JPH08266949A - 静電式スプレイ装置におけるイオン化システム - Google Patents

静電式スプレイ装置におけるイオン化システム

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JPH08266949A
JPH08266949A JP7224596A JP7224596A JPH08266949A JP H08266949 A JPH08266949 A JP H08266949A JP 7224596 A JP7224596 A JP 7224596A JP 7224596 A JP7224596 A JP 7224596A JP H08266949 A JPH08266949 A JP H08266949A
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electrode
needle
ionization
electrostatic
spray device
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ヤーミン・マ
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    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い印加電圧によって非常に強い静電場強度
を実現できる静電式イオン化システムの提供。 【解決手段】 導電性液体を噴霧するためのスプレイ装
置１０に関連して利用される静電式イオン化システム
は、スプレイ装置１０のスプレイパターン２４の中心近
傍に配置された導電性ニードル２０を有している。この
ニードル２０は、約０．０２５cm（２５０μｍ）以下の
直径を有する。ニードル２０の先端は尖っていて、約
０．００５cm（５０μｍ）以下の曲率半径を有してい
る。第２の接地電極が、ニードル２０から約１０．１６
センチメートル（４インチ）離れて配置されて、スプレ
イ装置１０の一部となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、霧化装置やコーテ
ィング用アプリケータのための静電気帯電システムに関
し、詳しくは、ペイントが導電性である場合に、静電式
ペイントアプリケータに関連して利用されるイオン化シ
ステムに関する。この静電式ペイントアプリケータと
は、手持ち式のスプレイガン又は遠隔制御によって作動
する自動式スプレイガンのことである。
【０００２】また、本発明は、１９９５年１月３１日に
アメリカ合衆国で出願された、同一発明者によるアメリ
カ合衆国特許出願第０８／３８０，９７０号に関連す
る。先の特許出願が、非導電性液体の粒子の噴霧という
発明概念に向けられているのに対し、本発明は、発明概
念を主に導電性液体粒子を噴霧するためのスプレイ装置
に向けている。
【０００３】
【従来の技術】静電式スプレイでは、静電場が、スプレ
イ装置と噴霧されるターゲットあるいは物体との間の近
傍に形成されることが好ましい。噴霧された粒子はこの
静電場の中を通過し、それぞれの粒子は場の中を通過す
るときに電荷を帯びる。こうして、帯電した粒子が噴霧
される物体へ引き付けられるようになる。噴霧される物
体は一般にアースへ接地されており、すなわちゼロボル
ト電位に維持されていて、接地されている物体と帯電し
た粒子との間に引きつけ力が生じるようになっている。
このプロセスによって、噴霧された粒子を非常に高い割
合で、噴霧しようとする物体の方へ実際に導き、その結
果として噴霧の効率を従来の方法に比べて大きく改善す
ることが可能である。
【０００４】一般的な静電式スプレイシステムにおいて
は、イオン化するための電極はスプレイガンのスプレイ
オリフィスの近傍に設置され、塗装しようとする物体は
接地電圧に維持されて、イオン化用電極と物体との間に
静電場が形成される。二つの電極の間の距離は約３０．
５cm（１フィート）である。従って、十分な強さの静電
場を発生して多数のイオン／粒子相互作用を生じさせ、
ペイント粒子とターゲットとの間に十分な大きさの引き
つけ力を発生させるためには、スプレイガン電極へ印加
される電圧は必然的に極めて高いものでなければならな
い。噴霧作業において適切な効率を達成するために、ス
プレイ装置の電極へ約６０，０００〜１００，０００ｖ
（６０〜１００ｋｖ）の静電気電圧を印加することは珍
しいことではない。一般に、約０．００００５アンペア
（５０μａ）のイオン化電流が、接地されている物体
と、スプレイ装置電極との間に流れる。
【０００５】上述したタイプの静電気システムは、しば
しばコロナ帯電システムと呼ばれる。その理由は、この
ときの電場強度においては、電極からコロナ電流が発生
するからである。電極は、その近傍の空気をイオン化
し、イオン化された領域の中を通過する噴霧ペイント粒
子はイオン化された電荷を帯び、コーティングしようと
する接地された、すなわち中性電位にある物体へより容
易に引き付けられるようになる。このプロセスの効率
は、スプレイガンとターゲットとの間を一般的な粒子が
通過するとき、この粒子へ付くイオンの数ｎによって、
以下の関係によって決まる。 ｎ＝ｋ＊Ｅ＊ｔ＊Ｉ ここで、 ｎ＝粒子当りのイオン電荷の数 ｋ＝定数 Ｅ＝帯電領域における電場の強さ ｔ＝粒子が帯電領域に滞在する時間 Ｉ＝帯電領域におけるイオン濃度 帯電領域における電場の強度は、電極の近傍（帯電領
域）にある空気をイオン化して上述したコロナ電流を発
生するのに十分な大きさでなければならない。
【０００６】主要な霧化力が圧縮空気、油圧、遠心力の
いずれによって発生される場合でも、静電気電圧帯電シ
ステムをスプレイ装置に適用することができる。どの場
合にも、イオン化電極は霧化が行われる箇所か、あるい
はその近傍に設置されており、できる限り多くの霧化粒
子がイオン化領域を通過するようになっていることが好
ましい。静電式イオン化システムは、導電性ペイントに
も非導電性ペイントにも使用することができる。しか
し、導電性ペイントの場合には、ペイントを霧化する箇
所の前の液体ペイントのコラムの中に導電性経路が形成
されないように、慎重に静電式イオン化システムを設置
する必要があろう。
【０００７】従来、十分な性能を得るために最も一般的
に使用される静電電極構造は、ニードル形状である。こ
の構造によれば、ニードルの先端に非常に強い場を形成
することができる。この場合、ニードルは霧化領域か、
その近傍に設置される。従来、一般にこれらのニードル
は硬化されたスチール材料（しばしばステンレススチー
ル）から形成されている。ニードルの直径は一般に約
０．５ミリメートル（mm）であり、スプレイ装置の内部
で導電性ペイントと電気的に接触するのを避けるため
に、ノズルから十分な距離だけ前方へ突き出している。
これらのニードルは一般に適当な長さに切断された線材
から形成されているが、ニードルの先端を尖らせる試み
はなされていない。ニードルの端部は丸くなっている場
合がある。この場合こうしたニードルに印加される電圧
は通常４０〜１００ｋｖの範囲であり、この電圧でニー
ドルの近傍に比較的強い静電場が形成される。このと
き、静電場の電気力線はニードルと、塗装しようとする
通常は接地されている物体との間に形成される。ボルト
／センチメートル（ｖ／ｃｍ）で表される場の勾配は、
ニードルへ印加される電圧を、場が形成される第２の電
極（通常は物体）までの間の距離（センチメートル単
位）で割ることによって求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】静電式スプレイの分野
においては、電極が液体コラムを通じた高電圧の短絡を
生じないように設置された状態で、非常に強い静電場強
度を実現できるような構造を提供できれば、非常に有利
である。適切な静電気システムの設計に影響する要因と
しては、各電極間の距離や、電極の形状、噴霧されたス
プレイに対する電極の位置、システムによって噴霧され
る材料の種類などがある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、ニードルの
形状を制御することによって、また第２の電極に対する
ニードル電極の配置を制御することによって、静電式ス
プレイシステムのための十分な静電場強度Ｅを達成でき
るような構造を提供するものである。ニードルの直径
は、約０．０２５cm（２５０μｍ）以下に選択される。
ニードル先端は、約０．００５cm（５０μｍ）以下の曲
率半径で尖らされる。ニードルは、このニードルが適用
されている特定のスプレイガンの噴霧領域の比較的近い
ところに配置される。このような静電気システムでは、
５０〜８０ｋｖの印加電圧によって、０．００００２〜
０．００００８アンペア（２０〜８０μａ）の範囲のイ
オン化電流を発生できる。
【００１０】
【発明の目的及び利点】本発明の主な目的及び利点は、
いかなる機械的な電圧絶縁装置も用いずに、スプレイ装
置の導電コーティング材料を直接帯電する静電システム
を提供することである。本発明の別の目的及び利点は、
多数のイオンがスプレイの噴霧領域およびその周囲に発
生するように、非常に強い電場が電極の尖った箇所から
形成される静電システムを提供することである。本発明
のさらに別の目的及び利点は、約０．０２５cm（２５０
μｍ）以下の直径と尖った先端を有するニードル電極に
よって、制御された状態で非常に強い静電場を提供する
ことである。上述した目的や利点、またその他の目的や
利点は、以下の説明や特許請求の範囲、そして添付され
ている図面から明かになろう。
【００１１】
【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例
を説明する。図１はこの発明に関連する典型的な静電式
スプレイ装置を示す斜視図である。静電式のスプレイ装
置１０は、給送チューブ１６を介して供給された液体
を、ノズル１２を介してスプレイするために手動で操作
されるトリガ１４を有している。静電気高電圧は、スプ
レイ装置１０の中に設けられた高電圧電源から内部的に
供給されるか、あるいはケーブル１５を介してスプレイ
装置１０へ供給される。こうして、最終的にニードル２
０上に高電圧が印加される。噴霧スプレイはノズル１２
の前部にあるオリフィスから噴霧され、スプレイパター
ン２４を形成する。スプレイパターン２４を形成する粒
子は、これらの粒子がノズル１２の中のオリフィスから
放出されるときに通過する静電場によって、それぞれが
イオン化される。
【００１２】本発明は主に、液体が電気的に導電性であ
る場合に、液体粒子を噴霧するためのスプレイ装置を対
象としたものである。したがって、液体コラムが電気ワ
イヤと全く同じ方式で、電気を通す。静電場という状況
の下で、このような液体を噴霧するにあたり、スプレイ
装置に流れている液体コラムが接地されている場合に、
静電高電圧が直接地面に短絡するのを避けるために、ス
プレイ装置の設計には極度の注意が必要である。従来、
スプレイ装置とその関連部品はすべて地面から絶縁され
ており、その結果、静電高電圧と等しい電圧レベルを確
保する。本発明の場合スプレイ装置とその関連装置はア
ース電位に維持され、したがって、高電圧部材と、スプ
レイ装置およびその関連導電液体コラムの間は絶縁され
つづけなければならない。これは、本発明において、ニ
ードル２０を絶縁ロッド２５の前部先端に配置するこ
と、および絶縁ロッド２５を通る導体を絶縁してケーブ
ル１５内の導体と接続することにより達成される。ニー
ドル２０は、ノズル１２の前面から約１０．１６〜１
２．７０cm（４〜５インチ）離れており、この用途で必
要とされる必須の電圧絶縁をもたらす。この技術によ
り、ニードル２０の先端で放出される静電高電圧は、常
時噴霧領域に印加される。すなわち、液体コラムの存在
領域に印加されるのではなく、液体粒子が通過する領域
に印加されるのである。
【００１３】この発明の重要な成果は、電極をスプレイ
材料でコートして汚すことなく、非常に効率のよいコー
ティングプロセスを実現できる改善されたイオン化シス
テムを見い出したことである。これは、電圧電極が噴霧
領域の外側に、非常に尖ったイオン化先端あるいは端部
を有するようにする構造から生じるが、噴霧領域に十分
多くのイオンを発生させる構造から生じる。これは、必
要なイオン化電場強度が、電場がそこから放出される電
極の曲率半径の平方根に逆比例するということから導き
出される。すなわち、ニードルとアースとの間に同じ電
圧を印加したとき、尖った先端は、もっと丸い形状のも
のよりも先端のまわりに局所的にずっと高い電場強度を
形成することができる。電場強度が強いと、先端からの
電子の放出は多くなり、その結果、先端が噴霧領域の外
側にあっても、より強いコロナ電流によってより多数の
イオンが発生され、イオン化領域の中を通過するペイン
ト粒子の帯電が増加する。電圧電極と、接地電極との間
に間隔を設けることで、非常に強いイオン化領域が形成
される。もし、このイオン化領域が霧化領域内に位置す
るか、あるいはその近傍に位置すると、高い電荷に帯電
する粒子の数も増加する。この発明のニードルへ約２０
〜８０ｋｖの電圧を印加したときの正味の結果では、従
来の絶縁静電式システムと等価な粒子帯電が行われる。
【００１４】この改良されたイオン化システムによって
発生されるコロナ電流は、０．００００５〜０．０００
１アンペア（５０〜１００μａ）の範囲であり、尖った
先端あるいは縁部からの放出点において、加熱効果を生
じる可能性がある。従って、比較的高い融点を有する材
料をニードル構造のために選択することが重要である。
【００１５】図２は、従来から知られている一般的なニ
ードルの部分拡大部分図である。こうしたニードルは一
般にステンレススチールのような硬化されたスチールか
ら形成されている。その直径Ｄ１は通常、約０．５mmで
ある。
【００１６】図３は本発明によるニードル２０の部分拡
大正面図である。このニードル２０は、摂氏２３００度
（℃）以上の高い融点を有する合金から形成されている
ことが好ましい。ニードル２０を形成するのに好ましい
材料はタングステンであり、タングステンは３，４１０
°Ｃの融点を有している。ニードル２０は直径Ｄを有し
ている。この直径Ｄは、約０．０２５cm（２５０μｍ）
以下であることが好ましい。ニードル２０は曲率半径”
Ｒ”にまで先端が尖っている。半径”Ｒ”は０．００５
cm（５０μｍ）以下であり、０．００２５cm（２５μ
ｍ）以下であることが好ましい。
【００１７】運転中、本実施例のスプレイ装置１０の静
電ニードル２０へ供給される高電圧は約４０〜８０ｋｖ
である。この電圧は、少なくとも０．００００２〜０．
００００８アンペア（２０〜８０μａ）の範囲の安定し
たコロナ電流を作りだし、コロナ電流はすべて非常に尖
った静電ニードル２０の先端から流れる。尖ったニード
ル２０の先端と一緒にされた比較的高いコロナ電流は、
ニードル２０の先端の近傍で熱を発生する。それで、加
熱されたときに、ニードル２０の先端を鋭利に維持する
ために、ニードル２０が融点の高い材料で作られること
が重要である。カーボン、オスミウム、レニウムも３０
００°Ｃ以上の融点を有するが、本願に関連して使用さ
れる材料は、タングステンが望ましい。高い融点を有し
ていてこの発明において使用するのに適した他の材料と
しては、ホウ素、モリブデン、ニオビウム、タンタル、
ルテニウムがある。しかし、コストなど他の要因によっ
て材料の選択は制限される。運転時には、ニードル２０
の尖った先端から放出される強い静電場は、スプレイ装
置１０から放出される霧化粒子の流れの比較的中央に静
電場が位置するような形で、スプレイ装置１０の接地さ
れた液体コラムまで分布する。従って、霧化粒子の大部
分がイオン化され、それ自身アース電位に維持されてい
る塗装しようとする物体へ静電的に引き付けられる。
【００１８】本発明のニードル２０に印加されなければ
ならない高電圧の大きさは、噴霧される液体材料の種類
を含む多くの要因によって決定される。例えば、ニード
ル２０とスプレイノズル１２との距離、ニードル２０と
スプレイされる物品との距離、噴霧領域を通過する噴霧
された粒子の速度、および湿度および温度などの環境的
な要因などがあげられる。本発明のスプレイ装置１０に
印加される高電圧が、スプレイ装置１０の使用者が状況
に応じて、個々の操作状況にいちばんふさわしい静電電
圧を選択できるように、調節可能であることが望まし
い。静電イオン化場は、ニードル２０と接地されたスプ
レイ装置１０の間、およびニードル２０とコートするた
めに接地された物体の間に生じる。
【００１９】この発明は、発明の精神あるいは本質から
逸脱しない限り他の形態によっても実現が可能である。
従って、上述した実施例は単に説明のためのものであ
り、発明を限定するものではない。この発明の範囲に関
しては、上述した実施例よりも、添付されている特許請
求の範囲を参照すべきである。例えば、この発明の原理
は、ここで述べた考えがその構造に取り入れられていれ
ば、尖った先端を有するものであればニードル以外の形
の電極によって達成することができる。
【００２０】なお、本明細書において括弧書の数値とと
もに示した数値は括弧書の数値の換算値であり、不一致
がある場合は括弧書きの数値が正しいものとみなされる
べきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による静電式スプレイ装置の
斜視図である。
【図２】従来技術による静電ニードルの部分正面図であ
る。
【図３】本発明のニードルの部分正面図である。 １０ スプレイ装置 １２ ノズル １４ トリガ １５ ケーブル １６ 給送チューブ ２０ ニードル ２４ スプレイパターン ２５ 絶縁ロッド

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第２の接地電極と協働するイオン化用ニ
    ードルを有し、該イオン化用ニードルと前記第２の接地
    電極との間の電位差により静電場とコロナ放電を形成し
    て、スプレイ装置によって放出されて電場の中を通過す
    る導電性液体からの液体粒子を帯電させるようになって
    いる、静電式スプレイ装置におけるイオン化システムで
    あって、(a) 前記イオン化用ニードルがスプレイ装置
    から放出される粒子のパターンの外側で、しかしスプレ
    イ装置から離れて配置され、前記イオン化用ニードルが
    約０．００５cm（５０μｍ）以下の曲率半径を有する尖
    った先端を有し、(b) 前記第２の電極が、前記スプレ
    イ装置の一部を形成している、 静電式スプレイ装置イオン化システム。
  2. 【請求項２】 前記イオン化用ニードルが約０．０２５
    cm（２５０μｍ）以下の直径を有する請求項１記載のイ
    オン化システム。
  3. 【請求項３】 前記イオン化用ニードルが約２３００°
    Ｃの融点を有する金属部材からなる請求項１もしくは２
    記載のイオン化システム。
  4. 【請求項４】 前記イオン化用ニードルがタングステン
    材料から形成されている請求項３記載のイオン化システ
    ム。
  5. 【請求項５】 前記電位差が約４０ｋｖよりも大きい請
    求項１記載のイオン化システム。
  6. 【請求項６】 導電性液体の霧化粒子のパターンを放出
    する霧化ノズルの近傍において、スプレイ装置へ取付け
    られる静電式イオン化システムであって、(a) 先端の
    尖った電極を有し、該電極はその先端が霧化された粒子
    のパターンの外側で、かつスプレイ装置から離れたとこ
    ろに位置するように配置され、かつ該先端は０．００５
    cm（５０μｍ）以下の曲率半径を有し、(b) 前記スプ
    レイ装置が、第２の電極を有し、(c) 前記先端の尖っ
    た電極と、前記第２の電極との間に電位差を与えるため
    の手段が設けられている、 静電式イオン化システム。
  7. 【請求項７】 前記先端の尖った電極が少なくとも２３
    ００℃以上の融点を有する材料から形成されている請求
    項６記載のイオン化システム。
  8. 【請求項８】 前記電位差が約４０ｋｖよりも大きい請
    求項７記載のイオン化システム。
  9. 【請求項９】 第２の電極と協働して動作するイオン化
    用電極を有し、該イオン化用電極と前記第２の電極との
    間の電位差により静電場とコロナ放電を形成し、スプレ
    イ装置によって放出されて電場の中を通過する粒子パタ
    ーンを帯電させるようになっている静電霧化装置におけ
    るイオン化システムであって、(a) 前記イオン化用電
    極が、霧化装置から放出される粒子のパターンの近傍に
    しかし霧化装置から離れて配置され、また前記イオン化
    用電極が約０．００５cm（５０μｍ）以下の曲率半径を
    有する尖った縁部を有し、(b) 前記霧化装置は前記第
    ２の電極を有し、前記ニードルが前記霧化装置から約１
    ０．１６cm（４インチ）離れて位置している、 イオン化システム。
  10. 【請求項１０】 前記イオン化用電極が、約２３００℃
    以上の融点を有する金属部材からなっている請求項９記
    載のイオン化システム。
  11. 【請求項１１】 前記イオン化用電極がタングステン材
    料から形成されている請求項１０記載のイオン化システ
    ム。
JP7224596A 1995-03-28 1996-03-27 静電式スプレイ装置におけるイオン化システム Pending JPH08266949A (ja)

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