JP6392706B2 - 放物面状の流れ表面を有する噴霧装置 - Google Patents

Description

本発明は放物面状の流れ表面を有する噴霧装置に関する。

本項目では、以下に説明しまた特許請求の範囲に記載される本発明の種々の特徴に関連した技術の種々の特徴を紹介することを意図している。以下の説明は、本発明の種々の特徴のより良い理解を助ける背景事情を提供するのに役立つであろう。したがって、以下の説明はこうした観点から理解されるべきであり、従来技術を認めたものではない。

しばしば噴霧ガンと称される噴霧装置は、種々の広範な作業生産物に噴霧塗装するために用いられる。更に、種々の異なる噴霧塗装装置がある。手操作される噴霧塗装装置もあれば、自動操作される噴霧塗装置作もある。噴霧塗装装置の一例として回転霧化器がある。回転霧化器は、回転ディスクまたはベルを用いて、遠心力により塗料のような塗材を霧化する。霧化された塗料粒子に静電荷を印加して、少量のシェーピングエアによって粒子を塗装対象物へ向けて前方に放出する。

回転霧化器は、通常、流体をベル表面の方に方向付けるためのスプラッシュプレートを有しており、流体はベルの縁部へ流れる際にベルの表面で脱水される。脱水が不十分であると、噴霧塗装の色が変化することもある。更に、流体物質および／または粒子物質が、スプラッシュプレートとベルカップとの間に堆積し、噴霧塗装が不均一となり、また噴霧装置の清掃も困難となっている。

特許請求の範囲に記載された特徴に相応する特定の特徴を以下に記載する。これらの特徴は、本発明の特定の形態の単なる概要であって、本発明の範囲を限定する趣旨ではない。実際上、以下に記載していない種々の特徴を包含するものである。

１つの形態において、回転霧化噴霧塗装装置は、略放物面状の流れ表面を備えたベルカップを含んでいる。他の形態では、噴霧塗装システムのベルカップは、中心開口部、該中心開口部の下流に設けられた外縁部、および、中心開口部と外縁部との間の流れ表面とを含んでいる。流れ表面は、ベルカップの中心軸線に対する流れ角を有しており、該流れ角は、流れ表面沿いに小さくなるようになっている。他の形態において、噴霧塗装する方法が、略放物面状の経路に沿ってベルカップの中心開口部からベルカップの外縁部へ流体の少なくとも一部を流すことを含んでいる。

放物面状の流れ表面を備えた噴霧塗装装置を有した噴霧塗装システムの実施形態を示すブロック図である。 噴霧塗装プロセスの１つの実施形態のフローチャートである。 放物面状の流れ表面を備えた噴霧塗装装置の実施形態の斜視図である。 図３の噴霧塗装の実施形態の正面図である。 図３の噴霧塗装の実施形態の側面図である。 図４の矢視線６−６に沿う噴霧塗装の実施形態の断面図である。 図６において円７−７で示す噴霧塗装の実施形態の一部を拡大して示す部分断面図である。 図７において円８−８で示す噴霧塗装の実施形態の一部を拡大して示す部分拡大図である。 噴霧塗装装置で使用する放物面状の流れ表面を有したベルカップの実施形態の断面図である。 噴霧塗装装置で使用するスプラッシュプレートの断面図である。 種々の噴霧塗装装置で使用するベルカップの実施形態の断面図である。 種々の噴霧塗装装置で使用するベルカップの実施形態の断面図である。 種々の噴霧塗装装置で使用するベルカップの実施形態の断面図である。

本発明の他の特徴、形態、利点は、添付図面を参照する以下の詳細な説明からより良く理解されよう。

以下、本発明の１または複数の実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔に説明する目的から、実際に実施される全ての特徴が記載されるわけではない。こうした実際の実施に際しては、他の開発や設計プロジェクトと同様に、開発の特定目的を達成するために、実施ごとに変化するであろうシステムに関連した制限や事業に関連した制限の順守のような、実施に際しての固有の多くの決定がなされなければならない。更に、こうした開発作業は複雑で時間を要するが、本願の利益を享受する当業者には、日常の決まりきった設計、制作、製造となろう。

特定の実施形態において、回転霧化塗装装置は、噴霧を形成するために下流へ流れる流体のための流れ経路内に、略放物面状の流れ表面のような湾曲した流れ表面を備えたベルカップを有している。言い換えれば、流れ表面に対する接する角度が、例えば、完全に連続的に、小さなステップで或いは複合的な曲線状に流れ経路沿いに次第に変化する。例えば、略放物面または放物曲面を近似する複数の曲面のような湾曲した流れ表面は、特に、流体の流れ、噴霧特性、カラーマッチングおよび清掃に関連する機能、方法および結果において、円錐状の流れ表面とは異なっている。例えば、略放物面状の流れ表面は、塗装流体の脱水のための付加的表面を提供し、例えば、一層高い湿潤固相を含有する性能を付与することによって、従来のベルカップと比較してカラーマッチングを改善する。更に、塗装流体は、略放物面状の流れ表面に沿って加速し、従来のベルカップの場合よりも、ベルカップを離れるときの速度が高くなる。更に、ベルカップに隣接させて配置されたスプラッシュプレートは、ある実施形態では、流体が、スプラッシュプレートと略放物面状の流れ表面との間の環状領域を通過する際に加速されるように構成されている。この加速によって、流体および／または粒子物質を捉える低圧の空隙を実質的に低減または除去し、従来のベルカップと比較して、塗装流体を均一に塗布し、そして、ベルカップを効果的に清掃可能となる。

図１は、一例として示す塗装システム１０のブロック図である。該塗装システムは、噴霧塗装装置１２を含んでいる。該噴霧塗装装置は、塗装対象物１４を望ましく塗装するための湾曲した流れ表面（例えば、略放物面状の流れ表面）を有している。上述し、また以下に詳細に後述するように、噴霧塗装装置１２の湾曲した流れ表面は、従来の円錐状の流れ表面よりも著しい利点がある。例えば、湾曲した流れ表面の摩擦は、流体の脱水を高め、流体が下流へ流れるにつれ該流体を加速し、そして、流体が下流へ流れるにつれて該流体に作用する力を増加させる。湾曲形状は、従来の円錐形状と比較して、表面積が高くなり脱水量が増加する。更に、湾曲表面をシート状に流れる流体は、表面の中心部から外方へ薄くなる。従来の円錐形状と比較して湾曲した形状のために、流体の流れの角度が次第に変化するので流体の流れが加速する。従来の円錐形状と比較して湾曲した形状のために、流体の流れの角度が次第に変化するので次第に増加する力が作用する。湾曲した流れ表面の縁部を離れるときの流体シートの厚さは、従来の円錐形のベルカップの場合と比較して暑くなるかもしれないが、ベルカップに沿って流れ同ベルカップから離れる流体の流れには一層大きな力が作用し、かつ／または、一層強く加速されるので、従来の円錐形のベルカップと比較して、カラーマッチングおよび霧化が改善され、詰まりが低減され（例えば、システムが一層綺麗になる）る。

噴霧塗装装置１２は、流体供給源１６、空気供給源１８および制御システム２０のような、種々の供給システムおよび制御システムに結合することができよう。制御システム２０は、流体供給源１６および空気供給源１８の制御を容易にし、かつ、噴霧塗装装置１２による塗装対象物１４上への許容できる品質の噴霧塗装を確実にする。例えば、制御システム２０は、自動化システム２２、位置決めシステム２４、流体供給コントローラー２６、空気供給コントローラー２８、コンピュータシステム３０およびユーザインターフェース３２を含むことができよう。制御システム２０は、また、噴霧塗装装置１２に対して塗装対象物１４の移動を容易にする位置決めシステム３４に結合することができよう。こうして、噴霧塗装システム１０は、塗装流体の流量、空気流量および噴霧パターンのコンピュータ制御と同期させることができよう。更に、位置決めシステム３４は、制御システム２０によって制御されるロボットアームを含み、塗装装置１２が、塗装対象物１４の全表面を均一かつ効果的にカバーするようにできよう。１つの実施形態では、塗装対象物１４は、噴霧塗装装置１２からの帯電した塗装粒子を引き付けるために接地することができよう。

図１の噴霧塗装システム１０は、種々の用途、流体、塗装対象物および種々のタイプおよび形態の噴霧塗装装置１２に応用することができよう。例えば、ユーザは、異なる材料や製品タイプのような、種々の異なる塗装対象物３８から所望の塗装対象物３６を選択することができよう。ユーザーは、複数の異なる塗装流体４２から所望の流体４０を選択することができよう。複数の異なる塗装流体は、金属や木材のような種々の材料のために、異なるタイプの塗料、色、テクスチャーおよび特性を有することができよう。更に詳細に後述するように、噴霧塗装装置１２は、種々の異なる構成要素や、ユーザーによって選択された塗装対象物１４および流体供給源１６に適合した噴霧形成機構を具備することができよう。例えば、噴霧塗装装置１２は、空気式霧化器、回転霧化器、静電霧化器その他の適当な噴霧形成機構のような構成要素を含むことができよう。

噴霧塗装システム１０は、図２に一例として示すような、塗装対象物１４へ所望の噴霧塗料を塗布するための噴霧塗装プロセス１００を利用することができよう。プロセス１００は、所望の流体を塗布する塗装対象物１４を同定する段階（ブロック１０２）から開始する。プロセス１００は、次いで、塗装対象物１３の噴霧表面に塗布するための所望流体４０を選択する段階へ進む（ブロック１０４）。噴霧塗装装置１２は、同定された塗装対象物１４および選択された流体のために設定される（ブロック１０６）。噴霧塗装装置１２が作動すると、選択された流体４０の噴霧が形成される（ブロック１０８）。次いで、噴霧塗装装置１２は、塗装対象物１４の所望の表面に霧化された噴霧塗料を塗布する（ブロック１１０）。次いで、前記所望表面上に塗布された塗料を硬化／乾燥させる（ブロック１１２）。判断ブロック１１４において、上記選択された流体によって更に塗装することが望まれる場合には、プロセス１００はブロック１０８、１１０、１１２を実行し、選択された流体４０にて更に他の塗装を行う。判断ブロック１１４において、上記選択された流体にて更に塗布することが望まれない場合には、プロセス１００は判断ブロック１１６へ進み、新規の流体にて塗装することが必要であるか否かが判断される。判断ブロック１１６において、新規の流体による塗装が望まれている場合には、プロセス１００は、噴霧塗装用に新規に選択された流体を用いてブロック１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４を実行する。判断ブロック１１６において、新規の流体による塗装を望んでいない場合には、プロセス１００はブロック１１８にて終了する。

図３は、システム１０およびプロセス１００を利用する噴霧塗装装置２００の例示的実施形態の斜視図である。噴霧塗装装置２００は、回転霧化器２０２と静電荷発生源２０４とを含んでいる。回転霧化器２０２の前部にはベルカップ２０６が配設されている。該ベルカップは霧化縁部２０８と流れ表面２１０とを有している。上述しまた詳細に後述するように、流れ表面２１０は、略円錐状の流れ表面または完全な流れ表面とは異なる略放物面状の流れ表面のような湾曲した流れ表面を有利に含んでいる。ベルカップ２０６内にはスプラッシュプレート２１２が配設されている。静電荷発生源２０４は、高電圧リング２１４、高圧電極２１６および電源に接続するためのコネクター２１８を含んでいる。噴霧塗装装置２００の頚部２２０の遠位端に、空気および流体の入口管路および高電圧ケーブル入口が設けられている。図４、５は、各々図３の噴霧塗装装置２００の１つの実施形態の正面図および側面図である。

図６は、図４の矢視線６−６に沿う噴霧塗装装置２００の１つの実施形態の断面図である。回転霧化器２０２は、霧化器支軸２２２と回転軸２２４とを含んでいる。支軸２２２内で回転軸２２４はエアタービンによって回転する。ベルカップ２０６は、回転軸２２４の近位端に結合されており、回転軸２２４が回転することによって、ベルカップ２０６もまた回転することとなる。回転するベルカップ２０６に流体が流入すると、該流体は、（例えば、湾曲した、放物面状の、或いは、連続的に変化する）流れ表面２１０に沿って流動し、霧化縁部２０８から放たれるときに、霧化され流体粒子となる。

回転軸２２４内には、所望の塗装流体４０のような流体をベルカップ２０６へ供給するための流体管路２２６が配設されている。図示する流体管路２２６は、回転軸２２４には結合されておらず、噴霧塗装装置２００に対して回転しない。１または複数の流体供給源から延在する１または複数の流体通路２２８を流体管路２２６内に配設することができる。システム全体をパージすることなく、ベルカップ２０６を清掃することが望ましい例もあろう。従って、流体通路２２６は塗装流体４０用と溶剤用の独立した通路を含むことができる。更に、ベルカップ２０６に隣接させて溶剤ノズル２３０を配設して、ベルカップ２０６の外表面へ向けて洗浄用溶剤を放出、噴霧するようにできる。エアタービンに空気が供給されている間に塗装流体を選択的に流通可能とする流体弁２３２が塗装流体通路２２８に配設されている。つまり、弁２３２は、回転軸２２４が回転しベルカップ２０６が作動中に開弁する。

タービンを介して空気が１または複数の空気通路２３４に供給される。また、空気通路２３４を介してシェーピングエア噴口２３６に空気を供給される。シェーピングエア噴口２３６は、流体の粒子がベルカップ２０６の霧化縁部２０８を離れるときに、塗装対象物１４へ向けて流体粒子を方向付けるように形成されている。更に、高圧電極２１６は、ベルカップ２０６の周囲に強力な静電界を形成する。この静電界によって、霧化された流体粒子が帯電し、該流体粒子が接地されている塗装対象物１４に付着する。高圧電極２１６は高電圧リング２１４を介して電圧が印加される。コネクター２１８は、高電圧リング２１４を高電圧ケーブルに結合する。該高電圧ケーブルは、開口部２４０において頚部２２０から突出させてコネクター２１８に結合させることができる。

図７は、図６において破線７−７で示す噴霧塗装装置２００の１つの実施形態の一部を拡大して示す断面図である。流体管路端部分２４２が、流体管路２２６の近位端に連結されている。１または複数の流体入口２４４が、流体管路２２６内の１または複数の流体通路２２８に接続されている。流体は、流体出口２４６において流体管路端部分２４２から流出して、スプラッシュプレート２４８の背面２４８に衝突する。スプラッシュプレート２１２の背面２４８によって、流体は半径方向外側へ流れ表面２１０の方へ方向付けられる。ベルカップ２０６が回転すると、流体は流れ表面２１０に沿って霧化縁部２０８へ向けて流動する。更に後述するように、スプラッシュプレート２１２の背面と（例えば、湾曲した、放物面状の、或いは、連続的に変化する）流れ表面２１０との間の流れ経路は、縁部２０８へ向けて流動する流体流れを収斂させるようにし、それによって低圧領域や詰まり等の可能性を低減するようにしてもよい。こうして、収斂する流れによって、噴霧塗装装置２００は確実に清浄に保たれ、小片の堆積による清掃または補修による停止時間が低減される。

霧化縁部２０８は、図８に示すように、セレーション２５０を含んでいる。ベルカップ２０６が回転すると、矢印２５２にて略示するように、流体は流れ表面２１０に沿って流動する。流体がセレーション２５０のテーパー状の端部に到達すると、そこにはセレーション２５０の間に独立した流体通路２５６が形成されている。セレーション２５０は、テーパー状の端部２５４から離反する方向に幅および高さが増加する。つまり、流体通路２５６の幅は縮小する。セレーション２５０によって、流体は、概ね流体通路２５６に沿った方向にベルカップ２０６の縁部２０８から放たれる。複数の畝部や溝部のような他の構成でもい。更に、上述したように、流れ表面２１０の湾曲形状（例えば、略放物面状）によって流体の流れは加速され、前記流体通路内で流体に作用する縁部２０８方向に作用する力が増加する。その結果、流体の流れに作用する加速度および力が増加し、セレーション２５０の効果が改善され、更に、霧化やカラーマッチング等が改善される。

図９を参照すると、ベルカップ２０６の回転速度が不十分であると、流体は、望ましい流量よりも高い流量でベルカップ２０６に流入する。従って、複数の孔２６０を有した空所２５８が設けられている。前記複数の孔は、通路２６２を介してベルカップ２０６の外部に通じている。流体出口２４６からの余分な流体は、流体管路２２６へ逆流することなく空所２５８へ流れ、ベルカップ２０６から流出する。

図９に示した例示的実施形態では、ベルカップ２０６の流れ表面２１０は、中心開口部２６３から霧化縁部２０８へ形成されている。図示する流れ表面２１０は、略放物面状の湾曲形状を有している。すなわち、流れ表面２１０は中心軸線２６４を中心とした回転放物面によって定義される。然しながら、ベルカップ２０６の流れ表面２１０として種々の他の湾曲した表面を用いることもできよう。流れ表面２１０は、少なくとも部分的に、実質的または全体的に湾曲しているが、実質的に或いは全体的に円錐形状とはなっていない。例えば、流れ表面２１０は、中心開口部２６３と縁部２０８との間の経路中の１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％の部分または１００％全てを湾曲させることができよう。例えば、放物面状に湾曲させた形態は、単純な連続曲面、複合曲面、ステップ状に変化する一連の曲面（例えば、段階的な曲面）等とすることができる。各ステップは、例えば、開口部２６３と縁部２０８との間の距離の１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％またはそれ以上の割合よりも小さくすることができよう。

ある実施形態では、中心軸線２６４に対する流れ表面２１０の角度は、ベルカップ２０６の中心部から霧化縁部２０８へ次第に小さくなるようにできよう。この角度の低下を中心軸線２６４に対する角度α、βにて示す。直線２６６は、スプラッシュプレート２１２近傍における流れ表面２１０に対する接線を示し、直線２６８は、霧化縁部２０８近傍における流れ表面２１０に対する接線を示している。流れ表面２１０の湾曲形態（例えば、放物面状）によって、従来の（円錐状の）ベルカップと比較して、所与のベルカップ直径に対して、表面積が一層大きくなる。この改善された表面積によって、一層高い湿潤固相を含有する性能が与えられ、水性塗料のカラーマッチングのための付加的脱水表面が提供される。更に、放物面状の流れ表面２１０によって、流体が霧化縁部２０８へ向けて流動する際に、該流体に作用する力が増大する。この力が増大することによって、流体は、従来のベルカップよりも一層高速で霧化縁部２０８から放たれる。更に、ベルカップの霧化縁部２０８に或いは同霧化縁部の近傍にセレーション２５０を設けた場合には、前記増大した力によって、流体を一層高速でセレーション２５０を流通させることが可能となる。また、湾曲した流れ表面２１０によって、霧化縁部２０８における塗料流体のシート厚は暑くなる。従って、放物面状の曲面は、必要な脱水および流体速度に対する望ましいシート厚のバランスによって決定されよう。放物面状の流れ表面２１０は、各段が先行する段に対して傾斜しているような階段状に製造することができよう。すなわち、流れ表面２１０は、中心軸線２６４に対する角度が変化する多数の階段状の表面によって形成することができよう。

更に、スプラッシュプレート２１２およびベルカップ２０６は、背面２４８と流れ表面２１０との間に収斂する環状通路２６９が形成されるようになっている。流体流れの収斂は、噴霧塗装装置の種々の実施形態によって、一定割合の収斂、或いは、増大する割合の収斂とすることができよう。図示するように、中心軸線２６４の近傍において、背面２４８と流れ表面２１０との間の距離２７０は、中心軸線２６４から遠位における、背面２４８と流れ表面２１０との間の距離２７２よりも大きくなっている。この収斂によって、前記環状通路を流通する流体の流れが加速される。加速度は一定または増大する加速度とすることができよう。更に、図示する実施形態では、流れ表面２１０と背面２４８の何れも平坦面を含んでおらず、流体および／または粒子が捉えられる低圧キャビティが形成されない。その結果、塗装流体は、略均一の速度で適用され、ベルカップ２０６は従来のベルカップよりも一層効果的に清掃されよう。スプラッシュプレート２１２は、更に複数の小孔２７４を含むことができ、該小孔内を流体を流通させることができる。小孔２７４を通じて少量の流体を流通させて、スプラッシュプレート２１２の前面を濡らすことによって、塗装流体の小片がスプラッシュプレート２１２上で乾燥することがなく、また塗装を汚染することもなくなる。

図１０にスプラッシュプレート２１２の詳細を示す。スプラッシュプレート２１２は、２つの部分、つまり、ディスク部２７８と挿入部２８０を含んでいる。部分２７８、２８０は、連結部２８２によって体外に保持しあっている。連結部２８２は、例えば、ピンやネジを含むことができよう。挿入部２８０は、ベルカップ２０６の中心開口部２６３内に挿入されている。固定リング２８４によって、スプラッシュプレート２１２がベルカップ２０６に固定される。

図１１にベルカップの類似の実施形態を示す。ベルカップ２８６において、略放物面状の流れ表面２１０は、フリップ縁部２８８まで延在しており、該フリップ縁部は霧化縁部２０８まで延在している。流れ表面２１０は接合領域２８９によってフリップ縁部２８８に結合されている。フリップ縁部２８８に接する直線２９０と、中心軸線２６４とによって角度γが定義される。図１１に示すように、角度γは、角度βよりも著しく小さくなっている。更に、角度β、γの差は、角度α、βの差よりも大きくなっている。これは、接合領域２８９における曲率が、流れ表面２１０における曲率よりも大きくなっているためである。フリップ縁部２８８は、中心軸線２６４に対して一定の角度を有するように、或いは、流れ表面２１０と同様に、次第に角度が小さくなるように形成することができよう。流体が接合領域２８９に到達すると、流体は、曲率が大きくなっているために流れ表面２１０と比較して一層大きな割合で加速される。こうして、ベルカップ２８６のようにフリップ縁部２８８を設けることによって、流体は、図９のベルカップ２０６のようにフリップ縁部を備えない場合よりも一層高速で霧化縁部２０８から放たれる。

図１２、１３に、ベルカップおよびスプラッシュプレートの代替実施形態を示す。図１２は、ベルカップ２９２およびスプラッシュプレート２９４の断面図である。ベルカップ２９２は、略放物面状の流れ表面２９６を有している。スプラッシュプレート２９４の背面２９８は、中心点３００から縁部３０２へ略凹状に形成されている。図９に示した実施形態と同様にスプラッシュプレート２９４およびベルカップ２９２は、背面２９４と流れ表面２９６とが、流れ経路内でスプラッシュプレート２９４の中心点３００から離反する方向に収斂するように形成される。更に、スプラッシュプレート２９４の外縁部３０２と流れ表面２９６との間の距離３０４は、図９に示した距離２７２よりも大きくなっており、流体の一層大きな流量を可能としている。

本願では、本発明の特定の特徴のみを図示し説明したが、当業者には多くの修正および変更を想到するであろう。従って、こうした修正および変更は全て特許請求の範囲に包含されると理解されるべきである。

１０ 塗装システム
１２ 噴霧塗装装置
１４ 塗装対象物
２００ 噴霧塗装装置
２０２ 回転霧化器
２０６ ベルカップ
２０８ 霧化縁部
２１０ 流れ表面
２１２ スプラッシュプレート
２４８ 背面
２６４ 中心軸線
２８８ フリップ縁部

Claims (1)

1. ベルカップの中心軸線に対して変化する角度によって定義される放物面状の流れ表面を有したベルカップであって、前記角度は前記中心軸線に沿って下流側へ次第に変化し、前記放物面状の流れ表面は、該ベルカップの前記中心軸線に対する角度が変化する階段状の複数の面より成り、前記階段状の複数の面の各々は、前記中心軸線に沿って前記ベルカップの中心部に形成された中心開口部と外側の縁部との間の距離の１０％よりも小さくなっており、前記放物面状の流れ表面が中心開口部の外縁からベルカップのフリップ縁部まで延びているベルカップを具備し、
   該フリップ縁部は、前記ベルカップの外縁部に沿って形成され、前記中心軸線に対する角度が、一定であるか或いは次第に減少すると共に、前記中心軸線に対する前記放物面状の流れ表面の角度とは不連続で、かつ、該放物面状の流れ表面の角度よりも小さくな角度となっており、前記放物面状の流れ表面が、該ベルカップの中心開口部から外側の縁部までの経路の少なくとも９０％の部分となっている噴霧塗装装置。

Images