Колоколообразная насадка для устройства электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления
Изобретение относится к колоколообразной насадке для устройства электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления. Колоколообразная насадка установлена на оси вращения устройства электростатического распыления. На поверхность растекания материала покрытия на внутренней поверхности колоколообразной насадки подается материал покрытия. Первый диапазон простирается от концевой части поверхности растекания материала покрытия до центральной части поверхности растекания материала покрытия. Первый диапазон является выпуклой искривленной поверхностью, обращенной к оси вращения. Концевая часть расположена ближе к ближнему концу колоколообразной насадки. Касательная к поверхности растекания материала покрытия в концевой части параллельна оси вращения. Второй диапазон, простирающийся от центральной части до края дальнего конца колоколообразной насадки, образован вогнутой искривленной поверхностью, обращенной к оси вращения. На выпуклой искривленной поверхности первого диапазона в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось вращения, нормальные составляющие центробежной силы, действующей на жидкую пленку материала покрытия вследствие вращения колоколообразной насадки, практически равны. Техническим результатом изобретения является минимизирование возникновения на поверхности растекания материала покрытия такого режима течения, который представляет собой спиральный поток или поток с разводами, и по всей окружности на краю дальнего конца колоколообразной насадки выбрасывается равномерное количество материала покрытия. В результате можно обеспечить меньший средний диаметр распыленных частиц покрытий, одновременно обеспечивая меньшее среднеквадратическое отклонение распределения частиц по диаметру. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к колоколообразной насадке для устройства электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления.
Уровень техники
[0002] В устройстве электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, используемом при нанесении среднего покрытия или нанесении верхнего покрытия в процессе окраски автомобильного кузова, известно, что по меньшей мере участок поверхности растекания материала покрытия внутренней поверхности колоколообразной насадки образован искривленной поверхностью выпуклой формы к оси вращения колоколообразной насадки, чтобы за счет этого способствовать образованию материалом покрытия мелкодисперсных частиц, что повышает эффективность нанесения покрытия (патентный документ 1).
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1. Публикация патента (Япония) 3557802
Документ уровня техники ЕР 1250961 А раскрывает центробежную распыляющую головку, содержащую основное тело центробежной распыляющей головки, снабженное монтажной выемкой на и по окружности внутренней периферийной поверхности, при этом втулка снабжена крышкой круговой дискообразной формы, множество ножек должны входить в зацепление с посадкой с монтажной выемкой втулки посредством упругой деформации, и зубчатые выемки обеспечены между соответствующими ножками. При нажиме на втулку по направлению к основному телу ножки входят с посадкой в монтажную выемку втулки, и втулка устанавливается в положение на основном теле. В этом собранном состоянии образуются подобные каналам проходы для краски между монтажной выемкой втулки и зубчатыми выемками, и кольцевой проход для краски образуется между внутренней периферийной поверхностью и крышкой.
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0004] Тем не менее, хотя колоколообразная насадка вышеописанного аналога придает материалу покрытия небольшой средний диаметр частиц, среднеквадратическое отклонение распределения частиц по диаметру является большим, и во время нанесения металлических материалов покрытия на высокой скорости выбрасывания/с широким рисунком иногда возникает проблема ухудшенной ориентации блестящих пигментов.
[0005] Задача изобретения заключается в том, чтобы предоставлять колоколообразную насадку для устройства электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, которая способствует образованию материалом покрытия мелкодисперсных частиц и которой может обеспечиваться меньший средний диаметр частиц при одновременном достижении меньшего среднеквадратического отклонения распределения частиц по диаметру.
Средство решения вышеуказанных проблем
[0006] Задача, лежащая в основе настоящего изобретения, достигается посредством колоколообразной насадки по независимому пункту 1. Предпочтительные варианты осуществления определены в соответствующих зависимых пунктах.
Настоящее изобретение разрешает вышеописанную проблему посредством выполнения поверхности растекания материала покрытия колоколообразной насадки со стороны ее ближнего конца в виде выпуклой искривленной поверхности к оси вращения, а со стороны ее дальнего конца - в виде вогнутой искривленной поверхности к оси вращения.
Преимущества изобретения
[0007] Со стороны ближнего конца колоколообразной насадки, на котором подается материал покрытия, жидкая пленка материала покрытия на поверхности растекания материала покрытия является более толстой, и преобладает сила инерции, получаемая посредством вращения колоколообразной насадки, тогда как со стороны дальнего конца колоколообразной насадки, с которого выбрасывается материал покрытия, жидкая пленка материала покрытия на поверхности растекания материала покрытия является более тонкой, и преобладает сила вязкости материала покрытия.
[0008] На основе этого открытия, в настоящем изобретении, поверхность растекания материала покрытия со стороны ближнего конца колоколообразной насадки образована выпуклой искривленной поверхностью, которой могут выравниваться силы, прижимающие жидкую пленку материала покрытия к поверхности растекания материала покрытия, за счет чего жидкая пленка материала покрытия может растекаться равномерно. С другой стороны, поверхность растекания материала покрытия со стороны дальнего конца колоколообразной насадки образована вогнутой искривленной поверхностью, которой могут выравниваться силы, выбрасывающие жидкую пленку материала покрытия вдоль поверхности растекания материала покрытия, за счет чего жидкая пленка материала покрытия может растекаться равномерно.
[0009] Таким образом, может минимизироваться возникновение на поверхности растекания материала покрытия такого режима течения, который представляет собой спиральный поток или поток с
разводами, и по всей окружности на краю дальнего конца колоколообразной насадки выбрасывается равномерное количество материала покрытия. В результате можно обеспечить меньший средний диаметр распыленных частиц покрытия, одновременно обеспечивая меньшее среднеквадратическое отклонение распределения частиц по диаметру.
Краткое описание чертежей
[0010] Фиг. 1 является видом в сечении, показывающим часть дальнего конца устройства электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, в котором применяется колоколообразная насадка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является видом в сечении, показывающим в укрупненном виде колоколообразную насадку по фиг. 1.
Фиг. 3 является схемой, показывающей в еще более укрупненном виде поверхность растекания материала покрытия колоколообразной насадки по фиг. 2.
Фиг. 4 является схемой, описывающей способ получения равномерной ориентации блестящего материала в металлическом покрытии.
Фиг. 5 является схемой, показывающей состояние жидкой пленки материала покрытия на внутренней поверхности колоколообразной насадки, наблюдаемое на лабораторном уровне.
Фиг. 6 является схемой, показывающей модели феноменов рисунка жидкой пленки, которые могут формироваться на внутренней поверхности колоколообразной насадки.
Фиг. 7 является схемой, показывающей формы внутренней поверхности колоколообразных насадок рабочего примера 1, сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2.
Фиг. 8 является схемой, показывающей состояние жидких пленок материала покрытия на внутренних поверхностях колоколообразной насадки, установленной в устройстве электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления.
Фиг. 9 является схемой, показывающей состояние жидких пленок материала покрытия на внутренних поверхностях колоколообразной насадки, установленной в устройстве электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления.
Фиг. 10 является схемой, показывающей состояние жидких пленок на внутренних поверхностях колоколообразной насадки, установленной в устройстве электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления.
Фиг. 11 является схемой, показывающей состояние жидких пленок на внутренних поверхностях колоколообразной насадки, сформированных материалом покрытия на водной основе и материалом покрытия на основе органического растворителя.
Фиг. 12 является графиком, показывающим средний диаметр образовавшихся мелкодисперсных частиц, построенным в зависимости от скорости вращения колоколообразных насадок рабочего примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2.
Фиг. 13 является графиком, показывающим средний диаметр образовавшихся мелкодисперсных частиц, построенным в зависимости от скорости вращения колоколообразных насадок рабочего примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2.
Фиг. 14 является графиком, показывающим средний диаметр образовавшихся мелкодисперсных частиц, построенным в зависимости от скорости вращения колоколообразных насадок рабочего примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2.
Фиг. 15 является графиком, показывающим распределение частиц по диаметру в рабочем примере 1 и сравнительных примерах 1 и 2.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
[0011] Ниже варианты осуществления настоящего изобретения описываются на основе чертежей. Фиг. 1 является видом в сечении, показывающим часть дальнего конца устройства 1 электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, в котором применяется колоколообразная насадка 11 (также известная как распыляющая головка или распылительная головка, но здесь называемая "колоколообразной насадкой") согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Сначала будет описан пример устройства 1 электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления со ссылкой на фиг. 1. Колоколообразная насадка по настоящему изобретению не ограничена лишь описанной ниже конструкцией устройства 1 электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления и также может применяться в устройствах электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, имеющих другие конструкции.
[0012] Устройство 1 электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, показанное на чертеже (в дальнейшем также называемое "устройством электростатического нанесения покрытия" или просто "устройством 1 нанесения покрытия"), имеет полый вал 14, вращаемый пневматическим двигателем 13, который предусмотрен внутри кожуха 12, выполненного из электроизоляционного материала. Колоколообразная насадка 11 для распыления материала покрытия прикрепляется посредством винта и т.п. к дальнему концу полого вала 14 и приводится во вращение вместе с полым валом 14. В центральном отверстии полого вала 14 размещена невращающаяся полая подающая трубка 16 для подачи в колоколообразную насадку 11 материала покрытия или очищающего разжижителя, подаваемого устройством 15 подачи материала покрытия, и наружная периферия задней поверхности колоколообразной насадки 11 закрыта дальним концом кожуха 12.
[0013] В устройстве 1 электростатического нанесения покрытия частицы материала покрытия, которые были заряжены посредством приложения электрического напряжения из высоковольтного источника 17 питания, переносятся по воздуху вдоль электростатического поля, сформированного между устройством и покрываемым изделием, и наносятся на покрываемое изделие. Покрываемое изделие расположено на предписанном расстоянии распыления с правой стороны на фиг. 1 и заземлено через держатель или подвесную раму. В качестве системы приложения высокого напряжения может быть принята система типа внутреннего приложения, как показано на фиг. 1, в которой высоковольтный источник 17 питания предусмотрен в кожухе 12, а напряжение прикладывается через полый вал 14, выполненный из электропроводящего материала, к колоколообразной насадке 11, выполненной из того же электропроводящего материала. Альтернативно, в случае, если колоколообразная насадка 11 выполнена из электроизоляционного материала, то может быть принято устройство электростатического нанесения покрытия типа внешнего приложения, в котором предусмотрен окружающий колоколообразную насадку 11 разрядный электрод, соединенный с высоковольтным источником питания, и напряжение прикладывается к переносимым по воздуху частицам покрытия, вылетающим из колоколообразной насадки 11.
[0014] Кроме того, в устройстве 1 электростатического нанесения покрытия воздушный поток, известный как "направляющий воздух", выпускается со стороны задней поверхности колоколообразной насадки 11 из отверстий 18 для выталкивания воздуха, и частицы материала покрытия, сделанные мелкодисперсными по размеру колоколообразной насадкой 11, отклоняются в направлении к покрываемому изделию, которое расположено перед колоколообразной насадкой 11. По этой причине в части кожуха 12 выполнен воздушный канал 20, соединенный с устройством 19 подачи воздуха, а на дальнем конце кожуха 12 выполнен кольцевой воздушный канал 21, сообщающийся с воздушным каналом 20. Отверстия 18 для выталкивания воздуха, которые сообщаются с кольцевым воздушным каналом 21, выполнены в множественных местах с предписанным разнесением вдоль периферийной поверхности дальнего конца кожуха 12. Посредством регулирования расхода и угла выдувания направляющего воздуха, выдуваемого из отверстий 18 для выталкивания воздуха, можно управлять направлением переноса по воздуху воздушного потока частиц материала покрытия, вылетающих в касательном направлении из дальнего конца колоколообразной насадки 11, т.е. рисунком покрытия. Кроме того, частицам материала покрытия передается момент количества движения от направляющего воздуха, в дополнение к силе, прикладываемой к ним за счет вышеуказанного электростатического поля. Хотя отверстия 18 для выталкивания направляющего воздуха, показанные на фиг. 1, были предусмотрены в один кольцевой ряд, могут быть предусмотрены множественные ряды с тем, чтобы регулировать угол выдувания направляющего воздуха.
[0015] Дальний конец подающей трубки 16 открыт с дальнего конца полого вала 14 и простирается к внутреннему пространству колоколообразной насадки 11. В подающую трубку 16 устройством 15 подачи материала покрытия подается покрывающий состав или очищающий разжижитель, который подается из ее дальнего конца на поверхность 111 растекания материала покрытия колоколообразной насадки 11. Очищающий разжижитель представляет собой очищающий раствор (в случае материала покрытия на основе органического растворителя - органический растворитель, или же в случае материала покрытия на водной основе - воду) для очистки поверхности 111 растекания материала покрытия колоколообразной насадки 11 и ступицы 22, поясненной ниже, и в случаях, в которых устройство 1 нанесения покрытия из настоящего примера используется в процессе нанесения верхнего покрытия или в процессе нанесения среднего покрытия, требующем процедуры переключения цветов, подается для целей очистки в моменты изменения цвета материала покрытия. Следовательно, в процессах нанесения покрытия, в которых не требуется процедура переключения цветов, например, в процессе нанесения среднего покрытия, влекущем за забой нанесение только одного типа материала среднего покрытия, допустимо, если в подающую трубку 16 подается только материал покрытия. Процедуры переключения цветов выполняются посредством клапанного узла для переключения цветов, такого как клапан изменения цвета и т.п. (не проиллюстрирован), который включен в устройство 15 подачи материала покрытия.
[0016] Колоколообразная насадка 11 является в общем чашевидной и в настоящем примере выполнена из электропроводящего материала, такого как металл или т.п., и имеет поверхность 111 растекания материала покрытия чашевидной внутренней поверхности, чашевидную внешнюю поверхность 112 и край 113 дальнего конца, расположенный на дальнем конце внутренней поверхности, на котором выбрасывается материал покрытия. Ступица 22 присоединена к дальнему концу подающей трубки 16, в центре со стороны ближнего конца колоколообразной насадки 11. Эта ступица 22 может быть выполнена из электропроводящего материала, такого как металл, либо из электроизоляционного материала. Ступица 22 устанавливается на дальнем конце полого вала 14 или на ближнем конце колоколообразной насадки 11 и может быть выполнена таким образом, что она вращается совместно с полым валом 14 или колоколообразной насадкой 11, либо устанавливается на дальнем конце подающей трубки 16 и выполнена невращающейся. Колоколообразная насадка 11 может быть выполнена из электроизоляционного материала.
[0017] Поскольку колоколообразная насадка 11 является круглой по форме при виде сверху, ступица 22 также имеет круглую форму при виде сверху. На наружном периферийном участке ступицы 22 сформировано с предписанным разнесением множество отверстий 23 для выбрасывания материала покрытия, и материал покрытия или очищающий разжижитель, подаваемый из дальнего конца подающей трубки 16, проходит через отверстия 23 для выбрасывания материала покрытия ступицы 22 и направляется на поверхность 111 растекания материала покрытия колоколообразной насадки 11, затем распыляется со всей окружности края 113 дальнего конца.
[0018] Далее описывается структура поверхности 111 растекания материала покрытия колоколообразной насадки 11 настоящего примера.
Фиг. 2 является укрупненным видом в сечении колоколообразной насадки 11, показанной на фиг. 1. Колоколообразная насадка 11 настоящего примера имеет поверхность 111 растекания материала покрытия, которая является осесимметричной относительно оси CL вращения полого вала 14. Эта поверхность 111 растекания материала покрытия образована непрерывной искривленной поверхностью, имеющей в качестве начальной точки 117 местоположение со стороны ближнего конца внутренней поверхности колоколообразной насадки 11, в частности, местоположение отверстий 23 для выбрасывания материала покрытия, а в качестве конечной точки - местоположение края 113 дальнего конца внутренней поверхности колоколообразной насадки 11. Термины "начальная точка" и "конечная точка", в общем, представляют точки вдоль направления течения материала покрытия из подающей трубки 16, что означает то, что два конца поверхности 111 растекания материала покрытия задаются местоположением 117 отверстий 23 для выбрасывания материала покрытия и краем 113 дальнего конца внутренней поверхности колоколообразной насадки 11.
[0019] В частности, на поверхности 111 растекания материала покрытия настоящего примера первый диапазон 114, простирающийся от начальной точки 117, соответствующей отверстиям 23 для выбрасывания материала покрытия, до точки 116 перегиба на центральном участке (кривой с перегибами из множества точек перегиба, агрегированных в направлении вдоль окружности, когда поверхность 111 растекания материала покрытия рассматривается в трехмерной системе координат), образован выпуклой искривленной поверхностью, обращенной к оси CL вращения, а второй диапазон 115, простирающийся от точки 116 перегиба до края 113 дальнего конца колоколообразной насадки 11, образован вогнутой искривленной поверхностью, обращенной к оси CL вращения. Фиг. 3 является схемой, показывающей в еще более укрупненном виде поверхность 111 растекания материала покрытия настоящего примера.
[0020] Более конкретно, выпуклая искривленная поверхность первого диапазона 114 образована искривленной поверхности, на которой в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось CL вращения полого вала 14, нормальные составляющие FN центробежной силы FC, действующей на жидкую пленку материала покрытия вследствие вращения колоколообразной насадки 11, практически равны. Иными словами, как показано на фиг. 3, на выпуклой искривленной поверхности первого диапазона 114, где соответствующая центробежная сила в произвольных точках P1, P2, P3... обозначается как FC1, FC2, FC3... и где горизонтальное расстояние от оси CL вращения обозначается как r, угловая скорость как ω, а масса материала покрытия как m, центробежная сила FC1, FC2, FC3... в точках P1, P2, P3... задается как FC=mrω2, и, следовательно, центробежная сила является наименьшей в начальной точке 117, с увеличением центробежной силы в местоположениях все ближе к точке 116 перегиба. Выпуклая искривленная поверхность первого диапазона 114 образована таким образом, что нормальные составляющие центробежной силы FN1, FN2, FN3... таковы, что FN1=FN2=FN3.
[0021] Иными словами, поскольку центробежная сила является наименьшей в начальной точке 117, и центробежная сила является наибольшей в точке 116 перегиба, чтобы сделать соответствующие нормальные составляющие центробежной силы практически равными, выпуклая искривленная поверхность должна быть разработана такой, что касательная к поверхности 111 растекания материала покрытия в начальной точке 117 параллельна оси CL вращения, и такой, что касательные к поверхности 111 растекания материала покрытия имеют все более увеличивающиеся углы относительно оси CL вращения по мере того, как она приближается к точке 116 перегиба.
[0022] При этом такое условие, что нормальные составляющие центробежной силы удовлетворяют соотношению FN1=FN2=FN3..., не должно быть строгим, наоборот, оно должно в общем указывать то условие, что фактически FN1=FN2=FN3, когда учитывается точность механической размерной обработки колоколообразной насадки 11 (например, ±5%). В качестве конкретной общей функции для выпуклой искривленной поверхности первого диапазона 114 можно привести, например, логарифмическую функцию, представленную как y=a·log(x+b)+c, где ось CL вращения обозначается как ось Y, радиальное направление колоколообразной насадки 11, включая начальную точку 117, которая соответствует отверстиям 23 для выбрасывания материала покрытия, обозначается как ось X, и a, b и c являются константами.
[0023] Вогнутая искривленная поверхность второго диапазона 115 образована искривленной поверхностью, на которой в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось CL вращения полого вала 14, тангенциальные составляющие центробежной силы, действующей на жидкую пленку материала покрытия вследствие вращения колоколообразной насадки 11, практически равны. Иными словами, как показано на фиг. 3, на вогнутой искривленной поверхности второго диапазона 115, где соответствующая центробежная сила в произвольных точках P4, P5, P6... обозначается как FC4, FC5, FC6... и где горизонтальное расстояние от оси CL вращения обозначается как r, угловая скорость как ω, и масса материала покрытия как m, соответствующая центробежная сила FC4, FC5, FC6 в точках P4, P5, P6... задается как FC=mrω2, и, следовательно, центробежная сила является наименьшей в точке 116 перегиба, с увеличением центробежной силы в местоположениях все ближе к краю 113 дальнего конца. Вогнутая искривленная поверхность второго диапазона 115 выполнена таким образом, что тангенциальные составляющие центробежной силы FT4, FT5, FT6... удовлетворяют соотношению FT4=FT5=FT6.
[0024] Иными словами, поскольку центробежная сила является наименьшей в точке 116 перегиба, и центробежная сила является наибольшей на краю 113 дальнего конца, чтобы сделать соответствующие нормальные составляющие центробежной силы практически равными, вогнутая искривленная поверхность должна быть разработана такой, что угол касательной к поверхности 111 растекания материала покрытия относительно оси CL вращения является наибольшим в точке 116 перегиба, и такой, что касательные к поверхности 111 растекания материала покрытия имеют все более уменьшающиеся углы относительно оси CL вращения по мере того, как она приближается к краю 113 дальнего конца.
[0025] При этом такое условие, что тангенциальные составляющие центробежной силы удовлетворяют соотношению FT4=FT5=FT6..., не должно быть строгим, но, в общем, указывает то условие, что фактически FT4=FT5=FT6, когда учитывается точность механической размерной обработки колоколообразной насадки 11 (например, ±5%). В качестве конкретных общих функций для выпуклой искривленной поверхности второго диапазона 115 можно привести, например, экспоненциальную функцию, представленную как y=α(e+β)x+γ, или квадратическую функцию, представленную как y=α·log(x+β)2+γ, где ось CL вращения обозначается как ось Y, радиальное направление колоколообразной насадки 11, включая начальную точку 117, которая соответствует отверстиям 23 для выбрасывания материала покрытия, обозначается как ось X, и α, β и γ являются константами.
[0026] На поверхности 111 растекания материала покрытия колоколообразной насадки 11 из настоящего варианта осуществления граничная точка 116 между первым диапазоном 114 и вторым диапазоном 115 в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось CL вращения, надлежащим образом представляет собой искривленную поверхность, через которую плавно непрерывно проходят выпуклая искривленная поверхность и вогнутая искривленная поверхность, и предпочтительно образована точкой 116 перегиба выпуклой искривленной поверхности и вогнутой искривленной поверхности в сечении. В этом случае, передняя и задняя поверхности, включающие в себя граничную точку, могут представлять собой плоскости (т.е. прямые линии в сечении). Местоположение точки 116 перегиба задается как оптимальное местоположение, в зависимости от качеств материала покрытия.
[0027] Далее будет описана работа.
При нанесении покрытия на изделие, покрываемое материалом покрытия, полый вал 14 и колоколообразная насадка 11 вращаются на высокой скорости посредством пневматического двигателя 13. Материал покрытия подают через подающую трубку 16 в промежуток между частью дальнего конца колоколообразной насадки 11 и ступицей 22. При этом вследствие центробежной силы, создаваемой за счет вращения колоколообразной насадки 11, подаваемый материал покрытия перемещается из множества отверстий 23 для выбрасывания материала покрытия, сформированных с кольцевой формой, в начальную точку 117 поверхности 111 растекания материала покрытия и оттуда к краю 113 дальнего конца при вытягивании с утончением вдоль поверхности 111 растекания материала покрытия и выбрасывается в виде тумана мелких частиц (аэрозоля) с края 113 дальнего конца. Выбрасываемые частицы материала покрытия стремятся пролетать диаметрально наружу вследствие центробежной силы, но вследствие направляющего воздуха, выбрасываемого струей из множества отверстий 18 для выталкивания воздуха, предусмотренных в кольцевой форме, выбрасываемые частицы материала покрытия контролируются и принимают форму с требуемым рисунком покрытия, так что они сужаются в направлении вперед и переносятся к покрываемому изделию. Одновременно, поскольку частицы материала покрытия электрически заряжены колоколообразной насадкой 11 вследствие высокого напряжения, приложенного высоковольтным источником 17 питания, переносимые по воздуху частицы направляются к покрываемому изделию, которое заземлено, и эффективно осаждаются на поверхности покрываемого изделия посредством кулоновской силы.
[0028] В способах электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления укрупнение рисунка покрытия и повышение скорости выбрасывания (что в дальнейшем также называется "высокой скоростью выбрасывания/широким рисунком") сокращает время нанесения покрытия по сравнению со случаем меньшего рисунка покрытия. В частности, причина состоит в том, что область, требующая двух возвратно-поступательных проходов операции нанесения покрытия в случае нанесения покрытия с узким рисунком, может быть покрыта за один возвратно-поступательный проход, если покрытие выполняется с широким рисунком. Тем не менее, по сравнению со случаем нанесения покрытия с узким рисунком, высокая скорость выбрасывания необходима для того, чтобы обеспечивать предписанную толщину пленки.
[0029] С другой стороны, качество покрытия, считающееся вызывающим наибольшую трудность, заключается в ориентации блестящего материала в металлическом покрытии, поскольку ориентация блестящего материала должна быть равномерной для того, чтобы воспроизводить требуемый цвет. Причина состоит в том, что когда ориентация блестящего материала не является равномерной, возникают дефекты качества, в силу которых цвет отличается в зависимости от области; а когда недостаточна воспроизводимость, возникают дефекты качества, в силу которых цвет отличается в зависимости от покрытого изделия. Способы достижения равномерной ориентации блестящего материала включают, как показано на фиг. 4, A) жесткое структурирование, при котором повышается скорость переноса по воздуху частиц покрытия с тем, чтобы ударять о покрываемое изделие и ориентировать блестящий материал; и B) мягкое структурирование, при котором уменьшается диаметр частиц покрытия до такой степени, что на каждую частицу материала покрытия присутствует одна частица блестящего материала, и материал покрытия равномерно наносится на покрываемое изделие, приводя к ориентации. При жестком структурировании скорость переноса по воздуху частиц покрытия повышается посредством увеличения расхода направляющего воздуха.
[0030] Как показано на схеме внизу на фиг. 4, в любом случае характеристическое значение целевого металлического блеска удовлетворяет удовлетворительному уровню, и способы нанесения покрытия являются эффективными для получения равномерной ориентации блестящего материала в металлическом покрытии; тем не менее, как упомянуто выше, применение широкого рисунка в качестве рисунка покрытия, чтобы достичь более короткого этапа покрытия, требует понижения расхода направляющего воздуха. По этой причине, вследствие трудности повышения скорости переноса по воздуху частиц покрытия, когда применяется вышеописанное A) жесткое структурирование, вышеописанное B) мягкое структурирование становится необходимой предпосылкой для получения равномерной ориентации блестящего материала. В частности, для того чтобы осуществлять нанесение покрытия на высокой скорости выбрасывания/с широким рисунком и получать равномерную ориентацию блестящего материала в металлическом покрытии, необходимо получить меньший диаметр частиц покрытия, т.е. способствовать образованию мелкодисперсных частиц.
[0031] Известно, что образование мелкодисперсных частиц материалом покрытия связано со скоростью на периферии колоколообразной насадки, в частности, что вследствие диаметра насадки и скорости вращения более высокая скорость на периферии способствует образованию мелкодисперсных частиц. Тем не менее, когда диаметр насадки является слишком большим, возникают потери покрытия во время его нанесения на узкие области, и поэтому сталкиваются с неизменным ограничением. Когда скорость вращения увеличивается, также сталкиваются с неизменными ограничениями в отношении возможных характеристик и долговечности пневматического двигателя. Следовательно, авторы изобретения провели тщательные исследования относительно тех факторов, которые, помимо скорости на периферии колоколообразной насадки, могут значительно способствовать образованию мелкодисперсных частиц, и выяснили механизм формообразования пленки покрытия на внутренней поверхности колоколообразной насадки, усовершенствовав метод управления ею. Нижеприведенное описание включает в себя действие колоколообразной насадки 11 настоящего примера.
[0032] Во-первых, в целях проверки на лабораторном уровне приготовили множество колоколообразных насадок 11, имеющих различные формы внутренней поверхности, и как показано на фиг. 5, при вращении колоколообразных насадок 11 на различных скоростях вращения, варьирующиеся количества материала покрытия, имеющие неизменные свойства, такие как качество материала, вязкость и т.п., непрерывно прикапывали на центр их внутренней стенки, и состояние растекания жидких пленок на ней захватывали с помощью высокоскоростной камеры. В результате наблюдали состояние, при котором возникал рисунок жидкой пленки, показанный слева вверху на чертеже, состояние, при котором возникал спиральный поток, показанный справа вверху, состояние, при котором возникал мультиспиральный поток, показанный справа внизу, и состояние, при котором в дополнение к мультиспиральному потоку возникали разводы, как показано слева внизу, подтвердив то, что в дополнение к скорости вращения колоколообразной насадки и количеству выбрасываемого материала покрытия, форма внутренней поверхности колоколообразной насадки 11 представляет собой еще один фактор, способствующий нестабильности состояния растекания жидких пленок.
[0033] Таким образом, предположили феноменологическую модель для рисунков жидкой пленки, получаемых на внутренней поверхности колоколообразной насадки 11, наподобие той, что показана на фиг. 6. Как показано на чертеже, материал покрытия, непрерывно прикапываемый на центр колоколообразной насадки 11, достигает края колокола при растекания вдоль внутренней поверхности вследствие центробежной силы, создаваемой за счет вращения колоколообразной насадки 11, и в это время на жидкую пленку действует создаваемая за счет вращения центробежная сила, сила внутреннего трения (вязкости) о внутреннюю поверхность колоколообразной насадки 11, поверхностное натяжение, возникающее в жидкой пленке, и сила тяжести, воздействующая на жидкую пленку. Из них центробежная сила способствует нестабильности состояния растекания жидких пленок, показанных на фиг. 5, тогда как другие факторы в виде силы вязкости, поверхностного натяжения и силы тяжести действуют в направлении минимизации нестабильности состояния растекания.
[0034] На жидкую пленку, подвергаемую воздействию центробежной силы (силы инерции), оказывает более сильное влияние сила вязкости по мере того, как увеличивается доля граничного слоя δ, и в результате минимизируется нестабильность состояния растекания жидкой пленки. В частности, вблизи центра колоколообразной насадки 11, где доля граничного слоя δ низка, эффекты центробежной силы большие, в силу этого способствуя нестабильности состояния растекания, но в диапазоне около края колокола, где доля граничного слоя δ низка, влияние силы вязкости является более сильным, минимизируя нестабильность состояния растекания (*1). Следовательно, теоретически должно быть желательным проектировать форму внутренней поверхности таким образом, чтобы жидкая пленка прикапываемого материала покрытия формировалась в тонкую пленку очень быстро вблизи центра колоколообразной насадки 11, и как только тонкая пленка сформировалась, прикладывается более высокая степень силы вязкости.
[0035] На основе вышеприведенного открытия, с целью оптимизации формы внутренней поверхности колоколообразной насадки 11, подготовили сравнительный пример 1, в котором вся внутренняя поверхность представляет собой вогнутую искривленную поверхность, обращенную к оси вращения, как в уровне техники (соответствующую конструкции по фиг. 6 патентного документа 1); сравнительный пример 2, в котором вся внутренняя поверхность представляет собой выпуклую искривленную поверхность, обращенную к оси вращения (соответствующую конструкции по фиг. 1 патентного документа 1); и рабочий пример 1, в котором первый диапазон, простирающийся от конца со стороны ближнего конца до центральной части внутренней поверхности, образован вогнутой искривленной поверхностью, обращенной к оси вращения, а второй диапазон, простирающийся от центральной части до края дальнего конца поверхности колоколообразной насадки, образован выпуклой искривленной поверхностью, обращенной к оси вращения. Их устанавливали в реальном устройстве 1 электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, таком как устройство, показанное на фиг. 1, и наблюдали за состояниями растекания жидкой пленки, получаемыми на поверхности 111 растекания материала покрытия. Диаметр колоколообразной насадки был стандартизированным в 70 мм. Фиг. 7 показывает форму поверхности растекания материала покрытия с правой стороны от оси CL вращения. При сравнении состояний растекания жидкой пленки из рабочего примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2 все условия нанесения покрытия, за исключением формы внутренней поверхности, свойства материала покрытия (качество, вязкость материала и т.п.), скорость выбрасывания, диаметр колоколообразной насадки и скорость вращения, были стандартизированы как идентичные условия.
[0036] Фиг. 8 показывает захваченные высокоскоростной камерой изображения состояний растекания жидкой пленки на поверхности растекания материала покрытия, когда скорость выбрасывания материала покрытия составляла 100 куб. см./мин, а скорость вращения составляла 1000 об/мин. Следует принимать во внимание, что на колоколообразной насадке с вогнутой искривленной поверхностью сравнительного примера 1 наблюдался полосчатый рисунок жидкой пленки в радиальном направлении, и имела место высокая степень изменчивости диаметра частиц покрытия, выбрасываемых с края колокола. Кроме того, следует принимать во внимание, что хотя на колоколообразной насадке с выпуклой искривленной поверхностью сравнительного примера 2 и не наблюдался полосчатый рисунок жидкой пленки, аналогичный полосчатому рисунку сравнительного примера 1, наблюдались рисунки жидкой пленки, демонстрирующие разводы (или неровности), и в этом случае также имела место изменчивость диаметра частиц покрытия, выбрасываемых с края колокола. В отличие от этого, при колоколообразной насадке с выпуклой искривленной поверхностью и вогнутой искривленной поверхностью рабочего примера 1 не наблюдался полосчатый рисунок жидкой пленки и наблюдались рисунки жидкой пленки, имеющие минимизированные уровни разводов или неровностей, видимых в сравнительном примере 2.
[0037] Фиг. 9 показывает захваченные высокоскоростной камерой изображения состояний растекания жидкой пленки на поверхности растекания материала покрытия, когда скорость выбрасывания материала покрытия была увеличена до 200 куб. см./мин, а скорость вращения - до 10000 об/мин. Следует принимать во внимание, что на колоколообразной насадке с вогнутой искривленной поверхностью сравнительного примера 1 наблюдался рисунок жидкой пленки, демонстрирующий радиальные полосы, и по-прежнему имела место высокая степень изменчивости диаметра частиц покрытия, выбрасываемых с края колокола, хотя и в меньшей степени, чем в сравнительном примере 1, показанном на фиг. 8. Кроме того, следует принимать во внимание, что хотя на колоколообразной насадке с выпуклой искривленной поверхностью сравнительного примера 2 и не наблюдался полосчатый рисунок жидкой пленки, аналогичный полосчатому рисунку сравнительного примера 1, по-прежнему наблюдались рисунки жидкой пленки, демонстрирующие разводы (или неровности), и в этом случае также имела место изменчивость диаметра частиц покрытия, выбрасываемых с края колокола. В отличие от этого, при колоколообразной насадке с выпуклой искривленной поверхностью и вогнутой искривленной поверхностью рабочего примера 1 не наблюдался полосчатый рисунок жидкой пленки и наблюдались рисунки жидкой пленки, имеющие чрезвычайно сильно минимизированные уровни разводов или неровностей, видимых в сравнительном примере 2.
[0038] Фиг. 10 показывает захваченные высокоскоростной камерой изображения состояний растекания жидкой пленки на поверхности растекания материала покрытия, когда скорость выбрасывания материала покрытия дополнительно увеличили до 400 куб. см./мин, а скорость вращения - до 30000 об/мин; приведены снимки рабочего примера 1 и сравнительного примера 2. Снимок сравнительного примера 1 опущен. В обоих случаях рисунок жидкой пленки минимизирован за счет повышения скорости вращения до 30000 об/мин; тем не менее, если сравнить рабочий пример 1 и сравнительный пример 2, рисунок жидкой пленки рабочего примера 1 может рассматриваться как распределенный равномерно.
[0039] Фиг. 11 показывает захваченные высокоскоростной камерой изображения состояний растекания жидкой пленки в случае, когда скорость выбрасывания материала покрытия установлена на 200 куб. см./мин, а скорость вращения - на 10000 об/мин, в качестве материала покрытия в рабочем примере 1 использован материал покрытия на водной основе, а в рабочем примере 2 в качестве материала покрытия использован материал покрытия на основе органического растворителя. В обоих рабочих примерах 1 и 2 рисунки жидкой пленки равномерно распределяются без существенных различий.
[0040] Фиг. 12-14 являются графиками, показывающими средний диаметр образовавшихся мелкодисперсных частиц, построенными в зависимости от скорости вращения колоколообразной насадки в вышеописанном рабочем примере 1 и сравнительных примерах 1 и 2. Фиг. 12 показывает случай, когда скорость выбрасывания материала покрытия установлена на 100 куб. см./мин, фиг. 13 показывает случай, когда скорость выбрасывания материала покрытия установлена на 200 куб. см./мин, а фиг. 14 показывает случай, когда скорость выбрасывания материала покрытия установлена на 400 куб. см./мин. Подтверждено, что на каждой скорости выбрасывания при условии, что скорость вращения идентична, средний диаметр частиц, получаемых посредством колоколообразной насадки рабочего примера 1, меньше среднего диаметра частиц, получаемых посредством колоколообразных насадок сравнительных примеров 1 и 2.
[0041] Фиг. 15 является графиком, показывающим распределение частиц по диаметру в рабочем примере 1 и сравнительных примерах 1 и 2, и дает числовые значения для случая, в котором скорость выбрасывания материала покрытия установлено на 100 куб. см./мин, а скорость вращения - на 3000 об/мин. В этом примере средний диаметр частиц в рабочем примере 1 составлял 33,2 мкм, а его среднеквадратическое отклонение составляло 10,6, тогда как средний диаметр частиц в сравнительном примере 1 составлял 56,1 мкм, а его среднеквадратическое отклонение составляло 37,9, и средний диаметр частиц в сравнительном примере 2 составлял 37,5 мкм, а его среднеквадратическое отклонение составляло 12,3. Из этих результатов подтверждено, что по сравнению со сравнительным примером 2, в частности, средний диаметр частиц в рабочем примере 1 был меньше, и одновременно также было меньшим среднеквадратическое отклонение.
[0042] Из вышеизложенного можно понять, что со стороны ближнего конца колоколообразной насадки 11, где подается материал покрытия, жидкая пленка материала покрытия на поверхности 111 растекания материала покрытия является толстой, и преобладает центробежная сила (сила инерции), создаваемая за счет вращения колоколообразной насадки 11, тогда как со стороны дальнего конца колоколообразной насадки 11, на котором выбрасывается материал покрытия, жидкая пленка материала покрытия на поверхности 111 растекания материала покрытия является более тонкой, и преобладает сила вязкости материала покрытия. На основе этого открытия, в колоколообразной насадке 11 настоящего примера, поверхность 111 растекания материала покрытия со стороны ближнего конца колоколообразной насадки 11 образована выпуклой искривленной поверхностью, так что могут выравниваться силы FN, прижимающие жидкую пленку материала покрытия к поверхности 111 растекания материала покрытия, за счет чего жидкая пленка материала покрытия может распределяться равномерно. С другой стороны, поверхность 111 растекания материала покрытия со стороны дальнего конца колоколообразной насадки 11 образована вогнутой искривленной поверхностью, так что могут выравниваться силы FT, выбрасывающие жидкую пленку материала покрытия вдоль поверхности растекания материала покрытия, за счет чего жидкая пленка материала покрытия может распределяться равномерно.
[0043] Таким образом, может быть минимизировано возникновение режимов течения в форме спирального потока, полос или разводов на поверхности 111 растекания материала покрытия, и со всей окружности края дальнего конца колоколообразной насадки 11 может выбрасываться равномерное количество материала покрытия. В результате может обеспечиваться меньший средний диаметр распыленных частиц покрытия и, одновременно, может обеспечиваться меньшее среднеквадратическое отклонение распределения частиц по диаметру.
[0044] Посредством обеспечения меньшего среднего диаметра распыленных частиц покрытия и одновременного обеспечения меньшего среднеквадратического отклонения распределения частиц по диаметру становится возможным покрытие, в частности, металлических материалов покрытия на высокой скорости выбрасывания/с широким рисунком, и процесс нанесения покрытия может укорачиваться при сохранении или увеличении ориентации светящегося материала.
Описание ссылочных номеров
[0045] 1 - устройство электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления
11 - колоколообразная насадка
111 - поверхность растекания материала покрытия
112 - внешняя поверхность
113 - край дальнего конца (конечная точка поверхности растекания материала покрытия)
114 - выпуклая искривленная поверхность (первый диапазон)
115 - вогнутая искривленная поверхность (второй диапазон)
116 - точка перегиба
117 - начальная точка поверхности растекания материала покрытия
12 - кожух
13 - пневматический двигатель
14 - полый вал
15 - устройство подачи материала покрытия
16 - подающая трубка
17 - высоковольтный источник питания
18 - отверстие для выбрасывания воздуха
19 - устройство подачи воздуха
20, 21 - воздушный канал
22 - ступица
23 - отверстия для выбрасывания материала покрытия
CL - ось вращения.
1. Колоколообразная насадка (11), установленная на оси вращения (CL) устройства (1) электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления, причем на поверхность (111) растекания материала покрытия на внутренней поверхности колоколообразной насадки (11) подается материал покрытия, при этом в колоколообразной насадке (11) для устройства (1) электростатического нанесения покрытия методом центробежного распыления:
первый диапазон (114) простирается от концевой части поверхности (111) растекания материала покрытия до центральной части поверхности (111) растекания материала покрытия, причем первый диапазон является выпуклой искривленной поверхностью, обращенной к оси (CL) вращения, концевая часть расположена ближе к ближнему концу колоколообразной насадки (11), и касательная к поверхности (111) растекания материала покрытия в концевой части параллельна оси (CL) вращения; и
второй диапазон (115), простирающийся от центральной части до края дальнего конца (113) колоколообразной насадки (11), образован вогнутой искривленной поверхностью, обращенной к оси вращения (CL); и
на выпуклой искривленной поверхности первого диапазона (114) в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось вращения (CL), нормальные составляющие центробежной силы, действующей на жидкую пленку материала покрытия вследствие вращения колоколообразной насадки (11), практически равны.
2. Колоколообразная насадка (11) по п. 1, причем вогнутая искривленная поверхность второго диапазона (115) образована искривленной поверхностью, на которой в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось (CL) вращения, тангенциальные составляющие центробежной силы, действующей на жидкую пленку материала покрытия вследствие вращения колоколообразной насадки (11), практически равны.
3. Колоколообразная насадка (11) по любому из пп. 1 и 2, при этом граничная точка между первым диапазоном (114) и вторым диапазоном (115) в сечении любой плоскости, которая включает в себя ось (CL) вращения, образована точкой перегиба между выпуклой искривленной поверхностью и вогнутой искривленной поверхностью.
