JP5832461B2 - 高粘性塗料の塗布ノズル - Google Patents

Description

本発明は、高粘性塗料を被塗装体に吹き付ける塗布装置の塗料吐出先端部分に取り付けられる塗布ノズルに関する。

高粘性塗料（アクリル樹脂系塗料、ポリエステル樹脂系塗料、ウレタン樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料、又はメラミン樹脂系塗料等）を被塗装体に吹き付ける塗布ノズルが公知となっている。例えば、自動車工場では、ロボット等に装着された塗布ノズルを用いて、防錆、防水、制振等を目的とする高粘性塗料を自動車の車体等に吹き付けている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１に開示されている高粘性塗料の塗布ノズルを図６及び７に示す。図６は、塗布ノズル１１０の平面図、図７は、塗布ノズル１１０を塗料吐出先端部側から見た正面図を示している。塗布ノズル１１０は、互いに連通する導入通路１１７、内部空間１１６、及びノズルスリット１１５を順に備えている。導入通路１１７より内部空間１１６に供給された高粘性塗料は、導入通路１１７よりも空間が広がった内部空間１１６に一時的に貯留されて内部圧力が均一化される。そして、内部空間１１６からノズルスリット入口１１５Ｇへ押し出された高粘性塗料は、ノズルスリット出口１１５Ｅから被塗装体に対して放射状に広げられながら吐出される。そして、被塗装体の表面に高粘性塗料が所定のパターン幅で帯状に塗布される。

ノズルスリット１１５は、平面視において略扇形状の塗布ノズル１１０の円弧に沿って円弧形状の帯状に形成されている。ノズルスリット出口１１５Ｅとノズルスリット入口１１５Ｇとの間隔は、略一律の間隔とされている。図７に示すように、正面視においてノズルスリット出口１１５Ｅの開口形状（吐出口形状）は、スリット開きがｘ、スリット幅がｙの矩形状を呈している。ノズルスリット１１５は、円弧形状に形成されるノズルスリット出口１１５Ｅの端点ｅと端点ｆとを直線で結んだ弦を底辺とし、底角をα（以下、スリット角度αと呼ぶ）とする二等辺三角形の２つの等辺に挟まれた頂点ｃに向かって、ノズルスリット出口１１５Ｅ側からノズルスリット入口１１５Ｇ側へ向けて直線的に収斂している。すなわち、ノズルスリット１１５は、頂点ｃから開き角度β（β＝１８０°−２α）で直線的に広がっている。

頂点ｃと端点ｅ（又は端点ｆ）との距離を第一半径ａ、頂点ｃとノズルスリット出口１１５Ｅの幅方向中央の中点ｄとの距離を第二半径ｂとしたとき、第一半径ａ＝第二半径ｂとされており、ノズルスリット出口１１５Ｅは、頂点ｃを中心とする真円弧形状に形成されている。高粘性塗料は、ノズルスリット出口１１５Ｅの真円弧形状を呈する開口面に対して略垂直に放出される。

特開２０１２−１１２８４号公報 特開平１１−１７９２４３号公報

図８は、特許文献１及び２に開示されている従来技術の塗布ノズルにおける高粘性塗料の吐出量とせん断速度との関係を示すグラフである。Ｄをせん断速度（ｓ^−１）、ｑを吐出量（ｃｃ／ｍｉｎ）、ｘを図７に示したスリット開き（ｍｍ）、ｓをスリット開口面積（ｍｍ^２）としたとき、せん断速度Ｄは、Ｄ＝［｛（ｑ／６０）／ｘ｝／ｓ］×１０００という計算式で求めることができる。なお、スリット開口面積ｓは、平面視におけるノズルスリット出口１１５Ｅの開口面積であり、スリット開きｘとスリット幅ｙとの積ｘｙとして求められる。

図８中の線Ｌ１は、特許文献１に開示されている塗布ノズルにおいて、スリット開きｘ＝０．４ｍｍ、スリット幅ｙ＝３９ｍｍとしたときの吐出量ｑとせん断速度Ｄとの関係を示している。図８中の線Ｌ２は、特許文献２に開示されている塗布ノズルにおいて、スリット開きｘ＝０．６ｍｍ、スリット幅ｙ＝４３ｍｍとしたときの吐出量ｑとせん断速度Ｄとの関係を示している。図８中の線Ｌ３は、特許文献２に開示されている塗布ノズルにおいて、スリット開きｘ＝０．８ｍｍ、スリット幅ｙ＝４３ｍｍとしたときの吐出量ｑとせん断速度Ｄとの関係を示している。

本発明者の鋭意研究の成果として、被塗装体に塗布された高粘性塗料の塗布外観（平滑性）が良好となるかどうかは、高粘性塗料が塗布ノズルのスリットを通過する際のせん断速度Ｄと密接な関係があることが判明した。具体的には、せん断速度Ｄの範囲が概ねＤ＝５０００〜２００００ｓ^−１であれば、高粘性塗料の良好な外観が得られ易いが、せん断速度Ｄがこの範囲外になると、図９（ａ）に示すように高粘性塗料Ｐの塗布形状が大きく波打つ波打ち現象が発生して、高粘性塗料Ｐの平滑性が確保されず、高粘性塗料Ｐの膜厚が一定とならない場合がある。

自動車工場では、ロボット等に装着された塗布ノズルを用いて、概ね吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎの流量で高粘性塗料Ｐが吐出されている。図８中のハッチングは、この実用使用における吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎにおいて、せん断速度Ｄ＝５０００〜２００００ｓ^−１となっている範囲を示している。したがって、図８中の理想線Ｌ０のように、実用使用における吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎにおいて、せん断速度Ｄが図８中のハッチング範囲に含まれている場合には、塗布ノズルの実用使用における塗布外観不良の発生を低減するのに効果的である。

ところが、図８中の線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で示されているように、従来技術の塗布ノズルにおいては、実用使用における吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎにおいて、せん断速度Ｄが図８中のハッチング範囲を外れる場合があり、塗布ノズルの実用使用における塗布外観不良の発生を確実に低減し得る構成とはなっていなかった。よって、従来技術の塗布ノズルにおいては、高粘性塗料Ｐの吐出量ｑによっては波打ち現象により膜厚が厚くなり、高粘性塗料Ｐが他部品と干渉してしまうなどの品質に関する問題や、設計図面指示に対して高粘性塗料Ｐが過剰に塗布されて材料の無駄が発生し塗装費用の増加を招いたりするという問題が発生する虞があった。

また、従来技術の塗布ノズルにおいて、塗布外観不良の発生を低減するために単にスリット開きｘを小さくしてせん断速度Ｄを大きくした場合には、高粘性塗料Ｐ内の異物の残留が防ぎきれないときノズルスリットの目詰まりの発生が懸念される。また、従来技術の塗布ノズルにおいて、所定のパターン幅を確保するために、上述したスリット角度αを小さくして高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散を大きくした場合には、図９（ｂ）に示すようなパターン割れの発生が懸念される。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、塗布外観が平滑良好でかつ薄膜かつ適正なパターン幅にて高粘性塗料の塗布が可能であると共に、ノズルスリットの目詰まりが発生し難い高粘性塗料の塗布ノズルを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る高粘性塗料の塗布ノズルの構成上の特徴は、互いに連通する導入通路、内部空間、及びノズルスリットを順に備え、前記導入通路より前記内部空間に高粘性塗料を供給し、前記内部空間にて前記高粘性塗料を一時的に貯留し、前記高粘性塗料を前記ノズルスリットから放射状に広げながら吐出して被塗装体に対して吹き付ける高粘性塗料の塗布ノズルであって、
前記ノズルスリットは、その幅方向寸法が内部空間側のノズルスリット入口から塗料吐出先端部側のノズルスリット出口へ向けて拡大する略扇台形状に構成され、前記ノズルスリットは、前記ノズルスリット出口の円弧形状の端点同士を直線で結んだ弦をスリット幅とすると共に、該弦を底辺とし４５°未満の所定のスリット角度を底角とする二等辺三角形の２つの等辺に挟まれた頂点に向かって、ノズルスリット出口側からノズルスリット入口側へ向けて収斂しており、前記ノズルスリット出口の円弧形状は、前記頂点と各前記端点との距離を第一半径、該頂点と該ノズルスリット出口の幅方向中央の中点との距離を第二半径としたとき、該第二半径を該第一半径で除した半径率が１よりも大きい形状を呈しており、前記塗料吐出先端部側から見た前記ノズルスリット出口のスリット開口面積は、前記高粘性塗料の吐出量３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎに対して、該ノズルスリット出口を通過する該高粘性塗料のせん断速度が５０００〜２００００ｓ^−１となる面積とされていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の高粘性塗料の塗布ノズルにおいて、前記スリット角度が３５〜４２．５°であることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２に記載の高粘性塗料の塗布ノズルにおいて、前記半径率が１．０３〜１．１１であることである。

請求項１に係る高粘性塗料の塗布ノズルによれば、ノズルスリット出口を通過する高粘性塗料のせん断速度が５０００〜２００００ｓ^−１とされているため、被塗装体に塗布された高粘性塗料の平滑良好でかつ薄膜な塗布外観が得られ易い。

なお、請求項１に記載されている高粘性塗料とは、粘度が０．１Ｐａ・ｓ／２０℃以上のものをいう。また、請求項１に記載されている高粘性塗料のせん断速度は、せん断速度をＤ（ｓ^−１）、高粘性塗料の吐出量をｑ（ｃｃ／ｍｉｎ）、ノズルスリット出口のスリット開きをｘ（ｍｍ）、スリット開口面積をｓ（ｍｍ^２）としたとき、Ｄ＝［｛（ｑ／６０）／ｘ｝／ｓ］×１０００という計算式で求めることができる。スリット開口面積ｓは、平面視におけるノズルスリット出口の開口面積であり、ノズルスリット出口の開口形状が矩形であるときには、スリット開きｘとスリット幅ｙとの積ｘｙとして求められる。

請求項１に記載されている扇台形状とは、通常の台形の短い上辺及び長い下辺を曲率半径の小さい円弧及び曲率半径の大きい円弧に代えた台形状のものをいう。また、請求項１に記載されている円弧には、楕円弧、双曲線、放物線等の凸状の曲線のうち、第二半径を第一半径で除した半径率が１よりも大きい全ての曲線が含まれている。

また、請求項１に係る高粘性塗料の塗布ノズルによれば、高粘性塗料のせん断速度が前記範囲内となるように、同一のスリット開きの従来技術の塗布ノズルよりもスリット開口面積が小さく、すなわちスリット幅が小さく設定されている。したがって、高粘性塗料のせん断速度を大きくするために、スリット開きを小さくする代わりにスリット幅を小さくしてスリット開口面積を小さくしているため、高粘性塗料内の異物の残留が防ぎきれない場合であってもノズルスリットの目詰まりが発生し難い。

上述したようにスリット幅が小さく設定されていることにより、高粘性塗料の所定のパターン幅を確保し難くなるが、本発明の塗布ノズルにおいては、スリット角度が４５°未満と小さく設定されている。これにより、ノズルスリット出口から吐出される高粘性塗料の幅方向の拡散の程度が大きくなる。ただし、単にスリット角度を小さくしただけでは、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料の所定のパターン幅を確保することが難しい。

そこで、本発明においては、ノズルスリット出口の中央部の第二半径をノズルスリット出口の端部の第一半径で除した半径率が１よりも大きくなるようにノズルスリット出口の形状を扁平した円弧形状に設定している。すなわちノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平させている。高粘性塗料は、ノズルスリット出口の円弧形状を呈する開口面に対して略垂直に放出されることから、ノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平させることにより、ノズルスリット出口から吐出される高粘性塗料の幅方向の拡散の程度を大きくすることができる。よって、前述したスリット角度が４５°未満と小さく設定されていることと、ノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平させていることとの相乗効果として、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料の幅方向の拡散を大きくして、高粘性塗料の所定のパターン幅を確保することを可能としている。

請求項２に係る高粘性塗料の塗布ノズルによれば、スリット角度が３５〜４２．５°とされているため、被塗装体に塗布された高粘性塗料にパターン割れを発生させることなく所定のパターン幅を確保する効果の確実性が高い。なお、スリット角度が３５°未満の場合には、高粘性塗料の幅方向の拡散の程度が大きくなりすぎてパターン割れが発生し易い。また、スリット角度が４２．５°を超える場合には、高粘性塗料の幅方向の拡散の程度が小さくなりすぎてパターン幅が不足し易い。

請求項３に係る高粘性塗料の塗布ノズルによれば、半径率が１．０３〜１．１１とされているため、被塗装体に塗布された高粘性塗料にパターン割れを発生させることなく所定のパターン幅を確保する効果の確実性が高い。なお、半径率が１．０３未満の場合には、高粘性塗料の幅方向の拡散の程度が小さくなりすぎてパターン幅が不足し易い。また、半径率が１．１１を超える場合には、高粘性塗料の幅方向の拡散の程度が大きくなりすぎてパターン割れが発生し易い。

以上のように、本発明によれば、塗布外観が平滑良好でかつ薄膜かつ適正なパターン幅にて高粘性塗料の塗布が可能であると共に、ノズルスリットの目詰まりが発生し難い高粘性塗料の塗布ノズルを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る塗布ノズルを装備した塗装設備の全体構成を説明する構成図である。 本発明の一実施形態に係る塗布ノズルの全体構成を説明する斜視図である。 本発明の一実施形態に係る塗布ノズルの平面図である。 本発明の一実施形態に係る塗布ノズルの正面図である。 図３におけるＳ−Ｓ線で切断した断面図である。 従来技術の塗布ノズルの平面図である。 従来技術の塗布ノズルの正面図である。 従来技術の塗布ノズルにおける高粘性塗料の吐出量とせん断速度との関係を示すグラフである。 従来技術の塗布ノズルにおける塗布外観不良を説明する斜視図であって、（ａ）は波打ち現象が発生した状況、（ｂ）はパターン割れが発生した状況を示している。

図１〜５に基づき、本発明の一実施形態に係る高粘性塗料の塗布ノズルについて説明する。図１及び２に示すように、塗布ノズル１０を装備した塗装設備５０は、自動車の塗装工場に設置されるシステムであって、高粘性塗料Ｐを定量的に自動車の車体７０（被塗装体）に吹き付ける設備である。塗装設備５０は、材料コンテナ５１と、プランジャポンプ５２と、フィルタ５３と、レギュレータ５４と、熱交換器５５と、定量ポンプ５６と、ロボットアーム５７と、塗布ノズル１０と、を具備している。なお、塗装設備５０により吹き付ける高粘性塗料Ｐとしては、アクリル樹脂系塗料、ポリエステル樹脂系塗料、ウレタン樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料、又はメラミン樹脂系塗料等が用いられる。

材料コンテナ５１は、高粘性塗料Ｐを貯留するものである。プランジャポンプ５２は、高粘性塗料Ｐを塗装設備５０の全体に充填し、圧送するものである。フィルタ５３は、高粘性塗料Ｐに混入した異物を取り除くものである。レギュレータ５４は、塗装設備５０内の高粘性塗料Ｐの圧力を適切に保つものである。熱交換器５５は、塗装設備５０の高粘性塗料Ｐの温度を一定（本実施形態では２５℃）に保つものである。定量ポンプ５６は、サーボモータによって駆動され、塗布ノズル１０への高粘性塗料Ｐの吐出量を調整するものである。ロボットアーム５７は、塗布ノズル１０を車体７０に対し自在に移動させるものである。

図２に示すように、塗布ノズル１０は、導入管３０より供給される高粘性塗料Ｐを、幅方向では放射状に、かつ、厚さ方向では一定厚さのフィルム状に形成しながら、車体７０の表面に向けて吹き付けるものである。塗布ノズル１０を用いた高粘性塗料Ｐの塗装方法では、塗布ノズル１０を車体７０の表面に対し高さ方向へ所定の距離Ｂを保ちつつ、塗布ノズル１０を厚さ方向にゆっくりと平行移動させながら、塗布ノズル１０から高粘性塗料Ｐを吐出する。そして、塗布ノズル１０から吐出した高粘性塗料Ｐを車体７０の表面上に付着させることで、所定のパターン幅Ａで高粘性塗料Ｐを車体７０に塗布する。このとき、塗装設備５０は、ロボットアーム５７を車体７０に対し自在に移動させることによって、塗布ノズル１０と車体７０の表面との距離Ｂ、塗布ノズル１０の車体７０の表面での塗布位置を制御し、パターン幅Ａ、塗装膜厚等を変更しながら塗装することができる。

図３〜５に基づき、塗布ノズル１０の詳細構造について説明する。図３は、塗布ノズル１０の平面図、図４は、塗布ノズル１０を塗料吐出先端部側から見た正面図、図５は、図３におけるＳ−Ｓ線で切断した断面図を示している。塗布ノズル１０は、本体１１と、蓋１２とよりなる。塗布ノズル１０は、平面視において略半月形と矩形とを組み合わせた略釣鐘状、正面視及び側面視において矩形の厚板状を呈している。図５に示すように、本体１１は、側面視において、矩形側が厚く、略半月形側が薄いＬ字形状に形成されている。蓋１２は、本体１１の略半月形側の薄い部分を補う平板として形成されている。つまり、蓋１２は、本体１１における略半月形側の薄い部分に取り付けられており、本体１１と蓋１２とで全体的に厚板状の塗布ノズル１０を構成している。本体１１と蓋１２とは、２本の埋め込みビス２０で固定されている。

塗布ノズル１０は、ノズルスリット１５と、内部空間１６と、導入通路１７と、を具備している。ノズルスリット１５、内部空間１６、及び導入通路１７は、塗布ノズル１０における略釣鐘状の矩形側から略半月形側に向かって、導入通路１７、内部空間１６、ノズルスリット１５の順に、それぞれが連通するように塗布ノズル１０に形成されている。

ノズルスリット１５は、平面視において略釣鐘状の塗布ノズル１０の略半月形の円弧に沿って円弧形状の帯状に形成されている。より詳しくは、ノズルスリット１５は、塗布ノズル１０の蓋１２に形成されている円弧形状かつ帯状の凹部の開口面を本体１１で塞ぐことにより形成されている。ノズルスリット１５は、高粘性塗料Ｐの吐出側に位置するノズルスリット出口１５Ｅと、内部空間１６側に位置するノズルスリット入口１５Ｇとを備えたスリットとして構成されている。ノズルスリット出口１５Ｅとノズルスリット入口１５Ｇとの間隔は、略一律の間隔とされている。なお、上記の円弧には、楕円弧、双曲線、放物線等の凸状の曲線のうち、後述する最大半径ｂ（第二半径）を最小半径ａ（第一半径）で除した半径率ｂ／ａが１よりも大きい全ての曲線が含まれている。本実施形態においては、ノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を楕円弧としている。

ノズルスリット１５は、その幅方向寸法がノズルスリット入口１５Ｇ側からノズルスリット出口１５Ｅ側へ向けて拡大する略扇台形状に構成されている。ここで、扇台形状とは通常の台形の短い上辺及び長い下辺を曲率半径の小さい円弧及び曲率半径の大きい円弧に代えた台形状のものをいう。ノズルスリット入口１５Ｇは、略扇台形状の曲率半径の小さい円弧（上辺）に相当する部分である。ノズルスリット出口１５Ｅは、略扇台形状の曲率半径の大きい円弧（下辺）に相当する部分である。

図４に示すように、正面視においてノズルスリット出口１５Ｅの開口形状（吐出口形状）は、幅方向中央の中点ｄにおけるスリット開きがｘ、スリット幅がｙとされている。ノズルスリット出口１５Ｅのスリット開きがｘとなっている範囲は、スリット幅ｙの中央の１／３程度の範囲である。この範囲の各端部からノズルスリット出口１５Ｅの幅方向の各端部の端点ｅ及びｆに向かって、スリット開きが徐々に狭くなっている。ノズルスリット出口１５Ｅの開口形状がこのような形状となっていることにより、車体７０に塗布された高粘性塗料Ｐの膜厚がパターン幅Ａの幅方向の両端部付近で薄くなる。そして、高粘性塗料Ｐを幅方向にラップさせつつ塗布することによって、ラップさせた高粘性塗料Ｐ全体の膜厚を均一化することができる。

なお、スリット開きｘは、塗布ノズル１０の厚さ方向におけるノズルスリット出口１５Ｅの最大開口寸法であり、本実施形態においては、スリット開きｘをｘ＝０．６ｍｍ以上に設定している。スリット幅ｙは、塗布ノズル１０の幅方向におけるノズルスリット出口１５Ｅの開口寸法である。すなわち、スリット幅ｙは、平面視において円弧形状に形成されるノズルスリット出口１５Ｅの円弧の弦となる部分（端点ｅと端点ｆとを結んだ直線）の寸法である。

ノズルスリット１５は、円弧形状に形成されるノズルスリット出口１５Ｅの端点ｅと端点ｆとを直線で結んだ弦を底辺とし、底角をα（以下、スリット角度αと呼ぶ）とする二等辺三角形の２つの等辺に挟まれた頂点ｃに向かって、ノズルスリット出口１５Ｅ側からノズルスリット入口１５Ｇ側へ向けて直線的に収斂している。すなわち、ノズルスリット１５は、頂点ｃから開き角度β（β＝１８０°−２α）で直線的に広がっている。

本実施形態においては、スリット角度αを４５°未満であるα＝３５〜４２．５°の範囲に設定している。このため開き角度βは９０°より大きくなり、本実施形態においてはβ＝９５〜１１０°の範囲となる。頂点ｃと端点ｅ（又は端点ｆ）との距離は、第一半径であり、ノズルスリット出口１５Ｅの最小半径ａとなっており、頂点ｃと中点ｄとの距離は、第二半径であり、ノズルスリット出口１５Ｅの最大半径ｂとなっている。本実施形態においては、最小半径ａと最大半径ｂとの比率である半径率ｂ／ａをｂ／ａ＝１．０３〜１．１１の範囲に設定している。このように設定した理由を以下に説明する。

頂点ｃから端点ｅまでの距離と、頂点ｃから中点ｄまでの距離とを互いに異なった距離に設定することで、高粘性塗料Ｐがノズルスリット１５から吐出するとき、端点ｅから吐出する高粘性塗料Ｐと、中点ｄから吐出する高粘性塗料Ｐとは、ノズルスリット１５から互いに異なる抵抗を受けることになる。ここで頂点ｃから端点ｅまでの距離を頂点ｃから中点ｄまでの距離よりも短くすることで、端点ｅにおいては、中点ｄよりも距離が短くなる分抵抗が小さくなり高粘性塗料Ｐが遠くまで吐出され易くなる。このため頂点ｃから端点ｅまでの距離と、頂点ｃから中点ｄまでの距離とを同じ距離に設定したときに比べてパターン幅Ａを確保し易くなる。

このため頂点ｃから端点ｅまでの距離（最小半径ａ）に対する頂点ｃから中点ｄまでの距離（最大半径ｂ）の比率（半径率ｂ／ａ）を１．０３以上に設定している。また、半径率ｂ／ａが１．１１を越えると頂点ｃから中点ｄまでの距離（最大半径ｂ）が長くなりすぎて、高粘性塗料Ｐがノズルスリット１５から受ける抵抗が大きくなることからパターン割れが生じやすくなる。このため半径率ｂ／ａをｂ／ａ＝１．０３〜１．１１の範囲に設定している。

また、高粘性塗料Ｐの吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎ（実用使用における吐出量）に対して、ノズルスリット１５を通過する高粘性塗料Ｐのせん断速度Ｄ＝５０００〜２００００ｓ^−１（塗布外観不良が発生しない条件範囲）になるように、スリット開口面積ｓ（正面視におけるノズルスリット出口１５Ｅの開口面積）を設定している。そして、スリット開口面積ｓを満たすように、ノズルスリット出口１５Ｅの開口形状及びスリット幅ｙを設定している。なお、せん断速度Ｄは、式１により求められる。
Ｄ＝［｛（ｑ／６０）／ｘ｝／ｓ］×１０００ ……… 式１
ここで、Ｄはせん断速度（ｓ^−１）、ｑは吐出量（ｃｃ／ｍｉｎ）、ｘはスリット開き（ｍｍ）、ｓはスリット開口面積（ｍｍ^２）である。

内部空間１６は、平面視において略半月形と矩形とを組み合わせた略釣鐘状を呈する塗布ノズル１０の略半月形の略中央に形成されている略半月形状を呈する空間である。内部空間１６は、塗布ノズル１０の本体１１に形成される凹部及び蓋１２に形成される凹部により構成されている。略半月形状に形成される内部空間１６におけるノズルスリット１５側の端部は、略半月形状の円弧に相当する部分であって、内部空間１６における塗布ノズル１０の厚さ方向の寸法は、スリット開きｘよりも十分に大きい寸法とされている。

導入通路１７は、平面視において略半月形と矩形とを組み合わせた略釣鐘状を呈する塗布ノズル１０の矩形の幅方向の中央に形成されている。導入通路１７は、塗布ノズル１０の本体１１及び蓋１２にそれぞれ形成される凹部により構成されている。導入通路１７は、図２に示した導入管３０から連続する略円柱状に形成されている。

導入通路１７より内部空間１６に供給された高粘性塗料Ｐは、導入通路１７よりも空間が広がった内部空間１６に一時的に貯留されて内部圧力が均一化される。これにより、高粘性塗料Ｐがノズルスリット１５のノズルスリット入口１５Ｇに均一に供給される。そして、内部空間１６からノズルスリット入口１５Ｇへ押し出された高粘性塗料Ｐは、ノズルスリット出口１５Ｅから被塗装体である車体７０に向けて放射状に広げられながら吐出される。

このような本実施形態の構成によれば、ノズルスリット出口１５Ｅの幅方向中央の中点ｄにおけるスリット開きｘをｘ＝０．６ｍｍ以上としている。このため、フィルタ５３で異物を取り除いた後に高粘性塗料Ｐに残留している異物によりノズルスリット１５が目詰まりする虞が小さい。また、高粘性塗料Ｐの実用使用における吐出量ｑ＝３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎに対して、ノズルスリット１５を通過する高粘性塗料Ｐのせん断速度Ｄ＝５０００〜２００００ｓ^−１になるように、スリット開口面積ｓを設定しているため、車体７０に塗布された高粘性塗料Ｐの平滑良好でかつ薄膜な塗布外観が得られ易い。

また、本実施形態の構成によれば、スリット開きｘ＝０．６ｍｍ以上において、塗布ノズル１０のスリット開口面積ｓは、特許文献１及び２に開示されている従来技術の塗布ノズルのスリット開口面積よりも小さく設定されている。これにより、実用使用における吐出量ｑにおいて、ノズルスリット１５を通過する高粘性塗料Ｐのせん断速度Ｄは、Ｄ＝５０００〜２００００ｓ^−１を満足している。塗布ノズル１０のスリット開口面積ｓを小さく設定しているため、塗布ノズル１０のスリット幅ｙは、特許文献１及び２に開示されている従来技術の塗布ノズルのスリット幅よりも小さい。このように、高粘性塗料Ｐのせん断速度Ｄを大きくするために、スリット開きｘを小さくする代わりにスリット幅ｙを小さくしてスリット開口面積ｓを小さくしているため、高粘性塗料Ｐ内の異物の残留が防ぎきれない場合であってもノズルスリット１５の目詰まりが発生し難い。

上述したような小さいスリット幅ｙで所定のパターン幅Ａを確保するように高粘性塗料Ｐを塗布するためには、ノズルスリット出口１５Ｅから吐出される高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度を従来技術の塗布ノズルよりも大きくする必要がある。そこで、本実施形態においては、塗布ノズル１０のノズルスリット１５のスリット角度αをα＝４５°未満と小さく設定し、開き角度βをβ＝９０°よりも大きく設定している。これにより、ノズルスリット出口１５Ｅから吐出される高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度が大きくなる。ただし、単にスリット角度αを小さくしただけでは、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料Ｐの所定のパターン幅Ａを確保することが難しい。

そこで、本実施形態においては、ノズルスリット出口１５Ｅの中央部の最大半径ｂをノズルスリット出口１５Ｅの端部の最小半径ａで除した半径率ｂ／ａが１よりも大きくなるようにノズルスリット出口１５Ｅの形状を扁平した円弧形状に設定している。すなわちノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を幅方向に扁平させている。高粘性塗料Ｐは、ノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を呈する開口面に対して略垂直に放出されることから、ノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を幅方向に扁平させることにより、ノズルスリット出口１５Ｅから吐出される高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度を前述した理由によって大きくすることができる。よって、スリット角度αがα＝４５°未満と小さく設定されていることと、ノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を幅方向に扁平させていることとの相乗効果として、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散を大きくして、高粘性塗料Ｐの所定のパターン幅Ａを確保することを可能としている。

さらに、本実施形態の構成によれば、塗布ノズル１０のノズルスリット１５のスリット角度αをα＝３５〜４２．５°の範囲に設定している。これにより、車体７０に塗布された高粘性塗料Ｐにパターン割れを発生させることなく所定のパターン幅Ａを確保する効果の確実性が高い。なお、スリット角度αが３５°未満の場合には、高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度が大きくなりすぎてパターン割れが発生し易い。また、スリット角度αが４２．５°を超える場合には、高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度が小さくなりすぎてパターン幅Ａが不足し易い。

さらに、本実施形態の構成によれば、上述したノズルスリット出口１５Ｅの最小半径ａと最大半径ｂとの比率である半径率ｂ／ａをｂ／ａ＝１．０３〜１．１１の範囲に設定している。これにより、車体７０に塗布された高粘性塗料Ｐにパターン割れを発生させることなく所定のパターン幅Ａを確保する効果の確実性が高い。なお、半径率ｂ／ａが１．０３未満の場合には、高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度が小さくなりすぎてパターン幅Ａが不足し易い。また、半径率ｂ／ａが１．１１を超える場合には、高粘性塗料Ｐの幅方向の拡散の程度が大きくなりすぎてパターン割れが発生し易い。

以上のように、本実施形態によれば、塗布外観が平滑良好でかつ薄膜かつ適正なパターン幅Ａにて高粘性塗料Ｐの塗布が可能であると共に、ノズルスリット１５の目詰まりが発生し難い高粘性塗料Ｐの塗布ノズル１０を提供することができる。

本発明の高粘性塗料の塗布ノズルは、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、本実施形態においては、ノズルスリット１５がノズルスリット出口１５Ｅ側からノズルスリット入口１５Ｇ側へ向けて直線的に収斂しているが、ノズルスリットがノズルスリット出口側からノズルスリット入口側へ向けて曲線的に収斂していてもよい。なお、ノズルスリットが曲線的に収斂している場合であっても、本発明において半径率を求めるために必要となる頂点は、上述した頂点ｃを定める手順に従うものとする。

また、本実施形態においては、ノズルスリット出口１５Ｅの円弧形状を楕円弧としているが、ノズルスリット出口の円弧形状は楕円弧に限定されない。ノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平した双曲線、あるいは放物線等の凸状の曲線形状とすることができる。なお、本発明においては、第二半径を第一半径で除した半径率が１よりも大きいことを必須の要件としているため、ノズルスリット出口の円弧形状を真円弧とすることはできない。

本発明の実施例（実施例１〜５）及び比較例（比較例１〜７）について説明する。スリット角度α、半径率ｂ／ａ、及びスリット開口面積ｓの値がそれぞれ異なる種々の形状を呈する塗布ノズルを用いて高粘性塗料の塗布実験を実施した。各塗布ノズルのスリット開きｘは、一律にｘ＝０．６ｍｍとした。実験条件は以下のとおりである。
・塗料： 自動車用高粘度塗料
・塗料粘度： １．０Ｐａ・ｓ／２０℃（せん断速度９４００ｓ^−１における値）
・塗布距離： ５０ｍｍ（図２中の距離Ｂ）
・実験温度： ２５℃
・塗布スピード： １０００ｍｍ／ｓ
・吐出量： ３０００ｃｃ／ｍｉｎ、又は１００００ｃｃ／ｍｉｎ

表１に実験結果を一覧で示す。塗布実験は、比較例１〜７、実施例１〜５の順番で実施した。表１には、実施例及び比較例の塗装外観（平滑性）、パターン幅Ａ、及びパターン割れについて合格（○印）及び不合格（×印）が示されている。これら全ての評価項目が合格であったときに総合判定を合格（○印）とし、評価項目のうちの一つでも不合格となっているときに総合判定を不合格（×印）としている。そして、総合判定が合格であったものを実施例とし、不合格であったものを比較例としている。

表１に示すように、比較例１〜４では、スリット開きｘ＝０．６ｍｍ、スリット角度α＝４５°、半径率ｂ／ａ＝１．０００として、スリット開口面積ｓを比較例１、２、３、４の順に徐々に小さく設定している。これにより、せん断速度Ｄが徐々に速くなるため、塗布外観の平滑性が徐々に良好となる。しかし、スリット開口面積ｓを小さくするために、スリット幅ｙを小さくしているため、比較例１、２、３、４の順にパターン幅Ａが徐々に小さくなっている。そして、比較例３及び４では、吐出量ｑ＝３０００ｃｃ／ｍｉｎにおけるパターン幅Ａの合格値５０ｍｍ以上、及び吐出量ｑ＝１００００ｃｃ／ｍｉｎにおけるパターン幅Ａの合格値１００ｍｍ以上をいずれも満足しない結果となっている。

そこで、比較例５〜７では、比較例４の塗布ノズルよりもスリット角度αを小さく設定している。これにより、比較例５〜７のパターン幅Ａは、比較例４のパターン幅Ａよりも広がるが、依然としてパターン幅Ａの合格値を満足しない場合がある。そして、スリット角度αを３０°まで小さくした比較例７では、パターン割れが発生している。なお、比較例５〜７では、スリット角度αを小さくするために、スリット幅ｙを大きくしている。このため、比較例５、６、７の順にスリット開口面積ｓが徐々に大きくなり、せん断速度Ｄが徐々に遅くなっているものの、塗布外観の平滑性は良好な状態に維持されている。

このように、比較例１〜７においては、塗布ノズルのスリット開きｘ＝０．６ｍｍ、半径率ｂ／ａ＝１．０００として、スリット開口面積ｓ及びスリット角度αを変動させたが、総合判定が合格となることはなかった。そこで、実施例１以降では、半径率ｂ／ａに着目し、半径率ｂ／ａを１よりも大きく設定して、ノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平させることとした。

実施例１では、比較例４の塗布ノズルよりもスリット角度αを小さくα＝４２．５°に設定すると共に、比較例４の塗布ノズルよりも半径率ｂ／ａを大きくｂ／ａ＝１．０７５に設定している。スリット開口面積ｓは、実施例１と比較例４とで大きな差はない。実施例１では、スリット角度αをα＝４５°未満と小さく設定していることと、半径率ｂ／ａを１よりも大きく設定してノズルスリット出口の円弧形状を幅方向に扁平させていることとの相乗効果として、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料の幅方向の拡散を大きくして、高粘性塗料の所定のパターン幅Ａを確保することが可能となっている。

実施例２〜５では、実施例１の塗布ノズルよりもスリット角度αを小さくα＝４０°以下に設定すると共に、半径率ｂ／ａをｂ／ａ＝１．０３６〜１．１０８の範囲、スリット開口面積ｓをｓ＝９．７〜１７．５の範囲に設定している。実施例２〜５では、実施例１と同様に、パターン割れを防止しつつ高粘性塗料の所定のパターン幅Ａを確保することが可能となっている。

以上の実験結果を参考にして、スリット開きｘ、スリット角度α、半径率ｂ／ａ、及びスリット開口面積ｓの各適正値をまとめると表２に示すとおりである。また、表２には、スリット開きｘ、スリット角度α、半径率ｂ／ａ、及びスリット開口面積ｓの各値が、各適正値未満となった場合、あるいは各適正値を超える場合に懸念される塗布不良及び不具合について一覧で示されている。

１０ … 塗布ノズル １５ … ノズルスリット
１５Ｅ … ノズルスリット出口 １５Ｇ … ノズルスリット入口
１６ … 内部空間 １７ … 導入通路
７０ … 車体（被塗装体）
Ｄ … せん断速度 Ｐ … 高粘性塗料
ａ … 最小半径（第一半径） ｂ … 最大半径（第二半径）
ｃ … 頂点 ｄ … 中点
ｅ … 端点 ｆ … 端点
ｑ … 吐出量 ｓ … スリット開口面積
ｘ … スリット開き ｙ … スリット幅
α … スリット角度

Claims (3)

1. 互いに連通する導入通路、内部空間、及びノズルスリットを順に備え、
   前記導入通路より前記内部空間に高粘性塗料を供給し、
   前記内部空間にて前記高粘性塗料を一時的に貯留し、
   前記高粘性塗料を前記ノズルスリットから放射状に広げながら吐出して被塗装体に対して吹き付ける高粘性塗料の塗布ノズルであって、
   前記ノズルスリットは、その幅方向寸法が内部空間側のノズルスリット入口から塗料吐出先端部側のノズルスリット出口へ向けて拡大する略扇台形状に構成され、
   前記ノズルスリットは、前記ノズルスリット出口の円弧形状の端点同士を直線で結んだ弦をスリット幅とすると共に、該弦を底辺とし４５°未満の所定のスリット角度を底角とする二等辺三角形の２つの等辺に挟まれた頂点に向かって、ノズルスリット出口側からノズルスリット入口側へ向けて収斂しており、
   前記ノズルスリット出口の円弧形状は、前記頂点と各前記端点との距離を第一半径、該頂点と該ノズルスリット出口の幅方向中央の中点との距離を第二半径としたとき、該第二半径を該第一半径で除した半径率が１よりも大きい形状を呈しており、
   前記塗料吐出先端部側から見た前記ノズルスリット出口のスリット開口面積は、前記高粘性塗料の吐出量３０００〜１００００ｃｃ／ｍｉｎに対して、該ノズルスリット出口を通過する該高粘性塗料のせん断速度が５０００〜２００００ｓ^−１となる面積とされており、
   前記高粘性塗料は、９４００ｓ ^−１ のせん断速度における粘度が０．１Ｐａ・ｓ／２０℃以上のものであり、
   前記スリット角度が３５〜４２．５°であり、
   前記半径率が１．０３〜１．１１である高粘性塗料の塗布ノズル。
2. 前記スリット開口面積が９．７〜１７．５ｍｍ ^２ である請求項１に記載の高粘性塗料の塗布ノズル。
3. 前記塗料吐出先端部側から見た前記ノズルスリット出口のスリット開きが０．６ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の高粘性塗料の塗布ノズル。

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