JP2006247538A - エアスプレーガンの霧化構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレー時の斑が減少され、塗面への膜厚の不均一がなくなり低粘度塗料等における薄膜塗装においても斑のない塗装を可能とし、高級品質の塗面を形成することができる霧化装置を得る。
【解決手段】ガン本体１の中心空気室１３より空気キャップ４の中心空気口４２へ供給する通路として、塗料ノズル３の中心軸と略平行に開けた複数の竪穴３３が設けられており、この竪穴の空気キャップ側出口部に竪穴からの直進を遮断して外周へ向ける鍔状の遮蔽板３４，３５を設け、この遮蔽板の外周部を廻って流れるエアが遮蔽板後さらに流れの均一化が図れるように、軸方向長さをもつ十分な容積の同心環状通路を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮空気により、塗料等を霧化し、被塗物に向けて吹付塗装を行うエアスプレーガンに係るもので、特に噴霧時の霧化粒子を均一に分散させ斑のない塗膜形成を可能にする外部混合式エアスプレーガンの先端微粒化構造に関するものである。

圧縮空気を用いて塗料を霧化し、塗装面を形成するためのエアスプレーガンは各分野に置いて広く使用されている。中でも金属、木工、プラスチック製品等の仕上げ塗装に用いられる工業用スプレーガンは、基本的構造がＪＩＳ規格にも定められ、さらに近年の塗料の多様化、被塗装物に対する要求品質の向上等によりスプレーガンに要求される機能、性能の改善がなされてきている。

これらの工業用スプレーガンは、塗料を霧状に微粒化して被塗装物に吹付けるため、複雑な塗装面であっても、平面であっても均一な平滑面を得られ、広く採用される一方で、被塗装物に付着せずに飛散する塗料粒子が無駄になるという大きな問題を有しており、塗着効率の向上による資源の有効利用、塗装環境の悪化防止、作業能率の向上による生産性の向上、そして塗膜品質の向上につながる霧化性能の改善等、解決すべき多くの課題があり、これらの多くがスプレーガンの霧化構造に依存していると言える。

通常、霧化構造は塗料噴出口を有する塗料ノズルと霧化用空気穴を配置した空気キャップによって主に構成され、これらの組み合わせによって塗料が霧化され、被塗装物に吹付けられる状態すなわちスプレーパターンの性能が決定される。実際のスプレーガンにおいては、この他塗料ノズルから噴出する塗料の制御を行う塗料弁、空気キャップの各空気口から噴出する圧縮エアの調整を行う調節弁や空気通路が必要な機能をもって組み合わされている。

霧化構造の代表的な構造は図に示された例でも理解できるとおり、中心部に噴出口を形成した塗料ノズルがあり、その噴出口の周囲に環状の空気口が形成されるように空気キャップの中心空気口が配置されるように組み合わされている。塗料の霧化は、この中心から噴出する塗料に対し、包み込む形で中心空気口からの圧縮エアを衝突させて行われる。さらに空気キャップには、両外側に角と呼ばれる１対の突起を形成し、この角部より中心に向けて噴出する側面空気口を設け、前記中心部の霧化流に対し両側から圧縮エアを衝突させ、噴霧流のパターンを形成する。

前記中心空気口と側面空気口から噴出する圧縮エアは、塗料ノズルをスプレーガン本体に組み付けた時、それぞれの通路に２分され、さらに空気キャップを組み合わせたとき空気キャップのそれぞれの通路につながる通路に２分される構成を持っている。これらの構造には図１のほかいくつかの例が知られている。

噴霧されるパターンは必要な微粒化とその分布状態、形状等が塗装の仕上がりに直接影響を与え、これまでも多くの改善がなされてきた。特に噴出空気流のバランスは霧の状態を大きく左右し、環状空気口の全周における均一性、両側面空気口からのバランスおよび噴出安定性等が損なわれることによってパターンが変形したり、不均一になる。その結果塗膜の状態が不均一になり、塗面は凹凸、光沢のむら、ゆがみ等の塗膜不良となる。これらの対策に各噴出口の加工精度の向上は不可欠であるが、なお改善しきれない状況がある。

側面空気口からのバランスを均一安定化させるための技術は、ガン本体に設けた空気通路からの圧縮エアを両側に配置した側面空気口に通じる側面空気孔への配分である。均一かつ安定した流れで送り込むため側面空気孔直前に環状の空気室を形成し、この空気室に均等に圧縮エアが流入するように遮蔽板を設けることが用いられている。（例えば特公昭６３−４４０１９号公報に記載された技術）

また中心空気口への供給は、外側の側面空気と区分される必要から周囲に隔壁を形成すれるため、塗料通路との間に円周上にいくつかの空気穴を形成して空気キャップ側に送る必要がある。通常このノズル竪穴は少なくとも4箇所以上設けられているが、いずれにせよ前記環状の中心空気口に向かう空気流としては円周上に不均一さが生ずるのを防ぐことができない。この対策として考えられているのが、ノズル竪穴の遮蔽板である。この竪穴の入口側前部は、特許登録第３４２２６２５号にある如く、幾つか開けられた竪穴に平均的に流入するようにつば状の遮蔽板が設けられている。

工業塗装においては最終商品の価値が外観塗装の品質によって左右されることがしばしばあり、塗料の高級化と共に塗装品質の向上が常に望まれている。特に比較的大きな面積となる自動車産業や薄膜塗装の樹脂塗装においては塗装斑のない均一塗面の形成が最大の課題となっている。これまで圧縮エアでの吹き付けは、塗料が微粒化する過程と圧縮エアの流れの関係から霧の生成にバラツキが生じ、斑となるために塗り重ね等吹付け技術によって平均化することにより全体的な斑の比率を減少させることが経験的に行われてきていた。しかし前述のように樹脂塗装において高級感のある塗料を薄膜で塗装する場合や自動車塗装において最終仕上げ塗面を高級塗料によって仕上げる場合など、スプレーの際に発生する斑を減少させることがこれらの問題解消につながり、結果的には資源の節約、工業的、経済的効果をもたらす結果となる。

特公昭６３−４４０１９号公報特許登録第３４２２６２５号公報

これまで前記した通り、スプレーパターンの膜厚分布を適正に保ち、パターン形状を正常に維持する為の改善は成されてきていたが、スプレー時の霧斑を減少させる技術は十分でなかった。本発明はエア霧化スプレーガンにおいて、スプレー時の斑が減少され、その結果塗面への不均一な膜厚が減少し、特に低粘度塗料等における薄膜塗装において生じやすい塗面の乱れがなく平滑な高級品質の塗膜形成が容易な霧化装置を得ることが課題である。

スプレーパターンを形成する空気キャップと塗料ノズルの組み合わせにおいて、中心空気と側面空気が仕切りで区分され、ガン本体の中心空気室より空気キャップの中心空気口へ供給する通路として、塗料ノズルの中心軸と略平行に開けた複数の竪穴が設けられ、この竪穴の空気キャップ側出口部に竪穴からの直進を遮断して外周へ向ける鍔状の遮蔽板を設け、この遮蔽板の外周部を廻って流れるエアがつば状の遮蔽板後さらに流れの均一化が図れるように、軸方向長さをもつ十分な容積の同心環状通路を形成する。

これによって、複数の竪穴から噴出する局部的な流れは遮蔽板によって緩和を図り分散化できるが、隣り合う竪穴からの流れによって互いに干渉することで生ずる圧力分布のバラツキが、直接中心空気口に流れ込むのを防止している。すなわち遮蔽板の外周を通過したエアがそのまま中心空気口に向かって通過面積を減じながら噴出するのではなく、十分な容積をもつ同心環状通路を通過させることによってばらつきを緩和させることになり、安定した流れを形成して噴霧における斑を減少させることができるものである。

円筒状通路によって均一な安定した流れを確実に形成させるため、本発明は円筒状通路の前方、終端部にわずかな環状溝を形成している。これによって空気の流れは溝部へ向かい、一旦流れをよどませたり、また一部は溝部内に沿って流れ、円筒状通路とは直角方向に流れを変え、さらに均一さを増した上で中心部に収束する縮流となって空気キャップの中心空気口から噴出される。このために円筒状通路によってはわずかに残存するばらつきも解消し、安定した噴流として噴霧の安定化を達成することができる。

前記竪穴へのエア流入は複数の竪穴に対し平均であることは、より好ましい霧化エアの噴出を提供することになり、前記竪穴の入口側に対峙して鍔状の遮蔽板を配置することで、パターンの安定化が図れる。更にガン本体と空気キャップの側面空気口に供給される通路の間に流路を遮蔽するバッフルを設け、前記他の遮蔽板と併用することによって、更に安定的にパターンの正常化とスプレー斑の減少を図ることができる。

以上のように本発明によれば、噴霧パターン形状の安定化と共に、中心霧化空気の定常化によるスプレー時の塗料粒子の分散を均一にして斑を減少させることができ、塗着した塗料の分布を広面積にわたって平均化させることができる。したがって従来に比較し、薄い膜厚の場合であっても塗面のバラツキを押さえ、平滑で均一な塗面を得ることができる。これにより高価な仕上げ塗料を使用する樹脂塗装等において少ない膜厚での高級仕上げ塗装が可能となり、塗装工程の短縮、塗料の節減がもたらす効果が得られる。

またスプレーパターン安定化の確実性が増大し、塗装品質の安定化が可能となることで生産性の向上にも結びつく結果を得ることができる。特に塗膜品質の向上と安定化は従来作業者の目に頼り、熟練した作業者の塗装技術によらなければ難しかった高級仕上げ塗装の分野においても自動スプレーガンでの安定した塗装が可能になり工業的に多大の効果をあげることができる

図1は本発明の一実施例を示すスプレーガンの構造を示す断面図である。このスプレーガンは作動エアの働きにより自動的にスプレー作業を制御される、いわゆる自動スプレーガンを示しているが、本発明の霧化装置はこれらの作動形式には限定されない。スプレーガン本体１は前部に霧化装置が、後部に作動及び調節装置が中央部には塗料供給口２、図示されていないが霧化用の圧縮エア導入口等が設けられている。先端の霧化装置部は塗料ノズル３、空気キャップ４、ニードル弁５で主に構成され、空気キャップ４はカバー６によってガン本体１に着脱自在となっている。

霧化装置は、図２に拡大して示すようにガン本体１に塗料ノズル３が後部ねじ３１によってねじ込まれ、後端で前記塗料供給口２と塗料ノズル３の中心部の塗料通路３２を緊密に接続している。塗料ノズル３の先端は噴出口９を設け、内周面はニードル弁５の先端が進退して開閉する。本図の例では後部の作動ピストン１１によって作動が制御される。また作動量は調節つまみによって調節される構成であり、これらの構造はすでに多くの事例で示されている。

塗料ノズル３はガン本体に組み込まれたとき、ガン本体１側に形成された中心空気通路１２が開口する中心空気室１３と、側面空気通路１４が開口する側面空気室１５をシート部で仕切り、外側の側面空気室１５からのエアは塗料ノズル３の外周を廻って空気キャップ４の側面空気側に連通し、内側の中心空気室１３のエアは塗料ノズル３に設けられた竪穴３３を通して空気キャップ４の中心空気側に連通する構成となっている。竪穴３３は塗料ノズル３の後部から前方に貫通する空気穴で、通常円周上に４個またはそれ以上の穴が開けられている。

この竪穴３３の前後すなわち入口側と出口側には、それぞれ竪穴３３の通路軸を遮断するように鍔状の遮蔽板３４、３５を設けている。図の例では出口側となる前方の遮蔽板３５は加工上の都合から塗料ノズル３の前方より嵌め込む構造になっているが、加工方法や設計上の寸法形状によっては前方を一体とし、後方の遮蔽板３４を嵌め込み式にしても良い。更に塗料ノズル３の外周側は円筒状の外壁部３６を形成し前記中心空気室１３からのエアが側面空気側と遮断されるように先端部分で前記空気キャップのシート部４１に当接するテーパシート３７が設けられている。また前記外壁部３６とガン本体１の隙間から噴出するエアの直進を妨げ、外周へ平均的に分散供給した状態で空気キャップ４側に送る為にバッフル３８が設けられている。このバッフル３８は図では別体で嵌め込まれるように示されているが、一体加工でも、また寸法形状によっては空気キャップ４側に設けることもある。

空気キャップ４はこれまでに知られている如く、中心部に塗料ノズル３の噴出口３３の外周を囲むように環状の隙間で形成される中心空気口４２が形成され、その両側に突出する角４３に設けられて前記側面空気を中心部の噴霧流に向けて噴射する側面空気口４４が設けられている。側面空気口４４の数や大きさ、方向等は噴霧条件によって選択され、直接は限定されることはない。また一対の角を２組設け、噴出エアの制御で噴霧パターンの向きを使い分ける場合にも適用が可能である。

本発明の実施を特徴づける構成として前記塗料ノズルの遮蔽板３５の前方と空気キャップの中心空気口４２に至るキャップ内通路４５が重要となる。すなわち遮蔽板３５の外側を廻った空気流がそのまま中心空気口４２に向かう流れとなることを防止し、遮蔽板後の十分な容積で軸方向長さをもつ同心環状の空気通路を経て、中心空気口４２に収束流入する流れとなるように前記キャップ内通路４５を形成することにある。このため本発明の場合遮蔽板３５の前方に円柱部３９を形成している。

塗料ノズルに設けた竪穴３３から出た空気は遮蔽板３５に衝突し、該遮蔽板３５外周と通路内周の隙間を通り前方の通路に流れ込む、このとき竪穴３３と遮蔽板３５の間隔は外周に向け均一になるために必要な距離が確保されなければならない。少なすぎると竪穴からの流れが部分的に均一化されないまま前方の通路に流れ込むことになる。逆に十分に離した場合でも竪穴からの噴射流の一部がそのまま前記に隙間から前方の通路に流れ込むことになり、均一化が阻害されることになる。したがって遮蔽板３５を超えた後の通路での均一化手段が重要となる。

前記のキャップ内通路４５の構成は、十分な容積をもつ環状の空気通路を持たせることで前記の均一化を可能にしたもので、本構成が無く遮蔽板３５の外周から流入した空気流がそのまま中心空気口に縮流として収束しながら噴出すると均一な噴射は難しくなる。またこのキャップ内通路４５が短く、その前端に断面積を減ずる方向となる内面取りが形成された場合にも同様の傾向が生じることになる。したがって、もし必要であれば空気キャップのキャップ内通路４５の奥端に環状溝４６を形成して流れを一旦よどませたり、円周方向の流れを持たせることによって、均一化の確実性を高めることが可能となる。

本発明の一実施例を示すスプレーガンの断面図である。 図１の霧化装置部を拡大表示した詳細断面図である。

符号の説明

１ ガン本体
２ 塗料供給口
３ 塗料ノズル
４ 空気キャップ
５ ニードル弁
６ カバー
９ 噴出口
１１ ピストン
１３ 中心空気室
１５ 側面空気室
３２ 塗料通路
３３ 竪穴
３４、３５ 遮蔽板
３６ 外壁部
３７ テーパシート
３８ バッフル
３９ 円柱部
４１ シート部
４２ 中心空気口
４３ 角
４４ 側面空気口
４５ キャップ内通路
４６ 環状溝

Claims (4)

1. 圧縮エアで霧化するエアスプレーガンの、空気キャップに供給する中心空気と側面空気が区分された空気キャップと塗料ノズルの組み合わせからなる霧化装置において、ガン本体の中心空気室より空気キャップの中心空気口へ供給する通路として、塗料ノズルの中心軸と略平行に開けた複数の竪穴が設けられ、この竪穴の空気キャップ側出口部に竪穴からの直進を遮断して外周へ向ける鍔状の遮蔽板を設け、この遮蔽板の外周部を廻って流れるエアが遮蔽板の後でもさらに流れの均一化が図られる軸方向長さをもつ同心環状通路を形成したことを特徴とするエアスプレーガンの霧化構造。
2. 前記円筒状通路の前方端において環状の溝を形成し、該溝に衝突した空気流が中心部に収束する流れ方向で前記空気キャップの中心空気口から噴出するように構成した請求項１の霧化構造。
3. 前記竪穴の入口側に対峙して鍔状の遮蔽板を配置し、該遮蔽板の外周部と外側の内壁とが同心環状通路として形成された請求項１の霧化装置。
4. ガン本体の側面空気流出部と空気キャップの側面空気口に供給される通路の間に流路を遮蔽し、外周部に向かう均一な流路を形成するバッフルを設けてなる請求項１又は請求項３の霧化装置。
   

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