JP2000061366A - 内部および外部で荷電する粉体スプレイ装置 - Google Patents

内部および外部で荷電する粉体スプレイ装置

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JP2000061366A
JP2000061366A JP11223830A JP22383099A JP2000061366A JP 2000061366 A JP2000061366 A JP 2000061366A JP 11223830 A JP11223830 A JP 11223830A JP 22383099 A JP22383099 A JP 22383099A JP 2000061366 A JP2000061366 A JP 2000061366A
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resistance
high voltage
powder
electrode
internal
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JP11223830A
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English (en)
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Gunter Boerner
グンター・ベルナー
Johann Christoph Nienburg
ヨハン・クリストフ・ニーンブルク
Joerg Sopka
ゾープカ ヨルク
Josef Wittmann
ヨーゼフ・ビットマン
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ABB RES Ltd
ABB Research Ltd Sweden
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ABB RES Ltd
ABB Research Ltd Sweden
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/087Arrangements of electrodes, e.g. of charging, shielding, collecting electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/03Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying
    • B05B5/032Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying for spraying particulate materials
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    • B05B5/053Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0533Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は静電粉体被覆に好適な内側および外
側で同時に荷電する粉体スプレイ装置に関する。 【解決手段】 スプレイ装置と製造工程にある部材との
間の距離に大きく依存することなく、付着効率を一定に
するように改善するために、内部高電圧電極(2)と外
部高電圧電極(5)の双方が高抵抗部材(1、3,4)
を介して高電圧源(6)に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は静電粉体被覆に好適
な、内側および外側で同時に荷電させる粉体スプレイ装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】このような粉体スプレイ装置はWO98
/24555により開示されている。図5は上記文献に
おいて開示されたスプレイ噴霧装置を示す。この装置は
その中に粉体と空気の混合物PLが導かれるチャンバ1
00を有する。このスプレイ噴霧装置は接地電極10、
金属リング150に配分されて配置された針状の内部高
電圧電極2、および針状に設計された少なくとも1個の
外部高電圧電極5を有する。高電圧のカスケード状に設
計された高電圧電源が電極5および2に電気接続部30
およびリング150を介して高電圧を供給する。
【0003】該少なくとも1個の外部高電圧電極5は、
希望する場合に配置することができるものであり、これ
により電界および追加のコロナ放電が外側に形成され、
付着効率を増加することを目的とする追加の電極として
記載されている。外側の針5により生成される電界は電
気を帯電する粒子に力を及ぼす。加えて、外側のコロナ
はさらなる荷電をもたらすことが可能であり、そしてイ
オンと帯電した粉体粒子間の斥力はスプレイの雲を広げ
るように誘導する。記載されている物理的に影響を及ぼ
す要因は、それぞれ噴出する粉体の量、粉体の特性(荷
電性の良し悪し)、および製造工程にある部材からの距
離に依存して顕著になる。
【0004】粉体が少量(おおよそ150g/分まで)で
普通に荷電する粉体の場合は、装置自身の内側の荷電を
用いて粉体粒子に十分に良好な量の荷電を行うことがで
きる。外側の針により生成される電界は粉体粒子に対し
力F=E*qの影響をおよぼす。針の先端の電圧に依存
して、結果として多かれ少なかれエッジ効果又はラップ
アラウンド(wrap−around)が生ずる。スプ
レイの雲の幅は電流値により影響を受ける。
【0005】粉体の量が多い場合(200g/分より
大)、粉体粒子の十分に大きい荷電のためには、内部お
よび外部の双方による荷電が必要とされる。
【0006】しかしながら、電極間に金属接続を有する
配置の問題点は、外側の針の電流および電圧が大部分、
噴霧装置と製造工程中の部材との間の距離に依存するこ
とである。距離の小さい場合は、距離が大きい場合よ
り、より大きい電流が流れ、そして電圧は低い。その結
果、特に粉体の放出量が大きい場合、付着効率は距離が
小さくなるに従い大きくなるという傾向が増大するであ
ろう。
【0007】しかしながら、実際にはこの傾向は好まし
くない。技術的に都合の良い範囲(100mm〜250
mm)内において、目標とすることは、距離に関係なく
付着効率は一様に高くあるべきであるということであ
る。
【0008】高電圧(負の直流電圧)を生成するため
に、比較的高い内部抵抗を有するカスケード(casc
ade)が使用される。無負荷状態におけるカスケード
の出力電圧である無負荷電圧U0は通常およそ−80k
Vから−100kVの範囲である。カスケードの内部抵
抗Riはおよそ400MΩから600MΩの範囲であ
る。カスケードの実際の出力電圧Ucは、次の式に従っ
て、出力電流Icと共に計算される。
【0009】Uc =U0 − Ici カスケードの最大出力電流はおよそ80μA〜120μA
である。より大きい出力電圧およびより小さい内部抵抗
を有するカスケードの使用は安全上の理由から不可能で
ある。ヨーロッパおよびアメリカの関連する基準は、空
気と粉体の混合物はいかなる条件の下においても電気放
電により点火してはならないことを要求する。それゆえ
に、とりわけ、カスケードの出力は制限される。その他
点火を防止するための方法はバイアス抵抗と、大きい電
気的容量を導くような電極の配置を避けることである。
【0010】粉体が使用される間、一定の距離で動作す
るような試みがなされた。しかしながら、種々の理由に
より、製造工程中の部材からの距離が変化するのを回避
するのは不可能である(たとえば端部など)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明はそれ故に付着
効率が改善され一定になるようにすることの可能な粉体
スプレイ装置を設計することを目的とする。
【0012】この目的は請求項1で規定する特徴を有す
る粉体スプレイ装置により達成される。好都合の改良が
更なる請求項において規定され、そして図面を用いて以
下の典型的な実施の形態の記載により明確にされる。
【0013】
【課題を解決するための手段】付着効率を改善し一定に
する目的は、本発明による粉体スプレイ装置により内部
および外部電流間の比を特別に設定し、距離が変化した
場合に狭い範囲でのみ変化することにより達成しでき
る。製造工程にある部材から200mmの典型的な設定
上の距離において、約70%の電流が内部荷電のための
電極を介して流れ、そして30%が外部電極を介して流
れる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は高抵抗材料で形成されたリ
ング1の正面図および側面図を示す。リング1に使用さ
れる高抵抗材料および以下にさらに記載する高抵抗材料
としては、例えば、グラファイト、カーボンブラックま
たは他の導電材料が充填されたプラスチックを用いるこ
とができる。
【0015】複数の針状の内部高電圧電極2が均一に配
分されリング1の内周上で挿入される。リング1は高抵
抗ロッド3を介して高電圧源6に接続される(図2およ
び図3を参照されたい。)。ロッド3に対する接続点1
1は2つの電極2の間に位置するリング部分の中央に位
置する。針状の外部高電圧電極5は接続点12において
高抵抗ピン4を介してロッド3に接続される。
【0016】かかる配置において達成され得る電流およ
び電圧の配分は、部品1,3および4の抵抗値、および
ガス放電経路、 − 針リング − 内部接地電極 − 外部電極 − 製造工程にある部材 の電流/電圧特性により決定される。
【0017】より理解可能なように、図2に高電圧カス
ケードに接続された図1に示す配置の完全な電気的等価
回路を示す。カスケード6は電圧U0および抵抗Riを有す
る理想的な電圧源として仮定されている。内部荷電7
(internal charging)および外部荷
電(external charging)のための放
電経路がこれらの電流/電圧特性により与えられる。内
部電極2の間に位置するリングの部分はそれぞれの場合
において抵抗R1としてシミュレートされる。ロッド3の
抵抗はピン4に関する接続点12により抵抗R2およびR3
に分割される。ロッド4は抵抗R4としてシミュレートさ
れる。
【0018】抵抗設計のためには等価回路を簡単化する
のが都合が良くこれを図3に示す。抵抗Raは抵抗R1
よびR3を結合したものである。内部放電に関係する部
品は、一次近似において、抵抗Rbとガス放電経路9と
を結合したものである。RcはR4に等しい。
【0019】例として、関連する典型的な電流/電圧特
性を図4に示す。特性曲線10は内部放電に適用され、
そして特性曲線11および12は製造工程にある部材か
らの距離が異なる場合の外部放電に適用される。特性曲
線11の場合の距離は特性曲線12の場合より小さい。
【0020】特性曲線は次の式を用いて近似できる 。
【0021】内部放電 Ii=Ci(Ui−Ui02i およびUi0は噴霧装置の幾何学的構造に従い、そ
して特に内部接地電極から針電極リングまでの距離に依
存する特性を有する変数である。
【0022】外部放電 Ia=Ca(Ua−Ua02aおよびUa0は噴霧装置の幾何学的構造に依存する
が、しかし非常に大きな部分は、噴霧装置と製造工程中
の部材との間の距離および該部材の形状に依存する特性
を有する変数である。それ故に結果として該部材の異な
る位置に対して異なる特性となる。
【0023】特性変数Ci、Ui0、Ca、およびUa0は数
値計算を用いて幾何学的寸法および物質の特性から決定
される。しかし、実験によるチェックがなされるべきで
ある。
【0024】配分される粉体の量の影響はここでは無視
する 。
【0025】等価回路は下記の数式の体系により記述さ
れる。
【0026】U0=Raa(Ua−Ua02+(Ra
b)Ci(Ui+Ui02+Ui0=Rai(Ui−Ui02+(Ra+Rc)Ci(Ua
a02+Ua これらの式を用いて抵抗の値を最適化し得る。以下の価
は典型的な実施の態様から導かれるものである。
【0027】Ra=400MΩ〜600MΩ Rb=20MΩ〜200MΩ Rc=(2〜5)*Rbcに関し、一次近似として、大きいRcとなることは正
当であり、大きいのはエッジ効果による。
【0028】抵抗R1は約10MΩから約30MΩの範囲
とするのが良い。粉体と内部の針との間が直接接触する
場合が生じたとき、この抵抗は,電界強度がピークとな
りそのため大電流となるのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図1】高抵抗接続部を含む内部および外部電極の配置
を示す図である。
【図2】図1に示す配置の完全な電気的等価回路を示す
図である。
【図3】簡単化した等価回路を示す図である。
【図4】関連する電流−電圧特性を示す図である。
【図5】従来技術として知られる粉体スプレイ装置を示
す図であり、図1に示す配置は図5に示す電極配置の代わ
りに挿入することができる。
【符号の説明】 1 … リング 2 … 内部高電圧電極 3 … 高抵抗ロッド 4 … 高抵抗ピン 5 … 外部高電圧電極 6 … 高電圧源 7 … 内部荷電によるガス放電経路 8 … 外部荷電によるガス放電経路 9 … ガス放電経路 10 … 接地電極 11、12、30 … 接続点 100 … チャンバ 150 … 金属リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨルク ゾープカ ドイツ連邦共和国、デー−68723 シュベ ッツィンゲン、ブーヘンベーク 17アー (72)発明者 ヨーゼフ・ビットマン ドイツ連邦共和国、デー−68766 ホッケ ンハイム、ラートハウスシュトラーセ 37

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部および外部で同時に粉体を荷電する
    ため、高電圧源(6)と、接地電極(10)と、少なく
    とも1個の外部高電圧電極(5)と、そして複数の内部
    高電圧電極(2)とを具備し、前記高電圧源(6)は高
    抵抗材料の接続部材(3,4)を介して前記外部高電圧
    電極(5)およびその円周に前記内部高電圧電極(2)
    が均等な配分で配置された高抵抗材料のリング(1)の
    双方に接続されていることを特徴とする粉体スプレイ装
    置。
  2. 【請求項2】 高抵抗の部品(1,3,4)として使用
    される材料がグラファイト、カーボンブラック、または
    他の導電材料が充填されたプラスチックであることを特
    徴とする請求項1記載の粉体スプレイ装置。
  3. 【請求項3】 高抵抗の部品(1,3,4)の直流抵抗
    がそれぞれの場合において1MΩより大きいことを特徴
    とする請求項1または請求項2に記載の粉体スプレイ装
    置。
  4. 【請求項4】 内部高電圧電極(2)の間に位置するリ
    ング部分の抵抗(R 1)が10から30MΩの範囲にあ
    ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか
    1項に記載の粉体スプレイ装置。
  5. 【請求項5】 前記少なくとも1個の外部高電圧電極
    (5)が高抵抗ピン(4)により給電ロッド(3)にそ
    してリング(1)に接続されていることを特徴とする請
    求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の粉体スプ
    レイ装置。
  6. 【請求項6】 スプレイ装置と製造工程にある部材との
    間の設定上の距離が200mmの場合において、高抵抗
    の部品(1,3,4)の直流抵抗が、結果として内部電
    極(2)を介する約70%の電流と外部電極(5)を介
    する約30%の電流に分割されるように選択されること
    を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に
    記載の粉体スプレイ装置。
JP11223830A 1998-08-07 1999-08-06 内部および外部で荷電する粉体スプレイ装置 Pending JP2000061366A (ja)

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EP98114846A EP0978319B1 (de) 1998-08-07 1998-08-07 Pulversprüheinrichtung mit interner und externer Aufladung
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