JP5285245B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、被塗布物と接触して該被塗布物に塗布液を塗布する接触塗布手段と、前記接触塗布手段に前記塗布液を供給する塗布液供給手段とを有する塗布装置に関するものである。

従来より、塗装ロボットのような自動塗装システムが知られている。塗装ロボットの場合、スプレーガンをロボットハンドで操作し、所期の塗装結果が得られるようあらかじめプログラムした経路で対象物に沿って移動させつつ、コンプレッサなどから得られる加圧エアを用いて塗料をスプレーガンのノズルから噴射させる構造が用いられている。

従来の塗装ロボットのような自動塗装システムでは、上記のようなスプレーないしエアブラシ式の塗装ヘッドが多いが、塗装の形態や仕様、使用したい塗料や対象物の特性によっては必ずしもスプレーないしエアブラシ式の塗装ヘッドが適しているとは限らない。

たとえば、手塗りの場合には、筆や刷毛（ブラシ）、フェルトペンのチップのような含浸体を塗料の塗布体として用いて行なういわゆる接触塗装の手法がある。このような接触塗装の手法は、直線や曲線、あるいは文字などのパターンを表現する場合に必要とされ、また、塗装領域と、非塗装領域とが明確に区画されるような形態で塗料が塗布される必要がある場合にも適している。さらに、このような接触塗装の手法には、塗布体先端の形状や固さ、大きさ（太さ）などを選択することにより多彩な表現が可能となる利点がある。

また、上記のような接触塗装の手法では、筆や刷毛のような塗布体に塗料を付けながら手塗り作業を行なうだけではなく、塗料を収容し、加圧により（あるいは重力によって）塗料を先端の塗布体に供給するようにした塗布用具（たとえば下記の特許文献１）を利用することも考えられる。
特開平１１−３３２６４３号公報

ところで、従来の自動塗装システムでは、上述のような含浸体を塗料の塗布体に用いた接触塗装手法による塗装作業を自動的に行うものが殆ど知られていない。

たとえば、上述の特許文献１に記載されるような塗布用具（ディスペンサー）を汎用のロボットハンドで移動させ、塗料を塗布することも考えられるが、塗装面積が大きい場合には、塗布用具の塗料容量によっては塗布用具を多数回交換したり、あるいは塗料を補充したりする必要があって、作業の中断が多くなったり、コスト高になる、などの問題を生じる。また、重力によって塗料を塗布体に供給する構成の塗布用具では、用具の姿勢によっては塗料供給不足が生じてかすれが起きたりする問題がある。

大きな塗装面積に対応でき、また安定した塗布を行えるようにするには、ロボットハンドで操作する塗装ヘッド（ないしディスペンサー）に筆や刷毛（ブラシ）、フェルトペンのチップのような塗料の塗布体を装着し、外部の塗料タンクから塗料を供給するような構成が適していると考えられる。

しかしながら、従来では、このような塗布体を用いる自動塗装システムの構造が殆んど存在せず、塗料が漏れたり垂れたりすることなく、安定して塗料を塗装ヘッドの塗布体に供給でき、高精度かつ高品位な塗装を行うに充分な洗練された構造については殆ど知られていなかった。

以上では、塗装対象物へ塗布される塗布液として塗料を考えたが、塗布される塗布液が薬液など他の液体である場合にも上記の問題は共通する。

本発明の課題は、以上の事情に鑑み、高精度かつ高品位な接触塗布を行える塗布装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の塗布装置においては、
被塗布物と接触して該被塗布物に塗布液を塗布する接触塗布手段と、
前記塗布液を収容するシリンダ室と、該シリンダ室内部を同軸的に摺動することによりシリンダ室内部の塗布液の圧力を制御するピストンと、該ピストンの該シリンダ室内部における位置を制御すべく該ピストンを往復駆動するサーボモータを有し、前記接触塗布手段に前記塗布液を供給する塗布液供給手段と、
前記塗布液供給手段内の塗布液の圧力を検出し、該塗布液の圧力を所定範囲内に制御することにより、前記塗布液供給手段から供給される前記塗布液の供給量が前記接触塗布手段から垂れ落ちない供給量となるよう前記塗布液供給手段を制御する制御手段と、
が設けられ、
前記制御手段は、前記シリンダ室内の塗布液の圧力を検出し、前記ピストンに設けられたセンサドグを介して前記ピストンの初期位置ないし現在位置を検出する光ファイバセンサを介して検出される前記ピストンの前記シリンダ室内部における位置に基づき前記サーボモータを介して該ピストンの該シリンダ室内部における位置を制御することにより前記シリンダ室内の塗布液の圧力を前記所定範囲内に制御するとともに、
さらに前記光ファイバセンサを、前記センサドグの検出状態を表示するＬＥＤインジケータを有する光ファイバセンサアンプユニットと接続することにより、前記ＬＥＤインジケータを前記ピストンの動作状態の表示器として機能させる
構成を採用した。

上記構成によれば、前記塗布液供給手段から前記接触塗布手段に対して、前記塗布液を前記接触塗布手段から垂れ落ちない供給量で供給することにより、塗布液で作業環境や被塗布物の不要な部分を汚染することなく、前記被塗布物に前記塗布液を塗布することができ、高精度かつ高品位な接触塗布を行うことができる。

また、前記接触塗布手段と前記被塗布物を相対移動させることにより、直線、曲線、文字、画像、塗り潰しなどの表現が可能となる。

特に、塗布中、前記塗布液供給手段内の塗布液の圧力を検出し、該塗布液の圧力を所定範囲内に制御するこにより、前記塗布液を前記接触塗布手段から垂れ落ちない供給量で供給することができ、塗布液で作業環境や被塗布物の不要な部分を汚染することなく、また、かすれや塗布ムラなどの不都合を生じることなく、前記被塗布物に前記塗布液を塗布することができ、高精度かつ高品位な接触塗布を行うことができる。

以下、発明を実施するための最良の形態の一例として、接触塗布を行う塗装ヘッドをロボットアームで操作し、塗装を行う自動塗装システムに関する実施例を示す。すなわち、以下では、被塗布物（塗布対象物）に塗布する塗布液として塗料を一例とし、接触塗布により被塗布物（塗布対象物）に塗装を行う自動塗装システムに関する実施例を示す。

図２は本発明を採用した自動塗装システムの全体構成を、図１は図２の自動塗装システムにおいて、ロボットアーム２００で操作される塗装ヘッドとしてのサーボガン１００の構成を詳細に示している。以下では、まず図１によりサーボガン１００の構成を説明し、続いて同サーボガン１００を用いた図２の自動塗装システムについて述べる。

図１はサーボガン１００要部の断面構造を示している。

図１のサーボガン１００は、ハウジング１０１を有し、このハウジング１０１の先端にシャフト１２６、１２６を介して塗料供給および塗装加圧を制御するチャンバー１０３が固定されている。ハウジング１０１、およびチャンバー１０３はたとえば金属材料からの削り出しやダイキャスト成型により構成される。

チャンバー１０３の後部には、所定径（φ１０程度）圧力室１０３ａが穿孔されている。この圧力室１０３ａは後述のピストン１０２が内部を同軸的に摺動可能な円筒断面形状を有するシリンダ室として機能する。

圧力室１０３ａの前方（図の右側）には、後述の充填側バルブユニット１４２から塗料を供給するための塗料パス１０３ｂが、また、側方には後述の吐出側バルブユニット１４１へ塗料を吐出するための塗料パス１０３ｃが穿孔されている。

圧力室１０３ａの後端部にはパッキンセット１２０がパッキン押え１０４により固定されており、
パッキンセット１２０内部には後述のサーボモータ１１４で駆動されるピストン１０２の先端が挿入され、パッキンセット１２０で密閉された状態でピストン１０２が摺動することにより圧力室１０３ａ内部の圧力を調節するようになっている。

圧力室１０３ａ内部の塗料圧力は、圧力センサヘッド１９１により検出される。圧力センサヘッド１９１は、そのプローブ（不図示）が圧力室１０３ａ内部の圧力に晒されるよう、チャンバー１０３に装着される。圧力センサヘッド１９１の圧力検出方式は、薄ゲージ式、半導体ストレインゲージ式、圧電式など任意である。

チャンバー１０３前方部分には、チャンバー側方の吐出側バルブユニット１４１から吐出される塗料を通過させる塗料パス１０３ｄが穿孔されている。塗料パス１０３ｄはチャンバー１０３先端部分のノズルポート１０３ｅへと連通している。

なお、塗料パス１４１ｃと１０３ｄ、塗料パス１４２ｃと１０３ｂなどの接合部には、必要に応じてＯリング１２３、１２３…が配置される。

ノズルポート１０３ｅには、塗料の塗布手段として、ディスペンサーチップ１８０が装着されている。ディスペンサーチップ１８０は略チューブ状の構造で、後端部に螺合などによりノズルポート１０３ｅと結合する結合部を有し、ノズルポート１０３ｅから先端の塗布体１８１に塗料を供給する。

塗布体１８１は塗料の塗布手段の要部を構成するもので、たとえば用途に応じて種々の毛の長さや硬度、密度などが調製されたブラシ、フェルトペンやマーカーなどの文房具で用いられるペン先に採用されているような塗料が浸透可能なフェルト様の含浸体（軟質多孔質体）から形成された塗布体チップを用いることができる。なお、塗布体１８１は、後述のようにして圧力調整された上、供給される塗料を塗装対象物と接触するその先端へと伝えることができる構造であればどのような構造であってもよい。また、塗布体１８１の塗料の浸透（伝達）特性によって、後述のようにして調節される塗料の供給圧力を制御すべきであることはいうまでもない。

次に、塗料を圧力室１０３ａに充填し、また、圧力室１０３ａからディスペンサーチップ１８０へと供給（吐出）する充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１の構造につき説明する。

ここでは、各バルブユニット１４２、１４１に共通する構造については同時に説明する。本実施例では、各バルブユニット１４２、１４１はほぼ共通する構造を有する共通部品として形成されており、一部の充填側ないし吐出側のいずれかとして用いるに際し、不要な開口を盲蓋などにより密閉する仕様としている。このような構成により、コストダウンが可能となる。

充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１はいずれも内部にニードルバルブ１０９、１０９を有し、このニードルバルブ１０９、１０９の開閉を各バルブユニット後方に配置されたエアシリンダユニット１５２、１５１により制御することにより、塗料の通過をオン／オフ制御するよう構成されている。

ニードルバルブ１０９、１０９は、それぞれ後方のシャフト部分よりも直径が大きな頭部を有し、これら頭部の後端に斜面が切られている。このニードルバルブ１０９、１０９頭部後端の斜面は、充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１内部の開口１４２ｂ、１４１ｂの斜面と対向しており、ニードルバルブ１０９、１０９と各開口１４２ｂ、１４１ｂを離間させるか、あるいは密着させるかによって、塗料の通過を制御することができる。

各バルブユニット１４２、１４１の開口１４２ｂ、１４１ｂの前方は、それぞれニードルバルブ１０９、１０９の上記頭部を収容できる内径に前方から穿孔することにより形成される。開口１４２ｂ、１４１ｂの前部はＯリング１２２、１２２を介して盲蓋１０８、１０８によって密閉されている。また、開口１４２ｂ、１４１ｂの後方部分はそれよりも狭い内径で各バルブユニット１４２、１４１の後端のパッキンセット１２１、１２１が装着された大径部分まで貫通している。パッキンセット１２１、１２１が装着される開口の大径部分は各バルブユニット１４２、１４１の後方（図の左側）から穿孔される。

パッキンセット１２１、１２１はパッキン押え１０７、１０７により固定されている。パッキンセット１２１、１２１内部には、先端がそれぞれニードルバルブ１０９、１０９と結合されたシャフト１１０、１１０が貫通している。このような構成により、パッキンセット１２１、１２１によって密閉された状態で後述のエアシリンダユニット１５２、１５１によりシャフト１１０、１１０を介してニードルバルブ１０９、１０９を操作することができる。

次に充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１内の塗料パスにつき説明する。

充填側バルブユニット１４２の側方には、吸入ポート１４２ａが穿孔されている。吸入ポート１４２ａから内部へ続く通路は、貫通孔として形成されており、充填側バルブユニット１４２内部の開口１４２ｂと交差して連通するとともに、他端の開口はチャンバー１０３の外壁により閉鎖されている。吸入ポート１４２ａには、後述のタンクからの塗料を供給するホースが接続される。

吐出側バルブユニット１４１にも上記同様の貫通孔の構造（１４１ａ）が設けられているが、充填側バルブユニット１４２の吸入ポート１４２ａに相当する開口は盲蓋１４１ａ’により閉鎖されており、同貫通孔の構造（１４１ａ）のうち、吐出側バルブユニット１４１内部の開口１４１ｂと、チャンバー１０３側方に穿孔された塗料パス１０３ｃを連絡する部分のみが塗料の通路として機能するようになっている。

充填側バルブユニット１４２の開口１４２ｂの前方の大径部分には塗料パス１４２ｃが穿孔されており、チャンバー１０３側方に穿孔された塗料パス１０３ｃと連絡している。塗料パス１０３ｃは、チャンバー１０３の圧力室１０３ａと連通している。

塗料パス１４２ｃと同様の貫通孔は吐出側バルブユニット１４１の側にも同じ位置、同じ構造で設けられており、この貫通孔は塗料パス１４１ｃとして機能する。塗料パス１４１ｃは、吐出側バルブユニット１４１の開口１４１ｂの前方の大径部分とチャンバー１０３の塗料パス１０３ｄを連絡している。

上記の構造における塗料の供給経路を要約すると次のようになる。すなわち、図１の構造における塗料の供給経路は、吸入ポート１４２ａ〜ニードルバルブ１０９〜開口１４２ｂ〜塗料パス１４２ｃ（以上充填側バルブユニット１４２）〜塗料パス１０３ｂ〜圧力室１０３ａと続く。また、圧力室１０３ａより下流の塗料の供給経路は、塗料パス１０３ｃ（以上チャンバー１０３）〜塗料パス１４１ａ〜ニードルバルブ１０９〜開口１４１ｂ〜塗料パス１４１ｃ（以上吐出側バルブユニット１４１）〜塗料パス１０３ｄ〜ノズルポート１０３ｅ（以上チャンバー１０３前部）〜ディスペンサーチップ１８０と続く。

なお、上記のうち、塗料供給手段として機能する圧力室１０３ａから、塗装対象物に塗料を塗布する塗料塗布手段として機能するディスペンサーチップ１８０までの直線距離は、水頭圧を考慮して、サーボガン１００の姿勢をどのように制御しても塗料がディスペンサーチップ１８０から垂れ落ちない程度の長さ、たとえばほぼ３０ｃｍ以内程度、より好ましくは１０ｃｍ以内程度とする。ただし、この圧力室１０３ａ〜ディスペンサーチップ１８０までの塗料の経路の全長については、塗料の粘度などに応じて当業者が適宜の設計変更を行うことができるのはいうまでもない。

また、ピストン１０２を図１左方の初期位置まで後退させた時に得られる、塗料供給手段として機能する圧力室１０３ａの最大の塗料保持量は、上記と同じ条件、すなわち、サーボガン１００の姿勢をどのように制御しても塗料がディスペンサーチップ１８０から垂れ落ちない程度の容量、たとえばほぼ５０ｃｃ以内程度、より好ましくは５ｃｃ以内程度とする。ただし、この圧力室１０３ａの塗料保持容量については、塗料の粘度などに応じて当業者が適宜の設計変更を行うことができるのはいうまでもない。

充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１のニードルバルブ１０９、１０９の開閉は、シャフト１１０、１１０を介してエアシリンダユニット１５２、１５１によりそれぞれ操作される。

エアシリンダユニット１５２、１５１の構造は共通であり、それぞれ外殻としてのエアシリンダチューブ１１１を有する。エアシリンダチューブ１１１はビス止めなどによりチャンバー１０３の側方に固定される。

エアシリンダチューブ１１１の内部にはエアシリンダシャフト１２７が図の左右方向に摺動可能に支持されている。エアシリンダシャフト１２７の前方部分（図の右側）は、Ｏリング１２４を介してエアシリンダチューブ１１１により支持されている。

エアシリンダシャフト１２７の前端部は、スタッドボルトおよびナットなどを介し充填側バルブユニット１４２および吐出側バルブユニット１４１を操作するシャフト１１０と結合されている。

また、エアシリンダシャフト１２７の後端部（図の左側）には、エアシリンダピストンヘッド１１２が固定されており、エアシリンダピストンヘッド１１２は図の左方へスプリング１２８で付勢されている。エアシリンダチューブ１１１の後端部（図の左側）は、Ｏリング１２５を介してエアシリンダヘッドカバー１１３により密閉されている。

エアシリンダピストンヘッド１１２を前進させるためのエアは、エアシリンダヘッドカバー１１３に設けられたポート１５１ａ、または１５２ａからエアシリンダチューブ１１１内部に送り込まれる。

エアが供給されていない時はスプリング１２８の付勢力によって、また、エアシリンダチューブ１１１側方のポート１５２ｂ、または１５１ｂからエアシリンダピストンヘッド１１２を後退させるためのエアが供給されている時は、このエア圧力とスプリング１２８の付勢力によりエアシリンダピストンヘッド１１２は図の左方へ後退し、充填側バルブユニット１４２または吐出側バルブユニット１４１のニードルバルブ１０９が図の左方へ引かれ、塗料の通路を閉成する。

一方、ポート１５２ａまたは１５１ａからエアを供給し、エアシリンダチューブ１１１内部のエアシリンダピストンヘッド１１２の後方部分（図の左側）を加圧するとエアシリンダピストンヘッド１１２が（図の右方へ）前進し、充填側バルブユニット１４２または吐出側バルブユニット１４１のニードルバルブ１０９が図の右方へ押され、塗料の通路が開放される。

エアシリンダ１５１、１５２に対するエアの供給は後述のソレノイドバルブにより制御され、充填側バルブユニット１４２または吐出側バルブユニット１４１の開閉は、独立して制御することができる。各バルブユニットの開閉制御の態様については後で詳述する。

次に、ピストン１０２により圧力室１０３ａ内の圧力を制御するための構造につき説明する。

ハウジング１０１の後端部には、サーボモータ１１４が取り付けられており、サーボモータ１１４の駆動軸はカップリング１１５を介してボールネジ１１７の後端部と結合されている。ボールネジ１１７はハウジング１０１とチャンバー１０３を結合しているシャフト１２６、１２６の中央位置にサポートユニット１１６を介して支持されている。

ボールネジ１１７の先端部には穴付きボルト１１９となっており、ピストン１０２の内部に切られたボールガイド１１８と螺合している。

以上の構造により、サーボモータ１１４によりボールネジ１１７を反時計廻りまたは時計廻りに回転させると、ピストン１０２が前進または後退し、これによりピストン１０２の頭部をチャンバー１０３の圧力室１０３ａ内に進入または脱出させ、圧力室１０３ａ内を加圧または減圧することができる。

なお、本実施例では、ピストン１０２位置は光ファイバセンサにより検出できるようにしてある。ピストン１０２の後端部にはセンサドグ１３６が紙面に垂直な方向に立設されている。そして、センサドグ１３６が通過する領域と光軸が交差するように光ファイバセンサの投光側および受光側の光ファイバ１３８ａ、および１３８ｂが配置されている。光ファイバ１３８ａ、および１３８ｂは、ファイバブラケット１３４および１３５を介してハウジング１０１にネジ止めなどにより固定されている。

また、ハウジング１０１には、不図示の光ファイバセンサアンプユニットを装着するための取付け金具１３８が装着されている。投光側および受光側の光ファイバ１３８ａ、および１３８ｂはこの取付け金具１３８に装着された光ファイバセンサアンプユニットと接続され、同アンプユニットによって検出、および表示制御が行われる。この種のアンプユニットには、感度設定などの制御を行う操作手段などの他、光ファイバ間を通過するドグの検出状態を表示するＬＥＤインジケータなどが設けられており、アンプユニットをこのようにサーボガン１００に装着しておくことにより、アンプユニットのＬＥＤインジケータをピストン１０２の動作状態の表示器として機能させることができる。

また、光ファイバセンサの出力は、後述の制御において、ピストン１０２の初期位置の検出などに利用することもできる。

次に図２を参照して、本実施例の塗装システムの全体構成につき説明する。

図２において、図１で説明したサーボガン１００は、ロボットアーム２００のアーム先端に支持されている。ロボットアーム２００はたとえば３軸制御（たとえばテーブル回転２軸、アーム回転１軸）が可能な公知のロボットアーム２００である。また、塗装用途によっては走行式など駆動方式が異なるもの、軸数が異なるものなどを用いてもよい。

自動塗装処理は、ロボットアーム２００でサーボガン１００を操作し、塗装対象物（不図示）にサーボガン１００先端のディスペンサーチップ１８０を接触させるとともに、塗装対象物とサーボガン１００の間に相対移動を生じさせることによって行なう。このようにして、塗装対象物上に所定の塗料塗布パターンを形成することができる。このような塗装処理により、直線、曲線、文字、画像、塗り潰しなどの表現が可能となる。

ロボットアーム２００の制御、およびサーボガン１００の塗料充填および塗布に関する制御は、制御部９００によって行う。

制御部９００は、たとえばロボット操作盤３００およびＰＬＣ４００を用いて構成することができる。以下では、制御部９００をロボット操作盤３００およびＰＬＣ４００を用いて構成する例を示すが、もちろん制御部９００はロボットアーム２００の制御、およびサーボガン１００の塗料充填および塗布制御を行なう単一の制御手段により構成してもよい。

本実施例では、ロボットアーム２００の操作ないしプログラミングは、ロボット操作盤３００を介して行う。ロボット操作盤３００には、ロボットアーム２００を操作するための操作手段の他、たとえばファンクションキーなどを利用して構成したサーボガン１００の動作タイミングを指定するための操作手段が設けられる。

一方、サーボガン１００による塗装動作は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４００によって制御される。

本実施例では、ロボット操作盤３００により、ロボットアーム２００でアーム先端のサーボガン１００を動かし、サーボガン１００のディスペンサーチップ１８０を対象物に接触させ、塗料を所定の塗布パターン（形状）に沿って塗布するようプログラミングする。

同時に、ロボット操作盤３００で、ディスペンサーチップ１８０先端を対象物に接触させて塗布を開始する、またディスペンサーチップ１８０先端を対象物から離して塗布を開始する、といった各タイミングでＰＬＣ４００がサーボガン１００による塗装動作を制御できるように、ロボット操作盤３００のＩ／Ｏ入出力基板３０１、およびアナログ出力基板３０２から制御信号を出力するようになっている。

本実施例では、ロボット操作盤３００のＩ／Ｏ入出力基板３０１は、吐出バルブＯＮ／ＯＦＦ信号、充填バルブＯＮ／ＯＦＦ信号、吸引信号、塗布信号、速度制御信号、および位置制御信号などの制御信号をＰＬＣ４００のＩ／Ｏ入力ポート４０３に対して出力する。

また、ロボット操作盤３００のアナログ出力基板３０２から、サーボ速度指令信号（電圧信号）をＰＬＣ４００のアナログ入力ポート４０５に対して出力する。

ＰＬＣ４００はＰＣ（パーソナルコンピュータ）４０２に、電源４０１、Ｉ／Ｏ入力ポート４０３、Ｉ／Ｏ出力ポート４０４、アナログ入力ポート４０５、および位置決めユニット４０６を組み合わせて構成されている。

また、ＰＬＣ４００のＩ／Ｏ出力ポート４０４から、ロボット操作盤３００のＩ／Ｏ入出力基板３０１に対して、ロボットアーム２００の３軸（ないしそれ以上の複数軸）制御を行うための所定の制御信号を入力することにより、ＰＬＣ４００側からロボット操作盤３００を介してロボットアーム２００の動作を制御することもできる。

以上のように制御部９００を構成することにより、たとえば、ロボット操作盤３００を用いて、サーボガン１００を操作するロボットアーム２００の動作、およびサーボガン１００の塗料の塗布開始、終了タイミングなどをプログラミングした後、ＰＬＣ４００側でそのプログラミングデータを記録し、後で再生する、すなわち、ＰＬＣ４００が記録したプログラミングデータに基づき、ロボット操作盤３００を介してロボットアーム２００の動作を制御するとともに、サーボガン１００の塗装動作を制御することにより、自動塗装処理を行うこともできる。

次に、サーボガン１００の塗装制御系についてさらに詳細に説明する。

上述のように、サーボガン１００には、塗料を加圧するための圧力室１０３ａが設けられ、ピストン１０２により圧力室１０３ａ内の塗料の圧力を制御することができる。

ピストン１０２は、サーボモータ１１４により駆動されるが、このサーボモータ１１４はサーボコントローラ４０７を介してＰＬＣ４００の位置決めユニット４０６により制御される。

圧力室１０３ａ内の塗料圧力は、圧力センサヘッド１９１により検出される。圧力センサヘッド１９１の検出状態は圧力センサユニット１９３でデジタル信号に変換され、Ｉ／Ｏ入力ポート４０３を介してＰＬＣ４００に入力される。

したがって、ＰＬＣ４００は、塗料塗布期間、あるいはサーボガン１００移動中の予圧（予備加圧）期間（後述）などにおいて、圧力センサヘッド１９１から得られる検出値に基づき、圧力室１０３ａ内の塗料圧力が所定値になるよう、サーボモータ１１４を介してピストン１０２の位置を制御することによりフィードバック制御することができる。

また、サーボガン１００には、圧力室１０３ａに対して塗料を充填する充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１が設けられる。これら充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１の開閉はそれぞれエアシリンダユニット１５２、および１５１により制御される。

このエアシリンダユニット１５２、および１５１の駆動は、充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、および吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１によりそれぞれ制御される。充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、および吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１と、エアシリンダユニット１５２、および１５１は、エアシリンダピストンヘッド１１２の前進および後退をそれぞれ制御するエア配管により接続される。

これら充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、および吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１は、ＰＬＣ４００のＩ／Ｏ出力ポート４０４の信号により制御される。

このような構成により、ＰＬＣ４００は、塗装シーケンスの進行に応じて、充填側バルブユニット１４２、および吐出側バルブユニット１４１の開き、また閉じるよう、充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、および吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１を介してエア供給を制御する。

エアシリンダユニット１５２、および１５１の駆動に必要なエアは不図示の外部のコンプレッサなどから吸入ポート５０１を介して供給される。吸入ポート５０１の直後の配管には微粒子、油分、水分などの異物を除去するためのミストセパレータ５０２が配置される。

なお、本実施例では、充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、および吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１は、エアシリンダユニット１５２、および１５１のエアシリンダピストンヘッド１１２の前進および後退を２ポート式で制御するように図示してあるが、これらソレノイドバルブ／エアシリンダユニットのポート構成は図示の態様に限定されるものではない。

サーボガン１００に供給される塗料は粘度不均一や固化などを防止するため、密閉型タンク７００に収容し、撹拌機６００により常時、撹拌する。撹拌機６００としてはマグネチックスターラのような任意の撹拌方式のものを用いることができる。

密閉型タンク７００の内部は、上記のミストセパレータ５０２を経て、さらに精密レギュレータ５０４を介して流量を一定に制御されたエアにより予備加圧する。

密閉型タンク７００の内の塗料にはナイロン製などの塗料チューブ７０１の一端が浸漬され、この塗料チューブ７０１の他端は充填側バルブユニット１４２吸入ポート１４２ａに接続される。

塗料は顔料を、たとえば、ホワイトガソリン、アルコール、シンナーなど各種の溶媒に溶いたもので、ディスペンサーチップ１８０の塗布体１８１先端まで毛細管現象によって到達できるものであれば任意の組成の塗料を用いることができる。

塗料チューブ７０１の中間部には、塗料の流量を一定に制御するためのエアオペレギュレータ１９２が配置される。エアオペレギュレータ１９２には、上記ミストセパレータ５０２を経て、さらに精密レギュレータ５０３を介して流量を一定に制御された制御エアが供給される。このようにして、サーボガン１００への塗料の供給流量が一定に制御される。

なお、上記の塗料およびエア系の配管（チューブ）、ないし配線はサヤ管艤装部８００によって束ねられ、サーボガン１００まで配管される。

次に以上の構成における自動塗装（自動塗布）動作につき説明する。

図３〜図５に上記構成において実施可能な自動塗装制御の一例を示す。ここでは、ロボットアーム２００の制御によりサーボガン１００のディスペンサーチップ１８０を塗装対象物に触れさせる、あるいはさらに塗装対象物に沿い、所期の塗装パターンに応じて移動させる、塗装対象物から離間させ、待機（休止）位置まで移動させる、といったロボットアーム２００側の制御について公知であるものとして説明を省略する。

図３〜図５に示した制御手順は、たとえば図２の制御部９００が実行する自動塗装制御プログラムとして制御部９００の記憶手段に格納することができる。たとえば、図２において、ＰＬＣ４００がロボットアーム２００の動作と、サーボガン１００による塗装動作を含む全体を制御する場合には、後述の制御手順はＰＬＣ４００のＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶手段に格納することができる。

図３の充填手順は、圧力室１０３ａに塗料を充填する充填処理の制御手順の流れを示している。図３の充填手順は、たとえば、サーボガン１００のディスペンサーチップ１８０が塗装対象物から離間している間、あるいはロボットアーム２００によりサーボガン１００が所定の休止／待機位置などに移動されている、といった非塗布期間の任意のタイミングにおいて実施することができる。

図３の充填処理を実行する際、撹拌機６００を駆動しておき、密閉型タンク７００を撹拌するとともに、各ソレノイドバルブ１６１、１６２、エアオペレギュレータ１９２などの動作が可能となるよう、不図示のコンプレッサなどから吸入ポート５０１に所定圧力のエアを供給する（後述の吐出／塗布処理などにおいても同様）。

図３のステップＳ３０１では、まず吐出バルブ用ソレノイドバルブ１６１、およびエアシリンダユニット１５１を介して吐出側バルブユニット１４１を閉成（ＯＦＦ）し、ステップＳ３０２では、充填バルブ用ソレノイドバルブ１６２、およびエアシリンダユニット１５２を介して充填側バルブユニット１４２を開放（ＯＮ）する。

なお、上述の説明より各ソレノイドバルブ１６１、１６２、各エアシリンダユニット１５１、１５２および各バルブユニット１４１、１４２の動作は自明であるから、以下では煩雑さを避けるため単に充填側バルブユニット１４２および吐出側バルブユニット１４１の動作についてのみ言及する。

ステップＳ３０２およびＳ３０３では、サーボモータ１１４およびボールネジ１１７を介してピストン１０２を図１左方の初期位置まで移動させる。この時、充填側バルブユニット１４２が開、吐出側バルブユニット１４１が閉の状態であるから、このピストン１０２の初期位置への移動により、圧力室１０３ａ内に塗料が充填される。

塗料は、密閉型タンク７００から塗料チューブ７０１を経て、前述のように吸入ポート１４２ａ〜ニードルバルブ１０９〜開口１４２ｂ〜塗料パス１４２ｃ（以上充填側バルブユニット１４２）〜塗料パス１０３ｂ〜圧力室１０３ａへと続く経路で充填される。

ピストン１０２の現在位置は、サーボモータ１１４のエンコーダの出力を監視することにより、あるいは光ファイバセンサの出力を監視することにより検出する。

ステップＳ３０２でピストン１０２が所定の初期位置まで後退したことを検出すると、ステップＳ３０４に移行し、充填側バルブユニット１４２を閉成（ＯＦＦ）する。

続いて、ステップＳ３０５〜Ｓ３０７においては、充填側バルブユニット１４２および吐出側バルブユニット１４１を閉成した状態で圧力室１０３ａ内の塗料を所定の圧力に予圧（予備加圧）する。

ステップＳ３０５では、圧力センサヘッド１９１、圧力センサユニット１９３を介して圧力室１０３ａ内の塗料圧力を検出し、同圧力値が所定の予圧目標値に（ほぼ）等しいか否かを検出する。

ステップＳ３０５で圧力室１０３ａ内の塗料圧力が所定の予圧目標値より高ければ、サーボモータ１１４およびボールネジ１１７を介して、ステップＳ３０６においてピストン１０２を後退させ、所定の予圧目標値より低ければ、ステップＳ３０７においてピストン１０２を前進させる。

なお、上述の説明よりサーボモータ１１４、ボールネジ１１７およびピストン１０２の動作は自明であるから、以下では煩雑さを避けるため単にピストン１０２の動作についてのみ言及する。

ステップＳ３０５〜Ｓ３０７の予圧調整処理は、ステップＳ３０８で充填処理の終了を検出するまで続行される。

ステップＳ３０８で検出される充填処理の終了は、たとえば、サーボガン１００のディスペンサーチップ１８０が塗装対象物に触れる、あるいは塗装対象物まで移動された、などのように塗装処理を開始する条件が成立することを検出することなどにより判定することができる。

図３のようにして、非塗布期間中にピストン１０２を初期位置に移動して圧力室１０３ａ内に所定容量の塗料を充填するとともに、さらに、充填側バルブユニット１４２および吐出側バルブユニット１４１を閉成した状態で圧力室１０３ａ内の塗料を所定の予圧圧力に調節することができる。このように非塗布期間中に圧力室１０３ａ内の塗料圧力を所定の予圧値に調節しておくことにより、ディスペンサーチップ１８０を塗装対象物に触れさせた直後から、所期の塗料圧力でディスペンサーチップ１８０に塗料を供給することができ、効率良く塗料の塗布を行うことができる。

図４は、サーボガン１００のディスペンサーチップ１８０を塗装対象物に触れさせて行う塗布（吐出）処理の流れを示している。図４の塗布（吐出）処理は、たとえば、ディスペンサーチップ１８０を塗装対象物に触れさせた（あるいは塗装対象物近傍に近接させた）時点から開始することができる。

図４のステップＳ４０１では、まず充填側バルブユニット１４２を閉成（ＯＦＦ）とし、ステップＳ４０２では、吐出側バルブユニット１４１を開放（ＯＮ）する。この各バルブユニットの状態は、ステップＳ４０６で塗布処理の終了が検出されるまで保持される。

これにより、圧力室１０３ａより下流の塗料の供給経路、すなわち塗料パス１０３ｃ（以上チャンバー１０３）〜塗料パス１４１ａ〜ニードルバルブ１０９〜開口１４１ｂ〜塗料パス１４１ｃ（以上吐出側バルブユニット１４１）〜塗料パス１０３ｄ〜ノズルポート１０３ｅ（以上チャンバー１０３前部）〜ディスペンサーチップ１８０と続く供給経路が形成される。

ステップＳ４０３では、圧力センサヘッド１９１、圧力センサユニット１９３を介して圧力室１０３ａ内の塗料圧力を検出し、同圧力値が所定の目標値に（ほぼ）等しいか否かを検出する。この塗布時の圧力目標値は、先の予圧目標値と同じでもよいし、諸条件により先の予圧目標値よりも高く、あるいは低く設定しておくことができる。

ステップＳ４０３で圧力室１０３ａ内の塗料圧力が所定の予圧目標値より高ければ、サーボモータ１１４およびボールネジ１１７を介して、ステップＳ４０４においてピストン１０２を後退させ、所定の予圧目標値より低ければ、ステップＳ４０５においてピストン１０２を前進させる。

このようにして、塗布処理において、圧力室１０３ａ内の塗料圧力を、所定の圧力目標値になるようフィードバック制御し、塗料がディスペンサーチップ１８０の先端の塗布体１８１から垂れ落ちるような不都合を生じることなく、また、塗料供給不足に起因するかすれや塗布ムラなどの不都合を生じることなく、塗料を塗布することができる。

すなわち、ディスペンサーチップ１８０の先端の塗布体１８１から塗装対象物に塗布されて消費される量に応じて減圧していく分だけピストン１０２を前進させることができ、また、ピストン１０２が前進しすぎるなどして塗料圧力が高くなりすぎた場合はピストン１０２を後退させることができる。また、このようなフィードバック制御により、あるいはサーボガン１００の姿勢などによって発生しうる塗料圧力のバラツキを補償することができ、ディスペンサーチップ１８０の先端の塗布体１８１直前の圧力が塗料塗布に適したほぼ一定の圧力に制御することができる。

ステップＳ４０６では、塗布（吐出）処理の終了を検出する。塗布（吐出）処理の終了は、ディスペンサーチップ１８０により、塗装対象物に所定のパターンを描き終り、ディスペンサーチップ１８０を塗装対象物から離間させる、といった条件の検出により判定することができる。塗布（吐出）処理の終了を検出した場合にはステップＳ４０７で吐出側バルブユニット１４１を閉成（ＯＦＦ）し、塗布（吐出）処理全体を終了する。塗布（吐出）処理が終了した場合には、たとえば、直ちに図３の充填処理に移行することができる。

以上のようにして、塗料の塗布中、チャンバー１０３の圧力室１０３ａ内の塗料圧力を所定の目標値に近づけるよう制御する、すなわち、圧力室１０３ａ内の塗料圧力が所定範囲内となるよう制御することができ、これによりディスペンサーチップ１８０から塗料が垂れ落ちるのを防止でき、作業環境や被塗布物の不要な部分を汚染することなく、前記被塗布物に前記塗布液を塗布することができる。またディスペンサーチップ１８０に対して一定の塗料供給量で塗料を供給できるため、直線、曲線、文字、画像、塗り潰しなどの表現を高精度に行なうことができる。

図５は、自動塗装制御全体のおおまかな流れを示している。図５の処理は、図示のように、ステップＳ５０１で行う塗布（吐出）区間か否かの判定に応じて、ステップＳ５０２の塗布（吐出）処理（図４）、またはステップＳ５０３の充填処理（図３）を行なうものである。ステップＳ５０１〜Ｓ５０３の処理は、ステップＳ５０４で自動塗装処理全体の終了を検出するまで続行される。

ステップＳ５０１の塗布（吐出）区間か否かの判定は、たとえば、サーボガン１００のディスペンサーチップ１８０が塗装対象物に触れた、あるいは塗装対象物近傍まで移動された、などの条件を検出することにより行うことができる。

また、ステップＳ５０４の自動塗装処理全体の終了判定は、塗装対象物に全ての塗装パターンを描き終ったことを検出することにより行うことができる。

図５に示したように、充填処理を塗装対象物に塗料を塗布する塗布時以外の非塗布期間において行なうことにより、効率よくサーボガン１００のチャンバー１０３に塗料を充填（補給）することができる。

なお、以上では、被塗布物（塗布対象物）に塗布する塗布液として塗料を一例とし、接触塗布により被塗布物（塗布対象物）に塗装を行う自動塗装システムに関する実施例を示した。しかしながら、上記構成は、塗布液が塗料以外の場合、たとえば任意の薬液などであっても同様に適用できるのはいうまでもない。その場合、上記の「塗料」を「塗布液」、「塗装対象物」を「被塗布物」、「塗装」を「塗布」、などと適宜読みかえれば上記の説明はそのまま塗料以外の塗布液を用いる場合にも通用する。

本発明を採用した塗布装置の主要部の構成を示した断面図である。 本発明を採用した塗布装置のシステム構成を示した説明図である。 本発明を採用した塗布装置における塗布液充填制御の流れを示したフローチャート図である。 本発明を採用した塗布装置における塗布制御の流れを示したフローチャート図である。 本発明を採用した塗布装置における自動塗布制御の流れを示したフローチャート図である。

符号の説明

１００ サーボガン
１０１ ハウジング
１０２ ピストン
１０３ チャンバー
１０４ パッキン押エ
１０７、１０７ パッキン押エ
１０８、１０８ 盲蓋
１０９、１０９ ニードルバルブ
１１０、１１０ シャフト
１１１ エアシリンダチューブ
１１２ エアシリンダピストンヘッド
１１３ エアシリンダヘッドカバー
１１４ サーボモータ
１１５ カップリング
１１７ ボールネジ
１１８ ボールガイド
１１９ 穴付きボルト
１２０ パッキンセット
１２１ パッキンセット
１２３〜１２５ Ｏリング
１２６ シャフト
１２７ エアシリンダシャフト
１２８ スプリング
１３４オヨビ１３５ ファイバブラケット
１３６ センサドグ
１３８ａ、１３８ｂ 光ファイバ
１４１ 吐出側バルブユニット
１４２ 充填側バルブユニット
１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ ポート
１５２、１５１ エアシリンダユニット
１６１ 吐出バルブ用ソレノイドバルブ
１６２ 充填バルブ用ソレノイドバルブ
１８０ ディスペンサーチップ
１８１ 塗布体
１９１ 圧力センサヘッド
１９２ エアオペレギュレータ
１９３ 圧力センサユニット
２００ ロボットアーム
３００ ロボット操作盤
３０１ Ｉ／Ｏ入出力基板
３０２ アナログ出力基板
４００ ＰＬＣ
４０１ 電源
４０２ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
４０３ Ｉ／Ｏ入力ポート
４０４ Ｉ／Ｏ出力ポート
４０５ アナログ入力ポート
４０６ 位置決メユニット
４０７ サーボコントローラ
５０１ 吸入ポート
５０２ ミストセパレータ
５０３、５０４ 精密レギュレータ
６００ 撹拌機
７００ 密閉型タンク
７０１ 塗料チューブ
９００ 制御部

Claims (5)

1. 被塗布物と接触して該被塗布物に塗布液を塗布する接触塗布手段と、
   前記塗布液を収容するシリンダ室と、該シリンダ室内部を同軸的に摺動することによりシリンダ室内部の塗布液の圧力を制御するピストンと、該ピストンの該シリンダ室内部における位置を制御すべく該ピストンを往復駆動するサーボモータを有し、前記接触塗布手段に前記塗布液を供給する塗布液供給手段と、
   前記塗布液供給手段内の塗布液の圧力を検出し、該塗布液の圧力を所定範囲内に制御することにより、前記塗布液供給手段から供給される前記塗布液の供給量が前記接触塗布手段から垂れ落ちない供給量となるよう前記塗布液供給手段を制御する制御手段と、
   が設けられ、
   前記制御手段は、前記シリンダ室内の塗布液の圧力を検出し、前記ピストンに設けられたセンサドグを介して前記ピストンの初期位置ないし現在位置を検出する光ファイバセンサを介して検出される前記ピストンの前記シリンダ室内部における位置に基づき前記サーボモータを介して該ピストンの該シリンダ室内部における位置を制御することにより前記シリンダ室内の塗布液の圧力を前記所定範囲内に制御するとともに、
   さらに前記光ファイバセンサを、前記センサドグの検出状態を表示するＬＥＤインジケータを有する光ファイバセンサアンプユニットと接続することにより、前記ＬＥＤインジケータを前記ピストンの動作状態の表示器として機能させることを特徴とする塗布装置。
2. 前記接触塗布手段が被塗布物と接触して該被塗布物に塗布液を塗布する刷毛あるいはフェルト様の軟質多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記塗布液供給手段と前記接触塗布手段の間の塗布液経路に前記塗布液の供給を断続する第１のニードルバルブが、また、前記塗布液供給手段に前記塗布液を供給する塗布液タンクと前記塗布液供給手段の間の塗布液経路に前記塗布液の供給を断続する第２のニードルバルブが配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
4. 前記制御手段により、前記第１のニードルバルブを開放状態、前記第２のニードルバルブを閉成状態に制御した状態で、前記前記塗布液供給手段内の塗布液の圧力を検出しながら該塗布液の圧力を前記所定範囲内に制御しつつ、前記接触塗布手段と前記被塗布物を接触させ、前記接触塗布手段と前記被塗布物を相対移動させることにより該被塗布物に塗布液を塗布することを特徴とする請求項３に記載の塗布装置。
5. 前記制御手段により、前記第１のニードルバルブを閉成状態、前記第２のニードルバルブを開放状態に制御した状態で、前記塗布液供給手段内の圧力を制御することにより、前記塗布液供給手段内に前記塗布液を充填することを特徴とする請求項３または４に記載の塗布装置。

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