JP7498763B2

JP7498763B2 - 静電塗装機及びこれに組み込まれる回転霧化頭並びにその製造方法

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Publication number: JP7498763B2
Application number: JP2022201753A
Authority: JP
Inventors: 達也中石; 大介太田
Original assignee: Cft LLC
Current assignee: Cft LLC
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-12
Anticipated expiration: 2042-12-19
Also published as: JP2023093379A; WO2023122275A1

Description

本発明は静電塗装機及びこれに組み込まれる回転霧化頭並びにその製造方法に関し、特に絶縁性合成樹脂製の回転霧化頭を備えた静電塗装機に関する。

特許文献１は絶縁性合成樹脂製回転霧化頭を備えた静電塗装機を開示している。特許文献１に開示の静電塗装機の概要を図１３に示す。図１３を参照して、静電塗装機１００はエアモータ１０２によって駆動される回転霧化頭（以下「ベル」という。）１０４を有している。ベル１０４は中空の軸部１０４aを有し、ベル軸部１０４aはエアモータ１０２のモータ出力軸１０２aを受け入れられ、そして、ベル軸部１０４aの内周面１０４dとモータ出力軸１０２aとが密に接した状態でベル軸部１０４aとモータ出力軸１０２aとが互いに連結つまり凹凸嵌合される。

モータ出力軸１０２aは絶縁性材料、例えば合成樹脂ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料で形成されている。静電塗装機１００は、周知のフィードチューブ（図示省略）によってベル１０４の中心に塗料を供給するセンターフィード方式が採用されている。モータ出力軸１０２aは中空軸で構成され、モータ出力軸１０２aの内部にフィードチューブが設けられて、このフィードチューブを通じて塗料がベル１０４の中心部分に供給される。フィードチューブは、例えばポリエーテルエーテルケトン（PEEK）などの絶縁性樹脂材料で形成されている。

ベル軸部１０４aとモータ出力軸１０２aとの機械的な連結つまり係合は２つのタイプが知られている。上述した連結つまり凹凸嵌合は第１のタイプである。すなわち、第１のタイプはベル軸部１０４aの軸端部に凹部が形成され、このベル軸部１０４aの凹部にモータ出力軸１０２aが密に嵌入される。第２のタイプは、図示を省略したが、第１のタイプとは逆に、モータ出力軸１０２aの軸端部に凹部が形成され、このモータ出力軸１０２aの凹部にベル軸部１０４aが密に嵌入される。

ベル１０４は絶縁性樹脂材料で作られている。そして、ベル１０４はその外周面の全域に第１半導電性樹脂膜１０６がコーティングされている。第１半導電性樹脂膜１０６は、ベル１０４のベル外周縁１０４bからベル軸部１０４aの端１０４cまで連続して延びている。この第１半導電性樹脂膜１０６は、ベル外周縁１０４bの全周に高電圧を印加する高電圧印加経路を構成する。

エアモータ１０２は、そのモータ本体１０２bが導電性部材である金属で作られている。静電塗装機１００は高電圧発生器（以下、「カスケード」という。）１０８を内蔵しており、カスケード１０８はモータ本体１０２bに電気的に接続されている。カスケード１０８で生成された高電圧は、モータ本体１０２bを経由し、そして、絶縁性材料からなるモータ出力軸１０２aの外周面にコーティングした第２半導電性樹脂膜１１０、ベル１０４の外周面の第１半導電性樹脂膜１０６を通じてベル外周縁１０４bに印加される。すなわち、ベル１０４の外周面にコーティングした第１半導電性樹脂膜１０６は、モータ本体１０２b、絶縁性材料からなるモータ出力軸１０２aの外周面の第２半導電性樹脂膜１１０を経由して高電圧を受け取ってベル外周縁１０４bの全周に供給する高電圧印加経路ＶＡを構成している。

高電圧印加経路ＶＡの入力端と、モータ出力軸１０２aの第２半導電性樹脂膜１１０と、モータ本体１０２bとの電気的な連携構造は、特許文献１の例えば図２―８に詳細に記載されている。

ベル１０４は、ハブ１１２の外周縁に等間隔に位置する複数の塗料通過孔１１４を有し、フィードチューブを通じてベル１０４の中心に供給された塗料は、遠心力によって、塗料通過孔１１４を通過し、そしてベル１０４の内周面において膜状に拡がり、次いで、高電圧が印加されたベル外周縁１０４bで帯電される。そして、回転するベル１０４から放出される塗料の液糸が微粒化される。図示の参照符号１１６は微粒化された塗料粒子のパターンをコントロールするシェーピングエア孔を示す。

特開２０００－１１７１５５号公報

絶縁性樹脂のベル１０４は、その外周面にコーティングした第１半導電性樹脂膜１０６が劣化又は剥離するという欠点を有し、経時的な劣化に伴って高速回転時に第１半導電性樹脂膜１０６が剥離する事故が発生する可能性を含んでいる。具体的に説明すると、第１半導電性樹脂膜１０６の劣化に起因して、静電塗装機１００の作動時に高速回転するベル１０４の遠心力によって第１半導電性樹脂膜１０６が剥離して飛散する可能性を含んでいる。また、静電塗装機１００のメンテナンスにおいて、ベル１０４を布で拭う作業が実施されるが、度重なるメンテナンスで第１半導電性樹脂膜１０６が摩耗及び劣化して、ベル１０４の寿命を縮めてしまう問題を含んでいる。

本発明の目的は、半導電性樹脂膜でコーティングした合成樹脂製の回転霧化頭の欠点を解消することができる、静電塗装機及びこれに組み込まれる回転霧化頭並びにその製造方法を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の一つの観点によれば、
エアモータのモータ出力軸に連結され且つ絶縁性樹脂材料で作られた回転霧化頭を備え、
該回転霧化頭は、該回転霧化頭の外周縁部に、前記エアモータから受け取った高電圧を供給する高電圧印加経路を有し、
該高電圧印加経路が半導電性材料で構成された静電塗装機において、
前記回転霧化頭は前記高電圧印加経路を複数有し、複数の高電圧印加経路の各々が前記回転霧化頭の周方向に互いに離間して位置し且つ各高電圧印加経路を構成する半導電性材料からなる半導電性部材で構成されて、該半導電性部材が前記回転霧化頭に埋設され、
前記高電圧印加経路が、前記回転霧化頭の外周縁部に露出する導電性部材を更に含み、
前記高電圧印加経路が、前記導電性部材と前記半導電性部材とが互いに接した状態で構成されていることを特徴とする静電塗装機を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
エアモータのモータ出力軸に連結されて、前記エアモータによって駆動される絶縁性樹脂製の回転霧化頭が、該エアモータから受け取った高電圧を前記回転霧化頭の外周縁部に供給する高電圧印加経路を有する静電塗装機に組み込まれる前記回転霧化頭であって、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭に埋設された半導電性部材を含み、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭の周方向に互いに離間して位置する複数の高電圧印加経路を有し、
前記高電圧印加経路が、前記回転霧化頭の外周縁部に露出する導電性部材を更に含み、
前記高電圧印加経路が、前記導電性部材と前記半導電性部材とが互いに接した状態で構成されていることを特徴とする回転霧化頭を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
エアモータのモータ出力軸に連結されて、前記エアモータによって駆動される絶縁性樹脂製の回転霧化頭が、該エアモータから受け取った高電圧を前記回転霧化頭の外周縁部に供給する高電圧印加経路を有する静電塗装機に組み込まれる前記回転霧化頭であって、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭に埋設された半導電性部材を含み、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭の周方向に互いに離間して位置する複数の高電圧印加経路を有し、
前記高電圧印加経路が、前記回転霧化頭の外周縁部に露出する導電性部材を更に含み、
前記高電圧印加経路が、前記導電性部材と前記半導電性部材とが互いに接した状態で構成されていることを特徴とする回転霧化頭を製造する方法であって、
絶縁性樹脂材料の円筒体に、円周方向に等間隔に複数の第１直線孔を穿設する第１工程と、
前記各第１直線孔と合流する複数の第２直線孔を穿設する第２工程と、
前記各第１直線孔において、回転霧化頭の外周縁部側の端に導電性部材を嵌入する第３工程と、
前記第１直線孔と前記第２直線孔に半導電性素材で満たす第４工程と、
前記第１直線孔と前記第２直線孔を前記半導電性素材で満たしたら、前記円筒体を加熱して、前記半導電性素材を硬化させて半導電性部材にする第５工程と、
前記第５工程の後に、前記絶縁性樹脂材料の円筒体を機械加工して前記回転霧化頭を形作る第６工程を有することを特徴とする回転霧化頭の製造方法を提供することにより達成される。

本発明の作用効果、本発明の他の目的は、以下の実施例の詳細な説明から明らかになろう。

第１の例の回転霧化頭（ベル）を組み込んだ実施例の静電塗装機の前端部分の断面図である。第１の例のベルを図１の矢印Ａの方向から見た正面図である。実施例の静電塗装機に組み込むことが可能な第２の例のベルを製造する第１工程、第２工程を説明するための図であって、第１、第２直線孔を穿設した円筒体の斜視図である。図３の円筒体の内部構造を説明するための図である。第１直線孔の一端に導電性部材であるアルミニウム棒の小片を挿入する第３工程を説明するための図である。第２の例のベルを製造する第４工程を説明するための図である。第５工程（仕上げ工程）を実行することで回転霧化頭を完成させることを説明するための図である。ベル軸部側から見た第２の例のベルの背面図である。図７に図示の完成品の第２の例のベルのＡ－Ａ線に沿った断面図である。図９に図示のベルの変形例を示す、図９に対応した断面図である。第１、第２の例のベルの変形例を示し、ベル外周縁部に複数の溝を備えたベルを示す部分斜視図である。図１１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。絶縁性合成樹脂製の回転霧化頭（ベル）の従来の構造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、実施例の静電塗装機１０の断面図である。図１に図示の静電塗装機１０には、第１の例のベル１２Ａが組み込まれている。実施例の静電塗装機１０の説明において、図１３を参照して前述した従来の静電塗装機１００に含まれる要素と同じ要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。実施例の静電塗装機１０は、フィードチューブによってベル１２Ａの中心に塗料を供給するセンターフィード方式の塗装機である。

図２は、実施例の静電塗装機１０のベル１２Ａの正面図である。図１、図２に図示の第１の例のベル１２Ａは、図１３に基づいて説明した従来のベル１０４と同様に、絶縁性樹脂材料で作られている。図１から分かるように、モータ出力軸１０２aとベル軸部１２aとの連結形態は前述した第１のタイプのである。変形例として、上述した第２のタイプの凹凸嵌合であってもよい。

図１に図示の静電塗装機１０において、モータ本体１０２bは、特許文献１と同様に導電性部材の金属で構成され、カスケード１０８と電気的に接続されている。モータ出力軸１０２aは、特許文献１と同様に絶縁性材料で構成されていてもよいが、好ましくは導電性金属などの導電性材料で作られているのが良い。モータ出力軸１０２aの内部にフィードチューブが配置されているのは、特許文献１に開示の従来例と同じである。フィードチューブは、特許文献１と同様に絶縁性材料で構成されていてもよいが、好ましくは導電性材料で構成されているのが良い。

図１を参照して、ベル１２Ａは、周方向に離間して位置する複数の高電圧印加経路ＶＡを有しており、各高電圧印加経路ＶＡは、ベル１２Ａに埋設された半導電性部材２０を含んで構成されている。半導電性部材２０は「ソリッド抵抗器」と呼ばれる材料で構成するのがよく、その抵抗値は１０5～１０9Ωである。各高電圧印加経路ＶＡは、好ましくは、相対的にベル外周縁部１２c側に位置して露出する導電性密栓部材２２を更に含み、導電性密栓部材２２は導電性材料で構成されている。

ベル１２Ａは、ベル外周縁部１２cからベル軸部１２aの内周面１２dに亘って延びる第１直線孔３０を有し、第１直線孔３０は、前端が位置するベル外周縁部１２cから軸部内周面１２dに向けて徐々にベル１２の軸線に向けて傾斜している。そして、第１直線孔３０の中に、導電性密栓部材２２と半導電性部材２０とが互いに接した状態で配置される。

導電性密栓部材２２の端は、ベル外周縁部１２cの一部を構成している。半導電性部材２０は、ベル軸部１２aの内周面１２dから導電性密栓部材２２まで連続的に延びており、ベル軸部１２aの内周面１２dに露出している。ベル１２Ａをモータ出力軸１０２aに機械的に連結することで、導電性のモータ本体１０２b及び、モータ出力軸１０２aが導電性部材で構成されている場合にはモータ出力軸１０２aを通じて、複数の高電圧印加経路ＶＡの各半導電性部材２０が高電圧を受け取ることができる。

すなわち、各半導電性部材２０の入力端は、ベル１２Ａをモータ出力軸１０２aに連結したときに、モータ出力軸１０２aと密に接して、導電性のモータ出力軸１０２aから高電圧を受け取ることができる。

上述の説明から分かるように、ベル１２Ａに埋設された半導電性部材２０は、従来のベル１０４の外周面にコーティングされた第１半導電性樹脂膜１０６（図１３）に代わって高電圧印加経路ＶＡを構成する。本発明に関連した半導電性部材２０は、従来の膜抵抗器である第１半導電性樹脂膜１０６に比べて抵抗体としての容積が大きいことから、高耐圧高抵抗の用途である高電圧印加経路ＶＡに適しているということができる。

フィードチューブは、特許文献１と同様に絶縁性材料で構成されていても良いが、好ましくは導電性材料で構成されているのが良い。

図１に図示の静電塗装機１０において、フィードチューブが導電性材料で作られている場合には、フィードチューブを通じてベル１２Ａに供給される塗料は、フィードチューブを通過する過程で帯電される。ベル１２Ａの内面つまり塗料拡散面に露出する導電性密栓部材２２は、一義的に、被塗物との間に静電界を形成する。この導電性密栓部材２２は、ベル１２Ａの外周縁部１２cに露出していることから、フィードチューブの中で帯電した状態の塗料は、ベル１２Ａの中心に供給されると、遠心力によってベル１２Ａのハブ１１２の塗料通路孔１１４から吐出し、ベル内周面の塗料拡散面において膜状に拡がり、次いで、高電圧が印加された導電性密栓部材２２に接してベル外周縁１２bから放出される。この放出された塗料微粒子は帯電していることから、導電性密栓部材２２と被塗物との間の静電界を飛行して被塗物に静電吸着される。

図７は、第２の例のベル１２Ｂにおいて、切削加工を終了した時点でのベル１２Ｂの断面図である。第２の例のベル１２Ｂは、モータ出力軸１０２aが導電性材料、絶縁性材料のいずれで作られていても、静電塗装機１０に組み込むことが可能である。また、フィードチューブが導電性材料、絶縁性材料のいずれで作られていても、静電塗装機１０に組み込むことが可能である。図３ないし図７に基づいて、第２の例のベル１２Ｂの製造方法を説明する。

第１工程（図３）：
ベル１２Ｂの素材である絶縁性樹脂材料で作られた円筒体４０を用意する。絶縁性樹脂材料は、塗料に対する耐性を有し且つ絶縁性を備えた材料であれば特に限定されない。例示すれば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、などを例示的に列挙することができる。

第２工程（図３、図４）
円筒体４０は、図示のように、その一端面に凹所４０aが形成される。この凹所４０aは平面視円形であり、円筒体４０と同心である。凹所４０aを備えた円筒体４０には、複数の第１直線孔３０がドリルで穿設する。すなわち、第１直線孔３０は断面円形の孔である。第１直線孔３０は円周方向に等間隔に複数形成される。各第１直線孔３０は、小径部３０aと大径部３０bを備えた段付き孔であるのが好ましい（図４）。次いで、各第１直線孔３０に合流する第２直線孔３２を穿設する。合流部位は、第１直線孔３０の大径部３０bであるのがよい。

第３工程（図５）：
各第１直線孔３０の小径部分３０aに導電性密栓部材２２を密に嵌入して、各第１直線孔３０を導電性密栓部材２２で密栓する。導電性密栓部材２２として、例えばアルミニウム合金などの金属棒やカーボン棒の小片の他に、樹脂で固めた高密度の導電性粉末体（１０4Ω）を例示的に挙げることができる。

第４工程（図５、図６）：
凹所４０aに半導電性素材１９を充填することにより、各第１直線孔３０と各第２直線孔３２とが半導電性素材１９が充填される。半導電性素材として、炭素系や金属の導電性粉末をエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂などに練り込んだ素材を挙げることができる。この素材は加熱処理することにより硬化して半導電性部材２０になる。第１直線孔３０、第２直線孔３２が半導電性素材１９で満たされたら、円筒体４０を加熱して、半導電性素材１９を硬化させて半導電性部材２０を形成する。

第５工程（図７）：
第４工程を終えた円筒体４０を機械加工つまり切削してベル１２Ｂの外形輪郭及び軸部１２aの内周面１２ｄを形成して、ベル１２Ｂの基本形状を完成させる。その後ハブ１１２（図１）を嵌め込み接着し、最終形状のベル１２Ｂに仕上げる。
図８は、ベル軸部１２a側から見た１２Ｂの背面図である。第２直線孔３２の半導電性部材２０の端は切削によってリング状の形状部２０aで構成される。モータ出力軸１０２aが絶縁性部材で構成されている場合、リング形状部２０aは、複数の高電圧印加経路ＶＡがモータ本体１０２aから高電圧を受け取る入力端を構成する。モータ本体１０２aから高電圧印加経路ＶＡまでの電気的な連携は、特許文献１に記載されている構成のいずれを採用してもよい。他方、モータ出力軸１０２aが導電性部材で構成されている場合、第１の例のベル１２Ａ（図１）と同様に、第１直線孔３０の半導電性部材２０によって高電圧印加経路ＶＡが構成される。

図９は、図７のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、完成したベル１２Ｂの前端部の断面を示す。図９は、半導電性部材２０がベル１２Ｂに完全に埋没した状態である。変形例を図１０に示す。図１０は図９に対応した断面図である。図１０から分かるように、半導電性部材２０の導電性部材２２と接する前端部の一部がベル１２Ｂの背面つまり外周面に露出した状態であってもよい。

図１１は、第１、第２の例のベル１２Ａ、１２Ｂを総称して参照符号１２を付したベルの変形例を示し、ベル外周縁部１２cの部分図である。図１２は、図１１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。ベル１２は、外周縁部１２cにおいて、その全周に亘って複数の溝５０を有し、この溝５０はベル１２の内面から外側面に亘って延びている。ベル１２が、その外周縁部に複数の溝５０を有することにより、ベル外周縁１２bから放出される液糸が集合するのを防止できる。これにより、液糸が集合することに伴う微粒化の悪化を防止できる。

１０実施例の静電塗装機
１２回転霧化頭（ベル）
１２b ベル外周縁
１２c ベル外周縁部
ＶＡ高電圧印加経路
２０半導電性部材
２２導電性密栓部材
３０第１直線孔（段付き孔）
３０a 第１直線孔の小径部
３０b 第１直線孔の大径部
３２第２直線孔
４０回転霧化頭の素材である絶縁性合成樹脂の円筒体
５０ベル外周縁部の溝
１０２エアモータ
１０２a エアモータの出力軸
１０２b モータ本体
１０８カスケード

Claims

エアモータのモータ出力軸に連結され且つ絶縁性樹脂材料で作られた回転霧化頭を備え、
該回転霧化頭は、該回転霧化頭の外周縁部に、前記エアモータから受け取った高電圧を供給する高電圧印加経路を有し、
該高電圧印加経路が半導電性材料で構成された静電塗装機において、
前記回転霧化頭は前記高電圧印加経路を複数有し、複数の高電圧印加経路の各々が前記回転霧化頭の周方向に互いに離間して位置し且つ各高電圧印加経路を構成する半導電性材料からなる半導電性部材で構成されて、該半導電性部材が前記回転霧化頭に埋設され、
前記高電圧印加経路が、前記回転霧化頭の外周縁部に露出する導電性部材を更に含み、
前記高電圧印加経路が、前記導電性部材と前記半導電性部材とが互いに接した状態で構成されていることを特徴とする静電塗装機。
請求項１に記載の静電塗装機において、
前記半導電性部材が、その前記導電性部材と接する前端部の一部が前記回転霧化頭の背面に露出している、静電塗装機。
請求項１に記載の静電塗装機において、
前記静電塗装機が、塗料を前記回転霧化頭の中心部に供給するフィードチューブを有し、
該フィードチューブは、中空の前記モータ出力軸の内部に配置されている、静電塗装機。
請求項３に記載の静電塗装機において、
前記モータ出力軸が導電性材料で作られている、静電塗装機。
請求項３に記載の静電塗装機において、
前記モータ出力軸が絶縁性材料で作られている、静電塗装機。
請求項４に記載の静電塗装機において、
前記半導電性部材が、前記回転霧化頭を前記エアモータの出力軸に固定したときに、前記モータ出力軸の一部と密に接する面に露出している、静電塗装機。
請求項３～６のいずれか一項に記載の静電塗装機において、
前記フィードチューブが導電性材料で作られている、静電塗装機。
請求項３～６のいずれか一項に記載の静電塗装機において、
前記フィードチューブが絶縁性材料で作られている、静電塗装機。
エアモータのモータ出力軸に連結されて、前記エアモータによって駆動される絶縁性樹脂製の回転霧化頭が、該エアモータから受け取った高電圧を前記回転霧化頭の外周縁部に供給する高電圧印加経路を有する静電塗装機に組み込まれる前記回転霧化頭であって、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭に埋設された半導電性部材を含み、
前記高電圧印加経路が前記回転霧化頭の周方向に互いに離間して位置する複数の高電圧印加経路を有し、
前記高電圧印加経路が、前記回転霧化頭の外周縁部に露出する導電性部材を更に含み、
前記高電圧印加経路が、前記導電性部材と前記半導電性部材とが互いに接した状態で構成されていることを特徴とする回転霧化頭。
請求項９に記載の回転霧化頭において、
該回転霧化頭の外周縁部が、周方向に亘って複数の溝を有する、回転霧化頭。
請求項９に記載の回転霧化頭を製造する方法であって、
絶縁性樹脂材料の円筒体に、円周方向に等間隔に複数の第１直線孔を穿設する第１工程と、
前記各第１直線孔と合流する複数の第２直線孔を穿設する第２工程と、
前記各第１直線孔において、回転霧化頭の外周縁部側の端に導電性部材を嵌入する第３工程と、
前記第１直線孔と前記第２直線孔に半導電性素材で満たす第４工程と、
前記第１直線孔と前記第２直線孔を前記半導電性素材で満たしたら、前記円筒体を加熱して、前記半導電性素材を硬化させて半導電性部材にする第５工程と、
前記第５工程の後に、前記絶縁性樹脂材料の円筒体を機械加工して前記回転霧化頭を形作る第６工程を有することを特徴とする回転霧化頭の製造方法。
請求項１１に記載の回転霧化頭の製造方法において、
前記第１直線孔が段付き孔で構成され、
前記導電性部材が嵌入された第１部分が相対的に小径であり、前記半導電性部材が位置する第２部分が相対的に大径である、回転霧化頭の製造方法。