JP4162853B2 - 粒子形状の材料を送達するための回転式装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に表面に付着させるための粒子形状の材料を送達するための回転式装置に関する。材料は、供給のときには固体、液体、ゲル、粉体、または懸濁液であってもよいが、空中散布の際には粒状であるかまたは粒状になる。
【０００２】
この段階で、二重反転円錐状表面の使用によって乾燥粉体を製造するための装置を開示している米国特許第２４７３０３５号を参照するが、この装置は、材料を表面に付着させるために使用できるような制御されたビームを作るものではない。
回転式装置は、たとえば材料を霧化して、表面と粒子との間の高電圧の静電荷によって支援されながら材料を円錐形ビームとして表面の上に向ける高速回転式ベル形状出口を通して、付着させようとする材料を推進させる、静電気制御式の霧化塗料噴霧装置が周知である。
【０００３】
一般に、塗料などの付着させようとする材料は液体または懸濁液となるが、別の懸濁材料、固体、または粉体も、これらが空中で粒子の形状となり得るという条件で、これらの材料をこの方法で適用に応じて取り扱うことができる。
【０００４】
効率の良い回転式付着装置の提供に関しては、さまざまな設計上の問題がある。霧化された材料の正確なビームが最小のエネルギー入力で達成されることが望ましく、ある適用においては、ユニットは特にロボットアームに取り付けられることになる場合には、小型、軽量、かつ制御可能にすることが望ましい。
【０００５】
この目的のために、出現する霧化粒子の円錐状ビームまたはミスト（霧）を取り囲むように、高速空気の円錐状または円筒状カーテンを供給することができる。これは、ビームをより狭く閉じ込められた正確なスプレー（噴霧）に再形成するようにビームを束縛する。
【０００６】
しかし、エアカーテンの形状化のために必要な速度は適切な霧化のために必要な粒子速度とうまく折り合うことが必要である、という問題が生ずる。そうでなければ、ミストの形状が壊れてミスト粒子が凝結する恐れがある。
【０００７】
したがって本発明の１つの態様によれば、
コーティングしようとする標的表面に粒子形状の材料のビームを送達するための静電的に制御された装置であって、
主軸の周りに回転可能であって、概して標的に向かって流れる小粒子の円錐状カーテンを投射するために配置された外部ベル形部材と、
リザーバ（貯蔵器）源から、そして前記主軸から中央外側に向かって、また前記外部ベル形部材の周辺内部形状化領域に向かって材料を供給して、小粒子の前記円錐状カーテンを作り出す供給手段と
を含む装置において、
内部回転式ベル形部材が前記外部ベル形部材と同軸に設けられ、前記外部ベル形部材の速度とは異なる速度で回転するように配置され、これによって前記供給手段から出現する材料の少なくとも大部分が内部回転式ベル形部材と外部回転式ベル形部材の両方によって与えられるさまざまな回転力を受けることを特徴とする装置が提供される。
【０００８】
一般に最良の結果を得るためには、出現する霧化用材料を受ける作業領域における外部ベル形部材の内表面を粗くしなければならない。また外部ベル形部材は、その作業領域において必ず内部ベル形部材の外側に延びることが望ましい。
【０００９】
２つのベル形部材の使用は、適切な霧化またはミスト生成に必要な速度を実質的に低下させることができるという直接の利点がある。これは、外部エアカーテンを使用することになる場合には、ミスト粒子とエアカーテンとの速度の差を減らすことができることを意味し、こうしてより良い結果を達成することができる。
【００１０】
一般に、２つのベル形部材は互いに反対方向に回転するが、これは常に好ましいとは限らない。同じ方向の回転ではあるが速度が有意に異なることが効果的である場合もある。
【００１１】
速度を低くする他の利点は、必要なエネルギーが少ないことであり、また外部エアカーテンがない場合でも、（速度の二乗に依存する）粒子の遠心速度エネルギーが減少するので、円錐形ビームが受ける外部散乱は小さくなることである。
【００１２】
もう１つの利点は、望むならば２つのベル形部材の速度差を装置の性能を最適化するために調節できることである。これを望む場合には、２つのベル形部材は独立して速度調節できるものでなければならない。
【００１３】
中央に置かれた拡散器ディスクが前記供給手段の外部に前記主軸に直角に設けられ、前記内部ベル形部材の内部表面に、したがって外部ベル形部材の内部表面に接触する出現材料の少なくとも一部を偏向させる中央に置かれたディフレクタを含むことが好ましい。回転式拡散器ディスクは、内部ベル形部材と一体的に回転するように、これと共に一体化することができる。前記材料の残り部分は前記ディスクにおける開口を通過して前記ディスクの外面に達し、それから前記外部ベル形部材の前記周辺内部形状化領域の中に遠心状に供給されるように配置されていることが好ましい。
【００１４】
一般に、前記粒子ビームを囲む外部円筒状または円錐状エアカーテンを設けることが好ましい。この目的のためには高い圧力をかけた空気を必要とするので、装置内における他機能のために同じ空気圧源を使用することが便利である。
【００１５】
２つの回転式ベル形部材は、いかなる被駆動ロータシステムによっても回転させることができるが、空気圧を使用することは特に便利である。したがって、ベル形部材は各場合において空気タービンの一部を形成することができる。また望む場合には、圧力をかけた空気を使用する空気軸受を装置の回転式部分の回転を支えるために使用することができる。しかし、これらの軸受に空気タービンとは個別に空気を供給して、望ましくない相互作用を避けるべきであること、すなわち空気タービン用と軸受用に個別の導管が設けられることは、本発明の重要な好ましい特色である。
【００１６】
装置は、粒子とその標的との間に高電圧の静電荷がある場合に最も効果的に動作する。望むならば、これは標的を接地して高電圧を出現粒子に印加するか、または材料が粒子になる前に材料に印加することによって達成することができる。
【００１７】
本発明の便利な形態では、必要な電圧は装置の中で内部的に発生することができる。回転式部材が導体または磁石を支えて、装置の静止部材がこの逆を支えている場合には、発電機が生じ、結果的に発生する電圧を粒子の荷電のために配置することができる。
【００１８】
ベル形部材を組み込む２つのタービンを有し、圧縮空気によって駆動され、ベル形部材は付着用材料を搬送する中央管を囲み、したがって付着用材料はタービンに向かって外側に強制されるという塗布（コーティング）用具において使用される場合に、この装置は特に有利である。両ベル形部材は塗料粒子の遠心加速度の一形態を生成し、塗料粒子は、これがベル形部材の内部表面に衝突するときに少なくとも部分的に霧化される。それから霧化された粒子は、塗布（コーティング）しようとする対象物の一般的な方向に推進される。結果として得られるコーティングは、特性的に非常に円滑で平らな表面輪郭を有する。
【００１９】
両タービンが空気軸受に支持されることが好ましい。圧縮空気をケーシングにおける１つまたは複数の入口を通じて各タービンに送ることができ、それから大気に排出し、また圧縮空気を個別におよび並行して、タービン駆動部から下流の中空円筒軸受に並行動作で供給することができ、やはりこれも大気に排出される。
【００２０】
２つのタービンの対向回転は必要な速度を大幅に低下させると共に、コーティングの品質を改善する。従来のタービンで駆動される塗料用具は１６０００ｒｐｍ〜７００００ｒｐｍの範囲の速度で回転するが、対向回転は、各タービンの速度を約１００００ｒｐｍまたは場合によっては５０００ｒｐｍほどにも低下させることを可能にする。この結果、タービンの寸法と重量を減らすことができる。推進される圧縮空気は、圧縮空気発生ブロワまたはベンチレータの容積を減らすことができることを最終的に意味する、より低い運動エネルギー容量を有することができる。これらの要素はすべて、塗料（コーティング）塗布用具をたとえば車体塗料噴霧システムの場合のような、コーティングしようとする対象物の上に非常に正確に向けなければならない場合には決定的な役割を演じる。
【００２１】
多くの場合における望ましい目的は重量を減らすことであり、この目的のために、穴あき中空円筒を使用して空気軸受を設けるときには、円筒はプラスチック材料またはセラミック材料であることが好ましい。コーティング媒体たとえば自動車塗料の色を急速かつ経済的に交換するためには、コーティング媒体を運ぶ構成部分を、適当に選択された表面特性を有するセラミック、金属、または複合外部ケーシングの形にすることができる。
【００２２】
本発明の一実施形態を、添付の図１を参照して例示として以下に説明する。
【００２３】
図１は、コーティング用具の縦断図を示す図である。塗装しようとする表面は１で示されており、使用しようとする適用パラメータに依存する用具からの距離に位置づけられている。用具は主として、外部供給源から供給されたコーティング媒体を運ぶ中央管２、内部タービン３、外部タービン４、支持軸受（この場合は空気軸受）１０，１１、および固定ケーシング５を含む。
【００２４】
両タービンは、ケーシングの後部から導管を経て個別の供給孔を通じてタービンブレード８，９へ向かう圧縮空気によって駆動される。同様の供給接続部および導管が、タービン８Ａ，９Ａの逆運動または制動運動のために設けられている。タービンブレード８，９の衝撃表面は、タービン３，４が互いに反対の方向に回転するように配置されている。
【００２５】
説明した場合においては、軸受は、空気の使用によってタービンのための軸方向および半径方向との両支持物を提供し、この空気は、多くの制御された導管または通路１５，１３を通ってハウジング上の接続部から静止表面と回転表面の間の正確に制御された空隙に供給され、これらの導管または通路はタービン用の導管とは完全に分離されており、これらの導管に並行している。次に空気は通路６を通って放出する。こうして支持されているタービン３，４は、互いに、またはこれらの軸受に、またはケーシング５に物理的に接触することなく、空気軸受の上で中心合わせされて自由に回転する。
【００２６】
タービン３，４の端部にはベル形部材２３，２４が支えられている。これらは、同心状に回転するように配置され、内部ベル形部材２３の端部は外部ベル形部材２４の内側にあり、外部ベル形部材は内部ベル形部材の前縁部の先まで延びている。説明した場合においては、外部ベル形部材はその端部に、霧化を促進するための選択された形状と粗度を有する選択された内部表面を有しているが、内部ベル形部材は、円錐状拡散器２１と移転ディスク２３Ａを組み込んでおり、これらは内部ベル形部材と一体になっているので、これと一体的に回転する。外部ベル形部材の粗くされた表面は、内部ベル形部材の先端と対向する領域から外部ベル形部材の最外部の端または先端まで延びていなければならない。
【００２７】
媒体供給管２の端部には、内部ベル形部材２３，２３Ａの一部として回転しているデフレクタ２１の上にコーティング媒体を射出する制御されたオリフィスがある。これは、内部ベル形部材２３と拡散器ディスク２３Ａとの間の制御された空隙を通じて媒体の割当て分を逸らせて、同時に残りの媒体が移転ディスクにある１つまたは複数の孔を通じて、拡散器ディスク２３Ａの前方に移ることを可能にする。
【００２８】
回転運動によってコーティング媒体の上に行使される遠心力によって、媒体は拡散器ディスクのいずれの側をも通過して、一般に半径方向の道筋２６に沿って先端から投げ出される。こうして生ずる噴霧は、外部ベル形部材２４の粗くした内部表面に衝突し、この表面は小滴の道筋の「霧化」と形状化の効果を有する。
【００２９】
それから円錐状のミストは、供給配管２７Ａを経て形状化空気環２７を通る空気の制御された通路によって作られたエアカーテンから形状化効果を受ける。
【００３０】
コーティング媒体と標的１との間に高い静電位を印加することは性能の強化になる。この静電荷は、（ミストを貫通する電極を介して）用具の外側に印加することができ、または外部または内部で作られた源泉から塗料管への接続部を介して内側に印加することができ、または、霧化前、霧化中、または霧化後に媒体に印加することができる。
【００３１】
用具の中には、速度指示（および外部機器を介する制御）などのさまざまな別の機能を含むことができる。これは、タービンから適当な出力装置への光学信号、電気信号、圧縮空気信号、または可聴信号のフィードバックによって達成される。
【００３２】
図面上の孔１９は、ベルの除去と取替えを容易にするためにタービンをロックするピンのためのアクセス個所である。
【００３３】
霧化された塗料粒子の静電加速を生じさせる用具と表面１の間の高電圧印加は図示されていない。これは前述のように外部の源泉から供給することができるか、または外部タービン４と内部タービン５の対向回転運動によって、これらの構成部分の相対的移動から生ずる発電機効果を使用して、この高い電圧を発生させることができる。
【００３４】
本発明は上述の例示として挙げた設計に限られるものではない。詳細な態様については一部異なることがあっても、本発明の特徴を利用することのできる多くの変形を考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による回転式装置の全体構造を示す断面図。

Claims (6)

1. 主軸の周りに回転可能であって、概して標的に向かって流れる小粒子の円錐状カーテンを投射するために配置された外部ベル形部材（２４）と、
   リザーバ源から、そして前記主軸から中央外側に向かって、また前記外部ベル形部材の周辺内部形状化領域に向かって材料を供給して、前記小粒子の円錐状カーテンを作り出す供給手段とを含む、コーティングしようとする標的表面に粒子形状の材料のビームを送達するための静電気制御式の装置において、
   内部回転式ベル形部材（２３）が前記外部ベル形部材（２４）と同軸に設けられ、該外部ベル形部材の速度とは異なる速度で回転するように配置され、これによって前記供給手段から出現する材料の少なくとも大部分が前記内部回転式ベル形部材（２３）と前記外部ベル形部材（２４）の両方によって与えられるさまざまな回転力を受け、
   前記供給手段から前記内部ベル形部材（２３）に材料を送達するため、中央に位置する回転式拡散器ディスク（２３Ａ）を含み、
   ｖこの回転式拡散器ディスク（２３Ａ）が該ディスクを通る少なくとも一つの開口を有し、これによって前記材料の一部が前記開口を通過し、前記外部ベル形部材（２４）に向かって遠心状に外側に押しやられるように前記回転式拡散器ディスク（２３Ａ）の外面に向かうことを特徴とする、
   装置。
2. 各ベル形部材（２３，２４）が空気圧によって駆動されて該ベル形部材を回転させる空気タービン（３，４）と一体化されている、請求項１に記載の材料のビームを送達するための装置。
3. 各ベル形部材（２３，２４）が空気軸受（１０，１１）に支持されて回転されるように配置され、空気タービン（３，４）とは別に軸受に空気が供給されるように、該空気タービンへ空気を供給する導管とは分離した導管を介して空気が軸受に供給される、請求項１または請求項２に記載の材料のビームを送達するための装置。
4. 出現材料の少なくとも一部を偏向させて前記内部ベル形部材（２３）の内部表面に接触させるように配置された中央に位置する回転式ディフレクタ（２１）を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記回転式拡散器ディスク（２３Ａ）と前記回転式ディフレクタ（２１）が、前記内部ベル形部材（２３）と共に回転するように該内部ベル形部材と一体化されている、請求項４に記載の装置。
6. 装置から発散する材料を取り囲んで制御するために、空気リング（２７）から発散する空気の形状化カーテンを設けるための手段を含む、請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。

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