JPS6345256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デイジタル制御スプレーガン（以下
単にスプレーガンという）の構造に係り、特に、
噴射液量を正確かつ安定に制御することができる
スプレーガンに関する。

ベルヌーイの原理を応用したいわゆるスプレー
ガンと称される液体噴射装置は、例えば塗装に用
いられる塗料吹付ガンのように、通常はその噴射
液量を精密に制御する必要はない。しかしなが
ら、例えば本発明者等が開発し、すでに多年にわ
たつて実動しているインク噴射式の印写装置にお
けるインク噴射用スプレーガンのように、噴射イ
ンク量を時々刻々精密に、しかも高速で制御すべ
きものもある。上記印写装置は、例えば写真電送
装置あるいは印刷製版用のスキヤナーのように書
画原稿を光学的に走査し、得られた画像情報信号
の強弱を噴射インク量の大小に変換して、上記書
画原稿と連動して移動する紙などの記録媒体上に
インクを噴射して書画像を印写する装置である。

しかして、上記印写装置のインクの噴射系は、
第１図に示すように、筒状の空気ノズル１の内側
にこれも筒状のインクノズル２を同軸かつ入子状
に配設したスプレーガン３と、上記空気ノズル１
に接続された空気流量制御弁（以下単に制御弁と
いう）４とを有しており、この制御弁４は、円板
状のダンパ５に一体的に装着され、前記画像信号
に応じた電流を供給されるムービングコイル６
と、第１および第２磁極７および８の間に形成さ
れた環状の磁界との相互作用によつて発生する電
磁力によつて、上記ダンパ５の中央に垂設された
弁体９をその軸線方向に駆動し、弁体９と弁座１
１との間の環状の間隙の開度を画像情報信号に応
じて変化させ、もつて空気ノズル１に送給される
空気量を調節する、いわゆるムービングコイル式
のアナログ型制御弁である。

上記の制御弁４は、もちろん充分所期の機能を
果たし、既に多年にわたつて実動していることは
前記したとおりであるが、印写装置の制御弁とし
て数百サイクル／秒の高速応答性を要求されるた
め、弁体９を担持するダンパ５の疲労が激しく、
作動の安定性に若干欠けるうらみがある。

また、弁体９の作動行程が微小であり、弁体の
わずかの変位で流量が大きく変わるので、弁部の
加工および組立の精度に厳しい水準が要求される
という不都合がある。

そこで、本発明等は、先に特願昭56−199565号
（特開昭58−101067号公報）をもつて、上記の不
都合を解消し得る新規なデイジタル型の流量制御
装置を提案した。

本発明は、上記のデイジタル型の制御弁の試
作、研究に伴なつて得られた技術的知識やデータ
に基いてなされたもので、その目的とするところ
は、上記のデイジタル型制御弁に適合し、正確か
つ安定的に流体流量を高速で制御することができ
るスプレーガンを提供するにある。

上記の目的を達成するため、本願に係る一の発
明は、流量を制御される液体が噴出するノズルの
先端部外側に、これを包囲する空気室を設け、こ
の空気室にノズルの先端と同軸に遊嵌する開口を
設けてノズルの先端の周囲に環状の空気噴出口を
形成する一方、上記空気室に、ノズルの先端部と
それぞれ鋭角で交叉し、２進化された制御信号の
各次毎に割り当てられた複数の給気管を接続し、
上記制御信号の各次に対応する給気管の有効流路
断面積を２の対応する制御信号の次数乗に比例す
るように定めると共に、各給気管を、これに近接
して接続された電磁開閉弁を介して、圧力気体源
に接続するようにしたことを特徴とする。

また、本願に係る他の発明は、流量を制御され
る液体が噴出するノズルの先端部外側に、これを
包囲する空気室を設け、この空気室にノズルの先
端と同軸に遊嵌する開口を設けてノズルの先端の
周囲に環状の空気噴出口を形成する一方、上記空
気室に、ノズルの先端部とそれぞれ鋭角で交叉
し、２進化された制御信号の各次毎に割り当てら
れた複数の給気管を接続し、各給気管を、これに
近接して接続された電磁開閉弁、および対応する
制御信号の次数に応じて減圧度を調整された減圧
弁を介して、圧力気体源に接続するようにしたこ
とを特徴とする。

以下本発明の実施例を第２図乃至第５図を参照
して説明する。

第２図において符号２０は流量を制御される流
体（前記した印写装置においてはインク）が流通
するノズルを示し、このノズル２０の先端（第２
図で上端）にはインクの噴出口２１が開口してお
り、このインク噴出口２１に連なるインク流通パ
イプの端部は図示しないインクタンクに接続され
る。

上記ノズル２０の先端部は小径に削られてお
り、このノズルの先端小径部を覆うように中空の
ノズルキヤツプ２２が螺合している。この結果、
ノズル２０の先端部とノズルキヤツプ２２との間
には、前者を包囲する環状の空気室２３が形成さ
れている。この空気室２３の容積は、比較的小さ
く設定するのが望ましい。

また、上記ノズルキヤツプ２２の中央には、ノ
ズル２０の先端と遊嵌する開口が設けられてお
り、したがつてノズル２０の先端とノズルキヤツ
プ２２との間には環状の空気噴出口２４が形成さ
れている。

一方、第２図および第３図に示すように、上記
空気室２３にはその基部側から複数本（図示の実
施例では８本）の給気管２５，２５が放射状に接
続されている。各給気管２５は、ノズル２０の先
端部と鋭角で交叉するように、また、図示の実施
例では軸線が上記空気噴出口２４の付近を通るよ
うに、空気室２３に接続されている。

また、第３図に示す８本の第１乃至第８給気管
２５−０〜２５−７は、後述する２進化された８
ビツト構成の流量制御信号C₀，C₁，……，C₇の
それぞれに対応して設けられており、各給気管２
５−ｉ（ｉ＝０，１，２，…，７）の有効流路断
面積Diは、２のｉ乗に比例するようにすなわち
Di＝ｋ・2ⁱ（ｋ；定数）となるように定められて
いる。なお、ここでいう有効流路断面積とは、給
気管２５の幾何学的な断面積をいうのではなく、
空気流の圧力や、空気流と管路の粘性抵抗などを
も加味した、実際の空気流量に比例する仮想の管
路断面積をいうものとし、この有効流路断面積Ｄ
は実験によつて簡単に求めることができる。

しかして、上記のように構成されたスプレーガ
ンは、例えば第４図に示すように、本発明者等が
先に提案した前記デイジタル型の流量制御装置１
０に接続される。以下、この流量制御装置１０お
よび本発明によるスプレーガンが前記印写装置の
インク噴射系に適用された場合を例にとつて説明
を進める。

前記したように、この印写装置は、筒状に巻か
れた例えば透明陽画よりなる書画原稿２６の内側
に、これを挾んで対峙するように光源２７と光電
変換装置２８とを配設し、例えば書画原稿２６を
矢印ａ方向に連続的に回転させると共に、この回
転と同期させて紙面方向にも少しずつ移動させる
ことにより書画原稿２６を平面的に走査し、光電
変換装置２８から出力され、時々刻々変化する書
画原稿２６の部分的濃淡をあらわす画像情報信号
Ｓに応じて、スプレーガンから噴射されるインク
量を調節することにより、書画原稿と連動して移
動する紙などの記録媒体上に書画像を転写、再現
するもので、カラー原稿の場合は、シアン、イエ
ロー、マゼンタおよび墨色などの複数系統のイン
ク噴射系が必要であることは言うまでもない。

しかして、第１図示の制御弁４はアナログ量と
しての画像情報信号Ｓによつて直接に制御される
が、第４図示の流量制御装置１０は、Ａ−Ｄ（ア
ナログ−デイジタル）変換器を内蔵したコントロ
ール２９によつて２進化された画像情報信号によ
つて制御される。第４図示の実施例では、画像情
報信号Ｓを例えば８ビツト構成の制御信号C₀，
C₁，…，C₇に変換するものとする。この８ビツ
トのデイジタル信号を高次のもの程べき数を大き
くして並べ、各桁のビツト内容に応じて１または
０を割り当てた２進数C₇，C₆…C₀は、上記画像
情報信号Ｓに比例していることは勿論である。

さて、第４図示の流量制御装置１０は、前記給
気管２５と同数（８本）の流体管路を並列に接続
したもので、各流体管路は、上記制御信号Ｃの各
次に対応しており、それぞれ電磁開閉弁３０を備
えている。

第４図においては、上記流体管路は、給気管２
５、電磁弁３０および送気管３１を直列に接続し
たもので、各給気管２５はノズルキヤツプ２２と
ノズル２０（第２図）の先端部との間に形成され
た空気室２３に接続されていることは前記したと
おりである。

第４図では給気管２５が長いものであるように
描かれているが、これは単に図面を明瞭にするた
めに長くしただけであつて、実際には、第２図に
示すように、電磁開閉弁３１の出力端を直接に給
気管２５の外端に接続し、電磁開閉弁３０と前記
空気噴出口２４（第２図）との距離をできるだけ
短かくするのが望ましい。

一方、一端を電磁開閉弁３０の入力端に接続さ
れた各送気管３１の他端は、コンプレツサ２８お
よびアキユムレータ３３を有する圧力空気源３４
に接続されている。

他方、第（ｉ＋１）給気管２５−ｉに接続され
た電磁開閉弁３０の駆動コイルには、これに対応
するｉ次の制御信号Ciが供給されており、その１
か０からのビツト内容に応じて、対応する電磁開
閉弁を開閉できるようになつている。第４図示の
ものは、例えばCi＝１のとき電磁開閉弁３０が開
き、Ci＝０のとき閉じるように構成されているも
のとする。なお、第４図において符号３５は前記
ノズル２０に接続されたインクタンクを示す。

第２図および第３図に示すように構成された本
発明によるスプレーガン、および第４図に示すよ
うに構成されたデイジタル制御型の流量制御装置
１０を備えた印写装置において、コントローラ２
９は例えば数百ヘルツのタイミングでアナログ量
としての画像情報信号Ｓをデイジタル量としての
制御信号C₀，C₁，…，C₇に変換し、ここれらの
各次毎に対応する給気管２５に接続された電磁開
閉弁３０の駆動コイルに送給し、制御信号Ciのビ
ツト内容に応じて数百ヘルツで給気管２５に至る
流体管路を開閉する。

したがつて、ある瞬時において制御信号C₀〜
C₇を受信した流量制御装置１０は、ビツト内容
が“１”である次数に対応する給気管２５，２５
を開き、これらの給気管群２５，２５から空気室
２３（第２図参照）内へ圧力空気を噴射させる。
第２図に示すように、各給気管２５から噴射され
る圧力空気流の大部分は空気噴出口２４に向う速
度成分を持ち、しかも各給気管２５はノズル２０
の先端部と鋭角で交叉するように空気室２３に接
続されているので、各給気管２５から空気室２３
内に噴射された圧力空気流は、例え複数条の圧力
空気流が同時に噴射された場合であつても、相互
に干渉することなく円滑に空気噴出口２４から大
気中に噴出する。このとき、ノズル２０の先端開
口の周囲に高速空気流が発生し、これによつて生
ずる陰圧によつてノズル２０内のインクが吸出さ
れ、上記高速気流によつて霧状になつてノズル２
０から噴出する。このノズルから噴出したインク
ミストが紙などの記録媒体上に飛着して印写が行
われる。

ところで、前記したように給気管２５−ｉの有
効流路断面積Diを2iに比例するように定めるもの
としたから、ある瞬時において空気室２３内に噴
射される圧力空気流量は、開いている給気管２
５，２５の有効流路断面積の総和、すなわち供給
された制御信号があらわす２進数に比例し、前記
したように、この制御信号があらわす２進数は前
記画像情報信号Ｓに比例する。したがつて、本発
明によるスプレーガンは、画像情報信号Ｓに正確
に比例する圧力空気流を空気噴出口２４から噴出
され、スプレーガンの作動原理から、画像情報信
号Ｓに正確に比例する量のインクミストをノズル
２０から噴射させることができる。

以上述べた画像情報信号Ｓに比例する量のイン
クミストを得るのは、ネガ原稿からポジ像を印写
する場合であるが、例えば制御信号Ciを図示しな
いインバータで反転させれば、ポジ原稿からポジ
像を得ることができる。

また、画像情報信号Ｓは連続量であり、制御さ
れる圧力空気流量は０〜255の256とおり（制御信
号Ｃが８ビツト構成の場合）の不連続量である
が、印写装置を含め他の流量制御装置でも被制御
量を256段階に分割できれば充分連続量とみなす
ことができ、さらに階調を細かくしたい場合に
は、給気管２５および制御信号Ｃのビツト数を増
やせばよい。

第５図は本願に係る他の発明によるスプレーガ
ンを採用した、第４図と同様の印写装置のインク
噴射系を示すものである。

同図におけるスプレーガンの構造は第２図およ
び第３図に示すものとほぼ同一であるが、空気室
２３に接続された各給気管２５の前記有効流路断
面積が例えばすべて同一である（図示略）点が異
なつている。

このようにすると、給気管２５の内径が同一に
なるので、スプレーガンの製造が容易になる一
方、給気管２５から空気室２３内に噴射される圧
力空気流量が制御信号Ｃの次数によつて変化しな
いことになる。

そこで、第５図に示すものは、給気管２５から
圧力空気源３４に至る流体管路中に電磁開閉弁３
０と直列にそれぞれ減圧弁３６を接続し、各減圧
弁３６の減圧度を対応する流体管路に割り当てら
れた制御信号Ciの次数に応じて調節し、給気管２
５に供給される圧力空気の圧力を変化させるよう
にしている。周知のように、流体管路中を流れる
気体の流量は、気体の圧力と流体管路の有効流路
断面積とによつて定まり、有効流路断面積が一定
であるとすれば、流通する気体の流量はその圧力
によつて一義的に定まる。したがつて、減圧弁３
６によつて減圧された各流体管路の二次側の圧力
を適切に定めれば、各給気管２５の有効流路断面
積が同一であつても、給気管２５から空気室２３
内に噴射される圧力空気流量を２の割り当てられ
た制御信号の次数乗に比例させることができる。
第５図示のスプレーガンの作用効果は第２図乃至
第４図に示すものとほぼ同一であるから、その詳
細な説明は省略する。

なお、制御信号Ｃが８ビツト構成である場合に
は、７次の制御信号C₇に対応する減圧弁の減圧
度と、０次のそれとは１：128にもなるが、減圧
度比を大きくしにくい場合には、例えば１本又は
２本の給気管（０次か１次の制御信号Ｃに対応す
るもの）の有効流路断面積を小さくし、その分減
圧弁３６の減圧度を小さくすればよい。

また、上記した減圧弁として、一次側の圧力如
何によらず二次側の圧力を一定にする通常の減圧
弁の他、一次側および二次側の圧力差を一定にす
る定差減圧弁、および同圧力比を一定にする定比
減圧弁を用いることができるのは勿論である。

以上の説明から明らかなように、本発明は、ノ
ズルの先端部を各給気管とを鋭角で交叉させるよ
うにしたので、各給気管から空気室内に噴射され
る圧力空気流が相互に干渉することなく、それぞ
れ独立に空気噴出口から大気中に噴出することが
でき、従つてノズルからのインク噴射量の制御を
正確にすることができる。

また、電磁開閉弁を給気管に近接して配設し、
電磁開閉弁の出力端と空気噴出口との距離を短か
くしたので、この距離が長いときに生じる不都
合、例えば電磁開閉弁から間欠的に吐出される圧
力空気の塊の拡散や、制御信号が０であるときに
も圧力空気流が残存することによる制御信号の歪
の発生が解消され、空気噴出口から噴出する圧力
空気流量を正確に制御信号に比例させることがで
き、したがつてノズルから噴射される被制御流体
の流量を正確に制御することができる。

さらにまた、制御流量を選択された給気管を電
磁開閉弁で開くことにより決定し、電磁開閉弁が
開と閉の２つのはつきりした状態しかとらないの
で、流量制御が安定する、など種々の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスプレーガンおよび流量制御装
置の構造の一例を示す線図的断面図、第２図は本
発明の一実施例によるスプレーガンの断面図、第
３図はその正面図、第４図は本願に係る一の発明
によるスプレーガンを組み込んだ印写装置のイン
ク噴射系を示す線図、第５図は本願に係る他の発
明によるスプレーガンを組み込んだ印写装置のイ
ンク噴射系を示す線図である。 ２０…ノズル、２１…噴出口、２２…ノズルキ
ヤツプ、２３…空気室、２４…空気噴出口、２５
…給気管、３０…電磁開閉弁、３４…圧力空気
源、３６…減圧弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流量を制御される液体が噴出するノズルの先
   端部外側に、これを包囲する空気室を設け、この
   空気室にノズルの先端と同軸に遊嵌する開口を設
   けてノズルの先端の周囲に環状の空気噴出口を形
   成する一方、上記空気室に、ノズルの先端部とそ
   れぞれ鋭角で交叉し、２進化された制御信号の各
   次毎に割り当てられた複数の給気管を接続し、上
   記制御信号の各次に対応する給気管の有効流路断
   面積を２の対応する制御信号の次数乗に比例する
   ように定めると共に、各給気管を、これに近接し
   て接続された電磁開閉弁を介して、圧力気体源に
   接続するようにしたことを特徴とするデイジタル
   制御スプレーガン。 ２ 上記給気管をノズルの先端部の中心軸線に関
   して放射状に接続したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のデイジタル制御スプレーガ
   ン。 ３ 上記給気管をその中心軸線が空気噴出口付近
   を通るように空気室に接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載のデイ
   ジタル制御スプレーガン。 ４ 流量を制御される液体が噴出するノズルの先
   端部外側に、これを包囲する空気室を設け、この
   空気室にノズルの先端と同軸に遊嵌する開口を設
   けてノズルの先端の周囲に環状の空気噴出口を形
   成する一方、上記空気室に、ノズルの先端部とそ
   れぞれ鋭角で交叉し、２進化された制御信号の各
   次毎に割り当てられた複数の給気管を接続し、各
   給気管を、これに近接して接続された電磁開閉
   弁、および対応する制御信号の次数に応じて減圧
   度を調整された減圧弁を介して、圧力気体源に接
   続するようにしたことを特徴とするデイジタル制
   御スプレーガン。 ５ 上記給気管をノズルの先端部の中心軸線に関
   して放射状に接続したことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載のデイジタル制御スプレーガ
   ン。 ６ 上記給気管をその中心軸線が空気噴出口付近
   を通るように空気室に接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項または第５項に記載のデイ
   ジタル制御スプレーガン。