(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料供給手段から放出された固形粒子を含む塗料とエア供給手段から供給されたエアとを主通路において互いに混合させた後、これらの混合流体を噴射口から噴射するようにした塗装用ノズルであって、
前記主通路は、塗料導入部とエア混合部と第二膨張部とから構成され、
前記第二膨張部は、前記エア混合部の内径に対して同一の幅を有するとともに、十分大きな略楕円形の横断面形状を有し、かつ、前記噴射口よりも大きな断面積となる拡幅部を有しており、
前記エア供給手段から供給されたエアを前記主通路の周囲から当該主通路の軸心に向けて供給し、このエアを膨張させた後に前記噴射口から噴射させることを特徴とする塗装用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスフレーク等の固形粒子を含んだ塗料を塗布するための塗装用ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗料の中には、ガラスフレーク、セラミックス、亜鉛末等のりん片状の固形粒子を含んだものがある。この固形粒子を含んだ塗料は、廃煙脱硫装置、タンク、橋梁などの大型で重量のある構築物の防食や防錆を目的として用いられる場合が多い。
この種の塗料は、鏝塗りや刷毛塗り、あるいはエアレススプレー塗装装置を適用して被塗装物に塗布されるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鏝塗りや刷毛塗りは、液状の塗料を鏝や刷毛で順次被塗装物に塗り付けてゆくものである。このため、塗装効率が著しく低く、しかも高度な技術が必要となり、特に、上述した大型の被塗装物を塗装対象とする場合、作業が極めて煩雑となる。
【０００４】
これに対して上述したエアレススプレー塗装装置は、４〜５０ＭＰａ程度でエアレス塗装ガンに供給された塗料を塗装用ノズルの噴射口において所望のスプレーパターンに霧化し、これを被塗装物に順次吹き付けるものである。従って、このエアレススプレー塗装装置を適用した場合には、鏝塗りや刷毛塗りに比べて塗装効率を著しく向上させることが可能になる筈である。
【０００５】
しかしながら、エアレススプレー塗装装置に適用する塗装用ノズルは、供給塗料の圧力低下を防止するため、噴射口の口径を可及的に小さくする必要がある。つまり、エアレススプレー塗装装置では、塗料の圧力が低下した場合に所望のスプレーパターンを得ることが困難になるため、噴射口の口径を小さくして塗料の圧力低下を防止する必要がある。この結果、塗料に含まれる固形粒子が、この噴射口に詰まる事態が頻発するようになり、当該塗装用ノズルの清掃作業や交換作業のために塗装効率を思うように向上させることができない。また、塗料から噴射される塗料の圧力が極めて高いため、りん片状の固形粒子が被塗装物に衝突し、塗膜中において立った状態となり、防食、防錆性の点で好ましくない。
【０００６】
一方、塗料を被塗装物に塗布するための装置には、図５に示すような、玉吹き塗装装置と称されるものがある。この塗装装置は、エアレス塗装ガンＡと塗装用ノズルＸとの間にエア供給手段Ｙを介在させたものであり、エアレス塗装ガンＡから噴射された塗料と、このエア供給手段Ｙから供給されたエアとを、塗装用ノズルＸの主通路内において混合させた後、この混合流体を噴射口から被塗装物に噴射させるようにしている。
この塗装装置は、塗装用ノズルＸの噴射口Ｄにおいて塗料を霧化させるものではない。従って、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、噴射口Ｄの口径を比較的大きくすることができ、当該塗装用ノズルＸにおいて固体粒子が詰まる事態を防止することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、上述した塗装装置は、本来、塗料の玉吹き、つまり被塗装物に対して塗料を粒状に塗布するためのものであり、この玉吹きに適した工夫が施されている。つまり、図６（ａ）に明示するように、塗装用ノズルＸの主通路Ｅにおいてエアを周囲から螺旋状に導入するようにエア通路Ｆを形成し、この螺旋状に進行するエアの作用により、塗料粒を壊すことなくこれを被塗装物に塗布するようにしている。
【０００８】
この螺旋状に進行するエアは、例えば中心部の流速が周辺部に比べて大きくなる等、塗装用ノズルＸから噴射された流体に大きな速度分布を与えるものである。このため、このような塗装装置を適用して固形粒子を含む塗料の塗装を行った場合には、塗料と固形粒子との比重の相違から、図６（ｄ）に示すように、スプレーパターンの中心部にのみ固形粒子が集中する事態を招くようになる。
さらに、互いに異なる速度で噴射された塗料のうち、高速で噴射されたものは被塗装物から反射し、一方、低速で噴射されたものは被塗装物に到達せずに浮遊したり落下したりするようになる。この結果、塗着効率が著しく低下することになり、塗料ミストやダスト固形物が多量に発生して作業環境を汚損する原因になる、浮遊する塗料ミストによってピンホールが発生する、等の問題を生じる虞れがある。
【０００９】
結局、上記塗装装置を適用した場合にも、所望のスプレーパターンを得ることが困難であり、また塗着効率も極めて低いため、塗装効率を思うように向上させることができない。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みて、固形粒子を含んだ塗料を被塗装物に対して効率よく塗布することのできる塗装用ノズルおよび塗装方法を提供することを解決課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、塗料供給手段から放出された固形粒子を含む塗料とエア供給手段から供給されたエアとを主通路において互いに混合させた後、これらの混合流体を噴射口から噴射するようにした塗装用ノズルであって、前記エア供給手段から供給されたエアを前記主通路の周囲から当該主通路の軸心に向けて供給し、このエアを膨張させた後に前記噴射口から噴射させるようにしている。
【００１２】
より具体的には、ロッド状を成し、軸心部分に前記主通路を有したノズル本体と、前記ノズル本体の周面から前記主通路の軸心に向けて直線状に延在し、前記エア供給手段から供給されたエアを前記主通路に導入する細径のエア通路と、を備えて上述した塗装用ノズルを構成することができる。この場合、前記主通路は、前記エア通路の開口よりも下流側に位置する部分に、断面積が急激に増大する第二膨張部を有したものであることが好ましく、さらにこの第二膨張部が、前記噴射口よりも大きな断面積となる拡幅部を有したものであることが好ましい。噴射口は、塗料の塗り継ぎや塗り重ねを考慮した場合、その横断面が略楕円形状であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明では、固形粒子を含む塗料をノズル本体の主通路に対して塗料供給手段から放出するとともに、エア供給手段から供給されたエアを前記主通路の周囲から当該主通路の軸心に向けて供給することによりこれら塗料およびエアを混合させ、これらの混合流体を膨張させた後、噴射口を介して被塗装物に噴射するようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る塗装用ノズルの参考形態を示したもので、ガラスフレーク等のりん片状の固形粒子を含んだ塗料を被塗装物に対して塗布するための塗装用ノズル１０を例示している。
【００１５】
図１（ａ）乃至（ｄ）に示すように、上記塗装用ノズル１０のノズル本体１１は、基端部外周面にフランジ部１２を有した横断面が円形のロッド状を成しており、その軸心部分に塗料導入部１３、エア混合部１４および第二膨張部１５から成る主通路を有している。
【００１６】
塗料導入部１３は、ノズル本体１１の基端面に開口し、かつ先端に向かうに従って漸次内径が減少するテーパ状を成している。
【００１７】
エア混合部１４は、その内径が全長に亘って一様となるように形成した部分であり、上記塗料導入部１３に連設してある。
【００１８】
第二膨張部１５は、横断面が上記エア混合部１４よりも十分大きな面積を有した略楕円形、あるいは小判形を成すもので、より詳述すれば、この第二膨張部１５は、上記エア混合部１４の内径に対して、同一の幅を有し、かつ約３倍の長さを有した横断面形状を成すもので、その基端がエア混合部１４に連設する一方、その先端が噴射口１６としてノズル本体１１の先端面に開口している。
【００１９】
図からも明らかなように、この主通路は、その全長に対して上記第二膨張部１５が１／２以上の長さを有し、またエア混合部１４が塗料導入部１３の全長に対して１／２以下の長さを有するように構成してある。また、主通路において最も細径となるエア混合部１４は、塗料に含まれているガラスフレーク等の固形粒子よりも十分に太径となるように構成してある。
【００２０】
一方、上記塗装用ノズル１０は、ノズル本体１１に複数本、この実施形態では４本のエア通路１７を有している。各エア通路１７は、上述した主通路のエア混合部１４よりも十分に小さい内径を有したものであり、ノズル本体１１におけるフランジ部１２の基端側に位置する部分の周面から主通路のエア混合部１４に向けて直線状に形成されている。
【００２１】
これらエア通路１７は、互いに等間隔となる位置において、いずれもノズル本体１１の径方向に沿って延在し、つまり主通路におけるエア混合部１４の軸心に向けて延在し、また内方に向かうに従って漸次先端側に傾斜している。
【００２２】
上記のように構成した塗装用ノズル１０は、先に図５に示した塗装装置のエア供給手段Ｙに取り付けられ、上述した固形粒子を含む塗料の塗装に供されるようになる。すなわち、上記塗装用ノズル１０は、基端部にアダプタＧを装着した状態でエア供給手段Ｙの収容部Ｈに配置され、さらにフランジ部１２の先端面にＯ−リングＪを配置した状態でエア供給手段ＹにキャップＫを螺合させることにより、当該エア供給手段Ｙに取り付けられる。この状態においては、図２に示すように、ノズル本体１１の主通路が、アダプタＧの孔Ｌを介してエア供給手段Ｙの塗料通路Ｍに合致され、さらにこの塗料通路Ｍを介してエアレス塗装ガンＡの塗料放出口Ｎに接続される。また、エア供給手段Ｙの収容部ＨにおいてアダプタＧおよびノズル本体１１の周囲に環状の室Ｐが構成されるようになり、ノズル本体１１のエア通路１７が、この室Ｐおよびエア供給管路Ｑを通じて図示せぬエア供給源に接続される。
【００２３】
従って、この状態からエア供給源（図示せず）を駆動すれば、エア供給管路Ｑを介して上述した室Ｐに供給されたエアが各エア通路１７を通じてノズル本体１１のエア混合部１４に供給されることになり、さらにこの状態からエアレス塗装ガンＡを作動させれば、該エアレス塗装ガンＡから放出された塗料が、塗料通路ＭおよびアダプタＧの孔Ｌを通じてノズル本体１１の主通路に供給されるようになり、これらエアと塗料との混合流体が噴射口１６を通じて噴射されることになる。
【００２４】
ここで、上記塗装用ノズル１０では、エア通路１７を通過した後のエアが主通路のエア混合部１４に達した時点で膨張する。さらにこのエアがエア混合部１４から第二膨張部１５に達した時点で再び膨張し、かつ乱流を発生するようになる。従って、固形粒子を含んだ塗料が、エアの膨張作用並びに乱流作用によって均一に分散され、その後第二膨張部１５を通過する間に適宜調整され、最終的に噴射口１６の形状に従ったスプレーパターンで外部へ噴射されるようになる。
しかも、上記塗装用ノズル１０は、上述したようにエア通路１７が主通路においてエア混合部１４の軸心に向けて延在するものであるため、噴射口１６から噴射された流体に大きな速度分布を与えることもない。
【００２５】
これらの結果、上記塗装用ノズル１０によれば、図１（ｅ）に示すように、被塗装物に対して噴射口１６の形状に合致したスプレーパターンの塗料を、固形粒子も含めて均一に塗布することが可能になる。この場合、上述した玉吹き塗装装置に適用される塗装用ノズルＸと同様に、塗料を塗装用ノズル１０の噴射口１６において霧化させるものではないため、噴射口１６の口径を比較的大きくすることができ、当該塗装用ノズル１０において固体粒子が詰まる事態を招来する虞れがない。また、噴射口１６から噴射された塗料の流速がその全域でほぼ均一であるため、被塗装物から反射したり、被塗装物に到達せずに浮遊したり落下したりするような事態もほとんどなく、塗料ミストやダスト固形物の発生が著しく減少して、作業環境を良好に保持できるとともに、塗膜品質への影響も防止できる。さらには、りん片状の固形粒子が塗膜中において互いに折り重なるように配置されるようになり、防食、防錆性の点で極めて有利となる。従って、こうした塗装用ノズル１０を適用すれば、例えば廃煙脱硫装置などの大型で重量のある構築物の防食や防錆作業も、これを効率よく行うことが可能になる。
【００２６】
図５に示した塗装装置の場合、エアレス塗装ガンＡに供給する塗料の圧力は、塗料の粘度、固形粒子の種類や含有量、ホースの長さや径等々の条件によって異なるものの、エアレススプレー塗装装置の場合に比べて低く設定することができる。具体的には、エアレススプレー塗装装置の場合、上述したように、４〜５０ＭＰａ程度の圧力が必要であるが、実施形態の場合、０．１〜１４ＭＰａ程度の圧力があれば十分である。本発明者によれば、１／２ホース５０ｍ＋３／８手元ホース２ｍの場合、４．６ＭＰａで美麗に塗装することができるという実験結果を得ている。また、３／８ホースで塗料を１００ｍ圧送するようにした場合であっても、１０．８ＭＰａ程度の圧力で十分に塗装作業が可能であった。このとき、上述したように、りん片状の固形粒子が、塗膜中において互いに折り重なるように配置されているのを確認することができた。
【００２７】
さらに、塗装用ノズル１０によって構成されるスプレーパターンの幅Ｗは、第二膨張部１５の長さによって適宜変更することができる。例えば、被塗装物に対して６００ｍｍ離隔した部位から塗料を塗布する場合、第二膨張部１５の長さが１１．５ｍｍでスプレーパターンの幅が４００ｍｍとなり、第二膨張部１５の長さが１９ｍｍでスプレーパターンの幅が２００ｍｍに変化するという実験結果を得ている。
【００２８】
図３は、本発明に係る塗装用ノズルの第二実施形態を示したものである。この塗装用ノズル２０は、図１に示した参考形態の塗装用ノズル１０に対して、塗料の塗り継ぎや塗り重ねをより効率よく行うために改良を施したもので、当該参考形態の塗装用ノズル１０とは、第二膨張部２５の形状のみが異なっている。
【００２９】
すなわち、この塗装用ノズル２０では、噴射口１６よりも大きな断面積となる拡幅部２５ａを有するように第二膨張部２５を構成している。この拡幅部２５ａは、エア混合部１４の終端部から急激に幅が増大する一方、先端側に向かうに従って漸次幅が小さくなり、参考形態と同一形状の噴射口１６で終端となっている。なお、この第二実施形態の塗装用ノズル２０においても、図５に示す塗装装置のエア供給手段Ｙに取り付けられ、上述した固形粒子を含む塗料の塗装に供されるようになるのは、先の参考形態と同様である。また、参考形態と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
【００３０】
この第二実施形態の塗装用ノズル２０によれば、第二膨張部２５において均一に分散した塗料とエアとの混合流体が、ノズル本体１１の軸心部分、つまり拡幅部２５ａを形成した部分をより多く通過するようになる。従って、図３（ｄ）に示すように、被塗装物に対して中央部が膨らむ形状となり、かつこの中央部分への均一に分散した塗料の塗布量が両端部に比べて僅かに多くなるような、塗り継ぎおよび塗り重ねに最適なスプレーパターンの塗料を塗布することができるようになる。
【００３１】
また、この第二実施形態の塗装用ノズル２０においても、固体粒子が詰まる事態を招来する虞れがない、噴射口１６から噴射された塗料の流速がその全域でほぼ均一であるため塗料ミストやダスト固形物の発生が著しく減少して作業環境を良好に保持できるとともに塗膜品質への影響も防止できる、といった作用効果を期待することができるのは参考形態と同様である。
【００３２】
この結果、第二実施形態の塗装用ノズル２０によれば、参考形態に比べて塗装効率を一層向上させることが可能となる。
【００３３】
図４は、本発明に係る塗装用ノズルの第三実施形態を示したものである。この塗装用ノズル３０は、第二実施形態と同様に、図１に示した参考形態の塗装用ノズル１０に対して、塗料の塗り継ぎや塗り重ねをより効率よく行うために改良を施したもので、当該参考形態の塗装用ノズル１０とは、第二膨張部３５以降の形状のみが異なっている。
【００３４】
すなわち、この塗装用ノズル３０では、第二膨張部３５の中心部両内壁にそれぞれ半円弧状の凹部３５ａを形成するようにしている。この凹部３５ａは、ノズル本体１１の噴射端面にまで達しており、噴射口３６の形状も第二膨張部３５の横断面と同一の形状となっている。なお、この第三実施形態の塗装用ノズル３０においても、図５に示す塗装装置のエア供給手段Ｙに取り付けられ、上述した固形粒子を含む塗料の塗装に供されるようになるのは、先の参考形態と同様である。また、参考形態と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
【００３５】
この第三実施形態の塗装用ノズル３０によれば、第二膨張部３５において均一に分散した塗料とエアとの混合流体が、ノズル本体１１の軸心部分、つまり凹部３５ａを形成した部分をより多く通過するようになる。従って、図４（ｄ）に示すように、被塗装物に対して中央部が膨らむ形状となり、かつこの中央部分への均一に分散した塗料の塗布量が両端部に比べて僅かに多くなるような、塗り継ぎおよび塗り重ねに最適なスプレーパターンの塗料を塗布することができるようになる。
【００３６】
また、この第三実施形態の塗装用ノズル３０においても、固体粒子が詰まる事態を招来する虞れがない、噴射口３６から噴射された塗料の流速がその全域でほぼ均一であるため塗料ミストやダスト固形物の発生が著しく減少して作業環境を良好に保持できるとともに塗膜品質への影響も防止できる、といった作用効果を期待することができるのは参考形態と同様である。
【００３７】
この結果、第３実施形態の塗装用ノズル３０によれば、参考形態に比べて塗装効率を一層向上させることが可能になる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、いずれも噴射口として略楕円形状のものを例示しているが、得ようとするスプレーパターンに応じて適宜変更することが可能である。この場合、第二膨張部の形状は、噴射口と同一形状としてもよいし、噴射口とは異なる形状とすることもできる。また、４本のエア通路を設けるようにしているが、それ以外の数であっても同様の作用効果を期待することが可能である。ただし、エア通路は複数であることが好ましく、またノズル本体の主通路において互いに等間隔に開口していることが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、主通路の軸心に向けてエアを供給するようにしているため、噴射口から噴射された流体に大きな速度分布を与えることがない。従って、固形粒子も含めて塗料を均一に分散させることができるようになる。しかも、塗料を噴射口において霧化させるものではないため、固体粒子が詰まる事態を招来する虞れがなく、また、噴射口から噴射された塗料の流速がその全域でほぼ均一であるため、塗着効率が向上して作業環境を良好に保持できるとともに、塗膜品質への影響も防止できる。これらの結果、被塗装物が橋梁などの大型で重量のある構築物の場合であっても、その塗装作業を効率よく行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る塗装用ノズルの参考形態を示したもので、（ａ）は塗装用ノズルの噴射端面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は外観を示す斜視図、（ｅ）はこの塗装用ノズルを適用した場合の被塗装物に対する塗装結果を示す概念図である。
【図２】  図１に示した塗装用ノズルを適用した塗装装置の要部断面図である。
【図３】  本発明に係る塗装用ノズルの第二実施形態を示したもので、（ａ）は塗装用ノズルの噴射端面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）はこの塗装用ノズルを適用した場合の被塗装物に対する塗装結果を示す概念図である。
【図４】  本発明に係る塗装用ノズルの第三実施形態を示したもので、（ａ）は塗装用ノズルの噴射端面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）はこの塗装用ノズルを適用した場合の被塗装物に対する塗装結果を示す概念図である。
【図５】  本発明に係る塗装用ノズルを適用対象とする塗装装置の分解図である。
【図６】  従来の玉吹き塗装装置に適用される塗装用ノズルを示したもので、（ａ）は塗装用ノズルの噴射端面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は外観を示す斜視図、（ｄ）はこの塗装用ノズルを適用した場合の被塗装物に対する塗装結果を示す概念図である。
【符号の説明】
１０      塗装用ノズル
１１      ノズル本体
１２      フランジ部
１３      塗料導入部
１４      エア混合部
１５      第二膨張部
１６      噴射口
１７      エア通路
２０      塗装用ノズル
２５      第二膨張部
２５ａ      拡幅部
３０      塗装用ノズル
３５      第二膨張部
３５ａ      凹部
３６      噴射口
Ａ      エアレス塗装ガン
Ｄ      噴射口
Ｅ      主通路
Ｆ      エア通路
Ｇ      アダプタ
Ｈ      収容部
Ｊ      リング
Ｋ      キャップ
Ｌ      孔
Ｍ      塗料通路
Ｎ      塗料放出口
Ｐ      室
Ｑ      エア供給管路
Ｗ      スプレーパターンの幅
Ｘ      塗装用ノズル
Ｙ      エア供給手段
【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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