WO1998013673A1

WO1998013673A1 - Instrument de mesure du debit massique de poudre et appareil de revetement electrostatique par poudre l'utilisant

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Publication number: WO1998013673A1
Application number: PCT/JP1997/003363
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Inventors: Tsutomu Itoh
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Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1998-04-02
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Description

十

明細書粉体質量流量測定装置、およびこれを適用した静電粉体塗装装置技術分野

この発明は、気体と共に搬送される粉体の質量流量を測定する装置、この流量測定装置を適用することによつて高性能化された製造 · 運転 · 保守の容易な粉体定量供給装置、及びこれを適用した高性能静電粉体塗装装置に関するものである, 背景技術

従来、粉体塗装装置或は溶射装置等のように粉体の質量流量が数十グラム毎分乃至数百グラム毎分程度の比較的少ない供給量で、高価な粉体を、数台乃至数十台の装置毎に、正確に供給するための装置として、添付図面の図 4、図 7に示した様な気体搬送粉体定量供給システムが知られている。

図 4に示したのは、容積式定量供給装置と呼ばれるものの一例であって、ホッパー 1 0 1内部の粉体塗料 1 02は、圧縮空気 1 04により、多孔板 1 03を通して流動化され、ホッパー 1 0 1の底部に設けられたスクリューフィ一ダ 1 06 によってインジェク夕 1 1 3に送られ、そのインジェクタ 1 1 3により、粉体ガンへ供給される。

この時、この装置はスクリューの寸法によって定まる定数、即ちスクリュー 1ピッチの有効容積 A (c c) と、モー夕 1 08の回転数 RZm i nによって

容積流 fiF v = AR (単位 = c cZm i n)

を供給することができる。しかし、粉体塗装の工程において本質的に要求される塗料供給量は、容積流量（ c c Zm i n) ではなくて質量流量（ gZm i n ) であるので、スクリューフィーダ 1 06の内部 1 0 7における粉体塗料の実際の嵩比重 S (以下これを供給嵩比重と呼ぶ）で補正して

質量流量 F = S A R (単位- g/m i n)

を推定し、モーター回転数に供給量指示計 1 1 0を目盛って質量流量を推定するのが通常である。

容積式定量供給装置の場合には、この供給嵩比重 Sに塗料ホッパー内の塗料レベルが影響しない様にすることが重要なボイントであり、図 4の例ではこの目的のために、塗料レベル制御装置 1 0 5が適用されている。この外に、塗料レベルと供給嵩比重とを絶縁するいくつかの他の方式が利用されているが、その大部分ではホッパー内の粉体を流動化する方式が採用されており、供給手段として、テーブルフィーダ一、偏心ポンプ、溝付ロール等が利用されている容積式定量供給装置に関してもその事情は同様である。

供給寓比重 Sに最も大きく影響する新粉のゆるめ嵩比重は、塗料の品種によつて 0 . 4〜0 . 7 5 g / c cという広い範囲で変化し、これは同じ品種でも、生産ロットで 3〜 5 %程度変化することもある。また供給嵩比重 Sは、流動空気量によって 5〜 1 5 %程度の影響を受け、これは塗料ホッパー全体としての問題以外に、一つのホッパーに複数のスクリューを取り付ける場合には、多孔板 1 0 3 の部位による通気抵抗の不同が数％程度あり、これが供給嵩比重に直接影響するので、 ± 2 . 5 %程度の流量精度を要求される定量供給装置としては、結局、個々のスクリュ一毎に供給嵩比重の検定即ち個々のスクリユー毎に、回転数と供給量の現場計重検定値による回転数の調整が必要となる。

更に、多くの粉体塗装ラインで適用されている塗料の回収再利用の場合には、新粉 1 1 1 と回収粉 1 1 2のゆるめ嵩比重は 0〜 2 5 %程度の範囲で変化する場合があり、これはそのまま供給嵩比重に影響し、しかも新粉と回収粉の混合比、即ち塗装ラインの塗着効率を介しての影響となるので、特に被塗物の種類が多く塗着効率が変化しやすい多品種塗装ラィンにおいては、供給寓比重即ち供給装置の精度を ± 2 . 5 %程度に維持することは極めて困難といわなければならない。以上に述べた容積式定量供給装置のしくみとその問題点を整理したのが図 5である。図 6は、その関係を数量的に示したものであり、スクリュー回転数を一定にした場合に、容積流量と質量流量との関係は直線 1 1 5 と 1 1 6との間で示される広い範囲で変化し、流動化状態と塗装ラインの塗着効率の影響を考慮すると更に広い直線 1 1 8と 1 1 7の範囲で変化し、その中で容積流量、即ち、スクリユー回転数と本当に必要とされる質量流量との関係を規定する供給嵩比重の値を決定するためには、それぞれの運転現場において個々の供給装置、多連の場合は個々のスクリューについて、実際使用されている塗料粉体について、実量検定を実施する以外に方法がない。

これには多大な時間と高度な作業が要求され、それによつても常に ± 2 . 5 % 程度の供給精度を維持することは容易でなく、これが容積式粉体定量供給装置に共通する重大な第一の問題である。現場で実際の使用状態において、個々の機器を検定しなければ使用できない容積式定量供給装置は、工業用計測制御装置とは言い難く、直接質量流量を検出制御可能な方式の出現が希望される。

図 4 に例示した定容積供給機能機器（以下、定容積機と略称）であるスクリュ一フィーダ 1 0 6は、構造複雑な機器であり、ホッパーを含む塗料の色替に際して、取り外し分解清掃が必要であり、これには長い時間と人手が必要であり、迅速な色替の要求に対しては、色替用予備機を準備しなければならず、そのための設備費も多額となる。この色替対策の困難性が容積式定量供給装置の第 2の問題であり、スクリューフィーダ以外の定容積機を適用した他の方式でも同様である。容積式定量供給装置第 3の問題点は、図 4に例示したスクリユーフィーダ、又はその他の定容積機が例外なく大型で重く高価であるとともに、相隣る定容積機の間隔が大きくなり、ホツバ一を高精度角型で頑丈にしなければならないので、高価大型で重く移動が困難となり、これが色替などの現場作業などをやり難くする。また、既設の粉体塗装設備のホッパーにこれらの定容積機を付加して、安価に合理化を実現することも事実上不可能である。

図 7は、上述の容積式定量供給装置とは別の在来技術の例である。計測用管路 1 2 0中にノズル 1 2 1 によつて一定速度の計測用気体 1 1 4を流し、ホッパー 1 0 1 中の流動化された粉体 1 0 2を計測用管路 1 2 0中に導入して加速し、この時に計測用管路 1 2 0の前後に発生する差圧を、フィルター 1 2 2を介して、固定小容積盲管路をなす差圧センサ 1 2 3によって検出し、これを增幅信号処理装置 1 2 4を経て出力し、表示装置 1 2 5に示される供給量指示値（ g Z m i n ) によって、粉体の流量を検出し、図には示してない自動制御手段によってスロート 1 2 7とノズル 1 2 6より成るインジク夕 1 2 9の駆動気体 1 2 8を自動制御して、所要の粉体供給量を得るものである。

図 7に示した在来技術においては、計測用気体 1 1 4の流量に比較して、流動化された粉体 1 0 2が同伴する空気の流量は 1 / 1 0 0以下であるので、流動化空気量の変化によつて粉体供給量の検出特性が影響されることがなく、従って、ホッパ一における取付位置ゃホッパ一そのものにより特性が実用上変化しない。しかし、粉体塗料の品種や新粉と回収粉の混合比の変化による粉体物性の変化により、供給量指示値と供給量実測値との関係を示す検量線が、通常の粉体塗料に関しては図 8の検量線 1 3 ◦と 1 3 1 に示される ± 7 . 5 %程度の範囲で変化しやはり現場検定が必要となる。また、検量線 1 3 2に示されたように、現場の事情によって計測用気体 1 1 4の流量を少なくしなければならない場合、粉体供給量が多い領域において、センサ一出力が直線関係から外れて小さくなり非直線特性となるという問題点がある。

前述の、図 7、図 8により説明した在来技術においては、唯単に計測用管路において、計測用気体で粉体を導入加速するに過ぎないので、粉体の種類によって粉体の分散の度合いが異なり、これによつて加速の程度に差が生じるので、図 8 における 1 3 0、 1 3 1 の如き粉体の種類や物性によつて異なつた検量線が得られるのである。また図 8における 1 3 2の如き非直線の検量線が得られる原因は、粉体流量が少ない範囲では粉体の分散が良好なので、直線特性が得られるが、粉体流量が多くなると分散が不充分となり、その結果加速の効率が低下するので、粉体流量によつて発生する差圧を一定にする自動制御システムによる定量供給装置においては粉体流量が多くなるにつれて、検量線が直線から外れて、 χ軸に近づく方向に湾曲するのである。また、図 7、図 8の在来技術においては、粉体の分散が不充分なため計測用管路内における粉体が重力の作用により水平な計測用管路の下側に偏在して流れ、計測用気体と大きな速度差が発生し、即ち加速が不充分になることもあり、このような場合にも、検量線が粉体物性や運転条件によつて変化するという問題が発生する。

この発明の的は、前記図 4、 5、 6、 7、 8の各図に要約して示した従来技術の問題点を解決することである。

また、粉体の種類や物性に影響されずに、単位時間あたりに流れる粉体の質量「単位はグラム毎分（ g / m i n ) 」即ち粉体質量流量と一定の直線関係出力が得られる粉体質量流量測定装置を開発し、これの出力を設定値に一致させる様に自動制御をおこなうセンサ一ベースフィードバックシステム即ち粉体定量供給装置を得ることである。発明の開示

この発明の目的を達成するための第 1の手段は、計測管路内に形成されている一定速度の計測気体流中に、流量を計測すべき粉体を導入し、計測気体が計測管路において粉体を加速することによつて発生する計測管路の入口と出口との間の圧力差によつて粉体流量を計測するシステムにおいて、計測管路入口直前において、計測気体に粉体を充分に分散させることのできる分散手段によつて粉体を同伴した計測気体を計測管路に導入することである。

第 2の手段は、圧力差の計測手段としてフィルターを介して、実質上剛体受圧隔膜の両側に微小容積盲管路を形成する差圧センサシステムを適用することである。

第 3の手段は、計測管路の内面を弗素樹脂などの非付着性物質で形成することである。

第 4の手段は、計測管路内の気体の流速分布と粉体の均一分散が入口から出口にわたつて軸対象で安定であるようにすることで、これは前述の第 1 の分散手段によって計測用管路の入口で計測気体に乱流を発生させ、且計測管路における気体のレイノルズ数を 2 3 0 0以上にすることによって、計測管路の全長にわたつて同一の乱流状態の形成と粉体分散の均一化を達成することである。

以上に述べた 4つの手段によって、通常の粉体塗料の場合には、計測管路の出口における粉体粒子の速度が粉体の物性に影響されることがなく、計測気体と実質上同じ速度まで加速されるようになるので、粉体の同一流量（g Z m i n ) に対しては同一の差圧を発生することになり、換言すれば、気体に搬送される粉体の質量流量を計測することが可能となった。

以上に述べた 4つの手段の中心をなす、計測管路の直前において計測気体で粉体を充分に分散させるための分散手段としては、計測管路と同軸をなし、小空間を隔てて、バルク乃至は流動化状態で粉体を円柱状に供給する通常円管よりなる粉体導入手段の出口付近において、円柱状粉体の外周から軸心に向かって計測気体を毎秒 1 5〜 5 O m程度の高速薄層気流として交差噴出させることによって、毎秒 5〜 2 0 c m程度のおそい速度で供給される円柱状粉体の終端を薄層状に次々と剪断乱流剝離することによって、定量供給装置システム全体の構成から要請される計測用気体が小流量であつても、粉体が計測気体中に独立単粒子にまで分散される。粉体はこのようにして計測管路に、計測気体に同伴送入され、前述の第 4の手段と相俟って、計測管路内で均一に分布するので、通常の粉体塗料の大部分をなす粒径 7 5〃m以下で真比重 0 . 9〜 1 . 6 5の範囲にある微粒子は、すべて計測管路内で計測気体と実質上同一速度にまで加速され、その結果、粉体粒子の種類、即ち粉体物性によらずに、粉体の質量流量に一義的な直線関係をもつ、計測用管路の入口と出口における圧力差を発生することになり、本発明が完成するに至ったのである。

本発明によれば、通常の粉体塗料に関しては、気体に搬送される粉体の物性乃至は品種に影響されることなく流量を測定できる粉体質量流量測定装置が得られ. これと粉体供給自動制御装置とを組み合わせることにより、使用条件と粉体物性により性能が影響されることがなく、現場検定や調整を必要とせず、常に高精度を維持できる粉体定量供給装置を得ることができる。また、本発明による装置は. 構造が極めて簡単で小型であり、非付着性物質の円管の連結で構成され内蔵物や可動部がなく、粉体ホッパーと着脱自在にできるので、ホッパーと切り離し、内部に清浄な外気を吸入して高速に流すことにより、内部の清掃に際して分解の必要がなく、ワンタッチ色替が可能である。また、装置自体が小型で、ホッパーに特別な構造を必要としないので、この装置の適用に際して既存の商品体系の変更は極めて少なくてすみ、既に稼動中の粉体塗装ラインの合理化に適用することも容易である。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明による粉体質量流量測定装置、およびこれを適用した静電粉体塗装装置の一部分を断面図で示す正面図である。

図 2は、図 1 の構造をもつ粉体質量流量測定装置の検量線の一例を示す線図である。

図 3は、図 1の一部分の詳細図である。

図 4は、従来技術による容積式粉体供給装置の説明図である。

図 5は、従来技術による容積式粉体供給装置の説明図である。

図 6は、従来技術による容積式粉体供給装置の容積流量と質量流量との関係を示す線図である。

図 7は、他の従来技術による粉体供給装置要部の一部分を断面図で示す正面図である。

図 8は、従来技術を示す図 7の粉体供給装置の検量線の一例を示す線図である _c 発明を実施するための最良の形態

本発明による気体搬送粉体質量流量計による粉体塗装用定量供給システムの構造及びその内部を清掃する手段の一例を図 1 に、本発明による定量供給システムの特性を図 2に示した。

図 1 において、内面が弗素樹脂などの非付着性物質でできている計測管路 1 の出□ 8に、制御気体 1 6によって駆動されるスロート 2 2 とノズル 2 3より成るインジ Xクタ 2 4を接続し、圧縮空気 3 4により、多孔板 3 3を介して流動化されているホッパー 3 1の内筒 3 5中の粉体 3 2を、吸上パイプ 3 6を経て少量の空気を含むバルク状粉体円柱として、粉体導入手段 5の中を上昇させる。粉体導入手段 5の上端付近に設けられた分散手段 3には、流量を規定した計測気体 2が供給され、分散手段 3の上端に設けられた極めて薄いスリット 4を通して、粉体導入手段 5中を上昇するバルク状粉体柱上端の外周から中心に向かって、毎秒 1 5〜 5 0 m / s e cの薄層高速気流 6 ( A— A断面図中の 3 x 4 = 1 2本の矢印）となり粉体と交差して吹き込まれる。この様にしてバルク状粉体柱の終端を薄層状に次々と剪断乱流剝離することによつて計測管路 1 の入□ 7には、粉体は計測気体中に独立単粒子にまで分散懸濁した状態となり、次いで計測管路 1 に吹き込まれる。この時、計測管路 1の内径と計測気体 2の流量を適切に選定して、計測管路内のレイノルズ数を 2 3 0 0以上にすると、計測管路 1 の入口 7と出口 8における圧力の差と、計測管路 1 を通過する粉体の質量流量 g Z m i nとの間には、通常の粉体塗料に関しては、図 2に示した如く ± 2 . 5 %の精度において , 粉体塗料の種類や物性の如何に拘らず一定の直線関係が成立し、換言すれば、質量流量の測定が可能となる。但し関連他装置との関係から計測管路内の計測気体のレイノルズ数を 2 3 0 0以下にしなければならない場合もある力その場台でも本発明による粉体流量測定装置は従来の技術に比較して粉体物性や運転条件の影響を受けにくい。また図 1の実施例においては薄層高速気体 6は粉体と直交交差して吹き込む場合について示したが、必要に応じて他の適切な角度を選定する場合もある。

図 2 において χ軸の検量値は、計測管路 1 を一定時間内に通過した粉体塗料を採取して重量測定した質量流量の検量値 g Z m i ηであり、 y軸の指示値は、計測用管路 1の入ロ 7 と出ロ 8における圧力の差を、フィル夕一 9を介して差圧センサー 1 1 により検出し、これを増幅器 1 2を通り、表示器 1 3によって得られたものであり、検量値と指示値との関係を示す検量線 5 1、 5 2、等によって、指示値より質量流量を知ることができる。図 2において、通常の粉体塗料に関しては、本粉体質量流量測定装置の特性は検量線 y = χの一本の検量線 5 0で代表することができ、個々の粉体塗料の夫々の検量線は、検量線 5 0に対して傾斜が + 2 . 5 %の検量線 5 1 と、一 2 . 5 %の傾斜をもつ検量線 5 2に囲まれた領域に存在するようになり、実量検定なしに検量線 5 0を代表検量線として適用することができる。従って本発明によれば、計測管路 1 の入口と出口とにおける圧力差を計測することによって、通常の粉体塗料の質量流量を ± 2 . 5 %以内の精度で測定することができ、これは粉体塗装工程における塗料の節約、塗膜厚の均一化、塗着効率の向上、省力化等の大きな効果をもたらすのに充分な精度である。本発明を可能とする最も重要な条件は、計測管路 1 の入口において、計測気体 2によって粉体が通常の粉体塗料即ち平均粒径 1 0〜 5 0 m、真比重 0 . 9〜 1 . 7程度の粉体に関しては、充分に分散されさえすれば、すべての粒子を計測管路 1 中において計測気体 2と同一の速度にまで加速できるということである。しかし実際の装置においては、例えば図 1 において、計測気体 2の流量をふやすとインジェクタ 2 4の性能がおちるので、計測気体 2の流量は 5〜 2 0 l i ter/ m i n程度に制限され、この範囲で粉体の充分な分散を実現することが要求される。この程度の小流量で通常の粉体塗装で要求される 2 5 0〜 5 0 0 g / m i n の流量の粉体を分散させるには、まず計測気体の高速化が要求され、これは計測気体を薄層噴流化する以外に方法がなく、これを広い面積で粉体と接触させて交差分散させることによって、所要の分散能力を実現し、本発明の実現をみるに至つたのである。またこの分散手段は管路内で分散された粉体が計測気体に乗って直接衝突する管壁などの対象物がないので、ィンパク卜フユージョンの問題をさけることができ、また計測気体 2が計測管路 1 の軸方向の速度分布をもたないので計測管路 1 の入口における分散粉体の初速度を小さくでき、計測管路で発生する差圧に対する誤差を実用上問題にならない程度にできるという特徴をもつ。一般に粉体乃至は液体を高速気流によつて分散させる手段としては、本発明による手段以外に、旋回流による手段と、併進流による方法がある。旋回流による分散手段の場合には、計測気体 2が計測管路 1 の内部で旋回流を形成して粉体の質量流量の計測に有害な大きな差圧を発生するとともに、旋回流による遠心力で粉体が管壁近傍に偏在し、粉体の加速に使われるエネルギーが計測管路 1で発生する圧力差と一義的な関係を持たなくなり、質量流量の計測は困難となる。他のもうひとつの分散方式である併進流による手段では気流と粉体との接触面積を大きくとることができず、充分な分散効果が得られず、このために粉体の種類や物性の影響を消すことができない。図 7、図 8に示した在来技術は、このカテゴリ —に属するものである。このほかに粉体を気体によって分散させるには、高速気流による衝突分散方式があるが、この方式はガラス転移点の低い粉体塗料の場合には、ィンパクトフュージョンの原因となる場合があるので適用しない方がよい。図 1 において、計測管路 1 の入□ 7 と出口 8における圧力差を検出するために、フィルタ一 9を介して、内部に剛体の受圧膜 1 0の両側に微小容積盲管路を形成している差圧センサ 1 1 を適用し、アンプ 1 2の出力を制御器 1 4においてその設定器 1 5による設定値と比較して、その差を増幅した出力で制御弁 1 7をフィ ―ドバック制御して、インジク夕ノズル 2 3に供給する制御気体 1 6を調節し、計測管路 1 の前後における差圧、即ち粉体の質量流量 g Z m i nを設定器 1 5による設定値に一致させることによって、粉体質量流量が常に設定値に等しい指示値に一致させることができる。

以上の説明において、制御器 1 4、制御弁 1 7、 1 9、インジヱクタ 2 4、ホツバ一 3 1 は、システム的には本発明による粉体質量流量計測装置の一部であるが、以下の説明では図面符号 1 〜 2 0及び 3 1 、 3 7で示す部分よりなるシステムを定量供給装置と総称する。図 1 の定量供給装置において、制御のために制御気体 1 6の流量が変動し、これが粉体ガン 2 5の運転にとつて好ましくない場合もあり、また管路 2 0における粉体搬送空気量が計測気体 2と制御気体 1 6 との合量では不足する場合があり、この問題を解決するために、補助気体 1 8が制御弁 1 9を介してインジェクタ 2 4の出口に吹き込まれる。この様な場合図 1の実施例においては、管路 2 0における搬送気体量を所定値に保持するために、定流量弁 2 7が適用され、その下流の通気抵抗が制御弁 1 7、 1 9の動作によって変化しても、管路 2 0の搬送空気量が定流量弁 2 7の設定値に一致して常に一定になるようになっている。なお、制御弁 1 9は、制御弁 1 Ί と逆の動作をすることが望ましいので、連結手段 2 6によつて制御弁 1 7の動作に連動して制御弁 1 9が逆動作をするようにする場合もある。逆動作とは、制御弁 1 9が開いた時に, 制御弁 1 7がそれに対応して逆に閉じる様に動作することである。例えば図 3において、定流量弁から出た圧縮空気 2 7 ' は、平歯車 1 7 ' 、 1 8 ' によって連結された同一特性の弁 1 7、 1 8において、制御器 1 4の出力によって一方の弁体 1 7 " がモータに駆動されて回転し、弁体 1 7 " のネジによって閉の方向に動けば、他方の弁体 1 9 " は、平歯車 1 9 ' によって逆回転して開の方向に動き、その出力流量 1 6 と 1 9は、一方が増加すれば他方が減少し、この様にして逆動作は容易に実現することができる。即ち図 1 における連結手段 2 6の具体化の実施例が図 3の一組の平歯車 1 7 ' 、 1 9 ' ということである。但し、制御弁 1 9 は適切な固定開度にしておけば、定流量弁 2 7によって、かなり広い粉体質量流量範囲にわたつて管路 2 0における搬送空気量を実用上差し支えない範囲で一定に保持することができる。但し、管路 2 0における搬送速度をそれほど厳密に管理する必要がない場合には、定流量弁 2 7は必ずしも必要ではない。このシステムで使用される圧縮空気 3 0は、精密な定圧弁 2 9によって一定圧力をもつ元圧として供給されるのが通常であり、これによつて定流量弁 2 7の動作が容易になる。また、このシステムの動作の基準となる計測気体 2の流量は、上述の一定元圧から設定弁 2 8によって精密な所定流量を設定できる。

本発明による定量供給装置においては、粉体流量の検出特性が粉体物性に左右されることがないので、図 1 においてホッパー 3 1 に入ってくる新粉 3 8と回収粉 3 9の物性が異なり、その比率が変化しても、粉体供給量が ± 2 . 5 %の精度範囲を超えて変化することはない。また、流動化用圧縮空気 3 4の流量が変化し、これがそのままの比率でバルク粉体導入手段 5内粉体の同伴空気に移行しても、計測管路内の計測気体の速度に比較すれば◦ . 5 %以下で、無視してよい。また、流動化用空気が変化して、流動化された粉体の膨張率が 0〜 5 0 %の範囲で変化しても、粉体に同伴される空気の量は、計測気体の流量 —一通常 l O l i ter/ m i n程度一一に対して 1 Z 2 0 0以下であり、計測気体の計測管路内速度に影響しない。これら二つの理由から、本発明による粉体流量測定装置及び定量供給装置においては、流動化空気が測定の検出特性や供給特性に影翟を与えることがない。これと同じ理由により、本発明による定量供給装置は、ホッパーの加振などの手段により、吸上パイプの入口に粉体が確実に供給されるようになつていさえすれば、流動化用空気の量が 0、即ち、単なるバルク状のホッパーからも、通常の粉体塗料に関しては、定量供給装置として動作させることができる。

計測管路 1 の入□ 7と出□ 8の圧力差を検出するには、図 1 において、極めて微細な多数の透気孔を有する弗素樹脂などの非付着性物質より成るフィルター 9 を介して、シリコン膜等の実質上剛体である受圧膜 1 0の両側に内容積不変の微小容積盲管路を形成する半導体差圧センサを適用するのが好適である。この様にすることによって、圧力の変動に際してフィル夕一を通過する気体の量は極めて少なく、しかもその時間平均値は零となるので、粉体がフィルター内部に侵入することがなく、フィル夕一外側に薄く堆積するだけであり、且、センサ内容積が小さいので、薄い堆積粉体層とフィルターを通して長期間確実に粉体を含む気体の圧力差を検出することが可能となる。

図 1 において、計測管路 1の内面とフィルター 9を弗素樹脂等の非付着性材料で構成することは既に述べたが、分散手段 3内の接粉部、入ロ 7と出ロ 8、インジェク夕 2 4の内部も同様の非付着性材料で構成するのが通常であり、これによつて、定量供給装置全体の色替を極めて短時間に実施することができる。即ち、図 1 において運転中の定量供給装置は粉体導入手段 5の下端で、図には示してないところのファスナーによってシール装置 3 7を介して吸上パイプ 3 6 と密接結合して粉体をホッパーより吸い上げている。色替えを実行するときには、定量供給装置の元圧圧縮空気 3 0の供給を一旦停止し、ファスナーを解除して、粉体導入手段 5の下端から吸上パイプ 3 6とシール装置 3 7を、図 1 に示す別のホツバ 3 1 ' 内の吸上パイプ 3 6 ' とシール装置 3 7 ' のように切り離したのち、制御弁 1 7、 1 9を全開にし、運転中は閉である弁 4 2を開にした後、元圧圧縮空気 3 0の供給を再開する。この様にすると、ホッパー 3 1 ' が切り離されて系全体が粉体の搬送をしなくてもよくなり、インジクタ 2 4の吸引力が著しく增加するので、大量の清浄な外気 4 0、 4 1 が粉体導入手段 5の下端より吸入され、計測用気体 2、制御気体 1 6、補助気体 1 8とともにノズル、計測用管路、インジェクタ内部を高速で通過し、これら各部は非付着性材料でできた内蔵物のない円管構造部品の直列接続であるので、通常運転時において内部に滞留している粉体を、装置を分解することなしに清掃でき、色替えの準備が直ちに完了する。その後、次に使用する粉体（以下、次粉体と略称）の入ったホッパーを前運転のホッパーの位置におきかえ、定量供給装置の粉体導入手段 5と次粉体ホッパー吸上パィプを結合して、直ちに次粉体による運転を開始することができる。従って、色替用の予備設備を必要としない。以上に述べた本発明における色替方式において、インジェク夕 2 4 と粉体ガン 2 5との間の管路 2 0力；、その内部が弗素樹脂等の非付着性材料であって、あまり長くない場合には、前述の方式によって定量供給装置と管路 2 0の色替とを一括同時に実施することができる。しかし、管路 2 0 の内部が非付着性材料であつても著しく長い場合や、非付着性材料でない場合には、別途に管路清掃手段 2 1 を設ける。これは管路 2 0に、前述の定量供給装置の清掃に障害を与えない別の手段、例えば、管路清掃用圧縮空気の吹き込み、別途の管路清掃用空気の吸い込み、管路 2 0の交換等の手段を付加することを意味し、通常はインジク夕とガンの尖端との間で実施することになるが、図 1 においては、便宜上インジクタ出口にこれを図示した。

定量供給装置は、通常大型塗装ラインにおいて多ガンシステムに適用される場合が多く、本発明による定量供給装置では、吸上パイプ 3 6を多連にしてそれぞれのシール手段 3 7を一体化し、また相対する各粉体導入手段 5の下端を一体化して夫々マ二ホールドとすることによつて一括結合分離可能とすることができ、これは、空気圧操作や電磁操作によって自動化することも容易である。また通常の場合は、定量供給装置への粉体の導入は、流動化または加振式等の塗料ホツバ一の上部から単純なホースで吸い上げるだけでよく、図 1 に示した如く、ホツノ、" 一に固定する必要すらない場合も多いので、本発明に使用されるホッパーの形状、寸法、精度、強度等については自由度が極めて大きく、ホッパーが、構造簡単、軽量、低価格となり、色替えのために色毎にホッパーを準備することが経済的負担とならず、またホツバ一の交換作業も容易であり自動化することも簡単である。また既に稼動中の設備に、合理化のために既設のホッパーに本発明による定量供給装置を付加導入するのにもホツバ一等の改造取替を必要とせず、極めて容易かつ低コストですむという大きな特徴がある。塗料ホッパーは、底部全体に多孔板を有する通常の流動化タイプのもの以外に、図 1 の如く、底部の一部に多孔板 3 3を有し、その上部に多孔板との間に間隙 4 3をへだて内筒 3 5を設け、これによって主として内简 3 5内部及びその下部のみに限定化した流動化領域を形成させ、通常運転中の粉体レベルより下に内简 3 5の上端が来るようにし、流動化空気の節約を図るとともに、流動化空気の集塵処理を不要としたもの（流動化は主として内筒 3 5の内部で行なわれ、流動化空気の含む微粉は内筒 3 5より上のバルク粉体層によつて集塵されるので、ホッパー排気の集塵処理が実用上不要でありホッパー内の流動化部とバルク部との嵩比重差による循環 4 4 により塗料の混合が促進される。必要に応じて加振機を適用する。）、吸い上げパイプの下端に部分流動化装置を設けたもの、流動化手段なしに加振装置または攪抻装置等によつて吸上パイプの入口に常に安定に粉体が供給される様にしたもの、等の何れの種類のものでもよい。ホッパーより粉体を取り出すための手段は、以上の実施例について説明した如く、ホッパー上部から吸い上げるのが通常便利であるが、これだけに限定されるものではなく、ホッパーの側面や底部から取り出すことも可能であり、必要に応じて分散手段 3や計測用管路 1 を垂直以外の向きになるように設置してもよい。この様な場合でも、本発明による計測管路 1 、計測気体 2、分散手段 3を本発明の原理を満足させる様にすることによって、高精度の安定した気体搬送粉体の質量流量測定装置およびこれに基づく粉体定量供給装置を得ることができる。

本発明で使用される計測管路 1は、常に一定の断面積を保つことが必要であり、通常の粉体塗料に対しては、付着による断面積変化の防止は、その内面を弗素樹脂等の非付着性材料にすることによつて達成することができ、耐摩耗対策としては、 2 0 0〜 5 0 0時間ごとに計測管路 1 を交換すればよい。更に高度な耐ク、性を要求される場合には、計測用管路 1 の内面に多孔質アルミナ膜を生成させこれに弗素樹脂を真空含侵させた表面処理を適用するか、あるいはニッゲルなどの金属皮膜中に弗素樹脂微粒子（P T F Eや弗化ピッチ等）を分散させた複合メツキを適用する等の対策を適用することもでき、これらは本発明の重要な構成要素を成すものである。また、計測管路 1 における付着や摩耗防止対策は、インジェク夕 2 4のスロート 2 2の内面についても必要である力；'、従来は両方を同時に解决する対策は困難であるとされていた。しかしこの問題も、計測管路 1 に適用される、多孔質アルミナ弗素樹脂真空含侵表面処理か、弗素樹脂微粒子分散複合メツキ表面処理を適用することによって、 3〜 1 0倍あるいはそれ以上の耐久力をもつインジュクタスロートを得ることができた。更に、本発明においては、計測管路 1 の入口において、粉体を充分に分散させるときに発生する乱流と計測用菅路 1 内の計測用気体のレイノルズ数を 2 3 0 0以上に保つことによつて、計測用管路 1 の全長にわたって乱流が存在して流速分布が安定となり、粉体粒子の分布が均一化するので計測用管路 1の片減りがなく、これも計測精度の長期安定性に有効であり、この効果は計測用管路を垂直にすることによって更に向上する。本発明における計測管路 1の入口 7 と出□ 8における圧力の差を測定するための手段は、図 1 に示した方式のみに限定されるものではなく、入口 7 と出口 8にそれぞれ別の圧力センサーを直接に設けることによって、導圧管を使用せずに機械的構造を簡単化し、圧力差は電気的手段などによって検知することも可能である。なお計測管路入口の圧力は分散手段 4の上流粉体中で測定してもよい場合も図 1 に示した如き本発明による静電粉体塗装システムにおいては、被塗物の形状や要求塗膜厚などの条件によつて、ガン 2 5に塗料粉体を搬送する管路 2 0に流すことを要求される粉体の搬送空気量はかなりな範囲で変化するが、計測管路 1 の内径を管路 2 0に比較して、 1 / 2〜 1 / 4程度の細管路とすることによつて、計測用気体 2の流量は、管路 2 0で最小限必要とされる空気量の 1 Z 3〜 1ノ 1 0程度となるので、系全体の運転条件と関係なく、常に一定値に保持できる。

本発明による粉体質量流量計測装置においては、製造時の特性チックゃ据え付け後の定期保守などに際しても、必ずしも実量検定によつて特性のチェックを実施する必要はない。この様な場合には、図 1 において粉体導入手段 5の入口に空気流量計を接続し、粉体のかわりに空気を吸入して運転し、吸入空気量と計測装置出力との関係をチニックすることによつて検定調整を行うことができ、これは実用上極めて便利である。

本発明による粉体質量流量計測装置において適用される粉体分散手段は、図 1 に示した具体的構造のみに限定されるものではなく、発明の基本原理により、種々の方式が可能である。例えば、薄い層状の高速噴流を生成させるためのスリットは、一連の接近併列に形成された小孔列でこれを代用することができ、粉体導入手段の上端や計測気体の出口にディフューザを設けることによって、高速噴流を薄層化して、粉体の交差分散を実施することもできる。

図 1 の実施例においては、本発明による粉体質量流量計測装置の上流に粉体供給装置を設置した例について説明したが、本発明はこの様な場合のみに限定されるものではなく、振動式、ロール溝式、テーブル式、スクリュー式などの容積式粉体供給装置の下流に本発明による粉体質量流量計測装置を設置することによつて、その出力を前記容積式粉体供給装置にフィードバック制御し、質量流量定量供給装置を得ることができ、これも本発明に含まれる。

図 1 に示した本発明の実施例において粉体を気体で搬送して供給する場合、粉体の供給量を所要の値に正確に制御できると同時に、搬送気体の量の変動を、従来の先行技術に比較して極めて小さく押えることができ、必要な場合は搬送気体の量を所定の一定量に正確に維持することも可能である„ したがって本発明による粉体供給装置を、静電粉体塗装装置の塗料供給装置に適用することによって、静電粉体ガンの塗料吐出量を正確に一定に保つと同時に、吐出されるれる塗料の吐出速度 · 分散状態即ち吐出パターンを常に一定の最適伏態に維持することができ、高い塗着効率、常に安定した膜厚分布が得られ、大幅な塗料の節約と高い製品の品質を可能とする高性能静電粉体塗装装置を得ることができる。対象となる静電粉体塗装ガンは、コロナ放電、トリボ帯電等により粉体塗料を帯電させて静電粉体塗装を実施するあらゆる種類の静電粉体ガンに適用することができる- 図 1 においてはガン 2 5の電源、吐出パタン制御、操作システム等は省略してある以上述べた粉体質量流量計測装置は、静電粉体塗装以外の同様な目的に使用することができる。産業上の利用可能性

本発明によれば、先行技術では不可能であった、気体で搬送される粉体の質量流量を粉体の種類や物性に影響されずに計測できる気体搬送粉体質量流量計測装置を得ることができ、これと供給量の調整可能な粉体供給装匱を組み合わせることによって、質量流量計測装置によるセンサーベースのフイードバック制御による定量供給装置を得ることができる。本発明によるこれらの装置は、その特性や精度が実用上粉体の種類や物性、運転条件等に影響されることがなく、現場における実量検定を必要とせず、その特性がよく揃ったものが得られるので、多数の供給装置の並列運転や、多品種の粉体を切り替え使用する粉体塗装などにおける多色色替えや塗料替えの場合には特に便利である。装置自体は小型、構造簡単であり、個々の実量検定が不要であるので、寸法管理と電気特性の調整のみで製造管理が極めて簡単であるので、装置自体が安価となるうえに、据付調整保守のコストを大幅に切り下げることができる。

本発明による粉体質量流量計測装置、定量供給装置、静電粉体塗装装置は、分解することなしに短時間で内部の清掃が出来るので、塗料の色替えを極めて短時間に実施することができ、装置の有効運転率を高くすることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入口と出口とを有する計測管路と、該計測管路の入口に粉体を導入する粉体導入手段と、該粉体導入手段の出口で、流量を規定した計測気体によって粉体を分散し前記計測管路に搬送流入させる分散手段と、計測管路の入口と出口における圧力差を測定する手段とより成ることを特徴とする粉体質量流量計測装置。

2 . 分散手段から噴出される ΐ十測気体が、薄い層状の高速噴流をなし粉体を交差分散させることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の粉体質量流量計測装置。

3 . 分散手段が、粉体導入手段の出口内壁のほぼ全周に設けられたスリットより、計測気体を薄い層状の高速噴流として噴出させることを特徴とする請求の範囲第 1 項または第 2項記載の粉体質量流量計測装置。

4 . 計測気体の流量の計測管路内におけるレィノルズ数が 2 3 0 0以上であることを特徴とする請求の範囲第 1 、 2、 3項何れか-一項記載の粉体質量流量計測装置。

5 . 粉体質量流量計測装置が流量設定手段を含み、該粉体質量流量計測装置がその設定値と粉体質量計測装置の出力とを一致させる制御機能を有する粉体供給装置をふくむことを特徴とする請求の範囲第 1 、 2、 3、 4項何れか一項記載の粉体質量流量計測装置。

6 . 粉体供給装置が、粉体ホッパーとスロートおよびノズルからなるインジ二クタを含むことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の粉体質量流量計測装置-

7 . スロートの入口にノズルを設け、出口に気体吹込口を設けた静電粉体塗装用インジク夕において、ノズルと気体吹込用の夫々の制御弁が逆動作をなす様に連結されていることを特徴とする静電粉体塗料供給装置。

8 . ノズルと気体吹込用の制御弁が、その上流で定流量弁出口に連結されていることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の静電粉体塗料供給装置。

9 . スロートの入口にノズルを設けた静電粉体塗装用インジ X クタにおいて、スロートの内面が、多孔質アルミナ弗素樹脂真空含侵か、弗素樹脂微粒子分散複合メツキかの何れかの表面処理をされていることを特徴とするインジェクタス口 ― ト乃至はィンジ - クタ、およびこれらを含む静電粉体塗料供給装置。

1 0 . 請求の範囲第〗〜 9項の何れか一項記載の粉体質量流量計測装置、または静電粉体塗料供給装置によつて、塗料粉体を供給されることを特徴とする静電粉体塗装装置。