JP2006051427A - 静電塗装用スプレーガン及び静電塗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
導電性塗料は直接荷電に多くの問題があり、外部電極方式が一般的であるが小形化によるハンドリング、安全性等実用化段階での問題があり、操作性の向上、低電圧荷電による安全性・小形化は常に要求されている。
【解決手段】
先端に霧化装置を備え、該霧化装置の中心部に配置した塗料ノズルから吐出する塗料を噴霧し、その噴霧塗料粒子に高電圧静電気を印加して被塗装物に塗着させる静電塗装用スプレーガンの塗料側を接地電位とし、外部電極とした荷電電極を空気キャップ内（表面もしくは内面）に設け、接地電位の塗料噴出口と荷電電極との間に圧縮エア流路を形成させる。荷電時圧縮空気により電極から塗料(接地)側への放電が抑止され必要な電位を維持してイオン化放電が効率よく行われ塗料粒子への帯電が行われる。電圧降下が防止されることで、必要な帯電を得るための低電圧化が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は水系塗料等の高導電性塗料を静電塗装するに適し、特には手持ち式の汎用静電塗装用スプレーガンに関する。

静電塗装方法は塗料の塗着効率を向上し、資源の節約、環境汚染の削減等の利点があり、古くから使用されている塗装方法である。塗料に高電圧静電気を帯電させ被塗装物への塗着を促進するための荷電方式には大きく分類して直接荷電と間接荷電があり、直接荷電は塗料側に高電圧を荷電する方式で多くは塗料の電気抵抗値が高い塗料に用いられてきた。しかし直接荷電は、塗料が水系塗料に代表される導電性塗料の場合、荷電した高電圧が塗料を通して供給側に流れるため、帯電に必要な高電圧が荷電電極に維持できなくなることから、塗料系全体を接地電位から絶縁し高電圧に維持する必要があるなど、工業的には幾多の解決しなければならない問題が多く残されている。

これに対し間接荷電は、塗料系と離れた位置に荷電電極を設け、その電極からの放電により噴霧された塗料粒子に帯電させるもので、一般的にはスプレーガンの外部に電極を配置している。したがって高電圧は塗料の導電性に関係なく荷電することができ、特に近年地球環境の改善・維持から、揮発性有機化合物の削減を目的として、水系化に移行してきている塗料に対して使用される静電塗装方法として重要視されてきている。

間接荷電は塗料側を接地電位とし、荷電電極をスプレーガンの外部に置くことで外部電極・外部帯電と呼ばれているものが一般的で、特開２００４−１４８２３９等がある。この場合外部に設けた電極を小形化し、操作性を向上させているが、使用状況によっては十分とはいえず、改善の余地は依然残されている。また間接荷電の別の方法として、特開２００３−２３６４１５等が見られるが、イオン化空気による塗料粒子への帯電が主のため塗料への荷電、被塗装物への電界形成に限界があって十分とはいえない。

外部電極の考え方で荷電電極を塗料通路から分離させた位置に設けることで低抵抗値の塗料を静電塗装する技術も、一部には特開平０９−０４７６９５に例示するように提案されている。しかしこれを水系塗料のような導電性塗料に使用した場合、電極間距離が極端に近接しているため、塗料側への直接放電が多く行われ、通常の高電圧荷電では安全性に問題があると共に、直接放電によりイオン化が損なわれ塗料粒子への帯電効果が低下する問題が残り、実用的に採用し得ない。

荷電電極から接地電極（電位）への放電は、これらの距離、形状等によって異なり、ごく一般的には距離が近ければ低い電圧で放電し、グロー放電やスパーク放電が起こる。静電塗装の場合、この種の放電は引火・爆発を誘引し、危険であるばかりでなく空気のイオン化に対し効率が悪く、避けなければならない。このため荷電電極と接地電位に置かれる対向電極との間には、噴霧塗料粒子に帯電させるために高イオン化域を形成し、このイオン化域に噴霧塗料粒子を通過させ効率的に帯電させる荷電電圧、電極構造、接地電位の対向電極の条件が種々検討されてきた。

従来直接帯電では安全性を見込んで距離をおいたハンドル側の接地部材に放電させる方法で５０から６０ｋVの高電圧を荷電するのが一般的であり、外部電極の場合、高イオン化域が噴霧粒子から離れることから、これよりさらに高電圧にするのが一般的であった。
またイオン化空気を吹付ける方法は、噴霧塗料粒子に帯電させるまでに分散が起こり、噴射時の拡散によって塗料もしくは塗料粒子への荷電効率の低下は避けられず、高電圧荷電に対しては十分とはいえないが、安全性などの利点が生かされている。
特開平０９−０４７６９５特開２００４−１４８２３９特開２００３−２３６４１５

高導電性塗料は直接荷電に多くの問題があり、外部電極方式が一般的であるが小形化によるハンドリング、安全性等実用化段階での問題があり、操作性の向上、低電圧荷電による安全性・小形化が要求されている。

本発明は水系塗料を始めとする高導電性塗料を静電塗装する場合に使用させるスプレーガンとして作業者の負担が少ない、即ち小形で軽量であり、使用に際して安全に使用できる静電塗装用スプレーガンを提供するために、荷電電極の最適な設置と荷電手段を解決し、従来に比較し格段と低い電圧によって静電塗装効果を得て、資源の節約、環境汚染の削減を図ることにある。

もともと静電塗装は電圧を高めるほど塗着効率は高くなるが、それだけ危険性が増加するために工業的に採用できる範囲として前述のように仕様が決められていた。しかし低電圧にすることで高電圧の使用に対する安全性が一段と増加するだけでなく、高電圧発生装置の小形軽量化を可能とし、作業者において最重要課題である作業性の向上に結びつけることが容易となるなど、多くの利点に結びつく低電圧化と、必要な塗着効率を得るための静電塗装用ガンを提供することを課題とする。

本発明は、先端に霧化装置を備え、該霧化装置の中心部に配置した塗料ノズルから吐出する塗料を噴霧し、その噴霧塗料粒子に高電圧静電気を印加して被塗装物に塗着させる静電塗装用スプレーガンにおいて、前記霧化装置の中心より噴出する塗料側を接地電位に接続し、噴出塗料の外側には圧縮空気流路を設け、その外側の空気キャップの前面もしくは表面に尖端が露出する荷電電極を設けて高電圧電源と直接接続し、前記の圧縮空気流路より噴出する気流によって接地電位への過度の放電を抑制する構成とした。

荷電電極は、空気キャップに設けた環状の中心口の外側に位置し、空気キャップの前表面に尖端を露出させ、操作上もしくは噴霧状態を阻害することの無い配置とする。また着脱自在の空気キャップにガン本体の前端部に露出させた高電圧出力部と相対する接触部を設け、高電圧出力部と荷電電極間に電気的導通路を形成し、スプレーガンの基本機能、性能を維持する上で空気キャップの着脱や噴霧方向の変化に対応している。

また電圧発生器より供給される高電圧を荷電する荷電電極を、前記塗料側との間に圧縮空気流路を形成して配置し、前記圧縮空気流路より圧縮空気を噴出したときに、該荷電電極には５ｋＶを超え１０ｋＶの範囲で高電圧が維持されるように設定もしくは調整して荷電し、静電噴霧塗装を実施することを特徴とする。

前記構成により静電塗装を行うと、荷電電極に荷電された高電圧は最も近い塗料側の対向接地電位に向かって放電するが、空気キャップの中心口からの圧縮エアにより放電電流が抑制され、尖端電圧の降下が防止される。これは圧縮エアの停止時に比較し約１／２となる。したがって供給電圧が低く設定されても必要な尖端電圧の維持とこれによるイオン化域の形成が可能となり、供給する高電圧の低減、高電圧発生器の小形・軽量化が可能となる。

噴霧領域の近傍に荷電電極を配置し、安全な範囲でイオン化を形成し、静電塗装を行った場合の塗着効率は尖端電圧が５ｋVを超え、１０ｋVの範囲で効果的であることが多くの実験の結果判明しており、望ましくは７ｋＶ前後とすることで低電圧に加え、少電力で最適な静電塗装を実施することができ、電池を用いた場合であっても工業的に十分使用できる静電塗装用スプレーガンを得ることができる。

以下本発明を実施するための詳細を図面に基づき説明する。図１はエア霧化方式の手持ち式静電スプレーガンの全体構成を示している。一般的な静電スプレーガンで周知されている通り、静電スプレーガン１は先端部に噴霧化装置２を備えた本体３、本体３の後部下方に伸びるハンドル４で構成され、本体３は絶縁材で形成され、ハンドル４部分は導電性材料により形成もしくは被覆され接地電位に接続されている。

本実施例では本体３に高電圧発生器５を内蔵し、その出力側が接続線８を介して後述の荷電電極６に接続される構成となっている。電源は外部の高周波低電圧電源７より電源ケーブルを通して供給されているが、これに限定されるものではない。また圧縮空気がハンドル４を通り、噴霧化装置２の空気キャップ２０より噴出させる空気通路９が形成され、塗料は接地電位におかれた容器１０より供給装置１１により塗料通路１２を経て、後述の塗料ノズル２５より噴霧される。その他、スプレーガンには塗料の噴出、噴霧化空気の噴出、荷電制御を行う引金、調整装置等が設けられて噴霧操作が行えるように構成されているが、これらの構成は幾多の例で周知の構成であり、ここでは詳細を省略する。

図２に詳細を示すスプレーガン先端部の噴霧化装置２は、絶縁性の材料で形成され、前記本体３先端部に取り付けられた塗料ノズル２５の中心部に噴出口２６が設けられ、内部には進退するニードル弁２７が塗料の噴出、停止を制御する手段として構成される。塗料ノズル２５の前方に着脱自在に取り付けられる空気キャップ２０は、前記噴出口２６の周囲に環状隙間を形成して噴霧化空気孔となる中心空気口２１、その周囲に対向して突き出した角部２２より内側に向けて噴出するパターン形成空気口２３、を備えている。それぞれの空気口には前記本体側から供給される圧縮エアが送り込まれ、塗料噴出口２６には塗料ジョイントから塗料が送り込まれる。

高電圧が供給される荷電電極６は前記空気キャップ２０の前面で、中心空気口２１の外側、パターン形成空気口２３との間に尖端部６１を露出させた状態で設けられている。荷電電極６は、空気キャップ２０が本体に組み込まれたときに、前記高電圧発生器５の出力側と電気的に直接接続されるように接続端子３１、荷電端子３２が確実に接触するように構成されている。この例では荷電端子３２側が前後に変位する弾発性を有し、接続端子３１側は空気キャップ２０の回転によっても接続が維持されるよう、少なくとも９０°以上の範囲に設けられる。これらの端子は静電容量を減少する方向で設計されるのが望ましく、それぞれの端子構造はいずれの端子側に設けてもよい。

荷電電極と対向電極となる接地電位は塗料噴出口に置かれ、塗料通路そのものを接地電位にする方法や、前記ニードル弁先端もしくは塗料ノズル２５の噴出口を導電性材料として接地電位に接続する等の方法が採られる。図２の例ではニードル弁２７の先端部のみ金属線２７Ｅを組み込み確実に対向電極となるように構成している。

別の例として荷電電極は、図３のように空気キャップ２０の角部２２に設けられたパターン形成空気口２３が開口する内面に設けている。いずれにしても中心部の塗料側との間に圧縮エアが噴射される位置で対向して設けられるのが望ましい。また荷電電極は図示されるように、噴霧の形状から対向位置に複数設けることで均一な帯電効果を果たすことができる。特に中心部より離れた位置例えば図のように角部２２の内面に設けるほど、対向位置に設けることが望ましい。

静電塗装を行うにあたっては、引金の操作により圧縮エアが空気キャップ２０より噴出され、ついで塗料が噴出し噴霧化された状態で被塗装物に向かって吹付けられる。これらは通常のエアスプレーガンの作動状態と同じであるが、静電塗装では続いて高電圧の荷電スイッチが入り、高電圧発生器５より供給された高電圧は制限抵抗３３、接続端子３１、荷電端子３２を経て荷電電極６に荷電され、その尖端より対向電極である塗料側の接地電位に向かって放電される。

本発明においては、荷電電極６への高電圧は制限抵抗３３により制限された状態で供給され、使用時において荷電電極６の先端電圧が５ｋＶを超え１０ｋＶの範囲になるように調整されている。即ち図4に一例を点線で示すように電極間距離が７ｍｍであったとき、印加電圧を上げていくと、これに伴って先端電圧が上昇するが１０ｋＶの手前で放電が起こり、大きな電流が流れることによって先端の電圧は逆に低下し、イオン化に必要な電圧が維持できなくなる。通常エア霧化による静電塗装では圧縮空気を噴出するため、電極間に圧縮空気を流すことによって図４の実線のように先端電圧を７ｋＶ前後に維持することができる。これは噴霧化域の近傍にイオン化電極を設けて、静電塗装効果を得るために必要なイオン化電圧を満足しており、従来に比較し大幅な電圧低下を可能とし、その効果を得ることができる値となる。

本発明では荷電電極６を接地電位の近くに置き、高電圧の荷電によりコロナ放電の範囲で維持し、グロー放電が起きないように低電圧化すると共に、荷電電極６と接地電位である塗料通路、実質的には金属線２７Ａとの間に高密度化した圧縮空気流Ａを形成させることで塗料側への不要な放電電流を押さえ、コロナ放電による高度なイオン化域を形成し、噴出する圧縮空気を次々にイオン化すると共に噴霧化した塗料にもマイナスイオンを帯電させて被塗装物の方向に吹付けることが行われる。

荷電する電圧は電極の形状や配置によっても異なるが、静電塗装による電極からの放電電流が１０乃至１００μＡであることが知られており、通常１０ｍｍあたり１０ｋＶ程度、もしくはこれを超えると空気中でのグロー放電が起こり衝撃や引火等の危険が生ずるだけでなく、大電流が流れて先端荷電電圧自体が低下してイオン化による静電効果が得られなくなる。本発明の場合、電極間に配置した圧縮空気流路より一般的に使用される１００乃至４００ｋＰａの圧縮空気の噴出を噴射した状態で５ｋＶを超え１０ｋＶの範囲で高電圧が維持される荷電によって、噴霧域に接近した荷電電極にもかかわらず、安全で極めて効率のよい荷電を可能としている。

本発明における一実施例を示す静電塗装用スプレーガンの構成概要図である。 図1の先端霧化装置及び荷電電極部を示す構造断面図である。 荷電電極設置位置の他の実施例を示す霧化装置部の正面図とその部分断面図である。 荷電電極への印加電圧と先端電圧の関係を示すグラフ図である

符号の説明

１ 静電スプレーガン
２ 噴霧化装置
３ 本体
４ ハンドル
５ 高電圧発生器
６ 荷電電極
７ 電源
８ 接続線
９ 空気通路
１０ 容器
１１ 供給装置
１２ 塗料通路
２０ 空気キャップ
２１ 中心空気口
２２ 角部
２３ パターン形成空気口
２５ 塗料ノズル
２６ 噴出口
２７ ニードル弁
３１ 接続端子
３２ 荷電端子
３３ 制限抵抗

Claims (5)

1. 先端に霧化装置を備え、該霧化装置の中心部に配置した塗料ノズルから吐出する塗料を噴霧し、その噴霧塗料粒子に高電圧静電気を印加して被塗装物に塗着させる静電塗装用スプレーガンにおいて、霧化装置による噴霧域の中心より噴出する塗料側を接地電位とし、該噴出塗料の外側に圧縮空気流路を設け、該圧縮空気流路の外側に、空気キャップの前面もしくは内表面に尖端が露出する荷電電極を設けて高電圧電源と直接接続した静電塗装用スプレーガン。
2. 霧化装置は塗料ノズルを中心部に配置し、中心に霧化空気口を設けた空気キャップを前記塗料ノズルの外側に配置することによって環状の空気口が構成され、荷電電極は前記空気キャップの前表面に露出させた尖端部を持ち、スプレーガンに内蔵された高電圧発生器の出力側と電気的に接続した請求項１の静電塗装用スプレーガン。
3. 空気キャップがスプレーガン本体と着脱自在に構成されており、ガン本体の前端部に露出させた高電圧出力部と相対する空気キャップの接触部の少なくともいずれか一方を９０度以上形成し、高電圧出力部と荷電電極間に電気的導通路を形成してなる請求項１の静電塗装用スプレーガン。
4. 荷電電極は塗料ノズルを中心とする対向位置に複数配置し、それぞれに高電圧を直接接続した請求項１及び請求項２の静電塗装用スプレーガン。
5. 先端に霧化装置を備え、該霧化装置の中心部に配置した塗料ノズルから吐出する塗料を噴霧し、その噴霧塗料粒子に高電圧静電気を印加して被塗装物に塗着させる静電塗装において、塗料側を接地電位に接続し、高電圧発生器より供給される高電圧を荷電する荷電電極を、前記塗料側との間に圧縮空気流路を形成して配置し、前記圧縮空気流路より圧縮空気を噴出したときに、該荷電電極に５ｋＶを超え１０ｋＶの範囲で高電圧が維持されるように設定もしくは調整して噴霧する静電塗装方法。
   
   

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