JP5508052B2 - 静電塗装システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両のボデイ等の被塗装物に対して、導電性塗料を吐出し塗装することが可能な静電塗装システムに関する。

従来から、導電性塗料に高電圧を印加して自動車のボデイ等の被塗装物に静電塗装を施す方法が知られている。この方法では、導電性塗料が、接地電位から絶縁されている中間貯留槽に一旦導入された後、前記中間貯留槽と塗料供給源とを連通している供給通路が洗浄及び乾燥されて電圧ブロックが形成される。この状態で、高電圧が印加された導電性塗料を中間貯留槽から塗装ガンに供給することにより、被塗装物に対する静電塗装作業が遂行される。

ところで、従来の静電塗装システム（静電塗装装置）では、例えば、自動車のボデイのコーナー曲面部分、平面部分等の被塗装面の条件変化に応じて塗装ガンの塗料吐出量を変化させる塗料制御、塗装ガンから所定距離離間した送出ポンプの送出量制御によって行っているため、その塗料制御を高精度に制御することができず、オーバースプレーやスプレー不足が発生するという不具合があった。

そこで、本出願人は、前記不具合を解消するために、間欠塗料のワンショット分の塗料キャパシティの塗料プール部と、前記塗料プール部のプール塗料を塗装ガンへバー回転することによって送出するモノ送出バー形態のモノポンプ部とを有するスプレーユニットを備え、前記モノポンプ部の回転数を制御して塗料送出定量を調整可能とする静電塗装装置を提案している（特許文献１参照）。

特開２００１−２４６２９５号公報

本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、配管通路及びポンプ構造を簡素化すると共に、塗装ガンに対して一定量の塗料を安定して且つ連続して供給することが可能な静電塗装システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、塗料供給部から塗装ガンに供給される塗料に高電圧を印加して被塗装物に対して塗装を行う静電塗装システムであって、前記塗料供給部と前記塗装ガンとの間に設けられ、前記塗装ガンに対して一定量の塗料を連続して送給する塗料定量供給手段を備え、前記塗料定量供給手段は、少なくとも単一の塗料排出ポートが設けられたシリンダボデイと、前記シリンダボデイ内に収装される吐出ピストンとを有し、前記シリンダボデイ内を前記吐出ピストンが往復動作することにより、一定量の塗料を前記単一の塗料排出ポートから吐出させるシリンダ機構を含み、前記吐出ピストンは、前記シリンダボデイの軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能に設けられた径方向伸縮部材からなり、前記径方向伸縮部材の伸縮作用によって、前記シリンダボデイ内で分割された第１シリンダ室と第２シリンダ室との非連通状態と連通状態が切り換えられることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダボデイの軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能に設けられた径方向伸縮部材を吐出ピストンとして構成し、前記径方向伸縮部材を径方向に収縮（縮径）させて径方向伸縮部材の外径とシリンダボデイの内壁との間で間隙を形成することにより、第１シリンダ室と第２シリンダ室とが前記間隙を通じて連通状態となり、一方、径方向伸縮部材を径方向に伸張（拡径）させてシリンダボデイの内壁に当接させることにより、第１シリンダ室と第２シリンダ室とが非連通状態となる。従って、本発明では、吐出ピストンの一方又は他方へのストロークに対応させて径方向伸縮部材を伸縮させ、第１シリンダ室と第２シリンダ室の非連通状態と連通状態とを適宜切り換えることにより、単一の塗料排出ポートから塗装ガンに対して一定量の塗料を安定して且つ連続して供給することができる。

また、本発明によれば、前記径方向伸縮部材を、シリンダボデイの軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能に設けられたベローズを有するベローバルブで構成すると好適である。その際、ベローズを径方向に収縮（縮径）させてベローズとシリンダボデイの内壁との間で間隙を形成することにより、第１シリンダ室と第２シリンダ室とが前記間隙を通じて連通状態となり、一方、ベローズを径方向に伸張（拡径）させてシリンダボデイの内壁に当接させることにより、第１シリンダ室と第２シリンダ室とが非連通状態となる。従って、本発明では、吐出ピストンの一方又は他方へのストロークに対応させてベローバルブのベローズを伸縮させ、第１シリンダ室と第２シリンダ室の非連通状態と連通状態とを適宜切り換えることにより、単一の塗料排出ポートから塗装ガンに対して一定量の塗料を安定して且つ連続して供給することができる。

この場合、ベローバルブは、貫通孔が形成された中空のポンプロッドの一端部に設けられ、前記ポンプロッドの貫通孔を介して、前記ベローズ内に圧力流体が供給され、又は、前記ベローズ内の圧力流体が外部へ排出されることによって前記伸縮作用が営まれるとよい。なお、前記ポンプロッドには、前記ベローズ内の圧力流体を外部に排気する急速排気弁が設けられることにより、ベローズの伸張作用（拡径状態）と収縮作用（縮径状態）とを迅速に且つ容易に切り換えることができる。

本発明によれば、配管通路及びポンプ構造を簡素化すると共に、塗装ガンに対して一定量の塗料を安定して且つ連続して供給することが可能な静電塗装システムを得ることができる。

自動車ボデイの静電塗装に適用される本発明の参考実施形態に係る静電塗装システムの概略構成側面図である。 前記静電塗装システムのブロック構成図である。 前記静電塗装システムを構成する定量吐出ポンプの概略構造縦断面図である。 （ａ）は、前記定量吐出ポンプに設けられた吐出量調整機構の軸方向に沿った一部省略縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、吐出ピストンが前進ストロークに沿って変位する状態を示す定量吐出ポンプの動作説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、吐出ピストンが後進ストロークに沿って変位する状態を示す定量吐出ポンプの動作説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３比較例に係る各種ポンプの吐出特性曲線を示す説明図、（ｄ）は、参考実施形態に係る静電塗装システムを構成する定量吐出ポンプの吐出特性曲線を示す説明図である。 （ａ）は、複数の定量吐出ポンプをロボットのアーム上に並設したポンプ搭載方式を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の一部省略正面図である。 （ａ）は、複数の定量吐出ポンプを架台上に並設したポンプ搭載方式を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。 本発明の実施形態に係る定量吐出ポンプの概略構造縦断面図である。 図１０の定量吐出ポンプを構成するベローズが縮径して第１シリンダ室と第２シリンダ室が連通した状態を示す概略構造縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る定量吐出ポンプのベローバルブ（吐出ピストン）が前進ストロークに沿って変位する状態を示す動作説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る定量吐出ポンプのベローバルブ（吐出ピストン）が後進ストロークに沿って変位する状態を示す動作説明図である。 径方向伸縮部材の変形例を示す一部省略縦断面図であり、（ａ）は、弾性部材が収縮した状態、（ｂ）は、弾性部材がエアによって径方向に伸張した状態を示したものである。

次に、本発明の参考実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び／又は図２に示すように、静電塗装システム１０は、図示しない色塗料槽から供給された塗料を供給する塗料供給部２０を含む。なお、塗料としては、有機溶剤型塗料を含む導電性塗料が用いられるが、好適には水溶性塗料が用いられるとよい。

また、前記静電塗装システム１０は、前記塗料供給部２０から送給された塗料が導入される単一の塗料供給ポート２４ａ及び後記する塗装ガン４２に対して塗料を吐出（排出）する単一の塗料排出ポート２４ｂが設けられ、後記する吐出ピストン（可動体）２６の往復動作によって一定量の塗料を連続して供給する定量吐出ポンプ（塗料定量供給手段）２８と、連結部３０を介して前記定量吐出ポンプ２８と同軸状に連結され前記吐出ピストン２６を駆動させる駆動シリンダ３２とを備える。

さらに、前記静電塗装システム１０は、前記駆動シリンダ３２の図示しないピストン及びピストンロッドの変位（ストローク）を所望の速度に制御する電空ポジショナ３６と、前記電空ポジショナ３６に対して制御信号を導出するコントローラ３８と、図示しないキーボード等からなり前記コントローラ３８に所望の制御信号を入力・設定する入力部４０と、前記定量吐出ポンプ２８から供給された塗料を図示しない自動車ボデイ（被塗装物）に向かって吐出する塗装ガン４２とを有する。

定量吐出ポンプ２８は、図３に示されるように、前記塗料供給部２０から塗料が供給されると共に、前記供給された塗料を塗装ガン４２に対して吐出する塗料吐出部４８と、吐出ピストン２６に連結されたポンプロッド５０を洗浄するロッド洗浄部５２とから基本的に構成される。

前記定量吐出ポンプ２８を構成する前記塗料吐出部４８は、図３に示されるように、例えば、ＳＵＳ等の金属製材料によって円筒状に形成されたシリンダボデイ５６と、前記シリンダボデイ５６の内部空間に沿って摺動自在に変位する吐出ピストン２６と、前記吐出ピストン２６に一端部が連結されて他端部がロッド洗浄部５２を貫通して前記シリンダボデイ５６の外部まで延在する長尺なポンプロッド５０とを有するシリンダ機構によって構成される。なお、前記吐出ピストン２６の外周面には、前記シリンダボデイ５６の内壁に摺接してシール機能を発揮する図示しないピストンパッキンが環状溝を介して装着される。

前記シリンダボデイ５６の内部には、往復動作する前記吐出ピストン２６によって、図面に向かって左方の第１シリンダ室５８ａと、図面に向かって右方の第２シリンダ室５８ｂとに分割された２つの空間部が形成される。この場合、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの容積比は、略同等であってもよいが、好ましくは、第２シリンダ室５８ｂの容積Ｃ２が、第１シリンダ室５８ａの容積Ｃ１と比較して小さく設定されるとよい（Ｃ１＞Ｃ２）。この第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの容積比の設定は、図示しないストッパによって行われる。

前記シリンダボデイ５６には、前記第１シリンダ室５８ａに連通する単一の塗料供給ポート２４ａ及び単一の塗料排出ポート２４ｂが設けられ、前記塗料排出ポート２４ｂには、ボールが着座部に着座することにより、塗装ガン４２への塗料の吐出を遮断する第１チェック弁６０ａが配設される。なお、参考実施形態では、塗料供給ポート２４ａが単一に設けられているが、これに限定されるものではなく、複数の塗料供給ポート２４ａが設けられるようにしてもよい。

また、前記シリンダボデイ５６には、吐出ピストン２６の中央部から偏位した部位に固定されて前記ポンプロッド５０と略平行に延在すると共に、第２シリンダ室５８ｂと塗料排出ポート２４ｂとを連通させる連通路６６を有する中空の管路体（連通手段）６８が設けられる。この管路体６８は、吐出ピストン２６と一体的に変位するように設けられ、前記管路体６８の一端部は、シリンダボデイ５６に形成された段付孔部６４に沿って挿通自在に設けられる。また、管路体６８の一端部開口には、図４に示されるように、テーパ状凹部６８ａが形成される。なお、管路体６８の一端部の外周面には、段付孔部６４の内壁に摺接してシール機能を発揮するＯリング７１が装着される。

さらに、前記シリンダボデイ５６には、吐出ピストン２６の前進ストローク及び後進ストロークにおける塗料吐出量（吐出圧力）のバランスを調整する吐出量調整機構（吐出圧力調整機構）６２が設けられる。この吐出量調整機構６２は、シリンダボデイ５６に固定され前記管路体６８の連通路６６に沿って延在する長尺なニードル部材７０を有し、前記ニードル部材７０の先端部には、図４に示されるように、管路体６８の一端部開口に形成されたテーパ状凹部６８ａに臨むテーパ部７２が設けられる。

後記するように、第２シリンダ室５８ｂ内に供給された塗料は、前記管路体６８の内壁と前記ニードル部材７０の外壁との間の間隙７４を通じて連通路６６に沿って流通し、塗料排出ポート２４ｂから塗装ガン４２へ導出される。

この場合、ニードル部材７０が挿通された状態で管路体６８が吐出ピストン２６と一体的に横方向に沿って変位し前記吐出ピストン２６が前進ストロークから後進ストロークに切り換わる際、前記ニードル部材７０の先端部のテーパ部７２と管路体６８のテーパ状凹部６８ａとの離間距離が最小となって、管路体６８の一端部開口から排出される塗料吐出量が絞られる。従って、前記吐出ピストン２６が前進ストロークから後進ストロークに切り換わる際に発生する吐出ピストン２６の急な飛び出し（流量変化）を防止して、前進及び後進ストローク時における塗料吐出量（吐出バランス）が好適に調整される。

換言すると、吐出量調整機構６２を設けることにより、ストロークの切換時に発生する流量変化を回避して塗料の吐出圧力を安定化させることができると共に、吐出量調整機構６２を簡素な構造によって構成することができる。

なお、前記ニードル部材７０のテーパ部７２と管路体６８のテーパ状凹部６８ａとの離間距離は、前記ニードル部材７０の他端部に係着されたロックナット７５のねじ込み量によって調整可能に設けられる。

吐出ピストン２６の中央部（中心部）に固定されるポンプロッド５０は、内部に貫通孔７６が形成された中空体によって構成される。第１シリンダ室５８ａに臨む前記ポンプロッド５０の一端部には、前記第１シリンダ室５８ａと前記貫通孔７６との連通状態と非連通状態とを切り換えるボールを有する第２チェック弁（切換手段）６０ｂが設けられる。

また、シリンダボデイ５６及びロッド洗浄部５２を軸方向に沿って貫通し外部に露呈するポンプロッド５０の他端部には、第３チェック弁６０ｃが設けられる。さらに、一端部側に近接するポンプロッド５０の中間部位には、第２シリンダ室５８ｂに連通する連通孔７８が設けられる。

この場合、一端部側の第２チェック弁６０ｂのボールが着座部から離間することにより、第１シリンダ室５８ａ内の塗料が前記ポンプロッド５０の一端部開口から貫通孔７６内に導入され、前記貫通孔７６内に導入された塗料は、前記連通孔７８を通じて第２シリンダ室５８ｂ内に供給される。一方、前記第２チェック弁６０ｂのボールが着座部に着座することにより、ポンプロッド５０の一端部開口が閉塞されて、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの連通状態が遮断される。

また、他端部側の第３チェック弁６０ｃのボールが着座部から離間することにより、後記する洗浄液供給源８０から供給された洗浄液がポンプロッド５０の貫通孔７６内に導入され、前記貫通孔７６内に導入された洗浄液は、連通孔７８を通じて第２シリンダ室５８ｂ内に供給される。その際、一端部側の第２チェック弁６０ｂのボールは、着座部に着座してポンプロッド５０の一端部開口は、閉塞された状態にある。

なお、前記第１〜第３チェック弁６０ａ〜６０ｃでは、ボールのみを設けているが、図示しないコイルスプリングや板ばね等の弾性部材によって前記ボールを係着し、ばね力によって前記ボールを着座部に押圧するようにしてもよい。

前記ロッド洗浄部５２は、図３に示されるように、ポンプロッド５０を支持する支持孔を有し、内部にロッド洗浄室８１が形成されたケーシング８２を有する。前記ケーシング８２には、前記ロッド洗浄室８１に対して窒素ガスを充填するＮ_２ガス供給源８４に連通するガスポート８６が設けられる。

定量吐出ポンプ２８の他端部から所定長だけ突出して外部に露呈するポンプロッド５０の自由端には、連結部３０（図１参照）が設けられる。この連結部３０は、例えば、カップリング部材によって構成され、定量吐出ポンプ２８のポンプロッド５０と駆動シリンダ３２のピストンロッドとがそれぞれ同軸に連結される。

図１及び図２に戻って、駆動シリンダ３２は、金属製シリンダチューブに形成された圧力室内に収装された図示しないピストンと、前記ピストンに連結された自由端が外部に露呈するピストンロッドとを有する周知のエアシリンダから構成される。この場合、図示しないエア供給源から供給された圧力エアが圧力室内に供給されてピストンを押圧することにより前記ピストンが一方の変位終端から他方の変位終端まで変位し、ピストンロッドが前記ピストンと一体的に変位して進退動作（往復動作）するように設けられる。

従って、駆動シリンダ３２が駆動されてピストンロッドが進退動作することにより、前記ピストンロッドの直線運動が定量吐出ポンプ２８のポンプロッド５０に伝達され、シリンダボデイ５６の軸線方向に沿って吐出ピストン２６が直線状に往復動作するように設けられている。

この場合、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６が１ストローク（一方の変位終端位置から他方の変位終端位置までの変位）変位することによって、吐出ピストン２６による塗料の押し出し作用（排出作用）と塗料の吸入充填作用（吸引充填作用）とが同時に遂行される。

従って、駆動シリンダ３２の駆動作用下に定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６が複数回往復動作して前記ストロークが連続することにより、充填された塗料の押し出し作用及び塗料の吸入充填作用が連続し塗装ガン４２に対して塗料を継続的に供給することができる。

前記駆動シリンダ３２のピストンの変位速度は、例えば、電気信号を空気圧信号に変換する電空変換機構を内部に有する公知の電空ポジショナ３６によって制御される。この電空ポジショナ３６では、予め入力（設定）される電気信号（入力信号）に比例した圧力エアを出力側から得ることができ、前記圧力エアを駆動シリンダ３２の圧力室に供給することにより、ピストンの変位速度を所望の速度に制御することができる。

なお、前記電空変換機構は、圧電素子等からなるフラッパによってノズル背圧を調圧する図示しないノズルフラッパ機構や、複数のダイヤフラムによってノズル背圧を調圧する図示しないダイヤフラム機構等が用いられるとよい。

被塗装物である自動車ボデイが搬送される図示しない生産ラインに近接して塗装用のロボット（図示せず）が配設され、前記ロボットのアーム８８（図１参照）には、例えば、塗装ガン４２、定量吐出ポンプ２８、駆動シリンダ３２及び電空ポジショナ３６等が図示しない固定手段を介して搭載され、アーム８８と一体的に変位するように設けられる。

塗料に対する高電圧印加方法としては、外部印加方式（塗装ガン４２で噴霧状態にした塗料に対して高電圧を印加する方式）と、内部印加方式（塗装ガン４２内で流動状態の塗料に対して高電圧を印加する方式）とが知られており、参考実施形態では、いずれの方式も可能であるが、好適には塗装効率が高い水溶性塗料に対する内部印加方式を用いるとよい。

なお、前記塗装用のロボットは、例えば、コントローラ３８によってその動作がプログラミング制御される、産業用の多関節型のロボットからなり、旋回部を構成するアーム８８の先端部（手首部）に塗装ガン４２が装着されたものを用いるとよい。

参考実施形態に係る静電塗装システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図示しないエア供給源を付勢し、電空ポジショナ３６を経由して駆動シリンダ３２に駆動用エアを供給すると共に、コントローラ３８から電空ポジショナ３６に制御信号（入力信号）を導入して駆動シリンダ３２のピストンの変位速度を所定速度に制御することにより、定量吐出ポンプ２８が駆動される。

先ず、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６を１ストロークだけ変位させ、前記吐出ピストン２６の後進ストロークによって、塗料供給ポート２４ａから供給された塗料をシリンダボデイ５６の第１シリンダ室５８ａ内に予め充填しておく。なお、シリンダボデイ５６の第１シリンダ室５８ａ内には、塗料供給ポート２４ａを介して塗料供給部２０から、常時、一定圧力で塗料が継続的に供給されているものとする。

続いて、吐出ピストン２６が後進ストロークから前進ストロークに切換わると、図５（ａ）に示されるように、シリンダボデイ５６の第１シリンダ室５８ａ内に充填された塗料が加圧され、前記加圧された塗料によってポンプロッド５０の一端部側に設けられた第２チェック弁６０ｂのボールが押圧され、前記ボールが着座部から離間することにより前記第２チェック弁６０ｂが弁開状態となる。

従って、第１シリンダ室５８ａ内に充填された塗料は、第２チェック弁６０ｂのボールと着座部との間を通過してポンプロッド５０の貫通孔７６に沿って流通し、ポンプロッド５０の中間部位に設けられた連通孔７８から第２シリンダ室５８ｂ内に導入される。なお、ポンプロッド５０の他端部に設けられた第３チェック弁６０ｃは、貫通孔７６に沿って流通する塗料によってボールが着座部に着座して弁閉状態となっている。

さらに、第２シリンダ室５８ｂ内に導入された塗料は、図５（ｂ）に示されるように、管路体６８の連通路６６とニードル部材７０との間隙７４に沿って前記管路体６８の他端部から一端部（吐出ピストン２６の前進ストローク方向）に向かって流通し、シリンダボデイ５６の塗料排出ポート２４ｂを介して塗装ガン４２に吐出される。

すなわち、貫通孔７６を有するポンプロッド５０は、吐出ピストン２６の中心部に軸着されていると共に、第２シリンダ室５８ｂの容積Ｃ２が第１シリンダ室５８ａの容積Ｃ１よりも小さく設定されている（図５（ａ）において、二点鎖線で示される吐出ピストン２６の位置参照）。従って、貫通孔７６及び連通孔７８を通じて第１シリンダ室５８ａから第２シリンダ室５８ｂに流出した塗料は、第２シリンダ室５８ｂ内に収容しきれず、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの容積差に対応する余剰な溢れ量が発生する。この結果、前記余剰な溢れ量は、第２シリンダ室５８ｂに臨む管路体６８の連通路６６に沿って流通し、塗料排出ポート２４ｂから塗装ガン４２に向かって吐出される。このようにして、吐出ピストン２６が前進ストロークに沿って変位し、ストロークエンドに到達する（図５（ｂ）参照）。

次に、ポンプロッド５０が前進ストロークのストロークエンドに到達すると、折り返し動作に切り換わり、ポンプロッド５０は、後進ストロークとなる。図６（ａ）に示されるように、前記ポンプロッド５０が後進ストロークに沿って変位することにより、第２シリンダ室５８ｂ内に充填されている塗料が加圧されて第１シリンダ室５８ａよりも第２シリンダ室５８ｂ内の塗料の圧力が上昇し、ポンプロッド５０の一端部に設けられた第２チェック弁６０ｂのボールが前記とは反対方向に押圧されて着座部に着座して前記第２チェック弁６０ｂが弁閉状態となる。

前記第２チェック弁６０ｂが弁閉状態となることにより、第２シリンダ室５８ｂ内の加圧された塗料は、前進ストロークと同様に管路体６８の連通路６６に沿って流通し、塗料が塗料排出ポート２４ｂから塗装ガン４２に向かって吐出される。このようにして、吐出ピストン２６が後進ストロークに沿って変位し、ストロークエンドに到達する（図６（ｂ）参照）。

以上のように、参考実施形態では、吐出ピストン２６が前進ストローク及び後進ストロークを連続して繰り返すことにより、塗料の吸入作用及び排出作用が同時になされ、塗装ガン４２に対して一定量の塗料を安定して且つ連続して供給することができる。

参考実施形態では、塗装ガン４２に対して塗料が吐出される塗料排出ポート２４ｂを単一とした定量吐出ポンプ２８を設けることにより、配管通路が簡素化されると共に、ポンプ構造を簡素化することができる。

すなわち、定量吐出ポンプ２８としてシリンダ機構を用いた場合、従来技術では、ピストンによって第１シリンダ室と第２シリンダ室とに分割され、一方の出入ポートから第１シリンダ室に対して塗料が吸入されると同時に、他方の出入ポートから第２シリンダ室に充填されていた塗料が塗装ガンに向かって吐出されるシリンダ構造が通常である。この場合、従来技術では、シリンダボデイに一方及び他方の出入ポートからなる２つの塗料排出ポートを設けることが必須となり、チューブ等による配管通路の接続作業が煩雑になると共に、一方の出入ポートと他方の出入ポートとを切り換える切換弁等が必要となり、部品点数が多くなってシステム構造が複雑化するという問題がある。

これに対して、参考実施形態では、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの連通状態と非連通状態を切り換える第２チェック弁６０ｂをポンプロッド５０に設け、さらに、第２シリンダ室５８ｂと単一の塗料排出ポート２４ｂとを連通させる管路体６８を設けることにより、シリンダボデイ５６に対して単一の塗料排出ポート２４ｂを設けることができる。

次に、各種ポンプを用いた塗料の吐出特性と参考実施形態に係る定量吐出ポンプ２８を用いた塗料の吐出特性との比較を図７に示す。

図７（ａ）に示されるように、従来技術に係るギヤポンプを用いた第１比較例では、吐出特性曲線を略均一な波形とすることができるが、塗料の吐出量の設定値近傍部位で小さな脈動が発生する。

図７（ｂ）に示されるように、従来技術に係るダイヤフラムを用いた第２比較例では、吐出特性曲線が吐出量の設定値を超過した後、大きく減少しさらに設定値を超過するという大きな脈動が発生する。

図７（ｃ）に示されるように、従来技術に係るプランジャポンプを用いた第３比較例では、時間の経過に沿って間欠的に塗料の吐出が停止される間欠的な吐出特性曲線となり、脈動が発生する。

図７（ｄ）に示されるように、参考実施形態に係る定量吐出ポンプでは、塗料の吐出特性曲線が設定値近傍で安定した均一な波形となり、安定した吐出状態を連続して保持することができる。

次に、複数の定量吐出ポンプ２８を用いたポンプ搭載方式について説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、図示しない各塗料供給部２０に接続された複数（図８中では２個）のカラーチェンジバルブ（切換弁）９０ａ、９０ｂを用い、前記カラーチェンジバルブ９０ａ（９０ｂ）を切り換えて所望の色の塗料をロボットのアーム８８に搭載された定量吐出ポンプ２８ａ（２８ｂ）にそれぞれ供給して静電塗装をすることができる。この場合、省スペース化を図ることができる利点がある。

また、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、複数の定量吐出ポンプ２８ａ〜２８ｊを架台９２上に並設して配置し、各定量吐出ポンプに接続される複数のカラーチェンジバルブ（切換弁）が並設されたバルブユニット９４をロボットのアーム８８上に搭載するようにしてもよい。

ここで、電空ポジショナ３６の一動作例を説明すると、エアシリンダからなる駆動シリンダ３２のストローク長（変位量）を塗料の吐出容量に対応させて決定し、前記ストローク長を各ポイントによって分割し（例えば、１〜６０ポイント）、前記分割された各ポイントの電圧を設定する。この電圧信号を送給することで発生する電位差（０〜２４Ｖ）により駆動シリンダ３２に出力されるエア圧力が制御され、定量吐出ポンプ２８の吐出ピストン２６の変位速度を所望の速度に制御することが可能となる。

このようにして塗料吐出部４８から供給された塗料は、塗装ガン４２に送給され、さらに、図示しない高電圧印加手段による内部高電圧方式で高電圧に印加された後、前記塗装ガン４２から自動車ボデイに向かって単位時間当たり一定量の塗料が安定的且つ連続的に吐出されて静電塗装が遂行される。

静電塗装の開始前及び静電塗装の遂行中において、Ｎ_２ガス供給源８４を駆動してガスポート８６からロッド洗浄室８１内に窒素ガスを供給し、前記ロッド洗浄室８１内を窒素ガスで加圧して封入しておくことにより、外部に対する塗料の漏洩を確実に阻止することができる（図２、図５及び図６参照）。例えば、導電性塗料として水溶性塗料を使用した場合、外部に対する塗料の漏洩防止は、リーク電流の発生を阻止するために特に重要である。この場合、前記ロッド洗浄室８１内に封入される窒素ガスの圧力は、塗料の供給圧力よりも高く設定されることにより、シール機能を円滑に発揮することができる。

次に、例えば、塗料の色切り換え時又はメンテナンス等において、塗料が流通する第２シリンダ室５８ｂを洗浄液によって洗浄する洗浄作業について説明する。

洗浄液供給源８０を駆動し、前記洗浄液供給源８０から供給された洗浄液をポンプロッド５０の貫通孔７６を通じて第２シリンダ室５８ｂ内に送給する。その際、ポンプロッド５０の他端部に設けられた第３チェック弁６０ｃは、洗浄液による押圧作用によってボールが着座部から離間して弁開状態となる。従って、ポンプロッド５０の他端部側から導入された洗浄液は、ポンプロッド５０の貫通孔７６及び連通孔７８をそれぞれ経由して第２シリンダ室５８ｂに供給され、前記第２シリンダ室５８ｂ内が好適に洗浄される。なお、使用済みの洗浄液は、塗料排出ポート２４ｂを通じて塗装ガン４２から外部に排水される。

参考実施形態では、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとを連通させるポンプロッド５０の貫通孔７６を洗浄液が流通する洗浄通路として利用すると共に、吐出ピストン２６と一体的に変位し前記吐出ピストン２６の中心部に連結されたポンプロッド５０の連通孔７８から洗浄液を吐出させることにより、第２シリンダ室５８ｂ内を円滑に且つ効率的に洗浄することができる。なお、洗浄液が吐出されるポンプロッド５０の連通孔７８は、例えば、周方向に沿って複数個設けられるとよい。

また、塗料供給通路であるポンプロッド５０の貫通孔７６に沿って洗浄液を供給することができ、前記ポンプロッド５０を有効利用することができると共に、第２シリンダ室５８ｂの中心部から半径外方向に向かって（内側から外側に向かって）洗浄液が吐出されることにより、第２シリンダ室５８ｂを確実に洗浄することができる。

さらに、シリンダボデイ５６に対して、洗浄液を導入するために洗浄ポートを設けることが不要になると共に、前記洗浄ポートに対して洗浄液を供給するためのチューブ等の配管作業が不要となる。

参考実施形態では、１ストローク中に塗料の押し出し作用と塗料の吸引充填作用とを同時に行う吐出ピストン２６を直線状に往復動作させる定量吐出ポンプ２８を備えることにより、塗装ガン４２に対して塗料を連続して交互に吐出供給することができる。この結果、参考実施形態では、流通路を流通する塗料の流れが円滑となり、塗装ガン４２に対して継続的に且つ安定的に塗料を供給することができる。

さらに、参考実施形態では、定量吐出ポンプ２８のロッド洗浄室８１内を窒素ガスで加圧し封入することにより、ポンプロッド５０の一部が外部に露呈する場合であっても外部に対する塗料の漏洩を確実に阻止することができる。例えば、導電性塗料として水溶性塗料を使用した場合、外部に対する水溶性塗料の漏洩防止は、リーク電流の発生を阻止するために特に重要であり、汎用性を増大させることができる。

さらにまた、参考実施形態では、塗料の連続吐出塗布が可能となるため、従来のようなポンプの載せ替えが不要となり、外部印加方式を採用することができる。この外部印加方式は、経路を絶縁することが不要となり、安全性を容易に確保することができる。塗装機器の大型化を抑制して設置スペースを削減することができる。

なお、参考実施形態では、単一の塗料排出ポート２４ｂをシリンダボデイ５６の軸方向（吐出ピストン２６のストローク方向）に沿った一端面の下部側に設けているが、これに限定されるものではなく、吐出ピストン２６のストローク方向に沿ったシリンダボデイ５６の一端面のいずれの部位であってもよく、また、前記とは反対側で、吐出ピストン２６のストローク方向に沿ったシリンダボデイ５６の他端面に設けてもよい。

次に、本発明の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の実施形態に係る定量吐出ポンプの概略構造縦断面図、図１１は、図１０の定量吐出ポンプを構成するベローズが縮径して第１シリンダ室と第２シリンダ室が連通した状態を示す概略構造縦断面図である。

図１０に示されるように、本実施形態に係る定量吐出ポンプ２９では、シリンダボデイ５６内のシリンダ室を第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとに分割する吐出ピストン２６ａとして、シリンダボデイ５６（ポンプロッド５０）の軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能なベローズ１０２を有するベローバルブ（径方向伸縮部材）１００が設けられている。従って、本実施形態に係る定量吐出ポンプ２９では、ポンプロッド５０の一端部に設けられた第２チェック弁６０ｂが不要となる点で前記参考実施形態と相違している。

この定量吐出ポンプ２９は、ポンプロッド５０の軸方向に沿った一端部にベローバルブ１００が設けられ、このベローバルブ１００は、所定の耐溶剤性を有し、例えば、シリコーンゴム等のゴム製材料や金属製材料によって形成されたベローズ１０２を備える。前記ベローズ１０２は、外径側の山部と内径側の谷部とが交互に連続して伸縮自在に形成された蛇腹部１０２ａと、前記蛇腹部１０２ａの一方に設けられバンド１０４によってポンプロッド５０の外周面に緊締される環状の緊締部１０２ｂと、前記蛇腹部１０２ａの他方に設けられて蛇腹部１０２ａ内の空間部１０６を閉塞する閉塞部１０２ｃとから構成される。

前記ポンプロッド５０の軸方向に沿った一端部は、封止された閉塞端部からなり、前記閉塞端部の近傍部位には、ベローズ１０２内の空間部１０６とポンプロッド５０内の貫通孔７６とを連通させる連通孔７８が設けられる。また、ポンプロッド５０の軸方向に沿った他端部側には、排気ポート１０８ａを介してベローズ１０２の空間部１０６内のエアを急速に排気する急速排気弁（クイックエキゾーストバルブ）１０８が設けられと共に、配管チューブ１１０を介して切換弁１１２及びエア供給源１１４がそれぞれ接続される。切換弁１１２は、図２に示すコントローラ３８からの切換信号によってオフ状態とオン状態とが切り換えられる（図１１参照）。急速排気弁１０８を設けることにより、後記するベローズ１０２の縮径状態と拡径状態とを迅速に且つ容易に切り換えることができる。前記急速排気弁１０８としては、例えば、ダイヤフラムタイプ又はプランジャ弁タイプ等が用いられるとよい。さらに、シリンダボデイ５６及びケーシング８２には、ポンプロッド５０の外周面に摺接してシールするＯリング１１６ａ、１１６ｂが設けられる。

シリンダボデイ５６の一端部側壁には、第１シリンダ室５８ａに連通する塗料供給ポート２４ａが設けられ、前記塗料供給ポート２４ａから供給された塗料は、一端部側壁に形成された連通路１１８を介して第１シリンダ室５８ａ内に導入される。なお、シリンダボデイ５６の一端部側壁の連通路１１８には、第１シリンダ室５８ａ内に導入された塗料の逆流を防止する図示しない逆流防止弁が設けられる。また、ケーシング８２には、塗装ガン４２に連通する単一の塗料排出ポート２４ｂが設けられ、前記塗料排出ポート２４ｂは、室１１９及び連通路１２０を介して第２シリンダ室５８ｂと連通するように設けられる。

塗料排出ポート２４ｂと塗装ガン４２との間には、ベローバルブ１００のベローズ１０２の疲労度（疲労状態）を検知する光センサ１２２が設けられる。この光センサ１２２は、例えば、光ファイバセンサによって構成され、加圧されたベローズ１０２の伸縮状態を反射光の光量変化として検知されるとよい。具体的には、塗料排出ポート２４ｂから排出される塗料の流通圧力が上昇することによって反射光の光量が減少し、前記流通圧力が降下することにより反射光の光量が増大することによって、ベローズ１０２の疲労度を検知することができる。

ベローバルブ１００を構成するベローズ１０２は、空間部１０６内にエア（圧力流体）が供給されていないとき、図１０に示されるように拡径状態にあり、ベローズ１０２の蛇腹部１０２ａがシリンダボデイ５６の内壁に摺接（摺動）するように設けられる。換言すると、空間部１０６内がエアで加圧されていない状態では、ベローズ１０２を構成する蛇腹部１０２ａの隣接する山部同士及び谷部同士が弾性力によって相互に接近して、蛇腹部１０２ａが密に屈曲した状態に折り畳まれるため、ベローズ１０２の蛇腹部１０２ａ（外径部）が径方向に伸張（拡径）してシリンダボデイ５６の内壁に当接した状態となる。この場合、シリンダボデイ５６内のシリンダ室がベローバルブ１００（ベローズ１０２）によって気密に分割され、前記分割された第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとが非連通状態となる。

一方、切換弁１１２の弁位置をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換えることによってエア供給源１１４から供給されたエア（圧縮エア）は、ポンプロッド５０の貫通孔７６及び連通孔７８を介してベローズ１０２の空間部１０６内に導入され、ベローズ１０２の閉塞部１０２ｃをポンプロッド５０の軸方向に沿って押圧する（図１１の矢印参照）。

従って、図１１に示されるように、ベローズ１０２の蛇腹部１０２ａがシリンダボデイ５６の内壁から離間した縮径状態となり、ベローズ１０２の蛇腹部１０２ａとシリンダボデイ５６の内壁との間で周方向に沿った間隙１２４が設けられる。この結果、シリンダボデイ５６内の第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとが前記間隙１２４を通じて連通状態となる。このように、ベローバルブ１００を構成するベローズ１０２の径方向への伸張動作（拡径動作）又は収縮動作（縮径動作）によって、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの非連通状態と連通状態とを切り換えることができる。

本発明の実施形態に係る定量吐出ポンプ２９は、基本的に以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る定量吐出ポンプのベローバルブ（吐出ピストン）が前進ストロークに沿って変位する状態を示す動作説明図、図１３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る定量吐出ポンプのベローバルブ（吐出ピストン）が後進ストロークに沿って変位する状態を示す動作説明図である。

先ず、ベローバルブ１００及びポンプロッド５０が一体的に第１シリンダ室５８ａ側（前進ストローク方向）に向かって変位する場合について説明する。なお、第１シリンダ室５８ａ、第２シリンダ室５８ｂ及び塗料排出ポート２４ｂに連通する室１１９内には、予め塗料が充填されているものとする。

吐出ピストン２６ａとして機能するベローバルブ１００が第１シリンダ室５８ａ側に向って変位（前進ストローク）を開始すると同時に、切換弁１１２の切換作用下にエア供給源１１４から供給されたエアがポンプロッド５０の貫通孔７６及び連通孔７８を介して空間部１０６内に導入される。前記空間部１０６内に導入されたエアによって閉塞部１０２ｃがポンプロッド５０の軸方向に沿って押圧され（図１１参照）、蛇腹部１０２ａが径方向に収縮（縮径）しシリンダボデイ５６の内壁との間で形成された間隙１２４を通じて第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとが連通状態となる。なお、第１シリンダ室５８ａ内に充填されている塗料は、図示しない逆流防止弁によって塗料供給ポート２４ａからの漏出（逆流）が阻止されている。

この場合、予め、第１シリンダ室５８ａ内に充填されて第１シリンダ室５８ａを満たしていた塗料は、ベローバルブ１００の前進ストロークによって加圧され、図１２（ａ）に示されるように、前記間隙１２４を通過して第１シリンダ室５８ａから第２シリンダ室５８ｂに向って流動する。従って、ベローバルブ１００（吐出ピストン２６ａ）の前進ストローク量に対応する容量からなる塗料が、間隙１２４を通過して第１シリンダ室５８ａから第２シリンダ室５８ｂへ供給されると共に、前記前進ストローク量に対応する容量からなる塗料が塗料排出ポート２４ｂから塗装ガン４２へ向って吐出される。

吐出ピストン２６ａとして機能するベローバルブ１００の前進ストロークは、図１２（ｂ）に示されるように、ベローバルブ１００がシリンダボデイ５６の一端部側壁に到達することによって変位終端位置となる。なお、前進ストロークの変位終端位置は、例えば、図示しないストッパを用いて、ベローバルブ１００がシリンダボデイ５６の一端部側壁に到達する手前の位置で停止するようにしてもよい。

次に、ベローバルブ１００の変位を前進ストロークから後進ストロークに切り換えて、ベローバルブ１００を第２シリンダ室５８ｂ側に向って変位させる場合について説明する。

ベローバルブ１００の変位を前進ストロークから後進ストロークに切り換えると同時に、切換弁１１２の弁位置をオン状態からオフ状態へ切り換えてエア供給源１１４から空間部１０６内へのエアの供給を停止する。また、同時に、急速切換弁１０８を作動させて、空間部１０６に残存するエアを連通孔７８及び貫通孔７６を介して急速排気弁１０８の排気ポート１０８ａから外部へ排出する。

従って、ベローバルブ１００の蛇腹部１０２ａは、エアによる内部加圧状態が解除されてその弾性力によって元の状態に復帰しようとする力が作用し、蛇腹部１０２ａが連続して屈曲した原形状に復帰する（図１０参照）。このため、ベローズ１０２の蛇腹部１０２ａは、径方向に沿って伸張（拡径）した状態となり、蛇腹部１０２ａの外径部がシリンダボデイ５６の内壁に摺接した状態となる。この結果、ベローバルブ１００が第２シリンダ室５８ｂ側に向って変位する後進ストロークでは、図１３（ａ）に示されるように、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの非連通状態が保持されまま、蛇腹部１０２ａの外径部がシリンダボデイ５６の内壁に沿って摺動する。

ベローバルブ１００が第２シリンダ室５８ｂ側に向って変位する後進ストロークの場合、吐出ピストン２６ａとして機能するベローバルブ１００によって第２シリンダ室５８ｂ内に充填されていた塗料が加圧され、ベローバルブ１００の後進ストローク量に対応する容量から第２シリンダ室５８ｂ内に臨むポンプロッド５０の容積分を減算した容量が塗料排出ポート２４ｂから吐出される。前進ストロークの変位終端位置から後進ストロークを開始する際、同時に、塗料供給ポート２４ａから塗料が供給されて第１シリンダ室５８ａ内に導入される。なお、第１シリンダ室５８ａの容積と第２シリンダ室５８ｂとの容積との比は、塗料排出ポート２４ｂから吐出される塗料の吐出量に対応して、図示しないストッパで予め所定の容量比に設定されているものとする。

このようにして、シリンダボデイ５６のシリンダ室に沿ってベローバルブ１００を往復動作させ、ベローバルブ１００の前進ストローク及び後進ストロークを連続して繰り返すことにより、塗料排出ポート２４ｂから一定量の塗料を連続して吐出することができる。

本実施形態によれば、吐出ピストン２６ａとして機能するベローバルブ１００を、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとの連通状態と非連通状態を切り換える切換手段としての機能をも併有させることにより、構造が簡素化され部品点数を削減して製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、ポンプロッド５０の一端部にベローバルブ１００を設けることにより第２チェック弁６０ｂが不要となり、ツマリやクラッキング（cracking）が発生するおそれを好適に回避し、塗料排出ポート２４ｂから塗料を安定して吐出することができる。また、本実施形態では、塗料供給通路を切り換えて塗料供給ポート２４ａから洗浄液を供給することにより、第１シリンダ室５８ａを好適に洗浄することができる。なお、その他の作用効果は、前記参考実施形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

さらに、図１０及び図１１に示される本実施形態では、蛇腹部１０２ａを有するベローバルブ１００を径方向伸縮部材の一例として説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４の変形例に示されるように、略円筒状で径方向に伸縮性を有する弾性部材１３０によって径方向伸縮部材を構成するようにしてもよい。この弾性部材１３０では、ベローバルブ１００のベローズ１０２と比較して蛇腹部１０２ａが設けられていないため、弾性部材１３０の外表面に付着した塗料を洗浄液で容易に洗浄することが可能となり、洗浄性を向上させることができる。このため、例えば、塗料の色交換作業やメタリックを含んだ塗料の供給に有効に活用することができる。

この場合、略円筒状に形成されたゴム製の弾性部材１３０の軸方向に沿った一端部及び他端部をバンド１０４ａ、１０４ｂでそれぞれポンプロッド５０の外周面に緊締し、ポンプロッド５０の連通孔７８からエアを吐出させることにより、ポンプロッド５０を中心として略ドーナツ状に膨らませることができる。この結果、弾性部材１３０の外周面がシリンダボデイ５６の内壁に摺接し、第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室５８ｂとを非連通状態とすることができる（図１４（ｂ）参照）。また、前記とは逆に、弾性部材１３０の内部エアを排気させて収縮させることにより、間隙１２４を介して第１シリンダ室５８ａと第２シリンダ室とを連通状態とすることができる（図１４（ａ）参照）。

１０ 静電塗装システム
２０ 塗料供給部
２４ａ 塗料供給ポート
２４ｂ 塗料排出ポート
２６、２６ａ 吐出ピストン
２８、２８ａ〜２８ｊ、２９ 定量吐出ポンプ
４２ 塗装ガン
５０ ポンプロッド
５６ シリンダボデイ
５８ａ、５８ｂ シリンダ室
６０ｂ チェック弁（切換手段）
６２ 吐出量調整機構（吐出圧力調整機構）
６８ 管路体（連通手段）
７６ 貫通孔
１００ ベローバルブ（径方向伸縮部材）
１０２ ベローズ
１０８ 急速排気弁
１２４ 間隙
１３０ 弾性部材（径方向伸縮部材）

Claims (4)

1. 塗料供給部から塗装ガンに供給される塗料に高電圧を印加して被塗装物に対して塗装を行う静電塗装システムであって、
   前記塗料供給部と前記塗装ガンとの間に設けられ、前記塗装ガンに対して一定量の塗料を連続して送給する塗料定量供給手段を備え、
   前記塗料定量供給手段は、少なくとも単一の塗料排出ポートが設けられたシリンダボデイと、前記シリンダボデイ内に収装される吐出ピストンとを有し、前記シリンダボデイ内を前記吐出ピストンが往復動作することにより、一定量の塗料を前記単一の塗料排出ポートから吐出させるシリンダ機構を含み、
   前記吐出ピストンは、前記シリンダボデイの軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能に設けられた径方向伸縮部材からなり、前記径方向伸縮部材の伸縮作用によって、前記シリンダボデイ内で分割された第１シリンダ室と第２シリンダ室との非連通状態と連通状態が切り換えられることを特徴とする静電塗装システム。
2. 請求項１記載の静電塗装システムにおいて、
   前記径方向伸縮部材は、前記シリンダボデイの軸線と直交する径方向に向かって伸縮可能に設けられたベローズを有するベローバルブからなり、前記ベローズの伸縮作用によって、前記ベローズで分割された第１シリンダ室と第２シリンダ室との非連通状態と連通状態が切り換えられることを特徴とする静電塗装システム。
3. 請求項２記載の静電塗装システムにおいて、
   前記ベローバルブは、貫通孔が形成された中空のポンプロッドの一端部に設けられ、前記ポンプロッドの貫通孔を介して、前記ベローズ内に圧力流体が供給され、又は、前記ベローズ内の圧力流体が外部へ排出されることによって前記伸縮作用が営まれることを特徴とする静電塗装システム。
4. 請求項３記載の静電塗装システムにおいて、
   前記ポンプロッドには、前記ベローズ内の圧力流体を外部に排気する急速排気弁が設けられることを特徴とする静電塗装システム。

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