JPS59209667A - 回転霧化静電塗装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転霧化静電塗装装置に関する。

従来より、例えば車両ボディーを塗装するだめの塗装装
置として、塗装装置のハウジング内において回転軸を玉
軸受或いはコロ軸受によって支承し、回鴨軸の外端部は
固定したカップ状噴霧頭に負電圧を印加すると共に回転
して、いるカップ状噴霧頭の内周面上に塗料を供給し、
カップ状噴霧頭から負電圧に帯電された微粒塗料を噴出
せしめてこれを電気的に接地された被塗装面上に電気力
によシ吸引し、それによって被塗装面を塗装するように
した回転霧化静電塗装装置が知られている。

このような回転霧化静電塗装装置では噴霧頭から噴出す
る塗料噴霧のほぼ９０パーセントが被塗装面の塗装に有
効に利用できるために塗料の消費量が少なく、従って広
い産業分野において利用されている。

一方、噴霧塗料を用いて塗装する場合においてきれいな
塗装面に仕上げるには噴霧塗料の粒径をできるだけ小さ
くさせる必要がある。上述のような回転霧化静電塗装装
置のように噴霧用の回転によシ発生する遠心力を利用し
て塗料葡微粒化せしめるようにしている場合には遠心力
の大きさ、即ち噴霧頭の回転数が噴霧塗料の粒径に大き
な影響を与え、噴霧頭の回転数が高くなれはなるほと哨
霧塗料の粒径は小さくなる。従ってこのような回転霧化
静電塗装装置を用いてきれいな塗装面に仕上げるには噴
霧頭の回転数をできるだけ大きくすることが盛装となる
。前述したように従来の回転霧化静電塗装装置では回転
軸を支承するために玉軸受或いはコロ軸受が用いられて
おシ、これら玉軸受或いはコロ軸受は通常グリースのよ
うな潤滑剤が封入されている。このようなグリース潤滑
した軸受は回転軸を高速度で回転せしめるとたちまち劣
化してしまい、従ってこのようなグリース潤滑した軸受
を採用している回転霧化静電塗装装置では回転軸の回転
数、即ち噴霧頭の回転数をせいぜい２００００　ｒ、ｐ
、ｒｎ程度までしか上げることができない。しかしなが
ら噴霧頭の回転数が２０００Ｏｒ、ｐ０ｍ程度である場
合には噴霧塗料の粒径はかなシ大きく、従ってこのよう
な回転霧化静電塗装装置を用いてきれいな塗装面に仕上
げるのは困難でらる。従って通常車両ボディーの塗装工
程は電層塗装による下塗９１次いで中塗シ、次いで仕上
塗装となる上塗ｐからなるがこの回転霧化静電塗装装置
は中塗シをするために使用されており、上塗ｐをする７
ヒめには使用することかで゛きない。

そこで本発明では非接触型スラスト軸受および非接触型
ラジアル軸受によシ回転軸を支承し、更に回転軸を駆動
するために空気タービンを用いることによって回転軸を
高速度で回転せしめるようにしている。このように回転
軸を非接触型スラストＩ１１＋受と非接触型ラジアル軸
受によって支承すると回転軸の軸方向位置は非接触型ス
ラスト軸受によって定まシ、従って空気タービンの圧縮
空気噴出ノズルとタービンブレードとの位置関係も非接
触型スジスト軸受によって定なることになる。ところが
回転軸を駆動するために空気タービンを用いると空気タ
ービンを通過した圧縮空気が膨張することによって温度
低下し、この温＝低下した圧湘空気によって回転軸が冷
却されるために回転軸が軸線方向に収縮することになる
。従ってタービングレードと非接乃虫型スラスト軸受間
の間隔が太きいと回転軸の収縮作用によって圧縮空気噴
出ノズルとタービンブレードとの位置関係が予め定めら
れた正規の位置から大巾にずれることになり、その結果
タービン性能が低下するという問題を生ずるばかりでな
く場合によってはタービンブレードが圧縮空気噴出ノズ
ルに接触し、更に非接触型スラスト軸受を構成する固定
環状板と回転ランナとが接触するという問題を生ずる。

史に、回転霧化静電塗装装置は水平に配置された９、或
いは垂直に配置されたυ種々の姿勢で使用され、また噴
霧頭はかなシのＮ偵を有する。従って特に回転霧化静電
塗装装置が垂直に配ｗぢれた場合には噴霧頭および回転
軸のＭＲによって非接触型スラスト軸受の固定環状板と
回転ランナ間の空隙が変化し、従って回転軸の軸方向位
置が変化するためにタービンブレードが圧縮空気噴出ノ
ズルに接触し、史には非接触型スラスト軸受の固定環状
板と回転う／すとが接触する可能性が高くなる。

本発明はタービンを通過した圧縮空気による冷却作用に
よって回転軸の軸線方向長場か変化してもタービンブレ
ードと圧縮空気噴出ノズルの位置関係を予め定められた
正規の位置に維持できるようにした回転霧化静電塗装装
置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると、その全体を符号１でボす回転霧化
静電塗装装置はほぼ中空円筒状の金鵬製前部ハウジング
２とほぼ中空円筒状の金属製後部ハウジング３とを具備
し、これらの両ノ・ウジング２．３はボルト４によって
強固に結合される。後部ハウジング３の円筒孔５内には
電気絶縁材料からなる支持ロッド６が嵌着され、後部ノ
・ウジング３はボルト７によって支持ロッド６に固締芒
れる。

この支持ロッド６は図示しない基台によって支持されて
いる。一方、前部ノ・ウジフグ２内には金属製の回転軸
８が挿入される。この回転軸８はその中央部に位置する
中空円筒部８ａと、中空円筒部８ａに一体形成された前
端部８ｂと、中空円筒部８ａに固着された後端部８Ｃと
によシ構成され、この回転軸８の前端部８ｂには金属製
噴霧頭９かナツト１０によシ固締される。この噴霧頭９
は環状空間１１をその内部に形成した噴霧頭支持体１２
と、この支持体１２上に固定されたカップ状の噴霧頭本
体１３とによシ構成される。第１図並びに第２図に示さ
れるように支持体１２の外筒部１４上には環状空間１１
内に開口しかっ噴霧頭本体１３の内壁面１５に滑らかに
接続する多数の塗料流出孔１６が形成される。一方、前
部ハウジング２の前端部には端板１７が固定され、この
端板１７上に塗料噴射ノズル１８が取付けられる。この
塗料噴射ノズル１８は塗料供給ポンプ１９を介して塗料
タンク２０に連結され、また塗料噴射ノズル１８のノズ
ル口２１は支持体外筒１４の円筒状内周壁面に指向され
る。

第１図に示されるように前部ハウジング２にはテイルテ
ィングパッド空気軸受からなる一対の非接触型ラジアル
軸受２２．２３が設けられ、これラ一対のテイルティン
グパッド空気軸受２２゜２３によって回転軸８は前部ハ
ウジング２上に回転可能に支持される。これらのテイル
ティングパッド空気軸受２２．２３は同一の構造を有し
ておシ、従って片方のティルティングパッド空気軸受２
２の構造のみについて以下に説明する。第１図並びに第
３図を参照すると、テイルティ／グパッド空気軸受２２
は回転軸中空円筒部８ａの外周面と極めてわずかな間隙
を隔たって配（ｉされた３１［６Ｉのパッド２４．２５
．２６と、これらのバンド２４、．２５．２６を夫々保
持する支持ビン２７゜２８．２９とを具備する。これら
の各支持ビン２７．２８．２９は夫々その内端部に球体
３０゜３１．３２を一体形成しておシ、これら球体３０
゜３１．３２が各パッド２４，２５．２６の背面上に形
成された球状凹所内に係合する。従って谷パッド２４，
２５．２６は対応する球体３０．３１゜３２を支点とし
て揺動することができる。前部）・ウジング２の外周壁
面上には軸受枠３３が例えばボルトにより固締され、支
持ビン２８．２９はこの軸受枠３３に夫々ナラ）３４，
３５によって固締される。一方、弾撥性板状部３６ａｆ
：有する支持アーム３６の一端部がボルト３７によって
軸受枠３３に固締され、−力支持アーム３６の１ｍ端部
に支持ビン２７がナツト３８によって固締される。

従ってパッド２４は支持アーム３６の弾撥力によって回
転軸中空円筒部８ａ上に押圧せしめられる。

再び第１図を参照すると、回転軸８の後端部８Ｃには一
対のディスク状ランナ３９，４０が挿入され、これらラ
ンナ３９．４０はスペーサ４１並びにタービンＬ”？１
．４２を介してナツト４３によシ後端部８ｃに固締され
る。一方、これら両ランナ３９．４０の間には環状板４
４が配置され、ランチ３９．４０と環状板４４は非接触
型のスラスト空気軸受を構成する。なお、各２ンナ３９
，４０は環状板４４とわずかな間隙を隔だてるように配
置される。環状板４４は一対のＯリング４５．４６を介
して密封的に前部ハウジング２に固定される。

第１図並びに第４図に示すように前部ハウジング２内に
は環状板４４の外周面に沿って環状溝４７が形成され、
この環状溝４７は前部ノ・ウジフグ２内に形成された圧
縮空気導入孔４８を介して空気供給ポンプ４９に連結さ
れる。一方、環状板４４内には環状溝４７から半径方向
内方に向かって延びる多数の空気進路５０が形成され、
これらの各空気進路５０の内端部近傍からは夫々ランナ
３９並びにランナ４０に向けて延びる空気流出孔５１゜
５２が形成される。

一方、前部ノ・ウジフグ２内には玖ｊ状板４４に隣ｍし
てタービンノズルホルダ５３が固定され、このタービン
ノズルホルダ５３とＭｉＪ部ノ１ウジング２間には環状
の空気導入室５４が形成ぜれる。この空気導入室５４は
圧縮空気導入孔５５を弁じてコンプレッサ５６に連結さ
れる。空気心人室５４は多数のガイドベーン（図示せず
）奮具えた圧紛空気１す出ノズル５７を有し、この圧Ａ
イｄ空気噴出ノズル５７に対面してタービン翼鑵４２の
タービンン゛レード５８が配置される。一方、タービン
Ｂ車４２が配置紅されでいるノーウジング内部￥５９は
抜部ハウジング３に形成された排気孔６０を介して大気
に連結される。コンプレ・ソサ５６から空気導入室５４
内に導入された圧縮空気は噴出ノズル５７を介してノー
ウジング内部室５９内に噴出する。

このとき噴出圧縮空気がタービン諷車４２に回１１五力
を与え、斯くして回転軸８は筒速度で回転せしめられる
ことになる。次いでこの噴出圧縮空気は排気孔６０を介
して大気に排出される。なお、第１図において環状板４
４とう／す３９．４０とのＭ　隙およびタービンブレー
ド５８と圧縮空気噴出ノズ／ｌ１５７との間隙は理解し
やすくするために誇張して描かれているがこれらの間隙
は実際にはかなシ小さくなっている。

一方、ハウジング内部室５９を郭成する後部ノーウジン
グ３の端部壁６１には貫通孔６２が形成され、この貫通
孔６２内を貫通する電極ホルダ６３がボルト６４によっ
て端部壁６１に固締される。

この電極ホルダ６３の内部には回転［ｌ！１ｌ１８の回
転軸線と共軸的に形成された円筒孔６５が形成され、こ
の円筒孔６５内にカーボンのような耐摩耗性導電材料か
らなる電極６６が移動可能に挿入される。

更に電極６６と電極ホルダ６３間には圧縮はね６７が挿
入され、この圧縮はね６７のばね力によって電極６６の
先端面６８は回転軸後端部８Ｃの端面上に押圧せしめら
れる。一方、後部）１ウジング３の外壁面上には端子６
９がボルト７０によって固締きれ、この端子６９は−６
０ｋＶから一９０値７１に接続される。従って前部ハウ
ジング２並ひに後ｆｆし・ウジング３には負の高７１．
モ圧が印加され、史に噴霧頭９にも電極６６並びに回転
軸８をブ「して負の高電圧が印加される。

塗料噴射ノズル１８のノズル口２１から１０体外筒１４
の内周壁１ｍ上に噴射された塗料は噴鮪頭９０回転によ
シ生ずる遠心力によって塗料流出孔１６を通って噴霧頭
本体１３の内壁面１５上に流出する。次いでこの塗料は
内壁面１５上において薄い液膜となって広がりながら噴
霧頭本体１３の先端部１３ａに達する。前述したように
噴霧頭９は負の高電圧が印加されており、従って噴霧頭
９の回転により生ずる遠心力によって噴霧頭本体１３の
先端部１３ａから薄い膜状に広がっ７’（塗料は負の高
電圧に帯厄された噴霧となる。通常、被塗装面は零電位
となっているので塗料川霧は′眼差　　　　　力によっ
て被塗装面に向けて吸引され、それによって被塗装面の
塗装が行なわれることになる。

前述したように回転軸８はランナ３９，４０と環状板４
４からなるスラスト空気軸受と、一対のテイルティング
パッドラジアル空気軸９２２．２３によシ支承されてい
る。このテイルティングバツド空気軸受２２．２３では
回転軸８が回転した際に回転軸中空円筒部８ａと各パッ
ド２４，２５゜２６（第３図）間の微少間隙内に空気が
引込まれ、これら回転軸中空円筒部８ａと各パッド２４
゜２５．２６間におけるいわゆる空気の楔作用によって
空気が圧縮されて圧力上昇し、それによって各パッド２
４，２５．２６が回転軸８を支持する力が発生する。一
方、上述のスラスト軸受では空気供給ポンプ４９から環
状溝４７内に導入された圧縮空気は空気通路５０を介し
て空気流出孔５１゜５２から環状板４４とランチ３９．
４０間の間隙に噴出し、この間隙内に環状板４４とラン
ナ３９゜４０との間の微少間隙を保持するに必貿な圧力
が発生ずる。従って回転軸８は一対のラジアル軸受並ひ
にスラスト軸受によって微少な空気層を介して非接触状
態で支承される。よく知られているように空気の粘性係
数は潤滑油の粘性係数の十分のｍ程度である。従って空
気を■滑剤とする空気軸受は摩擦損失が極めて小さく、
ル「＜シてＮ擦損失によって生じる熱は極めて不足であ
るのでかなｐの高速回転が可能となる。第１図に示す実
施例では回転軸８を８０００　Ｏｒ、ｐ、ｍ程度のＩ’
？’＋３速回転数で回転させることができる。

第１０図は直径７５ｍｍの噴霧頭９ヶ用いたときの塗料
粒子の大きさと回転数との１れ保をボす。第１０図にお
いて縦１ｋｌｌ　Ｓ　、　Ｍ　、　Ｄはザラター平均粒
径で表わした塗料粒子の粒径（μｍ）をボし、横軸Ｎは
噴霧頭９の回転数（ｒ、ｐ、ｍ）　ｋ示す。前述したよ
うに従来の回転霧化静電塗装装餓では回転数Ｎはせいぜ
い２０００　Ｏｒ、ｐ、ｍ程度ｌでしか上けられないた
めに直径７５鮨の噴霧頭９を用いた場合には噴霧塗料の
粒径は５５μｍから６５μｍ程度葦でしか微粒化できな
い。これに対して本発明では８００００ｒ、ｐ浦程度ま
で回転数？上げることができるので噴霧塗料の粒径は１
５μ７ｎから２０μｍ程涙ｌで微粒化でさることになる
。従って本発明による回転転化静電塗装方法は便米に比
べて噴剥゛塗料の粒径を大巾に小さくできることがわか
る。

前述したように本発明では圧縮空気噴出ノズル５７から
噴出した圧縮空気によってタービン翼車４２に回転力が
与えられる。タービン翼車４２のタービンブレード５８
を通過した圧縮空気はハウジング内部室５９内で膨張し
て急激に温度低下し、その結果この温度低下した圧縮空
気によって回転軸８が冷却されるために回転軸８は軸方
向に収縮する。しかしながら本発明ではスラスト空気軸
受゛とタービン翼車４２は回転軸後端部８ｃ上において
互に近接して配置されているので回転軸８が軸方向に収
縮してもスラスト軸受とタービン翼車４２との間隔はさ
ほど変化せず、従ってタービン翼車４２のタービンブレ
ード５８は圧縮空気噴出ノズル５８に対して正規の位置
に保持されるためにタービンを効率よく駆動することが
できる。また、噴霧頭９が下になるようにして回転霧化
静電塗装装置１を垂直に配置した場合には噴霧頭９と回
転軸８の１によって環状板４４とランチ３９間の間隙が
小さくなるがこの場合においてもスラスト空気軸受とタ
ービン呉車４２との間隔はさほど変化しないのでタービ
ンブレード５８が圧縮空気噴出ノズル５７に接触するの
を阻止することができる。タービングレード５８とスラ
スト空気軸受間の間隙を変化させないためにはできるだ
けタービンブレード５８とスラスト空気軸受とを近接さ
ぜることか好ましく、従ってタービンブレード５８をス
ラスト空気軸受と一体的に形成するとともできる。

第５図に別の実施例を示す。なお、第５図において第１
図と同様の構成要素は同一の符号でンｆ＜す。

第５図に示す実施例では回転軸８を支持するために一対
の多孔質型ラジアル空気軸受７２．７３と多孔質型スラ
スト空気軸受７４とが使用される。

一対の多孔質型ラジアル軸受７２．７３は同じ構造を有
し、従って片方の多孔置型ラジアル軸受−７２のみの構
造について説明する。多孔賀型ラジアル軸受７２は回転
軸中空円筒ｉ８ａの外周壁面に対面する多孔賀拐料から
なる多孔質軸受リング７５と、この多孔質軸受リング７
５全支持するための一対の支持リング７６．７７と、こ
れら同文持リング７６．７７間に挿入されたリング状ス
ペーサ７８と、多孔質軸受リング７５とスペーサ３８間
に形成された塊状空気導入室７９とによシ構成され、各
支持リング７６．７７は夫々Ｑ　ＩＪング８０，８１を
介して前部ハウジング２内に密封的に嵌着される。′ま
だ、多孔質型ラジアル軸受７２と７３の間にはリング状
スペーサ８２が挿入され、このリング状スペーサ８２上
には前部ハウジング２上に形成された排気孔８３と光列
する排気孔８４が形成される。空気導入室７９は空気導
入孔８５．８６を介して空気供給ポンプ４９に連結され
、従って空気導入室７９から多孔質軸受リング７５を介
して回転軸中空円筒部８ａの外周壁面上に噴出する空気
によって回転軸８は非接触状態で支承される。一方、多
孔質型スラスト軸受７４は空気流出孔５１．５２を覆う
ようにして環状板４４の両側面上に夫々多孔質材料から
なる多孔質環状板８７．８８が固着せしめられる。従っ
て空気流出孔５１．５２から多孔質環状板８７゜８８を
介してランナ３９，４０上に噴出する空気によって多孔
質環状板８７．８８とランナ３９゜４０とは非接触状態
に保持される。

第６図は回転軸８（第１図）を支持するだめのラジアル
空気軸受の別の実施例を示す。この実施１９１」ではラ
ジアル空気軸受が静圧空気軸受から構成される。この静
圧空気軸受８９は前ＢＢ　、＼ウジフグ２内にＱ　リン
グ９０．９１によって曽封的に嵌着された軸受リング９
２を具備し、この軸受リング９２と前部ハウシング２間
に形成された環状の空気導入室９３は空気導入孔９４を
弁して空気供給ポンプ４９（第５図）に連結される。−
力、空気導入室９３に通ずる多数の空気噴出孔９５が軸
受リング９２の内周壁面上に形成され、この空気噴出孔
９５から噴出する空気によって回転軸８は非接触状態で
支持される。

第７図から第９図は回転軸８を支持するだめのスラスト
空気軸受の別の実施例をボす。この実施例では一対のラ
ンナ３９，４０間に配置された環状板４４−の両側面上
には多数のらせん溝１０１が形成される。第８図に示さ
れるようにこれらの各らせん溝１０１は回転軸８の回転
方向Ｂに向がって徐々に内方に近づくように形成される
。従ってこれらのランナ３９，４０と環状板１００はス
パイラルグループ９気軸受を構成する。ライナ３９゜４
０が回転すると空気がらせん溝１０１を介してランチ３
９．４０と環状板１００間に引込まれ、それによってラ
ンナ３９．４０は環状板１００に対して非接触状態で保
持される。

以上述べたように本発明によれは噴霧頭の回転数を８０
００　Ｏｒ、ｐ、ｍ　＠度まで上げることができるので
噴霧塗料の微粒化は極めて良好であシ、従って極めてき
れいな塗装面を得ることができるので例えば車両ボディ
ーの塗装工程において仕上げ塗装となる上塗りに使用す
ることができる。また、タービンブレードを圧縮空気噴
出ノズルに対して正規の位置に保持することができるの
でタービンを効率よく駆動することができる。良に、た
とえ回転霧化静電塗装装置を垂直配置してもタービンブ
レードが圧縮空気噴出ノズルと接触することがないので
常時確実に塗装作業を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転霧化静電塗装装置の側面断面
図、第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿ってみた断面図、第
３図はム３１図のｍ　−ｍかメに沿ってみた断…１図、
第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ線に沿ってみた断面図、第
５図は別の実施例の仙］面断面図、第６図はラジアル空
気軸受の別の実施例の側面断面図、第７図はスラスト空
気軸受の別の実施例の側面断面図、第８図は第７図の環
状枦の正面図、第９図は第７図の矢印Ｃで示す部分の環
状板の拡大側面断面図、第１０図は噴霧塗料の粒径を示
すグシ７である。 ２・・・前部ハウジング、３・・・後部ハウジング、８
・・・回転軸、９・・・噴霧頭、１８・・・塗料噴射ノ
ズル、２２．２３・・・テイルティングパッド空ヌを軸
受、２４．２５．２６・・・バンド、３９．４０・・・
ランナ、４２・・・タービン翼、嗅、４４・・・環状板
、５１．５２・・・空気流出孔、５７・・・圧縮空気噴
出ノズル、５８゛・・・タービンブレード、６６・・・
電極。 ％許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　吉　１）正　行 弁理士　　山　　口　　昭　　之 第２図 第３図 第４図 第６図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転霧化静電塗装装置のハウジング内において回転可能
   に支承された回転軸を具備し、該回転軸の前端部に噴霧
   頭を固定し、該噴霧頭のカップ状内壁面上に塗料を供給
   するための塗料供給装置を具備した回転霧化静電塗装装
   置において、上記回転軸の中央部を非接触型ラジアル軸
   受によシ支承し、該回転軸の後端部に回転軸支承用の非
   接触型スラスト軸受と回転軸駆動用のタービンブレード
   を取付けた回転霧化静電塗装装置。