JP7729531B2 - コーティング方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 （１）公益社団法人 精密工学会九州支部、学生Ｗｅｂ講演会講演論文集 令和２年２月７日掲載 （２）公益社団法人 精密工学会九州支部、学生Ｗｅｂ講演会 令和２年１２月１０日開催

本明細書によって開示される技術は、コーティング装置、およびコーティング方法に関する。

例えばワイヤなどの線状の被塗物にコーティングを行う場合に、帯電された塗布液を噴霧して、静電気力によって被塗物に塗着させる静電塗装法が用いられることがある。静電塗装において、塗布液を霧状にするための方式として、噴霧ノズルに電圧を印加し、帯電した塗布液自身の反発力を利用して微粒化させる静電霧化方式が知られている（特許文献１参照）。塗布液の液滴は、静電気力によって接地された被塗物に引き寄せられ、付着する。

特開２０１９－６００５９号公報

塗装空間内には、ノズル、被塗物を支持するための部材、塗装ブースのフレームなどの接地された部材が、被塗物の他にも存在する。塗装空間内において被塗物から一定距離離れた位置では、電界の向きはこれらの被塗物以外の接地部材へ向いてしまい、塗布液の液滴がこれらの接地部材に引き寄せられてしまう。このため、塗布液の無駄が多くなってしまう。

本明細書によって開示されるコーティング装置は、線材の表面に静電塗装法によりコーティングを施すためのコーディング装置であって、外部電極と、塗布液が噴出される噴出口を有し、前記噴出口を前記外部電極に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズルと、前記線材を、前記外部電極と前記噴出口との間に配されるように支持する支持部材と、前記噴霧ノズルと前記外部電極とに電圧を印加する電源装置と、を備える。

また、本明細書によって開示されるコーティング方法は、線材の表面に静電塗装法によりコーティングを施すためのコーディング方法であって、外部電極と、塗布液が噴出される噴出口を有し、前記噴出口を前記外部電極に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズルとに、それぞれ電圧を印加する電圧印加工程と、前記外部電極と前記噴出口との間に前記線材を配して前記噴霧ノズルから前記塗布液を噴霧する噴霧工程と、を備える。

本明細書によって開示される技術によれば、塗布液の無駄を削減し、線材の表面に、効率よくコーティング層を形成することができる。

図１は、実施形態のコーティング装置の構成を示す概略側面図である。 図２は、実施形態において、噴霧ノズルおよび外部電極への電圧印加によって発生した電界の向きと、この電界の向きに従って移動する塗布液の液滴とを示す概略側面図である。 図３は、実施形態の医療用ワイヤの断面図である。 図４は、試験例において、外部電極に電圧を印加しなかった場合のスプレーパターンを示す画像である。 図５は、試験例において、外部電極に０．５ｋＶの電圧を印加した場合のスプレーパターンを示す画像である。

［実施形態の概要］
（１）本明細書によって開示されるコーティング装置は、線材の表面に静電塗装法によりコーティングを施すためのコーディング装置であって、外部電極と、塗布液が噴出される噴出口を有し、前記噴出口を前記外部電極に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズルと、前記線材を、前記外部電極と前記噴出口との間に配されるように支持する支持部材と、前記噴霧ノズルと前記外部電極とに電圧を印加する電源装置と、を備える。

また、本明細書によって開示されるコーティング方法は、線材の表面に静電塗装法によりコーティングを施すためのコーディング方法であって、外部電極と、塗布液が噴出される噴出口を有し、前記噴出口を前記外部電極に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズルとに、それぞれ電圧を印加する電圧印加工程と、前記外部電極と前記噴出口との間に前記線材を配して前記噴霧ノズルから前記塗布液を噴霧する噴霧工程と、を備える。

上記の構成によれば、線材の周囲において、噴霧ノズルおよび外部電極への電圧印加によって発生した電界の向きは、噴霧ノズルおよび外部電極から線材へ向かって収束する向きとなる。塗布液の液滴は、このような電界の向きに従って線材に向かって移動し、線材に付着するから、外部電極を設けない場合と比較して、塗布液の線材への塗着効率が向上する。これにより、塗布液の無駄を削減し、線材の表面に、効率よくコーティング層を形成することができる。

（２）上記（１）のコーティング装置またはコーティング方法において、前記外部電極における、前記線材の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される長さは、前記噴霧ノズルから噴霧される前記塗布液の噴霧範囲の、前記線材の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される噴霧幅と等しいか、前記噴霧幅よりも大きいことが好ましい。

また、上記（１）のコーティング装置またはコーティング方法において、前記外部電極における、前記線材の延び方向と直交する方向の両端間の距離で表される幅は、前記線材の幅と等しいか、前記線材の幅よりも大きいことが好ましい。

このような構成によれば、塗布液の液滴の線材への塗着効率がいっそう向上し、塗布液の無駄をいっそう削減することができる。

［実施形態の詳細］
本明細書によって開示される技術の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜実施形態＞
実施形態を、図１から図３を参照しつつ説明する。本実施形態の医療用ワイヤ１０は、内視鏡などの医療器具用のガイドワイヤとして用いられる部材であって、図３に示すように、芯線１１（線材に該当）と、この芯線１１の表面を被覆するコーティング層１２とを備えている。芯線１１は、導電性を有しており、例えば、ステンレス製の単線である。コーティング層１２は、芯線１１の表面に例えばフッ素系の塗布液３７を用いてコーティングを施すことにより形成される。

芯線１１にコーティングを施すためのコーティング装置２０は、図１に示すように、芯線１１を繰り出す巻き出しロール２１と、コーティング後の芯線１１を巻き取る巻き取りロール２２と、巻き出しロール２１と巻き取りロール２２との間に設置される成膜室３１と、成膜室３１の内部に備えられた外部電極３２および噴霧ノズル３３と、噴霧ノズル３３に接続された液供給部３４と、噴霧ノズル３３に電圧を印加する第１電源装置３８（電源装置の一例）と、外部電極３２に電圧を印加する第２電源装置３９（電源装置の一例）と、を備えている。

巻き出しロール２１から送り出された芯線１１は、成膜室３１の内部を通過し、巻き取りロール２２に巻き取られる。芯線１１は、接地されることによりアース極とされている。

外部電極３２は、導電性を有する細長い板状の部材であって、成膜室３１の内部に、芯線１１の下方に配されている。外部電極３２は、例えば、ステンレスなどの金属よりなる。

噴霧ノズル３３は、静電塗装による塗布液３７の噴霧に用いられる静電霧化式のノズルであって、塗布液３７が噴出される噴出口３３Ａを有している。噴霧ノズル３３は、噴出口３３Ａを外部電極３２に向けて設置されており、芯線１１は、噴出口３３Ａと外部電極３２との間を通過するようになっている。噴霧ノズル３３の内部には、図示しない内部電極が備えられている。

第１電源装置３８は、噴霧ノズル３３の内部に備えられた内部電極に接続されており、噴霧ノズル３３に電圧を印加する。

液供給部３４は、内部に塗布液３７が貯留された貯留容器３５と、この貯留容器３５と噴霧ノズル３３とを接続する送液管３６とを備えている。貯留容器３５の内部の塗布液３７は、ポンプ等の送液装置（図示せず）によって、設定された流量で噴霧ノズル３３に送液される。

第２電源装置３９は、外部電極３２に接続されており、外部電極３２に電圧を印加する。第１電源装置３８と第２電源装置３９とは、独立して制御され、噴霧ノズル３３と外部電極３２とに対して異なる電圧を印加することができる。

外部電極３２は、長さ方向が成膜室３１の内部を通過する芯線１１の延び方向（図１の左右方向）に沿う向きで配されている。本実施形態では、芯線１１は成膜室３１の内部において水平に配されており、外部電極３２は水平に、かつ、芯線１１に対して平行に配されている。外部電極３２における、芯線１１の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される長さＬｅは、噴霧ノズル３３から噴霧される塗布液３７の噴霧範囲の、芯線１１の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される噴霧幅Ｗｓと等しいか、噴霧幅Ｗｓよりも長いことが好ましい（図１参照）。また、外部電極３２における、芯線１１の延び方向に直交する方向の両端間の距離で表される幅Ｗｅは、芯線１１の直径Ｄ（線材の幅に該当）と等しいか、直径Ｄよりも長いことが好ましい（図２参照）。

次に、上記のような構成とされたコーティング装置２０によって芯線１１にコーティングを行う工程について説明する。

まず、第１電源装置３８から噴霧ノズル３３の内部電極に正の電圧が印加されることで、噴霧ノズル３３と接地された芯線１１との間に電場が形成される。また、第２電源装置３９から外部電極３２に正の電圧が印加されることによって、外部電極３２と接地された芯線１１との間にも電場が形成される（電圧印加工程）。

次に、巻き出しロール２１と巻き取りロール２２とを駆動して、芯線１１が噴霧ノズル３３の噴出口３３Ａと外部電極３２との間を通過するようにする。

この状態で、送液装置を駆動して、塗布液３７を貯留容器３５から噴霧ノズル３３に供給する。噴霧ノズル３３に供給された塗布液３７は、噴霧ノズル３３への電圧の印加により、噴霧ノズル３３の内部で帯電されて噴出口３３Ａから吐出され、微粒化される。微粒化された塗布液３７の液滴３７Ｄは、静電気力によって芯線１１に引き寄せられ、芯線１１に付着する（噴霧工程）。このようにして、芯線１１に対するコーティングが行われる。

その後、巻き取りロール２２に巻き取られたコーティング後の芯線１１を、所定の長さに切断して、医療用ワイヤ１０が完成する。

ここで、静電塗装において、噴霧された塗布液３７の液滴３７Ｄには、噴霧ノズル３３への電圧印加によって形成される電界、各液滴３７Ｄが保有する静電引力、及び重力の３つの力が作用する。

塗装環境内に、噴霧ノズルと接地された被塗物しか存在しないと仮定すると、噴霧ノズルへの電圧印加によって形成された電界は、全て被塗物に収束する。したがって、重力の作用を無視すれば、理論上、全ての液滴は被塗物に付着すると考えられる。

しかし、現実の塗装環境内には、噴霧ノズルや被塗物を支持するための支持体や、成膜室のフレームなどの、被塗物以外の接地体が必ず存在する。このため、塗装環境内において、被塗物から一定距離以上離れた位置では、電界はこれらの被塗物以外の接地体に向かい、被塗物に収束しない。したがって、被塗物から一定距離以上離れた位置を飛散する液滴は、被塗物以外の接地体に誘引されることとなり、塗布液の無駄が多くなってしまう。

本実施形態では、成膜室３１内に外部電極３２を配置するとともに、噴霧ノズル３３を、噴出口３３Ａを外部電極３２に向けて配置する。そして、噴出口３３Ａと外部電極３２との間を芯線１１が通過するようにした状態で、コーティングが行われる。このような構成では、芯線１１の周囲において、噴霧ノズル３３への電圧印加、および、外部電極３２への電圧印加によって発生した電界の向きは、図２に矢印で示すように、噴霧ノズル３３および外部電極３２から芯線１１へ向かって収束する向きとなる。塗布液３７の液滴３７Ｄは、このような電界の向きに従って芯線１１に向かって移動し、芯線１１に付着する。これにより、外部電極３２を設けない場合と比較して、塗布液３７の芯線１１への塗着効率が向上し、塗布液３７の無駄を削減することができる。

以上のように本実施形態のコーティング装置２０は、外部電極３２と、塗布液３７が噴出される噴出口３３Ａを有し、噴出口３３Ａを外部電極３２に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズル３３と、芯線１１を、外部電極３２と噴出口３３Ａとの間に配されるように支持する巻き出しロール２１および巻き取りロール２２と、噴霧ノズル３３に電圧を印加する第１電源装置３８と、外部電極３２に電圧を印加する第２電源装置３９と、を備える。

また、本実施形態のコーティング方法は、外部電極３２と、塗布液３７が噴出される噴出口３３Ａを有し、噴出口３３Ａを外部電極３２に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズル３３とに、それぞれ電圧を印加する電圧印加工程と、外部電極３２と噴出口３３Ａとの間に芯線１１を配して噴霧ノズル３３から塗布液３７を噴霧する噴霧工程と、を備える。

上記の構成によれば、芯線１１の周囲において、噴霧ノズル３３および外部電極３２への電圧印加によって発生した電界の向きは、噴霧ノズル３３および外部電極３２から芯線１１へ向かって収束する向きとなる。塗布液３７の液滴３７Ｄは、このような電界の向きに従って芯線１１に向かって移動し、芯線１１に付着するから、外部電極３２を設けない場合と比較して、塗布液３７の芯線１１への塗着効率が向上する。これにより、塗布液３７の無駄を削減し、芯線１１の表面に、効率よくコーティング層１２を形成することができる。

また、外部電極３２における、芯線１１の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される長さＬｅは、噴霧ノズル３３から噴霧される塗布液３７の噴霧範囲の、芯線１１の延び方向に沿う方向の両端間の距離で表される噴霧幅Ｗｓと等しいか、前記噴霧幅Ｗｓよりも大きい。

また、外部電極３２における、芯線１１の延び方向と直交する方向の両端間の距離で表される幅Ｗｅは、芯線１１の直径Ｄと等しいか、直径Ｄよりも大きい。

このような構成によれば、塗布液３７の液滴３７Ｄの芯線１１への塗着効率がいっそう向上し、塗布液３７の無駄をいっそう削減することができる。

＜試験例＞
１．試験方法
絶縁体により形成された骨組によって、直径０．３ｍｍのステンレス製のワイヤを支持した。ワイヤの直下に、ステンレス製の板状の外部電極を設置した。ワイヤに、静電霧化式の噴霧ノズルを用いて鉛直下向きに塗布液を噴霧し、コーティングを行った。塗布液としては、ナトコ株式会社製黒色アクリル樹脂塗料（アクリストＨｉブラック）をアクリル樹脂塗料用シンナー（アクリストシンナー静電用 Ｍ Ｎо．３１２）で質量比１：１で希釈したものを用いた。コーティング後のワイヤは、ホットプレートで焼き付けを行った。試験条件を表１に示す。

外部電極に電圧を印加しなかった場合には、図４に示すように、塗布液の液滴の多くがワイヤに付着するものの、ワイヤに付着せずに落下する液滴も多く観察された。外部電極に０．５ｋＶの電圧が印加された場合には、塗布液の液滴のほとんどがワイヤに付着しており、特に、一度ワイヤを通過した液滴が上方に向きを変えてワイヤに誘引されている様子が観察された。これは、外部電極に電圧が印加されていることによって、外部電極からワイヤへの上向きの電界が形成されたことによるものと考えられる。

＜他の実施形態＞
（１）実施形態では、外部電極３２は、細長い板状の部材であったが、外部電極の形状は任意であり、例えば、棒状、ワイヤ状、円板状などであっても構わない。
（２）実施形態では、１つの外部電極３２用いられたが、複数の外部電極が用いられても構わない。
（３）実施形態では、巻き出しロール２１と巻き取りロール２２との駆動によって成膜室３１の内部を通過する芯線１１に連続的にコーティングを行う連続式のコーティング装置によってコーティングを行う例を示したが、予め所定の長さに切断された線材に対して、バッチ式のコーティング装置によってコーティングを行っても構わない。このような場合、静置された線材に対して噴霧ノズルが走査されても構わない。その場合、例えば、外部電極が噴霧ノズルと連結されており、噴霧ノズルと連動して動くようになっていても構わない。
（４）実施形態では、線材が医療用ワイヤ１０用の芯線１１であったが、線材は、医療用ワイヤとは異なる用途に用いられる部材であっても構わない。
（５）実施形態では、芯線１１と外部電極３２とが、噴霧ノズル３３の下方に配置され、塗布液３７が下方に向かって噴霧されたが、線材の配置、および線材と外部電極と噴霧ノズルとの位置関係は、線材が噴霧ノズルの噴出口と外部電極との間に配されていれば任意である。例えば、線材と外部電極とが、噴霧ノズルの上方に配され、噴霧ノズルが、噴出口を上方に向けて配され、塗布液が上方に向かって噴霧されても構わない。あるいは、線材と外部電極とが、噴霧ノズルの側方に配され、噴霧ノズルが、噴出口を側方に向けて配され、塗布液が側方に向かって噴霧されても構わない。また、実施形態では、芯線１１と外部電極３２とが水平に配されていたが、線材の向きは任意であり、例えば、線材が鉛直方向に配されていてもよく、斜めに配されていても構わない。いずれの場合にも、外部電極が長さを有する部材である場合には、外部電極が線材に対して平行に配されていることが好ましい。
（６）実施形態では、噴霧ノズル３３に第１電源装置３８が接続され、外部電極３２が第２電源装置３９に接続されていたが、噴霧ノズルと外部電極とに同一の電源装置が接続されていても構わない。この場合、噴霧ノズルに印加される電圧と外部電極に印加される電圧とが個別に制御できるようになっていることが好ましい。

１１：芯線（線材）
２０：コーティング装置
２１：巻き出しロール（支持部材）
２２：巻き取りロール（支持部材）
３２：外部電極
３３：噴霧ノズル
３３Ａ：噴出口
３７：塗布液
３８：第１電源装置（電源装置）
３９：第２電源装置（電源装置）

Claims (1)

1. コーティング装置を用い、線材の表面に静電塗装法によりコーティングを施すためのコーティング方法であって、
   前記コーティング装置が、
   外部電極と、
   塗布液が噴出される噴出口を有し、前記噴出口を前記外部電極に向けて配置された静電霧化式の噴霧ノズルと、
   前記線材を、前記外部電極と前記噴出口との間に配されるように支持する一対の支持部材と、
   前記噴霧ノズルと前記外部電極とに電圧を印加する電源装置と、を備え、
   前記一対の支持部材の間に成膜室が設置され、前記外部電極と前記噴霧ノズルは前記成膜室の内部に備えられ、
   前記外部電極は、導電性を有する細長い板状の部材とされ、その長さ方向が前記線材の延び方向に沿う向きで配されるとともに、前記成膜室の内部であって水平方向に配された前記線材の下方において水平に配され、
   前記噴霧ノズルの内部には内部電極が備えられ、前記内部電極に対して前記電源装置からの電圧が印加されるものであり、
   前記外部電極と、前記噴霧ノズルとに、それぞれ電圧を印加する電圧印加工程と、
   前記外部電極と前記噴出口との間に前記線材を配して前記噴霧ノズルから前記塗布液を噴霧する噴霧工程と、を備え、
   前記電圧印加工程では、第１の電源装置から前記噴霧ノズルの内部に備えられた内部電極に電圧を印加することで、前記噴霧ノズルと接地された前記線材との間に電場を形成するとともに、第２の電源装置から前記外部電極に前記内部電極と同極性の電圧を印加することによって、前記外部電極と接地された前記線材との間にも電場を形成し、
   前記噴霧ノズルの前記噴出口と前記外部電極との間に前記線材を通過させ、
   この状態で、前記噴霧ノズルに前記塗布液を供給し、前記噴霧ノズルへの電圧の印加により、前記塗布液を前記噴霧ノズルの内部で帯電させるとともに前記噴出口から微粒化した状態で吐出させ、微粒化された前記塗布液の液滴を静電気力によって前記線材に引き寄せ付着させる、コーティング方法。