JP2010064035A - 静電噴出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導帯電により微細粒子を帯電させて噴出部から噴出する場合に、高電圧が印加される誘導電極および高電圧荷電部からのコロナ放電の発生をより確実に防止する。
【解決手段】誘電体でケース３８を形成し、このケース３８内に高電圧発生回路４０と誘導電極３９とを収納し、これらを電気的絶縁性樹脂によってモールドする。これにより、誘導電極３９および高電圧発生回路４０が雰囲気中から遮断される。このため、コロナ放電の発生がなく、塗料噴出口１７から霧化される塗料の微細粒子を誘導帯電によって帯電させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電誘導により微細粒子に帯電させて噴出する構成の静電噴出装置に関する。

静電塗装機においては、塗料が塗料タンクからスプレーガンへと供給され、スプレーガンの先端部に形成された噴出部から圧縮空気により霧化されて被塗装物へと噴射される。このとき、霧化された塗料の微細粒子（霧化塗料）は、高電圧を使用した荷電機構により帯電され、そして、接地された被塗装物との間に作用する静電気力によって被塗装物の表面に塗着される。

このような静電塗装機において、スプレーガンから噴出される霧化塗料に荷電する荷電機構は、一般的には、コロナ放電によるものが採用されている。このコロナ放電による荷電機構は、例えば、特許文献１に開示されているように、スプレーガンの噴出口（噴出部）の周りにピン状のコロナ電極を設けた構成のもので、ピン状のコロナ電極に高電圧を印加してコロナ放電を起こさせると、このコロナ放電により発生したイオンに、噴出口から噴出された霧化塗料が衝突することによって帯電されるというものである。したがって、コロナ放電による荷電機構においては、霧化塗料は、コロナ電極に印加された高電圧と同極性に帯電され、コロナ電極と被塗装物との間に形成される電界によって被塗装物の方向への静電吸引力が与えられて被塗装物に塗着される。

特許文献２には、コロナ放電による荷電機構とは別の荷電機構が開示されている。これは、高速回転して塗料を霧化する回転式塗料霧化頭の周りにリング状の電極を配置した構成で、リング状電極に高電圧を印加することにより、電気的に接地された回転式塗料霧化頭から噴霧される霧化塗料を、リング状電極への印加高電圧と正負逆の極性に誘導帯電させるというものである。
特開平９−１９２５８６号公報 特開平７−２５１０９７号公報

特許文献１に開示された荷電機構は、霧化塗料がコロナ放電により発生したイオンと衝突することで帯電する方式であるため、帯電効率が低い。これに対し、特許文献２に開示された荷電機構は、誘導帯電により霧化塗料に帯電させる方式であるため、コロナ放電による荷電機構に比べて帯電効率が良いとされる。

特許文献２のものは、誘導帯電を利用した荷電機構といいながら、現実には、電極からコロナ放電するので、コロナ放電により発生したイオンが誘導帯電された霧化塗料の帯電を中和して弱めるので、としている。そして、その解決策として、電極をリング状とすることによってコロナ放電を抑制し、これにより、誘導帯電を利用した荷電機構を実現するとしている。
しかしながら、電極をリング状としても、コロナ放電を完全には抑制できず、少なからずコロナ放電が発生する。このため、特許文献２の構成では、コロナ放電による影響を避けられず、誘導帯電による荷電機構を実現するものとはいい難いものであった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、高電圧が印加される誘導電極からのコロナ放電の発生をより確実に防止し、噴出部から噴出される微細粒子を誘導帯電により帯電させることができる静電噴出装置を提供することにある。

本発明において、噴出部から噴出される微細粒子への帯電は、静電誘導現象による誘導帯電によって行われる。図１２は、この誘導帯電を原理的に示している。つまり、図１２（ａ）のように、帯電物体の近くに絶縁された導体があると、帯電物体から静電誘導を受けて導体の表面で電荷の分離が起き、且つ、導体の電位が上昇する。この電荷分離した導体を接地すると、図１２（ｂ）に示すように、帯電物体から遠い方に誘導された電荷が大地へと移動する。帯電物体に近い方に誘導された電荷は接地の影響を受けない。その後、導体の接地を取り外し、帯電物体を遠ざけると、誘導電荷が開放されて導体上に分散するため、導体の電位が再び上昇する。このときの導体の帯電極性は、帯電物体の極性と逆である。

この誘導帯電をノズルなどから液体を噴出する場合に適用すると、図１１に示すように、ノズルＮから噴出される液体Ｌは、ノズルＮの出口で、液柱が分裂して微細粒子Ｒとなるが、ノズルＮの近傍に誘導電極Ｔを設け、この誘導電極ＴとノズルＮとの間に電圧を加えると、液柱の先端では、誘導電極Ｔから静電誘導を受けて電荷の分離が起き、誘導電極Ｔから遠い方に誘導された電荷はノズルＮを通って大地へと移動し、誘導電極Ｔに近い方に誘導された電荷が残った状態で微細粒子となって液柱から分離してゆくのである。このとき、微細粒子の持つ電荷量は、分裂直前の微細粒子の表面上の電荷密度によって決まり、誘導電極Ｔの印加電圧によって制御することができる。

誘導電極Ｔに角部や円弧部分がある場合、その角部や円弧部分は、その曲率半径に応じた電圧が印加されると、コロナ放電を起こす。このため、誘導電極Ｔに印加する電圧が、誘導電極Ｔの各部の最小曲率半径に応じたコロナ放電発生電圧以上になると、誘導電極Ｔと同極性のコロナ放電が発生する。特許文献２のように電極をリング状にしても、コロナ放電を防止できない理由はここにある。

誘導電極Ｔにコロナ放電が発生すると、誘導電極Ｔの近傍に誘導電極Ｔと同極性のイオン化された雰囲気が生成される。このイオン化雰囲気を通過する微細粒子は、誘導電極に印加された電圧と同極性に帯電されることとなる。このため、予め誘導電極Ｔによって誘導帯電されてノズルＮから噴出された微細粒子は、誘導帯電により帯電した電荷と逆極性の電荷を帯びることとなり、換言すれば、微細粒子の帯電を中和して弱めることとなるので、帯電効率がきわめて低いものとなる。

本発明者は、誘導電極Ｔがコロナ放電を生じないようにするための実験を種々行ったところ、誘導電極Ｔとこの誘導電極Ｔに高電圧を導く高電圧荷電部を誘電体によって覆うとコロナ放電が起きないことを見出し、本発明をなすに至った。

請求項１の静電噴出装置は、噴出部を有し、液体または粉体を霧化液または粉体粒子からなる微細粒子として前記噴出部から噴出させる噴出体と、前記噴出部内の液体または粉体の電位を接地電位とする接地手段と、前記噴出体または前記噴出体の近傍に設けられ、前記噴出部から噴出される液体または粉体との間に直流高電圧を印加する誘導電極と、を備え、前記誘導電極および当該誘導電極へ至る高電圧荷電部を、遮断手段としての誘電体により覆って雰囲気中から遮断し、前記噴出部から噴出される前記微細粒子を、前記誘導電極による誘導帯電によって帯電させて噴出させることを特徴としている。
ここで、上記噴出体は、噴出された微細粒子を指すのではなく、液体または粉体を微細粒子として噴出させる機能を有する部材をいう。
上記構成によれば、誘導電極と高電圧荷電部が、雰囲気中から遮断するための遮断手段としての誘電体により覆われているので、誘導電極に、雰囲気中であればコロナ放電を起こすような高電圧を印加しても、コロナ放電が発生することはない。しかも、誘導電極と高電圧荷電部を覆う遮蔽手段として誘電体は、誘導電極と噴出部内の液体または粉体との間に作用する電気力線への障害は僅かである。したがって、誘導電極に高電圧を印加することで、噴出部から噴出される微細粒子を誘導帯電により支障なく帯電させることができる。

そして、誘電体により覆われた誘導電極および高電圧荷電部はコロナ放電を起こさず、イオン化雰囲気を生成しないので、微細粉末の帯電がイオンにより中和して弱められる恐れがない。したがって、微細粒子の帯電を効率良く行うことができる。しかも、イオン化雰囲気を生成しないので、誘導電極の印加電圧を制御することにより、微細粒子の帯電電荷量を制御することが可能となる。

ところで、超純水などの比抵抗値が非常に高い液体を微細粒子として噴出し、半導体などの被洗浄物を洗浄する場合、当該微細粒子は、噴出部から噴出された後、空気との摩擦により帯電するなどの静電気現象によって静電気帯電し、その結果、被洗浄物である半導体を静電気帯電させて破壊に至らしめることがある。これを防止するために、請求項２は、比抵抗値が高い液体を噴出部から微細粒子として噴出させる際、当該微細粒子が噴出後の静電気現象によって帯電する電荷と同等量で且つ逆極性の電荷を帯びるように、前記噴出後の静電気現象によって帯電する電荷と逆極性の高電圧を前記誘導電極に印加することを特徴としている。

この構成によれば、噴出部から噴出する際、誘導電極によって誘電帯電された電荷が、その後の空気との摩擦などによる静電気現象によって帯電する電荷と中和される。このため、無電荷の状態で被洗浄物を洗浄でき、被洗浄物を静電気帯電させて破壊に至らしめるといった不具合の発生を未然に防止できる。

また、誘電体の外面部には、角部分が存在するが、この角部分は円弧状に丸められていることが好ましい（請求項３）。誘電体の外面でのコロナ放電の発生を一層確実に防止するためである。
誘電体を電気的絶縁性樹脂から構成し、この電気的絶縁性樹脂によって誘導電極と高電圧荷電部をモールドしても良い（請求項４）。これにより、誘導電極と高電圧荷電部が雰囲気中から確実に遮断される。

また、噴出体を金属製とし接地すると共に、噴出体を電気的絶縁材料で覆うことが好ましい（請求項５）。このようにすれば、噴出体を接地手段とすることで噴出体内の液体や粉体を容易に接地でき、また、噴出体と誘導電極との間でコロナ放電を起こすことを確実に防止できる。

本発明の静電噴出装置は、静電塗装装置（請求項６）、スプレー式コーター（請求項７）、洗浄装置（請求項８）として利用することができる。スプレー式コーターとは、コーティング液を噴出部から霧状に噴出して、被塗物の表面にコーティング膜を形成するための装置で、微細粒子が帯電していることにより、被塗物表面で微細粒子どうしが互いに反発しあって分散するので、均一厚さの極薄のコーティング膜を形成できる。

以下、本発明を実施形態により具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図７は本発明を静電塗装装置に適用した第１の実施形態を示す。この実施形態では、使用する塗料（液体）は、被抵抗値の比較的低い例えば水系塗料、メタリック系塗料を使用するものとする。図１および図２は、静電塗装装置の主要部分であるスプレーガンのガン本体が示されている。ガン本体は、バレル（銃身）１を主体とするもので、このバレル１は、電気的絶縁性を有したポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などの合成樹脂により形成されて全体として円柱形をなしている。

バレル１の前端部には、段付き状の凹部２が形成されており、この凹部２内に円筒状の金属製の中継具３が固定されている。凹部２の内部は、この中継具３によって内外２室に区画された状態となり、内側の室（中継具３内）は霧化エア受入室４とされ、外側の室はパターンエア受入室５とされている。これら霧化エア受入室４およびパターンエア受入室５には、夫々圧縮空気が供給されるようになっている。

この圧縮空気供給のために、霧化エア受入室４およびパターンエア受入室５は、夫々バレル１内に形成された図示しない接続流路を介して、バレル１の一側部に設けられた霧化エア用ホースジョイント６およびパターンエア用ホースジョイント７に接続されている。そして、両ホースジョイント６，７には、図３に示す高圧エアホース８，９が連結されるようになっており、これら高圧エアホース８，９は、それぞれソレノイドバルブ１０，１１およびレギュレータ１２，１３を介してエアコンプレッサー（圧縮空気発生装置）１４に接続されている。

中継具３の前端部には、金属製の中空のノズル（噴出体）１５が連結されている。このノズル１５の中心部を前後に貫通する孔は塗料流路１６とされており、この塗料流路１６の前端部は小径に突出形成されて塗料噴出口１７とされている。なお、塗料噴出口１７は、前方に向かって窄まるテーパ状に形成されている。

塗料は、塗料タンク（図示せず）から塗料供給ホース１８を通じてバレル１の下部に設けられた塗料用ホースジョイント１９に供給され、この塗料用ホースジョイント１９からバレル１に形成された塗料供給路２０を介してバレル１の中心部に形成された塗料室２１に供給されるようになっている。この塗料室２１は、ノズル１５の塗料流路１６に一直線状に連なっており、これら塗料流路１６と塗料室２１とに跨って金属製のニードル２２が前後に移動自在に収納されている。

ニードル２２は、図示しない復帰ばねにより前方に付勢されていて、常にはテーパ状先端部を塗料噴出口１７のテーパ状内面に当接させて当該塗料噴出口１７を閉鎖し、塗料の流出を阻止している。図示はしないが、このニードル２２の後端部には、ピストンが連結されており、当該ピストンは、バレル１内に形成されたシリンダ室内に配設されている。そして、シリンダ室内に圧縮空気（トリガエア）が供給されると、ピストンが前記復帰ばねの付勢力に抗して後方に移動し、このピストンの後方への移動によりニードル２２が塗料噴出口１７を開放する。このように塗料噴出口１７を開閉するニードル２２は、開閉手段を構成する。

バレル１内に形成された上記のシリンダ室内は、バレル１内に形成された図示しない接続流路を介してバレル１の一側部に設けられたトリガエア用ホースジョイント２３に接続されている。トリガエア用ホースジョイント２３には、図３に示す高圧エアホース２４が連結されるようになっており、この高圧エアホース２４は、ソレノイドバルブ２５およびレギュレータ２６を介してエアコンプレッサー１４に接続されている。

中継具３から前方に突出するノズル１５の前側部分の外周は、先細のテーパ状に形成されており、このテーパ状部分１５ａの先端面から、前記塗料噴出口１７が突出している。このノズル１５の前側部分には、エアキャップ２７が取り付けられるようになっている。そして、このエアキャップ２７は、裏側のテーパ状凹陥部２７ａがノズル１５のテーパ状部分１５ａと密に嵌合している。そして、エアキャップ２７は、バレル１の外周部に螺合するリテイニングナット２８により、テーパ状凹陥部２７ａがノズル１５のテーパ状部分１５ａに押し付けられるように締め付け固定されている。この固定状態において、エアキャップ２７の前端部には、塗料噴出口１７の周りを囲む環状の霧化エア室２９が形成されている。

ここで、上記エアキャップ２７およびリテイニングナット２８は、共に電気的絶縁性を有するポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などの合成樹脂により形成されている。したがって、金属製のノズル１５は、バレル１が電気的絶縁性を有した合成樹脂により形成されていることと相俟って、中継具３と共に電気的絶縁材料で形成された部材によって覆われた状態になっている。したがって、金属製の中継具３およびノズル１５は、電気的絶縁材料で形成された部材によって雰囲気中から遮断されている。勿論、ノズル１５の塗料噴出機能部である塗料噴出口１７については、電気的絶縁材料による覆いから除かれ、雰囲気中に開放されている。

このように塗料噴出口１７を除いて金属製の中継具３およびノズル１５を電気的絶縁材料で覆う理由は、誘導帯電を効率良く行う観点から、誘導電極３９とノズル１５の先端である塗料噴出口１７との間の電気力線の本数を最大にするため、および誘導電極３９と塗料噴出口１７との間の距離が誘導電極３９と他の接地金属部分との間の距離よりも十分に近い必要があることの要求を実現するためである。

ノズル１５には、塗料流路１６を同心状に取り巻くようにして複数個の霧化エア流路３０が形成されており、この霧化エア流路３０の前端は、霧化エア室２９に連ねられ、後端は、霧化エア受入室４に連ねられている。したがって、エアコンプレッサー１４から送られてくる圧縮空気は、霧化エア用ホースジョイント６、霧化エア受入室４、霧化エア流路３０を順に通って霧化エア室２９内に供給されるようになっている。

エアキャップ２７の前端中央部には、霧化エア室２９を外方に開放する霧化エア噴出口３１が形成されており、この霧化エア噴出口３１内にノズル１５の塗料噴出口１７の先端が挿入されている。したがって、霧化エア噴出口３１は、塗料噴出口１７を取り巻くように環状に開口した状態となっており、この霧化エア噴出口３１から圧縮空気が噴出されると、塗料噴出口１７から吐出される塗料が霧吹きの原理により霧化されるようになっている。この塗料噴出口１７は、霧化エア噴出口３１と共に塗料を霧化して噴出させる噴出部３２として機能する。

エアキャップ２７の前面部の左右両側には、中央部分から傾斜状に隆起する突出部２７ｂが形成されており、この突出部２７ｂに複数本のパターンエア噴出口３３が中心側に向かうように斜状に形成されている。各突出部２７ｂのパターンエア噴出口３３は、エアキャップ２７内の左右両側に形成された一対のパターンエア流路３４の前端部に連ねられており、このパターンエア流路３４の後端は、ノズル１５とエアキャップ２７との間に形成されたパターンエア室３５に連ねられている。

更に、パターンエア室３５は、ノズル１５とリテイニングナット２８との間に形成されたパターンエア連通路３６を介して前記パターンエア受入室５内に連通されている。そして、パターンエア噴出口３３からは、圧縮空気が斜め内側前方に向けて噴出されるようになっており、これにより、霧化エア噴出口３１から噴出する圧縮空気によって霧化された塗料粒子の噴霧パターンを塗装に適した楕円形ないし小判形に矯正する。

なお、塗装開始時には、図４に示すように、まず、ソレノイドバルブ１０，１１が通電された後、ソレノイドバルブ２５が通電される。これにより、まず、圧縮空気が霧化エア受入室４およびパターンエア受入室５へ供給されて霧化エア噴出口３１およびパターンエア噴出口３３から噴出される。次いで、圧縮空気が図示しないシリンダ室内に供給されてニードル２２が後方に移動し、塗料噴出口１７を開く。すると、霧化エア噴出口３１から噴出する空気により塗料が霧化されて塗料噴出口１７から噴出される。

塗装終了時には、逆に、まず、ソレノイドバルブ２５が断電され、その後、ソレノイドバルブ１０，１１が断電される。これにより、まず、ニードル２２が塗料噴出口１７を閉じて塗料の供給を停止させ、次いで、霧化エア噴出口３１およびパターンエア噴出口３３からの圧縮空気の噴出が停止されるようになっている。

さて、バレル１の一側部には、電気的絶縁材であるポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などの合成樹脂製のＬ字形のサポート３７によってケース３８が取り付けられている。このケース３８の前端部には、エアキャップ２７側に向けて突出する突部３８ａが形成されている。そして、この突部３８ａを含む前端部の内側には、誘導電極３９が収納されている。また、ケース３８内の誘導電極３９の後方部分には、誘導電極３９に供給する高電圧を発生するための高電圧発生回路（高電圧荷電部）４０が収納されている。

静電塗装に必要な高電圧は、図５のように、図示しない塗料タンクの近くに設置した制御回路４１と、上記ケース３８内に収納した高電圧発生回路４０によって発生される。なお、制御回路４１と高電圧発生回路４０とは、電源ケーブル４２によって接続されている。塗料タンク近くに設置された制御回路４１は、高周波電源回路４３と出力トランス４４とを備えている。そして、商用電源４５が高周波電源回路４３に供給されると、その出力側に接続された出力トランス４４の二次側に高周波電圧が発生する。発生した高周波電圧は、電源ケーブル４２を通ってケース３８内の高電圧発生回路４０に供給される。

高電圧発生回路４０は、昇圧トランス４６と高電圧整流回路としてのコッククロフト‐ウォルトン型倍電圧整流回路４７を備えており、制御回路４１からの高周波電圧は、昇圧トランス４６の一次側に入力される。昇圧トランス４６により昇圧された高周波電圧は、コッククロフト‐ウォルトン型倍電圧整流回路４７により整流されて１万〜６万Ｖの直流高電圧とされる。発生する高電圧の極性は、コッククロフト‐ウォルトン型倍電圧整流回路４７内のダイオードの向きを変えることによって接地電位に対して正（プラス）とすることも、負（マイナス）とすることもできる。本実施形態の場合、高電圧発生回路４０で発生する高電圧の極性は、接地電位に対して負となるようにしている。そして、発生した高電圧は、誘導電極３９に供給されるように構成されている。

上記ケース３８は、誘導電極３９および高電圧発生回路４０を収納するために少なくとも一面、例えば上面が開放されている。このケース３８は、誘電体材料、例えば電気的絶縁材料でもあるポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などによって形成されている。この場合、ケース３８の特に噴出部３２側の外面の角部分は、円弧状に丸められていて稜線が出ないようにされている。なお、円弧の曲率半径は５ｍｍを超えていることが好ましい。

そして、ケース３８内に誘導電極３９および高電圧発生回路４０を収納した後、ケース３８内に、誘電体材料でもある例えば上記のポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などのような誘電体材料を注入することにより、誘導電極３９および高電圧発生回路４０が絶縁性樹脂４８によってモールドされるようにしている。この絶縁性樹脂４８は、誘導電極３９と高電圧発生回路４０とケース３８の内面との間にも隙間なく浸入して誘導電極３９および高電圧発生回路４０の全体を密に被覆している。誘導電極３９および高電圧発生回路４０は、以上のようにして、ケース３８および絶縁性樹脂４８からなる遮蔽手段としての誘電体により雰囲気中から遮断されている。

次に、上記のように構成した静電塗装装置の作用を説明する。本実施形態では、金属製のノズル１５に図示しないアース線を接続し、このアース線をバレル１外に導出して塗料供給ホース１８に沿わせるようにして塗料タンクまで延長し、そして、直接接地、または、接地された塗料タンクに接続して間接接地している。したがって、ノズル１５は、塗料噴出口１７内の塗料を接地電位にする接地手段として機能する。

なお、本実施形態では、塗料として、電気抵抗の比較的低い水系塗料、メタリック塗料を使用するため、塗料タンクが接地されていれば、ノズル１５内に供給された塗料は、その導電性により、接地された塗料タンクと電気的に接続された状態となって接地電位に維持される。このため、ノズル１５は、必ずしもアース線により接地されてなくとも良い。

さて、塗装を開始するべくソレノイドバルブ１０，１１に通電し、その後、ソレノイドバルブ２５に通電する。すると、霧化エア用ホースジョイント６およびパターンエア用ホースジョイント７に供給された圧縮空気が霧化エア噴出口３１およびパターンエア噴出口３３から噴出され、暫くした後、塗料噴出口１７が開いて塗料用ホースジョイント１９から供給された塗料が塗料噴出口１７から吐出される。そして、塗料噴出口１７から吐出された塗料は、霧化エア噴出口３１から噴出する圧縮空気により霧化され、霧化された塗料の微細粒子（霧化塗料）は、パターンエア噴出口３３から噴出される圧縮空気により楕円形ないし小判形の噴霧パターンに矯正される。

一方、ソレノイドバルブ２５の通電と同期して、制御回路４１からケース３８内の高電圧発生回路４０に高周波電圧が供給され、コッククロフト‐ウォルトン型倍電圧整流回路４７により発生されたマイナスの直流高電圧が誘導電極３９に印加される。このとき、誘導電極３９に印加される直流電圧は、当該誘導電極３９がケース３８内に収納されてもおらず、絶縁性樹脂４８によってモールドされてもいない状態、つまり、裸の状態のとき、コロナ放電が起きる電圧（数百Ｖ）以上１００ｋＶ以下の電圧、好ましくは２０ｋＶ以下の電圧、この実施形態では、数万Ｖ（高電圧発生回路４０の出力電圧である１万〜６万Ｖ）の直流高電圧に定められている。

このような直流高電圧が誘導電極３９に印加されると、樹脂製のエアキャップ２７の霧化エア吐噴出口３１内に位置する金属製のノズル１５の塗料噴出口１７およびこの塗料噴出口１７内の塗料が接地電位にあるため、誘導電極３９と塗料噴出口１７部分との間に強力な電界が発生する。このとき、ケース３８が誘電体で形成されているため、誘導電極３９から塗料噴出口１７部分に向う電気力線はケース３８を支障なく通過する。

塗料噴出口１７から吐出される塗料は、誘導電極３９による静電誘導を受けて電荷分離が起きる。これにより、塗料噴出口１７から吐出される塗料のうち、外部表面側に誘導電極３９とは逆極性の電荷が誘導され、塗料噴出口１７の内部側に誘導電極３９と同極性の電荷が誘導される。そして、内部側に誘導された電荷は、接地されているノズル１５から大地へと逃げ出る。このため、塗料が塗料噴出口１７から霧化されて噴出される際、その塗料の微細粒子（霧化塗料）は、誘導帯電によって誘導電極３９とは逆極性（プラス）に帯電して空中に飛び出す。

このようにして帯電状態にされた霧化塗料は、主としてパターンエア噴出口３３から噴出されたパターンエアによって被塗装物の近傍まで搬送される。帯電した霧化塗料が被塗料物に近付くと、接地された被塗装物の表面に霧化塗料の帯電電荷とは反対極性の電荷が誘起される。

すると、誘起された反対極性の電荷との間に静電気力が作用し、霧化塗料は被塗装物に向う吸引力を受ける。この吸引力により、霧化塗料は被塗装物に塗着される。このように静電気力による吸引力が作用するため、霧化塗料は被塗装物の裏側にも回り込み、バレル１に面しない被塗装物の裏側にも塗料が塗着される。以上のようにして被塗装物に静電塗装が行われる。

このように本実施例によれば、ノズル１５を接地し、このノズル１５の塗料噴出口１７の近傍に、空気と接触しない遮断状態にした誘導電極３９および高電圧発生回路４０を配設したので、高電圧発生回路４０で高電圧を発生させてこれを誘導電極３９に印加しても、コロナ放電を生ずる恐れがない。このため、塗料噴出口１７から噴出される霧化塗料を、静電誘導現象による誘導帯電によって帯電させることができる。

この場合において、誘導電極３９および高電圧発生回路４０を雰囲気中から遮断するケース３８および絶縁性樹脂４８は、誘電体材料からなるので、誘導電極３９から塗料噴出口１７部分に向う電気力線を弱めるといった不具合を生じない。したがって、霧化塗料を、誘導帯電によって支障なく帯電させることができる。

特に、本実施形態では、ケース３８の角部分を円弧状にしているため、角部分に電荷の集中が起きず、コロナ放電の発生の恐れがない。また、金属製のノズル１５および中継具３を電気的絶縁材料で形成されたバレル１、エアキャップ２７、リテイニングナット２８によって覆っているため、誘導電極３９による静電誘導現象により、ノズル１５の外表面や中継具３の外表面で電荷分離が起き、高電位となってコロナ放電を発生するといった恐れもない。

そして、ケース３８や中継具３、ノズル１５の外表面でのコロナ放電を生ずることなく、霧化塗料を誘導帯電によって帯電させることができるので、コロナ放電によって生ずるイオンによる帯電の中和も起きず、帯電効率に優れた静電塗装装置とすることができる。したがって、より理想的な誘導帯電によって霧化塗料を帯電させることができ、霧化塗料の帯電電荷量を、誘導電極３９の印加電圧によって制御することができる。

その上、被塗装物に塗着されるまでの間に、霧化塗料がコロナ放電により発生したイオン化雰囲気中を通過することは本来的になくなるので、霧化塗料の帯電電荷量にほとんど変化がなく、霧化塗料を被塗装物に均一に塗着できるようになる。

本発明のコロナ放電防止についての効果を確認するために、塗料噴出口１７から霧化液として噴出される微細粒子の帯電量を測定する実験を行った。図６は実験装置を示すもので、網４９を張った金属製の電荷獲得パレット５０を大地から絶縁した状態に設置し、電荷獲得パレット５０をコンデンサ５１を介してアースすると共に、コンデンサ５１と並列に入力インピーダンスの高い電圧計５２を接続した。そして、誘導電極３９と高電圧発生回路４０を絶縁性樹脂４８により雰囲気中から完全に遮蔽した静電塗装装置（本発明装置）と、誘導電極３９と高電圧発生回路４０を覆う絶縁性樹脂４８にピンホールを発生させて誘電電極３９が雰囲気に触れるようにした静電塗装装置（第１の比較例装置）と、誘導電極３９と高電圧発生回路４０を絶縁性樹脂４８によりモールドせずに雰囲気中に露出させた静電塗装装置（第２の比較例装置）を使用し、それら静電塗装装置から水道水を電荷獲得パレット５０の網４９に向けて噴霧し、電荷獲得パレット５０に蓄えられた電荷（電圧）を測定した。

図７（ａ）は本発明装置の測定結果を示し、図７（ｂ）は第１の比較例装置の測定結果を示し、図７（ｃ）は第２の比較例装置の測定結果を示す。これによれば、図７（ｃ）の第２の比較例装置では、時間経過に伴って電圧がプラス側からマイナス側に変化している。これは、大量のコロナ放電が発生し、塗料噴出口１７から噴出される微細粒子がコロナ放電の影響を受けて誘電電極３９の印加電圧とは逆極性のマイナスに帯電される傾向が高いことを示していると推測される。図７（ｂ）の第１の比較例装置では僅かにコロナ放電が起きていて電圧の立ち上がり方が直線的になっていない。これに対し、本発明装置では、電圧は時間経過に伴って直線的に上昇している。このことは、本発明装置では、コロナ放電が起きず、塗料噴出口１７から噴出される微細粒子が誘導帯電によって荷電されていることを示している。

（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は、本発明をスプレー式コーターに適用したものである。スプレー式コーターとは、スラリー状態のコーティング液をスプレーガン５３から霧化状態に噴出させて被コーティング物５４の表面にコーティングする装置である。このときスプレーガン５３に上述の第１の実施形態で示したと同様のスプレーガンを使用してスラリーを霧状にして吐出させる。その際、霧状のスラリーの微細粒子に誘導帯電によって帯電させる。被コーティング物が電気的不良導体である場合、被コーティング物５４の表面に吹き当てられたコーティング材の微細粒子は、静電気力によって互いに反発し合い、極薄い膜となって均一に拡がる。このため、ごく薄い均一厚さのコーティング膜を形成することができる。

（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態は、本発明を洗浄装置に適用したものである。本実施形態の洗浄装置は、洗浄液、例えば比抵抗値が高い超純水を第１の実施形態と同一構成のスプレーガン５５から霧化状態に噴出させて被洗浄物５６の表面に付着している微細粒子を洗い流すものである。このときスプレーガン５５に上述の第１の実施形態で示したと同様のスプレーガンを使用して純水を霧状にして吐出させる。その際、霧状の純水の微細粒子に誘導帯電によって帯電させる。

従来の洗浄装置では、噴出口から噴出された微細粒子が、その後、空気との摩擦により帯電するなどの静電気現象によって静電気を帯電し、帯電した霧化洗浄液が被洗浄物に噴射されるという不具合を生ずる。

本実施形態では、スプレーガン５５から噴出された微細粒子が、その後に空気との摩擦により帯電する電荷の極性と帯電量を予め測定しておき、その測定した帯電電荷と逆極性で同等量の電荷を誘導帯電によって微細粒子に付与する。これにより、微細粒子が被洗浄物に吹き当てられるときには、電気的に中和された状態となるので、被洗浄物５６が半導体装置などであった場合、半導体装置に静電気帯電させて破壊に至らしめるといった不具合の発生を防止することができる。

（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態を示す。この実施形態は、誘導電極３９と高電圧発生回路４０を別々のケースに設けたことを特徴とするもので、他は第１の実施形態と同様である。

すなわち、誘導電極３９は、例えば電気的絶縁材料でもあるポリアセタール樹脂、フッ素樹脂など誘電体材料により形成された第１のケース５７内に収納され、高電圧発生回路４０は、同様の誘電体材料により形成された第２のケース５８内に収納されている。それら第１のケース５７および第２のケース５８は密閉され誘電電極３９および高電圧発生回路４０を雰囲気中から遮断している。

つまり、第１のケース５７は、円形の開口部５７ａから誘導電極３９を収納した後、開口部５７ａをプラグ５９により密閉している。第２のケース５８は二分割型で、高電圧発生回路４０を収納した後、二つの分割ケース５８ａ，５８ｂをパッキン６０を介して図示しないねじで締め付けて連結している。

第１のケース５７内の誘導電極３９と第２のケース５８内の高電圧発生回路４０とを接続するリード線６１は、例えば電気的絶縁材料でもあるポリアセタール樹脂、フッ素樹脂など誘電体材料により形成されたブッシュ６２に通されている。そして、ブッシュ６２の一端部および他端部はそれぞれ第１のケース５７および第２のケース５８内に挿入されている。ブッシュ６０の第１のケース５７および第２のケース５８への挿入部は雰囲気中から遮断すべくシール部材６３によりシールされている。

第１のケース５７および第２のケース５８は、ブッシュ６２により連結された形態となっており、第２のケース５８をバレル１に樹脂ねじ６４によって固定している。この固定状態で、第１のケース５７（誘導電極３９）がノズル１５の塗料噴出口１７に近接している。

（その他の実施形態）
本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような拡張或いは変更が可能である。
第１の実施形態において、使用する塗料は、比抵抗値の高い塗料であっても良い。塗料は液体に限られず、微粒子粉体塗料を用い、この粉体塗料を噴出部から霧化エアによって微細粒子に分散させて吐出させる構成であっても良い。
霧化は、高速回転する回転頭に液体または粉体を供給して当該回転頭によって微細粒子とするものであっても良い。この場合、回転頭に設けられた液体または粉体の供給通路の先端部が回転頭と共に本発明での噴出体に相当し、回転頭が本発明での噴出部に相当する。

ケースを、噴出部を取り巻く環状に形成し、このケース内に環状の誘導電極を収納するようにしても良い。
誘導電極３９を誘電体で覆い、ノズル１５の外周部の塗料噴出口１７の近傍に固定してノズル１５と一体化するようにしても良い。
高電圧発生回路４０は、特に、ケース３８内に設ける必要はなく、外部に設けても良い。

本発明の第１の実施形態を示すもので、スプレーガンを一部破断して示す平面図 スプレーガンの側面図 エア配管図 ソレノイドバルブの通断電タイミングを示すタイムチャート 高電圧発生回路の構成例を示す図 実験装置を示す断面図 実験結果を示すグラフ 本発明の第２の実施形態を示す概略図 本発明の第３の実施形態を示す概略図 本発明の第４の実施形態を示す図１相当図 誘導帯電の原理を示す図 ノズルから微細粒子として噴出させる際の誘導帯電を示す図

符号の説明

図面中、１はバレル、１５はノズル（噴出体）、１７は塗料噴出口、２２はニードル、２７はエアキャップ、２８はリテイニングナット、３１は霧化エア噴出口、３２は噴出部、３３はパターンエア噴出口、３８はケース、３９は誘導電極、４０は高電圧発生回路、４１は制御回路、４３は高周波電源回路、４４は出力トランス、４６は昇圧トランス、４７はロフト‐ウォルトン型倍電圧整流回路、４８は絶縁性樹脂、５３はスプレーガン、５４は被コーティング物、５５はスプレーガン、５６は被洗浄物である。

Claims (8)

1. 噴出部を有し、液体または粉体を、霧化液または粉体粒子からなる微細粒子として、前記噴出部から噴出させる噴出体と、
   前記噴出部内の液体または粉体の電位を接地電位とする接地手段と、
   前記噴出体または前記噴出体の近傍に設けられ、前記噴出部から噴出される前記液体または粉体との間に直流高電圧を印加する誘導電極と、を備え、
   前記誘導電極および当該誘導電極へ至る高電圧荷電部を、遮断手段としての誘電体により覆って雰囲気中から遮断し、
   前記噴出部から噴出される前記微細粒子を、前記誘導電極による誘導帯電によって帯電させて噴出することを特徴とする静電噴出装置。
2. 請求項１記載の静電噴出装置において、
   前記噴出部から噴出される前記微細粒子は、比抵抗値が高い液体の微細粒子であり、前記比抵抗値が高い液体を前記噴出部から微細粒子として噴出させる際、当該微細粒子が噴出後の静電気現象によって帯電する電荷と逆極性の電荷を帯びるように、前記誘導電極に、前記噴出後の前記微細粒子に帯電する電荷と逆極性の高電圧を印加することを特徴とする静電噴出装置。
3. 請求項１または２記載の静電噴出装置において、
   前記遮断手段としての前記誘電体が有する角部分は、円弧状に丸められていることを特徴とする静電噴出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の静電噴出装置において、
   前記遮断手段としての前記誘電体は電気的絶縁性樹脂からなり、前記誘導電極および前記高電圧荷電部は、前記電気的絶縁性樹脂によりモールドされていることを特徴とする静電噴出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の静電噴出装置において、
   前記噴出体は、金属製で、前記接地手段を構成するために接地され、且つ前記噴出部を除き、電気的絶縁材料で形成された部材によって覆われていることを特徴とする静電噴出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の静電噴出装置は、前記噴出部内の液体塗料または粉体塗料粒子を、帯電した前記微細粒子として前記噴出部から噴出し、被塗装物に塗着させる静電塗装装置であることを特徴とする静電噴出装置。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の静電噴出装置は、前記噴出部内のコーティング液を、帯電した前記微細粒子として前記噴出部から噴出し、被塗物に塗着させるスプレー式コーターであることを特徴とする静電噴出装置。
8. 請求項２記載の静電噴出装置は、前記噴出部内の洗浄液を前記微細粒子として前記噴出部から被洗浄物に噴出する洗浄装置であることを特徴とする静電噴出装置。

Images