JPWO2017002769A1

JPWO2017002769A1 - 塗装方法及びその装置

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Publication number: JPWO2017002769A1
Application number: JP2017526345A
Authority: JP
Inventors: 直輝岸本; 治八嶋; 誠司武部; 正明庄司
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-06-27
Also published as: WO2017002769A1; US20180185859A1; CA2991111A1; JP6441480B2; CN107708876A

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

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。
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。
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）。
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）。
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）。