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KR101074842B1 - 분무성능이 개선된 스프레이 건 - Google Patents

분무성능이 개선된 스프레이 건 Download PDF

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KR101074842B1
KR101074842B1 KR1020030056208A KR20030056208A KR101074842B1 KR 101074842 B1 KR101074842 B1 KR 101074842B1 KR 1020030056208 A KR1020030056208 A KR 1020030056208A KR 20030056208 A KR20030056208 A KR 20030056208A KR 101074842 B1 KR101074842 B1 KR 101074842B1
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fluid
spray coating
spray
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mixing
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폴알. 미쉐리
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 스프레이 코팅 장치의 스프레이 형성부에서 분무화에 앞서서 원하는 코팅 유체를 내부적으로 혼합하고 분산시켜 스프레이 코팅 장치의 분무 성능을 개선하기 위한 시스템과 방법을 제공한다. 본 발명의 예시적인 스프레이 코팅 장치는 유체 충돌 영역 쪽으로 굽은 적어도 하나의 유체 충돌 오리피스를 포함하는 내부 유체 분산부를 갖는다. 작동 중에, 내부 유체 분산부는 하나 이상의 유체 제트류를 형성하고, 이 유체 제트류는 유체 충돌 영역에서 하나 이상의 표면 또는 서로 서로 충돌한다. 따라서, 충돌하는 유체 제트류는 분무화에 앞서서 코팅 유체의 미립자/결합체를 대체로 분산시킨다. 그 결과로 스프레이 코팅은 얼룩이 감소되는 것과 같은 세련된 특성을 가진다.

Description

분무성능이 개선된 스프레이 건{SPRAY GUN WITH IMPROVED ATOMIZATION}
도 1은 본 발명의 예시적인 스프레이 코팅 시스템을 설명하는 도해도.
도 2는 본 발명의 예시적인 스프레이 코팅 시스템을 설명하는 흐름도.
도 3은 도 1 및 도 2의 스프레이 코팅 시스템 및 방법에 사용된 예시적인 스프레이 코팅 장치의 측 단면도.
도 4는 도 3의 스프레이 코팅 장치의 유체 분출 팁 조립체 안에 있는 예시적인 유체 혼합 및 분산부와 뭉뚝한 팁의 유체밸브의 부분 측 단면도.
도 5는 뭉뚝한 팁의 유체 밸브, 유체 혼합부 및 유체 분산부의 확산 통로부를 확대해서 나타내는 도 4의 유체 분출 팁 조립체 부분 측단면도.
도 6은 도 5에 나타낸 유체 혼합부의 부분 전단면도.
도 7은 뭉뚝한 팁의 유체 밸브, 유체 혼합부와 도 6에서 지시되는 45°회전된 확산 통로부를 확대해서 나타내는 도 4 및 5의 유체 분출 팁 조립체 부분 측단면도.
도 8은 도 4에 나타낸 유체 분산부의 확산 통로부와 수렴 통로부사이에 있는 중간 통로의 부분 전단면도.
도 9는 유체 분산부의 유체 충돌 영역을 확대해서 나타내는 도 4의 유체 분출 팁 조립체 부분 측단면도.
도 10은 도 9에 나타난 수렴 통로부가 없는 확산 통로부를 갖는 도 4에 도시된 유체 분출 팁 조립체의 다른 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 11은 도 5 및 7에 도시된 확산 통로부가 없는 수렴 통로부를 갖는 도 4의 유체 분출 팁 조립체의 또 다른 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 12는 유체 혼합 및 분산부를 통과하여 뻗어있는 수정된 유체 밸브를 갖는 도 4의 유체 분출 팁 조립체의 또 다른 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 13은 유체 혼합부에 인접한 중공 유체 밸브를 갖춘 도 4의 유체 분출 팁의 또 다른 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 14는 탈착 및 교환 가능한 팁 부가 있는 다른 유체 밸브를 갖춘 도 4의 유체 분출 팁 조립체의 부분 측단면도.
도 15는 다른 수렴 통로부와 뭉뚝한 팁의 유체 밸브를 갖춘 도 4의 유체 분출 팁 조립체의 또 다른 실시예에 대한 부분 측단면도.
도 16은 도 3 내지 도 15에 도시된 스프레이 코팅 장치를 사용한 예시적인 스프레이 코팅 절차를 설명하는 흐름도.
도 17은 도 3 내지 도 15에 도시된 스프레이 코팅 장치를 사용한 본 발명의 예시적인 유체 분산 및 스프레이 형성 절차를 설명하는 흐름도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 스프레이 코팅 장치 200: 스프레이 팁 조립체
204 : 유체 분출 팁 조립체 208 : 스프레이 형성 조립체
210 : 공기 분무화 캡 234 : 니드 밸브
236 : 유체 밸브 조정기 244 : 방아쇠
본 발명은 일반적으로 스프레이 시스템(spray system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업용 스프레이 코팅 시스템에 관한 것이다. 특별히, 스프레이 코팅 장치의 스프레이 형성부에서 분무화에 앞서서 유체를 내부적으로 합치고 분산시켜 스프레이 코팅 장치에서 분무 성능을 개선하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
스프레이 코팅 장치는 분무 코팅을 광범위한 제품 종류와 나무와 금속 같은 재질에 도포하는 데 사용된다. 각각 다른 산업에 적용하기 위하여 사용되는 분무 코팅 유체는 많은 다양한 유체 특성과 원하는 코팅 성질을 가질 수 있다. 예를 들자면, 나무 코팅 유체/착색제는 보통 점성유체이고, 이것은 해당 유체/착색제 전체에 걸쳐 미립자/결합체를 상당히 가질 수 있다. 분무 스프레이 건(atomizing spray gun)과 같은 기존의 스프레이 코팅 장치는 종종 전술된 미립자/결합체를 분산시킬 수 없다. 이러한 스프레이 코팅은 바람직하지 않은 부조화스런 모습을 낳게 되고, 그 모습은 짜임새, 색깔 그리고 총체적인 모습에서 얼룩이 생기고 다양한 다른 불 일치성으로 특징 된다. 0.6895 bar(10 psi)미만과 같은 상대적으로 낮은 공기압에서 작동하는 공기 분무 스프레이 건에서, 전술한 코팅 불일치성은 특별히 두드러진다.
따라서, 스프레이 코팅 장치의 스프레이 형성부에서 분무화에 앞서서 원하는 코팅 유체를 혼합하고 분산시키는 기술이 필요하게 되었다.
본 발명은 스프레이 코팅 장치의 스프레이 형성부에서 분무화에 앞서서 원하는 코팅 유체를 내부적으로 합치고 분산시켜 스프레이 코팅 장치에서 분무 성능을 개선하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 예시적인 스프레이 코팅 장치는 유체 충돌 영역 쪽으로 굽은 적어도 하나의 유체 충돌 오리피스를 구비한 내부 유체 분산부를 갖추고 있다. 작동 중에, 내부 유체 분산부에서는 하나 이상의 유체제트류가 형성되고, 이런 유체제트는 유체 충돌 영역에서 하나 이상의 표면에 또는 서로 부딪힌다. 이에 의하여, 충돌하는 유체제트류는 분무화에 앞서서 코팅 유체의 미립자/결합체를 실질적으로 분산시킨다. 이에 따른 스프레이 코팅은 얼룩이 줄어드는 것과 같은 세련된 특성을 갖는다.
아래에서 상세히 다루겠지만, 본 발명은 스프레이 코팅 장치 안에서 유체를 내부적으로 합치고 분산시켜 코팅 및 다른 스프레이 도장용 개선된 스프레이를 제공한다. 이러한 내부 혼합 및 분산은 유체를 하나 이상의 다양한 기하 형상의 통로를 통과시켜 이루어지며, 이러한 통로는 급격한 회전부, 갑작스런 팽창부 또는 수축부, 또는 다른 혼합 유도 유로부(flow paths)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 의하면 유체를 하나 이상의 뭉뚝한 또는 굽은 끝(edge)과 ,내부 유체 통로와 다양한 기하형상 구조물을 갖춘 개량된 니들 밸브를 통과시키거나 주위로 흐르게 한다. 나아가 본 발명은 하나 이상의 제한된 통로가 통과하여 뻗어 있는 유체 통로의 차단막과 같은 유체흐름 장벽을 제공할 수 있어서 유체 혼합과 미립자 분산을 용이하게 한다. 예를 들어, 유체 흐름 장벽은 유체 흐름 장벽과 개선된 니들 밸브사이의 혼합 공동부(cavity)에서 유체 혼합을 일으킬 수 있다. 또한 유체 흐름 장벽에 의해서 하나 이상의 제한된 통로로부터 유체 제트류를 만들어 낼 수 있어서, 유체 제트가 표면에 충돌하거나 서로 충돌할 때 유체 흐름의 미립자/결합체는 분산된다. 또한 본 발명은 유체 흐름 통로 기하형상을 바꾸고 니들 밸브의 구조를 개선시키고 스프레이를 만들기 위한 스프레이 형성 메커니즘을 변경시키며 또한 유체 제트의 충돌 각도와 속도를 변경시켜 유체 입자 및 스프레이 도장을 위한 내부 혼합 및 분산을 최적화시킬 수 있다.
전술된 본 발명의 다른 장점과 특징들은 후술하는 상세한 설명을 읽음으로 그리고 도면을 참조하여 명백하게 될 것이다.
도 1은 예시적인 스프레이 코팅 시스템(10)을 설명하는 도해도 이고, 스프레이 코팅 시스템은 목표 대상물(14)에 필요한 코팅을 가하기 위한 스프레이 코팅 장치(12)를 포함한다. 스프레이 코팅 장치(12)를 유체 공급기(16)와 공기 공급기(18)와 제어 시스템(20)과 같은 다양한 공급 및 제어 시스템에 연결시킬 수 있다. 제어 시스템(20)은 유체 및 공기 공급기(16 및 18)의 제어를 손쉽게 하고 스프레이 코팅 장치(12)에 의하여 목표 대상물(14)에 알맞은 스프레이 코팅 품질을 제공하는 것을 보장한다. 예를 들어, 제어 시스템(20)에는 자동화 시스템(22)과 위치결정 시스템(24)과, 유체 공급 제어기(26)와 공기 공급 제어기(28)와 컴퓨터 시스템(30)과 사용자 인터페이스(32)가 포함될 수 있다. 또한 제어 시스템(20)을 위치 결정 시스템(34)에 연결시킬 수 있으며, 이 위치 결정 시스템(34)은 스프레이 코팅 장치(12)에 대한 목표 대상물(14)의 움직임을 용이하게 한다. 따라서, 스프레이 코팅 시스템(10)은 컴퓨터로 제어하는 코팅 유체의 혼합물과 유체와 공기 유량 그리고 스프레이 패턴을 제공할 수 있다. 나아가, 위치결정 시스템(34)은 제어 시스템(20)에 의하여 제어되는 로봇 팔을 갖출 수 있어서, 스프레이 코팅 장치(12)로 하여금 목표 대상물(14)의 전 표면을 균일하고 효율적인 방식으로 다룰 수 있도록 한다.
도 1의 스프레이 코팅 시스템(10)은 스프레이 코팅 장치(12)의 넓은 범위의 적용과 유체와 목표 대상물과 종류/형상에 적용될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 금속과 나무와 같은 다양한 재질에 대하여 다른 코팅 형식, 색깔, 조직과 특성을 포함할 수 있는 복수의 다른 코팅 유체(42)중에서 원하는 유체(40)를 선정할 수 있다. 또한 사용자가 다른 재질 및 제품 종류와 같은 다양한 여러 대상물(38)에서 원하는 대상물(36)을 선정할 수 있다. 아래에서 훨씬 더 상세히 다루겠지만, 스프레이 코팅 장치(12) 역시, 사용자가 선정한 목표 대상물(14)과 유체 공급기(16)를 수용하는 스프레이 형성 메커니즘외에 다양한 다른 구성부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스프레이 코팅 장치(12)는 공기 분무기, 또는 로터리 분무기, 또는 정전 분무기, 또는 임의의 다른 적절한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다.
도 2는 목표 대상물(14)에 원하는 스프레이 코팅을 가하기 위한 예시적인 스프레이 코팅 시스템 절차(100)를 설명하는 흐름도이다. 도시된 것처럼, 이 절차(100)는 원하는 유체를 적용시키려는 목표 대상물(14)을 확인하는 단계에서 시 작된다(블록 102). 이어서 이 절차(100)는 목표 대상물(14)의 스프레이 표면에 적용하는 원하는 유체(40)를 선정하는 단계로 진행된다(블록 104). 다음으로 사용자는 확인된 목표 대상물(14)과 선정된 유체(40)에 맞는 스프레이 코팅 장치(12)를 구성하는 단계에 들어갈 수 있다(블록 106). 사용자가 스프레이 코팅 장치(12)를 작동시키면, 절차(100)는 원하는 유체(40)의 분무화 된 스프레이를 발생시키는 단계로 들어간다(블록108). 그 다음으로 사용자가 목표 대상물(14)의 원하는 표면 위에 분무화된 스프레이 코팅을 적용시킬 수 있다(블록110). 그 다음에 절차(100)는 원하는 표면 위에 가한 코팅의 경화/건조 단계로 진행된다(블록112). 판단문 블록(114)에서 사용자가 선정된 유체(40)의 추가적인 코팅을 원한다면, 절차(100)는 선정된 유체(40)의 또 다른 코팅을 제공하기 위하여 단계들(108,110,112)을 차례로 진행시킨다. 만일 사용자가 판단문 블록(114)에서 선정되었던 유체로 추가 코팅하는 것을 원하지 않는다면, 절차(100)는 사용자가 원하는 새로운 유체로 코팅할 것인지를 결정하는 판단문 블록(116)으로 진행된다. 판단문 블록(116)에서 사용자가 새로운 유체의 코팅을 원한다면, 절차(100)는 스프레이 코팅용으로 새로 선정된 유체를 사용하여 단계(104 내지 114)를 차례로 진행시킨다. 사용자가 판단문 블록(116)에서 새로운 유체의 코팅을 원하지 않는다면, 절차(100)는 블록(118)에서 종료한다.
도 3은 스프레이 코팅 장치(12)의 예시적인 일 실시예를 도시하고 있는 측단면도이다. 도시된 것처럼, 스프레이 코팅 장치(12)는 몸체(202)에 연결된 스프레이 팁 조립체(200)를 포함한다. 스프레이 팁 조립체(200)는 유체 분출 팁 조립체(204) 를 포함하고, 이 유체 분출 팁 조립체는 몸체(202)의 수용부(receptacle)(206)안으로 제거 가능하게 삽입될 수 있다. 예를 들어, 복수의 다른 형식의 스프레이 코팅 장치가 상기 유체 분출 팁 조립체(204)를 수용하고 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 스프레이 팁 조립체(200)는 스프레이 분출 팁 조립체(204)에 연결된 스프레이 형성 조립체(208)를 포함한다. 스프레이 형성 조립체(208)는 공기와, 로터리와 정전 분무화 메커니즘과 같은 다양한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러나 도시된 스프레이 형성 조립체(208)는 공기 분무화 캡(210)을 포함하는데, 유지 너트(212)를 이용하여 이 공기 분무화 캡을 몸체(202)에 분리 가능하게 고정한다. 공기 분무화 캡(210)은 유체 분출 팁 조립체(204)로부터 유체 팁 출구(216) 주변에 배치되는 중앙의 분무화 오리피스(214)와 같은 다양한 공기 분무화 오리피스를 포함한다. 또한 공기 분무화 캡(210)은 스프레이를 형성하는 오리피스(218,220,222, 및 224)와 같은 하나 이상의 스프레이를 형성하는 오리피스를 구비할 수 있으며, 이것에 의하여 스프레이 모양을 원하는 스프레이 패턴(예를 들어 편편한 스프레이)으로 형성시킨다. 또한 스프레이 형성 조립체(208)는 원하는 스프레이 패턴과 물방울 분산을 제공하는 다양한 다른 분무화 메커니즘을 포함할 수 있다.
스프레이 코팅 장치(12)의 몸체(202)는 스프레이 팁 조립체(200)에 대한 다양한 제어와 공급 메커니즘을 포함한다. 도시된 바와 같이, 몸체(202)는 유체 입구 커플링(230)에서부터 유체 분출 팁 조립체(204)까지 뻗어 있는 유체 통로(228)를 갖춘 유체 분출 조립체(226)를 포함한다. 또한 유체 분출 조립체(226)는 유체 통로(228)를 통과하여 유체 분출 팁 조립체(204)까지의 유체 흐름을 제어하는 유체 밸브 조립체(232)를 포함한다. 도시된 유체 밸브 조립체(232)는 유체 분출 팁 조립체(204)와 유체 밸브 조정기(236)사이의 몸체(202)를 통과하여 움직일 수 있게 뻗어 있는 니들 밸브(234)를 갖추고 있다. 유체 밸브 조정기(236)는 유체 밸브 조정기(236)의 내부 부분(242)과 니들 밸브(234)의 후방부(240)사이에 배치된 스프링(238)에 대하여 회전 가능하게 조정될 수 있다. 또한 니들 밸브(234)는 방아쇠(244)에 연결되어서, 방아쇠(244)가 피봇 조인트(246)에 대하여 반시계 방향으로 회전될 때 니들 밸브(234)가 유체 분출 팁 조립체(204)로부터 떨어져 안쪽으로 이동될 수 있게 된다. 그러나, 본 발명의 범위에 안에서 임의의 적절한 안쪽으로 혹은 바깥쪽으로 열릴 수 있는 밸브 조립체가 사용될 수 있다. 또한 유체 밸브 조립체(232)는 니들 밸브(234)와 몸체(202)사이에 놓이는 패킹 조립체(248)와 같은 다양한 패킹 및 실(seal) 조립체를 포함할 수 있다.
또한 공기 공급 조립체(250)는 스프레이 형성 조립체(208)에서 분무화를 쉽게 하기 위하여 몸체(202)에 배치되어 있다. 도시된 공기 공급 조립체(250)는 공기 흡입 커플링(252)에서 공기 분무화 캡(210)까지 공기 통로(254 및 256)를 통하여 뻗어 있다. 또한 공기 공급 조립체(250)는 스프레이 코팅 장치(12)를 통하여 공기 압력과 흐름을 유지시키고 조절하기 위한 공기 밸브 조정기와 공기 밸브 조립체와 다양한 실(seal) 조립체를 포함한다. 예를 들어, 도시된 공기 공급 조립체(250)가 방아쇠(244)에 연결된 공기 밸브 조립체(258)를 포함하여서, 피벗 조인트(246)에 대하여 방아쇠(244)를 회전시켜 공기통로(254)로부터 공기 통로(256)로 공기가 흐 르게 하도록 공기 밸브 조립체(258)를 열 수 있게 된다. 또한 공기 공급 조립체(250)에는 공기 밸브 조정기(260)가 니들(262)에 연결되어서, 공기 분무화 캡(210)에 대한 공기 흐름을 조절하기 위한 공기 조정기(260)를 돌려 니들(262)이 움직일 수 있다. 도시된 것처럼, 방아쇠(244)는 유체 밸브 조립체(232)와 공기 밸브 조립체(258) 모두에 연결되어서, 방아쇠(244)를 몸체(202)의 손잡이(264)쪽으로 당길 때 유체와 공기가 동시에 스프레이 팁 조립체(200)로 흐르게 된다. 일단 작동되면, 스프레이 코팅 장치(12)는 원하는 스프레이 패턴과 물방울 분산의 분무화된 스프레이를 만들어 낸다. 다시 말하지만, 도시된 스프레이 코팅 장치(12)는 단지 본 발명의 예시적인 장치에 불과하다. 어떠한 적정한 형식이나 구성의 스프레이 장치라도 본 발명의 독특한 혼합과 입자 분산과 개선된 분무화 양상으로부터 도움을 받을 수 있다.
도 4는 유체 분출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 것처럼, 유체 분출 팁 조립체(204)는 하우징(272)의 중앙 통로(270)안에 놓인 유체 분산부(266)와 유체 혼합부(268)를 포함하며, 하우징은 몸체(202)의 수용부(206)안에 분리 가능하게 삽입될 수 있다. 유체 분산부(266) 하류에서, 중앙 통로(270)는 유체 팁 출구 통로(274)안으로 뻗어 있고, 유체 팁 출구 통로는 유체 팁 출구(216)에 인접한 일정한 단면부(278)가 따라오는 수렴부(276)를 구비하고 있다. 어떠한 다른 적정한 유체 팁 출구의 기하학적 형상도 본 발명의 범위 안에 포함된다. 유체 분산부(266)와 유체 혼합부(268)의 상류에서는 니들 밸브(234)가 유체 분출 팁 조립체(204)로 유입되어 통과하는 유체 흐름을 제어한다. 도시된 것처럼, 니들 밸브(234)는 접속면(282)을 가진 니들 팁(280)을 포함하고, 유체 혼합부(268)의 접속면(284)에 대하여 탈착 가능하게 밀봉될 수 있다. 따라서, 사용자가 방아쇠(244)를 당기면, 니들 밸브(234)는 화살표(286)가 지시하는 것처럼 접속면(284)으로부터 멀리 안쪽으로 이동한다. 그러면 원하는 유체는 유체 분출 팁 조립체(204)를 통과하여 흐르고 유체 팁 출구(216)를 통과하여 밖으로 흘러서 스프레이 형성 조립체(208)를 통하여 원하는 스프레이를 형성하게 된다.
아래에서 좀 더 상세히 다루겠지만,, 유체 분산 및 혼합부 (266 및 268)는 유체 팁 출구(216)를 통과하여 분출되기 앞서서 원하는 유체 내의 미립자/결합체의 분산과 유체 혼합을 손쉽게 하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 스프레이 형성 조립체(208)를 통하여 외부로의 분무화에 앞서서, 유체 분출 팁 조립체(204) 안에서 유체 혼합과 입자 분산을 용이하게 하는 다양한 구조와 통과방식과 각도와 형상을 이용할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 유체 혼합부(268)에는 니들 팁(280)의 뭉뚝한 끝(290)에 인접하게 놓인 혼합 공동부(288)가 있어서, 뭉뚝한 끝(290)을 지나는 유체의 흐름이 혼합 공동부(288)안에서 혼합되도록 한다. 니들 팁 (280) 주위로의 유체 흐름과 혼합 공동부안의 실질적으로 차단되는 유체 사이의 속도 차에 의하여 혼합 공동부(288)안에서의 유체 혼합은 상대적으로 강하게 발생한다. 또한, 뭉뚝한 끝(290)은 고속과 저속의 유체 흐름사이의 상대적으로 급격한 경계면을 제공하는 데, 이에 의하여 유체 흐름 안의 소용돌이 및 선회 구조 발생을 용이하게 한다. 임의의 다른 적절한 혼합 유도 구조 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다.
혼합 공동부(288)는 하나 이상의 유체 통로에 의하여 유체 분산부(266)를 통과하여 들어가 뻗어 있다. 도시된 것처럼, 유체 분산부(266)는 혼합 공동부(288)에 연결된 확산 통로부(292)와, 확산 통로부(292)에 연결된 수렴 통로부(294)와 수렴 통로부(294)의 하류에 위치한 유체 충돌 영역(296)을 포함한다. 확산 통로부(292)는 통로(298,300,302 및 304)를 포함하고, 이 통로는 확산 및 수렴 통로부(292 및 294) 사이에 위치한 환상 통로(306) 쪽으로 혼합 공동부(288)로부터 바깥쪽으로 확산된다. 수렴 통로부(294)는 통로(308, 310, 312 및 314)를 포함하고, 이 통로는 유체 충돌 영역(296) 쪽으로 환상 통로(306)로부터 안쪽으로 수렴된다. 작동 중에, 유체가 유체 팁 출구 통로(274)를 통과하여 유체 팁 출구(216) 밖으로 분사될때, 각각 화살표(316),(318),(320),(322),(324),(326) 및(328)으로 표시된 것처럼, 원하는 유체는 중앙 통로(270)를 통과하고, 혼합 공동부(288)를 통과하여, 그리고 확산 통로부(292)의 통로(298-304)를 통과하고, 수렴 통로부(294)의 통로(308-314)를 통과하여 유체 충돌 영역(296) 쪽으로 흐른다. 아래에서 더 상세히 더 다루겠지만, 유체의 미립자/결합체를 분산시키는 방식으로 유체가 충돌/충격 되도록 유체 분산부(266)가 표면 또는 서로를 향하는 통로들로 이루어진 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.
도 5는 니들 밸브(234)와 유체 혼합부(268)와 확산 통로부(292)를 더 상세히 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 부분 측단면도이다. 도시된 것처럼, 원하는 유체는 화살표 (316) 및 (330)으로 각각 표시된 것처럼, 니들 팁(280) 주위로 그리고 뭉뚝한 끝(290)을 지나 소용돌이 쳐 흐른다. 따라서, 니들 팁(280)의 뭉뚝한 끝(290)은 니들 밸브(234)의 하류 측에서 유체 혼합을 야기한다. 예를 들어, 뭉뚝 한 끝(290) 때문에 유체 혼합부(268)안에서 유체 분산과 난류를 쉽게 발생시킬 수 있다. 주의할 것은 혼합부(268)에서는 어떤 적절한 날카롭거나 무딘 끝 구조, 또는 갑자기 팽창하거나 수축하는 통로, 또는 유체 혼합을 야기하는 속도 차를 발생시키는 어떤 다른 메커니즘에 의하여 유체 혼합이 야기 될 수 있다는 것이다. 유체가 유체 혼합부(268)로 흘러들어 감에 따라, 유체가 수직한 표면(336)에 뻗어 있는 굽은 표면(334)을 구비한 흐름 차단벽(332)에 충돌한다. 흐름 차단벽(332)이 유체 흐름의 주류를 유체 혼합부(268)내로 다시 반사시켜, 화살표(338)로 표시된 것처럼, 유체가 소용돌이 쳐 흐르게 하고 대체로 유체 혼합부(268)안에서 혼합되게 한다. 그 후 혼합된 유체가 유체 혼합부(268)에서 유체 분산부(266)로 화살표(320)로 표시된 것처럼, 통로(298),(300),(302) 및 (304)을 거쳐 흐른다. 도시된 바와 같이, 통로(298-304)는 혼합 공동부(288)보다 상대적으로 작은 형상을 갖는다. 이러한 갑작스럽게 수축하는 흐름 형상은 유체 혼합부(268)안에서의 흐름의 속도를 효과적으로 늦추어 유체 분산부(266)를 통과하여 앞쪽으로 진행하기 앞서서 유체를 강제로 혼합시키다. 또한 갑작스런 수축 흐름 형상은 유체 분산부(266)를 통과하는 유체 흐름을 가속시키고, 이에 의하여 충돌영역으로 향하는 상대적으로 고속인 유체 제트류를 발생시킨다.
도 6은 도 4의 절취선 6-6에 의한 유체 혼합부(268)의 부분 전단면도이다. 앞에서 언급되었듯이, 유체는 화살표(318)로 표시된 것처럼 유체혼합부(268)로 흘러 들어가 흐름 차단벽(332)을 때린다. 유체중 일부가 통로(300 - 304)로 직접 곧게 향할 수 있으나, 유체의 주류는 통로(300 - 304)를 둘러 싼 흐름 차단벽(332)의 굽은면 및 수직면(334 및 336)을 때린다. 따라서, 흐름 차단벽(332)은 유체 흐름을 반사시키고 느리게 하여, 유체혼합부(268)안에서 유체가 혼합되도록 한다. 또한 유체 혼합은 니들 밸브(234)의 기하학적 형상에 의하여도 발생한다. 예를 들어, 뭉뚝한 끝 (290)에 의해 속도 차가 발생하여 유체혼합부(268)로 들어가는 유체와 유체혼합부(268)안에서 실질적으로 차단되는 유체들 사이의 유체 혼합을 용이하게 한다. 흐름 차단벽(332)과 뭉뚝한 끝 (290)에 의하여 야기된 혼합은 유체 안의 입자를 분산시키는 한편, 원하는 유체가 더 균일한 혼합물이 되도록 할 수 있다. 다시 말하지만, 임의의 적절한 혼합물 유도를 위한 기하학적 형상도 본 발명의 범위에 있다.
도 7은 도 6의 절취선 7-7에 의한 45°회전된 도 5의 유체 혼합부(268)의 부분 측단면도이다. 흐름 차단벽(332)의 도시된 방향에서, 유체의 주류는 통로(300 - 304)로 직접 흐르지 않고 화살표(338)로 표시된 것처럼, 흐름 차단벽(332)에 부딪히고 반사된다. 따라서 유체는 유체혼합부(268)안에서 합쳐지고 분산되어 좀더 균일한 혼합물이 된다. 또한 주의할 것은 본 발명에서 혼합 공동부(288), 흐름 차단벽(332) 그리고 니들 팁(280)은 임의의 적절한 크기, 형상, 또는 구조를 갖출 수 있다는 것이다. 예를 들어, 유체혼합부(268)안에서의 특정 각도와 유량은 특정 유체와 스프레이를 적용하는데 필요한 유체 혼합과 분산을 용이하게 하는 데에 선정될 수 있다. 점성과 유체 입도와 같은 특정 유체 특성은 스프레이 코팅 장치(12)를 통한 최적의 유체 혼합과 분산을 보장하는 특정 유체 속도, 통로크기 및 다른 특정 구조를 필요로 할 수 있다.
도 8은 도 4의 절취선 8-8에 의한 유체 확산 통로부 및 수렴 통로부(292 및 294)를 통하여 환상통로(306)로 들어가는 통로와 나가는 통로 사이의 유체 흐름을 도시한 환상 통로(306)의 전단면도이다. 앞에서 다루었듯이, 유체는 유체 혼합부(268)에서 확산 통로부(292)의 통로(298 - 304)를 경유하여 환상 통로(306)로 흐른다. 환상 통로(306)는 통로(300 - 304)의 제한된 형상에 비하여 대체로 유체 흐름을 자유롭게 하거나 구속하지 않는다. 따라서, 화살표(340)에 의하여 표시된 것처럼, 환상 통로(306)는 화살표(340)로 표시된 것처럼 유체 흐름을 통합시키고 실질적으로 균등하게 분배한다. 그 다음으로 실질적으로 균등하게 분배된 유체 흐름은 수렴 통로부(294)의 통로(308 - 314)로 들어가고, 여기서 유체 흐름은 유체 충돌 영역(296)을 향하여 안쪽으로 향해진다. 주의할 것은 본 발명은 유체 확산 통로부 및 수렴 통로부(292 및 294) 사이에 임의의 적절한 형태의 중간 영역을 구비할 수 있다는 것이다. 따라서, 통로(298-304)는 임의의 적절한 경계면에 의하여 통로(308-314)에 개별적으로 또는 결합하여 연결될 수 있다. 또한 본 발명은 유체 확산 통로부 및 수렴 통로부(292 및 294)를 통과하는 통로를 임의의 희망하는 개수만큼 이용할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통로가 수렴 통로부를 통하여 뻗어 있을 수 있는 한편, 하나의 통로가 확산 통로부를 통하여 뻗어 있을 수 있다.
도 9는 유체 충돌 영역(296)과 수렴 통로부(294)를 도시하는 유체 분산부(266)의 부분 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체가 수렴 통로부(294)의 통로(308-314)를 통하여 유체 충돌 영역(296)을 향하여 안쪽으로 흐르게 되어, 유체가 원하는 각도로 충돌하도록 한다. 예를 들어, 통로(308-314)는 유체 분산부(266)의 중앙선(346)에 비하여 임의의 충돌각(344)에서 충돌점(342)쪽으로 향할 수 있다. 충돌각(344)은 특정 유체, 원하는 스프레이 성질, 원하는 스프레이 적용형태, 그리고 다양한 다른 인자의 특성에 기초하여 유체 분산을 최적화시키도록 선정될 수 있다. 선정된 충돌각(344)과 통로(308-314)의 형상과 다른 적용 형태에 따른 특정 인자들은 집합적으로 유체 충돌 영역(296)안에서의 유체 미립자/결합체의 충돌 및 분산을 최적화시킨다. 예를 들어, 어떤 적용에서는, 충돌각(344)이 25-45 °일 수 있다. 어떤 목재 스프레이 적용에서는, 그리고 많은 다른 적용에서 대략 37°의 충돌각이 유체 입자 분산을 최적화하는 데에 선정될 수 있다. 만일 도9에서 도시된 것처럼 유체 제트류가 서로를 향해 충돌된다면, 충돌각은 통로(308-314)로부터 흘러나오는 유체 제트류들 사이에서 50-90°범위에 있을 수 있다. 다시 말하지만, 어떤 스프레이 적용에서는 유체 제트류들 사이의 충돌각도가 약 74°이면 바람직할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 유체 혼합 및 분산을 최적화시키는 충돌각과 유로 형상의 범위를 넓게 선정하여 사용할 수 있다. 또한 유체 충돌 영역(296)은 원추형 공동부(348)와 같은, 수렴 통로부(294)의 오목부 안에 놓일 수 있다.
도 10은 유체 분산부(266)의 다른 실시예를 도시하는 유체 분출 팁 조립체(204)의 부분 측단면도이다. 도시된 것처럼, 유체 분산부(266)는 수렴 통로부(294) 없이 환상 스페이서(350)에 인접한 확산 통로부(292)를 포함한다. 따라서, 니들 밸브(234)가 열린 위치에서는 유체는 화살표 (316,318, 320,354,326)로 표시된 것처럼, 니들 팁(280)을 지나, 유체 혼합부(268)를 통과하고, 확산 통로부(292) 의 통로(298-304)를 통과하여, 그리고 충돌각(352)으로 환상 스페이서(350)의 내부 상에 충돌하고, 환상 스페이서(350)안에서 중앙 통로(270)를 통과하여 유체 출구 팁 통로(274)를 통과하여 나간다. 예시적인 실시예에서, 충돌하는 유체 제트는 수렴 통로부(294)의 통로(308-314)로부터가 아니라, 확산 통로부(292)의 통로(298-304)에서 배출된다. 다음으로 이러한 상대적으로 고속의 유체 제트는 서로가 충돌하기보다는 표면{ 예, 환상 스페이서(350)의 내부}에 충돌한다. 다시 말하여, 충돌각(352)은 유체 특성 및 다른 인자에 기초하여 미립자/결합체의 유체 분산을 용이하도록 선정된다. 따라서, 충돌각(352)은 적용형태에 따라, 임의의 적절한 범위 안에 있을 수 있다. 예를 들면, 목재 착색과 같은 특정 코팅 유체와 입자 스프레이 적용을 위하여 유체 분산을 최적화하도록 특정 충돌각(352)을 선택할 수 있다. 앞에서 다루었듯이, 충돌각(352)은 특정 적용분야에서는 25-45°의 범위 내에 있거나 약 37°일 수 있다. 또한 주의할 것은 본 발명은 도 10에 도시된 것처럼, 임의의 하나 이상의 표면 충돌 제트류를 사용할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 하나의 단일 충돌 제트가 환상 스페이서(350) 표면 쪽으로 향할 수 있다. 또한 유체 분산부(266)는 환상 스페이서(350) 내부 표면에 서로를 향하는 또는 하나 이상의 공유점을 향하는 다중 유체 제트류를 가질 수 있다.
앞에서 언급했듯이, 스프레이 코팅 장치(12)는 다양한 다른 밸브 조립체(232)를 구비할 수 있어서 유체 분출 팁 조립체(204)에서 유체 혼합 및 분산을 용이하게 한다. 예를 들면, 하나 이상의 혼합물 유도 통로 또는 구조가 유체 혼합을 야기하는 니들 밸브(234)상에서 혹은 안에서 형성될 수 있다. 도 11-15는 몇 개의 예시적인 니들 밸브를 설명하고 있으며, 이 니들 밸브는 유체 혼합부(268)에서의 유체 혼합을 강화시킬 수 있다.
도 11은 니들밸브(234) 및 유체 분산과 혼합부(266 및 268)의 다른 실시예를 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 부분 측단면도이다. 도시된 유체 분산부(266)는 확산 통로부(292) 없는 수렴 통로부(294)로 되어 있다. 더욱 더, 도시된 유체 혼합부(268)는 도 4에 도시된 다중으로 굽은 혼합 공동부(288)를 구비하기보다는 환상 혼합 공동부(358)안에 수직 흐름 차단벽(356)을 갖추고 있다. 또한 환상 공동부(358)에는 닫힘 위치에서 니들 밸브와 시일 맞물림이 되도록 계단부(360)가 있다. 또한 도시된 니들 밸브(234)에는 뭉뚝한 팁(362)이 있어서 유체 혼합부(268)안에서의 혼합을 용이하게 한다. 니들 밸브의 열림 위치에서, 유체는 화살표(364,366,322 및 324)로 각각 표시되는 것처럼, 니들 밸브(234) 주위를 돌아 뭉뚝한 팁(362)을 지나, 수렴 통로부(294)의 통로(308-314)안으로, 그리고 유체 충돌 영역(296)안의 충돌점(342)을 향해 안쪽으로 모이게 흐른다. 유체 혼합부(268)에서, 니들 밸브(234)의 뭉뚝한 팁(362)은 화살표(366)로 도시된 것처럼 유체 소용돌이와 전체적인 혼합을 용이하게 한다. 흐름 차단벽(356) 역시 흐름 차단벽(356)과 니들 밸브(234)의 뭉뚝한 팁(362)사이의 유체 혼합부(268)안의 유체 혼합을 용이하게 한다. 더욱 더, 흐름 차단벽(356)이 통로(308-314)의 제한된 형상안으로의 유체흐름을 제한하여서, 유체 충돌 영역(296)안으로 분사하는 상대적으로 고속인 유체 제트류를 발생시킨다. 다시 말하지만, 유체 제트류와 통로(308-314)의 충돌각(344)은 특정한 유체 및 적용에 대한 유체 분산이 용이하도록 선정된다. 임 의의 같은 특정 유체는 예를 들어, 중앙선(346)에 대하여 약 37°의 각도와 특정 충돌/부딪힘 각도 및 속도에서 더 효과적으로 분산될 수 있다.
도 12는 유체 혼합 및 분산부(266 및 268)와 니들 밸브(234)의 또 다른 실시예를 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 것처럼, 유체 분산부(266)에는 수렴 통로부(368)가 있으며, 수렴 통로부에는 유체 혼합부(268)로부터 원추 공동부(372)로 모이게 뻗어 있는 통로(370)가 있다. 유체 혼합부(268)는 니들 밸브(234)의 뭉뚝한 팁(376)과 수렴 통로부(368)의 입구 측에 형성된 수직 흐름 차단벽(378) 사이에 환상 공동부(374)를 포함한다. 환상 공동부(374)에는 계단부(380)가 있어서, 닫힘 위치에서 니들 밸브(234)에 대하여 밀봉될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 니들 밸브(234)는 수렴 통로부(368)의 중앙 통로(384)를 통과하여 움직일 수 있게 뻗어 있는 축(382)을 구비하고 있다. 수렴 통로부(368)의 하류 측에서, 니들 밸브(234)는 축(382)으로부터 뻗어 있는 쐐기모양의 머리부(386)가 있다. 쐐기모양의 머리부(386)는 원추 공동부(372)의 충돌 영역(388)안에 위치될 수 있다. 따라서 니들 밸브(234)의 열린 위치에서 유체는, 화살표(364,366,390 및 326)로 각각 표시되는 것과 같이 니들 밸브(234)를 따라서 흘러, 뭉뚝한 팁(376)을 지나 소용돌이 운동하고, 충돌 경로에서 쐐기 모양의 머리부(386) 쪽으로 통로(370)를 통과하여, 유체 팁 출구 통로(274)를 통과하여 나간다.
작동 중에 있어서, 뭉뚝한 팁(376) 및 수직 흐름 차단벽(378)은 유체 혼합부(268)안에서 유체의 혼합과 분산을 용이하게 한다. 더 하류에서, 통로(370) 로부터 분사되는 유체 제트는 쐐기모양의 머리부(386)를 때려 유체 안의 유체 미립자/결합체의 분산을 용이하게 한다. 다시 말하지만, 쐐기모양의 머리부(386)와 충돌하는 유체 제트류의 특정 충돌각은 유체 특성과 원하는 스프레이 적용에 기초하여 선정될 수 있다. 더욱 더, 통로(370)의 특정 크기와 형상은 유체 제트의 원하는 유속을 만들도록 선정될 수 있다. 또한 축(382)과 머리부(386)의 형상과 구조는 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 머리부(386)의 충돌면은 디스크 형상의 쐐기모양일 수 있고, 이를 관통하여 뻗어 있는 하나 이상의 제한 된 통로를 구비하거나, 머리부(386)는 공동 머플러(muffler)같은 형상으로 이루어질 수 도 있다. 축(382)은 중실 구조 또는 중공 구조, 또는, 다중 축 구조, 또는 임의의 다른 적절한 형상을 수 있다.
도 13은 니들 밸브(234)의 다른 실시예를 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 분출 팁 조립체(204)는 확산 통로부(292)가 없는 수렴 통로부(294)에 인접한 유체 분산부(266)를 포함한다. 그러나, 도 13에 도시된 상기 다른 니들 밸브(234)는 임의의 구성을 하는 유체 분산부(266)와 유체 혼합부(268)를 가지고 사용될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 유체 혼합부(268)는 수렴 통로부(294)의 입구 측에서 니들 밸브(234)와 수직 흐름 차단벽(394)사이에 놓인 환상 혼합 공동부(392)를 포함한다. 도시된 니들 밸브(234)는 복수의 입출구 포트와 중앙 통로(398)를 구비한 중공 축(hollow shaft)(396)을 포함한다. 예를 들어, 중공축(396)은 복수의 측면 입구 포트(400)와 중앙 출구포트(402)를 구비하고 있어서, 유체가 입구 및 출구 포트(400 및 402)를 지나 흐를 때 유체 혼합을 용이하게 한다. 도시된 바와 같이, 포트(400 및 402)는 유로(fluid flow path)에 갑작스런 수축과 팽창을 발생시켜, 링 소용돌이가 형성되고 혼합이 포트(400 및 402)의 하류 측에서 발생하도록 한다.
동작 중에, 니들 밸브(234)는 수직 흐름 차단벽(394)에 대해 밸브 팁(404)을 붙여서 유체 흐름을 차단시켜, 유체흐름이 통로(308-314)로 들어 갈 수 없도록 한다. 니들 밸브(234)는 중공 축(396)을 수직 흐름 차단벽(394)으로부터 바깥쪽으로 움직여서 유체 흐름을 개방시켜, 유체를 통로(308-314)를 통과하여 흐르도록 한다. 따라서, 열린 위치에서, 유체는 화살표(406,408,410,412,322,324, 및 326)로 각각 표시되는 것과 같이, 중공축(396) 주위를 돌아서 흘러, 포트(400)를 통과하여 들어가, 중앙 통로(398)를 통과하고, 포트(402)를 통과하여 나가서, 그리고 유체 혼합부(268)로 들어가고, 갑작스런 팽창영역에서 소용돌이치며 포트(402)를 지나, 통로(308-314)를 통과하고, 충돌 영역(296)안으로 수렴하며, 그리고 유체 팁 출구 통로(274)를 통과하여 나간다. 앞에서 다룬 바와 같이, 중공축(396)을 통하여 뻗어있는 통로와 포트의 갑작스럽게 수축되고 팽창된 형상은 유체 혼합부(268)로 유체 혼합을 손쉽게 하고, 유체 혼합부는 수렴 통로부(294)로 들어가기 전에 혼합물을 더 섞는다. 그 후 유체 흐름은 통로(308-314)를 통과하여 제한될 때, 그 유속을 증가시키고, 이에 의하여 유체 충돌 영역(296)에서 상대적으로 고속의 유체 충돌을 손쉽게 한다. 도 13이 특정 흐름 통로 및 형상을 도시하고는 있지만, 본 발명은 니들 밸브(234)와 혼합 및 분산부(266 및 268)를 통과하는 통로와 임의 적절한 흐름 형상이 사용될 수 있어서 유체의 미리 분무화 시킨 유체 혼합 및 분산을 손쉽게 한 다.
도 14는 다른 다중 부품 니들 밸브(234)를 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 니들 밸브(234)는 커넥터(418)를 이용하여 니들 팁부(416)에 연결된 니들 몸체부(414)를 포함하는데, 상기 커넥터는 외부면에 나사가 있는 부재 혹은 임의의 다른 적정한 죔 장치(fastening device)를 포함할 수 있다. 니들 몸체부(414)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 또는 임의의 다른 적절한 금속으로 형성될 수 있는 반면, 니들 팁부(416)는 플라스틱 또는 금속 또는 세라믹 또는 델린(Derlin) 또는 임의의 다른 적절한 재질로 형성될 수 있다. 더욱 더, 니들 팁부(416)는 다른 니들 팁부로 교체될 수 있어서 다른 형상의 유체 분출 팁 조립체(204)를 수용하거나 눈에 띠게 마모된 후에는 니들 밸브(234)를 재 연마할 수 있게 한다. 또한 주의 할 것은 도 14에 도시된 니들 밸브(234)는 임의의 형상을 가진 유체 분산부(266) 및 유체 혼합부(268)와 함께 사용될 수 있다는 것이다. 따라서, 도시된 유체 분산부(266)는 확산 또는 수렴 통로부(292 또는 294)중 임의 하나 또는 둘 다 포함하거나 또는 임의의 적절한 유체 혼합 및 분산 형상을 포함할 수 있다. 다시 말하지만, 유체 분산부(266)의 충돌각은 특정 코팅 유체 및 스프레이 적용분야를 수용할 수 있게 선정될 수 있다.
도 15는 니들 밸브(234)와 유체 혼합 및 분산부(266 및 268)의 다른 실시예를 도시한 유체 분출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 것처럼, 유체 분산부(266)는 수렴 통로부(420)를 포함하고 있는 반면, 유체 혼합부(266)는 수렴 통로부(420)와 니들 밸브(234) 사이에 쐐기모양의 혼합 공동부(422)를 포함하고 있 다. 수렴 통로부(420)는 유체 팁 출구 통로(274)에 인접한 유체 충돌 영역(428)쪽을 향해 쐐기모양의 혼합 공동부(422)내의 수직 흐름 차단벽(426)으로부터 모이게 뻗어있는 통로(424)를 구비하고 있다. 니들 밸브(234)는 니들 팁(280)을 쐐기모양의 혼합 공동부(422)로부터 안쪽으로 그리고 바깥쪽으로 움직여서 유체 분출 팁 조립체(204)를 통과하는 유체 흐름을 제어한다.
동작 중에, 유체는 화살표(430,432,434,436,438 및 326)로 각각 표시되는 것처럼, 니들 팁(280)을 돌아 흘러, 뭉뚝한 끝(290)을 지나 혼합되고, 쐐기모양의 혼합 공동부(422)를 통과하여 수직 흐름 차단벽(426)에 부딪히고, 통로(424)를 통과하여 유체 충돌 영역(428)에서 서로를 향하여 수렴하는 방향으로 안쪽으로 모이고, 그리고 유체 팁 출구 통로(274)를 통과하여 나간다. 뭉뚝한 끝(290)은 니들 팁(280)을 지나 속도 차에 기초한 소용돌이/혼합을 야기해 유체 혼합을 손쉽게 한다. 수직 흐름 차단벽(426)과 쐐기모양의 혼합 공동부(422)에 의하여 혼합이 더 유도되는데, 수직 흐름 차단벽(426)과 쐐기모양의 혼합 공동부(422)는 대체로 유체 흐름을 차단하고 수직 흐름 차단벽(426)과 뭉뚝한 끝(290) 사이에서의 유체 혼합을 유도한다. 수렴 통로부(420)는 통로(424)로의 유체 흐름을 제한시켜 유체 흐름을 더 혼합하고 분산시켜서, 유속을 증가시키고 유체 충돌 영역(428)에서 서로 충돌하는 유체 제트로서 유체를 강제로 분사시킨다. 그 후 유체 충돌 영역(428)의 유체 제트류의 충돌은, 스프레이 형성 조립체(208)에 의한 분무화에 앞서서, 유체내의 미립자/결합체를 강제로 더 미세한 입자로 분산시킨다. 다시 말하지만, 본 발명은 본 발명의 범위 내에 있는 임의의 적절한 충돌각을 선정할 수 있다.
도 16은 예시적인 스프레이 코팅 절차(500)를 설명하는 흐름도이다. 도시된 것처럼, 스프레이 코팅을 적용시키기 위한 목표 대상물을 확인하는 단계에 의해 절차(500)가 진행한다(블록 502). 예를 들어, 목표 대상물은 나무 또는 금속 가구, 캐비넛, 자동차, 소비재 등과 같은 다양한 재질과 제품을 포함할 수 있다. 그 다음으로 목표 대상물의 코팅 스프레이 표면에 맞는 원하는 유체를 선정하는 단계로 절차(500)가 계속 진행한다(블록504). 예를 들어, 원하는 유체는 초벌칠용, 페이트용, 착색용 또는 나무 또는 금속 또는 목표 대상물의 다른 어떤 재질을 포함할 수 있다. 그 다음 절차는 목표 대상물에 원하는 유체를 가할 스프레이 코팅 장치를 선정하는 단계로 계속된다.(블록 506). 예를 들어, 스프레이 코팅 장치의 특정 형식과 형상은 목표 대상물에 원하는 유체로 스프레이 코팅할 때 더욱 효과적일 수 있다. 스프레이 코팅 장치는 로터리 분무기 또는 정전 분무기 또는 공기 제트 분무기 또는 임의의 다른 적절한 분무기 장치일 수 있다. 그 후 절차(500)는 미립자/결합체의 분산을 손쉽게 하는 내부 유체 혼합/분산부의 선정으로 계속된다(블록 508). 예를 들어, 절차(500)에서는 도 3 내지 15를 참조하며 살펴본 밸브 조립체, 확산 통로부, 수렴 통로부, 그리고 유체 혼합부중 임의 하나 또는 조합을 선정할 수 있다. 그 후 절차(500)는 목표 대상물과 선정된 유체를 위해 선정된 하나 이상의 혼합/분산부로 스프레이 코팅 장치를 구성하는 단계로 진행한다(블록 510). 예를 들어, 선정된 혼합/분산부는 공기 분무화 형식의 스프레이 코팅 장치 또는 임의의 다른 적절한 스프레이 코팅 장치 안에 배치될 수 있다.
절차(500)가 작동준비가 끝난 후에는, 절차(500)는 목표 대상물위에 스프레 이 코팅 장치를 위치시키는 단계로 진행한다(블록 512). 절치(500)는 또한 도 1을 참조하여 앞에서 다룬 목표 대상물에 대한 스프레이 코팅 장치의 운동을 용이하게 하기 위한 위치 결정 시스템을 사용할 수 있다. 그 다음으로 절차(500)는 스프레이 코팅 장치를 동작시키는 단계로 진행한다(514). 예를 들어, 사용자는 방아쇠(244)를 당기거나 제어 시스템(20)이 자동으로 스프레이 코팅 장치를 동작시킬 수 있다. 스프레이 코팅 장치가 블록(514)에서 동작될 때, 절차(500)는 블록(516)에서 선정된 유체를 스프레이 코팅 장치에 주입하고 블록(518)에서 혼합/분산부 내의 유체 입자를 분산시킨다. 따라서, 절차(500)는 실제 스프레이 형성에 앞서서 스프레이 코팅 장치 안에서 상기 선정 유체를 미분시킨다. 블록(520)에서, 절차(500)는 작아진 미립자/결합체를 가진 미세한 스프레이를 발생시킨다. 그 다음으로 절차(500)는 미세한 스프레이 코팅을 목표 대상물 표면에 가하는 단계로 진행한다(블록 522). 블록(524)에서, 절차는 목표 대상물 스프레이 표면에 가해진 코팅을 경화시키고 건조시킨다. 따라서, 스프레이 코팅 절차(500)는 블록(526)에서 미세한 스프레이 코팅을 발생시킨다. 미세한 스프레이 코팅은 미세하고 상대적으로 균일한 조직과 색깔분배, 그리고 감소된 얼룩효과와 스프레이 코팅내의 다양한 다른 세련된 특성에 의하여 특징 지워질 수 있다.
도 17은 예시적인 유체 분산 및 스프레이 형성 절차(600)를 설명하는 흐름도이다. 절차(600)는 유체 밸브의 하나 이상의 뭉뚝한/굽은 구조 및/또는 통로에서 선정된 유체의 혼합을 유도시키는 단계에서 시작한다(블록 602). 예를 들어, 절차(600)에서는 도 3 내지 15를 참조하여 앞에서 다루었던 니들 밸브(234)중 어느 하나를 돌아 또는 통과하여 선정된 유체가 지나갈 수 있다. 뭉뚝한/굽은 구조/통로를 가진 임의의 다른 적절한 중공 또는 중실 유체 밸브가 본 발명의 범위에서 사용될 수 있다. 그 다음으로 절차(600)는 흐름 차단벽에서 선정된 유체의 유체 흐름을 제한하는 단계로 진행한다(블록 604). 예를 들어, 수직 또는 굽은 표면이 스프레이 코팅 장치를 통과하는 유로를 통해 전부 또는 부분적으로 뻗어 있을 수 있다. 그 다음으로 절차(600)는 진행하여 흐름 차단벽을 관통하여 뻗어 있는 제한된 통로를 통과하는 선정 유체의 유체 흐름을 가속시키는 단계로 진행한다(블록 606). 블록(608)에서, 절차는 제한된 통로로부터의 하나 이상의 충돌하는 유체 제트를 발생시킨다. 그 다음으로 절차(600)는 충돌하는 유체 제트류의 유체 충돌 영역 하류에서 선정된 유체 내의 미립자/결합체를 분산시키는 단계로 진행된다(블록 610). 예를 들어, 하나 이상의 충돌하는 유체 제트는 서로를 향하여 또는 미립자/결합체를 분산시키기 좋도록 선정된 각도에서 하나 이상의 표면을 향할 수 있다. 절차(600)에서 선정된 유체내의 미립자/결합체가 혼합되고 분산되고 난 후, 선정된 유체는 스프레이 코팅 장치로부터 분사된다(블록 612). 그 다음으로 절차(600)는 스프레이 코팅 장치로부터 원하는 스프레이 패턴으로 선정된 유체를 분무화 하는 단계로 진행된다.(블록 614). 절차(600)는 선정된 유체를 분무화하기 위하여 로터리 분무화 메커니즘, 공기 제트 분무화 메커니즘, 정전 메커니즘, 그리고 다양한 다른 적절한 스프레이 형성 기술을 포함하여, 임의의 적절한 스프레이 형성 메커니즘을 사용할 수 있다.
본 발명이 다양하게 수정되거나 다른 형태로 변경되기 쉬움에도, 여기에서는 특정 실시예를 상세히 기술하고 도면에서 예를 통해 제시하였다. 그러나, 이해하여야 할 것은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니라는 것이다. 오히려 본 발명은 후술하는 청구범위에 의하여 정의된 발명의 범위와 정신 내에서의 모든 수정과 균등물과 대안을 포함한다.
앞에서 본 바와 같이 본 발명에 의하면, 대체로 분사시키기 앞서서 코팅 유체의 미립자/결합체를 충돌에 의하여 분산시켜, 얼룩이 줄어드는 것과 같은 세련된 특성을 갖는 스프레이 코팅을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 스프레이 코팅 장치에 있어서,
    내부 유체 분산부(266)에서 표면에 또는 서로 충돌하는 유체 제트(fluid jet)를 갖는 유체 팁부(204)를 포함하는 유체 분출 조립체(226)와;
    유체 분사 영역을 향하는 공기 분무화 캡(210)을 포함하는 유체 팁 출구(216) 주변에 배치되는 스프레이 형성 조립체(208)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 충돌하는 유체 제트는 원하는 코팅 유체의 유체 분산을 쉽게 하도록 선정된 충돌각을 갖는, 스프레이 코팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 충돌하는 유체 제트는 내부 유체 분산부(266)의 충돌 표면을 향하는, 스프레이 코팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 충돌하는 유체 제트는 복수의 충돌하는 유체 제트들로 구성되는, 스프레이 코팅 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유체 팁부(204)는 유체 확산 통로부(292)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 유체 팁부(204)는 유체 수렴 통로부(294)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 유체 팁부(204)는 통로(298,300,302 및 304)를 포함하는 확산 통로부(292) 및 통로(308,310,312 및 314)를 포함하는 수렴 통로부(294)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 유체 분출 조립체(226)는 유체 밸브 조립체(232)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공기 분무화 캡(210)은 상기 유체 출구의 주위에 배치된 분무화 오리피스(214,218,220,222,224)를 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 유체 팁부(204)는 복수의 여러가지 스프레이 건(gun)중 선정된 스프레이 건 안으로 삽입될 수 있는 하우징(housing)(272)을 포함하는, 스프레이 코팅 장치.
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