JPH0694014B2 - 小型高速スプレ−ガン - Google Patents

小型高速スプレ−ガン

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JPH0694014B2
JPH0694014B2 JP61263663A JP26366386A JPH0694014B2 JP H0694014 B2 JPH0694014 B2 JP H0694014B2 JP 61263663 A JP61263663 A JP 61263663A JP 26366386 A JP26366386 A JP 26366386A JP H0694014 B2 JPH0694014 B2 JP H0694014B2
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JP
Japan
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piezoelectric element
spray gun
valve
nozzle
fluid
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JP61263663A
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英文 松川
謙二 松本
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Marktec Corp
Original Assignee
Marktec Corp
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/02Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling time, or sequence, of delivery
    • B05B12/06Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling time, or sequence, of delivery for effecting pulsating flow

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Details Or Accessories Of Spraying Plant Or Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、流体、特に液体を噴射する小型高速スプレー
ガンに関し、該スプレーガンはマーキング及び印字にお
いて好適に用いられる。
[従来の技術] 従来、液体を噴射するスプレーガンは各種あり、バルブ
の開閉のための駆動源で分類すると、手動式、空気圧
式、およびソレノイド式が知られている。これらのう
ち、噴射の開始および停止を高速で行うことができ、か
つ小型化できるものとしてソレノイド式が用いられてい
る。本発明者等は、先に特に応答速度が速い小型のスプ
レーガンを発明し、これは印字の分野で広く実用されて
いる(実開昭58-128658)。
しかし、一般のソレノイド式スプレーガンは勿論、上記
改良されたスプレーガンにおいてさえ、より速い応答速
度が要求されるようになった。しかし、ソレノイド式ス
プレーにおける可動鉄芯はいくら小型化したとしても比
較的重いので慣性が大きく、応答速度に限界があった。
また、一層の小型軽量化が望まれているが、従来のソレ
ノイド式では殆んど限界に達している。たとえば巻線コ
イルを小さくし、かつ十分の駆動力を得るには限界があ
る。駆動部の小型化に限界があるとなれば、弁からノズ
ルを長く延すことによってスプレーガン先端部を小さく
することが考えられる。しかし、すると噴射される液体
の流路が長いので流動抵抗が大きくなり、実用できな
い。
所定のマークまたは字を高速で印すために、複数のノズ
ルを一体にしたスプレーガンが従来知られているが、上
記の様に小型化に限界があるので、ノズル間のピッチを
小さくすることができなかった。ノズルを長めにして、
ノズル先端を密着して寄せ集めることによりピッチを小
さくできるが、上記の様に流動抵抗が大きくなり、特に
外側のノズル配管は長くなり、かつ途中で曲げられるの
で流動抵抗が大きくなる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記のような従来のスプレーガンの限界を打
破し、小型でかつ高速応答するスプレーガンを提供す
る。小型高速応答の点のみならず、本発明のスプレーガ
ンは、以下で述べる諸々の長所を有する。
[課題を解決するための手段] 本発明は、圧力をかけられた流体を弁の開閉により噴射
するスプレーガンにおいて、圧力をかけられた流体の充
満部と噴射ノズルの境界に圧電素子より成る弁が配置さ
れ、圧電素子に電圧が印加されたときの圧電素子の変形
により弁が開閉されるところのスプレーガンである。
本発明を、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明のスプレーガン側の横断面図である。
第1図において、1は圧電素子であり、2及び3はそれ
ぞれ電極である。4は、圧力をかけられた流体、たとえ
ばペイント又はインキが充満される充満部であり、図示
していない加圧ポンプを含むペイント又はインキ供給部
と連通している。5は、流体が流出する噴射ノズルであ
る。6は、弁として働く圧電素子1のための弁座であ
る。
第1図のスプレーガンにおいて、たとえば電極2側を+
50V、電極3側をOVとして電圧をかけると、圧電素子1
が上方に反り、弁座6と圧電素子との間に間隙が生じ
る。第2図は、この状態を示す横断面図である。間隙が
生じると同時に、圧力をかけられている流体がノズル5
を通って噴射される。圧電素子1の自由長さは、典型的
には5〜20mmであり、圧電素子の変位(弁座と変形した
圧電素子の間の距離)は、電圧により数μmから300μ
mの間とすることができる。典型的には10〜100μm、
特に約20μmである。この変位をどの程度に設定するか
は、一定時間に噴射すべき流体の量、流体粘度、所要応
答速度などにより適宜決められる。一般に、弁と弁座と
の間隙における流動抵抗を小さく設定するために、この
間隙の流体流通面積がノズル断面積に等しいか、より大
きいことが好ましい。すなわち、第3図は弁、弁座、ノ
ズルの部分の図であるが、ここでπDl≧π/4・d2である
ことが好ましい。
電圧素子にかけられる電圧は、典型的には10〜100Vであ
り、電流は10〜100mA程度で十分である。
所定の時間後(つまり所定量の流体の噴射後)に、弁を
閉じる。このためには電極2および3間の電圧を零とす
ればよいのであるが、実際には圧電素子の変形はヒステ
リシスを示し、電圧零としても変形が直ちに回復せず
に、圧電素子弁と弁座の間に間隙(たとえば変形量の10
〜20%)が残る。この間隙を失くすために、上記とは逆
の電圧をかけると良い。たとえば電極2側を−30V、電
極3側をOVとする。このようにして、圧電素子の変形ヒ
ステリシスによる間隙を失くし、また圧電素子の変形の
回復を急速に行って、ノズルの応答速度を速めることが
できる。この後、直ちに再び正方向に電圧をかけて弁を
開くこともでき、あるいは電圧を零として休止すること
もできる。
液体、とくにペイントを噴射するスプレーガンにあって
は、弁座6を弾性材料により作ることが好ましい。弁を
閉じるときに上記のように電圧素子に逆電圧をかける
と、弾性材料より成る弁座は押圧されてへこむ。つま
り、第4図(a)に示すように弁が開いているときに液
体が噴射され、液滴8となって飛ぶ。次に第4図(b)
に示すように逆電圧により弁が閉じられると弁座6が押
圧されてへこむ。次に電圧を零とすると第4図(c)に
示すように弁座のへこみが失くなり元に戻る。この時、
ノズル5中の液体が弁側に吸引されてノズル先端は空に
なる。従って、ノズル先端においてペイントが乾いて固
体付着物を形成することがなく、固体付着物によりノズ
ルが狭くなったり、噴射された液滴の方向が曲げられる
という問題がなくなり、一定した量で一定の方向に噴射
を行うことができる。従来、ノズルの径が小さなスプレ
ーガンにおいて、ノズル先端におけるペイントの乾きに
よる固体付着物の形成が大きな問題であったことを考え
ると、本発明に従う圧電素子弁の使用により上記構成を
とることができて問題が解決されたことは大きな進歩で
ある。
本発明のスプレーガンの特徴の一つは、小型化できるこ
とである。従って、複数のノズルを組合せて、たとえば
7〜16個のノズルを一列に配置した小型高速印字用スプ
レーガンを構成することができる。この場合、流体充満
部は、各々の圧電素子弁及びノズル毎に別々に配置する
必要はなく、好ましくは一つの流体充満部と全てのノズ
ルが連結する。第5図は、7個の圧電素子を一列に並べ
て一体形成された複数弁を示し、7個の圧電素子は各々
独立に作動される。第6図は、第5図の複数弁を一個の
流体充満部に収容した小型高速スプレーガンの一部破談
見取り図である。図において、1は圧電素子、5はノズ
ル、6は弁座、9は圧電素子につながる電極、10は流体
供給管である。このスプレーガンの寸法の例を挙げる
と、ノズル間の幅Wは2.54mm、外形の高さhは10mm、奥
行きdは20mmである。従来、このような小型のマルチノ
ズルスプレーガンはなかった。ノズルは、口径0.2mm、
長さ3mmである。
上記のマルチノズルスプレーガンに、マイクロギアポン
プで3Kg/cm2の圧力でペイントを送り、マイクロコンピ
ューターで各々の圧電素子弁を制御して、第7図のよう
なパターンを繰返し印字した。1秒間に200文字を良好
に印字できた。従来の高速スプレーガンとして実開昭58
-128658に記載した装置を用いると、同じパターンを1
秒間に50文字を印字できた。すなわち本発明のスプレー
ガンは、4倍速く印字できた。
本発明において用いる圧電素子自体は公知であり、特定
のものに限定されない。たとえばチタン酸ジルコン酸
(MT-11およびMT-107)、チタン酸鉛(PbTiO3)、ある
いはチタン酸バリウム(BaTiO3)より成るものを用いる
ことができる。
[発明の効果] 本発明の効果をまとめて示す。
a.小型軽量化が可能である。
本発明のスプレーガンの小型化の限界は、圧電素子+電
極の大きさにより主として規定されるが、これは典型的
には幅1mm、長さ(可動部)5mm、厚さ0.5mm、重量0.1g
である。従って、第6図で複数ノズルの場合について例
示したように、極めて小型化でき、また軽量である。従
来のソレノイド式の装置においては、可動鉄芯のみで20
gもある。また、従来の装置ではマグネットおよび復帰
スプリングが必要であり、小型軽量化はこれにより制限
された。
b.高速応答が可能である。
本発明においては2kHz〜20kHzの応答が可能である。ソ
レノイド式では200Hzである。本発明において高速応答
が可能な理由は次の通りである。
イ.圧電素子が軽量なので慣性が小さい。
ロ.電圧で直接駆動するので、ソレノイドコイルの場合
のような位相遅れがない。
ハ.移動部分の移動距離が小さい。本発明では圧電素子
の変位は10μmオーダーであるが、ソレノイド式では10
0μmオーダーである。
ニ.摺動部分がないので、摺動抵抗がない。
C.大電流を必要としない。
本発明では10mAオーダーで十分である。ソレノイド式で
は10Aが必要である。大電流を必要としないので、電源
装置および駆動装置を小型かつ安価に製造でき、また配
線抵抗の影響が小さい。従って小さな電線を用いること
ができ、スプレーガンと駆動装置の間の距離が大きくな
ってもよい。
上記の通り、本発明のスプレーガンは、従来の装置には
なかった顕著な特徴、効果を示すものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のスプレーガンの一例の横断面図であ
る。第2図は、圧電素子弁が変形したときの状態を示す
横断面図である。 第3図は、弁、弁座およびノズル部分の図である。 第4図は、本発明の一態様における弁の開閉を示す縦断
面図である。 第5図は、7つの圧電素子弁を一列に一体形成したもの
を示す図であり、第6図はこれを用いたマルチノズルス
プレーガンの一部破断見取り図である。 第7図は、、マチルノズルスプレーガンで印字されたパ
ターンを示す図である。 図中の数字は、下記を示す。 1……圧電素子弁、2および3……電極 4……流体充満部、5……ノズル 6……弁座、8……液滴 9……電極、10……流体供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 2/135

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧力をかけられた流体を弁の開閉により噴
    射するスプレーガンにおいて、圧力をかけられた流体の
    充満部と噴射ノズルの境界に圧電素子より成る弁が配置
    され、圧電素子に電圧が印加されたときの圧電素子の変
    形により弁が開閉されるところのスプレーガン。
  2. 【請求項2】流体を噴射するために印加される電圧によ
    り圧電素子が流体充満部側に歪んで変形し、流体の噴射
    を停止するときは上記と逆の電圧の印加により圧電素子
    がノズル側に急速に変形する特許請求の範囲第1項記載
    のスプレーガン。
  3. 【請求項3】圧電素子より成る弁に近いノズル端に、弾
    性材料より成る弁座が配置され、逆電圧の印加により圧
    電素子が弁座を押圧したとき弁座が圧縮変形し、次に電
    圧印加の解除のときに弁座の該変形が元に戻り、もって
    ノズルの噴射先端における液体の残留が少い特許請求の
    範囲第2項記載のスプレーガン。
  4. 【請求項4】圧力をかけられた流体の一つの充満部およ
    び各々これととつながる複数の噴射ノズル及び同複数の
    圧電素子弁を有する特許請求の範囲第1項〜第3項のい
    ずれか一つに記載のスプレーガン。
  5. 【請求項5】複数の圧電素子弁が櫛歯状に平行に一体形
    成して配置されている特許請求の範囲第1項〜第4項の
    いずれか一つに記載のスプレーガン。
  6. 【請求項6】弁が開いた時における弁間隙の流体流通断
    面積がノズル断面積に少くとも等しい特許請求の範囲第
    1〜5項のいずれか一つに記載のスプレーガン。
JP61263663A 1986-11-07 1986-11-07 小型高速スプレ−ガン Expired - Lifetime JPH0694014B2 (ja)

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