具有转向喷嘴组件的喷涂设备及涂覆玻璃物体的方法

本申请要求2021年11月30日提交的系列号为63/284,159的美国临时专利申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全部结合入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及喷涂设备，更具体涉及具有转向喷嘴组件的喷涂设备以及使用转向喷嘴组件涂覆玻璃物体的方法。

背景技术

历史上，由于玻璃相对于其他材料来说具有气密性、光学清晰度和优异的化学耐久性，因此已将玻璃用作包装药物的优选材料。用于药物的玻璃包装可包括诸如小瓶、筒、注射器之类的物体。特别地，用于药物包装的玻璃需具有足够的化学耐久性而不会影响其中所含药物组合物的稳定性。具有合适的化学耐久性的玻璃包含ASTM标准“类型1B”中的那些玻璃组合物，它们的化学耐久性得到了历史证实。

但是，将玻璃用于这些应用受到玻璃的机械性能的限制。在制药行业，玻璃破裂不仅是产品质量关注的问题，也是让最终用户关心的问题。即使非毁灭性的破裂(即，当玻璃裂开却没有破裂时)也可能导致内容物丧失其无菌性，进而可能导致昂贵的产品召回。

用低摩擦系数(COF)材料涂覆玻璃是已知的。例如，通过将至少一部分的玻璃物体浸没到低COF材料中，可以浸涂玻璃物体。然而，浸涂可导致材料浪费以及产品外观变化。常规的喷涂可能存在困难，这至少部分是因为涂料昂贵，以及由于成本和功能而施涂得很薄，为了可见性(例如，为了确定药物的量和颜色)而要施涂均匀。另外，较厚地施涂涂料可使得所施涂的涂料膜移动得更多，这可导致厚度和外观显著变化。这些原因结合小瓶、注射器等的复杂形状可使得喷涂变得因难，因为难以可重复且精确地控制液滴形状/面积的均匀性。使用多个喷涂喷嘴以考虑小瓶形状的不同应用几何也可能带来重叠喷涂的问题。重叠喷涂可能因厚度变化以及涂覆表面的液滴分布不规则而留下明显的缺陷。另外，冲击颗粒的不同喷涂时间可改变涂层的覆盖和外观。

因此，需要具有转向喷嘴组件的喷涂设备以及使用该转向喷嘴组件涂覆玻璃物体的方法。转向喷嘴组件可利用来自单个雾化器(例如，无气喷雾器)的液滴的单一分布，该单一分布可通过空气转向得到修改，以保留针对小瓶几何的具体部分(例如侧壁)设计的液滴分布的优点，并且利用被设计为“错过”小瓶的部分将液滴重定向到另一方向，以对喷涂喷嘴无法直接可及的表面进行涂覆，例如玻璃物体的底部处的跟部和底部覆盖部。

发明内容

根据一个实施方式，一种将涂料施涂到玻璃物体的外表面上的喷涂设备包括涂料源，所述涂料源包含涂料。喷涂喷嘴组件，其包括流体连接到涂料源的喷涂喷嘴。所述喷涂喷嘴被布置和构造成以第一方向将涂料引导向玻璃物体，并且提供相对于玻璃物体计的过喷涂量的涂料，使得该过喷涂量绕过玻璃物体的非视线区。转向喷嘴组件，其包括流体连接到加压气源的转向喷嘴。所述转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第二方向将加压气体引导向玻璃包装的非视线区，以将涂料重新引导到非视线区域上。

根据另一个实施方式，提供了一种使用喷涂设备，用涂料涂覆玻璃包装的方法。所述方法包括：用夹持装置抓握玻璃包装。使用喷涂喷嘴组件的喷涂喷嘴，将涂料引导到玻璃包装的外表面上。所述喷涂喷嘴被布置和构造成以第一方向将涂料引导向玻璃包装，并且提供过喷涂量的涂料，该涂料绕过玻璃包装的非视线区。使用转向喷嘴组件的转向喷嘴，将绕过玻璃包装的过喷涂量的涂料重新引导向玻璃包装的非视线区。所述转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第二方向将加压气体引导向玻璃包装的非视线区，从而将涂料的方向和动量向着非视线区改变。

在以下详细描述中给出了玻璃制品及其制造方法和工艺的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。

应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，包含转向喷嘴组件的喷涂设备的一部分的示意图；

图2是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，在使用图1的喷涂设备的涂覆过程中使用的玻璃物体的示意图；

图3是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，用于图1的喷涂设备的转向喷嘴的示意图；

图4是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，包含护罩的转向喷嘴组件的示意图，所述护罩覆盖图3的转向喷嘴；

图5是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，使用转向喷嘴组件的喷涂设备的一部分的分解图；

图6是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图5的涂覆设备的部分的组装图；并且

图7是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，一部分转向喷嘴组件的示意图。

具体实施方式

本文所述的实施方式一般涉及喷涂设备，所述喷涂设备用于将涂料施涂到物体的外表面上，所述物体例如玻璃包装或药物容器。喷涂设备包括涂料源，该涂料源包含涂料。喷涂喷嘴组件，其包括流体连接到涂料源的喷嘴。所述喷涂喷嘴被布置和构造成以第一方向将涂料引导向玻璃物体，并且提供过喷涂量的涂料，该涂料错过玻璃物体。转向喷嘴组件，其包括流体连接到加压气源的转向喷嘴。所述转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第二方向将加压气体引导向玻璃物体的非视线区，以重新引导过喷涂量的涂料。

参考图1，喷涂设备10的一部分包括含有喷涂喷嘴14的喷涂喷嘴组件12和含有转向喷嘴18的转向喷嘴组件16。喷涂喷嘴组件12流体连接到含有涂料的涂料源20，并且被布置成以第一方向D

简单参考图2，其单独例示了玻璃物体O，该玻璃物体O包括主体26。主体26是玻璃物体O具有最大内体积的部分，用于容纳玻璃物体O的大部分内容物。主体26由从玻璃物体O的肩部36延伸到跟部42的侧壁30形成。玻璃物体O的开口28提供了通向主体26的内部体积的入口。在一些实施方式中，玻璃物体O可以包括凸缘31，其在开口28处为盖子或其他封闭件提供了密封表面，以在此对其提供气密和液密密封。凸缘31可以被称为玻璃物体O的精整件。在凸缘31处可以提供其他封闭结构，例如用于接合螺纹盖或封闭件的螺纹。在凸缘31与主体26之间是颈部34和肩部36。颈部34可以具有外直径(或宽度)，其小于凸缘31和主体26。颈部34的内直径可以与开口28的直径基本相同。肩部36提供了从颈部34到主体26的向外过渡。肩部36可以具有从颈部34到主体26的大致弯曲的过渡以避免提供边缘。在主体26的相对端部处是底部40。跟部42提供了从主体26到底部40的向内过渡。跟部42也可以具有从主体26到底部40的大致弯曲的过渡以避免提供边缘。

回来参考图1，玻璃物体O通过抓握装置46被保持在喷涂喷嘴14和转向喷嘴18附近。或者，抓握装置46可以包括抓握指48以用于抓握玻璃物体O。在例示的实例中，玻璃物体O是药物小瓶，抓握装置46在凸缘31处抓握和保持住玻璃物体O。以这种方式，抓握装置46在涂覆操作期间既可抓握玻璃物体O又可覆盖开口28，由此防止涂料进入容器内部。

抓握装置46以大致垂直的取向保持住玻璃物体O，使得侧壁30像圆柱体一样以直的垂直方向延伸，并且底部40大致平行于地板延伸。虽然示出了直的侧壁30，但是可以使用任何其他合适的侧壁形状，例如圆化的、阶梯状的、肋状的等。涂料通过喷涂喷嘴14以方向D

可以基于期望的和/或已知的喷涂特征以及涂覆过程期间玻璃物体O的形状和取向来选择任何合适的喷涂和喷射方向角。在例示的实例中，抓握装置46操作性地连接到电动机54，所述电动机54使玻璃物体O在涂覆过程期间高速旋转以提高施涂于玻璃物体O的涂料的均匀性。涂料在玻璃物体O的整个外表面上(包括肩部36、主体26、跟部42和底部40)的均匀性是确定涂料的喷涂特征和气体的喷射特征的考虑因素。关于这一点，转向喷嘴18使用加压气体来重新引导过喷涂量的涂料。如本文中所使用的术语“过喷涂量”是指错过玻璃物体O的涂料的量。对转向喷嘴18的取向和喷射特征进行选择，以将过喷涂量25向着跟部42转向回来并且散布在底部40上。还可以对转向喷嘴18的取向和喷射特征进行选择，以将沿着玻璃物体O的侧壁30向下迁移的一部分涂料向着跟部42和底部40转向，并且到达跟部42和底部40上。

在高速和高体积制造环境中，涂料沉积在转向喷嘴18上可能是一个问题。涂料沉积在转向喷嘴18上可凭借过喷涂的涂料直接撞击在转向喷嘴18上，或者凭借涂料的悬浮液滴间接沉积和夹带而发生。涂料液滴因为伯努利(Bernouli)原理而悬浮，因为通过转向喷嘴18的高速气流在转向喷嘴外建立了低压，该低压产生了导致液滴夹带的低压。随着时间流逝，转向喷嘴18上的积聚会变得足够得大，从而通过引起射流的小偏转而影响性能，这在操作距离内可使喷射喷嘴在玻璃物体O上的撞击位置相对于期望的设定点发生位移和错位。相对于期望的设定点的小偏离(例如，10mm或更小)可不利地影响玻璃物体O的跟部42和底部40(即，欠转向的(under-turend)区上的涂层性能。为此，可以使转向喷嘴18配备有屏障或护罩，这在下文有进一步详细描述。

参考图3，其单独地例示了转向喷嘴18。转向喷嘴18包括喷嘴主体56和多个并排的子喷嘴58，子喷嘴58各自与该单个喷嘴主体56流体连通，从而提供在转向喷嘴18的宽度方向上延伸的子喷嘴58的阵列。在例示的实例中有16个子喷嘴58；但是可以有多于或少于16个子喷嘴。例如，可以有两个或更多个子喷嘴，例如五个或更多个子喷嘴，例如10个或更多个子喷嘴，例如15个或更多个子喷嘴，例如20个或更多个子喷嘴，例如30个或更多个子喷嘴，例如5至25个子喷嘴。子喷嘴的数目可以至少部分取决于玻璃物体的尺寸和形状以及涂料特征。

转向喷嘴18还包括连接器部分60，其连接到歧管64的连接器62。歧管64包括主体66，主体66具有延伸穿过其中的多个通道68、70和72。通道70是空气递送通道，其与连接器62流体连通以将加压空气递送到转向喷嘴18。通道68和72是气体吹扫通道，其与加压空气源(或其他气体源)流体连通，以提供穿过其中的吹扫空气。虽然显示了两个气体吹扫通道68和72，但是可以存在一个或多于两个气体吹扫通道。

参考图3和4，歧管64可以具有形状，使得其对应于部分包封转向喷嘴18的护罩74的截面形状。护罩74包括顶部76、底部78、侧部80和82、喷嘴端84和歧管端86。歧管64与护罩74的歧管端86接合，转向喷嘴18从其向外延伸向喷嘴端84。喷嘴端84具有喷嘴开口88，该喷嘴开口88在宽度方向上伸长以对应于子喷嘴58的阵列的形状。如从图4可以最好地看出，喷嘴端84向着喷嘴开口88向内渐缩。护罩74既提供了结构屏障以庇护转向喷嘴18不受掉落的涂料影响，也提供了包壳或内部体积，通过该包壳或内部体积，可引导来自气体吹扫通道68和70中的一者或两者的吹扫空气，从而提供排斥涂料液滴的空气屏障。

转向喷嘴组件16的两个相关的设计考虑因素是喷嘴开口88的尺寸和子喷嘴58的尖端90相对于喷嘴开口88的凹陷深度。可能期望将喷嘴开口的尺寸最小化到不影响转向喷嘴18空气射流的平均流动特性和紊流特性的量。这是因为喷嘴开口88与转向喷嘴18的核心射流之间的小区域导致来自气体吹扫通道68和72的吹扫空气的速度增加(图3)，这可增强排斥进入的涂料液滴的有效性。另一方面，吹扫空气的速度应小于来自转向喷嘴18的空气射流。否则，空气喷射方向可能改变，导致提供与预期实质不同的射流。

具体参考图4，护罩74包括喷嘴开口88，其具有宽度W和高度H。对原型转向喷嘴组件16进行了一系列5,000次喷射测试。基于这些观察现象，对喷嘴开口88进行选择，使得其紧密匹配子喷嘴58的尖端的阵列的整体尖端形状，所述子喷嘴58的尖端在下文称为转向喷嘴尖端94。事实上，喷嘴开口88的尺寸可以取决于喷嘴尖端94的尺寸。在例示的实例中，喷嘴开口88的尺寸是4mm x 42mm。而且，在护罩74的底部78中提供切口96，其终止于侧面80和82内侧的相对端98和99。切口96的深度例如可以在1毫米与3毫米之间，并且宽度可以在20mm与40mm之间。切口96允许额外的涂料从喷嘴开口88落下而不是被夹带在包壳中以及可能沉积在喷嘴尖端94上。

关于转向喷嘴尖端94相对于喷嘴开口88的凹陷深度，已经发现，转向喷嘴尖端94距离开口88的距离减小对于提供期望的喷射方向是期望的，但是增加凹陷深度可进一步将转向喷嘴尖端94从掉落的涂料中移开。因此，可期望提供某种有限的凹陷深度d。例如，合适的凹陷深度d可以在约1毫米与约5毫米之间。但是，凹陷深度d可以根据具体的转向喷嘴尖端尺寸、流速和护罩构造而变化。

其他示例性的转向喷嘴组件16的考虑因素包括射流冲击位置、转向喷嘴到玻璃物体的距离以及射流流速。再次参考图1，射流冲击位置L可以沿着从底部40的中心出发的半径定位。射流冲击位置L可以大致通过喷射方向D

转向喷嘴距离D

关于各种涂料(例如基于聚酰亚胺的涂料)的详细内容可在下述文献中找到：2013年2月28日提交的题为“Glass Articles with Low-Friction Coatings(具有低摩擦涂层的玻璃制品)”的第2013/0171456号美国专利申请公布，2013年2月28日提交的题为“GlassArticles with Low-Friction Coatings(具有低摩擦涂层的玻璃制品)”的第2013/0224407号美国专利申请公布，2013年3月14日提交的题为“Delamination ResistantGlass Containers with Heat-Tolerant Coatings(具有耐热涂层的抗脱层玻璃容器)”的第2014/0001076号美国专利申请公布，2013年6月28日提交的题为“DelaminationResistant Glass Containers with Heat-Tolerant Coatings(具有耐热涂层的抗脱层玻璃容器)”的第2014/0001143号美国专利申请公布，2013年11月8日提交的题为“GlassContainers with Delamination Resistance and Improved Damage Tolerance(具有抗脱性性和改进的耐损伤性的玻璃容器)”的第2014/0151320号美国专利申请公布，2013年11月8日提交的题为“Glass Containers with Improved Strength and Improved DamageTolerance(具有改进的强度和改进的耐损伤性的玻璃容器)”的第2014/0151321号美国专利申请公布，2013年11月8日提交的题为“Strengthened Glass Containers Resistant toDelamination and Damage(抗脱层和抗损伤的强化玻璃容器)”的第2014/0151370号美国专利申请公布，2015年7月29日提交的题为“Glass Articles with Low-FrictionCoatings(具有低摩擦涂层的玻璃制品)”的第2015/0329416号美国专利申请公布，2015年7月29日提交的题为“Glass Articles with Low-Friction Coatings(具有低摩擦涂层的玻璃制品”的第2015/0360999号美国专利申请公布，2013年10月11日提交的题为“Strengthened Borosilicate Glass Containers with Improved Damage Tolerance(具有改进的耐损伤性的强化硼硅酸盐玻璃容器)”的第9,034,442号美国专利，以及2013年10月18日提交的题为“Delamination Resistant Glass Containers with Heat-TolerantCoatings(具有耐热涂层的抗脱层玻璃容器)”的第9,428,302号美国专利，它们各自通过引用全文纳入本文。

参看参看图5和6，其例示了转向喷嘴组件102的快速联接组件100。联接组件100包括安装于支承件106的转向喷嘴安装结构104。转向喷嘴安装结构104包括基底108，转向喷嘴118安装在该基底118上。基底108包括一个或多个对准销110，其与位于转向喷嘴118的相对侧处的对准开口112配合。蝶形螺钉114或其他合适的连接器可以用于安装到销110中。转向喷嘴118的连接器部分160连接到歧管124的槽122中所接收的连接器120。歧管124包括空气吹扫通道168和172，通过该空气吹扫通道168和172将加压空气递送到护罩174所提供的包壳中，如上所述。

一旦转向喷嘴118在安装结构104上就位，护罩174可以在转向喷嘴118上方滑动。护罩174可以具有通过其底部178的开口175，使得底部178可以滑动通过基底108所提供的槽130。护罩174还可以包括安装凸缘132，该安装凸缘132具有接收定位销134的安装开口176。同样地，蝶形螺钉136或其他合适的紧固件可以用于在转向喷嘴118周围稳固护罩174。可拆卸的壁部分140可用于将连接器120固定在歧管124的槽122内并密封护罩174的包壳。

上文论述了具有子喷嘴的线性阵列的具体的转向喷嘴布置，但是也设想了其他转向喷嘴构造。例如，参考图7，另一转向喷嘴200包括第一子喷嘴202和第二子喷嘴204。在该实例中，第一子喷嘴202位于第二子喷嘴204的上方。第一子喷嘴202大致水平布置(例如，具有小于或等于0.5度的向下倾斜)并且以第一方向D

子喷嘴202和204距离玻璃物体O的距离D

上述设备和方法提供了用于对绕过玻璃物体的角落周围的侧壁的涂料进行重新引导并且/或者将其喷涂到该侧壁上以及沿着玻璃物体的下侧喷涂，以涂覆玻璃物体的下侧。与引导两次涂料喷涂不同，重新引导涂料可减少用于涂覆玻璃物体的涂料的量并且可减少或者甚至消除玻璃物体上的重叠的涂料层的可见标记。重新引导涂料还可使用更少的涂料并且可通过去除液体喷涂喷嘴而简化涂覆过程。使用护罩可保护转向喷嘴不受污染，由此减少喷嘴维护时间和频率并且可避免转向喷嘴设置中断，即使在多个维护周期后也如此。

可参考下述编号的条款来描述实施方式，其中，优选的特征在从属条款中展示：

条款1：一种将涂料施涂到玻璃物体的外表面上的喷涂设备，其包括：包含涂料的涂料源；

喷涂喷嘴组件，其包含流体连接到涂料源的喷涂喷嘴，所述喷涂喷嘴被布置和构造成以第一方向将涂料引导向玻璃物体并且提供相对于玻璃物体计的过喷涂量的涂料，使得过喷涂量绕过玻璃物体的非视线区；以及转向喷嘴组件，其包括流体连接到加压气体源的转向喷嘴，所述转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第二方向将加压气体引导向玻璃包装的非视线区，以将涂料重新引导到非视线区上。

条款2：条款1的喷涂设备，其中，所述转向喷嘴组件还包括护罩，所述护罩形成部分包封转向喷嘴的包壳。

条款3：条款2的喷涂设备，其中，所述护罩在护罩的端部处具有出口开口，其中，转向喷嘴的尖端在包壳中偏离所述出口开口。

条款4：条款3的喷涂设备，其中，所述转向喷嘴包括尖端，所述尖端的宽度大于尖端的高度。

条款5：条款4的喷涂设备，其中，出口开口的宽度大于出口开口的高度。

条款6：条款3或4的喷涂设备，其中，所述护罩与歧管接合，所述歧管包括气体进口，加压气体通过该气体进口被引导通过包壳。

条款7：条款1-6中任一项的喷涂设备，其还包括夹持装置，所述夹持装置被构造成夹持到玻璃包装上并且将玻璃包装保持在转向喷嘴旁，玻璃物体是小瓶并且欠转向的区包括跟部，所述跟部提供了小瓶底部与小瓶侧部之间的过渡。

条款8：条款1-7中任一项的喷涂设备，其中，转向喷嘴以1立方英尺/分钟至5立方英尺/分钟的流速在第二方向上引导加压气体。

条款9：条款1-8中任一项的喷涂设备，其中，所述转向喷嘴包含子喷嘴的阵列。

条款10：条款1-9中任一项的喷涂设备，其中，转向喷嘴是第一转向喷嘴，所述设备还包括第二转向喷嘴，所述第二转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第三方向将加压空气引导向玻璃包装的非视线区。

条款11：一种使用喷涂设备用涂料涂覆玻璃包装的方法，所述方法包括：用夹持装置抓握玻璃包装；使用喷涂喷嘴组件的喷涂喷嘴将涂料引导到玻璃包装的外表面上，所述喷涂喷嘴被布置和构造成以第一方向将涂料引导向玻璃包装并且提供过喷涂量的涂料，该过喷涂量的涂料绕过玻璃包装的非视线区；以及使用转向喷嘴组件的转向喷嘴，将过喷涂量的涂料重新引导向玻璃包装的非视线区，所述转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第二方向将加压气体引导向玻璃包装的非视线区，并且改变引导向非视线区的涂料的方向和动量。

条款12：条款11的方法，其还包括在重新引导一些涂料的步骤期间，使玻璃包装转动。

条款13：条款11或12的方法，其还包括：将转向喷嘴包封在护罩中，所述护罩部分包封转向喷嘴，由此庇护转向喷嘴不受涂料影响。

条款14：条款13的方法，其中，所述护罩在护罩的端部处具有出口开口，其中，跟部转向喷嘴的尖端在包壳中偏离所述出口开口。

条款15：条款14的方法，其中，所述转向喷嘴包括尖端，所述尖端的宽度大于尖端的高度。

条款16：条款15的方法，其中，出口开口的宽度大于出口开口的高度。

条款17：条款14-16中任一项的方法，其还包括：引导加压气体通过包壳。

条款18：条款11-17中任一项的方法，其中，所述玻璃包装是小瓶，并且欠转向部分是跟部，所述跟部提供了小瓶底部与小瓶侧部之间的过渡。

条款19：条款18的方法，其还包括操作性连接到夹持装置的电动机，当使用喷涂喷嘴施涂涂料时，所述电动机使小瓶转动。

条款20：条款11-19中任一项的方法，其中，转向喷嘴是第一转向喷嘴，所述设备还包括第二转向喷嘴，所述第二转向喷嘴被布置和构造成以与第一方向不同的第三方向将加压空气引导向玻璃包装的非视线区。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。