JP2010533585A

JP2010533585A - シェーピングエア及びベルカップの組み合わせ

Info

Publication number: JP2010533585A
Application number: JP2010517053A
Authority: JP
Inventors: エム．セイツ，デイビッド
Original assignee: イリノイトゥールワークスインコーポレイティド
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-10-28
Also published as: CN101795780A; WO2009012025A2; CA2688158A1; WO2009012025A3; US20090020626A1; EP2173493A2

Abstract

ベルカップと、該ベルカップをその回転軸を中心として回転させるモータを備える塗料塗布装置。モータはハウジングに収容される。ベルカップがモータによって回転される時に塗料をベルカップ内部に供給する導管を備える。塗料はベルカップの端部まで流れ、公知の方式でそこから噴霧される。ハウジングはベルカップ端部の周囲に形成される環状スロットを含む。圧縮空気は環状スロットに入ってベルカップの外部に第一気流を生成して方向づける。ハウジングの環状スロットよりも半径方向で外側に少なくとも１つの付加開口部が形成される。圧縮空気は少なくとも１つの付加開口部に入って第二気流を生成して方向づけ、第二気流と第一気流を合わせて空気帯を提供する。

Description

本発明は噴霧器に関する。液体或いは流動性粉体塗料などの流動性塗料を噴霧するための回転式噴霧器に関して開示しているが、他に適用しても有用である。

流動性塗料を噴霧及び塗布するための、さまざまな型の噴霧器が知られている。このような噴霧器は、例えば、米国特許第２８９０３８８号明細書、米国特許第２９６０２７３号明細書、米国特許第３３９３６６２号明細書、米国特許第３４０８９８５号明細書、米国特許第３５３６５１４号明細書、米国特許第３５７５３４４号明細書、米国特許第３６０８８２３号明細書、米国特許第３６９８６３６号明細書、米国特許第３８４３０５４号明細書、米国特許第３９１３５２３号明細書、米国特許第３９５２９５１号明細書、米国特許第３９６４６８３号明細書、米国特許第４０３７５６１号明細書、米国特許第４１１４５６４号明細書、米国特許第４１１４８１０号明細書、米国特許第４１３５６６７号明細書、米国特許第４１４３８１９号明細書、米国特許第４２１６９１５号明細書、米国特許第４２２８９６１号明細書、米国特許第４３８１０７９号明細書、米国特許第４４４７００８号明細書、米国特許第４４５０７８５号明細書、米国再発行特許発明第３１８６７号明細書、米国特許第４７６０９６５号明細書、米国特許第４７７１９４９号明細書、米国特許第４７８４３３１号明細書、米国特許第４７８８９３３号明細書、米国特許第４８０２６２５号明細書、米国特許第４８１１８９８号明細書、米国特許第４８５２８１０号明細書、米国特許第４８７２６１６号明細書、米国特許第４９４３００５号明細書、米国特許第４９５５９６０号明細書、米国特許第４９９７１３０号明細書、米国特許第５０８５３７３号明細書、米国特許第５３５３９９５号明細書、米国特許第５４３３３８７号明細書、米国特許第５５８２３４７号明細書、米国特許第５６２２５６３号明細書、米国特許第５６３３３０６号明細書、米国特許第５６６２２７８号明細書、米国特許第５６９７５５９号明細書、米国特許第５７２０４３６号明細書、米国特許第５８０３３７２号明細書、米国特許第５８５３１２６号明細書、米国特許第５８６２９８８号明細書、米国特許第５９５７３９５号明細書、米国特許第６００６９９９号明細書、米国特許第６０１２６５７号明細書、米国特許第６０４２０３０号明細書、米国特許第６０５３４２８号明細書、米国特許第６０７６７５１号明細書、米国特許第６２３０９９３号明細書、米国特許第６３２８２２４号明細書、米国特許第６６７６０４９号明細書、米国特許第６９９１１７８号明細書、米国特許出願公開第２００４／００６１００７号明細書、米国特許出願公開第２００５／００３５２２９号明細書、及び国際公開第０３／０３１０７５号パンフレット、に図示、記載される。また、米国特許第２７５９７６３号明細書、米国特許第２８７７１３７号明細書、米国特許第２９５５５６５号明細書、米国特許第２９９６０４２号明細書、米国特許第３５８９６０７号明細書、米国特許第３６１０５２８号明細書、米国特許第３６８４１７４号明細書、米国特許第４０６６０４１号明細書、米国特許第４１７１１００号明細書、米国特許第４２１４７０８号明細書、米国特許第４２１５８１８号明細書、米国特許第４３２３１９７号明細書、米国特許第４３５０３０４号明細書、米国特許第４４０２９９１号明細書、米国特許第４４２２５７７号明細書、米国再発行特許発明第３１５９０号明細書、米国特許第４５１８１１９号明細書、米国特許第４７２６５２１号明細書、米国特許第４７７９８０５号明細書、米国特許第４７８５９９５号明細書、米国特許第４８７９１３７号明細書、米国特許第４８９０１９０号明細書、米国特許第５０１１０８６号明細書、米国特許第５０５８８１２号明細書：米国特許第４８９６３８４号明細書、英国特許第１２０９６５３号明細書、特開昭６２−１４０６６０号公報、特開平１−３１５３６１号公報、特開平３−１６９３６１号公報、特開平３−２２１１６６号公報、特開平０８−０９９０５３号公報、特開平０８−１０８１０３号公報、特開平０８−１３１９０２号公報、特開平０８−１９６９４５号公報、特開平０８−１９６９４６号公報、特開平２０−０００５６４５号公報、特開昭６０−１５１５５４号公報、特開昭６０−９４１６６号公報、特開昭６３−１１６７７６、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１８０４５、特開昭５８−１２４５６０号公報、及び仏国特許発明第１２７４８１４号明細書等に図示、記載される装置もある。更に、「Aerobell（商標名） Powder Applicator ITW Automatic Division」、「Aerobell（商標名） & Aerobell Plus（商標名） Rotary Atomizer, DeVilbiss Ransburg Industrial Liquid Systems」及び「Wagner PEM-C3 Spare parts list」に図示、記載される装置もある。

本発明によれば、塗料塗布装置は、ベルカップ及びベルカップをその回転軸を中心として回転させるモータを有する。モータはハウジングに収容されている。ベルカップがモータによって回転される時に、塗料をベルカップ内部へ供給する導管を備える。塗料はベルカップの端部へ流れ込み、そこから噴霧される。ハウジングは、ベルカップ端部周囲に形成される環状スロットを含む。圧縮空気は環状スロットに入り、ベルカップの外側に第一気流を生成して、方向づける。ハウジングの環状スロットよりも半径方向で外側に延びる少なくとも１つの付加開口部が形成される。圧縮空気は、この少なくとも１つの付加開口部に入り、第二気流を生成して、方向づけ、第二気流と第一気流と合わせて空気帯を提供する。

図示例では、少なくとも１つの開口部は、第二環状スロットである。
別の図示例では、少なくとも１つの開口部は、環状孔列である。

本発明によって構成された装置の一部を破断して示す略示側面図である。図１に示した装置の正面斜視図である。図１に示した装置の他の例の正面斜視図である。図４ａ〜図４ｃは、本発明によって構成された装置の動作の詳細を示す。

本発明は、以下の詳細な説明及び発明を図示する添付図面を参照することによって、最も良く理解できる。

回転式噴霧器によって形成される噴霧パターンに関する典型的な問題の一つは、生成される粒子のサイズを、全範囲に亘って制御できないことにある。例えば、米国特許第４１４８９３２号明細書にあるように、粒子サイズ範囲を均一にするために、何年にもわたり、相当の努力がなされているが、サイズのばらつきは実際上不可避である。典型的には、より大きく重い粒子は、シェーピングエア法や静電気力の影響をあまり受けない。これらの粒子は、塗装すべき物品（以下、「対象物」とも称する）の上にはっきりと視覚的に観察できる噴霧パターンである、「ゴースト」パターンとも称されるものを、塗装中に、主噴霧パターンに隣接して形成する。

より小さく軽い粒子は、概してシェーピングエアや静電気力の影響を受けやすく、塗装すべき物品へより直接的に向かうように動く。より大きい粒子は、シェーピングエアや静電気力の影響を若干受けにくく、その結果、噴霧された後、ベルカップから、半径方向外方へ向かって動き続ける。このような、より重い粒子は、影響を受けにくいために、塗装すべき物品以外の場所に堆積する。塗装ブースの壁及び天井、塗装ロボット、ロボット・ハウジング、及び塗装用噴霧器の部品自体までもが、これらの噴霧粒子によって塗装されてしまう。シェーピングエアや静電気力の影響を多少強く受ける大粒子は、シェーピングエアや静電気力影響を最も受けるより小さい粒子がより高密度に堆積した部分に隣接して、ゴースト、すなわち、より低密度の輪を形成する。本文に記載した図示のシステムは、パターンの大半を形成するより小さい粒子の主流に、より大きな粒子の多くを組み入れようとするものである。これは、周辺部をきれいに保つのに役立つ。更に、噴霧器から塗装すべき物品への塗料の移動効率が、全体として向上する。

オリフィスを離れた空気は、ある角度で拡がることが知られている。ベルカップの噴霧端の後部に配置するオリフィスの間隔次第で、ベルカップの端部から噴霧される塗料粒子に対するシェーピングエア流の影響を強めることも弱めることもできる。一般に、塗料粒子がシェーピングエア流内にある時間が長いほど、塗料粒子の経路がシェーピングエア流に影響を受ける可能性が高くなり、塗料粒子の経路はベルカップの噴霧端から吐出される時の半径方向から、対象物に向かって進む一層好ましい方向へと変わる。ベルカップから吐出された粒子と、シェーピングエアの帯との好ましい関係は保たれなければならない。シェーピングエアの帯がベルカップの端部に近すぎる場合、空気は限定的な影響しか受けない粒子、一般にはより小さい、つまりより軽い粒子の間を通り易くなる。

塗料塗布装置はベルカップ１０を含む。ベルカップ１０は、モータ１１、例えば圧縮ガスタービンモータ、の出力軸に取り付けられ、ベルカップ１０をその回転軸を中心として回転させる。モータ１１は通常、ハウジング１３に収容される。ベルカップ１０がモータ１１によって回転される時、塗料は、塗料源１５から導管１７を通ってベルカップ１０の内部へ供給される。塗料は公知の方法でベルカップ１０の端部２８まで流れ、そこから噴霧される。ハウジング１３はベルカップ端部２８の周囲に形成される環状スロット２６を含む。圧縮空気は、圧縮空気源２９からハウジング１３を通って環状スロット２６に入り、第一気流２０（図４ｂ、図４ｃの上部にのみ図示）をベルカップ１０の外部３８に生成し、方向づける。少なくとも１つの付加開口部４２、４４は、ハウジング１３の環状スロット２６よりも半径方向で外側に形成される。供給源２９又は別の適切な供給源（図示しない）からの圧縮空気は、少なくとも１つの付加開口部４２、４４に入り、第二気流２２（図４ｂ、図４ｃの上部にのみ図示）を生成し、方向づけ、第二気流と第一気流２０を合わせて空気帯２４を提供する。

図に示す実施例は、二つの気流２０、２２を含み、空気帯２４の幅を広げている。図２に示す実施例では、第一気流２０はベルカップ端部２８の周囲に形成された環２６から流出する。第二気流２２は、環２６より半径方向で外側に、間隔をあけて形成された複数の孔４２から流出する。一連の孔４２を、環２６及びベルカップ端部２８に対して間隔をあけて配置することで、端部２８から噴霧される塗料粒子に影響を与えるシェーピングエア帯２４の位置をより柔軟に変えることができる。第一気流２０、第二気流２２、及びベルカップ端部２８の間の関係は、様々に変えることができる。第一気流２０を環状に形成すると、完全に満たされたエアパターンをベルカップ端部２８に隣接して提供できる。即ち、環２６から流出する圧縮空気流には、気流が複数の孔によって提供される場合に、孔間の空間によってもたらされる空間や隙間がない。また、この第一気流２０は、間に壁を挟む孔によって生成される気流よりも、ベルカップ１０の外面３８に留まりやすいと考えられている。第二気流２２は、複数の孔４２によって生成されてもよいが、図１、３に示すように、環２６と同様の環状開口部４４によって生成されてもよい。

ここで図４ａ〜図４ｃを参照するに、開口部横断時の圧力差或いは圧力降下が１００psi（約６９０ＫＰａ）程度以下の状態で平面開口部から吐出される空気は、開口部が円形断面或いは別の断面を有する孔であっても、或いは環状であっても、開口部平面の垂線対して約７°の範囲で、開口部端から拡がる。そのため、環２６から流出する空気は、約７°の範囲で環２６の外端から拡散する。当然ながら、環２６から流出する空気がベルカップ１０の前方端部２８に至る前に、内側に拡がってベルカップ１０の軸方向に向かうのを、前方に延びるベルカップ１０の外側壁３８によって防いでいる。各孔４２及び環は直径方向に対向する二つの端部を有するので、孔４２又は環４４から流出する空気は、２×７°、つまり１４°の範囲で拡散する。

この場合、空気帯２４がどの程度狭いか或いは広いかが分かると、開口部２６、４２、４４をベルカップ端部に対してどの程度近づけて或いは遠ざけて配置するかを決定する助けになる。

加えて、他のパラメータが全て同じ場合、開口部２６、４２、４４がベルカップ端部２８に近いほど、当然ながら、端部２８での空気速度は上がる。開口部２６、４２、４４がベルカップ端部２８から遠いほど、ベルカップ端部２８での空気速度は下がる。環２６（環２６、４４）の直径及び半径方向幅、孔４２の寸法、第一環２６と第二環４４或いは一連の孔４２との間の距離も、帯２４の幅に影響を与える。

これらの変数の影響は、図４ａ〜図４ｃを参照すると最も良く理解できる。図４ａ〜図４ｃでは、ベルカップ１０はＩＴＷ社製の、直径１インチ（約２．５４ｃｍ）のマイクロベル（商標名）ベルカップ１０である。図示するものは、カップ１０の外面３８とハウジング１３の内面との環状隙間が、約０．０２０インチ（約０．５ｍｍ）である。環状開口部４４を備える場合には、開口部の、ハウジング１３とベルカップ１０との図示する回転軸に対する半径方向の幅も、同じく約０．０２０インチ（約０．５ｍｍ）である。孔４２を備える場合、図示する孔は直径約０．０２６〜０．０２７インチ（約０．６６〜０．６９ｍｍ）の円断面を有し、４０個の孔がベルカップ１０の回転軸に対して９°の等間隔をあけて周囲に設けられる。

図４ａは、開口部２６及び開口部４２又は４４から流出する気流２０、２２が、約７°の範囲で各開口部端部から拡がり、端部２８で融合する状態を示す。図４ａにおいて、開口部２６及び開口部４２又は４４を備える面とベルカップ１０の端部２８との間の距離は、約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）である。

図４ｂは、開口部２６及び開口部４２又は４４から流出する気流２０、２２が、約７°の範囲で各開口部端部から拡がっているが、端部２８に至ってもまだ融合していない状態を示す。この状態は、（１）開口部２６及び開口部４２又は４４を備える面を後方へ動かす、（２）開口部２６及び／又は開口部４２又は４４の表面積を増やす、及び／又は（３）開口部２６と開口部４２又は４４との間の間隔を狭める、ことによって是正することができる。図４ｂにおいて、開口部２６及び開口部４２又は４４を備える面とベルカップ１０の端部２８との間隔は、約０．３５インチ（約０．８９ｃｍ）である。

図４ｃは、開口部２６及び開口部４２又は４４から流出する気流２０、２２が、約７°の範囲で各開口部端部から拡がっているが、気流が端部２８へ到達する前に融合している状態を示す。この状態は、（１）開口部２６及び開口部４２又は４４を備える面を前方へ動かす、（２）開口部２６及び／又は開口部４２又は４４の表面積を減らす、及び／又は（３）開口部２６と開口部４２又は４４との間の間隔を広げる、ことによって是正することができる。図４ｃにおいて、開口部２６及び開口部４２又は４４を備える面とベルカップ１０の端部２８との間隔は、約０．５６インチ（約１．４２ｃｍ）である。

このように、図に示す実施例では、より容易にパターン制御ができ、より均一なパターンを得られ、塗装効率を改善して溶剤や塗料の使用量を減らし、過剰噴霧を減らして機器、周辺環境、及び全体的な環境をより清潔にし、塗装すべき物品上の凹部等のためのより小さなパターンを提供でき、手作業による清掃とその結果生じる休止時間を減らすことができる。

１０ベルカップ
１１モータ
１３ハウジング
１５塗料源
１７導管
２０第一気流
２２第二気流
２４シェーピングエア帯
２６環状スロット
２８ベルカップ端部
４２開口部
４４開口部

Claims

ベルカップと、ハウジングに収容され該ベルカップをその回転軸を中心として回転させるモータと、ベルカップがモータによって回転される時に塗料をベルカップ内部に供給する導管とを備える塗料塗布装置であって、塗料はベルカップの端部まで流れてそこから噴霧され、ハウジングはベルカップ端部周囲に形成される環状スロットを含み、圧縮空気は該環状スロットに入ってベルカップの外部に第一気流を形成して方向づけ、ハウジングの環状スロットよりも半径方向で外側に少なくとも１つの付加開口部が形成され、圧縮空気は該少なくとも１つの付加開口部に入って第二気流を形成して方向づけ、第二気流と第一気流を合わせて空気帯を提供することを特徴とする塗料塗布装置。
前記少なくとも１つの開口部は第二環状スロットである請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの開口部は環状孔列である請求項１に記載の装置。