JPWO2017002769A1 - 塗装方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、塗装方法及び回転霧化式塗装装置(10)に関する。回転霧化式塗装装置(10)を構成するベルカップ(20)の沿面(38)には、径方向内側に位置する第1塗料拡散部(42)と、第1塗料拡散部(42)と周縁部(46)との間に位置する第2塗料拡散部(44)が形成される。第1塗料拡散部(42)は、ベルカップ(20)の回転中心に向かう凸形状曲面であり、一方、第2塗料拡散部(44)は、回転中心から離間する凹形状曲面である。ベルカップ(20)の直径(D)は75〜150mmに設定され、回転数は8000〜30000rpmに設定される。

Description

本発明は、回転するベルカップの沿面の周縁部から塗料をワークに向かって吹き付ける塗装方法及びその装置に関する。
回転霧化式塗装装置は、自動車のボディ等を塗装する塗装装置として広汎に用いられている。周知の通り、回転霧化式塗装装置では、回転霧化式塗装装置を構成するベルカップを、高電圧を印加しつつ回転させ、この状態で、ベルカップに液体塗料(例えば、導電性塗料)を供給する。液体塗料は、帯電するとともに、特許第4274894号公報に記載されるように遠心力を受けて霧化し、ベルカップの周縁部から液糸として飛び出す。飛行した液体塗料は、電位差に基づく静電作用等によってボディに塗着する。これにより、静電塗装が行われる。
ベルカップの回転数は、ベルカップの周縁部から液体塗料が液糸として飛散することが可能なように設定される。適切な回転数は、必要とされる液体塗料の微粒化の度合いによって相違するが、例えば、大きなものでは50000rpm程度、小さなものでは10000rpm程度である。
ところで、液体塗料が受ける遠心力は、ベルカップの回転数が大きくなるにつれて大きくなる。液体塗料が大きな遠心力を受けると、ベルカップの周縁部を出発してワークに到達する過程で広範囲に拡散する。すなわち、塗装を行うべき部位以外にも液体塗料が付着するとともに、液体塗料が付着した部位では塗膜の厚みが小さくなる。このため、所望の部位に所望の厚みの塗膜を形成することが容易でなくなり、塗着効率を向上させることが困難である。
そこで、ベルカップの回転数を小さくすることが想起される。しかしながら、回転数を過度に小さくすると、液体塗料に作用する遠心力が小さくなる。このため、液体塗料を剪断して液滴とすることが容易でなくなる。結局、液体塗料が粗粒化して塗膜の厚みを制御することが容易でなくなる。
本発明の主たる目的は、ワークの所望の部位に所望の厚みの塗膜を形成することが容易な塗装方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、前記塗装方法を実施する塗装装置を提供することにある。
本発明の一実施形態によれば、回転するベルカップの沿面の周縁部から塗料をワークに向かって吹き付ける塗装方法において、
前記ベルカップとして、前記沿面の径方向内側に、前記ベルカップの回転中心に向かう凸形状曲面として第1塗料拡散部が形成され、且つ前記第1塗料拡散部と前記周縁部との間に、前記回転中心から離間する凹形状曲面として第2塗料拡散部が形成されるとともに、直径が75〜150mmであるものを用い、
前記ベルカップの回転数を8000〜30000rpmとする塗装方法が提供される。
また、本発明の別の一実施形態によれば、回転するベルカップの沿面の周縁部から塗料をワークに向かって吹き付ける回転霧化式塗装装置において、
前記ベルカップの前記沿面の径方向内側には、前記ベルカップの回転中心に向かう凸形状曲面として第1塗料拡散部が形成され、
且つ前記第1塗料拡散部と前記周縁部との間に、前記回転中心から離間する凹形状曲面として第2塗料拡散部が形成され、
前記ベルカップの直径が75〜150mmである回転霧化式塗装装置が提供される。
なお、ベルカップの直径は80〜120mmであることが一層好ましい。この場合、ベルカップの回転数を10000〜25000rpmに設定することも可能となる。
このように、本発明においては、ベルカップとして大径のものを用いるようにしている。このため、小径のベルカップを用いたときの液滴径と略同等の液滴径を得ようとするときには、ベルカップの回転数を小さくすることができる。その結果、ベルカップの沿面を周縁部に向かって移動する液体塗料に作用する遠心力が小さくなる。
従って、ベルカップの直径方向外方に向かって液体塗料が飛び出す力が小さくなる。このような理由から、ベルカップから飛び出してワークに向かって飛行する液体塗料の拡散範囲が狭くなる。これにより、ワークの所望の部位に集中的に液体塗料を塗着させることが容易となる。
しかも、ベルカップから飛び出す際の液滴径を、ベルカップが小径であるときと略同等とすることができるので、塗膜が粗粒化することが回避される。このため、塗膜を所望の厚みとすることが容易である。
また、ベルカップに塗料を導出するハブ部材の複数個の導出孔を、同一形状及び同一寸法とするとともに、周方向に沿って形成することが好ましい。この場合、ベルカップの沿面において、液体塗料が規則的に分散した液膜が形成される。
本発明によれば、ベルカップとして、直径が75〜150mmという大径のものを用いるようにしている。このため、ベルカップの回転数を小さくしたときであっても、小径のベルカップを用いたときの液滴径と略同等の液滴径を得ることができる。このため、所望の厚みの塗膜を得ることが容易である。
加えて、ベルカップの回転数を小さくすることに伴って、ベルカップの直径方向外方に向かって液体塗料が飛び出す力が小さくなる。このため、ワークに向かって飛行する液体塗料の拡散範囲が狭くなる。従って、液体塗料を、ワークの所望の部位に集中的に塗着させることが容易となる。すなわち、塗着効率が向上する。
以上のような理由から、ワークの所望の部位に所望の厚みの塗膜を効率よく形成することができる。
本発明の実施の形態に係る回転霧化式塗装装置の長手方向に沿う側面断面図である。 図1の回転霧化式塗装装置を構成するハブ部材の全体概略斜視図である。 図1の回転霧化式塗装装置を構成するベルカップの厚み方向に沿う要部断面図である。 液体塗料の飛行方向を示す模式図である。 前記ベルカップの周縁部での周回方向(位相)に沿った液体塗料の膜厚の変化を示すグラフである。 液体塗料の吐出量を変化させたときの液滴径の算出値を示したグラフである。 第1の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを様々な回転数で回転させたときの液滴径(実測値)を示すグラフである。 第2の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを様々な回転数で回転させたときの液滴径(実測値)を示すグラフである。 第3の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを様々な回転数で回転させたときの液滴径(実測値)を示すグラフである。 第1の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを用いるとともにシェーピングエアの噴出量を変化させたときの塗着効率を示すグラフである。 第2の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを用いるとともにシェーピングエアの噴出量を変化させたときの塗着効率を示すグラフである。 第3の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップを用いるとともにシェーピングエアの噴出量を変化させたときの塗着効率を示すグラフである。
以下、本発明に係る塗装方法につき、それを実施するための回転霧化式塗装装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る回転霧化式塗装装置10の長手方向に沿う側面断面図である。この回転霧化式塗装装置10は、塗装ロボットを構成するアーム(いずれも図示せず)の先端に設けられる。
該回転霧化式塗装装置10は、ケーシング12内に設けられた図示しないエアモータと、前記エアモータによって高速回転するシャフト16と、液体塗料を流通させるための管部材18と、ネジ部同士の螺合によってシャフト16の先端に連結されたベル型のベルカップ20とを有する。前記エアモータには、図示しない圧縮エア源から圧縮エアが供給される。この供給により、シャフト16が高速回転する。
シャフト16は、高電圧を発生する図示しない高電圧発生装置に電気的に接続されている。従って、ベルカップ20には、シャフト16を介して負の高電圧が印加される。
シャフト16は中空体からなり、その内部には、前記管部材18が挿入されている。シャフト16と管部材18は互いに離間しており、従って、両部材16、18の間には所定間隔のクリアランスが形成される。
また、管部材18内には、塗料を流通するための塗料供給路22が形成されている。さらに、管部材18の先端部には、塗料を吐出する塗料供給ノズル24が設けられる。なお、管部材18には、洗浄液を流通するための洗浄液供給路(図示せず)が併せて形成される。
ベルカップ20には、ハブ部材26が取り付けられる。このハブ部材26の内部には、管部材18を介して供給された液体塗料を一旦貯留するための空間である塗料溜り部28が形成されている。塗料供給ノズル24の先端は、ハブ部材26の挿通孔27に通されて塗料溜り部28の中心部に臨んでいる。なお、挿通孔27の内周壁と塗料供給ノズル24は互いに離間しており、従って、ハブ部材26と塗料供給ノズル24の間には所定間隔のクリアランスが形成される。
図2に示すように、ハブ部材26には、塗料溜り部28に貯留された液体塗料を吐出するための複数個の吐出孔30(導出孔)が形成される。吐出孔30は同一形状且つ同一寸法であり、隣接する吐出孔30、30同士の離間距離も等間隔である。すなわち、ハブ部材26には、多数の吐出孔30がハブ部材26の側壁を周回するように、互いに等間隔で離間して形成されている。
図1に戻り、ベルカップ20は、挿通孔32が形成された円筒部34を有する。前記シャフト16の先端は、挿通孔32に挿入されている。また、ハブ部材26は、ネジ部同士の螺合(ネジ止め)によってベルカップ20の沿面38に保持されている。従って、シャフト16が前記エアモータの作用下に回転すると、ベルカップ20及びハブ部材26も一体的に追従回転する。
ここで、ベルカップ20の厚み方向に沿う断面図を図3に示す。なお、ベルカップ20の厚み方向は、回転霧化式塗装装置10の長手方向に一致する。
ベルカップ20の沿面38は、ハブ部材26の吐出孔30から吐出された液体塗料が、ベルカップ20から遠心力を受けて拡散する塗料拡散面となる。沿面38(塗料拡散面)は、ハブ部材26に近接する側、すなわち、直径方向内側から順に形成されたテーパー部40、第1塗料拡散部42、第2塗料拡散部44からなる。
この中のテーパー部40は、ハブ部材26側から周縁部に向かってテーパー状に拡径した部位である。テーパー部40は、沿面38の長さ(吐出孔30に対向する部位から周縁部46に至るまでの距離)の略半分を占める。ハブ部材26及びベルカップ20の回転中心を通る回転軸Aと、テーパー部40とがなす角度は、45°以下であることが好ましい。
テーパー部40に連なる第1塗料拡散部42は、回転軸A(図1参照)に近接する方向に若干隆起した凸形状曲面として形成されている。第1塗料拡散部42は、例えば、所定の曲率半径を有する湾曲面である。
第1塗料拡散部42には、第2塗料拡散部44が連なる。すなわち、第2塗料拡散部44は、第1塗料拡散部42と周縁部46との間に介在する。この第2塗料拡散部44は、回転軸Aから離間する方向に若干陥没した凹形状曲面として形成されている。第2塗料拡散部44は、例えば、所定の曲率半径を有する湾曲面である。
さらに、沿面38において、周縁部46近傍には、第2塗料拡散部44に連なる図示しない案内溝が形成される。
ここで、ベルカップ20の直径D(図1参照)は、75〜150mmに設定される。75mm未満では、該ベルカップ20を高速で回転させる必要が生じる。一方、150mmを超えると、ベルカップ20が大型化して取り扱いが困難である。ベルカップ20の直径Dの一層好適な範囲は、80〜120mmである。なお、直径Dは、ベルカップ20の周縁部46上の任意の1点と、回転軸Aを対称軸として180°離間した周縁部46上の別の1点とを結ぶ直線として定義される。
回転霧化式塗装装置10は、さらに、ケーシング12内に収容される流路形成部材48と、ベルカップ20の先端外周に向けてシェーピングエアを噴出するシェーピングエアリング50を有する。
流路形成部材48には、図示しないエア供給源に接続されたエア供給通路56、58が形成されている。一方、シェーピングエアリング50の内部は、区画壁60によって第1室62と第2室64に区分されている。また、シェーピングエアリング50の、ベルカップ20に臨む端部には、ベルカップ20の周縁部46に沿って周回するように、複数個の内側噴出孔66、外側噴出孔68が形成される。前記エア供給通路56、58は、それぞれ、第1室62、第2室64を介して内側噴出孔66、外側噴出孔68に連通する。従って、内側噴出孔66及び外側噴出孔68の各々からシェーピングエアが噴出される。
本実施の形態に係る回転霧化式塗装装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。
図4に示すワークWに対して塗装を行うときは、前記ロボットが適宜の動作を行い、回転霧化式塗装装置10をワークWに対向させる。次に、前記エアモータの作用下にシャフト16、ハブ部材26及びベルカップ20を回転させるとともに、前記高電圧発生装置により、ベルカップ20に負の高電圧を印加する。
さらに、塗料供給ノズル24からハブ部材26の塗料溜り部28に向けて液体塗料を吐出する。液体塗料は、ハブ部材26の吐出孔30からベルカップ20の沿面38に流出し、回転するベルカップ20から遠心力を受けて薄膜化することで液膜となるともに、この状態で、ベルカップ20の周縁部46に向かう。
ここで、本実施の形態では、全ての吐出孔30を同一形状及び同一寸法とし、互いの離間距離も等間隔としている。この場合、液体塗料が各吐出孔30から略均等に吐出される。その結果、液体塗料がベルカップ20の沿面38で規則的に分散する。このため、ベルカップ20の周縁部46では、図5に示すように、液膜の厚みを略均等に且つ小さくすることができる。なお、図5は、周縁部46での周回方向、換言すれば、位相に沿った液膜の厚みの変化を示している。
しかも、ベルカップ20の沿面38には、第1塗料拡散部42及び第2塗料拡散部44が形成されている(図3参照)。第1塗料拡散部42が凸形状曲面であるので、第1塗料拡散部42を通過する液体塗料に作用する遠心力の分力が大きくなる。従って、液体塗料の移動速度が大きくなり、液体塗料の薄膜化に寄与する。
また、第2塗料拡散部44が凹形状曲面であるので、液体塗料が第2塗料拡散部44を通過するとき、遠心力の分力中、凹形状曲面に対して垂直な方向の分力が大きくなる。従って、液体塗料が周縁部46に容易に導かれる。ベルカップ20に負の高電圧が印加されているため、液体塗料の多くは、ハブ部材26の吐出孔30から吐出されてベルカップ20の沿面38を移動する過程で帯電する。なお、液体塗料の一部は、吐出孔30から吐出される前に帯電する。
その一方で、前記エア供給源からシェーピングエアが供給される。シェーピングエアの一部は、流路形成部材48のエア供給通路56と、シェーピングエアリング50の第1室62とを経て内側噴出孔66から噴出されるとともに、別の一部が流路形成部材48のエア供給通路58とシェーピングエアリング50の第2室64を経て外側噴出孔68から噴出される。内側噴出孔66から噴出されたシェーピングエアにより、図4に示すように、ベルカップ20の周縁部46から液体塗料が液糸となって飛び出す。また、外側噴出孔68から噴出されたシェーピングエアがエアカーテンとなるので、液糸の拡散範囲が規定される。
ベルカップ20から飛び出した液糸は、ワークWに向かって飛行する。このワークは予め、アース等に電気的に接続されている。このため、液体塗料とワークとの間に電位差が生じている。従って、液体塗料は静電作用によってワークに引き寄せられ、該ワークに塗着する。
ここで、ベルカップ20として直径Dが70mmのもの、120mmのものを採用したときに液滴径が同一となる回転数を求める。
ベルカップ20の周縁部46から液糸となって飛び出した直後の液滴径は、ベルカップ20の回転数や直径等が変化することに伴って相違する。この点につき、図6〜図9を参照して説明する。
図6は、液体塗料の吐出量を変化させたときの液滴径を示したグラフである。図6から諒解されるように、直径が120mmであるベルカップ20を用いたとき、直径が70mmであるベルカップ20を用いて回転数を25k(25000)rpmとしたときの液滴径と略同等の液滴径となる回転数は、13k(13000)rpmである。すなわち、120mmのベルカップ20を用いた場合、回転数を、70mmのベルカップ20を用いたときの回転数の略1/2に設定することができる。
図6には、直径が120mmであるベルカップ20を用い、且つ直径が70mmであるベルカップ20と同一回転数としたときの液滴径の変化を併せて示している。同一回転数では、ベルカップ20の直径が大きくなることに伴って液滴径が小さくなる。この場合、液体塗料に作用する遠心力が大きくなり、液体塗料が剪断されるようになるからである。
さらに、図7〜図9は、粘度が互いに相違する第1〜第3の液体塗料を、直径が120mm又は70mmであるベルカップ20を用い、且つ回転数を相違させたときの液滴径(実測値)の変化を示すグラフである。第1〜第3の液体塗料の粘度は、図7、図8、図9の順で大きくなっている。これら図7〜図9からも、直径が120mmであるベルカップ20を用いたときに直径が70mmであるベルカップ20と略同等の液滴径を得る場合、回転数を半減し得ることが分かる。
以上の結果から、略同等の液滴径を得る場合、直径Dが大きなベルカップ20を採用することにより、該ベルカップ20の回転数を小さくし得ることが明らかである。
図4には、直径が70mmであるベルカップ20を用いて回転数を25krpmとしたときの液体塗料の飛行経路を破線で示すとともに、直径が120mmであるベルカップ20を用いて回転数を13krpmとしたときの液体塗料の飛行経路を実線で示している。この図4から、後者の場合、前者と液滴径を略同等としながら、液体塗料の拡散範囲を狭くし得ることが分かる。後者においては、回転数が小さいために液体塗料に作用する遠心力が小さくなり、従って、ベルカップ20の直径方向外方に向かって飛び出す力が小さくなるからである。
図10〜図12は、それぞれ、図7〜図9に示した第1〜第3の液体塗料を用い、且つシェーピングエアの噴出量を変化させたときの塗着効率の変化を示すグラフである。なお、塗着効率は、塗装幅が揃う条件で比較している。すなわち、塗膜の最大厚みの半分での幅をパターン幅とし、該パターン幅が300mmとなるときの塗着効率である。
図10では、φ70mmにおいてシェーピングエアを200NL/分としたときの塗着効率と、φ120mmにおいてシェーピングエアを300NL/分としたときの塗着効率とを対比している。この場合、6%の向上が認められた。
また、図11は、φ70mmにおいてシェーピングエアを225NL/分としたときの塗着効率と、φ120mmにおいてシェーピングエアを350NL/分としたときの塗着効率とを示している。そして、図12は、φ70mmにおいてシェーピングエアを150NL/分としたときの塗着効率と、φ120mmにおいてシェーピングエアを300NL/分としたときの塗着効率である。それぞれにおいて、6%、5%の向上が認められる。
以上のように、本実施の形態によれば、直径Dが大きなベルカップ20を用いることにより、該ベルカップ20の回転数を小さくしながらも目標とする液滴径を得ることができるとともに、液体塗料の飛行時の拡散範囲を狭くすることができる。このため、所望の粒径となった塗料をワークWの所望の部位に集中させ、塗着効率を向上させることができる。従って、塗膜を所望の厚みで形成することが可能となる。
本発明は上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、ベルカップ20の周縁部46近傍に案内溝を形成する必要は特にない。

Claims (5)

  1. 回転するベルカップ(20)の沿面(38)の周縁部(46)から塗料をワーク(W)に向かって吹き付ける塗装方法において、
    前記ベルカップ(20)として、前記沿面(38)の径方向内側に、前記ベルカップ(20)の回転中心に向かう凸形状曲面として第1塗料拡散部(42)が形成され、且つ前記第1塗料拡散部(42)と前記周縁部(46)との間に、前記回転中心から離間する凹形状曲面として第2塗料拡散部(44)が形成されるとともに、直径(D)が75〜150mmであるものを用い、
    前記ベルカップ(20)の回転数を8000〜30000rpmとすることを特徴とする塗装方法。
  2. 請求項1記載の塗装方法において、前記ベルカップ(20)として直径(D)が80〜120mmであるものを用い、前記ベルカップ(20)の回転数を10000〜25000rpmとすることを特徴とする塗装方法。
  3. 回転するベルカップ(20)の沿面(38)の周縁部(46)から塗料をワーク(W)に向かって吹き付ける回転霧化式塗装装置(10)において、
    前記ベルカップ(20)の前記沿面(38)の径方向内側には、前記ベルカップ(20)の回転中心に向かう凸形状曲面として第1塗料拡散部(42)が形成され、
    且つ前記第1塗料拡散部(42)と前記周縁部(46)との間に、前記回転中心から離間する凹形状曲面として第2塗料拡散部(44)が形成され、
    前記ベルカップ(20)の直径(D)が75〜150mmであることを特徴とする回転霧化式塗装装置(10)。
  4. 請求項3記載の回転霧化式塗装装置(10)において、前記ベルカップ(20)の直径(D)が80〜120mmであることを特徴とする回転霧化式塗装装置(10)。
  5. 請求項3又は4記載の回転霧化式塗装装置(10)において、前記ベルカップ(20)に塗料を導出するハブ部材(26)に、同一形状及び同一寸法である複数個の導出孔(30)が周方向に沿って形成されていることを特徴とする回転霧化式塗装装置(10)。
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