JP5180079B2 - 背圧調整器 - Google Patents

Description

本発明は、塗料循環装置に使用される背圧調整器（ＢＰＲ）に関する。

自動車製造業で用いられる種類の従来の塗料吹付塗装装置には、別々の塗料ラインをいくつか（例えば３０）設けているものがあり、各々の塗料ラインは異なる色の塗料を塗装ブースに供給する。一般に、一度に噴務されるのは常に一色のみであるため、どんな場合でも実際に使用されるのは１つのラインのみである。しかし、噴務されないときでも、色素が搬送流体から分離するのを防ぐために、装置を通過する各ラインにおいて塗料を最小速度で循環させる必要がある。

塗料が所定の圧力で噴務されるようにするために、塗料ポンプと組み合わせてＢＰＲを用いて、塗装ブースで所定の流体背圧を調整かつ維持する。従来の装置では、ＢＰＲは手動で調節され、コイルバネを使用しており、コイルバネは、流体の流量を制御することによってＢＰＲの上流の塗料圧力を維持するために用いられる。また、多くの装置（特定の種類のタービン又はローブポンプを用いるものなど）では、ポンプは一定の圧力、流量で作動するように設定され、ＢＰＲは設定された圧力を維持するために用いられる。この種類の装置では、ＢＰＲは、塗料の「吹付け」に伴う流体の量の変化を補うために流量を調節することによって装置の圧力を制御する。このため、各ラインは通常、塗料が使用されるか単に循環されるだけかに関わらず、噴務するために必要な流動条件で操作される。これはきわめて非効率であり、エネルギーを大きく浪費することになる。例えば、装置を１日に２４時間操作しても、噴務することが必要なのは各色毎に、例えば１日に１時間に過ぎない。塗料は１日１時間に見合った圧力で操作すればすむのに、装置を１日に２４時間稼動させるのに見合った圧力及び流量で各ポンプも操作することになる。

また、高めの速度及び圧力で長めの期間操作することを求められるポンプには、通常のポンプよりも短い期間でのメンテナンスが求められる。

本発明の目的は、塗料循環装置に用いられる改良されたＢＰＲを提供し、上記の問題を解決することにある。

本発明によれば、塗料循環装置用背圧調整器において、調整器上流の塗料圧力を調整できるように、固定された構造体と流路の幅を変化させるために可動である面との間に少なくともその一部が配置される塗料用流路と、
調整器の操作を制御する加圧流体の供給源に連通する開口を有する室と、を具備する塗料循環装置用背圧調整器、が提供される。

可動面は可撓性膜であることが望ましい。加圧流体は圧縮空気でもよい。

操作上の必要条件に適合させるために調整器の操作を遠隔から制御できることが利点である。このように、背圧調整器は、塗料が使用されているか単に循環されているだけかに応じて、異なる態様で容易に操作可能である。これは、装置をさらに効率的に操作でき、エネルギーを節約できることを意味する。また、装置の個々の構成要素は、磨耗することが少なくなるため、寿命が延びる。

このため、塗装ブースで塗料を使用する必要があるときにはライン圧力を供給し、塗装ブースで塗料を使用する必要のないときにはライン圧力を低下させるために、調整器は遠隔から調節できることが望ましい。

また、所定の装置圧力を維持するために、流路の大きさは自動的に調節されることが望ましい。

装置に供給される加圧流体の圧力は、流路を通る塗料の流れの制限を制御するために変化させてもよい。蓄積効果をもたらすために、２つ以上の空気室を用いてもよい。

詳細な実施例では、加圧流体は、ＢＰＲの可動面によって付加される圧力を増加させるために供給されてもよく、これにより、装置内の塗料は、ＢＰＲを通過する前に圧力を上げておく必要がある。これは、加圧流体を用いて可動面を押し下げ、流路を収縮させることによって達成される。この作用は、塗料が使用されかつ一部の塗料が装置から取り出されるときに必要になる。塗料が使用されず、装置から取り出されもしないときには、加圧流体の供給をオフにし、その圧力を低下させることによって、流れに加圧しないことが可能になる。ＢＰＲの他の実施例では、所定の背圧及び付勢作用を軽減（即ち、付勢作用に対抗）するために用いられる加圧流体を設定するために、弾性付勢手段が設けられる。この装置では、この付勢手段は、加圧流体が供給されないときに流路を制限するために用いられてもよい。付勢手段は、コイルバネでもよく、調節可能な強さであることが望ましい。

このように、塗料が使用されているときには、加圧流体（例えば、圧縮空気）の供給は、オフにするか少なくして、バネが塗料装置を加圧できるようにする。加圧流体（例えば、圧縮空気）は、バネによって付加された圧力を減少させ、装置内の塗料を減圧するために供給できる。これは、流路が開くように、下方に付勢されたバネに抗して上方に押し上げるために圧縮空気を用いることによって達成されてもよい。

加圧流体（例えば、圧縮空気）の供給に失敗しても、ＢＰＲが作動して、塗料が所定の装置圧力にあるようにするのがこの実施例の利点である。このため、塗料は使用のために常に加圧されるため塗装ブースでは流体装置の圧力損失が発生しない。

図面を参照すると、ＢＰＲ４５を用いる塗料循環装置４０が図１に示される。すなわち、ポンプ４２が塗料を塗料タンク４１から塗料フィルタ４３を介して塗装ブース４４に供給するように操作される。このとき、未使用の塗料はリサイクルされ、ＢＰＲ４５を介して塗料タンク４１に戻される。

この構成では、ＢＰＲ４５は、循環装置の上流圧力を所望のレベル、通常は塗料使用時に５〜１０ｂａｒに制御するために用いられる。

塗料循環装置４０で用いられる従来の背圧調整器（ＢＰＲ）１０が図２に示される。この背圧調整器は、入口経路３０及び出口経路３１を有する本体部１６を具備し、この入口経路３０及び出口経路３１は、塗料循環装置４０で用いられる導管に取り付けるためのネジ式カップリング３２、３３をそれぞれ有する。構造体３４を入口経路３０と出口経路３１との間に配置し、絞り流路３５を形成する。可撓性ダイアフラム２０を設けて構造体３４からの距離を変化させることにより、絞り流路３５の大きさを変化させる。図示されている例では、内側のダイアフラム２０に平行にダイアフラム２１をさらに設ける。釣鐘状上部ケーシング又はボンネット１１を本体１６の上端にフランジ取り付けし、ダイアフラム２０、２１の外周縁をガスケット２３と共に閉じ込め、封止する。この組立体はネジ留め具１９によって保持される。円盤１７を釣鐘部１１の下端内かつダイアフラム２０及び２１の上に配置する。釣鐘部１１はコイルバネ１５を内包する。バネ１５の下端は円盤１７の上端面の一部に支えられる。バネ１５の上端はボタン１４を支える。ボタン１４は、釣鐘部１１の上端を通るネジ穴に配置された調節ネジ１２を支える。釣鐘部１１の上端から突出するネジ１２の頭部はハンドル２２を備える。ネジ１２の頭部と釣鐘部１１の上端との間にロックナット１３を設け、このロックナット１３を緩めることにより、ネジ１２が釣鐘部１１に対する相対位置を変えるために回転できるようになる。ネジ１２を所望の位置に位置決めすれば、ロックナット１３を締めることにより、ネジ１２をその位置に保持できる。

図２からわかるように、ネジ１２を締め付けると、ボタン１４がバネ１５へと押し下げられ、バネ１５が圧縮される。次に、バネ１５は円盤１７を押し下げ、ダイアフラム２１、２０に接触する。バネ力が十分であれば、下方のダイアフラム２０は構造体３４に接触し、流路３５を封止する。ネジ１２を緩めると、逆の作用が生じ、流路３５は開く。

作動中に、塗料が入口経路３０を介してＢＰＲ１０に流入する。バネ１５は所望の圧力をダイアフラム２０に印加するように設定される。このように、ＢＰＲ１０を通過しようとする流入塗料圧力は、バネ１５に抗してダイアフラム２０に作用する。流入塗料圧力がバネ１５からの圧力よりも大きい場合、ダイアフラム２０は構造体３４から離れ、これにより広めの流路３５が生じて圧力を軽減する。流入塗料圧力が降下した場合、バネ１５からの圧力が優勢になり、ダイアフラム２０を構造体３４に向かって押し付け、これにより狭い流路３５が生じる。このように、ＢＰＲは、装置内の圧力変動の影響を絶えず調整する。その結果、ＢＰＲ１０の上流の塗料圧力は比較的一定に保持される。これは、塗料を装置から取り出す際には装置内を循環する塗料の流れや圧力が小さくなる傾向にあるため、ライン稼働中は特に望ましいことである。しかし、上記のように、ＢＰＲ１０は、流れを小さくすることによって失われた塗料分を自動的に補い、装置内の所定圧力を維持する。

ＢＰＲ１０のような装置の主な問題点は、噴務する必要がないときにＢＰＲ１０の上流の塗料を加圧するために、余分なエネルギーを用いることである。塗料をこのような高圧力で供給すると、経済的に使用した場合よりもポンプが早く摩耗する。

図３に本発明によるＢＰＲ５０の詳細を例示する。ＢＰＲ５０は、図１に示すような塗料循環装置に用いられる導管に取り付けるためのネジ式カップリング５４、５５をそれぞれ有する流入口５２及び流出口５３を有するバルブ本体５１を具備する。流入口５２と流出口５３との間には構造体５６が配置される。バルブ本体５１を横切って第１ダイアフラム６９が延び、構造体５６の上面を覆う。図示の位置では、第１ダイアフラム６９は構造体５６の上面に接触する。この位置では、塗料が流入口５２から流出口５３へと通過する流路５７が閉鎖されている。しかし、第１ダイアフラム６９は、持ち上がって構造体５６から離れることによって塗料の流れの制限を変化させることができるように可撓性である（詳細を以下で説明する）。

第１ダイアフラム６９には、垂直方向可動部材又はダイアフラム板５８が配置される。可動部材５８には、第２ダイアフラム５９が配置される。ダイアフラム５９の可動部材５８とは反対の側と空気室キャップ６８との間には、空気室６０が設けられる。可動部材５８と空気室６０とを具備するハウジング６１は、封止を施すとともに塗料の流失を防ぐために、第１ダイアフラム６９の外側領域を挟み込みながらネジ式締結装置６２ａによってバルブ本体５１に締結される。同様に、第２ダイアフラム５９は、締結装置６２ｂによって空気室キャップ６８の外周縁とハウジング６１との間に挟み込まれる。可動部材５８は、ハウジング６１のクリアランス空洞６７内を垂直方向に動くことができる。ハウジング６１にはさらに通気孔６３が設けられ、可動部材５８の動きに合わせて、可動部材５８の周囲の外気を空洞６７に流入させたり、空洞６７から流出させたりしている。第２ダイアフラム５９は、空気室６０と空洞６７との間を封止する。空気室キャップ６８には、圧縮空気源に接続するための吸気孔６４が設けられる。

可動部材５８が垂直方向に移動し、それに伴って第１及び第２ダイアフラム５９、６９が屈曲すると、流路５７の大きさが変化する。圧縮空気が空気室６０に供給されていないときには、可動部材５８はハウジング６１内を上下に自由に動くことができる。このため、ＢＰＲ５０に流入する塗料圧力が第１ダイアフラム６９作用し、ほとんど抵抗がなく可動部材５８を構造体５６から離れる方向に付勢する。これにより、第１ダイアフラム６９と構造体５６との間に流路５７が開通し、ＢＰＲ５０を通過する際の圧力の損失はほんのわずかである。

空気室６０の圧縮空気によって供給される力が十分に大きくなると、第２ダイアフラム５９は下方向に撓んで、可動部材５８を構造体５６へ向けて第１ダイアフラム６９に付勢、接触させ、これにより、流路５７は収縮される。この空気の圧力と塗料圧力との差が十分な大きさであれば、第１ダイアフラム６９は構造体５６に接触するように押し付けられて、流路５７を完全に封止する。この操作中に、塗料は入口経路５２を介してＢＰＲ５０に流入する。空気室６０の空気圧は、ＢＰＲの上流の塗料圧力を制御するために、所望の力を可動部材５８に印加するように設定される。このため、流入塗料圧力が増加した場合、第１ダイアフラム６９及び可動部材５８は構造体５６から離れる方向に押し付けられ、これによって、流路５７は拡張される。このため、塗料がさらにＢＰＲ５０を通過するようになり、上流圧力が低下して設定値に戻る。流入塗料圧力が低下した場合、第２ダイアフラム５９及び可動部材５８に作用する空気圧は、これらを構造体５６に向かって押し付け、流路５７を狭め、ＢＰＲ５０を通る塗料の流れを制限し、上流圧力を増加させて設定値へと戻す。上記のように、このような条件下では、ＢＰＲ５０はＢＰＲ１０と同じ機能を果たし、ＢＰＲ５０の上流の塗料圧力はほぼ一定に保持される。

ＢＰＲ５０に関して、空気室６０に印加された空気圧は装置内の塗料圧力を決定する。このため、装置内の塗料圧力は、空気室６０に供給された空気圧を変化させるだけで変化させることが可能である。これは、空気の供給を制御して遠隔から実施可能である。

図３に示す構成では、第２ダイアフラムは、収縮された流路５７を通って流れる塗料に向かい合う第１ダイアフラム６９の下方表面領域６６に比べて、空気室６０に向かい合う比較的大きな表面領域６５を有する。これにより、この大きな表面領域６５に付加された比較的小さな空気圧としてのエネルギーをダイアフラム５９を介して効率よく伝達することができるため、さらに集中した、つまり、さらに大きな圧力を下方表面領域６６を介して生成可能である。具体例としては、６ｂａｒの空気圧が下方表面領域６６では１５ｂａｒの圧力になる。

本実施例では、空気圧を印加することによって、図２に示されたバネ１５と実質的に同じ機能を果たすと考えられる。しかし、このＢＰＲ５０の大きな利点は、塗料を使用していないときに、空気圧をオフに切り換えて塗料が比較的自由に循環できるようにすることである。この場合には、塗料は使用されていないため、装置内の塗料圧力を高く維持する必要がない。ＢＰＲの圧力を手動で設定する装置と比較して、塗料が使用中であるか否かに関わらず、ＢＰＲ５０は一般に、ポンプ及び装置の摩耗を少なくするとともに塗料を循環させるエネルギーをかなり少なくする。

この装置の操作は、コンピュータ又はネットワークを介して制御及び監視してもよい。このようにして、ポンプ４２の操作を制御可能であり、離れた場所から圧力を監視するためには変換器を使用する。また、この装置は、ＢＰＲ５０の操作をコンピュータによって遠隔から制御できるようにする。

本発明の他の実施例が図４に示される。このＢＰＲ７０は、圧縮空気とバネ７１とを組み合わせて使用する。図２のＢＰＲ１０と同様に、バネ７１は、ネジ７２の設定によって定められた下方向に一定の力を提供する。この例では、２つの圧縮空気室、上方室７３及び下方室７４が蓄積効果を発揮する。両室は可動部材７７、７８をそれぞれ具備する。可動部材７７、７８は下面７５、７６をそれぞれ有し、両室７３、７４の上壁をそれぞれ形成するダイアフラム７９、８０にそれぞれ取り付けられる。ダイアフラム７９、８０は、可動部材７７、７８と板８２、８３との間にそれぞれ挟まれている。バネ７１は、上方室７３において、第１柱８１に下方向の力を及ぼし、ダイアフラム７９の上面の板８２を押し付けて可動部材７７を押し下げる。可動部材７７は、ハウジング８８において、溝８７を通って下方向に延びる第２柱８５の上端に支持される。溝８７は、第２柱８５が垂直に動けるようにしつつ上方室７３内の空気が逃げるのを防ぐシール８９を備える。この構成は、下方室７４の可動部材７８、第３柱８６、溝９０及びシール９１によって繰り返される。第３柱８６は、主ダイアフラム９３の上面の要素８４に支持される。図３の実施例と同じように、ＢＰＲ７０は、主ダイアフラム９３の下の塗料の流路を形成する、入口９６、出口９７及び構造体９４をさらに具備する。

上方室７３及び下方室７４を空気供給源に接続するために、空気供給入口（図示しない）が設けられる。２つの下面７５、７６には、２つの室７３、７４に供給された空気圧が作用し、図３の実施例の単一かつ広範な表面領域６５の代わりとして、広大な総表面領域を形成する。これにより、装置をさらにコンパクトにすることができる。

図に示すように、ＢＰＲ７０における空気圧は、バネ７１からの下方向の力に抗して作用するように用いられる。これは、両室７３、７４に付加された空気圧が可動部材７７、７８の下面７５、７６に作用することによる。このように、供給された空気圧は、バネ７１を圧縮して流路を開き、塗料がＢＰＲ７０を制限なく通過できるようにするために用いることができる。

ＢＰＲ７０が作動中で、かつ、塗料が使用中であるときには、圧縮空気（又は、このほかの流体）は両室７３、７４に供給されない。上方室７３に空気圧がかかっていない場合、上方からのバネ力に抵抗する力が存在せず、バネ力は柱８１、８５、８６及び可動部材７７、７８を介して要素８４及び主ダイアフラム９３に伝達される。この力は塗料圧力に対して作用し、上流の塗料圧力を維持するために流路９５を収縮させようとする。この構造では、ＢＰＲ７０は、図２のＢＰＲ１０と同じように作用し、ＢＰＲ７０の上流の塗料圧力は、設定値又は設定値近くに維持される。

ＢＰＲ１０と同様に、装置内の圧力は、要素８４に伝達されるバネ力によって定められる。このため、ネジ７２は、装置内の塗料圧力の設定を調整するために用いることができる。これは通常、塗料を使用中であるときに適切になるようにするのに都合のよい大きさの装置内圧力を提供するように設定される。

しかし、このＢＰＲ７０の利点は、両室７３、７４に適切な空気圧を供給することによって、バネ７１の高圧力を効果的にオフすることである。このため、両室７３、７４内の空気圧は、空気が可動部材７７、７８の下を移動して下面７５、７６に作用できるように、ダイアフラム７９、８０を上方に押し付けるために作用する。これは、板８２、８３にかかる下方向の圧力に対向し、これらの板を上方に押し上げる。空気圧がかかった状態で可動部材７７、７８が上方に動くとき、第３柱８６は要素８４から離れる方向に持ち上げられ、自由に動けるようになる。その結果、要素８４は、主ダイアフラム９３に下方向の力を付加せず、塗料がＢＰＲ７０を制限なく通過する。この作用は、塗料が使用中であり、色素が搬送流体から分離するのを防ぐために、単に塗料を最小速度で循環させる必要があるときには望ましいものである。

上記のように、オン・オフ機能を持たせるというのがＢＰＲ７０に空気圧を供給する主な理由であるが、この構成は、バネ７１からの力を遠隔から変化させるために用いることも可能である。したがって、ネジ７２を調整することなく、要素８４に向かって下方向に作用する力を変化させるために、空気圧を空気室７３、７４の一方または両方に供給できる。比較的低い空気圧をかけると、要素８４にかかるバネ７１の力はわずかに減少し、比較的高い空気圧をかけると、要素８４にかかるバネ７１の力は大きく減少する。このように、所望の装置内圧力を設定するために、一定の空気圧が供給される。

ＢＰＲ７０は、バネ７１を囲む釣鐘状部１０１から構成される。別々のハウジング部８８、９２は、空気室７３、７４をそれぞれ囲む。本体部９８が流入口９６と流出口９７との間に流路を形成する構造体９４を具備する。ハウジング部８８、９２ひいては空気室７３、７４をいくつでも具備できるように、これらの部材はモデュール方式で組み立てられる。ハウジングにおけるボルト穴を一直線上に並べると溝９９が形成され、溝９９には、締め付けボルト（図示しない）が挿入されてモジュラーコンポーネントをまとめて締結する。図３のＢＰＲ５０と同様に、通気孔１０２、１０３、１０４が釣鐘状部１０１及びハウジング部８８、９２にそれぞれ設けられ、板８２、８３及び要素８４が移動するときに、板８２、８３及び要素８４を囲む外気が周囲空洞１０５、１０６、１００に流入しかつそれらから流出することが可能になる。

図３のＢＰＲ５０と同様に、ＢＰＲ７０の操作をコンピュータによって遠隔から制御できる。

本発明は、操作者が塗布器の塗料循環装置を必要に応じて自動的に加圧又は減圧できるようにする。このため、ＢＰＲは自動的にオンになりライン圧力を供給し、あるいはオフになりライン圧力を低下させることができる。この性能は、エネルギーの使用量を節減し、装置の構成要素の磨耗を減らす。

本発明の詳細な実施例は、添付図面に示される。
ＢＰＲを使用する塗料循環装置の概略図。 先行技術から公知である従来のＢＰＲの断面図。 本発明によるＢＰＲの断面図。図４は、本発明による他のＢＰＲの断面図。

Claims (11)

1. 塗料循環装置用背圧調整器において、
   調整器上流の塗料圧力を調整できるように、固定された構造体と流路の幅を変化させるために可動である面との間に少なくともその一部が配置される塗料用流路と、
   前記塗料用流路から分離された室であって、当該調整器の操作を制御する加圧流体の供給源に連通する開口を有する室とを具備し、
   前記室への加圧流体の供給は、前記上流の塗料圧力を調整するための第一圧力と、前記上流の塗料圧力の調整をできないようにすると共に前記塗料用流路を通って自由に塗料が流れることができるようにする第二圧力とで独立して制御可能である、塗料循環装置用背圧調整器。
2. 塗料循環装置用背圧調整器において、
   調整器上流の塗料圧力を調整できるように、固定された構造体と流路の幅を変化させるために可動である面との間に少なくともその一部が配置される塗料用流路と、
   前記塗料用流路から分離された室であって、当該調整器の操作を制御する加圧流体の供給源に連通する開口を有する室とを具備し、
   前記室に供給された加圧流体は、当該調整器による塗料圧力の規制を排除するために操作可能である、塗料循環装置用背圧調整器。
3. 前記可動面は可撓性膜の面である請求項１又は２に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
4. 前記加圧流体は圧縮空気である請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
5. 前記室に供給された加圧流体は、前記流路における塗料圧力に抗して前記流路を制限するための力を前記可動面に供給するために操作可能である請求項１に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
6. 前記室に供給された加圧流体は、当該調整器による塗料圧力の規制を排除するために操作可能である請求項１に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
7. 前記加圧流体が前記室に供給されないときに、前記流路における塗料圧力に抗して前記流路を制限するために操作可能である付勢手段を具備する請求項２又は６に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
8. 前記付勢手段はコイルバネである請求項７に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
9. 前記付勢手段は調節可能な強さを有する請求項７又は８に記載の塗料循環装置用背圧調整器。
10. 前記調整器の上流の塗料圧力は、前記室に供給される流体圧力を変化させることにより調節可能な設定値に制御可能である請求項１から９のいずれかに記載の塗料循環装置用背圧調整器。
11. 蓄積効果のために２つ以上の室を使用する請求項１から１０のいずれかに記載の塗料循環装置用背圧調整器。

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