JP7449438B1

JP7449438B1 - 回転霧化頭型塗装機

Info

Publication number: JP7449438B1
Application number: JP2023148983A
Authority: JP
Inventors: 勝寺田
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2023-09-14
Filing date: 2023-09-14
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2043-09-14

Abstract

【課題】シェーピングエアリングの前側部分の汚れを抑制することにより、洗浄作業を省略して生産性の向上、清掃に要するコストの低減を図ることができるようにする。【解決手段】回転霧化頭６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７には、シェーピングエアリング７の周囲を流れる空気から第２シェーピングエア噴出部９を隔離させる隔離手段としての庇部１０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のボディ等の被塗装物を塗装するのに好適に用いられる回転霧化頭型塗装機に関する。

一般に、被塗装物としての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部まで延びたフィードチューブと、回転軸の前部に取付けられ、フィードチューブから供給された塗料を前端の放出端縁から放出するカップ状の回転霧化頭と、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、シェーピングエアリングの前部に設けられ、回転霧化頭の放出端縁から放出された塗料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噴出部と、を備えている（特許文献１）。

回転霧化頭型塗装機を用いた塗装では、シェーピングエア噴出部からシェーピングエアを噴出することにより、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子を、均一な膜厚分布が得られる噴霧パターンに成形している。

特許第６６１４７５７号公報

特許文献１の回転霧化頭型塗装機を用いて塗装を行った場合には、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子のうち、被塗装物に塗着しなかった一部の塗料粒子がシェーピングエアリングの周囲で浮遊する。また、塗装時には、前述したように、シェーピングエア噴出部からシェーピングエアが噴出されている。この場合、前向きに噴出されるシェーピングエアは、シェーピングエアリングの周囲の空気と一緒に浮遊する塗料も前側に移動させてしまう。これにより、シェーピングエアリングの前側部分には、浮遊塗料が付着して堆積してしまう。このように、シェーピングエアリングに塗料が堆積した場合には、シェーピングエアによって剥離した塗料が噴霧塗料と一緒に塗装面に付着する虞があり、品質不良を生じさせる原因になる。

これに対し、品質不良を抑制するには、生産ラインの稼働中であっても定期的に塗装機を清掃する時間を設ける必要がある。また、塗装機の清掃間隔を短くしたり、清掃時間自体を長くしたりすることで、品質不良を抑制できるが、清掃コストの増大や生産性の低下を招いてしまう。

他の対策としては、塗装機用の自動洗浄装置を設け、一回または数回の塗装を行った後に、自動洗浄装置で塗装機先端に配されるシェーピングエアリングを洗浄することが考えられる。しかし、自動洗浄装置を設置するには、費用が増大し、また洗浄用のシンナの使用量が増え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、シェーピングエアリングの前側部分の汚れを抑制することにより、洗浄作業を省略して生産性の向上、清掃に要するコストの低減を図ることができるようにした回転霧化頭型塗装機を提供することにある。

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部まで延びたフィードチューブと、前記回転軸の前記前部に取付けられ、前記フィードチューブから供給された塗料を前端の放出端縁から放出するカップ状の回転霧化頭と、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、前記回転霧化頭を取り囲んで前記シェーピングエアリングの前部に設けられ、前記回転霧化頭の前記放出端縁から放出された塗料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には、当該シェーピングエアリングの周囲を流れる空気から前記シェーピングエア噴出部を隔離させる隔離手段が設けられており、前記隔離手段は、前記シェーピングエア噴出部の外周側を取り囲むように前記シェーピングエアリングの前記前部に設けられ、前記シェーピングエア噴出部の開口端よりも前側に延びた円筒状の庇部であることを特徴としている。

本発明によれば、シェーピングエアリングの前側部分の汚れを抑制することができ、洗浄作業を省略して生産性の向上、清掃に要するコストの低減を図ることができる。

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１中の要部を拡大して示す断面図である。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断面図である。本発明の第３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。

本発明は、以下に説明する複数の発明を包含する発明群に属する発明であり、以下に、その発明群の実施の形態として、第１ないし第３の実施形態について説明するが、そのうち、第１および第２の実施形態が、本出願人が特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。
以下、本発明の実施形態に係る回転霧化頭型塗装機を、添付図面に従って詳細に説明する。

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、浮遊塗料の流れを抑制する効果を得ることができる。

図１および図２は本発明の第１の実施形態を示している。図１において、本発明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。

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が回転するときの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。

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～１５０ｋｒｐｍ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（図示せず）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（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が変化する。即ち、回転霧化頭６の回転数は、タービンにより制御される。

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。

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。

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。

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。

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。

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の前側部分と径方向で対面している。

ここで、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。

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、例えば、金属等の導電性材料を用いて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。導電性材料からなるシェーピングエアリング７は、静電反発により塗料が付着し難く、後述する庇部１０の効果と併せて塗料粒子の付着を抑制することができる。

図２に示すように、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。内筒面７Ａは、前側部分が回転霧化頭６の外周面６Ｂの前側部分６Ｆと隙間をもって重なっている。これにより、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。

また、段差部７Ｄは、シェーピングエアリング７の前部に配置されている。段差部７Ｄは、例えば、軸線Ｏ－Ｏと直交する円環状の平面として形成されている。段差部７Ｄには、後述の第２シェーピングエア噴出部９を取り囲む位置、具体的には、後外筒面７Ｃに連続する最外周部に位置して後述の庇部１０が設けられている。

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（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等を介してエア供給源（図示せず）に接続されている。

シェーピングエア噴出部としての第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の前部に設けられている。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、第１シェーピングエア噴出部８と同様に、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等を介してエア供給源（図示せず）に接続されている。なお、第１シェーピングエア噴出部８を廃止し、第２シェーピングエア噴出部９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。

次に、本実施形態の特徴部分となる庇部１０の構成、機能等について図２を参照して詳細に説明する。

隔離手段としての庇部１０は、第２シェーピングエア噴出部９を取り囲むように、シェーピングエアリング７の前部に設けられている。具体的には、庇部１０は、シェーピングエアリング７の前部に位置する段差部７Ｄの最外周部に、第２シェーピングエア噴出部９の開口端９Ｂよりも前側に延びた円筒状に形成されている。庇部１０は、シェーピングエアリング７の周囲を流れる空気から第２シェーピングエア噴出部９を隔離させるものである。

庇部１０は、前側に向けて拡径する内周面１０Ａと、前側に向けて縮径する外周面１０Ｂと、内周面１０Ａと外周面１０Ｂとを接続した先端縁１０Ｃと、によって断面三角形状ないし断面台形状に形成されている。内周面１０Ａが前側に向けて拡径した構造では、第２シェーピングエア噴出部９から噴出された第２シェーピングエアを、内周面１０Ａ側に引っ張られることなく真直ぐに噴出することができる。また、前側に向けて縮径する外周面１０Ｂは、後外筒面７Ｃの前側に段差なく続いている。なお、先端縁１０Ｃは、平坦面ではなく、尾根状に形成することもできる。

ここで、庇部１０は、シェーピングエアリング７の前部に第２シェーピングエア噴出部９を囲繞して設けているから、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に対流する空気から隔離される。従って、庇部１０は、シェーピングエアリング７の周辺に浮遊している塗料粒子が第２シェーピングエア噴出部９側に引き込まれるのを抑制することができる。

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。

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。

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。

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。

ここで、回転霧化頭６から噴霧された塗料粒子のうち、被塗装物に塗着しなった一部の塗料粒子がシェーピングエアリング７の周囲で浮遊する。また、前向きに噴出されるシェーピングエアが、シェーピングエアリング７の周囲の空気と一緒に浮遊する塗料もシェーピングエアリング７の前側に移動させる。これにより、シェーピングエアリング７の前側部分には、浮遊塗料が付着して堆積する虞がある。

然るに、本実施形態によれば、回転霧化頭６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７には、シェーピングエアリング７の周囲を流れる空気から第２シェーピングエア噴出部９を隔離させる隔離手段としての庇部１０が設けられている。

従って、庇部１０は、稼働中に定期的に清掃時間を確保したり、清掃間隔を短くしたり、清掃時間を長くしたり、自動洗浄装置を設けたりすることなく、シェーピングエアリング７の前側部分の汚れを抑制することができる。具体例としては、前外筒面７Ｂに噴霧塗料が付着して汚れるのを防止することができる。この結果、本実施形態では、シェーピングエアリング７の洗浄作業を省略して生産性を向上することができる。また、清掃に要するコストを低減することができる。

また、庇部１０は、第２シェーピングエア噴出部９を取り囲むようにシェーピングエアリング７の前部に設けられ、第２シェーピングエア噴出部９の開口端９Ｂよりも前側に延びた円筒状に形成されている。これにより、第２シェーピングエア噴出部９を囲繞した庇部１０は、第２シェーピングエア噴出部９をシェーピングエアリング７に対流する空気から隔離させることができる。従って、庇部１０は、シェーピングエアリング７の周辺に浮遊している塗料粒子が第２シェーピングエア噴出部９側に引き込まれるのを抑制することができる。

次に、図３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、隔離手段は、シェーピングエア噴出部を取り囲むようにシェーピングエアリングの前部に設けられ、シェーピングエア噴出部の開口端よりも前側に延びた円筒状の庇部と、シェーピングエア噴出部の開口端よりも後側に位置してシェーピングエアリングから径方向の外側に突出した円環状の鍔部と、によって構成されていることにある。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。

図３において、第２の実施形態による回転霧化頭型塗装機１１は、隔離手段として、前述した第１の実施形態で述べた庇部１０に加え、後述の鍔部１２を備えている。

隔離手段としての鍔部１２は、シェーピングエアリング７の外周側に設けられている。鍔部１２は、庇部１０と同様に、シェーピングエアリング７の周囲を流れる空気から第２シェーピングエア噴出部９を隔離させるものである。

鍔部１２は、第２シェーピングエア噴出部９の開口端９Ｂよりも後側、例えば、開口端９Ｂから回転霧化頭６の放出端縁６Ｄまでの距離と同等の位置に配置されている。この上で、鍔部１２は、後外筒面７Ｃから外側に突出した円環状体として形成されている。具体的には、鍔部１２は、後外筒面７Ｃから軸線Ｏ－Ｏと直交する方向に拡開して延びた前面１２Ａと、前面１２Ａよりも所定寸法後側の後外筒面７Ｃから前面１２Ａの周縁に向けて延びたテーパ状の周面１２Ｂと、によって断面三角形状に形成されている。

周面１２Ｂは、後側から前側に向けて拡開するテーパ面として形成されている。従って、噴霧塗料を含む空気がシェーピングエアによって後外筒面７Ｃに沿って前側に流れた場合でも、テーパ状の周面１２Ｂは、噴霧塗料を第２シェーピングエア噴出部９から遠ざけることができる。換言すると、鍔部１２は、シェーピングエアリング７の周辺に浮遊している塗料粒子が第２シェーピングエア噴出部９側に引き込まれるのを抑制することができる。

かくして、このように構成された第２の実施形態においても、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の実施形態では、隔離手段として、第２シェーピングエア噴出部９を取り囲むようにシェーピングエアリング７の前部に設けられ、第２シェーピングエア噴出部９の開口端９Ｂよりも前側に延びた円筒状の庇部１０と、第２シェーピングエア噴出部９の開口端９Ｂよりも後側に位置してシェーピングエアリング７から径方向の外側に突出した円環状の鍔部１２と、を設ける構成としている。従って、庇部１０と鍔部１２との２つの隔離手段は、シェーピングエアリング７の前側部分の汚れをより確実に抑制することができる。

次に、図４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、隔離手段として、シェーピングエア噴出部の開口端よりも後側に位置してシェーピングエアリングから径方向の外側に突出した円環状の鍔部のみを備えていることにある。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。

図４において、第３の実施形態による回転霧化頭型塗装機２１は、隔離手段として、前述した第２の実施形態で述べた鍔部１２のみを備えている。

かくして、このように構成された第３の実施形態においても前述した各実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

なお、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。

１，１１，２１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
６Ｄ放出端縁
７シェーピングエアリング
９第２シェーピングエア噴出部（シェーピングエア噴出部）
９Ｂ開口端
１０庇部（隔離手段）
１２鍔部（隔離手段）
Ｏ－Ｏ軸線

Claims

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部まで延びたフィードチューブと、
前記回転軸の前記前部に取付けられ、前記フィードチューブから供給された塗料を前端の放出端縁から放出するカップ状の回転霧化頭と、
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、
前記回転霧化頭を取り囲んで前記シェーピングエアリングの前部に円環状に設けられ、前記回転霧化頭の前記放出端縁から放出された塗料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には、当該シェーピングエアリングの周囲を流れる空気から前記シェーピングエア噴出部を隔離させる隔離手段が設けられており、
前記隔離手段は、前記シェーピングエア噴出部の外周側を取り囲むように前記シェーピングエアリングの前記前部に設けられ、前記シェーピングエア噴出部の開口端よりも前側に延びた円筒状の庇部であることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。
請求項１に記載の回転霧化頭型塗装機において、
前記隔離手段は、前記庇部と、前記シェーピングエア噴出部の開口端よりも後側に位置して前記シェーピングエアリングから径方向の外側に突出した円環状の鍔部と、によって構成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、前側に位置する前外筒面と、後側に位置する後外筒面と、前記前外筒面と前記後外筒面との間の段差部と、を備え、
前記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段差部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、
前記庇部は、前記シェーピングエアリングの前記段差部の最外周部に形成されていることを特徴とする回転霧化頭型塗装機。