JP2020089840A - 静電塗装用スプレーガン - Google Patents

Abstract

【課題】被塗装物の表面が凹凸を有している形状の場合でも、塗膜の膜厚を均一とした高品質な塗装を可能とし、静電塗装のメリットを享受する。【解決手段】静電塗装用スプレーガンは、塗料を噴霧するノズルを先端部に有するガン本体と、前記ガン本体に設けられ前記ノズルから噴霧される塗料を帯電させる放電電極と、前記ガン本体の前記ノズルの外周側に環状に配置され前記放電電極とは別に高電圧が印加される第２の電極とを備え、前記第２の電極は、前記ノズルを中心として、直径寸法が５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下のリング状に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静電塗装用スプレーガンに関する。

例えば自動車の車体等の塗装方法の一つとして静電塗装がある。静電塗装は、静電塗装用スプレーガン（以下、単にスプレーガンと称する）から噴霧した塗料を、静電引力によって車体等の被塗装物に吸着させることで、被塗装物を塗装する塗装方法である。通常、静電塗装では、被塗装物は陽極に設定され、スプレーガンは陰極に設定されると共に、これら被塗装物とスプレーガンとの間に高電圧が印加されて静電界が形成される。そして、塗料つまり塗料粒子は、負の高電圧に帯電された状態でスプレーガンから噴霧される（例えば、特許文献１参照）。これにより、エアスプレーに比べて塗着効率が向上し、コストの削減が図られる等のメリットを得ることができる。

ところで、塗装に供される被塗装物にあっては、必ずしも平坦な面ばかりでなく、一部に断面コ字状をなすような凹所を有しているといった形状のものもある。ところが、被塗装物がそのような凹凸形状を有する場合には、いわゆるファラデーケージ効果により、奥部の角部等に電界が集中し、スプレーガンに近い表面や角部に塗料が多く付着し、凹所の奥部の塗料の膜厚が薄くなる或いは塗着しない不具合が生ずる。このような凹凸形状を有した被塗装物にあっても、その表面に均一な膜厚で塗装が行われることが望ましい

特開２０１５−７３９４８号公報

従来では、上記のような凹凸形状を有する被塗装物にあっては、塗膜の膜厚が不均一となってしまうことへの対処法として、スプレーガンにおける高電圧の印加をオフにする、又は電圧を下げることにより、塗料の一部への集中を抑えたり、或いは、静電塗装の後工程において、修正処理（タッチアップ）を実行したりすることが行われていた。しかしながら、それら対処法では、いずれも塗料の使用量の増加につながり、静電塗装のメリットが得られなくなってしまう。

そこで、被塗装物の表面が凹凸を有している形状の場合でも、塗膜の膜厚を均一とした高品質な塗装を可能とし、静電塗装のメリットを享受することができる静電塗装用スプレーガンを提供する。

実施形態の静電塗装用スプレーガンは、塗料を噴霧するノズルを先端部に有するガン本体と、前記ガン本体に設けられ前記ノズルから噴霧される塗料を帯電させる放電電極と、前記ガン本体の前記ノズルの外周側に環状に配置され前記放電電極とは別に高電圧が印加される第２の電極とを備え、前記第２の電極は、前記ノズルを中心として、直径寸法が５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下のリング状に配置されている。

一実施形態を示すもので、静電塗装用スプレーガンの斜視図 塗装作業を行っている様子を示す概略的な斜視図 塗装作業時に仮想される電気力線を示す概略的な平面図 リング電極の有無と塗着効率との関係を調べた試験結果を示す図 リング電極が遠い場合の電気力線を示す概略的な平面図 リング電極が近い場合の電気力線を示す概略的な平面図 リング電極の位置と塗着効率との関係を調べた試験結果を示す図 リング電極の直径が大きい場合の電気力線を示す概略的な平面図 リング電極の直径が小さい場合の電気力線を示す概略的な平面図 リング電極の直径と塗着効率との関係を調べた試験結果を示す図

以下、一実施形態に係る静電塗装用スプレーガンについて、図面を参照しながら説明する。図１は、静電塗装用スプレーガン１（以下、単に「スプレーガン１」と称する）の外観構成を示している。本実施形態に係るスプレーガン１は、前後方向に延びる円筒状をなす絶縁材製のガン本体２と、このガン本体２の先端部の外周に環状に配置された第２の電極としてのリング電極３とを備えて構成される。

前記ガン本体２は、以下のように構成されている。即ち、ガン本体２の先端部には、塗料を噴霧するノズル４が設けられている。このノズル４は、塗料吐出口を備えると共に、その塗料突出口５を通過する塗料を帯電させるためのピン状の放電電極６を備えている。また、ノズル４の外周部には塗料を霧化するためのエア噴出口を有したエアキャップ７が設けられている。詳しく図示はしないが、ガン本体２内には、塗料供給源から供給される粉体或いは液体状の塗料を、前記塗料吐出口に導くための塗料通路が設けられていると共に、その塗料通路を開閉するためのニードル弁が設けられている。また、ガン本体２内には、エア供給源から供給される圧縮空気を前記エア噴出口に導くエア通路も設けられている。

更に、これも図示はしないが、前記ガン本体２内には、直流高電圧を発生させる高電圧発生装置（カスケード）が設けられ、その出力端子が前記放電電極６に接続されている。高電圧発生装置は、昇圧回路や整流回路を備えて構成され、外部の第１の電源装置８から所定電圧（例えば１２〜２０Ｖ）の交流電圧が供給される。そして、その交流電圧に比例した大きさの直流電圧を発生させ、放電電極６に負（マイナス）の高電圧（例えば−７５ｋＶ）を印加するように構成されている。このとき、第１の電源装置８の供給する交流電圧は調整可能に構成されている。

一方、前記リング電極３は、第２の高電圧発生装置９に支持された状態で設けられている。このリング電極３は、前記ノズル４（放電電極６）を中心とするようなリング状をなし、第２の高電圧発生装置９の先端に突出する出力端子９ａに電気的かつ機械的に接続されている。このリング電極３の直径寸法は、５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下の範囲とされ、例えば１００ｍｍとされている、また本実施形態では、リング電極３は、前方に突出するように、複数本例えば１２０度間隔で３本の針状電極１０を有して構成されている。

前記第２の高電圧発生装置９は、絶縁材製のボディ内に昇圧回路や整流回路を備えて構成され、外部の第２の電源装置１１から所定電圧（例えば１２〜２０Ｖ）の交流電圧が供給される。そして、その交流電圧に比例した大きさの直流電圧を発生させ、出力端子９ａひいてはリング電極３に負（マイナス）の高電圧（例えば−７５ｋＶ）を印加するように構成されている。例えば、第２の高電圧発生装置９は、絶縁材製のホルダ１２を介して前記ガン本体２の上部に、前後方向に延びて設けられている。このとき、第２の高電圧発生装置９ひいてはリング電極３は、ホルダ１２つまりガン本体２に対する前後方向の取付位置の調整が可能になるよう構成されている。但し、ホルダ１２を用いずに、例えば第２の高電圧発生装置９をガン本体２に一体的に設けるように構成しても良い。

尚、上記構成のスプレーガン１は、例えば図示しない塗装ラインに固定的に設けられると共に、塗装ラインには、アース接続状態で保持された被塗装物２１（図２等参照）を、前記スプレーガン１に対し一定速度で搬送する搬送装置が設けられている。或いは、前記スプレーガン１は、レシプロケータやロボットアームの先端部に設けられて、アース接続状態で保持された被塗装物２１対し移動しながら塗装を行うように構成されている。いずれの場合も、塗装ラインには、コンピュータを含んで構成される制御装置が設けられ、塗装ラインにおける動作が制御され、自動で塗装作業が行われるようになっている。

次に、上記構成のスプレーガン１の動作について、図２〜図１０も参照して述べる。スプレーガン１により被塗装物２１に対する塗装作業を行うにあたっては、ガン本体２の塗料通路に塗料例えば粉体塗料が供給されると共に、エア通路に圧縮空気が供給される。更に、高電圧発生装置により発生した負の高電圧が放電電極６に印加されると共に、第２の高電圧発生装置９により発生した負の高電圧がリング電極３に印加される。これにより、塗料吐出口から吐出した塗料がエア噴出口から噴出されるエアによって微粒子化し、放電電極６によって負の極性の高電圧に帯電されてノズル４から前方に噴霧される。

これと共に、接地電位とされている被塗装物２１とスプレーガン１との間には、図３、図５等に示すように、被塗装物２１の表面とノズル４（放電電極６）とを結ぶように、電界（電気力線）が発生すると共に、被塗装物２１の表面とリング電極３とを結ぶように、電界（電気力線）が発生する。ノズル６から吐出された負に帯電された塗料粒子は、接地電位である被塗装物２１の表面に対して、静電気力によって引っ張られるようにして電気力線に沿って飛行し、被塗装物２１の表面に塗着される。これにより、被塗装物２１に対する静電塗装が行われる。

さて、本発明者らは、上記実施形態のスプレーガン１の性能を確認するため、いくつかの試験を行った。まず、図２〜図４に示すように、被塗装物２１が凹凸形状を有する場合の、凹部の奥部に対する塗着効率を調べる試験を行った。この試験では、実施形態のスプレーガン１と、従来のスプレーガン、即ちリング電極を有しないものとを比較した。即ち、図２に示すように、被塗装物２１は、板状をなし、その途中部に上面コ字型の凹部２１ａを有した形態をなしている。この場合、凹部２１は、例えば深さ寸法が１００ｍｍ、幅寸法が１００ｍｍで設けられている。試験は、例えば、スプレーガン１のノズル４から被塗装物２１までの塗装距離が２００ｍｍ、被塗装物２１の横方向への送り速度が３ｍ／ｍｉｎの条件で行った。

この試験の結果、図４に示すように、リング電極を備えない従来のスプレーガンの場合には、凹部２１ａの奥部に対する塗着効率は１１．４％であるのに対し、実施形態のスプレーガン１にあっては、凹部２１ａの奥部に対する塗着効率が、１６．３％となり、従来のものに比べて、約５ポイントの塗着効率の向上を図ることができた。従来と本実施形態とでは、塗膜の厚みとして、１０μｍ程度の差があった。その理由は、図３に示すように、実施形態のスプレーガン１では、ノズル４（放電電極６）により発生する電界に加えて、リング電極３と被塗装物２１との間にも電界を発生させ、凹部２１ａの奥部に向く電気力線を相対的に増やすことができ、凹部２１ａ内にも十分な量の塗料を塗着させることが可能となったものと考えらえる。

次に、本発明者らは、図５〜図７に示すように、リング電極３と被塗装物２１との離間距離、つまりリング電極３のノズル４に対する前後方向位置と、凹部２１ａの奥部についての塗着効率との関係について調べる試験を行った。この試験では、図５及び図６に示すように、ノズル４から被塗装物２１までの塗装距離を２００ｍｍに固定した状態で、リング電極３と被塗装物２１との離間距離を、２７０ｍｍ（図５参照）、２００ｍｍ（図示せず）、１６０ｍｍ（図６参照）の３段階に変化させて行った。この試験の結果を、図７に示す。

この結果から、リング電極３と被塗装物２１との離間距離を、１６０ｍｍ、２００ｍｍ、２７０ｍｍと変動させても、凹部２１ａの奥部に対する塗着効率ほとんど変化はなかった。但し、リング電極３と被塗装物２１との離間距離が近くなるほど、電界強度は上がるので、放電電極６及びリング電極３に対し定電流制御を行った場合に、リング電極３の電位が低下し、被塗装物２１に向かわない電気力線、つまりリング電極３から放電電極６に向かう電気力線が生じてしまう虞がある。そのため、放電電極６とリング電極３とを同電位にしておくことが望ましいのである。

そして、本発明者らは、図８〜図１０に示すように、リング電極３の直径と、凹部２１ａの奥部に対する塗着効率との関係について調べる試験を行った。この試験では、図８及び図９に示すように、ノズル４から被塗装物２１までの塗装距離を２００ｍｍに固定した状態で、リング電極３の直径寸法が、２００ｍｍ（図８参照）、１００ｍｍ（図示せず）、５０ｍｍ（図９参照）の３種について行った。この試験の結果を、図１０に示す。尚、図１０では、従来技術（リング電極を有しない）のスプレーガンについての塗着効率を調べた結果についても、併せて示している。

この結果から、リング電極３の直径寸法を５０ｍｍとした場合が、最も塗着効率が高く、１００ｍｍ、２００ｍｍの順に塗着効率が低下していった。ただし、リング電極３の直径寸法を２００ｍｍとした場合でも、従来技術のスプレーガンよりは、十分に優れた塗着効率を得ることができた。従って、第２の電極３は、ノズル４を中心として、直径寸法が５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下のリング状に配置することが好ましく、この構成により、凹部２１ａの奥部に対する十分高い塗着効率を得ることができた。リング電極３の直径寸法を、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下とすることがより好ましく、より一層高い塗着効率を得ることができる。

このような本実施形態のスプレーガン１によれば、次のような作用・効果を得ることができる。即ち、本実施形態においては、ノズル４の外周側に、第２の電極としてのリング電極３を設けた。この構成によって、ノズル４（放電電極６）と被塗装物２１との間の電界に加えて、リング電極３と被塗装物２１との間にも電界を発生させ、リング電極３による電界のコントロールによって、全体としての電界強度や範囲をコントロールすることができる。このとき、リング電極３を、ノズル４を中心として、直径寸法が５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下のリング状に配置するようにした。

この結果、凹部２１ａを有する被塗装物２１の場合、凹部２１ａの奥部に向く電気力線を相対的に増やすなどにより、凹部２１ａ内にも十分な量の塗料を塗着させることが可能となり、塗膜の膜厚の均一化が可能となる。勿論、平坦な面であっても、広い範囲に均等な膜厚で塗装することが可能となる。また、静電塗装のメリットである、高い塗着効率を得ることができ、コストの削減等を図ることができる。このとき、リング電極３の直径寸法を５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下としたことにより、凹部２１ａの奥部に対する十分高い塗着効率を得ることができた。

本実施形態では、リング電極３を、ガン本体２に対し、ノズル４の噴霧方向前方から後方までの所定範囲での位置調整可能に取付けるようにしたので、電界（電気力線）の調整を行うことが可能となる。但し、リング電極３の位置によって電圧が変動することは好ましくなく、リング電極３の前後方向の位置にかかわらず、放電電極６と同電位とすることが好ましい。これにより、被塗装物２１に向かう電気力線を良好なものに維持することができる。

また本実施形態では、放電電極６とリング電極３の電位を、個別に制御可能に構成した。これにより、全体としての電界強度や範囲のコントロールを、良好に行うことができる。更に本実施形態では、リング電極３に、複数本の針状電極１０を設けるようにした。これにより、リング電極３における電圧遮断時に、針状電極１０による自己放電が行われてリング電極３に蓄積されていた電荷を即座に放電させることを可能とし、針状電極１０のない場合と比べて、安全性を高めることができる。

尚、上記した実施形態では、放電電極６とリング電極３とを同電位とすることが好ましいと説明したが、同電位とする場合には、高電圧発生装置（カスケード）や電源装置を、共に一つとする（共用化する）構成も可能となる。上記実施形態では、リング電極３を前後方向に位置調整可能に設けるようにしたが、ノズル４の位置に対し固定的な位置に設けるようにしても良い。また、上記実施形態では、リング電極３に３個の針状電極１０を設けようにしたが、針状電極を設ける個数や位置については様々な変更が可能であり、針状電極１０を設けない構成であっても良い。スプレーガンとしては、自動ガンに限られず、ユーザ自身が手に持って作業するいわゆるハンドガンであっても良い。上記実施形態で述べた各電極の電圧や被塗装物までの距離等の具体的数字についても、一例をあげたものに過ぎず、種々の変更が可能である。

上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は静電塗装用スプレーガン、２はガン本体、３はリング電極（第２の電極）、４はノズル、６は放電電極、８は第１の電源装置、９は第２の高電圧発生部、１０は針状電極、１１は第２の電源装置、１２はホルダ、２１は被塗装物を示す。

Claims (5)

1. 塗料を噴霧するノズルを先端部に有するガン本体と、
   前記ガン本体に設けられ前記ノズルから噴霧される塗料を帯電させる放電電極と、
   前記ガン本体の前記ノズルの外周側に環状に配置され前記放電電極とは別に高電圧が印加される第２の電極とを備え、
   前記第２の電極は、前記ノズルを中心として、直径寸法が５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下のリング状に配置されている静電塗装用スプレーガン。
2. 前記第２の電極は、前記ガン本体に対し、前記ノズルの噴霧方向前方から後方までの所定範囲での位置調整が可能に構成されている請求項１記載の静電塗装用スプレーガン。
3. 前記放電電極の電位と、前記第２の電極の電位とは、個別に制御可能に構成されている請求項１又は２記載の静電塗装用スプレーガン。
4. 前記放電電極の電位と、前記第２の電極の電位とは、同電位とされる請求項１から３のいずれか一項に記載の静電塗装用スプレーガン。
5. 前記第２の電極は、複数本の針状電極を有して構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の静電塗装用スプレーガン。

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