０を埋設しているので、摩耗の程度が大きい場合にはリング部材６０のみを交換すればよく、ベルカップ本体３０を交換する必要がなくなる。

また、リング部材６０をゴム材料や弾性樹脂材料などの弾性材料から構成すれば、図７に示すように、ベルカップ本体３０の高速回転による遠心力が作用した場合に当該リング部材６０が圧縮される。これにより、ベルカップ本体３０の環状凹部３７と圧縮されたリング部材６０の部分に凹状の液溜り溝６２が生じるので、ここに一定量の塗料が溜り、光輝性顔料の衝突エネルギの吸収効果がさらに大きくなる。なお、ベルカップ本体３０の回転速度を低下すればリング部材６０は元の形状に復元するので、洗浄用シンナを用いた洗浄性には何ら悪影響を及ぼさない。

また、図５に示す実施の形態では、第１塗料拡散面３１Ａと第２塗料拡散面３１Ｂとの境界部分を非連続な曲面としている。すなわち、第１塗料拡散面３１Ａの終端から第２塗料拡散面３１Ｂの始端に移行する面は、その角度が急激に変化する曲面とされている。このように構成することで第１塗料拡散面３１Ａの長さを充分に設定することができるので、この第１塗料拡散面３１Ａに生じる液溜り量が増加し、光輝性顔料の衝突エネルギの吸収効果がさらに大きくなる。なお、図５に示すベルカップ本体３０にリング部材６０を埋設する構成と、リング部材６０を弾性材料とする構成と、第１塗料拡散面３１Ａと第２塗料拡散面３１Ｂとの境界部分を非連続な曲面とする構成とは、それぞれ独立して採用することができる。

上記中空シャフト１３が本発明に係る回転軸に相当する。

１…回転霧化式塗装装置
１１…ハウジング
１２…エアーモータ
１３…中空シャフト
１４…塗料供給装置
１５…フィードチューブ
１６…高圧電源
１７…エアー吐出口
１８…エアー供給装置
１９，２０…エアー通路
２１…ねじ部
３…ベルカップ
３０…ベルカップ本体
３１…塗料拡散面
３１Ａ…第１範囲（第１塗料拡散面）
３１Ｂ…第２範囲（第２塗料拡散面）
３２…外面
３３…先端縁（塗料拡散面の終点）
３４，３５…ねじ部
３６…環状凸部
３７…環状凹部
４０…ベルハブ
４１…通孔
４２…スカート部
４３…凹状曲面
４４…凸状曲面
４５…洗浄孔
４６…ねじ部
５０…スペーサ
５１…環状凸部
６０…リング部材
６１…切り込み部
６２…液溜り溝
ＣＬ…回転中心軸

Claims (6)

1. 中心にフィードチューブが挿入された、回転霧化式塗装装置の回転軸の先端部に装着され、その内面の塗料拡散面に前記フィードチューブから塗料が吐出されるベルカップ本体と、
   前記ベルカップ本体の基端中央に装着され、その内面に前記フィードチューブから前記塗料が吐出され、その外周部に設けられた複数の通孔を介して前記塗料を前記ベルカップ本体の塗料拡散面の基端部に導くベルハブと、を備えるベルカップにおいて、
   前記塗料拡散面のうち前記ベルカップ本体の基端部側の第１範囲は、前記回転軸とのなす角度が０°を超え５°未満の第１塗料拡散面で構成され、
   前記第１塗料拡散面に連続し、前記ベルカップ本体の先端縁までの第２範囲は、前記回転軸に向かう凸状の曲面で構成され、
   前記ベルハブの通孔の先端部に、当該通孔から前記第１塗料拡散面に向かって滑らかに漸近するスカート部が形成されている回転霧化式塗装装置のベルカップ。
2. 中心にフィードチューブが挿入された、回転霧化式塗装装置の回転軸の先端部に装着され、その内面の塗料拡散面に前記フィードチューブから塗料が吐出されるベルカップ本体と、
   前記ベルカップ本体の基端中央に装着され、その内面に前記フィードチューブから前記塗料が吐出され、その外周部に設けられた複数の通孔を介して前記塗料を前記ベルカップ本体の塗料拡散面の基端部に導くベルハブと、を備えるベルカップにおいて、
   前記塗料拡散面のうち前記ベルカップ本体の基端部側の第１範囲は、前記回転軸とのなす角度が０°を超え５°未満の第１塗料拡散面で構成され、
   前記第１塗料拡散面に連続し、前記ベルカップ本体の先端縁までの第２範囲は、前記回転軸に向かう凸状の曲面で構成され、
   前記ベルカップ本体は金属材料により形成され、前記第１塗料拡散面にリング部材が埋設されている回転霧化式塗装装置のベルカップ。
3. 前記リング部材は、着脱可能に埋設されている請求項２に記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
4. 前記リング部材は、弾性材料から構成されている請求項２又は３に記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
5. 前記ベルハブの内面は、
   前記フィードチューブの先端に対面する前記ベルハブの内面の中央部に形成された、前記ベルカップ本体の基端方向に向かう凹状曲面と、
   前記凹状曲面に連続し、前記ベルハブの内面の外周部に形成された、前記ベルカップ本体の基端方向に向かう凸状曲面と、を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
6. 前記ベルハブは、樹脂材料により形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。

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