JP4902062B2 - 改良型空気式スプレーノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【関連出願】
本願は、１９９９年６月１１日に出願された出願番号第０９／３３０，７４６号の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気式スプレーノズルに関し、特に液体粒子の細分化と分布を高める改良型ノズル組立体に関する。
【０００３】
【発明の背景】
加湿又は気化冷却等、多くのスプレーの応用において、大気中における分布表面積を最大にするために、比較的微細なスプレー粒子を生成することが望ましい。この目的から、空気式スプレーノズル組立体を使用することが知られており、こうした組立体では液流の流れを非常に微細な液体粒子に細分又は霧化するために空気等の加圧ガスを使用する。例えば、一部の空気式ノズル組立体では、スプレー排出パターンを形成する役割を果たすスプレー先端部又はエアキャップの上流にあるノズル組立体に位置する霧化室において、最初に液体が機械的に細分される。或いは、液体粒子の細分をエアキャップ自体で行うことができる。
【０００４】
更に、効率的で経済的な動作の観点から、こうした細分が比較的低い空気の流量及び圧力を使用して達成されることが望ましい。今までは、これが問題点を生んでいた。特に、効率的で経済的な動作を提供するスプレー先端部又はエアキャップは一般に、比較的設計が複雑であり、したがって比較的生産コストが高い。
【０００５】
加えて、こうしたエアキャップは使用の柔軟性が非常に制限されている。例えば、こうしたエアキャップは通常、特定の空気式ノズルの本体構造においてのみ使用できるように設計される。したがって、ノズルのタイプ毎に、異なる構造のエアキャップを準備する必要がある。加えて、こうしたエアキャップをカスタマイズして、異なるスプレーパターンで液体を排出させることは容易ではない。
【０００６】
既存の空気式スプレーノズル、特に表面にコーティング剤又は塗料をスプレーするのに使用されるノズルに関するもう一つの問題点は、液体粒子の細分化のために高い空気圧が必要となるため、高いノズル排出圧が発生することである。こうした高いノズル排出圧により、塗布する表面からの粒子の跳ね返りが発生する場合が多い。これは塗布するコーティングに悪影響を与え、材料の無駄を発生させる恐れがあるだけでなく、周囲の外気に排出されるスプレー粒子により環境を脅かす危険が生じる恐れもある。
【０００７】
既存の空気補助スプレーノズルにおける更に別の問題は、必要な霧化を達成するために、往々にして、平らなスプレーパターンを生成する形で加圧気流を液流に対して送る必要があることである。一方、スプレーは、外側へ開いた円錐状のスプレーパターンを有し、霧化した粒子が微細に円錐全体に分布するのが望ましい場合が多い。今までは、１０ｐｓｉ等の低空気圧で、こうした全円錐状スプレーパターンを達成することは不可能だった。
【０００８】
【発明の目的および概要】
本発明の目的は、液体粒子の細分化及び分布を向上させる全円錐状スプレーパターンを生成するのに効果的な空気式スプレーノズル組立体を提供することである。
【０００９】
別の目的は、比較的低い空気圧で効果的な液体の霧化を提供する前記タイプの空気式スプレーノズル組立体を提供することである。
【００１０】
更なる目的は、望ましいスプレーパターンを生成するために容易にカスタマイズ可能なエアキャップを有すると共に前記により特徴付けられるスプレーノズル組立体を提供することである。
【００１１】
他の目的は、比較的単純な設計で経済的な製造に貢献する前記の種類のスプレーノズル組立体を提供することである。
【００１２】
さらに別の目的は、様々な設計の空気式ノズル本体において使用可能な前記の種類のエアキャップを提供することである。
【００１３】
本発明の前記その他の特徴及び利点は、本発明の好適な例示的実施形態に関する以下の説明を読み、添付図面を参照することで、更に容易に明らかとなろう。
【００１４】
本発明では様々な変形及び代替構成が可能であるが、その特定の説明的実施形態について、これらの図面に示すと共に以下詳細に説明する。しかしながら、開示された特定の形態に本発明を制限するものではなく、逆に、本発明の趣旨及び範囲に属するあらゆる変形、代替構成、及び等価物を包含するものであると理解されたい。
【００１５】
【好適実施例の詳細説明】
以下、特に図面を参照すると、本発明に従ったスプレーノズル組立体を有する空気式スプレー装置１０の例が図示されている。このスプレー装置１０は、同心となるように配置された一対のマニホールドパイプ１４、１５を含み、これらは空気及び液体供給源路１８、１９を画成する。内側マニホールドパイプ１４は、液体供給源と連絡するように、一端を取付フランジ２０によって支持されている。外側マニホールドパイプ１５は、空気供給源と連絡するように一端を取付フランジ２２によって支持されている、横に設けられた吸込管２１を有し、空気はこの横付け管２１を通って、内側と外側マニホールドパイプ１４、１５の間で画成される環状空気通路１８に向けて送り出される。表示では、マニホールドパイプ１４、１５と付随的に関連して、単一のスプレーノズル組立体１１が取り付けられているが、実施の際には、マニホールドパイプ１４、１５に沿って縦に間隔を空ける関係でもって、同様のスプレーノズル組立体１１を複数取り付けてもよいことは、当業者には理解されよう。
【００１６】
例示のスプレーノズル組立体１１は、比較的小さな直径を有する取付アダプタ又は第一の本体部材２４と、液体マニホールドパイプ１４の開口部に溶接等により取り付けられた上流管状ネック２５と、空気マニホールドパイプ１５の開口部に取り付けられ、拡大した直径を有する下流ハブ２６とを含む。上流ネック２５は、液体マニホールドパイプ１４と連絡する液体通路２８を有する。下流ハブ２６は、液体通路２８に対して周囲を囲んで配置されて、またそれぞれが環状空気流通路１８と連絡する複数の軸線方向空気流通路２９により形成されている。
【００１７】
スプレーノズル組立体１１を通じて液体を送るために、ノズル組立体の中心に配置された延長液体ガイド３０が軸線方向液体通路３１を画成する。液体ガイド３０は、アダプタ通路２８の下流ネジ付き端部に固定された縮小直径の上流外側ネジ付き端部３４を有する、環状リング即ち第二の本体部材３２に取り付けられている。このリング３２は、アダプタ２４とのネジのかみ合わせの回転を容易にするためにフラット３２’を有する。例示のリング３２は更に、円周にそって間隔のあいた複数の通路３３によって形成されており、それぞれの通路はアダプタ２４の個々の空気通路２９と連絡している。液体ガイド３０は、拡大直径の下流端部３５を有し、これはリング３２の下流端部と隣接してかみ合わせるためのショルダ３６を画成する。液体ガイド３０は、リング３２の上流端部とかみ合わせるために液体ガイド３０の上流端部に対して外側へ延びた関係で取り付けられている環状固定クリップ３６によりリング３２に固定されている。この例の液体ガイド３０は逓減吸込口３８を有し、これにはアダプタ通路２８に連絡する拡大上流端部と、液体通路３１に連絡し、液体ガイド３０内側で延びる下流端部とが付いている。内側マニホールドパイプ１４に連絡する液体は、アダプタ通路２８と液体ガイド通路３１とを通じて送られ、液体ガイド通路３１の下流端部から排出されることが分かる。
【００１８】
液体ガイド３０から排出される液体の細分化及び主な霧化を行うために、エアキャップ又はスプレー先端部４０が設けられ、これは液体ガイド通路３１の端部に対して閉じた横方向の関係で配置された当接面４１を有する。エアキャップ４１を組立位置に固定するために、エアキャップ４０は内側ネジ付き上流端部４２を有し、これはリング又は第二の本体部材３２の外側ネジ付き下流端部にネジ留めされる。この例の当接面４１は、上方に延びるエアキャップの一体突出部４４により画成される。液体ガイド通路３１から排出される加圧液体は、この面４１に衝突し、ここからあらゆる円周方向で半径方向に外側へ向かい、当接面４１の周りの環状拡張室に入る。
【００１９】
当接面４１の外側へ半径方向に送られる液体を更に細分化及び霧化するために、空気の環状加圧流が、液体ガイド３０の外周に沿って軸線方向に送られる。例示の実施形態においては、外側環状空気ガイド５０が液体ガイドと同軸の関係で取り付けられ、これらの間に環状空気流通路５１を画成する。この空気ガイド５０は、リング３２の下方開口カウンタボア５２とエアキャップ４０の上方開口カウンタボア５４との間で支持される。この場合、当接面４１の周りの拡張室４５は、突出部４４周囲のエアキャップ４０の引込み内壁５５と、通路３１周囲の液体ガイド３０の引込み底壁５６と、空気ガイド５０の内壁とにより画成される。空気ガイド５０の上流端部は、吸込通路２９、３３からの空気を環状空気通路５１に向けるために外側に延長する面５８を有し、空気ガイドの下流端部は霧化した液体をエアキャップ４０へ向けるための面５９を有する。例示の実施形態では、分離した液体及び空気ガイド３０、５０が表示されているが、別の方法として、液体及び空気ガイド３０、５０はノズル本体組立体の単一の構成要素として形成することも可能であると理解される。
【００２０】
本発明によれば、このスプレーノズル組立体は、更に効率的な液体の霧化、及び微細に霧化させた液体の外向き方向を円錐状スプレーパターンにすることに対応する。この目的のため、エアキャップ４０は、円周方向に間隔の空いた複数の軸線方向流路６０を有し、これらは拡張室４５とエアキャップの個々の排出オリフィス６１とに連絡する。この場合の軸線方向流路６０はそれぞれ円柱状の構造を有し、当接面４１と拡張室４５周囲との周りで、円周方向に間隔を空けた関係で均一に配置される。軸線方向流路６０はそれぞれ、液流の軸線に垂直な平面底壁６２で終了し、それぞれの排出オリフィス６１は底壁６２に隣接する軸線方向流路６０を通じて連絡している。例示の実施形態において、それぞれの排出オリフィス６１は、底壁６２の一部と、それぞれの軸線方向流路６０の外側側面とを通じて延びる。加圧空気流により軸線方向で通路６０に送られる霧化前の液体は、大部分が、通路の端部壁６０に衝突し、更に液体粒子の細分化及び霧化が起こり、その後、下方に向かい、排出オリフィス６１を通じて外方向へ半径方向に送られることが分かる。
【００２１】
本発明の実施において、排出オリフィス６１は、円錐状のパターン全体に粒子が分布する円錐状排出スプレーが形成されるように、円周に沿って間隔の空いた複数の霧化液体粒子流を方向付けるために形成される。この目的のため、排出オリフィス６１はそれぞれ、ノズル軸線に平行な円筒形側壁６５と、円錐面により形成される角度付き側壁６６とで画成されるエアキャップ４０の端部にある角度付きカット６４によって形成される（図４）。例示の実施形態において、円筒形及び円錐形側壁６５、６６は、図４に示すように、約６０度の角度φを画成する。
【００２２】
排出オリフィス６１は、エアキャップの下端を完全に囲む円形状の角度付きカット６４を形成することによって画成されるのが好ましく、軸線方向通路６０のそれぞれと交差し、それによってそれぞれの通路６０用に個々の排出オリフィス６１が形成され、排出霧化液流それぞれを下方向及び半径方向に外方向へ送ることが可能となり、同時に液流の側方への拡大も可能になる。図４乃至６に表示されるように、円形カット６４は、円錐パターンが形成されるように、排出液流を下方向及び半径方向に外側へ送る円筒形及び円錐形側壁６５、６６により、エアキャップ４１の端部において環状溝を事実上画成する。図５及び６に示すように、排出オリフィス６１はそれぞれ、半月構造を有し、これはカット６４の円筒形側壁６５により画成される放射状内方湾曲側部６５ａと、円錐形側壁６６及び軸線通路６０の円筒形側壁の交差により画成される放射状外方側部６６ａとを有する。この場合の各排出オリフィスの側壁６６ａは、円筒形側壁６５により画成される曲率に比べ、十分に小さな曲率半径を有する。角度付きカット６４の円筒形側壁６５は、好ましくは、図４に示すように、距離「ｄ」等の距離で通路６０の軸線から半径方向に外側へ離れた位置に向かい、エアキャップ４０の端部へと延び、これにより比較的大きな底壁偏向面６２を形成する。オリフィス６１からの霧化粒子の排出流を半径方向に内側へ拡大させるために、円形カット６４の円筒形側壁６５は下方向及び半径方向に内方向へ延びる面７０を有する。円形カット６４によって画成される溝は、これにより、排出液流を半径方向に拡大することを可能にし、液体粒子分布がほぼ均一である全円錐状スプレーパターンを形成するために、円周方向に間隔の空いた複数の排出流により画成される円錐形を液体粒子によって完全に満たす。
【００２３】
更に、本発明のスプレーノズル組立体１１は、こうした霧化の改善された全円錐状スプレーパターンを排出する上で効果的であると同時に、比較的低い空気圧と液体流量で動作することが分かっている。実際には、有効な全円錐状スプレーは、１０〜１５ｐｓｉの空気圧、及び１０ｇｐｍの液体流量で達成される。
【００２４】
前記から、本発明のスプレーノズル組立体１１、特にエアキャップ４０が、経済的で多様な製造方法に対応することが、当業者には理解されよう。実際、エアキャップ４０は、比較的単純で正確な機械加工ステップによって金属から機械加工できる。更に、エアキャップ４０により画成されるスプレー特性は、軸線方向空気流通路６０の数及び間隔と角度付き排出オリフィス６１を画成する円形カットの角度及びサイズとを変更することで、特定のスプレーの応用において容易に偏向及び調整できる。好ましくは、このエアキャップは、約８乃至１２の均等な間隔の排出オリフィスを有する。したがって、このスプレーノズル組立体は、効率的及び経済的な動作に対応するだけでなく、経済的な製造にも役立ち、特定のスプレーの応用向けに設計することもできる。このエアキャップは更に、様々な設計の空気式スプレーノズルで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったスプレーノズル組立体を有する例示的空気式スプレー装置を示す部分断面図である。
【図２】図１の線２−２の平面における例示的スプレーノズル組立体の拡大縦断面図である。
【図３】図２の線３−３の平面における例示的スプレーノズル組立体の拡大横断面図である。
【図４】例示的スプレーノズル組立体の拡大断面図である。
【図５】図４の線５−５の平面における例示的スプレーノズル組立体の縮小横断面図である。
【図６】図４の線６−６の平面における例示的スプレーノズル組立体の縮小底面図である。
【符号の説明】
１０ … 空気式スプレー装置
１１ … スプレーノズル組立体
１４、１５ … マニホールドパイプ
１８、１９ … 空気及び液体供給源路
２０ … 取付フランジ
２１ … 吸込管
２２ … 取付フランジ
２４ … アダプタ
２５ … 上流管状ネック
２６ … 下流ハブ
２８ … 液体通路
２９ … 空気通路
３０ … 延長液体ガイド
３１ … 軸線方向液体通路
３２ … リング
３２’ … フラット
３４ … 外側ネジ付き端部
３５ … 下流端部
３６ … ショルダ
３８ … 逓減吸込口
４０ … エアキャップ
４１ … 当接面
４２ … 上流端部
４４ … 一体突出部
４５ … 拡張室
５０ … 外側環状空気ガイド
５１ … 環状空気流通路
５２ … 下方開口カウンタボア
５４ … 上方開口カウンタボア
５５ … 引込み内壁
５６ … 引込み底壁
６０ … 軸線方向流路
６１ … 排出オリフィス
６２ … 底壁
６４ … カット
６５ … 円筒形側壁
６６ … 円錐形側壁

Claims (11)

1. 空気式スプレーノズル組立体であって、前記組立体は、
   加圧空気供給源に接続される少なくとも一つの空気通路（５１）と加圧液体供給源に接続される液体通路（３１）とを有するノズル本体（２４、３０、３２、５０）であって、前記液体通路（３１）が、前記本体（２４、３０、３２、５０）を通って軸線方向に延びると共に、前記液体供給源からの加圧液体が中を通って方向付けられる排出端部を有する、ノズル本体と、
   前記本体の下流端部に配置されるエアキャップ（４０）であって、
   前記エアキャップ（４０）は、前記液体通路の排出端部から離間した当接面（４１）と該当接面（４１）を取り囲む拡張室（４５）とを画成し、
   前記当接面（４１）は、前記液体通路（３１）の排出端部を通って方向づけられる液体に対して直角方向に配置され、該液体が前記当接面（４１）に衝突して、該当接面に対して半径方向外側に３６０度に亘り方向付けられて周囲の拡張室（４５）に誘導され、
   前記少なくとも一つの空気通路（５１）は、前記当接面（４１）の周りに加圧空気を方向付けて、前記当接面（４１）から前記拡張室（４５）内に半径方向外側に誘導された液体を更に細分化及び霧化するのに効果的であり、
   前記エアキャップは、前記当接面（４１）の周りに円周方向に離間して配置された複数の流路（６０）を備え、
   前記エアキャップの前記流路（６０）がそれぞれ、前記液体通路（３１）と平行な流れ軸線を有し、
   前記エアキャップの前記流路（６０）がそれぞれ、その下流端部において平らな偏向面（６２）を画成し、
   前記エアキャップの前記流路（６０）がそれぞれ、前記偏向面（６２）に隣接して設けられて前記エアキャップ（４０）から複数の霧化液流を、外側へ拡大する円錐状スプレーパターンで排出する排出オリフィス（６１）を有する、
   エアキャップとを、
   備える、空気式スプレーノズル組立体。
2. 前記排出オリフィス（６１）がそれぞれ、前記流路（６０）により画成される前記平らな偏向面（６２）を部分的に通過して延びる、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
3. 前記排出オリフィス（６１）がそれぞれ、前記流路（６０）により画成される偏向面（６２）と前記流路（６０）の外側側壁とを部分的に通過して延びる、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
4. 前記拡張室（４５）が環状であり、
   前記少なくとも一つの空気通路（５１）が、加圧空気を前記拡張室（４５）へ向けることにより、前記当接面（４１）から半径方向に方向付けられた液体を更に細分化及び霧化する、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
5. 前記排出オリフィス（６１）がそれぞれ、前記エアキャップ（４０）の前記流路（６０）のそれぞれと交差する角度付きカット（６４）により画成される、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
6. 前記オリフィスを画成する角度付きカット（６４）がそれぞれ、前記流路（６０）の軸線に平行な円筒形内側側壁（６５）と下流方向において半径方向外側へ延びる円錐形外側側壁（６６）とにより画成される、請求項５に記載の空気式スプレーノズル組立体。
7. 前記角度付きカット（６４）は、前記流路（６０）のそれぞれと交差する溝を前記エアキャップの端部に画成する円形カットである、請求項５に記載の空気式スプレーノズル組立体。
8. それぞれの前記排出オリフィス（６１）の前記内側側壁（６５）が、下流方向において半径方向内側へ延びる角度付き表面（７０）で終端する、請求項６に記載の空気式スプレーノズル組立体。
9. それぞれの前記排出オリフィス（６１）が、湾曲した内側側壁（６５ａ）と、該内側側壁よりも小さな曲率半径を有する外側側壁（６６ａ）とにより画成される半月構造を有する、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
10. 前記液体通路（３１）が、前記本体（２４、３２、５０）内に取り付けられた別個の液体ガイド（３０）により画成され、前記空気通路（５１）が、少なくとも部分的には、前記液体ガイド（３０）と、前記本体内に取り付けられて同軸に配置された空気ガイド（５０）との間に画成される、請求項１に記載の空気式スプレーノズル組立体。
11. 空気式スプレーノズル組立体であって、前記組立体は、
    加圧空気供給源に接続される少なくとも一つの空気通路（５１）と加圧液体供給源に接続される液体通路（３１）とを有するノズル本体（２４、３０、３２、５０）であって、前記液体通路（３１）が、前記本体（２４、３０、３２、５０）を通って軸線方向に延びると共に、前記液体供給源からの加圧液体が中を通って方向付けられる排出端部を有する、ノズル本体と、
    前記本体の下流端部に配置されるエアキャップ（４０）であって、
    前記エアキャップ（４０）は、前記液体通路の排出端部から離間した当接面（４１）と該当接面（４１）を取り囲む拡張室（４５）とを画成し、
    前記当接面（４１）は、前記液体通路（３１）を通って方向づけられる液体に対して直角方向に配置され、該液体が前記当接面（４１）に衝突して、該当接面に対して半径方向外側に３６０度に亘り方向付けられて周囲の拡張室（４５）に誘導され、
    前記ノズル本体（２４、３０、３２、５０）は、前記当接面（４１）の周りおよび前記拡張室（４５）内に加圧空気を方向付けるのに効果的な前記少なくとも一つの空気通路（５１）を画成し、
    前記エアキャップは、前記当接面（４１）の周りに円周方向に離間して配置された複数の流路（６０）を備え、
    前記エアキャップの前記流路（６０）がそれぞれ、前記エアキャップ（４０）から複数の霧化液流を円錐状スプレーパターンで排出する排出オリフィス（６１）を有し、
    前記少なくとも一つの空気通路（５１）が、前記液体通路（３１）の軸線と平行に延び、前記当接面（４１）の周りおよび前記拡張室（４５）内に軸線方向に加圧空気を方向付けて、前記当接面（４１）から半径方向に偏向された液体を更に細分化及び霧化する、
    エアキャップとを、
    備える、空気式スプレーノズル組立体。

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