JP2007044632A - 水性二液ウレタン塗料の供給装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水性二液ウレタン塗装において塗装が中断している間に主剤と硬化剤が硬化するのを防止する。
【解決手段】 主剤用供給路の下流端と硬化剤用供給路の下流端を共用供給路に接続し、共用供給路の上流端に、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続可能な撹拌装置を設けた。主剤の供給と硬化剤の供給が停止したときに、共用供給路の上流端において少量の主剤と大量の硬化剤が混在した状態になっても、共用供給路の上流端では撹拌装置に作動によって主剤と硬化剤が撹拌されるので、少量の主剤と大量の硬化剤が接触したまで停滞することがなく、主剤との硬化剤が短時間で硬化してしまうことが防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水性二液ウレタン塗料の供給装置及び方法に関するものである。

特許文献１には、主剤と硬化剤からなる塗料を塗装ガンに供給する手段として、この液剤を二液混合装置へ交互に供給し、その二液混合装置内で２つの液剤を混合することによって得られた多液塗料を塗装ガン側へ送り出す方法が開示されている。
従来、この種の塗料としては油性の二液ウレタン塗料が用いられ、主剤の硬化剤を混合する手段として、主剤と硬化剤を交互に供給しつつ撹拌するスタティックミキサが用いられていた。
特開２００４−１４１８００公報

近年は自然環境保護を考慮して、水性の二液ウレタン塗料の使用量が増えつつあるが、水性の二液ウレタン塗料の混合手段としてスタティックミキサを用いると、次のような不具合が生じる。
水性二液ウレタン塗料は、主剤と硬化剤が適切な混合比で混合されたときには比較的長時間（数時間）に亘って液体状を維持するが、主剤の量が少なくて硬化剤の量が多い状態で両剤が接触すると、短時間（例えば、２０分程度）で急速に硬化するという特性がある。そのため、スタティックミキサ内における上流端、即ち撹拌度が低い領域においては、塗装を中断したときに大量の硬化剤と少量の主剤が接触したままで停滞し、塗装中断の間に硬化してしまう。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、水性二液ウレタン塗装において塗装が中断している間に主剤と硬化剤が硬化するのを防止することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、主剤と硬化剤を混合して得られた水性二液ウレタン塗料を塗装ガンに供給する装置であって、主剤専用の主剤用供給路の下流端と硬化剤専用の硬化剤用供給路の下流端が共用供給路に接続され、前記共用供給路の上流端に、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続可能な撹拌装置が設けられているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記撹拌装置は、内部に主剤と硬化剤を一方向に流通させるための撹拌空間が設けられている筒状部材と、駆動側磁石を有し、前記撹拌空間内における主剤及び硬化剤の流通方向と略平行な軸を中心として前記筒状部材の外周に沿って回転駆動する駆動側回転部材と、従動側磁石と撹拌片とを有し、前記駆動側回転部材と略同軸に回転し得るように前記筒状部材内に設けられた従動側回転部材とを備え、前記駆動側磁石と前記従動側磁石との間の磁気吸引力により、前記従動側回転部材が前記回転駆動部材と一体となって回転することで、前記撹拌片が前記撹拌空間内で主剤及び硬化剤の流通方向と交差する方向に回転する構成とされているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、主剤と硬化剤を混合して得られた水性二液ウレタン塗料を塗装ガンに供給する方法であって、主剤専用の主剤用供給路の下流端と硬化剤専用の硬化剤用供給路の下流端を共用供給路に接続する構造とした上で、前記共用供給路の上流端において、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続するところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
主剤の供給と硬化剤の供給が停止したときに、共用供給路の上流端において少量の主剤と大量の硬化剤が混在した状態になっても、共用供給路の上流端では撹拌装置に作動によって主剤と硬化剤が撹拌されるので、少量の主剤と大量の硬化剤が接触したまで停滞することがない。これにより、主剤との硬化剤が短時間で硬化してしまうことが防止される。

＜請求項２の発明＞
筒状部材内に収容されている従動側回転部材に回転力を伝える手段として、従動側回転部材に一体回転するように設けた伝達部材を筒状部材の外部へ貫通させ、この伝達部材に回転力を付与する構造が考えられるが、このように回転する伝達部材が筒状部材を貫通する構造の場合、伝達部材の貫通部分の隙間に浸入した混合液体が高粘度化して固着することや、この隙間に浸入した硬化剤が装置外の水分との接触によって硬化することが原因となり、従動側回転部材の回転に支障を来たすことが懸念される。
これに対し本発明では、従動側回転部材に回転力を付与する手段として、磁力を利用しているので、上記のような混合液体の高粘度化や硬化剤の硬化に起因する従動側回転部材の回転不良を回避することができる。

＜請求項３の発明＞
主剤の供給と硬化剤の供給が停止したときに、共用供給路の上流端において少量の主剤と大量の硬化剤が混在した状態になっても、共用供給路の上流端では主剤と硬化剤が撹拌されるので、少量の主剤と大量の硬化剤が接触したまで停滞することがない。これにより、主剤との硬化剤が短時間で硬化してしまうことが防止される。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図９を参照して説明する。本実施形態で説明するのは、主剤と硬化剤を混合して得られた水性二液ウレタン塗料を塗装ガンＧに供給する装置であって、主剤専用の主剤用供給路Ａａの下流端と硬化剤専用の硬化剤用供給路Ａｂの下流端を共用供給路Ｂに接続し、この共用供給路Ｂの上流端に、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続可能な撹拌装置Ｍを設け、共用供給路Ｂの下流端に塗装ガンＧを接続した水性二液ウレタン塗料の供給装置である。

主剤用供給路Ａａの上流端には、必要に応じて主剤と洗浄剤のいずれかを圧送するための周知構造の主剤用圧送装置Ｃａが接続され、主剤用供給路Ａａの途中には、流量計Ｄａが設けられている。硬化剤用供給路Ａｂの上流端には、必要に応じて硬化剤と洗浄剤のいずれかを圧送するための周知構造の硬化剤用圧送装置Ｃｂが接続され、硬化剤用供給路Ａｂの途中には、流量計Ｄｂが設けられている。塗装を行う際には、主剤と硬化剤が所定の比率で交互に撹拌装置Ｍに供給されるようになっている。また、共用供給路Ｂにおける撹拌装置Ｍよりも下流側にはスタティックミキサｍが設けられている。

次に、撹拌装置Ｍについて説明する。
撹拌装置Ｍは、筒状部材１０と駆動ギヤ３０（本発明の構成要件である駆動側回転部材）とロータ５０（本発明の構成要件である従動側回転部材）とを備えて構成されている。
筒状部材１０は、非磁性材料からなる円筒状の筒体１１と、筒状の上部支持体１２とからなる。筒体１１は軸線を上下方向に向けており、筒体１１の上面の開口部に上部支持体１２が同心状に嵌合されている。また、筒体１１の下面の開口部にはブロック状の下部支持体１３が嵌合されている。この筒状部材１０と下部支持体１３は、上部ベース板４０と下部ベース板４１との間で上下に挟まれた状態で固定されている。筒状部材１０の内部空間のうち概ね上半分領域は収容空間１４となっており、概ね下半分領域は撹拌空間１５となっている。

撹拌空間１５内には、３枚の区画板１６と２つのスペーサ２０が上下方向に交互に重ねられて設けられている。区画板１６は、筒体１１の軸線と直角な円板状をなし、筒体１１の内周に径方向及び周方向のガタ付きなく嵌合されて固定されている。スペーサ２０は、円筒状をなし、筒体１１の内周に径方向のガタ付きなく嵌合されて固定されている。区画板１６には、周方向に等角度間隔を空けた円形をなす４つの流通孔１７と、区画板１６と同心円形をなすとともに４つの流通孔１７と連通する中心孔１８とが上下に貫通して形成されている。また、区画板１６のうち流通孔１７及び中心孔１８以外の４つの残留領域は、楔状（略三角形状）をなす遮断部１９となっている。３つの区画板１６はスペーサ２０により上下に間隔を空けるように位置決めされている。また、３つの区画板１６は、周方向において流通孔１７同士が同じ位置となるように、換言すると流通孔１７同士が上下に対応するように配置されている。流通孔１７においては、筒体１１内に流入した主剤と硬化剤が上向きに流通するようになっている。また、遮断部１９においては、主剤及び硬化剤の流通が遮られるようになっている。そして撹拌空間１５内には、この３つの区画板１６により筒状部材１０の回転軸方向に区画された２室の撹拌室２１が、スペーサ２０と同じ高さに設けられている。

上部支持体１２には、軸線を上下方向に向けた筒状の流出側継手２４が固着され、流出側継手２４の上向きに開口する流入口２４ａには、スタティックミキサｍが接続されている。下部支持体１３には、筒体１１（撹拌室２１）の下端に開口する左右一対のＬ字形をなす流入孔２２ａ，２２ｂが形成され、各流入孔２２ａ，２２ｂには、夫々、軸線を水平に向けた筒状の流入側継手２３ａ，２３ｂが固着されている。各流入側継手２３ａ，２３ｂ内には、ボール状の弁体と圧縮コイルバネとからなる周知構造の逆止弁２５ａ，２５ｂが設けられている。一方の流入側継手２３ａには主剤用供給路Ａａの下流端が接続され、もう一方の流入側継手２３ｂには硬化剤用供給路Ａｂの下流端が接続されている。尚、図１と図２は撹拌装置Ｍの向きが上下反対となっているが、撹拌装置Ｍの説明における上下方向については、図２の向きを基準とする。各流入側継手２３ａ，２３ｂから流入孔２２ａ，２２ｂを介して筒状部材１０内に交互に供給された主剤と硬化剤は、筒状部材１０内を上方へ（筒状部材１０の軸線とほぼ平行に）流れ、流出口２４ａから筒状部材１０外（スタティックミキサｍ側）へ流出するようになっている。したがって、主剤と硬化剤が合流する筒状部材１０の内部空間（撹拌室２１）は、共用供給路Ｂの上流端となっている。

上部支持体１２の外周には、筒状部材１０と同心の円筒形をなす非磁性材料からなる駆動ギヤ３０が、ベアリング３１により、上下方向（駆動ギヤ３０の軸線方向）への相対移動を規制され、且つ筒状部材１０と同軸の回転を許容された状態で支持されている。駆動ギヤ３０は、円筒形のギヤ本体３２と、同じく円筒形の磁石保持体３３とをボルト３４により一体回転可能に組み付けたものであり、磁石保持体３３には、偶数数の駆動側磁石３５が、周方空に間隔を空け、且つ磁石保持体３３の内周面にＮ極とＳ極が交互に並ぶように取り付けられている。これらの駆動側磁石３５は、筒状部材１０の筒体１１の外周面に対して接近して対向しており、駆動ギヤ３０が回転するのに伴ない、これら複数の駆動側磁石３５が筒体１１の外周面に沿って回転移動するようになっている。

上部ベース板４０には、モータ４２が固定されている。モータ４２の下向きの出力軸４３には、出力ギヤ４４が一体回転するように固着されている。この出力ギヤ４４は上記駆動ギヤ３０に噛み合わされており、モータ４２が回転すると、そのモータ４２の回転力が出力ギヤ４４を介して駆動ギヤ３０に伝達され、駆動ギヤ３０が回転駆動するようになっている。

筒状部材１０の内部空間には、ロータ５０が収容されている。ロータ５０は、非磁性材料からなり、略上半分領域が円形の磁石保持部５１となっており、略下半分領域が概ね円形をなす撹拌機能部５９となっている。磁石保持部５１の外径は筒体１１の内径よりも僅かに小さい寸法とされ、磁石保持部５１には、その外周を凹ませた形態の保持空間５２が駆動側磁石３５と同じ数だけ形成されている。この複数の保持空間５２には、駆動側磁石３５と対応する複数の従動側磁石５３が、外周面側にＮ極とＳ極が交互に並ぶように収容されている。尚、従動側磁石５３は、保持空間５２の開口部に取り付けたカバー５４により主剤及び硬化剤と接触しないように覆い隠されている。

磁石保持部５１内には、磁石保持部５１と同心の円形であって磁石保持部５１の上端面に開口する導出孔５５が形成されている。磁石保持部５１の下端部は、外径を同心状に小さくした小径部５６となっている。この小径部５６には、その外周面から中心に向かって径方向に穿孔した形態の４つの連通孔５７が形成されており、各連通孔５７は、小径部５６の中心において導出孔５５の下端と連通している。また、磁石保持部５１の上端面には、導出孔５５を包囲するように４枚の平板状をなす、羽根板５８が上方へ突出するように形成されている。各羽根板５８の板面は、概ね径方向に沿っているため、ロータ５０が回転すると羽根板５８がその板面と略直角に回転移動するようになっている。

撹拌機能部５９は、磁石保持部５１と同心であって小径部５６よりも外径の小さい円柱状の支持脚部６０と、この支持脚部６０の外周に形成した複数の撹拌片６１とからなる。支持脚部６０の上端が磁石保持部５１の小径部５６の下端面に連なることで、撹拌機能部５９と磁石保持部５１とが一体的に回転するようになっている。支持脚部６０の下端には、ボール６２が、その略上半分領域を埋設する形態で固着されている。撹拌片６１は、ロータ５０の軸線方向（上下方向）に間隔を空けた２箇所に分けて合計８片配置されており、上側の４片の撹拌片６１は周方向に等角度間隔を空けて配置され、下側の４片の撹拌片６１も周方向に等角度間隔を空けて配置されている。また、各撹拌片６１は平板状をなしているが、その板面は、支持脚部６０の外周上において螺旋状をなすように斜めを向いている。換言すると、撹拌片６１の板面は、支持脚部６０の軸線方向に対して僅かに斜めに傾いている。

かかるロータ５０は、ボール６２を下部支持体１３の上面に当接させることにより、筒体１１（筒状部材１０）内において筒状部材１０及び駆動ギヤ３０と略同心の姿勢を保ちつつ筒体１１と同軸状に自由回転し得るように支持されている。かかるロータ５０の磁石保持部５１（小径部５６を含む）は、筒体１１内の磁石収容空間１４内に収容され、Ｎ極を外周側に向けている従動側磁石５３は、Ｓ極を内周側に向けている駆動側磁石３５に対して同じ高さで対応し、Ｓ極を外周側に向けている従動側磁石５３は、Ｎ極を内周側に向けている駆動側磁石３５に対して同じ高さで対応している。そして、これらの対応する駆動側磁石３５と従動側磁石５３との間に生じる径方向の磁気吸引力により、ロータ５０が駆動ギヤ３０と一体となって回転するようになっている。また、この磁気吸引力は周方向において等角度間隔で作用するので、ロータ５０は傾くことなく筒体１１と同心の姿勢を保つ。

一方、撹拌機能部５９は、撹拌空間１５内に収容され、支持脚部６０は、３つの中心孔１８を貫くように位置している。上段側の撹拌片６１は、上側のスペーサ２０と対応する高さ（最も上の区画板１６と中央高さの区画板１６との間の高さ）の撹拌室２１内に水平方向に回転し得るように収容され、下段側の撹拌片６１は、下側のスペーサ２０と対応する高さ（中央高さの区画板１６と最も下の区画板１６との間の高さ）の撹拌室２１内に水平方向に回転し得るように収容されている。この状態では、撹拌片６１よりも上側（主剤及び硬化剤の流れ方向における下流となる側）の近傍位置に、主剤及び硬化剤の上向きの流通を許容する流通孔１７と、主剤及び硬化剤の流通を遮断する遮断部１９とが周方向に隣り合うように位置していることになる。

次に、撹拌装置Ｍの作動を説明する。
主剤と硬化剤を混合する際には、まず、モータ４２により駆動ギヤ３０を回転させ、筒状部材１０内でロータ５０を回転させておき、この状態で、筒状部材１０の収容空間１４の下端部に主剤と硬化剤を交互に供給する。供給された主剤と硬化剤は、ロータ５０の外側において最下段の区画板１６の流通孔１７、下側のスペーサ２０で囲まれた撹拌室２１、中央高さの区画板１６の流通孔１７、上側のスペーサ２０で囲まれた撹拌室２１、最上段の区画板１６の流通孔１７を順に通り、連通孔５７からロータ５０内の導入出孔５５に流入し、流出口２４ａから筒状部材１０（撹拌空間１５）の外部へ（スタティックミキサｍに向けて）流出される。

主剤と硬化剤が撹拌室２１を通過する間、主剤と硬化剤が流れる方向（筒状部材１０の軸線と平行な方向）に対してほぼ直角な水平方向に回転移動している複数の撹拌片６１が、主剤と硬化剤の流れをほぼ直角に横切る。これにより、主剤と硬化剤は、撹拌片６１により剪断されるように撹拌され、所定の比率で混合されて水性二液ウレタン塗料となる。

また、撹拌空間１５内における撹拌片６１よりも上流側近傍位置には、主剤と硬化剤の流通を許容する流通孔１７と、主剤と硬化剤の流通を遮断する遮断部１９とが周方向に隣り合うように設けられている。これにより、主剤と硬化剤は、流通孔１７内を流れる間に概ね層流状となり、流通孔１７を通過した直後に、撹拌片６１によって流れをほぼ直角に横切るように剪断されつつ撹拌されるので、撹拌片６１による剪断効果が高く、主剤と硬化剤が良好に混合される。

しかも、撹拌片６１が回転移動する領域は、撹拌室２１として区画されているので、撹拌室２１においては、撹拌片６１からの撹拌力を受けた主剤と硬化剤が撹拌室２１の外部に逃げ難くなっている。これにより、主剤と硬化剤を効率良く撹拌することができる。

このようにして撹拌された水性二液ウレタン塗料は、スタティックミキサｍを通過する間に更に撹拌された後、塗装ガンＧに送られ、塗装ガンＧから被塗物（図示せず）に塗布される。

さて、本実施形態装置によって供給される水性二液ウレタン塗料は、主剤と硬化剤が適切な混合比で混合されたときには比較的長時間（数時間）に亘って液体状を維持するが、主剤の量が少なくて硬化剤の量が多い状態で両剤が接触すると、短時間（例えば、２０分程度）で急速に硬化するという特性がある。そのため、主剤用供給路Ａａの下流端の流入孔２２ａと硬化剤用供給路Ａｂの下流端の流入孔２２ｂとが合流する共用供給路Ｂの上流端、即ち撹拌度が低い撹拌室２１の下端部においては、塗装を中断したときに大量の硬化剤と少量の主剤が接触したままで停滞し、塗装中断の間に硬化してしまうことが懸念される。

しかし、本実施形態の撹拌装置Ｍは、塗装が停止している間も、ロータ５０の回転が継続されるので、撹拌室２１の下端部において少量の主剤と大量の硬化剤が混在した状態になっても、この撹拌室２１内ではロータ５０の回転によって主剤と硬化剤が撹拌され続けられる。したがって、少量の主剤と大量の硬化剤が接触したまで停滞することがなく、主剤との硬化剤が短時間で硬化してしまうことが防止される。

また、撹拌装置Ｍにおいては、筒状部材１０内に収容されているロータ５０に回転力を伝える手段として、ロータ５０に一体回転するように設けた伝達部材を筒状部材１０の外部へ貫通させ、この伝達部材に回転力を付与する構造が考えられる。しかし、このように回転する伝達部材が筒状部材１０を貫通する構造では、伝達部材の貫通部分の隙間に浸入した混合塗料が高粘度化して固着することや、この隙間に浸入した硬化剤が装置外の水分との接触によって硬化することが原因となり、ロータ５０の回転に支障を来たすことが懸念される。
その点、本実施形態では、ロータ５０に回転力を付与する手段として、磁力を利用しているので、上記のような混合塗料の高粘度化や硬化剤の硬化に起因するロータ５０の回転不良を回避することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では撹拌片よりも上流側近傍位置に、主剤及び硬化剤の流通を許容する流通孔と、主剤及び硬化剤の流通を遮断する遮断部とを周方向に隣り合うように設け、流通孔内を概ね層流状に流れた主剤及び硬化剤が流通孔を通過した直後に、撹拌片が概ね層流状の主剤及び硬化剤を横切るようにしたが、本発明によれば、このような流通孔と遮断部を設けない構成としてもよい。
（２）上記実施形態では撹拌片を主剤及び硬化剤の流通方向に間隔を空けて複数設けたが、本発明によれば、撹拌片は、主剤及び硬化剤の流通方向における１箇所のみに設けてもよい。
（３）上記実施形態では複数の撹拌片と複数の遮断部（流通孔）を主剤及び硬化剤の流通方向において交互に配置したが、本発明によれば、撹拌片と遮断部（流通孔）のうち少なくともいずれか一方は１つだけとしてもよい。
（４）上記実施形態では撹拌片を従動側回転部材の外周面に設けたが、本発明によれば、従動側回転部材を筒状にしてその内周に撹拌片を設けてもよい。
（５）上記実施形態では流通孔と遮断部の数を４つずつしたが、本発明によれば、これらの数は、３つ以下でもよく、５つ以上でもよい。
（６）上記実施形態では撹拌装置の下流側にスタティックミキサを設けたが、本発明によれば、スタティックミキサを設けない構成としてもよい。

実施形態１の全体構成図 撹拌装置の断面図 筒状部材を構成する筒体の断面図 筒体の平面図 駆動側回転部材（駆動ギヤ）を構成する磁石保持体の断面図 従動側回転部材（ロータ）の正面図 従動側回転部材（ロータ）の断面図 従動側回転部材（ロータ）の平面図 従動側回転部材（ロータ）の底面図

符号の説明

Ａａ…主剤用供給路
Ａｂ…硬化剤用供給路
Ｂ…共用供給路
Ｇ…塗装ガン
Ｍ…撹拌装置
１０…筒状部材
１５…撹拌空間
３０…駆動側回転部材（駆動ギヤ）
３５…駆動側磁石
５０…従動側回転部材（ロータ）
５３…従動側磁石
６１…撹拌片

Claims (3)

1. 主剤と硬化剤を混合して得られた水性二液ウレタン塗料を塗装ガンに供給する装置であって、
   主剤専用の主剤用供給路の下流端と硬化剤専用の硬化剤用供給路の下流端が共用供給路に接続され、
   前記共用供給路の上流端に、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続可能な撹拌装置が設けられていることを特徴とする水性二液ウレタン塗料の供給装置。
2. 前記撹拌装置は、
   内部に主剤と硬化剤を一方向に流通させるための撹拌空間が設けられている筒状部材と、
   駆動側磁石を有し、前記撹拌空間内における主剤及び硬化剤の流通方向と略平行な軸を中心として前記筒状部材の外周に沿って回転駆動する駆動側回転部材と、
   従動側磁石と撹拌片とを有し、前記駆動側回転部材と略同軸に回転し得るように前記筒状部材内に設けられた従動側回転部材とを備え、
   前記駆動側磁石と前記従動側磁石との間の磁気吸引力により、前記従動側回転部材が前記回転駆動部材と一体となって回転することで、前記撹拌片が前記撹拌空間内で主剤及び硬化剤の流通方向と交差する方向に回転する構成とされていることを特徴とする請求項１記載の水性二液ウレタン塗料の供給装置。
3. 主剤と硬化剤を混合して得られた水性二液ウレタン塗料を塗装ガンに供給する方法であって、
   主剤専用の主剤用供給路の下流端と硬化剤専用の硬化剤用供給路の下流端を共用供給路に接続する構造とした上で、
   前記共用供給路の上流端において、主剤の供給と硬化剤の供給が停止した状態においても撹拌動作を継続することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水性二液ウレタン塗料の供給方法。

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