JP3657619B2 - 光学式スプレー塗装最適化装置及び方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、スプレー塗装装置に関し、特に、塗料使用効率を向上させ、塗料の浪費を低減させることが可能な光学式塗装最適化装置及び方法に関する。
発明の背景
スプレー塗装ガンは、ノズルから塗料を圧縮空気と共に被塗装面へスプレーする。被塗装面の仕上がり品質を最適化するため、ノズルを、塗装面に接近し過ぎないように配置することが重要である。ノズルが塗装面に接近し過ぎると、たれと共に不均一なウェットフィルムが生ずる。被塗装面上の塗料被覆は、均一かつ全表面を完全に覆うのに十分な厚さを有することが望ましい。塗料被覆の品質及び均一性は一般にはスプレーノズルと塗装面との間の距離が増加するほど向上する。
一方、ノズルと塗装面との間のスプレー距離が最適スプレー距離よりも相当量大きくなることも望ましくない。スプレー距離が大きくなり過ぎると、過剰スプレーや塗装のつやびけの原因となり、あるいは、被塗装面への塗料の塗着効率を減少させることになる。ノズルを塗装面から離し過ぎると、適正な塗装被覆のために十分なウェットフィルムを形成するのに必要な塗装回数が増大するのみならず、環境上の規制を満足させるためのコストが増大することにもなる。高いレベルの過剰スプレーやたれは、スプレー塗装室から漏出し得る揮発性有機化合物量を増大させると共に、スプレー塗装システムの空気濾過システムにより処理されなければならない危険廃棄物量を増大させる。
使用されるスプレー塗装装置のタイプ（例えば、従来の圧縮空気式塗装装置、静電塗装装置など）、使用される塗料のタイプ、及び、起こり得るその他の要因によって、ノズルと塗装面との間の最適距離は変化する。業界の幾つかの製造業者等は、種々の要因に基づいて何が最適スプレー距離と考えられるかについてのデータを公表している。種々の状況のそれぞれの下における最適スプレー距離についての知識があっても、スプレーガンを用いる人がノズルと被塗装面との間の距離を最適塗装距離に保持することは困難な場合があり、初心者には特に困難である。
スプレー塗装業界においては、一般に、最適スプレー距離は、スプレー塗装の連続する経路が50対50でオーバーラップする場合に、適正な塗装被覆のために十分なウェットフィルムが形成されるような距離であると考えられている。初心者にとって、あるいは、時には経験を積んだスプレー塗装者にとっても、簡明な50対50のオーバーラップが得られるような適正なスプレーパターンを維持することは困難である。
発明の概要
本発明は、光学、特に交差する光ビームを用いることにより、塗装面からスプレーノズルまでの距離を測定し、更に、スプレー塗装層の連続する経路を適正に位置決めして所望の50対50のオーバーラップを効果的に実現する。従って、本発明によれば、スプレー塗装の初心者及び経験者の双方が均一なウェットフィルムを実現する能力が向上されると同時に、スプレーノズルを塗装面から離し過ぎることにより生ずる非効率性及び環境的なコストが低減される。
本発明は、スプレー塗装ガン等のスプレー塗装装置に取り外し可能に装着され得る光学式スプレー塗装最適化装置である。本発明を、圧縮空気を用いる従前のスプレー塗装装置や、静電気を用いる塗装装置を含む他のタイプの装置と共に用いることが可能である。
光学系は、好ましくはダイオードレーザであるレーザを用いてビームを発生させる。レーザからのビームはビームスプリッタにより基準ビームと測定ビームとに分割される。基準ビームは、ビームスプリッタから前向きに、好ましくは、レーザから出射されたビームと同じ方向に伝搬する。測定ビームは、ビームスプリッタから調整可能反射ミラーに向けて伝搬する。測定ビームのビームスプリッタからの伝搬方向、すなわち、分割方向は、基準ビームが伝搬する前向き方向に対して垂直であることが好ましい。測定ビームが調整可能ミラーによって反射された後、反射測定ビームはミラーから伝搬し、収束点において基準ビームと交差する。基準ビームに沿った収束点の距離は、反射ミラーの姿勢を変化させることにより調整することができる。調整可能反射ミラーの制御ノブは、収束点をスプレー塗装装置のノズルから選択された距離に容易に位置決めすることができるように、目盛り付けされることが好ましい。従って、スプレー塗装装置の使用者は、収束点を塗装面上に位置決めすることにより、ノズルを塗装面から適正なスプレー距離に保持することができる。
基準ビームの被塗装面への照射点は、塗装中にノズルが向けられる経路の幅方向中央に位置することが望ましい。すなわち、塗料が被塗装面に沿った連続する水平経路にスプレーされる場合には、基準ビームはノズルの中心を通る水平面に位置すべきである。かかる構成によれば、使用者は、第１の経路に沿って塗料の第１の層をスプレーし、次に、基準ビームの照射点を第１の経路のエッジに合わせながら第２の経路に沿って塗料の第２の層をスプレーすることができる。このようにして、使用者は、初心者であろうと熟練者であろうと、50対50のオーバーラップを比較的正確に実現することができる。本発明は、初心者及び熟練者のスプレー塗装者を支援するのみならず、正しいスプレー塗装技術を教授するトレーニング装置として用いることもできる。本発明は、また、小さな部品に照準を合わせ、これにより、その部品を覆うのに必要な塗料の量を減少させるのに用いることもできる。
好ましい装置は、レーザへ伝送される電力の大きさを調整することによりレーザから出射されるビームの強度を調整する調整可能なパワー強度スイッチを含む。ビームは塗料及び塗装面の異なる色及びタイプに対して異なる相互作用を示すので、この特徴は有用である。
本発明の好ましい実施例は、手持ち型スプレー塗装ガンに取り付けられたバッテリー駆動ユニットを含む。スプレーガンが使用されていない場合にバッテリーからレーザ装置へのパワーを中断させる運動検出器スイッチが設けられる。
本発明の他の特徴及び利点は図面、図面の説明、及び請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る光学式スプレー塗装最適化装置を有するスプレー塗装装置の側面図である。
図２は、光学式スプレー塗装最適化装置の内部構成部品を示す断面図である。
図３は、図２の直線３−３に沿って切断した際の断面図である。
図４は、図１に示すスプレー塗装装置から選択された距離にあるレーザビーム収束点を説明する模式図である。
図５は、収束点のノズルからの距離が調整可能反対ミラーの姿勢を調整することにより変化され得ることを説明する図４と同様の模式図である。
図面の詳細な説明
図１は、光学式スプレー塗装最適化装置12を有する手持ち型スプレー塗装ガン10を示す。好ましい実施例において、光学式スプレー塗装最適化装置12はガン10の側部に取り付けられている。ガン10は、圧縮空気を用いて塗料をノズル14から、壁面16などの被塗装面又は被塗装物体へスプレーする。ノズル14からの塗料スプレーは図１に直線18a及び18bにより示されている。
光学式塗装最適化ユニット12は、２つの収束ビーム、すなわち、基準ビーム20及び測定ビーム22を出射する。光学ユニット12は、基準ビーム20が、ノズル14から到来するスプレーによっておおよそ画定される方向と同じ方向に伝搬するように、ガン10に取り付けられることが好ましい。換言すれば、基準ビーム20はガン10が向けられた方向と同じ方向に伝搬すべきである。基準ビーム20は、壁面16を照射位置において照射する。測定ビーム22は、基準ビーム20がユニット12から出射される位置28からオフセットした位置26において光学ユニット12から出射される。測定ビーム22はユニット12から伝搬し、基準ビーム20と収束点において交差する。図１において、収束点は照射点24と一致するものとして示されている。
光学ユニット12の頂部に設置された制御ノブ30は、測定ビーム22の伝搬方向を調整し、これにより、収束点24の位置、すなわち、測定ビーム22が基準ビーム20と交差する位置を移動させる。制御ノブ30は、好ましくは、使用者が、収束点24の基準ビーム20に沿ったユニット12からの距離を容易に選択できるように目盛り付けされている。こうして、使用者は、所望のスプレー距離を予め選択することができ、収束点24を面16上に位置決めすることにより、ノズル14の面16からの距離を予め選択されたスプレー距離に維持することができる。制御ノブ30が状況（すなわち、塗料のタイプや面のタイプなど）に対して適正に調整され、収束点24が面16上に位置するように、ガン10のノズル14が適切なスプレー距離に維持されたならば、塗着効率は最適化される。
使用者がガン10を移動させると、塗料スプレー18a及び18bは面16を経路に沿って塗装する。スプレーガン10が予め選択されたスプレー距離において用いられている場合に収束点24と一致する照射位置24は、塗装されることになる経路のほぼ中心に位置している。好ましい実施例において、基準ビーム20はノズル14の中心を通る水平面内に位置しており、この構成は、面16を水平に連続して塗装するうえで適当である。従って、照射位置24は、簡明な50対50のオーバーラップを得るのに有用である。50対50のオーバーラップを得るため、ユーザは、基準ビーム20の面16への照射位置24を前回の塗装経路のエッジに沿わせることにより画定される経路に沿って、連続した塗装層をスプレーすることができる。照射位置24は小さな物体に照準を合わせるうえでも有用である。
図２及び図３は、光学ユニット12をより詳細に示す。光学ユニット12は、レーザビーム34を出射するダイオードレーザ32を有している。レーザビーム34はビームスプリッタ36へ向けて固定された前向き方向に伝搬する。ビームスプリッタ36はダイオードレーザ32と同様に、ユニット12内部の固定位置にある。基準ビーム20は、ビームスプリッタ36から、レーザ32から出射されるビーム34と同じ固定された前向き方向に伝搬する。ビームスプリッタ36は、レーザ32から出射されるビーム34に対して45゜の角度で配置されている。このため、測定ビーム22となる分割ビームはビームスプリッタ36から基準ビーム20に対して90゜の角度で伝搬する。
ビームスプリッタ36からの分割ビームは、調整可能反射ミラー38に向けて伝搬する。調整可能ミラー38は、反射された測定ビーム22が調整可能ミラー38から、基準ビーム20が伝搬する方向及び測定ビーム22が反射ミラー38へ向けて伝搬する分割方向の双方を含む面内を伝搬するように、測定ビーム22を反射させる。
光学ユニット12の構成部品は、射出成形プラスティックハウジング40に、又は、その内部に取り付けられている。ハウジング40は、基準ビーム20及び測定ビーム22が通過する窓42を有している。一体のプラスティック製支持部44は、レーザダイオード32及びビームスプリッタ36を固定位置に保持している。支持部44は、レーザビーム20及び22の通過を可能とするトンネル46及び48を有している。ハウジング40は、必要に応じて、図３に示す如く、２つの部品40a及び40bから構成され得る。
反射ミラー38はバネ板48に取り付けられている。バネ板48は、好ましくは、取り付け部50、固定足部52、及び把持カップ54を有する弾性金属板である。固定足部52は、ハウジング40のスロット56内に固定されている。板48は、固定足部52と取り付け部50との間で屈曲している。取り付け部50はハウジングスロット56から、測定ビーム22のビームスプリッタ36からの好ましい分割方向に対して約45゜の角度で内向きに延びている。平面反射ミラー38は、取り付け部50に取り付けられており、同様に、分割方向に対してほぼ45゜となるように配置されている。
ばね板48の把持カップ54は、取り付け部50の端部に設けられている。ミラー38の正確な方向は、制御ノブ30を回転させることにより、矢印58で示される如く調整され得る。制御ノブ30は、把持カップ54と係合するねじ切り制御ピン60に接続されている。ばね板48は、制御ピン60による力に妨げられなければ制御ノブ30に向けて運動するように緊張されている。制御ノブ30が時計回り方向に回転されると、制御ピン60は後退し、これにより、ミラー38の位置は測定ビーム22がより鋭い角度で反射されるように変化する。換言すれば、制御ノブ30を時計回り方向に回転させると、基準ビーム20及び測定ビーム22の収束点24がユニット12により近い位置へ移動する（図４及び図５を参照）。
更に図２及び図３を参照するに、ダイオードレーザ32は、ハウジング40内に設置されたバッテリー62に貯蔵された電力により駆動される。好ましい実施例において、ダイオードレーザ32へ供給される電力の大きさは調整される。バッテリー62の陽極端子64は、ワイヤ68によりスイッチ66に接続されている。スイッチ66は、ユニット12のオン・オフスイッチである。スイッチ66が閉じられると、電力がワイヤ70を介してLED表示燈72に伝送される。LED表示燈72は、使用者に、スイッチ66がオン位置にあることを知らせる。LED表示燈72の陰極側はワイヤ76を介して直接バッテリー62の陰極端子74に接続されている。
スイッチ66が閉じられると、電力はワイヤ80を介して運動検出器スイッチ78にも伝送される。運動検出器スイッチ78が運動を検出すると、運動検出器スイッチ78の内部スイッチ閉じ状態に保持され、これにより、ワイヤ82を介して強度制御スイッチ86の入力端子84への電力伝送が可能とされる。運動検出器78が所定期間（例えば１分間）運動を検出しなければ、運動検出器スイッチ78の内部スイッチは開くことになり、これにより、ユニット12が動作しいない場合にバッテリー電力が節約される。
パワー強度スイッチ86は、強度制御スイッチの出力端子88から伝送される電力の強度を調整すべく回転される。パワー強度スイッチからの強度調整電力はワイヤ90を介してダイオードレーザ32の陽極端子92に伝送される。レーザ32の陰極端子94は、ワイヤ96を介して直接バッテリーの陰極端子74に接続されている。従って、レーザダイオード32から出射されるレーザビーム34の強度は、電力強度スイッチ86を回転させることにより調整され得る。このことは、レーザ32からのビームの強度によっては、ビームが、異なる色及びタイプの塗料、及び異なるタイプの塗装面に対して異なる相互作用を示す場合があるために重要となる。
窓42を通過するビーム20及び22の完全性を維持するため、塗料噴霧が窓42に蓄積するのを防止することが重要である。特に図１及び図２を参照するに、本発明の好ましい実施例において、窓42の前面をブローし、塗料噴霧から窓42を保護するエアカーテンが設けられる。エアカーテンは、窓42の僅か前方に設置され、ほぼ窓42のエッジに沿って延びるエアカーテンチューブ98により実現される。エアカーテンチューブ98は、その長さ方向に沿って一列に設けられた孔100を有する小径管である。孔100は、カーテンのエアの放出口となる。エア源からのエア流は、ユニット12に固定されたエアホース102を介してエアカーテンチューブ98に供給される。
ユニット12は、ガン10に固定されたブラケット104にボルト106で固定されることにより、ガン10に固定されている。ねじ切り取付具108をハウジング40の壁部の開口内に固定し、確実な取付構造を実現することもできる。
本発明の種々の均等、代替、変更が可能であり、これらは以下の請求の範囲の範囲に含まれるものと解されるべきである。

Claims (12)

1. ノズルを有し、該ノズルを通して塗料を面にスプレーするスプレー塗装装置において用いられる光学式スプレー塗装最適化装置であって、
   出射ビームを発生するレーザと、
   前記出射ビームを基準ビームと測定ビームとに分割するビームスプリッタと、
   前記測定ビーム及び前記基準ビームが、前記スプレー塗装装置の前記ノズルから選択された距離に位置決めされた収束点で収束するように、前記測定ビームを反射する調整可能ミラーとよりなる光学式スプレー塗装最適化装置。
2. 前記基準ビームの前記面への照射位置は、塗装中に前記ノズルが向けられる経路の幅方向ほぼ中央に配置された請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
3. 前記基準ビームは、前記ノズルの中心を通る水平面内に配置された請求項２記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
4. 前記レーザからの前記出射ビームは前向き方向に伝搬し、
   前記基準ビームは前記ビームスプリッタから前記前向き方向に伝搬し、
   前記測定ビームは前記ビームスプリッタから前記調整可能反射ミラーに向けて、前記前向き方向に対して垂直な分割方向に伝搬し、
   反射された前記測定ビームは、前記調整可能反射ミラーから、前記前向き方向及び前記分割方向の双方を含む平面内を伝搬する請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
5. 電源から電力を受け取り、強度が調整された電力を前記レーザへ伝送することにより前記出射ビームの強度を調整する調整可能パワー強度スイッチを更に備える請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
6. 前記レーザは直流電流電源により駆動され、
   該装置が所定期間運動しない場合に、前記レーザへの電源供給を中断させる運動検出器スイッチを備える請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
7. 調整されて前記反射ミラーの姿勢を変化させ、これにより、前記収束点の前記ノズルからの前記選択された距離を変化させ得る制御ノブを更に備える請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
8. 前記ノズルはスプレー塗装ガンの一部であ り、前記レーザ、前記ビームスプリッタ、及び前記調整可能反射ミラーを保持する容器を更に備え、該容器は、前記スプレー塗装ガンに前記ノズルに対する固定位置にて取り外し可能に取り付けられた請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。
9. 前記基準ビームは前記収束点に向けて伝搬する間に窓を通過し、前記測定ビームも前記反射ミラーから前記収束点に向けて伝搬する間に前記窓を通過し、
   エア源からエア流を受け取るエアホースと、
   前記窓の僅かに前方に配置され、ほぼ前記窓のエッジに沿って延びるエアカーテンチューブとを備え、
   該エアカーテンチューブは前記エアホースからエアを受け取ると共に、該チューブの長さ方向に沿った１又は２以上のエア出口を有し、エアのカーテンは該エア出口を通って放出され前記窓を塗料噴霧から保護する請求項１記載の光学式スプレー最適化装置。
10. ノズルを有し、該ノズルを通して塗料を面にスプレーするスプレー塗装装置において、前記ノズルを前記面から適正なスプレー距離に位置決めする方法であって、
    出射ビームを発生し、
    前記出射ビームを基準ビームと測定ビームとに分割し、
    前記基準ビームを固定方向に伝搬させ、
    前記伝搬される基準ビームを、前記調整可能な方向に伝搬される測定ビームと交差させて収束点を形成し、
    前記収束点が前記面上に照らされるように、前記ノズルを、塗装される前記面からスプレー距離に位置決めする、各段階よりなる方法。
11. 前記測定ビームが伝搬される方向を選択された量だけ調整することにより前記収束点の前記基準ビームに沿った位置を調整する段階を更に備える請求項10記載の方法。
12. 前記基準ビームが伝搬される前記固定前向き方向が、面が塗装される際に前記ノズルが向けられる経路のほぼ中心に位置するように、前記基準ビームの位置合わせを行い、
    第１の経路に沿って塗料の第１の層を塗装し、
    前記基準ビームの被塗装面への照射位置を前記第１の塗装経路のエッジに沿うように位置合わせすることにより画定された第２の経路に沿って、塗料の第２の層をスプレーする、各段階を更に備える請求項10記載の方法。

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