JP6559522B2 - 塗装機 - Google Patents

Description

本発明は、エアモータにより回転駆動される回転霧化頭で塗料を微粒化させて噴霧する塗装機に関する。

この種の一般的な塗装機Ａは、図７に示すように、塗装機本体２に内蔵されたエアモータ３で高速回転駆動される中空回転軸４の先端に回転霧化頭５が取り付けられ、中空回転軸４の中空空間２９に挿通されたフィードチューブ６を介して供給された塗料を回転霧化頭５で遠心霧化させて噴霧するようになっている。

塗装機本体２に搭載されたエアモータ３は、モータハウジング７の先端側から突出させた中空回転軸４がラジアル軸受８で支持されると共に、タービンホイール９ａの外周部にタービンブレード９ｂを形成したエアタービン９が中空回転軸４の後端側に一体的に形成されている。

エアタービン９の周囲には、タービンブレード９ｂに対しドライブエア（圧縮空気）を吹き付ける給気口１０が形成され、エアタービン９を覆うようにモータハウジング７に固定される背面カバー１１には、タービンブレード９ｂの内周面に形成される排気路２８を通って排出される排気エアを後方に排出する排気口１２が形成されている。
さらに、塗装機本体２内部には、エアモータ３の背面カバー１１を隔てた後方に排気室１３が形成され、この排気室１３に排気ホース（図示せず）等が接続されて、排気エアを塗装機本体２外部に排出するようになっている。

また、図８に示すように、前記背面カバー１１には、回転霧化頭５（図７参照）に塗料を供給するフィードチューブ６を排気室１３側から中空回転軸４の中空空間２９に挿通する筒状開口部３１が後方に突出するように形成されている。

ここで、図７に示すように、エアモータ３にドライブエアを供給して回転霧化頭５を通常回転数（例えば、2〜40000rpm程度）で駆動させながら、フィードチューブ６を介して塗料を供給すると、塗料が回転霧化頭５で遠心霧化されて噴霧される。
また、塗料を大吐出量で噴霧する場合は、微粒化を維持するために回転霧化頭５をより高速の回転数（例えば、4〜60000rpm程度）で駆動させる必要があり、そのためにはドライブエアも高圧で大量供給する必要がある。

しかしながら、ドライブエアの供給量が増大すると、排気経路の圧損が大きくなって、排気路２８と排気口１２と排気室１３で形成される空間（以下「排気空間」と呼ぶ。）の圧力が上昇するため、排気エアの一部が前記排気空間から中空回転軸４の中空空間２９を通って回転霧化頭５内に流入することで、回転霧化頭５内の圧力を上昇させ、塗料の微粒化不良を発生させる。

このため、中空回転軸の側面に、中空回転軸の内外を連通させる排気口を設け、その中空空間の圧力を解放する機構が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、本発明者の実験によれば、中空回転軸に排気口を設けても中空空間への流入量が多くなったときに、排気空間及び中空空間の圧力が十分に低下せず、したがって、前述の問題を解決することができなかった。

このため本発明者らは、排気空間と中空回転軸４の中空空間２９との間の空気の流通を遮断することを着想した。
排気室１３と中空空間２９は、図８に示すように、フィードチューブ６の外周面と、筒状開口部３１の内周面との隙間に形成される環状流路３２を介して連通されているが、環状流路３２となる隙間は、塗装機の組立作業の都合上、ある程度の大きさ（1ｍｍ間隔程度）を確保しておく必要がある。

そこで、フィードチューブ６の外周面と、筒状開口部３１の内周面の間隔の大きさを維持したまま環状流路３２を遮断するために、図９に示すように、Ｏリングなどのシールリング３３を設けて、排気室１３と中空空間２９とを遮断した塗装機Ｂを試作した。
シールリング３３を環状流路３２に設けて遮断した場合は、フィードチューブ６や筒状開口部３１の剛性部材同士が当接するわけではないので塗装機Ｂの組立作業に不都合を生じることがなく、ドライブエアを高圧で大量供給することにより排気空間が高圧になったとしても、中空空間２９に排気エアが大量に流入することがないので塗料の微粒化不良を生じることがなくなった。

しかし、回転霧化頭の回転数をさらに許容最大回転数（例えば、6〜80000rpm程度）まで上昇させるべく、ドライブエアを、より高圧且つ大供給量で供給したところ、稀ではあるが、異常振動が観察されることがあった。
この異常振動の原因は、背面カバー１１とタービンホイール９ａとの隙間に形成される漏れ空気流入空間３４を流通する空気量の増加と、当該空間３４の圧力分布の乱れによるものと考えられる。
すなわち、シールリング３３が装着されていない従来構造の塗装機においては、排気空間よりも中空空間２９の圧力が低いため、排気空間から中空空間２９に向かって空気が流れるが、このとき流れる流量の多くは、漏れ空気流入空間３４よりも隙間が大きい環状流路３２を流れていた。
しかし、排気室１３と中空空間２９を連通する環状流路３２をシールリング３３により遮断することで、中空空間２９への流路が漏れ空気流入空間３４に限定されたため、ここを流れる流量が増加すると共に圧力が上昇し、さらにエアタービン９の回転の影響で、漏れ空気流入空間３４の圧力分布に乱れが生じ、異常振動が発生し易い状態になっていたものと推測される。

国際公開第２０１５／００４９６６号パンフレット

そこで本発明は、排気路と排気口と排気室で形成される排気空間から中空回転軸の中空空間へ流入する排気エアの流量を抑制することで塗料の微粒化不良を防止すると共に、漏れ空気流入空間の圧力分布の乱れを抑制することで異常振動を防止することを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、塗装機本体に内蔵されたエアモータの中空回転軸の先端に塗料を霧化する回転霧化頭が取り付けられ、
前記エアモータは、タービンホイールの外周部にタービンブレードを形成したエアタービンが中空回転軸の後端側に設けられると共に、当該エアモータのハウジングには、エアモータの排気エアを後方に排出する排気口を形成した背面カバーがエアタービンを覆うように取り付けられて成り、
前記背面カバーの後方空間が、エアモータの排気エアを塗装機本体外部に排出する排気室として形成されると共に、前記背面カバーと前記タービンホイールとの隙間は排気エアの漏れ空気が流入する漏れ空気流入空間になっており、
前記背面カバーには、前記回転霧化頭に塗料を供給するフィードチューブを前記排気室側から中空回転軸の中空空間内に挿通する筒状開口部が形成された塗装機において、
前記フィードチューブと背面カバーの隙間を通り中空回転軸に至る環状流路を塞ぐシールリングが設けられ、
前記筒状開口部は、中空回転軸の後端側から前記中空空間に挿入されるように前方に突出して形成されると共に、その外周面と中空回転軸内周面との間に非接触シールとなる狭小クリアランスが形成され、
前記背面カバーの排気口より中央寄りに、前記漏れ空気流入空間と前記排気室とを連通する複数の圧力逃し流路が形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、フィードチューブと背面カバーの隙間を通り中空回転軸に至る環状流路がシールリングで塞がれているので、当該環状流路を通り排気室から中空回転軸の中空空間に排気エアが流れ込むことがない。

また、筒状開口部が、中空回転軸の後端側から中空空間に挿入されるように前方に突出して形成され、その外周面と中空回転軸内周面との間に非接触シールとなる狭小クリアランスが形成されているので、漏れ空気流入空間や圧力逃し流路を通って排気エアが中空回転軸の中空空間に流入することを抑制できる。

さらに、排気室と漏れ空気流入空間は圧力逃し流路を介して連通されているので、漏れ空気流入空間の圧力は比較的変動の少ない排気室の圧力に同調することとなり、漏れ空気流入空間の圧力分布に乱れを生ずることがなく、回転霧化頭を許容最大回転数で回転させたときに異常振動を生じることもない。

本発明に係る塗装機の要部を示す説明図。 本発明に係る他の実施例の要部を示す説明図。 本発明に係るさらに他の実施例の要部を示す説明図。 本発明に係るさらに他の実施例の要部を示す説明図。 本発明に係るさらに他の実施例の要部を示す説明図。 本発明に係るさらに他の実施例の要部を示す説明図。 一般的な塗装機の構造を示す説明図。 従来の塗装機の要部を示す説明図。 従来の塗装機の要部を示す説明図。

本発明は、排気路と排気口と排気室で成る排気空間から中空回転軸の中空空間へ流入する排気エアの流量を抑制することで、塗料の微粒化不良を防止するとともに、漏れ空気流入空間の圧力分布の乱れを抑制することで、異常振動を防止するという目的を達成するため、以下の構成を有する。
すなわち、塗装機本体に内蔵されたエアモータの中空回転軸の先端に塗料を霧化する回転霧化頭が取り付けられ、
前記エアモータは、タービンホイールの外周部にタービンブレードを形成したエアタービンが中空回転軸の後端側に設けられると共に、当該エアモータのハウジングには、エアモータの排気エアを後方に排出する排気口を形成した背面カバーがエアタービンを覆うように取り付けられて成り、
前記背面カバーの後方空間が、エアモータの排気エアを塗装機本体外部に排出する排気室として形成されると共に、背面カバーとタービンホイールに挟まれた隙間は排気エアの漏れ空気が流入する漏れ空気流入空間になっており、
前記背面カバーには、前記回転霧化頭に塗料を供給するフィードチューブを前記排気室側から中空回転軸の中空空間内に挿通する筒状開口部が形成された塗装機において、
前記フィードチューブと背面カバーの隙間を通り中空回転軸に至る環状流路を塞ぐシールリングが設けられ、
前記筒状開口部は、中空回転軸の後端側から前記中空空間に挿入されるように前方に突出して形成されると共に、その外周面と中空回転軸内周面との間に非接触シールとなる狭小クリアランスが形成され、
前記背面カバーの排気口より中央寄りに、前記漏れ空気流入空間と前記排気室とを連通する圧力逃し流路を形成した。

図１は、本発明に係る塗装機Ｔ１の要部を示す説明図であって、一般的な構成部分については、図７に示す塗装機と共通である。
モータハウジング７の背面カバー１１に形成された筒状開口部２１は、中空回転軸４の後端側から非接触状態で挿入されるように前方に突出して形成されている。この筒状開口部２１は、背面カバー１１に一体成形されている場合であっても、付属部品として背面カバー１１に一体的に装着固定される場合であってもよい。

フィードチューブ６の外周面６ａと筒状開口部２１の内周面２１ａの隙間は、排気室１３に開放される環状流路２２として形成され、その中空回転軸４側の開口部は、Ｏリングなどのシールリング２３で塞がれている。
なお、このシールリング２３は、筒状開口部２１の内周面２１ａに設けられていても、フィードチューブ６の外周面６ａに設けられていてもよい。

筒状開口部２１の外周面２１ｂと中空回転軸４の内周面４ａとの間には、非接触シール２４となる狭小クリアランスが形成されている。
背面カバー１１は、モータハウジング７に固定されるので、その背面カバー１１に形成された筒状開口部２１を中空回転軸４の内周面４ａに対して高精度に心出しすることができる。
したがって、非接触シール２４となる狭小クリアランスを０.１ｍｍ以下の精度で設計することができ、本例では、非接触シール２４で生じさせる圧力損失に応じてその隙間が０.３ｍｍ以下に設計されている。

背面カバー１１とタービンホイール９ａとの隙間は、排気口１２から排出されなかった排気エアの漏れ空気が流入する漏れ空気流入空間２５になっており、背面カバー１１の排気口１２より中央寄り（回転中心寄り）には、漏れ空気流入空間２５と排気室１３とを連通する複数の圧力逃し流路Ｆ１が形成されている。

本例では、圧力逃し流路Ｆ１は、環状流路２２のシールリング２３より後方部分から漏れ空気流入空間２５に向けて筒状開口部２１の内外を放射状に貫通するように形成されている。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
エアモータ３にドライブエアを供給すると、ドライブエアが給気口１０からタービンブレード９ｂに吹き付けられてタービン９が回転され、これによって中空回転軸４及び回転霧化頭５が高速回転駆動される。
排気エアは、そのほとんどが排気口１２から後方に排出され、排気室１３を通り、排気ホース（図示せず）などで外部に導出される。
また、排気エアの一部が、タービンホイール９ａと背面カバー１１の隙間の漏れ空気流入空間２５に流入される。

このとき、フィードチューブ６と筒状開口部２１の隙間に形成される環状流路２２は、シールリング２３により中空回転軸４側が塞がれているので、当該環状流路２２を通り排気エアが中空回転軸４の中空空間２９に流入することがない。
また、筒状開口部２１の外周面と中空回転軸４の内周面との隙間を通り中空空間２９に至る流路には非接触シール２４が形成されているので、漏れ空気流入空間２５や圧力逃し流路Ｆ１に流入した排気エアが中空回転軸４へ流入することを抑制できる。
したがって、中空空間２９に排気エアが大量に流入することがなく、塗料の微粒化不良が防止される。

さらに、排気室１３と漏れ空気流入空間２５は圧力逃し流路Ｆ１を介して連通され、排気室１３の容積は漏れ空気流入空間２５に比して十分大きいので、漏れ空気流入空間２５の圧力は比較的変動の少ない排気室１３の圧力に同調することとなり、漏れ空気流入空間２５の圧力分布に乱れを生ずることがなく、回転霧化頭を許容最大回転数で回転させたときに異常振動を生じることもない。

図２は他の実施例の要部を示す説明図である。なお、図１及び図７と共通する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。

本例の塗装機Ｔ２は、フィードチューブ６に筒状開口部２１の後端面と当接される段差部６ｂが形成され、当該段差部６ｂと筒状開口部２１の当接部にＯリングなどのシールリング２３が装着されている。
そして、背面カバー１１には、シールリング２３の外側に位置するように、排気室１３と漏れ空気流入空間２５を連通する圧力逃し流路Ｆ２が複数本形成されている。

本例も、実施例１と同様、排気室１３と中空回転軸４を連通する環状流路２２はシールリング２３により遮断されるので環状流路２２を通り排気エアが中空回転軸４の中空空間２９に流入せず、また、筒状開口部２１の外周面と中空回転軸４の内周面との間に非接触シール２４が形成されているので漏れ空気流入空間２５に流入した排気エアの中空回転軸４への流入が抑制され、これによって微粒化不良が防止される。

さらに、漏れ空気流入空間２５と排気室１３が圧力逃し流路Ｆ２により連通されているので、漏れ空気流入空間２５の圧力は比較的変動の少ない排気室１３の圧力に同調することとなり、漏れ空気流入空間２５の圧力分布に乱れを生ずることがなく、回転霧化頭を許容最大回転数で回転させたときに異常振動を生じることもない。

図３は他の実施例の要部を示す説明図である。なお、図２及び図７と共通する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例の塗装機Ｔ３は、筒状開口部２１が背面カバー１１の後方まで突出して形成され、フィードチューブ６の基端部に、その筒状開口部２１の背面側外周面２１ｃを囲う筒状カバー２６が形成されている。
筒状カバー２６は、フィードチューブ６と一体成形される場合であっても、付属部品としてフィードチューブ６の基端部に一体的に装着固定される場合であってもよい。

そして、筒状開口部２１の背面側外周面２１ｃと筒状カバー２６の内周面２６ａとの隙間にシールリング２３が設けられ、このシールリング２３によって、排気室１３と中空回転軸４を連通する環状流路２２が塞がれており、背面カバー１１には、シールリング２３の外側に位置するように、排気室１３と漏れ空気流入空間２５を連通する圧力逃し流路Ｆ３が複数本形成されている。その他の構成は図２に示す実施例２と同様である。

本例も、排気室１３と中空回転軸４を連通する環状流路２２はシールリング２３により遮断されるので環状流路２２を通り排気エアが中空回転軸４内の中空空間２９に流入せず、また、筒状開口部２１の外周面と中空回転軸４の内周面との間に非接触シール２４が形成されているので漏れ空気流入空間２５に流入した排気エアの中空回転軸４への流入が抑制され、これによって微粒化不良が防止される。

さらに、漏れ空気流入空間２５と排気室１３が圧力逃し流路Ｆ３により連通されているので、漏れ空気流入空間２５の圧力は比較的変動の少ない排気室１３の圧力に同調することとなり、漏れ空気流入空間２５の圧力分布に乱れを生ずることがなく、回転霧化頭を許容最大回転数で回転させたときに異常振動を生じることもない。

さらに、図４に示す塗装機Ｔ４のように、漏れ空気流入空間２５と排気室１３を連通する圧力逃し流路Ｆ４を、中空回転軸４と略平行に筒状開口部２１を縦に貫通するように所要数形成し、当該流路Ｆ４の先端部を背面カバー１１の正面側で漏れ空気流入空間２５に開口させ、その後端部を筒状開口部２１の背面側で排気室１３に開口させてもよい。
なお、その他の構成は、図１及び図７と共通する。

さらにまた、図５及び図６に示す塗装機Ｔ５及びＴ６のように、背面カバー１１の背面側がフラットに形成され、筒状開口部２１が後方に突出していない場合であってもよい。
ここで、塗装機Ｔ５は、漏れ空気流入空間２５と排気室１３を連通する圧力逃し流路Ｆ５が、図１と同様、環状流路２２のシールリング２３より後方部分から漏れ空気流入空間２５に向けて筒状開口部２１の内外を放射状に貫通して形成されており、その他の構成は図１及び図７と共通する。
また、塗装機Ｔ６は、漏れ空気流入空間２５と排気室１３を連通する圧力逃し流路Ｆ６が、図４と同様、中空回転軸４と略平行に背面カバー２１の表裏を貫通するように所要数形成され、当該流路Ｆ６の先端部が背面カバー１１の正面側で漏れ空気流入空間２５に開口され、その後端部が背面カバー１１の背面側で排気室１３に開口されており、その他の構成は、図４及び図７と共通する。

本発明は、塗料を微粒化する回転霧化頭を、塗装機本体に内蔵されたエアモータにより回転駆動する塗装機の用途に適用し得る。

Ｔ１〜Ｔ６ 塗装機
２ 塗装機本体
３ エアモータ
４ 中空回転軸
５ 回転霧化頭
６ フィードチューブ
７ ハウジング
９ エアタービン
９ａ タービンホイール
９ｂ タービンブレード
１１ 背面カバー
１２ 排気口
１３ 排気室
２１ 筒状開口部
２２ 環状流路
２３ シールリング
２４ 非接触シール
２５ 漏れ空気流入空間
Ｆ１〜Ｆ６ 圧力逃し流路

Claims (5)

1. 塗装機本体に内蔵されたエアモータの中空回転軸の先端に塗料を霧化する回転霧化頭が取り付けられ、
   前記エアモータは、タービンホイールの外周部にタービンブレードを形成したエアタービンが中空回転軸の後端側に設けられると共に、当該エアモータのハウジングには、エアモータの排気エアを後方に排出する排気口を形成した背面カバーがエアタービンを覆うように取り付けられて成り、
   前記背面カバーの後方空間が、エアモータの排気エアを塗装機本体外部に排出する排気室として形成されると共に、前記背面カバーと前記タービンホイールに挟まれた隙間は排気エアの漏れ空気が流入する漏れ空気流入空間になっており、
   前記背面カバーには、前記回転霧化頭に塗料を供給するフィードチューブを前記排気室側から中空回転軸の中空空間内に挿通する筒状開口部が形成された塗装機において、
   前記フィードチューブと背面カバーの隙間を通り中空回転軸に至る環状流路を塞ぐシールリングが設けられ、
   前記筒状開口部は、中空回転軸の後端側から前記中空空間に挿入されるように前方に突出して形成されると共に、その外周面と中空回転軸内周面との間に非接触シールとなる狭小クリアランスが形成され、
   前記背面カバーの排気口より中央寄りに、前記漏れ空気流入空間と前記排気室とを連通する圧力逃し流路が形成されたことを特徴とする塗装機。
2. 前記フィードチューブ外周面と筒状開口部内周面の隙間で形成される環状流路が排気室に開放されると共に、当該環状流路の中空回転軸側に前記シールリングが設けられ、
   前記圧力逃し流路が、前記シールリングより後方の前記環状流路から前記漏れ空気流入空間に向けて筒状開口部を貫通形成された請求項１記載の塗装機。
3. 前記フィードチューブに筒状開口部の後端面と当接される段差部が形成され、前記シールリングが前記フィードチューブ及び筒状開口部の当接部に配され、
   前記圧力逃し流路が前記シールリングの外側に形成された請求項１記載の塗装機。
4. 前記筒状開口部が前記背面カバーの後方へ突出され、フィードチューブの基端部に前記筒状開口部の背面側外周面を囲う筒状カバーが形成され、
   前記シールリングが、前記筒状開口部の背面側外周面と前記筒状カバーの内周面との隙間に設けられて、排気室と中空回転軸を連通する環状流路が塞がれてなる請求項１記載の塗装機。
5. 前記非接触シールを形成する狭小クリアランスが０.３ｍｍ以下である請求項１乃至４いずれか記載の塗装機。
   
   
   

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