JP4330848B2 - 改善されたニードル閉止弁シーリング配置を備えるスプレーガン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にスプレーノズルアセンブリ、さらに詳しくは、放出端部にスプレーノズルアセンブリを有し、このスプレーノズルアセンブリから放出される液体を制御する往復移動可能な弁ニードルを有するスプレーガンに関する。
【０００２】
【発明の背景】
往復移動可能に動作するニードル閉止弁を有するスプレーガンは、当業界で周知であり、例えば本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，７０７，０１０号に示されている。このようなスプレーガンのスプレーノズルアセンブリは、ここでオリフィス部材と呼ばれるオリフィス画成部材又はインサートを含み、これは、液体流通路内に配置されスプレーノズルアセンブリを通して流れる液体を制御する、往復移動可能な自動調節弁のための放出オリフィス及びテーパの付いた弁座を画成する。オリフィス部材の弁ニードル及びテーパの付いた弁座は、閉鎖する間に金属接触し、これは同心上に配置され、弁ニードルを停止し、オリフィス部材を通しての液体流を遮断する。
【０００３】
所望のスプレー放出を得るために、通常、制御弁ニードルを所定の比較的高い速度周期で動作させる。各動作サイクルの間、信頼できる流量制御及び完全な閉鎖を達成するために、噴口、弁座及び制御ニードルは精密な許容度で製造される必要がある。それでも、このようなノズルアセンブリの製造は、品質管理の問題及び高価なパーツの排除及び再加工という結果になり得る。例えば、制御弁ニードルのテーパの付いた下流端部は、テーパの付いた弁座と同心で適切に結合することが必要である。ニードル弁又はシートでの表面不完全性は、漏洩の問題を引き起こし、ノズル、ラッピング及テーパの付いた弁座表面の取り外し、及びニードルの研磨を必要とする。品質管理及び公差の問題は、オリフィス部材及びこのようなスプレーガンで使用される弁ニードルの比較的小さなサイズのため妥協している。より容易に製造偏差に適応する材料から弁座を作るという提案は受け入れられなかったが、これは、対応する材料は必要に応じて弁ニードルを正確に停止せず、かつ同心に配置せず、使用時に変形し、さらに重大なシャットオフの問題を生じさえするためである。
【０００４】
他の問題は、オリフィス部材の現場での交換の間、既存のスプレーガンのスプレーノズルアセンブリで起こる場合がある。典型的には、オリフィス部材は、摩耗又はオリフィスサイズを変える必要のために、定期的に交換される。このようなオリフィス部材は、弁ニードルの分解及び交換の必要なしに、容易に交換するように設計されるが、ニードルの摩耗が少量である場合でさえ、新しいオリフィス部材で不完全な弁閉止に終わることがあり得る。これは、適切なシャットオフを達成するために、弁座またはニードルを再び再加工または研磨する必要がある。多数のノズルアセンブリを修理しなければならないとき、多くの製造作業で共通するように、特に高価で時間の浪費となる。
【０００５】
さらに、既存のスプレーノズルアセンブリの現場でのメンテナンスによる他の問題は、異なるモデル及びサイズのオリフィス部材における多数の在庫品であり、これは製造強者によって提供され、ユーザによってストックされなければならない。例えば、このようなスプレーノズルアセンブリは一般に、異なる大きさのニードル弁を有し、すなわち代表的には０．０９３インチまたは０．１２５インチを有する。製造品及び在庫品を必要を最小にするために、交換オリフィス部材を異なる大きさのシャットオフニードルを使用するために、現場で置換されることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、より信頼できるシャットオフのために適用されるオリフィス部材を備えたスプレーノズルアセンブリ有するスプレーガン又は同様なスプレー装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、前記の特徴を有し、改善された品質改善により経済的に製造できるスプレーノズルアセンブリを提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、正確かつ同心に弁ニードルを位置決めする前記種類のスプレーノズルアセンブリを提供することであり、弁座及びニードルで小さい公差変動及び不完全表面に適応させるとき、信頼できる液体シールを提供する。
【０００９】
さらに他の目的は、前述のタイプのスプレーノズルアセンブリを提供することであり、オリフィス部材は、異なる大きさの弁ニードルを有するスプレーガンなどの使用に信頼して適用される。
【００１０】
さらに他の目的は、信頼できる現場での設置及び交換を容易にする前記種類のスプレーノズルアセンブリのためのオリフィス部材を提供することである。
【００１１】
さらに他の目的は、必要な在庫品を最小にする設計のオリフィス部材を備えるスプレーノズルアセンブリを提供するである。
【００１２】
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な記載及び図面を参照することによって明らかとなる。
【００１３】
本発明は、構成の種々の変形や選択が可能であるが、所定の例示的な実施の形態について、以下に詳細に記述し、図面に記載する。しかしながら、本発明を開示された所定の形態に限定する意図ではなく、逆に、全ての変形や選択的な構成、及び本発明の思想及び範囲に含まれる等価物を含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
特に図面を参照すると、本発明によるスプレーノズルアセンブリ１２を有するスプレーガン１１を含む具体的なスプレー装置１０が示されている。スプレーガン１１の基本的な構造及び動作は当業界で既知であり、例えば上述の米国特許第５，７０７，０１０号に示されており、この特許の開示を本件明細書に参照して組み入れる。スプレーガン１１の全体的な構造及び動作の形式は、スプレー装置の一例に過ぎないことを理解すべきであり、本発明のノズルアセンブリを使用することもできる。
【００１５】
図示されたスプレーガン１１は主ハウジング１４を含み、この主ハウジング１４は軸方向に弁閉止ニードル１５を支持し、スプレーされる液体の供給源に接続される液体入口ポート１６を有し、例えば、与圧された空気源に接続し、スプレーされる液体の微粒化を援助し、オン及びオフ位置間で弁ニードル１５の制御された軸方向の動きを生じるための補助的な液体入口ポート１８を有する。
【００１６】
この場合、ハウジング１４は、ねじ切られた内部結合１９によって互いに接合される一般に円筒状の前方及び後方ハウジング区画１４ａ、１４ｂを含む。前方ハウジング区画１４ａは、液体及び補助流体入口ポート１６、１８で形成され、液体ポート１６は、弁ニードル１５を囲む中央液体通路２０と連通している。弁ニードル１５は、長い円筒状の要素であり、ハウジング１４を通りノズルアセンブリ１２内で同軸に延びる。弁ニードル１５は、開口２１を通り前方ハウジング区画１４ａ内に延び、環状スリーブ２２によって往復運動するように支持され、次に環状スリーブ２２は、その一端をハウジング区画１４ａ内で、他端をハウジング区画１４ａの後端にねじ切りで取り付けられるパッキングナット２４で支持されている。環状シール２５は、支持スリーブ２２の反対側の端部に設けられている。
【００１７】
弁ニードル１５を作動するために、後方ハウジング区画１４ｂは、駆動ピストンアセンブリ２８及び圧縮ばね２９を支持し、圧縮ばね２９は、ピストンアセンブリ２８及びハウジング区画１４ｂの端壁部又は肩部の間に閉じ込められている。ピストンアセンブリ２８は、ピストン３０及び弾力のある環状カップ形のシーリング環３１を含み、このシーリング環３１は、ハウジング区画１４ｂ内で同軸に形成された円筒状穴３２の内表面と連動する滑動シーリングを有する。シーリング環３１は、一対のクランピング環または座金３４、３５によりピストンアセンブリ上の位置に保持され、これらのクランピング環または座金３４、３５は、ピストン３０の後部ステム部分３８上にねじ切られるリテーナーキャップ３６によって固定される。弁ニードル１５の拡大された端部３９は、ピストン心棒部分３８の外側端部及び保持キャップ３６の端壁の間で保持されることによりピストン３０に接続している。従って、弁ニードル１５は、ピストンアセンブリ２８の選択的な軸方向の動きに従って、ハウジング１４の軸方向に移動可能である。
【００１８】
圧縮ばね２９は、ピストンアセンブリ２８従って弁ニードル１５を完全に収容した位置すなわち、図１及び２に示すように「閉じた」位置に偏倚させる。弁ニードル１５は、入口ポート１８に供給される制御駆動空気又は他の流体によるばね２９の力に抗して反対方向（図１の左方向）に軸上を動き、１つ以上の接続ポート４０を通り移動可能なピストンアッセンブリ２８の前側に隣接する円筒チャンバ４１内に動く。制御液体例えば圧縮空気の供給は、外部から例えばソレノイド作動バルブによって制御され、弁ニードル１５の制御された開口により、スプレーノズルアセンブリ１５を通して液体が放出されるのを可能とする。弁ニードル１５は、例えば１分間に１８０回のオン−オフサイクルのような高速サイクルにおける動作を含むオン及びオフ間で選択的に動作されてもよいことが、前述から認められる。
【００１９】
図１及び２に図示されているようなスプレーノズルアセンブリ１２は、一般に円筒状のノズル本体４５、オリフィス部材またはノズル本体４５の放出端部で、同心に取り付けられるインサート４６及び、オリフィス部材４６の放出端部を囲んで取り付けられた空気キャップ４８を含む。ノズル本体４５は、液体通路２０内で結合可能なねじ切られたステム４９によって、スプレーガンハウジング１４の前端に固定される。ノズル本体４５は、環状マニホールド５２から補助流体例えば与圧された空気と連通するために、ハウジング液体通路２０及び一つ以上の通路５１に連通する中央軸液体通路５０を含む。次に、環状マニホールド５２は、スプレーガンハウジング内の通路５３を通して補助流体（すなわち空気）入口ポート１８に接続される。次にノズル本体空気通路５１は、ノズル本体４５の下流側端部近傍の空気キャップ４８によって画成されるチャンバまたはマニホールド５４と連通する。空気キャップ４８は、ノズル本体４５端部上で締りばめを有し、空気キャップフランジ５６に係合するナット５５に保持され、ノズル本体４５の端部上でねじ切られている。
【００２０】
この場合、オリフィス部材４６は、液体噴口６１を画成し前方に延びる先端部６０を有するオリフィス本体５９を含む。オリフィス部材本体５９は、ノズル本体４５の液体通路５０内で圧入され、ノズル本体４５の環状フランジ６４の内側方向に当接する外側の位置決めフランジ６２を備える。オリフィス部材本体５９の先端部分６０は、空気キャップ４８内の中央開口６５内へ又はこれを通してノズル本体４５の外側へ延びる。先端部分６０は、環状オリフィス６６を画成する開口６５よりわずかに小さい直径を有し、噴霧流体例えば圧縮空気を噴口６１から放出される液体に平行に放出する。この場合空気キャップ４８は、複数の円周上に間隔をあけた流路６８を更に含み、噴霧し、形成し、放出スプレーを向けるマニホールド又は空気チャンバ５３とさらに連通する。
【００２１】
シャットオフ弁ニードル１５が閉じた位置にある場合に最適なスプレー性能を達成し漏洩を防止するために、ニードル１５及びオリフィス部材４６の座端部が信頼できる液体遮断を達成するように設計されていることが重要である。上で示されるように、これは製造及び現場サービス及び交換の問題を生み出していた。
【００２２】
本発明によれば、オリフィス部材は、金属−金属間の座係合を提供し、弁ニードルは閉鎖位置でニードルを正確にかつ同心に位置決めするように設計され、さらに、閉鎖時に金属−金属座係合における僅かな公差変動又は不完全性にもかかわらず、弁ニードルのために弾力性のあるシールを提供する。このため、図示されたオリフィス部材４６は、円錐表面７０ａによって画成される内側へテーパの付いた第１の弁座７０を画成し、弁座７０は、下流の方向で第２の円錐表面７０ｂと交差するまで互いに近づく。例えば、第１の円錐表面７０ａはオリフィス部材の中央軸に対して約３０゜の角度であってもよく、第２の円錐表面７０ｂは約２０゜の角度であってもよい。
【００２３】
図１及び２に表されるように、弁ニードル１５は比較的小さい直径、代表的には約０．０９３インチを有し、第１の円錐表面７４ａによって画成される座端部７４を備える。弁ニードル１５がシャットオフ位置にあるとき、第１の円錐表面７４ａは第２の円錐表面７４ｂを横切り、第１のテーパの付いた弁座７０と結合するために、比較的鋭い或いは短い半径の環状座肩部７４ｃを画成する。この場合、弁ニードル座肩部７４ｃは、弁座７０の第１の円錐表面７０ａと結合し、着座位置で弁ニードル１５を同心で正確に位置決めし、これにより、金属−金属接触、及びニードル１４及び座表面７０ａ間の周囲のシールを提供する。１つの具体的な例として、表面７４ａはニードルの長手方向の軸に対して約１５゜の角度であってもよく、表面７４ｂはこの軸に対して約４５゜の角度であってもよい。この場合、弁ニードル１５が着座するとき、ニードル１５は噴口６１を通って延びる直径の末端部で細長い先端部分７５を、清浄のためにさらに有する。第１の弁座７０との正確な金属−金属結合を提供するために、種々のニードル端部形状が利用されてもよいことを、当該技術分野の当業者には理解されるであろう。
【００２４】
本発明によれば、オリフィス部材４６は、弁ニードル１５で効果的な流体シールを提供する環状で弾力のあるシール７８を含む。弁座７０で弁ニードル１５の金属−金属シーリングコンタクトによって確立されるシールとは別に、より信頼できる流体シーリングのためのシャットオフ位置への弁ニードルの動きの間、弁ニードル及び弁座での公差における摩耗又は僅かな偏差にもかかわらず、この場合、環状で弾力のあるシール７８は、弁座７０の上流端部に隣接して取り付けられるＯ−リングの形態である。この場合、Ｏ−リング７８は、オリフィス部材本体５９の上流端部で、取り付け面８０によって画成され外側に延びる放射状肩部７９に対して固定される。Ｏ−リング７８は、肩部７９に対して圧入され、オリフィス本体５９の取り付け面８０内で、環状のリテーナー８１によって圧入される場所で保持され、これにより、Ｏ−リングは半径方向に内側へ変形し、シャットオフ位置への移動で弁ニードル１５に係合する。弾力性のあるシーリング部材７８が正しい位置にしっかりと保持されることを保証し、組み立て時に半径方向の変形を制御するために、リテーナー８１は半径方向のフランジ８２を有する。このフランジ８２は、リテーナー８１の内側への圧入のオリフィス部材本体５９の取り付け面８０への動きを制限する。リテーナー８１は、Ｏ−リング７８をしっかりと保持する比較的鋭い環状の端部ポイント８４ａを画成する、テーパの付いた又は円錐の端部部表面８４を有する。
【００２５】
後方の開位置から最前方の弁閉鎖位置に弁ニードル１５が動くとき、特に環状のシーリング肩部７４ｃは、金属−金属座係合を有するオリフィス部材の弁座７０内に案内されることを理解されるであろう。金属−金属座係合は、シャットオフ位置で正確にかつ同心で弁ニードル１５に配置され、この場合、肩部７４ｃは弁座７０の第１の円錐表面７０ａに係合する。同時に、弾力性のあるシーリング部材７８の内側半径方向の突起部は、弁ニードルのテーパの付いた座端部に接触し、オリフィス部材内で弁ニードルの金属−金属着座の上流側で、円錐表面７４ａとシーリング係合する。弁座７０との弁ニードル１５の金属−金属座係合は、シャットオフ位置でニードルを中心に配置するだけでなく、第１の液体シールを確立する。弾力性のある環状のシーリング部材７８は、シャットオフの間、弁ニードル１５の周囲に第２の液体シールを提供し、オリフィス部材内での弁ニードルの金属−金属着座における公差変動または表面不完全にもかかわらず、より確実に漏洩を防止する。したがって、弁ニードル及びオリフィス部材の不必要なシーリング接触は、各動作サイクルの間に信頼できる弁閉止を提供するだけでなく、オリフィス部材の原型の製造又は現場での交換の間に起こるかもしれない表面偏差及び不完全さに順応する。
【００２６】
本発明では、オリフィス部材４６は、異なる大きさの弁ニードル１５を有するスプレーガンと共に効果的に使用される。例として図３を参照すると、上述と同一なスプレーガン１１及びノズルアセンブリ１２が示されているが、スプレーガン１１は比較的大きな寸法の弁ニードル８５、例えば０．１２５インチの直径を有する。この場合、弁ニードル８５は、第１の円錐８６ａによって画成される座端部８６を有する。第１の円錐８６ａは、第２の円錐表面８６ｂと交差し、その間に座肩部８６ｃを画成する。例として、表面８６ａはニードルの軸に対して約１５゜の角度であってもよく、表面８６ｂは軸に対して約４５゜の角度であってもよい。同様に、ニードル８５は、前方へ延びる掃除部分を有する他の座端部形状を有することを理解されるであろう。
【００２７】
本発明の他の特徴を実施する場合、オリフィス部材４６は、弾力性のあるシーリング部材７８によって画成される二次弾性シールの上流で、金属−金属座係合に弁ニードル８５の座端部８６を案内するために有効である。このため、正確な同心の係合部に弁ニードル８５の前方座端部８６を案内するために有効なシーリング肩部８８ａを画成する前端部で、リテーナーリング８１は内側に向いた環状リップ８８を有する。この場合、リテーナーリング８１の肩部８８及び弁ニードルの円錐表面８６ａの間で、金属−金属着座が起こる。この場合、オリフィス部材４６のＯ−リング８６は、リテーナーリング８１のシーリング肩部８８ａより大きな距離で放射状に内側へ延び、弁ニードル８５の下流側における円錐表面８６ｂと接触して弾力性のあるシーリングを形成する。従って、図１及び２の実施形態と同様に、弁ニードル８５がシャットオフ位置にあるとき、オリフィス部材４６は弁ニードルと余分な金属−金属及び弾力性のあるシーリング係合を確立し、金属−金属弁座で公差または表面の不完全さに順応するが、より信頼できる液体シールを提供する。
【００２８】
本発明のノズルアセンブリにおけるオリフィス部材４６は、現場でのサービス及び交換を容易にし、同時に必要な在庫品を最小にすることが、当該技術の当業者によってさらに認められる。最初に、弾力性のあるシールによって弁ニードルの公差変動または摩耗に順応するが、オリフィス部材４６は必要に応じて現場で効果的に置き換えられてもよい。さらに、図２及び３及び概略的な図４（図３と同様であるが、弁ニードル８５を細線で示す）に示すように、オリフィス部材は異なる大きさの弁ニードルと共に使用してもよいので、必要な在庫品は実質的に減少することができる。弁ニードルの各大きさや種類のために、別個なオリフィス部材または弁ニードルのスタイルを保持することは、必要でない。当該技術の当業者に理解されるように、弾力性のあるシーリング部材７８の独特な配置及び取り付けは、異なるサイズや種類の弁ニードルと共に、オリフィス部材の使用を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスプレーノズルアセンブリを有するスプレーガンの縦断面図である。
【図２】図１に示すスプレーガンのスプレーノズルアセンブリを示す弁ニードルのシャットオフ位置での部分拡大断面図である。
【図３】図１に示すものと同様であるが、弁ニードルの他の形状を有する、スプレーガン及びノズルアッセンブリを示す縦断面図である。
【図４】図３に示すスプレーノズルアセンブリを示す概略図であり、実線で弁閉止ニードルを示し、図２に示す比較的小さい弁閉止ニードルを一点鎖線で示す。

Claims (9)

1. スプレー装置であって、
   スプレーされる与圧液体の供給源に結合される液体通路（２０）を有する主要本体（１４）と、
   前記主要本体（１４）に固定され、前記液体通路（２０）からの液体を所定のスプレーパターンで導くスプレーノズル（４６）と、
   座端部（７４）を有し、前記スプレーノズル（４６）を通して液体が放出するのを可能にする後方の開位置と前記スプレーノズル（４６）から液体が放出されるのを防止する閉位置との間で、前記主要本体（１４）内で選択的に移動し得る弁ニードル（１５）と、
   を備え、
   前記スプレーノズル（４６）は、液体放出用オリフィス（６１）と、前記液体放出オリフィス（６１）に対して間隔をあけて上流側にある堅固な弁座（７０）とを画成し、前記スプレーノズルを通る与圧液体の通路を遮断する為に前記閉位置にあるときには、前記弁座（７０）において前記弁ニードルの座端部（７４）を心出しして正確に位置決めし、
   前記スプレー装置は、前記弁座（７０）の上流側で前記スプレーノズル（４６）内の所定位置に保持された弾力性のある環状シーリング部材（７８）を更に備え、
   前記弁ニードル（１５）は、前記後方の開位置にあるとき、前記シーリング部材（７８）に対して移動関係にあり、
   前記弁ニードル（１５）が前記閉位置へ移動するとき前記座端部（７４）は前記シーリング部材（７８）と係合可能になり、前記弁ニードル（１５）が前記閉位置にあるとき前記弁ニードルの座端部（７４）と前記弁座（７０）の上流側にあるスプレーノズル（４６）との間で液体シールを生成する、
   スプレー装置。
2. 前記ノズルは、液体噴口（６１）及び前記堅固な弁座（７０）を画成するオリフィス本体部材（４６）を含む、請求項１に記載のスプレー装置。
3. 前記弾力性のあるシーリング部材（７８）は、Ｏ−リングである、請求項２に記載のスプレー装置。
4. 前記弁ニードル（１５）及びオリフィス本体部材（４６）は金属で作製され、
   前記弁ニードル（１５）が閉位置にあるとき、前記堅固な弁座（７０）及び弁ニードル座部分（７４）は金属−金属接触を形成する、請求項１に記載のスプレー装置。
5. 前記オリフィス本体部材（４６）に対し所定の関係で前記弾力性のあるシーリング部材（７８）を固定する、前記オリフィス本体部材（４６）の上流端部内に配置し得る環状のリテーナー（８１）を含む、請求項２に記載のスプレー装置。
6. 前記リテーナー（８１）は、前記弾力性のあるシーリング部材（７８）と係合しかつこれを前記オリフィス本体部材（４６）に関して半径方向に内側へ変形させる、請求項５に記載のスプレーノズルアセンブリ。
7. 前記オリフィス部材（４６）は、前記弾力性のあるシーリング部材（７８）の下流側に第１の堅固な弁座（７０）を画成し、前記ノズル（４６）は、前記弾力性のあるシーリング部材（７８）の上流側に第２の堅固な弁座（８８ａ）を画成する、請求項２に記載のスプレー装置。
8. 前記弾力性のあるシーリング部材（７８）は、前記第２の堅固な弁座（８８ａ）より大きな距離で放射状に外側に延びる、請求項７に記載のスプレー装置。
9. 前記オリフィス本体部材（４６）に対し所定の関係で前記弾力性のあるシーリング部材（７８）を固定する、前記オリフィス本体部材（４６）の上流端部内に配置し得る環状のリテーナー（８１）を含み、前記第１の堅固な弁座（７０）は、前記オリフィス本体部材（４６）内でテーパの付いた通路によって画成され、下流の方向で互いに収束し前記噴口（６１）と連通し、前記第２の堅固な弁座（８８ａ）は、前記リテーナー（８１）によって画成される、請求項５または７に記載のスプレー装置。

Images