JP2011000563A - 塗装ブース内に配置する塗料ミスト及びｖｏｃガス誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな設備投資を伴うことなく、必要最小限の設備投資で、効果的な塗料ミスト及びＶＯＣガス除去装置を提供でき、しかも、吸引に使用する誘導管等に付着した塗料ミストによる作業環境悪化、管閉塞、メンテナンス負担増を伴うことなく、中小企業等の工場などへの導入を促進することを可能とする。
【解決手段】塗料ミスト及びＶＯＣガスを吸引するミストキャッチャーと塗料ミスト及び粉塵を捕集するミストフィルターとを連結する誘導管の外周に外套を設けて温風通路を形成し、この温風通路に温風を圧送する温風供給装置を接続する。
そして、誘導管の管壁に、吸引方向に傾斜して温風通路に連通する開口を、周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて複数穿設することにより、誘導管の内壁全周に沿って、エアカーテンを形成し、管壁に塗料ミスト及び粉塵が付着するのを防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、塗装ブース内に発生する塗料ミスト及び溶剤に由来する揮発性有機化合物の気化ガス（ＶＯＣガス）を誘導する装置に関する。

スプレーガンから噴霧した塗料により被塗装物を塗装する際には、作業環境及び周囲の汚染防止、塗料ミストの乱流に伴う塗膜の品質の悪化防止等の観点から、大量の換気がなされる塗装ブース（スプレーブース）内で作業することが必須である。
特に、塗装ブース内の作業員が所定濃度以上の有害なＶＯＣガスを吸入しないようにするために、塗料ミストとともにＶＯＣガスを大量の換気により塗装ブース外に排出しなければならない。

このため、塗装ブースの作業スペースの一面に形成された外気取り入れ口から、０．５ｍ／ｓ以上の速度で外気を吸入し、毎分数百立方メートル程度の容量の換気ファンで排気し、ブース内を換気することが法制上求められている。
そして、工場周辺環境を配慮し、こうした塗料ミストやＶＯＣガスを含む排気から、これら汚染物質を捕集・分離し、吸着・除去して外気に排出することは、特許文献１ないし３に示されている。

特開平９−３１４０２７号公報 特開２００２−１９２０３７号公報 特許第３３４５４０５号公報

ところで、一般に、塗料ミストやＶＯＣガス等からなる汚染物質を、空気中から分離あるいは吸着して除去する際、それらの濃度が低く、風量が大きいほど、大型で高吸着率の除去装置が必要となり、上述のように毎分数百立方メートルもの大量排気がなされる場合、排気に含まれる汚染物質の濃度自体は極めて低いものになり、汚染物質の排出量を所定レベル以下に除去するには、換気通路の換気ファン上流に、大型で高性能の除去装置を設けなければならず、多額の設備投資が必要とされる。
その結果、中小企業等においては、換気ファンの排気口を作業スペースから離れたところに設置し、そのまま大気に排出しているのが現状である。

そこで、本発明者らは、図１、２に示されるように、塗装ブース１内において、被塗装物３を挟んでスプレーガン２と対向する位置に、スプレーガン２のノズルから略円錐形状に拡がる塗料の全噴射方向をカバーする開口部７と、開口部７と小径の誘導管８とを連結する縮径部９とからなるミストキャッチャー１０を配置し、スプレーガン２の移動に対応して、開口部７に仕切り形成された複数開口７ａ、７ｂのうち、塗料ミスト、ＶＯＣガスが高濃度で発生する側の開口と誘導管８とを、フラップ１５により切り換えることにより、この開口部７に吸引ファン１３からの吸引力を作用させ、ミストフィルター１１及びＶＯＣ凝縮装置１２を介して外気に排出するようにした、塗料ミスト及びＶＯＣガス捕捉装置を開発し、本願と同時に出願している。

このような捕捉装置によれば、塗装ブース１内において、被塗装物３に衝突・付着しなかった塗料ミスト及びＶＯＣガスが、ミストキャッチャー１０の仕切られた複数の開口７ａ、７ｂのうち、高濃度に発生する側の開口から強力に吸引されるから、小容量の吸引ファン１３でも、塗装ブース内１に塗料ミスト及びＶＯＣガスをほとんど拡散させることがなく、しかも、塗料ミスト及びＶＯＣガスが高濃度に含まれる空気を、ミストフィルター１１、ＶＯＣ凝縮装置１２により処理することができるから、高価な除去装置を使用しなくても、塗料ミスト及びＶＯＣガスの大気への排出を確実に防止することができる。

ところが、ミストキャッチャー１０には、上述のように非常に高濃度の塗料ミスト及びＶＯＣガスが吸入されるため、特に小径の誘導管８の内壁には、塗料ミスト及び粉塵埃が付着し、最終的には閉塞される可能性があるため、定期的な洗浄や交換が必要になる。
また、塗料ミスト及びＶＯＣガス捕捉装置運転停止後、付着した塗料ミストから臭気、ＶＯＣガスが発生するため、塗装ブース１内の環境悪化に繋がることになる。

さらに、塗装ブース１内で行われる被塗装物３の態様、あるいは塗装の態様によって、発生する塗料ミスト及びＶＯＣガスの量が異なり、吸引ファン１３、ミストフィルター１１及びＶＯＣ凝縮装置１２として、最適な容量や仕様のものを選択する必要があり、さらには、これらの洗浄時期や交換時期等も予め定めておくことが必要である。
そのため、当該塗装ブース１内で発生する塗料ミスト及びＶＯＣガスの量を基礎データとして正確に測定する必要がある。

そこで、上記の課題を解決するために、本発明は次のような塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置を提供する。
（１）塗装ブース１内において、被塗装物３を塗装する際に発生する塗料ミスト、ＶＯＣガスを、被塗装物３を挟んでスプレーガン２と対向する位置に設けたミストキャッチャー１０を介して吸引する塗料ミスト及びＶＯＣガス除去装置において、前記ミストキャッチャー１０とミストフィルター１１とを連結する誘導管８の外周に外套１５を設けて温風通路１６を形成し、この温風通路１６に温風を圧送する温風供給装置を接続するとともに、前記誘導管８の管壁に、吸引方向に傾斜して前記温風通路１６に連通する開口１８を、周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて複数穿設することにより、前記誘導管８の内壁全周に沿って、エアカーテンを形成するようにした塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

（２）上記（１）のものにおいて、前記外套１５を、前記ミストキャッチャー１０の開口７端まで延設することにより、前記温風通路１６を、該ミストキャッチャー１０の開口７端から前記誘導管８にわたって形成し、前記ミストキャッチャー１０の壁部にも、吸引方向に傾斜して前記温風通路１６に連通する開口７を周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて複数穿設した塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

（３）上記（１）または（２）のものにおいて、前記温風供給装置を、電熱ヒータ及び送風ファンにより構成した塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

（４）上記（３）のものにおいて、前記電熱ヒータを、前記誘導管８の管壁に取り付けた塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

（５）上記（３）または（４）のものにおいて、前記温風通路１６内、あるいは誘導管８の管壁に温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて、前記電熱ヒータを制御して、目標温度に制御するようにした塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

（６）上記（１）ないし（５）のものにおいて、前記ミストキャッチャー１０を前記誘導管８に着脱自在に連結できるようにするとともに、種々の大きさ、形状の開口部７を備えている複数のミストキャッチャー１０を準備し、被塗装物３の形状、大きさ、塗装の仕様に応じて、最適なミストキャッチャー１０を選択できるようにした塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

上記（１）の塗料ミスト及びＶＯＣ除去誘導装置によれば、塗装ブース１内において、被塗装物３に付着しなかった塗料ミスト及びＶＯＣガスが、ミストキャッチャー１０から吸引され、高濃度の塗料ミスト及びＶＯＣガスを含む空気が、誘導管８に導入され、流通することになるが、誘導管８の管壁に穿設した開口１８から、温風が吹き出され、誘導管８の内壁全周に沿って、エアカーテンが形成されるから、塗料ミストは、誘導管８の内壁に付着することなく、吸引風に乗り、ミストフィルター１１により確実に捕集され処理される。さらに、温風の温度を調整すれば、誘導管８の管壁も適温に加熱されることから、液状の塗料ミストを、管壁に付着する以前に、瞬時に乾燥凝固させて粉塵にし、ミストフィルター１１により全量固形物質としても回収することができる。

さらに、上記（２）の塗料ミスト及びＶＯＣ誘導装置によれば、ミストキャッチャー１０の開口部７を含め、塗装ブース１において発生する塗料ミストを付着させることなく全量をミストフィルター１１に捕集させることができるから、その量を計測すれば、これを基礎データとして、その塗装ブース１でなされる被塗装物３、塗装の態様に最適な吸引ファン１３、ミストフィルター１１及びＶＯＣ凝縮装置１２の容量や仕様を選定することができる。

上記（３）ないし（５）の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置によれば、温風を電熱ヒータ及び送風ファンによりなる温風供給装置により形成したから、温風の温度及び量を自由に調整、制御することができる。

上記（６）の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置によれば、最適な開口７の大きさ、形状を備えたミストキャッチャー１０を選択できるから、塗装ブース１内に塗料ミスト及びＶＯＣガスを拡散させることなく、ほぼ全量を吸引することができ、しかも、正確な塗料ミスト発生量を計測することが可能になる。

本発明に係る塗料ミスト及びＶＯＣガス除去装置の実施態様の一例を示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）本発明に係る塗料ミスト及びＶＯＣガス捕捉装置の例を示す概略図である。 本発明に係る塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置の別の例を示す概略図である。 本発明に係る塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置のさらに別の例を示す概略図である。

（実施例１）
図１に示されるとおり、塗装ブース１内には、ロボットアーム１７により、位置制御及び操作されるスプレーガン２が設けられており、被塗装物であるワーク３を支持台４に固定支持した上で、スプレーガン２のノズルから塗料を噴射し、ワーク３の塗装作業を行う。

図１において、塗装ブース１の左側面には、ほぼ全面にわたり外気取り入れ口５が形成されており、これに対向する右側面近傍の天井部には、ダクトを介し大容量の換気用ファンに連なる換気口６が設けられており、換気口６から塗装ブース１内の空気が吸い出されることにより、塗装ブース１内の空気が逆流しないよう、外気取り入れ口５に所定速度の吸引風が作用するようになっている。
したがって、外気取り入れ口５から吸引された空気は、図１において右側に流れ、スプレーガン２、ワーク３の周辺を通過したのち上昇し、換気口６から図示しないダクト、換気用ファンを介して大気に排出されることになる。

この実施例では、図1に示されるように、ワーク３は、支持台４に固定支持されており、塗装作業の進行に応じて、ワーク３を鉛直方向の軸周りに回転させるとともに、スプレーガン２は、ロボットアーム１７により、ワーク３の鉛直軸を含む鉛直面内において上下動するとともに、この鉛直面内において、その噴射中心軸が、ワーク３の近傍を中心に所定円周角で揺動するよう制御され、ワーク３全体をむらなく塗装する。

ワーク３に近接し、しかもワーク３を挟んでスプレーガン２に対向する位置には、上述のように移動するスプレーガン２のノズルから、略円錐形状に拡がる塗料の全噴射方向をカバーする開口面積の円形の開口部７と、この開口部７から円錐形状に縮径し、小径の誘導管８に着脱自在に連結される縮径部９とからなるミストキャッチャー１０が配置されている。
なお、誘導管８の下流側には、ミストフィルター１１、ＶＯＣ凝縮装置１２、及び毎分十立方メートル以下の小容量の吸引ファン１３が順次設けられている。

図２（ａ）に示されるとおり、ミストキャッチャー１０の内部には、開口部７を半円形状の上側開口７ａと下側開口７ｂとに仕切り、その下流端が、縮径部９と誘導管８との連結部に到り、誘導管８を二分する仕切り１４が設けられている。これにより、上側開口７ａから誘導管８に到る吸引通路と下側開口７ｂから誘導管８に到る吸引通路とが独立して区分されている。

仕切り１４の下流端には、通路切換手段として、半楕円形状のフラップ１５が枢動可能に取り付けられており、吸引ファン１３からの吸引を、上側開口７ａに連なる吸引通路あるいは下側開口７ｂに連なる吸引通路を切り換えるようになっている。
すなわち、図２（ａ）のように、スプレーガン２が下方に移動し、ワーク３の下方部分の塗装を行う場合は、スプレーガン２を操作するロボットアーム１７の制御信号に基づいて、その噴射中心の軸線位置を演算し、その演算結果に基づき、フラップ１５を駆動するモータを制御し、下側開口７ｂと誘導管８とを連絡し、上側通路７ａと誘導管８とを遮断するよう枢動され、吸引ファン１３からの吸引力は、専ら下側開口７ｂに作用する。
なお、仕切りは、図２（ｂ）のように、３個設け、吸引通路２を４つに独立させたり、さらに図２（ｃ）のように、格子状の仕切りにより多数に区分し、これらの仕切りの下流端に、画成された各吸引通路を、選択的に切り換えるを備えた通路切換手段を設けて、小容量の吸引ファン１３からの吸引力を、選択された小面積の開口に集中させるようにしてもよい。

このようにすれば、毎分十立方メートル以下の容量の吸引ファン１３でも、下側開口７ｂに強力な吸引力を集中させることができる。
なお、ロボットアーム１７の制御信号に基づいて、軸線位置を演算するに代え、スプレーガン２やロボットアーム１７に、噴射中心軸の三次元位置を検出する周知の加速度センサやジャイロセンサを設け、これらのセンサ検出値に基づいて、フラップ１５を切り換えるようにしてもよい。

また、上側開口７ａ及び下側開口７ｂ下流の吸引通路のそれぞれに、光学的なミストセンサやＶＯＣガス濃度センサを設け、塗料ミストやＶＯＣガスからなる汚染物質が高濃度に発生する側の吸引通路を検出し、この検出値に基づいて、フラップ１５を駆動するモータを制御して、汚染物質が高濃度に発生する側の吸引通路を自動的に選択するようにしてもよい。

ところで、スプレーガン２から噴射された塗料は、そのノズルを頂点として、略円錐状に拡がり、大半は、ワーク３に衝突・付着することにより塗装が進行することになるが、ワーク３の形状等に応じワークに衝突・付着しなかった塗料は、そのままの方向を維持した後拡散するので、そのまま放置すれば、塗装ブース１内に塗料ミストやＶＯＣガスとなって充満することになる。

しかし、前述のように、ワーク３の下方部分の塗装を行うため、下方に移動したスプレーガン２に対応し、フラップ１５が枢動され、吸引ファン１３からの吸引力が、塗料ミストやＶＯＣガスからなる汚染物質が高濃度で発生する下側開口７ｂに強力に作用するようになるから、ワーク３に衝突・付着しなかった塗料のほとんどは、塗装ブース１内で拡散することなく、塗料ミストやＶＯＣガスとして、下側開口７ｂに向かう気流に吸い込まれることになる。

吸い込まれた塗料ミスト、ＶＯＣガスは、それぞれ、ミストフィルター１１にＶＯＣ凝縮装置１２により捕集あるいは凝縮されて清浄化された後、吸引ファン１３の排気口から大気に排出されることになる。
このように、毎分十立方メートル以下の容量の吸引ファン１３でも、上側開口７ａあるいは下側開口７ｂに強力な吸引力を集中させることにより、塗装ブース１内で拡散することなく、ほぼ全量を誘導管８に取り込むことができる。
しかも、このように誘導管８に取り込まれた空気には、従来、塗装ブース１の換気に必要な毎分数百立方メールの空気中に含まれる塗料ミストやＶＯＣガスの濃度と比較して、数十倍の濃度の塗料ミスト、ＶＯＣガスを含まれることになる。

したがって、誘導管８に設けられるミストフィルター１１、ＶＯＣ凝縮装置１２は、毎分十立方メートル以下の容量に対応する小型のもので十分であり、しかも、前述のように、誘導管８に送り込まれる空気は、塗料ミストやＶＯＣガスを極めて高濃度に含有しているから、高性能の除去装置を使用しなくても、高い除去率でこれらを除去することが可能になる。

次に、誘導管８の構成を図３に基づいて説明する。
誘導管８の外周には外套１５が設けられ、温風通路１６が形成され、この温風通路１６の上流側（ミストキャッチャー１０側）には、ジョイント１７を介し、温風が導入されるようになっている。
誘導管８の管壁には、吸引方向に傾斜して温風通路１６に連通する開口１８が、管壁の周方向及び軸方向に、所定の間隔をおいて複数穿設されている。

温風は、図示しない電熱ヒータ及び送風ファン等からなる温風供給装置から供給されるもので、温風通路１６の上流側から、誘導管８の管壁を加熱しながら、順次開口１８を介して、誘導管８の管壁内部に、吸引方向に傾斜して噴出される。
その結果、誘導管８は、温風通路１６に圧送される温風により適温に加熱され、しかも、開口１８から吸引方向に傾斜して噴射されるので、誘導管８の管壁の周方向及び軸方向に沿って、均一に、エアカーテンが形成されることになる。

したがって、誘導管８内に塗料ミストやＶＯＣガスを高濃度に含有する空気が吸引されても、エアカーテンにより誘導管８の管壁に付着することなく、吸引ファン１３による吸引風に持ち去られていく。
しかも、誘導管８の管壁が適温に加熱されているため、仮に塗料ミストが誘導管８の管壁の方向に向かって進んでも、付着する以前に加熱により乾燥凝固して粉塵になり、吸引ファン１３による吸引風の流れに乗ることになる。

なお、開口１８を、誘導管８の断面からみて、接線方向にも傾斜させれば、噴射される温風は、螺旋形状に旋回することになるので、さらに強力なエアカーテンを形成することができる。

また、塗料ミストは、開口１８から下流に進むにつれて、順次乾燥凝固されて粉塵となり、誘導管８の上流側からより強力かつ高速の温風を噴出させた方が好ましく、そのため、外套１５により形成された温風通路１６の上流端側に、温風供給装置に連結されるジョイント１７を設けることが好ましい。なお、誘導管８の下流にも十分なエアスクリーンを形成する必要がある場合には、下流側にもジョイント１７１を設け、温風を供給すればよい。

さらに、塗料ミストの挙動や付着状況に応じ、温風供給装置の送風ファンの風速や、開口１８の吸引方向、接線方向の傾斜角度、さらにはこれらの大きさや密度を、最適なものに選択することにより、塗料ミストの付着を効果的に防止することができる。

（実施例２）
実施例１によれば、誘導管８にのみ、温風によるエアカーテンを形成したが、ミストキャッチャー１０は誘導管８に着脱自在に連結されているので、塗料ミストが付着した場合は、随時取り外し洗浄することができ、温風供給装置を低コストなものとすることができるからである。

これに対し、実施例２では、温風をミストキャッチャー１０の上流端から供給し、ミストキャッチャー１０への塗料ミスト付着をも防止するとともに、塗装により発生する塗料ミストの全量を計測することが可能になる。

すなわち、図４にみられるように、この実施例では、外套１５１が、誘導管８の上流端から、ミストキャッチャー１０の開口７端に到るよう拡開しており、ミストキャッチャー１０の上流端から、温風通路１６１が形成されている。
そして、温風供給装置に連結されるジョイント１７２及び開口１８がミストキャッチャー１０の開口７端に形成されているので、温風によるエアスクリーンが、ミストキャッチャー１０の開口７端から形成され、ミストキャッチャー１０への塗料ミストも確実に防止することができる。

このようにすれば、温風供給装置の加熱容量、送風ファンの風速を高める必要があるものの、ミストキャッチャー１０の洗浄作業が不要となり、しかも、塗装ブース１内で発生するほぼすべての塗料ミストを確実にミストフィルター１１で捕集することができるから、この量を計測すれば、これを基礎データとして、その塗装ブースでなされる被塗装物３、塗装の態様に最適な吸引ファン１３、ミストフィルター１１及びＶＯＣ凝縮装置１２の容量や仕様を選定することができる。その際には、温風供給装置に空気フィルターを設け、清浄な温風を供給すればより正確な計測が可能にある。

さらに、誘導管８やミストキャッチャー１０の内壁に、フッ素樹脂等のコーティングを行えば、さらに、塗料ミストの付着を低減することができる。

本発明によれば、大きな設備投資を伴うことなく、必要最小限の設備投資で、効果的な塗料ミスト及びＶＯＣガス除去装置を提供でき、しかも、誘導管８等に付着した塗料ミストによる環境悪化を防止し、メンテナンス負担を軽減することができるので、中小企業等の工場などへの導入を促進することが可能となり、周辺環境の改善に大きく寄与することができる。

１ 塗装ブース
２ スプレーガン
３ ワーク
４ 支持台
５ 空気取り入れ口
６ 排気口
７ 開口
８ 誘導管
９ 誘導管
１０ ミストキャッチャー
１１ ミストフィルター
１２ ＶＯＣ凝縮装置
１３ 吸引ファン
１４ 仕切り
１５ フラップ
１６ 温風通路
１７ 塗装用ロボットアーム
１８ 開口

Claims (6)

1. 塗装ブース内において、被塗装物を塗装する際に発生する塗料ミスト、ＶＯＣガスを、被塗装物を挟んでスプレーガンと対向する位置に設けたミストキャッチャーにより吸引する塗料ミスト及びＶＯＣガス除去装置において、前記ミストキャッチャーとミストフィルターとを連結する誘導管の外周に外套を設けて温風通路を形成し、この温風通路に温風を圧送する温風供給装置を接続するとともに、前記誘導管の管壁に、吸引方向に傾斜して前記温風通路に連通する開口を、周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて複数穿設することにより、前記誘導管の内壁全周に沿って、エアカーテンを形成するようにした塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。
2. 前記外套を、前記ミストキャッチャーの開口端まで延設することにより、前記温風通路を、該ミストキャッチャーの開口端から前記誘導管にわたって形成し、前記ミストキャッチャーの壁部にも、吸引方向に傾斜して前記温風通路に連通する開口を周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて複数穿設した、請求項１に記載の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。
3. 前記温風供給装置を、電熱ヒータ及び送風ファンにより構成した請求項１または２に記載の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。
4. 前記電熱ヒータを、前記誘導管の管壁に取り付けた請求項３に記載の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。
5. 前記温風通路内、あるいは誘導管の管壁に温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて、前記電熱ヒータを制御して、目標温度に制御するようにした請求項３または４に記載の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。
6. 前記ミストキャッチャーを前記誘導管に着脱自在に連結できるようにするとともに、種々の大きさ、形状の開口部を備えている複数のミストキャッチャーを準備し、被塗装物の形状、大きさ、塗装の仕様に応じて、最適なミストキャッチャーを選択できるようにした請求項１ないし５に記載の塗料ミスト及びＶＯＣガス誘導装置。

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