JP2015533643A - 静電式スプレーガン用接地ロッド - Google Patents

Abstract

静電式スプレーガンは、ガン胴体部、ガン胴体部に取り付けられたハウジング、ハウジングとは反対側でガン胴体部に取り付けられたスプレーノズル組立体、及び第１接地ロッドを備える。スプレーノズル組立体は、ガン胴体部から離間する方向に延設された電極を有してガン胴体部の一端に設けられる。第１接地ロッドは、ハウジングと電気的に接続される一方、スプレーノズル組立体とは電気的に絶縁されており、ハウジングからスプレーノズル組立体に向け、ガン胴体部に沿って延設される。【選択図】図４

Description

本発明は、塗料、シール材、コーティング材、エナメル、接着剤、粉末等の流体のスプレーを行う塗布装置に関するものであり、より具体的には、静電式スプレーガンに関するものである。

静電式スプレー装置では、スプレーガンと、目標物、即ちスプレー対象物との間の周辺に静電場を生成する。噴霧された粒子は、この静電場を介して伝播し、静電場を通過する際に帯電する。このため、帯電した粒子は、スプレー対象物に引き寄せられる。このような方法により、噴出された粒子を高い割合でスプレー対象物に向かわせることが可能となり、従来の方法に比べ、スプレーの効率が大幅に改善される。静電式スプレーガンは、導電性の液体のスプレーに用いることも可能であるが、非導電性の液体や粉末の塗布に特に有用である。

典型的な静電式スプレー装置では、スプレーガンのスプレー開口部の近傍にイオン化用の電極を配置し、塗布対象物を接地電位に保持して、イオン化用の電極と塗布対象物との間に静電場を生成する。電極と接地された塗布対象物との距離は、概ね０．５ｍ程度もしくはそれ以下であり、塗料粒子と塗布対象物との間に十分な吸引力が生じるような、イオン化された多くの塗料粒子の相互作用を生成する上で十分な強度の静電場を発生させるためには、スプレーガンの電極に印加する電圧を極めて高くせざるを得ない。スプレー作業において適度の効率を得るために、スプレーガンの電極に２万〜１０万Ｖ(２０〜１００ｋＶ）といった静電電圧を印加することは、特殊なことではない。一般的に、スプレーガンの電極には、５０μＡ程度のイオン化電流が流れる。

静電式スプレーガンは、手持ち式スプレーガン、または遠隔制御により作動可能な自動スプレーガンとすることができる。噴出された流体は、加圧エア、液圧、或いは遠心力といった、様々な直接的霧化力を用いて霧化することができる。静電電圧のための電力は、様々な方法で生成することができる。多くの装置では、外部電源が静電式スプレーガンに接続される。但し、別の構成として、静電式スプレーガンの中に配設された発電機を用いて電力を生成するようにしてもよい。例えば、特許文献１〜特許文献６には、印加電圧を得るための昇圧器に電圧を供給するための発電機を駆動するエア駆動タービンを有した静電式スプレーガンが記載されている。

米国特許第４５５４６２２号明細書 米国特許第４４６２０６１号明細書 米国特許第４２９００９１号明細書 米国特許第４３７７８３８号明細書 米国特許第４４９１２７６号明細書 米国特許第７２２６００４号明細書

本発明は、改善された静電式スプレーガン接地ロッドの提供を目的とするものである。

静電式スプレーガンは、ガン胴体部、ガン胴体部に取り付けられたハウジング、ハウジングとは反対側でガン胴体部に取り付けられたスプレーノズル組立体、及び第１接地ロッドを備える。スプレーノズル組立体は、ガン胴体部から離間する方向に延設された電極を有してガン胴体部の一端に設けられる。第１接地ロッドは、ハウジングと電気的に接続される一方、スプレーノズル組立体とは電気的に絶縁されており、ハウジングからスプレーノズル組立体に向け、ガン胴体部に沿って延設される。

流体供給源に接続されて、目標物へのスプレーを行う静電式スプレーガンを示す、静電式スプレー装置の概要図である。 ガンハンドル部及びスプレーノズル組立体が結合されたガン胴体部を示す、図１の静電式スプレーガンの斜視図である。 ガン胴体部内に配置されるように構成された発電機及び電源部を示す、図２の静電式スプレーガンの分解図である。 ガン胴体部に埋め込まれた接地ロッドを示す、図１〜図３の静電式スプレーガンの斜視図である。 ２つの接地ロッドを示す、図４の静電式スプレーガンにおけるガン胴体部の断面図である。

本発明の実施形態において、静電式スプレーガンは、露出した電極からコロナ放電を行うための短縮接地回路を形成してガン胴体部内に設けられた接地ロッドを備える。短縮接地回路により、一層強力なコロナ放電が可能となり、より効率的に噴霧流体をイオン化することができる。図１〜図３には、接地ロッドを適用可能な静電式スプレーガンを示し、図４及び図５には、接地ロッドの様々な特徴、形態、及び利点を示している。

図１は、流体供給源１４に接続されて目標物１６へのスプレーを行う静電式スプレーガン１２を示す、静電式スプレー装置１０の概要図である。流体供給源１４には、ポンプ１８が組み付けられており、ポンプ１８により、ホース２０を介して加圧流体が静電式スプレーガン１２に供給される。また、静電式スプレーガン１２は、ホース２２を介し、加圧エアの供給源（図示せず）にも接続されている。目標物１６は、吊り下げ棚２４から吊り下げるなどして接地されている。流体スプレー装置に基づき静電式スプレー装置１０を説明しているが、粉末などのような、これとは異なるコーティング材を本発明と共に用いることも可能である。図１〜図３は、特にエアアシスト式の装置に関して図示するものであるが、本発明はエア噴霧式の装置にも適用することが可能である。

作業者２６は、目標物１６から約０．５ｍ以下の距離となるように、静電式スプレーガン１２を目標物１６に近接させて位置させる。静電式スプレーガン１２のトリガを操作すると、静電式スプレーガン１２内部のタービンに加圧エアが供給され、電力を生成する発電機に動力が供給される。発生した電力は、静電式スプレーガン１２のスプレーノズル近傍にある電極に供給される。これにより、電極と目標物１６との間に静電場ＥＦが生成される。静電式スプレー装置１０は様々な箇所で接地されている。例えば、接地線２８及び導電性のホース２２の少なくとも一方により、静電式スプレーガン１２を接地するようにしてもよい。静電式スプレー装置１０の様々な箇所で、別の接地線や導電材料を用いて接地を行うようにしてもよい。また、静電式スプレーガン１２のトリガの操作により、ポンプ１８から供給される加圧流体がスプレーノズルを通過し、それによって霧化した流体の粒子が静電場ＥＦ内で帯電する。こうして帯電した粒子は、接地されている目標物１６に引き寄せられる。目標物１６は吊り下げ棚２４を介して吊り下げられており、帯電した流体の粒子が目標物１６を包み込むことにより、余分なスプレーが大幅に低減される。

図２は、ガンハンドル部３２及びスプレーノズル組立体３４が結合されたガン胴体部３０を示す、図１の静電式スプレーガン１２の斜視図である。ガンハンドル部３２のハンドル３６には、エア供給口３８、エア排出口４０、及び流体供給口４２が組み付けられている。ガン胴体部３０には、ガンハンドル部３２のハウジング４４が結合されている。エア制御弁４６が、ハウジング４４内の開閉弁（図３中のエア用ニードル６６を参照）に接続されており、エア供給口３８から静電式スプレーガン１２の各部材への加圧エアの流動を制御する。エア調節器４７Ａ及びエア調節器４７Ｂにより、上述した開閉弁からスプレーノズル組立体３４へのエアの流動を調整する。トリガ４８が、ガン胴体部３０内の流体弁（図３中の流体用ニードル７４を参照）に連結され、流体供給口４２から流体管５０を経てスプレーノズル組立体３４へと至る加圧流体の流動を調整するように構成されている。エア制御弁４６は、発電機へのエアの流動を制御する。その後、このエアは、エア排出口４０を介して静電式スプレーガン１２から排出される。

トリガ４８の操作により、加圧エア及び加圧流体が同時にスプレーノズル組立体３４に供給される。加圧エアの一部は、スプレーノズル組立体３４からの流体の流動に対する作用に用いられ、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂ、またはこれらポートと同様の別のポートを介して静電式スプレーガン１２から排出される。エア噴霧式の装置の場合、加圧エアの一部は、噴出口から吐出される際の流体の霧化にも用いられる。エア噴霧式及びエアアシスト式のいずれの装置においても、加圧エアの一部は、電極５４に電力を供給する発電機の回転駆動にも用いられ、エア排出口４０を介して静電式スプレーガン１２から排出される。発電機、及び発電機に付随して電極５４用に設けられる電源部は、図３に示されている。

図３は、ガンハンドル部３２及びガン胴体部３０の内部に配置されるように構成された発電機５６及び電源部５８を示す、図２の静電式スプレーガン１２の分解図である。発電機５６は、リボンケーブル６０を介して電源部５８に接続されている。発電機５６は電源部５８に組み付けられ、組み立てた状態において、発電機５６がハウジング４４内にはめ込まれると共に、電源部５８がガン胴体部３０内にはめ込まれるようになっている。発電機５６が発電した電力は、電源部５８に伝送される。エアアシスト式の装置の場合、スプリング６２及び導電リング６４を含む電気回路が、電源部５８からスプレーノズル組立体３４の内側にある電極５４に電荷を供給する。エア噴霧式の装置では、発電機と電極とを接続する回路として別の電気回路を有するようにしてもよい。

エア用ニードル６６及びシール６８により、静電式スプレーガン１２を流動する加圧エアを制御するための開閉弁が構成される。エア制御弁４６は、ハウジング４４を通ってトリガ４８まで延設されたエア用ニードル６６を備え、このエア用ニードル６６が駆動されることによりシール６８を移動させ、エア供給口３８からガンハンドル部３２内の流路を通過する加圧エアの流動を制御することができるようになっている。スプリング７０によってシール６８及びトリガ４８が閉位置に付勢されており、ノブ７２を調整することにより、エア制御弁４６を操作することができるようになっている。シール６８が開状態にあると、エア供給口３８から供給された加圧エアが、ガンハンドル部３２内の流路を通って発電機５６やスプレーノズル組立体３４に流動する。

流体用ニードル７４は、静電式スプレーガン１２を流動する加圧流体を制御するための流体弁の一部を構成する。トリガ４８の操作により、キャップ７６を介してトリガ４８に連結された流体用ニードル７４が直ちに移動する。キャップ７６とトリガ４８との間にはスプリング７８が配設され、流体用ニードル７４を閉位置に付勢している。流体用ニードル７４は、ガン胴体部３０を通ってスプレーノズル組立体３４まで延設されている。

スプレーノズル組立体３４は、シートハウジング８０、ガスケット８１、ノズル８２、エアキャップ８４、及び保持リング８６を備えている。エアアシスト式の装置の場合、流体用ニードル７４はシートハウジング８０に係止し、流体管５０からスプレーノズル組立体３４への加圧流体の流動を制御する。ガスケット８１は、シートハウジング８０とノズル８２との間をシールする。ノズル８２は、シートハウジング８０から加圧流体を吐出させる噴出口８７を備えている。電極５４は、エアキャップ８４から延設されている。エアアシスト式の装置の場合、噴出口８７を介して高圧の加圧流体が吐出され、電極５４は噴出口８７からずれた位置にある。高圧の加圧流体が小さな噴出口を通過することによって霧化が生じる。エア噴霧式の装置では、電極と噴出口とが同軸状に位置するように、電極が噴出口から延設される。低圧の加圧流体が大きな噴出口を通過し、エアキャップ８４から供給されるエアの作用によって霧化が行われる。いずれの装置においても、エアキャップ８４は、エア調整器４７Ａ及びエア調整器４７Ｂの設定に基づき、ノズル８２からの流体の霧化及び成形を行うための加圧エアを受け取るための、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂ（図２）のようなポートを備えている。別の実施形態として、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂのいずれも有さずに、静電式スプレーガン１２を作動させるようにしてもよいし、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂの一方のみを有して、静電式スプレーガン１２を作動させるようにしてもよい。

加圧エアの力で発電機５６が作動することにより、電源部５８に電気エネルギが供給され、電源部５８は、これを受けて電極５４に電圧を印加する。電極５４は、ノズル８２から発せられた霧化流体を帯電させるための静電場ＥＦ（図１）を生成する。静電場ＥＦによって生じるコロナ作用により、流体で被覆しようとする目標物に向け、帯電した流体粒子が移動する。保持リング８６は、エアキャップ８４及びノズル８２を、ガン胴体部３０に組み付けた状態で保持し、シートハウジング８０は、ガン胴体部３０内に螺合する。

図４は、静電式スプレーガン１２の斜視図であって、ガン胴体部３０、ガンハンドル部３２、スプレーノズル組立体３４、ハンドル３６、ハウジング４４、エア調整器４７Ｂ、トリガ４８、流体管５０、エアキャップ８４、保持リング８６、接地ロッド８８、ロッド端部９０、及び接地留め具９２が示されている。ガン胴体部３０は、一端がハウジング４４を介してガンハンドル部３２に結合されると共に、他端がスプレーノズル組立体３４に結合されている。ガンハンドル部３２は、エア供給口３８を介してエアが、また流体供給口４２を介して流体が、それぞれ供給されるハンドル３６を備えている（図２及び図３参照）。静電式スプレーガン１２は、ハウジング４４が接地されており、火花放電の発生を防止して作業者２６の安全性を確保している。一実施形態として、接地線２８及びエア供給用のホース２２（図１参照）の少なくとも一方を介して接地するようにしてもよい。全般に、接地線２８または同様の電気配線による接地の接続は、ハンドル３６や静電式スプレーガン１２における別の導電部位に及んでおり、これにより静電式スプレーガン１２が接地されるようになっている。ハウジング４４は、導電性の部材であり、ホース２０またはエア供給用のホース２２の内部または周囲に設けられた導電線を介して接地されるようにしてもよい。別の実施形態として、ホース２０またはエア供給用のホース２２そのものを導電材料で形成し、別個の導電線を要することなくハウジング４４を接地するようにしてもよい。

電極５４は、スプレーノズル組立体３４のエアキャップ８４から突出している。電極５４は、高電圧を印加した状態に保持され、スプレーノズル組立体３４と、その近傍の接地された面との間にコロナ放電を生成する。霧化した流体粒子が、このコロナ放電によってイオン化され、目標物１６を包み込むように電磁的に偏向される。スプレーノズル組立体３４の近傍において、より強力なコロナ放電を行うほど、霧化した流体粒子のイオン化の効率を高めることができ、スプレーの効率を向上させると共に、目標物１６において流体粒子が到達しにくい箇所にも流体粒子を引き寄せることが可能となる。電極５４に生成されるコロナ放電電流の大きさは、最も近い接地箇所までの電流経路における抵抗値に反比例する。電極５４に近い接地箇所には、ハウジング４４と目標物１６（図１）とが含まれる。全般に、電極５４からこれらの接地箇所のいずれかまでの電流経路の抵抗値は、電極５４と接地箇所との間の空間経路の距離に比例する。この距離が短いほど、一定の印加電圧で得られるコロナ放電が強力になり、その結果として、流体粒子のイオン化の効率も向上する。

図４には接地ロッド８８が１つだけ示されているが、ガン胴体部３０の対向する両側面に複数の接地ロッドを設けてもよい（図５参照）。接地ロッド８８は、ガン胴体部３０に埋め込まれた導電性の柱状体であって、ハウジング４４からスプレーノズル組立体３４に向け、ガン胴体部３０を通って延設されている。接地ロッド８８は、接地留め具９２によってハウジング４４に固定されており、この接地留め具９２も、接地ロッド８８とハウジング４４との電気的接続を行うようになっている。接地留め具９２は、例えば導電性のピン、ネジ、或いはボルト等とすることができる。接地ロッド８８は、スプレーノズル組立体３４の近傍に位置するロッド端部９０で終わっており、このロッド端部９０は、例えば半球状の形状を有している。

接地ロッド８８、特にロッド端部９０は、電極５４に対し、ハウジング４４（非導電性であって、ガン胴体部３０の全長分の距離だけ電極から離間している）、または目標物１６（一般的に、スプレーノズル組立体３４から０．５ｍ以内の距離にある）よりも近接した接地箇所を提供する。一実施形態として、電極５４から４インチ（１０．１６ｃｍ）未満の距離となる位置に接地ロッド８８を配置してもよい。更なる実施形態として、電極５４から３インチ（７．６２ｃｍ）未満の距離となる位置に接地ロッド８８を配置してもよい。接地ロッド８８は、このようにして電極５４からのコロナ放電を増大させ、イオン化の効率を向上させる。接地ロッド８８によって引き寄せられたコロナ放電は、特性上、電極５４からスプレーノズル組立体３４を包み込むようにしてロッド端部９０へと至るものとなる。

図５は、静電式スプレーガン１２におけるガン胴体部３０の断面図であって、ガン胴体部３０、接地ロッド８８、ロッド端部９０、接地留め具９２、ロッド固定部９４、露出部９６、及び埋設部９８が示されている。接地ロッド８８は、ガン胴体部３０を通り、ロッド端部９０を含む露出部９６のみが、ガン胴体部３０から露出している。図示した実施形態では、接地ロッド８８の露出部９６が露出することにより、電極５４からのコロナ放電のための妨げのない空間経路が得られる。

埋設部９８は、ガン胴体部３０内にあって、接地ロッド８８を静電式スプレーガン１２内に固定する役割がある。埋設部９８は、接地留め具９２を受容するために設けられた、接地ロッド８８の中空部分であるロッド固定部９４を備える。ロッド固定部９４は、ネジ山、または接地留め具９２を保持するための適切な形状を有し、一実施形態として、ハウジング４４に直に当接するようにしてもよい。接地留め具９２及びロッド固定部９４により、ロッド端部９０から、例えば、上述したように、接地線２８またはエア供給用のホース２２を介してハンドル３６が接地されたハウジング４４までの接地回路が形成される。図示した実施形態において、ガン胴体部３０、接地ロッド８８、及び接地留め具９２は、いずれも、電極５４に平行な共通スプレー軸線Ａと平行な方向に整列されており、接地ロッド８８は、ノズル８２（図３）と実質的に同じ軸平面にある。但し、これに代わる実施形態として、接地ロッド８８及び接地留め具９２は、共通スプレー軸線Ａに対し傾斜してガン胴体部３０を通るようにしてもよい。

電極５４からコロナ放電を行うための短縮接地回路を設けることにより、接地ロッド８８がコロナ放電電流を増大させ、静電式スプレーガン１２におけるイオン化の効率が向上する。従って、接地ロッド８８により、スプレーの効率が向上し、更に高い電圧を必要とすることなく、目標物１６の周囲を流体の粒子で包み込むことができる。

本発明に関し、好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態を詳細にわたって変更可能であることは、当業者が理解しうるものである。

Claims (18)

1. ガン胴体部と、
   前記ガン胴体部に取り付けられたハウジングと、
   前記ガン胴体部から離間する方向に延設された電極を有し、前記ハウジングとは反対側で前記ガン胴体部に取り付けられたスプレーノズル組立体と、
   前記ハウジングと電気的に接続される一方、前記スプレーノズル組立体とは電気的に絶縁され、前記ハウジングから前記スプレーノズル組立体に向け、前記ガン胴体部に沿って延設された第１接地ロッドと
   を備えることを特徴とする静電式スプレーガン。
2. 前記ガン胴体部は、前記電極と平行なスプレー軸線に実質的に沿って延設され、
   前記第１接地ロッドは、前記スプレー軸線に実質的に平行である
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
3. 前記第１接地ロッドと平行に設けられて、前記ハウジングと電気的に接続される一方、前記スプレーノズル組立体とは電気的に絶縁され、前記ハウジングから前記スプレーノズル組立体に向け、前記ガン胴体部に沿って延設された第２接地ロッドを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
4. 前記第１接地ロッド及び前記第２接地ロッドは、前記ガン胴体部の対向する側面に固定されることを特徴とする請求項３に記載の静電式スプレーガン。
5. 前記第１接地ロッド及び前記第２接地ロッドは、導電性の留め具を介して前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項４に記載の静電式スプレーガン。
6. 前記ハウジングは接地されることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
7. 前記ハウジングに取り付けられるハンドルを更に備え、
   前記ハンドルは、前記ハウジングに至る接地回路を備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の静電式スプレーガン。
8. 前記ハンドルを接地箇所に接続する接地線または導電手段を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の静電式スプレーガン。
9. 前記電極と前記第１接地ロッドとは、４インチ（１０．１６cｍ）未満の距離で離間していることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
10. 前記電極と前記第１接地ロッドとは、３インチ（７．６２cｍ）未満の距離で離間していることを特徴とする請求項９に記載の静電式スプレーガン。
11. 前記第１接地ロッドは、前記電極に最も近接した半球状のロッド端部で終わることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
12. 前記第１接地ロッドは、少なくとも一部が前記ガン胴体部内に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
13. 前記第１接地ロッドは、一部が前記ガン胴体部から露出していることを特徴とする請求項１２に記載の静電式スプレーガン。
14. 前記第１接地ロッドは、接地された前記ハウジングに近い側の第１部分が前記ガン胴体部内に埋設され、前記電極に近い側の第２部分が前記ガン胴体部から露出していることを特徴とする請求項１３に記載の静電式スプレーガン。
15. 前記ハンドルは、電線、またはエア供給用のホースに設けられた導電手段により接地されていることを特徴とする請求項１４に記載の静電式スプレーガン。
16. 前記電極に電圧を供給するために設けられた発電機及び電源部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の静電式スプレーガン。
17. 前記発電機は、エアを動力とするタービンにより駆動されることを特徴とする請求項１６に記載の静電式スプレーガン。
18. 前記タービン及び前記スプレーノズル組立体の双方に加圧エアを供給するエア供給口を更に備えることを特徴とする請求項１７に記載の静電式スプレーガン。

Images