JP2013185505A

JP2013185505A - 塗装システム

Info

Publication number: JP2013185505A
Application number: JP2012051605A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Fukuoka; 成佳福岡
Original assignee: TOMEN SYSTEM KK
Current assignee: TOMEN SYSTEM KK
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】トロコイドポンプのさらなる改良が施された塗装システムを提供すること。
【解決手段】トロコイドポンプ２０は、ケーシング４６と、異なる歯数を有して相互に噛合することで、塗料を軸室部４８内に吸入すると共に塗料を軸室部４８外へ送出するインナロータ５０及びアウタロータ５２と、インナロータ５０に連結される回転軸５４と、磁性体収容室６２内に配置され、回転軸５４に連結されて回転軸５４と一体的に回転する一方の円板状磁性体６４ａとを備え、モータ２２の回転駆動軸２２ａは、ケーシング４６の外部で対向配置されて回転駆動軸２２ａと一体的に回転する他方の円板状磁性体６４ｂを有し、一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂとの間には、ケーシング４６の一部を構成し非磁性材料で形成された隔壁６０が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、トロコイドポンプを用いた塗装システムに関する。

従来、塗装ラインに配置された塗装ガンから、例えば、自動車ボディ等の被塗装物に向かって塗料を吐出し、順次搬送される自動車ボディを所定色で連続的に塗装することが知られている。

この種の塗装システムに関し、本件出願人は、トロコイドポンプに構造改造を施した改良型トロコイドポンプを塗料送出ポンプとして用いた塗装装置を提案している（特許文献１参照）。

特許第３９２０２６９号公報

本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、トロコイドポンプのさらなる改良が施された塗装システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、モータの回転駆動力が伝達されることで、塗料供給源から供給された塗料を塗装ガンに向かって定量送給するトロコイドポンプを用いた塗装システムにおいて、前記トロコイドポンプは、ケーシングと、前記ケーシングの軸室部内に偏心して配置され、異なる歯数を有して相互に噛合することで、塗料を前記軸室部内に吸入すると共に塗料を前記軸室部外へ送出するインナロータ及びアウタロータと、前記インナロータに連結される回転軸と、前記ケーシングの室内に配置され、前記回転軸に連結されて該回転軸と一体的に回転する一方の磁性体と、を備え、前記モータの回転駆動軸は、前記ケーシングの外部で前記一方の磁性体と対向配置されて前記回転駆動軸と一体的に回転する他方の磁性体を有し、前記一方の磁性体と前記他方の磁性体との間には、前記ケーシングの一部を構成し非磁性材料で形成された隔壁が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、非磁性材料で形成された隔壁を間にして一方の磁性体と他方の磁性体とを対向配置し吸引力（磁力）を介してモータの回転運動をインナロータに伝達することができる。この場合、インナロータを回転させる回転軸と、モータの回転駆動軸とを分離して構成し、回転軸と回転駆動軸との間に隔壁を設けることにより、回転軸をケーシング内で密封構造とすることで、ケーシング外部への塗料のリークを確実に防止することができる。

また、本発明によれば、隔壁を間にして一方の磁性体と他方の磁性体とを対向配置し吸引力（磁力）を介してモータの回転運動を伝達することで、モータの回転駆動軸と回転軸との軸ズレを吸収して回転駆動力を円滑に伝達することができる。この結果、本発明では、前記軸ズレによる噛み込みを防止して回転運動の安定化を達成することができる。

さらに、本発明は、トロコイドポンプと塗装ガンとの間の塗料供給経路中に、吐出口からオーバーフローした塗料によってボールが浮沈動作する脈動防止装置が設けられるとよい。ポンプ吐出圧波形が平均化されることで、塗料の脈動を好適に抑制することができる。

本発明では、トロコイドポンプのさらなる改良が施された塗装システムを得ることができる。

本発明の実施形態に係る塗装システムの概略構成図である。ａ）は、トロコイドポンプの縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った縦断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、トロコイドポンプの動作を示すものであり、インナロータとアウタロータとが噛合して塗料をキャビティ内に吸引し、さらに、キャビティから塗料を導出する状態を示す説明図である。（ａ）は、脈動防止装置の縦断面構造図、（ｂ）は、塗料が吐出口からオーバーフローしてボールを上昇させた状態を示す説明図である。本発明の他の実施形態に係る塗装システムの概略構成図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示されるように、塗装システム１０は、図示しない各色塗料供給源に接続される塗料供給部１２と、塗料供給部１２から供給された塗料を滴下する滴下部１４と、滴下部１４から滴下された塗料を貯留する絶縁カップ部１６とを含む。なお、塗料としては、有機溶剤型塗料を含む導電性塗料が用いられるが、好適には水溶性塗料が用いられるとよい。

さらに、塗装システム１０は、図示しない基台上に旋回可能に配設されロボットアーム部１８を有する塗装ロボットＲと、ロボットアーム部１８に設けられ所定量の塗料を連続して供給するトロコイドポンプ２０と、例えば、サーボモータからなりトロコイドポンプ２０を駆動するモータ２２と、ロボットアーム部１８の一端部に設けられ被塗装物に対して塗料を吐出する塗装ガン２４とを備える。

塗料供給部１２は、図示しない各色塗料供給源（一次側ペイント）に接続され、塗色数と同数の塗料弁２６及び洗浄弁２８がマニホールドブロック３０に対して直列に装着されたカラーチェンジバルブ３２（以下、ＣＣＶ３２という）と、ＣＣＶ３２の塗料吐出口に接続され前記ＣＣＶ３２からトロコイドポンプ２０側に向かって供給される塗料の流量を計測する流量計３４とを備える。

滴下部１４は、マニホールドブロック３０の長手方向と略直交する水平方向に沿って伸縮自在に設けられたスライダ３６と、トラニオン支持金具３７を支点として揺動可能に設けられ前記スライダ３６を変位させる流体圧シリンダ３８と、スライダ３６の先端部に設けられ塗料供給部１２から供給される塗料を絶縁カップ部１６に向かって滴下するノズル４０と、ＣＣＶ３２とノズル４０とを連通接続する配管４１とを有する。

例えば、水性塗料又はメタリック塗料等の導電性塗料を用いて静電塗装を行った場合、塗装ガン２４に対して高電圧が印加されると、導電性塗料を介して塗料供給経路にも高電圧が印加され、塗料供給経路を介してアース側に電流がリークされるおそれがある。

そこで、本実施形態では、絶縁カップ部１６に対する塗料の充填方法として落下方式を採用し、ＣＣＶ３２から供給された塗料を滴下部１４から間欠滴下させ、落下中に間欠落下のインターバルによって空間を介在させることで、電気絶縁状態にして電流のリークを回避している。

滴下部１４から所定距離離間する鉛直下方向には、電気的絶縁性材料で形成されノズル４０から滴下された塗料を貯留することが可能な絶縁カップ部１６が設けられる。絶縁カップ部１６は、支持部材１７によって支持され、絶縁カップ部１６の下方側には、重量バランスを平衡させる図示しないバランサが設けられる。なお、絶縁カップ部１６の下端部には配管４２が接続され、この配管４２は、トロコイドポンプ２０の後記するインレットポート４４ａに接続される。

塗装ロボットＲのロボットアーム部１８は、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、相互に直交するＸＹＺの３軸に沿って変位可能に設けられる。

トロコイドポンプ２０は、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、樹脂等の非導電性材料で形成されたケーシング４６と、円筒形中空状に形成された軸室部４８内に相互に偏心して配置されるインナロータ５０及びアウタロータ５２とを備えて構成されている。

インナロータ５０は、図２（ｂ）に示されるように、トロコイド曲線によって山形状の輪郭からなり、半径外方向に向かって放射状に突設された４つの雄トロコイド刃５０ａを有する。インナロータ５０の中心孔には回転軸５４が連結され、インナロータ５０と回転軸５４とが一体的に回転可能に配設される。この場合、インナロータ５０の中心Ｏ１と回転軸５４の中心Ｏとは、一致するように設定される。

アウタロータ５２は、図２（ｂ）に示されるように、トロコイド曲線によって凹部状の輪郭からなり、半径外方向に向かって放射状に窪んで形成された５つの雌トロコイド刃５２ａを有する。アウタロータ５２の回転中心Ｏ２は、インナロータ５０の回転中心Ｏ１からオフセットした位置で偏心して設けられる。アウタロータ５２の外周縁とケーシング４６の軸室部４８との間には、所定のクリアランス５６が形成されてアウタロータ５２が軸室部４８内に遊嵌されている。この場合、回転軸５４から伝達される回転力により、アウタロータ５２の雌トロコイド刃５２ａとインナロータ５０の雄トロコイド刃５０ａとが噛合することで、アウタロータ５２がインナロータ５０に付随して従動する。

相互に噛合する雄トロコイド刃５０ａと雌トロコイド刃５２ａとの間（具体的には、雄トロコイド刃５０ａの刃先と雌トロコイド刃５２ａの刃底との間）には、絶縁カップ部１６に貯留された塗料を吸引収容して押し出すキャビティ５８が設けられる。モータ２２が付勢されてトロコイドポンプ２０を駆動させることにより、インレットポート４４ａからトロコイドポンプ２０内に塗料（図３（ａ）〜（ｄ）中の網点参照）を吸入してキャビティ５８内に移送し、アウトレットポート４４ｂから所定量の塗料が連続して送出される（図３（ａ）〜（ｄ）参照）。なお、図３（ａ）〜（ｄ）では、一つのキャビティ５８に吸入、送出される塗料を例に挙げて、トロコイドポンプ２０の動作を便宜的に説明している。

また、ケーシング４６には、アウタロータ５２の外周縁とケーシング４６の軸室部４８との間のクリアランス５６に連通する洗浄ポート４４ｃが設けられる（図２（ｂ）参照）。図示しない制御装置からの制御信号によってＣＣＶ３２の洗浄弁２８が開弁することで、例えば、塗料の色替え時等において、洗浄ポート４４ｃ及びクリアランス５６を通じて供給される洗浄液によりインナロータ５０及びアウタロータ５２を洗浄することができる。

さらに、ケーシング４６には、図２（ａ）に示されるように、ケーシング４６の一部を構成し非磁性体である隔壁６０によって封止された磁性体収容室６２が設けられる。この隔壁６０を間にして相互に対向する一対の円板状磁性体６４ａ、６４ｂが配設される。一方の円板状磁性体（一方の磁性体）６４ａは、磁性体収容室（室）６２内に回転可能に配置され、連結部６６ａを介して回転軸５４に連結される。他方の円板状磁性体（他方の磁性体）６４ｂは、ケーシング４６の外部に回転可能に配置され、連結部６６ｂを介してモータ２２の回転駆動軸２２ａに連結される。

この場合、一方の円板状磁性体６４ａには、Ｎ極又はＳ極が着磁され、他方の円板状磁性体６４ｂには、一方の円板状磁性体６４ａと異なるＳ極又はＮ極が着磁されて、相互に吸着し合うように設けられる。この一対の円板状磁性体６４ａによる吸着作用により、モータ２２の回転駆動力が回転駆動軸２２ａ、一対の円板状磁性体６４ａ、６４ｂ、及び、回転軸５４を介してインナロータ５０に伝達される。

インナロータ５０と一方の円板状磁性体６４ａとの間には、回転軸５４を回転自在に支持する軸受部材（例えば、オイルレスベアリング）６５が設けられる。この軸受部材６５を設けると共に、回転軸５４の端部をケーシング４６の内壁に形成された支持用凹部で回転自在に支持することにより、一方の円板状磁性体６４ａの回転運動をインナロータ５０に対して円滑に伝達し振動の発生を回避することができる。

なお、回転軸５４の外周面を囲繞してシールする図示しないシール部材（例えば、Ｏリング）を設けられるとよい。この図示しないシール部材によって塗料が吸引される軸室部４８の密封性が確保され、一方の円板状磁性体６４ａが収容された磁性体収容室６２内への塗料の進入が阻止される。シール部材は、例えば、回転軸５４が挿通する貫通孔６７の内壁に形成された環状溝部内に保持されるとよい。

トロコイドポンプ２０と塗装ガン２４との間には、アウトレットポート４４ｂから導出された塗料を塗装ガン２４に対して供給する配管６８が接続される。この配管６８の途中（塗料供給経路中）には、塗料の脈動を抑制する脈動防止装置７０が配設される。

この脈動防止装置７０は、図４（ａ）に示されるように、配管６８の軸線と略直交し送給される塗料を略鉛直上方向に向かって吐出させる吐出口７２と前記吐出口７２からオーバーフローして流下した塗料を回収する回収口７４とを有する本体部７６と、吐出口７２のテーパ面に着座することにより前記吐出口７２を閉塞する金属製のボール７８と、前記ボール７８及び吐出口７２を収容する空間部８０が形成された有底円筒状からなり下端のフランジ部が本体部７６に連結されるポット８２とを備える。

配管６８に沿って送給される塗料が吐出口７２からオーバーフローし、吐出口７２から吐出される塗料による押圧作用によってボール７８がポット８２の空間部８０内で浮沈動作を行う（図４（ｂ）参照）。吐出口７２からオーバーフローした塗料は、流下し回収口７４で回収されて塗装ガン２４側へ送給される。このように、ポンプ吐出圧波形が平均化されることで、塗料の脈動が抑制される。

なお、ポット８２は、例えば、透明又は半透明な樹脂体で形成されることにより、外部から塗料の吐出状態を視認可能とすることができる。また、本体部７６は、静電塗装に対応可能な電気的絶縁性を有する材料、例えば、樹脂材料等で形成されるとよい。

本実施形態に係る塗装システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

ＣＣＶ３２から吐出された塗料は、配管４１を介して滴下部１４に送給されノズル４０から間欠滴下されて絶縁カップ部１６内に所定量貯留される。この絶縁カップ部１６内に貯留された塗料は、配管４２を介してトロコイドポンプ２０のインレットポート４４ａからキャビティ５８内に導入される。

モータ２２の回転駆動力が回転駆動軸２２ａを介して他方の円板状磁性体６４ｂに伝達され、他方の円板状磁性体６４ｂが所定方向に回転する。この他方の円板状磁性体６４ｂの回転力は、非磁性体からなる隔壁６０を間にして相互に対向配置された一方の円板状磁性体６４ａに吸引力（磁力）を介して伝達される。

ケーシング４６の磁性体収容室６２内に配設された一方の円板状磁性体６４ａに作用する回転力は、回転軸５４を介して、インナロータ５０及びアウタロータ５２に伝達される。偏心し且つ刃数が異なるように配置されたインナロータ５０及びアウタロータ５２の噛合作用によって、塗料がキャビティ５８内に吸引されると共に、前記吸引された塗料が移送してキャビティ５８から押し出される。トロコイドポンプ２０から送給された塗料は、塗装ガン２４へ供給され、塗装ガン２４から被塗装物（例えば、搬送ラインに沿って順次搬送される自動車ボディ）に塗料が吐出される。

本実施形態では、インナロータ５０を回転させる回転軸５４と、モータ２２の回転駆動軸２２ａとを分離して構成し、回転軸５４と回転駆動軸２２ａとの間に隔壁６０を設けることにより、回転軸５４をケーシング４６内で密封構造とすることで、ケーシング４６外部への塗料のリークを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、ケーシング４６に洗浄ポート４４ｃを設け洗浄弁２８を開弁させて洗浄液を軸室部４８内に供給することで、ケーシング４６の外部への塗料のリークをより一層防止することができる。

なお、色替え洗浄時及び塗装作業の終了時に洗浄ポート４４ｃから洗浄液を供給することで、塗料による回転軸５４の固着や塗料の切り替え時における色混ざりを防止することができる。

さらに、本実施形態では、隔壁６０を間にして一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂとを対向配置し吸引力（磁力）を介してモータ２２の回転運動を伝達することで、モータ２２の回転駆動軸２２ａと回転軸５４との軸ズレを吸収して回転駆動力を円滑に伝達することができる。この結果、本実施形態では、前記軸ズレによる噛み込みを防止して回転運動の安定化を達成することができる。

本実施形態では、モータ２２の回転運動を一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂと間に作用する磁力によって伝達することにより、以下の利点を有する。
第１に、塗料供給経路中に塗料のツマリが発生した場合、トルクリミッタとして機能することで、一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂの回転同期が自動的に外れるようになる。なお、一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂとの間における最大伝達トルクは、約９８Ｎ・ｍであるが、一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂとの離間距離を広げることでトルク強度を適宜調整することができる。

第２に、一方の円板状磁性体６４ａと他方の円板状磁性体６４ｂとの間に樹脂製の隔壁６０（例えば、厚さ５ｍｍ）を配置することで、塗装ガン２４の塗料に印加された高電圧がモータ２２側へ印加されることを防止して、電気回路を遮断することができる。この結果、塗装ガン２４の塗料に対する高電圧の印加（内部印加方式及び外部印加方式）が容易となり、作業効率を高めることができる。

また、本実施形態では、塗装ガン２４に向かって塗料を連続して定量供給する手段としてトロコイドポンプ２０を用いることにより、以下の利点を有する。
第１に、塗料として水溶性塗料を用いた場合、水溶性塗料は、一般的に不揮発分が少なく塗膜厚を得る目的から塗料の粘度が高く粘性があり、例えば、ギヤポンプのように歯数が多いと色替え洗浄時に時間がかかり、洗浄液（洗浄シンナー）の使用量が多くなって同時に廃液も増大する。これに対して、トロコイドポンプ２０では、インナロータ５０及びアウタロータ５２の歯数が少なく洗浄性に優れ、廃液量を減少させることができる利点がある。

第２に、水溶性塗料は、ペイントをシェアーすると泡を発生する性質があり、塗料性能でも変質し、凝固や増粘する等の問題がある。泡の発生により塗面に気泡状のピンホールが生じることで塗料仕上がり面の品質が劣化する。また、周知のギヤポンプでは、２枚のギヤが摺動しながら動作する構造であることから、前記ペイントのシェアーによる泡の発生が問題となる。これに対して、トロコイドポンプ２０では、インナロータ５０の歯数が４つと極端に少なく、塗料を押し出すというよりも塗料を汲み出す方式であるため、機械的なせん断力が少ないと共に、シェアー比率を極端に小さく設定することができる。この結果、塗料仕上げ面を高品質とすることができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る塗装システム１０ａを図５に示す。なお、図１に示す前記実施形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

他の実施形態に係る塗装システム１０ａでは、ＣＣＶ３２の下流側にオン／オフバルブ９０を接続すると共に、オン／オフバルブ９０の出力側をトロコイドポンプ２０のインレットポート４４ａに接続している点で前記実施形態と異なっている。この場合、図示しない制御装置から出力される制御信号でオン／オフバルブ９０をオン／オフ制御している。

その他の作用効果は、前記実施形態と同一であるためその詳細な説明を省略する。

１０、１０ａ塗装システム
２０トロコイドポンプ
２２モータ
２２ａ回転駆動軸
２４塗装ガン
４６ケーシング
４８軸室部
５０インナロータ
５２アウタロータ
５４回転軸
６０隔壁
６２磁性体収容室（室）
６４ａ円板状磁性体（一方の磁性体）
６４ｂ円板状磁性体（他方の磁性体）
７０脈動防止装置
７２吐出口
７８ボール

Claims

モータの回転駆動力が伝達されることで、塗料供給源から供給された塗料を塗装ガンに向かって定量送給するトロコイドポンプを用いた塗装システムにおいて、
前記トロコイドポンプは、
ケーシングと、
前記ケーシングの軸室部内に偏心して配置され、異なる歯数を有して相互に噛合することで、塗料を前記軸室部内に吸入すると共に塗料を前記軸室部外へ送出するインナロータ及びアウタロータと、
前記インナロータに連結される回転軸と、
前記ケーシングの室内に配置され、前記回転軸に連結されて該回転軸と一体的に回転する一方の磁性体と、
を備え、
前記モータの回転駆動軸は、前記ケーシングの外部で前記一方の磁性体と対向配置されて前記回転駆動軸と一体的に回転する他方の磁性体を有し、
前記一方の磁性体と前記他方の磁性体との間には、前記ケーシングの一部を構成し非磁性材料で形成された隔壁が設けられることを特徴とする塗装システム。
請求項１記載の塗装システムにおいて、
前記トロコイドポンプと前記塗装ガンとの間の塗料供給経路中には、吐出口からオーバーフローした塗料によってボールが浮沈動作する脈動防止装置が設けられることを特徴とする塗装システム。