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KR100249740B1 - 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원 - Google Patents

정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원 Download PDF

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Publication number
KR100249740B1
KR100249740B1 KR1019970067655A KR19970067655A KR100249740B1 KR 100249740 B1 KR100249740 B1 KR 100249740B1 KR 1019970067655 A KR1019970067655 A KR 1019970067655A KR 19970067655 A KR19970067655 A KR 19970067655A KR 100249740 B1 KR100249740 B1 KR 100249740B1
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KR
South Korea
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housing
generator
end cover
shaft
opening
Prior art date
Application number
KR1019970067655A
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KR19980064017A (ko
Inventor
제임스 피. 발츠
바스 이. 호위
지니 피. 알텐버거
브라이언 이. 고렐
리차드 피. 볼거
Original Assignee
토마스 더블류 벅맨
랜스버그 코포레이션
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Filing date
Publication date
Application filed by 토마스 더블류 벅맨, 랜스버그 코포레이션 filed Critical 토마스 더블류 벅맨
Publication of KR19980064017A publication Critical patent/KR19980064017A/ko
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Abstract

정전기적인 페인트 어플리케이터(electrostatic paint applicator)를 위한 원격조종 저전압 전원은 유해한 지역에서 사용된다. 저전압 발전기와 전압 조정기 및 조정 회로는 작은 폭발 방지 하우징(explosion proof housing)에 장착된다. 발전기 축과 전압의 크기를 조절하는 전위차계(potentiometer)의 축은 하우징을 통해 연장하고 돌출한다. 축들에 대한 화염경로와 화염 간극은 축이 회전하는 동안 폭발 방지 기준들을 충족시킨다. 공기 구동 터빈은 하우징 외부에 장착되고 발전기를 운전하기 위해 돌출한 발전기축에 연결된다. 저전압은 스프레이된 페인트의 정전기적인 충전을 위하여 압력을 높게 증가시키는 회로를 포함하는 스프레이 건(spray gun)에 적용된다.

Description

정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원
상업용 공정에 종종 사용되는 하나의 페인팅(painting) 방법에서, 분무된 페인트는 코팅된 작업물에대해 비교적 높은 전압으로 정전기적으로 충전된다. 정전기적 충전으로 인해 분무된 페인트는 작업물로 뿌려진다. 이는 페인트 전달 효율을 현저하게 증가시키기 때문에, 작업물을 페인팅하는데 요구되는 노동력과 재료비, 그리고 환경적인 문제들을 절감시킨다. 일반적인 상업용 페인팅 작업에서, 작업물은 페인팅하기 전에 분무실(spray booth)에 위치된다. 저전압원과 압축 공기 호스 및, 페인트 호스는 외부로부터 스프레이 건의 분무실에 연결된다. 스프레이 건은 전형적으로, 분무되었을 때 페인트를 충전하기 위해 저전압을 매우 높은 직류 전압으로 증가시키는 발진기(oscillator)와 전압 증폭 회로를 포함한다. 예를 들어, 고전압은 100KV 이상일 수 있다.
몇가지 적용예의 경우, 분무된 작업물의 크기로 인해, 종래의 분무실을 사용할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 항공기는 종래의 분무실에 끼워맞춰지지 않게 된다. 이경우에, 항공기 행어(airplane hanger)는 페인트 과잉 분무와 연기들을 제한하는 분무실이 된다. 페인트가 솔벤트로서 가연성의 휘발성 유기 화합물(VOC's)을 포함할 수도 있기 때문에, 상기 행어는 유해한 지역으로 고려되어지고, VOC 증기를 점화시킬 수 있는 스파크를 방지하기 위해 대단한 주위가 요구되었다. 정전기 스프레이 건에 접속된 종래의 저전압 전원은 유해 지역에서 작업하는 동안 안전 기준을 충족시키지 못했다. 종래의 스위치, 전위차계 및, 다른 회로 구성요소와 연결부들은 스파크의 위험을 유발시킨다.
위험 지역 안전 기준을 충족시키기 위한 한 방법으로, 스프레이 건에 직접 저전압원을 위치시키는 방법이 있다. 미국 특허 제4,219,865호와 제4,290,091호에 도시된 바와같이, 스프레이 건은 스프레이건에 대한 전기적인 연결부 없이 저전압을 발생시키는 공기 터빈으로 구동되는 내부 발전기에 제공된다. 종래의 전압 증폭 회로 및 전압 정류 회로는 페인트를 충전하기 위해 저전압을 직류 고전압으로 전환시키도록 스프레이 건에 사용된다. 터빈은 작동시에 공기를 스프레이 건에 전달된 원자화 공기로 분배한다. 터빈 공기는 사용한 후에 스프레이 건으로부터 배기되어야만 한다. 몇 가지 적용예들에서, 먼지 발생의 문제를 야기시킬 수 있다. 또한 내부 터빈과 발전기도 분무하는 동안 작동자가 파지해야 하는 스프레이 건의 무게를 명백하게 증가시킨다. 항공기는 매우 크기 때문에, 페인팅 시간은 매우 길어질 수 있고 부가된 중량은 작동자를 빨리 지치게 할 수 있다. 스프레이 건에서 터빈의 회전 운동 때문에, 진동은 스프레이 건의 핸들로 전달된다. 이 진동은 건이 사용될 때 작동자가 느낄 수 있다. 내부 터빈과 발전기를 가진 스프레이 건의 가격은 매우 비싸다. 따라서, 각각의 건이 터빈과 발전기를 포함해야만 하기 때문에, 여분의 스프레이 건을 보유하기에는 매우 높은 유지 비용이 든다.
본 발명에 따르면, 전기 발전기와 저전압 조정기, 제어 회로를 포함하는 저전압원은 위험 지역 안전 기준들을 충족시키는 폭발 방지 하우징에 밀봉된 상태로 장착된다. 저전압 전원은 가연성 솔벤트를 갖는 페인트로 페인트되는 항공기 행어와 분사실에 위치시키기에 적합하다. 발전기는 하우징으로부터 연장하여 돌출한 구동축을 갖는다. 공기 구동 터빈은 하우징에 부착되고 돌출한 회전축을 회전시키기 위해 접속된다. 저전압 전력 회로 소자는 전압 조정기와 전위차계를 포함한다. 전위차계는 출력 전압 수준을 손으로 설정하기 위해 하우징을 통해 연장한 축을 갖는다. 발전기와 전위차계 축들의 화염 경로와 화염 간극은 폭발 방지 기준들을 충족시키도록 만들어진다. 터빈은 에어 소스(air source)를 스프레이 건과 공유하지 않는다. 전원은 소모한 공기가 스프레이 지역에 영향을 미치지 않는 곳에 위치된다. 회전하는 터빈과 발전기는 스프레이 건에 위치되지 않기 때문에, 진동이 스프레이 건 조작자의 손에 전달되지 않는다. 더욱이, 스프레이 건은 내부 에어 터빈과 발전기를 갖는 스프레이 건들보다 훨씬 더 가벼울 것이고, 각 건에 터빈과 발전기를 설치할 필요가 없기 때문에 여분의 건을 보유하려는 사용자에게는 유지 비용이 절감될 것이다.
그러므로, 유해 지역에서의 조작을 위한 안전 요구 사항들을 충족시키는 정전기적인 페인트 도포에 향상된 원격조종 전력 발전기를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 목적들과 이점들은 본 발명의 상세한 설명과 첨부되는 도면들로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 원격조종 전원(remote power source)에 연결된 손잡이 달린 정전기적인 스프레이 건의 사시도.
도 2는 도 1의 원격조종 전원을 위한 발전기와 회로 소자 하우징의 부분 확대 단면도.
도 3은 정전기적인 스프레이 건에 전원 케이블을 부착하기 위한 커넥터의 부분 확대 단면도.
도 4는 정전기적인 스프레이 건에 적용된 전압을 제한 및 조절하기 위한 회로의 블록도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
10 : 저전압 전원 11 : 스프레이 건
12 : 저전압 절연선 13 : 압축 공기 호스
14 : 페인트 호스 16 : 노즐 조립체
17 : 공기 모터 또는 터빈 18, 24 : 단부 덮개
19 : 폭발 방지 하우징 20 : 브래킷
27 : 발전기 축 31 : 터빈 축
32 : 커플링 38 : 노브
우선 도 1에서, 본 발명에 의한 저전압 전원(10)은 손잡이가 달린 스프레이 건에 연결된 것을 보여준다. 스프레이 건(11)은 세 개의 외부 연결부(전원(10)에 연결된 저전압 절연선(12), 압축 공기 호스(13), 페인트 호스(14))를 갖는다. 압축 공기 호스(13)는 공기 압축기나 압축 공기 라인같이 공기를 가압하는 종래의 장치(도시하지 않은)에 연결된다. 페인트 호스(14)는 가압된 페인트 탱크에 연결된다. 조작자가 스프레이 건(11)의 방아쇠(15)를 누르면, 내부 공기 밸브(도시하지 않은)는 노즐 조립체(16)로 분무화한 공기를 내보내기 위해 열리고, 그때 내부 페인트 밸브(도시하지 않은)도 노즐 조립체(16)로 페인트를 내보내기 위해 열린다.
케이블(12)은 스프레이 건(11)에 낮은 직류 전압을 적용시킨다. 예를 들어 전압은 0V 내지 10V 에서 조절된다. 이 전압은 스프레이 건(11) 내의 고전압원(도시하지 않은)에 입력된다. 고전압원은 직류 입력 전압을 더 높은 교류 전압으로 전환시키는 발진기를 포함한다. 교류 전압은 기술 분야에 잘 알려진 것 처럼 전압을 매우 높은 직류 전압으로 증대시키고 전환시키는 축전기(capacitor)와 다이오드 네트워크(diode network)에 적용된다. 고전압의 실제 크기는 직류 입력 전압의 크기에 좌우된다. 케이블(12)에 적용된 직류 전압의 크기를 조절하므로써, 고전압의 크기는 조절된다.
도 1과 2에서, 전원(10)은 폭발 방지 하우징(19)의 단부 덮개(18)에 다리들이나 브래킷(20)을 사용해 장착된 공기 모터 또는 터빈(17)을 포함한다. 세 개의 브래킷(20)은 도해된 전원(10)에 보여진다. 브래킷(20)은 소음을 줄이기 위해 하우징(19)으로부터 터빈(17)을 이격시킨다. 하우징(19)은 대치된 나사산의 단부들(22,23)을 갖는 관 중심부(21)를 포함한다. 단부 덮개(18)는 나사산형 단부(22)에 조여지고, 단부 덮개(24)는 나사산형 단부(23)에 조여진다. 관형 하우징부(21)의 나사산형 단부들(22,23)은 도시된 것 처럼 단부 덮개들(18,24)을 장착하기 위해 내부 내지 외부로 나사산이 깎일 수 있다. 하우징(19)은 전기 발전기(26)가 장착되 있는 밀폐된 챔버(25)를 명시한다. 발전기(26)는 선단 덮개(18)에 장착되고, 단부 덮개(18)의 개구(28)를 통해 연장한 구동축(27)을 갖고, 돌출한 단부(29)를 갖는다. 발전기는 단부 덮개(18)에 다수의 나사들(30)로 장착된 것 처럼 묘사되어 있다. 하지만, 단부 덮개(18)에 발전기(26)를 장착하기 위한 다른 방법들은 본 기술분야의 기술자들에 의해 명백해질 것이다.
되도록, 발전기 축(27)은 하우징(19)의 중심선에 정렬된다. 공기 터빈(17)은 출력축(31)을 갖는다. 공기 터빈(17)은 그 출력축(31)이 발전기 축(27)의 돌출 단부(29)에 정렬되도록 하기 위하여 단부 덮개(18)에 장착된다. 그 축들(27,31)은 터빈 축(31)이 회전할 때 전력을 발생시킬 수 있도록 발전기(26)의 발전기 축(27)을 회전시키기 위해 커플링(32)으로 함께 접속된다.
발전기(26)로부터의 전기적인 출력은 터빈(17)에 의해 구동되는 속도에 따라 다양하게 바꿀 수 있다는 것이 인식될 것이다. 발전기(26)는 되도록 교류 전원을 발생시킨다. 주파수(frequency)와 출력 전압은 터빈 속도에 따라 달라질 것이다. 발전기(26)로부터의 출력은 0V 내지 10V 의 낮은 전압을 발생시키기 위해 출력을 조절하는 와이어(wire)(33)와 회로 소자(34)에 적용된다. 전위차계(35)는 스프레이 건(11)에 모이는 고전압의 크기를 조절하기 위해 그 범위 내의 출력전압 조절에 사용된다. 전위차계(35)는 단부 덮개(24)의 개구(37)를 통해 연장한 축(36)을 갖는다. 노브(knob)(38)는 전압 조절을 쉽게 할수 있도록 축(36)에 제공된다.
저전압 케이블(12)은 단부 덮개(24)에서 나사산형 개구(40)를 결합하는 나사산형 커넥터(39)를 갖는다. 가요성 스트레인 릴리프(strain relief)(41)는 커넥터(39)에 인접하여 케이블(12)에 위치된다. 케이블(12)로부터의 복수의 절연선들(50,51)은 단부 플러그(43)가 붙은 회로 소자(34)에 결속된다. 커넥터(39)에서 케이블은 가스 밀착 접속(gas tight connection)을 하기 위해, 그리고 폭발 방지 기준들(explosion proof standards)을 충족시키기 위해 도가니(potting)로 밀봉된다.
하우징(19)은 폭발 방지 구조이다. 하우징(19)의 벽들은 하우징 챔버(housing chamber:25)내의 증기들이나 재료들이 점화되는 경우에 내부 폭발에 견딜만큼 충분히 강하게 만들어진다. 되도록, 하우징(19)은 Factory Mutual Research에 의해 개발된 케이스(case)들처럼 안전 기준들을 충족시킬 수 있도록 제조된다. 어떤 케이스에 밀폐되어 있는 장비는, 만약 그 케이스가: a)내부 대기중의 특정한 가스나 증기의 내부 폭발에 충분히 견딜 수 있다면, b)내부의 스파크, 섬광, 혹은 폭발에 의한 내부대기중의 특정한 가스나 증기의 점화를 방지할 수 있다면, c) 주위와 구분된 내부 대기를 점화시키지 않을 온도에서 작동할 수 있다면, "폭발 방지품"으로 구분되어지고 있다. 이런 기준들을 충족시키기 위해, 하우징(19)의 벽들은 충분한 강도를 가져야만 한다. 관형부(21)에 채워진 단부 덮개들(18,24)과 단부 덮개(24)에 결합된 케이블 커넥터(39)처럼, 나사형 결합이 되는 곳은 최소한의 나사산으로 결합되어져야만 한다.
하우징의 모든 간극들과 개구들 그리고 접합부들에서, 최소 하우징 강도와 더불어, 화염경로의 길이는 최소화되어야하고, 최대 간극 이상이어서는 안된다. "화염경로"는 봉입물의 대응하는 두 표면들이 위치한 장소로 규정되고 봉입물 주위의 내부 대기에서의 폭발의 전달을 막는다. "화염경로의 간극"은 표면들에 대해 수직한 결합면들 사이의 거리를 의미한다. 원형면에 대한 이 간극은 두 직경들 사이의 차이 혹은 직경 간극으로 정의된다. "화염경로의 길이"는 봉입물의 내부에서 외부까지 결합면을 따르는 최소 경로로 정의된다. 봉입물과 결합 형태에 대해 주어진 내부 용적에 대한, 화염경로 길이와 화염경로 간극 사이의 관계는 폭발 방지 기준들을 충족시키도록 정의된다. 예를 들어, 6in3내지 120in3(98cc 내지 1966cc)의 봉입물 용적에 대해, 축 길이 방향의 화염경로가 1in(2.54cm) 내지 1.57in(3.99cm)라면, 화염경로의 간극은 0.008in(0.02cm) 이상이어서는 안된다. 따라서, 0.008in(0.02cm) 이하인 직경 간극은 선단 덮개(18)를 통해 나오는 발전기 축(27)의 둘레로 제공되고, 화염경로 변수들중의 하우징 용적과 최소 길이가 충족되도록 제공된다. 이 직경 간극은 하우징 챔버(25)내의 주변 대기의 점화에 따른 스파크의 위험을 줄이는 한편 단부 덮개 개구(28)를 통해 발전기 축(27)이 통과할 수 있도록 한다. 유사하게 화염경로의 적절한 간극과 길이는 폭발 방지 기준들을 충족시는 한편 축(36)을 회전시킬 수 있도록 전위차계 축(36)과 단부 덮개(24)의 개구(37) 사이에 제공된다.
도 1과 3에 도시한 저전압 케이블(12)은 스프레이 건(11)의 핸들(45)에 연결할 수 있는 단부 커넥터(44)를 갖는다. 커넥터(44)는 스프레이 건(11)에 접속 플러그나 소켓(socket)(도시하지 않은)을 플러그(47)에서 분리시킬 수 있는 원형 단부(46)를 갖는다. 원형 단부(46)는 스프레이 건 핸들(45)의 개구(도시하지 않은)로 미끄러져 들어가고 오링(O-ring)(48)으로 핸들에 밀봉된다. 그 부분의 케이블(12) 둘레의 스트레인 릴리프(49)는 커넥터(44)를 결합한다. 원형 단부(46) 내에서, 케이블(12)로부터의 두 개의 저전압 와이어(50)는 플러그(47)를 접속한다. 또한, 케이블(12)은 작은 리드 스위치(reed switch)(52)에 한쪽 종단을 접속하는 세 번째 와이어(51)를 이르게 한다. 스위치(52)의 두 번째 종단은 저전압 와이어(50)의 한쪽에 연결된다. 자석(magnet)(도시하지 않은)은 커넥터(44)가 스프레이 건 핸들(45)에 완전히 부착될 때 스위치를 동작시키기 위해 스프레이 건 핸들에 위치된다. 따라서 와이어(51)는 커넥터(44)가 스프레이 건(11)에 적절히 연결되었는의 여부를 알려주는 신호를 수반한다.
도 4는 회로 소자(34)에 대한 전형적인 블록도이다. 발전기(26)에 의해 발생된 전압은 교류 전압을 직류 전압으로 전환시키는 정류기(rectifier)(53)에 와이어(33)를 통해 공급된다. 그때 직류 전압은 저전압 출력을 일정하게 유지시키는 전압 조정기(54)에 공급된다. 전위차계(35)는 스프레이 건(11)으로부터 소모된 페인트를 충전하기 위해 출력 전압을 고압으로 지정하는 전압 조정기(54)에 접속된다. 되도록, 전압 조정기(54)의 고장에 의한 과잉 전압의 위험으로부터 스프레이 건의 발진기와 전압 증폭 회로를 보호하는 회로 소자(34)로부터 최대 출력을 제한하기 위해 전압 클램프(voltage clamp)(55)는 전압 조정기(54)와 케이블(12)사이에 위치된다. 스프레이 건 커넥터(44)의 리드 스위치(52)에 연결된 와이어(51)는 커넥터(44)가 스프레이 건 핸들(45)에 적절히 고정되어 있지 않거나 분리될 때 출력 전압을 억제하기 위해 전압 조정기(54)에 접속된다. 따라서, 케이블(12)과 스프레이 건(11)사이의 불완전한 접속으로 인한 스파크의 위험은 제거된다.
상기 원격조종 저 전압 전원(10)은 스프레이 건에 위치된 공기 작동 전원보다 몇 가지 이점을 갖는다. 우선, 스프레이 건의 무게가 현저하게 감소됨에 따라 조작자의 손과 손목 그리고 팔에 의해 발생할 수 있는 변형을 줄인다. 스프레이 건과 대체 스프레이 건에 대한 유지비용을 줄인다. 또한, 공기 터빈(17)과 발전기(26)의 회전에 의해 발생된 진동들은 스프레이 건(11)으로부터 분리되어 조작자의 손에 전달되지 않는다. 원격조종 전원 서플라이(10)는 폭발에 대한 위험의 증가없이 분무하는 동안 페인트 분무실이나 항공기 행어같은 유해 지역에서 사용하기에 적합하다.
다양하게 변형된 실시예들과 변경들은 다음 청구항들의 범위로부터 이탈함이 없이 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원의 위에 설명한 양호한 실시예를 만들 수 있다는 것으로 평가될 것이다.

Claims (7)

  1. 상기 하우징 개구를 통해 돌출한 단부가 있는 축을 갖는 발전기,
    상기 발전기를 둘러싸는 밀봉된 폭발 방지 하우징,
    상기 하우징의 외부에 위치되며, 상기 발전기에 전력을 발생시키기 위해 발전기 축을 회전시키도록 접속된 공기 터빈 및,
    상기 공기 터빈이 발전기를 구동시킬 때 예정된 저전압 출력을 발생시키는 하우징의 회로 소자를 포함하며;
    상기 축과 상기 하우징 개구는 0.008in 이하의 직경 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 터빈은 상기 하우징으로부터 이격되고 상기 하우징으로부터 연장한 다수의 브래킷에 고착되고, 상기 공기 터빈은 상기 돌출한 발전기 축 단부에 일직선으로 정렬되는 구동 축을 갖고, 상기 돌출한 발전기 축 단부에 상기 공기 터빈 축 단부를 커플러(coupler) 접속하는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 하우징은 제 1 및 제 2 나사형 단부 개구를 갖는 관부를 포함하고, 상기 제 1 나사형 단부 덮개는 상기 제 1 나사형 단부 개구에 결합하고, 제 2 나사형 단부 덮개는 상기 제 2 나사형 단부 개구에 결합하는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 하우징 개구는 상기 제 1 단부 덮개에서 중심에 위치되고, 상기 제 1 단부 덮개에 상기 에어 터빈을 장착시키기 위해 상기 브래킷이 상기 제 1 단부 덮개에 부착되는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 단부 덮개에 밀봉되고 이를 통해 연장한 제 1 단부를 갖고 정전기적인 페인트 어플리케이터에 접속하기 위해 적용된 제 2 단부를 갖는 저전압 케이블을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하우징에 장착되고 저전압 출력의 크기를 설정하는 회로에 연결되고, 상기 제 2 단부 덮개의 개구를 통해 돌출한 축을 갖는 전위차계를 부가적으로 포함하고,
    상기 전위차계 축과 제 2 단부 덮개 개구는 0.008in 이하인 직경 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 제 1 및 제 2 나사형 단부 개구를 갖는 관부를 포함하고, 제 1 나사형 단부 덮개는 상기 제 1 나사형 단부 개구에 결합하고, 제 2 나사형 단부 덮개는 상기 제 2 나사형 단부 개구에 결합하는 것을 특징으로 하는 정전기적인 페인트 어플리케이터를 위한 원격조종 전원.
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