JP5054884B2 - ノズル、及びフィルム状の流体を被塗物に塗布するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズル、及びフィルム状の流体を被塗物に塗布するための方法に関する。また、本発明は、カーテンコートノズル、及びカーテンコートノズルを用いた液体又は溶融材料の塗布方法に関する。

図１は、従来のノズル１が取り付けられているガンＧ０を示す。従来のノズル１を使用した場合には、図１に示すように、ノズル１の出口で形成されるフィルム状部分Ｆ０の幅Ｗ０と長さＬ０は、極めて小さい。また、フィルム状部分Ｆ０の先には、霧化部分ＡＴが形成される。例えば、従来のノズル１として、比較的フィルム状部分Ｆ０を大きくすることができるクロスカット型ノズルを使用した場合であっても、フィルム状部分Ｆ０の幅Ｗ０は４０ｍｍ以下、長さＬ０は３０ｍｍ以下である（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。

特公平６−５９４５１号公報（第５欄第３１〜４０行、第６欄第３９行〜第７欄第５行、図１Ａ、図２、図３） 特開昭６２−１５４７９４号公報 米国特許第４,７５３,８１９号明細書（特許文献３は、特許文献２の対応米国特許である。） 特公昭６１−５０６５５号公報

被塗物に液体をフィルム状に塗布するための従来のフィルムコーティング方法においては、フィルム状部分の長さが３０ｍｍ以下であるので塗布距離（ノズル孔から被塗物までの距離）が１０〜３０ｍｍ程度の範囲内に設定され、また、フィルム状部分の幅が４０ｍｍ以下であるのでパターン幅も４０ｍｍ程度以内に設定される。これ以上のパターン幅を得ようとすると、噴出された液体が霧化状態になってしまい、飛散が発生するという問題がある。また、塗膜内に気泡が発生しやすいという問題がある。塗膜内に気泡が発生すると、塗膜の保護膜としての機能が低下してしまう。

例えば、ロボットアームに取り付けたガンにより、複雑な形状の被塗物をフィルムコーティングする場合に、従来のノズルを使用すると塗布距離を小さくしなければならないために、ガンが被塗物に接触して被塗物に損傷を与えることがある。
また、広い面積を有する被塗物をフィルムコーティングする場合には、フィルム状部分の幅が小さいために、多数のガンを必要とすることがある。

そこで、本発明は、流体をワイドパターンでスプレイできるノズルを提供することを目的とする。
また、本発明は、流体をワイドパターンでスプレイする方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する為に本発明では次のようなノズルとした。
すなわち、流体を被塗物に塗布するためのノズルにおいて、ノズルの内部に形成されたほぼ半球形状の室と、ほぼ半球形状の室のほぼ中心部まで深く切り開かれた溝穴とを設け、溝穴が流体の吐出開孔を形成するようにした。
また、流体を被塗物に塗布するためのノズルにおいて、ほぼ半球形状の頂部と、該頂部の経線に沿って該頂部のほぼ全体にわたって形成された溝穴とを設け、該溝穴が流体の吐出開孔を形成するようにした。
該頂部の内部にほぼ半球形状の室を設け、該溝穴は、該ほぼ半球形状の室のほぼ中心部まで深く切り開かれているとよい。
溝穴の切り口は、二つのほぼ平行な平面に沿って切り開かれているとよい。
また、フィルム状の流体を被塗物に塗布するための方法において、ノズルの内部に形成されたほぼ半球形状の室と、ほぼ半球形状の室のほぼ中心部まで深く切り開かれた溝穴とからなり、溝穴が流体の吐出開孔を形成しているノズルから、流体を吐出する工程と、ノズルから吐出された流体のフィルム状部分を被塗物に塗布する工程とを設けた。
さらにまた、フィルム状の流体を被塗物に塗布するための方法において、ほぼ半球形状の頂部と、該頂部の経線に沿って該頂部のほぼ全体にわたって形成された溝穴とからなり、該溝穴が流体の吐出開孔を形成しているノズルから、流体を吐出する工程と、ノズルから吐出された流体のフィルム状部分を被塗物に塗布する工程とを設けた。

流体は、塗装材料、マスキング液などの液体であるとよい。

本発明によれば、塗布される流体のフィルム状部分をワイドパターンで形成することができる。これによって、ノズルの開孔と被塗物との間の塗布距離を大きく設定することができるので、ノズルが被塗物に衝突して被塗物に損傷を与えるおそれがない。また、流体のフィルム状部分に気泡を発生しにくい。さらにまた、塗布ガンの本数を減らすことができる。

本発明のノズル及び方法は、自動車ボディーの保護膜の塗布にきわめて有効である。

本発明によれば、次の利点を得ることができる。
（１）より広い平坦なパターンのフィルム状部分Ｆを得られるので、必要塗布部（幅）に対して、例えば、図２に示すように、テイル（フィルム状部分Ｆの両縁）の数を減らすことができ、且つ、ガンの数を減らすことができる。図２は、本発明のノズル１０が取り付けられているガンＧと、従来のノズル１が取り付けられているガンＧ０とにより、同じ塗布幅にフィルム状に流体を塗布する場合におけるガンＧ、Ｇ０の数及びテイルＴ、Ｔ０の数の差を説明するための図である。図２に示す例においては、ガンＧに装着された本発明のノズル１０により形成されるフィルム状部分Ｆの幅Ｗは、ガンＧ０に装着された従来のノズル１により形成されるフィルム状部分Ｆ０の幅Ｗ０の約６倍である。一般に、フィルム状部分Ｆ、Ｆ０の両縁には、液滴集合部としてのテイルＴ、Ｔ０が生ずる。テイルＴ、Ｔ０には液滴が集合しているため、両縁以外のフィルム状部分Ｆ、Ｆ０に比べて、テイルＴ、Ｔ０の部分の膜厚が大きくなる傾向がある。本発明のノズル１０により形成されるフィルム状部分Ｆの幅Ｗと同じ塗布幅を従来のノズル１で得ようとすると、６つのガンＧ０を設ける必要がある。ガンＧ０の１本あたりにテイルＴ０が２本生じるため、テイルＴ０の数は、６×２＝１２本となる。さらに、隣り合うガンＧ０のテイルＴ０同士が重なり合うため、ラップＬＡＰの部分の膜厚は、さらに大きくなる。このため、塗膜の厚さにむらを生じる。これに対して、本発明のノズル１０を使用すれば、一つのノズル１０により塗布幅Ｗを得ることができる。したがって、テイルＴの数は２本のみであるから、塗膜の厚さのむらを小さくすることができる。さらに、テイル（液滴集合部）が減少するので、塗布材料の削減を達成することができ、また、塗膜の厚い部分が減少することにより乾燥時間を短縮することができるという利点がある。さらにまた、塗膜の厚さにむらがなくなるので、塗膜の外観を向上することができる。
（２）本発明のノズル１０によれば、より長い平坦なパターンのフィルム状部分Ｆを得られるので、ガンＧと自動車ボディーなどの被塗物との間の距離Ｌを従来のノズル１の距離Ｌ０より長くすることができる。それによって、ガンＧが被塗物に衝突して被塗物に損傷を与えるおそれを削減することができる。
（３）本発明のノズル１０によれば、フィルム状部分Ｆは、従来のノズル１によるフィルム状部分Ｆ０に比べて、よりソフトに被覆すべき表面上に到達する。したがって、フィルム状部分Ｆが被塗物に接触するときの衝撃が従来のものに比べて小さいので、塗膜に気泡を巻き込みにくい。このため、塗膜は、保護膜としての作用が低下しない。
（４）本発明のノズルによれば、より広いパターンのフィルム状部分を形成することができるとともに、霧化領域の発生及び噴霧や粒子の飛散を防ぐことができる。

本発明は、コーティング全般、マスキング、保護膜、特に、マスキングテープの自動化の分野に適用できる。曲線も可能である。即ち、従来マスキングテープの取り付けは、人手による作業が主であり、自動化の場合も直線部分にのみマスキングテープを貼り付けることしかできなかった。本発明のノズルにより液体マスキング材料をフィルム状に塗布すれば、曲線、曲面、又は凹凸面に沿ってその上にマスキングを施すことが可能となる。
特に、本発明は、従来の塗布方法に比べて幅広で長く且つテイルフラットパターンの数が少ない液体の塗布方法を提供できる。

以下、本発明を、好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（ノズルの構成）
図３は、本発明のノズル１０の斜視図である。図４は、本発明のノズル１０の正面図である。図５は、本発明のノズル１０の側面図である。図６は、本発明のノズル１０の平面図である。ノズル１０は、ガンに取り付けられる基部１２と、基部１２から外方へ延在する円筒部１４と、円筒部１４の端部に形成されたほぼ半球形状の頂部１６とからなる。頂部１６には、ほぼ半球形状の中心部分まで深く切れ込んだ溝穴１８が形成されている。溝穴１８は、ほぼ半球形状の頂部１６の表面と、頂部１６の頂点を通る仮想平面とが交差する線、すなわち経線にそって、頂部１６のほぼ全域にわたって形成されている。この溝穴１８は、流体の吐出開孔２０（オリフィス）を形成している。図３に示す実施例においては、溝穴１８は、円筒部１４にほぼ達するまで切り込まれていて、吐出開孔２０が頂部１６のほぼ全体にわたって形成されている。

図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って取ったノズル１０の断面図である。ノズル１０の内部には、ほぼ半球形状の室（ドーム）２２と、ほぼ円筒形状の室２４とが形成されている。ほぼ半球形状の室（ドーム）２２とほぼ円筒形状の室２４は、連通しており、ほぼ同じ半径を有している。図７に示すように、溝穴１８は、ほぼ半球形状の室２２の曲率中心まで深く切り開かれている。本実施例においては、溝穴１８の切り口１８ａが二つのほぼ平行な仮想平面に沿って形成されている。しかし、切り口１８ａの形状は、平行な平面にのみ限定されるものではない。
切り口１８ａの幅ｄは、ほぼ半球形状の室（ドーム）２２の半径ｒよりも小さい。本発明においては、ｒ／ｄが、２．８から２０の範囲内にあると好ましく、特に、６から１５であるとよい。

図８は、本発明のノズル１０が取り付けられているガンＧを示す。本発明のノズル１０を使用した場合には、図８に示すように、ノズル１０の出口で形成されるフィルム状部分Ｆの幅Ｗと長さＬは、極めて大きくなる。
例えば、ノズル１０は、８０ｍｍの塗布距離で、ミストの飛散無く１２０ｍｍ以上のワイドパターンで流体あるいは塗装材料などの液体のスプレイが可能である。そして、被塗物の表面上に気泡を含みにくい。

本発明のノズル１０は、自動車ボディー等の塗装、保護材（保護膜）のコーティング、マスキングのコーティングに使用すると最適である。図８に示すように、液体は、本発明のノズル１０によりスプレイされ、ノズル１０の出口で形成された液体のフィルム状部分Ｆは、自動車ボディーのような被塗物に塗布される。

本発明のノズル１０を使用することにより、従来のノズルよりもずっと幅広で長い平坦なパターンのフィルム状部分Ｆが得られる。ノズル１０は、ノズル１０内部のほぼ半球形状の室２２の半径方向及び軸線方向に室２２の曲率中心まで深く切り開かれて形成された吐出開孔（オリフィス）２０を有する。
好適な条件において、本発明のノズル１０から吐出される液体のフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬは、それぞれ２００ｍｍ以上及び１００ｍｍ以上である。

本発明のノズル１０を使用する場合の好ましい適用範囲は次のとおりである。
半球形状の室（ドーム）２２内の半径ｒ： ２ｍｍ〜６ｍｍ
切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄ： 例えば、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ
液体材料の粘度： ２０００ｃｐｓ〜３７００ｃｐｓ
ノズル吐出圧力： ０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａ
この適用範囲内において、幅Ｗが８０ｍｍ〜３３０ｍｍ、長さＬが５０ｍｍ〜２４０ｍｍのフィルム状部分Ｆを得ることができる。
半球形状の室（ドーム）２２内の半径ｒが２ｍｍよりも小さいと、フィルム状部分Ｆの幅の開きが悪くなり、幅Ｗが小さすぎて実用に供しない。半球形状の室（ドーム）２２内の半径ｒが６ｍｍを超えると、単純に寸法を大きくしただけの効果しか得られない。
次に、本発明のノズルを使用してマスキング材料を塗布した実験例を示す。

（実験例１）
図９は、本発明のノズルを使用して、ほぼ半球形状の室（ドーム）２２の半径ｒを４．５ｍｍ、ほぼ半球形状の頂部１６の肉厚を１．５ｍｍ、切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄを０．５ｍｍ、液体材料を粘度２０００ｃｐｓのマスキング材料、及び液温を３０℃としたときに、吐出圧力の変化に対するフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬの変化の関係を示す図である。マスキング材料は、水溶性エマルジョンのものを使用した。
図９において、比較のために、従来のクロスカットノズルにおける最適条件におけるフィルム状部分の幅及び長さを記号×で示している。従来のクロスカットノズルにおいては、最適条件であっても、フィルム状部分の幅は１６ｍｍ、長さは１８ｍｍである。これに対して、本発明のノズル１０を使用した場合には、吐出圧力０．２ＭＰａにおいてフィルム状部分Ｆの幅Ｗが２４０ｍｍ、長さＬが２２５ｍｍというきわめて良好なワイドパターンを得ることができた。
実験例１においては、吐出圧力が０．２８ＭＰａ以上になると、長さＬが１１５ｍｍを超えた部分で液体の飛散が生じた。また、吐出圧力が０．１４ＭＰａよりも低くなるとフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬが小さくなった。

（実験例２）
図１０は、本発明のノズルを使用して、ほぼ半球形状の室（ドーム）２２の半径ｒを４．５ｍｍ、ほぼ半球形状の頂部１６の肉厚を１．５ｍｍ、液体材料を粘度３７００ｃｐｓのマスキング材料、及び液温を２０℃としたときに、切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄを０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍに変えて、吐出圧力の変化に対するフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬの変化と液体材料の吐出量の変化の関係を示す図である。マスキング材料は、水溶性エマルジョンのものを使用した。
図１０においても、比較のために、従来のクロスカットノズルにおける最適条件におけるフィルム状部分の幅及び長さを記号×で示している。
本発明のノズルを使用することにより、切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄが０．３ｍｍの場合には、吐出圧力０．５ＭＰａにおいてフィルム状部分Ｆの幅Ｗが２７０ｍｍ、長さＬが１７０ｍｍという良好なワイドパターンを得ることができ、切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄが０．５ｍｍの場合には、吐出圧力０．８ＭＰａにおいてフィルム状部分Ｆの幅Ｗが２６０ｍｍ、長さＬが２４０ｍｍという良好なワイドパターンを得ることができ、切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄが０．７ｍｍの場合には、吐出圧力０．６ＭＰａにおいてフィルム状部分Ｆの幅Ｗが２８０ｍｍ、長さＬが２１０ｍｍという良好なワイドパターンを得ることができた。
切り口１８ａの幅（スリット幅）ｄが０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍの場合に、それぞれ吐出圧力が０．７５ＭＰａ、１．０ＭＰａ、０．８ＭＰａを超えると液体材料の飛散を生じ始めた。
また、いずれの場合においても、吐出圧力が０．４ＭＰａよりも低くなるとフィルム状部分Ｆがほとんど広がらず幅Ｗが小さくなった。

（適用例）
本発明のノズル及び塗布方法をディスクブレーキ部材の塗装に使用する例を以下に示す。
図１１は、ディスクブレーキ部材３０の斜視図である。図１２は、ディスクブレーキ部材３０の縦断面図である。ディスクブレーキ部材３０は、軸部３１と、軸部３１に設けられた環状のフランジ部３２とからなる。フランジ部３２の両面は、それぞれ二点鎖線で示す摩擦材（ブレーキパッド）３３が押し付けられる面であり、ブレーキ(制動)作用が行われる面である。軸部３１に、塗料を塗布するのであるが、摩擦材３３が押し付けられるフランジ部３２の両表面には、塗料が絶対に付着してはならない。

塗布方法１
そこで、軸部３１に塗料を塗布する前に、フランジ部３２へ本発明のノズルを使用してマスキング材料を塗布する。
図１３は、フランジ部３２の表面にマスキング材料４０が塗布されているディスクブレーキ部材３０の縦断面図である。
図１４は、ディスクブレーキ部材３０のフランジ部３２へマスキング材料４０を塗布しているノズル１０を示す斜視図である。固定されたガンＧに取り付けられたノズル１０からマスキング材料４０をディスクブレーキ部材３０を矢印Ａで示す方向に回転させながらフランジ部（塗料が付着してはいけない部分）３２に塗布する。ノズル１０は、幅広のフィルム状部分Ｆを形成することができるので、唯一つのノズル１０により、幅広のフランジ部３２にマスキング材料４０を塗布することができる。したがって、複数本のガンを使用する従来の方法に比べて、テイル数が減るので、余分なマスキング材料の消費を節約できるという効果がある。なお、このマスキング材料４０の塗布において、ノズル１０から吐出されるフィルム状部分Ｆからマスキング材料の飛散が防がれるため、隣接する軸部３１へのマスキング材料の付着を防止することができる。
フランジ部３２にマスキング材料４０を塗布した後に、軸部（塗料を塗布すべき部分）３１に他のエアノズル又はエアレスノズルなどを備えた一般の塗布装置を用いて塗料を塗布する。塗料の塗布の後に、マスキング材料４０をはがす。

塗布方法２
本発明のノズル１０は、液体材料の周囲への飛散がほとんどないので、マスキング材料を使用しなくても塗料を塗布すべき部分のみに正確に塗料を塗布することができる。したがって、塗料が絶対に付着してはいけない部分を有するディスクブレーキ部材３０についても、マスキング材料を使用せずに必要部分にのみ正確に塗料を塗布することができる。
図１５は、ディスクブレーキ部材３０の軸部３１の端面３１ａに塗料５０を塗布しているノズル１０を示す斜視図である。図１６は、ディスクブレーキ部材３０の軸部３１の側面３１ｂに塗料５０を塗布しているノズル１０を示す斜視図である。固定されたガンＧに取り付けられたノズル１０から塗料５０をディスクブレーキ部材３０を矢印Ａで示す方向に回転させながら軸部３１の端面３１ａ及び側面３１ｂ（塗料を塗布すべき部分）に塗布する。
本発明のノズル１０によれば、液体材料の周囲への飛散がほとんどないので、塗料が絶対に付着してはいけない部分にマスキングをしなくても、塗料を塗布すべき部分のみに正確に塗料を塗布することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その特徴事項から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

従来のノズル１が取り付けられているガンＧ０を示す概略説明図。 本発明のノズルと従来のノズルとをガンの数及びテイルの数により比較して説明するための図。 本発明のノズル１０の斜視図。 本発明のノズル１０の正面図。 本発明のノズル１０の側面図。 本発明のノズル１０の平面図。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って取ったノズル１０の断面図。 本発明のノズル１０が取り付けられているガンＧを示す概略説明図。 吐出圧力の変化に対するフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬの変化の関係を示す図。 切り口１８ａの幅が異なる場合において、吐出圧力の変化に対するフィルム状部分Ｆの幅Ｗ及び長さＬの変化と液体材料の吐出量の変化の関係を示す図。 ディスクブレーキ部材３０の斜視図。 ディスクブレーキ部材３０の縦断面図。 フランジ部３２の表面にマスキング部材４０が塗布されているディスクブレーキ部材３０の縦断面図。 ディスクブレーキ部材３０のフランジ部３２へマスキング材料４０を塗布しているノズル１０を示す斜視図。 ディスクブレーキ部材３０の軸部３１の端面３１ａに塗料を塗布しているノズル１０を示す斜視図。 ディスクブレーキ部材３０の軸部３１の側面３１ｂに塗料を塗布しているノズル１０を示す斜視図。

符号の説明

１０ ノズル
１８ 溝穴
１８ａ 切り口
２０ 吐出開孔
２２ ほぼ半球形状の室

Claims (3)

1. 流体を被塗物に塗布するためのノズルであって、
   半球形状の頂部と、
   前記半球形状の頂部の内部に形成された半球形状の室と、
   前記半球形状の頂部の経線に沿って前記半球形状の頂部の全体にわたって形成され、前記半球形状の室の中心部まで深く切り開かれた溝穴とからなり、
   前記溝穴が流体の吐出開孔を形成しており、
   前記半球形状の頂部の肉厚は、全体にわたって、前記半球形状の室の半径よりも小さいことを特徴とするノズル。
2. 前記溝穴の切り口は、二つの平行な平面に沿って切り開かれていることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
3. フィルム状の流体を被塗物に塗布するための方法であって、
   半球形状の頂部と、該半球形状の頂部の内部に形成された半球形状の室と、該半球形状の頂部の経線に沿って該半球形状の頂部の全体にわたって形成され、該半球形状の室の中心部まで深く切り開かれた溝穴とからなり、該溝穴が流体の吐出開孔を形成しており、前記半球形状の頂部の肉厚は、全体にわたって、前記半球形状の室の半径よりも小さいノズルから、流体を吐出する工程と、
   該ノズルから吐出された流体のフィルム状部分を被塗物に塗布する工程とからなることを特徴とする方法。

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