JPH0638933B2 - ノズル方法および装置 - Google Patents

ノズル方法および装置

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JPH0638933B2
JPH0638933B2 JP50634487A JP50634487A JPH0638933B2 JP H0638933 B2 JPH0638933 B2 JP H0638933B2 JP 50634487 A JP50634487 A JP 50634487A JP 50634487 A JP50634487 A JP 50634487A JP H0638933 B2 JPH0638933 B2 JP H0638933B2
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shim
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シィー エスカロン、エデュアルド
イー． タイナー、アントニー
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テロニックス、デベロップメント、コーポレーション
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/3026—Gate valves; Sliding valves; Cocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/001—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means incorporating means for heating or cooling, e.g. the material to be sprayed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/0255—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns spraying and depositing by electrostatic forces only

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はノズルに関し、さらに詳しくは、以下に流体と
呼ぶ液体およびその他の流動性物質を、機械的に簡単で
ありかつ寸法が正確でありかつ以下に流路または液体の
小滴と呼ぶジェットまたは流れの形態を効率的にかつ信
頼できる状態で形成する装置を通して、高度に制御可能
に分配、小出しするノズルに関する。
液体を帯電させるノズルを通して小量の液体を制御可能
に分配することは、従来提案されてきた。代表的な装置
は、デボツトリオ（DeVottorio）氏の米国特許第4,341,
347号明細書に記載のコロナ帯電装置またはロー（Law）
氏の米国特許第4,004,733号明細書に開示された誘導帯
電ノズルの形態に構成することができる。この技術にお
ける構造上固有の装置は、流体用の小さい分配オリフイ
ス例えば、ホプキン（Hopkin）氏の米国特許第4,215,81
8号明細書に示された旋回デイスクのようなある機械的
な装置、または液体の連続体を小滴に微細に分割するジ
ュビナール（Juvinall）氏の米国特許第4,002,777号明
細書に開示されているような空気動力学的装置である。
前記装置においては、小さいオリフイスが使用されるた
めに、諸問題が発生している。これらのオリフイスで
は、ノズルにより信頼できる機能を発揮させる場合に、
可成りの支障が起こる。これらのオリフイスは、異物に
より閉塞される傾向があり、またオリフイスを通して高
い局部的な速度で押し込まれる分配される流体の摩耗作
用のために著しく摩耗する傾向がある。あるプロセスに
おいては、機械的なまたは空気動力学的な小滴化装置
は、それに必要なエネルギまたは過大な吹きつけにつな
がる過剰量を生ずるために非難されることがある。すべ
てのノズルの設計においては、適用効率が重要である。
吹きつけられる液体を帯電させる必要性のために、さら
に複雑になる。あるプロセスでは、代表的には、広範囲
の小滴または流路サイズとなりうるレイリー電荷と呼ば
れる理論静電荷限界の高い比率が理想的に得られる。こ
れは、通常、導電性の液体または耐媒体性液体のいずれ
かを包含しているが、すべての流体を含むことが望まし
い。電荷は、作業者の安全に考慮をはらって、信頼可能
な態様で印加されなければならない。災害は、塗料を含
む可燃性の溶剤により運ばれる物質の存在下での火花ま
たはアークならびに作業者に電気ショックを与える電位
を含む。エネルギ効率もまた重要な要素となってきた。
流体ノズルに対する別の一つの考慮すべき事項は、通
常、オリフイスのサイズ、小滴の粒度の均一性およびそ
の制御に変換される小滴の粒度の可変性に対する要望で
ある。小さいオリフイスを機械的に加工する場合に、支
障が生ずる。任意の有意な小孔の深さを有する小穴は、
好適な工作用工具が脆弱であるために工作することが困
難である。その結果、直径が０．０２５mm（０．００１
インチ）よりも小さいオリフイスを有するノズルは、市
販されている標準ノズルには見当らない。
さらに非ニユートン流体として知られている種類の液体
に固有な複雑さがある。これらの流体については、流体
が代表的なノズルを通過するときに適正な加速特性を得
ることが困難である。接着剤の分野にしばしばみられる
この種類の流体は、局部的な速度により影響をうけ、そ
れにより流体の均一性の低下を招きかつ通常の圧力にお
いて流体をポンプ送出することを困難ならしめる粘性を
有している。その結果、非ニユートン流体を代表的なノ
ズルから分配するために、数桁高い圧力がしばしば必要
である。
したがって、改良された電気流体ノズルを提供すること
が大いに望ましい。
したがって、制御された量の流体を複数個の微細な流路
または小滴に分配することを容易にする改良された流体
ノズルおよび方法を提供することが大いに望ましい。
また、流れの変更を可能にする改良された流体ノズルお
よび方法を提供することが大いに望ましい。
また、機械的なオリフイス装置の問題、特性を解消した
改良された流体ノズルおよび方法を提供することが大い
に望ましい。
また、機械的に簡単であり、かつ安価に製造できる改良
された流体ノズルを提供することが大いに望ましい。
また、効率的に操作でき、かつ費用に対して最も効率の
良い改良された流体ノズルおよび方法を提供することが
大いに望ましい。
また、異物によるひんぱんな閉塞が比較的に少なく、か
つ広範囲の流体の流速にわたって使用するために好適で
ある改良された流体ノズルを提供することが大いに望ま
しい。
また、理論電荷限界を高い比率で流体に印加することが
できる静電特性を有する改良された流体ノズルを提供す
ることが大いに望ましい。
また、予め選択可能な範囲の分配されるべき小滴の粒度
または予め選択された数の寸法的に安定な流路が得られ
る改良された流体ノズルおよび方法を提供することが大
いに望ましい。
また、流れに対して考慮がはらわれ、かつそれ自体が高
粘度流体および低粘度流体の両方ならびに高導電性流体
および高抵抗性流体を除いた非ニユートン物質およびニ
ユートン物質の両方の分配に好適である改良された流体
ノズルおよび方法を提供することが大いに望ましい。
また、流体をその全作動範囲にわたって高度に制御可能
な態様で分配する改良された流体ノズルを提供すること
が大いに望ましい。
また、極めて優れた信頼性を有する改良された液体ノズ
ルを提供することが大いに望ましい。
最後に、前述した特性のすべてを具備した改良された液
体ノズルおよび方法を提供することが大いに望ましい。
発明の概要 したがって、本発明の一つの目的は、制御された量の液
体を複数の微細な流路または小滴の形態で分配すること
を容易にする改良された液体ノズルおよび方法を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、流れの変更を可能にする改良され
た流体ノズルおよび方法を提供することである。
本発明の他の目的は、機械的なオリフイス装置の問題、
特性を解消した改良された流体ノズルおよび方法を提供
することである。
本発明の他の目的は、機械的に簡単であり、かつ安価に
製造できる改良された液体ノズルを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、効率的に操作でき、かつ費用に対
して最も効率のよい改良された流体ノズルおよび方法を
提供することである。
本発明の他の目的は、異物によるひんぱんな閉塞が比較
的に少なく、かつ広範囲の流体の流速にわたって使用す
るために好適である改良された流体ノズルを提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、理論電荷限界を高い比率で流体に
印加することができる静電特性を有する改良された流体
ノズルを提供することである。
本発明の他の目的は、予め選択可能な範囲の分配される
べき小滴の粒度または予め選択された数の寸法的に安定
した流路が得られる改良された流体ノズルを提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、流れに対して考慮がはらわれ、か
つそれ自体が高粘度流体および低粘度流体の両方ならび
に高導電性流体および高抵抗性流体を除いた非ニユート
ン物質およびニユートン物質の両方の分配に好適である
改良された流体ノズルおよび方法を提供することであ
る。
本発明の他の目的は、流体その全作動範囲にわたって高
度に制御可能な態様で分配するための改良された流体ノ
ズルを提供することである。
本発明の他の目的は極めて優れた信頼性を有する改良さ
れた流体ノズルを提供することである。
最後に、本発明の他の目的は、前述した特性のすべてを
有する改良された流体ノズルおよび方法を提供すること
である。
本発明の上位概念によれば、流体溜めおよびハウジング
を備えた流体およびその他の流動性物質を帯電しかつ分
配するノズル装置および方法が提供される。このハウジ
ングは、先端部に細長いスロットを有する室を形成する
壁部を含む。このスロットは、弾性圧縮可能である。流
体溜めは、流体が室中に制御された速度および低い静圧
で導入されるように室と連絡している。室のスロットの
内部にはシム（間隙調整板）が配置されており、スロッ
トを通しての流体の流れを部分的に閉塞する。シムと、
スロットの圧縮、膨脹の量とが、スロットのサイズおよ
び形状を正確に規制している。シムおよび流体は、ハウ
ジングを介して高電圧電源に電気的に接続されている。
流体はハウジングのスロットのまわりにメニスカス形成
しており、それにより高電圧電源が動作したときに流体
が一つまたはそれ以上の帯電した流路または複数個の帯
電した小滴として分配される。
図面の簡単な説明 本発明の前記の特徴およびその他の特徴、およびその目
的ならびにこれらの特徴、目的を達成する態様は、添付
図面に示した本発明の実施態様についての以下の説明を
参照することにより、さらに明らかになり、かつ本発明
自体が最良に理解されよう。
第１図は、対称的なノズル形状および円滑なリップを有
するノズル、流体溜め、電源、目標および複数個の流体
流路を例示した本発明のノズル装置の斜視図。
第２図は、第１図を裁断線２−２に沿って実質的に裁っ
たノズルのハウジングおよび室の横断面図。
第３図は、第１図を裁断線３−３に沿って実質的に裁っ
たノズルシムの一実施例態様を示したノズルのハウジン
グおよび室の一部欠載横断面図。
第４Ａ図、第４Ｂ図および第４Ｃ図は、ノズルシムの他
の実施態様の平面図。
第５図は、対称のノズル形状、円滑なリップおよび凸面
メニスカスの形成を例示した第２図と全く同一のノズル
の横断面図。
第６図は、非対称ノズル形状、円滑なリップおよび凹面
メニスカスの形成を例示した第２図と類似の本発明のノ
ズルの別の実施態様の横断面図。
第７図は、非対称形状およびのこ歯状リップを有する本
発明のノズルの斜視図。
第８図は、非対称形状を有する本発明の単一流路を備え
たノズルの斜視図。
第９図は、本発明のノズルの別の実施態様の斜視図。
第１０図は、第９図を１０−１０線に沿って実質的に裁
った目標を含む第９図のノズルの横断面図。
第１１図は小滴を発生しかつ小滴の通路を変える付加的
な装置と共に第１図に示した本発明のノズルを示した別
の斜視図である。
特定の実施態様の説明 さて、第１図について述べると、流体溜め１２、ハウジ
ング１４、高電圧電源１８および流路２０を備えたノズ
ル１０を図示してある。図示した特定の実施態様におい
ては、光学式変換器１６を示してある。流路２０の軌道
の付近に目標２２が配置されている。目標物体２２は電
気的にバイアスを印加することができ、かつ本発明の実
施態様では接地線２４により接地されている。
流体溜め１２の内部およびハウジング１４の内部に選択
された圧力を維持するように、流体溜め１２には静液圧
作用装置２６を設けてある。
ハウジング１４は室２８を形成している。室２８は、該
室内に流体導管を通して導入される流体溜め１２からの
流体を収集する。ハウジング１４は、電気絶縁材料、例
えば、プラスチックにより構成されている。ハウジング
１４はまたその先端部３３においてスロット３２を形成
している。静液圧作用装置２６は流体溜め用流体および
ノズル内の流体を正確な圧力に維持する。この流体圧力
は流体をスロット３２を通って連続して流れるように押
し込むために十分な値ではない。液体は室２８に充満す
る。
さて、第２図および第３図について述べると、スロット
３２内にシム３４が配置され、それにより正確な室開口
部３６およびスロット３２の幅を規制している。特定の
シム３４およびスロット３２内のシム３４の位置を選択
することにより、スロット３２および開口部３６の寸法
が選択される。スロット３２および開口部３６の寸法
は、ノズルを通しての所定の圧力における流体の流れを
最終的に制御する。凹部３８内の流体は、変換器１６お
よびシム３４と接触し、かつ開口部３６を通してノズル
リップ３７および３８の間に作用する。シム３４は、室
２８の内部の流体を部分的に閉塞する。シム３４は、導
電性材料、例えば、金属で構成されている。選択された
電界強さおよび選択されたシムおよび選択されたシムの
位置において、ノズルリップ３７および３８への流体の
流れはハウジング室２８の内部の圧力の直線的な関数で
ある。電界強さを増大し、シムの厚さを増し、または異
なるサイズの開口部３６を選択するようにシムを異なる
状態に配置することにより、流体の流量／圧力の異なる
直線的な関数を得ることができる。したがって、ノズル
を通しての流体の流れは、作用可能な範囲全体にわたる
室内圧力により制御可能である。作用可能な圧力範囲の
いずれか一方の端においてはノズルを通しての途切れな
い流れをひき起こすために十分な値よりも低い圧力また
はノズルからの流体の滴下をひきこすために十分に大き
い圧力において、この流体の流量と圧力との間の直線的
な関係は存在しない。しかしながら、ある特定の実施態
様においては、ノズルは制御可能な態様で作用し、かつ
この関係は作用可能な最小の圧力の５倍の圧力範囲にお
いては存在しない。
第３図は、ハウジング１４のノズルスロット３２の内部
に配置される波頂４０および谷４２を含む不連続の刃３
９を有するシム３４を示す。不連続の刃３９は、第３図
および第４図に示すように、ハウジング１４のスロット
３２と共に谷４２において開口部３６を規制し、かつ流
体を室２８からスロット３２を通して流れることを許容
するような寸法に構成されている。換言すると、ノズル
リップ３７および３８の内部のシム３４の位置決めによ
り室２８からの流体が流れることができる領域を決定す
ることができる。特定の実施態様においては、刃３９は
第３図および第４図に示したようにホタテガイ状に形成
し、またはその他の形状に形成することができる。特定
の一実施態様においては、ホタテガイ形のシム３４は
６．４mm（０．２５０インチ）の波頂と谷との間の間隔
を有し、かつ全体で１７．８mm（０．７００インチ）の
延長部のうち３．２mm（０．１２５インチ）の除去部分
を有している。シムおよび電界強さの選択により、ノズ
ルを通しての流速を制御することができる。第４図はシ
ムの別の形状を例示している。これらの形状の各々は、
刃３９に電荷を集中させないように円滑な丸味をつけた
遠位端部を含む。
ハウジング１４およびリップ３７，３８は、ハウジング
１４をねじ４６により外方に変形しまたはねじ４４によ
り内方に圧縮することができるように可撓性の弾性電気
絶縁材料、例えば、アクリル系プラスチックにより構成
されている。
所定の目的のためのノズルの組立ては、適当な寸法を有
するシム３４の選択、および第２図および第３図に示し
た位置におけるノズル中へのシムの挿入を含む。シム３
４は、スロット３２の内部でハウジング１４に沿って長
手方向に延びている。ねじ４６を弛めかつねじ４４を締
めつけてシム３４に圧力を加えてシム３４をリップ37お
よび３８の間の所定位置に保持する。シム３４は、図示
したように、先端部３３から引っ込められた位置にあ
り、それにより操作中に外部からシム３４に偶然に接触
する可能性をなくしてノズルの安全性を高めている。特
定の実施態様においては、シム３４はリップ３７から
１．３mm（０．０５０インチ）引っ込められた位置に配
置されている。シム３４を適正に選択することにより、
凹部２８内の流体は、第１図に示した流体溜め１２内の
静液圧に応じて開口部３６を通してノズルリップ３７お
よび３８の間を流れるので、ノズルの流れ特性が決定さ
れる。
第１図および第４図に例示したように、精密シム３４が
高電圧電源１８に電気的に接続されている。電源装置１
８からの高電圧は、導電性ねじ、ボルトまたは電気コネ
クタを含む任意の通常の態様でシム３４に印加される。
特定の実施態様においては、好適な材料、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレンで構成された図示していないガ
ードが高電圧接続部を遮蔽して目標２２にアークが作用
することを阻止している。
さて、第５図および第６図について述べると、スロット
３２内にシム３４を越えて流れる流体の流れがノズル先
端部３３におけるノズルリップ３７および３８の間に流
体を配置する。この流体は、第５図に示したように、全
体として凸面状の外面を有する外方に突出したメニスカ
スを形成することができる。ノズルリップ３７および３
８ならびに分配しようとする流体を適正に選択すること
により、メニスカス５０の形状を制御することができ
る。例えば、第５図を参照すると、ほぼ同じ寸法のリッ
プ３７および３８を有する対称のノズルチップ３３およ
び外方に弯曲したメニスカスを形成する流体を使用する
ことにより本発明のノズルの作用を制御することがで
き、かつ流体を前述したようにノズルから分配すること
ができる。しかしながら、異なる形状を有するメニスカ
スを形成する流体を選択することにより、同一のノズル
から不安定な、すなわち、制御不可能な流れが発生する
ことになる。
また、例えば、第６図に示したように、ノズルリップ３
７がノズルリップ３８から偏位され、非対称のノズルリ
ップの形状が選択されかつ凹面のメニスカスを形成する
流体が選択される場合には、流体を本発明のノズルから
前述したような制御可能な態様で分配することができ
る。しかしながら、もしも第６図に示した非対称のノズ
ル形状に対して外方に弯曲した、すなわち、全体として
凸面のメニスカスを形成する流体が選択するとすれば、
不安定な制御不可能な流体の流れが発生する。したがっ
て、ノズルリップ３７および３８の形状寸法を変更し、
かつ適当な流体を選択することにより、メニスカス５０
の形状を変更することができ、かつ本発明のノズルを使
用して種々の流体を制御可能な態様で分配することがで
きる。
さて、第１図ないし第６図を参照すると、ノズル１０か
ら予定された距離に目標２２が配置されている。シム３
４に高電圧が印加されると、メニスカス５０と目標22と
の間に電界が発生して第１図に示したようにメニスカス
が一連の微細な流路２０の中に噴出する。シム３４の寸
法、ならびに印加される電圧および流体の抵抗率のパラ
メータにより、形成される流路２０の直径が規制され
る。
第１図に示したような特定の実施態様においては、ノズ
ル１０を加熱することができる。第１図には、一例とし
て、ハウジング１４に埋め込まれかつ電源９４に接続さ
れた抵抗コイル９２を例示してある。特定の用途におい
てノズル１０が加熱されるか否かは、分配される物質に
より左右される。
本発明のノズルは、多数の異なる形状に構成することが
できる。第９図および第１０図はハウジング１４を全体
として円形に形成することができることを例示し、かつ
第１図に示したように線形に形成することができる。円
形ハウジング５２はその軸線５４のまわりに共軸をなす
円形のシムを備えている。リップの形状は対称形または
非対称形に形成することができかつ非対称形のリップ３
８を円滑な形状またはのこ歯状の形状に形成することが
できる。分配しようとする液体はポート５６から凹部５
８に流入する。シム６０はノズル５２のリップ３７およ
び３８を正確なスロット寸法で位置決めし、かつ開口部
３６の寸法を規制する。高電圧がシム６０に取り付けら
れた端子６６に印加される。目標７２は結線７０により
接地され、かつ特定の用途により例示したような不規則
な形状に形成することができる。これらの目標７２は、
用途により、軸線５４のまわりに回転し及び／又は並進
させることができ、または固定することができる。
ノズル２０から放射される流路２０の位置は、ノズルの
チップ３３における電荷の集中度により左右される。第
１図ないし第６図に例示したノズルの円滑なまたは連続
したリップ形状においては、流路２０は本発明のノズル
のチップ３３に沿ったいずれかの位置に形成することが
できる。実際には、本発明のノズルのチップ３３に沿っ
た帯の位置は不安定であり、かつ異なる時期に異なる位
置に発生し、かつ流路２０の位置は正確に制御されず、
もしくは固定されない。
第７図は、突出リップ３８がのこ歯状に形成されてノズ
ル１０の長さ方向に沿った隔置された複数個の電荷集中
用尖端部４３を形成していることを除いて、第６図に示
した形状に類似した非対称のノズルの形状を示してい
る。第７図に示したのこ歯状リップ３８は、本発明のノ
ズル１０の作用可能な流れの範囲内で尖端部４３におけ
る流路２０を制御可能に位置決めする。所定の電界強さ
におけるノズルを通しての流体の流れは、前述したよう
に、ハウジング室２８の内部の流体の圧力により全般的
に左右される。したがって、ノズルリップに過剰量の流
れを与えるような室２８内の圧力を選択すると、尖端部
４３の間の流路２０の矢弧をひき起こすことがある。し
かし、さもなければ、各々の尖端部４３はノズルが作用
しているときに流路２０を形成する。特定の実施態様に
おいては、尖端部４３はこのように作用して尖端部が２
５．４mm（１インチ）の約１／１０以上隔置され、かつ
尖端部間で約５０．８mm（２インチ）を上まわって隔置
されていない限りでは、流路２０の位置決めを制御可能
に選択する。
第８図は本発明の単一流路型ノズルを例示している。本
発明のこの単一流路型ノズルの横断面は第６図に例示し
たノズルの横断面と全く同じである。本発明の単一流路
型ノズルは、作動中、尖端部４３から放射される単一流
路２０を発生する。本発明の単一流路型ノズルは、本質
的には、その他のすべての点について、第７図に例示し
た尖端部４３を有するノズルと同一である。
したがって、特定の一実施態様におけるノズルの最大の
尖端間隔寸法は約５．０８cm（２インチ）であり、かつ
ノズルの最小の尖端間隔寸法は約２．５４cm（１イン
チ）の１／１０である。
したがって、本発明が種々の形状のうちの任意の形状を
包含することができ、かつ重要な特性がシムおよびノズ
ルリップ間のシムの配置の選択およびシムの不連続性お
よびノズルリップの形状の選択であることは理解できよ
う。円形、線形および湾曲した形状のすべてを考案する
ことができる。また、単一の積み重ねたノズルも考案さ
れよう。
本発明のノズルの性能は、流路の直径に関して、シムの
厚さにより決定されるスロットの厚さおよびノズルと目
標との間または自由空間の電界強さにより決定される
２．５４mm（１インチ）あたりの流路の数に比例する。
流路の間隔は、ノズルと目標との間の電界強さ、ハウジ
ング室内の流体圧力、ノズルリップへの流体の流れ、ノ
ズルリップの形状および分配しようとする流体の物理的
特性の関数である。
前述した本発明のノズルから複数個の帯電した小滴中に
発生する流路のいずれかの形成は、本発明の三つの方法
のいずれか一つにより行うことができる。前述したノズ
ルのいずれかからの最初の液体の小滴化は、ノズルと目
標との間の電界強さを流体の理論電荷限度を超えるよう
に高めることにより流路がいったん確立されると、発生
させることができる。その結果、隔置された間隔で流路
の直径が小さくなり、かつ第１１図に示したように複数
個の比較的に類似した粒度の小滴８８が形成される。流
体の表面張力のために、すべての流路の形状は円形形で
あり、かつ形成時ののすべての小滴の形状は球面形にな
る。
また、液体の小滴化は、第１図に例示したノズルにおい
て示された選択自由な変換器１６を設けることにより、
発生させることができる。変換器１６は、第１図および
第３図に例示したノズルを含む本発明のノズルのいずれ
かに設けることができる。流路２０がところどころに形
成された後に変換器１６を動作させることにより、ノズ
ルの内部の流体に作用する超音波が隔置された間隔で流
路２０の直径を減少して複数個の均一の粒度を有する帯
電された小滴を形成する。
本発明の流路２０を小滴化する第三の方法は、第１１図
に例示してある。大きい直径を有する導体７６が、本発
明のノズルから放射される流路２０の軌道から僅か上方
に配置されている。第１１図に例示したノズルは、第１
図ないし第５図に開示したノズルと同じである。導体７
６は流路２０の電荷と反対の電荷を持つように抵抗体／
コンデンサ／誘導子ネットワーク８０を介して接地され
ている。例示した特定の実施態様においては、正の電荷
が流路２０に与えられ、かつ負の電荷が導体７６に与え
られている。導体７６は、大きい直径を有する部材であ
るので、ノズルチップ３３の付近の直径方向の領域82に
おいて大きい電荷を分布してその後側８４に向かってよ
り小さい反対の電荷を強制的に配置する。帯電した流路
２０が導体７６の付近に到達するときに、導体７６は流
路２０が領域８２を通過するときに流路２０上に吸引さ
れる電荷を発生し、かつ慣性力および重力のために、流
路２０は導体７６に衝突しない。そのかわりに、流路２
０は帯電した小滴８８の形態で隔置された状態で出現す
る。
特定の一実施態様においては、小滴の形成は極めて均一
である。第６図および第７図に示したようなノズルを使
用する場合には、３ミクロンの偏差を有する８０ミクロ
ンの平均直径を有する小滴８８が形成された。
本発明によれば、小滴８８は目標に向かって放射するこ
とができ、または特定の一つの用途においては小さい気
流または重力勾配を加えることにより目標に衝突させな
いようにすることができる。所定の粒度の小滴を形成
し、帯電しかついずれか別の場所で付着させるために直
接ノズル領域から移動することができる。また、小滴は
熱溶融（ホットメルト）物質から形成し、かつ冷却して
均一な球面状の粒子を形成することができる。特定の実
施態様においては、１ミクロンから数百ミクロンの直径
を有する小滴を本発明のノズルにより発生させることが
できる。小滴の粒度は、前述したようにスロットの寸法
および２．５４cm（１インチ）あたりの流路の数により
制御される流路のサイズに比例する。
目標２２および７２は、広範囲の種々の物質とすること
ができる。目標は、自由空間、金属材料、木材、紙、ガ
ラス、プラスチック、植物等の有機材料、食物などとす
ることができ、また種々の形態、例えばウエブ、シー
ト、フイラメント、ばらの物体等とすることができる。
一般的には、流体が良好に帯電されず、目標がキャパシ
タンスを有するまかまたは接地されなければならない場
合を除いて、目標物質または形態については制限はな
い。そのうえ、操作用の目標は本発明のノズルから１２
２cm（４フィート）離れた位置に配置されてきた。
このノズルの電気的特性は、全般的に、高い抵抗率を有
していない流体、すなわち、導電性の高い流体にその用
途を限定している。液体が若干の電気抵抗率を有してお
り、すなわち、その導電性が高くない限りは、ノズルは
抵抗率に対して適度の不感受性を有している。代表的な
流体は、ランスバーグプローブ（モデル番号６５２８）
により測定されたときの抵抗率がそれぞれ約１．０×１
０５オームよりも大きい値を示す物質を包含することに
なろう。イオン化した水性物質のみに対しては効力がな
い。同様に、ノズル１０は約１センチポアズないし約２
０，０００センチポアズの範囲の粘度に対して一般的に
不感受性である。
この装置においては、非常に小さい静圧が使用されるこ
とが理解されよう。代表的な静圧の値はメニスカスにお
いて３０．５cm（１フィート）よりも小さくなろう。
また、比較的に低い電気エネルギが使用される。使用可
能な電圧は、目標および間隔によって大幅に左右される
が、３００−６０マイクロアンペアの電流において１０
−５０キロボルトの範囲になる。したがって、本発明の
ノズルにより、比常に低いエネルギ、例えば、ノズルの
３０．５cm（１フィート）あたり３ワットよりも低いエ
ネルギが使用される。
ノズル１０は、作動中、流路２０または小滴８８の形態
の流体を高度に制御された態様で分配する。このノズル
は、機械的に簡単であり、寸法が正確であり、適度に閉
塞することがなく信頼性が高い。このノズルの主要な機
械的な基準は、幅の狭いスロットを使用していることで
ある。スロット３２の幅は、前述したように、ノズルの
リップ３７および３８により決定される。スロット３２
の寸法は、適当なシムを選択しかつねじ４４および４６
を調節することにより正確に設定することができ、かつ
シム３４の取替えにより容易に変更することができる。
シム３４は、ノズルスロットの幅の形状寸法を決定する
シムの機能のほかに、開口部３６の寸法および位置を決
定し、かつ接地された目標または時折自由空間に対する
高い静電荷を液体に印加する付加的な機能をはたす。
作用する液体メニスカス５０は、液体に加えられる低い
静液圧およびノズルリップ３７および３８の形状により
形成される。下側のリップは、用途によりこの歯形また
は平滑に形成することができる。流体に作用する高い表
面電荷は、シム３４と目標の間または自由空間に印加さ
れた電界により発生せしめられる。液体メニスカス50
は、直径がノズルのスロット幅に対して極めて小さい複
数個の超微小の流路中に噴出する。流路は、目標の電界
強さ、加えられる静水頭、シムの形状、ノズルスロット
の寸法および形状ならびに流体の粘度特性の如何によ
り、広い間隔で噴出させまたは相互に直径の数倍の距離
を隔てた接近した位置で噴出させることができる。
前述したように、二つのリップの間の相対位置および流
体の選択により、内方に引っ込められたメニスカスまた
は外方に突出したメイスカスのいずれかを形成すること
ができる。内方に引っ込められたメニスカスは、電荷を
集中するとがった露出した刃により電界を強めるので、
流路の最も狭い間隔が必要である場合に使用される。
多くの用途に対して、流路自体は最終的に所望される結
果によるものであり、例えば、ホットメルトの流路の形
成による合成繊維の製造および微細な油の帯を使用する
ことによる支持体の潤滑である。
その他の用途に対しては、均一な粒度を有する高度に帯
電された小滴が最終的に所望される生成物である。この
型式の用途としては、植物に対する農薬または除草剤の
適用、木製品および紙製品に対する接着剤の適用、燃料
の気化、食料に対する化学薬品の添加等が含まれよう。
以上、特定の装置について本発明の原理を記載したが、
前記の説明は一例について述べたものにすぎず、本発明
の範囲を限定するものではないことを明瞭に理解すべき
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−57664（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−5838（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭35−1828（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ハウジングおよびシムを備えた流動性物質
    を静電分配するノズル装置であって、前記ハウジングが
    電気絶縁材料で構成され、前記ハウジングが内室を形成
    する壁部を有し、前記ハウジングが前記内室および前記
    ハウジングの外部と連絡する細長いスロットを有し、前
    記スロットが弾性により圧縮可能でありかつ拡張可能で
    あり、前記圧縮量および拡張量が前記スロットの幅を規
    制し、前記シムが前記室のスロット内に配置され、前記
    シムが前記スロットの圧縮量および拡張量と共に前記ス
    ロットの幅を正確に規制し、前記シムがその末端の端縁
    に沿って不連続な形状を有し、前記不連続な形状により
    前記室と前記スロットとを連絡する隔置された開口部を
    規制する流動性物質を静電分配するノズル装置。
  2. 【請求項２】前記シムが前記スロット内に引っ込めら
    れ、前記シムおよび前記スロットが外側スロット部分を
    規制する請求項１記載のノズル装置。
  3. 【請求項３】前記スロットの対向した側の前記ハウジン
    グが先細に形成され、それによりノズルリップおよびノ
    ズルチップを規制し、前記リップが前記ノズルチップに
    隣接した前記スロットのまわりに全体として対称になっ
    ている請求項２記載のノズル装置。
  4. 【請求項４】前記室および前記スロットの開口部に流動
    性物質が満たされ、前記ノズルチップに隣接した前記外
    側スロット部分内の前記流動性物質がメニスカスを形成
    し、前記メニスカスが凸面形である請求項３記載のノズ
    ル装置。
  5. 【請求項５】前記スロットの対向した側の前記ハウジン
    グが先細に形成され、それによりノズルリップおよびノ
    ズルチップを規制し、前記ノズルチップに隣接した前記
    スロットのまわりの前記ノズルリップが非対称である請
    求項２記載のノズル装置。
  6. 【請求項６】前記室および前記スロットの開口部に流動
    性物質が満たされ、前記ノズルチップに隣接した前記外
    側スロット部分内の前記流動性物質がメニスカスを形成
    し、前記メニスカスが凹面形であり、前記凹面形のメニ
    スカスが電荷を集中することができる対向したメニスカ
    ス端縁を規制する請求項５記載のノズル装置。
  7. 【請求項７】前記ノズルリップが連続した先端縁を有す
    る請求項３記載のノズル装置。
  8. 【請求項８】前記ノズルリップの一方が前記ノズルリッ
    プの他方を越えて前記ノズルから外方に延び、前記他方
    のノズルリップが平滑な先端縁を有しかつ前記外方に延
    びたノズルリップが不連続な先端縁を有している請求項
    ５記載のノズル装置。
  9. 【請求項９】前記一方の外方に延びたノズルリップがの
    こ歯状に形成され、それにより隔置された尖端部を規制
    する請求項８記載のノズル装置。
  10. 【請求項１０】前記尖端部が約２．５４mm（０．１イン
    チ）から約５．０８cm（２インチ）までの範囲に隔置さ
    れている請求項９記載のノズル装置。
  11. 【請求項１１】さらに、流体溜めを備え、前記流体溜め
    が流動性物質を収納し、前記流体溜めが前記室と連絡し
    てそれにより前記流動性物質を前記流体溜めから前記室
    中に流入させることができるようにした請求項１記載の
    ノズル装置。
  12. 【請求項１２】さらに、高電圧電源を備え、前記高電圧
    電源が前記シムに電気的に接続され、それにより前記シ
    ムおよび前記ハウジングおよびスロット開口部の内部の
    前記流動性物質が帯電されるようにした請求項１記載の
    ノズル装置。
  13. 【請求項１３】さらに、高電圧電源を備え、前記高電圧
    電源が前記シムおよび前記流動性物質に電気的に接続さ
    れ、それにより前記シムおよび前記ハウジングおよび前
    記スロット開口部内の前記流動性物質が帯電されかつ前
    記メニスカスが複数個の前記流動性物質の隔置された流
    路中に噴出する請求項４または６記載のノズル装置。
  14. 【請求項１４】さらに、超音波変換器を備え、前記変換
    器が前記ハウジングに取り付けられ、前記変換器が前記
    流動性物質内に圧力振動を発生して前記流路から複数個
    の小滴を形成する請求項１３記載のノズル装置。
  15. 【請求項１５】前記室が全体として長方形の平行六面体
    の形状の横断面を有する一方の部分と、全体として平坦
    なトラフの形状の横断面を有する別の部分とを有し、前
    記別の部分が二つの傾斜した平坦な面により形成され、
    前記スロットが前記傾斜した平坦面の先端部と前記チッ
    プとの間に延び、前記スロットの幅が前記の傾斜した平
    坦な面の間の尖端部における距離である請求項１記載の
    ノズル装置。
  16. 【請求項１６】前記室が全体としてドーナツ形の形状で
    あり、前記室の内方に前記スロットが向けられている請
    求項１記載のノズル装置。
  17. 【請求項１７】前記室が線形である請求項１記載のノズ
    ル装置。
  18. 【請求項１８】前記流体溜めが前記ノズル室および前記
    スロットの内部の前記流動性物質の圧力を静液圧により
    制御する圧力制御装置を含む請求項１１記載のノズル装
    置。
  19. 【請求項１９】前記シムの前記の不連続な形状が波頂お
    よび谷を有する全体として正弦波の形状を有し、前記隔
    置された開口部が前記の不連続なシムの形状の谷部に形
    成されている請求項１記載のノズル装置。
  20. 【請求項２０】前記ハウジングが弾性体材料で構成さ
    れ、かつ前記シムが金属材料で構成された請求項１記載
    のノズル装置。
  21. 【請求項２１】前記ハウジングが前記室を拡張する装置
    と前記室を収縮する装置とを備え、それにより前記スロ
    ットの幅を正確に選択可能にした請求項１記載のノズル
    装置。
  22. 【請求項２２】前記高電圧電源がレイリー電荷よりも大
    きく前記流路を帯電し、それにより前記流路が複数個の
    帯電した微小の小滴に形成される請求項１３記載のノズ
    ル装置。
  23. 【請求項２３】さらに、前記ノズルチップに隣接して配
    置された電圧バイアス装置を備え、前記バイアス装置が
    前記流路に静電界を印加し、前記静電界が前記流路から
    の複数個の帯電した小滴の形成を促進する請求項１３記
    載のノズル装置。
  24. 【請求項２４】さらに、前記ハウジングの壁部内に埋め
    込まれた加熱コイルを備え、前記加熱コイルが電源に接
    続され、前記加熱コイルが前記電源を動作させたときに
    前記ハウジングに熱を伝達する請求項１記載のノズル装
    置。
  25. 【請求項２５】前記延長したリップの前記の不連続な先
    端縁が単一の尖端部を形成している請求項８記載のノズ
    ル装置。
  26. 【請求項２６】さらに、少なくとも１個の付加的なハウ
    ジングと各々の付加的なハウジングためのシムとを備
    え、前記シムが前記の付加的なハウジングの前記室スロ
    ットの内部に配置され、前記ハウジングが積み重ねられ
    それにより複数個の積み重ねられたノズルを構成してい
    る請求項１記載のノズル装置。
  27. 【請求項２７】ノズルから分配される流体の流量が前記
    ノズルの制御された作用可能な範囲内での選択された電
    界強さにおける前記室内の流体圧力の直線的な関数であ
    る請求項１記載のノズル装置。
  28. 【請求項２８】前記ノズルの制御された作用可能な範囲
    が圧力の約５倍にわたる請求項１記載のノズル装置。
  29. 【請求項２９】ノズルの流れ特性が前記シム、流動性物
    質の電荷および流体圧力を選択することにより決定され
    る請求項１２記載のノズル装置。
  30. 【請求項３０】前記流路が前記ノズルの前記スロットに
    おける前記電荷が集中する位置に配置される請求項１２
    記載のノズル装置。
  31. 【請求項３１】前記流路の間隔が前記ハウジング室内の
    前記電荷および前記流動性物質の圧力、前記ノズルを通
    しての流動性物質の流れ、前記ノズルの形状および前記
    流動性物質の性状の関数である請求項１３記載のノズル
    装置。
  32. 【請求項３２】さらに、前記ノズルから隔置された目標
    を備え、前記目標が自由空間、金属および金属性材料、
    木材、紙、ガラス、合成樹脂およびプラスチック、植
    物、食料およびその他の動物および植物ならびに鉱物質
    からなる物質のグループから選択される請求項１記載の
    ノズル装置。
  33. 【請求項３３】前記流動性物質がランスバーグプローブ
    により測定された約１．０×１０５オームよりも大きい
    抵抗率を有する請求項４または６記載のノズル装置。
  34. 【請求項３４】前記流動性物質が約１センチポアーズか
    ら約20.000センチポアーズまでの粘度を有する請求項４
    または６記載のノズル装置。
  35. 【請求項３５】前記室内の前記流動性物質の圧力が水柱
    約１cmから約５cmまでの範囲内にある請求項１８記載の
    ノズル装置。
  36. 【請求項３６】前記電圧電源が前記シムに約６０マイク
    ロアンペアから約３００マイクロアンペアまでの電流に
    おいて約10キロボルトから約５０キロボルトまでの電圧
    を印加する請求項１２記載のノズル装置。
  37. 【請求項３７】前記ノズルの電力消費量がノズルの３
    ０．５cm（１フィート）あたり約３ワットである請求項
    １２記載のノズル装置。
  38. 【請求項３８】流動性物質をノズル室内に導入し、前記
    室内の前記流動性物質の圧力を制御し、前記室からのノ
    ズルの出口を設け、前記出口内に金属製シムを配置する
    ことを含み、前記シムは前記出口において不連続な先端
    縁を有しており、前記出口は弾性により圧縮可能であり
    かつ拡張可能であり、前記シムおよび前記出口は、前記
    室と前記出口とを連絡する複数個の隔置された開口部を
    規制し、前記シムは前記出口の圧縮量および拡張量と共
    に前記出口および前記開口部を正確に規制し、前記流動
    性物質は、前記出口のまわりにメニスカスを形成し、さ
    らに、前記シムを高電圧電源に接続してそれにより前記
    流動性物質および前記シムを帯電し、それにより前記メ
    ニスカスを前記ノズルから延びる複数個の微細な流路中
    に噴出させることを含む流動性物質をノズルを通して分
    配する方法。
  39. 【請求項３９】さらに、前記室内の前記流動性物質に圧
    力振動を伝達してそれにより前記流路から複数個の小滴
    を形成することを含む請求項３８記載の方法。
  40. 【請求項４０】さらに、前記流動性物質および前記シム
    をレイリー電荷を超えて帯電して、それにより前記流路
    から複数個の帯電した小滴を形成する請求項３８記載の
    方法。
  41. 【請求項４１】さらに、導体を前記室の出口から隔置さ
    れかつ近接した位置に配置し、前記導体を回路網を介し
    て静電バイアスし、前記流路を前記導体に近接して通過
    させ、それにより前記流路から複数個の帯電した小滴を
    形成することを含む請求項３８記載の方法。
  42. 【請求項４２】ノズルから分配される流体の流量が、前
    記ノズルの制御された作用可能な範囲内の選択された電
    界強さにおける前記室内の流体圧力の直線的な関数であ
    る請求項３８記載の方法。
  43. 【請求項４３】前記ノズルの制御された作用可能な範囲
    が圧力の約５倍にわたる請求項３８記載の方法。
  44. 【請求項４４】ノズルの流れ特性が前記シム、流動性物
    質の電荷および流体圧力の選択により決定される請求項
    ３８記載の方法。
  45. 【請求項４５】前記流路が、前記ノズルのチップにおい
    て前記電荷が集中する位置に配置された請求項３８記載
    の方法。
  46. 【請求項４６】前記流路の間隔が、前記ハウジング室内
    の前記電荷および流動性物質の圧力、前記ノズルを通し
    ての流動性物質の流れ、前記ノズルリップの形状および
    前記流動性物質の物理的性状の関数である請求項３８記
    載の方法。
  47. 【請求項４７】さらに、前記ノズルから隔置された目標
    を備え、前記目標が自由空間、金属および金属性材料、
    木材、紙、ガラス、合成樹脂およびプラスチック、植
    物、食料およびその他の動物および植物ならびに鉱物質
    からなる材料のグループから選択される請求項３８記載
    の方法。
  48. 【請求項４８】前記流動性物質がランスバーグプローブ
    により測定された約１．０×１０５オームよりも大きい
    抵抗率を有する請求項３８記載の方法。
  49. 【請求項４９】前記流動性物質が約１センチポアーズか
    ら約20.000センチポアーズまでの粘度を有する請求項３
    ８記載の方法。
  50. 【請求項５０】前記室内の前記流動性物質の圧力が水柱
    約１cmから約５cmまでの範囲内にある請求項３８記載の
    方法。
  51. 【請求項５１】前記電圧電源が前記シムに約６０マイク
    ロアアンペアから約６０マイクロアンペアまでの電流に
    おいて約10キロボルトから約５０キロボルトまでの電圧
    を印加する請求項３８記載の方法。
  52. 【請求項５２】前記ノズルの電力消費量がノズルの３
    ０．５cm（１フィート）あたり約３ワットである請求項
    ３８記載の方法。
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