JP2004268034A - 粉体移送方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】頻繁な保守及びベンチュリ交換の不便さと費用を伴わずに、最小の圧縮空気を用いて、移送処理に起因する損傷を最小にするように粉体へ小さな力のみを付与し、付与装置への粉体塗料の安定した供給を与える粉体塗料吐出方法及び装置を提供する。
【解決手段】濃厚流動又は稠密状態粉体塗料の制御された流れを粉体吐出導管１０を通じて付与装置へ供給する加圧貯蔵ポンプを採用する粉体塗料吐出方法及び装置に関する。粉体流動度は、貯蔵室１内の圧力と、貯蔵室から付与装置への流れ抵抗との関数であるので、時間的に非常に安定であり、制御が単純である。粉体流は、粉体流路の抵抗を一定に保持し、且つ貯蔵室内の圧力を変化させるか、或いは貯蔵室内の圧力を一定に保持し、且つ粉体流路の抵抗を変化させることにより制御することができる。
【選択図】 図１

Description

発明の背景

一般に本発明は、粉体被覆の塗布に関する。特に本発明は、スプレー付与装置への粉体塗料の制御された吐出に関する。

現在の粉体塗料はベンチュリポンプにより付与装置へ供給され、このポンプは、先ず、ベンチュリを通じる圧縮空気流により生成された負圧により流動化ホッパーから粉体を引き出して、この粉体を空気圧により希薄状態で比較的に大きなホース（代表的には９乃至１１ｃｍ径）を通じて、比較的に高速（代表的には１５ｍ／秒）でスプレー付与装置へ送る。粉体流の無視できない変化は、状態変化（ホース長、背圧、供給ホッパー圧力その他）に対するベンチュリ型システムの感度に起因して、ベンチュリ型システムに特有である。現在のベンチュリ型粉体ポンプ技術は、厳しい制御及び出力要求の増大の結果として、その操作包絡線の外延を推し進めようとしている。

ベンチュリ型システムに関連した多くの問題点も存在する。例えば、ベンチュリへの実際的なホースサイズ及び供給圧力による最大流動度における制約がある。更に、粉体流の無視できない変化は、状態変化（ホース長、背圧、供給ホッパー圧力その他）に対するベンチュリ型システムの感度及び腐食に起因するベンチュリの磨耗に起因して、ベンチュリ型システムに特有である。

粉体流の時間的変動は、塗布された粉体被覆又は結果的な塗料皮膜の膜厚の無視できない変動をもたらす。またベンチュリポンプシステムは、相当量の割高な調整された圧縮空気を使用する。これは磨耗によるベンチュリ交換と、代表的な希薄状態輸送におけるホース壁上の粉体堆積に起因するホース洗浄との両方で頻繁な予防的保守を必要とする。最後に、ベンチュリポンプは、粉体の機械的特性を相当に低下させるのに充分なエネルギーを粉体塗料へ付与する。

従って、頻繁な保守及びベンチュリ交換の不便さと費用を伴わずに、最小の圧縮空気を用いて、移送処理に起因する損傷を最小か又は排除するように粉体へ小さな力のみを付与し、付与装置への粉体塗料の非常に安定した供給を与える粉体塗料吐出方法及び装置を与えることは有益であろう。

発明の概要

従って本発明は、濃厚流動体又は稠密状態粉体塗料の制御された流れを粉体吐出導管を通じて付与装置へ供給する加圧貯蔵圧送装置を採用する粉体塗料吐出方法及び装置に関する。粉体流動度は、貯蔵室内の圧力と、貯蔵室から付与装置への流れ抵抗との関数であるので、時間的に非常に安定であり、制御が単純である。粉体流は、粉体流路の抵抗を一定に保持し、且つ貯蔵室内の圧力を変化させるか、或いは貯蔵室内の圧力を一定に保持し、且つ粉体流路の抵抗を変化させることにより制御することができる。ここには、腐食に起因する時間的な変動に起因して表面付けする磨耗制御はない。

本発明は、気体（例えば空気）ではなく、ベンチュリシステムを粉体流動化及び／又は圧送装置加圧に用いるので、希薄状態流を生成するのに気体（例えば空気）を使用しない。圧縮気体消費量は、既存の技術のそれよりも実質的に少ない。

粉体塗料は圧送装置から付与装置への途中で稠密相状態にあり、この稠密相粉体は高圧縮ではないので、ポンプにおける流動度変化は付与装置へ迅速に伝わる。

圧送装置は、複数のポンプを多色粉体システムにおけるロボットキャリッジに搭載でき、ひいては圧送装置と付与装置との間の管系長さを最小化するように寸法付けされている。この配置構成は、流量変化の間に被る遅れ時間を最小化し、これはロボットのようなプログラミング自動塗布システムにおける大きな柔軟性を可能とする。

本発明の独創的な特徴は添付の特許請求の範囲の項に記載されている。しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、更なる目的と付随する利点と共に、添付図面に関連してなされる以下の説明を参照することにより最もよく理解される。

好ましい実施形態の詳細な説明

図１を参照すると、粉体圧送装置の断面図が概略的に示されている。粉体貯蔵室１は、その底部で空気浸透壁又は流動シート２及び関連する流動空気プレナム３と界接し、且つその上部で気密カバー２０と界接している。従って貯蔵室及びプレナムは、槽又は容器を形成し、これは上方に貯蔵室１を、下方に流動プレナム３をそれぞれ規定する壁２により粉体を収容する。流動プレナム３は圧縮空気供給導入口４を有し、ここへ調整された流動空気が導かれる。流動空気源は、圧送貯蔵室１内の圧力変化に起因する流動空気流の変動を排除するように容積計量制御されていることが好ましいが、これは必ずしも必要ではない。このような流動空気の制御は、制限オフィス、空気体積流メータ及びコントローラ、又は当該技術分野で公知の他の手段により達成し得る。

流動シート及び貯蔵室についての代替的な配置構成は図２乃至図４に見ることができる。図２において、流動シート１７は、ポンプが「空」になった際にポンプ内の粉体の残留量を最小化するように円錐形状をとっている。図３においては、流動シート１８が圧送貯蔵室１の一側へ向かって勾配しており、粉体採取チューブ９が圧送貯蔵室１の壁に近接して配置されている。図４においては、採取チューブ９が貯蔵室１の外側に示されており、流動シート１８の近傍の点で貯蔵室へ入る。当業者には、同様な機能を果たすために他の配置構成も可能であることが明白である。

図１を再度参照すると、好ましい実施形態において、弁アセンブリ８は、カバー２０又は圧送貯蔵室１の上部近傍へ搭載されて、以下のデバイスの一部又は全てを含む。即ち、制御空気導入口６及びそれに関連する圧力レギュレータ２３、通気ポート５及びそれに関連する流量制限器２１、処理充填ベント２２及びそれに関連する弁２４、圧力検知ポート１５及びそれに関連する圧力トランスデューサ６、少なくとも１つの粉体採取チューブ９、少なくとも１つのトリガー弁１２である。

少なくとも１つの粉体吐出チューブ１０は、関連する遮断制御弁１６を通じて、関連する粉体採取チューブ９と連通する。明瞭化のために、１つのみの粉体採取チューブ９を図示してあるが、複数の粉体採取チューブを複数の付与装置又は処理への供給のために使用することができる。好ましい実施形態においては、個々の弁、又は一体化されているならば弁アセンブリ８は、保守又は交換を容易にするために貯蔵室１から取り外し自在である。粉体採取チューブ９は貯蔵室１へ流動シート２の直上（代表的には１乃至３ｃｍ）の点で貯蔵室１内へ延出する。選択的に、粉体採取チューブ９は貯蔵室１の外側から貯蔵室側壁を流動シート２の上方と同程度の高さで通過してもよい。

通気ポート５は、背圧レギュレータのような制限デバイス２１、オリフィス又はニードル弁、又は機械的に調整可能なピンチ弁を有する。制限の好ましい方法はオリフィスである。ベント５の目的は、流動空気及び（用いられているならば）制御空気の一部を貯蔵室１から排出可能とすることである。ベント５は、適切な正の操作圧力を貯蔵室１内に保持できるように、抵抗を有する。圧送貯蔵室内の操作圧力は、必要な流量率並びに吐出チューブ１０の径及び長さに従えば、代表的には１乃至１２ｐｓｉゲージ（約６×１０^３ｐａ乃至８０×１０^３ｐａ）圧力の範囲であるが、必ずしもこの範囲にする必要はない。ベント５の制限は、流動空気容積が単独で又は制御空気ポート６を通じて導入された付加的な空気との組み合わせで貯蔵室１内に所定の操作圧力を生じるのに充分であるように設定し得る。従って、これらの制御圧力空気源の一方又は両方は貯蔵室１の内側の圧力を所定の操作圧力へ制御する。好ましい実施形態においては、制御空気供給は、空気圧レギュレータ又は閉ループ圧力トランスデューサなどの閉ループ圧力制御デバイスを介する。圧力フィードバック測定位置１５は、制御デバイスが貯蔵室１内の実際の圧力を検知するように、圧送貯蔵室１への導入口に近接せねばならない。しかしながら、圧力フィードバック位置は、粉体による汚染又は閉塞を生じないように、圧送貯蔵室１の内側ではないことが好ましい。制御空気を用いないならば、圧送貯蔵室圧力は、流動空気容積とベント５の抵抗との一方又は両方を変化させることにより制御することができる。

粉体導入口弁７は、貯蔵室１の導入口へ嵌合して、貯蔵室１へ粉体が導入されることを可能にする。粉体導入口弁７は、好ましくは空気式操作ピンチ弁であるが、他の形式の弁も利用可能である。圧力制御システムの何らかの不具合の場合には、好ましい実施形態の導入口ピンチ弁７は圧力リリーフ弁としても機能する。充填弁７に加えて、迅速な粉体装填を促進するために、充填処理中に空気を貯蔵室１へ逃がすように、処理充填ベント２２及びそれに関連する弁２４を用いてもよい。

遮断弁１６（例えばピンチ弁）は、粉体流を完全に閉塞するように吐出チューブ１０に沿って配置されている。好ましい実施形態においては、遮断弁１６は貯蔵室１に隣接する吐出チューブ１０の端部に配置されている。付加的に、遮断弁１６と付与装置１１との間に配置された空気注入デバイス２７に関連して、トリガー弁１２を用いて、制御空気を貯蔵室の内側の圧力とほぼ等しいか僅かに高い圧力で吐出チューブ１０へ射出することを可能にしてもよい。この射出空気は採取チューブ９への粉体の流れを止め、射出デバイス２７から下流の粉体流路から残留粉体を一掃する。トリガー弁１２及び遮断制御弁１６は、粉体流が停止したときに吐出チューブに残留粉体を一掃させることを可能にする。チェック弁２８をトリガー弁１２に組み合わせて、圧縮空気が粉体の流れを遮断するときに、粉体がトリガー弁１２へ流れることを無くすようにしてもよい。好ましい実施形態においては、トリガー弁１２へ供給される圧縮空気は閉ループ圧力制御デバイス（図示せず）、例えば空気圧力レギュレータ又は閉ループ圧力トランスデューサを介して制御される。

少なくとも１つの付与装置又は処理が１つの貯蔵室１から供給されるならば、代替的な制御方法が可能であり、異なる体積流量率を複数の吐出チューブを介して各付与装置へ吐出可能である。体積流量率を貯蔵室圧力で直接に制御するのではなく、貯蔵室圧力を一定に保持し、且つ弁１６を部分的に閉止することにより弁１６にて加えられる制限を調整することにより、各採取チューブ９からの体積流量率を各吐出チューブ１０を通じて制御できる。代替的に、粉体流は、貯蔵室圧力よりも低い圧力にてトリガー弁１２を通じて空気を射出することにより調整できるので、各吐出チューブ１０の流れ抵抗が増大する。

図５及び図６に示すように、圧送装置は負荷セル又はスケール１４へ搭載することにより、圧送貯蔵室１内の粉体材料の量を監視し得る。図５及び図６に示すように、１つ又は複数の圧送装置がＸレールロボット又は可動プラットフォームへ搭載されるならば、負荷セル又はスケール１４へ伝達されるプラットフォームの加速に起因する負荷を防ぐように、支持ブラケット２９を用いてもよい。支持ブラケット２９は、ヒンジ軸がプラットフォーム加速の方向に平行をなすように方向付けされた一体ヒンジ３０を採用することにより、負荷セル又はスケール１４へ伝達される加速誘発負荷を打ち消す。

以下、好ましい実施形態の一般的操作を説明する。

粉体が粉体充填ポート７を通じて貯蔵室１へ装填される。粉体は装填システムの設計に従い貯蔵室の減圧を伴うか又は伴わずにバッチ式又は連続的に装填することができる。粉体は、重力又は貯蔵室の外部に配置されたポンプ又はエアーロックと、粉体を貯蔵室へ供給する供給チューブにより導入口ポートを通じて装填できる。ポンプがロボットへ搭載されたならば、粉体は固定装填ステーションから装填することができ、この装填ステーションは、その下側又は近傍の位置へロボットを移動可能なように配置して、圧送貯蔵室を充填する装填ステーションへの一時的な接続を可能にしてある。

貯蔵室は充填サイクルの間に所定の数の塗装対象を被覆するのに充分な粉体体積を収容するように寸法付けられている。貯蔵室内の粉体は、多孔板２と、貯蔵室１の底部に取り付けられた供給プレナム３とを通じる圧縮空気の導入により流動状態に保持されている。貯蔵室１内の圧力は、背圧レギュレータ（これを通じて流動空気が排出されねばならない）のような圧力制御デバイスにより制御できる。代替的に、貯蔵室１内の圧力は、流動空気とは独立に、排出流制限器と関連して作動する圧縮空気源により制御する。この第２の２の制御は、貯蔵室内の流動粉体の上方に導入することにより、制御空気が、粉体内を移動するか又は粉体を「流動化」させる流動空気に加わらないようにする。この配置構成は流動粉体密度及び圧送貯蔵室圧力についての独立制御を可能とする。貯蔵室からの流動粉体は、圧送貯蔵室と付与装置吐出導管出口との間の圧力差により、付与装置吐出導管へ引き込まれる。

粉体流量率は、貯蔵室内の圧力に比例し、且つ粉体供給経路の全抵抗に反比例する。吐出チューブ１０を通じる流量率は貯蔵室圧力と流路圧力抵抗との組み合わせに基づいているので、流量率制御は、貯蔵室１内の圧力を制御すること、及び／又は吐出チューブ１０内の可変制限により可能である。流量率監視及び制御は、圧送装置を支持するスケールからの重量フィードバックを使用する制御系により達成し得る。所定の時間間隔における重量損失測定は実時間粉体体積流量率の計算を可能とする。スケール１４からのフィードバックに応じて、制御系は、制御空気供給の圧力を変化させ、ひいては貯蔵室を離れる粉体の体積流量率を調整することにより、貯蔵室の内側の圧力を調整できる。代替的に、制御系は、粉体供給経路内の可変抵抗デバイスを調整して、貯蔵室を離れる粉体の体積流量率を調整できる。粉体採取チューブ９は、チューブ１０が付与装置１１で終端する吐出チューブ１０と流体連通する。チューブ９及び１０は代替的に吐出導管とも称する。

粉体流を完全に遮断することは、吐出チューブ１０の全制限により達成できる。代替的に、粉体遮断はトリガー弁１２により達成でき、これは圧縮空気をポンプと付与装置との間で、貯蔵室圧力よりも高い圧力で圧縮空気を付与装置供給チューブ１０へ導く。このトリガー弁１２から射出空気は粉体の流れを止めて、吐出チューブ１０の残留粉体を一掃する。トリガー空気が吐出チューブ１０へ連続的に導入されている限り、粉体は粉体採取チューブ９へ流れない。トリガー空気を貯蔵室１の圧力よりも低い圧力で導入することにより、粉体流が遮断されないが、吐出チューブ１０の全抵抗の効果的増大に基づいて減少するので、吐出チューブ１０を通じる粉体の体積流量を制御することも可能である。

本発明の操作においては、粉体は「稠密状態」で移送され、この「稠密状態」とは、本明細書においては、粉体体積流量が、それに関連する空気体積流量よりも少なくとも１０倍大きいことを意味する。但し、粉体対空気比は、８０：１乃至１００：１の範囲で非常に大きくすることができる。稠密状態にあっても、吐出導管（採取チューブ９及び吐出チューブ１０）を通じて移送される粉体は、移送の間に流動状態に保たれることが好ましい。これは付与装置への粉体流量率について、一般に所定の又は設定点流量率のプラス・マイナス５パーセント内の、或いはプラス・マイナス２パーセントさえの実質的に大きな均一性を可能とする。様々な吐出及び採取チューブサイズを採用できるが、小さなサイズが好ましく、圧送貯蔵室内の操作圧力が３ｐｓｉと１０ｐｓｉゲージの間（約２０×１０^３Ｐａ乃至７０×１０^３Ｐａ）、且つ好ましくは少なくとも５ｐｓｉ（約３５×１０^３Ｐａ）に設定されて場合には、内径５ｍｍ未満の吐出チューブが特に適することが解っている。

以下は本発明の実施に使用し得る種類の粉体塗料についての代表的な性質及び特性である。
平均粒子サイズ ２５乃至３０ミクロン
最小粒子サイズ ５ミクロン
最大粒子サイズ ５０ミクロン
比重 ０．９乃至１．２
体積密度 ２５乃至３０ Ｌｂ／Ｆｔ^３
流動密度 １０乃至２０ Ｌｂ／Ｆｔ^３
材料組成 ポリエステル、エポキシ、ポリエステル／エポキシハイブリッド、
アクリル

上述したように、稠密状態流における塗料粉体速度は比較的に低いので、吐出導管内の衝撃溶融の虞は、本発明の実施においては相当に低減されている。これはシステムにおける吐出導管の設計及び部品の配置の幾何学的形状に大きな柔軟性を可能とする。これは閉塞した或いは絞られた吐出導管の保守又は交換の虞も低減する。

流動化媒体及び加圧媒体として空気の使用を参照したが、空気以外の気体を使用し得る本発明の実施も意図されていることは勿論である。例えば、粉体材料に酸素との接触により悪影響が生じ得る場合には、窒素のような不活性ガスを空気の速度で採用し得る。

本発明の要旨から逸脱することなく、図示された実施形態に対して様々な変形や変更をなせることも当業者には明らかである。このような全ての変更例及び変形例は添付の特許請求の範囲により包含されることが意図されている。

図１は本発明の一実施形態の作動部品を示す模式的な断面図である。 図２は図１と同様な部分的断面図であるが、本発明の実施に有益な特定の流動層配置についての代替的な実施形態を示す図である。 図３は図１と同様な部分的断面図であるが、本発明の実施に有益な特定の流動層配置についての代替的な実施形態を示す図である。 図４は図１と同様な部分的断面図であるが、本発明の実施に有益な特定の流動層配置についての代替的な実施形態を示す図である。 図５は代表的に粉体スプレー付与装置、ロボットアーム及びキャリッジに関連して搭載された本発明の塗料粉体吐出装置を図解する斜視図である。 図６は図５と同様な他の斜視図であって、本発明の装置についての搭載配置構成の詳細を示す図である。

符号の説明

１ 粉体貯蔵室（容器）
３ 流動プレナム（容器）
９ 粉体採取チューブ（吐出導管、粉体採取端）
１０ 吐出チューブ（吐出導管、吐出端）
１１ 付与装置

Claims (14)

1. 塗料粉体を塗料付与装置へ移送する方法であって、
   容器に収納された粉体の体積を与える段階と、
   前記容器を高圧に保持する段階と、
   前記容器内の塗料粉体を流動化させる段階と、
   塗料粉体を稠密状態で前記容器から前記付与装置へ吐出導管を通じて移送する段階とを含み、前記導管は、前記容器内の流動化塗料粉体の体積内に位置する粉体採取端と、前記付与装置に連通する吐出端とを有し、
   前記方法は更に、
   前記容器内の圧力と塗料粉体流路抵抗との何れか一方か又は両方を制御して、所定の塗料粉体流量率を達成する段階を含む方法。
2. 請求項１の方法において、前記容器内の圧力が、前記容器への加圧ガスの導入より制御される方法。
3. 請求項１の方法において、塗料粉体が、流動化されると共に、前記容器内の圧力が、前記容器への流動化ガスの制御された導入により制御される方法。
4. 請求項１の方法において、塗料粉体が、流動化されると共に、前記容器内の圧力が、前記容器への流動化ガスと制御ガスとの両方の制御された導入により制御される方法。
5. 請求項１の方法において、前記容器から移送された塗料粉体の体積流量率を前記容器の重量損失及び前記貯蔵室内の圧力の測定により決定するか、前記重量損失測定に応答して塗料粉体流路抵抗を調整するか、或いはその両方をなす方法。
6. 請求項１の方法において、複数の吐出導管を採用して、前記容器から複数の付与装置へ塗料粉体を移送する方法。
7. 請求項６の方法において、各々の前記付与装置への塗料粉体の流量率が、前記容器内のほぼ一定の圧力を保持し、且つ各々の前記吐出導管を通じる塗料粉体流路抵抗を独立に調整することにより制御される方法。
8. 請求項１の方法において、前記付与装置への塗料粉体流量率が、所定の流量率の２パーセントの範囲内に保持される方法。
9. 請求項１の方法において、前記容器内の圧力が、少なくとも５ｐｓｉへ上昇されている方法。
10. 粉体被覆付与装置へ粉体を移送する圧送装置であって、
    加圧に適し、空気浸透壁を有する槽を備え、その空気浸透壁が、この壁上には前記槽内に粉体貯蔵室を規定し、且つこの壁下には流動化空気プレナムを規定し、
    前記装置は更に、
    前記貯蔵室内に包含された粉体の流動化と前記貯蔵室の加圧との双方をなすように、前記プレナムに連通する圧縮空気の第１制御源を備え、
    前記槽が、粉体を前記貯蔵室へ装填する導入口と、前記貯蔵室の加圧のための充分な空気流抵抗を与えながら前記貯蔵室から空気を排出させる制限出口とを有し、
    前記装置は更に、
    前記貯蔵室内の流動化粉体内に位置する粉体採取端と前記付与装置に連通する吐出端とを有する粉体吐出導管を備える粉体圧送装置。
11. 請求項１０の粉体圧送装置において、前記貯蔵室の加圧を支援するように前記貯蔵室に連通する圧縮空気の第２制御源を更に備える粉体圧送装置。
12. 請求項１０又は１１の粉体圧送装置において、前記貯蔵室内の圧力を表す出力信号を有する圧力センサと、前記容器の重量を表す出力信号を有する重量センサとを更に備え、前記圧縮空気の第１制御源と第２制御源との一方又は両方が前記圧力出力信号及び前記重量出力信号に応答して制御される粉体圧送装置。
13. 請求項１０の粉体圧送装置において、前記吐出導管に関連する遮断弁を更に備える粉体圧送装置。
14. 請求項１０の粉体圧送装置において、前記貯蔵室と前記付与装置との間で前記吐出導管に連通する圧縮空気の第３制御源を更に備え、この圧縮空気の第３制御源は、前記容器への粉体の流れを低減若しくは防止するように操作可能である粉体圧送装置。

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