JP6614757B2 - 回転霧化頭型塗装機 - Google Patents

Description

本発明は、車両のボディを塗装するのに好適に用いられる回転霧化頭型塗装機に関する。

一般に、車両のボディを塗装する場合には、塗料の塗着効率、塗装仕上りが良好な回転霧化頭型の塗装機が用いられている。この塗装機は、圧縮エアを動力源とするエアモータと、前記エアモータに回転自在に支持され、軸方向の先端が前記エアモータから前側に突出した中空な回転軸と、塗料を供給するために前記回転軸内を通って前記回転軸の先端まで延びたフィードチューブと、前記回転軸の先端に取付けられた回転霧化頭と、回転霧化頭の外周に設けられたシェーピングエアリングとにより構成されている。

前記回転霧化頭は、カップ状に拡開する外周面と、前記フィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と、軸方向の先端に位置して塗料を放出する放出端縁とにより形成されている。

シェーピングエアリングは、先端が前記回転霧化頭の放出端縁よりも後方に位置するように設けられている。このシェーピングエアリングは、前記回転霧化頭を取囲んで配置され、前記放出端縁の周囲に向けて第１のシェーピングエアを噴出する多数個の第１のシェーピングエア噴出孔と、前記各第１のシェーピングエア噴出孔よりも径方向の内側に位置して前記回転霧化頭を取囲んで配置され、前記回転霧化頭の外周面に沿わせて第２のシェーピングエアを噴出する多数個の第２のシェーピングエア噴出孔とを備えている。

このように構成された塗装機は、第１のシェーピングエア噴出孔と第２のシェーピングエア噴出孔とから噴出されるシェーピングエアの流量を制御している。これにより、シェーピングエアによって塗装機の回転霧化頭から噴霧される塗料の塗装パターンの大きさを調整する構成が知られている（特許文献１）。

特開２００４−３０５８７４号公報

車両のボディを塗装する場合には、塗装面の端部まで均一な塗膜が形成されるように、塗装面の端部から外れた位置まで塗料を噴霧している。この場合、塗装機は、塗装面から外れて廃棄される塗料の量を抑制すると共に、高品質で効率の良い塗装を行うために、塗装面の広さに応じて塗装パターンの大きさを調整する必要がある。

例えば、ボディを構成するエンジンフード、ルーフ、ドア等が有する大きな外面を塗装する場合は、大きな塗装パターンを用いることにより効率よく塗装を行う。一方で、ピラー、ラジエータサポート等が有する細長い内面を塗装する場合には、大き過ぎる塗装パターンによって噴霧した塗料が塗装面からはみ出さないように、小さな塗装パターンを用いて塗装を行う。

しかし、塗装パターンは、大きさだけを調整すればよいものではなく、塗装面に対して均一に塗料を噴霧して良好な塗膜が得られるようにする必要がある。即ち、塗装パターンの大きさを安易に変えただけでは、塗装パターンが所謂２重パターンと呼ばれるように２重のリング形状になることがある。従って、塗装機の塗装パターンは、前述した小さな塗装パターンから大きな塗装パターンまで安定的に調整することは困難である。このため、塗装パターンの調整は、塗装パターンの大きさに応じて形式が異なる複数種類の塗装機を使用しているのが現状である。

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、塗料の塗装パターンを小さなパターンから大きなパターンまで広範囲に調整できるようにすると共に、大きさの異なる塗装対象に対して良好な塗装を施すことができるようにした回転霧化頭型塗装機を提供することにある。

本発明は、圧縮エアを動力源とするエアモータと、前記エアモータに回転自在に支持され、軸方向の先端が前記エアモータから前側に突出した中空な回転軸と、塗料を供給するために前記回転軸内を通って前記回転軸の先端まで延びたフィードチューブと、前記回転軸の先端に取付けられ、カップ状に拡開する外周面と前記フィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と先端に位置して塗料を放出する放出端縁とを有する回転霧化頭と、前記回転霧化頭の外周を取囲むと共に、軸方向の先端が前記回転霧化頭の放出端縁よりも後方に配置されたシェーピングエアリングと、を備え、前記シェーピングエアリングは、前記放出端縁の周囲に向けて第１のシェーピングエアを噴出する多数個の第１のシェーピングエア噴出孔と、前記各第１のシェーピングエア噴出孔よりも径方向の内側に位置して前記回転霧化頭を取囲んで配置され、前記回転霧化頭の外周面に沿わせて第２のシェーピングエアを噴出する多数個の第２のシェーピングエア噴出孔とを備えた回転霧化頭型塗装機に関する。

本発明が採用するシェーピングエアリングの特徴は、前記第１のシェーピングエア噴出孔の内径寸法が、前記第２のシェーピングエア噴出孔の内径寸法よりも大きな寸法に設定され、前記第２のシェーピングエア噴出孔の個数が、前記第１のシェーピングエア噴出孔の個数よりも少ない個数に設定されていることにある。

本発明によれば、塗料の塗装パターンを小さなパターンから大きなパターンまで広範囲に調整することができる上に、大きさの異なる塗装対象に対して良好な塗装を施すことができる。

本発明の実施の形態に係る回転霧化頭型塗装機を示す縦断面図である。 回転霧化頭とシェーピングエアリングの前側部分を拡大して示す正面図である。 回転霧化頭を省略した回転霧化頭型塗装機を図１中の矢示III−III方向から見た横面図である。 シェーピングエアリングの第１のシェーピングエア噴出孔を図３中の矢示IV−IV方向から見た縦断面図である。 シェーピングエアリングの第２のシェーピングエア噴出孔を図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た縦断面図である。 回転霧化頭型塗装機の塗装パターンを調整するための各種条件の一例を示す説明図である。 本発明の変形例に係る間接帯電式の回転霧化頭型塗装機を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る回転霧化頭型塗装機を、図１ないし図６に従って詳細に説明する。本実施の形態では、例えば塗装パターンが最小パターンと最大パターンと中間パターンとの３種類に調整可能な回転霧化頭型塗装機を、車両のボディを塗装するのに適用した場合を例示している。

回転霧化頭型塗装機には、噴霧する塗料に高電圧を印加して塗装を行う静電塗装機と、塗料に高電圧を印加することなく塗装を行う非静電塗装機とが存在している。これから述べる実施の形態では、塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機として構成された回転霧化頭型塗装機を例に挙げて説明する。また、塗装には、ベース塗装、クリア塗装、中塗り塗装があり、本実施の形態では、仕上げ塗装となるクリア塗装を行う場合について述べる。

図１において、本発明の実施の形態に係る回転霧化頭型塗装機１は、高電圧発生器（図示せず）により塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機として構成されている（以下、回転霧化頭型塗装機１を「塗装機１」という）。塗装機１は、例えば塗装ロボットのアーム（図示せず）の先端に取付けられている。塗装機１は、後述のハウジング２、エアモータ３、回転軸４、フィードチューブ５、回転霧化頭６、シェーピングエアリング７を含んで構成されている。

ハウジング２は、後側に位置して円板状に形成されたハウジング本体２Ａと、ハウジング本体２Ａの外周側から前側に向けて延びた円筒状のカバー筒２Ｂとを含んで構成されている。ハウジング本体２Ａは、ロボット接続用のホルダ（図示せず）を介して前述した塗装ロボットのアームの先端に取付けられている。一方、ハウジング本体２Ａの前側には、カバー筒２Ｂ内に位置して後述のエアモータ３が取付けられている。さらに、ハウジング本体２Ａの軸中心位置（後述する回転軸４の軸線Ｏ−Ｏ）には、後述するフィードチューブ５の基端側が固定的に取付けられている。

エアモータ３は、ハウジング２内に当該ハウジング２と同軸（軸線Ｏ−Ｏ上）に設けられている。このエアモータ３は、圧縮エアを動力源として回転軸４および回転霧化頭６を、例えば３〜１５０ｋｒｐｍの高速で回転するものである。エアモータ３は、ハウジング本体２Ａの前側に取付けられた段付円筒状のモータケース３Ａと、モータケース３Ａの後側位置に回転可能に収容されたタービン３Ｂと、モータケース３Ａに設けられ回転軸４を回転可能に支持するエア軸受３Ｃとを含んで構成されている。

ここで、タービン３Ｂには、後述するタービンエア源１１からタービンエアが供給される。このタービンエアの流量に応じてタービン３Ｂの回転数、即ち、回転霧化頭６の回転数が制御される。

回転軸４は、エアモータ３にエア軸受３Ｃを介して回転自在に支持された筒体として形成されている。この回転軸４は、モータケース３Ａに軸線Ｏ−Ｏを中心とし軸方向に延びて配置されている。回転軸４は、基端側（後端側）がタービン３Ｂの中央に一体的に取付けられ、軸方向の先端がモータケース３Ａから前側に突出している。回転軸４の先端部には、回転霧化頭６が取付けられている。

フィードチューブ５は、回転軸４内を通って回転軸４の軸方向の先端まで延びている。フィードチューブ５の先端側は、回転軸４の先端から突出して回転霧化頭６内に延在している。フィードチューブ５の基端側は、ハウジング２のハウジング本体２Ａの中央位置に固定的に取付けられている。フィードチューブ５は、内部の塗料流路が、色替弁装置を含む後述の塗料供給源１２に接続されている。

フィードチューブ５は、塗装作業を行うときに、塗料流路から回転霧化頭６に向けて塗料を供給するものである。一方、付着塗料の洗浄作業を行うときには、塗料流路から回転霧化頭６に向け、例えばシンナ、エア等の洗浄流体を供給することができる。なお、フィードチューブ５は、同軸に配置された２重管として形成し、中央の流路を塗料流路とし、外側の環状流路を洗浄流体流路とする構成としてもよい。

回転霧化頭６は、回転軸４の先端に取付けられ、後側から前側に向けて拡径するカップ状に形成されている。回転霧化頭６は、エアモータ３によって回転軸４と一緒に高速回転されることにより、フィードチューブ５から供給される塗料等を噴霧するものである。回転霧化頭６の基端側は、円筒状の取付部６Ａとなって回転軸４の先端部に取付けられている。ここで、回転霧化頭６は、一例として、後述する放出端縁６Ｄにおける直径寸法が４０ｍｍのものが用いられている。これ以外にも、例えば直径寸法が３０ｍｍよりも小径な回転霧化頭、５０ｍｍを超える大径な回転霧化頭を用いる構成としてもよい。

回転霧化頭６の取付部６Ａの前側には、前側に向けカップ状に拡開する外周面６Ｂと、前側に向け漏斗状に大きく拡開することによりフィードチューブ５から供給された塗料を薄膜化しつつ拡散する塗料薄膜化面をなす内周面６Ｃとが設けられている。この内周面６Ｃの先端位置は、回転時に塗料を接線方向に放出する放出端縁６Ｄとなっている。

一方、回転霧化頭６の内側には、内周面６Ｃの奥部に位置して円板状のハブ部材６Ｅが設けられている。このハブ部材６Ｅは、フィードチューブ５から供給された塗料を内周面６Ｃに円滑に導くものである。さらに、回転霧化頭６には、ハブ部材６Ｅの後側に離間した位置を縮径することにより環状隔壁６Ｆが設けられている。この環状隔壁６Ｆは、フィードチューブ５の先端部を僅かな隙間をもって取囲むことにより、塗料溜り６Ｇを形成している。

このように形成された回転霧化頭６は、エアモータ３によって高速回転された状態でフィードチューブ５から塗料が供給される。これにより、回転霧化頭６は、塗料を塗料溜り６Ｇ、ハブ部材６Ｅ、内周面６Ｃ（塗料薄膜化面）を介し、放出端縁６Ｄから遠心力によって微粒化した無数の塗料粒子として噴霧するものである。

次に、本発明の特徴部分であるシェーピングエアリング７の構成について述べる。

シェーピングエアリング７は、ハウジング２の軸方向の前側に設けられている。シェーピングエアリング７は、軸方向の先端が回転霧化頭６の放出端縁６Ｄよりも一定長さ後側に位置し、かつ、前記回転霧化頭６の外周面６Ｂの周囲を隙間をもって取囲んで配置されている。シェーピングエアリング７は、後述する第１のシェーピングエア噴出孔９および第２のシェーピングエア噴出孔１０からシェーピングエアを噴出するものである。これにより、シェーピングエアリング７は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから噴霧される塗料を微粒化しつつ、塗料の塗装パターンを所望の大きさ、形状に整えることができる。

シェーピングエアリング７は、後述するリング本体８、第１のシェーピングエア噴出孔９、第２のシェーピングエア噴出孔１０を含んで構成されている。

リング本体８は、回転霧化頭６を取囲む段付き円筒体として形成されている。リング本体８の後側は、ハウジング２のカバー筒２Ｂに取付けられている。これにより、リング本体８は、カバー筒２Ｂ内にエアモータ３を固定している。一方、リング本体８の外周側は、前側に向けてテーパ状に縮径している。さらに、リング本体８の先端面８Ａには、第１のシェーピングエア噴出孔９と第２のシェーピングエア噴出孔１０が開口して設けられている。

第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６を取囲んで配置されている。即ち、第１のシェーピングエア噴出孔９は、シェーピングエアリング７の先端面８Ａに開口した状態で周方向に連続して多数個設けられている。各第１のシェーピングエア噴出孔９は、第１のエア供給路９Ａを介して後述する第１のシェーピングエア源１３（略して、第１のＳＡ源１３という）に接続されている。第１のシェーピングエア噴出孔９は、小径な丸孔として形成されている。そして、第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子を広げる方向（塗装パターンを大きくする方向）に作用するものである。

ここで、第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６の全周を取囲んで周方向に多数個設けられている。第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１は、後述する第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２よりも多い個数に設定されている。即ち、第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄにおける直径寸法が４０ｍｍの場合、下記数１のように設定されている。

この場合、図３に示すように、隣合う第１のシェーピングエア噴出孔９の間隔寸法は、寸法Ｗ１となる。この間隔寸法Ｗ１は、下記数２のように設定されている。

また、図４に示すように、第１のシェーピングエア噴出孔９の内径寸法ｄ１は、後述する第２のシェーピングエア噴出孔１０の内径寸法ｄ２よりも大きな寸法に設定されている。即ち、第１のシェーピングエア噴出孔９の開口端の内径寸法ｄ１は、下記数３のように設定されている。

一方、第１のシェーピングエア噴出孔９の軸線Ｏ１−Ｏ１は、回転軸４の軸線Ｏ−Ｏに対し、回転霧化頭６の回転方向と逆方向に角度α１をもって傾斜している。この傾斜角度α１は、下記数４のように設定されている。

さらに、第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから放出された直後の塗料粒子に向けて第１のシェーピングエアを吹き付けるものである。そこで、図２に示すように、第１のシェーピングエア噴出孔９は、放出端縁６Ｄよりも径方向の外側に距離寸法Ｌ１だけ離れた位置に設けられている。この場合、距離寸法Ｌ１は、下記数５のように設定されている。

そして、第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転軸４（シェーピングエアリング７）の径方向（図２で示す方向から見た状態）では、軸線Ｏ−Ｏに対してほぼ平行となっている。以上のような条件で形成されている多数個の第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから接線方向に飛行してくる塗料の液糸に正面から第１のシェーピングエアを衝突させる。これにより、第１のシェーピングエア噴出孔９は、噴霧された塗料を積極的に微粒化させることができる。しかも、第１のシェーピングエア噴出孔９は、第１のシェーピングエアの流量（流速）を調整することにより、後述する第２のシェーピングエアと協働して塗装パターンの大きさを調整することができる。

第２のシェーピングエア噴出孔１０は、各第１のシェーピングエア噴出孔９よりも径方向の内側に位置して回転霧化頭６を取囲んで配置されている。第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６の外周面６Ｂに沿わせて第２のシェーピングエアを噴出するものである。第２のシェーピングエア噴出孔１０は、第１のシェーピングエア噴出孔９とほぼ同様に、小径な丸孔からなり、シェーピングエアリング７を構成するリング本体８の先端面８Ａに開口した状態で多数個設けられている。第２のシェーピングエア噴出孔１０は、第２のエア供給路１０Ａを介して後述する第２のシェーピングエア源１４（略して、第２のＳＡ源１４という）に接続されている。そして、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子を狭める方向（塗装パターンを小さくする方向）に作用するものである。

ここで、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６と第１のシェーピングエア噴出孔９との間に周方向の全周を取囲んで多数個設けられている。第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数は、第１のシェーピングエア噴出孔９の個数よりも少ない個数に設定されている。即ち、第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄにおける直径寸法が４０ｍｍの場合、下記数６のように設定されている。

ここで、第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１に対して、下記数７の関係にある。

この場合、図３に示すように、隣合う第２のシェーピングエア噴出孔１０の間隔寸法は、寸法Ｗ２となる。この間隔寸法Ｗ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の間隔寸法Ｗ１よりも大きな値、即ち、下記数８の範囲に設定されている。

また、図５に示すように、第２のシェーピングエア噴出孔１０の内径寸法ｄ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の内径寸法ｄ１よりも小さな寸法に設定されている。即ち、第２のシェーピングエア噴出孔１０の開口端の内径寸法ｄ２は、下記数９のように設定されている。

このように、第１のシェーピングエア噴出孔９は、その個数Ｎ１を第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２よりも多くしている。また、第１のシェーピングエア噴出孔９の開口端の内径寸法ｄ１は、第２のシェーピングエア噴出孔１０の開口端の内径寸法ｄ２よりも大きな値に設定している。従って、エアの供給量を変えることなく、第１のシェーピングエア噴出孔９から噴出される第１のシェーピングエアの流速を下げることができる。これにより、第１のシェーピングエアの流速が高い場合に発生していた２重パターンという不具合を解消することができる。また、良好な塗装状態を維持しつつ、塗装パターンを小径化することができる。

一方、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、その個数Ｎ２を第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１よりも少なくしている。また、第２のシェーピングエア噴出孔１０の開口端の内径寸法ｄ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の開口端の内径寸法ｄ１よりも小さく設定している。従って、エアの供給量が同じ場合、各第２のシェーピングエア噴出孔１０から噴出される第２のシェーピングエアの流速を上げることができる。これにより、第２のシェーピングエアは、第１のシェーピングエアとの協働によって良好な塗装状態を維持しつつ、塗装パターンを大きくすることができる。

一方、第２のシェーピングエア噴出孔１０の軸線Ｏ２−Ｏ２は、回転軸４の軸線Ｏ−Ｏに対し、回転霧化頭６の回転方向と逆方向に角度α２をもって傾斜している。この傾斜角度α２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の傾斜角度α１よりも小さな値、即ち、下記数１０のように設定されている。

さらに、各第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６の外周面６Ｂに沿わせて第２のシェーピングエアを噴出するものである。そこで、図２に示すように、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、放出端縁６Ｄよりも径方向の内側に距離寸法Ｌ２だけ離れた位置（前面から見て回転霧化頭６に重なる位置）に設けられている。この場合、距離寸法Ｌ２は、下記数１１のように設定されている。

図２に示すように、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転軸４（シェーピングエアリング７）の径方向では、軸線Ｏ−Ｏに対してほぼ平行となっている。この上で、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、吐出された第２のシェーピングエアが回転霧化頭６の外周面６Ｂに対して角度β（外周面６Ｂに対する第２のシェーピングエアの入射角β）で衝突するように設定されている。この第２のシェーピングエアの入射角βは、下記数１２のように設定されている。

この場合、第２のシェーピングエアの入射角βが大きくなると、回転霧化頭６の外周面６Ｂに第２のシェーピングエアが衝突して飛散してしまう。一方、第２のシェーピングエアの入射角βが小さくなると、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子に直接的に第２のシェーピングエアが衝突し、塗装パターンの形状が不安定になる。これに対し、第２のシェーピングエアの入射角βを上述した値の範囲に設定することにより、第２のシェーピングエアを安定させて良好な塗装パターンを得ることができる。

以上のような条件で形成されている第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから切離される塗料の液糸に第２のシェーピングエアを衝突させる。これにより、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、塗料粒子の無駄な拡散を抑えて塗装パターンを安定させることができる。しかも、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、第２のシェーピングエアの流量（流速）を調整することにより、第１のシェーピングエアと協働して塗装パターンの大きさを調整することができる。

ここで、塗装機１によって塗装パターンの大きさを調整する場合の方法の一例について、図６を参照しつつ説明する。この図６に記載された内面とは、車両のボディの内面（内板）のことで、塗装時には小さな塗装パターンが多く用いられる。一方、外面とは、ボディの外面（外板）のことで、塗装時には大きな塗装パターンが多く用いられる。

塗装パターンの大きさ（パターン幅）を、５０〜１００ｍｍ、２００〜３００ｍｍ、３００〜４００ｍｍ、４００〜５００ｍｍに切換える場合には、第１のシェーピングエアの流量（第１ＳＡ流量）、第２のシェーピングエアの流量（第２ＳＡ流量）、塗料の吐出量および回転霧化頭６の回転数を、それぞれ所望の値に制御している。なお、上述した塗装パターンの寸法は、仕上げ塗装（クリア塗装）を行う場合のものである。例えば、下塗り塗装（プライマ塗装）を施す場合には、各寸法が１００ｍｍ程度大きく設定される。

本実施の形態で用いられる塗装機１の塗装パターンは、最小パターン、中間パターン、最大パターンの３種類からなる。ここで、最小パターンとは、回転霧化頭６の直径寸法の１．０〜２．５倍の範囲である。回転霧化頭６の直径寸法が４０ｍｍの場合、パターン幅は５０〜１００ｍｍとなる。また、最大パターンとは、回転霧化頭６の直径寸法の１０〜１２倍の範囲である。回転霧化頭６の直径寸法が４０ｍｍの場合、パターン幅は４００〜５００ｍｍとなる。さらに、中間パターンとは、最小パターンと最大パターンとの間である。なお、この中間パターンは、パターン幅が２００〜３００ｍｍの小幅中間パターンと、３００〜４００ｍｍの大幅中間パターンとに分けられる。塗装機１は、パターンの大きさが広範囲に亘る３種類の塗装パターンに、良好な噴霧状態を維持したままで調整することができる。この結果、１種類の塗装機１を、車両のボディの内面塗装と外面塗装のように、塗装面の大きさや形状が異なる被塗物の塗装に使用することができる。

本実施の形態による塗装機１を用いて仕上げ塗装を施す場合には、所望の塗装パターン、所望の膜厚を得るために、シェーピングエアの流量、塗料の流量、回転霧化頭６の回転数が制御される。その一例としては、最小パターン（５０〜１００ｍｍ）は、第１のシェーピングエアの流量よりも第２のシェーピングエアの流量を多くし、塗料の流量を少なくし、回転霧化頭６の回転数を低くすることによって形成される。また、最大パターン（４００〜５００ｍｍ）は、第１のシェーピングエアの流量よりも第２のシェーピングエアの流量を少なくし、塗料の流量を多くし、回転霧化頭６の回転数を高くすることによって形成される。さらに、中間パターン（２００〜４００ｍｍ）では、第１のシェーピングエアの流量、第２のシェーピングエアの流量、塗料の流量、回転霧化頭６の回転数が、上述した各値の中間の値に設定される。なお、最小パターンは、回転霧化頭６の回転数を高くして形成してもよく、最大パターンは、回転霧化頭６の回転数を低くして形成してもよい。

本実施の形態による回転霧化頭型塗装機１は、上述の如き構成を有するもので、次に、この塗装機１を用いて塗装作業を行うときの動作について説明する。

まず、タービンエア源１１からエアモータ３のタービン３Ｂに圧縮エアを供給し、エアモータ３によって回転軸４と回転霧化頭６を高速で回転する。この状態で、塗料供給源１２の色替弁装置で選択された塗料がフィードチューブ５の塗料流路から回転霧化頭６に供給される。これにより、回転霧化頭６は、供給された塗料を塗料粒子として噴霧する。

この場合、回転霧化頭６は、ハウジング２、回転軸４等を介して高電圧に印加している。これにより、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子を、高電圧に帯電した状態とすることができる。回転霧化頭６から噴霧される塗料粒子、即ち、帯電塗料粒子は、アースに接続された被塗物としての車両のボディに向けて飛行し、効率よく塗着することができる。

一方、回転霧化頭６から塗料を噴霧したときには、この噴霧塗料の微粒化と塗装パターンの調整のために、シェーピングエアリング７の第１のシェーピングエア噴出孔９と第２のシェーピングエア噴出孔１０からシェーピングエアを噴出している。

第１のシェーピングエアを噴出する場合には、第１のエア供給路９Ａを通じて第１のシェーピングエア源１３から圧縮エアを供給し、各第１のシェーピングエア噴出孔９から第１のシェーピングエアを噴出する。このときに、第１のシェーピングエア噴出孔９は、回転霧化頭６の回転方向と逆方向に傾斜して開口している。これにより、第１のシェーピングエアは、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから接線方向に飛行してくる塗料の液糸に対し、正面から衝突することができ、この塗料を微粒化することができる。

一方、第２のシェーピングエアを噴出する場合には、第２のエア供給路１０Ａを通じて第２のシェーピングエア源１４から圧縮エアを供給し、各第２のシェーピングエア噴出孔１０から第２のシェーピングエアを噴出する。このときに、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、回転霧化頭６の外周面６Ｂに向けて第２のシェーピングエアを供給する。これにより、第２のシェーピングエアは、第１のシェーピングエアと協働して、塗装パターンの大きさを幅広く調整することができる。

かくして、本実施の形態によれば、回転霧化頭型塗装機１は、圧縮エアを動力源とするエアモータ３と、エアモータ３に回転自在に支持され先端がエアモータ３から軸方向の前側に突出した中空な回転軸４と、塗料を供給するために回転軸４内を通って回転軸４の先端まで延びたフィードチューブ５と、回転軸４の先端に取付けられ、カップ状に拡開する外周面６Ｂとフィードチューブ５から供給された塗料を拡散する内周面６Ｃと先端に位置して塗料を放出する放出端縁６Ｄとを有する回転霧化頭６と、回転霧化頭６の外周を取囲むと共に、軸方向の先端が回転霧化頭６の放出端縁６Ｄよりも後方に配置されたシェーピングエアリング７とを含んで構成されている。

シェーピングエアリング７は、放出端縁６Ｄの周囲に向けて第１のシェーピングエアを噴出する多数個の第１のシェーピングエア噴出孔９と、各第１のシェーピングエア噴出孔９よりも径方向の内側に位置して回転霧化頭６を取囲んで配置され、回転霧化頭６の外周面６Ｂに沿わせて第２のシェーピングエアを噴出する多数個の第２のシェーピングエア噴出孔１０とを備えている。

第１のシェーピングエア噴出孔９の内径寸法ｄ１は、第２のシェーピングエア噴出孔１０の内径寸法ｄ２よりも大きな寸法に設定されている。また、第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１よりも少ない個数に設定されている。

この上で、第１のシェーピングエア噴出孔９の内径寸法ｄ１は、０．８ｍｍ≦ｄ１≦１．２ｍｍに設定され、第２のシェーピングエア噴出孔１０の内径寸法ｄ２は、０．５ｍｍ≦ｄ２≦０．８ｍｍに設定されている。

第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１の１／３Ｎ１≦Ｎ２≦１／２Ｎ１に設定されている。

また、第１のシェーピングエア噴出孔９の傾斜角度α１は、回転軸４の軸線Ｏ−Ｏに対して４０度≦α１≦５５度に設定されている。一方、第２のシェーピングエア噴出孔１０の傾斜角度α２は、回転軸４の軸線Ｏ−Ｏに対して８度≦α２≦１５度に設定されている。

さらに、回転霧化頭６の外周面６Ｂに対する第２のシェーピングエア噴出孔１０から噴出される第２のシェーピングエアの入射角は、１２度≦β≦１３．４度に設定されている。

従って、同一構造からなる１台の塗装機１は、その塗装パターンの大きさを、最小パターン（５０〜１００ｍｍ）、最大パターン（４００〜５００ｍｍ）、中間パターン（２００〜４００ｍｍ）の３種類に調整できる上に、このときの塗料の噴霧状態を良好にすることができる。

この結果、１台の塗装機１によって大きさや形状が異なる様々な被塗物（塗装対象）を塗装することができる。例えば、内面と外面で必要となる塗装パターンが異なる車両のボディでも、１台の塗装機１だけで効率よく塗装することができる。

しかも、第１のシェーピングエア噴出孔９は、その個数Ｎ１を第２のシェーピングエア噴出孔１０の個数Ｎ２よりも多くしている。また、第１のシェーピングエア噴出孔９の開口端の内径寸法ｄ１は、第２のシェーピングエア噴出孔１０の開口端の内径寸法ｄ２よりも大きな値に設定している。従って、エアの供給量を変えることなく、第１のシェーピングエア噴出孔９から噴出される第１のシェーピングエアの流速を下げることができる。これにより、第１のシェーピングエアの流速が高い場合に発生していた２重パターンという不具合を解消することができる。また、良好な塗装状態を維持しつつ、塗装パターンを小径化することができる。

一方、第２のシェーピングエア噴出孔１０は、その個数Ｎ２を第１のシェーピングエア噴出孔９の個数Ｎ１よりも少なくしている。また、第２のシェーピングエア噴出孔１０の開口端の内径寸法ｄ２は、第１のシェーピングエア噴出孔９の開口端の内径寸法ｄ１よりも小さく設定している。従って、エアの供給量が同じ場合、各第２のシェーピングエア噴出孔１０から噴出される第２のシェーピングエアの流速を上げることができる。これにより、第２のシェーピングエアは、第１のシェーピングエアとの協働によって良好な塗装状態を維持しつつ、塗装パターンを大きくすることができる。

なお、実施の形態では、回転霧化頭型塗装機１として、回転霧化頭６に供給される塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、図７に示す変形例のように構成してもよい。即ち、回転霧化頭型塗装機２１は、ハウジング２の外周位置に高電圧を放電する外部電極２２を有し、この外部電極２２からの放電によって回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子に高電圧を印加する間接帯電式の塗装機として構成してもよい。さらに、本発明は、塗料に高電圧を印加することなく塗装を行う非静電塗装機にも適用することができる。

また、実施の形態では、直径寸法が４０ｍｍの回転霧化頭６を用いた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、直径寸法が３０ｍｍ以下または直径寸法が５０ｍｍ以上の回転霧化頭を用いる構成としてもよい。直径寸法が３０ｍｍの回転霧化頭では、第１のシェーピングエア噴出孔の個数が４０〜４５個となり、第２のシェーピングエア噴出孔の個数が２４〜３０個となる。この場合、隣合う第１のシェーピングエア噴出孔の間隔寸法は、２．２ｍｍ〜２．８ｍｍの範囲に設定されている。さらに、隣合う第２のシェーピングエア噴出孔の間隔寸法は、３．０ｍｍ〜３．８ｍｍの範囲に設定されている。

一方、直径寸法が５０ｍｍの回転霧化頭では、第１のシェーピングエア噴出孔の個数が６５〜７５個となり、第２のシェーピングエア噴出孔の個数が２８〜３８個となる。この場合、隣合う第１のシェーピングエア噴出孔の間隔寸法は、１．１ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲に設定されている。さらに、隣合う第２のシェーピングエア噴出孔の間隔寸法は、２．２ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲に設定されている。

１，２１ 回転霧化頭型塗装機
３ エアモータ
４ 回転軸
５ フィードチューブ
６ 回転霧化頭
６Ｂ 外周面
６Ｃ 内周面
６Ｄ 放出端縁
７ シェーピングエアリング
９ 第１のシェーピングエア噴出孔
１０ 第２のシェーピングエア噴出孔
Ｏ−Ｏ 回転軸の軸線
Ｎ１ 第１のシェーピングエア噴出孔の個数
Ｎ２ 第２のシェーピングエア噴出孔の個数
ｄ１ 第１のシェーピングエア噴出孔の開口端の内径寸法
ｄ２ 第２のシェーピングエア噴出孔の開口端の内径寸法
α１ 回転軸の軸線に対する第１のシェーピングエア噴出孔の軸線の角度
α２ 回転軸の軸線に対する第２のシェーピングエア噴出孔の軸線の角度
Ｌ１ 放出端縁と第１のシェーピングエア噴出孔との径方向の距離寸法
Ｌ２ 放出端縁と第２のシェーピングエア噴出孔との径方向の距離寸法
β 回転霧化頭の外周面に対する第２のシェーピングエアの入射角

Claims (5)

1. 圧縮エアを動力源とするエアモータと、
   前記エアモータに回転自在に支持され、軸方向の先端が前記エアモータから前側に突出した中空な回転軸と、
   塗料を供給するために前記回転軸内を通って前記回転軸の先端まで延びたフィードチューブと、
   前記回転軸の先端に取付けられ、カップ状に拡開する外周面と前記フィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と先端に位置して塗料を放出する放出端縁とを有する回転霧化頭と、
   前記回転霧化頭の外周を取囲むと共に、軸方向の先端が前記回転霧化頭の放出端縁よりも後方に配置されたシェーピングエアリングと、を備え、
   前記シェーピングエアリングは、前記放出端縁の周囲に向けて第１のシェーピングエアを噴出する多数個の第１のシェーピングエア噴出孔と、前記各第１のシェーピングエア噴出孔よりも径方向の内側に位置して前記回転霧化頭を取囲んで配置され、前記回転霧化頭の外周面に沿わせて第２のシェーピングエアを噴出する多数個の第２のシェーピングエア噴出孔とを備えてなる回転霧化頭型塗装機において、
   前記第１のシェーピングエア噴出孔の内径寸法（ｄ１）は、前記第２のシェーピングエア噴出孔の内径寸法（ｄ２）よりも大きな寸法に設定され、
   前記第２のシェーピングエア噴出孔の個数（Ｎ２）は、前記第１のシェーピングエア噴出孔の個数（Ｎ１）よりも少ない個数に設定されていることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。
2. 前記第１のシェーピングエア噴出孔の内径寸法（ｄ１）は、０．８ｍｍ≦ｄ１≦１．２ｍｍに設定され、前記第２のシェーピングエア噴出孔の内径寸法（ｄ２）は、０．５ｍｍ≦ｄ２≦０．８ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機。
3. 前記第２のシェーピングエア噴出孔の個数（Ｎ２）は、前記第１のシェーピングエア噴出孔の個数（Ｎ１）に対し、１／３Ｎ１≦Ｎ２≦１／２Ｎ１に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機。
4. 前記第１のシェーピングエア噴出孔の傾斜角度（α１）は、前記回転軸の軸線（Ｏ−Ｏ）に対して４０度≦α１≦５５度に設定され、前記第２のシェーピングエア噴出孔の傾斜角度（α２）は、前記回転軸の軸線（Ｏ−Ｏ）に対して８度≦α２≦１５度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機。
5. 前記回転霧化頭の前記外周面に対する前記第２のシェーピングエア噴出孔から噴出される第２のシェーピングエアの入射角（β）は、１２度≦β≦１３．４度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機。

Images