JP6853710B2 - 回転霧化型静電塗装機及びそのシェーピングエアリング - Google Patents

Description

本発明は回転霧化型静電塗装機及びそのシェーピングエアリングに関する。

塗装品質は商品や製品の意匠性や商品性を左右する重要なファクターである。静電塗装機が自動車業界に採用されて久しい。自動車業界の要請はシビアであり、高度な品質が要求される。

静電塗装機の一つの種類として回転霧化型静電塗装機が知られている。回転霧化型静電塗装機は、「ベルカップ」と呼ばれる霧化頭を備え、この霧化頭は回転駆動される。そして、この回転する霧化頭によって塗料の微粒化が行われる。

塗料は、回転する霧化頭の外周縁から径方向外方に向けて放出される。そして、この塗料を被塗物（以下、「ワーク」という。）に向けて、つまり前方に差し向けるのにシェーピングエアが用いられている（特許文献１）。すなわち、回転霧化頭から放出される塗料は、シェーピングエアによって前方に差し向けられ、そして、静電引力によってワークに吸着される。

自動車ボディの塗装において、高品質なメタリック塗装を実現するのに強いシェーピングエアが必要であると考えられている。すなわち、メタリック塗装は、その品質を高めるのに自動車ボディの面に対する塗料粒子の衝突速度を速くすれば良いと考えられている。この考えに基づいてメタリック塗装に適用可能な静電塗装機が開発された。業界では、「メタベル」と呼ばれている。メタベルのシェーピングエアには、(a)塗料を微粒化する第１機能と、(b)塗料粒子をワークに差し向けて塗装パターンを規定する第２機能の２つの機能が与えられている。(b)の塗装パターンを規定する第２の機能を高めるために、ベルカップの回転方向と逆方向にシェーピングエアを捻る静電塗装機が開発されている（特許文献２）。

メタベルは、上述したように、強いシェーピングエアが採用されているため、この強いシェーピングエアがワークに衝突してワークの外方に飛散するときに塗料を随伴するため、塗着効率を高めるのには限界があると考えられていた。

メタベルは、今現在、次の要領で実施されている。ここに、メタベルの塗着効率は約60〜70％である。
(i)シェーピングエアの捻り角度 30〜45°
(ii)ベルカップの直径 77mm
(iii)シェーピングエア吐出圧 0.10〜0.15MPa
(iv)シェーピングエア流量 500〜650Nl/min
(v)塗装パターン幅 直径300〜350mm

特許文献３は、塗着効率を向上することのできる回転霧化型静電塗装機を提案している。この回転霧化型静電塗装機は、シェーピングエアの２つの機能、つまり(a)塗料を微粒化する第１機能と、(b)塗料粒子をワークに差し向ける第２機能とを一つのシェーピングエアに担わせるのではなく、第１機能を第１シェーピングエアに担わせ、第２機能を、第１シェーピングエアとは別の第２シェーピングエアに担わせる回転霧化型静電塗装機を提案している。

この静電塗装機にあっては、第１シェーピングエアは、回転霧化頭の回転方向とは逆方向に５０°以上６０°未満の角度に捻られている。第１、第２の機能を分けたことにより、第２シェーピングエアは、径方向外方に進んでいる塗料粒子を前方に差し向けるだけであることから従来よりも弱いエア吐出圧で足りる。

特許文献３の回転霧化型静電塗装機は、ワークと塗装機との間の距離つまり塗装距離（ガン距離）を小さくする、つまり静電塗装機をワークに接近させて塗装を行う「近接塗装」が可能であり、これにより塗着効率を高めることができる。

特開平８−２２９４４５号公報 特開平３−１０１８５８号公報 特開２０１６−１５０２６５号公報

しかし、特許文献３に開示の回転霧化型塗装機の設計思想に準じた設計に基づいて塗装機を試作したところ、次の問題が発生することが分かった。すなわち、塗装パターンがドーナツ状になるということである。

ここに、ドーナツ状の塗装パターンとは、図４に示すように、円形の塗装パターン２の中心部分２Cでは塗料粒子が少なく、塗料粒子はリング状の部分２Rに集中した形態を意味する。このドーナツ状の塗装パターンの塗装機を移動させながら塗装を行った場合、図５に図示ように、塗装の膜厚が厚い部分４と薄い部分６とが筋状に現れる。

本発明の目的は、メタリック塗装での上述した筋状の塗装ムラの発生を抑制することのできる回転霧化型静電塗装機及びシェーピングエアリングを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
回転霧化頭を備え、該回転霧化頭を回転させることにより塗料を霧化する回転霧化型静電塗装機において、
前記回転霧化頭の外周縁の外方且つ近傍に指向された微粒化エアを吐出する第１エア孔であって、該第１エア孔から吐出される微粒化エアを前記回転霧化頭の回転方向とは逆方向に５６°乃至６５°に捻る方向に吐出する第１エア孔と、
該第１エア孔よりも外周側に配置された第２エア孔であって、該第２エア孔から吐出されるパターン形成エアを前記回転霧化頭の外周縁よりも径方向外方を通過させる第２エア孔と、
前記第１エア孔と前記第２エア孔との間に配置された第３エア孔であって、該第３エア孔から吐出されるパターン矯正エアを前記回転霧化頭の前方且つ該回転霧化頭の回転軸線上の一点に差し向ける第３エア孔とを有することを特徴とする回転霧化型静電塗装機を提供することにより達成される。

本発明の回転霧化型静電塗装機は、最も典型的には、近接塗装つまりワークと塗装機との間の距離を１００mm〜１５０mmまで接近させた近接塗装に適用される。

実施例の回転霧化型静電塗装機の先端部分の斜視図である。 実施例のシェーピングエアリングから３種類のエア、つまり微粒化エア、パターン形成エア、パターン矯正エアが吐出されることを説明するための図である。 図１に図示の静電塗装機の先端部分の断面図である。 問題点としてドーナツ状になる塗装パターンの具体的な形状を説明するための図である。 ドーナツ状の塗装パターンの結果発生する筋状の塗装ムラを説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、試作した回転霧化型静電塗装機の先端部分を示す図である。図中、参照符号１０はベルカップを示し、参照符号１２はシェーピングエアリングを示す。高電圧が印加されるベルカップ１０の外周縁の直径は30mmであり、このベルカップ１０を組み込んだ回転霧化型静電塗装機は、ガン距離つまりワークと塗装機との間の最適な間隔が例えば１００mm乃至１５０mmに設定されている。

シェーピングエアリング１２は、ベルカップ１０の回転中心軸CLと同心の第１の円周１４上に等間隔に配置された複数の第１エア孔SA-INと、この第１の円周１４と同心の且つ第１の円周１４よりも大きな半径の第２の円周１６上に等間隔に配置された複数の第２エア孔SA-OUTとを有する。具体的には、第１の円周１４の直径は39.25mmであり、ベルカップ１０の外周縁の直径（30mm）より僅かに大きい。具体的には、第２の円周１６の直径は45.5mmである。

シェーピングエアリング１２は第３の円周１８上に等間隔に配置された第３エア孔SA-MIDを更に有する。第３の円周１８は、第１、第２の円周１４、１６と同心であり、第１の円周１４と第２の円周１６の間に位置している。具体的には、第３の円周１８の直径は41.66mmである。

すなわち、シェーピングエアリング１２は、前方に向けてエアを吐出するための第１乃至第３のエア孔SA-IN、SA-OUT、SA-MIDを有し、第１エア孔SA-INが最も内径側に位置し、第２エア孔SA-OUTが最も外径側に位置し、第３エア孔SA-MIDが中間に位置している。各エア孔の数は次の通りである。第１エア孔SA-INの数は「３６」である。第２エア孔SA-OUTの数は「３０」である。第３エア孔SA-MIDの数は、第２エア孔SA-OUTの数よりも少ない「１２」であるが、これよりも少なくてもよく、塗装パターンのドーナツ現象つまり筋ムラ現象（図５）を改善できる最適値を実験により求めるのがよい。

第１エア孔SA-INは、その機能が微粒化に特化されている。第１エア孔SA-INは、ベルカップ１０の回転方向とは逆方向に指向され、その捻り角度は４０°乃至６５°、好ましくは５０°乃至６５°、より好ましくは６０°乃至６５°である。ちなみに、図示の実施例では、第１エア孔SA-INの捻り角度は６０°である。

前述した特許文献３で開示しているように、第１エア孔SA-INの捻り角度が６０°になると、塗料粒子を前方に差し向ける力がゼロになる。この第１エア孔SA-INは、ベルカップ１０の外周縁の近傍つまり外周縁よりも外側且つ外周縁に隣接したポイント（例えば、ベルカップ１０の外周縁から1.19mm外側のポイント）に指向されている。

回転するベルカップ１０から径方向外方に液糸が延出する。第１エア孔SA-INが吐出する第１エアは液糸を引き延ばす作用がある。液糸を引き延ばす、この第１エアの作用により液糸の先端部は細くなり、この細い先端部から塗料粒子が分離することによって、塗料粒子の微粒化が実現される。すなわち、例えば約0.01MPaという比較的小さな吐出圧であって且つ300NL/minという比較的小流量の第１エアを採用しても、第１エア孔SA-INの捻り角度を５６°乃至６５°、好ましくは６０°乃至６５°に設定することで塗料の微粒化を実現できる。この第１エアを「微粒化エア」と呼ぶ。

第２エア孔SA-OUTは、ベルカップ１０の回転方向とは逆方向に指向され、図示の実施例では、第２エア孔SA-OUTの捻り角度は、１５°であり、上記の第１エア孔SA-INの捻り角度よりも小さい。第２エア孔SA-OUTはベルカップ１０の回転方向と同じ方向に差し向けてもよい。また、第２エア孔SA-OUTは捻り角ゼロのベルカップ１０の回転軸線に沿った方向に差し向けてもよい。第２エア孔SA-OUTから吐出される第２エアを「パターン形成エア」と呼ぶ。

第３エア孔SA-MIDは、ベルカップ１０の前方の一点Pに差し向けられている。すなわち、第３エア孔SA-MIDは、内側に向けて第３エアを吐出する。この地点Pはガン距離（150mm）と等しいか、これよりもベルカップ１０に接近した例えばベルカップ１０の前方100mmの範囲に設定するのがよい。第３エア孔SA-MIDは捻り角ゼロのベルカップ１０の回転軸線に沿った方向に指向されている。

この第３エア孔SA-MIDは前述した塗装パターンのドーナツ化を改善することを目的としている。第３エア孔SA-MIDから吐出される第３エアを「パターン矯正エア」と呼ぶ。

図３を参照して、シェーピングエアリング１２は、第１、第２の２つのチャンバ３０、３２を有している。第１チャンバ３０には第１エア孔SA-IN及び第３エア孔SA-MIDが連通しており、この第１チャンバ３０を通じて第１エア孔SA-IN及び第３エア孔SA-MIDにエアが供給される。

第２チャンバ３２には第２エア孔SA-OUTが連通しており、この第２チャンバ３２を通じて第２エア孔SA-OUTにエアが供給される。

図２を参照して、ベルカップ１０の外周縁を含み、且つベルカップ１０の回転軸線と垂直に交わる平面において、ベルカップ１０の外周縁から径方向外方において、第１エア孔SA-INから吐出される微粒化エア２０が最も内周部分を通過し、その外周側を第３エア孔SA-MIDから吐出されるパターン矯正エア２４が通過し、その外周側を第２エア孔SA-OUTから吐出されるパターン形成エア２２が通過する。

すなわち、ベルカップ１０の径方向外周の空間において、ベルカップ１０から微粒化された塗料が径方向外方に飛散する。そして、その一部がパターン矯正エア２４によって前方に差し向けられる。その指向方向は、ベルカップ１０の前方100mmの地点である。ベルカップ１０から径方向外方に飛散する塗料粒子の残部がパターン形成エア２２によって前方に差し向けられて塗装パターンを形成する。換言すれば、パターン形成エア２２によって前方に差し向けられるよりも前に、ベルカップ１０によって微粒化された塗料の一部が塗装パターン２の中心部分２C（図４）に差し向けられる。つまり、ベルカップ１０によって微粒化された塗料の一部が、先行して、塗装パターン２の中心部分２Cに送り込まれる（図４）。これにより、塗装パターン２のドーナツ化現象を改善することができる。

１０ ベルカップ（回転霧化頭）
１２ シェーピングエアリング
１４ 第１円周（最も小さな半径の円周）
SA-IN 第１エア孔（微粒化エアを吐出）
１６ 第２円周（最も大きな半径の円周）
SA-OUT 第２エア孔（パターン形成エアを吐出）
１８ 第３円周（中間の半径の円周）
SA-MID 第３エア孔（パターン矯正エアを吐出）
２０ 微粒化エア
２２ パターン形成エア
２４ パターン矯正エア
ＣＬ ベルカップの回転中心軸

Claims (7)

1. 回転霧化頭を備え、該回転霧化頭を回転させることにより塗料を霧化する回転霧化型静電塗装機において、
   前記回転霧化頭の外周縁の外方且つ近傍に指向された微粒化エアを吐出する第１エア孔であって、該第１エア孔から吐出される微粒化エアを前記回転霧化頭の回転方向とは逆方向に５６°乃至６５°に捻る方向に吐出する第１エア孔と、
   該第１エア孔よりも外周側に配置された第２エア孔であって、該第２エア孔から吐出されるパターン形成エアを前記回転霧化頭の外周縁よりも径方向外方を通過させる第２エア孔と、
   前記第１エア孔と前記第２エア孔との間に配置された第３エア孔であって、該第３エア孔から吐出されるパターン矯正エアを前記回転霧化頭の前方且つ該回転霧化頭の回転軸線上の一点に差し向ける第３エア孔とを有することを特徴とする回転霧化型静電塗装機。
2. 前記第１エア孔の捻り角度が６０°乃至６５°である、請求項１に記載の回転霧化型静電塗装機。
3. 前記第２エア孔から吐出されるパターン形成エアを前記回転霧化頭の回転方向とは逆方向に捻られ、該第２エア孔の捻り角度が前記第１エア孔の捻り角度よりも小さい、請求項１又は２に記載の回転霧化型静電塗装機。
4. 前記第３エア孔から吐出されるパターン矯正エアを、前記回転霧化頭の前方200〜250mmの前記一点に差し向ける、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転霧化型静電塗装機。
5. 前記第３エア孔は捻り角度ゼロの前記回転霧化頭の回転軸線に沿った方向に指向されている、請求項４に記載の回転霧化型静電塗装機。
6. ワークと前記静電塗装機との間の塗装距離が１００mm乃至１５０mmに設定されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転霧化型静電塗装機。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転霧化型静電塗装機に組み込まれるシェーピングエアリングであって、
   前記回転霧化型静電塗装機の回転霧化頭の外周縁の外方且つ近傍に指向された微粒化エアを吐出する前記第１エア孔であって、該第１エア孔から吐出される微粒化エアを前記回転霧化頭の回転方向とは逆方向に５６°乃至６５°に捻る方向に吐出する前記第１エア孔と、
   該第１エア孔よりも外周側に配置された前記第２エア孔であって、該第２エア孔から吐出されるパターン形成エアを前記回転霧化頭の外周縁よりも径方向外方を通過させる前記第２エア孔と、
   前記第１エア孔と前記第２エア孔との間に配置された前記第３エア孔であって、該第３エア孔から吐出されるパターン矯正エアを前記回転霧化頭の前方且つ該回転霧化頭の回転軸線上の一点に差し向ける前記第３エア孔とを備えたシェーピングエアリング。

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