(57)【要約】【課題】安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法を提供する。【解決手段】塗装装置５００は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器８と、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器２０と混合器８とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインＬ２と、混合物を噴霧する噴霧器９と、前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器２８Ｃと、を備える。【選択図】図１
2019209303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項２】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、
前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項３】
前記圧力容器を加熱するヒータを更に備える、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を、液化する、又は、液体状態に維持する工程と、
前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を噴霧する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項５】
圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
塗料を前記混合器に供給する工程と、
前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中の二酸化炭素を液化する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項６】
前記圧力容器を加熱して前記圧力容器内の圧力を高くする工程を更に備える、請求項４又は５記載の塗装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装装置及び塗装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンベなどの圧力容器内の液体の二酸化炭素を、ポンプを有さない二酸化炭素供給ラインで混合器に供給して塗料と混合し、その後、混合物を噴霧器から噴霧して塗装する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６００６４４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らが検討したところ、上述のような方法では、噴霧器からの噴霧挙動が不安定になる場合があることが判明した。
【０００５】
具体的には、まず、圧力容器内の液体二酸化炭素は外気温等に応じた温度で気液平衡の状態となっている。そして、圧力容器内の液体の二酸化炭素を、ポンプを有さない二酸化炭素ラインで混合器に供給する際、二酸化炭素ラインに設けた流量調節バルブでの圧力降下により、流量調節バルブの通過後に二酸化炭素の圧力が圧力容器よりも低くなる。したがって、二酸化炭素の沸点が圧力容器内よりも下がり、ライン内で液体の二酸化炭素が気体となりやすい。気体の二酸化炭素と液体の塗料との２相混合物を噴霧部から噴霧すると、噴霧が脈動するなど噴霧挙動が劣化する。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に掛かる第１の塗装装置は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、前記混合物を噴霧する噴霧器と、前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、流量調節バルブを通過することにより圧力が低下して二酸化炭素ライン内を通る二酸化炭素の沸点が下がっても、熱交換器により二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却して液体に維持することができる。したがって、混合器で気体を含まない液体混合物を得ることができ、脈動を抑えた安定的な噴霧可能となる。
【０００９】
本発明に掛かる第２の塗装装置は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、前記混合物を噴霧する噴霧器と、前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える。
【００１０】
本発明によれば、流量調節バルブを通過することにより圧力が低下して二酸化炭素の沸点が下がり、二酸化炭素が気化して混合器において塗料と二酸化炭素との気体及び液体を含む混合物が得られても、混合物ラインにおいて気体の二酸化炭素を液化させて、気体を含まない液体混合物を噴霧器から噴霧させることができる。このため、噴霧器から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
【００１１】
ここで、上記各装置は、前記圧力容器を加熱するヒータを更に備えることができる。これにより、冬期など、圧力容器の周りの温度が低い場合でも、圧力容器内の圧力を高めることができ、ポンプなしで好適に二酸化炭素を二酸化炭素ラインを介して供給することができる。
【００１２】
本発明に掛かる第１の塗装方法は、圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を、液化する、又は、液体状態に維持する工程と、
前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を噴霧する工程と、を備える。
【００１３】
本発明に掛かる第２の塗装方法は、圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
塗料を前記混合器に供給する工程と、
前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中二酸化炭素を液化する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る塗装装置５００のフロー図である。
【図２】図１の熱交換器の１実施態様を示す概略断面図である。
【図３】図１の熱交換器の他の実施態様を示すフロー図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る塗装装置６００のフロー図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る塗装装置７００のフロー図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る塗装装置８００のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して本発明の第一実施形態を説明する。
＜第一実施形態＞
図１を参照して、本実施形態に係る塗装装置５００及び塗装方法を説明する。塗装装置５００は塗料タンク１、塗料ラインＬ３、ポンプ２、減圧弁１１、逆止弁３、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器２０、圧力容器温度計４０、二酸化炭素ラインＬ２、流量調節バルブ２４、熱交換器２８Ｃ、二酸化炭素ライン温度計４１、逆止弁１５、混合器８、混合物ラインＬ４、フィルタ１３、噴霧器９を主として備える。
【００１７】
塗料タンク１は、樹脂成分を含む液状の塗料を貯留する。塗料は、樹脂成分以外に溶剤を含むことができる。塗料タンク１内の圧力は通常常圧すなわち大気圧であるが、ポンプに塗料を安定供給するため０．１〜０．２ＭＰａ程度に加圧してもよい。
【００１８】
樹脂成分としては、塗料に通常用いられる樹脂であれば特に制限はないが、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルシリコン樹脂、アルキッド樹脂、ＵＶ硬化樹脂、塩酢ビ樹脂、スチレンブタジエンゴム、ポリエステルウレタン樹脂、スチレンアクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、ニトロセルロース樹脂、セルロースアセテテートブチレート樹脂、スチレン樹脂、メラミン尿素樹脂等が挙げられる。これらは、単独で又は２種類以上を混合して使用してもよい。樹脂成分は、１液硬化型樹脂であっても、２液硬化型樹脂であってもよく、ＵＶなどの活性エネルギー線硬化型樹脂であってもよい。
【００１９】
溶剤は樹脂成分を溶解／分散して塗料の流動性を高めるものである。溶剤は単一化合物であっても混合物であってもよい。溶剤としては、例えば、メチルイソブチルケトン、酢酸３−メトキシブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ソルベッソ１００（東燃ゼネラル石油社製、商品名）、ソルベッソ１５０（東燃ゼネラル石油社製、商品名）、エチルジグリコールアセテート、ｎ−ブタノール、ジイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、イソブタノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、イソホロン、エチル−３−エトキシプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルプロピレンジグリコール、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、酢酸イソプロピル、メチルアミルケトン、メチルジグリコール、メチルセロソルブ、セロソルブアセテート、酢酸カービトール、エトキシプロピルアセテート、アセトン、メチルエチルケトン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、エチルベンゼン、ミネラルスピリッツ等が挙げられる。
【００２０】
また、溶剤の他の例は、ホルムアミド、ヒドラジン、グリセリン、Ｎ−メチルホルムアミド、１，４−ジホルミルピペラジン、エチレンシアノヒドリン、マロノニトリル、２−ピロリジン、エチレンカーボネート、メチルアセトアミド、エチレングリコール、メタノール、ジメチルスルホキシド、フェノール、１，４−ジアセチルピペラジン、無水マレイン酸、２−ピペリドン、ギ酸、メチルエチルスルホン、ピロン、テトラメチレンスルホン、プロピオラクトン、炭酸プロピレン、Ｎ−ニトロソジメチルアミン、Ｎ−ホルミルモルホリン、３−メチルスルホラン、ニトロメタン、エタノール、ε−カプロラクタム、プロピレングリコール、ブチロラクトン、クロロアセトニトリル、メチルプロピルスルホン、フルフリルアルコール、フェニルヒドラジン、亜リン酸ジメチル、２−メトキシエタノール、ジエチルスルホン、エチレンジアミン、エチルアセトアミド、２−クロロエタノール、ベンジルアルコール、４−エチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、ジメチルホルムアミド、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、テトラヒドロ−２，４−ジメチルチオフェン１，１−ジオキシド、アクリル酸、１−プロパノール、アセトニトリル、アリルアルコール、４−アセチルモルホリン、１，３−ブタンジオール、ホルミルピペリジン、ペンタンジオール、イソプロパノール、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチルセロソルブである。また、溶剤は水を含んでいても良い。
【００２１】
塗料が溶剤を含む場合、塗料における溶剤の配合量は特に限定されないが、樹脂成分１００質量部に対して、２５〜１００００質量部であることができ、２５〜１０００質量部であることが好ましく、８７〜４６１質量部であることがより好ましい。
【００２２】
塗料は、上記以外に種々の添加剤を含むことが出来る。例えば、助溶剤、希釈剤、顔料、顔料分散剤、紫外線吸収剤、光安定剤、レベリング剤、密着性付与剤、レオロジーコントロール剤、重合開始剤等、塗料に通常添加される添加剤を含有していてもよい。樹脂成分として２液硬化型樹脂を用いた場合、添加剤として硬化剤を含んでいてもよい。２液硬化型樹脂の硬化剤としては、特に限定されないが、イソシアネートなど、２液硬化型樹脂の硬化剤として一般に使用される硬化剤を用いることができる。
【００２３】
塗料における添加剤の合計配合量は特に限定されないが、樹脂成分１００質量部に対して、０．１〜１０００質量部であることができる。
【００２４】
塗料ラインＬ３は、塗料タンク１と混合器８とを接続する。塗料ラインＬ３には、上流側から順に、ポンプ２、減圧弁１１、逆止弁３が設けられている。
【００２５】
ポンプ２は、塗料タンク１から塗料ラインＬ３を介して供給される塗料を加圧する。ポンプの形式は特に限定されないが、プランジャポンプ、ダイヤフラムポンプなどの公知のポンプを使用できる。吐出側の圧力は、圧力容器２０内の圧力と同程度とすることができる。
【００２６】
減圧弁１１は、塗料ラインＬ３からの塗料の供給圧力を一定の圧力に調整する。減圧弁１１により、混合器８に供給する塗料の圧力を、二酸化炭素の圧力容器２０の内部の圧力よりも少し低くすると、噴霧停止時において、塗料が二酸化炭素ラインＬ２へ逆流することを抑制できる。また、減圧弁１１があると、塗料ポンプの流量の脈動を抑えることができるため安定した噴霧を行うことができる。
【００２７】
減圧弁１１の設定圧力は、噴霧時における、二酸化炭素ラインＬ２の流量調節バルブ２４より下流側、混合器８、及び、混合物ラインＬ４の圧力を規定する。減圧弁１１の設定圧力は、噴霧器９の形式等に応じて適宜設定で得きる。減圧弁１１の設定圧力は、例えば、４ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上、６ＭＰａ以上とすることができ、上限としては、例えば、１０ＭＰａ以下とすることができる。この圧力が高いと、塗料と二酸化炭素との液体混合物における二酸化炭素の混合量を増やしやすい。
【００２８】
逆止弁３は、塗料ラインＬ３における塗料の逆流を防止する弁である。
【００２９】
圧力容器２０は、圧力容器内が気液平衡となる温度及び圧力条件下にあり、内部に気液界面Ｉが形成され、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器である。圧力容器２０の内部の温度は、外気温等の圧力容器２０の外の温度により定まってもよく、冬期など外気温が低い場合には圧力容器ヒータ２６Ｈで加熱してもよい。
【００３０】
圧力容器温度計４０により圧力容器２０内の二酸化炭素の温度Ｔｖを測定し、圧力容器ヒータ２６Ｈの温度を一定温度に制御することができる。圧力容器ヒータ２６Ｈは、圧力容器２０を加熱することにより、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度を圧力容器の周りの外気温度よりも高くすることができる。圧力容器ヒータ２６Ｈは、圧力容器内の二酸化炭素を、超臨界でなく、気液平衡状態の温度条件下に維持することが必要であり、例えば、３１．１℃未満の範囲内で制御することができる。
【００３１】
圧力容器２０の内部の温度の例は−５０〜３１℃であり、圧力容器２０の内部のゲージ圧力は０．６８〜７．４ＭＰａであることができる。温度が３１．１℃未満であれば、圧力容器２０の内部は気液平衡となることができ、気液界面Ｉが形成される。
圧力容器２０の内部の圧力を、後述する減圧弁１１の下流側設定圧力よりも高くして十分な量の液体二酸化炭素を下流側に供給する観点から、温度Ｔｖは２３〜３０℃、特に、２５〜３０℃であることが好適である。例えば、Ｔｖを２３℃にすると圧力は６．１ＭＰａとなり、Ｔｖを２５℃にすると圧力は６．３ＭＰａとなり、Ｔｖを３０℃にすると、圧力は７．２ＭＰａとなる。
【００３２】
圧力容器２０は、出口管２２を有している。出口管２２は、圧力容器２０の内外を連通し、圧力容器２０内の下端部２２ｂが圧力容器２０内の気液界面Ｉよりも下に配置される。出口管２２の他端２２ｔは圧力容器２０の外部に出ていて、二酸化炭素ラインＬ２に接続されている。
【００３３】
二酸化炭素ラインＬ２は、圧力容器２０の出口管２２と、混合器８とを接続する。二酸化炭素ラインＬ２には、上流側から順に、流量調節バルブ２４、熱交換器２８Ｃ、及び、塗料が二酸化炭素ラインＬ２に逆流することを抑制する逆止弁１５が設けられている。二酸化炭素ラインＬ２には、さらに、二酸化炭素ライン温度計４１も設けられている。
【００３４】
流量調節バルブ２４の例は、ニードル弁、グローブ弁である。流量調節バルブ２４は、流量の調節のために二酸化炭素の流通時においても大きな、例えば、０．１ＭＰａ以上の圧力損失を与える。なお、二酸化炭素を精度良く供給するために、流量調節バルブ２４の上流もしくは下流にオリフィスを設置しても良い。
【００３５】
熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の熱を外部と熱交換して、二酸化炭素の温度を下げる。熱交換器２８Ｃにより、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の温度を、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度よりも下げることができる。
【００３６】
熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素と冷媒とを熱交換して、二酸化炭素の温度を下げることが好適である。
【００３７】
熱交換器２８Ｃは、図２に示すよ  うに、二酸化炭素と液体冷媒とを熱交換させる熱交換器であることができる。この熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２の少なくとも一部を構成する金属伝熱管１００と、金属伝熱管１００の周りを取り囲むジャケット管１０２とを有する。ジャケット管１０２の両端部には、液体冷媒を供給するチラー１０４が一対のラインＬ１０２を介して接続されている。チラー１０４からジャケット管１０２と金属伝熱管１００との間に冷却水のような液体冷媒を供給して循環させると、液体冷媒により金属伝熱管１００内の二酸化炭素を冷却することができる。液体冷媒は、例えば、水であることができる。液体冷媒の温度は例えば５〜１５℃、１０〜１５℃とすることができる。
【００３８】
また、熱交換器２８Ｃは、図３に示すように、二酸化炭素と気体冷媒とを熱交換させる熱交換器であることもできる。この熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２の少なくとも一部を構成する金属伝熱管１００を有する。金属伝熱管１００は部屋（容器）Ｒに収容され、部屋Ｒには、部屋Ｒ内の空気の温度を調整するエアコンディショナー１１０が設けられている。部屋Ｒ内の空気の温度をエアコンディショナー１１０により金属伝熱管１００内の二酸化炭素の温度よりも低く維持することにより、金属伝熱管１００内の二酸化炭素が空気と熱交換して冷却される。部屋Ｒ内の温度は例えば２０〜２５℃とすることができる。
【００３９】
熱交換器２８Ｃの金属伝熱管１００は、冷媒でなく、電力を供給すると熱移動を起こして対象物を冷却できるペルチエ素子と接触してもよい。
【００４０】
上記の金属伝熱管１００及び熱交換器２８Ｃの材質に限定はないが、例えば、ステンレス、銅等を利用できる。
【００４１】
図１に戻って、熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２において、混合器８に供給される二酸化炭素の温度を下げることができる位置に設けられていれば良く、二酸化炭素ラインＬ２における流量調節バルブ２４よりも上流側の部分に配置されても良く、流量調節バルブ２４よりも下流側の部分に配置されても良い。流量調節バルブ２４より下流側で二酸化炭素を確実に液体に維持する観点から、流量調節バルブ２４よりも下流において二酸化炭素を冷却することが好適である。また、気体の発生を抑えて流量調節の精度を高める観点から、流量調節バルブ２４自体を冷却することも好適である。
【００４２】
二酸化炭素ライン温度計４１は二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の温度Ｔｔを測定することができる。二酸化炭素ライン温度計４１は、熱交換器２８Ｃの下流にあることが好適であり、二酸化炭素ラインＬ２の下流側、すなわち、混合器８に供給される二酸化炭素の温度を測定することが好適である。
【００４３】
熱交換器２８Ｃにより冷却する二酸化炭素の温度Ｔｔは、流量調節バルブ２４を通過して減圧された二酸化炭素が固体及び超臨界及び気体にならず液体になる範囲で、適宜設定できる。温度の調節は、冷媒の温度や冷媒の流量の調節等により行うことができる。
【００４４】
上述のように、噴霧時における、混合器８内の圧力、及び、二酸化炭素ラインＬ２の流量調節バルブ２４よりも下流側の圧力、及び、混合物ラインＬ４の圧力（噴霧圧力）は、後述する塗料ラインＬ３の減圧弁１１の設定圧力と同程度となる。
【００４５】
熱交換器２８Ｃにより、温度Ｔｔが減圧弁１１の設定圧力での二酸化炭素の沸点Ｔｂ以下、或いは、この沸点Ｔｂ未満の温度となるように、二酸化炭素を冷却することが好適である。熱交換器２８Ｃにより冷却する温度Ｔｔは、Ｔｂよりも０．１℃以下、０．２℃以下、０．５℃以下、１．０℃以下とすることもできる。具体的には、冷却後の二酸化炭素の温度Ｔｔは、３０℃以下、２８℃以下、２４℃以下、２０℃以下、１５℃以下、１２℃以下、１０℃以下とすることができる。
【００４６】
逆止弁１５は、二酸化炭素ラインＬ２における二酸化炭素の逆流を防止する弁である。
【００４７】
混合器８は、二酸化炭素ラインＬ２を介して供給される二酸化炭素と、塗料ラインＬ３を介して供給される塗料と、を混合して混合物を得る。混合器８としては、例えば、インラインミキサーを使用できる。後述するように、本実施形態において、混合器８内の二酸化炭素は液体である。混合時の二酸化炭素及び塗料の混合比率は、混合物において、二酸化炭素の濃度が２〜９５質量％、３〜５０質量％となるようにすることができる。
【００４８】
混合物ラインＬ４は、混合器８と噴霧器９とを接続する。噴霧器９は、混合物ラインＬ４を介して混合器８から供給される混合物を対象物に噴霧する。噴霧器としては、公知の種々のスプレーノズルを使用できる。対象物も特に限定されず、自動車ボディー等が挙げられる。
【００４９】
フィルタ１３は、混合物中の夾雑物を捕集する。
【００５０】
混合物ラインＬ４には、ラインを流れる混合物の温度を加熱する混合物ラインヒータ２９Ｈが設けられている。混合物ラインヒータ２９Ｈは、例えば、混合物の温度を１０〜１５０℃まで上げることができる。温度上限については、特に制限はないが、混合物に含まれる溶剤の中で最も沸点の低い溶剤の沸点より低ければ問題ない。これにより、噴霧器から噴霧される塗料の粘度を下げて、二酸化炭素の膨張エネルギーを効率的に利用することが可能となる。
【００５１】
つぎにこの塗装装置５００の使用方法を説明する。
流量調節バルブ２４を閉めた状態で、圧力容器２０内の圧力は、圧力容器の周りの環境温度、或いは、圧力容器ヒータ２６Ｈにより定められる温度によって規定され、気液平衡状態となっている。例えば、２０℃ではゲージ圧で約５．６ＭＰａ、絶対圧で５．７ＭＰａとなる。つぎに、流量調節バルブ２４を開く。これにより、内圧により液体の二酸化炭素が押し出されて、出口管２２、二酸化炭素ラインＬ２を介して混合器８に供給される。液体の二酸化炭素の流量を、流量調節バルブ２４の開度により調節する。また、熱交換器２８Ｃにより、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素を冷却し、気化を抑えて液体に維持する、あるいは、気化した二酸化炭素を液体に戻す。
【００５２】
ポンプ２により、塗料タンク１内の塗料を、塗料ラインＬ３を介して混合器８に供給する。混合器８では、塗料と液体の二酸化炭素とを混合し、混合物を、混合物ラインＬ４を介して噴霧器９から噴霧する。混合器８への塗料と液体二酸化炭素の供給の順番に関して、塗料を先に供給すると樹脂の析出が抑えられやすい。
【００５３】
このような塗装装置５００によれば、以下のような作用効果が生じる。本実施形態では、圧力容器２０と混合器８との間の二酸化炭素ラインＬ２にポンプがなく、圧力容器２０から排出された気液平衡状態の液体二酸化炭素の圧力は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力容器２０内の気液平衡状態よりも下がる。すなわち、流量調節バルブ２４を通過すると、圧力低下により沸点が下がって気化しやすくなる。しかしながら、熱交換器２８Ｃにより、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素が冷却され、流量調節バルブ２４の通過による圧力低下後でもその沸点以下にすることができるので、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の気化を抑制して二酸化炭素を液体に維持できる。
【００５４】
したがって、混合器８で、液体の二酸化炭素と塗料とを液体同士で混合でき、均質性の高い液体混合物を得ることができる。そして、この液体混合物を噴霧器から噴霧すると、脈動の少ない噴霧が可能となる。
【００５５】
なお、混合器８で塗料と液体の二酸化炭素とが一度混合されて液体混合物となった後は、混合物ラインヒータ２９Ｈによって加熱しても、直ちに相分離はしにくいので、噴霧に問題は生じにくい。
【００５６】
＜第二実施形態＞
続いて、図４を参照して第二実施形態に係る塗装装置６００について説明する。
塗装装置６００が、図１の塗装装置５００と異なる点は、圧力容器２０内に液体の二酸化炭素に代えて、超臨界状態の二酸化炭素が貯留されている点である。具体的には、例えば、圧力容器２０の周りの環境温度が臨界温度（３１．１℃）超の場合、或いは、圧力容器ヒータ２６Ｈで臨界温度超に加熱した場合にそのような状況とすることができる。
【００５７】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏する。上述のように、本実施形態においても、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、二酸化炭素が加圧されないので、流量調節バルブ２４を通過すると二酸化炭素の圧力が圧力容器２０内の圧力よりも下がる。すなわち、流量調節バルブ２４を通過すると、二酸化炭素が圧力低下により超臨界状態から気体に戻りやすくなる。しかしながら、熱交換器２８Ｃにより、混合物ラインＬ４内の二酸化炭素を減圧後の沸点以下かつ３１．１℃未満に冷却することができ、流量調節バルブ２４の通過により圧力低下した二酸化炭素を液体状態にすることができる。したがって、混合器８で、液体の二酸化炭素と塗料とを液体同士で混合でき、均質性の高い液体混合物を得ることができる。そして、この液体混合物を噴霧器から噴霧すると、脈動の少ない噴霧が可能となる。
【００５８】
＜第三実施形態＞
続いて、図５を参照して第三実施形態に係る塗装装置７００について説明する。
塗装装置７００が、図１の塗装装置５００と異なる点は、二酸化炭素ラインＬ２の熱交換器２８Ｃ及び二酸化炭素ライン温度計４１に代えて、混合物ラインＬ４に熱交換器２９Ｃ及び混合物の温度Ｔｍを測定する混合物ライン温度計４２を備えている点である。
【００５９】
熱交換器２９Ｃは、混合物ラインＬ４内の混合物と外部との熱交換により、混合物の温度を下げる。熱交換器２９Ｃにより、混合物の温度Ｔｍを、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度Ｔｖよりも下げることが好適である。熱交換器２９Ｃの態様は、第１実施形態の熱交換器２８Ｃと同様とすることができる。
【００６０】
熱交換器２９Ｃは、混合物ラインＬ４に対して、混合物ラインＬ４内を通って噴霧器９に供給される混合物の温度を下げることができる位置に設けられていれば良く、混合物ラインＬ４におけるフィルタ１３よりも上流側の部分に配置されても良く、フィルタ１３よりも下流側の部分に配置されても良い。
【００６１】
混合物ライン温度計４２は、混合物ラインＬ４内の混合物の温度Ｔｍを測定することができる。混合物ライン温度計４２は、熱交換器２９Ｃよりも下流にあることが好適であり、混合物ラインＬ４の下流側、すなわち、噴霧器９に供給される混合物の温度を測定することが好適である。
【００６２】
熱交換器２９Ｃは、混合物中の二酸化炭素が固体及び超臨界及び気体にならず液体になる範囲で、二酸化炭素を適宜冷却することができる。ここで、前述のように、噴霧時における、混合物ラインＬ４の内部圧力（噴霧圧力）は、減圧弁１１の下流側設定圧力（詳しくは第１実施形態参照）と同程度となる。したがって、熱交換器２９Ｃは、温度Ｔｍが減圧弁１１の設定圧力下での二酸化炭素の沸点Ｔｂ以下、或いは、沸点Ｔｂ未満の温度となるように、混合物を冷却することが好適である。熱交換器２８Ｃは、温度Ｔｍを、Ｔｂよりも０．１℃以下、０．２℃以下、０．５℃以下、１．０℃以下となるように冷却することができる。具体的には、冷却後の混合物の温度Ｔｍを、３０℃以下、２８℃以下、２４℃以下、２０℃以下、１５℃以下、１２℃以下、１０℃以下とすることができる。
【００６３】
このような塗装装置７００によれば、以下のような作用効果が生じる。本実施形態でも、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、圧力容器２０から排出された気液平衡状態の液体二酸化炭素の圧力は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力容器２０内の気液平衡状態よりも下がる。すなわち、二酸化炭素は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力低下により沸点が下がって気化しやすくなる。そして、混合器８においては、液体の塗料と、気体の二酸化炭素とが混合され、気相と液相との２相混合物が得られ、そのまま噴霧器９に供給されると噴霧器９から安定的な噴霧ができなくなる。
【００６４】
これに対して、本実施形態によれば、熱交換器２９Ｃにより、混合物ラインＬ４内の２相混合物中の気相の二酸化炭素が液体に戻り、したがって液体混合物になるので、噴霧器から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
【００６５】
＜第四実施形態＞
続いて、図６を参照して第四実施形態に係る塗装装置８００について説明する。
塗装装置８００が、図５の塗装装置７００と異なる点は、圧力容器２０内に液体の二酸化炭素に代えて、超臨界状態の二酸化炭素が貯留されている点である。具体的には、例えば、圧力容器２０の周りの環境温度が臨界温度（３１．１℃）超の場合、或いは、圧力容器ヒータ２６Ｈで臨界温度超に加熱した場合にそのような状況とすることができる。
【００６６】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏する。本実施形態においても、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、二酸化炭素が加圧されないので、流量調節バルブ２４を通過すると二酸化炭素の圧力が圧力容器２０内の圧力よりも下がる。すなわち、流量調節バルブ２４を通過すると、圧力低下により超臨界状態から気体に戻りやすくなる。そして、混合器８においては、液体の塗料と、気体の二酸化炭素とが混合され、気相と液相との２相混合物が得られ、そのまま噴霧器９に供給されると噴霧器９から安定的な噴霧ができなくなる。
【００６７】
これに対して、本実施形態によれば、熱交換器２９Ｃにより、混合物ラインＬ４内の２相混合物中の気相の二酸化炭素が液体に戻り、したがって液体混合物になるので、噴霧器から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
【００６８】
本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、出口管２２は上下に延びているが、圧力容器の側壁を貫通する態様であってもよい。
【００６９】
また、混合物ラインヒータ２９Ｈ及び圧力容器ヒータ２６Ｈは必須では無い。さらに、フィルタ１３は無くても良い。また、塗料ラインＬ３の構成も特に限定はない。逆止弁１５及び各種の温度計も無くても良い。
【００７０】
また、塗料ラインＬ３の減圧弁１１がなくてもよい。この場合、噴霧圧力は、塗料ポンプが規定する。
【００７１】
また、熱交換器の形態は、単管式でなく、ラインが複数に分岐する多管式であってもよい。
【実施例】
【００７２】
（実施例１〜１０）
第１実施形態の図１の塗装装置５００を用い、噴霧を行った。塗料の組成、及び、二酸化炭素の量は表１に示すようにした。供給する塗料の温度は、実施例５は７℃、実施例８は２１℃、それ以外は、概ね２５℃であった。熱交換器２８Ｃの形式は、図２のような気液熱交換式とした。
【００７３】
圧力容器内の温度Ｔｖ、二酸化炭素ラインＬ２における混合器８の手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び状態、及び、混合物ラインＬ４における噴霧器９の手前での混合物の温度Ｔｍ及び状態、噴霧圧力（混合物の噴霧時において噴霧器に供給される混合物の圧力）、Ｔｖ−Ｔｔ、Ｔｖ−Ｔｍ、Ｔｂ−Ｔｔ、Ｔｂ−Ｔｍ、及び、噴霧の状態を表１に示す。なお、状態における「気液」とは気体及び液体が存在することを示し、「液超」とは液体及び超臨界流体が存在することを示す。
【００７４】
圧力容器内の二酸化炭素の温度Ｔｖを変化させるために適宜、圧力容器ヒータ２６Ｈ（或いはクーラ）を用いた。二酸化炭素ラインＬ２内の温度Ｔｔを温度Ｔｖよりも低下させるために熱交換器２８Ｃを用いた。混合物ラインＬ４の混合物の温度Ｔｍを所定の温度とするために適宜混合物ラインヒータ２９Ｈ（或いはクーラ）を用いた。
【００７５】
噴霧の状態における○は噴霧状態が脈動無く安定であることを示し、×は噴霧に脈動（出たり出なかったりする状態）があって不安定な状態を示す。
【００７６】
（実施例１１〜１３）
第２実施形態の図４の塗装装置６００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表１のように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。圧力容器内の二酸化炭素は超臨界であった。
【００７７】
（実施例１４〜１６）
第３実施形態の図５の塗装装置７００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表２のように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃに代えて熱交換器２９Ｃを使用し、混合物ラインＬ４内の温度Ｔｍを温度Ｔｖよりも低下させた。
【００７８】
（実施例１７〜１９）
第４実施形態の図６の塗装装置８００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表２のように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。圧力容器内の二酸化炭素は超臨界であった。熱交換器２８Ｃに代えて熱交換器２９Ｃを使用し、混合物ラインＬ４内の温度Ｔｍを温度Ｔｖよりも低下させた。
【００７９】
（比較例１〜１２）
塗料の組成及び各温度を表３のように設定する以外は実施例１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、代わりにヒータ等を用いて二酸化炭素ラインにおける混合器手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び混合物ラインにおける噴霧器手前での混合物温度Ｔｍの両方を制御し、これらの温度を噴霧圧力における沸点Ｔｂよりも高くした。
【００８０】
（比較例１３〜１４）
塗料の組成及び各温度を表４のように設定する以外は実施例１９と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、噴霧圧力では二酸化炭素は超臨界となり沸点Ｔｂは存在しない。なお、表３における「液超」とは、液体塗料と超臨界二酸化炭素との混合物を示す。
【００８１】
（比較例１５〜１６）
塗料の組成及び各温度を表４のように設定する以外は比較例１１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、二酸化炭素ラインにおける混合器手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び混合物ラインにおける噴霧器手前での混合物温度Ｔｍの両方を、噴霧圧力における沸点Ｔｂよりも高くした。気化熱により二酸化炭素ラインの温度が下がるためヒータによりそれぞれ２５℃又は２４℃に維持した。
【００８２】
（比較例１７〜１８）
塗料の組成及び各温度を表４のように設定する以外は比較例１３と同様にして噴霧を行った。
【００８３】
【表１】
2019209303.tif 000003
【００８４】
【表２】
2019209303.tif 000004
【００８５】
【表３】
2019209303.tif 000005
【００８６】
【表４】
2019209303.tif 000006
【００８７】
実施例では、安定的な噴霧ができた。
【符号の説明】
【００８８】
Ｌ２…二酸化炭素ライン、Ｌ４…混合物ライン、８…混合器、９…噴霧器、２０…圧力容器、２２…出口管、２４…流量調節バルブ、２６Ｈ…圧力容器ヒータ、２８Ｃ…熱交換器、２９Ｃ…熱交換器、２９Ｈ…混合物ラインヒータ、４０…圧力容器温度計、４１…二酸化炭素ライン温度計、４２…混合物ライン温度計、５００，６００，７００，８００…塗装装置。
【図１】
2019209303.tif 000007
【図２】
2019209303.tif 000008
【図３】
2019209303.tif 000009
【図４】
2019209303.tif 000010
【図５】
2019209303.tif 000011
【図６】
2019209303.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月16日(2018.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項２】
前記熱交換器が、前記流量調節バルブよりも下流側に配置された、請求項１に記載の塗装装置。
【請求項３】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、
前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項４】
前記熱交換器が、前記混合物ライン内の混合物を冷却して該混合物中の気体の二酸化炭素を液体にする、請求項３に記載の塗装装置。
【請求項５】
前記圧力容器を加熱するヒータを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を、液化する、又は、液体状態に維持する工程と、
前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を噴霧する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項７】
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素の冷却が、前記流量調節バルブよりも下流側で行われる、請求項６に記載の塗装方法。
【請求項８】
圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
塗料を前記混合器に供給する工程と、
前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中の二酸化炭素を液化する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項９】
前記混合物中の前記液化される二酸化炭素が気体である、請求項８に記載の塗装方法。
【請求項１０】
前記圧力容器を加熱して前記圧力容器内の圧力を高くする工程を更に備える、請求項６〜９のいずれか一項に記載の塗装方法。
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項２】
前記熱交換器が、前記流量調節バルブよりも下流側に配置された、請求項１に記載の塗装装置。
【請求項３】
二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
前記混合物を噴霧する噴霧器と、
前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、
前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
【請求項４】
前記熱交換器が、前記混合物ライン内の混合物を冷却して該混合物中の気体の二酸化炭素を液体にする、請求項３に記載の塗装装置。
【請求項５】
前記圧力容器を加熱するヒータを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
圧力容器内の超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を液化する工程と、
前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を噴霧する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項７】
前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素の冷却が、前記流量調節バルブよりも下流側で行われる、請求項６に記載の塗装方法。
【請求項８】
圧力容器内の超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
塗料を前記混合器に供給する工程と、
前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中の二酸化炭素を液化する工程と、を備える、塗装方法。
【請求項９】
前記混合物中の前記液化される二酸化炭素が気体である、請求項８に記載の塗装方法。
【請求項１０】
前記圧力容器を加熱して前記圧力容器内の圧力を高くする工程を更に備える、請求項６〜９のいずれか一項に記載の塗装方法。