(57)【要約】  静電式スプレーガン内に用いられるような発電機は、電磁式発電機構、発電機ハウジング、及びインペラを備えている。電磁式発電機構は、シャフトを有する。電磁式発電機構は、発電機ハウジング内に配置される。発電機ハウジングは、エア用開口を有する。インペラは、エア用開口の延長線上に位置するように、発電機ハウジング内でシャフトに取り付けられている。インペラは、湾曲した前端面及び湾曲した後端面を有した複数の羽根を備える。一態様において、羽根のそれぞれは、流入開口の延長線上に位置する弧の部分が当該流入開口の中心軸線に対して実質的に直交するように形成された湾曲部を有する。【選択図】図５Ａ
2016502616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入開口を有する発電機ハウジングと、
ロータを取り囲むステータを備え、前記発電機ハウジング内に配置された発電機構と、
前記ロータから延設されたシャフトと、
インペラとを備え、
前記インペラは、
前記シャフトに取り付けられたハブと、
前記ハブから延設された複数の羽根とを備え、
前記羽根のそれぞれは、前記流入開口の延長線上に位置している弧の部分が当該流入開口の中心軸線に対して実質的に直交するように形成された湾曲部を有する
ことを特徴とする発電機組立体。
【請求項２】
前記インペラは、ハブ中心軸線を中心として設けられた環状のハブを更に備え、
前記羽根は、湾曲した前端面及び湾曲した後端面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の発電機組立体。
【請求項３】
隣接する前記羽根の前記前端面と前記後端面とは、サメのひれ状の形状をなすことを特徴とする請求項２に記載の発電機組立体。
【請求項４】
前記流入開口は、前記ハブ中心軸線を通って前記発電機ハウジングを横切る線に平行に延設されることを特徴とする請求項２に記載の発電機組立体。
【請求項５】
複数の前記流入開口が、前記発電機ハウジングを貫通して設けられることを特徴とする請求項２に記載の発電機組立体。
【請求項６】
前記インペラは、８つの羽根を備え、
前記発電機ハウジングは、４つの流入開口を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の発電機組立体。
【請求項７】
前記流入開口のそれぞれは、前記ハブ中心軸線を中心として直線で囲まれた図形を形成するように交差する軸線に沿って延設されることを特徴とする請求項６に記載の発電機組立体。
【請求項８】
前記ハブ中心軸線を中心とした前記ハブの回転位置に関わらず、４つの羽根が、前記４つの流入開口のそれぞれの延長線上に１つずつ位置することを特徴とする請求項６に記載の発電機組立体。
【請求項９】
前記羽根のそれぞれは、前記インペラが４５度回転する間、同じ前記流入開口の延長線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の発電機組立体。
【請求項１０】
前記ロータはネオジム磁石を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電機組立体。
【請求項１１】
前記発電機構に接続された電源部と、
前記電源部と電気的に接続された電極と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発電機組立体。
【請求項１２】
シャフトを有する電磁式発電機構と、
前記電磁式発電機構が中に配置され、エア用開口を有する発電機ハウジングと、
前記エア用開口の延長線上に位置するように、前記発電機ハウジングの内部で前記シャフトに取り付けられたインペラとを備え、
前記インペラは、湾曲した前端面及び湾曲した後端面を有した複数の羽根を備える
ことを特徴とする発電機。
【請求項１３】
前記エア用開口から供給されたエアが、前記後端面に直角に衝突するように、前記後端面の形状及び前記エア用開口の向きが定められていることを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項１４】
前記エア用開口は、実質的に１つずつの前記羽根の後端面にしか指向しない軸線に沿って延設されることを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項１５】
隣接する前記羽根の前記前端面と前記後端面とは、サメのひれ状の形状をなすことを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項１６】
前記羽根の前記後端面は、当該羽根の前記前端面が形成する曲線よりも長い曲線に沿って延設されることを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項１７】
複数の前記エア用開口が、前記発電機ハウジングを貫通して設けられることを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項１８】
前記インペラは、ハブの周囲に等間隔で設けられた８つの前記羽根を備え、
前記発電機ハウジングは、前記発電機ハウジングの周方向に等間隔で設けられた４つの前記エア用開口を備える
ことを特徴とする請求項１７に記載の発電機。
【請求項１９】
エア供給口及び流体供給口が組み付けられたスプレーガンハウジングと、
スプレーノズル組立体と、
前記流体供給口と前記スプレーノズル組立体との間の流路に介装された弁と、
前記スプレーガンハウジングの内部に設けられた電源部と、
前記スプレーノズル組立体に取り付けられ、前記電源部と電気的に接続された電極と、
前記スプレーガンハウジングの内部に設けられ、前記電源部に電力を供給する発電機とを備え、
前記発電機は、
電磁式発電機構と、
前記スプレーガンハウジングの内部に設けられ、前記エア供給口と流体的に接続されており、湾曲した複数の羽根を有するインペラとを備える
ことを特徴とする静電式スプレーガン。
【請求項２０】
前記羽根の後端面に向けてエアを指向するように配設されたエア用開口を備える発電機ハウジングを更に備え、
前記羽根のそれぞれの前記後端面は、前記エア用開口から噴出されて前記後端面に接するエアの噴流に対し、常に実質的に直交するように湾曲している
ことを特徴とする請求項１９に記載の静電式スプレーガン。
【請求項２１】
隣接する前記羽根の前記前端面と前記後端面とは、サメのひれ状の形状をなすことを特徴とする請求項１９に記載の静電式スプレーガン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗料、シール材、コーティング材、エナメル、接着剤、粉末等の流体のスプレーを行う塗布装置に関するものであり、より具体的には、静電式スプレーガンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電式スプレー装置では、スプレーガンと、目標物、即ちスプレー対象物との間の周辺に静電場を生成する。噴霧された粒子は、この静電場を介して伝播し、静電場を通過する際に帯電する。このため、帯電した粒子は、スプレー対象物に引き寄せられる。このような方法により、噴出された粒子を高い割合でスプレー対象物に向かわせることが可能となり、従来の方法に比べ、スプレーの効率が大幅に改善される。静電式スプレーガンは、導電性の液体のスプレーに用いることも可能であるが、非導電性の液体や粉末の塗布に特に有用である。
【０００３】
典型的な静電式スプレー装置では、スプレーガンのスプレー開口部の近傍にイオン化用の電極を配置し、塗布対象物を接地電位に保持して、イオン化用の電極と塗布対象物との間に静電場を生成する。電極と接地された塗布対象物との距離は、概ね０．５ｍ程度もしくはそれ以下であり、塗料粒子と塗布対象物との間に十分な吸引力が生じるような、イオン化された多くの塗料粒子の相互作用を生成する上で十分な強度の静電場を発生させるためには、スプレーガンの電極に印加する電圧を極めて高くせざるを得ない。スプレー作業において適度の効率を得るために、スプレーガンの電極に２万〜１０万Ｖ(２０〜１００ｋＶ）といった静電電圧を印加することは、特殊なことではない。一般的に、スプレーガンの電極には、５０μＡ程度のイオン化電流が流れる。
【０００４】
静電式スプレーガンは、手持ち式スプレーガン、または遠隔制御により作動可能な自動スプレーガンとすることができる。噴出された流体は、加圧エア、液圧、或いは遠心力といった、様々な直接的霧化力を用いて霧化することができる。静電電圧のための電力は、様々な方法で生成することができる。多くの装置では、外部電源が静電式スプレーガンに接続される。但し、別の構成として、静電式スプレーガンの中に配設された発電機を用いて電力を生成するようにしてもよい。例えば、特許文献１〜特許文献６には、印加電圧を得るための昇圧器に電圧を供給するための発電機を駆動するエア駆動タービンを有した静電式スプレーガンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４５５４６２２号明細書
【特許文献２】米国特許第４４６２０６１号明細書
【特許文献３】米国特許第４２９００９１号明細書
【特許文献４】米国特許第４３７７８３８号明細書
【特許文献５】米国特許第４４９１２７６号明細書
【特許文献６】米国特許第７２２６００４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、改善された静電式スプレーガン用インペラの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
静電式スプレーガン内に用いられるような発電機は、電磁式発電機構、発電機ハウジング、及びインペラを備える。電磁式発電機構は、シャフトを有する。電磁式発電機構は、発電機ハウジング内に配置される。発電機ハウジングは、エア用開口を有する。インペラは、エア用開口の延長線上に位置するように、発電機ハウジング内でシャフトに取り付けられている。インペラは、湾曲した前端面及び後端面を有した羽根を備える。
【０００８】
もう１つの態様において、発電機組立体は、発電機ハウジング、発電機構、シャフト、及びインペラを備える。発電機ハウジングは、流入開口を有する。発電機構は、ハウジング内に配置されている。発電機構は、ロータを取り囲むステータを備える。シャフトは、ロータから延設されている。インペラは、シャフトに取り付けられたハブと、ハブから延設された複数の羽根を備える。前記羽根のそれぞれは、流入開口の延長線上に位置する弧の部分が当該流入開口の中心軸線に対して直交するように形成された湾曲部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】流体供給源に接続されて、目標物へのスプレーを行う静電式スプレーガンを示す、静電式スプレー装置の概要図である。
【図２】ガンハンドル部及びスプレーノズル組立体が結合されたガン胴体部を示す、図１の静電式スプレーガンの斜視図である。
【図３】ガン胴体部内に配置されるように構成された発電機及び電源部を示す、図２の静電式スプレーガンの分解図である。
【図４Ａ】ステータ組立体の内側に設けられるインペラ及びロータを示す、図３の発電機の分解図である。
【図４Ｂ】ロータに組み付けられたベアリング及びインペラを示す、図３の発電機の断面図である。
【図５Ａ】発電機ハウジングに形成されたエア流入開口に対するインペラの位置を示す図である。
【図５Ｂ】発電機ハウジングに形成されたエア流入開口に対するインペラの位置を示す図である。
【図５Ｃ】発電機ハウジングに形成されたエア流入開口に対するインペラの位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態において、静電式スプレーガンは、湾曲した羽根が設けられたインペラを有する発電機組立体を備えている。静電式スプレーガンは、電磁式発電機構のステータ内にあるロータを駆動する空気駆動式タービンを用い、内部で電力を生成する。インペラの羽根は、当該羽根に作用して回転を生じさせる加圧エアを最適に受けるように湾曲している。具体的には、羽根の後端面が、発電機ハウジングから当該羽根に指向された加圧エアの噴流に対して直交するように湾曲している。図１〜図３には、インペラの湾曲した羽根を適用可能な静電式スプレーガンを示し、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃには、インペラの様々な特徴、形態、及び利点を示している。
【００１１】
図１は、流体供給源１４に接続されて目標物１６へのスプレーを行う静電式スプレーガン１２を示す、静電式スプレー装置１０の概要図である。流体供給源１４には、ポンプ１８が組み付けられており、ポンプ１８により、ホース２０を介して加圧流体が静電式スプレーガン１２に供給される。また、静電式スプレーガン１２は、ホース２２を介し、加圧エアの供給源（図示せず）にも接続されている。目標物１６は、吊り下げ棚２４から吊り下げるなどして接地されている。流体スプレー装置に基づき静電式スプレー装置１０を説明しているが、粉末などのような、これとは異なるコーティング材を本発明と共に用いることも可能である。図１〜図３は、特にエアアシスト式の装置に関して図示するものであるが、本発明はエア噴霧式の装置にも適用することが可能である。
【００１２】
作業者２６は、目標物１６から約０．５ｍ以下の距離となるように、静電式スプレーガン１２を目標物１６に近接させて位置させる。静電式スプレーガン１２のトリガを操作すると、静電式スプレーガン１２内部のタービンに加圧エアが供給され、電力を生成する発電機に動力が供給される。発生した電力は、静電式スプレーガン１２のスプレーノズル近傍にある電極に供給される。これにより、電極と目標物１６との間に静電場ＥＦが生成される。静電式スプレー装置１０は様々な箇所で接地されている。例えば、接地線２８及び導電性のホース２２の少なくとも一方により、静電式スプレーガン１２を接地するようにしてもよい。静電式スプレー装置１０の様々な箇所で、別の接地線や導電材料を用いて接地を行うようにしてもよい。また、静電式スプレーガン１２のトリガの操作により、ポンプ１８から供給される加圧流体がスプレーノズルを通過し、それによって霧化した流体の粒子が静電場ＥＦ内で帯電する。こうして帯電した粒子は、接地されている目標物１６に引き寄せられる。目標物１６は吊り下げ棚２４を介して吊り下げられており、帯電した流体の粒子が目標物１６を包み込むことにより、余分なスプレーが大幅に低減される。
【００１３】
図２は、ガンハンドル部３２及びスプレーノズル組立体３４が結合されたガン胴体部３０を示す、図１の静電式スプレーガン１２の斜視図である。ガンハンドル部３２のハンドル３６には、エア供給口３８、エア排出口４０、及び流体供給口４２が組み付けられている。ガン胴体部３０には、ガンハンドル部３２のハウジング４４が結合されている。エア制御弁４６が、ハウジング４４内の開閉弁（図３中のエア用ニードル６６を参照）に接続されており、エア供給口３８から静電式スプレーガン１２の各部材への加圧エアの流動を制御する。エア調節器４７Ａ及びエア調節器４７Ｂにより、上述した開閉弁からスプレーノズル組立体３４へのエアの流動を調整する。トリガ４８が、ガン胴体部３０内の流体弁（図３中の流体用ニードル７４を参照）に連結され、流体供給口４２から流体管５０を経てスプレーノズル組立体３４へと至る加圧流体の流動を調整するように構成されている。エア制御弁４６は、発電機へのエアの流動を制御する。その後、このエアは、エア排出口４０を介して静電式スプレーガン１２から排出される。
【００１４】
トリガ４８の操作により、加圧エア及び加圧流体が同時にスプレーノズル組立体３４に供給される。加圧エアの一部は、スプレーノズル組立体３４からの流体の流動に対する作用に用いられ、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂ、またはこれらポートと同様の別のポートを介して静電式スプレーガン１２から排出される。エア噴霧式の装置の場合、加圧エアの一部は、噴出口から吐出される際の流体の霧化にも用いられる。エア噴霧式及びエアアシスト式のいずれの装置においても、加圧エアの一部は、電極５４に電力を供給する発電機の回転駆動にも用いられ、エア排出口４０を介して静電式スプレーガン１２から排出される。発電機、及び発電機に付随して電極５４用に設けられる電源部は、図３に示されている。
【００１５】
図３は、ガンハンドル部３２及びガン胴体部３０の内部に配置されるように構成された発電機５６及び電源部５８を示す、図２の静電式スプレーガン１２の分解図である。発電機５６は、リボンケーブル６０を介して電源部５８に接続されている。発電機５６は電源部５８に組み付けられ、組み立てた状態において、発電機５６がハウジング４４内にはめ込まれると共に、電源部５８がガン胴体部３０内にはめ込まれるようになっている。発電機５６が発電した電力は、電源部５８に伝送される。エアアシスト式の装置の場合、スプリング６２及び導電リング６４を含む電気回路が、電源部５８からスプレーノズル組立体３４の内側にある電極５４に電荷を供給する。エア噴霧式の装置では、発電機と電極とを接続する回路として別の電気回路を有するようにしてもよい。
【００１６】
エア用ニードル６６及びシール６８により、静電式スプレーガン１２を流動する加圧エアを制御するための開閉弁が構成される。エア制御弁４６は、ハウジング４４を通ってトリガ４８まで延設されたエア用ニードル６６を備え、このエア用ニードル６６が駆動されることによりシール６８を移動させ、エア供給口３８からガンハンドル部３２内の流路を通過する加圧エアの流動を制御することができるようになっている。スプリング７０によってシール６８及びトリガ４８が閉位置に付勢されており、ノブ７２を調整することにより、エア制御弁４６を操作することができるようになっている。シール６８が開状態にあると、エア供給口３８から供給された加圧エアが、ガンハンドル部３２内の流路を通って発電機５６やスプレーノズル組立体３４に流動する。
【００１７】
流体用ニードル７４は、静電式スプレーガン１２を流動する加圧流体を制御するための流体弁の一部を構成する。トリガ４８の操作により、キャップ７６を介してトリガ４８に連結された流体用ニードル７４が直ちに移動する。キャップ７６とトリガ４８との間にはスプリング７８が配設され、流体用ニードル７４を閉位置に付勢している。流体用ニードル７４は、ガン胴体部３０を通ってスプレーノズル組立体３４まで延設されている。
【００１８】
スプレーノズル組立体３４は、シートハウジング８０、ガスケット８１、ノズル８２、エアキャップ８４、及び保持リング８６を備えている。エアアシスト式の装置の場合、流体用ニードル７４はシートハウジング８０に係止し、流体管５０からスプレーノズル組立体３４への加圧流体の流動を制御する。ガスケット８１は、シートハウジング８０とノズル８２との間をシールする。ノズル８２は、シートハウジング８０から加圧流体を吐出させる噴出口８７を備えている。電極５４は、エアキャップ８４から延設されている。エアアシスト式の装置の場合、噴出口８７を介して高圧の加圧流体が吐出され、電極５４は噴出口８７からずれた位置にある。高圧の加圧流体が小さな噴出口を通過することによって霧化が生じる。エア噴霧式の装置では、電極と噴出口とが同軸状に位置するように、電極が噴出口から延設される。低圧の加圧流体が大きな噴出口を通過し、エアキャップ８４から供給されるエアの作用によって霧化が行われる。いずれの装置においても、エアキャップ８４は、エア調整器４７Ａ及びエア調整器４７Ｂの設定に基づき、ノズル８２からの流体の霧化及び成形を行うための加圧エアを受け取るための、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂ（図２）のようなポートを備えている。別の実施形態として、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂのいずれも有さずに、静電式スプレーガン１２を作動させるようにしてもよいし、ポート５２Ａ及びポート５２Ｂの一方のみを有して、静電式スプレーガン１２を作動させるようにしてもよい。
【００１９】
加圧エアの力で発電機５６が作動することにより、電源部５８に電気エネルギが供給され、電源部５８は、これを受けて電極５４に電圧を印加する。電極５４は、ノズル８２から発せられた霧化流体を帯電させるための静電場ＥＦ（図１）を生成する。静電場ＥＦによって生じるコロナ作用により、流体で被覆しようとする目標物に向け、帯電した流体粒子が移動する。保持リング８６は、エアキャップ８４及びノズル８２を、ガン胴体部３０に組み付けた状態で保持し、シートハウジング８０は、ガン胴体部３０内に螺合する。
【００２０】
図４Ａは、電磁式発電機構及びインペラを示す、図３の発電機５６の分解図であって、具体的には、発電機５６が、発電機ハウジング８８、インペラ９０、ベアリング９２Ａ、ベアリング９２Ｂ、ロータ９４、シャフト９６、ステータ組立体９８、リボンケーブル６０、エンドキャップ１０２、保持クリップ１０４、及びシール１０６を備えている。図４Ｂは、ステータ組立体９８を示す、図３の発電機５６の断面図である。ステータ組立体９８は、ステータコア１０８、巻線１１０、カバー１１２、及び被覆部材１１４を備えている。図４Ａ及び図４Ｂの両方に基づき説明を行う。
【００２１】
エンドキャップ１０２は、発電機ハウジング８８に結合されており、発電機５６の構成部品が設けられる容器を形成する。シャフト９６は、両端部分がロータ９４から延設されるようにしてロータ９４の中心孔を貫通している。ベアリング９２Ａ及びベアリング９２Ｂは、シャフト９６に組み付けられ、被覆部材１１４に結合されている。具体的には、ロータ９４の両方の側において、ハブ１１６Ａ及びハブ１１６Ｂにシャフト９６が嵌挿されると共に、突起部１１８Ａ及び突起部１１８Ｂが被覆部材１１４まで延設されている。図４Ｂに示すように、突起部１１８Ａは、被覆部材１１４に形成された凹部１２０Ａに、また突起部１１８Ｂは、被覆部材１１４に形成された凹部１２０Ｂに、それぞれ固定されている。本発明の一実施形態では、ベアリング９２Ａ及びベアリング９２Ｂが焼結含油青銅ベアリングからなる。別の実施形態では、ベアリング９２Ａ及びベアリング９２Ｂが、フッ素重合体といった耐溶剤性コーティングで被覆されている。このようなベアリング用のコーティングは、グラコ・ミネソタ社に譲受された米国特許第７２２６００４号に示されている。インペラ９０は、ベアリング９２Ａの近傍において、シャフト９６に装着されている。具体的には、ハブ１２１にシャフト９６が嵌挿されると共に、羽根１２２が、ハブ１２１から発電機ハウジング８８に向けて、概ね径方向に延設されている。
【００２２】
インペラ９０、ロータ９４、及びステータ組立体９８は、発電機ハウジング８８の中に挿入されている。ステータ組立体９８の被覆部材１１４は、圧入等によりしっかりと発電機ハウジング８８にはめ込まれ、ステータ組立体９８を発電機ハウジング８８内に確実に保持する。被覆部材１１４は、肩部１２４（図４Ｂ）に押し付けられることにより、開口１２８に対してインペラ９０を適切に位置決めする。このようにして、インペラ９０が、ステータ組立体９８とエンドキャップ１０２との間の空間内に配置される。シャフト９６がベアリング９２Ａ及びベアリング９２Ｂにおいて回転自在となっていることにより、インペラ９０が発電機ハウジング８８内で回転することができる。保持クリップ１０４が発電機ハウジング８８に挿入され、爪１２５（図４Ａ）が、発電機ハウジング８８に形成された切欠１２６（図４Ａ）に係合する。保持クリップ１０４は、ベアリング９２Ｂが凹部１２０Ｂから外れるのを防止する。また、保持クリップ１０４は、ステータ組立体９８を肩部１２４に押圧することにより、発電機ハウジング８８内へのステータ組立体９８の保持を補助する。
【００２３】
インペラ９０に回転を生じさせるため、開口１２８を介して発電機ハウジング８８内に加圧エアが導入される。この加圧エアは、羽根１２２に衝突して、インペラ９０の回転を発生させ、この回転により、ステータ組立体９８における巻線１１０の内側で、シャフト９６及びロータ９６が回転する。本実施形態において、カバー１１２は、巻線１１０の周囲に設けられたエポキシコーティングからなる。別の実施形態として、巻線１１０とコア１０８との間で、コア１０８の周囲にコーティングを形成するようにしてもよい。ロータ９４及び巻線１１０は、リボンケーブル６０に供給する電流を生成するための電磁式発電機構を形成する。本発明の実施形態では、ロータ９４がネオジム磁石を備え、巻線１１０が銅線で構成されている。ネオジム磁石は、アルニコ磁石のような通常の磁石に比べてエネルギ密度が高い。このような高いエネルギ密度により、ロータ９４の大きさ及び重量を低減することが可能となる。一実施形態では、ネオジム磁石を用いることにより、従来の静電式スプレーガンの発電機に比べ、大きさを４０％低減することができる。ロータ９４の大きさを低減することにより、慣性モーメントを低減させると共に、加圧エアの力が加えられたときのロータ９４の加速性を向上させることができ、作業者２６（図１）にとって良好な応答性が得られると共に、発電機５６の作動に必要な加圧エアの量を低減することができる。
【００２４】
上述したように、羽根１２２は、発電機ハウジング８８の開口１２８からのエアを受ける位置に配置される。加圧エアの流動から得られる動力が最大限となるように、羽根１２２の形状及び数が選定される。具体的には、各開口１２８からの加圧エアを、実質的に１つずつの羽根でしか受けないように間隔を置いて、羽根１２２がハブ１２１の周囲に配設されると共に、これらの羽根１２２は、加圧エアが各羽根に対して常に実質的に直角に衝突するような形状となっている。
【００２５】
図５Ａ〜図５Ｃは、発電機ハウジング８８に形成された４つのエア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄに対して様々な位置にあるインペラ９０を示す図である。インペラ９０は、ハブ１２１から延設された８つの羽根１２２Ａ〜１２２Ｈを備える。エア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄのそれぞれは、エア供給口３８（図２）から供給される加圧エアの噴流が流動するように構成されている。例えば、エア流入開口１２８Ａは、エアの噴流ＪAが流動するように構成されている。
【００２６】
本実施形態において、インペラ９０は、羽根１２２として８つの羽根１２２Ａ〜１２２Ｈを有し、発電機ハウジング８８は、開口１２８として４つのエア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄを有する。羽根１２２Ａ〜１２２Ｈ及びエア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄは、エア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄからのエアの噴流に接する羽根の数が、常に実質的に４つだけとなるように、間隔を置いて配設されている。従って、エアの噴流に実質的に接しなくなる羽根の数も、常に４つとなる。
【００２７】
発電機ハウジング８８は、軸線Ａを中心とする、実質的に円筒状の部材として形成される。同様に、インペラ９０のハブ１２１も、軸線Ａを中心として同軸状に配設される。開口１２８は、発電機ハウジング８８の周面に沿って等間隔に配設される。従って、エア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄは、軸線Ａを中心にほぼ９０度の間隔で設けられている。これら４つのエア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄは、軸線Ａを中心として直線で囲まれた図形を形成するように交差する軸線にそれぞれが沿うように配設されている。エア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄのそれぞれは、軸線Ａを通って発電機ハウジング８８を横切る線に平行に延設されている。従って、図示した実施形態において、エア流入開口１２８Ａ〜１２８Ｄの中心軸線は、正方形を形成する。
【００２８】
羽根１２２Ａ〜１２２Ｈのそれぞれは湾曲している。具体的には、羽根１２２Ａに関して図示しているように、羽根１２２Ａ〜１２２Ｈのそれぞれが、湾曲した前端面ＬＥと湾曲した後端面ＴＥとを備えている。羽根１２２Ａ〜１２２Ｈは、ハブ１２１の外周に等間隔で配置されている。従って、羽根１２２Ａ〜１２２Ｈは、軸線Ａを中心にほぼ４５度の間隔で設けられている。
【００２９】
前端面ＬＥ及び後端面ＴＥは、エアの噴流ＪAによって最大限のトルクが生じるように成形されている。即ち、後端面ＴＥが、常にエアの噴流ＪAに対して実質的に直交するように成形されている。図５Ａは、羽根１２２Ａの先端部分がエアの噴流ＪAに接するようになった状態を示している。インペラ９０が軸線Ａを中心に回転すると、羽根１２２Ａの後端面においてエアの噴流ＪAに接する位置が変化する。即ち、エアの噴流ＪAは、ハブ１２１にわずかに近付いた位置に作用するようになる。図５Ｂは、図５Ａの状態に比べ、羽根１２２Ａが、軸線Ａを中心に１０度回転して、エア流入開口１２８Ａから離れた状態を示している。エアの噴流ＪAが羽根１２２Ａを押してエア流入開口１２８Ａから遠ざける際には、後端面ＴＥの湾曲により、常に羽根１２２Ａがエアの噴流ＪAと実質的に直交するようになっている。図５Ｃは、図５Ａの状態に比べ、羽根１２２Ａが、軸線Ａを中心に２０度回転して、エア流入開口１２８Ａから更に離れた状態を示している。一実施形態では、エアの噴流ＪAが、直角から１０度以内の角度で後端面ＴＥに衝突する。好ましい実施形態では、エアの噴流ＪAが、直角から５度以内の角度で後端面ＴＥに衝突する。
【００３０】
エアの噴流ＪAは、エアの噴流ＪAが実質的に１つずつの羽根にしか衝突せず、且つ連続的に羽根と接触することで得られる最大限のトルクをハブ１２１に与える。本実施形態のインペラを用いることにより、インペラ９０のアーム距離（インペラの中心軸線と、羽根においてエアの噴流ＪAが衝突する領域との間の距離）に対し、エアの噴流ＪAの力のベクトルの作用は、ハブに対するトルク（エアの噴流の力のベクトル×アーム距離＝トルク）を増大させるようなエア流入開口１２８Ａの配置により、可能な限り直角に生じるので、最大限のトルクを得ることが可能となる。一実施形態において、羽根１２２Ａの後端面ＴＥは、前端面ＬＥを延設する際に当該前端面ＬＥが沿う弧よりも長い弧に沿って延設される。羽根１２２Ａの前端面ＬＥは、エアの噴流ＪAに関わるようには構成されていないため、羽根１２２Ａの寸法及び重量を低減するような形状とされる。このような後端面及び前端面の湾曲及び長さとすることにより、隣接する羽根の前端面と後端面とは、サメのひれ状の形状をなす。
【００３１】
本発明のインペラの羽根により、従来の発電機の羽根に比べ、高い効率での動力の取り出しが可能となる。静電式スプレーガンに適用するための従来の発電機用のタービンは、三角形状または鋸歯状をなして、前端面及び後端面が平坦な羽根を有したインペラで作動するものであった。このため、インペラの平坦面がエアの噴流となす角は、エアの噴流による作用の効率を低下させるような角度となる。即ち、エアの噴流は、例えば３０度というような９０度より小さな角度で平坦な羽根と衝突することになる。このため、エアの噴流により羽根の表面に作用してハブにトルクを与える力は、エアの噴流により得られる全ての力よりも小さな力となり、動力の取り出しが非効率的となる。上述したような湾曲したインペラの羽根は、加圧エアからの、より多くのエネルギの取り出しを可能とするものである。即ち、エアの噴流がほぼ９０度でインペラの表面に衝突することにより、ハブにトルクを与える力のベクトルの大きさを最大限とすることができる。本発明により、羽根の表面に対して実質的に直角となる（そして、ハブにトルクを与える）エアの噴流の力のベクトルの大きさは、エアの噴流により得られる全ての力の大きさとほぼ等しくなる。インペラ９０によって一層効率的に動力の取り出しを行うことで、同じ動力を得るのに必要なエアの消費量が低減され、装置全体の効率が向上する。
【００３２】
本発明に関し、好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態を詳細にわたって変更可能であることは、当業者が理解しうるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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