JP4437272B2 - 液体のスプレイ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体や溶融体のスプレイ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体や溶融体に圧縮気体により旋回流を与えながらスプレイする方法や装置として以下の２つの方法が知られている。
（１）特開平５−２１２３３４号公報には、溶融体の１つであるゴム系ホットメルト粘着剤（高温の溶融接着剤）をノズル部材から吐出し旋回させながら引き伸ばした１本の細い線（フィラメント）の製造に好適な改良されたスワールスプレイノズルが開示されている。この装置では旋回した連続的なフィラメントを被塗物に施与するため１００パーセント塗着させることができるので、紙おむつやナプキンなどの製造の貼り合わせ工程に多く使用されている。
【０００３】
また、この方法で問題を抱えていたフィラメントの吐出開始時のフック現象を解決する方法として、特開平９−１３６０５３号公報では、旋回流用の複数の空気ノズルとは別に設けた空気孔より加圧空気を噴射し吐出始のホットメルト接着剤にほぼ垂下方向に方向性を与えつつ、別の空気ノズル孔より加圧空気をホットメルト接着剤に接触させて引き伸ばしつつ旋回させフックのないフィラメントを製造する方法が提案されている。
【０００４】
（２）一方、本出願人は特開平４−４０６０号公報で上記（１）の課題、問題点をも全て解決した液体や溶融体の好適な旋回させたファイバー状のフィラメントやサークル状のビード、ドットパターンあるいは微粒子を製造し広範囲なアプリケーションに対応する方法を提案している。この方法ではフィラメントや微粒子を分配させるための圧縮気体の噴出口を強制的に回転させ、所望する形態に液体や溶融体を分配させることができるので、液体や溶融体の種類、粘度に左右されにくい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記（１）の特開平５−２１２３３４号公報、及び、特開平９−１３６０５３号公報に記載されたノズルはホットメルト粘着剤やホットメルト接着剤などのファイバー状フィラメントを形成しやすい材料に適するように設計されていた。一方、その塗着効率の良さからしばしば常温で液状のコーティング剤や接着剤あるいはパラフィンワックスなどの溶融体の微粒子製造や微粒子にしてのスプレイコーティングが試みられていた。
【０００６】
ところが、前記の公報記載のノズルはフィラメントやファイバーを作ることを目的として製作され、微粒化する目的で設計されていないので、５０ｍＰａ・ｓ程度の低粘度の液体や溶融した更に低粘度である１０ｍＰａ・ｓのパラフィンワックスでさえ平均的スプレイ粒子径は５０μｍを下回ることはなかったし、２００μｍ以上の粒子が混在することもしばしばあった。また、例えば粘度が３００ｍＰａ・ｓのソルダーレジストの場合の平均粒子径は数百μｍもあり、プリント基板のコーティングには適していなかった。
【０００７】
一方、前記（２）の特開平４−４０６０号公報による方法での微粒子化は、スプレイや遠心霧化法では最小の微粒化領域と言われる５０ｍＰａ．ｓの液体でのスプレイ平均粒子径を１２μｍ以下にすることが可能であった。しかしながら、この装置は複雑で高価であり、また、広いスペースを必要としていた。更に、精度の高いアプリケーションでかつ有機溶剤などの可燃性の液体を使用した場合は圧縮気体のノズル用回転装置には耐圧防爆型のＡＣサーボモーターなどを使用する必要があって更に高価でさらに広いスペースを必要とし、特徴はありながらでも使用できるアプリケーションが限られていた。
【０００８】
昨今、機能性コーティング剤などの開発が進み高価な材料が増えてきている。また、被塗物を傷つけずに非接触で薄膜でコーティングしたり、ウェットオンウェットでの塗り重ねの条件に対して従来のスプレイノズルより、より微細粒子を作りだすことのできるスプレイ工法であって接触式のロールコーター、スクリーンコーターあるいはスロットノズルコーターと同じ程度の使用効率の得られる工法の要求が高まってきた。
【０００９】
フラットパネルディスプレイの表面に用いられる０．１μｍ程度の反射防止膜や、米国特許第５４１５８８８号などで提案されている燃料電池に用いられる、電極用の電極インキ（電解質膜の両サイドに塗布するための白金を担持したカーボンとポリマー溶液からなるディスパージョン）を塗布し電極を作る工程において塗膜性能はもちろんのこと、コーティング剤の高い使用効率の得られる装置や方法が熱望されていた。
【００１０】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたもので、スプレイや遠心霧化方法での最高級レベルと同等以上の液体や溶融体の微粒子を作り、それを微粒子の渦流作用を生じさせる旋回流をもって被塗物に高い塗着効率をもって塗布することができ、また、その微粒子を造粒して医薬品、食品、ケミカルなどの造粒物として用いたりすることができるなどした液体のスプレイ方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために本発明では次のような液体のスプレイ方法とした。すなわち、液体吐出口７ｂと、液体吐出口７ｂの周囲に形成された第１の圧縮気体出口１７ｂと、第１の圧縮気体出口１７ｂの周囲に複数個設けられ、液体吐出口７ｂから吐出される液体と第１の圧縮気体出口１７ｂから噴出される第１の圧縮気体とにより形成される液体粒子噴出流に衝突させて旋回させるための、第２の圧縮気体を噴出させる出口１０ｂと、を有する液体スプレイ装置を用いる液体のスプレイ方法であって、少なくとも１つの液体を液体吐出口７ｂから吐出させる工程と、液体吐出口７ｂの周囲に設けた第１の圧縮気体出口１７ｂから第１の圧縮気体を噴出させ、前記液体吐出口７ｂから吐出した液体を粒子化し液体粒子噴出流をつくる工程と、前記液体粒子噴出流に向けて複数の第２の圧縮気体出口１０ｂから第２の圧縮気体を噴出させ、前記液体粒子噴出流に少なくとも一部を衝突させて前記液体粒子噴出流を旋回させつつ微粒化を促進させて微粒子化させる工程、を含み、前記液体は固形粒子を含む液体であり、前記第１の圧縮気体と前記第２の圧縮気体をそれぞれ独立した気体源から独立した供給ラインで供給させ、前記液体を液体吐出口７ｂから６０サイクル／分以上の高速の間欠的動作で吐出させ、少なくとも第１の圧縮気体を前記第１の圧縮気体出口１７ｂから前記液体の間欠的動作による吐出に同調させて間欠的に噴出させ、かつ、前記少なくとも第１の圧縮気体の噴出を液体の吐出より前後に１乃至２００ミリ秒長くさせることにより、固形粒子を含む液体を液体吐出口７ｂから安定した量、連続して吐出させると共に被塗物ＳＢの表面に薄膜の塗膜ＣＦを塗着効率を向上させて塗布するスプレイ方法を提供することにより上記目的を達成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１乃至図５は本発明に係わる液体のスプレイ方法の実施に用いられる液体スプレイ装置の実施形態を示すものであり、図１は液体スプレイ装置の全体系統図（一部縦断面図）、図２は図１における自動吐出バルブ及びノズル組立体の部分のＩＩ〜ＩＩ線矢視縦断面図、図３は図１における自動吐出バルブ及びノズル組立体の部分のＩＩＩ線矢視底面図、図４は図１のＡ部拡大図、図５は図３のＢ部拡大図である。
【００１３】
これらの図において符号１は液体の自動吐出バルブを示している。自動吐出バルブ１にはタンク２に貯蔵された液体をポンプ３により吸い上げて送るための液体供給配管４が接続されている。４ｂは液体戻り配管であり、符号４ａは配管４又は４ｂと自動吐出バルブ１の接続具である。そして、該自動吐出バルブ１には、それに内蔵されたピストン１ｃを作動させて該ピストン１ｃに連結されたニードル１ａを弁座１ｂに対して開閉させるための圧縮エア配管８が接続具８ｃを介して接続されている。該圧縮エア配管８には上流側から下流側にかけてエアレギュレーター８ａ及びソレノイドバルブ８ｂが介装されている。符号１ｄはニードル１ａを弁座１ｂに対して着座させて常に付勢させておくためのスプリング（圧縮コイルバネ）である。
【００１４】
自動吐出バルブ１には符号５のノズル組立体が装着されている。該ノズル組立体５には、図２に示すように第１の圧縮気体（圧縮空気など）を供給するための第１圧縮気体供給配管１３が接続具を介して接続され、該第１の圧縮気体配管１３には上流側から下流側にかけてエアレギュレーター１３ａ及びソレノイドバルブ１３ｂが介装されている。該第１の圧縮気体配管１３の途中には、溶媒供給管１３ｃが接続されている。また、該ノズル組立体５には、図１に示すように第２の圧縮気体（圧縮空気など）を供給するための第２圧縮気体供給配管１１が接続具を介して接続され、該第２の圧縮気体配管１１には上流側から下流側にかけてエアレギュレーター１１ａ及びソレノイドバルブ１１ｂが介装されている。
【００１５】
該ノズル組立体５は、詳細を図４に示すように、その本体５ａの下端部において、液体ノズル７、中間（溶媒）ディスク９及び円環状の圧縮気体ノズル１０が、締結具５ｃがノズル組立体の本体５ａに螺着されることにより、互いに接合、圧着された状態で本体５ａに堅固に取付けられて、構成されている。該液体ノズル７は、上面がノズル組立体の本体５ａの下端面に圧接され、下面側の中央部分において低高の段付円盤部を介して下方先端方向に突出して延びた細い円柱状突起が形成されると共に該低高段付円盤部及び円柱状突起の縦方向中心部を貫通して液体通路７ａが形成されている。
【００１６】
該中間（溶媒）ディスク９は、上面外周が該液体ノズル７の下面外周部に圧接されると共に、上面中央部に前記液体ノズル７の低高段付円盤部が嵌入される円形窪みが形成され、下面側の中央部に円柱状部を介して下方先端方向に突出する逆円錐状突出部が形成され、かつ、縦方向中心部に、前記液体ノズル７の円柱状突起部が円環状の隙間１７ａを有して内挿される内孔１７が形成されている。また、該円環状の圧縮気体ノズル１０は、中央部に前記中間ディスク９の円柱状部に嵌入される内穴が形成されると共に上面が前記中間ディスク９の下面に圧接され、下方斜め方向に指向される（図４参照）と共に前記液体ノズル７の液体通路７ａの縦中心線をやや外されて指向され（図５参照）円周方向に略等間隔で複数個（本実施形態では８個）貫通して穿設された第２の圧縮気体通路１０ａを有している。
【００１７】
さらに、液体ノズル７には前記液体通路７ａの外周側で円周方向に均等間隔で複数個の第１の圧縮気体の通路１６が縦方向に貫通して設けられ、さらにその外側で第２の圧縮気体の通路７ｃが円周方向に等間隔で複数個貫通して設けられている。また、中間ディスク９にはその上面側に前記液体ノズル７の第２の圧縮気体の通路７ｃと対面した位置で断面矩形状の上側環状溝９ａが形成され、下面側にも該上側環状溝９ａとほぼ同半径位置に下側環状溝９ｃが形成され、該上側環状溝９ａと該下側環状溝９ｃは円周方向に等間隔で配置穿設された連絡穴９ｂにより連通されている。そして、圧縮気体ノズル１０には、該下側環状溝９ｃと対面した半径位置で前記第２の圧縮気体通路１０ａの起点となる断面三角形状の環状溝１０ｃが形成されている。
【００１８】
一方、ノズル組立体５の本体５ａには、下端面に前記液体ノズル７の第１の圧縮気体の通路１６とほぼ対応する半径位置で第１の圧縮気体用の環状溝１５ａが形成されると共に該環状溝１５ａに接続されて縦方向に延びる第１の圧縮気体供給通路１５が設けられている。該第１の圧縮気体供給通路１５は、前記第１の圧縮気体配管１３に接続されている。また、ノズル組立体５の本体５ａには、下端面に前記第１の圧縮気体用の環状溝１５ａの外側位置でかつ前記液体ノズル７の第２の圧縮気体の通路７ｃとほぼ対応する半径位置で第２の圧縮気体用の環状溝５ｂが形成されると共に該環状溝５ｂに接続されて縦方向に延びる第２の圧縮気体供給通路１１ｃが設けられている。該第２の圧縮気体供給通路１１ｃは、前記第２の圧縮気体配管１１に接続されている。
【００１９】
そして、ノズル組立体５の本体５ａには縦中心線上に前記液体ノズル７の液体通路７ａと位置を対応させて液体供給流路６が形成されており、該液体供給流路６は前記液体自動吐出バルブ１の弁機構であるニードル１ａとシート（弁座）１ｂが介在された液体通路１ｅに連通されている。該液体自動吐出バルブ１の液体通路１ｅは該弁機構を介して液体供給配管４に接続されている。
【００２０】
しかして、前記液体ノズル７の段付低高円盤部の下面と中間ディスク９の上面中央部の円形窪みの底面との間には所要の容積を有した環状空間１６ａが形成されており、該環状空間１６ａは液体ノズル７の該円柱状突起部の外周面と中間ディスク９の該内穴１７の内周面との間に形成される円環状の隙間１７ａと連通されている。該円環状の隙間１７ａは第１の圧縮気体の通路（流路）を構成し、該円環状隙間１７ａの下端の環状開口は第１の圧縮気体の出口１７ｂを構成する。また、該環状空間１６ａは、前記の通り第１の圧縮気体の供給経路として作用すると共に、スプレイ作業時又は同作業の中断時に溶媒供給管１３ｃから第１の圧縮気体供給管１３内に供給して溶媒を所要量溜め、円環状の隙間１７ａを通して圧縮気体と共に又は単独で圧縮気体出口１７ｂから流出させ液体吐出口７ｂを湿潤させる作用もする。
【００２１】
このような構成において、液体はポンプ３により液体タンク２から配管４に送られ、液体自動吐出バルブ１の弁機構１ａ、１ｂが介装された液体通路１ｅ、ノズル組立体５の液体供給流路６及び液体ノズル７の液体通路７ａを通されて液体ノズル７の液体吐出口７ｂから吐出される。液体が吐出されない、所謂該弁機構が閉じられているときは、液体は戻り配管４ｂを通されてタンク２に戻される。また、第１の圧縮気体は、圧縮気体源である図示していない第１のコンプレッサによりレギュレータ１３ａ及び電磁弁１３ｂを介して配管１３に送られ、更にノズル組立体５の圧縮気体供給通路１５、環状溝１５ａ、液体ノズル７の通路１６、環状空間１６ａ及び円環状の隙間１７ａを通過して先端の環状開口である圧縮気体出口１７ｂから噴出される。
【００２２】
前記から明らかなように、液体吐出口７ｂの周囲に環状の第１の圧縮気体出口１７ｂが形成されている。また、図４に拡大して示したように本実施形態では、液体ノズル７の液体吐出口７ｂは、内穴１７の内部に即ち内穴１７の下端開口よりも奥に引っ込んだ位置に形成されており、即ち、液体吐出口７ｂは第１の圧縮気体の前記環状開口である圧縮気体出口１７ｂから噴出される第１の圧縮気体が実際に大気中へ膨張開放噴出される出口よりも内側にされている。このように第１の圧縮気体出口１７ｂと液体吐出口７ｂとの組み合わせ構造は、所謂、内部ミックス二流体噴出（スプレイ）手段を構成している。このため液体の微粒化が極めて良いものとされる。
【００２３】
また、第２の圧縮気体は、圧縮気体源である図示していない第２のコンプレッサによりレギュレータ１１ａ及び電磁弁１１ｂを介して配管１１に送られ、更にノズル組立体５の第２の圧縮気体供給通路１１ｃ、環状溝５ｂ、液体ノズル７の第２の圧縮気体の通路７ｃ、中間ディスク９の上側環状溝９ａ、連絡穴９ｂ、下側環状溝９ｃ、圧縮気体ノズル１０の環状溝１０ｃ及び円周方向に複数個配設された第２の圧縮気体通路１０ａを流されて、先端開口の第２の圧縮空気出口１０ｂから噴出される。
【００２４】
本発明では、スプレイされる液体として、例えば飲料缶の内面コーティング用としてのアクリルエポキシウォーターボーンコーティング剤などの粘度が３０〜７０ｍＰａ・ｓの液体コーティング剤や、例えば粒径が０．１〜８０μｍのカーボン粒子を含み、粘度が２０〜８０ｍＰａ・ｓのアルカリ乾電池の内面コーティングの為の液体に分散されたディスパージョン、プリント基板のコーティングに用いられる粘度が５０〜３００ｍＰａ・ｓのソルダーレジスト、或いは、燃料電池の電極用として用いられ電解質膜の両サイドに塗布するための白金を担持したカーボンとポリマー溶液からなるディスパージョン（電極インキ）などが微粒化用として適用され、また、溶融体として、粘度が５〜８００ｍＰａ・ｓのパラフィンワックス、マイクロクリスタラインワックス、ポリエチレンワックス及び乙（オツ）ブローンアスファルトなどの溶融体が微粒化用として適用される。
【００２５】
次に、このように構成された液体スプレイ装置による液体のスプレイ方法を説明する。
自動吐出バルブ１には、タンク２に貯蔵された液体がポンプ３によって吸い上げられ加圧されて配管４を経由して送られる。そして、ソレノイドバルブ８ｂが励磁され、圧縮エア源から圧縮エアが圧縮エア配管８に送られ、エアレギュレーター８ａを経由して自動吐出バルブ１のピストン１ｃの下面に送られ、圧縮エアのエア圧によりスプリング１ｄの付勢力に抗してピストン１ｃが持ち上げられニードル１ａが弁座１ｂから離なされて自動吐出バルブ１が開にされる（図１、図２参照）。そうすると、液体は自動吐出バルブ１の液体通路１ｅ及びノズル組立体５のほぼ中心付近に加工された液体供給流路６を通り、さらに液体用ノズル７の液体通路７ａを通って液体吐出口７ｂから液体吐出流ＬＱとして吐出される。
【００２６】
ノズル組立体５には、第１の圧縮気体の配管１３のソレノイドバルブ１３ｂが励磁されると、第１の圧縮気体が圧縮気体源である第１のコンプレッサ（図示せず）からレギュレータ１３ａを経由して送られ（図２参照）、ノズル組立体５の圧縮気体供給通路１５、環状溝１５ａ、液体ノズル７の通路１６、環状空間１６ａ及び円環状の隙間１７ａを通過させられて先端の環状開口である圧縮気体出口１７ｂから図４の鎖線矢印（ＦＧ）で示す方向に噴出され、前記の通り液体ノズル７の液体吐出口７ｂから吐出された液体の吐出流ＬＱが粒子化されて粒子噴出流が作られる。このとき、前記の通り、第１の圧縮気体出口１７ｂと液体吐出口７ｂとの組み合わせが内部ミックス二流体噴出（スプレイ）構造とされているため、液体吐出流ＬＱには内穴１７の内部でその周囲から未だ内穴１７の下端開口を出て大気開放され膨張する前の圧力の高い圧縮気体が接触させられて両者の混合作用が行われるため、液体が極めて良好に微粒化される。なお、本発明では、第１の圧縮気体による液体の粒子噴出流を作る方法としては、内部ミックス二流体噴出構造の適用のみに限定されるものではなく、外部ミックス二流体噴出構造の適用も可能である。
【００２７】
そして、ノズル組立体５には、第２の圧縮気体の配管１１のソレノイドバルブ１１ｂが励磁されて、第２の圧縮気体が圧縮気体源である第２のコンプレッサ（図示せず）からレギュレータ１１ａを経由して送られ（図１参照）、ノズル組立体５の気体通路１１ｃ、環状溝５ｂ、液体ノズル７の通路７ｃ、中間ディスク９の上側環状溝９ａ、連絡穴９ｂ、下側環状溝９ｃを流され、さらに、圧縮気体ノズル１０の環状溝１０ｃ、円周方向に略等間隔で複数個配設された第２の圧縮気体通路１０ａへと流されて、それぞれの先端開口の第２の圧縮空気出口１０ｂから図４及び図５に鎖線矢印（ＳＧ）で示した方向に噴出される。
【００２８】
この複数の第２の圧縮空気出口１０ｂから噴出されるそれぞれの第２の圧縮気体ＳＧは、液体ノズル７の液体通路７ａ及び液体吐出口７ｂの縦中心線をやや外された（オフセットされた）方向に噴出されて拡がるので、その少なくとも一部が前記の通り第１の圧縮気体で粒子化された液体粒子噴出流に衝突乃至接触して液体微粒子の旋回流ＦＷを形成する（図２参照）。この第２の圧縮気体ＳＧの衝突乃至接触によっても未だ微粒子化が行われていない液体の微粒子化が行われ、液体粒子噴出流の微粒化が促進される。
【００２９】
そして、図２に示すように、液体微粒子の旋回流ＦＷは、例えばノズル組立体５の真下位置にコンベヤ等の移送手段によって順次送られる被塗物ＳＢに到達し、該旋回流ＦＷを形成する微粒子ＦＰが該被塗物ＳＢの表面に塗布され、薄膜の塗膜ＣＦが形成される。この被塗物ＳＢへの微粒子ＦＰの塗布に際しては、液体微粒子群が旋回流ＦＷを形成しているので、各々の微粒子ＦＰが該旋回流ＦＷの内部に巻き込まれる状態で被塗物ＳＢに接触するため、被塗物ＳＢへの衝突によってリバウンド（反発）して持ち去られる微粒子の量が極めて少なく、かつ、旋回流ＦＷを形成する気体の被塗物ＳＢへの衝突による乱流の発生も極力抑えられることにより、微粒子の塗着（塗布）効率が極めて向上される。
【００３０】
本実施形態の液体のスプレイ装置では、図２に示すように、第１の圧縮気体の供給配管１３に溶媒供給口１３ｄを接続されて溶媒供給管１３ｃが取付けられており、溶媒を該溶媒供給管１３ｃに供給して第１の圧縮気体に混入し、第１の圧縮気体供給経路、即ち、ノズル組立体５の圧縮気体供給通路１５、環状溝１５ａ、液体ノズル７の通路１６、環状空間１６ａ、円環状隙間１７ａ及び先端の環状開口である圧縮気体出口１７ｂ、に第１の圧縮気体とともに送り込むことができる。このことにより、スプレイ作業時に常に溶媒で液体ノズル７の液体吐出口７ｂを溶媒で湿潤させておくることができ、揮発分を含む液体をスプレイするときであっても、該液体吐出口７ｂ付近へのコーティング剤等の液体のビルトアップによる皮張り現象を防ぎ、流路の狭まり、詰まりを防いで液体吐出量を安定させて、一定した塗膜厚み、塗膜重量を維持させることができる。
【００３１】
また、該溶媒は、スプレイ作業停止時等の第１の圧縮気体の噴出停止時に溶媒を単独で該溶媒供給管１３ｃを通して系内に送り込み、該環状空間１６ａに所定量を溜めて該円環状隙間１７ａ及び該圧縮気体出口１７ｂを通して流出させ、液体ノズル７の液体吐出口７ｂを溶媒で湿潤させることができる。さらに、本発明では、溶媒の供給管１３ｃを第１の圧縮気体供給経路（１３、１５、１５ａ、１６、１６ａ、１７ａ）内に入れ込み、その吐出口を液体ノズル７の液体吐出口７ｂの近傍に位置させて構成させることもできる。このように溶媒供給管を構成した場合は、スプレイ作業停止時には瞬時に液体吐出口７ｂを湿潤させることができる。以上のようにすることにより、所定時間休止するときの液体中の揮発分や液体自体の乾燥による液体吐出口７ｂ付近等への皮張り現象を防止することができる。
【００３２】
本実施形態では、内部ミックス二流体スプレイ構造が採用されており微粒化が良好に行われるものであるが、その反面、揮発分を含む例えばコーティング剤や接着剤はその揮発分が瞬時に蒸発して第１圧縮気体の噴出口１７ｂや液体吐出口７ｂ付近に皮張りし勝ちになり連続運転が不能になり勝ちになるものであるが、本実施形態では第１圧縮気体の噴出口１７ｂや液体吐出口７ｂ付近が溶媒で湿潤されるので、このようなこともなく、液体の微粒化によるスプレイが極めて円滑に連続して行われる。
【００３３】
本発明では、さらに、前記のような液体のスプレイ作業を、第１、第２の圧縮気体の供給噴出を連続とし、液体を高速の間欠的動作により吐出させて行うことにより、即ち、例えば図６に示すように、ニードル１ａの開時間（液体吐出時間）を１５ｍｓ（ミリ秒）、閉時間（液体供給停止時間）を３０ｍｓというようにニードル１ａの開時間及び閉時間をそれぞれ所定の極短時間に設定し、これによるニードル１ａの開閉動作をサイクル的に繰り返し行わせると共に、ニードル１ａとシート１ｂの開度を所定量大きくして吐出量を連続吐出時の流量よりも所定量多く設定して、所謂パルス的（間欠的）スプレイを行わせることにより、特にカーボン粒子等の固形粒子を含む液体、所謂ディスパージョンタイプやパウダースラリーの液体を、液体自動吐出バルブ１のニードル１ａとシート１ｂの間の狭い間隙に該固形粒子が凝集することによる該間隙への詰まりを効果的に防いで、安定した量、連続して吐出させることができる。
【００３４】
これは、ニードル１ａとシート１ｂの間で凝集した固形粒子が該隙間に詰まりかけても、ニードル１ａのシート１ｂに対する衝撃を伴った高速の閉動作によって該詰まりかけた異物を押し出す作用をさせることができると考えられるためである。なお、このようなニードル１ａの間欠開閉動作は、ニードル１ａの開閉を司る圧縮エア配管８のソレノイドバルブ８ｂに図示していないタイマを内蔵したコントローラを接続し、該タイマによってニードル１ａの開閉タイミングを設定することにより行うことができる。本発明では、この液体の高速の間欠的動作による吐出は、毎分６０サイクル以上のサイクルで行わせると、前記液体中の固形粒子のニードル１ａとシート１ｂの間隙への凝集による詰まりを効果的に防ぐことができる。
【００３５】
さらに、少なくとも第１圧縮気体をも前記液体の間欠的動作による吐出に同調させて間欠供給噴出させることができる。第１圧縮気体の供給配管１３に取付けられている電磁弁１３ｂにも図示していないタイマを内蔵したコントローラを接続し、該タイマによって例えば図７に示すように第１圧縮気体の供給時間と停止時間をそれぞれ３０ｍｓに設定し、一方、該第１圧縮気体の供給噴出時間（３０ｍｓ）内においてニードル１ａを例えば２０ｍｓだけ開いて液体を２０ｍｓだけ吐出するようにする。この場合、気体の供給噴出開始後５ｍｓ（ｔ_１）後に液体を供給開始し、気体の噴出停止より５ｍｓ（ｔ_２）前に液体の吐出を停止することになる。従って、液体は吐出時間が２０ｍｓ、吐出停止時間が４０ｍｓというようになり、このサイクルを繰り返すことになる。また、第１の圧縮気体と同様に第２の圧縮気体も間欠供給噴出動作を行わせることができる。
【００３６】
このように少なくとも第１の圧縮気体の噴出が液体の吐出より前後に所定の短時間だけ長く噴出されることにより、吐出開始時、及び、終了時の大きな液滴の発生が有効に解消されると共に吐出開始時から終了時まで好適な液体の微粒化によるスプレイ作業が可能となる。そして、このように液体の微粒化に効果的に寄与する少なくとも第１の圧縮気体をも間欠的に供給噴出させることにより、第１圧縮気体の連続供給によるリバウンド（被塗物ＳＢへの衝突による反射）が防止される結果、液体微粒子や液体に含有された固形微粒子の持ち去られる量が激減され、塗着効率が効果的に向上される。本発明では、圧縮気体の連続、間欠供給噴出にかかわらず、少なくとも第１の圧縮気体の噴出を液体の吐出より前後に１ｍｓ乃至２００ｍｓ長く噴出させると、スプレイの最初から最後まで好適な微粒化ができ、塗布作業を効果的に行うことができる。
【００３７】
本発明の液体のスプレイ方法では、スプレイして得られた液体の微粒子を前記したように被塗物ＳＢへ塗布する場合に限らず、空気中にスプレイして造粒させることができる。例えば、液体としてスプレイが行われる雰囲気中である空気の温度よりも高い軟化点（例えば６５℃）を有する物質（例えば生分解性材料であるパラフィンワックス）を軟化点以上の温度（例えば１００℃）に加熱溶融させて溶融体とすると共に第１、第２の加圧気体も熱風発生装置を経由させて該物質の軟化点以上の温度（例えば１２０℃）に加熱し、該加熱溶融体を液体吐出口７ｂから空気中にスプレイさせることにより、空気中で冷却固化させて微粒子形状に造粒させ、それを自由落下させて回収するようにすることができる。なお、前記パラフィンワックスの加熱溶融体のスプレイをパルプモールド容器などの被塗物に直接行うことによりバリヤー膜を備えた生分解性容器を製造することもできる。
【００３８】
また、本発明では、液体ノズル７の液体通路７ａ及び液体吐出口７ｂを二重構造とし、内側通路と外側通路からそれぞれ異なる液体を吐出させて微粒化させることにより、ノズル組立体の外部で２液を混合させてスプレイさせて、例えば被塗物に塗布させるようにすることができ、予め二液を混合してスプレイしたものと同じものとすることができる。
【００３９】
なお、以上説明した第１、第２の圧縮気体としては、通常は圧縮空気が用いられるが、この他に吐出する液体の性質、性状によって使い分けることができ、例えば液体が引火性の場合には、窒素ガスや炭酸ガスを使用することができる。
また、中間ディスク９及び圧縮気体ノズル１０は分割形成したが、双方を一体で形成してもよい。さらに液体吐出ノズル７を含めて一体に形成してもよい。
【００４０】
次に、本発明の液体のスプレイ方法による塗布などの実験例について述べる。
【００４１】
【実験例１】
液体としてのコーティング剤として、アクリルエポキシウォーターボーンコーティング［ＮＶ：２０％、粘度：２０秒／ＦＣ＃４（フォードカップ＃４であり、Ｂ型粘度計で約４０ｍＰａ・ｓに相当）］を用い、被塗物として１００ｍｍ×１００ｍｍサイズのアルミホイル（アルミ箔）を用いて、次ぎの条件で実験を行った。
（１）液圧（ポンプ３の吐出圧）；０．０６ＭＰａ
（２）第１の圧縮気体；第１のコンプレッサによるエア：０．０５ＭＰａ
（３）第２の圧縮気体；第２のコンプレッサによるエア：０．１５ＭＰａ
（４）液体の吐出流量；１０ｍｌ／分
（５）ノズル（液体ノズル７の内穴１７開口下端）と被塗物の距離；１００ｍｍ
（６）被塗物搬送用のコンベヤスピード；０．３ｍ／分
（７）ノズル吐出口（液体吐出口７ｂ）の口径；０．７ｍｍ
（８）塗布パターン幅；ほぼ円形２５ｍｍ
（９）塗布時の自動吐出バルブ１とノズル組立体５のトラバーススピード；
２４ｍ／分、トラバースストローク；２７０ｍｍ、トラバースサイクル；
３０ｃ／分
（１０）サンプリング回数；３回
【００４２】
上記の条件によりコンベヤで移送される被塗物ＳＢとしてのアルミホイルに自動吐出バルブ１とノズル組立体５の結合体をトラバースさせながらノズル組立体５の液体吐出口７ｂからスプレイして塗布を行った。その結果、スプレイ時の微粒化が良く塗布された塗膜面のレベリング状態も良かった。室温で３分間ほどセッティングし２００℃で２分間乾燥させた後、重量を測定し、予め測定していたアルミホイルのみの重量を差し引いた値は１６１．３ｍｇであった。理論的重量２００ｍｇ（固形分の比重はほぼ１なので、被塗物への理論塗布時間６秒間の流量×固形分）から求めた塗布効率は８０．７％になった。また、乾燥後の塗膜面はアルミホイル面と同等の鏡面が観測された。
【００４３】
【比較例１】
ノードソンコーポレーション製の２流体スプレイガン（名称：ＡＤ−２９ガンであり、液体吐出口に近接した周囲に圧縮気体噴出口を備えたガン）を使用し、前記圧縮気体噴出口から噴出させる霧化用空気として第１のコンプレッサによる第１のエアのみを使用し、他は実験例１と同じ条件で実験した。塗布パターンは短径が１５ｍｍ、長径が３５ｍｍの楕円パターンであったが、長径を被塗物ＳＢの進行方向にセットし、同じくサンプリングを行った。目視で粒子の大きさが大きいものが見受けられ、ウエット面にバブルが生じていた。実験例１と同じ乾燥条件で乾燥させ、塗膜重量を測定したところ９８．６ｍｇであった。塗着効率は４９．３％になる。乾燥後の塗膜にマイクロバブルが２０個ほど観察された。また塗膜面に映し出した蛍光灯ランプがノコギリの歯と同じくぎざぎざであった。
【００４４】
【比較例２】
前述の特開平５−２１２３３４号公報のノズルを使用して第２のコンプレッサによる第２のエアのみを使用し、他は実験例１と同じ条件でサンプリングを行った。目視でのスプレイ粒子は全般的に大きく実験例１の２倍程度に見えた。また、比較例１より更に大きい粒子が点在するのが見受けられた。ウエット面は比較例１より悪く、乾燥後の塗膜には無数のマイクロバブルが発生し、異物や油分などが核になって生じるクレーターさえ散見された。但し、乾燥重量は１６３．４ｍｇで塗着効率は８１．７％と実験例１とほぼ同等であった。
【００４５】
【実験例２】
次に、液体としてのコーティング剤として、アルカリ乾電池の内面や燃料電池の電極用としてコーティングされているカーボンインキと類似した粘度４０ｍＰａ・ｓのカーボンディスパージョンを使用し、スプレイノズルとして前述の３通りのスプレイノズル、即ち、本発明方法の実施に用いられる自動吐出バルブ１とノズル組立体５の結合体、２流体スプレイガンであるＡＤ−２９ガン、及び、特開平５−２１２３３４号公報のノズルを使用し、いずれも溶剤タイプカーボンディスパージョンのウエット流量を同じにしてテストを行った。
【００４６】
いずれの場合もサンプリング回数２回目あたりからスプレイパターンが乱れ始め、重量が半減した。カーボン粒子が凝集し自動吐出バルブの開の動作でニードルとシート間の狭いクリヤランスで詰りが生じで流量が不安定であることが判明したので中止した。
【００４７】
【実験例３】
前記の実験例２のコーティング剤を使用し、本発明の実施に用いられる自動吐出バルブ１とノズル組立体５の結合体に、本発明者らが提案している特開昭６１−１６１１７５号公報「二流体のスプレイ方法」に開示されたパルス的（間欠的）スプレイ方法を適用した。第１、第２の圧縮エアは連続供給噴出とし、カーボンディスパージョンのスプレイ開時間（ニードルの開時間）を１５ミリ秒、閉時間（ニードルの閉時間）を３０ミリ秒とした。ノズルからのスプレイ流量を同じにする為、連続での流量をニードルとシートの開度を大きくして３倍の３０ｍｌ／分とした。パルス（間欠）でのスプレイ流量は約１０ｍｌ／分であった。メスシリンダーでスタート直後、３分後、５分後、１０分後の流量を測定したが、流量は安定した。
【００４８】
更に、連続の流量を１０ｍｌ／分と実験例２と同じにし、パルス設定を実験例３と同じにし、パルススプレイ流量を約３．３ｍｌ／分にしても流量は安定していた。これはニードルとシート間で凝集したカーボン粒子が詰まりかけても、衝撃を伴った超高速のニードル１ａの閉動作で押し出す作用が働くからと考えられる。１分間当たりの流量を少なくするとドライ微粒子を作り出すことができる。この現象を利用すると、燃料電池の電解質を膨潤させることなく乾燥を早める効果があるので有用である。
【００４９】
【実験例４】
実験例１の条件でスプレイ作業を５分間中断して再スタートしたところ、コーティング剤の流量が約半分の６ｍｌ／分まで低下した。コーティング剤吐出ノズルの先端、即ち液体吐出口７ｂ回りにビルドアップしたコーティング剤が皮張りを起こし流路が狭まった結果起きた現象であった。そこで、図２に示した第１の圧縮気体供給配管１３に接続した溶媒供給管１３ｃへ溶媒として１ｍｌ／分の流量のイオン交換水を供給しノズル組立体５内部の第１圧縮気体供給経路の環状空間１６ａ、圧縮気体通路１７ａを通して圧縮気体出口１７ｂまで導き、第１のコンプレッサのエアで上記イオン交換水を霧化させつつコーティング剤のスプレイ作業を行ったところ、乾燥前及び後の塗膜面への影響と塗膜重量変化はなかった。また、ノズル先端（液体吐出口７ｂ付近）へのコーティング剤のビルドアップ、所謂、皮張りも発生していなかった。
【００５０】
また、スプレイ作業後５分後のコーティング剤の流量変化もなく通常の作業では問題がないことが確認できたが、昼休みの４５分後には半分以下に低下していた。そこでスプレイ作業中断時にもイオン交換水を流出させ続けコーティング剤の吐出ノズルの先端を常に湿潤させたところ１時間のスプレイ作業中断でも流量変化はなかった。さらに第１のエアによる粒子化がベストである内部ミックススプレイ手段、つまり液体の吐出口７ｂが、第１の圧縮気体が実際に大気雰囲気中へ出る位置に形成された吐出口、即ち、中間ディスク９の内穴１７の開口の下端の内側に位置する構造にした場合でさえ皮張りによる流量変化の問題が生じなかった。
【００５１】
この実験ではコーティング剤吐出ノズルの出口（液体吐出口７ｂ）を図４に拡大して示したような第１のコンプッレッサーエア噴出口（液体ノズル７の先端部の円柱状突起部内の内穴１７の開口の下端）より０．５ｍｍだけ奥に引っ込ませた構造にした。なお、通常の２流体スプレイでは液体吐出口０．１ｍｍ乃至０．８ｍｍ程度突出させる構造が一般的である。通常、内部ミックス２流体スプレイは微粒化がよく理想的なスプレイ方法であるが、揮発分を含むコーティング剤や接着剤は揮発分が瞬時に蒸発してエアの噴出口が皮張りするため使用されない。本発明によればこの問題も解決できることになる。
【００５２】
【実験例５】
生分解性材料である軟化点６５℃のパラフィンワックスを１００℃に加熱溶融させ、吐出ノズル口径（液体吐出口７ｂの口径）を０．２ｍｍ、液圧を０．１２ＭＰａにした。第１のエアを０．１ＭＰａで内部ミックス構造とし、第２のエアを０．３ＭＰａにセットし、かつ、エア供給源から熱風発生装置を経由させて１２０℃の熱風を供給し、空中にスプレイし造粒を行った。スプレイ吐出量は７ｇ／分であった。空中で固化し自由落下した微粒子を測定したところ平均粒子径が１２μｍの球状であった。勿論、スプレイをパルプモールド容器などの被塗物に直接行うことによりバリヤー膜を備えた生分解性容器を製造することもできる。
【００５３】
【実験例６】
液体の吐出口を２重構造にし、内側の吐出口から硬化剤であるイソシアネートを１重量部、外側の吐出口から主剤のポリオールを１０重量部になるように、それぞれ容積ポンプで供給し、被塗物ＳＢにスプレイ塗布を行った。ポリオールの粘度は１８秒／ＦＣ＃４であった。溶媒をフラッシュさせ乾燥したあとのラビングテストによる塗膜性能は予め２液混合してスプレイしたものと同じであった。本発明では複数の液体の外部混合スプレイができることも立証できた。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、スプレイや遠心霧化方法での最高級レベルと同等以上の液体や溶融体の微粒子を作ることができ、それを微粒子の渦流作用を生じさせる旋回流をもって被塗物に高い塗着効率をもって塗布することができるという優れた効果を有する。また、その微粒子を造粒して医薬品、食品、ケミカルなどの造粒物として用いたりすることができるという優れた効果をも奏する。
特に、本発明では、本発明のスプレイ方法を用いることにより、固形粒子を含んだ液体を、液体スプレイ装置で固形粒子の凝集による詰まりを効果的に防いで安定した量、連続して吐出させることができると共に、第１、第２圧縮気体による二段階による微粒化により被塗物の表面に薄膜の塗膜を形成させることができる、また液体微粒子や液体に含有された固形微粒子の被塗物への衝突による反射を防止して持ち去られる量を激減させることにより、塗着効率を効果的に向上させることができる。そして吐出開始時及び終了時の大きな液滴の発生を有効に解消してスプレイの最初から最後まで好適な微粒化を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体のスプレイ方法の実施に用いられる液体スプレイ装置の実施形態を示すものであり液体スプレイ装置の全体系統図（一部縦断面図）である。
【図２】図１における自動吐出バルブ及びノズル組立体の部分のＩＩ〜ＩＩ線矢視縦断面図である。
【図３】図１における自動吐出バルブ及びノズル組立体の部分のＩＩＩ線矢視底面図である。
【図４】図１のＡ部拡大図である。
【図５】図３のＢ部拡大図である。
【図６】液体のパルス（間欠）的スプレイのサイクルパターンの一例を示す図である。
【図７】液体のパルス（間欠）的スプレイのサイクルパターンの別の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 液体自動吐出バルブ
１ａ ニードル（弁）
１ｂ シート（弁座）
２ 液体タンク
３ 液体ポンプ
４ 液体供給配管
５ ノズル組立体
６ 液体供給流路
７ 液体ノズル
７ａ 液体通路
７ｂ 液体吐出口
８ 圧縮空気配管
８ａ エアレギュレータ
８ｂ ソレノイドバルブ（電磁弁）
９ 中間（溶媒）ディスク
１０ 圧縮気体ノズル
１１ 第２の圧縮気体供給配管
１１ａ レギュレータ
１１ｂ ソレノイドバルブ（電磁弁）
１３ 第１の圧縮気体供給配管
１３ａ レギュレータ
１３ｂ ソレノイドバルブ（電磁弁）
１３ｃ 溶媒供給管
１５、１５ａ、１６、１６ａ、１７ａ、１７ｂ 第１の圧縮気体供給経路
１７ｂ 第１の圧縮気体出口
１１ｃ、５ｂ、７ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃ、１０ｃ１０ａ、１０ｂ 第２の圧縮気体供給経路
１０ｂ 第２の圧縮気体出口
ＬＱ 液体吐出流
ＦＧ 第１の圧縮気体
ＳＧ 第２の圧縮気体
ＦＰ 微粒子
ＦＷ 微粒子旋回流
ＣＦ 塗膜
ＳＢ 被塗物

Claims (6)

1. 液体吐出口７ｂと、液体吐出口７ｂの周囲に形成された第１の圧縮気体出口１７ｂと、第１の圧縮気体出口１７ｂの周囲に複数個設けられ、液体吐出口７ｂから吐出される液体と第１の圧縮気体出口１７ｂから噴出される第１の圧縮気体とにより形成される液体粒子噴出流に衝突させて旋回させるための、第２の圧縮気体を噴出させる出口１０ｂと、を有する液体スプレイ装置を用いる液体のスプレイ方法であって、少なくとも１つの液体を液体吐出口７ｂから吐出させる工程と、液体吐出口７ｂの周囲に設けた第１の圧縮気体出口１７ｂから第１の圧縮気体を噴出させ、前記液体吐出口７ｂから吐出した液体を粒子化し液体粒子噴出流をつくる工程と、前記液体粒子噴出流に向けて複数の第２の圧縮気体出口１０ｂから第２の圧縮気体を噴出させ、前記液体粒子噴出流に少なくとも一部を衝突させて前記液体粒子噴出流を旋回させつつ微粒化を促進させて微粒子化させる工程、を含み、前記液体は固形粒子を含む液体であり、前記第１の圧縮気体と前記第２の圧縮気体をそれぞれ独立した気体源から独立した供給ラインで供給させ、前記液体を液体吐出口７ｂから６０サイクル／分以上の高速の間欠的動作で吐出させ、少なくとも第１の圧縮気体を前記第１の圧縮気体出口１７ｂから前記液体の間欠的動作による吐出に同調させて間欠的に噴出させ、かつ、前記少なくとも第１の圧縮気体の噴出を液体の吐出より前後に１乃至２００ミリ秒長くさせることにより、固形粒子を含む液体を液体吐出口７ｂから安定した量、連続して吐出させると共に被塗物ＳＢの表面に薄膜の塗膜ＣＦを塗着効率を向上させて塗布することを特徴とする液体のスプレイ方法。
2. 前記液体がディスパージョン又はパウダースラリーであることを特徴とする請求項１の液体のスプレイ方法。
3. 前記液体を粒子化し粒子噴出流をつくる工程として、前記液体吐出口７ｂが、第１の圧縮気体が第１の圧縮気体出口１７ｂより噴出された後に実際の大気雰囲気中に噴出されて膨張を被る位置よりも、内側に位置した内部ミックス２流体噴出手段を用いることを特徴とする請求項１乃至２の液体のスプレイ方法。
4. 前記液体が揮発分を含む液体であって、少なくとも前記第１の圧縮気体に溶媒が含まれることを特徴とする請求項１乃至３の液体のスプレイ方法。
5. 少なくとも前記第１の圧縮気体の流路内に溶媒の供給口１３ｄ又は吐出口を設け、前記圧縮気体の噴出停止時には、溶媒液膜として前記第１の圧縮気体出口１７ｂを経由して流出させ前記液体吐出口７ｂを前記溶媒で湿潤させることを特徴とする請求項４の液体のスプレイ方法。
6. さらに、前記液体吐出口７ｂを二重構造とし、内側吐出口と外側吐出口からそれぞれ異なる液体を吐出させて微粒化させることを特徴とする請求項１乃至５の液体のスプレイ方法。

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