JP4584291B2

JP4584291B2 - 回転霧化静電塗装機および回転霧化塗装方法

Info

Publication number: JP4584291B2
Application number: JP2007194772A
Authority: JP
Inventors: 山崎　　勇; 淳男鍋島; 三千雄三井; 俊男細田
Original assignee: Carlisle Fluid Technologies Ransburg Japan KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: Carlisle Fluid Technologies Ransburg Japan KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP2009028631A

Description

本発明は、回転霧化頭を高速で回転させて塗料を霧化する回転霧化静電塗装機および回転霧化塗装方法に関する。

回転霧化静電塗装機としては、高電圧が印加され高速で回転するベルカップ形状の回転霧化頭の内底部に塗料フィードチューブから塗料を供給し、該塗料を前記回転霧化頭のカップ面（塗料通路面）に沿って流動させてその先端から霧状に放出させる構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。このような塗装機を用いた静電塗装においては、回転霧化頭で霧化された塗粒が負に帯電して被塗物側へ飛行し、陽極となる被塗物に静電力で効率よく付着する。なお、回転霧化頭の周辺（放射方向）への霧化塗粒の飛散を防ぎかつ被塗物に対する塗装パターンを調整する目的で、通常、回転霧化頭の背後からシェーピングエアを前方へ吹付けるようにしている。

ところで、自動車ボデー等の塗装ラインにおいては、上記した塗装機を塗装ロボットに持たせて、該塗装ロボットを塗装ラインに沿って複数台設置し、塗装ライン上を所定の速度で搬送される自動車ボデー等に対して複数台の塗装ロボットにより重ね塗りを行うのが一般である。このような塗装ラインにおいて、塗装コストの低減を図るには、重ね塗りの回数を減らして塗装ロボットの設置台数を減らすこと、搬送速度を上げて塗装時間を短縮することが有効となるが、いずれにおいても、回転霧化頭からの塗料吐出量を増やすことが前提となる。

しかるに、回転霧化静電塗装機による塗料の微粒化メカニズムは、図４に示されるように、回転霧化頭１の開口端（塗料放出端）に形成されたＶ溝２を通して放出された液糸３が分断されて微粒化（霧化）が進むようになっている。このため、単に回転霧化頭１からの塗料吐出量を増やすと、前記液糸３が太くなって微粒化が困難になり、塗膜品質の悪化を招くことになる。

そこで、塗料吐出量を増加させる場合は、同時に回転霧化頭の回転数を上げて塗料の放出速度を高める対策が必要になるが、回転霧化頭の回転数を上げると、前記液糸３に大きな乱れが生じ、霧化塗粒の粒径分布のばらつきが大きくなる。すなわち、粒径の極めて小さい極微粒領域から粒径の大きい粗粒領域まで粒径分布が広がり、極微粒領域の塗粒が多い場合は塗着効率の低下を、粗粒領域の塗粒が多い場合は塗膜品質の悪化をそれぞれ招いてしまう。また、回転霧化頭の回転数を上げると、その周辺への霧化塗粒の飛散が多くなるため、シェーピングエアの圧力を高めなければならず、結果として被塗物表面での塗粒の跳ね返りが多くなって塗着効率のさらなる低下を招くようになる。

なお、例えば、特許文献２に記載されるものでは、ベルカップ（回転霧化頭）の内面に環状堰（ダム部）を設けて、ここに一旦塗料を溜め、該環状堰から溢れ出た塗料を均等な厚い液膜として塗料放出端に流動させることにより、塗料供給量が多い場合でも微粒化できるようにしている。しかし、この場合でも、塗料供給量の増加に伴って液糸３（図４）が太くなるため、回転霧化頭の回転数を上げる対策が必要になり、上記したと同様の問題が生じて、根本的な解決には至らない。
特開平１１−１２３３４９号公報特開２００７−７５０６号公報

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、塗着効率の低下や塗膜品質の悪化を招くことなく、塗料吐出量を増やすことを可能にし、もって塗装コストの低減に大きく寄与する回転霧化静電塗装機および回転霧化静電塗装方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、回転霧化頭を高速で回転させて塗料を霧化する回転霧化静電塗装機および回転霧化静電塗装方法において、前記回転霧化頭の塗料通路面に環状の塗料溜りを設けて、ここに一旦塗料を溜め、該塗料溜りに設けた多数の塗料吐出通路から塗料を吐出させることを特徴とする。

このように構成した回転霧化静電塗装機および回転霧化静電塗装方法においては、塗料溜りに溜まった塗料に遠心力が働くことで、該塗料溜り内の塗料に液圧が発生し、この液圧によって塗料吐出通路から塗料が高速で吐出され、回転霧化頭の先端から放出される塗料の放出速度も大きくなる。したがって、塗料吐出量を増加させても回転霧化頭の先端から放出される液糸が太くなるのが抑えられる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。

（１）高電圧が印加され高速で回転するベルカップ形状の回転霧化頭の内底部に塗料フィードチューブから塗料を供給し、該塗料を前記回転霧化頭のカップ内面に沿って流動させてその先端から霧状に放出させる回転霧化静電塗装機において、前記回転霧化頭のカップ内面に、前記回転霧化頭の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体からなり、前記回転霧化頭の先端に向かう塗料を溜める環状のダム部を設けると共に、該ダム部に円周方向に等配して多数の塗料吐出通路を設けたことを特徴とする回転霧化静電塗装機。

本（１）項記載の回転霧化静電塗装機においては、ダム部に溜まった塗料に働く遠心力により該ダム内の塗料に液圧が発生し、この液圧によって塗料吐出通路から塗料が高速で吐出され、回転霧化頭の先端から放出される塗料の速度が大きくなる。したがって、塗料吐出量を増加させても回転霧化頭の先端から放出される液糸を適正な太さとすることができ、この結果、微粒化が円滑に進んで所望の塗膜品質が得られるようになる。この場合、回転霧化頭の回転速度を上げないので、霧化塗粒の粒径分布のばらつきが抑えられ、しかも、シェーピングエアの圧力を高くする必要もないので、塗着効率が悪化することもない。

また、回転霧化頭の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体からダム部がなっているので、ダム部からの塗料の越流が抑えられ、該ダム部に集中的に塗料を溜めることができる。

（２）塗料吐出通路が、前記環状壁体と前記回転霧化頭のカップ内面との連接部位に設けられていることを特徴とする（１）項に記載の回転霧化静電塗装機。

本（２）項記載の回転霧化静電塗装機においては、環状壁体と回転霧化頭のカップ内面との連接部位、すなわちダム部の底に相当し遠心力が最も作用する部位に塗料吐出通路が設けられているので、塗料が高圧で塗料吐出通路から押出され、塗料の吐出速度は十分に高まる。

（３）前記ダム部に設けた塗料吐出通路の総有効断面積Ｓと該塗料吐出通路が配列されたピッチ円の径Ｄとの比Ｓ／Ｄを、０．３以下に設定したことを特徴とする（１）または（２）に記載の回転霧化静電塗装機。

本発明において、ダム部に設ける塗料吐出通路の口径および数は任意であるが、（３）項記載のように総有効断面積Ｓとピッチ円の径Ｄとの比Ｓ／Ｄを０．３以下に設定した場合は、塗料吐出通路から吐出する塗料の速度が十分に大きくなり、塗料の微粒化が確実に促進される。

（４）高電圧が印加され高速で回転するベルカップ形状の回転霧化頭の内底部に塗料フィードチューブから塗料を供給し、該塗料を前記回転霧化頭のカップ内面に沿って流動させてその先端から霧状に放出させる回転霧化静電塗装方法において、前記回転霧化頭のカップ内面に環状のダム部を設けて、該ダム部に回転霧化頭の先端に向かう塗料を一旦溜め、該ダム部に溜まった塗料に遠心力で液圧を発生させて、前記ダム部に円周方向に等配して設けた多数の塗料吐出通路から塗料を吐出させることを特徴とする回転霧化静電塗装方法。

本発明に係る回転霧化静電塗装機および回転霧化静電塗装方法によれば、塗料吐出量を増加させても回転霧化頭の回転数を上げたりシェーピングエアの圧力を上げる必要がないので、所望の塗着効率および塗膜品質を確保することができる。また、塗料吐出量を増やすことができることから、塗装ラインに設置する塗装ロボットの台数を削減し、あるいは搬送速度を上げることが可能になり、塗装コストの低減に大きく寄与するものとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。
図１および図２は、本発明に係る回転霧化静電塗装機の要部構造を示したものである。本回転霧化静電塗装機は、ベルカップ形状の回転霧化頭１０と、この回転霧化頭１０を回転駆動するモータ１１と、回転霧化頭１０に塗料を供給する塗料フィードチューブ１２と、モータ１１に付与する高電圧を発生する高電圧発生器（図示略）とを備えており、前記モータ１１、塗料フィードチューブ１２および高電圧発生器は、塗装ロボットに対する取付部を後端に有する絶縁性の塗装機本体１４内に一括して納められている。本回転霧化静電塗装機はまた、回転霧化頭１０の背後からその周囲に向けてシェーピングエアを吐出する複数のエア吐出口１５ａを有するリング部材１５を備えており、該リング部材１５は、前記塗装機本体１４の前端に結合されている。

上記モータ１１は、ここではエアモータからなっており、その出力軸である中空の回転軸１６がモータケーシング１１ａから前方へ引き出されている。中空の回転軸１６の先端部には雌ネジが形成されており、前記回転霧化頭１０が該回転軸１６の先端部に螺合されている。モータケーシング１１ａは金属からなっており、このモータケーシング１１ａには、前記高電圧発生器から内部ケーブルを経て静電高電圧（一例として、−９０ｋＶ）が供給されるようになっている。塗料フィードチューブ１２は、前記モータ１１の中空の回転軸１６を挿通して延ばされ、その先端部のノズル部１２ａを回転霧化頭１０の内底部に挿入させている。

回転霧化頭１０の内底部は円板状のハブ２０によって仕切られており、このハブ２０によって仕切られた室２１内に前記塗料フィードチューブ１２のノズル部１２ａが導入されている。ハブ２０は、その背面中央に前記ノズル部１２ａと正対するセンターコーン２２を備えると共に、回転霧化頭１０の内面との連接部位に円周方向に等配して多数の塗料供給通路２３を備えている。塗料フィードチューブ１２から回転霧化頭１０に供給された塗料２４（図２）は、前記ハブ２０の背面のセンターコーン２２に衝突して周辺へ拡散し、塗料供給通路２３を通過して回転霧化頭１０の前側のカップ内面（塗料通路面）２５に供給される。このとき、回転霧化頭１０が高速で回転することで、カップ内面２５に供給された塗料２４に遠心力が働き、塗料２４は、カップ内面２５に沿って回転霧化頭１０の先端（塗料放出端）２６に向けて流動する。回転霧化頭１０の塗料放出端２６には、前記したように多数のＶ溝２（図４）が形成されており、塗料２４はこのＶ溝２を通して放出される。

上記回転霧化頭１０のカップ内面２５には、該カップ内面２５に沿って流動する塗料２４を溜めるダム部２７が設けられている。ダム部２７は、ここでは、回転霧化頭１０の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体２８からなっており、該環状壁体２８の外周は回転霧化頭１０のカップ内面２５に連接している。しかして、この環状壁体２８の、回転霧化頭１０のカップ内面２５との連接部位には、円周方向に等配して多数の塗料吐出通路２９が設けられている。回転霧化頭１０が高速で回転することで、前記ダム部２７に溜まった塗料２４に遠心力が働き、この遠心力によって該ダム２７内の塗料２４に液圧が発生する。そして、この液圧によって塗料吐出通路２９から塗料２４が高速で吐出され、そのまま高速を維持して塗料放出端２６に向かう。

なお、回転霧化頭１０を回転させるモータ１１の種類は任意であり、上記したエアモータに代えて、油圧モータ、電動モータ等を用いることができる。

上記回転霧化静電塗装機を用いて静電塗装を行うに際しては、モータ１１のケーシング１１ａに図示を略す高電圧発生器で発生した静電高電圧を印加しながら、モータ１１により回転霧化頭１０を高速で回転させ、この回転霧化頭１０に塗料供給源から塗料フィードチューブ１２を通じて塗料を送る。すると、この塗料２４は、ハブ２０の背面側から塗料供給通路２３を経て回転霧化頭１０のカップ内面２５に流出し、該カップ内面２５に沿って塗料放出端２６に向けて流動する。

カップ内面２５の途中にはダム部２７が設けられているので、塗料放出端２６に向けて流動する塗料は、このダム部２７に一旦溜まる。この場合、ダム部２７は、回転霧化頭１０の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体２８からなっているので、ダム部２７からの塗料２４の越流が抑えられ、塗料２４はダム部２７に集中的に溜まる。このダム部２７に溜まった塗料２４には回転霧化頭１０の高速回転による遠心力が働いており、これによって該ダム部２７内の塗料２４に液圧が発生し、この液圧によって塗料吐出通路２９から塗料２４が高速で吐出される。この場合、環状壁体２８と回転霧化頭１０のカップ内面２５との連接部位、すなわちダム部２７の底に相当し遠心力が最も作用する部位に塗料吐出通路２９が設けられているので、塗料２４が高圧で塗料吐出通路から押出され、塗料は効率よく加速され、塗料の吐出速度は十分な大きさとなる。そして、塗料吐出通路２９から吐出された塗料２４は、そのまま高速を維持して塗料放出端２６に向かい、該塗料放出端２６に形成されているＶ溝２から高速で放出される。

塗料放出端２６のＶ溝２から放出された塗料２４は、前出図４に示したように液糸３の状態で放出され、その後に分断されて微粒化（霧化）されるが、本実施形態においては、塗料放出端２６から高速で塗料２４が放出されるので、前記液糸３は細い状態で放出される。換言すれば、回転霧化頭１０からの塗料吐出量を増加させても、液糸３が太くなるのが抑えられ、この結果、塗料の微粒化が円滑に進んで、所望の塗膜品質が得られるようになる。また、回転霧化頭１０の回転速度を上げる必要がないので、霧化塗粒の粒径分布のばらつきが抑えられ、しかも、リング部材１５からのシェーピングエアの圧力を高くする必要もないので、良好な塗膜品質並びに塗着効率が得られる。

ここで、理想の粒径分布を得るために必要な液糸３の太さ（径）は、凡そ決まっている（一例として、３０μｍ程度）。また、回転霧化頭１０からの塗料吐出量は液糸３の径と塗料放出速度とによって決まり、したがって目標とする塗料吐出量が決まれば、理想の太さの液糸３を得るために必要な塗料放出速度が分る。一方、塗料放出速度は、ダム部２７に溜まった塗料２４に発生する液圧に依存するので、この液圧を適当に制御することによって、液糸３の大きさを理想の状態に保ちながら目標とする塗料吐出量を得ることができる。この場合、ダム部２７内の塗料２４に発生する液圧は、回転霧化頭１０の回転数およびダム部２７の直径を一定とすれば、ダム部２７に溜まる塗料２４の質量によって決まり、したがって目標とする塗料吐出量に応じてダム部２７（環状壁体２８）の高さを設定すれば、所望の塗膜品質並びに塗着効率を確保しながら塗料吐出量の増加を図ることができるようになる。

図１に示した回転霧化静電塗装機において、回転霧化頭１０のカップ内面２５に設けるダム部２７の設置部位と塗料吐出通路２９の数とを表１に示すように変更して、本発明１および本発明２に係る回転霧化頭（外径７０ｍｍ）を製作した。そして、前記回転霧化頭の回転数を２５０００ｒｐｍに設定して塗料を霧化する霧化実験を行い、粒径測定器によって霧化塗粒の粒径を測定して粒径分布を求めた。また、比較のため、図１に示す回転霧化頭１０においてダム部２７が存在しない既存の回転霧化頭である比較例１についても、同様の霧化実験を行った。

ここで、表１には、塗料通路（本発明１、２ではダム部２７に設けた塗料吐出通路２９、比較例１ではハブ２０に設けた塗料供給通路２３）の口径および数から求めた塗料通路の総有効断面積Ｓ（Ｓ＝口径×数）を併記すると共に、この総有効断面積Ｓと塗料通路を配列したピッチ円径Ｄ（ここでは、ダム部２７の直径、ハブ２０の直径とほぼ同等）との比（Ｓ／Ｄ比）を併記している。また、参考までに、従来自動車ボデーの塗装に多く用いられている一般的な回転霧化頭についても参考例１、２として、対応する数値を併記している。

表１を参照すると、本発明１、２のＳ／Ｄ比が０．３以下となっているのに対し、従来の比較例１および参考例１，２のＳ／Ｄ比は１．０以上となっており、本発明に係る回転霧化頭と従来の回転霧化頭との間には、該Ｓ／Ｄ比に大きな差が認められる、といえる。

図３は、上記した霧化実験の結果を示したものである。同図中、ＳＭＤは平均粒径を、Ｄ１０、Ｄ５０およびＤ９０は体積累積分布１０％、５０％および９０％の粒径をそれぞれ表している。これより、平均粒径ＳＭＤおよび体積累積分布Ｄ１０、Ｄ５０では、本発明１，２と比較例１との間にあまり粒径に差がないものの、体積累積分布Ｄ９０の粒径でみると、明らかに本発明の方が比較例よりも小さくなっている。このことは、本発明の回転霧化頭を用いた場合に、粒径の大きい領域（粗粒領域）の塗粒が少なくなっていることを意味し、ダム部１７を設けたことによる効果が明らかである。この場合、本発明と比較例との構造上の相違は、上記表１に示したＳ／Ｄ比に顕著に表われており、したがって、このＳ／Ｄ比が０．５以下望ましくは０．３以下となるように、塗料通路の口径、数、ピッチ円径を設定するのが望ましいことが分る。

本発明に係る回転霧化静電塗装機の要部構造を示す断面図である。本回転霧化静電塗装機におけるダム部の詳細構造を示す断面図である。本発明の実施例である霧化実験の結果を比較例と対比して示すグラフである。回転霧化静電塗装機による塗料の微粒化メカニズムを模式的に示したもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は回転霧化頭の先端を展開して示す正面図である。

符号の説明

１０回転霧化頭
１１モータ
１２塗料フィードチューブ
１６中空の回転軸
２０ハブ
２３ハブ周りの塗料供給通路
２４塗料
２５回転霧化頭のカップ内面
２６塗料放出端（回転霧化頭の先端）
２７ダム部
２８環状壁体
２９塗料吐出通路

Claims

高電圧が印加され高速で回転するベルカップ形状の回転霧化頭の内底部に塗料フィードチューブから塗料を供給し、該塗料を前記回転霧化頭のカップ内面に沿って流動させてその先端から霧状に放出させる回転霧化静電塗装機において、前記回転霧化頭のカップ内面に、前記回転霧化頭の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体からなり、前記回転霧化頭の先端に向かう塗料を溜める環状のダム部を設けると共に、該ダム部に円周方向に等配して多数の塗料吐出通路を設けたことを特徴とする回転霧化静電塗装機。
塗料吐出通路が、前記環状壁体と前記回転霧化頭のカップ内面との連接部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転霧化静電塗装機。
前記ダム部に設けた塗料吐出通路の総有効断面積Ｓと該塗料吐出通路が配列されたピッチ円の径Ｄとの比Ｓ／Ｄを、０．３以下に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の回転霧化静電塗装機。
高電圧が印加され高速で回転するベルカップ形状の回転霧化頭の内底部に塗料フィードチューブから塗料を供給し、該塗料を前記回転霧化頭のカップ内面に沿って流動させてその先端から霧状に放出させる回転霧化静電塗装方法において、前記回転霧化頭のカップ内面に、前記回転霧化頭の軸に直交する面に壁面を一致させた環状壁体からなる環状のダム部を設けて、該ダム部に回転霧化頭の先端に向かう塗料を一旦溜め、該ダム部に溜まった塗料に遠心力で液圧を発生させて、前記ダム部に円周方向に等配して設けた多数の塗料吐出通路から塗料を吐出させることを特徴とする回転霧化静電塗装方法。