JP2006181556A - 回転霧化式塗装装置のベルカップ - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転させても高微粒化を達成できる回転霧化式塗装装置のベルカップを提供する。
【解決手段】回転軸３と、回転軸に装着されてその表面に塗料が供給されるベルカップ１とを有する回転霧化式塗装装置に用いられるベルカップ１であって、ベルカップの表面２の表面粗度Ｒａを５μｍ以上にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転霧化式塗装装置のベルカップに関する。

回転霧化式塗装装置は、エアー霧化式塗装装置（スプレー式塗装装置）に比べて塗着効率に優れているので、中塗り塗装や上塗り塗装（ソリッド塗料、メタリックベース塗料及びクリヤ塗料）で広く用いられている。

ところで、メタリックベース塗料を塗装する場合において、所望の色相を再現させるためには塗料粒子を高速で塗装面に衝突させることが効果的であることが知られているが、回転霧化式塗装装置を用いてメタリック塗料を塗装する場合に塗料粒子を高速で塗装面に衝突させるには、シェーピングエアーの流速を高くする必要がある。しかしながら、シェーピングエアーの流速が一定値を超えると塗着効率が低下するといった問題があった。

そこで、回転霧化式塗装装置のベルカップの回転数を７０，０００ｒｐｍ程度まで高速回転させることで塗料粒径を小さくし、シェーピングエアーの流速を上げなくてもメタリック塗料の光輝材を塗装面に平行に配向させ得ることが確認されている。

回転霧化式塗装装置では、高速回転するベルカップの表面中央に塗料を供給すると、ベルカップの遠心力により当該塗料は薄い液膜状となってベルカップの表面全体に広がり、ベルカップのエッジから接線方向に飛散する。そして、この放射状に飛散した塗料粒子は、ベルカップの外周に供給されるシェーピングエアーによって塗装面に導かれる。なお、塗料の微粒化を促進させるためにベルカップのエッジには切り込み溝などが形成されている（特許文献１参照）。

しかしながら、塗料の微粒化を向上させるためにベルカップの回転数を７０，０００ｒｐｍ程度まで上げても、塗料の吐出量によってはベルカップ表面に形成される液膜が十分に薄くならず、塗料の滑りによって液膜の厚さに偏りが生じる。この液膜厚さの偏りがベルカップのエッジにまで影響し、不均一な液膜厚さで微粒化させる結果、目的とする高微粒化が達成できないといった問題が確認されている。期待通りの微粒化が得られないと、結局シェーピングエアーの流量を高くして高速で塗装面に衝突させるほかメタリックベース塗料の色相を安定させる方法はないが、こうすると塗着効率が低下してしまう。

特に、水を溶剤とする水系メタリックベース塗料では、水の表面張力が有機溶剤に比べて高いので、ベルカップ表面における濡れ性が有機溶剤系メタリックベースに比べて低く、上述した問題が顕著となる。
実開昭５８−１７４２６３号公報

本発明は、高速回転させても高微粒化を達成できる回転霧化式塗装装置のベルカップを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の回転霧化式塗装装置のベルカップは、回転軸と、前記回転軸に装着されてその表面に塗料が供給されるベルカップとを有する回転霧化式塗装装置において、前記ベルカップの表面の表面粗度Ｒａが、５μｍ以上であることを特徴とする。

本発明では、塗料が供給されるベルカップの表面に凹凸などを形成することでその表面粗度Ｒａを５μｍ以上にしているので、供給された塗料の濡れ性が向上し、液膜の滑りが防止できる結果、均一な厚さの液膜が形成される。

これにより、ベルカップのエッジから放出される塗料粒子の微粒化が向上するので、所定の色相が要求されるメタリックベース塗料を塗装する場合でも、シェーピングエアーの流量を増加させることなく、所定の色相を確保することができる。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るベルカップの第１実施形態を示す断面図、図２は同じく正面図（Ｘ矢視図）である。同図はベルカップ全体と、このベルカップが装着される回転霧化式塗装装置の先端部分を示すが、回転霧化式塗装装置にはこれ以外に、回転軸を高速回転させるためのエアーモータ、ベルカップに直流高電圧を印加するための電圧印加装置、ベルカップに塗料や洗浄液、洗浄エアーを供給するための塗料管、ベルカップの周囲にシェーピングエアーを供給するためのエアー管などが設けられている。

本例のベルカップ１は、同図に概略が示されるように釣鐘形状に形成され、凹状をなすベルカップ１の表面２が塗料の供給面となる。このベルカップ１は、回転軸３の先端にハブ４を介して固定され、回転軸３の回転にともなって高速回転する。ベルカップ１の表面中央から突出したハブ４の側面には、全周にわたって均一な間隔で塗料供給孔又は塗料供給スリット（代表的に５で示す。）が形成され、同図に示す塗料管６の先端から供給された塗料はこのハブ４の塗料供給孔又は塗料供給スリット５を通ってベルカップ１の表面２に吐出される。

ベルカップ１の表面２の最外周部には、ベルカップ１の表面２から遠心力により送られてくる液膜状の塗料を微粒化するための微細な切り込み溝７が全周にわたって均一に形成されている。

ベルカップ１の外側にはシェーピングエアーを供給するための外筒部材８が設けられ、この外筒部材８には、エアー通路９と、このエアー通路９に連通する環状エアー通路１０と、環状エアー通路１０からベルカップ１の背面に向かって所定間隔で形成されたエアー吹出口１１が設けられている。これにより、塗料を噴霧する際にその背面から所定流量のシェーピングエアーが供給されるので、塗料粒子を被塗物方向に搬送することができる。

特に本例のベルカップ１は、塗料が供給される表面２の全体に凹凸処理が施され、その表面粗度（表面粗さ）Ｒａが５μｍ以上、５０μｍ又は６０μｍ以下であって、表面粗さの最大高さＲｙが２０μｍ以上、１８０μｍ又は２００μｍ以下とされている。凹凸処理を施す範囲は、少なくとも、ハブ４の塗料供給孔又は塗料供給スリット５から吐出された塗料がベルカップ１の回転にともなって薄い液膜を形成する範囲とすることが望ましい。すなわち、図１に×印で示すとともに図２に斜線で示す範囲とすることが望ましいが、切り込み溝７が形成されたベルカップ１の最外周部に凹凸処理を施す必要はない。

本例の凹凸処理は、表面粗度Ｒａ及び最大高さＲｙが上述した値になれば、その処理方法には何ら限定されず、たとえばサンドブラスト法、ショットブラスト法、溶射、転造などの手法を用いることができる。

なお、ベルカップ１の表面２に施す凹凸処理は厳密な意味で均一なパターンでなくともよいが、後述するようにこの凹凸処理によりベルカップ表面２に対する塗料の濡れ性が向上し、均一な膜厚の液膜を形成できることが高微粒化を達成できる理由であることから、ベルカップ１の表面２の全体にできる限り均一なパターンの凹凸処理を施すことが望ましい。

上述したベルカップ１の表面２の表面粗度Ｒａ及び最大高さＲｙの上限値、つまり表面粗度Ｒａを５０μｍ又は６０μｍ以下、最大高さＲｙを１８０μｍ又は２００μｍ以下とし、上限値が２つ存在するがこれは以下の理由による。

すなわち、現在多用されているメタリックベース塗料には、水を溶剤とする水系メタリックベース塗料と有機溶剤を溶剤とする有機溶剤系メタリックベース塗料があるが、水の表面張力は有機溶剤に比べて高いので、水系メタリックベース塗料のベルカップ表面における濡れ性は有機溶剤系メタリックベースに比べて低い。この塗料が有する濡れ性のため、塗料を塗装した後に洗浄用溶剤を用いてベルカップ１の表面２を洗浄する際に時間がかかるという問題があるからである。すなわち、水系メタリックベース塗料を用いる場合にはベルカップ１の表面２の表面粗度Ｒａは５０μｍ以下、最大高さＲｙは１８０μｍ以下とし、有機溶剤系メタリックベース塗料を用いる場合の表面粗度Ｒａ＝６０μｍ以下、最大高さＲｙ＝２００μｍ以下に比べて小さくすることが望ましい。ただし、洗浄時間を問題にしない場合には、表面粗度Ｒａ及び最大高さＲｙを大きくすればするほど平均微粒化径は小さくなるので、微粒化を優先したい場合には特に上限を規制する必要はない。

ベルカップ１の表面２に凹凸処理を施すと、ハブ４の塗料供給孔又は塗料供給スリット５から供給された塗料の濡れ性がベルカップ１の表面２の全体にわたって向上し、これにより液膜の滑りが防止できる結果、均一な厚さの液膜がベルカップ１の表面２の全体にわたって形成される。

したがって、ベルカップ１のエッジから放出される塗料粒子の微粒化が向上し、所定の色相が要求されるメタリックベース塗料を塗装する場合でも、シェーピングエアーの流量を増加させることなく、所定の色相を確保することができる。

図１及び図２に示す実施形態では、所定の表面粗度及び最大高さの凹凸処理をベルカップ１の表面２の全体に施したが、上述した塗料の濡れ性向上の観点から考慮すると、ベルカップ１の表面２の一部に凹凸処理を施しても同様の作用効果が発揮される。

図３及び図４は本発明に係る他の実施形態を示すベルカップ１の正面図であり、斜線にて示す範囲が凹凸処理を施した部分である。図３に示すベルカップ１では、ベルカップ１の外周の範囲にのみ凹凸処理を施し、中心部分には凹凸処理を施していない。また、図４に示すベルカップ１では、逆にベルカップ１の中心部分のみに凹凸処理を施し、外周の範囲には凹凸処理を施していない。

このように、ベルカップ１の表面２の一部に凹凸処理を施しても塗料の濡れ性は向上するので、図１及び図２に示す実施形態に比べて微粒化の程度は若干劣るものの、凹凸処理を施さないベルカップ１に比べると平均微粒化径は小さくなる。

ただし、ベルカップ１の表面２に対して面積割合で少なくとも１０％以上の範囲に凹凸処理を施すことが望ましい。１０％未満であると、凹凸処理を施さないベルカップの平均微粒化径と大差ないからである。

また、図３に示すようにベルカップ１の表面２の外周側に凹凸処理を施したものは、図４に示すようにベルカップ１の表面２の中心側に凹凸処理を施したものに比べて平均微粒化径が向上することが確認されている。図３に示すように外周側に凹凸処理を施すと、ベルカップ１のエッジから放出される直前の液膜の厚さが均一になるので、平均微粒化径が小さくなるのが原因と考えられる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、本発明をさらに具体化して説明する。

《実施例１》
ベルカップ（日産自動車製試作品，表面粗度は５μｍ未満）の表面全体に、表面粗度Ｒａが５μｍ、最大高さＲｙが２０μｍの凹凸処理を施し、このベルカップを回転霧化式塗装装置に装着した。

この回転霧化式塗装装置を用いて水系メタリックベース塗料（シルバー，日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製アクアＢＣ−３）を、吐出量２００ｃｃ／ｍｉｎ，ベル回転数７０，０００ｒｐｍ，シェーピングエアー流量２８０ＮＬ／ｍｉｎの条件で吐出し、このときの平均微粒化径（μｍ）を測定した。また、このメタリックベース塗料を吐出後に、洗浄水を用いてベルカップを自動洗浄し、そのときの表面洗浄性（洗浄容易性）を評価した。この表面洗浄性は、２秒以内の洗浄工程によりベルカップの表面が清浄になった場合を○、ベルカップの表面が清浄になるのに３秒以上を要した場合を△とした。

また、このベルカップが装着された回転霧化式塗装装置を用いて、中塗り塗膜を形成したテストピースに、上述したメタリックベース塗料を、吐出量２００ｃｃ／ｍｉｎ，ベル回転数７０，０００ｒｐｍ，シェーピングエアー流量２８０ＮＬ／ｍｉｎの条件で、膜厚が１５〜２０μｍとなるよう塗装し、続けて、このメタリックベース塗膜の上にウェットオンウェットでクリヤ塗料を膜厚２０〜２５μｍで塗装したのち、これらメタリックベース塗膜及びクリヤ塗膜を１４０℃×２０分で焼き付けた。

得られた上塗り塗膜について色相標準板との色差ΔＬを（色相標準対比シェード側明度差，日産自動車製視感色差計(NISSAN COLOR ANALYZER）測定した。以上の結果を表１に示す。

《実施例２》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが２０μｍ、最大高さＲｙが１００μｍの凹凸処理を施した以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例３》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが５０μｍ、最大高さＲｙが１８０μｍの凹凸処理を施した以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例４》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが６０μｍ、最大高さＲｙが２００μｍの凹凸処理を施した以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例５》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが７０μｍ、最大高さＲｙが２２０μｍの凹凸処理を施した以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《比較例１》
実施例１〜５の比較例として、ベルカップの表面全体に凹凸処理を施さず、表面粗度を５μｍ未満のままにした以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例６》
実施例１〜５及び比較例１は水系メタリックベース塗料を用いたのに対し、実施例６は有機溶剤系メタリックベース塗料（シルバー，日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製ベルコート６０１０）を用い、これ以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例７》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが２０μｍ、最大高さＲｙが１００μｍの凹凸処理を施した以外は実施例６と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例８》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが５０μｍ、最大高さＲｙが１８０μｍの凹凸処理を施した以外は実施例６と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例９》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが６０μｍ、最大高さＲｙが２００μｍの凹凸処理を施した以外は実施例６と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《実施例１０》
ベルカップの表面全体に、表面粗度Ｒａが７０μｍ、最大高さＲｙが２２０μｍの凹凸処理を施した以外は実施例６と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

《比較例２》
実施例６〜１０の比較例として、ベルカップの表面全体に凹凸処理を施さず、表面粗度を５μｍ未満のままにした以外は実施例１と同じ条件で平均微粒化径（μｍ）、色差ΔＬ、表面洗浄性を測定、評価した。この結果を表１に示す。

実施例１及び比較例１、実施例６及び比較例２の結果から、ベルカップの表面の表面粗度Ｒａを５μｍ以上、最大高さＲｙを２０μｍ以上にすると、水系塗料でも有機溶剤系塗料でも、平均微粒化径が小さくなり色相標準板との色差も小さくなり、しかも表面洗浄性も問題ないことが理解される。

また、実施例１〜５及び実施例６〜１０の結果から、ベルカップの表面の表面粗度Ｒａ，最大高さＲｙを大きくすればするほど、水系塗料でも有機溶剤系塗料でも、平均微粒化径が小さくなり色相標準板との色差も小さくなることが理解される。

ただし、実施例３〜５の結果から、水系塗料を塗装する場合には、ベルカップの表面の表面粗度が６０μｍ以上になるとベルカップの表面洗浄性が低下し、同様に実施例９〜１０の結果から、有機溶剤系塗料を塗装する場合には、ベルカップの表面の表面粗度が７０μｍ以上になるとベルカップの表面洗浄性が低下することが理解される。

本発明に係るベルカップの第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係るベルカップの第１実施形態を示す正面図である。 本発明に係るベルカップの第２実施形態を示す正面図である。 本発明に係るベルカップの第３実施形態を示す正面図である。

符号の説明

１…ベルカップ
２…ベルカップの表面
３…回転軸
４…ハブ
５…塗料供給孔、塗料供給スリット
６…塗料管
７…切り込み溝
８…外筒部材
９，１０…エアー通路
１１…エアー吹出口

Claims (9)

1. 回転軸と、前記回転軸に装着されてその表面に塗料が供給されるベルカップとを有する回転霧化式塗装装置において、前記ベルカップの表面の表面粗度Ｒａが、５μｍ以上であることを特徴とする回転霧化式塗装装置のベルカップ。
2. 前記ベルカップの表面の最大高さＲｙが、２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
3. 前記ベルカップの表面の表面粗度Ｒａが、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
4. 前記ベルカップの表面の最大高さＲｙが、１８０μｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
5. 前記ベルカップの表面の表面粗度Ｒａが、６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
6. 前記ベルカップの表面の表面粗度Ｒａが、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
7. 塗料が供給されるベルカップの表面のうち、表面粗度Ｒａが５μｍ以上である範囲の面積割合が１０％以上であり、その他の範囲の表面粗度Ｒａは５μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
8. 前記表面粗度Ｒａが５μｍ以上である範囲は、ベルカップの表面の外側に形成されていることを特徴とする請求項７記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
9. 前記ベルカップの表面に凹凸を形成することで表面粗度Ｒａを５μｍ以上とする請求項１〜８の何れかに記載の回転霧化式塗装装置のベルカップ。
   
   

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