JP2022109248A - 耐摩耗性分配ポスト - Google Patents
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Abstract
【課題】回転式ベルカップ噴霧器の分配キャップ用の耐摩耗性取り付けポストの提供。【解決手段】取り付けポストは、細い返し形状の端部を、より大径の中央部分から分離するフランジを有する。フランジは、分配キャップの皿穴状凹部内に嵌合し、分配キャップの表面と同じ高さのフランジ表面を提供する。分配キャップを横切って半径方向外側に流れる塗料は、ポストの中央部分までフランジ表面に沿う。この構成により、塗料がディストリビューターキャップの表面をアンダーカットすることが防止され、ポストのいかなる摩耗も大径の中央部分に限定されることが確保される。【選択図】図1
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2021年1月14日に提出された、タイトルを「WEAR RESISTANT DISTRIBUTOR POST」とする米国仮出願第63/137279号の優先日の利益を主張するものある。
本出願は、2021年1月14日に提出された、タイトルを「WEAR RESISTANT DISTRIBUTOR POST」とする米国仮出願第63/137279号の優先日の利益を主張するものある。
本開示は、ロボットスプレー塗装装置の分野、より具体的には、回転式ベルカップスプレー塗装装置で使用される分配(ディストリビュータ)キャップ用の取り付けポストに関する。取り付けポストは、分配キャップ内への皿穴が設けられたフランジを有し、高速の塗料が取り付けポストをアンダーカットして分配キャップ内に流れることを防止する。
産業用ロボットをスプレー塗装用途に使用することは周知である。ロボットスプレー塗装用に開発された多くの塗装・コーティング装置が周知である。これらには、塗料又は他の流体コーティング材料を、ベースユニットを通して噴霧ベルカップに向けて供給する装置が含まれる。ベルカップは、中空シャフトに取り付けられ、ベースの前で回転するアセンブリである。ベルカップは、典型的には30,000RPMを超える高速で回転する。塗装作業中、コーティング材料は中空シャフトを通ってベルカップアセンブリに進む。コーティング液は、ベルカップに配置された分配キャップ又は分配プレートに接触し、該分配キャップ又は分配プレートは、回転するベルカップの内面に沿って遠心力によって流体を分散させる。コーティング液は、分配キャップとベルカップの内面との間の環状領域から出て、ベルカップに沿ってエッジに流れ、そこからベルカップを離れて、塗装されるワークに移動する。
上述のタイプのベルカップ塗装装置では、取り付けポストを介して分配キャップをベルカップのベースの内部に取り付けることが知られている。ある既知の設計では、このような取り付けポストを3つ使用する。取り付けポストは、ねじ山等によってベルカップの内部ベースに取り付けられる。分配キャップは次に、分配キャップの穴にポストの返し端部を押し込むこと等によって、取り付けポストに取り付けられる。この配置により、分配キャップをベルカップ内に簡単に組み付けることができ、ベルカップからの分配キャップのスタンドオフ間隔が規定される。ベルカップのねじ山端部と分配キャップの返し端部との間に位置する取り付けポストの中央部分は、典型的には、それらの端部よりも大きな直径を有する。これが行われる目的は、上述のスタンドオフ間隔を確保することと、塗料が半径方向外側に流れるときに高速の塗料を取り付けポストの中央部分に衝突させることである。高速の塗料は取り付けポストの摩耗を生じさせる可能性があるので、より大きい直径のほうが有利である。
しかし状況によっては、塗料が分配キャップの表面を摩耗してアンダーカットが発生する場合があり、これにより高速の塗料がポスト返し部分に衝突する。これにより、ポストの小径の返し部分の摩耗が生じ、これは望ましくない。他の分配キャップの取り付け構成も周知であるが、分配キャップを返しのある取り付けポストのベルカップ内に簡単かつ便利に組み立てることができるものはない。
上述の状況に照らして、塗料がポストの小径部分に衝突して摩耗させることを防止する、改良された分配キャップ取り付けポストが望まれる。
本開示の教示に従って、回転式ベルカップ噴霧器の分配キャップ用の耐摩耗性取り付けポストが記載され、図示される。取り付けポストは、薄い返し端部を大径の中央部分から分離するフランジを含む。フランジは分配キャップの皿穴内に嵌合し、分配キャップの表面と同じ高さのフランジ面を提供する。分配キャップを横切って径方向外側に流れる塗料は、フランジ面に沿ってポストの中央部分まで続く。この構成により、塗料が分配キャップの表面をアンダーカットすることが防止され、ポストの摩耗が大径部分に限定されることが確保される。
開示された装置及び方法の追加の特徴は、添付の図面と併せて、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
分配キャップ用の耐摩耗性取り付けポストを対象とした本開示の実施形態の以下の説明は、本質的に単なる例示であり、開示された装置及び技術、又はそれらのアプリケーション若しくは使用を制限することを意図するものではない。
自動車の車体等のワークのスプレー塗装において産業用ロボットを使用することは周知である。塗装ロボットでは、種々のタイプのスプレー塗装装置を使用して、塗料又は他のコーティング液の制御された流れを、一貫性のある十分に分散されたスプレーパターンでワーク上に供給することができる。これらの装置は、とりわけ、空気推進スプレー装置及び回転式ベルカップ噴霧器を含む。
図1は、当技術分野で周知の、塗装ロボットに使用されるタイプの回転式ベルカップスプレー塗装装置100の断面図である。ベルカップ110は、スプレー噴霧器装置に回転可能に取り付けられ、次に噴霧器装置は、ロボットの外腕又は手首に取り付けられる。スプレー塗装作業中、ベルカップ110は高速(典型的には数万RPM)で回転し、明確に規定されたスプレーパターンで塗料又は他のコーティング流体(以下、単に塗料と称する)を分配する。塗料は、中央開口部120を通ってベルカップ110内に導入される。塗料は、後述するように、複数の取り付けポスト140によってベルカップ110から離れた位置に固定的に取り付けられた分配キャップ130に到達するまで、矢印122で示すように移動する。分配キャップ130は、塗料の軸方向の流れを遮断し、塗料が矢印124で示すように分配キャップ130の前面132に沿って半径方向に広がるようにする。分配キャップ130は典型的には、アセタール等のプラスチック材料で構成される。チタン等の高強度材料で構成されたインサート134は、塗料によって摩耗することなく、塗料の軸方向流れを遮断するために設けられる。いくつかの用途では、塗料の一部は、意図的にインサート134を貫通し、分配キャップ130の後面136に流出する。
ベルカップ装置100の高い回転速度に起因して、塗料は全て、分配キャップ130の前面132及び後面136から半径方向外側に飛ばされる。塗料は、分配キャップ130から内面112に達する。ベルカップ110の回転により塗料は、矢印150で示すように、内面112に沿って流れてベルカップ110から排出される。塗料は、細かく噴霧された液滴のパターンとしてベルカップ110の全周から放出され、ワーク上に堆積する。当技術分野で周知のように、ワーク上での塗料液滴の堆積を改善すべく、静電荷を印加することができる。
図2は、図1の回転式ベルカップ110の断面図であり、高速塗料が分配キャップの表面に放射状に広がり、取り付けポストに衝突する様子を示す。ベルカップ110(図2でトリミングされている)に加え、前面132を有する分配キャップ130及びインサート134が、図1と同様に図2に示される。複数の取り付けポスト140のうちの2つも、図2に示される。左側の取り付けポスト140は、図2の断面に配置されているので、断面で示される。右側の取り付けポスト140は、その両端が図2ではベルカップ110及び分配キャップ130によって遮られているため、部分的にのみ見える。複数の取り付けポスト140のうちの3つは、分配キャップ130をベルカップ110に取り付けるために使用されるが、図2の断面図では第3の取り付けポスト140は見えない。
取り付けポスト140の1つの既知の構成は、第1の端部142、第2の端部144及び中央部分146を有する。第1の端部142は、ねじ山等によってベルカップ110の内部ベースに取り付けられる。第2の端部144は、返し形状を有し、分配キャップ130の穴内に圧入される。この構成は、分配キャップ130をベルカップ110に直接組み付けることを可能にし、より大きな直径の中央部分146は、ベルカップ110からの分配キャップ130の規定されたスタンドオフ間隔を提供する。
上述のように、ロボットからの塗料は、矢印122に沿ってベルカップ110内に流れ込み、インサート144に衝突し、矢印124(図1の右側に図示)で示すように、分配キャップ130の前面132を横切って半径方向外側に流れる。前面132を横切って半径方向外側に流れる塗料の大部分は、分配キャップ130の周縁に向かう途中で障害物に遭遇せず、ベルカップ110の内面112上で外向きに飛ばされる。しかしながら、塗料のごく一部は、前面132を横切って外向きに流れるときに、取り付けポスト140の1つに遭遇する。
矢印124に従う塗料は、取り付けポスト140に遭遇したときに、中央部分146の周りを強制的に流れることになる。中央部分146の周りに円周方向に広がる塗料に加えて、高速の飛沫により、塗料の一部が矢印126及び128で示されるように軸方向に変向される。矢印126に従う塗料は、すぐに中央部分146の周りを通り、ベルカップ110に出る。矢印128に従う塗料は、軸方向エネルギを有し、これは先ず、分配キャップ130の前面132によって変向される。塗料の流量、ベルカップ110の回転速度、塗料の種類(例えば金属フレーク)及び他の要因に応じて、時間の経過とともに、取り付けポスト140の直近にある分配キャップ130の前面132が塗料によって摩耗する可能性がある。この摩耗により、取り付けポスト140の中央部分146が弱体化し、最終的には、高速塗料が第2の端部144に衝突して中央部分146に接触する。次に、高速塗料の流れによって、取り付けポスト140の第2の端部144が摩耗する可能性があり、これは望ましくない。
図3は、図1及び2に示すタイプの分配キャップ300の画像であり、図2に示すような高速塗料の流れによって引き起こされる摩耗パターンを示す。インサート310は、上述のように分配キャップ300の中央に示されている。分配キャップ300をベルカップに取り付け、アセンブリを矢印320で示す方向Rに回転させた。高速回転により、矢印330で示すように塗料が分配キャップ300の前面に沿って半径方向外側に流れ、また矢印332で示すように(分配キャップ300に対する)速度の接線成分が生じた。
3つの取り付けポスト340の一部を図3に示す。分配キャップ300をベルカップに取り付ける際の取り付けポスト340の配置は、上述している。取り付けポスト340の各々の近傍に、アンダーカット領域350が見える。アンダーカット領域350は、高速塗料、特に矢印332で示す塗料の流れの接線成分によって、分配キャップ300の前面が摩耗した三日月形の領域である。領域350は、塗料の接線方向の流れが衝突する取り付けポスト340の側部の周りに集中していることがわかる。図3の画像に示す試験片では、アンダーカット領域350は、高速塗料が取り付けポスト340の小径の返し端部に到達する点まで発達した。その後、塗料は、取り付けポスト340の小径の返し端部によってほぼ完全に切断された。
本開示は、図3に示すように塗料の高速の流れが分配キャップの表面に食い込み、ポストの小径部分に衝突することを防止するように構成された新しい分配キャップ取り付けポストを説明する。以下、このことを詳述する。
図4は、本実施形態に係る、分配キャップ及び取り付けポストを備えた回転式ベルカップの断面図であり、取り付けポストは、高速塗料の流れによって分配キャップの表面が摩耗することを防止するように構成されたフランジを有する。ベルカップ410は、上述の図1及び2のベルカップ110と同等である。分配キャップ430は、ベルカップ410の内部に取り付けられる。ロボットからの塗料は、矢印422で示すようにベルカップ噴霧器アセンブリ内に流れ込み、上述したものと同じやり方で、分配キャップ430のインサート434に衝突する。
分配キャップ430をベルカップ410内の所定位置に固定的に取り付けるために、複数の取り付けポスト440が使用される。図4は、複数の取り付けポスト440のうちの2つを示しており、左側の取り付けポスト440は、図4の断面に位置しているため断面で示され、右側の取り付けポスト440は、その2つの端部が図4のベルカップ410及び分配キャップ430によって遮られているため、部分的にしか見えない。この例示的な実施形態では、分配キャップ430をベルカップ410に取り付けるために3つの取り付けポスト440が使用されており、第3の取り付けポスト440は図4では見えない。
取り付けポスト440の各々は、第1の端部442、第2の端部444及び中央部分446を有する。第1の端部442は、ねじ山等によってベルカップ410の内部ベースに取り付けられる。第2の端部444は、返し形状を有し、分配キャップ430の穴内に圧入される。より大きな直径の中央部分446は、ベルカップ410からの分配キャップ430の規定されたスタンドオフ間隔を提供する。また取り付けポスト440は、図示するように、第2の端部444と中央部分446との接合部において円盤形状のフランジ450を有する。フランジ450は、分配キャップ430の対応する皿穴状の凹部に嵌合し、フランジ450の露出面452は、分配キャップ430の前面432と同一平面上にある。フランジ450が前面432と同一面上又はその直下にあることにより、フランジ450は塗料の流れ方向を変えたり、塗料から衝突されたりしない。
フランジ450は、塗料が取り付けポストを分配キャップ430内にアンダーカットしないように、高速塗料の流れを制御するように構成される。代わりに、高速塗料は、露出面452に沿って流れ、中央部分446のベースにおいて取り付けポスト440に対して(上述のように径方向及び接線方向に)衝突し、これにより塗料は、矢印424で示す経路に従う。次に、塗料は中央部分446の周りを迅速に流れ、矢印426で示すように、ベルカップ410に向けて飛散する。
フランジ450は、図2に示す現在の構成のように、取り付けポスト440に当たる塗料が樹脂製の分配キャップ430内に(スプラッシュ効果によって)変向しないようにする。むしろ、取り付けポスト440に当たる塗料の全てのスプラッシュエネルギは、取り付けポスト440自体に受けられ、取り付けポスト440は金属部品(チタン、ステンレス鋼、又は他の適切な金属)であり、樹脂製の分配キャップ430よりもはるかに耐摩耗性である。さらに、中央部分446とフランジ450との接合部におけるフィレット454(図5)は、矢印426で示すように塗料が中央部分446の周りを流れるまで、矢印424で示すように塗料の流れの変向を補助する。
図5は、本開示の一実施形態に係る、図4の分配キャップ430及び取り付けポスト440の断面図である。図5は単に、これらの構成要素を、図4の周囲の要素及び流れの矢印を含まない形で示す図である。フランジ450を備えた取り付けポスト440は、上述のように図5に示される。フランジ450は、分配キャップ430の対応する皿穴状の凹部に嵌合し、フランジ450の露出面452は、図示するように、分配キャップ430の前面432と同じ高さである。フィレット454も図5に示される。露出面452が前面432(皿穴状の凹部に設定される)の僅かに「下方」になるように交差が設定可能であり、それにより塗料は、フランジ450の外周縁に衝突しない。
図6は、本開示の一実施形態に係る、図4及び5に示す取り付けポスト440の等角図であり、取り付けポスト440は、高速塗料の流れを所望の方向に向ける取り付けポストフランジ450を有する。図7は、本開示の一実施形態に係る取り付けポスト440の側面図であり、フランジ450及び他の特徴構造の詳細を示す。
上述の第1の端部442、第2の端部444及び中央部分446が、図6及び7に示される。応力集中を回避し、ベルカップ410に対して中央部分446を積極的に着座させるために、アンダーカット448を第1の端部442の基部に設けることができる。図6及び7にも示すフランジ450は、図7に示すように露出面452及びフィレット454を有する。さらに、分配キャップ430の皿穴へのフランジ450の着座を促進するために、露出面452の反対側のフランジ450の周縁に面取り456を設けてもよい。
一実施形態では、取り付けポスト440は、以下のような特徴及び寸法を有する。第1の端部442は、直径が約1.5mmの雄ねじ山となるようにねじ切りされる。第2の端部444は、返しを有する円柱形であり、直径は約1.0mmである。中央部分446は、円柱形であり、直径は約2.5-3.0mmである。フランジ450は、厚さが1mm未満で外径が約5mmの円盤形状である。取り付けポスト440は、好ましくは、チタン又はステンレス鋼等の高強度耐食性材料の単一片として構成される。この段落に列挙されている仕様は、単なる例示である。寸法は、用途やベルカップ及び分配キャップの寸法に応じて、大きくなったり小さくなったりする場合がある。
図8は、本開示の他の実施形態に係る、分配キャップ取り付けポスト840の第2の構造の側面図であり、取り付けポスト840は、分配キャップ及びポストの摩耗を防止するためのフランジ850を有する。取り付けポスト840は概ね、第1の端部842がねじ山ではなく返しを有する点を除き、上述した取り付けポスト440と同じである。第1の端部842の返し構造により、ねじ山を設けずに、ベルカップのベースへの圧入が採用される用途において取り付けポスト840を使用することができる。例えば、中空円筒形状の樹脂製インサートをベルカップのベースの円柱形の穴に配置し、次に取り付けポスト840の第1の端部842を、該樹脂製インサート内に圧入することができる。
取り付けポスト840は、第2の端部844及び中央部分846を有し、これらは、図4-7の取り付けポスト440における等価の構造と同じである。同様に、取り付けポスト840のフランジ850は、取り付けポスト440における等価の構造と同じ露出面854及びフィレット854を有し、フランジ850は、取り付けポストを分配キャップ内でアンダーカットせずに、高速塗料を取り付けポスト840の中央部分846の周囲に所望の方法で流す。
上で概説したように、分配キャップ取り付けポストの開示された実施形態は、既存の取り付けポスト構造に対して重要な利点を提供する。具体的には、分配キャップの面の凹部に皿穴が形成された取り付けポストフランジは、取り付けポストの周りの塗料の流れの流体力学を改善することができ、既存の取り付けポスト構造において返し端部の摩耗を招き得る分配キャップの摩耗の問題を解決する。
回転式ベルカップの分配キャップのための耐摩耗性取り付けポストの複数の例示的態様及び実施形態が説明されたが、当業者は、それらの修正、並べ替え、追加及びサブコンビネーションを認識するであろう。従って、添付の特許請求の範囲及び請求項は、それらの真の精神及び範囲内にあるそのような修正、並べ替え、追加及びサブコンビネーションの全てを含むと解釈すべきである。
Claims (20)
- スプレー塗装噴霧システムにおいて、分配キャップを回転式ベルカップに取り付けるための取り付けポストであって、
前記回転式ベルカップのベース部分の内部に固定的に埋め込まれるように構成された第1の端部と、
前記分配キャップ内に固定的に埋め込まれるように構成された、前記第1の端部とは反対側の第2の端部と、
前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置され、前記第1の端部及び前記第2の端部よりも大径の円柱状の中央部分と、
前記第2の端部と前記中央部分との間に配置され、前記中央部分よりも大径の円盤形状のフランジと、
を有する取り付けポスト。 - 前記中央部分と前記フランジとの接合部においてフィレットを有する、請求項1に記載の取り付けポスト。
- 前記第2の端部は、前記分配キャップの穴内に挿入されるように構成された返し形状を有する、請求項1に記載の取り付けポスト。
- 前記第2の端部は前記分配キャップ内に埋め込まれ、前記フランジの露出面が前記分配キャップの前面と同一高さであるか又は僅かに下方に凹んでいる、請求項1に記載の取り付けポスト。
- 前記第1の端部は、前記回転式ベルカップの前記ベース部分の雌ねじ穴内に挿入されるように構成された雄ねじ山を有する、請求項1に記載の取り付けポスト。
- 前記第1の端部は、前記回転式ベルカップの前記ベース部分の穴内に配置された樹脂製インサート内に圧入されるように構成された返し形状を有する、請求項1に記載の取り付けポスト。
- 前記取り付けポストは、チタン又はステンレス鋼の単一片で構成される、請求項1に記載の取り付けポスト。
- スプレー塗装用回転式噴霧器のベルカップに使用される分配キャップアセンブリであって、
複数の取り付けポストと、
分配キャップとを備え、
前記取り付けポストの各々は、前記ベルカップのベース部分の内部に固定的に埋め込まれるように構成された第1の端部と、前記第1の端部とは反対側の、返し形状を有する第2の端部と、前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置され、前記第1の端部及び前記第2の端部よりも大径の円柱状の中央部分と、前記第2の端部と前記中央部分との間に配置され、前記中央部分よりも大径の円盤形状のフランジと、を有し、
前記分配キャップは、前記取り付けポストの各々の前記第2の端部を受容するための、予め形成された穴を有し、それにより前記分配キャップは、前記ベルカップの前記内部の位置に固定されて塗装液を半径方向外側に変向し、前記分配キャップはさらに、前記予め形成された穴の周囲に皿穴状の凹部を有し、前記凹部は前記フランジを受容する寸法及び形状を有する、
分配キャップアセンブリ。 - 前記分配キャップは前記取り付けポスト上に設置され、前記取り付けポストの各々の前記フランジの露出面が、前記分配キャップの前面と同一高さであるか又は僅かに下方に凹んでいる、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。
- 前記取り付けポストの各々は、前記中央部分と前記フランジとの接合部においてフィレットを有する、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。
- 前記複数の取り付けポストは、3つの取り付けポストである、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。
- 前記取り付けポストの各々はチタン又はステンレス鋼の単一片で構成され、前記分配キャップは樹脂材料で構成される、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。
- 前記分配キャップはその中央に金属製インサートを有し、前記塗装液の流れは前記インサートに衝突して、前記分配キャップの前面上で半径方向外側に拡散する、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。
- 前記取り付けポストの各々の前記第1の端部は、前記ベルカップの前記ベース部分の雌ねじ穴内に挿入されるように構成された雄ねじ山を有するか、又は、
前記第1の端部は、前記ベルカップの前記ベース部分の穴内に配置された樹脂製インサート内に圧入されるように構成された返し形状を有する、請求項8に記載の分配キャップアセンブリ。 - スプレー塗装ロボットに使用される回転式噴霧器であって、
前記ロボットの外側アーム又は手首に搭載され、中心軸線回りに回転可能なベルカップと、
複数の取り付けポストと、
分配キャップとを備え、
前記取り付けポストの各々は、前記ベルカップのベース部分の内部に固定的に埋め込まれるように構成された第1の端部と、前記第1の端部とは反対側の、返し形状を有する第2の端部と、前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置され、前記第1の端部及び前記第2の端部よりも大径の円柱状の中央部分と、前記第2の端部と前記中央部分との間に配置され、前記中央部分よりも大径の円盤形状のフランジと、を有し、
前記分配キャップは、予め形成された複数の穴を有し、前記穴の1つは前記取り付けポストの各々の前記第2の端部を受容し、それにより前記分配キャップは、前記ベルカップの前記内部の位置に固定されて塗装液を半径方向外側に変向し、前記分配キャップはさらに、前記予め形成された複数の穴の各々の周囲に皿穴状の凹部を有し、前記凹部は前記フランジを受容する寸法及び形状を有する、
回転式噴霧器。 - 前記分配キャップが前記取り付けポスト上に設置されたときに、前記取り付けポストの各々の前記フランジの露出面が、前記分配キャップの前面と同一高さであるか又は僅かに下方に凹んでいる、請求項15に記載の回転式噴霧器。
- 前記取り付けポストの各々は、前記中央部分と前記フランジとの接合部においてフィレットを有する、請求項15に記載の回転式噴霧器。
- 前記取り付けポストの各々はチタン又はステンレス鋼の単一片で構成され、前記分配キャップは樹脂材料で構成される、請求項15に記載の回転式噴霧器。
- 前記分配キャップはその中央に金属製インサートを有し、前記塗装液の流れは前記インサートに衝突し、前記流れの少なくとも一部が前記分配キャップの前面上で半径方向外側に拡散する、請求項15に記載の回転式噴霧器。
- 前記取り付けポストの各々の前記第1の端部は、前記ベルカップの前記ベース部分の雌ねじ穴内に挿入されるように構成された雄ねじ山を有するか、又は、
前記第1の端部は、前記ベルカップの前記ベース部分の穴内に配置された樹脂製インサート内に圧入されるように構成された返し形状を有する、請求項15に記載の回転式噴霧器。
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