(57)【要約】【課題】ベル型塗装装置において、噴霧パターンの大きさを変えても、塗面が良好な噴霧パターン可変機構を提供する。【解決手段】ベル型塗装装置１は、ベル３と複数の噴射口１３ａを備える。ベル３は、円形の端縁３ａを形成する凹部３１内に塗料が供給されつつ、回転することにより端縁３ａから半径方向に塗料を遠心霧化させる。複数の噴射口１３ａは、凹部３１と相反する外面に形成される勾配３２に向けてシェーピングエアを噴出する。端縁３ａの周速度が亜音速に近い速度となるようにベル３ａを回転制御し、ベル３ａの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する。【選択図】図１
2007203257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の端縁を形成する凹部内に塗料が供給されつつ回転することにより前記端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させるベルと、前記凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口と、を備えるベル型塗装装置であって、
前記端縁の周速度が亜音速に近い速度となるように前記ベルを回転制御し、当該ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する噴霧パターン可変機構。
【請求項２】
前記端縁から遠心霧化される塗料に対して、前記複数の噴射口から噴出するシェーピングエアが前記勾配に沿って間隙無く噴流する請求項１記載の噴霧パターン可変機構。
【請求項３】
前記端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲にある請求項１又は２記載の噴霧パターン可変機構。
【請求項４】
前記シェーピングエアの噴出方向は、前記ベルの端縁から周囲へ遠心力を受けて飛散する塗料の回転方向成分を打ち消す方向に傾斜している請求項１から３のいずれかに記載の噴霧パターン可変機構。
【請求項５】
円形の端縁を形成する凹部内に塗料が供給されつつ回転することにより前記端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させるベルと、前記凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口と、を備えるベル型塗装装置の噴霧パターン可変方法であって、
前記端縁の周速度が亜音速に近い速度となるように前記ベルを回転制御し、当該ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する噴霧パターン可変方法。
【請求項６】
前記端縁から遠心霧化される塗料に対して、前記複数の噴射口から噴出するシェーピングエアが前記勾配に沿って間隙無く噴流する請求項５記載の噴霧パターン可変方法。
【請求項７】
前記端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲にある請求項５又は６記載の噴霧パターン可変方法。
【請求項８】
前記シェーピングエアの噴出方向は、前記ベルの端縁から周囲へ遠心力を受けて飛散する塗料の回転方向成分を打ち消す方向に傾斜している請求項５から７のいずれかに記載の噴霧パターン可変方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗料の噴霧を電気的に帯電させる静電噴霧装置に関する。特に、旋回排出口又は偏向要素を有する、いわゆるベル型塗装装置における噴霧パターン可変機構及び噴霧パターン可変方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
霧化塗装と呼ばれる塗装方法に静電塗装がある。例えば、静電塗装は、塗料に遠心力を付与して霧化させ、霧化した塗料粒子に静電気を帯電させて、被塗物を塗装する。静電塗装は、霧化塗装の一種であって、液圧・空気圧・遠心力が付与されて霧化した塗料粒子に静電気を帯電させ、電気的に被塗物（ワーク）を塗装する。
【０００３】
具体的には、静電塗装は、被塗物をアース（接地）しておいて、回転霧化式塗装装置（以下、ベル型塗装装置という）を高電圧の負極にする。ベル型塗装装置側を負極にすることにより、被塗物の表面は正に帯電する。その結果、被塗物とベル型塗装装置との間には静電界が形成される。ベル型塗装装置から回転噴霧された塗料粒子は負に帯電しているので、正に帯電した被塗物に向って塗着する。一般に、このようなベル型塗装装置は、スプレーガンを用いた塗装装置と比較して塗料の無駄が殆どない、とされている。
【０００４】
このようなベル型塗装装置として、塗料粒子を確実に高電圧に帯電させると共に、帯電塗料粒子を被塗物まで搬送して塗着効率を高めた発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１によるベル型塗装装置は、先端がベル（回転霧化頭）の前方に突出した電極棒を設けている。又、ベルの前方に向けて４本に分岐した外部電極を電極棒の先端に設けている。これにより、分岐する外部電極はベルの前方で、軸中心側から外周側に亘ってイオン化圏域を形成するから、ベルの軸中心側から外周側の広範囲を通過する塗料粒子を高電圧に帯電させることができる。又、外部電極の先端とベルの塗料放出端縁との間の距離寸法Ｌ１と、外部電極の先端と被塗物との間の距離寸法Ｌ２とをほぼ等しくすることにより、外部電極と被塗物との間の電界強度を高めることができる。
【特許文献１】特開２００３−２３６４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７は、特許文献１によるベル型塗装装置の構成を示す正面図であり、一部を破断して描いている。本願の図７は、特許文献１の図１に相当している。図８は、図７に示されたベル型塗装装置を塗料の噴霧側から観た底面図である。本願の図８は、特許文献１の図２に相当している。図９は、特許文献１によるベル型塗装装置を用いて被塗物を塗装している状態を示す正面図であり、一部を破断して描いている。本願の図９は、特許文献１の図３に相当している。
【０００７】
図７において、カバー７１は、絶縁性の合成樹脂材料を用いて円筒状に形成され、その内部にエアモータ７２を収容している。エアモータ７２は、モータ本体７２ａ、エアタービン、静圧エア軸受（いずれも図示せず）で構成されている。エアモータ７２は、エアタービンに高圧のエアを供給することにより、回転軸７３を回転駆動する。
【０００８】
ベル７４は、回転軸７３によって回転する間にフィードチューブ７５から供給された塗料を霧化する。ベル７４は、一端側が回転軸７３の先端に螺着される段付円筒状の取付部７４ａとなり、他端側が外部に向けて拡開するカップ状の塗料噴霧部７４ｂとなっている。又、塗料噴霧部７４ｂの前面側は塗料を平滑化する塗料平滑化面７４ｃとなり、塗料噴霧部７４ｂの先端側は、塗料平滑化面７４ｃから供給される塗料を放出するための塗料放出端縁７４ｄとなっている。塗料噴霧部７４ｂの後面側には、段付円筒部７４ｅにより塗料受部７４ｆが形成されている。塗料噴霧部７４ｂには、塗料受部７４ｆから塗料平滑化面７４ｃに達する複数の塗料流出穴７４ｇが円環状に列設されている（図８参照）。
【０００９】
フィードチューブ７５は、ベル７４に塗料、シンナを供給する。フィードチューブ７５の基端側は、カバー７１に取り付けられ、フィードチューブ７５の先端側は、塗料受部７４ｆに開口している。フィードチューブ７５は、外部の塗料供給源（図示せず）に接続されている。シェーピングエアリング７６は、絶縁性樹脂材料を用いて筒状に形成され、ベル７４の塗料放出端縁７４ｄよりも後側に位置して塗料噴霧部７４ｂを覆っている。又、シェーピングエアリング７６の先端部には、複数のシェーピングエアの噴射口７７が塗料放出端縁７４ｄに沿って円環状に列設されている（図８参照）。噴射口７７は、エア通路を介して外部のエア源（図示せず）に接続され、所定の吐出圧（エア量）をもったシェーピングエアが噴出される。これにより、シェーピングエアは、ベル７４から噴霧された塗料の噴霧パターンを成形する。
【００１０】
補助カバー７８は、シェーピングエアリング７６の外周側を覆っており、絶縁性の合成樹脂材料により形成されている。補助カバー７８の先端には、シェーピングエアリング７６の外周面との間に位置して、押込みエア用の複数の噴出口７９が円環状に列設されている（図８参照）。噴出口７９は、シェーピングエアの噴射口７７よりも外周側に位置し、ベル７４の外周側から軸中心に向けて、押込みエアを噴出する。これにより、ベル７４から噴霧された塗料粒子は、過大に広がることなく前方に向けて絞り込まれ、予め決められた所定幅の噴霧パターンを形成する。
【００１１】
電極棒８０は、回転軸７３内を軸方向に延びるように固定的に設けられている。電極棒８０は、絶縁性の材料により円柱状に形成され、回転軸７３とベル７４とを電気的に絶縁している。又、電極棒８０は、先端側がベル７４よりも前方に突出した突出部８０ａとなり、突出部８０ａの先端部には、分岐する外部電極８２が設けられている。電極棒８０には、突出部８０ａよりも後側に位置し、電極棒８０と回転軸７３との間の隙間に塗料粒子が入り込むのを防止する円板状の遮蔽板８０ｂが設けられている。
【００１２】
高抵抗８１は、電極棒８０内に軸方向に延びており、高電圧発生器（図示せず）と外部電極８２との間に設けられている。外部電極８２は、突出部８０ａの先端から前方に突出し、ベル７４の前方に向けて分岐するように配設された４本の針状電極８２ａで構成されている（図８参照）。各針状電極８２ａは、高抵抗８１の先端に接続されている。外部電極８２は、高電圧発生器から高電圧が印加されたときに、ベル７４の塗料放出端縁７４ｄから噴霧された塗料粒子を帯電させるイオン化圏域Ｂを形成できる（図９参照）。
【００１３】
図７又は図８に示されるように、各針状電極８２ａは、先端側が外周側を向くように回転軸７３の軸中心に対して、２０°〜７０°、好ましくは４５°の角度θをもって傾斜している。図９において、針状電極８２ａの先端とベル７４の塗料放出端縁７４ｄとの間の距離寸法をＬ１とし、針状電極８２ａの先端と被塗物Ｔとの間の距離寸法をＬ２とした場合、距離寸法Ｌ１が距離寸法Ｌ２に対して０．７５倍以下（Ｌ１≦０．７５×Ｌ２）又は１．５倍以上（Ｌ１≧１．５×Ｌ２）となるときには、塗料の塗着効率が例えば８７％程度よりも低下することが実験的に確認されている。
【００１４】
図９において、針状電極８２ａは、その先端とベル７４の塗料放出端縁７４ｄとの間の距離寸法Ｌ１が、その先端と被塗物Ｔとの間の距離寸法Ｌ２とほぼ等しい位置（０．７５×Ｌ２＜Ｌ１＜１．５×Ｌ２、好ましくはＬ１≒Ｌ２）に配置されている。
【００１５】
図９において、エアモータ７２により回転軸７３及びベル７４を高速回転させると共に、塗料供給源からフィードチューブ７５を通じてベル７４に塗料が供給される。ベル７４に供給された塗料は、塗料放出端縁７４ｄから径方向外側に向けて微粒化された塗料粒子として飛び出す。一方、塗料放出端縁７４ｄの周囲には、その後方に位置する複数の噴射口７７からシェーピングエアが吹き付けられる。これにより、塗料の微粒化（霧化）が促進されるから、シェーピングエアの吐出圧が高いときには塗料粒子は小さくなり、シェーピングエアの吐出圧が低いときには塗料粒子は大きくなる。
【００１６】
更に、シェーピングエアの吐出圧が高いときには噴霧パターンの幅は狭くなるのに対し、シェーピングエアの吐出圧が低いときには噴霧パターンの幅は広くなる。このため、複数の噴射口７７の外周側に設けられた複数の噴出口７９は、シェーピングエアの吐出圧に応じた押込みエアを噴出し、噴霧パターンの幅を一定に保持する。
【００１７】
一般に、ベル型塗装装置を用いて、例えば自動車のボディをメタリック塗装する場合に、そのベースコートの色出し状態（いわゆる、カラーマッチング）は、塗料粒子の粒径、塗料粒子の衝突速度、塗着ＮＶ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ）、エア衝撃力などのパラメータに支配される。又、自動車のボディは、塗装部位によって噴霧パターンを変えることにより、塗料を効率よく塗布することができる。
【００１８】
しかし、前記のように構成された特許文献１によるベル型塗装装置は、複数の噴射口７７から噴出されるシェーピングエアの吐出圧を変えることにより、ベル７４の塗料放出端縁７４ｄから径方向外側に向けて遠心力で微粒化された塗料粒子の噴霧パターンを変えている。すなわち、シェーピングエアのエア量を大きくすると、噴霧パターンは縮径する。一方、シェーピングエアのエア量を小さくすると、噴霧パターンは拡径する。
【００１９】
ここで、複数の噴出口７９から噴出される押込みエアは、ベル７４から噴霧された塗料粒子を過大に広がることなく前方に向けて絞り込み、所定幅の噴霧パターンを形成するが、この押込みエア自体が噴霧パターンを可変しているわけではない。又、ベル型塗装装置に分岐する外部電極を設けることにより、外部電極と被塗物との間の電界強度を高めることができるが、分岐する外部電極自体が噴霧パターンを可変しているわけではない。
【００２０】
一方、特許文献１によるベル型塗装装置において、シェーピングエアのエア量が大きいときには微粒化された塗料粒子は小さくなり、シェーピングエアのエア量が低いときには微粒化された塗料粒子は大きくなる。特許文献１によるベル型塗装装置は、シェーピングエアのエア量を変えることにより、噴霧パターンの大きさを変えているので、塗面にヒットする塗料粒子の大きさが噴霧パターンの大きさで異なることになり、カラーマッチングが困難になるという問題がある。
【００２１】
又、特許文献１によるベル型塗装装置は、相当強いシェーピングエアを噴出することにより、噴霧パターンを絞り込む構造となっているので、クリアコートの塗面に強いエアがヒットするので、ウェットな塗膜では溶剤が揮発することを促進して、局部的に塗着ＮＶが上がり、塗装面の肌が荒れるという問題がある。例えば、ベル型塗装装置を用いて、２回塗りでメタリック塗装して、塗装面のカラーマッチングや肌を補正する方法も考えられるが、行程を増やすことになり好ましくない。１行程でカラーマッチングや肌合わせできることが好ましい。そして、これらのことが本発明の課題といってよい。
【００２２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、回転するベルから微粒化された塗料が噴霧されるベル型塗装装置において、噴霧パターンの大きさを変えても、カラーマッチングや塗面の肌が良好となる噴霧パターン可変機構及び噴霧パターン可変方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者は、ベルの回転速度を制御することにより、噴霧パターンの大きさを変えても、カラーマッチングや塗面の肌が良好となることを見出し、以下のような新たなベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構及び噴霧パターン可変方法を発明するに至った。
【００２４】
（１）  円形の端縁を形成する凹部内に塗料が供給されつつ回転することにより前記端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させるベルと、前記凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口と、を備えるベル型塗装装置であって、前記端縁の周速度が亜音速に近い速度となるように前記ベルを回転制御し、当該ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する噴霧パターン可変機構。
【００２５】
（１）の発明によるベル型塗装装置は、ベルと複数の噴射口を備えている。ベルは、円形の端縁を形成する凹部内に塗料が供給されつつ、回転することにより端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させる。複数の噴射口は、凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する。
【００２６】
（１）の発明によるベル型塗装装置は、例えば、装置本体としてのハウジング内にエアモータを内蔵し、エアモータの回転軸の先端側にベルを固定している。ベルは、凹部側に円板状のベルカップを有し、内部が中空の円錐台状に形成されている。ベルカップとの境界部及び中心部において、塗料が吐出されるための複数の吐出穴が同一円周上に等間隔に配列されている。
【００２７】
一方、エアモータの回転軸の中心部分には、塗料又は洗浄液が供給されるフィードパイプが軸方向に延びて設けられている。そして、フィードパイプの先端部に塗料ノズルが設けられる。塗料ノズルの先端部は、ベルカップの中央部位置にある円錐状の凸部に対し、所定の間隔を保った離間状態で対向している。そして、塗料ノズルの先端部から吐出された塗料が複数の吐出穴を通ってベルの凹部内壁に流出するようにしてもよい。塗料は、ベルが回転することによる遠心力で、ベルの中心部からその外周へ飛散させられ、円形の端縁から半径方向に霧化される。
【００２８】
ここで、ベルに形成される凹部は、中心から半径方向に拡径する円錐状の内壁が形成されてもよく、凹部の内壁は比較的大きな曲率を有する曲面が形成されてもよい。一方、凹部と相反する外面に形成される勾配は、円錐状に形成されてもよく、比較的大きな曲率を有する曲面であってもよい。
【００２９】
例えば、ハウジングにおける先端部側の内周面に筒状のリングブロックを固定し、このリングブロックの内周部に、断面ハット形のエアリングを着脱自在に固定する。そして、エアリングの下縁部に、凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口を設けることができる。これらの噴出口は、円形の端縁と同心円状に円環状に列設され、かつ等間隔に設けられることが好ましい。
【００３０】
ここで、リングブロックの内周面とエアリングの筒部外壁面との間に、これらの噴出口と接続するリング状のエアチャンバを形成し、更に、リングブロック及びハウジング内部にエアチャンバに接続するエア通路を設ける。そして、このエア通路が外部のエア源に接続され、所定のエア量がこれらの噴出口から噴出されることより、シェーピングエアを成形することができる。
【００３１】
そして、後述するように、円形の端縁とこれらの噴射口との軸方向の距離は相当に長いことが好ましく、これらの噴射口から噴出するシェーピングエアの噴出方向を相互に交叉させてもよい。なお、これらの噴射口からのシェーピングエアは、ベルの端縁から遠心力を受けて微粒化して半径方向へ飛散する塗料の飛行方向を、被塗物方向に修正するためのものである。又、これらの噴射口からのシェーピングエアは、ベースコートの色出しを支配する４つのパラメータとしての塗料粒子の粒径、塗料粒子の衝突速度、塗着ＮＶ、エア衝撃力を調整することができる。
【００３２】
そして、（１）の発明による噴霧パターン可変機構は、端縁の周速度が亜音速に近い速度となるようにベルを回転制御する。そして、ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する。
【００３３】
特許文献１による噴霧パターン可変機構のベルは、例えば、回転速度が約３万回転／分（ｒｐｍ）であって固定的であるのに対し、本発明による噴霧パターン可変機構のベルは、回転速度が約６万回転／分（ｒｐｍ）であって、より高速回転であり、この回転速度を可変することに違いがある。ここで、ベルの端縁の直径を実態に近い５０ｍｍとすると、ベルの端縁の周速度は、特許文献１では約７９ｍ／ｓｅｃとなり、本発明では約１５７ｍ／ｓｅｃとなる。亜音速とは、音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）の０．６〜０．７倍と定義されており、本発明によるベルの端縁の周速度は、亜音速に近い速度となる。
【００３４】
そして、特許文献１による噴霧パターン可変機構が、ベルの端縁から放出される塗料にシェーピングエアを吹き付け、シェーピングエアの吐出圧を変えて、噴霧パターンの幅を変えていたのに対し、本発明による噴霧パターン可変機構は、ベルを亜音速に近い回転速度で制御してベルの端縁で塗料が微粒化され、ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変するという違いがある。つまり、ベルの回転速度を大きくすれば、遠心力が大きくなり、噴霧パターンが拡径する。一方、ベルの回転速度を小さくすれば、遠心力が小さくなり、噴霧パターンが縮径する。
【００３５】
ここで、特許文献１によるシェーピングエアは、ベルの端縁にぶつけて塗料の微粒化をアシスト（助力）しているのに対し、本発明によるシェーピングエアは、ベルの端縁から放出された塗料微粒子の方向を被塗物側に変えるという違いがある。更に、半径方向に飛行する速度を被塗物側に向けて減衰させるという違いがある。そして、本発明によるシェーピングエアが塗料の微粒化を補助することはあっても、特許文献１によるシェーピングエアのように、塗料の微粒化を促進しているわけではない。
【００３６】
（１）の発明による噴霧パターン可変機構は、その基本的なメカニズムが、高速回転するベルにあるといってもよく、ベルの凹部内に流動する塗料は静電界を与えられることにより液糸状になり、ベルの端縁から液糸状塗料が途切れて塗料の微粒化が促進される。そして、（１）の発明による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの大きさを変えても、ベルの端縁から放出される塗料の微粒子径が塗面において大きく変化しないことに特徴がある。又は、塗料の微粒子が塗面に強くヒットしないことに特徴がある。シェーピングエアが塗料の微粒子の飛行速度を減衰すべく作用するからである。
【００３７】
例えば、（１）の発明による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくすれば、塗料の供給量を減らすことができる。一方、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくしても、そのメカニズムからして、塗料の供給量を変えることはない。逆説的に言えば、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくしても、塗料の供給量を減らすことはできない。
【００３８】
又、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくすると、塗料の粒子が潰れ、塗面のカラーマッチィングや肌が良好とならないというデメリットがあるのに対し、（１）の発明による噴霧パターン可変機構は、ベルの回転速度を制御することにより、噴霧パターンの大きさを変えても、塗料の粒径分布が変わらないので、カラーマッチングや塗面の肌が良好となることが確認された。
【００３９】
（２）  前記端縁から遠心霧化される塗料に対して、前記複数の噴射口から噴出するシェーピングエアが前記勾配に沿って間隙無く噴流する（１）記載の噴霧パターン可変機構。
【００４０】
特許文献１による噴霧パターン可変機構は、ベルの端縁から放出される塗料に直接、シェーピングエアを吹き付けているので、端縁から遠心霧化される塗料に対して、シェーピングエアを間隙無く噴流するためには、複数の噴射口同士が近接すべく、配列数を増加させる必要があるが、供給エアを増やすなど実用的でない。
【００４１】
一方、（２）の発明による噴霧パターン可変機構は、複数の噴射口から噴出するシェーピングエアがベルの勾配に沿って流動するので、ベルの端縁では半径方向に拡散して、間隙無いシェーピングエアとなる。これにより、塗面の半径方向での塗料粒径分布の均一化を図ることができる。
【００４２】
（３）  前記端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲にある（１）又は（２）記載の噴霧パターン可変機構。
【００４３】
特許文献１による噴霧パターン可変機構は、ベルの端縁から放出される塗料に直接、シェーピングエアを吹き付けているので、ベルの端縁と複数の噴射口とが近接されることが好ましい。特許文献１による噴霧パターン可変機構は、例えば、端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が７ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。
【００４４】
一方、（２）の発明による噴霧パターン可変機構は、複数の噴射口から噴出するシェーピングエアがベルの勾配に沿って流動するので、ベルの端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４５】
（４）  前記シェーピングエアの噴出方向は、前記ベルの端縁から周囲へ遠心力を受けて飛散する塗料の回転方向成分を打ち消す方向に傾斜している（１）から（３）のいずれかに記載の噴霧パターン可変機構。
【００４６】
（４）の発明による噴霧パターン可変機構は、ベルからの放射方向に拡散されながら旋回飛散する塗料粒子に対して、シェーピングエアが剪断力を作用させて旋回力成分を打ち消すべく交差する。そして、急激な膨張と剪断作用により、更なる塗料の微粒化、高分散性を実現するのに適した乱流が形成されるようになる。この乱流は初速が高くかつ塗面付近では次第に低速度化されるという効果がある。
【００４７】
（５）  円形の端縁を形成する凹部内に塗料が供給されつつ回転することにより前記端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させるベルと、前記凹部と相反する外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口と、を備えるベル型塗装装置の噴霧パターン可変方法であって、前記端縁の周速度が亜音速に近い速度となるように前記ベルを回転制御し、当該ベルの回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変する噴霧パターン可変方法。
【００４８】
（６）  前記端縁から遠心霧化される塗料に対して、前記複数の噴射口から噴出するシェーピングエアが前記勾配に沿って間隙無く噴流する（５）記載の噴霧パターン可変方法。
【００４９】
（７）  前記端縁と前記複数の噴射口との軸方向の距離が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲にある（５）又は（６）記載の噴霧パターン可変方法。
【００５０】
（８）  前記シェーピングエアの噴出方向は、前記ベルの端縁から周囲へ遠心力を受けて飛散する塗料の回転方向成分を打ち消す方向に傾斜している（５）から（７）のいずれかに記載の噴霧パターン可変方法。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、円形の端縁から半径方向に塗料を遠心霧化させるベルと、ベルの外面に形成される勾配に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口と、を備えるベル型塗装装置であって、亜音速に近い速度となるようにベルを回転制御して、噴霧パターンを可変しているので、噴霧パターンを変えても、カラーマッチングや塗面の肌を良好にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００５３】
図１は、本発明によるベル型塗装装置の一実施形態を示す構成図であり、要部を縦断面図としている。図２は、前記実施形態によるベル型塗装装置のエアリングの正面図であり、図１に示されたベル型塗装装置を塗料の噴霧側から観た底面図に相当している。図３は、前記実施形態によるエアリングの要部拡大正面図である。図４は、前記実施形態によるエアリングの要部縦断面図である。図５は、前記実施形態によるベル型塗装装置の作用を説明するための正面図であり、要部のみが描かれている。図６は本発明によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面と、従来技術によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面とを比較したグラフである。
【００５４】
最初に、本発明によるベル型塗装装置の構成を説明する。図１において、ベル型塗装装置１は、筒形の絶縁体からなるハウジング１１内にエアモータ２を収容している。エアモータ２は、外部から圧縮空気が供給されることにより、回転軸２１を回転する。回転軸２１の先端２１ａ側にベル３を固定している。ベル３は、凹部３１側に円板状のベルカップ４を有し、内部が中空の円錐台状に形成されている。そして、ベルカップ４との境界部及び中心部において、塗料が吐出されるための複数の吐出穴４ａ・４ｂが同一円周上に等間隔に配列されている。
【００５５】
図１において、エアモータ２の回転軸２１の中心部分には、塗料又は洗浄液が供給されるフィードパイプ５が軸方向に延びて設けられている。フィードパイプ５の先端部には、塗料ノズル５１が設けられている。塗料ノズル５１の先端部５１ａは、ベルカップ４の中央部位置にある円錐状の凸部４ｃに対し、所定の間隔を保った離間状態で対向している。
【００５６】
塗料ノズル５１の先端部５１ａから吐出された塗料は、複数の吐出穴４ａ・４ｂを通ってベル３の凹部３１内壁に流出する。この塗料Ｐは、ベル３が回転することによる遠心力で、ベル３の中心部からその外周へ飛散させられ、円形の端縁３ａから半径方向に霧化される（図１参照）。図１において、ベル３に形成される凹部３１内壁は、比較的大きな曲率を有する曲面が形成されている。一方、凹部３１と相反する外面に形成される勾配３２は、円錐状に形成されている。
【００５７】
図１において、ハウジング１１における先端部側の内周面に筒状のリングブロック１２が固定されている。リングブロック１２の内周部に、断面ハット形のエアリング１３が着脱自在に固定されている。エアリング１３の下縁部１３１には、凹部３１と相反する外面に形成される勾配３２に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃが設けられている。
【００５８】
図１において、リングブロック１２の内周面とエアリング１３の筒部外壁面との間に、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃと接続するリング状のエアチャンバ１２２が形成されている。又、リングブロック１２及びハウジング１１内部にエアチャンバ１２２に接続するエア通路１２１が設けられている。そして、エア通路１２１が外部のエア源（図示せず）に接続され、所定のエア量が複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃから噴出されることより、シェーピングエアを成形することができる。
【００５９】
図１において、円形の端縁３ａと複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃとの軸方向の距離Ｓ２が相当に長くなっており、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃから噴出するシェーピングエアの噴出方向が相互に交叉されている。なお、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃからのシェーピングエアは、ベル３の端縁３ａから遠心力を受けて微粒化して半径方向へ飛散する塗料Ｐの飛行方向を、被塗物方向に修正するためのものである。又、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃのシェーピングエアは、ベースコートの色出しを支配する４つのパラメータとしての塗料粒子の粒径、塗料粒子の衝突速度、塗着ＮＶ、エア衝撃力を調整することができる。
【００６０】
図２に示されるように、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃは、それぞれ半径が異なる同心円である円周Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３上に、ベル３の円周方向にそれぞれ異なる傾斜角θ１〜θ３をもって等間隔に穿設されている（図３参照）。図３のＡ−Ａ断面である図４（Ａ）において、複数の噴射口１３ａの傾斜角θ１は、３０度となっている。図３のＢ−Ｂ断面である図４（Ｂ）において、複数の噴射口１３ｂの傾斜角θ２は、１５度となっている。図３のＣ−Ｃ断面である図４（Ｃ）において、複数の噴射口１３ｃの傾斜角θ３は、３０度となっている。
【００６１】
次に、本発明によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構の作用を説明する。
【００６２】
図１において、ベル型塗装装置１の噴霧パターン可変機構は、ベル３の端縁３ａの周速度が亜音速に近い速度となるようにベル３が回転制御されている。そして、ベル３の回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変することができる。
【００６３】
図７において、噴霧パターン可変機構のベル７４は、例えば、回転速度が約３万回転／分（ｒｐｍ）であって固定的であるのに対し、本発明による噴霧パターン可変機構のベル３は、回転速度が約６万回転／分（ｒｐｍ）であって、より高速回転であり、この回転速度を可変することに違いがある。ここで、ベル３の端縁３ａの周速度は、亜音速に近い速度となっている。
【００６４】
図７において、特許文献１による噴霧パターン可変機構が、ベル７４の端縁から放出される塗料にシェーピングエアを吹き付け、シェーピングエアの吐出圧を変えて、噴霧パターンの幅を変えていたのに対し、本発明による噴霧パターン可変機構は、ベル３を亜音速に近い回転速度で制御してベル３の端縁３ａで塗料が微粒化され、ベル３の回転速度を変えることにより、被塗物に塗装される噴霧パターンを可変するという違いがある。つまり、ベル３の回転速度を大きくすれば、遠心力が大きくなり、噴霧パターンを拡径できる。一方、ベル３の回転速度を小さくすれば、遠心力が小さくなり、噴霧パターンを縮径できる。
【００６５】
特許文献１によるシェーピングエアは、ベル７４の端縁にぶつけて塗料の微粒化をアシスト（助力）しているのに対し（図９参照）、本発明によるシェーピングエアは、ベル３の端縁から放出された塗料微粒子の方向を被塗物側に変えるという違いがある。更に、半径方向に飛行する速度を被塗物側に向けて減衰させるという違いがある。
【００６６】
本発明による噴霧パターン可変機構は、その基本的なメカニズムが、高速回転するベル３にあるといってもよく、ベル３の凹部３１内に流動する塗料は静電界を与えられることにより液糸状になり、ベル３の端縁３ａから液糸状塗料が途切れて塗料の微粒化が促進される。本発明による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの大きさを変えても、ベル３の端縁３ａから放出される塗料の微粒子径が塗面において大きく変化しないことに利点がある。又は、塗料の微粒子が塗面に強くヒットしないことに利点がある。シェーピングエアが塗料の微粒子の飛行速度を減衰すべく作用するからである。
【００６７】
本発明による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくすれば、塗料の供給量を減らすことができる。一方、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくしても、そのメカニズムからして、塗料の供給量を変えることはない。特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくしても、塗料の供給量を減らすことはできない。
【００６８】
又、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、噴霧パターンの幅を小さくすると、塗料の粒子が潰れ、塗面のカラーマッチングや肌が良好とならないというデメリットがあるのに対し、本発明による噴霧パターン可変機構は、ベル３の回転速度を制御することにより、噴霧パターンの大きさを変えても、塗料の粒径分布が変わらないので、後述するようにカラーマッチングや塗面の肌が良好となることが確認された。
【００６９】
更に、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、ベル７４の端縁から放出される塗料に直接、シェーピングエアを吹き付けているので、端縁から遠心霧化される塗料に対して、シェーピングエアを間隙無く噴流するためには、複数の噴射口７７同士が近接すべく、配列数を増加させる必要があるが、供給エアを増やすなど実用的でない（図８参照）。
【００７０】
一方、本発明による噴霧パターン可変機構は、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃから噴出するシェーピングエアがベル３の勾配３２に沿って流動するので、ベル３の端縁３ａでは半径方向に拡散して、間隙無いシェーピングエアとなる。これにより、塗面の半径方向での塗料粒径分布の均一化を図ることができる。
【００７１】
例えば、本発明による噴霧パターン可変機構は、ベル３の端縁３ａと複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃとの軸方向の距離Ｓ１が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲にある（図１参照）。一方、特許文献１による噴霧パターン可変機構は、ベル７４の端縁から放出される塗料に直接、シェーピングエアを吹き付けているので、ベル７４の端縁と複数の噴射口７７とが近接されることが好ましい。例えば、ベル７４の端縁と複数の噴射口７７との軸方向の距離Ｓ２は７ｍｍから１０ｍｍの範囲にある（図７参照）。
【００７２】
本発明による噴霧パターン可変機構は、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃから噴出するシェーピングエアがベル３の勾配３２に沿って流動するので、ベル３の端縁３ａと複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃとの軸方向の距離Ｓ１が２０ｍｍから４０ｍｍの範囲であることが好ましい（図１参照）。
【００７３】
又、本発明による噴霧パターン可変機構は、複数の噴射口１３ａ・１３ｂ・１３ｃの傾斜方向が、ベル３の端縁から周囲へ遠心力を受けて飛散する塗料の回転方向成分を打ち消す方向に傾斜している（図３及び図４参照）。
【００７４】
例えば、図１において、メタリック塗料Ｐを用いてベースコート塗装するには、ベル３の塗料側に例えばマイナス９０ＫＶの静電荷を印加する一方、自動車のボディなどの被塗物側にプラス静電荷を帯電させる。この状態で、エアモータ２の回転軸２１を、例えば、６００００ｒｐｍの高速で回転させ、フィードパイプ５及び塗料ノズル５１から供給されるメタリック塗料Ｐを回転軸２１と一体に回転するベル３の遠心力によって、複数の吐出穴４ａ・４ｂを通してベル３の外周側に飛散させる。
【００７５】
ベル３の端縁３ａから半径方向に向けて飛散するメタリック塗料Ｐに対して、最初に、エアリング１３の半径方向の最内側に位置する複数の噴射口１３ａから逆旋回方向に向けて噴出される高速小風量の第１のシェーピングエアＬａが衝突し、それによる第一次的な剪断力が前記飛散初期の塗料粒子に作用して、塗料の遠心力（旋回慣性力）がやや打ち消されて、塗料飛行方向が被塗物方向にやや修正される（図５参照）。
【００７６】
次に、エアリング１３の半径方向の中間に位置する複数の噴射口１３ｂから逆旋回方向に向けて噴出される高速小風量のシェーピングエアＬｂが、第１のシェーピングエアＬａで減速されたメタリック塗料Ｐの粒子に衝突し、それによる第二次的な剪断力が飛散中期の塗料粒子に作用して、塗料の遠心力（旋回慣性力）がほぼ打ち消されて、塗料飛行方向が被塗物方向に更に修正される（図５参照）。
【００７７】
次に、エアリング１３の半径方向の最外側に位置する複数の噴射口１３ｃから逆旋回方向に向けて噴出される高速小風量のシェーピングエアＬｃが、第２のシェーピングエアＬｂで減速されたメタリック塗料Ｐの粒子に衝突し、それによる第三次的な剪断力が塗料粒子に作用して、塗料の遠心力（旋回慣性力）が打ち消されて、塗料飛行方向が被塗物方向に良好に修正される（図５参照）。
【００７８】
このように、本発明による噴霧パターン可変機構は、ベルからの放射方向に拡散されながら旋回飛散する塗料粒子に対して、シェーピングエアが剪断力を作用させて旋回力成分を打ち消すべく交差する。そして、急激な膨張と剪断作用により、更なる塗料の微粒化、高分散性を実現するのに適した乱流が形成されるようになる。この乱流は初速が高くかつ塗面付近では次第に低速度化されるという効果がある。
【００７９】
ここで、ベル３の凹部３１と相反する外面に形成される勾配３２に向けてシェーピングエアを噴出する複数の噴射口は、複数の噴射口１３ａだけとしてもよく、複数の噴射口１３ｂ・１３ｃが封鎖されてもよい。又、ベル３の凹部３１と相反する外面に形成される勾配３２に向けてシェーピングエアＬａを噴出する複数の噴射口１３ａと、ベル３の端縁３ａから飛散する塗料に作用するシェーピングエアＬｂを噴射する複数の噴射口１３ｂを付加してよく、更に、ベル３の端縁３ａから飛散する塗料に作用するシェーピングエアＬｃを噴射する複数の噴射口１３ｃを付加してもよい。
【００８０】
図６は、以上のように構成されたベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面と、特許文献１に代表される従来技術によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面を比較したグラフである。
【００８１】
図６の横軸の目盛りは、塗面に塗装される噴霧パターンの外径（Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｗｉｄｔｈ）を示している。図６において、縦軸の右側の目盛りは、ウェーブ・スキャン（Ｗａｖｅ  Ｓｃａｎ）で測定されたクリア塗料による塗面（いわゆる、クリアコート）の仕上り肌を示している。図６において、縦軸の左側の目盛りは、淡色青メタリック塗装による塗面（いわゆる、ベースコート）の色差を示している。
【００８２】
図６において、丸印のプロットを破線で結んだ曲線は、従来の塗装によるクリアコートの仕上り肌を示している。一方、丸印のプロットを実線で結んだ曲線は、本発明の塗装によるクリアコートの仕上り肌を示している。×印のプロットを破線で結んだ曲線は、従来の塗装によるベースコートの色差を示している。一方、×印のプロットを実線で結んだ曲線は、本発明の塗装によるベースコートの色差を示している。
【００８３】
図６のグラフに示されるように、従来の塗装によるクリアコートの仕上り肌及びベースコートの色差は、噴霧パターンが縮径されるにしたがって、特性が悪化している。先に考察したように、シェーピングエアのエア量を変えることにより、噴霧パターンの大きさを変えているので、塗面にヒットする塗料粒子の大きさが噴霧パターンの大きさで異なることになり、カラーマッチングを困難としている。又、噴霧パターンが縮径されるにしたがって、相当強いシェーピングエアを噴出することにより、噴霧パターンを絞り込む構造となっているので、クリアコートの塗面に強いエアがヒットするので、ウェットな塗膜では溶剤が揮発することを促進して、局部的に塗着ＮＶが上がり、塗装面の肌が荒れている。
【００８４】
一方、図６のグラフに示されるように、本発明の塗装によるクリアコートの仕上り肌及びベースコートの色差は、噴霧パターンの縮径に係らず特性が良好であり安定している。本発明による噴霧パターン可変機構は、ベルの回転速度を制御することにより、噴霧パターンの大きさを変えても、カラーマッチングや塗面の肌が良好となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明によるベル型塗装装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】前記実施形態によるベル型塗装装置のエアリングの正面図である。
【図３】前記実施形態によるエアリングの要部拡大正面図である。
【図４】前記実施形態によるエアリングの要部縦断面図である。
【図５】前記実施形態によるベル型塗装装置の作用を説明するための正面図である。
【図６】本発明によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面と、従来技術によるベル型塗装装置の噴霧パターン可変機構で塗装された塗面とを比較したグラフである。
【図７】従来技術によるベル型塗装装置の構成を示す正面図である。
【図８】従来技術によるベル型塗装装置を塗料の噴霧側から観た底面図である。
【図９】従来技術によるベル型塗装装置を用いて被塗物を塗装している状態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  ベル型塗装装置
２  エアモータ
３  ベル
３ａ  端縁（ベルの端縁）
１３ａ・１３ｂ・１３ｃ  噴射口
３１  凹部
３２  勾配
【図１】
2007203257.tif 000003
【図２】
2007203257.tif 000004
【図３】
2007203257.tif 000005
【図４】
2007203257.tif 000006
【図５】
2007203257.tif 000007
【図６】
2007203257.tif 000008
【図７】
2007203257.tif 000009
【図８】
2007203257.tif 000010
【図９】
2007203257.tif 000011