JP7068556B2 - スプレーガンノズル - Google Patents

Description

本発明は、塗料スプレーガンに関する。より具体的には、本発明は、塗料スプレーガンに使用するエアキャップノズルに関する。

塗料スプレーガンは、車両のボディパネルといった媒体に塗料を塗布するために大抵使用される。塗料スプレーガンには、通常、媒体に塗布する前に液体塗料を小さな粒子に分解するための手段（すなわち、スプレー）が含まれる。このプロセスは、噴霧化と呼ばれている。噴霧化は、塗料噴流と「噴霧化する」空気噴流とを混合することによって達成される。これらの噴流の間の混合が、噴霧化を引き起こす。

既存の塗料スプレーガンは、エアキャップと、塗料ノズルと、と備えた流体チップを含む。エアキャップは、塗料ノズルに近接したエアキャップ放出口から噴霧空気の噴流を提供し、これによって塗料の噴霧化のために必要な噴流間の混合を可能にする。噴霧空気の噴流を提供するために、高圧の空気源がよく使用される。

噴霧空気の噴流は、高速であることが望ましい。しかしながら、既存の塗料スプレーガンによって生成される高速噴霧空気の噴流は、望ましくないノイズを引き起こす。さらに、既存の塗料スプレーガンは、噴霧空気の噴流の変動（いわゆる「フラッピング」）を引き起こしやすく、スプレーガンの転送効率（すなわち、表面に付着する塗料液滴の数）を低下させる。

本発明によれば、スプレーガンから塗料を噴霧するために噴霧空気の噴流を放出するためのエアキャップノズルが提供され、エアキャップノズルは、噴霧空気放出口を有する先端表面部と、放出口を囲むリム領域と、を備える。リム領域は、先端表面部のリム領域から軸方向外向きに突出する複数の突起によって形成された連続的な鋸歯状部分を備える。突起は、噴霧空気ジェットによる周囲の空気の同伴を可能にするように構成された谷によって分離され、同伴された周囲の空気は、谷を通って引き込まれる。許容された同伴は、同伴された周囲の空気と噴霧空気ジェットとの間の混合を提供する。突起は、噴霧空気噴流による周囲の空気の同伴を許容するように構成された谷部によって分離されており、同伴された周囲の空気は、谷部を通って引き込まれる。許容された同伴は、同伴された周囲の空気と噴霧空気の噴流との間の混合をもたらす。

噴霧空気が既存のエアキャップノズルから放出されると、放出された空気と周囲の空気との間の界面において混合層が生成される。発明者は、この混合層は、放出された空気と周囲の空気との間の高圧及び速度差に起因する激しい乱流によって特徴付けられると判断した。この乱流の強さは、生成されるノイズのレベルに直接関連付けられる。作動音を低減するためには、混合層の乱流が低減されなければならない。

複数の突起は、放出空気の噴流と周囲の空気との間の混合を強化する流れ方向の渦を導入することによって、混合層内の乱流を低減することが見出されている。この強化された混合は、放出された空気流内のピーク速度をより迅速に減少し、これによって、乱流の量及び生成されるピークノイズを低減する。

本発明のエアキャップノズルが、複数の突起によって生成される流れ方向の渦によって、特に安定した放出噴霧空気の噴流をもたらすことが見出されるのは、更なる利点である。放出された噴霧空気の噴流は、既存のエアキャップノズルによって提供されるものよりも安定していることが見出されている。噴霧空気の噴流の安定性が向上することは、スプレーガン操作中の空気の噴流の変動（いわゆる「フラッピング」）の頻度及び/又は高度を低減させる。フラッピングは、スプレーガンから放出される液体塗料の不安定性によって引き起こされる。フラッピングは、塗料液滴の不均一な分布をもたらし、かつ、スプレーガンの全体的な転送効率（すなわち、スプレーガンから放出される塗料液滴の総量と比較した表面に付着する塗料液滴の量）を低下させるため、望ましくない。それゆえ、本発明は、効率の節約を伴う改善された塗料分配の品質を提供する。

さらに、放出された噴霧空気の噴流のスプレー乱流特性は、突起の形状を改良することによって制御されてもよい。放出された噴霧空気の噴流内の乱流の低減は、スプレーガンの全体的な転送効率を向上する。

任意には、リム領域は、環状とされている。

任意には、リム領域は、単一の連続した鋸歯状部分を備える。

任意には、複数の突起の少なくともいくつかは、半径方向内側に延在する軸方向外側部分を有する。軸方向外側部分は、噴霧空気放出口の中心部へ向けて延在してもよい。突起の軸方向外側部分が半径方向内側に延在する場合、噴霧空気流は、塗料の噴流、特に、リムの半径方向内側の位置から放出される塗料の噴流を突き抜けるように方向づけられる。このことは、得られる噴霧塗料の噴流の安定性を改良し、これによって、真っすぐな放出口プロファイルを長期間維持されることを可能にする。この結果、表面への塗料スプレーの塗布がより良好に制御され、再現性が向上する。しかしながら、いくつかの実施形態では、突起の部分は、必ずしも半径方向内側に延在しない（すなわち、突起の内面は、放出口の中心線と実質的に平行とされている。）。

任意には、谷部は、突起間の湾曲した表面を備える。

任意には、連続的な鋸歯状部分は、噴霧空気流と衝突する後縁を形成する。

任意には、谷部は放出口の中心部から径方向に延在する。

任意には、突起は、噴霧空気放出口の中心部から半径方向外向きに延在する頂部を備える。

任意には、複数の突起の半径方向の幅は、噴霧空気放出口からの距離と共に増加する。

任意には、複数の突起は、８個から１６個までの突起である。

任意には、エアキャップノズルは、さらに、塗料スプレーガンに取り付けるように構成されている。取り付けられた場合、塗料スプレーガンのペイントノズルは、エアキャップノズル放出口に対する実質的な質量中心とされてもよい。

任意には、エアキャップノズルは、さらに、エアキャップの外表面から突出する１つ又は複数の角部を備えており、１つ又は複数の角部は、それぞれ噴霧空気放出口の下流の噴霧領域へ向けて補助空気の噴流を放出するように構成される。

図１ａは、突起のない既存のエアキャップノズルから放出する噴霧空気の空気流のプロファイル（上流を向いて見た場合）を示す。 図１ｂは、突起を備えたエアキャップノズルから放出する噴霧空気の空気流のプロファイル（上流を向いて見た場合）を示す。 図２ａは、周囲の空気と図１ａのエアキャップノズルから放出される噴霧空気との間の静圧差を概略的に示す。 図２ｂは、周囲の空気と図１ｂのエアキャップノズルから放出される噴霧空気との間の静圧差を概略的に示す。 図３ａは、エアキャップノズル放出口から下流の４つの異なる軸方向位置において軸方向から見た場合における、図１ａのエアキャップノズルから放出される空気の流れの可視化パターンを示す。 図３ｂは、エアキャップノズル放出口から下流の異なる軸方向位置において軸方向から見た場合における、図１ｂのエアキャップノズルから放出される空気の流れの可視化パターンを示す。 図４ａは、放出された空気の流れに対して横方向から見た場合における、図１ａのエアキャップノズルから放出される空気の流れの可視化パターンを示す。 図４ｂは、放出された空気の流れに対して横方向から見た場合における、図１ｂのエアキャップノズルから放出される空気の流れの可視化パターンを示す。 図５ａは、補助空気流を放出するための角部を備えた図１ｂのエアキャップノズルを示す。 図５ｂは、図５ａのエアキャップノズルの平面図を示す。 図６は、図１ｂのエアキャップノズルの放出口の拡大図を示す。

図１ａを参照すると、従来の円形リム１０２ａを有するエアキャップノズル１０３ａ（「エアノズル」とも称する）から放出される空気の噴流１０１ａの空気流プロファイルが示されている。空気の噴流１０１ａは、エアノズル放出口１００ａを介して放出される。空気の噴流１０１ａの空気流プロファイルは、円周方向に均一であることが観察され得る。従来のリム１０２ａを有する図１ａのエアノズルから放出された空気の噴流は、空気の噴流１０１ａがエアノズル１０３ａから放出された後、周囲の空気を同伴する。

図１ｂを参照すると、本発明の実施形態による、エアノズル１０３ｂから放出された空気の噴流１０１ｂの空気流プロファイルが示されている。エアノズル１０３ｂは、突起１０４を備えたリム１０２ｂ（リム領域とも称する）を有する。各突起は、谷部１０５によって隣接する突起の頂部と分離された頂部１０６を有する。リム１０２ｂは、エアノズル放出口１００ｂ（噴霧空気放出口とも称する）を取り囲む。図示された実施形態では、各突起１０４の頂部１０６は、エアノズル放出口１００ｂの中心部から半径方向に離れて延在する。突起は、「シェブロン（chevrons）」又は「鋸歯（saw-tooth）」と称されてもよい。空気流１０１ｂが、各突起１０４の半径方向内側の位置１０７に実質的に収束することが観察され得る。それゆえ、谷部１０５から直ぐに半径方向内側にある位置（すなわち、突起１０４の間）において、空気流１０１ｂ内部にギャップ１０８がある。

図１ｂのノズルにおいて、空気の噴流１０１ｂの同伴は、空気の噴流が、エアノズル１０３ｂを出る前に始まる（すなわち、空気の噴流１０１ｂの空気が、突起１０６の下流となる前に、谷部１０２ｂで同伴が始まる）。

図２ａを参照すると、図１ａのエアノズル放出口１０３ａから放出される空気の噴流の方向は、矢印２００ａによって示されている。周囲の空気と放出された空気の噴流との間の静圧差は、矢印２０１ａによって示されている。

図２ｂを参照すると、エアノズル放出口を取り囲む突起１０４が示されている。矢印２０１ｂによって示されているように、周囲の空気と放出された空気の噴流２００ｂとの間には、静圧差がある。この静圧差は、図２ａに参照されているものと同様です。しかしながら、矢印２０２ｂによって示されるように、突起１０４によって生成される追加の静圧差が存在する。追加の静圧差は、ノズル１０３ｂの内側に、逆回転する渦対を生成する（図２ｂには示されていない）、小さな半径方向の侵入噴流を形成する。

図３ａを参照すると、図１ａのエアノズル放出口から下流側の軸方向位置においてエアキャップノズル（すなわち、空気の噴流）から放出される空気の流れの可視化パターン３０１ａ、３０２ａ、３０３ａ、３０４ａが（エアノズル放出口からの距離の順番で）示されている。図３ａから４ｂに示されている内部の等高線は、観測された空気の噴流の内側における流れの可視化マーカー特性の等高線に関連する。本発明にとって最も重要なのは、空気の噴流を周囲の空気から区切る最も外側の等高線３０６である。図１ａのエアノズルからの空気の噴流は、有意な逆回転する渦対を発生させないことが観察される。空気の噴流と周囲の空気との混合は、最小限に抑えられる。

対照的に、図３ｂを参照すると、有意な逆回転する渦対３０５が図１ｂのエアノズルから生成されている。逆回転する渦の対は、図３ａの位置に対応する下流側の軸方向位置における流れの可視化３１０ｂ、３０２ｂ、３０３ｂ、３０４ｂの最も外側の等高線３０６を参照して観察することができる。図３ｂに示されるように、逆回転する渦対３０５は、エアノズル放出口から半径方向外向きに伝播する。渦対は、このような渦対が生成されないエアノズルと比較して、より大きな混合を引き起こす。放出された空気の噴流と周囲の空気との間の強化された混合は、放出された空気の噴流（及び、それゆえ、乱流）のピーク速度が、より迅速に減少されて、その結果としてノイズが減少することを生じさせる。特に、流れの可視化３０４ｂは、図３ａの流れの可視化３０４ａに示されているものと比較して、空気の噴流と周囲の空気との間のはるかに大きな混合を示す。図３ａと比較して、図３ｂの最も外側の等高線３０６を参照すると、より大きな混合が特に観察され得る。

図４ａ及び４ｂを参照して、ノズル１０３ａ、１０３ｂ（突起なし及び突起あり）から放出された空気の噴流５００の横方向の流れの可視化が示されている。ノズルからの放出された空気の流れに対する上述の逆回転する渦対の影響を観察することができる。

図４ａを参照すると、放出された空気の噴流の「ネック」部分４０２ａは、比較的厚い。ネック部分４０２ａは、変動（すなわち、上述した、いわゆる「フラッピング」）の影響を受けやすい。

図４ｂは、著しく薄いネック部分４０２ｂを示す。逆回転する渦対の影響によってネック部分が薄くなっている。より薄いネック部分４０２ｂは、ネック部分の変動が小さいことを意味する。特に、変動４０１ｂは、図４ａのエアノズルからの変動４０１ａが止まる点からかなり上流側の点において止まる。言い換えれば、変動４０１ｂの頻度及び高度が低減されている。これは、突起によって生成される空気の噴流内部の逆回転する渦対の影響によるものである。減少された変動は、小さな塗料の液滴の軌道を改善し、スプレーガンの全体的な転送効率を向上させる。

図５ａ及び５ｂを参照すると、図１ｂに示されているようなエアキャップノズル１０３ｂが示されている。エアキャップノズルは、さらに２つの角部５０１を備えている。角部は、エアキャップノズル１０３ｂの放出口５０３の下流側の領域に補助空気の噴流を放出するための補助空気放出口５０２を含む。補助空気の噴流は、放出された空気の噴流を中心部に放出された塗料の噴流（図示省略）へ向けて絞る働きをし、これによって塗料のスプレーパターンを生成する。ホーンの形状を変えることによって、塗料のスプレーパターンを調整することができる。

図６ａを参照すると、突起１０４を備えたリム１０２ｂの拡大図が示されている。リム１０２ｂは、エアキャップノズル放出口１００ｂを取り囲んでいる。図６の残りの機能については、図１ｂを参照して説明したとおりである。

Claims (11)

1. スプレーガンから塗料を噴霧するために噴霧空気の噴流を放出するためのエアキャップノズルであって、前記エアキャップノズルは、噴霧空気の放出口を有する先端表面部と、該放出口を囲むリム領域と、を備えており、
   前記リム領域は、前記先端表面部の前記リム領域から軸方向外向きに突出する複数の突起によって形成された単一の連続的な鋸歯状部分を備えており、
   前記突起は、前記噴霧空気の噴流による周囲の空気の同伴を許容するように構成された谷部によって分離されており、該同伴された周囲の空気は、前記谷部を通って引き込まれており、許容された該同伴は、該同伴された周囲の空気と前記噴霧空気の噴流との間の混合をもたらしており、
   前記連続的な鋸歯状部分は、前記噴霧空気の噴流と衝突する後縁を形成する、エアキャップノズル。
2. 前記リム領域は、環状とされている、請求項１に記載のエアキャップノズル。
3. 前記複数の突起の少なくともいくつかは、前記噴霧空気の放出口の中心部へ向けて延在する、請求項１に記載のエアキャップノズル。
4. 前記谷部は、前記突起の間の湾曲した表面を備える、請求項１に記載のエアキャップノズル。
5. 前記谷部は、前記噴霧空気の放出口の中心部から径方向に延在する、請求項１に記載のエアキャップノズル。
6. 前記突起は、前記噴霧空気の放出口の中心部から径方向外側へ向けて延在する頂部を備える、請求項１に記載のエアキャップノズル。
7. 前記複数の突起の径方向の幅は、前記噴霧空気の放出口からの距離と共に増加する、請求項１に記載のエアキャップノズル。
8. 前記複数の突起は、８個から１６個までの突起を備える、請求項１に記載のエアキャップノズル。
9. さらに、エアスプレーガンに取り付けるように構成されている、請求項１に記載のエアキャップノズル。
10. さらに、前記エアキャップノズルの外表面から突出する１つ又は複数の角部を備えており、前記１つ又は複数の角部は、前記噴霧空気の放出口の下流の噴霧領域へ向けて補助空気噴流を放出するように構成されている、請求項１に記載のエアキャップノズル。
11. 請求項１に記載のエアキャップノズルを備えた塗料スプレーガン。

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