(57)【要約】【課題】  この発明はエア霧化スプレーガンにおいて、スプレー時のむら(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。【解決手段】圧縮エアによって噴霧されるスプレーガンの中心空気と側面空気とを、中心空気より側面空気の量を多く、かつ側面空気口を３対配置し、先端に向け徐々に大きな開口面積となるように設ける。それぞれの側面空気口は、ほぼ同じ交差角度で中心噴霧流に向け、中心噴霧流に対して先端にいくほど弱く、広がる噴射となるように側面空気口を配置構成する。３対の側面空気口を設けた場合、噴霧流の広がりにともなって好ましくは第１の側面空気２倍に第２の側面空気を、第２の側面空気２倍に第３の側面空気を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮エアで霧化するエアスプレーガンに組み込まれる霧化装置として、中心に配置した塗料ノズルの先端塗料噴出口の外周部に環状の空気口を構成する中心空気口と、該中心空気口の外側に対称に設けた１対の角部を形成し、該角部より中心部に向けて鈍角で交差する側面空気を噴射して噴霧パターンを形成する側面空気口を設けた空気キャップおいて、それぞれの角部に形成する側面空気口は複数の空気口からなり、同時に噴射したとき前記中心空気口より離れるにしたがって広い噴射幅で中心噴流に衝突する噴射空気流を形成させたことを特徴とするエアスプレーガンの霧化空気キャップ。
【請求項２】
前記側面空気口はそれぞれ３対以上形成し、中心空気口より離れるにしたがって徐々に大きな開口面積を有することを特徴とする請求項１のエアスプレーガンの霧化空気キャップ。
【請求項３】
前記中心空気口の開口面積に対し、前記側面空気口の開口面積を大きく形成した請求項１の霧化空気キャップ。
【請求項４】
徐々に大きく形成した３対の側面空気口を設け、それぞれの隣り合う側面空気口は、中心空気口より離れた側面空気口の方が略２倍の開口面積で形成した請求項１の霧化空気キャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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霧化空気キャップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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お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。
【０００３】
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。
【０００４】
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孔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。
【０００５】
霧化構造の代表的な構造は幾多の事例で理解できるとおり、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のが一般的である。塗料の霧化は、この中心から噴出する塗料に対し、包み込む形で環状の中心空気口からの圧縮エアを噴射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。この側面空気口は、中心からの噴霧流を両側面よりつぶすように鈍角度で交差するように構成されている。通常両側より押しつぶす目的で噴射する側面空気口からの空気量が多いほど噴霧パターンが大きく広がって、広い面積を塗装する場合に好都合となり、また被塗装物に近い距離で塗装することができて塗料粒子の飛散防止にも効果がある。
【０００６】
これらの衝突させる側面空気の方向や強さ、空気量等は、多くの経験から種々の構成が考えられており、塗料や塗装品質、塗面状況等の各種条件に適合するものが提案されている。通常最も単純な構成は中心空気口に対し、１対の側面空気口を有するもので、特に高度な塗膜品質を要求されない一般的なスプレーガンや小パターン幅のスプレーガンに採用されている。パターン幅を大きく広げたい場合には、側面空気口を大きくして両側面からの衝突空気を増加させ、更には２対の側面空気口を設けることも行われる。しかし単に側面空気口からの空気を強くしても噴霧流の中心部に集中した流れでは噴霧パターンの中央部のみがつぶされ、いわゆる中割れとよばれる中央部が透けたパターンとなって平均した膜厚の塗装ができない不良となる。
【０００７】
このような場合、側面空気が衝突する前に予め側面空気と９０゜異なる方向の補助空気等により中心の噴霧流の分布を整えておいたり、側面空気の噴流が広い幅で中心の噴霧流に衝突するように、補助の空気口を設けることが行われる。この補助空気口は中心空気口に近く設け、同じ中心空気の一部として噴射されている。図４、図５に示す補助空気口１１は側面空気口と直角方向側の噴霧を促進し、側面空気が中心部に作用したときに平均的に噴霧の分布が形成されるようにしたもので、補助空気口１２は側面空気が噴霧流に作用する前に側面空気流に衝突させて拡散した空気流として中心の噴霧流に作用させるようにしたものである。工業塗装の分野ではこれらの組み合わせを含めて、必要とされるパターンの得られる空気キャップが使用されている。これらの補助空気口の配置に関しては、特定の塗装要件を達成するために考えられた一例が特開２０００−３４３００４に見られる。
【０００８】
このように、各種塗装の要求に応じて空気キャップの構成が改善されてきているが、新しい塗料や被塗装物の出現、あるいは更に高い塗膜の要求品質により改善される余地が依然として残されている。特に近年、塗装の仕上がり品質が被塗装物の高級指向により、今まで以上に高級感のある塗装がもとめられ、最終仕上げの塗装によってその商品の価値が左右されることも少なくない。いまや塗装による付加価値は熟練塗装作業者によらず、塗装機の安定した性能に依存される傾向が高く、仕上げを左右するスプレーガンの性能向上は強く望まれるところとなっている。更に単なる平滑面や輝きを求めるだけでなく、より自然に近く奥行きのある透明感や、真珠等々の美しい表面を求め、それを作り出す塗料が開発されるについてもスプレーガンの果たす役割は大きく、高付加価値の塗料もスプレーガンによってその価値が引き出せることになる。
【０００９】
従来、塗装時の均一膜厚を課題として平均的に塗着させることを目指し、噴霧されたパターン形状が均一であることが求められていたが、高度な塗膜品質を得るためには単に塗着結果としての膜厚分布の均一化だけでなく、噴霧状態での均一化が重要となる。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、噴霧状態の流れのむらが直接塗面に影響するため、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。
【００１０】
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乱れが生じ霧むらとなるために、塗り重ね等によって平均化することにより塗膜が形成された時に全体的な霧むら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霧むらを機械的に減少させることは、これらの問題解消につながり、結果的には資源の無駄を削減し、工業的、経済的効果をもたらす結果となることは明らかである。
【特許文献１】特開２０００−３４３００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、スプレー時の霧むら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、スプレー時のむらが減少され、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
圧縮エアで霧化するエアスプレーガンに組み込まれる霧化装置として、中心に配置した塗料ノズルの先端塗料噴出口の外周部に環状の空気口を構成する中心空気口と、この中心空気口の外側に対称に設けた１対の角部を形成し、該角部より中心部に向けて鈍角で交差する側面空気を設けた空気キャップにおいて、この側面空気口をそれぞれ３対以上形成し、中心空気口より離れるにしたがって側面空気口からの噴流が徐々に広がる噴射幅を形成して中心からの噴霧流に衝突するように配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
徐々に広がる噴射幅を形成する側面空気口の形成は、中心空気口に近い側面空気口から徐々に大きくなる側面空気口を順次配置することによって得られる。すなわち通常の円孔であれば小さい孔の噴射幅は狭く、大きくなるにしたがって噴射幅は大きくなる。したがって少なくとも３つ以上の徐々に大きくなる側面空気口を形成することによって、合成された噴流を徐々に広がる噴射幅をもつ噴流とすることができる。
【００１４】
通常中心空気口の噴射によって噴霧化された塗料は広がりをもって前方に噴霧される。さらに側面空気口からの噴射では、まず中心に近い第１の側面空気口が小さく、第２、第３と中心から離れるにしたがって大きく形成され、図６に模式化したように、前方に向かって広がる扇形の噴流断面Ａを形成して、わずかに拡散しながら噴霧される中心の噴霧流Ｂに対して両側から衝突し、徐々に大きく噴霧流として押し広げる。このため噴霧流は局部的に側面空気流が衝突して噴霧粒子のバラツキを生ずることなく、包み込まれる状態で前方に行くほど広い側面空気流によってパターンが広げられることになる。
【００１５】
これまで多くの形態の空気口を形成した空気キャップが提案され使用されてきていたが、いずれも中心噴霧流に対し局部的に作用する配置であったために霧むらの解消が困難で、多くは中心空気による中心噴霧流の噴霧形状を予め調整することで対応されていたが、本発明では中心空気による噴霧流を乱れのない円錐状に広がる噴霧流として噴霧し、これに前方に広がる側面空気流を単に衝突させることでなく、小さい幅の噴流から前方に行くにしたがって広がる概して扇形の噴流を衝突させることで乱れを抑え、霧むらを最小限にした噴霧が可能となった。
【００１６】
側面空気の噴流は前方が広がる扇形を得るため近接する側面空気口の面積を概略２倍の開口面積に形成しているが、これによって商業的に提供できる多くの効果が得られている。すなわち本発明の噴流を特定できる側面空気口の配置は幾つかの形態が考えられるが、空気口すなわち穴の数を多くあけることは生産技術上、コスト上の不利益をもたらすだけでなく、関連する穴のバランスや寸法精度による噴流分布上の新たな問題が発生することになる。これらが技術的に解決し許されるならば、穴の大きさを大きく変えることなく開ける数と配置で対応することも可能となる。
【００１７】
また前記中心空気口の開口面積に対し、前記側面空気口の開口面積を大きく、望ましくは１．５倍程度あるいはそれ以上にすることで噴霧流を近距離で大きく広げ、飛散の防止、周囲の大気の影響を受けにくくすることができる。中心噴霧流が多い場合は十分なパターン幅が得られない他、部分的にバラツキが生じやすく霧むらの発生が避けられない。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、中心空気により噴霧化された塗料の微粒子は、第１の側面空気より順次広い範囲で噴射される側面空気により分散され、連続した噴霧流となって被塗装物に向かう。このため噴霧粒子の飛行密度は平均化されて塗装むらが改善され、均一な塗面形成が可能となる。特に塗料中に金属粉を含むメタリック塗料やマイカなどの塗膜そのものの外観に影響を与える微粒子を含む塗料は、わずかなむらも外観品質に影響を及ぼし塗装の品質を低下させることになるが、本発明の実施により、むらのない塗面を得ることができる。
【００１９】
また影響が出やすい淡色の塗料や、薄膜の塗装においても均一な仕上げが可能で、より少ない塗料での仕上げ塗装を可能とし、高価な仕上げ塗料を使用する樹脂塗装等においても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。また塗装品質の向上がスプレーガンで可能となることで、塗装コストの削減、生産性の向上にも結びつく結果を得ることができ、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る等、工業的に多大の効果をあげることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図1は本発明の一実施例を示すスプレーガンの霧化空気キャップと塗料ノズル部分を示す断面図である。図２は、図１の空気キャップを使用したスプレーガンの全体構造を示している。本実施例はハンド式のスプレーガンが示され、本体１の先端に塗料ノズル２、空気キャップ３が取り付けられている。塗料ノズル２の中心内部はニードル弁４が進退自在に組込まれ塗料噴出口２１を開閉する。本体１の後部はハンドル５、引き金６の他、内部には空気弁７、パターン調節弁８等が組み込まれている。この種のスプレーガンは広く一般的に使用されており、構造としても知られている内容であるため個々での詳細は省略する。
【００２１】
スプレー性能を左右する霧化装置部分は、空気キャップ３と塗料ノズル２で構成される他、塗料と圧縮空気の供給に影響を及ぼす前記ニードル弁４や本体１の塗料ノズル２取り付け部、空気キャップ３の取り付け部、キャップカバー９等が構成要素として関係するが、本発明では空気キャップ３を要旨としているもので、詳細については空気キャップ３と塗料ノズル２のみを示し他を省略した図１により説明する。塗料ノズル２は、中心に塗料噴出口２１を設け先端に円筒状の外径２２を形成する。後部は本体１に取り付けられて霧化用中心空気とパターン調整用側面空気に区分された圧縮空気が、空気キャップ３のそれぞれの空気口に送りこまれる構成となっている。
【００２２】
空気キャップ３は前記塗料ノズル２に組みつけられた時、塗料ノズル２の外径２２の外側に環状の中心空気口３１を形成する中心口３２が設けられ、その外側に一対の角部３３が中心を対象に形成されている。角部３３の内部は角孔３４が設けられ、中心軸側より側面空気口があけられて噴霧流に対してパターン形成用の圧縮空気を噴射する構成となっている。
【００２３】
側面空気口は本実施態様の場合、塗料噴出口２１に近い位置より第１側面空気口３５、第２側面空気口３６、第３側面空気口３７がそれぞれ対象にあけられている。各側面空気口の開口方向は従来のスプレーガンと同様、中心軸に向かい鈍角で交差する方向とし、一般的には１２０°から１５０°の角度で開けられ、いずれも同じ角度にしているが、必ずしも一致させる必要は無い。
【００２４】
隣り合う各側面空気口は、第１側面空気口３５に対して第２側面空気口３６の開口面積を２倍前後とし、第２側面空気口３６に対して第３側面空気口３７の開口面積を２倍前後として、外に離れるにしたがって徐々に大きく形成しているが、その倍率はこれに限らず、図６のBで示すように先端に行くにしたがって大きく、広がる噴流になることが肝要である。これによって最初に狭い範囲の側面空気の噴流が中心噴霧流に衝突して広げられた噴霧流は図６のＣで示すように徐々に広がり、これに応じた広い幅の側面空気の噴流が働きバランスの取れた噴霧流が形成される。
【００２５】
またこれらの空気口による全体の側面空気口の面積は、前記環状に形成された中心空気口面積より明らかに大きくなるように寸法が選択される。空気口面積を大きくすることによって中心噴霧流を広い範囲で包み込む流れを形成すると共に、空気量の増大により噴霧パターンを大きく広げ、より近距離での吹付けを可能にする効果が得られる。実際には１．５倍程度の面積、もしくはそれ以上の面積とするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示すスプレーガンの空気キャップと塗料ノズルの組み合わせ断面図である。
【図２】図１を左から見た空気キャップの空気口を示す正面図である。
【図３】本発明の霧化空気キャップを取り付けたスプレーガンの実施例を示す断面図である。
【図４】従来の空気キャップの空気穴を示す正面図である。
【図５】図４のＹ−Ｚ−Ｘ断面を示す断面図である。
【図６】本発明の側面空気流と中心噴霧流の衝突を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ガン本体
２    塗料ノズル
３    空気キャップ
４    ニードル弁
５    ハンドル
６    引き金
７    空気弁
８    パターン調節弁
９    カバー
２１  塗料噴出口
２２  外径
３１  中心空気口
３２  中心口
３３  角部
３４  角孔
３５  第1側面空気口
３６  第２側面空気口
３７  第３側面空気口
３８  補助空気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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