JP4867498B2

JP4867498B2 - 塗装装置

Info

Publication number: JP4867498B2
Application number: JP2006177046A
Authority: JP
Inventors: 和彦中山; 毅伊藤; 彰一中本; 幸弘桐畑; 健弘深尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008006338A

Description

本発明は、ニードル弁を有するノズルを備えた塗装装置に関するものである。

従来、外壁材等のような部材を塗装する塗装装置として、いわゆるインクジェットプリンターや、グラビアオフセット印刷やフレキソ印刷等のロール印刷装置が挙げられる。インクジェットプリンターを用いる場合、汎用性があるものの、一般に粘度の低い塗料しか使用することができず塗料に制約を受けるものであり、ロール印刷装置を用いる場合には、汎用性がないため、多種少量生産を行う場合には向いていない。

そこで、インクジェットプリンターのように汎用性があり且つ粘度の高い塗料でも使用することができるように、ニードル弁を有するノズルを備えた塗装装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。図１２に従来の塗装装置を示し、その概略について説明する。塗装装置は、スプレーノズル９１’を備えたベース９２’に支持部材９３’を固定すると共に、支持部材９３’にソレノイド９４’を備えたブラケット９５’を固定してある。ノズル９１’は、噴霧口９６’の開閉をニードル弁のニードル９７’の軸方向の往復運動により行うもので、ニードル９７’はその上端部をソレノイド９４’の可動鉄芯９８’に固定してあり、可動鉄芯９８’の往復運動がそのままニードル９７’の往復運動となっている。

このようなニードル弁を有するノズル９１’を備えた塗装装置にあっては、スプレーノズル９１とニードル９７’とが芯ずれを起こし易いものである。芯ずれが発生すると、摩擦が増大して、動きがスムーズにいかずに思い通りの開閉制御ができなかったり、ソレノイド９４に過度の負担が掛かって焼きついたり、塗料の流量のばらつきや漏れが発生したりする不具合が生じてしまう。

ところで、外壁材等のような部材への塗装は、塗料の噴出量を細かく調節する程、所望の塗装に近づけることができるが、塗料の噴出量を細かく調節しようとすると、ニードル弁を高速で開閉する必要が生じる。しかしながら、ニードル弁を高速で開閉すると、芯ずれがより発生し易くなる。芯ずれ対策として、ロッカーアーム・カム等の部材を介在させて芯ずれを解消しようとすると、ロッカーアーム・カム等の部材の配置スペースを要すると共に、動力伝達構造が複雑化して部品点数が増えることとなって故障因子が増えてしまう。
特開２００２−１９２０２１号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でニードル弁の芯ずれを防止することで塗料の噴出量を細かく調節することができる塗装装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、ソレノイド２の可動鉄芯２１にニードル３１を取り付け、可動鉄芯２１の往復動によってニードル３１の先端部をノズル１０に形成したシート部１０ｂに離接させることで、ノズル１０の流路を開閉して塗料の噴出及び停止を行うようにした塗装装置１であって、可動鉄芯２１とニードル３１との間に該可動鉄芯２１とニードル３１の芯ずれを吸収してノズル１０とニードル３１の芯ずれを防止する芯ずれ防止装置４を設け、ノズル１０の流路を開にして継続させる時間を２乃至１０ｍｓｅｃとする制御部９５を設け、前記芯ずれ防止装置４は、内部に空洞５０を有する箱状体５を形成すると共に該箱状体５の一側壁５１にニードル３１の軸部３２の径よりも大径の挿通孔５４を穿設して、箱状体５の前記一側壁５１と反対側の側壁５２を可動鉄芯２１に固定し、ニードル３１の基端部に箱状体５の挿通孔５４よりも大きくて空洞５０内に収容された時にその内壁面との間に隙間が形成される寸法の球状に形成した膨大部３３を形成し、ニードル３１の軸部３２を箱状体５の挿通孔５４に挿通した状態で箱状体５の空洞５０内に、膨大部３３と、膨大部３３のニードル先端側の面３３ａを受ける受け面６１を有する第一の受け部材６と、膨大部３３のニードル先端側と反対側の面３３ｂを受ける受け面７２を有する第二の受け部材７と、を収容して成ることを特徴とするものである。

これにより、ロッカーアームのような部材を設けることなく芯ずれを防止することが可能となり、これによりニードル弁３を高速で開閉して塗料の噴出量を細かく調節することができるものであると共に、ニードル３１が芯ずれのみならず傾いている場合でも、傾きを吸収することができ、更に、配置スペースを取らない簡単な構成で芯ずれ防止装置４を構成することができる。

本発明にあっては、ロッカーアームのような部材を設けることなく芯ずれを防止することが可能となり、これによりニードル弁３を高速で開閉して塗料の噴出量を細かく調節することができ、所望の塗装を施すことができるものである。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。本発明の塗装装置はニードル弁を有するノズルを備えたものであり、本実施形態では、この塗装装置を用いた塗装システムが構築してあり、まず塗装装置について説明する。

塗装装置１は、図３に示すように、ノズル１０を備えた本体部１１と、ベース部に固定される下フレーム１２と、下フレーム１２に固定される上フレーム１３と、上フレーム１３に固定されるソレノイド２とで主体が構成され、更に芯ずれ防止装置４を備えている。

本体部１１には塗料を霧化して噴出するノズル１０が形成されると共に、ノズル１０はニードル弁３を有するもので、これについて説明する。

本体部１１には、図４に示すように、平面視で略中央部に上下に貫通する貫通孔１１ａが形成してあり、この貫通孔１１ａにニードル弁３のニードル３１（図１１参照）が挿通されると共に、貫通孔１１ａの下部に、下端部の内壁面が前記ニードル３１の先端部の斜面（本実施形態ではニードル３１の下端部の球状曲面）が着座面となるように下端部を絞ってシート部１０ｂを形成したノズル１０が取り付けてあり、前記ニードル３１およびシート部１０ｂにてニードル弁３が構成される。貫通孔１１ａの途中には塗料流入路１６が接続してあり、塗料流入路１６より貫通孔１１ａに流入した塗料が貫通孔１１ａを下方に流れてノズル１０の下端の噴出口１０ａから下方に向けて噴出される。また、貫通孔１１ａの前記塗料流入路１６が接続される部分の上側には、例えば内部にニードル３１が挿通するＯリング等からなるシール部材１５が設けてあり、貫通孔１１ａに流入した塗料が貫通孔１１ａの上開口から漏れ出ないようになっている。また、ノズル１０の下端部の周囲にはエアー供給路１７が形成してあると共にエアー供給路１７にはエアー流入路１８が接続してあり、霧化エアーが供給されるようになっている。また、ノズル１０の下端部にはノズルキャップ１９を設けてあり、この付近の詳細について図４（ｂ）に基づいて説明する。

ノズルキャップ１９には貫通孔１９ａが形成してあり、この貫通孔１９ａの一方の開口１９ｂがノズル１０の下端部付近に位置してエアー供給路１７に連通し、貫通孔１９ａの他方の開口がワーク（塗装対象）に向けて霧化エアーにより霧化された塗料が該霧化エアーの噴出力により噴出される霧化塗料噴出口１９ｃとなる。ノズルキャップ１９の貫通孔１９ａの長さｌ（前記一方の開口１９ｂから霧化塗料噴出口１９ｃまでの長さ）は１０ｍｍ以上あり、その内径ｄ_１はφ３．０ｍｍ（後述するが霧化塗料噴出口１９ｃに向けて絞られている）であり、ノズル１０の外径ｄ_２はφ２．５ｍｍ、噴出口１０ａの内径ｄ_３はφ０．５ｍｍであり、ノズル１０は前記貫通孔１９ａの一方の開口１９ｂから内部に挿入されて、その下端部の噴出口１０ａは霧化塗料噴出口１９ｃの手前３．５ｍｍ〜４．５ｍｍの位置に配置される。また、霧化塗料噴出口１９ｃの内径ｄ_４はφ２．５〜２．７ｍｍとなっており、貫通孔１９ａのノズル１０が配置されている上記内径ｄ_１φ３．０ｍｍとなっている部分から霧化塗料噴出口１９ｃにかけて内面がテーパ面１９ｄとなっている。

貫通孔１９ａ内でノズル１０の外側の部分には霧化エアーが供給され、ノズル１０の噴出口１０ａから噴出される液体の塗料と混合されて霧化塗料となり、この霧化塗料が霧化塗料噴出口１９ｃから噴出される。これにより、ワークの表面に線幅１２〜１８ｍｍの線を塗装することが可能となる。

この本体部１１には、側端に上方に突出する下フレーム１２が連設又は固定してあり、この下フレーム１２に上フレーム１３が固定される。上フレーム１３は、縦固定片１３ａと水平調節片１３ｂとからなり、縦固定片１３ａは下端部が下フレーム１２にボルト等により固定される。水平調節片１３ｂは、縦固定片１３ａの上端部から水平方向に突出するように固定されるもので、調節ねじ１４を調節することで縦固定片１３ａへの固定位置を上下方向に調節自在となっている。水平調節片１３ｂの先端側にはソレノイド２が固定される。

ソレノイド２は、可動鉄芯２１が上下に直線的に往復運動を行うように設置されており、可動鉄芯２１の下端部には後述する芯ずれ防止装置４を介してニードル３１が固定される。このソレノイド２は、可動鉄芯２１に固定されたニードル３１が平面視において本体部１１のノズル１０のシート部１０ｂと重なるように配置される。

上述した塗装装置１は、ソレノイド２を稼働させて可動鉄芯２１およびニードル３１の下端部の球状をした斜面をノズル１０下端のシート部１０ｂから上方に離間させることで、ノズル１０の下端の噴出口１０ａを開口させて塗料を噴出口１０ａから噴出させ、ニードル３１の下端部の尖先部を下方に移動させてノズル１０下端のシート部１０ｂに当接させることで、ノズル１０の下端の噴出口１０ａを閉塞して塗料の噴出口１０ａからの噴出を停止している。

また、ニードル３１の芯とシート部１０ｂの芯（ノズル１０の噴出口１０ａの芯）との間に芯ずれが発生してしまわないように芯ずれ防止装置４を設けている。芯ずれ防止装置４は、箱状体５と、ニードル３１の基端部に形成される膨大部３３とで主体が構成される。箱状体５は、内部に空洞５０を有すると共に、その一側壁５１にニードル３１の軸部３２の径よりも大径で膨大部３３の径よりも小径の挿通孔５４を穿設して形成してあり、この箱状体５の前記一側壁５１と反対側の側壁５２が可動鉄芯２１に固定される。また膨大部３３は、箱状体５の空洞５０内に収容された際に、前記挿通孔５４から脱落しないように挿通孔５４より大きく且つ、空洞５０の内壁面との間に０．２〜１．０ｍｍの隙間が形成されて、空洞５０内で動き得るような寸法形状に形成されるもので、本実施形態では球状に形成してある。

箱状体５は、本実施形態では、上下に二つ割れとなる略円筒箱形状をしたもので、図６に上側の箱状体５ａを示すと共に図７に下側の箱状体５ｂを示し、図５に上側の箱状体５ａと下側の箱状体５ｂを螺合して一つの箱状体５としたものを示す。箱状体５は、内部の空洞５０の対向する一対の内壁面５１ａ、５２ａを互いに平行な平面とすると共に、前記一対の内壁面のうちの一方の内壁面５１ａを有する側壁５１に上記挿通孔５４を穿設し、箱状体５の空洞５０の前記一対の内壁面のうちの他方の内壁面５２ａを有する側壁５２をその内壁面５２ａが可動鉄芯２１の往復動方向に垂直となるように可動鉄芯２１に固定してある。ここでは、側壁５２から雄ねじ５５ａを形成した突出軸部５５を突設し、前記雄ねじ５５ａを可動鉄芯２１の下端部に形成した雌ねじに螺着して固定してある。

また本実施形態では、空洞５０内で膨大部３３を受ける第一の受け部材６、第二の受け部材７を設けてある。

第一の受け部材６は、図８に示すように、一面がニードル３１の膨大部３３のニードル先端側の面３３ａを受ける受け面６１となると共に、前記受け面６１と反対側の面３３ｂが箱状体５の空洞５０の一方の内壁面５１ａと当接する当接面６２となるもので、受け面６１と当接面６２とを貫く方向にニードル３１の軸部３２が挿通され、ニードル３１の軸部３２の径よりも大径で膨大部３３の径よりも小径の受け部挿通孔６０を穿設してある。この第一の受け部材６は、その当接面６２と箱状体５の空洞５０の一方の内壁面５１ａとが当接又は対向すると共に、受け面６１と膨大部３３のニードル先端側の面３３ａとが当接又は対向した状態で空洞５０内に収容されるが、この時、空洞５０の一方の内壁面５１ａに沿って移動し得る隙間Ｓ_３が空洞５０の一方の内壁面５１ａに隣接する側面との間に形成されるような寸法形状となっている。ただし、箱状体５の挿通孔５４から脱落しないように挿通孔５４より大きく形成してある。受け面６１は、球状をしたニードル３１の膨大部３３を受けるべく膨大部３３の球面と同様かそれより径が＋３〜１０％の径の球面としてある。

第二の受け部材７は、図９に示すように、一面がニードル３１の膨大部３３のニードル先端側と反対側の面３３ｂを受ける受け面７２となると共に、前記受け面７２と反対側の面３３ｂが箱状体５の他方の内壁面５２ａと当接する当接面７１となるものである。この第二の受け部材７は、その当接面７１と箱状体５の空洞５０の他方の内壁面５２ａとが当接又は対向すると共に、受け面７２と膨大部３３のニードル先端側の面３３ａと反対側の面３３ｂとが当接又は対向した状態で空洞５０内に収容されるが、この時、空洞５０の他方の内壁面５２ａに沿って移動し得る隙間が空洞５０の他方の内壁面５２ａに隣接する側面との間に形成されるような寸法形状となっている。受け面７２は、球状をしたニードル３１の膨大部３３を受けるべく円錐面としてある。

前記第一の受け部材６と第二の受け部材７は、図５、図１０等に示すように、ニードル３１の軸部３２を箱状体５の挿通孔５４と第一の受け部材６の受け部挿通孔６０とに挿通して空洞５０内に収容した状態で、第一の受け部材６の当接面６２と箱状体５の一方の内壁面５１ａとの間に隙間Ｓ_１が形成され、第二の受け部材７の当接面７１と箱状体５の他方の内壁面５２ａとの間に隙間Ｓ_２が形成され、更に、第一の受け部材６の受け面６１とニードル３１の膨大部３３のニードル先端側の面３３ａとの間と第二の受け部材７の受け面７２とニードル３１の膨大部３３のニードル先端側と反対側の面３３ｂとの間にも隙間が形成され得る寸法形状となっている。また、箱状体５、第一の受け部材６、第二の受け部材７はＳＵＳ等の金属材料で製作されているが、受け部材は合成樹脂で形成してもよい。このような受け部材を設けることで、膨大部３３の動きをスムーズに吸収することが可能となる。

この芯ずれ防止装置４の動作について説明する。ノズル１０より塗料を噴出させるには、ニードル３１を上昇させてニードル弁３を開くのであるが、これにあたっては、ソレノイド２の可動鉄芯２１および箱状体５を上昇させ、箱状体５の側壁５１によって第一の受け部材６を介してニードル３１の膨大部３３を上昇させる。この時、可動鉄芯２１とノズル１０との間に芯ずれが生じていても、ニードル３１の膨大部３３と該膨大部３３を受けている第一の受け部材６は、可動鉄芯２１に固定される箱状体５の空洞５０内で側壁５１、５２に隣接する側壁との間に隙間Ｓ３が形成されていて側壁５１、５２に沿って動き得るため、上記芯ずれが吸収されることとなる。また、ノズル１０からの塗料の噴出を停止すべくニードル弁３を閉じるにあたっては、ソレノイド２の可動鉄芯２１および箱状体５を下降させ、箱状体５の側壁５２によって第二の受け部材７を介してニードル３１の膨大部３３を下降させる。この時、可動鉄芯２１とノズル１０との間に芯ずれが生じていても、ニードル３１の膨大部３３と該膨大部３３を受けている第二の受け部材７は、可動鉄芯２１に固定される箱状体５の空洞５０内で側壁５１、５２に隣接する側壁との間に隙間Ｓ３が形成されていて側壁５１、５２に沿って動き得るため、上記芯ずれが吸収されることとなる。

また更に、可動鉄芯２１の中心軸とノズル１０の中心軸とが芯ずれのみならず傾いている（平行となっていない）場合でも、ニードル３１の球状をした膨大部３３が、該膨大部３３と同様かそれより若干大きな球面からなる第一の受け部材６の受け面６１と、円錐面からなる第二の受け部材７の受け面７２とで受けられており、更に、ニードル３１の軸部３２が挿通される箱状体５の挿通孔５４と第一の受け部材６の受け部挿通孔６０の径は、軸部３２より大きく形成してあるため、ニードル３１の傾きを妨げずに膨大部３３を受けることができ、このような傾きも吸収することができる。

この芯ずれ防止装置４により、ロッカーアーム・カム等の部材を介在させて芯ずれにより生じる問題を解消しようとする場合のように、配置スペースを要する上に動力伝達構造が複雑化すると共に部品点数が増えて故障因子が増えてしまう、といったことがなく、配置スペースをとらず簡単な構成により、ニードル３１とノズル１０との間の摩擦が増大して、動きがスムーズにいかずに思い通りの開閉制御ができなかったり、ソレノイド２に過度の負担が掛かって焼きついたり、塗料の流量のばらつきや漏れが発生したりする不具合が生じてしまう、といったことを防止することができる。

次に、塗装システム９の全体構成について説明する。この塗装システムでは、金属外装材、浴室壁材、内装建材等の金属建材で、表面がフラット又は表面に０．１〜１０ｍｍのエンボスや凹凸を有する板状のものをワークとするが、本発明の適用範囲は特にこれらに限定されるものではない。

本塗装システム９では、図２に示すように、ワーク搬送手段９１と、ワーク検知手段９２と、上記塗装装置１と、塗料供給手段９３と、塗装パターン入力手段９４と、これら各手段を制御する制御部９５とを備えている。

ワーク搬送手段９１は、ベルトコンベア等からなるもので、搬送モータ９１ａによって駆動されてワーク９０を搬送する。ワーク検知手段９２は、ワーク搬送手段９１によって搬送されるワーク９０を検知し、検知情報を制御部９５に送信する。塗装装置１は、ワーク９０の幅方向すなわち搬送方向と直交する方向に複数個設置して全幅にもれなく塗装できるように列をなしており、この列を一列または複数列設置する。本実施形態では、塗装装置１をワーク９０の幅方向に１１個設置して列をなし、この列を一色につき二列、二色で合計四列設置してある。塗装装置１には塗料供給手段９３より塗料が供給される。そして、これらの制御を制御部９５にて行っている。制御部９５は、シーケンサー９５ａとノズルコントローラ９５ｂを備えており、パソコン等の端末からなる塗装パターン入力手段９４からの塗装パターンの入力情報、ワーク検知手段９２からのワーク検知情報、を受けると共に、搬送モータ９１ａや塗料供給手段９３の制御を行っている。ノズルコントローラ９５ｂは、塗装パターン入力手段９４からの入力情報を基に塗装装置１の制御を行っている。

塗装パターンは、予め所定のパターンを幾つか記憶しておき、適宜選択するようにしている。例えば、自然石のプレス模様に自然についた汚れ感を醸しだすように塗装する場合は、予めワークに付けておくプレス模様に対して数パターンの塗装パターン（塗布位置や色やその濃さなどが異なるパターン）を記憶、登録しておき、このなかから選定する。また塗料の塗布は、表面のエンボス模様等に合わせて塗布できるように塗布パターンを設定しておき、必要ない部分には塗布しないようにしている。そして、濃淡を表現する場合、霧化塗料を塗料を噴出している時間を調節して、噴出する塗料の調節を行う。噴出する時間の調節は、上述したニードル弁３によってノズル１０の塗料の流路の開閉の間隔を調節することで行い、その時間を長くすることで、霧化塗料の塗装を密にして色を濃くすることができ、時間を短くすることで、霧化塗料の塗装を疎にして色を薄くすることができる。

塗装パターンの一例について図１にて説明する。一回の塗装のサイクル、すなわち、ノズルの流路を開として次に再度開とするまでの間隔を３５ｍｓｅｃとし、塗装時間すなわちノズルの開を継続させる時間を一回目の塗装動作Ａは１２ｍｓｅｃ、二回目の塗装動作Ｂは４ｍｓｅｃ、三回目の塗装動作Ｃは８ｍｓｅｃとしてある（図１（ａ）参照）。このとき、一回目の塗装動作Ａ、二回目の塗装動作Ｂ、三回目の塗装動作Ｃによる塗装を図１（ｂ）に示す。塗装時間が長い程、濃い色となっている。

塗装にあたっては、必ず霧化エアーを供給して霧化塗料とした状態で塗装を行い、塗料のみの吐出は行わない。これにより、ぼかした風合いの模様を塗装することができる。

以上のように、本発明にあっては、芯ずれ防止装置４を設けた上で、ノズル１０の流路を開にして継続させる時間を２乃至１０ｍｓｅｃとする制御部９５を設けたことで、ロッカーアームのような部材を設けることなく芯ずれを防止することが可能となり、これによりニードル弁３を高速で開閉して塗料の噴出量を細かく調節することが可能となる。

（ａ）は本発明の塗装装置のニードル弁のよるノズルの開閉を示すタイムチャートであり、（ｂ）は塗装を示す図である。本発明の塗装装置を備えた塗装システムの全体構成図である。塗装装置の側面図である。（ａ）は塗装装置のノズルを設けた部分の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大側面図である。塗装装置の芯ずれ防止装置を設けた部分の断面図である。上側の箱状体の側断面図である。下側の箱状体を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図である。第一の受け部材の側断面図である。第二の受け部材の側断面図である。（ａ）は上側の箱状体と第二の受け部材の収容状態を示す下から見た斜視図であり、（ｂ）は下側の箱状体と第一の受け部材の収容状態を示す上から見た斜視図である。ニードルの側面図である。従来の塗装装置の断面図である。

符号の説明

１塗装装置
１０ノズル
２ソレノイド
２１可動鉄芯
３ニードル弁
３１ニードル
３２軸部
３３膨大部
４芯ずれ防止装置
５箱状体
５０空洞
５１一側壁
５２反対側の側壁
５４挿通孔
９５制御部

Claims

ソレノイドの可動鉄芯にニードルを取り付け、可動鉄芯の往復動によってニードルの先端部をノズルに形成したシート部に離接させることで、ノズルの流路を開閉して塗料の噴出及び停止を行うようにした塗装装置であって、可動鉄芯とニードルとの間に該可動鉄芯とニードルの芯ずれを吸収してノズルとニードルの芯ずれを防止する芯ずれ防止装置を設け、ノズルの流路を開にして継続させる時間を２乃至１０ｍｓｅｃとする制御部を設け、前記芯ずれ防止装置は、内部に空洞を有する箱状体を形成すると共に該箱状体の一側壁にニードルの軸部の径よりも大径の挿通孔を穿設して、箱状体の前記一側壁と反対側の側壁を可動鉄芯に固定し、ニードルの基端部に箱状体の挿通孔よりも大きくて空洞内に収容された時にその内壁面との間に隙間が形成される寸法の球状に形成した膨大部を形成し、ニードルの軸部を箱状体の挿通孔に挿通した状態で箱状体の空洞内に、膨大部と、膨大部のニードル先端側の面を受ける受け面を有する第一の受け部材と、膨大部のニードル先端側と反対側の面を受ける受け面を有する第二の受け部材と、を収容して成ることを特徴とする塗装装置。