DE69126019T2

DE69126019T2 - Ablenkungskontrolle eines flüssigkeitsstrahls während seiner ausbreitung

Info

Publication number: DE69126019T2
Application number: DE69126019T
Authority: DE
Inventors: Takayanagi Akito; Yamagata Ikuo; Masafumi Matsunaga; Kitasako Shigenori
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2011-02-16
Also published as: EP0515515A1; JP2992760B2; CA2075040A1; JPH03238061A; AU7325491A; EP0515515B1; WO1991012088A1; EP0515515A4; DE69126019D1

Description

Die Erfindung betrifft die Abgabe von Flüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für eine gesteuerte Ablenkung eines Flüssigkeitsstroms während der Abgabe, um ein komplexes Muster auf einem Substrat oder eine gleichmäßige Beschichtung auf einer unregelmäßigen Oberfläche zu erzielen. Ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die gleichmäßige Beschichtung der gesamten Innenoberfläche eines Metallbehälters mit einer einzelnen Düse.
In der Vergangenheit sind verschiedene Verfahren eingesetzt worden, um für eine Flüssigkeit oder ein geschmolzenes Material, die bzw. das aus einer Düsenöffnung abgegeben wird, ein gewünschtes Sprühmuster zu erzielen. Binäres bzw. zweifaches Flüssigkeitssprühen (Luftsprühen) und luftloses Sprühen sind zwei üblicherweise verwendete Verfahren zur Abgabe eines Beschichtungsmittels aus einer Düsenöffnung, um ein Sprühmuster auf einem Substrat zu erhalten. Unterschiede hinsichtlich der durch diese sowie weitere Verfahren gebildeten Sprühmuster betreffen im allgemeinen die verschiedenen Wege, in denen ein unter Druck stehendes Gas verwendet wird, um das Sprühen zu bewirken.
Das Sprühen von unter Druck stehender Luft an beiden Seiten eines Flüssigkeitsstrom kann verwendet werden, um einen weiteren Typ von Sprühmustern zu erhalten oder um ein bekanntes Sprühmuster abzuwandeln. Bei jeder Art von Düsenöffnung erzeugt das Einsprühen von Luft seitlich in den Flüssigkeitsstrom generell eine breite Verformung des Sprühmusters. Ein Verfahren, welches als das Wirbelsprühverfahren bezeichnet wird, erzeugt herabsteigende, einen Wirbel bildende Spiralen dadurch, daß eine Flüssigkeit über eine Düsenöffnung nach unten abgegeben wird und ein erhitztes, unter Druck stehendes Gas in der Nähe des äußeren Randes des abgegebenen Stromes aus mehreren Öffnungen durch Sprühen abgegeben wird, die in regelmäßigen Abständen um den Umfang der Düse herum angeordnet sind.
Die US-A-4,681,258 offenbart ein gleichmäßiges Sprühbeschichten eines Substrats, bei dem ein Flüssigkeitsstrom nach einem Punkt, auf den mehrere Düsen ausgerichtet sind, in Richtung des Substrats fällt. Stöße eines atomisierten Gases werden durch die Düsen in einer sich wiederholenden Folge versprüht, um eine sich wiederholende Sequenz aus gleichen Sprühzeiträumen in mehreren Richtungen zu erhalten.
Mit einem oder mehreren dieser Verfahren ist es möglich, ein gleichmäßiges Sprühmuster aus einer einzelnen Düse zu erhalten. Um jedoch mehrere oder komplexe Muster zu erzielen, müssen mehrere Sprühpistolen und Düsen verwendet werden. Als Folge der zusätzlichen Ausrüstung und der Steigerung in der durch die zusätzliche Ausrüstung notwendigen Einstell- und Wartungsarbeit nehmen die Kosten zur Erzielung eines Mehrfachsprühmusters oder eines komplexen Sprühmusters deutlich zu.
Zusätzlich zu den höheren Kosten ist es manchmal physikalisch unmöglich, bestimmte Sprühvorgänge innerhalb der Grenzen eines gegebenen, schmalen Raumes auszuführen. Ein weiterer Nachteil entsteht unter Berücksichtigung von kontinuierlichen Sprühvorgängen zum Beschichten einer Oberfläche, wo sich eine Reflektionsströmungsschicht auf der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes ausbildet und das nachfolgende Sprühen beeinträchtigen kann, dadurch, daß zusätzliche Beeinträchtigungen, eine Dispersion des Sprühmittels und eine unzureichende Beschichtung der Teile verursacht werden. Dies tritt im allgemeinen dann auf, wenn das zu beschichtende Teil konkav ausgebildet ist, wie beispielsweise die Kante eines Behälters. Zusätzlich zu der mangelnden Wirksamkeit dieses Sprühvorganges infolge der Reflektion dieses "Luftkissens" beeinträchtigt die Kollision und die Dispersion des reflektierten Sprühmittels die Sprühumgebung und wird Ursache für Verunreinigungen.
Ein Verfahren zum gleichmäßigen Beschichten der Innenoberfläche eines Behälters bzw. einer Dose gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den Schritt des Sprühens eines Flüssigkeits- oder Partikelstroms aus einer Düse in Richtung der Innenoberfläche des Behälters. Weiterhin enthält das Verfahren den Schritt des Ausrichtens jedes Gasstromes einer Mehrzahl von unabhängig betätigbaren Gasströmen nach innen zum lnkontaktbringen mit dem Sprühstrom und den Schritt des unabhängigen Steuerns jedes Gasstroms, um den Sprühstrom in einer gewünschten Abfolge von Richtungen zum gleichmäßigen Beschichten eines Abschnitts des Behälters ohne Erzeugung einer Sprühreflektion abzulenken.
Der Behälter kann in einer sich nicht drehenden Stellung gehalten werden und die Düse innerhalb des Behälters angeordnet sowie anschließend relativ zu dem Behälter gleichförmig bewegt werden, um zusätzliche Abschnitte der Innenoberfläche des Behälters zu beschichten.
Der Behälter kann an einer Reihe von Düsen vorbeibewegt werden, wobei jede Düse einen Flüssigkeits oder Partikelsprühstrahl abgibt, der auf eine vorgegebene Höhe an der Innenseite des Behälters gerichtet ist, so daß die gesamte Innenoberfläche des Behälters gleichmäßig beschichtet wird, wobei der Behälter in einer sich nicht drehenden Stellung relativ zu jeder Düse gehalten wird und sich jede Düse außerhalb des Behälters während des Beschichtungsschrittes befindet.
Durch Steuern der Folge und der Dauer der unabhängig betätigbaren Strömungen während der Abgabe kann ein gewünschtes Verteilungsmuster auf einem Substrat erzeugt werden. Die Erfindung ist bei einem abzugebenden Flüssigkeitsstrom in der Form von verhältnismäßig großen Tropfen oder einem atomisierten Sprühmittel oder bei einem abzugebenden Partikelstrom anwendbar.
Eine Vorrichtung zum Abgeben einer Flüssigkeit oder eines Partikelmaterials gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung weist eine Düse auf, die eine Abgabeöffnung, mehrere Ausgänge, welche die Öffnung umgeben, und Mittel zum Abgeben eines Flüssigkeits- oder Partikelmaterialstromes aus der Abgabeöffnung auf ein Produkt enthält, welches in einer sich nicht drehenden Stellung gehalten wird. Es ist weiterhin vorgesehen, daß Mittel zum selektiven Ablenken des Stroms mit mehreren unabhängig auslösbaren Strömen aus den entsprechenden Ausgängen vorgesehen sind und daß Mittel zum unabhängigen Steuern der ausgelösten Ströme und der Abgabemittel vorgesehen sind, um ein gewünschtes Verteilungsmuster der abgegebenen Flüssigkeit oder das abgegebenen Partikelmaterials auf der Oberfläche des Produkts zu erzeugen.
Das Produkt kann eine hohle Metalldose bzw. ein hohler Metallbehälter mit einem offenen Ende sein. Die gesamte Innenoberfläche der Seiten sowie das abgeschlossene Ende des Behälters können gleichmäßig mit der abgelenkten Flüssigkeit oder dem abgelenkten Partikelmaterial beschichtet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind sechs Ausblasöffnungen äquidistant um die mittige Abgabeöffnung in der Düse angeordnet. Die Ausblasöffnungen sind einwärts in Richtung zu einer Achse ausgerichtet, die sich in Flucht mit der mittigen Abgabeöffnung befindet. Durch aufeinanderfolgendes Betätigen jeder der um die Abgabeöffnung angeordneten Ausblasöffnungen während der Flüssigkeitsabgabe wird der abgegebene Strom aufeinanderfolgend in sechs verschiedene Richtungen abgelenkt, um ein im wesentlichen kreisförmiges Ablenkungsmuster auf einem Substrat zu erzielen. Alternativ können zwei oder mehr der Ausblasöffnungen gleichzeitig betätigt werden, um weitere Veränderungen in der Ablenkung zu erzielen.
Ein besonderer Vorteil, der durch die Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung geschaffen wird, besteht darin, daß die gesamte Innenoberfläche eines Metallbehälters mit einer einzelnen Düse beschichtet werden kann. Infolge der gesteigerten Vielseitigkeit und Steuerung der Richtung des Stromes, der von der Öffnung der Düse abgegeben wird, kann die Innenoberfläche eines Behälters gleichmäßig bei reduzierten Kosten und mit einem minimalen Erscheinen des unerwünschten Luftkissens beschichtet werden.
Luftkissen werden durch aufeinanderfolgendes Betätigen der Ausblasöffnungen verringert, die um die Abgabeöffnung angeordnet sind, um radial einwärts ausgerichtete Strömungen aus Richtungen zuzuführen, die um den Strom in Umfangsrichtung rotieren. Die Rotationsablenkung des Stromes, insbesondere eines Flüssigkeitsstromes, der ein atomisiertes Sprühmittel ist, verhindert die unerwünschte Ablenkung und Dispersion des Stromes. Im Ergebnis wird das Problem der bekannten Beschichtungsverfahren beseitigt, das in der ungleichmäßigen Beschichtung in den Ecken und Kanten des Behälters bestand.
Das Mittel zum selektiven Ablenken enthält mehrere Leitungen, wobei jede Leitung mit einer Druckgasquelle verbunden ist, an einem Ausgang endet sowie ein Solenoidventil, welches mit der Leitung funktionell verbunden ist, wobei jedes Solenoidventil elektrisch betätigbar ist, um den Druckgasstrom aus der Quelle entlang der Leitung und aus dem Ausblasausgang bzw. der Ausblasöffnung zu ermöglichen, und einen Zeitgeber aufweist, der mit den Solenoidventilen und den Abgabemitteln funktionell verbunden und in der Lage ist, die Abgabe der Flüssigkeit und des Partiketmaterials durch die Abgabeöffnung sowie den Gasstrom aus den Ausgängen zu steuern.
Der Zeitgeber enthält Mittel zum Auswählen der Abfolge und Dauer der Gasströme, um den Flüssig keitsstrom abzulenken, so daß ein gewünschtes Verteilungsmuster auf dem Produkt erzeugt wird.
Die Abgabeöffnung erzeugt einen Fliissigkeitsstrom in Form eines luftlosen Sprühstrahls.
Eine derartige Vorrichtung kann eine Flüssigkeitsabgabepistole mit einem durch einen Zeitgeber betätigtes Solenoidventil umfassen, das die Strömung der abgegebenen Flüssigkeit aus einer inneren Kammer und aus einer Öffnung in einer Düse, die mit dem Ende der Pistole verbunden ist, steuert. Die Düse weist ebenfalls sechs radial ausgerichtete Bohrungen auf, welche mit den sechs entsprechenden Ausblasöffnungen in Verbindung stehen, wobei jede Ausblasöffnung ausgerichtet ist, um den Flüssigkeitsstrom aus der Düsenöffnung in einem kleinen Abstand entfernt von der Spitze der Pistole zu schneiden. Sechs Leitungen sind mit den radial ausgerichteten Bohrungen verbunden und führen den Ausblasöffnungen Druckgas zu. Die unter Druck stehende Strömung des Gases durch die Leitungen, die Bohrungen und aus den Ausblasöffnungen heraus wird durch elektrisch betätigbare Solenoidventile gesteuert, die mit den Leitungen verbunden sind. Die Solenoidventile werden durch den Zeitgeber betätigt, welcher ebenfalls das Flüssigkeits strömungsventil der Pistole steuert. Der Zeitgeber ist vorzugsweise eine Impulssteuereinrichtung, die Stromimpulse im Bereich von ca. 4 Millisekunden bis 50 Millisekunden ausgeben kann.
Durch Steuern der Zeitgebersequenz und der Dauer der Stromimpulse von dem Zeitgeber zu dem Flüssigkeitsabgabeventil und den Ventilen, die die Strömung des Ausblasgases aus den Ausblasöffnungen steuern, kann der abgegebene Flüssigkeitsstrom in der gewünschten Weise abgelenkt werden, um ein komplexes Verteilungsmuster auf einem Substrat zu erhalten.
Ein Verfahren zum Abgeben einer Flüssigkeit oder eines Partikelmaterials enthält in Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung den Schritt des Sprühens eines Flüssigkeits- oder Partikelstroms aus einer Abgabeöffnung einer Düse in Richtung eines Substrats. Das Verfahren enthält weiterhin den Schritt des Sprühens eines zweiten Flüssigkeits oder Aerosolstroms aus einer zweiten Öffnung in der Düse, um die aus beiden Öffnungen gesprühten Ströme zu einem Mischstrom zu verbinden und den Schritt des wahlweisen Ablenkens des Mischstroms mit mehreren unabhängig betätigbaren Strömen aus mehreren Ausgängen, die um den Umfang der abgebenden Öffnung herum angeordnet sind, so daß ein gewünschtes Verteilungsmuster der abgegebenen Flüssigkeit oder des abgegebenen Partikelmaterials auf dem Substrat erzielt wird.
Die erste und die zweite Flüssigkeit sind demineralisiertes Wasser bzw. flüssiger Stickstoff.
Die mittige Abgabeöffnung kann eine einzelne Öffnung am Ende eines Flüssigkeitskanals sein, der sich zu einem Flüssig keitsspeicher erstreckt. Die Düse und die Pistole können darüber hinaus für eine luftlose Sprühdüse ausgestattet sein. Alternativ kann die Düse weiterhin eine konzentrische Atomisierungsöffnung aufweisen, die unmittelbar zwischen der Düsenöffnung und den Ausblasöffnungen für die zweifache Flüssigkeitssprühabgabe angeordnet sind. Derartige Anordnungen ermöglichen die gesteuerte Ablenkung eines Partikeistromes, der bereits atomisiert worden ist. Die Pistole und die Düse können zum Herauspressen einer Flüssigkeit in der Lage sein.
Die Düsenöffnung kann zwei oder mehr Öffnungen für die Flüssigkeitsabgabe von zwei oder mehr Flüssigkeitsarten umfassen. Die mehreren Öffnungen können nebeneinander oder konzentrisch angeordnet sein. Eine der Öffnungen kann verwendet werden, um Aerosol in eine weitere Abgabeflüssigkeit zu mischen. Weiterhin kann Aerosol als Ablenkmittel über die Ausblasöffnungen zum Ablenken der Mischung verwendet werden.
Da der Flüssigkeitsstrom in verschiedene Richtungen abgelenkt werden kann, unterstützt die Erfindung die gesteigerte Sprüh- oder Abgabevielseitigkeit aus einer einzelnen Düse innerhalb eines kleinen Raumes. Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung verringern weiterhin die Kosten des Sprühens von mehreren oder komplexen Mustern, da eine einzelne Düse verwendet werden kann, um einen weiten Bereich an Verteilungsmustern zu erzielen. Falls dies gewünscht ist, können zusätzliche Ausblasöffnungen vorgesehen werden, um die Vielseitigkeit in der Erzielung komplexer Ablenkungsmuster weiter zu steigern.
Die Verfahren und Vorrichtungen in Übereinstimmung mit der Erfindung ermöglichen, eine Flüssigkeit in mehreren und/oder komplexen Mustern in einer ökonomisch vernünftigen Weise innerhalb eines kleinen Raumes und in einer Weise abzugeben, welche die Ablenkung und/oder Turbulenzen von atomisierten Partikeln während der Abgabe minimiert.
Die Erfindung wird nun nachstehend im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Hierbei ist:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Flüssigkeitsabgabevorrichtung gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1;
Figur 3 ein auf einem Substrat durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung gebildetes Muster;
Figur 4 eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht, die die Flüssigkeitsabgabevorrichtung der Figur 1 wiedergibt, welche mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Düse für luftloses Sprühen gemäß der Erfindung ausgerüstet ist;
Figur 5 ein auf einem Substrat durch die in Figur 4 gezeigte Vorrichtung erzeugtes Sprühmuster;
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Flüssigkeitsabgabevorrichtung, die ähnlich zu der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist, jedoch dahingehend modifiziert ist, daß ein drittes Ausführungsbeispiel einer Düse vorgesehen ist, welche zum binären bzw. zweifachen Flüssigkeitssprühabgeben gemäß der Erfindung ausgerüstet ist;
Figur 7A ein Zeitgeberdiagramm für den Betrieb der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung, wobei das Zeitgeberdiagramm die Stromimpulse wiedergibt, die die Flüssigkeitsabgabe aus der Düse und die Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen steuert;
Figur 7B ein alternatives Zeitgeberdiagramm zum Steuern der Flüssigkeitsabgabe und der Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen;
Figuren 8A 8B, Sprühmuster, die durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung erzeugt wurden, wenn diese gemäß den Zeitgeberdiagrammen der Figuren 7A bzw. 7B betrieben worden sind;
Figur 9 ein Zeitgeberdiagramm zum Steuern der Flüssigkeitsabgabe und der Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen für die in Figur 6 gezeigte zweifache Fliissigkeitsabgabevorrichtung;
Figur 10A ein Sprühmuster, das durch die Vorrichtung der Figur 6 hervorgerufen wird, wenn die Vorrichtung gemäß dem in Figur 9 gezeigten Zeitgeberdiagramm betrieben wird;
Figur 10B ein Sprühmuster, welches durch die in Figur 6 gezeigte Vorrichtung erzeugt worden ist, wobei jedoch das in Figur 9 gezeigte Zeitgeberdiagramm geringfügig verändert worden ist, um eine Verzögerung vor der Anfangsgasströmung aus den Ausblasöffnungen mit vorzusehen;
Figuren 11A 11B Zeitgeberdiagramme für den Betrieb der Flüssigkeitsabgabevorrichtung der Figur 6;
Figur 12A ein Sprühmuster, das mit der in Figur 6 gezeigten Flüssigkeitsabgabevorrichtung erzeugt werden kann, wenn diese gemäß den Zeitgeberdiagrammen entweder nach der Figur 11A oder nach der Figur 11B betrieben wird;
Figur 12B ein alternatives Sprühmuster, das mit der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung und dem entweder in Figur 11A oder in Figur 11B gezeigten Zeitgeberdiagramm erzeugt werden kann, wobei eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Flüssigkeitsabgabe und dem ersten Gasstrom vorgesehen ist;
Figur 12C Punktmuster, die mit der in Figur 1 gezeigten Flüssigkeitsabgabevorrichtung erzeugt werden können, wenn die Flüssigkeitsabgabe intermittierend erfolgt;
Figur 12D eine zu Figur 12C ähnliche Ansicht, wobei jedoch eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Flüssigkeitsabgabe und der ersten Gasströmung vorgesehen ist;
Figuren 13A bis 13D zusätzliche, komplexe Sprühmuster, die durch die Flüssigkeitsabgabevorrichtung gemäß der Figur 6 erzeugt werden können, wenn diese mit einer Düse ausgerüstet ist, die zusätzliche Ausblasöffnungen aufweist, wobei hinsichtlich der Figuren 13B bis 13D zusätzliche Ausblasöffnungen und entweder variierte Richtungswinkel der Gasströmungen oder Veränderungen im Volumen der Gasströmungen vorgesehen sind;
Figur 14A eine Querschnittsansicht einer Düse für luftloses Sprühen für Mehrfachflüssigkeiten und gemischte Sprühmittel;
Figur 14B eine Ansicht von unten auf die in Figur 14A gezeigte Düse für luftloses Sprühen;
Figur 14C eine Ansicht von unten, die ähnlich zu der in Figur 14B ist und die eine Düse für zweifaches Flüssigkeitssprühen für Mehrfachflüssigkeits-Mischsprühmittel wiedergibt;
Figur 15 eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Flüssig keitsabgabevorrichtung gemäß der Erfindung, welche Aerosol mit einer weiteren Abgabeflüssigkeit mischt und die Mischung mit Aerosol ablenkt;
Figur 16A 16B, Punktmuster, die mit einem thermoplastischen Harz, wie beispielsweise einem Heißschmelzklebemittel, Wachs oder einer ähnliche Substanz erzeugt worden sind;
Figur 16C ein Punktmuster, welches ähnlich zu den Punktmustern in den Figuren 17A und 16B ist, jedoch mit mehreren parallelen Düsen;
Figuren 17A bis 17E verschiedene Punktmuster, die gemäß der Lehre dieser Erfindung erzeugt werde können;
Figur 18 ein gleichmäßiges Sprühmuster, welches insbesondere zum Beschichten der Innenoberfläche eines metallischen Behälters geeignet ist; und
Figur 19A 19B, alternative Verfahren zum gleichmäßigen Beschichten der Innenoberfläche eines metallischen Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 gibt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Flüssigkeitsabgabevorrichtung oder eine Pistole gemäß der vorliegenden Erfindung wieder, die generell durch das Bezugszeichen 20 gekennzeichnet sind. Die Pistole 20 ist mit einer Düse 21 zur Abgabe einer Flüssigkeit aus der Düse 21 verbunden. Die miteinander fluchtende Pistole 20 und Düse 21 bilden einen mittigen Flüssigkeitskanal 23, der in einer Öffnung 24 endet, durch den die Flüssigkeit abgegeben wird. Obwohl die Erfindung die Flüssigkeitsabgabe als Tropfen, Tröpfchen oder atomisierte Partikel in einem Sprühmittel beinhaltet, wird die abgegebene Flüssigkeit in der vorliegenden Beschreibung als Flüssigkeitsstrom bezeichnet und ist mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet. Die Oberfläche, auf der der Strom 26 abgegeben und verteilt wird, wird allgemein als Substrat 27 bezeichnet.
Die abgegebene Flüssigkeit ist innerhalb der Pistole 20 in einer ringförmigen Kammer 28 enthalten. Die der Kammer 28 zugeführte Flüssigkeit wird durch eine außenliegende Pumpe 29 gefördert, die mit der Pistole 20 verbunden ist. Die Strömungssteuerung der abzugebenden Flüssigkeit aus der Kammer 28 wird durch den Betrieb eines Flüssigkeitsventils 30, welches sich durch die Kammer 28 erstreckt und innerhalb eines oberen Endes des mittigen Flüssigkeitskanals 23 sitzt, erreicht.
Die Düse 21 enthält sechs Ausblasöffnungen, die aufeinanderfolgend durch die Bezugszeichen 33a bis 33f bezeichnet sind. Das aus den Ausblasöffnungen ausgeblasene Gas lenkt den abgegebenen Flüssigkeitsstrom 26 ab, um eine gewünschte Ablenkungsverteilung auf dem Substrat 27 zu erzielen. Obwohl sechs Ausblasöffnungen 33a bis 33f gezeigt sind, ist zu bemerken, daß eine optimale Anordnung bis zu sechsunddreißig Ausblasöffnungen umfassen kann. Jede Ausblasöffnung steht mit einer entsprechenden, radial ausgerichteten Bohrung in der Düse 21 in Verbindung, die aufeinanderfolgend durch die Bezugszeichen 34a bis 34f bezeichnet und durch unterbrochene Linien in Figur 2 gezeigt sind. Sechs Leitungen, die aufeinanderfolgend durch die Bezugszeichen 35a bis 35f bezeichnet sind, sind jeweils mit dem äußeren Umfang der Düse 21 für eine Fluidverbindung mit den radial verlaufenden Bohrungen 34a bis 34f verbunden. Ventile 36a bis 36f sind entlang jeweils den Leitungen 35a bis 35f angeordnet, obwohl nur die Ventile 36a, 36d in Figur 1 gezeigt sind. Die Ventile 36a bis 36f steuern den Strom des unter Druck stehenden Gases in Richtung der Ausblasöffnungen 33a bis 33f. Zumindest zwei Solenoidventile 38, 39 sind mit den Leitungen 35a bis 35f verbunden, um die Strömung des unter Druck stehenden Gases aus einer Druckgasquelle 37 entlang den Leitungen 35a bis 35f und über die Bohrungen 34a bis 34f sowie aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f zu steuern. Die Solenoidventile 38, 39 sind mit ei nem Zeitgeber 41 elektrisch verbunden und, wie dies dargestellt ist, steuert jedes dieser Ventile 38 oder 39 die Gasströmung aus drei der Ausblasöffnungen. Falls zusätzliche Ausblasöffnungen verwendet werden, können zusätzliche Solenoidventile notwendig werden. Der Zeitgeber 41 betätigt die Solenoidventile 38, 39 gemäß einer gewünschten Folge und einer ebensolchen Dauer, um ein vorbestimmtes Verteilungsmuster des Flüssigkeitsstroms 26 auf dem Substrat 27 zu erzeugen.
Vorzugsweise ist der Zeitgeber 41 eine Stromimpulssteuereinrichtung, die in der Lage ist, rechteckförmige Stromimpulse wählbarer Dauer zu erzeugen. Da Störungen, die als Luftkissen bezeichnet werden, eine unerwünschte Reflektion der Gasströmungen verursachen können, wie es vorstehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert worden ist, ist es insbesondere bei Sprühbeschichtungsanwendungen vorteilhaft, wenn die Zeitdauer der Stromimpulse aus dem Zeitgeber 41 unter 500 Millisekunden gehalten werden. Vorzugsweise sollte der Zeitgeber 41 in der Lage sein, Stromimpulse abzugeben, deren Dauer von mehreren Millisekunden, d.h. ca. 4 Millisekunden bis zu ca. 50 Millisekunden betragen können.
Der Zeitgeber 41 ist darüber hinaus elektrisch mit einem Solenoidventil 42 verbunden, welches die Zuführung der Abgabeflüssigkeit aus der Pumpe 29 zu der Kammer 28 steuert. Die Abgabeflüssigkeit kann von einem Flüssigkeitstank 44, einem unter Druck stehenden Flüssigkeitstank 45 oder einem Schwerkrafttank 46 abgegeben werden. Eine Rückführleitung 47 kann ebenfalls verwendet werden, um die Kammer 28 mit der Pumpe 29 zu verbinden, wodurch die Steuerung bzw. Regulierung des Druckes und/oder der Strömungsbedingungen der Abgabeflüssigkeit in der Kammer 28 unterstützt werden kann. Bei der Flüssigkeit in der Kammer 28, die durch die Pumpe 29 unter Druck gesetzt ist, und ihre peripher verbundenen Bauteile verursacht das Abheben des Ventils 30 von seinem Sitz innerhalb des Kanals 23, daß unter Druck stehende Flüssigkeit in der Kammer 28 entlang des Kanals 23 fließt und aus der Öffnung 24 austritt. Um das Ventil 30 abzuheben, betätigt der Zeitgeber 41 elektrisch ein Solenoidventil 48, um dem unter Druck stehenden Gas zu ermöglichen, in einen Zylinder 50 an dem oberen Ende der Pistole 20 zu strömen. Das unter Druck stehende Gas bewegt einen Kolben 51 innerhalb des Zylinders 50 nach oben, um das Ventil 30 abzuheben. Wo kein unter Druck stehendes Gas von dem Solenoidventil 48 einwirkt, bewirkt die nach unten gerichtete Kraft einer Feder 52 gegen die obere Oberfläche des Kolbens 51, daß das Ventil 30 in der üblicherweise geschlossenen Position bleibt. Ein Ventil 49 kann verwendet werden, um das Volumen des Gases, welches in den Zylinder 50 strömt, wenn das Solenoidventil 48 betätigt wird, variabel zu steuern.
Figur 2 zeigt die radiale Ausrichtung der sechs Ausblasöffnungen 33a bis 33f gegenüber der Öffnung 24. Aus dieser Ansicht kann ohne weiteres ersehen werden, daß die Fluchtung der Ausblasöffnungen 33a bis 33f einem Flüssig keitsstrom 26 ermöglicht, von der Öffnung 24 in jede der sechs radialen Richtungen abgelenkt zu werden, wobei die sechs Richtungen ca. 60º um den Außenumfang der Öffnung 24 beabstandet angeordnet sind.
Figur 3 zeigt ein Punktmuster, welches auf einem Substrat 27 unter Verwendung der in Figur 1 gezeigten Pistole 20 erzeugt worden ist. Wenn das Ventil 30 in eine "geöffnete" Position angehoben wird, gelangt Flüssigkeit aus der Kammer 28 in den Kanal 23 und tritt aus der Öffnung 24 nach unten heraus. Wenn die Flüssigkeit einen verhältnismäßig geringen Druck gegenüber einer verhältnismäßig hohen Viskosität aufweist, wird eine große kohäsive Kraft erzeugt. Beispielsweise wird eine gummiartige Flüssigkeitssubstanz oder ein Heißschmelz-Klebemittel diese Beschreibung erfüllen und eine hohe kohäsive Kraft erzeugen. Im Ergebnis würde die austretende Strömung eine lineare Form der Abgabeströmung erzeugen. Druckgas wird daraufhin sequentiell von jeder der mehreren, unabhängig betätigbaren Gasausströmöffnungen 33a bis 33f ausgeblasen. Wenn das ausgeblasene Gas auf die linear austretende Strömung auftrifft, wird der Flüssigkeitsstrom 26 abgelenkt oder in eine unterschiedliche Richtung umgelenkt.
Wenn, wie es in Figur 3 gezeigt ist, eine Flüssigkeit mit einer hohen kohäsiven Kraft von einer nach unten weisenden linearen Richtung abgelenkt wird, wird ein Punktmuster erzielt, wobei die Größe und der Abstand der Punkte von dem Ausblasdruck des Verteilungsgases abhängt. Figur 3 zeigte Punkte 55a bis 55f, die jeweils durch die Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f erzeugt werden. Es ist zu bemerken, daß sich jeder Punkt an der gegenüberliegenden Seite der Ausblasöffnung befindet, von der er abgelenkt worden ist.
Figur 4 gibt eine vergrößerte Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Düse 21 wieder, welche für die Verwendung bei der Pistole 20 gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Düse 21 ist mit einer Öffnung 57 für luftloses Sprühen ausgerüstet, die es ermöglicht, ein komplexes Sprühmuster aus einer Flüssigkeitsströmung 26, die atomisiert ist, zu erzielen. Alle anderen Elemente der Pistole 20 sind ähnlich zu den in Figur 1 gezeigten Elementen, obwohl ein höherer Flüssigkeitsdruck notwendig sein kann. Die Flüssigkeit, die verwendet wurde, um das Punktmuster der Figur 3 zu erzeugen, wies eine relativ hohe Viskosität auf, jedoch besitzt die im Zusammenhang mit der luftlosen Sprühöffnung 57 verwendete Flüssigkeit eine verhältnismäßig geringe Viskosität (beispielsweise ein Lösungsmittel, ein Beschichtungsmittel, eine Emulsion, ein Öl, ein atomisiertes Gas usw.). Da der Flüssigkeitsstrom 26 während der Abgabe atomisiert wird, ist das sich ergebende Muster, welches auf dem Substrat 27 erscheint, ein Sprühbeschichtungsmuster, wie es in Figur 5 gezeigt ist. Anstelle der Punkte 55a bis 55f der Figur 3 erzeugt die Öffnung 57 für luftloses Sprühen Sprühbereiche 58a bis 58f atomisierter Tröpfchen, die jeweils der Gasströmungsrichtung aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f entsprechen.
Figur 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Flüssigkeitsabgabevorrichtung gemäß der Erfindung, welche die Verwendung einer Pistole 20 wiedergibt, die in der Weise ausgerüstet ist, daß sie einen zweifachen Flüssigkeitsstrahl abgibt, um eine Atomisierung des Flüssigkeitsstroms 26 zu erzielen. Die Gasausströmöftnungen 33a bis 33f sind um eine Düsenöffnung 59 herum angeordnet. Die Atomisierung der Abgabeflüssigkeit wird durch Abgabe eines Atomisierungsgases aus der Düse 21 über eine konzentrische Atomisierungsgasauslaßöffnung 60 erreicht, die am Ende eines sich längs erstreckenden, konzentrischen Kanals 61 angeordnet ist. Die Atomisierung erzeugt eine Sprühströmung für die Flüssigkeitsströmung 26. Ähnlich zu dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel die vorstehend erläutert worden sind, verbindet sich der Flüssigkeitsstrom 26 mit mehreren Verteilergasausblasströmungen aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f. Wenn die Gasausströmöffnungen 33a bis 33f aufeinanderfolgend betätigt werden, um Gasströmungen zu erzeugen, welche auf den atomisierten Flüssigkeitsstrom 26 auftreffen, tritt eine Ablenkung auf und es wird möglich, ein gewünschtes, komplexes Sprühmuster zu erzielen, wie es in Figur 5 gezeigt ist.
Die Flüssigkeitssprühpistole 20 für zweifaches Sprühen der Figur 6 ist ähnlich zu der der Figur 1 mit der Ausnahme der notwendigen Modifikationen, um atomisierte Luft entlang des Kanals 61 zu führen und aus dem Auslaß 60 in den Flüssigkeitsstrom 26 zu sprühen. Insbesondere weist die Pistole 20 den Kanal 61 auf, welcher in einer Bohrung 64 endet. Die Bohrung 64 ist mit einer Leitung 65 verbunden, welche wiederum über ein Solenoid 68 mit der Druckquelle 37 verbunden ist. Das Solenoidventil 68 wird elektrisch durch den Zeitgeber 41 betätigt, um einem unter Druck stehenden Luftstrom entlang der Leitung 65 sowie über die Bohrung 64 entlang dem Kanal 61 und schließlich aus dem Auslaß 60 heraus während der Flüssigkeitsabgabe aus der Öffnung 23 zu führen, um dadurch den Flüssigkeitsstrom 26 zu atomisieren. Ein zusätzliches Strömungsventil 67 kann in der Leitung 65 verwendet werden, um eine zusätzliche Steuerung über die Strömung des atomisierten Gases durch die Leitung 65 zu ermöglichen.
Figur 7A gibt den Strom über die Zeit für die Stromsignale aus dem Zeitgeber 41 wieder, welcher den Betrieb der des Flüssigkeitsabgabeventils 30 und der Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f steuert. Die Kurve 70 repräsentiert die zeitliche Folge der Abgabe der Flüssigkeit aus der Öffnung 24. Wenn ein Signal aus dem Zeitgeber 41 oder der Impussteuereinrichtung 41 in Figur 1 empfangen wird, wird die Betriebsstellung des Solenoidventils 48 die "geöffnete" Position sein. Die Betriebslufist direkt mit der Pistole 20 in der Weise verbunden, daß sie in den Luftzylinder 50 gelangt, um den Kolben 51 und das Ventil 30 anzuheben, wodurch die Flüssigkeit abgegeben werden kann.
Die Bezugszeichen 73a bis 73f bezeichn n die Stromimpulse, die die Gasströmungen aus den entsprechenden Mehrfachverteilungsgasausblasöffnungen 33a bis 33f erzeugen. Wenn die Verteilungsausblasöffnungen(sechs in diesem Fall)identische Verteilungen für die Flüssigkeitsabgabezeit aufweisen, wird aufeinanderfolgend Verteilergas von jeder der Ausblasöffnungen 33a bis 33f während nur eines einzelnen zugeteilten Zeitimpulses ausgeblasen. Figur 7A zeigt das Ausblasen aus der ersten Ausblasöffnung 33a, welche gleichzeitig mit dem Impuls 70 erfolgt, welcher die Abgabe des Flüssigkeitsstromes 26 in Gang setzt. Anschließend werden die anderen Ausblasöffnungen 33b bis 33f aufeinanderfolgend durch entsprechende Impulse 73b bis 73f betätigt. Wenn eine Gasströmung aus einer Ausblasöffnung auf den Flüssigkeitsstrom 26 auftrifft, verbinden sich die beiden Strömungen, um eine abgelenkte, gerichtete Strömung zu erzeugen, die schließlich auf der Oberfläche des Substrats 27 endet.
Bei sechs Verteilergasausblasöffnungen können sechs Flüssigkeitsanhäufungen allmählich in entsprechenden Positione aufeinanderfolgend und nacheinander verteilt werden. Entsprechend dem zeitlichen Ablauf des Flüssig keitssignals 70 und der Impulse 73a bis 73f, die in Figur 7A ezeigt sind, wird das Substrat 27 gemäß der folgenden Sequenz von Beschichtungsbereichen 74a bis 74f beschichtet. Wenn die zeitliche Abfolge modifiziert wird, kann sich die Sequenz ändern. Falls es notwendig wird, wenn die Gasströmungunterbrochen ist, kann die Flüssigkeitsströmung 26 vertikal nach unten fließen und einen Mittenbereich 80 bilden, der innerhalb der Mitte des sechs Bereiche 4a bis 74f auf dem Substrat 27 angeordnet ist. Figur 78 zeigt ein Zeitgeberdiagramm, bei dem der erste Gasstrom eine Zeitverzögerung 76 kleiner als die Startabgabe des Flüssigkeitsstroms 26 zeigt.
Die Figuren 7A bis 7B zeigen den zeitlichen Ablauffür die kontinuierliche Flüssigkeitsabgabe mit aufeinanderfolgendem Ausblasen des Gases. Bei der kontinuierlichen Flüssigkeitsabgabe werden einige der Richtungen des Flüssigkeitsstroms 26 während der Verteilung beibehalten, da sie vor der Änderung der Richtung vorhanden sind. Insbesondere wird ein Schwanz, wie es in den Figuren 8A, 8B gezeigt ist, jedem der Punktformen oder Beschichtungsbereiche 74a bis 74f angefügt sein. Es ist zu bemerken, daß der Mittenpunkt 80 in Figur 8B unbeeinflußt bleibt.
Figur 9 zeigt ein Beispiel der Koordination der Stromimpulse 70, 78 sowie 73a bis 73f zum Erzeugen der Abgabe der Flüssigkeit, des atomisierten Gases und der Verteilergasströmungen unter Verwendung der Flüssigkeitssprühpistole 20 für zweifaches Sprühen, die in Figur 6 gezeigt ist. Die Zeitgeberimpulse der Figur 9 erzeugen eine Verteilung des Flüssigkeitsstroms 26 auf einem Substrat 27 entsprechend dem in Figur 10A gezeigten Muster. Wenn eine Zeitverzögerung zwischen dem Signal 70 und dem Signal 73a vorhanden sein sollte, und alle anderen Gasströmungen aufeinanderfolgend und mit der gleichen Zeitdauer ausgelöst werden, würde das in Figur LOB gezeigte Muster auf dem Substrat 27 hervorgerufen werden.
Figur 11A gibt die Stromimpulse wieder, welcher die intermittierende Abgabe des Flüssigkeitsstroms 26 und die intermittierende Betätigung des atomisierten Gases erzeugen. Figur 11B zeigt die Stromimpulse, welche die intermittierende Abgabe des Flüssigkeitsstroms 26 mit einem kontinuierlichen Ausbasen des atomisierten Gases erzeugen. In beiden Fällen wird, wenn der intermittierende Flüssigkeitsstrom 26 auf das von den Öffnungen 33a bis 33f ausgeblasene Gas auftrifft, die Richtung der Strömung während der vorausgegangenen Änderungen jedes der Sprühströme nicht beibehalten. Mit anderen Worten werden, da eine Unterbrechung in der Flüssigkeitsabgabe, d.h. in dem Signal 70, vorhanden ist, die Sprühverteilungsmuster der Figuren 12A, 12B ohne Schwänze erzeugt. Figur 12B zeigt wiederum einen mittigen beschichteten Bereich 80, der auftreten würde, wenn die erste Gasströmung nach dem Beginn der Flüssigkeitsabgabe ausgelöst wird. Das Stromsteuerschema ist nicht gezeigt. In beiden Figuren, der Figur 11A und der Figur 11B, werden die zum Auslösen der Gasströmungen 73a bis 73f vorgesehenen Stromimpulse aufeinanderfolgend und gestaffelt abgegeben.
Obwohl die vorstehenden Beispiele einen atomisierten Flüssig keitsstrom 26 betreffen, ist es ebenfalls möglich, Stromimpulse zu verwenden, um den Flüssigkeitsstrom 26, der durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung erzeugt wird, intermittierend für die Erzielung von punktförmigen Mustern, wie es in den Figuren 12C, 12D gezeigt ist, zu betätigen. Es ist zu bemerken, daß Figur 12D ein Muster wiedergibt, das erzeugt werden würde, wenn eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Flüssigkeitsabgabe und der ersten Gasströmung aus den Ausblasöffnungen vorhanden wäre. In allen Fällen, wird, wenn die Flüssigkeitsabgabe intermittierend ist, das Sprühmuster keine Schwänze aufweisen.
Obwohl bei der vorstehend Erläuterung sechs Verteilungsgasausblasöffnungen 33a bis 33f und die Muster im wesentlichen eine Kreisform aufweisen, kann die Zahl dieser Verteilungsgasausblasöffnungen auf zwölf erhöht werden, um eine Ringform zu erhalten, wie sie beispielsweise in Figur 13A gezeigt. Dieses Beispiel und die früheren Beispiele verwenden sämtlich identische Winkel für die Ausblasöffnungen sowie identische Ausblasdrücke und Ausblaszeiten. Wenn jedoch diese Variablen geändert werden, ist es möglich, weitaus komplexere Muster zu erzielen, wie sie beispielsweise in den Figuren 13B, 13C und 13D gezeigt sind. Beispielsweise erfordern die in den Figuren 13B, 13C gezeigten Muster insgesamt ähnlich zu Figur 13A zwölf Öffnungen, jedoch weisen einige dieser Öffnungen Winkel auf, die zu den der anderen Öffnungen verschieden sind. Alternativ kann der gleiche Entwurf auch dadurch erreicht werden, daß die Dauer der Stromimpulse verändert wird, um die Volumina der Gasströmungen, die auf den Flüssigkeitsstrom 26 auftreffen, zu ändern. Das Muster der Figur 13D erfordert sechzehn Ausblasöffnungen und die Veränderung in den Winkeln der Öffnungen oder alternativ die Veränderung in der Dauer der Stromimpulse, welche die Gasströmungen hervorrufen. Obwohl die Figuren 13A bis 13D die Wirkungen der Veränderungen in den Winkeln der Ausblasöffnungen oder der Stromimpulsdauer für das Sprühmittel zeigen, können die gleichen Techniken auch bei der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung angewendet werden, um punktförmige Muster zu erhalten.
Obwohl die Verwendung der Ausblasöffnungen zur Erzielung einzelner Richtungsablenkungen beschrieben worden ist, ist es ebenfalls möglich, eine Kombination aus sich schneidenden Gasströmungen einzusetzen. Es ist darüber hinaus möglich, Gasströmungen zu verwenden, um eine Drehung in dem Flüssigkeitsstrom 26 zu erzielen. Eine derartige Technik stellt insbesondere ein wirksames Verfahren zum Anwenden von Punktformen in einem gewünschten Verteilungsmuster dar.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere Flüssigkeiten aus mehreren Düsen abgegeben werden, wie es in den Figuren 14A bis 14C gezeigt ist. Durch Mischen der abzugebenden Flüssigkeiten kann eine kombinierte Strömung erzielt werden. Dies würde das Hinzufügen eines Härtemitteis oder eines ähnliches Mittels zum vorausgehenden Mischen ermöglichen, so daß die abgegebene Flüssigkeit ohne Schwierigkeiten aushärten würde. Die Figuren 14A, 148 zeigen eine Sprühdüse 85 für luftloses Sprühen zum Mischen von Flüssigkeiten, die von einer inneren Öffnung 86 und einer äußeren, konzentrischen Öffnung 87 abgegeben werden. Beide Öffnungen 86, 87 sitzen innerhalb der Ausblasöffnungen 33a bis 33f. Die Figur 14C zeigt eine Modifikation zum Sprühen eines Flüssigkeitsstroms 26, der Flüssigkeit aus drei Öffnungen 89, 90, 91, die innerhalb einer konzentrischen Atomisieröffnung 92 angeordnet sind, wobei Ausblasöffnungen 33a bis 33f weiter außerhalb vorgesehen sind.
Eine der zusätzlichen, gemischten Flüssigkeiten kann darüber hinaus ein Flüssigkeitsaerosol sein, wie es in Figur 15 gezeigt ist, wobei das Aerosol durch eine oder beide Leitungen 95 oder 96 zugeführt wird, die mit den Tanks 97 bzw. 98 verbunden sind. Die Strömung des Flüssigkeitsaerosol zu der Öffnung 87 der Pistole 20 über eine Leitung 104 wird durch ein Solenoidventil 101 gesteuert, welches mit dem Zeitgeber 41 verbunden ist. Ein Ventil 102 ermöglicht eine zusätzliche Steuerung der Aerosolströmung über die Leitung 104.
Aus Figur 15 geht darüber hinaus hervor, daß Aerosolleitungen 96, 99 von Tanks 97 bzw. 98 mit den Solenoidventilen 38, 39 verbunden sind.
Das Aerosol wird den Ausblasöffnungen 33a bis 33f zugeführt und als Ausblasmittel verwendet, um den gemischten Flüssigkeitsstrom 26 abzulenken, der aus den beiden aus der Düse 21 abgegebenen Flüssigkeiten gebildet ist. Es wäre darüber hinaus möglich, unterschiedliche Aerosole jeder der Ausblasöffnungen 33a bis 33f zuzuführen, vorausgesetzt, daß zusätzliche Rohrleitungen für jedes der Aerosole verwendet werden.
Das Mischen der Flüssigkeit, die das Aerosol bildet, kann mit einem Lösungsmittel, einem Katalysator, einem Härtemittel, einem verflüssigten Gas usw. ausgeführt werden. Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, wird darüber hinaus die Möglichkeit eröffnet, dieses Lösungsmittel zum Selbstreinigen der Öffnung 23 und der verteilten Gasausblasöffnungen 33a bis 33f zu verwenden. Weiterhin ist es bekannt, daß, wenn ein Katalysator und ein Härtemittel verwendet werden, Amine zu epoxidartigen Farben hinzufügbar sind, um in effektiver Weise eine Dampfhärtung zu erreichen. Wenn darüber hinaus verflüssigtes Gas verwendet wird, kann ein hoher Betrag an Energie, der durch Ausdehnung während des Mischens des Gases und der Flüssigkeit hervorgerufen wird, die Atomisierung beschleunigen.
Es ist darüber hinaus möglich, eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Ablenken feiner Eispartikel zu verwenden. In der Vergangenheit haben die Firmen Taiyo Oxygen K.K. Co. und Mitsubishi Electronics K.K. Co. das Einsprühen von demineralisiertem Wasser in flüssiges Nitrogen vorgeschlagen, um Eispartikel zu erzeugen, die bei einem Verfahren zum Reinigen von Wafern eingesetzt werden. Andere Verfahren zur Verwendung von flüssigem Nitrogen zum Erzeugen von vereisten Flüssigkeitsstrukturen werden durch die Veröffentlichungen der University of Gumma und anderer Organisationen in ICLAS' 78 Proceedings (International Conference on Liquid Atomization and Spray System) beschrieben. Diese Konzepte können ohne weiteres bei der vorliegenden Erfindung durch Ablenken eines Flüssigkeitsstroms 26 aus vereisten Partikeln, die durch Mischen demineralisierten Wassers und flüssigem Nitrogen erzeugt werden, erreicht werden. Diese Mischung würde vorzugsweise durch Einstrahlen von demineralisiertem Wasser in das flüssige Nitrogen atomisiert werden.
Es ist darüber hinaus zu bemerken, daß geschmolzene Flüssigkeiten bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um ein thermoplastisches Harz, ein Heißschmelzklebemittel, Wachs oder eine vergleichbare Substanz mit einer verhältnismäßig geringen Viskosität unter 200ºC zu erzeugen. Bei den früheren Verfahren für die punktförmige Beschichtung von heißschmelzendem Kleber auf einem Substrat wurde der Kleber intermittierend aus einer Düsenöffnung abgegeben, während das Substrat gegenüber der Düse bewegt wurde, um eine gerade Beschichtungslinie zu erzielen. Die Figuren 16A, 16B zeigen die Verteilungsmuster der Punkte, die mit der in Figur 1 gezeigten Pistole erzielt werden können. Figur 16C zeigt ein Punktverteilungsmuster, welches mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Pistolen 20 dieses Typs erzielt werden kann. Die Figuren 17A bis 17D zeigen darüber hinaus Verteilungsmuster, welche mit einer Pistole 20 des in Figur 1 gezeigten Typs erzielt werden können, wobei jedoch zusätzliche Ausblasöffnungen hinzugefügt und die Flüssigkeitsabgabe während der Relativbewegung der Pistole 20 sowie des Substrats 27 erfolgt.
Die Flüssigkeitsabgabevorrichtung und die Verfahren gemäß der Erfindung können ebenfalls bei der elektrostatischen Beschichtung eingesetzt werden. Durch Abgabe der Flüssigkeit kann mit einer statischen Elektrizität, wenn die Flüssigkeit der Pistole zugeführt wird, oder durch Anordnen eines Koronastift in der Nähe der Düsenöffnung 24 für die Flüssigkeit die Flüssigkeit aufgeladen werden, wenn sie von der Pistole 20 abgegeben wird. Das Aufladen des Flüssigkeitsstroms 26 beschleunigt die Atomisierung, wodurch die Partikelgröße auf mikroskopische Dimensionen reduziert und die Adhessionseigenschaften auf einem beschichteten Substrat verbessert werden.
Der vielleicht wichtigste kommerzielle Vorteil der Erfindung betrifft das Beschichten der inneren Oberflächen von hohlen Gegenständen, wie beispielsweise metallischen Behältern. Um die Kontamination des Nahrungsmittelinhaltes eines Behälters bzw. einer Dose durch das Metall des Behälters bzw. der Dose zu verhindern, ist es im allgemeinen notwendig, die gesamte innere Oberfläche des Behälters in einer gleichmäßig, ebenen Weise zu beschichten. Andernfalls kann der Nahrungsmittelinhalt in dem Behälter seinen Geschmack oder sein Aroma verlieren. Gemäß einem früheren Verfahren zum Beschichten des Innenraums eines Behälters wurde eine Sprühdüse innerhalb des Behälters angeordnet und der Behälter gedreht, bis die gesamte innere Oberfläche beschichtet worden war. Jedoch ist es bekannt, daß Zentrifugakräfte, die durch die Drehung des Behälters hervorgerufen werden, die Sprühbeschichtung veranlaßten, sich in den Ecken des Behälters zu sammeln, wodurch eine ungleichmäßige Beschichtung auf den inneren Ecken bzw. Kanten des Behälters auftraten. Darüber hinaus wurden die Ecken des Behälters insbesondere Ausgangspunkte für die Sprühreflektion.
Bei einem ersten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum gleichmäßigen Beschichten der inneren Oberflächen eines Behälters werden Einstellungen an dem Zeitgeber 41 ausgeführt, um ein Sprühverteilungsmuster mit sieben, im wesentlichen kreisförmigen Sprühbereichen von der Art zu erzeugen, wie es in Figur 18 gezeigt ist. Anschließend wird, wie es in Figur 19A gezeigt ist, die Düse in dem Innenraum eines Behälters 10g angeordnet und das Sprühen nahe dem Boden des Behälters 109 ausgeführt. Der Flüssigkeitsstrom 26 wird durch Ändern der Richtung jedes der Gasströmungen aus den Ausblasöffnungen 33a bis 33f verteilt, so daß keine Reflektionsströmungen innerhalb des Behälters 109 vorhanden sind. Da die Richtung des Flüssigkeitsstroms 26 innerhalb einer kurzen Zeitperiode, d.h. 20 Millisekunden oder weniger verschoben werden kann, kann das Auftreten von Luftkissen innerhalb des Behälters 109 während des Sprühbeschichtens beseitigt werden. Bei diesem Verfahren und der Vorrichtung wird die Zeit für jeden Zyklus der Gasströmungen, d.h. einem Gasstrom aus jeder Ausblasöffnung 33a bis 33f auf ca. 120 Millise kunden festgelegt.
Es ist nicht notwendig, den Behälter 109 während des Beschichtens zu drehen, wie dies noch bei den bekannten Verfahren erforderlich war. Wenn jedoch der Behälter gedreht wird, kann er mit einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit gedreht werden, so daß der Einfluß von Zentrifugakräften verhältnismäßig klein ist. Durch Anheben der Düse nach oben mit Bezug auf den ortsfesten Behälter 109 oder das Absenken des Behälters 109 gegenüber der Düse 21 wird das Beschichten gleichmäßig an den Innenoberflächen des Behälters 109 durch eine Reihe von zusätzlichen Sprühzyklen angewendet, wobei jeder Zyklus eine Beschichtung in einer vorbestimmten Stelle oder einem vorbestimmten Niveau des Behälters 109 gerichtet ist. Das Sprühen kann ausgeführt werden, während eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen der Pistole 20 und dem Behälter 109 ausgeführt wird, oder während die Pistole stationär innerhalb des Behälters 109 an jedem Ort einer finiten bzw. endlichen Zahl von unterschiedlichen Sprühorten angeordnet wird.
Bei einem zweiten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum gleichmäßigen Beschichten der Innenoberfläche eines Metall behälters werden, wie es in Figur 19B gezeigt ist, drei unterschiedliche Beschichtungsschritte oder Zustände verwendet. Bei jedem Schritt wird Beschichtungsmaterial zu einer unterschiedlichen Region des Behälters 109 zugeführt. Jeder Schritt verwendet eine Pistole, die außerhalb des Behälters angeordnet ist, jedoch in Richtung des Behälters ausgerichtet ist. Beispielsweise führt im Schritt 11 die Düse 21A eine Beschichtung an einem Bodenabschnitt des Behälters 109A aus, während die Düse 21B in dem Schritt 112 Beschichtungsmaterial zu einem Mittenabschnitt des Behälters 109B und die Düse 21C im Schritt 113 Beschichtungsmaterial einem oberen Abschnitt des Behälters 109C zuführt. Die Figur 19B zeigt die Beschichtung der inneren Oberflächen der Behälter 109A, 109B, 109C mit drei unterschiedlichen Düsen und Pistolenaufsätzen für jeden der Beschichtungsschritte. Alternativ können mehr oder weniger Düsen für mehr oder weniger Sprühstufen verwendet werden, insbesondere wenn die Dimensionen des Behälters 109 ab- oder zunehmen.

Claims

1. Verfahren zum gleichmäßigen Beschichten der Innenoberfläche einer Dose (109), enthaltend die folgenden Schritte:

Sprühen eines Flüssigkeits- oder Partikelstrahls (26) aus einer Düse (21) in Richtung auf die Innenoberfläche der Dose (109),

gekennzeichnet durch Ausrichten jedes Gasstromes einer Mehrzahl von unabhängig betätigbaren Gasströmen nach innen zum lnkontaktbringen mit dem Sprühstrom (26), und durch unabhängiges Steuern jedes Gasstroms, um den Sprühstrom (26) in einer gewünschte Abfolge von Richtungen zum gleichmäßigen Beschichten eines Abschnitts der Dose (109) ohne Erzeugung einer Sprühreflektion abzulenken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dose (109) in einer sich nicht drehenden Stellung gehalten wird und bei dem die Düse (21) innerhalb der Dose (109) angeordnet und anschließend relativ zu der Dose (109) gleichförmig bewegt wird, um zusätzliche Abschnitte der Innenoberfläche der Dose zu beschichten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dose (109) an einer Reihe von Düsen (21A, 21B, 21C) vorbeibewegt wird, wobei jede Düse einen Flüssigkeits- oder einen Partikelsprühstrahl abgibt, der auf eine vorgegebene Höhe an der Innenseite der Dose (109) gerichtet ist, so daß die gesamte Innenoberfläche der Dose (109) gleichmäßig beschichtet wird, wobei die Dose (109) in einer sich nicht drehenden Stellung relativ zu jeder Düse gehalten wird und sich jede Düse (21A, 21B, 21C) außerhalb der Dose (109) während des Beschichtungsschrittes befindet.

4. Verfahren zum Abgeben einer Flüssigkeit oder eines Partikelmaterials, enthaltend das Sprühen eines Flüssigkeits- oder Partikelstroms (26) von einer Abgabeöffnung (59, 86) einer Düse (21) in Richtung eines Substrats (27), gekennzeichnet durch Sprühen eines zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstroms aus einer zweiten Öffnung (60, 87) in der Düse (21), um die aus beiden Öffnungen (59, 86, 60, 87) gesprühten Ströme zu einem Mischstrom (26) zu verbinden, und durch ausgewähltes Ablenken des Mischstroms (26) mit mehreren unabhängig betätigbaren Strömen aus mehreren Ausgängen (33a-33f), die um den Umfang der abgebenden Öffnung (59, 86) herum angeordnet sind, so daß ein gewünschtes Verteilungsmuster der abgegebenen Flüssigkeit oder des abgegebenen Partikelstroms auf dem Substrat (27) erzielt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Flüssigkeit demineralisiertes Wasser bzw. flüssiger Stickstoff sind.

6. Vorrichtung (20) zum Abgeben einer Flüssigkeit oder eines Partikematerials, enthaltend eine Düse (21), die eine Abgabeöffnung (24, 59, 86), mehrere Ausgänge (33a-33f), welche die Öffnung (24, 59, 86) umgeben, und Mittel (28, 30) zum Abgeben eines Flüssigkeitsstromes (26) oder eines Partikelmatenalstromes (26) aus der Abgabeöffnung auf ein Produkt (109) aufweist, welches in einer sich nicht drehenden Stellung gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum selektiven Ablenken des Stroms mit mehreren unabhängig betätigbaren Strömen aus den entsprechenden Ausgängen (33a-33f) vorgesehen sind, und daß Mittel zum unabhängigen Steuern der betätigten Ströme und der Abgabemittel vorgesehen sind, um ein gewünschtes Verteilungsmuster der abgegebenen Flüssigkeit oder des abgegebenen Partikelmaterias auf der Oberfläche des Produkts (109) zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt eine hohle Metalldose mit einem offenen Ende ist, und daß die gesamte Innenoberfläche der Seiten und das geschlossene Ende der Dose gleichmäßig mit der abgelenkten Flüssigkeit oder dem abgelenkten Partikelmaterial beschichtet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum selektiven Ablenken mehrere Leitungen (35a-35f) enthält, wobei jede Leitung mit einer Druckgasquelle (37) verbunden ist und an einem Ausgang (33a-33f) endet sowie ein Solenoidventil (38, 39), welches mit der Leitung funktionell verbunden ist, wobei jedes Solenoidventil (38, 39) elektrisch betätigbar ist, um den Druckgasstrom aus der Quelle (37) entlang der Leitung (35a-35f) und aus dem Ausblasausgang (33a-33f) zu ermöglichen, und einen Zeitgeber (41) aufweist, der mit den Solenoidventilen (38, 39) und den Abgabemitteln (28, 30) funktionell verbunden und in der Lage ist, die Abgabe der Flüssigkeit oder des Partikelmaterials durch die Abgabeöffnung (24, 59, 86) sowie den Gasstrom aus den Ausgängen (33a-33f) zu steuern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (41) Mittel zum Auswählen der Abfolge und Dauer der Gasströme enthält, um den Flüssigkeitsstrom oder den Partikelmaterialstrom (26) abzulenken, so daß ein gewünschtes Verteilungsmuster der abgegebenen Flüssigkeit oder des abgegebenen Partikelstromes auf dem Produkt (109) erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeöffnung (24, 59, 86) einen Flüssigkeitsstrom (26) in Form eines luftlosen Sprühstrahls erzeugt.