JP3866182B2

JP3866182B2 - 静電塗装ガン及びその外部帯電電極

Info

Publication number: JP3866182B2
Application number: JP2002317850A
Authority: JP
Inventors: 卓也松本; 康弘落井
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004148240A; CN1720105A; CN1720105B

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は特に水系塗料，メタリック系塗料等の高導電性塗料を静電塗装する場合に最適な塗装効率と安全性、作業性に優れた静電塗装用スプレーガンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電塗装は、噴霧される塗料粒子に高電圧静電気を帯電させ、静電スプレーガンから被塗装物に形成される電界によって塗着効率を向上させる塗装方法として広く採用されている。この様な静電塗装に使用される塗料は、作用効果の関係で電気的に抵抗値の大きい溶剤型塗料と電気抵抗値の低い水系もしくはメタリック系塗料等の高導電性塗料に大別され、その塗装方法、装置が大きく異なっている。
【０００３】
すなわち揮発性有機化合物を含む溶剤型塗料は、近年の環境問題から使用の削減が求められ、水系塗料への移行が必要とされてきている。しかしながら噴霧される塗料に直接帯電させて静電塗着効果を高めようとした場合、水系塗料の場合は、通常の装置では荷電する高電圧が塗料を通じて接地された塗料供給源に流れ、静電効果が得られないだけでなく、塗料供給系に高電圧が流れ危険性が生ずる。
【０００４】
このため塗料供給系を接地側から絶縁し、高電圧を維持しながら静電塗装を行う方法・装置が用いられている。しかし膨大となる塗料供給系の帯電量から、危険性の増加は避けられず、また連続的に塗装作業を行い工業的に効率を上げるには、特開平６−１９８２２８に見られるような塗料供給装置を使用する必要があり、大がかりな装置の導入が必要で、使用上の注意、保守の問題も発生する。
【０００５】
これらの問題から、水系塗料やメタリック塗料の静電塗装は普及が進まず、環境対策への遅れの原因になっていた。一方、塗料に直接荷電せず噴霧域の外部に設置した電極からの放電によりイオン化された領域を通過する塗料粒子に帯電させ、被塗装物に向かう電気力線（電界）に載せて被塗装物に塗着させる外部電極を用いた静電塗装機が知られている。
その一つとして、スプレーガンに一体とし、共動する装置として、特許第２７７００７９号や、特開平７−２１３９５８の如き静電塗装装置が提案されている。
【０００６】
外部電極方式の静電塗装スプレーガンは、スプレーガンによる噴霧塗料領域から外れた位置に設置された外部電極に高電圧を印加することにより、被塗装物等の接地電位側に放電させて電界を形成し、個々を通過する塗料の微粒子に帯電させると共に被塗装物へ向かって形成される電界に載せて塗着を促進するものである。しかし前述の直接帯電方式に比較し放電域を通過する塗料粒子への帯電効果は低く、充分な静電効果が得られていない。
【０００７】
一般に商業的に使用しての効果が得られる静電塗装用スプレーガンとして、主に溶剤系塗料に使用される直接帯電式の場合、電極への荷電電圧は−３０ｋＶから−７０ｋＶ程度、電位差があるほど効果が得られるが、高電圧による火花放電や電撃放電の危険性増加と、装置の耐電圧強度等からは、なるべく低いことが要求される。したがって−５０ｋＶ前後で使用されることが多くなっている。これに対し外部電極方式の場合は、より高い電位差で荷電されるのが一般的となっている。
【０００８】
直接塗料の噴霧中心に荷電電極を設置して効率良く帯電する方式に比べ、外部帯電方式は実用的効果を得るために、より高い電圧を必要とし、荷電電極の位置は、実質的に接地電位側になる噴霧塗料の噴出口への危険な放電及び放電による荷電電極の電圧低下を防止するために噴霧装置の前方に設置される。
通常、商業的なスプレーガンの場合、８０ｍｍから１５０ｍｍともいわれ、大きく突き出す構成になっている。このために多くが自動塗装装置に付帯させて駆動される自動スプレーガンとして使用されていた。すなわち手持ち式スプレーガンとしては荷電電極が大きく前方に突き出し、かつ噴霧塗料の付着による機能低下を防止するために噴霧の中心軸から外して側方に置かれるために、大形で操作のしにくいスプレーガンとなって作業者の負担を増大することになっていた。
【０００９】
手持ち式の静電塗装スプレーガンとしての提案も見られるが、実用的レベルにおいて先端に突き出す電極が操作性を悪くし、また操作中に物品にぶつけて破損する危険性がある等の問題が多く残存し、提案されているものの普及を妨げていた。また塗料への直接帯電に比べ外部に設けた電極の放電による帯電とでは大きな差があり、より高い電圧の使用による安全性の向上、効果的な帯電による塗着効率の向上が要求されその解決が求められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように外部帯電式の場合は帯電効果が充分に得られないことから、より高い電圧の使用とこれに対する危険性への配慮、高電圧による絶縁破壊に対する考慮を必要とし、スプレーガンとしての装置の小形化、手持ち式スプレーガンとしての実用化に多くの問題があった。
【００１１】
本発明が解決すべき根本の課題は、外部帯電電極を有する静電塗装スプレーガンの操作性の向上であり、安全性の確保による作業者の保護である。更に静電塗装スプレーガン自体の小形化を図り、手持ち式のスプレーガンに使用できる装置として信頼性の確保と塗着効率の向上であり、これによって使用範囲を拡大、水性塗料の静電塗装普及を図ることにある。そのため外部に突出する電極体自信の小形化、取扱い性の容易化が非常に大きな課題となる。
【００１２】
また静電塗装に限らず塗装用スプレーガンは、工場における自動化ラインで量産塗装する場合に自動スプレーガンが使用されているが、作業者による操作で使用される手持ち式のスプレーガンが塗膜の最終品質を決定する工程において多く使用されており、かつ安全性、操作性において問題となるのがこの種のスプレーガンである。この場合スプレーガンの取扱性、操作性は、単に塗着効率向上の経済性だけでなく作業能率の向上、塗装品質の向上・安定性につながり、総体的、長期的に見た場合の改善効果は極めて重要な要素となる。
【００１３】
この点で従来の静電塗装用スプレーガンは、自動装置等に装着される自動スプレーガンを前提としており、取扱性、操作性及び直接作業者に及ぼす危険性に対する厳密な安全対策、小形化に改善の余地がある。通常使用されるスプレーガンの領域において外部電極を配置するに、噴霧ノズルから前方に大きく離れた位置に配置する必要から電極は軽量であることが重要であるが、必要な要素の部材を組み合わせることにとらわれ、これを使用する作業者の最も必要とする取扱いや軽量化の問題が解決されていない。また電極に荷電する高電圧発生器をスプレーガンと一体に設けて高電圧ケーブルの重さより作業者を解放させること、噴霧ノズルより前方に突出する高電圧に荷電される電極から危険性を排除することにより総合的に実用価値の高い静電塗装用スプレーガンが要求される。
【００１４】
一方塗料が外部電極や電極保持部に付着した状態で塗装を続行すると、蓄積された塗料粒子が堆積を増して塗料の垂れを起し、塗装の仕上り品質を低下させ、塗装機の信頼性を損なうという問題がある。また水系塗料のように固まりやすく塗料中の希釈液では溶けない場合は、固形分が絶縁の作用をし電極としての作用効果が大きく減少する。
したがって長期の使用に耐えられること、機能が低下もしくは不能になったときには直ちに正常状態に復帰できることが要求される。
【００１５】
本発明は上述した従来技術の問題と要求に鑑みなされたもので、使用される静電塗装の主要な範囲で、作業者が使用して安全であり、使い易く、かつ生産性、経済性に効果が得られ、結果として環境問題に大きな改善となる水系塗料の活用普及に貢献できる静電塗装用スプレーガンを得ることができるものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では静電塗装用スプレーガンとして高電圧発生器と噴霧化装置を備え、該噴霧化装置に供給される塗料の経路とは電気的絶縁を維持して離開し、噴霧化装置の外側に噴霧化装置の前方に突出して外部荷電電極を設けたスプレーガンにおいて、噴霧化装置の後方に導電性ハンドルを備えた手持ち式のスプレーガンの外側に設けた電極接続部に、外部荷電電極を着脱可能とする。これにより外部電極が汚れて機能が低下しても簡単に交換して正常状態に復帰できる。また操作中に誤ってぶつかり破損した場合なども同様である。
【００１７】
電極接続部は噴霧化装置と後部のハンドルとの間に設け、外部荷電電極の小形化スプレーガンの操作性を損なわないようにしている。別の安全性の面から、電気的接合部の高電圧出力側に設けた第１の高抵抗に対し、電極側に第２の制限抵抗を設けることによって、高電圧が荷電される電極側の静電容量を減少させることができる。
【００１８】
また着脱部は高電圧出力部との電気的接合部と着脱部嵌合面の外表面露出端部との距離を沿面放電が防止できる距離とし、高電圧が外表面に接地電位側になる物体が接近した場合や表面の汚れ等の影響を受けスプレーガン先端もしくは後部ハンドルの接地電位側に沿面放電することを防止している。
【００１９】
接続部そのものを短くし、銃身部を短くする場合に効果的に沿面放電を防止する手段として、電気的接合部と着脱部嵌合面の外表面露出端部との間に折り返し部を設けることが採用される。これにより高電位となる電極接続部と外部表面との絶縁を保持し、ガン本体の着脱部の長さや着脱可能とした電極体の長さを短くでき、取り扱い性の容易化を図れる。
【００２０】
折り返し部は複数の同心状の深い溝を交互にはめ込む形状によって沿面距離を長くし外表面部への沿面放電を防ぐことができる。また外部電極そのものを短く構成し、取扱いを向上させることが可能となる。
【００２１】
更に本発明の特徴は外部電極を先端に露出し、絶縁体で構成される電極体を柔軟性もしくは弾性材料で形成することによって予期せぬ衝突等による破損変形から電極体を守ることである。衝撃を吸収し、一時の変形に対応することで破損を防ぎ、耐久性を向上する。より大きな衝撃を受け、電極体が破損に至るような時は、スプレーガン側に設けた取付部の破損を引き起こさず、電極体が外れるかその一部が破損し最小限の損害で済むよう、電極体の一部に弱部を設けることも必要な手段である。これによって装置全体の被害を最小限にとどめ、電極体を簡単に交換することで正常状態に戻すことが可能となる。
その他細部の特徴については実施例の中で説明する。
【００２２】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施例を図１から図７に基づき説明する。
１は本実施例による外部帯電式静電スプレーガンを示し、該スプレーガン１は、手持ち式の例を示しハンドル２、引金３をもって操作される。銃身部４は先端に設けた噴霧化装置５より噴出する塗料を制御すると共に、銃身部４の上部に配置された高電圧発生器６に供給する低電圧電源の入出力を制御して、スプレーガン１の外側に設けた外部電極体を構成する外部電極７の先端電極７１に荷電する高電圧を制御している。
【００２３】
この実施例の場合噴霧化装置５は圧縮空気で塗料を霧化するエアースプレーガンが示されており、塗料ノズル５２の周囲に空気キャップ５１が配置され、所望の噴霧パターンが、この空気キャップ５１により形成されて被塗装物の塗装を行う。これらの構成は広く知られたスプレーガンの構造が採用されているが、静電塗装においては銃身部４を含め電気的絶縁材料で形成されている。本発明において水系もしくは高導電性塗料が使用され外部に荷電電極を設けたスプレーガンの場合、塗料経路はアース側電位と接続されるため、塗料ノズル５２内のニードル弁５３は金属性で、後部に位置する前記ハンドル２と電気的に接続されている。通常の静電スプレーガンがそうであるようにハンドルは導電性であり、この実施例の場合は半導電性の樹脂を使用して、作業者が手で操作する場合にアース側電位になるようにしている。
【００２４】
高電圧発生器６は図２に示すように、低周波トランス６１、コッククロフトウォルトン多段倍電圧整流回路６２、保護用高抵抗６３が絶縁性樹脂で鋳込まれたカートリッジ６４で構成されている。カートリッジ６４は低電圧の供給側に入力端子６５、高電圧出力側に出力端子６６を露出している他は電気的に絶縁強度が維持されている。
【００２５】
カートリッジ６４は、絶縁材で形成されたスプレーガン１の銃身部４に設けた装着部１１に挿入され、前記高電圧発生器６の出力端子６６が導線１２と接続される。スプレーガン１の銃身部４には別に外部電極７が装着される電極体接続部を構成する絶縁材の電極接続部１３が設けられ、その電極接続部１３に形成された挿入孔の底部には、前記導線１２の他端が接続端子１４として露出している。
【００２６】
電極接続部１３に装着される外部電極７は先端部に前記先端電極７１を露出させ、後端に着脱部７２を設けて全体が絶縁材で形成されている。着脱部７２の一端より接続端子７３を露出させ、該接続端子７３と先端電極７１との間を導体７４で接続している。外部電極７が銃身部４の電極接続部１３に装着されたとき、接続端子７３と銃身部４側の接続端子１４が接触し電気的に接続される。本実施例では接続を確実に行うため接続端子７３がバネの構成をしているが、接続端子１４側をバネで形成しても良い。
【００２７】
外部電極７は図４に一部を示すように、電極接続部１３に差し込み、わずかに回転させることによって係止溝１５に係止片７５を係止させることで固定され、必要な先端電極位置とした外部電極を配置することができる。この係止方法は本例に限らず、通常使用されている係止手段、すなわち単に差し込み、その寸法精度によって密着し摩擦力で必要な固定力を得ても、変形する係止片と溝のかみ合わせにより係止させ、取り外す際は係止片を開放させて外す方法を用いること等選択が可能である。
【００２８】
外部電極７は簡単な構成で、かつ容易に着脱できるため交換が容易に可能で噴霧作業による先端電極部の汚損や万が一の破損があっても直ちに交換ができ、作業の大きな中断をせずに続行することができる。また接続部を噴霧化装置の後部に配したことにより、細くできる外部電極７の先端部のみを噴霧領域側に置くことができ、噴霧に影響を与えない範囲で帯電効果をあげうる近い位置に設置することが可能になっている。
【００２９】
更に本発明の大きな特徴は、図３から図５に示されている。
外部電極７の着脱部７２は中心部の導体７４と接続端子７３の周囲に同心状の深い溝７６が設けられ、これと嵌合するように銃身部４の電極接続部１３も同心状の溝１６が形成された挿入孔になっている。外部電極７の前記着脱部７２を挿入孔に装着したとき、接続部の沿面長さはこの溝内を折り返しながら、接続部の外表面露出端部７７に至る。したがって接続端子７３に荷電された高電圧は外表面露出端部７７に至るまで充分な沿面距離を確保することができ、外表面露出端部７７にアース電位にある物体が接触しても不測の放電や絶縁破壊を防止することができる。
放電を防止する沿面距離は、通常１０ｋＶ当たり１５mm前後を必要とするが、本発明によれば折り返しにより着脱部を短くでき、取扱いやすくできると共に、着脱部の構成を短くできるためにスプレーガン自体の長さも短く構成することが可能となる。
【００３０】
外部電極７は、スプレーガン１側に設けられた高電圧発生器６の高電圧出力端子６６に制限用高抵抗６３を通して出力された高電圧が供給されるために不慮の電撃が防止される構成になっているが、外部電極７に使用される導体７４に帯電する静電容量に対しては急激な放電が避けられない。このため図７に示すように外部電極７の先端７１電極近傍に第２の高抵抗７８を設けることによって、更に安全性を得ることが可能となる。第２の高抵抗７８は外部電極７が操作、取り扱い性を低下させない程度にその大きさが選定される。
この様な構成は制限用高抵抗の分散を図り、高電圧発生器６側に設けた高抵抗６３の大きさを小さくし、高電圧発生器６そのものの小形化を図り、スプレーガンの小形化、軽量化を更に進めることが可能となる。
【００３１】
さらに本発明においては、外部電極７を柔軟性もしくは弾性材料で形成することを提案している。すなわち絶縁性樹脂で成型される電極体７０はポリエチレン、等の樹脂で形成することによって不慮の落下、操作中の物体との衝突等による衝撃を避け、噴霧化装置の前方に突出する電極体の破損を守ることができる。
衝撃を避けられず破損に至る場合においても、例えば図７に示すように、外部電極７の一部分に曲げ強度の低い材質部分７９を包含させることによって、スプレーガン本体側の電気接続部１３より強度を弱くし、簡単な構成で消耗品的に取り扱える電極体のみの破損、交換で済ませ、損害を最小限にとどめることができる。
【００３２】
なお外部帯電式静電ガンの使用はいうまでもなく、水系等の導電性塗料が塗装されるもので、噴霧化装置から噴出する塗料の微粒子が、その前方に設けられ噴出する塗料への放電により形成されるイオン化域を通過する際に帯電し、対電極に置かれた被塗装物に向かって塗着し、その効果を向上するもので噴霧化装置は本実施例のエアースプレーガンに限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は高電圧発生器を有する手持ち式の静電塗装ガンに、外部電極を簡単に着脱、交換できるようにしたため、手持ち式として各種塗装条件に対応が可能で、操作性、取り扱い性の優れた実用性の高い外部帯電式静電塗装機を得ることができる。
【００３４】
また外部電極は着脱部に折り返し部を設けたことにより、短い着脱部により必要な沿面放電防止距離を得ることができ、外部電極体の小形化を図り、かつスプレーガン自体の小形化を図ることができるため設置の容易化、操作性の向上等実用的に使用を継続する上での問題点を改善できる。
【００３５】
更に外部電極を最小限の構成にしたことで、日常使用の交換を容易にでき、破損した場合においても静電塗装ガン本体の破損に至らず、安価な外部電極のみの交換で済み、損害を押さえることが可能で実用上の効果が大である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例を示す断面図
図２は、高電圧発生器の構成図
図３は、外部電極取付部の部分断面図
図４は、外部電極を取り付け部に嵌め込んで固定した時の部分外観図
図５は、外部電極の断面図
図６は、図５のA−A断面図
図７は、外部電極の断面図
【符号の説明】
１、スプレーガン本体
２、ハンドル
３、引金
４、銃身部
５、噴霧化装置
６、高電圧発生器
６４、カートリッジ
７、外部電極
９、外部帯電ユニット
１３、電極接続部
７１、先端電極
７２、着脱部
７３、接続端子
７５、係止片
７６、溝
７７、外表面露出端部

Claims

噴霧化装置を備え、該噴霧化装置に供給される塗料の経路とは電気的絶縁を維持して離開し、噴霧化装置の外側前方に突出して設けられる外部荷電電極を備えた静電塗装用スプレーガンにおいて、噴霧化装置後方の銃身部外側に、導電性ハンドルを備えた手持ち式のスプレーガンの前記塗料経路とは電気的に絶縁を維持し高電圧制限抵抗を介して接続された高電圧発生器の出力端子を差込孔の底部に設けた電極接続部を設け、先端に電極を露出し後端に設けた着脱部の接続端子との間を導体で接続し、全体を絶縁体で形成した外部電極体の前記着脱部を、前記電極接続部に着脱自在とした静電塗装ガン。
前記外部電極体の先端電極側に第２の制限抵抗を設けた請求項１の静電塗装ガン。
外部電極体の着脱部は、差込孔の底部に配置された出力端子と接続端子の電気的接合部と、電極接続部の差込孔入口端部との距離を沿面放電が防止できる距離とした請求項１の静電塗装ガン。
前記外部電極体の一部に柔軟性もしくは弾性材料で形成した曲折許容部を設けた請求項１の静電塗装ガン。
前記外部電極体の一部に曲げ強度の低い材質を包含させ、前記スプレーガンに設けた電極接続部より強度を弱く形成してなる請求項１の静電塗装ガン。
噴霧化装置を備え、該噴霧化装置に供給される塗料の経路とは電気的絶縁を維持して離開し、噴霧化装置の外側前方に突出して設けられる外部荷電電極を備えた静電塗装用スプレーガンにおいて、スプレーガンの外側に設けられ、高電圧出力部が接続された電極接続部に、先端に電極を露出し絶縁体で形成され後端に着脱部を設けた外部電極体を前記電極接続部に着脱自在とすると共に、電気的接合部と着脱部の外表面露出端部との間に折り返し部を設けて沿面距離を長くした静電塗装ガン。