JP2008501513A - 粉体コーティング材料塗布システムの色切り替え - Google Patents

Abstract

色切り替え器（４０）が、２つ以上の入口通路に接続される共通の給送通路（４２）を有する。共通の給送通路（４２）は、共通の給送通路を通る粉体流の方向とは逆の方向に逆パージすることができる。弁要素が、入口通路を共通の給送通路（４２）に接続する供給ポートをシールして、デッドスペースをなくすとともに近接ボアライン・シールを形成する。

Description

［発明の技術分野］
本発明は、包括的には、例えば粉体コーティング材料塗布システム等の材料塗布システムに関し、より詳細には、例えば色切り替えの迅速化等、材料切り替え作業を改善する装置及び方法に関する。

［関連出願］
本願は、「AUTOMATED POWER COLOR CHANGE SYSTEM」として２００４年６月３日に出願された米国仮特許出願番号第６０／５７７，２２３号の優先権を主張し、本参照により、当該出願の全開示を本明細書に組み込む。

［発明の背景］
通常の粉体コーティング材料塗布システムは、１つ又は複数の粉体コーティング材料源又は粉体コーティング材料供給源、ポンプ装置、及びスプレーガン等のスプレーアプリケータを含む。通常、粉体コーティング材料は、粉体過剰スプレーを収容し、且つその後使用又は廃棄するために粉体過剰スプレーを収集又は再生利用する過剰スプレー回収システムも有する、スプレーブース内で噴霧される。スプレーガンは通常、作業中に手で持つ手動ガンであるか、又は支持体に取り付けられて電子制御システムによってトリガ及び制御される自動ガンである。スプレーガンは、コロナ又は摩擦帯電等の静電式であっても、又は非静電式であってもよい。供給ホースを用いて、ホッパ等の粉体源をポンプ入口に接続するのが一般的であり、給送ホースを用いて、ポンプ出口をスプレーガン入口又は複数のガン入口に接続するのが一般的である。これらのホースは通常、可撓性のプラスチックホースである。

多くの粉体コーティング材料塗布システムは、多様な粉体コーティング材料をさらに多様な物体に塗布するように設計される。

異なる粉体コーティング材料は通常、異なる色を伴うが、例えばエポキシ、ポリエステル、及びエポキシとポリエステルとのハイブリッド等の高分子系、又は金属系、例えばアルミニウムフレークを伴うポリエステル等、種々のタイプの材料をさらに含み得る。或るタイプ又は色の粉体コーティング材料の噴霧から別のものに切り替えるには、新たな噴霧作業での汚染を防止するために、次の材料を噴霧する前に塗布システムから前の材料を完全に洗浄しなければならない。これは、スプレーブース及びスプレーガン等の外面だけでなく、供給源からポンプ、さらに前の噴霧作業で用いられたスプレーガンの全ての出口に至るまでの全粉体流路も洗浄することを伴う。これらの色切り替え又は材料切り替え作業は、時間集約的及び労働集約的であるため、重大なコスト要因である。

［発明の概要］
本発明は、一態様では、例えば色切り替え作業用等の高速且つ効率的な材料切り替え器機能部を有する粉体コーティング材料塗布システムを意図する。切り替え器機能部は、材料流を一方向に流し、パージ流を逆方向に流すことを可能にする。一実施の形態では、複数の材料供給源に接続される共通の給送通路を有する材料切り替え器が提供され、各供給源は、弁部材によってシールされるポートのところで共通の通路に通じている関連の入口通路を有する。弁部材は、近接ボアライン・シール（a near bore line seal）でポートをシールする。特定の一実施の形態では、ポートは、共通の給送通路を画成する壁に形成される。さらなる実施の形態では、弁部材は空気圧によって膨張可能であり、弁部材の一部が共通の給送通路内にわずかに突出して、「ゼロ空洞」すなわち近接ボアライン・シールを事実上形成する。共通の給送通路は、入口弁の全てを閉じて、廃棄物容器、又はスプレーブース等の他の粉体収集器に接続され得る出口まで逆方向パージすることができる。オプションの順方向パージ機能も用いることができる。

本発明の別の態様によれば、粉体コーティングシステムは、上述のような材料切り替え器機能部、ポンプ、及びアプリケータを含む。切り替え器機能部の供給動作モードでは、ポンプが、粉体を切り替え器から吸い込む負圧と、粉体をアプリケータに押し出す正圧とを発生させる。切り替え器機能部のパージ動作モードでは、ポンプは、切り替え器に逆流する正圧と、場合によってはアプリケータへの正圧とを発生させる。一実施の形態では、ポンプはソフトパージ機能及びハードパージ機能を実行し、切り替え器は、廃棄又は放出出口まで、またコーティング作業中に用いられる最後の入口に至るまでパージされ得る。

本発明はさらに、切り替え器機能部及びポンプ機能部を有する粉体コーティング材料供給源を意図し、ポンプ機能部は、供給動作モード中に、選択された供給源から材料を吸い込んで、パージ動作モード中に、逆流によって切り替え器機能部に圧縮空気を供給する。

本発明は、別の態様では、例えば色切り替えに用いることができるような、粉体コーティングシステムの材料切り替え器を意図する。切り替え器は、一実施の形態では、共通の給送通路に対して近接ボアライン・シールを形成する制御弁と、逆方向パージ流構成部とを含む。逆方向パージ構成部は、共通の給送通路を通して出口までの、場合によっては前に用いられた入口に至るまでの、逆流パージの形態で実現され得る。順方向のオプションのパージ構成部を設けてもよい。別の実施の形態では、切り替え器、又は少なくとも切り替え器内の材料流路は、低衝撃融着材料、例えばＰＴＦＥ（ＴＥＦＬＯＮ（商標））、又は高密度ポリエチレンでできている。別の実施の形態では、各制御弁は、例えば天然ゴム等の弾性材料でできており空気圧下で膨張して入口を共通の給送通路につなげるポートをシールする、空気袋等の弁部材を含む。本発明はさらに、本発明による切り替え器機能部を、ポンプと例えばスプレーガン等のアプリケータとを含み、さらにスプレーブースを含む場合もある材料塗布システムと組み合わせて用いることを意図する。一実施の形態では、ポンプは濃厚相ポンプであってもよい。

本発明は、別の態様では、上述のような材料切り替え器及び粉体コーティングシステム等の機能の使用に具現される種々の方法、及び別の実施の形態では材料切り替え器を逆方向パージする方法を意図する。本発明によって意図される別の方法では、切り替え器内の粉体流の制御は、弁機能部に正圧を加えることで弁部材を膨張させてポートを閉じることによって実現される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、添付図面を参照して例示的な実施形態の以下の説明から当業者には明らかとなるであろう。

［例示的な実施形態の説明］
本発明は、例えば、塗料、ラッカー等の粉体コーティング材料の塗布に用いられ得るような材料塗布システムを特に参照して、本明細書中で説明される。本明細書中に記載される実施形態は、粉体コーティング材料塗布システムに関して示されるが、本発明を、タイヤ上のタルク、おむつ等の超吸収体、小麦粉、砂糖、塩等の食品関連材料、乾燥剤、離型剤、及び医薬品を含むがこれらに決して限定されない、多くの異なる乾燥粒子材料塗布システムにおいて用いることができることは、当業者には容易に理解されるであろう。これらの例は、物体への粒子材料の塗布のための本発明の広範な用途を説明することが意図される。選択される材料塗布システムの特定の設計及び動作は、本明細書で特に明記されない限り、本発明に制限を加えるものではない。したがって、本明細書中で「粉体コーティング」又は「粉体」という用語が用いられる場合、これらは専門用語として意図されるのでも限定的であることが意図されるのでもなく、任意の乾燥粒子材料を含む包括的なものであることが意図される。

さらに、例示的な実施形態は、本発明が粉体コーティング材料をアプリケータに供給する塗布システムの一部として用いられることを示しているが、本発明の種々の態様を用いて、粉体をアプリケータ装置に給送する粉体送出システムがそれ自体に関連付けられたホッパ等の別の容器に、材料を供給することもできる。

本発明の種々の態様は、例示的な実施形態と組み合わせて具現されるように本明細書では説明及び図示されるが、これら種々の態様は、個別に、又は種々の組み合わせ及びそれら組み合わせの部分組み合わせで、多くの代替的な実施形態で実現することができる。本明細書で特に除外されない限り、このような組み合わせ及びさらなる組み合わせは本発明の範囲内にあることが意図される。さらにまた、代替的な材料、構造、構成、方法、デバイス、ソフトウェア、ハードウェア、制御ロジック等、本発明の種々の態様及び特徴に関する種々の代替的な実施形態が本明細書で説明され得るが、このような説明は、現在既知であるか将来開発されるものであるかに関係なく、利用可能な代替的な実施形態の完全な又は網羅的なリストであることを意図するものではない。当業者であれば、本発明の範囲内で、本発明の態様、概念、又は特徴の１つ又は複数をさらなる実施形態に容易に取り入れることができ、このような実施形態が本明細書で明確に開示されていないとしてもそれを行うことができる。さらに、本発明のいくつかの特徴、概念、又は態様が好ましい構成又は方法として本明細書で説明されている場合があっても、このような説明は、そのように明記されない限り、このような特徴が必要とされるか又は必須であることを示唆することを意図するものではない。さらにまた、本発明の理解に役立つように、例示的又は代表的な値及び範囲が含まれている場合があるが、このような値及び範囲は、限定を意味するものと解釈すべきではなく、そのように明記されている場合のみ臨界値又は臨界範囲であることが意図される。

図１を参照すると、材料塗布システムの供給源１０が図示されており、材料切り替え器機能部１２及びポンプ機能部１４を含む。材料切り替え器機能部１２は、１つの材料供給源と別の材料供給源との間で最高Ｎ個の供給源の変更を行うために用いることができる。例えば、材料切り替え器を用いて、材料の色又はタイプを替えることができる。図１は、供給動作モード中及びパージ動作モード中の材料及び空気の関係流れも概略的に示す。供給動作モードとは、材料がＮ個の供給源のうち選択された１つからポンプに給送されて、例えばスプレーガン又はホッパ等の別の容器等の、ユーザー機能部に送られていることを意味する。パージ動作モードとは、色切り替え又は他の材料切り替え作業、洗浄作業、又は保守作業の一部として、新たに選択された材料を用いることができる前に材料流路から前の材料を洗浄又はパージする必要があることを意味する。

図１の流れ矢印からすぐに明らかであるように、材料は第１の方向に流れ、パージ空気は第１の方向とは逆の第２の方向に流れることが好ましく、これは本明細書でより詳細に後述する。オプションの第２のパージ機能が、材料流れ方向と同じ方向に切り替え器をパージするのに利用可能である。

ポンプ機能部１４は、例えば、粉体入口１８及び粉体出口２０を有するポンプ１６を用いて実現され得る。粉体出口２０は、例えばスプレーガンホース２２等の塗装ホースによって、例えばスプレーガン、ホッパ等の別の塗布用装置又は用途２４に接続することができる。ポンプ１６は、例えば、濃厚相ポンプ又は他の適当なポンプ設計であり得る。本発明とともに用いるのに適しているが限定的であることは意図されないポンプの例は、以下の特許公開公報及び特許出願、すなわち「PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE CONVEYANCE OF POWDERED MATERIAL」として２００４年７月１６日に出願され、２００５年５月５日に公開番号ＵＳ２００５／００９５０７１として公開された米国特許出願番号第１０／５０１，６９３号、及び「DENSE PHASE PUMP FOR DRY PARTICULATE MATERIAL」として２００５年９月１７日に出願された係属中の米国特許出願番号第１０／７１１，４２９号に記載されており、これら両方の開示全体は、これらの参照により本明細書に完全に組み込まれる。ポンプ設計の特定の詳細は、既知であり、本発明を十分に理解するのに必要ではないため、本明細書中では繰り返さない。ポンプ１６には通常、ポンプ制御機能部２６が関連付けられ、これは、ポンプ圧力室３２への正圧空気２８及び負圧空気３０の交互の付与を制御して、負圧下で入口１８を通してポンプ室３２ａ内に粉体を吸い込み、正圧下でポンプ室からポンプ出口２０に粉体を押し出す。例えば、多孔質円筒管３２ｂを用いてポンプ室３２ａが形成され得るため、正圧及び負圧を圧力室３２からポンプ室３２ａに交互に加えることができる。本発明の好ましいが必須ではない態様では、ポンプ１６は、本明細書中でソフトパージと呼ぶ低流量で、又は本明細書中でハードパージ又はシステムパージと呼ぶ高圧で、ポンプ室内に正圧空気を加える、パージ機能部３４を含む。パージ機能部３４は、ポンプ制御部２６からの搬送空気も用いて、例えば、多孔質圧力室壁を通したソフトパージを行う。搬送空気は、正圧下で多孔質圧力室壁を通してポンプ室から粉体を送り出すのに用いられる空気である。しかしながら、選択されるポンプ設計に関係なく、ポンプ１６が何らかの方法でパージ空気を供給することが好ましく、又は代替的に、別の源３６（仮想線で示す）がシステム内に、パージ空気が切り替え器機能部１２に向かって又は場合によっては塗布用装置２４に向かって流れることができるパージ空気機能を提供する。例示的な実施形態では、パージ機能部３４からのパージ空気は、空気弁の制御等によって、ポンプ室３２ａを通って入口１８及び出口２０に流れる。パージ空気は、多孔管３２ｂを通ってポンプ室３２ａに流れることで多孔管の洗浄を助けることもできる。

ポンプ制御機能部２６は、例えば、正圧及び負圧をポンプ室３２に交互に加える空気弁、及びパージ機能用の正の空気圧の付与を制御する空気弁の使用を含む、多くの方法で実現することができる。制御機能部２６はさらに、例えば、入口１８及び出口２０を介してポンプ室３２に出入りする粉体（及びパージ空気）の流れを制御する空気圧ピンチ弁（図示せず）等の付加的な弁の使用を含み得る。多くの多様な制御回路を用いて、種々の空気圧弁及び粉体流弁の動作を制御することができる。

上述し、図１及び本明細書中の他の図面に概略的に示す例示的なポンプ１６は、上記の参照により本明細書に組み込まれた「DENSE PHASE PUMP FOR DRY PARTICULATE MATERIAL」として２００５年９月１７日に出願された係属中の米国特許出願番号第１０／７１１，４２９号に詳細に記載されているが、上記の説明は、このようなポンプ設計又は他のポンプ設計を有する本発明を理解及び実施するのに十分である。したがって、ポンプ機能部１６は、切り替え器機能部１２に逆流する正のパージ空気機能と、ポンプ入口１８において粉体を切り替え器機能部１２からポンプに引き込む吸引機能とを提供することが好ましいが、必ずしも提供するとは限らない。なお、図１から、図１における実施形態では、切り替え器機能部１２に対するパージ流方向は材料流方向とは逆であるが、塗布用装置２４に対するパージ流方向は材料流方向と同じ方向である。

材料切り替え器機能部１２は、例えば色切り替え器として機能する材料切り替え器デバイス４０を含む。切り替え器４０は、本明細書中で後述するように、切り替え器４０と一体化するか又はこれに関連付けることができるいくつかの付加的な機能部及び構成要素を必要に応じて含むことができる。切り替え器４０は、例えば超高分子量ポリエチレン等の低衝撃融着材料又は他の適当な材料でできているマニホルド型の本体であることが好ましいが、必ずしもそうとは限らない。代替的に、切り替え器本体４０は、粉体流路が適当な低衝撃融着材料でコーティングされた、任意の適当な強度の材料でできていてもよい。

切り替え器４０は、内部に共通の給送通路４２を含む。この給送通路４２は、切り替え器内の主粉体流路を形成し、Ｎ個の供給源のうちいずれの供給源からいずれの材料が選択されようと、ポンプ機能部１４に流れる際にそこを通ることを意味する、共通の流れ通路である。したがって、切り替え器４０はさらに、Ｎ個の入口４４_１〜４４_Ｎを含む。各入口４４は、Ｎ種類の色又は他の材料特性等の粉体コーティング材料（図１には図示せず）の供給源にそれぞれ接続可能である。入口制御弁（図１には図示せず）を用いて、特定の用途に用いられる入口及び材料が選択される。切り替え器制御機能部４６を用いて、Ｎ個の入口制御弁の動作及び選択が制御される。本明細書中の例示的な実施形態では、入口制御弁は空気圧弁であるため、制御機能部４６は、Ｎ個の各空気ホース４８を介した入口弁への空気圧４９の付与を制御する多くの方法の１つで実現することができる。本明細書中の例示的な実施形態では、入口弁は、正圧を加えることによって閉じられ、正圧を開放することによって開かれる。

材料切り替え器４０はさらに、パージ出口５０を含み得る。パージ出口５０は、例えば放出弁等の制御機能部５２によって制御することができる。放出弁を用いて、例えば、パージされた粉体流を廃棄物／放出物容器５４に流すか、あるいは、例えばスプレーブース５６に戻すかを制御することができる。必要に応じて２つ以上の放出弁を用いてもよい。パージ出口放出弁は、切り替え器４０とは別個に設けてもよく、又は切り替え器４０と一体化してもよい。パージ出口放出弁を別個の構成要素とすることにより、切り替え器は、別の切り替え器に直接デイジーチェーン接続することができる対称ユニットとすることができる。

材料切り替え器４０は、パージモード又は供給モードで動作する。供給モード中、入口４４の１つが開かれると（関連の入口弁に空気圧は加えられない）、材料が入口通路１８０（図５）からポート１９２（図５）、共通の給送通路４２、そして切り替え器出口５８（図１）へと流れることが可能になり、切り替え器出口５８は給送ホース又は管６０（図１）を介してポンプ入口１８（図１）に接続されている。他の（Ｎ−１）個の入口は全て（正の空気圧４９を入口弁に加えることにより）閉じられているが、用途によっては、同じタイプの材料を例えば高流量で同時に切り替え器に供給する２つ以上の入口を有することが有用であり得る。供給モード中、放出弁５２は切り替え器パージ出口５０を閉じたまま保つ。したがって、材料は、ポンプ入口１８において生じる吸引により、共通の通路４２に沿ってポンプ機能部１４まで第１の方向に流れる。

例示的なパージ又は色切り替え方法に関して本明細書中でより詳細に後述するパージモード中、圧縮パージ空気が出口５８を介して切り替え器４０に、ポンプ機能部への材料の流れ方向とは逆の方向に流入する。パージは、種々のステップ及び種々の圧力で行われ得るが、基本的ではあるがオプションのステップのうち２つは以下の通りである。放出弁を開いてパージ出口５０からの流出を可能にしたまま、入口弁の全てが閉じられることにより、パージ空気が切り替え器出口５８（パージモード中はパージ空気入口として機能する）からパージ出口５０に流れて共通の給送通路４２を洗浄する、直線状の貫通路ができる。第２のオプションは、パージ出口５０を閉鎖する放出弁５２を閉じることである。最後に用いられた入口弁を開いて他の入口弁を全て閉じたまま、パージ空気が切り替え器出口５８から共通の給送通路４２に流入して、最後に用いられた入口を通って関連の材料供給源まで流れることで、供給源から共通の給送通路４２まで、特に入口通路（本明細書中で後述する）を共通の給送通路４２につなげるポートまで、入口粉体流路をパージする。入口のパージは、粉体が入口弁に溜まる可能性を減らすために、噴霧作業後に入口弁を閉じる前に行われ得る。入口がパージされた後、続いて共通の給送通路４２の全体をパージ出口５０からパージすることができる。

図１Ａに関して本明細書中で後述するオプションのパージ機能部では、パージ空気が切り替え器４０を通って切り替え器自体に組み込まれ得る１つ又は複数の放出弁から流出する、順方向パージ機能が用いられ得る。一実施形態では、材料入口の１つ又は複数が、パージ出口５０付近のパージ出口端等の切り替え器の一端においてパージ空気入口として代用され、１つ又は複数の材料入口が、例えば出口室５８付近の出口端等の切り替え器の反対端において放出弁として代用される。

切り替え器４０へのバックパージを行うのに加えて、ポンプ機能部１４は、塗布用装置２４に向けて順方向にパージ空気を供給することができる。したがって、本明細書中の例示的な実施形態では、供給ホッパから供給ホース及び供給ポートを通して共通の給送通路４２、切り替え器４０、給送ホース６０、ポンプ入口１８、ポンプ室３２ａ、及びポンプ出口２０を通してアプリケータホース２２及び塗布用装置２４に至るまで、全粉体流路を、完全な材料塗布システムでパージすることができる。

この時点で、所与のポンプで用いられる異なる色又は材料タイプの数に応じて、第１の切り替え器の切り替え器出口を好ましくは短いホース又は管で第２の切り替え器のパージポートに単に接続させることによって、２つ以上の材料切り替え器４０を互いにデイジーチェーン接続することができることに留意されたい。

図２を参照して、本発明の種々の態様を用いた完全な２ガン粉体コーティング材料塗布システム１００のより詳細な概略図を示す。図１の実施形態と共通の要素には同じ参照符号が付されている。ポンプ及び材料切り替え器の基本的な動作は、図１の実施形態と同じである。

図２のシステム１００は、２つのアプリケータ１０２、１０４（ラベル付きガン１及びガン２であり、システム１００の関連のポンプ及び切り替え器も１及び２で示される）を含み、これらは、手動又は自動スプレーガン、又はこれら両方の形態で実現することができ、必要に応じて静電式又は非静電式とすることができる。２つのガンしか図示されていないが、本発明はより多数のガンとともに用いてもよく、本発明の利点の１つは、多数のアプリケータ及び色に対して粉体及び色切り替え作業を行うことができることである。備考として、２つのガンに対して色切り替え器を用いることで、作業者がガンの一方で噴霧を行いながら、他方のガンをパージ又は次の色に変更することができるため、色切り替えのダウンタイムが最短になる。

システム１００はさらに、適当なブース制御部１０８を備えたスプレーブース１０６を含み、このブース制御部１０８は、粉体過剰スプレー回収システム１１０を制御するとともに、例えばブース１０６に部品を搬入及び搬出するためのオーバーヘッドコンベヤ（図示せず）を制御するのに用いられ得る。過剰スプレー回収システム１００は、サイクロン回収、フィルタカートリッジ回収等を含む、任意の好都合な設計から成り得る。回収システム１１０は、回収された粉体を廃棄するように又は材料供給源１１２に戻すように移送することができる。

複数のＮ個の材料供給源１１２が用いられ、例えばＮ種類の色又は他の材料特性を表すことができる。供給源１１２は、既知の例をいくつか挙げると、例えば単純な箱又は給送ホッパであり得る。各供給源１１２は、第１の材料切り替え器４０_１に通じる第１の供給ホース１１４ａと、第２の材料切り替え器４０_２に通じる第２の供給ホース１１４ｂとを含む。第１の色切り替え器４０_１は、第１のポンプ１６_１の入口１８に接続される切り替え器出口５８を有し、第２の色切り替え器４０_２は、第２のポンプ１６_２の入口１８に接続される切り替え器出口５８を有する。各切り替え器４０が本明細書中で上述したような各自の切り替え器制御機能部４６を有することができ、各ポンプが本明細書中で上述したような各自のポンプ制御機能部２６を有することができるが、システム１００の制御機能部のいずれか又は全てを１つの制御システムに統合してもよい。切り替え器４０は、必ずしもそうとは限らないが好ましくは短い長さのホース６０を介して、それぞれのポンプ１６に接続され、その長さは、吸引損失を最小にするとともにパージを必要とするホース体積を最小にするために数インチもの短さである。各切り替え器４０は、例えば関連の放出弁（図１）を介して共通の廃物容器１１６を共有し得るパージ出口５０も有する。

例示的な作業では、各ガン１０２、１０４がどの供給源１１２を用いるかを、作業者が切り替え器制御部を介して選択する。各切り替え器４０は、一度に１つの入口をそれぞれの共通の給送通路に接続するため、その関連のポンプ１６は、粉体を選択された供給源１１２から関連のポンプ入口１８に吸い込み、ポンプ出口２０からガンホース２１を通して関連のスプレーガン１０２、１０４に入れる。各ポンプ１６はまた、圧縮パージ空気を生成してその関連の切り替え器４０及びその関連のガン１０２、１０４に戻すことで、本明細書中で上述したようにパージを行う。

図３及び図４を参照すると、粉体コーティング材料切り替え器４０が示されている。切り替え器４０は、低衝撃融着材料、例えばＵＨＭＷポリエチレン又はＴＥＦＬＯＮ（商標）で例えばできていてもよい本体１５０を含む。本体１５０は、切り替え器４０の長手方向軸線Ｘ（参照のためにのみ設ける）の両側に沿って複数の個別の入口弁室１５４が形成された第１の表面１５２を有する。各弁室１５４は、天然ゴム等でできている弾性のカップ形弁要素又は部材１５６を受け入れる。弁要素１５６は、それぞれの弁室１５４の奥まで完全に延びることができるが、これは全ての場合に必要なわけではない。各弁室１５４は、フランジ受け凹部又は座ぐり１５８を有し得る。第１の表面１５２には複数のボルト穴１６０も設けられる。弁要素又は部材１５６は、空気圧で膨張させられると粉体流を遮断し、空気圧が除去されると自然な寸法及び形状に緩め戻すことによって粉体流を流す、弾性の膨張可能な空気袋として機能する。

各弁要素１５６は、その一端に、関連の弁室１５４に対する耐圧シールを形成するリップ又はフランジ１６２を含む。フランジ１６２は、凹部１５８よりも便宜上いくらか小さな寸法であるため、フランジ１６２は、圧縮板１６４が本体１５０にボルト締めされると密封シールを形成するように締め付けられて拡張することができる。各弁要素１５６内には、空気圧通路１５７も形成される。空気圧通路１５７は、弁要素１５４の全長に延びないことが好ましいが、必ずしもそうとは限らず、代替的には全長に延びてもよく、その場合、第２のフランジが弁要素の反対端に設けられる（図示せず）とともに第２の圧縮板（図示せず）が本体の第１の表面１５２とは反対側で用いられて、圧力室１５４に対する密封シールを形成する。

各弁要素１５６は、空気圧通路１５７の上に配置される関連の多孔質フィルタ円盤状部材１７２も有する。この円盤状部材は、加圧空気が圧力通路１５７に入ることを可能にするが、弁要素１５４の破損又は漏れが生じた場合に粉体の逆流を防止する。円盤状部材１７２は、圧縮板１６４の下面とフランジ１６２の上面との間に挟まれる（図５を参照）。

圧縮板１６４は、複数のエア接続穴１６６と、複数のボルト穴１６８とを含む。板のボルト穴１６８は、本体１５０のボルト穴１６０と位置が揃う。ボルト１７０を用いて、圧縮板１６４が本体１５０に取り付けられる。エア接続穴１６６はそれぞれ、切り替え器制御部４６（図１）等の加圧空気源４９につながるエア接続具１７４（図５）を保持する。

エア接続穴１６６は、弁室１５４、円盤状部材１７２、及び圧力通路１５７と同軸上に揃うため、加圧空気が圧力通路１５７に入ると入口弁を閉じ、圧力が加えられないときは入口弁が開かれる。

複数の粉体入口通路１８０が、本体１５０の両側面に形成される。各粉体入口通路１８０は、材料供給源からの供給ホース１１４（図２）を粉体入口通路１８０に接続するのに用いられるそれぞれのホース接続具１８２を保持する。各粉体入口通路１８０は、軸線Ｘに沿って形成される中央の共通の通路４２まで延びる。したがって、粉体入口通路１８０は、弁室１５４を横切って形成されて弁室と交わる（図５を参照）。このように、弁要素１５６を用いて、入口通路１８０から共通の流れ通路４２への粉体流が開閉される。なお、共通の流れ通路４２は、切り替え器出口５８及びパージ出口５０を有する。各出口は、ポンプ給送ホース６０（図１）及びパージホースを保持するためにホース接続具１８４、１８６を有し得る。なお、放出弁５２（図１）は、切り替え器４０とは別個に設けられてもよく（図４に示すように）、又は本体１５０に組み込まれてもよい。

図５及び図６を参照すると、各入口通路１８０は、弁室１５４まで延びてから、共通の給送通路４２を画成する壁１９２に形成される供給ポート１９０まで延びる。弁室１５４の中央領域１９４では、弁室１５４は弁部材１５６の直径よりも広くなっている。この広がりは、図５に示すようにテーパであり得る。この拡大体積は、圧縮空気が圧力通路１５７に給送されると空気袋又は弁部材１５６の中央部分が膨張する、すなわち膨らむ空間を提供する。この制御された膨らみは、膨張して供給ポート１９０内に入ってポートを閉じる小さな瘤又は突起１５６ａを形成させる。突起の量又は瘤の寸法は、共通の給送通路４２にデッドスポットができるのを防止するように最小にされるが、ごく一部は通路４２内に延びて入口通路の凹部又は溜まり領域を防止することができる。このように、弁部材１５６、特に突起１５６ａは、壁１９２のポート１９０に近接ボアライン・シールを提供する。供給ポート１９２と壁１９０との間のギャップＧは、弁部材１５６に過剰な応力が加わることなく弁部材が共通の給送通路４２内に部分的に膨張するように最小に保たれ得る。加工公差は、ギャップＧが実際には存在しないようにされ得る。或る程度のギャップＧを与えることにより、弁要素１５６にはそれをシールする均一な弁座が設けられるが、場合によっては、ギャップＧを含む必要がない場合がある。

空気圧が空気通路１５７から除去されると、弾性の弁部材１５６は図５に示す自然な形態に緩む。これにより、供給ポート１９２が開かれるため、ポンプによって発生される吸引の下で粉体が入口通路１８０から弁部材１５６の周りを通って共通の給送通路４２内に流れることができる。

図４及び図５から、弁部材１５６の各フランジ１６２が平坦部１６２ａを含むことに留意されたい。この平坦部により、共通の給送通路４２に対する弁部材の間隔を近付けて、実質的なフランジ１６２に依然として弁室１５４をシールさせたままいかなるデッドスペースも最小にすることができる。

図１Ａを参照すると、代替的又は付加的な構成において、切り替え器４０は、入口４４（図１）の１つ又は複数がパージ入口として用いられ、入口４４（図１）の１つ又は複数が放出弁として用いられるように構成され得るため、切り替え器４０は、共通の給送通路を通る材料流の方向と同じ方向にパージすることもできる。図１Ａの例では、２つのパージ入口が、切り替え器の一端、必ずしもそうとは限らないが好ましくはパージ出口５０側の端に設けられ、２つのパージ又は放出出口が、出口５８側の端等の室の他端に設けられる。このように、正の空気圧をパージ入口に加えることができ、これは切り替え器の共通の給送通路を通って出口５８側の端に向かって流れて放出出口から出る。順方向パージは、噴霧作業の完了後に切り替え器及び粉体流路から或る程度の粉体を除去するための初期パージシーケンスの一部として用いられ得る。切り替え器のこの順方向パージ機能は、逆方向パージ機能のみを用いるのに加えて全体的な粉体除去を改善することができる。切り替え器４０に組み込まれるパージ入口及び放出出口は、弁要素１５６のような同じ膨張可能な空気袋を用いて、関連の流れ通路を開閉することができる。

図７を参照すると、代替的な一実施形態では、剛性の支持部材２００を弁部材の空気通路１５７に挿入してもよい。このオプションの特徴は、限定はされないが特に、図１Ａのパージ弁入口及び放出弁出口に有用である。それは、弁が開かれて加圧パージ空気を共通の給送通路４２に流入させると、パージ空気流は弾性の空気袋弁要素１５６の周りを通らなければならないからである。流速が十分に速い場合、弁要素１５６は潰れるかもしれない。支持部材２００を用いて、パージ中に生じるような外部圧力に対して弁部材１５６が支持される。この実施形態では、支持部材２００は、弁部材１５６の空気通路１５７の外形にほぼ一致するカップ状である。代替的に、例えば、支持部材２００は単に、空気通路１５７に挿入されて空気を通す複数の穴を有する１本の空気管であってもよい。支持部材は、円盤状部材１７２と同じ材料等の多孔質材料（例えば焼結ポリエチレン）でできていてもよく、又は複数の穴２０２が穿孔されてもよいため、加圧空気が支持部材２００を通過すると弁部材を膨張させてその関連の供給ポート１９２を閉じるが、パージ空気がパージ入口に加えられたときに弁部材１５６が潰れるのが防止される。

図８は、別の代替的な実施形態を示す。この場合、共通の給送通路４２は、弁室１５４の下に形成される。弁室の下壁は、共通の給送通路４２を画成する壁１９０に形成される供給ポート１９２を含む。この場合も、本明細書中で上述したように、わずかなギャップが設けられ得る。この実施形態では、圧縮空気が弁部材１５６の空気通路１５７に導入されると、弁部材は長手方向に膨張し、この場合もわずかな膨らみが共通の給送通路４２内に突出して供給ポート１９０をシールする。なお、粉体入口通路１８０も下方に形成され、弁部材１５６が非膨張状態にあるときに弁部材の下端の下で弁室１５４に通じるように開く。この構成は、入口通路１８０から共通の給送通路４２への粉体が弁部材１５６の周りを流れる必要のない、遮られない流路を提供する。

本発明の別の態様によれば、本発明による色切り替え器機能と逆方向パージ機能との組み合わせは、供給源からスプレーガン等のアプリケータの出口ノズルまでの、材料塗布システム全体の全粉体流路で行われ得る色切り替え手順を容易にする。システムレベルの観点から（例えば図２）、粉体流路は、供給ホース１１４、色切り替え器４０、給送ホース６０、ポンプ入口、ポンプ室３２ａ及びポンプ出口、ガンホース２１、及びスプレーガン１０２の流路（入口からガンのノズル出口すなわちスプレーオリフィスまで）を含む。

システム１００がガン１（１０２）によって第１の材料又は色を噴霧するのに用いられていると仮定する。第２の材料又はガンに切り替えるためには、以下の例示的な材料切り替えプロセスが用いられ得るが、ステップの正確な順序又はステップ数の増減は、必要に応じて特定の用途に適応させることができる。スプレーガンが停止又は他の方法で使用不可能にされた後、色切り替え器４０_１の最後に用いられたものを除く入口弁の全てが（正の空気圧をそれぞれの空気通路に加えることによって）閉じられる。１つ又は複数の放出弁５２（図１）が（図１Ａのオプションの放出弁の実施形態が用いられる場合はこれも同様に）開かれ、ポンプ１６が全開流量設定で作動され得るが、これは、ポンプが色切り替え器を通して最大の空気流を引き込んで、前の噴霧作業から粉体流路に残っている粉体のほとんどを除去していることを意味する。切り替え器及びポンプ内の空気流は、サイフォンパージとしての役割を果たすとともに、スプレーガンに押し進められることによって粉体流路の初期パージを行う。最後に用いられた入口弁は、このサイフォンパージ中は開いたままであり得るが、新たな粉体が供給源から切り替え器に入ることはない。

サイフォンパージの完了後、（例えば、約１秒の期間）放出弁５２が開かれてソフトパージが行われ得る（ガンは使用不可能なままであり、最後に用いられた入口弁が開いたままであることを除いて切り替え器入口弁は全て閉じたままである）。ポンプ室３２ａから粉体を送り出すのに通常用いられる、例えば約２．５ＳＣＦＭの正の空気圧２８が、多孔管３２ｂを抜けてガン１０２及び切り替え器４０の両方に流れ、パージ出口５０及び開いたままの最後に用いられた入口から出る。代替的に、ガンは、例えば約４ＳＣＦＭで個別にパージしてもよい。

最後に用いられた供給入口から供給源に逆流するソフトパージは、入口弁を閉じる前に入口弁から、特に供給ポート１９２において、いかなる粉体も除去するのに役立つ。このソフトパージは、約３秒間であり得る。次に、放出弁５２が閉じられて、ソフトパージが約１秒間だけガンにおいて行われ得る。これは、ポンプ入口の粉体流制御弁（図示せず）を遮断することによっても行うことができる。

ソフトパージの完了後、ポンプ室３２ａに直接入ってこれを通過し、ポンプ入口１８から出て色切り替え器４０に入り、色切り替え器パージ出口５０から出るパージ空気３４を用いることによって、ハードパージが行われ得る（ガンは使用不可能なままであり、全ての切り替え器入口弁は閉じている）。このパージは、例えばシステム圧力で、例えば約５８６ｋＰａ（約８５ｐｓｉ）で行われ得る。この初期ハードパージを切り替え器に対して行うことができるのは、ポンプ出口制御弁（図示せず）を閉じることによってガン１０２が隔離されている場合のみである。この初期ハードパージは、例えば約４〜５秒間続き得る。ハードパージ、さらには全てのパージは、パルス状空気、連続流、又はパルス状と連続との組み合わせによって任意に行うことができる。ハードパージ中、パージ空気は多孔管を抜けて加え続けることができる。

室内の初期ハードパージ後、ガン１０２のハードパージが行われ得る（ガンは使用不可能なままである）。このガンのハードパージは、ポンプ入口１８の粉体流制御弁を閉じることによって切り替え器４０が隔離されている場合に行うことができる。

システムがパージされた後、次に用いられる色又は材料のための次に選択された入口弁が開かれ、できる限り早くガンからの新たな粉体の送り出しを開始するためにポンプが再び最大流に設定され、その後、ガンが使用可能になって通常の噴霧作業を行うことができる。

本発明の重要な一態様は、色切り替え器内を両方向に任意にパージできるとともに、場合によっては入口弁から供給源へバックパージを行うことができることである。ソフトパージ動作及びハードパージ動作を含め、供給源からガンノズルに至るまでの全粉体流路のパージを行うこともできる。ガン及び色切り替え器の初期ソフトパージは、用途によっては有用であるため、流路内に多量の粉体がある場合、ハードパージによってシステムに衝突する前にこの粉体を軽く除去することができる。最初からハードパージを用いると、例えば特にガンノズルにおいて衝撃融着を引き起こす場合がある。

パージ動作、さらには切り替え器、ポンプ、ガン、ブース、及び回収システムの動作に関する制御機能の全ては、種々の空気弁及び流量制御弁等の作動及びタイミングを制御して、全自動のパージ及び色切り替え作業を可能にするために、当業者には既知であるようなプログラム可能な又は他の適当な電子制御システム又は空気圧制御システムで実施することができる。

本発明を、例示的な実施形態を参照して説明してきた。本明細書及び図面を読んで理解すれば、本発明者ら以外でも変更及び変形を思いつくであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等物内にある限り、このような変更及び変形全てを含むことが意図される。

材料切り替え器及びポンプを用いる粉体コーティング材料塗布システムの供給源の概略図である。 本発明による色切り替え器の代替的な構成の平面又は上面図である。 本発明を用いる２ガン粉体コーティング材料塗布システムの詳細な概略図である。 材料切り替え器の等角図である。 図３の材料切り替え器の分解斜視図である。 入口弁を開位置で示す、図３の線５−５に沿った図３の切り替え器の断面図である。 図５の囲み領域の、但し入口弁を閉位置で示す拡大図である。 図３の切り替え器の入口弁の第２の実施形態を示す図である。 図３の切り替え器の入口弁の第３の実施形態を示す図である。

Claims (34)

1. 粉体コーティング材料システムであって、
   アプリケータと、
   第１の材料供給源及び第２の材料供給源と、
   前記第１の材料供給源及び前記第２の材料供給源のうち選択された一方から前記アプリケータに材料を搬送するポンプと、
   前記第１の材料供給源に接続される第１の入口及び前記第２の材料供給源に接続される第２の入口を有し、且つ該第１の入口及び該第２の入口それぞれと選択的に流れ連通する共通の給送通路を有する、材料切り替え器であって、該共通の給送通路は、前記ポンプに接続される切り替え器出口を有し、前記入口はそれぞれ、前記共通の給送通路の壁に形成されるそれぞれのポート、前記第１の入口に関連する第１の弁、及び前記第２の入口に関連する第２の弁を介して前記共通の給送通路につながり、前記弁はそれぞれ、前記ポートを遮断することによって、その関連する入口と前記共通の給送通路との間の流れを阻止するように動作可能である、材料切り替え器と
   を備える粉体コーティング材料システム。
2. 前記ポートはそれぞれ、遮断されると、前記入口と前記共通の給送通路との間に最小のデッドスペースを提供する請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
3. 前記弁はそれぞれ、前記ポートにおいて近接ボアライン・シールを形成する弁部材を備える、請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
4. 前記弁はそれぞれ空気圧式に作動される請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
5. 空気圧が前記弁に供給されて前記ポートを遮断する請求項４に記載の粉体コーティング材料システム。
6. 前記弁はそれぞれ、空気圧に応じて膨張して前記ポートを遮断する弾性の弁部材を備えている請求項５に記載の粉体コーティング材料システム。
7. 前記ポンプは、選択された供給源から前記切り替え器を通して該ポンプ内に材料を引き込む負の空気圧と、該ポンプから前記アプリケータに材料を押し出す正の空気圧とを供給する請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
8. 前記共通の給送通路は、前記切り替え器出口にある第１の端部とパージ出口を有する第２の端部とを有する請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
9. 前記パージ出口は、該パージ出口を開閉する関連の弁を有する請求項８に記載の粉体コーティング材料システム。
10. 前記パージ出口に接続される一端部と材料収集器に接続可能な第２の端部とを有するパージ出口ホースを備える請求項９に記載の粉体コーティング材料システム。
11. 前記材料収集器はスプレーブースである請求項１０に記載の粉体コーティング材料システム。
12. 前記ポンプは、前記パージ弁が開かれると前記共通の給送通路を流れて前記パージ出口から出る正の空気圧を、前記共通の給送通路の前記第１の端部に加える請求項９に記載の粉体コーティング材料システム。
13. 前記ポンプは、前記パージ弁が閉じられて選択された入口弁が開かれると前記共通の給送通路を流れて選択された入口から出て選択された供給源に入る正の空気圧を、前記共通の給送通路の前記第１の端部に加える請求項１２に記載の粉体コーティング材料システム。
14. 前記ポンプは、前記選択された供給源から前記共通の給送通路を通して第１の方向に材料を吸い込み、該共通の給送通路を該第１の方向とは逆の方向に流れる圧縮空気を加える請求項１に記載の粉体コーティング材料システム。
15. 前記圧縮空気は、前記共通の給送通路又は選択された入口に関連するパージ出口を選択的に通って流れる請求項１４に記載の粉体コーティング材料システム。
16. 粉体コーティング材料供給源であって、
    第１の粉体コーティング材料供給源及び第２の粉体コーティング材料供給源と、
    入口を有し、該入口において負圧を発生させるように動作可能であり、且つ前記第１の粉体コーティング材料供給源及び前記第２の粉体コーティング材料供給源のうち選択された一方からポンプ出口に粉体コーティング材料を搬送するように動作可能である、ポンプと、
    前記第１の粉体コーティング材料供給源に接続される第１の供給源入口と、前記第２の粉体コーティング材料供給源に接続される第２の供給源入口とを有し、該第１の供給源入口及び該第２の供給源入口それぞれと選択的に流れ連通する共通の給送通路を有する色切り替え器であって、該共通の給送通路は、ホースによって前記ポンプ入口に接続される色切り替え器出口を有し、前記供給源入口はそれぞれ、前記共通の給送通路の壁に形成されるそれぞれのポート、前記第１の供給源入口に関連する第１の弁、及び前記第２の供給源入口に関連する第２の弁を介して前記共通の給送通路につながり、前記弁はそれぞれ、前記ポートを遮断することによって、その関連する供給源入口と前記共通の給送通路との間の流れを阻止するように動作可能である色切り替え器と
    を備える粉体コーティング材料供給源。
17. 前記ポンプは、前記色切り替え器出口から該ポンプ内に粉体コーティング材料を吸い込み、圧縮空気を加えて粉体コーティング材料を前記ポンプ出口に押し出す請求項１６に記載の粉体コーティング材料供給源。
18. 前記ポンプは、濃厚相の粉体コーティング材料で動作する請求項１７に記載の粉体コーティング材料供給源。
19. 前記供給源は、供給モード及びパージモードで動作し、前記ポンプは、前記供給モード中に前記第１の粉体コーティング材料供給源及び前記第２の粉体コーティング材料源のうち選択された一方から前記共通の給送通路を通して空気及び粉体コーティング材料を吸い込み、前記パージモード中に前記共通の給送通路に圧縮空気を加える請求項１６に記載の粉体コーティング材料供給源。
20. 供給モードの動作中に、空気が前記共通の給送通路を第１の方向に流れ、パージモードの動作中に、空気が前記共通の給送通路を第１の方向とは逆の第２の方向に流れる請求項１６に記載の粉体コーティング材料供給源。
21. 粉体コーティング材料の色切り替え器であって、
    第１の供給源入口及び第２の供給源入口を有する本体であって、共通の給送通路が、該第１の供給源入口及び該第２の供給源入口それぞれと選択的に流れ連通し、且つ供給モードの動作及びパージモードの動作でそれぞれ正の空気圧源及び負の空気圧源に接続可能な色切り替え器出口を有し、前記供給源入口はそれぞれ、前記共通の給送通路の壁に形成されるそれぞれのポート、前記第１の供給源入口に関連する第１の弁、及び前記第２の供給源入口に関連する第２の弁を介して前記共通の給送通路につながり、前記弁はそれぞれ、前記ポートを遮断することによって、その関連する供給源入口と前記共通の給送通路との間の流れを阻止するように動作可能である本体
    を備える粉体コーティング材料の色切り替え器。
22. 前記弁はそれぞれ、空気圧によって膨張して該弁に関連する前記ポートを遮断する弾性体である請求項２１に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
23. 前記弁弾性体は、前記ポートにおいて近接ボアライン・シールを形成する請求項２２に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
24. 前記弾性体の一部は、前記ポートが閉じられると前記共通の給送通路内に突出する請求項２３に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
25. 前記弁は、圧縮空気が内部に加えられると膨張する弾性の中空体と、該中空体内で空気流速に対して該中空体を支持する剛性部材とを備える請求項２１に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
26. 前記剛性部材は多孔質である請求項２５に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
27. 前記弁はそれぞれ、それぞれのポートと入口との間で弁室に配置され、該弁室は、圧縮空気源に選択的に接続可能である請求項２１に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
28. 前記弁室はほぼ円筒形であり、前記ポートに隣接して大径部分を有する請求項２７に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
29. 空気が、供給モードの動作中には前記共通の給送通路を第１の方向に、パージモードの動作中には該第１の方向とは逆の第２の方向に流れる請求項２１に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
30. 前記共通の給送通路は第１の端部及び第２の端部を備え、該第１の端部はポンプに接続可能であり、該第２の端部は放出ホースに接続可能である請求項２１に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
31. 前記共通の給送通路の前記第２の端部を開閉する放出弁を備え、該放出弁は、パージモードの動作中に開かれ、供給モードの動作中に閉じられる請求項３０に記載の粉体コーティング材料の色切り替え器。
32. 粉体コーティング材料塗布システムにおいて材料を替える方法であって、
    第１の供給源から共通の通路の少なくとも一部を通して第１の方向に第１の粉体を吸い込むためにポンプから負圧を加えること、
    前記共通の通路から前記第１の方向とは逆の第２の方向に第１の粉体をパージするために正圧を用いること、及び
    それにより第２の供給源から前記共通の通路の少なくとも一部を通して前記第１の方向に第２の粉体を吸い込むために同じポンプから負圧を加えること
    を含む粉体コーティング材料塗布システムにおいて材料を切り替える方法。
33. マニホルドを通る粉体流れを制御する方法であって、
    流れ通路に沿って粉体を圧送すること、
    個別のそれぞれのポートを通して前記流れ通路内に第１の粉体及び第２の粉体を選択的に供給すること、
    正の空気圧を加えることで弾性部材を膨張させて、該弾性部材の一部を前記流れ通路内に突出させることによって、前記ポートそれぞれを選択的に遮断すること、及び
    前記空気圧を除去することによって前記ポートそれぞれを選択的に開くこと
    を含むマニホルドを通る粉体流れを制御する方法。
34. 色切り替え器であって、
    内部に形成される共通の給送通路と、該共通の給送通路を画成する壁に形成される第１のポート及び第２のポートと、膨張して前記第１のポートを遮断する第１の弾性部材及び膨張して前記第２のポートを遮断する第２の弾性部材とを有する本体
    を備える色切り替え器。

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