【発明の詳細な説明】
スプレイ誘導帯電装置発明の背景
本発明は、概ね帯電した液滴スプレイを作るためのスプレイガンの改善に関し
、より詳しくは、高体積,低圧力液体スプレイ装置のための誘導帯電装置および
導電性の霧化された液体上に電荷を誘導するための方法に関する。
本発明は、1991年9月3日にジェイムズ イー．シックルスに付与された米国特
許第5,044,564号に開示された発明に関係し、この発明の開示は、参考のために
本明細書に合体されている。
従来のエアレス,エア補助,またはエア霧化のスプレイガンは、スプレイノズル
をもつスプレイキャップを一体化しており、このキャップのノズル部分は、液体
通路と、塗料のような液体を霧化するための何らかの機構とを備えている。この
ような装置において、上記液体は、圧力下またはサイホンで吸い上げられて、中
央出口オリフィスから放出されるべくキャップ内の中央通路を通って流れる。こ
の液体流は、典型的には上記中央通路内に配置された流量制御ニードル弁によっ
て制御され、上記オリフィスの寸法およびスプレイガンの引き金への操作者の握
り圧力は、液体が放出されるときに霧化されるように選択される。エア補助また
はエア霧化のスプレイガンにおいて、空気出口は、霧化を助け、かつ結果として
生じる液体粒子または小滴の方向とパターンを制御するために上記中央液体オリ
フィスの近傍に設けられる。こうして、圧力下の空気は、液体をさらに霧化し，
小滴をスプレイガンのノズルから離れて外側へ推進するために、液体出口オリフ
ィスから放出される液体と同軸に供給される。この空気流は、典型的には液体出
口を囲む単一の環状オリフィスを通るが、付加的な空気出口オリフィスを、液体
出口から外側へ隔たった箇所に設けることもできる。加えて、空気は、スプレイ
キャップに取り付けられた一対の前方へ突出するエアホーンによって供給される
ことができ、このエアホーンは、スプレイの形状を制御するために、霧化された
スプレイの軸に向かって一般に内側に向けられた付加的な空気出口を一体化して
いる。これらのエアホーンは、スプレイガンの操作を容易にすべく、典型的には
霧化さ
れたスプレイを扇形に形作り、エアキャップは、例えば鉛直または水平の扇形を
与えるためにスプレイガン上に配置される。
固体の含有量が高い塗料などのスプレイ材料のための従来のスプレイガンを用
いることは、このようなスプレイガンでは、エア霧化式の塗料スプレイの移転効
率が15〜30％と低いことから、問題を生じる。効率の増大は、霧化される被覆材
料を静電的に帯電させることによって得られており、このような帯電は、効率を
静電的エア霧化スプレイ装置については45〜75％の範囲、静電的回転ベルスプレ
イ装置については90〜99％の範囲にまで夫々増大する。しかし、静電的な装置は
、特に水性塗料のような導電性の液体をスプレイするときに、問題をもたらす。
なぜなら、高電圧が使用者を危険にさらしたり火災や爆発をもたらす放電を起こ
したりするのを防ぐべく、かかるシステムを電気的に絶縁することが必要だから
である。必要な絶縁を作るために様々な技術が提供されてきたが、このようなシ
ステムのどれもが困難に遭遇しているのである。
最も古い静電的エアスプレイまたはエア補助スプレイ装置は、スプレイ放出点
の近傍に,またはより普通には液体流自体に直接接触して配置された高電圧電極
が取り付けられたスプレイガンを普通に有しており、上記高電圧電極には、50〜
85ＫＶ付近の電位、幾つかの例では150ＫＶもの高電位が印加されていた。この
ような装置は、例えば米国特許第4,761,299号に述べられており、ここでは、100
ＫＶのオーダの電圧がスプレイガン電極とスプレイされるべき物品との間に印加
されている。液体を電極に直接物理的に接触させることによってスプレイ小滴を
高電圧接触（または伝導）帯電させるのに加えて、この電圧で作られる電場は、
ガス状のイオンに富んだ場を生成し、スプレイ粒子は、イオンの幾つかが自らに
結びつくように上記場を通過しなければならない。これによって、上記粒子上に
高電圧電極の極性と同じ極性の電荷が生成され、これらの電荷は、多量の自由で
結合していないイオンと一緒になって接地されたワークピースに向けて移動させ
られる。接地された目的物に堆積する自由イオン流は、帯電せしめられたスプレ
イ粒子流の幾倍までにもなりうることが判明した。
このような静電効果またはコロナ効果の装置は、有効な操業を行なうに必要な
非常に高い電圧のためのみならず、スプレイガンと目的物またはワークピースと
の間の電流の相当の部分が、帯電した粒子でなくむしろ自由イオンのせいで移転
効率を減少させているために、多くの問題に遭遇している。上記高電圧は、大き
くて重くかつ比較的高価な電源を必要とするため、およびこの電源とスプレイガ
ンの帯電電極を接続するケーブルが、必ず厳重に絶縁されなければならなくて、
ケーブルを嵩ばった比較的柔軟でない高価なものにするため、問題がある。電源
とそのケーブルの寸法と重量は、従来のコロナ効果スプレイガンの有用性を実質
的に制限する。
このような高電圧装置の電源の問題を克服するために様々な試みがなされてき
たが、その成果は限られたものであった。高電圧の使用は、ガンが接地された目
的物に近づいたときに電弧が発生する可能性のみならず、電極にうっかりして触
れたときの操作者の危険のために、さらに危険である。さらに、かかるシステム
で用いられている高電圧は、目的物に加えて、付近の物体へ移動する過剰イオン
の電流を生じて、付近の物体が十分に接地されていない場合は、この物体に望ま
しくない電荷の蓄積を生じる結果となる。操作者や他の接地された物体が、かか
る帯電した物体に近づいた場合、スパークとそれに続く火災の虞が存在する。さ
らに、かかる電荷の移動は、ワークピース以外の物体上への望ましくない帯電し
たスプレイ粒子の蓄積をもたらす。発明の概要
高電圧静電装置の上述の問題を克服するための効果的な方法は、誘導帯電装置
を使用することである。この方法は、略5〜30ＫＶ／インチの範囲の平均電位勾
配をもつ静電場の存在下で、霧化されたスプレイを形成することによって、コロ
ナ放電で用いられる非常に高い電圧の必要をなくす。このような装置では、液体
と電位源の間の間隔は、放電を防ぐに十分なだけとられて、その結果、容量の効
果が、必要とされる静電場を作る。この静電場は、この静電場内に作られた液体
粒子上に、印加電圧の極性と反対の極性をもつ電荷を誘導する。結果として生じ
た帯電粒子は、例えばワークピース上に上記液体の被膜を与えるべく電気的に接
地されたワークピースの方に向けられることができる。このような誘導帯電技術
は、水性塗料のような導電性の液体を用いたスプレイシステムに特に有用である
ことが分かった。なぜなら、液体スプレイは、液体が放電電極の高電圧にさらさ
れる上述の高電圧装置とは反対に、電気的に接地されることができるからである
。かかる誘導帯電装置は、良好な「ラップ アラウンド(包み込み)」と滑かで均
一な表面を達成しつつ、非導電性のワークピースを導電性の塗料で被覆すること
ができることが判明した。
本発明は、自動または手持ちスプレイガンのための改善された帯電装置に関す
る。上記誘導帯電装置は、好ましくは1990年4月10日にハフガードに付与された
米国特許第4,915,303号に述べられているような高体積,低圧力(ＨＶＬＰ)スプレ
イガンと共に用いられるエアキャップを備えており、ここでＨＶＬＰスプレイガ
ンとは、ゲージ圧で略10psi(ポンド／平方インチ)以下の圧力で、略5〜60立方フ
ィート／分の範囲の高体積の空気を吹き出すものと定義される。上記エアキャッ
プは、スプレイガンの液体スプレイノズルを収容する中央液体出口オリフィスを
有し、上記スプレイノズルは、帯電せしめられ,霧化される液体の流れを制御す
べく、ノズルの中央オリフィス内で動きうる軸方向の流量制御ニードルを有する
。上記エアキャップは、湾曲した電極を載せており、この電極は、キャップの前
面に取り付けられ、液体スプレイ出口オリフィスの前方に延びるとともに、流量
制御ニードルと中央液体オリフィスに通常同心をなしている。上記キャップは、
対応する空気出口開口または液体出口の回りに位置するオリフィスに低圧で高体
積の空気を供給するための空気通路を備える。
上記湾曲した電極は、好ましくはエアキャップの前面の少なくとも一部の回り
に通常円周方向に延びるとともに、液体出口オリフィスの前方に電場を作るべく
、前方に延びる電極受け部分の内面に位置する。この誘導電場は、スプレイガン
のオリフィスから放出された霧化された液体粒子に、電極に印加される電圧の極
性と反対の極性をもつ電荷を生成する。上記エアキャップは、スプレイガンに載
せられ,または接続された適切な電源への電極の接続を可能にすべく、湾曲した
電極のためのコネクタを備える。
上記電極は、エアキャップの電極受け部分の内面に、受け面を覆うような導電
性または半導電性の層として形成されることができる。これと択一的に、電極は
、分離した要素または例えば接着剤や他の固定具で電極受けに固定される複数の
要素、プラスティックの受け要素内に成形された後これと一緒にエアキャップの
前面固定されるもの、あるいはエアキャップが成形プラスティック材料から作ら
れる場合はエアキャップ自体内に成形されるものにすることができる。電極受け
の内面は、円筒状または円錐状にすることができ、かつ電極は、液体オリフィス
を囲む単一の片で液体オリフィスと同心なもの、または複数の片に分割されたも
のにすることができる。好ましい形態では、電極受けは、対角線上に対向する通
常,半円の一対のセグメントからなる。
ノズルから放出され,電極によって作られた電場を通るスプレイ小滴のパター
ンを制御するために、キャップの外周の回りに１つまたはそれ以上のエアホーン
が設けられる。本発明の好ましい形態では、夫々が空気流をスプレイ小滴に向け
て内側へ向ける空気出口穴を備える対角線方向に対向する２つのエアホーンが設
けられ、エアホーンは、電極セグメントの間に位置する。エアホーンは、エアキ
ャップの外側の回りの周囲空気が、電極受けの内部および小滴の流路に流入する
のを可能にするための流路を提供すべく、隣接する電極セグメントから隔たって
いる。 望ましい場合は、電極受け(単一または複数)の内面からエアキャップの
外部に導いて、周囲空気の小滴流路への吸い込みを可能にするための付加的な１
つまたはそれ以上の空気通路をエアキャップに設けることができる。
上記エアキャップは、好ましくはガンの外周ねじに螺合する内周ねじ付の標準
の保持リングによって、従来の手持ちまたは自動のスプレイガンに固定される。
エアキャップは、液体出口オリフィスの軸に垂直な平面内で360°回転でき、上
記保持リングを締めることによって所望の回転角度に固定できる。スプレイガン
内の空気流路は、ガンの前面の環状室および／または接近して配置された平行な
通路をもつように形成され、これらの環状室や通路は、キャップのどの角度位置
においてもキャップ内の対応する通路と協働して、電極とエアホーンの360°の
位置調整を可能にする。キャップ上の半円形の電極をガン内の電源に接続するコ
ネクタが設けられ、このコネクタは、キャップのどの回転位置でも接続がなされ
るように回転することができる。このようなコネクタは、好ましくは、相対運動
しうるキャップとスプレイガンのいずれか一方上に環状接触面を、上記キャップ
とスプレイガンのいずれか他方上に、好ましくはばね接点の形態の少なくとも１
つのワイパを夫々備え、これによってどの角度でも接触が維持される。
スプレイガンにキャップが取り付けられると、液体ノズル内の流量制御ニード
ルは、中央液体出口オリフィス内で軸方向に移動でき、上記ニードルは、スプレ
イされる液体のキャップの流路内への流量を制御するための弁として役立つ。あ
る実施例では、液体出口オリフィスを通って短い長さだけ延びる薄いニードル延
長部を設けるのが望ましく、このニードル延長部は、例えばコロナ放電点を提供
し、または霧化された液体粒子の誘導帯電を強めるために、エアキャップの前面
を越えて略１／４インチだけ延びる。本発明の他の実施例では、ニードルは、パ
ドル(櫂)を形成すべく僅に曲がるか、スペード(鋤)形をなしていて、液滴の霧化
と帯電を助けるべく、放出される液体粒子または小滴の通路内で回転できるよう
に回転軸に取り付けられている。
本発明の更なる実施例では、液体の流量制御ニードルは中空であり、それによ
って、ニードルを加圧空気が貫流して液体出口オリフィスのすぐ前から出ること
によって、より良好に電荷を獲得せしめるべく霧化小滴を分配するようになって
いる。中空のニードルの出口端には、小滴の分配を改善するためにデフレクタを
一体化することができる。同様の効果は、液体流路内でニードルを横方向に振動
させることによって得ることができる。
本発明は、1993年1月12日にミッシェル シー．ロジャースに付与された米国
特許第5,178,330号に述べられたような高体積,低圧力(ＨＶＬＰ)空気流スプレイ
ガンに特に有用である。このようなＨＶＬＰスプレイガンは、ゲージ圧で10psi(
ポンド／平方インチ)以下の吹出空気圧をもつガンとして定義されるが、本発明
は、ＨＶＬＰによる液体の霧化がどのように達成されるかについて少し詳しく述
べる。かかるＨＶＬＰスプレイガンは、明白に意味深く高められた適用効率等の
多数の利点を有するが、或る場合にＨＶＬＰ装置は、高圧力システムの微細な液
体霧化を生じるという欠点を有する。その結果、ＨＶＬＰ装置は、かつて、高圧
力シス
テムで達成できるよりも低い小滴の平均電荷／質量比を経験してきた。加えて、
低圧力システムは、しばしば帯電した小滴をスプレイガンに戻すようにそらせる
ためのより弱い引き付け力しか許さない。しかし、かかる装置の上記利点の故に
、低圧力システムは、本発明と組み合わさって他のシステムを越える顕著な進歩
を提供する。特に、本発明は、5〜10ＫＶの範囲の低い誘導電圧を、スプレイガ
ンと電気的に接地された流量制御ニードル弁をもつＨＶＬＰシステムに組み合わ
せて、スプレイガンの操作者による取り扱いを安全なものにしている。誘導電圧
は、液体オリフィスを囲む半円の電極のみに印加され、この電圧は、上記電極と
流量制御ニードルの間の小滴流路に主たる電場を作るのに役立つ。この電場は、
電極相互間およびスプレイガンのエアキャップの外側へも延びる。本発明で用い
られる略5〜10ＫＶの範囲の電圧は、従来の静電スプレイガンで用いられる80〜1
50ＫＶの範囲の電圧と対照をなしている。電極の電源と電極自体の間は、１つの
電極が短絡した場合に過電流を防ぐべく、抵抗で接続されている。本発明の装置
の通常の操作モードでは、中央液体出口を囲む空気出口オリフィス(単一または
複数)から流出する低圧の空気は、中央オリフィスから出る液体を細かい小滴に
砕くだけの体積と流量に調整される。この液体の霧化は、電極によって作られた
電場内で、小滴が形成される間にこの小滴に電荷が誘導されるように行なわれる
。これらの電荷は、イオン化の機構で作られるのではなく、小滴が形成される間
に電場によって誘導され、誘導された電荷は、各小滴上に電極に印加された電圧
の極性と逆の総極性をもつスプレイを生成するのである。こうして、電極に印加
される電圧がニードルの中立接地電位に対して正であれば、液滴上に誘導される
電荷は負になる。同様に、電極に印加される電荷が接地電位に対して負であれば
、誘導される電荷は正になる。これが本発明の装置の通常で好ましい操作モード
であるが、低導電性の液体が霧化されるような場合は、電圧を例えば略12ＫＶま
たはそれ以上に少し増加し、制御弁ニードルから流路へニードルを延び出させる
ことが時には好ましいということに留意すべきである。これは、液体の帯電をさ
らに増すコロナ放電を容易化する。
電極によって作られる電場は、目的物を接地すればスプレイガンのヘッドに限
定され、その結果、通常の操業条件では粒子を堆積させるような電位勾配や電場
は、スプレイガンと目的物の間に何ら存在しない。堆積のための電場を何ら必要
としないので、本発明の装置は、実質的にアークの可能性を減じ、操作者に著し
く安全な要因を与える。粒子を目的物に移動させるために高電圧に頼るのでなく
、本発明は、空気流によって目的物に向けられる帯電粒子の「雲」を作っている
。この粒子が目的物に達すると、この粒子は目的物の上に薄くて均一な被膜を形
成する。かくて、空気流は、ガンと目的物の間に高電位を与える必要も、スプレ
イ雲に自由イオンを加える必要もなく、帯電粒子の雲を目的物に向かわせるので
ある。 本発明は、エア補助スプレイガンの見地で述べられてきたが、所望の場
合は空気以外のガスを用いうることは理解できよう。従って、空気という文言が
以降で用いられた場合、それはガスを含むと解されなければならない。さらに、
本発明は、ＨＶＬＰスプレイガンに特に有利であるが、本発明のエアキャップと
その帯電電極の配置は、従来のエア霧化または混合エア／エアレススプレイガン
と一緒に有利なように用いることができることが理解できよう。図面の簡単な説明
上述の付加的な本発明の目的,特徴および利点は、添付の図面を一緒に考慮し
つつ、以下に述べる本発明の好ましい実施例の詳細な説明を考えることによって
、当業者に明らかになるであろう。ここで、
図１は、在来の手持ち液体スプレイガンの断面図であり、
図２は、本発明の改善された誘導帯電キャップを一体化した図１のエアガンの
部分拡大斜視図であり、
図３は、図２のエアキャップの３−３線に沿う断面図であって、回転可能なキ
ャップとエアガン本体との間にばねワイパアームを用いたコネクタの一形態を示
し、
図４は、ばねワイパアームの変形例をもつ図３のエアキャップの拡大部分図で
あり、
図５は、エアキャップとスプレイガン本体の間にコネクタの第２実施例を備え
た図３のエアキャップの部分断面図であり、
図６は、図５の実施例に用いるばねワイパアームの斜視図であり、
図７は、図５の実施例のためのばねワイパアームの変形例の斜視図であり、
図８は、図９,１０の８−８線に沿う断面図であって、電極の変形例と第４の
コネクタばねワイパアームの構成を示しており、本発明のエアキャップの第４実
施例の部分断面図であり、
図９は、図８の９−９線に沿って見た正面図であり、
図１０は、１０−１０線に沿って見た図１１のエアキャップの背面図であり、
図１１は、図８のエアキャップの側面図であり、
図１２は、図８の実施例に用いるコネクタばねワイパアームの拡大部分図であ
り、
図１３は、図２〜１２のエアキャップに用いうる流量制御ニードルの第２実施
例の拡大図であり、
図１４は、流量制御ニードルの第３実施例であり、
図１５は、本発明のエアキャップと共に用いられる流量制御ニードルの第４実
施例であり、
図１６は、図１５の流量制御ニードルの拡大図であり、
図１７は、本発明の流量制御ニードルの第５実施例の拡大部分断面図であり、
図１８は、本発明の流量制御ニードルの第６実施例の拡大部分断面図であり、
図１９〜２２は、粒子に誘導電荷を形成するための過程を示しており、
図２３は、本発明のエアキャップによって作られる電場とスプレイ形状を示し
ており、
図２４は、本発明のエアキャップを用いたスプレイガンのための電力供給を示
しており、
図２５は、本発明のエアキャップと共に用いる適切な電力供給を示している。好ましい実施例の説明
さて、図,特に図１を参照すると、在来の空気操作式のスプレイガンが１０で
示され、このスプレイガンは、ハンドル部１２と、胴部,即ち本体部１４と、全
体を１６で示すノズルアセンブリとを有する。図示のスプレイガンは、ニードル
弁アセンブリ２０を操作する在来の引き金１８を有する手持ちの装置であり、上
記引き金は、噴霧されるべき液体の流れを制御する。上記液体は、適切なコネク
タ２４を経て、矢印２２で示すように圧力下で供給される。流量制御ニードル弁
２０は、ノズルの先端の出口オリフィス２６を通る液体の流れを制御すべく、ス
プレイガンの本体部を貫いてノズルアセンブリ１６に延びる。本発明の好ましい
実施例では導電性または半導電性の塗料である上記液体は、ニードル弁２０の外
側周囲の通路２８を通り、オリフィス２６を通って霧状のスプレイ小滴になって
放出される。ニードル弁２０の位置は、ねじが切られた調整つまみ３０によって
在来の方法で調整される。
空気や他の適切なガスのような推進流体または霧化流体は、エアホースコネク
タ３２とスプレイガンの把手内の空気通路３４を介して加圧下でノズルアセンブ
リ１６に加えられる。要求される霧化度を提供し、スプレイの放出形状を調整す
るために、供給空気は、スプレイガンの本体部１４を通って延びる２つの分離し
た通路３６と３８に供給される。通路３６内の空気流は、外部から供給される空
気の圧力によって調整される一方、通路３８内の空気流は、手動制御弁４０によ
って制御される。
公知のスプレイガンの構造にしたがって、空気流の通路３６は、環状空気室４
２内の本体部１４の前端で終わっており、上記環状空気室は、環状空気オリフィ
スまたは液体流の通路２８の回りに配置された複数の円弧状の開口４３としてス
プレイガン本体部の前面まで延びている。同様に、通路３８は、環状空気室４４
内の本体部１４の前端で終わっており、上記環状空気室は、本体部１４の前面に
空気の出口オリフィスを形成している。この出口オリフィスは、環状、または一
連の円弧状の開口にすることができる。
ノズルアセンブリ１６を取り囲んでエアキャップ４６があり、このエアキャッ
プは、その背面を本体部１４の前面に当接させて、保持ナット４８によってスプ
レイガンの本体部１４に固定される。上記エアキャップは、中央空気室５０を一
体化しており、この中央空気室は、液体通路２８を含むノズル１６の前端とニー
ドル弁２０の前端とを収容するとともに、開口４３を介して空気室４２に嵌合す
る。上記エアキャップは、液体オリフィス２６の回りにあってこれと同心をなす
空気出口５２を含んでいる。この空気出口は、単一の連続した環状穴、または一
連の円弧穴とすることができるとともに、環状空気室４２からノズルアセンブリ
を出る空気を、穴２６からの液体流を霧化させるように方向づけるべく協働する
。
エアキャップ４６から前方へ延びて、対応する通路５８と６０をもつ一対のエ
アホーン５４と５６がある。これらの通路は、環状空気室４４に連通して、通路
３８からの空気をエアホーンの出口穴６２,６４を経て外方へ向けて、液体放出
のパターンを形作るようになっている。液体と空気の種々の流れの流量を制御し
、エアキャップに形成された空気出口ポートの数と角度を注意深く選択すること
によって、所望の形状をもつスプレイ放出が作られうる。典型的には、エアホー
ンのポートは、スプレイガンを使いやすくするために、霧化粒子を扇形にそらせ
る。
本発明の改善されたエアキャップは、１つの実施例として図２,３に示されて
いるが、この図をここで参照することにする。全体を７０で示すエアキャップは
、保持ナット４８によって手持ちスプレイガン１０のような在来のスプレイガン
に固定され、上記保持ナットは、本体部１４の前方へ延びる環状の部分７４に形
成された外ねじ７２に螺合される。本体部の環状部７４は、本体部１４の前面部
７６を囲むとともに、図１で述べたように、環状空気室４２,４４と中央液体通
路２８の前で円筒状のレセプタクルを画する。
中央液体通路２８は、スプレイガンの本体部の前面７６まで延びる円筒壁７８
によって区切られる。この通路壁は、円筒壁７８の前端に螺合される液体ノズル
延長部８０によって延ばされる。上記ノズル延長部８０は、液体通路２８を前方
および内方にテーパする内部の穴８２へ延ばし、このテーパ穴は、キャップの前
面８６に液体出口オリフィス８４を提供すべく、エアキャップ７０内に軸方向に
位置する。軸方向に調整可能なニードル弁２０は、液体ノズル延長部８０の内部
を通って延び、ニードル弁２０の先端８８は、噴霧される液体のための環状の出
口通路を提供すべく、オリフィス８４内に延びている。在来例と同じく、ニード
ル弁２０の軸方向の動きは、オリフィス８４を開閉して液体の流れを調整する。
キャップ７０は、このキャップがスプレイガンに固定されたとき、スプレイガ
ンの前面７６の近傍に位置せしめられる背面９０を備えている。キャップの上記
背面は、環状の肩部９２を備え、この肩部は、内部のテーパ穴８２を囲むととも
に、空気室４２の出口から半径方向外側の位置でスプレイガンの本体の前面７６
に当接するように後方へ延びて、空気室４２がエアキャップの内部穴８２に開口
する。上記肩部は、通路３６と穴４２からの空気が半径方向外側へ流れるのを防
止して、穴４２からの空気が穴４４からの空気と混合するのを防止する。これは
、通路３６と穴４２からの空気を、テーパ穴８２を経てキャップ内を前方へ送っ
て、エアキャップの前面８６の環状の出口オリフィス９４から放出するのに役立
ち、これによって、前面８６の前にスプレイ小滴の流路９５を提供する。環状オ
リフィス９４が、液体ノズル延長部８０,したがって液体出口オリフィス８４を
囲んで、噴霧される液体の霧化を助ける。出口オリフィス９４は、環状の形状で
図示されているが、この出口オリフィスは、ノズル延長部８０の回りに配置され
た複数の円弧状のオリフィスの形態にすることもできことが分かるであろう。オ
リフィス９４に加えて、通路によってエアキャップを通って空気室４２に連通す
る複数の空気穴を、オリフィス９４と協働してこのオリフィス９４から出る液体
を成形し,霧化すべく、キャップの前面８６に設けることができる。
キャップ７０は、出口オリフィス８４の対向する両側に対称的に配置された一
対の対角線方向に対向するエアホーン100,102を備えるのが好ましい。各エアホ
ーンは、図１の通路５８,６０のような(図２,３には示されない)内部の通路を介
して接続される１つまたはそれ以上の空気出口104(図２)を備える。これらの通
路は、環状空気室４４と連通すべく、エアキャップ７０の背面９０上の(図示し
ない)空気入口開口で終わっている。図３に示すように、エアキャップの背面９
０は、本体１４とエアキャップ７０の間にもう１つの室106を提供すべく、スプ
レイガンの前面７６から僅に離して配置される。この室106は、通路３８を経て
供給される空気がエアホーンの出口104に向かうように、空気室４４と通路５８,
６０の間の連通を提供する。上述の如く、肩部９２は、空気室106を内部の穴106
から分離して、オリフィス９４からの空気流が、出口104からの空気流から独立
するようにしている。
キャップ７０の前面８６は、前方へ延びる電極受け114,116によって夫々支持
される一対の曲がった電極110,112を一体化している。これらの電極受けは、キ
ャップと一体に形成されるか、あるいは例えばねじや接着剤でキャップに固定さ
れる分離した要素であることができる。図示の実施例では、上記エアキャップは
、プラスティック成形品であり、電極受けは、エアキャップと一体に形成されて
いる。電極受け114,116は、前方かつ外側へテーパが付けられた円錐状の内面118
,120を夫々もち、これらの円錐状の内面は、液体出口オリフィス８４およびニー
ドル２０に同心をなすとともに、各電極受けは、半円でエアホーン100,102の間
に実質的に連続して延びている。電極110,112は、電極受け114,116上に載せられ
、夫々の面118,120上に載せられるか、図３に示されるように電極受け内に形成
されることができる。図示の如く、電極は、カーボンを充填またはドープしたア
セタール樹脂などの半導電性のプラスティック材料であり、電極受け114,116内
に一体に成形されるとともに、上記電極は、ニードル２０の軸に垂直な平面内に
あって、ニードル２０の回りの液体出口オリフィス８４を経て放出される液体粒
子に所望の誘導電荷を与えるべく、ニードルから十分離れて配置される。電極は
、例えば表面118,120上に堆積させた金属または半導電性の被膜、あるいは金属
箔であるなど、電極の択一的な構造が用いられうることが分かるであろう。金属
箔は、箔の縁におけるスパークの可能性および金属内で電荷が移動することのた
め、あまり望ましくはない。
少なくとも１つの導電体チャネルが、電極を適切な電源に接続すべく、キャッ
プの背面９０から各電極110,112に導いている。図３に示す実施例では、導電体
チャネル122,124は、夫々電極110,112に達するとともに、例えばカーボンをドー
プしたアセタール樹脂やエポキシなどのプラスティック等の電気的抵抗材料125
で充填されており、この抵抗材料は、一端で電極に接するとともに、背面９０ま
で後方へ延びている。対応するワーパ接点126,128は、通路122,124内に差し込ま
れ、かつキャップ７０から後方へ環状空気室４４に延びる。ワーパ接点は、電極
への直接または抵抗的な電気経路を提供すべく、チャネル122,124内の抵抗材料1
25に埋め込まれたり、キャップのプラスティック材料内に成形されたり、チャネ
ルを経て対応する電極110,112にろう付けされたり、その他所望の方法で固定さ
れたりすることができる。ワーパ接点126,128の自由端は、ばね接点を形成すべ
く曲げられ、このばね接点は、空気室４４の内壁に取り付けられた導電性または
半導電性の環状スリーブ130、あるいは本体１４の前部に取り付けられた別の導
電性の表面に接触する。上記スリーブ130は、エアガンから分離した、あるいは
エアガンに載せられた(後述する)適切な電源に、線132を介して接続される。上
記電源は、上記スリーブあるいは他の導電性または半導電性の面130に電流を供
給し、この電流は、ワーパ接点126,128を介し,通路122,124内の抵抗材料125を経
て電極110,112に伝えられる。結果とあいて電極110,112に生じる電位は、エアキ
ャップ７０の前の領域９５に静電場を作り、この静電場は、液体出口オリフィス
８４の領域内まで延びて、スプレイガンから加圧下で放出される液体粒子上に電
荷を誘導する。
図２,３に示すように、エアキャップ７０は、通常、外側へ延びる肩部142をも
つ外周面140を有する円筒をなし、上記肩部は、エアガン１０の前面の外側へ延
びるスリーブ７４によって形成された円筒状のレセプタクルまたはソケット内に
嵌合する。上記ソケットは、円筒状の内壁144によって区切られ、エアガンに取
り付けるためにエアキャップ７０を収容する。好ましくはプラスティックである
保持ナット４８は、エアキャップの外壁140上を滑動する中央穴146を有し、保持
ナットがエアガンに螺着されたときにエアキャップを定位置に固定すべく、肩部
142に嵌合する一方、エアホーンが任意の所望な角度位置に位置できるように、
エアキャップをソケット内で回転自在にさせておく。ワーパ接点126,128は、電
極と電源の間の電気的接続をいかなる角度位置でも維持し、キャップとスプレイ
ガン内の空気と液体の通路の協働する形状は、キャップが回転されても噴霧が減
少しないように、連続的な空気流と液体流を維持する。
針部８８は、液体流を制御すべく、略前面８６の面内においてオリフィス８４
またはその近傍で終わっているが、多くの場合、図２,３に150で示すニードル延
長部またはプローブを設けることが好ましく、このニードル延長部は、前壁８６
から略１／４インチだけ前方へ延びている。このニードル延長部は、直径が略0.
03インチで、プラスティック製も可能だが好ましくは金属からなり、スプレイガ
ン１０を通して,あるいは直接接地されるニードル弁２０に、付属品によって接
地される。上記プローブ150は、ニードル２０と一体に作られうるか、ねじまた
はプレスばめでニードルの先端部８８に取り付けられうる。操作上、上記プロー
ブは、液体がオリフィス８４を出る際に液体を拡げるように作用し、電極110,11
2により作られる静電場とのより完全な相互作用を提供するように働く。上記プ
ローブの第２の作用は、導電性の低い液体が噴霧される場合、コロナ源として働
くことである。この場合、プローブ150は、導電性で、かつコロナ効果を強める
ために鋭くされるであろう。プローブの直径は、変化させることができ、所望の
液体流の間隙を維持すべく、ノズルオリフィスの寸法に依存する。一般に、プロ
ーブの寸法は、液体流オリフィスの直径の変化に比例して変化し、略0.03インチ
のプローブ直径は、略0.05から0.06インチまでの直径をもつオリフィスに対して
略最適である。
電極受け114,116の前面は、電極110,112の間およびスプレイガンの本体との間
で生じうるどんな漏電経路をも伸ばすべく、1つまたはそれ以上の溝152,154を一
体化することができ、これにより漏れ電流を減じ、望ましくない短絡を防止する
。深さ1/16インチで幅1/16インチの溝は、本発明の一実施例で良好に働いた。各
電極受けには単一の溝しか示されていないが、さらなる漏れ経路の増加に対して
複数の溝を設けることができ、溝の数は、前面114,116の厚さおよびキャップの
製造し易さ,耐久性,清掃し易さを考慮することにある程度依存する。
上述のシステムは、キャップ,電極などの静電容量が本来的に小さいので、非
常に耐スパーク性がある。加えて、電極110,112が半導電性の材料で作られたな
ら、耐スパーク性は強化される。さらなる耐スパーク性は、チャネル122,124内
の半導電性のプラスティック材料を、100メガオーム程度の小さい固定の高抵抗
で置き換えることによって達成できる。このような抵抗は、スプレイガン本体内
の１ギガオーム程度の適切な抵抗と組み合わせて、12ＫＶの電極を用いた場合で
も、結果として実質的にスパークのないシステムをもたらす。
図４は、チャネル122内の抵抗材料125が抵抗160で置き換えられた実施例を示
している。この場合、電極110は接続柱162と一体化され、この接続柱は、電極と
一体に成形され、かつプラスティックのエアキャップ内に成形される一方、上記
接続柱は、導電性または半導電性であって、抵抗160の一端に当接するためのば
ね接点164を備えている。上記抵抗は、ばね接点164に対向してプレスばめされる
ファスナ166を介してチャネル122内に固定され、上記ファスナは、抵抗160の他
端を受け、かつチャネルの拡大部168内に固定される。ファスナ166内に形成され
た穴170内には、ワーパ接点126の一端が収容され、このワーパ接点は、抵抗160
の端部に当接すべく上記穴を通って延びている。
図２,３,４に示された電極110,112は、前方かつ外側に傾斜する面118,120上の
位置の理由から一般に円錐状であるが、幾つかの適用例では、エアキャップまた
は電極受けの円筒面上に位置する一般に円筒状の電極を作ることが好ましい。加
えて、ある適用例では、液体スプレイ粒子に所定パターンを与えるためにエアホ
ーンが不要であり、このような場合、エアキャップの軸に同心の単一の円形電極
を設けることができる。図５は、エアキャップの変形例180の部分断面を示して
おり、このエアキャップでは、エアキャップまたはエアキャップに固定された環
状の電極受けの円筒状の内面183上に、円筒状の電極182が設けられている。上記
電極は、半導電性の被膜や、これと択一的に分離した要素として作られて定位置
に嵌め込まれるものや、エアキャップまたは電極受け上の定位置に成形されるも
のでありうる。電極182は、１つまたはそれ以上の導線184によって電源に接続さ
れ、上記導線は、電極182に接続されるとともに、適切な回転可能なコネクタ189
を介して電源に接続するために、通路186,188を経て後方へ延びる。上記コネク
タは、図３で述べたような方法で作られたり、図５に示す変形した形態をとった
りできる。図５の実施例では、回転可能なキャップ180と静止したエアガン１４
の間の接続は、エアキャップ180の外周面上の導電性または半導電性のスリーブ1
90によって形成される。上記スリーブ190は、エアキャップの肩部192の外周上の
半導電性の被膜であり、この肩部は、エアキャップをスプレイガンの前面に固定
すべく、図３に示したような方法で保持ナット４８によって嵌合される。導線18
4は、キャップ180を通って延び、ろう付けによると同様にスリーブ190に点194に
おいて接続される。これと択一的に、スリーブ190は、半導電性のプラスティッ
クで作ることができ、導線184と物理的および電気的接続の状態でエアキャップ
の外周にプレスばめされるか、上記導線が、キャップの表面およびこの表面に堆
積された半導電性の被膜と同じ高さで終わるかすることができる。
図５に実施例では、エアキャップ180とスプレイガン１４の間の接続は、スプ
レイガン１４の前面に取り付けられたばねクリップ196によって完成され、この
クリップの一端は、スプレイガンの前面７６内の穴198を通って延び、かつ内面2
01上の溝200内に前方へ延びている。エアキャップ180が、保持ナット４８によっ
て、内周面201で形成されるソケット内へ本体１４の前面に向けて止められると
、ばねクリップ196の前端と導電性のスリーブ190の間に、ばねクリップ196の後
方へ延びる自由端に接続された導体202を介して電源に接続するために接続が行
なわれる。
ばねクリップ196は、図６の196'で示すような音楽または「ピアノ」線などの
線細工ばねか、図７の196"で示すような薄板金かにすることができる。
誘電電極は、円錐状の電極110,112であれ,円筒状の電極182であれ、本発明の
好ましい形態においては、エアキャップ内のスプレイノズル８４の軸から略0.55
インチの垂直方向半径上に位置する。上記エアキャップは、略1.5インチの外径
と、キャップ面８６から前方へ略0.17インチだけ延びる前面210とを有する。電
極が載る面は、略0.587平方インチの有効領域を有し、エアホーン100,102に供給
すべく除去された表面部分およびエアホーンと電極受け114,116の間の空隙によ
って減じられている。これは、本発明の１つの実施例において、略0.434平方イ
ンチの有効電極領域を結果として生じる。エアキャップは、異なったスプレイガ
ンおよび／または異なったスプレイ率を収容するような寸法範囲で作ることがで
き、したがって誘電電極の寸法と配置も、変化させることができる。より大きい
直径のエアキャップは、概ね同じ比率でより大きい直径の電極の使用を可能にし
、有効電極面積も、概ねキャップの直径に比例して同様に変化させることができ
る。電極面積は、スプレイガンとキャップによって霧化される液体を有効に帯電
させるに十分大きくなければならない。大きい電極は、スプレイ領域への空気流
を妨げ、帯電した粒子にとって余りに引力がありすぎうるので、最小の電極寸法
の方
が好ましいことに注意しなければならない。円筒状の電極にとっての電極寸法の
好ましい範囲は、液体オリフィスの軸から0.4〜0.7インチの垂直方向半径で、か
つ0.1〜0.3インチの前方突出,即ち軸方向長さであり、これにより0.25〜1.3平方
インチの最小有効電極面積が得られる。
図５の実施例では、電極182を載せる円筒内周面は、区域212において電極から
略４５°の角度で内方へ張り出し、半導電性の材料は、導線184との接続をとる
目的で上記区域の少なくとも一部内に延びている。図５に同じく示すように、電
極182の背面に複数の穴214を設けることができ、この穴は、霧化された粒子の流
路内に周囲の空気を吸い込むのを可能にすべく、破線216で示すようにキャップ
を貫いて外方へ延びている。これに加えて,またはこれと択一的に、218で示す一
連の切欠きを、粒子の流路内への周囲の空気の流入を促すべく、エアキャップの
リムに設けることができるが、これは電極面積を減少させる。要求される電極面
積が維持される限りにおいて、所望の空気流を収容すべく、任意の数の穴214や
切欠き218を設けることができる。同様の穴または空気流の切欠きは、図３の実
施例にも設けることができる。最大の空気流を提供するために、図３または図５
のエアキャップにおける電極は、望まれるなら、ウェブ構造によって支持される
ことができる。
テーパ面118,120(図３)で支持される円錐状の電極は、本発明の一実施例では
、スプレイノズル軸に対して略３０°の角度をなしており、図５に示された円筒
状の電極182の表面積に匹敵しうる電極表面積を提供する。
図８〜１１は、本発明の第３実施例を示しており、この実施例では、エアキャ
ップ220が従来のスプレイガンに取り付けられているが、ここで、自動スプレイ
ガン全体は222で示されている。エアキャップ220は、図５に示されたエアキャッ
プ180と似ているが、キャップの前面に夫々固定された２つの湾曲した電極受け2
24,226を備えている。この実施例では、電極は、概して半円筒状で、導線234,23
6を経てコネクタ構造237へ電気的接続を提供すべく224',226'の箇所で後方へ延
びており、上記コネクタ構造は、エアキャップ220とスプレイガン222の間に延び
ている。エアキャップ220は、空気出口穴244,246を有する一対のエアホーン240,
242
を備えている点でキャップ180と異なり、上記空気出口穴は、対応する空気通路2
48,250(図１０)を経て、スプレイガン222の前面に形成された環状空気供給室252
(図８)に連通すべく接続される。
エアキャップ220の前面254は溝256,258を備え、この溝は、接地されたスプレ
イガン本体への上記前面の漏電経路の長さだけ延びて、湿ったおよび／または汚
染された雰囲気でスプレイをする場合に、望ましくない電圧低下の可能性を最小
にする。
湾曲した電極受け228,230は、好ましくは半円筒状であり、エアホーン240の両
側に空気流穴260,262を、エアホーン242の両側に空気流穴264,266を夫々提供し
て(図９参照)、エアホーン260,262の短絡を止める。これらの空気流穴は、キャ
ップの外面まで延びて、液体粒子の流れを改善し,乱流を減じる目的で、スプレ
イガンによって作られた液体粒子と圧縮空気を混合するために、外部の周囲空気
がエアキャップのスプレイ領域９５に吸い込まれるのを可能にする。
エアキャップ220は、液体スプレイノズル272が貫通して延びる中央テーパ穴27
0を備える。スプレイされるべき液体は、ニードル弁２０が既述の如く流量を制
御すべく上記中央テーパ穴内を延びた状態で、ノズル穴274を通って吐出される
。本発明の好ましい形態では、ニードル延長プローブ276も設けられ、このプロ
ーブはノズル穴274を通って延びる。上記スプレイガンのノズル穴274は、既述の
如く中央テーパ穴270によって囲まれている。
図８〜１１の実施例では、回転可能なエアキャップ220を、スプレイガン222に
載せられた電源に接続するために、変形例のコネクタ237が設けられる。このコ
ネクタは、図１２に拡大して示されており、キャップ220の背面282に導電リング
280を備える。このリングは、半導電性の被膜あるいは上記背面の嵌合穴に成形
または係合される金属または半導電性のプラスティックにしてもよい。上記リン
グは、電極224,226への電気的接続を提供すべく、例えば,ろう付けによって導線
234,236に接続される。スライド接点はばねワイパ接点284によって提供され、こ
のばねワイパ接点は、例えば穴290をもつねじ288によって、非導電性のスリーブ
286に接続される導線であり、上記ねじの穴を通ってばね導線284が延びている。
上記ねじは、スリーブ286に固定される。ばね導線284は、例えば適切な抵抗292
と導線294を介して適切な電源に接続される。
上述のスプレイガンに用いられるニードル弁の変形例が、図１３に示されてお
り、この図では、ニードル300は、回転可能なプローブ304が内部を通って延びる
中空の軸通路302を備える。上記プローブ304は、前端にオフセットまたは櫂部30
6を備え、この櫂部は、図３のオリフィス８４や図８のオリフィス274のようなニ
ードルを囲む液体オリフィスから放出される霧化された液体を、かき混ぜる作用
を生じる。かき混ぜ作用は、後端に連結された例えば電気モータや空気圧モータ
によってプローブ304が回転せしめられたときに生じる。上記ニードルプローブ
は、霧化中に液体ノズルから出てくる液体流の中で数百乃至数千rpmにて回転し
て、上記液体を拡げ、霧化領域を半径方向外側に押しやるのに役立って、上記液
体が、図８の電極224,226のような回りの誘導電極によって供給される電場に一
層有効に晒されうるようにする。この効果は、系の帯電と堆積の効率を増大すべ
く、霧化小滴をより均一に砕き,かつ帯電させることである。駆動モータは、ス
プレイガンの内部または外部に取り付けることができ、ガンの高電圧電源からの
低電圧によって給電されうる。回転プローブ304の設置は、ニードル弁300の弁動
作に不利に作用しない。ニードル300のための相対回転しうるチップ309は、310
で示されるようなフレアや縦溝によってプローブ304に固定され、プローブと一
緒に回転するが、ニードル300は静止し続ける。スプレイガンが(引き金１８を解
放することによって)オフにされると、プローブ駆動モータはオフになり、ニー
ドル弁300が液体流を閉鎖するように軸方向に動くと、チップ309は回転をやめる
。これと択一的に、チップ309とニードル300は、一体として、回転のために軸受
で支承されるようにもできる。
プローブ304の前端は、所望のかき混ぜ作用を提供すべく幾つかの形態をとる
ことができる。１つの選択例が、例えば図１４に示されており、この図では、プ
ローブの先端312は、一対の崩れうるばね線パドル314,316を提供すべく、二又に
なっている。図１３,１４に示されたプローブ304は、液体ノズル内に容易に挿入
でき、清掃または取替えのために容易に取り出すことができるという利点を有す
る。
制御弁ニードル２０の他の形態は、図１５,１６に示されており、この図では
、ニードル320は、中空で、このニードルの後端324から先端326に延びる軸穴322
を有する。ニードル320の先端に固定されたプローブ328も、中空で、穴322と整
列した内部の軸穴330を有する。上記プローブ328は、液体穴270(図８)を通って
延びて、電場により良く晒されるように霧化領域を半径方向外側に押しやるよう
な軸方向のガス流を供給して、矢印332で示す空気源からの空気をノズルの前の
霧化領域に向ける。この空気流は、スプレイガンのための空気流のパラメータに
比して、高速度および低体積を有して、誘導場においてより完全な液滴の帯電を
達成するのを助ける。内部の空気流も、液体流の中央部で通常より大きい液滴を
より完全に砕く作用をする。プローブ328は、先がとがっていない金属の注射針
であり、空気の供給322は、スプレイガンの外部の自身の弁制御をもつ分離した
空気源から、またはスプレイガンの内部の空気通路からの分岐にすることができ
る。
図１５,１６の装置の変形例は、図１７に示されており、この図では、プロー
ブ328は、張り出しチップ336をもつ中央ダイバータ334を一体化している。この
ダイバータは、中央穴330から出る空気を拡げて、この空気により大きい半径方
向分力を与えるのに役立つ。
ニードルチップのいま１つの変形例は、図１８に示されており、この図では、
ニードル弁２０は、図８に示したようなチップ272を取り付けている。この例で
は、横方向の駆動要素340がニードル２０に接近して配置され、上記駆動要素は
、ニードルの側部に当接するプランジャ342を有する。適切な駆動回路344を介す
る上記駆動要素の作動は、プランジャを数千Ｈzまでの周波数で動かし、チップ
を横方向に駆動して、プローブ272を矢印346で示すように振動させる。このプロ
ーブ272の振動運動は、穴270を通過する液体の粉砕と霧化を助け、誘導帯電を改
善するために液滴を半径方向外側に押しやる。駆動周波数は、霧化プロセスへの
最大エネルギの伝達を達成すべく、振動するプローブチップの共振レベルに調整
される。
本発明によれば、霧化される液体の導電性が低い場合は、液体ノズル８０(図
３)または274(図８)は、プラスティックのような非導電性材料で作られる。プラ
スティックは、電極からの電場線を幾らかより効果的に液体上およびプローブ上
に集中させるという利点を有する。これは、液体のより良い帯電のためにより高
い印加電圧の使用を可能にし、帯電プロセスを助けるためにコロナ効果を使用す
ることを可能にする。水性などの導電性塗料のような導電性液体に対しては、ノ
ズルは、例えば金属などの導電体にでき、金属製にすれば、耐久性が増し、プラ
スティックよりも良好な寸法安定性をもつようになる。
誘導電極が前方に位置することおよび誘導電極の表面が液体霧化通路の周囲に
あることは、電極の最良の形状と寸法、最大の誘導を達成するための電極構造の
配置、および高電圧低圧力スプレイに対して必要ならばコロナ帯電を可能にする
。上記構造は、スプレイヘッドの回りならびに穴260,262,264,266(図９)および
随意の穴214,218を通る円滑で汚染されない吸込空気流の維持と両立し、その際
、表面電流漏れおよびスプレイガンや金属液体ノズルまたは液体流そのものへの
アーク発生による電極の顕著な電圧降下を生じない。噴霧される液体は、接地電
位またはその近傍に維持され、電極系は、エアキャップとスプレイガンの間のス
ライド接触を可能ならしめるように、導線,抵抗および／または半導電性の接触
面などによって内部で接続される。これは、スプレイの扇形の360°の方向付け
と、任意の接触の電位点近傍の付加的なアークとスパーク抑止のための抵抗の協
働とを可能にする。
図３の電極110,112や図８の電極224,226のような誘導電極に印加される電圧は
、導電性液体に対する誘導帯電および非導電性液体に対するコロナ帯電を提供し
、上記誘導帯電は、電極に印加される電圧の極性と反対の極性をもつ帯電液滴を
生成する。誘導帯電の過程は、図１９〜２２に示され、この図では、板350が誘
導電極を表わし、板352が図１３〜１８に示された制御ニードル弁２０(またはそ
の等価物)の接地電位を表わしている。霧化される液体は、例えば水性塗料354の
ような導電性液体である。例えば高電圧電源356から正電圧が電極350に印加され
ると、電場358(図１９)が、電極と液体表面354の間に発生する。電場線358は、
液体表面が静止し、かつ電極350と液体の間に空気流がない場合は、均一である
。
図１９に示すように、上記電場は、電極350に印加される電荷と逆極性の補償す
る,または鏡像の電荷を誘導する。
液体354の表面を横切って低速で空気が流れ始めると、図２０の360で示すよう
に液体表面が中位にゆがみ始め、このゆがみは、液体表面の負電荷を、液体の表
面が電極350に近づいた急カーブの領域に集中させ始める。これが、また電場線3
58の幾らかの集中を生じさせる。図２１に示すように、より速い空気流は、362
で示すような液体表面の極端なゆがみをもたらし、液体354の表面に形成された
液体断片の負電荷の高い集中を作る。
空気流が、図２２に示すように、液体の霧化を生じるに十分高い速度に増加す
ると、帯電した小滴364は、断片362から分かれて、電極系から実質上吹き飛ばさ
れる。この過程は、負に帯電した小滴364が、図２３に示すような具合にワーク
ピースに向かうという結果になる。図示の如く、負に帯電した小滴364は、既述
のスプレイガンのいずれでもよいスプレイガン366で作られる空気流によって方
向付けられ、空気流は小滴をワークピース370に向かわせる。このワークピース
は、接地され,および／または電気的に非導電性であって、スプレイ雲372を作る
負に帯電した粒子が、ワークピースを効果的に覆う。上記スプレイ雲には、在来
の高電圧で発生されたスプレイにおいて存在するような結合していないガス状の
イオンが無い。
電極に印加される電圧が非常に高く、かつ霧化される液体が高導電性であれば
、液体断片にガス状のイオンが生成されるが、これらのイオンは正電極に引き付
けられて、スプレイ372には、ガス状イオンが依然無い。図１８〜２２では、電
極350に正電位が印加され、小滴は負である点に留意していただきたい。しかし
、印加される電位が負なら、小滴は正に帯電せしめられることは当然理解できる
。このことは、液体が高電圧のニードルに直接接触して、小滴がニードルと同じ
極性に帯電せしめられる従来の高電圧エアスプレイ塗装系と相違する。このよう
な系では、常にイオンが存在するのである。図１８〜２２では、液体が静止して
いることを前提としていたことに留意されたい。しかし、液体は、上述の理論的
考察から離れない限りで、小滴の形成を助けるべく速度をもつこともできること
が理
解できよう。図２３に示すように、エアキャップに取り付けられた誘導電極によ
って生成される不均一な電場は、エアキャップの前方に延び、キャップの外側を
回ってスプレイガンの接地された金属本体、あるいは後方に位置する他の接地部
分または付属部材に戻るが、スプレイヘッドに接近していて、帯電した液滴をそ
らせて、ガンを清浄に保つ。より高い印加電圧は、より高い電場を作ってより大
きい斥力を生じる。しかし、より高い印加電圧は、鋭い電極の隅や縁からの望ま
しくないコロナを発生させる。
誘導帯電電極における好ましい電圧レベルは、略10ＫＶであるが、導電性およ
び半導電性の液体を帯電させるためには、良好な結果を伴って5〜10ＫＶの電圧
を用いることができ、ある場合には2〜12ＫＶの範囲の電圧を用いるうることが
判明した。もし、導電性に乏しい液体を霧化する場合は、少なくとも12ＫＶ,好
ましくは15〜20ＫＶの電圧を要するコロナ帯電が必要とされる。この電圧は、帯
電した液滴と遮蔽イオンとの組合せ効果を透徹し、スプレイ流の中心内の接地さ
れた鋭いニードルチップまたはプローブにおいてコロナ効果を生じさせるために
必要とされる。
図２４に示すように、スプレイガン366は、例えば500ミリアンペアで10〜20ボ
ルトの直流電圧を発生する直流または交流の１次電源380と、オンオフスイッチ3
84,オプションの蓄電池スイッチ386およびポテンショメータ388を含む制御ボッ
クス382とを備えた適切な電源に接続される。加えて、接地ケーブルのための接
地ジャック390が設けられ、誘導電極に供給すべき電圧の選択を可能にするため
に電圧計392が設けられる。上記制御ボックスの出力は、導線394を介してスプレ
イガン366に取り付けられ,あるいは一体化された高電圧回路396に供給される。
この高電圧回路は、制御ボックスからの出力を、誘導電極に適用するために典型
的には5〜10ＫＶの電圧に変換する。オンオフスイッチ384は、手動スイッチのみ
ならず、スプレイガンへのガス流に感応するガス(空気)流量検知スイッチを一体
化することができる。スプレイ制御の引き金を解放することによってガン366が
オフにされると、ガス流は切られるか、少なくとも急激に減じられて、その結果
、上記流量検知スイッチが作動されて、上記ガンに供給されていた電力が切られ
る。
図示されていないが、制御ボックス380が、幾つかのスプレイガンに同時に電力
を供給しうることは当然理解できる。また、高電圧回路396は、１つのスプレイ
ガン366上の複数の誘導スプレイノズルに給電することができる。
上記高電圧回路396は、幾つかの形態をとることができ、スプレイガンの電極
に正または負の極性の直流を供給するのが好ましい。これと択一的に、高電圧回
路は、正負両極性を要求により供給できる浮動電源にすることができる。このよ
うな両極性出力の供給は、特別な塗装状況のために正電圧と負電圧との間で反復
しうる。例えば、塗料や他の被覆材料の幾つかの層を、非処理のプラスティック
などの非導電性で僅しか接地されていないワークピース上に設けることが望まれ
る。これは、スプレイガンに伴う交互の通路に対して、まず正に帯電させたスプ
レイを適用し、次いで負に帯電させたスプレイを適用するか、あるいはこれと逆
の適用を行なって、スプレイ小滴に反対の電荷を与えることによって行なうこと
ができる。その結果、ワークピース上に存する被覆材料の層によって入ってくる
小滴が最小の反撥作用しか受けずに、帯電小滴の最大の堆積が得られることにな
る。完全なサイクルのための時間は、典型的には数秒であるが、非導電性の部材
の穴内で霧化を行なう場合、より速いタイミングサイクル(＋,−相互間での交替
)を、ファラディーのケージング反撥効果を最小化するために用いることができ
る。
単一の電源を設ける代わりに、１つは正の出力を,もう１つは負の出力を夫々
もつ２つの高電圧回路またはモジュールを一体化することも可能である。２つの
電源のオンオフサイクルは、制御ボックス382内の適切なプログラミングされた
回路構成要素によって制御されることができる。電源のための他の択一例は、典
型的には数ＫＶの振幅と0.1〜60kＨz周波数をもつ正弦波を直流電圧に重畳した
交番電流信号を与えることである。上記直流のレベルは、小滴の誘導帯電を生成
するに十分である一方、上記交流は、小滴の寸法,制御および電荷分布のための
条件を改善する。
本発明のスプレイガンの構造は、誘導電極と、電極受けと、スプレイの帯電を
改善するための大体積,低圧力のエアキャップをもつ高電圧スライダ接点とを一
体化している。エアホーンの前またはエアキャップの後には何の構造も延びてい
ないので、この改善された構造は、使用,取替,清掃が容易で、製造コストが安価
で、コンパクトで信頼性と耐久性を有し、スパークやアークの発生による問題が
減じるような非常に低い静電容量をもつ。この装置は、誘導電極への作り付けの
電気的抵抗路を備えて、電荷の伝達を妨げ、さらにスパークやアークの発生を減
じるとともに、使用中に損傷を受けうる突出した高電圧接点を有しない。上記エ
アキャップは、360°回転させることができて、操作者は、特定のワークピース
の塗装に最も適したスプレイ扇形の角度を選択できるとともに、本発明のエアキ
ャップは、製造費用を節減しつつ手動ガンと自動ガンとに交替使用できる。上記
エアキャップは、比較的大きい電極表面積を有して、スプレイヘッドの回りの吸
込空気流を良好に組み合わせるので、電気的に接地された容器からの水性の材料
の静電的霧化が、比較的容易に実行できる。本発明の特徴の組合せは、著しく良
好な塗膜の均一性と著しく高い適用効率とをもつ高体積,低圧力スプレイガンに
おける迅速な塗装を提供する。本発明の装置は、在来の高電圧システムで不可能
であった金属薄片を含む塗料のスプレイを可能にし、良好な薄片の制御を可能に
する。本発明は好ましい実施例の見地から述べられてきたが、添付の請求項に述
べられた本発明の真髄と範囲から離れずに、多数の付加的な変形がなされうると
いうことは、当業者にとって明白であろう。
【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項
【提出日】１９９４年１２月６日
【補正内容】
請求の範囲
１．導電性の液体をスプレイする方法であって、
スプレイすべき液体を液体スプレイオリフィスに供給し、
上記液体を電気的に接地し、
上記液体スプレイオリフィスの近傍の空気オリフィスに、低圧で高体積の空気
を供給し、
上記液体スプレイオリフィスを囲む帯電領域に、第１の極性をもつ電圧が印加
される少なくとも１つの帯電電極によって、上記液体スプレイオリフィスと同心
の電場を生成し、
液滴の乱流スプレイ流れを作るべく上記液体を霧化するために、上記液体を上
記液体スプレイオリフィスを経て吐出し、
同時に、上記低圧の空気を上記空気オリフィスを経て吐出し、これによって上
記液体の霧化を助けるとともに、上記液滴が上記液体スプレイオリフィスから離
れ,かつ上記乱流スプレイ流が上記帯電領域を通るように推進して、第２の極性
に帯電させられた液滴を生成し、
上記液体の吐出流内に混合作用を生ぜしめ、これにより上記液滴中に付加的な
乱流を作って、上記液滴が上記帯電領域内の上記電場を通過するとき、上記液体
流を上記オリフィスから外側へ上記帯電電極に向けて膨張させ、その結果、霧化
および上記液滴の帯電を強化し、
上記スプレイ流中の帯電した上記液滴を目的物に向かわせることを特徴とする
スプレイ方法。
２．パターンになったスプレイを作るために、上記霧化された液滴に向けて形成
のための空気をさらに流すことを特徴とする請求項１に記載のスプレイ方法。
３．上記電場を生成するステップは、上記領域の近傍の少なくとも１つの電極に
、5〜20ＫＶの電圧を印加することを含むことを特徴とする請求項１に記載のス
プレイ方法。
４．上記電場を生成するステップは、上記領域の近傍の少なくとも１つの電極に
、この領域内のいかなる空気もイオン化させないで、上記液体に上記第２の極性
の
電荷を生成するに十分高い電圧を印加することを含むことを特徴とする請求項１
に記載のスプレイ方法。
５．上記混合作用を生ぜしめるステップは、上記液体スプレイオリフィスの中心
にある穴を通って空気を吐出して、上記液体の霧化および上記液滴の帯電を助け
ることを特徴とする請求項１に記載のスプレイ方法。
６．上記混合作用を生ぜしめるステップは、上記液体が上記液体スプレイオリフ
ィスから吐出されるときにこの液体中に乱流を作って、上記液体の霧化および上
記液滴の帯電を強めることを特徴とする請求項１に記載のスプレイ方法。
７．高体積,低圧力のスプレイ装置であって、
前面をもつスプレイガンと、
上記スプレイガン内に上記前面で終わるように設けられ、空気を高体積かつ低
圧力で供給するための少なくとも１つの第１の空気通路と、
上記スプレイガン内に上記前面で終わるように設けられ、スプレイされる液体
を供給するための少なくとも１つの第１の液体通路と、
エアキャップと、
このエアキャップを上記スプレイガンに対して回転するようにこのスプレイガ
ンの前面に取り付けるための手段と、
上記エアキャップ内の空気オリフィスと、
上記第１の空気通路に上記前面で嵌合し、かつ上記空気を上記空気オリフィス
を経て流路に供給するために上記エアキャップに設けられた第２の空気通路と、
液体を受けるために上記第１の液体通路に接続された液体ノズルであって、液
体を上記流路に沿って液体スプレイとして放出するための液体出口オリフィスを
備えた前端を有し、この液体出口オリフィスが上記空気オリフィスの近傍にある
ような液体ノズルと、
上記液体出口オリフィスへの液体流を制御するために上記ノズル内で動くこと
ができ、これによって上記液体の放出を制御するニードル制御弁と、
上記液体出口オリフィスの近傍の電極手段と、
上記エアキャップを上記スプレイガンに電気的に接続するとともに、上記エア
キャップの上記スプレイガンに対する回転を可能にしつつ、上記電極手段に第１
の極性をもつ電圧を供給する回転接触手段であって、上記電圧は、上記流路内に
電場を生成するに十分高くて、上記液体スプレイ上に第２の極性をもつ電荷を生
成するような回転接触手段とを備えたことを特徴とするスプレイ装置。
８．上記液体スプレイを受けるための電気的に接地された目的物をさらに含むこ
とを特徴とする請求項７に記載のスプレイ装置。
９．上記スプレイガンおよび上記液体出口オリフィスに供給される液体は、電気
的に接地され、上記電場は、上記電極手段から上記流路を経て上記接地されたス
プレイガンに延びていることを特徴とする請求項７に記載のスプレイ装置。
１０．上記液体は、導電性であることを特徴とする請求項９に記載のスプレイ装
置。
１１．上記液体ノズルは、上記液体スプレイを作るために上記ノズルから流れて
くる液体を霧化すべく、上記空気オリフィスと同心であることを特徴とする請求
項１０に記載のスプレイ装置。
１２．上記ニードル制御弁は、改善された霧化を作り、かつ上記スプレイ内での
電荷の生成を強めるために、上記液体中に乱流を作る手段を含むことを特徴とす
る請求項１１に記載のスプレイ装置。
１３．上記乱流を作る手段は、上記ニードル制御弁を通って延びる中央空気穴を
備えることを特徴とする請求項１２に記載のスプレイ装置。
１４．上記乱流を作る手段は、上記ニードル制御弁を通って延びる回転可能なパ
ドル手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載のスプレイ装置。
１５．上記乱流を作る手段は、バイブレータ手段であることを特徴とする請求項
１２に記載のスプレイ装置。
１６．上記電極手段に誘導電圧を供給する接触手段は、上記スプレイガンと上記
エアキャップの間に、このエアキャップのどんな回転角度においても上記スプレ
イガンとエアキャップの間の電気的な接触を維持するための電気的コネクタ手段
を備えることを特徴とする請求項７に記載のスプレイ装置。
１７．上記コネクタ手段は、上記スプレイガンと上記エアキャップのいずれか一
方の上にばね接点を、上記スプレイガンと上記エアキャップのいずれか他方の上
に環状接点を夫々備えて、上記ばね接点が、上記環状接点に当接していることを
特徴とする請求項１６に記載のスプレイ装置。
１８．上記誘導電圧を供給する手段は、誘導電圧を供給するための電圧源と、こ
の電圧源を上記回転可能な接触手段に接続する手段と、上記電圧源と上記電極手
段の間に接続される抵抗とをさらに備えたことを特徴とする請求項１６に記載の
スプレイ装置。
１９．上記誘導電圧を供給するための電圧源は、交替する極性の直流電流の供給
源を備えることを特徴とする請求項１８に記載のスプレイ装置。
２０．上記誘導電圧を供給するための電圧源は、選択された極性の直流電流の供
給源と、この直流電流に重畳された交流とを備えることを特徴とする請求項１８
に記載のスプレイ装置。
２１．上記第１の空気通路は、上記第２の通路を経て上記空気オリフィスに、略
5〜60cfm(立方フィート／分)の高体積および略10psig(ポンド／平方インチ ゲ
ージ圧)以下の低圧で空気を供給する一方、略5〜10ＫＶの電圧を上記電極手段に
供給する電源回路構成要素をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のス
プレイ装置。
２２．上記電極手段は、少なくとも１つの第１の電極を備え、上記電極手段の全
面積は、略0.25〜1.3平方インチであり、上記第１の電極は、上記液体出口オリ
フィスから略0.4〜0.7インチの距離だけ半径方向に隔たっていることを特徴とす
る請求項２１に記載のスプレイ装置。
２３．上記電極手段は、上記液体出口オリフィスの対角線方向に対向する両側に
配置され、かつ上記液体出口オリフィスの領域で上記液体スプレイ流路を囲む少
なくとも２つの半円の電極要素を備えることを特徴とする請求項７に記載のスプ
レイ装置。
２４．上記電極は、概ね円筒状であることを特徴とする請求項２３に記載のスプ
レイ装置。
２５．上記電極は、概ね円錐状であることを特徴とする請求項２３に記載のスプ
レイ装置。
２６．上記エアキャップ上に上記流路内に周囲空気を導くための空気入口手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載のスプレイ装置。
２７．上記空気入口手段は、上記エアキャップを通って延びる複数の開口を備え
ることを特徴とする請求項２６に記載のスプレイ装置。
２８．自動および手持ちスプレイガンに取り付けられるエアキャップであって、
前面と,背面と,この前面と背面の間の周辺の外面とを有するキャップ本体部と
、
このキャップ本体部を通って上記背面から上記前面へ延び、かつ中央スプレイ
出口オリフィス内の上記前面で終わる軸方向開口であって、この軸方向開口は、
スプレイされる液体が上記スプレイオリフィスを通るように方向づけるためのス
プレイガンノズルを収容ずるとともに、霧化空気が上記オリフィスを通るように
方向づけるようになっているような軸方向開口と、
上記オリフィスから前方へ延びる上記前面上の湾曲した少なくとも１つの電極
受けであって、上記軸方向開口から半径方向に隔たった内面を有する電極受けと
、
上記電極受けの内面上の電極手段と、
スプレイガン上の対応する第２の回転可能なコネクタ構成要素に嵌合し、かつ
電源と上記キャップ本体部の間の回転可能な電気的接続を提供するための第１の
構成要素を上記キャップ本体部上に有する回転可能なコネクタと、
上記電極に帯電電圧を供給するために、上記第１の構成要素を上記電極に電気
的に接続して、上記スプレイオリフィスを通った液体上に電荷を生成する手段と
を備えたことを特徴とするエアキャップ。
２９．上記回転可能なコネクタの第１の構成要素は、上記エアキャップに固定さ
れたばね接点であり、上記第２の構成要素は、スプレイガン上の環状面であるこ
とを特徴とする請求項２８に記載のエアキャップ。
３０．上記回転可能なコネクタの第１の構成要素は、上記エアキャップ上の環状
面であり、上記回転可能なコネクタの第２の構成要素は、スプレイガンに固定さ
れたばね接点であることを特徴とする請求項２８に記載のエアキャップ。
３１．上記少なくとも１つの電極受けは、上記スプレイオリフィスの回りに同心
に配置された複数の湾曲した電極受けを備え、各電極受けは、対応する少なくと
も１つの電極を受けることを特徴とする請求項２８に記載のエアキャップ。
３２．上記複数の電極受けの夫々は、周囲空気の入口を作るために隣合う電極か
ら隔たっていることを特徴とする請求項３１に記載のエアキャップ。
３３．上記電極受けを通って延びる複数の空気入口をさらに備えたことを特徴と
する請求項３１に記載のエアキャップ。
３４．上記回転可能なコネクタの第１の構成要素と上記各電極との間に電気的に
接続された抵抗を備えたことを特徴とする請求項３１に記載のエアキャップ。
３５．上記乱流を作るステップは、液滴を上記液体スプレイオリフィスから半径
方向外側へ拡げることを含むことを特徴とする請求項６に記載のスプレイ方法。
３６．上記乱流を作るステップは、上記液体オリフィス内でこの液体オリフィス
に対する相対運動のために可動のプローブを駆動することを含むことを特徴とす
る請求項６に記載のスプレイ方法。
３７．上記パターンになったスプレイを回転させるために、上記形成のための空
気を上記液体スプレイオリフィスに対して回転させることを含むことを特徴とす
る請求項２に記載のスプレイ方法。
３８．上記電場を生成するステップは、直流成分に交流成分を重畳した電圧を上
記領域の近傍の少なくとも１つの電極に供給することを含むことを特徴とする請
求項１に記載のスプレイ方法。
３９．上記電場を生成するステップは、選択可能な電圧を上記少なくとも１つの
帯電電極に供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載のスプレイ方法
。
４０．上記液体スプレイを受けるための非導電性の目的物ををさらに含むことを
特徴とする請求項７に記載のスプレイ装置。
４１．上記回転可能な接触手段を介して上記電極手段に接続される電圧源をさら
に備え、この電圧源は、上記液体スプレイ上に正および負の電荷を与えるべく、
選択された正および負の極性をもつ電圧を供給することを特徴とする請求項４０
に記載のスプレイ装置。
４２．上記電圧は、上記液体スプレイ上に正および負の電荷を交互に与えるため
に、上記正および負の極性の間で反復されることを特徴とする請求項４１に記載
のスプレイ装置。