JP2008238075A - 静電塗装用スプレーガン - Google Patents

Abstract

【課題】 低抵抗値の塗料で使用できる静電塗装用スプレーガンとして、低電圧でも十分に静電塗装効果をあげる。
【解決手段】 塗料噴出ノズルより流出エアする塗料をアース電位とし、塗料噴霧域の外部に電極を配置した静電塗装スプレーガンにおいて、霧化手段として塗料噴出口とその周囲に霧化エア噴出口を配置し、塗料噴出と中心エア噴出の方向が互いに交差する方向成分を持って衝突し噴霧されるノズル(ＬＶノズル)を使用する。塗料噴出口が拡開するテーパ面を形成し、キャップ中心口内に置かれる噴出口の外径面に噴出口の中心に向けて複数のＶ字状溝を切欠く。

【選択図】 図２

Description

静電気による帯電効果で塗着効率を向上させる静電塗装用スプレーガンにおいて、エア霧化手段を用いたスプレーガンの荷電電圧を低下しても十分な塗着効果をあげるための技術に関する。

静電塗装は高電圧静電気を利用して噴霧化された塗料粒子に帯電させ、静電効果を利用して塗着効率を高めるもので、これによって塗料そのものの有効利用による資源の削減のみならず、塗料の飛散による環境汚染の防止など多くの効果が望める。

静電塗装は、これまでにも多くの技術が開示されており、塗料や塗装方法の違いによってそれぞれ効果的な構成を持つ塗装機が提案されている。塗料はそれ自体塗着性がない粉体塗料は多くが静電塗着を利用しており、液体塗料はより高い塗着効果を得るために静電塗装が用いられてきた。液体塗料では塗料に電荷を与えるため高電圧荷電電極を、最も効率の高い塗料中に配置することで設備的に改善され使用されてきたが、水系塗料など電気抵抗値の低い塗料の場合は、高電圧が塗料を通じて逃げるため、塗料供給系を絶縁するか外部に設けた電極で荷電する等の方法がとられている。

最近の環境改善の観点から塗料は、有機溶剤系から水系化に移行しており、静電塗装装置もこれに適合すべく前記荷電手段が塗料の通路若しくは噴霧経路から離れた外部に設けられ、十分とはいえないまでも商業的に効果のある静電塗装として用いられてきている。

一方で塗料の噴霧は幾つかの方法が存在するが、仕上がりの良さ、取扱い、汎用性等からエアスプレーが最も多く利用されており、中心から噴出する塗料に対しその周囲に設けた噴霧化エア噴出口からのエアにより衝突分散させ被塗装物に向けて噴霧している。更に塗装効率を上げるために噴霧パターンを広げるパターン調整エアを塗料噴霧の両側面から衝突させるスプレーガンが一般的に用いられている。

外部に設けた荷電電極は、帯電させる効果から塗料の噴霧中心に置く場合と比較し効果が低いため、高い電圧にする必要があったが、これまでの改善から荷電電極の適正な配置により低い電圧でも高い効率を得られるようになってきている。また高い効率を得るため高電圧を使用したり、コストの高い設備を使用することに限定せず、低い電圧により安全性を高め、低コストによる使用の拡大を図ることによって塗着効率がそれに見合うものであれば、総合的に利用効果として採用に値する考えが高くなってきている。

外部電極を用いたスプレーガンとして、汎用性を高め手軽に使用できる装置の一つとして、特開２００４−１４８２４０号公報に記載されるような手持式の静電エアスプレーガンが効果的であり、スプレーガンには高電圧発生器を内蔵し、より小形軽量であることが重要な要素とされている。この例では噴霧粒子に高い効率で帯電させるため荷電電極位置を特定している。

また特開２００６−５５８１３号公報には、より噴霧域に近い噴霧化キャップに荷電された電極を設ける技術が提案されている。荷電電極は塗料経路から隔離された位置である必要があり、且つ対極であるアース電位に向かって放電しイオン化域を生成して、そのイオン化域を通過するエア若しくは塗料粒子に帯電させる種々の構成が取り入れられている。

以上のような外部の荷電電極に対し、放電させる対電極としては、特開平９−１３６０４７号公報に示されるように、塗料噴出口近傍にアース電極を設け、噴霧直後の塗料粒子をアース電位にし、外部電極からの高電圧によって直ちに帯電させる技術が示されている。これらはいずれも、荷電電極による効果的な帯電を可能にするため考慮されたものであるが、最終的な静電塗装の効果は噴霧される塗料粒子によっても大きく左右されることが知られている。しかしこれらに対する検討はあまり進められていない現状がある。

静電塗装における塗料の微粒化の影響は、噴霧粒子の移動速度が遅く、静電気力による吸引力を最大限に生かすことが必要であり、帯電効果を高めるためにより微細な粒子に噴霧化することが要求される。しかし一般に圧縮エアで微粒化させるエア霧化静電では、微細な粒子に噴霧するために多量のエアを使用すると、飛散の増加と噴霧粒子速度の増加といった問題が発生し、特に外部荷電による帯電効果との組み合わせにおいて適正な選択が得られていない。


特開２００４−１４８２４０号公報 特開２００６−５５８１３号公報 特開平９−１３６０４７号公報

軽量小形の静電塗装用スプレーガンとして、低電圧荷電で使用できる手持式スプレーガンの塗着効率を高める。

中心に塗料噴出口を備えた塗料ノズルと、該噴出口周囲に霧化エア口が形成される空気キャップが配置された噴霧化装置と、この噴霧化装置によって形成される前記噴出口前方の噴霧域とは離れた位置に先端電極を設けた荷電電極と、塗料噴出口を通過する塗料を介して接地電位と接続されるアース手段と、前記荷電電極に高電圧を供給する発生器を備えた静電塗装用スプレーガンにおいて適用され、前記塗料噴出口は、前記霧化エア口の内部に置かれた円筒状先端部の内径が、先端に向かって拡開し、外径が外側より先端中心に向けて収束する角度で形成される複数の溝が設けられている。

外側に形成される溝は、Ｖ字状断面形状の溝で、その底部が前記拡開するテーパ面の内径端とほぼ一致する深さに切り欠かれている。

本発明によれば、塗料噴出口から塗料が噴出する際に内部テーパにより外側に拡散する方向に噴出すると共に、空気キャップと塗料ノズルの噴出口外面の間に形成される中心エア口から噴出されるエアは、中心に向けて形成されたことで次第拡大する溝幅に沿って中心側に流れ前記塗料の流れと交差する状態で衝突し、分散される。したがって塗料の流れの中心部にまで霧化エアが作用し、先端で拡開する塗料噴出口より周囲に放射状に広がる噴霧が行われる。

このため噴霧粒子の前方への流速は通常の噴霧化装置と比較し、格段と減速され、しかも噴出口の外では中心部までが分散微粒化された噴霧を可能とするため、荷電電極から塗料ノズル内の液体の流れとしてアース電位に維持されている塗料に向けて形成される放電域を通過する際に効率よく十分な帯電が可能行われる。したがって被塗装物への塗着効率が向上し、資源の節約、作業環境の改善、環境汚染の防止等につなげることが出来る。

また塗着効率を上げられることで、それまで必要とされていた高電圧の低下を可能にし、低いコストと小形軽量化による静電塗装装置が可能となり、初期投資の問題から採用が控えられていた使用者の拡大が図れ、これまで使用しえなかった分野にも静電化が拡大できる。

図１は外部荷電を採用した手持ち式静電塗装スプレーガンの概要図で、全体構成を示す説明図である。図２は本発明の実施例を示す静電塗装用スプレーガンの噴霧中心軸を水平に断面し、噴霧装置と荷電電極の関連を示している。また図３は図２に示す噴霧化装置部の塗料ノズルの拡大断面図で、図４はその左側面図である。

図１に示すように、スプレーガン１は本体が手持式の例を示しており、先端に噴霧化装置２を取り付け後部には高電圧発生器３を内蔵し、その下方を握り部４で構成している。噴霧化装置２の外側に前方に突き出して外部電極５が配置されている。噴霧化装置５は、塗料を圧縮エアで微粒化噴霧するエア霧化方式として知られる塗料ノズル２１と空気キャップ３０で構成されている。

中心部に設けられた塗料ノズル２１の噴出口２４から噴射される塗料は、アース電位７に接続された塗料供給手段８から供給され、一方握り部４の下部からエア供給路９を通して導入される圧縮エアは、図２に示されるように中心エア通路３３及びを通して空気キャップ３０の中心エア口３２及びパターン調整エア口３５から噴射され、前期噴出口２４からの塗料を微粒化噴霧する。

高電圧は通常外部電源６よりスプレーガン1の高電圧発生器３に供給され、所定の高電圧に昇圧された後、導電線11により外部電極５の先端電極１５に送られる。先端外極１5は、噴霧域の前方で噴霧域とは離れた位置に噴霧側に向けて突鋭に露出させ、前記により荷電された高電圧がアース電位に維持される塗料噴出口内の塗料に向けて主な放電が行われる。
このように塗料供給手段から供給される塗料が電気的にアース電位に接続される外部電極装置としては特開平２００４−１４８２４０号公報等で公知の構成である。この場合高電圧に対応する対極のアース電位は、前記のとおり噴出する塗料側が電気的接続手段で接続されている。

噴霧化装置２は、図２に示すようにスプレーガン先端に塗料ノズル21が取り付けられ、その周囲を取り囲むように空気キャップ30が着脱自在に取り付けられる。塗料ノズル21は中心に塗料通路23を形成し、その先端が縮小され条件に応じた大きさの円筒状の噴出口24とされる。内部には通常ニードル弁20が配置され、その進退によって前記噴出口の内端に形成した弁シートと当接・離開して塗料の噴出を制御する。

本発明に使用される噴出口24は、図３及び図４に詳細を示すように、略円筒状の噴出口24の先端出口部を外径26に向かって拡開させたテーパ面25とし、噴出する塗料の流れが外側に向くように構成する。さらに外径26側からＶ字状溝27を噴霧の中心に向け収束する角度で、複数形成する。図の実施例では均等に４箇所に設けている。このＶ字状溝27は中心に向かう角度で形成されたとき、Ｖ字状溝27の底部28が噴出口内径29に達する位置が、前記拡開するテーパ面の始まり位置とほぼ一致するように形成される。

それぞれの角度は前記テーパが９０°から１２０°、Ｖ字状溝27が収束する角度が６０°から８０°、Ｖ字状溝の溝角度が４０°となっているが、必ずしもこれに限定されるものではない。噴出口24自体の大きさや使用する塗料の性状により効果が確認できる範囲で変更することも出来る。

塗料ノズル21外径部の外側には、空気キャップ30の中心に設けられた中心口31が位置し、スキマが環状の中心エア口32が形成される。塗料ノズル21先端はわずかに中心口31の端面より吐出させており、中心エア口32の出口部では前記Ｖ字状溝27に沿って塗料流の中心に向かう流れが形成され、塗料を中心部まで霧化する助けをする。さらに中心からの塗料の流れはテーパ面２５によって外への広がり成分を持つことになり、前方への噴霧流速を減じている。

本構成で噴霧をした場合、塗料は噴出口２４で外に広がる空間によって周囲に分散する流れを形成する。これに対してほぼ直交するようにＶ字状溝２７を中心に向かって流れるエア流が衝突し、塗料を流れの中心から十分に微粒化し、帯電しやすい微小の粒子群になって、しかも通常の円筒状先端を持つ塗料ノズルを使用した時は平行流として前方への速度成分が主であるのに対し、本構成によれば塗料とエアの交差流であるため前方への速度成分が遅く、帯電される機会が増加し、結果的に塗着効率の向上になる。

実際に外部電極に−50ｋＶを荷電した時と、無荷電の時とを比較した場合、通常の塗料ノズル使用時の無荷電時の塗着効率約４０％が荷電時4８％になり、差が８ポイント向上したのに対し、本発明の塗料ノズルを使用すると２０ポイントの差があった。また外部荷電を−５５ｋＶにした場合、さらに高い２７ポイントの差が得られているが、逆に低電圧荷電として−３５ｋＶにしても１２ポイントの塗着効率の差が生じており、これまでにない低電圧化によっても十分実用に供する性能が得られ、塗着効率が得られにくい外部電極方式の静電塗装での活用が期待できる。

本発明の一実施例を示す外部荷電方式の手持式静電塗装スプレーガンの構成説明図である。 図１の静電スプレーガンの断面構成図である。 塗料ノズルの断面図である。 図３の塗料ノズルを左側から見た外観図である。

符号の説明

１、スプレーガン
２、噴霧化装置
３、高電圧発生器
４、握り部
５、外部電極
６、外部電源
８、塗料供給手段
９、エア供給路
１５、先端電極
２０、ニードル弁
２１、塗料ノズル
２３、塗料通路
２４、噴出口
２５、テーパ面
２６、外径
２７、Ｖ字状溝
２８、底部
２９、内径
３０、空気キャップ
３１、中心口
３２、中心エア口
３５、パターン調整エア口

Claims (2)

1. 中心に塗料噴出口を備えた塗料ノズルと、該噴出口周囲に霧化エア口が形成される空気キャップが配置された噴霧化装置と、この噴霧化装置によって形成される前記噴出口前方の噴霧域とは離れた位置に先端電極を設けた荷電電極と、塗料噴出口を通過する塗料を介して接地電位と接続されるアース手段と、前記荷電電極に高電圧を供給する発生器を備えた静電塗装用スプレーガンにおいて、前記塗料ノズルの噴出口は、内径が先端に向かって拡開し、外径が外側より先端中心に向けて収束する角度で形成される複数の溝が設けられてなる静電塗装用スプレーガン。
   
2. 前記塗料ノズルの外側に形成される溝は、Ｖ字状断面の溝で、その底部が噴出口の内径と交差する位置が、前記先端に向かって拡開するテーパ面の内径端とほぼ一致する深さに切り欠かれている請求項１の静電塗装用スプレーガン。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images