JP5010111B2 - 粉体塗装用スプレーガン - Google Patents

Description

本発明は、粉体塗料を吹き付け、静電気の作用で被塗装物に塗着させる粉体塗装用スプレーガンにおいて、吹き付けの条件に合わせ噴霧パターンを調節可能とする技術に関する。

多くの塗装法の中で粉体塗装は、溶剤を使用し、乾燥によって塗膜を形成する液体塗料による塗装にくらべ、溶剤を使用しないため、省資源はもとより揮発性有機化合物の排出を防止できることから環境に優しく、また塗膜強度に優れる等の利点がある。さらに被塗装物に塗着しなかった塗料を回収して再使用することが可能で、資源の有効活用にも優れている塗装方法として知られている。

一方各種の粉体塗装方法のうち、スプレーガンによる粉体塗装は、汎用性が高く広範囲の被塗装物に対応できる塗装方法として広く利用されている。通常粉体塗装用スプレーガンは噴霧された粉体塗料を高電圧静電気を使用して被塗装物に塗着させる構成を有し、粉体塗料は圧縮エアによって流動化された状態でスプレーガンに送り込まれ、先端に設けた噴霧口から噴霧される。

一般的な粉体塗料の供給はエジェクタ方式のポンプにより比較的多くの空気と共に送り込まれるため、前記の噴霧口は比較的大きな口径で流速を押さえ、さらに噴霧口の前方にバッフルを配置して直進する噴霧流速を抑え、静電気による塗着効果を妨げないようにしている。

一方効率のよい塗装を行うには、被塗装物の形状によって噴霧流は調節できる必要がある。前記噴霧流の速度が主に塗着効率の要因として取り上げられる他、噴霧のパターン形状が均一な塗面を形成する要因として、また塗装面の大きさに応じた効率的な塗装を行う上で重要とされる。すなわち広い面積には大きな広がりを持つ均一なパターンで吹き付けることで平均的に膜厚を得ることができ、かつ作業性も良くなるわけで、これらは長い歴史を持つ液体塗料用スプレーガンにおいても明らかとされている。

また粉体塗装では被塗装物に塗着しなかった粉体塗料は回収再使用することが特徴とされているが、再使用の粉体は不純物の混入が避けられず、したがって新しい粉体塗料での塗着効率の向上は重要であり、被塗装物に最適なパターンで効率よく噴霧することが望ましいと言える。

前述のように、これまで粉体用スプレーガンは、粉体塗料の供給が圧縮エアとともに供給されるためエアの噴射力がそのまま利用され、噴霧のパターンは前記バッフルの多きさや形状および配置等によって調整する方法がとられている。

また被塗装物の狭い隙間や細い形状の場合には小さな広がりのパターンが必要であり、平らな広い幅の塗装面をもつ被塗装物には大きな広がりのパターンが必要なことはいうまでもなく、これまでにも対向する2つの噴霧口からの噴霧流を衝突させてパターンの広がりを得る特開昭５４−２４９５３号公報に記載の技術や、スリット状の噴霧口を使用してパターンを可変とする技術として特開昭６２−１６３７５８号公報等に示される方法などが開発されている。

しかしこれらの技術はいずれも噴霧口を変化させるものであり、パターン調整として噴霧状態や操作性において不十分であり、実用上で採用するには幾つかの改善が必要とされている。

特開昭６２−１６３７５８号公報 特開昭５４−２４９５３号公報 特公平６−８５８９５号公報

本発明は静電を利用した粉体塗装用のスプレーガンにおいて、これまでパターン幅の調整が難しく、被塗装物の形状に広く対応することができなかった問題を解決し、パターン幅の調整を容易に行うことができ、しかも塗装に最適な噴霧状態を可能として、塗装品質の向上と生産性の向上を図ることのできる粉体塗装用スプレーガンを提供することを目的としている。

具体的には粉体スプレーガンから噴霧される粉体塗料を、被塗装物の形状、部位等をはじめとする塗装条件にあわせ、最適なパターン幅に容易に調整できるようにして塗装効率と塗装品質を高めることである。また噴霧パターンの変更による他の状態の変化が、塗装の条件に悪影響を与える事無く常に最適の状態で噴霧塗装ができる粉体スプレーガンを提供することにある。

エアを混合し流動化状態の粉体をスプレーガンの先端に設けた噴出口に送り、この噴出口から被塗装物に噴霧する粉体塗装用スプレーガンで、噴出口の両側に中心噴霧流に向かってパターン調整用エアを噴出する調整空気口を設けることによって、中心噴霧流をパターン調整用エアにより扁平形状につぶして噴霧パターンを幅広い形状に調整できるようにする。パターン調整用エアの流量は調整可能としてパターンの大きさを調整する。

中心の噴出口は、これを形成する粉体ノズルの中心口を設け、その周囲に粉体流に沿って噴出する補助空気口を円周上に設ける。補助空気口からの圧縮エアに囲まれた状態で中心空気口からの粉体噴霧流を噴出口から噴霧させる。調整空気口への調整用エア供給量と、補助空気口への補助エア供給量は、それぞれ独立して可変とする。
実用上の使用形態として最も好ましい構成として、噴出口の中心に高電圧荷電電極を配置し、スプレーガンに内蔵した高電圧発生器からの高電圧を接続することによって操作性を損なわない静電塗装を可能とする。

本発明の粉体スプレーガンによれば、中心の噴霧口からは常に安定した状態で粉体が噴霧され、その噴霧流に対して両側の側面より全体を押しつぶすようにパターン調整用エアを吹付け、これによって通常円形の噴霧パターンを扁平状にすることができ、前記パターン調整用エアの量を増加するほどパターン幅は拡大する。したがって被塗装物の形状が広がればパターン幅を広げることで全体に均一な塗着を与えることができ、吹付け操作も少なくて済み、塗装効率をあげることができる。

前記パターン幅の調整はスプレーガンに備えた供給空気量調整装置で簡単に調整ができ、作業を中断する事無く調整が可能であり、空気量調整装置を自動的に制御したり、外部の調整弁によって調整された空気を供給することによって外部制御信号に基づき自動的にパターン制御することも可能である。

また本発明では粉体が噴出する中心口の周囲に補助空気口を設け、圧縮エアを噴出させることによって噴霧流に直進力を与えることができる。補助空気口からの圧縮エアは、前記調整エアとは独立してその流量を調整でき、これによって噴霧流は被塗装物の形状や塗装部位の状態に応じて最適な噴霧流を容易に得ることができる。

特に従来のスプレーガンでは入り込まなかった隙間や狭い隅部に塗装する場合は、補助空気口からの圧縮エアを増加させ直進する噴霧に勢いをつけることも容易に且つすばやく対応でき、複雑な形状の被塗装物も、作業性を損なうことなく粉体塗装が可能となる。

これらの技術は粉体塗装用スプレーガンとしての効果を得ることができるが、塗着を静電気力によって行う静電粉体塗装において最も効果をあげることができる。静電粉体塗装は、粉体への帯電に種々の方式が利用でき、内部摩擦帯電のほか、噴出口の中心を大きく開口する構成が可能となることで、噴霧に影響されない状態で静電塗装用の荷電電極を配置することが容易となるため、先端に荷電電極を設けた方式も問題なく利用できる。荷電電極を設けた場合は、スプレーガン本体内に荷電用の高電圧発生器を組み込むことによって、作業者の操作性を損なうことなく、より高機能で生産効率の高い粉体塗装用スプレーガンを得ることが可能となる。

図1は本発明の実施における粉体塗装用スプレーガンの全体断面を示すもので、ガン本体１は先端に噴霧装置を構成する粉体ノズル３を取り付け、この粉体ノズル３と同心に取り付けられる空気キャップ２をカバー４で着脱可能に取り付けている。粉体ノズル３にはガン本体１の後部に設けた粉体導入口１０から供給ホース８を経て先端近くの粉体入口７に接続される粉体の通路が接続される。噴霧を調整するエアの通路は詳細に図示されていないが、調整エア供給路１１がガン本体１先端に開口し、図２に示すように前記粉体ノズル３とカバー４との間から空気キャップ２の調整エア孔３２に接続される。別の補助エア供給路１２は粉体ノズル３の取り付けによって形成される補助空気室２４に開口されている。

本実施例の場合、高電圧発生器５をガン本体に内蔵し、その高電圧出力は高電圧端子６より、前記粉体ノズル３の中心部に配置される荷電電極９に接続される構成になっている。

噴霧装置の詳細は図２で説明すると、粉体ノズル３は絶縁性樹脂ででき、中心部に粉体が供給されるノズル内通路２０を形成し、その先端は中心口２１が開口し更に大きな口径でつながる噴出口２２を形成している。中心口２１と噴出口２２の間には、円周上に補助空気口２３を形成し、前記補助空気室２４からのエアを粉体ノズル３の補助空気通路２５を経て噴出する構成としている。この実施例では円周上に８個の補助空気口２３を形成している。

空気キャップ２は粉体ノズル３と接触して対を成すテーパシートによって同心に回転可能に取り付くように構成し、前記粉体ノズル３の噴射口前方を開口、その前方両側に対向させた角部３３に、前記中心からの噴霧流に向けて噴射する調整空気口３１を設けている。調整空気口３１は大きさ、噴射角度、数などが噴霧の調整バランスに応じて選択される。実施の例ではそれぞれ２つずつ設けられている。
補助空気口２３及び調整空気口３１への圧縮エアの供給は、それぞれ前記補助エア供給路１２及び調整エア供給路１１から供給される。これらのエア量は図示されていないがそれぞれの調整弁装置等の調整手段を介して、独立して調整される構成とすることができる。

粉体塗装として静電塗装を行うスプレーガンとしては、他の静電塗装用スプレーガンの構成と同様、ガン本体をはじめとして全体が絶縁性樹脂で作成され、荷電電極が先端に設けられる。本例の場合、噴出口の中央に先端が数ミリ突出する位置になるように、ガン本体１に取り付けられた荷電電極９の後端に設けた電極端子９１が、ガン本体１に内蔵した高電圧発生器５の高電圧出力側に接続されて延出する高電圧端子６に電気的に接続されるように構成されている。

以上の構成で粉体塗料は供給ポンプによって圧縮エアと共に流動化された状態で粉体スプレーガンの粉体導入口１０に送り込まれる。この場合ポンプは種々の方式によるポンプがあるが、本発明を効果的に使用するためシリンダ・ピストンを利用した容積形のポンプが使用される。このポンプによれば粉体を少量の圧縮エアによって流動状態で供給でき、噴出口から圧縮エアの勢いが少ない状態で噴霧できることになる。

粉体供給の代表とされるインジェクタ方式のポンプの場合は、供給のために多量の圧縮エアを使用して、そのエアによりスプレーガンに供給するために圧縮エアによる噴霧の勢いが強く、噴霧の制御が困難になる。これに対し前記容積形のポンプの場合は粉体供給時のエア量がほぼ１０分の１程度で済み、噴霧流の制御が容易にできる利点を備えている。この種のポンプの例として、円筒状シリンダ内を往復動するピストンの移動により粉体をシリンダ内に吸引し、流動化させるためにシリンダ内に噴出するわずかなエアと共に吐出し、供給ホースを通して粉体スプレーガンに送り込むポンプがある。粉体の供給量は毎分５０ｇから４００ｇ程度が良く使用される範囲とされている。

中心部の噴出口２２から噴霧された粉体は、両側面に設けられた調整空気口３１から噴射される調整エアによって全体を押しつぶされる状態で扁平に広げられる。この広がりはパターン調整用エアの流量が多くなるほど広がることになり、被塗装物の塗装幅に応じて選択されることになる。パターンを調整する調整空気の量は粉体の噴出量によることは当然であるが、一例では３００ｇの吐出量に対し毎分３５リットル程度の空気量で、約４００ｍｍのパターン幅を得ることができた。

一方調整エアにより拡大されたパターン幅は一定の範囲を超えると中央部が吹き飛ばされる状態で粉体の密度が減少し、塗着に対して不均一な仕上がりを生ずる結果となる。本発明では中心口２１の周囲に設けた補助空気口２３から噴霧流と平行に噴出させる圧縮エアにより粉体ノズル内の背圧を増加させること無く、噴霧流を包み込む状態で前方への噴霧流を強く、すなわち直進力を強くすることができ、前記中心部の密度減少を防止し、平均的な分布状態を維持することが可能となる。

また被塗装物の奥まった隅部を噴霧するような場合、静電気によるエッジ効果も加わり、噴霧流に勢いがないと入り込まない状況になり、塗着に不均一さが生じてしまうが、前記同様補助エアを加えることで直進力が増加し、噴霧量を中心部に集中させることができ、都合の良い状態での噴霧を選択し、前期の不具合を改善することが可能となる。

噴霧状態を形成する前記噴出口、調整空気口、補助空気口の構成やバランスは、粉体噴霧の条件により種々考えられ、個々の大きさや寸法が限定されるものでなく、粉体塗料の性状や各種塗装条件によって噴霧の条件が選択されなければならない。このため前記調整エアと補助エアの流量はそれぞれ個別に調整できる構成とし、作業者が直接もしくは設定された条件に基づいて自動的に制御されるように構成することで、更に適用効果が増大することになる。

本発明の噴霧構造は、静電帯電方式に限定されることなく、粉体に摩擦帯電による電荷を与える方式はもちろん、図１に示す荷電電極による帯電方式も可能で、図２で理解されるように中心部に大きく開口する円形の噴出口を設けて、パターンを調整させる手段として別に噴出する調整空気口を外側に設けているため、噴霧の中心に噴霧パターンに影響のない状態で荷電電極を配置することができる。これにより可能となる静電塗装ガンでは荷電電極に印加された高電圧が放電によって被塗装物に向かう電界を形成すると共に、電極先端の周囲をイオン化して噴霧された粉体に荷電し、被塗装物への付着を行うことになる。これらの作用はすでに多くの従来技術により明らかにされているため詳細については省略する。

本発明の静電粉体塗装用スプレーガンの全体断面図である。 図１の噴霧装置部分を拡大して示した断面図である。 図２の噴霧装置部分を左から見た側面図である。

符号の説明

１ ガン本体
２ 空気キャップ
３ 粉体ノズル
５ 高電圧発生器
７ 粉体入口
9 荷電電極
１１ 調整エア供給路
１２ 補助エア供給路
２１ 中心口
２２ 噴出口
２３ 補助空気口
２４ 補助空気室
２５ 補助空気通路
３１ 調整空気口

Claims (3)

1. エアを混合し流動化状態の粉体を、スプレーガンの先端に設けた噴出口に送り、被塗装物に噴霧する粉体塗装用スプレーガンであって、前記噴出口は、スプレーガン先端の粉体ノズルの中心に設けた中心口と、該中心口から噴出する粉体の流れに沿って噴出するように、中心口の外側に円周上に設けられた補助空気口を内在させるとともに、前記噴出口からの噴霧流に向かって、パターン調整用エアを噴出する調整空気口を前記噴出口の両側に対向して設け、前記パターン調整用エアは流量調整手段を介して前記調整空気口に供給してなる粉体塗装用スプレーガン。
2. 前記調整空気口への調整用エア供給量と、前記補助空気口への補助エア供給量をそれぞれ独立して可変とする請求項１の粉体塗装用スプレーガン。
3. 噴出口の中心に高電圧荷電電極を配置し、スプレーガンに内蔵した高電圧発生器からの高電圧を接続して噴霧流を帯電させる構成とした請求項１の粉体塗装用スプレーガン。
   

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