超声雾化器中用于防止堵塞的可翻转喷嘴的制作方法

本公开涉及高容量涂覆设备，且更具体地涉及具有喷嘴连接器的雾化器和操作高容量涂覆设备的方法。

背景技术：

本章节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

在高容量生产环境中用涂料(例如，底漆、底涂料、透明涂料等)涂覆机动车辆(例如，车架、车身、面板等)涉及不仅用于施加和控制涂料，而且也用于捕获过喷的设备的大量资金成本。过喷可能高达离开施加器的涂料的40％，或者换句话说，购买和施加的涂料中高达40％被浪费(即，转移效率为～60％)。捕获过喷的设备涉及构造油漆车间(包括通过喷漆室减少过喷的大型空气处置系统，在喷漆室地面下流动以捕获过喷的连续水流的构造，过滤系统和消减以及其他)时的大量资金支出。此外，操作设备的成本很高，因为必须调节流经喷漆室的空气(以大于每分钟200,000立方英尺流动)，必须维持水的流动，必须供应压缩空气，并且采用复杂的静电学来提高转移效率。

利用已知的生产设备，通过喷嘴来雾化液体涂料，所述喷嘴包括旋转钟状物，所述旋转钟状物基本上是以每分钟约20,000-80,000转自旋的旋转盘或碗。液体通常从旋转盘的面上的环形槽中射出，并经由离心力被推向钟状物的边缘。然后液体形成丝线并且接着在钟状物的边缘形成液滴。尽管该设备用于其预期目的，但由于其设计而出现各种问题。首先，液体涂料的动量大部分是横向的，这意味着它在平行于车辆的方向上而不是朝向车辆移动。为了补偿这种移动，施加成形空气以将液滴朝车辆重新引导。此外，使用静电学来使液滴朝车辆转向。液滴具有相当宽的尺寸分布，这可能导致外观问题。

超声雾化雾化是产生具有窄尺寸分布的液滴的有效方式，所述液滴具有垂直于施加器表面(例如，朝向车辆的表面)的液滴动量。然而，用于超声雾化雾化的小孔隙尺寸可能变得被供应的液体中的碎屑或不均匀的或固体添加剂(诸如混合在油漆的液体底涂料中的金属薄片)堵塞。堵塞的孔隙可能导致涂料分布不均匀，并增加停工时间以清洁喷嘴。

本公开解决了与传统的高容量生产喷漆室操作相关联的这些问题。

技术实现要素：

本章节提供对本公开的一般概述，并且不是本公开的全部范围或其所有特征的全面公开。

在一种形式中，用于雾化器的喷嘴包括板、压电致动器、主体和连接器。所述板限定孔隙。所述致动器被配置为使所述板振荡。所述主体支撑所述板。所述连接器被配置为在第一定向上和在第二定向上将所述主体可翻转地安装到所述雾化器。在所述第一定向上，流体沿着第一轴向方向通过所述孔隙离开所述喷嘴。在所述第二定向上，流体沿着相反的轴向方向通过所述孔隙离开所述喷嘴。在本公开的多种替代形式中：所述板设置在所述主体的相对的轴向端部之间的大致中途处；所述板沿着所述喷嘴的所述第一轴向方向和第二轴向方向是对称的；所述连接器包括螺纹，所述螺纹被配置为啮合所述雾化器上的配合螺纹；所述致动器被配置为响应于由所述致动器接收的电信号而使所述板在所述第一轴向方向和所述第二轴向方向上振荡；所述致动器围绕所述板设置；所述致动器与所述板一体地形成；所述板是以阵列联接到所述主体的多个板中的一者，每个板限定至少一个孔隙；所述板限定多个孔隙；所述连接器是快速连接型连接器；当所述喷嘴处于所述第一定向时，所述雾化器、所述主体和所述板的第一侧协作以限定储存器，并且其中当所述喷嘴处于所述第二定向时，所述雾化器、所述主体和所述板的相对侧限定所述储存器。

在另一形式中，用于施加涂料的雾化器包括基部和喷嘴。所述喷嘴被配置为从所述基部接收流体。所述喷嘴包括连接器，所述连接器被配置为在第一定向上和在第二定向上与所述基部配合。在所述第一定向上，流体通过所述喷嘴的孔隙沿着通过所述孔隙的第一轴向方向离开所述雾化器。在所述第二定向上，流体沿着相反的轴向方向通过所述孔隙离开。在本公开的多种替代形式中：所述喷嘴包括主体和板，所述连接器联接到所述主体，所述板联接到所述主体并限定所述孔隙，所述板被配置为使所述孔隙相对于所述主体振荡；所述喷嘴还包括压电致动器，所述压电致动器被配置为响应于由所述致动器接收的电信号而使所述板相对于所述主体振荡；所述雾化器还包括机械臂，所述基部安装在所述机械臂上以随其移动；所述雾化器包括联接到所述基部的多个所述喷嘴。

在又一形式中，将涂料施加到工件的方法包括：将流体从基部提供到安装在所述基部上的喷嘴；使所述喷嘴的板振荡以使所述流体沿着第一轴向方向穿过所述板中的孔隙流动到所述工件上；相对于所述基部翻转所述板的定向；以及使所述板振荡，使得流体沿着相反的轴向方向流过所述孔隙。在本公开的多种替代形式中：所述方法还包括检测所述流体的压力，基于所述流体的所述压力的变化而确定所述孔隙中存在阻塞，以及响应于确定所述孔隙中的所述阻塞，相对于所述基部翻转所述板的所述定向；所述方法还包括在将不同的流体从所述基部提供到所述喷嘴之前，相对于所述基部翻转所述板的所述定向；所述方法还包括在涂覆不同的工件之前翻转所述板的所述定向。

进一步适用领域将从本文中提供的描述变得显而易见。应理解，描述和特定示例旨在仅用于说明的目的，而无意限制本公开的范围。

附图说明

为了可以较好地理解本公开，现在将参照附图通过示例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：

图1是根据本公开的教导的示例性涂料喷涂系统的平面图；

图2示意性地示出了根据本公开的教导的具有微型施加器阵列的图1的喷涂系统的施加器的平面图；

图3示意性地示出了图2的施加器的一部分，其示出了微型施加器中的一者；

图4示意性地示出了图3中的截面4-4的侧截面视图，其示出了根据本公开的教导的可翻转喷嘴；

图5示意性地示出了类似于图4的侧截面视图，其示出了根据本公开的教导的第二构造的可翻转喷嘴；

图6示意性地示出了根据本公开的教导的具有可翻转喷嘴的第二构造的施加器的侧截面视图，所述施加器具有微型施加器阵列；以及

图7示意性地示出了根据本公开的教导的操作可翻转喷嘴施加器的方法的流程图。

本文中描述的附图仅用于说明的目的，而无意以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并且无意对本公开、应用或用途进行限制。应理解，贯穿各附图，对应的附图标记指示相似或对应的部件和特征。提供示例以向本领域技术人员完全传达本公开的范围。阐述众多特定细节，诸如特定组件的类型、装置和方法，以提供对本公开的变型的透彻理解。对于本领域技术人员来说将显而易见的是，不需要采用特定细节，并且本文中提供的示例可以包括替代实施例，并且无意限制本公开的范围。在一些示例中，并不详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。

本公开提供了用于在高产量环境中控制对机动车辆施加油漆的多种装置、方法和系统，其减少过喷并提高油漆的转移效率。应当理解，对机动车辆的提及仅仅是示例性的，并且也可以根据本公开的教导对涂油漆的其他物体(诸如工业设备和器具以及其他)涂油漆。此外，“油漆”或“涂油漆”的使用不应被解释为限制本公开，并且因此其他材料(诸如涂料、底漆、密封剂、清洁溶剂以及其他)应被理解为落入本公开的范围内。

通常，本公开的教导是基于液滴喷雾产生装置，其中穿孔隔膜由压电换能器驱动。该装置及其变型在美国专利no.6,394,363、7,550,897、7,977,849、8,317,299、8,191,982、9,156,049、7,976,135、9,452,442和美国公开申请no.2014/0110500、2016/0228902和2016/0158789中进行了描述，所述专利和公开申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

现在参照图1，示意性地示出了用于使用机械臂4对部件p涂油漆的喷漆系统2。机械臂4联接到至少一个材料施加器10和机架5。包括材料源8(例如，油漆源)并且材料源8包括至少一种材料m(图1所示的材料m1、m2、m3、…mn；本文中也简称为“材料m”)。在本公开的一些方面，至少一种材料m包括不同的油漆材料、不同的粘合剂材料、不同的密封剂材料等。臂4根据xyz坐标相对于机架5移动，使得材料施加器10移动跨过部件p的表面(未标记)。而且，电源6被配置为向臂4和机架5供电。臂4和机架5被配置为将材料m从材料源8供应到材料施加器10，使得将涂料施加到部件p的表面。

参照图2，示意性地示出了根据本公开的教导的材料施加器10或雾化器。在本公开的一种形式中，材料施加器10包括具有施加器阵列102的阵列主体100或喷嘴，施加器阵列102包括多个微型施加器110或子喷嘴。在本公开的一些方面，具有施加器阵列102的阵列主体100定位在基部140上。在一种配置中，基部140支撑在铰接的机械臂4(图1)的端部。在另一配置中，基部140由喷杆(未示出)支撑，该喷杆可以是固定的或者可以相对于衬底s(图4所示)在一个、两个或三个维度上移动。微型施加器110中的每一者包括多个孔隙112，材料m(图4)经由孔隙112被射出，从而提供材料的雾化液滴3(图4)。如上所述，材料m(图4)通常是液体材料(例如，底漆、底涂料、透明涂料等)，但可以任选地包括散布的固体，诸如金属微粒或其他颗粒，以提供特定的美学外观。微型施加器110可以以任何布置进行布置，诸如跨越阵列主体100的规则或不规则图案。

参照图3和图4，微型施加器110中的每一者包括喷嘴主体116、微型施加器板114和致动器120。每个微型施加器板114限定延伸穿过微型施加器板114的多个孔隙112。致动器120可以是诸如压电材料的换能器。微型施加器板114与致动器120机械连通，使得致动器120的激活(例如，向致动器120提供电力)使微型施加器板114振动或振荡，如图4中的水平(z-方向)双头箭头示意性地示出。

在所提供的示例中，阵列主体100包括对应于每个微型施加器110的材料入口136。阵列主体100包括后壁131和圆柱形侧壁132，使得用于容纳材料m的储存器134设置在后壁131与微型施加器板114之间。在所提供的示例中，后壁131、侧壁132、喷嘴主体116的一部分和微型施加器板114的面向后壁131的侧面协作以限定储存器134。入口136与储存器134流体连通，使得材料m流动通过入口136并流入至储存器134中。在所提供的示例中，致动器120定位在微型施加器板114与喷嘴主体116之间，使得喷嘴主体116支撑致动器120并且致动器120支撑微型施加器板114。例如，致动器120可以定位在微型施加器板114的外边缘表面115与喷嘴主体116的内表面133之间。在一种配置中，致动器120是围绕微型施加器板114设置的环形形状。在未具体示出的另一配置中，致动器120可以与微型施加器板114一体地形成，使得向微型施加器板114供电使板114振荡。在所提供的示例中，控制模块164与致动器120电通信以向致动器120提供电力并控制致动器120的操作。

仍然参照图4，材料m以非常低的压力或无压力供应到储存器134，使得除非致动器120被激活并振荡，否则材料m的表面张力阻止材料m流过微型施加器板114的孔隙112。也就是说，当致动器120被激活并振动时，材料m通过和/或从多个孔隙112射出，以提供雾化液滴3的流5。雾化液滴3的流5通常平行于微型施加器轴2'传播，并在衬底s的表面s'上形成涂层c。衬底s可以是任何合适的工件，诸如例如车辆部件、车架或车身。如图4中示意性地示出，雾化液滴3具有窄的液滴尺寸分布(例如，平均液滴直径)。在所提供的示例中，颗粒或碎屑138(诸如固体碎屑或大金属薄片)被定向成使得其阻塞孔隙112中的一者。碎屑138可以抑制或防止材料m从该孔隙112中射出，这可能导致涂层c变得不是最佳分布的。

喷嘴主体116还包括连接器。在所提供的示例中，喷嘴主体116是圆柱形主体，并且连接器包括围绕喷嘴主体116的径向外表面设置的外螺纹142。螺纹142被配置为与围绕阵列主体100的内壁132设置的内螺纹146配合。螺纹被配置为使得喷嘴主体116可以可翻转地连接到阵列主体100。换句话说，喷嘴主体116可以从阵列主体100拧出，转向，使得微型施加器板114的相对侧面向后壁131，并且接着拧回到阵列主体100中。在所提供的示例中，螺纹142和配合螺纹146形成流体紧密密封。在未具体示出的替代配置中，可以使用单独的密封件(例如，o形环、垫圈、面密封件等)来将喷嘴主体密封到阵列主体100。

喷嘴主体116包括多个抓握特征，所述多个抓握特征被配置为准许工具(未示出)易于抓握喷嘴主体116并使喷嘴主体116相对于阵列主体100旋转。在所提供的示例中，抓握特征是矩形凹口150，矩形凹口150在直径上彼此相对，使得工具(未示出)的尖头可以收纳在凹口150内以使喷嘴主体116旋转。在所提供的示例中，微型施加器板114轴向地设置在喷嘴主体114的相对的轴向端部之间的中途处，并且喷嘴主体116关于由微型施加器板114限定的平面轴向对称。

当碎屑138堵塞孔隙112时，喷嘴主体116可以与阵列主体100拆开，翻转，并且然后重新连接到阵列主体100。然后，通过激活致动器120使得材料m将碎屑138推出，或者通过用从入口136供应的不同流体(例如，空气或清洁流体)冲洗孔隙112来将碎屑138从孔隙112中清除。

参照图5，示出了第二构造的材料施加器10'的横截面。除非本文中另外示出或描述，否则材料施加器10'类似于材料施加器10(图1至图4)。用带撇号的附图标记表示的特征类似于图1至图4中用类似的但不带撇号的附图标记示出和描述的特征，并且本文中仅描述了不同之处。材料施加器10'包括在喷嘴主体116'上的可翻转地连接到阵列主体100'上的配合连接器的连接器，其类似于喷嘴主体116和阵列主体100(图1至图4)，不同之处在于连接器是快速连接型连接器而不是配合螺纹。

在所提供的示例中，喷嘴主体116'包括凸的快速连接配件510，并且阵列主体100'包括凹的快速连接配件514。凸的快速连接配件510是可翻转的，使得其可以在任一轴向方向上与凹的快速连接配件514配合。在未具体示出的替代配置中，阵列主体100'包括凸的快速连接配件，并且喷嘴主体116'包括可翻转的凹的快速连接配件。

在所提供的示例中，凸的快速连接配件510包括围绕喷嘴主体116'周向地延伸的锁定凹槽518、第一密封表面522和第二密封表面526。凹槽518轴向地设置在两个密封表面522与526之间。密封表面522、526被配置为与围绕凹的快速连接配件514的内部设置的配合密封表面530接触并密封。凹的快速连接配件514包括多个锁定滚珠534，所述锁定滚珠534围绕凹的快速连接配件514周向地间隔开并且被配置为在锁定位置(示出)与解锁位置之间径向地移动。在锁定位置，滚珠534比在解锁位置时更大程度地径向向内延伸，并且可以被捕获在凹槽518内以啮合凹槽的肩部以防止凸的快速连接配件510轴向抽出。凹的快速连接配件514的套环538可沿着轴向方向移动，以准许或防止滚珠在锁定位置与解锁位置之间移动，这取决于套环538的轴向位置。虽然示出了一种特定类型的快速连接配件，但是可以使用其他类型。

参照图6，示出了第三构造的材料施加器10”的横截面。除非本文中另外示出或描述，否则材料施加器10”类似于材料施加器10(图1至图4)或10'(图5)。用带双撇号的附图标记表示的特征类似于图1至图4中用类似的但不带撇号的附图标记或图5中用类似的但带撇号的附图标记示出和描述的特征，并且本文中仅描述了不同之处。

阵列主体100”包括被配置为可翻转地连接到基部140”上的配合连接器的连接器。在所提供的示例中，连接器包括围绕阵列主体100”的径向外表面设置的外螺纹610，外螺纹610被配置为与基部140”上的内螺纹614配合。螺纹610、614被配置为使得阵列主体10”可以从基部140”拧下，转向直到阵列主体100”的相对侧面向基部140”为止，接着拧回到基部140”中。虽然示出了螺纹，但是连接器可以是其他类型的可翻转连接器，诸如类似于图5中所示的快速连接。虽然材料m被示出为从公共入口136”提供给所有微型施加器110”，但是每个微型施加器110”可以从个别入口(未示出)接收材料m。微型施加器110”可以是不可相对于阵列主体100”翻转的，或者可以各自可翻转地联接至上文参照图1至图5示出和描述的阵列主体100”。

参照图7，以流程图格式示出了操作施加器以将涂料施加到衬底的方法710。该方法可以与施加器10、10'或10”(图1至图6)中的任一者一起使用，以阻止碎屑堵塞施加器。在步骤714处，将涂料材料(例如，材料m)诸如从入口136、136'或136”提供给施加器的喷嘴。方法710进行到步骤718，在步骤718处向喷嘴的致动器提供电力以使微型施加器板振荡并将材料的液滴从微型施加器板的孔隙朝向衬底射出，直到达到所需涂料厚度为止。

然后方法710进行到步骤722，在步骤722处翻转微型施加器板中的一者或多者的定向，使得材料将在相反方向上流过微型施加器板中的孔隙。在一种配置中，响应于检测到阻塞而翻转微型施加器板的定向。

根据本公开的一个方面，当储存器内或喷嘴上游的向喷嘴供应材料的导管内的压力变化时，确定阻塞已经发生。例如，压力可以由压力传感器160、160'、160”(图4至图6所示)检测到，并且由传感器160、160'、160”检测到的压力可能由于微型施加器板的一个或多个孔隙被阻塞而增大。传感器160、160'、160”与控制模块164、164'、164”(图4至图6所示)通信，控制模块164、164'、164”可以向操作者指示微型施加器板需要翻转和/或控制模块164、164'、164”可以移动施加器以自动翻转微型施加器板的定向而不需要操作者的输入。例如，控制模块164、164'、164”可以控制机械臂4(图1)和/或其他对应工具以自动翻转微型施加器板定向。

根据本公开的另一方面，控制模块164、164'、164”可以被配置为在完成特定涂覆过程后自动翻转喷嘴定向。例如，控制模块164、164'、164”可以控制机械臂4(图1)和/或其他对应工具，以在需要不同的涂料流体材料或不同的涂料颜色时或在完成每一车辆的涂覆后自动翻转微型施加器板的定向。控制模块可以被配置为无论是否检测到阻塞都翻转喷嘴，以便定期清除任何阻塞。

可以通过如图4和图5所示翻转个别喷嘴主体或者通过如图6所示翻转整个阵列主体100”来翻转微型施加器板。

方法710可以任选地进行到步骤726。在步骤726处，在进行到步骤730之前，通过用空气和/或清洁流体冲洗喷嘴来将阻塞物从微型施加器板射出。

在步骤722之后或在任选步骤726之后，方法进行到步骤730，在步骤730处将流体材料(例如，更多材料m，或不同的涂料材料，诸如不同颜色或透明涂料)提供到喷嘴。

方法接着进行到步骤734。在步骤734处，向致动器提供电力以使微型施加器板振荡并将材料喷向工件。如果在翻转定向之后没有冲洗喷嘴，则当致动器使微型施加器板振荡时仍然会清除阻塞物，因为流体涂料材料将会将阻塞物射出。由于可以在没有任选步骤730的情况下在步骤734处清除阻塞，所以省略步骤730可以节省时间并减少所用材料的量，因为不需要冲洗供应管线以清除阻塞。

如本文中所使用的，短语a、b和c中的至少一者应该被解释为使用非排他性逻辑或表示逻辑(a或b或c)，并且不应该被解释为表示“a中的至少一者、b中的至少一者，以及c中的至少一者。

除非另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大致”修饰。出于包括工业实践、制造技术和测试能力的各种原因，需要这种修饰。

本文中使用的术语仅用于描述特定示例形式的目的，并且不旨在具有限制性。除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也可旨在包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括性的并且因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非具体识别为执行顺序，否则本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应解释为必定需要以所讨论或所示的特定顺序执行。还应理解，可以采用额外或替代的步骤。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的示例旨在落入本公开的范围内。此类示例不应被视为脱离本公开的精神和范围。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得显而易见。

根据本发明，提供一种用于施加涂料的雾化器，所述雾化器具有基部；以及喷嘴，所述喷嘴被配置为从所述基部接收流体并且包括连接器，所述连接器被配置为在以下定向上与所述基部配合：第一定向，其中所述流体通过所述喷嘴的孔隙沿着通过所述孔隙的第一轴向方向离开所述雾化器；以及第二定向，其中流体沿着相反的轴向方向通过所述孔隙离开。

根据一实施例，所述喷嘴包括主体和板，所述连接器联接到所述主体，所述板联接到所述主体并限定所述孔隙，所述板被配置为使所述孔隙相对于所述主体振荡。

根据一实施例，所述喷嘴还包括压电致动器，所述压电致动器被配置为响应于由所述致动器接收的电信号而使所述板相对于所述主体振荡。

根据一实施例，上述发明的特征还在于机械臂，所述基部安装在所述机械臂上以随其移动。

根据一实施例，所述雾化器包括联接到所述基部的多个所述喷嘴。