特許 7543521 回転霧化頭型塗装機および静電塗装装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】回転霧化頭型塗装機および静電塗装装置

(51)【国際特許分類】

   B05B 3/10 20060101AFI20240826BHJP

   B05B 5/04 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

B05B3/10 B

B05B5/04 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023186913

(22)【出願日】2023-10-31

【審査請求日】2023-11-06

(73)【特許権者】

【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】寺田 勝

【審査官】吉田 昌弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１３６８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０７０７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４９８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０３５４７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０３３１５５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｂ ３／１０

Ｂ０５Ｂ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮エアを動力源とするエアモータと、
前記エアモータの軸線に沿って前後方向に延びた状態で回転自在に支持され、前端部が前記エアモータから突出した中空な回転軸と、
前記回転軸内を通って前記回転軸の前記前端部まで延びたフィードチューブと、
前記回転軸の前記前端部に取付けられ、カップ状に拡開する外周面と前記フィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と前端に位置して塗料を放出する放出端縁とを有する回転霧化頭と、
前記回転霧化頭の外周側に設けられた円筒状のシェーピングエアリングと、
前記回転霧化頭の外周側に設けられ、前記放出端縁から放出された塗料に向けて第１シェーピングエアを噴出する第１シェーピングエア噴出部と、
を備えてなる回転霧化頭型塗装機において、
前記シェーピングエアリングの内筒面は、少なくとも前記回転霧化頭の前記外周面と対面する前側部分が均等な内径寸法に形成され、
前記第１シェーピングエア噴出部は、前記回転霧化頭の前記外周面の前側部分と前記シェーピングエアリングの前記内筒面との間に環状の隙間として形成され、
前記回転霧化頭の前記外周面の前記前側部分と前記シェーピングエアリングの前記内筒面との間の径方向の隙間寸法は、０．１～１．０ｍｍに設定され、
前記シェーピングエアリングの前端部は、前記回転霧化頭の前記放出端縁から後側に０．１～１０．０ｍｍの位置に配置され、
前記シェーピングエアリングの前記前端部の径方向の幅寸法は、２ｍｍ以下に設定され、
前記シェーピングエアリングの外筒面は、前記シェーピングエアリングの前記前端部から後側に向けて拡開するテーパ角度が前記軸線に対して２５°以下に設定されていることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機において、
前記回転霧化頭の前記外周面のうち、前記シェーピングエアリングの前記内筒面と対面する前記前側部分は、前記放出端縁から後側に向けて縮径する方向の角度が０～１０°に設定されていることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。

【請求項3】

請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機において、
前記シェーピングエアリングは、前記第１シェーピングエア噴出部よりも径方向の外側に位置して前記回転霧化頭を取囲んで配置され、前記放出端縁から放出された塗料に向けて第２シェーピングエアを噴出する第２シェーピングエア噴出部を備え、
前記第２シェーピングエア噴出部は、前記シェーピングエアリングの前記前端部から後側に向けて拡開するテーパ角度が２５°の仮想テーパ面の内側に配置されていることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。

【請求項4】

請求項３に記載の回転霧化頭型塗装機において、
前記第１シェーピングエアの噴出量と前記第２シェーピングエアの噴出量とを制御するシェーピングエア制御装置を備え、
前記シェーピングエア制御装置は、前記回転霧化頭から放出された塗料の噴霧パターンが小径化するように、前記第１シェーピングエアの噴出量と前記第２シェーピングエアの噴出量との割合を制御することを特徴とする回転霧化頭型塗装機。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の回転霧化頭型塗装機を備えた静電塗装装置であって、
前記回転霧化頭から放出される塗料に高電圧を印加する高電圧発生器と、
前記回転霧化頭型塗装機が取り付けられた塗装機移動手段と、
前記塗装機移動手段を制御する移動手段制御装置と、
を備え、
前記移動手段制御装置は、前記放出端縁から塗装対象の塗装面までの塗装距離が９０～１５０ｍｍに保持されるように、前記塗装機移動手段を制御することを特徴とする静電塗装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば自動車のボディを塗装するのに好適に用いられる回転霧化頭型塗装機および静電塗装装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、自動車のボディを塗装する場合には、塗料の塗着効率、塗装仕上りが良好な回転霧化頭型塗装機が用いられている。この回転霧化頭型塗装機は、圧縮エアを動力源とするエアモータと、エアモータの軸線に沿って前後方向に延びた状態で回転自在に支持され、前端部がエアモータから突出した中空な回転軸と、回転軸内を通って回転軸の前端部まで延びたフィードチューブと、回転軸の前端部に取付けられ、カップ状に拡開する外周面とフィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と前端に位置して塗料を放出する放出端縁とを有する回転霧化頭と、回転霧化頭の外周側に設けられた円筒状のシェーピングエアリングと、回転霧化頭の外周側に設けられ、放出端縁から放出された塗料に向けて第１シェーピングエアを噴出する第１シェーピングエア噴出部と、第１シェーピングエア噴出部よりも径方向の外側に位置して回転霧化頭を取囲んで配置され、放出端縁から放出された塗料に向けて第２シェーピングエアを噴出する第２シェーピングエア噴出部と、を備えている（特許文献１）。

【0003】

回転霧化頭型塗装機を用いた塗装では、被塗装物に対する塗着効率を向上させることによる塗料の使用量の削減、塗装ブース等の設備の簡素化による二酸化炭素の排出量の削減、塗装ブースのメンテナンス費用の削減等の効果が期待される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－２３６４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転霧化頭型塗装機を用いた塗装では、回転霧化頭の放出端縁から放出された塗料粒子に向け、第１シェーピングエア噴出部から第１シェーピングエアを噴出し、第２シェーピングエア噴出部から第２シェーピングエアを噴出している。これにより、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子は、整流状態になると共に、均一な膜厚分布が得られる噴霧パターンに成形される。

【0006】

しかし、回転霧化頭型塗装機（回転霧化頭）から被塗装物までの塗装距離は、回転霧化頭と被塗装物との接触防止や塗装機への汚れ防止を考慮して設定される。このような塗装距離では、シェーピングエアによる塗料粒子の直進性が低下する傾向がある。このために、塗料粒子は、被塗装物の表面を流れる空気流によって広範囲に運ばれて被塗装物（塗装面）に到達しないから、塗着効率が低下してしまう。

【0007】

そこで、シェーピングエアの流量を増やすことが考えられるが、この場合には、被塗装物の表面に沿って流れる塗料粒子が増えてしまう。これにより、回転霧化頭から放出された塗料粒子は、シェーピングエアによって生じた乱れの影響を受けることになり、乱れた流れに誘導されて被塗装物まで到達できなくなり、塗着効率が低下してしまう。

【0008】

さらに、高い塗着効率を得るための対策として、塗装距離を短くする方法がある（至近距離塗装、近接塗装等と呼ばれる）。この方法は、シェーピングエアに搬送される塗料粒子の直進性を高めることができるから、塗着効率を向上することができる。しかし、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子の一部は、回転霧化頭の回転による遠心力の影響や、回転霧化頭の半径方向に射出されていることや、回転霧化頭の後方から噴出されるシェーピングエアの乱れに巻き込まれることで、被塗装物まで到達できていないのが現状である。

【0009】

上述した課題を踏まえた上で、塗着効率を低下させる要因となる被塗装物に到達しない塗料粒子の量を大幅に減らすためには、第１に、塗装距離を短くして塗料粒子の直進性を高める、第２に、塗料粒子の飛散を減らすために塗装条件を変更する（例えば、回転霧化頭の回転数を下げる、シェーピングエアの流量を少なくする、塗料の流量を少なくする）、等が考えられる。

【0010】

まず、塗装距離を短くした場合には、被塗装物に対する塗着効率は向上するが、シェーピングエアの乱れが残存しているから、周囲に飛散して被塗装物に到達しない塗料粒子が一定量残ってしまうという問題がある。

【0011】

次に、塗料粒子の飛散を減らすために塗装条件、例えば、回転霧化頭の回転数を下げ過ぎたり、シェーピングエアの流量を少なくし過ぎたりした場合には、回転霧化頭から噴霧される塗料の粒子径が大きくなる傾向が有り、塗装（塗膜）の品質が低下してしまう。これに対し、粒子径が大きくなった塗料粒子を小さくするためには、塗料の粘度を下げる方策がある。しかし、塗料の粘度を下げた場合には、塗膜が垂れ易くなるために塗料の調整が非常に難しくなる。また、塗料の流量を少なくした場合には、塗料の噴霧パターンの幅が小さくなるために、塗装機１台当たりの生産性が下がってしまうという問題がある。

【0012】

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、塗着効率を向上できるようにした回転霧化頭型塗装機および静電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】

【0013】

本発明は、圧縮エアを動力源とするエアモータと、前記エアモータの軸線に沿って前後方向に延びた状態で回転自在に支持され、前端部が前記エアモータから突出した中空な回転軸と、前記回転軸内を通って前記回転軸の前記前端部まで延びたフィードチューブと、前記回転軸の前記前端部に取付けられ、カップ状に拡開する外周面と前記フィードチューブから供給された塗料を拡散する内周面と前端に位置して塗料を放出する放出端縁とを有する回転霧化頭と、前記回転霧化頭の外周側に設けられた円筒状のシェーピングエアリングと、前記回転霧化頭の外周側に設けられ、前記放出端縁から放出された塗料に向けて第１シェーピングエアを噴出する第１シェーピングエア噴出部と、を備えてなる回転霧化頭型塗装機において、前記シェーピングエアリングの内筒面は、少なくとも前記回転霧化頭の前記外周面と対面する前側部分が均等な内径寸法に形成され、前記第１シェーピングエア噴出部は、前記回転霧化頭の前記外周面の前側部分と前記シェーピングエアリングの前記内筒面との間に環状の隙間として形成され、前記回転霧化頭の前記外周面の前記前側部分と前記シェーピングエアリングの前記内筒面との間の径方向の隙間寸法は、０．１～１．０ｍｍに設定され、前記シェーピングエアリングの前端部は、前記回転霧化頭の前記放出端縁から後側に０．１～１０．０ｍｍの位置に配置され、前記シェーピングエアリングの前記前端部の径方向の幅寸法は、２ｍｍ以下に設定され、前記シェーピングエアリングの外筒面は、前記シェーピングエアリングの前記前端部から後側に向けて拡開するテーパ角度が前記軸線に対して２５°以下に設定されている。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、塗着効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る回転霧化頭型塗装機を示す断面図である。

【図2】各部の寸法を拡大して示す断面図である。

【図3】シェーピングエアリングの前端部の幅寸法を２ｍｍ以下に設定した場合の空気の流れを示す説明図である。

【図4】シェーピングエアリングの前端部の幅寸法を２ｍｍよりも大きく設定した場合の空気の流れを比較例として示す説明図である。

【図5】第１の変形例による第２シェーピングエア噴出部を示す断面図である。

【図6】第２の変形例による第２シェーピングエア噴出部を示す断面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る回転霧化頭型塗装機を示す構成図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る静電塗装装置を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態に係る回転霧化頭型塗装機および静電塗装装置を、添付図面に従って詳細に説明する。

【0017】

図１ないし図４は、本発明の第１の実施形態を示している。回転霧化頭型塗装機には、噴霧する塗料に高電圧を印加して塗装を行う静電塗装機と、塗料に高電圧を印加することなく塗装を行う非静電塗装機とが存在している。これから述べる実施形態では、塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機として構成された回転霧化頭型塗装機を例に挙げて説明する。非静電塗装機に適用した場合でも、シェーピングエアの流れについては同様の効果を得ることができる。

【0018】

図１において、本発明の第１の実施形態に係る回転霧化頭型塗装機１は、高電圧発生器（図示せず）により塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機として構成されている。回転霧化頭型塗装機１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。回転霧化頭型塗装機１は、後述のハウジング２、エアモータ３、回転軸４、フィードチューブ５、回転霧化頭６、シェーピングエアリング７、第１シェーピングエア噴出部８、第２シェーピングエア噴出部９を含んで構成されている。

【0019】

ハウジング２は、筒状体として形成され、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２の内周側には、エアモータ３を収容するためのモータ収容部（図示せず）が前側に向けて開口している。ここで、モータ収容部は、円形の段付き穴からなり、その中心に前後方向に延びた軸線Ｏ－Ｏを有している。この軸線Ｏ－Ｏは、エアモータ３、回転軸４、回転霧化頭６の回転軸（中心軸）となっている。さらに、ハウジング２の前側には、シェーピングエアリング７が設けられている。

【0020】

エアモータ３は、ハウジング２内に軸線Ｏ－Ｏ上に設けられている。エアモータ３は、圧縮エアを動力源として回転軸４および回転霧化頭６を、例えば、３ｋ～１００ｋｒｐｍの高速で回転するものである。エアモータ３は、ハウジング２のモータ収容部に取付けられた段付円筒状のモータケース３Ａと、モータケース３Ａの後側に回転可能に設けられたタービンと、モータケース３Ａに設けられ回転軸４を回転可能に支持するエア軸受（いずれも図示せず）と、を備えている。タービンは、供給されるタービンエアの流量に応じて回転数、即ち、回転霧化頭６の回転数が制御される。

【0021】

回転軸４は、エアモータ３の軸線Ｏ－Ｏと同軸に前後方向に延びた状態で、エア軸受を介して回転自在に支持されている。回転軸４は、中空な筒体として形成され、後部がタービンの中央に一体的に取付けられ、前部４Ａがモータケース３Ａから突出している。回転軸４の前部４Ａには、回転霧化頭６が取付けられている。

【0022】

フィードチューブ５は、回転軸４内を通って回転軸４の前部４Ａまで延びている。フィードチューブ５の前側は、回転軸４の前部４Ａから突出して回転霧化頭６内に延在している。フィードチューブ５の後端側は、ハウジング２の中央位置に固定的に取付けられている。

【0023】

フィードチューブ５は、同軸に配置された２重管として形成されている。この２重管の中央の流路が塗料流路５Ａとなり、外側の環状流路が洗浄流体流路５Ｂとなっている。また、塗料流路５Ａと洗浄流体流路５Ｂは、それぞれ、塗料、洗浄流体（シンナ、エア等）の供給源（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、塗装作業を行うときに塗料流路５Ａから回転霧化頭６に向けて塗料を供給する。一方、フィードチューブ５は、付着塗料の洗浄作業を行うときに洗浄流体流路５Ｂから回転霧化頭６に向けて洗浄流体を供給する。なお、フィードチューブは、１本の流路を塗料と洗浄流体との両方で切換えて使用する構成としてもよい。

【0024】

回転霧化頭６は、フィードチューブ５から供給された塗料を微粒化して噴霧する。回転霧化頭６は、後側の取付部６Ａが回転軸４の前部４Ａに取付けられている。回転霧化頭６は、エアモータ３によって回転軸４と一緒に高速回転される。

【0025】

回転霧化頭６は、取付部６Ａから前側に向けカップ状に拡開する外周面６Ｂと、前側に向け漏斗状に拡開することによりフィードチューブ５から供給された塗料を薄膜化しつつ拡散する塗料薄膜化面をなす内周面６Ｃと、を備えている。また、内周面６Ｃの前端は、回転霧化頭６の回転時に内周面６Ｃで拡散された塗料を放出する放出端縁６Ｄとなっている。

【0026】

一方、回転霧化頭６の内側には、内周面６Ｃの奥部（取付部６Ａ寄り）に位置して円板状のハブ部材６Ｅが設けられている。このハブ部材６Ｅは、フィードチューブ５から供給された塗料を内周面６Ｃに円滑に導くことができる。さらに、回転霧化頭６の外周面６Ｂのうち、放出端縁６Ｄ側の前側部分６Ｆは、後述するシェーピングエアリング７の内筒面７Ａと径方向で対面している。

【0027】

ここで、回転霧化頭６の前側部分６Ｆの形状について詳述する。図２に示すように、前側部分６Ｆは、前後方向で均等な外径寸法を有した形状（シェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの隙間寸法が一定になる形状）が好ましい。この場合、前側部分６Ｆの前端となる放出端縁６Ｄとの境界位置を点Ｐ１とすると、前側部分６Ｆは、この点Ｐ１を通って軸線Ｏ－Ｏと平行に延びた直線Ａに沿って形成されるのが好ましい。一方、前側部分６Ｆは、後側に向けて縮径する方向への傾斜（テーパ形状）が所定の角度範囲で許容されている。具体的には、点Ｐ１を通って傾斜した直線Ｂ（二点鎖線）は、直線Ａに対する角度αが１０°以内に設定されている。即ち、放出端縁６Ｄから後側に向けて縮径する方向の前側部分６Ｆの角度αは、下記数１のように設定されている。

【0028】

【数1】

【0029】

回転霧化頭６は、エアモータ３によって高速回転された状態でフィードチューブ５から塗料が供給される。これにより、回転霧化頭６は、塗料を内周面６Ｃ（塗料薄膜化面）で薄膜化しつつ拡散し、放出端縁６Ｄから遠心力によって微粒化した無数の塗料粒子として噴霧する。

【0030】

シェーピングエアリング７は、回転霧化頭６の外周側に設けられている。シェーピングエアリング７は、段付きの円筒状に形成され、回転霧化頭６を取り囲むようにハウジング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、内筒面７Ａと、前側に位置する前外筒面７Ｂと、後側に位置する後外筒面７Ｃと、前外筒面７Ｂと後外筒面７Ｃとの間の段差部７Ｄと、最前部に位置する前端部７Ｅと、を備えている。

【0031】

内筒面７Ａは、回転霧化頭６の外周面６Ｂの外径寸法よりも大きな内径寸法を有し、この内径寸法をもって前後方向に延びた均等な内径寸法の円筒面として形成されている。内筒面７Ａは、前側部分が外周面６Ｂの周囲に隙間をもって重なっている。従って、外周面６Ｂと内筒面７Ａとの間には、後述の第１シェーピングエア噴出部８が形成されている。

【0032】

ここで、図２を参照して回転霧化頭６の外周面６Ｂの前側部分６Ｆとシェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの間の径方向の隙間寸法について詳述する。この隙間寸法は、内筒面７Ａと前端部７Ｅとの角部（境界部）を点Ｐ２とすると、この点Ｐ２と回転霧化頭６の点Ｐ１との間の径方向の寸法ａとして表すことができる。この隙間寸法ａは、下記数２のように設定されている。

【0033】

【数2】

【0034】

これにより、第１シェーピングエア噴出部８の噴出口を隙間寸法ａに絞ることができ、第１シェーピングエア噴出部８から噴出される第１シェーピングエアの噴出方向、収束性等を良好にすることができる。なお、第１シェーピングエア噴出部としては、シェーピングエアリングの内筒面から内側に延びる仕切板を周方向に間隔をもって多数枚設けることにより、周方向に連なる多数個のスリットまたは四角孔として形成することもできる。この場合でも、周方向に連続するスリットまたは四角孔からなるシェーピングエアリングの内筒面は、回転霧化頭の外周面と対面する部分が均等な内径寸法に形成されている。

【0035】

また、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅ（点Ｐ２と点Ｐ３との間）は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄ（点Ｐ１）よりも寸法ｂだけ後側の位置に配置されている。この寸法ｂは、下記数３のように設定されている。

【0036】

【数3】

【0037】

このように、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅを、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄよりも０．１～１０．０ｍｍの範囲で後側に配置したことにより、回転霧化頭６の端部付近において乱れが少ない空気流を作ることができる。これにより、回転霧化頭６から放出された塗料粒子の流れを安定させることができ、塗着効率を向上することができる。また、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから放出された塗料が前端部７Ｅに付着するのを防ぐことができる。

【0038】

さらに、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの径方向の幅寸法は、前外筒面７Ｂと前端部７Ｅとの角部（境界部）を点Ｐ３とすると、点Ｐ２と点Ｐ３との間の径方向の寸法ｃとなる。この幅寸法ｃは、下記数４のように設定されている。幅寸法ｃの下限値は、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの加工精度、機械的剛性等によって決まる。

【0039】

【数4】

【0040】

ここで、回転霧化頭６が回転すると、回転霧化頭６の外周面の接線方向に空気の流れ（旋回流）が発生する。本願の発明者が鋭意検討した結果、回転霧化頭６の近くに前端部７Ｅによって広い端面が存在すると、図４に示すように、旋回流の一部がシェーピングエアリング１０１の外筒面１０１Ａに沿って後方に流れることが分かった。具体的に説明すると、シェーピングエアリング１０１の前端部１０１Ｂの幅寸法が２ｍｍよりも大きく設定されている場合には、前端部１０１Ｂの近傍の空気が旋回流に持ち去られてしまう。これにより、前端部１０１Ｂの前側近傍の圧力が低下するから、旋回流の一部は、図４中に矢示で示すように、コアンダ効果によって、シェーピングエアリング１０１の外筒面１０１Ａ側に沿って後側に流れるようになる。この図４の説明図では、シェーピングエアを噴出していない。

【0041】

図４の空気の流れは、前方へ塗料粒子を搬送する塗装時の流れと逆になる。従って、逆向きの空気の流れに抗して塗料粒子を前方に供給できるように、シェーピングエアの流量を増やす必要がある。しかし、シェーピングエアの流量を増やした場合、被塗装物の付近を流れる空気流の流速に影響を与えてしまい、塗着効率の低下を招いてしまう。

【0042】

これに対し、本実施形態のように、前端部７Ｅの幅寸法ｃを２ｍｍ以下に設定した場合には、前端部７Ｅの前側近傍に大きな空気溜りが形成されないから、前端部７Ｅの前側の圧力低下を抑制することができる。これにより、シェーピングエアリング７の前外筒面７Ｂ側に沿った後側への空気の流れを抑制し、図３中に矢示で示すように、径方向（放射方向）に空気が流れるようにすることができる。即ち、塗料粒子の逆向きの流れを抑制できるから、シェーピングエアの流量を少なくして被塗装物付近の空気流を抑えることができ、塗料粒子の塗着効率を向上することができる。前端部７Ｅの前側近傍の空気溜りを抑制するためには、前端部７Ｅの幅寸法ｃは、できるだけ小さい値であることが好ましい。一方、前端部７Ｅの機械的な強度等を考慮すると、前端部７Ｅの幅寸法ｃは、２ｍｍ以下の範囲内で大きい値であることが好ましい。前端部７Ｅの幅寸法ｃは、これら両方の特性を考慮して、２ｍｍ以下の範囲内で適宜設定される。

【0043】

シェーピングエアリング７の外筒面となる前外筒面７Ｂは、前端部７Ｅから後側に向けて拡開して（直径寸法が大きくなるように）形成されている。具体的には、前外筒面７Ｂは、点Ｐ３を通って軸線Ｏ－Ｏと平行をなすように前後方向に延びた直線Ｃに対し、テーパ角度βをもったテーパ面として形成されている。前外筒面７Ｂのテーパ角度βは、下記数５のように設定されている。

【0044】

【数5】

【0045】

このように、前外筒面７Ｂのテーパ角度βを、直線Ｃ（軸線Ｏ－Ｏ）に対して２５°以下に設定した場合、換言すると、前外筒面７Ｂのテーパ角度βを小さくして軸線Ｏ－Ｏに近づけた構成では、回転霧化頭６の回転により生じた旋回流が巻き込む空気を少なくすることができ、塗料粒子を後側に流す逆向きの流れを抑制することができる。このため、テーパ角度βは、２５°以下であればよく、例えば０°でもよい。但し、テーパ角度βが小さくなるに従って、前外筒面７Ｂの厚さが全体的に薄くなり、機械的な強度が低下する。前外筒面７Ｂのテーパ角度βは、これら両方の特性を考慮して、２５°以下の範囲内で適宜設定される。

【0046】

第１シェーピングエア噴出部８は、回転霧化頭６の外周側に設けられている。第１シェーピングエア噴出部８は、放出端縁６Ｄから放出された塗料に向けて第１シェーピングエアを噴出する。第１シェーピングエア噴出部８は、回転霧化頭６の外周面６Ｂとシェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの間に円環状の隙間として形成されている。これにより、第１シェーピングエア噴出部８は、前方に障害物がない状態となるから、第１シェーピングエアを安定的に噴出することができる。第１シェーピングエア噴出部８は、第１シェーピングエア供給路８Ａ等を介して第１のシェーピングエア源（図示せず）に接続されている。

【0047】

シェーピングエアリング７の内筒面７Ａは、均等な内径寸法に形成されている。一方、回転霧化頭６の外周面６Ｂの前側部分６Ｆの角度αは、０～１０°の範囲に形成されている。第１シェーピングエア噴出部８は、前後方向に概ね均等な隙間をもって形成されている。また、第１シェーピングエア噴出部８の噴出口の隙間寸法ａは、０．１～１．０ｍｍに絞られている。これにより、第１シェーピングエア噴出部８では、空気が層流状態で流れ、噴出方向、収束性等が整った状態の第１シェーピングエアを塗料粒子に噴き付けることができる。

【0048】

第２シェーピングエア噴出部９は、第１シェーピングエア噴出部８よりも径方向の外側に位置して回転霧化頭６を取囲んで配置されている。第２シェーピングエア噴出部９は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから放出された塗料に向けて第２シェーピングエアを噴出する。第２シェーピングエア噴出部９は、シェーピングエアリング７の段差部７Ｄに周方向に並んで開口した多数個の孔によって形成されている。第２シェーピングエア噴出部９は、第２シェーピングエア供給路９Ａ等を介して第２のシェーピングエア源（図示せず）に接続されている。なお、第２シェーピングエア噴出部９を廃止し、第１シェーピングエア噴出部８からのみシェーピングエアを噴出する構成としてもよい。

【0049】

ここで、点Ｐ３を通って軸線Ｏ－Ｏと平行をなすように前後方向に延びた直線Ｃに対して後側に向けて拡開する仮想テーパ面Ｄを設ける。また、仮想テーパ面Ｄは、直線Ｃに対するテーパ角度γが２５°に設定されている。この上で、第２シェーピングエア噴出部９は、仮想テーパ面Ｄの内側（軸線Ｏ－Ｏに近い位置）に配置されている。これにより、回転霧化頭６の周囲の空気は、前外筒面７Ｂに沿って後側に流れようとするコアンダ効果に抗して、径方向（放射方向）に流すことができるから、シェーピングエアの流量を少なくして被塗装物付近の空気流を抑えることができ、塗料粒子の塗着効率を向上することができる。

【0050】

本実施形態による回転霧化頭型塗装機１は、上述の如き構成を有するもので、次に、この回転霧化頭型塗装機１を用いて塗装作業を行うときの動作について説明する。

【0051】

まず、エアモータ３のタービンにタービンエアを供給し、エアモータ３によって回転軸４と回転霧化頭６を高速で回転する。この状態で、塗料供給源からの塗料がフィードチューブ５の塗料流路５Ａを通じて回転霧化頭６に供給される。これにより、回転霧化頭６は、供給された塗料を、塗料粒子として噴霧する。

【0052】

この場合、回転霧化頭６は、エアモータ３、回転軸４等を介して高電圧発生器に接続されているから、回転霧化頭６の表面を流れる塗料は、高電圧に印加されている。これにより、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子、即ち、帯電塗料粒子は、アースに接続された自動車のボディ等の被塗装物に向けて飛行し、その塗装面に塗着することができる。

【0053】

一方、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから放出された塗料粒子は、第１シェーピングエア噴出部８から噴出された第１シェーピングエアおよび第２シェーピングエア噴出部９から噴出された第２シェーピングエアが後側から噴き付けられることにより、噴霧パターンを良好な形状に整えることができる。

【0054】

ここで、塗着効率は、噴霧した塗料に対する塗装面に付着した塗料の割合のことである。特許文献１に開示された回転霧化頭型塗装機を用いた場合でも、各種の塗装条件を適宜設定することによって、塗着効率は、ある程度まで高めることができる。一例を挙げると、表２中の従来例１に示すように、従来技術の回転霧化頭型塗装機で静電塗装を行う場合には、塗着効率を例えば７０～８０％程度に高めることができる。一方、表４中の従来例２に示すように、従来技術の回転霧化頭型塗装機で非静電塗装を行う場合には、塗着効率は、静電塗装での塗着効率よりも低下し、例えば６６％となる。しかし、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子は、その一部が被塗装物の塗装面に到達することなく周囲に飛散してしまう。このために、従来例１，２の回転霧化頭型塗装機では、塗着効率をこれ以上高めることが難しかった。

【0055】

そこで、本願の発明者は、回転霧化頭型塗装機の構造面から塗着効率の変化を検討した。回転霧化頭型塗装機の構造面は、例えばシェーピングエアリング（ＳＡリング）７の前端部７Ｅの幅寸法ｃ、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度β、第１シェーピングエア噴出部（第１ＳＡ噴出部）８の隙間寸法ａである。本願の発明者は、構造面の条件が異なる複数の回転霧化頭型塗装機について、塗着効率をそれぞれ測定した。その測定結果を以下の表１および表２に示す。

【0056】

【表1】

【0057】

【表2】

【0058】

【表3】

【0059】

【表4】

【0060】

表１、表２を参照して、本発明の主題となる塗着効率を高めるために必要となる回転霧化頭型塗装機１の構造面の条件について説明する。

【0061】

回転霧化頭６の先端周辺では、塗料粒子の乱れが生じるために、被塗装物の方向に向かわない塗料粒子が存在する。また、被塗装物の塗装面では、この塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子が存在する。これらの塗装に寄与しない塗料粒子を極限まで少なくすることにより、塗着効率を高めることができる。

【0062】

従来例１として示した現行の回転霧化頭型塗装機の塗装条件と、この塗装条件によって得られた結果について説明する。表２に示す従来例１では、シェーピングエアリング（ＳＡリング）の前端部の幅寸法ｃを６～８ｍｍ、シェーピングエアリングの外形テーパ角度βを３０～６０°に設定しており、第１シェーピングエア噴出部（第１ＳＡ噴出部）は、存在しない。また、回転霧化頭の放出端縁から後側に向けて縮径する方向の外周面の角度αを４５°、回転霧化頭の放出端縁からシェーピングエアリングの前端部が後退した寸法ｂを１１ｍｍ、回転霧化頭の回転数を２０～４０ｋｒｐｍ、シェーピングエア（ＳＡ）の流量を３００～４００Ｎｌ／ｍｉｎ、塗装距離を２００ｍｍ、印加電圧を－８０ｋＶに設定している。これにより、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「非常に多い」になり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「非常に多い」になっている。この結果、塗着効率が７０～８０％に留まっている。

【0063】

なお、被塗装物に向かわない塗料粒子の量と、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量は、「なし」（測定できない程に微量）、「少ない」、「多い」、「非常に多い」の４段階で判定している。

【0064】

これに対し、本発明の実施例１の回転霧化頭型塗装機１では、表１に示すように、塗装条件として、シェーピングエアリング（ＳＡリング）７の前端部７Ｅの幅寸法ｃを２ｍｍ、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度βを２２°、第１シェーピングエア噴出部（第１ＳＡ噴出部）８の隙間寸法ａを０．１～１．０ｍｍ、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから後側に向けて縮径する方向の前側部分６Ｆ（外周面）の角度αを０°、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄからシェーピングエアリング（ＳＡリング）７の前端部７Ｅが後退した寸法ｂを４ｍｍに設定している。また、回転霧化頭６の回転数を２０ｋｒｐｍ、シェーピングエア（ＳＡ）の流量を１００～３００Ｎｌ／ｍｉｎ、塗装距離を１００ｍｍ、印加電圧を－６０ｋＶに設定している。このとき、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、実施例１では、塗着効率を従来例１に比べて１０％以上高めることができ、例えば塗着効率を９８％以上とすることができる。

【0065】

表１には、実施例１の塗装条件に設定した場合の塗着効率しか記載していない。本発明はこれに限らず、回転霧化頭型塗装機１の塗装条件として、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの幅寸法ｃを２ｍｍ以下、回転霧化頭６の前側部分６Ｆ（外周面）の角度αを０～１０°、シェーピングエアリング７の後退寸法ｂを０．１～１０．０ｍｍ、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度βを２５°以下、塗装距離を９０～１１０ｍｍ、印加電圧を－５０ｋＶ以上に設定した場合も、実施例１と同様に塗着効率を高めることができ、例えば塗着効率を９８％以上とすることができる。

【0066】

この理由は、第１シェーピングエアを、回転霧化頭６とシェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの隙間の第１シェーピングエア噴出部８から噴出させるようにすることで、第１シェーピングエア噴出部８の前方に障害物がない構造にし、回転霧化頭６の前側部分６Ｆをシェーピングエアリング７の内筒面７Ａと平行（均一な隙間）にしたことにある。これにより、回転霧化頭６の周囲の空気流の乱れが抑えられ、第１シェーピングエアの流量を増大することなく、シェーピングエアの流れを安定化することができる。即ち、シェーピングエアの流量を増大させたときに、被塗装物の表面を流れる気流により生じる塗料粒子の未塗着を抑制することができる。

【0067】

この上で、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの幅寸法ｃを２ｍｍ、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度βを２２°としたことにより、コアンダ効果により塗料粒子が後方へ流れる現象も抑えることができる。また、第１シェーピングエア噴出部８の隙間寸法ａを０．１～１．０ｍｍ、回転霧化頭６の前側部分６Ｆの角度αを０°、シェーピングエアリング７の後退寸法ｂを４ｍｍに設定したことにより、第１シェーピングエアを安定化しつつ、流速を速めて塗料粒子を被塗装物に向けることができる。

【0068】

次に、本願の発明者は、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの幅寸法ｃ、回転霧化頭６の前側部分６Ｆ（外周面）の角度α、シェーピングエアリング７の後退寸法ｂ、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度βの値を変更した場合について、それぞれの塗着効率を調べた。その結果を、表１、表２中の比較例１～１２に示す。まず、比較例１，２では、実施例１の各塗装条件のうち、シェーピングエアリング（ＳＡリング）７の前端部７Ｅの幅寸法ｃを変更している。幅寸法ｃを４ｍｍに変更した比較例１の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９５％となる。また、幅寸法ｃを６ｍｍに変更した比較例２の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９０％となる。

【0069】

比較例３～５では、実施例１の各塗装条件のうち、シェーピングエアリング７の外形テーパ角度βを変更している。外形テーパ角度βを３５°に変更した比較例３の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９５％となる。また、外形テーパ角度βを４５°に変更した比較例４の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９３％となる。さらに、外形テーパ角度βを５５°に変更した比較例５の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９０％となる。

【0070】

比較例６～８では、実施例１の各塗装条件のうち、第１シェーピングエア噴出部（第１ＳＡ噴出部）８の隙間寸法ａを変更している。隙間寸法ａを１．１ｍｍに変更した比較例６の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９５％となる。また、隙間寸法ａを１．２ｍｍに変更した比較例７の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９２％となる。さらに、隙間寸法ａを１．５ｍｍに変更した比較例８の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「非常に多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば８８％となる。

【0071】

比較例９，１０では、実施例１の各塗装条件のうち、回転霧化頭６の前側部分６Ｆ（外周面）の角度αを変更している。角度αを１０°に変更した比較例９の場合、この１０°は、高塗着効率を得ることができる角度αの範囲にあるが、角度αを１０°に変更したことにより隙間寸法ａが１．２ｍｍとなっている。このために、比較例９の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９２％となる。また、角度αを１５°に変更した比較例１０の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「非常に多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば８８％となる。

【0072】

比較例１１，１２では、実施例１の各塗装条件のうち、シェーピングエアリング（ＳＡリング）７の後退寸法ｂを変更している。後退寸法ｂを１５ｍｍに変更した比較例１１の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９６％となる。また、後退寸法ｂを２０ｍｍに変更した比較例１２の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率は、実施例１よりも低下し、例えば９３％となる。

【0073】

構造面の塗装条件を変更した比較例１～１２の結果を見ると、塗着効率は、ある程度の値（例えば９５％程度）までは高めることができる。しかし、比較例１～１２では、いずれの塗着効率も、実施例１よりも低下している。このため、実施例１に示す多くの塗装条件を同時に満たすときが、いずれかの塗装条件を満たさないときに比べて、塗着効率を高めることができることが分かる。

【0074】

次に、本発明の回転霧化頭型塗装機１を制御面の塗装条件を変更して使用した場合について、塗着効率を調べた。その結果を表３中の実施例２～１３に示す。このとき、回転霧化頭型塗装機１の制御面は、例えば回転霧化頭６の回転数、シェーピングエア（ＳＡ）の流量、回転霧化頭６から被塗装物の塗装面までの塗装距離、印加電圧である。まず、実施例２～４では、実施例１の各塗装条件のうち、回転霧化頭６の回転数を変更している。回転数を２５ｋｒｐｍに変更した実施例２の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率が９６％となる。また、回転数を３５ｋｒｐｍに変更した実施例３の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率が９５％となる。さらに、回転数を４５ｋｒｐｍに変更した実施例４の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「多い」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率が９３％となる。

【0075】

実施例５～７では、実施例１の各塗装条件のうち、シェーピングエア（ＳＡ）の流量を変更している。第１シェーピングエアの流量を４００Ｎｌ／ｍｉｎに変更した実施例５の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「少ない」となっている。この結果、塗着効率が９６％となる。また、第１シェーピングエアの流量を５００Ｎｌ／ｍｉｎに変更した実施例６の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「多い」となっている。この結果、塗着効率が９５％となる。さらに、第１シェーピングエアの流量を６００Ｎｌ／ｍｉｎに変更した実施例７の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「多い」となっている。この結果、塗着効率が９２％となる。

【0076】

実施例８～１０では、実施例１の各塗装条件のうち、塗装距離を変更している。塗装距離を１３０ｍｍに変更した実施例８の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「少ない」となっている。この結果、塗着効率が９６％となる。また、塗装距離を１５０ｍｍに変更した実施例９の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「少ない」となっている。この結果、塗着効率が９４％となる。さらに、塗装距離を２００ｍｍに変更した実施例１０の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「多い」となっている。この結果、塗着効率が９０％となる。

【0077】

実施例１１～１３では、実施例１の各塗装条件のうち、印加電圧を変更している。印加電圧を－４０ｋＶに変更した実施例１１の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「なし」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率が９７％となる。また、印加電圧を－３０ｋＶに変更した実施例１２の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「なし」となっている。この結果、塗着効率が９２％となる。さらに、印加電圧を０ｋＶ（非静電）に変更した実施例１３の場合、被塗装物に向かわない塗料粒子の量が「少ない」となり、被塗装物の塗装面に沿って流れて付着しない塗料粒子の量が「多い」となっている。この結果、塗着効率が８５％となる。

【0078】

制御面の塗装条件を変更した実施例２～１３の結果を見ると、静電塗装を行う実施例２～１２では、塗着効率は、９０％以上を確保することができる。このため、静電塗装を行う実施例２～１２では、静電塗装を行う従来例１に比べて、塗着効率を例えば１０％以上高めることができることが分かる。また、非静電塗装を行う実施例１３でも、従来例２の塗装機で非静電塗装を行うときに比べて、塗着効率を高めることができる。このため、例えば使用塗料の粘度や被塗装物の形状等に応じて、制御面の塗装条件が実施例１とは異なる場合であっても、実施例１～１３の回転霧化頭型塗装機１を用いたときには、従来例１，２の塗装機を用いたときに比べて、塗着効率を高めることができる。即ち、実施例１の回転霧化頭型塗装機１のように、構造面の塗装条件を所定の値に設定することによって、それ以外の構造を有する塗装機を用いた場合に比べて、塗装効率を向上できることが分かる。

【0079】

次に、本発明の回転霧化頭型塗装機１を用いて非静電塗装を行った場合について、塗着効率を調べた。その結果を表４中の実施例１４，１５に示す。ここで、本発明の実施例１４，１５の回転霧化頭型塗装機１では、構造面の塗装条件は、実施例１と同じ条件とした。また、従来例２の回転霧化頭型塗装機では、構造面の塗装条件は、従来例１と同じ条件とした。それ以外の塗装条件として、実施例１４，１５では、回転霧化頭６の回転数を２０ｋｒｐｍ、第１シェーピングエア（ＳＡ）の流量を１００Ｎｌ／ｍｉｎ、第２シェーピングエア（ＳＡ）の流量を５００Ｎｌ／ｍｉｎとしている。また、従来例２では、第１シェーピングエア（ＳＡ）の流量を３００Ｎｌ／ｍｉｎ、第２シェーピングエア（ＳＡ）の流量を１００Ｎｌ／ｍｉｎとしている。それ以外の塗装条件は、実施例１４と同じである。なお、実施例１４，１５および従来例２では、塗料の吐出量を３００ｃｃ／ｍｉｎ、塗装機の移動速度（ロボット速度）を５００ｍｍ／ｓｅｃとしている。実施例１４，１５および従来例２では、印加電圧を０ｋＶに設定しており、非静電塗装を行った場合の結果を示している。

【0080】

実施例１４および従来例２では、塗装距離を１００ｍｍに設定している。従来例２では、塗着効率は例えば６６％となる。これに対し、実施例１４では、塗着効率を従来例２に比べて１０％以上高めることができ、塗着効率を例えば８３％とすることができる。また、実施例１５では、実施例１４に比べて塗装距離を短く設定しており、塗装距離は６０ｍｍに設定している。実施例１５では、実施例１４よりも塗着効率が高くなり、塗着効率は例えば８６％となる。これらの結果に示すように、実施例１４，１５の回転霧化頭型塗装機１のように、非静電塗装を行う場合でも、構造面の塗装条件を所定の値に設定することによって、それ以外の構造を有する従来例２の塗装機を用いた場合に比べて、塗装効率を高めることができることが分かる。

【0081】

かくして、本実施形態によれば、シェーピングエアリング７の内筒面７Ａは、回転霧化頭６の外周面６Ｂと対面する前側部分が均等な内径寸法に形成されている。また、第１シェーピングエア噴出部８は、回転霧化頭６の外周面６Ｂ（前側部分６Ｆ）とシェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの間に環状の隙間として形成されている。この上で、回転霧化頭６の前側部分６Ｆとシェーピングエアリング７の内筒面７Ａとの間の径方向の隙間寸法ａは、０．１～１．０ｍｍに設定されている。シェーピングエアリング７の前端部７Ｅは、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから後側に０．１～１０．０ｍｍの位置に配置されている。シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの径方向の幅寸法ｃは、２ｍｍ以下に設定されている。シェーピングエアリング７の前外筒面７Ｂは、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅから後側に向けて拡開するテーパ角度βが軸線Ｏ－Ｏに対して２５°以下に設定されている。第２シェーピングエア噴出部９は、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅから後側に向けて拡開するテーパ角度が２５°の仮想テーパ面Ｄの内側に配置されている。

【0082】

従って、シェーピングエアリング７の内筒面７Ａが均等な内径寸法に形成され、回転霧化頭６の外周面６Ｂの前側部分６Ｆの角度αが０～１０°の範囲に形成されるから、第１シェーピングエア噴出部８は、前後方向に均等な隙間をもって形成されている。また、第１シェーピングエア噴出部８は、その噴出口の隙間寸法ａが０．１～１．０ｍｍに絞られているから、噴出方向、収束性等が整った状態の第１シェーピングエアを塗料粒子に噴き付けることができる。

【0083】

また、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅは、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄよりも０．１～１０．０ｍｍの範囲で後側に配置しているから、回転霧化頭６から放出された塗料粒子の流れを安定させることができ、塗着効率を向上することができる。さらに、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから放出された塗料が前端部７Ｅに付着するのを防ぐことができる。

【0084】

また、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅの幅寸法ｃを２ｍｍ以下に設定しているから、前端部７Ｅの前側近傍での大きな空気溜りの形成を防止することができる。即ち、前端部７Ｅの前側の圧力低下を抑えることで、低圧領域に向かって塗料粒子が逆向きに流れるのを防止できる。これにより、第１シェーピングエア、第２シェーピングエアの流量を少なくすることで、被塗装物付近の空気流を安定させることができ、塗料粒子の塗着効率を向上することができる。

【0085】

また、シェーピングエアリング７の前外筒面７Ｂのテーパ角度βを、軸線Ｏ－Ｏと平行な直線Ｃに対して２５°以下に設定し、軸線Ｏ－Ｏに近づけた構成としている。これにより、回転霧化頭６の回転により生じた旋回流が巻き込む空気を少なくすることができ、塗料粒子を後側に流す逆向きの流れを抑制することができる。しかも、空気中に舞った塗料粒子は、この逆向きの流れ（乱流）に巻き込まれないから、回転霧化頭６やシェーピングエアリング７に塗料が付着するのを防止することができる。

【0086】

さらに、第２シェーピングエア噴出部９は、直線Ｃに対するテーパ角度γが２５°に設定された仮想テーパ面Ｄの内側（軸線Ｏ－Ｏに近い位置）に配置している。これにより、回転霧化頭６の周囲の空気は、前外筒面７Ｂに沿って後側に流れようとするコアンダ効果に抗して、径方向（放射方向）に流すことができるから、シェーピングエアの流量を少なくして被塗装物付近の空気流を抑えることができ、塗料粒子の塗着効率を向上することができる。

【0087】

この結果、回転霧化頭型塗装機１の塗着効率を向上することができる。また、回転霧化頭６の回転数、シェーピングエアや塗料の流量等の塗装条件を変更する必要がないから、１台の回転霧化頭型塗装機１が塗装する範囲を維持することで、生産性を維持しつつ、塗着効率を向上することができる。

【0088】

なお、第１の実施形態では、シェーピングエアリング７は、前外筒面７Ｂと後外筒面７Ｃとの間に段差部７Ｄを有し、第２シェーピングエア噴出部９は、段差部７Ｄに周方向に並んで開口した多数個の孔として形成し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、図５に示す第１の変形例のように構成してもよい。即ち、第１の変形例による第２シェーピングエア噴出部１１は、シェーピングエアリング７に周方向に並んで配置され、先端が回転霧化頭６の前側部分６Ｆの周囲で内筒面７Ａに開口している。これにより、第２シェーピングエア噴出部１１から噴出される第２シェーピングエアを、第１シェーピングエア噴出部８から噴出される第１シェーピングエアに合流させることができ、シェーピングエアの流速を早めることができる。この結果、高速のシェーピングエアによって高い粘度の塗料でも微粒化することができ、塗装の仕上がり品質を向上することができる。この第１の変形例は、後述する第２、第３の実施形態にも同様に適用することができる。

【0089】

また、図６に示す第２の変形例のように構成してもよい。即ち、第２の変形例による第２シェーピングエア噴出部２１は、シェーピングエアリング７の内筒面７Ａに、第１シェーピングエア噴出部８の後側に開口するスリットとして形成されている。これにより、第２シェーピングエア噴出部２１は、第１の変形例による第２シェーピングエア噴出部１１と同様に、第２シェーピングエアを、第１シェーピングエア噴出部８から噴出される第１シェーピングエアに合流させることができ、シェーピングエアの流速を早めることができる。この結果、第２シェーピングエア噴出部２１は、シェーピングエアリング７の前端部７Ｅを径方向に厚くすることなく設けることができるから、塗着効率の向上と塗装の仕上がり品質の向上とを両立することができる。また、表５中の実施例１６，１７に示すように、第２シェーピングエア噴出部２１が第１シェーピングエア噴出部８の噴出口付近まで延びる場合には、回転霧化頭６の外周面６Ｂの前側部分６Ｆの角度αは、１０°よりも大きい値でもよい。即ち、第１シェーピングエア噴出部８から、空気が層流状態で流出するのであれば、角度αは１０°よりも大きくてもよい。この第２の変形例は、後述する第２、第３の実施形態にも同様に適用することができる。

【0090】

【表5】

【0091】

さらに、第１の実施形態では、回転霧化頭型塗装機１として、回転霧化頭６に供給される塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ハウジングの外周位置に高電圧を放電する外部電極を有し、この外部電極からの放電によって回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に高電圧を印加する間接帯電式の回転霧化頭型塗装機に適用する構成としてもよい。さらに、本発明は、塗料に高電圧を印加することなく塗装を行う非静電塗装機にも適用することができる。

【0092】

次に、図７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、第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量とを制御するシェーピングエア制御装置を備え、シェーピングエア制御装置は、回転霧化頭から放出された塗料の噴霧パターンが小径化するように、第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量との割合を制御することにある。なお、第２の実施形態では、前述した第１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。

【0093】

図７において、第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機３１は、第１の実施形態による回転霧化頭型塗装機１と同様に、ハウジング２、エアモータ３、回転軸４、フィードチューブ５、回転霧化頭６、シェーピングエアリング７、第１シェーピングエア噴出部８、第２シェーピングエア噴出部９と、を含んで構成されている。この上で、第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機３１は、後述のシェーピングエア制御装置３４を備えている。

【0094】

第１シェーピングエア噴出部８は、第１シェーピングエア供給路８Ａ等を介して第１のシェーピングエア源（第１のＳＡ源）３２に接続されている。また、第２シェーピングエア噴出部９は、第２シェーピングエア供給路９Ａ等を介して第２のシェーピングエア源（第２のＳＡ源）３３に接続されている。そして、第１のシェーピングエア源３２と第２のシェーピングエア源３３とは、シェーピングエア制御装置３４によってシェーピングエアの噴出量が制御されている。

【0095】

シェーピングエア制御装置３４は、第１シェーピングエア噴出部８から噴出される第１シェーピングエアの流量（噴出量）と第２シェーピングエア噴出部９から噴出される第２シェーピングエアの流量（噴出量）とを制御する。具体的には、シェーピングエア制御装置３４は、回転霧化頭６から放出された塗料の噴霧パターンが小径化するように、第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量との割合を制御する。

【0096】

ここで、シェーピングエア制御装置３４が第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量とを制御するときの割合の一例について述べる。例えば、大きな噴霧パターン（大パターン）で塗装を行う場合、シェーピングエア制御装置３４は、回転霧化頭６の直径寸法が７０ｍｍ、回転数が２０ｋｒｐｍ、塗料噴霧量が２５０ｃｃ／ｍｉｎの条件で、第１シェーピングエアの噴出量を３００Ｎｌ／ｍｉｎとし、第２シェーピングエアの噴出量を５０Ｎｌ／ｍｉｎとする。即ち、大パターンでは、第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量との割合を６：１とすることにより、回転霧化頭６から放出された塗料の噴霧パターンを小径化することができる。

【0097】

また、大パターンよりも小さな噴霧パターン（小パターン）で塗装を行う場合、シェーピングエア制御装置３４は、回転霧化頭６の直径寸法が７０ｍｍ、回転数が２０ｋｒｐｍ、塗料噴霧量が１５０ｃｃ／ｍｉｎの条件で、第１シェーピングエアの噴出量を５０Ｎｌ／ｍｉｎとし、第２シェーピングエアの噴出量を４００Ｎｌ／ｍｉｎとする。即ち、小パターンでは、第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエアの噴出量との割合を１：８とすることにより、回転霧化頭６から放出された塗料の噴霧パターンを小径化することができる。

【0098】

かくして、このように構成された第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機３１においても、第１の実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。特に、第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機３１は、シェーピングエア制御装置３４によって第１シェーピングエア噴出部８からの第１シェーピングエアの噴出量と第２シェーピングエア噴出部９からの第２シェーピングエアの噴出量との割合を制御することができる。従って、回転霧化頭６から放出された塗料の噴霧パターンを小径化することができる。これにより、噴霧塗料が周囲に飛散するのを抑えることができ、塗着効率を向上することができる。

【0099】

次に、図８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、回転霧化頭から放出される塗料に高電圧を印加する高電圧発生器と、回転霧化頭型塗装機が取り付けられた塗装機移動手段と、塗装機移動手段を制御する移動手段制御装置と、を備え、移動手段制御装置は、放出端縁から塗装対象の塗装面までの塗装距離が９０～１５０ｍｍに保持されるように、塗装機移動手段を制御することにある。なお、第３の実施形態では、前述した第１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。

【0100】

図８において、第３の実施形態による静電塗装装置４１は、第１の実施形態による回転霧化頭型塗装機１と、後述の塗装用ロボット４３、ロボット制御装置４４と、を備えている。回転霧化頭型塗装機１は、ハウジング２、エアモータ３、回転軸４、フィードチューブ５、回転霧化頭６、シェーピングエアリング７、第１シェーピングエア噴出部８、第２シェーピングエア噴出部９と、後述の高電圧発生器４２を含んで構成されている。

【0101】

高電圧発生器４２は、ハウジング２に設けられている（点線で図示）。高電圧発生器４２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４２の出力側は、例えば、エアモータ３に電気的に接続され、これにより、高電圧発生器４２は、回転軸４を介して回転霧化頭６に高電圧を印加し、回転霧化頭６から放出される塗料に高電圧を印加する。

【0102】

塗装機移動手段としての塗装用ロボット４３は、例えば、支持台４３Ａ上に自在に動作するアーム４３Ｂを有している。アーム４３Ｂの先端には、回転霧化頭型塗装機１が取り付けられている。塗装用ロボット４３は、後述するロボット制御装置４４からの制御信号に従ってアーム４３Ｂ等を動作する。塗装機移動手段としては、多関節式のロボット以外、例えば、往復動のみを行う移動手段等を用いることもできる。

【0103】

移動手段制御装置としてのロボット制御装置４４は、塗装ロボットを制御する。ロボット制御装置４４は、回転霧化頭型塗装機１を構成する回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから塗装対象となる被塗装物４５の塗装面４５Ａまでの塗装距離Ｌ等を制御し、塗着効率を向上する。具体的には、ロボット制御装置４４は、高電圧発生器４２によって回転霧化頭６から放出される塗料に高電圧を印加した状態で、塗装距離Ｌが９０～１５０ｍｍに保持されるように塗装用ロボット４３を制御する。このように、塗装距離Ｌを９０～１５０ｍｍに保持した状態で塗装を行った場合には、例えば、塗着効率を９５％程度まで向上することができる。

【0104】

ここで、塗装距離Ｌが上限値１５０ｍｍよりも大きい場合には、被塗装物４５との間に形成される電気力線が弱まって塗着効率が低下する（例えば、塗着効率は８０％程度になる）。一方、塗装距離Ｌが下限値９０ｍｍよりも小さい場合には、塗着効率の低下は生じないが、被塗装物４５に接近したことによって高電圧異常が多発し、ライン停止が発生する虞がある。このために、塗装距離Ｌの下限値は、９０ｍｍに設定されている。

【0105】

かくして、このように構成された第３の実施形態による静電塗装装置４１は、回転霧化頭６から放出される塗料に高電圧を印加する高電圧発生器４２と、回転霧化頭型塗装機１が取り付けられた塗装用ロボット４３と、塗装用ロボット４３を制御するロボット制御装置４４と、を備えている。そして、ロボット制御装置４４は、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから被塗装物４５の塗装面４５Ａまでの塗装距離Ｌが９０～１５０ｍｍに保持されるように、塗装用ロボット４３を制御する構成としている。このように、ロボット制御装置４４によって塗装用ロボット４３を制御した場合には、被塗装物４５の塗装面４５Ａに対する塗着効率を向上することができる。

【0106】

なお、第３の実施形態では、回転霧化頭型塗装機１として、回転霧化頭６に供給される塗料に高電圧を直接的に印加する直接帯電式の静電塗装機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ハウジングの外周位置に高電圧を放電する外部電極を有し、この外部電極からの放電によって回転霧化頭から噴霧された塗料粒子に高電圧を印加する間接帯電式の回転霧化頭型塗装機に適用する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0107】

１，３１ 回転霧化頭型塗装機
３ エアモータ
４ 回転軸
４Ａ 前部
５ フィードチューブ
６ 回転霧化頭
６Ｂ 外周面
６Ｃ 内周面
６Ｄ 放出端縁
６Ｆ 前側部分
７ シェーピングエアリング
７Ａ 内筒面
７Ｂ 前外筒面（外筒面）
７Ｅ 前端部
８ 第１シェーピングエア噴出部
９，１１，２１ 第２シェーピングエア噴出部
３４ シェーピングエア制御装置
４１ 静電塗装装置
４２ 高電圧発生器
４３ 塗装用ロボット（塗装機移動手段）
４４ ロボット制御装置（移動手段制御装置）
４５ 被塗装物（塗装対象）
４５Ａ 塗装面
ａ 隙間寸法
ｂ 後退寸法
ｃ 幅寸法
α 回転霧化頭の外周面の前側部分の角度
β 前外筒面のテーパ角度
γ 仮想テーパ面のテーパ角度
Ｌ 塗装距離

【要約】

【課題】 塗着効率を向上できるようにする。
【解決手段】 シェーピングエアリング７の内筒面７Ａは、均等な内径寸法に形成する。第１シェーピングエア噴出部８を環状の隙間として形成した上で、この隙間寸法ａは、０．１～１．０ｍｍに設定する。シェーピングエアリング７の前端部７Ｅは、回転霧化頭６の放出端縁６Ｄから後側に０．１～１０．０ｍｍの位置に配置する。前端部７Ｅの径方向の幅寸法ｃは、２ｍｍ以下に設定する。シェーピングエアリング７の前外筒面７Ｂは、後側に向けて拡開するテーパ角度βを軸線Ｏ－Ｏに対して２５°以下に設定する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】