专利名称：用于喷出可控制的液体材料图案的模块和喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种液体材料喷出装置和喷嘴，更具体地，涉及一种用于喷出可控制的液态粘合剂细丝图案的设备和喷嘴。
背景技术：
存在很多原因需要喷出的细丝形状的液体具有可控制的图案，例如热熔粘合剂。过去常用的图案包括通过用多股喷射气体冲击细丝而形成细丝的旋涡形的图案，这就是在热熔粘合剂喷射行业中通常所称的受控纤维化(controlled fiberization)或CFTM。受控纤维化技术对精确地在一个较宽范围的衬底上覆盖从例如大约0.0254厘米(0.01英寸)到0.1524厘米(0.06英寸)的小直径的喷嘴孔喷出的一根或多根并排的细丝是非常有用的。可将置于衬底上的粘合剂图案的宽度加宽到粘合剂细丝自身宽度的很多倍。并且使用受控纤维化技术可较好地控制粘合剂的放置，在衬底的边缘和十分狭窄的衬底上这一点尤其有用，例如，在如用于菱形花纹织物(diaper)的腿箍(leg bands)的莱克拉弹性纤维(Lycra)的丝状材料上。也使用了其它的在衬底上产生摆动的粘合剂图案的粘合剂细丝喷射技术和设备，或者换句话说，为针迹图案，其中粘合剂在衬底上大体以曲折形式前后移动。这些喷射器(dispenser)或敷贴器具有排列在同一个平面上的一系列的液体和气体孔。
常用的典型旋涡喷嘴或硬模尖端(die tip)有一中央粘合剂排出通道，在该中央粘合剂排出通道周围有多个气体排出通道，粘合剂排出通道位于一突起物的中央部分，该突起物关于该粘合剂排出通道呈全圆或放射状对称。该突起物的外形通常为圆锥形或截锥形，且粘合剂排出通道的出口位于其顶端，该气体通道典型地置于该突起物的底部，同突起物自身一样，该气体通道也关于粘合剂排出通道呈放射状对称布置，该气体通道通常被导向于相对于粘合剂排出通道相切的方向，并关于中央粘合剂排出通道全部按顺时针或逆时针方向旋转一个角度。
常规的热熔吹制(meltblown)的粘合剂喷射设备通常包括一硬模尖端，该硬模尖端具有多个沿楔形单元的顶端放置的粘合剂或液体排出通道和在楔形单元底部按任意形状布置的气体通道，所述楔形单元不是放射状对称元件，而通常在相对于宽度方向的长度方向进行了拉长。从气体排出通道排出的气体沿楔形单元的侧面导向顶端，且冲击由粘合剂排出通道排出的粘合剂和其它液态材料，以将排出的细丝下拉并变细，这种细丝一般以随机方式排出。
热熔吹制类型喷射器为排出液态材料，比如热熔粘合剂和其它材料提供了一种方便和节省成本的平台来。典型地，热熔吹制喷射器的气体排出通道以对称方式置于楔形单元的任一侧和底部，即在不同于液体排出通道的平面，以使细丝变细。但到目前为止，还不能有效控制从这种类型喷射器喷出的粘合剂细丝旋涡，由此希望提供一种能够产生可控制的液体细丝旋涡的热熔吹制类型喷射器。
发明内容
本发明提供一种能够产生可控制的液态细丝旋涡的热熔吹制类型喷射器。该设备可以产生具有改进的边缘控制的可重复的细丝定向。而且，本发明可预测在液体与气体排出通道的特殊几何形状和所产生的图案的宽度与频率之间的关系，由此，可通过控制喷嘴形状而得到更紧密、高频的细丝图案或更松弛、低频的细丝图案。
本发明总的来说提供一种液体喷射模块或喷射器，用于将至少一根液体细丝以旋涡形图案喷到移动的衬底上。该喷射模块包括用来接收压缩的液体和气体的喷射器或模块体，和与该模块体相连的喷嘴。该喷嘴包括一具有第一侧面和第二侧面的喷嘴体，其第一侧面与模块体相连，且包括分别与模块体的液体和气体供给通道相连的液体供给口和气体供给口。虽然在该最佳实施例中，第一和第二侧面分别位于该喷嘴体的垂直平面上，但也可采用其它的配置。一个楔形单元位于喷嘴体的第二侧面，该楔形单元包括一底部，一顶端和一对会聚于该顶端的侧面，液体排出通道沿轴线延伸穿过楔形单元的顶端，该液体排出通道与喷嘴体的液体供给口连通。该楔形单元以放射状非对称的方式绕液体排出通道延伸。该喷嘴体还包括位置邻近楔形单元底部的多个气体排出通道，对于每一侧表面，至少有2个气体排出通道的位置与其邻近，且每一气体排出通道都朝液体排出通道的方向旋转一个角度，每一个气体排出通道还偏离于液体排出通道的轴线。
该最佳实施例中，所述喷嘴体包含四个气体排出通道，这四个气体排出通道围绕液体排出通道大体呈正方形(square pattern)，其中二个气体排出通道的位置邻近一侧表面的底部，另外二个气体排出通道的位置邻近另一侧表面的底部。每一个气体排出通道均偏离液体排出通道的轴线相同的距离。位于正方形对角线对角处的气体排出通道的位置围绕液体排出通道对称，每一气体排出通道偏离液体排出通道轴线的距离至少等于该液体排出通道的半径。楔形单元最好和喷嘴体形成一个整体，比如通过挤压成型或机械加工技术。尤其当喷出热熔粘合剂材料时，液体排出通道的直径在约0.0254厘米(0.01英寸)至约0.1524厘米(0.06英寸)之间，气体排出通道偏离液体排出通道轴线的距离最小为大约0.0127(0.005英寸)到大约0.0762(0.030英寸)，最大为大约0.1524厘米(0.060英寸)。
本发明的构思可用于具有一组或多组液体和气体排出通道的喷射模块。对很多应用来说，希望提供包含多组并排的液体和气体排出通道的喷嘴，每组的配置如上所述。可关于各独立的楔形单元来排列各组或沿同一楔形单元来排列多组液体和气体排出通道。每种情况都可获得所期望的旋涡形液体细丝图案，并且，由于气体和液体排出通道在放射状非对称的楔形单元的相反侧面的独特配置，所以在偏离尺寸和结果得到的图案的宽度和频率之间存在近似的线性关系，所述偏离尺寸为气体排出通道和液体排出通道轴线之间的距离。结果，可以对气体和液体排出通道进行不同的配置，通过该不同的配置，可精确预测与衬底运动垂直的旋涡图案宽度和与衬底运动平行的摆动的频率。
对于本专业普通技术人员来说，通过结合附图阅读以下详细说明，本发明的这些和其它特点、目的和优点就变得更加明显。
图1是根据本发明最佳实施例构建的包括一个喷嘴或硬模尖端的喷射模块的透视图。
图2是图1中移去盖板的喷嘴或硬模尖端的透视图。
图3是图2所示的喷嘴或硬模尖端排出端或者排出部分的局部放大的视图。
图4是图2和图3所示的喷嘴或硬模尖端的底视图。
图4A是一可替换喷嘴的局部放大的底视图。
图5是从图1所示喷射模块流出后在衬底上出现的旋涡形液体图案的示意图。
图6也是从图1所示喷射模块流出后在衬底上出现的旋涡形液体图案的示意图，但在该喷射模块中，空气排出通道与液体排出通道间的偏离较大。
图7是示出图案宽度与偏离尺寸之间和图案摆动频率与偏离尺寸之间关系的坐标图。
图8是根据本发明所构建的一可替换喷嘴或硬模尖端的透视图。
图9是图8所示喷嘴或硬模尖端的底视图。
图10是基于本发明构建的另外一个可替换喷嘴或硬模尖端的后视图。
图11是图10所示喷嘴或硬模尖端的底视图。
图12是图10和图11所示喷嘴或硬模尖端的侧视图。
具体实施例方式
首先参见图1，其示出一个按该最佳实施例构建的喷射模块10，该喷射模块10一般包含一个具有中间体部分14的模块体12，上部帽体16和下部体部分18。帽体16通过紧固件20固定在中间体部分14上，中间体部分14包括紧固件22，用来将模块10紧固一适合的支撑体上，例如向模块体10提供液体例如热熔粘合剂的集流腔(manifold)(未示出)。下部体部分18通过各自成对的紧固件24、26紧固于中间体部分14上。喷嘴组合体或硬模尖端组合体28分别从供给通道25、27接收液体和压缩气体。喷嘴组合体28被紧固在下部体部分18上，且该喷嘴组合体18包括一个喷嘴或硬模尖端30，一个盖板31，该盖板31用来密封喷嘴或硬模尖端内的各液体和气体口。盖板31通过紧固件33紧固在喷嘴或硬模尖端30上，同时紧固件33还将喷嘴30和盖板31紧固在下部体部分18上。模块或敷贴器10最好为开/关类型并且含有内部阀门结构以有选择地以一根或多根细丝的形式喷出液体，例如热熔粘合剂或其它通常由聚合材料形成的粘性液体。一种可与喷嘴30结合使用的合适的模块结构为位于俄亥俄州Westlake的本专利受让人Nordson公司的第309637号零件。
参见图2-4，其示出按最佳实施例构建的喷嘴30。喷嘴30包括主体32，该主体32最好由金属如黄铜制成，其具有前表面34，后表面36，上表面38，下表面40，楔形单元42形成于下表面40上，通常由一对收敛的侧表面42a，42b所限定。后表面36适于紧靠喷出器表面被紧固，并通过液体输入凹口44接收液态材料，如热熔粘合剂，该液体输入凹口44与伸入主体32的液体输入口46接通。该液体输入口46还与液体排出通道48相连，液体排出通道48的轴线48a贯穿楔形单元42。气体进口50、52还连通前后表面34、36，并通向各气体输入凹口54a、54b、54c。凹口54a、54b、54c与一对伸入主体32的气体供给口56、58连通。气体供给口56、58与四个分别沿轴线60a、62a、64a、66a延伸的气体排出通道60、62、64、66相连通。
最好如图3所示，气体排出通道60、62、64、66的出口位于邻近楔形单元42的底部的下表面40上。因此，气体排出通道60、62、64、66一般沿表面42a、42b以一个复合角度排出压缩气体，这一点，通过参阅图3和图4可更容易地理解。孔洞68、70贯穿主体32以容纳用以将喷嘴30紧固于喷射器上紧固件(未示出)。楔形单元42位于两个倾斜面72、74之间。倾斜面72、74朝上向楔形单元42旋转一个角度，使得楔形单元42的顶端和液体排出通道48的排出出口48a一般置于下表面40的最低处或之上，如图3所示。
从喷嘴体32的前方看去(图3)，气体排出通道60、64的轴线60a、64a最好置于与液体排出通道48的轴线48a成25.3°夹角的位置。通道62、66的轴线62a、66a最好置于与轴线48a成18.3°夹角的位置，这种正视的角度的区别是由于每个大体位于对角线相对侧的气体排出通道62、66及60、64的轴线都存在偏离，如图4所示。如图2所示，在该最佳实施例中，每个气体排出通道60、62、64、66相对于轴线48a的真正夹角是30°。根据本发明，气体排出通道60、64的轴线60a、64a关于与轴线48a垂直的轴线80分别沿相反方向偏离。在该最佳实施例中，每根轴线60a、64a都偏离轴线80相同的尺寸。例如，当通道48、60、62、64、66的直径为在热熔粘合剂喷射行业中为典型的0.0254(0.010英寸)至0.1524厘米(0.060英寸)范围内时，最小偏离尺寸相应地在0.0127(0.005英寸)至0.0762(0.030英寸)范围内。在该最佳实施例中，液体排出通道48的直径为0.04572(0.018英寸)，气体排出通道60、62、64、66的尺寸与其相同。每个气体排出通道60、62、64、66偏离轴线48的尺寸是0.02286(0.009英寸)。轴线62a、66a与垂直轴线48a延伸的轴线82的偏离距离最好与轴线60a、64a偏离轴线48的距离相同，这一点可通过参考与轴线48垂直且与轴线60a、64a平行的轴线80来更好地说明。然而，也可考虑在轴线间采用不同的偏离尺寸。例如，轴线60a、64a和轴线80之间的偏离尺寸可以互相相等，但不必与轴线62a、66a和轴线82间的偏离尺寸相等。换句话说，轴线62a、66a和轴线82之间的偏离尺寸彼此相等，却大于或小于轴线60a、64a和轴线80之间的偏离尺寸。
四个气体排出通道60、62、64、66通常为绕液体排出通道48在楔形单元42的底部形成一个正方形。对角线相对的气体排出通道，换句话说，置于正方形对角的各气体排出通道是对称的，且位于至少基本平行的平面上。各气体排出通道62、66和60、64以如上所述的相等的偏离方式分别偏离轴线80、82，使得从每个气体排出通道60、62、64、66排出的气流与从通道48排出的液体细丝相切，与直接冲击从通道48排出的液体细丝正好相反。轴线60a、64a与轴线80之间的偏离尺寸和轴线62a、66a与轴线82间的偏离尺寸越大，产生的液体旋涡图案就越大或越开阔。最佳的最小偏离等于任一气体排出通道60、62、64、66的半径。更好地，各对气体排出通道60、64和62、66的偏离尺寸也相等。
图4A示出一个可替换的喷嘴30′，且在该图中，与图1-4的实施例中相同的数字代表相同的元件，而具有撇号(′)的数字代表如下讨论的经过某种修改的元件。具体的，液体排出通道48还位于楔形单元42的顶端，周围为大体呈正方形的气体排出通道60、62′、64、66′。在本实施例中，每个气体排出通道60、64都从垂直于液体排出通道48的纵轴、平行于轴线60a、64a的轴线80偏离一各自的距离，该偏离的距离可以同图4所示描述的相同。另一方面，各气体排出通道62′、66′沿着各自的轴线62a′、66a′延伸，该二轴线偏离轴线82的距离彼此相同。然而，如图所示，这段距离大于轴线60a、64a偏离轴线80的距离。
图5和图6示出说明使用喷嘴30形成的图案的两个不同的旋涡图案90、92，图案90是由小偏离尺寸形成的更紧密、更小的高频图案的示例。随着偏离尺寸的增加，粘合剂的旋涡图案变得越来越开阔，在移动的衬底(未示出)上产生越来越大的粘合剂环形图案，而且频率越来越低。图7示出图4中喷嘴30的粘合剂旋涡图案的宽度与偏离尺寸之间及粘合剂旋涡图案的摆动频率与偏离尺寸之间的关系。虚线表示理想的线性关系。可以理解，该数据表明在偏离尺寸和结果得到的图案的宽度和频率之间存在近似的线性关系。因此，可很容易地完成可精确预测图案宽度和图案摆动频率的喷嘴30的设计。
图8和图9示出为喷嘴130形式的本发明的另一种可替换实施例。在图8和图9中，与图1-4所示实施例相同的元件用相同的数字表示，只是这些数字由“100”系列的数字来表示。这两种实施例之间仅存的实质性区别为图8和图9示出的实施例被修改为可射出或喷出多于一根的液态材料细丝。喷嘴130包括喷嘴体132，前表面134、后表面136、上表面138和下表面140，下表面140包括多个构建的与第一实施例所述相同的楔形单元142，液体输入凹口144与各个液体供应口146连通以给与各个楔形单元142相连的多个液体排出通道148的每一个供料。气体进口150、152也与各气体排出通道160、162、164、166连通。同样，最好每一个气体排出通道160、162、164、166按照第一实施例中描述的各气体排出通道60、62、64、66的定位来进行定位。孔洞168、170用来容纳将喷嘴130紧固于喷射器上的紧固件。喷嘴130允许多个并排的液体旋涡图案，例如热熔粘合剂，喷到相对于喷嘴130移动的衬底上，该衬底典型地位于排出通道148之下、与其隔开的位置。本发明尤其适用于在制造具有弹性腿箍的菱形花纹织物中使用的细丝涂层，例如莱克拉弹性纤维。
参见图10-12，一可替换的喷嘴或硬模尖端200包括后表面202、下表面204和上表面206，各孔洞208、210同样用于容纳紧固件，同样，供给口212、214用于提供压缩气体，凹口216和供给口218、220、222用于提供压缩液体。下表面204包括单个楔形单元230，该楔形单元230沿下表面204的长度方向延伸，且具有沿楔形单元230的顶端240的、平行延伸的多个液体排出通道232、234、236。楔形单元230还包括分别会聚的侧表面242、244。在楔形单元230的底部，各组气体排出通道分别围绕液体排出通道232、234、236大体呈正方形。这些气体排出通道组包括围绕液体排出通道232的气体排出通道250、252、254、256，围绕液体排出通道234的气体排出通道260、262、264、266，和围绕液体排出通道236的气体排出通道270、272、274、276。关于这些气体和液体排出通道组中的每一组，夹角、偏离尺寸和配置最好与前面实施例的描述相同。图10-12所示实施例允许使用单一楔形单元230产生多根液体旋涡细丝。
尽管已通过描述多个最佳实施例对本发明进行了说明，且在一定程度上对这些实施例进行了详细的描述，但是申请人的目的并不是要将附加权利要求的范围限制在该详细描述内容的范围内。对本专业技术人员来说，很明显会看出附加的优点和各种变型。可根据用户的需要和喜好来单独或组合使用本发明的各个特点，上述是对本发明的说明和目前已知的实现本发明的最佳方法。然而，本发明应仅由附加的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于将多根液体细丝以旋涡形图案喷到一移动衬底上的模块，包括一个具有分别用来接收液体和气体的液体供给通道和气体供给通道的模块体；一个具有第一侧面和第二侧面的喷嘴主体，所述第一侧面与所述模块体相连，且包括分别与所述模块体的液体和气体供给通道相连的液体供给口和气体供给口；在所述喷嘴主体的所述第二侧面上的楔形单元，其包括一底部、一顶端和一对会聚于所述顶端的侧面；沿各自的轴线延伸穿过所述楔形单元的所述顶端的多个液体排出通道，所述液体排出通道与所述液体供给口相连通，且所述楔形单元绕所述液体排出通道以放射状非对称的方式延伸，和在所述喷嘴主体内的多组气体排出通道，该多组气体排出通道位于与所述楔形单元的所述底部邻近的位置，每一组至少有二个所述气体排出通道位于与每个所述侧面邻近的位置，且每一组的所述气体排出通道分别以大体朝向一相关的所述液体排出通道的方向偏转一个角度，且每一组的所述气体排出通道自所述一相关的所述液体排出通道的轴线偏离，以通过冲击自所述各组的所述液体排出通道排出的液体细丝，在衬底上产生一旋涡形液体细丝图案。
2.根据权利要求1所述的模块，其中所述多个气体排出通道的位置相对于所述液体排出通道大体呈正方形。
3.根据权利要求2所述的模块，其中每个所述气体排出通道自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离。
4.根据权利要求2所述的模块，其中位于所述正方形对角线对角处的所述气体排出通道的位置相对于所述液体排出通道对称。
5.根据权利要求2所述的模块，其中位于所述正方形对角线对角处的第一对所述气体排出通道的每一个都自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离，且位于所述正方形的另一对角线对角处的第二对所述气体排出通道的每一个也都自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离，但该偏离的距离与所述第一对所述气体排出通道偏离的距离不同。
6.根据权利要求1所述的模块，其中每个所述气体排出通道偏离所述液体排出通道的轴线的距离至少等于所述液体排出通道的半径。
7.根据权利要求1所述的模块，其中所述楔形单元与所述喷嘴主体形成一整体。
8.一种用于将多根液体细丝以旋涡形图案喷到一移动衬底上的喷嘴，其包括具有第一侧面和第二侧面的喷嘴主体，所述第一侧面与一模块体相连，且包括分别与该模块体的液体和气体供给通道相连的液体供给口和气体供给口；在所述喷嘴主体的所述第二侧面的楔形单元，该楔形单元包括一底部、一个端和一对会聚于所述顶端的侧表面；沿各自的轴线延伸穿过所述楔形单元的所述顶端的多个液体排出通道，所述液体排出通道与所述液体供给口相连通，且所述楔形单元绕所述液体排出通道以放射状非对称的方式延伸，和所述喷嘴主体内的多组气体排出通道，其位于与所述楔形单元的所述底部相邻的位置，每组至少有二个所述气体排出通道位于与每一个所述侧面邻近的位置，且所述每一组的所述气体排出通道分别以大体朝向一相关的所述液体排出通道的方向偏转一个角度，且每一组的所述气体排出通道自所述一相关的所述液体排出通道的轴线偏离，以通过冲击自所述各组的所述液体排出通道排出的液体细丝，在衬底上产生一旋涡形液体细丝图案。
9.根据权利要求8所述的喷嘴，其中所述多个气体排出通道的位置相对于所述液体排出通道大体呈正方形。
10.根据权利要求9所述的喷嘴，其中每个所述气体排出通道自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离。
11.根据权利要求9所述的喷嘴，其中位于所述正方形的对角线对角处的所述气体排出通道的位置相对于所述液体排出通道对称。
12.根据权利要求9所述的喷嘴，其中位于所述正方形对角线对角处的第一对所述气体排出通道的每一个都自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离，且位于所述正方形的另一对角线对角处的第二对的所述气体排出通道的每一个也都自所述液体排出通道的轴线偏离相同的距离，但该偏离的距离与所述第一对所述气体排出通道偏离的距离不同。
13.根据权利要求8所述的喷嘴，其中每个所述气体排出通道偏离所述液体排出通道的轴线的距离至少等于所述液体排出通道的半径。
14.根据权利要求8所述的喷嘴，其中所述楔形单元与所述喷嘴主体形成一整体。
全文摘要
一种用于喷出至少一根液体细丝的液体喷射模块和喷嘴或硬模尖端。该喷嘴包括具有会聚于一顶端的一对侧面的楔形单元。一液体排出通道沿轴线延伸穿过该楔形单元和该顶端。该楔形单元绕液体排出通道以放射状非对称的方式延伸。在该楔形单元的底部设置有四个气体排出通道。对于每一个所述侧表面，至少有一个气体排出通道位于与其邻近的位置，且每一气体排出通道以大体朝向液体排出通道的方向偏转一个角度，并偏离于液体排出通道的轴线。
文档编号B05C5/02GK1727074SQ200510091789
公开日2006年2月1日 申请日期2001年5月15日 优先权日2000年5月15日
发明者劳伦斯·B·塞德曼 申请人:诺德森公司