JP3691456B2

JP3691456B2 - マーキング装置

Info

Publication number: JP3691456B2
Application number: JP2002157447A
Authority: JP
Inventors: 謙二松本; 直樹斎藤
Original assignee: Marktec Corp
Current assignee: Marktec Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003080133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペイント、インクなどを噴射する小型で高速のマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマーキング装置は特開平２−１３１１６４号公報に記載されている。このマーキング装置の縦断面図を図４に示す。この装置は、駆動部１００とマーキングヘッド部１１０とからなる。駆動部１００は、固定鉄心１０１と、この固定鉄心と縦軸線方向に間隙を置いて隣接する可動鉄心１０２と、これらの鉄心の周りのソレノイドコイル１０３とからなる。この駆動部１００を保持する鉄心ホルダ１０４にマーキングヘッド１１０がヘッドホルダ１１１を介して取り付けられている。このヘッドホルダ１１１の内部には、可動鉄心１０２から連結ロッド１１２が延びており、この連結ロッドの先端に固定された弁体１１３が弁座１１４に着座するようになっている。ヘッドホルダ１１１内に、弁体１１３の右側の円筒状空間が圧力液体充満部１１７を形成しており、この圧力液体充満部１１７に連通する液体供給孔１１８を有する。弁座１１４の中心のノズル入口は縦軸線に沿って延びる噴射ノズル１１５と連通している。弁体１１３と可動鉄心１０２の間で、連結ロッド１１２には円錐ばね１１６の小径側が固定されかつ大径側が鉄心ホルダ１０４に固定されている。したがって、常時円錐ばね１１６で付勢された弁体１１３により弁座のノズル入口が閉じられている。ソレノイドコイル１０３に電流が流れると、可動鉄心１０２が円錐ばね１１６の力に抗して吸引されて弁体１１３が引き上げられて開弁する。これにより、圧力液体が噴射ノズル１１５を通って噴射される。
【０００３】
しかしながら、ソレノイドコイル１０３に電流を流して可動鉄心１０２を吸引したときに、可動鉄心１０２が固定鉄心１０１に突き当たり、騒音を発生していた。また、円錐ばねの復帰力により可動鉄心１０２、したがってこれに固定された弁体１１３が一定の位置に戻るので、噴射すべき液体の圧力が変動して大きくなればなるほど、液体の吐出量が増大し、液体の圧力が小さくなれば、液体の吐出量が減少し、その結果ドットの径が変化してしまい、印字の品質が低下していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液体圧力が変動しやすい環境下にあっても、常に安定したドットをマーキングすることができる、ペイント、インクなどを噴射するためのマーキング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明により、前記弁体を円柱状に形成すると共に、前記弁ハウジング内に弁体が隙間をもって摺動自在に嵌合する円筒孔状のガイド部を形成し、前記ガイド部と弁体の間の隙間は、可動鉄心がソレノイドにより吸引されて、可動鉄心に連結された弁体が開弁したときに、圧力液体充満部から前記ガイド部の隙間を通ってノズル入口側へ高速で流れる液体の力により前記弁体が前記弁座を閉じる方向に連行されるような微小隙間であることを特徴とするマーキング装置により解決される。
【０００６】
また、前記弁体とガイド部の圧力損失が、ノズル部の圧力損失の０．３〜３倍であることが適当である。
【０００７】
前記ガイド部の微小隙間は、 20 〜50μm が適当である。ガイド部の長さは、ノズル長さが５mmの場合に、１〜２０mmが適当である。
【０００８】
請求項１に記載の機械的な構成要素の条件に加えて、ソレノイドコイルへの通電時間を 0.02 〜２.00 ms の間にしたときに、可動鉄心が固定鉄心に触れない範囲で動くような電流値を設定するようにコイル電流を制御することも本発明の重要な要素である。これにより、可動鉄心と固定鉄心の衝突による騒音がなくなるとともに、ペイント圧力の変化により可動鉄心の移動量が変化する。
【０００９】
また、弁体が開いたときにガイド部隙間を流れる圧力液体の流速により弁が閉じられるので、復帰ばねは必須ではないが、圧力液体充満部の液体の元圧が高ければ（0.5 MPa 以上) 、前記連結ロッドに沿って可動鉄心を支える程度に弱いばね力の、例えば１０ｇの可動鉄心復帰ばねを設けることもできる。因みに、従来の復帰ばねのばね力は１２０ｇであった。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態により詳細に説明する。
【００１１】
図１に本発明によるペイントマーキング装置の縦断面を示す。図２は本発明の特徴を原理的に示す概略図である。
【００１２】
本発明によるマーキング装置は、駆動部１０とマーキングヘッド部２０とからなり、駆動部１０は、固定鉄心１１、可動鉄心１２、ソレノイドコイル１３からなり、これらは鉄心ホルダ１４に保持されている。
【００１３】
マーキングヘッド部２０は、ヘッドホルダ２１により鉄心ホルダ１４にボルトで結合されている。ヘッドホルダ２１の筒状部２２の孔には、弁ハウジング２３が嵌め込まれており、この弁ハウジング２３の中には、弁体２４の周面が微小隙間をもって嵌合するガイド部２５が設けられている。弁体２４と可動鉄心１２の間の空間は圧力ペイント充満部２６を形成し、圧力ペイント供給孔２７より圧力下のペイントが供給される。前記空間内には、一端で連結ロッド２８に固定されかつ他端で鉄心ホルダ１４の内壁に固定された、例えば１０ｇの弱いばね力のばね２９が設けられている。
【００１４】
弁ハウジング２３には、弁座３０が形成され、この弁座３０の中心のノズル入口３１を通って鉄心側と反対方向に噴射ノズル３２が延びている。弁ハウジング２３は、カラー３３を介してボルト３４によりヘッドホルダ２１に固定されている。
【００１５】
弁体２４の外周面とガイド部２５の内周面の間の隙間は微小隙間であり、この微小隙間は、ソレノイドに電流を流すことにより可動鉄心１２が吸引されて引き上げられて開弁したときに、可動鉄心１２に連結ロッド２８を介して連結された弁体２４が、圧力ペイント充満部２６から弁体２４とガイド部２５の間の隙間を高速で流れる圧力ペイントの力により弁座３０のノズル入口３１を閉じる方向に連行されるような微小隙間である。
【００１６】
なお、弁体２４の先端を半球状に形成しかつ弁座３０を円錐形状にくぼませて形成することもできる。
【００１７】
このようなマーキングヘッド部２０を備えたマーキング装置の作用を説明する。
【００１８】
弁体２４と可動鉄心１２の間の空間は、ペイント供給口２７から矢印のように圧送された圧力ペイントが充満しており、圧力液体充満部２６を形成している。ソレノイドコイル１３に電流を流すと、可動鉄心１２が引き上げられるので、これに連結された弁体２４も引き上げられて、開弁する。これにより、ノズル入口３１が開き、圧力液体充満部２６内のペイントが弁体２４の外周面とガイド部２５の間の微小隙間Ｄ、例えば２０μm の隙間を高い流速で流れて、ノズル入口３１に流れ込み、ノズル３２を通って噴射される。この場合、ノズル入口３１にかかるペイント圧力Ｐ１によりペイント吐出速度が決定される（図２参照）。上記のように、開弁したときに弁体２４とガイド部隙間Ｄを流れるペイントの力により、弁体２４がノズル入口３１に向かって弁を閉じる方向に連行されるが、後述するように可動鉄心１２、したがって弁体２４を閉じる力がソレノイドの吸引力とバランスして一定のノズル隙間（図２参照）を置いて弁体２４、したがってこれと連結された可動鉄心１２が中間停止する。これにより、可動鉄心１２が固定鉄心１１に触れることがないので騒音が発生しない。ソレノイドコイル１３の電流が切れると、吸引力がなくなり、ガイド部隙間Ｄを流れるペイントの力により弁体２４がノズル入口３１を閉じる。
【００１９】
ここにおいて、ソレノイドコイル１３に電流が流れて可動鉄心１２を吸引して開弁した状態で、ペイント元圧Ｐ０が変動した場合を考える（可動鉄心の可動域は非常に小さいので、簡単のため可動鉄心の位置によりソレノイドの吸引力が変化しないと考える）。
【００２０】
ペイント元圧Ｐ０が増加すると、ガイド部２５と弁体２４の間の隙間（以下ガイド部隙間Ｄと呼ぶ）を流れる流速も増大する。すると、弁体２４を閉じようとする力が増えるため、弁体２４が閉じ始める。しかし、弁体２４が閉じるほど、ノズル隙間の流体抵抗が増すため、ガイド部隙間を流れるペイントの流速が遅くなる。そして吸引力が一定と考えた場合、ノズル入口３１の圧力がＰ１になったところで、再びガイド部隙間Ｄの流速により弁体２４を閉じる力がソレノイドの吸引力とバランスするため、弁体２４は移動しなくなり、結局ペイントの吐出速度は変化しないことになる。ここでノズル入口３１の圧力がＰ１になると、バランスが取れると説明したが、これは次の理由による。実際に、ソレノイドの吸引力とバランスしているのは、ガイド部隙間Ｄの流速による力である。ところが、マーキングヘッド部内を流れるペイントの流量はノズル入口３１の圧力で決まるため、ガイド部隙間Ｄの流速もノズル入口３１の圧力で決まることになる。このため、結局ノズル入口の圧力であるＰ１とソレノイドの吸引力がバランスしているのと同じことになる。
【００２１】
ペイント元圧Ｐ０が減少する場合は、増加する場合とは逆に、ガイド部隙間Ｄの流速が減少し、弁体２４の位置がノズル入口３１から上がることでノズル隙間がより開いて、その結果ノズル入口のペイント圧力が増加する。ノズル入口のペイント圧力がＰ１と同じ圧力に戻るまで増加することでペイント吐出速度が一定に保たれる。
【００２２】
上記のように、ガイド部と弁体の隙間Ｄを非常に小さくすることにより、ペイントの圧力変動に対して可動鉄心、すなわち弁体の位置にフィードバックがかかる。この効果により、ノズル入口のペイント圧力が一定に保たれるので、ペイント吐出速度が一定となり、ドット径の安定したマーキングを行うことができる。
前述した機械的条件に加えて、ソレノイドコイルへの電流値を限定することも重要である。すなわちソレノイドコイルへの通電時間を長くとり、吸引力をかせぐ方法もあるが、この方法は、ペイント圧力の変動により可動鉄心を引き上げる力が変化しすぎるので、ソレノイドへの通電時間を比較的短く、すなわち 0.02〜２.00 msの間としたときに可動鉄心が固定鉄心に触れない範囲で動くような電流値を設定すればよい。
【００２３】
図３は、ノズル直径１２０μm 、ガイド部隙間２０μm の寸法を有する本発明によるマーキング装置に粘度２２cPのペイントを用いて、ペイント圧力が０．２ MPaから１ MPaまで変動したときの吐出量を測定した結果を示すグラフである。ペイントの吐出圧力が変化してもペイントの吐出量はほとんど変わらないことが分かる。
従来の技術では、ペイント圧力が変動するとドット径が変化してしまうためペイント圧力を一定に保つ必要があった。ガスの圧力によりペイントを供給するエアゾール方式では使用とともに圧力が低下してしまうので、これを使用することができず、ペイントの加圧にはポンプが用いられていた。しかしポンプをペイント供給手段として利用するには、ポンプならびにポンプを制御するための装置が必要であり、マーキング装置の小型化、低価格化の妨げとなっていた。本発明のマーキング装置ではペイント圧力を一定に保つ必要がなくなるため、ペイント供給手段としてエアゾール方式の採用が可能となり、マーキング装置の小型化、低価格化を実現することができる。
また通常のマーキング装置においては、ペイント内の顔料等が沈降してペイント吐出用ノズルが目詰まりを起こさないように、ペイントの循環を行っている。上記エアゾール方式のペイント供給手段を使用した場合、こうしたペイントの循環は行えないため、長期間マーキングを休止した場合ノズルの目詰まりが起こりやすくなる。そこで、この場合にはペイント配管の一部をループさせることで、ヘッド内部で沈降するペイントの量を減らすことができる。
図５に示すようにエアゾールペイント缶（４１）は、ループしているペイント配管ループ（４２）によってマーキング装置のペイント供給口と連結される。ループはマーキングヘッド部の近傍に設置することが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のマーキング装置では、ソレノイドコイルに電流を流すことにより可動鉄心に連結した円柱状弁体が弁座のノズル入口から引き上げられて開弁したときに、圧力液体充満部から弁体と弁体の周りのガイド部との間の微小隙間を通って高速で流れる圧力液体の力により弁体を閉じる方向に連行するように構成し、ペイント圧力が変動する場合、ペイント圧力が増加すれば、ガイド部隙間のペイント流速が増すため、可動鉄心、したがって弁体を閉じようとする力が強くなり、弁体先端とノズル入口の距離（ストローク）が短くなる。逆にペイント圧力が減少すると、ストロークが長くなる。このストロークは短いほど流体抵抗が大きく、長いほど流体抵抗が小さくなるため、可動鉄心、したがって弁体が圧力変動に合わせたストロークをとることで、ほぼ一定の流速を得ることができる。その結果、ペイント圧力が変動しやすい環境下にあってもドット径の安定したマーキングを行うことができる。
【００２５】
このとき同時に、ペイント圧力の変動によりソレノイドが可動鉄心を引き上げる力が変化しないように、ソレノイドへの通電時間を 0.02 〜２.00 ms の間に限定したときに、可動鉄心が固定鉄心に触れない範囲で動くような電流値を設定すれば、可動鉄心と固定鉄心は衝突せず、圧力変動に合わせたストロークを取ることが可能になる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマーキング装置の縦断面図である。
【図２】本発明によるマーキング装置の作用を説明する原理図である。
【図３】本発明によるマーキング装置のペイント圧力と吐出量の関係を測定した実験結果を示す図である。
【図４】従来のマーキング装置の縦断面図である。
【図５】ペイント供給手段の接続を示す図である。
【００２７】
【符号の説明】
１０駆動部
１１固定鉄心
１２可動鉄心
１３ソレノイドコイル
２０マーキングヘッド部
２３弁ハウジング
２４弁体
２５ガイド部
２６圧力ペイント充満部
２７ペイント供給孔
２８連結ロッド
２９ばね
３０弁座
３１ノズル入口
３２噴射ノズル
４１エアゾールペイント缶
４２配管ループ
４３マーキングコントローラー
４４マーキング装置本体
Ｄガイド部と弁体の間の隙間

Claims

固定鉄心、これに間隙を置いて縦軸線方向に隣接する可動鉄心、これらの鉄心の周りのソレノイドコイルからなる駆動部と、この駆動部と縦軸線方向に隣接するマーキングヘッド部とを備え、このマーキングヘッド部は、前記可動鉄心に連結ロッドを介して連結された弁体と、この弁体が着座する弁座を有する弁ハウジングと、前記弁座の中心にあるノズル入口から縦軸線に沿って延びるノズルと、前記弁体と可動鉄心の間の空間に形成された圧力液体充満部とからなる、ペイント、インクなどを噴射するためのマーキング装置において、
前記弁体を円筒状に形成すると共に、前記弁ハウジング内に弁体が隙間をもって摺動自在に嵌合する円筒孔状のガイド部を形成し、前記ガイド部と弁体の間の隙間は、可動鉄心がソレノイドにより吸引されて、可動鉄心に連結された弁体が開弁したときに、圧力液体充満部から前記ガイド部の隙間を通ってノズル入口側へ高速で流れる液体の力により前記弁体が前記弁座を閉じる方向に連行されるような微小隙間であること、前記弁体とガイド部の圧力損失が、ノズル部の圧力損失の０．３〜３倍であること、及び前記ガイド部隙間は 20 〜 50 μ m であることを特徴とするマーキング装置。
ソレノイドへの通電時間を 0.02 〜２.00 ms の間にしたときに、可動鉄心が固定鉄心に触れない範囲で動くような電流値を設定したことを特徴とする請求項１に記載のマーキング装置。
前記連結ロッドに沿って可動鉄心を支える程度に弱い力の可動鉄心復帰ばねを設けたことを特徴とする請求項１に記載のマーキング装置。
ペイントなどの供給手段として、加圧されたエアゾールペイント缶を備える請求項１記載のマーキング装置。
エアゾールペイント缶とペイントなどの供給口とを接続するペイント配管がループしており、もってペイントの沈降を防ぐことのできる請求項４記載のマーキング装置。