Procédé pour appliquer par voie électrostatique un revêtement sur un objet, et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé pour appliquer par voie électrostatique un revêtement sur un objet en utilisant un dispositif de pulvéri sation produisant un brouillard de particules de matière de revêtement liquide chargées d'électricité ce brouillard occupant au moins initialement un espace de section transversale annulaire entourant un noyau sensiblement démuni de particules de la matière de revêtement.
Dans la majorité des opérations de pulvérisation à la main, il est désirable que ce noyau sensiblement démuni de particules soit supprimé ou diminué dans une forte mesure.
Le procédé selon la présente invention rend possible la suppression ou une diminution impor tante dudit noyau. Il est caractérisé en ce qu'on crée, en disposant une électrode, soit dans ledit noyau, soit à proximité de ce dernier et sensible ment en dehors dudit espace de section annulaire occupé par le brouillard, une zone de potentiel attirant lesdites particules. De préférence, cette zone d'attraction de particules peut être maintenue à un potentiel intermédiaire entre les potentiels du dispo sitif de pulvérisation (normalement à un potentiel élevé) et de l'objet (normalement à la masse).
L'invention comprend également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comprenant un dispositif de pulvérisation susceptible de produire un brouillard de particules de matière de revêtement liquide occupant au moins initialement un espace de section transversale annulaire entourant un noyau sensiblement démuni de particules de la matière de revêtement, et des moyens comprenant une source de haute tension reliée à ce dispositif de pulvérisation, permettant de maintenir ce dispo- sitif à un potentiel électrique élevé afin de charger d'électricité lesdites particules.
Selon l'invention, cette installation est caracté risée en ce qu'elle comprend une électrode agencée de façon à être disposée, soit dans ledit noyau sensiblement démuni de particules, soit à proximité de lui et sensiblement en dehors dudit espace de section annulaire occupé par le brouillard, et des moyens pour maintenir cette électrode à un potentiel attirant lesdites particules.
On exposera ci-après, à titre d'exemple, quelques mises en oeuvre particulières du procédé revendiqué en regard du dessin annexé qui représente quelques formes d'exécution particulières de l'installation permettant ces mises en couvre La fig. 1 est une vue détaillée, de côté en élévation, d'un ,pistolet pulvérisateur électrostatique à main d'une première forme d'exécution de l'in vention ; la fig. 2 est une vue partielle de ce pistolet pulvérisateur à main ; la fig. 3 en est une vue de face arrière avec coupe transversale ;
la fig. 4 est une vue de face montrant la tête tournante d'atomisation de ce pistolet pulvérisateur à main ; la fig. 5 est une vue schématique de l'ensemble de cette première forme d'exécution ; la fig. 6 est une vue schématique des connexions électriques d'une variante ; la fig. 7 montre un dessin typique de pulvérisa tion déposé sur une plaque plate par un pistolet tel que celui représenté dans les fig. 1-5, mais dans lequel on aurait omis l'électrode centrale ;
la fig. 8 montre un dessin typique amélioré de pulvérisation déposé sur une plaque plate par le pistolet des fig. 1-5, utilisant l'électrode centrale ; la fig. 9 illustre un pistolet pulvérisateur électro statique à main d'une autre forme d'exécution ; la fig. 10 est une vue détaillée du disque et dispo sitif de pulvérisation montrés dans la fig. 9 ; et la fig. 11 est un schéma de montage d'une autre forme d'exécution.
Dans les fig. 1-4, le pistolet pulvérisateur à main est désigné par 10 et comprend un boîtier en matière isolante 11 et une poignée métallique 12 reliée au boîtier 11. Un couvercle arrière 13, égale ment en métal, est monté sur le boîtier 11 et est relié à la poignée 12. Une ligne de transmission d'énergie rotative, une ligne de haute tension et une canalisation d'alimentation en enduit liquide sont contenues à l'intérieur d'une gaine de protec tion souple 15 mise à la terre.
La ligne de transmission d'énergie rotative con siste en un arbre flexible 18 partant d'une source d'énergie rotative non représentée et courant à l'intérieur d'un tube 19 en matière isolante. L'extré mité de cet arbre flexible comporte un tenan 18a qui s'adapte dans une fente longitudinale 20n d'une douille métallique 20 solidement fixée par des anneaux 21 dans un arbre en matière isolante 22.
Cet arbre 22 est tourillonné pour tourner à l'inté rieur d'un manchon 23 fixé à l'intérieur du boîtier 11 au moyen d'une vis de fixation en matière plasti que 24.
Un support d'atomiseur 26, appelé p a r f o i s anneau à chicane , est monté sur l'extrémité avant de l'arbre 22 au moyen d'une vis de fixa tion 27. Un atomiseur 28, semblable à un anneau et ayant un bord avant d'évacuation du liquide ou d'atomisation 28a de préférence aussi aigu qu'un couteau, est monté rotativement de marnière concen trique autour de l'arbre 22 et est écarté du support d'atomiseur 26 au moyen de tiges 29,
afin de former une ouverture annulaire 30 entre le bord exté rieur 26a dudit support et la surface intérieure de guidage du liquide 28b de l'atomiseur. Le support 26, la vis 27, l'atomiseur 28 et les tiges 29 sont tous faits en matière isolante, et la; rotation de l'arbre flexible 18 est transmise, par l'intermédiaire de la douille 20, de l'arbre 22 et du support 26 pour faire tourner l'atomiseur 28 concentriquement autour de l'axe de l'arbre 22.
Une électrode métallique 32 ayant un bout hémisphérique exposé et s'étendant au-delà de l'extrémité avant de l'arbre 22 est portée par ledit arbre, le bout de cette électrode se trouvant à environ 7,6 centimètres en avant du bord 28a. L'extrémité arrière de l'électrode 32 est reliée à une résistance élevée 34 par exemple de l'ordre de 1500 mégohms.
Cette résistance 34 peut être mainte nue en contact avec l'électrode 32 par un ressort 35 qui fournit également une connexion électrique entre l'extrémité arrière de cette résistance élevée 34 et la douille 20. Cette douille est maintenue à lai terre par sa liaison avec l'arbre flexible mis à la terre 18.
La ligne de haute tension consiste en un fil métallique 38 (fig. 3) enchâssé dans un guipage isolant 39 protégé par un morceau de gaine isolan te 40. Une haute tension est amenée depuis une source au pistolet à main par l'intermédiaire du fil 38 dont l'extrémité avant est reliée à une résis- tance élevée 42 par exemple de l'ordre de 1000 mégohms.
L'extrémité avant de la résistance éle vée 42 est électriquement reliée à un petit ressort en fil métallique 44 qui fait contact balai avec un revêtement résistif 28c appliqué de façon perma nente sur la surface extérieure de l'atomiseur 28.
La, résistance totale du revêtement résistif 28c, mesurée du ressort 44 à une plaque métallique conductrice appliquée contre le bord d'atomisa- tion 28n de l'atomiseur pour les besoins de cette mensuration, est d'au moins 20 mégohms et, de préférence, de l'ordre de 100 mégohms.
De la matière de revêtement liquide est fournie sous pression positive par une conduite d'alimenta- tion en liquide 46 reliée par des raccords appropriés à un conduit 48 (représenté dans la fig. 2) à l'arrière de lai poignée 12. Cette poignée 12 est apte à être commodément tenue par un opérateur et comprend une gâchette 50 qui contrôle un pointeau 51 norma lement maintenu par un ressort 52 pour fermer l'extrémité avant du conduit 48.
Lorsque la gâchet te 50 est actionnée, le pointeau 51 se déplace vers l'avant contre l'action du ressort 52 pour ouvrir le conduit 48 et permettre l'écoulement du liquide dans une chambre 53 de la poignée et, de cette chambre, par un passage 54 du boîtier du pistolet (dont l'extrémité arrière présente une bouche 54a), jusqu'à un ajutage 55 à l'extrémité avant du pistolet. Le liquide est déchargé par cet ajutage 55 sur la surface intérieure de l'atomiseur tournant 28 pour s'écouler par l'ouverture 30 et s'étendre en une mince pellicule sur la surface 28b de l'atomiseur.
Dans la fig. 5, le pistolet pulvérisateur 10, tenu par un opérateur dont la main est indiquée en 60, est maintenu espacé d'un objet 61 qui est normale ment à la terre comme l'est l'opérateur. La ligne de haute tension 38 est reliée à une source de haute tension 63 fournissant une tension de l'ordre de 100 kilovolts. Les éléments rotatifs du pistolet 10 sont mis en rotation, de préférence à 900 tours par minute, en reliant l'arbre flexible 18 à un moteur mis à la masse 65.
La, . matière de revêtement liquide est fournie au pistolet 10 à un débit de l'ordre de 100 cm3 par minute par le raccordement de la conduite 46 à un réservoir 66.
La haute tension de 100 kilovolts est appliquée par l'intermédiaire de la ligne 38, de la résistance 42, du ressort 44 et du revêtement résistif 28c au bord d'atomisation 28a. Par suite de la chute de tension à travers la résistance 42 et le revêtement 28e, la tension au bord d'atomisation 28n sera approxima- tivement de 85 kilovolts lorsque la peinture est fournie audit bord et que le pistolet est à 30 centi mètres de l'objet mis à la terre.
En supposant, comme ce sera normalement le cas, que l'objet 61 à revêtir est l'objet mis à la terre le plus proche et se trouve à 30 centimètres du pistolet, un champ électrostatique ayant un gradient moyen de potentiel d'environ 2800 volts par centimètre sera établi entre le bord 28a à haute tension et l'objet mis à la terre. L'actionnement de la gâchette 50 provoque l'écoulement du liquide depuis la source sous pression 66 à travers la conduite 46 et, par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation repré senté dans la fig. 2, sous forme d'une mince pellicule au bord d'atomisation 28a.
Au voisinage de ce bord 28a, le liquide est élevé pratiquement au potentiel électrique dudit bord et atomisé pour être ensuite introduit sous forme de fines particules dans le champ électrostatique.
Une colonne ininterrompue de liquide s'étendant entre la chambre 53 de lai poignée 12 et le bord d'atomisation 28a constitue une connexion électri que entre le bord 28a à haute tension et la poignée mise à la terre.
Alors que les produits (y compris solvants et diluants) utilisés dans la préparation de liquides de revêtement varient largement en conductivité, la grande majorité des mélanges de revêtement liqui des commercialement utilisés peuvent être classés comme des conducteurs relativement médiocres manifestant une résistance considérable, en parti culier sous la forme de colonnes de petit diamètre et de pellicules minces. Par conséquent, bien que le liquide dans la chambre 53 puisse être à la terre ou presqu'à la terre, pour la plupart des liquides de revêtement, le liquide se trouvant entre la cham bre 53 et le bord 28a ne fournit pas un chemin efficace à la terre.
Une attraction électrique existe entre les parti cules d'enduit liquide atomisées, fortement chargées, et l'objet mis à la terre, ce qui fait que les particules se déplacent vers ledit objet et s'y déposent sous forme d'un revêtement liquide. Lorsque cet objet est une tôle métallique plate parallèle au bord d'atomisation et qu'il n'existe pas d'électrode 32 dans le pistolet à main, le dessin des particules de pulvé risation déposées sur l'objet est un anneau ayant une importante portion centrale démunie de parti cules de pulvérisation, comme le représente la fig. 7.
Quoique l'objet 61 soit l'objet directement mis à la terre le plus voisin du bord 28a, l'électrode 32 est reliée à la résistance élevée 34 dont l'extrémité arrière est mise à la terre pair l'intermédiaire de l'arbre flexible 18. Le bout exposé de l'électrode 32 se trouve en un point à l'intérieur du champ électrostatique entre le bord 28a et l'objet 61 qui, en l'absence de l'électrode 32, aurait un potentiel d'environ 70 kilovolts. 5i cette électrode 32 était reliée à la terre directement au lieu de l'être par l'intermédiaire de la résistance élevée 34, elle servi- rait à diminuer la tension au bord 28a et toutes particules de pulvérisation atomisées depuis ce bord seraient attirées par ladite électrode 32 et s'y dépo seraient en grande partie.
Toutefois, en reliant l'électrode 32 à la terre par l'intermédiaire d'une résistance élevée 34 de l'ordre de 1500 mégohms, le bout de l'électrode 32 sera maintenu à un potentiel d'attraction de particules de l'ordre de 30 kilovolts qui fera que les particules de pulvérisation seront attirées vers l'intérieur vers l'électrode 32, mais avec une force insuffisante pour qu'il se dépose effectivement une quantité appré ciable quelconque de particules de pulvérisation sur ladite électrode ou sur sa gaine isolante 22.
Ainsi donc, un nombre important de particules, de pulvé risation seront déviées de leur trajet normal dans le dessin annulaire et se déplaceront vers l'intérieur et plus particulièrement dans la portion centrale normalement vide du dessin pour remplir pratique ment la totalité ou une très grande partie de cette portion centrale vide du dessin de la pulvérisation. En outre, les limites extérieures du dessin peuvent être réduites et la pulvérisation être rendue plus dense, tout cela servant à réaliser un dessin bien plus satisfaisant sur l'objet mis à la terre.
Dans l'appareil décrit ci-dessus, en utilisant un atomiseur de 10,2 centimètres de diamètre et en tenant l'extrémité avant du pistolet à environ 30 centimètres d'une tôle métallique plate mise à la terre, le dessin de pulvérisation déposé sur cette tôle était pratiquement celui représenté dans la fig. 8. Les dessins montrés dans les figs. 7 et 8 ont été tous deux obtenus en fournissant au, pistolet pulvérisateur environ 100 centimètres cubes par minute d'émail synthétique pour cuisson dilué avec du xylène jusqu'à une viscosité de 30 centipoises environ.
Naturellement, d'autres dessins avec rem plissage plus ou moins grand du vide central peuvent être obtenus en changeant la valeur de la résistance 34, la position de l'électrode 32 par rapport au bord 28a et d'autres variables du sys tème.
Alors que l'électrode 32 sert en premier lieu à diminuer la portion centrale vide d'un dessin annu laire de pulvérisation, des avantages supplémen taires inattendus peuvent être obtenus par l'emploi de cette électrode, avantages comprenant une atomi- sation fine des liquides de revêtement à des tensions de travail plus basses et, dans certains cas, une uniformité accrue du dépôt des particules de liquide pulvérisé sur des bords saillant de façon relative ment aiguë d'objets et dans des zones en creux d'objets.
Dans les systèmes de revêtement par pulvéri sation dans lesquels le liquide est atomisé essentiel lement par des forces électrostatiques, on s'est aperçu qu'il existe une limite supérieure aussi bien qu'une limite inférieure, en ce qui concerne la tension requise pour obtenir la finesse d'atomisa- tion la plus désirable, toutes les autres conditions demeurant constantes. Cette < tension optimum<B> ,</B> peut-on dire, augmente assez brusquement au fur et à mesure que la distance entre le dispositif atomiseur et l'objet à revêtir est augmentée.
Dans des opérations de revêtement sur convoyeurs, ce rapport étroit entre la tension optimum et l'écarte ment de l'atomiseur impose un contrôle assez étroit de la distance entre l'atomiseur et l'objet.
Par exemple, en utilisant une cloche métallique classique d'atomisation de 10,2 centimètres de dia mètre, alimentée avec un émail synthétique pour cuisson on s'est aperçu que si la cloche était placée à 15,3 centimètres de l'objet à enduire, l'eomisation optimum du liquide se produisait avec la cloche à un potentiel de 70 kilovolts ; avec la cloche à 30,5 centimètres, l'atomisation optimum exigeait 100 kilovolts ; et avec la cloche à 46 centimètres, 125 kilovolts, étaient nécessaires.
Toutefois, avec la même cloche d'atomisation employant une sonde centrale maintenue à un potentiel intermédiaire pratiquement comme décrit plus haut, avec la cloche à 15,3 centimètres de l'objet il fallait 65 kilovolts pour une atomisation optimum ; avec la cloche à 30,6 centimètres, 75 kilovolts étaient nécessaires ; et avec la cloche à 46 centimètres, 95 kilovoits seule ment étaient nécessaires. Toutes les tensions ci- dessus du bord de la cloche ont été déterminées par mesure directe.
A cet égard l'électrode centrale permet l'emploi d'une tension plus basse dans n'importe quel ensem ble d'autres conditions et par conséquent l'emploi de mécanismes moins coûteux d'alimentation en tension. En outre, des modifications de l'écart entre l'atomiseur et l'objet ont moins d'effet sur la qualité de l'atomisation que dans les systèmes antérieurs et produisent moins de variations de cette qualité.
L'emploi d'une électrode telle que 32 n'est pas limi té à un atomiseur actionné à la main, et comme elle a pour but lai réduction au minimum de la portion centrale vide d'un dessin annulaire elle peut être employée avec un avantage évident dans un atomiseur fixe à fonctionnement automatique aussi bien que dans des opérations de pulvérisation à la main.
La fig. 6 illustre une autre forme d'exécution. Un pistolet 70 est de la, même forme et de la même taille que le pistolet à main 10 précédemment décrit. Ce pistolet 70 comprend un atomiseur rotatif en forme de cloche 71 au bord d'atomisation duquel le liquide est envoyé par un système d'alimentation identique au système employé avec le pistolet 10.
Une haute tension est fournie au bord 71a depuis une source de haute tension 73 par l'intermédiaire de la ligne 74, d'une résistance élevée 75 (pair exemple 500 mégohms), d'un ressort 76 et d'un revê tement résistif 71C situé sur la surface extérieure de l'atomiseur 71.
Une électrode 78, entièrement enchâssée à l'ex ception de son extrémité avant dans un arbre 79 en matière isolante, est placée axialement par rapport à l'atomiseur 71, le bout exposé de cette électrode se trouvant de préférence à environ 7,6 centimètres en avant du bord 71a. Dans le cas où l'électrode est reliée à la source de haute tension, il est préfé rable d'avoir une petite pointe relativement aiguë sur cette électrode 78 plutôt qu'un bout hémisphé rique. Un arbre 79, analogue à l'arbre 22, fait tourner l'atomiseur 71 et est actionné par un arbre flexible 81 depuis un moteur 82.
Une connexion électrique de la résistance 75 à l'extrémité avant de l'arbre 81 met cet arbre 81 ainsi que le moteur 82 à haute tension. L'électro de 78 est également maintenue à haute tension au moyen d'une connexion 83 et d'une autre résistance élevée 85 (par exemple 5000 mégohms).
Dans ce montage l'électrode 78 peut être maintenue à n'im porte quel potentiel désiré intermédiaire de celui de la source de haute tension 73 et celui de la terre par un choix approprié de valeurs pour les résis tances 75 et 85 au lieu que, comme dans le montage représenté dans la fig. 5, elle prenne un potentiel du fait de sa proximité avec le bord d'atomisation et de la valeur d'une résistance intercalée entre la terre et elle.
Les fig. 9-11 illustrent une autre forme d'exé cution appliquée à un pistolet pulvérisateur à main 110. Ce pistolet 110 comprend un bo"itier isolant 111 et une poignée métallique 112. Une ligne souple de haute tension 114, une ligne de basse tension 115 et une conduite d'alimentation en liqui de 116 sont reliées à l'extrémité arrière de ce pistolet 110 et ces trois lignes sont enfermées à l'intérieur d'une gaine protectrice 118.
La ligne de haute tension 114 consiste en un fil métallique à revêtement isolant qui est protégé par un morceau de gaine isolante 119. La haute tension est fournie au pistolet depuis une source de ten sion 120 par la ligne 114 dont l'extrémité avant est reliée à une résistance élevée 122 qui peut être de l'ordre de 1000 mégohms. L'extrémité avant de cette résistance 122 est reliée à un petit fil métallique 124 faisant contact par frottement avec un revêtement résistif 125a situé sur la surface extérieure de l'atomiseur 125.
Ce revêtement résistif 125a est de préférence une résine alkyde glycérophtalique inti mement mélangée avec une quantité prédéterminée de carbone finement divisé. Cette composition est thermodurcissable et, lorsqu'on l'applique à une base isolée et qu'on la cuit au four, le revêtement ainsi obtenu manifeste une grande résistance chi mique et physique aux ingrédients des liquides de revêtement couramment utilisés et a également des caractéristiques électriques relativement constantes, empêchant toute énergie électrique emmagasinée par le liquide de revêtement de se décharger ins tantanément.
L'énergie pour la rotation de l'atomiseur 125 est fournie par un petit moteur électrique 126 placé à l'intérieur du boitier 111. Du courant est fourni à ce moteur 126 par la, ligne de basse tension 115 et le moteur est mis à la terre par l'intermédiaire de la poignée 112. Ce moteur est contrôlé par un interrupteur 128 et son arbre est opérativement relié à un arbre rotatif 130 sur l'extrémité avant duquel est monté un moyeu<B>131.</B> L'atomiseur 125 est monté concentriquement autour de ce moyeu 131 et en est écarté par plusieurs tiges 133 de manière à ménager une ouverture annulaire 135 entre le bord extérieur du moyeu et la, surface intérieure de guidage de liquide 125b et le bord d'atomisa tion<B>125e</B> faisant saillie vers l'avant.
L'atomiseur 125, l'arbre<B>130,</B> le moyeu 131 et les tiges 133 sont faits en superpolyamide ou matière similaire. Le fonc tionnement du moteur 126 fait tourner l'atomi seur 125 autour de l'axe de l'arbre 130, de préférence à des vitesses de l'ordre de 600 tours par minute.
Le liquide de revêtement est fourni pair l'inter médiaire de la conduite d'alimentation 116. Une gâchette 136 contrôle l'écoulement du liquide depuis la conduite 116 à travers un passage dans le pis tolet 110. Un ajutage (non représenté) saillant de l'extrémité avant du boîtier 111 décharge un courant de liquide sur la surface intérieure 125b de l'ato miseur 125, de sorte que le liquide s'étale en une pellicule mince coulant par l'ouverture annulai re 135 vers le bord d'atomisation 125c.
L'électrode consiste en un disque concave 138 en superpolyamide ou matière similaire, monté sur la surface antérieure du moyeu<B>131.</B> De préférence ce disque 138 a un bord cylindrique 138n à arêtes relativement aiguës placé légèrement en arrière du plan du bord d'atomisation<B>125e</B> et à proximité de ce bord. Tout le disque 138, aussi bien à l'avant qu'à l'arrière, est recouvert d'un revêtement 138b de substance semi-conductrice, qui peut commodé ment avoir la même composition que celle utilisée dans le revêtement résistif <I>125a.</I> Ce disque est électriquement relié à une résistance élevée 140, de l'ordre de 10 000 mégohms, par un ressort 142 et un fil de connexion 143.
L'extrémité arrière de la résistance 140 est reliée à la terre par l'intermédiaire du moteur 126 et de la poignée 112.
En fonctionnement, le pistolet 110 est tenu dans la main et à distance d'un objet 145 qui est main tenu à la terre. Une haute tension, de l'ordre de 120 kilovolts avec des résistances ayant des valeurs comme spécifié précédemment, est fournie au pisto let par la source de tension 120.
Avec le disque 138 placé comme représenté, un certain courant d'espace s'écoulera du bord d'atomi- sation 125c jusqu'au disque et, par l'intermédiaire de sa connexion et de la résistance 140, jusqu'à la terre ; et, par suite de la chute de tension à travers la résistance, le disque sera à un potentiel intermé diaire de celui du bord d'atomisation et de la terre. (La résistance du revêtement 138b est si faible en comparaison de celle de la résistance 140 que son effet peut, pour la plupart des cas, être négligé).
Par conséquent, la présence du disque 138 de charge intermédiaire fournit une importante composante radiale et dirigée vers l'intérieur au champ électri que étroitement adjacent au bord d'atomisation <I>125c.</I> Des particules de liquide pulvérisé sont donc pous sées vers le centre du dessin de pulvérisation, prati quement en même temps qu'elles sont atomisées et projetées hors de la pellicule de liquide. Ce phéno mène a pour effet de réduire la taille globale du dessin de pulvérisation, améliore son uniformité et réduit de manière importante sa portion centrale vide.
Les particules de liquide pulvérisé sont pous sées vers l'intérieur avec une force insuffisante pour qu'il se dépose effectivement une quantité importante de ces particules sur le disque 138, et la position de celui-ci, complètement en airrière du bord 125c, et son profil concave contribuent à le préserver du dépôt de particules de liquide.