JP6482705B1 - 塗布ノズル - Google Patents
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Abstract
Description
材料コンテナ51は塗料を貯溜するものであり、プランジャポンプ52は塗料を塗装設備50の全体に充填し、圧送するものであり、フィルタ53は塗料に混入した異物を取り除くものであり、レギュレータ54は塗装設備50内の塗料の圧力を適切に保つためのものであり、熱交換器55は塗装設備50の塗料の温度を一定に保つためのものであり、定量ポンプ56はサーボモータによって駆動され、スリット式塗布ノズルNへの塗料の吐出量を調整するものであり、ロボットアーム57は塗布ノズルNを車体等の被塗装体に対し自在に移動させるものである。
ここで、特許文献1乃至特許文献3に開示された従来のスリット式塗布ノズルの発明によれば、吐出口の幅よりも塗装パターン幅を広くしたいために、吐出角度を大きくする等によってノズルから吐出させる塗料をできるだけ幅方向に広げるようにし、ノズルから吐出する塗料が放射状に広げられて被塗布面に吹き付けられるものであった。このため、ノズルから吐出した塗料の広がりパターン、つまり、塗布パターン幅は、吐出口を通過する塗料の圧力に大きく依存する。そこで、従来は、圧力で制御している吐出量を変化させることで、塗布パターン幅の調整を行っていた。即ち、従来、塗布パターン幅は吐出量で制御していた。
特に、特許文献1の技術においては、低吐出領域でのせん断速度を確保するために、ノズルの開口面積を小さくするものであるが、ノズルの開口面積を小さくすると、吐出口を通過する塗料の圧力が増すから、塗料粘度(塗料温度)及び塗装距離の変化による塗布パターン幅の変動が大きくなった。
また、特許文献2の技術においては、扁平率を下げることで、せん断速度を確保して塗膜表面を平滑化できるものであるが、吐出量及び塗装距離が塗布パターン幅に大きく影響した。
このため、従来のスリット式塗布ノズルを用いた塗布では、狙いとする所望の塗布パターン幅を得るための吐出量、塗料温度、塗装距離の微調整が難しく、また、高い精度での調整を必要とした。
上記拡大通路は、前記導入通路に連通して前記導入通路の下端の開口よりも幅方向に拡がり前記導入通路よりも幅広の空間容積を有するものである。ここで、上記幅方向とは、塗布ノズルの塗装方向(進行方向)に直角な方向である。上記拡大通路の形状は、特別問われるものではないが、通常、下方に向かって幅広に形成され、例えば、上から下に向かって幅方向を拡大する、即ち、上側が幅狭で下側が幅広とする略台形状とすることもできるし、上側が幅狭で下側が幅広とする略台形状のうち少なくとも下側を幅方向に延びる弧状に形成した略扇台形状とすることもできる。なお、上記塗装方向とは、被塗布面に対し塗膜を吹き付ける塗布ノズルの移動方向で、塗布ノズルから吐出された塗料が被塗装面(ワーク)に塗布される塗布膜の塗布線方向である。塗布ノズルの厚さ方向に相当する。
このスリット通路は、前記スリット吐出口の円弧に対する曲率半径をR、前記スリット吐出口の円弧に対する弦長をLtとしたとき、RとLtの関係が、Lt/R×100(%)=70〜130、好ましくは、Lt/R×100(%)=75〜125、更に好ましくは、Lt/R×100(%)=80〜123であるものである。
また、上記スリット吐出口の円弧に対する弦長Ltとは、スリット吐出口の幅方向の両端点を直線で結んだ線分の寸法である。
そして、上記Lt/R×100(%)=70〜130とは、70≦Lt/R×100(%)≦130であることを意味し、Lt/Rの比率からすれば、Lt/Rの比率が0.7以上、1.3以下である。
なお、上記スリット通路の形状は、少なくともスリット吐出口が弧状に延び、上記RとLtの関係が所定の範囲内の規定であればよいが、好ましくは、スリット入口側からスリット吐出口側に向かって幅広の形成、即ち、上側が幅狭で下側が幅広とする略台形状のうち少なくとも下側を幅方向に延びる弧状に形成した略扇台形状である。更に、前記拡大通路の下側が幅方向に延びる弧状に形成されていると、スリット通路は前記拡大通路の円弧に沿って配設されスリット入口が幅方向に延びる弧状に形成されることになる。なお、スリット入口が弧状に延びるものである場合、その円弧は、スリット入口の孤に対する曲率半径が一定の正円弧状(真円弧状)であってもよいし、曲率半径が可変する楕円弧状で円弧形状が徐変されていてもよい。更に、スリット吐出口の円弧に対する中心角とスリット入口の円弧に対する中心角が必ずしも一致していなくともよい。即ち、スリット吐出口とスリット入り口の関係は、それらの幅方向においてスリット吐出口とスリット入口の距離が一定であってもよいし、変化してもよい。
ここで、上記略扇台形状とは、少なくとも1組の対辺が平行である台形において、平行関係にある互いに対向する1対の辺(上辺及び下辺)のうち、少なくとも長辺側(下辺側)の辺が曲率のある円弧に置き換えられた形状のものをいい、互いに対向する1対の辺(上辺及び下辺)の短辺側から長辺側に向かって幅広な形状である。
ここで、上記複数の構造体の組付けによって構成とは、少なくとも2以上の別部材がねじやボルト等の接合手段で組付けられた構成でねじやボルト等の取外しによって分割されて分解可能であることを意味する。即ち、複数の構造体がねじやボルト等の取外しで分割可能に組付けられた構成である。2つの部材で構成し前記幅方向に対して直角な方向(塗装方向に対して並行方向、即ち、厚さ方向)で層状とする2層構造としてもよいし、3つの部材で構成する3層構造としてもよいし、それ以上の多層構造であってもよい。
上記スリット通路が前記導入通路の下端の開口位置を鉛直方向に延ばした延長線上からずれた配置とは、前記導入通路の下端の開口位置を鉛直方向に延ばした延長線上に配置した場合と比較して、前記塗料の流路を長くできるように前記導入通路と前記スリットの位置関係を規定したものである。
ここで、上記スリット吐出口の前記幅方向に対して直角方向の幅とは、塗布ノズルの塗装方向に対して並行な方向の幅、即ち、塗布ノズルの厚さ方向を意味する。また、上記幅方向とは、塗布ノズルの塗装方向に対して直角な方向である。
そして、上記スリット吐出口の開口の前記幅方向に対して直角方向の幅が、前記幅方向の中央部で一定で、前記中央部の両側から前記幅方向の両端に向かって徐々に狭くしたとは、スリット吐出口の前記幅方向の中央部に前記幅方向に対して直角方向の幅が一定の部分を設け、その前記幅方向に対して直角方向の幅が一定な中央部の両端側から前記スリット吐出口の幅方向の両端までは前記幅方向に対して直角方向の幅が徐々に小さくなるように変化していることを意味する。即ち、前記スリット吐出口の開口は、前記幅方向の中央部で前記幅方向に対して直角方向の幅が一定な所定幅を残して前記幅方向の両端に向かって徐々に前記幅方向に対する直角方向の幅を小さくしたものである。
こうして、請求項1の発明の塗布ノズルによれば、吐出量、塗装距離及び温度の影響による塗布パターン幅の変動が抑えられ、塗布パターン幅を安定化させることができる。
ここで、前記スリット通路の前記スリット吐出口の円弧に対する中心角が小さ過ぎると、例えば、50〜100mmの所定の塗布パターン幅を確保することができずパターン幅が不足し易い。一方で、前記スリット通路の前記スリット吐出口の円弧に対する中心角が大き過ぎると、スリット吐出口から吐出する塗料の拡散の程度が大きくなり、パターン割れが発生することがある。また、塗布パターン幅に関し前記スリット吐出口から吐出するときの塗料の圧力、流体抵抗等への依存が大きくなり、吐出量、塗装距離及び塗料温度による塗布パターン幅の変動が大きくなることがある。
よって、前記スリット通路の前記スリット吐出口の円弧に対する中心角が、80°〜100°の範囲内であれば、パターン割れを生じさせることなく、また、吐出量、塗装距離及び塗料温度による塗布パターン幅の変動を極めて小さくし、より安定的に所定のパターン幅を確保できる。より好ましくは、前記スリット通路の前記スリット吐出口の円弧に対する中心角が、85°〜95°の範囲内である。
なお、本実施の形態において、同一の記号及び同一の符号は、同一または相当する部分及び機能を意味するものであるから、ここでは重複する説明を省略する。
そして、本実施の形態の塗布ノズル10の全体は、線対称な等脚台形において、平行な2本の対辺(底辺)のうちの長辺側(下底側)の辺が曲率のある円弧に置き換えられた略扇台形状である。また、外装部11A、内装部11B、蓋部12の各部材の全体形状についても、線対称な等脚台形において、平行な2本の対辺(底辺)のうちの長辺側(下底側)の辺が曲率のある円弧に置き換えられた略扇台形状である。なお、下辺の円孤は、塗布ノズル10の下方に凸状に湾曲する曲率の円弧状であり、塗布ノズル10の幅方向の中央側が凸の頂上(最下部)である。
ここで、拡大通路22は、導入通路21の下端の開口よりも幅方向に広がり導入通路21よりも幅広い空間容積を有し、拡大通路22の先端部側では本体部11の内装部11Bと蓋部12の間に、拡大通路22よりも極めて狭いスリット通路23のスリット入口23bが開口しているも、拡大通路22の下端の厚さ方向はスリット入口23bの開口よりも十分に大きな寸法である。即ち、スリット通路23の幅方向に対して直角方向(厚さ方向)の幅は、拡大通路22の下端の幅方向に対して直角方向(厚さ方向)の幅よりも極めて幅狭である。
これより、スリット通路23の幅方向の端部側では、スリット通路23を通過する高粘性塗料Pが、幅方向の中央側と比較してより大きな抵抗を受け流速が減速することになるから、スリット通路23のスリット吐出口23aの幅方向の両端部側から吐出する高粘性塗料Pが遠くまで吐出され難くなり、スリット通路23のスリット吐出口23aから吐出する高粘性塗料Pの拡がりを抑え幅方向の拡散の程度を小さくすることができる。
ここで、スリット吐出口23aの幅方向をスリット横幅Lとし、そのスリット横幅Lの開口寸法(長さ)をスリット横幅Ltとすると、スリット横幅Ltは、円弧状に形成されたスリット吐出口23aの孤b1,b2を結ぶ直線距離の弦長に該当する。
また、スリット吐出口23aの幅方向の左右両側(中央部23aaの外側)では、スリット吐出口23aを構成する幅方向に延びる対向辺のうち直線的に幅方向に延びる内装部11B側の辺に対し、それに対向する蓋部12側の辺が端a1,a2から端b1,b2に向かって内装部11B側の辺に近づくように傾斜して対向辺の間隔がa1,a2側から端b1,b2に向かって徐々に狭くなっており、その部分を端部23abとしている。なお、端部23abの端b1,b2におけるスリット縦幅Wの長さをスリット縦幅W2とし、端部23abのスリット横幅Lの長さをスリット横幅L2としている。スリット縦幅W1はスリット縦幅Wの最大開口寸法であり、スリット縦幅W2はスリット縦幅Wの最小開口寸法である。
これより、図7に示したように、塗布ノズル10において高粘性塗料Pの吐出口であるスリット吐出口23aの幅方向の中央部側からは高粘性塗料Pが厚く吐出され、幅方向の両端側に向かって次第に高粘性塗料Pが薄く吐出される。即ち、スリット吐出口23aの幅方向の中央側においては高粘性塗料Pが略一定の厚さで吐出されるのに対し、幅方向の両端側では端に向かって徐々に薄い厚みで吐出される。したがって、所定の列の塗布を終え、塗布膜PLの幅方向で端を重ねて(横継して)次の列を塗布する際に、高粘性塗料Pの厚さが薄く変化する部分同士が重なるように重ね塗りを行えば、重ね塗りした部分が不必要に厚く突出して盛り上がることなく、厚さが一定の中央側に比して重ね塗りした部分で厚みが増大するのを抑制できる。よって、塗装された塗布膜PLの凹凸を少なくして平坦化でき、膜厚の均一化を図ることができる。特に、被塗布面40の凹凸面に塗布する際に凸部で塗り重ねたときでも、その塗り重ねた部分の厚みの増大が少ないことで、重ね塗りした部分が他部品と干渉し難い。好ましくは、スリット縦幅W2をスリット縦幅W1の0.4〜0.6倍の範囲内とすることで、重ね塗りした部分とそれ以外との膜厚の差をより小さくできて塗装された塗布膜PLの平坦性に優れる。
一方で、Lt/R×100(%)<70であると、塗布パターン幅PWが不足し、効率性、生産性の観点から好ましい50〜100mmの塗布パターン幅PW、より好ましくは、60〜90mmとする塗布パターン幅PWが得られ難くなる。
スリット吐出口23aの円弧に対する中心角θが80〜110°の範囲内であれば、所定の塗布パターン幅PWを確保できパターン割れも発生し難いものとなる。また、例えば、0.1〜1.5Pa・S/20℃(せん断速度が9400s-1/20℃での測定)の粘度の高粘性塗料Pの塗布において、ガン距離、吐出量、温度の変化による塗布パターン幅PWの変動が安定的に抑えられる。
スリット吐出口23aの寸法形状を変化させて実施例1〜実施例5に係る塗布ノズル10と比較例1〜比較例2に係る塗布ノズルを製作し、高粘性塗料Pの各種塗布実験を行った。各実施例及び比較例の設計内容を表1の上段に示す。
実施例1〜実施例5と比較例1〜比較例2では、スリット吐出口23aのスリット横幅Ltに対するスリット横幅L1の比率は、Lt/R×100(%)=34%〜35%とし、スリット吐出口23aのスリット横幅LのL1/L2の比率を略同程度としている。
各実施例及び比較例においては、スリット通路23のスリット入口23bの中央側の円弧に対する中心点C1とスリット吐出口23aの円弧に対する中心点C1を一致させており、実施例及び比較例の全てでスリット吐出口23aの円弧に対する曲率半径Rと、スリット入口23bの中央側の円弧に対する曲率半径の比率を略同一としている。即ち、実施例及び比較例の全てでスリット通路23の中央の長さは同一としている。例えば、スリット入口23bの中央側の円弧に対する曲率半径はスリット吐出口23aの円弧に対する曲率半径Rの0.85〜0.95の範囲内であり、幅方向の中央部でスリット入口23bとスリット出口23a間の距離は3〜8mmである。
なお、図5に示すように、実施例1〜実施例3では、何れもスリット吐出口23aのスリット横幅Lt(スリット吐出口23aの円弧に対する弦長Lt)=49mmで統一され、また、スリット吐出口23aの円孤(孤b1b2)に対する中心角θ=90°に統一されているが、実施例1では曲率半径R=40mm、実施例2では曲率半径R=50mm、実施例3では曲率半径R=60.5mmであるから、実施例1〜実施例3うち実施例1のスリット吐出口23aの円孤の曲率(曲り具合い)が最も大きくて急カーブである。また、このときスリット吐出口23aから高粘性塗料Pが吐出する時の吐出圧力は、例えば、5Pa〜25Paである。
具体的には、塗装距離h(以下、ガン距離hと呼ぶ)や、吐出量や、塗料温度を各種変化させたときの塗布パターン幅PWの変動を調べた。なお、本実験では、高粘性塗料Pとして、自動車用の塗布型制振材の塗料であり、材料粘度が1.0Pa・s/20℃(せん断速度が9400s-1/20℃での測定)のものを用いた。
なお、このときの実験条件としては吐出量8000cc/分、ガン距離50mm、ガン速度500mm/s、塗料温度25℃で統一した。
換言すれば、従来品である比較例1及び比較例2の塗布ノズルは、吐出量の増大で塗布パターン幅PWが大きくなっていることから、圧力(吐出量)でスリット吐出口23aから吐出する高粘性塗料Pを幅方向に放射状に大きく拡げることができるものであり、吐出量の増減で塗布パターン幅PWを制御できるものである。
こうして、本実施の形態の塗布ノズル10によれば、吐出量、塗装距離h及び塗料温度の影響による塗布パターン幅PWの変動が抑えられ、塗布パターン幅PWが安定化する。
そして、上記実施の形態の塗布ノズル10においては、内装部11B及び蓋部12の間にスリット通路23が形成されている。
よって、スリット通路23に異物が混入して目詰まりし塗布パターンに乱れが生じた場合でも、内装部11B及び蓋部12を分解することで、容易に異物を取り除き、目詰まりを解消することができる。即ち、メンテナンスが容易であり、安定して所定幅の塗布パターンを確保できる。
そして、塗布ノズル10のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係、組付け方法等については上記実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
21 導入通路
22 拡大通路
23 スリット通路
23a スリット吐出口
23b スリット入口
23aa 中央部
Claims (4)
- 塗料が導入される導入通路と、前記導入通路の下端の開口から塗装方向に対して直角な幅方向に拡がり前記導入通路よりも幅広の空間容積を有する拡大通路と、前記拡大通路の下端の前記幅方向に沿って前記拡大通路に連通し前記拡大通路の下端の前記幅方向に対して直角方向の幅よりも狭い幅のスリット状の間隙であるスリット通路を内部に設けた塗布ノズルであって、
前記スリット通路は、前記塗料が吐出する弧状に延びたスリット吐出口とその反対側で前記拡大通路側から前記塗料が進入してくるスリット入口とを有し、前記スリット入口から前記スリット吐出口に向かって前記幅方向に拡大する幅広に形成され、前記スリット吐出口の円弧に対する曲率半径をR、前記スリット吐出口の円弧に対する弦長をLtとしたとき、RとLtの関係が、Lt/R×100(%)=70〜130であり、
前記スリット通路の前記スリット吐出口の円弧に対する中心角は、80°〜100°の範囲内であることを特徴とする塗布ノズル。 - 前記塗布ノズルは、複数の構造体の組付けによって構成され、前記複数の構造体のうちの2つの構造体の間に前記スリット通路が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の塗布ノズル。
- 前記スリット通路の位置は、前記導入通路の下端の開口位置を鉛直方向に延ばした延長線上とはずらした配置としたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の塗布ノズル。
- 前記スリット通路の前記スリット吐出口の開口は、前記幅方向に対して直角方向の幅を、前記幅方向の中央部で一定とし、前記中央部の両側から前記幅方向の両端に向かって徐々に狭くしていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の塗布ノズル。
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