JP6424374B2 - 流動層コーティング装置 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001]本特許出願は、参照により組み込まれる、２０１２年１０月１２日に出願された米国特許出願第６１／７１３，３０５号明細書の利益を主張するものである。

[0002]本発明は、流動層コーティングシステム（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に関し、より詳細には、霧化されたコーティング液体がコーティング室の中へ上方に向けられ、コーティングされる粒子がコーティング室内で上方に向けられた空気流ストリームによってアップ層領域（ｕｐｂｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）とダウン層領域（ｄｏｗｎｂｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）との間で循環される、コーティングシステムに関する。

[0003]コーティングされる粒子が、コーティングされる粒子材料のアップ層を通る上方に向けられた気流および粒子材料の環状周囲アウト層（ｏｕｔｂｅｄ）を通る下方に向けられた気流によって循環される、流動層コーティングシステムが知られている。霧化されたコーティング液体は、粒子が上方に移動するときに粒子をコーティングするために、アップ層の中へ中心方向に向けられる。被コーティング粒子の通過を妨げる上部ろ過装置を通って空気を引くことにより空気流がコーティング室内に生成される。

[0004]この種の流動層コーティングシステムでは、コーティング流体は、コーティングされる粒子上への流体の望ましくない凝集を伴わずに効率的なコーティングを容易にするために、できるだけ小さい粒子に霧化されることが重要である。この目的のために、微細コーティング液体粒子の細分化を容易にする加圧空気アシスト式噴霧液体スプレーノズルを利用することが知られている。

[0005]この種の流動層コーティングシステムに伴う１つの問題は、コーティング流体を霧化する際に利用される加圧空気のエネルギーが、効果的かつ効率的なコーティングを妨げるなど、コーティング粒子を被コーティングされる粒子状物質を通り過ぎて上方に推進させる傾向があることである。加圧空気のエネルギーはさらに、被コーティング粒子をコーティング室の上端でフィルタシステムの中に推進させて、目詰まり、運転の非効率、および頻繁な洗浄の必要性を引き起こす傾向がある。一方、こうした問題を最小限に抑えるために噴霧空気の圧力を下げると、最適コーティングに必要な霧化および液体粒子の細分化ができなくなる。

[0006]本発明の一目的は、粒子状物質を微細に霧化されたコーティング流体でより効率的かつ効果的にコーティングするのに適した流動層コーティングシステムを提供することである。

[0007]上記に特徴づけられる流動層コーティングシステムの別の目的は、コーティング流体が、粒子状物質のより完全な相互作用およびコーティングを容易にする形でコーティング室に霧化され吐出されることである。

[0008]別の目的は、コーティング流体をより微細な液体粒子に霧化するとともに、コーティング装置のアップ層部分における粒子状物質との最適相互作用のために吐出コーティング粒子を制御するために動作可能な前述のタイプの流動層コーティングシステムを提供することである。

[0009]別の目的は、流動層空気流ストリームがコーティング室内で粒子状物質を循環させて、フィルタシステムの目詰まりをしにくくした、かかる流動層コーティングシステムを提供することである。

[0010]本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読み図面を参照したときに明らかになるであろう。

本発明による例示的な流動層コーティングシステムの垂直断面図である。 図１の垂直断面図から９０度オフセットした面で見た、例示の流動層コーティングシステムの垂直断面図である。 例示のコーティングシステムの空気制御オリフィスの拡大平面図である。 例示のシステムの超音波ノズルの吐出端部の拡大部分断面図である。 例示のシステムの超音波スプレーノズルの拡大垂直断面図である。 図５における線６−６の面で見た例示のスプレーノズルの横断面図である。 図５の垂直断面図から９０度オフセットした面で見た、例示の超音波スプレーノズルの垂直断面図である。 例示のスプレーノズルの吐出端部の拡大部分断面図である。

[0019]本発明は様々な変形形態および代替構成が可能であるが、本発明のある例示的な実施形態が図面に示されており、以下に詳細に説明される。しかしながら、本発明を開示される特定の形態に限定する意図はなく、それどころか、本発明は、本発明の精神および範囲内にあるすべての変形形態、代替構成、および均等物を網羅することが理解されるべきである。

[0020]ここで図面のうちの図１〜図４をより詳細に参照すると、本発明による例示的な流動層コーティング装置１０が示されている。例示した装置１０は、当業界では一般にワースターボトムスプレーコーティング機（Ｗｕｒｓｔｅｒ ｂｏｔｔｏｍ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）と呼ばれるタイプのものである。例示したコーティング装置１０は基本的に、上方に拡大する円錐形コーティング室１２を画定する流動層ボウルまたは容器１１と、コーティング室１２に処理空気を流通させるための下部空気入口プレナム１４と、空気入口プレナム１４とコーティング室１２との間のオリフィス板１５と、オリフィス板１５の中心開口１８（図３）を通って上方に突出する中心液体スプレーノズル１６と、スプレーノズル１６の吐出端部に対して直立包囲する関係で配置された円筒分離器１９と、を備える。コーティングされる粒子状物質が流動層ボウル１１の適切なポートからコーティング室内に導入され得ることが当業者によって理解されるであろう。円筒ブローバック部（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｂｌｏｗｂａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ）２０（図１）が流動層ボウル１１の上部に取り付けられ、適切な排気システムと既知の方法で連通し、排気システムは、空気を入口プレナム１４から流動層ボウル１１に吸い込み、流動層ボウル１１からブローバック部２０と流動層ボウル１１との間に介入されたフィルタアセンブリ２１を通って排気プレナムへ引き抜く。

[0021]オリフィス板１５は、入口プレナム１４からの空気をノズル１６の吐出端部に対して直ちに包囲する関係で分離器を通って上方に流通させるための内側環状配列のオリフィス２５と、空気を円筒分離器１９の外方のコーティング室１２の中へ上方に流通させるための、オリフィス２５の半径方向外方のより小さい直径のオリフィス２６と、を含む。内側配列のオリフィス２５は、サイズが外側のオリフィス２６より大きいため、アップ層空気（ｕｐｂｅｄ ａｉｒ）と呼ばれる、入口プレナム１４からオリフィス板１５を通ってコーティング室１２内上方へのより大量かつ高速の空気が、アップ層領域２８内で粒子材料を空気圧で上方に移動させてスプレーノズル１６を通り過ぎることを可能にする（図１）。オリフィス２５の半径方向外方にあるより小さいサイズのオリフィス２６は、ダウン層空気流（ｄｏｗｎｂｅｄ ａｉｒｆｌｏｗ）と呼ばれる十分な空気流がコーティング室１２のダウン層領域２９内の粒子状物質に入り込んでダウン層領域内の粒子状物質を無重力に近い浮遊状態に保つことを可能にする。この空気は、ダウン層領域２９内の粒子状物質をいくぶんか流体のように挙動させるとともに、アップ層領域２８の中へ上方に再び方向付けるために、ダウン層領域２９内で下方に移動させ、円筒分離器１９とオリフィス板１５との間の移行ギャップ３０を通って水平方向に移動させる。この場合のオリフィス板１５は、ダウン層領域内でボウル１１の側壁上での粒子状物質の蓄積を防止する外側環状空気流を方向付けるために、オリフィス２６より大きい最外環状配列のオリフィス２７を含む。

[0022]粒子が高速のアップ層気流中で上昇するとき、粒子はスプレーノズル１６によって上方に向けられたコーティング液体の小滴と接触し、重力の影響で減速する前にコーティングされることになる。比較的高速のアップ層空気流流は、粒子をアップ層領域の半径方向外方に押しやり、アップ層気流によってもたらされる上流側リフトから離れると、粒子は、ボウル内でダウン層領域２９まで降下して、最終的に、アップ層領域２８内への再循環のためにオリフィス板１５に達する。

[0023]粒子の良好なコーティングを行うために、コーティング流体は、アップ層領域２８の中に向けるための微細液体粒子に霧化されなければならず、この目的のために、加圧空気アシスト式スプレーノズルが一般的に使用されている。しかしながら、上述のように、スプレーノズルに向けられる加圧空気のエネルギーは、アップ層領域を通る液体粒子を急速に推進させて粒子状物質の効果的なコーティングを妨げる傾向がある。さらに、速度は、粒子を頭上のフィルタに埋め込まれた状態にさせることができ、それによりろ過プロセスを妨げ、頻繁な洗浄が必要になる。

[0024]本発明によれば、スプレーノズル１６は、コーティング液体を超音波で微細液体粒子吐出に霧化するとともに、粒子状物質のより効果的かつ効率的なコーティングを促進する形で、フィルタシステムの目詰まりを伴わずにスプレー吐出を制御するために動作可能である。より詳細には、スプレーノズル１６は、従来の加圧空気霧化を用いずにコーティング液体を霧化し、コーティング室のアップ層領域内での粒子状物質との相互作用を促進するために液体粒子を制御された方式で方向付ける。

[0025]例示した超音波ノズル１６は、図５〜図８に最もよく示されているように、空気入口プレナム１４の下方に配置された入口本体部３０と、入口プレナム１４を貫通してオリフィス板１５まで延びる外側円筒ハウジング３１と、を備える。ノズル１６は、コーティング室１２の下端部内に、円筒ハウジング３１の下流側端部に螺着されたエアキャップ（ａｉｒｃａｐ）３２を有する。この場合のエアキャップ３２は、スプレーノズル１６の中心軸線３５に対して垂直な前方の最も平坦な頂部（ｆｏｒｗａｒｄ ｍｏｓｔ ｐｌａｎａｌ ａｐｅｘ）３４で終わる円錐台形状またはピラミッド形状を有する（図８）。適切な液体コーティング供給部に結合するための入口取付け具３８を有するコーティング流体供給管３６は、中心軸線３５に沿って入口本体部３０および円筒ハウジング３１を貫通して延びる。

[0026]液体入口管３６を通って方向付けられた液体を超音波で霧化する場合、ノズル１６は、スプレーノズル１６の下流側端部に隣接して配置された、チタンなどの適切な材料で製作され得る超音波噴霧器４０を含む。この場合の超音波噴霧器４０は、円筒ハウジング３１の下流側端部の内側円筒空洞４４内に支持された超音波円筒ドライバ４１と、ドライバ４１に対して軸線方向離間された関係で配置された拡大基部４６を有する棒状のカニューレ状噴霧器ステム４５と、を含む。軸線方向前方の先端部または端部において、噴霧器ステム４５は噴霧面４８で終わり、カニューレ状噴霧器ステム４５は、ドライバ４１を貫通する液体供給管３６と連通する中心液体通路４９を有し、噴霧面４８に液体出口オリフィス５０を有する（図８）。

[0027]噴霧面４８の超音波振動を発生させるために、超音波ドライバ４１は複数の積層圧電変換器ディスク５５を含む。例示する実施形態では、２つの圧電変換器ディスク５５が設けられ、２つの圧電変換器ディスク５５は、軌道路５６および円筒本体セクション３１内の電線によって適切な電子発生器に電気的に結合され、入口本体部３０内の電気通信ポート５８に電気的に結合される。当業者には明らかなように、変換器ディスク５５は、各ディスク５５がすぐ隣のディスクとは反対の極性すなわち逆極性を有するように互いに電気的に結合することができる。電荷が圧電ディスク５５のスタックに結合されると、ディスク５５は膨張し互いに当接し、それによって超音波ドライバ４１を振動させる。高周波振動は噴霧器ステム４５を介して噴霧面４８に移されて、噴霧面４８に存在する液体を雲状の極めて微細な小滴または粒子で吐出させる。

[0028]本発明を実施する際、スプレーノズル１６は、コーティング室１２のアップ層領域２９における粒子状物質の最適な相互作用およびコーティングのために、雲状の微細な超音波で霧化された小滴を境界明瞭で制御されたパターンに形成するために動作可能である。この目的のために、スプレーノズル１６は、アップ層領域２８内での循環する粒子状物質との相互作用を促進するために、噴霧面４８の霧化された小滴雲をアップ層領域２８において制御された略円錐形の制御されたパターンで前方に推進させる形で噴霧面４８の周りの加圧ガスを流通させるように構成される。例示の実施形態では、円筒ノズル本体３１には、入口本体部３０内の加圧空気入口６１と噴霧ステム４５の周りの環状マニホルド空気室６１との間を連通させる形成空気（ｆｏｒｍｉｎｇ ａｉｒ）通路６０が形成される（図８）。例示の実施形態では、環状空気マニホルド室６１は、エアキャップ３２とノズル本体３１の下流側端面との間に画定される。

[0029]さらにこの実施形態を踏まえて、加圧空気が、環状マニホルド室６０から噴霧器ステム４５の周りの中空渦流室６２の中にまで渦流室６２内に接線空気流を作り出す形で流通し、そしてエアキャップ３２の中心開口と噴霧器ステム４５との間の環状空気吐出オリフィス６５を通って流通する。例示の実施形態では、複数の円周方向に離間された通路６４が、渦流室６２内に加圧空気のわずかな旋回動作を作り出すためにマニホルド空気室６０と渦流室６２との間を連通させる。この場合の円周方向に離間された通路６４はエアキャップ３２内に画定され、図６に示されているように、吐出する気流が噴霧器ステム４５の周りに接線方向に向けられるように噴霧器ステム４５に対して半径方向にオフセットした関係にある。環状空気吐出オリフィス６５から吐出する接線方向に向けられた空気は、コーティング室のアップ層領域２８における周囲の上方に動く粒子状物質との相互作用のための前方に向けられたパターンを制御するために、超音波で作られた雲状液体コーティング粒子を包囲する。

[0030]例示の実施形態の別の態様を踏まえて、振動する圧電ディスク５５の過熱を防止するために、ノズル本体３１には、入口本体部３０の冷却空気入口６８とディスク５５を包囲する環状空洞６９との間に延びる冷却空気通路６６が形成される（図８）。ディスク５５の周りの冷却空気の循環を容易にするために、ノズル本体３１には、出口ポート７１と連通するための、反対側円筒本体３１を貫通する冷却空気戻り通路７０が形成される。冷却空気は、超音波スプレーノズル１６の運転中に振動する圧電ディスク５５の過熱を防止するために、冷却空気通路６６、環状通路６８、および出口ポート７１を通って継続的に循環され得ることが分かるであろう。

[0031]前述から、本発明の流動層コーティングシステムは、粒子状物質を微細に霧化されたコーティング流体でより効率的かつ効果的にコーティングするのに適していることが分かる。雲状の微細に霧化されたコーティング流体は、コーティング流体の従来の空気霧化を用いずに、かつフィルタシステムの洗浄をあまり必要とせずに、粒子状物質の完全な相互作用およびコーティングを容易にする形で制御される。

[0032]用語の「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」ならびに本発明を説明する文脈での（特に下記の特許請求の範囲の文脈での）「その（ｔｈｅ）」および類似の指示対象の使用は、本明細書において特に指示がないかまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数と複数の両方を網羅すると解釈されるべきであることが理解されよう。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り非限定的用語（すなわち、「含むが、限定されるものではない」を意味する）と解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において特に指示がない限り、単に範囲内にあるそれぞれ別々の値を個々に参照する簡略法として役目を果たすためのものであり、それぞれ別個の値が本明細書に個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に提供されるあらゆる例、または例示的な言い回し（例えば「〜など（ｓｕｃｈ ａｓ）」）の使用は、単に本発明をより良く理解するためのものであり、本発明の範囲の制限を提示するものではない。

[0033]本発明の好ましい実施形態は、本発明を実施するための発明者らに知られる最良の形態を含めて、本明細書に記述されている。それらの好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読んだときに当業者には明らかになり得る。発明者らは、当業者が必要に応じてかかる変形形態を使用すると予期し、発明者らは、本発明が本明細書に明確に記載されているものとは別の方法で実施されることを意図としている。さらに、本明細書において特に指示がないかまたは文脈によって特に明らかに矛盾しない限り、上記実施形態の考えられるすべての変形形態における上記の所望の要素のいずれの組合せも本発明によって包含される。したがって、本発明は、適用法令で認められているように、本明細書に添付されている特許請求の範囲に記載されている主題のすべての修正形態および均等物を含む。

Claims (10)

1. 粒子の表面に液体をコーティングするための流動層コーティング装置において、
   コーティングされる粒子を受容するためのコーティング室を画定する容器であって、前記コーティング室の下側に処理空気を流通させるために、処理空気供給部に接続する為の処理空気入口を有する、前記容器と、
   前記コーティング室の上側にあるフィルタと、
   コーティング液体を前記コーティング室内へ上方に噴霧するために前記コーティング室の下側から前記コーティング室に向かって上方に突出するコーティング液体スプレーノズルと、
   前記液体スプレーノズルの吐出端部に対して直立する関係で配置され、前記コーティング液体スプレーノズルから噴霧されたコーティング液体が内部に向けられる、中空の分離器と、
   を備え、
   前記処理空気入口は、コーティングされる前記粒子が、前記分離器を通って前記コーティング室のアップ層領域へ上方に、次いで前記分離器の外方の前記コーティング室のダウン層領域を通って下方に、前記分離器内に戻り前記分離器を通るように循環されるべく、上昇処理空気流を向けるように作用可能であり、
   前記コーティング液体スプレーノズルが、コーティング液体供給路を有するハウジングを含み、前記コーティング液体供給路は、コーティング液体供給部に接続する為に、上流側端部コーティング流体入口を備え、前記ハウジングを通って延び、
   前記コーティング液体スプレーノズルは、超音波噴霧器を含み、前記超音波噴霧器は、
   超音波ドライバと、前記ハウジングの下流側端部に隣接して支持されるカニューレ状の噴霧ステムとを有し、前記カニューレ状の噴霧ステムが、噴霧面で終端しており、コーティング液体を前記噴霧面に向けるために、前記ハウジングの液体供給路と連通する前記噴霧ステムの軸線に沿って延びるコーティング液体流路を有しており、前記噴霧面に向けられたコーティング液体が、微細液体粒子雲に霧化されるように、前記噴霧面を振動させるように前記超音波ドライバが電気的に作動され、
   前記ハウジングは、形成空気供給部に接続する為に上流側形成空気入口を備えた形成空気通路を有し、前記ハウジングの下流側端部に取り付けられた空気キャップは、前記形成空気通路と流体流通する空気室を前記噴霧ステムの周りに画定し、前記空気キャップおよび噴霧ステムは、前記空気室と流通する形成空気吐出オリフィスを画定し、超音波で微細に霧化された液体粒子雲を、フィルタの目詰まりを伴わず、良好に画定され制御されたパターンに形成させるための空気ストリームが、前記コーティング室の前記アップ層領域内の粒子の最適な相互作用およびコーティングの為に、前記形成空気吐出オリフィスから放出され、
   前記コーティング液体スプレーノズルは、前記超音波ドライバを囲む環状空洞を有し、前記ノズルのハウジングは、冷却空気供給部と結合する為に、前記コーティング液体スプレーノズルの動作中、前記超音波ドライバを冷却する前記環状空洞に冷却空気を向ける為に、上流側空気入口を備えた冷却空気通路を有する、流動層コーティング装置。
2. 前記空気キャップが、超音波で霧化された前記微細液体粒子雲を円錐形スプレーパターンに形成するとともに前記液体粒子を前記分離器に通して推進させる形で、加圧空気を前記コーティング室内へ回転旋回方向に向けるために構成される、請求項１に記載の流動層コーティング装置。
3. 前記処理空気入口と前記コーティング室の下端部との間に配置されたオリフィス板を含み、前記オリフィス板には、比較的大量の処理空気を前記分離器に通して上方に流通させるための内側配列のオリフィスと、比較的低い圧力の空気流を前記分離器の外周面の周りに向けるための、前記分離器の外方の第２の配列のオリフィスと、が形成される、請求項２に記載の流動層コーティング装置。
4. 前記内側配列のオリフィスのサイズが前記第２の配列のオリフィスのサイズよりも大きい、請求項３に記載の流動層コーティング装置。
5. 前記コーティング液体スプレーノズルが、前記オリフィス板の中心開口に心合せされた関係で、前記空気キャップを前記中心開口の外方に突出させて配置される、請求項３に記載の流動層コーティング装置。
6. 前記空気キャップが、前記中心開口を貫通して突出する円錐台形端部を有する、請求項５に記載の流動層コーティング装置。
7. 前記オリフィス板が、前記容器の側壁におけるコーティング済み粒子の蓄積を防止する外側環状空気流を前記コーティング室内に向けるために、前記第２の配列のオリフィスよりも大きいサイズの第３の最外環状配列のオリフィスを含む、請求項３に記載の流動層コーティング装置。
8. 前記ノズルのハウジングが、空気を前記環状空洞から出口ポートまで流通させるための、前記環状空洞と連通する戻り空気通路を含む、請求項１に記載の流動層コーティング装置。
9. 前記処理空気供給部に結合する為に、処理空気を前記処理空気入口に供給する為に前記容器の下側に配置された処理空気プレナムを含み、前記ノズルのハウジングは、前記空気プレナムを貫通して延びる、請求項１に記載の流動層コーティング装置。
10. 前記コーティング液体スプレーノズルは、前記処理空気プレナムの下方外側に配置され入口本体部を有し、前記形成空気入口、コーティング液体入口、冷却空気入口は、前記入口本体部と連通する、請求項９に記載の流動層コーティング装置。

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