JP2020022939A - 粘性材料塗布システム、粘性材料塗布装置、カートリッジ、及び粘性材料塗布システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シーリング剤、グリス等の粘性材料塗布システムにおいて装置の簡素化を図ると共に、高精度な塗布工程に寄与する技術を提供すること。【解決手段】 多関節ロボット２に、粘性材料塗布装置３を付設した粘性材料塗布システム１であって、粘性材料塗布装置３は、粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジ３０と、粘性材料を送出する送出ポンプ３２と、粘性材料をワークに対して塗布するノズル体３３とを備え、多関節ロボット２のアーム上に粘性材料塗布装置３を付設したことを特徴とする粘性材料塗布システム１を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、シーリング剤やグリス等の粘性材料塗布システム、粘性材料塗布装置、カートリッジ、及び粘性材料塗布システムの制御方法に関する。

多関節ロボットのアームに取り付けたガンを用いて、自動車の車体などのワークにシーリング剤を塗布する塗布システムが知られている。ガンにシーリング剤を供給する機構は、多関節ロボットとは別個に配設されたポンプを用い、シーリング剤の入った缶からシーリング剤を送出し、ポンプとガンとは長いホース状の管路で連結して構成していた。このような装置が特許文献１に開示されている。

特許文献２には、ロボットのアーム上に吐出用モータとピストンとタンクとシーリングガンを備える一方、シーリング剤の入った塗布剤タンクは別個に配設し、塗布剤タンクにはウェイトにより圧力を加えた上で、塗布剤タンクとタンクとを長いホースで連結する構成が開示されている。

いずれの文献においても、ロボットとシーリング剤の供給に係る装置は別個に配設されており、シーリング剤はホースを介してガンに供給されている。ホースを用いる場合にはホースの取り回しにより多関節ロボットの動作範囲に制限が生じ、塗布工程の複雑化につながる場合があった。

また、これらを制御する機構について、従来はロボットの制御と、塗布装置の制御とは別々に行われており、タイミング制御に遅延が生じる、制御盤をそれぞれに備えることによる機材のコスト上昇の原因となっていた。
あるいは、ロボットと塗布装置の制御を最初から一体的に構成する場合は、専用の制御装置の設計が必要となり、汎用的なロボットを使用することはできず、コストの上昇が避けられなかった。

特開平５−９６２１４号公報 特許第４７６６３７１号

本発明はこのような従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、シーリング剤、グリス等の粘性材料塗布システムにおいて装置の簡素化を図ると共に、高精度な塗布工程に寄与する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のような粘性材料塗布システムを提供する。
すなわち、多関節ロボットに、粘性材料塗布装置を付設した粘性材料塗布システムであって、粘性材料塗布装置は、粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジと、粘性材料を送出する送出ポンプと、粘性材料をワークに対して塗布するノズル体とを備え、多関節ロボットのアーム上に粘性材料塗布装置を付設したことを特徴とする。

第２の実施態様として、上記の粘性材料塗布装置が、多関節ロボットのアームに固定するためのアーム固定部を有する基台と、基台上部に備えられ、モーターと、モーターによって駆動されるシリンダーとからなる送出ポンプと、基台下部のカートリッジ装着部に脱着可能に装着され、シリンダーからの送出圧を受け入れて粘性材料を送出する送出口を備えたカートリッジと、送出口と基台に付設されるノズル体とを連通する粘性材料通路とからなる構成でもよい。

第３の実施態様として、上記の粘性材料塗布システムにおいて、多関節ロボットの所定軸数の制御を行う所定軸数の第１の制御系統に、粘性材料塗布装置の制御を行うための第２の制御系統を追加し、多関節ロボットの制御装置において、第１の制御系統及び第２の制御系統の両方の制御を行うことも好適である。

第４の実施態様として、上記の粘性材料塗布システムにおいて、粘性材料を収容した予備のカートリッジを保管するカートリッジ保管手段を備え、多関節ロボットが使用済みのカートリッジを離脱させると共に、カートリッジ保管手段から予備のカートリッジを装着することもできる。

本発明は次のような粘性材料塗布装置を提供することもできる。
すなわち第５の実施態様として、多関節ロボットのアーム上に備えるための粘性材料塗布装置であって、粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジと、粘性材料を送出する送出ポンプと、粘性材料をワークに対して塗布するノズル体とを一体的に構成したことを特徴とする粘性材料塗布装置を提供することができる。

第６の実施態様として、上記の粘性材料塗布装置において、多関節ロボットのアームに固定するためのアーム固定部を有する基台と、基台上部に備えられ、モーターと、モーターによって駆動されるシリンダーとからなる送出ポンプと、基台下部のカートリッジ装着部に脱着可能に装着され、シリンダーからの送出圧を受け入れて粘性材料を送出する送出口を備えたカートリッジと、送出口と基台に付設されるノズル体とを連通する粘性材料通路とから構成してもよい。

第７の実施態様として、本発明は、上記粘性材料塗布装置において用いられる、カートリッジを単体として提供することもできる。

さらに、第８の実施態様として、粘性材料塗布システムの制御方法であって、粘性材料塗布システムは、多関節ロボットと、粘性材料を収容するタンク、粘性材料を送出する送出ポンプ、粘性材料をワークに対して塗布するノズル体を備える粘性材料塗布装置とから構成され、多関節ロボットの所定軸数の制御を行う所定軸数の第１の制御系統に、粘性材料塗布装置の制御を行うための第２の制御系統を追加し、多関節ロボットの制御装置において、第１の制御系統及び第２の制御系統の両方の制御を行うことができる。

本発明によれば、次のような効果を奏する。
多関節ロボットのアーム上に粘性材料塗布装置を付設することによって従来のようなホースを介して提供する必要がなく、アーム動作の自由度が高まると共に、装置の簡素化に寄与する。

また、脱着可能なカートリッジを用いることにより、粘性材料の供給が簡便であり、カートリッジのサイズを適切にすることによって多関節ロボットのアーム上に装置を付設することが可能となる。

また、粘性材料塗布システムにカートリッジ保管手段を備える構成によれば、多関節ロボットが自らのアーム動作によって使用済みのカートリッジを離脱させると共に、カートリッジ保管手段から予備のカートリッジを装着することもでき、工程の自動化を高めることができる。

多関節ロボットの制御系統に、粘性材料塗布装置の制御を行うための制御系統を追加することによって、既存の多関節ロボットを活用しながら、制御の遅延を抑制し、塗布処理の高精度化を実現することができる。

本発明に係る粘性材料塗布システムの全体図である。 本発明に係る粘性材料塗布装置である。 本発明に係るカートリッジの上方斜視図である。 本発明に係るカートリッジの正面図である。 粘性材料塗布装置のカートリッジ装着部上部の拡大図である。 粘性材料塗布装置のカートリッジ装着部下部の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
図１は、本発明に係る粘性材料塗布システム（１）（以下、本システムという。）の全体図であって、多関節ロボット（２）に、粘性材料塗布装置（３）（以下、本装置という。）を付設して構成される。本実施例に係る本システム（１）では、多関節ロボット（２）を制御するためのロボット制御盤（４）と、カートリッジ保管手段であるカートリッジリフィル装置（５）をあわせて配設している。

多関節ロボット（２）及びそのロボット制御盤（４）については周知であるから説明を省略するが、概要としては、本体（２０）から複数のアーム（２１）（２２）（２３）が複数の関節（２４）（２５）により連結されて本体や各関節に備えられた複数のサーボモーターを制御することでアームを自在に動かすことができ、例えば自動車の組立ラインなどにおいて広く用いられている。

ロボット制御盤（４）では、例えば６軸のサーボモーターの制御を行うために第１の制御系統である第１〜第６軸制御部（４０）を備えているほか、追加して軸制御を行えるように第７軸、第８軸用に第２の制御系統である予備制御部（４１）を備えているものが多い。
本発明では、この予備制御部（４１）の制御機能を活用して、本装置（３）の制御を行うことで、多関節ロボット（２）と完全に同期された制御を行うことができる。

本装置（３）の詳細な構成を図２に示す。本装置（３）には、粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジ（３０）、多関節ロボットのアームに固定するためのアーム固定部（３１０）を有する基台（３１）、基台（３１）の上部に備えられ、モーター（３２０）と該モーター（３２０）によって駆動されるシリンダー（３２１）とからなる送出ポンプ（３２）、粘性材料をワーク（６）に対して塗布するノズル体（３３）、カートリッジ装着部（３４）とノズル体（３３）とを連通する粘性材料通路（３５）の各部材を備える。

各部材の動作を詳述すると、モーター（３２０）の回転はギア機構（３２２）によってシリンダー（３２１）に伝達し、シリンダー（３２１）に備えるボールネジ（３２３）が回転することで内部のピストン（図示せず）が上下動して粘性材料を送出するための圧力を生じさせる。ピストンの作用によってカートリッジ（３０）内の粘性材料は下部の送出口から送出され、粘性材料通路（３５）を通ってノズル体（３３）の先端から所定量が吐出するように構成されている。

粘性材料は粘性材料通路（３５）に備えられた弁や、モーター（３２０）の動作を制御することで吐出の有無を切り換えることができる。本発明では、第１〜第６軸制御部（４０）の制御によって多関節ロボット（２）がワーク（６）上の所定の部位に動作すると、同じ動作クロックによって制御される予備制御部（４１）の制御信号に基づいて弁やモーター（３２０）を制御する。

従来は、粘性材料塗布装置の制御はロボット制御盤とは別の制御盤によって行われており、ロボット制御盤の信号出力によって所定の位置にアームが達したことの通知を受けてから、粘性材料塗布装置の制御盤がノズル体（３３）等に指示を行い、粘性材料が吐出されるようになっていた。しかしこの方法では、それぞれの制御盤の動作クロックが同期されていないために、粘性材料の吐出が開始・終了されるタイミングでは、すでにアームがわずかに移動してしまっている問題があり、動作速度を遅くしたり、タイミングを合わせるために複雑な制御を要求されていた。

これに対して本発明では、既存の多関節ロボット（２）に備えられている予備制御部（４１）を活用することで完全に同期された制御を実現している。加えて、従来のようにホースを介して粘性材料を供給するのではなく、アームの先端に供給機構を全て備えているので、粘性材料の供給についてもタイミングの誤差がなく、相乗的に高精度な塗布工程を実現することができる。なお、多関節ロボットの所定軸数の制御を行う所定軸数の第１の制御系統に、第２の制御系統を追加する構成では、上記粘性材料塗布装置の構成に限定されず、粘性材料を収容するタンク、該粘性材料を送出する送出ポンプ、粘性材料をワークに対して塗布するノズル体を備えるいかなる態様の装置を使用してもよい。

また、従来の粘性材料塗布装置では、粘性材料のメーカーが出荷時に収容する缶からポンプによって吸い出して粘性材料を供給していた。缶は例えば２０Ｌなどの容量があるので一度に大量の供給をすることができる反面、重量が大きいため本発明のようにアームに取り付けることはできない。床に定置した上で、ホースなどの管路を通してノズル体に送る必要がある。長い流路を供給するには例えば４ＫＷなどの出力の大きなモーターを使用しており、装置の重量や消費電力の増加の原因になっている。

これに対して本発明では、カートリッジに少量の粘性材料を収容して多関節ロボットのアームに付設した本装置（３）から直接送出することによって、モーター（３２０）は７０Ｗ程度に小型化することが可能であり、それに伴って重量及び消費電力を大幅に抑制することができる。

図３には本発明に係るカートリッジの上方斜視図、図４に同、正面図を図示する。本発明のカートリッジ（３０）は、上面が開放した円筒状の部材であり、側面には作業者が手で持つためのハンドル（３００）を備えている。
カートリッジ（３０）の内部容量は約１Ｌであり、粘性材料をこれに充填しながら繰り返し使用することができる。一般的な使用方法としては、複数のカートリッジを用意して、１つのカートリッジで塗布作業をしながら、空になったカートリッジに充填を行う。

カートリッジの容量は、塗布工程における塗布量やロボットの可搬重量との関係で決めることが必要であり、５００ｍＬないし２Ｌの範囲が好適である。

カートリッジ（３０）の下面には送出口（３０１）を備え、上部から前記ピストンの圧力を加えることで、送出口（３０１）から粘性材料が送出される構成である。

粘性材料塗布装置のカートリッジ装着部上部の拡大図を図５に、下部の拡大図を図６に示す。
カートリッジ装着部（３４）はカートリッジ（３０）を定位置に受容するための受容部材（３４０）（３４１）（３４２）を備え、受容部材（３４０）（３４１）（３４２）の上方にはカートリッジ（３０）内の粘性材料を押し出すピストンを下方に押すための押し出し機構（３４３）が備えられている。さらに、下面には送出口（３０１）と嵌合して粘性材料をノズル体（３３）に送るための粘性材料通路（３５）の入り口（３５０）が設けられている。入り口（３５０）の下部には弁（３５１）が備えられている。

本発明では、さらにカートリッジの交換を自動化することもできる。すなわち、図１に示すように、粘性材料塗布システム（１）において、粘性材料を収容した予備のカートリッジを保管するカートリッジリフィル装置（５）を備える。
カートリッジリフィル装置（５）では、図示しない充填装置により粘性材料の缶等から所定量をカートリッジ（３０）内に充填し、棚に充填済みのカートリッジ（３０）を保管する。

そして、カートリッジ（３０）に備えたセンサの検知、または塗布工程のプログラムに基づく所定の周期でロボット制御盤（４）が多関節ロボット（２）を制御し、カートリッジリフィル装置（５）にアームを駆動して装着中のカートリッジ（３０）を棚に載せ離脱すると共に、充填済みのカートリッジ（３０）をカートリッジ装着部（３４）に装着する。このような動作の繰り返しによって、比較的少ない容量のカートリッジ（３０）でも多くの塗布工程を連続して行うことが可能となる。

本発明において、粘性材料は所定の粘度以上の任意の材料を使用することができるが、好ましくは、グリス以上の粘度であって自然硬化をしない材料とする。特に、シーリング剤、エポキシ系接着剤、グリス、スティックシーラーなどを対象とする。

１ 粘性材料塗布システム
２ 多関節ロボット
２０ 本体
２１ アーム
２２ アーム
２３ アーム
２４ 関節
２５ 関節
３ 粘性材料塗布装置
３０ カートリッジ
３００ ハンドル
３０１ 送出口
３１ 基台
３２ 送出ポンプ
３２０ モーター
３２１ シリンダー
３３ ノズル体
３４ カートリッジ装着部
３４０ 受容部材
３４１ 受容部材
３４２ 受容部材
３４３ 押し出し機構
３５ 粘性材料通路
３５０ 入り口
３５１ 弁
４ ロボット制御盤
４０ 第１〜第６軸制御部
４１ 予備制御部
５ カートリッジリフィル装置
６ ワーク

Claims (8)

1. 多関節ロボットに、粘性材料塗布装置を付設した粘性材料塗布システムであって、
   該粘性材料塗布装置は、
   粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジと、
   該粘性材料を送出する送出ポンプと、
   該粘性材料をワークに対して塗布するノズル体と
   を備え、
   該多関節ロボットのアーム上に該粘性材料塗布装置を付設した
   ことを特徴とする粘性材料塗布システム。
2. 前記粘性材料塗布装置が、
   前記多関節ロボットのアームに固定するためのアーム固定部を有する基台と、
   該基台上部に備えられ、モーターと、該モーターによって駆動されるシリンダーとからなる前記送出ポンプと、
   該基台下部のカートリッジ装着部に脱着可能に装着され、前記シリンダーからの送出圧を受け入れて前記粘性材料を送出する送出口を備えた前記カートリッジと、
   該送出口と該基台に付設される前記ノズル体とを連通する粘性材料通路と
   から構成される請求項１に記載の粘性材料塗布システム。
3. 前記粘性材料塗布システムにおいて、
   前記多関節ロボットの所定軸数の制御を行う所定軸数の第１の制御系統に、前記粘性材料塗布装置の制御を行うための第２の制御系統を追加し、
   該多関節ロボットの制御装置において、第１の制御系統及び第２の制御系統の両方の制御を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の粘性材料塗布システム。
4. 前記粘性材料塗布システムにおいて、
   粘性材料を収容した予備のカートリッジを保管するカートリッジ保管手段を備え、
   前記多関節ロボットが使用済みのカートリッジを離脱させると共に、該カートリッジ保管手段から予備のカートリッジを装着する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粘性材料塗布システム。
5. 多関節ロボットのアーム上に備えるための粘性材料塗布装置であって、
   粘性材料を収容する脱着可能なカートリッジと、
   該粘性材料を送出する送出ポンプと、
   該粘性材料をワークに対して塗布するノズル体と
   を一体的に構成した
   ことを特徴とする粘性材料塗布装置。
6. 前記粘性材料塗布装置において、
   前記多関節ロボットのアームに固定するためのアーム固定部を有する基台と、
   該基台上部に備えられ、モーターと、該モーターによって駆動されるシリンダーとからなる前記送出ポンプと、
   該基台下部のカートリッジ装着部に脱着可能に装着され、前記シリンダーからの送出圧を受け入れて前記粘性材料を送出する送出口を備えた前記カートリッジと、
   該送出口と該基台に付設される前記ノズル体とを連通する粘性材料通路と
   から構成される請求項５に記載の粘性材料塗布装置。
7. 請求項５又は６に記載の粘性材料塗布装置において用いられる、カートリッジ。
8. 粘性材料塗布システムの制御方法であって、
   該粘性材料塗布システムは、
   多関節ロボットと、
   粘性材料を収容するタンク、該粘性材料を送出する送出ポンプ、該粘性材料をワークに対して塗布するノズル体を備える粘性材料塗布装置と
   から構成され、
   該多関節ロボットの所定軸数の制御を行う所定軸数の第１の制御系統に、該粘性材料塗布装置の制御を行うための第２の制御系統を追加し、
   該多関節ロボットの制御装置において、第１の制御系統及び第２の制御系統の両方の制御を行う
   ことを特徴とする粘性材料塗布システムの制御方法。

Images