KR101250678B1 - 스프레이 건의 에어 무화 공기 캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어(air) 무화(霧化) 스프레이 건(spray gun)에 있어서, 스프레이시의 패턴 전역의 불균일성을 감소시켜, 그 결과 도면(塗面)의 막 두께 분포를 균일하게 하고, 도면의 흐트러짐이 없이 평활한 도포막 형성이 용이해지는 무화 장치를 얻는 것을 과제로 한다.

압축 에어로 무화하는 에어 스프레이 건에 사용하여, 중심부 도료 분출구의 외측 둘레부에 고리 형상의 공기구를 구성하는 중심 공기구(空氣口)와, 그 외측에 대칭으로 설치한 한 쌍의 각부(角部)를 형성, 이 각부에서 공기를 분사하여 분무 패턴을 형성하는 측면 공기구를 설치한 공기 캡에 있어서, 측면 공기구와 연통(連通)하여 상기 각각의 각부에 설치한 수혈(竪穴)의 입구부 면적을, 상기 측면 공기 구멍 면적보다 작게 하였다.

수혈 입구는 유로 면적을 좁혀 수혈 면적보다 입구 면적을 작게 하기 위해, 부시를 끼워 넣거나, 원주 상의 코킹(caulking)을 실시한다.

Description

스프레이 건의 에어 무화 공기 캡{AIR MISTERIZATION CAP FOR SPRAY GUN}

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 스프레이 건의 공기 캡과 도료 노즐의 조합 단면도.

도 2는 도 1을 조립한 스프레이 건의 단면도.

도 3은 본 발명의 공기 캡의 주요부를 도시한 단면도.

도 4는 도 3의 우측면 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 공기 캡의 단면도.

도 6은 본 발명의 공기 캡의 다른 실시예에 있어서의 주요 부분만을 도시한 설명도.

도 7은 측면 공기구로부터의 공기류의 상태를 도시한 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 건 본체 2: 도료 공급구

3: 도료 노즐 4: 공기 캡

5: 니들 밸브 6: 커버

9: 분출구 11: 작동 피스톤

12: 중심 공기 통로 13: 중심 공기실

14: 측면 공기 통로 15: 측면 공기실

16: 시트부 31: 후부 나사

32: 도료 통로 33: 연통 구멍

41: 부시 42: 중심 공기구

43: 각 44: 측면 공기구

45: 내면실 46: 중심구실

47: 수혈

본 발명은, 압축 공기에 의해, 도료 등을 무화하고, 피도물(被塗物)을 향하여 스프레이 도장을 행하는 에어 스프레이 건에 관한 것으로서, 특히 분무 시의 무화 입자를 균일하게 분산시킨 도막(塗膜) 형성을 가능하게 하는 외부 혼합식 에어 스프레이 건의 무화 공기 캡에 관한 것이다.

압축 공기를 이용하여 도료를 무화하고, 도장면을 형성하기 위한 에어 스프레이 건은 각 분야에서 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 금속, 목공, 플라스틱 제품 등의 마무리 도장에 이용되는 공업용 스프레이 건은, 최근의 도료의 다양화, 피도장물에 대한 요구 품질의 향상 등에 의해 요구되는 분무 성능의 개선이 보다 높은 것으로 옮겨져 오고 있다.

이들 공업용 스프레이 건은, 도료를 무(霧) 형상으로 미립화(微粒化)하여 피도장물에 분사하기 때문에, 복잡한 도장면이더라도, 평면이더라도 균일한 평활면을 얻을 수 있어, 널리 채용되는 한편, 피도장물에 부착하지 않고 비산(飛散)하는 도료 입자가 소용없게 된다는 큰 문제를 갖고 있으며, 도착(塗着) 효율의 향상에 의한 자원의 유효 이용, 도장 환경의 악화 방지, 작업 능률의 향상에 의한 생산성의 향상, 그리고 도막 품질의 향상으로 이어지는 무화 성능의 개선 등, 해결해야 할 많은 과제가 있으며, 이들 중 많은 부분이 스프레이 건의 무화 구조에 의존하고 있다고 할 수 있다.

통상, 에어 스프레이 건의 무화 구조는 도료 분출구를 갖는 도료 노즐과 무화용 공기 구멍을 배치한 공기 캡에 의해 주로 구성되고, 이들의 조합에 의해 도료가 무화되고, 피도장물에 분사되는 상태, 즉 스프레이 패턴의 성능이 결정된다. 실제의 스프레이 건에 있어서는, 이 외에 도료 노즐로부터 분출되는 도료의 제어를 하는 도료 밸브, 공기 캡의 각 공기구로 분출하는 압축 에어의 조정을 행하는 조절 밸브나 공기 통로가 필요한 기능을 갖고 조합되어 있다.

무화 구조의 대표적인 구조는 수많은 사례에서 이해할 수 있는 바와 같이, 중심부에 분출구를 형성한 도료 노즐이 있고, 그 분출구의 주위에 고리 형상의 공기구가 형성되도록 공기 캡의 중심 공기구가 배치되게 조합되어 있는 것이 일반적이다. 도료의 무화는, 이 중심으로부터 분출하는 도료에 대해, 감싸는 형태로 고리 형상의 중심 공기구로부터의 압축 에어를 분사시켜 행해진다. 또한 공기 캡에는, 중심 공기구의 양 외측에 각(뿔)이라 불리는 한 쌍의 돌기를 형성하고, 이 각부(角部)에서 중심을 향하여 분출하는 측면 공기구를 설치하고, 상기 중심부의 무화류(霧化流)에 대해 양측으로부터 압축 에어를 충돌시켜, 분무류의 패턴을 형성한 다. 이 측면 공기구는, 중심으로부터의 분무류를 양 측면에서 누르도록 둔각도로 교차하게 구성되어 있다.

이들 충돌시키는 측면 공기의 방향이나 세기, 공기량 등은, 많은 경험으로부터 여러 가지 구성이 고안되고 있으며, 도료나 도장 품질, 도면 상황 등의 각종 조건에 적합한 것이 제안되고 있다. 통상 가장 단순한 구성은 중심 공기구에 대해, 한 쌍의 측면 공기구를 갖는 것으로, 이 구성에서 요구하는 패턴 형상이 얻어지면 가장 바람직한 것이 된다.

지금까지 에어 스프레이 건의 분무 패턴에 대한 개선은, 중심의 분무화용 공기 구멍 하나에 대해, 측면 공기구나 보조 공기구를 증가시킴으로써 행해져 왔다. 특히 고급 마무리용 스프레이 건만큼 많은 공기구를 갖고 있는 것이 일반적이었다.

예를 들면 패턴 폭을 크게 확대하고자 하는 경우에는, 측면 공기구를 크게 하여 양 측면으로부터의 충돌 공기를 증가시키고, 또한 2쌍의 측면 공기구를 설치하는 것도 행해진다. 그러나 단지 측면 공기구로부터의 공기를 강하게 하더라도 분무류의 중심부에 집중된 흐름에서는 분무 패턴의 중앙부만이 부서져, 소위 중간 깨짐이라 불리는 중앙부가 들여다보이는 패턴이 되어 평균적인 막 두께의 도장이 불가능한 불량이 된다.

이와 같은 경우, 측면 공기가 충돌하기 전에 미리 측면 공기와 직행하는 측의 보조 공기 등에 의해 중심의 분무류의 분포를 정돈해 두거나, 측면 공기의 분류(噴流)가 넓은 폭으로 중심의 분무류에 충돌하도록, 보조의 공기구를 설치하는 것이 행해진다.

도장 시의 균일 막 두께를 과제로 하여 평균적으로 도착시키는 것을 목표로 하고, 상기와 같이 분무된 패턴 형상이 균일한 것이 요구되고 있었지만, 한층 더 고도의 도막 품질을 얻기 위해서는 단순히 도착 결과로서의 막 두께 분포의 균일화 뿐만 아니라, 분무 상태에서의 균일화가 중요해진다. 특히 비교적 큰 면적이 되는 자동차 산업이나 박막(薄膜) 도장의 수지(樹脂) 도장에 있어서는, 분무 상태의 흐름의 얼룩이 직접 도면에 영향을 주기 때문에, 얼룩이 없는 균일 도면의 형성이 최대의 과제가 되고 있다.

지금까지 압축 에어를 이용한 분사는, 도료가 미립화되는 과정과 압축 에어의 흐름의 관계로부터 무(霧) 생성에 흐트러짐이 발생하여, 무 얼룩이 되기 때문에, 재(再)도장 등에 의해 평균화함으로써 도막이 형성되었을 때에 전체적인 무 얼룩의 비율을 감소시키는 것이 경험적으로 행해져 오고 있었다. 그러나 전술한 바와 같이 수지 도장에 있어서 고급감이 있는 도료를 박막으로 도장하는 경우나 자동차 도장에 있어서, 최종 마무리 도면을 고급 도료에 의해 마무리하는 경우 등, 스프레이 시에 발생하는 무 얼룩, 분무류 분포의 불균일 상태를 기계적으로 감소시키는 것은, 이들 문제 해소로 이어져, 결과적으로는 자원의 낭비를 삭감하고, 공업적, 경제적 효과를 가져오는 결과가 된다.

상기한 바와 같이, 스프레이 패턴의 막 두께 분포를 적절하게 유지하고, 패턴 형상을 도장의 사양 목적에 적합한 스프레이 패턴을 형성하는 공기 캡의 개선은 많이 이루어져 오고 있었지만, 스프레이 시의 무 얼룩을 감소시키는 기술은 충분하지 않았다. 즉, 지금까지 스프레이 패턴의 개선의 결과로서 분무류의 분포가 개선 혹은 표면적으로 나타나지 않았던 경향이 있다.

본 발명의 목적은 에어 무화 스프레이 건에 있어서, 스프레이 시의 불균일한 분무가 개선되고, 그 결과 도면으로의 도포가 균일하게 되는 공기 캡의 구조를 제공하는 것이다.

이들이 개선되면 복잡하고 많은 공기 구멍을 설치하지 않고도 균일한 도면을 얻을 수 있는 공기 캡이 얻어지고, 이들의 단순화에 의해 무화 장치의 제작이 용이화되고, 이미 개선된 공기 캡의 경우는, 보다 분포의 균일성이 우수한 공기 캡을 얻을 수 있는 것으로 되어, 도장의 마무리를 향상시킬 수 있으며, 특히 저(低)점도 도료 등에 있어서의 박막 도장에서 발생하기 쉬운 도면의 흐트러짐이 없고 평활한 고급 품질의 도막 형성이 용이한 무화 장치를 얻을 수 있다.

압축 에어로 무화하는 에어 스프레이 건에 조립되고, 중심에 배치한 도료 분출구의 외측 둘레부에 의해 고리 형상의 공기구를 구성하는 중심 공기구와, 이 중심 공기구의 외측에 대칭으로 설치한 한 쌍의 각부를 형성하고, 이 각부에서 중심부를 향하여 둔각으로 교차하는 측면 공기를 분사하여 분무 패턴을 형성하는 측면 공기구를 설치한 공기 캡에 있어서, 이 측면 공기구와 연통(連通)하여 상기 각각의 각부에 설치한 수혈(竪穴)의 입구부 단면적을, 상기 측면 공기구가 연통하는 수혈의 통로 단면적보다 작게 한다.

또한 상기 측면 공기구의 수혈 입구에 유로 면적을 좁힌 부시(bush)를 끼움으로써 면적을 작게 한다.

또는 상기 측면 공기구의 개구 면적에 대해, 수혈의 입구부 단면적을 작게 형성한다.

압축 에어로 무화하는 에어 스프레이 건에 조립되고, 중심에 배치한 도료 분출구의 외측 둘레부에 의해 고리 형상의 공기구를 구성하는 중심 공기구와, 이 중심 공기구의 외측에 대칭으로 설치한 한 쌍의 각부를 형성하고, 이 각부에서 중심부를 향하여 둔각으로 교차하는 측면 공기를 분사하여 분무 패턴을 형성하는 측면 공기구를 설치한 공기 캡에 있어서, 상기 측면 공기구의 수혈 입구부의 단면적을 상기 측면 공기구의 단면적과 동등 혹은 작게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 스프레이 건의 무화 공기 캡과 도료 노즐 부분을 도시한 단면도이다. 도 2는, 도 1의 공기 캡을 사용한 스프레이 건의 전체 구조를 도시한 단면도이다. 이 스프레이 건은 작동 에어의 동작에 의해 자동적으로 스프레이 작업이 제어되는, 소위 자동 스프레이 건을 도시하고 있지만, 본 발명의 무화 장치는 이들 작동 형식에는 한정되지 않는다. 즉 방아쇠를 구비하고, 수동으로 분사가 행해지는 핸드 스프레이 건에도 적용할 수 있다. 스프레이 건 본체(1)는 전부(前部)에 무화 장치가, 후부(後部)에 작동 및 조절 장치가, 중앙부에는 도료 공급구(2), 및 도시되어 있지 않지만 분무용의 압축 에어 도입구 등이 설치되어 있다. 선단(先端)의 무화 장치부는 도료 노즐(3), 공기 캡(4), 니들 밸브(5)로 주로 구성되고, 공기 캡(4)은 커버(6)에 의해 건 본체(1)에 착탈 가능하도록 되어 있다.

무화 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 건 본체(1)에 도료 노즐(3)이 후부 나사(31)에 의해 끼워 넣어지고, 후단(後端)에서 상기 도료 공급구(2)와 도료 노즐(3)의 중심부의 도료 통로(32)를 긴밀하게 접속하고 있다. 도료 노즐(3)의 선단은 분출구(9)를 설치하고, 내측 둘레면은 니들 밸브(5)의 선단이 진퇴하여 개폐한다. 본 도면의 예에서는 후부의 작동 피스톤(11)에 의해 작동이 제어된다. 또 작동량은 조절 손잡이에 의해 조절되는 구성으로, 이들 구조는 이미 많은 사례에서 제시되어 있다.

도료 노즐(3)은 건 본체에 조립되었을 때, 건 본체(1) 측에 형성된 중심 공기 통로(12)가 개구되는 중심 공기실(13)과, 측면 공기 통로(14)가 개구되는 측면 공기실(15)을 시트(seat)부(16)로 구획하고, 외측의 측면 공기실(15)로부터의 에어는 도료 노즐(3)의 외측 둘레를 돌아 공기 캡(4)의 내면실(45)에 연통되고, 내측의 중심 공기실(13)의 에어는 도료 노즐(3)에 설치된 연통 구멍(33)을 통해 공기 캡(4)의 중심구실(46)에 연통되는 구성으로 되어 있다.

공기 캡(4)은 지금까지 알려져 있는 바와 같이, 중심부에 도료 노즐(3)의 분출구(9)의 외측 둘레를 둘러싸도록 고리 형상의 간극에서 형성되는 중심 공기구(42)가 형성되고, 그 양측에 돌출하는 각(43)에는 상기 측면 공기를 중심의 분무류를 향하여 분사하는 측면 공기구(44)가 설치되어 있다. 측면 공기구(44)의 수나 크기, 방향 등은 분무 조건에 의해 선택되지만 도면의 예는 1개만을 나타내고 있다. 이 외에, 한 쌍의 각(角)(43)을 2세트, 서로 직교하도록 설치하여, 분출 에어의 제어로 분무 패턴의 방향을 구분하여 사용하는 경우에도 적용이 가능하다.

분무 패턴을 형성하는 측면 공기는, 공기 캡(4)의 각(43)에 설치한 수혈(47)을 지나 측면 공기구(44)로 분출되지만, 본 발명에서는 상기의 입구부를 수혈(47)의 단면적보다 작아지도록 좁힌 구성으로 되어 있다. 부분적으로 도시한 도 3의 예는 내경(48)이 작은 부시(41)를 끼워 넣은 구성으로서, 입구에서 단면적이 규제되고, 수혈(47) 내부에서 확장된 통로 상태를 구성하고 있다. 이 예에 한정되지 않고, 도 6과 같이 입구부의 개구 직경보다 약간 크게 한 선단을 예리하게 한 원통 형상의 치구(治具)(20)에 의해, 입구부를 원둘레 형상으로 코킹(caulking)하여 변형시켜 통로 단면적을 작게 형성하여도 된다. 이러한 방법은 소성 변형을 정량적으로 주어지는 조건 하에서 가능하며, 기타 가공 수단의 검토에 의해 몇 가지 다른 수단이 채용될 수 있다.

상기의 구성에서, 측면 공기는 통상 50∼400킬로 파스칼(kPa)정도로 송입되어, 수혈(47)에 유입된다. 이 때 좁힘부에서 고속(음속 또는 아음속)이 되고, 수혈(47) 내부에 들어갔을 때에 통로 면적의 확대에 의해 난류를 형성하고, 측면 공기구(44)에서 분출한다. 이 때문에 측면 공기구(44)로 분출되는 공기류는, 축류(縮流)도 적고, 공기구의 벽면까지 속도 결손이 적은 난류 상태에서 측면 공기구(44)의 내경에 가득 찬 공기류에서 중심의 분무류에 충돌하여, 편평한 패턴을 형성한다.

편평한 패턴을 형성하는 측면 공기구(44)로부터의 분류는, 종래에는 직전까지 충분한 면적의 통로에서 형성되어 측면 공기구(44)로 분출시켰기 때문에 도 7의 (A)와 같이 축류가 발생하고, 또한 분류의 부분에 의해 속도차가 크기 때문에 중심 분무류와의 충돌 시에 흐트러짐이 발생하기 쉬운 결과가 되었다. 이에 대해 본 발명의 구성에서는 상기한 바와 같이 측면 공기구(44)로부터의 분류가, 전체에 균일한 넓은 범위에서 중심 분무류와 충돌하여, 국부적인 차가 쉽게 발생하지 않아, 균일한 분산에 의한 편평 패턴의 생성이 가능하게 된다.

또 다른 수단으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 수혈(47)의 입구를 좁히지 않고, 수혈(47) 내부에서의 유로 단면의 확대가 없는 경우에 있어서도, 수혈의 단면적이 측면 공기구(44)와 거의 동일한 단면적으로 한 경우, 수혈(47)에 유입할 수 있는 공기량은 측면 공기구(44)로부터 분출하는 공기량과 동등하기 때문에, 수혈(47)의 심부(深部)에 들어간 공기는 환류(還流)하여 분류의 흐트러짐을 유도하여 상기와 동일한 효과를 이끌어낼 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 각부의 수혈 입구부에서 유로를 좁힘으로써, 이 좁힘부에서 공기류는 고속이 되고, 각(角) 수혈 내부에서 난류(亂流)를 형성한 후, 측면 공기구에서 분출하기 때문에, 측면 공기구로부터의 분류가 축류도 적고 측면 공기구 벽면까지 속도 결손이 적은 난류로서, 측면 공기구 직경에 가득 찬 직경에서 분출하기 때문에, 도료를 수반한 중심 분무류를 균일하게 편평(扁平)하게 할 수 있다.

특히 도료 중에 금속 가루를 포함하는 메탈릭 도료나 운모 등의 도막 그 자체의 외관에 영향을 주는 미립자를 포함하는 도료는, 분무류의 분산이 균일하게 되지 않으면 미립자의 밀도에 편차가 발생하여, 약간의 얼룩이 외관 품질에 영향을 주게 되어 도장의 품질을 저하시키게 되지만, 본 발명의 실시에 의해, 균일하고 얼룩이 없는 도면으로 개선할 수 있다.

또 영향을 미치기 쉬운 담색의 도료나, 박막의 도장에 있어서도 균일한 마무리가 가능하고, 보다 적은 도료를 이용한 마무리 도장을 가능하게 하며, 고가(高價)의 마무리 도료를 사용하는 수지 도장 등에 있어서도 적은 막 두께에서의 고급 마무리 도장이 가능하게 되어, 도장 공정의 단축, 도료의 절감이 가져오는 효과를 얻을 수 있다. 또 도장 품질의 향상이 스프레이 건으로 가능해짐으로써, 도장 비용의 삭감, 생산성의 향상에도 결부되는 결과를 얻을 수 있으며, 종래 작업자의 눈에 의존하고, 숙련된 작업자의 도장 기술에 의존하지 않으면 어려웠던 고급 마무리 도장의 분야에 있어서도 자동 스프레이 건을 이용한 안정된 도장이 가능하게 되는 등, 공업적으로 크고 많은 효과를 올릴 수 있다.

Claims (4)

1. 압축 에어로 무화(霧化)하는 에어 스프레이 건에 조립되고, 중심에 배치한 도료 분출구의 외측 둘레부에 의해 고리 형상의 공기구를 구성하는 중심 공기구와, 이 중심 공기구의 외측에 대칭으로 설치한 한 쌍의 각부(角部)를 형성하고, 이 각부에서 중심부를 향하여 둔각으로 교차하는 측면 공기를 분사하여 분무 패턴을 형성하는 측면 공기구를 설치한 공기 캡에 있어서, 이 측면 공기구와 연통하여 상기 각각의 각부에 설치한 수혈(竪穴)의 입구부에 유로 면적을 좁힌 부시를 끼워 상기 수혈의 입구부 단면적을, 상기 측면 공기구가 연통하는 수혈의 통로 단면적보다 작게 한 에어 스프레이 건의 무화 공기 캡.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 측면 공기구의 개구 면적에 대해, 수혈의 입구부 단면적을 작게 형성한 에어 스프레이 건의 무화 공기 캡.
3. 삭제
4. 삭제

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