JP2006055745A - エアレスガン用ノズルヘッド・エアレスガン - Google Patents

Abstract

【課題】エアレス方式における更なる低圧化及び高度な霧化を実現し、大幅な設備コストの低減、作業環境の改善、塗料の使用効率の向上を図れるエアレスガン用ノズルヘッド、該ヘッドを備えたエアレスガンを提供する。
【解決手段】図示しないノズルホルダ４には、ノズルチップ５、整流化部材６、回転攪拌化部材７、押えネジ８が収容される。回転攪拌化部材７は３つの小径の軸孔２１と、塗料流れ方向下流側端面においてこれらを連通させる溝２２を有している。ガン本体から供給された塗料は軸孔２１を通って霧化され、さらに中心部で渦巻き状に回転しながら合流し、整流化部材６の円錐状の整流孔６ａで回転力を弱められた後、ノズルチップ５に入って噴射口５ｃから噴射される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、塗料自体を加圧して噴射させる方式のエアレスガン、該エアレスガンに用いられるエアレスガン用ノズルヘッドに関する。

一般に、エアレスガンでは、使用する塗料の粘度にもよるが、１００ｋｇ／ｃｍ²〜１４０ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力を掛けている。このような高圧では、噴射速度が大きいため、被塗装物（被塗装面）から跳ね返り、飛散も多く、作業環境の悪化、塗料（噴射媒体）の使用効率の低下を来たしていた。
さらに、高圧方式の場合、コストの高い耐圧ホースやポンプを使用しなければならず、設備コスト（ひいてはランニングコスト）が大きいという問題もあった。
しかしながら、単に圧力を下げた場合、平吹きにより例えば左から右に移動して塗ったとき、上下ライン（端部）が濃くなるいわゆるテールの発生を避けられなかった。

このような問題に対処すべく、オリフィス機能を有するノズルチップの手前（塗料流れ方向上流側）に別のオリフィス機能を有するチップを一体に又は個別に設けた、いわゆるダブルチップ構造のものが提案されている。
ダブルチップ（ダブルオリフィス）方式では、塗料の霧化が段階的になされるため、最終的な噴射状態における霧化度合いが高く、上記のような高圧を掛けなくてもテールの生じない塗面を得ることができる。

特開２００１−１６２１９７号公報 特開平１１−３４７４５７号公報

しかしながら、上記ダブルチップ方式においても、４０〜５０ｋｇ／ｃｍ²程度の低圧になるとテールが発生し、低圧化による大幅な設備コストの低減には至っていない。
特許文献１や２にはエアースプレー方式とエアレス方式を組み合わせて霧化を促進させる構造のものが開示されているが、設備コストが大きくなるとともに、流路構造が複雑となることを避けられない。

本発明は、エアレス方式における更なる低圧化及び高度な霧化を実現し、大幅な設備コストの低減、作業環境の改善、塗料の使用効率の向上を図れるエアレスガン用ノズルヘッド、該ヘッドを備えたエアレスガンの提供を、その目的とする。

請求項１記載の発明は、ガン本体に着脱自在に装着され、加圧塗料を噴射するノズルチップを有するエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記ノズルチップの塗料流れ方向上流側に、上記ガン本体側から供給される加圧塗料を複数の小径の軸孔で案内するとともにこれらの軸孔を通った塗料を塗料流れ方向と略直交する方向に導いて渦巻き状に中心部で合流させる回転攪拌化部材が設けられ、該回転攪拌化部材と上記ノズルチップの間には、上記回転攪拌化部材により付与された回転力を抑制する整流化部材が設けられていることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッドである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記回転攪拌化部材が柱状に形成されているとともに、周方向に等間隔に上記軸孔が３つ配置され、これらの軸孔は塗料流れ方向下流側の面において放射状に形成された溝で連通されていることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッドである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記整流化部材が、塗料流れ方向に径が減少する円錐状の整流孔を有していることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッドである。

請求項４記載の発明は、請求項２記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記整流化部材が、塗料流れ方向に径が減少する円錐状の整流孔を有し、塗料流れ方向上流側端面における上記整流孔の径は上記回転攪拌化部材の合流部位のみに対応した大きさに設定され、上記溝の開口面は上記整流化部材によって塞がれることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッドである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちの何れかに記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記ノズルチップが、塗料噴射側に径が一定のノズル孔を有し、且つ、上記ノズル孔の塗料流れ方向上流側には塗料流れ方向に径が減少する円錐状の導入孔を有していることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッドである。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちの何れかに記載のエアレスガン用ノズルヘッドを備えたことを特徴とするエアレスガンである。

本発明によれば、回転攪拌化部材によって霧化がハイレベルになされるので２０〜３０ｋｇ／ｃｍ²という低圧でもテールの無い良好な塗装状態を得ることができる。これによりホースの耐性やポンプの容量を下げることができ、設備コスト（ひいてはランニングコスト）を大幅に低減できる。
同時に、被塗面からの跳ね返りを抑制でき、作業環境の悪化を防止できるとともに、塗料（噴射媒体）の使用効率を向上させることができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態におけるエアレスガン用ノズルヘッド１は、ノズルヘッド本体２と、ノズルヘッド本体２の噴射側内部にリング状のシール部材３を介して収容された球状のノズルホルダ４と、ノズルホルダ４内において塗料流れ方向（矢印Ｆ方向）の下流側から上流側に向かって順に配置されたノズルチップ５、整流化部材６、回転攪拌化部材７と、ノズルホルダ４の内面ネジに螺合して回転攪拌化部材７を塗料流れ方向に押圧する押えネジ８と、ノズルホルダ４の上流側端面にフィットするシール部材９と、シール部材９の上流側に位置するホルダ押え部材１０と、ノズルヘッド本体２の上流側端部にベアリング１１を介して回転自在に支持されたジョイント１２等を有している。

ノズルヘッド本体２は、図２に示すように、ノズルチップ５等が収容される収容本体部２ａと、ジョイント１２が支持されるフランジ部２ｂを有している。収容本体部２ａの上面には、捨て吹きするときにノズルホルダ４を１８０°回転させるレバー１３が設けられている。
レバー１３は、収容本体部２ａの上面に一体に形成されたネジ筒２ｃにリング状のシール部材１４を介して螺合されるネジ軸１５と、ネジ軸１５の軸孔１５ａに挿通されるシャフト１６と、シャフト１６の上端部に形成された角柱部１６ａに嵌合されるレバー本体１７等を有している。
レバー本体１７は、角孔１７ａを角柱部１６ａに嵌合され、角柱部１６ａの上部に形成されたネジ軸１６ｂにナット１８を螺合することによりシャフト１６に一体に固定される。シャフト１６の下端部には角柱部１６ｃが形成されており、この角柱部１６ｃはノズルホルダ４の上面に形成された角孔４ａに係合される。

ノズルホルダ４は、塗料流れ方向の下流側端面部と上流側端面部をカットした形状を有しており、内部にはノズルチップ５等を収容するための貫通孔４ｂが形成されている。
押えネジ８の外周面には、ノズルホルダ４の貫通孔４ｂに形成された雌ネジに螺合する雄ネジが形成されており、内部には貫通孔８ａが形成されている。シール部材９の内部には大径の貫通孔９ａが形成されている。図１に示すように、組み付けた状態で、回転攪拌化部材７とシール部材９との間には空間１９が形成されるようになっている。
ホルダ押え部材１０の内部には貫通孔９ａとほぼ同径の貫通孔１０ａが形成され、外周面にはノズルヘッド本体２に対する位置決めのための環状突起１０ｂが形成されている。
筒状をなすジョイント１２の内面には、ガン本体の連結部２０が螺合する雌ネジが形成されている。図１では、ガン本体の塗料弁やこれを開閉するトリガーレバー等は周知構成を採用できるため省略している。

次に、ノズルチップ５、整流化部材６及び回転攪拌化部材７について詳細に説明する。
図１及び図３に示すように、ノズルチップ５の内部には塗料噴射側に小径で径が一定のノズル孔（ストレート孔）５ａを有しているとともに、ノズル孔５ａの塗料流れ方向上流側には塗料流れ方向に径が減少する円錐状の導入孔５ｂを有している。すなわち、オリフィス機能を有する構成となっている。ノズル孔５ａの先端には、塗料を扇形（先端は扁平な楕円状）に噴射する噴射口５ｃが形成されている。
塗料流れ方向における導入孔５ｂの長さは、後述する整流化部材６の整流作用を兼ねさせるために、ノズル孔５ａに比べて大きく設定されている。
整流化部材６は円柱状に形成され、その中心部には、塗料流れ方向に径が減少する円錐状の整流孔６ａが形成されているとともに、ノズルチップ５側には小径で径が一定のストレート孔６ｂが形成されている。整流化部材６もオリフィス機能を有する構成となっている。

回転攪拌化部材７は、整流化部材６と同様に円柱状に形成されており、周方向に等間隔（ここでは１２０°間隔）に小径の軸孔２１が３つ貫通して形成されている。
各軸孔２１は、塗料流れ方向下流側の面において放射状に形成された溝２２で連通されている。
図４に示すように、軸孔２１の端部から塗料流れ方向と略直交する方向に延びる溝２２は、それぞれ軸孔２１の中心を通る中心線に対して同一方向にθ°（ここでは２０°）傾斜して中心部で交差するように形成されており、且つ、溝２２と溝２２の繋がり部分に湾曲部２２ａが形成されており、中心部２３には実質的に円形の窪みが形成された構成となっている。
ガン本体側から供給されてシール部材９を通った塗料は、図１で示した空間１９を経て小径の軸孔２１に入るため、オリフィス作用により霧化される。
軸孔２１から霧化状態で出た塗料粒子は、矢印で示すように溝２２の傾斜形状及び湾曲部２２ａによって、上流側に向かって見た場合、時計回り方向に方向付けられて回転性を付与され、中心部２３で渦巻き状に合流する。

二点鎖線で示す円２４は、整流化部材６の整流孔６ａの塗料流れ方向上流側端面における径の大きさを示している。
整流化部材６と回転攪拌化部材７は密着するため、中心部２３を除く溝２２の開口面は整流化部材６の端面で塞がれることになる。このため、わざわざ回転攪拌化部材７に中心部２３に導くトンネル状の流路を形成する必要はなく、回転攪拌化部材７の端面加工が極めて容易となる。
渦巻き状の回転挙動を示す塗料粒子は中心部２３から整流化部材６の整流孔６ａに入る。整流孔６ａは円錐形状を有しているため、絞られて回転力が急激に弱められる。

本発明者らの実験によれば、整流化部材６を設けずに、回転攪拌化部材７の中心部２３から出た塗料粒子を直接ノズルチップ５に導いて噴射させた場合、平吹きにおける平坦な楕円パターンを直線パターンとみなしたとき、際吹きに不都合なＳ字状のパターンになることが確認された。
その理由は、回転攪拌化部材７での回転力が維持され、この回転力によって噴射パターンがＳ字状に歪められるからであると考えられる。
この実験事実に基づいて、ノズルチップ５との間に整流化部材６を設け、回転力を阻害するようにしたものである。
整流化部材６を設けた構成では、噴射パターンも平坦な楕円（直線状）となり、２０〜３０ｋｇ／ｃｍ²の極めて低い圧力でテールの生じない良好な平吹きが行えることが確認された。

このことは、塗料の霧化が高度になされていることに他ならない。その理由を考察してみた場合、回転攪拌化部材７における霧化の程度が極めて高いことが予想される。
霧化した塗料粒子群が交差状態で高速に合流するため、１つの流体が流路を曲げられて回転力を付与される場合に比べて、せん断力によるせん断作用や捩り作用が複合的に生じ、これを伴った乱流回転により粒子間の粘性が断ち切られ、その結果、高度の霧化状態（超微粒子化）が発現すると考えられる。
整流化部材６とノズルチップ５は元々オリフィス機能も有しているため、上述したダブルチップ方式の霧化メカニズムも加味され、低圧であっても最終的には飛躍的な霧化がなされると考えられる。
整流化部材６を出てもなお回転力が残った場合の対策として、上述のように、ノズルチップ５における導入孔５ｂの長さを大きく設定している。

この種のエアレスガンでは目詰まりが生じやすいため、塗装後いわゆる捨て吹きをするが、その場合、図５に示すように、レバー本体１７を１８０°回動してノズルホルダ４の向きを逆にして噴射する。
逆向きにした場合、塗料流れ方向の最下流には１つの小径の貫通孔８ａを有する押えネジ８が位置するので、途中に３つの軸孔２１を有する回転攪拌化部材７が存在していても、上記のような低圧であっても塗料が垂れることのない良好な噴射速度（噴射圧）を得ることができる。

図６に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
本実施形態では、整流化部材２５の形状が異なっており、回転攪拌化部材７側に円錐状の整流孔２５ａを有しているとともに、ノズルチップ５側に逆向きの円錐状の整流孔２５ｂを有し、中央部に小径のストレート孔２５ｃを有している。下流側の整流孔２５ｂの最大径はノズルチップ５の導入孔５ｂの最大径よりも小さく設定されている。
本実施形態では、整流孔２５ａによって絞られることにより回転力を弱められた塗料粒子が整流孔２５ｂによって広げられることにより一段と回転力を弱められ、さらに大径の導入孔５ｂに入ることにより弱められる。
整流化部材２５とノズルチップ５のオリフィス構造による段階的な霧化機能は上記実施形態と同様に確保される。

上記各実施形態では、回転攪拌化部材７の軸孔２１の数、溝２２の角度、整流化部材６及びノズルチップ５の形状等を特定したが、これに限定される趣旨ではなく、上述した高度の霧化メカニズムが得られる範囲内で適宜に設定できるものである。

本発明の第１の実施形態におけるエアレスガン用ノズルヘッドの断面図である。 エアレスガン用ノズルヘッドの分解斜視図である。 要部の拡大分解斜視図である。 回転攪拌化部材における塗料の合流状態を示す図である。 ノズルホルダを回転させて捨て吹きをする場合の断面図である。 第２の実施形態におけるエアレスガン用ノズルヘッドの断面図である。

符号の説明

５ ノズルチップ
５ａ 導入孔
５ｂ ノズル孔
６ 整流化部材
６ａ、２５ａ、２５ｂ 整流孔
７ 回転攪拌化部材
２１ 軸孔
２２ 溝
２３ 中心部

Claims (6)

1. ガン本体に着脱自在に装着され、加圧塗料を噴射するノズルチップを有するエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記ノズルチップの塗料流れ方向上流側に、上記ガン本体側から供給される加圧塗料を複数の小径の軸孔で案内するとともにこれらの軸孔を通った塗料を塗料流れ方向と略直交する方向に導いて渦巻き状に中心部で合流させる回転攪拌化部材が設けられ、該回転攪拌化部材と上記ノズルチップの間には、上記回転攪拌化部材により付与された回転力を抑制する整流化部材が設けられていることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッド。
2. 請求項１記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記回転攪拌化部材が柱状に形成されているとともに、周方向に等間隔に上記軸孔が３つ配置され、これらの軸孔は塗料流れ方向下流側の面において放射状に形成された溝で連通されていることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッド。
3. 請求項１又は２記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記整流化部材が、塗料流れ方向に径が減少する円錐状の整流孔を有していることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッド。
4. 請求項２記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記整流化部材が、塗料流れ方向に径が減少する円錐状の整流孔を有し、塗料流れ方向上流側端面における上記整流孔の径は上記回転攪拌化部材の合流部位のみに対応した大きさに設定され、上記溝の開口面は上記整流化部材によって塞がれることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッド。
5. 請求項１乃至４のうちの何れかに記載のエアレスガン用ノズルヘッドにおいて、上記ノズルチップが、塗料噴射側に径が一定のノズル孔を有し、且つ、上記ノズル孔の塗料流れ方向上流側には塗料流れ方向に径が減少する円錐状の導入孔を有していることを特徴とするエアレスガン用ノズルヘッド。
6. 請求項１乃至５のうちの何れかに記載のエアレスガン用ノズルヘッドを備えたエアレスガン。
   

Images