JP6809395B2 - 回転霧化塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転霧化塗装装置に関する。

従来、自動車部品の塗装工程においては、高速で回転する回転霧化頭を備えた回転霧化塗装装置（以下、単に「塗装装置」ともいう。）が利用されている。この種の塗装装置が、例えば下記の特許文献１に開示されている。

この塗装装置は、回転霧化頭の回転によって塗料を霧化させるとともに、印加電圧によって帯電した塗料粒子を、接地された被塗装物との間の静電的な力を利用してこの被塗装物に塗着させるように構成されている。また、この塗装装置は、回転霧化頭の回転によって塗料粒子が遠心方向に広がりすぎるのを抑えるために、回転霧化頭の外周から被塗装物に向けてエアを噴射するように構成されており、これにより被塗装物に塗料粒子を均一に塗着させようとしている。このエアは、「シェーピングエア」と称呼される。

特開２００８−８０２４０号公報

ところが、上記の塗装装置は、噴射したエアが被塗装物によって遮蔽されると、このエアの勢いによって塗料粒子の一部が被塗装物に塗着することなく飛散し易くなり、塗料の塗着効率が低下する。そこで、この塗着効率の低下を防ぐために、エアの噴射量を低下させたり、エアの噴射自体を停止したりするという対策が考えられる。
しかしながら、エアの勢いを弱めると、今度は塗料粒子が回転霧化頭の回転による遠心力の影響を受けて外側に広がり易くなる。この場合には、塗装パターンの中央部分に塗着量の少ない領域が形成された円環状の塗装ムラが発生し易くなる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、塗着効率の低下を防ぐとともに塗装ムラの発生を抑えることができる回転霧化塗装装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
被塗装物に塗装を施すための回転霧化塗装装置であって、
ハウジングと、
上記ハウジングに回転可能に収容され、回転によって塗料を霧化してエア噴射を伴うことなく吐出する回転霧化頭と、
上記回転霧化頭を回転駆動する駆動部と、
上記ハウジングに固定され、上記回転霧化頭において塗料が吐出される吐出部よりも回転中心側に塗料吐出口を有する固定ノズルと、
上記回転霧化頭及び上記固定ノズルのそれぞれに電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
上記回転霧化頭は、カップ形状を有するベルカップと、上記ベルカップの径方向の中心部に設けられ上記ベルカップとの間に上記吐出部としての流通路を形成するハブと、を備え、
上記固定ノズルは、上記ハブを貫通して上記塗料吐出口がハブ表面に露出するように構成されている、回転霧化塗装装置、
にある。

上記の回転霧化塗装装置によれば、駆動部が回転霧化頭を回転駆動したとき、この回転霧化頭の回転によって塗料が霧化されて塗料粒子として吐出され、印加された電圧によって塗料粒子が帯電することで被塗装物に塗着する。このとき、塗料粒子の吐出にエア噴射を伴わないため、即ちシェーピングエアを使用しないため、このシェーピングエアの勢いによって塗料粒子が飛散するのを防ぐことができる。

一方で、シェーピングエアを使用しないと、塗粒粒子が回転霧化頭の回転による遠心力の影響を受けて外側に広がり易くなり、塗装パターンの中央部分における塗着量を確保するのが難しい。そこで、回転霧化頭とは別に、回転しない固定ノズルを使用することで、塗料は、回転霧化頭による回転の影響を受けることなく、回転霧化頭の吐出部よりも回転中心側の塗料吐出口から吐出される。このとき、塗料は印加された電圧によって帯電し微粒化した塗料粒子となって吐出されて塗装パターンの中央部分に塗着する。これにより、塗装パターンの中央部分における塗着量を確保することができ、塗装ムラの発生を抑えることができる。

以上のごとく、上記の態様によれば、塗着効率の低下を防ぐとともに塗装ムラの発生を抑えることができる回転霧化塗装装置を提供できる。

実施形態１の回転霧化塗装装置の断面構造を示す図。 図１のII-II線矢視断面図。 図１中のハブを貫通した固定ノズルをハブ表面側である矢印Ａ方向から視た図。 図１において塗料粒子がワークの被塗装面に塗着する様子を示す部分拡大図。 実施形態１の回転霧化塗装装置による塗装パターンを示す図。 比較例の塗装パターンを示す図。 外側ノズルによる塗料の膜厚の径方向分布を示す図。 内側ノズルによる塗料の膜厚の径方向分布を示す図。 外側ノズル及び内側ノズルの両方を用いたときの塗料の膜厚の径方向分布を示す図。 実施形態２の回転霧化塗装装置において、ハブを貫通した複数の固定ノズルをハブ表面側から視た図。

上述の態様の好ましい実施形態について以下に説明する。

上記の回転霧化塗装装置において、上記回転霧化頭は、カップ形状を有するベルカップと、上記ベルカップの径方向の中心部に設けられ上記ベルカップとの間に上記吐出部としての流通路を形成するハブと、を備え、上記固定ノズルは、上記ハブを貫通して上記塗料吐出口がハブ表面に露出するように構成されているのが好ましい。

この塗装装置によれば、固定ノズルがハブを貫通する構造を利用して、その塗料吐出口がベルカップの回転中心部に配置される。これにより、固定ノズルの塗料吐出口をベルカップの回転中心部に配置する構造を簡素化することができる。

上記の回転霧化塗装装置において、上記回転霧化頭は、上記ベルカップの回転軸方向に延在し且つ上記ハブのハブ裏面に向かう塗料吐出口を有する外側ノズルを有し、この外側ノズルの管内に上記固定ノズルとしての内側ノズルが挿設されているのが好ましい。

この塗装装置によれば、外側ノズルの管内空間を内側ノズルの配置スペースに利用することができる。これにより、固定ノズルとしての内側ノズルの配置のためにハウジングが大型化するのを防ぐことができる。

以下、回転霧化塗装装置（以下、単に「塗装装置」という。）の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

なお、この塗装装置の説明のための図面において、回転霧化頭の回転軸方向を矢印Ｘで示し、回転霧化頭の径方向を矢印Ｙで示し、回転霧化頭の周方向を矢印Ｚで示している。

（実施形態１）
図１に示されるように、実施形態１の塗装装置１０は、自動車部品の塗装工程において被塗装物としてのワークＷに塗装を施すためのものであり、ハウジング１１と、回転霧化頭（以下、「ベル」という。）２０と、エアモータ２５と、固定ノズル２６，２７と、電圧発生器２９と、を備えている。この塗装装置１０は、「ベル型塗装機」とも称呼される。

ハウジング１１は、エア供給源（図示省略）に接続されたエア流路１２を備えている。このエア流路１２の流入口１２ａから流入したエアの一部は、エアモータ２５においてスラスト方向の空気軸受、及びラジアル方向の空気軸受に使用される。また、このエアの一部は、エアモータ２５を駆動する駆動用エアに使用される。

ベル２０は、ハウジング１１に回転可能に収容されている。このベル２０は、駆動部としてのエアモータ２５によって回転駆動され、その回転によって塗料を霧化してエア噴射を伴うことなく吐出するように構成されている。即ち、本実施の形態では、ベル２０から吐出される塗料に対しては、所謂「シェーピングエア」が噴射されないようになっている。

ベル２０は、カップ形状を有するベルカップ２１と、ベルカップ２１の径方向Ｙの回転中心部に設けられた円板状のハブ（「ベルインナー」ともいう。）２２と、を備えている。ハブ２２は、ネジ部材（図示省略）によってベルカップ２１に締結固定されている。このベル２０において、ベルカップ２１とハブ２２のハブ裏面２２ｂとによって内部空間２３が区画されている。また、ベルカップ２１とハブ２２の外周との間に流通路２４が形成されている。特に図示しないものの、複数の流通路２４がベル２０の周方向Ｚに等間隔で配置されている。

ハブ２２のハブ表面２２ａは、ワークＷの被塗装面Ｗａに対向する対向面として構成されている。ハブ２２のハブ裏面２２ｂは、内部空間２３に吐出された塗料をハブ２２の径方向外方の流通路２４へと誘導可能な湾曲面として構成されている。このため、固定ノズル２６から内部空間２３に吐出された塗料は、ハブ２２のハブ裏面２２ｂに沿って流通路２４まで誘導された後、この流通路２４を通じてワークＷの被塗装面Ｗａに向けて吐出されるようになっている。

エアモータ２５は、ベル２０を回転駆動するための出力軸２５ａを有し、この出力軸２５ａにタービン２５ｂが固定されている。タービン２５ｂの外周面には、周方向に互いに離間して配置された複数の羽根２５ｃが設けられている。

タービン２５ｂは、複数の羽根２５ｃにエアが供給されることによって出力軸２５ａを回転させるように構成されている。出力軸２５ａは、ベル２０のベルカップ２１に固定されている。このため、ベル２０は、出力軸２５ａを回転中心としてエアモータ２５と一体的に回転するように構成されている。

なお、エアモータ２５を構成するタービン２５ｂの詳細については、例えば実開昭６０−１５１５５５号公報に開示のタービン５が参照される。従って、本明細書では、この公報を援用することにより、タービン２５ｂの更なる詳細な説明を省略する。

固定ノズル２６は、ハウジング１１に対して固定されたノズルであり、ベル２０のベルカップ２１の回転軸方向Ｘに延在している。この固定ノズル２６は、塗料供給源（図示省略）から供給された塗料が流れる流路２６ａと、この流路２６ａに連通し且つハブ２２のハブ裏面２２ｂに向かう塗料吐出口２６ｂと、を有する。このため、塗料は、固定ノズル２６の流路２６ａ及び塗料吐出口２６ｂを通じてハブ２２のハブ裏面２２ｂ側の内部空間２３に吐出される。この固定ノズル２６は、塗料の付着度合いを容易に確認できるような透明な樹脂のチューブによって形成された塗料管であるのが好ましい。

固定ノズル２７は、ハウジング１１に固定されている。このため、ハブ２２がベルカップ２１とともに周方向Ｚのいずれか一方である所定の回転方向に回動駆動されるのに対して、この固定ノズル２７は回転しないようになっている。

この固定ノズル２７は、塗料供給源（図示省略）から供給された塗料が流れる流路２７ａと、この流路２７ａに連通する塗料吐出口２７ｂと、を有する。この固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂは、ベル２０において塗料が吐出される吐出部としての流通路２４よりも径方向Ｙの回転中心側に配置されている。

また、この固定ノズル２７は、固定ノズル２６の管内に挿設されており（図２参照）、且つハブ２２の中心部に設けられた貫通穴２２ｃを貫通して塗料吐出口２７ｂがハブ表面２２ａに露出する（図３参照）ように構成されている。この場合、固定ノズル２７は、外側ノズルである固定ノズル２６に対してその内側に配置された内側ノズルとなる。

本構成によれば、固定ノズル２７は、その塗料吐出口２７ｂの内径が塗料吐出口２６ｂの内径を下回る細管となる。また、この固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂは、ハブ２２の貫通穴２２ｃを貫通することによって、ベルカップ２１の回転中心部に配置される。

図１に戻って説明すると、電圧印加部としての電圧発生器２９は、ケーブル２８を通じてベル２０及び固定ノズル２７のそれぞれに高い直流の電圧を印加するように構成されている。この目的のために、ベル２０及び固定ノズル２７は、いずれも金属材料からなり、ケーブル２８に直接的或いは間接的に接続されている。

次に、上記の塗装装置１０の動作について説明する。

図１において、エア流路１２の流入口１２ａからエアが流入することによってエアモータ２５が作動する。これにより、ベル２０は、予め設定された回転数で所定の回転方向に回転駆動される。また、電圧発生器２９が作動する。これにより、ケーブル２８を通じてベル２０及び固定ノズル２７のそれぞれに高い電圧が印加される。そして、固定ノズル２６と固定ノズル２７のそれぞれにおいて塗料の供給が開始される。

このとき、図４に示されるように、固定ノズル２６の塗料吐出口２６ｂから内部空間２３に塗料が吐出される。この塗料は、ハブ２２のハブ裏面２２ｂに接触することにより噴霧化されて塗料粒子となる。この塗料粒子は、内部空間２３をハブ２２のハブ裏面２２ｂに沿って誘導された後、印加電圧によって帯電した状態で流通路２４を通じてワークＷの被塗装面Ｗａに向けて吐出され、接地されたワークＷとの間の静電的な力によってこのワークＷの被塗装面Ｗａに塗着する。このように、固定ノズル２６の塗料吐出口２６ｂから吐出された塗料は、流通路２４を経由した後でワークＷの被塗装面Ｗａに向けて吐出されるようになっている。

また、ベル２０の回転数と塗料の粒化の度合いとの間に相関関係がある。即ち、ベル２０の回転数が上がると塗料の粒化の度合いが相対的に高くなり、ベル２０の回転数が下がると塗料の粒化の度合いが相対的に低くなる。

一方で、固定ノズル２６の内側に配置された固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂからワークＷの被塗装面Ｗａに向けて塗料が吐出される。このとき、塗料は、印加電圧によって帯電した状態で吐出されることにより、既知の静電微粒化特性にしたがって微粒化された塗料粒子となる。そして、この塗料粒子は、接地されたワークＷとの間の静電的な力によってこのワークＷの被塗装面Ｗａに塗着する。このように、固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂから吐出された塗料は、固定ノズル２６とは異なり、流通路２４を経由することなくワークＷの被塗装面Ｗａに向けて直接的に吐出されるようになっている。

この場合、塗料の微粒化を促進するために、圧力損失が許容される範囲で固定ノズル２７の内径をできるだけ小さくし、且つ所望の塗装パターンを形成できる範囲でこの固定ノズル２７による塗料の供給量をできるだけ少量に設定するのが好ましい。

これにより、ワークＷの被塗装面Ｗａに、例えば図４及び図５に示されるような塗装パターンＰが形成される。この塗装パターンＰには、円環状の第１塗着部Ｐ１と、第１塗着部Ｐ１の中央部分を埋める円形の第２塗着部Ｐ２と、が含まれている。ここで、第１塗着部Ｐ１は、固定ノズル２６から吐出された塗料粒子によって形成される。これに対して、第２塗着部Ｐ２は、固定ノズル２７から吐出された塗料粒子によって形成される。

これに対して、ベル２０の固定ノズル２６のみから塗料を吐出して固定ノズル２７を使用しない場合は、例えば図６に示されるような塗装パターンＰが形成される。この場合、固定ノズル２６から吐出された塗料粒子は、ベル２０の回転の影響によって遠心方向に広がり易くなり、塗装パターンＰの中央部分に、塗料粒子が塗着しない若しくは塗着量が膜厚の管理値を下回る領域、即ちワークＷの被塗装面Ｗａの一部が露出した若しくは膜厚が薄い塗料不良部Ｐ３が形成される。

本発明者は、外側ノズルである固定ノズル２６と、内側ノズルである固定ノズル２７と、のそれぞれが塗装パターンに及ぼす影響を確認するためのテストを実施した。このテストでは、ワークＷの被塗装面Ｗａに実際に形成された塗装パターンの膜厚を計測した。この計測の結果を図７〜図９を参照しながら説明する。

２つの固定ノズル２６，２７のうち一方の固定ノズル２６のみを使用した場合には、塗装パターンの膜厚（μｍ）の径方向の分布について、図７に示されるような分布線Ｌが得られた。この分布線Ｌからわかるように、固定ノズル２６のみを使用した場合には、膜厚が管理値を上回る円環状の第１塗着部Ｐ１と、管理値を下回る円形の塗料不良部Ｐ３と、を含む塗装パターンが形成されることが確認された（図６参照）。

これに対して、２つの固定ノズル２６，２７のうち他方の固定ノズル２７のみを使用した場合には、図８に示されるような分布線Ｍが得られた。この分布線Ｍからわかるように、固定ノズル２７のみを使用した場合には、中央部分の狭い領域のみの膜厚が管理値を上回り、その他の領域の膜厚は管理値を下回るような塗装パターンが形成されることが確認された。

そして、本実施形態では、２つの固定ノズル２６，２７の両方を同時に使用することで図９に示されるような分布線Ｎが得られた。この分布線Ｎは、前記の２つの分布線Ｌ，Ｍが合成されたものである。この分布線Ｎからわかるように、本実施形態によれば、円環状の第１塗着部Ｐ１と、円形の第２塗着部Ｐ２と、を含み、これら２つの塗着部Ｐ１，Ｐ２のいずれの膜厚も管理値を上回るような塗装パターンが形成されることが確認された（図５参照）。

次に、上記の実施形態１の作用効果について説明する。

上記の塗装装置１０によれば、エアモータ２５がベル２０を回転駆動したとき、このベル２０の回転によって塗料が霧化されて塗料粒子として吐出され、印加された電圧によって塗料粒子が帯電することでワークＷに塗着する。このとき、塗料粒子の吐出にエア噴射を伴わないため、即ちシェーピングエアを使用しないため、このシェーピングエアの勢いによって塗料粒子が飛散するのを防ぐことができる。

一方で、シェーピングエアを使用しないと、塗粒粒子がベル２０の回転による遠心力の影響を受けて外側に広がり易くなり、塗装パターンＰの中央部分における塗着量を確保するのが難しい（図６参照）。そこで、ベル２０とは別に、回転しない固定ノズル２７を使用することで、塗料は、ベル２０による回転の影響を受けることなく、ベル２０の流通路２４よりも径方向Ｙの回転中心側（回転中心寄り）に位置する塗料吐出口２７ｂから吐出される。このとき、塗料は印加された電圧によって帯電し微粒化した状態で吐出されて塗装パターンＰの中央部分に塗着する（図５参照）。これにより、塗装パターンＰの中央部分における塗着量を確保することができ、塗装ムラの発生を抑えることができる。

従って、塗着効率の低下を防ぐとともに塗装ムラの発生を抑えることができる回転霧化塗装装置１０を提供できる。

なお、ここでいう「塗着効率」とは、塗装に使用した塗料の量Ａ１と、実際にワークＷの被塗装面Ｗａに塗着した塗料の量Ａ２と、の比率（＝Ａ２／Ａ１）を示す。従って、塗料の量Ａ２が相対的に小さい場合に塗着効率が低く、塗料の量Ａ２が相対的に大きい場合に塗着効率が高い。

また、上記の塗装装置１０によれば、固定ノズル２５がハブ２２の貫通穴２２ｃを貫通する構造を利用して、その塗料吐出口２２ｂがベルカップ２１の回転中心部に配置される。これにより、固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂをベルカップ２１の回転中心部に配置する構造を簡素化することができる。

また、上記の塗装装置１０によれば、外側ノズルである固定ノズル２６の管内空間を内側ノズルである固定ノズル２７の配置スペースに利用することができる。これにより、固定ノズル２７の配置のためにハウジング１１が大型化するのを防ぐことができる。

以下、実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。

（実施形態２）
図１０に示されるように、実施形態２の塗装装置１１０は、固定ノズル２７の数についてのみ実施形態１の塗装装置１０と相違している。具体的には、この塗装装置１１０は、７つの固定ノズル２７を備えている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態２によれば、各固定ノズル２７の内径を実施形態１の場合よりも小さくすることによって、各固定ノズル２７から吐出する塗料を微粒化させ易い。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

なお、この実施形態２において、固定ノズル２７の数は７つに限定されるものではなく、任意の複数の固定ノズル２７を使用することができる。

本発明は、上記の本実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、本実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂをベルカップ２１の回転中心部に配置する場合について例示したが、この固定ノズル２７の塗料吐出口２７ｂを配置する領域は、ベル２０において塗料が吐出される吐出部（流通路２４）よりも回転中心側であれば、その位置や数は限定されない。例えば、ハブ２２の貫通穴２２ｃよりも径方向Ｙの外方にこの貫通穴２２ｃに代えて或いは加えて別に貫通穴を設け、この貫通穴に固定ノズル２７を貫通させるように構成してもよい。

上記の実施形態では、固定ノズル２７が固定ノズル２６の管内に挿設される場合について例示したが、これに代えて、固定ノズル２６の管外に固定ノズル２７を配置することもできる。

上記の実施形態では、ベル２０を回転駆動する駆動部としてエアモータ２５を使用する場合について例示したが、このエアモータ２５に代えて電動モータ等の別の駆動部を使用することもできる。

上記の実施形態では、自動車部品の塗装工程において使用される塗装装置１０，１１０について例示したが、これらの塗装装置１０，１１０を自動車部品以外の部品の塗装に使用することもできる。

１０，１１０ 回転霧化塗装装置
１１ ハウジング
２０ 回転霧化頭（ベル）
２１ ベルカップ
２２ ハブ
２２ａ ハブ表面
２２ｂ ハブ裏面
２４ 流通路（吐出部）
２５ エアモータ（駆動部）
２６ 固定ノズル（外側ノズル）
２６ｂ 塗料吐出口
２７ 固定ノズル（内側ノズル）
２７ｂ 塗料吐出口
２９ 電圧発生器（電圧印加部）
Ｗ ワーク（被塗装物）

Claims (2)

1. 被塗装物に塗装を施すための回転霧化塗装装置であって、
   ハウジングと、
   上記ハウジングに回転可能に収容され、回転によって塗料を霧化してエア噴射を伴うことなく吐出する回転霧化頭と、
   上記回転霧化頭を回転駆動する駆動部と、
   上記ハウジングに固定され、上記回転霧化頭において塗料が吐出される吐出部よりも回転中心側に塗料吐出口を有する固定ノズルと、
   上記回転霧化頭及び上記固定ノズルのそれぞれに電圧を印加する電圧印加部と、
   を備え、
   上記回転霧化頭は、カップ形状を有するベルカップと、上記ベルカップの径方向の中心部に設けられ上記ベルカップとの間に上記吐出部としての流通路を形成するハブと、を備え、
   上記固定ノズルは、上記ハブを貫通して上記塗料吐出口がハブ表面に露出するように構成されている、回転霧化塗装装置。
2. 上記回転霧化頭は、上記ベルカップの回転軸方向に延在し且つ上記ハブのハブ裏面に向かう塗料吐出口を有する外側ノズルを有し、この外側ノズルの管内に上記固定ノズルとしての内側ノズルが挿設されている、請求項１に記載の回転霧化塗装装置。

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