JP2002540926A - 赤外線照射 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に表面層の乾燥および／または固定のために赤外線により被照射物体を照射する方法およびシステムであり、放射源（１０）がロボット（１）により、被照射物体が１つまたは幾つかの作業位置に動かされ、当該作業位置にて被照射物体への照射がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、特に表面層の乾燥および／または特定位置へのそれらの硬化のため
に被照射物体を赤外線により照射するための方法とシステムに関する。 例えば対象物の表面を連続して塗装する場合、対象物に塗装室を通過させるこ
とが知られている。塗装室には水滴状塗料の霧があり、それが対象物の表面に沈
着する。そのあと対象物が乾燥室へ運ばれ、そこで塗装層が乾燥される。

【０００２】 さらに、特に一様でない形状で複雑な表面を有する対象物の場合、プログラム
可能で広く一様に厚い塗装層を表面の塗装領域に吹きつける工業用ロボットの使
用が知られている。工業用ロボットの使用によって、表面の接近しにくい表面個
所、例えば切り欠き、空洞、継ぎ目などにも到達できる。また工業用ロボットの
使用により、表面の一部を塗装することも可能になる。

【０００３】 自動車製造では同じように工業用ロボットが使用され、車体の車輪ボックスな
ど空洞部の塗料シールを行う。ペースト状または液状のシール材料が、例えば工
業用ロボットの保持する噴射ノズルにより空洞表面に塗布される。

【０００４】 上記の工業用ロボットにより塗布した材料の乾燥ないし固定は、ふつう連続加
熱炉を通過させることによって行われる。対象物の連続加熱炉の通過に要する時
間は、塗布した材料の望ましい乾燥ないし固定が得られるようにあらかじめ定め
られる。通過時間は普通数分である。

【０００５】 大面積の赤外線照射装置を例えば側壁に設置した室内を通過させる乾燥ないし
固定方法も知られている。この赤外線照射装置は、普通１０００Ｋ以下の表面温
度で運転される。

【０００６】 連続加熱炉ないし照射室では、対象物の大きな表面領域、さらには対象物全体
が強制的に加熱される。従って表面の接近しにくいおよび／または隠れた個所に
塗布された材料は普通、対象物が少なくともそれら個所を含んだ領域が十分加熱
されることによってのみ乾燥または固定できる。すなわち熱伝導による乾燥ない
し固定が行われる。その場合伝達される熱が、予め対象物本体を通ってそれら個
所に浸透していなければならない。さらに、対象物の表面の他の個所に塗布がな
されている最中に、塗布した材料の乾燥ないし固定を始めることはできない。

【０００７】 本発明の課題は、接近しにくい個所に対しても急速に作用する赤外線照射、お
よび被照射物体の個々の表面領域の照射が可能となる赤外線により被照射物体を
照射するための方法およびシステムを提示することである。本発明の他の課題は
、接近しにくい個所での素早く作用する赤外線照射と、被照射物体の個々の表面
領域を選択的に照射できる、赤外線照射によって被照射物体を照射するための方
法およびシステムを提示することである。本発明の他の課題は、赤外線照射によ
る被照射物体の照射のための方法ないしシステムに適した手段を提示することで
ある。

【０００８】 この課題は、請求項１の特徴部分に記載の方法、請求項９の特徴部分に記載の
システム、および請求項１５の特徴部分に記載の使用により解決される。他の実
施形態は、各従属請求項の対象である。

【０００９】 本発明の中心思想によれば、赤外線源がロボットにより、特定の被照射物体に
赤外線を照射する１つまたは幾つかの作業位置に動かされる。ロボットとは、放
射源を望ましい作業位置に移動させることができる工業用ロボットその他の可動
装置を言う。ロボットは自由にプログラミングでき、その作業領域内で任意の位
置に接近でき、好ましくは各位置で放射源の向きを自由に設定、変更して調節で
きることが有利である。

【００１０】 放射源として、特にリング状で、放射線に対して透光性の管と、管内に白熱性
のフィラメントを有するハロゲンランプが好ましい。代替または追加としてハロ
ゲンランプは、少なくとも１本の直線方向に伸び、管内に直線的に伸びるフィラ
メントを有する透光性の管でもよい。

【００１１】 放射源は、１つまたは幾つかの被照射物体の方向に放射源の赤外線を反射する
反射器と結合されているのが好ましい。 この場合反射器は、放射源とともにロボットにより可動である。特別な実施形
態では、反射器が放射源のいかなる動作とも独立して可動であり、特に折り畳み
できるので、作業位置で被照射物体を集中的に照射するため調節できる。放射源
の動きと独立の調節運動は、ロボットによる放射源の運動の最中でも始めるまた
は行うことができる。この方法により放射源と反射器の組み合わせは、接近しに
くい作業位置例えば空洞内にも入ることができる。

【００１２】 ロボットは放射源保持のためのホルダを有し、ホルダは旋回および／または直
線運動可能なロボット機構によりロボットを所定位置に安定支持するための支持
装置と結合しているのがよい。周知の方法でロボット機構は、特に多軸例えば６
軸により旋回できる。この方法で、適当なロボット制御装置との組み合わせによ
り、上記のような自由に設定可能で任意の放射源の位置決めと向きの調節が開始
ないし停止できる。

【００１３】 本発明の方法による他の実施形態では、赤外線が被照射物体の１つまたは幾つ
かの表面領域をかすめて動くように、放射源が常に作業位置のある領域内で動か
される。放射源は、いわば被照射物体の表面を「スキャン」する。この方法で複
雑な形状を持つ表面でも表面の単位部分当たり一定のエネルギ充填とともに照射
できる。また例えば車体の塗装のとき、別の個所でまだ材料が塗布されていると
きに、ある表面領域ないし継ぎ目、空洞その他の凹形状からなる空間の領域で照
射を始めることも可能である。従って特に、小さい部分領域内だけで照射ないし
処理が必要な場合に表面全体すなわち被照射物体全体、または少なくともその大
部分を処理することは必要でない。従って本発明により製造時間が短縮でき、場
合によって連続加熱炉、照射室その他大きな設定空間を要する装置を節約できる
。

【００１４】 また本発明は、きわめて接近しにくい表面領域の処理も可能にする。例えば粘
度の低い材料を被照射物体の切り欠きまたは空洞内に塗布する場合、塗布材料の
素早い乾燥ないし硬化が求められる。従って、被照射物体が離れた連続加熱炉ま
たは照射室へ運ばれるまで待つことはできない。従って本発明の方法の好ましい
実施形態により、被照射物体の切り欠きまたは空洞内に赤外線が照射されるよう
に、少なくとも１つの作業位置を選択することが推奨される。

【００１５】 本発明のような赤外線による照射は、きわめて多様な応用例に利用できる。上
記のような表面塗布層の乾燥および／または固定の他に、ここでは、例えば継ぎ
目その他の凹形状の空間内の充填剤の硬化、赤外線による照射での品質管理、材
料または対象物の積層など次の工程の準備のための被照射物体の加熱が挙げられ
る。また本発明は、基本的に紫外線領域または可視領域など、他の波長の電磁放
射による被照射物体の照射にも利用できる。

【００１６】 本発明は、被照射物体の表面、および／または継ぎ目、空洞その他の凹形状の
空間に塗布されて照射により乾燥および／または固定される材料の塗布の開始に
先行して被照射物体への照射を行う場合、特に有効である。また、塗布装置の１
つまたは幾つかの作業位置に動かすロボットにより塗布を行うことも有利である
。別の実施形態では、塗布のためのロボットと照射のためのロボットの運動の進
行が少なくとも部分的に一致し、および／またはそれぞれの動きのとき、少なく
とも部分的に一致する運動経路を通る。材料を塗布するロボットは、被照射物体
を照射するのと同じロボットでも、別のロボットでもよい。どの場合でもこの実
施形態は、ロボットの制御を同じ、または同様の方法で行うことができる利点を
有する。例えばロボットを制御するコンピュータシステムは、同じまたは似たよ
うに進行する。

【００１７】 特に望ましいのは、近赤外線、すなわち可視領域から１．５μｍ波長の間の赤
外線を使用することである。これによりとりわけ、表面温度２０００Ｋ以上、特
に２５００Ｋ以上での電磁放射の放出のために設計した熱発光体による放射源が
使用される。このように高い表面温度での駆動は、プランクの放射則によれば放
出される放射の放射輝度は、ほぼ絶対表面温度の４乗で増大する（発光係数が近
似的に温度から独立しているとして）利点を有する。従って、推奨する高温では
、被照射物体上に対し、照射による特定の目的に必要なエネルギ量が短時間で伝
達される。従って特に望ましいのは、表面温度３０００Ｋ以上で駆動できる熱発
光体を伴う放射源の使用である。この場合放出される放射の最大エネルギは、波
長１μｍ以下の所にある。このように高い放射束密度によって得られる短い照射
時間の別の利点は、被照射物体の全体加熱が少ないことである。こうして被照射
物体の表面ないし表面に塗布した層が短時間に加熱されるが、その時間は熱伝導
により被照射物体を全体加熱するには不十分なものとなる。入射する放射スペク
トルを被照射物体ないしそこにある表面層の吸収特性に適合させることにより、
意図的に加熱をある深さまでに限定することもできる。例えば表面層の吸収率が
明らかに１以下であるが、表面層の厚みのためほとんどすべての放射エネルギが
表面層に吸収される場合、表面層の全体加熱はあるものの、その下の層はそれほ
ど加熱されない。

【００１８】 添付図により本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし本発明は、こ
れら実施形態に限定されるものではない。

【００１９】 図１の概略図は、ハロゲン放射器１０を有するロボット１を示す。図１では、
ロボット１ないしハロゲン放射器１０は待機位置にある。待機位置からロボット
１は、ハロゲン放射器１０を様々な作業位置に動かし、図示しない被照射物体の
プログラムした表面領域が指定の放射束密度により指定の放射時間の間照射する
ように調整する。これに必要なロボット１の運動の進行、および望ましい赤外線
照射量のために必要な電流の時間的制御は、制御ユニット１５により行われる。
制御ユニット１５は、制御ケーブル１６によりロボット１の基礎７と結合してい
る。そこから個々の制御ケーブルがそれぞれの接続点に導かれる。

【００２０】 図２の示すようにロボット１は、６軸により旋回可能である。垂直方向に延び
る旋回軸Ｉの回りを、ロボット１の回転台５が基礎７に対して旋回できる。また
回転台５に対してロボット１の回転アーム３が水平方向に延びる旋回軸ＩＩの回
りを旋回できる。回転アーム３の上端に旋回軸ＩＩＩがあり、その回りをロボッ
ト１のアーム４が回転アーム３に対して旋回できる。旋回軸ＩＩＩは、旋回軸Ｉ
Ｉに平行に延びる。アーム４の前端に、装置ホルダ６がある。しかしアーム４は
、それ自体は不動ではなく、旋回運動にさらに３つの可能性を与える。１つは、
アーム４の前側部分全体が、回転アーム３と旋回可能に結合した後側部分に対し
、アーム４の長さ方向軸４の回りを、すなわち旋回軸ＩＶの回りを旋回できる。
アーム４の前側部分に、アーム４の長さ方向軸を横切る旋回軸Ｖの回りを旋回で
きる中央ハンド２がある。さらに装置ホルダ６が旋回軸ＶＩの回りを旋回でき、
その際旋回軸ＶＩは旋回軸Ｖに垂直に延びる。旋回軸ＩＶとＶＩは、図２では同
一である。しかし中央ハンド２が旋回軸Ｖの回りを図示の位置に対して旋回する
と、２つの旋回軸ＩＶとＶＩの互いの相対位置が変わり、２つの旋回軸が共通で
垂直な平面上に来る。

【００２１】 図１で示すように、装置ホルダ６にハロゲン放射器１０が固定されているので
、ハロゲン放射器１０は前記の運動可能性に従って動くことができる。ハロゲン
放射器１０は、直線方向に伸び互いに平行に設置された石英ガラス管１１を有し
、その中にハロゲン雰囲気中に気密に封入されたウォルフラム・フィラメント（
タングステン白熱フィラメント）１２が１つづつ石英ガラス管１１の長さ方向に
沿って設置されている。このウォルフラム・フィラメント１２がきわめて細く、
従ってごくわずかな熱質量しか持たないので、ウォルフラム・フィラメント１２
を通るフィラメント電流を入れると、何分の１秒かで電流に対応した望ましい温
度に達する。ウォルフラム・フィラメント１２の表面温度は、約３１００Ｋであ
るのが望ましい。

【００２２】 ２つの石英ガラス管１１は、それぞれ両端に図示しないホルダにより支持体１
４に保持される。支持体１４は、２つの石英ガラス管１１の形状と位置に合わせ
て形成される中空形状と、ウォルフラム・フィラメント１２によって逆方向に放
出される赤外線を反射するために使用される反射器１３を有する。支持体１４は
、図１では側面を切った形で示される。反射器１３の反射面は研磨したアルミか
ら成り、図１ではほぼ双曲線である。

【００２３】 図１に示したシステムは、例えば自動車の車体製造の際に車輪ボックス、車体
表面の中空部分など隠れた個所に塗布されるペースト状または液状材料の乾燥に
使用され、短い製造時間を達成するため、ロボット１とハロゲン放射器１０によ
る乾燥は、車体の他の個所ではまだこれら材料が塗布されている間でも、液状ま
たはペースト状材料の塗布後すぐに開始される。その場合、液状またはペースト
状材料も、ロボット１と同じ構造のロボットを使用して塗布される。図示しない
このロボットは噴射ノズルを作業位置に動かし、液状またはペースト状材料が車
体に吹きつけられる。この場合噴射ノズルとハロゲン放射器１０は、乾燥させる
表面から装置ホルダ６、ないし他のロボットの装置ホルダへの間隔が噴射時と乾
燥時で同じであるように設計され駆動される。従って２台のロボットは同じ運動
の進行を実行し、噴射ノズルないしハロゲン放射器１０を作業位置に移動させる
ことができる。噴射塗布後に、車体の乾燥させる表面領域がロボット１の届く位
置にあるために、車体は少し前進させられるだけである。従って２台のロボット
を制御するコストは、１台のロボットを制御するコストよりそれほど大きくない
。とりわけ制御ユニット１５内でプログラムした運動の進行は、ほぼ同じで２倍
の時間を設定して前後して実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 赤外線による被照射物体の照射システムの例である。

【図２】 図１に示すロボットと類似の６軸ロボットの旋回軸を示す図である。

【符号の説明】

１ ロボット ２ 中央ハンド ３ 回転アーム ４ アーム ５ 回転台 ６ 装置ホルダ ７ 基礎 １０ ハロゲン放射器 １１ 石英ガラス管 １２ ウォルフラム・フィラメント １３ 反射器 １４ 支持体 １５ 制御ユニット １６ 制御ケーブル Ｉ−ＶＩ 旋回軸１−６

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ガウス，レイナー ドイツ国 デー−83052 ブルックミュー ル−ホイフェルト，ブルックミューラー シュトラッセ 27 Ｆターム(参考） 3L113 AA03 AB06 AC10 BA32 DA07 DA10 4D075 BB37Z BB93Z DA06 DB01 DC11 EA05 4F042 AA09 BA19 DB20 DC01 ED05 ED10

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に表面層を乾燥および／または固定するため赤外線により
   被照射物体を照射する方法であって、放射源（１０）がロボット（１）により１
   つまたは幾つかの作業位置に移動され、そこで被照射物体が照射されることを特
   徴とする赤外線照射により被照射物体を照射する方法。
2. 【請求項２】 赤外線が被照射物体の１つまたは幾つかの表面領域をなぞる
   ように、常に作業位置のある部分内を放射源（１０）が動かされることを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 赤外線が被照射物体の１つの切り欠きまたは空洞内を入射す
   るように、少なくとも１つの作業位置が選択されることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の方法。
4. 【請求項４】 被照射物体の表面に、および／または継ぎ目、空洞その他の
   凹形状の空間に設置され、照射により乾燥および／または固定される材料の塗布
   を、被照射物体に対する照射前に行うことを特徴とする請求項１から３のいずれ
   か一項に記載の方法。
5. 【請求項５】 塗布装置を１つまたは幾つかの作業位置に動かすロボットに
   よる塗布も行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 塗布を行うロボットと照射を行うロボット（１）の運動の進
   行が少なくとも部分的に一致、および／または少なくとも部分的に同一の運動経
   路をとることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 赤外線が近赤外領域に最大分光放射輝度を有することを特徴
   とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 【請求項８】 多数の被照射物体が次々に同じ放射源（１０）により照射さ
   れ、同じロボット（１）が放射源を（１０）を動かし、被照射物体から見て放射
   源（１０）がそれぞれ同じ運動経路をとることを特徴とする請求項１から７のい
   ずれか一項に記載の方法。
9. 【請求項９】 特に表面層を乾燥および／または固定するための、赤外線を
   発生する放射源（１０）と、被照射物体を照射する１つまたは幾つかの作業位置
   に放射源（１０）を動かすロボット（１）を有することを特徴とする、赤外線に
   より被照射物体を照射するためのシステム。
10. 【請求項１０】 放射源（１０）が、２０００Ｋ以上、特に２５００Ｋ以上
    の表面温度で電磁放射の放出を行うため設計した熱発光体（１２）を有すること
    を特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 【請求項１１】 ロボット（１）が放射源（１０）を保持するホルダ（６）
    を有し、そのホルダ（６）が旋回および／または直線運動可能なロボット機構（
    ２．．．６）によりロボット（１）を位置固定する支持装置（７）と結合される
    ことを特徴とする請求項９または１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 【請求項１２】 ロボット機構（２．．．６）が多軸、特に６軸で旋回でき
    ることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 【請求項１３】 放射源（１０）が、１つまたは幾つかの被照射物体の方向
    に放射源（１０）の赤外線を反射する反射器（１３）と組み合わされ、反射器（
    １３）が放射源（１０）とともにロボット（１）により可動であることを特徴と
    する請求項９から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 【請求項１４】 被照射物体を集中照射するため１つの作業位置で調節でき
    るように、反射器が放射源（１０）の運動と独立に可動、特に折り畳みできるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 【請求項１５】 被照射物体が照射される１つまたは幾つかの作業位置にハ
    ロゲン・ランプ（１０）がロボット（１）により動かされることを特徴とする、
    特に請求項１から８の方法の実施の際に放射源として赤外線を用いて被照射物体
    を照射するためのハロゲン・ランプ（１０）の使用。
16. 【請求項１６】 ハロゲン・ランプがリング状で透光性の管と、その管内に
    伸びるフィラメントを有することを特徴とする請求項１５に記載の使用。
17. 【請求項１７】 ハロゲン・ランプ（１０）が少なくとも１本の、管内に伸
    びるフィラメント（１２）を備え直線方向に伸びる透光性の管（１１）を有する
    ことを特徴とする請求項１５または１６のいずれか一項に記載の使用。