JP5768779B2 - ホースレスガン - Google Patents

Description

本発明は、粘性流体をノズルから吐出させて使用するホースレスガンに関する。

車両の製造工場等においては、パネル同士の接着及び封止等を行うために、シーラーを用いている。このシーラーは、作業場から離れた位置にシーラータンクを設け、シーラータンクから圧送ポンプによって配管を通して作業場まで供給している。また、シーラーは、作業員又はロボットによって把持されるシーラーガンまでは、配管にホースを接続して供給している。そして、シーラー作業は、シーラーガンにホースを接続した状態で行っている。
このようなシーラーガンとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。そこには、コーキング材の吐出及び充填の双方を、高圧空気を用いて自在に行うコーキングガンについて開示されている。

また、シーラーのホースをなくしたホースレスガンとしては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２のコーキングガンにおいては、ガン本体に対して、圧縮気体充填用の気体チャンバーを設けることが開示されている。そこには、気体チャンバーに充填した圧縮エアによって、ガン本体に装着したカートリッジに充填したコーキング剤を押し出すことが開示されている。
なお、ホースレスガンの開発にあたり、作業性を損なわない軽量なガンとするために、動力源には圧縮気体が利用されている。

特開２００１−２３２２６３号公報 特開２００２−３３２７４４号公報

しかしながら、引用文献１に示されるコーキングガン（シーラーガン）においては、高圧空気源に取り付けられる空気のホースが接続された状態でシーラー作業を行う必要がある。そのため、作業範囲に制約がかかるだけでなく、空気のホースが車両に接触することによって不具合が発生するおそれもある。
また、一般的に圧縮機から供給される圧縮エアの圧力は、概ね０．４〜０．７ＭＰａである。特許文献２のコーキングガンにおいて、これ以上の圧力で気体チャンバーに圧縮エアを充填するためには、別の圧縮機を用いる必要がある。また、特許文献２においては、ガン本体に対して着脱するカートリッジを用いており、コーキング剤を再充填する際に、カートリッジの着脱に時間がかかる。

また、シーラーガンを、シーラー又は空気のホースをなくしたホースレスガンとする場合には、シーラータンクからシーラーが多く吐出されるほど、ホースレスガンの空気タンクに充填された作動気体としての空気の圧力が低くなる。そのため、シーラーの吐出総量が増加するほど、その吐出圧力及び吐出流量が減少し、シーラーをできるだけ均一に吐出させることが困難になる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、作動気体の圧力が変化しても、粘性流体の吐出流量をできるだけ均一に保つことができるホースレスガンを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ピストンを摺動可能に収容し、該ピストンに対する前端側に、粘性流体を充填する前端側シリンダ室を有するとともに、上記ピストンに対する後端側に、作動気体が充填された後端側シリンダ室を有するシリンダタンクと、
上記粘性流体を吐出するためのノズルと、
上記ノズルの開度を調整するバルブと、
上記前端側シリンダ室から上記バルブの一端部まで形成され、該一端部に対して上記ノズルを開ける方向に上記粘性流体の圧力を加えるための流体圧力形成部と、
上記後端側シリンダ室から上記バルブの他端部まで形成され、該他端部に対して上記ノズルを閉じる方向に上記作動気体の圧力を加えるための気体圧力形成部と、
上記ノズルを開ける方向に上記バルブを付勢する付勢手段と、を備えており、
上記バルブの他端部における加圧断面積は、上記バルブの一端部における加圧断面積よりも大きくなっており、
上記流体圧力形成部から上記バルブの一端部に加わる力をＰ１、上記気体圧力形成部から上記バルブの他端部に加わる力をＰ２、上記付勢手段から上記バルブに加わる反力をＰ３としたとき、Ｐ３＝Ｐ２−Ｐ１の関係を有しており、
上記粘性流体が上記ノズルから吐出されて上記作動気体の圧力が減少するに連れて、Ｐ２−Ｐ１が減少し、上記バルブが上記ノズルの開度を増加させるよう構成されていることを特徴とするホースレスガンにある（請求項１）。

上記ホースレスガンは、シリンダタンク内に、粘性流体を充填する前端側シリンダ室と、作動気体が充填された後端側シリンダ室とを有している。そして、被塗布対象に対して粘性流体を塗布する際には、ホースレスガンは、粘性流体のホース及び作動気体のホースを取り外して使用できるものである。
このホースレスガンにおいては、まず、後端側シリンダ室に作動気体を充填しておく。このとき、シリンダタンク内のピストンは、シリンダタンクの最も前端側に押し出される。次いで、作動気体の圧力よりも高い圧力で、粘性流体を前端側シリンダ室に充填する。このとき、粘性流体は、後端側シリンダ室における作動気体を圧縮しながら充填される。

ところで、ホースレスガン内に充填された作動気体の圧力は、粘性流体が多く充填されているときには、後端側シリンダ室の容積減少によって高くなり、粘性流体の充填量が少なくなるに連れて、後端側シリンダ室の容積増加によって低くなる。このとき、バルブによるノズルの開度が常に同じであると、作動気体の圧力が低くなるほどノズルから吐出される粘性流体の流量が少なくなる。この場合、できるだけ均一な流量で、被塗布対象に対して粘性流体を塗布することが困難になる。

そこで、上記ホースレスガンにおいては、ノズルの開度を調整するバルブに対して、ノズルを開ける方向に粘性流体の圧力を加えるための流体圧力形成部と、ノズルを閉じる方向に作動気体の圧力を加えるための気体圧力形成部と、ノズルを開ける方向に付勢する付勢手段とを設けている。また、バルブの他端部における加圧断面積を、バルブの一端部における加圧断面積よりも大きくしている。なお、加圧断面積とは、バルブが摺動する方向における投影面積のことである。
これらの構成により、気体圧力形成部からバルブの他端部に加わる力（作動気体によってノズルを閉じる方向にバルブに加わる力）Ｐ２から、流体圧力形成部からバルブの一端部に加わる力（粘性流体によってノズルを開ける方向にバルブに加わる力）Ｐ１を差し引いた力は、付勢手段からバルブに対してノズルを開ける方向に加わる反力Ｐ３と同じになる。そして、付勢手段の反力が作用していることにより、粘性流体の塗布をする際にノズルが開く状態が形成される。

また、粘性流体がノズルから吐出されて、作動気体が膨張してその圧力が減少すると、作動気体によって直接又は間接的にバルブに加わる力Ｐ１，Ｐ２がともに減少する。なお、粘性流体は非圧縮性であるため、シリンダタンク内において粘性流体に加わる圧力は、圧縮気体による圧力とほぼ同じである。
また、力の差分であるＰ２−Ｐ１も減少し、反力であるＰ３も減少する。そして、作動気体の圧力が減少するに連れて、バルブがノズルを閉じようとする力が弱まり、バルブがノズルの開度を増加させることになる。

これにより、粘性流体がノズルから吐出されて作動気体の圧力が減少するに伴って、バルブによるノズルの開度を増加させることができ、粘性流体の吐出流量が減少することを防止することができる。
そのため、上記ホースレスガンによれば、作動気体の圧力が変化しても、粘性流体の吐出流量をできるだけ均一に保つことができる。

また、ホースレスガンにおいては、シリンダタンクの前端側シリンダ室に粘性流体を充填することにより、後端側シリンダ室内の作動気体を圧縮して、この作動気体の圧力を高めることができる。そのため、後端側シリンダ室に充填するときの作動気体の圧力を低くすることができ、充填時の圧力よりも高い圧力の作動気体を容易に作り出すことができる。
また、粘性流体をノズルから吐出させた後には、初期充填した作動気体を後端側シリンダ室内に維持したままで、再び前端側シリンダ室内に粘性流体を充填することができる。これにより、作動気体を再び充填することなく、前端側シリンダ室内に繰り返し粘性流体を充填することにより、繰り返し粘性流体をノズルから吐出させることができる。

また、作動気体を初期充填するときだけ後端側シリンダ室内に作動気体のホースを接続すればよく、その後はこのホースを用いずに、繰り返しホースレスガンを使用することができる。
さらに、ホースレスガンにシリンダタンクを直接設けており、粘性流体を再充填する際にタンクとなるカートリッジを交換するような必要もない。これにより、カートリッジを廃止することができ、粘性流体の再充填を短時間に行うことができる。

実施例にかかる、粘性流体が満タンに充填された状態のホースレスガンを示す断面説明図。 実施例にかかる、粘性流体が吐出された状態のホースレスガンを示す断面説明図。 実施例にかかる、ホースレスガンを拡大して示す断面説明図。 実施例にかかる、ホースレスガンのバルブ周辺を拡大して示す断面説明図。 実施例にかかる、ホースレスガンを取り付けた多関節ロボット、及びホースレスガンに粘性流体を供給する装置の周辺を示す説明図。 実施例にかかる、バルブに作用する力の釣り合いを示す説明図。 実施例にかかる、他のホースレスガンのバルブ周辺を拡大して示す断面説明図。

上述したホースレスガンにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記ホースレスガンにおいては、上記作動気体は、上記後端側シリンダ室に密封されており、上記前端側シリンダ室への上記粘性流体の充填は、該粘性流体の充填時圧力によって上記ピストンを後端側へ押し出すことによって、上記後端側シリンダ室に充填された上記作動気体を圧縮しながら行うよう構成されており、上記粘性流体の充填と吐出とを繰り返し行うよう構成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、作動気体の再充填を行わずに、ホースレスガンを極めて簡単に繰り返し使用することができる。

また、上記バルブは、上記シリンダタンクに形成された収容部に摺動可能に配置され、上記一端部に円錐状のニードル部を有しており、上記ノズルの端部には、上記ニードル部が挿入配置されて、上記ノズルに流入する上記粘性流体の流量を調整する流量制御隙間が形成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、バルブのニードル部がノズルの端部に挿入配置される量を調整することにより、流量制御隙間の大きさを調整することができる。そのため、粘性流体の吐出流量の調整を容易に行うことができる。

また、上記付勢手段は、上記収容部に設けられた壁部と上記バルブの上記他端部との間であって上記バルブの外周側に配置された圧縮コイルバネであり、上記ノズルには、該ノズルの開閉を行う開閉用アクチュエータが配設されていてもよい（請求項４）。
この場合には、圧縮コイルバネを用いることによって、粘性流体の吐出流量の調整を極めて容易に行うことができる。また、開閉用アクチュエータを用いてノズルの開閉を行うことにより、粘性流体の吐出の有無を容易に制御することができる。

また、上記付勢手段は、上記収容部に設けられた壁部と上記バルブの上記他端部との間であって上記バルブの外周側に形成されたガススプリングであり、該ガススプリングには、該ガススプリングへ供給する気体の圧力を変化させる気体供給手段が設けられており、該気体供給手段による上記気体の供給を遮断又は減少させることによって上記ノズルを閉じ、上記気体供給手段による上記気体の供給を行うことによって上記ノズルを開けるよう構成されていてもよい（請求項５）。
この場合には、ガススプリング（ガスクッション）を用いることによって、粘性流体の吐出流量の調整を極めて容易に行うことができる。また、ガススプリングに気体を供給する気体供給手段を利用することにより、ノズルの開閉を容易に行うことができる。
なお、圧縮コイルバネの代わりにガススプリングを用い、ノズルの開閉は、開閉用アクチュエータによって行うことができる。

また、上記シリンダタンクは、上記後端側シリンダ室の側に、多関節ロボットの先端部に取り付け可能なベース部材を有しており、上記多関節ロボットによって移動して、上記粘性流体を貯留する供給タンクから上記前端側シリンダ室への上記粘性流体の充填、及び上記ノズルから吐出される上記粘性流体の被塗布対象への塗布を行うよう構成されていてもよい（請求項６）。
この場合には、多関節ロボットによって、粘性流体を吐出するホースレスガンを移動させる際に、被塗布対象の各部位に塗布する粘性流体の量をできるだけ均一にすることができる。また、多関節ロボットによって、ホースレスガンに対する粘性流体の充填を容易に繰り返し行うことができる。

以下に、ホースレスガンにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のホースレスガン１は、図１、図２、図５に示すごとく、被塗布対象８に対する粘性流体Ｌの塗布を、粘性流体Ｌのホース及び作動気体Ａのホースが取り付けられていない状態で行うことができるものである。ホースレスガン１は、次のシリンダタンク２、ノズル４、バルブ５、流体圧力形成部２１１、気体圧力形成部２２１及び付勢手段５３を備えている。
シリンダタンク２は、ピストン３を摺動可能に収容し、ピストン３に対する前端側に、粘性流体Ｌを充填する前端側シリンダ室２１を有するとともに、ピストン３に対する後端側に、作動気体Ａが充填された後端側シリンダ室２２を有している。ノズル４は、前端側シリンダ室２１に対する前端側に設けられており、粘性流体Ｌを吐出するよう構成されている。バルブ５は、ノズル４と前端側シリンダ室２１との間に設けられており、ノズル４の開度を調整するよう構成されている。

図３に示すごとく、流体圧力形成部２１１は、バルブ５の前端部（一端部）５０１に対してノズル４を開ける方向に粘性流体Ｌの圧力を加えるために、前端側シリンダ室２１からバルブ５の前端部５０１まで形成されている。気体圧力形成部２２１は、バルブ５の後端部（他端部）５０２に対してノズル４を閉じる方向に作動気体Ａの圧力を加えるために、後端側シリンダ室２２からバルブ５の後端部５０２まで形成されている。付勢手段５３は、ノズル４を開ける方向にバルブ５を付勢するために、バルブ５の周囲に配置されている。バルブ５の後端部５０２における加圧断面積は、バルブ５の前端部５０１における加圧断面積よりも大きくなっている。

ホースレスガン１は、流体圧力形成部２１１からバルブ５の前端部５０１に加わる力（前端側シリンダ室２１に充填された粘性流体Ｌによってノズル４を開ける方向にバルブ５に加わる力）をＰ１、気体圧力形成部２２１からバルブ５の後端部５０２に加わる力（後端側シリンダ室２２に充填された作動気体Ａによってノズル４を閉じる方向にバルブ５に加わる力）をＰ２、付勢手段５３からバルブ５に加わる反力（付勢手段５３によってノズル４を開ける方向にバルブ５に加わる反力）をＰ３としたとき、Ｐ３＝Ｐ２−Ｐ１の関係を有している。また、ホースレスガン１は、粘性流体Ｌがノズル４から吐出されて作動気体Ａの圧力が減少するに連れて、Ｐ２−Ｐ１（及びＰ３）が減少し、バルブ５がノズル４の開度を増加させるよう構成されている。

以下に、本例のホースレスガン１につき、図１〜図７を参照して詳説する。
図５に示すごとく、本例のホースレスガン１は、自動車の製造工場において、三次元に位置・姿勢を変更できる多関節ロボット６の先端部６１に取り付けられ、この先端部６１の移動によって、被塗布対象８に対して繰り返し粘性流体Ｌを塗布するよう構成されている。本例の粘性流体Ｌは、自動車のボディパネル、フレーム等を封止（シール）して接着するために用いるシーラー剤である。本例の作動気体Ａは空気である。

本例のバルブ５はシリンダタンク２と平行な方向に配置されており、本例のノズル４は、バルブ５と平行な方向に配置されている。そして、シリンダタンク２の前後方向（前端部）とバルブ５及びノズル４の前後方向（前端部）とは同じ方向になっている。
これ以外にも、バルブ５及びノズル４は、シリンダタンク２の前後方向に対して直交する方向又は傾斜する方向に向けて配置することもできる。

図１、図２に示すごとく、シリンダタンク２は、後端側シリンダ室２２の側に、多関節ロボット６の先端部６１に取り付け可能なベース部材１１を有している。ベース部材１１は、板形状を有しており、その一方面がビスによって多関節ロボット６の先端部６１に取り付けられており、その他方面がビスによってシリンダタンク２に取り付けられている。
ホースレスガン１は、多関節ロボット６によって移動して、粘性流体Ｌを貯留する供給タンク７１から前端側シリンダ室２１への粘性流体Ｌの充填、及びノズル４からの吐出される粘性流体Ｌの被塗布対象８への塗布を行うよう構成されている。

図５に示すごとく、供給タンク７１には、粘性流体Ｌを加熱してその粘度を所定の範囲に保つための温度調整配管７２が接続されており、温度調整配管７２には、ホースレスガン１に粘性流体Ｌを充填する充填ユニット７３が接続されている。また、供給タンク７１には、温度調整配管７２へ粘性流体Ｌを送り出すための供給ポンプ７１１が配設されている。また、温度調整配管７２には、充填ユニット７３へ供給する粘性流体Ｌの圧力を減圧する減圧装置７２１が配設されている。
充填ユニット７３及び減圧装置７２１は、温度調整配管７２に対して複数取り付けられており、いずれかの充填ユニット７３からホースレスガン１へ粘性流体Ｌを充填している間に、他の充填ユニット７３において供給タンク７１から粘性流体Ｌを充填できるようになっている。

図３に示すごとく、ホースレスガン１は、粘性流体Ｌを充填したカートリッジを用いないものであり、シリンダタンク２自体に粘性流体Ｌを充填するよう構成されている。シリンダタンク２内のピストン３は、シリンダタンク２の内周面を前後方向に自由に摺動可能になっている。ピストン３は、後端側シリンダ室２２の側が凹形状に窪む器形状に形成されており、その外周に摺動用のパッキン３１を有している。シリンダタンク２の内周面の中間位置には、ピストン３の後端部が当接する突起２３が形成されている。シリンダタンク２の前端側シリンダ室２１に粘性流体Ｌを充填するときには、後端側シリンダ室２２内の作動気体Ａを圧縮しながらピストン３が後方へ移動し、ピストン３が突起２３に当接したときに、粘性流体Ｌが前端側シリンダ室２１内に満タン状態に充填される。

図３に示すごとく、シリンダタンク２の前端側の位置には、前端側シリンダ室２１へ粘性流体Ｌを充填するための流体充填口２１２が設けられている。シリンダタンク２の後端側の位置には、後端側シリンダ室２２へ作動気体Ａを充填するための気体充填口２２２が設けられている。
流体充填口２１２は、流体用のカプラによって形成してある。流体用のカプラは、通常は流体充填口２１２を閉塞しており、流体充填口２１２が充填ユニット７３の供給口に装着されたときに流体充填口２１２を開口させるよう構成されている。また、本例においては、多関節ロボット６によってホースレスガン１を移動させ、流体充填口２１２を充填ユニット７３の供給口に接続して、前端側シリンダ室２１へ粘性流体Ｌを充填することができる。

気体充填口２２２は、気体用のカプラによって形成してある。気体用のカプラは、通常は気体充填口２２２を閉塞しており、気体供給配管（図示略）の供給口に装着されたときに気体充填口２２２を開口させるよう構成されている。ホースレスガン１を使用するに当たっては、予め、気体充填口２２２を気体供給配管の供給口に接続して、後端側シリンダ室２２へ作動気体Ａを充填しておく。作動気体Ａは、粘性流体Ｌを繰り返し再充填する際に補充する必要はないが、例えば、メンテナンスの際に、粘性流体Ｌの吐出に必要とされる所定の規定圧力よりも低下したときには適宜補充することができる。

図３に示すごとく、シリンダタンク２の前端側シリンダ室２１が形成された前端側には、前端側シリンダ室２１と隔離して、バルブ５を収容する収容部２４が形成されている。前端側シリンダ室２１における前端側部分には、バルブ５が収容されていない状態のときに収容部２４に連通される吐出通路部２５が形成されている。また、作動気体Ａが充填される後端側シリンダ室２２と収容部２４の後端側との間は、気体配管２６によって接続されている。

図４に示すごとく、バルブ５は、円柱形状の細径部５１と、細径部５１よりも拡径した後端部５０２とによって形成されている。細径部５１の外周と後端部５０２の外周とには、収容部２４の内周面を摺動させるためのパッキン５２が設けられている。バルブ５の細径部５１の前端部５０１には、円錐状のニードル部５１１が形成されている。ニードル部５１１は、吐出通路部２５内に配置されている。バルブ５の後端部５０２は、その後端側に、作動気体Ａによる圧力を受ける後端面５４を有している。

本例の付勢手段５３は、収容部２４の内周面に設けられた壁部２４１とバルブ５の後端部５０２との間であってバルブ５の外周側に配置された圧縮コイルバネ５３である。圧縮コイルバネ５３は、壁部２４１に受け止められた状態で、作動気体Ａの圧力を受ける後端部５０２によって圧縮されて配置される。
ノズル４の後端部４０２には、ノズル４の開閉を行う開閉用アクチュエータ４２が配設されている。開閉用アクチュエータ４２は、電動式のソレノイドバルブ５等として構成することができる。また、ノズル４の後端部４０２には、ニードル部５１１が挿入配置されて、ノズル４に流入する粘性流体Ｌの流量を調整する流量制御隙間４１が形成されている。バルブ５が前端側へ移動すると、ニードル部５１１がノズル４の後端部４０２に挿入配置される量が多くなって、流量制御隙間４１が小さくなり、粘性流体Ｌの吐出流量が減少する。これに対し、バルブ５が後端側へ移動すると、ニードル部５１１がノズル４の後端部４０２に挿入配置される量が少なくなって、流量制御隙間４１が大きくなり、粘性流体Ｌの吐出流量が増加する。

図３に示すごとく、気体圧力形成部２２１は、後端側シリンダ室２２からバルブ５の後端部５０２まで繋がる気体配管２６によって形成されている。バルブ５の後端部５０２には、気体圧力形成部２２１を介して後端側シリンダ室２２内の作動気体Ａの圧力とほぼ同じ圧力が加わる。流体圧力形成部２１１は、前端側シリンダ室２１からバルブ５の前端部５０１まで繋がる吐出通路部２５によって形成されている。
図４に示すごとく、気体圧力形成部２２１により、バルブ５の後端面５４に対して、ノズル４を閉じる方向に作動気体Ａの圧力が加わり、流体圧力形成部２１１により、バルブ５のニードル部５１１に対して、ノズル４を開ける方向に作動気体Ａによる圧力が粘性流体Ｌを介して加わる。

本例の作動気体Ａは、気体充填口２２２から充填されて、後端側シリンダ室２２及び気体配管２６（気体圧力形成部２２１）に密封されている。前端側シリンダ室２１への粘性流体Ｌの充填は、粘性流体Ｌの充填時圧力によってピストン３を後端側へ押し出すことによって、後端側シリンダ室２２及び気体配管２６（気体圧力形成部２２１）に充填された作動気体Ａを圧縮しながら行う。そして、ホースレスガン１は、粘性流体Ｌの充填と吐出とを繰り返し行うよう構成されている。

次に、本例のホースレスガン１の動作及び作用効果につき説明する。
ホースレスガン１は、シリンダタンク２内に、粘性流体Ｌを充填する前端側シリンダ室２１と、作動気体Ａが充填された後端側シリンダ室２２とを有している。そして、被塗布対象８に対して粘性流体Ｌを塗布する際には、ホースレスガン１は、粘性流体Ｌのホース及び作動気体Ａのホースを取り外して使用できるものである。

このホースレスガン１においては、まず、後端側シリンダ室２２へ気体充填口２２２から作動気体Ａを充填しておく。このとき、シリンダタンク２内のピストン３は、シリンダタンク２の最も前端側に押し出される。次いで、多関節ロボット６によってホースレスガン１を充填ユニット７３へ移動させ、充填ユニット７３の供給口に流体充填口２１２を接続する。そして、作動気体Ａの圧力よりも高い充填時圧力で、粘性流体Ｌを前端側シリンダ室２１に充填する。このとき、粘性流体Ｌは、後端側シリンダ室２２における作動気体Ａを圧縮して充填される。
なお、粘性流体Ｌは非圧縮性であるため、粘性流体Ｌの充填が終わった後には、シリンダタンク２内において粘性流体Ｌに加わる圧力は、圧縮性の作動気体Ａによる圧力とほぼ同じになる。

ところで、ホースレスガン１内に充填された作動気体Ａの圧力は、粘性流体Ｌが多く充填されているときには、後端側シリンダ室２２の容積減少によって高くなり、粘性流体Ｌの充填量が少なくなるに連れて、後端側シリンダ室２２の容積増加によって低くなる。このとき、バルブ５によるノズル４の開度が常に同じであると、作動気体Ａの圧力が低くなるほどノズル４から吐出される粘性流体Ｌの流量が少なくなる。この場合、できるだけ均一な流量で、被塗布対象８に対して粘性流体Ｌを塗布することが困難になる。

そこで、ホースレスガン１においては、ノズル４の開度を調整するバルブ５に対して、ノズル４を開ける方向に粘性流体Ｌの圧力を加えるための流体圧力形成部２１１と、ノズル４を閉じる方向に作動気体Ａの圧力を加えるための気体圧力形成部２２１と、ノズル４を開ける方向に付勢する付勢手段５３とを設けている。
また、図６に示すごとく、バルブ５の後端部５０２における後端面５４の加圧断面積Ａ２を、バルブ５の前端部５０１におけるニードル部５１１の加圧断面積Ａ１よりも大きくしている。なお、加圧断面積Ａ１は、バルブ５の摺動方向に投影されるニードル部５１１の面積となり、ニードル部５１１の断面積となる。加圧断面積Ａ２は、後端面５４の面積と同じである。

これらの構成により、同図に示すごとく、気体圧力形成部２２１からバルブ５の後端部に加わる力（作動気体Ａによってノズル４を閉じる方向にバルブ５に加わる力）Ｐ２から、流体圧力形成部２１１からバルブ５の前端部に加わる力（粘性流体Ｌによってノズル４を開ける方向にバルブ５に加わる力）Ｐ１を差し引いた力は、付勢手段５３からバルブ５に対してノズル４を開ける方向に加わる反力Ｐ３と同じになる。そして、付勢手段５３の反力Ｐ３がバルブ５に作用していることにより、粘性流体Ｌの塗布をする際にノズル４が開いた状態が形成される。

また、粘性流体Ｌがノズル４から吐出されて、作動気体Ａが膨張してその圧力が減少すると、作動気体Ａによって直接又は間接的にバルブ５に加わる力Ｐ１，Ｐ２がともに減少する。また、このとき、力の差分であるＰ２−Ｐ１も減少し、反力であるＰ３も減少する。そして、作動気体Ａの圧力が減少するに連れて、バルブ５がノズル４を閉じようとする力が弱まり、バルブ５がノズル４の開度を増加させることになる。

これにより、粘性流体Ｌがノズル４から吐出されて作動気体Ａの圧力が減少するに伴って、バルブ５によるノズル４の開度を増加させることができ、粘性流体Ｌの吐出流量が減少することを防止することができる。
そのため、本例のホースレスガン１によれば、作動気体Ａの圧力が変化しても、粘性流体Ｌの吐出流量をできるだけ均一に保つことができる。

また、ホースレスガン１においては、シリンダタンク２の前端側シリンダ室２１に粘性流体Ｌを充填することにより、後端側シリンダ室２２内の作動気体Ａを圧縮して、この作動気体Ａの圧力を高めることができる。そのため、後端側シリンダ室２２に充填するときの作動気体Ａの圧力を低くすることができ、充填時の圧力よりも高い圧力の作動気体Ａを容易に作り出すことができる。
また、粘性流体Ｌをノズル４から吐出させた後には、初期充填した作動気体Ａを後端側シリンダ室２２内に維持したままで、再び前端側シリンダ室２１内に粘性流体Ｌを充填することができる。これにより、作動気体Ａを再び充填することなく、前端側シリンダ室２１内に繰り返し粘性流体Ｌを充填することにより、繰り返し粘性流体Ｌをノズル４から吐出させることができる。

また、作動気体Ａを初期充填するときだけ後端側シリンダ室２２内に作動気体Ａのホースを接続すればよく、その後はこのホースを用いずに、繰り返しホースレスガン１を使用することができる。さらに、ホースレスガン１にシリンダタンク２を直接設けており、粘性流体Ｌを再充填する際にタンクとなるカートリッジを交換するような必要もない。これにより、カートリッジを廃止することができ、粘性流体Ｌの再充填を短時間に行うことができる。

上記粘性流体Ｌの吐出流量をできるだけ均一にできる作用効果は、次のように説明できる。
図６に示すごとく、バルブ５に作用する力の釣り合いより、Ｐ２−Ｐ１＝Ｐ３となり、Ｐ２−Ｐ１をΔＰとして、ΔＰ＝ｋ×ｘとなる。そして、圧縮コイルバネ５３の圧縮量ｘが小さくなるほど、流量制御隙間４１が大きくなり（バルブ５のニードル部５１１がノズル４の後端部４０２に挿入配置される量が小さくなり）、粘性流体Ｌの吐出流量が増加する。
ここで、バルブ５の前端部５０１におけるニードル部５１１の断面積をＡ１、バルブ５の後端面５４の断面積をＡ２、圧縮コイルバネ５３のバネ定数をｋとする。

粘性流体Ｌの充填初期時（満タン充填時）１０１（図１参照）において、シリンダタンク２内の作動気体Ａの圧力をｐａ、流体圧力形成部２１１からバルブ５の前端部５０１におけるニードル部５１１に加わる力をＰ１ａ、気体圧力形成部２２１からバルブ５の後端面５４に加わる力をＰ２ａ、圧縮コイルバネ５３の圧縮量をｘａ、圧縮コイルバネ５３からバルブ５に加わる反力をＰ３ａ＝ｋ×ｘａとする。
また、粘性流体Ｌが所定量吐出された吐出時１０２（図２参照）において、シリンダタンク２内の作動気体Ａの圧力をｐｂ、流体圧力形成部２１１からバルブ５の前端部５０１におけるニードル部５１１に加わる力をＰ１ｂ、気体圧力形成部２２１からバルブ５の後端面５４に加わる力をＰ２ｂ、圧縮コイルバネ５３の圧縮量をｘｂ、圧縮コイルバネ５３からバルブ５に加わる力をＰ３ｂ＝ｋ×ｘｂとする。

そして、説明を簡単にするため、充填初期時１０１においては、ｐａ＝１、Ａ１＝１、Ａ２＝２、ｋ＝１とすると、Ｐ１ａ＝ｐａ×Ａ１＝１×１＝１、Ｐ２ａ＝ｐａ×Ａ２＝１×２＝２となり、ΔＰａ＝Ｐ２ａ−Ｐ１ａ＝１となる。そして、このときの圧縮コイルバネ５３に生じる反力Ｐ３ａはＰ３ａ＝１となり、その圧縮量はｘａ＝１となる。充填初期時１０１においては、圧力差ΔＰａ及び圧縮コイルバネ５３の圧縮量ｘａが大きく、バルブ５のニードル部５１１がノズル４の後端部４０２を多く閉じ、ノズル４の流量制御隙間４１が小さい状態にある。こうして、充填初期時１０１においては、作動気体Ａの圧力が高い一方、流量制御隙間４１が小さいことによって、粘性流体Ｌの吐出流量を所定の流量にする状態が形成される。

一方、粘性流体Ｌが所定量吐出された吐出時１０２においては、作動気体Ａの圧力が減少して、ｐｂ＝０．５になったとすると、Ｐ１ｂ＝ｐｂ×Ａ１＝０．５×１＝０．５、Ｐ２ｂ＝ｐｂ×Ａ２＝０．５×２＝１となり、ΔＰｂ＝Ｐ２ｂ−Ｐ１ｂ＝０．５となる。そして、このときの圧縮コイルバネ５３に生じる反力Ｐ３ｂはＰ３ｂ＝０．５となり、その圧縮量はｘｂ＝０．５となる。吐出時１０２においては、圧力差ΔＰｂ及び圧縮コイルバネ５３の圧縮量ｘｂが小さくなり、バルブ５のニードル部５１１がノズル４の後端部４０２を閉じる量が少なくなり、ノズル４の流量制御隙間４１が大きい状態になる。こうして、吐出時１０２においては、作動気体Ａの圧力が低くなる一方、流量制御隙間４１が大きいことによって、粘性流体Ｌの吐出流量を所定の流量に維持する状態が形成される。

このように、ホースレスガン１における粘性流体Ｌの吐出流量は、圧縮コイルバネ５３のバネ定数ｋを適切に決定することにより、作動気体Ａの圧力が減少していく、粘性流体Ｌの充填初期時１０１から吐出時１０２に掛けて、粘性流体Ｌの吐出流量をできるだけ均一に保つことができる。

また、図７に示すごとく、付勢手段５３は、圧縮コイルバネ５３とする以外にも、収容部２４に設けられた壁部２４１とバルブ５の後端部５０２との間であってバルブ５の外周側に形成されたガススプリング５３Ａとすることもできる。同図においては、ガススプリング５３Ａを簡略化して示す。
ガススプリング５３Ａには、ガススプリング５３Ａへ供給する気体Ｂの圧力を変化させる気体供給手段５５を設けることができる。そして、気体供給手段５５による気体Ｂの供給を遮断又は減少させることによってノズル４を閉じ、気体供給手段５５による気体Ｂの供給を行うことによってノズル４を開けることができる。この場合には、開閉用アクチュエータ４２を用いることなく、ノズル４の開閉を行うことができる。

１ ホースレスガン
１１ ベース部材
２ シリンダタンク
２１ 前端側シリンダ室
２１１ 流体圧力形成部
２２ 後端側シリンダ室
２２１ 気体圧力形成部
２４ 収容部
２４１ 壁部
３ ピストン
４ ノズル
４１ 流量制御隙間
４２ 開閉用アクチュエータ
５ バルブ
５１１ ニードル部
５３ 付勢手段（圧縮コイルバネ）
５３Ａ ガススプリング
５５ 気体供給手段
６ 多関節ロボット
Ａ 作動気体
Ｌ 粘性流体

Claims (6)

1. ピストンを摺動可能に収容し、該ピストンに対する前端側に、粘性流体を充填する前端側シリンダ室を有するとともに、上記ピストンに対する後端側に、作動気体が充填された後端側シリンダ室を有するシリンダタンクと、
   上記粘性流体を吐出するためのノズルと、
   上記ノズルの開度を調整するバルブと、
   上記前端側シリンダ室から上記バルブの一端部まで形成され、該一端部に対して上記ノズルを開ける方向に上記粘性流体の圧力を加えるための流体圧力形成部と、
   上記後端側シリンダ室から上記バルブの他端部まで形成され、該他端部に対して上記ノズルを閉じる方向に上記作動気体の圧力を加えるための気体圧力形成部と、
   上記ノズルを開ける方向に上記バルブを付勢する付勢手段と、を備えており、
   上記バルブの他端部における加圧断面積は、上記バルブの一端部における加圧断面積よりも大きくなっており、
   上記流体圧力形成部から上記バルブの一端部に加わる力をＰ１、上記気体圧力形成部から上記バルブの他端部に加わる力をＰ２、上記付勢手段から上記バルブに加わる反力をＰ３としたとき、Ｐ３＝Ｐ２−Ｐ１の関係を有しており、
   上記粘性流体が上記ノズルから吐出されて上記作動気体の圧力が減少するに連れて、Ｐ２−Ｐ１が減少し、上記バルブが上記ノズルの開度を増加させるよう構成されていることを特徴とするホースレスガン。
2. 請求項１に記載のホースレスガンにおいて、上記作動気体は、上記後端側シリンダ室に密封されており、
   上記前端側シリンダ室への上記粘性流体の充填は、該粘性流体の充填時圧力によって上記ピストンを後端側へ押し出すことによって、上記後端側シリンダ室に充填された上記作動気体を圧縮しながら行うよう構成されており、
   上記粘性流体の充填と吐出とを繰り返し行うよう構成されていることを特徴とするホースレスガン。
3. 請求項１又は２に記載のホースレスガンにおいて、上記バルブは、上記シリンダタンクに形成された収容部に摺動可能に配置され、上記一端部に円錐状のニードル部を有しており、
   上記ノズルの端部には、上記ニードル部が挿入配置されて、上記ノズルに流入する上記粘性流体の流量を調整する流量制御隙間が形成されていることを特徴とするホースレスガン。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のホースレスガンにおいて、上記付勢手段は、上記収容部に設けられた壁部と上記バルブの上記他端部との間であって上記バルブの外周側に配置された圧縮コイルバネであり、
   上記ノズルには、該ノズルの開閉を行う開閉用アクチュエータが配設されていることを特徴とするホースレスガン。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のホースレスガンにおいて、上記付勢手段は、上記収容部に設けられた壁部と上記バルブの上記他端部との間であって上記バルブの外周側に形成されたガススプリングであり、
   該ガススプリングには、該ガススプリングへ供給する気体の圧力を変化させる気体供給手段が設けられており、
   該気体供給手段による上記気体の供給を遮断又は減少させることによって上記ノズルを閉じ、上記気体供給手段による上記気体の供給を行うことによって上記ノズルを開けるよう構成されていることを特徴とするホースレスガン。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のホースレスガンにおいて、上記シリンダタンクは、上記後端側シリンダ室の側に、多関節ロボットの先端部に取り付け可能なベース部材を有しており、
   上記多関節ロボットによって移動して、上記粘性流体を貯留する供給タンクから上記前端側シリンダ室への上記粘性流体の充填、及び上記ノズルからの吐出される上記粘性流体の被塗布対象への塗布を行うよう構成されていることを特徴とするホースレスガン。

Images