JP3117688U - ２液型塗料の塗装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２液型塗料の塗装装置において、ポンプ吐出量の脈動に伴う２液混合比の変動と、流体の粘度等の変動に伴う流量及び混合比の変動を抑制し、常に安定した塗膜品質を確保することのできる手段を提供する。
【解決手段】主剤と硬化剤を定量吐出するモーター駆動の一対のポンプと、主剤と硬化剤とを混合するスタティックミキサーと、ミキサーから供給された塗料を塗装する塗装機と、モーターの回転数をそれぞれに制御するインバータ方式の回転数制御手段と、主剤と硬化剤のそれぞれの流量を測定する一対の流量計を備え、前記ポンプのそれぞれに吐出サイクルの位相が互に対称的に相違する２連以上の無脈動プランジャポンプを用い、かつ流量計の情報に基いてモーターの回転数制御を行なう２液型塗料の塗装装置。また、前記ポンプに３連の無脈動プランジャポンプを用いる。
【選択図】図１

Description

本考案は、主剤と硬化剤を混合した２液型塗料を高圧で塗装機に供給することのできる塗装装置に関し、とくに２液を混合する配管系において、配管長が短くアキュムレーターを持たなくても２液の混合比の変動が小さく、かつ２液の流量を個別に精密制御することのできる２液型塗料の塗装装置に関する。

主剤と硬化剤を混合して、架橋重合反応により硬化させる２液型塗料は、塗膜の強度、耐久性、下地との密着性等に優れ、耐久性を要する塗装に多用されている。かかる２液型塗料は、塗装の直前に主剤と硬化剤を混合して塗装機に供給する必要があり、通常は一対のポンプを用い、それぞれを定量的にミキサーに供給して、混合塗料を調製する。

かかるポンプは、塗装条件によってはかなりの高圧（例えば１０ MPa程度）まで加圧し、かつ大容量（例えば１〜１０kg/min）で吐出する必要があることなどから、その機種の選定に制約がある。例えば、ギヤポンプ、スクリューポンプ等は不適切で、いわゆる往復動ポンプを用いることが好ましい。往復動ポンプの中でも、シリンダー内でプランジャを往復動させるプランジャポンプが最も好適である。

従来から、２台のポンプを用いて、主剤と硬化剤の混合比率を所望の値に維持する方策については、種々の検討がなされてきた。旧来から最も一般的に行われている方法は、同一の駆動源（例えばエアモーター）により、２台のプランジャポンプを同速度で駆動し、シリンダーの面積比を所望の体積混合比にすることによって、主剤と硬化剤の混合比を常に一定に保つという方法である。
この方法は、体積混合比を所定の値にするという点では、簡単かつ確実な方法である。しかし、２液型塗料の主剤と硬化剤の混合比は、塗料の種類によって種々に相違するから、塗料の種類が変わるたびに、シリンダーを交換して混合比を調節しなければならないという問題がある。

そのため下記特許文献１には、２液を所定の比率に混合して吐出する際に、一方の液には、吐出圧力を所定の値に保つ定圧力ポンプを用い、他方の液には、吐出流量を所定の値に保つ定流量ポンプを用い、ポンプ駆動源の駆動速度を制御することなく、吐出圧力の調整によって２液の混合比を変更する「２液混合吐出方法及び装置」が提案され、２液混合塗料の供給に適用した実施例が開示されている。
しかし近年、ポンプを電動モーターで駆動し、その回転数をインバータ制御して、ポンプの吐出量を可変にする手段が汎用されるようになっている。この手段によれば、主剤と硬化剤のポンプの吐出流量をそれぞれに制御することは容易で、上記のような方法によらなくとも、２液の混合比を可変にすることが可能である。

特開昭６０−４８１６０号公報

２液型塗料は、主剤と硬化剤の混合比により、塗膜品質が大きく左右される場合が少なくない。例えば、水道管用ウレタン塗料は、硬化剤の割合が多すぎると未反応のイソシアネートが塗膜中に残存し、それが水分と尿素反応を起こし、炭酸ガスが発生してフクレとなる。また、少なすぎると塗膜硬度が過小で軟らかい塗膜となり適正な品質が得られない。よって、適正な混合比の範囲が狭い。水道管用ウレタン塗料の適正混合比の範囲は、規定混合比±１０％以内である場合が多い。

上述したプランジャポンプで流体を供給する場合の問題点は、プランジャの上下死点で吐出量が少なくなり、流量に脈動が生じることである。主剤と硬化剤は別々のポンプで供給されるから、この脈動部分で両者の混合比は大きく変動することになる。
一般に、塗料の供給装置は、塗装終了後に装置内に残留する塗料の量を少なくすることが重要であり、とくにミキサーの内容積を小さくすることが望まれている。ミキサーの内容積を小さくするほど、上記の脈動を吸収するバッファとしての機能が失われ、混合比の変動が塗膜の品質に直接影響して、脈動部分で品質ムラが生じることになる。したがって、かかる吐出量の脈動に伴う塗膜品質の低下を如何に防止するかが、第一の課題となる。

また、主剤・硬化剤ともにその粘度のレベルは流体の温度、すなわち気温の変化によって変動する。また、エア駆動のプランジャポンプの場合、エア源（例えば工場配管エア）の圧力変動により、吐出量や吐出圧も変動し、その結果として混合比の変動を生じる。電動のプランジャポンプでも、流体の粘度変化による吐出量の変動は避けられないから、単にこれを駆動するモーターの回転数制御だけでは、２液の混合比を常に狭い範囲で正確にコントロールすることは難しい。したがって、この制御を如何にして簡便かつ確実に行なうかが、第二の課題となる。

そこで本考案は、主剤と硬化剤をプランジャポンプで定量供給し、小容積のミキサーで混合して塗装機に送る塗装装置において、プランジャポンプの吐出量の脈動に伴う２液混合比の変動と、流体の粘度等の変動に伴う流量及び混合比の変動を抑制することができ、これにより、２液型塗料の塗装において、常に安定した塗膜品質を確保することのできる手段を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本考案は、
主剤と硬化剤を混合する２液型塗料の塗装装置であって、
主剤と硬化剤のそれぞれを加圧して定量吐出するモーター駆動の一対のポンプと、該ポンプから供給された主剤と硬化剤とを混合するスタティックミキサーと、該ミキサーから供給された塗料を塗装するスプレーノズル又はロールコーターからなる塗装機と、前記モーターの回転数をそれぞれに制御するインバータ方式の回転数制御手段と、前記ポンプと前記ミキサーの間に配され、主剤と硬化剤のそれぞれの流量を測定する一対の流量計を備え、前記ポンプのそれぞれに、吐出サイクルの位相が互に対称的に相違する２連以上のプランジャポンプを用いて、主剤及び硬化剤の吐出流量の脈動を軽減するとともに、前記流量計の情報に基いて前記モーターの回転数を調節することにより、前記ポンプの吐出流量の精密な制御を可能にしたことを特徴とする２液型塗料の塗装装置である。

この塗装装置においては、前記ポンプとして、吐出サイクルの位相が互に１２０度相違する３連のプランジャポンプを用いることが好ましい。
また、この塗装装置においては、前記流量計として、コリオリ質量流量計を用いることが好ましい。

本考案は、上記のように構成されているから、プランジャポンプの吐出量の脈動に伴う２液混合比の変動を抑制とすることができる。そのため、ミキサーの容量を小さくしても、吐出量の変動に伴う塗膜の品質ムラを防止することができる。
また、本考案の塗装装置は、流体の粘度等の変動に伴う流量及び混合比の変動を抑制することができる。これにより、２液型塗料の塗装において、常に安定した塗膜品質を確保することが可能になった。

以下、実施例の図面を参照して、本考案について詳しく説明する。図１は、本考案の実施例である塗装装置の構成を示す図である。この塗装装置は、主剤の供給系統と硬化剤の供給系統とを有し、両系統はほぼ同一の構成になっている。主剤は、主剤タンク１ａから主剤ポンプ２ａに供給され、このポンプで加圧され、定量吐出されて、主剤流量計３ａを経由して、ミキサー４に流入する。同様に硬化剤は、硬化剤タンク１ｂから硬化剤ポンプ２ｂに供給され、このポンプで加圧・定量吐出され、硬化剤流量計３ｂを経由して、ミキサー４に流入する。ミキサー４で混合された２液塗料は、塗料ホース５を通じて塗装機であるスプレーガン６に供給されて、スプレー用エアにより、塗装対象物（図示していない）に吹き付けられる。

主剤ポンプ２ａと硬化剤ポンプ２ｂは、それぞれ電動モーター７ａ，７ｂで駆動され、このモーター７ａ，７ｂは、ともにインバータ方式の回転速度制御手段８ａ，８ｂを有して、それぞれに回転速度が制御される。これにより、主剤ポンプ２ａと硬化剤ポンプ２ｂの吐出流量を、それぞれに制御することができる。したがって、２液型塗料の種類に応じて、主剤と硬化剤の混合比を任意に設定することができる。また、両者を混合した後の塗料の吐出流量が予定の値になるように、両ポンプの吐出流量を設定して、回転速度の制御を行なえばよい。

さらに、この装置では、主剤流量計３ａと硬化剤流量計３ｂにより、実際の流量が上記の設定値どおりになっているか、チェックすることができる。したがって、流量計の情報をフィードバックしてポンプの吐出流量の制御を行なうことができ、２液型塗料の混合比と吐出流量のきわめて正確かつ確実な制御を行なうことができる。

本考案の装置を適用できる２液型塗料の種類には、とくに限定を要しない。２液型塗料の種類は多様であるが、代表的なものとしてエポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系の塗料を例示することができる。一般にエポキシ樹脂系では、主剤はエポキシ樹脂、硬化剤はアミンであり、ウレタン樹脂系では、主剤はウレタン樹脂、硬化剤はイソシアネートである。当然のことながら、主剤や硬化剤の種類に制限を受けることなく、すべての２液型塗料に、本考案の装置を用いることができる。

本考案においては、主剤ポンプ２ａと硬化剤ポンプ２ｂは、ともに吐出サイクルの位相が互に対称的に相違する２連以上のプランジャポンプを用いる。その理由は、多連のポンプを用いることにより、プランジャポンプの上下死点における吐出流量の脈動の影響を軽減するためである。
本実施例においては、両ポンプともに３連のプランジャポンプを用いている。図２は、本実施例で用いた３連のプランジャポンプの構成を示す概念図である。このポンプは、共通のモーター軸９に３つのカム１０が取り付けられ、カム１０の取付け角度が互に１２０度づつずれている。これにより、３本のプランジャ１１の前後進の位相が互に１２０度ずれ、各プランジャの吐出サイクルの位相も１２０度づつずれることになる。この３本のプランジャ１１からの吐出量の合計は、ほとんど脈動が無く、ほぼ一定に保たれる。なお、ポンプケーシング１２には、流体の吸込ライン１３（タンク側に接続）と吐出ライン１４（ミキサー側に接続）が設けられ、弁１５によって、プランジャ１１の吸込みと吐出の切り替えが行われるように構成されている。

本考案においては、ミキサー４として、スタティックミキサーを用いる。ここで、スタティックミキサーとは、回転駆動される攪拌羽根のような、外力による攪拌手段を持たず、流体の慣性力と粘性力のみで混合攪拌するミキサーをいう。代表的なものとして、２液が混合された後の流路の障害物を設けて混合攪拌するラインミキサーと、２液の一方を又は双方を流路内にジェット状態で吹き込んで、その乱流により攪拌するジェットミキサーがあげられる。
本実施例においては、円筒状のミキサーの内部に、障害物を置いて障害物付近の流れの乱れにより混合するラインミキサーを用いた。なお、本考案においてスタティックミキサーを用いる理由は、ミキサーの容積を小さくすることができ、塗装終了後に塗装装置内部に残存する塗料の量を少なくできるためである。

本考案においては、主剤流量計３ａと硬化剤流量計３ｂは、ともにコリオリ質量流量計を用いることが好ましい。コリオリ質量流量計は、振動する測定管内を流れる流体の質量流量に比例して発生するコリオリ力を利用して、その流量を測定するものである。コリオリ質量流量計は、その測定原理から、流体の粘度等の物性変化の影響を受けないため、２液の質量混合比を一定に保つという、本考案の目的にきわめて好適である。

図１に示すような本考案の装置を使用して、水道管の外面塗装を行なった。塗料は、水道用ウレタン塗料を用い、主剤と硬化剤の混合比は重量比で３．６５：１、管理範囲は±１０％（３．２８〜４．０２：１）であった。主剤ポンプのモーター容量は５．５ＫＷ、硬化剤ポンプのモーター容量は２．２ＫＷで、３〜５ｋｇ／ｍｉｎの塗料吐出量が確保され、インバータ制御によって精度良く混合比と流量を調整・維持することができた。

塗膜の品質の例として、塗装中に混合比の変動が生じると、所定の塗膜厚を得るため重ね塗りする過程で、図３(ａ)に示すように、塗膜断面に層状の不均一が生じる。この層状の不均一さは、塗膜断面内で硬度の不均一が生じていることによると考えられる。このような断面に不均一さのある塗膜では、層状剥離が懸念されるため、図３(ｂ)に示すような均一の塗膜断面が理想的である。
従来のエア駆動式のプランジャポンプによる塗料の供給では、図３(ａ)のような層状の不均一が発生するケ−スが多かったが、本考案の装置を用いることにより、図３(ｂ)に示すような、品質良好な塗膜を確実に得ることが可能になった。

また、流量と混合比の変動状況例として、図４に測定チャートを示す。従来のエア駆動式のプランジャポンプによる塗料の供給では、図４(ａ)に示すように、管理値内ではあるが流量および混合比に変動を生じている。一方、本装置による塗料供給では、図４(ｂ)に示すように、流量・混合比ともに高精度に調整・維持が可能なことが確かめられた。

本考案の実施例である塗装装置の構成を示す図である。 本実施例で用いた３連プランジャポンプの構成を示す模式図である。 塗膜断面の顕微鏡写真の例である。 流量・混合比の変動状況の測定例である。

符号の説明

１ａ 主剤タンク
１ｂ 硬化剤タンク
２ａ 主剤ポンプ
２ｂ 硬化剤ポンプ
３ａ 主剤流量計
３ｂ 硬化剤流量計
４ ミキサー
５ 塗料ホース
６ スプレーガン
７ａ，７ｂ 電動モーターでター
８ａ，８ｂ 回転速度制御手段
９ モーター軸
１０ カム
１１ プランジャ
１２ ポンプケーシング
１３ 吸込ライン
１４ 吐出ライン
１５ 弁

Claims (3)

1. 主剤と硬化剤を混合する２液型塗料の高圧・大容量の塗装装置であって、
   主剤と硬化剤のそれぞれを加圧して定量吐出するモーター駆動の一対のポンプと、該ポンプから供給された主剤と硬化剤とを混合するスタティックミキサーと、該ミキサーから供給された塗料を塗装するスプレーノズル又はロールコーターからなる塗装機と、前記モーターの回転数をそれぞれに制御するインバータ方式の回転数制御手段と、前記ポンプと前記ミキサーの間に配され、主剤と硬化剤のそれぞれの流量を測定する一対の流量計を備え、前記ポンプのそれぞれに、吐出サイクルの位相が互に対称的に相違する２連以上のプランジャポンプを用いて、主剤及び硬化剤の吐出流量の脈動を軽減するとともに、前記流量計の情報に基いて前記モーターの回転数を調節することにより、前記ポンプの吐出流量の精密な制御を可能にしたことを特徴とする２液型塗料の塗装装置。
2. 前記ポンプとして、吐出サイクルの位相が互に１２０度相違する３連のプランジャポンプを用いたことを特徴とする請求項１記載の塗装装置。
3. 前記流量計として、コリオリ質量流量計を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の塗装装置。