JP2003305841A

JP2003305841A - マーキングヘッドおよびドットマーキング装置

Info

Publication number: JP2003305841A
Application number: JP2002112376A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 謙二松本
Original assignee: Marktec Corp
Current assignee: Marktec Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-28
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP4100952B2

Abstract

(57)【要約】【課題】塗料の温度が変化してもマーク径が変化しない
マーキングを行うことが出来るマーキングヘッドおよび
ドットマーキング装置を提供する。【解決手段】本願の一発明では、温度の低下と共に可動
鉄芯と固定鉄芯の隙間が小さくなるように、バルブを固
定している本体を金属より熱膨張率が大きい材料で構成
することにより、塗料の温度が変化しても１ドット当た
りの塗料吐出量をほぼ一定にする。本願の他の一発明で
は、塗料の温度を測定し、温度と粘度との関係に基づい
て、塗料を吐出する時間を制御することで１ドット当た
りの流量を一定にするようにドットマーキング装置を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗料をノズルから
吐出してマーキングを行うドットマーキング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】塗料をノズルから吐出してマーキングを
行うドットマーキング装置は広い分野で使用されてい
て、材質を表す種別マーク、取付け位置あるいは切断位
置を示す罫書き線マーク、目には見えない材料の傷を示
す欠陥マーク、ドットの構成で文字、記号等を表す印字
等、多種に亘っている。これらマークは人間が見て判別
する場合と、センサにより判別する場合とがある。

【０００３】マークの読み取りをセンサで行う場合、マ
ーク径が小さくなるとセンサで読み取れず、工程ライン
が停止する問題があった。また、罫書き線マークの場
合、マーク径が大きいと位置精度が悪くなるという問題
があった。

【０００４】ドットマーキング装置に於いて、塗料を吐
出するマーキングヘッドに用いられるマーキング用ガ
ン、あるいは、印字用ガンの例は、実用新案登録出願公
開公報昭５８―１２８６５８号、あるいは、特許出願公
開公報平２−１３１１６４号に記載されている。これら
のマーキングヘッドでは、固定鉄芯の周囲に巻回された
ソレノイドコイルと、可動鉄芯とを用い、ソレノイドコ
イルを付勢して可動鉄芯を移動させて弁を開き、加圧し
た塗料を開いた弁を通してノズルから吐出してマーキン
グを行うものである。

【０００５】ところが、塗料の粘度は、図３に示すよう
に温度依存性があり、温度が低いほど変化量が大きくな
る。この粘度変化により、温度の高いときと、温度の低
いときとでは流量変化は２倍以上となる。塗料粘度が変
化するとノズルから吐出する１ドット当たりの塗料流量
が変化し、その結果、マーク径が変化する問題があっ
た。温度が低下し、塗料の粘度が上昇すると、塗料中で
移動する可動鉄芯の流体抵抗が大きくなり、ソレノイド
コイルによる推力が同じでは動作が不完全になる問題も
あった。従来は、ノズルから吐出する１ドットの塗料流
量が変ると、作業者が塗料の供給圧力を調整していた。
しかし、供給圧力を広範囲に調整できないので、適正流
量を得るのは困難であり、リアルタイムの調整は出来な
いという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、塗料の温度
が変化しても１ドット当たりの吐出量がほぼ一定で、マ
ーク径が変化しないマーキングを行うことが出来るマー
キングヘッドおよびドットマーキング装置を得ることを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の一発明による手段は、塗料の粘度は温度の低
下と共に増粘するため、温度が低くなるほど可動鉄芯と
固定鉄芯の隙間を小さくすることにより推力が増加する
ようにマーキングヘッドを構成する。そのため、塗料吐
出ノズルへの塗料流量を開閉制御するバルブが、ソレノ
イドコイルとは反対側のノズル近傍に設置されているマ
ーキングヘッドにおいて、温度の低下と共に可動鉄芯と
固定鉄芯の隙間が小さくなるように、バルブを固定して
いる本体を金属より熱膨張率が大きい材料で構成するこ
とにより、塗料の温度が変化しても１ドット当たりの塗
料吐出量をほぼ一定にする。

【０００８】上記課題を解決するため、本願の他の一発
明による手段は、塗料の温度を測定し、温度と粘度との
関係に基づいて、塗料を吐出する時間を制御することで
１ドット当たりの流量を一定にするようにドットマーキ
ング装置を構成する。

【０００９】

【発明の実施の形態】

【本願の一発明による実施の形態】前述したように、塗
料の粘度は温度の低下と共に増粘するため、温度が低く
なるほど可動鉄芯と固定鉄芯の隙間を小さくすることに
より推力が増加するようににマーキングヘッドを構成す
る。

【００１０】図１は、本願の一発明による実施例のマー
キングヘッドの概略断面図である。マーキングヘッド
は、外周にソレノイドコイル４を有している筒状のソレ
ノイドボビン３と、ソレノイドボビン３の中空内の一部
にソレノイドボビン３の内壁と液密封に嵌め込まれた固
定鉄芯２と、ソレノイドボビン３の中空内にソレノイド
ボビン３の内壁と間隙を保つように配置され、かつ、一
方の端面が固定鉄芯２の一方の端面と向い合い、かつ間
隙を保って配置された可動鉄芯１と、可動鉄芯１の他方
の端面から延在する先細部１ａと、先細部１ａの先端部
分と係合するバルブ本体５と、それに続くノズル６とを
有している。塗料はノズル６近傍から供給することがで
きる。図示のような、バルブがソレノイドコイル４とは
反対側のノズル６近傍に設けられているバルブ構造にお
いて、バルブ５ａを固定している本体５を、可動鉄芯１
および固定鉄芯２を構成する金属より熱膨張率が大きい
材料で構成したものである。この構成により温度の低下
と共に、可動鉄芯１と固定鉄芯２との隙間を小さくする
ことができる。

【００１１】鉄の熱膨張率は、２０℃で１．１８×10^-5
／℃、ステンレス鋼（１８Ｃｒ８Ｎｉ）の熱膨張率は２
０℃で１．４７×１０^-5／℃であるため、これより大き
な熱膨張率を持つ材料で本体５を構成する。

【００１２】具体的には、本体５は、ＰＥＥＫ、ＰＥ
Ｔ、ＰＰＳ、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリペンゾイ
ミダール、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルイミド
等の熱膨張率が２×１０^-5〜１０×１０^-5／℃のエンジ
ニアリングプラスチックが適している。これらの材料で
も、グレード、フィラーの種類および割合、成型時の流
れ方向により金属材料より熱膨張率が小さいものがある
ので、材料の選定に当たっては注意しなければならな
い。

【００１３】本体５の中に延在する可動鉄芯１の部分が
長い構造の場合には、本体５は比較的に熱膨張率の小さ
い材料を使用し、本体５の中に延在する可動鉄芯１の部
分が短い場合は、本体５は比較的に熱膨張率の大きい材
料を使用するのが好ましい。

【００１４】また、ナイロンのように吸水率が高い材料
は、湿度の変化により伸び縮みするため本体５には適さ
ない。

【００１５】また、ソレノイドボビン３は、SUS３０４
のような非磁性のステンレスで構成することができる。

【００１６】さらに、塗料の種類によっても温度と粘度
の関係は異なるため、塗料に応じて材質の選定も考慮し
なければならない。

【００１７】

【本願の他の一発明による実施の形態】前述した本願の
一発明によって、バルブを固定している本体を金属より
熱膨張率が大きい材料で構成することにより、塗料の温
度が変化しても１ドット当たりの吐出量をほぼ一定にす
ることができる。しかし、更に１ドット当たりの吐出量
を一定にする精度を上げたい場合、下記の問題がある。
１．熱膨張率はあくまでも各材料の代表値であり、実際
のものとは異なる。２．熱膨張率は、常温ではほとんど
一定であるため、温度に対する可動鉄芯と固定鉄芯の隙
間は直線的に変化するが、塗料の粘度は直線的に変化す
るとは限らない。

【００１８】このため、本願の他の一発明では、塗料の
温度を測定し、温度と粘度との関係に基づいて塗料を吐
出する時間を決定する。

【００１９】ノズルを通過する塗料の流量Ｑは下記式で
求められる。Ｑ＝（π×Ｄ⁴×△Ｐ）／（１２８×μ×Ｌ）ここで、Ｄ：ノズルの内径、△Ｐ：ノズルでの圧力損
失、μ：塗料の粘度、Ｌ：ノズルの長さ、である。

【００２０】上記の式より、流量は粘度に反比例し、ま
た、塗料の供給圧力をあげると流量が増加することが判
る。しかし、粘度の変化に対して、塗料流量を一定に保
つために、塗料の供給圧力を正確に制御するのは、シス
テムが複雑になり、また、供給圧力が高くなりすぎるた
め実施するのは現実的でない。

【００２１】本発明では、塗料を吐出する時間を制御す
ることで１ドット当たりの流量を一定にするようにドッ
トマーキング装置を構成する。

【００２２】図２に、本願の他の一発明による実施例の
ドットマーキング装置のブロック構成図である。塗料缶
２１内の塗料２２の温度は温度センサ２３により検出さ
れ、塗料の温度を表す塗料温度信号電圧はマーキングコ
ントローラ３０に送られる。塗料温度信号電圧を、マー
キングコントローラ３０内のＡＤ変換器３１でディジタ
ル信号に変換し、そのディジタル信号を制御装置３２で
処理してドライバー３３を制御する制御信号を発生す
る。ドライバー３３は駆動ケーブル３４を介して駆動電
流をマーキングヘッドのソレノイドコイル（図１参照）
に流して、マーキングヘッド１０のバルブを開いて塗料
を吐出する。制御装置３２は、ディジタル化した塗料温
度信号を処理するＣＰＵ、マーキングヘッド１０の塗料
温度に対する塗料吐出動作特性を記憶するメモリ、およ
びタイマーＩＣを用いて構成することが出来る。この場
合、ＣＰＵは、塗料温度とメモリに記憶されているマー
キングヘッドの塗料吐出動作特性から、マーキングヘッ
ド１０の所要オン時間を決定する。このオン時間をタイ
マーＩＣにセットする。タイマーＩＣは、クロック（例
えば、２ＭＨｚ）を計数して、時間を計測する。クロッ
ク発振器としては、水晶発振器を使用して、計測時間を
正確にするのが好ましい。ドットマーキングのタイミン
グが到来すると、タイマーＩＣが動作し、ドライバー３
３を動作させて、マーキングヘッド１０を駆動する。マ
ーキングヘッド１０は、タイマーＩＣにセットされた時
間により決まる一定時間バルブを開き、塗料を吐出す
る。ＡＤ変換器３１およびドライバー３３は従来使用さ
れているのものを変更して用いることが出来るので、詳
細は省略する。塗料２２は従来の装置と同様に、ポンプ
２４で駆動され、塗料配管２５を介してマーキングヘッ
ド１０へ供給される。制御装置３２がドライバー３３に
対して発生する制御信号は、塗料２２の温度が低下し
て、塗料の粘度が２倍になったとき、塗料を吐出する時
間が２倍になるようなソレノイドコイル駆動電流を発生
させるようにする。

【００２３】実際には、塗料の粘度が高くなるとバルブ
の開きが遅くなるため、塗料の粘度が２倍になったと
き、２倍＋αの時間を設定して塗料流量が一定になるよ
うに制御する。αの値は、マーキングヘッド１０の動作
特性によって異なるので、あらかじめ実測値から定め
て、例えば、マーキングコントローラ内のメモリに記憶
しておくのが好ましい。

【００２４】塗料を吐出する時間は、１μ秒単位で制御
するため精度が高く適用範囲も広くできる。

【００２５】図３に示すように、塗料の種類により温度
と粘度の関係が異なるため、予め塗料毎に温度と制御時
間の関係をマーキングコントローラ内のメモリに記憶し
ておき、塗料を交換するときに適合するデータを読み出
すことにより短時間で交換作業を終了出来るようにする
のが好ましい。不揮発性メモリを使用する場合は、電源
を切っても記憶したデータが残っているため使い易い。
しかし、不揮発性メモリでない場合は、メモリをバッテ
リ・バックアップしても良い。

【００２６】また、マーキングヘッドの応答性が悪いと
制御時間を短くしても実際に塗料が吐出する時間は短く
ならないので、実用新案登録出願公開公報昭５８―１２
８６５８号に示す様な構造の高速応答可能なマーキング
用ガン、塗料の温度を測定する温度センサ、温度センサ
の信号を読込んで予め決められたデータに従ってマーキ
ングヘッドを制御するマーキングコントローラによって
構成するのが好ましい。

【００２７】温度センサは、塗料の中に設置すると精度
がよいが、簡便には塗料周辺の大気温度を測定しても良
い。ただし、大気温度が変化しても塗料温度は熱容量の
違いからすぐには追従しないので約１時間の温度平均値
を採用するのが好ましい。この平均化する時間は塗料の
容量、塗料配管の種類、太さによって変える必要があ
る。

【００２８】ドットマーキング装置に於いて、１ドット
当たりの塗料吐出量は重要なファクターであるが、マー
クの径に影響を与える因子としてノズルを通過するとき
の塗料の流速も重要である。

【００２９】同じ塗料吐出量でも流速が速いとマークの
径は大きくなる。実用新案登録出願公開公報昭５８―１
２８６５８号に記載の様な構造をしたマーキング用ガン
は通電時間を長くするとバルブが大きく開くため流速が
速くなり流速の低下を補正する。このため、更に安定し
たマーク径を得ることが出来る。

【００３０】なお、前述した本願の両発明を、本出願人
と同一出願人による特許出願番号第２００２−８１１８
１号に記載の中空鉄芯を有するソレノイド式高速印字用
ガンに用いても安定したマーク径のドットを印字するこ
とが出来る。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、塗料の温度が変化しても
１ドット当たりの吐出量、マーク径が変化しないマーキ
ングが可能となる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の一発明のマーキングヘッドの概略断面図
を示すものである。

【図２】本願の他の一発明によるドットマーキング装置
のブロック構成図である。

【図３】塗料の粘度と温度との関係を示す図。

【符号の説明】

１可動鉄芯１ａ可動鉄芯の先細部２固定鉄芯３ソレノイドコイルボビン４ソレノイドコイル５バルブを固定している本体５ａバルブ６マーキングヘッドのノズル１０マーキングヘッド２０塗料供給装置２１塗料缶２２塗料２３温度センサ３０マーキングコントローラ３１ＡＤ変換器３２制御装置３３マーキングヘッドのソレノイドコイル用ドライバ
ー

フロントページの続きＦターム(参考） 2C057 AF22 BF04 4D073 AA02 BB03 CA18 DA01 DA03 DB02 4F041 AA01 AB01 BA10 BA12 BA17 4F042 AA01 AB00 BA01 BA19 BA21 CA08 CA09 CB01 DD24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周にソレノイドコイルを有している筒
状のソレノイドボビンと、前記ソレノイドボビンの中空
内の一部に嵌め込まれた固定鉄芯と、前記ソレノイドボ
ビンの中空内に前記ソレノイドボビンの内壁と間隙を保
つように配置され、かつ、一方の端面が前記固定鉄芯の
一方の端面と向い合い、かつ間隙を保って配置された可
動鉄芯と、前記可動鉄芯の他方の端面から延在する先細
部と、前記先細部の先端部分と係合するバルブ本体と、
それに続くノズルとを有しているマーキングヘッドであ
って、前記バルブ本体を前記可動鉄芯および固定鉄芯を
構成する金属より熱膨張率が大きい材料で構成したマー
キングヘッド。
【請求項２】前記可動鉄芯および固定鉄芯が、鉄又は
ステンレス鋼で構成され、前記バルブ本体が、ＰＥＥ
Ｋ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリ
ペンゾイミダール、ポリエーテルニトリル、ポリエーテ
ルイミドからなる群から選ばれた材料で構成された、請
求項１に記載のマーキングヘッド。
【請求項３】前記可動鉄芯および固定鉄芯が、鉄又は
ステンレス鋼で構成され、前記バルブ本体が、熱膨張率
が２×１０^-5〜１０×１０^-5／℃のエンジニアリングプ
ラスチックで構成された、請求項１に記載のマーキング
ヘッド。
【請求項４】外周にソレノイドコイルを有している筒
状のソレノイドボビンと、前記ソレノイドボビンの中空
内の一部に嵌め込まれた固定鉄芯と、前記ソレノイドボ
ビンの中空内に前記ソレノイドボビンの内壁と間隙を保
つように配置され、かつ、一方の端面が前記固定鉄芯の
一方の端面と向い合い、かつ間隙を保って配置された可
動鉄芯と、前記可動鉄芯の他方の端面から延在する先細
部と、前記先細部の先端部分と係合するバルブ本体と、
それに続くノズルとを有しているマーキングヘッドを用
いるドットマーキング装置であって、前記ドットマーキ
ング装置が、塗料供給装置、前記塗料供給装置から前記
マーキングヘッドに塗料を供給する塗料配管、塗料の温
度を測定して塗料温度信号を発生する塗料温度センサ、
前記塗料温度信号に応じて前記ソレノイドコイルに流す
駆動電流を制御するマーキングコントローラを有してい
るドットマーキング装置。
【請求項５】前記マーキングコントローラが、塗料温
度に応じて塗料を吐出する時間を制御する請求項４に記
載のドットマーキング装置。
【請求項６】前記マーキングコントローラが、前記温
度センサからの前記塗料温度信号をディジタル信号に変
換するＡＤ変換器、前記ＡＤ変換器からのディジタル信
号を処理して前記ソレノイドコイルを駆動する電流を発
生するドライバーを制御する制御装置を有する、請求項
４または５に記載のドットマーキング装置。
【請求項７】前記塗料供給装置が、塗料缶を有し、前
記塗料温度センサが前記塗料缶内の塗料の温度を測定す
る、請求項４ないし6のいずれかに記載のドットマーキ
ング装置。
【請求項８】前記塗料温度センサが、塗料周囲の大気
温度を測定して塗料温度信号とする請求項４ないし６の
いずれかに記載のドットマーキング装置。