JP3867176B2

JP3867176B2 - 粉体質量流量測定装置、およびこれを適用した静電粉体塗装装置

Info

Publication number: JP3867176B2
Application number: JP28724396A
Authority: JP
Inventors: 孜伊藤
Original assignee: アール・アイ・ディー株式会社
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: EP0864849A1; JPH1096657A; WO1998013673A1; US6176647B1; EP0864849A4

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、気体により管路を介して搬送される粉体の質量流量測定装置、この測定装置を適用することによって高性能化された製造運転保守容易な粉体定量供給装置、これを適用した高性能静電粉体塗装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉体塗装装置或は溶射装置等のように数十グラム毎分乃至数百グラム毎分程度の比較的少ない供給量で、高価な粉体を、数台乃至数十台の装置毎に、正確に供給するための装置として、添付図面の図３、図６に示した様な気体搬送粉体定量供給システムが知られている。
【０００３】
図３に示したのは、容積式定量供給装置と呼ばれるものの一例であって、ホッパー１０１内部の粉体塗料１０２は、圧縮空気１０４により、多孔板１０３を通して流動化され、ホッパー１０１の底部に設けられたスクリューフィーダー１０６によってインジェクタ１１３により、粉体ガンへ供給される。
【０００４】
この時、この装置はスクリューの寸法によって定まる定数即ちスクリュー１ピッチの有効容積Ａ（ｃｃ）とモータ１０８の回転数Ｒｒ／ｍｉｎによって
容積流量Ｆｖ＝ＡＲ（単位＝ｃｃ／ｍｉｎ）
を供給することができる。しかし、粉体塗装の工程において本質的に要求される塗料供給量は、容積流量ｃｃ／ｍｉｎではなくて質量流量（ｇ／ｍｉｎ）であるので、スクリューフイーダ１０６の内部１０７における粉体塗料の実際の嵩比重Ｓ（以下これを供給嵩比重と呼ぶ）で補正して
質量流量Ｆ_Ｍ＝ＳＡＲ（単位＝ｇ／ｍｉｎ）
を推定し、モーター回転数に供給量指示計１１０を目盛って質量流量を推定するのが通常である。
【０００５】
容積式定量供給装置の場合には、この供給嵩比重Ｓに塗料ホッパー内の塗料レベルが影響しない様にすることが重要なポイントであり、図３の例ではこの目的のために、塗料レベル制御装置１０５が適用されている。この外に、塗料レベルと供給嵩比重とを絶縁するいくつかの他の方式が利用されているが、その大部分ではホッパー内の粉体を流動化する方式が採用されており、供給手段として、テーブルフィーダー、偏心ポンプ、溝付ロール等が利用されている容積式定量供給装置に関してもその事情は同様である。
【０００６】
供給嵩比重Ｓに最も大きく影響する新粉のゆるめ嵩比重は、塗料の品種によって０．４〜０．７５ｇ／ｃｃという広い範囲で変化し、これは同じ品種でも、生産ロットで３〜５％程度変化することもある。また供給嵩比重Ｓは、流動空気量によって５〜１５％程度の影響を受け、これは塗料ホッパー全体としての問題以外に、一つのホッパーに複数のスクリューを取り付ける場合には、多孔板１０３の部位による通気抵抗の不同が数％程度あり、これが供給嵩比重に直接影響するので、±２．５％程度の流量精度を要求される定量供給装置としては、結局、個々のスクリュー毎に供給嵩比重の検定即ち個々のスクリュー毎に、回転数と供給量の現場計重検定値による回転数の調整が必要となる。
【０００７】
更に、多くの粉体塗装ラインで適用されている塗料の回収再利用の場合には、新粉１１１と回収粉１１２のゆるめ嵩比重は０〜２５％程度の範囲で変化する場合があり、これはそのまま供給嵩比重に影響し、しかも新粉と回収粉の混合比即ち塗装ラインの塗着効率を介しての影響となるので、特に被塗物の種類が多く塗着効率が変化しやすい多品種塗装ラインにおいては、供給嵩比重即ち供給装置の精度を±２．５％程度に維持することは極めて困難といわなければならない。
【０００８】
以上に述べた容積式定量供給装置のしくみとその問題点を整理したのが図４である。図５は、その関係を数量的に示したものであり、スクリュー回転数を一定にした場合に、容積流量と質量流量との関係は直線１１５と１１６との間で示される広い範囲で変化し、流動化状態と塗装ラインの塗着効率の影響を考慮すると更に広い直線１１８と１１７の範囲で変化し、その中で容積流量即ち、スクリュー回転数と本当に必要とされる質量流量との関係を規定する供給嵩比重の値を決定するためには、それぞれの運転現場において個々の供給装置、多連の場合は個々のスクリューについて、実際使用されている塗料粉体について、実量検定を実施する以外に方法がない。
【０００９】
これには多大な時間と高度な作業が要求され、それによっても常に±２．５％程度の供給精度を維持することは容易でなく、これが容積式粉体定量供給装置に共通する重大な第一の問題である。現場で実際の使用状態において、個々の機器を検定しなければ使用できない容積式定量供給装置は、工業用計測制御装置とは言い難く、直接質量流量を検出制御可能な方式の出現が希望される。
【００１０】
図３に例示した定容積供給機能機器（以下、定容積機と略称）であるスクリューフィーダ１０６は、構造複雑な機器であり、ホッパーを含む塗料の色替に際して、取り外し分解清掃が必要であり、これには長い時間と人手が必要であり、迅速な色替の要求に対しては、色替用予備機を準備しなければならず、そのための設備費も多額となる。この色替対策の困難性が容積式定量供給装置の第２の問題であり、スクリューフィーダ以外の定容積機を適用した他の方式でも同様である。
【００１１】
容積式定量供給装置第３の問題点は、図３に例示したスクリューフィーダ、又はその他の定容積機が例外なく大型で重く高価であるとともに、相隣る定容積機の間隔が大きくなり、ホッパーを高精度角型で頑丈にしなければならないので、高価大型で重く移動が困難となり、これが色替などの現場作業などをやり難くする。また、既設の粉体塗装設備のホッパーにこれらの定容積機を付加して、安価に合理化を実現することも事実上不可能である。
【００１２】
図６は、上述の容積式定量供給装置とは別の在来技術の例である。計測用管路１２０中にノズル１２１によって一定速度の計測用気体１１４を流し、ホッパー１０１中の流動化された粉体１０２を計測用管路１２０中に導入して加速し、この時に計測用管路１２０の前後に発生する差圧を、フィルター１２２を介して、固定小容積盲管路をなす差圧センサ１２３によって検出し、これを増幅信号処理装置１２４を経て出力し、表示装置１２５に示される供給量指示値（ｇ／ｍｉｎ）によって、粉体の流量を検出し、図には示してない自動制御手段によってスロート１２７とノズル１２６より成るインジェクタ１２９の駆動気体１２８を自動制御して、所要の粉体供給量を得るものである。
【００１３】
図６に示した在来技術においては、計測用気体１１４の流量に比較して、流動化された粉体１０２が同伴する空気の流量は１／１００以下であるので、流動化空気量の変化によって粉体供給量の検出特製が影響されることがなく、従って、ホッパーにおける取付位置やホッパーそのものにより特性が実用上変化しない。しかし、粉体塗料の品種や新粉と回収粉による粉体物性の変化により、供給量指示値と供給量実測値との関係を示す検量線が、通常の粉体塗料に関しては図７の検量線１３０と１３１に示される±７．５％程度の範囲で変化しやはり現場検定が必要となる。また、検量線１３２に示されたように、現場の事情によって計測用気体１１４の流量を少なくしなければならない場合、粉体供給量が多い領域において、センサー出力が直線関係から外れて小さくなり非直線特性となるという問題点がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
粉体の種類や物性に影響されずに、単位時間あたりに流れる粉体の質量（単位はグラム毎分ｇ／ｍｉｎ）即ち粉体質量流量と一定の直線関係出力が得られる粉体質量流量測定装置を開発し、これの出力を設定値に一致させる様に自動制御をおこなうセンサーベースフィードバックシステム即ち粉体定量供給装置を得ることが発明が解決しようとする課題である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記図３、４、５、６、７の各図に要約して示した従来技術の問題点を解決するための第１の手段は、計測管路内に形成されている一定速度の計測気体流中に、流量を計測すべき粉体を導入し、計測気体が計測管路において粉体を加速することによって発生する計測管路の入口と出口との間の圧力差によって粉体流量を計測するシステムにおいて、計測管路入口直前において、計測気体に粉体を充分に分散させることのできる分散手段によって粉体を同伴した計測気体を計測管路に導入することである。第２の手段は、圧力差の計測手段としてフィルターを介して、実質上剛体受圧隔膜の両側に微小容積盲管路を形成する差圧センサシステムを適用することである。第３の手段は、計測管路の内面を弗素樹脂などの非付着性物質で形成することである。第４の手段は、計測管路内の気体の流速分布と粉体の均一分散が入口から出口にわたって軸対象で安定であるようにすることで、これは前述の第１の分散手段によって計測用管路の入口で計測気体に乱流を発生させ、且計測管路における気体のレイノルズ数を２３００以上にすることによって、計測管路の全長にわたって同一の乱流状態の形成と粉体分散の均一化を達成することである。
【００１６】
以上に述べた４つの手段によって、通常の粉体塗料の場合には、計測管路の出口における粉体粒子の速度が粉体の物性に影響されることがなく、計測気体と実質上同じ速度まで加速されるようになるので、粉体の同一流量（ｇ／ｍｉｎ）に対しては同一の差圧を発生することになり、換言すれば、気体に搬送される粉体の質量流量を計測することが可能となった。
【００１７】
以上に述べた４つの手段の中心をなす、計測管路の直前において計測気体で粉体を充分に分散させるための分散手段としては、計測管路と同軸をなし、小空間を隔てて、バルク乃至は流動化状態で粉体を円柱状に供給する通常円管よりなる粉体導入手段の出口付近において、円柱状粉体の外周から軸心に向かって計測気体を毎秒１５〜５０ｍ程度の高速薄層気流として交差噴出させることによって、毎秒５〜２０ｃｍ程度のおそい速度で供給される円柱状粉体の終端を薄層状に次々と剪断乱流剥離することによって、定量供給装置システム全体の構成から要請される計測用気体が小流量であっても、粉体が計測気体中に独立単粒子にまで分散される。粉体はこのようにして計測管路に、計測気体に同伴送入され、前述の第４の手段と相俟って、計測管路内で均一に分布するので、通常の粉体塗料の大部分をなす粒径７５μｍ以下で真比重０．９〜１．６５の範囲にある微粒子は、すべて計測管路内で計測気体と実質上同一速度にまで加速され、その結果、粉体粒子の種類、即ち粉体物性によらずに、粉体の質量流量に一義的な直線関係をもつ、計測用管路の入口出口における圧力差を発生することになり、本発明が完成するに至ったのである。
【００１８】
前述の、図６、図７により説明した在来技術においては、唯単に計測用管路において、計測用気体で粉体を導入加速するに過ぎないので、粉体の種類によって粉体の分散の度合いが異なり、これによって加速の程度に差が生じるので、図７における１３０、１３１の如き粉体の種類や物性によって異なった検量線が得られるのである。また図７における１３２の如き非直線の検量線が得られる原因は、粉体流量が少ない範囲では粉体の分散が良好なので、直線特性が得られるが、粉体流量が多くなると分散が不充分となり、その結果加速の効率が低下するので、粉体流量によって発生する差圧を一定にする自動制御システムによる定量供給装置においては粉体流量が多くなるにつれて、検量線が直線から外れて、χ軸に近づく方向に湾曲するのである。また、図６、図７の在来技術においては、粉体の分散が不充分なため計測用管路内における粉体が重力の作用により水平な計測用管路の下側に偏在して流れ、計測用気体と大きな速度差が発生し、即ち加速が不充分になることもあり、このような場合にも、検量線が粉体物性や運転条件によって変化するという問題が発生するが、本発明では、この問題の解決も達成されている。
【００１９】
【作用】
本発明によれば、通常の粉体塗料に関しては、気体に搬送される粉体の物性乃至は品種に影響されることなく流量を測定できる粉体質量流量測定装置が得られ、これと粉体供給自動制御装置とを組み合わせることにより、使用条件と粉体物性により性能が影響されることがなく、現場検定や調整を必要とせず、常に高精度を維持できる粉体定量供給装置を得ることができる。また、本発明による装置は、構造が極めて簡単で小型であり、非付着性物質の円管の連結で構成され内蔵物や可動部がなく、粉体ホッパーと着脱自在にできるので、ホッパーと切り離し、内部に清浄な外気を吸入して高速に流すことにより、内部の清掃に際して分解の必要がなく、ワンタッチ色替が可能である。また、装置自体が小型で、ホッパーに特別な構造を必要としないので、この装置の適用に際して既存の商品体系の変更は極めて少なくてすみ、既に稼動中の粉体塗装ラインの合理化に適用することも容易である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による気体搬送粉体質量流量計による粉体塗装用定量供給システムの構造及びその内部を清掃する手段の一例を図１に、本発明による定量供給システムの特性を図２に示した。
図１において、内面が弗素樹脂などの非付着性物質でできている計測管路１の出口８に、制御気体１６によって駆動されるスロート２２とノズル２３より成るインジェクタ２４を接続し、圧縮空気３４により、多孔板３３を介して流動化されているホッパー３１の内筒３５中の粉体３２を、吸上パイプ３６を経て少量の空気を含むバルク状粉体円柱として、粉体導入手段５の中を上昇させる。粉体導入手段５の上端付近に設けられた分散手段３には、流量を規定した計測気体２が供給され、分散手段３の上端に設けられた極めて薄いスリット４を通して、粉体導入手段５中を上昇するバルク状粉体柱上端の外周から中心に向かって、毎秒１５〜５０ｍ／ｓｅｃの薄層高速気流６（Ａ−Ａ断面図中の３×４＝１２本の矢印）となり粉体と交差して吹き込まれる。この様にしてバルク状粉体柱の終端を薄層状に次々と剪断乱流剥離することによって計測管路１の入口７には、粉体は計測気体中に独立単粒子にまで分散懸濁した状態となり、次いで計測管路１に吹き込まれる。この時、計測管路１の内径と計測気体２の流量を適切に選定して、計測管路内のレイノルズ数が２３００以上にすると、計測管路１の入口７と出口８における圧力の差と、計測管路１を通過する粉体の質量流量ｇ／ｍｉｎとの間には、通常の粉体塗料に関しては、図２に示した如く±２．５％の精度において、粉体塗料の種類や物性の如何に拘らず一定の直線関係が成立し、換言すれば、質量流量の測定が可能となる。但し関連他装置との関係から計測管路内の計測気体のレイノルズ数を２３００以下にしなければならない場合もあるが、その場合でも本発明による粉体流量測定装置は従来の技術に比較して粉体物性や運転条件の影響を受けにくい。また図１の実施例においては薄層高速気体６は粉体と直交交差して吹き込む場合について示したが、必要に応じて他の適切な角度を選定する場合もある。
【００２１】
図２においてχ軸の検量値は、計測管路１を一定時間内に通過した粉体塗料を採取して重量測定した質量流量の検量値ｇ／ｍｉｎであり、ｙ軸の指示値は、計測用管路１の入口７と出口８における圧力の差を、フィルター９を介して差圧センサー１１により検出し、これを増幅器１２を通り、表示器１３によって得られたものであり、検量値と指示値との関係を示す検量線５１、５２、等によって、指示値より質量流量を知ることができる。図２において、通常の粉体塗料に関しては、本粉体質量流量測定装置の特性は検量線ｙ＝χの一本の検量線５０で代表することができ、個々の粉体塗料の夫々の検量線は、検量線５０に対して傾斜が＋２．５％の検量線５１と、−２．５％の傾斜をもつ検量線５２に囲まれた領域に存在するようになり、実量検定なしに検量線５０を代表検量線として適用することができる。従って本発明によれば、計測管路１の入口と出口とにおける圧力差を計測することによって、通常の粉体塗料の質量流量を±２．５％以内の精度で測定することができ、これは粉体塗装工程における塗料の節約、塗膜厚の均一化、塗着効率の向上、省力化等の大きな効果をもたらすのに充分な精度である。
【００２２】
本発明を可能とする最も重要な条件は、計測管路１の入口において、計測気体２によって粉対が通常の粉体塗料即ち平均粒径１０〜５０μｍ、真比重０．９〜１．７程度の粉体に関しては、充分に分散されさえすれば、すべての粒子を計測管路１中において計測気体２と同一の速度にまで加速できるということである。しかし実際の装置においては、例えば図１において、計測気体２の流量をふやすとインジェクタ２４の性能がおちるので、計測気体２の流量は５〜２０ｌ／ｍｉｎ程度に制限され、この範囲で粉体の充分な分散を実現することが要求される。この程度の小流量で通常の粉体塗装で要求される２５０〜５００ｇ／ｍｉｎの流量の粉体を分散させるには、まず計測気体の高速化が要求され、これは計測気体を薄層噴流化する以外に方法がなく、これを広い面積で粉体と接触させて交差分散させることによって、所要の分散能力を実現し、本発明の実現をみるに至ったのである。またこの分散手段は管路内で分散された粉体が計測気体に乗って直接衝突する管壁などの対象物がないので、インパクトフュージョンの問題をさけることができ、また計測気体２が計測管路１の軸方向の速度分布をもたないので計測管路１の入口における分散粉体の初速度を小さくできる計測管路で発生する差圧に対する誤差を実用上問題にならない程度にできるという特徴をもつ。
【００２３】
一般に粉体乃至は液体を高速気流によって分散させる手段としては、本発明による手段以外に、旋回流による手段と、併進流による方法がある。旋回流による分散手段の場合には、計測気体２が計測管路１の内部で旋回流を形成して粉体の質量流量の計測に有害な大きな差圧を発生するとともに、旋回流による遠心力で粉体が管壁近傍に偏在し、粉体の加速に使われるエネルギーが計測管路１で発生する圧力差と一義的な関係を持たなくなり、質量流量の計測は困難となる。他のもうひとつの分散方式である併進流による手段では気流と粉体との接触面積を大きくとることができず、充分な分散効果が得られず、このために粉体の種類や物性の影響を消すことができない。図６、図７に示した在来技術は、このカテゴリーに属するものである。このほかに粉体を気体によって分散させるには、高速気流による衝突分散方式があるが、この方式はガラス転移点の低い粉体塗料の場合には、インパクトフュージョンの原因となる場合があるので適用しない方がよい。
【００２４】
図１において、計測管路１の入口７と出口８における圧力差を検出するために、フィルター９を介して、内部に剛体の受圧膜１０の両側に微小容積盲管路を形成している差圧センサ１１を適用し、アンプ１２の出力を制御器１４においてその設定器１５による設定値と比較して、その差を増幅した出力で制御弁１７をフィードバック制御して、インジェクタノズル２３に供給する制御気体１６を調節し、計測管路１の前後における差圧、即ち粉体の質量流量ｇ／ｍｉｎを設定器１５による設定値に一致させることによって、粉体質量流量が常に設定値に等しい指示値に一致させることができる。
【００２５】
以上の説明において、制御器１４、制御弁１７、１９、インジェクタ２４、ホッパー３１は、システム的には本発明による粉体質量流量計測装置の一部であるが、以下の説明では１〜２０及び３１、３７よりなるシステムを定量供給装置と総称する。図１の定量供給装置において、制御のために制御気体１６の流量が変動し、これが粉体ガン２５の運転にとって好ましくない場合もあり、また管路２０における粉体搬送空気量が計測気体２と制御気体１６との合量では不足する場合があり、この問題を解決するために、補助気体１８が制御弁１９を介してインジェクタ２４の出口に吹き込まれる。この様な場合図１の実施例においては、管路２０における搬送気体量を所定値に保持するために、定流量弁２７が適用され、その下流の通気抵抗が制御弁１７、１９の動作によって変化しても、管路２０の搬送空気量が定流量弁２７の設定値に一致して常に一定になるようになっている。なお、制御弁１９は、制御弁１７と逆の動作をすることが望ましいので、連結手段２６によって制御弁１７の動作に連動して制御弁１９が逆動作をするようにする場合もある。但し、制御弁１９は適切な固定開度にしておけば、定流量弁２７によって、かなり広い粉体質量流量範囲にわたって管路２０における搬送空気量を実用上差し支えない範囲で一定に保持することができる。但し、管路２０における搬送速度をそれほど厳密に管理する必要がない場合には、定流量弁２７は必ずしも必要ではない。このシステムで使用される圧縮空気３０は、精密な定圧弁２９によって一定圧力をもつ元圧として供給されるのが通常であり、これによって定流量弁２７の動作が容易になる。また、このシステムの動作の基準となる計測気体２の流量は、上述の一定元圧から設定弁２８によって精密な所定流量を設定できる。
【００２６】
本発明による定量供給装置においては、粉体流量の検出特性が粉体物性に左右されることがないので、図１においてホッパー３１に入ってくる新粉３８と回収粉３９の物性が異なり、その比率が変化しても、粉体供給量が±２．５％の精度範囲において変化することはない。また、流動化用圧縮空気３４の流量が変化し、これがそのままの比率でバルク粉体導入手段５内粉体の同伴空気に移行しても、計測管路内の計測気体の速度に比較すれば０．５％以下で、無視してよい。また、流動化用空気が変化して、流動化された粉体の膨張率が０〜５０％の範囲で変化しても、粉体に同伴される空気の量は、計測気体の流量−通常１０ｌ／ｍｉｎ程度一に対して１／２００以下であり、計測気体の計測管路内速度に影響しない。これら二つの理由から、本発明による粉体流量測定装置及び定量供給装置においては、流動化空気が測定の検出特性や供給特性に影響を与えることがない。これと同じ理由により、本発明による定量供給装置は、ホッパーの加振などの手段により、吸上パイプの入口に粉体が確実に供給されるようになっていさえすれば、流動化用空気０、即ち、単なるバルク状のホッパーからも、通常の粉体塗料に関しては、定量供給装置として動作させることができる。
【００２７】
計測管路１の入口７と出口８の圧力差を検出するには、図１において、極めて微細な多数の透気孔を有する弗素樹脂などの非付着性物質より成るフィルター９を介して、シリコン膜等の実質上剛体である受圧膜１０の両側に内容積不変の微小容積盲管路を形成する半導体差圧センサを適用するのが好適である。この様にすることによって、圧力の変動に際してフィルターを通過する気体の量は極めて少なく、しかもその時間平均値は零となるので、粉体がフィルター内部に侵入することがなく、フィルター外側に薄く堆積するだけであり、且、センサ内容積が小さいので、薄い堆積粉体層とフィルターを通して長期間確実に粉体を含む気体の圧力差を検出することが可能となる。
【００２８】
図１において、計測管路１の内面とフィルター９を弗素樹脂等の非付着性材料で構成することは既に述べたが、分散手段３内の接粉部、入口７と出口８、インジェクタ２４の内部も同様の非付着性材料で構成するのが通常であり、これによって、定量供給装置全体の色替を極めて短時間に実施することができる。即ち、図１において運転中の定量供給装置は粉体導入手段５の下端で、図には示してないところのファスナーによってシール装置３７を介して吸上パイプ３６と密接結合して粉体をホッパーより吸い上げている。色替えを実行するときには、定量供給装置の元圧圧縮空気３０の供給を一旦停止し、ファスナーを解除して粉体導入手段５の下端から吸上パイプ３６とシール装置３７を切り離したのち、制御弁１７、１９を全開にし、運転中は閉である弁４２を開にした後、元圧圧縮空気３０の供給を再開する。この様にすると、ホッパーが切り離されて系全体が粉体の搬送をしなくてもよくなり、インジェクタ２４の吸引力が著しく増加するので、大量の清浄な外気４０、４１が粉体導入手段５の下端より吸入され、計測用気体２、制御気体１６、補助気体１８とともにノズル、計測用管路、インジェクタ内部を高速で通過し、これら各部は非付着性材料でできた内蔵物のない円管構造部品の直列接続であるので、通常運転時において内部に滞留している粉体を、装置を分解することなしに清掃でき、色替えの準備が直ちに完了する。その後、次に使用する粉体（以下、次粉体と略称）の入ったホッパーを前運転のホッパーの位置におきかえ、定量供給装置の粉体導入手段５と次粉体ホッパー吸上パイプを結合して、直ちに次粉体による運転を開始することができる。従って、色替用の予備設備を必要としない。以上に述べた本発明における色替方式において、インジェクタ２４と粉体ガン２５との間の管路２０が、その内部が弗素樹脂等の非付着性材料であって、あまり長くない場合には、前述の方式によって定量供給措置と管路２０の色替とを一括同時に実施することができる。しかし、管路２０の内部が非付着性材料であっても著しく長い場合や、非付着性材料でない場合には、別途に管路清掃手段２１を設ける。これは管路２０に、前述の定量供給装置の清掃に障害を与えない別の手段、例えば、管路清掃用圧縮空気の吹き込み、別途の管路清掃用空気の吸い込み、管路２０の交換等の手段を付加することを意味し、通常はインジェクタとガンの尖端との間で実施することになるが、図１においては、便宜上インジェクタ出口にこれを図示した。
【００２９】
定量供給装置は、通常大型塗装ラインにおいて多ガンシステムに適用される場合が多く、本発明による定量供給装置では、吸上パイプ３６を多連にしてそれぞれのシール手段３７を一体化し、また相対する各粉体導入手段５の下端を一体化して夫々マニホールドとすることによって一括結合分離可能とすることができ、これは、空気圧操作や電磁操作によって自動化することも容易である。また通常の場合は、定量供給装置への粉体の導入は、流動化または加振式等の塗料ホッパーの上部から単純なホースで吸い上げるだけでよく、図１に示した如く、ホッパーに固定する必要すらない場合も多いので、本発明に使用されるホッパーの形状、寸法、精度、強度等については自由度が極めて大きく、ホッパーが、構造簡単、軽量、低価格となり、色替えのために色毎にホッパーを準備することが経済的負担とならずまたホッパーの交換作業も容易であり自動化することも簡単である。また既に稼動中の設備に、合理化のために既設のホッパーに本発明による定量供給装置を付加導入するのにもホッパー等の改造取替を必要とせず、極めて容易かつ低コストですむという大きな特徴がある。塗料ホッパーは、底部全体に多孔板を有する通常の流動化タイプのもの以外に、図１の如く、底部の一部に多孔板３３を有し、その上部に多孔板との間に間隙４３をへだて内筒３５を設けこれによって主として内筒３５内部及びその下部のみに限定化した流動化領域を形成させ、通常運転中の粉体レベルより下に内筒３５の上端が来るようにし、流動化空気の節約を図るとともに、流動化空気の集塵処理を不要としたもの（流動化は主として内筒３５の内部で行なわれ、流動化空気の含む微粉は内筒３５より上のバルク粉体層によって集塵されるので、ホッパー排気の集塵処理が実用上不要でありホッパー内の流動化部とバルク部との嵩比重差によるじゅんかん４４により塗料の混合が促進される。必要に応じて加振機を適用する。）、吸い上げパイプの下端に部分流動化装置を設けたもの、流動化手段なしに加振装置または撹拌装置等によって吸上パイプの入口に常に安定に粉体が供給される様にしたもの、等の何れの種類のものでもよい。ホッパーより粉体を取り出すための手段は、以上の実施例について説明した如く、ホッパー上部から吸い上げるのが通常便利であるが、これだけに限定されるものではなく、ホッパーの側面や底部から取り出すことも可能であり、必要に応じて分散手段３や計測用管路１を垂直以外の向きになるように設置してもよい。この様な場合でも、本発明による計測管路１、計測気体２、分散手段３を本発明の原理を満足させる様にすることによって、高精度の安定した気体搬送粉体の質量流量測定装置およびこれに基づく粉体定量供給装置を得ることができる。
【００３０】
本発明で使用される計測管路１は、常に一定の断面積を保つことが必要であり、通常の粉体塗料に対しては、付着による断面積変化の防止は、その内面を弗素樹脂等の非付着性材料にすることによって達成することができ、耐摩耗対策としては、２００〜５００時間ごとに計測管路１を交換すればよい。更に高度な耐久性を要求される場合には、計測用管路１の内面に多孔質アルミナ膜を生成させこれに弗素樹脂を真空含侵させた表面処理を適用するか、あるいはニッケルなどの金属皮膜中に弗素樹脂微粒子（ＰＴＦＥや弗化ピッチ等）を分散させた複合メッキを適用する等の対策を適用することもでき、これらは本発明の重要な構成要素を成すものである。更に、本発明においては、計測管路１の入口において、粉体を充分に分散させるときに発生する乱流と計測用管路１内の計測用気体のレイノルズ数を２３００以上に保つことによって、計測用管路１の全長にわたって乱流が存在して流速分布が安定となり、粉体粒子の分布が均一化するので計測用管路１の片減りがなく、これも計測精度の長期安定性に有効であり、この効果は計測用管路を垂直にすることによって更に向上する。
【００３１】
本発明における計測管路１の入口７と出口８における圧力の差を測定するための手段は、図１に示した方式のみに限定されるものではなく、入口７と出口８にそれぞれ別の圧力センサーを直接に設けることによって、導圧管を使用せずに機械的構造を簡単化し、圧力差は電気的手段などによって検知することも可能である。なお計測管路入口の圧力は分散手段４の上流粉体中で測定してもよい場合もある。
【００３２】
図１に示した如き本発明による静電粉体塗装システムにおいては、被塗物の形状や要求塗膜厚などの条件によって、ガン２５に塗料粉体を搬送する管路２０に流すことを要求される粉体の搬送空気量はかなりな範囲で変化するが、計測管路１の内径を管路２０に比較して、１／２〜１／４程度の細管路とすることによって、計測用気体２の流量は管路２０で最小必要とされる空気量の１／３〜１／１０程度となるので、系全体の運転条件と関係なく、常に一定値に保持できる。
【００３３】
本発明による粉体質量流量計測装置においては、製造時の特性チェックや据え付け後の定期保守などに際しても、必ずしも実量検定によって特性のチェックを実施する必要はない。この様な場合には、図１において粉体導入手段５の入口に空気流量計を接続し、粉体のかわりに空気を吸入して運転し、吸入空気量と計測装置出力との関係をチェックすることによって検定調整を行うことができ、これは実用上極めて便利である。
【００３４】
本発明による粉体質量流量計測装置において適用される粉体分散手段は、図１に示した具体的構造のみに限定されるものではなく、発明の基本原理により、種々の方式が可能である。例えば、薄い層状の高速噴流を生成させるためのスリットは、一連の接近併列に形成された小孔列でこれを代用することができ、粉体導入手段の上端や計測気体の出口にディフューザを設けることによって、高速噴流を薄層化して、粉体の交差分散を実施することもできる。
【００３５】
図１の実施例においては、本発明による粉体質量流量計測装置の下流に粉体供給装置を設置した例について説明したが、本発明はこの様な場合のみに限定されるものではなく、振動式、ロール溝式、テーブル式、スクリュー式などの容積式粉体供給装置の下流に本発明による粉体質量流量計測装置を設置することによって、その出力を前記容積式粉体供給装置にフィードバック制御し、質量流量定量供給装置を得ることができ、これも本発明に含まれる。
【００３６】
図１に示した本発明の実施例において粉体を気体で搬送して供給する場合、粉体の供給量を所要の値に正確に制御できると同時に、搬送気体の量の変動を、従来の先行技術に比較して極めて小さく押えることができ、必要な場合は搬送気体の量を所定の一定量に正確に維持することも可能である。したがって本発明による粉体供給装置を、静電粉体塗装装置の塗料供給装置に適用することによって、静電粉体ガンの塗料吐出量を正確に一定に保つと同時に、吐出されるれる塗料の吐出速度・分散状態即ち吐出パターンを常に一定の最適状態に維持することができ、高い塗着効率、常に安定した膜厚分布が得られ、大幅な塗料の節約と高い製品の品質を可能とする高性能静電粉体塗装装置を得ることができる。対象となる静電粉体塗装ガンは、コロナ放電、トリボ帯電等により粉体塗料を帯電させて静電粉体塗装を実施するあらゆる種類の静電粉体ガンに適用することができる。図１においてはガン２５の電源、吐出パタン制御、操作システム等は省略してある。以上述べた粉体質量流量計測装置は静電粉体塗装以外の同様な目的に使用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、先行技術では不可能であった、気体で搬送される粉体の質量流量を粉体の種類や物性に影響されずに計測できる気体搬送粉体質量流量計測装置を得ることができ、これと供給量の調整可能な粉体供給装置を組み合わせることによって、質量流量計測装置によるセンサーベースのフィードバック制御による定量供給装置を得ることができる。本発明によるこれらの装置は、その特性や精度が実用上粉体の種類や物性、運転条件等に影響されることがなく、現場における実量検定を必要とせず、その特性がよく揃ったものが得られるので、多数の供給装置の並列運転や、多品種の粉体を切り替え使用する粉体塗装などにおける多色色替えや塗料替えの場合には特に便利である。装置自体は小型、構造簡単であり、個々の実量検定が不要であるので、寸法管理と電気特性の調整のみで製造管理が極めて簡単であるので、装置自体が安価となるうえに、据付調整保守のコストを大幅に切り下げることができる。
【００３８】
本発明による粉体質量流量計測装置、定量供給装置、静電粉体塗装装置は、分解することなしに短時間で内部の清掃が出来るので、塗料の色替えを極めて短時間に実施することができ、装置の有効運転率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粉体質量流量測定装置、およびこれを適用した静電粉体塗装装置の一実施例要部の構造図である。
【図２】図１の構造をもつ粉体質量流量測定装置の検量線の一例を示す線図である。
【図３】従来技術による容積式粉体供給装置の説明図である。
【図４】従来技術による容積式粉体供給装置の説明図である。
【図５】従来技術による容積式粉体供給装置の容積流量と質量流量との関係を示す線図である。
【図６】従来技術による他の粉体供給装置要部の構造図である。
【図７】従来技術による他の粉体供給装置の検量線の一例を示す線図である。
【符号の説明】
１計測管路
２計測気体
３分散手段
４スリット
５粉体導入手段
６薄層高速気流
１１差圧センサ
１３表示器
１４制御器
１６制御気体
２４インジェクタ
２５粉体ガン
３１ホッパー
３６吸上パイプ
４０清掃気体

Claims

入口と出口とを有する計測管路と、該計測管路に粉体を導入する粉体導入手段と、該粉体導入手段の出口で、その出口のほぼ全周に設けられたスリットよりその軸心に向かって噴出する計測気体の薄層高速気流によって、該出口から供給されるバルク状粉体柱の終端面を薄層状に剪断して剥離し、その際に生ずる粉体粒子を該計測気体中に分散して懸濁し、それを前記計測管路に搬送流入させる分散手段と、該計測管路の該入口と出口における圧力差を測定する手段、とからなることを特徴とする粉体質量流量計測装置。
計測管路内における計測気体の流量のレイノルズ数が、２３００以上であることを特徴とする請求項１記載の粉体質量流量計側装置。
前記粉体質量流量計測装置が流量設定手段を含み、該粉体質量流量計測装置が、該粉体質量流量計測装置の出力を、その設定値に一致させる制御機能を有する粉体供給装置を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の粉体質量流量計測装置。
前記粉体供給装置が、粉体ホッパーと、スロートおよびノズルからなるインジェクタ、とを含むことを特徴とする請求項３記載の粉体質量流量計測装置。
インジェクタスロートの入口にノズルを設け、スロートの出口に気体吹込口を設けた静電粉体塗装用インジェクタにおいて、ノズルの制御弁と気体吹込用の制御弁とが、逆動作をなす様に互いに連結され、それら制御弁の上流で定流量弁出口に連結されていることを特徴とする粉体供給装置を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の粉体質量流量計測装置。
塗料粉体を、粉体塗料供給装置によって、静電粉体塗装装置へと供給することを特徴とする請求項５記載の粉体質量流量計測装置。
請求項１〜６の何れか１項に記載の粉体質量流量計測装置、または、粉体塗料供給装置によって塗料粉体を供給されることを特徴とする静電粉体塗装装置。