WO2006016709A1 - 静電塗装用スプレーガン及び静電塗装方法 - Google Patents

Description

明 細 書

静電塗装用スプレーガン及ぴ静電塗装方法

技 術 分 野

本発明は水系塗料等の高導電性塗料を静電塗装す した手持ち式の汎用静電塗装用スプレーガン及びその静電 塗装方法に関する。

背 景 技 術

静電塗装方法は塗料の塗着効率を向上し、 資源の節約、 環境汚染の削減等の利点があり 、 古く から使用されている

0 • 塗装方法である。 塗料に高電圧静 ¾ス を帯電させ被塗装物 への塗着を促進するための荷電方式には大き く分類して直 接荷電方式と間接荷電方式力 Sあり 、 直接荷電方式は塗料側 に高電圧を荷電する方式で、 多 < は塗料の電気抵抗値が高 い塗料に用いられてきた。 しかし直接荷電方式では、 塗料

5 が水系塗料に代表される導電性塗料の違合、 荷電した高電 圧が塗料を通して供給側に流れるためヽ 帯電に必要な高電 圧が荷電電極に維持できなく なるこ とから、 塗料系全体を 接地電位から絶縁し高電圧に維持する必要があるなど、 ェ 業的には幾多の解決しなければならなレ、問題が残されてい

0 。

これに対し間接荷電方式は、 塗料系と離れた位置に荷電 電極を設け、 その電極からの放電によ り 噴霧された塗料粒 子に帯電させるもので 、 一般的にはスプレーガンの外部に 電極を配置している。 したがつて塗料の導電性に関係なく

5 高電圧を荷電するこ とができ、 特に近年 、 地球環境の改善

• 維持から、 揮発性有機化合物の削減を目的と して、 水系 の塗料に対して使用される静電塗装方法と して重要視され てきている。

間接荷電方式は、 塗料側を接地電位と し、 荷電電極をス プレーガンの外部に置く こ とで、 外部電極 · 外部帯電と呼 ばれているものが一般的で、 特開 2 0 0 4 — 1 4 8 2 3 9 等がある。 この例の場合、 外部に設けた電極を小形化し、 操作性を向上させているが、 使用状況によっては十分とは いえず、 改善の余地は依然残されている。 また間接荷電の 別の方法と して、 特開 2 0 0 3 — 2 3 6 4 1 5等が見られ るが、 イオン化空気による塗料粒子への帯電が主のため、 塗料への荷電、 被塗装物への電界形成に限界があって十分 とはいえない。

0 外部電極の考え方で荷電電極を塗料通路から分離させた 位置に設けるこ とで低抵抗値の塗料を用いて静電塗装する 技術も、 一部には、 例えば特開平 0 9 — 0 4 7 6 9 5 に例 示するよ う に提案されている。 しかしこの技術を水系塗料 のよ う な導電性塗料に使用した場合、 電極間距離が極端に5 近接しているため、 塗料側への直接放電が多く行われ、 通 常の高電圧を荷電する静電塗装では安全性に問題がある と 共に、 直接放電によ りイオン化が損なわれ塗料粒子への帯 電効果が低下する問題が残り 、 実用的に採用 し得ない。

荷電電極から接地電位 （電極） への放電は、 両電極間の 0 距離や電極形状等によって異なり 、 ごく 一般的には距離が 近ければ低い電圧で放電し、 グロ一放電やスパーク放電が 起こる。 静電塗装の場合、 この種の放電は引火 · 爆発を誘 引 し、 危険であるばかり でなく 空気のイオン化に対し効率 が悪く 、 避けなければならない。 このため荷電電極と接地 5 電位に置かれる対向電極との間には、 噴霧塗料粒子に帯電 させるために高イオン化域を形成し、 この高イオン化域に 噴霧塗料粒子を通過させ効率的に帯電させる荷電電圧、 電 極構造、 接地電位の対向電極の条件が種々検討されてきた 従来、 直接 方式では安全性を見込んで距離をおいた スプレ一ガンのノヽン ドル側の接地部材に放電させる方法で

、 5 0 k Vから 6 0 k Vの高電圧を荷電するのが一般的で あ り ヽ 外部電極の 合、 高ィォン化域が噴霧粒子から離れ るこ とから、 これよ り さ らに高電圧にするのが一般的であ つた また、 ィォン化空気を外部電極に吹付ける方法は、 噴霧塗料粒子に帯 させるまでにイオン化空気の分散が起 こ り' 、 噴射時の空 流の拡散によって、 塗料も しく は塗料 粒子への荷電効率の低下は避けられず、 高電圧荷電に対し 0 ては十分とはいえないが、 安全性などの利点が生かされて いる

発 明 の 開 不

高導電性塗料は直接荷電方式を採用する ^ロ に多く の問 題があり 、 外部電極方式が一般的であるが 、 小形化による 操作性 、 安全性等、 実用化段階での問題が多く あ り、 静電 スプ レ一ガンと しての操作性の向上、 低電圧荷 ょ る女 全性の確保、 更には 争 ス ゾレ ガン自体の小形化が要求 されている。

本発明は水系塗料を始めとする高導電性塗料を用いて静 0 電塗装する場合に使用させるスプレーガンと して作業者の 負担が少なく 、 小形で且つ軽量であり、 使用に際して安全 に使用できる静電塗装用スプレーガンを提供するこ とを目 的とするものである。 更には、 荷電電極の最適な設置条件 と荷電手段を解決し、 従来に比較し格段と低い電圧によつ 5 て静電塗装効果を得て、 資源の節約、 環境汚染の削減を図 るこ とにある。

も と も と静電塗装は電圧を高めるほど塗着効率は高く な るが、 それだけ危険性が増加するために工業的に採用でき る範囲と して前述のよ う に仕様が決められていた。 しかし 低電圧にするこ とで高 圧の使用に対する安全性が一段と 増加するだけでなく ヽ 高電圧発生装置の小形軽量化を可能 と し、 作業者において最重要課題である作業性の向上に結 びつけるこ とが容易となるなど、 多く の利点に結びつく荷 電電圧の低電圧化と 、 必要な塗着効率を得るための静電塗 装用スプレーガンを提供するこ と を課題とする

本発明は、 先端に霧化装置を備え、 該霧化装置の中心部 に配置した塗料ノズルから吐出する塗料を噴霧し、 その噴 霧塗料粒子に r¾ J土静電気を印加して被塗 物に塗着させ

0 る静電塗装用スプレ一ガンにおいて、 iu記霧化装置の中心 よ り 噴出する塗料側を接地電位に接続し、 噴出塗料の外側 には圧縮空気流路を設け 、 霧化装置の外側に取り付けられ た空気キヤップの前面も しく は表面に尖端が露出する荷電 電極を設けて 土電源と直接接 feeし、 目' J記の圧縮空気流

5 路よ り噴出する気流によつて接地電位への過度の放電を抑 制する構成と した。

荷電電極は、 空気キャ ヽクフに gS:けた 状の中心口の外側 に位置し、 空気キヤップの前表面に尖端を露出させ、 スプ レーガンの操作も しく は噴霧状態を阻害するこ とのない配

0 置とする。 また着脱自在の空気キャ ップにスプレーガン本 体の前端部に露出させた高電圧出力部と相対する接触部を 設け、 高電圧出力部と荷 電極間に電気的導通路を形成し て電気的な接続を維持し 、 また、 空気キヤップを半回転さ せて噴霧の向きを縦吹きから横吹きに変えた場合にも、 ス

5 プレーガン本体の高電圧出力部と空気キャ ップの荷電電極 間の電気的な接続を確保するよ う に構成されている。

よ /し ヽ ¾ JiL.発生器よ り供給される尚 ¾圧を荷電する荷電 電極を、 噴出する塗料との間に圧縮空気流路を形成して配 記圧縮空気流路よ り圧縮空気を噴出したときに、 該荷電電極には 5 k Vを超え 1 0 k Vの範囲で高電圧が維 持されるよ う に設定も しく は調整して荷電し、 静電噴霧塗 装を行う よ う にした。

前記のよ う に構成されたスプ レーガンによ り静電塗装を 行う と、 荷電電極に荷電された高電圧は最も近い塗料側の 対向電極、 即ち接地電位に向かって放電するが、 空気キヤ ップの中心口からの圧縮エアによ り放電電流が抑制され、 尖端電圧の降下が防止される。 これは圧縮エアの停止時に 比較し約 1 Z 2 となる。 したがって、 供給電圧が低く設定 されても必要な尖端電圧の維持と これによる高イオン化域 の形成が可能となり 、 供給する高電圧の低減、 高電圧発生 器の小形 · 軽量化が可能となる。

噴霧領域の近傍に荷電電極を配置し、 安全な範囲でィォ ン化を形成し、 静電塗装を行った場合の塗着効率は尖端電 圧が 5 k Vを超え、 1 0 k Vの範囲で効果的であるこ とが 多く の実験の結果判明しており 、 望ま しく は尖端電圧を 7 k V前後とするこ とで低電圧に加え、 少電力で最適な静電 塗装を実施するこ とができる。 また、 電源と して電池を用 いた場合であっても、 工業的に十分使用できる静電塗装用 スプレーガンを得るこ とができる。

図 面 の 簡 単 な 説 明

本発明をよ り理解して実際的な効果を明らかにするため 、 本発明の効果的な実施例を示す次の添付図面が参照され る。

第 1 図は、 本発明の実施例を示す静電塗装用スプレーガ ンの構成概要図である。

第 2図は、 第 1 図のスプレーガンの先端霧化装置及び荷 電電極部を示す部分断面図である。

第 3図 （ a ) は、 荷電電極の設置位置を変えた他の実施 例を示す霧化装置部の正面図、 第 3図 （ b ) はその部分断 面図である。

第 4図は、 荷電電極への印加電圧と尖端電圧の関係を示 すグラフである

発明を実施するための最良の形態 ' 以下、 本発明を実施するための最良の形態の詳細を図面 に基づき説明する。 第 1 図はエア霧化方式の手持ち式静電 スプレーガンの全体構成を示している。 一般的な静電スプ レーガンで周知されている通り 、 静電スプレーガン 1 は先 端部に噴霧化装置 2を備えたガン本体 3 と、 該ガン本体 3 の後部下方に伸びるハン ドル 4 で構成され、 本体 3は絶縁 材で形成され、 ハン ドル 4部分は導電性材料によ り形成さ れる力 、 も しく は導電性材料で被覆され接地電位に接続さ れてレヽる。

本実施例ではガン本体 3に高電圧発生器 5 を内蔵し、 そ の出力側が接続線 8 を介して後述の荷電電極 6 に接続され る構成となっている。 電源は外部の高周波低電圧電源 7 よ り電源ケーブル 7 a を通して供給されているが、 これに限 定されるものではない。 また、 ガン本体 3 にはハン ドル 4 を通り 、 噴霧化装置 2の空気キャ ップ 2 ◦ よ り圧縮空気を 噴出させるための空気通路 9 が形成され、 塗料は接地電位 におかれた容器 1 0 よ り供給装置 1 1 によ り塗料通路 1 2 を経て、 塗料ノズル 2 5 よ り噴霧される。 その他、 スプレ 一ガンには塗料の噴出、 噴霧化空気の噴出、 荷電制御を行 う 引金、 調整装置等が設けられて嘖霧操作が行えるよ う に 構成されているが、 これらの構成は幾多の例で周知の構成 であり 、 こ こでは詳細を省略する。

第 2図に詳細を示すスプレーガン先端部の噴霧化装置 2 は、 絶縁性の材料で形成され、 前記ガン本体 3先端部に取 り付けられた 料ノズノレ 2 5 の中心部に噴出 P 2 6が設け られ、 内部には二一ドル弁 2 7が塗料の噴出 、 停止を制御 する手段と して進退自在に設けられている o 塗料ノズル 2

5 の前方に着脱 在に取り付けられる空気キャ ップ 2 0 は

、 刖記噴出 P 2 6 の周囲に環状 間を形成して、 噴霧化空 気孔となる中心 気口 2 1 、 その周囲に対向して突き出し た角部 2 2 よ り 内側に向けて噴出するパタ一ン形成空気口

2 3 を備えてレ、る 。 それぞれの空 P 2 3 には、 HIJ記刀ン 本体 3側の空 通路 9から供給される圧縮ェァが送り込ま れる o またヽ 塗料ノズノレ 2 5 の涂料 出口 2 6 には、 塗料 通路 1 2からの塗料が送り込まれる o 1 2 a はガン本体 3 と塗料通路 1 2 を接続する塗料ジ 3 ィ ン トである 0

同 ¾圧が供 7PRされる荷電電極 6 は 、 空気キャ ップ 2 0 の 面で中心 ス P 2 1 の外側にあつて 、 パタ一ン形成空気

P 2 3 との間に小

大端部 6 1 を露出させた状 匕で設けられて いる。 7¾ Si

何 ¾電極 6 は、 空気キヤ Vプ 2 0 が本体に組み込ま れたときに、 前記高電圧発生器 5 の出力側と電気的に直接 接続されるよ う に接続端子 3 1 、 荷電端子 3 2が確実に接 触するよ う に構成されている。 この例では荷電端子 3 2側 が前後に変位する弹発性を有し、 接続端子 3 1側は空気キ ヤ ップ 2 0 の回転によっても接続が維持されるよ う、 少な く と も 9 0度以上の回転範囲に設けられる。 これらの端子 は静電容量を減少する方向で設計されるのが望ま しく 、 そ れぞれの端子構造はいずれの端子側に設けてもよい。 即ち 、 接続端子 3 1側に前後に変位して弹発性を有し、 荷電電 極 3 2側が 9 0度以上の回転範囲で接続が維持されるよ う にしてもよい。

荷電電極と対向電極となる接地電位は塗料噴出口 2 6 に 置かれ、 塗料通路そのものを接地電位にする方法や、 前記 ニー ドル弁 2 7 の先端も し < は塗料ノズル 2 5 の 料噴出

P 2 6 を導電性材料で形成して接地電位に接続する等の方 法が採られる 第 2図の例では二一ドル弁 2 7 の先端部の み金属線 2 7 Eを組み込み確 対向電極となるよ う に構 実に

成している。

別の実施例と して、 荷電電極は第 3図のよ う に空気キヤ ップ 2 0の角部 2 2に設けられたパターン形成空 P 2 3 力 ^s開口する内面に設けている 。 いずれにしても中心部の嘖 出する塗料流との間に圧縮ェァが噴射される位置で対向し

0 て設けられるのが望ま しい また W ¾ ¾極 6 は図示される よ う に 、 噴霧の形状から対向 ilL置に複数設ける - とで均一 な帯電効果を果たすこ とができる 。 特に中心部よ り離れた 置、 例えば第 3図 （ b ) のよ う に角部 2 2 の内面に BXけ る等、 対向位置 ける ^_ とが望ま しレ、

5 静電塗装を行う にあたつては 、 引金の操作によ り圧縮ェ ァが空気キャ ップ 2 0 よ り噴出され、 ついで塗料が噴出し 噴霧化さ プ 状態で被塗装物に向力、つて吹付けられる。 - ·_ れらは通常のェァスプレーガンの作動状態と同じであるが

、 塗装では続いて高電圧の荷電スィ ツチが入り 、 高

0 圧発生器 5 よ り供給された向 ¾圧は制限抵抗 3 3、 接続端 子 3 1 、 荷電端子 3 2 を経て荷 電極 6 に荷電され、 その 尖端よ り対向電極である塗料側の接地 m位に向かって放 ¾ される

本発明 おレ、ては、 荷電電極 6への高電圧は制限抵抗 3

5 3 によ り制限された状態で供給され、 使用時において荷電 電極 6 の尖端 圧が 5 k Vを超え 1 0 k Vの範囲になるよ う に調整されている。 即ち 、 第 4図に一例を点線で示すよ う に、 電極間距離が 7 m mであったとき、 印加電圧を上げ ていく と 、 れに伴って尖端電圧が上昇するが 1 0 k Vの 手則で放電が起こ り 、 大さな電流が流れるこ とによって尖 端の電圧は逆に低下し、 ィォン化に必要な電圧が維持でき な < なる。 4図のグラフで横軸は印加電圧を、 縦軸は尖 端 圧を示す ο 通常、 ェァ霧化による静電塗装では圧縮空 5¾を噴出するため、 電極間に圧縮空気を流すこ とによって 第 4図の実線で示すよ う に尖端電圧を 7 k V前後に維持す る とができる 。 これは噴霧化域の近傍にィオン化電極を けて、 静電塗装効果を得るために必要なィオン化電圧を 満足しており ヽ 従来に比較し大幅な電圧低下を可能と し、0 その効果を得るこ とがでさる値となる。

本発明では荷 ¾極 6 を接地電位の近く に置き、 高電圧 の荷電によ り ロナ放電の範囲で維持し、 グロー放電が起 さないよ う に低電圧化する と共に、 荷電電極 6 と接地電位 である塗料通路ヽ 実質的には二一 ドル弁 2 7先丄 μι

mの金属線

2 7 Aとの間に高密度化した圧縮空気流 Aを形成させるこ とで 、 塗料側への不要な放 ^¾ qg流を押さえ 、 ^口ナ放電に よる高度なィォン化域を形成し 、 噴出する圧縮空 を次々 にィォン化する と共に 、 噴霧化した塗料にもマィナスィォ ンを帯電させて被塗装物の方向に吹付けるこ とが行われる 0 。

荷電する電圧は電極の形状や配置によっても異なるが、 静電塗装による電極からの放電電流が 1 0乃至 1 0 0) H k であるこ とが知られており 、 通常 1 O m mあたり 1 O k V 程度、 も しく はこれを超える と空気中でのグロ一放電が起 5 こ り 、 衝擊ゃ引火等の危険が生ずるだけでなく 、 大電流が 流れて尖端荷電電圧自体が低下してイオン化による静電効 果が得られなく なる。 本発明の場合、 電極間に配置した圧 縮空気流路よ り一般的に使用される 1 0 0乃至 4 0 0 k P a の圧縮空気の噴出を噴射した状態で、 5 k Vを超え 1 0 k Vの範囲で高電圧が維持される荷電によって、 嘖霧域に 接近した荷電電極にもかかわらず、 安全で極めて効率のよ い荷電を可能と している。

Claims

1

請 求 の 車 β 囲

先 に 化装置を備 Κ. 、 該霧化衣置の中心部に配置した塗料 ノズルから吐出する 、冷料を噴霧し 、 その噴霧塗料粒子に！ ¾ ¾ 圧 与

ηΨ ¾ ス を印加して被 ； 壮

衣 '物に塗着さ ■a 尹 ΐϊ塗装用スプレ 一ガンに いて、 霧化装置による嘖霧域の中心よ り嘖出する 料側を接地電位と し 、 噴出する塗料の外側に圧縮空気流路 を設け、 該圧縮空気流路の外側に 、 空気キヤ ップの前面も し

< は内表面に尖端が露出する荷電電極を設けて高電圧電源と 直接接続した静電 用スプレ一ガン 、 霧化装置は塗料ノ ズルを中心部に配置し、 中心に霧化空気口 を設けた空気キャ ップを前記塗料ノ ズルの外側に配置するこ とによって環状の空気口が構成され、 荷電電極は前記空気キ ヤ ップの前表面に露出させた尖端部を持ち、 スプレーガンに 内蔵された高電圧発生器の出力側と電気的に接続した請求の 範囲 1記載の静電塗装用スプレーガン。 、 空気キヤ ップが ■スプレ一ガン本体と着脱自在に構成されてお り 、 ガン本体の刖、 端部に露出させた高電圧出力部と相対する 空気キヤ ップの接触部の少な < と もいずれか一方を 9 0度以 上形成しヽ 高電圧出力部と荷電 ft極 IB]に電気的導通路を形成 してなる 求の m囲 1記 の ¾ ι装用スプレーガン 、 荷電電極は 料ノズルを中心とする対向 11 置に複数配置し、 それぞれに高電圧を直接接 し十 ≡ .

冃求の範囲 1及び請求の範 囲 2記載の 電塗装用スプレ一ガン 、 先端に霧化装置を備え、 該霧化装置の中心部に配置した塗料 ノ ズルから吐出する塗料を噴霧し、 その嘖霧塗料粒子に高電 圧静電気を印加して被塗装物に塗着させる静電塗装において 、 塗料側を接地電位に接続し、 高電圧発生器よ り供給される 高電圧を荷電する荷電電極を、 噴出する塗料との間に圧縮空 気流路を形成して配置し、 前記圧縮空気流路よ り圧縮空気を 噴出したときに、 該荷電電極に 5 k Vを超え 1 0 k Vの範囲 で高電圧が維持されるよ う に設定も しく は調整して噴霧する 静電塗装方法。