KR20090013210A - 유체 분무 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20090013210A
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폴 알. 미셀리
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

특정 실시예에 따라, 시스템은 액체 출구(416)로 안내하는 액체 경로와, 액체 출구(416)의 하류에 있는 스프레이 영역쪽으로 향해있는 공기 출구(414, 418, 420, 422)로 안내하는 공기 경로와, 액체 출구(416)에 인접한 액체 경로에 배치된 조립체(400)를 갖는 스프레이 디바이스(12)를 포함한다. 조립체(400)는 나사선 없이 동심 방식으로 일반적으로 슬리브(500) 내에 끼워진 무나사선 핀틀(502)을 포함한다. 조립체(400)는 또한 무나사선 핀틀(502)과 슬리브(500) 사이의 일반적으로 고리형 통로(520)와, 일반적으로 고리형 통로(520)에 결합된 통로를 포함한다. 일반적으로 고리형 통로(520)는 또한 액체 경로를 따르는 길이 방향으로 교대로 증가(584) 및 감소(586)하는 단면적을 갖는다.

Description

유체 분무 시스템 및 방법{FLUID ATOMIZING SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 2004년 6월 30일에 출원된 10/880,653의 부분 계속 출원이다.
본 기술은 일반적으로 스프레이 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 산업용 스프레이 코팅 시스템에 관한 것이다. 본 기술은 특히 내부에 유체 분산(breakup)을 유도하는 것에 의해 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선하는 시스템 및 방법을 제공한다.
스프레이 코팅 디바이스는 목재 및 금속과 같은 다양한 생산 유형 및 물질에 스프레이 코팅을 적용하는데 사용된다. 각 상이한 산업 응용에 사용된 스프레이 코팅 유체는 매우 상이한 유체 특성 및 원하는 코팅 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 나무 코팅 유체/착색제(stain)는 일반적으로 점성 유체인데, 이것은 유체/착색제 전체에 상당한 미립자/줄(ligament)을 가질 수 있다. 공기 분무 스프레이 건과 같은 기존의 스프레이 코팅 디바이스는 종종 이전의 미립자/줄을 분산할 수 없다. 결과적인 스프레이 코팅은 바람직하지 않은 조화롭지 않은 외관을 갖고, 이것은 얼룩덜룩함(mottling)과, 텍스처, 칼라 및 전체 외관에서 다양한 다른 불균일을 특징으로 할 수 있다. 10psi 아래와 같이 비교적 낮은 공기 압력에서 동작하는 공기 분무 스프레이 건에서, 이전의 코팅 불균일은 특히 명백하다.
특정 실시예에서, 시스템은, 액체 출구로 이어지는 액체 경로, 액체 출구의 하류에 있는 스프레이 영역을 향해 있는 공기 출구로 이어지는 공기 경로, 및 액체 출구에 인접하는 액체 경로에 배치된 조립체를 구비하는 스프레이 디바이스를 포함한다. 조립체는 나사선(thread)이 없이 동축 방식으로 일반적으로 슬리브 내에 끼워진 나사산 없는 핀틀(pintle)을 포함한다. 조립체는 또한 나사선 없는 핀틀과 슬리브 사이의 일반적인 고리형 통로, 및 일반적으로 고리형 통로와 결합된 통로를 포함한다. 일반적으로 고리형 통로는 또한 액체 경로를 따라 길이 방향으로 교대로 증가하고 감소하는 단면적을 갖는다.
본 발명의 이전 및 다른 장점 및 특징은 다음의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1은 본 기술의 특정 실시예에 따라 예시적인 스프레이 코팅 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 기술의 특정 실시예에 따라 예시적인 스프레이 코팅 프로세스를 도시한 흐름도.
도 3은 본 기술의 특정 실시예에 따라 예시적인 스프레이 코팅 디바이스를 도시한 단면도.
도 4는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 3의 스프레이 코팅 디바이스의 예시적인 스프레이 팁 조립체를 부분적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 4의 스프레이 팁 조립체의 예시적인 유체 전달 팁 조립체를 도시한 단면도.
도 6은 본 기술의 특정 실시예에 따라 복수의 나선형 유체 채널을 갖는 도 5의 유체 전달 팁 조립체의 대안적인 핀틀을 도시한 단면도.
도 7은 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 6의 대안적인 핀틀을 도시한 정면도.
도 8은 본 기술의 특정 실시예에 따라 대안적인 스프레이 팁 조립체를 갖는 스프레이 코팅 디바이스를 도시한 횡단면도.
도 9는 도 8의 스프레이 코팅 디바이스의 부분 횡단면도로서, 본 기술의 특정 실시예에 따라 유체 팁 전달 조립체를 갖는 대안적인 스프레이 팁 조립체를 추가로 도시한 도면.
도 10은 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 9의 스프레이 팁 조립체의 대안적인 유체 팁 전달 조립체의 부분 횡단면도.
도 11은 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 8 내지 도 10의 유체 팁 전달 조립체의 슬리브 내에 배치된 예시적인 핀틀을 도시한 단면도.
도 12는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 11의 핀틀의 단면도.
도 13은 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 8 내지 도 12에 도시된 핀틀의 측면도.
도 14는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 10의 유체 팁 전달 조립체를 분해하여 도시한 횡단면도.
아래에 구체적으로 논의되는 바와 같이, 본 기술은 스프레이 코팅 디바이스를 통과하는 유체를 내부에서 분산을 유도하는 것에 의해 코팅 및 다른 스프레이 응용을 위한 개선된 스프레이를 제공한다. 이러한 내부 분산은 하나 이상의 변하는 기하학적 구조의 통로를 통해 유체를 통과시킴으로써 달성되며, 이것은 급회전(sharp turn), 급격한 팽창 또는 수축, 또는 다른 혼합물-유도 흐름 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스프레이 코팅 디바이스의 특정 실시예는 유체 전달 팁 조립체를 가질 수 있으며, 이것은 수렴하는 흐름 경로를 형성하기 위해 핀틀 주위에 배치된 슬리브를 갖는다. 이러한 수렴하는 흐름 경로는 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 출구로 연장한다. 따라서, 수렴하는 흐름 경로는 유체 흐름을 가속화하여, 이를 통해 스프레이 형성 출구에서 유체 분무를 개선한다. 예를 들어, 증가된 유속은 와류 세딩(vortex shedding), 유체 분무, 비말(droplet) 분배 및 균일성 등을 유도할 수 있다. 더욱이, 유체 전달 팁 조립체의 몇몇 실시예는 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 출구에서 존재하는 흐름의 회전을 유도하기 위해 나선형 채널을 가질 수 있다. 따라서, 스프레이는 선회 운동을 나타내며, 이것은 스프레이를 추가로 개선한다. 예를 들어, 핀틀 및/또는 슬리브는 복수의 나선형 채널을 가질 수 있으며, 이것은 다양한 각도, 크기 등을 가질 수 있다. 본 기술은 또한 유속, 수렴도 및 회전, 및 스프레이 코팅 디바이스의 다른 특성을 변경함으로써 전술한 유체 분산 및 분무를 최적화할 수 있다.
도 1은 원하는 코팅을 목표 물체(14)에 도포하기 위한 스프레이 코팅 디바이 스(12)를 포함하는 예시적인 스프레이 코팅 시스템(10)을 도시한 흐름도이다. 도시된 스프레이 코팅 디바이스(12)는 공기 분무기, 회전 분무기, 정전 분무기, 또는 임의의 다른 적합한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다. 도 4 내지 도 7을 참조하여 아래에 더 구체적으로 논의되는 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 또한 본 기술의 특정 실시예에 따라 고유한 유체 전달 팁 조립체(204)를 구비한다. 스프레이 코팅 디바이스(12)는 유체 공급부(16), 공기 공급부(18), 및 제어 시스템(20)과 같은 다양한 공급 및 제어 시스템에 결합될 수 있다. 제어 시스템(20)은 유체 및 공기 공급부(16 및 18)의 제어를 용이하게 하고, 스프레이 코팅 디바이스(12)가 목표 물체(14) 상에 허용가능한 품질의 스프레이 코팅을 제공하는 것을 보장한다. 예를 들어, 제어 시스템(20)은 자동 제어기(22), 위치 지정 제어기(24), 유체 공급기 제어기(26), 공기 공급기 제어기(28), 컴퓨터 시스템(30), 및 사용자 인터페이스(32)를 포함할 수 있다.
제어 시스템(20)은 또한 하나 이상의 위치 지정 메커니즘(34 및 36)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 위치 지정 메커니즘(34)은 스프레이 코팅 디바이스(12)에 대해 목표 물체(14)의 이동을 용이하게 한다. 위치 지정 메커니즘(36)은 스프레이 코팅 디바이스(12)에 결합되어, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 목표 물체(15)에 대해 이동될 수 있게 한다. 또한, 시스템(10)은 위치 지정 메커니즘(36)에 결합된 복수의 스프레이 코팅 디바이스(12)를 포함할 수 있어서, 이를 통해 목표 물체(14)의 개선된 커버리지(coverage)를 제공한다. 따라서, 스프레이 코팅 시스템(10)은 코팅 유체, 유체 및 공기 흐름 속도, 및 목표 물체에 걸친 스프레이 패턴/커버리지의 컴 퓨터-제어 혼합물을 제공할 수 있다. 특정 응용에 따라, 위치 지정 메커니즘(34 및 36)은 로봇 아암, 컨베이어 벨트, 및 다른 적합한 위치 지정 메커니즘을 포함할 수 있다.
도 2는 원하는 스프레이 코팅을 목표 물체(14)에 도포하기 위한 예시적인 스프레이 코팅 프로세스(100)의 흐름도이다. 예시된 바와 같이, 프로세스(100)는 원하는 유체의 도포를 위해 목표 물체(14)를 식별하는 것으로(블록 102) 진행한다. 프로세스(100)는 이 후 목표 물체(14)의 스프레이 표면에 대한 도포를 위해 원하는 유체(40)를 선택하는 것으로(블록 104) 진행한다. 사용자는 이 후 식별된 목표 물체(14) 및 선택된 유체(40)를 위한 스프레이 코팅 디바이스(12)를 구성하는 것(블록 106)으로 진행할 수 있다. 사용자가 스프레이 코팅 디바이스(12)에 사용할 때, 프로세스(100)는 이 후 선택된 유체(40)의 분무된 스프레이를 생성하는 것(블록 108)으로 진행한다. 사용자는 이 후 목표 물체(14)의 원하는 표면에 걸쳐 분무된 스프레이의 코팅을 도포할 수 있다(블록 110). 프로세스(100)는 이 후 원하는 표면에 걸쳐 도포된 코팅을 경화/건조시키는 것(블록 112)으로 진행한다. 선택된 유체(40)의 추가 코팅이 질의 블록(114)에서 사용자에 의해 요구되는 경우, 프로세스(100)는 선택된 유체(40)의 다른 코팅을 제공하기 위해 블록(108, 110 및 112)을 통해 진행한다. 사용자가 질의 블록(114)에서 선택된 유체의 추가 코팅을 원하지 않는 경우, 프로세스(100)는 새로운 유체의 코팅이 사용자에 의해 원하는 지의 여부를 결정하기 위해 질의 블록(116)으로 진행한다. 사용자가 질의 블록(116)에서 새로운 유체의 코팅을 원하는 경우, 프로세스(100)는 스프레이 코팅을 위한 새로운 선택된 유체를 이용하여 블록(104 내지 114)을 통해 진행한다. 사용자가 질의 블록(116)에서 새로운 유체의 코팅을 원하지 않는 경우, 프로세스(100)는 블록(118)에서 종료된다.
도 3은 스프레이 코팅 디바이스(12)의 예시적인 실시예를 도시한 횡단면도이다. 예시된 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 바디(202)에 결합된 스프레이 팁 조립체(200)를 포함한다. 스프레이 팁 조립체(200)는 유체 전달 팁 조립체(204)를 포함하며, 이것은 바디(202)의 용기(receptacle)(206)에 제거가능하게 삽입될 수 있다. 예를 들어, 복수의 상이한 유형의 스프레이 코팅 디바이스는 유체 전달 팁 조립체(204)를 수용 및 사용하도록 구성될 수 있다. 스프레이 팁 조립체(200)는 또한 유체 전달 팁 조립체(204)에 결합된 스프레이 형성 조립체(208)를 포함한다. 스프레이 형성 조립체(208)는 공기, 회전, 및 정전기 분무 메커니즘과 같은 다양한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러나, 예시된 스프레이 형성 조립체(208)는 유지 너트(retaining nut)(212)를 통해 바디(202)에 제거가능하게 고정되는 공기 분무 캡(210)을 포함한다. 공기 분무 캡(210)은 유체 전달 팁 조립체(204)로부터 유체 팁 출구(216) 주위에 배치된 중심 분무 오리피스(orifice)(214)와 같은 다양한 공기 분무 오리피스를 포함한다. 공기 분무 캡(210)은 또한 스프레이 성형 오리피스(218, 220, 222, 및 224)와 같은 하나 이상의 스프레이 성형 오리피스를 가질 수 있으며, 이것은 스프레이가 원하는 스프레이 패턴을 형성하도록 한다(예를 들어, 평평한 스프레이). 스프레이 형성 조립체(208)는 또한 원하는 스프레이 패턴 및 비말 분배를 제공하기 위해 다양한 다른 분무 메 커니즘을 포함할 수 있다.
스프레이 코팅 디바이스(12)의 바디(202)는 스프레이 팁 조립체(200)를 위한 다양한 제어 및 공급 메커니즘을 포함한다. 예시된 바와 같이, 바디(202)는 유체 입구 커플링(coupling)(230)으로부터 유체 전달 팁 조립체(204)로 연장하는 유체 통로(228)를 갖는 유체 전달 조립체(226)를 포함한다. 유체 전달 조립체(226)는 또한 유체 통로(228)를 통해 유체 전달 팁 조립체(204)로의 유체 흐름을 제어하기 위해 유체 밸브 조립체(232)를 포함한다. 예시된 유체 밸브 조립체(232)는 유체 전달 팁 조립체(204)와 유체 밸브 조정기(236) 사이에 바디(202)를 통해 이동가능하게 연장하는 니들 밸브(234)를 갖는다. 유체 밸브 조정기(236)는 니들 밸브(234)의 후면부(240)와 유체 밸브 조정기(236)의 내부 부분(242) 사이에 배치된 스프링(238)에 대해 회전가능하게 조정가능하다. 니들 밸브(234)는 또한 트리거(trigger)(244)에 결합되어, 니들 밸브(234)는 트리거(244)가 선회 조인트(246) 주위에 반시계 방향으로 회전될 때 유체 전달 팁 조립체(204)로부터 멀어지게 안쪽으로 이동할 수 있게 한다. 그러나, 임의의 적합하게 안쪽 또는 바깥쪽으로 개방가능한 밸브 조립체는 본 기술의 범주 내에서 사용될 수 있다. 유체 밸브 조립체(232)는 또한 니들 밸브(234)와 바디(202) 사이에 배치된, 패킹(packing) 조립체(248)와 같은 다양한 패킹 및 밀봉 조립체를 포함할 수 있다.
공기 공급기 조립체(250)는 또한 스프레이 형성 조립체(208)에서의 분무를 용이하게 하기 위해 바디(202)에 배치된다. 예시된 공기 공급기 조립체(250)는 공기 통로(254 및 256)를 통해 공기 입구 커플링(252)으로부터 공기 분무 캡(210)으 로 연장한다. 공기 공급기 조립체(250)는 또한 스프레이 코팅 디바이스(12)를 통한 공기 압력 및 흐름을 유지하고 조절하기 위해 다양한 밀봉 조립체, 공기 밸브 조립체, 및 공기 밸브 조정기를 포함한다. 예를 들어, 예시된 공기 공급기 조립체(250)는 트리거(244)에 결합된 공기 밸브 조립체(258)를 포함하여, 선회 조인트(246) 주위의 트리거(244)가 회전시 공기 통로(254)로부터 공기 통로(256)로의 공기 흐름을 허용하기 위해 공기 밸브 조립체(258)를 개방하도록 한다. 공기 공급기 조립체(250)는 또한 니들(262)에 결합된 공기 밸브 조정기(260)를 포함하여, 니들(262)이 공기 분무 캡(210)으로의 공기 흐름을 조절하기 위해 공기 밸브 조정기(260)의 회전을 통해 이동가능하게 한다. 예시된 바와 같이, 트리거(244)는 유체 밸브 조립체(232) 및 공기 밸브 조립체(258) 모두에 결합되어, 유체 및 공기는 트리거(244)가 바디(202)의 핸들(264)쪽으로 당겨질 때 스프레이 팁 조립체(200)로 동시에 흐른다. 일단 사용되면, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 원하는 스프레이 패턴 및 비말 분배로 분무된 스프레이를 생성한다. 다시, 예시된 스프레이 코팅 디바이스(12)는 단지 본 기술의 예시적인 디바이스이다. 스프레이 디바이스의 임의의 적합한 유형 또는 구성은 본 기술의 고유한 유체 혼합, 미립자 분산, 및 변경된 분무 양상으로부터 이익을 가질 수 있다.
도 4는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 3의 스프레이 코팅 디바이스(12)의 스프레이 팁 조립체(200)의 부분 단면도이다. 예시된 바와 같이, 공기 공급기 조립체(250)의 니들(262) 및 유체 밸브 조립체(232)의 니들 밸브(234)는 모두 개방되어, 공기 및 유체는 화살표로 표시된 바와 같이 스프레이 팁 조립체(200)를 통과한 다. 먼저 공기 공급기 조립체(250)를 살펴보면, 공기는 화살표(270)로 표시된 바와 같이 니들(262) 주위에 공기 통로(256)를 통해 흐른다. 공기는 이 후 화살표(274)로 표시된 바와 같이 바디(202)로부터 공기 분무 캡(210)에서의 중심 공기 통로(272)로 흐른다. 중심 공기 통로(272)는 이 후 외부 및 내부 공기 통로(276 및 278)로 분리되어, 공기는 각각 화살표(280 및 282)로 표시된 바와 같이 흐른다. 외부 통로(276)는 이 후 스프레이 성형 오리피스(218,220, 222, 및 224)와 연결되어, 공기는 스프레이 팁 조립체(200)의 길이축(284)을 향해 안쪽으로 흐른다. 이러한 스프레이 성형 공기 흐름은 화살표(286, 288, 290 및 292)에 의해 예시된다. 내부 통로(278)는 유체 전달 팁 조립체(204)를 둘러싸고, 중심 분무 오리피스(214)로 연장하고, 이러한 중심 분무 오리피스는 유체 전달 팁 조립체(204)의 유체 팁 출구(216)에 인접하게 위치한다. 이러한 중심 분무 오리피스(214)는 화살표(294)로 표시된 바와 같이 길이축(284)을 향해 안쪽으로 공기 분무 흐름을 배출한다. 이러한 공기 흐름(286, 288, 290, 292 및 294) 모두는 유체 전달 팁 조립체(204)의 유체 팁 출구(216)로부터 배출된 유체 흐름(344)을 향해 나아간다. 동작시, 이러한 공기 흐름(286, 288, 290, 292 및 294)은 스프레이를 형성하고 또한 스프레이를 원하는 패턴(예를 들어, 평평함, 직사각형, 타원형 등)으로 성형하기 위해 유체 분무를 용이하게 한다.
스프레이 팁 조립체(200)에서의 유체 흐름을 살펴보면, 유체 전달 팁 조립체(204)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 중심 부재 또는 핀틀(302) 주위에 배치된 고리형 케이스 또는 슬리브(300)를 포함한다. 예시된 핀틀(302)은 중심 유체 통로 또는 예비 챔버(304)를 포함하며, 이것은 하나 이상의 제한된 통로 또는 공급 구멍(306)으로 이어진다. 이러한 공급 구멍(306)은 다양한 기하학적 구조, 각도, 개수, 및 구성(예를 들어, 대칭 또는 비대칭)을 가질 수 있어서, 유체 전달 팁 조립체(204)를 통해 흐르는 유체의 속도, 방향, 및 흐름 속도를 조정할 수 있게 한다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 핀틀(302)은 스프레이 팁 조립체(200)의 길이축(284) 주위에 대칭적으로 배치된 6개의 공급 구멍(306)을 포함할 수 있다. 동작시, 니들 밸브(234)가 개방될 때, 원하는 유체(예를 들어, 페인트)는 화살표(308)로 표시된 바와 같이 유체 밸브 조립체(232)의 니들 밸브(234) 주위에 유체 통로(228)를 통해 흐른다. 유체는 이 후 화살표(310)로 표시된 바와 같이 핀틀(302)의 중심 유체 통로 또는 예비 챔버(304)로 흐른다. 화살표(312)로 표시된 바와 같이, 공급 구멍(306)은 이 후 유체 흐름을 예비 챔버(304)로부터 2차 챔버 또는 협로(throat)(314)로 나아가게 한다.
도 4 및 도 5의 예시된 협로(314)는 슬리브(300)와 핀틀(302) 사이에 배치된다. 예시된 실시예에서, 협로(314)의 기하학적 구성은 유체 전달 팁 조립체(204)의 유체 팁 출구(216)를 향해 실질적으로 발산 및 수렴한다. 동작시, 이러한 발산 및 수렴 흐름 경로는 공기 분무 캡(210)의 공기 오리피스(214, 218, 220, 222, 및 224)에 의해 초기 공기 분무 이전에 유체의 혼합 및 분산을 유도한다. 예를 들어, 연속적인 발산 및 수렴하는 흐름 통로는 유체 흐름에서 속도 변화를 유도할 수 있어서, 이를 통해 유체의 혼합, 난류(turbulence), 및 유체에서의 미립자의 분산을 유도한다.
도 4 및 도 5의 예시된 실시예에서, 협로(314)의 발산 및 수렴하는 기하학적 구조는 핀틀(302) 및 슬리브(300)에 의해 한정된다. 예시된 슬리브(300)는 협로(314)의 외부 경계를 한정한다. 예를 들어, 예시된 슬리브(300)는 제 1 고리형 내면(interior)(316), 제 2 고리형 내면(318), 및 제 1 고리형 내면(316)으로부터 제 2 고리형 내면(318)으로 안쪽으로 경사진 수렴 내면(320)을 포함한다. 따라서, 제 1 고리형 내면(316)은 제 2 고리형 내면(318)보다 상대적으로 더 큰 직경을 갖는다. 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 슬리브 내면(316, 318, 및 320)은 원형이 아닌 기하학적 구조(예를 들어, 정사각형, 다각형 등)를 가질 수 있다. 더욱이, 슬리브 내면(316, 318, 및 320)의 몇몇 실시예는 단일 고리형 기하학적 구조가 아닌 복수의 개별적인 통로와 같은 비-고리형 기하학적 구조를 가질 수 있다.
예시된 핀틀(302)은 협로(314)의 내부 경계를 한정한다. 예시된 바와 같이, 핀틀(302)의 전방 부분 또는 팁 섹션(322)은 고리형 부분(324), 발산 고리형 부분 또는 원뿔 팁 부분(326), 및 고리형 부분(324)으로부터 원뿔 팁 부분(326)으로 연장하는 수렴 고리형 부분(328)을 포함한다. 즉, 길이축(284)에 대해, 고리형 부분(324)은 실질적으로 일정한 직경을 갖고, 원뿔 팁 부분(326)은 길이축(284)으로부터 유체 팁 출구(216)로 바깥쪽으로 경사지고, 수렴 고리형 부분(328)은 고리형 부분(324)으로부터 원뿔 팁 부분(326)으로 안쪽으로 경사진다. 다시, 핀틀(302)의 팁 부분(322)의 다른 실시예는 다양한 일정하고 안쪽으로 경사지거나 바깥쪽으로 경사진 부분을 가질 수 있고, 이 부분은 협로(314)의 내부 경계를 한정한다.
도 4 및 도 5에서 조립될 때, 슬리브(300) 및 핀틀(302)은 핀틀 부분(324, 328, 및 326)을 둘러싸는 슬리브 내면(316, 320, 318)을 가져서, 이를 통해 고리형 통로(330), 실질적으로 제한된/제한되지 않은 통로(332 및 334), 및 점차 수렴하는 고리형 통로(336)를 각각 한정한다. 즉, 고리형 통로(330)는 비교적 일정한 흐름 영역을 갖고, 이 흐름 영역은 특정 실시예에서 예비 챔버(304)의 흐름 영역보다 비교적 더 클 수 있다. 차례로, 제한된 통로(332)는, 핀틀 부분(328)의 선두 단부(leading end)가 슬리브 내면(320)의 후속 단부(trailing end)와 만나는 흐름 영역을 급격하게 수렴시키거나 감소시킨다. 다음으로, 핀틀 부분(328)은 슬리브 내면(318)에 대해 흐름 영역을 팽창시키거나 증가시킨다. 마지막으로, 핀틀 부분(326)은 슬리브 내면(318)에 대해 흐름 영역을 수축시키거나 감소시킨다. 이러한 증가 및 감소하는 흐름 영역의 이익으로서, 유체 전달 팁 조립체(204)는 유체 흐름 속도에서의 감소 및 증가, 및 또한 유체 흐름 방향에서의 급격하고 점진적인 변화를 초래한다. 그러므로, 유체 전달 팁 조립체(214)는 유체의 혼합 및 유체의 분산(예를 들어, 더 많은 점성 유체 또는 미립자)을 개선하고, 선회 흐름을 유도할 수 있다.
협로(314)를 통한 유체 흐름에 관해, 도시된 화살표(338, 340, 342)는 각각 고리형 통로(330), 실질적으로 제한된/제한되지 않은 통로(332 및 334), 및 점차 수렴하는 고리형 통로(336)를 통하는 유체 흐름 경로를 나타낸다. 유체 팁 출구(216)에서, 유체는 화살표(344)로 표시된 바와 같이 유체의 시트(sheet) 또는 원뿔을 형성하기 위해 밖으로 흐른다. 동시에, 공기 캡(210)으로부터의 공기 흐름(286, 288, 290, 292, 및 294)은 유체 시트 또는 원뿔(344)과 일치하여, 이를 통 해 유체를 분무하고 스프레이의 원하는 형태를 성형한다. 더욱이, 도 5에 도시된 바와 같이, 핀틀(302)의 팁(346)은 유체 팁 출구(216)를 지나 거리(348)만큼 연장하는데, 이것은 유리하게 유체의 분산 및 분무를 추가로 개선하기 위해 와류 세딩을 유도한다. 더욱이, 유체 팁 출구(216)에서, 협로(314)의 점차 수렴하는 고리형 통로(336)로 인해 증가된 유속은 빠져나가는 유체(344)와 주변 공기 사이의 속도 차이를 더 증가시킨다. 이렇게 증가된 속도는 와류 세딩을 추가로 개선하고, 또한 유체 전달 팁 조립체(204)로의 역류를 실질적으로 감소시킨다.
도 6 및 도 7은 본 기술의 특정 실시예에 따라 대안적인 팁 부분(350)을 갖는 핀틀(302)을 도시한다. 먼저 도 6을 참조하면, 핀틀(302)의 단면은 본 기술의 특정 실시예에 따라 복수의 나선형 유체 채널(352)을 갖는 대안적인 팁 부분(350)을 예시한다. 예시된 바와 같이, 나선형 유체 채널(352)은 원뿔 팁 부분(326) 주위에 배치된다. 동작시, 이러한 나선형 유체 채널(352)은 수렴하는 고리형 통로(336)를 통과하는 수렴/가속 유체 흐름의 회전 운동 또는 선회 유체 흐름을 유도한다. 유체 전달 팁 조립체(204)가 유체 팁 출구(216)에서 이러한 유체를 배출할 때(도 4 및 도 5를 참조), 이러한 나선형 유체 채널(352)은 스프레이가 회전 운동 또는 선회 운동을 나타내도록 하여, 이를 통해 유체의 분무, 혼합, 및 비말 분산 및 균일성을 개선시킨다. 이러한 나선형 유체 채널(352)은 본 기술의 범주 내에서 임의의 적합한 각도, 기하학적 구조, 구성, 및 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 나선형 유체 채널(352)의 몇몇 실시예는 15, 30, 45, 또는 60도의 각도를 가질 수 있는 4개, 6개, 8개, 또는 10개의 대칭적인 채널을 포함할 수 있다. 도 7은 채널(352)이 직사각형 단면인 나선형 유체 채널(352)의 8개를 갖는 도 6의 핀틀 부분(350)의 일실시예의 정면도이다. 더욱이, 나선형 유체 채널의 특정 실시예는 핀틀 팁 부분(350)의 다른 부분(324 및 328)을 따라 연장할 수 있다. 더욱이, 대안적인 실시예는 슬리브 내면(316, 318 및 320) 중 하나 이상에 배치된 나선형 채널을 가질 수 있다.
도 8은 스프레이 코팅 디바이스(12)의 예시적인 실시예를 도시한 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 바디(402)에 결합된 스프레이 팁 조립체(400)를 포함한다. 스프레이 팁 조립체(400)는 바디(402)의 용기(406)에 제거가능하게 삽입될 수 있는 유체 전달 팁 조립체(404)를 포함한다. 예를 들어, 복수의 상이한 유형의 스프레이 코팅 디바이스는 유체 전달 팁 조립체(404)를 수용하고 사용하도록 구성될 수 있다. 아래에 구체적으로 논의되는 바와 같이, 예시된 유체 전달 팁 조립체(404)는 부분{예를 들어, 슬리브(500) 및 핀틀(502)} 사이의 동심성(concentricity)을 실질적으로 개선하여, 이를 통해 스프레이 코팅 디바이스(12)로부터의 하류에서 스프레이 형상의 균일성을 개선하는 실질적으로 대칭적인 고리형 흐름을 제공한다. 예를 들어, 도 9 내지 도 14를 참조하여 아래에 논의된 바와 같이, 슬리브(500) 및 핀틀(502)은 나사선 없이 함께 눌러서 끼워 맞출(press fit) 수 있어서, 이를 통해 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이의 비대칭적이거나 비-동심적인 관계의 가능성을 감소시키거나 일반적으로 제거한다. 즉, 핀틀(502)은 나사선이 없거나, 슬리브(500) 또는 다른 구성요소에 장착하기 위한 어떠한 나사선도 없는 것으로 설명될 수 있다. 따라서, 핀틀(502)은 슬리브(500) 내 부에서 눌러 끼워 맞추어 맞물리는 것에 의해서만 고정될 수 있다. 예시된 실시예에서, 핀틀(502)은 또한 슬리브(500)의 경계 내에 완전히 포함될 수 있다. 즉, 핀틀(502)은 슬리브(500) 외부에 길이방향으로 연장하지 않을 수 없다. 더욱이, 아래에 논의되는 바와 같이, 핀틀(502)은 내부 유체의 혼합, 분산, 및 소용돌이(swirl)를 용이하게 하기 위해 경사진 통로 또는 공급 구멍(506)을 포함할 수 있다. 마지막으로, 예시된 스프레이 팁 조립체(400)는 유체 전달 팁 조립체(404)로부터 빠져나가는 일반적으로 고리형 또는 원뿔형 유체 흐름을 분무하기 위해 적은 공기를 이용할 수 있다.
스프레이 팁 조립체(400)는 또한 유체 전달 팁 조립체(404)에 결합된 스프레이 형성 조립체(408)를 포함한다. 스프레이 형성 조립체(408)는 공기, 회전, 및 정전기 분무 메커니즘과 같은 다양한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러나, 예시된 스프레이 형성 조립체(408)는 유지 너트(412)를 통해 바디(402)에 제거가능하게 고정된 공기 분무 캡(410)을 포함한다. 공기 분무 캡(410)은 유체 전달 팁 조립체(404)로부터 유체 팁 출구(416) 주위에 배치된 중심 분무 오리피스(414)와 같은 다양한 공기 분무 오리피스를 포함한다. 공기 분무 캡(410)은 또한 스프레이 성형 오리피스(418, 420, 및 422)와 같은 하나 이상의 스프레이 성형 오리피스를 가질 수 있으며, 이 오리피스는 스프레이가 원하는 스프레이 패턴(예를 들어, 평평한 스프레이)을 형성하도록 한다. 스프레이 형성 조립체(408)는 또한 원하는 스프레이 패턴 및 비말 분배를 제공하기 위해 다양한 다른 분무 메커니즘을 포함할 수 있다.
스프레이 코팅 디바이스(12)의 바디(402)는 스프레이 팁 조립체(400)를 위한 다양한 제어 및 공급 메커니즘을 포함한다. 예시된 바와 같이, 바디(402)는 유체 입구 커플링(430)으로부터 유체 전달 팁 조립체(404)로 연장하는 유체 통로(428)를 갖는 유체 전달 조립체(426)를 포함한다. 유체 전달 조립체(426)는 또한 유체 통로(428)를 통해 유체 전달 팁 조립체(404)로의 유체 흐름을 제어하기 위해 유체 밸브 조립체(432)를 포함한다. 예시된 유체 밸브 조립체(432)는 유체 전달 팁 조립체(404)와 유체 밸브 조정기(436) 사이에 바디(402)를 통해 이동가능하게 연장하는 니들 밸브(434)를 갖는다. 유체 밸브 조정기(436)는 니들 밸브(434)의 후면부(440)와 유체 밸브 조정기(436)의 내부 부분(442) 사이에 배치된 스프링(438)에 대해 회전가능하게 조정할 수 있다. 니들 밸브(434)는 또한 트리거(444)에 결합되어, 니들 밸브(434)는, 트리거(444)가 선회 조인트(446) 주위에 반시계 방향으로 회전할 때 유체 전달 팁 조립체(404)로부터 멀어지게 안쪽으로 이동할 수 있다. 그러나, 임의의 적합한 안쪽 또는 바깥쪽으로 개방가능한 밸브 조립체는 본 기술의 범주 내에 사용될 수 있다. 유체 밸브 조립체(432)는 또한 니들 밸브(434)와 바디(402) 사이에 배치된, 패킹 조립체(448)와 같은 다양한 패킹 및 밀봉 조립체를 포함할 수 있다.
공기 공급기 조립체(450)는 또한 스프레이 형성 조립체(408)에서 분무를 용이하게 하기 위해 바디(402)에 배치된다. 예시된 공기 공급기 조립체(450)는 공기 통로(454 및 456)를 통해 공기 입구 커플링(452)으로부터 공기 분무 캡(410)으로 연장한다. 공기 공급기 조립체(450)는 또한 스프레이 코팅 디바이스(12)를 통해 공 기 압력 및 흐름을 유지하고 조절하기 위해 다양한 밀봉 조립체, 공기 밸브 조립체, 및 공기 밸브 조정기를 포함한다. 예를 들어, 예시된 공기 공급기 조립체(450)는 트리거(444)에 결합된 공기 밸브 조립체(458)를 포함하여, 선회 조인트(446) 주위의 트리거(444)의 회전은 공기 밸브 조립체(458)를 개방하여, 공기 통로(454)로부터 공기 통로(456)로의 공기 흐름을 허용한다. 예시된 실시예에서, 공기 밸브 조립체(458)는 유체 밸브 조립체(432)의 부분 주위에 동심으로 배치된다. 공기 공급기 조립체(450)는 또한 니들(462)에 결합된 공기 밸브 조정기(460)를 포함하여, 니들(462)은 공기 분무 캡(410)으로의 공기 흐름을 조절하기 위해 공기 밸브 조정기(460)의 회전을 통해 이동할 수 있다. 예시된 바와 같이, 트리거(444)는 유체 밸브 조립체(432) 및 공기 밸브 조립체(458) 모두에 결합되어, 유체 및 공기는 트리거(444)가 바디(402)의 핸들(464)쪽으로 당겨질 때 스프레이 팁 조립체(400)쪽으로 동시에 흐를 수 있다. 일단 사용되면, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 원하는 스프레이 패턴 및 비말 분산을 갖는 분무된 스프레이를 생성한다. 다시, 예시된 스프레이 코팅 디바이스(12)는 본 기술의 단지 예시적인 디바이스이다. 임의의 적합한 유형 또는 구성의 스프레이 디바이스는 본 기술의 고유한 유체 혼합, 미립자 분산, 및 변경된 분무 양상으로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 9는 본 기술의 특정 실시예에 따라 도 8의 스프레이 코팅 디바이스(12)의 스프레이 팁 조립체(400)의 부분 단면도이다. 예시된 바와 같이, 공기 공급기 조립체(450)의 니들(462) 및 유체 밸브 조립체(432)의 니들 밸브(434)는 모두 개방되어, 공기 및 유체는 화살표로 표시된 바와 같이 스프레이 팁 조립체(400)를 통과한 다. 먼저 공기 공급기 조립체(450)를 살펴보면, 공기는 화살표(470)로 표시된 바와 같이 니들(462) 주위의 공기 통로(456)를 통해 흐른다. 이 후 공기는 화살표(474)로 표시된 바와 같이 바디(402)로부터 공기 분무 캡(410)의 중심 공기 통로(472)로 흐른다. 중심 공기 통로(472)는 이 후 외부 및 내부 공기 통로(476 및 478)로 분리되어, 공기는 각각 화살표(480 및 482)로 표시된 바와 같이 흐른다. 외부 통로(476)는 이 후 스프레이 성형 오리피스(418, 420, 422)와 연결되어, 공기는 스프레이 팁 조립체(400)의 길이축(484)을 향해 안쪽으로 흐른다. 이러한 스프레이 성형 공기 흐름은 화살표(486, 488, 및 490)로 표시된다. 내부 통로(478)는 유체 전달 팁 조립체(404)를 둘러싸고, 중심 분무 오리피스(414)로 연장하는데, 이러한 오리피스(414)는 유체 전달 팁 조립체(404)의 유체 팁 출구(416)에 인접하게 위치한다. 이러한 중심 분무 오리피스(414)는 화살표(494)로 표시된 바와 같이 길이축(484)에 대해 일반적으로 평행한 방향으로 공기 분무 흐름을 배출한다. 그러나, 오리피스(414)로부터의 공기 분무 흐름은 몇몇 실시예에서 길이축(48)에 대해 일반적으로 바깥쪽으로 경사진 방향으로 연장할 수 있다. 이러한 공기 흐름(486, 488, 490, 및 494)은 모두 유체 전달 팁 조립체(404)의 유체 팁 출구(416)로부터 배출된 유체 흐름을 향해 나아간다. 동작시, 이러한 공기 흐름(486, 488, 490, 및 494)은 스프레이를 형성하고 또한 스프레이를 원하는 패턴(예를 들어, 평평함, 직사각형, 타원형 등)으로 성형하기 위해 유체 분무를 용이하게 한다.
스프레이 팁 조립체(400)에서의 유체 흐름을 다시 살펴보면, 유체 전달 팁 조립체(404)는 중심 부재 또는 핀틀(502) 주위에 배치된 고리형 케이스 또는 슬리 브(500)를 포함한다. 아래에 구체적으로 논의되는 바와 같이, 슬리브(400) 및 핀틀(502)은 어떠한 나사선도 없이, 예를 들어 일반적으로 동심 구조에서 핀틀(502)을 슬리브(500)에 눌러 끼워 맞추거나 안내함(piloting)으로써 함께 결합될 수 있다. 다시, 핀틀(502)은 무나사선(threadless) 핀틀 즉 나사선이 없는 핀틀로서 설명될 수 있다. 핀틀(502)은 또한 슬리브(500)의 경계 내에 적어도 실질적으로 또는 완전히 포함될 수 있다. 더욱이, 예시된 고리형 케이스 또는 슬리브(500) 및 중심 부재 또는 핀틀(402)은 내부 고리형 부재 또는 노즐(503)의 부분 주위에 부분적으로 또는 그 주위에 동심으로 모두 배치된다. 예를 들어, 슬리브(500)는 노즐(503) 상에 나사선 방식으로 삽입(threaded)될 수 있거나, 대안적으로 노즐(503)에 눌러 끼워 맞추고, 래칭(latched)되거나, 일반적으로 노즐에 제거가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 슬리브(500) 및 핀틀(502)은 유지 보수, 교체, 수리(servicing) 등을 위해 노즐(503)로부터 제거가능하다. 비교적 작은 크기의 슬리브(500) 및 핀틀(502)이 주어지면, 이러한 제거가능성은 특히 유용한데, 이는 슬리브(500) 및 핀틀(502)이 수리되거나 교체되는 동안 노즐(503) 및 많은 다른 더 큰 부분이 디바이스(12)에 남아있을 수 있기 때문이다. 예시된 핀틀(502)은 중심 통로 또는 용기(504)를 포함하는데, 이것은 하나 이상의 제한된 통로 또는 공급 구멍(506)(예를 들어, 4개의 구멍)으로 안내된다. 이러한 공급 구멍(506)은 유체 전달 팁 조립체(404)를 통해 흐르는 유체의 속도, 방향, 및 유량을 조정하기 위해 다양한 기하학적 구조, 각도, 개수, 및 구성(예를 들어, 대칭 또는 비대칭)을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 핀틀(502)은 스프레이 팁 조립체(400)의 길이축(484) 주위에 대칭적으로 배치된 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 그 이상의 공급 구멍(506)을 포함할 수 있다.
동작시, 니들 밸브(434)가 개방될 때, 원하는 유체(예를 들어, 페인트)는 화살표(508)로 표시된 바와 같이, 유체 밸브 조립체(432)의 니들 밸브(434) 주위에 유체 통로(428)를 통해 흐른다. 따라서, 유체는 핀틀(502) 및 슬리브(500)로 안내하는 노즐(503)을 통해 흐른다. 유체는 이 후 화살표(510)로 표시된 바와 같이, 핀틀(502)의 중심 통로 또는 용기(504)로 흐른다. 이 영역에서, 유체 흐름은 공급 구멍(506)으로 분리된다. 예시된 실시예에서, 노즐(503)의 팁 부분(512)은 핀틀(502)의 용기(504)로 연장한다. 팁 부분(512)에서, 노즐(503)은 유체 통로(514)(예를 들어 4개의 통로)를 포함하며, 이것은 유체 흐름을 일반적으로 핀틀(502)에 배치된 공급 구멍(514)(예를 들어, 4개의 구멍)으로 안내하거나 나아가게 한다. 더 구체적으로, 공급 구멍(506) 및 유체 통로(514)는 핀틀(502)과 노즐(503)의 팁 부분(512) 사이의 공간 또는 고리형 갭(518)을 통해 함께 유동적으로 결합될 수 있다. 그러므로, 유체는 화살표(522)로 표시된 바와 같이, 유체 통로(514), 고리형 갭(518), 공급 구멍(506)을 통해 협로 또는 일반적으로 고리형 챔버(520)쪽으로 흐른다. 유체는 이 후 화살표(524)로 표시된 바와 같이, 공급 구멍(506)으로부터 일반적으로 고리형 챔버(520)를 통해 유체 팁 출구(416)로 흐른다. 마지막으로, 유체는 화살표(530)로 표시된 바와 같이 유체 팁 전달 조립체(404)의 일반적으로 고리형 챔버(520)로부터 방출된다.
아래에 더 구체적으로 논의되는 바와 같이, 도 9의 예시된 협로 또는 일반적 으로 고리형 챔버(520)는 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이에서 변하는 기하학적 구조를 갖는다. 예시된 실시예에서, 협로(520)의 기하학적 구조는 유체 전달 팁 조립체(404)의 유체 팁 출구(416)쪽으로 실질적으로 발산 및 수렴한다. 동작시, 이러한 발산 및 수렴의 흐름 통로는 공기 분무 캡(410)의 공기 오리피스(414, 418, 420, 422)에 의해 1차 공기 분무 이전에 유체의 혼합 및 분산을 유도한다. 예를 들어, 연속적인 발산 및 수렴의 흐름 경로는 유체 흐름에서 속도 변화를 유도할 수 있어서, 이를 통해 유체의 혼합, 난류, 및 유체에서의 미립자의 분산을 유도한다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 유체 전달 팁 조립체(404)의 일실시예의 단면도로서, 고리형 케이스 또는 슬리브(500), 중심 부재 또는 핀틀(502), 및 노즐(503) 사이에서 기하학적 구조, 경계면, 및 일반적인 흐름 패턴을 추가로 도시한다. 예시된 바와 같이, 노즐(503)은 후면 커플링 부분(540), 중간 부분(542), 중간 부분(542)에 배치된 공기 통로(544), 돌출하는 고리형 부재 또는 플랜지(flange) 부분(546), 플랜지 부분(546)에 배치된 오목부(548), 정면 돌출부 또는 수렴하는 노즐 헤드(550), 및 팁 부분(512)을 포함한다. 수렴하는 노즐 헤드(550)는 또한 나사선 형성 외면(threaded exterior)(552), 테이퍼링된 외면 또는 원뿔형 표면 경계면(554), 고리형 단부(556), 팁 부분(512)의 일반적으로 원통형 표면(558)을 포함한다. 더욱이, 노즐(503)의 내면은 제 1 내면 또는 일반적으로 원통형 통로(560), 제 2 내면 또는 일반적으로 테이퍼링된 또는 원통형 밸브 경계면(562), 제 3의 내면 또는 일반적으로 원통형 유체 분배 챔버(564)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 노즐(503)은 또한 팁 부분(512) 내부의 유체 분배 챔버(564)로 부터 바깥쪽으로 연장하는 측면 또는 방사 방향(radial) 통로(514)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 슬리브(500) 및 핀틀(502)은 서로 맞물리거나 노즐(503)의 부분과 맞물린다. 특히, 슬리브(500)는 노즐(503)의 수렴하는 노즐 헤드(550)에 나사선 방식으로 그리고 웨지 방식으로(wedgingly) 결합된다. 핀틀(502)은 노즐(503)의 팁 부분(512) 주위에 배치되고, 일반적으로 슬리브(500) 내에서 동심적으로, 대칭적으로, 또는 중심을 맞추어 끼워진다.
도 10에 도시된 바와 같이, 슬리브(500)는 제 1의 내면 또는 나사선 형성 노즐 경계면(564), 제 2의 내면 또는 일반적으로 테이퍼링된 내부 표면(566), 및 제 3의 내면 또는 일반적으로 원통형 통로(568)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 슬리브(500)는 수렴하는 노즐 헤드(550)의 나사선 형성된 외면(552) 주위에서 나사선 형성된 노즐 경계면(564)을 나사선 방식으로 삽입함으로써 노즐(503)에 결합될 수 있다. 결국, 슬리브(500)와 노즐(503) 사이의 나사선 맞물림은 슬리브(500)의 테이퍼링된 내부 표면(566)이 수렴하는 노즐 헤드(550)의 원뿔형 표면 경계면(554)과 웨지 방식으로 맞물리도록 한다. 특정 실시예에서, 핀틀(502)은 노즐(503)과의 슬리브(500)의 조립 이전 또는 이후에 삽입될 수 있다.
예시된 핀틀(502)은 제 1의 외부 또는 일반적으로 원통형 외부 표면(570), 제 2의 외부 또는 수렴하는 외부 표면(572), 및 제 3의 외부 또는 발산하는 외부 표면(574)을 포함한다. 더욱이, 예시된 원통형 외부 표면(570)은, 공급 구멍(506)에 걸쳐 배치되고 수렴하는 외부 표면(572)으로 안내하는 하나 이상의 오목부 또는 슬롯(576)을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 슬롯(576)은 또한 핀틀(502)의 제 1 단부 또는 내부 측면(580)에서 일반적으로 완전한 고리형 플랜지 부분(578)을 남긴다. 더욱이, 핀틀(502)은 어떠한 나사선도 없이 슬리브(500)의 원통형 통로(568)에 눌러 끼워 맞출 수 있다. 이러한 방식으로, 핀틀(502)은 일반적으로 슬리브(500) 내에 중심을 두어, 이를 통해 핀틀(502)과 고리형 케이스 또는 슬리브(500) 사이에 실질적으로 또는 완전히 대칭적인 흐름 통로를 생성한다. 즉, 슬리브(500) 및 핀틀(502)은 암(male) 및 수(female) 나사선 사이의 회전식 맞물림에 의해 야기된 어떠한 편심률도 없이 일반적으로 함께 결합된다. 다시, 핀틀(502)은 슬리브(500)를 노즐(503)에 결합하기 전 또는 후에 고리형 케이스 또는 슬리브(500)에 길이 방향으로 눌러 끼워 맞출 수 있다. 인식되는 바와 같이, 노즐(503)과, 핀틀(502)을 지탱하는 슬리브(500) 사이의 나사선 형성 결합은, 노즐(503) 및 다른 크거나 복잡한 구성요소로부터 분리하여 슬리브(500) 및 핀틀(502)의 쉬운 접근, 제거, 수리, 유지 보수, 및 보관(encasement)을 가능하게 한다.
도 10의 예시된 실시예에서, 슬리브(500), 핀틀(502) 및 노즐(503)의 내부 및 외부 기하학적 구조는, 화살표(530)로 표시된 바와 같이 유체 배출 이전에 유체의 혼합, 분산 및 일반적인 와류를 증가시키도록 구성된 복수의 제약된 통로, 수렴하는 통로, 및 발산하는 통로를 한정한다. 이러한 방식으로, 유체는 예를 들어 미립자, 럼프(lump), 또는 유체(예를 들어, 페인트 또는 코팅 물질)의 다른 바람직하지 않은 특성을 분산시킴으로써 더 균일하게 된다. 예를 들어, 노즐(503)은 화살표(582)로 표시된 바와 같이 원통형 통로(560)로부터 유체 분배 챔버(564)로 안내하는 원뿔 밸브 경계면(562)을 통해 유체 흐름을 일반적으로 제약하거나 수렴한다.
노즐(503)은 이 후 유체 분배 챔버(564)로부터 통로(514)로 유체의 흐름을 추가로 제약한다. 다시, 통로(514)는 축(484)에 대해 일반적으로 방사상 바깥쪽 방향으로 배향된다. 특정 실시예에서, 통로(514)는 일반적으로 하류 방향으로, 또는 대안적으로 축(484)에 대해 일반적으로 상류 방향으로 경사질 수 있다. 더욱이, 통로(514)의 몇몇 실시예는 소용돌이 흐름을 생성하기 위해 축(484)으로부터 오프셋되는 방사 방향으로 방사상 경사지거나 배향될 수 있다. 즉, 각 통로(514)는 액체 경로를 따라 길이 방향 또는 축(484)에 대해 경사지고 오프셋되는 축을 가질 수 있어서, 각 통로(514)의 축은 길이 방향 또는 축(484)과 교차하지 않는다. 일반적으로, 예시된 통로(514)는 유체 전달 팁 조립체(404)를 빠져나가기 전에 유체의 혼합, 분산, 및 유체의 일반적인 난류를 용이하게 하기 위해 일반적으로 십자형 방향으로 흐름을 제한한다.
예시된 실시예에서, 노즐(503)의 팁 부분(512)의 일반적으로 원통형 표면(558)은 핀틀(502)의 용기(504)보다 일반적으로 더 작은 반경 또는 직경을 가져서, 이를 통해 위에서 구체적으로 논의된 바와 같이 고리형 갭(518)을 생성한다. 그 결과, 유체는 화살표(510)로 표시된 바와 같이 팁 부분(512)에서 통로(514)를 통해 방사상 바깥쪽으로 유체 분배 챔버(564)에 들어가고, 그런 후에 축(484)에 대해 일반적으로 길이 방향으로 팁 부분(512)과 용기(504) 사이에 고리형 갭(518)을 통해 고리 형태로 들어간다. 유체는 이 후 화살표(522)로 표시된 바와 같이 용기(504)로부터 공급 구멍(506)을 통해 핀틀(502)에서의 슬롯(576)으로 고리 형태로 바깥쪽으로 흐른다. 차례로, 유체는 슬롯(576)을 통해 길이 방향으로, 화살표(524) 로 표시된 바와 같이 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이에 협로 또는 고리형 챔버(520)를 통해 일반적으로 고리 형태로, 그리고 화살표(530)로 표시된 바와 같이 유체 전달 팁 조립체(404)로부터 고리 형태로 바깥쪽으로 흐른다.
예시된 실시예에서, 공급 구멍(506)을 통하는 유체 흐름은 화살표(522)로 표시된 바와 같이 축(484)에 대해 하류 방향으로 일반적으로 경사질 수 있다. 더욱이, 아래에 더 구체적으로 논의되는 바와 같이, 공급 구멍(506)은 일반적으로 고리형 챔버(520) 내에 소용돌이 흐름을 유도하기 위해 축(484)으로부터 오프셋되는 일반적으로 경사진 방사상 방향 또는 방사상 배향으로 유체 흐름을 향하게 할 수 있다. 슬롯(576)은 4개의 공급 구멍(506)을 가로질러 배치된 4개의 축방향 슬롯과 같은 복수의 개별적인 축방향 슬롯을 포함할 수 있다. 그러나, 슬롯(576)의 몇몇 실시예는 핀틀(502)의 원주(circumference) 주위에 배치된 완전한 고리형 또는 원통형 형태의 오목부 또는 슬롯을 포함할 수 있다.
더 하류에서, 수렴하는 외부 표면(572) 및 원통형 통로(568)는 슬롯(576)으로부터 하류에 연장하는 일반적으로 발산하는 고리형 통로(584)를 한정한다. 따라서, 유체 흐름은, 핀틀(502)이 이산 슬롯(576)(예를 들어, 4개의 슬롯)으로부터 수렴하는 외부 표면(572)과 원통형 통로(568) 사이의 완전한 고리형 기하학적 구조로 변경될 때 원주 방향으로 팽창할 수 있다. 더욱이, 유체 흐름은 핀틀(502)의 수렴하는 외부 표면(572)으로 인해 하류 방향으로 팽창할 수 있는데, 이것은 슬리브(500)의 주변의 원통형 통로(568)에 대해 일반적으로 발산한다.
후속하여, 발산하는 외부 표면(574) 및 원통형 통로(568)는 유체 팁 출 구(416)로 안내되는 일반적으로 수렴하는 고리형 통로(586)를 한정한다. 즉, 일반적으로 수렴하는 고리형 통로(586)는, 유체 흐름이 유체 팁 출구(416)쪽의 하류 방향으로 일반적으로 고리형 방식으로 수렴하도록 한다. 예시된 유체 팁 출구(416)는 일반적으로 링 형태 또는 고리형 유체 출구를 가질 수 있는데, 이러한 유체 출구는 화살표(530)로 표시된 바와 같이 일반적으로 중공(hollow)의 테이퍼링되거나 원뿔형 스프레이 패턴을 생성한다. 유체가 유체 전달 팁 조립체(404)에서 다양한 통로를 통해 흐를 때, 발산하는 통로(584)는 일반적으로 유속에서의 감소를 야기하는 반면, 수렴하는 통로(586)는 유속에서의 증가를 야기한다. 통로(514), 고리형 갭(518), 공급 구멍(506), 및 오목부 또는 슬롯(576)과 같은 다양한 제한된 통로는 또한 이들 다양한 통로의 제한된 단면적으로 인해 유속에서의 증가를 야기할 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 전달 팁 조립체(404)는 화살표(530)로 표시된 바와 같이, 스프레이를 형성하기 위해 빠져나가기 전에 유체 전달 팁 조립체(404) 내부에서 유체의 혼합, 미립자의 분산, 및 유체 흐름의 일반적인 난류를 상당히 개선시킬 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 유체 전달 팁 조립체(404)에서 핀틀(502) 및 팁 부분(512) 주위에 동심으로 배치된 슬리브(500)의 일실시예의 단면도이다. 예시된 실시예에서, 유체 전달 팁 조립체(404)는 고리형 갭(518)으로부터 4개의 대응하는 원주 방향으로 분리된 축방향 통로(590) 세트로 핀틀(502)을 통해 연장하는 4개의 공급 구멍(506) 세트를 포함한다. 특히, 예시된 축방향 통로(590)는 슬리브(500)에서의 원통형 통로(568)와 핀틀(502)의 원통형 외부 표면(570)을 따르는 슬롯(576) 사 이의 공간에 의해 한정된다. 전술한 바와 같이, 이들 4개의 통로(590)는 핀틀(502)과 슬리브(500) 사이에 축(484)을 따라 축 방향으로 또는 길이 방향으로 연장한다. 다른 실시예에서, 핀틀(502)은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 이상과 같은, 다른 개수의 공급 구멍(506) 및 대응하는 슬롯(576)을 포함할 수 있어서, 이를 통해 대응하는 개수의 축방향 통로(590)를 한정한다. 더욱이, 핀틀(502)은 각 축방향 통로(590) 사이에 원주 방향으로 배열된 리브 또는 축 세그먼트(592) 세트를 포함한다. 즉, 축방향 세그먼트(592)는 일반적으로 핀틀(502)을 따라 대응하는 슬롯(576)에 대해 더 큰 반경 또는 직경으로 방사상 바깥쪽으로 돌출하거나 연장한다. 이러한 축방향 세그먼트(592)는 일반적으로 슬리브(500)의 원통형 통로(568)와 짝을 이룬(mated) 원통형 표면을 갖는다. 다시, 전술한 바와 같이, 축방향 세그먼트(592)는 일반적으로 슬리브(500)의 원통형 통로(568) 내에 눌러 끼워 맞출 수 있어서, 이를 통해 슬리브(500) 내에 축 방향으로 중심을 두거나 동심의 위치에서 핀틀(502)을 고정한다. 도 11에 추가로 도시된 바와 같이, 핀틀(502)의 용기(504)는 일반적으로 팁 부분(512)의 일반적으로 원통형 표면(558)보다 약간 더 큰 일반적으로 원통형 내면 기하학적 구조를 갖는다. 이러한 방식으로, 용기(504) 및 팁 부분(512)은 고리형 갭(518)을 한정하여, 팁 부분(512)에서의 통로(514)로부터 핀틀(502)에서의 공급 구멍(506)으로의 유체 흐름을 가능하게 한다.
도 12는 도 11에 도시된 바와 같이 슬리브(500) 및 노즐(503)로부터 분리된 핀틀(502)의 단면도로서, 용기(504)로부터 슬롯(576)으로 연장하는 공급 구멍(506)의 기하학적 구조를 추가로 도시한다. 예시된 실시예에서, 공급 구멍(506)은 화살 표(522)로 표시된 바와 같이 중심 축(484)에 대해 일반적으로 바깥쪽으로 또는 방사상 방향으로 배향된다. 전술한 바와 같이, 공급 구멍(506)은 또한 거리(594)만큼 축(484)으로부터 오프셋되어, 이를 통해 화살표(596)로 표시된 바와 같이 유체 흐름에서 소용돌이 운동 또는 일반적으로 회전 운동을 유도한다. 예시된 소용돌이 흐름(596)에 더하여, 공급 구멍(506)은 도 9 및 도 10에서 화살표(522)로 표시된 바와 같이 일반적으로 하류의 각 방향으로 향하게 될 수 있다. 따라서, 공급 구멍(506)은 화살표(522 및 596)로 표시된 바와 같이 유체 흐름에서의 전방 또는 하류 운동 뿐 아니라 소용돌이 운동 모두를 유도할 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 흐름은 초기에 도 10을 참조하여 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이에 고리형 챔버(520)를 통해 일반적으로 와선(spiraling) 또는 나선형 흐름에 따를 수 있다. 전술한 고유 흐름 패턴에 더하여, 소용돌이 흐름(596) 및 잠재적으로 나선 또는 나선형 흐름 패턴은 도 9 및 도 10에서 화살표(530)로 표시된 바와 같이 배출 이전에 유체 전달 팁 조립체(404) 내에서 유체의 혼합, 미립자의 분산, 및 유체 흐름의 일반적인 난류를 더 증가시킬 수 있다.
도 13은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 슬리브(500) 및 노즐(503)로부터 분리된 핀틀의 일실시예의 측면도로서, 공급 구멍(506)에 걸쳐 4개의 오목부 또는 슬롯(576)의 세트를 추가로 도시한다. 예시된 바와 같이, 각 슬롯(576)은 각 공급 구멍(506)을 둘러싸는 일반적으로 직사각형 주변(perimeter)(598)을 갖는다. 더욱이, 각 슬롯(576)의 직사각형 주변(598)은 일반적으로 고리형 플랜지 부분(578)에서 시작하고, 수렴하는 외부 표면(572)으로 연장한다. 전술한 바와 같이, 원통형 외부 표면(570)은 일반적으로 핀틀(502)의 내부 측면(580)으로부터 슬롯(576)의 직사각형 주변(598)을 둘러싸는 공간에서 수렴하는 외부 표면(572)의 시작부로 연장한다. 따라서, 일반적으로 원통형 표면(570)은 내부 측면(580)과 외부 측면(600) 사이에 핀틀(502)의 길이의 상당 부분을 따라 연장한다. 이러한 방식으로, 원통형 외부 표면(570)은 일반적으로 핀틀(502)을 슬리브(500)에 눌러 끼워 맞출 때 전체 핀틀(502)의 적절한 중심 두기(centering)를 보장할 수 있다. 예시된 실시예에서, 핀틀(502)은 단일의 수렴하는 외부 표면(572) 및 단일의 발산하는 외부 표면(574)을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 핀틀(502)은 복수의 발산 및 수렴하는 외부 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 핀틀(502)의 외부 표면은 핀틀(502)의 길이를 따라 교대하는 원뿔 표면을 형성하기 위해 일반적으로 지그재그 방식으로 교대로 수렴 및 발산할 수 있다. 이러한 방식으로, 핀틀(502)은 유체 전달 팁 조립체(404)로부터 빠져나가기 전에 유체의 혼합, 미립자의 내부 분산, 및 유체 흐름의 일반적인 난류를 더 증가시킬 수 있다.
도 14는 도 10에 도시된 바와 같이 유체 전달 팁 조립체(404)의 일실시예의 분해 단면도로서, 서로 분해된 슬리브(500), 핀틀(502), 및 노즐(503)의 부분을 추가로 도시한다. 위에 구체적으로 논의된 바와 같이, 슬리브(500)는 나사선 형성된 노즐 경계(564)를 대응하는 나사선 형성된 외면(552)과 맞물리게 함으로써 노즐(503)에 결합될 수 있다. 더욱이, 핀틀(502)은 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이에 어떠한 나사선 맞물림 없이 슬리브(500) 내에 눌러 끼워 맞추거나 일반적으로 삽입될 수 있다. 이러한 방식으로, 핀틀(502)은 축(484)에 대해 슬리브(500) 내에 실질 적으로 또는 완전히 중심을 두게 된다. 즉, 핀틀(502)의 위치는 슬리브(500)와 핀틀(502) 사이의 나사선의 임의의 편심에 의해 중심으로부터 벗어나지 않는다.
다시, 몇몇 실시예에서, 핀틀(502)은 슬리브(500)를 노즐(503)에 결합하기 전에 슬리브(500) 내에 동심으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 핀틀(502)은 슬리브(500) 내에 부분적으로 삽입될 수 있고, 그런 후에 노즐(503) 상에 슬리브(500)를 나사선 방식으로 삽입함으로써 원통형 통로(568) 안으로 완전히 박혀 들어간다. 즉, 핀틀(502)은 슬리브(500)와 노즐(503) 사이에 압착될 수 있어서, 슬리브(500)와 노즐(503) 사이의 나사선 맞물림은 핀틀(502)을 슬리브(500) 안으로 길이 방향으로 점진적으로 들어가게 한다. 따라서, 슬리브(500)의 원통형 통로(568)는 일반적으로 제 1 단부 또는 내부 측면(602)으로부터 슬리브(500)의 제 2 단부 또는 외부 측면(604)으로 하류 방향으로 수렴할 수 있다.
도 8 및 도 14를 참조하여, 슬리브(500) 및 핀틀(502)은 스프레이 팁 조립체(400) 및 전체 스프레이 코팅 디바이스(12)에 대해 일반적으로 작은 기하학적 구조를 갖는다. 따라서, 이들 구성요소(500 및 502)의 비교적 작은 기하학적 구조는 유체 전달 팁 조립체(404)를 통해 통과하는 유체에 의한 마모로 인해 슬리브(500) 및 핀틀(502)을 교체하는 비용을 상당히 감소시킬 수 있다. 더욱이, 슬리브(500) 및 핀틀(502)의 비교적 작은 기하학적 구조는 스프레이 팁 조립체(400)의 더 큰 부분 및 전체 스프레이 코팅 디바이스(12)를 분해하는 것과 대조적으로, 마모 또는 손상의 경우에 더 쉬운 접근, 교체, 수리, 또는 수선을 가능하게 한다.
본 발명이 다양한 변형 및 대안적인 형태에 용인가능하지만, 특정 실시예는 도면에 예로서 도시되고, 본 명세서에 구체적으로 설명되었다. 그러나, 본 발명이 개시된 특정 형태에 한정되도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 다음의 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안을 포함하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 스프레이 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 산업용 스프레이 코팅 시스템에 관한 것이다. 특히 내부적으로 유도하는 유체 분산(breakup)에 의해 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선하는 시스템 및 방법 등에 이용된다.

Claims (14)

  1. 시스템으로서,
    스프레이 디바이스(12)를 포함하며, 상기 스프레이 디바이스(12)는,
    액체 출구(416)로 안내되는 액체 경로와;
    액체 출구(416)의 하류에 있는 스프레이 영역쪽으로 향해있는 공기 출구(414, 418, 420, 422)로 안내되는 공기 경로와;
    액체 출구(416)에 인접한 액체 경로에 배치된 조립체(400)로서, 상기 조립체는 나사선 없이 동심 방식으로 일반적으로 슬리브(500) 내에 끼워진 무나사선(threadless) 핀틀(502)을 포함하고, 상기 조립체(400)는 무나사선 핀틀(502)과 슬리브(500) 사이의 일반적으로 고리형 통로(520)와, 일반적으로 고리형 통로(520)에 결합된 통로를 포함하고, 상기 일반적으로 고리형 통로(520)는 액체 경로를 따라 길이 방향으로 교대로 증가(584) 및 감소(586)하는 단면적을 갖는, 조립체(400)를
    포함하는, 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단면적은 적어도 부분적으로 무나사선 핀틀(502)을 나사선 없이 슬리브(500)에 설치하는 것에 기여하는 대칭적 고리형 형태를 갖는, 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 통로는 무나사선 핀틀(502)의 부분을 통해 연장하고, 상기 통로는 중심 통로(504), 및 중심 통로(504)로부터 일반적으로 고리형 통로(520)로 안내되는 경사진 통로(506)를 포함하는, 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 경사진 통로(506)는 일반적으로 고리형 통로(520)에서 소용돌이 흐름을 유도하도록 구성된, 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 액체 출구(416)로부터 상류에 있는 슬리브(500)에 결합된 노즐(503)을 포함하는, 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 노즐(503)의 내부 부분을 개폐하는 밸브 부재(434)를 포함하는, 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 무나사선 핀틀(502)은 슬리브(500)의 내면(interior) 내에 적어도 대부분 또는 완전히 배치되는, 시스템.
  8. 스프레이 디바이스(12)로서,
    액체 스프레이 팁을 포함하고, 상기 액체 스프레이 팁은,
    일반적으로 원통형 부분(570), 제 1 일반적으로 원뿔 부분(572), 및 제 2 일반적으로 원뿔 부분(574)을 갖는 핀틀(502)과;
    일반적으로 원통형 통로(568)를 갖는 슬리브(500)를 포함하며,
    상기 일반적으로 원통형 부분(570)은 일반적으로 원통형 통로(568)에 눌러 끼워 맞추게(press fit) 되고, 제 1의 일반적으로 원뿔 부분(572) 및 일반적으로 원통형 통로(568)는 발산하는(diverging) 고리형 통로(584)를 한정하고, 제 2의 일반적으로 원뿔 부분(574) 및 일반적으로 원통형 통로(568)는 수렴하는(converging) 고리형 통로(586)를 한정하고, 핀틀(502) 및 슬리브(500)는 일반적으로 고리형 액체 출구(416)를 한정하고, 핀틀(502)은 슬리브(500)의 경계면 내에 적어도 실질적으로 포함되는, 스프레이 디바이스.
  9. 제 8항에 있어서, 일반적으로 원통형 부분(570)을 통해 연장하는 통로(506)를 포함하고, 상기 통로(506)는 발산하는 고리형 통로(584) 및 수렴하는 고리형 통로(586)에서 소용돌이 흐름을 유도하도록 구성된 방향으로 경사진, 스프레이 디바이스.
  10. 제 8항에 있어서, 핀틀(502)은 제 1의 바깥쪽의 통로(506)에 결합된 제 1 중심 통로(504)를 포함하는, 스프레이 디바이스.
  11. 제 10항에 있어서, 팁 부분(512)에 배치된 제 2의 바깥쪽의 통로(514)에 결합된 제 2의 중심 통로(564)를 포함하는 노즐(503)을 포함하고, 상기 팁 부분(512)은 제 1의 중심 통로(504)에 배치되는, 스프레이 디바이스.
  12. 제 11항에 있어서, 제 1의 중심 통로(504) 및 팁 부분(512)은 제 1의 바깥쪽의 통로(506)와 제 2의 바깥쪽의 통로(514) 사이의 일반적으로 고리형 통로를 한정하는, 스프레이 디바이스.
  13. 방법으로서,
    핀틀(502)과 슬리브(500) 사이에 대칭적인 고리형 통로(520)를 한정하도록 핀틀(502)을 나사선 없이 슬리브(500) 내에 동심으로 눌러 끼워 맞추는 단계로서, 상기 대칭적인 고리형 통로(520)는 핀틀(502) 및 슬리브(500)의 길이 방향 축(484)을 따르는 방향으로 교대로 증가(584) 및 감소(586)하는 단면적을 갖는, 눌러 끼워 맞추는 단계와;
    핀틀(502) 및 슬리브(500)를 스프레이 디바이스(12)의 헤드 안으로 조립하는 단계를
    포함하는, 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 핀틀(502)은 대칭적인 고리형 통로(520)에서 소용돌이 흐름을 유도하기 위해 대칭적인 고리형 통로(520)로 연장하는 경사진(angled) 통로(506)를 포함하는, 방법.
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