水性塗料捕集装置および塗装ブース
【課題】 水性塗料を用いて吹付塗装する場合において、発泡を効果的に低減でき、水性塗料ミストを捕集することが可能な捕集装置を提供する。
【解決手段】 水性塗料を捕集するための捕集装置（２９）において、水性塗料ミスト（９ａ）を含む気体および第１ブース水（１２）が流れる第１流路（１５）と、第１流路（１５）を通過した第１ブース水（１２）を回収する第１回収槽（１７）とを配置し、第１流路（１５）に少なくとも１つの屈曲部（１５ａ）を設け、第１ブース水（１２）は第１流路（１５）の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に屈曲部（１５ａ）を通して流し、これにより気体中の水性塗料ミスト（９ａ）を第１ブース水（１２）中に捕集する。
【解決手段】 水性塗料を捕集するための捕集装置（２９）において、水性塗料ミスト（９ａ）を含む気体および第１ブース水（１２）が流れる第１流路（１５）と、第１流路（１５）を通過した第１ブース水（１２）を回収する第１回収槽（１７）とを配置し、第１流路（１５）に少なくとも１つの屈曲部（１５ａ）を設け、第１ブース水（１２）は第１流路（１５）の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に屈曲部（１５ａ）を通して流し、これにより気体中の水性塗料ミスト（９ａ）を第１ブース水（１２）中に捕集する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水性塗料、特に気体中にミスト状で含まれる水性塗料を捕集するための捕集装置に関する。また、本発明はそのような捕集装置を備え、水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な塗装方法として、被塗物に塗料をスプレー（または噴霧）する吹付塗装方法が広く用いられている（例えば特許文献１〜６を参照のこと）。このような吹付塗装方法では塗装の際に被塗物に塗着しなかった塗料が気体雰囲気中にミスト状で存在し得る（以下、本明細書において塗料ミストとも言う）。この塗料ミストを捕集するために水またはブース水を利用した湿式（または水洗式）塗装ブースがある。
【０００３】
従来の湿式塗装ブースの一例として、ウォーターカーテンを利用した塗装ブースについて図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図７（ａ）に示す塗装ブース６０は塗装室６１および排気路８１を備える。塗装室６１において被塗物であるワーク６５が塗装される。塗装を実施する間、送風ファン６３および排気ファン８３により気流が図中矢印方向に示すように形成され、塗装室６１内の気体雰囲気が排気路８１を通じて強制排気される。
【０００５】
塗装室６１内ではウォーターカーテン７１がブース水槽７３内のブース水をライザー７８から平板に沿って流下させることにより形成される。このウォーターカーテン７１はワーク６５を挟んでスプレーノズル６７と反対側に位置する。塗装は、スプレーノズル６７からワーク６５に向けて塗料６９をスプレーすることによって実施されるが、スプレーされた塗料のうち、ワーク６１に塗着しなかった塗料の大部分はウォーターカーテン７１に達して水中に捕集される。また、図７（ｂ）に示すように、塗装室６１内の気体中に存在し得る塗料ミスト６９ａは、気体がウォーターカーテン７１の後方の平板と遠心板７５との間の隙間からウォーターカーテン７１を高速で通過する際に塗料に加わる遠心力を利用して水中に捕集される（このような遠心板は特許文献２の図１および２（渦流板）、特許文献５の図３および特許文献６の図１を参照のこと）。捕集された塗料はブース水の形態でブース水槽（回収槽）７３に回収される。
【０００６】
ウォーターカーテン７１を通過した気体は排気路８１の内部を上昇し、図示するように互い違いに傾斜配置された邪魔板７７の間を通り、フィルタ７９を通過して外部へ排出される。このとき、気体中に残存している塗料ミスト６９ａ（および存在し得る水分）は邪魔板７７およびフィルタ７９により気体から除去され、邪魔板７７に衝突した塗料ミスト６９ａはブース水槽７３に回収される。邪魔板７７は一般的に排気路８１の幅（図７（ａ）の紙面に垂直方向の長さ）全体に亘る大きさを有する。邪魔板７７およびフィルタ７９は、塗装を実施する間に洗浄すると水滴が飛散して塗装に悪影響を及ぼすため、塗装を実施していない間にスプレー洗浄される。また、フィルタ７９はメンテナンスの際に交換される。
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−１４６７２７号公報
【特許文献２】特開平０６−１４２５７３号公報
【特許文献３】特開平０７−１００４１５号公報
【特許文献４】特開平０７−２９９３９９号公報
【特許文献５】特開平０９−１０６４０号公報
【特許文献６】特開２０００−１２６６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、環境および人体に対する影響および再利用の容易さなどの観点から、溶剤型塗料に代えて水性塗料が使用されて来ている。
【０００９】
しかしながら、上述したような従来のウォーターカーテン式塗装ブースは水性塗料を用いる場合に十分満足できるものではない。気流がウォーターカーテン７１を高速で通過し、気流および水が遠心板７５に衝突することによって強制的な気液混合が起こるため、水性塗料に通常含まれている界面活性剤によって発泡し、嵩高くなった泡がブース水槽７３からあふれることがあるからである。溶剤型塗料を用いる場合には、ウォーターカーテン７１を通過する際の気流の風速は約２０〜３５ｍ／ｓであるが、水性塗料を用いる場合には風速が１０ｍ／ｓを超えると発泡し、発泡を許容し得る範囲の上限風速はせいぜい１５ｍ／ｓであり、発泡を抑制しようとすると十分な捕集率が得られない。
【００１０】
発泡の問題は消泡剤の添加や、消泡装置の使用により対処し得るが、これらは追加の費用を要し、また、塗料ミストを捕集したブース水を濃縮して再利用する場合において消泡剤を多量に添加すると回収した塗料の組成が変化するために望ましくない。
【００１１】
また従来、塗料ミストを捕集するために絞り流路を利用したベンチュリ式塗装ブースも知られているが（例えば特許文献１を参照のこと）、このような塗装ブースにおいても水またはブース水が塗料ミストと共にベンチュリ（または絞り流路）を高速で通過して霧化される際に発泡が起こり得る。更に、ベンチュリは構造が複雑で、内部の洗浄が困難であるという問題もある。
【００１２】
加えて、従来の塗装ブースでは内部の構造が複雑なため洗浄性が悪く、色替えを実施する場合に洗浄時間を長くする必要がある。また、コンタミ量が多いために使用可能な塗色が制限される。
【００１３】
更に、従来の塗装ブースでは排気路内（より詳細にはフィルターおよび邪魔板など）に水性塗料が付着し、メンテナンスを頻繁に実施する必要があり、費用がかかるという難点もある。
【００１４】
本発明の目的は、水性塗料を用いて吹付塗装する場合であっても、発泡を効果的に低減および好ましくは防止でき、洗浄性を向上させ、メンテナンス頻度を少なくしつつ、塗料ミストを捕集することが可能な捕集装置およびこれを備える塗装ブースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの要旨によれば、水性塗料を捕集するための捕集装置であって、
ミスト状の水性塗料を含む気体および第１ブース水が流れる第１流路と、
第１流路を通過した第１ブース水を回収する第１回収槽と
を含み、第１流路は少なくとも１つの屈曲部を有し、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に第１流路を流れ、これにより気体中にミスト状で含まれる水性塗料を第１ブース水中に捕集する捕集装置が提供される。以下、本明細書において第１流路および第１回収部を１次捕集部とも言う。
【００１６】
このような本発明の捕集装置によれば、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に流れるので、第１ブース水と気体とが激しく混合されず、発泡を効果的に低減し、好ましくは防止することができる。また、第１ブース水および気体は屈曲部を有する第１流路を共に流れるので、気体中に含まれていた水性塗料ミストを慣性力により第１ブース水中に捕集し、そして第１回収槽に回収することができる。更に、このような捕集装置によれば、水性塗料を内壁面に固着させることなく、その大部分を第１ブース水に速やかに捕集することができ、第１流路を比較的クリーンに保つことができる（換言すれば、洗浄性が高い）。この結果、第１流路のメンテナンス頻度を少なくすることができると共に、より少量の洗浄水（または洗浄剤）で洗浄することができ、洗浄水量の減少により第１回収槽をコンパクトにすることができる。加えて、第１流路を通過する間の圧力損失が小さいので、騒音をより小さくすることができる。
【００１７】
本発明を通じて「ブース水」とは水または水を主成分とする液状流体に水性塗料を捕集したものを意味する。「水性塗料」には一般的な水性塗料、即ち、不揮発分と水性溶媒とを含む水性塗料を用いることができる。水性塗料を構成する不揮発分は、塗料の樹脂や顔料などである。
【００１８】
本発明において第１流路の「屈曲部」とは気体の流れ（即ち気流）方向を変化させるように第１流路が屈折または湾曲していることを意味する。気流方向を変化させることにより、水性塗料ミストは慣性力により気流方向とずれた方向に運動し、第１流路の内壁面を覆う第１ブース水に衝突して捕集される。このような屈曲部は気流方向を少なくとも１回変化させるものであればよいが、水性塗料ミストの捕集効率をより高くするためには２回またはそれ以上変化させるものであることが好ましい。
【００１９】
第１ブース水が第１流路の内壁面を覆って液状膜を形成するためには、第１ブース水がこの内壁面に対して良好な濡れ性を示すことが重要である。濡れ性は第１流路の内壁面に対する第１ブース水の接触角で評価でき、この接触角は、例えば約６０°以内であり、小さい程より好ましい。このような接触角を示す場合には、膜が途切れたり、液が飛散または滴下したりすることなく、液状膜が流路の内壁面全体を覆って形成され得る。
【００２０】
上記の接触角は液状膜を形成するための液状物の組成および第１流路の内壁面を構成する材料の組合せによって決まる。この液体には第１回収槽に回収した第１ブース水を再利用するが、ブース水は水性塗料に含まれる親水性溶剤を含み、表面張力が小さく、液状膜を形成し易いという利点がある。他方、第１流路の内壁面を構成する材料は親水性表面を有する材料が好ましく、例えばコーティングまたは表面改質などにより親水性化処理された材料を利用することができる。また、内壁面は凹凸がなく、滑らかであることが好ましい。
【００２１】
更に、気液混合を回避するには、第１流路の内壁面を覆って液状膜を形成している第１ブース水が内壁面を離れて滴下しないことが好ましく、水性塗料が内壁面に固着するのを回避するには、第１ブース水が内壁面に沿って適当に流れることが好ましい。このため第１流路の内壁面、特に屈曲部における内壁面の傾斜角は上記の濡れ性ならびに気体の通過風速および第１ブース水の流量などを考慮して制限され得る。第１流路の内壁面は（屈曲部においても）水平面に対して、例えば約１５〜１６５°の範囲内の角度で傾斜する。この角度（本明細書において傾斜角とも言う）は内壁面と水平面との間の角度、内壁面が湾曲している場合には湾曲面の接平面と水平面との間の角度であって、内壁面の露出側（ブース水と接触する側）の角度を意味するものとする。
【００２２】
本発明の１つの態様において捕集装置は、
水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部とに分離する濃縮分離装置と、
得られた濃縮部を貯槽し、および濃縮分離装置に供給するように濃縮分離装置と接続された濃縮槽と
を更に含む。これにより、捕集した水性塗料を所望の濃度まで循環濃縮して再利用することができる。また、水性塗料濃度が低下した残部（例えば濾液）は、再び第１ブース水として使用することができる。
【００２３】
本発明において「水性塗料濃度」とは、より厳密には水性塗料の不揮発分の濃度を意味するものとする。一般的に、濃縮分離装置にはクロスフロー式の濾過器、好ましくは限外濾過器を用いることができる。水性塗料の構成成分である不揮発分はフィルタ（濾材）の分画分子量より大きい分子量を有するのでフィルタを通過せずに上流側に残留し、他方、この分画分子量より小さい分子量を有する構成成分はフィルタを通過して濾液側に移動するので、これにより、水性塗料に含まれる不揮発分を濃縮することができる。濃縮槽には第１回収槽と別の槽を利用する。
【００２４】
更に、濃縮分離装置および濃縮槽を含んで成るセットを複数用意し、使用するセットを水性塗料の色に応じて切り換えてもよい。これによれば、水性塗料の再利用につき多色対応が可能となる。色替え再利用する場合には、ブースの洗浄性が特に重要になるが、本発明によれば、洗浄液である第１ブース水が汚染部分に到達することができ、洗浄液の液溜りが形成されないので、色替え再利用に好適に使用され得る。
【００２５】
しかし、本発明はこれに限定されず、第１回収槽に回収した第１ブース水を必要に応じて沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付した後、廃棄してもよい。
【００２６】
本発明の１つの態様において捕集装置は、
第１流路を通過した気体が流れる第２流路と、
第２流路内に配置された充填材（またはフィルター）および邪魔板（またはエリミネ板）の少なくとも一方と、
第２流路内に供給される第２ブース水を回収する第２回収槽と
を更に含み、これにより、第１流路を通過した気体中にミスト状で残っている水性塗料を第２ブース水中に捕集するものであってよい。以下、本明細書において第２流路および第２回収部を２次捕集部とも言う。
【００２７】
上記態様によれば、第１流路を通過した気体を充填材に通過および／または邪魔板に衝突させて、気体中に残っている水性塗料ミストを分離して、水性塗料を第２ブース水中に捕集し、そして第２回収槽に回収することができる。これにより、水性塗料ミストを１次捕集部および２次捕集部の２段で回収でき、全体として高い捕集効率を実現することができる。更に、第１回収槽に回収した第１ブース水および第２回収槽に回収した第２ブース水についての処理を個々に適宜選択することができる。例えば前者は水性塗料の再利用のために用い、後者は廃棄してよい。また、上述のように水性塗料ミストの大部分を第１ブース水中に捕集および回収できるので、第２ブース水の水性塗料濃度を低くできて、第２ブース水を循環させることにより洗浄可能となるので、第２流路のメンテナンス頻度をより少なくできる。このような塗装ブースはブース全体を容易に洗浄することができるので、色替え再利用する場合に好適に用いられ得る。加えて、２次捕集部は１次捕集部と隣接して配置されていても、離れて配置されていてもよく、任意の配置で設計できる。
【００２８】
充填材（またはフィルター）および邪魔板（またはエリミネ板）には、気液分離のために一般的に使用され得る任意の適当な充填材を使用することができる。
【００２９】
本発明のもう１つの要旨によれば、水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースであって、
被塗物に水性塗料をスプレーするための塗装室と、
塗装室内に第１ブース水を供給し、塗装室内のミスト状の水性塗料を含む気体および供給した第１ブース水が第１流路に流れるように塗装室と連通している、本発明の上記捕集装置と
を備える塗装ブースが提供される。
【００３０】
本発明の塗装ブースにより塗装される被塗物は、例えば一般的にワークと総称されるような吊下げて自動搬送される物品（例えば自動車などの部品およびその他の一般的工業製品）であってよく、あるいは吊下げて搬送されないより大きな物品（例えば自動車ボディ）であってもよい。水性塗料は、塗装すべき被塗物およびスプレー方向に応じて、被塗物の後方にウォーターカーテンとして供給されてもよく、あるいは、被塗物の下方にウォータースクリーン（または水張り、ウォーターウォ−ルもしくはウォータートンネルなどとして理解され得るが、本明細書においては便宜的にウォータースクリーンと呼ぶ）として供給されてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、水性塗料を用いて吹付塗装する場合であっても、発泡を効果的に低減および好ましくは防止でき、塗料ミストを捕集することが可能な捕集装置が提供される。更に、本発明の捕集装置は従来の捕集装置に比べて洗浄性が高く、メンテナンス頻度が少なく、低騒音である。また、本発明によれば、このような捕集装置を備える塗装ブースも提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明のいくつかの実施形態における捕集装置および塗装ブースについて、図面を参照しながら説明する。これら実施形態の説明において同様の部材には同様の参照番号を用い、特に断りのない限り同様の説明が当て嵌まるものとする。
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態は捕集装置およびこれを備える塗装ブースに関する。
【００３４】
図１（ａ）に示す本実施形態の塗装ブース３０は、被塗物であるワーク５に水性塗料９をスプレーするための塗装室１と、水性塗料９を捕集するための捕集装置２９とを備える。本実施形態の捕集装置２９は塗装室１と一体的に形成された１次捕集部１０と１次捕集部１０に連通する２次捕集部２０から構成される。
【００３５】
塗装室１に配置された送風ファン３および２次捕集部２０に配置された排気ファン２７により、塗装ブース３０内において気流（図中に矢印にて示す）が形成され、塗装室１内の気体雰囲気が強制排気されるようになっている。
【００３６】
塗装室１内には水性塗料をスプレーするノズル７が設けられる。塗装室１内へ第１ブース水１２が供給されるが、その一部はライザー１８からまたはオーバーフロー式で平板に沿って流下させ、ノズル７に対してワーク５の後方に位置するウォーターカーテン１１の形態で供給される。塗装室１は、その内部の気体および供給された第１ブース水１２が傾斜壁１３を伝って第１流路１５に流れるように１次捕集部１０に連通している。
【００３７】
１次捕集部１０は第１流路１５と、第１流路１５を通過した第１ブース水１２を回収する第１回収槽１７とを備える。図１（ｂ）に示すように、第１流路１５は少なくとも１つの屈曲部１５ａを有する。尚、図１（ｂ）では気流方向は３回曲げられているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
第１流路１５の内壁面に対する第１ブース水１２の接触角は、例えば約６０°以内（０〜６０°）、好ましくは約３０°以内（０〜３０°）である。第１ブース水１２は表面張力が小さいことが好ましく、第１回収槽１７に回収される第１ブース水１２を、図１（ａ）に点線にて示すように塗装室１内に供給して循環使用する。第１ブース水１２は水性塗料に由来する親水性溶剤、例えばジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＤＧ）などを水中に適当な量で含み、表面張力が小さい。他方、第１流路１５の内壁面は、第１ブース水１２の表面張力が小さければステンレスなどの材料から成っていてもよいが、例えばシリケートから成る親水化処理剤を用いて表面にコーティングしたものから成ることがより好ましい。
【００３９】
図２に示すように、第１流路１５の内壁面（屈曲部１５ａも含む）の水平面に対する傾斜角は、上記接触角の大きさにもよるが、例えば約１５〜１６５°、好ましくは約３０〜１５０°の範囲内とする。傾斜角が小さすぎると第１ブース水１２が流れにくくなり、その中に含まれる水性塗料が内壁面に固着することがある。また、傾斜角が大きすぎると、第１ブース水１２が第１流路１５の内壁面から滴下して、液状膜を形成できなくなる。
【００４０】
第１流路１５の内壁面は凹凸がなく、滑らかであることが好ましい。また、第１流路１５の屈曲部は内壁面がシャープに屈折しているよりも、湾曲していることが好ましい。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｅ）を参照して、第１流路１５の鉛直断面において対抗する内壁面は、図中両矢印にて示すように気体が流れ得る隙間を残して第１ブース水１２の液状膜で覆われている限り、互いに略平行であっても（図３（ａ））、図中片矢印にて示す流れ方向に拡張していても（図３（ｂ）および（ｄ））、狭まっていても（図３（ｃ）および（ｅ））よい。
【００４２】
また、第１流路１５の水平断面において内壁面は任意の形状、例えばスリット状、円形などであってよく、全体としては角柱、円筒などの形状であってよい。更に、このような第１流路１５は１つまたは２つ以上設けられていてもよい。
【００４３】
図１（ａ）を参照して、２次捕集部２０は、充填材２３を内部に備える第２流路２５と、第２流路２５内に充填材２３を洗浄するために供給される第２ブース水２２を回収する第２回収槽２１とを備える。第２流路２５は、第１流路１５を通過した気体が流れるように連通路１９により第１流路１５と連通している。第２回収槽２１に回収した第２ブース水２２は、図１（ａ）に点線にて示すように第２流路２５内に供給して循環使用する。
【００４４】
充填材（またはフィルター）は、ミスト捕集性と洗浄性を兼ね備えるものを使用する。特に、洗浄性を持たせるためにはブース水および塗料の双方に耐性を有する材料から成り、洗浄液（ブース水）が入り込み難い（袋部のない）シンプルな構造を有することが好ましい。
【００４５】
次に、本実施形態の捕集装置２９を備える塗装ブース３０の動作および作用について説明する。
【００４６】
まず、被塗物であるワーク５が塗装室１内へ、例えば図１（ａ）に示すように吊下げて搬送し、送風ファン３および排気ファン２７により気流を生じさせた状態で、ノズル７からワーク５に向けて水性塗料９をスプレーしてワーク５を塗装する。
【００４７】
塗装を実施する間、塗装室１内を洗浄するために第１ブース水１２を、例えばポンプなどにより塗装室１内に供給する（図１では３カ所から供給している）。第１ブース水１２の一部は壁に沿って流下させ、ウォーターカーテン１１を形成する。供給された第１ブース水１２は傾斜壁１３を伝って第１流路１５に入り、第１流路１５の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ、気体と共に第１流路１５を流れる。第１ブース水１２は塗装を実施する間、常時供給する。
【００４８】
例えば第１ブース水１２が水：ＢＤＧの重量比が約９５：５である液状物である場合、ウォーターカーテン幅１ｍあたり約４０リットル／分およびウォーターカーテンを通過する気流の風量約７０ｍ３／分（いずれも２０℃および０．１ＭＰａの標準状態換算、以下同様）で用いてよい。
【００４９】
ノズル７からスプレーされた水性塗料のうち、ワーク５に塗着しなかった水性塗料の大部分はウォーターカーテン１１に達して第１ブース水１２中に捕集される。この他、塗装室１内の気体中には水性塗料がミスト状で存在し得るが、このような水性塗料ミストは気流に乗って流れ、一部は傾斜壁１３上を流れる第１ブース水１２中に捕集され得る。更に、図１（ｂ）に示すように、気体が第１流路１５を流れる際、気体中に含まれる水性塗料ミスト９ａを第１ブース水１２中に捕集することができる。これは、屈曲部１５ａにより気流の方向が変えられているのに対し、水性塗料ミスト９ａは慣性力の影響を受けるために気流からそれて流れ、第１流路１５の内壁面を覆っている第１ブース水１２に衝突または接触するからである。
【００５０】
このようにして水性塗料を捕集した第１ブース水１２は第１回収槽１７に回収する。回収した第１ブース水１２は循環使用し、また、必要に応じて沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付した後に廃棄してよい。
【００５１】
他方、第１流路１５から出た気体は連通路１９を通って２次捕集部２０に入り、第２流路２５を上昇して流れる。このとき、気体は１次捕集部１０で捕集しきれなかった水性塗料ミスト９ａを含み得るが、充填材２３により捕捉できる。充填材２３を通過した気体は、好ましくは水性塗料ミストを実質的に含まず、塗装ブース３０の外部へ排出される。
【００５２】
充填材２３を洗浄するために第２ブース水２２を第２流路２５内へ供給する。これにより、充填材２３に捕捉された水性塗料ミストは第２ブース水２２中に捕集される。本実施形態において第２ブース水２２は、塗装を実施していない間（排気ファン２７の停止中）に供給する。
【００５３】
このようにして水性塗料ミストを捕集した第２ブース水２２は第２回収槽２１に回収する。回収した第２ブース水２２は循環使用する。また、沈降分離、浮上分離および限外濾過などの廃水処理方法により濃縮操作を行って水性塗料濃度を低く（例えば約５％以下に）管理し、濃縮操作により得られた塗料は廃棄してよい。この結果、水性塗料濃度の増加が少ないため、廃水処理装置の負荷を低減することができる。
【００５４】
以上のような本実施形態の捕集装置２９および塗装ブース３０によれば、第１ブース水１２（および第２ブース水２２）は気体と激しく混合されないので、発泡を効果的に抑制し、好ましくは防止しながら、水性塗料をブース水中に捕集することができる。これにより、回収した第１ブース水１２（および第２ブース水２２）を沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付す際に従来のように多量の消泡剤を添加する必要がなく、消泡剤の量を低減し、好ましくは不要にすることができる。
【００５５】
また、水性塗料を内壁面に固着させることなく第１ブース水１２により速やかに捕集することができ、第１流路を比較的クリーンに保つことができる。この結果、より少量の洗浄水（または洗浄剤）で塗装室１内および第１流路１５内を洗浄して、水性塗料を十分に除去することができる。更に、ライザー１８が塗装室１内に配置されていないので、ライザー自身に水性塗料が付着することがない。よって、１次捕集部１０および塗装室１のメンテナンスの頻度をより少なくできる。
【００５６】
また、洗浄水量の減少により、第１回収槽１７は、図７を参照して説明した従来の塗装ブース６０におけるブース水槽７３よりも小さく、コンパクトにすることができる。例えばウォーターカーテン幅１ｍあたり、従来は約１００〜３００リットルの容量のブース水槽７３が使用されていたところ、本実施形態によれば第１回収槽１７の容量は約２０〜５０リットルでよい。
【００５７】
加えて、第１流路１５（および第２流路２５）を通過する間の圧力損失は、従来の塗装ブース６０において気体を十分な風速でウォーターカーテン７１に通過させるのに用いられる圧力損失よりも小さいので、騒音をより小さくすることができる。
【００５８】
更に、本実施形態の捕集装置２９および塗装ブース３０においては、１次捕集部１０に加えて２次捕集部２０を設けているので、水性塗料ミストを２段で回収することができ、水性塗料ミストを第１ブース水１２中に十分に捕集できない場合でも、第２ブース水２２中に捕集することにより、全体として高い捕集効率を実現することができる。
【００５９】
また、第２ブース水２２を第１回収槽１７と別個の第２回収槽２１に回収し、これを用いて充填材２３を洗浄しているので、従来の塗装ブース９０のように１個のブース水槽７３のブース水の一部をフィルタ７９および邪魔板７７を洗浄するために用いる場合よりも、第２ブース水中の水性塗料濃度が低く、沈降分離、浮上分離および限外濾過などの濃縮操作を行う塗料回収装置にて容易に低濃度管理することができる。これにより、例えば従来は排気路８１のメンテナンスを１年あたり４回実施していたところ、本実施形態によれば第２流路２５のメンテナンスを１年あたり１回以下にすることができる。
【００６０】
加えて、２次捕集部２０は１次捕集部１０と隣接配置し、連通部１９なしに直接接続されていてよく、あるいは連通路１９を適当に引き回すことにより離れて配置してもよいので、設計の自由度が高く、スペースを有効活用できる。
【００６１】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１の捕集装置および塗装ブースにおいて、回収した第１ブース水および第２ブース水の処理を改変し、更に、多色対応可能にしたものである。
【００６２】
図４に示す本実施形態の塗装ブース３０’は、水性塗料の色に応じて切換え使用される複数の第１回収槽１７’（図中にはＡ色、Ｂ色、Ｃ色の水性塗料用の３つの第１回収槽を示す）と、切換え使用されない１つの第２回収槽２１’とを備える。
【００６３】
複数の第１回収槽１７’に対応して、濃縮槽３１、限外濾過器ＵＦおよび濾液槽３３の第１セットが各々設けられる（再利用用濃縮部）。ＵＦは、水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部（濾液）とに分離する濃縮分離装置である。各第１セットにおいて、濃縮槽３１は、第１回収槽１７’に回収された第１ブース水が濃縮槽３１に移されるように第１回収槽１７’と接続されており、かつ、ＵＦにより得られた濃縮部を貯槽し、およびＵＦに戻して供給するようにＵＦと接続されている。他方、濾液槽３３はＵＦにより得られた残部（濾液）を貯槽するようにＵＦと接続されている。また、第２回収槽２１’に対しても、濃縮槽３５、限外濾過器ＵＦおよび濾液槽３７の第２セットが設けられ（廃棄用濃縮部）、第１セットと同様に構成される。
【００６４】
本実施形態においては、例えばＡ色の水性塗料による塗装を実施形態１と同様にして実施し、Ａ色塗装終了後、第１回収槽１７’内のＡ色水性塗料を捕集した第１ブース水を、図４中に一点鎖線にて示すように濃縮槽３１に送る。その後、第１ブース水を濃縮槽３１からＵＦに流して、Ａ色水性塗料濃度が上昇した濃縮部と濾液とに分離し、濃縮部は濃縮槽３１に戻し、濾液は濾液槽３３に送る。この操作を連続的に実施して、所望の水性塗料濃度が濃縮部にて得られるまで循環濃縮する。これにより得られた濃縮部は水性塗料の再利用（リサイクル）に用いる。他方、得られた濾液は第１ブース水１２として第１回収槽１７’またはその循環使用ライン（図中に点線にて示す）の途中に戻して再利用してよい。
【００６５】
尚、本実施形態においては第１回収槽１７’と濃縮槽３１とを別個に設けるものとしたが、これらは共通の槽であってもよい。共通の槽とする場合、第１回収槽１７’を濃縮槽３１として使用するに際して、第１回収槽１７’を１次捕集部から切り離して別の場所で循環濃縮しても、切り離さずにその場で循環濃縮してもよい。
【００６６】
Ａ色水性塗料の循環濃縮は、塗装室１にて塗装を実施していない間、または他の色（例えばＢ色）の水性塗料による塗装を実施している間に行うことができる。
【００６７】
Ａ色水性塗料による塗装終了後、色替えしてＢ色、そしてＣ色の水性塗料により塗装を実施する。Ｂ色およびＣ色水性塗料の場合における塗装ならびに循環濃縮および再利用についても、Ａ色水性塗料の場合と同様に実施できる。
【００６８】
そして、充填材２３を洗浄するために第２ブース水２２を第２流路２５内へ供給する。これにより、充填材２３に捕捉された水性塗料ミストは第２ブース水２２中に捕集される。第２ブース水２２は、塗装を実施していない間（例えば各色の塗装を終了時、休憩時または色替え時）に供給してよい。
【００６９】
他方、第２回収槽２１’は水性塗料の色によらず使用されるので、第２回収槽２１’に回収される第２ブース水２２は複数色（Ａ色、Ｂ色およびＣ色）の水性塗料が混合された混色を呈する。塗装停止している間、第２回収槽２１’内の複数色の水性塗料を捕集した第２ブース水を、図４中に一点鎖線にて示すように濃縮槽３５に送る。その後、第２ブース水を濃縮槽３５からＵＦに流して、水性塗料濃度が上昇した濃縮部は濃縮槽３５に戻し、濾液は濾液槽３７に送る。この操作を連続的に実施して循環濃縮する。これにより得られた濃縮部はそのまま廃棄してよい。他方、得られた濾液はそのまま廃棄しても、第２ブース水２２として第２回収槽２１’またはその循環使用ライン（図中に点線にて示す）の途中に戻して再利用してよい。
【００７０】
このような本実施形態の捕集装置および塗装ブース３０’によれば、再利用用濃縮部により水性塗料の再利用が可能である。本実施形態では、実施形態１と同様の作用により発泡を効果的に抑制して消泡剤の添加を排除できるので、従来のように水性塗料に再利用される濃縮部中に消泡剤が含まれることがない。また、実施形態１と同様に１次捕集部に加えて２次捕集部を設けているので、従来のように排気路から回収槽中に塗料カスが混入することがなく、再利用に適した第１ブース水を回収することができる。これらの効果は多色の場合だけでなく、単色（例えばＡ色のみ）の場合においても得られることに留意されたい。
【００７１】
また、本実施形態によれば、色替えを実施する場合にも水性塗料を捕集した第１ブース水を各色毎に回収して、再利用できる。本実施形態では色替えの際に、実施形態１と同様の作用により少量の洗浄水（または洗浄剤）で塗装室１内および第１流路１５内を洗浄して、前の色の水性塗料を十分に除去できるので、色替え時間を短縮することができる。従来、色替えのための洗浄には約１５分を要していたところ、本実施形態によれば例えば約２〜５分で十分に洗浄できる。
【００７２】
更に、洗浄水量の減少により第１回収槽１７’をコンパクトにできるので、同一のスペースでより多くの数の第１回収槽１７’を配置でき、より多くの色数の水性塗料に対応することができる。従来の塗装ブースでは１色またはせいぜい２色までしか対応できなかったスペースにおいて、本実施形態によれば１０色程度まで対応可能となる。尚、本実施形態においては例示的に３色の場合について説明したが、これに限定されない。
【００７３】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態２の捕集装置および塗装ブースにおいて、ワークに代えて自動車ボディを被塗物とするように改変したものである。
【００７４】
図５に示す本実施形態の塗装ブース３０’’は、自動車ボディ５’を塗装するための塗装室１’を備え、第１ブース水１２は自動車ボディ５’の下方に位置するウォータースクリーン１１’などの形態で塗装室１’内に供給される。
【００７５】
このような本実施形態の捕集装置および塗装ブース３０’’によれば、実施形態２と同様の作用により水性塗料の再利用が可能である。従来の自動車ボディ用湿式塗装ブース（例えば特許文献１を参照のこと）において水性塗料を用いる場合、発泡の問題に加え、非常に大きな容量、全体では約５０〜１５０トンの容量、ウォーターカーテン幅１ｍあたり約６００〜３０００リットルの容量のブース水槽を使用する必要があったため、水性塗料を再利用することは困難であった。これに対して本実施形態によれば、第１回収槽１７’をコンパクトにすることができ、例えばウォーターカーテン幅１ｍあたりの第１回収槽１７’の容量は約１００〜３００リットルでよく、水性塗料の再利用を実用的レベルで実施できる。
【００７６】
尚、実施形態１〜３において１次捕集部および２次捕集部の双方を備える２段階捕集装置について説明したが、本発明の捕集装置において２次捕集部は必須でないことに留意されたい。
【実施例１】
【００７７】
本実施例においては、接触角および傾斜角が液状膜形成性および洗浄性に及ぼす影響を調べた。
【００７８】
まず、第１流路の内壁面と同じ材料から成るサンプル上に、ブース水を載せて接触角を調べた。ブース水は水中に水性塗料が添加されたものであり、水性塗料に由来する親水性有機溶剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＤＧ））を含む。内壁面の材料および水性塗料（より詳細には親水性溶剤）の添加量を異ならせて、表１の接触角を示す組合せを選択した。
【００７９】
そして、所定の傾斜角で配置した第１流路の内壁面のサンプルに沿わせて第１ブース水を流下させて（図２を参照のこと）、膜の途切れおよび／または液の滴下が起こるどうか目視により観察した。このとき、ブース水の流量はサンプル幅０．３ｍあたり約７リットル／分とした。
【００８０】
液状膜形成性の評価基準は、評価が高い順に、膜の途切れおよび／または液の滴下が起こらなかった場合を○、わずかに起こるが許容可能な程度である場合を△、明らかに起こった場合を×とした。
【００８１】
また、ブース水を循環的に流し、その後、第１流路の内壁面サンプルに水性塗料が付着していないかどうか目視により観察した。このとき、ブース水の流量は上記と同様にした。
【００８２】
洗浄性の評価基準は、評価が高い順に、水性塗料の付着が起こらなかった場合を○とし、わずかに起こるが許容可能な程度である場合を△、明らかに起こった場合を×とした。
【００８３】
そして、液状膜形成性および洗浄性の評価結果を総合し、両者の評価のうちより低い方を採用するものとした。結果を表１に示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
液状膜形成性および洗浄性の観点からは表１に○で示す接触角および傾斜角条件が好ましいことがわかった。例えばシリケートから成る親水化処理剤によりステンレスをコーティングしたものを内壁面とし、ブース水を水：ＢＤＧの重量比が９５：５である混合液とした場合、接触角は約２０°となり、許容可能な傾斜角範囲は約１０〜１７０°、好ましくは約３０〜１５０°であった。これに対して、例えば内壁面をステンレスとし、ブース水を単なる水にした場合、接触角は約９０°となり、許容可能な傾斜角範囲は約１０〜１２０°、好ましくは１５〜９０°であった。後者の場合、膜が途切れないようにするには第１流路への第１ブース水の流量を比較的大きくする必要があるが、９０°より大きな傾斜角では流量を大きくすると液の滴下が起こり得ることを考慮すべきである。
【００８６】
尚、本実施例においては、第１ブース水が第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ流れる場合について、第１流路の内壁面の傾斜角および該内壁面と第１ブース水との接触角について述べたが、本実施例による結果のうち９０°より大きい傾斜角については、第２ブース水が邪魔板の傾斜した下面を覆う液状膜を形成しつつ流れる場合についても当て嵌まる。後者の場合、液状膜形成性および洗浄性とは別に、装置構成の観点から、傾斜角は９０°よりもある程度大きく、例えば１２０°以上とすることが好ましいことに留意されたい。
【実施例２】
【００８７】
本実施例においては塗装ブースのテスト機を運転して捕集性、洗浄性および発泡性について調べた。
【００８８】
まず、実施形態２にて上述した図４に示す塗装ブース３０’をウォーターカーテン幅約１．５ｍの実施テスト機として構成した。この実施テスト機では、水性塗料ミストを気体から完全に除去するために、第２流路２５において充填材２３の上方にフィルタ（図示せず）を設けた。
【００８９】
そして、水性塗料９による塗装を想定しつつワーク５なしで、第１回収槽１７’に回収される第１ブース水を循環させながら水性塗料９を約３０分間スプレーした。このとき、ノズル９にはエアースプレーガンを用い、エアー圧力は約０．２ＭＰａとし、水性塗料９を約２〜３ｇ／ｍ３でスプレーした。また、ウォーターカーテン幅１ｍあたりの排気風量は約７０ｍ３／分とした。フィルタおよび排気ファン２７を通じて排気される気体中の水性塗料ミスト含有濃度は約２〜３ｇ／ｍ３であった。第１ブース水中の水性塗料の不揮発分の濃度は、塗装実施前は約２重量％であったが、塗装実施直後には約５重量％に上昇していた。塗装を実施する間、第２流路２５内には第２ブース水を供給しなかった。
【００９０】
また、比較のために、図７に示すような従来の塗装ブース６０’をウォーターカーテン幅約０．５ｍの比較テスト機として構成し、この比較テスト機を用いて、実施テスト機と同様の条件で塗装を実施した。このとき、ウォーターカーテン７１を通過する際の気流の風速は約１５ｍ／ｓとした。塗装を実施する間、排気路８１内にはブース水を供給しなかった。
【００９１】
（捕集性）
塗装終了後、１次捕集部および２次捕集部の効果による水性塗料の捕集性を評価した。
【００９２】
まず、実施テスト機および比較テスト機における塗装に用いた水性塗料の固形分重量を、塗料タンク（図示せず）内の水性塗料の減少量を測定することにより求めた。
【００９３】
実施テスト機を用いた場合については、第１回収槽１７’内の第１ブース水中の不揮発分濃度を塗装実施前後で比較し、その増加分から、第１ブース水中に捕集された水性塗料の固形分重量を求めた。尚、不揮発分は固形分とほぼ等しいと見なし得る。また、塗装実施後のフィルタ（洗浄せず）を乾燥させて重量を測定し、これを塗装実施前の重量と比較し、その増加分をフィルタに捕捉された水性塗料の固形分重量とした。
【００９４】
そして、下記の式（Ｉ）により第１ブース水およびフィルタの捕集率をそれぞれ求めた。
【数１】
【００９５】
第１ブース水中への捕集率は８０％であり、フィルタでの捕集率は０．３％であった。１次捕集部（屈曲部を備える第１流路）による捕集率は、第１ブース水中への捕集率８０％と同じであると考えてよい。２次捕集部（充填材２３）による捕集率は、排気ファン２７から排気される気体中に水性塗料ミストは含まれておらず、全ての水性塗料が塗装ブース内で捕集されたと見なし得ることから、１００％から第１ブース水中への捕集率（８０％）およびフィルタでの捕集率（０．２％）を差し引いた１９．８％として見積もられる。
【００９６】
比較テスト機を用いた場合については、塗装実施後のフィルタ（洗浄せず）を乾燥させて重量を測定し、これを塗装実施前の重量と比較し、その増加分をフィルタに捕捉された水性塗料の固形分重量とした。
【００９７】
そして、上記の式（ＩＩ）によりフィルタの捕集率を求めたところ、０．９％であった。ウォーターカーテン、遠心板および邪魔板による総合的な捕集率は、上記と同様の理由から、１００％からブース水中への捕集率（０．９％）を差し引いた９９．１％として見積もられる。
【００９８】
以上の結果から、実施テスト機において、気体中に含まれる水性塗料の大部分（本実施例では８０％）を１次捕集部により捕集できることが確認されると共に、１次捕集部および２次捕集部による捕集率を総合すれば（本実施例では９９．８％）、比較テスト機のウォーターカーテン、遠心板および邪魔板による場合（９９．１％）よりも多くの水性塗料を捕集できることがわかった。
【００９９】
（洗浄性）
塗装終了後、濾液で塗装室内を洗浄し、濾液洗浄の間の洗浄液中の不揮発分濃度の経時変化を調べて洗浄性を評価した。
【０１００】
実施テスト機の場合、別途準備しておいた濾液を第１ブース水１２の循環ライン（図中に点線にて示す）を通じて塗装室１内に供給して濾液洗浄した。第１流路１５を通って第１回収槽１７’に流れる洗浄後の液を洗浄開始（濾液供給）から所定時間でサンプリングし、各サンプル中の不揮発分濃度を測定した。結果を図６に示す。
【０１０１】
比較テスト機の場合、別途準備しておいた濾液をブース水の循環ライン（図中に点線にて示す）を通じてライザ７８から塗装室６１内に供給して濾液洗浄した。濾液洗浄の間、上記と同様にして各サンプル中の不揮発分濃度を測定した。結果を図６に示す。
【０１０２】
図６を参照して、実施テスト機では不揮発分濃度は１分後には約１５０重量ｐｐｍ、２分以上で１００重量ｐｐｍ以下となった。これに対して、比較テスト機では不揮発分濃度を５００重量％以下とするために６分より長い時間を要し、洗浄時間に応じて多量の洗浄液を要した。この結果から、実施テスト機は比較テスト機より洗浄性が高く、より少量の洗浄液（濾液）で十分に洗浄できることが確認された。
【０１０３】
（発泡性）
ブース水を循環させながら塗装を実施している間に発泡程度を調べて発泡性を評価した。尚、塗装および濾液洗浄操作を通じて消泡剤は使用しなかった。
【０１０４】
実施テスト機の場合は第１回収槽１７’、比較テスト機の場合はブース水槽７３’について、槽中に存在する泡およびブース水の体積をそれぞれ調べ、下記の式（ＩＩ）により発泡率を求めた。
【数２】
【０１０５】
実施テスト機では発泡率５％以下であったのに対し、比較テスト機では発泡率３０％以上であった。この結果から、実施テスト機を用いた場合、比較テスト機を用いた場合よりも発泡率が十分に小さく、発泡を効果的に抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１（ａ）は本発明の１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の捕集装置の部分拡大概略断面図である。
【図２】図１の実施形態における第１流路の内壁面の傾斜角を説明する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は図１の実施形態における第１流路の改変例を示す図である。
【図４】本発明のもう１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図である。
【図５】本発明のもう１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図である。
【図６】本発明の実施例２における実施テスト機および比較テスト機の洗浄性を評価するためのグラフである。
【図７】図７（ａ）は従来の捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の捕集装置の部分拡大概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１’ 塗装室
３ 送風ファン
５ ワーク（被塗物）
５’ 自動車ボディ（被塗物）
７ ノズル
９ 水性塗料
９ａ 水性塗料ミスト
１０ １次捕集部
１１ ウォーターカーテン
１１’ ウォータースクリーン
１２ 第１ブース水
１３ 傾斜壁
１５ 第１流路
１５ａ 屈曲部
１７、１７’ 第１回収槽
１９ 連通路
２０ ２次捕集部
２１、２１’ 第２回収槽
２２ 第２ブース水
２３ 充填材
２５ 第２流路
２７ 排気ファン
２９ 捕集装置
３０、３０’、３０’’ 塗装ブース
３１、３５ 濃縮槽
３３、３７ 濾液槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は水性塗料、特に気体中にミスト状で含まれる水性塗料を捕集するための捕集装置に関する。また、本発明はそのような捕集装置を備え、水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な塗装方法として、被塗物に塗料をスプレー（または噴霧）する吹付塗装方法が広く用いられている（例えば特許文献１〜６を参照のこと）。このような吹付塗装方法では塗装の際に被塗物に塗着しなかった塗料が気体雰囲気中にミスト状で存在し得る（以下、本明細書において塗料ミストとも言う）。この塗料ミストを捕集するために水またはブース水を利用した湿式（または水洗式）塗装ブースがある。
【０００３】
従来の湿式塗装ブースの一例として、ウォーターカーテンを利用した塗装ブースについて図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図７（ａ）に示す塗装ブース６０は塗装室６１および排気路８１を備える。塗装室６１において被塗物であるワーク６５が塗装される。塗装を実施する間、送風ファン６３および排気ファン８３により気流が図中矢印方向に示すように形成され、塗装室６１内の気体雰囲気が排気路８１を通じて強制排気される。
【０００５】
塗装室６１内ではウォーターカーテン７１がブース水槽７３内のブース水をライザー７８から平板に沿って流下させることにより形成される。このウォーターカーテン７１はワーク６５を挟んでスプレーノズル６７と反対側に位置する。塗装は、スプレーノズル６７からワーク６５に向けて塗料６９をスプレーすることによって実施されるが、スプレーされた塗料のうち、ワーク６１に塗着しなかった塗料の大部分はウォーターカーテン７１に達して水中に捕集される。また、図７（ｂ）に示すように、塗装室６１内の気体中に存在し得る塗料ミスト６９ａは、気体がウォーターカーテン７１の後方の平板と遠心板７５との間の隙間からウォーターカーテン７１を高速で通過する際に塗料に加わる遠心力を利用して水中に捕集される（このような遠心板は特許文献２の図１および２（渦流板）、特許文献５の図３および特許文献６の図１を参照のこと）。捕集された塗料はブース水の形態でブース水槽（回収槽）７３に回収される。
【０００６】
ウォーターカーテン７１を通過した気体は排気路８１の内部を上昇し、図示するように互い違いに傾斜配置された邪魔板７７の間を通り、フィルタ７９を通過して外部へ排出される。このとき、気体中に残存している塗料ミスト６９ａ（および存在し得る水分）は邪魔板７７およびフィルタ７９により気体から除去され、邪魔板７７に衝突した塗料ミスト６９ａはブース水槽７３に回収される。邪魔板７７は一般的に排気路８１の幅（図７（ａ）の紙面に垂直方向の長さ）全体に亘る大きさを有する。邪魔板７７およびフィルタ７９は、塗装を実施する間に洗浄すると水滴が飛散して塗装に悪影響を及ぼすため、塗装を実施していない間にスプレー洗浄される。また、フィルタ７９はメンテナンスの際に交換される。
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−１４６７２７号公報
【特許文献２】特開平０６−１４２５７３号公報
【特許文献３】特開平０７−１００４１５号公報
【特許文献４】特開平０７−２９９３９９号公報
【特許文献５】特開平０９−１０６４０号公報
【特許文献６】特開２０００−１２６６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、環境および人体に対する影響および再利用の容易さなどの観点から、溶剤型塗料に代えて水性塗料が使用されて来ている。
【０００９】
しかしながら、上述したような従来のウォーターカーテン式塗装ブースは水性塗料を用いる場合に十分満足できるものではない。気流がウォーターカーテン７１を高速で通過し、気流および水が遠心板７５に衝突することによって強制的な気液混合が起こるため、水性塗料に通常含まれている界面活性剤によって発泡し、嵩高くなった泡がブース水槽７３からあふれることがあるからである。溶剤型塗料を用いる場合には、ウォーターカーテン７１を通過する際の気流の風速は約２０〜３５ｍ／ｓであるが、水性塗料を用いる場合には風速が１０ｍ／ｓを超えると発泡し、発泡を許容し得る範囲の上限風速はせいぜい１５ｍ／ｓであり、発泡を抑制しようとすると十分な捕集率が得られない。
【００１０】
発泡の問題は消泡剤の添加や、消泡装置の使用により対処し得るが、これらは追加の費用を要し、また、塗料ミストを捕集したブース水を濃縮して再利用する場合において消泡剤を多量に添加すると回収した塗料の組成が変化するために望ましくない。
【００１１】
また従来、塗料ミストを捕集するために絞り流路を利用したベンチュリ式塗装ブースも知られているが（例えば特許文献１を参照のこと）、このような塗装ブースにおいても水またはブース水が塗料ミストと共にベンチュリ（または絞り流路）を高速で通過して霧化される際に発泡が起こり得る。更に、ベンチュリは構造が複雑で、内部の洗浄が困難であるという問題もある。
【００１２】
加えて、従来の塗装ブースでは内部の構造が複雑なため洗浄性が悪く、色替えを実施する場合に洗浄時間を長くする必要がある。また、コンタミ量が多いために使用可能な塗色が制限される。
【００１３】
更に、従来の塗装ブースでは排気路内（より詳細にはフィルターおよび邪魔板など）に水性塗料が付着し、メンテナンスを頻繁に実施する必要があり、費用がかかるという難点もある。
【００１４】
本発明の目的は、水性塗料を用いて吹付塗装する場合であっても、発泡を効果的に低減および好ましくは防止でき、洗浄性を向上させ、メンテナンス頻度を少なくしつつ、塗料ミストを捕集することが可能な捕集装置およびこれを備える塗装ブースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの要旨によれば、水性塗料を捕集するための捕集装置であって、
ミスト状の水性塗料を含む気体および第１ブース水が流れる第１流路と、
第１流路を通過した第１ブース水を回収する第１回収槽と
を含み、第１流路は少なくとも１つの屈曲部を有し、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に第１流路を流れ、これにより気体中にミスト状で含まれる水性塗料を第１ブース水中に捕集する捕集装置が提供される。以下、本明細書において第１流路および第１回収部を１次捕集部とも言う。
【００１６】
このような本発明の捕集装置によれば、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に流れるので、第１ブース水と気体とが激しく混合されず、発泡を効果的に低減し、好ましくは防止することができる。また、第１ブース水および気体は屈曲部を有する第１流路を共に流れるので、気体中に含まれていた水性塗料ミストを慣性力により第１ブース水中に捕集し、そして第１回収槽に回収することができる。更に、このような捕集装置によれば、水性塗料を内壁面に固着させることなく、その大部分を第１ブース水に速やかに捕集することができ、第１流路を比較的クリーンに保つことができる（換言すれば、洗浄性が高い）。この結果、第１流路のメンテナンス頻度を少なくすることができると共に、より少量の洗浄水（または洗浄剤）で洗浄することができ、洗浄水量の減少により第１回収槽をコンパクトにすることができる。加えて、第１流路を通過する間の圧力損失が小さいので、騒音をより小さくすることができる。
【００１７】
本発明を通じて「ブース水」とは水または水を主成分とする液状流体に水性塗料を捕集したものを意味する。「水性塗料」には一般的な水性塗料、即ち、不揮発分と水性溶媒とを含む水性塗料を用いることができる。水性塗料を構成する不揮発分は、塗料の樹脂や顔料などである。
【００１８】
本発明において第１流路の「屈曲部」とは気体の流れ（即ち気流）方向を変化させるように第１流路が屈折または湾曲していることを意味する。気流方向を変化させることにより、水性塗料ミストは慣性力により気流方向とずれた方向に運動し、第１流路の内壁面を覆う第１ブース水に衝突して捕集される。このような屈曲部は気流方向を少なくとも１回変化させるものであればよいが、水性塗料ミストの捕集効率をより高くするためには２回またはそれ以上変化させるものであることが好ましい。
【００１９】
第１ブース水が第１流路の内壁面を覆って液状膜を形成するためには、第１ブース水がこの内壁面に対して良好な濡れ性を示すことが重要である。濡れ性は第１流路の内壁面に対する第１ブース水の接触角で評価でき、この接触角は、例えば約６０°以内であり、小さい程より好ましい。このような接触角を示す場合には、膜が途切れたり、液が飛散または滴下したりすることなく、液状膜が流路の内壁面全体を覆って形成され得る。
【００２０】
上記の接触角は液状膜を形成するための液状物の組成および第１流路の内壁面を構成する材料の組合せによって決まる。この液体には第１回収槽に回収した第１ブース水を再利用するが、ブース水は水性塗料に含まれる親水性溶剤を含み、表面張力が小さく、液状膜を形成し易いという利点がある。他方、第１流路の内壁面を構成する材料は親水性表面を有する材料が好ましく、例えばコーティングまたは表面改質などにより親水性化処理された材料を利用することができる。また、内壁面は凹凸がなく、滑らかであることが好ましい。
【００２１】
更に、気液混合を回避するには、第１流路の内壁面を覆って液状膜を形成している第１ブース水が内壁面を離れて滴下しないことが好ましく、水性塗料が内壁面に固着するのを回避するには、第１ブース水が内壁面に沿って適当に流れることが好ましい。このため第１流路の内壁面、特に屈曲部における内壁面の傾斜角は上記の濡れ性ならびに気体の通過風速および第１ブース水の流量などを考慮して制限され得る。第１流路の内壁面は（屈曲部においても）水平面に対して、例えば約１５〜１６５°の範囲内の角度で傾斜する。この角度（本明細書において傾斜角とも言う）は内壁面と水平面との間の角度、内壁面が湾曲している場合には湾曲面の接平面と水平面との間の角度であって、内壁面の露出側（ブース水と接触する側）の角度を意味するものとする。
【００２２】
本発明の１つの態様において捕集装置は、
水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部とに分離する濃縮分離装置と、
得られた濃縮部を貯槽し、および濃縮分離装置に供給するように濃縮分離装置と接続された濃縮槽と
を更に含む。これにより、捕集した水性塗料を所望の濃度まで循環濃縮して再利用することができる。また、水性塗料濃度が低下した残部（例えば濾液）は、再び第１ブース水として使用することができる。
【００２３】
本発明において「水性塗料濃度」とは、より厳密には水性塗料の不揮発分の濃度を意味するものとする。一般的に、濃縮分離装置にはクロスフロー式の濾過器、好ましくは限外濾過器を用いることができる。水性塗料の構成成分である不揮発分はフィルタ（濾材）の分画分子量より大きい分子量を有するのでフィルタを通過せずに上流側に残留し、他方、この分画分子量より小さい分子量を有する構成成分はフィルタを通過して濾液側に移動するので、これにより、水性塗料に含まれる不揮発分を濃縮することができる。濃縮槽には第１回収槽と別の槽を利用する。
【００２４】
更に、濃縮分離装置および濃縮槽を含んで成るセットを複数用意し、使用するセットを水性塗料の色に応じて切り換えてもよい。これによれば、水性塗料の再利用につき多色対応が可能となる。色替え再利用する場合には、ブースの洗浄性が特に重要になるが、本発明によれば、洗浄液である第１ブース水が汚染部分に到達することができ、洗浄液の液溜りが形成されないので、色替え再利用に好適に使用され得る。
【００２５】
しかし、本発明はこれに限定されず、第１回収槽に回収した第１ブース水を必要に応じて沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付した後、廃棄してもよい。
【００２６】
本発明の１つの態様において捕集装置は、
第１流路を通過した気体が流れる第２流路と、
第２流路内に配置された充填材（またはフィルター）および邪魔板（またはエリミネ板）の少なくとも一方と、
第２流路内に供給される第２ブース水を回収する第２回収槽と
を更に含み、これにより、第１流路を通過した気体中にミスト状で残っている水性塗料を第２ブース水中に捕集するものであってよい。以下、本明細書において第２流路および第２回収部を２次捕集部とも言う。
【００２７】
上記態様によれば、第１流路を通過した気体を充填材に通過および／または邪魔板に衝突させて、気体中に残っている水性塗料ミストを分離して、水性塗料を第２ブース水中に捕集し、そして第２回収槽に回収することができる。これにより、水性塗料ミストを１次捕集部および２次捕集部の２段で回収でき、全体として高い捕集効率を実現することができる。更に、第１回収槽に回収した第１ブース水および第２回収槽に回収した第２ブース水についての処理を個々に適宜選択することができる。例えば前者は水性塗料の再利用のために用い、後者は廃棄してよい。また、上述のように水性塗料ミストの大部分を第１ブース水中に捕集および回収できるので、第２ブース水の水性塗料濃度を低くできて、第２ブース水を循環させることにより洗浄可能となるので、第２流路のメンテナンス頻度をより少なくできる。このような塗装ブースはブース全体を容易に洗浄することができるので、色替え再利用する場合に好適に用いられ得る。加えて、２次捕集部は１次捕集部と隣接して配置されていても、離れて配置されていてもよく、任意の配置で設計できる。
【００２８】
充填材（またはフィルター）および邪魔板（またはエリミネ板）には、気液分離のために一般的に使用され得る任意の適当な充填材を使用することができる。
【００２９】
本発明のもう１つの要旨によれば、水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースであって、
被塗物に水性塗料をスプレーするための塗装室と、
塗装室内に第１ブース水を供給し、塗装室内のミスト状の水性塗料を含む気体および供給した第１ブース水が第１流路に流れるように塗装室と連通している、本発明の上記捕集装置と
を備える塗装ブースが提供される。
【００３０】
本発明の塗装ブースにより塗装される被塗物は、例えば一般的にワークと総称されるような吊下げて自動搬送される物品（例えば自動車などの部品およびその他の一般的工業製品）であってよく、あるいは吊下げて搬送されないより大きな物品（例えば自動車ボディ）であってもよい。水性塗料は、塗装すべき被塗物およびスプレー方向に応じて、被塗物の後方にウォーターカーテンとして供給されてもよく、あるいは、被塗物の下方にウォータースクリーン（または水張り、ウォーターウォ−ルもしくはウォータートンネルなどとして理解され得るが、本明細書においては便宜的にウォータースクリーンと呼ぶ）として供給されてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、水性塗料を用いて吹付塗装する場合であっても、発泡を効果的に低減および好ましくは防止でき、塗料ミストを捕集することが可能な捕集装置が提供される。更に、本発明の捕集装置は従来の捕集装置に比べて洗浄性が高く、メンテナンス頻度が少なく、低騒音である。また、本発明によれば、このような捕集装置を備える塗装ブースも提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明のいくつかの実施形態における捕集装置および塗装ブースについて、図面を参照しながら説明する。これら実施形態の説明において同様の部材には同様の参照番号を用い、特に断りのない限り同様の説明が当て嵌まるものとする。
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態は捕集装置およびこれを備える塗装ブースに関する。
【００３４】
図１（ａ）に示す本実施形態の塗装ブース３０は、被塗物であるワーク５に水性塗料９をスプレーするための塗装室１と、水性塗料９を捕集するための捕集装置２９とを備える。本実施形態の捕集装置２９は塗装室１と一体的に形成された１次捕集部１０と１次捕集部１０に連通する２次捕集部２０から構成される。
【００３５】
塗装室１に配置された送風ファン３および２次捕集部２０に配置された排気ファン２７により、塗装ブース３０内において気流（図中に矢印にて示す）が形成され、塗装室１内の気体雰囲気が強制排気されるようになっている。
【００３６】
塗装室１内には水性塗料をスプレーするノズル７が設けられる。塗装室１内へ第１ブース水１２が供給されるが、その一部はライザー１８からまたはオーバーフロー式で平板に沿って流下させ、ノズル７に対してワーク５の後方に位置するウォーターカーテン１１の形態で供給される。塗装室１は、その内部の気体および供給された第１ブース水１２が傾斜壁１３を伝って第１流路１５に流れるように１次捕集部１０に連通している。
【００３７】
１次捕集部１０は第１流路１５と、第１流路１５を通過した第１ブース水１２を回収する第１回収槽１７とを備える。図１（ｂ）に示すように、第１流路１５は少なくとも１つの屈曲部１５ａを有する。尚、図１（ｂ）では気流方向は３回曲げられているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
第１流路１５の内壁面に対する第１ブース水１２の接触角は、例えば約６０°以内（０〜６０°）、好ましくは約３０°以内（０〜３０°）である。第１ブース水１２は表面張力が小さいことが好ましく、第１回収槽１７に回収される第１ブース水１２を、図１（ａ）に点線にて示すように塗装室１内に供給して循環使用する。第１ブース水１２は水性塗料に由来する親水性溶剤、例えばジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＤＧ）などを水中に適当な量で含み、表面張力が小さい。他方、第１流路１５の内壁面は、第１ブース水１２の表面張力が小さければステンレスなどの材料から成っていてもよいが、例えばシリケートから成る親水化処理剤を用いて表面にコーティングしたものから成ることがより好ましい。
【００３９】
図２に示すように、第１流路１５の内壁面（屈曲部１５ａも含む）の水平面に対する傾斜角は、上記接触角の大きさにもよるが、例えば約１５〜１６５°、好ましくは約３０〜１５０°の範囲内とする。傾斜角が小さすぎると第１ブース水１２が流れにくくなり、その中に含まれる水性塗料が内壁面に固着することがある。また、傾斜角が大きすぎると、第１ブース水１２が第１流路１５の内壁面から滴下して、液状膜を形成できなくなる。
【００４０】
第１流路１５の内壁面は凹凸がなく、滑らかであることが好ましい。また、第１流路１５の屈曲部は内壁面がシャープに屈折しているよりも、湾曲していることが好ましい。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｅ）を参照して、第１流路１５の鉛直断面において対抗する内壁面は、図中両矢印にて示すように気体が流れ得る隙間を残して第１ブース水１２の液状膜で覆われている限り、互いに略平行であっても（図３（ａ））、図中片矢印にて示す流れ方向に拡張していても（図３（ｂ）および（ｄ））、狭まっていても（図３（ｃ）および（ｅ））よい。
【００４２】
また、第１流路１５の水平断面において内壁面は任意の形状、例えばスリット状、円形などであってよく、全体としては角柱、円筒などの形状であってよい。更に、このような第１流路１５は１つまたは２つ以上設けられていてもよい。
【００４３】
図１（ａ）を参照して、２次捕集部２０は、充填材２３を内部に備える第２流路２５と、第２流路２５内に充填材２３を洗浄するために供給される第２ブース水２２を回収する第２回収槽２１とを備える。第２流路２５は、第１流路１５を通過した気体が流れるように連通路１９により第１流路１５と連通している。第２回収槽２１に回収した第２ブース水２２は、図１（ａ）に点線にて示すように第２流路２５内に供給して循環使用する。
【００４４】
充填材（またはフィルター）は、ミスト捕集性と洗浄性を兼ね備えるものを使用する。特に、洗浄性を持たせるためにはブース水および塗料の双方に耐性を有する材料から成り、洗浄液（ブース水）が入り込み難い（袋部のない）シンプルな構造を有することが好ましい。
【００４５】
次に、本実施形態の捕集装置２９を備える塗装ブース３０の動作および作用について説明する。
【００４６】
まず、被塗物であるワーク５が塗装室１内へ、例えば図１（ａ）に示すように吊下げて搬送し、送風ファン３および排気ファン２７により気流を生じさせた状態で、ノズル７からワーク５に向けて水性塗料９をスプレーしてワーク５を塗装する。
【００４７】
塗装を実施する間、塗装室１内を洗浄するために第１ブース水１２を、例えばポンプなどにより塗装室１内に供給する（図１では３カ所から供給している）。第１ブース水１２の一部は壁に沿って流下させ、ウォーターカーテン１１を形成する。供給された第１ブース水１２は傾斜壁１３を伝って第１流路１５に入り、第１流路１５の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ、気体と共に第１流路１５を流れる。第１ブース水１２は塗装を実施する間、常時供給する。
【００４８】
例えば第１ブース水１２が水：ＢＤＧの重量比が約９５：５である液状物である場合、ウォーターカーテン幅１ｍあたり約４０リットル／分およびウォーターカーテンを通過する気流の風量約７０ｍ３／分（いずれも２０℃および０．１ＭＰａの標準状態換算、以下同様）で用いてよい。
【００４９】
ノズル７からスプレーされた水性塗料のうち、ワーク５に塗着しなかった水性塗料の大部分はウォーターカーテン１１に達して第１ブース水１２中に捕集される。この他、塗装室１内の気体中には水性塗料がミスト状で存在し得るが、このような水性塗料ミストは気流に乗って流れ、一部は傾斜壁１３上を流れる第１ブース水１２中に捕集され得る。更に、図１（ｂ）に示すように、気体が第１流路１５を流れる際、気体中に含まれる水性塗料ミスト９ａを第１ブース水１２中に捕集することができる。これは、屈曲部１５ａにより気流の方向が変えられているのに対し、水性塗料ミスト９ａは慣性力の影響を受けるために気流からそれて流れ、第１流路１５の内壁面を覆っている第１ブース水１２に衝突または接触するからである。
【００５０】
このようにして水性塗料を捕集した第１ブース水１２は第１回収槽１７に回収する。回収した第１ブース水１２は循環使用し、また、必要に応じて沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付した後に廃棄してよい。
【００５１】
他方、第１流路１５から出た気体は連通路１９を通って２次捕集部２０に入り、第２流路２５を上昇して流れる。このとき、気体は１次捕集部１０で捕集しきれなかった水性塗料ミスト９ａを含み得るが、充填材２３により捕捉できる。充填材２３を通過した気体は、好ましくは水性塗料ミストを実質的に含まず、塗装ブース３０の外部へ排出される。
【００５２】
充填材２３を洗浄するために第２ブース水２２を第２流路２５内へ供給する。これにより、充填材２３に捕捉された水性塗料ミストは第２ブース水２２中に捕集される。本実施形態において第２ブース水２２は、塗装を実施していない間（排気ファン２７の停止中）に供給する。
【００５３】
このようにして水性塗料ミストを捕集した第２ブース水２２は第２回収槽２１に回収する。回収した第２ブース水２２は循環使用する。また、沈降分離、浮上分離および限外濾過などの廃水処理方法により濃縮操作を行って水性塗料濃度を低く（例えば約５％以下に）管理し、濃縮操作により得られた塗料は廃棄してよい。この結果、水性塗料濃度の増加が少ないため、廃水処理装置の負荷を低減することができる。
【００５４】
以上のような本実施形態の捕集装置２９および塗装ブース３０によれば、第１ブース水１２（および第２ブース水２２）は気体と激しく混合されないので、発泡を効果的に抑制し、好ましくは防止しながら、水性塗料をブース水中に捕集することができる。これにより、回収した第１ブース水１２（および第２ブース水２２）を沈降分離および浮上分離などの一般的な廃水処理方法に付す際に従来のように多量の消泡剤を添加する必要がなく、消泡剤の量を低減し、好ましくは不要にすることができる。
【００５５】
また、水性塗料を内壁面に固着させることなく第１ブース水１２により速やかに捕集することができ、第１流路を比較的クリーンに保つことができる。この結果、より少量の洗浄水（または洗浄剤）で塗装室１内および第１流路１５内を洗浄して、水性塗料を十分に除去することができる。更に、ライザー１８が塗装室１内に配置されていないので、ライザー自身に水性塗料が付着することがない。よって、１次捕集部１０および塗装室１のメンテナンスの頻度をより少なくできる。
【００５６】
また、洗浄水量の減少により、第１回収槽１７は、図７を参照して説明した従来の塗装ブース６０におけるブース水槽７３よりも小さく、コンパクトにすることができる。例えばウォーターカーテン幅１ｍあたり、従来は約１００〜３００リットルの容量のブース水槽７３が使用されていたところ、本実施形態によれば第１回収槽１７の容量は約２０〜５０リットルでよい。
【００５７】
加えて、第１流路１５（および第２流路２５）を通過する間の圧力損失は、従来の塗装ブース６０において気体を十分な風速でウォーターカーテン７１に通過させるのに用いられる圧力損失よりも小さいので、騒音をより小さくすることができる。
【００５８】
更に、本実施形態の捕集装置２９および塗装ブース３０においては、１次捕集部１０に加えて２次捕集部２０を設けているので、水性塗料ミストを２段で回収することができ、水性塗料ミストを第１ブース水１２中に十分に捕集できない場合でも、第２ブース水２２中に捕集することにより、全体として高い捕集効率を実現することができる。
【００５９】
また、第２ブース水２２を第１回収槽１７と別個の第２回収槽２１に回収し、これを用いて充填材２３を洗浄しているので、従来の塗装ブース９０のように１個のブース水槽７３のブース水の一部をフィルタ７９および邪魔板７７を洗浄するために用いる場合よりも、第２ブース水中の水性塗料濃度が低く、沈降分離、浮上分離および限外濾過などの濃縮操作を行う塗料回収装置にて容易に低濃度管理することができる。これにより、例えば従来は排気路８１のメンテナンスを１年あたり４回実施していたところ、本実施形態によれば第２流路２５のメンテナンスを１年あたり１回以下にすることができる。
【００６０】
加えて、２次捕集部２０は１次捕集部１０と隣接配置し、連通部１９なしに直接接続されていてよく、あるいは連通路１９を適当に引き回すことにより離れて配置してもよいので、設計の自由度が高く、スペースを有効活用できる。
【００６１】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１の捕集装置および塗装ブースにおいて、回収した第１ブース水および第２ブース水の処理を改変し、更に、多色対応可能にしたものである。
【００６２】
図４に示す本実施形態の塗装ブース３０’は、水性塗料の色に応じて切換え使用される複数の第１回収槽１７’（図中にはＡ色、Ｂ色、Ｃ色の水性塗料用の３つの第１回収槽を示す）と、切換え使用されない１つの第２回収槽２１’とを備える。
【００６３】
複数の第１回収槽１７’に対応して、濃縮槽３１、限外濾過器ＵＦおよび濾液槽３３の第１セットが各々設けられる（再利用用濃縮部）。ＵＦは、水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部（濾液）とに分離する濃縮分離装置である。各第１セットにおいて、濃縮槽３１は、第１回収槽１７’に回収された第１ブース水が濃縮槽３１に移されるように第１回収槽１７’と接続されており、かつ、ＵＦにより得られた濃縮部を貯槽し、およびＵＦに戻して供給するようにＵＦと接続されている。他方、濾液槽３３はＵＦにより得られた残部（濾液）を貯槽するようにＵＦと接続されている。また、第２回収槽２１’に対しても、濃縮槽３５、限外濾過器ＵＦおよび濾液槽３７の第２セットが設けられ（廃棄用濃縮部）、第１セットと同様に構成される。
【００６４】
本実施形態においては、例えばＡ色の水性塗料による塗装を実施形態１と同様にして実施し、Ａ色塗装終了後、第１回収槽１７’内のＡ色水性塗料を捕集した第１ブース水を、図４中に一点鎖線にて示すように濃縮槽３１に送る。その後、第１ブース水を濃縮槽３１からＵＦに流して、Ａ色水性塗料濃度が上昇した濃縮部と濾液とに分離し、濃縮部は濃縮槽３１に戻し、濾液は濾液槽３３に送る。この操作を連続的に実施して、所望の水性塗料濃度が濃縮部にて得られるまで循環濃縮する。これにより得られた濃縮部は水性塗料の再利用（リサイクル）に用いる。他方、得られた濾液は第１ブース水１２として第１回収槽１７’またはその循環使用ライン（図中に点線にて示す）の途中に戻して再利用してよい。
【００６５】
尚、本実施形態においては第１回収槽１７’と濃縮槽３１とを別個に設けるものとしたが、これらは共通の槽であってもよい。共通の槽とする場合、第１回収槽１７’を濃縮槽３１として使用するに際して、第１回収槽１７’を１次捕集部から切り離して別の場所で循環濃縮しても、切り離さずにその場で循環濃縮してもよい。
【００６６】
Ａ色水性塗料の循環濃縮は、塗装室１にて塗装を実施していない間、または他の色（例えばＢ色）の水性塗料による塗装を実施している間に行うことができる。
【００６７】
Ａ色水性塗料による塗装終了後、色替えしてＢ色、そしてＣ色の水性塗料により塗装を実施する。Ｂ色およびＣ色水性塗料の場合における塗装ならびに循環濃縮および再利用についても、Ａ色水性塗料の場合と同様に実施できる。
【００６８】
そして、充填材２３を洗浄するために第２ブース水２２を第２流路２５内へ供給する。これにより、充填材２３に捕捉された水性塗料ミストは第２ブース水２２中に捕集される。第２ブース水２２は、塗装を実施していない間（例えば各色の塗装を終了時、休憩時または色替え時）に供給してよい。
【００６９】
他方、第２回収槽２１’は水性塗料の色によらず使用されるので、第２回収槽２１’に回収される第２ブース水２２は複数色（Ａ色、Ｂ色およびＣ色）の水性塗料が混合された混色を呈する。塗装停止している間、第２回収槽２１’内の複数色の水性塗料を捕集した第２ブース水を、図４中に一点鎖線にて示すように濃縮槽３５に送る。その後、第２ブース水を濃縮槽３５からＵＦに流して、水性塗料濃度が上昇した濃縮部は濃縮槽３５に戻し、濾液は濾液槽３７に送る。この操作を連続的に実施して循環濃縮する。これにより得られた濃縮部はそのまま廃棄してよい。他方、得られた濾液はそのまま廃棄しても、第２ブース水２２として第２回収槽２１’またはその循環使用ライン（図中に点線にて示す）の途中に戻して再利用してよい。
【００７０】
このような本実施形態の捕集装置および塗装ブース３０’によれば、再利用用濃縮部により水性塗料の再利用が可能である。本実施形態では、実施形態１と同様の作用により発泡を効果的に抑制して消泡剤の添加を排除できるので、従来のように水性塗料に再利用される濃縮部中に消泡剤が含まれることがない。また、実施形態１と同様に１次捕集部に加えて２次捕集部を設けているので、従来のように排気路から回収槽中に塗料カスが混入することがなく、再利用に適した第１ブース水を回収することができる。これらの効果は多色の場合だけでなく、単色（例えばＡ色のみ）の場合においても得られることに留意されたい。
【００７１】
また、本実施形態によれば、色替えを実施する場合にも水性塗料を捕集した第１ブース水を各色毎に回収して、再利用できる。本実施形態では色替えの際に、実施形態１と同様の作用により少量の洗浄水（または洗浄剤）で塗装室１内および第１流路１５内を洗浄して、前の色の水性塗料を十分に除去できるので、色替え時間を短縮することができる。従来、色替えのための洗浄には約１５分を要していたところ、本実施形態によれば例えば約２〜５分で十分に洗浄できる。
【００７２】
更に、洗浄水量の減少により第１回収槽１７’をコンパクトにできるので、同一のスペースでより多くの数の第１回収槽１７’を配置でき、より多くの色数の水性塗料に対応することができる。従来の塗装ブースでは１色またはせいぜい２色までしか対応できなかったスペースにおいて、本実施形態によれば１０色程度まで対応可能となる。尚、本実施形態においては例示的に３色の場合について説明したが、これに限定されない。
【００７３】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態２の捕集装置および塗装ブースにおいて、ワークに代えて自動車ボディを被塗物とするように改変したものである。
【００７４】
図５に示す本実施形態の塗装ブース３０’’は、自動車ボディ５’を塗装するための塗装室１’を備え、第１ブース水１２は自動車ボディ５’の下方に位置するウォータースクリーン１１’などの形態で塗装室１’内に供給される。
【００７５】
このような本実施形態の捕集装置および塗装ブース３０’’によれば、実施形態２と同様の作用により水性塗料の再利用が可能である。従来の自動車ボディ用湿式塗装ブース（例えば特許文献１を参照のこと）において水性塗料を用いる場合、発泡の問題に加え、非常に大きな容量、全体では約５０〜１５０トンの容量、ウォーターカーテン幅１ｍあたり約６００〜３０００リットルの容量のブース水槽を使用する必要があったため、水性塗料を再利用することは困難であった。これに対して本実施形態によれば、第１回収槽１７’をコンパクトにすることができ、例えばウォーターカーテン幅１ｍあたりの第１回収槽１７’の容量は約１００〜３００リットルでよく、水性塗料の再利用を実用的レベルで実施できる。
【００７６】
尚、実施形態１〜３において１次捕集部および２次捕集部の双方を備える２段階捕集装置について説明したが、本発明の捕集装置において２次捕集部は必須でないことに留意されたい。
【実施例１】
【００７７】
本実施例においては、接触角および傾斜角が液状膜形成性および洗浄性に及ぼす影響を調べた。
【００７８】
まず、第１流路の内壁面と同じ材料から成るサンプル上に、ブース水を載せて接触角を調べた。ブース水は水中に水性塗料が添加されたものであり、水性塗料に由来する親水性有機溶剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＤＧ））を含む。内壁面の材料および水性塗料（より詳細には親水性溶剤）の添加量を異ならせて、表１の接触角を示す組合せを選択した。
【００７９】
そして、所定の傾斜角で配置した第１流路の内壁面のサンプルに沿わせて第１ブース水を流下させて（図２を参照のこと）、膜の途切れおよび／または液の滴下が起こるどうか目視により観察した。このとき、ブース水の流量はサンプル幅０．３ｍあたり約７リットル／分とした。
【００８０】
液状膜形成性の評価基準は、評価が高い順に、膜の途切れおよび／または液の滴下が起こらなかった場合を○、わずかに起こるが許容可能な程度である場合を△、明らかに起こった場合を×とした。
【００８１】
また、ブース水を循環的に流し、その後、第１流路の内壁面サンプルに水性塗料が付着していないかどうか目視により観察した。このとき、ブース水の流量は上記と同様にした。
【００８２】
洗浄性の評価基準は、評価が高い順に、水性塗料の付着が起こらなかった場合を○とし、わずかに起こるが許容可能な程度である場合を△、明らかに起こった場合を×とした。
【００８３】
そして、液状膜形成性および洗浄性の評価結果を総合し、両者の評価のうちより低い方を採用するものとした。結果を表１に示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
液状膜形成性および洗浄性の観点からは表１に○で示す接触角および傾斜角条件が好ましいことがわかった。例えばシリケートから成る親水化処理剤によりステンレスをコーティングしたものを内壁面とし、ブース水を水：ＢＤＧの重量比が９５：５である混合液とした場合、接触角は約２０°となり、許容可能な傾斜角範囲は約１０〜１７０°、好ましくは約３０〜１５０°であった。これに対して、例えば内壁面をステンレスとし、ブース水を単なる水にした場合、接触角は約９０°となり、許容可能な傾斜角範囲は約１０〜１２０°、好ましくは１５〜９０°であった。後者の場合、膜が途切れないようにするには第１流路への第１ブース水の流量を比較的大きくする必要があるが、９０°より大きな傾斜角では流量を大きくすると液の滴下が起こり得ることを考慮すべきである。
【００８６】
尚、本実施例においては、第１ブース水が第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ流れる場合について、第１流路の内壁面の傾斜角および該内壁面と第１ブース水との接触角について述べたが、本実施例による結果のうち９０°より大きい傾斜角については、第２ブース水が邪魔板の傾斜した下面を覆う液状膜を形成しつつ流れる場合についても当て嵌まる。後者の場合、液状膜形成性および洗浄性とは別に、装置構成の観点から、傾斜角は９０°よりもある程度大きく、例えば１２０°以上とすることが好ましいことに留意されたい。
【実施例２】
【００８７】
本実施例においては塗装ブースのテスト機を運転して捕集性、洗浄性および発泡性について調べた。
【００８８】
まず、実施形態２にて上述した図４に示す塗装ブース３０’をウォーターカーテン幅約１．５ｍの実施テスト機として構成した。この実施テスト機では、水性塗料ミストを気体から完全に除去するために、第２流路２５において充填材２３の上方にフィルタ（図示せず）を設けた。
【００８９】
そして、水性塗料９による塗装を想定しつつワーク５なしで、第１回収槽１７’に回収される第１ブース水を循環させながら水性塗料９を約３０分間スプレーした。このとき、ノズル９にはエアースプレーガンを用い、エアー圧力は約０．２ＭＰａとし、水性塗料９を約２〜３ｇ／ｍ３でスプレーした。また、ウォーターカーテン幅１ｍあたりの排気風量は約７０ｍ３／分とした。フィルタおよび排気ファン２７を通じて排気される気体中の水性塗料ミスト含有濃度は約２〜３ｇ／ｍ３であった。第１ブース水中の水性塗料の不揮発分の濃度は、塗装実施前は約２重量％であったが、塗装実施直後には約５重量％に上昇していた。塗装を実施する間、第２流路２５内には第２ブース水を供給しなかった。
【００９０】
また、比較のために、図７に示すような従来の塗装ブース６０’をウォーターカーテン幅約０．５ｍの比較テスト機として構成し、この比較テスト機を用いて、実施テスト機と同様の条件で塗装を実施した。このとき、ウォーターカーテン７１を通過する際の気流の風速は約１５ｍ／ｓとした。塗装を実施する間、排気路８１内にはブース水を供給しなかった。
【００９１】
（捕集性）
塗装終了後、１次捕集部および２次捕集部の効果による水性塗料の捕集性を評価した。
【００９２】
まず、実施テスト機および比較テスト機における塗装に用いた水性塗料の固形分重量を、塗料タンク（図示せず）内の水性塗料の減少量を測定することにより求めた。
【００９３】
実施テスト機を用いた場合については、第１回収槽１７’内の第１ブース水中の不揮発分濃度を塗装実施前後で比較し、その増加分から、第１ブース水中に捕集された水性塗料の固形分重量を求めた。尚、不揮発分は固形分とほぼ等しいと見なし得る。また、塗装実施後のフィルタ（洗浄せず）を乾燥させて重量を測定し、これを塗装実施前の重量と比較し、その増加分をフィルタに捕捉された水性塗料の固形分重量とした。
【００９４】
そして、下記の式（Ｉ）により第１ブース水およびフィルタの捕集率をそれぞれ求めた。
【数１】
【００９５】
第１ブース水中への捕集率は８０％であり、フィルタでの捕集率は０．３％であった。１次捕集部（屈曲部を備える第１流路）による捕集率は、第１ブース水中への捕集率８０％と同じであると考えてよい。２次捕集部（充填材２３）による捕集率は、排気ファン２７から排気される気体中に水性塗料ミストは含まれておらず、全ての水性塗料が塗装ブース内で捕集されたと見なし得ることから、１００％から第１ブース水中への捕集率（８０％）およびフィルタでの捕集率（０．２％）を差し引いた１９．８％として見積もられる。
【００９６】
比較テスト機を用いた場合については、塗装実施後のフィルタ（洗浄せず）を乾燥させて重量を測定し、これを塗装実施前の重量と比較し、その増加分をフィルタに捕捉された水性塗料の固形分重量とした。
【００９７】
そして、上記の式（ＩＩ）によりフィルタの捕集率を求めたところ、０．９％であった。ウォーターカーテン、遠心板および邪魔板による総合的な捕集率は、上記と同様の理由から、１００％からブース水中への捕集率（０．９％）を差し引いた９９．１％として見積もられる。
【００９８】
以上の結果から、実施テスト機において、気体中に含まれる水性塗料の大部分（本実施例では８０％）を１次捕集部により捕集できることが確認されると共に、１次捕集部および２次捕集部による捕集率を総合すれば（本実施例では９９．８％）、比較テスト機のウォーターカーテン、遠心板および邪魔板による場合（９９．１％）よりも多くの水性塗料を捕集できることがわかった。
【００９９】
（洗浄性）
塗装終了後、濾液で塗装室内を洗浄し、濾液洗浄の間の洗浄液中の不揮発分濃度の経時変化を調べて洗浄性を評価した。
【０１００】
実施テスト機の場合、別途準備しておいた濾液を第１ブース水１２の循環ライン（図中に点線にて示す）を通じて塗装室１内に供給して濾液洗浄した。第１流路１５を通って第１回収槽１７’に流れる洗浄後の液を洗浄開始（濾液供給）から所定時間でサンプリングし、各サンプル中の不揮発分濃度を測定した。結果を図６に示す。
【０１０１】
比較テスト機の場合、別途準備しておいた濾液をブース水の循環ライン（図中に点線にて示す）を通じてライザ７８から塗装室６１内に供給して濾液洗浄した。濾液洗浄の間、上記と同様にして各サンプル中の不揮発分濃度を測定した。結果を図６に示す。
【０１０２】
図６を参照して、実施テスト機では不揮発分濃度は１分後には約１５０重量ｐｐｍ、２分以上で１００重量ｐｐｍ以下となった。これに対して、比較テスト機では不揮発分濃度を５００重量％以下とするために６分より長い時間を要し、洗浄時間に応じて多量の洗浄液を要した。この結果から、実施テスト機は比較テスト機より洗浄性が高く、より少量の洗浄液（濾液）で十分に洗浄できることが確認された。
【０１０３】
（発泡性）
ブース水を循環させながら塗装を実施している間に発泡程度を調べて発泡性を評価した。尚、塗装および濾液洗浄操作を通じて消泡剤は使用しなかった。
【０１０４】
実施テスト機の場合は第１回収槽１７’、比較テスト機の場合はブース水槽７３’について、槽中に存在する泡およびブース水の体積をそれぞれ調べ、下記の式（ＩＩ）により発泡率を求めた。
【数２】
【０１０５】
実施テスト機では発泡率５％以下であったのに対し、比較テスト機では発泡率３０％以上であった。この結果から、実施テスト機を用いた場合、比較テスト機を用いた場合よりも発泡率が十分に小さく、発泡を効果的に抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１（ａ）は本発明の１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の捕集装置の部分拡大概略断面図である。
【図２】図１の実施形態における第１流路の内壁面の傾斜角を説明する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は図１の実施形態における第１流路の改変例を示す図である。
【図４】本発明のもう１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図である。
【図５】本発明のもう１つの実施形態における捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図である。
【図６】本発明の実施例２における実施テスト機および比較テスト機の洗浄性を評価するためのグラフである。
【図７】図７（ａ）は従来の捕集装置を備える塗装ブースの概略断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の捕集装置の部分拡大概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１’ 塗装室
３ 送風ファン
５ ワーク（被塗物）
５’ 自動車ボディ（被塗物）
７ ノズル
９ 水性塗料
９ａ 水性塗料ミスト
１０ １次捕集部
１１ ウォーターカーテン
１１’ ウォータースクリーン
１２ 第１ブース水
１３ 傾斜壁
１５ 第１流路
１５ａ 屈曲部
１７、１７’ 第１回収槽
１９ 連通路
２０ ２次捕集部
２１、２１’ 第２回収槽
２２ 第２ブース水
２３ 充填材
２５ 第２流路
２７ 排気ファン
２９ 捕集装置
３０、３０’、３０’’ 塗装ブース
３１、３５ 濃縮槽
３３、３７ 濾液槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性塗料を捕集するための捕集装置であって、
ミスト状の水性塗料を含む気体および第１ブース水が流れる第１流路と、
第１流路を通過した第１ブース水を回収する第１回収槽と
を含み、第１流路は少なくとも１つの屈曲部を有し、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に第１流路を流れ、これにより気体中にミスト状で含まれる水性塗料を第１ブース水中に捕集する、捕集装置。
【請求項２】
第１流路の内壁面に対する第１ブース水の接触角が６０°以内である、請求項１に記載の捕集装置。
【請求項３】
第１流路の内壁面は水平面に対して１５〜１６５°の角度で傾斜している、請求項１または２に記載の捕集装置。
【請求項４】
第１流路を通過した気体が流れる第２流路と、
第２流路内に配置された充填材および邪魔板の少なくとも一方と、
第２流路内に供給される第２ブース水を回収する第２回収槽と
を更に含み、これにより、第１流路を通過した気体中にミスト状で残っている水性塗料を第２ブース水中に捕集する、請求項１〜３のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項５】
水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部とに分離する濃縮分離装置と、
得られた濃縮部を貯槽し、および濃縮分離装置に供給するように濃縮分離装置と接続された濃縮槽と
を更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項６】
濃縮分離装置および濃縮槽を含む複数のセットが水性塗料の色に応じて切換え使用される、請求項５に記載の捕集装置。
【請求項７】
水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースであって、
被塗物に水性塗料をスプレーするための塗装室と、
塗装室内に第１ブース水を供給し、塗装室内のミスト状の水性塗料を含む気体および供給した第１ブース水が第１流路に流れるように塗装室と連通している請求項１〜６のいずれかに記載の捕集装置と
を備える塗装ブース。
【請求項１】
水性塗料を捕集するための捕集装置であって、
ミスト状の水性塗料を含む気体および第１ブース水が流れる第１流路と、
第１流路を通過した第１ブース水を回収する第１回収槽と
を含み、第１流路は少なくとも１つの屈曲部を有し、第１ブース水は第１流路の内壁面を覆う液状膜を形成しつつ気体と共に第１流路を流れ、これにより気体中にミスト状で含まれる水性塗料を第１ブース水中に捕集する、捕集装置。
【請求項２】
第１流路の内壁面に対する第１ブース水の接触角が６０°以内である、請求項１に記載の捕集装置。
【請求項３】
第１流路の内壁面は水平面に対して１５〜１６５°の角度で傾斜している、請求項１または２に記載の捕集装置。
【請求項４】
第１流路を通過した気体が流れる第２流路と、
第２流路内に配置された充填材および邪魔板の少なくとも一方と、
第２流路内に供給される第２ブース水を回収する第２回収槽と
を更に含み、これにより、第１流路を通過した気体中にミスト状で残っている水性塗料を第２ブース水中に捕集する、請求項１〜３のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項５】
水性塗料を捕集した第１ブース水を水性塗料濃度が上昇した濃縮部と水性塗料濃度が低下した残部とに分離する濃縮分離装置と、
得られた濃縮部を貯槽し、および濃縮分離装置に供給するように濃縮分離装置と接続された濃縮槽と
を更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項６】
濃縮分離装置および濃縮槽を含む複数のセットが水性塗料の色に応じて切換え使用される、請求項５に記載の捕集装置。
【請求項７】
水性塗料により被塗物を塗装するために用いられる塗装ブースであって、
被塗物に水性塗料をスプレーするための塗装室と、
塗装室内に第１ブース水を供給し、塗装室内のミスト状の水性塗料を含む気体および供給した第１ブース水が第１流路に流れるように塗装室と連通している請求項１〜６のいずれかに記載の捕集装置と
を備える塗装ブース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２３１２３８（Ｐ２００６−２３１２３８Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１４０６（Ｐ２００５−５１４０６）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【Ｆターム（参考）】
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