JP5591086B2 - 粉体塗装用ノズル - Google Patents

Description

この発明は、静電粉体塗装ガンのガン先に装着して粉体塗料の吐出パターンを制御する粉体塗装用ノズル、特に、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成する、スリット形状の吐出口を有する粉体塗装用ノズルに関するものである。

粉体塗装は、有機溶剤を含まず、被塗装物に付着しなかったオーバースプレー粉を回収して再使用することができるので、環境にやさしい塗装として、近年多くの製品に採用されている。

当初はガードレール、フェンスなどの道路資材から始まり、冷蔵庫、エアコンの室外機等、家庭内で使用する製品にも多く採用されている。最近は、自動車のボディー塗装にも広く使用されている。

粉体塗装では、塗装色の中でもメタリック色は、溶剤塗装のような、高輝度性を出し難かったが、最近は、粉体塗装でも溶剤塗装に近い、高輝度で平滑性の高い塗装が可能となり、メタリック色も粉体塗装によって塗装が行われることが多くなりつつある。

メタリック色の粉体塗装は、粉体塗料に、アルミ顔料をシリカやアクリル樹脂またはその両方でコーティングを行ったものを混ぜるという方法が採られる。

このアルミ顔料と粉体塗料との混合方法には、大別して次の２つの方法がある。

その1つは、粉体塗料にアルミ顔料をミキシングし、塗装を行なうドライブレンドという方式である。

もう1つは、粉体塗料に、例えば、５０℃付近の加熱を行いながらアルミ顔料を混ぜ、熱により粉体塗料にアルミ顔料を固定させ、あるいは、粉体塗料に水性又は溶剤エマルジョンを分散しながら、アルミ顔料を粉体塗料に固定（付着）させるというボンディング方式である。

少ロットの塗装の場合には、製造が容易なドライブレンド方式を採用することが多い。しかし、ドライブレンド方式は、粉体塗料とアルミ顔料とが分離しているために、回収粉のアルミ顔料の比率が変わりやすく、回収粉を再使用する場合、意匠性が異なることが考えられる。そのために、使い捨てによる塗装が多い。

量産塗装の場合は、回収粉の再使用が可能なボンディング方式を採用することが多い。ボンディング方式は、粉体塗料とアルミ顔料が一体になっているために、意匠性が変わりにくい。しかし、ボンディング粉体塗料でも、全てのアルミ顔料が粉体塗料に付着しているわけではない。その製造方法や、アルミ顔料率などによって異なるが、一般的にアルミ顔料の３〜５％前後が、ドライブレンドと同様に、粉体塗料内に存在する。

メタリック色ではない一般のソリッドの粉体塗料は、例えば、粒度分布を３０〜３５μｍ付近にピークを考えて、製造を行なっている。一般に粉体塗料には５μｍ以下の微粉が５％以上含まれる。この微粉は、帯電効率が３０μｍ付近の粉体塗料の粒子に比して、塗着効率が落ちる。そのために、回収粉への微粉量は多くなり、回収粉のみの塗装では、新粉に比べると塗着効率は落ちる。

ところで、コロナガンによる粉体塗装は、ガン先のコロナ電極と被塗装物との間に電場を作り、そのコロナ放電により、ガンから吐出された粉体塗料をワークに付着させるという塗装方法である。

コロナガンによる粉体塗装では、コロナガンのガン先ノズルの電極やノズル周辺に、メタリック粉体塗料のボンディング及びドライブレンドに関係なく、アルミ顔料が付着しやすい。

アルミ顔料が電極ホルダーや電極（コロナピン）に付着すると、電極からのコロナ放電がリークし、コロナガンから吐出した粉体塗料の付き回りが著しく低下する。時には、そのリークが大きくなり、電圧（電流）異常により、塗装停止となる。

また、電極に付着したアルミ顔料が剥がれ、塗膜にスピットとなって付着する。一般のソリッド粉体塗料においても、微粉が電極ホルダーや電極（コロナピン）に付着し、付着した微粉がはがれ、塗膜にスピットとなって付着し、塗膜不良の原因となる。

また、アルミ顔料や微粉は、電極だけでなく、粉体塗料の吐出パターンを制御するために、塗装ガンのガン先に装着したノズルの周辺にも付着し易い。

塗装ガンのガン先に装着するノズルとしては、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成する、スリット形状の吐出口を有する、フラットノズルと呼ばれるものがよく使用されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００９−２１９９８５号公報 特開平０９−１０３７１６号公報

ところが、フラットノズルを使用した場合、特に、スリット形状の吐出口の両端の周辺に、アルミ顔料や微粉が付着し易く、付着した粉体塗料が、塗装中に剥がれて被塗装物に飛び、スピットと呼ばれる塗膜不良を起こすことがあった。

その原因としては、フラットノズルは、スリット形状の吐出口から、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成するものであるから、スリット中心部の風速が速く、スリットの両サイドに行くに連れて遅くなる傾向があり、スリットの両サイド部で、粉体塗料の渦が発生し、その周辺に微粉が付着しやすくなるためであると考えられる。

実際にフラットノズルの吐出口からのスリット方向の風速を計測すると、図９のグラフに示すように、スリット中心部の風速が速く、両サイドに行くに連れて遅くなっていた。この図９の風速測定は、フラットノズルの先端から１５０ｍｍ距離を空けて風速計を設置し、φ１０×６ｍの粉体塗料ホースを使用して、７８リットル／ｍｉｎの搬送エアーを供給して行った。また、フラットノズルを使用し、コンベアスピード：１．０ｍ／ｍｉｎ、ハンガーピッチ：１２００ｍｍ、コロナ帯電式塗装ガンの電圧：１００ｋＶ、吐出量：１００ｇ／ｍｉｎ、搬送エアー：７８リットル／ｍｉｎ、レシプロスピード：２８ｍ／ｍｉｎ、粉体塗料ホース：φ１０×６ｍの条件で塗装を行ったところ、図９のグラフに示すように、膜厚も、風速と同様に、スリット中心部が厚くなり、両サイドに行くに連れて薄くなっていた。

この発明は、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成する、スリット形状の吐出口を有するフラットノズルの問題点を解消すること、即ち、フラットノズルのスリット両サイド周辺への微粉の付着を少なくし、ノズルに付着した微粉の剥がれによる塗装不良の発生をなくすことを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、静電粉体塗装ガンのガン先に装着して、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成する、スリット形状の吐出口を有する粉体塗装用ノズルにおいて、上記スリット形状の吐出口の両端付け根部分の外側面に、凹溝を設け、上記凹溝は、吐出口の両側付け根部分に向かって次第に深くなるように傾斜し、かつ後方に向かって次第に幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする。

上記スリット形状の吐出口のほぼ中心には、コロナ電極が設置されている。

上記凹溝の内壁面は、Ｖ字形またはＵ字形に形成される。

上記吐出口の両端付け根部分の凹溝の深さは、スリット形状の吐出口のスリット間隔とほぼ同じにすることが好ましい。

この発明に係るスリット形状の吐出口を有する粉体塗装用ノズルは、スリットの両端付け根部分の外側面に凹溝を設けているので、スリットの両端付け根部分で粉体塗料の付着が生じにくい。これは、吐出口から粉体塗料を吐出すると、スリットの両端の凹溝によって周辺の空気を吸い込むベンチュリー効果と同様の現象が起こり、スリットの両端付け根部分で粉体塗料の渦による付着が生じにくくなるためであると考えられる。

上記凹溝による空気の吸い込み現象は、吐出口の両側付け根部分に向かって次第に深くなるように傾斜し、かつ後方に向かって次第に幅が狭くなるように形成することによってより起こり易くなる。

この発明に係る粉体塗装用ノズルの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１の実施形態の正面図である。 図１の実施形態の側面図である。 図１の実施形態の縦断側面図である。 この発明に係る粉体塗装用ノズルの第２の実施形態を示す斜視図である。 図５の実施形態の正面図である。 図５の実施形態の側面図である。 （ａ）は、この発明に係る粉体塗装用ノズルの凹溝の底面形状を示す部分拡大断面、（ｂ）は、凹溝の他の底面形状を示す部分拡大断面である。 スリット形状の吐出口を有する粉体塗装用ノズルで塗装を行った場合におけるスリット方向の風速と膜厚を計測したグラフである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明に係る粉体塗装用ノズル１は、静電粉体塗装ガンのガン先に装着して、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンＡを形成する、スリット形状の吐出口２を有する、いわゆるフラットノズルと呼ばれるものである。

スリット形状の吐出口２は、ノズル円筒部の先端の山形部分に形成されている。

粉体塗装用ノズル１は、フッ素系樹脂によって形成されている。

粉体塗装用ノズル１は、ノズル円筒部の後端から先端の山形部分に向かって電極線３が挿通され、電極線３の先端に形成されたピン型放電電極４を、スリット形状の吐出口２の先端中央に突出させ、電極線３を通じて直流の高電圧をピン型放電電極４に印加することにより、ピン型放電電極４の近傍にコロナ放電によるイオンを発生させて、吐出口２から吐出する粉体塗料に電荷を付与している。

上記電極線３は、粉体塗装用ノズル１のノズル円筒部の後端から山形部分の先端に向かって形成された空気通路５内に挿通され、空気通路５の先端からピン型放電電極４に向かってリンスエアーを噴出させて、ピン型放電電極４に粉体塗料が付着しないようにしている。

この発明に係る粉体塗装用ノズル１は、スリット形状の吐出口２の両端付け根部分の外側面に、凹溝６を形成している。

上記凹溝６は、吐出口２の両側付け根部分に向かって次第に深くなるように傾斜し、かつ後方に向かって次第に幅が狭くなるように形成されている。

上記凹溝６の底面は、図１〜図４に示す第１の実施形態のようなＶ形でも、図５〜７に示す第２の実施形態のようなＵ形のいずれでもよく、その形状は特に限定されない。

上記凹溝６の底面の傾斜は、図８（ａ）に示すような、吐出口２の両側付け根部分に向かって連続する傾斜面でも、図８（ｂ）に示すような、軸方向の中程から先端が、平坦面になるようにしてもよい。

上記凹溝６の両側付け根部分の上下方向の幅ａは、スリット形状の吐出口２の上下間の幅とほぼ等しくしている。

上記凹溝６は、軸方向の長さｂが、上下方向の幅ａよりも長く形成しており、図１〜図４に示す実施形態と、図５〜７に示す実施形態では、幅ａが４ｍｍ、長さｂが７ｍｍにしている。

上記凹溝６の両側付け根部分の深さｃは、スリット形状の吐出口２の上下間の幅ａと同じ程度の深さにした場合が、スリット形状の吐出口２の両側付け根部分における粉体塗料の付着防止効果が高く、深さｃが浅くなると、凹溝６を設けない場合よりも、粉体塗料の付着防止効果があるものの、効果が少なくなる。

このことは、次の実験から明らかとなった。
即ち、５種類の粉体塗料（塗料Ａ:メタリック・ドライブレンド、塗料Ｂ:メタリック・ボンディング、塗料Ｃ:ポリエステル系白、塗料Ｄ:エポキシ系黒、塗料Ｅ:ポリエステル系ハンマートーン）を使用し、凹溝６の両側付け根部分の深さｃが、スリット形状の吐出口２の上下間の幅ａと同じ程度の深さにした場合（実験例１）と、凹溝６の両側付け根部分の深さｃを実験例１の場合の半分の深さにした場合（実験例２）、凹溝６の両側付け根部分の深さｃを実験例１の場合の４分の１深さにした場合（実験例３）、凹溝６を設けない場合（比較例）とについて塗装実験を行ったところ、表１〜５に示す通り、粉体塗料の種類に拘わらず、凹溝６の深さが深い方が、粉体塗料の付着防止効果が高かった。

表１〜５において、◎：付着なし、△：付着あり、×：付着粉が生じ、塗膜に付着粉の剥離によるスピットが繰り返し生じた。

１ 粉体塗装用ノズル
２ 吐出口
３ 電極線
４ ピン型放電電極
５ 空気通路
６ 凹溝

Claims (5)

1. 静電粉体塗装ガンのガン先に装着して、扇状にフラットに広がる粉体塗料の吐出パターンを形成する、スリット形状の吐出口を有する粉体塗装用ノズルにおいて、上記スリット形状の吐出口の両端付け根部分の外側面に、凹溝を設け、上記凹溝は、吐出口の両側付け根部分に向かって次第に深くなるように傾斜し、かつ後方に向かって次第に幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする粉体塗装用ノズル。
2. 上記凹溝の底面がＶ字形に形成されている請求項１記載の粉体塗装用ノズル。
3. 上記凹溝の底面がＵ字形に形成されている請求項１記載の粉体塗装用ノズル。
4. 上記吐出口の両側付け根部分の凹溝の深さが、スリット形状の吐出口のスリット間隔とほぼ同じである請求項１〜３のいずれかに記載の粉体塗装用ノズル。
5. 上記スリット形状の吐出口のほぼ中心に、コロナ電極が設置されている請求項１〜４のいずれかに記載の粉体塗装用ノズル。

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