特表 2023-541832 加圧空気動作式液体制御ピストンを有する液体分配システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-04

(54)【発明の名称】加圧空気動作式液体制御ピストンを有する液体分配システム

(51)【国際特許分類】

   B05B 1/32 20060101AFI20230927BHJP

【ＦＩ】

B05B1/32

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023515304

(86)(22)【出願日】2021-09-09

(85)【翻訳文提出日】2023-04-05

(86)【国際出願番号】 US2021049674

(87)【国際公開番号】W WO2022056134

(87)【国際公開日】2022-03-17

(31)【優先権主張番号】63/076,001

(32)【優先日】2020-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】595170502

【氏名又は名称】スプレイング システムズ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】コプリン， トーマス

(72)【発明者】

【氏名】キャミック， エドワード

【テーマコード（参考）】

4F033

【Ｆターム（参考）】

4F033BA03

4F033DA01

4F033EA05

4F033GA02

4F033GA06

4F033NA01

(57)【要約】

各モジュールがモジュール本体、スプレーノズル、およびノズルからの液体の分配を制御するためのピストンを有するモジュール式液体分配システム。
各モジュールは、ピストンを開放位置に移動させるとともに、閉鎖位置へのより迅速な戻り移動を容易にする空気圧動作システムを有し、高粘性液体の正確に制御された小滴サイズの量の分配を可能にする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スプレーノズルアセンブリにおいて、
液体供給に結合するための液体供給ポート（２２）を有するノズル支持本体（２０）であって、加圧空気供給及び空気出口ポート（５２）に結合するための空気供給ポート（５０）を更に有する、ノズル支持本体（２０）と、
前記ノズル支持本体（２０）に支持されたスプレーノズル（３０）と、
前記ピストンヘッド（３２ａ）が前記ノズル支持本体（２０）の開口部（３４）内の移動のために支持され、前記ピストン（３２）の下流端が、前記スプレーノズル（３０）への液体の流入及び前記スプレーノズル（３０）からの液体の放出を制御するためのスプレーノズル液体供給入口（３１）に選択的に係合可能なピストン（３２）と、
前記ピストンヘッド（３２ａ）の上流側の前記ノズル支持本体の開口部（３４）内のバネ室（３６）の内部に支持され、前記ピストン（３２）をスプレーノズル液体供給入口の閉鎖位置に付勢する戻しバネ（３５）と、
を備え、
前記ノズル本体の開口部（３４）は、ピストンヘッド（３２ａ）の前記バネ室（３６）とは反対側の下流側にピストン室（４２）を画定し、前記ノズル支持本体（２０）は、制御弁（４３）と連通する空気通路システムを有し、前記制御弁（４３）は、
（１）前記ノズル支持本体の空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）に連通させるとともに、前記ピストン（３２）を前記戻しバネ（３５）の付勢力に抗してスプレーノズル液体供給入口開口位置に移動させて前記スプレーノズル（３０）への液体の流入および前記スプレーノズル（３０）からの液体の放出を可能にする為に、（２）前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）から前記空気通路システムを通る前記ピストン室（４２）への加圧空気の流入を阻止するとともに、前記ピストン室（４２）からの加圧空気を前記バネ室（３６）を介して前記ノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させて、前記戻しバネ（３５）の付勢力で前記ピストン（３２）を前記スプレーノズル液体供給入口閉鎖位置に戻すことを容易にする為に、選択的に作動可能にする、スプレーノズルアセンブリ。

【請求項2】

前記制御弁（４３）は、空気入口ポート（５５ａ）と、作業ポート（５５ｃ）と、排気ポート（５５ｂ）とを有し、（１）前記弁入口ポート（５５ａ）を開放して前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）からの加圧空気を、前記弁入口ポート（５５ａ）及び作業ポート（５５ｃ）を介して、前記ピストン室（４２）に連通させて前記ピストン（３２）を前記開放位置に移動させる第１位置と、（２）前記弁入口ポート（５５ａ）を閉鎖して前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記制御弁入口ポート（５５ａ）を介して遮断して前記ピストン室（４２）からの加圧空気を前記弁作業ポート（５５ｃ）及び排気ポート（５５ｂ）を介して、前記バネ室（３６）を介してノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させる第２位置との間で移動可能な作動機構（４３ａ）を備える、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項3】

前記ノズル本体空気通路システムは、
前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記制御弁（４３）に連通させる第１空気通路（６３）と、
前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）に連通させる作業通路（６２）と、
前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）を介してノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させる出口空気通路（６１）と、
を含む、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項4】

前記制御弁（４３）は、弁機構（４３ａ）を有し、前記制御弁（４３）は、前記弁作動機構（４３ａ）を第１の位置と第２の位置との間で移動させる為に動作可能であり、（１）前記第１の位置は、前記空気供給ポート（５０）からの加圧空気を、前記ノズル支持本体第１空気通路（６３）及び作業通路（６２）を介して、前記ピストン室（４２）に連通させ、前記ピストン（３２）を前記戻しバネ（３５）の力に抗して前記開放位置に移動させるとともに、前記ノズル支持本体空気出口通路（６１）、バネ室（３６）及びノズル支持本体空気出口ポート（５２）への加圧空気の連通を遮断する位置であり、（２）前記第２の位置は、前記第１空気通路（６３）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）に連通させることを遮断するとともに、前記ピストン室（４２）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）、出口空気通路（６１）を介して、前記ばね室（３６）及び前記ノズル支持本体空気出口ポート（５２）へ連通させる位置である、請求項３に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項5】

前記制御弁は、ソレノイド弁である、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項6】

前記ピストン（３２）が、前記ノズル支持本体開口部（３４）の内部に密封関係で装着されたピストンキャリア（３３）の内部に支持され、前記ピストンキャリア（３３）及びピストンヘッド（３２ａ）は、前記ノズル本体開口部（３４）の内部の前記ピストン室（４２）の限界を画定する、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項7】

前記戻しバネ（３５）が保持スリーブ（３７）の内部に設けられ、前記弁作動機構（４３）が前記第２の位置にあるとき、加圧空気が前記ピストン室（４２）から前記保持スリーブ（４０）を介して前記ノズル本体空気出口ポート（５２）に連通する、請求項４に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項8】

前記スプレーノズル液体供給入口は、前記スプレーノズル（３０）の上流端部の入口（３１）である、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項9】

前記制御弁（４３）およびスプレーノズル（３０）のそれぞれを有する複数の前記ノズル支持本体を含む、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項10】

前記複数のノズル支持本体（２０）は、各ノズル支持本体（２０）の液体供給ポート（２２）、空気供給ポート（５０）および空気出口ポート（５２）が、他の前記複数のノズル支持本体の他のそれぞれの液体供給ポート（２２）、空気供給ポート（５０）および空気排出ポート（５２）に流体連通した状態で、互いに並べて設けられる、請求項９に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項11】

前記スプレーノズルは、内周面を画定するほぼ中空の円筒形の構成を有するノズル本体と、前記ノズル本体の内部に配置された内部ノズルコアとを含み、
前記内部ノズルコアは、涙滴形状のピントルと、環状放出通路とを含み、前記涙滴形状のピントルは、膨張キャビティの上流端部壁に隣接する上流端部セクションと、前記上流端部セクションに隣接する径方向外側に湾曲したセクションと、径方向内側にテーパが付けられた円錐形の終端部セクションと、を有し、前記環状放出通路は、前記ピントルの外面と前記ノズル本体の内周面との間に画定され、ノズルシートの膨張キャビティと流体連通する、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項12】

前記スプレーノズルは、前記液体供給入口と、前記液体入口と流体連通する下流膨張キャビティとを有するノズルシートを含み、前記膨張キャビティは下流端部壁で終端し、前記環状放出通路は前記膨張キャビティと流体連通する、請求項１１に記載のスプレーノズルアセンブリ。

【請求項13】

液体分配システムにおいて、
複数の個別の液体分配モジュール（１２）が互いに密封された状態で並んで積み重ねられて支持されているモジュール式マニホールドを備え、
前記モジュール（１２）は、各々が、隣接するモジュール（１２）上に液体供給ポート（２１）と整列した関係で設けられ、前記モジュール間を連通する共通の液体通路（１２）を画定する液体供給ポート（２１）が形成されたノズル支持本体（２０）を有し、
各モジュールの前記ノズル支持本体（２０）は、隣接するモジュールのそれぞれの空気供給ポート（５０）及び空気出口ポート（５２）に連通する空気供給ポート（５０）及び空気出口ポート（５２）を含み、
前記モジュール（１２）は、各々が、
前記ノズル支持本体（２０）に支持されたスプレーノズル（３０）と、
前記ピストンヘッド（３２ａ）が前記ノズル支持本体（２０）の開口部（３４）内の移動の為に支持され、前記ピストン（３２）の下流端部が前記スプレーノズル（３０）への液体の流入及び前記スプレーノズル（３０）からの液体の放出を制御するためのスプレーノズル液体供給入口（３１）に選択的に係合可能なピストン（３２）と、
前記ピストンヘッド（３２ａ）の上流側の前記ノズル支持本体開口部（３４）内のバネ室（３６）の内部に支持され、前記ピストン（３２）をスプレーノズル液体供給入口閉鎖位置に付勢する戻しバネ（３５）と、
を含み、
前記ノズル本体開口部（３４）は、前記ピストンヘッド（３２ａ）の前記バネ室（３６）とは反対側の下流側にピストン室（４２）を画定し、
前記ノズル支持本体（２０）は、制御弁（４３）と連通する空気通路システムを有し、
（１）前記ノズル支持本体の空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）に連通させるとともに、前記ピストン（３２）を前記戻しバネ（３５）の付勢力に抗してスプレーノズル液体供給入口開口位置に移動させて前記スプレーノズル（３０）への液体の流入および前記スプレーノズル（３０）からの液体の放出を可能にする為に、（２）前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）から前記空気通路システムを通る前記ピストン室（４２）への加圧空気の流入を阻止するとともに、前記ピストン室（４２）からの加圧空気を前記バネ室（３６）を介して前記ノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させて、前記戻しバネ（３５）の付勢力で前記ピストン（３２）を前記スプレーノズル入口閉鎖位置に戻すことを容易にする為に、選択的に作動可能にする、液体分配システム。

【請求項14】

前記ノズル本体空気通路システムは、前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記制御弁（４３）に連通させる第１空気通路（６３）と、前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）に連通させる作業通路（６２）と、前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）を介してノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させる出口空気通路（６１）と、を含む、請求項１３に記載の液体分配システム。

【請求項15】

前記制御弁（４３）は、弁機構（４３ａ）を有し、前記制御弁（４３）は、前記弁作動機構（４３ａ）を第１の位置と第２の位置との間で移動させる為に動作可能であり、（１）前記第１の位置は、前記空気供給ポート（５０）からの加圧空気を、前記ノズル支持本体第１空気通路（６３）及び作業通路（６２）を介して、前記ピストン室（４２）に連通させ、前記ピストン（３２）を前記戻しバネ（３５）の力に抗して前記開放位置に移動させるとともに、前記ノズル支持本体空気出口通路（６１）、バネ室（３６）及びノズル支持本体空気出口ポート（６０）への加圧空気の連通を遮断する位置であり、（２）前記第２の位置は、前記第１空気通路（６３）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）に連通させることを遮断するとともに、前記ピストン室（４２）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）、出口空気通路（６１）を介して、前記ばね室（３６）及び前記ノズル支持本体空気出口ポート（５２）へ連通させる位置である、請求項１４に記載の液体分配システム。

【請求項16】

前記戻しバネ（３５）が保持スリーブ（３７）の内部に設けられ、前記弁作動機構（４３ａ）が前記第２の位置にあるとき、加圧空気が前記ピストン室（４２）から前記保持スリーブ（４０）を介して前記ノズル本体空気出口ポート（５２）に連通する、
請求項１３に記載の液体分配システム。

【請求項17】

前記スプレーノズルは、内周面を画定するほぼ中空の円筒形の構成を有するノズル本体と、前記ノズル本体の内部に配置された内部ノズルコアとを含み、前記内部ノズルコアは、涙滴形状のピントルと、環状放出通路とを含み、前記涙滴形状のピントルは、膨張キャビティの上流端部壁に隣接する上流端部セクションと、前記上流端部セクションに隣接する径方向外側に湾曲したセクションと、径方向内側にテーパが付けられた円錐形の終端部セクションと、を有し、前記環状放出通路は、前記ピントルの外面と前記ノズル本体の内周面との間に画定され、ノズルシートの膨張キャビティと流体連通する、請求項１３に記載の液体分配システム。

【請求項18】

液体分配システムにおいて、
複数の個別の液体分配モジュールが互いに密封された状態で並んで積み重ねられて支持されているモジュール式マニホールドを備え、
前記モジュール（１２）は、各々が、隣接するモジュール（１２）上に液体供給ポート（２１）と整列した関係で設けられ、前記モジュール間を連通する共通の液体通路（１２）を画定する液体供給ポート（２１）が形成されたノズル支持本体（２０）を有し、
各モジュールの前記ノズル支持本体（２０）は、隣接するモジュールのそれぞれの空気供給ポート（５０）及び空気出口ポート（５２）に連通する空気供給ポート（５０）及び空気出口ポート（５２）を含み、
前記モジュール（１２）は、各々が、
制御弁（４３）と、前記ノズル支持本体空気供給ポート（５０）からの加圧空気を前記制御弁（４３）に連通させる第１の空気通路（６３）を含むノズル本体通路システムと、前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記ピストン室（４２）に連通させる作業通路（６２）と、前記制御弁（４３）からの加圧空気を前記バネ室（３６）を介してノズル支持本体空気出口ポート（５２）に連通させる出口空気通路（６１）と、
を含み、
前記制御弁（４３）は弁機構（４３ａ）を有し、前記制御弁（４３）は、前記弁作動機構（４３ａ）を第１の位置と第２の位置との間で移動させる為に動作可能であり、（１）前記第１の位置は、前記空気供給ポート（５０）からの加圧空気を、前記ノズル支持本体第１空気通路（６３）及び作業通路（６２）を介して、前記ピストン室（４２）に連通させ、前記ピストン（３２）を前記戻しバネ（３５）の力に抗して前記開放位置に移動させるとともに、前記ノズル支持本体空気出口通路（６１）、バネ室（３６）及びノズル支持本体空気出口ポート（５２）への加圧空気の連通を遮断する位置であり、（２）前記第２の位置は、前記第１空気通路（６３）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）に連通させることを遮断するとともに、前記ピストン室（４２）からの加圧空気を、前記作業通路（６２）、出口空気通路（６１）を介して、前記ばね室（３６）及び前記ノズル支持本体空気出口ポート（５２）へ連通させる位置である、液体分配システム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

［関連出願の相互参照］

【0002】

［０００１］この特許出願は、２０２０年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／０７６，００１号の利益を主張するものであり、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

【0003】

［発明の分野］

【0004】

［０００２］本発明は、液体分配システムに関し、特に、制御された少量の高粘性液体を分配するためのノズルを有する液体分配システムに関する。

【0005】

［発明の背景］

【0006】

［０００３］多くの産業では、少量の制御された量の高粘性液体を分配する必要がある。例えば、食品産業では、ピザの商業的生産において、ピザ生地に小滴サイズの量のソースを分配することが必要とされる。ソースの濃厚な性質のために、所望のように厳密に制御された小液滴を迅速に分配することは困難である。その上、ソースがノズル通路を詰まらせる可能性のある固体を含む場合には、流体経路のサイズを大きくしなければならず、これにより小滴の分配を制御することがさらに困難になり、しばしば放出ソースの望ましくない飛散をもたらす。さらに、分配装置が空気動作式液体制御ピストンを使用する場合、ピストンの迅速な作動は制御空気の圧縮性によって制限される。加えて、空気動作装置がバネ戻りされるとき、バネ戻り力は、装置を開放ために使用される空気圧力の約半分まで制限することができ、これは、急速なピストン閉鎖に抵抗する。

【0007】

【発明の目的および概要】

【0008】

［０００４］本発明の目的は、高粘性液体の小滴サイズ量を正確に制御して分配するのに有効なスプレーノズルを有する液体分配システムを提供することである。

【0009】

［０００５］別の目的は、液体の望ましくない飛散を生じることなく、正確に制御されたピクセルサイズの液滴を迅速に堆積させるのに効果的である、上記のように特徴付けられた液体分配システムを提供することである。

【0010】

［０００６］さらなる目的は、スプレーノズルが、液体中の固体含有量による目詰まりの影響を受けにくい、より大きな入口通路で動作可能な、上記の種類の液体分配システムを提供することである。

【0011】

［０００７］さらに別の目的は、異なるサイズの正確に制御された小液滴を分配するために選択的に動作可能な、そのような液体分配システムを提供することである。

【0012】

［０００８］別の目的は、より迅速に動作可能な、このような液体分配システムを提供することである。

【0013】

［０００９］さらに別の目的は、システムを動作させるのに使用される空気圧に対して、その機能があまり耐性のない戻りバネを備えた空気動作式ピストンを有する、このようなタイプの液体分配システムを提供することである。

【0014】

［００１０］さらに別の目的は、設計が比較的単純であり、経済的な製造および効率的な使用に適した前述のタイプの液体分配システムを提供することである。

【0015】

［００１１］本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照することによって明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明による例示的なモジュール構成の液体分配システムの断片的な斜視図である。

【図2】図２は、完全に組み立てられた液体分配システムの斜視図である。

【図3】図３は、例示された液体分配システムの液体分配モジュールのうちの１つの垂直断面である。

【図4】図４は、図３に示す液体分配モジュールの中央液体制御ピストンアセンブリの拡大垂直断面である。

【図5】図５は、例示されたシステムの液体分配モジュールのうちの１つのスプレーノズルアセンブリの垂直断面における拡大斜視図である。

【図6】図６は、図５に示すスプレーノズルアセンブリの垂直断面である。

【図7】図７は、図５および図６に示すスプレーノズルアセンブリの分解斜視図である。

【図8】図８は、それぞれの液体分配モジュールに関連するソレノイド制御弁の概略図である。［００２０］本発明は、種々の変形および代替的な構成の影響を受けやすいが、その特定の例示的な実施形態が図面に示されており、以下に詳細に説明される。しかしながら、本発明を開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明の精神および範囲内にある全ての変形、代替構成、および等価物をカバーする意図があることを理解すべきである。

【好ましい実施形態の詳細な説明】

【0017】

［００２１］次に図面の図１－図３をより具体的に参照すると、本発明による例示的な液体分配システム１０が示されている。例示された液体分配システム１０は、複数の個別の液体分配モジュール１２を含むモジュール式弁マニホールド１１の形態であり、複数の個別の液体分配モジュール１２は、タイロッド１５とナット１６によって互いに固定された両端のエンドブロック１３と１４との間に、密封されて並んで積み重ねられた関係で支持され保持されている。各モジュール１２は、モジュールノズル支持本体２０を含み、このモジュールノズル支持本体２０は、上流端ブロック１３の液体入口ポート２３と下流端ブロック１４の液体出口ポート２４との間を連通する共通の液体供給通路２２を画定するために、隣接するモジュール１２の液体供給ポート２１と整列した関係で設けられた液体供給ポート２１で形成されている。従って、入口２３に向けられた液体は、積まれたモジュール１２の各々を通して連通する。

【0018】

［００２２］例示された各モジュール１２は、それぞれのスプレーノズル３０を有し、スプレーノズル３０は、液体供給通路２２と連通する上流液体入口３１を上側に有するモジュールノズル支持本体２０の下側に応じて装着されている。共通液体供給通路２２からモジュール１２のスプレーノズル入口３１への液体を制御するために、ピストン３２は、スプレーノズル入口３１の上方で各モジュール本体２０内に支持され、上昇した入口開放位置と下降した入口閉鎖位置との間で往復運動する。

【0019】

［００２３］この場合、各ピストン３２は、それぞれのモジュール本体２０の垂直開口部３４内に密封関係で装着されたキャリア３３内で選択的に相対移動するように支持され、ピストン３２の下流端部は、スプレーノズル入口３１と係合するために液体供給通路２２を通って延びている。ピストン３２を下降位置に付勢してスプレーノズル入口３１を閉鎖するために、ピストン３２のヘッド３２ａと、本体開口部３４の上端部の内部に固定され、本体開口部３４の上端部内に螺合された保持キャップ３８によって保持された保持スリーブ３７との間の挿入関係で、戻りバネ３５がモジュール本体２０のバネ室３６の内部に設けられている。この場合、保持スリーブ３７は、図３および図４に最もよく示されているように、戻りバネ３５およびピストンヘッド３２ａの周りを下方に延びる。この場合、バネ保持スリーブ３７およびモジュール本体２０の開口部３４は、保持スリーブ３７の周りに環状の空気流路４０（図３）を画定し、この空気流路４０は、バネ保持スリーブ３７内の円周方向にオフセットされた穴４１によってバネ室３６に連通し、バネ室３６を貫通する。ピストンヘッド３２ａの対向する軸方向端部とキャリア４２（図４）との間には、密封されたピストン室４２が形成されている。

【0020】

［００２４］本実施形態の重要な特徴に従って、各モジュール本体は、ピストンを開放位置に移動させる加圧空気がピストンの閉鎖位置への急速な移動も増大させるように、それぞれの弁によって制御される加圧空気通路システムを有する。例示された実施形態において、各モジュール１２のピストン３２の開放位置および閉鎖位置の間の動作は、図３および図８に最もよく示されているように、それぞれの電磁弁４３によって制御される。各モジュールの電磁弁４３は、ソレノイド装着ブロック４４がネジ４５によってそれぞれのモジュール本体２０に密封された関係で装着された状態で、それぞれのモジュール本体２０に取り付けられる。モジュール本体２０はそれぞれ、隣接する各モジュール本体の空気供給ポート５０と整列した空気供給ポート５０を有し、端部ブロック１４内のシステム空気入口ポート５１と連通する共通空気入口通路を画定する。さらに、モジュール本体２０は、それぞれ、端部ブロック１４のシステム排気出口ポート５３と連通する共通出口空気通路を画定するように整列された空気出口ポート５２を有する。モジュール本体２０の空気供給ポート５０は、モジュール本体２０内の入口空気通路６３，６３ａおよびソレノイド装着ブロック４４を介して電磁弁４３の空気入口ポート５５ａに連通している。モジュール本体２０の空気出口ポート５２は、出口通路６０を介して、保持スリーブ３７の孔４１およびスリーブ３７周りの環状通路４０を介して戻りバネ室３６と連通し、モジュール本体２０の出口通路６１，６１ａおよびソレノイド装着ブロック４４は、電磁弁４３の排気ポート５５ｂと連通している。ピストン室４２は、モジュール本体２０内の作業通路６２、６２ａおよびソレノイド装着ブロック４４を介して、ソレノイド制御弁４３の作業ポート５５ｃと連通している。

【0021】

［００２５］この場合、電磁弁４３がその自然状態または非通電状態にあるとき、電磁弁ポート空気入口５５ａにおける入口圧は、電磁弁４３（図８）の機構４３ａ（この場合はステムの形態）によって遮断され、モジュール本体２０の空気供給ポート５０における加圧空気が、ソレノイド装着ブロック４４およびモジュール本体２０内の通路６２ａ、６２を介してピストン室４２に連通することを防止する。電磁弁４３がその自然状態または非通電状態にあるときの追加の通路経由は、電磁弁４３のポート５５ｃ、５５ｂを接続し、ピストン室４２とモジュール本体２０内の出口ポート５２との間の空気の連通を、モジュール本体２０及びソレノイド装着ブロック４４内の通路６２、６２ａ、ソレノイド装着ブロック４４及びモジュール本体２０内の出口通路６１ａ、６１、孔４１を介してバネ３５を貫通する環状通路４０、および出口通路６０を介して可能にする。

【0022】

［００２６］電磁弁４３が通電されると、ソレノイドは作動機構４３ａをシフトさせて排気ポート５５ｂを閉じ、ポート５５ｃの大気への接続を除去し、電磁弁ポート５５ａ、５５ｃを接続する。次に、モジュール本体２０の空気供給ポート５０で加圧された空気は、モジュール本体２０及びソレノイド装着ブロック４４内の通路６３，６３ａ、電磁弁ポート５５ａ，５５ｃおよび通路６２ａ，６２を介して圧力室４２と連通し、ピストン３２を上方にストロークさせ、ノズル入口３１を開放し、戻りバネ３５を圧縮する。ピストンヘッド３２ａの上方へのストロークは、バネ室３６の内部に正の空気変位を与え、その結果、僅かな圧力増加が生じる。バネキャビティ３６内の圧力上昇は、バネ保持スリーブ３７内の孔４１、環状通路４０、出口通路６０、および空気出口ポート５２を通って大気圧に排出される（図３および図４）。ノズル入口３１は開放されたままであり、ソレノイドが付勢されている間、共通液体供給通路２２からスプレーノズル３０を通って大気へ液体が流れることを可能にする。

【0023】

［００２７］通電されていないとき、電磁弁４３は自然状態に戻る。ソレノイドポート５５ａにおける入口空気圧力は再び遮断され、加圧空気が装置に入るのを防止する。ピストン室４２内の加圧された空気の急速な減圧は、ピストン室４２内のシステム圧力が解放され、大気と等しくなるにつれて、モジュール本体２０およびソレノイド装着ブロック４４内の通路６２、６２ａ、電磁弁４３のポート５５ｃおよび５５ｂ、ソレノイド装着ブロック４４およびモジュール本体２０内の出口通路６１ａおよび６１、バネ室３６、出口通路６０、および出口ポート５２内に、上昇圧力の泳動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）を引き起こす。環状通路４０内の泳動する圧力は、バネ保持スリーブ３７内の孔４１を介して連通し、バネ室３６内に上昇圧力を生じさせ、バネ室３６内のピストンヘッド３２ａの表面領域に作用し、その結果、ピストン室４２内の減圧圧力に対向する戻りバネ３５からの一定の下向きの力を補足する瞬間的な下向きの力が生じ、ピストン３２をその自然状態に戻し、通路３１を閉鎖し、共通液体供給通路２２からのスプレーノズル３０を通る液体の流入を停止させる。ピストン３２をその自然状態に戻すのに必要な時間のかなりの減少は、バネ室３６の内部の圧力の瞬間的な増加に帰せられる。バネ室３６を含む電磁弁４３の下流の全ての通路およびキャビティは、本質的に、出口ポート５２を介して大気圧に戻り、ピストンヘッド３２ａに加えられる過渡圧力を効果的に除去する。

【0024】

［００２８］ソレノイド４３を再び付勢することによる液体分配モジュール１２の更なる動作は、増加圧力が一時的であり、かつ、ピストン３２の閉鎖ストロークに影響を与えることなくピストン３２の開放ストロークに所望の効果を与えることを可能にする大気圧に迅速に戻るので、バネ室３６内の増加圧力の前のサイクルによる影響を受けない。明らかになるように、電磁弁４３は、ピストンの３２の可変開放時間で特定の分配動作のために所定の速度でサイクルされて、可変ピクセル容積を提供することができる。

【0025】

［００２９］本実施形態の更なる態様によれば、各スプレーノズルモジュール１２は、液体がかなりの固体含有量を有する場合であっても、ピストン３２の循環に付随して、高粘性液体の制御された小さな円形ピクセルサイズの小滴を分配するように動作可能である。図５、図６および図７を特に参照して、各スプレーノズル３０は、この場合、ノズル本体７０と、ノズルシート７１と、内部ノズルコア７２とを備える。この場合、ノズルシート７１は、ノズル本体７０の上流円筒形端部７４内に螺合されてノズルコア９２をノズル本体７０内に固定する外ネジ付き円筒形下流端部７３を有する。ノズルシート７１の上流端部７５は、アセンブリの上流端部にある所定のサイズの液体入口３１を画定する。この場合、ノズルコア７２は、上流円筒形装着フランジ７８を有し、この上流円筒形装着フランジ７８は、ノズル本体７０内の環状レッジ７９上に位置され、ノズルシート７１によって所定の位置に保持されるが、ノズルコア７２をノズル本体７０の内部に固定するために他の方法を使用してもよいことは理解されるであろう。

【0026】

［００３０］コア７２の円筒形装着フランジ７８は、円周方向に間隔を置いて軸方向に配向された複数の液体オリフィス８１で形成された（流体の流入方向に対して）凹形に構成された下流端部壁８０を有する。これらの液体オリフィスは、ノズルシート７１の膨張キャビティ８２と、ノズルコア７２とノズル本体７０との間に画定された環状に構成された液体放出通路との間で連通して、後に明らかになるように小さな液滴形態で最適に分配するために制御された様式で液体を導く。例示されたノズル３０は、複数の部品からなるアセンブリを備えているが、代替的に、１つの部品からなる構造を有してもよいし、より少ないまたはより多いアセンブリ部品を有してもよいことが理解されるであろう。

【0027】

［００３１］本実施形態のこの態様を実行する際、ノズルコア７２は、涙滴形状のピントル８３を有し、このピントル８３は、周囲のノズル本体７０の内周面と共に、分配された液体の出口速度を減少させて高粘性放出液体の所望の流量および一定の液滴サイズを維持する膨張放出通路８５を画定する。その目的のために、例示されたピントル８３（図５、図６および図７参照）は、装着フランジ７８から中心に延びる比較的小さい直径の上流端部セクション８６と、上流端部に隣接して径方向外側に延びる湾曲したセクション８７と、内側にテーパが付けられた比較的長い円錐形の終端部セクション９０とを有する。上述したように、ノズル本体７０は、ほぼ中空の円筒形の構成を有し、ノズル本体７０の内周面は、コアセクション７２の周りの環状放出通路８５の外壁を画定する。放出通路８５の内壁は、ピントル８３の外面によって画定されている。この場合、ノズル本体７０の内周面は、ノズルコア７２の外側に湾曲したセクション８７に対して取り囲む関係で延び径方向外側に向けられたセクション９１と、ピントル８３のほぼ残りの長さだけ下流に延びる一様な直径セクション８４とを含む。この設計は、環状放出通路を通る流入がノズル本体を通る移動中に粘性液体の内側への膨張をもたらすという点で独特である。ピントルの幾何学的形状は、環状流路の内径壁を画定するとともに、流入膨張による真空を形成することができる構造を提供する。膨張する環状放出経路内の液体の減速は、真空を引いて流入に抵抗する毛管力および表面張力の関数である。

【0028】

［００３２］動作中、図３を引き続き参照すると、ピストン３２が上昇した入口開放位置にあるとき、液体は、制御された様式でノズル入口３１を通過して、ノズルシート７１の円筒形下流端部の内部に画定された膨張キャビティ８２内に入ることが可能とされる。ノズル入口３１を通る液体は、膨張キャビティ８２の凹形下流端部壁８０によって画定される衝突面に向けられる。これにより、液体が膨張キャビティ８２を満たし、その後、一連の周方向に間隔を置いて配置されたオリフィス８１を通って膨張キャビティから放出出通路８５内に押し出される。さらに、オリフィス８１の大きさは、少なくともノズル入口３１と同じ大きさであり、液体中の固体粒子が膨張キャビティ８２から流体放出通路８５に目詰まりすることなく流れることができる。周方向に間隔を置いて配置されたオリフィス８１の集合領域は、オリフィス８１を通過する液体の速度がオリフィス８１のサイズとノズル入口３１のサイズとの比に反比例するように、ノズル入口３１の領域よりも大きい。

【0029】

［００３３］より具体的には、膨張キャビティ８２の下流端部の周方向オリフィス８１は、ノズル本体７０の外側に向けられた壁セクション９１とノズルコア７２のピントル８３との間に画定される放出通路８５の入口セクション９２と連通する。環状入口セクション９２の横断面領域は、セクションが下流方向に延びるにつれて増加してもよく、その結果、この領域内の流体の速度は、放出通路の横断面領域が膨張するにつれて減少し続ける。（やはりピントル８３の外面およびノズル本体７０の内周面によって画定される）入口セクション９２のすぐ下流の放出通路８５の後続の安定化セクション９３における放出通路８５の横断面領域の僅かな減少は、圧力の僅かな増加を提供することができる。この圧力の増加は、一連のオリフィス８１を通って放出通路８５の入口セクション９２に入る流体によって引き起こされる個々の噴流を除去する流入を安定化しかつバランスさせ、ノズル本体７０の内壁面に沿った一様流を可能にする。安定化セクション９３の横断面領域は、流体が安定性を獲得するときに、この領域を通じて一定である。

【0030】

［００３４］安定化セクション９３の下流において、液体は、ノズル本体７０の下流端部に形成されたノズル口９４まで下流に延びるノズルコア７２の内側にテーパが付けられた終端部セクション９０によって画定された最終膨張セクション９５に入る。最終膨張セクション９５の漸進的に増加する横断面領域は、ノズル本体７０の内周面が一定の直径に維持されている間に、終端部セクション９０のピントル８３の円錐直径を減少させることによって達成される。ピントル８３は、流体を安定化させるのに役立ち、単純な一様な直径を有するノズルコアで達成され得るよりも大きな液体膨張を可能にする。液体と放出通路の内壁面および外壁面との持続的な接触は、液体の表面張力の関数である。

【0031】

［００３５］ノズル口９４における最終膨張セクション９５の横断面領域は液体の出口速度を画定し、これはノズル入口３１の領域に関してノズル口９４における横断面領域に反比例する。ノズルコア７２の終端部セクション９０は、好ましくはノズル口９４を僅かに越えて延びて、放出液体ストリームの外径に影響を与えることなく、ノズル本体７０の内周面で液体の表面張力を破るのを助ける。ノズル本体７０の内周面を一定の直径にすることは、液体がノズルを出るときに液体の境界層の一定した直径を確立するのに役立ち、これは目標からのノズルの距離とは無関係に所望の液滴径を維持するのに役立つ。

【0032】

［００３６］液体の速度の劇的な減少は、放出通路８５の横断面領域を漸進的に増加させることによって達成することができることが分かっている。放出通路８５の内側への膨張は、ノズル本体７０の内周面を維持しつつ、ピントル８３の直径を徐々に小さくすることによって達成される。これは、一定のストリーム直径を有する放出液体を生成するのに役立つ。液体の速度が減少することにより、飛散することなく分配することができる。これによりさらに、より大きなノズル入口オリフィス３１を利用して、より大きな固体含有量を有する液体の分配を可能にすることができる。ノズルの放出通路が最初に粘性流体で充填されると、液体の表面張力は、ノズル入口３１の開口時に放出される準備ができている液体でノズル３０を充填し続ける。液体は実質的に非圧縮性でもよいので、入口３１を通ってノズル３０に入る液体容積とノズル口９４から出る液体との間の正確な関係を維持することができる。５０ミリ秒のような速い速度で入口オリフィス３１を開閉するようにピストン３２を循環させると、小さい一定の液滴の液体が生成され、この液滴は減少した出口速度で放出されることが分かっている。これにより、飛散することなく、ノズルから約２インチ離れた目標等の目標上に放出液滴を付着させることができる。

【0033】

［００３７］上述のことから、分配された液体の望ましくない飛散を生じることなく、正確に制御された液滴を分配するために選択的に動作可能な液体分配システムが提供されることが分かる。このシステムはさらに、液体の固体含有量による目詰まりの影響を受けにくいスプレーノズルを含む。しかし、液体分配システムおよびその液体スプレーノズルは、設計が比較的単純であり、経済的な製造および効率的な使用に適している。スプレーノズルは、例示的な液体分配システムに関連して示され、説明されてきたが、スプレーノズルは、制御された比較的少量の液体を分配するための他の用途において使用され得ることが理解されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0002】

［０００１］この特許出願は、２０２０年９月９日に出願された米国仮特許出願第６３／０７６，００１号の利益を主張するものであり、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

【国際調査報告】