KR940001614B1 - 정전기 도장방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

정전기 도장방법 및 장치

제1도는 다수의 금속 위스커의 사용을 포함하는 본 발명의 양호한 실시예의 단면도.

제2도는 위스커와 위스커의 지지 격자로의 접속 상세도.

제3도는 위스커 및 도료에 음전하를 인가하기 위한 전원 공급 장치의 바람직한 펄스 모양의 설명도.

제4도는 편향판에 인가되는 3상 전압 여기 방식의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 정전기 도장 장치 18 : 위스커

12 : 도료 14 : 도관

20 : 격자 16 : 노즐

22, 24 및 26 : 평향판

본 발명은 표면의 정전기 도장에 관한 것이며, 특히 도료가 더 효과적으로 표면에 접속되어 발라지도록 하기 위한 개량된 도장 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적인 전하 주입기는 둥근 모양을 한 회전 도료 노즐의 분무기 단부로부터 뻗어 나와 배치된 바늘을 포함한다. 노즐이 회전함에 따라, 도료는 일반적으로 노즐의 곡면의 접선 방향 및 작은 방울들을 충전시키는 전극을 횡단하여 분출된다. 따라서, 이러한 것은 작은 방울들이 도장될 표면의 넓은 영역에 퍼지도록 해준다. 도료 흐름내에 있는 충전 전극의 기울어짐으로 인하여 형상된 바깥 표면의 모양은 통상적으로 예를 들면, 아카데믹 프레스(Academic Press)의 에이. 셉티어(A. Septier)에 의하여 1983년에 편집된 "응용 충전 입자 광학, 파트 C ; 극 고농도 빔(Applied Charged Particle Optics, Part C : Very-High Density Beams)"의 141페이지 이하 및 207페이지 이하에 기술되어 있는 것과 같은 표준 피어스(Pierce) 전극의 모양과 같다. 그 결과, 도료 방울은 약 0.0004C/g(Coulombs per gram) 정도, 또는 약 10억개의 원자에 여분 전자 하나의 전하 대질량비를 갖게 된다. 이에 반하여, 개량 정전기 침전기는 0.1 마이크로미터 크기의 비산회(fly ash) 입자에 이 양의 10배를 축적하지만, 이것조차도 입자 주변 공기의 전기 방전에 의해 설정된 이론적인 한계보다 더 작은 크기이다.

이러한 전극들이 만족할 만한 결과를 내면서, 그 가격이 감소하고 도장이 더 효율적으로 되는 것이 바람직하다. 자동차 제조에 있어서, 이러한 요구들은 더 경쟁력이 있는 가격의 생산품을 생산해야 하는 필요성으로부터 나온다. 더우기, 도장되는 표면의 1평방 피트(0.092903 ㎡)당 방출되는 휘발성 물질의 허용량에 대한 EPA(환경 보호소 : Environmental Protection Agency)의 요구 사항에 더 쉽게 따를 수 있도록 하는 더 좋은 방법을 고안할 필요가 있다.

본 발명은 도료를 다수의 전기 전도성 위스커에 공급하는 장치 및 방법을 사용하고, 이 도료에 정전하를 인가함으로써 이러한 정전기 도장을 개량시킨 것이다.

특히, 개량 정전기 도장 장치는 노즐, 도료를 노즐에 공급하기 위해 노즐에 연결된 도관 및 도료에 정전하를 인가하기 위하여 노즐 내부에 배치된 다수의 전기 전도성 위스커 또는 위스커 어레이를 포함한다. 각각의 위스커는 톱니 모양의 단부로 종단되는데, 이는 전계 강도를 높여서, 그렇지 않았을 때보다 더 작은 인가 전압으로 도료에 전하를 분배시킬 수 있도록 해준다. 위스커 어레이의 길이들은 도료 상에서 집속 전계를 제어하기 위하여 특정한 3차원 곡률을 제공하도록 만들어질 수 있다. 각 위스커는 차례로 다공성 격자에 부착된 호울더에 부착되어 있다. 이 호울더는 호울더의 전류 제한 능력을 조정하도록 구성된다. 격자는 도료를 자동차와 같은 도장할 표면위에 침착시키기 위하여 음전하로 충전된 도료 방울이 노즐을 빠져 나가는 가느다란 흐름이 되도록 작게 나누도록 설계된다.

여러가지 장점들이 이 장치 및 구조로부터 얻어진다. 본 발명의 위스커들은 종래의 장치에서 사용된 바늘보다 더 가늘기 때문에 액체 안에서 국부적인 플라즈마를 만들 수 있어서, 매우 조밀하게 만들어져 훨씬 큰 전하 대 질량비를 얻을 수 있다. 이는 통상적인 장치의 0.0004C/g으로부터 본 발명의 장치에서 이 양에 대하여 약 100배의 전하 대 질량비의 증가를 가져온다. 이것은 더 나은 제어 및 더 높은 효율의 도장을 가능하게 할 것이다. 더 나은 제어성은 균질한 피막을 제공할 뿐만 아니라 표면의 굴곡에 따라 더 진하기나 더 옅은 막을 제공하기 위하여, 도료 방울들이 도장될 표면에 더 정확하게 집속될 수 있도록 해준다. 그리하여, 도료의 비용이 감소되고, 도장 표면의 평방 피트당 휘발성 물질의 허용량에 관한 환경 보호소(EPA) 요구 조건들의 준수가 더 쉽게 달성된다.

다른 목적 및 장점들은 다음의 예시적 실시예와 그에 대한 도면들의 설명으로부터 분명해질 뿐만 아니라 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있을 것이다.

제1도는 자동차 외피와 같은 표면에 도료를 정전기적으로 칠하기 위한 장치(10)을 도시하고 있다. 도료는 화살표(12)로 표시된 방향으로, 즉 도료의 소스(도시되지 않음)로부터 둥근 구조의 노즐(16)으로 가는 도관을 통하여 흐른다. 이러한 배치 구조는 하나의 바늘과 고속으로 노즐을 회전시키는 메카니즘을 사용하는 정전기 도료 스프레이 장비에 대하여는 통상적인 것이다.

그러나, 본 발명에서는 분출된 도료의 흐름을 회전시키기 위한 다른 수단이 제공되는데, 기존의 도료 스프레이 장비안에 있는 비교적 큰 직경의 통상적인 바늘 대신에, 본 발명은 0.001 내지 0.002㎜의 통상적인 직경을 가지며, 예를 들면 티타늄, 흑연, 주석 또는 텅스텐으로 구성된 다수의 위스커(18)을 사용한다. 위스커(18)은 도료를 가느다란 제트 흐름들로 쪼개도록 크기가 정해지며, 다공성의 전기 전도성 물질의 격자(20)에 고정되어 있다.

이 격자는 위스커(18)을 적절하게 지지하고, 도료가 가느다란 제트 형태로 흐르도록 하는 통상적인 디자인으로 설계되어 있다. 격자의 개방 정도는 도료의 점성에 의존한다. 즉, 도료의 점성이 증가함에 따라, 격자의 개방 정도도 대응하게 증가한다. 격자 재질에 대한 개방 정도의 전형적인 비는 0.005 내지 0.015㎜로 정렬된 그물과 같이 90%의 흐름 면적과 10%의 격자 재질이 된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 각 위스커(18)은 호울더(22)로 격자(20)에 고정되어 있다. 호울더(22)는 저항성 재질로 구성되며, 어느 한 위스커가 과도한 흐름을 도출하지 못하도록 막는 흐름 제한기로서 동작한다. 위스커(18)을 호울더(22)에 고정하는 것은 컵 모양의 리셉터클에 의해 이루어질 수 있는데, 호울더는 그 단부(26)에서 적절한 접착 수단에 의하여 격자(20)에 고정된다. 호울더는 흐름 제한 능력을 조절하기 위하여 단면적이 더 작을 수 있는 중심 부분(28)을 갖는다.

위스커의 길이들은 도료 방울위에 집속 전계를 제어하기 위하여 특정한 3차원 곡률을 제공하도록 만들어질 수 있다. 이 위스커들은 전하가 도료에 분배되는 것을 촉진하기 위하여 일정하지 않은, 즉 톱니 모양의 단부(30)을 갖는 것이 더 좋다. 위스커들은 매우 규칙적인 구조의 단결정으로서, 단부가 부러지면 날카로운 끝이 생긴다.

격자(20)은 제3도에 도시한 것처럼, 음의 고전압 직류의 펄스 전원(32)에 연결된다. 펄스 동작은 펄스 기간이 도료 내부의 전기 방전 시간보다 작은 경우에 더 높은 전압이 사용될 수 있도록 한다. 도료의 방출은 전압에 따라 급속하게 증가한다. 따라서, 충전 속도에 순수 이득이 있는데, 이는 정전기 침전기에서도 유사한 방식으로 발생한다. 제3도에 도시한 것처럼, 초과 전압 충전 시간(t1)과 유지 기간(t2)는 정전기 침전기에 일반적인 허용 스파크 비율(1/min)로 충전 속도를 최대화시키기 위해 종래 디자인의 전자 회로에 의해 조정될 수 있다. 이 조정은 도료의 유전 특성 및 흐름 속도에 의존할 것이다.

소정의 경우에, 노즐(16)으로부터 빠져 나오는 도료 방울들을 도장할 표면에 요구되는 방식으로 유도하기 위하여, 방출 구멍(17) 주위에 고리 모양 또는 다른 모양으로 배치된 편향판(22, 24 및 26)[각각 도체(23, 25 및 27)에 의하여 전원 공급되는]의 추가에 의한 것과 같이 흐름의 정전기적 유도 및 회전이 부가될 수 있다. 제4도는 이 편양판들에 인가될 수 있는 전압 여기, 즉 3상 여기의 방법을 설명하고 있다. 물론 다른 방법들이 사용될 수 있지만, 대부분의 경우에는 사용되는 전압의 상의 수(N)가 사용되는 편향판의 수와 같은 것이 좋다.

다수의 위스커(18)의 사용은 표면에 칠해질 도료의 전하 대 질량비를 개선시킨다. 전하 대 질량비는 한 방울의 도료에 가해질 수 있는 전하의 양을 그 방울의 관성에 영향을 줄 수 있는 질량으로 나눈 것을 의미한다. 전하 대 질량비는 방울들의 가속도에 정비례하기 때문에, 이 비의 증가에 따라 이 방울들은 더 용이하게 표면으로 향할 수 있다.

본 발명의 비록 하나의 특정한 실시예에 대하여 기술되었지만, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않고서 여러 가지 변화 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 주목해야 한다.

Claims (20)

1. 노즐, 도료 공급용으로 상기 노즐에 연결된 도관 및 도료에 정전하를 인가하기 위하여 상기 노즐 내부에 배치된 다수의 전기 전도성 위스커들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위스커 각각이 도료가 강화된 전하를 얻을 수 있도록 톱니 모양으로 종단 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 위스커들의 길이가 도료상의 집속 전계를 제어하기 위하여 요구되는 3차원 곡률을 제공하도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 위스커들의 길이가 도료상의 집속 전계를 제어하기 위하여 요구되는 3차원 곡률을 제공하도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 위스커 각각이 0.001 내지 0.002㎜의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 위스커들을 지지하여 도료를 가느다란 흐름으로 나누도록 배열되어 있는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 지지수단이 도료를 상기의 가느다란 흐름으로 나누는 것을 가능하게 하는 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 격자가 다공성의 전기 전도성 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 위스커들이 0.001 내지 0.002㎜의 직경을 갖고, 상기 격자가 0.005 내지 0.015㎜ 크기의 그물을 갖는 전기 전도성 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 격자에 음전하를 공급하기 위한 고전압 펄스 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 전원이 도료내에서의 전기 방전 시간보다 더 짧은 펄스 지속 시간을 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 위스커들중 어느 것도 과도한 흐름을 도출하지 못하도록 하기 위하여 상기 위스커들을 상기 격자에 연결시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 연결 수단이 각각 하나의 상기 위스커를 상기 격자에 연결시키는 분리된 호울더를 포함하고, 이 호울더 각각은 양 끝이 상기 위스커 및 상기 격자에 각각 고정된 저항성 재질을 포함하며, 요구되는 흐름 제한치를 정하기 위하여 가늘어진 상기 양 끝 사이의 중간 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 위스커들을 지나가는 도료에의 음전하 침착을 향상시키기 위하여 각각의 상기 위스커들이 톱니 모양으로 종단되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 위스커들의 길이가 도료상의 집속 전계를 제어하기 위하여 요구되는 3차원 곡률을 제공하도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 위스커들의 각각이 티타늄, 흑연, 주석 및 텅스텐 그룹으로부터 선택된 단결정 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 장치.
17. 도료를 다수의 전기 전도성 위스커들에 공급하는 단계 및 도료에 정전하를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 도장 개량 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 위스커들의 각각이 도료가 강화된 전하를 얻을 수 있도록 톱니 모양으로 종단되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 위스커들에 도료상의 집속 전계를 제어하기 위하여 요구되는 3차원 곡률을 제공하도록 만들어진 길이들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 노즐, 도료 공급용으로 상기 노즐에 연결된 도관, 도료에 정전하를 인가하기 위하여 상기 노즐 내부에 배치된 다수의 전기 전도성 위스커들 및 상기 노즐에서 분출된 도료 방울들을 편향 및 회전시키기 위하여 N상 전압원에 접속되어 있고, 상기 노즐의 출구 가장자리 부근에 배치된 한 세트의 N 편향판들을 포함하는 것을 특징으로 하는 도장 장치.