CN1078824C - 粉末雾化器 - Google Patents

Abstract

一种改进的粉末雾化器包括筒状底壳，圆柱形可弹性变形元件，该元件轴颈定位并在底壳内绕其轴线旋转。该底壳与该元件同轴安装。该元件和底壳之间限定了柱形文氏管，粉末被供入其中。文氏管具有径向间隔的入口和出口。该装置在底壳内可旋转该元件，该转速大于靠离心力把粉末从该元件甩出所需的速度。该元件抽吸周围的空气通过文氏管并对供入文氏管入口的粉末进行雾化，从而形成均匀流动的颗粒雾，该雾状体在其轴线的纵向和侧向都是均匀的。本发明还提供了一种雾化器进给装置和雾化器和进给装置的组合以及与雾化电极的组合，该进给装置如专利US5,314,090所公开，其尤其适用于宽壁涂镀加工，用于产生在壁的侧向和纵向上都均匀的颗粒雾，且整个均匀流动的雾状体在颗粒的分布和颗粒尺寸上都是均匀的。

Description

粉末雾化器

本发明涉及一种把定量容积的粉末从漏斗输送至气流的装置，尤其涉及一种与进给装置的雾化电极相结合的粉末雾化器，以移动的颗粒雾的形式把定量的雾化粉末输送至气流。

此前已有一些方式对粉末进行雾化。漏斗用来把粉末进给至流动的气流。由于粉末的架桥或粉末的颗粒之间存在静电力，漏斗在进给粉末时存在着不足。流速也受多种因素影响，如湿度、颗粒尺寸、颗粒形状、密度、材料的粘聚性、化学成份、漏斗形状和粉末和颗粒之间静电力。当精确定量的粉末需要分送时又遇到另一个问题，即保证瞬时均匀的流速而被分送的粉末有结团的趋势。

因此最好提供一种改进的粉末雾化器，一种改进的粉末进给装置和雾化器的组合，一种改进的粉末进给装置、雾化器和雾化电极的组合。而且最好还提供一种能把精确确定量的粉末输送至可控地均匀流动的气流中的上述装置。

即使增设了振动器，在涂镀过程中，漏斗明显不能均匀定量地精确测量粉末。在涂镀宽的基片，试图使被漏斗进给的粉末雾化地进入流动的气流中时，产生了另外的问题，由于通常雾化粉末的空气或多或少是两个尺寸，即，纵向和一侧向尺寸。对于宽壁的场合，该空气流一般成平面并具有相当低的速度。因为其没有提供雾化从进给装置出来的粉末所需的局部高速剪切力，所以雾状体包括超尺寸的结团颗粒以及集聚形成的非均一的较重颗粒流，这种现象在很多场合是不理想的。因此最好提供一种用于宽壁涂镀加工的改进的粉末雾化器、改进的粉末雾化器和进给装置的组合以及改进的粉末雾化器，进给装置和雾化电机的组合，这些装置可以产生尺寸相当均匀的雾化颗粒材料形成的雾状体，其在壁的横向和纵向都相当均匀。

近来，经精确定量的粉末材料可以被测量进入气流，然后利用材料进给装置进行雾化，这些公开于专利US5,314,090，雾状体内的颗粒尺寸可以通过雾化电极变得更均匀，这些公开于专利US5,035,364。这种材料进给装置和雾化电极相结合可以产生均匀的颗粒雾，无论是颗粒尺寸与分布；还是雾状体的横向和纵向都是均匀的，但这种结合不能在宽壁场合产生均匀的颗粒雾，例如在螺旋金属板的粉末涂镀以及带有紧密组合元件的输送机的涂镀场合。由多组材料进给装置和雾化电极肩并肩地结合而产生的雾状体在雾流的纵向上颗粒尺寸是均匀的。但在其横向上还存在着不均匀，这是由于重叠并形成条纹的缘故。因此最好提供一种改进的粉末雾化器，和粉末雾化器进给装置的组合，以及一种改进的粉末进给装置，雾化电极和雾化器的组合，该装置可产生颗粒材料雾该雾状体在其横向和纵向都相当均匀，并且在宽壁涂镀场合中的大片区域内，颗粒尺寸及其分布都是十分均匀的。

近来，对准确定量的粉末精确测量可以采用公开于专利US5,314,090中的材料进给装置进行，其中采用了轴向长度大于被涂镀壁的宽度的细长刷。采用这种装置，可以进给准确定量的粉末，但不能被雾化或完全雾化。壁可以水平设置，其顶部或底部或两部分都需要被涂镀，壁也可竖直设置，其一侧或两侧需要被涂镀，因此最好提供一种在水平和竖直粉末涂镀场合都可使用的改进的粉末雾化器、改进的粉末进给装置，雾化器和雾化电极的组合以及改进的粉末雾化器和进给装置的组合，该装置可产生颗粒雾该雾状体无论是横向和纵向，还是颗粒尺寸和颗粒尺寸分布都是高度均匀的。最好还提供一种对颗粒雾进行导向的上述装置，无论是水平设置于雾化器下方的壁的上侧，还是水平设置于雾化器上方的壁的下侧，或是竖直设置壁的两侧，该雾状体的横向和纵向，颗粒尺寸和颗粒尺寸分布都是均匀的。

基于均匀度和通用性起见，最好提供一种以合理的成本用于多种场合的改进的粉末雾化器，改进的粉末雾化器和进给装置的组合以及改进的雾化器，进给装置和雾化电机的组合。

最后，最好提供一种具有所有上述所需特性的改进的粉末雾化器，改进的粉末雾化器和进给装置的组合以及改进的粉末进给装置，雾化器和雾化电极的组合。

因此，本发明的目的是提供一种改进的粉末雾化器，改进的粉末进给装置和雾化器的组合以及改进的粉末进给装置、雾化器和雾化电极的组合。

本发明的另一目的是提供一种能把精确定量的粉末输送至均匀的、可控的流动气流中的上述改进装置。

本发明的另一目的是提供一种用于宽壁涂镀加工中的上述改进装置，其可产生在横截面上相当均匀的颗粒雾，其在壁的横向和纵向都是相当均匀的。

本发明的另一个目的是提供一种能产生颗粒雾的上述改进装置，该雾状体在横向和纵向，以及颗粒尺寸和颗粒尺寸的分布都是高度均匀的。

本发明的另一目的是提供一中用于横向和竖向粉末涂镀场合的改进的上述装置，该装置可产生颗粒雾，该雾状体在横向和纵向以及其颗粒尺寸和颗粒尺寸分布都是高度均匀的。

本发明的另一目的是提供一种可用于对颗粒需导向的上述改进装置，无论是水平设置于雾化器下方的壁上侧，还是水平设置于雾化器上方的壁下侧，或两种情况2的结合，或是竖直设置壁的相对侧，或竖直设置的一部分，该雾状体的械向和纵向以及其颗粒尺寸和颗粒尺寸分布都是均匀的。

本发明的另一目的是提供一种以合理的成本用于多种场合的上述改进装置。

本发明的最后目的是提供一种具有所有上述所需特征的改进的上述装置。

本发明的主要方面是提供一种改进的粉末雾化器，其包括筒状底壳、圆柱形弹性可变形元件，该元件可绕位于底壳内的轴线旋转。底壳与该元件同轴设置。该元件和底壳之间限定了柱形文氏管，粉末可供入其内。文氏管具有径向分开的入口和出口。所提供的装置在底壳内以大于所需要的速度旋转该元件，用于靠离心力把粉末从该元件甩出。该元件通过文氏管抽吸周围的空气并雾化和流体化被供入文氏管入口的粉末，从而形成均匀流动的颗粒雾，该雾状体在所述轴线的纵向和侧向都是均匀的。本发明还提供了带有专利US5,314,090所公开的进给装置的一种雾化器，进给装置以及雾化器、进给装置和雾化电机的组合，该装置尤其用于宽壁涂镀加工，其产生颗粒雾，该雾状体在壁的侧向和纵向都是均匀的，并且在整个均匀流动的雾内、颗粒分布和颗粒尺寸都是均匀的。

参照下述对本发明实施例的说明并结合附图，上述的和其它的特征和本发明的目的，以及达到这些目的方式将变得更清楚，也可更好地理解发明本身，其中附图包括：

图1是本发明改进的雾化器的局部立体图，该雾化器安装于传统的漏斗之下，用于对宽壁顶面进行涂镀加工，为了便于观察，拆去了雾化器一端；

图2是沿图1中2-2的截面线所视的图1所示装置的横截面图；

图3是类似图1的本发明的改进雾化器的局部立体图，该雾化器安装于传统的漏斗进给装置之下，是用于对宽壁底面进行涂镀加工的装置；

图4是沿图3中的4-4截面线得到的如图3所示装置的横截面图；

图5是类似于图1和3图的本发明改进的雾化器的局部立体图，该雾化器位于如专利US5,314,090所公开的粉末进给装置之下，用于当壁或基片被竖直传送时，对宽壁的左侧进行粉末涂镀加工；

图6与图1、3和5类似，类似于图5所示的装置的局部立体图，用于对相同壁的右侧进行涂镀；

图7是类似于图5所示装置的本发明的粉末进给装置和雾化器的侧视平面图，该装置用于对一般竖直设置而水平传送的基片进行涂镀，其中粉末雾化器与基片成角度设置，粉末滑槽被分，段翼板一般是筒状的；

图8是类似于图7的装置的视图，示出了图5至7所示本发明的粉末进给装置和雾化器的另一种形式，其中粉末雾化器水平设置，其中竖直设置而水平传送，但翼板从雾化器向前螺旋延伸；

图9是图8所示装置的局部立体图，示出了雾化器刷和翼板装配在一起的状态；和

图10是类似于图2的局部横截面图，示出了本发明改进的雾化器的另一种形式，用于对顶面进行粉末涂镀加工，为了便于观察，拆去了雾化器一端。

参见图1和2，示出了本发明改进的雾化器10，其作为宽壁粉末涂镀装置12的组件，安装于宽壁基片14上方，用于涂镀基片14的顶侧16。装置12包括粉末进给装置18和雾化器10。所示的粉末进给装置18是传统的粉末漏斗20，若需要，其可配有振动器22。漏斗20具有底部开口24，粉末通过该开口落入其下的雾化器10中。在另外特定的实施例中，粉末进给装置18可以是如图5和6所示的专利US5,314,090所公开的细长的进给装置，下面将详细描述。专利US5,314,090的整个公开说明书可以逐字逐句地转写于此处，与本说明书相结合。

所示的粉末雾化器10包括底壳26，翼板50和基本上是圆柱形的雾化元件28，其可绕水平轴线30，沿箭头31的方向旋转。底壳26部分环绕元件28。元件28和底壳26间隔设置，其间限定了柱形的文氏管32，粉末可以从进给装置18供入其中。文氏管的入口34直接位于进给装置18出口24之下。文氏管32还具有与雾化器的入口34径向间隔的出口38。

翼板50靠近刷28安装，并从文氏管出口38延伸至对颗粒雾进行导向的区域。

漏斗50靠近刷28安装，并从文氏管出口38延伸至对颗粒雾进行导向的区域。

漏斗20，底壳26，雾化元件28，文氏管32入口34、出口38和翼板50可以都是细长，延伸至基片14的整个宽度或横向尺寸，无论横向尺寸有多大。在特定的实施例中，该横向尺寸超过1.83米。在特定的实施例中，该横向尺寸可以是几十米或和要被延伸的极大的基片的横向尺寸相匹配。

雾化元件28通过联动件42安装转子轴40上又与转子44相联。转子44和联动件42以超过所需的速度沿箭头31的方向旋转轴40和元件28，从向靠离心力把粉末的元件甩出。元件28以极其快的速度通过文氏管32抽吸空气而把粉末分送至空气，把空气和粉末混和成均匀的混和物，通过颗粒与硬刺碰撞、颗粒与壁极碰撞来雾化颗粒，从而产生相当均匀尺寸的颗粒。

元件28的速度可以使产生的均匀雾状体内的颗粒带电，都带有相同极性的电荷。通过选择元件28的硬刺材料的非导电体、颗粒材料也为非导电体，就可使颗粒雾中的每个颗粒带有相同极性电荷，因为它们是以公知的摩擦起电效应的方式离开本发明的雾化器的。这种颗粒带电很有用，因为其有助于雾状体的均匀分配，使其在离开雾化器时在纵向和侧向都均匀分开。该带电还延展目标区域，在该区域雾状体的颗粒尺寸分布、颗粒尺寸和颗粒密度是完全均匀的。

当底壳26和翼板50由导电材料制成。摩擦起电效应会产生不良效果，使颗粒上的电荷传导入底壳26和翼板50，使颗粒被吸引至底壳26和翼板50，在其上产生结团现象。由于颗粒材料的导电性，颗粒会在底壳26的端部91或翼板50上积聚和结团，达到一定程度结团的颗粒会从端部91掉下进入其下正被涂镀的基片上。一般地，在涂镀壁的顶面时，不允许这种结团现象，因为那些颗粒迟早会结团掉在被涂镀的表面上，导致涂镀表面的缺陷。

底壳26和翼板50由非导电材料制造，可降低端91上的结团。但在下面还要提到需要底壳26和翼板50由导电材料制成的场合。

在图1和2所述的特定实施例中，底壳26和翼板50由非导电材料制成。在特定的实施例中，该导电材料可以是聚碳酸脂、聚丙烯和乙缩醛材料。在特定的实施例中，当底壳26和翼板50不带电，粉末不能在其上结团。实验提出任何导电率在大约10¹⁰至10¹⁶的范围内的材料在本发明的范围内被认为是非导电材料。

如图1和2所述的另一个特定实施例中，底壳26和翼板50由导电材料制成。如金属，因为这是底壳26和表面93、94的结构强度所需的。在特定的实施例中，为了避免表面93的不相容性，将其抛光达到均方根误差为125的表面精度。同样的，翼板表面94也被抛光达到均方根误差为125的表面精度。

在图10所示的特定实施例中，底壳26的大部分由导电金属制成。如不锈钢，这是考虑到强度和耐用度，而端部91由非导电材料制成。如聚碳酸脂、聚丙炳、乙缩醛或聚乙烯，而金属部分95提供了结构强度。因而，底壳26具有导电部分95和非导电部分96。如图示，非导电部分96从端部91延伸到至少为底壳26的最低点98。部分95、96以现有技术中任何公知的方式连接在一起。图10示出了底壳的两部分95和96是通过榫舌和凹槽99相连，使得部分96可以插入部分94的端部并定位。以这种方式，底壳26的表面92可以制成为连续的。在特定的实施例中，表面92被抛光达到均方根误差为125的表面精度。

翼板50具有从元件76向外延伸的气动表面94，端表面102远离元件28，近端表面104与元件28和背侧表面106距离很近。如图1和10所示，气动表面94可以是曲面的或平面的。表面94位置靠近元件28并从元件28向外延伸，用于对从文氏管出口38排出的雾状体向外导向。如图1和10所示，端面104可以是平面或曲面。在图10中，端表面104是柱形曲面，其具有比元件28略大的曲率半径。背侧面106和相对的端面102按照需要可以是平面或曲面。在图10所示的特定实施例中，这些表面的每一个都是平面并具有设计的休止角，用于防止粉末附着其上并回收载导向从要涂镀表面下来而积聚其上的粉末。通过减少导电以及移动通过表面94的空气速度，防止粉末积聚于表面94上因而，在大多数实施例中，表面102与水平成角度约从80°至100°。在大部分场合，粉末休止角是80°。背侧表面106类似于表面102，几乎没有气流汉过。若休止角不增大的话，背侧面106上将聚集粉末。但是，假如背侧面与水平所成角度大于粉末休止角，则积聚于背侧面106上的粉末会被回收落入表面104而进入旋转元件28。在特定的实施例中，表面106与水平成角度大约从45°至70°。在特定的实施例中，目标区域与所述入口径向间隔约从45°至240°。

参照图1和2，所示表面94是曲面。表面102基本上从曲面垂直延伸。背侧表面106从漏斗18向翼板50倾斜延伸，上面开有回收口110。图3、4、5和6具有类似的表面94、背侧表面106和基本上垂直表面78。回收口110位于表面78上。

元件28既作为鼓风转子，与底面26配合导向空气通过文氏管32吸入粉末，又如专利US5,314,090所公开的作为粉末载体。

元件28的旋转速度以及元件28和底壳26之间的距离存在的相互关系，即能把所需空气充分快地移动通过文氏管而对供入文氏管入口34的粉末进行雾化，又能把粉末从文氏管均匀分送成雾状体。在特定的实施例中，雾化器元件28是刷子，如专利US65,314,090所公开。

刷28可以是任意圆柱形元件，具有轮毂和径向延伸的任意形式的硬刺。硬刺可以紧密堆积或间隔设置，以一种模式布置或机设置，长的或短的，细的或粗的，十分硬或十分软的，制作材料可以是金属、塑料或自然纤维。轮毂的直径尺寸和硬刺的长度也可有所不同。硬刺的选择取决于刷子的作用和被雾化的粉开形式。

如果雾化器用来把大量的粉末分送入小量的空气，在雾化之前，刷子的硬刺之间必须携带一些粉未。这种情况下，硬刺的长度要比通常的长，从而增加刷子硬刺之间对粉末的携带能力。

当粉末总是趋向结团或在雾化器中不易流动，最好采用柔软的硬刺，因为硬刺的柔韧性有助于增加粉末的运动和雾化粉末。

如果需要减小颗粒尺寸，就需要带有硬度大的硬刺的刷子。在任何特定的场合，硬刺材料的长度将决定刷子的使用寿命。

在本发明中，离开雾化器10的颗粒雾上各个颗粒的带电量一般随着元件28的转速增加而增加，随着硬刺材料导电性增加而降低。并随着颗粒材料导电性的增加而降低。在大部分场合，通过改变刷子元件28的转速，可以改变和调整元件28的性能。

在特定实施例中，需要雾化降低和颗粒尺寸，要选择带有特性材料硬刺的刷子，该硬刺具有特定的横向直径及特定的纵向长度。硬刺的横截面是圆形或矩形。当横截面是矩形时，硬刺的旋转方向和其横向的柔韧性有所不同。这对于雾化和颗粒减小是重要的，因上述现象被认为取决于硬刺和颗粒的碰撞，其中硬刺碰撞颗粒使其移向一侧，产生横向运动，从而允许颗粒灰碰撞另一硬刺。因此，硬刺分子越密集颗粒与硬刺的碰撞越容易发生。长度与旋转方向的横向尺寸的比率以及刷子的旋转速度决定了颗粒与硬刺之间的碰撞量的大小。长度与旋转方向的横向尺寸的比率以及硬刺的密度和刷子的旋转速度决定了颗粒与硬刺之间发生碰撞的次数。

在特定的实施例中，硬刺包括天然硬刺，合成聚合物硬刺和金属硬刺。硬刺长度范围从相当短到极其长硬刺的横向尺寸范围从2至3倍于被雾化颗粒的尺寸到50倍于最大被雾化颗粒的尺寸。实际上，硬刺被限定为，其最大横向尺寸从大约4微米至15,000微米，其长度从几十毫米到几十厘米。硬刺的长度和横向尺寸比率从10比1至5000比1。

硬刺的纵向长度与横向尺寸的比率对颗粒尺寸的降低和元件28的雾化能力是很有影响的，而刷子28的整个直径被认为对雾化和颗粒尺寸减小的影响很小。选择较大直径的元件28，在气流方向上的文氏管的纵向长度增加，因而颗粒和硬刺之间碰撞的次数增加。但颗粒与硬刺之间的碰撞力取块于硬刺的硬度和上述的硬刺的纵向长度和横向尺寸间的比率。因此增大元件28的直径并保持硬刺相同的长度和横向尺寸比率仅仅是增加了颗粒碰撞的次数，而不会改变发生碰撞的形式。因此在大部分场合，关键在于硬刺的长度和其横向尺寸的比率以及硬刺材料的性能，而不在于刷子28的直径。

但在特定的实施例中，硬刺的长度与其横向尺寸的比率可以从200比1变到800比1，硬刺长度从大约12.7毫米变至127毫米，在旋转方向上的硬刺的横向尺寸从0.0254毫米变至1.5748毫米，在垂直于旋转方向上的硬刺的横向尺寸从0.0254毫米变至1.5748毫米，使得硬刺的长度与其横向尺寸的比率在200比1到800比1的范围内。

在特定的实施例中，硬刺实际上是圆柱形的，其长度和直径之比约从10比1至5000比1。

在特定的实施例中，底壳26，元件28和翼板50可以是细长的，用于宽壁涂镀加工，或根据需要使其长度与元件28的直径之比小于1。在特定的实施例中，文氏管的厚度或元件28和底壳26之间的距离可以在从0.0254至2.54毫米的范围内而元件28以大约700到400转/分钟的速度被驱动，这些都取决于转子的直径尺寸和每分钟的转数，从而利用本发明改进的雾化器对粉末进行较理想地雾化。另外，在那些实施例中，元件28与底壳端部有一定距离，该端被拆去，为了便于观察转子元件28和文氏管32且元件28与翼板50相距0.0254到0.508毫米。在这些特定实施例中，具有颗粒尺寸从大约2微米至300微米的粉末可以被雾化成均匀的颗粒雾，其具有相当均匀的颗粒尺寸，整个雾状体，无论是流动方向还是其横向，分布都很均匀。

漏斗20可以是任何形式用于粉末材料的传统的漏斗。漏斗20可以是如图1和2所示的几何形状或是非对称的，例如其一个壁是竖眭的，而另一壁与竖直和水平都成一定角度。漏斗20的壁最好与水平所成的角度都大于漏斗壁上的材料以及被进给的粉末的休止角。漏斗20独立于粉末雾化器10安装并可安装在弹簧(未示出)上，也可配置上述的振动器22。

所示的漏斗20的底部开口24位于文氏管入口32的上方。在特定实施例中的文氏管入口32可以收敛于一点，使得所有的粉末从漏斗20落入雾化器10。文氏管32的出口38和翼板50把通过气流均匀发送的颗粒雾流导向和定向传送至传统的静电涂镀器49的吸入口46的区域。对雾状体的导向或定向至目标区域是通过翼板50和传统的附壁效应的气流技术来完成的。翼板50还有封闭雾化器10元件上部区域的作用，以保证尘土不进入雾化器周围的空气。

十分令人奇怪的是离开文氏管出口38的雾状体不是象人们预料的那样从快速旋转的元件28上甩出。而是彻底相反，带有颗粒的均匀雾状体表观为环绕着元件28的弧形外圆周表面转过至少90°，甚至转过360°。因此，必须提供翼极来把雾状体从环绕元件28中剥离出来。

翼板的作用不仅是把雾关体从元件28上剥离，而且还把雾状体导向预定的区域。因此，在所有实施例中，翼板的导向缘实际上需要靠近元件28的圆周。在所作的实验中，当翼板与刷子距离尽可能近时，元件28能很好地起作用。

在雾化器10的工作过程中，十分令人惊奇的是粉末雾化器10和除镀器48之间的区域不必完全封闭，这是由于从文氏管排出的颗粒雾一般沿着元件28旋转的第一圆弧轨道和翼板的第二表面94运动且该雾状体不会象其它种设计的粉末雾化器那样在环绕雾化器的整个空间内失控地发送。雾化器10把很大的速度传给雾状体，使周围的滞止的空气对该雾状体产生附壁效应。

一旦雾状体被导入静电涂镀器48的入口46区域，该雾状体就处于静电场的影响之下，并受到涂镀器的电极52的电离作用，同时又受到通过涂镀器48的雾状体气流载体的作用。在特定的实施例中，涂镀器48可以是专利US5,279,863所公开的任意一种类型，该专利的公开说明书可以逐字逐句地转写到这里，与本说明书相结合。

在特定的实施例中，翼板50可以固定于漏斗20或振动器上，用于减小其上粉末的积聚，翼板也可单独被支撑，或固定于底壳26上。

参照图3和4，所示的雾化器10和装置12用于涂镀基片14的底侧53。粉末供给装置18也采用漏斗20的形式。在图3和4中，所示的漏斗没有振动器22，但与漏斗20相连设有输送装置54，用于保证漏斗20装满粉末。类似地，在另外的实施例中，如在图1和2所示的实施例也可设置输送装置54，也可采用或不采用振动器22。输送装置54工作的速度必须与雾化器工作的速度一致，使连续和足够的粉末从输送机54流入漏斗20和雾化器10并进入涂镀器48。

在该实施例中，漏斗20和雾化器10可以与上述的相同。但翼板50靠近出口38，横跨底壳26和涂镀器48的入口46区域。翼板50的形状和定位部可以参照传统的气流技术。整体上均匀发送的颗粒雾被从元件28上剥离并供入涂镀器48的入口46，此时雾状体处于涂镀器48的静电场的影响下，而雾状体通过装器48的运动也如以往受到装置的排空和重力的控制。

奇怪地是，几乎没有粉末不被雾化成可以被空气充分运载的粉末尺寸。基本上被粉末进给装置18进给至雾化器10的所有粉末都被充分雾化成所需的颗粒尺寸，且几乎没有粉末不被空气运载，通过粉末出口56在其下游排出。因而，用于把不能被从雾化器10排放的气雾所运载的大尺寸颗粒移走的粉末排出口56对于雾化器10的结构被认为是不必要和多余的。

在所有的场合，基片14相对于雾化器10，粉末进给装置18和涂镀器48通过输送技术被移动。基片，即空白基片的传送方向或是远离雾化器，或是靠近雾化器，这取决于涂镀工艺。与其它静电涂镀装置相比，从本发明的雾化器10直接排出的更加集中的雾状体对空白基片14的撞击更为理想。在涂镀加工中，当被涂镀基片到达雾化器时，最好使集中的雾状体粉末增加。

在图3和4所示的对于基片底面进行涂镀的实施例中，涂镀效果与底壳20和翼板50的导电率无关。由于所有装置位于被涂镀表面的下方，任何从装置落下的结团都不会影响表面涂镀的质量。

参见图5和6，漏斗20被专利US5,314,090所公开的粉末进给装置60所代替。如图示，该专利的粉末进给装置60可以重复并精确地把已定量的粉末进给至本发明的雾化器10。因此，粉末进给装置可以用于与上述漏斗20相比，在加工过程中对供入雾化器的粉末进行控制是更关键的场合以及更需要控制的场合。

漏斗62作为粉末进给装置60的粉末贮器。在特定实施例中，漏斗62与漏斗20相同，并可配有或不采用振动器22。如图所示，漏斗62具有底部开口24，其开口于腔室63，在该腔室中，弹性可变形元件或刷子66沿着箭头67的方向旋转。元件66固定于轴68，该轴在腔室64的两相对壁(未示出)上轴颈定位。轴68的一端与可变速发动机相联。腔室64具有腹侧72，底部74和一对侧部78。腔室64充分封闭了元件66。

元件66基本上是圆柱形。腔室64可以由塑料或其它合适的非导电性材料制成。其它的实施例中的腔室64由透明塑料材料制成或在腔室64上开有进出门(未示出)，便于在工作时进行观察和调整元件66位于腔室64中，用于截断漏斗开口24。

在大多数特定的实施例中，元件66最好是刷子，其具有环绕轮毂81并径向延伸的密度均匀分布的大量硬刺80。硬刺80可以是天然纤维或任何合适材料制成的纤维使刷子66可以“阻挡”从漏斗62的底部开口24流出的粉末。硬刺80必须具有依选定的旋转速度而定的合适的长度和尺寸，刷子66允许粉末从漏斗62以精确的形式穿过硬刺80，当刷子旋转时，粉末被其运载，并被定量传送通过底部74的出口82进入本发明的雾化器10。如专利US5,314,090所公开的，驱动元件66的速度总是低于靠离心力使粉末从元件66甩出的必要速度。

粉末从漏斗62通过出口82的流速由其它因素控制，如刷子沿箭头67旋转的速度，刷子66的直径，刷子66的粉末容量以及开口24的尺寸。刷子66的粉末载运容量由硬刺80的长度和密度控制。粉末从漏斗62流经进给装置60的速度影响粉末到达雾化器10的整体流速。

进给装置60的出口82的位置与上述的图1至4所示的漏斗20的底部开口24的位置相类似，使排出的粉末落入文氏管32的入口34。如图5和6所示，腔室64也设有底壳26和翼板50，从而形成即包括元件66又包括元件28的普通腔室。这种腔室把底壳26向上延伸形成材料进给装置60的漏斗62以及翼板50而封闭了元件66，用底壳26既限定了用于隔离元件66和28的出口34、82，又适当地限定了文氏管的入口34和出口38。

在图5和6中，基片14可以移至雾化器10也可远离雾化器10。另外，雾化器10的出口38和颗粒雾可以如图5和6向下偏转，也可依需要向上偏转。这种选择通常取决于颗粒尺寸和雾状体的颗粒尺寸分布以及在把较大的颗粒喷镀在基片上的场合是否考虑借助于重力为好。

在图5和6的实施例中，一般不考虑底壳20和翼板50的导电性，因为所示实施例用于涂镀竖直设置的基片，所有装置都位于所要涂镀表面的一侧，从装置落下的结团不会影响表面涂镀质量。

在图1至6所示的实施例中，结构上存在多种不同。底壳26和元件28可以有任意直径尺寸。被雾化器10雾化的粉末量可以较大，元件28和底壳26越大，形成的文氏管32就越大，而粉末被雾化成的气体容积就越大。

只要元件28是刷子，硬刺的长度就有所不同。但当刷子28的转速大于由于离心力使粉末离开雾化器的速度时，硬刺的长度就不重要了。

刷子与底壳之间的距离确是很重要的，并对元件28及其运动速度有作用。在特定实施例中，该距离的范围从0.127至2.54毫米。元件28的运行速度足以产生离心力把被雾化的粉末从元件28上甩出，其必须足以使空气在文氏管内产生足够的紊流度并产生足够速度把粉末雾化成气流。所以，如果元件28的速度较大，则元件28和底壳26间的距离就较大，反之亦然。在特定的实施例中，元件28的直径最好是50.8毫米或大点或更大，并以700至4000转/分钟的速度驱动。

漏斗底部开口24到文氏管入口34的竖直距离也可以有所不同，只要该距离保证粉末落下并有效地被供入文氏管。在特定实施例中，该距离范围从25.4毫米到152.4毫米或更多。

文氏管入口34及其出口38之间的径向位置也可有所不同，在特定实施例中，该距离可从180°到45°。在图5和6所述实施例中，本发明的雾化器10与专利US5,314,090所公开的材料选给装置相连，元件66和元件28的直径之比可以是任意数值，在大部分特定实施例中，该比值为1或大于1，类似的，速度比最好尽可能高。元件28和66两轴线之间的距离通常刚刚大于一个直径尺寸，但一般大约从几十毫米到152.4毫米或更大。

在本的所有实施例中，从文氏管32出的粉末沿着翼板50的轮廓运动而被导向目的区域。通过文氏管的粉末被雾化而当硬刺是非导电性又产生摩擦起电效应，而后排出文氏管32，粉末的每一颗粒都带有相同电荷。此时，从文氏管32排出的粉末在对颗粒进行雾化的空气紊流的作用以及带有相同电荷颗粒间的排斥力作用下被迫均匀分散于基片的横向和纵向。

由于颗粒雾靠近翼板的速度作用，其沿着翼板50的弧面运动。在特定的实施例中，粉末雾化器与基片相距101.6至152.4毫米，可以观察到颗粒雾以大约50.8至152.4毫米宽的喷涂直径相当均匀地导入基片，在基片的纵向和横向都十分均匀。在该喷涂直径的周边外侧位置，集中颗粒雾的均匀度会显著降低。在图1和2所述实施例的上述模式里，颗粒雾被导向雾化器下方的目标区域。重力与雾流共同作用，把已雾化颗粒分送至目标区域。上述的50.8至152.4毫米的喷涂直径可扩展到101.6至254毫米的喷涂直径。类似地如图3和4所示的实施例中，当作用于从文氏管32排出的颗粒雾的重力与颗粒雾的运动方向相背时，上述的50.8至152.4毫米的喷涂直径会下降到25.4至76.2毫米。

在任何场合，由于这样现象的存在，当对与本发明雾化器相距101.6至152.4毫米的竖直基片进行均匀涂镀就产生了问题。例如，当对304.8毫米高，水平移动的竖直基片进行均匀涂镀时，把本发明的雾化器设置于靠近基片的下边界，这样只能均匀涂镀基片下面的101.6到152.4毫米区域。而基片上方152.4毫米区域的粉末沉积量明显小于基片下方152.4毫米区域的粉末沉积量。

参照图7，所示的粉末选给装置和雾化器的组合一般用于对竖直设置、水平传送、横向尺寸大于50.8至101.6毫米的基片进行涂镀。如图7所示，具有上述粉末进给装置60所有结构的粉末进给装置60安装于基片84上方。进给装置60下方安装本发明的雾化器10，元件28与基片84间隔设置，但元件28与竖直和水平都成一定角度设置。粉末滑槽86从底部开口82延伸至文氏管入口34，通过该滑槽粉末从进给装置60落入文氏管32，该文氏管由底壳26环绕刷子元件28形成。翼板50从文氏管出口延伸至基片84。翼板50、底壳26和元件28各自与基片84均匀间隔，在特定实施例中，雾化器10的整个轴向长度101.6至152.4毫米。

由于粉末进给装置60和雾化器10可以有任意轴向长度，图7所述的实施例可以用于涂镀竖直设置，水平传送的片材或一系列竖直悬挂于水平传送的输送机上的元件，其可以有任意横向或高度尺寸。

如图7所示的，对竖直基片进行涂镀的实施例中，一般不考虑底壳20和翼板50的导电性。因为所有装置位于被涂镀表面一侧，从装置落下的结团不会影响表面涂镀质量。

参见图8和9，示出了本发明另一种形式改进的粉末进给装置，雾化器和雾化电极的组合，其用于上述竖直设置，水平传送类型的基片。在该实施例中，进给装置60位于雾化器10上方，粉末滑槽86在进给装置60的出口82和文氏管32的入口之间延伸，雾化器10配有螺旋形翼板50，其具有螺旋形导向缘88，用于把颗粒雾从元件28上剥离下来，元件28具有圆柱形横截面，横跨元件28整个长度的螺旋形端缘90与被涂镀的基片相距101.6至152.4毫米。该实施例仅仅用于基片的横向尺寸或竖直高度要小于螺旋形翼板50的竖直高度，范围在±24.4～152.4毫米。

尽管在特定实施例中，进给装置60在基片84的上方或在其一侧，但雾化器10总是位于靠近基片84的底缘92，而螺旋形翼板50必须在基片84的整个竖直尺寸上延伸。

图9是图8所示雾化器10的底壳26、刷子元件28和螺旋形翼板50的立体图，较好地示出了翼板50的形状及其与文氏管出口38和文氏管入口34的关系。

图7所示的粉末滑槽86是分段滑槽，是相互平行间隔的竖直壁。在图8中，滑槽86被描述为非分段滑槽不具有隔板，相对端之间也不没有壁。根据基片的尺寸和要被雾化粉末的性能，这些滑槽可以互换。

在图8和9所示的用于涂镀竖直基片的实施例中，一般不考虑底壳26和翼板50的导电性。由于所有的装置都位于涂镀表面一侧，从装置落下的结团不会影响表面涂镀质量。

在图1和4所示实施例的工作过程中，漏斗20内的粉末通过底部开口24供入文氏管32的入口34。通过选择底部开口24为特定尺寸或控制振动器22的作用来控制进入文氏管32的粉末流。当粉末进入文氏管32，元件28抽吸气体载体以紊流形式高速通过文氏管。当元件28转速大于靠离心力将粉末甩出的速度时，元件28将所有与其接触的粉末雾化。当需要时，可根据颗粒材料，元件28的硬刺刚度，在雾化器10内减小颗粒尺寸。在气体载体内以雾的形式分送的粉末从文氏管出口38排出。该雾状体不但每单位体积的气体载体内的粉末量是均匀的，而且在气流方向及其横向上的颗粒尺寸分布都是均匀的。另外，当文氏管内的紊流的气流载体足以雾化粉末时，整雾状体内的颗粒尺寸分布一般是均匀的。在任何场合，通过适当选择元件速度，相当均匀尺寸的粉末会被均匀散布于整个雾状体，颗粒密度和颗粒尺寸分布都十分均匀。

在利用本发明的雾化器10及其元件28或重力对粉末进行操作时，几乎没有机械加工。当粉末进给装置60和本发明的雾化器10共同使用时，精确定量的粉末可供入雾化器10。用传统的方式控制粉末从漏斗62到进给装置的流动并控制元件66的速度精确定量的粉末可被供入雾化器10。振动和重力可把粉末从漏斗62送至元件66，元件几乎没有对粉末进行机械作用就把其送至出口82。在特定实施例中，元件是刷子，粉末被送进硬刺80中，刷子转动，靠重力把粉末运至出口82。因此选择振动速率(若采用了振动器22)，具有特定尺寸的出口24的腔室，刷子66及其转速，精确定量的粉末可以被传送至本发明的雾化器10中。当刷子元件66转动时，元件面对漏斗62中的粉末且在硬刺之间充满粉末，同时转过出口82，这样元件66携带着粉末并将其排出。一旦粉末从粉末进给装置18或60排放雾化器10，粉末就进入文氏管32的入口34，并受到元件28通过文氏管抽吸产生的高速移动的气流载体的作用。元件28靠离心力把所有粉末甩出，并以紊流形式移动气流载体通过文氏管32，到达文氏管出口38。一旦粉末离开文氏管出口30°，均匀的颗粒雾就沿着元件28的曲面运动，直至其被翼板50从元件28上剥离，然后按照传统的气流定律把颗粒雾导向至涂镀器48的入口46。如图1和2所示，从出口38出来的颗粒雾可以被本发明的雾化器10向下导向，至进而涂镀基片的顶侧。如图3和4所示，雾化器10可以把颗粒雾从文氏管出口38向上导向，从而涂镀基片的底侧。基片可以两面涂镀，其可如图1-4、图5和6以及图7-9分别所示，或者水平定位，或者竖直定位。

在所有实施例中，本发明雾化器10的粉末流量通过粉末进给装置20或60把粉末供入文氏管32的速率来控制。由本发明雾化器10产生的雾状体的颗粒密度是由被供入雾化器10的粉末量和被文氏管抽吸的气流载体量决定的。在大部分实际应用中，被文氏管抽吸的气流载体量由底壳26和元件28之间的距离以及元件28的转速所控制。距离越小，载运气体越少，距离越大，载运气体越多。类似地，由粉末进给装置供入文氏管的粉末量基本上是由漏斗20底部开口24的尺寸以及粉末流通情况决定的，或是由进给装置60中的元件66的转速和容量决定的。

本发明改进的雾化器产生相当均匀的颗粒雾并按照需要或者向上，或者向下地把雾状体导入静电涂镀器。通过本发明，为所有的粉末涂镀操作提供了一种改进的粉末雾化器，改进的粉末进给装置和雾化器的组合，改进的粉末进给装置，雾化器和雾化电极的组合。

本发明改进的粉末雾化器尤其适用于宽壁涂镀加工，由于其能在壁的纵向和横向上产生在横截面上具有相当均匀尺寸颗粒的雾状体，其在颗粒尺寸和颗粒尺寸分布方面都是高度均匀的。通过采用如专利US5,314,090所公开的颗粒进给装置，利用本发明的改进的雾化器，进给装置和雾化器的组合以及进给装置、雾化器和雾化电极的组合，高精度定量的颗粒材料可以被雾化并置于基片的任意横向尺寸上，该基片可以水平设置，竖直设置成倾斜设置。

本发明改进的粉末雾化器，改进的粉末进给装置和雾化器的组合以及粉末进给装置、雾化器和雾化电极的组合可以用于涂镀水平设置壁的顶侧和底侧，也可以用于涂镀竖直设置壁的两侧。本发明的上述改进装置可以以合理的安装和维护成本把粉末供入涂镀装置。最后，可以以具有所有上述理想特征的形式提供本发明的上述改进装置。

这里为了说明，已描述和示出了本发明的特定实施例，但从本申请得到的任何可以作为专利保护的不是严格地限定在公开的实施例上，可以扩展到合理地落入下面的权利要求保护范围内的所有结构和装置。

Claims (54)

1.一种粉末雾化器包括底壳，圆柱形元件，所述元件轴颈定位并沿其轴线旋转，所述底壳筒形并与所述元件同轴，所述底壳部分地环绕所述元件，所述元件和底壳之间限定了柱形文氏管，粉末被供入其中，所述文氏管具有径向间隔的入口和出口，在所述底壳内旋转所述元件的装置，其转速大于靠离心力把粉末从所述元件甩出所需的速度，所述元件抽吸气体通过所述文氏管并对供入所述入口的粉末进行雾化而产生均匀的颗粒雾选择所述元件使颗粒之间以及颗粒和元件之间的碰撞极大化从而对粉末雾化并减小供入文氏管内的粉末的颗粒尺寸。

2.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述元件是带有硬刺的刷子，结合被供入所述文氏管内粉末的物理性能来选择硬刺的横向尺寸、长度和物理性能，从而雾化粉要并减小粉末的颗粒尺寸。

3.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，所述刷子的硬刺具有弹性，所述硬刺在与颗粒碰撞时产生弹性弯曲，从而提高雾化程度，减小粉末的颗粒尺寸。

4.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺实际上是圆柱形的，其长度和直径之比约从10比1至5000比1。

5.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的横截面基本上是平行四边形且其横向和纵向长度比率约从200比1至800比1。

6.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺具有平行四边形的横截面，其在旋转方向的厚度大于其横向的，其旋转方向与其横向相比，具有较大的刚性和较小的柔韧性。

7.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺长度约从12.7毫米至127毫米。

8.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述底壳和元件的长度与直径之比都大于1。

9.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，还包括与所述元件相距约0.0254毫米至5.08毫米的翼板，因此还包括使所述雾状体导入其中并与所述翼板相距约25.4至152.4毫米的目标区域。

10.如权利要求9所述雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，而所述元件和底壳与该目标区域成角度设置。

11.如权利要求9所述雾化器，其特征在于，所述翼板横截面是圆形。

12.如权利要求9所述雾化器，其特征在于，所述翼板上有气动表面，该表面是平面。

13.如权利要求9所述雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，所述元件和底壳平行于所述目标区域的延长部分，所述翼板具有螺旋状凸缘，延伸于所述目标区域整个横向宽度。

14.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，硬刺要从天然纤维、合成聚合物和金属硬刺集合中选取。

15.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的横向尺寸范围约从两倍于颗粒尺寸到50倍于颗粒尺寸。

16.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的横向尺寸范围约从0.0254毫米至1.5748毫米。

17.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的长度和横向尺寸比率约从10比1至5000比1。

18.如权利要求2所述雾化器，其特征在于，所述硬刺旋转方向的尺寸范围约从0.0254毫米至1.5748毫米。

19.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的与旋转方向垂直方向的尺寸范围约从0.0254毫米至1.5748毫米。

20.如权利要求1所述雾化器，其特征在于，所述硬刺的长度与横向尺寸的比率约从200比1至800比1。

21.如权利要求1所述粉末雾化器，其特征在于，还包括减少所述底壳的电荷并防止在所述出口形成粉末结团的装置。

22.如权利要求1所述粉末雾化器，其特征在于，所述底壳的靠近所述出口处由非导电性材料制成。

23.如权利要求22所述的雾化器，其特征在于，所述非导电性材料的导电率大约是从10¹⁰至10¹⁶欧姆·厘米。

24.如权利要求22所述的雾化器，其特征在于，所述非导电性材料要从包括聚合结构材料的集合中选取。

25.如权利要求22所述的雾化器，其特征在于，所述非导电性材料要从聚合结构材料的集合中选取，包括聚碳酸脂，聚丙烯，乙缩醛和聚乙烯。

26.如权利要求22所述的雾化器，其特征在于，靠近所述出口部分的底壳是尖角，因而限定了靠近所述元件的边缘，所述底壳具有悬挂于所述边缘的表面。

27.如权利要求26所述的雾化器，其特征在于，悬挂于所述边缘的所述表面基本上是竖直的。

28.如权利要求22所述的雾化器，其特征在于，从所述文氏管所述出口至少到其最低点部分的所述底壳由非导电性材料制成。

29.如权利要求21或22所述的雾化器，其特征在于，还包括与所述元件相距约从0.0254至5.08毫米的翼板，所述翼板具有从所述元件开始并远离该元件向上延伸的表面，所述表面是气动光滑的，所述表面与水平面成一定角度，所述翼板具有与所述元件有一定距离的端表面，该端表面与水平面所成角度大于休止角，所述翼板具有背侧表面，该背侧表面与水平面所成角度大于休止角。

30.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述翼板的所述非导电性材料的导电率约从10¹⁰至10¹⁶欧姆·厘米。

31.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述气动光滑表面和所述背侧表面的所述角度小于90°，所述气动光滑表面与所述元件有间隔并用被加工成与所述元件有间隔并用来导向所述雾状体远离所述元件，装置还包括与所述翼板相距约25.4至152.4毫米的目标区域。所述气动光滑表面把所述雾状体导向所述目标区域。

32.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述气动光滑表面的所述角度小于90°。

33.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述离开所述元件的表面的所述角度约为90°。

34.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述背侧表面的所述角度使得积聚其上的任何粉末从翼板上落入所述元件，从而得以回收

35.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述背侧表面的所述角度约从45°到70°。

36.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述气动光滑表面的所述角度约从45°至70°。

37.如权利要求29所述的雾化器，其特征在于，所述翼板具有靠近所述元件的圆柱形表面，该表面趋于最小化。

38.如权利要求10或29所述的雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，所述元件和底壳与所述目标区域的延长部分平行，所述翼板具有螺旋形边缘，延伸至所述目标区域的整个横向宽度。

39.如权利要求10或29所述的雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，所述元件、底壳和翼板横向延伸于所述目标区域。

40.如权利要求29所述雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，而所述元件和底壳与该目标区域成角度设置。

41.如权利要求29所述雾化器，其特征在于，所述翼板横截面是圆形。

42.如权利要求29所述雾化器，其特征在于，所述翼板上有气动表面，该表面是平面。

43.如权利要求29所述雾化器，其特征在于，所述目标区域是细长的，所述元件和底壳平行于所述目标区域的延长部分，所述翼板具有螺旋状凸缘，延伸于所述目标区域整个横向宽度。

44.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述入口是分叉的。

45.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述出口是分叉的。

46.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述元件的转速约从700至4000转/分钟。

47.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于所述文氏管在其入口和出口之间具有均匀的厚度，约从0.0254至5.08毫米。

48.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述元件的直径约大于50.8毫米。

49.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述粉末颗粒尺寸范围约从2微米至300微米。

50.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述元件是刷子。

51.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，被供入所述文氏管内的粉末尺寸大于从所述文氏管排出的粉末尺寸。

52.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述粉末要从热固性和热塑性有机聚合物、有机材料以及它们的细合的粉末集合中选取。

53.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述雾状体是把粉末颗粒均匀分送入缓慢流动的载运气体而形成的十分均匀的摩擦带电的雾状体。

54.如权利要求1，21或22所述雾化器，其特征在于，所述目标区域与所述入口径向间隔约从45°至240°。

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