JP2023114294A - 塗料吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗料の沈降を抑制する塗料吐出装置を提供する。【解決手段】塗料Ｐの流路である第１ノズル１１１と第２ノズル１１２とを有するノズル１１と、前記流路であるノズル１１を流れる塗料Ｐの圧力を変動させるアクチュエータ１２と、前記アクチュエータ１２を制御する制御部１３と、を備える塗料吐出装置１において、前記流路である第１ノズル１１１は、分岐部１１３において複数の第２ノズル１１２に分かれている。【選択図】 図１

Description

本発明は、塗料吐出装置に関するものである。

インクジェット記録装置において、共通インク室からキャビティ部を貫通するインク供給路が、共通インク室からキャビティ部方向に絞られている記録ヘッドが知られている。印刷時にキャビティ部の圧力が増大すると、インクはインク吐出路の方向に向かうと同時にインク供給路の方向にも逆流しようとするが、インク供給路を絞ることでこの逆流を防止することができる（特許文献１）。

特開平６－９５８号公報

しかしながら、この種のインクジェット記録装置に自動車用塗料を適用すると、インク供給路の絞り周辺で塗料が滞留し、塗料に含まれる光輝性顔料、着色顔料及び樹脂などの含有物が沈降するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、塗料の沈降を抑制する塗料吐出装置を提供することである。

本発明は、塗料の流路を有するノズルと、前記流路を流れる塗料の圧力を変動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える塗料吐出装置において、前記流路が、分岐部において複数の流路に分かれていることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、流路が分岐部において複数の流路に分かれているので、分岐部から上流側へ逆流し難い一方、逆流時に塗料が滞留し易い分岐部に対しては正流時に塗料が流れ易くなる。これにより、塗料の沈降を抑制することができる。

本発明に係る塗料吐出装置の一実施の形態を示す構成図（その１）である。 本発明に係る塗料吐出装置の一実施の形態を示す構成図（その２）である。 図２のアクチュエータを示す，（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は斜視図である。 本発明に係る塗料吐出装置のノズルの他の実施の形態を示す正面図である。 本発明に係る塗料吐出装置のノズルのさらに他の実施の形態を示す正面図である。 本発明に係る塗料吐出装置のノズルのさらに他の実施の形態を示す正面図である。 本発明に係る塗料吐出装置のノズルのさらに他の実施の形態を示す正面図である。 本発明に係る塗料吐出装置の作用を説明するノズルの正面図であって、（Ａ）は塗料吐出時、（Ｂ）は塗料充填時を示す。 本発明に係る塗料吐出装置の他の実施の形態を示す構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態例を説明する。図１及び図２は、本発明に係る塗料吐出装置１の一実施の形態を示す構成図である。なお、図示の便宜上、図１ではアクチュエータ１２及び制御部１３の図示を省略し、図２では塗料タンク１４、塗料配管１５及び塗料ポンプ１６の図示を省略する。

本実施形態の塗料吐出装置１は、特に限定はされないが、たとえば自動車用塗料を用いて自動車ボディの外板／内板やバンパなどの自動車部品を塗装する工程に適用することができる。自動車用塗料としては、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とする熱硬化型塗料であり、水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよく、必要に応じて着色顔料や光輝性顔料を含んでよい。自動車ボディの外板／内板やバンパなどの自動車部品を塗装する場合、サイドドアやフェンダなどの被塗装面がほぼ鉛直面になるため、比較的高粘度の塗料を使用する必要がある。その意味で、背景技術で述べた紙媒体への印刷に用いられるインクジェット記録装置の記録ヘッドなどは、低粘度のインクを使用することが前提であるため、自動車ボディの塗装用途には適していない。

本実施形態の塗料吐出装置１は、塗料Ｐの流路を有するノズル１１と、この流路を流れる塗料Ｐの圧力を変動させるアクチュエータ１２と、アクチュエータ１２を制御する制御部１３と、を備える。

ノズル１１は、金属材料、樹脂材料又はセラミックス材料からなる管状部材であり、中空の内部が塗料Ｐの流路とされている。本実施形態のノズル１１は、塗料Ｐの流路としての第１ノズル１１１と複数の第２ノズル１１２とを有する。塗料Ｐは、第１ノズル１１１の基端から導入され、分岐部１１３を通過して複数の第２ノズル１１２を流れたのち先端部１１４から外部へ吐出（滴下）する。なお、必要に応じて金属材料、樹脂材料又はセラミックス材料からなるハウジング１７を設け、当該ハウジング１７の内部にノズル１１を収容してもよい。ノズル１１の詳細は後述する。

アクチュエータ１２は、たとえば複数の圧電素子を積層したものであり、電極に印加する電圧に応じて軸方向に伸長及び収縮する特性を有する。アクチュエータ１２への電圧の印加は、制御部１３により実行され、制御部１３からの指令信号によりアクチュエータ１２に電圧を印加することで、ノズル１１を圧縮することができる。図３は、本発明に係るアクチュエータ１２の一例を示す，（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は斜視図である。本実施形態のアクチュエータ１２は、ノズル１１の第２ノズル１１２の大きさに対応した直径を有する円盤状に形成され、同図に示すように第２ノズル１１２を挟んで一対のアクチュエータが設けられている。

そして、塗料Ｐを吐出する時はアクチュエータ１２が伸長することで第２ノズル１１２を圧縮する一方、塗料Ｐを充填する時はアクチュエータ１２が収縮することで第２ノズル１１２への圧縮を開放する。なお、図３に示す例では、第２ノズル１１２を挟んで一対のアクチュエータを設け、第２ノズル１１２の全体に圧縮力を同時に作用させるが、第２ノズル１１２の一方にのみ１つのアクチュエータ１２を設けてもよく、また第２ノズル１１２に作用させる圧縮力は第２ノズル１１２の一部に対してでもよい。

図１に戻り、本実施形態の塗料Ｐは、塗料タンク１４に収容され、塗料配管１５を介して塗料ポンプ１６によりノズル１１へ供給される。本実施形態の塗料吐出装置１を自動車ボディやバンパなどの自動車部品の塗装用途に用いる場合には、自動車用塗料として、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とし、必要に応じて着色顔料や光輝性顔料を含む熱硬化型塗料を用いることができる。水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよく、溶剤により所望の粘度に調製して用いることができる。なお、ノズル１１に導入した塗料Ｐを塗料タンク１４に戻す塗料配管を設け、塗料Ｐを循環しながら供給してもよい。

さて、塗料Ｐとして上述した自動車用塗料を用いる場合、ノズル１１の流路に塗料Ｐの流れを阻害する部分があると、そこに、塗料Ｐに含まれる光輝性顔料、着色顔料及び樹脂などの含有物が沈降するおそれがある。塗料Ｐの含有物が沈降すると組成比が異なる塗膜が形成されるおそれがある。そのため、本実施形態のノズル１１は、塗料タンク１４からの塗料Ｐが導入される第１ノズル１１１と、当該第１ノズル１１１の先端の分岐部１１３において分岐した複数の第２ノズル１１２とを備える。すなわち、第１ノズル１１１は、分岐部１１３において複数の第２ノズル１１２に分かれている。

図４～図７は、それぞれ本発明に係るノズル１１の他の実施の形態を示す正面図である。また図８は、本発明に係る塗料吐出装置１の作用を説明するノズル１１の正面図であって、（Ａ）は塗料吐出時、（Ｂ）は塗料充填時を示す。

本実施形態のノズル１１において、分岐部１１３における分岐数は、２以上に分岐すればよく、図１，４，５に示すそれぞれのノズル１１のように、１つの第１ノズル１１１が２つの第２ノズル１１２に分岐してもよく、図７に示すノズル１１のように、１つの第１ノズル１１１が４つの第２ノズル１１２に分岐してもよい。さらに図７に示すように、分岐部１１３において、１つの第１ノズル１１１が３つ以上の第２ノズル１１２に分岐する場合、分岐部１１３において第１ノズル１１１の円周方向に対し、三次元的に第２ノズル１１２が分岐することが好ましい。

また、本実施形態のノズル１１において、図１に示すように、分岐部１１３にて分岐した第２ノズル１１２と、分岐部１１３にて分かれる前の第１ノズル１１１との成す角度θは、特に限定はされないが、９０°以上、１８０°未満であることが好ましい。この角度θが９０°未満であると、塗料Ｐが第１ノズル１１１から第２ノズル１１２に流れる際の流れ方向が急激に変化するので、塗料Ｐの圧力損失が大きくなるので好ましくない。またこの角度θが１８０°であると、分岐部１１３において複数の第２ノズル１１２に分岐することができない。

本実施形態のノズル１１において、分岐部１１３において分かれた複数の第２ノズル１１２は、図１，４，６に示すようにノズル１１の先端部１１４において合流してもよく、また、図５に示すようにノズル１１の先端部１１４において合流しなくてもよい。さらに、３つ以上の第２ノズル１１２に分岐したノズル１１の場合には、一部の第２ノズル１１２がノズル１１の先端部１１４において合流し、残りの第２ノズル１１２がノズル１１の先端部１１４において合流しなくてもよい。

本実施形態のノズル１１において、特に限定されないが、分岐部１１３において分かれ、先端部１１４において合流する第２ノズル１１２の、当該第２ノズル１１２を正面から見たときの形状は、たとえば図１に示すような円環形状、図４に示すような四角形状のほか、ひし形状又は楕円形状とすることができる。なお、図４に示す第２ノズル１１２は、厳密に言えば四隅が湾曲した四角形状であるが、こうした形状も含めて四角形状という。

さらに本実施形態のノズル１１において、特に限定はされないが、図６に示すように、分岐部１１３において分かれた第２ノズル１１２のうち、先端部１１４側の第２ノズル１１２の曲率（１／Ｒ１，Ｒ１は曲率半径）は、分岐部１１３側の第２ノズル１１２の曲率（１／Ｒ２，Ｒ２は曲率半径）より小さいことがより好ましい。こうすると、先端部１１４に近づくにしたがって塗料Ｐの流路抵抗が小さくなるので、吐出速度を高めることができる。

本実施形態のノズル１１において、特に限定はされないが、分岐部１１３において分かれた複数の第２ノズル１１２の断面積の合計は、分岐部１１３の上流側の第１ノズル１１１の断面積以下であることが好ましい。図８（Ａ）に示すように、ノズル１１の先端部１１４から塗料Ｐを吐出するために（塗料の流れの正流Ｆ１）、ノズル１１の流路内の圧力を変動させた場合において、塗料Ｐが第１ノズル１１１に逆流しようとするが（塗料の流れの逆流Ｆ２）、第２ノズル１１２の断面積の合計が第１ノズル１１１の断面積以下であると、この逆流Ｆ２を抑制することができる。

さらに本実施形態のノズル１１において、特に限定はされないが、分岐部１１３において分かれた複数の第２ノズル１１２の断面積、流路の長さ及び流路の曲率は、互いに等しいことが好ましい。こうすることでも、図８（Ａ）に示す塗料Ｐの吐出時の逆流Ｆ２を抑制することができる。

次に、図８を参照しながら、本実施形態の塗料吐出装置１を用いて自動車用塗料を塗装する場合の作用を説明する。図８（Ａ）は塗料吐出時のノズル１１を示す正面図、図８（Ｂ）は塗料充填時のノズル１１を示す正面図であり、アクチュエータ１２の伸長及び収縮のタイミング（所定の周波数）で、図８（Ａ）の塗料吐出と図８（Ｂ）の塗料充填が繰り返される。

制御部１３からの指令信号に応じ、アクチュエータ１２が伸長して第２ノズル１１２を圧縮すると、図８（Ａ）に示すように第２ノズル１１２に充填された塗料Ｐは主として正流方向Ｆ１へ流れ、先端部１１４から吐出（滴下）する。これと同時に、第２ノズル１１２に充填された塗料Ｐの一部は、塗料ポンプ１６による塗料の供給圧力Ｐ１に抗して逆流方向Ｆ２へ流れ、第１ノズル１１１へ浸入する。このとき、分岐部１１３に、逆流方向へ向かう塗料の流れが緩慢な滞留部分Ｓが生じ、ここに塗料Ｐが沈降する可能性が生じる。

しかしながら、制御部１３からの指令信号に応じ、アクチュエータ１２が収縮して第２ノズル１１２の圧縮が開放されると、図８（Ｂ）に示すように、塗料Ｐが吐出されて充填量が少なくなった第２ノズル１１２に、塗料タンク１４からの新規な塗料Ｐが導入される。このとき、塗料タンク１４からの塗料Ｐは、供給圧力Ｐ１により第１ノズル１１１を通過して分岐部１１３に至った際に、上述した滞留部分Ｓに衝突したのち２つの第２ノズル１１２に分流されることになる。したがって、分岐部１１３の滞留部分Ｓは、図８（Ａ）の塗料吐出時には塗料Ｐが沈降する可能性があっても、図８（Ｂ）の塗料充填時には塗料の滞留が解消される。上述したとおり、アクチュエータ１２の伸長及び収縮のタイミング（所定の周波数）で、図８（Ａ）の塗料吐出と図８（Ｂ）の塗料充填が繰り返される結果、分岐部１１３への塗料Ｐの沈降は防止される。

図１に示す実施形態では、伸長及び収縮するアクチュエータ１２を用いて第２ノズル１１２を圧縮及び復元させることで塗料Ｐを先端部１１４から吐出（滴下）したが、これに代えてニードル１８を用いて塗料Ｐを吐出（滴下）してもよい。図９は、本発明に係る塗料吐出装置１の他の実施の形態を示す構成図である。本実施形態の塗料吐出装置１は、図１に示す塗料吐出装置１に比べ、ニードル１８及びアクチュエータ１２の構成が相違するが、その他の構成は共通する。図１に示す実施形態の塗料吐出装置１と共通する構成については、その説明をここに援用する。

本実施形態のニードル１８は、金属材料、樹脂材料又はセラミックス材料からなる針状の棒体（ロッド）であり、先端側が第１ノズル１１１に配置され、基端にアクチュエータ１２が固定されている。ニードル１８は、第１ノズル１１１内において軸方向Ｙに進退移動可能に設けられている。本実施形態のアクチュエータ１２は、たとえば複数の圧電素子を積層したものであり、電極に印加する電圧に応じて軸方向Ｙに伸長及び収縮する特性を有する。アクチュエータ１２への電圧の印加は、制御部１３により実行され、制御部１３からの指令信号によりアクチュエータ１２に電圧を印加することで、ニードル１８を軸方向Ｙに進退移動させることができる。

そして、制御部１３からの指令信号に応じ、アクチュエータ１２が伸長してニードル１８が前進すると、第１ノズル１１１内に存在するニードル１８の体積が増加し、これにより第２ノズル１１２に充填された塗料Ｐは主として正流方向Ｆ１へ流れ、先端部１１４から吐出（滴下）する。これに対し、制御部１３からの指令信号に応じ、アクチュエータ１２が収縮してニードル１８が後退すると、第１ノズル１１１内に存在するニードル１８の体積が減少し、これにより塗料Ｐが吐出されて充填量が少なくなった第２ノズル１１２に、塗料タンク１４からの新規な塗料Ｐが導入される。このような動作を所定の周波数で繰り返すことにより塗料Ｐが吐出（滴下）される。

以上のとおり、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、塗料Ｐの流路を有するノズル１１と、流路を流れる塗料Ｐの圧力を変動させるアクチュエータ１２と、アクチュエータ１２を制御する制御部１３と、を備える塗料吐出装置１において、流路は、分岐部１１３において複数の流路に分かれているので、分岐部１１３から上流側へ逆流し難い一方、逆流時に塗料Ｐが滞留し易い分岐部１１３に対しては正流時に塗料Ｐが流れ易くなる。これにより、塗料Ｐの沈降を抑制することができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれた流路（第２ノズル１１２）と、分岐部１１３において分かれる前の流路（第１ノズル１１１）との成す角度θは、９０°以上、１８０°未満であるので、塗料Ｐの圧力損失の増加を抑制しつつ流路を分岐させることができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれた流路（第２ノズル１１２）は、先端部１１４において合流するので、アクチュエータ１２により
第２ノズル１１２を圧縮すると塗料Ｐの逃げがなく、先端部１１４に向かって無駄なく吐出する。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれ先端部１１４において合流する流路（第２ノズル１１２）は、当該流路の正面視において、円環形状、四角形状、ひし形状又は楕円形状であるので、製作が容易であり、ノズル１１周りのレイアウト設計の自由度が高くなる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれた流路（第２ノズル１１２）のうち先端部１１４側の流路（第２ノズル１１２）の曲率（１／Ｒ１）は、分岐部１１３側の流路（第２ノズル１１２）の曲率（１／Ｒ２）より小さいので、先端部１１４に近づくにしたがって塗料Ｐの流路抵抗が小さくなり、吐出速度を高めることができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれた複数の流路（第２ノズル１１２）の断面積の合計は、分岐部１１３の上流側の流路（第１ノズル１１１）の断面積以下であるので、分岐部１１３の上流側へ向かう塗料の逆流Ｆ２を抑制することができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、分岐部１１３において分かれた複数の流路（第２ノズル１１２）の断面積、流路の長さ及び流路の曲率は、互いに等しいので、分岐部１１３の上流側へ向かう塗料の逆流Ｆ２を抑制することができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、アクチュエータ１２は、分岐部１１３において分かれた複数の流路（第２ノズル１１２）の全部を同時に圧縮するので、ノズル１１周りの構造レイアウトの設計が容易になると共にコンパクトに設計することができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、とともに、アクチュエータ１２は、分岐部１１３において分かれた複数の流路（第２ノズル１１２）を挟んで一対設けられているので、第２ノズル１１２の圧縮量が増加し、吐出量を大きくすることができる。

また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、少なくとも先端が分岐部１１３の上流側の流路（第１ノズル１１１）に配置され、当該先端が分岐部１１３に向かって軸方向Ｙに移動可能に設けられたニードル１８を備え、アクチュエータ１２は、ニードル１８を軸方向Ｙに進退移動させるので、分岐部１１３の上流側へ向かう塗料の逆流Ｆ２を抑制することができる。

上記第１ノズル１１１及び第２ノズル１１２は、本発明に係る流路に相当し、このうち第１ノズル１１１は、本発明に係る分岐部１１３の上流側の流路及び分岐部１１３において分かれる前の流路に相当し、第２ノズル１１２は、本発明に係る分岐部１１３の下流側の流路、分岐部１１３において分かれた流路及び分岐部１１３において分かれ先端部１１４において合流する流路に相当する。

１…塗料吐出装置
１１…ノズル
１１１…第１ノズル
１１２…第２ノズル
１１３…分岐部
１１４…先端部
１２…アクチュエータ
１３…制御部
１４…塗料タンク
１５…塗料配管
１６…塗料ポンプ
１７…ハウジング
１８…ニードル
Ｐ…塗料

Claims (10)

1. 塗料の流路を有するノズルと、
   前記流路を流れる塗料の圧力を変動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える塗料吐出装置において、
   前記流路は、分岐部において複数の流路に分かれている塗料吐出装置。
2. 前記分岐部において分かれた流路と、前記分岐部において分かれる前の流路との成す角度は、９０°以上、１８０°未満である請求項１に記載の塗料吐出装置。
3. 前記分岐部において分かれた流路は、先端部において合流する請求項１又は２に記載の塗料吐出装置。
4. 前記分岐部において分かれ前記先端部において合流する流路は、当該流路の正面視において、円環形状、四角形状、ひし形状又は楕円形状である請求項３に記載の塗料吐出装置。
5. 前記分岐部において分かれた流路のうち先端部側の流路の曲率は、前記分岐部側の流路の曲率より小さい請求項１～４のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。
6. 前記分岐部において分かれた複数の流路の断面積の合計は、前記分岐部の上流側の流路の断面積以下である請求項１～５のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。
7. 前記分岐部において分かれた複数の流路の断面積、流路の長さ及び流路の曲率は、互いに等しい請求項１～６のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。
8. 前記アクチュエータは、前記分岐部において分かれた複数の流路の全部を同時に圧縮する請求項１～７のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。
9. 前記アクチュエータは、前記分岐部において分かれた複数の流路を挟んで一対設けられている請求項８に記載の塗料吐出装置。
10. 少なくとも先端が前記分岐部の上流側の流路に配置され、当該先端が前記分岐部に向かって軸方向に移動可能に設けられたニードルをさらに備え、
    前記アクチュエータは、前記ニードルを前記軸方向に進退移動させる請求項１～７のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。