JP3755398B2 - 回転霧化静電塗装装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車ボディ等への塗装処理に用いられる回転霧化静電塗装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルカップ外周方向に向けてシェーピングエアーを吹出す回転霧化静電塗装処理においては、シェーピングエアーが斜めに当たるため塗装効率の低下や色味の劣化という問題が生じていた。この問題に対し、シェーピングエアーの吹出し角度をベルカップの回転軸に対して鋭角とする発明が、本願発明者から提案されている（特願２０００−３１３４０７号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
＜第１の課題＞
しかしながら、シェーピングエアーの吹出し角度を鋭角とする場合には、これに伴って塗装パターン幅が減少してしまい、塗装対象物が大きい場合や塗装面積が大きい場合では塗装時間の延長を招いてしまうという問題がある。
また、この課題に対し、単にベルカップの内径を拡大しても塗装膜厚の分布が不均一（ドーナツ状）となってしまい塗装の質が低下してしまう。
【０００４】
＜第２の課題＞
さらに、本発明では上記課題を解決するため、内周径の異なる複数のベルカップを同芯円状に設けることでパターン幅の拡大及び膜厚の均一化を図るが、内周のベルカップによる塗装と外周のベルカップによる塗装とでは両者の塗装膜厚が異なり、全体として塗装品質が劣化するという問題が生じてしまう。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、パターン幅を拡大しつつ高品質の塗装を行うことができる回転霧化静電塗装装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明の回転霧化静電塗装装置は、複数のベルカップが実質的に同芯円状に設けられたことを特徴とする。
この発明では、複数のベルカップが実質的に同芯円状に２重、３重又はそれ以上幾重にも重なるように設けられているため、重なった各ベルカップの内周面に供給された塗料は内側面をつたって外縁から飛び出すこととなり、塗装対象物方向から見た場合には何重もの円から霧化塗料が吹き出された状態となる。すると、霧化した塗料微粒子は均一に広く拡散して塗装対象物に塗着することとなる。
この発明により、ベルカップの内径を拡大して塗装パターン幅の拡大を図るとともに塗装パターンの均一化を図ることができ、広い面積の被塗布物にも対応することができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【０００６】
（２）上記目的を達成するために、本発明の回転霧化静電塗装装置は、ベルカップの背面からシェーピングエアーを供給するエアー吹き出し口が、前記ベルカップの回転軸方向に対して０〜２０°の角度で前記シェーピングエアーを吹出すように設けられたことを特徴とする。
この発明では、シェーピングエアーがベルカップの回転軸方向に対して０〜２０°の角度で吹出される。このシェーピングエアーが、ベルカップの遠心力により微粒化されて（ベルカップの）外周方向に飛び出した微粒子の進行方向を制御して、被塗物面に向けて略垂直方向に導く。すると、塗料微粒子は、ベルカップの外周方向に向けて拡がらずに、被塗物面に垂直に衝突し、塗装面に対して面平行に塗着することとなる。
この発明によれば、シェーピングエアーによって塗料微粒子が横流れすることなく被塗装物面に塗着するため塗着効率の高い回転霧化静電塗装装置を提供することができる。また、メタリックフレークなどが被塗物面に対して面平行に並べられることから色味の向上を図ることができ、一定の色味の塗装を得るという観点からも、塗着効率が高い回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
複数のベルカップを同芯円上に重ねた場合には、パターン幅を拡大しながら塗着効率の向上を図ることができ、結果として設置ベルカップの数を低減し、塗装時間を短縮し、塗装品質を高める回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【０００７】
（３）上記目的を達成するために、本発明の回転霧化静電塗装装置は、前記複数のベルカップの回転駆動をそれぞれ制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする。
この発明では、回転霧化静電塗装装置に設けられた複数のベルカップの回転駆動がそれぞれ制御されるため、塗料を吹き出すベルカップの面積を調整することができ、大きな塗装面に対しては内周から外周までのベルカップをすべて駆動させ、小さな塗装面に対しては、内周のベルカップのみを駆動させて対応することができる。また、塗装の厚さや塗料の塗布密度に応じてベルカップの駆動のオンオフを制御することができるため（重ねて設置されたベルカップを一つおきに駆動させるなど）、塗装条件に応じたベルカップの駆動制御を行うことができる。 この発明によれば、パターン幅の広狭に応じた塗装を行うことができるため、オーバースプレーを防止するとともに、使用する塗料を節約しうる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【０００８】
（４）上記目的を達成するために、本発明の回転霧化静電塗装装置は、前記駆動制御手段が、前記複数のベルカップの回転数をそれぞれ制御することを特徴とする。
この発明では、駆動制御手段によりベルカップの回転数がそれぞれ制御されるため、同芯円状に重ねたベルカップの外周の大きさに応じて適切な回転数でベルカップを駆動することができる。
この発明によれば、内径の異なるベルカップを重ねて設けたことにより生じる塗装膜厚分布の不均一を解消することができ、高い品質の塗装を行うことができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【０００９】
（５）上記目的を達成するために、本発明の回転霧化静電塗装装置は、前記駆動制御手段は、前記複数のベルカップの周速が実質的に同一となるようにベルカップの回転数をそれぞれ制御することを特徴とする。
この発明では、駆動制御手段によりベルカップの周速が実質的に同一となるようにベルカップの回転数が制御されるため、大きさの異なるベルカップの外周の周速が一定となり、各ベルカップの外縁にて塗料微粒子に与えられる力が一定となる。すなわち、塗料の微粒子化のために与えられる力の大きさが同等となるため、内径の異なるベルカップであっても塗着時の塗料の微粒子径が略同一となり、塗装面の品質は向上する。
この発明によれば、同芯円状に重ねたベルカップから飛び出す微粒子の微粒子径を均一とすることができ、高品質の塗装を行うことができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１０】
（６）上記目的を達成するため、本発明の回転霧化静電塗装装置は、複数のベルカップへの塗料供給をそれぞれ制御する塗料供給制御手段を有することを特徴とする。
この発明では、ベルカップの塗料供給がベルカップごとに行われるため、同芯円状に重ねて設けられたベルカップをそれぞれ独立に機能させることができる。 この発明により、複数のベルカップのうち内側のベルカップのみ機能させる、外側のベルカップのみ機能させる、すべてのベルカップを機能させる、又はひとつおきにベルカップを機能させる等と機能形態を変化させることができ、塗装対象面積に応じて塗布パターンを変化させることができるため、オーバースプレーを防止し、塗料を節約できる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、ベルカップの内径を拡大して塗装パターン幅の拡大を図るとともに塗装パターンの均一化を図ることができ、広い面積の被塗布物にも対応することができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１２】
（２）本発明によれば、シェーピングエアーによって塗料微粒子が横流れすることなく被塗装物面に塗着するため塗着効率の高い回転霧化静電塗装装置を提供することができる。また、メタリックフレークなどの塗料微粒子が被塗物面に対して面平行に並べられることから色味の向上を図ることができ、一定の色味の塗装を得るという観点からも、塗着効率が高い回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
複数のベルカップを同芯円上に重ねた場合には、パターン幅を拡大しながら塗着効率の向上を図ることができ、結果として設置ベルカップの数を低減し、塗装時間を短縮し、塗装品質を高める回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１３】
（３）請求項３に係る発明によれば、パターン幅の広狭に応じた塗装を行うことができるため、オーバースプレーを防止するとともに、使用する塗料を節約しうる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１４】
（４）本発明によれば、内径の異なるベルカップを重ねて設けたことにより生じる塗装膜厚分布の不均一を解消することができ、高い品質の塗装を行うことができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１５】
（５）本発明によれば、同芯円状に重ねたベルカップから飛び出す微粒子の微粒子径を均一とすることができ、高品質の塗装を行うことができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１６】
（６）本発明によれば、複数のベルカップのうち内側のベルカップのみ機能させる、外側のベルカップのみ機能させる、すべてのベルカップを機能させる、又はひとつおきにベルカップを機能させる等と機能形態を変化させることができ、塗装対象面積に応じて塗布パターンを変化させることができるため、オーバースプレーを防止し、塗料を節約できる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【００１７】
【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、本発明の回転霧化静電塗装装置の実施形態を示す図であり、図２は、吹出し角度を説明する図であり、図３は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗着効率を比較する図であり、図４は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置の色味（ＩＶ値）を比較する図であり、図５は実施形態の回転霧化静電塗装装置のパターン幅を比較する図であり、図６はベルカップの内径に応じてベルカップの回転数と塗料の微粒化径とを対応づけた回転数情報の一例を示す図であり、図７は本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗装パターンの分布を比較する図である。
【００１８】
＜構成＞
図１は、本発明の回転霧化静電塗装装置の実施形態を示す図である。図１に示すように、本実施形態の回転霧化静電塗装装置１００は、ハウジング６内に回転軸２１が図外のモータにより回転可能に支持されており、この回転軸２１の先端方向にベルカップ２（２Ａ、２Ｂ）が設けられている。このベルカップ２の回転機構は、回転軸をモータにより回転駆動させてベルカップ２を回転させるものであっても、ベルカップ２を空気流により回転させるものであってもよい。本実施形態では２つのベルカップ２を設けており、第１のベルカップ２Ａ（内心側）と第２のベルカップ２Ｂ（外周側）とを有している。本実施形態ではベルカップの数が２つの場合を示したが、ベルカップの数は限定されることなく、いくつであってもよい。
【００１９】
このベルカップ２は駆動制御手段４により回転駆動、停止、回転数の制御等が行われる。この駆動制御はベルカップの回転軸に作用してもよいし、ベルカップを回転させるエアタービン４に作用してもよい。
【００２０】
ハウジング６とベルカップ２との間には環状のシェーピングエアーリング７が、ベルカップ２ごとに設けられている。このシェーピングエアーリング７とベルカップ２側近傍には環状のシェーピングエアーの通路が形成される。このシェーピングエアーは、ベルカップ２Ａ、２Ｂの背面にベルカップ２Ａ、２Ｂの外周に沿って複数設けられたエアー吹出し口１から供給される。このシェーピングエアーは、各ベルカップごとにその背面から供給されることが好ましいが、同芯円状に重なり合ったベルカップ２の間隔が狭い場合には、適宜、シェーピングエアーリング７、シェーピングエアー吹き出し口１をまとめて構成し、シェーピングエアーの供給経路を統合することも可能である。
【００２１】
また、このように複数の供給経路を介して供給されるシェーピングエアーの吹き出し角度は、すべて０度から２０度であることが好ましいが、任意のベルカップの背面から供給されるシェーピングエアーの吹き出し角度を０度から２０度とすることも、複数のベルカップ２のうち最も外側に位置するベルカップ２Ｂの背面から供給されるシェーピングエアーの吹き出し角度のみを０度から２０度とすることも可能である。この場合、外側のシェーピングエアーは、内側のすべてのベルカップ２Ａ、２Ｂから吹き出された霧化された塗料を包み込む、いわゆるエアーカーテンを形成する。
【００２２】
ここで、図２を参照して、シェーピングエアーの吹き出し口について説明する。図２は、シェーピングエアーの吹出し角度を説明する図である。図２に示すように、吹出し角度とは、シェーピングエアー吹出し方向Ｓ’とベルカップの回転軸２１の方向とが、なす角度である。本願に係る発明では、このシェーピングエアー吹出し角度を０〜２０°の角度とすることを特徴としている。図１に示した本実施形態における吹き出し口１（ベルカップ２Ｂ（外周側）の外側）は、吹出し角度を０°、すなわち、シェーピングエアーが、ベルカップ２の回転軸方向２１に対して０°で吹出されるように設けられている。
【００２３】
また、ベルカップの内周面先端へ塗料を供給する塗料供給経路３と、塗料が噴出する塗料ノズル３１とを有している。メタリックフレーク等の塗料は、供給経路３を介して複数のベルカップ２Ａ、２Ｂへ供給される。この塗料の供給は、塗料供給制御手段５であるトリガーバルブ５において制御される。このトリガーバルブ５はベルカップ２Ａ、２Ｂへのそれぞれの供給を制御する。
【００２４】
＜作用＞
次に作用について説明する。ベルカップ２Ａ、２Ｂへ供給された塗料は、塗料ノズル３１から噴出されると、ベルカップ２Ａ、２Ｂの回転力により円周方向外側に向けて霧状に放出されて、被対象物の面上に塗着する。このとき、本実施形態のように設けられたエアー吹出し口１が、ベルカップ２の背面から回転軸方向に対して０〜２０°の角度でシェーピングエアーを吹出す。すると、円周方向外側に拡がる塗料は、シェーピングエアーにより進行方向を変えられて被塗物面に対し略垂直方向に衝突し塗装面に対して面平行に塗着する。本実施形態では、シェーピングエアー吹出し角度を、０°とした。
【００２５】
本実施形態における回転霧化静電塗装装置１００の作用を確認するために、その塗着効率、色味、パターン幅について、検討した。その結果を図３、図４、図５に示す。具体的には、図３は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗着効率を比較する図、図４は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置の色味（ＩＶ値）を比較する図、図５は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置のパターン幅を比較する図である（図中Ｓ．Ａとあるのは、シェーピングエアーの略である）。
【００２６】
これらの検討は、回転軸２１に対してシェーピングエアー吹出し角度が、−１０°から６０°の範囲にある回転霧化静電塗装装置を作成し、シェーピングエアー吹出し角度が０°から２０°の範囲にある回転霧化静電塗装装置１００（本実施形態）と、シェーピングエアー吹出し角度が３０°から４５°の範囲にある従来の回転霧化静電塗装装置（比較例）とを比較して行った。
【００２７】
塗着効率
図３は塗着効率を示し、シェーピングエアー流量が５００Ｎｌ／minの場合（太線で示す）と、シェーピングエアー流量が３００Ｎｌ／minの場合（細線で示す）のそれぞれにおいて、シェーピングエアー吹出し角度を−１０°から６０°の範囲で変化させ、シェーピングエアー吹出し角度（°）に対する塗着効率（％）をプロットした。
その結果、吹出し角度が０°から２０°においては、シェーピングエアー流量が５００Ｎｌ／minの場合には塗着効率が９５から１００％の範囲で推移し、シェーピングエアー流量が３００Ｎｌ／minの場合には塗着効率が８０から９０％の範囲で推移した。
これにより、本実施形態では、比較例（吹出し角度が３０〜５０°）よりも塗着効率が向上することがわかった。特に、０°に近いほうが塗着効率が向上することがわかった。
【００２８】
色味
図４は色味（ＩＶ値）を示し、シェーピングエアー流量が５００Ｎｌ／minの場合（太線で示す）と、シェーピングエアー流量が３００Ｎｌ／minの場合（細線で示す）のそれぞれにおいて、シェーピングエアー吹出し角度を−１０°から６０°の範囲で変化させ、シェーピングエアー吹出し角度（°）に対する色味（ＩＶ値）をプロットした。
その結果、吹出し角度が０°から２０°においては、シェーピングエアー流量が５００Ｎｌ／minの場合には塗着効率が２３０から２５０の範囲で推移し、シェーピングエアー流量が３００Ｎｌ／minの場合には塗着効率が１８０から２００の範囲で推移した。
これにより、本実施形態では、比較例（吹出し角度が３０〜５０°）よりも色味（ＩＶ値）が向上することがわかった。特に、０°に近いほうが色味（ＩＶ値）が向上した。
【００２９】
パターン幅
図５はパターン幅を示す。シェーピングエアー吹出し角度を−１０°から６０°の範囲で変化させ、シェーピングエアー吹出し角度（°）に対するパターン幅（mm）をプロットした。
その結果、吹出し角度が０°から２０°においては、パターン幅が１５０mmから２００mmの範囲で推移し、吹出し角度が３０°から４５°においては、パターン幅が２５０mmから３００mmの範囲で推移した。
これにより、本実施形態では、比較例（吹出し角度が３０〜５０°）よりもパターン幅が少なくなることがわかった。
【００３０】
膜厚の分布
内径の異なる複数のベルカップ２Ａ、２Ｂ等を同芯円状に複数設け、背面から吹き出し角度が０〜２０度のシェーピングエアーを吹き出すことによって、塗装幅の拡大を図るとともに塗着効率の向上と色味の向上を図ることができるが、これに伴って塗装膜厚が不均一となる傾向があることがわかった。
塗装膜厚が不均一となると塗装品質が低下するおそれがある。
そこで、本実施形態の回転霧化静電塗装装置１００は、このような問題を解決し、ベルカップ２の回転数を制御して塗装膜厚を平均化するものである。
【００３１】
同一の回転数で回転させた場合、ベルカップ２の内径が異なるとベルカップ２の周速に差異が生じ、ベルカップ２の外縁で塗料微粒子に与えられる力（向心力、遠心力）に違いが生じる。この結果、ベルカップの回転力により微粒子化する塗料粒子の微粒子径に差異が生じる。図６において、内径が異なる２つのベルカップ（５０φ、１５０φ）について、ベルカップ２の回転数ごとの塗料微粒化径を具体的に示した。図６に示すように同じ回転数（１０Krpm）にて、内径の異なるベルカップ（５０φと１５０φ）を回転させると、内径５０φのベルカップ２Ａから噴出された塗料の微粒化径は２５μｍとなり、内径１５０φのベルカップ２Ｂから噴出された塗料の微粒化径は１７μｍとなった。同一回転数での回転においては内径が大きいベルカップ２ｂの方が周速が速くなり、ベルカップ２Ｂの外縁で塗料微粒子が受ける力が大きくなるため、その微粒子化が進むことがわかる。このように微粒化径の異なる塗料を同時に塗布すれば、塗装の膜厚が不均一となってしまう。
【００３２】
一方、ベルカップ２の内径が異なる場合であっても、周速が同じであれば微粒化径が同一となる場合がある。図６に示すように、内径５０φのベルカップ２Ａを回転数１０Krpmで回転させた場合と、内径１５０φのベルカップ２Ｂを回転数３０Krpmで回転させた場合とは、それらベルカップ２から塗布される塗料の微粒化径は１７μｍと同一となる。
【００３３】
このように、微粒化径が同一となるようにベルカップ２Ａ、２Ｂの回転数を制御すれば複数のベルカップ２から噴出される塗料の微粒化径が等しくなり、塗装膜が均一となって高い品質の塗装を行うことができる。
【００３４】
複数の異なる内径を有するベルカップにより塗布した塗料の膜厚分布を図７に示した。図７は、本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗装パターンの分布を比較する図である。塗装の質を検討するため、塗装膜厚について、０mm地点を規準として−２５０mmから＋２５０mmまでの各ポイントにおける膜厚（μm）を測定しプロットした。図７中、内径φ５０のベルカップを回転数１０Krpmで回転した場合の膜厚分布を２点鎖線で示し、内径φ１５０のベルカップを回転数１０Krpmで回転した場合の膜厚分布を１点鎖線で示した。図７で示すようにベルカップの内径が小さい場合には塗布パターンは０地点付近にピークがあるが、ベルカップの内径を単に大きくすると、塗布パターンがドーナツ状となってしまう。これら２つのベルカップをあわせて同時に塗布しても膜厚を均一とする塗布を行うことはできない。
【００３５】
一方、図７中実線で示した塗布パターンは、内径φ１５０のベルカップを回転数１０Krpmで回転させ、内径φ５０のベルカップを回転数３０Krpmで回転させた場合である。このように、回転数を適宜制御することによって、内径の異なるベルカップ２Ａ，２Ｂの周速を同じくすることができるため、結果として、塗布パターンを拡大しつつ膜厚が均一な塗布を行うことができる。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転霧化静電塗装装置の実施形態を示す図である。
【図２】吹出し角度を説明する図である。
【図３】本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗着効率を比較する図である。
【図４】本実施形態の回転霧化静電塗装装置の色味（ＩＶ値）を比較する図である。
【図５】本実施形態の回転霧化静電塗装装置のパターン幅を比較する図である。
【図６】ベルカップの内径に応じてベルカップの回転数と塗料の微粒化径とを対応づけた回転数情報の一例を示す図である。
【図７】本実施形態の回転霧化静電塗装装置の塗装パターンの分布を比較する図である。
【符号の説明】
１００…回転霧化静電塗装装置
１…エアー吹出し口
２…ベルカップ
２Ａ…第１のベルカップ
２Ｂ…第２のベルカップ
２１…（ベルカップ）回転軸
３…塗料供給経路、フィードチューブ
３１…塗料ノズル
４…駆動制御手段、エアタービン
４１…回転制御機能
５…塗料供給制御手段（トリガーバルブ）
６…ハウジング
７…シェーピングエアーリング
Ｓ…シェーピングエアー
Ｓ’…シェーピングエアー吹出し方向
Ｐ…塗料

Claims (6)

1. 複数のベルカップが実質的に同芯円状に設けられ、前記複数のベルカップの回転駆動をそれぞれ制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする回転霧化静電塗装装置。
2. ベルカップの背面からシェーピングエアーを供給するエアー吹き出し口が、前記ベルカップの回転軸方向に対して０〜２０°の角度で前記シェーピングエアーを吹出すように設けられた請求項１記載の回転霧化静電塗装装置。
3. 前記複数のベルカップの内径が異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転霧化静電塗装装置。
4. 前記駆動制御手段が、前記複数のベルカップの回転数をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転霧化静電塗装装置。
5. 前記駆動制御手段は、前記複数のベルカップの周速が実質的に同一となるようにベルカップの回転数をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転霧化静電塗装装置。
6. 前記複数のベルカップへの塗料供給をそれぞれ制御する塗料供給制御手段を有することを特徴とする請求項１〜５記載の回転霧化静電塗装装置。

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