专利名称：旋转喷雾器的雾化杯的制作方法
技术领域：
本发明与旋转雾化液体喷涂设备有关，具体地说，与一种具有一个雾化杯的旋转喷雾设备有关，这种喷雾设备基本上消除了在从这个雾化杯喷出的雾化涂层微粒中残存空气的现象。
旋转喷雾器是一种工业上用来将雾状液体涂料喷涂到基体上的设备。这种设备通常包括一个雾化杯、一个使雾化杯高速旋转的发动机、和一个馈送给雾化杯的液体涂料(如油漆)源，在某些应用中还包括一个对雾化的油漆微粒供给静电荷的高压电源。液体涂料送到雾化杯内侧，在离心力的作用下沿雾化杯内壁流动。当涂料流到雾化杯的边缘亦即雾化杯时，涂料就被径向向外甩出，形成雾状微粒，近些年来，为了将一般不易喷成雾状的液体涂料有效雾化，和增加能用单个旋转喷雾器雾化的涂料量，倾向于将雾化杯的转速提高到每分钟10，000到40，000转的量级，甚至更高。
上述这种旋转喷雾器所遇到的一个问题是在雾化的涂料微粒中会有泡沫或气泡产生，特别是在高速旋转时。雾化的微粒中存有泡沫或气沫会使涂在基体上的涂层具有外观粗糙和/或破坏基体表面光泽的缺陷。理论上说来，这些缺陷是由于至少在某些雾化涂料微粒中有截留空气生成而引起的，因为截留空气会使这些微粒起泡。
这个问题在美国专利No、4，148，932和4，458，844所推出的高速旋转喷雾器中已经有所涉及。这二个专利所推出的旋转喷雾器具有一个钟形的雾化杯，在这个雾化杯上靠近周缘处开有一组径向的槽，槽深随涂料沿雾化杯内表面流动方向逐渐增加。这些槽将原来在雾化杯内表面上大体呈连续薄层的涂料流分割成一股股独立的细流。且已证明，这种独立细流雾化比较容易，在雾化的微粒中也不会形成截留空气，因此在目的基体上可以形成更为满意的涂层。
美国专利No.4，148，932和4，458，844所推出的设备中存在一个问题，那些径向槽减弱了雾化杯周缘的结构整体性。结果，这种雾化杯在使用期间比较容易损坏。这类设备的另一个问题是不能完全将涂料分离成一股股独立的细流，特别是在涂料流率较高的情况下。如在美国专利No.4，148，932和4，458，844中所推出的雾化杯的这种结构会在相邻的径向槽之间的雾化杯内表面上形成一些与雾化杯表面的涂料流处于相同平面的区域。当有许多涂料流入径向槽分离成细流时，其中某些涂料可能还会继续沿雾化杯内表面的这些槽与槽之间的区域流动，从而干扰了将涂料分离成一股股独立的细流进行雾化。
压力损耗是在上述美国专利No.4，148，932和4，458，844所介绍的旋转喷雾器中可能会出现的第三个问题。随着涂料沿雾化杯内表面朝其周缘运动，涂料受到的离心力增大。当涂料从雾化杯的雾化唇甩出时发生压力突降，使涂料雾化，因此这种雾化的有效性至少部分取决于将涂料保持在高压直至雾化唇的情况。由于雾化杯在雾化唇上游处开了一些槽，因此在涂料从雾化唇喷出前有压力损耗，这对雾化是不利的。
因此，本发明的目的是推出一种用于旋转喷雾设备的可旋转钟形雾化杯，这种雾化杯可以有效地减少、甚至消除雾化涂料微粒间截留的空气或气泡，並且具有坚固的结构。
这些目的是通过在旋转喷雾设备中采用这样一种钟形雾化杯来实现的。这种雾化杯的壁大体呈截顶锥形，有一个外表面和一个内表面，内表面含有一个延伸到环状雾化唇的涂料导流表面。液体涂料(如油漆)送到雾化杯的这个内导流表面上，在离心力的作用下沿内导流表面朝雾化唇流动。有一组凸棱从雾化杯的内导流表面上径向向外凸起，直至雾化杯雾化唇上游。这些凸棱沿雾化杯周边间隔地排成环状为沿雾化杯内表面流动的涂料提供在凸棱之间流动的通路，使得涂料在到达雾化唇前分制成一股股独立的细流。这些涂料流从雾化杯的雾化唇甩出，形成基本上没有气泡的雾化微粒，喷在基体表面，就可得到满意的涂层。
因此，本发明的基本思想是通过在相邻的与雾化杯内表面整体成形的或连接到雾化杯内表面上的径向向外凸出的凸棱之间的间隙的作用将沿雾化杯内表面流动的涂料流分割成一股股独立的细流。这些独立的细流在雾化杯的内表面和雾化唇上从相邻凸棱之间经过一段很小的轴向间隔被轴向地导引到雾化唇。並已证明，当这些独立的细流流经这个轴向间隔而尚未从雾化杯的雾化唇甩出时受到离心力的作用，至少会被压得扁了一些，呈带状的椭园形。这种形状的细流就比较容易雾化成不含截留空气的微粒。
在所推荐的实例中，每个凸棱都有一个弧形的内侧面、一个斜角的外侧面、和一个邻接在内、外侧面之间离雾化杯内表面的径向距离大致为0.015英寸的顶面。相邻凸棱间的间隔最好大致为0.010英寸，而每个凸棱的厚度大致为0.020英寸。此外，每个凸棱离雾化杯的雾化唇大致0.007英寸，在本发明所推荐的实例中雾化唇呈凸弧形。
就本发明的另一个方面来看，並已发现由于离心力的作用，在旋转的雾化杯的外表面上会生成部分真空，该真空往往导致朝雾化杯外表面回抽雾化的涂料，特别是在高速旋转的情况下。除了会使不希望的涂料附着到旋转喷雾设备的前部以外，该真空还会破坏喷涂在基体上的涂料的图案。在所推荐的实例中，有气流引到雾化杯的外表面上，吹向雾化杯外周边缘，这就有效地消除了这个真空，防止涂料反向流到雾化杯的外表面上。
本发明所推荐的实例的结构、工作情况和优点在结合以下附图进行说明以后就会更加清楚，在这些附图中
图1为采用本发明雾化杯的旋转喷雾设备前部的剖视图;
图2为雾化杯局部放大图，示出了安装在雾化杯内表面上径向向外凸出的凸棱的情况;
图3为一个图2中所示的凸棱的侧视图;
图4A为雾化杯周边区的局部剖视图，示出了在相隔开的凸棱之间的涂料情况;
图4B示出了从相邻的凸棱之间流出的涂料细流在雾化以前的情况;以及图5为与图1类仪的局部透视图，示出了将空气引导到雾化杯外表面上的结构。
图1和图5示出了具有在瓦克欧(Wacker)等人的美国专利申请No.07/503，310(1990年3月30日提出申请)中所提出的那种型式的旋转喷雾器10的前部，该专利为本发明受让人所拥有，在此纳入参考。图中未示出的旋转喷雾器10的那部分结构不属于本发明内容，在此不作说明。
旋转喷雾器10上安装了一个具有锥形中心凹口14的顶盖组件12，旋转喷雾器的头也就是雾化杯16伸出顶盖组件12。在凹口14的壁与雾化杯16的外表面之间形成了一个大体环形的间隙，也就是气流通道17。雾化杯16(以后将作详细说明)有一个可用螺纹紧固到具有截顶锥形部22的轴20上的基座18。轴20从带动雾化杯16高速旋转的发动机24伸出。发动机24最好是一个空气驱动型涡轮机，它包括一些内空气轴承、一个驱动空气进气口和一个制动空气进气口，以便控制雾化杯16的转动，这些部件都是在该技术领域中所熟悉的，因此不属于本发明。发动机24安装在最好用不导电的材料制成的发动机机壳26内。发动机机壳26的前端28由螺钉30紧固到顶盖组件12上。定位销31在开在发动机机壳26的前端28上和顶盖组件12上的定位孔中，保证在组装前将这二个部件正确对准。
发动机24上还加工了一个横贯整个发动机24和轴20的孔32。在这个孔32内装有一根涂料馈送管34。管34的一端36与雾化杯16的内部相通，装有一个喷嘴38。馈送管34最好由一个用诸如不锈钢那样的硬材料制成的第一部分40和一个用非导电材料制成的第二部分42组成。第一部分和第二部分40、42上最好套上一层热缩套管44。轴20从发动机24后部伸出，固定到涡轮叶片上(未示出)，而雾化杯16则是固定在伸出发动机24前部的轴20上，如前所述。
顶盖组件12有一块与发动机机壳26的前端28贴合的大体园形的平板46，用上面提到过的定位销31，在这前端28上定位。一块不导电的盖板48用一组埋头螺钉50固定在平板46上。盖板48有一个与一组小气口54相交的环形槽52，每个小气口54基本上都与馈送管34的轴平行。槽52与一个穿过发动机机壳26的前端28和顶盖组件12的平板46的气道53相通，如图5所示。压缩空气通过气道53送入环形槽52，从气口54喷出，形成一组空气射流，这有助于形成和推进从雾化杯16甩出的涂料喷雾，这在下面还要加以说明。此外，发动机机壳26和平板46上还分别开有通道55、57，用来将溶剂送到雾化杯16的外表面，使之保持清洁。
在这个所推荐的实例中，雾化杯16是由基座18和大体呈截顶园锥形的端帽56构成的。基座18通过螺纹拧在发动机24的轴20上，可以拆卸，而端帽56则通过螺纹拧在基座18上，也可以拆卸。端帽56的内部装有一块隔板58，隔出一个前杯腔60和一个后杯腔62。装在馈送管34上的喷嘴38处在容纳从喷嘴38送出的涂料的后杯腔62内。在所实例中，隔板58的形状大体象一个园盘，它的前面向中心部分内凹。隔板58的周边部分，在背面与后杯腔62的内表面64相接，而在前面与一个由前杯腔60的内表面形成的涂料导流面66相接。这个导流面66延伸到一个通常是凸拱形的雾化缘68，在这下面将要详细加以说明。
隔板58的周边有一组沿园周分布的孔70。这些孔70的入口邻接后杯腔62的内表面64，而出口则邻接前杯腔60中的涂料导流表面66，从而构成了使大部分从喷嘴38进入后杯腔62的液体流到部分环绕前杯腔60的涂料导流表面66的导流通路。此外，隔板58的中心部分有一个使后杯腔62与前杯腔60相通的中心口72。最好，口72由四个独立的园周分布的孔73组合而成，这四个孔73在靠近隔板58的前面处相交，但偏离馈进管34的轴，使得从喷嘴38送来的涂料不直接注入中心口72。然而，喷雾器10在使用时，有些涂料会通过中心口72沿隔板58的前面流动，使这个表面保持湿润，否则的话，就会使任何后向喷雾可以积累在这个表面上变干。
现在参照图1-4来说明本发明的一个重要方面。在雾化缘68正上游的前杯腔60的涂料导流表面66上安装或整体加工了一组凸棱74。这些凸棱74从导流表面66径向向外凸出，最高高度大约为0.015英寸。凸棱74环形地分布在前杯腔60的整个周边区域，相邻凸棱74之间的距离85为0.010英寸左右。如图2和图3所示，每个凸棱74有一个半径约为0.015英寸的弧形后侧面76、一个其前端80处在涂料导流表面66上的斜角前侧面78、和一个处在弧形内侧面76和斜角外侧面78之间的外表面82。每个凸棱74的斜角外侧面78的前端80离雾化缘68约0.007英寸，在这之间沿导流表面66形成一个轴向间隔79。每个凸棱74的轴向总长度(从后侧面76至前端80)大约为0.080英寸。在这个所推荐的实例中，每个凸棱74的外表面82相对导流表面66径向向内倾斜的角度α大致为23°，如图3所示。外表面82这种径向向内倾斜使得从其后端至前端的垂直高度差大致在0.010至0.016英寸的范围内。外侧面78朝涂料导流表面66径向向内倾斜的角度β近似为48°。凸棱74的外侧面78这种倾斜使得从其后端到在涂料导流表面66上的前端的垂直高度差大致在0.030至0.040英寸的范围内。最好，每个凸棱74的厚度或者说园周宽度81(如图2所示)大致为0.020英寸。
如前所述，某些旋转喷雾设备遇到所产生的涂料雾化微粒含有一些气泡的问题。这会在基体表面形成泡沫，结果便产生一个如前所述的粗糙或者是不能令人满意的表面涂层。环形分布的凸棱74的作用是将沿前杯腔60的涂料导流表面66流动的涂料分割成一股股独立的细流84。这些细流84保持在与导流表面66相同的平面内，避免了压力的降落，並且这些细流84在雾化时不会形成气泡。见图2和图4A。
这些独立的细流84是由相邻凸棱74间的间隙85形成的。这些凸棱74处在前杯腔60最外端上形成的环形雾化缘68的上游。由于相邻凸棱74间的间隙85的作用，这些独立的涂料细流84从雾化杯16的导流表面66沿凸棱74形成的壁向外延伸一段给定的距离而径向充斥的距离则取决于雾化杯16中涂料的流率和雾化杯16的转速。如上面所提及，每个凸棱74的最前端80到雾化缘68的轴向间隔79大约为0.007英寸。已经发现，在凸棱74和雾化缘68之间的间隔79使得离心力可以作用在从相邻凸棱74之间流出但尚未从雾化缘68甩出的独立细流84上。离心力至少将细流84顶着导流表面66压得扁一些，形成带状、通常呈椭圆形的细流88，这些椭园形细流88相对导流表面66的径向高度比在凸棱74之间的细流84要小一些(见图4B)。然后这些压扁的或成椭园形的细流88从雾化唇68向外甩出。並已证明，这样的细流88雾化时基本上在雾化的微粒中不会形成使基体上可能产生如前所述的表面缺陷的截留气泡。
现在参照图5说明本发明的另一个方面。並已证明，由于雾化杯16的旋转，特别是高速旋转，在雾化杯16与顶盖组件12的凹口14的壁之间的导流通道17中会产生部分真空。这部分真空会造成围绕雾化杯16的外周边朝平板46将雾化的涂料微粒回抽到顶盖组件12的外部表面上。这种雾化微粒的反向流动也破坏或干扰了从顶盖组件12的盖板48上的气口54吹出的成图空气，结果使得喷在基体上的涂料图案不能令人满意。
为了消除这真空，发动机机壳26的前端28上加工了一个环形槽90，这个环形槽90与一组开在一个位于发动机机壳26前端28前面上的环94上的槽口(即气口)92相通。环形槽90由气道96通过接头98接到诸如涡轮机或发动机24的供气源或排气口(未示出)那样的压缩空气源上。这些槽口92的取向保证了将速度与发动机24的运行速度成正比的压缩空气流朝向盖板48的最前端射入在雾化杯16的外表面与凹口14的壁之间的导流通道17。在这个所推荐的实例中，盖板48的最前端102安装了一个径向向内伸展、具有尖顶101的环形凸缘100。由图5可见，凸缘100朝前向中心倾斜，成一定角度，使得凸缘100与雾化杯16外表面之间的间隙104在凸缘100的尖顶101处减至最小。最好，尖顶101与雾化杯16之间的这个最小间隙104在大致0.01至0.10英寸的范围内。
射入凹口14内的压缩空气流向前行进，凸缘100有效地将这些空气流引导到雾化杯16的外表面上，使这些空气流在盖板48前端得到加速。这具有消除可能在凹口14内形成真空或负压(特别是在雾化杯16高速旋转时)的作用，因此也就消除或至少减少了雾化涂料回流到雾化杯16的外表面的情况出现。由于减少或消除了雾化涂料的回流，从气口54喷出的成图空气可以基本不受阻碍地喷到从雾化杯16放出的雾化涂料上，因此即使在雾化杯16高速旋转的情况下也能控制喷到基体上的涂料的图案。
虽然上面参照一个所推荐的实例对本发明作了说明，但对于熟悉该项技术的人来说应该理解到进行各种改动和用一些等效部件来代替其中的部件都是可以的，这並不偏离本发明的基本范围。此外，也可以对本发明的一些技术进行许多修改，以适应具体情况或材料，这仍然属于本发明的本质范围之内。
例如，本发明的旋转喷雾器10可以是适用于对即将雾化的液体涂料充以电荷的静电型喷雾器。在这个实例中，通过接到一个或几个与顶盖组件12有关的充电电柱的高压电缆将高压加到旋转喷雾器上，使涂料充电。其方式在同授予本发明受让人的美国专利No.4，887，770中有所说明。该专利在此纳入参考。
因此，要说明的是本发明並不限于作为实现本发明的最佳模式进行说明的具体实例，本发明的专利范围将包括所有属于所附权利要求可提出的范围内的各种具体装置。
权利要求
1.一种用来雾化涂料的旋转喷雾器的雾化杯，该雾化杯具有一个可旋转的杯体，该杯体的壁有一个外表面和一个内导流表面面，内导流表面的顶端是一个雾化唇，所述杯体适合接受沿内导流表面朝雾化唇流动的涂料；一组均从内导流表面向外凸出的凸棱，这组凸棱间隔排列，将沿内导流表面流动的涂料分割成许多独立的细流，这些独立的涂料细流从杯体的雾化唇甩出，形成雾化的涂料微粒。
2.权利要求1所提出的旋转喷雾器的雾化杯，这种雾化杯还有沿杯体外表面将气流导向雾化唇的装置。
3.用来雾化涂料的设备，该设备具有一个顶盖组件，上面加工了一个规定的一个凹口的壁;一个具有一个外表面和一个适合接受涂料的内导流表面，该杯体装载在顶盖组件的凹口内，可以转动，使得在凹口壁与杯体外表面之间形成一个气流通道;将空气引入气流通道的装置;导流装置，用来将空气引到杯体的外表面上，以便基本上防止在气流通道内形成真空。
4.权利要求3所提出的设备，其中所述的导流装置是一个安装在顶盖组件上朝杯体外表面伸入到气流通道内的凸缘，该凸缘能有效地将在气流通道内流动的空气引导到杯体外表面上。
5.一种雾化涂料的方法，该方法是将涂料沿一个旋转雾化杯内表面导向该雾化杯的雾化唇;在雾化唇的上游将涂料分割成一些独立的细流后再沿雾化杯内表面将这些独立的细流引到雾化唇;从雾化唇排出这些独立的细流，形成雾化的涂料微粒。
6.权利要求5所提出的方法，其中分割涂料的这一步是将涂料分割成一些在从雾化唇排出前压力基本保持不变的独立的细流。
7.一种雾化涂料的方法，该方法是将涂料引入从一个旋转雾化杯内表面向外凸起的许多凸棱之间的间隙内，形成许多独立的涂料细流;将这些独立的细流向雾化杯的雾化唇发出，这样，在相邻凸棱的间隙之外这些独立的细流受到旋转着的雾化杯所产生的离心力的作用。将这些独立的细流从雾化杯的雾化唇甩出，形成雾化的涂料微粒。
8.权利要求7所提出的方法，其中发出这些独立的细流这一步是将这些独立的细流从处于雾化唇上游的相邻凸棱之间的间隙内排出，使得在从雾化唇甩出前旋转着的雾化杯可产生的离心力至少将这些独立的细流压得扁一些。
9.一种雾化涂料的方法，该方法是将涂料沿一个旋转雾化杯的内表面向前引向一个该雾化杯的雾化唇;将涂料分割成一些在从旋转雾化杯内表面向外凸起的一组凸棱之间形成的间隙内流动的独立的细流;将这些独立的细流沿内表面引到一个在凸棱的前端与雾化唇之间的导流区，在该导流区内旋转着的雾化杯所产生的离心力至少将这些独立的细流压得扁一些;将至少压扁了一些的独立的细流从雾化唇甩出，形成雾化的涂料微粒。
全文摘要
本发明推出一种用于旋转喷雾设备的钟形雾化杯。该雾化杯的大体呈截顶锥形的壁具有一个外表面和一个其端部与环形雾化唇相接的内导流表面。在雾化杯内导流表面上雾化唇的上游处形成一组径向向外起的凸棱。这些凸棱间隔地环状排列，将沿内导流表面流动的涂料在到达雾化唇前分割成许多独立的细流。这些细流受离心力作用压扁成椭圆形细流后从雾化唇甩出，形成基本不含气泡的完全雾化的涂料微粒。
文档编号B05D1/04GK1057410SQ91103648
公开日1992年1月1日 申请日期1991年6月1日 优先权日1990年6月22日
发明者丹尼斯·戴卫, 哈奥德D·毕姆 申请人:诺德森有限公司