(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に供給する高圧二酸化炭素と、同じく連続的に供給する高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、高圧下で混合・溶解し、有機性流体の粘度を低下させて、該有機性流体を高圧環境から大気圧へ噴霧する二酸化炭素噴霧装置の噴霧ノズルの構造であって、
高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止できる構造を持つ閉止手段を有し、噴霧ノズル閉止直後に、噴霧ノズル内に微量残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、別に供給する高圧二酸化炭素により洗浄する構造を持つ洗浄手段を有し、前記閉止手段が、ストップバルブ方式の構造であり、
前記閉止手段に用いられるストップバルブ方式の第１のニードルの内側に、該第１のニードルとは別に、ストップバルブ方式の、洗浄用高圧二酸化炭素を閉止する第２のニードルを設け、第１のニードルが閉止作動したことにより、第２のニードルと第１のニードルの閉止が解かれ、第２のニードルによって閉止されていた洗浄用高圧二酸化炭素が、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から流出して、該高圧二酸化炭素により、噴霧ノズル内部に残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、洗浄する手段を有することを特徴とする噴霧ノズルの構造。
【請求項２】
バルブ閉止の駆動源が、スプリング若しくは空気圧による駆動手段である、請求項１に記載の噴霧ノズルの構造。
【請求項３】
第１のニードルが閉止された状態で、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から洗浄用高圧二酸化炭素を噴出して、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体の洗浄を行っている際に、第１のニードル内部の第２のニードルを閉止できる構造を持つストップバルブ方式の閉止手段を有する、請求項１に記載の噴霧ノズルの構造。
【請求項４】
第２のニードルが全開状態に保持されている状態で、第１のニードルの駆動を２段階に制御することにより、第１のニードル並びに第２のニードルの何れも開状態を確保する構造を有する、請求項１に記載の噴霧ノズルの構造。
【請求項５】
噴霧ノズルの先端に、アシストエアーを供給し、該アシストエアーにより噴霧ノズルのスプレー形状を制御する、請求項１に記載の噴霧ノズルの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧二酸化炭素を、粘性低下媒体として、塗料などの高粘度有機流体中に混合・溶解させ、該有機流体を高圧環境から大気圧へ噴霧するプロセスに使用する噴霧装置の噴霧ノズルの構造に関するものであり、更に詳しくは、上記噴霧プロセスにおいて、噴霧ノズルを閉止した場合に、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間に残存する流体を、別に供給する高圧二酸化炭素により瞬時に洗浄除去する手段を具備した噴霧ノズルの構造に関するものである。本発明は、上記噴霧プロセスにおいて、噴霧ノズルを閉止した場合に通常みられる、該噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間に残留した流体による液ダレの発生により、塗膜性能や、製膜性能の悪化に繋がる問題を確実に防ぐことを可能とする新しいタイプの噴霧ノズルの構造に関する新技術・新製品を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、塗料などの高粘度有機流体をコーティングする方法として、噴霧技術が広く用いられているが、これらは、最終的な製品の形態によって、製膜技術、若しくは微粒化技術に区分することができる。この場合、塗料の多くは、単体では流動性が乏しいため、真溶剤と言われる有機溶媒に溶解して、流動性を確保することが行われている。しかし、この状態でも、一般に、塗料は、粘度が高いことが多いため、希釈溶剤と言われる別の有機溶媒を加えて、噴霧可能な粘度までその粘度を低下させて、連続噴霧ができるようにしている。この技術の代表例が、スプレー塗装やスプレー塗工における噴霧技術である。
【０００３】
近年、上述の有機溶媒の代替として、亜臨界や超臨界条件下のＣＯ２を含む高圧ＣＯ２を有機溶媒などの有機性流体に混合し、該有機性流体の粘性を低下させて、高圧条件下でスプレー塗装、若しくはスプレー塗工するプロセスが提案されている（特許文献１、非特許文献１）。このプロセスでは、高圧ＣＯ２が有機溶媒と同様な溶媒特性を奏することから、塗料及び高圧ＣＯ２を同時に連続的に供給することで、塗料に対して約３０％程度の高圧ＣＯ２を混合・溶解して塗料の粘度を低下させ、その粘性を低下させた塗料を高圧環境から大気圧へ噴霧する、いわゆる低環境負荷型の塗装装置が提案されている。
【０００４】
上述の技術は、高圧ＣＯ２を粘性低下媒体として塗料などの高粘度有機流体中に混合・溶解させ、粘性を低下させた塗料を高圧環境から噴霧ノズルを介して大気圧へ噴霧するプロセス技術である。この場合、塗料を噴霧ノズルから大気圧へ噴霧する大気への放出過程で、減圧を生じ、ほとんどのＣＯ２は、液体中から気体として脱離する。また、大気中に放出された液滴中にも、ＣＯ２は溶解しており、これらが液滴中から気化することによる微細化効果も生起すると考えられる。既存のプロセス技術は、多量の有機溶媒を使用するプロセスであることから、これらのプロセスを、高圧ＣＯ２による噴霧プロセスに転換することが可能となれば、有機溶媒の使用量を大幅に低減することができ、また、実際、スプレー塗装やスプレー塗工は、非常に多くの分野で使用されているため、広範囲において既存のプロセス技術の高圧ＣＯ２による噴霧プロセスへの展開が期待される。
【０００５】
このような高圧ＣＯ２による噴霧プロセスでは、ＣＯ２を溶解させて低粘性化させた高粘度有機流体は、噴霧ノズルから噴出されるので、該噴霧ノズルは、その噴霧ノズルの噴出口の近傍で閉止できる閉止部を有する構造のものが望ましく、実際に商品化されているノズルも存在する。しかし、多くの噴霧ノズルは、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間において、流体が徐々に排出されることが原因となって、液ダレなどが生じる問題があった。
【０００６】
噴霧ノズルは、高圧ＣＯ２による噴霧プロセスのように、高圧噴霧を特徴とする場合、従来、塗装で用いられてきた２流体ノズルによる空気せん断噴霧ノズルに比べて、噴霧ノズルの噴出口は、微細な細孔となるため、圧力損失が大きくなる。従って、噴霧ノズルを閉止した場合、閉止部から噴出口までの空間の流体が完全に排出されるまでに、時間を要することになり、その結果、液ダレなどが発生し、塗膜性能や製膜性能の悪化に繋がる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２５８７７０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】鈴木ら、「高圧マイクロ混合器を用いたＣＯ２塗装技術の開発」、塗装工学、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．７、２３０−２３７（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、高圧ＣＯ２による噴霧プロセスのように、高圧噴霧を特徴とする場合、噴霧ノズルを閉止した場合においても、該噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間における流体による液ダレなどの発生がない、新しいタイプの噴霧ノズルを開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、噴霧ノズルとして、二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズルの直前で閉止できる構造を有し、更に、噴霧ノズル内に微量残留した二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機流体若しくは有機性流体を、高圧二酸化炭素により瞬時に洗浄できる構造を有するように構成することにより所期の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、噴霧ノズルを閉止した場合においても、該噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間における流体による液ダレの発生などの問題がない、新しいタイプの噴霧ノズルを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）連続的に供給する高圧二酸化炭素と、同じく連続的に供給する高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、高圧下で混合・溶解し、有機性流体の粘度を低下させて、該有機性流体を高圧環境から大気圧へ噴霧する二酸化炭素噴霧装置の噴霧ノズルの構造であって、
高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止できる構造を持つ閉止手段を有し、噴霧ノズル閉止直後に、噴霧ノズル内に微量残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、別に供給する高圧二酸化炭素により洗浄する構造を持つ洗浄手段を有し、前記閉止手段が、ストップバルブ方式の構造であり、
前記閉止手段に用いられるストップバルブ方式の第１のニードルの内側に、該第１のニードルとは別に、ストップバルブ方式の、洗浄用高圧二酸化炭素を閉止する第２のニードルを設け、第１のニードルが閉止作動したことにより、第２のニードルと第１のニードルの閉止が解かれ、第２のニードルによって閉止されていた洗浄用高圧二酸化炭素が、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から流出して、該高圧二酸化炭素により、噴霧ノズル内部に残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、洗浄する手段を有することを特徴とする噴霧ノズルの構造。
（２）バルブ閉止の駆動源が、スプリング若しくは空気圧による駆動手段である、前記（１）に記載の噴霧ノズルの構造。
（３）第１のニードルが閉止された状態で、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から洗浄用高圧二酸化炭素を噴出して、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体の洗浄を行っている際に、第１のニードル内部の第２のニードルを閉止できる構造を持つストップバルブ方式の閉止手段を有する、前記（１）に記載の噴霧ノズルの構造。
（４）第２のニードルが全開状態に保持されている状態で、第１のニードルの駆動を２段階に制御することにより、第１のニードル並びに第２のニードルの何れも開状態を確保する構造を有する、前記（１）に記載の噴霧ノズルの構造。
（５）噴霧ノズルの先端に、アシストエアーを供給し、該アシストエアーにより噴霧ノズルのスプレー形状を制御する、前記（１）に記載の噴霧ノズルの構造。
【００１１】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の噴霧ノズルの構造は、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止できる構造を持つ閉止手段を有し、噴霧ノズル閉止直後に、噴霧ノズル内に微量残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、別に供給する高圧二酸化炭素により洗浄する構造を持つ洗浄手段を有することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止する構造を持つ閉止手段が、ストップバルブ方式の構造であり、バルブ閉止の駆動源が、スプリング若しくは空気圧による駆動手段であること、を好ましい実施の形態としている。
【００１３】
また、本発明では、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止する構造を持つ閉止手段に用いられるストップバルブ方式の第１のニードルの内側に、該第１のニードルとは別に、ストップバルブ方式の、洗浄用高圧二酸化炭素を閉止する第２のニードルを設け、第１のニードルが閉止作動したことにより、第２のニードルと第１のニードルの閉止が解かれ、第２のニードルによって閉止されていた洗浄用高圧二酸化炭素が、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から流出して、該高圧二酸化炭素により、噴霧ノズル内部に残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、洗浄する手段を有すること、を好ましい実施の形態としている。
【００１４】
また、本発明では、第１のニードルが閉止された状態で、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から洗浄用高圧二酸化炭素を噴出して、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体の洗浄を行っている際に、第１のニードル内部の第２のニードルを閉止できる構造を持つストップバルブ方式の閉止手段を有し、その駆動源が、スプリング若しくは空気圧による駆動手段であること、を好ましい実施の形態としている。
【００１５】
更に、本発明では、第２のニードルが全開状態に保持されている状態で、第１のニードルの駆動を２段階に制御することにより、第１のニードル並びに第２のニードルの何れも開状態を確保する構造を有すること、噴霧ノズルの先端に、アシストエアーを供給し、該アシストエアーにより噴霧ノズルのスプレー形状を制御すること、を好ましい実施の形態としている。
【００１６】
本発明は、連続的に供給する高圧二酸化炭素と、同じく連続的に供給する高粘度有機性流体を、高圧下で混合・溶解し、該高粘度有機性流体の粘度を低下させて、これを高圧環境から大気圧へ噴霧する二酸化炭素噴霧装置において、二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止ができる構造を持つ閉止手段を有し、更に、噴霧ノズル内に微量残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、高圧二酸化炭素により瞬時に洗浄ができる構造を持つ洗浄手段を有することを特徴とする噴霧ノズルの構造を提供するものである。
【００１７】
本発明において、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止する構造は、例えば、ストップバルブ方式の構造が好適である。バルブ閉止の駆動源は、例えば、スプリング、若しくは空気圧による駆動が好適である。その具体例として、旭サナック（株）の自動ガンシリーズ  エアラップ自動ガンなどが例示される。［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｎａｃ．ｃｏ．ｊｐ／〜ｃｏａｔｉｎｇ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ参照］。
【００１８】
また、本発明においては、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、噴霧ノズル直前で閉止する構造を持つ閉止手段に用いられるストップバルブ方式の構造として、好適には、第１のニードルの内側に、該ニードルとは別に、ストップバルブ方式の、洗浄用高圧二酸化炭素を供給する第２のニードルを設ける。これらは、第１のニードルが閉止作動した際に、第２のニードルと第１のニードルの閉止が解かれ、第２のニードルによって閉止されていた洗浄用高圧二酸化炭素が、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から流出し、それにより、該高圧二酸化炭素により、噴霧ノズル内部に微量残留した高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体が、洗浄される。
【００１９】
また、本発明では、第１のニードルが閉止された状態において、第１のニードルの先端に加工された洗浄用噴出口から洗浄用高圧二酸化炭素を噴出して、該高圧二酸化炭素により、高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体の洗浄を行っている際に、第１のニードル内部の第２のニードルを閉止できる構造として、好適には、駆動源のスプリング若しくは空気圧により迅速駆動が可能であるニードル閉止手段を設置する。
【００２０】
また、第２のニードルが全開状態に保持されている状態で、第１のニードルの駆動を２段階に制御することにより、第１のニードル並びに第２のニードルの何れも開状態を確保する構造とすること、また、噴霧ノズルの先端にアシストエアーを供給し、該アシストエアーにより噴霧ノズルのスプレー形状を制御する構造とすること、が好ましい。
【００２１】
本発明において、高粘度有機性流体としては、例えば、塗料塗工液、ポリマー溶液が例示され、この場合、これらは、高圧二酸化炭素を混合・溶解させた状態の流体、若しくは高圧二酸化炭素を混合する前の高圧二酸化炭素を混合・溶解させてない状態の流体、のいずれでも使用することが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）噴霧ノズルを閉止した際の、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間に残留する高粘度流体などを洗浄除去することができる。
（２）すなわち、高粘度有機性流体又は溶融樹脂と高圧二酸化炭素を混合して粘度低下させ、これを高圧下から大気圧へ噴霧するプロセスにおいて、噴霧ノズル内部の閉止部から噴出口までの微細空間に残留する高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度有機性流体若しくは有機性流体を、別に供給する高圧二酸化炭素で、噴霧閉止直後に洗浄除去することができる。
（３）そのため、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間に残留する高粘度流体などの液ダレや、噴霧再開時のトラブルを抑制し、安定した塗装、塗工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の噴霧ノズルの構造の一例を示す。
【図２】本発明の噴霧ノズルのノズル接続詳細図である。図中、１はノズル接続表を示し、２は動作時のエアー状況を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
本発明の噴霧ノズルの実施の形態について、塗装装置を例にして具体的に説明する。
噴霧ノズルの図面を、図１に示す。噴霧ノズルの詳細図を図２に示す。図２において、１はノズル接続表を示し、２は動作時のエアー状況を示す。図１の噴霧ノズルにおいて、Ｎ１には、高圧二酸化炭素を混合・溶解させた塗料の供給手段が接続される。Ｎ２には、洗浄用高圧二酸化炭素の供給手段が接続される。Ｎ３、Ｎ４には、アシストエアーの供給手段が接続される。Ｎ５には、第１ニードルリフト用の空気の供給手段が接続される。Ｎ６には、第２ニードル閉止用の空気の供給手段が接続される。Ｎ７には、第１ニードル閉止用の空気の供給手段が接続される。
【００２６】
図１の左下に、噴霧ノズルの動作時における、第１ニードル及び第２ニードルの動作を示した。図２の１に、ノズル接続表を示し、図２の２に、動作時のエアー状況を示した。初めに、塗料のスプレー時には、Ｎ５から、第１ニードルリフト用の空気が供給され、それにより、ピストン１（図中９）と同じく、第１ニードルがリフトされる。この時、第２ニードルと第１ニードルの内側が閉止される。従って、Ｎ１から導入される高圧二酸化炭素を混合・溶解させた塗料が噴霧ノズルに流入し、当該高圧二酸化炭素を混合・溶解させた塗料が噴霧ノズルのノズルチップ（図中３３）から噴出される。
【００２７】
高圧二酸化炭素を混合・溶解させた塗料の噴霧ノズルからの噴出を閉止させる場合、Ｎ７から第１ニードル閉止用の空気を導入し、Ｎ５から空気を排出することで、ピストン１（図中９）を移動させて、第１ニードルを閉止させる。これにより、Ｎ１から導入される高圧二酸化炭素を混合・溶解させた塗料の流通は、閉止する。それと同時に、Ｎ２に供給される洗浄用高圧二酸化炭素が、第２ニードルのスリットを流通し、第１ニードル先端部に設けられた洗浄用噴出口から流出し、噴霧ノズルの閉止部からノズルチップまでの微小空間が洗浄される。この時、第２ニードルは、Ｎ２に供給された洗浄用高圧二酸化炭素により、ピストン２（図中１９）が、常時リフトされた状態となる。
【００２８】
次に、Ｎ２に供給される洗浄用高圧二酸化炭素を閉止するため、Ｎ６に第２ニードル閉止用の空気を供給すると、ピストン２（図中１９）が作動して、第２ニードルを閉止し、これにより、第２ニードルは全閉状態となる。また、この場合、洗浄用高圧二酸化炭素が接続されている状態にした上で、Ｎ６に空気を供給しない状態、すなわち、第２ニードルが全開状態を保持されている状態にし、かつＮ５の動作空気を２段階に供給して第１ニードルを２段階で動作できるようにすることにより、第１ニードルと第２ニードルを両方ともリフトさせて、開−開の状態を得ることも可能である。本実施例により、噴霧ノズル内部の閉止部から噴出口までの微細空間に残留する高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体を、高圧二酸化炭素により、噴霧閉止直後に洗浄することにより、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間における液ダレの発生や噴霧再開時のトラブルを抑制し、安定的な連続噴霧運転が実現できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上詳述したように、本発明は、噴霧ノズルの構造に係るものであり、本発明により、噴霧ノズルを閉止した際の、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間に残留する高粘度流体などを洗浄除去することができる。本発明では、高粘度有機性流体や溶融樹脂に高圧二酸化炭素を混合・溶解して粘度低下させ、これを高圧下から大気圧へ噴霧するプロセスにおいて、噴霧ノズル内部の閉止部から噴出口までの微細空間に残留する高圧二酸化炭素を混合・溶解した高粘度流体若しくは有機性流体を、高圧二酸化炭素により、噴霧閉止直後に洗浄することができる。そのため、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間における液ダレや、噴霧再開時のトラブルを抑制し、安定した塗装、塗工を実現することができる。本発明は、噴霧ノズルにおける、噴霧ノズルの閉止部から噴出口までの空間における液ダレなどの塗膜性能や、製膜性能の悪化に繋がる問題を確実に防止することが可能な新しいタイプの噴霧ノズルの構造を提供するものとして有用である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｎ１：二酸化炭素溶解塗料供給口
Ｎ２：洗浄用高圧二酸化炭素供給口
Ｎ３：アシストエアー供給口
Ｎ４：アシストエアー供給口
Ｎ５：第１ニードルリフト用空気接続口
Ｎ６：第２ニードル閉止用空気接続口
Ｎ７：第１ニードル閉止用空気接続口
１：ピストン１
１９：ピストン２
３３：ノズルチップ
【図１】
0005935134.tif 000002
【図２】
0005935134.tif 000003