JP2014144388A - 塗装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に水性塗装と溶剤塗装を切り替えられる塗装装置を提供すること。
【解決手段】塗装装置１００は、回転霧化頭２０を有するベル本体１０と、回転霧化頭２０に接続する水性塗料経路１５と、水性塗料経路１５と接続することなく、回転霧化頭２０に接続する溶剤塗料経路１６と、を備える。塗装装置１００は、回転霧化頭２０と電気的に導通する電圧印加装置と、水性塗料経路１５に接続可能なカートリッジ２１と、ベル本体１０の外部に位置し、溶剤塗料経路１６と接続するカラーチェンジバルブ３０と、をさらに備えることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は塗装装置に関する。

塗装表面における塗料の塗着効率や、塗装後の塗膜の平滑性などに優れた塗装装置として静電塗装装置が知られている。該静電塗装装置の備える塗布ヘッドの例として、塗布ガンがある。該静電塗装装置の用途としては自動車のボディの塗装等の、高品質な塗装がある。かかる高品質な塗装には水性塗料（導電性塗料）と溶剤塗料（非導電性塗料）の使い分けが必要である。

特許文献１には、水性塗料と、溶剤塗料とを共通の塗布ガンを用いて塗装するための塗装装置が記載されている。かかる塗装装置はガン内に非導電性塗料と導電性塗料のそれぞれの配管を備えている。両配管は切り替えバルブを通じて塗布ヘッドに選択的に接続可能である。非導電性塗料と導電性塗料の共通管路は切り替えバルブと塗布ヘッドの間に存在する。

特開平０５−０４９９７６号公報

特許文献１に記載の塗装装置は、従来技術に比べ、全体として共用する管路部分の長さが短縮されている。このため、塗料切り替え時の管路の洗浄が容易である。しかしながら、水性塗料と溶剤塗料との共通管路は塗料の切り替え時に洗浄剤での置換作業を必要としている。

具体的には、塗料が溶剤塗料から水性塗料に切り替わるときには、溶剤洗浄剤が共用する管路の溶剤塗料を洗浄した後、管路内の洗浄剤が溶剤洗浄剤から水性洗浄剤に置換わる必要がある。逆の場合も同様である。

かかる工程がなければ塗料の凝集塊が共通管路に生じ、これを閉塞する可能性がある。本発明は、かかる問題点を解決し、効率的に水性塗装と溶剤塗装を切り替えられる塗装装置を提供することを目的とする。

本発明の塗装装置は、回転霧化頭を有するベル本体と、前記回転霧化頭に接続する水性塗料経路と、前記水性塗料経路と接続することなく、前記回転霧化頭に接続する溶剤塗料経路と、を備える。

本発明の塗装装置は、前記回転霧化頭と電気的に導通する電圧印加装置と、前記水性塗料経路に接続可能なカートリッジと、前記ベル本体の外部に位置し、前記溶剤塗料経路と接続するカラーチェンジバルブと、をさらに備えることが好ましい。

本発明の塗装装置は、前記溶剤塗料経路及び前記カラーチェンジバルブと接続する外部管と、前記カラーチェンジバルブに接続する洗浄剤タンクと、をさらに備えることが好ましい。前記溶剤塗料経路は前記ベル本体内に位置し、前記外部管、及び前記カラーチェンジバルブを介して前記洗浄剤タンクと連通することが好ましい。

前記カートリッジは前記ベル本体に対して着脱自在であることが好ましい。前記水性塗料経路は前記ベル本体内に位置し、かつ前記ベル本体及び前記カートリッジの連結面を介して前記カートリッジの塗料容器に接続可能な流入端を有することが好ましい。前記ベル本体は、前記水性塗料経路から枝分かれする洗浄経路をさらに有し、前記洗浄経路は前記水性塗料経路の内腔に接続することが好ましい。

前記ベル本体は、前記回転霧化頭に接続する中空回転軸をさらに有することが好ましい。前記ベル本体は、前記中空回転軸を貫通し、かつ前記中空回転軸の回転霧化頭と接続する端面、及び前記回転霧化頭の内壁に囲まれる空間に接続する洗浄ノズルを有しないことが好ましい。前記ベル本体は、前記中空回転軸を貫通する洗浄ノズルを有しないことが好ましい。

前記水性塗料経路及び前記溶剤塗料経路は、それぞれ前記中空回転軸をそれぞれ貫通し、かつそれぞれ送出端を有することが好ましい。前記水性塗料経路及び前記溶剤塗料経路の送出端は、前記中空回転軸の回転霧化頭と接続する端面、及び前記回転霧化頭の内壁に囲まれる空間にそれぞれ接することが好ましい。

本発明により、効率的に水性塗装と溶剤塗装を切り替えられる塗装装置を提供することができる。

実施形態にかかる塗装装置を示す概要図である。 実施形態にかかる塗装装置を示す図である。 実施形態にかかるベル本体及び電圧印加装置の図である。 実施形態にかかるベル本体及び洗浄ユニットの図である。 実施形態にかかるベル本体の先端部の図である。 第１の比較形態にかかる塗装装置の図である。 第２の比較形態にかかる霧化部の図である。 第２の比較形態にかかる霧化部の断面図である。 第３の比較形態にかかる霧化部の断面図である。

［概要］
図１に示すように、塗装装置１００は回転霧化頭２０（ベルカップ）、及び複数のフィードチューブ（塗料経路）を有する。複数のフィードチューブは水性塗料経路１５、及び溶剤塗料経路１６を含む。水性塗料経路１５は回転霧化頭２０に接続する第１塗料経路である。溶剤塗料経路１６は水性塗料経路１５と接続することなく、回転霧化頭２０に接続する第２塗料経路である。

水性塗料経路１５はカートリッジ２１と連通してもよい。この場合、水性塗料経路１５は流入端５２を介してカートリッジ２１から受けた水性塗料１を、送出端５３を介して回転霧化頭２０に送る。水性塗料としてはエマルション（分散型）塗料が好ましい。

後述する図２に示すように、溶剤塗料経路１６は流入端５４を介して任意の容器又は管路から受けた溶剤塗料４を、送出端５５を介して回転霧化頭２０に送る。送出端５３及び送出端５５は各塗料の吐出口として機能する。

水性塗料経路１５と溶剤塗料経路１６とは回転霧化頭まで別々に通じている。このため、水性塗料１と溶剤塗料４が混ざる共通部分は回転霧化頭のみである。回転霧化頭は高速で回転するので、洗浄時の洗浄剤は飛散し、共通部分に留まることがない。

このため、水性塗料１から溶剤塗料４への切り替え時でも、洗浄剤の置換が必要ない。すなわち、塗装装置１００は効率的に水性塗装から溶剤塗装へと切り替えられる。塗装装置１００は溶剤塗料から水性塗料への切り替え時も洗浄剤の置換が必要ないので、水性塗装と溶剤塗装との間の双方向の切り替えが効率的である。

塗装装置１００は溶剤塗装の工程に水性塗装の工程を容易に組み合わせることができる。このため、塗装装置１００を使用した塗装方法は後述するキシレン、エチルベンゼン、石油系芳香族炭化水素等の洗浄用シンナーの使用量が少ない。

［詳細］
図２に示すように、塗装装置１００は、回転霧化頭２０を有するベル本体１０、水性塗料経路１５に接続するカートリッジ２１、溶剤塗料経路１６と接続するカラーチェンジバルブ３０をさらに備える。

カラーチェンジバルブ３０は前記ベル本体１０の外部に位置することが好ましい。この場合、カラーチェンジバルブ３０を複数のベル本体１０が交互に使用することができる。回転霧化頭２０、水性塗料経路１５、及び溶剤塗料経路１６は、ベル本体１０内に位置する。

カラーチェンジバルブ３０はカラーバルブ３１〜３６を備える。カラーチェンジバルブはカラーバルブの個数と等しい数の枝分かれを有する内部塗料経路６７を有する。カラーチェンジバルブの備えるカラーバルブの個数は４個以上であることが好ましい。これは洗浄剤の供給経路と洗浄用エアーの供給経路に最低限２つのカラーバルブが必要なためである。

カラーバルブ３１〜３６はそれぞれ独立に管路を開閉する。カラーバルブ３１は接続部６１を介して内部塗料経路６７と接続する。カラーバルブ３２〜３６はそれぞれ接続部６２〜６６を介して内部塗料経路６７と接続する。

カラーバルブ３１は不図示の塗料タンクから受けた溶剤塗料４を、接続部６１を介して内部塗料経路６７に送る。内部塗料経路６７はカラーバルブ３１から受けた溶剤塗料４を、外部管１７に送る。

カラーバルブ３２〜３４はそれぞれ溶剤塗料４とは異なる色の溶剤塗料を不図示の塗料タンクから受ける。カラーバルブ３２〜３４はそれぞれ不図示の塗料タンクから受けた溶剤塗料を内部塗料経路６７に送る。カラーチェンジバルブは外部から受けた指令、又は定められた手順に従いカラーバルブ３１〜３６を開閉する。

塗装装置１００は、外部管１７、カラーバルブ、及び不図示の洗浄剤タンクをさらに備える。バルブは例えばカラーチェンジバルブ３０中のカラーバルブ３６でもよい。カラーバルブ３６は内部塗料経路６７を介して外部管１７に連通する。

洗浄剤が各カラーバルブ３１〜３４から供給される溶剤塗料を洗浄できるように、洗浄剤タンクはベル本体１０から最も遠いカラーバルブ３５又は３６に連通することが好ましい。本実施形態では不図示の洗浄剤タンクはカラーバルブ３６に連通する。

カラーバルブ３６は不図示の洗浄剤タンクから受けた洗浄剤を、接続部６６を介して内部塗料経路６７に送る。不図示のエアータンクはカラーバルブ３５に連通する。カラーバルブ３５は不図示のエアータンクから受けた洗浄用エアーを、接続部６５を介して内部塗料経路６７に送る。

内部塗料経路６７はカラーバルブ３６及びカラーバルブ３５から受けた洗浄剤及び洗浄用エアーを、外部管１７に送る。外部管１７は内部塗料経路６７から受けた洗浄剤及び洗浄用エアーを、管接続部１４を介して溶剤塗料経路１６に送る。洗浄剤及び洗浄用エアーは、内部塗料経路６７、外部管１７及び溶剤塗料経路１６をこの順に洗浄する。

カラーチェンジバルブ３０は内部塗料経路６７に接続するカラーバルブをカラーバルブ３１〜３６の中から選択して切り替える。このためカラーチェンジバルブは溶剤塗料の色を切り替えることができる。

カラーバルブの切り替え時には洗浄剤と洗浄用エアーによる内部塗料経路６７、外部管１７及び溶剤塗料経路１６の洗浄が必要である。かかる洗浄により、各経路又は管路に残留した溶剤塗料を除去することができる。

洗浄剤タンクは溶剤塗料の洗浄剤としてシンナーを蓄えることができる。洗浄力の観点からシンナーとしては、キシレン、エチルベンゼン、石油系芳香族炭化水素、１，３，５−トリメチルベンゼン、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、ｎ−ブチルアルコール、又は３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールが好ましい。

なおかかるシンナーは、塗装従事者の安全及び周辺環境の保全のため、適切な取り扱いを必要とすることは当業者の周知事項である。塗装装置１００が上記の溶剤塗料経路１６の洗浄機構を備えることで、所定の溶剤塗料を塗装後、溶剤塗料経路１６内に残留する溶剤塗料を洗浄することができる。

塗装装置１００は不図示のロボットを備えることができる。ベル本体１０はさらにロボット接続部１３を備える。ロボット接続部１３は不図示のロボットと接続する。ロボット接続部１３は、ロボットとの連結面に管接続部１４を備える。

ロボットとベル本体１０は着脱自在である。ロボットは管接続部１４を介して溶剤塗料経路１６と連通する外部管１７を備える。外部管１７はロボットの動作に追随可能な可撓性を備えることが好ましい。

溶剤塗料経路１６はベル本体１０内に位置することで、管接続部１４に接する流入端５４を有することができる。溶剤塗料経路１６の送出端５５は回転霧化頭２０に接続している。外部管１７はカラーチェンジバルブ３０の内部塗料経路６７から受けた溶剤塗料４を、溶剤塗料経路１６に送る。

溶剤塗料経路１６は外部管１７から受けた溶剤塗料４を、回転霧化頭２０に送る。各経路及び管路は、カラーバルブ３２〜３４が送り出す、溶剤塗料４以外の色の溶剤塗料についても同様にこれを受けて送る。

塗装装置１００は外部管１７を備えるので、カラーチェンジバルブ３０を交換することなく、ベル本体１０を交換することができる。このため、塗装装置１００はベル本体１０の入れ替えをスムーズに行うことができる。また、カラーチェンジバルブ３０はロボット又はロボット周辺の所定の位置に固定できるので、塗装装置１００の動作時の力学的作用による破損を防止できる。

カートリッジ群５０はベル本体１０に対して着脱自在である。カートリッジ群５０はカートリッジ２１〜２３を有する。カートリッジの数は１〜３個でもよく、４個以上でもよい。図中ではカートリッジ群５０の内、カートリッジ２１がベル本体１０に連結している。ベル本体１０は、カートリッジ群５０との結合に用いる連結面５１を有する。

水性塗料経路１５は、ベル本体１０内に位置することで、連結面５１上に流入端５２を有することができる。カートリッジ２１は塗料容器２４を有する。水性塗料経路１５は、流入端５２を介して塗料容器２４に接続可能である。塗料容器２４は例えば水性塗料１を蓄えることができる。

カートリッジ２１がベル本体１０に接続した後、塗料容器２４はカートリッジ２１内で押圧を受ける。押圧を受け容積の収縮した塗料容器２４は流入端５２を介して水性塗料１を水性塗料経路１５に送り出す。カバー２７はカートリッジに封をし、塗料容器２４を押圧する流体の漏出を防止する。塗料容器２４は袋状であることが好ましい。

カートリッジ２２は水性塗料２を蓄えることができる塗料容器２５を備える。カートリッジ２２はさらにカバー２８を備える。カートリッジ２３は水性塗料３を蓄えることができる塗料容器２６を備える。カートリッジ２３はさらにカバー２９を備える。各部材の機能はカートリッジ２１の有する各部材と同様である。このため、カートリッジの交換により、塗装装置１００が塗装する色を、所望の水性塗料１〜３の色に切り替えることができる。

ベル本体１０は洗浄経路１９をさらに有する。洗浄経路１９は水性塗料経路１５から枝分かれする。洗浄経路１９は一方端で水性塗料経路１５の内腔に接続する。洗浄経路１９はトリガーバルブ１２を介して水性塗料経路１５に接続する。洗浄経路１９は他方端で洗浄ユニット１８に接続する。

トリガーバルブ１２は洗浄経路１９と水性塗料経路１５との接続を遮断し、水性塗料経路１５を開放する。またトリガーバルブ１２は水性塗料経路１５の流入端５２と送出端５３との間の管路を遮断する。このため、洗浄経路１９と送出端５３との間はトリガーバルブ１２を介して連通する。

洗浄ユニット１８は後述する洗浄バルブから受けた洗浄剤を洗浄経路１９に送る。洗浄経路１９は洗浄ユニット１８から受けた洗浄剤を、トリガーバルブ１２を介して水性塗料経路１５に送る。洗浄剤は水性塗料経路１５の内腔を洗浄する。水性塗料経路１５の内腔中の洗浄剤が洗浄できない部分を減らすため、洗浄経路１９は流入端５２の近傍に接続することが好ましい。

洗浄力の観点から洗浄剤としては水性シンナーが好ましい。水性シンナーとしては水にアミンを混ぜたものが好ましい。トヨジェント（登録商標）Ｔ−ＳＷ３の水溶液は水性シンナーとして特に好適である。

トヨジェントＴ−ＳＷ３：
３５〜４５％ エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
１０〜２０％ プロピレングリコールノルマルブチルエーテル
３０〜４０％ イソプロピルアルコール
５〜１０％ イソプロパノールアミン

純水で希釈されたトヨジェントＴ−ＳＷ３（純水８５％）：
５．３〜６．８％ エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
１．５〜３．０％ プロピレングリコールノルマルブチルエーテル
４．５〜６．０％ イソプロピルアルコール
０．８〜１．５％ イソプロパノールアミン

図３に示すように、塗装装置１００は電圧印加装置及びその他の導通部材を備える。その他の導通部材は電圧印加装置と回転霧化頭２０との間を電気的に導通する。図３中、図２に記載の部材と同一の符号を有する部材の説明は省略する。

なお図２に比べ、溶剤塗料経路１６がベル本体１０内の図中の上方側に位置している。かかる図示は説明の便宜にかかるものであり、溶剤塗料経路１６の望ましい位置を示すものではない。なお、本実施形態で、溶剤塗料経路１６は、ベル本体１０内に位置する限り特に位置の制限を有しない。

電圧印加装置はカスケード（高圧発生器）７５、低電圧ケーブル７６及び７７、及び高電圧コントローラ７８を有する。その他の導通部材は、エアモータ７０、端子７３、高電圧ケーブル７４である。

エアモータ７０は回転霧化頭２０と接続する。エアモータ７０は端子７３を備える。端子７３は高電圧ケーブル７４と接続する。高電圧ケーブル７４はカスケード７５と接続する。

カスケード７５は低電圧ケーブル７６と接続する。低電圧ケーブル７６及び低電圧ケーブル７７は一つながりの低電圧ケーブルである。低電圧ケーブル７７は高電圧コントローラ７８と接続する。高電圧コントローラへの入力に従い、電圧印加装置は回転霧化頭２０に電圧を直接印加する。回転霧化頭２０は受けた電圧を利用して、水性塗料及び溶剤塗料を帯電させる。

本実施形態の好ましい態様では、カラーチェンジバルブ３０は水性塗料の塗料タンクと接続しない。かかる場合は、溶剤塗料は、絶縁性があるので、帯電してもカラーチェンジバルブ３０に電荷をリークすることがない。絶縁性のカートリッジが水性塗料を供給するので、水性塗料は帯電しても電荷をリークすることがない。

図４に示すように、塗装装置１００は洗浄バルブ８０、接続部８１、及び外部管８２をさらに備える。図４中、図２に記載の部材と同一の符号を有する部材の説明は省略する。洗浄バルブ８０は分岐部８３、並びにバルブ８４及び８５を備える。

洗浄ユニット１８は接続部８１を介して洗浄経路１９と着脱自在に接続する。また洗浄ユニット１８を備えるドッキングユニットが、洗浄時に接続部８１に接続してもよい。ドッキングユニットは、洗浄バルブ８０、洗浄ユニット１８及び外部管８２を備える。

バルブ８４は不図示の洗浄剤タンクから受けた洗浄剤を分岐部８３に送る。分岐部８３はバルブ８４から受けた洗浄剤を、外部管８２に送る。外部管８２は分岐部８３から受けた洗浄剤を、洗浄ユニット１８に送る。

バルブ８５は、分岐部８３、外部管８２、洗浄ユニット１８、接続部８１、洗浄経路１９、トリガーバルブ１２、水性塗料経路１５、回転霧化頭２０を連通する管路に洗浄用エアーを送る。

図５に示すように、ベル本体１０は回転霧化頭２０に接続する中空回転軸１１４を有する。図５中の図２〜４に記載の部材と同一の符号を有する部材の説明を一部省略する。水性塗料経路１５及び溶剤塗料経路１６は、それぞれ中空回転軸１１４をそれぞれ貫通する。

水性塗料経路の送出端５３は、中空回転軸１１４の回転霧化頭２０と接続する端面１１７、及び回転霧化頭２０の内壁１２０に囲まれる空間１１９に接する。溶剤塗料経路の送出端５５も、空間１１９に接する。

図５はベル本体１０の回転霧化頭２０側の先端部をしめす。ベル本体１０の該先端部には樹脂ケース１１１が位置している。樹脂ケース１１１は、回転霧化頭２０側が大きく開口、軸方向に延びる筒形状を有する。樹脂ケース１１１の内側には、ラジアル軸受１１２およびスラスト軸受１１３が位置している。パターンエアノズル部１７７は樹脂ケース１１１の回転霧化頭側に接している。

ラジアル軸受１１２の内側には中空回転軸１１４が位置している。中空回転軸１１４の一方には、外周方向に向かって膨出するフランジ部１１４ａが位置している。フランジ部１１４ａの外周面には、タービン翼１１５が位置している。ラジアル軸受１１２は中空回転軸１１４の筒部１１４ｂを保持する。スラスト軸受１１３はフランジ部１１４ａを保持する。

樹脂ケース１１１の内側にはエアノズル１１６が位置している。エアノズル１１６はタービン翼１１５に向けて高速のエアを噴出する。エアノズル１１６が高速のエアを噴出すると、中空回転軸１１４は軸心まわりに高速回転する。スラスト軸受１１３はフランジ部１１４ａの側面を保持することで、エアノズル１１６からのエアの噴出によって中空回転軸１１４が軸方向に位置ずれすることを防止する。

図３に示すエアモータ７０はスラスト軸受１１３、フランジ部１１４ａ、タービン翼１１５、エアノズル１１６、ラジアル軸受１１２、筒部１１４ｂを備える。中空１１４ｅには水性塗料経路１５及び溶剤塗料経路１６が位置している。

エアモータ７０は塗料に好ましい霧化状態を与えるため、例えば、回転霧化頭２０を２５，０００〜４０，０００ｒｐｍで回転する。回転霧化頭２０が高速回転することで回転霧化頭２０に付着した洗浄剤も飛散する。

中空回転軸１１４の回転霧化頭と接しない側の先端には、雄ねじ部１１４ｃが位置する。中空回転軸１１４のテーパ面１１４ｄは雄ねじ部１１４ｃと連なる。雄ねじ部１１４ｃには、回転霧化頭２０と螺合する。

回転霧化頭２０が雄ねじ部１１４ｃと完全に螺合したとき、回転霧化頭２０はテーパ面１１４ｄに十分に密着する。雄ねじ部１１４ｃとテーパ面１１４ｄは、塗装作業中に、回転霧化頭２０と中空回転軸１１４との間に生ずるガタつきを防止する。

回転霧化頭２０は隔壁２０ａを有する。隔壁２０ａの中央部には円錐状の突出部２０ｂが位置する。突出部２０ｂは中空回転軸１１４側に突出する。洗浄穴２０ｃは突出部２０ｂのテーパ面から隔壁２０ａを貫通する。隔壁２０ａの外周部には塗料通路２０ｄが位置する。塗料通路２０ｄは隔壁２０ａを貫通する。

水性塗料経路１５は塗料ノズル１２５、塗料通路１３２、塗料ホース１６２を有する。塗料ノズル１２５は中空１１４ｅを通り図中の上下方向に中空回転軸１１４を貫通する。中空回転軸１１４の回転霧化頭２０と反対側の端部において、塗料ノズル１２５は中空回転軸１１４の端壁から突出している。塗料ノズル１２５の端部は、樹脂ケース１１１に形成された塗料通路１３２に接続している。

溶剤塗料経路１６は塗料ノズル１２６、塗料通路１３３、塗料ホース１６３を有する。塗料ノズル１２６は中空１１４ｅを通り図中の上下方向に中空回転軸１１４を貫通する。中空回転軸１１４の回転霧化頭２０と反対側の端部において、塗料ノズル１２６は中空回転軸１１４の端壁から突出している。塗料ノズル１２６の端部は、樹脂ケース１１１に形成された溶剤塗料経路１６の塗料通路１３３に接続している。

塗料通路１３２は、水性塗料経路１５の塗料ホース１６２を介してベル本体１０に結合したカートリッジ又は洗浄経路１９と接続している。塗料通路１３３は、溶剤塗料経路１６の塗料ホース１６３を介して、塗料タンク及び洗浄剤タンクと連通したカラーチェンジバルブ３０と接続している。

高電圧ケーブル７４は端子７３に電圧を印加する。端子７３は導電性を有するエアモータ７０を介して、回転霧化頭２０に電圧を印加する。回転霧化頭２０は水性塗料及び溶剤塗料に電圧を印加し、帯電させる。回転霧化頭２０はさらに水性塗料及び溶剤塗料を帯電した霧状の粒子にする。

各塗料の粒子は、パターンエアノズル部１７７から噴出するパターンエアにより、被塗装物に向かって飛行する。被塗装物は静電力によって塗料の粒子を吸引する。パターンエアの押し出し効果及び静電力により、塗装装置は塗料を被塗装物に効率よく塗着する。

ベル本体１０の好ましい態様では、中空回転軸１１４を貫通し、かつ中空回転軸１１４の回転霧化頭２０と接続する端面１１７、及び回転霧化頭２０の内壁１２０に囲まれる空間１１９に接続する洗浄ノズルを有しない。ベル本体１０のさらに好ましい態様では、中空回転軸１１４を貫通する洗浄ノズルを有しない。

塗装装置１００は上述の通り洗浄経路１９を備えているので、洗浄剤が水性塗料経路１５の送出端を洗浄する。塗装装置１００は上述の通り洗浄剤タンクと連通するカラーチェンジバルブ３０を備えているので、洗浄剤が溶剤塗料経路１６の送出端を洗浄する。したがって、上述の洗浄ノズルが必要ない。

塗装装置１００は上述の通りカートリッジ群５０を備えているので、水性塗料経路１５は複数の水性塗料を回転霧化頭２０に供給することができる。また、各水性塗料の塗装が終わるごとに、洗浄経路１９は洗浄剤を水性塗料経路１５に供給する。このため、塗装装置１００が、水性塗料経路１５内で異なる水性塗料が混入した水性塗料を、塗装することが防止される。

塗装装置１００は上述の通りカラーチェンジバルブ３０を備えているので、溶剤塗料経路１６は複数の溶剤塗料を回転霧化頭２０に供給することができる。また、各溶剤塗料の塗装が終わるごとに、洗浄剤タンクと連通するカラーチェンジバルブ３０は洗浄剤を溶剤塗料経路１６に供給する。このため、塗装装置１００が、溶剤塗料経路１６内で異なる溶剤塗料が混入した溶剤塗料を、塗装することを防止できる。

塗装装置１００は、中空回転軸を貫通する管路が水性塗料経路１５及び溶剤塗料経路１６しかなくとも、多種の水性塗料及び溶剤塗料を使い分けることができる。したがって塗装装置１００は上述の通り簡略化されたエアモータ７０を備える。このため塗装装置１００は塗装作業を繰り返しても、故障が起きにくい。
［動作］

本実施形態の塗装装置の動作及び塗装方法を塗料の切り替え方法に着目して説明する。本実施形態の水性塗料と溶剤塗料の切り替え方法は、以下の通りである。例えば図２の塗装装置１００は水性塗料３を被塗装物に塗装する。次に、水性シンナーが水性塗料経路１５及び回転霧化頭２０に残留した水性塗料３を洗浄する。

溶剤塗料経路１６は、カラーチェンジバルブから受けた溶剤塗料４を回転霧化頭２０に送る。塗装装置１００は溶剤塗料４を被塗装物に吹き付けて、これを塗装する。塗装装置１００は所定の手順に従い水性塗料及び溶剤塗料を非塗装物の表面に積層し、被塗装物の塗装を完了する。

［効果の説明］
１．洗浄時間の短縮
自動車の塗装は、一般的に中塗り、ベース塗装、クリア塗装の各工程を必要とする。環境負荷の低減のため、中塗り及びベース塗装の塗料は水性塗料が好ましい。塗装面の美観と耐候性を高めるため、クリア塗装は溶剤塗料が好ましい。

小規模の塗装ラインでは、生産効率を高めるため、同じ塗装装置を用いて同一の工程で水性塗料及び溶剤塗料の両方を塗装することが好ましい。また、後述する通り、カラーチェンジバルブは水性塗料の静電塗装に適さない。このため、図６に示すようにカートリッジを備える、同じ塗装装置で水性塗料及び溶剤塗料を塗装することが好ましい。

図６は第１の比較形態にかかる塗装装置２００を示す。図５中の図２に記載の部材と同一の符号を有する部材の説明を一部省略する。塗装装置２００は水性塗料のカートリッジ群５０及び溶剤塗料のカートリッジ群４０を備える。

カートリッジ群４０はベル本体１０に対して着脱自在である。カートリッジ群４０はカートリッジ４１及び４２を有する。カートリッジ４１は溶剤塗料４を蓄えることができる塗料容器４４を備える。カートリッジ４１はさらにカバー４７を備える。

カートリッジ４２は溶剤塗料５を蓄えることができる塗料容器４５を備える。カートリッジ４２はさらにカバー２９を備える。各部材の機能はカートリッジ２１の有する各部材と同様である。このため、カートリッジの交換により、塗装装置２００が塗装する色を、所望の溶剤塗料４〜５の色に切り替えることができる。

第１の比較形態ではベル本体の備えるフィードチューブは水性塗料及び溶剤塗料が流れる１本の共通塗料経路５６のみである。かかる特徴はベル本体中で水性塗料経路と溶剤塗料経路が分離している上記実施形態と相違する。

第１の比較形態の塗装方法は、以下の通りである。各カートリッジは水性塗料１〜３及び溶剤塗料４〜５の充填を受ける。次にカートリッジ２１がベル本体２１０に結合する。

次に、共通塗料経路５６は、カートリッジ２１から受けた水性塗料１を回転霧化頭２０に送る。塗装装置２００は水性塗料１を被塗装物に吹き付けて、これを塗装する。次に、洗浄経路５９は洗浄ユニット５８から受けた水性シンナー及び洗浄用エアーを、共通塗料経路５６に送る。

共通塗料経路５６は洗浄経路５９から受けた水性シンナー及び洗浄用エアーを、回転霧化頭２０に送る。水性シンナーは共通塗料経路５６及び回転霧化頭２０を洗浄する。洗浄用エアーは共通塗料経路５６及び回転霧化頭２０に残留した水性シンナーを揮発させる。

水性塗料と溶剤塗料の切り替え方法は、以下の通りである。例えば塗装装置２００は水性塗料３を被塗装物に塗装する。次に、水性シンナーが共通塗料経路５６及び回転霧化頭２０に残留した水性塗料３を洗浄する。

次に、洗浄経路５９は洗浄ユニット５８から受けた溶剤シンナー及び洗浄用エアーを、共通塗料経路５６に送る。ここで溶剤シンナーは共通塗料経路５６及び回転霧化頭２０に残留した水性シンナーを置換する。

次に、カートリッジ２３はベル本体２１０から外れる。次に、カートリッジ４１はベル本体２１０に結合する。次に、共通塗料経路５６は、カートリッジ４１から受けた溶剤塗料４を回転霧化頭２０に送る。塗装装置２００は溶剤塗料４を被塗装物に吹き付けて、これを塗装する。

一方、図２に示すように、本実施形態ではフィードチューブが、回転霧化頭まで水性塗料経路と溶剤塗料経路に分けられた複数の経路を有する。このため、水性塗装と溶剤塗装の両方で使用される部位、すなわち混用部は、回転霧化頭内のみである。

第１の比較形態の切り替え方法は溶剤シンナーによる置換とこれに伴う洗浄工程を必要とする。また、水性塗料を塗装後に色替え洗浄をしても、共通塗料経路５６に微量の水性塗料が残る。溶剤塗料が共通塗料経路５６を通るときに凝集物を生じる可能性がある。

一方で、本実施形態の切り替え方法は、溶剤シンナーによる置換とこれに伴う洗浄工程を必要としない。したがって、上記実施形態の切り替え方法は、洗浄時間及び総塗装時間の短縮の効果を奏する。

２．凝集物発生の防止
特許文献１又は図６に示す塗装装置は水性塗料と溶剤塗料の共通管路又は共通塗料経路を有する。かかる共通管路では水性塗料と溶剤塗料が混じることで凝集物が生じる。これに対し、本実施形態の塗装装置は、別々になった水性塗料経路と溶剤塗料経路を有する。このため、本実施形態の塗装装置は、溶剤又は塗料が凝集物を生じにくいという効果を奏する。

本実施形態の水性塗料は、樹脂エマルション塗料である。塗膜を形成する樹脂の粒子は、表面にＯＨ基、又はＣＯＯＨ基を有するため、親水性を有する。これに対応して水性塗料の洗浄剤は、親水性を有する溶剤、例えば水性シンナーが用いられる。

水性塗料に疎水性の液体、すなわち溶剤塗料又は溶剤シンナーが混入すると、樹脂の粒子表面のＯＨ基がこれらと反応する。このためＯＨ基は粒子表面から脱離する。結果として各粒子は分散状態が保てなくなり凝集する。発明者らは、塗装装置内で、水性塗料及びこれの洗浄剤の送出経路と、溶剤塗料及びこれの洗浄剤の送出経路とが分離していることが望ましいことを見出した。

塗料の状態、すなわち塗料中におけるポリマーの形態は、塗料を分類する基準となる。塗料は、溶液形、分散形、粉体の大きく３つのグループを有する。分散形は、ポリマー粒子が分散し乳化状態になっているものを含む。分散形の塗料では塗膜形成主要素は溶媒中に溶解していない。

分散形はエマルションタイプとも称する。分散形は、脂肪族炭化水素系溶剤中にポリマー粒子が分散しているＮＡＤ（非水分散形）タイプを含む。分散形でも非水分散形でも、ポリマーが溶媒中に分散している。このため、ポリマーの分子量が大きくても、粘度が高くならず、塗装時の固形分の割合を高めることができる。

水性塗料は、水溶性（溶液形塗料）とエマルション塗料の２種類ある。水性塗料は水で希釈可能である。塗料用樹脂の大部分は石油を原料とする合成樹脂である。このため、本来、水に溶けることがない。

したがって、塗料用樹脂（ポリマー）を含む水性塗料は、粒子状のポリマーが水中に分散しているエマルション、又はポリマーが水可溶性を有する、すなわち水溶性であることが好ましい。

水溶性塗料のポリマーが電解質を含む水中でイオン化すると、ポリマーは水に溶ける。かかる性質を利用して、水溶性塗料は電着プライマーとして、自動車の塗装で使用される。

エマルション塗料はエマルションペイント又はラテックスペイントとも称する。エマルション塗料は建築の現場塗装で使われる。合成樹脂エマルションペイント内では、０．５〜１μｍ程度の粒径を有する合成樹脂が、水中に分散し、乳化状態を形成している。合成樹脂エマルションペイント内では、合成樹脂は水に溶解しておらず、したがって溶質となっていない。

エマルション塗料は必ずしも水性塗料全般を指すものではない。上述の通り水性塗料は溶剤型の塗料を含む。エマルション塗料のエマルションとは塗料の状態を示す。したがって本実施形態の塗装装置は、エマルション塗料を使用する塗装方法の用途に特に好適である。

３．塗料の霧化
本実施形態の塗装装置は回転霧化頭を有する。本実施形態の塗装装置が回転霧化頭で塗料を霧化する。エア霧化ガンは、塗料を霧化する手段として知られる。エア霧化ガンは、本実施形態のように、霧化部まで互いに分離した水性塗料経路と溶剤塗料経路を備えることが難しい。

図７に示すように、第２の比較形態のエア霧化ガンは霧化部としてエアキャップ２０３を有する。エアキャップの中心に位置する塗料ノズルは塗料を吐出する。図中の塗料は溶剤塗料２０４である。

霧化エア２０５は塗料ノズルの周囲のスリットから噴出し、溶剤塗料２０４を霧化する。パターンエア２１３は霧化した塗料を楕円形２１４内にまとめる。エア霧化ガンは楕円形にまとまった溶剤塗料２０４の霧を、被塗装物に付着させることで、被塗装物を塗装する。

図８は、第２の比較形態のエアキャップ２０３の吐出部の断面を示す。エアキャップ２０３は塗料ノズル２３４及びエアノズル２３５を有する。塗料経路２３１は塗料ノズル２３４の内側に位置する。スリット状のエア経路２１２はエアノズル２３５の内側かつ塗料ノズル２３４の外側に位置する。塗料経路２３１は溶剤塗料２０４を吐出する。

エア経路２１２は霧化エア２０５を吐出する。塗料経路２３１の中心はエア経路２１２の中心と一致している。このため、霧化エア２０５は塗料ノズル２３４の吐出口の周囲に均等に吹き出す。したがって、溶剤塗料２０４は正常に霧化する。

上記エア霧化ガンは塗料ノズルを一つしか持たない。このため水性塗料及び溶剤塗料を切り替えて使用する塗装方法では、かかるエア霧化ガンは、例えば特許文献１に記載の塗装装置のように共通管路を備える必要がある。塗料ノズル２３４は共通管路から受けた水性塗料又は溶剤塗料を吐出する。

水性塗料と溶剤塗料との共通管路は塗料の切り替え時に洗浄剤での置換作業を必要とすることは上述の通りである。これに対して本実施形態の塗装装置内では水性塗料経路と溶剤塗料経路が分離している。このため塗装装置は塗料の切り替え時に洗浄剤での置換作業を必要しない。

図９に示すように、第３の比較形態のエア霧化ガンは、本実施形態と同様に霧化部まで互いに分離した水性塗料経路と溶剤塗料経路を備える。図９中、図８に記載の部材と同一の符号を有する部材の説明は省略する。

エアキャップ２０３は塗料ノズル２３６及びエアノズル２３５を有する。水性塗料経路２３２は塗料ノズル２３６の備える一方の開孔である。溶剤塗料経路２３３は塗料ノズル２３６の備える他方の開孔である。溶剤塗料２０４は溶剤塗料経路２３３より吐出する。

溶剤塗料経路２３３の中心とエア経路２１２の中心は一致していない。このため、霧化エア２０５は塗料ノズル２３６の溶剤塗料経路２３３の吐出口の周囲に均等に吹き出すことができない。したがって、エア霧化ガンは溶剤塗料２０４を適切に霧化できない。

これに対して本実施形態の塗装装置はエアノズルの代わりに回転霧化頭で塗料を霧化する。図５に示すように、本実施形態の回転霧化頭２０は塗料の吐出口として、水性塗料経路１５の送出端５３、又は溶剤塗料経路１６の送出端５５を備える。

送出端５３及び送出端５５は回転霧化頭２０の回転軸上に位置していない。しかしながら、回転霧化頭２０は高速回転するので、塗料は隔壁２０ａ又は内壁１２０の表面で、遠心力により偏りなく拡がる。このため、塗装装置１００は塗料の吐出口の位置が回転霧化頭２０の回転軸とずれていても、霧化した塗料を偏りなく吐出することができる。

４．静電塗装
図３に示すように本実施形態の塗装装置１００は、回転霧化頭２０と電気的に導通する電圧印加装置を備えるので、水性塗料をカラーチェンジバルブで供給しないことが好ましい。水性塗料は導電性である。このため水性塗料をカラーチェンジバルブで供給すると電荷がカラーチェンジバルブを通じてリークする。水性塗料の電荷がリークすると塗装装置は水性塗料を静電塗装できない。

これに対して塗装装置は外部電極を備えてもよい。外部電極は帯電していない水性塗料を霧化後に間接的に帯電させる。このため、塗装装置は水性塗料を塗料経路内で帯電させる必要が無いので、水性塗料をカラーチェンジバルブで供給できる。

しかしながら、外部電極は塗料を効率的に帯電させることが難しい。このため、本実施形態の塗装装置は外部電極を備える塗装装置に比べて、耐候性があり美観に優れる塗装を、被塗装物に効率的に施すことができる。

５．まとめ
すなわち本実施形態の塗装装置は、（１）水性塗料経路と溶剤塗料経路がそれぞれの吐出口まで分離しており、かつ（２）吐出口には回転霧化頭が面している。このため、該塗装装置は、水性塗料と溶剤塗料との切り替え時に洗浄剤の置換工程必要としないという、特別な効果を奏する。

また、該塗装装置内で水性塗料経路及び溶剤塗料経路は連通していない。このため、水性塗料経路に溶剤塗料が遡上することを防止できる。また、該塗装装置は溶剤塗料経路に水性塗料が遡上することを防止できる。

さらに、該塗装装置は（３）水性塗料経路がカートリッジと洗浄経路とに接続し、（４）溶剤塗料経路が塗料タンク及び洗浄用タンクとカラーチェンジバルブを介して接続する。このため、該塗装装置は必ずしも一塗料ごとに塗料経路及び吐出口を備えなくともよい。したがって、塗装装置の構造が簡略化し、さらに塗装装置の耐久性が向上するという特別な効果を奏する。

さらに該塗装装置内では、カートリッジが水性塗料を供給し、かつカラーチェンジバルブが溶剤塗料を供給するので、（５）塗装装置は回転霧化頭に電圧を直接印加する電圧印加装置を備えることができる。このため、本実施形態の塗装装置は、効率的に塗装できる。

また、カートリッジの変更、カートリッジの着脱、塗料のストックの出し入れは複雑なロボットのシステムを必要とする。一方で上述の通り該塗装装置は（６）溶剤塗料のカートリッジを必要としない。このため、塗装装置はより簡略化されたロボットのシステムを有することができる。

なお、本発明は上記実施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することが可能である。

上記実施形態では塗装装置は１本の水性塗装経路を備える。これに対し実施形態の変形では、塗装装置は２本以上の水性塗料経路を備えてもよい。塗装装置は一の水性塗料を一の水性塗料経路を介して回転霧化頭に送出してもよい。さらに塗装装置は他の水性塗料を他の水性塗料経路を介して回転霧化頭に送出してもよい。

混合された一の水性塗料及び他の水性塗料から凝集物が生じる可能性のある場合、該塗装装置はかかる凝集物の発生を抑制できる。水性塗料を収容する各カートリッジは、対応する水性塗料経路ごとに開口部の位置が異なっていてもよい。また、対応する塗料ごとにトリガーバルブが塗料を各水性塗料経路に振り分けてもよい。

上記実施形態では、水性塗料経路は水性塗料の洗浄剤を洗浄経路から受けた。これに対し実施形態の変形では、水性塗料経路はカートリッジから水性塗料の洗浄剤を受けてもよい。カートリッジ群の一のカートリッジは洗浄剤を蓄える洗浄剤容器のみを有してもよい。カートリッジ群の一部又は全部のカートリッジは洗浄剤容器及び塗料容器を有してもよい。かかるカートリッジを備える塗装装置は、洗浄経路を備えなくともよい。このため、塗装装置の構造が簡略化する。

上記実施形態では高電圧ケーブルはエアモータの端子に接続した。これに対し実施形態の変形では、高電圧ケーブルが、回転部又はラジアル軸受に接続してもよい。

本実施形態の応用の一つは、塗装前の自動車の車体を上述の方法で塗装し、塗装済みの自動車の車体とする塗装工程を備える、自動車の車体の製造方法である。かかる方法により美観と耐候性にすぐれる自動車の車体を効率的に生産できる。

本実施形態の応用の一つは、上述の塗装工程と、塗装済みの自動車の車体を駆動用部品、制御用部品及び内装用部品を含む自動車用部品と結合する組立工程とを備える、自動車の製造方法である。かかる方法により美観と耐候性にすぐれる自動車を効率的に生産できる。

本実施形態の応用の一つは、自動車の有する塗装済みの車体の一部又全部を上述の方法で塗装する再塗装工程を備える、自動車を再塗装する方法である。かかる方法により塗装の損傷・劣化した自動車を美観と耐候性を損ねることなく効率的に修理できる。

本実施形態では、自動車の車体を例にして塗装装置及び塗装方法を示したが、塗装される対象は自動車に限定されない。例えば航空機、工作機械、輸送機械、家電製品、事務機器、建築材料等の塗装に応用してもよい。

１０ ベル本体 １５ 水性塗料経路
１６ 溶剤塗料経路 １７ 外部管
１９ 洗浄経路 ２０ 回転霧化頭
２１ カートリッジ ２２ カートリッジ
２３ カートリッジ ２４ 塗料容器
２５ 塗料容器 ２６ 塗料容器
３０ カラーチェンジバルブ ５１ 連結面
５２ 流入端 ５３ 送出端
５５ 送出端 ７５ カスケード（電圧印加装置の一部）
７６ 低電圧ケーブル（電圧印加装置の一部）
７７ 低電圧ケーブル（電圧印加装置の一部）
７８ 高電圧コントローラ（電圧印加装置の一部）
１００ 塗装装置 １１４ 中空回転軸
１１７ 端面 １１９ 空間
１２０ 内壁

Claims (8)

1. 回転霧化頭を有するベル本体と、
   前記回転霧化頭に接続する水性塗料経路と、
   前記水性塗料経路と接続することなく、前記回転霧化頭に接続する溶剤塗料経路と、を備える塗装装置。
2. 前記回転霧化頭と電気的に導通する電圧印加装置と、
   前記水性塗料経路に接続可能なカートリッジと、
   前記ベル本体の外部に位置し、前記溶剤塗料経路と接続するカラーチェンジバルブと、
   をさらに備える、請求項１に記載の塗装装置。
3. 前記溶剤塗料経路及び前記カラーチェンジバルブと接続する外部管と、
   前記カラーチェンジバルブに接続する洗浄剤タンクと、をさらに備え、
   前記溶剤塗料経路は前記ベル本体内に位置し、前記外部管、及び前記カラーチェンジバルブを介して前記洗浄剤タンクと連通する、
   請求項２に記載の塗装装置。
4. 前記カートリッジは前記ベル本体に対して着脱自在であり、
   前記水性塗料経路は前記ベル本体内に位置し、かつ前記ベル本体及び前記カートリッジの連結面を介して前記カートリッジの塗料容器に接続可能な流入端を有する、請求項２又は３に記載の塗装装置。
5. 前記ベル本体は、前記水性塗料経路から枝分かれする洗浄経路をさらに有し、
   前記洗浄経路は前記水性塗料経路の内腔に接続する、請求項１〜４のいずれかに記載の塗装装置。
6. 前記ベル本体は、前記回転霧化頭に接続する中空回転軸をさらに有するが、前記中空回転軸を貫通し、かつ前記中空回転軸の回転霧化頭と接続する端面、及び前記回転霧化頭の内壁に囲まれる空間に接続する洗浄ノズルを有しない、請求項１〜５のいずれかに記載の塗装装置。
7. 前記ベル本体は、前記回転霧化頭に接続する中空回転軸をさらに有するが、前記中空回転軸を貫通する洗浄ノズルを有しない、請求項１〜５のいずれかに記載の塗装装置。
8. 前記水性塗料経路及び前記溶剤塗料経路は、それぞれ前記中空回転軸をそれぞれ貫通し、かつそれぞれ送出端を有し、
   前記水性塗料経路及び前記溶剤塗料経路の送出端は、前記中空回転軸の回転霧化頭と接続する端面、及び前記回転霧化頭の内壁に囲まれる空間にそれぞれ接する、請求項６又は７に記載の塗装装置。

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