(57)【要約】【課題】塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる回転霧化静電塗装装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる塗装装置１は、装置本体１１と、回転霧化頭１２１と、針状静電電極１３と、電圧発生器１４と、制御部１５と、を備える。回転霧化頭１２１は、装置本体１１の前端部に回転可能に設けられ、塗料を被塗装物に噴霧する。針状静電電極１３は、装置本体１１の外周側に設けられている。電圧発生器１４は、針状静電電極１３に電圧を印加する。制御部１５は、電圧を可変制御することにより、回転霧化頭１２１から噴霧される塗料により形成されるスプレーパターンの形状を制御する。【選択図】図１
2015073948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、
前記装置本体の前端部に回転可能に設けられ、塗料を被塗装物に噴霧する回転霧化頭と、
前記装置本体の外周側に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極に第１の電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記第１の電圧を可変制御することにより、前記回転霧化頭から噴霧される前記塗料により形成されるスプレーパターンの形状を制御する制御手段と、
を備える回転霧化静電塗装装置。
【請求項２】
前記回転霧化頭に第２の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１の電圧と、前記第２の電圧と、をそれぞれ個別に可変制御する請求項１に記載の回転霧化静電塗装装置。
【請求項３】
前記第１の電極は、複数の針状電極を含み、前記回転霧化頭を中心とする円の円周上に配列されている請求項１または２に記載の回転霧化静電塗装装置。
【請求項４】
複数の針状電極を含み、前記回転霧化頭を中心とする円であって、前記第１の電極が配列された円とは異なる径の円の円周上に配列された第２の電極と、
前記第２の電極に第３の電圧を印加する第３の電圧印加手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１の電圧と、前記第３の電圧と、をそれぞれ個別に可変制御することにより、前記スプレーパターンの形状を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転霧化静電塗装装置。
【請求項５】
装置本体と、
前記装置本体の前端部に回転可能に設けられ、塗料を被塗装物に噴霧する回転霧化頭と、
前記装置本体の外周側に設けられ、電圧が印加される電極と、を備え、
前記回転霧化頭の回転軸から前記電極の端部までの第１の距離が、前記回転軸から前記回転霧化頭の端部までの第２の距離の３．８倍以上である回転霧化静電塗装装置。
【請求項６】
前記塗料を前記被塗装物に噴霧するためのシェーピングエアを噴出するエア噴出手段をさらに備え、
前記シェーピングエアのエア圧が０．０１Ｍｐａ以下である請求項５に記載の回転霧化静電塗装装置。
【請求項７】
前記第１の距離が、前記第２の距離の３．８倍以上５．２倍以下である請求項５または６に記載の回転霧化静電塗装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転霧化静電塗装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のボディ等の塗装には、静電塗装装置が広く用いられている。静電塗装装置は、被塗装物側を陽極、塗装装置側を陰極として両極間に静電界を構成し、負側に帯電した霧化塗料を静電気力により被塗装物に吸着させる。
【０００３】
また、回転霧化静電塗装装置は、高速で回転する回転霧化頭（ベルヘッド）に塗料を供給し、回転霧化頭の遠心力により回転方向に噴霧された塗料に対して被塗装物方向のシェーピングエアを吹きつける。これにより、塗料粒子からなる噴霧パターンが形成される。
【０００４】
なお、特許文献１の回転霧化静電塗装装置では、装置の外周面に外側を向いた針状静電電極を設けることにより、装置単体が形成する静電界よりも広範囲な静電界が形成される。その結果、被塗装物に跳ね返って浮遊している塗料粒子を被塗装物側に運ぶことができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、シェーピングエアのエア圧（噴出力）を調整することにより、スプレーパターンの大きさを調整していた。つまり、エア圧を低くすると、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子を被塗装物側に運ぶ力が弱くなり、スプレーパターンの径は大きくなる。一方、エア圧を高くすると、回転霧化頭から噴霧された塗料粒子を被塗装物側に運ぶ力が強くなり、スプレーパターンの径は小さくなる。しかしながら、エア圧が高い場合、勢いよく被塗装物に当たった塗料粒子は、被塗装物に塗着せずに、跳ね返って回転霧化静電塗装装置まで飛んできてしまう。このため、回転霧化静電塗装装置が汚れてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる回転霧化静電塗装装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様にかかる回転霧化静電塗装装置は、装置本体と、前記装置本体の前端部に回転可能に設けられ、塗料を被塗装物に噴霧する回転霧化頭と、前記装置本体の外周側に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に第１の電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記第１の電圧を可変制御することにより、前記回転霧化頭から噴霧される前記塗料により形成されるスプレーパターンの形状を制御する制御手段と、を備えるものである。これにより、シェーピングエアのエア圧を変更することなく、スプレーパターンの形状を制御することができる。したがって、塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる。
【０００９】
また、前記回転霧化頭に第２の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、をさらに備え、  前記制御手段は、前記第１の電圧と、前記第２の電圧と、をそれぞれ個別に可変制御してもよい。
【００１０】
また、前記第１の電極は、複数の針状電極を含み、前記回転霧化頭を中心とする円の円周上に配列されていてもよい。
【００１１】
また、複数の針状電極を含み、前記回転霧化頭を中心とする円であって、前記第１の電極が配列された円とは異なる径の円の円周上に配列された第２の電極と、前記第２の電極に第３の電圧を印加する第３の電圧印加手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記第１の電圧と、前記第３の電圧と、をそれぞれ個別に可変制御することにより、前記スプレーパターンの形状を制御してもよい。
【００１２】
本発明の一態様にかかる回転霧化静電塗装装置は、装置本体と、前記装置本体の前端部に回転可能に設けられ、塗料を被塗装物に噴霧する回転霧化頭と、前記装置本体の外周側に設けられ、電圧が印加される電極と、を備え、前記回転霧化頭の回転軸から前記電極の端部までの第１の距離が、前記回転軸から前記回転霧化頭の端部までの第２の距離の３．８倍以上である。これにより、噴霧された塗料粒子が回転霧化頭の回転軸方向を向く静電気力を受ける期間が長くなる。そのため、シェーピングエアのエア圧を変更することなく、スプレーパターンの径を小さくすることができる。したがって、塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる。
【００１３】
また、前記塗料を前記被塗装物に噴霧するためのシェーピングエアを噴出するエア噴出手段をさらに備え、前記シェーピングエアのエア圧が０．０１Ｍｐａ以下であってもよい。
【００１４】
また、前記第１の距離が、前記第２の距離の３．８倍以上５．２倍以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる回転霧化静電塗装装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１にかかる塗装装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる塗装装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる塗料粒子の動きを説明するための図である。
【図４】実施の形態１にかかる塗装装置の正面図である。
【図５】針状静電電極の径とパターン径との関係を示す表である。
【図６】パターン径を説明するための図である。
【図７】比較例にかかる塗装装置の正面図である。
【図８】比較例にかかる塗料粒子の動きを説明するための図である。
【図９】比較例にかかるスプレーパターンを説明するための図である。
【図１０】ＳＡ圧と塗着効率との関係を示す表である。
【図１１】ＳＡ圧とスプレーパターンの拡大率との関係を示す表である。
【図１２】図１１のφＡとφＢを説明するための図である。
【図１３】裾野が広いスプレーパターンにおけるオーバースプレーの量を説明するための図である。
【図１４】裾野が狭いスプレーパターンにおけるオーバースプレーの量を説明するための図である。
【図１５】実施の形態２にかかる塗装装置の構成を示す図である。
【図１６】実施の形態３にかかる塗装装置の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態３にかかる塗装装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態にかかる回転霧化静電塗装装置１（以下、単に塗装装置１と称す）の外観図を示す。図２は、塗装装置１のブロック図を示す。塗装装置１は、装置本体１１と、塗料噴霧部１２と、針状静電電極１３と、電圧発生器１４と、制御部１５と、を備える。塗装装置１は、塗料の塗布対象となる被塗装物９０に対して、塗料を噴霧して塗装を行う。
【００１８】
なお、被塗装物９０は、接地されており、アース電位となっている。一方、塗装装置１には負電圧が印加されており、塗料粒子に高電圧が帯電する。そして、針状静電電極１３への電圧印加により生じた電界に沿って、帯電した塗料粒子が被塗装物９０へと飛行する。これにより、塗料粒子が被塗装物９０に塗着する。
【００１９】
装置本体１１は、塗料噴霧部１２や、回転霧化頭１２１を回転駆動させるモータ（図示省略）等を収容する。装置本体１１の前側（被塗装物９０側）端部には、回転霧化頭１２１及びシェーピングエアリング１２２が位置している。装置本体１１は、例えば絶縁性樹脂材料等により形成されている。
【００２０】
塗料噴霧部１２は、装置本体１１に収容され、外部から供給される塗料を被塗装物９０に噴霧する。塗料噴霧部１２は、回転霧化頭１２１（ベルヘッド）と、シェーピングエアリング１２２と、を有する。回転霧化頭１２１は、装置本体１１の前端部に回転可能に設けられ、装置本体１１に収容されたモータにより回転駆動する。そして、回転駆動した状態の回転霧化頭１２１に塗料を供給することにより、回転霧化頭１２１が、遠心力により塗料を噴霧する。
【００２１】
また、回転霧化頭１２１は、例えば金属等の導電性の材料によって形成されている。このため、回転霧化頭１２１の全体に高電圧を印加することができる。回転霧化頭１２１に電圧を印加することにより、回転霧化頭１２１の表面に触れる塗料粒子を直接的に高電圧に帯電させることができる。
【００２２】
シェーピングエアリング１２２（エア噴出手段）は、複数個のエア吐出孔（図示省略）を有する。具体的には、シェーピングエアリング１２２は、回転霧化頭１２１から噴霧される塗料に向けてシェーピングエアを被塗装物９０方向（図１の矢印方向）に噴出する。噴出されたシェーピングエアは、回転霧化頭１２１から噴霧された塗料粒子のスプレーパターンを整形する。なお、シェーピングエアリング１２２からのシェーピングエアのエア圧は調整可能である。
【００２３】
また、シェーピングエアリング１２２は、例えば金属等の導電性の材料によって形成されている。このため、シェーピングエアリング１２２の全体に高電圧を印加することができる。シェーピングエアリング１２２に電圧を印加することにより、シェーピングエアにより飛ばされる塗料粒子を高電圧に帯電させることができる。
【００２４】
針状静電電極１３（第１の電極）は、装置本体１１の外周側に設けられた電極である。針状静電電極１３は、導電性を有する電極支持部材１３１を介して、シェーピングエアリング１２２に固定されている。このため、シェーピングエアリング１２２と電極支持部材１３１を通じて、針状静電電極１３に対して高電圧が印加される。つまり、本実施の形態においては、シェーピングエアリング１２２と針状静電電極１３に印加される電圧は共通の（同じ）電圧である。針状静電電極１３に高電圧が印加されることにより、針状静電電極１３の先端に電界を集中させることができる。したがって、針状静電電極１３と被塗装物９０との間に強い静電界Ｅを形成することができる。なお、静電界Ｅに含まれる複数の破線は、静電界Ｅの電気力線Ｌを示している。
【００２５】
電圧発生器１４（第１の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１を介して、装置本体１１と接続される。また、電圧発生器１４は、低電圧ケーブル１４２を介して、制御部１５と接続される。電圧発生器１４は、低電圧ケーブル１４２から入力される直流電圧を昇圧して、例えば−３０ｋＶ〜−１５０ｋＶの直流の電源電圧（第１の電圧）を生成する。生成された電源電圧は、高電圧ケーブル１４１を介して、回転霧化頭１２１、シェーピングエアリング１２２、及び針状静電電極１３に印加される。
【００２６】
制御部１５は、電圧発生器１４が生成する電源電圧を可変制御する。制御部１５は、低電圧ケーブル１４２を介して、電圧発生器１４に接続されている。制御部１５は、例えば、２０Ｖ程度の直流電圧を、低電圧ケーブル１４２を介して、電圧発生器１４に出力する。制御部１５は、電圧発生器１４に入力する電圧を変化させることにより、電圧発生器１４が生成する電源電圧を可変制御する。これにより、制御部１５は、塗料噴霧部１２のスプレーパターンの形状を制御する。
【００２７】
続いて、図３を参照して、本実施の形態にかかる塗装装置１における塗料粒子の動きについて説明する。図３は、塗料粒子２０の飛行軌跡を示す図である。まず、塗料噴霧部１２に供給された塗料は、回転霧化頭１２１に接触すると、回転駆動している回転霧化頭１２１の遠心力によりに噴霧される。つまり、塗料は、回転霧化頭１２１の回転軸Ｃを中心として、放射状に噴霧される。
【００２８】
このとき、塗料は、回転霧化頭１２１に接触した際に、高電圧に帯電する。また、回転霧化頭１２１から噴霧された塗料は、シェーピングエアを吹きつけられることにより、せん断されて微粒子（塗料粒子２０）になる。なお、塗料粒子２０は、シェーピングエアが吹きつけられることにより、シェーピングエアの吐出方向（被塗装物９０方向）への力を受ける。
【００２９】
塗料噴霧部１２から噴霧された塗料粒子２０は、針状静電電極１３により形成された静電界Ｅの影響を受ける。具体的には、静電界Ｅの電気力線Ｌの接線方向の静電気力Ｆを受ける。図３に示す例においては、噴霧された塗料粒子２０は、図３の静電気力Ｆを受けている。より詳細には、塗料粒子２０は、静電気力Ｆによって、回転霧化頭１２１の回転軸Ｃに向かう力と、被塗装物９０に向かう力と、を含む力を受ける。ただし、噴霧直後においては、電気力線Ｌにより塗料粒子２０が受ける静電気力Ｆよりも、噴霧の際に回転霧化頭１２１の回転により塗料粒子２０が受けた遠心力（回転軸Ｃから離れる方向の力。図示省略）の方が大きい。そのため、塗料粒子２０は、回転霧化頭１２１から離れる方向に移動する。
【００３０】
しかし、噴霧後においても、塗料粒子２０は、静電界Ｅの影響により、常に回転軸Ｃに向かう力を含む静電気力Ｆを受ける。このため、遠心力により生じた回転軸Ｃから離れる方向の力は、徐々に打ち消される。最終的には、回転軸Ｃから離れる方向の力はほとんど無くなるため、塗料粒子２０は、電気力線に沿って移動し、被塗装物９０に塗着する。
【００３１】
このとき、塗料粒子２０には負の電荷が帯電しているため、塗料粒子２０を電荷ｑとみなすことができる。電荷ｑは、静電界Ｅ内で静電気力Ｆを受ける。クーロンの法則により静電気力ＦはＦ＝ｑＥで示される。つまり、静電界Ｅが変化すると静電気力Ｆも変化する。電圧発生器１４から針状静電電極１３に印加される電源電圧を変化させることにより、静電界Ｅは変化する。つまり、電源電圧が大きくなると静電気力Ｆが大きくなり、電源電圧が小さくなると静電気力Ｆが小さくなる。したがって、制御部１５は、電圧発生器１４の生成する電源電圧を変化させることにより、電荷ｑ（塗料粒子２０）が受ける静電気力Ｆの大きさを制御する。
【００３２】
静電気力Ｆが小さくなると、被塗装物９０方向の力が弱くなる。つまり、塗料粒子２０は、回転霧化頭１２１による遠心力の影響を大きく受ける。そのため、塗料粒子２０は広がり、スプレーパターンの径は大きくなる。一方、静電気力Ｆが大きくなると、被塗装物９０方向の力が強くなる。つまり、回転霧化頭１２１による遠心力の影響は低減される。そのため、塗料粒子２０は広がらず被塗装物９０方向へ向かうため、スプレーパターンの径は小さくなる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態にかかる塗装装置１の構成によれば、制御部１５が、電圧発生器１４に供給する電圧を変化させることにより、電圧発生器１４から針状静電電極１３に印加される電圧を可変制御する。これにより、電荷ｑを帯びた塗料粒子２０が静電界Ｅから受ける静電気力Ｆが変化する。これにより、被塗装物９０方向の力の大きさが変化する。その結果、スプレーパターンの形状が変化する。したがって、制御部１５は、シェーピングエアのエア圧を変更することなく、スプレーパターンの形状を制御することができる。
【００３４】
つまり、塗装装置１は、スプレーパターンの形状を制御するために、シェーピングエアのエア圧の調整ではなく、針状静電電極１３に印加される電圧を調整する。これにより、シェーピングエアのエア圧を高めることなく、スプレーパターンの大きさを制御することができる。したがって、高いエア圧の影響で被塗装物９０から跳ね返って来る塗料粒子の量を低減することができる。
【００３５】
また、制御部１５は、塗料の噴霧中に、電圧発生器１４に供給する電圧を変化させることにより、電圧発生器１４から針状静電電極１３に印加される電圧を可変制御する。これにより、塗装部位や被塗装物の形状の変化に流動的に追従してスプレーパターンの形状を変化させることができる。そのため、塗装部位や被塗装物の形状に適した塗装を行うことができるため、塗装品質や塗装効率を向上させることができる。
【００３６】
＜針状静電電極１３の構成＞
ここで、本実施の形態にかかる針状静電電極１３の形状について詳細に説明する。本実施の形態にかかる回転霧化頭１２１と針状静電電極１３の構成を図４に示す。図４は、塗装装置１を被塗装物９０側から見た正面図である。また、針状静電電極１３の径の大きさとスプレーパターンの径の大きさとの関係を図５に示す。図５は、針状静電電極１３の径を変化させた場合のスプレーパターンの径を示した表である。図５においては、エア圧（ＳＡ（シェーピングエア）圧）は０．０１Ｍｐａに固定している。また、図５に示した測定結果は、いずれも回転霧化頭１２１の径が７７ｍｍの場合の測定結果である。なお、以下の説明において、パターン径の値は、スプレーパターンの最大膜厚の１／２の高さにおけるパターンの幅を意味している（図６参照）。
【００３７】
図４に示すように、針状静電電極１３は、装置本体１１の外周側であって、回転霧化頭１２１の回転軸Ｃを中心とする円の円周上に配置されている。具体的には、針状静電電極１３は、シェーピングエアリング１２２から放射状に配置された電極支持部材１３１に固定されている。また、本実施の形態にかかる塗装装置１は、８つの針状静電電極１３を備える。８つの針状静電電極１３は、塗装装置１の正面から見て（平面視において）、回転軸Ｃに対して点対称に配置されている。なお、針状静電電極１３の個数は８つに限られないが、回転軸Ｃに対して点対称に配置されていることが好ましい。これにより、上下左右に均等な静電界Ｅが発生するため、スプレーパターンの形状が安定する。
【００３８】
本実施の形態にかかる針状静電電極１３の径は３００ｍｍであり、回転霧化頭１２１の径は７７ｍｍである。つまり、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の３．８倍程度である。言い換えると、回転軸Ｃから針状静電電極１３の端部までの距離（第１の距離）は、回転軸Ｃから回転霧化頭１２１の端部までの距離（第２の距離）の３．８倍程度である。
【００３９】
また、針状静電電極１３の径を４００ｍｍとしてもよい。この場合、針状静電電極１３の径は４００ｍｍであり、回転霧化頭１２１の径は７７ｍｍであるため、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の５．２倍程度である。言い換えると、回転軸Ｃから針状静電電極１３の端部までの距離（第１の距離）は、回転軸Ｃから回転霧化頭１２１の端部までの距離(第２の距離)の５．２倍程度である。
【００４０】
これに対して、比較例にかかる回転霧化頭１２１と針状静電電極９３の構成を図７に示す。比較例にかかる針状静電電極９３の径は１６８ｍｍであり、回転霧化頭１２１の径は７７ｍｍである。つまり、針状静電電極９３の径は回転霧化頭１２１の径の２．２倍程度である。言い換えると、回転軸Ｃから針状静電電極９３の端部までの距離は、回転軸Ｃから回転霧化頭１２１の端部までの距離の２．２倍程度である。
【００４１】
なお、上記の説明において、針状静電電極の端部とは、より詳細には、針状静電電極の先端部であり、電圧の印加に応じて、静電界Ｅが形成される部分である。また、回転霧化頭１２１の端部とは、回転霧化頭１２１の外周縁であり、装置本体１１から供給される塗料が回転霧化頭１２１から空気中へと離れる（放たれる）部分である。
【００４２】
次に、本実施の形態にかかる塗装装置１と比較例にかかる塗装装置９とのスプレーパターンのパターン径について説明する。なお、本実施の形態にかかる塗装装置１及び比較例にかかる塗装装置９（いずれも回転霧化頭１２１の径が７７ｍｍの塗装装置）が目標とするパターン径は４００ｍｍ〜４５０ｍｍ程度であるとする。
【００４３】
図５に示すように、本実施の形態にかかる塗装装置１は、ＳＡ圧が０．０１Ｍｐａの状態において、針状静電電極１３の径が３００ｍｍの場合、パターン径は４００ｍｍである。また、針状静電電極１３の径が４００ｍｍの場合、パターン径は４４０ｍｍである。したがって、いずれの場合も目標パターン径の範囲（４００ｍｍ〜４５０ｍｍ）内に収まっている。
【００４４】
一方、比較例にかかる塗装装置９は、ＳＡ圧が０．０１Ｍｐａの状態において、針状静電電極９３の径が１６８ｍｍの場合、パターン径は５００ｍｍである。このため、比較例にかかる塗装装置９のパターン径は、目標パターン径よりも大きい径となっている。これは、図８に示すように、針状静電電極９３の径が小さいからである。具体的には、針状静電電極９３の端部から回転霧化頭１２１の端部までの距離が短いからである。これにより、回転霧化頭１２１の端部から飛び出した塗料粒子２０は、すぐに針状静電電極９３の端部よりも外側に飛び出す。このため、回転霧化頭１２１の端部から塗料粒子２０が飛び出してから回転霧化頭１２１の回転軸方向を向く静電気力Ｆを受ける期間が本実施の形態（図３参照）よりも短い。その結果、塗料粒子２０は、回転霧化頭１２１から放たれた直後から、回転霧化頭１２１の回転軸から離れる方向の静電気力Ｆを受ける。その結果、パターン径が広がってしまう。
【００４５】
なお、比較例の塗装装置９において、パターン径が目標パターン径の範囲に収まるように、ＳＡ圧を高めてパターン径を小さく制御することも考えられる（図９参照）。つまり、塗料粒子２０の被塗装物９０方向への力を強くして、塗料粒子２０が広がる前に被塗装物９０へ塗着させる方法である。しかしながら、ＳＡ圧を高くすると、塗料粒子２０の跳ね返り量が多くなり塗着効率が低下してしまう。
【００４６】
具体的に、ＳＡ圧と塗料の塗着効率（ＴＥ）との関係を図１０に示す。なお、図１０に示す測定結果は、比較例にかかる塗装装置９を用いた場合の数値である。図１０の表に示すように、ＳＡ圧０．０１Ｍｐａのときの塗着効率が９９％で最も高い値である。そして、ＳＡ圧を高くするにつれて、塗着効率は低下する。つまり、ＳＡ圧を高くするにつれて、塗料粒子２０の跳ね返り量も多くなる。つまり、比較例の塗装装置の構成では、ＳＡ圧を高くすることにより、パターン径を目標パターン径の範囲に収めることはできるが、塗着効率が低下してしまう。
【００４７】
これに対して、本実施の形態にかかる塗装装置１の構成によれば、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の３．８倍以上である。つまり、回転軸Ｃから針状静電電極１３の端部までの距離は、回転軸Ｃから回転霧化頭１２１の端部までの距離の３．８倍以上である。これにより、回転霧化頭１２１の端部から針状静電電極１３の端部までの距離が、比較例に比べて長くなる。そのため、回転霧化頭１２１の端部から塗料粒子２０が飛び出してから回転霧化頭１２１の回転軸方向を向く静電気力Ｆを受ける期間が、比較例にかかる塗装装置よりも長くなる（図３参照）。その結果、回転霧化頭１２１から飛び出した塗料粒子２０は、比較例に比べて広がりが少なくなる。したがって、ＳＡ圧を高めることなく、スプレーパターンの径を小さくすることができる。つまり、塗料粒子の跳ね返りを抑制しつつ、スプレーパターンの形状を制御することができる。
【００４８】
なお、上述の通り、本発明のポイントの一つは、回転霧化頭１２１の端部（塗料が塗装装置１から離れる部分）から、針状静電電極１３の端部（静電界Ｅを発生させる部分）までの距離を十分に取ることである。具体的には、比較例においては、回転軸Ｃから針状静電電極の端部までの距離は、回転軸Ｃから回転霧化頭１２１の端部までの距離の２．２倍程度であるのに対して、本実施の形態においては、３．８倍以上としている。
【００４９】
しかしながら、図４に示すように、針状静電電極の径を１６８ｍｍから３００ｍｍまで大きくすると、パターン径は小さくなる傾向にある。一方、針状静電電極の径を３００ｍｍから４００ｍｍまで大きくすると、パターン径は大きくなる傾向にある。このため、針状静電電極１３の径をさらに大きくし過ぎると、目標パターン径の範囲（４００ｍｍ〜４５０ｍｍ）を超えてしまうと考えられる。また、針状静電電極１３の径を大きくし過ぎると、被塗装物９０周囲に存在する物体（壁、床、天井など）と針状静電電極１３との距離が近くなる恐れがある。この場合、針状静電電極１３からこれらの物体に静電界が発生してしまう。その結果、漏電等が発生し、針状静電電極１３の電圧異常となってしまう。
【００５０】
このため、針状静電電極１３の上限は、４００ｍｍ程度が好ましい。言い換えると、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の５．２倍以下であることが好ましい。このような構成であれば、上記の通り、パターン径も４４０ｍｍとなり、目標パターン径の範囲内となる。また、自動車のボディ等の被塗装物９０の大きさに比べれば、径が４００ｍｍの針状静電電極１３は十分小型であるため、周囲の壁等と接近することも回避できる。したがって、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の３．８倍以上５．２倍以下であることが好ましい。
【００５１】
さらに、エア圧（ＳＡ圧）が０．０１Ｍｐａであることが好ましい。本実施の形態にかかる塗装装置１の構成によれば、エア圧を高くすることなく、パターン径を小さくできる（目標パターン径を実現できる）。そのため、図１０に示した表のうち、最も塗着効率が高い０．０１Ｍｐａにすることにより、パターン径を小さくしつつ、塗着効率も向上させることができる。
【００５２】
ここで、パターン径が狭いことのメリットについて説明する。ＳＡ圧とスプレーパターンの裾野の広がりの関係について図１１に示す。なお、図１１の表において、φＡは、パターン径を意味し、φＢは、最大膜厚の１／５の高さにおけるパターンの幅を意味し、拡大率は、φＢ／φＡを意味する（図１２参照）。図９の表に示すように、ＳＡ圧が高い程、スプレーパターンの裾野が広がりやすい。このように裾野が広がると、オーバースプレーが大きくなり、塗着効率が悪くなる。なお、図１１に示す測定結果は、比較例にかかる塗装装置９を用いた場合の数値である。
【００５３】
図１３及び図１４を用いて、裾野の大きさの違いに応じたオーバースプレーの量について説明する。裾野が大きい（パターン径が大きい）スプレーパターンのオーバースプレーの量を図１３に示す。また、裾野が小さい（パターン径が小さい）スプレーパターンのオーバースプレーの量を図１４に示す。いずれの場合も、被塗装物９０の端部９０１を中心とする位置で１回目の塗布（ｔ１）を行い、塗布所定の塗り重ねピッチだけずらして、２回目の塗布（ｔ２）、３回目の塗布（ｔ３）を行った場合を示している。
【００５４】
図１３に示すように、裾野が大きい（パターン径が大きい）スプレーパターンのオーバースプレーの量は、被塗装物９０の端部９０１よりも外側（図１３の下側）に位置する領域Ｂ１〜Ｂ３の合計である。一方、図１４に示すように、裾野が小さい（パターン径が小さい）スプレーパターンのオーバースプレーの量は、被塗装物９０の端部９０１よりも外側（図１４の下側）に位置する領域Ｓ１〜Ｓ３の合計である。
【００５５】
１回目の塗布（ｔ１）においては、塗布した塗料の半分が被塗装物９０に塗着せず、オーバースプレーが発生する。このとき、裾野が大きいスプレーパターンも、裾野が小さいスプレーパターンも、同じ吐出量であれば、オーバースプレーの量も同じになる。
【００５６】
しかし、２回目の塗布（ｔ２）、３回目の塗布（ｔ３）においては、裾野が小さいスプレーパターンの方が、裾野が大きいスプレーパターンよりもオーバースプレーが少なくなる。したがって、パターン径が小さい方が、オーバースプレーを低減することができる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
本発明にかかる実施の形態２について説明する。本実施の形態にかかる塗装装置２の構成を図１５に示す。塗装装置２においては、針状静電電極１３を支持する電極支持部材１３１が、絶縁材料により形成されている。このため、シェーピングエアリング１２２と針状静電電極１３とは、電気的に絶縁されている。
【００５８】
また、塗装装置２は、２つの電圧発生器１４ａ、１４ｂと、２つの制御部１５ａ、１５ｂと、を備える。電圧発生器１４ａ（第１の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１ａを介して、針状静電電極１３に電圧Ｖ１（第１の電圧）を印加する。電圧発生器１４ｂ（第２の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１ｂを介して、回転霧化頭１２１及びシェーピングエアリング１２２に電圧Ｖ２（第２の電圧）を印加する。つまり、針状静電電極１３に印加される電圧Ｖ１と、回転霧化頭１２１及びシェーピングエアリング１２２に印加される電圧Ｖ２と、は異なる電圧である。
【００５９】
制御部１５ａは、低電圧ケーブル１４２ａを介して電圧発生器１４ａに供給する電圧を変化させることにより、電圧Ｖ１を制御する。制御部１５ｂは、低電圧ケーブル１４２ｂを介して電圧発生器１４ｂに供給する電圧を変化させることにより、電圧Ｖ２を制御する。つまり、塗装装置２は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とを個別に制御することができる。なお、その他の構成については塗装装置１と同様である。
【００６０】
以上のように、本実施の形態にかかる塗装装置２の構成によれば、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とを別々の電源に接続する。このため、針状静電電極１３に印加する電圧Ｖ１と、回転霧化頭１２１やシェーピングエアリング１２２に印加する電圧Ｖ２と、を分けて制御することができる。これにより、針状静電電極１３に高電圧を印加して、静電界Ｅのみを強くしたい場合に、電圧発生器１４ａ及び制御部１５ａのみが高電圧を発生すればよい。つまり、回転霧化頭１２１やシェーピングエアリング１２２に電圧を印加する電圧発生器１４ｂ及び制御部１５ｂは、印加電圧を抑えることができる。その結果、電圧発生器１４ｂ及び制御部１５ｂの負荷を低減することができる。
【００６１】
＜実施の形態３＞
本発明にかかる実施の形態３について説明する。本実施の形態にかかる塗装装置３の構成を図１６に示す。また、塗装装置３の正面図を図１７に示す。塗装装置３は、回転霧化頭１２１を中心とする円の円周上に配置された複数の針状静電電極１３ａと、針状静電電極１３ａが配列された円とは異なる径の円の円周上に配列された１３ｃ、１３ｄ（第２の電極）と、を備える。針状静電電極１３ａが配置された円の径はφａである。針状静電電極１３ｃが配置された円の径はφｃである。針状静電電極１３ｄが配置された円の径はφｄである。つまり、いずれの円も径は異なる。なお、いずれの円も回転霧化頭１２１の回転軸Ｃを中心としている。
【００６２】
また、塗装装置３は、３つの電圧発生器１４ａ、１４ｃ、１４ｄと、３つの制御部１５ａ、１５ｃ、１５ｄと、を備える。電圧発生器１４ａ（第１の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１ａを介して、針状静電電極１３ａに電圧Ｖ１を印加する。電圧発生器１４ｃ（第３の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１ｃを介して、針状静電電極１３ｃに電圧Ｖ３（第３の電圧）を印加する。電圧発生器１４ｄ（第３の電圧印加手段）は、高電圧ケーブル１４１ｄを介して、針状静電電極１３ｄに電圧Ｖ４（第３の電圧）を印加する。つまり、針状静電電極１３ａ、１３ｃ、１３ｄに印加される電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖ４は、それぞれ異なる電圧である。
【００６３】
制御部１５ａは、低電圧ケーブル１４２ａを介して電圧発生器１４ａに供給する電圧を変化させることにより、電圧Ｖ１を制御する。制御部１５ｃは、低電圧ケーブル１４２ｃを介して電圧発生器１４ｃに供給する電圧を変化させることにより、電圧Ｖ３を制御する。制御部１５ｄは、低電圧ケーブル１４２ｄを介して電圧発生器１４ｄに供給する電圧を変化させることにより、電圧Ｖ４を制御する。つまり、塗装装置３は、電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖ４をそれぞれ個別に制御することができる。なお、その他の構成については塗装装置１と同様である。
【００６４】
以上のように、本実施の形態にかかる塗装装置３の構成によれば、径の異なる複数の円周上に配置された針状静電電極１３ａ、１３ｃ、１３ｄの印加電圧を個別に制御する。そして、各針状静電電極１３ａ、１３ｃ、１３ｄは、個別に静電界Ｅを形成する。これにより、３つの静電界Ｅが合わさり、１つの円周上に配置された針状静電電極のみでは形成できないような複雑な静電界Ｅを形成することができる。したがって、静電界Ｅのパターンのバリエーションを増やすことができる。つまり、スプレーパターンの形状のバリエーションを増やすことができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更及び組み合わせをすることが可能である。例えば、針状静電電極１３及び回転霧化頭１２１の寸法は、上述の実施の形態の数値に限られない。上記の通り、回転霧化頭１２１の端部から針状静電電極１３の端部までの距離が十分であれば、本発明の効果を奏するため、針状静電電極１３の径は回転霧化頭１２１の径の３．８倍以上であれば、寸法は特に限定されない。
【符号の説明】
【００６６】
１〜３、９  塗装装置
１１  装置本体
１２  塗料噴霧部
１３、９３  針状静電電極
１４  電圧発生器
１５  制御部
２０  塗料粒子
９０  被塗装物
１２１  回転霧化頭
１２２  シェーピングエアリング
１３１  電極支持部材
１４１  高電圧ケーブル
１４２  低電圧ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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