JPS6224136B2

JPS6224136B2 -

Info

Publication number: JPS6224136B2
Application number: JP55043452A
Authority: JP
Inventors: Hikari Morishita; Suekichi Sugyama; Shunichi Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1980-04-04
Filing date: 1980-04-04
Publication date: 1987-05-27
Also published as: EP0038625A1; EP0038625B1; DE3165626D1; JPS56141867A; EP0038625B2; US4369924A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回転霧化静電塗装装置に関する。

従来より、例えば車両ボデイーを塗装するため
の塗装装置として、塗装装置のハウジング内にお
いて回転軸を玉軸受或いはコロ軸受によつて支承
し、回転軸の外端部に固定したカツプ状噴霧頭に
負電圧を印加すると共に回転しているカツプ状噴
霧頭の内周面上に塗料を供給し、カツプ状噴霧頭
から負電圧に帯電された微粒塗料を噴出せしめて
これを電気的に接地された被塗装面上に電気力に
より吸引し、それによつて被塗装面を塗装するよ
うにした回転霧化静電塗装装置が知られている。
このような回転霧化静電塗装装置では噴霧頭から
噴出する塗料噴霧のほぼ90パーセントが被塗装面
の塗装に有効に利用するために塗料の消費量が少
なく、従つて広い産業分野において利用されてい
る。

一方、噴霧塗料を用いて塗装する場合において
きれいな塗装面に仕上げるには噴霧塗料が空気の
泡を含まないようにする必要があり、また噴霧塗
料の粒径をできるだけ小さくする必要がある。し
かしながら従来の回転霧化静電塗装装置では噴霧
塗料が空気の泡を含んでしまうために被塗装表面
上に形成される塗料膜面内に多数の気泡が含ま
れ、斯くしてきれいな塗装面に仕上げるのが困難
となつている。一方、このような空気の泡の含有
を阻止するために噴射頭の先端部内壁面に多数の
凹溝を形成した回転霧化静電塗装装置が知られて
いる。この回転霧化静電塗装装置では塗料が凹溝
からフイラメント状に噴出し、次いで塗料粒子に
微粒化されるために塗料粒子が気泡を含有するの
を阻止することができる。しかしながらこの回転
霧化静電塗装装置では塗料フイラメントが比較的
太いために噴霧塗料の粒径は大きく、斯くしてき
れいな塗装面に仕上げるのは困難である。

また、上述したようにきれいな塗装面に仕上げ
るには噴霧塗料の粒径をできるだけ小さくする必
要がある。回転霧化静電塗装装置のように噴霧頭
の回転により発生する遠心力を利用して塗料を微
粒化せしめるようにしている場合には遠心力の大
きさ、即ち噴霧頭の回転数が噴霧塗料の粒径に大
きな影響を与え、噴霧頭の回転数が高くなればな
るほど噴霧塗料の粒径は小なくなる。従つてこの
ような回転霧化静電塗装装置を用いてきれいな塗
装面に仕上げるには噴霧頭の回転数をできるだけ
大きくすることが必要となる。前述したように従
来の回転霧化静電塗装装置では回転軸を支承する
ために玉軸受或いはコロ軸受が用いられており、
これら玉軸受或いはコロ軸受は通常グリースのよ
うな潤滑剤が封入されている。このようなグリー
ス潤滑した軸受は回転軸を高速度で回転せしめる
とたちまち劣化してしまい、従つてこのようなグ
リース潤滑した軸受を採用している回転霧化静電
塗装装置では回転軸の回転数、即ち噴霧頭の回転
数をせいぜい20000r.p.m程度までしか上げるこ
とができない。しかしながら噴霧頭の回転数が
20000r.p.m程度である場合には噴霧塗料の粒径
はかなり大きく、従つてこのような回転霧化静電
塗装装置を用いてきれいな塗装面に仕上げるのは
困難である。従つて通常車両ボデイーの塗装工程
は電着塗装による下塗り、次いで中塗り、次いで
仕上塗装となる上塗りからなるがこの回転霧化静
電塗装装置は中塗りをするために使用されてお
り、上塗りをするためには使用することができな
い。

一方、玉軸受或いはコロ軸受の内輪と外輪間に
粘度の低い潤滑油を噴出させ、この潤滑油によつ
て玉或いはコロと内外輪間のころがり摩擦を大巾
に低減させると共に摩擦熱を奪い取るようにした
ジエツト給油方式を採用するとグリース潤滑によ
る軸受を使用した場合よりも回転軸の回転数を上
げることができる。しかしながらこのジエツト給
油方式は大がかりな潤滑油供給装置が必要となる
ために回転霧化静電塗装装置に適用するのは実用
上不適当である。更に、潤滑油が塗料内に混入す
ると塗装面が著しく損なわれるのでこのようなジ
エツト給油方式を採用した場合には潤滑油の漏洩
を完全に阻止する必要がある。しかしながら実際
には潤滑油の漏洩を完全に阻止するのは困難であ
り、従つてジエツト給油方式を回転霧化静電塗装
装置に適用するのは不可能である。

一方、気泡を含むことなく噴霧塗料の粒径をか
なり小さくすることのできる塗装装置として、噴
出する空気流によつて塗料を微粒化するようにし
た空気式霧化静電塗装装置が知られている。この
空気式霧化静電塗装装置では上述のように噴霧塗
料の粒径がかなり小さくなるのできれいな塗装面
に仕上げることができ、従つてこの空気式霧化方
法は車両ボデイーの上塗りに採用されている。し
かしながらこの空気式霧化静電塗装装置では塗料
と共に多量の空気流が被塗装面上に衝突し、次い
で多量の塗料が被塗装面上に付着することなく空
気流と共に逃げてしまうために噴霧塗料の40パー
セント程度しか被塗装面の塗装に有効に利用でき
ず、従つて塗料の消費量が必然的に大きくなると
いう問題がある。更に空気流と共に逃げた塗料が
工場内における公害問題をひき起こしている。

本発明は従来の回転霧化静電塗装方法と空気式
霧化静電塗装方法の両者の欠点を除去すると共に
それら両方法の利点を兼ね備えた、即ち気泡を含
むことなく噴霧塗料の粒径を小さくすることがで
きると共に塗料の消費量を少くすることのできる
回転霧化静電塗装装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

第１図を参照すると、その全体を符号１で示す
回転霧化静電塗装装置は、ほぼ中空円筒状の金属
製前部ハウジング２とほぼ中空円筒状の金属製後
部ハウジング３とを具備し、これらの両ハウジン
グ２，３はボルト４によつて強固に結合される。
後部ハウジング３の円筒孔５内には電気絶縁材料
からなる支持ロツド６が嵌着され、後部ハウジン
グ３はボルト７によつて支持ロツド６に固締され
る。この支持ロド６は図示しない基台によつて支
持されている。一方、前部ハウジング２内には回
転軸８が挿入される。この回転軸８はその中央部
に位置する中空円筒部８ａと、中空円筒部８ａの
前端部に一体形成された軸部分８ｂと、中空円筒
部８ａの後端部に固着された軸部分８ｃとにより
構成され、この回転軸８の軸部分８ｂには金属製
噴霧頭９がナツト１０により固締される。この噴
霧頭９は環状空間１１をその内部に形成した噴霧
頭支持体１２と、この支持体１２上に固定された
カツプ状の噴霧頭本体１３とにより構成される。
第１図並びに第２図に示されるように支持体１２
の外筒部１４上には環状空間１１内に開口しかつ
噴霧頭本体１３の内壁面１５に滑らかに接続する
多数の塗料流出孔１６が形成される。一方、前部
ハウジング２の前端部には端板１７が固定され、
この端板１７上に塗料噴射ノズル１８が取付けら
れる。この塗料噴射ノズル１８は塗料供給ポンプ
１９を介して塗料タンク２０に連結され、また塗
料噴射ノズル１８のノズル口２１は支持体外筒１
４の円筒状内周壁面に指向される。

第１図に示されるように前部ハウジング２には
テイルテイングパツド空気軸受からなる一対の非
接触型ラジアル軸受２２，２３が設けられ、これ
ら一対のテイルテイングパツド空気軸受２２，２
３によつて回転軸８は前部ハウジング２上に回転
可能に支持される。これらのテイルテイングパツ
ド空気軸受２２，２３は同一の構造を有してお
り、従つて片方のテイルテイングパツド空気軸受
２２の構造のみについて以下に説明する。第１図
並びに第３図を参照すると、テイルテイングパツ
ド空気軸受２２は回転軸中空円筒部８ａの外周面
と極めてわずかな間隙を隔だつて配置された３個
のパツド２４，２５，２６と、これらのパツド２
４，２５，２６を夫々保持する支持ピン２７，２
８，２９とを具備する。これらの各支持ピン２
７，２８，２９は夫々その内端部に球体３０，３
１，３２を一体形成しており、これら球体３０，
３１，３２が各パツド２４，２５，２６の背面上
に形成された球状凹所内に係合する。従つて各パ
ツド２４，２５，２６は対応する球体３０，３
１，３２を支点として揺動することができる。前
部ハウジング２の外周壁面上には軸受枠３３が例
えばボルトにより固締され、支持ピン２８，２９
はこの軸受枠３３に夫々ナツト３４，３５によつ
て固締される。一方、弾撥性板状部３６ａを有す
る支持アーム３６の一端部がボルト３７によつて
軸受枠３３に固締され、一方支持アーム３６の他
端部に支持ピン２７がナツト３８によつて固締さ
れる。従つてパツド２４は支持アーム３６の弾撥
力によつて回転軸中空円筒部８ａ上に押圧せしめ
られる。

再び第１図を参照すると、回転軸８の軸部分８
ｃには一対のデイスク状ランナ３９，４０が挿入
され、これらランナ３９，４０はスペーサ４１並
びにタービン翼車４２を介してナツト４３により
軸部分８ｃに固締される。一方、これら両ランナ
３９，４０の間には環状板４４が配置され、ラン
ナ３９，４０と環状板４４は非接触型のスラスト
空気軸受を構成する。なお、各ランナ３９，４０
は環状板４４とわずかな間隙を隔だてるように配
置される。環状板４４は一対のＯリング４５，４
６を介して密封的に前部ハウジング２に固定され
る。第１図並びに第４図に示すように前部ハウジ
ング２内には環状板４４の外周面に沿つて環状溝
４７が形成され、この環状溝４７は前部ハウジン
グ２内に形成された圧縮空気導入孔４８を介して
空気供給ポンプ４９に連結される。一方、環状板
４４内には環状溝４７から半径方向内方に向かつ
て延びる多数の空気通路５０が形成され、これら
の各空気通路５０の内端部近傍からは夫々ランナ
３９並びにランナ４０に向けて延びる空気流出孔
５１，５２が形成される。

一方、前部ハウジング２内には環状板４４に隣
接してタービンノズルホルダ５３が固定され、こ
のタービンノズルホルダ５３と前部ハウジング２
間には環状の空気導入室５４が形成される。この
空気導入室５４は圧縮空気導入孔５５を介してコ
ンプレツサ５６に連結される。空気導入室５４は
多数のガイドベーン（図示せず）を具えた圧縮空
気噴出ノズル５７を有し、この噴出ノズル５７に
対面してタービン翼車４２のタービンブレード５
８が配置される。一方、タービン翼車４２が配置
されているハウジング内部室５９は後部ハウジン
グ３に形成された排気孔６０を介して大気に連結
される。コンプレツサ５６から空気導入室５４内
に導入された圧縮空気は噴出ノズル５７を介して
ハウジング内部室５９内に噴出する。このとき噴
出圧縮空気がタービン翼車４２に回転力を与え、
斯くして回転軸８は高速度で回転せしめられるこ
とになる。次いでこの噴出圧縮空気は排気孔６０
を介して大気に排出される。

一方、ハウジング内部室５９を郭成する後部ハ
ウジング３の端部壁６１には貫通孔６２が形成さ
れ、この貫通孔６２内を貫通する電極ホルダ６３
がボルト６４によつて端部壁６１に固締される。
この電極ホルダ６３の内部には回転軸８の回転軸
線と共軸的に形成された円筒孔６５が形成され、
この円筒孔６５内にカーボンのような耐摩耗性導
電材料からなる電極６６が移動可能に挿入され
る。更に電極６６と電極ホルダ６３間には圧縮ば
ね６７が挿入され、この圧縮ばね６７のばね力に
よつて電極６６の先端面６８は回転軸部分８ｃの
端面上に押圧せしめられる。一方、後部ハウジン
グ３の外壁面上には端子６９がボルト７０によつ
て固締され、この端子６９は−60kVから−90kV
の負の高電圧を発生するための高電圧発生装置７
１に接続される。従つて前部ハウジング２並びに
後部ハウジング３には負の高電圧が印加され、更
に噴霧頭９にも電極６６並びに回転軸８を介して
負の高電圧が印加される。

塗料噴射ノズル１８のノズル口２１から支持外
筒１４の内周壁面上に噴射された塗料は噴霧頭９
の回転により生ずる遠心力によつて塗料流出孔１
６を通つて噴霧頭本体１３の内周壁面１５上に流
出する。次いでこの塗料は内周壁面１５上におい
て薄い液膜となつて広がりながら噴霧頭本体１３
の先端部７２に達する。前述したように噴霧頭９
は負の高電圧が印加されており、従つて負の高電
圧に帯電された塗料噴霧が噴霧頭９の先端部７２
から放出される。通常被塗装面は零電位となつて
いるので塗料噴霧は電気力によつて被塗装面に向
けて吸引され、それによつて被塗装面の塗装が行
なわれることになる。

第９図は従来の噴霧頭における噴霧塗料生成時
を示している。なお、第９図において１００は噴
霧頭内壁面を示し、１０１は噴霧頭先端縁を示
す。第９図に示すように従来の噴霧頭１００にお
いては噴霧頭先端縁１０１から塗料１０２が薄膜
状で噴出され、次いでこの薄膜塗料１０２がちぎ
れて塗料粒子１０３となる。しかしながらこのよ
うにして塗料粒子１０３が形成される場合には塗
料粒子１０３がちぎれる際にその内部に空気を巻
込むために塗料粒子１０３が気泡を含むことにな
る。

第５図並びに第６図を参照すると、噴霧頭９の
先端部７２には噴霧頭内周面１５から外方に延び
るほぼ垂直の環状段部７３が形成され、更に環状
段部７３の外周縁部には回転軸８の軸線方向に延
びる薄肉環状先端壁７４が一体形成される。第６
図からわかるように環状先端壁７４の厚みは極め
て薄く、この環状先端壁７４は噴霧塗料に負電荷
を与える作用をなす。同様に第６図から環状段部
７３の巾Ｔは環状段部７４の厚みＳに比べてはる
かに大きいことがわかる。前述したように塗料噴
射ノズル１８から噴射された塗料は塗料流出孔１
６通つて噴霧頭１３の内周壁面１５上に流入す
る。次いで塗料は内周壁面１５上で広がつて薄い
塗料膜となりつつ噴霧頭先端部７２に向けて前進
する。次いで環状段部７３に達すると塗料膜は遠
心力によつて急激に加速されながら噴霧先端壁７
４に向けて環状段部７３上を流動する。今、塗料
が流動する内壁面の半径をＲ、塗料の流速をＶ塗
料膜の厚さをｔとすると噴霧頭内壁面１５上を単
位時間当り流れる塗料の量ＱはＱ＝２πＲ・Ｖ・
ｔとなる。塗料が噴霧頭内壁面１５に沿つて流動
している間は流速Ｖは比較的遅い。しかしながら
上述のように塗料が環状段部７３に達すると塗料
は10⁴Gから10⁵G（Ｇは重力の加速度）の非常に
大きな加速度を受けて急激に増速される。従つて
塗料の流速Ｖが急激に速くなるために環状段部７
３上を流れる塗料膜の厚みｔは極めて薄くなる。
しかしながら実際には塗料膜はその厚みｔが急激
に極めて薄くなることができず、塗料膜は環状段
部７３上において分裂して第７図に示されるよう
にフイラメント状の塗料流７５となる。次いでこ
のフイラメント状塗料流７５は第８図に示すよう
に環状先端壁７４に沿つて前進し、次いで環状先
端壁７４から噴出する。次いでこのフイラメント
状塗料流７５がちぎれて塗料粒子７６となる。こ
のようにして噴霧塗料７６が形成される場合には
塗料粒子７６がちぎれる際にその内部に空気が巻
込まれることがないので気泡を含まない噴霧塗料
が形成されることになる。また、環状段部７３に
おいて形成されるつイラメント状の塗料流７５は
極めて細く、斯くして塗料粒子７５の粒径は極め
て小さくなる。

一方、前述したように回転軸８はランナ３９，
４０と環状板４４からなるスラスト空気軸受と、
一対のテイルテイングパツドラジアル空気軸受２
２，２３により支承されている。このテイルテイ
ングパツド空気軸受２２，２３では回転軸８が回
転した際に回転軸中空円筒部８ａと各パツド２
４，２５，２６（第３図）間の微少間隙内に空気
が引込まれ、これら回転軸中空円筒部８ａと各パ
ツド２４，２５，２６間におけるいわゆる空気の
楔作用によつて空気が圧縮されて圧力上昇し、そ
れによつてパツド２４，２５，２６が回転軸８を
支持する力が発生する。一方、上述のスラスト軸
受では空気供給ポンプ４９から環状溝４７内に導
入された圧縮空気通路５０を介して空気流出孔５
１，５２から環状板４４とランナ３９，４０間の
間隙に噴出し、この間隙内に環状板４４とランナ
３９，４０との間の微少間隙を保持するに必要な
圧力が発生する。従つて回転軸８は一対のラジア
ル軸受並びにスラスト軸受によつて微少な空気層
を介して非接触状態で支承される。よく知られて
いるように空気の粘性係数は潤滑油の粘性係数の
千分の一程度である。従つて空気を潤滑剤とする
空気軸受は摩擦損失が極めて小さく、斯くして摩
擦損失によつて生じる熱は極めて小量であるので
かなりの高速回転が可能となる。第１図に示す実
施例では回転軸８を80000r.p.m程度の高速回転
数で回転させることができる。従つて第７図並び
に第８図に示されるように環状段部７３上を流れ
る塗料流には極めて大きな遠心力が作用し、その
結果フイラメント状塗料流７５が極めて細くなる
ために噴霧塗料の粒径は極めて小さくなる。

第１０図は直径75mmの噴霧頭９を用いたときの
塗料粒子の大きさと回転数との関係を示す。第１
０図において縦軸S.M.Dはザウター平均粒径で表
わした塗料粒子の粒径（μｍ）を示し、横軸Ｎは
噴霧頭９の回転数（r.p.m）を示す。前述したよ
うに従来の回転霧化静電塗装装置では回転数Ｎは
せいぜい20000r.p.m程度までしか上げられない
ために直径75mmの噴霧頭９を用いた場合には噴霧
塗料の粒径は55μｍから65μｍ程度までしか微粒
化できない。これに反して本発明では噴霧塗料の
粒径を15μｍから20cm程度まで微粒化できる。従
つて本発明による回転霧化静電塗装装置では従来
に比べて噴霧塗料の粒径を大巾に小さくすること
ができる。

また、前述したように前部および後部ハウジン
グ２，３並びに回転軸８には共に等しい負電圧が
印加されるためにこれらの前部および後部ハウジ
ング２，３と回転軸８との間で放電する危険性は
ない。

以上述べたように本発明によれば噴霧頭の先端
部に環状段部を設けることによつて噴霧塗料内に
気泡が含まれるのを阻止できると共に従来の回転
霧化静電塗装装置に比べて噴霧塗料の微粒化を向
上せしめることができる。更に、噴霧頭の回転数
を80000r.p.m程度まで上げられるので噴霧塗料
の微粒化を更に向上することができる。その結
果、従来の空気式霧化静電塗装方式と同等以上の
微粒化性能が得られる。従つて極めてきれいな塗
装面を得ることができ、従つて例えば車両ボデイ
ーの塗装工程において仕上げ塗装となる上塗りに
使用することができる。更に、本発明は塗料の微
粒化を空気噴流によつて行なわない回転霧化静電
塗装方式なので噴霧塗料のほぼ90パーセントを被
塗装面の塗装に有効に利用することができる。従
つて噴霧塗料が工場内に飛散することがないので
工場内における大気汚染の問題を解決できるばか
りでなく塗料の消費量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転霧化静電塗装装置の
側面断面図、第２図は第１図の−線に沿つて
みた断面図、第３図は第１図の−線に沿つて
みた断面図、第４図は第１図の−線に沿つて
みた断面図、第５図は第１図の噴霧頭の拡大側面
断面図、第６図は第５図の矢印Ａ部分の一部拡大
側面断面図、第７図は第６図の矢印に沿つてみ
た噴霧頭先端部の側面図、第８図は第６図の矢印
に沿つてみた噴霧頭先端部の底面図、第９図は
第８図と同様に示した噴霧頭先端部の図、第１０
図は噴霧塗料の粒径を示すグラフである。２……前部ハウジング、３……後部ハウジン
グ、８……回転軸、９……噴霧頭、１５……噴霧
頭内壁面、２２，２３……テイルテイングパツド
空気軸受、２４，２５，２６……パツド、３９，
４０……ランナ、４２……タービン翼車、４４…
…環状板、５１，５２……空気流出孔、５７……
噴出ノズル、５８……タービンブレード、６６…
…電極、７３……環状段部、７４……環状先端
壁。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転霧化静電塗装装置のハウジング内におい
て回転可能に支承された回転軸を具備し、該回転
軸の外端部にカツプ状噴霧頭を固定し、該カツプ
状噴霧頭の内周面上に塗料を供給するための塗料
供給装置と該回転軸回転駆動装置を具備した回転
霧化静電塗装装置において、上記カツプ状噴霧頭
の先端部に該噴霧頭内周面から外方に延びるほぼ
垂直の環状段部を形成すると共に該環状段部の外
周縁部に塗料噴射方向に突出する薄肉環状先端壁
を形成した回転霧化静電塗装装置。