JPH0857364A - 静電粉体塗装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、粉体塗料の塗着効率を向上させ
つつ、良質の塗膜面を形成することができる静電粉体塗
装装置を提供することを目的とする。 【構成】 直流電源２４により電界形成用電極２１と被
塗装物１３との間に電界が形成され、コロナガン１１か
ら噴出された荷電粉体塗料がこの電界によって被塗装物
１３の表面上に導かれる。コロナ放電により発生したフ
リーイオンは、コロナ電極１２の後方に配置されたフリ
ーイオントラップ装置１６によりトラップされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉体塗料を被塗装物
に向けて静電ガンから吹き付け、静電気を用いて塗装す
る静電粉体塗装装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境保全の見地から、溶剤塗装に換わる
無公害塗装法として静電粉体塗装が注目されている。静
電粉体塗装は、空気により搬送された粉体塗料を、接地
された被塗装物に向けて静電ガンから吹き付け、静電気
を利用して被塗装物上に塗装する方法である。粉体塗料
は荷電された状態で被塗装物の表面に塗着されるが、静
電ガンから噴射された後に静電ガンの外部で粉体に電荷
を与える外部荷電方式と、静電ガンから噴射される前に
静電ガンの内部で粉体に電荷を与える内部荷電方式とに
大別される。

【０００３】前者の外部荷電方式を利用する静電ガンと
して、図１０に示されるコロナガン１が知られている。
コロナガン１の先端部にピン型のコロナ電極２が設けら
れており、このコロナ電極２に高電圧が印加される。被
塗装物３は接地されているので、ガン１の先端部から被
塗装物３に向けてコロナ放電が発生し、粉体塗料が空気
により搬送されてガン１から噴射されると、コロナ放電
により生ずるイオンが粉体粒子に付着して粉体粒子が荷
電される。その後、荷電された粉体粒子は、ガン１から
の空気流と電気力線４に沿った電気力との影響を受けて
被塗装物３の表面に塗着する。

【０００４】ただし、図１０に示されるように、電気力
線４は被塗装物３の凹部にほとんど入り込まずに凸部に
集中する、いわゆるファラデーケージ効果のために、粉
体粒子は主に凸部に集中して塗着する。すなわち、粉体
粒子層５が凸部にのみ形成され、凹部にはほとんど形成
されない。また、コロナ放電により生ずるイオンのう
ち、粉体粒子に付着するイオンは半数にも満たず、多く
のイオンはフリーイオンとしてそのまま電気力線４に沿
って移動し、被塗装物３の表面上に付着する。被塗装物
３上の粉体粒子層５が形成されるにつれて、フリーイオ
ンも被塗装物３の表面上に蓄積される。このため、被塗
装物３の表面電位は次第に上昇し、この表面電位の影響
で徐々に粉体粒子の塗着効率は低下する。さらに、この
ようにして粉体粒子層５内の電界強度が増加し、空気の
絶縁破壊電界強度を越えると、粉体粒子層５内で微小な
放電が発生する、いわゆる逆電離現象を生じて塗膜の肌
荒れを来してしまう。

【０００５】このような従来のコロナガンの問題点を解
決するために、図１１に示されるように、コロナ電極２
の後方にフリーイオントラップ装置６を設けたコロナガ
ンが提案されている。フリーイオントラップ装置６に
は、それぞれ接地された４〜８本程度の複数のピン型ト
ラップ電極７が同一円周上に配置されている。コロナ電
極２から見て被塗装物３より近い位置にトラップ電極７
が配置されているので、電気力線８はトラップ電極７に
集中し、コロナ電極２の付近で発生したフリーイオンの
多くは電気力線８に沿って移動してトラップ電極７に捕
らえられる。このため、被塗装物３に向かうフリーイオ
ンが著しく減じられ、被塗装物３の表面電位上昇に起因
する塗着効率の低下及び逆電離現象による塗膜の肌荒れ
を防止することができる。

【０００６】このように、フリーイオントラップ装置６
を設けることによりフリーイオンを減じることができる
が、その反面、被塗装物３とコロナ荷電ガンとの間の電
界Ｅは弱くなるため、Ｆ＝ｑＥ（ｑ：粉体粒子の帯電電
荷量）で示される粉体粒子の付着力Ｆが小さくなり、被
塗装物３の表面への塗着効率が低下するという問題を生
じてしまう。

【０００７】一方、内部荷電方式を利用する静電ガンと
して、図１２に示されるトリボガン９が知られている。
空気によって粉体塗料がガン内を搬送されるときに樹脂
等からなる荷電材との摩擦により荷電され、ガン９から
噴射されると、空気流１０に乗って移動して被塗装物３
の表面に塗着する。このトリボガン９においては、ガン
９と被塗装物３との間に電界が形成されないので、荷電
された粉体粒子は電界の影響を受けることなく空気流１
０によって被塗装物３へと運ばれる。従って、被塗装物
３の凹部にも塗膜５が形成される。また、トリボガン９
と被塗装物３との間に電界が形成されないので、コロナ
ガンのようなフリーイオンの問題は生じない。

【０００８】しかしながら、トリボガン９と被塗装物３
との間に電界を形成しないため、コロナガンに比べて被
塗装物３の表面への塗着効率が低いという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
静電粉体塗装装置では、逆電離現象による塗膜の肌荒れ
を生じる、あるいは粉体塗料の塗着効率が低いという問
題点があった。この発明はこのような問題点を解消する
ためになされたもので、粉体塗料の塗着効率を向上させ
つつ、良質の塗膜面を形成することができる静電粉体塗
装装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る静電粉体
塗装装置は、粉体塗料を静電気的に荷電させて被塗装物
の表面に吹き付ける静電ガンと、静電ガンと被塗装物と
の間に配置された電界形成用電極と、電界形成用電極に
所定の電位を与えて電界形成用電極と被塗装物との間に
荷電粉体塗料を被塗装物の表面上へと導くための電界を
形成する直流電源とを備えたものである。

【００１１】電界形成用電極として、中央に粉体塗料を
貫通させるための開口部を有する絶縁板の表面上に同心
円状に複数のリング状電極部材を形成したものを用いる
ことができる。さらに、絶縁板を多孔材から形成し、エ
ア供給手段により絶縁板の裏面から表面に向けて多孔材
を通してエアを噴出させるようにすることができる。ま
た、交流電源を用いて互いに隣接するリング状電極部材
の間に交流電圧を印加し、無声放電を生起させてもよ
い。

【００１２】静電ガンとしては、コロナ放電を発生させ
るためのコロナ電極とコロナ電極の後方に配置されると
共にコロナ放電により発生したフリーイオンをトラップ
するために電気的に接地された複数のトラップ電極とを
有するコロナガンを用いることができる。また、摩擦帯
電を利用するトリボガンを用いてもよい。

【００１３】

【作用】この発明においては、直流電源により電界形成
用電極と被塗装物との間に電界が形成され、静電ガンか
ら噴出された荷電粉体塗料がこの電界によって被塗装物
の表面上に導かれる。

【００１４】電界形成用電極として同心円状の複数のリ
ング状電極部材を利用すれば、面状の電極となり、平等
に近い電界の形成が可能となるため、容易に被塗装物の
表面付近の電界強度を増すことができる。電界形成用電
極の電極部材を保持する絶縁板として多孔材を用い、エ
ア供給手段によって絶縁板の裏面から電極部材が形成さ
れている表面に向けてエアを噴出させれば、電極部材へ
の荷電粉体塗料の付着が防止される。また、交流電源に
より互いに隣接するリング状電極部材間に交流電圧を印
加して無声放電を生起させても、電極部材への粉体塗料
の付着を防止することができる。

【００１５】静電ガンとしてコロナガンを用いる場合に
は、コロナ電極の後方に電気的に接地された複数のトラ
ップ電極を配置すれば、コロナ放電により発生するフリ
ーイオンがトラップ電極にトラップされるので、フリー
イオンに起因する問題が回避される。また、電界形成用
電極と被塗装物との間に荷電粉体塗料を誘導するための
電界を形成するので、静電ガンとしてトリボガンを用い
ても塗着効率の優れた塗装が行われる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。 実施例１．図１にこの発明の実施例１に係る静電粉体塗
装装置の構成を示す。コロナガン１１の前方に電界形成
用電極２１が配置され、さらに電界形成用電極２１の前
方に電気的に接地された被塗装物１３が配置されてい
る。コロナガン１１の先端部には、コロナ放電を発生す
るためのピン型のコロナ電極１２が設けられており、こ
のコロナ電極１２に高電圧を印加するための直流電源１
５が接続されている。コロナ電極１２の後方にはフリー
イオントラップ装置１６が設けられている。図２に示さ
れるように、フリーイオントラップ装置１６には、それ
ぞれ接地された複数のピン型トラップ電極１７が同一円
周上に配置されている。

【００１７】図３に示されるように、コロナガン１１と
被塗装物１３との間に配置された電界形成用電極２１
は、中央に開口部２２ａが形成された絶縁板２２の表面
上に複数のリング状電極部材２３が同心円状に形成され
たものである。これら複数のリング状電極部材２３は、
図１に示されるように、互いに電気的に接続されると共
に直流電源２４に接続されている。直流電源２４は、コ
ロナガン１１により荷電された粉体粒子が被塗装物１３
に誘導される向きの電界が電極２１と被塗装物１３との
間に形成されるような極性、すなわちコロナガン１１の
コロナ電極１２に接続された直流電源１５と同極性でリ
ング状電極部材２３に接続される。

【００１８】次に、この実施例１の動作について説明す
る。まず、直流電源１５からコロナガン１１のコロナ電
極１２に例えば−８０ｋＶ程度の高電圧が印加され、コ
ロナ電極１２から被塗装物１３に向けてコロナ放電が発
生する。このとき、コロナ電極１２から見て被塗装物１
３より近い位置にフリーイオントラップ装置１６のトラ
ップ電極１７が配置されているので、電気力線１８はト
ラップ電極１７に集中し、コロナ電極１２の付近で発生
したフリーイオンの多くは電気力線１８に沿って移動し
てトラップ電極１７にトラップされる。

【００１９】また、直流電源２４から電界形成用電極２
１の複数のリング状電極部材２３に−２０〜４０ｋＶ程
度の電位が与えられ、これにより電界形成用電極２１と
被塗装物１３との間に平等に近い電界が形成される。

【００２０】この状態で、粉体塗料が空気により搬送さ
れてコロナガン１１から噴射されると、コロナ放電によ
り生ずるイオンが粉体粒子に付着して粉体粒子が荷電さ
れ、主に空気流に乗って電界形成用電極２１に向けて移
動する。このようにして電界形成用電極２１の絶縁板２
２の開口部２２ａ内を通った荷電粉体粒子は、電界形成
用電極２１と被塗装物１３との間に形成された電界の影
響を受けて被塗装物１３へと誘導され、被塗装物１３の
表面に塗着する。

【００２１】この実施例１においては、フリーイオント
ラップ装置１６により多くのフリーイオンがトラップさ
れるので、被塗装物１３に向かうフリーイオンが著しく
減じられ、フリーイオンに起因する悪影響、すなわち被
塗装物１３の表面電位の上昇に伴う塗着効率の低下及び
逆電離現象による塗膜の肌荒れを防止することができ
る。さらに、電界形成用電極２１と被塗装物１３との間
に荷電粉体粒子を誘導する電界を形成したので、フリー
イオンを減じても被塗装物１３の表面への塗着効率を向
上させることができる。

【００２２】なお、電界形成用電極２１の複数のリング
状電極部材２３の代わりに一つの幅広の面状電極部材を
用いることもできる。

【００２３】ここで、実施例１の塗装装置及び従来の塗
装装置を用いて塗着効率の測定を行った。被塗装物１３
として、図４に示されるように、鉄板１３ａの上に電着
層１３ｂを介してポリエステル系粉体塗料からなる中塗
り層１３ｃが形成されたものを用い、中塗り層１３ｃの
上に平均粒径１０μｍのアクリル樹脂系粉体塗料により
上塗り層１３ｄを形成した。上塗り層１３ｄの形成は、
コロナガンを用いてケース１からケース５までの５段階
の条件でそれぞれ行われたが、各ケースにおいてコロナ
電極への印加電圧−８０ｋＶと粉体塗料の吐出量７５．
２ｇ／分は共通の条件として設定されている。塗着効率
の測定結果を以下の表に示す。ただし、Ｅは電界形成用
電極に与えられた電位を表している。

【００２４】 ケース Ｅ（ｋＶ） フリーイオントラップ 塗着効率（％） １ ０ 無 ６８．２ ２ ０ 有 ７５．２ ３ −２０ 有 ７８．７ ４ −３０ 有 ７２．７ ５ −４０ 有 ７２．２

【００２５】ケース１は、図１０に示したように、フリ
ーイオントラップ装置も電界形成用電極も用いない従来
のコロナガンによる塗装であり、ケース２は、図１１に
示したように、フリーイオントラップ装置は用いたが電
界形成用電極は用いない従来のコロナガンによる塗装に
相当している。これに対して、ケース３〜５は、実施例
１の装置によりフリーイオントラップ装置及び電界形成
用電極の双方を用いて行った塗装である。この測定結果
では、電界形成用電極に−２０ｋＶの電位を与えたケー
ス３の場合が最も優れた塗着効率を示している。なお、
電界形成用電極に−３０ｋＶ、−４０ｋＶの電位を与え
たケース４及び５においては、静電反発の現象が見られ
た。

【００２６】実施例２．図５にこの発明の実施例２に係
る静電粉体塗装装置の構成を示す。この実施例２は、実
施例１において、コロナガン１１の代わりに摩擦帯電を
利用するトリボガン１９を用いたものである。トリボガ
ン１９の内部には樹脂等からなる荷電材が設けられてお
り、粉体塗料がガン内を搬送されるときに荷電材との摩
擦により帯電される。帯電極性は、一般に、荷電材とし
て使用される樹脂等の材質により決定されるが、例えば
テフロンからなる荷電材を用いた場合には、粉体粒子は
正極性に荷電される。図５に示されるトリボガン１９は
粉体粒子を正極性に荷電して噴出するもので、この粉体
粒子を被塗装物１３へ誘導するために、電界形成用電極
２１には実施例１の場合とは逆極性になるように直流電
源２４が接続されている。

【００２７】正極性に帯電された粉体塗料がトリボガン
１９から噴射されると、空気流に乗って電界形成用電極
２１に向けて移動し、絶縁板２２の開口部２２ａ内を通
って電界形成用電極２１と被塗装物１３との間に形成さ
れた電界中に至る。ここで、粉体粒子は電界からの力を
受けて被塗装物１３へと誘導され、被塗装物１３の表面
に塗着する。

【００２８】この実施例２においては、電界形成用電極
２１と被塗装物１３との間に荷電粉体粒子を誘導する電
界を形成したので、静電ガンとしてトリボガン１９を用
いても効率良く被塗装物１３の表面に塗着させることが
できる。

【００２９】実施例３．図６に実施例３に係る静電粉体
塗装装置の電界形成用電極３１を示す。この電界形成用
電極３１においては、多孔材からなる絶縁板３２の表面
３２ａ上にリング状電極部材２３が形成されている。ま
た、絶縁板３２の裏面３２ｂ側にはエアチャンバ３３が
形成され、エアチャンバ３３にエア供給装置３４が接続
されている。

【００３０】この実施例３では、塗装作業中にエア供給
装置３４から加圧エアがエアチャンバ３３へ供給され
る。エアチャンバ３３に供給されたエアは、絶縁板３２
を形成する多孔材の微細な孔を通り、絶縁板３２の裏面
３２ｂから表面３２ａへと抜け出て、被塗装物１３に向
かって噴出される。このエアの噴出により、リング状電
極部材２３は常時清浄に保たれ、リング状電極部材２３
の表面に荷電粉体粒子が付着することが防止される。

【００３１】なお、絶縁板３２を形成する多孔材として
は、セラミック材、ポリエチレンの半焼結体等を用いる
ことができる。また、絶縁板３２から被塗装物１３に向
かって噴出されるエアによりエアカーテンを形成すれ
ば、搬送エア流により吹き飛ばされようとする粉体塗料
をエアカーテン内に押さえ込むことができるので、さら
に塗着効率が向上する。

【００３２】実施例４．図７に実施例４に係る静電粉体
塗装装置の電界形成用電極４１を示す。この電界形成用
電極４１においては、絶縁板４２の表面上に形成された
複数のリング状電極部材４３に直流電源４４により所定
の電位を与えると共に、互いに隣接する電極部材４３の
間に交流電源４５から交流電圧を印加する。このような
構成とすれば、直流電源４４により電界形成用電極４１
と被塗装物１３との間に荷電粉体粒子を誘導するための
電界が形成されると共に、互いに隣接するリング状電極
部材４３間に交流電圧を印加することにより電界形成用
電極４１の表面に無声放電が生起される。この無声放電
によって、リング状電極部材４３の表面に荷電粉体粒子
が付着することが防止される。

【００３３】実施例５．静電ガンとして、図８に示され
るように、直線状に粉体塗料を噴出するガン５２を用い
る場合がある。この場合には、電界形成用電極としてリ
ング状の電極ではなく、図９に示されるような平行な直
線状の電極部材５３を用いればよい。

【００３４】上記の各実施例において、電界形成用電極
２１、３１、４１に用いられる電極部材２３、４３、５
３を、抵抗値が１００〜１０００Ｍオーム程度の導線、
例えばカーボン含有の樹脂線から形成することにより、
安全性を向上させることができる。

【００３５】なお、下塗り絶縁層の上に上塗り層として
静電塗着を行う場合には、静電塗着の前にコロナ放電装
置等を用いて下塗り絶縁層の表面をプリチャージするこ
とが好ましい。例えば、コロナガンを用いて負極性に荷
電された粉体粒子を下塗り絶縁層の上に塗着する場合に
は、荷電粉体粒子と逆極性、すなわち正極性の電位に下
塗り絶縁層をプリチャージする。このときのコロナ放電
装置としては、コロナ電極と、コロナ電極に正極性の高
電圧を印加する高電圧発生装置とから形成することがで
きる。プリチャージされた下塗り絶縁層の表面電位は、
印加電圧、放電距離及び放電時間等を変化させることに
より適宜選択されるが、例えば２００Ｖ〜３ｋＶ程度に
設定すればよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る静
電粉体塗装装置は、粉体塗料を静電気的に荷電させて被
塗装物の表面に吹き付ける静電ガンと、静電ガンと被塗
装物との間に配置された電界形成用電極と、電界形成用
電極に所定の電位を与えて電界形成用電極と被塗装物と
の間に荷電粉体塗料を被塗装物の表面上へと導くための
電界を形成する直流電源とを備えているので、粉体塗料
の塗着効率を向上させることができる。

【００３７】電界形成用電極として、中央に粉体塗料を
貫通させるための開口部を有する絶縁板の表面上に同心
円状に複数のリング状電極部材を形成したものを用いれ
ば、ほぼ面状の電極が形成され、平等に近い電界の形成
が可能となるため、被塗装物の表面付近の電界強度を容
易に増加することができる。さらに、絶縁板を多孔材か
ら形成し、エア供給手段により絶縁板の裏面から表面に
向けて多孔材を通してエアを噴出させれば、電極部材に
粉体塗料が付着することを防止できる。互いに隣接する
リング状電極部材間に交流電圧を印加して無声放電を生
起させても、同様に、電極部材への粉体塗料の付着を防
止することができる。

【００３８】静電ガンとして、コロナ放電を発生させる
ためのコロナ電極とコロナ電極の後方に配置されると共
にコロナ放電により発生したフリーイオンをトラップす
るために電気的に接地された複数のトラップ電極とを有
するコロナガンを用いれば、コロナ放電により発生する
フリーイオンがトラップ電極にトラップされるので、フ
リーイオンに起因する逆電離現象の発生を防止すること
ができる。また、摩擦帯電を利用するトリボガンを用い
ても、電界形成用電極と被塗装物との間に形成される電
界により塗着効率の優れた粉体塗装が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１に係る静電粉体塗装装置
の構成を示す図である。

【図２】 実施例１で用いられたコロナガンのフリーイ
オントラップ装置を示す図である。

【図３】 実施例１で用いられた電界形成用電極を示す
正面図である。

【図４】 塗着効率の測定を行った際の被塗装物を示す
断面図である。

【図５】 実施例２に係る静電粉体塗装装置の構成を示
す図である。

【図６】 実施例３で用いられた電界形成用電極を示す
図である。

【図７】 実施例４で用いられた電界形成用電極を示す
図である。

【図８】 実施例５で用いられた静電ガンの噴出部を示
す斜視図である。

【図９】 実施例５で用いられた電極形成用電極を示す
図である。

【図１０】 従来のコロナガンによる塗装の様子を示す
概略図である。

【図１１】 従来の他のコロナガンを用いた静電粉体塗
装装置を示す図である。

【図１２】 従来のトリボガンによる塗装の様子を示す
概略図である。

【符号の説明】

１１ コロナガン、１２ コロナ電極、１３ 被塗装
物、１５，２４，４４ 直流電源、１６ フリーイオン
トラップ装置、１７ トラップ電極、１９ トリボガ
ン、２１，３１，４１ 電界形成用電極、２２，３２，
４２ 絶縁板、２２ａ 開口部、２３，４３ リング状
電極部材、３４ エア供給装置、４５ 交流電源、５３
直線状電極部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 篤 東京都江東区東雲２−13−27 小野田セメ ント株式会社アイオニクス技術センター内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に接地された被塗装物の表面上に
   荷電粉体塗料を静電塗着する静電粉体塗装装置であっ
   て、 粉体塗料を静電気的に荷電させて被塗装物の表面に吹き
   付ける静電ガンと、 前記静電ガンと被塗装物との間に配置された電界形成用
   電極と、 前記電界形成用電極に所定の電位を与えて前記電界形成
   用電極と被塗装物との間に荷電粉体塗料を被塗装物の表
   面上へと導くための電界を形成する直流電源とを備えた
   ことを特徴とする静電粉体塗装装置。
2. 【請求項２】 前記電界形成用電極は、中央に前記静電
   ガンから吹き付けられた粉体塗料を貫通させるための開
   口部を有する絶縁板と、この絶縁板の表面上に同心円状
   に形成された複数のリング状電極部材とを有することを
   特徴とする請求項１に記載の静電粉体塗装装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁板が多孔材からなると共に、前
   記絶縁板の裏面から表面に向けて多孔材を通してエアを
   噴出させるエア供給手段を備えたことを特徴とする請求
   項２に記載の静電粉体塗装装置。
4. 【請求項４】 互いに隣接するリング状電極部材の間に
   交流電圧を印加して無声放電を生起させるための交流電
   源を備えたことを特徴とする請求項２に記載の静電粉体
   塗装装置。
5. 【請求項５】 前記静電ガンは、コロナ放電を発生させ
   るためのコロナ電極と、コロナ電極の後方に配置される
   と共にコロナ放電により発生したフリーイオンをトラッ
   プするために電気的に接地された複数のトラップ電極と
   を有するコロナガンである請求項１ないし４のいずれか
   一項に記載の静電粉体塗装装置。
6. 【請求項６】 前記静電ガンは、摩擦帯電を利用するト
   リボガンである請求項１ないし４のいずれか一項に記載
   の静電粉体塗装装置。