JP7028593B2 - 塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗装装置に関する。

従来、ベルカップから放出された塗料にシェーピングエアを吹き付けることによって塗料を微粒化（霧化）する塗装装置が知られている。このような塗装装置では、シェーピングエアの随伴流が被塗装物で反射され、塗料粒子（微粒化された塗料）が舞い上げられるので、塗着効率が低下するという不都合があった。

そこで、シェーピングエアを用いない塗装装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の塗装装置は、回転ヘッドから糸状の塗料を放出し、その糸状の塗料を静電微粒化するように構成されている。これにより、シェーピングエアを用いることなく塗料を微粒化することができるので、塗着効率を向上させることが可能である。

特開２０１７－４２７４９号公報

しかしながら、上記した特許文献１では、回転ヘッドから放出される糸状の塗料について検討されておらず、この点において改善の余地がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、回転ヘッドから放出される糸状の塗料を適切に静電微粒化することが可能な塗装装置を提供することである。

本発明による塗装装置は、塗料が供給される回転ヘッドと、回転ヘッドを回転させる駆動部と、回転ヘッドと接地された被塗装物との間に電界を形成するために、回転ヘッドに電圧を印加する電源部とを備える。回転ヘッドは、塗料が遠心力によって外縁部に向けて拡散される拡散面と、外縁部に形成された複数の溝部とを含み、溝部から糸状の塗料を放出するように構成されている。溝部の断面積は、０．００２５πｍｍ ² よりも大きくされている。そして、塗装装置は、糸状の塗料の直径が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定され、糸状の塗料がシェーピングエアによらずに静電微粒化されるように構成されている。

このように構成することによって、糸状の塗料を静電微粒化に適した寸法にすることにより、糸状の塗料を適切に静電微粒化することができる。

上記塗装装置において、糸状の塗料の長さが２ｍｍ以上４６ｍｍ以下に設定されていてもよい。

このように構成すれば、糸状の塗料を静電微粒化に適した寸法にすることにより、糸状の塗料をより適切に静電微粒化することができる。

上記塗装装置において、溝部の断面積は、糸状の塗料の断面積の最大値よりも大きくなるように構成されていてもよい。

このように構成すれば、糸状の塗料の断面積が最大の場合であっても、回転ヘッドの外縁部において塗料が溝部から溢れることを抑制することができる。

上記塗装装置において、溝部は、回転ヘッドの端部まで達するように形成されていてもよい。

このように構成すれば、回転ヘッドの端部まで溝部により塗料を分断することができるので、放出された糸状の塗料が結合されることを抑制することができる。

本発明の塗装装置によれば、回転ヘッドから放出される糸状の塗料を適切に静電微粒化することができる。

本実施形態による塗装装置を説明するための概略構成図である。 図１の塗装装置の回転ヘッドを示した断面図である。 図２の回転ヘッドの先端を示した斜視図である。 図３の回転ヘッドの先端を径方向の外側から見た図である。 図１の塗装装置から放出される糸状の塗料を示した模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１～図５を参照して、本発明の一実施形態による塗装装置１００について説明する。

塗装装置１００は、回転ヘッド１から糸状の塗料Ｐ１を放出するとともに、その糸状の塗料Ｐ１を静電微粒化することにより、塗料粒子（微粒化された塗料）Ｐ２を形成して被塗装物２００に塗着させるように構成されている。なお、被塗装物２００は、たとえば車両のボディである。この塗装装置１００は、図１に示すように、回転ヘッド１と、エアモータ２と、キャップ３と、塗料カートリッジ４と、電圧発生器５とを備えている。

回転ヘッド１は、液体の塗料が供給され、その塗料を遠心力によって放出するように構成されている。この回転ヘッド１は、図２に示すように、円筒状に形成されており、基端側（Ｘ２方向側）に配置される取付部１１と、先端側（Ｘ１方向側）に配置されるヘッド部１２とを含んでいる。なお、回転ヘッド１の直径は、たとえば２０～５０ｍｍである。

取付部１１の内周面には、エアモータ２の回転軸２１が取り付けられている。回転軸２１は、中空状に形成され、内部に塗料供給管６が配置されている。塗料供給管６は、塗料カートリッジ４に格納された塗料をヘッド部１２に供給するために設けられており、先端６１にノズル（図示省略）が形成されている。

ヘッド部１２は、内面１２ａおよび外面１２ｂを有し、内面１２ａが先端側に向けて拡径するように形成されている。内面１２ａの中央には軸方向から見て円形の凹部１２１が形成され、その凹部１２１を塞ぐようにハブ１３が設けられている。このため、凹部１２１およびハブ１３により塗料空間Ｓが区画され、塗料空間Ｓには塗料供給管６の先端６１が臨むように配置されている。ハブ１３の外縁部には、塗料空間Ｓから塗料を流出させるための流出孔１３ａが形成されている。

そして、流出孔１３ａに対して径方向の外側の内面１２ａが、塗料が遠心力により拡散される拡散面１２２として機能する。この拡散面１２２は、先端側に向けて拡径するように形成されている。また、拡散面１２２の外縁部１２２ａには、溝部１２３（図３および図４参照）が形成されている。なお、図２では見やすさを考慮して溝部１２３の図示を省略している。

溝部１２３は、塗料を糸状にして放出するために設けられている。溝部１２３は、径方向側に延びるように形成されるとともに、周方向に複数設けられている。なお、周方向は、回転ヘッド１の回転方向であり、径方向は、回転ヘッド１の軸方向と直交する方向である。また、溝部１２３の数は、たとえば６００～１２００個である。この溝部１２３は、断面がＶ字状（三角形状）に形成され、回転ヘッド１の端部まで達するように形成されている。このため、溝部１２３の断面が外面１２ｂに現れており、回転ヘッド１の先端が外面１２ｂ側から見て凹凸状になっている。

エアモータ２（図１参照）は、回転ヘッド１を回転させるために設けられている。このエアモータ２は、回転可能な回転軸２１を有し、その回転軸２１が回転ヘッド１に連結されている。なお、エアモータ２は、本発明の「駆動部」の一例である。

キャップ３は、回転ヘッド１の外周面を覆うように構成され、先端側に向けて縮径するようにテーパ状に形成されている。このキャップ３は、回転ヘッド１の軸方向から見て円環状に形成され、内部に回転ヘッド１が配置されている。すなわち、キャップ３は、回転ヘッド１の周囲を取り囲むように設けられている。

図１に示すように、塗料カートリッジ４は、着脱可能に設けられ、内部に塗料が格納されている。塗料カートリッジ４に格納された塗料は、塗料供給管６（図２参照）を介して回転ヘッド１に供給可能になっている。

電圧発生器５は、負の高電圧を発生させるとともに、その負の高電圧が回転ヘッド１に印加されるように構成されている。この電圧発生器５は、接地された被塗装物２００と回転ヘッド１との間に電界を形成するために設けられている。被塗装物２００と回転ヘッド１との間に電界により、糸状の塗料Ｐ１が静電微粒化されるとともに、帯電された塗料粒子Ｐ２が被塗装物２００に塗着されるようになっている。また、電圧発生器５には電圧制御部７が接続されており、電圧制御部７により電圧発生器５の出力電圧を制御可能である。電圧制御部７は、回転ヘッド１に印加される電圧を制御することにより、回転ヘッド１と被塗装物２００との間の電界強度の変動を抑制するために設けられている。なお、電圧発生器５は、本発明の「電源部」の一例である。

このような塗装装置１００では、回転ヘッド１の溝部１２３（図３参照）から糸状の塗料Ｐ１を放出するとともに、その糸状の塗料Ｐ１を静電気力により微粒化（霧化）するように構成されている。つまり、塗装装置１００では、シェーピングエアを吐出するエア吐出部が設けられていないため、シェーピングエアによらず塗料粒子Ｐ２が形成されるので、被塗装物で反射されたシェーピングエアの随伴流が塗料を舞い上げることがなく、塗着効率を向上させることが可能である。

ここで、本実施形態では、回転ヘッド１から放出される糸状の塗料Ｐ１は、図５に示す直径Ｄが０．０３～０．１ｍｍに設定されている。すなわち、糸状の塗料Ｐ１の直径Ｄは、０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定されている。本実施形態では、シェーピングエアを用いて微粒化する従来の塗装装置に比べて、糸状の塗料Ｐ１が微細化されている。また、糸状の塗料Ｐ１は、長さＬが２～４６ｍｍに設定されている。すなわち、糸状の塗料Ｐ１の長さＬは、２ｍｍ以上４６ｍｍ以下に設定されている。なお、長さＬは、糸状の塗料Ｐ１の延びる方向における長さである。また、直径Ｄおよび長さＬの数値範囲は、本発明者が行った実験結果などに基づいて特定されたものである。

そして、溝部１２３の断面積は、糸状の塗料Ｐ１の断面積の最大値よりも大きくなるように構成されている。具体的には、溝部１２３の断面積は、０．００２５πｍｍ²よりも大きくなるように構成されている。これにより、糸状の塗料Ｐ１の断面積が最大の場合であっても、回転ヘッド１の外縁部１２２ａ（図３参照）において塗料が溝部１２３から溢れることを抑制可能である。つまり、所定の溝部１２３から放出される糸状の塗料Ｐ１と、所定の溝部１２３近傍の溝部１２３から放出される糸状の塗料Ｐ１とが結合されることを抑制することができる。本実施形態では、溝部１２３の断面は、Ｖ字状（三角形状）に形成されているため、以下の式（１）の関係が成立する。

ｗｄ／２＞π（０．０５）² ・・・（１）
なお、式（１）において、ｗは溝部１２３の幅であり、ｄは溝部１２３の深さであり、πは円周率である。ｗおよびｄの単位はｍｍである。

－塗装時の動作例－
次に、図１～図５を参照して、塗装装置１００の動作例について説明する。

まず、塗装時には、図１に示すように、電圧発生器５により回転ヘッド１に負の高電圧が印加され、被塗装物２００が接地されている。これにより、回転ヘッド１と被塗装物２００との間に電界が形成されている。なお、負の高電圧は、たとえば－３００００～－７００００Ｖである。そして、エアモータ２により回転ヘッド１が高速回転される。なお、回転ヘッド１の回転速度（１分あたりの回転数）は、たとえば１００００～３００００ｒｐｍである。

次に、図２に示すように、塗料供給管６のノズルから液体の塗料が吐出され、塗料空間Ｓに塗料が供給される。なお、ノズルから吐出される塗料の流量は、たとえば１０～３００ｃｃ／ｍｉｎである。塗料空間Ｓに供給された塗料は、遠心力により流出孔１３ａから流出される。

そして、流出孔１３ａから流出した塗料は、遠心力により拡散面１２２に沿って径方向の外側に流れる。その拡散面１２２に沿って流れる塗料は膜状になり、外縁部１２２ａに到達して溝部１２３（図３および図４参照）に供給される。この外縁部１２２ａでは塗料が溝部１２３から溢れておらず、各溝部１２３内の塗料は隣接する溝部１２３内の塗料と分離されている。すなわち、膜状の塗料が溝部１２３により周方向において分断される。なお、膜状の塗料は遠心力によって膜厚が均一化されており、各溝部１２３に塗料がほぼ均等に供給される。溝部１２３を通過する塗料は糸状になり、回転ヘッド１の端部（外面１２ｂに現れた溝部１２３）から放出される。

回転ヘッド１から放出された糸状の塗料Ｐ１は、静電気力によって微粒化される。ここで、糸状の塗料Ｐ１（図５参照）は、直径Ｄが０．０３～０．１ｍｍに設定され、長さＬが２～４６ｍｍに設定される。なお、糸状の塗料Ｐ１の寸法は、塗料の流量および回転ヘッド１の回転速度などに基づいて調整可能である。このように、糸状の塗料Ｐ１を微細化するとともに、体積（表面積）を小さくすることにより、糸状の塗料Ｐ１を適切に静電微粒化することが可能である。なお、静電微粒化されて形成される塗料粒子Ｐ２（図１参照）の粒径は、たとえばザウター平均粒径で２０～３０μｍである。そして、塗料粒子Ｐ２は負に帯電されており、接地された被塗装物２００に引き寄せられる。このため、塗料粒子Ｐ２が被塗装物２００に塗着され、被塗装物２００の表面上に塗装膜（図示省略）が形成される。

また、電圧発生器５により回転ヘッド１に印加される電圧は、電圧制御部７により制御される。具体的には、回転ヘッド１と被塗装物２００との間に流れる電流（放電電流）が一定になるように、電圧発生器５により回転ヘッド１に印加される電圧が電圧制御部７により調整される。このため、回転ヘッド１と被塗装物２００との距離が小さくなり、放電電流が大きくなった場合には、その放電電流の変化を打ち消すように、回転ヘッド１に印加される電圧が低くされる。一方、回転ヘッド１と被塗装物２００との距離が大きくなり、放電電流が小さくなった場合には、その放電電流の変化を打ち消すように、回転ヘッド１に印加される電圧が高くされる。これにより、回転ヘッド１と被塗装物２００との間の電界強度の変動を抑制することが可能である。

－効果－
本実施形態では、上記のように、回転ヘッド１から糸状の塗料Ｐ１を放出するとともに、糸状の塗料Ｐ１の直径Ｄを０．０３～０．１ｍｍに設定することによって、シェーピングエアを用いて微粒化する従来の塗装装置に比べて、糸状の塗料Ｐ１が微細化されているので、糸状の塗料Ｐ１を適切に静電微粒化することができる。したがって、シェーピングエアを用いることなく塗料を微粒化することができるので、塗着効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、糸状の塗料Ｐ１の長さＬを２～４６ｍｍに設定することによって、糸状の塗料Ｐ１の体積（表面積）を静電微粒化に適したものにすることができるので、糸状の塗料Ｐ１をより適切に静電微粒化することができる。

また、本実施形態では、溝部１２３の断面積を糸状の塗料Ｐ１の断面積の最大値よりも大きくすることによって、糸状の塗料Ｐ１の断面積が最大の場合（直径Ｄが０．１ｍｍの場合）であっても、回転ヘッド１の外縁部１２２ａにおいて塗料が溝部１２３から溢れることを抑制することができる。これにより、拡散面１２２を伝う膜状の塗料が溝部１２３により分断されるので、回転ヘッド１の溝部１２３から糸状の塗料Ｐ１を放出することができる。すなわち、所定の溝部１２３から放出される糸状の塗料Ｐ１と、所定の溝部１２３近傍の溝部１２３から放出される糸状の塗料Ｐ１とが結合されることを抑制することができる。

また、本実施形態では、回転ヘッド１の端部まで達するように溝部１２３を形成することによって、塗料が回転ヘッド１の端部に達するまで溝部１２３により塗料を分断することができるので、放出された糸状の塗料Ｐ１が結合されることを抑制することができる。

また、本実施形態では、放電電流が一定になるように、電圧発生器５の出力電圧を電圧制御部７により制御することによって、回転ヘッド１と被塗装物２００との間の電界強度の変動を抑制することができるので、静電気力による微粒化性能を安定させることができる。

また、本実施形態では、回転ヘッド１を円筒状に形成するとともに、先端側に向けて縮径するテーパ状のキャップ３を設けることによって、回転ヘッドがカップ状である場合と異なり、回転ヘッド１の回転に起因して、回転ヘッド１の周囲にエアの乱れが発生することを抑制することができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態において、塗料は、水性塗料であってもよいし、溶剤系塗料であってもよい。

また、本実施形態では、溝部１２３の断面がＶ字状である例を示したが、これに限らず、溝部の断面がＵ字状などのその他の形状であってもよい。

また、本実施形態において、溝部１２３の深さｄおよび幅ｗが径方向（溝部１２３の延びる方向）において一定であってもよい。すなわち、溝部１２３の断面積が径方向において一定であってもよい。また、溝部１２３の深さｄおよび幅ｗが径方向の内側から外側に向けて徐々に大きくなるようにしてもよい。すなわち、溝部１２３の断面積が径方向の内側から外側に向けて徐々に大きくなるようにしてもよい。この場合には、溝部１２３の径方向外側端部の断面積（溝部１２３において最も広い断面積）が、糸状の塗料Ｐ１の断面積の最大値よりも大きくなるように構成されていればよい。

本発明は、塗料が供給される回転ヘッドと、回転ヘッドを回転させる駆動部と、回転ヘッドと接地された被塗装物との間に電界を形成するために、回転ヘッドに電圧を印加する電源部とを備える塗装装置に利用可能である。

１ 回転ヘッド
２ エアモータ（駆動部）
５ 電圧発生器（電源部）
１００ 塗装装置
１２２ 拡散面
１２２ａ 外縁部
１２３ 溝部
２００ 被塗装物

Claims (3)

1. 塗料が供給される回転ヘッドと、
   前記回転ヘッドを回転させる駆動部と、
   前記回転ヘッドと接地された被塗装物との間に電界を形成するために、前記回転ヘッドに電圧を印加する電源部とを備える塗装装置であって、
   前記回転ヘッドは、塗料が遠心力によって外縁部に向けて拡散される拡散面と、前記外縁部に形成された複数の溝部とを含み、前記溝部から糸状の塗料を放出するように構成され、
   前記溝部の断面積は、０．００２５πｍｍ ² よりも大きくされ、
   前記糸状の塗料の直径が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定され、前記糸状の塗料がシェーピングエアによらずに静電微粒化されるように構成されていることを特徴とする塗装装置。
2. 請求項１に記載の塗装装置において、
   前記糸状の塗料の長さが２ｍｍ以上４６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする塗装装置。
3. 請求項１または２に記載の塗装装置において、
   前記溝部は、前記回転ヘッドの端部まで達するように形成されていることを特徴とする塗装装置。

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