特開 2024-13578 塗装装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013578

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】塗装装置

(51)【国際特許分類】

   B05B 5/04 20060101AFI20240125BHJP

   B05B 3/10 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B05B5/04 A

B05B3/10 B

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115766

(22)【出願日】2022-07-20

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】505056845

【氏名又は名称】アーベーベー・シュバイツ・アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＡＢＢ Ｓｃｈｗｅｉｚ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｕｇｇｅｒｓｔｒａｓｓｅ ６６， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110002457

【氏名又は名称】弁理士法人広和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山内 邦治

【テーマコード（参考）】

4F033

4F034

【Ｆターム（参考）】

4F033PA11

4F033PB02

4F033PB16

4F033PC02

4F033PD01

4F034AA03

4F034BA22

4F034BB02

4F034BB04

4F034BB07

4F034BB13

4F034BB25

(57)【要約】

【課題】 塗料の粘度を低く抑えることにより、安定的に塗料を微粒化できるようにして塗装品質を向上する。
【解決手段】 塗料供給源となるカートリッジ１１の塗料室１４から回転霧化頭６におよぶ塗料供給路１６Ａには、回転霧化頭６から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段として第１剪断部材２１または第２剪断部材２２が設けられている。この第１剪断部材２１、第２剪断部材２２は、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ^２以下の複数の微細孔２１Ｂ，２２Ｂを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアモータによって回転される中空な回転軸の先端に塗料を噴霧する回転霧化頭を有し、前記回転軸に挿通されたフィードチューブから前記回転霧化頭に向けて塗料を供給する回転霧化頭型塗装機と、
前記回転霧化頭型塗装機に向けて塗料を供給する塗料供給源と、
前記塗料供給源から前記回転霧化頭におよぶ塗料供給路と、
を備えてなる塗装装置において、
前記塗料供給路には、前記回転霧化頭から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段が設けられていることを特徴とする塗装装置。

【請求項2】

請求項１に記載の塗装装置において、
前記塗料微粒化手段は、前記フィードチューブ内の前記塗料供給路を遮る位置に設けられ、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ^２以下の複数の微細孔を備えた剪断部材であることを特徴とする塗装装置。

【請求項3】

請求項１に記載の塗装装置において、
前記回転霧化頭は、前記回転軸の先端部に取付けられ、前面が前方に向けて拡開した塗料延面となったカップ部と、前記カップ部の内側に設けられ、前記塗料延面との間に全周に亘って隙間部を形成する対向面を備えたハブ部と、からなり、
前記塗料微粒化手段は、前記塗料延面と前記対向面との間の隙間寸法が０．２ｍｍ未満に設定された前記隙間部であることを特徴とする塗装装置。

【請求項4】

請求項１に記載の塗装装置において、
前記塗料微粒化手段は、前記塗料供給路に設けられた孔径が２０μｍ以下の網目状の微粒化部材であることを特徴とする塗装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転霧化頭型塗装機を備えた塗装装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、自動車のボディ等の被塗物を塗装する塗装装置は、塗装用ロボット等のアーム部の先端に取付けられている。塗装装置は、回転霧化頭から被塗物に向けて塗料を噴霧する回転霧化頭型塗装機と、回転霧化頭型塗装機に向けて塗料を供給する塗料供給源と、塗料供給源から回転霧化頭におよぶ塗料供給路と、を備えている。

【0003】

回転霧化頭型塗装機は、エアモータによって回転される中空な回転軸の先端に塗料を噴霧する回転霧化頭を有し、回転軸に挿通されたフィードチューブから回転霧化頭に向けて塗料を供給する構成となっている。

【0004】

ここで、品質の高い塗装を安定的に行うには、回転霧化頭から噴霧される塗料（塗料粒子）を微粒化する必要がある。塗料を微粒化する手段の１つとしては、回転霧化頭の回転数を高めることがある。しかし、回転霧化頭の回転数を高めた場合、回転霧化頭から放出される塗料粒子に作用する遠心力が大きくなる。このために、周囲に向けて放出された塗料粒子が被塗物に向かうように、塗料粒子に向けて多くのシェーピングエアを噴き付ける必要があり、噴霧パターンの制御が難しくなる上に、エアの消費量が増えてランニングコストが嵩んでしまう。

【0005】

一方で、水性塗料は、状態によって粘度が変化するチキソトロピー性を有しているから、溶剤系塗料と比較して粘度が安定せず、塗料を安定的に微粒化させることが難しい。そこで、塗装装置には、塗装環境や塗装方法を制御（管理）することにより、塗料を安定的に微粒化できるようにしたものが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４７８１９７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の塗装装置は、塗料の粘度を制御するために、塗装ブース内の温度や塗装作業に費やす時間を細かく管理している。このため、塗料を微粒化して塗装品質を維持するためには、設備の変更に費用を要する上に、制御に手間を要してしまうという問題がある。

【0008】

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、塗料の粘度を低く抑えることにより、安定的に塗料を微粒化できるようにして塗装品質を向上できるようにした塗装装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、エアモータによって回転される中空な回転軸の先端に塗料を噴霧する回転霧化頭を有し、前記回転軸に挿通されたフィードチューブから前記回転霧化頭に向けて塗料を供給する回転霧化頭型塗装機と、前記回転霧化頭型塗装機に向けて塗料を供給する塗料供給源と、前記塗料供給源から前記回転霧化頭におよぶ塗料供給路と、を備えてなる塗装装置において、前記塗料供給路には、前記回転霧化頭から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段が設けられている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、塗料の粘度を低く抑えることによって安定的に塗料を微粒化でき、塗装品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る塗装装置を示す断面図である。

【図2】図１中のａ部（剪断部材）を拡大して示す断面図である。

【図3】第１剪断部材を示す斜視図である。

【図4】第２剪断部材を示す斜視図である。

【図5】微細孔と塗料粒子の粒子径との関係を示す説明図（線グラフ）である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る塗装装置を示す全体構成図である。

【図7】図６中の回転霧化頭型塗装機の断面図である。

【図8】図７中のｂ部（隙間部）を拡大して示す断面図である。

【図9】隙間部の隙間寸法と塗料粒子の粒子径との関係を示す説明図（棒グラフ）である。

【図10】本発明の第３の実施形態に係る塗装装置を示す全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態に係る塗装装置について、添付図面に従って詳細に説明する。

【0013】

まず、図１ないし図５は本発明の第１の実施形態を示している。図１において、塗装装置１は、回転霧化頭型塗装機３に対して塗料供給源となるカートリッジ１１が交換可能に取付けられたカートリッジ式の静電塗装装置を構成している。塗装装置１は、例えば、塗装用ロボットの動作アーム（図示せず）に取付けられている。塗装装置１は、ハウジング２、回転霧化頭型塗装機３、カートリッジ１１、フィードチューブ１６、第１剪断部材２１（または第２剪断部材２２）を含んで構成されている。

【0014】

塗装装置１のハウジング２は、塗装用ロボットの動作アームの先端に取付けられている。ハウジング２の前側には、塗装機取付部２Ａが有底の円筒状に形成され、ハウジング２の後側には、カートリッジ取付部２Ｂが有底の円筒状に形成されている。さらに、カートリッジ取付部２Ｂの底部には、後述するカートリッジ１１の塗料室開閉弁１８が嵌合する嵌合穴２Ｃと、押出し液体封止弁１９が接続する弁接続部２Ｄとが形成されている。

【0015】

ハウジング２の中心部には、軸方向に延びて挿通孔２Ｅが設けられている。挿通孔２Ｅには、後述するカートリッジ１１のフィードチューブ１６が挿通される。また、挿通孔２Ｅの先端側は、後述のエアモータ４に設けられた回転軸５内に達している。

【0016】

回転霧化頭型塗装機３は、ハウジング２の塗装機取付部２Ａに取付けられている（以下、塗装機３という）。塗装機３は、モータケース４Ａ、エアタービン４Ｂおよびエア軸受４Ｃからなるエアモータ４と、後部にエアタービン４Ｂが取付けられた状態でエア軸受４Ｃに回転自在に支持された回転軸５と、回転軸５の前端に取付けられ、エアモータ４によって回転されることにより、フィードチューブ１６から供給された塗料を遠心霧化して微粒化し、被塗物に向け噴霧する回転霧化頭６と、を含んで構成されている。エアモータ４は、例えば、光ファイバー（図示せず）を介してエアタービン４Ｂの回転数を検出することにより、回転数が制御される。

【0017】

シェーピングエアリング７は、回転霧化頭６を取囲んだ状態でハウジング２の前側に設けられている。シェーピングエアリング７は、複数個のシェーピングエア噴出孔７Ａから前方に向けてシェーピングエアを噴出する。シェーピングエアは、回転霧化頭６から噴霧される塗料を微粒化しつつ、塗料の塗装パターンを所望の大きさ、形状に整える。

【0018】

高電圧発生器８は、ハウジング２に設けられている。高電圧発生器８は、例えば、コッククロフト回路により構成され、電源装置（図示せず）から供給される電圧を－６０～－１２０ｋＶに昇圧する。そして、高電圧発生器８の出力側は、例えば、エアモータ４に電気的に接続され、これにより、高電圧発生器８は、回転軸５を介して回転霧化頭６に高電圧を印加し、回転霧化頭６に供給される塗料に高電圧を直接帯電させる。

【0019】

複数本の流路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄは、ハウジング２に設けられ、制御エア供給装置や押出し液体供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。複数本の流路９Ａ～９Ｄのうち、代表例として示す流路９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、エアモータ４を制御するためのタービンエア、軸受エア、ブレーキエア、塗料の噴霧パターンを成形するためのシェーピングエア、押出し液体弁１０およびトリガ弁２０を開閉動作させる加圧エア（パイロットエア）が流通するもので、制御エア源（図示せず）に接続されている。

【0020】

また、複数本の流路９Ａ～９Ｄのうち、流路９Ｄは、カートリッジ１１内の塗料を押出すための押出し液体を流通させる。流路９Ｄは、一端が押出し液体供給装置（図示せず）に接続され、他端がハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに形成された弁接続部２Ｄの底部に開口している。

【0021】

押出し液体弁１０は、ハウジング２に設けられている。押出し液体弁１０は、常時は流路９Ｄを遮断し、カートリッジ１１の押出し液体室１５に対する押出し液体の流通を遮断している。また、押出し液体弁１０が開弁したときには、押出し液体弁１０は、押出し液体室１５に対する押出し液体の流通を許し、押出し液体の供給と排出を行う。

【0022】

カートリッジ１１は、ハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに着脱可能に取付けられる。一方で、カートリッジ１１は、塗料の充填や洗浄を行うカートリッジ用塗料充填装置（図示せず）に着脱可能に取付けられる。カートリッジ１１は、後述のタンク１２、ピストン１３、フィードチューブ１６を含んで構成されている。

【0023】

タンク１２は、軸方向の両端が閉塞された円筒状の容器として形成されている。また、タンク１２内には、隔壁をなす円形状のピストン１３が軸方向に変位可能に挿嵌されている。ピストン１３は、タンク１２内を、塗料が充填される前側の塗料室１４と押出し液体が供給、排出される後側の押出し液体室１５とに隔てている。

【0024】

ここで、タンク１２は、押出し液体室１５に供給された押出し液体でピストン１３が押動されることで塗料室１４を縮小し、塗料室１４の塗料を回転霧化頭型塗装機３に向けて供給する塗料供給源を構成している。

【0025】

タンク１２には、押出し液体室１５の後部位置に開口して押出し液体流路１２Ａが形成されている。また、タンク１２の後端部には、カートリッジ１１を把持して搬送するための把持突起１２Ｂが設けられている。一方、タンク１２の前側には、塗料室１４に連通して塗料流路１２Ｃが設けられている。

【0026】

さらに、タンク１２の前側には、後述の塗料室開閉弁１８を取付けるための弁取付穴１２Ｄと、押出し液体封止弁１９を取付けるための弁取付穴１２Ｅと、が設けられている。ここで、カートリッジ１１がカートリッジ用塗料充填装置に取付けられたときに、塗料流路１２Ｃは、カートリッジ用塗料充填装置側の塗料補給源、洗浄流体供給源（いずれも図示せず）と塗料室１４とを連通することができる。

【0027】

フィードチューブ１６は、タンク１２の前部中央位置から軸方向に延びて設けられている。フィードチューブ１６の前側は、挿通孔２Ｅ内を延び、その先端部が回転霧化頭６に向け開口している。また、フィードチューブ１６内には、タンク１２の塗料室１４に連通した状態で塗料供給路１６Ａが形成されている。塗料供給路１６Ａは、塗料供給源としてのタンク１２から回転霧化頭６におよぶ通路である。さらに、フィードチューブ１６には、塗料供給路１６Ａの途中位置に後述の弁座部材１７が設けられている。

【0028】

弁座部材１７は、後述するトリガ弁２０の前側に位置してフィードチューブ１６に設けられている。図２、図３に示すように、弁座部材１７は、トリガ弁２０側となる後側が大径となる段付きの円筒体として形成されている。これにより、弁座部材１７の内周側は、後側が大径通路１７Ａとなり、前側が小径通路１７Ｂとなっている。この大径通路１７Ａと小径通路１７Ｂとは、塗料供給路１６Ａの一部を構成している。そして、大径通路１７Ａと小径通路１７Ｂとの間の段部は、トリガ弁２０の弁体２０Ａが離着座する弁座１７Ｃとなっている。さらに、弁座部材１７には、小径通路１７Ｂの前端部に後述する第１剪断部材２１または第２剪断部材２２が設けられている。

【0029】

塗料室開閉弁１８は、タンク１２の塗料流路１２Ｃの開口端に位置して弁取付穴１２Ｄに設けられている。塗料室開閉弁１８は、カートリッジ１１が分離された状態、カートリッジ１１がハウジング２に取付けられた状態、カートリッジ１１がカートリッジ用塗料充填装置に取付けられただけの状態では、閉弁して塗料流路１２Ｃを遮断している。一方、塗料室開閉弁１８は、カートリッジ１１がカートリッジ用塗料充填装置に取付けられた状態で開弁されることにより、塗料流路１２Ｃを連通させて塗料室１４に塗料や洗浄流体が供給されるのを許す。

【0030】

押出し液体封止弁１９は、タンク１２の押出し液体流路１２Ａの開口端に位置して弁取付穴１２Ｅに設けられている。押出し液体封止弁１９は、カートリッジ１１が分離された状態では、押出し液体流路１２Ａを遮断する逆止め弁として機能している。一方、押出し液体封止弁１９は、タンク１２がハウジング２に取付けられた状態、カートリッジ用塗料充填装置に取付けられた状態では、開弁して押出し液体が流通するのを許す。

【0031】

トリガ弁２０は、タンク１２の前側部位に設けられている。トリガ弁２０は、フィードチューブ１６内の塗料供給路１６Ａを開閉する。トリガ弁２０は、軸方向に変位可能な弁体２０Ａを弁座部材１７の弁座１７Ｃに離着座させることにより、塗料供給路１６Ａを開閉（連通、遮断）する。

【0032】

次に、第１の実施形態の特徴部分となる第１剪断部材２１、第２剪断部材２２の構成および効果について詳細に説明する。なお、第１剪断部材２１、第２剪断部材２２は、各種の塗装条件、例えば、塗料の種類（性質）、流量、塗装環境（温度、湿度等）、回転霧化頭６の形状等によって適宜に選択して用いられる。

【0033】

剪断部材としての第１剪断部材２１は、フィードチューブ１６内の塗料供給路１６Ａを遮る位置、具体的には、塗料供給路１６Ａの一部を構成する弁座部材１７の小径通路１７Ｂに設けられている。第１剪断部材２１は、回転霧化頭６から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段を構成している。

【0034】

第１剪断部材２１は、フィードチューブ１６の塗料供給路１６Ａを遮る円形の閉塞板２１Ａと、閉塞板２１Ａを板厚方向（塗料の流通方向）に貫通した微細孔２１Ｂと、により形成されている。微細孔２１Ｂは、円形をなすように複数個、例えば、１１個配置されている。また、微細孔２１Ｂは、内径寸法が３ｍｍ（φ３ｍｍ）程度の塗料供給路１６Ａと比較して小径な寸法、例えば、内径寸法が０．１５ｍｍ（φ０．１５ｍｍ）に設定されている。これにより、第１剪断部材２１は、１１個の微細孔２１Ｂによって、塗料の流通を許す部分（流通路）の総面積が１．５３ｍｍ^２以下、具体的には、０．１９ｍｍ^２となっている。

【0035】

ここで、水性塗料は、チキソトロピー性を有しているから、塗装環境等によって粘度が安定しない場合がある。しかし、内径寸法が０．１５ｍｍの微細孔２１Ｂは、水性塗料を通過させることで、この塗料に連続的に剪断応力を作用させて粘度を低い値で安定させることができる。また、第１剪断部材２１は、微細孔２１Ｂを１１個設けたことにより、０．１９ｍｍ^２の流路面積を有しており、十分な量の塗料を回転霧化頭６に向けて流通させることができる。

【0036】

図４に示すように、剪断部材としての第２剪断部材２２は、塗装環境、被塗物、塗料の変化に応じ、第１剪断部材２１に換えて用いられる。第２剪断部材２２は、第１剪断部材２１と同様に、回転霧化頭６から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段を構成している。第２剪断部材２２は、閉塞板２２Ａと微細孔２２Ｂとにより形成されている。微細孔２２Ｂは、円形をなすように、例えば、７個配置されている。また、微細孔２２Ｂは、例えば、内径寸法が０．２ｍｍ（φ０．２ｍｍ）に設定されている。これにより、第２剪断部材２２は、０．２２ｍｍ^２の流路面積を有しており、十分な量の塗料を回転霧化頭６に向けて流通させることができる。

【0037】

次に、図５を用いて第１剪断部材２１、第２剪断部材２２による塗料粒子の微粒化の機能について説明する。

【0038】

まず、自動車等の被塗物を塗装する場合、塗装する部位に応じて必要とされる塗装膜の厚みが設定されている。一例として、現在の一般的な自動車の外板塗装のベース工程（色彩目的の塗装工程）では、設定された厚みの塗装膜を得るために、２００ｃｃ／ｍｉｎ程度の塗料流量が必要になる。塗料流量は、２００ｃｃ／ｍｉｎに限定されるものではない。

【0039】

また、回転霧化頭６（エアモータ４）の回転数は、現行の通路（内径寸法が３ｍｍ）を用いて塗装を行う場合でも塗料を所定の粒子径まで微粒化できるように、高い回転数、例えば、２５０００ｒｐｍ以上に設定されている。このように、回転霧化頭６の回転数を高く設定した場合には、遠心力の増大、乱流の発生等によって噴霧塗料の制御が難しくなり、塗着効率が低下してしまう。

【0040】

そこで、第１の実施形態による塗装装置１を用いた塗装テストでは、塗装条件のうち、塗料流量を２００ｃｃ／ｍｉｎとし、回転霧化頭６（エアモータ４）の回転数を２００００ｒｐｍとしている。また、塗料粒子の計測方法の一例としては、塗装装置１と被塗物との間にレーザ式の計測器（図示せず）を配置し、被塗物に向けて飛行する塗料粒子の粒子径を計測する。この場合、計測器で計測することができた塗料粒子の割合を頻度として表示している。換言すると、頻度は、粒子径毎の分布割合と表現することができる。

【0041】

タンク１２から塗料供給路１６Ａを通って回転霧化頭６に供給される塗料には、弁座部材１７を通過するときに、第１剪断部材２１（微細孔２１Ｂ）または第２剪断部材２２（微細孔２２Ｂ）によって連続的に剪断応力が作用する。これにより、チキソトロピー性を有している水性塗料は、粘度が低下し、この低い粘度で安定した状態で回転霧化頭６に供給される。粘度が低い塗料は、低い回転数でも微粒化し易く、塗料粒子の粒子径を小さくすることができる。

【0042】

具体的には、図５の線グラフを見ると、頻度５～１０％における塗装テスト時の粒子径の測定値は、粒子径の小さい方から「第１剪断部材２１－第２剪断部材２２－現行の通路」となる。粒子径の具体的な測定値の平均は、第１剪断部材２１が２１μｍ、第２剪断部材２２が２２μｍ、現行の通路が２３μｍとなり、第１剪断部材２１は、現行の通路よりも２μｍも粒子径を小さくすることができる。この場合、塗装条件にもよるが、粒子径を２μｍ小さくしたことにより、回転霧化頭６（エアモータ４）の回転数を５０００ｒｐｍ程度下げることが可能になる。即ち、第１剪断部材２１、第２剪断部材２２を用いることで、遠心力や乱流を抑えることができるから、噴霧塗料の制御を容易に行うことができる。

【0043】

なお、第１剪断部材２１の微細孔２１Ｂは、内径寸法が０．１５ｍｍの貫通孔を１１個設けることで、全体として０．１９ｍｍ^２の流路面積を有している。また、第２剪断部材２２の微細孔２２Ｂは、内径寸法が０．２ｍｍの貫通孔を７個設けることで、全体として０．２２ｍｍ^２の流路面積を有している。本実施形態では、微細孔の内径寸法、個数は、各種の条件で設定されるものであり、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ^２以下の範囲であれば、上述した組み合わせに限るものではない。この上で、微細孔は、総面積が同じ場合には、内径寸法が小さく、個数が多い方が塗料に剪断応力を効率よく付与することができる。

【0044】

第１の実施形態に係る塗装装置１は、上述の如き構成を有している。次に、塗装装置１によって被塗物に水性塗料を塗装する場合の動作について説明する。

【0045】

塗装を行う場合には、塗料室１４に水性塗料が充填されたカートリッジ１１をハウジング２に取付ける。このときに、フィードチューブ１６を挿通孔２Ｅ、回転軸５内に挿入し、タンク１２をカートリッジ取付部２Ｂに取付ける。ハウジング２にカートリッジ１１を取付けた状態で、エアモータ４のエアタービン４Ｂに圧縮エアを供給し、エアタービン４Ｂと一緒に回転軸５と回転霧化頭６を高速で回転させる。また、高電圧発生器８からエアモータ４、回転軸５を介してフィードチューブ１６に高電圧を印加する。

【0046】

次に、トリガ弁２０を開弁させると共に、押出し液体弁１０を開弁させ、流路９Ｄ、押出し液体流路１２Ａを通じてカートリッジ１１の押出し液体室１５に押出し液体を供給する。これにより、塗料室１４の塗料は、ピストン１３に押し出され、塗料供給路１６Ａを通じて回転霧化頭６に供給される。回転霧化頭６は、フィードチューブ１６から供給された塗料を微粒化しつつ噴霧する。また、シェーピングエアリング７は、回転霧化頭６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き付けることにより、塗料粒子を所望の噴霧パターンに整形しつつ、被塗物に向けて飛行させる。

【0047】

ここで、塗料を微粒化、即ち、塗料粒子の粒子径を小さくするためには、塗料の粘度を的確に制御する必要がある。しかし、粘度が安定しない水性塗料の場合には、塗装ブース内の温度や、塗装作業に費やす時間を細かく管理しなくてはならないから、設備の変更に費用を要する上に、制御に手間を要してしまう。

【0048】

然るに、本実施形態によれば、塗料供給源となるカートリッジ１１の塗料室１４から回転霧化頭６におよぶ塗料供給路１６Ａには、回転霧化頭６から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段として第１剪断部材２１または第２剪断部材２２が設けられている。

【0049】

第１剪断部材２１、第２剪断部材２２は、フィードチューブ１６内の塗料供給路１６Ａを遮る位置に設けられ、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ^２以下の複数の微細孔２１Ｂ，２２Ｂを備えている。これにより、塗料供給路１６Ａを流通する塗料は、微細孔２１Ｂ，２２Ｂによって剪断応力が付与されることで、粘度を下げることができる。

【0050】

従って、回転霧化頭６に供給される塗料の粘度を第１剪断部材２１または第２剪断部材２２によって下げることで、塗料の薄膜化、微粒化を促進させることができ、回転霧化頭６から噴霧される塗料粒子の粒子径を安定的に小さくすることができる。この結果、塗装装置１が被塗物を塗装したときの塗装品質を向上することができる。

【0051】

また、回転霧化頭６の回転数を上げることなく、塗料を微粒化できるから、回転霧化頭６から放出される塗料粒子に作用する遠心力を小さく抑えて塗着効率を向上することができる。さらに、シェーピングエアの噴出量を少なくすることができるから、噴霧パターンを容易に制御できる上に、圧縮エアの消費量を抑えてランニングコストを削減することができる。

【0052】

次に、図６ないし図９は本発明の第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、回転霧化頭は、回転軸の先端部に取付けられ、前面が前方に向けて拡開した塗料延面となったカップ部と、カップ部の内側に設けられ、塗料延面との間に全周に亘って隙間部を形成する対向面を備えたハブ部と、からなり、塗料微粒化手段は、塗料延面と対向面との間の隙間寸法が０．２ｍｍ未満に設定された隙間部である。

【0053】

図６において、第２の実施形態による塗装装置３１は、回転霧化頭型塗装機３２に対して塗料供給源となる色換弁装置４１から塗料を供給する。塗装装置３１は、後述の回転霧化頭型塗装機３２、色換弁装置４１、塗料供給路４２を含んで構成されている。

【0054】

第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機３２（以下、塗装機３２という）は、例えば塗装用ロボットのアーム（図示せず）の先端に取付けられている。図７に示すように、塗装機３２は、後述のハウジング３３、エアモータ３４、回転軸３５、回転霧化頭３６を含んで構成されている。

【0055】

ハウジング３３は、後側が図示しない塗装用ロボットのアームの先端に取付けられている。ハウジング３３の内周側は、前側に開口するモータ収容部３３Ａとなっている。ハウジング３３の前側には、モータ収容部３３Ａの前側を覆うように後述のシェーピングエアリング４０が取付けられている。

【0056】

エアモータ３４は、ハウジング３３のモータ収容部３３Ａ内に設けられている。エアモータ３４は、圧縮エアを動力源として後述の回転軸３５および回転霧化頭３６を高速で回転させる。エアモータ３４は、モータケース３４Ａ、エアタービン３４Ｂおよびエア軸受３４Ｃを含んで構成されている。

【0057】

回転軸３５は、エアモータ３４のモータケース３４Ａに回転自在に支持された中空な筒体として形成されている。回転軸３５は、後側がエアタービン３４Ｂの中央に一体的に取付けられ、前端がモータケース３４Ａから前側に突出している。

【0058】

回転霧化頭３６は、回転軸３５の前端部に取付けられ、エアモータ３４によって回転軸３５と一緒に高速回転される。これにより、回転霧化頭３６は、フィードチューブ４２Ｂから供給される塗料等を噴霧する。回転霧化頭３６は、後述の霧化頭本体３７、ハブ部３８、隙間部３９を含んで構成されている。

【0059】

霧化頭本体３７は、全体形状が前側に向けて拡開するカップ状に形成されている。霧化頭本体３７は、後側に位置して回転軸３５の先端に取付けられる筒状の取付部３７Ａと、取付部３７Ａの前部から前側に向けて拡開したカップ部３７Ｂと、を備えている。また、カップ部３７Ｂの中央には、有底状のハブ取付凹部３７Ｃが形成されている。さらに、カップ部３７Ｂの前面は、前方に向けて拡開したテーパ状の塗料延面３７Ｄとなり、塗料延面３７Ｄの先端（前端）は、塗料延面３７Ｄで薄膜化した塗料を塗料粒子として放出する放出端縁３７Ｅとなっている。

【0060】

ハブ部３８は、霧化頭本体３７のカップ部３７Ｂの内側に設けられている。ハブ部３８は、後側に位置してハブ取付凹部３７Ｃ内に嵌合された嵌合筒部３８Ａと、嵌合筒部３８Ａの前側に設けられた円板部３８Ｂと、嵌合筒部３８Ａと円板部３８Ｂに囲まれた塗料溜り３８Ｃと、嵌合筒部３８Ａと円板部３８Ｂとの間に位置して塗料溜り３８Ｃから径方向に延びて貫通した放出孔３８Ｄと、を備えている。また、円板部３８Ｂの外周面は、霧化頭本体３７の塗料延面３７Ｄと対面した対向面３８Ｅとなっている。対向面３８Ｅは、塗料延面３７Ｄとの間に均一な小さな隙間をもったテーパ面からなり、この塗料延面３７Ｄと対向面３８Ｅの間の隙間が後述の隙間部３９となる。

【0061】

図８に示すように、隙間部３９は、霧化頭本体３７の塗料延面３７Ｄとハブ部３８の対向面３８Ｅとの間に全周に亘って設けられている。隙間部３９は、回転霧化頭３６から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段を構成している。隙間部３９は、塗料延面３７Ｄと対向面３８Ｅとの間の隙間寸法Ｇが０．２ｍｍ未満に設定されている。隙間部３９の隙間寸法Ｇの下限は、０．０３ｍｍ以上に設定されている。

【0062】

後述の色換弁装置４１から塗料供給路４２を通って回転霧化頭３６に供給される塗料には、霧化頭本体３７とハブ部３８との間を通過するときに、隙間部３９によって連続的に剪断応力が作用する。これにより、チキソトロピー性を有している水性塗料は、粘度が低下し、この低い粘度で安定した状態で回転霧化頭３６に供給される。粘度が低い塗料は、低い回転数でも微粒化し易く、塗料粒子の粒子径を小さくすることができる。

【0063】

シェーピングエアリング４０は、回転霧化頭３６を取囲んだ状態でハウジング３３の前側に設けられている。シェーピングエアリング４０は、複数個のシェーピングエア噴出孔４０Ａから前方に向けてシェーピングエアを噴出する。シェーピングエアは、回転霧化頭３６の放出端縁３７Ｅから噴霧される塗料を微粒化しつつ、塗料の塗装パターンを所望の大きさ、形状に整える。

【0064】

図６に示すように、色換弁装置４１は、塗装機３２に向けて塗料を供給する塗料供給源を構成している。色換弁装置４１は、複数種類の塗料、洗浄流体としてのエア、シンナの中から選択した流体を、塗料供給路４２を介して回転霧化頭３６に供給する。

【0065】

塗料供給路４２は、色換弁装置４１から回転霧化頭３６におよぶ通路（管路）である。塗料供給路４２は、塗料配管４２Ａとフィードチューブ４２Ｂとを含んで構成されている。塗料配管４２Ａは、色換弁装置４１と塗装機３２との間に設けられている。図７に示すように、フィードチューブ４２Ｂは、一端が塗料配管４２Ａに接続され、他端が回転軸３５内を前側に延び、回転霧化頭３６内に突出している。

【0066】

塗料ポンプ４３は、塗料供給路４２の塗料配管４２Ａに設けられている。塗料ポンプ４３は、例えば、ギヤポンプ、ロータリポンプ等の容積式ポンプからなり、色換弁装置４１で選択された塗料または洗浄流体を塗装機３２（回転霧化頭３６）に定量供給する。

【0067】

次に、図９を用いて隙間部３９による塗料粒子の微粒化の機能について説明する。

【0068】

図９に示す塗装テストでは、例えば、第１の実施形態の塗装テストと同様に、塗装装置３１と被塗物との間にレーザ式の計測器（図示せず）を配置し、被塗物に向けて飛行する塗料粒子の粒子径を計測している。

【0069】

塗装テストにおける塗装条件は、塗料流量を２００ｃｃ／ｍｉｎとし、回転霧化頭３６（エアモータ３４）の回転数を２００００ｒｐｍとしている。この上で、隙間部３９の隙間寸法Ｇは、現行の隙間寸法となる０．２ｍｍと、塗料粒子を微粒化するための隙間寸法となる０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０３ｍｍとを例示し、粒子径を比較している。

【0070】

色換弁装置４１で選択した塗料は、塗料供給路４２を通じて塗装機３２の回転霧化頭３６に供給され、隙間部３９を通って噴霧される。このときに、隙間部３９の隙間寸法Ｇが現行の０．２ｍｍの場合には、塗料に十分な剪断応力が作用しないために、塗料粒子の粒子径は、２８μｍに留まることになる。

【0071】

一方で、隙間部３９の隙間寸法Ｇが０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０３ｍｍの場合には、塗料に十分な剪断応力を連続的に作用させることができる。これにより、チキソトロピー性を有している水性塗料は、粘度が低下し、この低い粘度で安定した状態で霧化頭本体３７の放出端縁３７Ｅから噴霧される。粘度が低い塗料は、低い回転数でも微粒化し易く、塗料粒子の粒子径を２６μｍまで小さくすることができる。そして、塗料粒子の粒子径を２μｍ小さくしたことにより、回転霧化頭３６（エアモータ３４）の回転数を５０００ｒｐｍ程度下げることが可能になる。即ち、隙間部３９の隙間寸法Ｇを０．０３ｍｍ以上、０．２ｍｍ未満に設定することで、遠心力や乱流を抑えることができ、噴霧塗料の制御を容易に行うことができる。

【0072】

かくして、このように構成された第２の実施形態によれば、回転霧化頭３６は、回転軸３５の先端部に取付けられ、前面が前方に向けて拡開した塗料延面３７Ｄとなったカップ部３７Ｂと、カップ部３７Ｂの内側に設けられ、塗料延面３７Ｄとの間に全周に亘って隙間部３９を形成する対向面３８Ｅを備えたハブ部３８と、からなる。この上で、塗料微粒化手段は、塗料延面３７Ｄと対向面３８Ｅとの間の隙間寸法Ｇが０．２ｍｍ未満に設定された隙間部３９となっている。これにより、回転霧化頭３６を構成する霧化頭本体３７の放出端縁３７Ｅに供給される塗料の粘度を隙間部３９（０．０３ｍｍ以上、０．２ｍｍ未満）によって下げることで、回転霧化頭３６から噴霧される塗料粒子の粒子径を安定的に小さくすることができる。この結果、塗装装置３１が被塗物を塗装したときの塗装品質を向上することができる。

【0073】

次に、図１０は本発明の第３の実施形態を示している。第３の実施形態の特徴は、塗料微粒化手段は、塗料供給路に設けられた孔径が２０μｍ以下の網目状の微粒化部材である。なお、第３の実施形態では、前述した第２の実施形態と同一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。

【0074】

図１０において、塗装装置５１の微粒化部材５２は、塗料微粒化手段を構成している。微粒化部材５２は、塗料供給路４２の塗料配管４２Ａの途中に設けられている。詳しくは、粘度が下げられた状態の塗料が回転霧化頭３６まで達することができるように、微粒化部材５２は、塗料配管４２Ａの塗装機３２寄りに配置されている。微粒化部材５２は、孔径が２０μｍ以下の網目状のエレメント（図示せず）を備えている。具体的には、孔径が１０～２０μｍのエレメントが用いられている。

【0075】

これにより、色換弁装置４１から塗料供給路４２を通って回転霧化頭３６に供給される塗料には、微粒化部材５２を通過するときに、網目状のエレメントによって連続的に剪断応力が作用する。これにより、チキソトロピー性を有している水性塗料は、粘度が低下し、この低い粘度で安定した状態で回転霧化頭３６に供給される。粘度が低い塗料は、低い回転数でも微粒化し易く、塗料粒子の粒子径を小さくすることができる。

【0076】

かくして、このように構成された第３の実施形態によれば、塗料微粒化手段は、塗料供給路４２の塗料配管４２Ａに設けられた孔径が２０μｍ以下の網目状の微粒化部材５２である。これにより、回転霧化頭３６に供給される塗料の粘度を微粒化部材５２によって下げることで、回転霧化頭３６から噴霧される塗料粒子の粒子径を安定的に小さくすることができる。この結果、塗装装置５１が被塗物を塗装したときの塗装品質を向上することができる。

【0077】

第１の実施形態では、回転霧化頭型塗装機３を備えた塗装装置１に、塗料の微粒化を促進するための第１剪断部材２１、第２剪断部材２２を設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、インクジェット塗装機、エア霧化型塗装機等を備えた他の塗装装置に、剪断部材を設ける構成としてもよい。この構成は、第２、第３の実施形態にも同様に適用することができる。

【符号の説明】

【0078】

１，３１，５１ 塗装装置
３，３２ 回転霧化頭型塗装機
４，３４ エアモータ
５，３５ 回転軸
６，３６ 回転霧化頭
１１ カートリッジ
１２ タンク（塗料供給源）
１６，４２Ｂ フィードチューブ
１６Ａ，４２ 塗料供給路
２１ 第１剪断部材（塗料微粒化手段）
２１Ｂ，２２Ｂ 微細孔
２２ 第２剪断部材（塗料微粒化手段）
３７Ｂ カップ部
３７Ｄ 塗料延面
３８ ハブ部
３８Ｅ 対向面
３９ 隙間部（塗料微粒化手段）
４１ 色換弁装置（塗料供給源）
４２Ａ 塗料配管
５２ 微粒化部材（塗料微粒化手段）
Ｇ 隙間部の隙間寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアモータによって回転される中空な回転軸の先端に塗料を噴霧する回転霧化頭を有し、前記回転軸に挿通されたフィードチューブから前記回転霧化頭に向けて塗料を供給する回転霧化頭型塗装機と、
前記回転霧化頭型塗装機に向けて塗料を供給する塗料供給源と、
前記塗料供給源から前記回転霧化頭におよぶ塗料供給路と、
を備えてなる塗装装置において、
前記塗料供給路には、前記回転霧化頭から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段が設けられ、
前記塗料微粒化手段は、前記フィードチューブ内の前記塗料供給路を遮る位置に設けられ、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ ^２ 以下の複数の微細孔を備えた剪断部材であることを特徴とする塗装装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明は、エアモータによって回転される中空な回転軸の先端に塗料を噴霧する回転霧化頭を有し、前記回転軸に挿通されたフィードチューブから前記回転霧化頭に向けて塗料を供給する回転霧化頭型塗装機と、前記回転霧化頭型塗装機に向けて塗料を供給する塗料供給源と、前記塗料供給源から前記回転霧化頭におよぶ塗料供給路と、を備えてなる塗装装置において、前記塗料供給路には、前記回転霧化頭から噴霧される塗料の微粒化を促進するための塗料微粒化手段が設けられ、前記塗料微粒化手段は、前記フィードチューブ内の前記塗料供給路を遮る位置に設けられ、塗料の流通を許す部分の総面積が１．５３ｍｍ ^２ 以下の複数の微細孔を備えた剪断部材であることを特徴とする。