JP2004074155A - 改善された噴霧用スプレーガン - Google Patents

Abstract

【課題】　本発明は、噴霧化を改善するための装置と方法とを提供する。
【解決手段】　スプレー塗装装置１２は、流体衝突領域２９６に向けて角度のついた少なくとも一つの流体衝突オリフィスを具備する内部流体分散区画２６６を有している。運転において、内部流体分散区画は一つ以上の流体ジェットを形成し、その流体ジェットは、流体衝突領域において、一つ以上の表面又はお互い同士衝突する。従って、衝突流体ジェットは、噴霧化に先行して塗装流体内における粒子／リガメントをほぼ分散している。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は、スプレーシステムとくに産業用スプレー塗装装置に関する。詳細には、システム及び方法は、スプレー塗装装置のスプレー形成区画における霧化に先行して、流体を内部混合及び分散することにより、スプレー塗装装置における改善した霧化を提供する。

　スプレー塗装装置は多種多様な製品及び木材及び金属のような材料にスプレー塗装するために使用される。種々の産業用途各々に使用されるスプレー塗装流体は、著しく異なる流体特性及び所望する塗装特性を有している。例えば、木材塗装流体／着色剤は、ほぼ粘性流体であり、流体／着色剤全体にわたって微粒子／リガメントを有している。空気式噴霧化スプレーガンのような従来のスプレー塗装装置は、前述の粒子／リガメントを分散することはできない。その結果スプレー塗装は、まだら化と、質感、色彩及び全体の見ばえの種々の他の不具合とに特徴づけられる予期せぬ見ばえとなる。６８．９kPa（１０psi）程度の比較的低圧力で作動される空気式噴霧用スプレーガンにおいて、前述の不整合はとくに顕著になる。

　従って、スプレー塗装装置のスプレー形成区画における霧化に先行して、所望する塗装流体の混合と分散とを行なう必要性がある。

　本発明は、スプレー塗装装置のスプレー形成区画における霧化に先行して、所望する塗装流体の内部混合と分散とにより、スプレー塗装混合装置における霧化を改善するための装置と方法とを提供する。本発明における例示のスプレー塗装装置は、流体衝突領域に向けて角度のついた少なくとも一つの流体衝突オリフィスを具備する内部流体分散区画を有している。運転において、内部流体分散区画は一つ以上の流体ジェットを形成し、その流体ジェットは、流体衝突領域において、一つ以上の表面又はお互い同士衝突する。従って、衝突流体ジェットは、霧化に先行して塗装流体内における粒子／リガメントをほぼ分散している。その結果スプレー塗装は、まだら化の少ない洗練された特性となっている。

　本発明における前述及び他の利点と特徴とが、以下の詳細な説明及び添付図面により明瞭となるであろう。

　以下に詳述するように、本発明は新しいスプレー塗装装置における内部での流体混合及び流体分散を用いた塗装及び他のスプレー用途用の改善したスプレーを提供するものである。この内部での混合及び分散は、流体を幾何学的形状の異なる一つ以上の通路を通過させることにより達成されていて、その通路は急な曲り、急拡大あるいは急縮小、又は他の混合誘発流路から構成されていてもよい。例えば、本発明において、流体は改良形ニードル弁を介して流れていて、そのニードル弁は、平らなあるいは角度付き端部と、内部流路と、変化する幾何学的構造との一つ以上を含んでいる。さらに本発明は、流体通路の遮断のようなフローバリヤーを提供していて、そのフローバリヤーは、流体混合及び粒子分散を容易にするために貫通している一つ以上の制限通路を有している。例えば、フローバリヤーはフローバリヤーと改良形ニードル弁との間における混合キャビティにおいて流体混合を誘発している。フローバリヤーは一つ以上の制限通路から流体ジェットを作り出していて、流体ジェットが、表面に衝突あるいはお互い同士が衝突するとき、流体流れにおける粒子／リガメントが分散するようになっている。本発明は、特定流体及びスプレー用途用に、流体ジェットの衝突角度と衝突速度を変化させることと、流路の幾何学的形状を変化させることと、ニードル弁構造を改良することと、スブレーを発生するためのスプレー形成機構を変化させることとにより、内部混合及び分散を最適化することである。

　図１は、所望する塗装を目標対象物１４に行なうスプレー塗装装置１２から構成されている、例示のスプレー塗装システム１０を説明するフローチャートである。スプレー塗装装置１２は、流体供給源１６と空気供給源１８と制御システム２０とのような、多種の供給源及び制御システムへ連結されている。制御システム２０は、流体供給源１６と空気供給源１８との制御を容易にし、かつスプレー塗装装置１２が目標対象物１４への許容可能なスプレー塗装の品質を提供することを保証している。例えば、制御システム２０は、自動化システム２２、位置決めシステム２４、流体供給コントローラ２６、空気供給コントローラ２８、コンピュータシステム３０及びユーザインタフェース３２を含んでいる。制御システム２０は、スプレー塗装装置１２に対する対象物１４の移動を容易にする、位置決めシステム３４へも接続されている。従って、スプレー塗装システム１０は、コンピュータ制御された、塗装流体の混合体と、流体流量及び空気流量と、スプレーパターンとを提供している。さらに位置決め装置は、制御システム２０により制御されたロボットアームを含んでいて、スプレー塗装装置１２が、目標対象物１４の全表面を一様に効率的にカバーするようになっている。

　図１におけるスプレー塗装システム１０は、広範囲にわたる、用途、流体、対象物、及びスプレー塗装装置１２のタイプ／形状に適用可能である。例えば、ユーザは、複数の異なる塗装流体４２から所望する流体４０を選択することができて、その塗装流体４２は、種々の、塗装タイプと、色と、質感と、金属及び木材のような様々な材料に対する特性とを含んでいる。ユーザは、材料のタイプ及び製品のタイプのような、種々の異なる対象物３８から所望する対象物３６を選択することができる。以下に詳述するように、スプレー塗装装置１２は、ユーザにより選択された目標対象物１４と流体供給源１６とに適合するために、種々の異なるコンポネントとスプレー形式機構とを備えている。例えば、スプレー塗装装置１２は空気式噴霧器、回転式噴霧器、静電式噴霧器又は他のいずれのスプレー形式機構でも備えることができる。

　図２は、目標対象物１４に所望するスプレー塗装を行なうめたの例示のスプレー塗装プロセス１００のフローチャートである。図示されているように、スプレー塗装プロセス１００は、所望する流体を塗布する対象物１４を特定することを実行する（ブロック１０２）。プロセス１００は、目標対象物１４のスプレー表面に塗布用の所望する流体４０を選択することを実行する（ブロック１０４）。ユーザは、特定した目標対象物１４を選択した流体４０とのためのスプレー塗装装置１２を構成することを実行することができる（ブロック１０６）。ユーザがスプレー塗装装置１２を使用するとき、プロセス１００は、選択した流体４０の霧化したスプレーを作り出すことを実行する（ブロック１０６）。ユーザは続いて、目標対象物１４の所望する表面に、霧化されたスプレーの塗装を実行することができる（ブロック１１０）。プロセス１００は、所望する表面に塗布された塗装を固化／乾燥することを実行する（ブロック１１２）。もし、固化ブロック１１４において、選択した流体４０のさらなる塗装が、ユーザにより所望されるなら、もう一つの選択した流体４０の塗装を提供するために、プロセス１００はブロック１０８，１１０及び１１２を実行する。もし、固化ブロック１１４においてユーザが選択された流体４０のさらなる塗装を所望しないなら、プロセスは新しい流体の塗装がユーザにより所望されているかどうかを判断するために固化ブロック１１６へ進む。もし、固化ブロック１１６において、ユーザが新しい流体の塗装を望むなら、プロセス１００はスプレー塗装用に新しく選択された流体を用いてブロック１０４−１１４を実行する。もし、固化ブロック１１６において、ユーザが新しい流体の塗装を所望しないなら、プロセスはブロック１１８で完了となる。

　図３はスプレー塗装装置１２の例示の実施例を示めす断面図である。図示されているように、スプレー塗装装置１２は、ボデー２０２へ連結されたスプレー先端アセンブリ２００を備えている。スプレー先端アセンブリ２００は、ボデー２０２の受具２０６の中へ取はずし可能に挿入できる流体吐出先端アセンブリ２０４を含んでいる。例えば、複数の異なるタイプのスプレー塗装装置が流体吐出先端アセンブリ２０４を受け入れかつ使用するべく形成されている。スプレー先端アセンブリ２００は、流体吐出先端アセンブリ２０４へ連結されたスプレー形成アセンブリ２０８も含んでいる。スプレー形成アセンブリ２０８は、空気式、回転式、及び静電式の霧化機構のような種々のスプレー形成機構を含んでいてもよい。しかしながら、例示のスプレー形成アセンブリ２０８は、保持ナット２１２によりボデー２０２に取はずし可能に取りつけられた空気式霧化キャップ２１０を備えている。空気式霧化キャップ２１０は、流体吐出先端アセンブリ２０４からの流体先端出口２１６周囲に配置された、種々の空気噴霧オリフィスを含んでいる。空気式霧化キャップ２１０が、スプレー形成オリフィス２１８，２２０，２２２及び２２４のような一つ以上のスプレー形成オリフィスを有していてもよくて、そのスプレー形成オリフィスは、スプレーを所望するスプレーパターン（例えばフラットスプレー）に形成する。スプレー形成アセンブリ２０８は所望するスプレーパターン及び液滴分布を提供するために、種々の他の霧化機構を備えていてもよい。

　スプレー塗装装置１２のボデー２０２は、スプレー先端アセンブリ２００用の種々の制御機構と供給機構とを含んでいる。図示するように、ボデー２０２が、流体入口カップリング２３０から流体吐出先端アセンブリ２０４へ延伸している、流体吐出アセンブリ２２６を含んでいる。流体吐出アセンブリ２２６は、流体通路２２８を通過し流体吐出先端アセンブリ２０４へ流れる流体を制御するために、流体弁アセンブリ２３２を含んでいる。例示の流体弁アセンブリ２３２がニードル弁２３４を有していて、そのニードル弁２３４は、ボデー２０２を貫通して、流体吐出先端アセンブリ２０４と流体弁調節器２３６との間に延在している。流体弁調節器２３６がばね２３８を回転式に調節可能であって、そのばね２３８は、ニードル弁２３４の後方区画２４０と流体弁調節器２３６の内部２４２との間に配置されている。ニードル弁２３４はトリガー２４４へも連結されていて；ニードル弁２３４は、トリガー２４４がピボットジョイント２４６周囲を反時計回りに回転するとき、ニードル弁２３４は流体吐出先端アセンブリ２０４から内向きに離間するようになっている。しかしながら、いずれの内向きあるいは外向きに開くことが可能な弁アセンブリを使用することは、本発明の範囲内である。流体弁アセンブリ２３２は、パッキングアセンブリ２４８のような種々のパッキング及びシールアセンブリも含んでいて、そのパッキングアセンブリはニードル弁２３４とボデー２０２との間に配置されている。

　空気供給アセンブリ２５０も、スプレー形成アセンブリ２０８における霧化を容易にするために、ボデー２０２に配置されている。例示の空気供給アセンブリ２５０は、空気通路２５４と２５６を介して、空気入口カップリング２５２から空気式霧化キャップ２１０へ延伸している。空気供給アセンブリ２５０は、スプレー塗装装置１２を通過する空気圧力及び空気流れを維持かつ調節するために、種々の、シールアセンブリと空気弁アセンブリと空気弁調節器とを含んでいる。例えば、例示の空気供給アセンブリ２５０が、トリガー２４４に連結された空気弁アセンブリ２５８を含んでいて、ピボットジョイント２４６周囲におけるトリガー２４４の回転は、空気弁アセンブリ２５８を開とし空気が空気通路２５４から２５６へ流れることを可能にするようになっている。空気供給アセンブリ２５０が、ニードル２６２へ連結された空気弁調節器２６０を含んでいて、ニードル２６２は、空気噴霧キャップ２１０への空気流れを調節するべく、空気弁調節器２６０の回転により可動なようになっている。図示するように、トリガー２４４は流体弁アセンブリ２３２と空気弁アセンブリ２５８との両方に連結していて；トリガー２４４がボデー２０２のハンドル２６４へ向かって引かれるとき、流体と空気とは同時にスプレー先端アセンブリ２００へ流れるようになっている。スプレー塗装装置１２は、使用されると所望するスプレーパターンと液滴分布とを有する霧化されたスプレーを発生する。例示のスプレー塗装装置１２は、本発明の一例である。いずれの適切なタイプあるいは形状のスプレー装置もが、本発明におけるユニークな、流体混合と、粒子分散と改善された霧化との態様から利益をうけることができる。

　図４は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図である。図示するように、流体吐出先端アセンブリ２０４は、ハウジング２７２の中央通路２７０の中に配置された、流体分散区画２６６と流体混合区画２６８とを備えていて、両者２６６と２６８とはボデー２０２の容器２０６の中に取りはずし可能に挿入されている。流体分散区画２６６の下流に、中央通路２７０が、流体先端出口通路２７４の中へ延伸していて、流体先端出口２１６に隣接した一定寸法区画２７８につながる収れん区画２７６を有している。他の適切ないずれの流体先端出口の幾何学形状もが本発明の範囲内である。流体分散区画２６６と流体混合区画２６８との上流において、ニードル弁２３４が、流体吐出先端アセンブリ２０４の中へ流入し通過する流体流れを制御している。図示するように、ニードル弁２３４が接触面２８２を有しているニードル先端２８０を備えていて、その接触面２８２は、流体混合区画２６８の接触面２８４に対し着脱的にシール可能である。従って、ユーザがトリガー２４４を使用するとき、ニードル弁２３４は矢印２８６で図示する方向に、接触面２８４から内向きに離間する。所望する流体は、流体吐出先端アセンブリ２０４を通過し、流体先端出口２１６から流出し、スプレー形成アセンブリ２０８により所望するスプレーに形成される。

　さらに以下に詳述するように、所望する流体が、流体先端出口２１６から流出する前に、所望する流体内における、流体混合と粒子／リガメントの分散とを容易にするために、流体分散区画２６６及び流体混合区画２６８が形成されている。従って、本発明は、スプレー形成アセンブリ２０８を介して外部へ噴霧する以前に流体吐出先端アセンブリ２０４における流体混合と粒子分散とを容易にするために、種々の、構造、通路、角度及び幾何学的形状を使用してもよい。この例示の実施態様において、流体混合区画２６８が、ニードルチップ２８０の平端部２９０に隣接して配置された混合キャビティ２８８を有していて、平端部２９０を通過する流体が混合キャビティ２８８内において混合を誘発されるようになっている。ニードルチップ２８０周囲を流れる流体と、混合キャビティ内におけるほぼ停止した流体との間における速度差のために、流体混合は混合キャビティ２８８内において比較的強力なものとなっている。さらに、平端部２９０が高速流体と低速流体との間に比較的鮮明なインターフェースを提供していて、従って流体流れにおける旋回流及び渦流を容易なものとしている。いずれの他の適切な混合誘発構造もが本発明の範囲内である。

　混合キャビティ２８８は、一つ以上の通路を介して、流体分散区画２６６の中へ延伸し貫通している。図示するように、流体分散区画２６６が、混合キャビティ２８８へ連結された発散通路区画２９２と、発散通路区画２９２へ連結された収れん通路区画２９４と、収れん通路区画２９４の下流に配置された衝突領域２９６とを備えている。発散通路区画２９２が、混合キャビティ２８８から環状通路３０６へ向けて外向きに発散している、通路２９８，３００，３０２及び３０４を含んでいて、その環状通路３０６は、発散通路区画２９２と収れん通路区画２９４との間に配置されている。収れん通路区画２９４が、環状通路３０６から流体衝突領域２９６に向けて内向きに収れんしている、通路３０８，３１０，３１２及び３１４を含んでいる。運転において、所望する流体は、中央通路２７０を矢印方向３１６に通過し、混合キャビティ２８８を矢印方向３１８に通過し、発散区画２９２の通路２９８−３０４を矢印方向３２０に通過し、収れん区画２９４の通路３０８−３１４を矢印方向３２２に通過し、流体ジェットがお互いに向けて収れんするように流体衝突領域２７４へ矢印方向３２４に流入し、流体先端出口通路２７４を矢印方向３２６に通過し、流体先端出口２１６から矢印方向３２８に流出している。さらに以下に詳述するように、流体分散区画２６６は、表面に向かうあるいはお互いに向かう適切ないずれの形状の通路を有していてもよくて、流体は、分散するために流体中に粒子／リガメントを発生するように、ぶつかり／衝突するようになっている。

　図５は、流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、さらにニードル弁２３４と混合区画２６８と発散区画２９２を示めしている。図示するように、所望する流体は、ニードルチップ２８０周囲を矢印３１６方向に流れ、かつ平端部２９０を矢印３３０方向に旋回している。従って、ニードルチップ２８０の平端部２９０は、ニードル弁２３４の下流に流体混合を誘発している。例えば、平端部２９０は、流体混合区画２６８における乱流と流体分散とを容易にしている。混合区画２６８は、適切ないずれかの角度のあるあるいは平らな端部、又は急拡大あるいは急縮小通路、又は流体混合も含めて速度差を発生する他のいずれの機構かにより、流体混合を誘発している。流体が混合区画２６８へ流入するとき、流体は、垂直面３３６へ延伸している角度のついた面３３４を有する、フローバリヤー３３２に衝突する。フローバリヤー３３２は、流体流れの大部分を流体混合区画２６８へ逆流していて、流体流れが、流体混合区画２６８内において、矢印方向３３８に旋回しほぼ混合するようになっている。混合流体は、続いて、通路２９８，３００，３０２及び３０４を介して流体混合区画２６８から流体分散区画２６６へ矢印方向３２０に流入している。図示するように、通路２９８−３０４は、混合キャビティ２８８より小さな幾何学的形状を有している。この急縮小流れの幾何学的形状が、流体混合区画２６８内における流れを効果的に減速していて、かつ流体分散区画２６６へ向けて流出する以前に流体を混合するようになっている。急縮小流れの幾何学的形状が、流体分散区画２６６を通過する流体流れを加速し、従って衝突領域へ向かって導入される比較的高速流体ジェットを発生している。

　図６は、図４に示めす流体混合区画２６８の平面図である。前述したように、流体は流体混合区画２６８へ流入し、かつフローバリヤー３３２へ矢印方向３１８に衝突する。流体の一部が通路３００−３０４へ直接導入され、流体の大部分は、通路３００−３０４を囲んでいるフローバリヤー３３２の角度のついた面３３４及び垂直面３３６へ衝突する。従って、フローバリヤー３３２は流体流れを曲げかつ減速していて、流体が流体混合区画２６８において混合するようになっている。流体混合はニードル弁２３４の幾何学的形状によっても誘発される。例えば、平端部２９０は、流体混合区画２６８へ流入する流体と、流体混合区画２６８において同時に遮断される流体との間における、流体混合を容易にする速度差をもたらしている。フローバリヤー３３２と平端部２９０とにより誘発される混合は、所望する流体のより均一な混合体を提供し、その一方で流体における粒子を分散している。混合体を誘発するいずれの幾何学的形状もが本発明の範囲内である。

　図７は、４５度回転された図５の流体混合区画２６８の、図６のような部分断面図である。フローバリヤー３３２の図示方向において、流体の大部分が通路３００−３０４に直接流入しなくて、むしろ矢印３３８で示めすように、フローバリヤー３３２に衝突し曲げられている。従って、流体は流体混合区画２６８内においてより均一な混合体に混合されかつ分散されている。本発明において、混合キャビティ２８８とフローバリヤー３３２とニードルチップ２８０とにおける、寸法、幾何学的形状及び構造は、適切などのようなものであってもよい。例えば、流体混合区画２６８における特定角度と流量容量とは、特定流体及びスプレー用途用に流体混合・分散を容易にするべく選択されてもよい。粘度及び流体の粒化の度合のような、流体の性質のあるものは、最適な流体混合及び分散を保証するために、スプレー塗装装置１２における特定の流れ速度、通路サイズ、及びその他の特別な構造を必要としている。

　図８は、環状通路３０６の断面図であって、発散区画２９２及び収れん区画２９４を介して環状通路３０６に流入及び流出する通路の間における流体流れを示めしている。前述したように、流体は、発散通路区画２９２の通路２９８−３０４を介して、流体混合区画２６８から環状通路３０６へ流れる。環状通路３０６は、制限された幾何学的形状の通路３００−３０４に対して流体流れをほぼ自由に／制限しない。従って環状通路３０６は、流体流れを矢印３４０に示めすように一様化しかつほぼ均一化する。ほぼ均一化された流体流れは、収れん区画２９４の通路３０８−３１４へ流入し、流体衝突領域２９６へ向けて内向きに導入される。本発明は、発散通路区画２９２と収れん通路区画２９４との間における、適切ないずれの形状の中間区域を有していてもよい。従って通路２９８−３０４は、適切ないずれのインターフェースを介して離間してあるいは一体的に連結されていてもよい。本発明は、発散区画２９２及び収れん区画２９４を通過する所望するいずれの数の通路を使用してもよい。例えば、単一通路が、発散通路区画２９２を貫通していてもよくて、一方、一つ以上の通路が収れん通路区画２９４を貫通していてもよい。

　図９は、流体分散区画２６６の部分断面図であって、収れん通路区画２９４と流体衝突領域２９６とを示めしている。図示するように、流体は収れん通路区画２９４の通路３０８−３１４を流体衝突領域２９６へ向けて内向きに通過して流れ、流体は所望する角度で衝突するようになっている。例えば、通路３０８−３１６は流体分散区画２６６の中心線３４６に対して衝突角度３４４で、衝突領域３４２へ向けて配向されていてもよい。衝突角度３４４は、特定流体の性質、所望するスプレー特性、所望するスプレー用途及び他のファクタにもとずき、流体分散を最適化するべく選択されてもよい。選択した衝突角度３４４と、通路３０８−３１４の幾何学的形状と、他の適用すべき特別な因子とは、流体衝突領域２９６における流体粒子／リガメントの衝突及び分散を正しく最適化している。例えば、ある用途において、衝突角度３４４は２５−４５°の範囲であってもよい。木材スプレー用途及び他の多くの用途において、衝突角度は、流体粒子の分散を最適化するべく、約３７°に選択されてもよい。もし、流体ジェットが図９に示めすようにお互いに向かって衝突する場合、衝突角度は、通路３０８−３１４から流れる流体ジェット間で５０−９０°の範囲であってもよい。あるスプレー用途において、流体ジェット間で約７４°の衝突角度は利点のあるものである。しかしながら本発明において、流体混合及び分散を最適化するべく、広範囲にわたる衝突角度及び流路の幾何学的形状が選択され使用されてもよい。流体衝突領域２９６は、収れん通路区画２９４における、円錐キャビティ３４８のような凹部に配置されていてもよい。

　図１０は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、別の流体分散区画２６６を示めしている。図示するように、流体分散区画２６６は、環状スペーサ３５０に隣接した分散通路区画２９２を含んでいて、収れん通路区画２９４はない。従って、ニードル弁２３４の開状態において、流体は、ニードル先端２８０を矢印３１６方向に通過し、流体混合区画２６８を矢印３１８方向に通過し、分散通路区画２９２の通路２９８−３０４を矢印３２０方向に通過し、環状スペーサ３５０の内部において衝突角度３５２で衝突し、環状スペーサ３５０内における中央通路２７０を矢印３５４方向に通過し、そして流体先端出口通路２７４から矢印３２６の方向に流出する。この例示の態様において、衝突流体ジェットが、収れん通路区画２９４の通路３０８−３１４というよりは、むしろ発散通路区画２９２の通路２９８−３０４から噴出されている。これらの比較的高速な流体ジェットは、お互いに衝突するというよりは、むしろ表面（すなわち環状スペーサ３５０の内部）に衝突する。衝突角度３５２は、流体の特性及び他の因子にもとずいて粒子／リガメントの流体分散を容易にするべく選択される。従って衝突角度３５２は、用途にもとずいて適切ないずれの範囲に選択されてもよい。例えば、特定の衝突角度３５２が、木材着色剤のような特定の塗装流体及び特定のスプレー用途のために流体発散を最適化するべく選択されてもよい。前述したように、衝突角度３５２は、特定の用途に対して、２５−４５°の範囲あるいは、約３７°であってもよい。本発明は、図１０に示めすようなジェットが衝突する一つ以上の表面を使用してもよい。例えば、単一の衝突ジェットが環状スペーサ３５０の表面に向けて導入されてもよい。流体発散区画２６６は、お互いに向かって導入された、又は環状スペーサ３５０の内表面における一つ以上の分割点に向かって導入された複数の流体ジェットを有していてもよい。

　前述したように、スプレー塗装装置１２は、流体吐出先端アセンブリ２０４における流体混合及び分散を容易にするために、種々の異なる弁アセンブリ２３２を有していてもよい。例えば、一つ以上の混合体誘発通路あるいは構造体が、流体混合を誘発するためにニードル弁２３４に形成されていてもよい。図１１−１５は、流体混合区画２６８において流体混合を強化する、ニードル弁の数例を示めしている。

　図１１は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図を示していて、ニードル弁２３４と流体分散及び混合区画２６６及び２６８との別の実施態様を示めしている。例示の流体分散区画２６６は収れん通路区画２９４を有していて、発散区画２９２はない。さらに例示の流体混合区画２６８は、図４に示めすマルチアングルド混合キャビティ２８８というよりもむしろ、環状混合キャビティ３５８内における垂直フローバリヤー３５６を有している。環状キャビティ３５８は、ニードル弁２３４の閉状態においてシール係合するための段付き部分３６０を有している。例示のニードル弁２３４は、流体混合区画２６８内における混合を容易にするために、平端部３６２も有している。ニードル弁２３４の開状態において、流体は、ニードル弁２３４周囲を矢印方向３６４に流れ、平端部３６２を矢印方向３６６に通過し、収れん通路区画２９４の通路３０８−３１４へ矢印方向３２２に流入し、流体衝突領域２９６内における衝突点３４２に向けて内向きに収れん的に矢印方向３２４に流れる。流体混合区画２６８において、ニードル弁２３４の平端部３６２は、矢印３６６で示めすような流体旋回及び流体混合を容易にもたらしている。フローバリヤー３５６も、フローバリヤー３５６とニードル弁２３４の平端部の間の流体混合区画２６８内における流体混合を容易にしている。さらに、フローバリヤー３５６は、制限された幾何学形状の通路３０８−３１４へ流入する流体流れを制限していて、従って流体衝突領域２９６へ噴出される比較的高速の流体ジェットを生成している。流体ジェットの衝突角度及び流体通路３０８−３１４は、特定流体及び用途の流体分散を容易にするべく選択される。例えば、特定流体は、中心線３４６に対して約３７°の角度のような特定の衝突角度と速度とにおいて効果的に分散する。

　図１２は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、ニードル弁２３４と流体分散及び混合区画２６６及び２６８とのもう一つの別の実施態様を示めしている。図示するように、流体分散区画２６６は収れん通路区画３６８を有していて、その収れん区画３６８は、流体混合区画２６８から円錐キャビティ３７２に収れん的に向けて延伸する通路３７０を有している。流体混合区画２６８は、ニードル弁２３４の平端部３７６と、収れん通路区画３６８の入口側に形成された垂直フローバリヤー３７８との間に、環状キャビティ３７４を備えている。環状キャビティ３７４が、ニードル弁２３４の閉状態においてシール可能な段付き部分３８０を有している。この例示の態様において、ニードル弁２３４は、収れん通路区画３６８の中央通路３８４を可動に貫通しているシャフト３８２を有している。収れん通路区画３６８の下流において、ニードル弁２３４がシャフト３８２から延伸しているウエッジ形ヘッド３８６を有している。ウエッジ形ヘッド３８６は円錐キャビティ３７２における衝突領域３８８内に位置決め可能である。従って、ニードル弁２３４の開状態において、流体は、ニードル弁２３４に沿って矢印方向３６４に流れ、平端部３７６を旋回運動しながら矢印方向３６６に通過し、衝突通路において、ウエッジ形ヘッド３８６に向かって通路３７０を矢印方向３９０に通過し、流体先端出口通路２７４から矢印方向３２６に流出する。

　運転において、平端部３７６及び垂直フローバリヤー３７８は、流体混合区画２６８内における流体混合と分散とを容易にしている。さらに下流において、通路３７０から噴出している流体ジェットが、ウエッジ形ヘッド３８６に衝突し、流体中における流体粒子／リガメントの分散を容易にしている。ウエッジ形ヘッド３８６に衝突している流体ジェットの詳細な衝突角度は、流体特性及び所望するスプレー用途にもとずいて選択されてもよい。さらに、通路３７０の詳細なサイズと幾何学的形状は、流体ジェットの所望する速度を容易にするべく選択されてもよい。シャフト３８２とヘッド３８６との形状及び構造は、本発明の範囲内において修正されてもよい。例えば、ヘッド３８６は、ディスク形状で、衝突側についてウエッジ形状であり、そこから延伸している一つ以上の制限通路を有していて、又はヘッド３８６は、中空マフラ状形状であってもよい。シャフト３８２は、剛構造体か、中空構造体か、複数シャフト構造体か、他の適切ないずれのタイプであってもよい。

　図１３は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、ニードル弁２３４の別の態様を示めしている。図示するように、流体吐出先端アセンブリ２０４は、収れん通路区画２９４に隣接する、発散区画通路２９２のない流体分散区画２６６を備えている。しかしながら、図１３に示めす別のニードル弁２３４は、いずれの流体分散区画２６６と流体混合区画２６８とに使用されてもよい。この例示の態様において、流体混合区画２６８は、ニードル弁２３４と収れん通路区画２９４の入口側における垂直流バッファ３９４との間に環状混合キャビティ３９２を備えている。図示したニードル弁２３４が中空シャフト３９６を有していて、その中空シャフト３９６は、中央通路３９８と複数の入口ポートと出口ポートとを有している。例えば、中空シャフト３９６は、複数の横断入口ポート４００と中央出口ポート４０２とを有していて、流体が入口ポート４００と出口ポート４０２とを通過する場合流体混合を容易なものにしている。図示するように、ポート４００及び４０２は、流体流れ通路に急縮小と急拡大とをもたらしていて、リング状渦の形成と混合とがポート４００及び４０２の下流において誘発されるようになっている。

　運転において、ニードル弁２３４は弁先端４０４を垂直フローバリヤー３９４に対し位置決めすることにより流体を遮断し、流体流れが通路３０８−３１４に流入できないようにしている。ニードル弁２３４は、中空シャフト３９６を垂直フローバリヤー３９４から外向きに移動することにより、流体流れを開とし、従って流体が通路３０８−３１４を流れることを可能にしている。従って、開状態において、流体は、中空シャフト３９６周囲を矢印方向４０６に流れ、ポート４００を矢印方向４０８に通過し、矢印方向４１０に、中央通路３９８を通過し、ポート４０２を通過し流体混合区画２６８に流入し、急拡大領域におけるポート４０２を矢印方向４１２に旋回的に通過し、通路３０８−３１４を矢印方向３２２に通過し、衝突領域２９６に収れん的に矢印方向３２４に流入し、そして流体先端出口通路２７４から矢印方向３２６に流出する。前述したように、中空シャフト３９６の通路及びポートにおける急縮小と急拡大との幾何学的形状は、流体混合区画２６８の中への流体混合を容易にしていて、さらに収れん通路２９４への流入に先立って流体流れを混合している。流体流れは、通路３０８−３１４を通過して制限されると、速度が加速され、したがって、流体衝突領域２９６における比較的高速な流体衝突を容易にしている。図１３は特殊な流路及び幾何学的形状を例示しているけれど、本発明は、霧化に先行して流体の混合及び流体の分散を容易にするために、ニードル弁２３４と分散区画２６６及び混合区画２６８とを通過する、適切ないずれの流路及び幾何学的形状を使用してもよい。

　図１４は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、複数コンポネント構成のニードル弁２３４の態様を示めしている。例示のニードル弁２３４は、コネクタ４１８を介してニードル先端区画４１６へ連結されたニードルボデー区画４１４を備えていて、そのコネクタ４１８は雄ねじ部材あるいは他の適切ないずれの連結具を備えていてもよい。ニードルボデー区画４１４は、ステンレス鋼、アルミニウム又は他の適切ないずれの材料から作られていてもよくて、一方ニードル先端区画４１６は、プラスチック、金属、セラミック、デルリン（Delrin）、又は他の適切ないずれの材料から作られていてもよい。さらにニードル先端区画４１６は、流体吐出先端アセンブリ２０４の他の構造形状に適合するために、あるいは著しい損耗の後にニードル弁２３４を再取りつけするために、他のニードル先端区画と交換されてもよい。図１４に示めすニードル弁２３４は、流体分散区画２６６及び流体混合区画２６８におけるいずれの形状に使用されてもよい。従って、例示の流体分散区画２６６は、発散通路区画２９２あるいは収れん区画２９４の一方あるいは両方を備えていてもよくて、又は他の適切な流体混合及び分散形状を備えていてもよい。流体分散区画２６６における衝突角度は特定の塗装流体及びスプレー用途に適合するべく選択されてもよい。

　図１５は流体吐出先端アセンブリ２０４の断面図であって、ニードル弁２３４と流体分散及び混合区画２６６及び２６８との別の実施態様を示めしている。図示するように、流体分散区画２６６が収れん通路区画４２０を備えていて、一方流体混合区画２６８は、収れん通路区画４２０とニードル弁２３４との間にウエッジ形混合キャビティ４２２を有している。収れん通路区画４２０が通路４２４を有していて、その通路４２４は、ウエッジ形混合キャビティ４２２における垂直フローバリヤー４２６から、流体先端出口通路２７４に隣接した流体衝突領域４２８へ向けて収れん的に延伸している。

　運転において、流体は、ニードルチップ２８０周囲を矢印方向４３０に流れ、平端部２９０を矢印４３２に混合的に通過し、ウエッジ形混合キャビティ４２２を垂直フローバリヤー４２６に向って矢印方向４３４に流れ、通路４２４を矢印方向４３６に通過し、流体衝突領域４２８内において、お互いに向かって内向きに収れん的に矢印方向４３８に流れていて、流体先端出口通路２７４から矢印方向３２６に流出している。平端部２９０は、速度差にもとずく旋回／混合を誘発することにより、ニードルチップ２８０を通過する流体混合を容易にしている。混合は、さらに垂直フローバリヤー４２６及びウエッジ形混合キャビティ４２２により誘発されていて、その混合キャビティ４２２は、垂直フローバリヤー４２６と平端部２９０との間で、流体流れを遮断し、かつ流体混合を誘発している。収れん通路区画４２０は、通路４２４へ流入する流体流れを制限することにより、流体流れをさらに混合しかつ分散していて、従って流体速度を加速し、さらに流体が流体ジェットとして噴出するようにしており、その流体ジェットは流体衝突領域４２８においてお互いに衝突している。流体衝突領域４２８における流体ジェットの衝突は、スプレー形成アセンブリ２０８による霧化に先行して、流体内における粒子／リガメントの微粒子への分散をもたらす。本発明は、本発明の範囲内において適切ないずれの衝突角度を選択してもよい。

　図１６は、例示のスプレー塗装プロセス５００を示めすフローチャートであって、プロセス５００は、スプレー塗装する目標対象物を特定することを実行する（ブロック５０２）。例えば、目標対象物は、本土家具あるいは金属家具、キャビネット、自動車、消費財等のような、多種の材料及び製品を含んでいる。プロセス５００は、続いて目標対象物のスプレー表面を塗装するための所望する流体を選択すること（ブロック５０４）へ進む。例えば、所望する流体は、木材、金属あるいは目標対象物の他のいずれの材料に適切な、プライマ、塗料、着色剤、又は種々の他の流体を含んでいる。プロセスは続いて所望する流体を目標対象物へ塗布するためのスプレー塗装装置を選択することを実行する（ブロック５０６）。例えば、特定のタイプで形状のスプレー塗装装置は、目標対象物に所望する流体のスプレー塗装を塗装する際、より有効なものである。スプレー塗装装置は回転式噴霧器、静電式噴霧器、空気ジェット式噴霧器、又は他の適切ないずれの噴霧器であってもよい。プロセス５００は、粒子／インピンジメントの分散を容易にするために内部流体混合／分散区画を選択すること（ブロック５０８）へ進む。例えばプロセス５００は、弁アセンブリと、発散通路と、収れん通路と混合区画との、いずれか一つあるいは組合せを選択してもよい（図３−１５参照）。プロセス５００は、目標対象物用及び選択した流体用の一つ以上の混合／分散区画を用いてスプレー塗装装置を形成すること（ブロック５１０）へ進む。例えば、選択した混合／分散区画は、空気噴霧式スプレー塗装装置又は他の適切ないずれのタイプのスプレー塗装装置に取りつけられてもよい。

　プロセス５００が運転用に調整された後に、プロセス５００は、スプレー塗装装置を目標対象物に位置決めすることを実行する（ブロック５１２）。図１において前述したように、プロセス５００は、目標対象物に対するスプレー塗装装置の移動を容易にするために位置決めシステムを使用してもよい。プロセス５００は、スプレー塗装装置を使用することを実行する（ブロック５１４）。例えば、ユーザがトリガー２４４を引いてもよいし、又は制御システム２０がスプレー塗装装置を自動的に使用してもよい。スプレー塗装装置がブロック５１４において使用されるとき、プロセス５００はブロック５１６において選択した流体をスプレー塗装装置へ供給し、かつブロック５１８において流体粒子を混合／分散区画内で分散する。従って、プロセス５００は、実際のスプレー形式に先行して、スプレー塗装装置内において選択した流体を精製する。ブロック５２０において、プロセス５００は、粒子／リガメントが低減した精製されたスプレーを生成する。プロセス５００は、目標対象物のスプレー表面に精製されたスプレーの塗装を実行する（ブロック５２２）。ブロック５２４において、プロセス５００は目標対象物のスプレー表面の塗装を固化／乾燥する。従ってスプレー塗装プロセス５００は、ブロック５２６において洗練されたスプレー塗装を作り出す。洗練されたスプレー塗装は、洗練された比較的一様な質感及び色彩分布と、まだら作用の低減と、スプレー塗装における種々の他の洗練された特性とを特徴としている。

　図１７は、例示の流体分散及びスプレー形成プロセス６００のフローチャートである。プロセス６００は、流体弁における、一つ以上の平らな／角度付き構造体及び／又は通路において、選択した流体の混合を誘発すること（ブロック６０２）により実行される。例えば、プロセス６００は、選択した流体を図３−１５において前述したいずれか一つのニードル弁２３４を通過させてもよい。他の適切ないずれの、平らな／角度付きの構造体／通路を有する中空のあるいは剛体の流体弁が、本発明の範囲内において使用されてもよい。プロセス６００は、選択した流体の流体流れをフローバリヤーにおいて制限することを実行する（ブロック６０４）。例えば垂直あるいは角度付きの表面がスプレー塗装装置を通過する流路を部分的あるいは全体的に横切って延伸していてもよい。プロセス６００は、選択した流体を、フローバリヤーを介して延伸している制限された通路を介して加速することを実行する（ブロック６０６）。ブロック６０８において、プロセスは、限定された通路から一つ以上の衝突流体ジェットを生成する。プロセス６００は、衝突流体ジェットの下流の流体衝突領域において選択した流体内の粒子／リガメントを分散することを実行する（ブロック６１０）。例えば、粒子／リガメントの分散を容易にするために、一つ以上の衝突流体ジェットが、お互いに向けて導入され、あるいは選択した角度の一つ以上の表面へ導入されてもよい。プロセス６００が選択した流体における粒子／リガメントを混合し分散した後に、選択した流体は、ブロック６１２においてスプレー塗装装置から噴射される。プロセス６００は、選択した流体をスプレー塗装装置から所望するスプレーパターンへ噴霧化すること（ブロック６１４）へ進む。プロセス６００は、選択した流体を霧化するために、回転式霧化機構、空気ジェット式霧化機構、静電式霧化機構、及び他の種々の適切なスプレー形成手段を含めて、適切ないずれのスプレー形式機構を使用してもよい。

　特定した実施態様が、図面の例で示めされ、かつ詳細に説明されてきたが、本発明は種々の修正及び別の態様を示唆するものであってもよい。しかしながら、本発明は例示した特定の態様に限定することを意図しているものではないことが理解されるべきである。むしろ、本発明は、前述の特許請求の範囲に規定した本発明の精神と範囲内において、すべての修正と同等なものと変更とを保護することを意図しているものである。

図１は、本発明における例示のスプレー塗装システムを説明しているダイアグラムである。 図２は、本発明における例示のスプレー塗装プロセスを示めしているフローチャートである。 図３は、図１及び２におけるスプレー塗装システム及び方法に使用される、例示のスプレー塗装装置の断面図である。 図４は、図３における例示のスプレー塗装装置における、流体混合区画及び分散区画と、流体吐出先端アセンブリにおける平端部付き流体弁との部分断面図である。 図５は、図４における流体吐出先端アセンブリの部分断面図であって、平端部付き流体弁と流体混合区画と流体分散区画における発散通路区画とを示めしている。 図５に示めす流体混合区画の部分断面図である。 図７は、図４及び５における流体吐出先端アセンブリの部分断面図であって、平端部付き流体弁と流体混合区画と流体分散区画における図６を４５°回転した発散通路区画とを示めしている。 図８は、図４に示めす流体分散区画における、発散通路区画と収れん通路区画との間における中間通路を示めす部分断面図である。 図９は、図４における流体吐出先端アセンブリの断面図であって、流体分散区画の流体衝突領域をさらに示めしている。 図１０は、図４の流体吐出先端アセンブリの別の実施態様の断面図であって、発散通路区画はあるけれど図９に示めす収れん通路はない。 図１１は、図４の流体吐出先端アセンブリの別の実施態様の部分断面図であって、アセンブリは収れん通路区画を有しているけれど、図５及び７に示めす発散通路区画はない。 図１２は、図４の流体吐出先端アセンブリの別の実施態様の部分断面図であって、アセンブリは流体混合区画と分散区画とを貫通している修正流体弁を有している。 図１３は、図４の流体吐出先端アセンブリの別の実施態様の部分断面図であって、アセンブリは流体混合区画に隣接した中空流体弁を有している。 図１４は、図４の流体吐出先端アセンブリの部分断面図であって、アセンブリは取りはずし可能で取かえ可能な先端区画を備えた別の流体弁を有している。 図１５は、図４の流体吐出先端アセンブリの別の実施態様の部分断面図であって、アセンブリは別の収れん通路区画と平端部付き流体弁とを有している。 図１６は、図３−１５に示めすスプレー塗装装置を使用している例示のスプレー塗装プロセスを示めすフローチャートである。 図１７は、図３−１５に示めすスプレー塗装装置を使用している本発明の例示の流体分散プロセスとスプレー形式プロセスとを示めすフローチャートである。

符号の説明

１２…スプレー塗装装置
１４…目標対象物
２０４…流体吐出先端アセンブリ
２１６…流体先端出口
２３４…ニードル弁
２６６…流体分散区画
２６８…流体混合区画
２８２…衝突面

Claims (10)

1. 　スプレー塗装装置が：
   　流体先端区画の流体出口の上流に少なくとも一つの衝突流体ジェットを有している流体先端区画を備えた流体吐出アセンブリと；
   　該流体出口の下流の流体噴射領域へ向けて配向された少なくと一つの霧化噴出口を備えた霧化アセンブリと；
   　を具備するスプレー塗装装置。
2. 　該少なくとも一つの衝突流体ジェットが、所望する塗装流体の流体分散を容易にするために選択された衝突角度を有している、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
3. 　該少なくとも一つの衝突流体ジェットが、衝突面へ向けて導入されている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
4. 　該少なくとも一つの衝突流体ジェットが、複数の衝突流体ジェットを構成している、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
5. 　該流体先端区画が、発散流体通路区画を備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
6. 　該流体先端区画が、収れん流体通路区画を備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
7. 　該流体先端区画が、収れん−発散多条通路区画を備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
8. 　該流体吐出アセンブリが、流体弁アセンブリを備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
9. 　該少なくとも一つの霧化噴出口が、該流体出口付近に配置された霧化オリフィスを備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
10. 　該流体先端区画が、複数の種々のスプレーガンにおける選択されたスプレーガンへ挿入可能なモジュール式ハウジングを備えている、請求項１に記載のスプレー塗装装置。

Images