JPH07251097A - 導電性塗料用回転霧化式静電塗装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性塗料用回転霧化式静電塗装装置の塗着
効率の向上と小まわり性の改善。 【構成】 電気的に接地された回転式塗料霧化頭１とは
電気的に絶縁された位置でかつ従来の外部電極位置より
はより塗料霧化頭１に近づいた位置に電極７を設けて、
正または負の高電圧を印加した。塗料粒子は電極７によ
って電極７の高電圧と正負逆に誘導帯電され、この帯電
塗料粒子が被塗装物１１との間に形成する自己電界によ
って静電塗装が実行される。従来のようにコロナ放電に
よるイオンで塗料粒子が中和されないので、塗料の塗着
効率が上る。また、電極７のピッチ径小のため、小まわ
りのきく装置となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部帯電式導電性塗料
用回転霧化式静電塗装装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）排出
量低減を目的として水性塗料の採用が拡大しつつある。
しかし、水性塗料は溶剤の大部分が水であるために導電
性であり、静電塗装法を適用すると、高電圧が塗料を介
してアースへリークするという問題があった。この対応
手段として、塗料供給を中継タンク等を用いてアースか
ら分離する方法と外部帯電方式（たとえば、特開平４−
２００７５８号公報）とがある。前者は色替えを必要と
しない塗装系では、比較的容易に実現できるが、自動車
の上塗り塗装のように色の異なる多数の塗料を一つの塗
装機で塗装する場合には極めて実用化は困難である。後
者は通常回転霧化式静電塗装機（通称ベル塗装機）にお
いて用いられる。これはベル塗装機に直接高電圧を印加
するのではなく、ベル塗装機の外部に設けた電極に高電
圧を印加する方式である。外部帯電方式では、高電圧は
塗料を介してリークする欠点がないことから、主に自動
車の水性上塗り塗装ラインで広く実用化されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法にも
２つの欠点がある。その一つは、外部電極がベル塗装機
の周りを取り囲んでいるために、小回りがきかない点で
ある。たとえば、自動車の外板のようなものを塗装する
には問題は無いが、エンジンルームの中や、ドアの裏側
等を塗装するには、この外部電極がワークと干渉する問
題が発生する。従って、自動車の外板に静電塗装機を適
用できても、自動車の内板部位を塗装する場合には適用
できない。もう一つの問題は、従来のベル塗装機と比べ
て、塗着効率が低い点である。これは直接塗料に高電圧
を印加する方法に比べて、外部電極方式では噴霧後に高
電圧を印加するために帯電効率が低く、その結果塗着効
率が低くなると考えられていた。本発明の目的は、塗着
効率が従来の外部帯電式よりも優れ、かつ小回りのきく
外部帯電式の導電性塗料用回転霧化式静電塗装装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、本
発明の導電性塗料用回転霧化式静電塗装装置は、次の通
りである。 （１）電気的に接地された回転式塗料霧化頭と、前記回
転式塗料霧化頭とは電気的に絶縁されて正または負の高
電圧が印加され、噴霧塗料粒子を前記印加高電圧と正負
逆に誘導帯電させ帯電塗料粒子が被塗装物との間に形成
する自己電界によって静電塗装を実行可能とする位置に
設けられた電極と、を有する導電性塗料用回転霧化式静
電塗装装置。 （２）前記回転式塗料霧化頭およびそれと一体に回転す
る部材を回転自在に支持する電気的に絶縁材料でできた
外筒と、前記外筒に固定される噴霧パターン調整用エア
ノズルボデーと、を有しており、前記外筒または前記噴
霧パターン調整用エアノズルボデーに前記電極が固定さ
れている（１）記載の導電性塗料用回転霧化式静電塗装
装置。 （３）前記回転式塗料霧化頭の塗料霧化エッジと前記電
極との直線距離Ｌ１が被塗装物と前記電極との距離Ｌ２
の１／３以下である（１）記載の導電性塗料用回転霧化
式静電塗装装置。 （４）前記距離Ｌ１が３ｃｍ以下である（３）記載の導
電性塗料用回転霧化式静電塗装装置。 （５）前記電極が前記回転式塗料霧化頭と同心状のリン
グ形状である（１）記載の導電性塗料用回転霧化式静電
塗装装置。 （６）前記電極の先端が前記回転式塗料霧化頭の先端よ
りも後方に配置されている（１）記載の導電性塗料用回
転霧化式静電塗装装置。

【０００５】

【作用】上記（１）の装置では、電極によって塗料粒子
が電極の正負と正負逆に誘導帯電され、この帯電した塗
料粒子と被塗装物との間に形成される電界、すなわち塗
料粒子の自己電界によって塗料粒子は被塗装物に静電塗
装される。従来の外部電極式ベル塗装機では、外部電極
から出るコロナ放電のイオンを飛行中の塗料粒子に付与
して外部電極と正負同一符号に塗料粒子を帯電させ、外
部電極と被塗装物との間に形成される電界によって塗料
粒子を被塗装物に静電塗装させていたので、従来静電塗
装と本発明の静電塗装では、塗装に用いられる原理、メ
カニズムが本質的に異なっている。本発明では電極と回
転式塗料霧化頭との間に電界が形成されて噴霧塗料粒子
を帯電させ、電極と被塗装物との間の電界はほとんど無
視できるような位置に電極が配される。これは、本発明
の電極位置が従来の外部電極式ベル塗装機に比べて、回
転式塗料霧化頭に近いことを意味し、静電塗装装置の直
径寸法が大幅に縮小されることを意味し、小まわりのき
く装置となる。上記（２）の装置では、電極を外筒また
は噴霧パターン調整用エアノズルに一体的に固定したの
で、装置が容易に小型化される。上記（３）の装置で
は、Ｌ１をＬ２の１／３以下としたので、塗料粒子が強
く誘導帯電され、電極と被塗装物との間の電界形成は弱
くなり、塗料粒子が被塗装物との間に形成する自己電界
によって被塗装物に飛行しやすくなり、塗着効率が上
る。上記（４）の装置では、Ｌ１の範囲が特定され、誘
導帯電効果は強く、小型化の程度がより促進される。上
記（５）の装置では、電極がリング状であることよりコ
ロナ放電が抑制され、コロナ放電によるイオンが帯電粒
子の帯電を中和して弱めるのを抑制する。上記（６）の
装置では、電極と被塗装物との距離が大になって電極と
被塗装物との間に電界が形成されにくくなり、帯電塗装
粒子の被塗装物への塗着効率が向上する。

【０００６】

【実施例】図１および図２は本発明の一実施例を示して
いる。図１、図２の導電性塗料用回転霧化式静電塗装装
置において、回転式塗料霧化頭１には回転軸２が一体的
に回転するように連結され、回転軸２は空気軸受け部４
によって回転自在に支持されている。回転軸２と塗料霧
化頭１とはエアタービン３によって回転駆動される。回
転軸２内を挿通して非回転の塗料供給管５が延びてお
り、導電性塗料、たとえば水性塗料を塗料霧化頭１内に
供給する。回転式塗料霧化頭１は導電性の塗料を介して
接地されている。１２はアースを示す。塗料霧化頭１に
は同一円上に多数の塗料供給孔９が設けられており、そ
れを通って出た塗料は塗料霧化頭１のエッジ部１０から
遠心力で飛散する。飛散する塗料は噴霧パターン調整用
エアノズル６からのエアによって噴霧パターンが調整さ
れる。塗料霧化頭１の外周側には噴霧塗料を帯電させる
ための電極７が設けられている。電極７は塗料霧化頭１
から電気的に絶縁されている。電極７は高電圧ケーブル
８を介して高電圧電源２０に接続されており、正または
負の高電圧が印加される。１３は回転式霧化頭およびそ
れと一体に回転する部材を空気軸受け部４を介して支持
する外筒であり、１４は外筒１３に固定された噴霧パタ
ーン調整用エアノズルボデーである。噴霧パターン調整
用エアノズル６はこの噴霧パターン調整用エアノズルボ
デー１４に穿設されている。外筒１３と噴霧パターン調
整用エアノズル１４は、各々、複数に分割されていても
よい。

【０００７】塗料供給装置（図示しない）から供給され
てきた水性塗料は、中空の回転軸２内に設置された塗料
供給管５を通り、回転式塗料霧化頭１の内部に供給され
る。塗料霧化頭１は、空気軸受け部４で保持されエアタ
ービン３によって高速（通常１万〜６万ｒｐｍ）で回転
される。塗料霧化頭１の内部に供給された塗料は、遠心
力によって塗料供給孔９を通り回転霧化頭のエッジ部１
０に送られ、回転力によって霧化される。霧化された塗
料粒子は、遠心力により回転軸に対し鉛直方向に飛散さ
れるが、噴霧パターン調整用エアノズル６からのエアに
よって、被塗装物１１に向かって飛行する。高電圧発生
装置２０から供給されてきた高電圧は高電圧ケーブル８
を介し電極７に印加される。電極７は絶縁体でできた塗
装機の外筒１３によって保持されている。

【０００８】電極７と、接地された回転式塗料霧化頭１
のエッジ部１０までの距離Ｌ１は３ｃｍ以下が望まし
く、かつ電極７と被塗装物１１までの距離Ｌ２の１／３
以下、望ましくは１／５である。電極７は回転式塗料霧
化頭１のエッジ部２０より後方に位置するのが望まし
い。電極７の形状としては、回転式塗料霧化頭１と同心
円をなすリング電極が望ましい。また、電極を針状とし
て同心円上に針状電極を設置する場合は、針状電極間の
距離Ｌ３がＬ１よりも小さくなるようにするのが望まし
い。

【０００９】つぎに、作用を説明する。静電塗装の基本
的な考え方は、塗装機または塗装機に設けられた電極に
正または負の高電圧を印加し、噴霧塗料粒子が印加され
た高電圧と同じ符号の正または負に帯電することによっ
て、塗装機または電極と被塗物との間の電界の関係から
噴霧塗料粒子に塗装機から被塗物の方向に静電気力が与
えられ、高い塗着効率での塗装を可能とする。したがっ
て、噴霧塗料粒子が印加された高電圧とは正負逆に帯電
した場合、塗料粒子にかかる静電気力は逆に被塗物から
塗装機または電極の方向となり、高い塗着効率を確保す
ることができない。水性塗料の外部帯電式静電塗装法
は、コロナ放電によって外部電極から放出されるイオン
が噴霧塗料粒子を外部電極に印加した高電圧と同符号に
帯電させ、外部電極と被塗装物との間に形成される電界
によって、噴霧塗料粒子に被塗装物の方向への静電吸引
力を与え効率よく塗装を可能にすると考えられてきた。
しかし、本発明者等の研究では、塗料が回転式塗料霧化
頭のエッジ部から噴霧される瞬間、誘導帯電により外部
電極に印加された高電圧とは正負逆に塗料粒子は帯電す
ることがわかった。これは、霧化頭エッジから糸状にな
って飛び出る塗料は誘導分極によって先端側が外部電極
と正負逆の帯電となり霧化頭エッジに近い側の糸状塗料
端部が外部電極と正負が同じ帯電となるが、その状態で
糸状塗料が切れて、先端が外部電極と正負逆に帯電した
まま飛行するからと考えられる。そして、逆に帯電した
塗料粒子は、噴霧パターン調整用のエアによって被塗物
方向に運ばれる途中で、外部電極から被塗物の方向に放
出される電極に印加された高電圧と正負同符号のイオン
によって、電気的に中和あるいは更に帯電が促進されて
電極に印加された高電圧と同じ符号に帯電し、静電塗装
される。しかし、電極位置や電極本数、印加電圧などの
設定が適切でない場合には、ほとんど静電塗装の効果を
発揮させることがでない。またたとえ適切であっても、
塗料粒子は一たん正負逆に帯電することから、従来の内
部帯電式（ここでは外部帯電式にたいして、従来法を内
部帯電式と呼ぶ）のように、噴霧時から高電圧と同符号
に帯電する場合と比較して、塗料粒子の帯電量は低く静
電塗装の効果が小さい。

【００１０】また、従来装置では、外部電極が塗装機の
周りを取り囲むことから（通常外部電極のピッチ円径は
２５０ｍｍ以上）、狭い部分への塗装は不可能であっ
た。狭い部分に塗装するには、外部電極のピッチ円径を
小さくする必要があるが、従来ピッチ円径を小さくする
と、外部電極からの電界はほとんどが回転式塗料霧化頭
のエッジに集中し、被塗装物の方向へは電界が形成され
なくなってくる。その結果外部電極からのコロナ放電に
よる塗料粒子のイオン帯電量が減少するとともに、被塗
装物方向への電界が弱くなることから、静電塗装の効果
が小さくなり塗着効率が低下する。そこで、従来の外部
電極方式では外部電極のピッチ円径が２５０ｍｍ以上、
言い替えれば、外部電極先端と回転式塗料霧化頭の先端
との距離Ｌ１が８０ｍｍ以上となっていた。また、従来
装置では、外部電極の形状としては、電極からのコロナ
放電を強めるために、針状電極が用いられていた。そし
て、針状電極の本数は電極のピッチ円径にもよるが、放
電を強くするために、最近では１０本以下のものが多く
なっている。これは針状電極の数を多くすると、各電極
ピンへの電界の集中が弱くなりコロナ放電が弱くなるか
らである。また、従来装置では、外部電極の位置として
は、塗料の噴霧パターン形状によって異なるが、塗料の
噴霧パターンがパターン形成用エアの力で被塗装物に向
かって概略放物線形状であるならば、回転式塗料霧化頭
の先端よりも前方に設けるのが被塗装物への電極からの
電界が強くなり良好な結果が得られる。

【００１１】本発明は、以上に述べた研究結果をもと
に、外部帯電式静電塗装装置の基本的な問題、すなわ
ち、噴霧時の誘導帯電と飛行中でのコロナ放電によるイ
オン帯電が正負逆であるために塗料の帯電量が低く、塗
着効率を向上させることが困難である問題と、外部電極
のために装置が大型化して小まわりがきかないという問
題とを同時に解決したものである。すなわち、従来の外
部帯電式が外部電極からのコロナ放電によって噴霧塗料
粒子を、外部電極に印加した高電圧と同符号に帯電させ
るのに対して、本発明方式は、電極７に印加した高電圧
とは正負逆に塗料を誘導帯電によって帯電させ、帯電し
た塗料粒子が被塗装物１１との間に形成する自己電界に
よって静電塗装の効果を発揮させる。従って、本発明方
式においては、塗料を効率よく誘導帯電させることと、
電極７からのコロナ放電によるイオンが噴霧塗料粒子に
影響しないこと、及び電極７と被塗装物１１との間に電
界が形成されないことが望ましい。このことは、従来の
外部電極式とは全く異なる発想となる。

【００１２】つぎに、上記における種々の条件の根拠と
それにより作用を説明する。塗料を効率よく誘導帯電さ
せるには、電極７からの電気力線のできるだけ多くが回
転式塗料霧化頭１のエッジ部１０に集中するのが望まし
い。したがって本発明では、回転式塗料霧化頭１のエッ
ジ部１０と電極７の先端との距離Ｌ１は３ｃｍ以下と
し、それを達成した。なお、あまり近づけすぎると、電
極７が汚れたりするなどの問題も発生することから１〜
２ｃｍ程度とするのが望ましい。

【００１３】また、電極７からのコロナ放電によるイオ
ンが噴霧塗料粒子に影響しないようにさせるには、電極
７のコロナ放電を弱めることと、イオンの流れが噴霧パ
ターンと干渉しないことが望まれる。前者については、
電極７を針状ではなくリング電極にすることによって、
電極７への電気力線の集中を防止でき、コロナ放電を弱
めることが可能となる。後者については、電極７の位置
を回転式塗料霧化頭１よりも後方に設置することによっ
て達成できる。

【００１４】また、電極７と被塗装物１１との間に電界
を形成させないようにするには、電極７と回転式塗料霧
化頭１のエッジ部１０までの距離Ｌ１を電極７と被塗装
物１１までの距離Ｌ２に比べて明らかに小さくし、電極
７からの電界をエッジ部１０に集中させることによって
達成できる。本発明装置は、以上のことから、塗着効率
を高くできると共に、電極７のピッチ円径を小さくで
き、塗装装置のボデーに取付が可能となり狭小な部分の
塗装も可能となる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１によれば、電極を、噴霧塗料を
誘電帯電させ帯電塗料粒子が被塗装物との間に形成する
自己電界によって静電塗装を実行できる位置に設けたの
で、コロナ放電のイオンによる帯電粒子の中和が防止で
きて塗着効率を向上でき、しかも従来のコロナ放電によ
るものに比べて電極のピッチ円径を小にでき、小まわり
のきく静電塗装を実現できる。請求項２によれば、電極
を外筒または噴霧パターン調整用エアノズルボデーと一
体化したので、装置を容易に小型化できる。請求項３に
よれば、Ｌ１をＬ２の１／３以下としたので、電極と回
転式塗料霧化頭とが近づき、塗料粒子の誘導帯電が強ま
ると共に、電極と被塗装物との間の電界形成が弱まり、
帯電塗料粒子の自己電界による静電塗装作用が強くなっ
て塗着効率が向上する。請求項４によれば、誘導帯電効
果と小型化が促進される。請求項５によれば、電極がリ
ング形状のため、電極のコロナ放電が抑制され、コロナ
放電によるイオンが帯電粒子の帯電を中和して塗料粒子
の自己電界が弱まるのを抑制され、高い塗着効率が得ら
れる。請求項６によれば、電極の先端が回転式塗料霧化
頭の先端より後方にあるため、電極と被塗装物との間の
電界は弱く、塗着効率を高くできると共に、電極の塗料
による汚れも防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る導電性塗料用回転霧化
式静電塗装装置の断面図である。

【図２】図１の装置の正面図である。

【符号の説明】

１ 回転式塗料霧化頭 ２ 回転軸 ３ エアタービン ４ 空気軸受け部 ５ 塗料供給管 ６ 噴霧パターン調整用エアノズル ７ 電極 ８ 高電圧ケーブル ９ 塗料供給孔 １０ エッジ部 １１ 被塗装物 １２ アース １３ 外筒 ２０ 高圧電源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に接地された回転式塗料霧化頭
   と、 前記回転式塗料霧化頭とは電気的に絶縁されて正または
   負の高電圧が印加され、噴霧塗料粒子を前記印加高電圧
   と正負逆に誘導帯電させ帯電塗料粒子が被塗装物との間
   に形成する自己電界によって静電塗装を実行可能とする
   位置に設けられた電極と、を有することを特徴とする導
   電性塗料用回転霧化式静電塗装装置。
2. 【請求項２】 前記回転式塗料霧化頭およびそれと一体
   に回転する部材を回転自在に支持する電気的に絶縁材料
   でできた外筒と、前記外筒に固定される噴霧パターン調
   整用エアノズルボデーと、を有しており、前記外筒また
   は前記噴霧パターン調整用エアノズルボデーに前記電極
   が固定されている請求項１記載の導電性塗料用回転霧化
   式静電塗装装置。
3. 【請求項３】 前記回転式塗料霧化頭の塗料霧化エッジ
   と前記電極との直線距離Ｌ１が被塗装物と前記電極との
   距離Ｌ２の１／３以下である請求項１記載の導電性塗料
   用回転霧化式静電塗装装置。
4. 【請求項４】 前記距離Ｌ１が３ｃｍ以下である請求項
   ３記載の導電性塗料用回転霧化式静電塗装装置。
5. 【請求項５】 前記電極が前記回転式塗料霧化頭と同心
   状のリング形状である請求項１記載の導電性塗料用回転
   霧化式静電塗装装置。
6. 【請求項６】 前記電極の先端が前記回転式塗料霧化頭
   の先端よりも後方に配置されている請求項１記載の導電
   性塗料用回転霧化式静電塗装装置。