JP6525318B2 - 塗装機及びこれに用いる回転霧化頭 - Google Patents

Description

本発明は、塗装機本体に内蔵されたエアモータで高速回転駆動される中空回転軸の先端に回転霧化頭が取り付けられた塗装機及びこれに用いる回転霧化頭に関する。

図４は、従来一般の回転霧化式の塗装機４０を示し、塗装機本体４１に内蔵されたエアモータ４２の中空回転軸４３の先端に回転霧化頭５０が取り付けられており、その中空回転軸４３内にフィードチューブ４４が挿通されている。

エアモータ４２は、ラジアル軸受４５で支持された中空回転軸４３の後端側にエアタービン４６が一体的に取り付けられて成り、タービン外周に形成された給気口４７から吹きつけられる圧縮エアにより回転駆動され、その排気エアは塗装機４０の背面側の主排気流路４８を通って外部に排出される。

回転霧化頭５０は、フィードチューブ４４の先端開口部に対向配設されるベルインナー５１を介して、その背面側に、中空回転軸４３のボルト部４３ａに螺合される筒状ナット（筒状連結機構）５２と、中空回転軸４３内に挿通されたフィードチューブ４４の先端を挿入するノズル挿入口５３を形成した塗料室５４が形成され、その正面側には、略截頭円錐面状のリム５５が形成されている。

回転霧化頭５０をエアモータ４２により高速回転駆動しながら、負極の高電圧（−４５〜９０ｋＶ）を印加し、フィードチューブ４４を介して塗料を供給すると、ベルインナー５１背面側に滴下された塗料に遠心力が作用し、その周縁部に開口された塗料流出孔５６を通って塗料室５４から流出し、リム５５上で展延され、その先端で霧化される。

この塗装機４０において、フィードチューブ４４から塗料室５４に供給された塗料等がノズル挿通口５３を通って中空回転軸４３とフィードチューブ４４の隙間内に流入しないように中空回転軸４３に積極的に空気を供給し、あるいは、エアタービン４７を高速で回転させたときにその排気エアの一部が中空回転軸４３内に流入したときに、中空回転軸４３内の圧力が高くなり、これに伴って、連通する回転霧化頭５０の塗料室５４の圧力が高くなり過ぎると、塗料の霧化状態に悪影響を与える。
例えば、塗料流出孔５６から気泡を含む塗料粒子が吹き出されたり、ベルインナー５１の中央部に形成されたクリーニング流路５７から塗料が微粒化されないまま吹き出されたりして塗装不良を起こすという問題があった。

そこで、中空回転軸４３内の圧力を逃がすため、図４に示すように、回転霧化頭５０の背面側に形成されたノズル挿通口５３の側面に排気流路５８を形成したものが提案された（特許文献１参照）。
しかしながら、本発明者らの実験によれば、このような排気流路５８を形成しても、塗料室５４内の圧力が効果的に下がらない場合があることが判明した。

その原因は不明であるが、ノズル挿通口５３とフィードチューブ４４の隙間は非常に狭いため、中空回転軸４３内の圧力が高くなって、ノズル挿通口５３を通って塗料室５４側に空気が流れるときに、ノズル挿通口５３の流速が大きくなると、排気流路５８がエジェクタとして機能し、外部の空気が排気流路５８を逆流して中空回転軸４３内に流入するということが考えられる。

一方、図５に示すように、流路の比較的広い中空回転軸４３の側壁にその内外を連通する排気流路５９を形成したものも提案されている（特許文献２参照）。なお、図５中、図４と共通する部分は、同一符号を付して詳細説明を省略する。

これによれば、排気流路５９が形成された部分の中空回転軸４３とフィードチューブ４３の間隔が比較的大きいので、排気流路５９がエジェクタとして機能することはない。
しかし、これでも十分な排気量が確保できないことが判明した。

特に最近では、エアモータ４２を今まで以上に高速で回転させるため、あるいは、大吐出量で塗装する際に回転霧化頭５０の回転数が低下しないようにするため、エアタービン４６に吹き付けられる圧縮エアを、より高圧・大流量で供給することが行われている。
このような場合に、中空回転軸４３内に流入する空気量が増大するため、十分な排気量を確保する必要があるが、排気量はその排気流路５９に作用する遠心力に依存し、図５に示すような塗装機では十分な遠心力が作用していないものと考えられる。

特開平０９−２２０４９８号公報 国際公開第２０１５／００４９６６号パンフレット

そこで本発明は、中空回転軸の内外を連通する排気流路に十分な遠心力を作用させて、その空間内の空気を迅速に排気できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、塗装機本体に内蔵されたエアモータにより回転駆動される中空回転軸が、ラジアル軸受で支持されて、その先端に回転霧化頭が取り付けられ、
当該回転霧化頭は、その背面側に、前記中空回転軸に取付固定される筒状連結機構と、前記中空回転軸内に挿通されたフィードチューブの先端を挿入するノズル挿入口と、前記フィードチューブから塗料の供給を受ける塗料室が形成され、
その正面側には、前記塗料室から遠心力により流出された塗料を展延させてその先端で霧化する略截頭円錐面状のリムが形成された塗装機において、
前記回転霧化頭の前記ノズル挿入口と前記連結機構の間に、前記フィードチューブが貫通する圧力調整室が形成されると共に、当該圧力調整室には回転霧化頭の外周面に開放された排気流路が形成され、
当該排気流路の流出口は、回転中心からの直線距離が、前記中空回転軸のラジアル軸受により支持された部分の半径よりも大きくなる位置に開口形成されたことを特徴とする。

本発明に係る塗装機によれば、回転霧化頭の背面側に形成されたノズル挿入口と筒状連結機構の間に、フィードチューブが貫通する圧力調整室が形成され、その圧力調整室には外周面に開放された排気流路が形成されている。
圧力調整室は、例えば、その内径が、ノズル挿入口の内径及び中空回転軸の内径より大きく形成され、これにより、圧力調整室を挟んでフィードチューブの上流側と下流側にオリフィスが形成されるので、中空回転軸内を通って塗料室に向かう空気が一旦貯留され、圧力調整室内の圧力が高くなると、排気流路を介して内部空気が排出されて圧力が逃される。
このとき、排気流路の流出口は、回転中心からの直線距離が、前記中空回転軸のラジアル軸受により支持された部分の半径よりも大きくなる位置に開口形成されているので、排気流路内の空気に作用する遠心力は、中空回転軸の外周面に作用する遠心力よりも大きく、したがって、排気流路を中空回転軸に形成する場合に比して、十分な排気量を確保することができる。

本発明に係る塗装機の一例を示す説明図。 本発明に係る回転霧化頭の横断面図。 本発明に係る回転霧化頭の縦断面図。 従来装置を示す説明図。 従来装置を示す説明図。

本発明は、塗装機本体に内蔵されたエアモータにより回転駆動される中空回転軸がラジアル軸受で支持されて、その先端に回転霧化頭が取り付けられ、
当該回転霧化頭は、その背面側に、前記中空回転軸に取付固定される筒状連結機構と、前記中空回転軸内に挿通されたフィードチューブの先端を挿入するノズル挿入口と、前記フィードチューブから塗料の供給を受ける塗料室が形成され、
その正面側には、前記塗料室から遠心力により流出された塗料を展延させてその先端で霧化する略截頭円錐面状のリムが形成された塗装機において、
前記回転霧化頭の前記ノズル挿入口と前記連結機構の間に、前記フィードチューブが貫通する圧力調整室が形成されると共に、当該圧力調整室には回転霧化頭の外周面に開放された排気流路が形成され、
当該排気流路の流出口は、回転中心からの直線距離が、前記中空回転軸のラジアル軸受により支持された部分の半径よりも大きくなる位置に開口形成されたことを特徴とする。

図１は、本発明に係る塗装機の一例であって、塗装機１は、塗装機本体１０に内蔵されたエアモータ１１で高速回転駆動される中空回転軸１２の先端に回転霧化頭２０が取り付けられ、その中空回転軸１２内にフィードチューブ１３が挿通されている。

エアモータ１１は、ラジアル軸受１４で支持された中空回転軸１２の後端側にエアタービン１５が一体的に取り付けられて成り、タービン外周に形成された給気口１６から吹きつけられる圧縮エアにより回転駆動され、その排気エアは塗装機１の背面側の主排気流路１７を通って外部に排出される。

回転霧化頭２０は、フィードチューブ１３の先端開口部に対向配設されるベルインナー２１を介して、その背面側に、中空回転軸１２のボルト部１２ａに螺合される筒状ナット（筒状連結機構）２２と、中空回転軸１２内に挿通されたフィードチューブ１３の先端を挿入するノズル挿入口２３と、フィードチューブ１３から塗料の供給を受ける塗料室２４が形成され、その正面側には、略截頭円錐面状のリム２５が形成されている。

ベルインナー２１の周縁部には、回転霧化頭２０を回転させたに塗料室２４内の塗料を遠心力によりリム２５側に流出させる塗料流出孔２６が形成されると共に、中央部には、洗浄時に塗料室２４内に供給された洗浄液を流出させてベルインナー２１の正面側を洗浄するクリーニング流路２７が形成されている。

また、回転霧化頭２０のノズル挿入口２３と筒状ナット２２の間に、フィードチューブ１３が貫通する圧力調整室３０が形成されている。
圧力調整室３０は、その内径が、中空回転軸１２の内径及びノズル挿入口２３の内径より大きく形成され、これにより、圧力調整室２６を挟んでフィードチューブ１３の上流側と下流側に夫々オリフィス３１、３２が形成される。
上流側のオリフィス３１は、中空回転軸１２とフィードチューブ１３との隙間で形成され、下流側のオリフィス３２はノズル挿入口２３とフィードチューブ１３との隙間で形成されている。

また、圧力調整室３０には回転霧化頭２０の外周面に開放された排気流路３３が形成されている。
排気流路３３の流出口３４は、回転中心Ｃからの直線距離が、前記中空回転軸１２のラジアル軸受１４により支持された部分の半径よりも大きくなる位置に開口形成されている。
すなわち、流出口３４の開口位置Ｐ34は、中空回転軸１２の半径に相当する外周面位置Ｐ12の外側にある。
また、各排気流路３３の最狭部の断面積の総和が、下流側のオリフィス３２の断面積よりも広く形成され、圧力調整室３０内の空気が排気流路３３から外部へ抜けやすくなっている。
なお、圧力調整室３０からの排気が、シェーピングエアの空気流に悪影響を及ぼさないように、排気流路３３の流出口３４はシェーピングエア吹出口１８、１９の開口位置よりも、背面側に開口されている。

この排気流路３３は、図２（ａ）に示すように放射状に形成されている場合に限らず、例えば、図２（ｂ）に示すように圧力調整室３０の環状周壁の接線方向に形成されていてもよい。図２（ｂ）に示す排気流路３３は、回転方向に対して後ろ向きに開口していることが好ましいが、これに限るものではない。

さらに、排気流路３３は、図１に示すように、水平方向（回転中心Ｃに対して直交する方向）に形成される場合に限らず、図３（ａ）に実線で示す排気流路３３のように、正面側に傾斜して形成する場合でもよく、同図破線で示す排気流路３３のように、背面側に傾斜して形成する場合であってもよい。
さらにまた、図３（ｂ）図示のように、途中で分岐させることにより、実質的に流路断面を大きくする場合であってもよい。
排気流路３３の形状は、これらに限らず、例えば、圧力調整室３０側から流出口３４に向かって流路断面を段階的又は連続的に拡大させるような形状でもよい。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
回転霧化頭２０をエアモータ１１により高速回転駆動しながら、負極の高電圧（−４５〜９０ｋＶ）を印加し、フィードチューブ１３を介して塗料を供給すると、ベルインナー２１の背面側に滴下された塗料に遠心力が作用し、その周縁部に開口された塗料流出孔２６を通って塗料室２４から流出し、リム２５上で展延され、その先端で霧化される。

このとき、エアモータ１１の排気の一部が後端開口部から中空回転軸１２内に流入すると、その空気は、回転霧化頭２０へ向かって流下していき、上流側のオリフィス３１を通り圧力調整室３０に流入する。
圧力調整室３０は、バッファとして機能するので、圧力調整室３０に流入する空気により、その内部圧力が変動しても、その変化がダイレクトに塗料室２４の圧力変動として反映されることはない。

また、圧力調整室３０には排気流路３３が形成されているので、圧力調整室３０の圧力が高くなると、当該排気流路３３を通って排気される。
このとき、排気流路３３の流出口３４は、回転中心Ｃからの直線距離が、前記中空回転軸１２のラジアル軸受１４により支持された部分の半径よりも大きくなる位置に開口形成されているので、回転数が一定であったとしても、中空回転軸１２又は筒状ナット２２に排気流路を形成する場合に比して大きな遠心力が作用する。
その結果、排気流路３３を通って外部に排出される排気量が増大するので、スムースな排気を行うことができる。

また、何らかの要因により圧力調整室３０内で急激な圧力上昇を生じたとしても、下流側のオリフィス３２よりも、排気流路３３の断面積の方が広いので、下流側オリフィス３２を通って塗料室２４へ向かう空気の流れ阻止され、圧力調整室３０内の空気は排気流路３３を通って確実に外部に排出される。

このように、本発明によれば、圧力調整室３０の変化がダイレクトに塗料室２４の圧力に影響を与えないため、塗装不良を起こすことが少なく、しかも、圧力調整室３０に形成された排気流路３３の流出口３４は、回転中心Ｃからの直線距離が、当該回転中心Ｃから前記中空回転軸１２の外周面に至る半径よりも大きくなる位置に開口形成されているので、中空回転軸１２又は筒状ナット２２に排気流路を形成する場合に比して、大きな遠心力を作用させて、十分な排気量を確保することができる。

本発明は、塗装機本体に内蔵されたエアモータで回転駆動される回転霧化頭を備えた塗装機及びこれに用いる回転霧化頭に適用し得る。

１ 塗装機
１０ 塗装機本体
１１ エアモータ
１２ 中空回転軸
１３ フィードチューブ
１４ ラジアル軸受
１５ エアタービン
１６ 給気口
１７ 主排気流路
２０ 回転霧化頭
２１ ベルインナー
２２ 筒状ナット（筒状連結機構）
２３ ノズル挿入口
２４ 塗料室
２５ リム
３０ 圧力調整室
３３ 排気流路
３４ 流出口
Ｃ 回転中心

Claims (7)

1. 塗装機本体（１０）に内蔵されたエアモータ（１１）により回転駆動される中空回転軸（１２）が、ラジアル軸受（１４）で支持されて、その先端に回転霧化頭（２０）が取り付けられ、
   当該回転霧化頭は、その背面側に、前記中空回転軸に取付固定される筒状連結機構（２２）と、前記中空回転軸内に挿通されたフィードチューブ（１３）の先端を挿入するノズル挿入口（２３）と、前記フィードチューブから塗料の供給を受ける塗料室（２４）が形成され、
   その正面側には、前記塗料室から遠心力により流出された塗料を展延させてその先端で霧化する略截頭円錐面状のリム（２５）が形成された塗装機（１）において、
   前記回転霧化頭の前記ノズル挿入口と前記連結機構の間に、前記フィードチューブが貫通する圧力調整室（３０）が形成されると共に、当該圧力調整室には回転霧化頭の外周面に開放された排気流路（３３）が形成され、
   当該排気流路の流出口は、回転中心からの直線距離（Ｃ〜Ｐ３４）が、前記中空回転軸が軸方向にわたってラジアル軸受に接して支持された部分の半径（Ｃ〜Ｐ１２）よりも大きくなる位置に開口形成されたことを特徴とする塗装機。
2. 前記排気流路は、圧力調整室側から流出口に向かって流路断面が段階的又は連続的に拡大する形状に形成された請求項１記載の塗装機。
3. 前記圧力調整室の内径が、ノズル挿入口の内径及び中空回転軸の先端内径より大きく形成された請求項１又は２記載の塗装機。
4. 前記圧力調整室を挟んでフィードチューブの上流側と下流側に夫々オリフィス（３１、３２）が形成され、上流側のオリフィス（３１）は中空回転軸とフィードチューブの隙間で形成され、下流側のオリフィス（３２）はノズル挿入口とフィードチューブの隙間で形成された請求項３記載の塗装機。
5. 前記排気流路の最狭部の断面積の総和が、下流側のオリフィスの断面積よりも広く形成された請求項４記載の塗装機。
6. 塗装機（１）において、
   塗装機本体（１０）に内蔵されたエアモータ（１１）により回転駆動される中空回転軸（１２）の先端に取り付けられ、
   前記中空回転軸に取付固定される筒状連結機構（２２）と、前記中空回転軸内に挿通されたフィードチューブ（１３）の先端を挿入するノズル挿入口（２３）と、前記フィードチューブから塗料の供給を受ける塗料室（２４）が背面側に形成され、
   前記塗料室から遠心力により流出された塗料を展延させてその先端で霧化する略截頭円錐面状のリム（２５）が正面側に形成された回転霧化頭（２０）であって、
   前記ノズル挿入口と前記連結機構の間に、前記フィードチューブが貫通する圧力調整室（３０）が形成されると共に、当該圧力調整室には外周面に開放された排気流路（３３）が形成された回転霧化頭を備え、
   当該排気流路の流出口は、回転中心からの直線距離（Ｃ〜Ｐ３４）が、前記中空回転軸が軸方向にわたってラジアル軸受に接して支持される部分の半径（Ｃ〜Ｐ１２）よりも大きくなる位置に開口形成されていることを特徴とする塗装機。
7. 前記排気流路は、圧力調整室側から流出口に向かって流路断面が段階的又は連続的に拡大する形状に形成された請求項６記載の塗装機。

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