(57)【要約】【課題】  本発明は、偏向板に用いることなく、気流を成形できる機能を有し、粉末アプリケータの内部およびスプレーノズルが集塊した粉末塗料材料の摩滅により損傷することを極力抑えつつ、粉末／空気の混合物をより激しく動いた状態で維持する機能を有する粉末アプリケータを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の１つの態様によれば、静電気を帯びた粉末を塗布するための粉末スプレーガンは、ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末受容チャンバを有するガン本体部と、内部粉末受容チャンバと流体連通し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された粉末渦巻・荷電チャンバを有する置換可能なアウトプットチャンバとを備える。【選択図】図２
2006055848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気を帯びた粉末を塗布するための粉末スプレーガンであって、
ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末受容チャンバを有するガン本体部と、
内部粉末受容チャンバと流体連通し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された粉末渦巻・荷電チャンバを有する置換可能なアウトプットチャンバとを備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項２】
請求項１に記載の粉末スプレーガンであって、
アウトプットチャンバを構成する材料は、粉末受容チャンバを構成する材料より硬いことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項３】
請求項１に記載の粉末スプレーガンであって、
置換可能なアウトプットチャンバは、漏斗状ガンアウトプット部を含むことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項４】
請求項１に記載の粉末スプレーガンであって、
圧縮空気源に接続されるように構成された圧縮空気インレットと、
複数の導管であって、各導管は、複数の内部荷電電極のうちの一対の内部荷電電極の間において、置換可能なアウトプットチャンバの表面で接線方向に開口し、粉末粒子に渦巻運動を与え、内部荷電電極の露出表面に固着した粉末粒子を取り除くために、圧縮空気インレットと流体連通して、荷電チャンバ内に渦巻パターンの空気を導入する複数の空気導管とを備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項５】
静電気を帯びた粉末をコーティングするための粉末スプレーガンであって、
ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末受容チャンバを有するガン本体部と、
内部粉末受容チャンバと流体連通し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された置換可能な粉末渦巻・荷電チャンバと、
粉末渦巻・荷電チャンバと流体連通し、漏斗状アウトプットチャンバで終焉している置換可能なガンアウトプット部とを備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項６】
請求項５に記載の粉末スプレーガンであって、
圧縮空気源に接続されるように構成された圧縮空気インレットと、
複数の導管であって、各導管は、複数の内部荷電電極のうちの一対の内部荷電電極の間において、置換可能な粉末渦巻・荷電チャンバの表面で接線方向に開口し、粉末粒子に渦巻運動を与え、内部荷電電極の露出表面に固着した粉末粒子を取り除くために、圧縮空気インレットと流体連通して、荷電チャンバ内に渦巻パターンの空気を導入する複数の空気導管とを備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項７】
静電気を帯びた粉末をコーティングするための粉末スプレーガンであって、
ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末荷電チャンバを有するガン本体部と、
アウトプットチャンバであって、粉末荷電チャンバと流体連通する中空管を有し、この中空管およびアウトプットチャンバの外側壁の間に環状空間を有するアウトプットチャンバとを備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項８】
請求項７に記載の粉末スプレーガンであって、
中空管は、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された着脱可能に置換可能な挿入部を有することを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項９】
請求項７に記載の粉末スプレーガンであって、
複数の導管であって、各導管は、環状空間に面した外側壁の表面で接線方向に開口し、中空管から出る粉末粒子に渦巻運動を与えるために、環状空間に渦巻パターンの空気を導入する複数の空気導管を備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項１０】
請求項９に記載の粉末スプレーガンであって、
中空管および環状空間に流体連通する漏斗状アウトプット部を備えたことを特徴とする粉末スプレーガン。
【請求項１１】
請求項７に記載の粉末スプレーガンであって、
粉末荷電チャンバおよび中空管は、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料を用いて、単一部品の置換可能なユニットとして一体成型されることを特徴とする粉末スプレーガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、共通の譲受人に譲渡された、２００２年９月２７日付けで出願された米国特許第１０／２５９，２０９号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に、静電気で荷電させた粉末塗料粒子などの粉末を、加工部品の表面に塗布するために荷電させ、吹き付けるためのスプレーガンに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来式の粉末アプリケータは、米国特許第５，７１１，４８９号で一部開示されているように、分散した粒子雲を外部において電気的に荷電させることに依拠している。また、この特許は、ガン内部における空気の流れを回転させることにより、そして粉末を供給する空気の流れの温度と湿度を制御することにより、粒子の分散を改善するための手段を開示している。他の従来式の粒子アプリケータは、米国特許第５，３５３，９９５号に開示されているように、回転するベルカップの原理に基づいている。
【０００４】
米国特許第６，２５４，６８４号は、粉末を内部で荷電させるスプレーアプリケータを開示し、粉末はガンの内部荷電チャンバ内で予め荷電されている。内部荷電プロセスは、内部の高電圧電極と少なくとも１つの接地電極とを必要とする。上記米国特許第６，２５４，６８４号は、丸い円錐状偏向板により丸い粉末雲パターンを形成する第１のデザインと、スロットノズルにより平坦なスプレーパターンを形成する第２のアプローチを開示している。ロボットまたは他のいくつかの往復運動するマシーンを用いて、アプリケータを塗装対象となる加工部品の周囲または内側において移動させる場合には、丸い粒子雲を形成することは重要なことである。上記米国特許第６，２５４，６８４号の雲生成器は、塗料粒子による偏向板の汚染に関して、いくつかの問題点を有し、加工部品の表面上に粉末の塊が落下することに起因して、加工部品上にコーティング不具合が発生する。平坦なスプレーパターンの形成は、汚染の問題がより少なく、平坦な加工部品の表面に対してより広く利用される。しかし、平坦なパターンは、湾曲した加工部品表面に対して塗布し、ロボットを用いて塗布する上でより困難であり、このデザインアプローチは、好適に表面をカバーするように、ロボットのストロークをプログラムする際、ロボットアームの姿勢をより多く再設定する必要がある。
【０００５】
米国特許第６，０５３，４２０号は、空気／粉末混合物の接線方向の流れに基づいた円錐形状の粉末分散ユニットを開示し、この接線方向の流れは、丸い粉末雲スプレーパターンを形成するが、粉末の流れる方向に偏向板を用いる必要がない。このアプローチにより、米国特許第５，７１１，４８９号は改善されるが、直径が５０ｍｍ〜１７０ｍｍの円錐寸法に限定され、ロボットの用途としてはかなり大きい。追加的に、この寸法において、粉末雲は、ロボットアームで移動させられるため、かなり「柔らかく」なる。上記米国特許第６，０５３，４２０号に開示されたアプローチは、比較的に微小なオリフィスを介して直接的に流れる濃厚な粉末フローにおける流動化された粉末ベッドフィーダから直接的に供給することを追加的に想定している。
【０００６】
ドイツ公開特許出願第１９６１４１９３号は、外部の接線方向の渦巻フローと組み合わされた内部または外部における粉末荷電の組み合わせを開示し、これは、粉末の流れに偏向板を用いることなく、より柔らかい回転する丸いパターンの粉末雲を形成することを意図している。
【０００７】
意図された用途において適当ではあるが米国特許出願第１０／２５９，２０９号で開示されたスプレーガンは、金属含有量の高い、または摩擦係数の高い研磨剤粒子とともに利用された場合、塗装チャンバのノズルおよび渦巻形成部分が許容できない程度に摩滅するといった欠点を有する。
【０００８】
したがって、この技術分野において、偏向板に用いることなく、気流を成形できる機能を有し、粉末アプリケータの内部およびスプレーノズルが集塊した粉末塗料材料の摩滅により損傷することを極力抑えつつ、粉末／空気の混合物をより激しく動いた状態で維持する機能を有する粉末アプリケータに対する要請がある。
【発明の要約】
【０００９】
したがって、本発明の１つの態様によれば、静電気を帯びた粉末を塗布するための粉末スプレーガンは、ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末受容チャンバを有するガン本体部と、内部粉末受容チャンバと流体連通し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された粉末渦巻・荷電チャンバを有する置換可能なアウトプットチャンバとを備える。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、静電気を帯びた粉末をコーティングするための粉末スプレーガンは、ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末受容チャンバを有するガン本体部と、内部粉末受容チャンバと流体連通し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された置換可能な粉末渦巻・荷電チャンバと、粉末渦巻・荷電チャンバと流体連通し、漏斗状アウトプットチャンバで終焉している置換可能なガンアウトプット部とを備える。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、静電気を帯びた粉末をコーティングするための粉末スプレーガンは、ガン本体部であって、ガン本体部の軸に沿って延びる表面を形成し、粉末による摩滅および粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料で構成された内部粉末荷電チャンバを有するガン本体部と、アウトプットチャンバであって、粉末荷電チャンバと流体連通する中空管を有し、この中空管およびアウトプットチャンバの外側壁の間に環状空間を有するアウトプットチャンバとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の目的および特徴は、添付図面を見ながら詳細な説明を読めば明らかとなるであろう。
【００１３】
以下説明する構成において、粉末塗料アプリケータは、粉末／空気の混合物をより激しく動く状態に維持するために、従来技術のものに比して実質的に小さい直径を有するチャンバ内において粉末を内部で予め荷電させる。
【００１４】
図１〜図３を参照すると、静電粉末コーティングを施すための粉末スプレーガン１００は、カップ保持部１０２に保持された渦巻ベル状カップ１０４よりなる出口チャンバに向かって長手軸に沿って延びる細長いガン本体部１０６を有する。粉末供給源からの粉末／空気の供給混合物は、インレット１０８からガン本体部に入る。
【００１５】
図２を見るとより分かりやすいが、ガン１００は、高電圧カスケード２０６および粉末荷電チャンバ２０２の両方を包囲するアプリケータハウジング１０６を有し、粉末荷電チャンバは、原則的には、摩擦の小さい材料で構成された着脱可能な挿入部２０４により形成され、粉末がぶつかって塊になることを防ぎ、すなわち粉末の衝撃融合に対する耐性を有する材料により形成される。こうした適当な材料の一例は、市販されたプラスティック材料である。
【００１６】
粉末荷電チャンバ２０２の第１のインレット端部は、粉末／空気の混合物の供給管１０８と流体連通している。導入管１０８の長手方向軸は、チャンバ２０２の長手方向軸と９０度以外の角度で、好適には７５度のオーダの角度で交差する。
【００１７】
チャンバ２０２のインレット端部は、開口部２２７を介して、接地電極２２４と流体連通し、この接地電極は、接地電極パージ空気インレット２２０におけるガン本体部１０６の第１端部から、開口部２２７付近の電極先端部まで、チャンバ２０２の長手方向軸に沿って実質的に延びている。電極２２４は、中空の管状の構成を有し、その結果、インレット２２０で導入されたパージ空気が電極２２４の管状部分の内側に沿って流れ、電極の円筒状表面に配設された少なくとも１つのパージ空気開口部２２６に達し、電極２２４のヘッド部に固着した粉末粒子を取り除く。開口部２２７から荷電チャンバ２０２に入るパージ空気は、導入管１０８から入る粉末粒子をチャンバ２０２の軸に沿って送り込むことを支援する。
【００１８】
ガン本体部またはハウジング１０６の第１端部に、渦巻空気インレット２２２が追加的に配設されており、圧縮空気をガン本体部へ案内し、内部荷電電極３０２ａ〜ｆ（図３）の付近において、荷電チャンバ２０２の周縁部の周りの点へ案内するために圧縮空気源に接続されるように構成される。図２で示す空気インレット２２２から延びるこの圧縮空気導管は、図３では３０８として図示される。空気は、空気導管３０８から、導電性プラスティックで構成された電極実装リング３０４に形成された複数の空気スロット３０９ａ〜ｆを介し、挿入部２０４とガン本体部の間のギャップを介して案内される。空気スロット３０９ａ〜ｆは、リング３０４の内側表面上に形成された溝の中に圧縮空気を案内する。そして溝３０７は、空気を荷電チャンバ２０２の接線方向に案内するように、空気導管３０６ａ〜ｆに空気を導く。複数の接線方向の導管の数は、複数の内部の荷電針電極３０２ａ〜ｆと同数である。図３に示す実施形態では、６つの針電極および６つの空気導管が設けられている。
【００１９】
内部針電極３０２は、チャンバ２０２内に半径方向に進入し、導電性プラスティック実装リング３０４を貫通する。
【００２０】
空気導管３０６ａ〜ｆの重要な特徴は、ａ）粉末粒子が渦巻ベル状カップ１０４内に進入すると、粉末粒子に好適な渦巻動作を与える点、およびｂ）荷電チャンバ２０２の内側に露出した針電極３０２の一部をきれいにするための浄化空気源を供給する点の両立した２つの機能にある。
【００２１】
導電性プラスティックリング３０４は、高電圧導電体２０８を介して、高電圧カスケード（またはＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ）２０６に連結され、これは、図２にもっともよく図示されているように、本体部１０６の第１端部１０６において電位源に連結されるように構成されている。
【００２２】
渦巻ベル状カップまたはアウトプットチャンバ１０４は、カップ保持部１０２と協働して、アウトプット円錐台壁を形成し、好適には約１２０°〜１８０°のオーダの角度をなす漏斗状アウトレット（出口）を形成する。漏斗状アウトレットは、好適には約２５ｍｍ〜約７０ｍｍの範囲の直径を有する。
【００２３】
漏斗状アウトプットの壁は、渦巻カップ１０２からなる半径方向内側部分１０５ａと、カップ保持部１０２からなる半径方向外側部分１０５ｂとにより構成されている。したがって、さまざまな大きさおよび傾斜を有するカップ保持部を選択することにより、漏斗状アウトプットの全体的な寸法および／または形状を変えて、ガンアウトプットにおけるさまざまな粉末パターンを形成することができる。
【００２４】
荷電チャンバ２０２は、好適には約７０ｍｍ〜約１５０ｍｍのオーダの長手方向の長さを有し、チャンバ２０２の直径は、約１３ｍｍ〜約２０ｍｍの間にあって、好適には約１５ｍｍ〜約１７ｍｍの間にある。
【００２５】
内部荷電電極３０２ａ〜ｆに加えて、あるいは任意であるが、内部荷電電極に代わって、複数の外部荷電電極２１４が、チャンバ２０２を包囲する導電性プラスティックリング２１０から、渦巻ベル状カップ１０４を貫通して漏斗状アウトレットの外部の点まで延びる。この構成は、図２にもっともよく図示されている。外部荷電電極２１４は、形成される粉末雲の静電気による、コーティングされる加工部品に対する静電場を制御する。
【００２６】
動作において、導入管１０８を介して、粉末／空気の混合物を荷電チャンバ２０２内に導入し、接線方向のダクトから注入された空気により、粉末を渦巻状パターンで運動している状態に維持しながら、接地電極２２４および荷電電極針３０２を用いて、粉末を電気的に荷電させる。同様に、粉末の長手方向における運動は、接地電極パージ空気インレット２２０から入り、導入管１０８付近にある接地電極２２４のヘッド部にある孔２２６から出る圧縮空気により支援される。粉末がガンチャンバのアウトレット端部に向かって移動するにつれて、渦巻パターンの空気フローに対する長手方向の空気フローの比を制御することにより定義される望ましいスプレーパターンが渦巻空気により形成される。本発明は、異なるスプレーパターン形状およびさまざまな粉末粒子の在留時間を決定し、結果として得られる粒子雲の荷電効果、スプレーパターンの幅、および粉末の転送効率を改善するために、空気フローの接線方向成分を変えることも想定している。
【００２７】
図示し、上記説明したガン構成によれば、改善された粉末分散に起因して、より均一な静電コーティングが実現される。さらに、接線方向に空気が導入されるので、内部荷電電極がより効果的かつ連続的にクリーニングされ、粉末コーティング材料の内部荷電の効率が改善される。
【００２８】
より集塊しやすい粉末を用いた場合に、粉末スプレーガンの摩滅損傷に対する耐性を改善するための実施形態が図４、図５および図６に図示されている。摩滅耐性を改善するための中心的なテーマは、図１〜３に示すスプレーガンの粉末チャンバ挿入部２０５に用いた材料より硬い材料である、衝撃融合の耐性を有する（すなわち、粒子がぶつかって塊になりにくい）プラスティック材料（plastic impact fusion resistant material）を用いて、ガンの出力チャンバおよび／またはノズルの少なくとも一部を形成することにある。
【００２９】
図４を参照すると、粉末スプレーガン４００は、粉末受容チャンバを形成する置換可能な挿入部４０４とは独立した延長渦巻ノズル４３０を用いた点を除いて、図２のガン１００と実質的に同様のものである。置換可能な渦巻荷電ノズル４３０は、好適には、挿入部４０４に用いた衝撃融合しにくい材料より硬い耐摩滅性を有する材料で形成されている。接線方向の空気孔４０６は、粉末内側ノズル４３０に対する渦巻運動を生じると同時に、導電性プラスティックリング４４０からノズル内部に延びる内部荷電針に空気を吹き付けて、これをクリーニングする。渦巻カップ保持部４０２は、図２の保持部と同様のものである。この渦巻フロースプレーノズル４３０は、ノズル内部に形成された荷電チャンバの接線方向空気孔に隣接した渦巻形成部品を採用し、摩滅して使い果たされたノズルをより容易に置換することができる。さらに、挿入部４０４で用いられた材料より硬い材料を用いることにより、摩滅摩耗が低減される。
【００３０】
図５を参照すると、粉末スプレーガン５００は、粉末受容チャンバを形成する低摩擦挿入部５０４と、渦巻カップ保持部５０２により保持された置換可能なノズルまたは渦巻ベル状カップとの間にある、置換可能で摩滅耐性を有する粉末渦巻・荷電リング５４０を追加的に有している。
【００３１】
繰り返しになるが、摩滅耐性リング５４０内に形成された接線方向の空気フロー孔５０６により、粉末のために空気を渦巻かせ、導電性プラスティックリング５５０に取り付けられた内部電極のために空気を一掃する。リング５４０とノズルまたは渦巻ベルカップ５３０は、好適には、粉末受容チャンバ５０４に用いられる衝撃融合耐性を有する材料より硬い摩滅耐性材料を用いて形成される。摩滅耐性リング５４０は、高い速度および運動量を有する空気と粉末粒子の渦巻フローに曝される。リング部分５４０は渦巻空気孔５０６と、導電性プラスティックリング５５０に取り付けられた内部荷電針とを採用している。
【００３２】
図６を参照すると、回転する空気フロー、および静電気を用いて予め荷電させた粉末フローは、ガンのスプレーノズル６３０のほとんど出口に至るまで、互いに対して分離され、スプレーノズルの出口／分岐コーンで回転する空気フローに力を与える。これは、粉末中央フローチューブ６１１と、ノズル６３０の壁および管状挿入部６１０の間に形成される渦巻フロー環６１２とを構成する管状挿入部６１０を用いることにより実現される。このタイプの粉末スプレーガンはプロトタイプの試作品で最も良好な特性を示した。例えば、２〜３ｍｍの長さを有するより短い挿入部６１０が、最も幅広い範囲において（最小範囲から最大範囲に至るまで）スプレーパターンを制御できるが、短いタイプのものは、依然として、ノズル出口コーンにおいて、粉末による最も高い衝撃融合または摩滅のリスクを有する。例えば、１５〜２０ｍｍの長さを有する長い挿入部６１０は、粉末による摩滅または衝撃融合のリスクが最も少ないが、スプレーパターンを制御できる範囲が限定的である（大規模および中規模のスプレーパターン幅のみが可能である）。例えば、５〜１０ｍｍの長さを有する中間的な挿入部６１０が、衝撃融合および摩滅の両方を極力抑えながら、他方でスプレーパターンを制御できる範囲を最適化するように妥協するほとんどの場合において推奨される。
【００３３】
特定の用途において、特定の粉末成分に対して、挿入部６１１の長さが最適化されると、荷電チャンバ内の粉末経路壁内のギャップを排除するために、単一部品の置換可能なユニットとして、荷電チャンバ６０４を挿入部６１１と一体化することが好ましい。
【００３４】
本発明は、例示的な実施形態に関して説明し、その詳細は単に一例として理解すべきである。本発明の範疇および精神は、適正に解釈されたクレームにより記述された通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の原理に基づいて構成された粉末スプレーガンの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の長手方向の断面図である。
【図３】図３は、図２のスプレーガンの半径方向における断面図であって、ガンの内部荷電電極付近を示す。
【図４】図４は、本発明の原理に基づいて構成された粉末スプレーガンの第２の実施形態を示す長手方向断面図である。
【図５】図５は、本発明の原理に基づいて構成された粉末スプレーガンの第３の実施形態を示す長手方向断面図である。
【図６】図６は、本発明の原理に基づいて構成された粉末スプレーガンの第４の実施形態を示す長手方向断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  粉末スプレーガン、１０２  カップ保持部、１０４  渦巻ベル状カップ、１０６  ガン本体部、１０８  インレット、２０２  粉末荷電チャンバ、２０４  挿入部、２０６  高電圧カスケード、２２０  接地電極パージ空気インレット、２２２  渦巻空気インレット、２２４  接地電極、２２６  パージ空気開口部、２２７  開口部、３０２ａ〜ｆ  内部荷電電極、３０４  電極実装リング、３０６ａ〜ｆ  空気導管、３０７  溝、３０９ａ〜ｆ  空気スロット、４００  粉末スプレーガン、４０２  渦巻カップ保持部、４０４  挿入部、４０６  空気孔、４３０  延長渦巻ノズル、４４０  導電性プラスティックリング、５００  粉末スプレーガン、５０２  渦巻カップ保持部、５０４  低摩擦挿入部、５０６  空気フロー孔、５３０  渦巻ベルカップ、５４０  粉末渦巻・荷電リング（摩滅耐性リング）、５５０  導電性プラスティックリング、６０４  荷電チャンバ、６３０  スプレーノズル、６１０  管状挿入部、６１１  挿入部６１２  渦巻フロー環。
【図１】
2006055848.tif 000003
【図２】
2006055848.tif 000004
【図３】
2006055848.tif 000005
【図４】
2006055848.tif 000006
【図５】
2006055848.tif 000007
【図６】
2006055848.tif 000008