JP5010214B2

JP5010214B2 - 塗料混合装置

Info

Publication number: JP5010214B2
Application number: JP2006241476A
Authority: JP
Inventors: 信之林; 隆之竹岡
Original assignee: Asahi Sunac Corp
Current assignee: Asahi Sunac Corp
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: JP2008062157A

Description

本発明は、塗料混合装置に関するものである。

水性二液ウレタン塗料は、水に溶かした主剤とシンナーに溶かした硬化剤（疎水性ポリイソシアネート）を分散させつつ混合して得られるのであるが、硬化剤である疎水性ポリイソシアネートは、水中で分散し難いという性質と、水と反応して硬化し易いという性質を有するため、結果的に主剤との反応性が低いという問題がある。
その対策として、特許文献１には、主剤と硬化剤の流動経路を仕切り壁によって上流側流路と下流側流路とに仕切り、その仕切り壁にオリフィスを形成した構造の拡散装置を設ける技術が開示されている。この拡散装置によれば、主剤と硬化剤が、オリフィスを通過するときに衝突と圧力上昇とによって微粒化されるので、主剤と硬化剤の分散と混合が促進される。
特開２００５−８７９５３公報

上記従来のものでは、径の小さいオリフィスに主剤と硬化剤を通過させる必要があるため、主剤と硬化剤の圧送圧力を高める必要がある。主剤と硬化剤の圧送圧力を高めると、ノズルからの塗料の吐出圧力も大きくなるのであるが、高い吐出圧力を制御することは困難である。
また、主剤、硬化剤、塗料の流動経路の途中に径の小さいオリフィスが存在すると、これらの液剤の流動速度が低下するのであるが、洗浄液を流動させるときも同様に流動速度が低下する。そのため、洗浄に時間がかかり、ひいては色替え等の段取り替えの作業効率が悪くなる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、オリフィスを用いることなく主剤と硬化剤を十分に分散して混合できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、水性ウレタン二液塗料の主剤と硬化剤を混合して塗料を得るための塗料混合装置であって、前記主剤と前記硬化剤の両液剤が流動する共通流路の途中に、内径が下流側に向かって次第に小さくなる縮径部と、前記縮径部の下流側に貫通するように形成された形態であって前記縮径部の断面形状とは異なる開口形状を有する貫通孔とが設けられ、前記縮径部の流路と前記貫通孔は、その内径が前記共通流路の内径と同心とされ、前記縮径部は、次第に小さくなるテーパ状の誘導面と、径寸法が一定の定径面と、を有し、前記定径面の後端と前記誘導面の前端とは滑らかに連続しており、前記貫通孔が、前記貫通孔の貫通方向と略直角な方向に細長く開口しており、前記貫通孔の下流側の開口縁には、前記貫通孔の長径方向に沿って下流側へ突出する規制面が形成されていることに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
水性ウレタン二液塗料の主剤と硬化剤の流れは、縮径部の内壁に沿うことによって内向きに転向させられ、貫通孔を通過するときに衝突が発生する。また、貫通孔の開口形状は縮径部の断面形状と異なるので、主剤と硬化剤の流れは、貫通孔を通過するときに乱流状となり、衝突が促進される。これらの衝突作用により、主剤と硬化剤が微粒化されて分散し、良好な混合状態となって二液塗料が得られる。本発明では、貫通孔の開口面積を小さくしなくても、主剤と硬化剤の微粒化を促進させることができるので、主剤と硬化剤の圧送圧力を高める必要がなく、また、貫通孔を通過する洗浄液等の洗剤の流量が低下せずに済む。さらに、貫通孔がその貫通方向と略直角な方向に細長く開口しているので、貫通孔を通過した主剤と硬化剤は、貫通孔の貫通方向と略直角な方向に拡がり、共通流路における貫通孔よりも下流側部分の内壁面に衝突し、この衝突によって主剤と硬化剤の微粒化、分散、混合が更に促進される。また、貫通孔を通過して微粒化された主剤と硬化剤の流れは、規制面によって貫通孔の短径方向に拡がることを規制されるので、共通流路における貫通孔よりも下流側の内壁面に対する衝突が促進される。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本実施形態の塗料混合装置４０を備えた塗装装置の概略を示す。主剤用タンク１０に貯留されている主剤は、ポンプ１１により主剤用流路１２へ汲み上げられて主剤用切換弁１３に圧送される。硬化剤用タンク２０に貯留されている硬化剤は、ポンプ２１により硬化剤用流路２２へ汲み上げられて硬化剤用切換弁２３に圧送される。硬化剤は、疎水性のポリイソシアネートからなる。洗浄液用タンク３０に貯留されている洗浄液は、ポンプ３１により洗浄液用流路３２へ汲み上げられて主剤用切換弁１３と硬化剤用切換弁２３とに圧送される。主剤用切換弁１３から合流器３５に至る主剤側供給路１４には、上流側から下流側に向かって順に、開閉弁１５、流量計１６、計量バルブ１７、逆止弁１８が設けられている。硬化剤用切換弁２３から合流器３５に至る硬化剤側供給路２４にも、上流側から下流側に向かって順に、開閉弁２５、流量計２６、計量バルブ２７、逆止弁２８が設けられている。合流器３５には、下流端が塗装ガン３７に接続された共通流路３６の上流端が接続されている。共通流路３６には、本実施形態の塗料混合装置４０と、塗料混合装置４０よりも下流側に配置されたレギュレータ３８とが設けられている。

塗装を行う際には、主剤と硬化剤が所定の流量ずつ交互に合流器３５に送り込まれ、共通流路３６の塗料混合装置４０を通過する際に、所定の比率で混合されて水性二液ウレタン塗料となり、塗装ガン３７に供給される。また、塗装後に洗浄を行う際には、洗浄液が、主剤用切換弁１３と硬化剤用切換弁２３に圧送され、主剤側供給路１４と硬化剤側供給路２４を通過して合流器３５に至り、更に共通流路３６を通って塗装ガン３７に供給され、塗装ガン３７のノズルから吐出される。これにより、洗浄液が通過する経路に残留している主剤、硬化剤及び水性二液ウレタン塗料は、洗浄液と共に洗い流される。

次に、塗料混合装置４０について説明する。
塗料混合装置４０は、共通流路３６を構成する上流側パイプ３６Ａの下流端部と、同じく共通流路３６を構成する下流側パイプ３６Ｂの上流端部と、両パイプ３６Ａ，３６Ｂの接続部分に介在させた筒部材５０とから構成される。上流側パイプ３６Ａの下流端の内周には雌ネジ部４１が形成され、下流側パイプ３６Ｂの上流端の外周には雄ネジ部４２が形成されており、雌ネジ部４１と雄ネジ部４２を螺合させることによって、両パイプ３６Ａ，３６Ｂが接続されている。両パイプ３６Ａ，３６Ｂを接続した状態では、上流側パイプ３６Ａの内周の拡径段差部４３と、下流側パイプ３６Ｂの上流端面との間に、周方向の取付溝４４が形成されている。また、上流側パイプ３６Ａの内周の軸線と直角な横断面形状、下流側パイプ３６Ｂの内周の横断面形状、及び取付溝４４の横断面形状は、いずれも、円形をなしている。

筒部材５０は、全体として筒状をなし、その軸線と直角な横断面形状は、円形をなす。筒部材５０の後端部（上流側の端部）の外周には、同心円形のフランジ部５１が形成されている。筒部材５０の前端部（下流側の端部）は半球状をなし、筒部材５０の前端面は、筒部材５０の外周面に対して滑らかに連なる半球面５２となっている。かかる筒部材５０は、両パイプ３６Ａ，３６Ｂを接続する際に、フランジ部５１を取付溝４４に嵌合させた状態で共通流路３６内に組み付けられている。組み付けられた筒部材５０は、フランジ部５１が両パイプ３６Ａ，３６Ｂの間で軸線方向に挟み付けられることにより、共通流路３６に対して筒部材５０の軸線方向、径方向及び周方向への相対移動を規制された状態で固定される。また、筒部におけるフランジ部５１よりも前方の領域の外径は、下流側パイプ３６Ｂの内周とほぼ同じ寸法となっている。

筒部材５０には、その前端面から後端面に貫通する中心孔５３が形成されている。中心孔５３は、筒部材５０と同心の円形をなす。中心孔５３のうち略後半部分は、後端から前方に向かって次第に縮径するテーパ状の誘導面５４となっている。誘導面５４の後端の径寸法は、上流側パイプ３６Ａの内径とほぼ同じ寸法である。また、中心孔５３のうち誘導面５４よりも前方の領域（略前半部分）は、径寸法が一定の定径面５５となっている。この定径面５５の後端と誘導面５４の前端とは滑らかに連続している。

筒部材５０の中心孔５３の内周における前端部は、縮径部５６となっている。縮径部５６は、前方に向かって内径寸法が次第に小さくなるような略半球状をなし、縮径部５６の内周面は略半球面５２からなる縮径面５７となっている。縮径面５７の後端と定径面５５の前端とは滑らかに連続している。また、筒部材５０の前端部には、筒部材５０の軸線と直角方向（径方向）に見てＶ字形をなす切欠溝５８が形成されている。切欠溝５８は前方に向かって拡がっており、切欠溝５８の最大溝幅は、縮径面５７の最大内径（定径面５５の内径）よりも小さい寸法（本実施形態では縮径面５７の最大内径の約１／３）となっている。切欠溝５８を構成する２つの平面は、筒部材５０の軸線に対して傾いた規制面５９となっている。

切欠溝５８の溝底は筒部材５０の軸線と直交しており、切欠溝５８の溝底部における中央部分は、縮径部５６の中空内（中心孔５３の前端部）と連通している。そして、この連通部分は、縮径部５６から筒部材５０の前端面へ貫通して規制面５９上に開口した形態の貫通孔６０となっている。貫通孔６０は、筒部材５０の軸線と直角な方向に細長く、貫通孔６０の開口縁は対称な２つの円弧によって構成されている。貫通孔６０の開口部における長径寸法（図４及び図５における上下方向）は、縮径面５７の最大内径（定径面５５の内径）と同じ寸法となっている。一方、貫通孔６０の短径寸法は、縮径面５７の最大内径よりも小さい寸法（本実施形態では縮径面５７の最大内径の約１／４）であり、切欠溝５８の最大溝幅よりも小さい寸法となっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
塗装を行う際には、合流器３５へ交互に投入された主剤と硬化剤が、上流側パイプ３６Ａ内を流動し、流動する間にある程度混合された状態で塗料混合装置４０に至る。塗料混合装置４０においては、主剤と硬化剤が後端側から筒部材５０の中心孔５３内を進み、貫通孔６０を通過して下流側パイプ３６Ｂに至る。この間、主剤と硬化剤の流れは、誘導面５４に沿って縮径されるので、加速されて縮径部５６に至る。縮径部５６では、主剤と硬化剤の流れが縮径面５７によって内向き（即ち、軸線に向かう方向）に転向させられるので、貫通孔６０を通過するときには、この内向きに転向させられた主剤と硬化剤が衝突するとともに、主剤同士と硬化剤同士も衝突することになる。

このとき、貫通孔６０の開口形状は縮径部５６の断面形状と異なることから、主剤と硬化剤の流れは、貫通孔６０を通過する際に乱流状となり、これによって、衝突が促進される。これらの衝突作用により、主剤と硬化剤が微粒化されるとともに分散される。そして、貫通孔６０を通過して下流側パイプ３６Ｂ内に進入した後は、主剤と硬化剤の流路の内径が急激に拡大するので、微粒化された主剤と硬化剤の分散が一気に進み、主剤と硬化剤が良好な混合状態となる。また、貫通孔６０はその貫通方向と直角な方向へ細長く開口した形態となっているので、貫通孔６０を通過した主剤と硬化剤の流れは、貫通孔６０の長径方向（貫通孔６０の貫通方向と略直角な方向）に拡散し、下流側パイプ３６Ｂの内周面に衝突する。そして、この内周面への衝突により、主剤と硬化剤の微粒化と分散と混合が更に進む。このとき、貫通孔６０の開口縁には、貫通孔６０の長径方向に沿った一対の規制面５９が形成されているので、主剤と硬化剤の流れが貫通孔６０の短径方向へ拡がらずに済み、これにより、下流側パイプ３６Ｂの内周面への衝突の勢いが強くなる。

本実施形態では、主剤と硬化剤の流れを縮径部５６によって内向きに転向させることにより、主剤と硬化剤を共通流路３６の長さ方向（筒部材５０の軸線方向）と略直角に衝突させるようにしたので、貫通孔６０の開口面積を小さくしなくても、主剤と硬化剤の微粒化を促進させることができる。しかも、縮径部５６の断面形状と貫通孔６０の開口形状とを異なる形状としたので、衝突を促進することができる。したがって、貫通孔６０の開口面積をオリフィスのように小さくしなくても、主剤と硬化剤を良好な状態に微粒化することができる。このことは、主剤と硬化剤の圧送圧力を高めずに済むことを意味する。また、貫通孔６０の開口面積を大きく確保できるので、貫通孔６０を通過する洗浄液の流量を多くして洗浄効率を向上させることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では共通流路のうち貫通孔よりも上流側の断面形状を円形としたが、本発明によれば、非円形であってもよい。
（２）上記実施形態では共通流路のうち貫通孔よりも下流側の断面形状を円形としたが、本発明によれば、非円形であってもよい。
（３）上記実施形態では貫通孔の開口形状を細長い形状としたが、本発明によれば、円形に近い形状や多角形等の形状としてもよい。
（４）上記実施形態では筒部材の前端面を半球面としたが、本発明によれば、筒部材の前端面は軸線と直角な平面状であってもよい。
（５）上記実施形態では貫通孔の下流側に規制面を形成したが、本発明によれば、規制面を形成しない形態としてもよい。
（６）上記実施形態では縮径部と貫通孔を備えた筒部材を共通流路に組み付けたが、本発明によれば、共通流路の内壁に、直接、縮径部と貫通孔を形成してもよい。
（７）塗料混合装置は、塗装装置において塗装ガンに塗料を供給する経路内に設けたものに限らず、塗装装置とは独立した塗料混合装置として用いるものにも適用できる。

実施形態１の塗料混合装置を備える塗装装置の概略図塗料混合装置の断面図図２のＸ−Ｘ線断面図筒部材の正面図図４の部分拡大図

符号の説明

３６…共通流路
４０…塗料混合装置
５６…縮径部
５９…規制面
６０…貫通孔

Claims

水性ウレタン二液塗料の主剤と硬化剤を混合して塗料を得るための塗料混合装置であって、
主剤と硬化剤の両液剤が流動する共通流路の途中に、内径が下流側に向かって次第に小さくなる縮径部と、前記縮径部の下流側に貫通するように形成された形態であって前記縮径部の断面形状とは異なる開口形状を有する貫通孔とが設けられ、
前記縮径部の流路と前記貫通孔は、その内径が前記共通流路の内径と同心とされ、
前記縮径部は、次第に小さくなるテーパ状の誘導面と、径寸法が一定の定径面と、を有し、前記定径面の後端と前記誘導面の前端とは滑らかに連続しており、
前記貫通孔が、前記貫通孔の貫通方向と略直角な方向に細長く開口しており、
前記貫通孔の下流側の開口縁には、前記貫通孔の長径方向に沿って下流側へ突出する規制面が形成されていることを特徴とする塗料混合装置。