JP5060594B2 - エアレススプレー塗装装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧エアによらずに塗料を吐出するエアレススプレー塗装装置に関する。

従来、エアレススプレー塗装装置の技術は公知であり、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のエアレススプレー塗装装置は、塗料を吐出するノズルが設けられた塗料室と、塗料を蓄える塗料タンクと、塗料タンク内の塗料を塗料室内へ圧送するポンプと、を備える。
前記エアレススプレー塗装装置は、ポンプの圧力によって、塗料タンク内の塗料を塗料室内へ送り、さらに塗料室内へ送った塗料をノズルから吐出する。

前記ノズルから吐出される塗料について、高微粒化を図るためには、ノズルを小径化する必要がある。
しかし、ノズルを小径化（例えば、５０ミクロン前後）すると、ノズル内での圧力損失が大きくなる。特に、塗料の粘度が高い場合は圧力損失がさらに大きくなる。また、一般的な圧力領域（例えば、２ＭＰａ〜３ＭＰａ）のポンプを用いる場合、圧力不足により、ノズルの出口周辺の負圧になる部分（壁面）に塗料が固着して、この固着した塗料が乾いて、ノズルをふさいでしまうことがある。従って、塗料室内の塗料をノズルから安定して吐出することが困難になるという問題が発生しうる。

上記問題を解決するために、高い圧力（例えば、数１０ＭＰａ）を供給可能なポンプを用いて、塗料の吐出圧力を高める方法が考えられる。
しかし、塗料の吐出圧力を高めると、塗料タンクと塗料室との接続に用いる管、ネジ部品その他の装置の構成部品について、高圧に耐えうるだけの強度等を備えた部品を用いる必要がある。従って、装置が大がかりになり、装置の製造コストが高騰するといった問題が生じる。

特開２００９−２４８０２０号公報

本発明は、前述の問題点を解消するべく、簡単な構成かつ低コストで塗料室内の塗料をノズルから安定して吐出することが可能なエアレススプレー塗装装置を提供するものである。

請求項１に記載のエアレススプレー塗装装置においては、
超音波振動を発生する振動子、および前記振動子に接続され、前記振動子にて生じた超音波振動を伝達するホーン、を有する超音波装置と、
塗料を吐出するノズルを有し、前記ホーンの先端部に嵌装されるキャップと、
前記塗料を貯留する塗料タンクと、
前記塗料タンク内に貯留される塗料を圧送するポンプと、を備え、
前記ホーンの先端部と前記キャップとの間には、塗料を貯留する塗料室が形成され、
前記ホーンの先端部では、前記振動子にて生じた超音波振動により直進流が発振され、
発振された前記直進流により、前記ノズルから前記塗料室内の塗料が吐出され、
前記直進流により前記ノズルから塗料を吐出するときに、前記塗料タンク内の塗料を前記ポンプにより前記塗料室内に圧送し、
前記ホーンには、前記ポンプにより圧送される塗料の通路が形成され、
前記通路の一端は、前記ホーンの外周面における非共振域に開口して、前記塗料タンクに接続される管に接続され、
前記通路の他端は、前記ホーンの先端部に開口する。

請求項２に記載のエアレススプレー塗装装置においては、
前記ノズルは、
前記ホーンの先端部と対向する位置において、前記直進流の発振方向に向けて形成されるとともに、
前記キャップの外周側に向かって縮径する形状を有し、かつ、前記キャップの内周面側の開口径が、前記キャップの外周面側の開口径よりも大きく構成される。

本発明によれば、簡単な構成かつ低コストで塗料室内の塗料をノズルから安定して吐出することが可能である。

本発明に係るエアレススプレー塗装装置の第一形態であるエアレススプレー塗装装置の概略構成図である。 図１の一部拡大図である。 本発明に係るエアレススプレー塗装装置の第二形態であるエアレススプレー塗装装置の概略構成図である。

［第一実施形態］
以下に、本発明に係るエアレススプレー塗装装置の実施の一形態であるエアレススプレー塗装装置１０について、図面を参照して説明する。なお、図１〜図３に示す矢印Ａは、後述するホーン１２の軸方向を示す。

エアレススプレー塗装装置１０は、高圧エアによらずに塗料を吐出するものである。
図１に示すように、エアレススプレー塗装装置１０は、超音波装置（振動子１１およびホーン１２）、キャップ１３、塗料タンク１４、ならびにポンプ（油圧ポンプ）１５を備える。

前記超音波装置は、振動子１１、およびホーン１２を備えている。
振動子１１は、公知の超音波振動子であり、電圧をかけることにより伸び縮みする圧電素子（ピエゾ素子）、および上記圧電素子を両側から挟み込む金属製部材を有しており、交流電圧をかけることにより超音波振動を発生する。
振動子１１には、ホーン１２の基端部がネジにより締結されるなどして接続されている。ホーン１２は、振動子１１にて生じた超音波振動の振幅を増幅しつつ伝達する部材である。

ホーン１２は、全体的に円柱形状に形成されており、その軸方向の先端部が基端部よりも径が小さくなるように、その中途部にて縮径している。ホーン１２の中途部には、径方向外側に突出するフランジ部１２ａが形成されている。フランジ部１２ａは、ホーン１２の縮径部分よりも基端側に位置している。

ホーン１２の軸方向の先端部１２ｂにはキャップ１３が嵌装されており、ホーン１２の軸方向の先端部１２ｂはキャップ１３により覆われている。

キャップ１３は、一端が閉塞された円筒形状に形成されており、ホーン１２により支持されている。
キャップ１３は、円盤形状の底壁部１３ａ、および円筒形状の周壁部１３ｂを備えており、底壁部１３ａにより周壁部１３ｂの一端（図１における下端）が閉塞されている。
底壁部１３ａは、その内周面（図１における上面）の縁部が周壁部１３ｂの一端にネジ等で固定されることにより、周壁部１３ｂの一端を閉塞している。底壁部１３ａと周壁部１３ｂとの間にはシール部材１３ｃが介装されている。

周壁部１３ｂの他端部（図１における上端部）には、周壁部１３ｂの外周側に突出する突出部１３ｄが形成されている。また、周壁部１３ｂの他端側には、平板形状の蓋部１３ｅが突出部１３ｄに対して対向配置されている。

突出部１３ｄと蓋部１３ｅとの間には、ホーン１２の中途部に形成されるフランジ部１２ａが位置しており、フランジ部１２ａをシール部材１３ｆ等を介して突出部１３ｄと蓋部１３ｅとで挟持することにより、キャップ１３がホーン１２に支持されている。
このように、ホーン１２によりキャップ１３を支持することで、ホーン１２の軸方向の先端部１２ｂがキャップ１３の内部（底壁部１３ａの内周面と、周壁部１３ｂの内周面に囲まれる空間内）に配置されることとなる。すなわち、ホーン１２の軸方向の先端部１２ｂは、キャップ１３の内周面（底壁部１３ａの内周面、および周壁部１３ｂの内周面）にて覆われている。

ホーン１２の先端部１２ｂにおけるキャップ１３に覆われている部分の外周面と、キャップ１３の内周面との間には、塗料を貯溜する隙間（塗料室１７）が形成されている。つまり、ホーン１２の側面（外周面）と周壁部１３ｂの内周面との間、およびホーン１２の先端面（図１における下面）と底壁部１３ａの内周面との間には、塗料室１７を構成する隙間が形成されている。塗料室１７は上記シール部材１３ｃ・１３ｆ等によって密閉されている。
図１に示すように、周壁部１３ｂには、その外周面と内周面との間を貫通する塗料通路１３ｇが形成されている。塗料通路１３ｇは塗料室１７と連通しており、塗料通路１３ｇを通じて塗料室１７内に塗料を供給可能に構成されている。

キャップ１３の底壁部１３ａには、ノズル１６・１６が複数（図１には二つノズル１６・１６を示している）形成されている。
ノズル１６は、底壁部１３ａを貫通する孔であり、ノズル１６を通じて塗料室１７内の塗料が吐出されるように構成している。
なお、底壁部１３ａにおいては、塗料室１７と接する側の面を内周面と呼び、その裏側の面を外周面と呼ぶ。

図２に示すように、塗料を吐出するノズル１６は、テーパ部１６ａ、および小径部１６ｂを備える。

テーパ部１６ａは、底壁部１３ａの内周面側に位置し、その径が外周面側へいくにつれてテーパ状に小さくなる形状を有する。テーパ部１６ａの小径側の端部には、小径部１６ｂが連続して設けられている。小径部１６ｂは、底壁部１３ａの外周面側に位置し、その径の大きさが、テーパ部１６ａの小径側の端部の径と同一の大きさに構成されている。
ノズル１６においては、テーパ部１６ａの大径側の端部が底壁部１３ａの内周面に開口しており、小径部１６ｂが底壁部１３ａの外周面に開口している。
すなわち、ノズル１６は、底壁部１３ａの外周面側に向かって縮径する形状（テーパ部１６ａ）を有し、かつ、底壁部１３ａの内周面側の開口径（テーパ部１６ａの大径側の端部の径）を、底壁部１３ａの外周面側の開口径（小径部１６ｂの径）よりも大きく構成している。

このように構成されるノズル１６・１６においては、塗料室１７内の塗料がテーパ部１６ａから進入し、小径部１６ｂを通じて底壁部１３ａの外周面側の開口から吐出される（図２の点線矢印参照）。

小径部１６ｂから塗料が吐出される際、吐出された塗料は液糸状に構成される。そして、この液糸が分断されて、表面張力で球状化して、微粒化する。
小径部１６ｂの径は、所望の粒径と同等、もしくは所望の粒径よりも僅かに大きくなるように構成されている。従って、小径部１６ｂから吐出された液糸は、その太さが、所望の粒径と同等、もしくは所望の粒径よりも僅かに大きくなる。本実施形態において、小径部１６ｂの径は、例えば５０ミクロン前後の小径に構成されている。

ホーン１２は、軸方向の先端部１２ｂが、伝達される超音波振動の腹の位置（共振域）に配置されるような形状および寸法に形成されている。これにより、振動子１１で発生した超音波振動がホーン１２に伝達されるときに、ホーン１２の先端部１２ｂが、キャップ１３に対して、ホーン１２の軸方向に、超音波振動の周波数で振動する。例えば、ストロークが３０ミクロン〜４０ミクロン程度、周波数が２０ＫＨｚ前後で、先端部１２ｂが振動する（図２の白抜き矢印参照）。

図２に示すように、ホーン１２の先端部１２ｂは、塗料室１７を介して、上記底壁部１３ａのノズル１６・１６と、ホーン１２の軸方向に対向している。従って、ホーン１２の先端部１２ｂは、振動子１１により軸方向に振動されると、ノズル１６・１６に近接離間する方向に振動する。

また、ノズル１６・１６は、ホーン１２の先端部１２ｂ（先端面）と対向する位置において、ホーン１２の軸方向（振動方向）に向けて形成されている。従って、ホーン１２の先端部１２ｂの振動方向と、ノズル１６・１６の延在する方向（ノズル１６・１６による塗料の吐出方向）とが一致している。

一方、図１に示すように、ホーン１２の中途部に形成されるフランジ部１２ａは、軸方向に振動しない振動の節の位置（非共振域）に配置されている。

塗料タンク１４には、塗料が貯留されている。
塗料タンク１４は、管１８を介して塗料室１７（塗料通路１３ｇ）と連通されている。管１８は、一端が塗料タンク１４に接続されており、他端が塗料通路１３ｇにニップル１９を介して接続されている。

管１８の途中部には、ポンプ１５が設けられている。
ポンプ１５が駆動されることにより、塗料タンク１４内の塗料が、管１８および塗料通路１３ｇを通じて圧送されて、塗料室１７内に供給される。

図２に示すように、エアレススプレー塗装装置１０は、塗料室１７内に塗料が供給された状態で、振動子１１によりホーン１２の先端部１２ｂを軸方向に振動することによって、ノズル１６・１６から塗料を吐出する。このとき、ホーン１２の先端部１２ｂでは直進流が、ホーン１２の軸方向外側に向けて発振されて（図２の太線矢印参照）、この直進流の効果でノズル１６・１６から塗料が吐出される。
直進流は、ホーン１２の先端部１２ｂ（振動面）が、振動子１１にて生じた超音波振動により軸方向外側（ノズル１６・１６に近接する方向）に振動するときに塗料室１７内の塗料を、ホーン１２の軸方向外側に向けて押す力である。

以上のように構成することで、エアレススプレー塗装装置１０は、ホーン１２の先端部１２ｂから発振する直進流によって、塗料室１７内の塗料をノズル１６・１６から安定して吐出することが可能である。
また、エアレススプレー塗装装置１０は、ホーン１２の先端部１２ｂから発振する直進流によってノズル１６・１６から塗料を吐出するので、管１８、ニップル１９等の装置の構成部品について高圧に耐えうる特殊なものを用いる必要がない。従って、装置が大がかりで複雑なものにならず、装置の製造コストを低減可能である。

また、上記したようにノズル１６・１６は、ホーン１２の先端部１２ｂと対向する位置において、ホーン１２の軸方向（前記直進流の発振方向）に向けて形成されるとともに、キャップ１３の外周側に向かって縮径する形状を有し、かつ、キャップ１３の内周面側の開口径が、前記キャップ１３の外周面側の開口径よりも大きく構成される（図２参照）。これにより、ノズル１６・１６が上記直進流を効率よく集約することが可能である。

また、エアレススプレー塗装装置１０は、前記直進流によりノズル１６・１６から塗料を吐出するときに、塗料タンク１４内の塗料をポンプ１５により塗料室１７内に圧送することで、塗料を継続的に吐出することが可能である。

また、エアレススプレー塗装装置１０は、塗料通路１３ｇをキャップ１３に形成しており、例えばホーン１２の先端部１２ｂのような振動する箇所には形成していない。従って、ニップル１９や管１８が振動により破損することを回避でき、塗料タンク１４内の塗料を塗料室１７内に安定して供給することが可能である。

［第二実施形態］
以下に、本発明に係るエアレススプレー塗装装置の第二実施形態であるエアレススプレー塗装装置２０について、図面を参照して説明する。
なお、エアレススプレー塗装装置２０について、エアレススプレー塗装装置１０と同様の部材に対しては同一符号を付し、詳細な説明およびそれに付随する効果等の記載は省略する。

図３に示すように、ホーン１２には、塗料通路１２ｃが形成されている。
塗料通路１２ｃは、その一端がホーン１２の側面（外周面）における非共振域（超音波振動の節の位置）に開口しており、その他端がホーン１２の先端部１２ｂ（先端面）に開口している。
塗料通路１２ｃの一端、すなわちホーン１２側面の非共振域に形成される開口は、ニップル１９を介して管１８の他端に接続されている。

ポンプ１５が駆動されることにより、塗料タンク１４内の塗料が、管１８を通じて塗料通路１２ｃへ圧送される。塗料通路１２ｃ内に圧送された塗料は、ホーン１２の先端部１２ｂから吐出されて、塗料室１７内に供給される。

以上のように、エアレススプレー塗装装置２０は、ニップル１９を介して管１８と接続される塗料通路１２ｃの一端側の開口をホーン１２の非共振域に形成しており、例えばホーン１２の先端部１２ｂのような振動する箇所には形成していない。従って、塗料通路１２ｃの一端に接続されるニップル１９や管１８が振動により破損することを回避でき、塗料タンク１４内の塗料を塗料室１７内に安定して供給することが可能である。

１０・２０ エアレススプレー塗装装置
１１ 振動子
１２ ホーン
１２ｂ ホーンの先端部
１３ キャップ
１４ 塗料タンク
１５ ポンプ
１６ ノズル
１７ 塗料室

Claims (2)

1. 超音波振動を発生する振動子、および前記振動子に接続され、前記振動子にて生じた超音波振動を伝達するホーン、を有する超音波装置と、
   塗料を吐出するノズルを有し、前記ホーンの先端部に嵌装されるキャップと、
   前記塗料を貯留する塗料タンクと、
   前記塗料タンク内に貯留される塗料を圧送するポンプと、を備え、
   前記ホーンの先端部と前記キャップとの間には、塗料を貯留する塗料室が形成され、
   前記ホーンの先端部では、前記振動子にて生じた超音波振動により直進流が発振され、
   発振された前記直進流により、前記ノズルから前記塗料室内の塗料が吐出され、
   前記直進流により前記ノズルから塗料を吐出するときに、前記塗料タンク内の塗料を前記ポンプにより前記塗料室内に圧送し、
   前記ホーンには、前記ポンプにより圧送される塗料の通路が形成され、
   前記通路の一端は、前記ホーンの外周面における非共振域に開口して、前記塗料タンクに接続される管に接続され、
   前記通路の他端は、前記ホーンの先端部に開口する、
   エアレススプレー塗装装置。
2. 前記ノズルは、
   前記ホーンの先端部と対向する位置において、前記直進流の発振方向に向けて形成されるとともに、
   前記キャップの外周側に向かって縮径する形状を有し、かつ、前記キャップの内周面側の開口径が、前記キャップの外周面側の開口径よりも大きく構成される、
   請求項１に記載のエアレススプレー塗装装置。

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