JP4316968B2 - 塗布機及びカートリッジ交換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、塗布材霧化機構が形成された機体に、塗布材充填用のカートリッジが着脱可能に装着される塗布機に関する。
自動車ボディの塗装では、有機溶剤を使用した塗料（塗布材）が主流であるが、環境保護及び公害防止の観点から、塗装工程において大量に発生する揮発性有機溶剤を削減することが要請されており、その対策として、水性塗料による塗装が注目を集めている。
水性塗料を無駄なく使用するためには、塗着効率の高い静電塗装機（塗布機）で塗装するのが好ましいが、水性塗料は電気抵抗が低く、塗料供給系を流れる塗料を介して静電塗装機の回転霧化頭とアース側が導通しやすいため、塗料供給系全体に絶縁対策を施して、回転霧化頭に印加される−６０〜９０ｋＶの高電圧がリークするのを防止しなければならない。
このため、従来は塗装機内に形成した塗料タンクに塗料を充填したり、塗装機に対して着脱可能に装着されるカートリッジに塗料を充填し、この塗料タンクやカートリッジから塗料を圧し出して塗装することにより、塗料供給系を電気的に遮断して、塗装機に高電圧を印加してもリークしないようにしている。
特開平２０００−３１７３５４号公報
ところで、カートリッジには、通常、自動車ボディ１台を塗装するのに必要な分の塗料しか充填されないため、塗装ライン上を搬送される先行の自動車ボディの塗装が終了してから、後続の自動車ボディが到来するまでの短い時間内に、カートリッジ交換を行わなければならず、このためカートリッジ交換は自動化されている。
正面に塗料霧化ヘッドが形成された機体の背面にカートリッジ装着部が形成された塗装機に対してカートリッジ交換を行う場合、従来は、装着部を上向にしてカートリッジ交換位置に位置決めされた塗装機に対して、その真上にカートリッジ交換ロボットのアームを進出させて使用済カートリッジを掴んで上方に抜き取り、所定の位置まで退避させて格納した後、新たなカートリッジを掴んで塗装機の真上に進出させ、これを下方に移動させて塗装機内に押込むことにより装着している。
すなわち、交換ロボットのアームは、少なくとも塗装機に装着されたカートリッジを抜き取ったり新たなカートリッジを押込んで挿脱するときと、塗装機から拭き取ったカートリッジを退避させたり新たなカートリッジを塗装機の真上に進出させるときとで、異なる方向に動かなければならないので、交換ロボットが大型化し、塗装ラインに沿って広い交換スペースを確保しなければならないという問題があった。
また、塗装ラインには塗色の異なる自動車ボディが混在して搬送されてくるので、カートリッジを交換するたびごとに塗装機を色替洗浄しなければならず、交換時間をより一層短縮することが要求されている。
しかし、抜き取った使用済カートリッジを格納してからでなければ、新たなカートリッジを装着することができないので、交換に時間がかかり、これを短時間に行おうとすれば、抜取用ロボットアームと装着用ロボットアームを別々に備えた交換ロボットが必要となり、ロボット自体が大型化するだけでなくコストが嵩むという問題があった。
そこで本発明は、極めて簡単且つ迅速に、狭いスペースでもカートリッジを交換することができるようにすることを技術的課題としている。
この課題を解決するために、本発明に係る塗布機は、塗布材霧化機構が形成された機体に、塗布材充填用のカートリッジが着脱可能に装着される塗布機において、前記機体に形成されたカートリッジ装着部には、その一端側から押込まれる新たなカートリッジを結合位置まで摺動案内すると共に、その新たなカートリッジにより押される使用済カートリッジを結合位置から他端側へ送り出すように摺動案内するガイドと、カートリッジ先端に形成された充填吐出口に対して相対的に進退して気密に結合されるジョイントが形成されたことを特徴としている。
また、本発明に係るカートリッジ交換装置は、塗布材霧化機構が形成された機体に、塗布材充填用のカートリッジが着脱可能に装着され、機体に形成されたカートリッジ装着部に、その一端側から押込まれる新たなカートリッジを結合位置まで摺動案内すると共に、その新たなカートリッジにより押される使用済カートリッジを結合位置から他端側へ送り出すように摺動案内するガイドと、カートリッジ先端に形成された充填吐出口に対して相対的に進退して気密に結合されるジョイントが形成された塗布機に対してカートリッジの交換を行うカートリッジ交換装置であって、カートリッジ交換時に所定の交換位置に位置決めされた塗布機に対して、交換しようとする新たなカートリッジを案内する押込ガイドと、塗布機から外されたカートリッジを案内する退避ガイドが、塗布機の装着部に形成されたガイドを挟んでその両端側に連続するように位置決めされると共に、押込ガイドに沿ってカートリッジを押し込むと共に退避ガイドに送り出されたカートリッジを回収するハンドリングユニットを備えたことを特徴としている。
本発明に係る塗布機によれば、装着部に形成されたガイドに沿って、その一端側から結合位置まで新たなカートリッジを押し込むと、塗布機に装着されていた使用済みのカートリッジが押されて結合位置から他端側へ摺動案内されて送り出されるので、使用済カートリッジの取り外しと新たなカートリッジの装着を１動作で同時に行うことができるという効果がある。
また、本発明に係るカートリッジ交換装置によれば、例えばストッカなどから取り出された新たなカートリッジをハンドリングユニットで押込ガイドに沿って押込んでいけば、その押込ガイドは塗布機のガイドの一端側に連続して形成されているので、新たなカートリッジが塗布機のガイドに乗り移ってそのまま塗布機に装着される。
このとき、塗布機から外されたカートリッジを退避させる退避ガイドは塗布機のガイドの他端側に連続して形成されているので、塗布機に装着されていたカートリッジが押込ガイドから押込まれてきた新たなカートリッジにより退避ガイド側へ押し出される。
すなわち、新たなカートリッジを装着するだけで使用済カートリッジが取外されるので、使用済カートリッジを取外す操作を行うまでもなく、新たなカートリッジを装着することができるという効果がある。
本例では、カートリッジの装着方向・取外方向を工夫して装着・取外しを１動作で行うことができるようにして、極めて簡単且つ迅速にカートリッジを交換するという目的を実現した。
図１は本発明に係る塗布機を静電塗装機に適用した例を示す説明図、図２はその断面図、図３は本発明に係るカートリッジ交換装置の一例を示す説明図、図４〜図６はカートリッジ交換動作を示す説明図である。
図１に示す静電塗装機（塗布機）１は、ロボットアームＲの先端に取り付けられ、正面に回転霧化頭（塗布材霧化機構）２が形成された機体３の背面側に、塗料（塗布材）充填用のカートリッジ４を装着する装着部５が形成されている。
そして、装着部５には、その一端側から押込まれる新たなカートリッジ４（４Ｎ）を結合位置まで摺動案内すると共に、その新たなカートリッジ４（４Ｎ）により押される使用済カートリッジ４（４Ｕ）を結合位置Ｐから他端側へ送り出すように摺動案内するガイド６が形成されている。
カートリッジ４は、その外形が略円柱形に形成され、塗装機１の装着部５と対向するカートリッジ４側の装着部７に、塗料充填吐出口８が形成されると共に、塗料吐出時に塗装機１から塗料圧出用作動流体の供給を受ける作動流体流入口９が形成され、左右両側には前記ガイド６に係合する案内溝１０が平行に形成されている。
なお、カートリッジ４の内部には、塗料と作動流体が混濁しないように、塗料充填吐出口８に連通する塗料バッグＢ１と、作動流体流入口９に作動流体バッグＢ２が装着されている。
そして、装着部５には、結合位置Ｐに位置決めされたカートリッジ４の塗料充填吐出口８及び作動流体流入口９に対して相対的に進退して気密に結合される塗料ポート１１及び作動流体ポート１２を有するジョイント１３が配されている。
本例では、ガイド６が進退することによりカートリッジ４をジョイント１３に対して係脱させるジョイント係脱機構１４を備えている。
このジョイント係脱機構１４は、回転霧化頭２を下向きにした状態でガイド６を上下方向（係脱方向）に進退させるエアシリンダ１５が設けられ、該エアシリンダ１５はロボットアームＲを介して供給されるエアにより駆動される。
なお、カートリッジ４の塗料充填吐出口８及び作動流体流入口９と、ジョイント１３の塗料ポート１１及び作動流体ポート１２には、係合時にのみ開成し、係合解除したときには閉成するバルブ機構８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａが設けられている。
したがって、図２に示すように、塗装機１をカートリッジ交換位置Ｐ１に位置決めしたときにジョイント係脱機構１４のエアシリンダ１５が伸長されると、ガイド６が上方に持ち上げられて、装着されているカートリッジ４とジョイント１３の係合が解かれる。
この状態で、交換しようとする新たなカートリッジ４Ｎをガイド６に沿って摺動案内させてその一端側から結合位置Ｐまで押込んでいけば、その新たなカートリッジ４Ｎにより押されて使用済カートリッジ４Ｕが結合位置Ｐから他端側へ送り出さる。
次いで、ジョイント係脱機構１４のエアシリンダ１５が収縮されると、ガイド６が降下して、新たなカートリッジ４Ｎがジョイント１３と係合し、塗装機１は塗装可能な状態になる
図３は本発明に係るカートリッジ交換装置の一例を示す。
このカートリッジ交換装置２１は、図１に示す塗装機１に対してカートリッジ交換を行うもので、カートリッジ交換時に交換位置Ｐ１に位置決めされた塗装機１に対して、交換しようとする新たなカートリッジ４Ｎを案内する押込ガイド２２が形成されたチャッキングテーブル２３と、塗装機１から外された使用済カートリッジ４Ｕを退避させる退避ガイド２４が形成された回収テーブル２５と、ストッカ２６から新たなカートリッジ４Ｎを取り出して押込ガイド２２に沿って押し込むと共に退避ガイド２４に送り出された使用済カートリッジ４Ｕを回収するハンドリングユニット２７を備えている。
チャッキングテーブル２３はカートリッジ交換位置Ｐ１とストッカ２６のカートリッジ取出位置Ｐ２に対して首振り可能に配されると共に、任意の高さに昇降されるリフト２８に取り付けられている。
また、回収テーブル２５は、押出ガイド２４がカートリッジ交換位置Ｐ１に位置決めされた塗装機１のガイド６に連続するように配されている。
したがって、塗装機１がカートリッジ交換位置Ｐ１に位置決めされた状態で、ジョイント係脱機構１４のエアシリンダ１５が操作されてカートリッジ４とジョイント１３が係脱される。
ストッカ２６は、複数のカートリッジ４…を一つずつ格納する格納スペースＳ１〜Ｓ８を等角的に形成したディスクＤ１〜Ｄ４を四段に配したタワー状に形成され、各格納スペースＳ１〜Ｓ８に予め設定されたアドレスが指定されたときに対応する格納スペースＳ１〜Ｓ８がカートリッジ取出位置Ｐ２に位置決めされるようにディスクＤ１〜Ｄ４が回転制御される。
アドレスは、例えば、ディスクナンバーｄ（＝１〜４）とスペースナンバーｓ（＝１〜８）の組み合わせ（ｄ、ｓ）で表わされ、ディスクナンバーｄにより高さが特定され、スペースナンバーｓによりカートリッジ取出位置Ｐ２にその格納スペースＳ１〜Ｓ８を位置決めする際の回転角が特定される。
ハンドリングユニット２７は、先端にカートリッジクランパ２９を備えたピストンロッド３０を該押込ガイド２２に沿って進退させるピストン３１が前記チャッキングテーブル２３に載置されて形成されている。
上述したチャッキングテーブル２３、回収テーブル２５、ストッカ２６及びハンドリングユニット２７は制御装置３２により駆動制御され、アドレス（ｄ，ｓ）が指定されたときに対応する格納スペースＳ１〜Ｓ８がカートリッジ取出位置Ｐ２に位置決めされるようにディスクＤ１〜Ｄ４が一体に回転されると共に、アドレスに対応するディスクＤ１〜Ｄ４の高さまでリフト２８によりチャッキングテーブル２３が上昇され、位置決めされた格納スペースＳ１〜Ｓ８に対してカートリッジ４（４Ｎ、４Ｕ）を出し入れするようにピストン３１が操作される。
そして、新たなカートリッジ４Ｎがチャッキングテーブル２３上に引き出されて押込みガイド２２に係合され、塗装機１がカートリッジ交換位置Ｐ１に位置決めされると、チャッキングテーブル２３がカートリッジ交換位置Ｐ１に側に向きを変える。
ここで、位置決めされた塗装機１に対してカートリッジ４Ｎを押込ガイド２２に沿って押し込むようにハンドリングユニット２７のピストン３１が操作されるので、塗装機１に装着されていた使用済カートリッジ４Ｕは回収テーブル２５の退避ガイド２４に送り出される。
その後、塗装機１がカートリッジ交換位置Ｐ１を離れると、退避ガイド２４に送り出された使用済カートリッジ４Ｕがクランパ２７で掴まれて押込ガイド２２上に載せ替えられ、装着時と逆の動作でストッカ２６に戻される。
なお、カートリッジ交換位置Ｐ１には、塗装機１の周面に形成された洗浄ポート１６に接続されて洗浄液及びエアを供給することにより塗装機１の内部洗浄を行う洗浄コネクタ３３、その洗浄液を回収する洗浄カバー３４が設けられている。
また、カートリッジ取出位置Ｐ２には、ストッカ２６から押込ガイド２２に載せ替えられた新たなカートリッジ４Ｎに対して塗料を充填する塗料充填コネクタ３５及びカートリッジ洗浄コネクタ３６が設けられている。
以上が本発明を適用した静電塗装機及びカートリッジ交換装置の一例であって次にその作用について図４〜図６を伴って説明する。
例えば、下から２番目のディスクＤ２の格納スペースＳ２に格納されていた赤色塗料充填用のカートリッジ４を塗装機１に装着して塗装しており、この塗装終了後に、下から３番目のディスクＤ２の格納スペースＳ５に格納されている白色塗料充填用のカートリッジ４に交換して塗装する場合について説明する。
まず、静電塗装機１で赤色塗料を塗装している間に、白色塗料充填用のカートリッジ４の格納スペースＳ５のアドレス（ｄ、ｓ）＝（２、５）が指定されると、制御装置３０によりディスクＤ１〜Ｄ４が一体に回転されて格納スペースＳ５がカートリッジ取出位置Ｐ２に位置決めされる（図４（ａ））。
次いで、ハンドリングユニット２７が操作されてリフト２８によりチャッキングテーブル２３がディスクＤ２の高さまで上昇されて、ピストンロッド３０が伸長されて格納スペースＳ５にあるカートリッジ４Ｎがクランパ２７により掴まれてチャッキングテーブル２３上に引き出され押込ガイド２２に係合される（図４（ｂ））。
そして、リフト２８によりチャッキングテーブル２３がカートリッジ交換位置Ｐ１の高さまで下降されると、塗料充填コネクタ３５が上昇してカートリッジ４Ｎの塗料充填吐出口８に係合され、白色塗料が充填される。塗料の充填が完了すると塗料充填コネクタ３５が下降した状態で待機する（図４（ｃ））。
一方、塗装が終了した静電塗装機１がカートリッジ交換位置Ｐ１に位置決めされると、塗装機１の周面に形成された洗浄ポート１６に塗装機洗浄コネクタ３３がドッキングされると共に、洗浄カバー３４が上昇して回転霧化頭２が覆われ、塗装機１内部及び回転霧化頭２が洗浄される（図４（ｄ））。
ここで、ロボットアームＲを介して供給される駆動エアによりジョイント係脱機構１４のエアシリンダ１５を伸長させると、カートリッジ４Ｕを保持しているガイド６が上昇するのでカートリッジ４Ｕとジョイント１３との係合が解かれる（図５（ａ））。
そして、チャッキングテーブル２３の向きをカートリッジ交換位置Ｐ１に対向させ、ピストン３１で新たなカートリッジ４Ｎを押込んでいくと、カートリッジ４Ｎが押込ガイド２２から塗装機１のガイド６に乗り移り、使用済カートリッジ４Ｕを回収テーブル２５の退避ガイド２４に押し出しながら、結合位置Ｐまで摺動案内される（図５（ｂ））。
新たなカートリッジ４Ｎが結合位置Ｐに位置決めされたところでピストン３１を収縮させ（図５（ｃ））、ロボットアームＲを介して供給される駆動エアによりジョイント係脱機構１４のエアシリンダ１５を収縮させると、ジョイント係脱機構１４によりカートリッジ４Ｎが機体３内に沈み込んでジョイント１３と接続されるので、塗装機１は塗装可能な状態となる（図５（ｄ））。
次いで、塗装機１がカートリッジ交換位置Ｐ１を離れると、回収テーブル２５がチャッキングテーブル２３まで進出すると同時に、ピストン３１が回収テーブル２５まで伸長して、退避ガイド２４に押し出された使用済カートリッジ４Ｕをピストンロッド３０先端のクランパ２９で掴み、チャッキングテーブル２３上に引き戻す（図６（ａ））。
そして、チャッキングテーブル２３がカートリッジ取出位置Ｐ２に向けられる（図６（ｂ））。ここで、使用済カートリッジ４Ｕ内を洗浄する必要がある場合はカートリッジ洗浄コネクタ３６が上昇してカートリッジ４Ｕに係合してカートリッジ４内を洗浄する（図６（ｃ））。
この間、ストッカ２６が回転されて、指定されたアドレス（ｄ、ｓ）＝（２、２）に対応する格納スペースＳ２がカートリッジ取出位置Ｐ２に位置決めされる（図６（ｄ））。
そして、使用済カートリッジ４Ｕ内を洗浄した場合は洗浄後、洗浄しなかった場合は直に、リフト２８によりチャッキングテーブル２３がディスクＤ２の高さまで上昇されてピストンロッド３０が伸長され、格納スペースＳ２にカートリッジ４Ｕが戻される（図６（ｅ））。
このように本例によれば、カートリッジ４を装着部５に形成されたガイド６に沿って、その一端側から結合位置まで新たなカートリッジ４Ｎを押し込むと、塗装機１に装着されていた使用済みのカートリッジ４Ｕが結合位置から他端側へ摺動案内されて押し出されるので、装着・取外しを１動作で行うことにより、極めて簡単且つ迅速にカートリッジを交換することができるというメリットがある。
ガイド
また、複数の格納スペースＳ１〜Ｓ８を等角的に形成したディスクＤ１〜Ｄ４を多段に配したタワー状のストッカ２６を用いれば、狭い設置スペースで多くのカートリッジ４を収納することができるというメリットがある。
なお、カートリッジ４内に作動流体バッグを特に設けることなく塗料バッグＢ１のみを設けておき、作動流体は塗料バッグＢ１の外側に供給するようにしても良い。
任意色の塗料が充填可能なカートリッジを迅速に交換することができるので、塗色の異なるワークが順不同でコンベアにより連続搬送されてくる自動車ボディの導電性塗料の塗装ラインに用いて好適であり、さらに、非導伝性塗料（溶剤系塗料）の塗装機や、その他の塗油剤や接着剤の塗布機に適用することもできる。
本発明に係る塗布機を静電塗装機に適用した例を示す説明図。 その断面図。 本発明に係るカートリッジ交換装置の一例を示す説明図。 カートリッジ交換動作を示す説明図。 カートリッジ交換動作を示す説明図。 カートリッジ交換動作を示す説明図。
符号の説明
１ 静電塗装機（塗布機）
２ 回転霧化頭（塗布材霧化機構）
３ 機体
４ カートリッジ
４Ｕ 使用済カートリッジ
４Ｎ 新たなカートリッジ
５ 装着部
６ ガイド
７ 装着部
８ 塗料充填吐出口
１３ ジョイント
１４ ジョイント係脱機構
Ｐ１ カートリッジ交換位置
Ｐ２ カートリッジ取出位置
２１ カートリッジ交換装置
２２ 押込ガイド
２３ チャッキングテーブル
２４ 退避ガイド
２５ 回収テーブル
２６ ストッカ
２７ ハンドリングユニット
Ｓ１〜Ｓ８ 格納スペース
Ｄ１〜Ｄ４ ディスク
３２ 制御装置

Claims (5)

  1. 塗布材霧化機構が形成された機体に、塗布材充填用のカートリッジが着脱可能に装着される塗布機において、
    前記機体に形成されたカートリッジ装着部には、その一端側から押込まれる新たなカートリッジを結合位置まで摺動案内すると共に、その新たなカートリッジにより押される使用済カートリッジを結合位置から他端側へ送り出すように摺動案内するガイドと、カートリッジ先端に形成された充填吐出口に対して相対的に進退して気密に結合されるジョイントが形成されたことを特徴とする塗布機。
  2. 前記機体には、カートリッジを装着した状態で外部操作により、前記ジョイントを相対的に進退させてカートリッジの充填吐出口と係脱させるジョイント係脱機構を備えた請求項１記載の塗布機。
  3. 塗布材霧化機構が形成された機体に、塗布材充填用のカートリッジが着脱可能に装着され、機体に形成されたカートリッジ装着部に、その一端側から押込まれる新たなカートリッジを結合位置まで摺動案内すると共に、その新たなカートリッジにより押される使用済カートリッジを結合位置から他端側へ送り出すように摺動案内するガイドと、カートリッジ先端に形成された充填吐出口に対して相対的に進退して気密に結合されるジョイントが形成された塗布機に対してカートリッジの交換を行うカートリッジ交換装置であって、
    カートリッジ交換時に所定の交換位置に位置決めされた塗布機に対して、交換しようとする新たなカートリッジを案内する押込ガイドと、塗布機から外されたカートリッジを案内する退避ガイドが、塗布機の装着部に形成されたガイドを挟んでその両端側に連続するように位置決めされると共に、押込ガイドに沿ってカートリッジを押し込むと共に退避ガイドに送り出されたカートリッジを回収するハンドリングユニットを備えたことを特徴とするカートリッジ交換装置。
  4. 複数のカートリッジを一つずつ格納する格納スペースの夫々にアドレスが設定されたストッカを備え、アドレスが指定されたときにそのアドレスに対応する格納スペースに対して前記ハンドリングユニットによりカートリッジの出し入れ行わせる制御装置を備えた請求項３記載のカートリッジ交換装置。
  5. 前記ストッカが、格納スペースを等角的に形成したディスクを多段に配したタワー状に形成され、アドレスが指定されたときに対応する格納スペースがカートリッジ取出位置に位置決めされるようにディスクを回転制御させると共に、位置決めされた格納スペースに対してカートリッジを出し入れするように前記ハンドリングユニットを駆動制御する制御装置を備えた請求項４記載のカートリッジ交換装置。
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