JP3122834U - 転写を利用した静電粉体塗装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗装困難であったり塗装不能であった形状物に対しても粉体塗装が施せるようにする。
【解決手段】粉体塗料を静電気によって一旦中間被塗物に付着させた後、この中間被塗物に付着している粉体塗料を転写によって目的被塗物に塗布するようにした。中間被塗物に付着している粉体塗料に別途初期飛跳エネルギーすなわち転写エネルギーを与えるようにするには、例えば機械的振動や掻き落とし、出来るだけ少ない空気によるエアー・パージや音波振動を被塗物の形状に応じて与えるようにする。
【選択図】図１

Description

本考案は、従来の静電粉体塗装法において、粉体塗料の輪送手段及び分散手段としてエアーを使用していた為塗装困難または塗装不能であった形状物や、ガンタイプの通常の静電粉体塗装機を近づけると空気の絶縁破壊を起こしてスパークが飛び粉体を帯電させるための適正な静電界が得られない形状物を塗装するのに有効な、転写を利用した静電粉体塗装装置に関する。

静電粉体塗装では、被塗装物と塗装機の間に静電界場を形成し、その空間に粉体塗料を空気で送り込んで帯電させ、粉体塗料を被塗装物に吐出して塗布するようにしている。また粉体塗料を塗装機の管路内を通過させ、この管路壁との摩擦によって粉体塗料を帯電させてから被塗装物に吐出して塗布するようにするものもある。更に帯電粉体粒子以外に高電圧の電界が作る大量の電子を被塗物に送り込んで、静電誘導で被塗物表面に集まる反対の極性電荷を弱めることも行なわれている。

上記の静電粉体塗装法を利用したパイプ内面塗装に於いては、塗装機ノズルをパイプの内側に挿入しなければならないため、ノズルの大きさ以上の径のパイプにしか塗装できなかった。更に粉体塗料を送り込むのに大量の空気を消費するので、例えノズルが挿入出来たとしても粉体塗料を運んできた後の空気がごく狭い逃げ道を通過せざるを得ず高速度となり、付着しようとしている粉体塗料のみならず、すでにパイプの内面に付着している粉体塗料をも吹き飛ばしてしまうという問題があった。従来ファラデー・ケージによる電界消滅のため塗付着しないと言われてきた凹形コーナーは、殆どこの吹き飛ばしに起因するものであることが分かった。また小径パイプ内ですなわち狭い空間で高圧の静電界をかける静電粉体塗装の場合、空気の絶縁破壊を招いてスパークが飛び、粉体塗料に着火して小規模の粉塵爆発が生ずることがあった。従ってこの考案では上述のような問題点の解決を課題とする。

なお中、大径管でも従来の直接塗装法では均一膜厚を得るためパイプを回転する必要があった。しかし付着しない粉体塗料が落下して下にたまり、さらに回転によって付着している粉体塗料の層までも削り取ってしまうので、パイプを予熱し付着した粉体塗料を直ちに溶融して粘着させなければならなかった。このことはガンの冷却が必要になりノズルなどが極端に汚れて種々の２次的問題が発生した。またしばしばパイプの回転数、ガンの移動速度、塗料の吐出量の関係で塗膜にスパイラル状の縞模様が発生し、パイプとしての流量特性を低下させた。なお粉体塗料自体には何らかの理由で帯電付着能力のない、或いは著しく劣った粉体塗料が混じっていることがあった。

上記課題は、粉体塗料を静電気によって一旦中間被塗物に付着させた後、この中間被塗物に付着している粉体塗料を転写によって目的被塗物に塗布することにより達成される。すなわち例えばパイプの内面への塗装は、このパイプ内に挿入可能な中間被塗物に粉体塗料を付着させ、この中間被塗物をパイプ内に挿入し、ここからパイプの内面へ粉体塗料を転写するようにすればよいのである。従って中間被塗物に一旦帯電付着している粉体塗料を空気を全く用いず、あるいは殆ど用いず、転写によって目的被塗物に移し替えるので、大量の空気による粉体塗料の分散が必要なく、空気による吹き飛ばしのマイナス作用がなくなる。また上述したような静電粉体塗装の場合のように高電圧を印加する必然性がなくなるので安全である。このようにして小径のパイプ内面に粉体塗装が施せるようになったのである。また例えばモータのロータ等の狭いスリットの中でも確実に静電付着力を使った粉体塗装が可能になり、かつある程度の狙い打ち的な局所塗装が可能になり、余分な箇所への汚れが少なく出来るようになっている。

なおさらにこの考案によれば冷間で塗装でき、回転が要らず、塗装速度は向上し、縞模様は関係なくなるという２次的な作用が生じている。このことは通常の形状物の静電粉体塗装に対してこの考案を採用すればハンガー等への汚れを軽減でき、塗装ライン管理の負荷を改善できることを意味する。またこの考案によれば、中間被塗物に一旦付着した粉体塗料は帯電付着能力のあるもののみとなるため期せずして静電付着力のある粉体塗料の選別を行なうことができ、塗料を直接塗布する方法に比して塗着効率や塗膜厚均一性が良好である。特に直接塗布する方法で見られたような付着能力がなくて落下する粉体塗料がすでに付着している粉体塗料を削り取ってしまうような不具合が抑えられる。

ところで静電反発力を期待して粉体塗料が帯電している電荷と同じ極性、塗装時と同程度の電圧を中間被塗物に与えても、中間被塗物に付着した粉体塗料は殆ど動かないことが分かっている。また一旦帯電して中間被塗物に付着した粉体塗料は直ちに自分の持っている電荷を空気中に放電し始める。こうして電気を失った粉体塗料は自重力で脱落すると言うことが殆どないが転写する能力は時間と共に失われていく。そこで前記中間被塗物に付着している粉体塗料には出来るだけ早く、別途初期飛跳エネルギーすなわち転写エネルギーを与えるようにすると良い。例えば機械的振動や掻き落とし、出来るだけ少ない空気によるエアー・パージや音波振動を被塗物の形状に応じて用意する。これ等の何れの手段によっても転写効率が向上する。

なお上述した放電について、粉体塗料自体の物性、周囲の温度湿度条件に左右されるが、粉体塗料が帯電している内のほうが転写に都合が良く、実用上数十秒から数分の間に転写しないと転写効率が低下することがこの考案により分かっている。また飛跳した粒子が他の粒子が作る電界の影響を受けたり、リバウンドにより戻ってくる場合がある。そこで転写効率を高めるため帯電粉（粉体塗料）の極性と同じ極性の電位を中間被塗物に与えるようにすることも好ましい。すなわち中間被塗物と目的被塗物の間に比較的低電位の電界をかけてやるのである。これは静電反発力による粉の戻りを抑止しする目的のもので、あらたに粉に電荷を与えるものでないから１００Ｖ〜数ｋＶで十分である。

静電粉体塗装における転写にはギャップが必要である。転写の距離ギャップは粉体塗料の物性、帯電量、粒径、周囲の空気の温度湿度条件、補助印加電圧等に左右されるが、通常の粉体塗料であれば実用上１０ｍｍ以下、転写効率を考慮に入れれば数ｍｍ位が最適である。しかしこの考案は必ずしもこれに拘らない。

この考案は転写を用いて塗装を行なうものであるため、空気による粉体塗料の分散や吹き飛ばしのマイナス作用がなくなっている。また高電圧を印加しなくてよいため、スパークを引き起こす問題が生じなくなっている。このようにして、従来では塗装困難であったり塗装不能であった形状物に対しても粉体塗装が施せるようになっている。またある程度の狙い打ち的な局所塗装が可能になり、塗装を施したくない部分に対する汚染も減少している。

以下、この考案の実施の形態に付き図面を参照しつつ説明するが、この考案はこれ等の実施形態にのみ限定されるものではない。

（第１実施形態）図１はこの実施形態の静電粉体塗装に係るものである。中間被塗物２に付着させた粉体塗料３を機械的な掻き落とし装置５（ヘラ状体である）によって中間被塗物２からこそぎ落とし、目的被塗物１に転写、塗布するものである。ここでは目的被塗物１を固定しておくものとし、中間被塗物２を目的被塗物１のバージンな面（未塗装の部分）に粉体塗料３を転写させながら移動させる。前記掻き落とし装置５は中間被塗物２より遅い速度で中間被塗物２と同一方向に移動させる。粉体塗料３の種類によっては、自己の所有する電荷のみで静電誘導の電界を形成し、目的被塗物１の表面に反極性の電荷を集めて容易に転写する。なお前記掻き落とし装置５は粉体塗料３の中間被塗物２に対する静電的束縛力を解くものであるが、粉体塗料３が目的被塗物１に当たって跳ね返ったり、粉体塗料３の粉粒子同士の衝突で戻って来て、中間被塗物２に再付着する事もあり得る。そこで転写効率を高めるため中間被塗物２と目的被塗物１の間にわずかな電位差を与えることによって再付着を防止するようにしてもよい。なお符号４は粉体塗料３を供給する静電粉体塗装機を指し示す。なお中間被塗物２を固定しておき、目的被塗物１と掻き落とし装置５とを移動させるような設計とすることが可能である。

（第２実施形態）上述の第１実施形態は板状の目的被塗物１への転写を利用した静電粉体塗装に係るものであったが、この第２実施形態はパイプ内面塗装に関するものである。内面塗装を施したいパイプである目的被塗物６の内径よりも数ミリ〜十数ミリ程度径の細い、パイプ状の中間被塗物７を用意し、両パイプのセンターを合わせ、中間被塗物７を目的被塗物６の中に挿通可能に設定する。そして目的被塗物６のパイプの口よりも外側で、静電粉体塗装機４によって中間被塗物７に粉体塗料３を一旦付着させる。中間被塗物７をその外周面に帯電粉である粉体塗料３を付着させたまま目的被塗物６の内部を移動させつつ、中間被塗物７にぴたりと被せたパイプ状の掻き落とし装置５によって帯電付着粉を飛跳させて、目的被塗物６の内面に転写するのである。ここでは目的被塗物６を固定しているが、掻き落とし装置５の移動速度が中間被塗物７の移動速度より遅ければ必ず一定量が掻き落とされる。従って塗料の付着量は、中間被塗物７の移動速度、掻き落とし装置５の移動速度、及び静電粉体塗装機４の塗装能力によって調整できる。なお符号８は目的被塗物６の内壁面を転動するローラを用いたセンタリング装置であり、また符号９は中間被塗物７をローラで支える外部パイプ支持具を指し示している。

（第３実施形態）この実施形態はモータのロータのスリット塗装を行なうための静電粉体塗装に関する。モータのロータやステータの狭い空間は巻線の電気絶縁のために、しばしば粉体塗装が要求されるが、ファラデー・ケージのためスリット内部には電界が形成されない。従って、外方からの吹き付けでは本来の意味の静電粉体塗装は難しく「吹き飛ばし」効果の方が多い。また外周部など塗料が着いては困る部分に付着させると、それを取り除く余計な作業が必要となる。そこで図３R>３はモータのロータ・スリット塗装の例であるが、このスリットの断面を雌型とし、これに形状が対応し且つ一定のギャップを取るべく寸法を小さくした雄型を中間被塗物１１とし、これに先ず粉体塗料を付着させる。而して中間被塗物１１をモータのロータ１０のスリットに挿入し、スライドさせつつ、掻き落とし装置５でモータのロータ１０のスリットに転写することによって、塗りたいところを狙った塗装が出来るのである。

（第４実施形態）この実施形態は中間被塗物に機械的な振動を加えることによって転写、塗装を行なうための静電粉体塗装に関する。粉体塗料の各粒子は、粒径と比重との単純計算からナノグラムのオーダーにあると想定される。質量がこの位小さくなると相対的に静電力が強力に作用するため、弱い振動では十分な転写エネルギーを与ることができない。従って相対的に強力な静電力に打ち勝つためには衝撃振動、あるいは高音領域の音波振動、更には超音波振動のような高周波数振動を加えてやることが必要になる。図４は振動、特に衝撃により帯電粒子に転写エネルギーを与える転写エネルギー付与装置の例である。重錘としてのハンマー１２に電磁石１４を取り付けると共に、状態復帰用のコイルバネ１３を取り付け、ハンマー１２を中間被塗物７に接触し得るように構成した。すなわち粉体塗料を静電付着された中間被塗物７は目的被塗物６に挿入された後、前記ハンマー１２によって衝撃を与えられる。これにより中間被塗物７に付着している帯電した粉体塗料３は中間被塗物７から飛跳することができる。

（第５実施形態）図５はこの実施形態の音波振動による転写エネルギー付与装置を表わす。中間被塗物７が比較的軽い剛体で出来ている場合、音波発生器から発せられる音波による空気振動１７を受けて一旦付着した粉体塗料３が飛散する。前記音波発生器はコーンに取り付けられた永久磁石１６とこの回りに設けたボイスコイル１５とにより構成される。この場合前記音波発生器と中間被塗物７とは空間的に隔離することが可能である。

（第６実施形態）この実施形態は中間被塗物に機械的な振動を加えることによって転写、塗装を行なうための静電粉体塗装に関する。図６は細い金属線１８を中間被塗物としたものを表わす。この金属線１８に張力調整装置１９により張力を与えると、楽器の弦のように細微な機械的振動を起こして、付着している粉体塗料３に静電力に打ち勝つに十分な転写エネルギーを与えることが出来る。なお細い金属線１８の代わりにギターの弦のような金属製の弦を使用することが可能である。

（第７実施形態）この実施形態は上述の第２実施形態に於ける掻き落とし装置５を使用した掻き落としとは異なり、中間被塗物に弾性体を用い、その変形を利用した掻き落としの例である。すなわち粉体塗料３を例えばゴムのような弾性体で出来た筒２０の外周に付着させ、その筒２０の内部で掻き落とし棒２１を移動させて、筒２０を局所的に膨らませて（内部からしごくようにして）粉体塗料３に転写エネルギーを与えるものである。粉体塗料３は自己の電荷により静電誘導で筒２０の表面に付着しているが、筒２０に弾性変形が起きると静電誘導のバランスが崩れて転写エネルギーを与えられる。弾性変形を利用することによって第２実施形態に於ける掻き落とし装置５の場合に生ずる、中間被塗物７と掻き落とし装置５との境部での粉体塗料３の噛み込みの問題が避けられると言う特徴がある。

（第８実施形態）図８はこの実施形態の空気消費量の少ないエアー・パージによる転写エネルギー付与装置の例である。筒状の中間被塗物７に粉体塗料３を静電付着させ、僅かなギャップを設けたエアー・パージ式掻き落とし装置２２でエアー・パージさせながら、粉体塗料３に転写エネルギーを与えていくものである。しかし塗装対象はエアー２３の逃げ道が充分確保できる形状物でなければならない。

第１実施形態の掻き落としによる板状体への静電粉体塗装を表わす。 第２実施形態の掻き落としによるパイプ内面への静電粉体塗装を表わす。 第３実施形態の掻き落としによるモータのロータ・スリットへの静電粉体塗装を表わす。 第４実施形態の衝撃による転写エネルギー付与装置を表わす。 第５実施形態の音波振動による転写エネルギー付与装置を表わす。 第６実施形態の細い金属線１８に対する衝撃による転写エネルギー付与装置を表わす。 第７実施形態の中間被塗物の変形を利用した掻き落としによる転写エネルギー付与装置を表わす。 第８実施形態のエアー・パージによる転写エネルギー付与装置を表わす。

符号の説明

１ 目的被塗物
２ 中間被塗物
３ 粉体塗料
４ 静電粉体塗装機
５ 掻き落とし装置
６ 目的被塗物
７ 中間被塗物
８ センタリング装置
９ 外部パイプ支持具
１０ モータのロータ
１１ 雄型中間被塗物
１２ ハンマー
１３ コイルバネ
１４ 電磁石
１５ ボイスコイル
１６ 永久磁石
１７ 音波
１８ 金属線
１９ 張力調整装置
２０ 筒
２１ 掻き落とし棒
２２ エアー・パージ式掻き落とし装置
２３ エアー

Claims (1)

1. 中間被塗物と、この中間被塗物に粉体塗料を付着させる静電粉体塗装機と、中間被塗物に付着した粉体塗料を目的被塗物に塗布する転写機とから成り、前記転写機が掻き落とし装置である、転写を利用した静電粉体塗装装置。
   

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