JP5721074B2

JP5721074B2 - 静電塗装装置

Info

Publication number: JP5721074B2
Application number: JP2011207117A
Authority: JP
Inventors: ひとみ小原; 昭弘脇坂; 俊行福島; 小林　悟; 悟小林
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013066842A

Description

本発明は、塗料を帯電させて、静電霧化した上で被塗装物を塗装する静電塗装装置に関する。

塗装の種類に、塗料を帯電させて霧状にして塗装する静電塗装方法がある。塗料を霧状にする方式には、塗料を噴霧器で噴霧するスプレーガン方式、帯電した塗料自身の反発を利用する静電霧化する方法がある。

スプレーガン方式の静電塗装には、帯電した塗料を噴霧する方式と、噴霧した塗料に外部電極からコロナ放電で電荷を付与する方式がある。スプレーガン方式の静電塗装装置としては、例えば特許文献１の静電塗装スプレーガンなど、多数開示されている。

静電塗装スプレーガンによる静電塗装では、スプレーガンと被塗装物との間に３万Ｖ〜１５万Ｖの高電圧をかけるため静電気力によって、塗料が被塗装物に引き寄せられ効率的に塗料が被塗装物に付着する。塗料は電気力線にそって移動するため、スプレーガン正面だけではなく被塗装物の裏に回り込みスプレーガンの反対側まで塗装することができる。

しかしながら、静電塗装スプレーガンによる静電塗装では、電場の集中する凸部へ塗料が集中しやすく均一厚に塗装することができず、またピンホールが形成される欠点があった。

特に、医療用器具の塗装分野においては、生体適合性、即ち抗凝固性、抗菌性、ピンホールフリーが要求されている。それら要求を満たす塗装方法として静電塗装は十分でなかった。これら要求を満たす塗装方法として真空蒸着塗装が行われている。また宇宙用途においても、放射線ブロック、軽量の要求から真空蒸着が行われている。

しかしながら、真空蒸着では真空容器を必要とするため、大きな被塗装物への塗装はできないのが現状である。

特開２０１１−５６３３１号公報

そこで、本発明は、ピンホールなく、大型の被塗装物であっても塗装可能な新規な静電塗装装置を提供することを目的とするものである。

（１）
噴霧口及びガス導入口を備え前記ガス導入口から前記噴霧口方向に向け一方方向のガスの流れが内部に形成された筒部と、前記筒部内の前記ガス導入口の下流で塗液を噴出する第一ノズルと、前記筒部内の前記ガス導入口の下流で第二液を噴出する第二ノズルと、からなり、
前記第一、第二ノズルに電圧を印加しつつ前記塗液及び第二液を噴出することで、前記筒部内の塗液及び第二液の混合物を静電霧化した霧状塗料にし、前記ガスの流れで前記噴霧口から前記霧状塗料を前記筒部の外に位置する被塗装物に噴霧することを特徴とする塗装装置。
（２）
前記筒部の外周にガスカーテンを形成したことを特徴とする（１）に記載の塗装装置。
（３）
前記ガスが、不活性ガスであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の塗装装置。
（４）
前記塗液を霧化させる領域を加熱することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の塗装装置。
（５）
前記加熱を、レンズで光を収束させるホットスポットヒータで行うことを特徴とする（４）に記載の塗装装置。
（６）
前記塗液が、パラキシリレン系ポリマーであることを特徴とする（４）又は（５）に記載の塗装装置。
（７）
前記ノズルの対向角度を変更して、前記霧状塗料の粒径を調節することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の塗装装置。

本発明は以上の構成であるので、ナノスケール粒子の塗料を吹き付けることができる。また本発明は、静電塗装であっても被対象物の凸部に電場の集中がないので、塗装物にピンホールが形成されない。従って、被塗装物に均一で薄い塗装することができる。また、真空蒸着のように、被塗装物が大型であっても制限されない。

本発明である静電塗装装置の断面模式図である。静電霧化のモデル実験結果である。

以下、本願発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、静電塗装装置１は、筒部２と、第一ノズル３と、第二ノズル４と、光源５と、レンズ６と、カバー８とからなる。

筒部２は、内部空洞で、内部に一方方向のガスの流れを形成するため、他端部にガス、ここでは窒素ガス、の導入口２ａを備え、他端は霧状塗料１０の噴霧口２ｂが開口する。ガスの流れは、塗料の移動と、発火を防止する作用がある。

第一ノズル３は、筒部２に挿通し、筒部２内に塗液３ａを噴出する。塗料としては、通常の塗装に使用されている塗料が使用できる。

第二ノズル４は、筒部２に挿通し、筒部２内に第二液４ａを噴出する。第二液４ａは、塗液３ａの種類によって異なる。塗液３ａと同じでよい場合も、塗液３ａを塗料として活性化する反応開始剤の場合もある。

塗液３ａとして、真空蒸着でよく用いられているパリレン（登録商標）、シアノアクリレートを用いることができる。パリレン（登録商標）は、パラキシレン系ポリマーの総称で、ベンゼン環がＣＨ_２を介してつながったポリマーである。重合したパラキシリレンは非常に安定した結晶性ポリマーとなる。塗液３ａとしてパリレン（登録商標）を使用した場合には、第二液４ａもパリレン（登録商標）でよい。

塗液３ａとしてシアノアクリレートを用いた場合には、第二液４ａは重合反応の開始剤である水である。

第一、第二ノズル３、４から噴射された塗液３ａ及び第二液４ａは、電圧７が印加されて、自己反発によりナノスケールに静電霧化する。電圧７は、塗液３ａ、第二液４ａの種類、目的に応じ、適宜選択される。塗液３ａ及び第二液４ａの噴射手段は特に限定されない。ポンプ、ピストン等の加圧が例示できる。

霧状塗料１０は、導入口２ａから導入されたガス（Ｎ_２）の流れに伴って、噴霧口２ｂから被塗装物９に向け吐出される。その結果、被塗装物９を均一で薄く、ピンホールなく塗装することができる。

塗液３ａの種類によっては、加熱を必要とするため筒部２内に光源５を備えるとよい。パリレン（登録商標）を用いた真空蒸着では、反応性の高いパリレン（登録商標）のモノマーガスを被塗装物を入れた真空チャンバーに導入することで、モノマーガスが被塗装物の表面に接したところで重合する。バリレンは、このような反応をするため他の塗料では得られない微細な隙間の奥まで均一でピンホールのない極薄の塗膜を形成することができる。

そして、パリレン（登録商標）を反応性の高いモノマーガスにするため、真空蒸着では６５０℃に加熱している。加熱手段としては、図１に示したホットスポットヒータ、赤外線、レーザー、ヒーター線などが例示できる。

ホットスポットヒータは、光源５の光５ａをレンズ６で、第一、第二ノズル３、４の間に収束（点線）させ、焦点５ｂ部分を昇温させることができるものである。またホットスポットヒータは、レンズ６に代え、光源５の後ろ側に凹レンズを置いて光５ａをレンズ６のように収束させることもできる。

また、筒部２の先端部を覆うように、例えば図１のように、筒部２の係止部２ｃにカバー８を備えることが望ましい。そして、カバー８と筒部２の間にガスの流路を形成し、流路にガスを導入することで、筒部２と被塗装物９との間にガスカーテン８ａが形成される。

塗液３ａには塗料を熔解させる溶媒、主にＶＯＣが使用されており、第一、第二ノズル３、４には高電圧が印加されることから、第一、第二ノズル３、４間に火花が発生した場合、塗液粒子１０ａが発火する危険性がある。

従って、筒部２内のガス及びガスカーテン８ａのガスは、窒素ガス、希ガスなど、塗料との反応しにくい気体を用いることが望ましい。そのためガスとしては、不活性ガスが好適である。不活性ガスとして窒素ガス、アルゴンなどの希ガスなどが例示できる。

ガスカーテン８ａを形成することで、霧状塗料１０の発火を防止するとともに、空気が筒部２内に入り込むのを防ぐ。併せて、噴霧口２ｂは筒部２の径より狭めると、空気の逆流防止効果が高まる。

このようにしてなる静電塗装装置１、第一、第二ノズル３、４に電圧７を印加しつつ塗液３ａ及び第二液４ａを噴出することで、筒部２内の塗液３ａ及び第二液４ａの混合物を静電霧化した霧状塗液１０にして、噴霧口２ｂから被塗装物９に噴霧する。

そして、静電塗装装置は、塗液の種類、塗装状況により、筒部２と、第一ノズル３、第二ノズル４を必須の構成とし、各ノズルに電圧を印加することで、塗液３ａを静電霧化したナノスケール粒子として、被塗装物９に吹き付けることができる。

次に、静電霧化された粒子について説明する。図２は、第一ノズル３及び第二ノズル４か塗液３ａ及び第二液４ａを噴射して、霧状塗料１０を生成する場合のモデル実験で、以下の方法で、ポリマー粒子を生成し、測定した。

第一ノズル３、第二ノズル４は、筒部内に直線上に対向して配置して、モノマーと触媒の各メタノール溶液を霧化して衝突・融合させ、融合した液滴中で重合反応を行い、生成したポリマー粒子を液体トラップ中にアスピレーターにより吸引・回収した。

第一ノズル３から噴射される液（正電荷印加）は、メタノール中にフェニルアセチレンを濃度０．２ｍｏｌ／Ｌに調製した溶液とした。第二液（負電荷印加）は、メタノール中にビシクロ［２，２，１］ヘプター２，５−ジエンロジウムクロリドダイマーを濃度０．０１ｍｏｌ／Ｌ、トリエチルアミンを濃度０．２ｍｏｌ／Ｌに調製した溶液とした。

第一、第二ノズル３、４から噴射される液量は、シリンジポンプよって、送液速度は０．０２ｍＬ／ｍｉｎとした。また、第一ノズル３に＋２．８ｋＶ、第二ノズルに−６．０ｋＶを印加した。そして、重合ポリマーを回収する液体トラップには、メタノールを使用した。

液体トラップ中に回収されたポリマーナノ粒子について、動的光散乱（ＤＬＳ）測定を行った。そうしたところ、図２に示す粒度分布を示し、平均粒径約６．３ｎｍであった。

また、液体トラップ中に回収されたポリマーの分子量を調べるためにサイズ排除クロマトグラフ（ＳＥＣ）測定を行ったところ、重合度５〜３０のポリマーの生成が確認された（データ示さず）。

図２に示すように、第一ノズル３と第二ノズル４とを、直線上に対向して配置して、モノマー溶液と触媒溶液をそれぞれのノズルより噴射することにより、ナノスケールの粒径でかつ粒径の揃った粒子が得られた。また、データを示さないが、図１に示す角度で第一ノズル３、第二ノズル４を配置して各溶液を噴霧すると、粒度は大きくなる。

従って、第一、第二ノズル３、４の対向角度を変更することで、静電霧化した霧状塗料１０の粒径を調節することができ、塗液３ａの種類、被塗装物９によって、最適な塗料径を形成することができる。

１静電塗装装置
２筒部
２ａ導入口
２ｂ噴霧口
２ｃ係止部
３第一ノズル
３ａ塗液
４第二ノズル
４ａ第二液
５光源
５ａ光
５ｂ焦点
６レンズ
７電圧
８カバー
８ａガスカーテン
９被塗装物
１０霧状塗料

Claims

噴霧口及びガス導入口を備え前記ガス導入口から前記噴霧口方向に向け一方方向のガスの流れが内部に形成された筒部と、前記筒部内の前記ガス導入口の下流で塗液を噴出する第一ノズルと、前記筒部内の前記ガス導入口の下流で第二液を噴出する第二ノズルと、からなり、
前記第一、第二ノズルに電圧を印加しつつ前記塗液及び第二液を噴出することで、前記筒部内の塗液及び第二液の混合物を静電霧化した霧状塗料にし、前記ガスの流れで前記噴霧口から前記霧状塗料を前記筒部の外に位置する被塗装物に噴霧することを特徴とする塗装装置。
前記筒部の外周にガスカーテンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の塗装装置。
前記ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塗装装置。
前記塗液を霧化させる領域を加熱することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の塗装装置。
前記加熱を、レンズで光を収束させるホットスポットヒータで行うことを特徴とする請求項４に記載の塗装装置。
前記塗液が、パラキシリレン系ポリマーであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の塗装装置。
前記ノズルの対向角度を変更して、前記霧状塗料の粒径を調節することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の塗装装置。