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JP6745987B2 - 静電塗装機 - Google Patents
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Description

本発明は、噴霧した塗料に高電圧を印加して塗装を行うようにした静電塗装機に関する。
一般に、静電塗装機としては回転霧化頭型の静電塗装機が知られている。この静電塗装機は、接地電位に保持され、圧縮エアが供給されることにより回転軸を回転するエアモータと、前記回転軸の前側に設けられると共に接地電位に保持された筒状体からなり、前記エアモータによって回転する間に供給された塗料を前端の放出端縁から噴霧する回転霧化頭と、前記回転霧化頭よりも後側に位置して前記エアモータの外周側に設けられ複数個の電極に負の高電圧が印加されることによって前記回転霧化頭の前記放出端縁から噴霧された塗料粒子を負の電位に帯電させる外部電極部材と、導電性材料を用いて筒状に形成されると共に前端が前記回転霧化頭の長さ方向の中間部位に位置する状態で前記回転霧化頭の外周側に配置され、前記前端に前記回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に向けてシェーピングエアを噴出する多数個のエア噴出孔が周方向の全周に亘って設けられたシェーピングエア噴出部材とを含んで構成されている(特許文献1)。
このように構成された静電塗装機を用いて塗装を行う場合には、エアモータによって回転霧化頭を高速回転させ、この状態で回転霧化頭に塗料を供給する。これにより、回転霧化頭に供給された塗料は、回転霧化頭が回転するときの遠心力によって微粒化され、放出端縁から塗料粒子として噴霧される。このときに、シェーピングエア噴出部材は、各エア噴出孔から噴出されるシェーピングエアを塗料粒子に噴き付ける。これにより、シェーピングエア噴出部材は、塗料粒子の被塗物方向の運動ベクトル成分を制御することで、塗料粒子の噴霧パターンを所望の形状に整える。
さらに、外部電極部材は、各電極に負の高電圧が印加されることにより、回転霧化頭の放出端縁から噴霧された塗料粒子を負極性帯電させる。これにより、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子は、間接的に負極性帯電する。従って、静電塗装機は、帯電した塗料粒子を各電極と被塗物との間に形成された静電界に沿って飛行させ、この塗料粒子を被塗物に塗着させることができる。
特開平8−332418号公報
ここで、静電塗装機は、遠心力によって回転霧化頭から径方向の外側に飛行する塗料粒子に対し、シェーピングエア噴出部材の各エア噴出孔からシェーピングエアを噴き付ける。これにより、塗料粒子の向きを徐々に被塗物に向けつつ塗料粒子を加速させることができる。また、外部電極部材は、噴霧された塗料粒子を各電極によって負極性帯電させることにより、接地電位に保持されている被塗物との間に形成された静電界に沿って塗料粒子を飛行させ、塗着効率を高めている。
しかし、塗料(塗料液糸)が回転霧化頭の放出端縁から切り離されて塗料粒子になった直後は、シェーピングエアが塗料粒子に及ぼす力積が小さい。このため、被塗物に向かう軸方向の運動ベクトル成分は小さく、径方向の外向きの運動ベクトル成分が主である。軸方向の運動ベクトル成分は、シェーピングエアの作用で得られる。しかし、そのシェーピングエアは、環状に配置された有限個の孔から噴出されるため、均一な圧力ではない。また、霧化された塗料粒子の直径寸法および質量にはバラつきがある。このため、塗料粒子の空気抵抗や慣性も異なるので、軸方向の運動ベクトル成分は一定とはならない。
塗料粒子がコロナ放電によって負極性で帯電したとき、この塗料粒子には、被塗物と同じ接地電位であるシェーピングエア噴出部材や回転霧化頭に吸着しようとするクーロン力が働く。一方、塗料粒子には、シェーピングエアを作用させている。しかし、このシェーピングエアによってクーロン力に抗するに十分な軸方向の運動ベクトルが得られていなければ、塗料粒子は、塗装機方向に戻る。この結果、戻された塗料粒子は、塗装機に付着してしまう。
これにより、特許文献1の静電塗装機は、付着した塗料による電気的な短絡を防止するために、高い頻度での洗浄作業が必要になるから、生産性が低下してしまう。特に、自動車の車内のように狭い場所を塗装する場合には、塗料が付着し易くなるという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、回転霧化頭、シェーピングエア噴出部材への塗料の付着を抑制することができるようにした静電塗装機を提供することにある。
本発明は、接地電位に保持され、圧縮エアが供給されることにより回転軸を回転するエアモータと、前記回転軸の前側に設けられると共に接地電位に保持された筒状体からなり、前記エアモータによって回転する間に供給された塗料を前端の放出端縁から噴霧する回転霧化頭と、前記回転霧化頭よりも後側に位置して前記エアモータの外周側に設けられ複数個の電極に負の高電圧が印加されることによって前記回転霧化頭の前記放出端縁から噴霧された塗料粒子を負の電位に帯電させる外部電極部材と、導電性材料を用いて筒状に形成されると共に前端が前記回転霧化頭の長さ方向の中間部位に位置する状態で前記回転霧化頭の外周側に配置され、前記前端に前記回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に向けてシェーピングエアを噴出する多数個のエア噴出孔が周方向の全周に亘って設けられたシェーピングエア噴出部材とを含んで構成された静電塗装機において、前記シェーピングエア噴出部材の前側部位の外周側には、径方向に延びる円環状体からなり、前記外部電極部材の各電極から前記回転霧化頭に向かう電気力線を遮蔽するシールド部材が設けられ、前記シェーピングエア噴出部材の外周側には、前記シェーピングエア噴出部材の外周面を覆う絶縁材料からなる筒状の絶縁部材が設けられ、前記シールド部材と前記絶縁部材との間には、前記シールド部材と前記絶縁部材との間を隔てる位置に円環状の自復性絶縁物または半導電材料からなる放電緩衝部材が設けられていることにある。
本発明によれば、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子を被塗物に向けて飛行させることにより、回転霧化頭、シェーピングエア噴出部材への塗料の付着を抑制することができる。
本発明の第1の実施の形態による間接帯電方式の回転霧化頭型静電塗装機を示す断面図である。 間接帯電方式の回転霧化頭型静電塗装機を示す斜視図である。 回転霧化頭型静電塗装機の前側部分を拡大して示す断面図である。 図3中のシールド部材、絶縁部材、放電緩衝部材等を拡大して示す断面図である。 放電緩衝部材を単体で示す断面図である。 シールド部材、絶縁部材および放電緩衝部材を設けた場合の塗料粒子、シェーピングエア、電気力線等の関係を模式的に示す説明図である。 第2の実施の形態による回転霧化頭型静電塗装機の前側部分を図3と同様位置から見た断面図である。 第1の変形例による放電緩衝部材をシールド部材、絶縁部材等と一緒に図4と同様位置から見た断面図である。 第2の変形例による外部電極部材を備えた回転霧化頭型静電塗装機を示す断面図である。 比較例による塗料粒子、シェーピングエア、電気力線等の関係を模式的に示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態による間接帯電方式の回転霧化頭型静電塗装機について、添付図面に従って詳細に説明する。
図1ないし図6は、本発明の第1の実施の形態を示している。この第1の実施の形態では、シェーピングエア噴出部材の前側部位の外周側から径方向の外側に真直ぐに延びた鍔状(円板状)のシールド部材を備えた回転霧化頭型静電塗装機を例に挙げて説明する。なお、本実施の形態では、後述する回転霧化頭型静電塗装機1について、被塗物17に近い方向(或いは、シェーピングエアの噴出方向)を前側とし、この前側と反対側で被塗物17と離れた方向を後側として配置関係を述べるものとする。
図1において、第1の実施の形態による回転霧化頭型静電塗装機1(以下、単に静電塗装機1という)は、後述の外部電極部材6により回転霧化頭4から噴霧された塗料を高電圧に間接的に帯電させる間接帯電方式の回転霧化頭型静電塗装機として構成されている。静電塗装機1は、例えば塗装ロボットのアーム(図示せず)の先端に取付けられている。
塗装機支持体2は、後述するエアモータ3の外周側で該エアモータ3を取囲み、かつエアモータ3よりも後方に延びて設けられている。塗装機支持体2は、基端側の取付筒部2Aを介して前述したアームの先端に取付けられている。ここで、塗装機支持体2は、例えば剛性を有する絶縁性樹脂材料によって構成されている。
塗装機支持体2の先端側には、前方に開口するように、モータ収容部2Bが設けられ、該モータ収容部2Bの開口側には、めねじ部2Cが設けられている。さらに、塗装機支持体2には、モータ収容部2Bの底部の中央位置(後述する回転軸3Cと同軸)に、後述するフィードチューブ5の基端側が挿嵌される挿嵌孔2Dが設けられている。
エアモータ3は、塗装機支持体2のモータ収容部2B内に設けられている。このエアモータ3は、圧縮エアを動力源として後述の回転軸3Cおよび回転霧化頭4を、例えば3000〜150000rpmの高速で回転させるものである。エアモータ3は、例えばアルミニウム合金等の導電性金属材料によって構成され、接地電位に保持されている。
エアモータ3は、塗装機支持体2の前側に取付けられた段付円筒状のモータケース3Aと、該モータケース3Aの後側寄りに位置して回転可能に収容された例えば羽根車式のタービン3Bと、モータケース3Aの中心位置に回転自在に設けられ、後端側がタービン3Bに取付けられた回転軸3Cとを含んで構成されている。
エアモータ3のモータケース3Aは、回転軸3Cと同軸な円筒体として形成されている。モータケース3Aは、塗装機支持体2のモータ収容部2B内に挿嵌される大径な大径筒3A1と、該大径筒3A1から前方に突出した小径な小径筒3A2とにより段付筒状に形成されている。
モータケース3Aは、塗装機支持体2のモータ収容部2B内に挿嵌されている。この状態で、モータケース3Aは、塗装機支持体2のめねじ部2Cに螺着された円環状のねじ部材3Dによってモータ収容部2B内に固定されている。
回転軸3Cは、モータケース3A内にエア軸受(図示せず)を介して回転自在に支持された中空な筒状体として形成されている。この回転軸3Cは、後端側がタービン3Bの中央に取付けられ、前端側がモータケース3Aから前側に突出している。回転軸3Cの前端部には、螺合等の手段を用いて回転霧化頭4が取付けられている。
回転霧化頭4は、エアモータ3の回転軸3Cの前側に設けられている。回転霧化頭4は、例えばアルミニウム合金等の導電性金属材料によって筒状体として形成され、エアモータ3を通じて接地電位に保持されている。図3に示すように、回転霧化頭4は、例えば長尺な円筒体として形成され、後側が軸方向に直線状に延びた取付部位4Aとなっている。取付部位4Aは、螺合等の手段を用いて回転軸3Cの前端部に取付けられている。
回転霧化頭4の前側は、前方に向けて漸次拡開した拡開部位4Bとなっている。拡開部位4Bの内周面は、供給された塗料を薄膜化する塗料薄膜化面4Cとなっている。また、塗料薄膜化面4Cの先端(前端)は、薄膜化した塗料を塗料粒子として放出する放出端縁4Dとなっている。ここで、回転霧化頭4は、最大の直径寸法、即ち、放出端縁4Dの直径が寸法D(図3参照)に設定されている。
そして、回転霧化頭4は、エアモータ3によって高速回転された状態で、後述のフィードチューブ5を通じて塗料が供給されると、その塗料を塗料薄膜化面4Cで薄膜化しつつ、遠心力によって放出端縁4Dから噴霧する。この場合、放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子は、前方に配置された後述の被塗物17には向かわず、回転霧化頭4の遠心力によって径方向の外側に向けて(放射状に)飛行しようとする。
しかし、放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子は、後側から後述のシェーピングエア噴出部材9によるシェーピングエアが噴き付けられることにより、徐々に前側の被塗物17に向かうように加速される。さらに、放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子は、後述の外部電極部材6によって負極性に帯電させられることにより、接地電位に保持されている被塗物17との間に形成された静電界に沿って飛行することができる。
フィードチューブ5は、回転軸3C内に挿通して設けられ、その後端側は、塗装機支持体2の挿嵌孔2D(図1参照)に挿嵌されている。一方、フィードチューブ5の前端側は、回転軸3Cから突出して回転霧化頭4内に延在している。フィードチューブ5内には塗料通路が設けられ、該塗料通路は、色替弁装置等を介して塗料供給源および洗浄流体供給源(いずれも図示せず)に接続されている。これにより、フィードチューブ5は、塗装時に塗料通路を通じて回転霧化頭4に向けて塗料供給源からの塗料を供給すると共に、洗浄時、色替時等には洗浄流体供給源からの洗浄流体(シンナ、空気等)を供給する。
外部電極部材6は、回転霧化頭4よりも後側に位置してエアモータ3の外周側、即ち、塗装機支持体2の外周側に設けられている。外部電極部材6は、後述する複数個の電極6Cに負の高電圧(例えば、−30〜−150kV)が印加されることによって、回転霧化頭4の放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子を負の電位に帯電させるものである。
外部電極部材6は、塗装機支持体2の外周側に設けられ絶縁性樹脂材料からなる環状の外部電極支持筒体6Aと、該外部電極支持筒体6Aに周方向に等間隔で複数個(例えば8個〜20個)配列された電極取付穴6B(2個のみ図示)と、該各電極取付穴6Bにそれぞれ取付けられた電極6Cとを含んで構成されている。外部電極支持筒体6Aの前側には、各電極6Cの針状部6C1に対応する個数の孔6A1が設けられている。
ここで、第1の実施の形態による外部電極部材6は、静電塗装機1を車体の内側のように狭い空間で使用するために、塗装機支持体2の後側寄りで該塗装機支持体2の外周側の近傍位置に設けられている。これに伴い、各電極6Cの針状部6C1は、回転霧化頭4に対して軸方向の後側に大きく離間した位置、即ち、エアモータ3の外周側に配置されている。さらに、各電極6Cの針状部6C1は、後述の外側カバー部材8の径方向の外側の近傍位置に配置されている。これにより、塗装作業時には、各電極6Cが周囲の部材に干渉するのを抑制することができる。
各電極6Cは、抵抗を介して高電圧発生器(いずれも図示せず)に接続されている。従って、各電極6Cには、高電圧発生器による負の高電圧が印加される構成となっている。これにより、外部電極部材6は、各電極6Cでコロナ放電が生じることによって、回転霧化頭4から噴霧された塗料粒子を負極性に帯電させる。
内側カバー部材7は、例えば絶縁性の樹脂材料を用い、前側に向け円弧状に縮径した筒状体として形成されている。内側カバー部材7は、エアモータ3を取囲むように、外部電極部材6と後述のシェーピングエア噴出部材9との間に設けられている。内側カバー部材7は、後側が塗装機支持体2の外周側に取付けられている。一方、内側カバー部材7は、前側がシェーピングエア噴出部材9の外周面9Bを構成する大径円筒部位9B1の後部に取付けられている。
外側カバー部材8は、内側カバー部材7と同様に、絶縁性の樹脂材料によって前側に向け円弧状に縮径した筒状体として形成されている。外側カバー部材8は、内側カバー部材7のさらに外側からエアモータ3を取囲むように、外部電極部材6とシェーピングエア噴出部材9との間に設けられている。
外側カバー部材8は、後側が内側カバー部材7と外部電極部材6の内周側との間に取付けられている。また、外側カバー部材8は、前側がシェーピングエア噴出部材9の外周面9Bの前,後方向の中間部位に配置されている。この外側カバー部材8は、回転霧化頭4、シェーピングエア噴出部材9等の組立作業または分解作業を行うときに、取外すことができる。
シェーピングエア噴出部材9は、前端が回転霧化頭4の長さ方向の中間部位(拡開部位4Bの後側)に位置する状態で、回転霧化頭4の外周側に配置されている。シェーピングエア噴出部材9は、例えばアルミニウム合金等の導電性金属材料によって構成され、エアモータ3を介して接地電位に保持されている。
シェーピングエア噴出部材9は、回転霧化頭4を取囲む段付状の円筒体として形成されている。シェーピングエア噴出部材9の内周面9Aは、回転霧化頭4の外周面と僅かな隙間をもって対面している。一方、シェーピングエア噴出部材9の外周面9Bは、後側に位置して大径な大径円筒部位9B1と、大径円筒部位9B1の前端から前方に向けて漸次縮径したテーパ部位9B2と、テーパ部位9B2の前端から前方に向けて直線状に延びた小径な小径円筒部位9B3とからなっている。
大径円筒部位9B1の後部には、内側カバー部材7の前側部位が外嵌状態で取付けられる。テーパ部位9B2と小径円筒部位9B3とは、後述する絶縁部材15によって覆われている。
シェーピングエア噴出部材9の後端部位は、円筒状の取付ねじ部9Cとなり、該取付ねじ部9Cは、塗装機支持体2のめねじ部2Cに螺着されるものである。これにより、シェーピングエア噴出部材9は、取付ねじ部9Cを用いて塗装機支持体2の前側部位に取付けられている。
さらに、図2ないし図4に示すように、シェーピングエア噴出部材9の前端(前側部位)は、平坦な円環状の前面部位9Dとなっている。この前面部位9Dには、第1のエア噴出孔10と第2のエア噴出孔12が開口して設けられている。前面部位9Dは、回転霧化頭4の拡開部位4Bの後部位置の周囲に配置されている。
第1のエア噴出孔10は、前面部位9Dの外径側寄りに位置して周方向の全周に亘って等間隔で多数個設けられている。この第1のエア噴出孔10は、第1のシェーピングエア通路11を通じて第1のシェーピングエア供給源(図示せず)に接続されている。第1のエア噴出孔10は、第1のシェーピングエアを回転霧化頭4の放出端縁4Dの近傍に向けて噴出するものである。
第2のエア噴出孔12は、第1のエア噴出孔10よりも径方向の内側に位置して前面部位9Dに周方向の全周に亘って等間隔で多数個設けられている。この第2のエア噴出孔12は、第2のシェーピングエア通路13を通じて第2のシェーピングエア供給源(図示せず)に接続されている。第2のエア噴出孔12は、第2のシェーピングエアを回転霧化頭4の背面に向けて噴出するものである。
これにより、第1のエア噴出孔10から噴出される第1のシェーピングエアおよび第2のエア噴出孔12から噴出される第2のシェーピングエアは、回転霧化頭4の放出端縁4Dから放出される塗料の液糸を剪断して塗料粒子の形成を促進すると共に、回転霧化頭4から噴霧された塗料粒子の噴霧パターンを整形する。このとき、第1のシェーピングエアの圧力と第2のシェーピングエアの圧力を適宜調整することによって、噴霧パターンを所望の大きさや形状に変更することができる。さらに、第1,第2のシェーピングエアは、遠心力によって回転霧化頭4の放出端縁4Dから径方向の外側に飛行する塗料粒子に噴き付けられることにより、塗料粒子の向きを徐々に被塗物に向けつつ塗料粒子を加速させる。
次に、第1の実施の形態の特徴部分となるシールド部材14、絶縁部材15、放電緩衝部材16の構成について詳細に述べる。
シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9の前面部位9Dの外周側に位置して、径方向に延びる円環状体として形成されている。このシールド部材14は、外部電極部材6の各電極6Cから回転霧化頭4に向かう電気力線を遮蔽するものである。シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9の外周側、即ち、外周面9Bの小径円筒部位9B3の前部位置から径方向の外向きに延びる円環状の部材、例えば鍔状の板体として形成されている。
シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9と一体に形成されている。これにより、シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9等を介して接地電位に保持されている。
図3、図4に示すように、シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9の前面部位9Dと同一平面をなす前面部14Aと、該前面部14Aと前,後方向の反対側に位置する後面部14Bと、前記前面部14Aと後面部14Bの最外周部となる周縁部14Cとを有している。
ここで、シールド部材14の大きさと配設位置について説明する。まず、シールド部材14の直径寸法E(図3参照)は、回転霧化頭4の放出端縁4Dの直径寸法Dに対し、下記数1のように設定されている。
Figure 0006745987
これにより、塗料粒子は、シェーピングエア噴出部材9から噴出されたシェーピングエアにより、被塗物17に向けて十分に加速される。そして、シールド部材14は、十分に加速された塗料粒子が高電界に曝され帯電するように外部電極部材6の各電極6Cによる電気力線を調整することができる。
また、シールド部材14の軸方向の配設位置、即ち、回転霧化頭4の放出端縁4Dからシールド部材14の前面部14Aまでの後方への距離寸法Fは、下記数2のように設定されている。
Figure 0006745987
この場合、シールド部材14を回転霧化頭4の放出端縁4Dに近い位置に配置、即ち、距離寸法Fを小さくすることで、シールド部材14の直径寸法Eを小さく抑えることができる。これにより、シールド部材14は、コンパクトに形成できるから、車体の内側のように狭い場所でも周囲の部材に干渉することなく塗装することができる。このため、回転霧化頭4とシールド部材14との距離寸法Fは、小さく設定することが望ましい。
一方で、シールド部材14は、前面部14Aとシェーピングエア噴出部材9の前面部位9Dとの段差を小さくする(または無くす)ことにより、付着した塗料の洗浄性を高めることができる。さらに、シールド部材14は、例えば、外部電極部材6の各電極6Cの針状部6C1と回転霧化頭4の放出端縁4Dとを繋ぐ直線を遮る位置に形成されている。
絶縁部材15は、シェーピングエア噴出部材9の外周側に設けられている。絶縁部材15は、シェーピングエア噴出部材9の外周面9Bのテーパ部位9B2と小径円筒部位9B3の外周側を覆うもので、例えば、4フッ化エチレン樹脂等の高絶縁材料(例えば、体積抵抗率が1016〜1018Ωcm)からなる筒状体として形成されている。なお、絶縁部材15は、4フッ化エチレン樹脂以外の高絶縁材料によって形成してもよい。
ここで、絶縁部材15の表面は、電極6Cの針状部6C1(コロナ放電電極)によって発生した帯電イオン粒子がシェーピングエア噴出部材9に向かって延びている電気力線に沿って運動することで帯電する。帯電した絶縁部材15は周囲の電場を変え、針状部6C1(コロナ放電電極)から延びる電気力線をシールド部材14側に移行させ、塗料粒子がより帯電し易い状態にせしめる。また、帯電した絶縁部材15は、同極性に帯電した塗料粒子が意図せずに近付いた場合、電気的に反発力を生じさせ、付着させないことで、汚れを軽減する。
絶縁部材15は、後側に位置してテーパ部位9B2の外周側を覆うテーパカバー部15Aと、前記テーパカバー部15Aの小径となった前部から小径円筒部位9B3の外周側を覆うように前側に延びた筒状カバー部15Bと、前記筒状カバー部15Bの前端から径方向の外向きに延びた拡径部15Cとにより構成されている。拡径部15Cの前面15C1は、後述する放電緩衝部材16の円板部16Aの後面16A2に密着するように当接している。また、拡径部15Cの内径側には、後述する放電緩衝部材16の円筒部16Bが嵌合する嵌合部15C2が形成されている。さらに、拡径部15Cの外周部位15C3は、後述する放電経路Aと放電経路Bとの基点C(図4参照)となっている。
放電緩衝部材16は、シールド部材14と絶縁部材15との間に設けられている。具体的には、放電緩衝部材16は、シールド部材14の後面部14Bと絶縁部材15の拡径部15Cの前面15C1との間に配置されている。また、放電緩衝部材16は、シールド部材14と絶縁部材15との間を隔てる位置に円環状に形成されている。
放電緩衝部材16は、絶縁性材料であって、例えばセラミック等の自復性絶縁物を用いて形成されている。このため、接地されているシェーピングエア噴出部材9に向かって帯電している絶縁部材15から電荷が間欠的に移動する(即ち部分放電する)場合、放電緩衝部材16を介して放電が生じる。放電緩衝部材16は、セラミック以外にも、ガラス、マイカ、アルミナ等の自復性絶縁物を用いて形成することもできる。セラミックからなる放電緩衝部材16は、多孔質な性質を有している。放電緩衝部材16は、その表面に、多孔質構造を利用して空気中の水分を残留させることで、見かけ上の抵抗率を低下させ、半導電材料のように電荷の移動を緩やかに行い、電気的なストレスを緩和することができる。
一方、放電緩衝部材16を半導電材料(例えば、体積抵抗率が102〜108Ωcm)で形成した場合は、電荷の移動が緩やかに安定して行われるため、この方法でも絶縁物の劣化を抑制できる。半導電材料としては、炭素や酸化金属を含有させたPTFE(4フッ化エチレン)、PP(ポリプロピレン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等が適用できる。
図4、図5に示すように、放電緩衝部材16は、シールド部材14の後面部14Bに対面する円環状の板体からなる円板部16Aと、円板部16Aの内径側からシールド部材14と反対側(後側)に延びる円筒部16Bとにより、断面L字状の段付円環状体として構成されている。円板部16Aは、シールド部材14の直径寸法Eよりも大きな直径寸法G(図3参照)を有している。従って、放電緩衝部材16の円板部16Aは、外部電極部材6の各電極6Cの針状部6C1とシールド部材14とを繋ぐ直線を遮る位置に形成されている。これにより、放電緩衝部材16は、絶縁部材15の拡径部15Cと協働してシールド部材14の帯電量を減衰させることができる。また、放電緩衝部材16の円筒部16Bは、シェーピングエア噴出部材9の外周面9Bの小径円筒部位9B3に対して外嵌状態で取付けられている。
円板部16Aは、前面16A1、後面16A2および外周面16A3を有している。前面16A1は、シールド部材14の後面部14Bに密着するように当接している。後面16A2は、絶縁部材15の拡径部15Cの前面15C1に密着するように当接している。一方、円筒部16Bは、内周面16B1、外周面16B2および後面16B3を有している。内周面16B1は、シェーピングエア噴出部材9の外周面9Bの小径円筒部位9B3に外嵌し、外周面16B2と後面16B3は、拡径部15Cの嵌合部15C2に嵌合して当接している。
ここで、放電緩衝部材16は、多孔質な性質を有するセラミックによって形成されている。従って、放電緩衝部材16は、多孔質な性質を利用し、表面に水分等を残留させることができる。特に、塗装を行う塗装ブース内は、高い湿度に保たれているから、表面に水分等が残留し易くなっている。放電緩衝部材16は、表面に残留した水分を利用することにより、微小な帯電または表面での流電を可能とすることができる。これにより、絶縁部材15に帯電した電荷は、放電緩衝部材16の表面の水分を通じて徐々に流れ、シールド部材14に到達することができる。
この場合、絶縁部材15に帯電した電荷を、放電緩衝部材16の表面を介してシールド部材14に対して徐々に流すことで、絶縁部材15とシールド部材14との間での放電を抑制することができる。この上で、絶縁部材15とシールド部材14との間で放電が生じたとしても、これらの間に配置された放電緩衝部材16は、剛性、耐熱性等に優れたセラミックによって形成されているから、放電による電気的劣化が生じることはない。
絶縁部材15に帯電した電荷を、放電緩衝部材16の表面を通じてシールド部材14に到達させるための構成について、図4を参照しつつ述べる。
この場合、絶縁部材15の表面に帯電した電荷が流れる経路としては、拡径部15Cの外周部位15C3を基点Cとし、放電緩衝部材16の円板部16Aの後面16A2、外周面16A3、前面16A1を通ってシールド部材14の周縁部14Cに至る放電経路Aがある。また、基点Cから放電緩衝部材16の円板部16Aの後面16A2、円筒部16Bの外周面16B2、後面16B3を通ってシェーピングエア噴出部材9の外周面9Bに至る放電経路Bがある。
放電経路Bは、円板部16Aの内径側に円筒部16Bを設けたことによって長尺に形成することができる。本実施の形態では、放電経路Aの長さ寸法AL(沿面距離)と放電経路Bの長さ寸法BL(沿面距離)とは、下記数3のように設定されている。
Figure 0006745987
これにより、絶縁部材15に帯電した電荷は、沿面距離が短い放電経路Aを通じてシールド部材14に流すことができる。しかも、放電経路Bは、L字状に屈曲させたことで、平坦面に比較して電荷を流れ難くすることができる。この点においても、絶縁部材15に帯電した電荷がシェーピングエア噴出部材9に流れるのを防止することができる。
次に、静電塗装機1によって被塗物17に塗装を施す場合の動作について説明する。
まず、比較例として、従来技術の静電塗装機101による塗装作業について、図10を参照しつつ述べる。静電塗装機101は、シールド部材14、絶縁部材15、放電緩衝部材16が設けられていない点を除いて、第1の実施の形態による静電塗装機1と同様の構成となっている。
エアモータ3のタービン3Bにタービンエアを供給して回転軸3Cを回転させる。これにより、回転軸3Cと一緒に回転霧化頭4が高速で回転する。この状態で、色替弁装置(図示せず)で選択された塗料をフィードチューブ5の塗料通路から回転霧化頭4に供給する。この塗料は、回転霧化頭4の塗料薄膜化面4Cで薄膜化しつつ、遠心力によって放出端縁4Dから塗料粒子として噴霧することができる。
この場合、図10中の点線18のように、回転霧化頭4の放出端縁4Dから切離された直後の塗料粒子は、前方に配置された被塗物17には向かわず、回転霧化頭4による遠心力で径方向の外側に向け放射状に飛行しようとする。そこで、図10中の一点鎖線の矢示19で示すように、シェーピングエア噴出部材9は、各エア噴出孔10,12から塗料粒子に向けてシェーピングエアを噴き付ける。これにより、シェーピングエア噴出部材9は、エアによる推進力によって塗料粒子を徐々に前側の被塗物17に向かわせつつ、加速させている。また、シェーピングエアは、塗料粒子を微粒化しつつ、塗料粒子の噴霧パターンを整形することができる。
回転霧化頭4の放出端縁4Dから塗料粒子を噴霧したときには、外部電極部材6の各電極6Cに、高電圧発生器による負の高電圧が印加される。各電極6Cは、接地電位に保持されている被塗物17との間に電気力線20を形成すると共に、放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子を負極性に帯電させる。これにより、塗料粒子は、電気力線20に沿わせることで被塗物17に効率よく供給することができる。
しかし、回転霧化頭4、シェーピングエア噴出部材9も接地電位に保持されている。このため、各電極6Cと回転霧化頭4の前端(放出端縁4D)との間に電気力線21が形成され、各電極6Cとシェーピングエア噴出部材9の外周面9Bとの間に電気力線22が形成される。
ここで、各電極6Cから回転霧化頭4に向かう電気力線21は、回転霧化頭4の放出端縁4Dに集中するから、各電極6Cの先端に加え、この放出端縁4Dでも放電(コロナ放電)が生じる。このとき、放電によるイオン粒子が回転霧化頭4の前端位置で塗料粒子に衝突し、塗料粒子は負極性に帯電(衝突帯電)する。このため、回転霧化頭4の前端位置が、塗料粒子が負極性に帯電する帯電領域23(二点鎖線で囲まれた範囲)となる。
これにより、回転霧化頭4の放出端縁4Dから切離された直後の塗料粒子が負極性に帯電してしまう。切離された直後の塗料粒子は、シェーピングエアによる前方への推進力が弱く、径方向の外向きの運動ベクトル成分を有している。しかも、シェーピングエアは、環状に配置された多数個のエア噴出孔10,12から噴出されるものであるから、均一な噴出圧力を得ることは困難である。さらに、霧化された塗料粒子の直径寸法および質量にはバラつきがある。このため、軸方向の運動ベクトル成分は、塗料粒子の空気抵抗や慣性も異なるために一定とはならない。
この状態で塗料粒子が負極性に帯電すると、点線24で示すように、帯電塗料粒子のうち、シェーピングエアの作用が特に弱い塗料粒子は、外部電極部材6の近くに配置された回転霧化頭4、シェーピングエア噴出部材9等にクーロン力によって引き寄せられ、これらに付着し汚染してしまう。
次に、シールド部材14が設けられた静電塗装機1によって塗装を施した場合の電気力線および塗料粒子の飛行状態について、図6を参照しつつ説明する。
回転霧化頭4の放出端縁4Dから塗料粒子を噴霧したときには、外部電極部材6の各電極6Cは、接地電位に保持されている被塗物17との間に電気力線25を形成する。これにより、塗料粒子を電気力線25に沿わせて被塗物17に効率よく供給することができる。
この場合、回転霧化頭4、シェーピングエア噴出部材9も接地電位に保持されている。しかし、回転霧化頭4と各電極6Cとの間には、接地電位に保持されたシールド部材14が設けられている。従って、外部電極部材6の各電極6Cから回転霧化頭4の放出端縁4Dに向かう電気力線をシールド部材14によって遮蔽することができる。具体的には、各電極6Cとシールド部材14の周縁部14Cとの間に電気力線26が形成されることにより、各電極6Cと回転霧化頭4との間の電気力線の密度を希薄にすることができる。
回転霧化頭4によって微粒化された塗料粒子は、遠心力によってシールド部材14から径方向に広がり、電気力線の間隔の狭い高電界領域を通過する。このとき、電気力線に沿って飛行する空気イオン粒子の衝突を受け、塗料粒子は、負極性に帯電する。また、塗料粒子には、シェーピングエアによる力も働いている。
これにより、回転霧化頭4から噴霧された塗料粒子が負極性に帯電する帯電領域27(二点鎖線で囲まれた範囲)は、回転霧化頭4の放出端縁4Dから外側かつ前側に離れた位置に設定することができる。従って、回転霧化頭4の放出端縁4Dから噴霧された塗料粒子は、帯電領域27に達するまでに、シェーピングエアによって被塗物17に向けて加速することができる。これにより、帯電領域27で塗料粒子が負極性に帯電した場合には、塗料粒子が静電塗装機1側に飛行することがないから、塗料粒子の戻りによる静電塗装機1の汚染を防止しつつ、被塗物17への塗着効率を向上することができる。
かくして、第1の実施の形態によれば、シェーピングエア噴出部材9の前面部位9Dの外周側には、径方向に延びる円環状体からなるシールド部材14を設けている。これにより、シールド部材14は、外部電極部材6の各電極6Cから回転霧化頭4に向かう電気力線を遮蔽することができる。このため、塗料粒子は、被塗物17に向けて加速した後に帯電するから、戻り塗料によるシェーピングエア噴出部材9等の汚染を抑制することができる。
この結果、シールド部材14を設けたことによって付着した塗料の洗浄作業を行う頻度を低減することができるから、静電塗装機1を用いて塗装作業を行った場合の生産性を向上することができる。
シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9の外周側から径方向の外向きに延びる円環状の板体として形成している。従って、板体からなるシールド部材14は容易に設けることができ、塗料の付着による汚染を安価に防止することができる。また、薄肉なシールド部材14は、その周縁部14Cに電気力線を集中させることができる。
しかも、シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9と一体に形成されている。このため、シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9を介して接地電位に保持することができる。この上で、シェーピングエア噴出部材9とシールド部材14との取付け隙間に塗料が浸入するような事態を未然に防ぐことができ、洗浄時間を短縮することができる。
一方、第1の実施の形態では、回転霧化頭4と各電極6Cとの間に接地電位に保持されたシールド部材14を設けている。このシールド部材14は、その外径寸法が大きくなるに従って、各電極6Cから噴霧塗料に向けた帯電エネルギの一部を吸収する割合が大きくなる。シールド部材14は、外径寸法が大きいほど塗料粒子の戻りを抑制でき、小さいほど塗料粒子に帯電させ易くなる傾向がある。但し、大小ともに飽和特性があり、汚れにも強く帯電効率も良い最適な外径寸法が選択決定される。この径寸法は回転霧化頭4(ベルカップ)の大きさや所望する塗装時のスプレー有効外径などから決定される。
一方、塗装作業時には、各電極6Cと絶縁部材15の外周面との間に電気力線28が形成される。この電気力線28によって絶縁部材15が高電圧に帯電するから、この絶縁部材15の拡径部15Cとシールド部材14の周縁部14Cとの間で放電が生じてしまう。この放電が繰り返えされると、絶縁部材15の拡径部15Cに電気的劣化が生じる虞がある。
そこで、第1の実施の形態によれば、シールド部材14と絶縁部材15との間には、放電緩衝部材16を設けている。この放電緩衝部材16は、シールド部材14と絶縁部材15との間を隔てる位置に設けられたセラミック(自復性絶縁物)や半導電材料からなる円環状体として構成されている。これによって、絶縁部材15からシールド部材14への放電が生じたとしても、これらの間に配置された放電緩衝部材16は、剛性、耐熱性等に優れたセラミックまたは半導電部材によって形成しているから、放電による電気的劣化を防止できる機能、または徐々に電荷を放電させ部分放電を無くす機能によって、耐久性を向上することができる。
また、放電緩衝部材16は、シールド部材14の後面部14Bに対面する円環状の板体からなる円板部16Aと、円板部16Aの内径側からシールド部材14と反対側(後側)に延びる円筒部16Bとにより構成している。従って、絶縁部材15の表面に帯電した電荷が流れる経路としては、拡径部15Cの外周部位15C3を基点Cとした放電経路Aと放電経路Bとがある。放電経路Aは、基点Cから放電緩衝部材16の円板部16Aの後面16A2、外周面16A3、前面16A1を通ってシールド部材14の周縁部14Cに至る。また、放電経路Bは、基点Cから放電緩衝部材16の円板部16Aの後面16A2、円筒部16Bの外周面16B2、後面16B3を通ってシェーピングエア噴出部材9の外周面9Bに至るものである。この場合、放電経路Bは、円板部16Aと円筒部16Bとによって放電経路Aよりも長尺に形成している。この点においても、放電経路Bで流電することによる絶縁部材15の電気的劣化を防止でき、耐久性や信頼性を向上することができる。
エアモータ3の外周側には、エアモータ3を取囲み、かつエアモータ3よりも後方に延びた塗装機支持体2が設けられている。また、外部電極部材6は、塗装機支持体2の外周側に設けられ絶縁性樹脂材料からなる環状の外部電極支持筒体6Aと、該外部電極支持筒体6Aの前端側に周方向に配列された複数個の電極6Cとを含んで構成されている。これにより、塗装機支持体2の外周側に外部電極部材6を絶縁状態で配置することができる。また、複数個の電極6Cをコンパクトに纏めることができるから、外部電極部材6を小型化でき、狭い場所の塗装に適した塗装機とすることができる。
外部電極部材6とシェーピングエア噴出部材9との間には、絶縁性材料によって筒状に形成され、エアモータ3を取囲む内側カバー部材7および外側カバー部材8が設けられている。従って、各カバー部材7,8によってエアモータ3を覆い隠すことができる。また、滑らかな円弧状に形成した外側カバー部材8は、塗料が付着したとしても、付着塗料を短時間で確実に洗浄することができる。
さらに、シールド部材14は、鍔状に形成しているから、その周縁部14Cでは、電気力線26が集中して放電が生じる。この放電によるイオン粒子は、シェーピングエアによる空気の流れによって回転霧化頭4の前方で塗料粒子に衝突する。これにより、塗料粒子が被塗物17に向けて十分に加速した帯電領域27で塗料粒子を帯電させることができる。
次に、図7は本発明の第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、放電緩衝部材は、シェーピングエア噴出部材の周囲を取囲む円環状の筒体として形成されたことにある。この第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図7において、第2の実施の形態によるシールド部材31は、シェーピングエア噴出部材9の外周側を厚肉に形成することにより、シェーピングエア噴出部材9と一体的に設けられている。シールド部材31は、例えば、外部電極部材6の各電極6Cの針状部6C1と回転霧化頭4の放出端縁4Dとを繋ぐ直線を遮る位置まで厚肉に形成されている。この上で、シールド部材31の前端の外周部位は、ほぼ直角な角部31Aとなっている。この角部31Aは、第1の実施の形態によるシールド部材14の周縁部14Cと同様に、各電極6Cと角部31Aとの間に電気力線が形成されることにより、各電極6Cと回転霧化頭4との間の電気力線の密度を希薄にすることができる。
第2の実施の形態による絶縁部材32は、第1の実施の形態による絶縁部材15とほぼ同様に、シェーピングエア噴出部材9の外周側を覆うもので、高絶縁材料からなる筒状体として形成されている。絶縁部材32は、その前端がシールド部材31の角部31Aの近傍に配置され、前側の内周側には、後述する放電緩衝部材33が嵌合する嵌合部32Aが設けられている。
第2の実施の形態による放電緩衝部材33は、第1の実施の形態による放電緩衝部材16と同様に、絶縁性材料であって、例えばセラミック等の自復性絶縁物を用いて形成されている。具体的には、放電緩衝部材33は、シェーピングエア噴出部材9の周囲を取囲む円環状の筒体として形成されている。なお、放電緩衝部材33は、半導電材料を用いて形成してもよい。
放電緩衝部材33の前端部33Aは、外部電極部材6の各電極6Cの針状部6C1とシールド部材31の角部31Aとを繋ぐ直線を遮る位置に形成されている。これにより、各電極6Cからシールド部材14に向かう電気力線による帯電量を減衰することができる。一方、放電緩衝部材33の後端部33Bは、絶縁部材32の嵌合部32Aに挿嵌されている。
ここで、シールド部材31、絶縁部材32および放電緩衝部材33の軸方向(前,後方向)の配置関係について述べる。シールド部材31の角部31Aから放電緩衝部材33の前端部33Aまでを寸法Hとし、放電緩衝部材33の前端部33Aから絶縁部材32の前端までを寸法Jとし、絶縁部材32の前端から放電緩衝部材33の後端部33Bまでを寸法Kとする。この場合、放電緩衝部材33の前端部33Aから絶縁部材32の前端までの寸法Jを基準に、寸法Hと寸法Kについて説明する。即ち、寸法Jと寸法Kとは、下記数4の関係にある。
Figure 0006745987
これにより、絶縁部材32に帯電した電荷は、放電緩衝部材33の表面を沿面距離が短い前側の放電経路を通じ、シールド部材31に流すことができる。また、寸法Hは、下記数5のように設定されている。
Figure 0006745987
即ち、放電緩衝部材33の前端部33Aは、シールド部材31の角部31Aと揃えて配置することができる。
かくして、このように構成された第2の実施の形態においても、前述した第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第2の実施の形態によれば、シールド部材31による凹凸を少なくすることができ、洗浄性を良好にすることができる。
なお、第1の実施の形態では、放電緩衝部材16は、シールド部材14の後面部14Bに対面する円環状の板体からなる円板部16Aと、円板部16Aの内径側からシールド部材14と反対側に延びる円筒部16Bとにより構成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、図8に示す第1の変形例のように構成してもよい。即ち、第1の変形例による放電緩衝部材41は、シールド部材14の後面部14Bに対面する円環状の板体として形成することができる。
第1の実施の形態では、外部電極部材6は、塗装機支持体2の外周側に設けられた環状の外部電極支持筒体6Aと、該外部電極支持筒体6Aに周方向に等間隔で複数個配列された電極取付穴6Bと、該各電極取付穴6Bにそれぞれ取付けられた電極6Cとを含んで構成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、図9に示す第2の変形例のように構成してもよい。即ち、第2の変形例による外部電極部材51は、塗装機支持体2の外周側に設けられた環状の外部電極支持筒体51Aと、該外部電極支持筒体51Aの前部に周方向に等間隔で複数本配列され、前方に向けて延びた電極51Bとを含んで構成されている。これらの構成は、他の実施の形態にも同様に適用できるものである。
第1の実施の形態では、シールド部材14は、シェーピングエア噴出部材9の外周側から径方向の外向きに延びる円環状の板体として形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、シールド部材は、径方向の外側に向けて前方に傾斜させることによりテーパ状に形成してもよい。また、シールド部材は、シェーピングエア噴出部材と別個に設け、嵌合、螺合等の手段を用いてシェーピングエア噴出部材に一体的に取付ける構成としてもよい。
さらに、第2の実施の形態では、絶縁部材32に嵌合部32Aを設け、この嵌合部32Aに放電緩衝部材33を嵌合させる構成とした場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、嵌合部32Aを廃止し、放電緩衝部材33の外周側に絶縁部材32を重ねるように配置する構成としてもよい。また、シェーピングエア噴出部材の外周面に環状凹溝を形成し、この環状凹溝に放電緩衝部材を嵌合させる構成としてもよい。
1 回転霧化頭型静電塗装機
2 塗装機支持体
3 エアモータ
3C 回転軸
4 回転霧化頭
4D 放出端縁(前端)
6,51 外部電極部材
6C,51B 電極
9 シェーピングエア噴出部材
9B 外周面
9D 前面部位(前側部位)
10 第1のエア噴出孔(エア噴出孔)
12 第2のエア噴出孔(エア噴出孔)
14,31 シールド部材
14B 後面部(後面)
15,32 絶縁部材
16,33,41 放電緩衝部材
16A 円板部
16B 円筒部

Claims (4)

  1. 接地電位に保持され、圧縮エアが供給されることにより回転軸を回転するエアモータと、
    前記回転軸の前側に設けられると共に接地電位に保持された筒状体からなり、前記エアモータによって回転する間に供給された塗料を前端の放出端縁から噴霧する回転霧化頭と、
    前記回転霧化頭よりも後側に位置して前記エアモータの外周側に設けられ複数個の電極に負の高電圧が印加されることによって前記回転霧化頭の前記放出端縁から噴霧された塗料粒子を負の電位に帯電させる外部電極部材と、
    導電性材料を用いて筒状に形成されると共に前端が前記回転霧化頭の長さ方向の中間部位に位置する状態で前記回転霧化頭の外周側に配置され、前記前端に前記回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に向けてシェーピングエアを噴出する多数個のエア噴出孔が周方向の全周に亘って設けられたシェーピングエア噴出部材とを含んで構成された静電塗装機において、
    前記シェーピングエア噴出部材の前側部位の外周側には、径方向に延びる円環状体からなり、前記外部電極部材の各電極から前記回転霧化頭に向かう電気力線を遮蔽するシールド部材が設けられ、
    前記シェーピングエア噴出部材の外周側には、前記シェーピングエア噴出部材の外周面を覆う絶縁材料からなる筒状の絶縁部材が設けられ、
    前記シールド部材と前記絶縁部材との間には、前記シールド部材と前記絶縁部材との間を隔てる位置に円環状の自復性絶縁物または半導電材料からなる放電緩衝部材が設けられていることを特徴とする静電塗装機。
  2. 前記シールド部材は、前記シェーピングエア噴出部材の外周側から径方向の外向きに延びる円環状の板体として形成され、
    前記放電緩衝部材は、前記シールド部材の後面部に対面する円環状の板体として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電塗装機。
  3. 前記放電緩衝部材は、前記シールド部材の後面部に対面する円環状の板体からなる円板部と、前記円板部の内径側から前記シールド部材と反対側に延びる円筒部とにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電塗装機。
  4. 前記放電緩衝部材は、前記シェーピングエア噴出部材の周囲を取囲む円環状の筒体として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電塗装機。
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