JP4001214B2 - 静電ペイントアプリケータ用リモート電源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電ペイントアプリケータに関し、特に、リモート電源を備えた静電ペイントアプリケータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用によく用いられる１つの塗装方法において、噴霧されるペイントが、コーティングされる加工物に対して高電圧に静電的に荷電される。この静電荷電は、噴霧ペイントを加工物に引きつけさせる。これは、ペイント移動効率をかなり大きくし、加工物を塗装するための労働力及び材料コストの両方を下げ、環境問題を少なくさせる。通常の工業的塗装作業において、加工物が塗装の前にスプレーブースに配置される。低電圧電源、圧縮エアホース及びペイントホースが、スプレーブースの外部からスプレーガンに連結される。このスプレーガンは、通常、発振器と電圧増倍回路とを備え、ペイントが噴霧されるとき、ペイントを荷電するために、低い電圧を非常に高いＤＣ電圧に上げる。この高電圧は、例えば 100KV又はそれ以上であってよい。
【０００３】
ある用途においては、噴霧される加工物の大きさのために、従来のスプレーブースを用いることができない場合がある。例えば、飛行機は、従来のスプレーブースには合わない。この場合、飛行機のハンガが、ペイントのスプレーしぶき及びヒュームを閉じ込めるスプレーブースとなる。このペイントが、溶剤のような可燃性揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含むために、このハンガは危険場所であると考えられ、ＶＯＣの蒸気を発火させる可能性がある火花を生じさせないように、細心の注意が払われなければならない。静電スプレーガンに接続される従来の低電圧電源は、危険場所における作業の所定の安全基準を満たさない。従来のスイッチ、ポテンショメータ、及び別の回路コンポーネント及びそれらの接続が、火花の生じる危険性を示す。
【０００４】
この危険場所の安全基準をみたす１つの方法は、低電圧源をスプレーガン内に直接配置することであった。米国特許第 4,219,865号および 4,290,091号に示されるように、このスプレーガンは、スプレーガンに電気的な接続をなくして、低電圧を生成するための、エアタービンにより駆動される内部発電機(generator) を備える。従来の電圧増倍及び整流回路がスプレーガン中に用いられ、ペイントを荷電するために低電圧を高いＤＣ電圧に変換する。動作中、このタービンは、エアを、スプレーガンに送られる噴霧用エアと共有する。このタービンエアは、使用後にスプレーガンから排気されなればならない。ある場合には、このことは、ダストを攪拌させる問題を生じさせる。この内部タービン及び発電機は、塗装中に作業員が持たなければならないスプレーガンの重量をかなり重くする。航空機は非常に大きいため、塗装時間はかなり長く、重量が重くなると、作業員がすぐに疲れてしまう。スプレーガン内のタービンの回転運動により、振動がスプレーガンのハンドルに伝えられる。ガンを用いている作業員は、これらの振動を感じる。内部タービン及び発電機を有するスプレーガンのコストは非常に高い。結果として、各々のガンがタービン及び発電機を備えなければならないために、スペアのスプレーガンの維持費はかなり高いものとなる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明によると、電気発電機を含む低電圧電源と、低電圧電力調整及び制御回路が、危険場所の安全基準をみたすシールされた防爆ハウジング内に取り付けられる。低電圧電源は、スプレーブース内、及び可燃性溶剤を有するペイントで飛行機が塗装されるハンガ内に置くのに適している。この発電機は、ハウジングに延び、ハウジングから突き出る駆動シャフトを有する。エア駆動タービンが、ハウジングに取り付けられ、突き出たタービンシャフトを回転するために結合される。低電圧電力回路が、電圧調整器及びポテンショメータを備える。このポテンショメータは、手動で出力電圧レベルを設定するために、ハウジングを通って延びるシャフトを有する。発電機の火炎パス(flamepath) および火炎ギャップ(flame gap) 、及びポテンショメータシャフトが、防爆基準をかなえるように生成される。このタービンは、エアソースをスプレーガンと共有しない。この電源は、排気エアがスプレー領域に影響を有しない場所に置かれる。回転タービン及び発電機がスプレーガン内に配置されないため、スプレーガンの作業員の手に振動が伝えられない。また、スプレーガンは、内部エアタービン及び発電機を備えているスプレーガンよりも大分軽く、各々のガンにタービン及び発電機を購入する必要がないために、ユーザにとってスペアガンを維持するためのコストが安くなる。
【０００６】
本発明の目的は、危険場所での作業に対して安全要求を満たす静電塗装用の改善されたリモート電力発電機を提供することである。
本発明の別の目的及び利点は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明による低電圧電源１０が、静電ハンドヘルドペイントスプレーガン１１に接続されているのが示される。スプレーガン１１が、３つの外部接続部、電源１０に接続された低電圧絶縁ケーブル１２、圧縮エアホース１３とペイントホース１４とを有する。この圧縮エアホースは、エアコンプレッサ又は圧縮エアラインのような圧縮エアの従来のソース（図示せず）に接続される。ペイントホース１４は、加圧されたペイントタンクに接続される。作業員がスプレーガン１１のトリガ１５を握るとき、内部エアバルブ（図示せず）が開かれ、噴霧エア流をノズル組立体１６に流し始め、それから内部ペイントバルブ（図示せず）が開かれて、ペイント流をノズル組立体１６に流し始める。
【０００８】
ケーブル１２は、低ＤＣ電圧をスプレーガン１１に印加する。この電圧は、例えば０から10ボルトＤＣの調整されたレベルである。この電圧は、スプレーガン１１の内部の従来の高電圧電源（図示せず）の入力に印加される。この高電圧電源は、ＤＣ入力電圧を、より高いレベルのＡＣ電圧に変換する発振器を含む。このＡＣ電圧は、それから該分野において良く知られているように、この電圧を非常に高いレベルのＤＣ電圧に増倍し変換するコンデンサ及びダイオードネットワークに印加される。高電圧の実際のレベルは、ＤＣ入力電圧のレベルに依存する。ケーブル１２に印加されるＤＣ電圧のレベルを調節することによって、高電圧のレベルが調節される。
図１及び２を参照すると、電源１０が、複数の脚又はブラケット２０によって防爆ハウジング１９の端キャップ１８に取り付けられるエアモータ又はタービン１７を備える。３つの離間したブラケット２０が、例示された電源１０に示されている。このブラケット２０は、タービン１７をハウジング１９から隔離し、ノイズを低減する。このハウジング１９は、両側のねじ込み端部２２及び２３を有する管状中央部２１を備える。端キャップ１８は、ねじ込み端部２２にねじ締めされ、端キャップ２４は、ねじ込み端部２３にねじ締めされる。管状ハウジング部２１のねじ込み端部２２及び２３は、示されているように内側にねじを切られ、又は端部キャップ１８及び２４を取り付けるために、外側にねじを切られてもよい。このハウジング１９は、電気発電機２６が位置する閉じた内部チャンバ２５を形成する。この発電機２６は、端キャップ１８に取り付けられ、端キャップ１８の開口部２８を通って延び且つ突出端２９を有する駆動シャフト２７を備える。この発電機は、複数のねじ３０で端キャップ１８に取り付けられるように示される。しかしながら、発電機２６を端キャップ１８に取り付ける別の技術が、当業者に明らかである。
【０００９】
発電機シャフト２７がハウジング１９の軸と一直線になるのが好ましい。このエアタービン１７は、出力シャフト３１を有する。このエアタービン１７は端キャップ１８に取り付けられ、その出力シャフト３１が発電機シャフト２７の突出端２９と一直線にされる。このシャフト２７及び３１は、軸継手３２とともに結合され、タービンシャフト３１が回転するとき、発電機シャフト２９を回転して、発電機２６に電力を生じさせる。
発電機２６からの電気的出力が、タービン１７により駆動される速度で変化する。発電機２６はＡＣパワーを生成するのが好ましい。周波数及び出力電圧の両方が、タービン速度の関数として変化する。発電機２６の出力が、ワイヤ３３で回路３４に印加され、この回路が、この出力を調整及び調節して、一定の低レベルのＤＣ電圧、例えば０から10ボルトの範囲の一定のＤＣ電圧を生成する。ポテンショメータ３５が、スプレーガン１１で生成される高電圧レベルを調節するために、この範囲内の出力電圧レベルを調節するために用いられることができる。このポテンショメータ３５が、端キャップ２４内の開口部３７を延びるシャフト３６を有する。ノブ３８が、電圧調節を容易にするためにシャフト３６上に設けられる。
【００１０】
低電圧電気ケーブル１２が、端キャップ２４内のねじ穴開口部４０にかみ合うねじ込み接合具３９を有する。可撓性歪み解放部４１が、接合具３９に隣接するケーブル１２に配置される。ケーブル１２から絶縁された複数のワイヤ５０及び５１が、端部プラグ４３により回路３４に固定される。接合具３９のところで、ケーブルが、ガス密な接合を形成し、防爆基準を満たすように、注封によりシールされる。
ハウジング１９は、防爆の構成をとる。ハウジング１９の壁は、ハウジングチャンバ２５内の蒸気又は材料が発火した場合の内部爆発に耐え得るほど十分に強く作られる。ハウジング１９は、ファクトリ相互リサーチ(Factory Mutual Research) により開発されたような安全基準を満たすように構成される。ケース内に囲まれる装置は、「防爆性」であることと定められてきており、このケースは、ａ）特定のガス又はエアの蒸気雰囲気の内部爆発に耐えられ、ｂ）囲いを取り囲む特定のガス又はエアの蒸気雰囲気の内部火花による引火を防ぐことができ、ｃ）周囲の該当する雰囲気を発火しない温度で動作することができる。これらの基準を満たすために、ハウジング１９の壁は十分な強度を有しなければならない。ねじ込み接合具が生成され、端キャップ１８及び２４が管状部２１に固着され、ケーブル接合具３９が端キャップ２４にかみ合うとき、最小個数のねじがかみ合わされなければならない。
【００１１】
最低限のハウジング強度に加えて、火炎パスの長さは最小でなければならず、ハウジング内の全てのギャップ、開口部及びジョイントでの火炎パスの最大ギャップよりも大きくてはいけない。「火炎パス」は、閉鎖容器の２つの部分の対応する表面が合わさって、内部爆発を閉鎖容器の回りの雰囲気に広がるのを阻止する場所として定義される。「火炎パスのギャップ」は、表面に垂直に測定されたジョイントの対応する表面の間の距離を示す。円形面に関しては、このギャップは２つの径の間の距離、すなわち直径隙間として定められる。「火炎パスの長さ」は、内部から閉鎖容器の外部までジョイント面に沿った最小のパスとして定義される。閉鎖容器に対する任意の内部容積およびジョイントの種類に関して、火炎パスの長さと火炎パスのギャップの間の関係は、防爆基準に適合するものとして定められる。例えば、６から 120立方インチ（98から1966cc）の閉鎖容器の容積に対して、シャフトに沿った火炎パスの長さは、１インチ(2.54cm)から1.57インチ(3.99cm)である場合、火炎パスのギャップは、 0.008インチ(0.02cm)よりも大きくてはいけない。従って、火炎パスパラメータの最小長さとハウジング容積が適合するという条件で、発電機シャフト２７が端部キャップ１８を通る際、 0.008インチ(0.02cm)よりも大きくない直径隙間が、発電機シャフト２７回りに設けられる。このことは、ハウジングチャンバ２５内で周囲の雰囲気を発火する火花が生じる危険性をなくし、発電機シャフト２７が、シールを用いずに端キャップ開口部２８を通過できるようにする。同様に、適切な火炎パスのギャップ及び火炎パスの長さとが、端キャップ２４においてポテンショメータシャフト３６と開口部３７との間に設けられ、防爆基準を満たしながら、シャフト３６が回転できるようにする。
【００１２】
図１及び３を参照すると、低電圧ケーブル１２が、スプレーガン１１のハンドル４５に接続する端部接合具４４を有する。この接合具４４は、スプレーガン１１の嵌め合いプラグ又はソケット（図示せず）に係合するプラグ４７で終了する円筒状端部４６を備える。円筒状端部４６は、スプレーガンハンドル４５の開口部（図示せず）に滑るように入り、Ｏリングシール４８を備えたハンドルに対してシールされる。歪み解放部４９が、接合具４４に結合するケーブル１２を取り囲む。円筒状端部４６内で、ケーブル１２からの２つの低電圧ワイヤ５０がプラグ４７に接続する。さらに、ケーブル１２が、小リードスイッチ５２の一端子に接続する第３ワイヤ５１を支持する。スイッチ５２の第２端子が、低電圧ワイヤ５０の１つに結合される。磁石（図示せず）がスプレーガンハンドル内に配置され、接合具４４が完全にスプレーガンハンドル４５中に設置されるとき、スイッチ５２を作動する。従って、ワイヤ５１は、接合具４４が適切にスプレーガン１１に接続されるかどうかを示す信号を伝える。
【００１３】
図４は、回路３４のブロック図の例を示す。発電機２６により生成される電圧は、ワイヤ３３をわたって、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する整流器５３に印加される。このＤＣ電圧は、一定の低レベル出力電圧を実現する電圧調整器５４に印加される。このポテンショメータ３５は、出力電圧レベルを設定する電圧調整器５４に接続され、続いてスプレーガン１１から放出されるペイントを荷電する高電圧レベルを選択する。電圧クランプ５５が、電圧調整器５４とケーブル１２との間に配置され、スプレーガン中の発振器及び電圧増倍回路を、電圧調整器５４の故障の際に電圧が過度に上昇する危険性から保護するために、回路３４からの最大出力を制限する。スプレーガン接合具４４中のリードスイッチ５２からのワイヤ５１が、電圧調整器５４に結合され、接合具４４がスプレーガンハンドル４５から取り除かれたり、又はスプレーガンハンドル４５中に適切に配置されないときに、出力電圧を抑制する。従って、ケーブル１２とスプレーガン１１の間の接続を損なうことによって火花を生じる危険性が除去される。
【００１４】
上述の低電圧リモート電源１０が、スプレーガン中に配置されるエア作動式電源を越える多くの利点を有する。まず、スプレーガンの重量がかなり軽くされるため、作業員の手、手首及び腕にかかる力を小さくすることができる。スプレーガン及びスプレーガンの交換にかかるコストも低減される。さらに、エアタービン１７及び発電機２６の回転により生じる振動が、スプレーガン１１から切り離され、作業員の手に伝わらなくなる。リモート電源１０は、爆発の危険性を大きくすることなく、塗装中のペイントスプレーブース及び航空機ハンガのような危険場所での使用に最適である。
様々な修正及び変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、静電ペイントアプリケータ用の上述した実施例のリモート電源に対して行われることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリモート電源に接続されたハンドヘルド静電スプレーガンの斜視図である。
【図２】図１のリモート電源に関して発電機及び回路ハウジングを通る矢視横断面図である。
【図３】パワーケーブルを静電スプレーガンに取り付ける接合具の部分的に断面を示した拡大矢視図である。
【図４】静電スプレーガンに印加される電圧を整流し調整する回路のブロック図である。

Claims (7)

1. 発電機と、前記発電機を囲むシールされた防爆ハウジングとを備え、
   前記発電機が、前記ハウジング内の開口部を突き出る端部を有するシャフトを有し、前記シャフト及び前記ハウジングの開口部が、0.008 インチ(0.02cm)よりも大きくない直径隙間を有し、
   前記ハウジングの外部に配置され、前記発電機のシャフトを回転するために結合されて、前記発電機が電力を生成できるようにするエアタービンと、
   前記エアタービンが前記発電機を駆動するとき、前記ハウジング内で、所定の低電圧出力を生成できる回路、とを備えた静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
2. 前記エアタービンが、前記ハウジングから離されて、前記ハウジングから延びる複数のブラケットに固定され、
   前記エアタービンが、前記発電機の突き出ているシャフト端に実質的に一直線となる被動シャフトを有し、前記エアタービンシャフト端と前記発電機の突き出ているシャフト端とを結合する継手を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
3. 前記ハウジングが、第１及び第２のねじ端開口部を有する管状部分を含み、
   第１ねじ端キャップが前記第１ねじ端開口部にかみ合い、第２ねじ端キャップが前記第２ねじ端開口部にかみ合うことを特徴とする請求項２に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
4. 前記ハウジング開口部が前記第１端キャップの中心とされ、前記ブラケットが前記第１端キャップに取り付けられて、前記第１端キャップに前記エアタービンを取り付けることを特徴とする請求項３に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
5. 前記第２端キャップを通って延び、前記第２端キャップに対してシールされる第１端と、静電ペイントアプリケータに連結するような第２端とを有する低電圧ケーブルを備えた、請求項４に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
6. 前記ハウジングに固定され、低電圧出力のレベルを設定する前記回路に接続されたポテンショメータを備え、
   前記ポテンショメータが、前記第２端キャップの開口部を通って突き出るシャフトを備え、前記ポテンショメータシャフトと前記第２端キャップ開口部とが、 0.008インチ(0.02cm)よりも大きくない直径隙間を有することを特徴とする請求項５に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。
7. 前記ハウジングが、第１及び第２のねじ端開口部を備えた管状部分を有し、第１ねじ端キャップが前記第１ねじ端開口部にかみ合い、第２ねじ端キャップが前記第２ねじ端開口部にかみ合うことを特徴とする請求項１に記載の静電ペイントアプリケータ用リモート電源。

Images