JPS6250193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は静電粉体塗装などに利用される気体
によつて搬送される粉体に電荷を与えるための小
型にして、かつ構造簡単、高性能な粉体荷電装置
に関するものである。

静電粉体塗装などの目的で気体によつて搬送さ
れる粉体塗料などの粉体粒子を単極性に荷電する
ためには、第８図に示した如く気粉混相流３０の
通路の管壁３４内に円環状電極２５を設置し、こ
れに対してその中心に針電極２６を設け、これら
の両電極の間に直流高電圧を電源３２によつて印
加し、これらの両電極の間に流れる電源３２と同
じ極性を有する単極性イオン電流によつて粉体を
荷電すればよいことは既によく知られたところで
ある。しかし、この原理を実際上、連続運転され
る工業用装置に適用する場合には、運転時間の経
過につれて電極２５の表面に微細な粒子の粉体が
堆積して絶縁層を構成し、この絶縁層によつて針
から管状電極に向かつて流れる電流が阻害される
と同時に、絶縁層内部で発生する逆電離によつて
電極２５の表面から逆向きに針に向かつて逆極性
の電流が流れはじめ、この電流によつて針から流
れる単極性電流による荷電を逆に打ち消してしま
うので、第９図に示した原理図によつて長期連続
運転を要求される工業用装置を構成することは不
可能である。この問題を解決するための手段とし
て既に色々な方法が提案されているが、それらの
方法は次の二つに要約することができる。すなわ
ち、第７図に示した如く、環状電極２５の表面に
送気管２９によつて送入される粉体粒子を含まな
い清浄な気体３１を環状室２８に吹き込み、その
下流側に設けられた環状吹出しノズル２７よりこ
の気体を高速に噴出させて、環状電極２５の表面
に常に清浄な気体流層を形成させることにより環
状電極２５の表面への粉体粒子の堆積を防止する
方法である。なお、第７図及び第８図において
は、第９図と共通の機能をはたす部品については
同じ番号を付けてある。

しかしながら、第７図に要約される方法におい
ては、リング状ノズル２７を通つて噴出される粉
体粒子を含まない気体の風量がかなり多くなつ
て、粉体荷電装置の出口における粉体風速３０ａ
が著しく大きくなつて、例えばこの装置を静電粉
体ガンとして使用する場合には、ガン先端におけ
る吹出し速度が著しく速くなり、実際上静電粉体
ガンとして利用できる対象が著しく限定されてし
まうという重大な欠陥が存在する。それと同時
に、この方法によつて円環状電極２５の表面に微
細な粉体粒子の堆積防止を長期間にわたつて維持
することは事実上極めて困難であつて、この方法
は実用性に乏しいと言わざるを得ない。

円環状電極２５の表面に微細な粉体粒子の堆積
溶着を防止するもう一つの方法としては、第８図
に示した如く、円環状電極を多孔質電極３５とな
し、矢印３１で示される粉体粒子を含まない清浄
な気体を配管２９を通して導体でもつて構成され
る多孔質電極３５の背後に形成された環状室２８
に送入し、電極３５を通してこの気体を噴出する
ことによつて、環状電極３５の表面への微細な粉
体粒子の堆積融着を防止する方法である。

しかしながら、この方法の場合においても電極
３５の表面に粉体粒子の堆積を防止するためには
粉体を搬送するために必要な気体量の少なくとも
半分、通常、同等程度の空気量を噴出させる必要
があり、これは矢印３０ａに示した粒子荷電装置
出口における粉体の搬送速度を著しく大きくして
しまい、第７図に示した方法と同様に適用範囲が
著しく限定され実用性に乏しい。それと同時に、
この方法においても数十分ないし数時間の使用に
は耐えるとはいえ、数十時間ないし数百時間の連
続使用に耐えるものを得ることは実用上ほとんど
不可能である。第７図及び第８図に示した如き清
浄な補助気体を用いて環状電極表面への微細な粉
体粒子の堆積融着を防止する方法は、粉体荷電装
置の出口における風速が著しく大きくなることに
よる困難は、それより下流に接続される装置の内
部における搬送速度が過大になり、そのために樹
脂の溶着等の問題を発生させる原因となりやす
く、この面からも第７図及び第８図に要約された
方式は、実用性に乏しい。

この発明は以上に詳細に説明した如き既に知ら
れている粉体荷電装置の欠点である円環電極表面
の微細粉体堆積溶着防止用気体を全く用いること
なく、通常の静電粉体塗装ガンの塗料供給パイプ
内における気粉混相流の流速程度の流速のまゝで
長時間高度な性能を維持し得る構造の極めて簡単
な新しい粉体荷電装置を提供するものである。

本発明による粉体荷電装置は第１図に示した如
く細径円筒流路６の上流端付近に配設された上流
側端面の平担な円環電極３と、これと同心に対向
配設された針電極２と前記細径円筒流路６の上流
に連設された太径円筒流路４とよりなり、更に針
電極２と円環状電極３との間に電源１２と導線１
３によつて直流電圧を印加するようにしたことを
基本とするものである。なお、第１図において、
７は粉体荷電装置に気粉混相流９を導くための導
管であつて、この導管７内における気粉混相流の
流速は通常の静電粉体ガンにおける気粉混相流の
輸送速度、すなわち、毎秒７ｍないし35ｍ程の流
速で気粉混相流はこの粉体荷電装置に供給され
る。太径円筒流路４のうち、その上流部分をなす
過渡部分５は気粉混相流の導管７と太径円筒流路
４との間を流速のパターンを円滑に移行せしめる
ためのものである。本叛発明による粉体荷電装置
においては、円環電極の上流に連設された太径円
筒流路４の作用によつて上流側端面の平担な円環
電極３表面に著しく接近した部分の気粉混相流９
の流速が著しく速くなるので、この作用によつて
円環電極３の表面に微細な粉体が堆積溶融するこ
とを極めて効果的に長期間にわたつて防止するこ
とができ、これによつて極めて低融点の熱硬化性
樹脂の場合においても数十時間、通常の熱硬化性
樹脂及び通常の熱可塑性樹脂の粉体の場合におい
ては数百時間ないし数千時間通常の静電粉体塗装
ガンにおいて要求される程度の管内流速及び処理
粉体量でもつて高性能な粉体荷電装置を得ること
ができる。

第２図、第３図、第４図は本発明の中心をなす
流体力学的原理を要約して説明したものである。
すなわち、第２図は、内径Ｄを有する直筒円管内
を流量Ｑで乱流領域において気体を流している状
態を示したものであるのに対し、第３図は第２図
と同一内径を有する下流側の細径円管２１の上流
に内径Ｄ＋ｄの円管２２を接続し、これに対して
第２図の場合と同一の流量Ｑを流していることを
示したものである。

次に第４図は、第２図の点P₁及び第３図の点P₂
すなわち下流側細径管２１の上流端付近の直後及
び第３図の管径変更点の充分下流側の点P₁′にお
いて測定した管内流速の直径方向の分布を示した
ものである。第２図のような管径に急激な変化の
ない長い一定の内径を有する円筒流路の一断面P₁
における直径方向の流速分布Ｖ_D-P1は管壁に著し
く接近した部分では流速がほとんど０で管壁を離
れるに従つて２次曲線状に速度が増加し、管の中
心において最も速い速度が得られるということが
よく知られており、これに対して第３図の如く細
径円管２１の上流に太径円筒２２を連設した場合
には、P₂における管内流速の直径方向の速度分布
は第４図のＶ_D-P2に示した如く管壁に著しく接近
した部分においてもかなりのすべり速度Ｖ_S-P2を
有し、これに反して、管の中心部に至るにしたが
つて速度はやはり増しはするが、それ程高い速度
になることはない。更に述べると、太径円筒２２
内を通る流体は、管壁２２ａ寄りでは、低速流体
となり、又管中央２２ｃ寄りでは、高速流体とな
る。

そして、上記流体は、細径円筒２１内に流入し
ようとするが、低速流体は、上流側端面の平坦な
細径円筒２１の端面２１ａに当たり、細径円筒２
１内への流入を阻止され、高速流体のみ細径円筒
２１内に流入する。ただし、第３図における細径
円筒内における流速分布も細径円筒２１が長くな
り、管径変更点より下流に至るにしたがい、その
管径方向における流速分布はＶ_D-P2からＶ_D-P′₁
に向かつて徐々に変化する。従つて、下流側の細
径円筒流路の上流端付近に上流側端面の平担な円
環電極を配置すれば、第２図と第３図において平
均流量は全く同じであつても円環電極の表面の気
粉混相流の速度を著しく速くすることができるの
で、円環電極上における微細な粉体の堆積や融着
を効果的に防止することができる。従つて本発明
を効果的に実施するには、細径円筒流路の上端付
近に上流側端面の平担な円環電極を配置すると共
に、この円環電極と同心に配設される針電極２の
先端を細径円筒流路の上端付近に配設することが
重要である。なお、この円環電極の上流側端面
が、円弧状に形成されていると、低速流体が、該
端面に押し付けられ、摩擦力を受けながら、細径
円筒内に流入するので、環状円筒の管壁寄りの流
体速度は、低速となり、本発明のような効果を得
ることができない。

細径円筒流路と太径円筒流路の直径の比率は使
用される条件によつて異るが、通常太径円筒の内
径に対して細径円筒の内径を95％ないし40％の範
囲で使用条件すなわち配管における圧力降下、処
理風量、処理粉体量、その他の条件に応じて実験
により適宜選定して適用すればよい。なお、第１
図において太径円筒部４の内径と導管７の内径と
に差がある場合には、その過渡領域は図に示した
如く拡管部５を設けた方が全体としての配管にお
ける圧力降下を小さくする目的などからいつても
好適な場合が多い。なお、細径円筒部から太径円
筒部への移行は、管径の差がそれ程大きくない時
は特に考慮する必要はないが、管径の差が大きい
場合には著しく短い移行部を設けた方がよい場合
もある。又細径円筒より後の下流部分８に関して
は、その後の使用目的に応じて適宜選定すればよ
く、代１図に示したのは中窪み状の被塗物１４に
本発明によつて充分荷電された粉体を吹きつけ
て、通常の静電粉体ガンでは塗着できないような
場合にも有効に粉体塗着をなし得る静電粉体ガン
として本発明を利用した場合であり、この場合は
細径円筒部の下流部分８は末広がりのコーン状を
なしている。本発明においては以上に詳細に説明
した流体力学的原理によつて、円環電極の表面に
おける微細粉末の堆積溶着を防止することができ
るが、これの性能を更に確実に発揮させるために
は、円環電極の表面の材質に注意を払うことが必
要で、円環電極表面に最も適した材料としては導
電性フツ素樹脂が好ましく、この材料をよく研摩
して使用した場合には、熱可塑性粉体塗料を、熱
硬化性粉体塗料などのあらゆる粉体に対して長期
間安定な性能を維持させることができる。ただ
し、化学的活性に乏しいポリエチレン、ナイロ
ン、フツ素樹脂等の粉体塗料の場合においては、
円環電極の表面材料として真鍮、ステンレス、金
等の金属材料や、グラフアイト等の非金属材料を
用いることもできる。

以上に詳細に説明した如く、流体力学的原理と
金属表面の材料の選択によつて円環電極側におけ
る問題はすべて解決することができるが、以上に
述べた構造の粉体荷電装置においては性能の長期
間の維持にあたつては、針の先端の状態が安定で
あることが必要であつて、針の先端に粉体粒子が
溶着して電流の流れを阻害して粉体荷電装置の性
能低下をまねく場合が時に発生する。このための
対策としては第１図に示した如く針電極の先端を
包囲して開口する送気管１０を設け、矢印１１に
示した如く、常に針の先端部分において粉体を含
まない清浄な気体を存在させることによつて長期
間の性能維持の目的を充分達することができる。
この場合、針の先端部に設けられた送気管開口部
の直径は1.5mmないし２mm程度で充分であるの
で、矢印１１によつて示される針先端清浄用の送
気量は通常の静電粉体塗装ガンにおいて使用され
る程度の気粉混相流の流量に対しては通常1/10あ
るいはそれ以下であつて、使用ガス量としても、
又、これれが全体の気粉混相流の輸送状態に及ぼ
す影響を事実上無視することができる。又、針の
先端の寿命を長期間にわたつて安定に維持するた
めの別の手段としては、第５図に示した如く針電
極２の先端を気粉混相流の上流側に向け、その先
端の細径円環電極３と対向する位置に配設するこ
とによつて針電極の長期間の寿命の維持に有効な
場合がある。又、針及び円環電極双方の寿命に重
要な関係を持つ事項としては、針電極の先端から
円環状電極に向かつて流れる単極イオンの電流値
を適切な範囲に選定することが粉体荷電装置の有
効な動作と長期間の寿命の維持に対して極めて有
効であつて、この電流値を円環電極の内径と同一
の長さを有する円環電極の巾でもつて針の先端か
ら円環電極に流れる電流値を割つた平均電流密度
が８μＡ／sqcm以下好ましくは５μＡ／sqcmよ
り少なくすることが重要であつて、この電流値を
越した場合には針の先端ないしは電極の表面にお
いて、粉体の堆積が逆電離の発生、あるいは粉体
の融点がおこることがあるが、この範囲に電流を
選定することによつてこれらの有害な現象を長期
間にわたつて有効に防止することができる。又、
何らかの原因で針の先端から円環電極に向かつて
火花放電が生起した場合に、もし針電極２に電圧
を印加するための導線が長い場合、及びそれに関
連する対地静電容量が大きい場合には、その蓄積
エネルギーが急速に円環電極に向かつて放出され
るために、その瞬間に針の先端において粉の溶着
その他が発生して長期間の連続安全運転を阻害す
る要因となるので、第１図及び第６図には記載し
てないが、電源１２から針電極へ電圧を印加する
ための導線はなるべく短かくすると共に針電極の
直前において充分な値の保護用抵抗を用いること
が望ましく、同じ意味から針電極の先端部に清浄
な気体を供給するための送気管１０も絶縁物で構
成することが好ましい。

本発明による粉体荷電装置においてはポリオレ
フイン系樹脂粉体などの場合に多少円環電極の表
面上に微細な粉体が堆積しても、搬送用気体の相
対湿度を調整して、ある一定値以上、通常30〜50
％以上に維持することによつて、その電極表面に
堆積した粉体層の電気抵抗を下げ、これによつて
堆積粉体層内によつて発生する逆電離の防止をお
さえることができ、これによつて円環電極表面か
ら針電極に向かつて流れる逆極性の有害な電流を
防止して粉体荷電装置の長期間の安定な運転を実
現するのに有効な場合がある。

本発明による粉体荷電装置において色替が要求
される場合、第６図に示される如く、円環電極３
の直前部に堆積する微少量の粉体９_p−４が問題
になることがある。この場合には円環電極３の直
前にせまい環状気体噴出口１０ａを設け、ここを
通して色替に際して高圧気体１１ａを噴出させて
これを除去し、問題を解決することができる。

以上に詳細に説明した如く、本発明による粉体
荷電装置においては、通常の静電粉体ガンにおい
て用いられる程度の流量の気粉混相流の中で有効
に動作させることが可能であるので、例えば第１
図において示した如く、本装置を用いて充分に荷
電された粉体を荷電装置の先端からゆるやかな速
度で噴出させて、荷電された粉体を被塗物の窪み
などに吹きつけることによつて有効な静電粉体ガ
ンとして用いることもできれば本粉体荷電装置を
通常の静電粉体ガンの予備荷電装置として小型に
組み込むことによつて、通常の外部電界を有する
静電粉体ガンの塗着効率の向上をはかることもで
き、静電粉体塗着技術上極めて有効な装置であ
る。このように本発明は、大径円筒流路の下流に
細径円筒流路を接続し、該細径円筒流路の上流端
付近に、上流側端面の平坦な、太径円筒流路の管
壁寄りの低速流体を阻止し、中央寄りの高速流体
を通すための円環電極を設けたので太径円筒内を
流れる低速流体は、円環電極の平坦な上流側端面
に阻止され、細径円筒流路に流入することができ
ない。

従つて、細径円筒流路には、高速流体のみ流入
し細径円筒流路の上流端付近に設けた円環電極の
内壁面は強い力でこすられるので、円環電極上に
おける微細な粉体の堆積や融着を効果的に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図、第３図、第４図は本発明の原理を説明する
図、第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示
す断面図、第７図、第８図、第９図は夫々従来例
を示す断面図である。 ２……針電極、３……円環電極、４……太径円
筒流路、６……細径円筒流路、１０……送気管、
１２……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太径円筒流路の下流に細径円筒流路を接続
   し、該細径円筒流路の上流端付近に、上流側端面
   の平坦な、太径円筒流路の管壁寄りの低速流体を
   阻止し、中央寄りの高速流体を通すための円環電
   極を設け、該円環電極と同心に針電極を対向配設
   すると共に、前記両電極間に電圧を印加するよう
   にしたことを特徴とする粉体荷電装置。 ２ 針電極の先端を下流側に向けて配設し、針電
   極の先端を包囲して粉体を含まない気体を噴出す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲１
   記載の粉体荷電装置。 ３ 針電極の先端を上流側に配設したことを特徴
   とする特許請求の範囲１記載の粉体荷電装置。 ４ 円環電極の表面を導電性フツ素樹脂をもつて
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲１、
   ２、３の何れかに記載の粉体荷電装置。 ５ 円環電極における平均電流密度を８μＡ／
   sqcm以下に保持したことを特徴とする特許請求
   の範囲１、２、３、４の何れかに記載の粉体荷電
   装置。 ６ 搬送気体の相対温度を30％以上に保持したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１、２、３、４、
   ５の何れかに記載の粉体荷電装置。