JP6104716B2

JP6104716B2 - 塗装ヘッド及び塗装装置

Info

Publication number: JP6104716B2
Application number: JP2013114895A
Authority: JP
Inventors: 市川　昭人; 昭人市川; 豊人中岡
Original assignee: Kansai Paint Co Ltd
Current assignee: Kansai Paint Co Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: JP2014233650A

Description

本発明は、塗装ヘッド及び塗装装置に関する。

一般に、吹付け塗装の塗着効率は、刷毛やローラー塗装と比較して非常に低く、通常５０〜６０％程度である。塗着効率を向上させるには、スプレーパターンを極力絞って霧化された塗料粒子の被塗物方向への慣性力を高くする必要があり、その一つの手段として至近距離で吹付けることが有効である。即ちスプレーガンを数センチメートルの塗装距離で移動させながら吹付け塗装すれば、霧化された塗料粒子を高い塗着速度で被塗物へ衝突させることが可能となり、その結果、塗着効率を９０％以上確保することも可能である。

ところが、このようにスプレー距離を近づけるとスプレーパターン幅が極端に小さくなってしまう。一回のスプレーガン移動操作で吹付けられるウェット塗膜を適度に薄くするには、吐出量を小さくする必要がある。このため、複数のノズルを具備した多ノズル式の塗装ヘッドを用いることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６７４４６号公報

しかしながら、従来の塗装ヘッドでは、塗装面からはね返った塗料が霧化エア噴射口の周辺を含むノズル先端に付着しやすく、この付着塗料が洗浄装置では除去が難しいという問題がある。霧化エア噴射口の周辺に付着塗料が堆積すると、霧化エアの噴射流に乱れが生じると共に、他のノズルの塗料及び霧化エアのバランスも崩れて、塗装パターンに乱れが生じる。塗装パターンが乱れると塗装膜厚が不均一になり所定の性能を確保できない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、付着塗料を低減することが可能な塗装ヘッド及び塗装装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、ヘッド本体の前面から先端部が突出したノズルを複数有する塗装ヘッドであって、前記ノズルは、塗料噴射口まで直線状の塗料流路を囲む塗料流路用細管と、この塗料流路用細管の外周に設けられる霧化エア流路を囲む霧化エア流路用細管とを有し、前記直線状の塗料流路の長手方向の中間部に、前記ヘッド本体の前面が配置され、前記ヘッド本体の前面から前記ノズルの先端部までの距離が１１．８ｍｍ以上であり、前記霧化エア流路の途中で、前記塗料流路用細管の外周と前記霧化エア流路用細管の内周とが接触している接触構造を有し、前記接触構造より先端側の霧化エア流路が、前記霧化エア流路用細管の内周に囲まれて、前記塗料流路用細管の外周全体にわたって形成されていることを特徴とする塗装ヘッドを提供する。

前記接触構造では、前記塗料流路用細管の周方向の３か所以上において前記塗料流路用細管と前記霧化エア流路用細管とが接触していることが好ましい。

また、本発明は、前記塗装ヘッドを有する塗装装置を提供する。

本発明によれば、ノズルの突出長を長くすることにより、塗装面とヘッド本体との間に周囲からエアが流入する空間が得られるので、霧化エア噴射口の周辺に塗料が付着することを抑制することができる。
また、霧化エア流路の途中に接触構造を設けることにより、ノズルの突出長を長くしても、ノズルの曲がりを抑制することができる。

本発明の塗装ヘッドの使用状態の一例を示す概念図である。本発明の塗装ヘッドに用いるノズルの一例を示す（ａ）正面図、（ｂ）端面図である。（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。（ａ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の塗装ヘッドの使用状態の一例を示す。この塗装ヘッド１０は、ヘッド本体１１から先端部１２ａが突出したノズル１２を複数有する。図示例では、ヘッド本体１１の前面１１ａに複数のノズル１２が２列に配置されている。例えば、各列は図１の紙面に垂直な方向に８つ程度のノズルを有するが、特にこれに限定されない。

塗装ヘッド１０は、ヘッド本体１１に、ノズル１２に塗料を供給する塗料供給系の流路を接続する例えば単一の塗料供給口と、ノズル１２に霧化エアを供給する霧化エア供給系の流路を接続する例えば単一の霧化エア供給口とを有する。ヘッド本体１１内には、塗料供給口から複数のノズルに分岐して各ノズル１２の塗料流路１３に至る塗料供給分岐流路が形成されると共に、霧化エア供給口から複数のノズルに分岐して各ノズル１２の霧化エア流路１５に至る霧化エア供給分岐流路が形成される。なお、塗装ヘッド１０に設けられるノズル１２の数や配列等は種々選択可能である。

各ノズル１２は、図２〜４に示すように、塗料流路１３の外周に霧化エア流路１５を並列に配置した構成を有する。図３に示すように、塗料流路１３の先端開口である塗料噴射口１３ａの周囲には、霧化エア流路１５の先端開口である霧化エア噴射口１５ａが配置される。

塗料供給系は、塗料タンクからポンプ等を用いて、各ノズル１２の塗料流路１３に向けて塗料を送液する。霧化エア供給系は、コンプレッサ等から各ノズル１２の霧化エア流路１５に向けて霧化エア（圧縮空気）を供給する。
各ノズル１２は、塗料流路１３に塗料が供給されると共に、霧化エア流路１５に霧化エア（圧縮空気）が供給されることで、塗料噴射口１３ａから噴射した塗料を霧化エア噴射口１５ａから噴射した霧化エアによって霧化して噴霧する。噴霧された塗料粒子は、各ノズル１２の噴射方向に例えば円錐状のスプレーパターンを形成しつつ、図１に示すように、塗装面１に吹き付けられる。

ノズル１２から噴出された塗料２の流れは、塗装面１に向かって進行し、大部分の塗料粒子は塗装面１に付着する。しかしながら、塗料粒子を輸送する霧化エアが塗装面１に反射して戻る流れの中には若干の塗料が含まれている。塗装面１とヘッド本体１１の前面１１ａとの間において、噴霧された塗料が塗装ヘッド１０から塗装面１に向かって流れると、ヘッド本体１１の前面１１ａに周囲より気圧が低い負圧の領域が生じる。この負圧の領域に流れ込む空気が、塗装面１から反射して戻ってくる塗料を含む霧化エアであると、多くの塗料がヘッド本体１１やノズル１２の先端部１２ａ等に付着するおそれがある。

上述したように、霧化エア噴射口の周辺に付着塗料が堆積すると、霧化エアの噴射流に乱れが生じると共に、他のノズルの塗料及び霧化エアのバランスも崩れて、塗装パターンに乱れが生じる。塗装パターンが乱れると塗装膜厚が不均一になり所定の性能を確保できない。

本形態例の塗装ノズルの場合、ヘッド本体１１からノズル１２が突出する長さ、すなわち、ヘッド本体１１の前面１１ａからノズル１２の先端部１２ａまでの距離（ノズルの突出長）Ｌが１１．８ｍｍ以上である。これにより、ヘッド本体１１と塗装面１との距離も大きくなり、図１に示すように、ノズル１２から噴霧された塗料が塗装ヘッド１０から塗装面１に向かって流れる間に、ヘッド本体１１の周囲から前面１１ａ上の負圧の領域に向けて外気３が流れ込む空間が得られる。これにより、ヘッド本体１１やノズル１２の先端部１２ａ、特に塗料噴射口１３ａや霧化エア噴射口１５ａの周辺に塗料が付着することを抑制することができる。ノズルの突出長Ｌは、例えば、１１．８ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ等であってもよい。

図２〜４にノズルの詳細構造を示す。図２（ａ）はノズルの正面図、図２（ｂ）はノズルを先端側から見た端面図である。図３（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４（ａ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図４（ｂ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図３（ａ）及び図４（ａ）は後述する接触構造１７を含む部分を示す断面図であり、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は接触構造を含まない部分を示す断面図である。

ノズル１２は、塗料流路１３を囲む塗料流路用細管１４と、この塗料流路用細管１４の外周に設けられる霧化エア流路１５を囲む霧化エア流路用細管１６とを有する。塗料流路用細管１４の先端部１４ａは、霧化エア流路用細管１６の先端部１６ａに対して、霧化エア噴射口１５ａを確保できる隙間を介した非接触状態で挿入されている。

ノズル１２の基端部１２ｂには、塗料流路１３に塗料が導入される塗料導入口１３ｂが形成されている。基端側の塗料導入口１３ｂと先端側の塗料噴射口１３ａの間には、塗料流路１３の断面積が先端側に向かって縮小するテーパ部１３ｔが形成されている。テーパ部１３ｔより先端側では塗料流路１３は同一内径の略直線状である。

ノズル１２の長手方向の中間部には、フランジ部１２ｆが形成されている。このフランジ部１２ｆは、塗料流路用細管１４の外周に突設されたフランジ部１４ｆ上に形成された凸部１４ｂを、霧化エア流路用細管１６の基端部１６ｂに嵌合させることにより、形成されている。
ノズル１２のフランジ部１２ｆ（詳しくは塗料流路用細管１４のフランジ部１４ｆ）には、霧化エア流路１５に霧化エアが導入される霧化エア導入口１５ｂが形成されている。基端側の霧化エア導入口１５ｂと先端側の霧化エア噴射口１５ａの間には、霧化エア流路１５の断面積が先端側に向かって縮小するテーパ部１５ｔが形成されている。

フランジ部１２ｆは、ノズル１２の基端部１２ｂがヘッド本体１１内に配置されるときに抜け止めとなるものであり、フランジ部１２ｆの先端側の面が、ヘッド本体１１の前面１１ａを構成する壁体の裏面に当接する。よって、ノズル１２のうち、ヘッド本体１１の前面１１ａから突出する部分の範囲は、フランジ部１２ｆよりも先端側に存在する。

霧化エア流路１５の途中で、塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６とが接触している接触構造１７を有する。この接触構造１７では、塗料流路用細管１４の外周（あるいは霧化エア流路用細管１６の内周）の周方向の一部において塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６とが接触している。また、接触構造１７の前後では、塗料流路用細管１４の外周全体にわたって塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６との間に霧化エア流路１５となる隙間が形成されている。

本形態例では、塗料流路用細管１４の途中（図３（ａ）の符号Ｓで示す範囲）に、塗料流路用細管１４の外周が、図４（ａ）に示すように、一部が霧化エア流路用細管１６の内径と同程度の円弧状とされた突出部１７ａ，１７ａ，・・が設けられている。隣接する突出部１７ａ，１７ａの間が略四角形となっている。すなわち、接触構造１７では、塗料流路用細管１４の周方向の４か所の突出部１７ａにおいて塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６とが接触している。接触構造１７における塗料流路用細管１４の外径は、突出部１７ａ上で最大外径をとり、霧化エア流路１５に接する部分で最小外径（略四角形の外形における対辺の間隔）をとる。

本形態例の場合、接触構造１７は、霧化エア流路１５のテーパ部１５ｔで内径が最小となる位置から開始し、数ｍｍ程度の長さを有している。図４（ｂ）に示すように、接触構造１７より先端部１２ａ側では、霧化エア流路１５は０．１〜０．３ｍｍ程度の幅の狭い均一な円環状の断面を有する。接触構造１７より先端側の霧化エア流路１５が、塗料流路用細管１４の外周全体にわたって形成されることにより、先端部から噴出する霧化エアを均一にすることができる。
接触構造１７より先端部１２ａ側における霧化エア流路１５の幅（霧化エア流路用細管１６の内径と塗料流路用細管１４の外径との差の半分）は、接触構造１７における霧化エア流路１５の幅（霧化エア流路用細管１６の内径と塗料流路用細管１４の最小外径との差の半分）と等しくしてもよい。あるいは、接触構造１７における霧化エア流路１５の断面積の縮小を抑制するため、周方向の流路寸法が突出部１７ａによって狭くなった分、径方向の流路寸法をより大きくしてもよい。

接触構造１７より基端側（フランジ部１２ｆのある側）では、塗料流路用細管１４の外面は、接触構造１７と同様に頂点に丸みを有する四角形の断面形状を有していてよい。霧化エア流路１５の断面がテーパ部１５ｔにより広がることで、接触構造１７より基端側では、塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６とが接触しないようになっている。接触構造１７より基端側の霧化エア流路１５が、塗料流路用細管１４の外周全体にわたって形成されることにより、霧化エア導入口１５ｂから導入される霧化エアのばらつきを抑制することができる。
なお、ノズル１２のフランジ部１２ｆにおいても、塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６の一部（フランジ部１４ｆ及び凸部１４ｂと基端部１６ｂ）が接触しているが、この部分では全周にわたり隙間が閉じており、霧化エア流路１５は形成されていない。

接触構造１７を有しない場合、塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６は、基端側のフランジ部１２ｆ（塗料流路用細管１４のフランジ部１４ｆ及び凸部１４ｂと霧化エア流路用細管１６の基端部１６ｂ）が接触するのみで、それより先端側では塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６とが接触しない構造となる。このような構造の場合、上述したようにノズル１２の突出長Ｌが長くなると、塗料流路用細管１４のフランジ部１４ｆから先端部１４ａまでの長さも長くなる。塗料流路用細管１４の先端部１４ａは片持ち状に突出しているため、僅かでも曲がると先端部１４ａのズレにより霧化エア流路用細管１６の内面に接触し、霧化エア流路１５の一部を塞いでしまう。この場合。塗料噴射口１３ａから噴出される塗料の周りで、霧化エアの噴出が周方向に不均一となり、適正に霧化された塗料が得られないおそれがある。

これに対して、流路の途中に接触構造１７を有すると、塗料流路用細管１４（特にフランジ部１４ｆより先端部１４ａの側にある部分）の曲がりを抑制することができる。これにより、ノズル１２の部品点数を多くすることなく、突出長Ｌが長くても霧化エア流路１５の断面が均一なノズル１２を容易に作製することができる。

霧化エア流路用細管１６で囲まれる塗料流路用細管１４（特にフランジ部１４ｆより先端部１４ａの側にある部分）の長さは、霧化エア流路の長さａ（図示せず）、すなわち霧化エア流路用細管１６の長さ（基端部１６ｂから先端部１６ａまでの長さ）に略等しい。塗料流路用細管１４の先端部１４ａがフランジ部１４ｆから曲がる角度をα（図示せず）とすると、霧化エア流路１５の長さａに対する霧化エア噴射口１５ａの開口幅ｂ（図示せず）との比、ｂ／ａがｔａｎαに等しければ、塗料流路用細管１４の先端部１４ａが霧化エア流路用細管１６の先端部１６ａに接触することになる。霧化エア噴射口１５ａの開口幅は、略円筒状である細管の径方向の幅である。

そこで、霧化エア流路１５の長さをａ、ノズル１２の先端部１２ａにおける霧化エア流路１５の開口幅をｂとするとき、θ＝ｔａｎ^−１（ｂ／ａ）となる角度θが先端部１４ａの曲がる角度αより小さければ、細管の先端部１４ａ，１６ａ同士の接触を防ぐことができる。先端部１４ａの曲がる角度αを１°程度とすれば、θ＝ｔａｎ^−１（ｂ／ａ）となる角度θ（なお、ｂ＞０であることから、θは０°より大きい。）が、１°より小さいことが好ましい。

以上、本発明を好適な形態例に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例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で種々の改変が可能である。
ノズルを構成する各部材としては、水や有機溶剤等に対する耐久性や洗浄性、機械的強度の観点から、ステンレスやブリキ等の金属が挙げられる。

ノズル１２、塗料流路１３、塗料流路用細管１４、霧化エア流路１５、霧化エア流路用細管１６の横断面（ノズル長手方向に垂直な断面）の形状は、上述の形態例では図４に示すように円形であるが、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形や、楕円形等とすることもできる。多角形は、頂点付近に円弧などで丸みを持たせた形状であってもよい。接触構造１７における塗料流路用細管１４と霧化エア流路用細管１６との接触箇所の数は、対向する２カ所あるいは周方向の３か所以上とすることができ、周方向の３か所以上がより好ましい。

図１では塗装面１の向きが鉛直面とされているが、塗装面が水平面や傾斜面である場合にも本発明を適用することが可能である。塗装ヘッドから塗装面に塗料を吹き付ける向きは、横向き、上向き、下向き、斜め向き等、任意である。
本発明は、自動車、機械等の各種構造物、あるいは橋梁、ガスタンク、建物、船舶等の大型構造物への塗装にも適用可能である。

以下、比較例と実施例の対比により、本発明を具体的に説明する。

（比較例１）
ヘッド本体からノズルの先端部までの距離（突出長）が１．８ｍｍ、塗料流路用細管が霧化エア流路用細管で囲まれる部分の長さが６ｍｍであるノズルを有し、接触構造を有しない、比較例１の塗装ヘッドを作製した。霧化エア流路の開口幅は約０．１５ｍｍであり、塗料流路用細管の先端部が霧化エア流路用細管の先端部に接触する最小の曲がり角度αは、ｔａｎ^−１（０．１５／６）により、約１．４３°である。
比較例１の塗装ヘッドを有する塗装装置を用いて、５ｍ^２の面積を、４２０ｇ／ｍｉｎの吐出量で塗装した。このとき、塗料の吐出総量は１１６５ｇ（固形分換算８１４ｇ）である。塗料の吐出総量に対するヘッド本体１１への塗料の付着量の割合は約０．０２０％であった。

（実施例１）
ヘッド本体１１からノズル１２の先端部１２ａまでの距離（突出長）Ｌが１１．８ｍｍ、塗料流路用細管１４が霧化エア流路用細管１６で囲まれる部分の長さａが１６ｍｍ、接触構造１７の長さ（図３（ａ）の符号Ｓ）が２ｍｍであるノズル１２を有する、実施例１の塗装ヘッド１０を作製した。霧化エア流路１５の開口幅ｂは約０．１５ｍｍであり、接触構造１７がない場合に塗料流路用細管１４の先端部１４ａが霧化エア流路用細管１６の先端部１６ａに接触する最小の曲がり角度αは、ｔａｎ^−１（０．１５／１６）により、約０．５４°である。
実施例１の塗装ヘッドを有する塗装装置を用いて、５ｍ^２の面積を、４２０ｇ／ｍｉｎの吐出量で塗装した。このとき、塗料の吐出総量は１１６５ｇ（固形分換算８１４ｇ）である。塗料の吐出総量に対するヘッド本体１１への塗料の付着量の割合は約０．００３５％であった。

実施例１によれば、塗料流路用細管１４の先端部１４ａが１°程度曲がるだけで塗料流路用細管１４の先端部１４ａが霧化エア流路用細管１６の先端部１６ａに接触し得るほどノズルが長くても、接触構造１７を有することにより曲がりを防ぐことができ、ほぼ均一な円環状の霧化エア噴射口１５ａを有するノズル１２を作製することができた。また、塗料の付着量が、比較例１に比べて約１／６に減少した。

１…塗装面、２…塗料、３…外気、１０…塗装ヘッド、１１…ヘッド本体、１２…ノズル、１３…塗料流路、１４…塗料流路用細管、１５…霧化エア流路、１６…霧化エア流路用細管、１７…接触構造。

Claims

ヘッド本体の前面から先端部が突出したノズルを複数有する塗装ヘッドであって、
前記ノズルは、塗料噴射口まで直線状の塗料流路を囲む塗料流路用細管と、この塗料流路用細管の外周に設けられる霧化エア流路を囲む霧化エア流路用細管とを有し、
前記直線状の塗料流路の長手方向の中間部に、前記ヘッド本体の前面が配置され、
前記ヘッド本体の前面から前記ノズルの先端部までの距離が１１．８ｍｍ以上であり、
前記霧化エア流路の途中で、前記塗料流路用細管の外周と前記霧化エア流路用細管の内周とが接触している接触構造を有し、前記接触構造より先端側の霧化エア流路が、前記霧化エア流路用細管の内周に囲まれて、前記塗料流路用細管の外周全体にわたって形成されていることを特徴とする塗装ヘッド。
前記接触構造では、前記塗料流路用細管の周方向の３か所以上において前記塗料流路用細管と前記霧化エア流路用細管とが接触していることを特徴とする請求項１に記載の塗装ヘッド。
請求項１又は２に記載の塗装ヘッドを有する塗装装置。