JPH0761458B2 - ケーブルアッセンブリ - Google Patents

ケーブルアッセンブリ

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JPH0761458B2
JPH0761458B2 JP60085594A JP8559485A JPH0761458B2 JP H0761458 B2 JPH0761458 B2 JP H0761458B2 JP 60085594 A JP60085594 A JP 60085594A JP 8559485 A JP8559485 A JP 8559485A JP H0761458 B2 JPH0761458 B2 JP H0761458B2
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electrode
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アール.ヘステイングス ドナルド
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ノードソン コーポレーシヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、吹付用の被覆材料を帯電させる高電圧電極を
具備する吹付装置、即ちガンを用いた静電吹付被覆シス
テムに係り、特に該システムに電気容量的に蓄積された
電気エネルギを不注意により放電させた時のシヨツクや
発火の危険性をできるだけ小さくする為に、上記ガンと
これから離隔した高静電圧供給部とを接続する高電圧ケ
ーブル中やガン内の電極付勢路中に抵抗を組み込んだ静
電吹付被覆システムに関する。
発明の背景 本発明に係るこの種の静電吹付被覆システムにあつて
は、被覆材粒子がガンと呼ばれる吹付装置から被覆され
るべき物体に向けて放出される。この被覆材粒子は、粉
体の形で空気の如き流体の流れに乗つて吹付装置に移送
されるか、又は公知の空気霧化、水力霧化(空気不使
用)、及び/又は回転霧化原理を用いた吹付装置によつ
て霧化された塗料やニスや、ラツカー等の如き液体の形
で移送される。吹付装置には一個以上の電極が設けら
れ、上記吹付装置により放出された粒子には上記電極に
よって静電荷が帯電する。この結果、帯電された粒子は
れとは異つた静電位に保持された物体の方へ、吹付装置
によつて移送されると、この被覆粒子は効率よく、かつ
所要範囲を充分カバーするように物体に付着する。な
お、電荷移送としては吹付装置やそれの電極の構造に応
じて種々の形態が存在し、例えば静電被覆分野で周知の
帯電原理による接触帯電やコロナ帯電や誘導帯電、及び
/又はイオン化などが存在する。
吹付装置には、また帯電用電極に約50KV以上の静電位を
供給する高静電圧供給部が用意されている。この高静電
圧供給部は吹付装置から離隔して配置されることがあ
り、この離隔配置の場合には、高電圧に対して絶縁され
た電気ケーブルが吹付装置と離隔電圧供給部との間に接
続されている。この種の静電式液体吹付被覆システム
は、例えば発明者Juvinallの米国特許第3,367,578号
(回転霧化)や、発明者Hastingの米国特許第4,335,851
号(空気霧化)や、発明者Wilhelm等の米国特許第3,87
0,233号(水力霧化)や、発明者Hastings等の米国特許
第4,355,764号(水力霧化)に開示されている。また、
離隔高電圧供給部から給電される粉体吹付装置は発明者
Duncan等の米国特許第3,746,254号に示されている。別
の公知静電吹付被覆システムにあつては、高静電圧供給
部は吹付装置に取り付けられたり、内蔵されており、こ
の場合には、電気エネルギーは離隔の低電圧源から電気
ケーブルを介して吹付装置へ送られるが、このときに
は、この電気ケーブルとしては単に低電圧に対して絶縁
されている低電圧用ケーブルを用いることができる。こ
の後者の種類のシステムは、例えば、発明者Senayの米
国特許第3,731,145号、発明者Buschorの米国特許第3,60
8,823、発明者Skidmareの米国特許第3,599,038号、発明
者Huberの米国特許第4,323,947号、及び発明者Bentley
等の米国特許第4,331,298号に開始されている。
静電吹付被覆システムでは、帯電用電位を電極に供給す
る電気路中に電気エネルギーが容量的に蓄積される。こ
の電荷伝達路には、高静電圧供給部や高電圧ケーブルや
電気スイツチや接点や導体などが含まれている。更に、
コンデンサの平板と同じように作用する導電特性の部材
が存在するために電気エネルギーが吹付装置自身にも容
量的に蓄積される。容量として蓄積された電気エネルギ
ーは量1/2CV2(Cは容量、Vは電圧である。)に比例す
る。もし容量的に蓄積されたエネルギーが急速に放電す
ると、例えば電極を不用意に接地したり、接地物体に極
く近ずけたりすると、大きなスパークが発生し吹付装置
の周囲で発火し、これにより揮発性被覆材溶剤や、燃焼
可能な程度の高濃度の被覆材粉体が存在すると、しばし
ば爆発が生ずる。更に、上記エネルギーの不用意な放電
によつて帯電用電極に触れていた作業員にシヨツクが起
こる危険もある。
上述の状態での容量的に蓄積されたエネルギーの放電速
度を安全範囲まで低下させる為に、帯電用電極と高静電
圧供給部とを接続する高電圧路中に一個以上の個別抵抗
体を接続することが行なわれている。典型的には電極の
上流側の、吹付装置、即ちガン内の高電圧路中に少なく
とも一個の比較的大きな抵抗体(例えば75MΩ)を設
け、また或る場合には更に、上記抵抗体よりも小さい第
2抵抗体(10MΩ〜20MΩ)を設ける。なお、この抵抗値
の小さな第2抵抗体は電極に直接に接続することが好ま
しい。一個以上の抵抗体をガンに設けた例としては発明
者Kennonの米国特許第4,182,490号と発明者Hastingsの
米国特許第4,335,851号があり、各特許は吹付ガンを離
隔高静電圧供給部に接続する高電圧ケーブルと電極との
間のガン内の電気路中に比較的抵抗値の小さい抵抗体と
比較的大きい抵抗体とを内蔵するものである。また、ガ
ン内の高静電圧供給部と電極との間の、ガン内の電気路
中に単一の抵抗体を設ける例が発明者Skidmoreの米国特
許第3,599,038号に開示されている。また回転霧化型の
静電被覆システムは吹付装置内に個別抵抗体を内蔵して
いる。
更に、離隔配置された高静電圧供給部を用いる静電吹付
被覆システムにあつては、吹付ガンと離隔高静電圧供給
部とを接続する高電圧ケーブル中に複数個の個別抵抗体
が直列に接続されている。典型的には、高電圧ケーブル
の複数の直列接続個別抵抗体の総抵抗は、約200×106Ω
(200MΩ)のオーダである。従つて8mの長さのケーブル
に1m毎に個別抵抗体を設けたとすると、各ケーブル抵抗
体は抵抗値が約25MΩとなる。複数の直列接続個別抵抗
体を組み込んだ高電圧ケーブルの一例が発明者Nordの米
国特許第3,348,186号に開示されている。
しかしながら、特に高電圧ケーブル中に個別抵抗体を使
用する場合には、非常に大きな問題が多数存在する。例
えば重大な欠点として、個別抵抗体使用高電圧ケーブル
が電気的にも機械的にも信頼性に欠ける点を挙げること
ができる。この低信頼性のため、早期に、かつ不意に故
障が起きてしまう。この低信頼性の原因の一例として
は、抵抗体からの熱放出がある。この熱放出により、融
点200゜Fのポリエチレン絶縁物が溶融することがあると
ともに低抗体は200゜Fの温度で劣化してしまう。更に個
別抵抗高電圧ケーブルは耐溶剤性に欠け、すぐに故障す
ると共に、比較的に堅く大きいため、操作者は把持式、
即ち手動式吹付装置を操作するとすぐに疲れてしまう。
また、個別抵抗体ケーブルの別の欠点はイニシヤル・コ
ストが高いことである。これは、高電圧抵抗体のコスト
が大きいことと、ケーブル中に直列接続高電圧抵抗体を
組み込みかつ接続する組立工程がかなり複雑であること
が原因である。この組立に関して述べると、隣接の抵抗
体の軸方向先端(axial leads)の導電性ビニール管に
入れて隣接抵抗体を物理的に離間し、かつ電気的に接続
するステツプがかなり時間を要する作業となつている。
一方、コストに関しては高電圧抵抗体自体がかなり高価
である。また、導電性ビニール管に抵抗体先端を挿入す
ることは上記とは別の理由で望ましくない。即ち、ビニ
ール管は同軸コンデンサを構成して、望ましくない容量
的電気エネルギ蓄積源を新たに作り出してしまうからで
ある。
個別抵抗体はさらに、50KV〜125KVの範囲では作動する
が、しかし150KV以上では少なくとも長時間使用してい
ると一般に正常に作動しなくなるといつた不都合もあ
る。
ガン内に内蔵された高電圧用抵抗体は、個別抵抗体ケー
ブルほどの問題はないけれども、それでも同様な不都合
がいくつかある。例えば、コストがかなり高く、また耐
溶剤性が充分でなく、故障が早期に起こるなどの欠点が
ある。
個別抵抗体使用の高電圧ケーブルの問題を解決する為
に、コア中に導電性粒子を含有した高電圧ケーブルを使
用することが提案されている。このコアは炭素微粒子や
黒鉛微粒子のような導電性粒子を合成ゴムや天然ゴムの
如き非導電性材料中に分散させ、若しくは該材料上にコ
ートして作られる。なお、この種の装置は、発明者Poin
tの米国特許第3,167,255号に提案されている。しかしこ
の提案には次の如き困難な問題がある。即ちケーブルコ
アの導電性は、特に非導電性母材内の導電性粒子間の面
接触に依存し、この為、上記電性は母材内における粒子
の均一分布程度に加えて粒子の形状や寸法にも依存して
しまう。これらの粒子形状や寸法等の変数は制御が極め
てむずかしいので、ケーブルコアの抵抗率を所望の範囲
内に制御することは事実上不可能であると分つた。さら
にケーブルコアを曲げると導電性粒子が物理的に相対変
位するため、隣接の導電性粒子間の面接触による導電性
が悪影響を受けてしまう。
別の欠点は、ケーブルコアの抵抗率が非導電性母材中の
導電性粒子の含有量に大きく依存し、導電性粒子の含有
量がほんのわずか増加しただけで、抵抗率が大幅に低減
してしまうことである。導電性粒子の含有量を所要の精
度で制御することは事実上不可能であるので、ケーブル
コアの抵抗率はケーブル毎に大きくばらついたり、同一
ケーブルでも場所によつてばらついてしまう。
導電性粒子式抵抗性素子は、発明者Asakawaの米国特許
第2,861,163号、発明者Wecksteinの米国特許第3,859,50
6号とフランス特許第983,753号とに開示されているが、
静電吹付被覆システム用の高電圧ケーブルには使用され
ていない。Asakawaの米国特許にはパラフインやポリエ
チレン等の如き非導電性材料に導電性カーボンブラツク
粒子を分布させた加熱素子が開示されており、Weckstin
の米国特許には異つた材料の数層から成る加熱ケーブル
が開示され、この加熱ケーブルは、その一層に「コロイ
ド懸濁液中の高導電材料のミリミクロンの大きさの粒子
にさらされた石英又はフアイバーガラスの導電性ストラ
ンド(strand)」の形をした「高抵抗導電性」ヤーン
(yarn)を含んでいる。このコロイド粒子の材料の例と
しては「グラフアイトや炭化ケイ素や他の半導体材料」
が開示されている。上記フランス特許には点火ケーブル
が非導電フアイバーコア中に含浸材料として炭化ケイ素
粉体を使用する例が開示されている。発明者Pointの米
国特許第3,167,255号に関して述べた理由即ち絶縁性母
材中の導電性粒子材料の信頼性の為に、上述の諸特許の
提案は、ケーブルの曲げに伴い抵抗値が変化する点や抵
抗率を制御不可能である点などの「導電性粒子」型ケー
ブルの本来的な上記諸欠点を有している。
本発明者Holtzbergの米国特許第4,369,423号には黒鉛化
ポリアクリロニトリルの複数の機械的・電気的に連続し
た繊条(filament)を含むコアを有する導電性自動車点
火ケーブルが開示されている。このHoltzbergの黒鉛化
ポリアクロニトリル繊条自動車点火ケーブルは抵抗が単
位メーター当り(per linealmeter)約200Ωである。こ
のような大きさの単位メータ当りの抵抗値は、自動車点
火ケーブルのPF妨害や抵抗を低減することを目的とする
Holtzberg特許の分野では多分充分であろうが、しかし
単位メータ当りの抵抗として一般に約30MΩ(30×10
6Ω)を必要とする静電吹付被覆システム用の高電圧ケ
ーブルには全く不充分である。なお本明細書での「M」
は106を意味している。
発明の要約 本発明の主目的の一つは、高静電圧供給部と帯電用電極
とを接続する高電圧路中に抵抗を組み込んだ静電吹付被
覆システムの改良を提供することであり、このシステム
は機械的、かつ電気的信頼性が高く、抵抗値がケーブル
の曲げに無関係であり、かつ例え例えば150KV以上の高
電圧で充分作動できる利点がある。
本発明の同様に重要な別の目的は、抵抗率を容易に制御
でき、可撓性がよく長時間にわたつて使用でき、かつ耐
熱性、耐化学性のある、長手方向に一様に分布した比較
的高い抵抗を組み込んだ高電圧ケーブルを提供すること
であり、このケーブルは比較的高電圧で作用しても短時
間で故障するようなことがなく、かつまた材料費及び/
又は組立費があまり高くないといつた利点がある。
本発明の他の目的は、耐久性及び信頼性がよく、かつ比
較的安価であり、電極の高電圧路中に接続された個別抵
抗を組み込んだ静電吹付装置を提供することである。
上述した諸目的・利点とその他の目的・利点は、本発明
に従い、高静電圧供給部と帯電用電極との間の高電圧路
中に複数の連続した炭化ケイ素フアイバーを組み込むこ
とによつて達成され、これらのフアイバーは電気的に並
列接続され、その特性は米国特許第4,100,233号に開示
され、かつ日本カーボン社(日本・東京)とダウコーニ
ング社(ミシガン州ミツトランド)とから市販されてい
るNICALONフアイバーの物理的・電気的特性を有してい
る。好適の実施例では、炭化ケイ素フアイバーは熱処理
されて抵抗率が約1×103Ω−cmとなり、またフアイバ
ー径が約10〜15ミクロンの範囲となる。上述の連続した
炭化ケイ素フアイバーは可撓性がかなりあり、引張強度
が大きく、耐熱性や耐腐食性があり、抵抗率が一様であ
り、かつ単位フイート当りのコストが低い。
本発明の好適例では、複数の連続した炭化ケイ素フアイ
バーを組み合わせてヤーンを作り、このヤーンの周囲を
例えばポリエチレンの押し出しなどによつて高電圧用絶
縁性シーズで被覆して可撓性高電圧ケーブルを製造す
る。並列接続された500本の繊条ヤーンから成るストラ
ンド4本が多数ヤーン使用高電圧ケーブルコアを構成す
る場合には、単位メータ当り約25MΩの絶縁高電圧ケー
ブルは長さが8mであると、総ケーブル抵抗は約200MΩと
なる。この例は、抵抗率が1×103Ω−cmであり、平均
繊条、即ちフアイバー径が約11ミクロンであると仮定し
た。並列接続されたヤーンの500本の繊条ストランド4
本により、ケーブルコアの総直径は0.035cmとなる。
上述のタイプの高電圧ケーブルを組み込んだ静電吹付被
覆システムは、高電圧供給部が付勢、即ち通電状態にお
いて、標準発火テスト環境で高電圧ケーブルを故意に切
断しても、発火の危険はないことが分つた。このように
本発明に従つて構成された高電圧ケーブルを用いた静電
被覆システムは安価であり、可撓性、耐久性、耐高温
性、耐腐食性が良好であり、さらに安全性も極めて高
い。
本発明の別の好適の実施例によると、電極に接続された
抵抗をガン内に組み込んだタイプのガンに、ガン抵抗と
して、電極に接続された並列接続の連続的炭化ケイ素フ
アイバーを設置する。上記フアイバーは、所望のガン抵
抗値が得られるようにフアイバー個数と抵抗率と長さと
直径が定められている。
離隔高静電圧供給部と共に使用する本発明の別の好適の
実施例はガンとケーブル両方の抵抗を組み込んだタイプ
のシステムに関し、そのケーブル・ガン抵抗は並列接続
の連続的炭化ケイ素フアイバーから成る単一の多繊維ケ
ーブルであり、上記複数のフアイバーは、ガン電極と離
隔高電圧供給部との間の総抵抗が数100MΩの範囲となる
ように、抵抗率と直径とを考慮してフアイバー個数が定
められている。この実施例の重要の利点は、ケーブルと
ガン抵抗体との間に機械的結合部が無いことである。も
しこの結合部が存在するとその鋭い端部でコロナ放電が
生じ、このコロナ放電によつて機械的結合部近傍のガン
壁に絶縁破壊を起こすことがある。さらに、上記実施例
では低抗体とケーブルとの間に結合部が無いので、その
結合部に絶縁性グリースを塗布する必要も無い。
本発明の他の好適実施例によると、高静電圧供給部がガ
ン内に組み込まれており、この出力が高抵抗路を介して
帯電用電極に接続され、このガン内の高電圧供給部と電
極との間の高抵抗路はストランドの連続的炭化ケイ素フ
アイバーケーブルから構成され、このケーブルは電極と
高電圧供給部の出力との間に接続され、連続的炭化ケイ
素フアイバーの数と直径と抵抗率とを考慮して総抵抗が
100MΩの範囲内に定められている。
本発明の他の好適実施例は回転霧化式システムに関し、
このシステムは絶縁性材料から成る回転霧化器を有し、
この霧化器はその霧化縁部の近傍に埋設された帯電用リ
ング状電極を有し、この電極リングな並列接続された連
続的炭化ケイ素フアイバー群から構成されている。高静
電圧エネルギーは電気路を介して電圧供給部から回転霧
化部材に埋設された帯電用リング状電極に移送される。
この電気路は主に並列接続連続炭化ケイ素フアイバーか
ら成り、これらのフアイバーは全体として、回転霧化器
の炭化ケイ素フアイバー製帯電用電極と高静電圧供給部
との間に数100MΩの範囲の抵抗を作り出している。
本発明の上述した、又はその他の特徴や利点や目的は、
図面を参照した以下の詳細な説明から更に明らかになる
であろう。
第1A図において、本発明に係る静電吹付被覆システムの
好適実施例が、空気霧化吹付装置、即ちガンGに関連し
て示されている。ガンの一般的構成は、本発明にとつて
重要でなく、例えば上記引用された発明者Hastingの米
国特許第4,335,851号に記載されたもののような種々の
形状であつてもよい。ガンGは電気的に接地された金属
製ハンドル1を有し、このハンドル1には、非導電性胴
部、即ちバレル2が取り付けられ、このバレル2の前端
にはノズル3が配置されている。このシステムは、被覆
材料をガンGに供給するため、被覆材料の加圧供給源4a
と圧力ホース4が設けられている。ホース4は取付部5
に接続され、この取付部5はハンドル1の台尻端に固着
されている。このハンドル台尻端には流体通路が貫通
し、この通路はホース4をホース6に連結する。このホ
ース6はバレル2の側部の入口通路7と取付部5との間
に接続されている。この入口通路7はバレル2内の第1
流体通路8に8aを介して連通している。この流体通路8
にはニードル・弁アツセンブリ9が配置され、このアツ
センブリ9は通路8aから流体通路10へ流れる流体の流れ
を制御する。流体通路10はノズル3内の流体通路28に接
続されるように構成されている。トリガアツセンブリ11
はニードル・弁アツセンブリ9操作する。
本システムにはさらにガンGに空気を供給するために、
加圧空気源12aと空気ホース12とが設けられ、このホー
ス12はガンのハンドル1内の通路13と上記圧力空気源12
aとの間に接続されている。この空気通路13は、第1A図
には図示されていない通路を介してガンのノズル3内の
空気室14に接続している。この室14内の空気は、公知の
方法によつて後述する適当な通路を通つて被覆材料の流
れに衝突しノズル3の放出領域において被覆材料を霧化
する。
第1A図のシステムは、また本発明に従つて構成された高
電圧用ケーブル16と、離隔された高静電圧源16aとを含
み、この高電圧源16aは50KV以上の電圧を供給可能であ
り、高電圧用ケーブル16は後に詳述する長く連続した多
数の炭化ケイ素(silicon carbide)フアイバーコア16b
から成る。ケーブル16は一端が上記隔離静電圧供給部16
aに接続され、他端が導電性バネ18に接続されている。
ケーブル16の連続的炭化ケイ素フアイバーコア16bを容
易にバネ18に接続できるように、導電性の画鋲17がケー
ブル16の端部のコアに挿入されている。コア16bに画鋲1
7を介して電気的に接続されたバネ18は高電圧ケーブル1
6の前方端と公知の離隔した、即ち離れた高電圧抵抗体1
9との間に圧縮挿入されている。なお、この抵抗体19と
しては75MΩの抵抗値を有するものが好ましい。バネ18
はケーブル16の前方端と抵抗体19の後方端とを電気的に
確実に接続する機能を有している。低抗体19の前方端20
は小さな導電体21によつてバネ22に接続され、このバネ
22は第1B図に明示するようにノズル3内の孔3aに配置さ
れた公知の高電圧用抵抗体30と接触している。抵抗体30
は抵抗値が抵抗体19よりも小さく、約15MΩのオーダが
好ましい。当業者には明らかなように抵抗体19と30の抵
抗値は、高電圧値16aからケーブル16を介してガンに供
給される電圧などの多数の因子に応じて変化すべきであ
る。
第1B図において、ガンのノズル3は、流体キヤツプ、即
ちノズル23と空気ノズル24と係止ナツト25とを含み、こ
れらの部材23、24、25は例えばデユポン社の商標「デル
リン(Delrin)」として販売されているプラスチツク材
料の如き導電性材料から構成されることが好ましい。こ
れらの部材の表面形状は後に詳述するノズル3内の流体
通路と空気通路とを形成できるように組み合されてい
る。係止ナツト25はバレル2の前端に流体ノズル23と空
気キヤツプ24を保持している。
ハンドル1内の空気導管13はノズル3内の空気室14と連
通している。この空気室14はポート14aを介して空気キ
ヤツプ24内の空気通路26と連通している。この空気通路
26は終端が空気キヤツプ24内の出口オリフイス15となつ
ている。このオリフイス15から噴出した空気は流体ノズ
ル23から放出される被覆材料を霧化する。空気室14はま
た空気通路14bにも連通しており、空気を複数のフアン
形整形用空気ホルン24aに供給し、これらのホルン24aは
霧化された材料を、所望の吹付パターンに整形する。通
常、空気キヤツプ24に対して相対的に空気開口27が配置
され、流体ノズル23の前方の流体放出端がこの空気開口
27を貫通している。
流体ノズル23は通路28を形成する孔3aを有し、この通路
28は前方端において流体室34と連通している。この室34
は前方端で開口して放出オリフイス3dを形成している。
孔3aと流体ノズル23とは共に断面形状が円形であること
が好ましい。高メガオーム(MΩ)の抵抗体30は、流体
ノズル23の流体通路28内に配置されたスリーブ部材28内
に収容されている。このスリーブ部材29は、抵抗体30を
化学反応及び摩損から保護するもので、デユポン社の商
標「テフロン(Teflon)」として販売されている材料を
使用することができる。スリーブ部材29は、図面に垂直
な平面で見た断面形状が正方形であることが好ましい。
この断面形状によりスリーブ部材29は孔3aは円形状と組
合されて、孔3aの内面とスリーブ29の外面との間に被覆
材料用流通路を形成し、これによつて被覆材料は、バレ
ル2内の通路10から通路34を通り流体ノズル23の前方端
の放出オリフイス3dから流出できる。抵抗体30はスリー
ブ29内にエポキシによつてシールされていることが好ま
しい。
抵抗体30の前方端32は、ステンレス鋼製の細長いワイヤ
電極33に電気的に接続され、この電極33は流体室34を貫
通し、流体ノズル23の放出オリフイス3dから外方へ突出
している。電極33は形状が丸く、直径が約0.06cmで、長
さが約1.75cmであることが好ましい。また流体ノジル23
の端部からの電極33の突出量は約0.6cmである。
第1A図及び第1B図に示した好適実施例の抵抗体19と30は
市販品であり、抵抗体19と30の値は種々の因子に依存す
るものである。例えば65〜75KV以上(回路開放電圧)の
動作域となるように設計された実際の装置の場合では、
バレル2内の抵抗体19は75MΩ、ノズル3内の抵抗体30
は12MΩとなる。一般に抵抗体19は、抵抗体19の後端の
上流側のバネ18やケーブル16等に容量的に蓄積された電
気エネルギーの蓄積効果を充分に「減ずる」ことのでき
る大きな抵抗値でなければならない。ノズル3内の抵抗
体30の抵抗値は、ノズル3内の抵抗体30とバレル2内の
低抗体19との間に存在する、例えば導体21やバネ22の如
き諸部材に容量的に蓄積された電気エネルギーの効果を
充分「減ずる」ことができる大きさでなければならな
い。ガン抵抗の所望の値、即ち直列接続された両抵抗体
の直列抵抗の所望値は、静電吹付塗装分野で周知の発火
テストを行うことによつて選定できる。
第1A図及び第1B図の好適な実施例のケーブル16は詳細に
述べると発明者Yajima等の米国特許第4,100,233号に基
づいて構成されたフアイバーが奏するような物理・電気
特性を持つ複数の連続的炭化ケイ素フアイバーから成る
中心コアを有する。なお、上記米国特許は1978年7月11
日に発行されたもので、日本の仙台市の東北大学のIro
m,steel and Metals研究所に譲渡されている。上述の米
国特許第4,100,233号に加えて、ミシガン州、ミツトラ
ンドのダウ・コーニング(Dow Corning)社から入手で
きる日本の東京にある日本カーボン社の次の刊行物も参
照される。即ち、日本カーボン社のタナカ・ジユンイチ
(取締役)による「Industrialization of Silicon Car
bide Fiber and its Applications」の11ページ及び「N
ICALON Silicon Carbide Fiber」の12ページが参照され
る。
上述の特許や刊行物に係るフアイバーは上述の日本カー
ボン社及びダウコーニング社によつて商標NICALONとし
て市販されている。
公知の方法に従つて、連続的炭化ケイ素フアイバーは、
以下のステツプ1〜6を含む方法によつて生産できる。
1.以下の(1)〜(10)から選択された少なくとも一個
の有機ケイ素化合物を重縮合して、ケイ素と炭素が主骨
格成分である有機ケイ素化合物の高分子量化合物を生成
する。
(1) Si−C結合のみを有する化合物。
(2) Si−C結合以外のSi−H結合を有する化合物。
(3) Si−Hal結合を有する化合物。
(4) Si−N結合を有する化合物。
(5) Si−OR結合を有する化合物。
(6) (7) Si−Si接合を有する化合物。
(8) Si−OSi結合を有する化合物。
(9) 有機ケイ素化合物のエステル。
(10) 有機ケイ素化合物の酸化物。
2.上記高分子(量)化合物に混合されている低分子
(量)化合物の含有量をその混合物の処理によつて減少
させ、50℃を越える軟化点を有する有機ケイ素の高分子
化合物を生成する。
3.このように処理した有機ケイ素高分子化合物からスピ
ン用溶液を作り、この溶液をスピンしてフアイバーにす
る。
4.スピンされたフアイバーを酸化雰囲気中で50゜〜400
℃の温度に加熱し、繊条(フイラメント)表面に酸化物
層を形成する。
5.上記スピンされたフアイバーを非酸化雰囲気の下で35
0゜〜800℃の温度に予熱して残りの低分子化合物を揮発
させる。
6.不活性ガスと一酸化炭素ガスと水素ガスとから成るグ
ループから選択した少なくとも一つの非酸化雰囲気中又
は真空中において温度800゜〜2000℃で上述のように処
理されたフアイバーを焼く。この方法において好ましく
は、低分子化合物と高分子化合物との混合物をアルコー
ル又はアセトンの如き溶剤で処理して優先的に低分子化
合物を溶かすようにするとよい。
市販のNICALON連続的炭化ケイ素フアイバーは次のよう
な物理的特性を有する。
即ち、 繊条直径:10〜15ミクロン 断面:丸 密度:0.093ポンド/立法インチ(2.55g/cm3) 引張強度:360×103〜470×103ポンド/平方インチ(250
〜300kg/mm2) 引張モジユラス:26×106〜29×106ポンド/平方インチ (Tensile Modulus)(18〜20×103kg/mm2) 熱膨張係数(フアイバーに平行方向):3.1×10-6/℃ NICALON炭化ケイ素フアイバーの比抵抗は、フアイバー
の屈曲に無関係にフアイバー全長にわたつて一様であ
り、スピニング後にフアイバーの加熱処理温度を変える
ことによつてこの比抵抗も変化できる。第7図に示され
た熱処理温度の関数である比抵抗の変化は約102Ω−cm
〜106−cmであり、約104倍だけ変化することが分る。
NICALON連続炭化ケイ素フアイバーは糸(ヤーン)に作
ることができ、500本のフアイバー製ヤーン・ストラン
ド(yarn strand)として市販されている。フアイバー
の平均直径が11ミクロンである場合、500本のフアイバ
ー製ヤーンの全面積は2.25×10-4cm2となる。500本のフ
アイバーから成るヤーン・ストランドを4本用いて構成
された長さ8mのケーブルは、500本フアイバー製ヤーン
・ストランドの各々が8mの長さで、かつ4本のヤーン・
ストランドが並列回路構成に接続されている場合には、
連続的炭化ケイ素フアイバー材料の比抵抗が0.8×103Ω
−cmであると上記ケーブルの両端間の全抵抗が、約200M
Ωとなる。NICALON連続炭化ケイ素フアイバー・ヤーン
の500本フアイバー製ストランド一本は、炭化ケイ素フ
アイバーの比抵抗が1.0×103Ω−cmであるとき、単位メ
ータ当りの抵抗(resistanse per lineal meter)が2.5
MΩであり、全フアイバー面積が2.25×10-4cm2となる。
炭化ケイ素フアイバーの直径は柔軟性がどの程度必要で
あるかによつて変化するものであるが、市販されている
直径10〜15ミクロンのフアイバーは静電吹付塗装分野用
の高電圧ケーブル構造には充分有効であることが分つ
た。フアイバーは直径が余りにも小さいと、強度が弱過
ぎて取り扱いにくく、また逆にフアイバー直径が余りに
大きいと、堅くなり柔軟性に欠けて使用しにくくなる。
静電吹付塗装システムの高静電圧供給部と帯電用電極と
の間の高電圧路中に抵抗性素子としてケーブルか個別抵
抗体かを使用する為には、炭化ケイ素フアイバーの比抵
抗は約2×102〜15×102Ω−cmの範囲内にあればよい。
しかしながら、この比抵抗はほぼ102〜106Ω−cmの範囲
内で変えることができる。全抵抗として値Rを得ようと
した場合、フアイバー長Lが既知であればフアイバーの
比抵抗rに基づき、複数の並列接続フアイバーの全断面
積、即ち総断面積Aを、周知の公式R=r・L/Aに従
い、変化させて所望の全抵抗Rが得られる。ケーブル又
は抵抗体の所望の全断面積Aが分ると、フアイバーの個
数Nは、個々のフアイバーの直径に従つて選定される。
実際には、抵抗体19と離隔高電圧供給部16aとを接続す
るケーブル16を設置することによつて全抵抗値をほぼ20
0±50MΩにすることが望ましいことが分つた。尚、上記
200±50MΩは使用する静電圧の大きさにより決定され
る。高電圧ケーブルの長さが8m、12m、16mである場合、
ケーブルの単位メータ当りの抵抗値(resistanceper li
neal meter)は、それぞれ約40MΩ、25MΩ、12.5MΩが
好ましい。
また実際上は、並列接続フアイバーの個数Nは、500〜4
000本の範囲となることが非常に多いが、約102〜104
の範囲内で変えることができるであろう。好適の実施例
では、比抵抗が1×103Ω−cmである11ミクロン径フア
イバーストランドを用いた200KV用8mケーブルは、並列
接続の500本フアイバー・ヤーンから成るストランドを
4本用いて構成され、これにより全フアイバー数Nは20
00本となる。
ケーブルの長さ5m〜16mの時の全抵抗値Rは通常200±50
MΩであるが、この全ケーブル抵抗Rはケーブルの長さ
や、ケーブルを流れる電流レベルや静電圧の大きさに応
じて約1MΩ〜1000MΩの範囲内で変えることができる。
しかしながら、全ケーブル抵抗としては10MΩ〜400MΩ
の範囲が多く使用されるであろう。
ケーブルのフアイバーの全直径、即ち合計直径は、ケー
ブルの全抵抗値や、フアイバーの比抵抗と長さに応じ
て、約1×10-2cm〜1cmの範囲内で変えることができる
が、しかし好ましい全フアイバー直径は3.16×10-2cm〜
8.65×10-2cmである。もし全フアイバー直径が大きすぎ
ると、ケーブルは堅くなり柔軟性に欠け、かつ容積が大
きくなり更に、フアイバー材料の使用量の増大のため非
常に高価になつてしまう。
炭化ケイ素フアイバー・コアを有する高電圧ケーブル16
には絶縁性外装、即ちシースが設けられており、このシ
ースは当然ケーブルの動作電圧に安全上耐え得るように
設計されている。動作電圧が115KVである場合、絶縁性
シースは比抵抗1017Ω−cmのポリエチレンから作られ、
かつ半径方向の壁厚を約0.35cmとするよいことが分つ
た。もちろんこれ以外の公知の高電圧用絶縁性材料を使
用してもよい。この絶縁性シースを炭化ケイ素フアイバ
ー・コア上に容易に押出することができるように、「ダ
クロン(Dacron)」(デユポンの商標)織物からなる保
護用補強織物シースを設けてもよい。このDacron織物シ
ースによつて炭化ケイ素フアイバーコアは何ら損傷する
ことなくポリエチレン押出機を通つて引き抜き成形する
ことができる。
ケーブルとしては約1m〜50m以上のものを使用すること
ができるが、長さ2m〜32mのケーブルが多く使用され、
特に4m〜16mのものが最も一般的である。
第1A図に示した吹付被覆装置Gは、空気霧化型の作業者
把持式ガンであるが、しかし本発明は、静止支持体や機
械的往復動支持体に取り付けられた遠隔作動型自動ガン
にも有効である。また本発明は空気霧化式吹付装置に限
定されるものでなく、把持式と自動式を問わず水力式、
即ち空気不使用の霧化吹付装置にも有効である。更に第
1A図に示した好適実施例はコロナ放電によつて被覆材を
静電帯電するものであるが、本発明はコロナ帯電に限ら
ず、接触帯電法や誘電帯電法で被覆材料を帯電させる被
覆材帯電用電極や、静電帯電した塗料を離隔させる反発
用電極と共に使用することもできる。また本発明の原理
は、霧化部材に取り付けられた回転式電極及び/又は、
導電被覆材料を帯電させるように取り付けられた静止電
極を用いた回転霧化法によつて被覆材料を霧化する静電
吹付被覆にも適用できる。また、本発明は霧化液体はも
ちろんのこと粉体の静電吹付被覆用システムにも有効で
ある。
第2図は本発明の別の実施例を示したもので、静電吹付
ガン100は、被覆材を放出するガンノズル102の付近に帯
電用電個101を有する。第2図の実施例によると、離隔
された高静電圧供給部103は高い静電位を絶縁ケーブル1
04を介して電極101に供給する。このケーブル104は本発
明に係る連続的に炭化ケイ素フアイバー・コア104aを有
する。高電圧供給部103とガンハンドル106の下端105と
の間に位置するケーブルコア104aの部分は、公称抵抗値
が約200MΩである。ハンドル106の下端105とノズル102
の所の電極101との間のガン100内に位置するケーブルコ
ア104aの部分は、この全抵抗値が約90MΩであり、これ
は第1A図と第1B図の実施例の公知の個別高電圧低抗体19
と30の合成抵抗値に対応している。このように第2図の
実施例にあつては、離隔高静電圧供給部103と電極101と
の間の電気路全体が本発明の原理による連続性炭化ケイ
素フアイバー・コア104aを有する絶縁ケーブル104によ
つて構成されている。この連続性の炭化ケイ素フアイバ
ー・コア104aは特性、例えば直径や比抵抗が長さ方向に
一様であり、かつ供給部103と電極101との間の全抵抗値
が所望値となるようにストランドの直径や個数や長さ
や、抵抗率に応じて構成されている。またこの代りに、
ケーブルとガンの抵抗は、例えば繊条の数や比抵抗や直
径等の特性の異なつた炭化ケイ素フアイバーを組み合せ
てもよい。例えば、ケーブル内の炭化ケイ素フアイバー
は、ガン低抗体内の炭化ケイ素フアイバーよりも比抵抗
を大きくし、かつ直径を小さくすることにより、ケーブ
ルの柔軟性をガン抵抗体よりも高めるようにしてもよ
い。
第3図において、概略的に示された静電吹付被覆ガン12
0は、抵抗体121を有し、この抵抗体121は公知の個別抵
抗体高電圧電気ケーブル125の前方端123と電極122との
間に収容されている。この高電圧ケーブル125の他端は
高静電圧供給部126に接続されている。抵抗体121は、複
数個の並列接続の炭化ケイ素フアイバー・ストランドか
ら構成され、これらのストランドは全抵抗値が所望の値
になるように抵抗率や直径に応じて個数や長さが定めら
れている。尚、この前抵抗値としては75〜100MΩの範囲
内とすることが好ましい。
第4図は本発明の他の実施例を示したもので、静電吹付
ガン130は交流低電圧を直流高電圧に変換するタイプの
電圧マルチプライア131を有する。このマルチプライア1
31は本発明者Senayの米国特許第3,731,145号に開示され
たタイプのものでよく、これはCockcroft−Waltonジエ
ネレータとして知られており、直列接続のダイオード/
コンデンサ電圧倍増段の縦続接続(カスケード)から成
る。低電圧用ケーブル132はマルチプライア131の入力端
と離隔低電圧供給部134との間に接続されている。マル
チプライア131の出力端と電極135との間には抵抗体136
が接続され、この抵抗体136は本発明に係る連続的炭化
ケイ素フアイバーから構成されている。尚この抵抗体13
6は第3図のガン内の抵抗体121と同様に構成し、全抵抗
を持つようにしてもよい。
第5図は本発明の別の実施例を示したもので、静電吹付
ガン140も第4図の電圧マルチプライア131と同様の一般
的タイプの電圧マルチプライア141を内蔵する。導電体1
42を介してマルチプライア141に入力された交流低電圧
は空気駆動式ターボ発電機143によつて作られる。この
発電機143もガンに内蔵されており、ターボ発電機143へ
の供給空気は離隔された加圧空気源144から空気ホース1
45を介して供給される。マルチプライア141の出力端と
電極147との間には、抵抗体148が接続され、この抵抗体
148は本発明に係る連続的炭化ケイ素フアイバーから作
られている。抵抗体148は第3図のガンに内蔵された抵
抗体121と同様の構成であり、それと同様の抵抗値を有
する。
第6図は本発明の別の実施例を示したものでこの実施例
は回転霧化型の静電被覆装置150を有する。この装置150
は絶縁性のカツプ形状回転霧化器151を有し、この霧化
部材151はモータによつて駆動される軸152に連結し、こ
の軸152によつて回転される。図示なき液体被覆材料供
給源は塗料又は同様の液体被覆材を管153を介して回転
霧化部材151の後方突出延長部154bに供給する。塗料
は、霧化部材151の後方壁154aに形成された通路154を通
つてカツプ151の内面155に送られる。なお、この霧化部
材151には軸152の端部が連結されている。
カツプ151が回転すると、液体塗料は遠心力によつて前
方向かつ外方向に進み、霧化カツプの前縁157に至り、
ここで159で示した如く遠心霧化される。霧化前縁157の
近傍の霧化カツプ151の内面155には、円形のリング電極
158が埋め込まれており、この電極158は本発明の連続的
炭化ケイ素フアイバーから作られている。高静電圧が、
複数個の炭化ケイ素フアイバー導体160を介してリング
電極158に供給される。この導体160の各々は互に周方向
に離間されてカツプ151の外面に縦方向に配置されてい
る。導体160の前方端は短い炭化ケイ素フアイバー導体1
61によつてリング電極158に接続し、上記短い導体161は
リング158の外側の霧化カツプ151の壁に形成された横断
通路内に配設されている。上記複数の導体160の内方端
はすべて一緒に円形導体163に接続され、この円形導体1
63は連続的炭化ケイ素フアイバーからなり、絶縁性カツ
プ151の外面に取り付けられている。リング電極158と横
断導体161に加えて円形導体163と複数の個別縦方向導体
160もすべて、絶縁性霧化カツプ151と共に回転する。
高静電圧エネルギーを円形導体163に移送する為に制止
電極164が設けられており、この静止電極164は回転導電
リング163からほんのわずか離間されている。電極164
は、炭化ケイ素フアイバー・コア・ケーブル166を介し
て、吹付装置150に対して離隔された図示なき高静電圧
供給部に接続されるかそれとも吹付装置に内蔵された図
示なき高静電圧供給部に接続されている。電極164は、
絶縁ケーブル166の連続的炭化ケイ素フアイバー・コア
内に挿入されたステンレス鋼製のニードルを用いてもよ
い。電極164とリング導体163とは「非接触ワイパー」と
して働く。ケーブル166と円形導体163と縦方向導体160
と縦方向導体161とリング形電極151とは次のように構成
されている。即ち、ケーブル166が50KV以上の適当な静
電圧供給部によつて付勢、即ち給電されたときに縁部15
7のところで霧化塗料粒子を何らの危険性もなく、静電
帯電させることを可能とする全抵抗がフアイバーの比抵
抗や断面積及びフアイバーの個数や各々の長さに応じ
て、上記諸部材166、163、160、161、151の全体によつ
て作り出されるように構成されている。
第8図は吹付装置ノズル170から延長した電極173を示し
たもので、この電極173は連続的炭化ケイ素フアイバー
・コア171から構成され、このコア171は導電性樹脂製の
薄いシース172で補強され、かなりの剛性を有する。電
極コア171は第2図〜第5図に示した装置のいずれかと
同様にして絶縁炭化ケイ素ケーブル174を介して高静電
圧供給部に接続されている。こうして第8図の実施例で
は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバーは、被覆材帯
電用電極自身に組み込まれている。
第9図はケーブル構造の好適な実施例を示したもので、
1100デニールの「ダクロン(Dacron)」(デユポン社の
商標)ポリエステル製のストランド3本がNicalon製の
繊条500本から成るストランド4本と一緒に撚られてい
る。この撚り方はNicalonストランドの長さ1.25cm毎に
1撚りされるように定められている。ダクロンストラン
ドはNicalon ストランドを補強して、押出機においてN
icalonストランドを容易に引つぱることができるように
する。ダクロンとNicalonとを撚つて作つたストランド2
00の周囲は、押し出された層202によつて被覆され、こ
の押出層202は比抵抗が約107〜109Ω−cmの範囲内であ
る13%炭素充填ポリプロピレンから成る。この炭素充填
ポリプロピレン202の直径は約0.14〜0.16cmの範囲内に
ある。
炭素充填ポリプロピレン層202の機能はケーブルの炭化
ケイ素繊条がどこかで切断即ち断線した場合にこの断線
炭化ケイ素繊条の位置で大きな電圧勾配が生じないよう
にすることにある。詳述すると、断線炭化ケイ素繊条の
位置では、繊条の切断端203は撚られたDacronと炭化ケ
イ素繊条のコア200か半径方向外方に突出する。炭化ケ
イ素繊条は直径が極めて小径であるため、炭化ケイ素繊
条の切断端203は非常に大きな電圧勾配を発生する。し
かしながら断線炭化ケイ素繊条の外方突出端203を比較
的高い抵抗層202内に埋設することによつて、上記大き
な電圧勾配が大幅に低減される。また高電圧動作の為に
コア200の絶縁するのに用いられる誘電性シース、例え
ばシース204は、層202が存在しないと炭化ケイ素繊条の
断線端において非常に早く損傷してしまう恐れがある
が、このような損傷も、上記電圧勾配の大幅低減によつ
て軽減される。なお、層202の抵抗値はコア200とシース
204との中間の値に定められている。
誘電性シース204は、高分子低密度ポリエチレンであるA
lathon(デユポン社の商標)3535NC10で製造することが
好ましい。典型的には、このポリエチレン誘電性層204
は4個の通路(パス)で押し出される。第1のパスはポ
リエチレンを直径0.30cmに押し出す。残りの3個の押出
パスは、等しい厚さであり、ポリエチレンシース204の
全体の直径を約0.79〜0.81cmの範囲内にする。誘電性シ
ース204の周囲には電気的に設地された導電性組み紐
(ブレード)206が設けられ、この組み紐206の直径は0.
87cmである。導電性組み紐206の周囲には2ミルの厚さ
の層208が設けられ、この層208は「マイラー(Myla
r)」(商標)のポリエステル・シート材料から成り、
重なり部が50%となるように巻かれている。このMylar
層208上には、直径が約1.06〜1.08cmの範囲内と成るよ
うポリウレタン層210が設けられている。
本発明は、現時点で好適と思われる幾つかの実施例につ
いて説明したが、しかし当業者であれば本発明の実施化
の際に本発明の原理から逸脱することなしに構造や配
置、部材、材料などを種々変更することができるあろ
う。
【図面の簡単な説明】
第1A図は、本発明に従い構成された連続的炭化ケイ素フ
アイバー製高電圧ケーブルを用いた空気霧化式吹付ガン
を一部断面で示した側面図で、上記ケーブルが、ガンに
内蔵の公知の個別高電圧抵抗体と離隔高静電圧供給部と
を接続し、かつ上記抵抗体がこれより抵抗値の小さな公
知の個別高電圧抵抗体を介して電極に接続している状態
を示す図、 第1B図は第1A図に示したガンをノズル部分の拡大図、 第2図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバーケーブ
ルを概略的に示した空気及び/又は水力霧化ガンの概略
図で、上記フアイバーケーブルがガンの帯電用電極と離
隔高静電圧供給部とを接続している状態を示す図、 第3図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバー製抵抗
体を概略的に示した空気霧化及び/又は水力霧化ガンの
概略図で、上記抵抗体がガンに内蔵され、離隔高静電圧
供給部に接続した公知の高電圧ケーブルと電極との間に
接続されている状態を示す図、 第4図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバー製抵抗
体を概略的に示した空気霧化及び/又は水力霧化ガンの
概略図で、上記抵抗体がガンに内蔵され電極と高静電圧
供給部との間を接続し、この高静電圧供給部がガンに内
蔵され、低電圧ケーブルを介して離隔を低電圧源に接地
されている状態を示す図、 第5図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバー製低抗
体を概略的に示した空気霧化及び/又は水力霧化ガンの
概略図で、上記抵抗体が電極と高静電圧供給部との間に
接続され、この高静電圧供給部がガンに内蔵されると共
に空気駆動式ターボ発電機により給電され、この発電機
がガンに内蔵され空気ホースを介して離隔の空気供給部
に接続されている状態を示す図、 第6図は、本発明のリング状連続的炭化ケイ素フアイバ
ー製電極を概略的に示した回転霧化吹付装置の概略図
で、上記電極が回転霧化カツプと一体に回転するように
取り付けられ、このカツプが本発明の連続的炭化ケイ素
フアイバー抵抗路を介して高静電圧供給部に接続されて
いることを示す図、 第7図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバー抵抗コ
アに関する比抵抗と熱処理温度との関係を示すグラフ、 第8図は、本発明の連続的炭化ケイ素フアイバーで作ら
れた電極を概略的に示した空気霧化及び/又は水力霧化
ガンの概略図で、上記電極はかなり堅い導電性樹脂シー
スで補強されている状態を示す図、 第9図は好適のケーブルの各部材を示すために、一部を
切り取つたケーブルの正面図である。 G、100、120、130、140、150……吹付被覆装置(ガ
ン)、 3、102……ノズル、 33、101、122、135、147……電極、 158、173……フアイバー製電極、 16、104、166、174……フアイバー製高電圧用ケーブ
ル、 121、136、148……フアイバー製低抗体、 16a、103、126……離隔高静電圧供給部、 131、141……ガン内蔵高静電圧供給部、 134……離隔低電圧供給部、

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気抵抗性の複合ケーブルアッセンブリに
    おいて、 炭化ケイ素から成る電気抵抗性のコアと、 上記炭化ケイ素コアを取り囲んで包む電気的絶縁性ジャ
    ケットと、 を具備するケーブルアッセンブリ。
  2. 【請求項2】静電圧を静電力供給部から静電吹付被覆装
    置へ移送する電気ケーブルアッセンブリにおいて、 炭化ケイ素から成る細長い連続した可撓性低抗体と、 上記炭化ケイ素低抗体を取り囲んで包む電気的絶縁性ジ
    ャケットと、 静電力供給部と静電吹付被覆装置との間に上記可撓性低
    抗体を接続するために上記可撓性低抗体の各端に設けら
    れた接続手段と、 を具備することを特徴とするケーブルアッセンブリ。
JP60085594A 1984-04-23 1985-04-23 ケーブルアッセンブリ Expired - Lifetime JPH0761458B2 (ja)

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US602974 1984-04-23

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