JP6022760B2 - ノズルヘッドおよびそれを有する回転スプレイ - Google Patents

Description

本発明は、対象上にコーティング材料を塗布するための回転スプレイ用のノズルヘッドに関するものであって、

回転軸を中心に回転可能な、流出面を備えたベル形皿を有し、その流出面にコーティング材料が次のように、すなわちベル形皿から離れる方向にコーティング材料が放出されるように、供給可能である。

本発明は、さらに、対象上にコーティング材料を塗布するための、ノズルヘッドを備えた回転スプレイに関する。

前述の種類のノズルヘッドを搭載した、回転スプレイは、たとえば自動車工業において、車両ボディの部分のような対象を塗装し、あるいは保護材料でコーティングするために使用される。

その場合にベル形皿は、コーティング材料を噴霧するために用いられ、そのためにベル形皿は、毎分１００００〜１０００００の極めて高い回転速度でその回転軸を中心に回転駆動される。

回転するベル形皿に、選択されたコーティング材料が供給される。コーティング材料へ作用する遠心力に基づいて、コーティング材料は、ベル形皿上でフィルムとして外側へ移動されて、ベル形皿の径方向外側に位置する終端エッジまで達する。そこでこのように高い遠心力がコーティング材料へ、それが細かいコーティング材料滴の形式で接線状に放出されるように作用する。

その場合に、比較的広い大きさの範囲にわたって広がる、様々な大きさの滴が生じる。その場合に、比較的大きい滴は、小さい滴よりも遠く径方向外側へ放出される。前述の種類のノズルヘッドと回転スプレイによって、比較的幅広のスプレイビームが形成され、そのスプレイビームは、理想的な場合においては円錐形状であり、かつ比較的大きい円錐角度を有する。

このスプレイビームを、コーティングすべき対象上へ合焦させるために、既知の回転スプレイは、たとえば静電的に作用する。その場合に塗布すべきコーティング材料が帯電され、それに対してコーティングすべき対象は、接地されている。その場合に、回転スプレイと対象との間に電場が形成され、その電場によって、帯電されたコーティング材料が方向づけされて、対象上へ塗布される。しかし、これは、電気的に導通する対象においてしか、機能しない。

静電駆動の代わりに、あるいはそれに加えて、既知の回転スプレイにおいて、空気案内装置が形成されている。それによって、大体においてリング形状の案内空気流がスプレイビーム上へ案内されて、それを束ねて、様々な大きさの滴がコーティングすべき対象上へ案内される。
しかし一部では、そのために強い案内空気流が必要であって、それを形成するのは、比較的煩雑である。

本発明の課題は、前述の種類のノズルヘッドと回転スプレイにおいて、できる限りわずかな構造的手間によって、発生されるスプレイビームが対象上へ合焦されるようにすることである。

この課題は、前述の種類のノズルヘッドにおいて、次のことにより解決される。

ベル形皿に、回転軸に対して回転対称の、排出環状間隙を備えたラバル環状ノズルが形成されており、その排出環状間隙から作業流体が、ベル形皿から放出されたコーティング材料上へ吹出し可能である。
ラバルノズルにおいては、貫流する作業流体のための通過横断面は、まず狭くなり、その後流出開口部の方向へ拡幅する。それによって貫流する作業流体が著しく加速され、そのために他の措置が必要となることはない。

上述したように、ベル形皿から放出されたコーティング材料は、種々の大きさの滴の形式で存在する。通常は空気である、作業流体が、著しく加速されて放出環状間隙から流出して、比較的大きい滴へ当接した場合に、これらの滴は空気衝撃によって複数のより小さい滴に分解され、それによってスプレイビームが滴の大きさに関して均質化される。比較的小さい滴は、それに対して大きい滴ほど遠く径方向外側へ放出されることはないので、得られるスプレイビームは、ラバル環状ノズルなしで発生されるスプレイビームに比較して、束ねられており、それによってコーティングすべき対象上へ合焦する。

ベル形皿の外表面が、案内ボディの、回転軸に対して回転対称の表面によって包囲されており、その表面がベル形皿の外用面と共にラバル環状ノズルを形成していると、特に効果的である。このようにしてベル形皿の外表面は、ラバル環状ノズルの流れ面として利用することができる。

ラバル環状ノズルは、ベル形皿の外表面が円錐台面を形成していると、特に良好に形成することができる。

この場合において、ベル形皿の外表面と案内ボディの表面との間に円錐状の環状通路が形成されていると、特に好ましく、その場合にその表面は、ベル形皿の外表面の方向を向いた回転対称の隆起部を有しており、それが、環状通路の狭窄箇所を定める。

ベル形皿の外表面または案内ボディの表面が、案内ブレードを支持しており、その案内ブレードが次のように、すなわちベル形皿が回転した場合に、ベル形皿の外表面と案内ボディの表面との間にある作業流体が、ラバル環状ノズルの排出環状間隙へ給送されるように、整えられている場合に、それによって作業流体は、リザーバからラバル環状ノズルへ吸い込むことができる。その場合に、作業流体のための付加的な給送装置は、省くことができる。
その場合に、案内ボディが少なくとも１つの通り抜け通路を有しており、それを介して周囲から流体が環状通路内へ流入することができると、特に効果的である。この場合においては、作業媒体用の外部のソースはもはや必要なく、むしろそのために、回転スプレイまたはノズルヘッドの周囲雰囲気が用いられる。

ラバル環状ノズルの通過横断面が、少なくともその狭窄箇所において調節可能であると、好ましい。それによって、ラバル環状ノズルから流出する作業流体の最終速度を調節することができる。

これは、好ましくは、ベル形皿と案内ボディの互いに対する相対位置が、その軸に関して調節可能であることによって、達成することができる。好ましくは案内ボディは、ベル形皿に対して軸方向に摺動されて、種々の軸方向位置に固定することができる。前述の種類の回転スプレイに関して、上で挙げた課題は同様に、ノズルヘッドが請求項１から７のいずれか１項に従って形成さていることによって、解決される。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

本発明に係る回転スプレイのスプレイヘッドを、図２の切断線I−Iに沿って示す軸断面図であって、ラバル環状ノズルが形成されている。 図１に示すノズルヘッドを、その切断線II−IIに沿って示す断面図である。 図１と同様の断面図であって、ラバルノズルによって発生される空気流の作用が明らかにされている。

図１において、回転スプレイが全体を符号２によって示されており、そのうちの、ノズルヘッド６を有するヘッド部分４のみが示されている。回転スプレイ２によって塗料を、それ自体として示されていない対象上に塗布することができる。

ノズルヘッド６は、回転対称のベル形皿８を有している。このベル形皿は、ここで説明する実施例においては、全体として、一周する壁１２を備えた中空の円錐台１０として形成されており、円錐台形状の内表面１４と円錐台形状の外表面１６を有している。ベル形皿８は、従来技術に基づくベル状皿においてそれ自体知られているように、これとは異なる幾何学配置を有することもできる。

ベル形皿８は、その回転軸１８を中心に高速で回転することができ、そのために回転スプレイ２は駆動装置２０を有しており、それが図１と３に図式的にのみ示されている。ベル形皿８は、たとえば電気モータによって、あるいは空気式で駆動することができる。ベル形皿８は、駆動中１０、０００から１００、０００min^-1の回転速度でその回転軸１８を中心に回転する。

ベル形皿８は、ベル形皿８に対して同軸の中空軸２２の自由端部によって支持されており、その中空軸は、駆動装置２０と結合されており、かつ、長手方向に塗料供給通路２４を画成し、その塗料供給通路に、図示されない塗料リザーバから供給を行なうことができる。

中空軸２２は、回転軸１８に対して垂直に延びる固定フランジ２６内で終了しており、その固定フランジを介して中空軸がベル形皿８と結合されている。そのために、ベル形皿８は、中空軸２２の固定フランジ２６に対して相補的な、中央の放出開口部３０を備えたリングプレート２８を有しており、中空軸２２内の塗料供給通路２４がその放出開口部内へ連通している。

ベル形皿８は、さらに、それ自体知られているように、反跳板３２を有しており、その反跳板は、リングプレート２８によって支持されている。反跳板３２は、ベル形皿８の回転軸１８に対して垂直に延びており、かつリングプレート２８からわずかな距離をもってベル形皿８の内部に配置されている。反跳板３２は、径方向外側へ向かってベル形皿８の内表面１４のすぐ前まで延びており、その内表面が円錐台形状の流出面３４として用いられる。従ってこの流出面３４の外径は、中空軸２２から離れる方向へ増大している。流出面３４は、中空軸２２から離れた端部において、一周する終端エッジ３６内で終了している。

ベル形皿８の外表面１６は、円錐状の案内スリーブ４０として形成されている案内ボディの、外表面１６に対して回転対称の内表面３８によって包囲されており、その案内ボディが、ベル状皿８に対して同軸に配置されている。案内スリーブ４０は、自由な終端縁４２を有しており、その終端縁が、ベル形皿８の外表面の径方向となりに配置されているので、そこに、放出環状間隙４４が形成されている。

案内スリーブ４０の内表面３８は、自由な終端縁４２から内側へ向かう方向に見て、隆起部を形成する、ベル形皿８の外表面１６に近づく方向に彎曲した部分４４を有しており、その部分が、円錐状の部分４８へ移行しており、その部分４８は、ベル形皿８の外表面１６に対して間隔を維持しながら平行に延びている。その後、円錐状の部分４８は、一定の横断面を有する中空円筒支持体５０内へ連通し、その中空円筒支持体は、中空軸２２を包囲し、かつ回転スプレイ２に案内スリーブ４０を固定するために用いられる。

案内スリーブ４０は、回転可能なベル形皿８に対して、回転に関して固定的に支承されているが、軸方向には摺動することができ、ベル形皿８に対して種々の軸方向位置に固定することができる。

全体として、ベル形皿８の外表面１６と案内スリーブ４０の内表面３８との間に環状通路５２が形成されており、その最も狭い箇所５４が、隆起部４６によって定められている。

このようにして、ベル形皿８に対して同軸の案内スリーブ４０の内表面３８が、ベル形皿８の外表面１６と共にラバル環状ノズル５６を形成し、それが排出環状間隙４４を有しており、そこから作業流体が、ベル形皿８から放出されるコーティング材料上へ吹き出される。その場合に、案内スリーブ４０の内表面３８が、ラバル環状ノズル５６の第１の流れ面を形成し、ベル状皿８の外表面１６が第２の流れ面を形成しており、それらは対向している。
従って一般的に表現して、ベル形皿８に、回転軸１８に対して回転対称のラバル環状ノズル５６が形成されており、それが排出環状間隙４４を有しており、そこから作業流体が、ベル形皿８から放出されるコーティング材料上へ吹出し可能である。

作業流体として、この実施例においては、空気が使用される。そのために、案内スリーブ４０の円錐状の部分４８の、円筒部分５０に隣接する領域に、周方向に複数の通り抜け通路５８が形成されており、それを介して環状通路５２が、ノズルヘッド６を包囲する外気と連通することができる。さらに、ベル形皿８は、その外表面１６上に、周方向に均一に分配された案内ブレード６０を有している。案内ブレードは、回転スプレイ２が駆動されてベル形皿８が回転する場合に、環状通路５２から空気が吸い込まれて、排出間隙４４の方向へ給送されるような幾何学配置を有し、かつそのように配置されている。その場合に、環状通路５２内に負圧が形成され、それによって、ノズルヘッド６を包囲する空気が、通り抜け通路５８を介して環状通路５２内へ吸い込まれ、従って作業流体として用いられる。

上述した回転スプレイ２は、以下のように機能する。

回転スプレイ２が駆動されると、ベル形皿８は駆動装置２０によってその回転軸１８を中心に回転されて、中空軸２２内の塗料供給通路２４へ塗料が供給される。

その場合に、塗料はまず、回転するベル形皿８の環状間隙２８内の排出開口部３０から流出して、その反跳板３２上に当接する。この塗料は、ベル形皿８が回転していることによって塗料フィルムとしてその内側に位置する流出面３４へ達し、さらに前へ向かってその終端エッジ３６へ達して、そこで塗料フィルムが塗料滴の形式で放出される。その場合に、比較的大きな領域にわたって広がる、様々な大きさを有する滴が発生する。この滴形成が、図３に示されており、その場合に比較的大きい滴６２と比較的小さい滴６４が示されている。

回転するベル形皿８の外表面１６に設けられた案内ブレード６０によって、排出環状間隙４４から空気が均一に、終端エッジ３６から放出された滴６２、６４上へ吹き出される。この空気は、ラバル環状ノズルが形成されていることに基づいて、排出間隙４４において塗料滴６２と６４上に圧力衝撃がもたらされるような、高い流出速度を有しており、その圧力衝撃が、図３に参照符号６６で示唆されている。この圧力衝撃６６によって、より大きい滴６２が、複数の小さい滴６４に分割される。これが、図３に、小さい矢印６８によって示唆されている。

比較的小さい滴６４それ自体においては、圧力衝撃はとりたてて言うほどの影響を持たない。従って全体として、ベル形皿８の終端エッジ３６から放出された塗料滴の中くらいの大きさのものが、統一される。

従って少なくとも少し大きく、従ってより重い滴６４が存在し、それが、遠心力によって、より小さく、従ってより軽い塗料滴６２よりも、径方向外側へさらに移送される。

このようにして、ノズルヘッド６によって形成された塗料の霧の直径は、ラバル環状ノズル５６なしのものよりも小さくなり、塗料の霧が、塗装すべき対象上に合焦される。

上述したように、案内スリーブ４０は、ベル形皿８に対して軸方向に摺動され、かつベル形皿８とその外表面１６に対して摺動された軸方向位置に固定することができる、それによって、ラバル環状ノズル５６の環状通路５２の狭窄箇所５４の通過断面積を調節することができる。

案内スリーブ４０が、ベル形皿８に対して後方へ移動された場合に、ラバル環状ノズル５６の環状通路５２の狭窄箇所５４における通過横断面は増大する。それに伴って、案内スリーブ４０の円錐状部分４８の領域における環状通路５２の通過横断面も増大する。その場合に、ラバル環状ノズル５６の排出間隙４４から流出する空気の速度とそれに伴って発生される、滴６４への圧力衝撃は、減少される。

それに対して案内スリーブ４０が、ベル形皿８に対して前方へ摺動された場合に、ラバル環状ノズル５６の環状通路５２の狭窄箇所５４における通過横断面が減少される。それに応じて案内スリーブ４０の円錐状部分４８の領域における環状通路５２の通過横断面も減少する。その場合に、ラバル環状ノズル５６の排出間隙４４から流出する空気の速度およびそれによって発生される、滴５４への圧力衝撃は、増大する。

従って、ベル形皿８の外表面１６の少なくとも一部は、常に、案内スリーブ４０の内表面３８の少なくとも１つの部分によって包囲されている。変形例において、案内ブレード６０は、ベル形皿８の外表面１６に設けられる代わりに、案内スリーブ４０の内表面３８に設けることもできる。その場合に案内ブレード６０は固定であるが、ベル形皿８の回転速度が高いために、所望の作用が得られる。

他の変形例において、ラバル環状ノズル５６の環状通路５２へ、圧縮空気源から圧縮空気導管を介して圧縮空気を供給することもでき、その場合に圧縮空気は、作業流体として用いられる。この場合において、場合によっては案内ブレード６０を省くことができる。

他の変形例において、ラバル環状ノズル５６は、ベル形皿８を然るべく包囲する、別体の構成部品として設けることもできる。この場合において、ベル形皿８の外表面１６は、ラバル環状ノズルの第２の流れ面を形成しない；むしろ、その場合にはこの流れ面は、別体の構成部品によって用意される。

Claims (6)

1. 回転軸（１８）を中心に回転可能な、流出面（３４）を備えたベル形皿（８）を有し、前記流出面へコーティング材料が、前記ベル形皿（８）からそのコーティング材料が放出されるように供給可能である、対象上へコーティング材料を塗布するための回転スプレイ用のノズルヘッドにおいて、
   前記ベル形皿（８）に、回転軸（１８）に対して回転対称の、排出環状間隙（４４）を備えたラバル環状ノズル（５６）が形成されており、前記排出環状間隙から作業流体が、前記ベル形皿（８）から放出されたコーティング材料上へ吹き付け可能であり、
   前記ベル形皿（８）の外表面（１６）が、案内ボディ（４０）の、回転軸（１８）に対して回転対称の表面（３８）によって包囲されており、前記表面が、ベル形皿（８）の外表面（１６）と共に、ラバル環状ノズル（５６）を形成しており、
   前記ベル形皿（８）の外表面（１６）と案内ボディ（４０）の表面（３８）との間に、環状通路（５２）が形成されており、その場合に表面（３８）が、ベル形皿（８）の外表面（１６）の方向を向いた回転対称の隆起部（４６）を有しており、前記隆起部が、環状通路（５２）の狭窄箇所（５４）を定め、
   前記ラバル環状ノズル（５６）の通過横断面が、少なくともその狭窄箇所（５４）において調節可能である、ことを特徴とする回転スプレイ用のノズルヘッド。
2. 前記ベル形皿（８）の外表面（１６）が、円錐台面を形成している、ことを特徴とする請求項１に記載のノズルヘッド。
3. 前記ベル形皿（８）の外表面（１６）または案内ボディ（４０）の表面（３８）が、案内ブレード（６０）を支持しており、前記案内ブレードが、ベル形皿（８）が回転した場合に、前記ベル形皿（８）の外表面（１６）と案内ボディ（４０）の表面（３８）との間にある作業流体が、ラバル環状ノズル（５６）の排出環状間隙（４４）へ給送されるように、整えられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルヘッド。
4. 前記案内ボディ（４０）が、少なくとも１つの通り抜け通路（５８）を有しており、それを介して周囲からの流体が環状通路（５２）内へ流入することができる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のノズルヘッド。
5. 前記ラバル環状ノズル（５６）の通過横断面が、少なくともその狭窄箇所（５４）において調節可能であり、
   前記ベル形皿（８）と案内ボディ（４０）の互いに対する相対位置が、その軸（１８）に関して調節可能である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のノズルヘッド。
6. コーティング材料を対象上に塗布するための、ノズルヘッド（６）を有する回転スプレイにおいて、
   前記ノズルヘッド（６）が、請求項１から５のいずれか１項に記載のノズルヘッド（６）に形成されている、ことを特徴とする回転スプレイ。

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