TW201424851A - 用於靜電噴槍之噴頭總成 - Google Patents

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David W Koehne
Mark E Ulrich
Tamara M Bentley
Joseph A Daniski
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Abstract

本發明揭示一種靜電噴槍，其包括：一槍管；一槍柄，其固定至該槍管；及一噴頭總成，其固定至該槍管。該噴頭總成包括：一尖端裝配面；一尖端，其安置於該尖端裝配面處；一電極，其自該尖端裝配面垂直地延伸；及一屏蔽塔，其自該尖端裝配面垂直地延伸且圍繞該電極以圓柱體形式安置。

Description

用於靜電噴槍之噴頭總成
本發明大體而言係關於用以噴射諸如塗料、密封劑、塗層、瓷漆、黏合劑、粉末及諸如此類之流體之施用器。更特定而言，本發明係關於靜電噴槍。
在靜電噴射系統中，一靜電場產生於噴槍與待噴射之目標或物品之間附近。所噴射粒子經傳播穿過此場，且各別粒子在其通過該場時擷取電荷。該等帶電粒子藉此被吸引至待噴射之物品。藉由此程序，可能將一高得多的百分比之所噴射粒子引導至待噴射之實際物品，且藉此噴射效率相對習用方法得以極大改良。靜電噴槍對於施用非導電液體及粉末係特別有用的，但其可連同噴射導電液體一起使用。
在一典型靜電噴射系統中，在噴槍噴射孔口附近放置一離子化電極，將待塗漆之物品保持處於接地電位，且在該離子化電極與該物品之間生成一靜電場。電極與接地之間的距離可係約0.5米或小於0.5米；因此，施加至噴槍電極之電壓必須要相當高以便生成充分強度之一靜電場以形成大量離子/粒子相互作用以便在塗料粒子與目標之間生成一充分吸引力。將大約20,000伏特至100,000伏特(20kV至100kV)之靜電電壓施加至噴槍電極以便在噴射操作中達成一適度效率係常見的。大約50微安之一離子化電流通常自噴槍電極流動。
靜電噴槍可係手持式噴槍或可藉由遠端控制連接而操作之自動 噴槍。可使用諸如經加壓空氣、液壓力或離心力之不同主要霧化力來霧化所噴射流體。可以多種方式來產生用於靜電電壓之電力。在諸多系統中，一外部電源連接至靜電噴槍。然而，在其他設計中，可藉助位於靜電噴槍中之一發電機來產生電力。舉例而言，美國專利第4,554,622號、第4,462,061號、第4,290,091號、第4,377,838號、第4,491,276號及第7,226,004號闡述具有一空氣動力渦輪機之靜電噴槍，該空氣動力渦輪機驅動一發電機，該發電機又供應一電壓倍增器以提供充電電壓。
一種靜電噴槍包括：一槍管；一槍柄，其固定至該槍管；及一噴頭總成，其固定至該槍管。該噴頭總成包括：一尖端裝配面；一尖端，其安置於該尖端裝配面處；一電極，其自該尖端裝配面垂直地延伸；及一屏蔽塔，其自該尖端裝配面垂直地延伸且圍繞該電極以圓柱體形式安置。
10‧‧‧靜電噴射系統
12‧‧‧靜電噴槍/噴槍/槍
14‧‧‧流體供應器
16‧‧‧目標
18‧‧‧幫浦
20‧‧‧軟管
22‧‧‧軟管/導電空氣軟管
24‧‧‧支架
26‧‧‧操作者
28‧‧‧接地導線
30‧‧‧槍管
32‧‧‧手柄主體
34‧‧‧噴頭總成
36‧‧‧手柄
38‧‧‧空氣入口/入口
40‧‧‧空氣出氣口/出氣口
42‧‧‧流體入口
44‧‧‧殼體
46‧‧‧空氣控制件/空氣控制閥/閥
47A‧‧‧空氣調整器/調整器
47B‧‧‧空氣調整器/調整器
48‧‧‧觸發器
50‧‧‧流體管
52A‧‧‧端口
52B‧‧‧端口
54‧‧‧電極
56‧‧‧發電機
58‧‧‧電源供應器
60‧‧‧帶狀纜線
62‧‧‧彈簧
64‧‧‧導電環
66‧‧‧空氣針
68‧‧‧密封件
70‧‧‧彈簧
72‧‧‧旋鈕
74‧‧‧流體針/針
76‧‧‧帽
78‧‧‧彈簧
80‧‧‧座殼體
81‧‧‧墊片
82‧‧‧尖端/噴頭
84‧‧‧空氣帽
86‧‧‧固持環
87‧‧‧噴射孔口/流體孔口/凸起噴射孔口
88‧‧‧基座件/基座
90‧‧‧屏蔽件
94A至94F‧‧‧空氣通路/空氣通道
96A至96F‧‧‧空氣通路/空氣通道
98‧‧‧尖端裝配面
100A‧‧‧屏蔽凸緣
100B‧‧‧屏蔽凸緣
102‧‧‧屏蔽塔
104‧‧‧中心孔隙
106‧‧‧寬基座
108‧‧‧楔形區段
A‧‧‧共同軸/軸
EF‧‧‧電場
FA‧‧‧角度位置
FB‧‧‧角度位置
T‧‧‧角度位置
ΘFA‧‧‧偏移角
ΘFB‧‧‧偏移角
ΘT‧‧‧偏移角
ΘTF‧‧‧偏移角
圖1係展示連接至一流體供應器並排放至一目標上之一靜電噴槍之一靜電噴射系統之一示意圖。
圖2係展示連接至一手柄主體及一噴頭總成之一槍管之圖1之靜電噴槍之一透視圖。
圖3係展示經組態以位於槍管內之一發電機及一電源供應器之圖2之靜電噴槍之一分解圖。
圖4係展示一屏蔽塔及一流體孔口之圖2之噴頭總成之一透視圖。
圖5係圖4之噴頭總成之一分解圖。
圖6係展示屏蔽凸緣及屏蔽塔相對於流體孔口之角度位置之圖5之噴頭總成之一正面圖。
在本發明之實施例中，一靜電噴槍包含一噴頭總成，該噴頭總成具有一凸起尖端、一單個非對稱地安置之電極及環繞該電極之除一遠端外之所有部分的一屏蔽塔。本發明之圖1至圖3闡述其中可使用一噴頭總成之一靜電噴槍。圖4A至圖5B闡述噴頭總成之各種態樣、實施例及益處。
圖1係展示連接至流體供應器14且排放至目標16上之靜電噴槍12之靜電噴射系統10之一示意圖。幫浦18耦合至流體供應器14且將經加壓流體經由軟管20提供至噴槍12。噴槍12亦經由軟管22連接至一經加壓空氣源(未展示)。目標16(諸如)藉由自支架24懸掛而連接至接地。靜電噴射系統10係參考一流體噴射系統來闡述，但其他塗層材料(諸如粉末及諸如此類)可與本發明一起使用。雖然圖1至圖3係特定參考一空氣輔助系統來闡述，但本發明亦可與一空氣噴射系統一起使用。
操作者26緊接近於目標16(約0.5米或小於0.5米)定位噴槍12。在噴槍12上之一觸發器之致動後，旋即將經加壓空氣供應至噴槍12內之一渦輪機，該渦輪機給一發電機提供動力以產生電力。電力經供應至在噴槍12之噴頭附近之一電極。因此，在電極與目標16之間產生電場EF。靜電噴射系統10在各種點處接地。舉例而言，接地導線28及/或導電空氣軟管22可使噴槍12接地。可在靜電噴射系統10中使用其他接地導線及導電材料以提供接地。同時，觸發器之致動允許來自幫浦18之經加壓流體穿過噴頭，藉此流體之經霧化粒子在電場EF中變得帶電。帶電粒子因此被汲取至接地之目標16。目標16經由支架24懸掛且帶電流體粒子包覆目標16，藉此顯著減小過噴。
圖2係展示連接至手柄主體32及噴頭總成34之槍管30之圖1之靜電噴槍12之一透視圖。手柄主體32之手柄36連接至空氣入口38、空氣出氣口40及流體入口42。手柄主體32之殼體44連接至槍管30。空氣控 制件46連接至殼體44內之一接通/關斷閥(參見圖3中之空氣針66)並控制自空氣入口38至噴槍12之組件之壓縮空氣之流量。空氣調整器47A及47B控制自前述接通/關斷閥至噴頭總成34之空氣流量。觸發器48連接至槍管30內之一流體閥(參見圖3中之流體針74)且經組態以控制自流體入口42經由流體管50穿過噴頭總成34之經加壓流體之流量。空氣控制件46控制至發電機之空氣流量。然後空氣在出氣口40處從噴槍12排出。
觸發器48之致動同時允許壓縮空氣及經加壓流體到達噴頭總成34。壓縮空氣中之某些壓縮空氣用以影響來自噴頭總成34之流體之流量且藉此在端口52A及52B或其他此類端口處排出噴槍12。在空氣噴射系統中，壓縮空氣中之某些壓縮空氣亦用以在流體排出噴射孔口時直接霧化流體。在空氣噴射系統及空氣輔助系統兩者中，壓縮空氣中之某些壓縮空氣亦用以旋轉將電力提供至電極54之一發電機並在出氣口40處離開噴槍12。在圖3中展示發電機及用於電極54之一相關聯電源供應器。
圖3係展示經組態以位於手柄主體32及槍管30內之發電機56及電源供應器58之圖2之靜電噴槍12之一分解圖。發電機56經由帶狀纜線60連接至電源供應器58。發電機56耦合至電源供應器58，且在裝配時，發電機56配接至殼體44中且電源供應器58配接至槍管30中。由發電機56產生之電力傳輸至電源供應器58。在空氣輔助系統中，包含彈簧62及導電環64之一電路將電荷自電源供應器58輸送至噴頭總成34內側之電極54。空氣噴射系統可具有將發電機連接至電極之其他電路。
空氣針66及密封件68包括用於控制穿過噴槍12之壓縮空氣之一接通/關斷閥。空氣控制閥46包含延伸穿過殼體44直至觸發器48之空氣針66，觸發器48可經致動以移動密封件68並控制自空氣入口38穿過手柄主體32內之通路之壓縮空氣之流量。彈簧70將密封件68及觸發器 48偏壓至一閉合位置，同時旋鈕72可經調整以操縱閥46。在密封件68打開之情況下，來自入口38之空氣流動穿過手柄主體32內之通路直至發電機56或噴頭總成34。
流體針74包括用於控制穿過噴槍12之經加壓流體之一流體閥之部分。觸發器48之致動亦直接移動經由帽76耦合至觸發器48之流體針74。彈簧78定位於帽76與觸發器48之間以將針74偏壓至一閉合位置。針74延伸穿過槍管30直至噴頭總成34。
噴頭總成34包含座殼體80、墊片81、尖端82、空氣帽84及固持環86。在空氣輔助系統中，流體針74嚙合座殼體80以控制自流體管50直至噴頭總成34之經加壓流體之流量。墊片81密封於座殼體80與尖端82之間。尖端82包含排放來自座殼體80之經加壓流體之噴射孔口87。電極54自空氣帽84延伸。在空氣輔助系統中，高壓流體經饋送穿過電極54偏移之噴射孔口87。霧化藉由使高壓流體通過一小孔口而發生。在空氣噴射系統中，一電極自一噴射孔口延伸以使得電極與噴射孔口同心。低壓流體通過一大噴射孔口，且藉由自空氣帽84撞擊空氣流而霧化。在任一系統中，空氣帽84包含接收經加壓空氣以基於調整器47A及47B之設定來霧化及定形來自尖端82之流體流之端口，諸如端口52A及52B(圖2)。在其他實施例中，槍12可在不具有端口52A及52B中之任一者之情況下操作，或可在僅具有端口52A及52B中之一者之情況下操作。
發電機56在經加壓空氣之力下之操作將電能提供至電源供應器58，電源供應器58又將一電壓施加至電極54。電極54產生將一電荷施加至源自尖端82之經霧化流體之電場EF(圖1)。由電場EF產生之電暈效應將帶電流體粒子攜載至意欲藉助流體塗覆之目標。固持環86維持與槍管30裝配在一起之空氣帽84及尖端82，同時座殼體80螺紋連接至槍管30中。
圖4係圖解說明端口52A(包括空氣通路94A至94F)及52B(包括空氣通路96A至96C及96D至96F，未展示)、電極54、尖端82(具有流體孔口87)、空氣帽84(包括基座件88及屏蔽件90)之噴頭總成34之一透視圖。基座件88及屏蔽件90一起界定尖端裝配面98，即環繞尖端82之一實質上平坦平面。屏蔽件90進一步包括屏蔽凸緣100A及100B以及屏蔽塔102。
圖5係圖解說明電極54、噴頭82(具有流體孔口87)、基座件88(具有包括空氣通道94A至94F之端口52A、包括空氣通道96A至96F之端口52B及中心孔隙104)及屏蔽件90(具有屏蔽凸緣100A及100B以及屏蔽塔102)之噴頭總成34之一分解圖。基座件88及屏蔽件90一起構成空氣帽84。尖端裝配面98延伸跨越基座件88及屏蔽件90兩者。尖端82、基座件88及屏蔽件90沿一共同軸A對準。中心孔隙104係在裝配期間尖端82配接穿過之基座件88中之一中空空間，以使得基座件88配接於尖端82上方且尖端82配接至中心孔隙104中以將尖端82固持於墊片81上。電極54平行於軸A延伸穿過基座件88。屏蔽件90配接於基座件88上方以使得屏蔽塔102環繞電極54之除一軸向最外尖端外之所有部分。在某些實施例中，尖端82、基座件88及屏蔽件90可以一卡扣配合方式彼此嚙合。在其他實施例中，尖端82、基座件88及屏蔽件90可在噴頭總成34中經由藉由固持環86之夾持而固持在一起。在所繪示實施例中，屏蔽凸緣100A及100B具有用以裝納端口52B之空氣通道96A至96F的接近尖端裝配面98之寬基座106及傾斜遠離尖端82且自尖端裝配面98向外延伸之楔形區段108。
在圖4及圖5中所繪示之實施例中，基座件88將尖端82固持於墊片81(參見圖3)上，而基座件88及屏蔽件90又藉由固持環86固持於槍管30上。槍管30(圖3)係可(舉例而言)由塑膠形成之一剛性非導電件。尖端82、基座件88及屏蔽件90係可由手及/或可藉助一手持撬具 分離之配合組件。基座件88可(舉例而言)由諸如一硬合成聚合物之一剛性非導電材料形成。屏蔽件90可由諸如橡膠或另一稍微可變形或可壓縮聚合物之一低剛性非導電材料形成。尖端82可由諸如陶瓷、一剛性聚合物或其他高耐久性材料之一非導電材料形成或者可係環繞界定流體孔口87之一較高強度件之一主體材料之一複合物。流體孔口87可係一針尖孔隙或以一適合型樣來引導流體噴射之一經定形孔隙。
如上文關於圖3所闡述，端口52A及52B跨越尖端82且在尖端82之前方引導空氣。來自端口52A及52B之空氣流撞擊經由流體孔口87排出尖端82的來自座殼體80之經加壓流體以幫助霧化及定形噴射型樣。
在所繪示實施例中，端口52A包括穿過基座件88之六個空氣通道94A至94F。空氣通道94A至94F係空氣出口，如上文關於圖2及圖3所闡述。空氣通道94A至94C與空氣通道94D至94F相對於尖端82而設置。空氣通道94A至94F可(舉例而言)經定向為使空氣流以用於經改良流體定形及/或霧化之多種角度直接撞擊來自流體孔口87之流體。雖然所繪示實施例展示六個相異空氣通道，但具有較多或較少通道之實施例亦係可能的。
端口52B包括穿過基座件88之空氣通道96A至96C。與空氣通道94A至94F一樣，空氣通道96A至96F係空氣出口。空氣通道96D至96F在圖5中可見，但在圖4中因屏蔽凸緣100A而變得模糊。空氣通道96A至96C設置於屏蔽凸緣100B之基座處，而空氣通道96D至96F設置於屏蔽凸緣100A之基座處。與空氣通道94A至94F一樣，空氣通道96A至96F可經定向為使空氣流以用於經改良流體定形及/或霧化之多種角度直接撞擊來自流體孔口87之流體。在所繪示實施例中，端口52A定形噴射型樣，而端口52B霧化流體。在其他實施例中，可切換端口52A及52B之角色及/或端口52A及52B之任何組合可執行定形及/或霧化角色。
尖端82在一凸形表面上支撐流體孔口87，以使得流體孔口87相對於尖端裝配面98凸起。相對於尖端裝配面98凸起尖端82允許經改良流體控制及相對於一凹陷尖端減少阻塞。屏蔽件90包含屏蔽凸緣100A及100B以及屏蔽塔102。屏蔽凸緣100A及100B出於操作者安全目的自尖端裝配面98向外延伸。在所繪示實施例中，屏蔽凸緣100A與屏蔽凸緣100B直接相對於尖端82而設置，如下文關於圖6較詳細闡述。屏蔽凸緣100A及100B可係在靜電噴槍12被掉下之情況下保護尖端82、基座88及尖端裝配面98免受損壞之減震元件。
當噴頭總成34適當地緊固於槍管30上時，屏蔽塔102係環繞電極54之除一遠端外之所有部分的一實質上圓柱形套筒。屏蔽塔102距經曝露以經由一電暈電流使經霧化流體離子化之電極54之遠端處0.045英吋(1.143mm)。屏蔽塔102控制用於霧化流體之電暈放電源。在所繪示實施例中，屏蔽塔102相對於尖端82以及屏蔽凸緣100A及100B非對稱地設置且與屏蔽凸緣100B部分地重疊。一凸起尖端(諸如尖端82)與一凹陷尖端相比較不易於阻塞，且一單個非對稱地設置之電極(諸如電極54)與多電極系統相比在使流體粒子離子化方面更高效。然而，若使一接地物件接近空氣帽84，則一凸起噴射孔口87可引起增加之放電能量，以使得尖端82設置於電極54與接地物件之間。某些噴槍藉由圍繞一噴頭定位多個電極而避免高能量放電，以使得一電極總是定位於噴頭與一接地物件之間，但如同電極之排斥本質亦妨礙排出流體孔口87之塗料之高效充電。屏蔽塔102藉由自電極5凸起電暈放電之位置及在任何接地物件接近時使其保持遠離噴頭82而免受高能量放電且不消積地影響離子化效率。
圖6係圖解說明尖端82(具有流體孔口87)、基座件88(具有端口52A及52B)及屏蔽件90(具有屏蔽塔102以及各自具有寬基座106及楔形區段108之屏蔽凸緣100A及100B)之噴頭總成34之一正面圖。圖6展 示屏蔽凸緣100A及100B之分別角度位置FA及FB以及屏蔽塔102之角度位置T。角度位置FA及FB相對於一共同0°參考線(如所展示)分別偏移ΘA及ΘB。角度位置T相對於該0°參考線偏移ΘA。在所繪示實施例中，|ΘA|=|ΘB|=90°，以使得屏蔽凸緣100A與屏蔽凸緣100B關於尖端82直接相對。實驗測試已展示屏蔽凸緣100A及100B之此位置抵禦自電極54穿過尖端82之電弧作用。在其他實施例中，屏蔽凸緣100A及100B可偏移不同角度(亦即，|ΘA|≠|ΘB|)或可偏移相同量，但並不彼此直接相對(亦即，|ΘA|=|ΘB|≠90°)。角度位置T相對於0°參考線偏移ΘA，且因此相對於屏蔽凸緣100B之角度位置FB偏移ΘTF，以使得ΘT=ΘFB-ΘTF。在某些實施例中，ΘTF可(舉例而言)介於32°與42°之間。更通常地，屏蔽塔102及電極54破壞噴頭總成34之180°旋轉對稱。
如上文關於圖4所論述，尖端82相對於尖端裝配面98凸起以減少流體孔口87之阻塞並改良噴射效率。電極54與成對對稱電極相比以較高效率使來自流體孔口87之經霧化流體離子化。屏蔽凸緣100A及100B與屏蔽塔102協作以防止電極54與尖端82之間的電弧作用，否則將可能因電極54之非對稱位置及尖端82之凸起位置而發生該電弧作用。
雖然已參考較佳實施例闡述本發明，但熟習此項技術者將認識到，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下在形式及細節上做出改變。
34‧‧‧噴頭總成
52A‧‧‧端口
52B‧‧‧端口
54‧‧‧電極
82‧‧‧尖端/噴頭
84‧‧‧空氣帽
87‧‧‧噴射孔口/流體孔口/凸起噴射孔口
88‧‧‧基座件/基座
90‧‧‧屏蔽件
94A至94F‧‧‧空氣通路/空氣通道
96A至96C‧‧‧空氣通路/空氣通道
98‧‧‧尖端裝配面
100A‧‧‧屏蔽凸緣
100B‧‧‧屏蔽凸緣
102‧‧‧屏蔽塔

Claims (19)

  1. 一種靜電噴槍，其包括：一槍管；一槍柄，其固定至該槍管；及一噴頭總成，其固定至該槍管，該噴頭總成包括：一尖端裝配面；一尖端，其安置於該尖端裝配面處；一電極，其自該尖端裝配面垂直地延伸；一屏蔽塔，其自該尖端裝配面垂直地延伸且圍繞該電極以圓柱體形式安置。
  2. 如請求項1之靜電噴槍，其中該噴頭總成包括：一基座，其附接至該槍管之第二端及該電極；一屏蔽物，其附接至該基座件且包括該尖端裝配面及該屏蔽塔；及一尖端，其藉由該基座件而抵靠該伸長之槍管固持且構成該噴頭。
  3. 如請求項2之靜電噴槍，其中該噴頭總成進一步包括經安置以將該屏蔽件及該基座件緊固至該伸長之槍管之一固持環。
  4. 如請求項2之靜電噴槍，其中該屏蔽塔係環繞該電極之除一遠端外之所有部分的該屏蔽件之一實質上圓柱形部分。
  5. 如請求項4之靜電噴槍，其中該遠端包括小於0.05英吋(1.25mm)的該電極。
  6. 如請求項1之靜電噴槍，其中該噴頭總成進一步包括設置於該尖端之相對側上且延伸遠離該尖端裝配面之第一及第二屏蔽凸緣。
  7. 如請求項6之靜電噴槍，其中該電極及該屏蔽塔相對於該尖端以及該等第一及第二屏蔽凸緣非對稱地安置。
  8. 如請求項7之靜電噴槍，其中該屏蔽塔部分地內建至該第一屏蔽凸緣中。
  9. 如請求項7之靜電噴槍，其中該屏蔽塔自該第一屏蔽凸緣偏移達介於32°與42°之間的一角度偏移。
  10. 如請求項1之靜電噴槍，其中該尖端相對於該尖端裝配面凸起。
  11. 如請求項1之靜電噴槍，其進一步包括一發電機及經安置以將一電壓施加至該電極之一電源供應器。
  12. 如請求項11之靜電噴槍，其進一步包括經安置以驅動該發電機並自該尖端推進流體之一空氣系統。
  13. 一種具有一槍管之一靜電噴槍之噴頭總成，該噴頭總成包括：一基座，其經組態以附接至該槍管；一電極，其嵌入該基座件中且自該基座件延伸；一屏蔽物，其附接至該基座件且包括一尖端裝配面及垂直於該尖端裝配面延伸以部分地環繞該電極之一屏蔽塔；及一尖端，其安置於該基座件中且包括一流體孔口。
  14. 如請求項13之噴頭總成，其中該屏蔽物進一步包括安置於該尖端之相對側處之第一及第二屏蔽凸緣。
  15. 如請求項14之噴頭總成，其中該電極相對於該流體孔口以及該等第一及第二屏蔽凸緣非對稱地安置。
  16. 如請求項14之噴頭總成，其中該屏蔽塔自該第一屏蔽凸緣偏移達介於32°與42°之間的一角度偏移。
  17. 如請求項13之噴頭總成，其中該噴頭總成進一步包括用於將該屏蔽物及該基座緊固至該靜電噴槍之該槍管之一固持環。
  18. 如請求項13之噴頭總成，其中該基座與該屏蔽物共同構成一空 氣帽，該空氣帽具有引導來自該流體孔口前面的該靜電噴槍之主體之空氣流之一空氣端口。
  19. 如請求項18之噴頭總成，其中該空氣帽包括引導來自該流體孔口前面的該靜電噴槍之該主體之空氣流之複數個空氣端口。
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