JP6270896B2 - 塗装ノズル及び塗装装置並びにそれらを用いた塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗料を霧状に噴射して塗装する塗装装置及びこの塗装装置に用いる塗装ノズル並びにそれらを用いた塗装方法に関する。

従来、例えば、工場の生産ラインでの塗装工程において、被塗装物への塗装には塗装用のロボットシステムなどを用いて行われる。このような塗装用のロボットシステムの中でも、例えば特許文献１には、支持体に複数のスプレーガンが固定されたスプレーガンユニットを備えたものが開示されている。このスプレーガンユニットは、複数のスプレーガン同士の間隔を変更可能とすることにより、例えば複数の被塗装物のピッチが変更された場合でも簡単に対応可能としたものである。また、特許文献２には、薄膜形成装置ではあるが、複数のスプレーノズルを用いて薄膜を形成する際、隣り合うスプレーノズルの配置間隔を最適な値に設定する技術が開示されている。

特開２０１３−１０３３０２号公報 特開２０１３−１１１５１２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の塗装装置は、被塗装物の条件が変化した場合の対応として、スプレーガン又はスプレーノズルの間隔制御のみである。つまり、塗料の飛散状況の制御ではなく、多岐にわたる被塗装物との姿勢変更に対応するのは困難である。

本発明は、以上の従来の問題に鑑みなされたものであり、被塗装物に対して複数の塗装ノズルを用いて塗装を行う塗装装置において、被塗装物の姿勢に制約されることなく塗装し得る塗装装置、それに用いる塗装ノズル、及び塗装方法を提供することにある。

本発明の塗装ノズルは、第１エア噴出口と、
前記第１エア噴出口の外側の環状の領域に分散して配置された複数の塗料噴出口と、
前記複数の塗料噴出口の外側の環状の領域に分散して配置された複数の第２エア噴出口と、が形成されたノズル先端部を備えている塗装ノズルであって、
前記複数の第２エア噴出口を通じて塗装ノズルの外部にエアを供給する第２エア供給路は、塗装ノズルの内部に配置され、前記複数の第２エア噴出口を介して外部に連通する環状経路を備えることを特徴とする。

本発明の塗装ノズルは、塗料噴出口の内側と外側とに位置する第１エア噴出口及び第２エア噴出口のうち、外側に位置する第２エア噴出口にエアを供給する第２エア供給路が、ノズル先端部の内部に配置され、複数の第２エア噴出口を介して外部に連通する環状経路を備える構成としたため、第２エア噴出口から噴出するエアを旋回流とすることができる。ひいては、せん断力が向上し、噴出する塗料が細分化され、均一でムラの少ない塗装が可能となる。

本発明の塗装ノズルにおいて、前記複数の塗料噴出口を通じて塗装ノズルの外部に塗料を供給する塗料供給路は、塗装ノズルの内部に配置され、前記複数の塗料噴出口を介して外部に連通する環状経路を備えることが好ましい。この構成により、第２エア噴出口から噴出するエアと同様、塗料噴出口から噴出する塗料も旋回流となり、せん断力により塗料粒子が細分化されるため、均一でムラの少ない塗装が可能となる。

本発明の塗装ノズルにおいて、前記第１エア噴出口を通じて塗装ノズルの外部にエアを供給する第１エア供給路は、ノズル後端部から前記ノズル先端部に向けて延在し、前記第１エア噴出口の外部に連通する経路をなし、
前記第２エア供給路は、ノズル後端部から前記環状経路まで延在する延在供給路を備え、
前記塗料供給路は、ノズル後端部から前記環状経路まで延在する延在供給路を備え、
前記第２エア供給路の延在供給路と前記塗料供給路の延在供給路は、前記第１エア供給路の周囲に、周方向の位置をずらして配置されていることが好ましい。このように構成することで、第２エア供給路の延在供給路と、塗料供給路の延在供給路とが干渉することがなく、同じ側に設ける場合と比較して、スペース効率が向上し小型化に寄与する。

本発明の塗装装置は、前記本発明の塗装ノズルを複数配列して備える塗装装置であって、
前記複数の塗装ノズルのそれぞれについて前記第１エア噴出口から前記塗装ノズルの外部に噴出するエアの噴出量を調整する第１調整手段と、
前記複数の塗装ノズルのそれぞれについて前記第２エア噴出口から前記塗装ノズルの外部に噴出するエアの噴出量を調整する第２調整手段と、
前記第１調整手段及び前記第２調整手段をそれぞれ独立して制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の塗装装置においては、前記本発明の塗装ノズルの複数を配列させた状態で備える塗装装置であり、複数の塗装ノズルのそれぞれについて、第１エア噴出口から噴出するエアの噴出量を調整する第１調整手段、及び第２エア噴出口から噴出するエアの噴出量を調整する第２調整手段とを備えるため、第１及び第２のエア噴出口から噴出するエアの噴出量をそれぞれ別々に調整することができる。また、第１調整手段及び第２調整手段とをそれぞれ独立して制御する制御手段とを備え、第１調整手段及び第２調整手段をそれぞれ独立して制御することができるため、各塗装ノズルから噴出する塗料のパターン（噴出量、面積）を自在に制御し、被塗装物の凹凸、角度などに制約されることなく塗装を行うことが可能となる。

本発明の塗装装置において、前記制御手段は、前記複数の塗装ノズルの前記第１調整手段及び前記第２調整手段を塗装ノズルごとに独立して制御することが好ましい。このように構成することにより、複数を配列させた塗装ノズルの第１調整手段及び第２調整手段を塗装ノズルごとに独立して制御することにより、各塗装ノズルから噴出する塗料のパターンを別々に制御することができる。

本発明の塗装方法は、前記本発明の塗装装置を用いた塗装方法であって、前記第１エア噴出口から噴出するエアの噴出状態と、前記第２エア噴出口から噴出するエアの噴出状態とを調整することにより、前記塗料噴出口から噴出される塗料の噴出状態を制御することを特徴とする。

本発明の塗装方法においては、前記本発明の塗装装置を用いる塗装方法であり、各塗装ノズルの第１エア噴出口及び第２エア噴出口から噴出するエアの噴出状態を独立して制御することにより、塗料の噴出状態を調整し、被塗装物の姿勢に制約されることなく塗装することができる。

本実施形態に係る塗装装置の要部の概略を示す斜視図。 本実施形態に係る塗装ノズルの一例を示す斜視図。 本実施形態に係る塗装ノズルの断面図。

以下、本発明の塗装ノズル、塗装装置及び塗装方法について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態の塗装装置の要部の概念的に示す図である。図１に示す塗装装置１０は、その先端が上下方向及び水平方向への移動並びに回転動作が可能なロボットアーム１２を備え、ロボットアーム１２の端部には塗装ノズルユニット１４が取付けられている。塗装ノズルユニット１４には、機台１６に複数（５個）の塗装ノズル１８が備えられてなり、５つの塗装ノズル１８は機台１６の面上において等間隔に配設されている。また、ロボットアーム１２が上記のような動作が可能であることで、塗装ノズルユニット１４はロボットアーム１２の動作によりその角度や位置を自由に制御することができる。なお、ロボットアームは公知のものを用いることができるため、ロボットアームの構成についての説明を省略する。

塗装装置１０は、ロボットアーム１２と塗装ノズルユニット１４とを電気的に制御する制御部３０を備える。制御部３０は、ロボットアーム１２の動作を制御するロボットアーム制御部３２と、塗装ノズルユニット１４の各塗装ノズル１８の塗料の噴出パターン及び塗料の噴出のオン・オフを制御する塗装ノズル制御部（制御手段）３４とを有する。

塗装ノズルユニット１４に備えられた塗装ノズル１８について説明する。図２に示すように、塗装ノズル１８のノズル先端部には、中心部に第１エア噴出口２０が設けられている。また、第１エア噴出口２０の外側の環状の領域に複数の塗料噴出口２２が分散して配置され、さらに複数の塗料噴出口２２の外側の環状の領域に複数の第２エア噴出口２４が分散して配置されている。より具体的には、塗装ノズル１８の先端部には、後述する第１エア噴出口２０と塗料噴出口２２とを設けたハブ部材１９がその先端を塗装ノズル１８から露出させた状態で嵌合している（図３参照）。なお、塗装に際し、塗装ノズル１８は回転させて使用するものではなく、機台１６上で静止した状態で使用される。

図３は、図２のIII-III線に沿った塗装ノズル１８の断面図である。塗装ノズル１８は、ノズル本体１８Ａと、ノズル本体１８Ａを覆うハウジング１８Ｂとを備える。ノズル本体１８Ａには、第１エア供給路２１Ａ、塗料供給路２３、及び第２エア供給路２５が配設されており、第１エア供給路２１Ａ及び第２エア供給路２５は不図示のエア供給源に接続され、塗料供給路２３は不図示の塗料供給源に接続されている。また、図３に示すように、第１エア供給路２１Ａは、ノズル本体１８Ａ内に固定された管状部材２１の内部に形成されている。

ハウジング１８Ｂには、上述の通り、図２に示すように、中心部に単一の第１エア噴出口２０と、第１エア噴出口２０の外側の環状の領域に複数の塗料噴出口２２とが形成されたハブ部材１９が嵌合している（図３参照）。複数の塗料噴出口２２の外側の環状の領域に複数の第２エア噴出口２４とが形成されており、第１エア供給路２１Ａは第１エア噴出口２０に連通し、塗料供給路２３は複数の塗料噴出口２２に連通し、第２エア供給路２５は複数の第２エア噴出口２４に連通している。なお、ノズル本体１８Ａには雄ネジ２８が形成され、ハウジング１８Ｂには雌ネジ２９が形成され、ノズル本体１８Ａとハウジング１８Ｂとは雄ネジ２８と雌ネジ２９との螺合により固定されている。

図３に示すように、第１エア供給路２１Ａは、ノズル後端部からノズル先端部に向けて延在し、第１エア噴出口２０の外部に連通する線状の経路をなす。つまり、エア供給源からのエアは第１エア供給路２１Ａを流れ、第１エア噴出口２０から外部に噴出する。そして、塗装時には塗装ノズル制御部３４により第１エア噴出口２０からエアが噴出するように制御される。

複数の塗料噴出口２２を通じて塗装ノズル１８の外部に塗料を供給する塗料供給路２３は、ノズル先端部の内部に配置され、複数の塗料噴出口２２の外部に連通する環状経路２３Ａを備える。この環状経路２３Ａは、ハブ部材１９の第１エア噴出口２０と管状部材２１の第１エア供給路２１Ａとが合致するように嵌合したときにハブ部材１９と管状部材２１との間に形成される空間であり、ノズル後端部から環状経路２３Ａまで延在する延在供給路２３Ｂに連通している。つまり、環状経路２３Ａは、複数の塗料噴出口２２が形成されている、第１エア噴出口２０の外側の環状の領域の対向位置に存在している。そして、塗料供給源からの塗料は延在供給路２３Ｂを流れ、環状経路２３Ａに達すると、環状経路２３Ａ内を周回しつつ、塗料噴出口２２から噴出する。その結果、分散配置された複数の塗料噴出口２２から噴出する塗料は旋回流となり、せん断力が向上し、塗料粒子の細分化に寄与する。

複数の第２エア噴出口２４を通じて塗装ノズル１８の外部にエアを供給する第２エア供給路２５は、ノズル先端部の内部に配置され、複数の第２エア噴出口２４の外部に連通する環状経路２５Ａを備え、環状経路２５Ａは、ノズル後端部から環状経路２５Ａに向けて延在する延在供給路２５Ｂに連通している。つまり、環状経路２５Ａは、複数の第２エア噴出口２４が形成されている、塗料噴出口２２の外側の環状の領域の対向位置に存在している。そして、エア供給源からのエアは延在供給路２５Ｂを流れ、環状経路２５Ａに達すると、環状経路２５Ａ内を周回しつつ、第２エア噴出口２４から噴出する。その結果、分散配置された複数の第２エア噴出口２４から噴出するエアは旋回流となり、せん断力が向上し、塗料粒子の細分化に寄与する。そして、塗装時には塗装ノズル制御部３４により第２エア噴出口２４からエアが噴出するように制御される。

第１エア噴出口２０から噴出するエア及び塗料噴出口２２から噴出する塗料は、それぞれ塗装ノズル１８の先端面の法線方向に噴出するよう向きが調整されている。そのため、第１エア噴出口２０から噴出するエア及び塗料噴出口２２から噴出する塗料は各噴出口から噴出した直後は法線方向を直進する。これに対して、第２エア噴出口２４は塗装ノズル１８の先端面の法線方向から外側に傾斜しており、第２エア噴出口２４から噴出されるエアは、旋回流となりつつ、塗装ノズル１８の先端面の法線方向とは外側に傾斜する方向に向かって進む。この場合、第２エア噴出口２４の塗装ノズル１８の先端面の法線方向に対する傾斜角は、０〜６０°とすることが好ましい。

一方、塗料供給路２３の延在供給路２３Ｂ及び第２エア供給路２５の延在供給路２５Ｂは、第１エア供給路２１Ａの周囲に配置されるが、図３に示すように、それぞれ周方向の位置をずらして配置することが好ましい。このように構成することで、第２エア供給路２５の延在供給路２５Ｂと、塗料供給路２３の延在供給路２３Ｂとが干渉することがなく、同じ側に設ける場合と比較して、スペース効率が向上し小型化に寄与する。

一方、第１エア供給路２１Ａと、第２エア供給路２５とには、エア供給源からエアが供給されるのであるが、第１エア供給路２１Ａには、第１エア噴出口２０からのエアの噴出量を調整する第１調整手段（図示せず）が、第２エア供給路２５には、第２エア噴出口２４からのエアの噴出量を調整する第２調整手段（図示せず）が設けられている。各調整手段は、エア供給源からのエアの流量を、塗装ノズル制御部３４からの指示に応じてそれぞれ電気的に調整するものであり電磁バルブなどが用いられる。つまり、第１エア供給路２１Ａ及び第２エア供給路２５のそれぞれに設けられた調整手段により、各エア供給路に供給されるエアの流量が調整され、各エア噴出口から噴出されるエアの強弱又はオン・オフを独立して調整することができる。

以上の構成において、塗装時には、第１エア噴出口２０及び第２エア噴出口２４からはエアが噴出し、塗料噴出口２２からは塗料が噴出する。このとき、複数の塗料噴出口２２から噴出される塗料は、第１エア噴出口２０から噴出されるエアによって微粒化される。また、塗料噴出口２２が第１エア噴出口２０の周囲に配置され、第１エア噴出口２０から噴出するエアの負圧により塗料が引き寄せられるため、第１エア噴出口２０から噴出されるエアを１００％塗料に当てることができる。さらに、第１エア噴出口２０から噴出されるエアの噴出速度を、塗料より速い速度とすることで微粒化を促進することができる。

一方、上述の通り、第２エア噴出口２４から噴出されるエアは旋回流となりつつ外側に広がるため、上記のように第１エア噴出口２０から噴出したエアによって微粒化された塗料は外側に向けて広がって進む。この広がり面積は第２エア噴出口２４から噴出されるエアの強弱によって制御することができる。具体的には、第２エア噴出口２４から噴出するエアを強くすると大きく広がり、弱くすると広がりは小さくなる。従って、第２エア噴出口２４から噴出するエアの強弱を調整することによって、塗料が広がる面積を変えることができる。

以上、１つの塗装ノズル１８について説明したが、本実施形態の塗装装置１０においては５つの塗装ノズル１８が備えられている。そして、各塗装ノズル１８の調整手段はそれぞれ塗装ノズル制御部（制御手段）３４により独立して制御される。すなわち、各塗装ノズル１８からの塗料の噴出パターンは、塗装ノズル制御部３４により各調整手段を別個独立に制御することで各塗装ノズル１８において異ならせることができる。５つの塗装ノズル１８から噴出するパターンは多種多様なものとすることができる。従って、第１エア噴出口２０から噴出するエアの噴出状態と、第２エア噴出口２４から噴出するエアの噴出状態とを調整することにより、塗料噴出口から噴出される塗料の噴出状態を制御しつつ塗装することにより、被塗装物の凹凸、角度などに制約されることなく塗装を行うことができる。

図２に示すように、塗料噴出口２２の形状は孔形状であり複数設けられているが、そのようにすることで塗料の液柱が細くなり、エアにより効率的に霧化することが可能となる。また、第１エア噴出口２０から噴出したエアによって霧化された塗料粒子は、そのエアの流れから離れ、第２エア噴出口２４から噴出したエアの流れにすぐさま乗ることができるため、第２エア噴出口２４によるノズルのパターンの可変を阻害しない霧化ができる。

一方、以上の説明は、第２エア噴出口２４の外側の環状の領域に分散して配置された複数の第３エア２６噴出口を無視したものである。塗装ノズル１８には、図３に示すように、さらに第３エア噴出口２６が設けられている。第３エア噴出口２６は、第３エア供給路２７に連通し、第３エア供給路２７は不図示のエア供給源に接続され、エア供給源からのエアは第３エア供給路２７を経由して第３エア噴出口２６から噴出する。そして、第３エア噴出口２６から噴出されるエアにより、塗料粒子の飛行パターンのさらなる制御が可能となる。

本実施形態の塗装装置１０においては、以上説明した塗装ノズル１８の複数が機台１６に設けられた塗装ノズルユニット１４の状態で用いられ、その塗装ノズルユニット１４はロボットアーム１２の先端に装着される。従って、被塗装物への塗装時において塗装ノズルユニット１４はロボットアーム１２により姿勢を変更自在である。また、各塗装ノズル１８において、第１エア噴出口２０から噴出するエアの噴出状態と、第２エア噴出口２４から噴出するエアの噴出状態とが独立して制御される。従って、ロボットアーム１２の姿勢制御とともに、各塗装ノズルにおいて塗料の噴出状態を独立して制御することにより、塗装物の姿勢に制約されることなく広範囲を同時に塗装することが可能となる。また、各塗装ノズル１８からの噴出をオン・オフすることで、塗装装置１０全体としてパターンを変えることができる。また、各塗装ノズルの吐出量が一定とすることができ、パターンや吐出量によらず塗装品質を一定に保つことができる。

本実施形態の塗装装置１０においては、塗料噴出口２２は複数設けられているが、塗料の噴出量を増やすには、さらに塗料噴出口を増やすことにより実現することができる。

１０ 塗装装置
１２ ロボットアーム
１４ 塗装ノズルユニット
１８ 塗装ノズル
２０ 第１エア噴出口
２１ 管状部材
２１Ａ 第１エア供給路
２２ 塗料噴出口
２３ 塗料供給路
２４ 第２エア噴出口
２５ 第２エア供給路
２６ 第３エア噴出口
２７ 第３エア供給路
３０ 制御部
３２ ロボットアーム制御部
３４ 塗装ノズル制御部（制御手段）

Claims (6)

1. 第１エア噴出口と、
   前記第１エア噴出口の外側の環状の領域に分散して配置された複数の塗料噴出口と、
   前記複数の塗料噴出口の外側の環状の領域に分散して配置された複数の第２エア噴出口と、が形成されたノズル先端部を備えている塗装ノズルであって、
   前記複数の第２エア噴出口を通じて塗装ノズルの外部にエアを供給する第２エア供給路は、塗装ノズルの内部に配置され、前記複数の第２エア噴出口を介して外部に連通する環状経路を備えることを特徴とする塗装ノズル。
2. 請求項１に記載の塗装ノズルにおいて、前記複数の塗料噴出口を通じて塗装ノズルの外部に塗料を供給する塗料供給路は、塗装ノズルの内部に配置され、前記複数の塗料噴出口を介して外部に連通する環状経路を備えることを特徴とする塗装ノズル。
3. 請求項２に記載の塗装ノズルにおいて、前記第１エア噴出口を通じて塗装ノズルの外部にエアを供給する第１エア供給路は、ノズル後端部から前記ノズル先端部に向けて延在し、前記第１エア噴出口の外部に連通する経路をなし、
   前記第２エア供給路は、ノズル後端部から前記環状経路まで延在する延在供給路を備え、
   前記塗料供給路は、ノズル後端部から前記環状経路まで延在する延在供給路を備え、
   前記第２エア供給路の延在供給路と前記塗料供給路の延在供給路は、前記第１エア供給路の周囲に、周方向の位置をずらして配置されていることを特徴とする塗装ノズル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗装ノズルを複数配列して備える塗装装置であって、
   前記複数の塗装ノズルのそれぞれについて前記第１エア噴出口から前記塗装ノズルの外部に噴出するエアの噴出量を調整する第１調整手段と、
   前記複数の塗装ノズルのそれぞれについて前記第２エア噴出口から前記塗装ノズルの外部に噴出するエアの噴出量を調整する第２調整手段と、
   前記第１調整手段及び前記第２調整手段をそれぞれ独立して制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする塗装装置。
5. 請求項４に記載の塗装装置において、前記制御手段は、前記複数の塗装ノズルの前記第１調整手段及び前記第２調整手段を塗装ノズルごとに独立して制御することを特徴とする塗装装置。
6. 請求項４又は５に記載の塗装装置を用いた塗装方法であって、前記第１エア噴出口から噴出するエアの噴出状態と、前記第２エア噴出口から噴出するエアの噴出状態とを調整することにより、前記塗料噴出口から噴出される塗料の噴出状態を制御することを特徴とする塗装方法。