JPH0131430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電界を利用するスプレーガン装置に
関する。

物品上に塗料を塗布するのに静電スプレー塗装
が使用されるが、静電吹付けはスプレーガンと物
品との間の静電界によつて物品上に塗布される塗
料の量を増大させる。この電界は塗料が空気圧に
よりスプレー化されるにしても液圧によりスプレ
ー化されるにしてもスプレーガンの噴射口におい
て、またはその隣接点において作られる。静電位
は通常、30乃至150キロボルトの在来の直流電源
によつて発生される。手持ち式スプレーガンに用
いる最も普遍的な使用電圧は50乃至60キロボルト
の範囲にあり、その結果、スプレーガンの先端お
よび物品間の間隔を平均的に25.4cmとして高電位
帯電領域と物品との間に一般的に好ましいとされ
る５キロボルト／2.54cmの電界が得られる。これ
はジユヴイノール他に対する米国特許第3048498
号に述べられており、この特許では出力にに最小
限の交流リツプル、すなわち10％未満のリツプル
をもたせた直流出力が利用される。

より高い帯電電圧は一般に静電吸引力を増大さ
せることが認められている。単一の横方向から一
様に円筒形物体に吹付けし得る能力が「包み
（wrap）」効率の目安であつて静電力および直流
電圧の大きさを示している。

先行技術には静電吹付け塗装用の、静電位発生
のための基本的システムが三つ示されている。そ
の最も古い第一のものはたとえば60ヘルツの商業
用周波数で作動され、半波整流器または全波整流
器を与える在来の高電圧変圧器を使用するもので
ある。これは固定されたユニツトであつて、同軸
ケーブルによりスプレーガンに通常は直流55キロ
ボルトの高電圧出力を与える。公知の第二のシス
テムは電気気体力学システムであつて、これでは
電源出力が物理的にもつと小さく、約５キロボル
トの出力を与える非常に低い電力のものである。
この電位は同軸ケーブルによつてスプレーガンに
与えられ、この電位はアルコールを含ませた空気
の超音速空気柱を次第に帯電させるのに使用さ
れ、その出力端で55キロボルトの、またはいくつ
かの可変因子に応じてそれより高い電圧の直流電
位を生ずる。このシステムはコーワンに対する米
国特許第3651354号及び同第3791579号に例示され
ている。第一のシステムと同様、これは別の電源
および電源からスプレーガンまでの電気ケーブル
を必要とする。

第三の先行技術システムはマルコムに対する米
国特許第4219865号に例示されている。これはス
プレーガンに接続される電気ケーブルが全く無く
てよく、その代りにスプレーガン内に６段にて高
圧を達成するための成分付き小型成分を使用して
いる。これらの６個の成分は同期発電機、整流
器、発振器、変圧器、および電圧増倍器を含む。
タービンは、約15ボルトを発生する同期発電機を
駆動する空気駆動式タービンである。この15ボル
ト出力は整流されて12ボルトにて約20キロヘルツ
で作動する発振器を作動させる。発振器矩形派出
力を有し、この出力は円環変圧器で約2500ボルト
まで増倍される。この出力はさらに在来の約20段
のカスケード半波電圧増倍器によつて増倍され、
通常、50乃至55キロボルト出力が生ずる。カスケ
ード増倍器は半波整流器であつて、この発振器か
ら増倍器までのシステムは、最小限のリツプル電
圧またはピークをもつ直流電圧として55キロボル
トの電圧を生ずるように設計されている。その理
由は整流されている矩形波入力はほぼ一定の交流
出力を生ずるからである。この第三のシステムは
コーワンの第二先行技術システムまたはジユーヴ
イノールの特許に示されているシステムと大体等
価なスプレー塗装結果を生ずる。

これらすべて三つの先行技術システムにおける
目的はシステムにより発生された一様な直流電圧
出力端にてまたはその付近で帯電される一様荷電
塗装粒子の発生にある。先行技術システムからわ
かるように、第一および第二のシステムは好まし
からざる電気ケーブルによる負担が重く、電気ケ
ーブルは固くてかさばるのでスプレーガンの操作
に支障を与えかねない。第三のシステムは、かな
り複雑な５段の電気成分、すなわち同期発電機と
整流器と発振器と円環変圧器と直列電圧増倍器に
最小入力を確保するに足る十分な高さの制御レベ
ルにまで約12ボルト低交流電圧を変換するに必要
な関連の電気調整装置とを含む成分、を有してい
る。12ボルトで250ヘルツ程度の低周波数低電圧
から2500ボルトで20キロヘルツ程度の高周波高電
圧への変換は手持ち用吹付け器に装備するため十
分に小型化されると成分の過熱および破壊を来た
すことが知られている。

この第三のシステムは直列電圧増倍器を介して
作動された場合、直流出力が過度のリツプルまた
はピークをもたないように発振器から一様な矩形
波出力が得られるように設計されている。

最近製造されたこの第三の型のシステムは断続
的使用でなく連続的使用のもとでは早晩故障しが
ちである。

したがつて解決すべき問題は手で扱いやすく、
小型にして軽量の成分を含む、すなわち、外部装
置に電気ケーブルで接続されたための負担が全く
無く、しかもスプレーガンに安全に高電圧が与え
られて高い「包み」効率を有するスプレーガン装
置を製作することである。

このような諸問題点を解決するには、手持ち式
の枠と、該枠内に担持された、かつ外部空気源に
より60000回転／分程度の速度で作動する空気タ
ービンと、該枠内に担持され、かつこのタービン
に直接結合されて50ボルトで約1000ヘルツ程度の
交流電圧を発生する同期発電機と、該枠内に担持
され、かつ該同期発電機に接続されてその電圧を
2500ボルト程度の２次電圧に変換するステツプア
ツプ変換器と、該枠内に担持され、かつ該変圧器
に接続されてその電圧を55乃至80キロボルト程度
に増大する長い連鎖直列電圧増倍器との組合せを
含む静電スプレーガンにして、該変圧器と該コン
デンサの組合せが15％以上の交流電圧リツプルを
もつた直流電圧出力を該電圧増倍器から発生する
静電スプレーガン装置を設ければよい。

本発明の目的の一つは、したがつて、より長寿
命にして早期故障の起きにくい成分を結合した一
層簡単なスプレーガン装置を与えることである。

本発明のもう一つの目的は、マルコムの米国特
許第4219865号のスプレーガンの寸法および重量
規定と同一の規定に適合するように整作されてい
るにもかかわらずマルコムの発振器および円環変
圧器の過熱性およびエネルギー損失性を回避しう
る優れた直列電圧増倍器用入力電圧源となり得る
大きな交流電位源を簡単に得られるようにするこ
とである。この点に関して円環変圧器は、満足の
ゆく一定負荷の作動に耐えるためには本来的に良
好な熱の散逸を必要とすることに注意しなければ
ならない。その理由は一つの巻線は他の巻線上に
円環状に巻かれているからである。

したがつて本発明のもう一つの目的は、空気駆
動タービン同期発電機の交流低電圧出力を直列電
圧増倍器入力に変換することを簡単化することで
ある。

本発明のもう一つの目的は、先行技術システム
における複数箇の別々の電気成分が有する電気回
路と付帯的な熱発生問題とを除くことである。

本発明のさらにもう一つの目的は直列電圧増倍
器の成分の電圧規格を超過しかねない過度のピー
ク電圧を含むことなく約55キロボルトの出力をも
つスプレーガン装置を製作することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、たとえば70
乃至80キロボルトの最高レベルのピーク電圧にま
で塗料粒子を荷電するための最終出力においてか
つては好ましくないとされた電圧ピークを、高々
50乃至55キロボルトの平均直流電圧を生ずる装置
によつて利用するとである。

本発明のもう一つの目的は、同じ電圧領域で作
動する先行技術の手持ち型吹付け器よりもさらに
大きな「包み」効率を有する、50乃至55キロボル
ト領域内で作動する手持ち型スプレーガン装置を
与えることである。

本発明のさらにもう一つの目的は物品にスプレ
ー塗装する「包み」効率を著しく改善するため、
第三の先行技術システムに使用されたものよりも
著しく低い容量のコンデンサを備えた手持ち型ス
プレーガン装置を与えることである。

本発明の他の目的、およびより十分な理解は添
付の図面を参照して以下の説明と特許請求の範囲
とから得られよう。

図面中の各図は、空気圧による、または圧縮空
気によるスプレー型のスプレーガン装置１０を示
しているが、これは無空気式、あるいは液圧式ス
プレー型でもよい。スプレーガン１０は自動作動
型のものでよいが、顔料または他の塗料を吹付け
るための静電スプレーガンの手持ち型を例として
示している。このスプレーガンは、手で操作し得
るように、ピストルの握り型の枠（ハンドル）１
２が取り付けられた全体的に円筒形の高誘電率絶
縁材料製の枠（胴）１１を含む。ハンドル１２は
接地の目的のため少なくとも金属塗装がされてい
る。ハンドル１２が取り付けられた胴の後背部は
胴１１内のさらに小さな円筒形チヤンバ１４に合
流する全体的に円筒形状のチヤンバ１３を含む。
取付け具１６によつてハンドル１２の底には空気
ホース１５が接続されており、このホース１５は
ほぼ一定の圧力の圧縮空気遠隔供給源（図示して
なし）に接続されている。この供給源はたとえば
4.82×10⁶N／m²にして流量が少なくとも．0849
m³／分に制御された在来の空気供給源が適切であ
る。空気ホース１５の金属塗装１７がスプレーガ
ン１０のハンドル１２に対する接地線の役割を果
す。

ハンドル内の空気流コンジツト２０が空気入口
ホース１５に接続されており、スプレーガンを通
過する空気流は引金２２により制御される弁２１
によつて制御される。引金にはガード２７が備え
られている。弁２１の出力側がコンジツト２３に
供給をし、コンジツト２３が次にマニホルド２４
に供給する。このマニホルドから胴１１の下部内
の縦方向コンジツト２５がキヤツプ組立体２６に
圧縮空気を供給し得る。このキヤツプ組立体は米
国特許第3645447号または同第3842052号に例示さ
れているような在来の形式のものでよい。縦方向
コンジツト２５内の空気流は、スプレー化された
塗料の噴射スプレーを扇形にさせるための空気供
給源として無空気吹付け器に使用し得、あるいは
空気によるスプレー化吹付け器においては圧縮空
気をキヤツプ組立体２６に移送するのに使用し、
遠隔の供給源から導入され、かつ塗料ホース３０
から供給された塗料を従来と同じく空気でスプレ
ー化するのに使用することができる。この塗料ホ
ースまたは顔料ホース３０は取付け具３１にて接
続され、塗料はコンジツト３２により供給されて
弁３３から無空気スプレー先端３４に至る。キヤ
ツプ組立体２６は前述の特許におけると同様に在
来の電極３５と連結してよい。スプレーガンの後
部の弁４１は空気スプレー吹付け器内の塗料をス
プレー化する空気を制御するか、または空気補助
型式の無空気吹付け器内で塗料のなす扇形を制御
することができる。

チヤンバ１３，１４内にはカートリツジ３６が
配置されており、このカートリツジは空気圧を機
械的運動に変え、さらに平均値が50乃至55キロボ
ルトの適当な高電圧の電気的エネルギーに変える
ものである。このカートリツジは一般に四つの主
な成分である空気タービン３７、同期発電機３
８、変圧器３９、および電圧増倍器４０を、すべ
て外部殻４５に保持された状態で含む。初めの三
つの成分は広いチヤンバ１３内にあり、電圧増倍
器４０はスプレーガンの胴１１内の小口径円筒チ
ヤンバ１４内にある。

カートリツジが円筒形チヤンバ１３，１４内に
適切に着座しているときは、空気マニホルド２４
からの空気が補助手動弁４６から流れて入力ノズ
ル４２で終端し、ここで空気タービン３７のター
ビン輪４３に対しほぼ接線方向に指向される。こ
の空気タービンは小さく、その回転子は半径が約
2.5cmしかなく、約4.82×10⁶N／m²の正規作動空
気圧のもとでは約60000回転／分の速度を出し得
る。タービン３７を通過する空気は排気コンジツ
ト４４を通つてからマフラ５９を通つて大気中に
排気される。

入力コンジツトは直径約0.0889cmの、ある角度
に向けられた孔であつて、１秒以内にタービン同
期発電機を作動させ、かつ必要な60000回転／分
にまでタービンを加速するに十分な空気を受入れ
る。

第２図はさらに詳しく空気タービン３７および
同期発電機３８の構造を示している。殻ハウジン
グ４８は高速ベアリング５１を装架している端壁
４９および脱着可能の端壁５０を有する。これら
のベアリングには軸５２が軸着されており、この
軸にはタービン輪４３が固定されており、この同
一軸に同期発電機回転子５３も固定されている。
この回転子は横方向に磁化された永久磁石であり
４極子でもよく、また図示したように２極子でも
よい。同期発電機３８は透磁性の固定子５４を含
み、少くとも一つの固定子巻線５５が端壁５０を
貫通する導線５６を有する。

タービン輪４３は軽量構造のもので、たとえば
デルリン等のある種の高強度プラスチツクで作ら
れた直径約2.5cm、厚さ約0.6cmのものである。こ
れは急速な加速を得るための最小の慣性を有した
軽量ユニツトを成す。タービン３７は、排気マニ
ホルド５８に至りここから多孔質マフラデイスク
５９を通つて大気中に通ずる空気排気口４４を有
する。このマフラデイスクはＯ−型リング６０に
より排気マニホルド５８を密封し得る。マフラデ
イスクは空気の排気を許しマフラとして働くため
の焼結陶器または多孔質金属デイスクでよい。

第２図には変圧器３９も示されている。変圧器
は成層のＥ−Ｉ鋼鉄心のような適当な透磁性鉄心
６４を有し、同期発電機固定子の巻線５５に１次
巻線６５が接続されており、ステツプアツプ用２
次巻線６６がこの実施例では約50：１の比に巻か
れている。１次および２次巻線はそれぞれボビン
６７上に別々に巻かれており、その結果どちらも
他の上層に巻かれてはおらず、したがつて鉄心に
良好な熱伝導性を与えている。同期発電機回転子
は直径が約1.2cmしかなく、小さな慣性を得るた
め約２乃至2.5cmの長さであり、したがつてター
ビン回転子４３および同期発電機回転子５３の組
合せは約１秒以内に約60000回転／分という全速
にまで加速され得る。半分の約30000回転／分な
る速度までの加速は約1/2秒以内である。

第４図は直列電圧増倍器を示し、また線図にて
タービン３７、同期発電機３８、および変圧器３
９を示す。この電圧増倍器４０は直列の、または
カスケード型の、長い連鎖型半波整流器または梯
子型増倍器である。20乃至24段にして使用され、
各段はコンデンサおよびダイオードを含む。さら
に具体的に述べると、電圧増倍器は第一の分岐６
９および第二の分岐７０を含む。第一分岐６９は
第一コンデンサ７１およびさらに別のコンデンサ
７３，７５，７７を含む。第二分岐７０は直列接
続されたコンデンサ７２，７４と少くともコンデ
ンサ７６とを含む。ダイオード８０は各分岐のコ
ンデンサの接続点間に梯子状に接続されて通常の
直列電圧増倍器を形成する。出力端子８４が顔料
粒子を帯電させるためのキヤツプ組立体２６内の
電極に対し最終抵抗８５を通して高電圧を、好ま
しくは負電圧にして、与える。

引金２２が少し引かれると、弁２１が初めに開
き、空気がタービンに達して同期発電機を作動さ
せる。引金が十分に引かれるとホース３０から顔
料が弁３３の作動と共に配給される。無空気式ま
たは空気式スプレーガンのキヤツプ組立体２６に
て使用されると共にタービン３７を駆動するのに
使用される空気圧が空気マニホルド２４に与えら
れる。タービン輪４３は１秒以内にその作動速度
である約60000回転／分にまで加速される。この
加速は本発明によるスプレーガンの一つにおいて
は約1/2秒以内で達せられる。これはタービン輪
４３および同期発電機回転子５３の慣性が非常に
小さいことによる。この作動速度にある同期発電
機は約50ボルトを発生し、60000回転／分におけ
る２極同期発電機ではその周波数は1000ヘルツで
ある。この出力は次に巻数比約50：１のステツプ
アツプ変圧器３９で増倍されて約2500ボルトにな
る。同期発電機の出力は実質上正弦波であり、変
圧器３９の出力も同様である。後者は電圧増倍器
４０に供給される。1000ヘルツすなわち60000回
転／分の同期発電機の選択に当つてはスプレーガ
ンの物理的寸法制限を考えて十分に小さな変圧器
を設計することが実用的である。

電圧増倍器はマルコムの米国特許第4219865号
のスプレーガンにおけるコンデンサよりも低い容
量のコンデンサ（７１から７７まで）を含む。こ
のようなスプレーガンではコンデンサ７１のよう
な第一コンデンサは3300pfで、残りのコンデンサ
は平均約2500pfであり、スプレーガンによつては
後段において約2200pfに小型化されていた。

在来の増倍器の設計では満足のいく調整と最小
の交流リツプルを確保するために第一コンデンサ
をそれ以降のカスケードシステム中コンデンサよ
りもかなり高い容量のものにすること、かつ段数
の増大にともなう過度の電位降下を起こすことな
く十分な電流出力を与えるため各コンデンサを十
分な容量のものにすることが必要であつた。本件
発明は増倍器の全段のコンデンサに約1500乃至
2000pf程度の同一の大きさのコンデンサを用いる
ことにより、また、このように構成された「非在
来型」増倍器が粒子の静電帯電化にとつて適当な
微小電流を与える傾向を有しながら本装置を接地
された物体に接近すると電流の増加に伴つて電圧
が降下し、したがつてスプレーガン電極から接地
物に至る放電が電圧降下によつて最小になる、と
いうことを踏まえながら、在来の設計の逆を試み
るものである。

マルコムの米国特許第4219865号はこれが矩形
波または正弦波のいずれかの出力を有することを
述べている。実際上の問題としてマルコムにより
製作されたスプレーガンはすべて矩形波出力を有
するものであつた。これは発振器トランジスタが
交互に飽和し、したがつて本来的に正弦波出力を
生ずるからである。これは、キヤツプ組立体２６
における直流出力における交流リツプルは最小に
すべきであると常々考えられていたため、先行技
術の数えるところによれば好ましいことであつ
た。他方、本発明者が発見したところによれば15
％以上、好ましくは20乃至40％の約1000ヘルツの
リプル（又はリツプル）は著しく改善された結果
を与えた。これらの改善された結果は「包み」効
率により示される。すなわち円筒形物体の後方約
30乃至40cmの平面上における過剰吹付けが最小と
なるようにした場合、円筒形物体はその横の一側
面から吹付けを受けたときその周囲に沿つて360
度にわたりより一様に塗付されることが見出され
るのである。

上に述べた三つのすべての先行技術システムに
おいてはその目的はシステムにより発生された平
均直流電圧に、または平均直流電圧付近の値に、
顔料粒子を一様に帯電させることであつた。第一
および第二の先行技術システムは好ましからざる
電気ケーブルにより負担が重く、第三の先行技術
システムは連続的使用されると過熱と早期故障と
を起こすかなり複雑な一連の電気成分を有してい
た。本発明は約50乃至55キロボルトの平均電圧を
発生すべく適切に作動しうる、電圧増倍器４０印
加用のこの高電圧交流を、簡単に発生させる。さ
らに重要なことは、この平均直流電圧のリツプル
に重ねられた交流ピークは約70キロボルトであ
り、ピーク間の谷が約45キロボルトである。マル
コムの米国特許第4219865号の５成分に対して本
発明のシステムは電気成分を３成分持つのみであ
り、スプレーガンの出力電極における高直列電圧
の起生が非常に簡単である。

先行技術のスプレーガンはすべて、これらの高
いピーク電圧を除去するように設計されていた。
その理由はこれらのピーク電圧は不満足なスプレ
ー模様を生ずるであろうと考えられていたからで
ある。第５図はマルコムの米国特許第4219865号
のガンからとつた、スプレーガン出力電極におけ
る先行技術の電圧波形の線図である。この図は出
力のリツプル電圧が無視可能な程であることを示
している。ランズブルクのスプレーガンの電圧出
力はリツプルのほとんどない同様の波形８７を発
生する。しかしながら本発明者は本発明による成
分の特定な組合せが優れたスプレー吹付け効率を
達成することを見出した。スプレーガンにより作
られた静電界は標準的な50乃至55キロボルトの出
力の場合、通常より大きなものである。これは明
らかに直流出力のリツプルにおける約70乃至80キ
ロボルトのピーク電圧のためである。これはオシ
ロスコープ観察により確認されている。第６図は
本発明により製作されたスプレーガンの負出力電
圧の波形線図であり、平均値55キロボルトからピ
ーク上下差25キロボルトの交流リツプル電圧、す
なわち40乃至45％リツプル、を持つている図であ
る。

本発明は、平均直流出力を50乃至55キロボルト
以上にさせることのない電気回路により、以前は
顔料粒子の帯電に好ましくないとされた、たとえ
ば最大レベル70乃至80キロボルトにまで帯電させ
るピーク電圧、あるいは少くともこのように帯電
された粒子のうち許容可能な部分を利用する。そ
の結果は完全に予想を超えるものであつて、「包
み」効果は著しく増大され、その結果、実験によ
れば顔料塗布効率は正規の50乃至55キロボルト領
域で作動するいかなる在来の手持ち型装置をもし
のぎ、安全に手持ちできない非常に高電圧の自動
システムの効率に比肩する。

本発明によつて達成される定量的改良はスプレ
ーガンを使用する当業者には明白であろうが、実
際の吹付け試験により定量的塗布効率の測定を行
なつてみた。

試験装置は太さ2.54cm、長さ106.68cm、中心間
拒離7.62cmの24本の鉛直金属管からなる格子であ
つてこの106.68cm×182.88cmの格子に剛性を与え
るべく頂部と底部に水平な管を付けたものを含
む。格子は電気的に接地されている。管状格子の
後方約30乃至45cmには一面の裏板が管状格子に平
行に置かれ、この裏板上にアルミニウム箔一枚が
付けられ、これもまた接地される。これは「過剰
吹付け捕捉標的」である。

空気スプレー型または無空気型のスプレーガン
が管状格子に対し垂直に、かつその前方約35cmの
ところに水平に固定され、またたとえば塗料加圧
タンクにおいて8.274×10⁴N／m²または無空気液
圧スプレーガンによつて5.516×10⁶N／m²の一定
圧のもとでたとえば毎分100c.c.の予定の流量に吹
付け量が設定される。

スプレーガンはマルコムの米国特許第4219865
号に示されている型のもので、電流10マイクロア
ンペアが流れるとき5000メグオーム抵抗器により
典型的に50キロボルトが測定し得る在来の静電電
力カートリツジ付きのものでよい。スプレーガン
は空気スプレー型または「無空気」型のものでよ
い。本発明の静電電力カートリツジをマルコムの
スプレーガンの静電電力カートリツジと交換し、
有効な結果を得るべく相互が等しく対応するよう
に本発明の平均直流電圧出力を予め調節して（約
50キロボルト）、マルコムのスプレーガン（空気
型および無空気型）の塗布効率を定量的に比較す
る実験も行つた。特に10秒間の空気型スプレーガ
ン試験または５秒間の無空気型スプレーガン試験
では良好な静電スプレー塗布結果が達成されるこ
と、すなわちスプレーに露出された管状格子の全
周囲にわたつて良好な塗布が達成されることが見
出された。

スプレー粒子の一部は加速されて管状格子を越
え、格子後方の標的面に吸引される塗布効率が
100％であれば、顔料はすべて格子に吸引され、
格子後方の接地された標的面には全く塗布されな
い。

本発明の塗布効率と任意の先行技術によるスプ
レーガンのそれと比較するため、標的面上に塗布
された「損失過剰吹付け量」がそれぞれのスプレ
ーガンについて流量、吹付け量、印加電圧、その
他重要な変数を相関させた試験条件のもとで測定
された。この効率は吹付け後に溶媒をすべて蒸発
させるべく190.6℃で20分間アルミニウム箔を焼
き、アルミニウム箔の重量の増加を測定すること
により決定された。

５秒間の代表的試験では「損失過剰吹付け量」
の標的上重量増加は先行技術によるスプレーガン
の場合は約３グラムであり、本発明の電力カート
リツジを装着した同一のスプレーガンの場合は約
2.3グラムである。流体圧力、粘性、およびスプ
レー試験の長さをいろいろに変えても塗布効率に
同様の比率の改善が見られる。標的面が格子から
離隔されている距離によつて見かけ上の改善が減
少する。その理由は、もしも標的が近すぎると標
的は格子を通過した速い運動粒子を一層強く吸引
するからである。標的は空気スプレーの場合は格
子から30cm以上に近づけてはならず、「無空気」
スプレーガンの比較試験の場合は約45cm以上近づ
けてはならないことが判明した。適当に接地され
た標的面はこれらの離隔距離では標的面上への損
失以外にはほとんど全く吹付過剰損失を起こさな
い。

「損失標的」塗布量の比較により測定された塗
布効率は本発明のスプレーガンの方が試験された
先行技術の静電スプレーガンに比較して約25％良
好であつた。これは顔料消費量、製造費、および
汚染制御において著しい改善となることを示して
いる。

先行技術装置との上記の比較は本発明のスプレ
ーガンの平均出力電圧を試験したいくつかの先行
技術装置の出力まで下げて調節することにより行
なわれたこと、および本発明がその1000サイクル
の正規作動条件で作動されて約60キロボルト（12
マイクロアンペア）を発生しているときは、相対
的交率は単なる電圧上昇量に比例したものより著
しく大きいことに注目されたい。その理由は平均
出力電圧の増大にともない交流リツプルが非線型
的に増大するからである。

別の設計による先行技術の静電スプレーガンが
たとえばジユーヴイノールの米国特許第3169882
号の電極ピンのような他の因子により塗布性にお
いてより大きな効率をもつかあるいはより小さな
効率をもつことが予想される。塗布効率について
本発明とジユーヴイノールのスプレーガンとの比
較がなされ、試験された本発明の空気スプレー型
のスプレーガンは「ジユーヴイノール」電極を具
備していなかつたにも拘らず、本発明は33％の効
率改善をなした。広範囲の追加実験が続けられる
であろうが、注目すべき試験結果は、我々が経験
的に特定の出力電圧に対して得なければならなか
つた静電界よりも一層統一的な静電界を本発明が
与えるということを実証している。

本発明のスプレーガンの優れた性能を示す作動
原理は、スプレーガンの端の最大電位点である帯
電化電極を通過する際、顔料粒子が時間と直流出
力電圧に重畳された交流リツプル電圧の電圧とに
依存して電極電位に帯電される、ということに基
づいている。したがつてこのような顔料粒子は平
均直流出力電圧が55キロボルトの場合、約50乃至
70キロボルト帯電される。

この一見して不均一な帯電が包み効率を改善す
ると考えられる。なぜならば低目に帯電された粒
子は通常の様に物体の側部に吸引されてある程度
の包み込みをし、通常は物体を通過してしまう帯
電粒子の多くが本スプレーガンの高静電帯電力の
ために物体の後部または側部に戻されるからであ
る。この高静電帯電力は、物体から遠ざかるよう
に運動していてこの力なしでは無駄にされてしま
うはずの粒子の運動エネルギーに勝るのである。
交流リツプルにより作られ顔料粒子のかなりの部
分に印加された高目の電圧であつて他のすべての
先行技術システムが抑制もしくは除去しようとし
ていたピーク電圧現象による電圧が、新たな、か
つ基本的に改善された静電的効率を生じるのは合
理的である。

約10乃至50キロヘルツというマルコム特許のも
つと高い作動周波数は高すぎてピーク電圧が粒子
を帯電させないであろうし、かつまたは矩形波の
断続がこれらのピーク電圧を制限して本発明で得
られる顕著な成果を阻害しかねない。

要約すると、新しい本システムは直流出力電圧
に15％余分の交流電圧リツプルを与えることによ
り顔料粒子を一層効果的に帯電させるという理念
を実施するものである。またその過程で本システ
ムは電界強度を増大させる。逆に、第一の先行技
術システムは比較的大きな高電圧変圧器を用いる
結果、電圧二倍増倍器は数段に制限されており、
整流はかなり効果的であり、リツプルが最小にさ
れている。またマルコムの米国特許第4219865号
の第三のシステムは、手持ち型スプレーガン内に
おける変圧器の配置が物理的に小さくなければな
らないという制限を受けるため、２次側を2500ボ
ルトにした非常に小さな円環変圧器を使用する。
この場合、リツプル効果は高周波発振器によつて
消去され、小さな電力カートリツジ内でより良く
整流された直流電流を得るため矩形波出力を発生
するようにされている。

吹付けられる粒子の帯電効果を著しく高めるの
は、直流出力電圧に重ねられる「余分の」交流リ
ツプル発生による予期されなかつた異常の効果で
ある。これは電圧増倍器により達成される。この
増倍器は通常のコンデンサより小さなコンデンサ
を利用し、したがつて標準より低い調整度をも
ち、平均的リツプルよりもリツプルが大きい。ま
た、変圧器３９から電圧２倍増倍器に与えられる
正弦波入力が直流出力に重ねられるこの増大交流
電圧リツプルを与える。通常よりも小さなコンデ
ンサを使用するこの方法は不十分な整流を利用す
ることとなり、先行技術システムの教えることと
は逆である。先行技術は電圧２倍増倍器において
3000乃至4000pfのコンデンサを使用することを述
べているが、本発明では増倍器の第一コンデンサ
７１を1500乃至2000pfとし、残りのすべてのコン
デンサにマルコムの先行技術システムより大きな
リツプルを与えさせるようにした。

同様に、本発明においてマルコムのシステムに
採用された円環変圧器でなく在来の変圧器を使用
することと、マルコムの高周波矩形波発振器を使
用しないこととによつて、著じるしく低電流の出
力とより高い交流リツプル電圧が得られる。さら
に、上述したように標準より小さなコンデンサの
採用に帰因する低調整度をもたせることが、電気
出力が次第に増大されても低電流出力を与えるの
である。出力電流が著しく低いことは接地された
或る物体に不注意にスプレーガンが接近され過ぎ
た場合の安全特性である。

本発明は同期発電機３８が40乃至60ボルト程度
の出力電圧を有する静電スプレーガンを達成す
る。さらにこの同期発電機は800乃至1200ヘルツ
程度の出力周波数を有する。この電圧は変圧器３
９に供給されてこれが2000乃至3000ボルト程度の
出力を有する。この電圧は電圧増倍器に供給され
る。この増倍器は通常より小さなコンデンサを有
する結果、この電圧増倍器は20％余分の交流リツ
プルを含む45乃至70キロボルト領域の直流出力電
圧を有する。本発明により製作されたスプレーガ
ンの一つではこの交流リツプルは直流出力電圧の
30％であつた。

正味の結果はこの新システムが手持ちシステム
に高い直流電圧を使用する危険を冒さずに75乃至
125キロボルト級の在来システムと比肩し得る
「包み」効率を生ずることである。不測の、また
は不注意による、過度の接地物接近により起きる
電流増大は整流器の本来的な出力欠損の結果とし
て出力電圧の急速な降下を起こすので、安全性が
増強される。整流器のこの出力欠損は本発明の目
的には幸いしている。

本開示は前述の説明のみならず特許請求の範囲
の内容を含む。本発明はある程度特定した好まし
い態様に関して説明したが、かかる説明は一例に
過ぎず、回路の詳細および回路素子の組合せと配
置の変更は本発明の本旨と特許請求の範囲を逸脱
することなく種々形成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスプレーガン装置の縦方
向図で大部分を断面で示した図、第２図は本発明
のタービン、同期発電機、および変圧器の拡大縦
方向断面図、第３図は第１図の線３−３に沿つた
拡大断面図、第４図はスプレーガンの回路の電気
略線図、第５図は先行技術における波形のオシロ
スコープ線図、第６図は本発明の波形のオシロス
コープ線図、である。 １０……静電スプレーガン、１１……胴、１２
……ハンドル、３７……空気タービン、３８……
同期発電機、３９……ステツプアツプ変換器、４
０……電圧増倍器、３６……電力カートリツジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 手で操作し得る枠と、 該枠内に担持され、かつ外部からの空気供給源
   により60000回転／分程度の速度で回転する空気
   タービンと、 前記枠内に担持され、かつ該タービンに直接接
   続され、約1000ヘルツにて50ボルト程度の交流電
   圧を発生する同期発電機と、 前記枠内に担持され、かつ該発電機に接続さ
   れ、前記発生電圧を2500ボルト程度の２次電圧に
   換するステツプアツプ変圧器と、 前記枠内に担持され、かつ該変圧器に接続され
   てその電圧を45乃至70キロボルト程度に増大させ
   る長い連鎖型直列電圧増倍器と、 を備える静電スプレーガン装置であつて、前記変
   圧器と、前記増倍器が有するコンデンサとの組合
   せにより約15％以上の交流電圧リプルをもつ直流
   電圧出力が該電圧増倍器から発生される静電スプ
   レーガン装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記枠が手持ち式のものであるス
   プレーガン装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記同期発電機が２極同期発電機
   であるスプレーガン装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記変圧器が鉄心と、該鉄心上に
   別に巻かれた１次巻線及び２次巻線とを有してい
   るスプレーガン装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記変圧器が鋼Ｅ−Ｉの透磁性鉄
   心を有するスプレーガン装置。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記変圧器が実質上飽和せず大体
   において正弦波形の出力を出すスプレーガン装
   置。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載のスプレーガン
   装置において、前記増倍器が20％以上の交流電圧
   リプルを含む出力を発生するように、前記コンデ
   ンサが交流電圧リプルを部分的にろ波するに足り
   る十分小さな容量を有するスプレーガン装置。