JP5085019B2 - スプレーガンのエア霧化空気キャップ - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気により、塗料等を霧化し、被塗物に向けて吹付塗装を行うエアスプレーガンに係るもので、特に噴霧時の霧化粒子を均一に分散させた塗膜形成を可能にする外部混合式エアスプレーガンの霧化空気キャップに関するものである。

圧縮空気を用いて塗料を霧化し、塗装面を形成するためのエアスプレーガンは各分野において広く使用されている。中でも金属、木工、プラスチック製品等の仕上げ塗装に用いられる工業用スプレーガンは、近年の塗料の多様化、被塗装物に対する要求品質の向上等により要求される噴霧性能の改善がより高いものに移ってきている。

これらの工業用スプレーガンは、塗料を霧状に微粒化して被塗装物に吹付けるため、複雑な塗装面であっても、平面であっても均一な平滑面を得られ、広く採用される一方で、被塗装物に付着せずに飛散する塗料粒子が無駄になるという大きな問題を有しており、塗着効率の向上による資源の有効利用、塗装環境の悪化防止、作業能率の向上による生産性の向上、そして塗膜品質の向上につながる霧化性能の改善等、解決すべき多くの課題があり、これらの多くがスプレーガンの霧化構造に依存していると言える。

通常、エアスプレーガンの霧化構造は塗料噴出口を有する塗料ノズルと霧化用空気孔を配置した空気キャップによって主に構成され、これらの組み合わせによって塗料が霧化され、被塗装物に吹付けられる状態すなわちスプレーパターンの性能が決定される。実際のスプレーガンにおいては、この他塗料ノズルから噴出する塗料の制御を行う塗料弁、空気キャップの各空気口から噴出する圧縮エアの調整を行う調節弁や空気通路が必要な機能をもって組み合わされている。

霧化構造の代表的な構造は幾多の事例で理解できるとおり、中心部に噴出口を形成した塗料ノズルがあり、その噴出口の周囲に環状の空気口が形成されるように空気キャップの中心空気口が配置されるように組み合わされているのが一般的である。塗料の霧化は、この中心から噴出する塗料に対し、包み込む形で環状の中心空気口からの圧縮エアを噴射させて行われる。さらに空気キャップには、中心空気口の両外側に角（つの）と呼ばれる１対の突起を形成し、この角部より中心に向けて噴出する側面空気口を設け、前記中心部の霧化流に対し両側から圧縮エアを衝突させ、噴霧流のパターンを形成する。この側面空気口は、中心からの噴霧流を両側面よりつぶすように鈍角度で交差するように構成されている。

これらの衝突させる側面空気の方向や強さ、空気量等は、多くの経験から種々の構成が考えられており、塗料や塗装品質、塗面状況等の各種条件に適合するものが提案されている。通常最も単純な構成は中心空気口に対し、１対の側面空気口を有するもので、この構成で求めるパターン形状が得られれば最も望ましいことになる。

これまでエアスプレーガンの噴霧パターンに対する改善は、中心の噴霧化用空気穴１つに対し、側面空気口や補助空気口を増やすことで行われてきた。特に高級仕上げ用スプレーガン程多くの空気口を有しているのが一般的であった。

例えばパターン幅を大きく広げたい場合には、側面空気口を大きくして両側面からの衝突空気を増加させ、更には２対の側面空気口を設けることも行われる。しかし単に側面空気口からの空気を強くしても噴霧流の中心部に集中した流れでは噴霧パターンの中央部のみがつぶされ、いわゆる中割れとよばれる中央部が透けたパターンとなって平均した膜厚の塗装ができない不良となる。

このような場合、側面空気が衝突する前に予め側面空気と直行する側の補助空気等により中心の噴霧流の分布を整えておいたり、側面空気の噴流が広い幅で中心の噴霧流に衝突するように、補助の空気口を設けることが行われる。

塗装時の均一膜厚を課題として平均的に塗着させることを目指し、上記のように噴霧されたパターン形状が均一であることが求められていたが、さらに高度な塗膜品質を得るためには単に塗着結果としての膜厚分布の均一化だけでなく、噴霧状態での均一化が重要となる。特に比較的大きな面積となる自動車産業や薄膜塗装の樹脂塗装においては、噴霧状態の流れのむらが直接塗面に影響するため、斑のない均一塗面の形成が最大の課題となっている。

これまで圧縮エアでの吹き付けは、塗料が微粒化する過程と圧縮エアの流れの関係から霧の生成に乱れが生じ、霧むらとなるために、塗り重ね等によって平均化することにより塗膜が形成された時に全体的な霧むらの比率を減少させることが経験的に行われてきていた。しかし前述のように樹脂塗装において高級感のある塗料を薄膜で塗装する場合や自動車塗装において、最終仕上げ塗面を高級塗料によって仕上げる場合など、スプレーの際に発生する霧むら、噴霧流分布の不均一状態を機械的に減少させることは、これらの問題解消につながり、結果的には資源の無駄を削減し、工業的、経済的効果をもたらす結果となる。

前記した通り、スプレーパタンの膜厚分布を適正に保ち、パターン形状を塗装の仕様目的に適合したスプレーパタンを形成する空気キャップの改善は多く成されてきていたが、スプレー時の霧むらを減少させる技術は十分でなかった。すなわち、これまでスプレーパタンの改善の結果として噴霧流の分布が改善もしくは表面的に表れなかった傾向がある。本発明はエア霧化スプレーガンにおいて、スプレー時の不均一な噴霧が改善され、その結果塗面への塗布が均一となる空気キャップの構造を提案するものである。

これらが改善されれば複雑で多くの空気穴を設けることなく均一な塗面を得られる空気キャップが得られ、これらの単純化により霧化装置の製作が容易化され、すでに改善された空気キャップの場合は、さらに分布の均一性に優れた空気キャップを得ることができるものとなり、塗装の仕上がりを向上させることができ、特に低粘度塗料等における薄膜塗装において生じやすい塗面の乱れがなく平滑な高級品質の塗膜形成が容易な霧化装置を得ることができる。

圧縮エアで霧化するエアスプレーガンに組み込まれ、中心に配置した塗料噴出口の外周部とにより環状の空気口を構成する中心空気口と、該中心空気口の外側に対称に設けた１対の角部を形成し、該角部より中心部に向けて鈍角で交差する側面空気を噴射して噴霧パターンを形成する側面空気口を設けた空気キャップおいて、該側面空気口と連通し前記それぞれの角部に設けた竪穴の入口部断面積を、前記側面空気穴が連通する竪穴の通路断面積よりも小とする。

さらに前記側面空気口の竪穴入口に流路面積を絞ったブシュを嵌めることによって面積を小さくする。
または前記側面空気口の開口面積に対し、竪穴の入口部断面積を小さく形成する。

以上のように本発明によれば、角部の竪穴入口部で流路を絞ることにより、この絞り部で空気流は高速になり、角竪穴内部で乱流を形成した後、側面空気口より噴出するため、側面空気口からの噴流が縮流も少なく側面空気口壁面まで速度欠損の少ない乱流として、側面空気口径いっぱいの径で噴出するため、塗料を伴った中心噴霧流を均一に扁平させることができる。

特に塗料中に金属粉を含むメタリック塗料やマイカなどの塗膜そのものの外観に影響を与える微粒子を含む塗料は、噴霧流の分散が均一にならないと微粒子の密度にばらつきが生じ、わずかなむらが外観品質に影響を及ぼして塗装の品質を低下させることになるが、本発明の実施により、均一でむらのない塗面に改善することができる。

また影響が出やすい淡色の塗料や、薄膜の塗装においても均一な仕上げが可能で、より少ない塗料での仕上げ塗装を可能とし、高価な仕上げ塗料を使用する樹脂塗装等においても少ない膜厚での高級仕上げ塗装が可能となり、塗装工程の短縮、塗料の節減がもたらす効果が得られる。また塗装品質の向上がスプレーガンで可能となることで、塗装コストの削減、生産性の向上にも結びつく結果を得ることができ、従来作業者の目に頼り、熟練した作業者の塗装技術によらなければ難しかった高級仕上げ塗装の分野においても自動スプレーガンでの安定した塗装が可能になる等、工業的に多大の効果をあげることができる。本発明手段による作用効果については以下の実施態様の中で述べる。

図1は本発明の一実施例を示すスプレーガンの霧化空気キャップと塗料ノズル部分を示す断面図である。図２は、図１の空気キャップを使用したスプレーガンの全体構造を示す断面図である。このスプレーガンは作動エアの働きにより自動的にスプレー作業が制御される、いわゆる自動スプレーガンを示しているが、本発明の霧化装置はこれらの作動形式には限定されない。すなわち引き金を備え、手動で吹付けが行われるハンドスプレーガンにも適用できる。スプレーガン本体１は前部に霧化装置が、後部に作動及び調節装置が中央部には塗料供給口２、及び図示されていないが噴霧用の圧縮エア導入口等が設けられている。先端の霧化装置部は塗料ノズル３、空気キャップ４、ニードル弁５で主に構成され、空気キャップ４はカバー６によってガン本体１に着脱自在となっている。

霧化装置は、図１に示すようにガン本体１に塗料ノズル３が後部ねじ３１によってねじ込まれ、後端で前記塗料供給口２と塗料ノズル３の中心部の塗料通路３２を緊密に接続している。塗料ノズル３の先端は噴出口９を設け、内周面はニードル弁５の先端が進退して開閉する。本図の例では後部の作動ピストン１１によって作動が制御される。また作動量は調節つまみによって調節される構成であり、これらの構造はすでに多くの事例で示されている。

塗料ノズル３はガン本体に組み込まれたとき、ガン本体１側に形成された中心空気通路１２が開口する中心空気室１３と、側面空気通路１４が開口する側面空気室１５をシート部１６で仕切り、外側の側面空気室１５からのエアは塗料ノズル３の外周を廻って空気キャップ４の内面室４５に連通し、内側の中心空気室１３のエアは塗料ノズル３に設けられた連通孔３３を通して空気キャップ４の中心口室４６に連通する構成となっている。

空気キャップ４はこれまでに知られている如く、中心部に塗料ノズル３の噴出口９の外周を囲むように環状の隙間で形成される中心空気口４２が形成され、その両側に突出する角４３には前記側面空気を中心の噴霧流に向けて噴射する側面空気口４４が設けられている。側面空気口４４の数や大きさ、方向等は噴霧条件によって選択されるが図の例は１個のみで表している。この他、一対の角４３を２組、互いに直交するように設け、噴出エアの制御で噴霧パターンの向きを使い分ける場合にも適用が可能である。

噴霧パターンを形成する側面空気は、空気キャップ４の角４３に設けた竪穴４７を経て側面空気口４４から噴出するが、本発明では前記の入口部を竪穴４７の断面積より小さくなるように絞った構成にしている。部分的に示す図３の例は内径４８の小さいブシュ４１をはめ込む構成として、入口で断面積が規制され、竪穴４７内部で広がった通路状態を構成している。この例に限らず、図６のように入口部の開口径より若干大きくした先端を鋭利とした円筒状の治具２０により、入口部を円周状にかしめて変形させて通路断面積を小さく形成しても良い。このような方法は塑性変形を定量的に与えられる条件のもとで可能であり、その他加工手段の検討によって幾つかの別の手段が採用されうる。

上記の構成で、側面空気は通常５０から４００キロパスカル（ｋＰａ）程度で送り込まれ、竪穴４７に流入する。このとき絞り部で高速（音速もしくは亜音速）になり、竪穴４７内部に入ったときに通路面積の拡大によって乱流を形成し、側面空気口４４より噴出する。このため側面空気口４４より噴出する空気流は、縮流も少なく、空気口の壁面まで速度欠損が少ない乱流状態で側面空気口４４の内径いっぱいの空気流で中心の噴霧流に衝突し、扁平なパターンを形成する。

扁平なパターンを形成する側面空気口４４からの噴流は、従来は直前まで十分な面積の通路で形成され側面空気口４４から噴出させていたために図７の（Ａ）のように縮流が生じ、かつ噴流の部分によって速度差が大きいために中心噴霧流との衝突時に乱れが生じやすい結果となっている。これに対し本発明の構成では上記のように側面空気口４４からの噴流が、全体に均一な広い範囲で中心噴霧流と衝突し、局部的な差が生じにくく、均一な分散による扁平パターンの生成が可能になっている。

また別の手段として、図５に示すように、竪穴４７の入口を絞らず、竪穴４７内部での流路断面の拡大がない場合においても、竪穴の断面積が側面空気口４４とほぼ同じ断面積とした場合、竪穴４７に流入できる空気量は側面空気口４４から噴出する空気量と同等であるため、竪穴４７の奥部に入り込んだ空気は還流し噴流の乱れを誘引して前記と同様の効果を引き出すことができる。

本発明の一実施例を示すスプレーガンの空気キャップと塗料ノズルの組み合わせ断面図である。 図１を組み込んだスプレーガンの断面図である。 本発明の空気キャップの主要部を示す断面図である。 図３の右側面図である。 本発明の他の実施例を示す空気キャップの断面図である。 本発明の空気キャップの他の実施例における主要部分のみを示す説明図である。 側面空気口からの空気流の状態を示す説明図である。

符号の説明

１ ガン本体
２ 塗料供給口
３ 塗料ノズル
４ 空気キャップ
５ ニードル弁
６ カバー
９ 噴出口
１１ 作動ピストン
１２ 中心空気通路
１３ 中心空気室
１４ 側面空気通路
１５ 側面空気室
１６ シート部
３１ 後部ねじ
３２ 塗料通路
３３ 連通孔
４１ ブシュ
４２ 中心空気口
４３ 角
４４ 側面空気口
４５ 内面室
４６ 中心口室
４７ 竪穴

Claims (2)

1. 圧縮エアで霧化するエアスプレーガンに組み込まれ、中心に配置した塗料噴出口の外周部とにより環状の空気口を構成する中心空気口と、該中心空気口の外側に対称に設けた１対の角部を形成し、該角部より中心部に向けて鈍角で交差する側面空気を噴射して噴霧パターンを形成する側面空気口を設けた空気キャップおいて、該側面空気口と連通し前記それぞれの角部に設けた竪穴の入口部に流路面積を絞ったブシュを嵌め前記竪穴の入口部断面積を、前記側面空気口が連通する竪穴の通路断面積よりも小としたエアスプレーガンの霧化空気キャップ。
2. 前記側面空気口の開口面積に対し、竪穴の入口部断面積を小さく形成した請求項１の霧化空気キャップ。
   
   

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