專利名稱：具有熱控制系統(tǒng)的噴鍍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明寬泛地說涉及材料噴鍍工藝，而更具體地說，本發(fā)明涉及用于控制材料噴鍍過程溫度的熱控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
材料噴鍍工藝普遍用于大量工業(yè)應(yīng)用場合，這些場合諸如電氣、機電以及機械組件的制造。在許多應(yīng)用中，最希望的是，裝配流體以可控制和穩(wěn)定的方式施加到基質(zhì)或工件上，其中這些流體包括但不限于潤滑脂、潤滑劑、墨水、密封劑、環(huán)氧樹脂類、粘合劑、釬焊膏、氰基丙烯酸酯、填充劑(under-fills)、密封劑、熱學(xué)化合物以及許多其它液體和半液體材料。材料溫度的波動和/或非最佳操作溫度一般會導(dǎo)致在噴鍍過程期間的問題。
例如，材料粘度是重要的材料性能，該材料性能顯著地影響噴鍍過程的總體質(zhì)量和一致性。粘度通常取決于溫度，并典型地與溫度逆相關(guān)。因此，當(dāng)操作溫度增加時，材料的粘性變低，反之亦然。在許多噴鍍設(shè)備中，壓力經(jīng)常用于把需求量的材料噴鍍在基質(zhì)上。例如，這可通過如下來實現(xiàn)，即通過假定理想的操作溫度并確定排放壓力，從而使得已知量的材料噴鍍在基質(zhì)上。例如，如果實際的操作溫度比理想溫度高，則材料粘度將比預(yù)期的低，并因此比需求更多的材料將噴鍍在基質(zhì)上。另一方面，如果實際的操作溫度比理想溫度低，則材料粘度將比預(yù)期的高，并因此比需求量少的材料將噴鍍在基質(zhì)上。僅僅1-2℃的實際操作溫度的變化可在噴鍍過程一致性方面引起重大變化。由于噴鍍過程環(huán)境溫度的變化，經(jīng)常自然地出現(xiàn)這樣大小的變化。例如，隨著時間流逝，在許多制造設(shè)備中的溫度趨向于波動，通常是在夜間較涼，而在白天較暖，這可能導(dǎo)致在實際操作溫度上產(chǎn)生變化，從而影響噴鍍過程。
除粘度變化之外，在溫度上的波動和/或非理想的操作溫度可引起過早的材料老化。例如，中等到極端溫度變化可引起一些環(huán)氧樹脂類、粘合劑或其它可固化材料開始凝固。此外，例如在釬焊膏中的金屬微粒的多個組分材料的一個或多個組分可能在這樣狀況下開始從溶液中脫落。由于這些及其他原因，需要控制和保持噴鍍過程的溫度。
若干方法已經(jīng)用來控制材料噴鍍過程的溫度。例如，制造商經(jīng)常調(diào)節(jié)在整個制造區(qū)域或在設(shè)備特定部件內(nèi)的空氣。然而，購買、保養(yǎng)以及操作建筑物的空氣調(diào)節(jié)是非常昂貴的，并還可能使建筑物和噴鍍設(shè)備附近區(qū)域之間的溫度出現(xiàn)較大變化，其中的噴鍍設(shè)備通常包括發(fā)熱部件，例如燈、電機、計算機、風(fēng)扇等等。建筑物空調(diào)單元還在響應(yīng)溫度變化上很緩慢，也許花費幾個小時來完成局部溫度變化。在電子工業(yè)當(dāng)前的趨勢是采用較大、昂貴的熱控制裝置，這些裝置用來把整個設(shè)備保持在設(shè)定溫度。然而，這些裝置在購買、維護和操作上也很昂貴，需要相當(dāng)大的占地面積。由于用熱學(xué)方法控制的空間也相對較大，這些熱控制裝置同樣對在機器內(nèi)熱變化響應(yīng)緩慢。
一些點源加熱或冷卻系統(tǒng)在本領(lǐng)域也是公知的。例如，Peltier熱電裝置已經(jīng)用于冷卻諸如芯片和計算機等電氣部件。為此，Peltier裝置通常直接連接到部件的支撐面上，并通過傳導(dǎo)來加熱和冷卻該部件。然而，這些裝置具有幾個缺點，包括需要常規(guī)外殼以及配件以及對部件的不規(guī)則溫度控制。此外，在Peltier裝置和部件之間的直接連接可使在例如維護與修理期間的裝配和拆卸更昂貴和費時。
諸如水基質(zhì)系統(tǒng)的其他加熱和冷卻系統(tǒng)也已經(jīng)公知。由于在系統(tǒng)中有水或者其他液體存在而一旦泄漏帶來危害，這些系統(tǒng)通常是不理想的。此外，水基質(zhì)系統(tǒng)還需要散熱器(例如在一排翼片上方吹風(fēng)的風(fēng)扇)，這限制了有效冷卻量。這些系統(tǒng)還需要配件，同時操作和維護非常昂貴。
因此，需要這樣的具有改進的熱控制系統(tǒng)的噴鍍裝置，用于控制噴鍍裝置溫度，從而材料可以可控制和穩(wěn)定方式噴鍍在基質(zhì)上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在熱學(xué)控制條件下把材料噴鍍到基質(zhì)上的設(shè)備。該設(shè)備包括限定內(nèi)部并具有開口的外殼，以及具有孔口并能把材料噴鍍到基質(zhì)上的噴鍍裝置。該噴鍍裝置位于該外殼內(nèi)部，而該開口用于使該孔口與該外殼外面的環(huán)境連通。該設(shè)備還包括熱控制單元，該熱控制單元以可操作的方式與所述外殼連接，以對外殼內(nèi)部進行加熱和冷卻。該熱控制單元包括渦流管，該渦流管用于從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流。該渦流管包括與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與所述內(nèi)部流體連通并用于把冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與所述內(nèi)部流體連通并把熱氣輸送到那里的熱氣出口。來自所述渦流管的冷氣和熱氣用于控制所述噴鍍裝置的溫度。
該熱控制單元可包括其他部件，以控制流到外殼內(nèi)部的氣體流動。例如，出口閥與冷氣和熱氣出口中至少之一連接。該出口閥能用于改變經(jīng)由冷氣和/或熱氣出口而輸送到外殼內(nèi)部氣體的流動。在一個實施例中，第一出口閥與冷氣出口連接而第二出口閥與熱氣出口連接。第一和第二出口閥例如可以是電磁閥，其中該電磁閥把冷氣或者熱氣或者排放到外殼內(nèi)部，或者排放到外殼外部的環(huán)境中。該熱控制單元還可包括控制器，該控制器以可操作的方式與出口閥連接以驅(qū)動該出口閥，從而控制流到內(nèi)部的氣體流動。入口閥可還與渦流管的入口連接并用于改變輸送到渦流管的氣體的流動。該控制器以可操作的方式與入口閥連接，從而控制流到渦流管的氣體流動。溫度傳感裝置與控制器以可操作的方式連接，并用于把與噴鍍裝置有關(guān)的溫度傳送到控制器。
上述設(shè)備可用于對材料噴鍍過程進行熱控制。為此，該噴鍍裝置位于外殼內(nèi)部。該噴鍍裝置包括孔口并能把材料噴鍍到基質(zhì)上。在操作中，溫度傳感裝置測量與該噴鍍裝置有關(guān)的溫度。根據(jù)測量的溫度，來自渦流管的冷氣或熱氣中至少一個輸送到外殼內(nèi)部，從而冷卻或者加熱該噴鍍裝置。為此，在發(fā)明的典型實施例中，期望的操作溫度存儲到控制器中。期望的操作溫度可以是單個的期望溫度或者也可以是期望的溫度范圍。例如，該控制器可包括用戶手動輸入期望操作溫度的輸入裝置。在一個操作模式中，冷氣輸送到外殼的內(nèi)部。當(dāng)與噴鍍裝置有關(guān)的測量溫度降到低于期望的操作溫度時，冷氣的流動截斷，而熱氣開通，熱氣輸送到外殼內(nèi)部。當(dāng)與噴鍍裝置有關(guān)的測量溫度高于期望的操作溫度時，熱氣的流動截斷，冷氣開通，冷氣再次輸送到外殼內(nèi)部。通過重復(fù)這些步驟，材料噴鍍過程的溫度基本上保持在期望的操作溫度。
在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種用于具有孔口并能把材料噴鍍到基質(zhì)上的噴鍍裝置的熱控制系統(tǒng)。該熱控制系統(tǒng)包括限定用于容納噴鍍裝置的外殼，并具有使孔口與該外殼外部環(huán)境連通的開口。為此，該熱控制系統(tǒng)還包括以可操作的方式與外殼連接以為外殼內(nèi)部提供加熱和冷卻的熱控制單元。該熱控制單元包括渦流管，該渦流管用于從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流。該渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與內(nèi)部流體連通并用于把冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與內(nèi)部流體連通并把熱氣輸送到那里的熱氣出口。
在本發(fā)明的又一個實施例中，提供一種用于為容納噴鍍裝置的外殼提供加熱和冷卻的熱控制單元。該熱控制單元包括從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流的渦流管。該渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與外殼流體連通并用于把冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與外殼流體連通并把熱氣輸送到那里的熱氣出口。該熱控制單元還包括與冷氣出口和/或熱氣出口中至少之一連接的出口閥并用于改變經(jīng)由冷氣出口和/或熱氣出口而輸送到外殼的氣體的流動?？刂破饕钥刹僮鞯姆绞脚c所述出口閥連接并用于驅(qū)動出口閥，從而控制流到外殼的氣體的流動。溫度傳感裝置以可操作的方式與控制器連接，并把與噴鍍裝置有關(guān)的溫度傳送到控制器。
在結(jié)合附圖閱讀以下詳細描述后，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，本發(fā)明的這些和其他目的、優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。


并入并構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了發(fā)明的實施例，這些附圖與以上提供的本發(fā)明的一般描述和如下的詳細說明一起用以解釋本發(fā)明。
圖1示出了具有分送閥門形式噴鍍裝置的本發(fā)明的典型實施例；圖2示出了具有分送噴射器形式噴鍍裝置的本發(fā)明的典型實施例；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的熱控制單元的典型實施例。
具體實施例方式
如圖1和2所示，材料噴鍍過程通常包括噴鍍裝置10，該噴鍍裝置10具有能把材料14噴鍍到基質(zhì)16上的孔口12，其中基質(zhì)16位于孔口12附近或者與該孔口隔開。盡管本發(fā)明不局限于具體類型的噴鍍裝置，但為了說明的目的，該噴鍍裝置10可以是如圖1所示的分送閥18，或者是如圖2所示的分送噴射器20。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將知道可與本發(fā)明一起使用的其他噴鍍裝置10。例如，諸如用于印刷工藝的墨盒、筒管、封閉磁頭(heads)的噴鍍裝置以及其他本領(lǐng)域公知裝置可用于本發(fā)明。此外，這里使用的噴鍍通常是指把液體或者半液體材料放置在基質(zhì)上，而不對材料如何放置或者噴鍍進行限制。例如，通過涂抹、分送、印刷及其他工藝的噴鍍屬于本發(fā)明的范圍。此外，分送包括珠分送、點分送、噴射、注射及其他類型分送。
圖1中示出了說明性的分送閥18，該閥包括分送器本體22、進料口24、出口26和在進料口24和出口26之間能夠引導(dǎo)材料14流動的流動通道28。該流動通道28包括在出口26附近的閥座30。閥桿32安裝在分送器本體22上，用于在其中往復(fù)運動。閥桿32包括諸如球34的閥元件，而該閥元件與閥座30配合，以有選擇地把材料14從分送閥18排放出。特別是該閥桿32在打開和關(guān)閉位置之間往復(fù)運動。在打開位置，球34與管座30脫離，從而在其間形成間隙，該間隙使材料14從出口26排出。在關(guān)閉位置中，球34與閥座30接合，以便阻止任何材料14從出口26排出。這樣，閥桿32在打開和關(guān)閉位置之間的運動控制材料從分送閥18排出。限定孔口12的閥噴嘴33可與出口26附近的分送閥18連接，用于在材料14噴鍍在基質(zhì)16上之前影響材料14的流動。
分送閥18還包括致動器，其中該致動器以可操作的方式與閥桿32連接，并能在打開和關(guān)閉位置之間驅(qū)動閥桿32，以便有選擇地從出口26排放材料14。在典型實施例中，該致動器包括與閥桿32一端連接的活塞36，并設(shè)置在氣道38內(nèi)，從而活塞36的底面封閉氣道38，并通過活塞密封圈40密封。壓縮空氣可穿過空氣入口42被引入氣道38，以移動活塞36，因此閥桿32向上并與閥座30脫離，從而使材料從出口26中流出。致動器也可包括彈力回程機構(gòu)，而該機構(gòu)以可操作的方式與閥桿32連接，并用于推動活塞36，因此閥桿32向下與閥座30接合。為此，當(dāng)氣道40減壓時，彈簧44施加向下作用力以使球34與閥座30接合，從而阻止材料從出口26流出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道用于致動器的其他結(jié)構(gòu)。例如，代替彈力回程機構(gòu)或者除彈力回程機構(gòu)之外，可使用在活塞兩側(cè)具有氣道的雙作用活塞?？蛇x擇的是，電氣致動器可用來有選擇地在打開和關(guān)閉位置之間移動閥桿32。
本發(fā)明不局限于如上所述的分送閥，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到其他種類的以不同方式把材料噴鍍在基質(zhì)上的噴鍍閥。例如，用于噴鍍諸如釬焊膏等高粘性材料的噴鍍閥可使用旋轉(zhuǎn)螺旋輸送器，以把材料噴鍍到基質(zhì)上。這些裝置屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)?？蓮腅FD Inc.ofEast Providence，Rhode Island買到各種噴鍍閥，這些噴鍍閥例如為740V系列、725D系列、752V系列和790系列閥。
如圖2所示，該噴鍍裝置10可選擇地采用分送噴射器20的形式。分送噴射器20通常包括管狀噴射器桶46。該管狀噴射器桶46具有作為材料14的容器48的內(nèi)部，所述材料14將從噴射器20中排出。該噴射器桶46的第一端50具有諸如螺紋的連接元件，從而限定孔12的噴射器尖部52可與第一端50連接。根據(jù)使用者的具體應(yīng)用和需求，許多種噴射器尖部52可與第一端48連接。分送噴射器20還包括在桶46第二端56附近的柱塞54。柱塞54作用在容器48內(nèi)的材料14上，以便使材料14穿過噴射器尖部52排放到基質(zhì)16上。該柱塞54可以各種方式驅(qū)動。例如，桿(未示出)可與柱塞54連接，并從第二端56伸出，從而使用者可手動地下壓桿和柱塞54，以排放材料14。可選擇的是，如圖2中大略地示出那樣，桶46的第二端56可與諸如壓縮空氣的加壓氣體源58連接，用于驅(qū)動柱塞54?？刂破?0可與氣體源58連接，用于控制加壓氣體，并因此提供從噴射器20排放的被控制材料。如上面所述的分送噴射器系統(tǒng)可從EFD Inc.ofEast Providence，RhodeIsland買到，例如，這些分送噴射器系統(tǒng)為UltraTM2400系列或者UltraTM1400系列分送器。EFD還提供許多種噴射器20和噴射器尖部54。
根據(jù)本發(fā)明，用于控制材料噴鍍過程溫度的熱控制系統(tǒng)62包括外殼64和熱控制單元66，該熱控制單元66以可操作的方式與外殼64連接，并用于為外殼64提供加熱和冷卻。外殼64限定了內(nèi)部68，在該內(nèi)部，容納諸如分送閥18或者分送噴射器20的噴鍍裝置10。對于一些噴鍍裝置10，例如穿過入口24把材料14供應(yīng)到噴鍍裝置10的材料供應(yīng)源69還優(yōu)選地位于該外殼64內(nèi)，并通過適當(dāng)?shù)墓艿琅c噴鍍裝置10連接。作為例子，材料供應(yīng)源69可以是作為噴鍍裝置10的.容器的噴射器、壓力罐或者其它大容積容器。優(yōu)選地，該外殼64為一個雙壁腔室，該腔室具有內(nèi)壁70、外壁72以及在內(nèi)壁和外壁70、72之間的絕緣間隙74。絕緣間隙74優(yōu)選的是充滿空氣或者其他適當(dāng)?shù)臍怏w，或在兩個壁之間提供真空，或者可選擇地充有其他低熱導(dǎo)率材料。外殼64的雙壁結(jié)構(gòu)適合于防止熱傳遞到外界或者從外界傳來，并因此形成用于噴鍍過程的更可控制的熱環(huán)境。然而，本發(fā)明不受這樣的限制，單壁結(jié)構(gòu)也可用于本發(fā)明中。
在典型實施例中，外殼64可由透明材料制成，這些材料例如為有機玻璃、透明的聚氯乙烯或者其它在結(jié)構(gòu)上適當(dāng)?shù)牟牧?。通過這種方式，操作者可用肉眼觀察在外殼64內(nèi)的噴鍍裝置10，其中該外殼便于噴鍍裝置10的適當(dāng)定位和操作。此外，至少用于分送噴射器20，透明的外殼64使操作者看見在容器48內(nèi)材料14的量，并在用完前再充填容器48。外殼材料也可處理成具有諸如抗靜電或者光阻擋能力的特性，這些特性在一些應(yīng)用場合中是有利的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，外殼64的具體形狀和尺寸取決于用于材料噴鍍過程中的特定噴鍍裝置10。然而，一般地說，外殼64的形狀應(yīng)該與噴鍍裝置10的形狀互補，并如果需要的話，圍繞噴鍍裝置10提供足以加熱和冷卻的空間76。例如，外殼64必須提供圍繞噴鍍裝置10的空間76，以允許足夠的氣流存在，以便滿足熱控制要求。
外殼64可包括冷氣入口端口78和熱氣入口端口80，每個均與外殼64的內(nèi)部68可進行流體連通，并適合于分別接納來自熱控制單元66的冷氣和熱氣，這些將在下面詳細地討論。該外殼64還可包括推進空氣入口端口82，以將推進空氣傳遞到噴鍍裝置10。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，外殼64可包括其它入口或出口，以容納特定的噴鍍裝置10。例如，對于手動驅(qū)動的分送噴射器，外殼可包括用于允許柱塞桿在外殼64外部延伸的孔。此外，對于分送閥18，當(dāng)材料供應(yīng)源69設(shè)置在外殼64外面時，外殼64可包括把材料14輸送到入口24的孔。
噴鍍裝置10包括孔口12，諸如噴射器尖部52的出口或者閥噴嘴33的出口，該孔口12與基質(zhì)16隔開，用于把材料14噴鍍在基質(zhì)16上。為此，外殼64也包括使噴鍍裝置10的孔口12與外殼64外面環(huán)境連通的開口84。例如，該孔口12可設(shè)置在外殼64內(nèi)部，同時材料14可通過開口84噴鍍在基質(zhì)16上?？蛇x擇的是，如圖1和2所示，諸如閥噴嘴33或者噴射器尖部52的端部的孔口12可貫穿開口84，以把材料14噴鍍到基質(zhì)16上。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到許多種提供了把材料14噴鍍到基質(zhì)16上的開口84的噴鍍裝置/外殼結(jié)構(gòu)。
如圖3中詳細示出，材料噴鍍過程的熱控制通過熱控制單元66完成，其中該熱控制單元66以可操作的方式與外殼64(在圖3中大略地示出)配合，以便為外殼64的內(nèi)部68提供加熱和冷卻。具體地說，熱控制單元66為外殼64提供冷氣流和熱氣流，以便把噴鍍裝置10保持在需要的操作溫度。這里使用的“需要的操作溫度”是指例如70°F的單一溫度，或者是例如65-72°F的溫度范圍。例如，在一些應(yīng)用場合中，需要的是噴鍍裝置10保持在單一值上，而在其他應(yīng)用場合中，需要采用溫度范圍。兩者均在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而“需要的操作溫度”用來包含這兩種可能情況。
為了把冷氣流和熱氣流兩者都提供到外殼64的內(nèi)部68，熱控制單元66包括以86標出的渦流管。渦流管已經(jīng)出現(xiàn)很長時間了，因此在本領(lǐng)域已經(jīng)公知。同樣地，在這里只簡要地討論。渦流管在入口接收壓縮氣體，其中該入口相對于渦流管本體傾斜地布置。該壓縮氣體以某一角度進入該管本體，并成螺旋線朝一個端部迅速地旋轉(zhuǎn)。由于氣體成螺旋線迅速旋轉(zhuǎn)(例如以大致一百萬轉(zhuǎn)/分鐘的速度)，在該渦流管內(nèi)形成渦流，在該渦流管內(nèi)，旋轉(zhuǎn)氣體的內(nèi)部區(qū)域膨脹并壓迫旋轉(zhuǎn)氣體的外部區(qū)域。這樣，氣體的外部區(qū)域從旋轉(zhuǎn)氣體的內(nèi)部區(qū)域獲得熱量。在該管本體的一端，有一個開口，該開口使氣體的較熱外部區(qū)域消除，因此提供熱氣輸出流。該渦流管本體的相對端還具有一個開口，該開口使氣體的較冷內(nèi)部區(qū)域消除，從而提供冷氣輸出流。在市場上可買到的渦流管可在冷端提供低到-55°F的溫度，并在熱端提供高到265°F的溫度，在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場合上述溫度在希望的操作溫度內(nèi)。用于本發(fā)明的這種渦流管可從例如Fairfield，Ohio的Max Air的供應(yīng)商來獲得。
為此，熱控制單元66包括帶有容納在其中的渦流管86的殼體88。渦流管86包括與加壓氣體供應(yīng)源92連接的入口90，其中該氣體供應(yīng)源例如為加壓氣體缸、壓縮機、加壓氣體供應(yīng)管線或者本領(lǐng)域公知的其他加壓氣體供應(yīng)源。盡管可以理解的是，加壓氣體可與渦流管86一起使用，但本發(fā)明不受這樣的限制，其他氣體也可以用于本發(fā)明。優(yōu)選的是，氣體以大約不小于30每平方英寸磅(psi)而最好在大約100每平方英寸磅(psi)傳送到渦流管86。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，根據(jù)具體應(yīng)用場合和熱力學(xué)需要，可采用較大范圍的氣體壓力。殼體88可包括氣體供應(yīng)端口94，該端口適合于例如通過適當(dāng)連接件和管道連接到氣體供應(yīng)源92。然后氣體供應(yīng)端口94與渦流管86的入口90可通過入口管道96連接。
渦流管86還包括分別接納由渦流管86產(chǎn)生的冷氣和熱氣的冷氣出口98和熱氣出口100。殼體88可包括通過管道104連接到冷氣出口98的冷氣端口102和通過管道108連接到熱氣出口100的熱氣端口106。冷氣和熱氣端口102、106適合于分別與冷氣和熱氣入口78、80連接，從而冷氣和熱氣出口98、100與外殼64的內(nèi)部68流體連通，并適合于把冷氣和熱氣提供到那里。例如，管道110、112的長度可把來自熱控制單元66的冷氣和熱氣流與外殼66連接。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道的是，優(yōu)選的是，與冷氣和熱氣相關(guān)的管道(即管道104、108、110、112)由低熱導(dǎo)率塑料制成，但也可由許多材料制成。此外，該管道可包括絕緣物，以減少傳遞到氣體流的熱量或者從氣體流傳遞出的熱量。再有，熱控制元件66的許多內(nèi)部部件也可由低熱導(dǎo)率塑料制成，但不受此限制。
為了控制材料噴鍍過程的溫度，需要控制來自渦流管86并輸送到外殼64內(nèi)部68的加熱和/或冷卻氣體流。為此，熱控制單元66可包括與冷氣或者熱氣出口98、100中至少之一連接的出口閥。通過這種方式，出口閥進行操作，以改變通過相關(guān)冷氣和/或熱氣出口98、100輸送到外殼64的冷氣和/或熱氣流。例如，如圖3所示，熱控制單元66可包括與冷氣出口98連接的第一閥114，該第一閥例如在冷氣出口98和冷氣端口102之間的管道104。第一閥114用于改變輸送到外殼64內(nèi)部68的冷氣流。通過同樣方式，熱控制單元66還可包括與熱氣出口100連接的第二閥116，該第二閥116例如在熱氣出口100和熱氣端口106之間的管道108。第二閥116用于改變輸送到外殼64內(nèi)部68的熱氣流。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到可用于本發(fā)明來改變流向外殼64的冷氣和/或熱氣流的許多種閥結(jié)構(gòu)。例如，可使用僅僅一個閥連接到冷氣和熱氣出口98、100中兩者或者兩者任何之一上。
借助實例，如圖3所示，第一和第二閥114、116可以是電磁閥，其中該閥在氣體進給位置和排放位置之間可移動或者可驅(qū)動。為此，關(guān)于閥114，該閥114可具有單一閥入口114a和兩個閥出口114b，114c。當(dāng)閥114處于氣體進給位置時，閥入口114a與閥出口114b流體連通，其中該閥出口114b與冷氣端口102連接。當(dāng)閥114處于排放位置時，閥入口114a與閥出口114c流體連通，其中該閥出口114c與殼體88上的冷氣排放端口118連接。冷氣排放端口118與外殼64的內(nèi)部68不能流體流通，而是使冷氣排放到外殼64外面的環(huán)境中。閥116以類似方式操作。這樣，當(dāng)閥116處于氣體進給位置時，閥入口116a與和熱氣端口106連接的閥出口116b流體連通。當(dāng)閥116處于排放位置時，閥入口116a與和殼體88上的熱氣排放端口120連接的閥出口116c流體連通。熱氣排放端口120不與外殼64的內(nèi)部68流體連通，但使熱氣排放到外殼64外面的環(huán)境中。本發(fā)明不限于電磁閥，在本領(lǐng)域公知的其他閥門可與本發(fā)明一起使用。
熱控制單元66還可包括控制器122，其中該控制器122以可操作的方式與輸出閥連接，或者如圖3所示，與第一和第二輸出閥114、116連接?？刂破?22用于驅(qū)動第一和第二閥114、116，從而控制流動到外殼64內(nèi)部68的氣體流。具體地說，控制器122用于驅(qū)動第一和第二閥114、116，從而把噴鍍裝置10保持在期望的操作溫度。例如，控制器122可以是數(shù)字控制器，其中該控制器經(jīng)由適當(dāng)電導(dǎo)線與電源124電連接，并還與閥114、116電連接。例如，殼體88可包括與電源124連接的電轉(zhuǎn)接器126。轉(zhuǎn)接器126接著通過適當(dāng)導(dǎo)線與控制器122連接。控制器122能把信號發(fā)送到繼電器128，其中該繼電器128例如為固態(tài)繼電器或者本領(lǐng)域公知的其他開關(guān)，可把信號發(fā)送到第一和第二閥114、116，用于在氣體進給和排放位置之間移動閥114、116。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道的是，控制器122不限于數(shù)字控制器和以上描述的相關(guān)電路，而是在本發(fā)明中可使用能操作輸出閥的任何類型控制器。
在典型實施例中，控制器122還使操作者輸入溫度或者范圍范圍，其中在該溫度或者溫度范圍，使噴鍍裝置10保持在期望的操作溫度。為此，控制器122可包括例如小鍵盤130的輸入裝置，其中該輸入裝置用于使操作者輸入期望的操作溫度。控制器122可還包括如LED顯示器(未示出)的輸出裝置，該裝置用于把期望的操作溫度顯示給操作者。
在典型的實施例中，熱控制單元66還包括溫度傳感裝置132，其中該傳感裝置以可操作的方式與控制器122連接，并用于把與噴鍍裝置10有關(guān)的溫度傳送給控制器122。通過這種方式，控制器122可驅(qū)動第一和第二閥114、116，從而把噴鍍裝置10保持在期望的操作溫度。例如，殼體88可包括經(jīng)由適當(dāng)導(dǎo)線與控制器122連接的溫度傳感插座134。溫度傳感裝置132例如為熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度裝置、紅外線高溫計或者其他已知裝置，該溫度傳感裝置132的一端可與插座134連接，而其另一端的位置設(shè)計成測量與噴鍍裝置10相關(guān)的溫度?？刂破?22還可用于在LED顯示器上顯示與噴鍍裝置10相關(guān)的測量溫度。
例如，在一個實例中，溫度傳感裝置132可直接與噴鍍裝置10連接。于是測量的溫度就是噴鍍裝置10的實際溫度。在另一個實例中，溫度傳感裝置132可位于噴鍍裝置10和內(nèi)部外殼壁70之間的空間76內(nèi)。當(dāng)測量溫度可能不是噴鍍裝置10的實際溫度時，該測量溫度與該噴鍍裝置10的實際溫度聯(lián)系起來，并修正該實際溫度。在又一個實例中，該溫度傳感裝置132可與替代物136連接，該替代物136例如為塊體，位于外殼64內(nèi)但不與噴鍍裝置10接觸。替代物136設(shè)計成以與噴鍍裝置10大致類似的方式具有熱學(xué)特性，即熱學(xué)現(xiàn)象。例如，替代物136可由與噴鍍裝置10相同的材料制成。通過這種方式，替代物136的測量溫度應(yīng)當(dāng)與噴鍍裝置10的溫度類似。上面描述的非接觸方法即測量氣體溫度或者替代物溫度的好處在于，外殼64可迅速、方便而且不需要更多組裝和拆卸地放置在噴鍍裝置10周圍。無論如何，與噴鍍裝置10相關(guān)的溫度可用于估算噴鍍裝置10的實際溫度，并因此控制該噴鍍裝置10的溫度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到與在本發(fā)明中使用的噴鍍裝置10相關(guān)的其他溫度。
在使用中，上述熱控制單元66可用于把噴鍍裝置10維持在期望的操作溫度。為此，外殼64圍繞噴鍍裝置10周圍設(shè)置。然后該熱控制單元66經(jīng)由管道110、112與外殼64連接。溫度傳感裝置132位于外殼64內(nèi)，從而測量與噴鍍裝置10有關(guān)的溫度。然后操作者通過小鍵盤130把期望的操作溫度輸入到控制器122。接著渦流管86開始工作，以通過把渦流管86與加壓氣體供應(yīng)源92相連接而產(chǎn)生冷氣流和熱氣流。第一和第二閥114、116可以幾個不同方式驅(qū)動。例如，在典型實施例中，第一閥114的默認位置位于氣體進給位置，因此把冷氣排放到外殼64，而第二閥116的默認位置處于排放位置，因此把熱氣排放到外殼64外面的環(huán)境中。這樣，默認位置是在沒有任何熱氣情況下把冷氣排放到外殼64內(nèi)部68。這種特殊結(jié)構(gòu)在期望操作溫度接近室內(nèi)溫度或者大約70°F時是有優(yōu)勢的。
如果由溫度傳感裝置132獲得的測量溫度低于期望的操作溫度，則控制器122向繼電器128以及第一閥114發(fā)送信號，以通過驅(qū)動第一閥114到排放位置而切斷流到外殼64的冷氣流，從而把冷氣排放到外界環(huán)境。同時，控制器122向繼電器128以及第二閥116發(fā)送信號，以通過驅(qū)動第二閥116到氣體進給位置而開通流到外殼64的熱氣流，從而把熱氣排放到外殼64。這種情況將持續(xù)，直到與噴鍍裝置10有關(guān)的測量溫度達到期望操作溫度以上。當(dāng)這種情況發(fā)生時，控制器122向繼電器128和第二閥116發(fā)送信號，以通過驅(qū)動第二閥116到排放位置而切斷流向外殼64的熱氣流。同時，控制器122向繼電器128和第一閥114發(fā)送信號，以通過驅(qū)動第一閥114到氣體進給位置而開通流向外殼64的冷氣流。這些步驟重復(fù)進行，以把噴鍍裝置10維持在通過測量相關(guān)溫度而確定的期望操作溫度。
在本發(fā)明的上述實施例中，或者冷氣排放到外殼64，或者熱氣排放到外殼64，而冷氣和熱氣決不在一起。如上所述，該結(jié)構(gòu)在期望操作溫度大約為70°F時是很好的。然而，本發(fā)明不受這樣的限制，而可采用其他結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)期望的操作溫度相對較高時，有利的結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，即總是把熱氣排放到外殼64，然后當(dāng)測量溫度大于高的期望操作溫度時，開通冷氣(與熱氣一起)?？蛇x擇的是，當(dāng)期望的操作溫度相對較低時，有利的結(jié)構(gòu)是這樣結(jié)構(gòu)，即總是把冷氣排放到外殼64，然后當(dāng)測量溫度低于低的期望操作溫度時，開通熱氣(與冷氣一起)。還可選擇的是，與上述典型實施例類似的是，默認把熱氣排放到外殼64，并當(dāng)測量溫度達到高于期望操作溫度時，關(guān)閉熱氣并開通冷氣(沒有熱氣)。當(dāng)測量溫度降低到低于期望操作溫度時，關(guān)閉冷氣并開通熱氣(沒有冷氣)。這樣，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)，有許多排放冷氣和/或熱氣到外殼64的結(jié)構(gòu)。
熱控制單元66還包括一些提供安全的常規(guī)特征和/或為操作者提供方便的常規(guī)特征。例如，熱控制單元66可包括連接在電轉(zhuǎn)接器126和控制器122之間的電源開關(guān)138。由于控制器122和第一、第二閥114、116可以是電驅(qū)動的電磁閥，在有效地使用熱控制單元66來控制材料噴鍍過程前，操作者首先必須打開該熱控制單元。該熱控制單元66還包括手動閥140，從而渦流管86當(dāng)與加壓氣體供應(yīng)源92連接時不必要操作。這樣，操作者必須有意地打開閥140，以使渦流管86產(chǎn)生冷氣流和熱氣流。
在本發(fā)明的另一個實施例中，在原理上與上述手動閥140類似，渦流管86的入口90可與在例如入口90和氣體供應(yīng)端口94之間的管道96上的入口閥142連接，該入口閥142用于改變輸送到渦流管86的氣體的流動。該入口閥142以可操作的方式與控制器122連接，從而該控制器122可驅(qū)動閥142，以控制流到渦流管86的氣體流動。實際上，入口閥142打開和關(guān)閉渦流管86。當(dāng)入口閥142打開時，氣體可流到渦流管86，同時產(chǎn)生冷氣流和熱氣流。當(dāng)入口閥142關(guān)閉時，防止氣體流到渦流管86，同時沒有氣體產(chǎn)生。例如，當(dāng)需要執(zhí)行很少的熱控制以便把噴鍍裝置10保持在期望操作溫度時，入口閥142是有利的。在沒有入口閥142情況下，該渦流管86將總是產(chǎn)生冷氣流和熱氣流，并可能導(dǎo)致第一和第二閥114、116及其相關(guān)氣體流進行不必要的周期循環(huán)。在有入口閥142情況下，當(dāng)不需要執(zhí)行熱控制時，控制器122可基本上關(guān)閉渦流管86。
在這里圖中示出以及上面描述的發(fā)明與現(xiàn)有的熱控制系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點。例如，本發(fā)明提供了外殼64，該外殼64主要封閉或者密封噴鍍裝置10本身，而不是如同當(dāng)前許多熱控制系統(tǒng)一樣來封閉或者密封整個機器或者甚至是整個建筑物。這樣，溫度控制被局部化，這不僅使本發(fā)明更節(jié)約，而且也能迅速地進行熱響應(yīng)，這樣可將噴鍍裝置10保持在靠近期望操作溫度的容許范圍內(nèi)，例如為+/-0.5°F。基于渦流管的熱控制單元66為小型、緊密、模塊化單元，該單元可與例如分送閥18和分送噴射器20的許多噴鍍裝置10一起并在大范圍的期望操作溫度下使用。例如，許多裝配流體的噴鍍具有在大約50-100°F之間理想的噴鍍溫度，其中這些流體例如為但不限于油脂、潤滑劑、墨水、密封劑、環(huán)氧樹脂、粘合劑、釬焊膏、氰基丙烯酸鹽、填充劑(under-fills)、封閉劑、熱學(xué)化合物以及其他許多種液體和半液體材料。盡管不限于這樣的溫度范圍，但本發(fā)明很容易地適應(yīng)于該溫度范圍。簡言之，熱控制系統(tǒng)62在外殼64內(nèi)提供噴鍍裝置10的加熱和冷卻，該其中該外殼64具有最小量的空間，使用幾乎沒有移動部件的熱控制單元66，該熱控制系統(tǒng)62操作和維護起來很便宜，并能很有效地將噴鍍裝置10保持在期望的操作溫度下。
盡管本發(fā)明通過多個優(yōu)選實施例的描述得到了說明，同時盡管這些實施例詳細地進行了描述，但申請人不想以任何方式把附加權(quán)利要求的范圍限制或者限定到那些細節(jié)中。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，另外優(yōu)點和改型是容易得到的。根據(jù)使用者的需要和喜好，本發(fā)明的各種特征可單獨或者以多種組合進行使用。
權(quán)利要求
1.一種用于在熱學(xué)控制條件下將材料噴鍍到基質(zhì)上的設(shè)備，包括限定內(nèi)部并具有開口的外殼；具有孔口并能將材料噴鍍到基質(zhì)上的噴鍍裝置，所述噴鍍裝置位于所述內(nèi)部內(nèi)，所述開口用于使所述孔口與所述外殼外面的環(huán)境相連通；以及熱控制單元，該熱控制單元以可操作的方式與所述外殼連接，以便為所述內(nèi)部提供加熱和冷卻，所述熱控制單元包括渦流管，該渦流管用于從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流，所述渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與所述內(nèi)部流體連通并用于將冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與所述內(nèi)部流體連通并將熱氣輸送到那里的熱氣出口，來自所述渦流管的冷氣和熱氣用于控制所述噴鍍裝置的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴鍍裝置還包括用于排放液體的分送裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述分送裝置從由分送閥和分送噴射器組成的組中選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括與所述冷氣出口和熱氣出口中至少之一連接的出口閥，所述出口閥用于改變經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一而輸送到所述內(nèi)部的氣體流動。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括與所述冷氣出口連接并用于改變輸送到所述內(nèi)部的冷氣流動的第一出口閥；與所述熱氣出口連接并用于改變輸送到所述內(nèi)部的熱氣流動的第二出口閥。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述第一和第二出口閥為每個均具有氣體進給位置和排放位置的電磁閥，當(dāng)所述第一出口閥處于所述氣體進給位置時，所述冷氣出口與所述內(nèi)部流體連通，而當(dāng)所述第一出口閥處于所述排放位置時，所述冷氣出口與所述外殼外面的環(huán)境流體連通，以及當(dāng)所述第二出口閥處于所述氣體進給位置時，所述熱氣出口與所述內(nèi)部流體連通，而當(dāng)所述第二出口閥處于所述排放位置時，所述熱氣出口與所述外殼外面的環(huán)境流體連通。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括控制器，該控制器以可操作的方式與所述出口閥連接以便驅(qū)動所述出口閥，從而控制經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一流到所述內(nèi)部的氣體流動。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括與所述入口連接并用于改變輸送到所述渦流管的氣體流動的入口閥，所述控制器以可操作的方式與所述入口閥連接以便驅(qū)動所述入口閥，從而控制流到所述渦流管的氣體流動。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括溫度傳感裝置，該溫度傳感裝置以可操作的方式與所述控制器連接，并把與所述噴鍍裝置有關(guān)的溫度傳送到所述控制器。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述溫度傳感裝置從由熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度裝置和紅外線高溫計組成的組中選擇。
11.一種用于噴鍍裝置的熱控制系統(tǒng)，其中該噴鍍裝置具有孔口并能將材料噴鍍到基質(zhì)上，該熱控制系統(tǒng)包括外殼，該外殼限定出容納噴鍍裝置的內(nèi)部，并具有使孔口與所述外殼外面的環(huán)境相連通的開口；以及熱控制單元，該熱控制單元以可操作的方式與所述外殼連接，以便為所述內(nèi)部提供加熱和冷卻，所述熱控制單元包括渦流管，該渦流管用于從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流，所述渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與所述內(nèi)部流體連通并用于將冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與所述內(nèi)部流體連通并用于將熱氣輸送到那里的熱氣出口，來自所述渦流管的冷氣和熱氣用于控制所述噴鍍裝置的溫度。
12.如權(quán)利要求11所述的熱控制系統(tǒng)，還包括與所述冷氣出口和熱氣出口中至少之一連接的出口閥，所述出口閥用于改變經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一而輸送到所述內(nèi)部的氣體流動。
13.如權(quán)利要求11所述的熱控制系統(tǒng)，還包括與所述冷氣出口連接并用于改變輸送到所述內(nèi)部的冷氣流動的第一出口閥；以及與所述熱氣出口連接并用于改變輸送到所述內(nèi)部的熱氣流動的第二出口閥。
14.如權(quán)利要求13所述的熱控制系統(tǒng)，其中所述第一和第二出口閥為每個均具有氣體進給位置和排放位置的電磁閥，當(dāng)所述第一出口閥處于所述氣體進給位置時，所述冷氣出口與所述內(nèi)部流體連通，而當(dāng)所述第一出口閥處于所述排放位置時，所述冷氣出口與所述外殼外面的環(huán)境流體連通，以及當(dāng)所述第二出口閥處于所述氣體進給位置時，所述熱氣出口與所述內(nèi)部流體連通，而當(dāng)所述第二出口閥處于所述排放位置時，所述熱氣出口與所述外殼外面的環(huán)境流體連通。
15.如權(quán)利要求12所述的熱控制系統(tǒng)，還包括控制器，該控制器以可操作的方式與所述出口閥連接以便驅(qū)動所述出口閥，從而控制經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一流到所述內(nèi)部的氣體流動。
16.如權(quán)利要求15所述的熱控制系統(tǒng)，還包括與所述入口連接并用于改變輸送到所述渦流管的氣體流動的入口閥，所述控制器以可操作的方式與所述入口閥連接以便驅(qū)動所述入口閥，從而控制流到所述渦流管的氣體流動。
17.如權(quán)利要求15所述的熱控制系統(tǒng)，還包括溫度傳感裝置，該溫度傳感裝置以可操作的方式與所述控制器連接，并用于將與所述噴鍍裝置有關(guān)的溫度傳送到所述控制器。
18.如權(quán)利要求17所述的熱控制系統(tǒng)，其中所述溫度傳感裝置從由熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度裝置、紅外線高溫計組成的組中選擇。
19.一種用于為容納噴鍍裝置的外殼提供加熱和冷卻的熱控制單元，包括渦流管，該渦流管用于從加壓氣體供應(yīng)源產(chǎn)生冷氣流和熱氣流，所述渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與所述外殼流體連通并用于將冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與所述外殼流體連通并用于將熱氣輸送到那里的熱氣出口，來自所述渦流管的冷氣和熱氣用于控制所述噴鍍裝置的溫度；與所述冷氣出口和熱氣出口至少之一連接的出口閥，所述出口閥用于改變經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一而輸送到所述外殼的氣體流動；控制器，該控制器以可操作的方式與所述出口閥連接并用于驅(qū)動所述出口閥，從而控制經(jīng)由所述冷氣出口和熱氣出口中所述至少之一流到所述外殼的氣體流動；以及溫度傳感裝置，該溫度傳感裝置以可操作的方式與所述控制器連接，并用于將與所述噴鍍裝置有關(guān)的溫度傳送到所述控制器。
20.一種使用渦流管來在熱學(xué)上控制材料噴鍍過程的方法，該材料噴鍍過程使用限定出內(nèi)部的外殼以及位于所述內(nèi)部內(nèi)并能將材料噴鍍到基質(zhì)上的噴鍍裝置，該方法包括測量與噴鍍裝置相關(guān)的溫度；根據(jù)測量的溫度，將來自渦流管的冷氣和熱氣中至少之一輸送到內(nèi)部；以及將來自噴鍍裝置的材料噴鍍到基質(zhì)上。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括將用于噴鍍裝置的期望操作溫度存儲到控制器內(nèi)；以及將來自渦流管的冷氣和熱氣中至少之一輸送到內(nèi)部，以便將噴鍍裝置基本上維持在期望的操作溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括把冷氣和熱氣中之一輸送到內(nèi)部；以及僅當(dāng)與噴鍍裝置有關(guān)的測量溫度基本上不等于期望的操作溫度時，將冷氣和熱氣中的另一個輸送到內(nèi)部。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括當(dāng)將冷氣和熱氣中之一輸送到內(nèi)部時，截斷流向內(nèi)部的冷氣和熱氣中的另一個。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括將冷氣輸送到內(nèi)部；當(dāng)與噴鍍裝置有關(guān)的測量溫度低于期望的操作溫度時，截斷流向內(nèi)部的冷氣流動；開通流向內(nèi)部的熱氣流動；以及當(dāng)與噴鍍裝置有關(guān)的測量溫度高于期望的操作溫度時，截斷流向內(nèi)部的熱氣流動。
全文摘要
一種用于在熱學(xué)控制條件下將材料噴鍍到基質(zhì)上的設(shè)備，包括限定出內(nèi)部并具有開口的外殼以及具有孔口并能將材料噴鍍到基質(zhì)上的噴鍍裝置。該噴鍍裝置位于該內(nèi)部內(nèi)，而該開口使該孔口與該外殼外面的環(huán)境相連通。該設(shè)備還包括熱控制單元，該熱控制單元以可操作的方式與所述外殼連接。該熱控制單元包括渦流管，該渦流管具有與加壓氣體供應(yīng)源連接的入口、與所述內(nèi)部流體連通并用于將冷氣輸送到那里的冷氣出口以及與所述內(nèi)部流體連通并將熱氣輸送到那里的熱氣出口。來自所述渦流管的冷氣和熱氣用于控制所述噴鍍裝置的溫度。
文檔編號C23C4/00GK1821434SQ20061000854
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者邁克爾·S·福蒂, 小約翰·A·維瓦里 申請人:諾信公司