JP2017023916A - 吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動開始時において粘性流体を速やかに吐出させ、一定流量で粘性流体を吐出させ続け、かつ、速やかに吐出停止させることが可能な吐出装置を提供することを目的とする。【解決手段】吐出装置１は、ピストン軸９の押圧力によってカートリッジ１０内に充填された粘性流体を容器に設けられたノズル１１から吐出させる吐出装置１であって、ピストン軸９の駆動開始後、第１の期間において、第１速度でピストン軸９を、粘性流体の吐出方向に移動させ、第１の期間が終了した後、第２の期間において、第１速度よりも遅い第２速度でピストン軸９を、粘性流体の吐出方向に移動させる制御部３を備える。また、速やかに吐出停止させる目的で、第２速度でピストン軸９を移動させる第２の期間終了後、第３の期間において、第２速度よりも速い第３速度でピストン軸９を、粘性流体の吐出方向とは反対方向に移動させる制御部３を併せ持つこともある。【選択図】図１

Description

本発明は、吐出装置に関するものである。

シーリング材を二つの部材間の接合部分の隅部や接合面に塗布する際、シーリング材が充填されたノズル付きの筒状容器であるカートリッジを設置することが可能な吐出装置が用いられる場合がある。吐出装置は、ピストン軸先端に設けられたプッシャーが、カートリッジのノズルとは反対側の端部から、カートリッジ内部に充填されたシーリング材を押圧し、ノズル先端からシーリング材を吐出させる。

下記の特許文献１及び２では、吐出装置にモータを設け、モータによる駆動力によってシーリング材を押圧し、容器端部のノズルからシーリング材を吐出させる吐出装置に関する技術が開示されている。

特許第５３４４８５３号公報 特開２００１−２５２６０２号公報

従来の吐出装置において、容器内部に充填されたシーリング材は、ピストン軸の駆動開始に合わせて瞬時にノズルから吐出されるということはなく、図７に示すように、ピストン軸の移動開始から例えば数秒ほどの遅れが生じて、ノズルからシーリング材の吐出が開始される。そのため、吐出装置をロボット等に装着して指定した位置から一定速度で移動しながら、シーリング材を塗布しようとしても、吐出タイミングに遅れがあるため、指定した位置にシーリング材を塗布できないという問題がある。

また、従来の吐出装置では、ピストン軸の駆動開始から停止まで、ピストン軸の移動速度が一定である。そして、ノズル部分は、先端が開口しているとともに、先細り形状を有して、シーリング材が吐出する際に抵抗が生じている。また、シーリング材は、弾性を有する高粘度流体であるところ、シーリング材がカートリッジ等の筒状容器内で弾性変形したり、容器自体が弾性変形したりする。そのため、筒状容器内部に充填されたシーリング材にかかる圧力は、徐々に増加する傾向がある。図７に示すグラフでは、シーリング材に係る圧力をピストン軸の推力で表している。

したがって、シーリング材の吐出タイミングに遅れが生じるだけでなく、図７の累積吐出量の時間経過で示すグラフのように、吐出時の吐出流量も一定ではない。その結果、指定した位置からシーリング材を塗布できないだけでなく、所定量のシーリング材を所定位置に塗布できないという問題がある。

また、従来の吐出装置において、シーリング材の吐出を停止させる時、ピストン軸の駆動停止後も、しばらくの間、シーリング材の吐出が止まらずにノズル先端からシーリング材が流出し続けるという問題がある。この停止時のいわゆる後だれについては、上記の特許文献１において、吐出を停止した時に短時間モータを逆回転させて、粘性材料を吐出方向とは反対方向へピストン軸を移動させることによって、後だれを防止することが記載されている。

しかし、ピストン軸の吐出方向とは反対方向への移動量が多すぎると、ノズル内にシーリング材が戻りすぎてしまい、次の作業時に正確かつ速やかに塗布を開始できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、駆動開始時において粘性流体を速やかに吐出させ、一定流量で粘性流体を吐出させ続けることが可能な吐出装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る吐出装置は、ピストン軸の押圧力によって容器内に充填された粘性流体を前記容器に設けられたノズルから吐出させる吐出装置であって、前記ピストン軸の駆動開始後、第１の期間において、第１速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向に移動させ、前記第１の期間が終了した後、第２の期間において、前記第１速度よりも遅い第２速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向に移動させる制御部を備える。

この構成によれば、第１の期間において容器内部の粘性流体に圧力（予圧）をかけることでき、第１の期間が終了したとき、第１の期間の終了後に速やかに粘性流体の吐出を開始させることができ、かつ、その後、一定流量で粘性流体を吐出させ続けることができる。

上記発明において、前記制御部は、前記第２速度で前記ピストン軸を移動させる前記第２の期間終了後、第３の期間において、前記第２速度よりも速い第３速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向とは反対方向に移動させてもよい。

この構成によれば、粘性流体の吐出を終了するとき、容器内部の粘性流体にかかっている圧力を低減でき、粘性流体の吐出を速やかに停止することができる。

上記発明において、前記制御部は、前記第１の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の量に基づいて決定してもよい。
この構成によれば、容器に充填されている粘性流体の量に応じて、吐出前に粘性流体に予め圧力をかけることができる。

上記発明において、前記制御部は、前記第１の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の粘度に基づいて決定してもよい。
この構成によれば、容器に充填されている粘性流体の粘度に応じて、吐出前に粘性流体に予め圧力をかけることができる。

上記発明において、前記制御部は、前記第３の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の量に基づいて決定してもよい。
発明者らは、シーリング材の応答性の高い停止と、シーリング材の適切な引き込みの両方を最適化するピストン軸の移動量を見出すことを試みたが、多くの実験・測定が必要であり、最適値を見出すまで、実際のところ非常に困難であった。これに対し、本願発明において、容器に充填されている粘性流体の量に基づいて第３の期間におけるピストン軸の移動量を決定することで、第１の期間で付与された与圧に対応した圧力を第３の期間で低減することができ、シーリング材の応答性の高い停止と、シーリング材の適切な引き込みの両方を実現できるとの知見が得られた。

上記発明において、前記制御部は、前記第３の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の粘度に基づいて決定してもよい。
この構成によれば、容器に充填されている粘性流体の粘度に応じて、第１の期間で付与された与圧に対応した圧力を第３の期間で低減することができる。

上記発明において、前記制御部は、前記第３速度を前記第１速度に基づいて決定してもよい。
この構成によれば、第１の期間で付与した圧力に対応した圧力を粘性流体から低減でき、応答性の高い粘性流体の停止と、粘性流体の適切な引き込みの両方を実現できる。

この構成によれば、駆動開始時において粘性流体を速やかに吐出させ、一定流量で粘性流体を吐出させ続けることができる。

本発明の一実施形態に係る吐出装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る吐出装置の制御部を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る吐出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る吐出装置におけるピストン軸の推力、ピストン軸の移動量、シーリング材の累積吐出量と時間の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る吐出装置におけるピストン軸の移動量と時間の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る吐出装置におけるピストン軸の移動量と時間の関係を示すグラフである。 従来の吐出装置におけるピストン軸の推力、ピストン軸の移動量、シーリング材の吐出累積量と時間の関係を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態に係る吐出装置１について、図面を参照して説明する。
吐出装置１は、図１に示すように、シーリング材の吐出を行う装置であり、シーリング材が充填されたカートリッジ１０が脱着可能に固定される。シーリング材は、吐出装置１のピストン軸９の先端部に設けられたプッシャー１２によって押圧されて、ノズル１１から吐出する。シーリング材は、粘性流体であり、二つの部材間の接合部分の隅部や接合面に塗布される。シーリング材は、例えば、ポリサルファイド（POLYSULFIDE）系、シリコーン（SILICON）系、ポリウレタン（POLYURETHANE）系、ポリチオエーテル（POLYTHIOETHER）系等のものが用いられる。シーリング材の粘度は、例えば、250Pa・sから1100Pa・sの範囲にある。

吐出装置１は、カートリッジ１０に充填されたシーリング材を吐出する吐出部２と、吐出部２を制御する制御部３と、吐出部２の駆動開始や終了を指示する入力部４などを備える。吐出部２には、所定の位置にカートリッジ１０が脱着可能に設置される。カートリッジ１０には、予めシーリング材が充填されており、シーリング材は、ノズル１１と反対側の後端部からプッシャー１２によって押圧されて、先端部に設けられたノズル１１から吐出される。カートリッジ１０は、シーリング材を吐出終えたときに廃棄されるものでもよいし、シーリング材を再充填できるものでもよい。

入力部４は、例えばスイッチやレバーなどであり、ユーザによって、吐出装置１によるシーリング材の吐出開始の指示、及び、吐出停止の指示が入力される。入力部４は、吐出開始又は吐出停止の指令信号を制御部３の駆動制御部２４に送信する。

モータ５は、回転数や回転角を制御可能な構成を有し、駆動制御部２４から受信する駆動信号に基づいて駆動する。すなわち、モータ５は、駆動信号に基づいて、駆動を開始したり、停止したりし、駆動開始時に、正回転したり、駆動停止時に逆回転したりする。

モータ５は、カップリング６を介して、ボールねじ７と接続される。ボールねじ７には、スライダ８が設置されており、スライダ８はピストン軸９と接続されている。これにより、モータ５の駆動に応じて、スライダ８が軸方向に移動するとともに、ピストン軸９も軸方向に移動する。

ピストン軸９は、先端部にプッシャー１２が設けられる。プッシャー１２は、ピストン軸９の移動によって、軸方向に移動する。プッシャー１２は、カートリッジ１０内のシーリング材を押圧してノズル１１からシーリング材を吐出させたり、押圧方向と反対に移動することによってシーリング材にかかっている圧力を低減して吐出を停止させたりする。

吐出装置１は、例えばベーススタンド１３を備え、ベーススタンド１３にモータ５、ボールねじ７、カートリッジ１０を固定する固定部１４などが固定される。固定部１４は、カートリッジ１０を脱着可能に支持する。

吐出装置１は、作業者が手に持つことによって、シーリング材の塗布を行ってもよいし、ロボットの腕部等に固定されることによって、シーリング材の塗布を行ってもよい。ロボットは、吐出装置１を移動させることによって、シーリング材の塗布対象にシーリング材を塗布する。ロボットによる吐出装置１の移動開始及び停止に連動して、吐出装置１によるシーリング材の吐出開始及び停止を制御することで、適切な箇所にシーリング材が塗布される。

制御部３は、入力部４からの指令信号を受信して、吐出部２を駆動させる。また、制御部３は、吐出部２を駆動させる際、ピストンの駆動速度を調節する。制御部３は、図２に示すように、残余量検出部２１と、温度検出部２２と、移動量決定部２３と、駆動制御部２４などを備える。

残余量検出部２１は、カートリッジ１０内部に充填されているシーリング材の現在の容量を検出する。残余量検出部２１は、例えばピストン軸９に設けられるリニアポテンショメータである。カートリッジ１０は、吐出装置１において、所定の位置に取り付けられることから、ピストン軸９の先端に設けられたプッシャー１２の位置が、カートリッジ１０内のシーリング材の後端部に相当する。したがって、シーリング材の容量は、例えば、プッシャー１２が設けられたピストン軸９の位置に基づいて決定される。

残余量検出部２１で検出されたシーリング材の容量は、移動量決定部２３に送信される。
残余量検出部２１は、上述の例に限定されず、ピストン軸９を駆動するモータ５の回転量を検出して、カートリッジ１０の未使用時（初期時）の容量と、モータ５の回転累積量とに基づくピストン軸９の移動量に基づいて、シーリング材の容量が決定されてもよい。

温度検出部２２は、カートリッジ１０又は吐出部２のベーススタンド１３などに設置され、例えば、シーリング材の現在の温度、又は、吐出装置１の周辺環境の現在の温度を検出する。
温度検出部２２で検出された温度は、移動量決定部２３に送信される。

上述の入力部４には、シーリング材の物性、例えば、粘度などが入力されてもよい。シーリング材の粘度は、入力部４を介して、ユーザの操作によって、数値で入力されてもよいし、粘度の高低レベル（例えば３段階又は５段階などに分けられたレベル）で入力されてもよい。

シーリング材の粘度を算出するため、吐出装置１の周辺環境の湿度を検出する湿度検出部（図示せず。）が設置されてもよい。
入力部４で入力された粘度や、湿度検出部で検出された湿度は、移動量決定部２３に送信される。

移動量決定部２３は、残余量検出部２１、温度検出部２２で検出された温度、シーリング材の粘度などに基づいて、ピストン軸９の移動量を算出する。ピストン軸９の移動量は、予圧付与時期、塗布時期、停止時期それぞれについて算出される。移動量決定部２３は、例えば、予めメモリに記録されたテーブルや算出式に基づいて、移動量を算出する。

駆動制御部２４は、移動量決定部２３で算出されたピストン軸９の移動量に基づいて、ピストン軸９を駆動する。駆動制御部２４は、入力部４から受信した指令信号に基づいて、ピストン軸９の移動を開始させたり、停止させたりする。駆動制御部２４には、駆動開始前に塗布量が入力部４などを介して入力されてもよい。この場合、駆動開始後に所定の塗布量が塗布されると、駆動制御部２４は、ピストン軸９の駆動を停止する。

なお、移動量決定部２３は、入力部４から指令信号を受信して、指令信号を受信した後、移動量を算出し、算出結果を駆動制御部２４に送信してもよいし、吐出装置１の電源が入っている間、上記の検出結果等に基づいて定期的に移動量を算出し、駆動制御部２４の呼び出しに応じて算出結果を駆動制御部２４に送信するようにしてもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る吐出装置１の動作について説明する。ここでは、駆動開始前に、塗布量が予め駆動制御部２４に入力されている場合について説明する。
まず、シーリング材の吐出開始の指令及び塗布量を受けると（ステップＳ１）、予圧付与速度でピストン軸９の移動を開始させる（ステップＳ２）。これにより、ノズル１１からシーリング材が吐出する前に、カートリッジ１０内部のシーリング材に対し所定の圧力を付与することができる。予圧付与速度は、後述する塗布速度よりも速い速度である。

次に、予圧付与速度よりも遅い速度である塗布速度で、シーリング材を塗布する期間、ピストン軸９を引き続き移動させる（ステップＳ３）。このとき、カートリッジ１０内部のシーリング材に予圧が付与されていることから、予圧を付与しない場合、すなわち、予圧付与速度よりも遅い速度（例えば、塗布速度と同じ速度）でピストン軸９の移動を開始させた場合に比べて、シーリング材の吐出開始を早めることができる。また、既に内部のシーリング材に所定の圧力がかかった状態で、ピストン軸９がシーリング材を押圧することから、一定の流量でシーリング材をノズル１１から吐出させることができる。

そして、所定の塗布量のシーリング材の吐出を終了するとき、停止速度でピストンを吐出方向とは反対方向に移動させて（ステップＳ４）、ピストン軸９の駆動を停止する（ステップＳ５）。これにより、シーリング材にかかっている圧力が低減され、シーリング材のノズル１１からの吐出が停止される。停止速度は、塗布速度よりも速い速度であって、例えば、予圧付与速度と同一の速度である。本実施形態と異なり、単にピストン軸９の移動を停止させた場合は、シーリング材に圧力がかかった状態であるため、ノズルからシーリング材の吐出が継続するが、本実施形態によれば、ピストン軸９の移動方向の変更後、短時間でシーリング材の吐出を停止できる。

なお、上述したとおり、シーリング材の吐出停止の指令は、シーリング材の所定の塗布量に基づいて生成されてもよいし、ユーザの入力部４における停止操作に基づいて生成されてもよい。

上述した制御によってピストン軸９を移動させることで、シーリング材の吐出開始の指令とほぼ同時にシーリング材の塗布を開始することができ、シーリング材の吐出停止の指令とほぼ同時にシーリング材の塗布を停止できる。また、塗布期間におけるシーリング材の吐出流量はほぼ一定である。したがって、シーリング材の吐出開始と吐出終了を予測でき、かつ、塗布期間におけるシーンリング材の吐出量も事前に把握できることから、シーリング材の必要量を正確に吐出できる。
さらに、吐出装置１をロボット等で移動させながら、シーリング材を塗布する場合、シーリング材の塗布が必要な所定箇所に対し正確にシーリング材の塗布を行うことができる。

次に、ピストンの移動量の決定方法について説明する。
まず、予圧付与期間における移動量について説明する。予圧付与期間は、上述の予圧付与速度でピストン軸９を移動させる期間である。

予圧付与期間は、ピストン軸９の移動によってシーリング材の吐出が始まる前に終了することが望ましい。予圧付与期間の時間、及び、その期間におけるピストン軸９の移動量は、例えばカートリッジ１０内のシーリング材の残余量や、シーリング材の粘度などによって決定される。シーリング材の残余量が多い場合は、ピストン軸９の移動量が大きくなるように決定され、反対に、シーリング材の残余量が少ない場合は、ピストン軸９の移動量が小さくなるように決定される。また、シーリング材の粘度が高い場合は、ピストン軸９の移動量が大きくなるように決定され、反対に、シーリング材の粘度が低い場合は、ピストン軸９の移動量が小さくなるように決定される。

シーリング材の残余量は、上述したとおり、ピストン軸９の移動量やピストン軸９の位置に基づいて検出される。また、シーリング材の粘度は、温度や湿度、材質によって変わることから、シーリング材や使用環境の温度や湿度、材質に基づいて粘度が推定され、シーリング材の粘度に応じたピストンの移動量が決定される。

次に、塗布期間におけるピストンの移動量について説明する。塗布期間は、上述の塗布速度でピストン軸９を移動させる期間である。
塗布期間は、予め定められたシーリング材の塗布量と、ピストン軸９の移動速度に基づいて、決定される。塗布期間におけるピストン軸９の移動速度は速いほど、作業時間を短縮できるが、ピストン軸９の移動速度は、ノズル１１の先端から一定の速度でシーリング材が吐出される範囲で決定される。

なお、塗布箇所によっては、ユーザの操作によって、塗布の停止が指示される場合がある。この場合、予め定められたシーリング材の塗布量に基づいて塗布期間が決定されるのではなく、ユーザの操作によって塗布期間が決定される。このときのピストン軸９の移動速度も、上述と同様に、ノズル１１の先端から一定の速度でシーリング材が吐出される範囲で決定された値である。

次に、塗布終了時、すなわち、停止期間のピストンの移動量について説明する。停止期間は、上述の停止速度でピストン軸９を移動させる期間である。

停止期間のピストン軸９の移動量は、予圧付与期間で付与した与圧を開放し、与圧付与前の圧力に戻し得る距離とする。具体的には、カートリッジ１０内のシーリング材の残余量や、シーリング材の粘度などによって予め決定される。シーリング材の残余量が多い場合は、ピストン軸９の移動量が大きくなるように決定され、反対に、シーリング材の残余量が少ない場合は、ピストン軸９の移動量が小さくなるように決定される。また、シーリング材の粘度が高い場合は、ピストン軸９の移動量が大きくなるように決定され、反対に、シーリング材の粘度が低い場合は、ピストン軸９の移動量が小さくなるように決定される。これにより、シーリング材をノズル１１内に戻しすぎず、かつ、塗布期間の終了後速やかにノズル１１からのシーリング材の吐出を停止できる。

シーリング材の残余量は、上述したとおり、ピストン軸９の移動量やピストン軸９の位置に基づいて検出される。また、シーリング材の粘度は、温度や湿度、材質によって変わることから、シーリング材や使用環境の温度や湿度、材質に基づいて粘度が推定され、シーリング材の粘度に応じたピストンの移動量が決定される。

ピストン軸９の移動量は、例えば、図５に示すように、駆動開始後の所定の予圧付与期間内で、粘度が高いほど大きく、粘度が低いほど小さくする。そして、駆動停止時の停止期間においても、駆動開始後の予圧付与期間と同様に、ピストン軸９の移動量は、粘度が高いほど大きく、粘度が低いほど小さくする。この場合、粘度が高いほど、ピストン軸９の移動速度が速くなる。
あるいは、ピストン軸９の移動量は、図６に示すように、粘度が高いほど大きく、粘度が低いほど小さくするが、粘度に関係なく移動速度は一定としてもよい。この場合、予圧付与期間は、粘度に応じて変わり、粘度が高いほど長く、粘度が低いほど短くなる。そして、駆動停止時の停止期間においても、駆動開始後の予圧付与期間と同様に、ピストン軸９の移動速度は一定とし、停止期間は、粘度が高いほど長くなる。

予圧付与期間、塗布期間、及び、停止期間のピストン移動量が決定されるタイミングは、例えば、吐出装置１がシーリング材の吐出を開始する指令を受けたときである。吐出開始指令を受けたときに、シーリング材の残余量、シーリング材等の温度などを検出して、検出された残余量、温度などに基づいて、ピストンの移動量が算出され決定される。

１ 吐出装置
２ 吐出部
３ 制御部
４ 入力部
５ モータ
６ カップリング
７ ボールねじ
８ スライダ
９ ピストン軸
１０ カートリッジ
１１ ノズル
１２ プッシャー
１３ ベーススタンド
１４ 固定部
２１ 残余量検出部
２２ 温度検出部
２３ 移動量決定部
２４ 駆動制御部

Claims (7)

1. ピストン軸の押圧力によって容器内に充填された粘性流体を前記容器に設けられたノズルから吐出させる吐出装置であって、
   前記ピストン軸の駆動開始後、第１の期間において、第１速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向に移動させ、前記第１の期間が終了した後、第２の期間において、前記第１速度よりも遅い第２速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向に移動させる制御部を備える吐出装置。
2. 前記制御部は、前記第２速度で前記ピストン軸を移動させる前記第２の期間終了後、第３の期間において、前記第２速度よりも速い第３速度で前記ピストン軸を、前記粘性流体の吐出方向とは反対方向に移動させる請求項１に記載の吐出装置。
3. 前記制御部は、前記第１の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の量に基づいて決定する請求項１又は２に記載の吐出装置。
4. 前記制御部は、前記第１の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の粘度に基づいて決定する請求項１から３のいずれか１項に記載の吐出装置。
5. 前記制御部は、前記第３の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の量に基づいて決定する請求項２に記載の吐出装置。
6. 前記制御部は、前記第３の期間における前記ピストン軸の移動量を、前記容器に充填されている前記粘性流体の粘度に基づいて決定する請求項２又は５に記載の吐出装置。
7. 前記制御部は、前記第３速度を前記第１速度に基づいて決定する請求項２に記載の吐出装置。
   

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