专利名称：静电喷涂设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及为个人使用而设计的一种便携式静电喷涂设备。更具体地讲，本发明重点对电子电路和机械设计两者提供了改进，这些改进能够减小/消除引起产品分离的电流。
背景技术：
授予Owen的美国专利4,549,243(“Owen证明书”)描述了一种手持式喷涂设备，该设备适用于要求精确控制喷涂区域的场合，例如绘图工作(第1列，115至9)。在Owen证明书中公开的设备包括可带有一个喷射筒的存储器，它可以再次装填，且能从主体部分拆下，因此可以更换存储器(第3列，1149至52)。Owen证明书公开，给主体部分提供将来自高压发生器(它可以在本主体部分内部或远离主体)的高电势施加到喷射筒的触头。如果本喷射筒由导电材料制造，那么高电势可直接传导到喷嘴或者通过喷射筒壁到达其中的流体，然后通过流体传导到喷嘴(第4列，1135至43)。这样，在Owen证明书中的设备中，电流流经产品存储器或使高压直接加到喷嘴。但是，产品乳液对电感应分离十分敏感，在电感应分离中产品乳液的成分可能析出。本发明也不能在高电压直接施加到喷嘴的设备上工作，因为这会带来很大的电击危险。
公布的Prenderdgast的专利申请GB1996009622623(“Prendergast证明书”)说明了一种静电喷涂设备，该设备可以用于空气清新和空气净化，并且能以小量和/或在相对短的时间段内有效地输送材料(第1页，111至8)。在Prenderdgast证明书中公开的静电喷涂设备包括输送系统，该系统提供了一种方法，用以在通道内产生一个用于喷涂的柱状产品。如此，该材料柱的拖动表面与存储器内剩余物相分离，藉此产生的间隙在喷嘴尖端和存储器之间造成电绝缘(第6页，1110至15)。Prendergast证明书承认这样一个系统的益处，即如果需要即可允许存储器接地，并且容纳存储器的设备的该部件可持在手中，无需使用者与存储器中的材料绝缘。这样将喷涂材料的主体和施加电压的材料柱或棒电绝缘可能是特别有利，因为在喷涂期间，设备的电容能够显著地降低(第6页，1117-24)。但是Prendergast证明书未确认如何防止电流流过，即使在穿过该产品存储器的很小的存储器中。
发明概述本发明涉及减少电感应乳剂产品分离的静电喷涂设备和/或用于静电喷涂设备的喷射筒。该设备和/或该喷射筒通过设置一个基本环绕产品存储器的导电高压屏蔽层，可以减少电感应乳剂产品分离。可供选择地，该设备和/或该喷射筒可以防止位于充电位置的产品和产品存储器间的液体交流，从而使已充电的产品不能回流入产品存储器。可供选择地，通过使位于充电位置和喷嘴出口之间产品的容积最小化，该设备和/或喷射筒可以减少电感应乳剂产品的分离。
附图概述虽然说明书以权利要求特别地指出和明确地说明了本发明的保护范围，据信通过阅读与附图随附的下列描述能更好地理解本发明，附图包括
图1是具有一个一次性的喷射筒、可手持的独立静电喷涂设备的立体分解图；图2是图1中设备的装配立体图；图3是图1中可一次性的喷射筒的立体分解图4是间歇式施压泵的侧横截剖面图；图5是本发明的可一次性的喷射筒的一个实施方案的横截剖面图；图6是本发明的可一次性的喷射筒的一个实施方案的局部横截剖面图；图7是本发明的一次性喷射筒一个实施方案的横截剖面图；图8是本发明的一次性喷射筒一个实施方案的横截剖面图；图9是本发明的一次性喷射筒一个实施方案的横截剖面图；图10是本发明的一次性喷射筒一个实施方案的横截剖面图；图11是具有至少一片提高紊流混合的圆盘的可一次性的喷射筒的立体分解图；图12是具有至少一片提高紊流混合的隔板的一次性喷射筒的立体分解图；和图13是具有螺旋搅拌器的一次性喷射筒的横截面图。
优选实施方案详述一个典型静电喷涂设备设计的第一步开始于确定特定产品或应用的指标喷涂质量。“指标喷涂质量”定义为下列各项之一或多项的组合喷涂液滴直径、喷涂液滴直径的散布、喷带宽度和喷涂直径。在任何特定的应用中，可能需要上面提到变量的一个、多个或全部的组合来定义该应用的指标喷涂质量。
为了达到指标喷涂质量，需要设备的输出操作变量(例如高压输出、电流输出和产品流动速率)与唯一的一组流体或产品性能相配合(例如粘性、电阻率和表面张力)。对于给定的一组环境(例如温度和湿度)、设备操作变量和流体性能，具体的指标喷涂质量具有特定的荷质比。荷质比表示单位重量雾化喷涂剂携带的电荷量，可以用每千克库仑为单位来表达(C/kg)。荷质比提供了一种确保维持指标喷涂质量的有用的度量方法。喷涂时流体特性或设备输出操作变量的任何改变都会导致喷涂质量的变化。这一变化与荷质比的变化相一致。
图1和图2显示了一种带有一次性喷射筒200的手持型、独立静电喷涂设备5。一次性喷射筒200可以容纳多种产品，包括但不限于化妆品、护肤霜和润肤液。如下所述，在一次性喷射筒200中的产品可被精确移动，并由变速箱/电动机组件10驱动。该变速箱/电动机组件10可以固定在左边的或第一外壳30上。变速箱/电动机组件10能够通过机械、黏附或其他适当技术固定到位。变速箱/电动机组件10可包括连接到变速箱10b的精密电动机10a。电源20为电动机10a和喷射筒200的高压电极供电。适合的电源20的一个实施例包括但不限于例如两节“AAA”型电池。电源20通过控制电路60为高压电源40供电，然后向高压触点50供电，高压触点触及一次性喷射筒200。如下所述，高压电源40由控制电路60供电和控制。通电开关80允许使用者中断电源20和控制电路60间的电路连接。只有当通电开关80在“开”或闭合位置时才允许为电路的其他部分供电。应用开关70允许使用者选择性地启动电动机10a，从而启动该产品的输送和喷涂。变速箱/电动机组件10具有一个紧固在变速箱10b的轴(例如使用定位螺钉固定)上的驱动器90。驱动器90具有若干个如3个突出的齿，它们能和传动机构240后面的匹配凹槽相啮合。
本发明第一种情况提供了一种降低电场梯度进而防止电流流经产品存储器的方法。降低电场梯度能够通过如下方法实现引入高压屏蔽层来稳定流体存储器的周围区域，并防止从产品存储器向设备内部较低电势的临近位置的电流泄漏。不受理论约束，据信当具有导电性和处于非导电状态的产品乳剂储存在产品存储器内时，产品存储器内的高电场梯度能够引起电流流经该产品，并导致产品分离成为导电状态和非导电状态。也已经注意到，当产品经过电感应分离后，很难将其重新乳化或混合为原先产品设计的质量。产品的电感应分离能改变该产品一个或多个流体特性，例如粘性、电阻率和表面张力，并因此能改变喷涂结果的荷质比。荷质比的改变影响喷涂成形并可能阻碍实现指标喷涂质量。此外，除非高度绝缘，否则13KV至15KV范围内的电压能够击穿大约6mm至10mm或更短的距离。从而，电流能从充电点通过喷涂媒介进入产品存储器，并到达临近的低电势物体，例如电路接地或通过晕电流泄漏到使用者的手上)。在本发明的一个实施方案中，为了控制流经和围绕喷涂介质周围的电流，一个导电屏蔽层可以放置在产品存储器周围，并可将其充电到与充电位置的充电电极同样的电势。该屏蔽能够为存储器周围提供高电压电势，从而减少或消除了电流从电极到达存储器附近电势较低物体过程中流经存储器中产品的危险。此外，晕电流泄漏和电火花放电引起的流动电流将倾向于流过低电阻高电压屏蔽，从而减少或消除流经产品存储器的电流。
在本发明第一个实施方案中，如图3所示，一次性喷射筒200具有一个安置在产品存储器220周边的导电屏蔽层210。导电屏蔽层210可以使用导电塑料[例如填充10％碳纤维的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)]、金属(例如铝)或任何其它合适的材料制造。导电屏蔽层210可以成型为喷射筒绝缘体260整体的一部分，例如通过整合注入或双注入模塑成型或任何其它制造技术。可供选择地，导电屏蔽层210可以单独成型，然后使用适当的技术，包括但不限于强力装配与喷射筒绝缘体260连接。传动机构240位于一次性喷射筒200的非放电端。传动机构240可能有作为螺纹轴250一端通道的内螺纹和用来锁扣产品存储器220开口端的弹簧撑圈245。螺纹轴250的另一端可有一个可以来回移动的活塞230。因而螺纹轴250可以将活塞230和传动机构240连接起来，这样活塞230可以沿产品存储器220的内表面向喷嘴270滑动，来响应由变速箱/电动机组件10带动的传动机构240的转动。活塞230的移动能够推动产品存储器220内的产品移动。
可供选择地，产品存储器220可以由导电材料构成，并用来使产品存储器保持高电势，而不是在存储器220周围具有单独的导电屏蔽。喷射筒绝缘体260能够防止从导电产品存储器220向紧贴产品存储器220的低电势点放电。产品存储器220可以由电导性材料塑料(例如填充10％炭纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS))模塑成。喷射筒绝缘体260提供了一个防止产品存储器220向设备内低电势物体放电的绝缘罩。在本实施方案中，不需要导电屏蔽210。
本发明的另一种情况是，输送系统可以通过使喷涂设备充电位置的产品和产品存储器间停止流体交流来防止电流流过产品存储器220。例如，象图4所示的这种间歇式施压泵输送系统可以用来将充电位置的产品和产品存储器物理隔离。当辊子在中心轮毂320上转动时，间歇式施压泵通过使用多辊子310挤压和旋转输送管300来输送产品。辊子310的挤压动作隔断了产品存储器220中的产品与充电位置上产品的流体交流，从而防止了电流从充电位置流经产品到达产品存储器220。
如图5和6所示，本发明的又一种情况，可以限制位于电极充电位置400和喷嘴出口280间流动产品的容积。虽然使这些位置间产品的容积最小化并不能消除电路感应产品分离，但它能够通过将感应产品分离限制到相对小的容积，使它对喷涂效果的影响最小化。不受理论的限制，据信一旦在一定数量产品中感应产品分离开始，即使以后不再有电流，该过程也将继续进行下去。
在本发明的第一个实施方案中，产品应用时间是相对标准的。一次应用过程中，充电点和从设备分配产品的点之间存在的产品所占全部的产品的百分率VP，可以用下列公式表示VP＝(Vn/FR)×Ta×100其中Vn＝在充电位置和产品的设备施用点之间的产品容积(cm3)FR＝容积流量(mL/分钟)Ta＝每次应用的时间(分钟)优选地，位于充电位置和产品的设备施用点之间的产品容积少于一次使用中输送产品容积的约20％。更优选地，此容积少于一次使用期间输送产品容积的约10％。而最优选地，则少于一次使用期间输送产品容积的约5％。在本实施方案中，位于充电位置和产品施用点之间发生的由于暴露在电流之中造成的任何产品分离被最小化。
在第二个实施方案中，每次产品使用的时间不是标准的，为了使任何电分离产品对整体喷涂性能的影响最小化，在充电位置和产品的设备施用点之间的产品容积Vn可以用产品存储器的整体容积计算。此百分率可以表示为
Vn/Vr×100＜10％其中Vn＝充电位置和产品的设备施用点之间的产品容积(cm3)Vr＝产品存储器所能容纳的最大产品容积(cm3)优选地，充电位置和产品的设备施用点之间的产品容积小于产品存储器容积的约10％。更优选地，容积小于产品存储器容积的约5％，而最优选地小于产品存储器容积的约1％。在本实施方案中，位于充电位置和产品施用点之间发生的由于暴露在电流中造成的任何产品分离被最小化。
本发明的又一种情况是定义一个方法，以便确定充电位置和产品设备施用点之间的优选的流体通道容积。这个关系可用于充电位置和产品施用点之间的流体通道具有通常为圆柱形性质的静电喷涂设备。已发现流体通道长度和直径的最佳比率可由下列关系表达Ln/d＞1其中Ln＝充电位置和产品施用点(通常为喷嘴的顶端)之间的直线距离d＝该通常为圆柱形流体通道的直径该关系式定义优选的长度与直径关系。优选地，该比率大于1，更优选地，该比率大于约5，最优选地，该比率大于约10。在这种情况下，直接暴露在电流下的容积以及由此易于遭受电感应产品分离的容积就能被最小化。
关于电感应产品分离的影响，也已经认识到该分离一旦开始，即使电场梯度去除、高压电源断电和存储的设备电容被完全耗尽以后，该分离仍然可能继续。因此防止充电位置和喷嘴口(在此处故意使电流流过产品以产生和支持产品雾化喷涂)之间分离产品回流进入产品存储器是很有益的。达到此目的的一种方法是使用阀门，例如簧片阀、鸭嘴型阀门5 00或如图7所示控制阀(单向)。当输送系统是主动的时候，该阀门将允许产品单向流动，而然后当产品输送系统是非主动的时侯，阀门将关闭而防止回流(回流被定义为在充电位置和喷嘴口之间的产品返回进入产品存储器)。
本发明的又一种情况是，完成喷涂操作后，可以通过清除充电位置和产品施用点之间的流体来实现减小电感应产品分离的影响。此清除操作能够在下一次喷涂操作前，清除已分离的产品。通过电子电路以延时开关或计时器的形式能够完成该种清除，这样当操作者完成喷涂操作并切断设备电源后，产品输送系统将继续开动足够的一段时间，以清除充电位置和喷嘴出口之间的流体。因此，已经暴露在电流下的产品不会与来自产品存储器未受此电流作用的产品混合或接触。使用这种方法，当操作者准备就绪进行下一次操作时，在充电位置和喷嘴顶端之间的流体不会是已遭受电流作用的。在本实施方案中，清除电路被设计为当输送装置清除流体时，产生高压发生电路的电路不工作。换句话说，清除操作能在喷涂操作之前进行而不是在喷涂操作之后进行。
然而本发明的又一种情况涉及在产品存储器220内或后续产品输送通道中机械混合和重新悬浮分离了的材料的方法。在第一个实施方案中，如图8所示，一个或多个混合球290被放置在产品存储器220内。然后操作者摇动一次性喷射筒200引起混合球290在产品存储器220内运动。混合球290在产品存储器220内的运动引起产品存储器220内产品的紊流混合，从而复原任何分离的产品。可以理解，一次性喷射筒200在指标静电喷涂设备内部或外部时都可晃动它。
配备有混合球的另一个实施方案，在该设备中提供了一套电触发混合系统，如图9所示。在该实施例中，电触发混合系统包括完全环绕产品存储器220外围的一系列线圈600。通过给线圈600通交流电，线圈600间电场的变化引起产品存储器220内一个或多个混合球290的运动。在产品存储器220内一个或多个混合球290的这种运动能够引起产品存储器220内紊流混合，从而复原分离了的产品。而为产品存储器220内的混合所提供的另一个实施方案包括一个振动机构。振动机构可以放在产品存储器220的流体交流中。振动机构的振动能够在产品存储器220内产生紊流混合而且能复原分离的产品。
在又一个用于产品混合的实施方案中，如图10中示例，静态搅拌器700被放在产品存储器220和喷嘴出口280之间流体交流中。与直接流体流动通道不同的是，静态搅拌器700被设计为能够在流体流动通道内产生高度的紊流混合。流体流动通道内达到的这种紊流混合将会复原任何分离的产品。静态搅拌器700包括但不限于1.如图10中示例，一个螺旋型结构，尽管其他的几何形状也可能很好；2.如图11中示例，至少具有一个孔810的至少一片圆盘800。圆盘800被插入产品流动通道。可以插入多片圆盘800，并且更优选地，为了增加紊流混合，它们的孔810不要成轴向对齐。本领域的技术人员最好变动孔810的直径、位置和/或数量以改变紊流混合的程度。在图11的本实施方案中，孔810的直径大约为0.76mm(0.030＂)。
3.如图13中示例，有一系列的开口910的至少一片隔板900。隔板900插入产品流动通道中。可以插入多片隔板900，更优选地，为增加紊流混合它们的开口910不要成轴向对齐。该领域的技术人员最好变动开口910的大小、位置和/或数量以改变紊流混合的程度，。
在又一个实施方案中，如图13中示例，为了提供产品混合，在产品存储器220内添加一个螺旋搅拌器1000。螺旋搅拌器1000可能以采用与活塞230相连的浆叶，当活塞230旋转上升或向下时，螺旋搅拌器1000也上升或下降，在产品存储器220内造成紊流混合。本领域技术人员可能也认为螺旋搅拌器1000不需要附在活塞230上。这样，可供选择的配置包括但不限于1.在产品存储器220或后面接着的产品输送通道内，螺旋搅拌器1000被连接到另一个旋转组件(例如螺纹轴250)；或
2.螺旋搅拌器1000未固定而是以某种方式被包含，使得螺旋搅拌器1000可以响应于流体流动饶纵轴旋转。
在显示和描述了本发明的优选实施方案之后，本领域普通技术人员在不背离本发明范围的情况下，可通过合适的修改，如本文中所述对本发明作进一步改变。已提及几个可能的修改和可供选择的方法，其它改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，为了达到说明的目的，虽然已经论述了本发明的示例性实施方案，但应该理解为所描述的组件将根据技术进步而不断更新和改良。因此，应根据下面的权利要求考虑本发明的范围，并理解本发明的范围不限于本说明书和附图中所示和所述的详细结构、操作或程序步骤。
引入参考在下列普通转让、同时提交的美国专利申请中对相关的静电喷涂设备和喷射筒作了描述，并在此引入作为参考“静电喷涂设备”，被指定律师档案号8394。
“静电喷涂设备”，被指定律师档案号8396。
“静电喷涂设备的一次性喷射筒”，被指定律师档案号8397。
权利要求
1.一种静电喷涂设备，所述设备经配置和设置用以使产品充静电并从一个给料处输送至分散点，所述设备的特征在于包括存储器，其被配置用以容纳产品；喷嘴，用以分散产品，所述喷嘴被设置在分散点；所述喷嘴有一个出口；通道，其被设置在所述存储器和所述喷嘴之间，其中所述通道允许对在所述通道中移动的所述产品充静电；用于供电的电源；高压电源，所述高压电源与所述电源电连接；高压电极，所述高压电极与所述高压电源电连接，所述高压电极的一部分被设置到所述存储器和所述喷嘴之间，所述高压电极在所述通道内的充电位置使产品充静电；和基本环绕所述存储器的高压屏蔽层，所述高压屏蔽层是导体。
2.如权利要求1所述的静电喷涂设备，其中所述高压屏蔽层选自下列之一导电塑料高压屏蔽层和金属高压屏蔽层。
3.如权利要求1所述的静电喷涂设备，其中所述高压屏蔽层是存储器整体的一部分。
4.如权利要求3所述的静电喷涂设备，其中所述存储器是可拆卸喷射筒的一部分。
5.如权利要求1所述的静电喷涂设备，还包括一个阀门，该阀门用以阻止回流进入所述存储器。
6.如权利要求1所述的静电喷涂设备，其中所述高压屏蔽层构成所述存储器的壁。
7.一种喷射筒，所述喷射筒经配置用以容纳和输送静电喷涂设备使用的产品，其特征在于该静电喷涂设备包括存储器，其被配置用以容纳产品；喷嘴，用以分散产品，所述喷嘴有一个出口；通道，其被设置在所述存储器和所述喷嘴之间，其中所述通道允许对在所述通道中移动的产品充静电；高压触点，用以从静电设备接收电能；高压电极，所述电极电连接到所述高压触点，所述高压电极被配置用以为产品充电以便使该产品从所述喷嘴分散；和高压屏蔽层，所述屏蔽层基本环绕所述存储器，所述高压屏蔽层是导体。
8.一种静电喷涂设备，所述设备经配置用以使产品充静电并将产品从给料处输送至分散点，所述设备的特征在于包括存储器，其被配置用以容纳产品，所述存储器有一定容积；喷嘴，用以分散产品，所述喷嘴被设置在分散点；所述喷嘴具有一个出口；通道，其被设置在所述存储器和所述喷嘴之间，其中所述通道允许对在所述通道中移动的所述产品充静电；用于供电的电源；高压电源，所述高压电源与所述电源电连接；高压电极，所述高压电极与所述高压电源电连接，所述高压电极的一部分被设置在所述存储器和所述喷嘴之间，所述高压电极在所述通道内的充电位置使产品充静电；其中所述设备具有一个容积，该容积可以容纳所述高压电极和所述喷嘴出口之间的产品，所述容积选自下列之一或多个少于所设计的产品施用容积约20％，和少于所述存储器容积约10％。
9.如权利要求12所述的静电喷涂设备，其中所述通道有一个比率，该比率为从所述高压电极到所述喷嘴出口的所述通道长度之比大于约1。
10.一种喷射筒，经配置用以容纳和输送静电喷涂设备用的产品，其特征在于该静电喷涂设备包括存储器，其被配置用以容纳产品，所述存储器具有一定容积；喷嘴，用以分散产品，所述喷嘴具有一个出口；通道，其被设置在所述存储器和所述喷嘴之间，其中所述通道允许对在所述通道中移动的所述产品充静电；高压触点，用以从静电设备接收电能；和高压电极，电连接到所述高压触点，所述高压电极被配置用以为产品充电以便使该产品从所述喷嘴分散；其中该喷射筒具有可以容纳所述高压电极和所述喷嘴出口之间的产品的容积，所述的容积选自下列一种或多种少于设计的产品施用容积大约20％，和少于所述存储器容积约10％。
全文摘要
本发明公开了一种减少电感应乳剂产品发生分离的静电喷涂设备(5)和静电喷涂设备(5)的喷射筒。通过设置一个基本环绕产品存储器的导电高压屏蔽，设备(5)和/或该喷射筒可以减少电感应乳剂产品分离。可供选择地，设备(5)和/或该喷射筒可以防止位于充电位置的产品与产品存储器之间的流体交流，从而使被充电的产品不能回流进入产品存储器。可供选择地，通过使位于充电位置和喷嘴出口间产品的容积最小化，该设备和/或喷射筒可以减少电感应乳剂产品分离。
文档编号B05B5/08GK1484550SQ02803550
公开日2004年3月24日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月12日
发明者戴维·爱德华·威尔森, 布莱恩·迈克尔·凯德鲁伯斯基, 杰弗里·基思·莱普拉, 渡広瀬, 義弘脇山, 武志青山, 健也盛, 執住吉, 约瑟夫·迈克尔·克鲁勒, 基思 莱普拉, 迈克尔 克鲁勒, 迈克尔 凯德鲁伯斯基, 山, 戴维 爱德华 威尔森 申请人:宝洁公司