JP2004074156A - スプレー塗装装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】　塗装流体のより良好な霧化が可能な改良されたスプレー塗装装置を提供する。
【解決手段】　本発明は、スプレー塗装装置のスプレー形成部において霧化以前に塗装流体を混合及び分解することによって霧化を改良したスプレー塗装装置を提供する。本発明のスプレー塗装装置は、スプレー形成出口上流の流れ障壁に隣接して配置される混合誘発弁を有する。混合誘発弁は、流体混合を促進する多様な鈍化／角度付き構造及び内部通路を有し得る。また、混合誘発弁は、流れ障壁と相互作用して流体混合及び流体分解を増大するようにしてもよい。本スプレー塗装装置の１つの実施形態は、混合誘発弁に隣接する、衝突ジェット部のような内部流体分解部を有する。結果として得られるスプレー塗装は、まだらの減少といった、改良された特性を有する。
【選択図】　　　図３

Description

　本発明は一般にスプレー・システムに関し、特に、工業用スプレー塗装システムに関する。すなわち本発明は、スプレー塗装装置のスプレー形成部において、霧化以前に流体を内部で混合及び分解(breaking up)することによって、スプレー塗装装置の霧化を改良するシステム及び方法を提供する。
　スプレー塗装装置は、木材及び金属といった、多様な製品種類及び材料にスプレー塗装を行うために使用される。各々異なった工業用の適用業務（用途）で使用されるスプレー塗装流体は、流体特性と望ましい塗装特性が大きく異なることがある。例えば、木材塗装流体／染色剤は一般に粘性の流体であり、流体／染色剤中に多くの粒子／リガメント(ligaments)を有することがある。空気霧化スプレー・ガンのような既存のスプレー塗装装置は、上記の粒子／リガメントを分解できないことが多い。結果として得られるスプレー塗装は望ましくない不均一な外観を有し、それは質感、色及び外観全体のまだら及び他の様々な不均一性を特徴とすることがある。６９ｋＰａ(10psi)以下といった比較的低い空気圧で動作する空気霧化スプレー・ガンでは、上記の塗装の不均一性が特に顕著である。
　従って、スプレー塗装装置のスプレー形成部において、霧化以前に望ましい塗装流体を混合及び分解する技術が必要である。
　本発明は、スプレー塗装装置のスプレー形成部において、霧化以前に望ましい塗装流体を内部で混合及び分解することによって、スプレー塗装装置の霧化を改良するシステム及び方法を提供する。
　本発明の例示されるスプレー塗装装置は、スプレー形成出口上流の流れ障壁に隣接して配置される混合誘発弁(mixture-induced valve)を有する。混合誘発弁は、流体混合を促進する多様な鈍化／角度付き構造(blunt/angled structures)及び内部通路を有してもよい。また、混合誘発弁は、流れ障壁と相互作用して流体混合及び流体分解を増大してもよい。本スプレー塗装装置の１つの実施形態は、混合誘発弁に隣接する、衝突ジェット部のような内部流体分解部を有する。結果として得られるスプレー塗装は、まだらの減少といった、改良された(refined)特性を有する。
　本発明の上記及び他の利点及び特徴は、以下の詳細な説明を読み図面を参照することで明らかになる。
　以下詳細に論じられるように、本発明は、スプレー塗装装置の内部で流体を混合及び分解することによって、塗装及び他のスプレー適用業務のための改良型スプレーを提供する。この内部混合及び分解は、１つかそれ以上の幾何学的形状の変化する通路に流体を通すことによって達成され、この通路は、急な曲がり、突然の拡大または縮小、または他の混合を誘発する流れ経路を備えてもよい。例えば、本発明は、１つかそれ以上の鈍化または角度付き縁端、内部流れ通路、及び幾何学的形状の変化する構造を有する、改変型ニードル弁の内部または周囲に流体を流してもよい。さらに、本発明は、流体の混合と粒子の分解とを促進するため、貫通して延びる１つかそれ以上の制限された（狭い）通路を有する、流体通路中の障害物のような、流れ障壁を提供してもよい。例えば、流れ障壁は、流れ障壁と改変型ニードル弁との間の混合空隙中の流体混合を誘発してもよい。また、流れ障壁は、１つかそれ以上の狭い通路からの流体ジェットを形成してもよく、それによって、流体ジェットが表面に衝突しまた互いに衝突する際に、流体流れ中の粒子／リガメントが分解する。また、本発明は、流体ジェットの衝突角度及び速度を変化させ、流体通路の幾何学的形状を変化させ、ニードル弁構造を改変し、かつスプレーを発生するスプレー形成機構を変化させることによって、個々の流体及びスプレー適用業務について内部混合及び分解を最適化してもよい。
　図１は、望ましい塗装を目標物１４に塗布するスプレー塗装装置１２を備える、典型的なスプレー塗装システム１０を示す流れ図である。スプレー塗装装置１２は、流体供給源１６、空気供給源１８、及び制御システム２０といった、多様な供給及び制御システムと結合されてもよい。制御システム２０は流体及び空気供給源１６及び１８の制御を促進し、スプレー塗装装置１２が目標物１４上に許容可能な品質のスプレー塗装を確実に提供できるようにする。例えば、制御装置２０は、自動化システム２２と、位置決めシステム２４と、流体供給源制御装置２６と、空気供給源制御装置２８と、コンピュータ・システム３０と、ユーザ・インタフェース３２とを含んでもよい。また、制御システム２０は、スプレー塗装装置１２に対する目標物１４の移動を促進する位置決めシステム３４と結合されてもよい。従って、スプレー塗装システム１０は塗装流体の混合、流体及び空気の流量、及びスプレー・パターンのコンピュータ制御を提供し得る。その上、位置決めシステム３４は、制御システム２０によって制御されるロボット・アームを含んでもよく、その場合、スプレー塗装装置１２は均一かつ効率的な方法で目標物１４の全面を対象とするようになる。
　図１のスプレー塗装システム１０は、多様な適用業務、流体、目標物、及びスプレー塗装装置１２の種類／形状に適用可能である。例えば、ユーザは、金属及び木材といった多様な材料について、異なる塗装種類、色、質感、及び特性を含みうる複数の異なる塗装流体４２から望ましい流体４０を選択してもよい。また、ユーザは、異なる材料及び製品種類といった、多様な異なる対象３８から望ましい対象３６を選択し得る。以下さらに詳細に論じられるように、スプレー塗装装置１２はまた、ユーザが選択する目標物１４及び流体供給源１６に対応する多様な異なる構成要素及びスプレー形成機構を備えてもよい。例えば、スプレー塗装装置１２は、空気霧化器、回転霧化器、静電霧化器、または任意の他の適切なスプレー形成機構を備えてもよい。
　図２は、望ましいスプレー塗装を目標物１４に塗布する典型的なスプレー塗装処理１００の流れ図である。図示されるように、処理１００は、望ましい流体を塗布する目標物１４を識別することによって先に進む（ブロック１０２）。次に処理１００は、目標物１４のスプレー表面に塗布する望ましい流体４０を選択することによって先に進む（ブロック１０４）。次にユーザは先に進み、識別された目標物１４と選択された流体４０についてスプレー塗装装置１２を設定してもよい（ブロック１０６）。ユーザがスプレー塗装装置１２を連結(engage)すると、処理１００は先に進み、選択された流体４０の霧化スプレーを形成する（ブロック１０８）。次にユーザは、目標物１４の望ましい表面の上に霧化スプレーの塗装を塗布する（ブロック１１０）。次に、処理１００は先に進み、望ましい表面の上に塗布された塗装を硬化／乾燥させる（ブロック１１２）。照会ブロック１１４で、ユーザが選択された流体４０の追加塗装を希望するならば、処理１００はブロック１０８、１１０、及び１１２に進み、選択した流体４０の別の塗装を提供する。照会ブロック１１４で、ユーザが選択した流体の追加塗装を希望しないならば、処理１００は照会ブロック１１６に進み、ユーザが新しい流体の塗装を希望するかを決定する。照会ブロック１１６で、ユーザが新しい流体の塗装を希望するならば、処理１００は、スプレー塗装のため新しく選択した流体を使用してブロック１０４〜１１４を進む。照会ブロック１１６で、ユーザが新しい流体の塗装を望まないならば、処理１００はブロック１１８で終了する。
　図３は、スプレー塗装装置１２の例示実施形態を図示する断面側面図である。図示されるように、スプレー塗装装置１２は、本体２０２に結合されるスプレー先端組立体２００を備える。スプレー先端組立体２００には流体供給先端組立体２０４が含まれるが、これは本体２０２の受け（レセプタクル）２０６に取り外し式に挿入されてもよい。例えば、流体供給先端組立体２０４を受容して使用するように、複数の異なる種類のスプレー塗装装置が構成されてもよい。また、スプレー先端組立体２００には、流体供給先端組立体２０４に結合されるスプレー形成組立体２０８が含まれる。スプレー形成組立体２０８は、空気、回転、及び静電霧化機構といった、多様なスプレー形成機構を含んでいてもよい。しかし、図示されるスプレー形成組立体２０８は、保持ナット２１２を介して本体２０２に取り外し式に固定される空気霧化キャップを備えている。空気霧化キャップ２１０には、流体供給先端組立体２０４の流体先端出口２１６の周囲に配置される中央霧化オリフィス２１４のような多様な空気霧化オリフィスが含まれる。また、空気霧化キャップ２１０は、スプレーを望ましいスプレー・パターン（例えば、平坦なスプレー）に形成する、スプレー整形オリフィス２１８、２２０、２２２、及び２２４といった、１つかそれ以上のスプレー整形オリフィスを有してもよい。また、スプレー形成組立体２０８は、望ましいスプレー・パターン及び液滴分布を提供する多様な他の霧化機構を備えてもよい。
　スプレー塗装装置１２の本体２０２には、スプレー先端組立体２００のための多様な制御装置及び供給機構が含まれる。図示されるように、本体２０２には、流体入口カップリング２３０から流体供給先端組立体２０４に延びる流体通路２２８を有する流体供給組立体２２６が含まれる。また、流体供給組立体２２６は、流体通路２２８を通って流体供給先端組立体２０４に至る流体流れを制御する流体弁組立体２３２を備える。図示される流体弁組立体２３２は、流体供給先端組立体２０４と流体弁調整器２３６との間で本体２０２を通って可動式に延びるニードル弁２３４を有する。流体弁調整器２３６は、ニードル弁２３４の後方部２４０と、流体弁調整器２３６の内側部分２４２との間に配置されるばね２３８に対して回転式に調整可能である。また、ニードル弁２３４は引金２４４に結合されるので、引金２４４が旋回軸ジョイント２４６のまわりで反時計回りに回転すると、ニードル弁２３４は流体供給先端組立体２０４から離れて内側に移動され得る。しかし、本発明の範囲内において、任意の適切な内側または外側に開放可能な弁組立体を使用してもよい。また、流体弁組立体２３２は、ニードル弁２３４と本体２０２との間に配置される、パッキング組立体２４８のような、多様なパッキング及びシール組立体を含んでもよい。
　また、空気供給源組立体２５０が本体２０２中に配置され、スプレー形成組立体２０８での霧化を促進する。図示される空気供給源組立体２５０は、空気通路２５４及び２５６を介して、空気入口カップリング２５２から空気霧化キャップ２１０に延びる。また、空気供給源組立体２５０には、多様なシール組立体、空気弁組立体、及び空気弁調整器が含まれ、スプレー塗装装置１２を通る空気の圧力及び流れを維持及び調節する。例えば、図示される空気供給源組立体２５０には、引金２４４に結合される空気弁組立体２５８が含まれ、旋回軸ジョイント２４６のまわりで引金２４４が回転すると空気弁組立体２５８が開き、空気通路２５４から空気通路２５６に空気が流れるようになっている。また、空気供給源組立体２５０には、ニードル２６２に結合される空気弁調整器２６０が含まれ、ニードル２６２が空気弁調整器２６０の回転によって可動し空気霧化キャップ２１０への空気の流れを調節するようになっている。図示されるように、引金２４４は流体弁組立体２３２と空気弁組立体２５８との両方に結合され、引金２４４が本体２０２のハンドル２６４の方向に引かれると、流体と空気とが同時にスプレー先端組立体２００に流れるようになっている。一度連結(engage)されると、スプレー塗装装置１２は望ましいスプレー・パターンと液滴分布の霧化スプレーを発生する。ここでも、図示されるスプレー塗装装置１２は本発明の例示装置に過ぎない。任意の適切な種類または構成のスプレー装置が、本発明の独自の流体混合、粒子分解、及び霧化の改良といった態様から利益を受けうる。
　図４は、流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるように、流体供給先端組立体２０４は、外被（ハウジング）２７２の中央通路２７０内に配置される流体分解部２６６と流体混合部２６８とを備えており、外被２７２は本体２０２の受け２０６に取り外し式に挿入され得る。流体分解部２６６の下流で、中央通路２７０は流体先端出口通路２７４に延びるが、これは収束部２７６を有し、それに流体先端出口２１６に隣接する一定内径部(constant section)２７８が続く。任意の他の適切な流体先端出口の幾何学的形状も本発明の範囲内である。流体分解部２６６及び流体混合部２６８の上流では、ニードル弁２３４が流体供給先端組立体２０４に入りそこを通る流体流れを制御する。図示されるように、ニードル弁２３４は、流体混合部２６８の当接表面２８４に対して取り外し式にシール可能な当接表面２８２を有するニードル先端２８０を備えている。従って、ユーザが引金２４４を作動(engage)させると、ニードル弁２３４は、矢印２８６によって示されるように、当接表面２８４から離れて内側に移動する。次に、望ましい流体が流体供給先端組立体２０４を通って流れ、流体先端出口２１６を通って出て、スプレー形成組立体２０８を介して望ましいスプレーを形成する。
　以下さらに詳細に説明されるように、流体分解及び混合部２６６及び２６８は、流体先端出口２１６を通って出る前に望ましい流体内の粒子／リガメントの流体混合及び分解を促進するよう構成される。すなわち、本発明は、スプレー形成組立体２０８による外部霧化以前の流体供給先端組立体２０４内の流体混合及び粒子分解を促進する多様な構造、通路、角度、及び幾何学的形状を利用してもよい。この例示実施形態では、流体混合部２６８は、ニードル先端２８０の鈍化縁端２９０に隣接して配置される混合空隙２８８を有し、鈍化縁端２９０を通り越して流れる流体が混合空隙２８８内で混合を誘発されるようになっている。ニードル先端２８０に沿って流れる流体と、混合空隙内のほぼ閉塞された流体との間の速度差のため、混合空隙２８８内の流体混合は比較的強い。さらに、鈍化縁端２９０は高速度と低速度の流体流れの間に比較的急な界面を提供し、それによって流体流れ内の旋回及び渦流構造が促進される。任意の他の適切な混合誘発構造も本発明の範囲内である。
　混合空隙２８８は１つかそれ以上の流体通路を介して流体分解部２６６に入りそれを通って延びる。図示されるように、流体分解部２６６は、混合空隙２８８に結合される拡散通路部２９２と、拡散通路部２９２に結合される収束通路部２９４と、収束通路部２９４の下流に位置する流体衝突領域２９６とを備える。拡散通路部２９２は通路２９８、３００、３０２、及び３０４を備え、それらは混合空隙２８８から拡散及び収束通路部２９２及び２９４の間に配置される環状通路３０６に向かって外側に拡散する。収束通路部２９４は通路３０８、３１０、３１２、及び３１４を備え、それらは環状通路３０６の内側の流体衝突領域２９６に向かって収束する。動作の際、それぞれ矢印３１６、３１８、３２０、３２２，３２４、３２６、及び３２８によって示されるように、流体が流体先端出口通路２７４を通り、流体先端出口２１６を出て、互いに収束して噴出する際、望ましい流体は、中央通路２７０を通り、混合空隙２８８を通り、拡散通路部２９２の通路２９８〜３０４を通り、収束通路部２９４の通路３０８〜３１４を通って流体衝突領域２９６に流入する。以下さらに詳細に論じられるように、流体分解部２６６は、流体中の粒子／リガメントが分解するような形式で流体が衝突／作用するように、表面またはお互いに向かう任意の適切な構成の通路を有してもよい。
　図５は、ニードル弁２３４と、流体混合部２６８と、拡散通路部２９２とをさらに図示する、流体供給先端組立体２０４の部分断面側面図である。図示されるように、それぞれ矢印３１６及び３３０によって示されるように、望ましい流体は、ニードル先端２８０の周囲を流れ、鈍化縁端２９０を通り越して渦を巻く。すなわち、ニードル先端２８０の鈍化縁端２９０はニードル弁２３４の下流で流体混合を誘発する。例えば、鈍化縁端２９０は、流体混合部２６８内の乱流と流体の分解とを促進することもある。注意されたいが、混合部２６８は、速度差を発生し流体混合を誘発する任意の適切な鋭利化または鈍化縁端構造、突然拡大または縮小する通路、または任意の他の機構によって流体混合を誘発してもよい。流体が流体混合部２６８に流入すると、流体は、垂直表面３３６に延びる角度付き表面３３４を有する流れ障壁３３２に衝突する。矢印３３８によって示されるように、流れ障壁３３２は流体流れのかなりの部分を流体混合部２６８にはね返すので、流体流れは渦を巻き、一般に流体混合部２６８内で混合する。次に、矢印３２０によって示されるように、混合した流体は、通路２９８、３００、３０２、及び３０４を介して流体混合部２６８から流体分解部２６６に流入する。図示されるように、通路２９８〜３０４は混合空隙２８８より比較的小さい幾何学的形状を有する。この突然収縮する流れの幾何学的形状によって、流体混合部２６８内の流れは有効に減速し、流体分解部２６６を通って前方に移動する前に流体が混合される。また、突然収縮する流れの幾何学的形状は流体分解部２６６を通る流体流れを加速し、衝突領域に向かう比較的高速の流体ジェットを形成する。
　図６は、図４によって図示される流体混合部２６８の断面正面図である。上記のように、矢印３１８によって示されるように、流体は、流体混合部２６８に流入し、流れ障壁３３２に当たる。流体の一部は通路３００〜３０４に直接流入することもあるが、流体の主な部分は、通路３００〜３０４を取り囲む流れ障壁３３２の角度付き及び垂直表面３３４及び３３６に当たる。すなわち、流れ障壁３３２は流体流れをはね返し減速するので、流体は流体混合部２６８内で混合する。また、流体混合は、ニードル弁２３４の幾何学的形状によって誘発される。例えば、鈍化縁端２９０は、流体混合部２６８に入る流体と、流体混合部２６８内でほぼ閉塞された流体との間の流体混合を促進する速度差を生じさせる。流れ障壁３３２と鈍化縁端２９０とによって誘発された混合は望ましい流体のさらに均質な混合を提供することができ、かつ流体内の粒子を分解する。ここでも、任意の適切な、混合を誘発する幾何学的形状は本発明の範囲内である。
　図７は、図６によって示されるように４５度回転された図５の流体混合部２６８の部分断面側面図である。図示される方向の流れ障壁３３２では、見られるように、流体の主な部分は通路３００〜３０４に直接流入するのではなく、矢印３３８によって示されるように、流体は流れ障壁３３２に当たってはね返る。従って、流体は流体混合部２６８内で混合及び分解され、さらに均一な混合物となる。また、注意されたいが、本発明は、混合空隙２８８、流れ障壁３３２、及びニードル先端２８０について、任意の適切な寸法、幾何学的形状、または構造を有してもよい。例えば、特定の流体及びスプレー適用業務について、流体混合及び分解を促進する、流体混合部２６８内の特定の角度及び流れ容量を選択してもよい。粘性及び流体粒子度(degree of fluid particulate)といった、いくつかの流体特性は、スプレー塗装装置１２による最適な流体混合及び分解を保証するため、ある流れ速度、通路寸法、及び他の特定の構造を要求することがある。
　図８は、拡散及び収束部２９２及び２９４を介して環状通路３０６を出入りする通路間の流体流れを図示する、環状通路３０６の断面正面図である。上記で論じられたように、流体は、拡散通路部２９２の通路２９８〜３０４を介して流体混合部２６８から環状通路３０６に流入する。環状通路３０６は、通路３００〜３０４の制限された幾何学的形状に対して、流体流れをほぼ開放／無制限にする。すなわち、矢印３４０によって示されるように、環状通路３０６は流体流れを一体化し、ほぼ均等化する。次に、ほぼ均等化された流体流れは収束通路部２９４の通路３０８〜３１４に入り、そこで流体流れは流体衝突領域２９６の方向に内側に向かう。注意されたいが、本発明は、拡散及び収束通路部２９２及び２９４の間で任意の適切な形態の中間領域を有していてもよい。すなわち、通路２９８〜３０４は、何らかの適切な界面を介して通路３０８〜３１４に個別または共同して結合してもよい。また、本発明は、収束及び拡散部２９２及び２９４を通る任意の望ましい数の通路を利用してもよい。例えば、単一の通路が拡散通路部２９２を通って延びてもよく、１つまたは多数の通路が収束通路部２９４を通って延びてもよい。
　図９は、収束通路部２９４と流体衝突領域２９６とを図示する、流体分解部２６６の部分断面側面図である。図示されるように、流体は流体衝突領域２９６に向かって内側に、収束通路部２９４の通路３０８〜３１４を通って流れるので、流体は望ましい角度で衝突する。例えば、通路３０８〜３１４は、流体分解部２６６の中心線３４６に対して、衝突角度３４４で衝突点３４２の方向に向けられてもよい。衝突角度３４４は、個々の流体、望ましいスプレー特性、望ましいスプレー適用業務、及び様々な他の要因の特徴に基づいて、流体分解を最適化するように選択してもよい。選択された衝突角度３４４、通路３０８〜３１４の幾何学的形状、及び他の特定適用業務向け要因は、流体衝突領域２９６内の流体粒子／リガメントの衝突及び分解を集合的に最適化する。例えば、いくつかの適用業務では、衝突角度３４４は２５〜４５度の範囲内でよい。いくつかの木材スプレー適用業務、及び多くの他の適用業務では、流体粒子分解を最適化するため約３７度の衝突角度を選択してもよい。図９に図示されるように、流体ジェットが互いに衝突する場合、通路３０８〜３１４から流れる流体ジェット間の衝突角度は５０〜９０度の範囲内とされ得る。また、いくつかのスプレー適用業務は約７４度の流体ジェット間角度から利益を受けることもある。しかし、本発明は、流体混合及び分解を最適化する、広範な衝突角度及び流れ通路幾何学的形状を選択及び利用し得る。また、流体衝突領域２９６は、円錐形空隙３４８のような収束通路部２９４のくぼみ内に配置してもよい。
　図１０は、流体分解部２６６の代替実施形態を図示する、流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるように、流体分解部２６６には、収束通路部２９４なしに環状スペーサ３５０に隣接する拡散通路部２９２が含まれる。すなわち、ニードル弁２３４の開位置では、それぞれ矢印３１６、３１８、３２０、３５４、及び３２６によって示されるように、流体は、ニードル先端２８０を通り越し、流体混合部２６８を通り、拡散通路部２９２の通路２９８〜３０４を通り、衝突角度３５２で環状スペーサ３５０の内部に衝突し、環状スペーサ３５０内の中央通路２７０を通り、流体先端出口通路２７４を通って出る。この例示実施形態では、衝突流体ジェットは、収束通路部２９４の通路３０８〜３１４からではなく、拡散通路部２９２の通路２９８〜３０４から噴出される。次に、この比較的高速の流体ジェットは、互いに衝突するのではなく、表面（すなわち、環状スペーサ３５０の内部）に衝突する。ここでも、流体特性及び他の要因に基づいて、粒子／リガメントの流体分解を促進する衝突角度３５２が選択される。すなわち、衝突角度３５２は、適用業務に応じた何らかの適切な範囲内でよい。例えば、木材染色剤といった特定の塗装流体、及び特定のスプレー適用業務について、流体分解を最適化する特定の衝突角度３５２が選択されてもよい。上記で論じられたように、衝突角度３５２は、特定の適用業務について、２５〜４５度の範囲内、または約３７度でもよい。また、注意されたいが、本発明は、図１０に図示されるような任意の１つかそれ以上の表面衝突ジェットを使用してもよい。例えば、１つの衝突ジェットを環状スペーサ３５０の表面に向けてもよい。また、流体分解部２６６も、互いの方向を向くか、または環状スペーサ３５０の内部表面上の１つかそれ以上の共有点を向いた多数の流体ジェットを有していてもよい。
　上記で言及されたように、スプレー塗装装置１２は、流体供給先端組立体２０４における流体混合及び分解を促進する多様な異なる弁組立体２３２を有していてもよい。例えば、１つかそれ以上の混合誘発通路または構造をニードル弁２３４の内部またはその上に形成して流体混合を誘発してもよい。図１１〜図１５は、流体混合部２６８における流体混合を向上させ得るいくつかの例示ニードル弁を図示する。
　図１１は、ニードル弁２３４と、流体分解及び混合部２６６及び２６８との代替実施形態を図示する流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。例示される流体分解部２６６は、拡散通路部２９２のない収束通路部２９４を有する。さらに、例示される流体混合部２６８は、図４に図示される複数角度付き混合空隙２８８を有するのではなく、環状混合空隙３５８内に垂直流れ障壁３５６を有する。また、環状空隙３５８は、閉位置でニードル弁２３４と密閉嵌合する段付き部分３６０を有する。また、例示されるニードル弁２３４は、流体混合部２６８内での混合を促進する鈍化先端３６２を有する。ニードル弁２３４の開位置では、それぞれ矢印３６４、３６６、３２２、及び３２４によって示されるように、流体は、ニードル弁２３４の周囲を流れ、鈍化先端３６２を通り越して、収束通路部２９４の通路３０８〜３１４に流入し、流体衝突領域２９６内の衝突点３４２に向かって内側に収束する。流体混合部２６８では、矢印３６６によって図示されるように、ニードル弁２３４の鈍化先端３６２は、流体の渦流及び全体的な混合を促進する。また、流れ障壁３５６は、流れ障壁３５６と、ニードル弁２３４の鈍化先端３６２との間の流体混合部２６８内の流体混合を促進する。さらに、流れ障壁３５６は通路３０８〜３１４の狭い幾何学的形状に流入する流体流れを制限し、それによって流体衝突領域２９６に噴出される比較的高速の流体ジェットを生じる。ここでも、こうした流体ジェット及び通路３０８〜３１４の衝突角度３４４は、特定の流体及び適用業務について流体分解を促進するよう選択される。例えば、特定の流体は、中心線３４６に対して約３７度の角度といった、特定の衝突／作用角度及び速度で、さらに効率的に分解することがある。
　図１２は、ニードル弁２３４と、流体分解及び混合部２６６及び２６８との別の代替実施形態を図示する流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるように、流体分解部２６６は収束通路部３６８を有し、その収束通路部３６８は、流体混合部２６８から円錐形空隙３７２に向かって収束して延びる通路３７０を有する。流体混合部２６８は、ニードル弁２３４の鈍化先端３７６と、収束通路部３６８の入口側に形成される垂直流れ障壁３７８との間の環状空隙３７４を備える。環状空隙３７４は、閉位置でニードル弁２３４に対してシール可能な段付き部分３８０を有する。この例示実施形態では、ニードル弁２３４は、収束通路部３６８の中央通路３８４を通って可動式に延びるシャフト３８２を有する。収束通路部３６８の下流側では、ニードル弁２３４は、シャフト３８２から延びるくさび形ヘッド３８６を有する。くさび形ヘッド３８６は円錐形空隙３７２中の衝突領域３８８内で位置決め可能である。すなわち、ニードル弁２３４の開位置では、それぞれ矢印３６４、３６６、３９０、及び３２６によって示されるように、流体は、ニードル弁２３４に沿い、渦流運動して鈍化先端３７６を通り越し、衝突経路内の通路３７０をくさび形ヘッド３８６の方向に通り、流体先端出口通路２７４を通って出る。
　動作の際、鈍化先端３７６と垂直流れ障壁３７８は、流体混合部２６８内の流体の混合及び分解を促進する。さらに下流では、通路３７０から噴出される流体ジェットはくさび形ヘッド３８６に衝突し、流体内の流体粒子／リガメントの分解を促進する。ここでも、流体特性及び望ましいスプレー適用業務に基づいて、くさび形ヘッド３８６に衝突する流体ジェットの特定の衝突角度を選択してもよい。さらに、流体ジェットの望ましい速度の実現を容易にするように、通路３７０の特定の寸法及び幾何学的形状を選択してもよい。また、本発明の範囲内において、シャフト３８２及びヘッド３８６の形状及び構造は改変され得る。例えば、ヘッド３８６は衝突側で円盤形、くさび形、貫通して延びる１つかそれ以上の狭い通路を有してもよく、またヘッド３８６は中空のマフラ状の形状を有してもよい。シャフト３８２は中実構造、中空構造、複数シャフト構造、または任意の他の適切な形状を有してもよい。
　図１３は、ニードル弁２３４の代替実施形態を図示する流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるように、流体供給先端組立体２０４は、拡散通路部２９２なしに収束通路部２９４に隣接する流体分解部２６６を備える。しかし、図１３に図示される代替ニードル弁２３４は任意の構成の流体分解部２６６及び流体混合部２６８と共に使用され得る。この例示実施形態では、流体混合部２６８は、ニードル弁２３４と、収束通路部２９４の入口側の垂直流れ障壁３９４との間に配置される環状混合空隙３９２を備えている。例示されるニードル弁２３４は、中央通路３９８と複数の入口及び出口ポートとを有する中空シャフト３９６を備えている。例えば、中空シャフト３９６は複数の横方向入口ポート４００と中央出口ポート４０２とを有し、これらは流体が入口及び出口ポート４００及び４０２を通り越して流れる際、流体混合を促進する。図示されるように、ポート４００及び４０２は流体流れ経路中に突然の縮小及び拡大を生じるので、ポート４００及び４０２の下流で環状の渦が形成され混合が誘発される。
　動作の際、ニードル弁２３４は垂直流れ障壁３９４に対抗して弁先端４０４を位置決めすることによって流体流れを遮断し、その際流体流れは通路３０８〜３１４に入ることができない。ニードル弁２３４は垂直流れ障壁３９４から外側に中空シャフト３９６を移動させることによって流体流れを開放し、それによって流体が通路３０８〜３１４を通って流れるようになる。すなわち、開位置では、それぞれ矢印４０６、４０８、４１０、４１２、３２２、３２４、及び３２６によって示されるように、流体は中空シャフト３９６の周囲を通り、ポート４００に入り、中央通路３９８を通り、ポート４０２を出て流体混合部２６８に入り、急拡大領域でポート４０２を通り越して旋回し、通路３０８〜３１４を通り、収束して衝突領域２９６に入り、流体先端出口通路２７４を出る。上記で言及されたように、中空シャフト３９６を通って延びる通路及びポートの突然縮小及び拡大する幾何学的形状は流体混合部２６８に入る流体の混合を促進し、流体混合部２６８は収束通路部２９４に入る前の流体流れをさらに混合する。次に、流体流れは通路３０８〜３１４を通って狭められるため速度を増大し、それによって流体衝突領域２９６での比較的高速の流体衝突が促進される。図１３は特定の流れ通路及び幾何学的形状を図示しているが、本発明は、霧化以前の流体混合及び流体の分解を促進するため、ニードル弁２３４と分解及び混合部２６６及び２６８とを通る任意の適切な流れの幾何学的形状及び通路を使用してよい。
　図１４は、代替多構成要素ニードル弁２３４を図示する流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるニードル弁２３４は、コネクタ４１８を介してニードル先端部４１６に結合されるニードル本体部４１４を備え、コネクタ４１８は外ねじ付き部材または任意の他の適切な固定装置を備えてもよい。ニードル本体部４１４はステンレス鋼、アルミニウム、または任意の他の適切な材料から形成してもよく、ニードル先端部４１６はプラスチック、金属、セラミック、デルリン（Delrin：登録商標）、または任意の他の適切な材料から形成してもよい。さらに、異なる構成の流体供給先端組立体２０４に対応するために、または、相当の摩耗の後ニードル弁２３４を修理(refurbish)するために、ニードル先端部４１６を異なるニードル先端部と交換してもよい。また、注意されたいが、図１４によって図示されるニードル弁２３４は任意の構成の流体分解部２６６及び流体混合部２６８と共に使用され得る。すなわち、図示される流体分解部２６６は拡散または収束通路部２９２及び２９４の何れか１つまたは両方、または任意の他の適切な流体混合及び分解構成を備えていてもよい。ここでも、特定の塗装流体及びスプレー適用業務に対応すべく、流体分解部２６６中の衝突角度を選択してもよい。
　図１５は、ニードル弁２３４と、流体分解及び混合部２６６及び２６８との代替実施形態を図示する流体供給先端組立体２０４の断面側面図である。図示されるように、流体分解部２６６は収束通路部４２０を備え、流体混合部２６８は収束通路部４２０とニードル弁２３４との間にくさび形混合空隙４２２を有する。収束通路部４２０は、くさび形混合空隙４２２中の垂直流れ障壁４２６から流体先端出口通路２７４に隣接する流体衝突領域４２８に向かって収束して延びる通路４２４を有する。ニードル弁２３４は、くさび形混合空隙４２２から内側及び外側にニードル先端２８０を移動させることによって、流体供給先端組立体２０４を通る流体流れを制御する。
　動作の際、それぞれ矢印４３０、４３２、４３４、４３６、４３８、及び３２６によって示されるように、流体はニードル先端２８０の周囲を通り、鈍化縁端２９０を通り越して混合し、くさび形混合空隙４２２を通って垂直流れ障壁４２６に衝突し、通路４２４を通り、流体衝突領域４２８で互いの方向に向かって内側に収束し、流体先端出口通路２７４を通って出る。鈍化縁端２９０は、速度差に基づく渦流／混合を誘発することによって、ニードル先端２８０を通り越す流体の混合を促進する。流体流れをほぼ閉塞し垂直流れ障壁４２６と鈍化縁端２９０との間の流体混合を誘発する垂直流れ障壁４２６とくさび形混合空隙４２２とによって、混合はさらに誘発される。収束通路部４２０はさらに、通路４２４への流体流れを狭め、それによって流体速度を増大し、流体衝突領域４２８で互いに衝突する流体ジェットとして流体を噴出することで、流体流れをさらに混合及び分解する。次に、流体衝突領域４２８中で流体ジェットが衝突することによって、流体内の粒子／リガメントはスプレー形成組立体２０８による霧化の前にさらに微細な粒子に分解される。ここでも、本発明は本発明の範囲内において任意の適切な衝突角度を選択し得る。
　図１６は、典型的なスプレー塗装処理５００を図示する流れ図である。図示されるように、処理５００は、スプレー塗装の適用業務のための目標物を識別することによって先に進む（ブロック５０２）。例えば、目標物は、木製または金属製家具、キャビネット、自動車、消費者製品等といった、多様な材料及び製品を含んでいてもよい。次に、処理５００は先に進み、目標物の表面にスプレーを塗装する望ましい流体を選択する（ブロック５０４）。例えば、望ましい流体は、木材、金属、または目標物の任意の他の材料に適した下塗り剤、塗料、染色剤、または多様な他の流体を含んでいてもよい。次に、処理は先に進み、望ましい流体を目標物に塗布するスプレー塗装装置を選択する（ブロック５０６）。例えば、望ましい流体のスプレー塗装を目標物に塗布する際、特定の種類及び構成のスプレー塗装装置がより有効なこともある。スプレー塗装装置は、回転霧化器、静電霧化器、空気ジェット霧化器、または任意の他の適切な霧化装置でもよい。次に、処理５００は先に進み、粒子／リガメントの分解を促進する内部流体混合／分解部を選択する（ブロック５０８）。例えば、処理５００は、図３〜図１５を参照して論じられた弁組立体と、拡散通路部と、収束通路部と、流体混合部との何れか１つまたはそれらの組み合わせを選択してもよい。次に、処理５００は先に進み、対象物及び選択された流体のため選択された１つかそれ以上の混合／分解部を伴うスプレー塗装装置を構成する（ブロック５１０）。例えば、選択された混合／分解部を、空気霧化型スプレー塗装装置または任意の他の適切なスプレー塗装装置内に配置してもよい。
　処理５００が動作のために設定された後、処理５００は先に進み、目標物の上にスプレー塗装装置を位置決めする（ブロック５１２）。また、図１を参照して上記で論じられたように、処理５００は目標物に対するスプレー塗装装置の移動を促進する位置決めシステムを利用してもよい。次に、処理５００は先に進み、スプレー塗装装置を連結(engage)する（ブロック５１４）。例えば、ユーザが引金２４４を引いてもよく、制御システム２０が自動的にスプレー塗装装置を連結してもよい。ブロック５１４でスプレー塗装装置が連結されると、処理５００はブロック５１６で選択された流体をスプレー塗装装置に供給し、ブロック５１８において流体粒子を混合／分解部で分解する。すなわち、処理５００は実際のスプレー形成前にスプレー塗装装置内の選択された流体を改良(refine)する。ブロック５２０で、処理５００は粒子／リガメントの減少した改良されたスプレーを形成する。次に、処理５００は先に進み、改良されたスプレーの塗装を目標物のスプレー表面に塗布する（ブロック５２２）。ブロック５２４では、処理は目標物のスプレー表面に塗布された塗装を硬化／乾燥させる。そして、スプレー塗装処理５００はブロック５２６で改良されたスプレー塗装を生じる。この改良されたスプレー塗装は、スプレー塗装における微細化され比較的均一な質感及び色分布、まだらの影響の減少、及び様々な他の改良された特性を特徴とし得る。
　図１７は、典型的な流体分解及びスプレー形成処理６００を図示する流れ図である。処理６００は、流体弁の１つかそれ以上の鈍化／角度付き構造及び／または通路で選択された流体の混合を誘発することによって先に進む（ブロック６０２）。例えば、処理６００は、図３〜図１５を参照して上記で説明されたニードル弁２３４の何れか１つの内部または周囲を選択された流体が通過するようにしてもよい。また、鈍化／角度付き構造／通路を有する何らかの他の適切な中空または中実流体弁が本発明の範囲内において使用され得る。次に、処理６００は先に進み、流れ障壁で選択された流体の流体流れを制限する（ブロック６０４）。例えば、垂直または角度付き表面が、スプレー塗装装置を通る流れ通路を横切って部分的または全体的に延設されてもよい。次に、処理６００は先に進み、流れ障壁を通って延びる制限された（狭い）通路を通る選択された流体の流体流れを加速する（ブロック６０６）。ブロック６０８では、処理は制限された（狭い）通路からの１つかそれ以上の衝突流体ジェットを生じる。次に、処理６００は先に進み、衝突流体ジェットの下流の流体衝突領域で選択された流体内の粒子／リガメントを分解する（ブロック６１０）。例えば、１つかそれ以上の衝突流体ジェットは、粒子／リガメントの分解を促進するよう選択された角度で互いの方向かまたは１つかそれ以上の表面の方向に向けられ得る。処理６００が選択された流体内の粒子／リガメントを混合及び分解した後、ブロック６１２において選択された流体はスプレー塗装装置から噴出される。次に、処理６００は先に進み、選択された流体を霧化して、スプレー塗装装置からの望ましいスプレー・パターンにする（ブロック６１４）。処理６００は、選択された流体を霧化するため、回転霧化機構、空気ジェット霧化機構、静電機構、及び様々な他の適切なスプレー形成技術を含む、任意の適切なスプレー形成機構を使用してもよい。
　本発明は様々な改変及び代替形態が可能であるが、図面においては特定の実施形態が一例として図示され、本明細書で詳細に説明された。しかし、理解されるように、本発明は開示された特定の形態に制限されることを意図するものではない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲の中にある全ての改変、同等物、及び代替案を範囲に含むものである。
図１は、本発明の典型的なスプレー塗装システムを図示する図である。 図２は、本発明の典型的なスプレー塗装処理を図示する流れ図である。 図３は、図１及び図２のスプレー塗装システム及び方法で使用される典型的なスプレー塗装装置の断面側面図である。 図４は、図３のスプレー塗装装置の流体供給先端組立体内の流体混合及び分解部及び鈍化先端付き流体弁の例示的な部分断面側面図である。 図５は、流体分解部の鈍化先端付き流体弁と、流体混合部と、拡散通路部とをさらに図示する、図４の流体供給先端組立体の部分断面側面図である。 図６は、図５に図示される流体混合部の部分断面正面図である。 図７は、図６に示されるように４５度回転された、鈍化先端付き流体弁と、流体混合部と、拡散通路部とをさらに図示する、図４及び図５の流体供給先端組立体の部分断面側面図である。 図８は、図４に図示される流体分解部の、拡散通路部と収束通路部との間の中間通路の部分断面正面図である。 図９は、流体分解部の流体衝突領域をさらに図示する、図４の流体供給先端組立体の部分断面側面図である。 図１０は、図９に図示される収束通路部のない拡散通路部を有する、図４の流体供給先端組立体の代替実施形態の部分断面側面図である。 図１１は、図５及び図７に図示される拡散通路部のない収束通路部を有する、図４の流体供給先端組立体の別の代替実施形態の部分断面側面図である。 図１２は、流体混合及び分解部を通じて延びる改変型流体弁を有する、図４の流体供給先端組立体のまた別の代替実施形態の部分断面側面図である。 図１３は、流体混合部に隣接する中空流体弁を有する、図４の流体供給先端組立体の別の代替実施形態の部分断面側面図である。 図１４は、取り外し及び交換可能先端部を伴う代替流体弁を有する、図４の流体供給先端組立体の部分断面側面図である。 図１５は、代替収束通路部及び鈍化先端付き流体弁を有する、図４の流体供給先端組立体のさらなる代替実施形態の部分断面側面図である。 図１６は、図３〜図１５に図示されるスプレー塗装装置を使用する典型的なスプレー塗装処理を示す流れ図である。 図１７は、図３〜図１５に図示されるスプレー塗装装置を使用する本発明の典型的な流体分解及びスプレー形成処理を示す流れ図である。
符号の説明
１２…スプレー塗装装置
２００…スプレー先端組立体
２０２…本体
２０４…流体供給先端組立体
２０６…受け（レセプタクル）
２０８…スプレー形成組立体
２１０…空気霧化キャップ
２１２…保持ナット
２１４…中央霧化オリフィス
２１６…流体先端出口

Claims (10)

  1. 　スプレー塗装装置であって、
    　流体出口の上流の流体分解構造に隣接して配置される混合誘発弁組立体を備える流体供給組立体と、
    　前記流体供給組立体に結合されるスプレー形成組立体とを備えるスプレー塗装装置。
  2. 　前記混合誘発弁組立体が、前記流体供給組立体の流体流れ領域内に配置可能な少なくとも１つの鈍化縁端を備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  3. 　前記混合誘発弁組立体が鈍化先端付き構造を備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  4. 　前記鈍化先端付き構造が、前記流体供給組立体の中央流体通路を横切って延びる横方向面に隣接して配置される、請求項３に記載のスプレー塗装装置。
  5. 　前記混合誘発弁組立体が、少なくとも１つの中央通路と少なくとも１つの鈍化縁端付き出口とを有する中空構造を備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  6. 　前記混合誘発弁組立体が、少なくとも１つの中央通路と少なくとも１つの横方向オリフィスとを有する中空構造を備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  7. 　前記混合誘発弁組立体が内側に開放可能である、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  8. 　前記混合誘発弁組立体が、前記流体供給組立体内で外側に開放可能である、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  9. 　前記流体分解構造が流体衝突構造を備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
  10. 　前記スプレー形成組立体が少なくとも１つの流体霧化オリフィスを備える、請求項１に記載のスプレー塗装装置。
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