JP2019115880A - 粉体塗装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被塗装体に形成される塗膜の膜厚を均一にすることが可能な粉体塗装装置を提供する。【解決手段】 被塗装体を粉体塗装可能な粉体塗装装置１であって、被塗装体を収容可能な塗装空間を形成するタンク、タンクの地側に設けられ塗装空間に導入される前の気体が滞留する前段空間を形成するエアボックス２０、ノズル２５，２６、エアボックス２０とタンクとの間に設けられる多孔板、及び、分散板３５を備える。ノズル２５，２６は、前段空間に設けられ、粉体塗装装置１の略水平方向に塗装空間に粉体の流動層を形成可能な空気を噴射可能である。分散板３５は、多孔板とノズル２５，２６との間に設けられる。分散板３５は、第一の空間率を有する第一の部位３６、及び、ノズル２５，２６の塗装空間側に位置し第一の空間率に比べ大きい第二の空間率を有する第二の部位３７を有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、粉体塗装装置に関する。

従来、ワークが導入されているタンク内において気体で浮遊させた粉体を用いて当該ワークの表面を塗装する粉体塗装装置が知られている。例えば、特許文献１には、ワークを投入可能に形成され塗装用の粉体が流動可能な塗装空間を形成する流動層形成部、流動層形成部の地側に設けられ塗装空間に導入される前の気体が一旦導入される前段空間を形成する前段空間形成部、前段空間形成部と流動層形成部との間に設けられ前段空間から塗装空間に流れる気体を分散可能な多孔板、及び、流動層形成部に振動を与えることが可能な加振手段を備える粉体塗装装置が記載されている。

特許５５６５０８０号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の粉体塗装装置では、前段空間において当該粉体装置の中心軸に向かって気体が導入されるため、前段空間における気体の流速にばらつきが生じやすい。このため、多孔板を介して塗装空間に導入される気体の流速や密度分布もばらつくため、塗装空間の流動層における粉体の浮遊密度の分布が不均一となる。流動層における粉体の浮遊密度の分布が不均一になると、被塗装体に形成される塗膜の膜厚にばらつきが発生するおそれがある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、被塗装体に形成される塗膜の膜厚を均一にすることが可能な粉体塗装装置を提供することにある。

本発明は、被塗装体（５）を粉体塗装可能な粉体塗装装置であって、塗装空間形成部（１０）、気体供給部（１５）、前段空間形成部（２０）、ノズル（２５，２６，４５）、多孔板（３０）、及び、分散板（３５，５５）を備える。
塗装空間形成部は、被塗装体を収容可能な塗装空間（１００）を形成する。
気体供給部は、塗装空間に位置する被塗装体を塗装可能な粉体を流動化可能な気体を塗装空間に供給可能である。
前段空間形成部は、塗装空間形成部の地側に設けられ、塗装空間に導入される前の気体が滞留する前段空間（２００）を形成する。
ノズルは、前段空間に設けられ、前段空間から塗装空間に向かう方向とは異なる方向に気体を噴射可能である。
多孔板は、前段空間形成部と塗装空間形成部との間に設けられ、前段空間から塗装空間に流れる気体を通すことが可能である。
分散板は、多孔板とノズルとの間に設けられる。分散板は、第一の空間率を有する第一の部位（３６，５６）、及び、ノズルの塗装空間側に位置し第一の空間率に比べ大きい第二の空間率を有する第二の部位（３７，５７）を有する。

本発明の粉体塗装装置では、ノズルから噴射される気体は、前段空間から塗装空間に向かう方向とは異なる方向に噴射されているため、前段空間においてある程度滞留する。前段空間において滞留している気体は、前段空間から塗装空間に向かって流れるとき、第一の空間率を有する第一の部位に比べ第二の空間率を有しノズルの塗装空間側に位置する第二の部位を流れやすい。ここで、空間率とは、当該部位の単位面積当たりの開き目の面積の割合を示す値である。これにより、比較的気体が流れにくいノズルの塗装空間側にも気体が流れやすくなるため、塗装空間に導入される気体の流速分布や粉体の浮遊密度の分布がノズルの位置によって影響されなくなる。したがって、本発明の粉体塗装装置は、流動層における粉体の浮遊密度の分布を制御することができるため、被塗装体に形成される塗膜の膜厚を均一にすることができる。

第一実施形態による粉体塗装装置の模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 第一実施形態による粉体塗装装置が備える分散板の形状を説明する模式図である。 第二実施形態による粉体塗装装置の断面図である。 第二実施形態による粉体塗装装置の断面図であって、図５とは異なる位置における断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、それぞれの実施形態において他の実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一実施形態）
第一実施形態による粉体塗装装置を図１〜４に基づいて説明する。第一実施形態による粉体塗装装置１は、流動浸漬粉体塗装法によって被塗装体５の所望の表面を塗料の粉体によって塗装する装置である。粉体塗装装置１は、図１に示すように、「塗装空間形成部」としてのタンク１０、「気体供給部」としてのエアコンプレッサ１５、「前段空間形成部」としてのエアボックス２０、バイブレータ２３、ノズル２５，２６、多孔板３０、及び、分散板３５を備える。図１では、粉体塗装装置１の構成を分かりやすくするため、多孔板３０及び分散板３５の厚みを誇張して示してある。なお、図１では、紙面上側を「天側」とし、紙面下側を「地側」とする。

タンク１０は、略円筒状に形成されている部材であって、粉体塗装装置１の天側に位置する。タンク１０は、流動層形成部１１、開口部１２、及び、粉体投入部１３を有する。

流動層形成部１１は、円筒状の部位であって、内部に被塗装体５を収容可能な大きさの空間である塗装空間１００を有する。塗装空間１００は、粉体と後述するエアコンプレッサ１５が供給する空気によって流動層が形成可能である。

開口部１２は、流動層形成部１１の天側に設けられる。開口部１２は、塗装空間１００と連通する開口１２０を有する。開口１２０は、内径が被塗装体５の大きさに比べ大きくなるよう形成されている。被塗装体５は、開口１２０を介して塗装空間１００に出し入れされることが可能である（図１の白抜き矢印Ｆ１２１，Ｆ１２２参照）。

粉体投入部１３は、開口部１２とは別異に流動層形成部１１の天側に設けられる。粉体投入部１３は、塗装空間１００と連通する投入口１３０を有する。被塗装体５の表面に塗膜を形成可能な粉体は、投入口１３０を介して塗装空間１００に投入される（図１の白抜き矢印Ｆ１３参照）。

エアコンプレッサ１５は、「粉体を流動化可能な気体」としての加圧した空気をエアボックス２０内に圧送する。

エアボックス２０は、有底の円筒状に形成されている部材であって、タンク１０の地側に位置する。エアボックス２０は、内部に塗装空間１００に導入される前の空気が導入される前段空間２００を有する。エアボックス２０は、図２に示すように、粉体塗装装置１の中心軸ＣＡ１から見て水平方向に位置する側壁２１に二つの開口２１１，２１２を有する。開口２１１，２１２には、ノズル２５，２６が有する配管２７，２８が挿通されている。

バイブレータ２３は、エアボックス２０の地側に設けられている。バイブレータ２３は、エアボックス２０を介して流動層形成部１１を振動させることによって、塗装空間１００に貯留されている粉体の浮遊密度の分布を均一化する。

ノズル２５，２６は、前段空間２００に設けられている。
ノズル２５は、図２に示すように、粉体塗装装置１の中心軸ＣＡ１に垂直な断面形状が円環状の前段空間２００において、中心軸ＣＡ１に対して紙面左側に位置する。ノズル２５は、略円柱状の部材であって、内部に内部空間２５０を有する。ノズル２５は、中心軸ＣＡ１に略平行なノズル２５の中心軸ＣＡ２５から見て水平方向に位置する複数の噴孔２５１を有する。噴孔２５１は、等間隔に形成され、内部空間２５０と前段空間２００とを連通する。

エアコンプレッサ１５とノズル２５との間には、エアコンプレッサ１５が圧送する空気が流通可能な配管２７が設けられている。これにより、エアコンプレッサ１５が圧送する空気は、配管２７が有する流路２７０を通り、内部空間２５０に送られる。内部空間２５０に送られた空気は、図２の実線矢印Ｆ１に示すように、複数の噴孔２５１から「前段空間から塗装空間に向かう方向とは異なる方向」としての粉体塗装装置１の略水平方向に噴射される。

ノズル２６は、図２に示すように、中心軸ＣＡ１に垂直な断面形状が円環状の前段空間２００において、中心軸ＣＡ１に対して紙面右側に位置する。ノズル２６は、略円柱状の部材であって、内部に内部空間２６０を有する。ノズル２６は、中心軸ＣＡ１に略平行なノズル２６の中心軸ＣＡ２６から見て水平方向に位置する複数の噴孔２６１を有する。噴孔２６１は、等間隔に形成され、内部空間２６０と前段空間２００とを連通する。

エアコンプレッサ１５とノズル２６との間には、エアコンプレッサ１５が圧送する空気が流通可能な配管２８が設けられている。これにより、エアコンプレッサ１５が圧送する空気は、配管２８が有する流路２８０を通り、内部空間２６０に送られる。内部空間２６０に送られた空気は、図２の実線矢印Ｆ１に示すように、複数の噴孔２６１から粉体塗装装置１の略水平方向に噴射される。

多孔板３０は、タンク１０とエアボックス２０との間に設けられている。多孔板３０は、メッシュ部３１、及び、フランジ部３２を有する。多孔板３０は、塗装空間１００の粉体が前段空間２００に落下することを防止するとともに、空気を適度に分散させる。

メッシュ部３１は、タンク１０の塗装空間１００とエアボックス２０の前段空間２００との間に位置する。メッシュ部３１は、複数の孔を有するよう形成されている。これにより、メッシュ部３１は、前段空間２００と塗装空間１００とを区画しつつ、前段空間２００と塗装空間１００との間における気体のやりとりが可能である。

フランジ部３２は、メッシュ部３１の径方向外側に設けられている円環状の部位である。フランジ部３２は、タンク１０が地側に有するフランジ部１４とエアボックス２０が天側に有するフランジ部２２との間に位置する。フランジ部３２は、ボルト３３によってフランジ部１４，２２と締結されている。これにより、粉体塗装装置１では、塗装空間１００及び前段空間２００の気体がフランジ部１４とフランジ部３２との間、及び、フランジ部２２とフランジ部３２との間から漏れ出ることを防止する。

分散板３５は、前段空間２００において多孔板３０とノズル２５，２６との間に設けられる。分散板３５のノズル２５，２６側の面とノズル２５，２６の分散板３５側の面との間には隙間が形成されている。分散板３５は、複数の孔を有し、空気を流通可能に形成されている。分散板３５は、第一の部位３６、第二の部位３７、及び、第三の部位３８を有する。

第一の部位３６は、図３に示すように、分散板３５の径方向外側に位置するよう設けられている部位である。第一の部位３６は、図４（ａ）に示すような網目構造を有している。具体的には、第一の部位３６は、線径０．２５ｍｍの線材３６１を複数本組み合わせ、複数の孔３６０を有するよう形成されている。図４（ａ）では、孔３６０を一つのみ示している。

第二の部位３７は、図３に示すように、分散板３５においてノズル２５，２６の天側に位置するよう設けられている部位である。第二の部位３７は、図４（ｂ）に示すような網目構造を有している。具体的には、第二の部位３７は、線径０．２５ｍｍの線材３７１を複数本組み合わせて、複数の孔３７０を有するよう形成されている。図４（ｂ）では、孔３７０を一つのみ示している。

第三の部位３８は、図３に示すように、分散板３５において第一の部位３６と第二の部位３７との間に設けられている部位である。図３には、第一の部位３６と第三の部位３８との境界を一点鎖線Ｌ３６で示し、第二の部位３７と第三の部位３８との境界を一点鎖線Ｌ３７で示す。第三の部位３８は、図４（ｃ）に示すような網目構造を有している。具体的には、第三の部位３８は、線径０．２５ｍｍの線材３８１を複数本組み合わせて、複数の孔３８０を有するよう形成されている。図４（ｃ）では、孔３８０を一つのみ示している。

ここで、分散板３５の第一の部位３６、第二の部位３７及び第三の部位３８のそれぞれにおける単位面積当たりの孔の面積、すなわち、開き目の面積の割合を示す空間率を図４に基づいて比較する。図４では、第一の部位３６、第二の部位３７及び第三の部位３８のそれぞれを同じ縮尺で示している。
先述したように、第一の部位３６、第二の部位３７及び第三の部位３８のそれぞれは、同じ線形の線材３６１，３７１，３８１を用いて形成されている。一方、図４に示すように、孔３６０の大きさは、孔３７０，３８０の大きさに比べ小さい。また、孔３７０の大きさは、孔３８０の大きさに比べ大きい。このことから、第一の部位３６の「第一の空間率」としての空間率は、第二の部位３７の「第二の空間率」としての空間率、及び、第三の部位３８の「第三の空間率」としての空間率に比べ小さい。また、第二の部位３７の空間率は、第三の部位３８の空間率に比べ大きい。

次に、粉体塗装装置１の作用について図１〜４に基づいて説明する。
粉体塗装装置１では、予備加熱された被塗装体５を塗装空間１００において流動層となっている粉体に入れる。

このとき、エアコンプレッサ１５によって加圧された空気は、エアボックス２０内のノズル２５，２６に配管２７，２８を介して圧送されている（図１の実線矢印Ｆ０）。ノズル２５，２６に圧送されている空気は、図２の実線矢印Ｆ１に示すように、複数の噴孔２５１，２６１から前段空間２００に噴射される。このとき、噴孔２５１，２６１から噴射される空気は、略水平方向に噴射されているため、多くの空気は、側壁２１の内壁面２１３の近傍に到達する。前段空間２００に噴射された空気は、前段空間２００に滞留する。

前段空間２００に滞留する空気は、分散板３５を通過する。分散板３５は、部位によって空間率が異なっているため、分散板３５を通過する空気は、比較的空間率が大きい部位を流れようとする。これにより、分散板３５を通過することによって、最も空間率が大きい第二の部位３７を通過する空気の流速の変化の度合いは比較的小さく、最も空間率が小さい第一の部位３６を通過する空気の流速の変化の度合いは比較的大きくなる。
分散板３５を通過した空気は、多孔板３０によってさらに分散され、塗装空間１００に導入される。

このようにして塗装空間１００に導入される空気によって流動化されている粉体が被塗装体５の表面に付着すると予備加熱の熱によって溶融し、所望の塗膜が形成される。

第一実施形態による粉体塗装装置１では、ノズル２５，２６から噴射される空気は、粉体塗装装置１の略水平方向に噴射されているため、前段空間２００においてある程度滞留する。前段空間２００において滞留している空気は、前段空間２００から塗装空間１００に向かって流れるとき、比較的小さい空間率を有する第一の部位３６に比べ比較的大きい空間率を有する第二の部位３７を流れやすい。これにより、比較的空気が流れにくいノズル２５，２６の塗装空間１００側にも気体が流れやすくなるため、塗装空間１００に導入される空気の流速分布や粉体の浮遊密度の分布がノズル２５，２６の位置によって影響されなくなる。したがって、塗装空間１００の流動層における粉体の浮遊密度の分布を制御することができるため、粉体塗装装置１は、被塗装体５に形成される塗膜の膜厚を均一にすることができる。

発明者らは、粉体塗装装置１の効果について次のような実験を行った。
最初に、粉体塗装装置１及び比較例としての分散板３５を備えていない粉体塗装装置のそれぞれにおいて、複数の回転体の径方向外側の壁面に流動浸漬粉体塗装法によって塗装を行った。当該塗装が施された回転体を回転試験器において回転の安定性を確認しつつ、回転が安定するよう回転体の壁面の塗膜を削る作業を複数回行い、当該作業の回数を比較した。その結果、比較例の粉体塗装装置では、一回の塗膜を削る作業によって８０％の回転体の回転が安定したのに対し、粉体塗装装置１では一回の塗膜を削る作業によって９５％の回転体の回転が安定することがわかった。すなわち、比較例の粉体塗装装置によって塗装される塗膜の膜厚は不均一な度合いが大きいため複数回の塗膜を削る作業が必要であるのに対し、粉体塗装装置１によって塗装される塗膜の膜厚は不均一な度合いが比較例の粉体塗装装置に比べ小さいことが明らかとなった。

前段空間２００においてノズル２５，２６が噴射する空気の多くは、側壁２１の内壁面２１３の近傍に到達する。このため、分散板３５の最外周付近を流れる空気の量が比較的多くなる。粉体塗装装置１では、分散板３５は、最外周に最も空間率が小さい第一の部位３６を有する。これにより、分散板３５の最外周を通過する空気の量を制限し、第二の部位３７や第三の部位３８を空気が多く通過するよう空気の流れを制御することができる。したがって、粉体塗装装置１は、塗装空間１００の流動層における粉体の浮遊密度の分布をさらに高精度に制御できるため、被塗装体５に形成される塗膜の膜厚をさらに均一にすることができる。

また、分散板３５は、最も空間率が小さい第一の部位３６と最も空間率が大きい第二の部位３７との間に、第三の部位３８を有している。第三の部位３８の空間率は、第一の部位３６の空間率に比べ大きく、第二の部位３７の空間率に比べ小さい。これにより、第三の部位３８を通過する空気の流速の変化の度合いは、第一の部位３６を通過する空気の流速の変化の度合いに比べ大きく、第二の部位３７を通過する空気の流速の変化の度合いに比べ小さくなる。したがって、塗装空間１００に導入される空気の流速分布をさらに均一化することができるため、被塗装体５に形成される塗膜の膜厚をさらに均一にすることができる。

（第二実施形態）
第二実施形態による粉体塗装装置を図５，６に基づいて説明する。第二実施形態では、分散板の形状が第一実施形態と異なる。

第二実施形態による粉体塗装装置２は、タンク１０、エアコンプレッサ１５、エアボックス２０、ノズル４５、多孔板３０、及び、分散板５５を備える。

ノズル４５は、前段空間２００に設けられている。ノズル４５は、図５に示すように、粉体塗装装置２の中心軸ＣＡ２に垂直な断面形状が円形状の前段空間２００において、中心軸ＣＡ２上に位置する。ノズル４５は、略円柱状の部材であって、内部に内部空間４５０を有する。また、ノズル４５は、中心軸ＣＡ２から見て水平方向に位置する複数の噴孔４５１を有する。噴孔４５１は、等間隔に形成され、内部空間４５０と前段空間２００とを連通する。

エアコンプレッサ１５とノズル４５との間には、エアコンプレッサ１５が圧送する空気が流通可能な配管４７が設けられている。配管４７は、エアボックス２０の側壁２１に形成されている開口２１２に挿通されている。これにより、エアコンプレッサ１５が圧送する空気は、配管４７が有する流路４７０を通り、内部空間４５０に送られる。内部空間４５０に送られた空気は、図５に示すように、複数の噴孔４５１から略水平方向に噴射される（図５の実線矢印Ｆ２）。

分散板５５は、前段空間２００において多孔板３０とノズル４５との間に設けられる。分散板５５は、複数の孔を有し、空気を流通可能に形成されている。分散板５５は、図６に示すように、第一の部位５６、第二の部位５７、及び、第三の部位５８を有する。

第一の部位５６は、図６に示すように、分散板５５の径方向外側に位置するよう設けられている部位である。第一の部位５６は、線材を複数本組み合わせた網目構造を有している。

第二の部位５７は、図６に示すように、分散板５５においてノズル４５の天側に位置するよう設けられている部位である。第二の部位５７は、線材を複数本組み合わせた網目構造を有している。第二の部位５７の「第二の空間率」としての空間率は、第一の部位５６の「第一の空間率」としての空間率に比べ大きい。

第三の部位５８は、図６に示すように、分散板５５において第一の部位５６と第二の部位５７との間に設けられている部位である。図６には、第一の部位５６と第三の部位５８との境界を一点鎖線Ｌ５６で示し、第二の部位５７と第三の部位５８との境界を一点鎖線Ｌ５７で示す。第三の部位５８は、線材を複数本組み合わせた網目構造を有している。第三の部位５８の「第三の空間率」としての空間率は、第一の部位５６の空間率に比べ大きく、第二の部位５７の空間率に比べ小さい。

第二実施形態による粉体塗装装置２は、最も空間率が小さい第一の部位５６、最も空間率が大きい第二の部位５７、及び、空間率が第一の部位５６の空間率に比べ大きくかつ第二の部位５７の空間率に比べ小さい第三の部位５８を有する分散板５５を備える。第一の部位５６は、分散板５５の径方向外側に位置するよう設けられている。第二の部位５７は、分散板５５においてノズル４５の天側に位置するよう設けられている。第三の部位５８は、分散板５５において第一の部位５６と第二の部位５７との間に設けられている。これにより、第二実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、分散板は、最も空間率が小さい第一の部位、最も空間率が大きい第二の部位、及び、空間率が第一の部位の空間率に比べ大きくかつ第二の部位の空間率に比べ小さい第三の部位を有するとした。しかしながら、第三の部位はなくてもよい。第二の部位がノズルの塗装空間側に位置すればよい。

上述の実施形態では、第一の部位は、分散板の径方向外側に位置するとした。しかしながら、第一の部位は、ノズルの塗装空間側を除く位置、例えば、第二の部位の周囲に設けられていればよい。

上述の実施形態では、ノズルは、粉体塗装装置の略水平方向に空気を噴射するとした。しかしながら、ノズルが空気を噴射する方向はこれに限定されない。ノズルから直接塗装空間に向かう方向に噴射しなければよい。

上述の実施形態では、粉体塗装装置は、バイブレータを備えるとした。バイブレータはなくてもよい。

上述の実施形態では、分散板が有する線材の線径は、０．２５ｍｍであるとした。しかしながら、線材の線径はこれに限定されない。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１，２・・・粉体塗装装置
１０・・・タンク（塗装空間形成部）
２０・・・エアボックス（前段空間形成部）
２５，２６，４５・・・ノズル
３０・・・多孔板
３５，５５・・・分散板
３６，５６・・・第一の部位
３７，５７・・・第二の部位
１００・・・塗装空間
２００・・・前段空間

Claims (4)

1. 被塗装体（５）を粉体塗装可能な粉体塗装装置であって、
   前記被塗装体を収容可能な塗装空間（１００）を形成する塗装空間形成部（１０）と、
   前記塗装空間に位置する前記被塗装体を塗装可能な粉体を流動化可能な気体を前記塗装空間に供給可能な気体供給部（１５）と、
   前記塗装空間形成部の地側に設けられ、前記塗装空間に導入される前の前記気体が滞留する前段空間（２００）を形成する前段空間形成部（２０）と、
   前記前段空間に設けられ、前記前段空間から前記塗装空間に向かう方向とは異なる方向に前記気体を噴射可能なノズル（２５，２６，４５）と、
   前記前段空間形成部と前記塗装空間形成部との間に設けられ、前記前段空間から前記塗装空間に流れる前記気体を通すことが可能な多孔板（３０）と、
   前記多孔板と前記ノズルとの間に設けられ、第一の空間率を有する第一の部位（３６，５６）、及び、前記ノズルの前記塗装空間側に位置し前記第一の空間率に比べ大きい第二の空間率を有する第二の部位（３７，５７）を有する分散板（３５，５５）と、
   を備える粉体塗装装置。
2. 前記第一の部位は、前記分散板の径方向外側に位置する請求項１に記載の粉体塗装装置。
3. 前記分散板は、前記第二の部位を複数有する請求項１または２に記載の粉体塗装装置。
4. 前記分散板は、前記第一の部位と前記第二の部位との間に、空間率が前記第一の空間率に比べ大きくかつ前記第二の空間率に比べ小さい第三の部位（３８，５８）を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉体塗装装置。

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