JPH0636891B2 - 粉体荷電装置および静電粉体塗着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は静電粉体塗装を行う際などに必要な粉体塗料
を荷電するための粉体荷電装置、及びこの粉体荷電装置
によつて荷電した粉体塗料を被塗物に塗着するための静
電粉体塗着装置に関する。

従来の技術 従来この種の粉体荷電装置及び、これを具備した静電粉
体塗着装置は、第１に気体によつて塗料粉体等を搬送す
る管路の内周面にリング状電極を設け、該リング状電極
の軸心にコロナ放電極の先端を設け、そのコロナ放電極
からリング状電極の内周面に向つてイオン電流を継続的
に流し、これと同時に管路内を流れる粉体が、そのイオ
ン電流を横切る際に荷電するものである。

又、第２にリング状電極の内周面における上流側端部
に、リング状スリツトを設け、その開口を下流側に向
け、これから高速で噴出する清浄気体で、リング電極の
内周面を擦るようにして、そこを常時清浄に保つもので
ある。

更に第３は前述の各装置におけるリング電極の内面の形
状を、下流に向けて拡がる椀形筒状電極にすると共に、
その筒状電極の内面の下流側端部にリング状スリツトの
開口部を上流側に向けて設けたものである。

発明が解決しようとする問題点 従来の第１、第２の装置は前述のように、管路内を流れ
る粉体が、放射状イオン電流を横切る際、その粉体を荷
電するものであるが、この管路内を流れる粉体は一般に
重力や上流に接続される配管の屈曲による影響などによ
り、管路内面の一側側寄りに偏つて流れ易く、しかも、
前記放射状電流は管路の軸心から内周面に近づくに従つ
て、イオン電流密度が粗くなり、その粉体塗料は、イオ
ン電流密度の粗い部分を横切ることになりやすいので、
高い荷電効率を期待することができない。

又、リング状スリツトから、清浄空気を下流側に向けて
高速で噴出するので、管路内を流れる粉体の速度を増加
し、荷電区間の滞留時間が短くなつて、帯電効率が低下
することになる。又、この荷電装置を静電塗着装置のガ
ンに使用したときは、そのガンの先端から吐出する噴流
体の速度が大きくなり、被塗物に対する塗着効率を低下
させるおそれがある。

従来の技術の第３はイオン電流の密度の低いところを、
粉体塗料が横切ることを避け、その密度の高いところを
横切るようにして、荷電効率を向上させるものである。
更にリング状スリツトから噴出する高速の清浄空気によ
つて管路中を流れる粉体を減速して、これによつても荷
電効率を向上させ、この荷電装置を静電粉体塗着装置の
ガンに使用した際、そのガンの先端から吐出する粉体の
速度を増加せず、粉体塗料の被塗物に対する塗着効率を
高めようとするものである。この場合リング状スリツト
の開口部から高速で噴出される清浄空気は、その開口部
が上流側を向いているので、筒状電極の椀形内面の大径
部から小径部の向つて、その内面に沿つて流れる。その
後、該小径部に連通せる管路を下流に向つて流れる粉粒
体と衝突、合流し、続いてコロナ放電極から筒状電極の
内面に向つて、放射状に流れるイオン電流を横切つて流
れる。この際、椀形内面を沿うように流れる清浄空気
は、その大径部から小径部に移動するにつれてその流れ
方向が上流方向から、徐々に管内の軸心に近づく方向に
変化するので、この清浄空気の流れで、前記管路中を下
流に向つて流れる粉粒体に対し、それを管路の外周から
軸心に近づけるように誘導する。このとき前記清浄空気
が搬送されてくる粉体と衝突して急速に撹拌するので、
粉体がよく分散され、更に清浄空気の有する搬送空気と
逆向きの速度成分の作用によつて、粉体が減速され、コ
ロナ放電の生起している区内に滞留する時間が長くな
る。

その結果、管路内を流れる粉体はその軸心に向けて絞ら
れ、細くなつた状態で放射状イオン電流の中心部を横切
ることとなり、放射状イオン電流の最も密度の高い電界
強度の強いところを通つて荷電される。

以上あげた在来技術の共通点は、何れもコロナ放電極の
みでプラズマ発生し、これから引出された単極性のイオ
ン電流がリング電極乃至は筒状電極に向つて継続的に流
れるのが正常な運転であり、この条件のもとで両電極を
へだてる空間に荷電すべき粉体を通すことを特徴とする
ものである。

これらの従来技術に共通する問題点は、高抵抗で附着性
の強い粉体を処理する場合に、運転時間の経過とともに
リング電極乃至は筒状電極の表面に粉体が附着蓄積さ
れ、ここに生起する逆電離によつてコロナ放電電極に向
つて逆極性の大量のイオン電流が流れる様になり、これ
によつてコロナ放電電流による荷電が中和され、粉体荷
電が不安定になり終局的には不可能になつてしまうこと
である。

本発明の目的は、斯様な問題点を解決することでり、又
他の目的は粉体の荷電率を前述のように継続的イオン電
流で荷電する場合より更に向上することである。

問題点を解決するための手段 この発明は、前述の各装置におけるコロナ放電極とリン
グ電極、乃至はコロナ放電電極と筒状電極等の電極対の
代りに、所要電極性プラズマ電極と逆極性プラズマ電極
よりなる電極対に高電圧を断続的に印加し、両電極夫々
の尖端に生成しているプラズマより引出される正負２種
のイオン電流のうち、粉体を荷電したい極性（以下所要
極性と略称）のイオン電流のみが存在する空間を、最終
的によく分散した粉体が通過したのち排出されるように
し、所要極性イオン電流の荷電能力を、逆極性イオン電
流の荷電能力より大きくするための手段と更に必要に応
じて逆極性イオンが存在する空間から粉体を遠ざける手
段とプラズマ電極に粉体の附着防止手段を設け、使用目
的に応じて両方のコロナ放電電極の何れか一方を接地側
に接続するようにしたものである。

作用 両方のプラズマ電極の先端に、発生したプラズマと不平
等電界の作用により、電極に始発するイオン流・電風・
直流斥力・不平等交番電界による遠心斥力等の効果によ
つて運転中は常に、電極附近に存在する粉体粒子を帯電
させ、かつ排斥する作用を両方のプラズマ電極がもつて
いるので、どちらの電極にも粉体粒子が附着蓄積するこ
とがなく電極の性能が変化することがなく、長期間安定
して運転ができる。コロナ放電電極に粉体の附着防止手
段を付加するのは主として起動停止の過渡状態における
粉体の附着を防止するためのものである。

この装置では所要極性イオン電流と同時に、これと逆極
性のイオン電流が必ず存在する。

逆極性のイオン電流の存在する領域から粉体を遠ざける
ための手段、またはおよび逆極性のコロナ放電プラズマ
電極の電圧電流特性を、所要極性のコロナ放電電極の電
圧電流特性よりなるべく小さくすることは、逆極性のイ
オン電流による電荷の中和を小さくし、これら正逆両方
の荷電の差として表れる最終荷電量を実用上充分な大き
さにするためのものである。

本発明においては所要極性イオン電流が存在する空間に
粉体粒子はよく分散された状態で導入され、又そのイオ
ン電流が断続的に流れるので、高い効率で荷電が行なわ
れる。

管路内に本発明による粉体荷電装置を仕込む場合は、所
要極性プラズマ電極を絶縁材料よりなる管路の下流側
に、逆極性プラズマ電極を上流側に設ければ、所要極性
に荷電された粉体が管路出口においてえられる。

所要極性プラズマ電極を絶縁材料よりなる管路の下流側
出口付近に設けて接地し、逆極性プラズマ電極を上流側
に設ければ、外部電界なしに帯電した粉体粒子が得ら
れ、これを被塗物に向つて吹付けることにより、極めて
入り込み性能にすぐれた静電粉体塗装を実施することが
できる。

所要極性プラズマ電極を絶縁材料よりなる管路の下流側
出口附近に設け、逆極性プラズマ電極を上流側に設けて
接地側に接続すれば、外部電界は存在するが、外部イオ
ン電流のない状態で帯電粉体を被塗物に吹付けることが
でき、これにより厚膜の静電粉体塗装を実施することが
できる。

所要極性プラズマ電極を絶縁材料よりなる管路の出口端
附近に設けて被塗物に対向離設し、更に所要極性プラズ
マ電極から外部へ向うイオン電流が存在し得るように高
電圧を印加し、逆極性のコロナ放電電極を上流側に設け
て接地側に接続することにより、荷電装置内部で荷電さ
れた粉体が、さらに外部電界と外部イオン電流の存在の
もとで再荷電されて、静電粉体塗装がおこなわれるの
で、塗着効率と、つきまわり性に著しくすぐれた静電粉
体塗装を実施することができる。

実施例 本発明による第１図及び第２図に示した実施例におい
て、所要極性プラズマ電極３は先端の極率半径の小さな
針電極であり、低圧側プラズマ電極を構成し、又逆極性
プラズマ電極４は先端の極率半径の大きな針電極であ
り、高圧側プラズマ電極を構成するこの二つの電極の間
には直流電源５．１〜５mmの放電ギヤツプ5bによつて継
続的に２万〜８万ボルトの電圧が印加されている。その
結果両電極間には図に示した如き、両極性のコロナ放電
が断続的に発生し、両電極の先端にはそれぞれプラズマ
が形成される。この場合、所要プラズマ電極３の先端の
曲率半径が小さいので、これから引出される所要極性イ
オン電流６は逆プラズマ電極４より引き出される逆極性
イオン電流７に比べて大きく、かつ長く広い範囲にわた
つて存在する。従つて矢印８によつて示される気体に搬
送される粉体は、絞り10及びこの絞り部に設けられた分
散気体噴出口11から噴出される分散気体11a によつて撹
拌され、よく分散した粉体12となつて、所要極性イオン
が主として存在する空間13を通つて荷電され、荷電され
た粉体９となる。

この場合、図に明らかな如く、逆極性イオンが主として
存在する空間14は、この空間から粉体を遠ざけるための
手段15によつて、管路２から実質上分離されているの
で、逆極性のイオン電流７によつて所要極性イオン電流
による荷電が中和されることは極めて少なく、これは更
に逆プラズマ電極４のまわりの逆プラズマ電極気体噴出
口18を通して送入される付着防止気体19によつて更に確
実となる。本発明による粉体荷電装置においては、使用
される電極が、何れもその先端にプラズマが形成される
コロナ放電電極であるので、両方のコロナ放電電極の先
端に発生したプラズマと電界の作用による電極に始発す
るイオン流・電風・直流斥力等の効果によつて、運転中
は常に電極付近に存在する粒子を帯電させ、かつ排斥す
る作用をプラズマ電極がもつているので、電極に粉体粒
子が附着蓄積することがなく、電極の性能が変化するこ
とがなく長期間安定に運転ができる。なお所要プラズマ
電極３の周囲にも所要プラズマ電極気体噴出口16が、リ
ング状に設けられており、ここを通つて付着防止気体17
が高速に吹き込まれる。付着防止気体17と19は、主とし
てトーチ運転の起動停止時の過度状態における、電極先
端への粉体の付着を防止する目的のものである。

直流電源５の出力端子5aと逆極性プラズマ電極４とを放
電ギヤツプ5bを介して結合したので、その逆極性プラズ
マ電極４は放電ギヤツプ5bを介して、直流電源５から電
圧を供給され、この係給時間と共に電圧が増加して、そ
れが高電圧になると、所要極性プラズマ電極３との間
で、逆極性イオン電流７及び所要極性イオン電流６が瞬
間的に発生し、逆極性プラズマ電極４の電圧が急激に低
下し、該各イオン電流６、７は停止する。

これが停止すると、逆極性プラズマ電極の電圧は、放電
ギヤツプ5bを介して供給される直流電源５の電圧によつ
て、再び上昇して前述の動作を繰返す。この繰返し通常
５ＫＣ〜50ＫＣで行われる。

斯様にして各イオン電流13、14は断続的に流れその際の
イオン粒子と粉体粒子との相対的速度変化により、荷電
率を高めることができる。

なおこの第１図に示した型の本発明による粉体荷電装置
で大容量のものが必要な場合は、この電極対を管路の流
れ方向にそつて複数対設けることによつてその目的を達
成することができる。第３図の実施例は、絶縁材料で形
成され、断面の形状が円形の筒体１の内側に、気体に搬
送される粉体８を輸送する管路２を形成し、この管路２
の軸心に細いコロナ放電電極を所要極性プラズマ電極３
として配置し、かつ該電極と対向する太いコロナ放電電
極を逆極性プラズマ電極４として管路２の外周面に設け
る。この場合、逆極性プラズマ電極４が設けられた管路
２の内面は、その上流の絞り10に連結した上流に向つて
先細りの面を形成し、その下流は矢印11a によつて示さ
れる分散気体がリング状の分散気体噴出口11より噴出し
て、逆極性プラズマ電極４の先端を常に清浄に保つとと
もに、管路２の中を横切つて粉体を撹拌分散させる効果
によつてよく分散した粉体12となつて、所要極性プラズ
マ電極３の先端から引き出される所要極性イオン電流６
の主として存在する空間13に向かつて吹き込まれ、これ
によつて粉体が帯電される。この場合、逆極性プラズマ
電極４より引出される逆極性イオン電流７は電極４の先
端の曲率半径が大きいために電流自体が少なく、かつ絞
り10によつて粉体が逆極性イオンが主として存在する空
間７から遠ざけられるように構成されているので、逆極
性イオンによる所要極性の帯電量が中和されることを小
さくおさえ、結局全体としての荷電効率を高くすること
ができる。なお、この場合５は両方の電極に直流を印荷
するための直流電源であり、その出力端子5dによりリー
ド線5cの一端を持続し、他端を所要極性プラズマ電極３
と１〜５mmの放電ギヤツプ5bを介して対向せしめる。5a
はこれに電力を供給するための高周波電源である。な
お、所要極性プラズマ電極３は高圧側プラズマ電極とな
り、保護管3a内に設けられ、その保護管3aの先端の高圧
側プラズマ電極気体噴出口16aより、高速で噴出する付
着防止気体17によつて前記放電ギヤツプ5bに発生する放
電生成物及び主として起動停止時の過渡状態におこる所
要極性プラズマ放電極３の先端への粉体の付着防止の役
割をはたすものである。

第４図は所要極性プラズマ電極３を筒体１によつて形成
される管路２の内面に設けた実施例である。この場合、
気体に搬送される粉体８は、粉体導入管路1aによつて、
管路２の接線方向から所要極性プラズマ電極３の上流側
に導入され逆極性プラズマ電極４の周囲に形成された逆
極性プラズマ電極気体噴出口18を通つて、付着防止気体
19が送入される。このようにして電源５によつて、接地
された逆極性プラズマ電極４と所要極性プラズマ電極３
との間に放電ギヤツプ5bによつて断続的に印加される直
流高電圧によつて、両電極間にはコロナ放電が断続的に
起こり、所要極性プラズマ電極３より引き出された所要
極性イオン電流６は図に示した如く管壁にそう所要極性
イオンが主として存在する空間13を形成する。この場
合、粉体導入側口24を通して管路２に導入される粉体
は、高速で管路２の中を旋回し、管壁にそつてよく分散
した粉体12となつて、所要極性イオンが主として存在す
る空間13を横切つて出て行くので、よく荷電された粉体
９を得ることができる。この場合、逆極性イオン電流７
が主として存在する空間14には付着防止気体19の作用も
手伝つて、実質上粉体８が侵入しないので、逆極性イオ
ン電流７によつて、所要極性イオン電流６による荷電が
中和されることは、非常に少なくおさえることができ
る。この場合必要に応じて、所要極性プラズマ電極３に
付着防止用の気体を吹き込んでもよいが、強力な旋回流
自体によつて所要極性プラズマ電極３に粉体が付着する
のを、実施例のような構成によつても防止することがで
き場合が多い。

第５図は絶縁性材料で形成され、断面の形状が円形の筒
体１の内側に、気体で搬送される粉体８を輸送する管路
２を形成し、該管路２の軸心に、先端の曲率半径の小さ
い針電極よりなる所要極性プラズマ電極３を設置し、か
つ該所要極性プラズマ電極３と対向して、先端の曲率半
径の大きな逆極性プラズマ電極４を軸心に配置し、これ
ら二つの電極の間に放電ギヤツプ5b多段昇圧回路５及び
高周波電源5aによつて直流高電圧が断続的に印荷される
ようにしたものである。なお、両電極の中間よりやや上
流側のところに、リング状の分散気体噴出口11を設け、
これを通して、分散気体11aを管路２の中に吹き込むよ
うになつている。通常、静電粉体塗装等に要求される程
度の粉体荷電装置においては、管路内の粉体の搬送はそ
れ程高速に行われることが少ない場合が多く、このよう
な場合には、25に示した如く気体に搬送される粉体は偏
流をなしており、逆極性プラズマ電極４の先端附近に形
成される逆極性イオンが主として存在する空間14を通過
しても実質上それ程荷電されない場合が多い。従つてこ
の空間14の直後において分散気体噴出口11より強力に分
散気体11a を噴出させ、よく分散した粉体12として所要
極性イオンが主として存在する空間13を通過させること
によつて、逆極性イオンによる中和を実質上ほとんどさ
けて、所要極性イオンによる荷電のみを実施することが
でき、これによつて荷電された粉体９を長期間安定に得
ることができる。本発明の他の実施例（第１図、第４
図、第６図、第８図）においては、逆極性イオンが存在
する空間から粉体を遠ざけるための具体的な手段を適用
するが、本第５図の場合も本発明による逆極性イオンが
存在する空間から粉体を遠ざけるための手段を含むもの
である。

第６図及び第７図に示した実施例においては、絶縁性材
料で形成され、断面の形状が円形の筒体１の内側に、気
体に搬送される粉体８を輸送する管路２を形成し、該管
路２の内面の上流側の軸心に、先端の曲率半径の多きな
針電極よりなる逆極性プラズマ電極４を設け、そのすぐ
上流に、円錐状の電極４から粉体を遠ざけるための手段
15を設け、これに対向して所要極性プラズマ電極3aを設
けてある。この実施例における所要極性プラズマ電極3a
は、互に近接した二つの電極3a−１及び3a−２により構
成されており、それぞれ筒体に内蔵された直流電源５の
異る位置から、それぞれ保護抵抗3a−１Ｒ、放電ギヤツ
プ5b−１及び保護抵抗3a−2R・放電ギヤツプ5b−２を通
して、電圧の異る高電圧が印荷され、各電極3a−１と3a
−２の間には微少な火花放電によるプラズマが形成さ
れ、これによつて逆極性プラズマ電極４に向かつて充分
な量の所要極性のイオン電流が断続的にに引き出され、
所要極性イオンが主として存在する空間13を形成するよ
うになつている。なお、５Ａは直流電源５に電力を供給
するための高周波電源である。この所要極性プラズマ電
極と逆極性プラズマ電極との中間には、管路２に開口す
る複数個の旋回流噴出口11が形成され、これを通つて分
散気体11a が送入され、これによつて管路２内に存在す
る粉体８がよく撹拌分散された上で、管壁に接近し、所
要極性イオンが主として存在する空間13を通つて、単極
性に荷電された粉体９を得ることができる。この実施例
においては、逆極性プラズマ電極４から粉体８を遠ざけ
るための手段15と、分散気体噴出口をなす旋回流噴出口
11の両方の働きによつて、逆極性イオンが主として存在
する空間14に粉体が近づくことがほとんどないので、逆
極性イオンによる電荷の中和を実質上さけることがで
き、これによつて長期間安定した粉体の荷電を高能率で
実施することができる。

なお前記放電ギヤツプ5b−１及び5b−２はその何れか一
方を省略しても差支えない。

第８図の実施例においては、絶縁性材料で形成された断
面の形状が円形の筒体１の内側に、気体に搬送される粉
体８を輸送する管路２を形成し、該管路２の軸心の出口
側に、先端の曲率半径の小さな針電極よりなる所要極性
プラズマ電極３を設け、これに直流電源５からの高電圧
を放電ギヤツプ5bにより断続的に印加し、このまわりに
形成された所要極性プラズマ電極気体噴出口16より、付
着防止気体17を噴出させ、これに対向して、先端の曲率
半径の大きな針電極４よりなる逆極性プラズマ電極４を
設置し、そのまわりに逆極性プラズマ電極より粉体を遠
ざけるための手段として、円錐状コーン15を設置し逆極
性プラズマ電極４の周辺からは付着防止気体19を逆極性
プラズマ電極気体噴出口18を通して吹き込むようになつ
ている。

この実施例においては、粉体は逆極性イオンが主として
存在する空間14に侵入せずに、逆極性プラズマ電極部分
を通過し、その後で、リング状の分散気体噴出口11より
噴出する分散気体11aによつて粉体がよく分散された状
態で管路２の中心部に集められつつ、所要極性イオンが
主として存在する空間13に導入されるので、逆極性プラ
ズマ電極４による荷電が、中和を実質上ほとんどなしに
して、高能率で粉体の荷電を実施され、よく荷電された
粉体９を得ることができる。

本発明による粉体荷電装置では、所要極性プラズマ電極
の電圧電流特性を逆極性プラズマ電極の電圧電流特性よ
り大きくとる方が、一般には高い効率を得やすいが、第
１図、第３図、第４図、第５図、第６図、第８図等の如
く逆極性イオンが主として存在する空間14より、粉体を
遠ざける手段を有する場合等には、両プラズマ電極の電
圧電流特性は必ずしも差をつける必要のない場合もあ
る。

第９図で示したのは本発明による所要プラズマ電極３
と、逆極性プラズマ電極４の動作状態における電圧電流
特性に大きな差をつけることの主要な効果によつて粉体
の荷電を実施する例について示したものである。第９図
においては絶縁性材料で形成され、断面の形状が円形の
筒体１の内側に、気体に搬送される粉体８を輸送する管
路２を形成し、該管路２の軸心に、先端の曲率半径の極
めて小さく、かつ耐久性の良好な所要極性プラズマ電極
３を設置し、これに対向して先端の曲率半径の大きい逆
極性プラズマ電極４を設け、これを接地し、かつ所要極
性プラズマ電極３に直流電源５と放電ギヤツプ5bによつ
て高電圧を断続的に印加するようにし、かつ逆極性プラ
ズマ電極４の上流に設けた絞り10とこの部分に設けたリ
ング状の分散気体噴出口11より、分散気体11a を噴出さ
せて、粉体をよく分散した状態で逆プラズマ電極に送入
し、次いで所要プラズマ電極部を通過させるようにした
ものである。なお、5aは直流高電圧回路５に電力を供給
するための高周波電源である。このようにした場合、気
体に搬送される粉体は、既に充分に分散した状態で荷電
されやすくなつて、まず逆極性プラズマ電極４の下流に
形成される主として逆極性イオンが存在する空間14を通
過するので、ここで一たん逆極性に荷電されるけれど
も、次で、これより充分大きな電圧電流特性をもつた所
要極性プラズマ電極13より引き出される強力な所要極性
イオン電流の存在する空間13を通るので、ここで前に与
えられた電荷をうち消して、充分所要極性に荷電され
て、矢印９の如く排出される。このような目的を実現す
るには両電極の荷電特性に大きな差をつけることが必要
であつて、処理する粉体の量や極性の選択に制限がある
場合があるが極めて構造が簡単なので、目的によつては
充分これで本発明の目的によつては充分これで本発明の
目的を達する場合もある。

なお、この実施例で用いられる気体の分散手段10、11は
特に設けなくても、搬送する気体の特性や供給量、搬送
気体の風速などによつて、既に充分に分散した状態で電
極の存在する区間に粉体が供給されるような場合には、
これらの粉体分散手段は特に設ける必要がない場合があ
るが、このような場合も本発明の範囲に含まれるもので
ある。

第10図の実施例においては、絶縁性材料で形成され、断
面の形状が円形の筒体１の内側に、気体に搬送される粉
体８を輸送する管路２を形成し、該管路２の内面に先端
の曲率半径が極めて小さい所要極性プラズマ電極３を配
置し、これに対向して先端の曲率半径の大きな逆プラズ
マ電極４を設け、この間に直流電源５と放電ギヤツプ5b
によつて直流電位差を断続的に印加するようにしてあ
る。この場合他の実施例でも同様であるが、必要によつ
ては必ずしも片方の電極が接地されることは必要ではな
く本実施例のように電源５の途中から若干の電圧を印加
した状態で両電極間に電位差を設ける場合もこの発明の
範囲に含まれる。

なお、さらにこの実施例においては、接線方向から分散
気体11a を吹き込むための分散気体噴出口11が管路２の
内面に設けられており、これによつて気体が管壁に接近
した状態でよく分散されて、先ず逆極性プラズマ電極付
近に形成される逆極性イオンが主として存在する空間14
を通過し、その後に所要極性イオンが主として存在する
空間13を通るが、この場合先端の曲率半径に大きな差が
あり、逆極性プラズマ電極４の逆極性イオンが主として
存在する空間14より、所要極性イオンが主として存在す
る空間13の方がはるかに大きく、かつ強力であるので、
全体として粉体は所要極性に充分荷電され、荷電された
粉体９となつて装置から排出される。

この場合も、第９図の実施例と同様に、粉体の既によく
分散された状態で管路２に入つて来る場合には、必ずし
も粉体の分散手段11及び分散気体11a は必要でない場合
もあるが、このような場合も本発明の範囲に含まれる。

第11図は、所要極性プラズマ電極のプラズマ発生能力を
特に大きくとつて、特に高能率、大容量の本発明による
粉体荷電装置を実施する場合に好適な実施例を示したも
のである。

第11図において、絶縁性材料で形成され、断面の形状が
円形の筒体１の内側に気体に搬送される粉体８を輸送す
る管路２を形成し、該管路２の軸心に所要極性プラズマ
電極３として、交流駆動型のプラズマ発生電極が設けら
れている。この所要極性プラズマ電極３は先端が閉じた
セラミツク等よりなる細い管状絶縁物３Ｙの中心に、中
心電極３Ｚが設けられ、その外側に鉢巻状に表面電極３
Ｘが設置されており、この中心電極３Ｚと表面電極３Ｘ
との間には交流電源26によつてトランス27を介して交流
の高電圧が印加され、更に、これに直流電源５及び放電
ギヤツプ５ｂによつて直流電圧が断続的に印加されるよ
うになつている。

これに対向する逆極性プラズマ電極は通常は先端の曲率
半径の大きいコロナ放電電極４でよく、必要に応じてそ
のまわりに設けられた逆極性プラズマ電極気体噴出口１
８より、付着防止気体１９を噴出して、その先端への粉
体の付着を防止するようになっており、これが接地され
ている。

なお、両電極の間に開口するリング状の分散気体噴出口
１１からは、分散気体１１ａが噴出し、この位置におい
て搬送される粉体が充分に分散された状態になるように
構成されている。この実施例において使用される所要極
性プラズマ電極は、表面電極３Ｘと中心電極３Ｚとの間
に印加される高流高電圧によって表面電極３Ｘの周辺に
極めて強力な交流のプラズマが発生するので、これから
充分な量の所要極性イオンが大量に引き出され、これに
よって所要極性イオンが主として存在する空間１３が強
力に形成されるので、本発明において特に強力で、かつ
大容量の粉体荷電装置を実現するために好適なものであ
る。

なお、この所要極性プラズマ電極３においては表面電極
３Ｘの周辺に形成される極めて強力な不平等交流電界の
作用によって、この付近には粉体粒子が接近することが
できないので、特別な付着防止手段を用いる必要がない
場合が多いが、起動停止時の付着防止のためには、付着
防止気体をこの電極の周辺に導入してもよい。尚同図中
特に説明しない図面番号は他の図面と共通の番号を附し
てある。また両プラズマ発生電極間に交流電圧を印加す
る手段は、必ずしも本実施例のトランスを介する方式に
限定されるものでなく、高電圧発生回路の段数や回路定
数を適切に選定することにより、直流電圧に重畳されて
いるリップル電圧を利用してもよい。

第１２図に示したのは、絶縁性材料で形成され、断面の
形状が円形の筒体１の内側に気体に搬送される粉体８が
輸送される管路２を形成し、該管路２の内面に強力に所
要極性イオンを発生させるための交流プラズマ発生電極
をリング状に配設し、これと対向して、軸心に先端の曲
率半径の大きな逆プラズマ電極４を設けたことを特徴と
する本発明による粉体荷電装置を示したものである。第
１２図において、管路２の内面に設けられた通常セラミ
ックス絶縁物よりなるリング３Ｙの内面には細線状の表
面電極３Ｘが設けられており、かつ、その裏側には広い
面状のリング状電極３Ｚが設けられており、この両電極
の間に、トランス２７を介して交流の高電圧が印加され
るように、電源２６によって交流電源が接続されてお
り、かつ全体として、この交流の印加された両電極の電
位を上げるための直流電源５及びその電圧を断続するた
めの放電ギャップ５ｂが夫々接続されている。又逆極性
プラズマ電極４は導線２１によってアースされており、
その周辺からは逆極性プラズマ電極気体噴出口１８を通
して付着防止気体１９が噴出するようになっており、か
つ両電極の中間からは分散気体噴出口１１を通して、分
散気体１１ａが噴出され、これによって、よく分散さ
れ、かつ管の内壁に接近した状態で粉体が通過するよう
に形成される。この実施例においては、電極３Ｘと電極
３Ｚとの間に印加される交流の高電圧の作用によって、
電極３Ｘの周辺に極めて強力な交流のプラズマが形成さ
れるので、ここから直流電源５によつて逆極性プラズマ
電極に向かって形成される直流電界によって、極めて大
量の所要極性イオンが逆極性プラズマ電極に向って、切
れ目なく流れ出るようになっている。従ってよく分散さ
れて管壁に近づいてこの電極の付近を通過する粉体は極
めて強力に荷電された粉体９となって排出することがで
き、この方式によれば高い電荷密度の粉体を大量に得た
場合に、極めて適切な本発明による実施例を構成するこ
とができる。

以上詳細に述べた本発明による実施例の１〜１２におい
ては、主として所要極性プラズマ電極とて、曲率半径の
小さなコロナ放電電極乃至は交流プラズマ発生電極が用
いられ、逆極性プラズマ電極としては先端の曲率半径の
比較的大きな針電極によるコロナ放電電極が用いられ、
かつその他に粉体が分散手段としては絞りを用いるも
の、分散気体を用いる場合、及び旋回流を用いるもので
あり、また、そらせ板による分散板を用いてもよい。又
逆極性イオンが主として存在する空間から粉体を遠ざけ
るための手段としては粉体を搬送する気体が流れていな
い空間を用いるもの、あるいはコーンを用いるもの、あ
るいは管路の長さ方向の径の変更、あるいは第６図に例
示したような、そらせ装置などを用いるもの等がある
が、これらはこの発明の主旨を損わない限り任意の組み
合わせが可能であり、適用の目的に応じて、それぞれか
ら選択し、組み合わせて使用することができる。

また両電極に粉体が付着堆積することを防止する手段と
しては電極をつつんで気体を噴出させる方式、あるいは
電極として第１１図、第１２図の如き交流駆動のプラズ
マ発生電極を利用する方式、あるいはこれらを組合せて
使用する方式等から、必要に応じて選択して適用するこ
とができる。

以下の実施例においては、本発明による粉体荷電装置を
静電粉体塗着装置に使用する実施例について説明する
が、これらにおいても前述の如く、電極、粉体分散手
段、あるいは逆極性イオンが主として存在する空間より
粉体を遠ざけるための手段等、本発明の基本的構成要素
は実施の目的に応じて適宜選択して組合せて適用するこ
とができる。

第１３図に示したのは、本発明による粉体荷電装置を利
用して極めて入り込み性の良い静電粉体塗装装置を形成
した実施例でありる。絶縁性材料で形成され、断面の形
状は円形の筒体１の内側に、気体に搬送される粉体８を
輸送する管路２を形成し、該管路２の終端付近に先端が
曲率半径の小さな針電極からなる所要極性プラズマ電極
３を設け、これに対向して先端が曲率半径の大きな針状
コロナ放電電極よりなる逆極性プラズマ電極４が設置さ
れ、これに直流電源５と放電ギャップ５ｂによつて高電
圧が断続的に印加され、かつ前述の所要極性プラズマ電
極３は導線２０によって接地されている。なお５ａは直
流電源５に電力を供給するための高周波電源である。又
逆極性プラズマ電極４の上流には粉体をよく分散させる
ために、例えば絞り１０が必要に応じて設けられてお
り、これによって粉体がよく分散された状態で、まず、
逆極性イオンが主として存在する空間を通った後に、所
要性イオンが主として存在する空間を通って、管端から
よく荷電された粉体９となって排出される。その場合排
出のパターンを開整するために分散板２８が設置されて
おり、これによって吐出パターンに適度な広がりを与
え、かつ、これによる広がりを小さくした場合は、矢印
３０によって示されるパターン調整気体がパターン調整
気体噴出口２９より噴出して、これを調整するようにな
っている。なお３１を被塗物である。このように構成し
た本発明の実施例においては、静電粉体塗装装置の先端
は、電線２０によって接地状態に保たれているので、被
塗物の間に何ら電界を形成することがなく、静電粉体塗
装装置の先端から噴出された粉体９が被塗物に吹き付け
られるにあたって、通常の静電粉体塗装装置の如く、ガ
ン先端から被塗物に向かう電界の作用によって、電界の
強い部分に粉体が集中塗着され、凹んだ部分に粉体が塗
着されないいわゆるフイラデーケージ効果が全く生ぜ
ず、被塗物に吹き付けられた粉体が、被塗物に接近した
場合にのみ粉体自身の有する電荷によって発生する空間
電荷電界効果によって被塗物に塗着されるので極めて入
り込み性の良い静電粉体塗装装置を提供することができ
る。なお、この場合粉体が極めて強く荷電して、ガンの
先端に何らの電荷が印加されていない場合には、粉体が
粉体自身のもっている電荷の相互反撥作用によって分散
しすぎて細い場所に吹き込むことが困難な場合も生じる
ので、この場合には導線２０は電源５の適当な高さの直
流電位を有する端子に接続して、これによって弱い電界
を形成させ、これによって適度でかつ高能率な入り込み
性の良い静電粉体塗装装置を提供する場合もあり、これ
も本発明の範囲に含まれる。

なお起動停止の過度状態における電極の先端に粉体付着
防止のために、付着防止用気体１７及び１９が使用され
ることは前述の粉体荷電装置の実施例と全く同様であ
る。

第１４図に示したのは、本発明による粉体荷電装置を応
用して、厚膜静電粉体塗装を実施する場合に、極めて好
適な静電粉体塗装装置を提供するための、実施例につい
て示したものである。絶縁性材料で形成され、断面の形
状が円形の筒体１の内側、気体に搬送される粉体８を輸
送する管路２を形成し、該管路２の軸心で管路の出口側
に、粉体吐出パターン調整のための調整装置２９を含む
短管２２を設け、その上流に先端が極めて曲率半径の小
さなコロナ放電電極よりなる所要極性プラズマ電極３を
設け、これに対向して先端が比較的曲率半径の大きな逆
極性プラズマ電極４を設け、これを接地し、所要極性プ
ラズマ電極３には直流電源５と放電ギャップ５ｂにより
直流高電圧を断続的に印加する。なおこの図面では放電
ギヤツプ５ｂをリード線５ｃの両端部に設けてあるが、
これは放電ギャップ５ｂの取付位置を示したものであ
り、何れか一方のみを設ければ充分である。また５ａは
直流高圧電源５に電力を供給する高周波電源である。更
に電極３と電極４との間には絞り１０などによる本発明
の既に詳細に説明した粉体を分散させるための手段を設
け、かつ荷電させた粉体９の吐出パターンを調整するた
めに矢印３０で示される吐出パターン調整用の気体の量
を調節する。なお、３１は被塗物であり、１６は所要極
性プラズマ電極の先端に粉体が付着するのを防止するた
めの、付着防止気体１７を噴出するための噴出口であ
る。このように構成した本発明による静電粉体塗装装置
においては、既に詳細に説明した如く、所要極性プラズ
マ電極と逆極性プラズマ電極との間でよく分散された粉
体が充分に荷電して、短管２２を通って被塗物に吹き付
けられる。この場合に、高電圧が印加されている所要極
性プラズマ電極が吐出口の付近にあるので、これにより
被塗物に向かう強力な直流電界が形成され、この電界の
作用によって荷電された粉体が被塗物に向かって進行
し、塗着されるのであるが、この場合に短管２２の存在
によって、所要極性プラズマ電極から被塗物に向かって
流れる電流が、実質上充分に抑制されるので、被塗物の
表面において静電粉体塗着装置の先端より被塗物に流れ
るイオン電流が存在しないので、逆電離がおこりにく
く、かつ電界のみが存在するので、塗着効率はかなり高
く保つことができ、これによって逆電離のおこらない極
めて厚膜の静電粉体塗装を実施することができる。

第１５図に示したのは、本発明による粉体荷電装置を応
用して極めて塗着効率が高く、かつ、つきまわり性の優
れた著しく高性能な静電粉体塗着装置を提供する実施例
について述べたものである。第１５図において絶縁性材
料で形成され、断面の形状が円形の筒体１の内面に気体
に搬送される粉体８を輸送する管路２を形成し、該管路
２の出口側の軸心に所要極性プラズマ電極３を配置し、
これに電源５と放電ギャップ５ｂによって高電圧を断続
的に印加すると共に、この電極と接続して出口側に向か
う対被塗物コロナ電極２３を設けてある。なお逆極性プ
ラズマ電極４として先端が比較的大きな曲率半径をもつ
コロナ放電電極が図の如く設置され、これは導線２１に
よって接地されている。なおこの図面では放電ギャップ
５ｂを２個所に設けてあるが、その何れか一方を省略す
る。また５ａは直流電源５に電力を供給するための高周
波電源である。又、矢印１７によって示される付着防止
気体は所要極性プラズマ電極先端、及び対被塗物コロナ
電極２３の先端に粉体が付着するのを防止する目的に使
用され、かつ矢印３０に示されるパターン調整気体は、
管端付近に開口しているパターン調整気体噴出口２９よ
り、旋回流を噴出させて、この量の調整によって静電粉
体塗着装置から吹き出される帯電した粉体９の吐出パタ
ーンが調整されるようになつている。この実施例におい
ては、既に詳細に説明した本発明による粉体荷電作用に
より、所要極性プラズマ電極３と逆プラズマ電極４の間
で、所要極性プラズマ電極と同じ極性に極めて強力に荷
電された粉体が吐出され、更に、これに加えて対被塗物
コロナ電極２３の先端から被塗物に向かって形成される
強力な電界とコロナ放電電流によって再度粉体が荷電さ
れるので、静電粉体塗装装置の先端から被塗物に向かう
強力な電界と、粉体の強力な荷電量によって、粉体は極
めて高い塗着効率と付きまわり性で静電粉体塗着を実施
することができ、極めて高性能の静電粉体塗着装置を得
ることができる。尚、この実施例の静電粉体塗装システ
ムにおいては、以上に詳細にのべた本発明による粉体荷
電装置の基本要素の実施手段を目的に応じて選択して組
合せ、また吐出パターンの形成、調整法などは例示のも
の以外に、通常知られたあらゆる手段を適用することが
できる。これは第１４図、第１３図に示した実施例等に
ついても同様である。

第１６図に示したのは、本発明による粉体荷電装置を応
用して、入り込み性と塗着効率のよく調和した静電粉体
塗着装置を提供する実施例について述べたものである。
第１６図において、絶縁性材料で形成され、断面の形状
が円形の筒体１の内面に気体に搬送される粉体８を輸送
する管路２を形成し、該管路２の出口側の軸心に出口側
に向って被塗物３１と対向する体被塗物コロナ電極２３
を設け、その上流にやや離れて所要極性プラズマ電極３
を配置し、電極３には放電ギャップ５ｂを介して直流電
源５の最高電圧の出力端子５ｂを接続し、対被塗物コロ
ナ電極２３には中間電圧を接続し、最上流の逆極性プラ
ズマ電極４は接地されている。この実施例においては電
極４と電極３との間で前述の諸例と同様に粉体の荷電が
おこなわれると同時に、電極２３によつて、やや弱い電
界が荷電された粉体流９の入り込み性能をそこなわず、
かつ粉体の被塗物に向う飛行を適度に助ける程度の電界
を形成するように、中間電圧の値を選んで印加されてい
る。この様にすることによつて、中間的なよく調和のと
れた入り込み性と塗着効率とを併せもった静電粉体塗着
装置を提供することができるのである。

以上の説明においては、本発明で使用される所要及び逆
極性プラズマ発生電極は針電極と交流駆動プラズマ発生
電極を用いて説明したが、必要に応じて刃型細線等のプ
ラズマを発生し得る他の電極を用いてもよい。また逆極
性プラズマ発生極性にも交流駆動型を利用してもよい。

発明の効果 本発明は上述の通りであり、粉体を荷電するために適用
される両電極対が、両方とも動作状態において粉体に常
に強力な斥力をおよぼす針電極、刃電極、線電極、交流
駆動型等のプラズマ発生電極であるので、各電極に粉体
が付着蓄積することがなく、粉体中で長時間の安定動作
を確保することができ、粉体塗料の荷電などの目的に対
して、粉体の物性に殆んど関係なく、強力で長時間安定
な荷電性能を確保することができる。特に本発明は両電
極間に直流電圧を断続的に印加するので、同じ直流電圧
を継続的に印加するものと比較して、荷電量が３０〜１
００％増加する。

また本発明による粉体荷電装置により、内部で強力に荷
電された粉体塗料を外部電界・外部イオン電流・吐出パ
ターン調整手段と組合せることにより、入り込み性能・
厚塗り性能・塗着効率と、つきまわり性能等に著しくす
ぐれた静電粉体塗装装置を新しく提供できることとな
り、これらは何れも長期運転において高度な性能の安定
性を示すものである。尚前記の静電粉体塗装装置におい
て適用される外部電界・外部イオン電流というのは外部
電界・外部イオン電流の全くない場合も極めて重要であ
り、この様な静電粉体塗装を粉体塗料の物性に関係な
く、長期間安定かつ高能率で実施することは、従来は殆
んど不可能とされていたことである。

これに対し、前記従来のものは第１６図、第１７図に示
すごとく、粉体を荷電するために適用される両電極対の
一方はコロナ放電電極４３であるのに対し、他方は実質
的には平面と考えてよい円筒電極４４で、運転状態にお
いては両電極間に印加される高電圧と、コロナ放電電極
４３より円筒電極４４に向って一方的に流れる単極性の
所要極性イオン電流のみであるために円筒電極４３の表
面には本質的に粉体が付着蓄積されやすくわずかの粉体
でも一旦付着すると、それが原因となって逆電離が発生
し、これから逆にコロナ放電電極４３に向って逆極性の
イオン電流が流れて所要極性のイオンや荷電を中和する
こととなり、これにより電極の荷電性能は粉体の付着蓄
積とともに急速に低下し、長期間連続運転は困難とな
る。この現象は特に低融点で付着性の強い粉体塗料を荷
電する場合に著しく、円筒電極４４の材質・形状・表面
加工・清浄空気５８の量や噴出速度の工夫等の対策によ
っても数時間以上の実用安定運転を実現することは実用
上不可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉体荷電装置の縦断面図、第２図は第
１図のII−II線部の断面図、第３図、第４図、第５図及
び第６図は夫々本発明の他の実施例の縦断面図、第７図
は第６図のVII−VII線部の断面図、第８図、第９図、第
１０図乃至第１２図は夫々、又本発明の他の実施例の縦
断面図、第１３図、第１４図、第１５図及び第１６図は
夫々、本発明の静電粉体塗着装置の実施例の縦断面図、
第１７図及び第１８図は、それぞれ従来の粉体荷電装置
の縦断面図である。 １……筒体 ２……管路 ３……所要極性プラズマ電極 ４……逆極性プラズマ電極 ５……直流電源 ６……所要極性イオン電流 ７……逆極性イオン電流 ８……粉体 ９……荷電された粉体 １０……絞り １１……分散気体噴出口 １２……分散した粉体 １３……所要極性イオンが主として存在する空間 １４……逆極性イオンが主として存在する空間 １５……粉体を遠ざけるための手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 弘 千葉県船橋市八木が谷１−16−２ (72)発明者 伊藤 孜 東京都渋谷区渋谷２−14−13−707

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体により粉体を搬送する絶縁性管路と、
   該管路内に設けたプラズマ電極対と、該電極対間に直流
   電圧を断続的に印加する手段と、前記電極対より引出さ
   れる所要極性イオンが主として存在する空間と、逆極性
   イオンが主として存在する空間と、所要極性イオンが主
   として存在する空間によく分散した粉体を供給する手段
   と、よりなることを特徴とする粉体荷電装置。
2. 【請求項２】電極対間に直流電圧を断続的に印加する手
   段が、該プラズマ電極対の高圧側プラズマ電極と、直流
   電源との間に構成された放電ギヤツプであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の粉体荷電装置。
3. 【請求項３】高圧側プラズマ電極と、直流電源との間に
   構成された放電ギヤツプが、該高圧側プラズマ電極と直
   流電源を結合するリード線の中間に形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の粉体荷電装
   置。
4. 【請求項４】高圧側プラズマ電極と、直流電源との間に
   構成された放電ギヤツプが、高圧側プラズマ電極気体噴
   出口内に配置されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の粉体荷電装置。
5. 【請求項５】高圧側プラズマ電極と、直流電源との間に
   構成された放電ギヤツプが該高圧側プラズマ電極気体噴
   出口内における高圧側プラズマ電極と直流電源に結合さ
   れたリード線の端部との間に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の粉体荷電装置。
6. 【請求項６】所要極性イオンを引き出される所要極性プ
   ラズマ電極の電圧電流特性を、逆極性イオンを引き出さ
   れる逆極性プラズマ電極の電圧電流特性より大にしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   粉体荷電装置。
7. 【請求項７】逆極性イオンが主として存在する空間より
   粉体を遠ざけるめの手段を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の粉体荷電装置。
8. 【請求項８】所要電極性のイオンが主として存在する空
   間が、粉体の搬送方向に関して下流側のプラズマ電極の
   上流附近であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、又は第２項の何れか一項に記載の粉体荷電装置。
9. 【請求項９】プラズマ電極が粉体の附着防止手段を設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び
   第２項の何れか一項に記載の粉体荷電装置。
10. 【請求項１０】所要極性プラズマ電極が、接地側に接続
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び
    第２項の何れか一項に記載の粉体荷電装置。
11. 【請求項１１】気体により粉体を搬送する絶縁性管路
    と、該管路内に設けた所要極性プラズマ電極と逆極性プ
    ラズマ電極とからなるプラズマ電極対と、該電極対間に
    直流電圧を断続的に印加する手段と、前記電極対より引
    出される所要極性イオンが主として存在する空間と、逆
    極性イオンが主として存在する空間と、所要極性イオン
    が主として存在する空間によく分散した粉体を供給する
    手段とよりなる粉体荷電装置を具備し、該所要極性プラ
    ズマ電極を接地側に接続したことを特徴とする静電粉体
    塗着装置。
12. 【請求項１２】気体により粉体を搬送する絶縁性管路
    が、その出口側に短管を設けられていることを特徴とす
    る特許請求の範囲11項記載の静電粉体塗着装置。
13. 【請求項１３】逆極性プラズマ電極が接地側に接続され
    ており、又所要極性プラズマ電極が、管路下端付近にあ
    り、且つ対被塗物コロナ放電極を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲11項又は12項に記載の静電粉体塗着装
    置。