JP2976169B2 - 粘性材料の塗布装置 - Google Patents

粘性材料の塗布装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接着剤やシーリング剤
等の粘度の高い粘性材料の塗布装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボット等に搭載される塗布ヘッ
ドにポンプによって粘性材料を供給し、塗布ヘッドに設
けたノズルのノズル孔から粘性材料を吐出させてワーク
に塗布するようにした塗布装置が知られている。かかる
塗布装置における吐出流量の制御方式としては、特開平
3−16675号公報に見られるように、回転速度に応
じた流量の粘性材料を供給する定容積形のポンプを用い
て、ポンプの回転速度により流量制御を行うポンプ制御
方式と、塗布ヘッドに圧力調整弁とその下流側の吐出圧
力を検出する圧力センサとを設けて、吐出圧力が設定流
量に対応する値になるように圧力センサの出力信号に基
いて圧力調整弁をフィードバック制御する圧力制御方式
とがある。ところで、粘性材料は温度変化によって粘度
が大きく変化し、吐出圧力が一定であっても粘度によっ
て粘性材料の吐出流量が変化するため、圧力制御方式の
ものにおいて、粘性材料の粘度を検出し、粘度の増加に
応じて圧力調整弁を開き側に駆動して吐出圧力を高め、
粘度増加による吐出流量の減少を補償するようにしたも
のも知られている(特開平5−293413号公報参
照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した圧力制御方式
のものは、塗布ヘッドのノズル外周に吐出圧力を検出す
る圧力センサを設ける必要があって、ワークの入り組ん
だ部位にノズルを臨ませる際に圧力センサがワークに干
渉し易く、入り組んだ部位に粘性材料を塗布することが
困難になる。これに対し、ポンプ制御方式ではノズルに
圧力センサを設ける必要がなく、且つ、粘度変化による
流量への影響が少なく、有利である。ところで、ワーク
に塗布された粘性材料のビートBは、通常、図4(a)
に示す如く、断面略長方形になるが、粘性材料の温度が
上昇して粘度が減少すると、図4(b)に示す如くへこ
みが大きくなって、所定の管理形状のビードBが得られ
なくなる。本発明は、以上の点に鑑み、ポンプ制御方式
を採用してワークの入り組んだ部位にも粘性材料を塗布
し得るようにし、更に、粘性材料の温度が変化してもビ
ード形状を一定に維持し得るようにした塗布装置を提供
することをその目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、ポンプから塗布ヘッドに粘性材料を供給し、
塗布ヘッドに設けたノズルのノズル孔から粘性材料を吐
出させるようにした粘性材料の塗布装置であって、ポン
プを回転速度に応じた流量の粘性材料を供給する定容積
形ポンプで構成して、ポンプの回転速度により粘性材料
の流量を制御するものにおいて、塗布ヘッド内のノズル
孔より上流側の流路部分の流路面積を可変して粘性材料
のせん断速度を調整するせん断速度調整手段と、塗布ヘ
ッドに供給される粘性材料の温度を検出する温度検出手
段と、粘性材料の温度に応じてせん断速度調整手段を駆
動して粘性材料の粘度を調整する制御手段と、を備える
ことを特徴とする。この場合、粘性材料の流量の変更に
よるせん断速度の変動を生じないように、流量に応じて
せん断速度調整手段の駆動量を補正し、更には、粘性材
料の温度とせん断速度調整手段の駆動量とに応じてポン
プの回転速度を補正することが望ましい。
【0005】
【作用】口径dの流路に流量Qで流れる流体のせん断速
度Eは、 E=16/3・Q/πd3・105 … (1) で表わされる。塗布ヘッドに供給される粘性材料が低温
のときにはせん断速度調整手段により流路面積を狭めて
せん断速度を大きくし、粘性材料の内部摩擦による温度
上昇でせん断速度調整手段の下流側における材料温度が
適温になるようにする。そして、塗布ヘッドに供給され
る粘性材料の温度が上昇したときには流路面積を広げて
せん断速度を小さくする。これによれば、粘性材料の内
部摩擦による温度上昇が抑制されて、せん断速度調整手
段の下流側における材料温度が低温時と同様に適温に保
たれ、かくて塗布ヘッドへの粘性材料の供給温度が変化
してもノズル孔からの吐出温度、即ち、粘度はほぼ一定
となり、粘度低下でビードがへこむといった不具合は生
じない。また、粘性材料の流量が変更されたとき、その
ままではせん断速度が変化してノズル孔からの吐出温度
も変化するため、流量が増量されたときはせん断速度調
整手段により流路面積を拡大し、流量が減量されたとき
は流路面積を縮小して、せん断速度が一定に維持される
ようにする。また、粘性材料が低温で粘度が高くなった
り、せん断速度調整手段の駆動で流路面積が縮小される
と、ポンプの吐出負荷が増してポンプの内部リークによ
り流量が減少するため、粘性材料の温度が低くなったり
流路面積が縮小されたときはポンプの回転速度を上昇さ
せて、流量を一定に維持する。
【0006】
【実施例】図1は自動車車体等のワークに粘性材料たる
シーリング剤を塗布する塗布装置の概要を示しており、
ロボット1の手首1a先端のツールホルダ1bに取付け
た塗布ヘッド2にタンク3からポンプ4を介してシーリ
ング剤を供給している。
【0007】ポンプ4はその回転速度に応じた流量のシ
ーリング剤を供給する定容積形のポンプ、例えば、ギア
ポンプで構成されており、ポンプ4の駆動モータ4aを
制御するコントローラ5にロボットコントローラ6から
塗布ヘッド2の現在位置や移動速度を表わすデータを伝
送し、ワークの各塗布部位や塗布ヘッド2の移動速度に
応じて予め設定されている、コントローラ5に記憶させ
た流量設定データから現時点で吐出すべきシーリング剤
の設定流量を検索し、コントローラ5によりポンプ4の
回転速度を制御して塗布ヘッド2に設定流量のシーリン
グ剤を供給するようにしている。尚、駆動モータ4aを
大容量のものとしておけば、ポンプ4の吐出負荷が増加
しても駆動モータ4aへの印加電圧に応じた一定速度で
ポンプ4を回転でき、そのため本実施例ではコントロー
ラ5により設定流量に応じた電圧を駆動モータ4aに印
加してポンプ4の回転速度を制御しているが、ポンプ4
の回転速度を検出してフィードバック制御を行うように
しても良い。
【0008】塗布ヘッド2は、図2に示す如く、先端に
ノズル20を取付けたヘッド本体21と、ヘッド本体2
1の基部側面に取付けたバルブブロック22とを備えて
おり、塗布ヘッド2をバルブブロック22において前記
ツールホルダ1bに取付けた。
【0009】バルブブロック22には、シーリング剤の
流入ポート23と、該ポート23に連なるヘッド本体2
1内の弁孔24aを開閉する開閉弁24の弁杆24bに
連結される開閉シリンダ24cとが設けられており、開
閉弁24を開いたときに、流入ポート23からヘッド本
体21内の流路にシーリング剤が流れて、ノズル20の
先端のノズル孔20aからシーリング剤が吐出される。
【0010】ヘッド本体21には、ノズル孔20aより
上流側の流路部分の流路面積を可変してシーリング剤の
せん断速度を調整するせん断速度調整手段7が設けられ
ている。該調整手段7は、ノズル20に挿入可能なテー
パー付きのニードル70と、ヘッド本体21の尾端に取
付けた、ニードル70をこれに一体のロッド71を介し
て進退する駆動源72とで構成されている。駆動源72
としては、リニアモータや、ソレノイドや、ねじ機構を
介してニードル70を進退するモータ等を用いることが
できる。ニードル70を進退すると、ノズル20の流入
端20bの流路面積が変化し、流入端20bにおけるシ
ーリング剤のせん断速度が上記(1)式に従って変化す
る。ニードル70の前進端位置(図2に仮想線で示す位
置)では、ニードル25aの尾端の最大径部が流入端2
0bに挿入されて、流路面積がノズル孔20aの開口面
積よりより小さくなり、ニードル70の進退で流路面積
を広範囲に可変できる。図中25は前記弁杆24bやロ
ッド71の挿通箇所からの液洩れを防止すべく設けたV
パッキンである。
【0011】図3はシーリング剤(ペンギンシール15
93,サンスター技研株式会社製)のせん断速度に対す
る粘度の変化特性を示しており、図中a線はシーリング
剤の供給温度が20℃のときの変化特性、b線は供給温
度が30℃のときの変化特性、c線は供給温度が35℃
のときの変化特性である。せん断速度を増加すると、シ
ーリング剤の内部摩擦による温度上昇で粘度が低下し、
かくて粘度が一定になるようにせん断速度を調整すれ
ば、即ち、図3でVsが目標粘度であるとして、せん断
速度を供給温度が20℃,30℃,35℃のとき夫々図
3のEa,Eb,Ecになるように調整すれば、シーリ
ング剤の供給温度が変化してもノズル孔20aからの吐
出温度は一定になる。
【0012】そこで、本実施例では、前記コントローラ
5に粘度を目標値に維持するのに必要な各温度における
せん断速度の設定値をデータテーブルとして記憶させて
おき、塗布ヘッド2の上流側の配管系路に図1に示す如
く該ヘッド2に供給されるシーリング剤の温度を検出す
る温度センサ8を設けて、該センサ8の出力信号をコン
トローラ5に入力し、温度センサ7で検出されたシーリ
ング剤の供給温度に対応するせん断速度の設定値を検索
し、コントローラ5により前記駆動源72を制御してせ
ん断速度をこの設定値にすべくニードル70を進退調整
するようにした。
【0013】尚、せん断速度は上記(1)式の如く流量
によっても変化し、そこで現時点での供給温度に対応す
るせん断速度の設定値をEn、現時点の流量をQnとし
て、ノズル20の流入端20bの流路面積が、次式 d3=16/3・Qn/πEn・105 … (2) を満足する口径dに相当する面積になるようにニードル
70を進退調整するものとした。
【0014】以上の構成によれば、シーリング剤の供給
温度が変化しても、また、流量が変化しても、ノズル孔
20aからシーリング剤が所望の一定温度で吐出され、
ワークに塗布されるシーリング剤のビードBを図4
(a)に示す所要の形状に維持できる。
【0015】尚、ポンプ4の回転数が一定でも吐出負荷
が増すとポンプ4内でのリーク量が増して流量が減少す
る。ここで、吐出負荷はシーリング剤の温度変化による
粘度の変化やせん断速度調整手段7による流路面積の変
化によって変化するが、シーリング剤の温度は温度セン
サ8によって検出され、また、流路面積はコントローラ
5からの指令によって制御されるから、コントローラ5
において吐出負荷を知ることができる。そこで、本実施
例では、コントローラ5により吐出負荷に応じたポンプ
4の回転速度補正を行って、設定流量のシーリング剤を
塗布ヘッド2に供給し得るようにした。
【0016】以上、シーリング剤の塗布装置に本発明を
適用した実施例について説明したが、本発明は接着剤等
の他の粘性材料の塗布装置にも適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ノズル外周に圧力センサを取付ける必要がな
いため、ワークの入り組んだ部位にも粘性材料を塗布で
きると共に、粘性材料の供給温度が変化しても、ノズル
孔からの吐出温度を一定に維持して、粘性材料を所要の
ビード形状で正確に塗布できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明装置の一例を示す概略線図
【図2】 その塗布ヘッドの拡大截断面図
【図3】 せん断速度に対する粘度の変化特性を示すグ
ラフ
【図4】 (a)正常なビード形状を示す図、(b)粘
度が低下したときのビード形状を示す図
【符号の説明】
2 塗布ヘッド 20 ノズル 20a ノズル孔 4 ポンプ 5 コントローラ(制御手段) 7 せん断速度調整
手段 8 温度センサ(温度検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 博文 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−8876(JP,A) 特開 平5−168996(JP,A) 特開 昭63−299191(JP,A) 実開 昭63−71574(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B05C 5/00 - 5/02 B05D 1/26 B05D 7/24 301 B05C 11/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポンプから塗布ヘッドに粘性材料を供給
    し、塗布ヘッドに設けたノズルのノズル孔から粘性材料
    を吐出させるようにした粘性材料の塗布装置であって、
    ポンプを回転速度に応じた流量の粘性材料を供給する定
    容積形ポンプで構成して、ポンプの回転速度により粘性
    材料の流量を制御するものにおいて、 塗布ヘッド内のノズル孔より上流側の流路部分の流路面
    積を可変して粘性材料のせん断速度を調整するせん断速
    度調整手段と、 塗布ヘッドに供給される粘性材料の温度を検出する温度
    検出手段と、 粘性材料の温度に応じてせん断速度調整手段を駆動して
    粘性材料の粘度を調整する制御手段と、 を備えることを特徴とする粘性材料の塗布装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、粘性材料の流量の変更
    によるせん断速度の変動を生じないように、流量に応じ
    てせん断速度調整手段の駆動量を補正することを特徴と
    する請求項1に記載の粘性材料の塗布装置。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は粘性材料の温度とせん断
    速度調整手段の駆動量とに応じてポンプの回転速度を補
    正することを特徴とする請求項1又は2に記載の粘性材
    料の塗布装置。
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JP5626783B2 (ja) * 2009-09-25 2014-11-19 住友重機械工業株式会社 塗布装置および塗布制御装置
EP4029612A1 (en) * 2019-09-12 2022-07-20 Osaka University Coating apparatus and coating method
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