JP6560146B2

JP6560146B2 - 粘性材料塗布装置

Info

Publication number: JP6560146B2
Application number: JP2016039930A
Authority: JP
Inventors: 力也牧野; 功太郎黒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: JP2017154084A

Description

本発明は、粘性材料塗布装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開昭６４−０８０４６８号公報がある。この公報に記載された接着剤塗布装置は、先端に塗布ノズルが設けられたロボットアームを有している。このロボットは、自動車のガラス板のような板状のワークに対して、アームを動作させることにより位置を変更しながら、接着剤などの粘性材料の塗布を行う。このロボットを、プログラムによって制御して粘性材料を自動塗布することによって、複数のワークに対して、同様の塗布軌跡で塗布することができる。

特開昭６４−０８０４６８号公報

しかしながら、前述した従来の塗布装置では、生産台数が少ないラインなどではロボットによる自動塗布では設備が大きく高価となるため、手塗りによる粘性材料の塗布を選択する場合がある。例えば、手塗りによる粘性材料の塗布を行う際には、位置決めされたガラスに対して、塗布軌跡と同じ軌跡で切り欠いたガイドをセットし、ガイドにノズルをおしつけることで塗布軌跡を保証することができる。しかし、手塗りにより粘性材料を塗布する場合であって、塗布に品質が要求される場合には、作業者による塗布ノズルの送り速度、ノズル部に対する握りの強さ、塗布ノズルの角度、ノズルとガイドの押し付け力、材料の送り速度などの習熟が必要である。したがって、新人などには同じ品質を維持することが出来ず、作業者を限定することがあった。
本発明は、簡易な構成によって、ワークに任意の軌跡で粘性材料を塗布することができる粘性材料塗布装置を提供するものである。

本発明にかかる粘性材料塗布装置は、載置された板状のワークを水平に支持するステージ部と、ステージ部を下方から支持する支持部と、所定の位置に固定され、前記ワークの面上に粘性材料を塗布する塗布部と、前記支持部の動作を制御する制御部と、を備え、前記支持部は、前記ステージ部を水平面内の一方向にスライド可能であるとともに、鉛直方向を軸として回転可能である。
これにより、ステージ部に載置されたワークを水平移動及び回動させながら、粘性材料を塗布することができる。

これにより、簡易な構成によって、ワークの面上に任意の軌跡で粘性材料を塗布することができる。

粘性材料塗布装置の概略を示す図である。支持部及びステージ部を示す斜視図である。支持部及びステージ部を示す正面図である。塗布部を示す斜視図である。ステージ部に配置したｘｙ座標に対し、相対的にノズルが移動する軌跡の指令値と実値を示すである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、粘性材料塗布装置１は、基部１１と、基部１１に連結された支持部１２と、支持部１２に連結し、ワークが載置されるステージ部１３と、基部１１に連結されているとともに、粘性材料をワークに塗布する塗布ノズルがステージ部１３上に配置されている塗布部１４と、支持部１２の動作を制御する制御部１５と、を備える。

基部１１は、略直方体状に組まれたフレームである。以下では、基部１１は、地面に対して水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向及び、地面に対して鉛直方向であるＺ軸方向にそれぞれ延在するフレームによって略直方体状に組まれているものとして説明するが、これら以外のフレームを有していても良い。また、基部１１の下部には、複数の車輪と、車輪の回転を制限するストッパーが設けられている。また、基部１１を形成する上部のＹ方向に延びるフレーム１１ａの上部側において、フレーム１１ａに沿ってＹ方向に延在するように、複数のレール状のリニアモーションガイド（ＬＭガイド）１１ｂが形成されている。なお、基部１１の下部に車輪は無くても良い。また、直線方向に移動可能な機構であれば、ＬＭガイドに限定されない。

ＬＭガイド１１ｂは、後述するスライドプレート５１の突起部５１ａをＹ方向にガイドすることによって、ステージ部１３におけるＹ方向の動作を安定させる。

図２及び図３に示すように、支持部１２は、基部１１の上部に設けられている。支持部１２は、ステージ部１３をＹ軸方向に動作させる移動機構部２１と、ステージ部１３をＺ軸回りに回転動作させる回転機構部２２と、移動機構部２１と回転機構部２２とステージ部１３とを連結する連結部２３と、を備える。

移動機構部２１は、基部１１に固定された固定部３０と、ピニオン３１と、ステージ部１３をＹ軸方向に動作させる動力を発生させるＹ軸モーター３２と、Ｙ軸モーター３２の動作を減速させるＹ軸減速機３３と、を備える。

固定部３０は、基部１１を形成する上部のＹ方向に延在するフレーム１１ａに隣接するように配置され、基部１１に対して固定されている。

ピニオン３１は、固定部３０より上方に、Ｚ軸方向を回転軸として回動可能な状態で配置されている。例えば、ピニオン３１は、後述する連結部２３に取り付けられたラック５２と噛み合っている。ピニオン３１が回動することにより、ステージ部１３をＹ方向に動作させることができる。

Ｙ軸モーター３２は、ピニオン３１の下方に配置されている。Ｙ軸モーター３２の回転軸は、Ｙ軸モーター３２の上方に向かって延在している。Ｙ軸モーター３２は、Ｙ軸減速機３３を介して、回転軸の先端部がピニオン３１に連結されている。したがって、Ｙ軸モーター３２が駆動することにより、ピニオン３１が回動を行う。

Ｙ軸減速機３３は、ピニオン３１とＹ軸モーター３２の間に配置されている。Ｙ軸減速機３３は、Ｙ軸モーター３２の回転軸の回動の減速を行うギアを有している。

回転機構部２２は、固定部４０と、ステージ部１３をＺ軸回りに回動させるＺ軸モーター４１と、Ｚ軸モーター４１の動作を減速させるＺ軸減速機４２と、を備える。

固定部４０は、後述するスライドプレート５１に連結されている。固定部４０にはＺ軸モーター４１の回転軸４３が上下方向に貫通している。

Ｚ軸モーター４１は、固定部４０の下方に配置されている。Ｚ軸モーター４１の回転軸４３は、Ｚ軸減速機４２を介してステージ部１３に連結されている。

Ｚ軸減速機４２は、固定部４０とＺ軸モーター４１の間に配置されている。Ｚ軸減速機４２は、Ｚ軸モーター４１の回転軸４３の回動の減速を行うギアを有している。

回転軸４３は、Ｚ軸モーター４１の上方に向かって延在している。回転軸４３は、後述するスライドプレート５１の孔を貫通してベアリングボックス５３にガイドされ、先端部がステージ部１３に連結されている。したがって、Ｚ軸モーター４１が駆動することにより、ステージ部１３がＺ軸まわりの回動を行う。

連結部２３は、スライドプレート５１と、スライドプレート５１の下方に設けられたラック５２と、スライドプレート５１とステージ部１３の間に設けられたベアリングボックス５３と、を備える。

スライドプレート５１は、基部１１の僅かに上方に配置されたＸＹ方向に延在する板である。スライドプレート５１は、移動機構部２１及び回転機構部２２を連結している。具体的には、スライドプレート５１は、回転機構部２２の固定部４０に対して固定されている。また、スライドプレート５１の下部には、ＬＭガイド１１ｂと係合する突起部５１ａと、ラック５２が設けられている。

ラック５２は、スライドプレート５１の下部において下方に突出した突出部の先端に設けられており、Ｙ軸方向に延在している。例えば、ラック５２のＸ面側には複数の歯を有しており、ピニオン３１の歯と係合している。ピニオン３１の回動によりラック５２にＹ軸方向の動力が発生することで、スライドプレート５１がＹ軸方向に動作する。ここで、Ｙ軸モーター３２の動作に応じてスライドプレート５１がＹ軸方向に移動すると、スライドプレート５１と連結されている回転機構部２２及びステージ部１３が、Ｙ軸方向に移動する。

また、スライドプレート５１の中央部には、Ｚ方向に貫通する孔が設けられている。この孔には、Ｚ軸モーター４１の回転軸４３が貫通している。

ベアリングボックス５３の下部は、スライドプレート５１の上に固定されている。例えばベアリングボックス５３は、Ｚ方向に延在する円筒状であり、Ｚ軸モーター４１の回転軸４３の回転を安定させるためのベアリング機構を有する。

図１に示すように、ステージ部１３は、ステージ台６１と、ステージ台６１上に設けられ、上方にワークが載置される複数のワーク受け６２と、ステージ台６１の上部から上方に突出するワーク位置決め部と、を備える。

ステージ台６１は、下部にＺ軸モーター４１の回転軸４３が連結されている。したがって、スライドプレート５１のＹ軸方向の動作に連動してステージ台６１がＹ軸方向に移動した場合には、Ｚ軸モーター４１が連動してＹ軸方向に移動するとともに、ステージ部１３ごと、ステージ部１３に載置されたワークがＹ軸方向に移動する。

ワーク受け６２は、ステージ台６１上から上方に突出した複数の突出部である。ワーク受け６２の上端に接触した状態で、板状のワークが載置される。ワーク受け６２の上方に載置されたワークは、板面がＸＹ平面（水平）に平行である。

ワーク位置決め部６３は、ステージ台６１に下端が連結されて上方に延在するように突出部であり、ワーク受け６２よりＸＹ方向の外側に設けられている。なお、ワーク位置決め部６３の上方への突出量は、ワーク受け６２より長い。すなわち、ワーク位置決め部６３は、ワーク受け６２上にワークを載置した場合に、ワークの端部の位置を規定する。

図４に示すように、塗布部１４は、ワーク受け６２の上部に配置される塗布ノズル部７１と、基部１１に連結し、塗布ノズル部７１を先端部に有している塗布ノズル支持部７２と、を備える。

塗布ノズル部７１は、塗布ノズル支持部７２に固定された固定ブロック８１と、上下方向に延在するシャフト８２と、シャフト８２と組み合わされて使用されるリニアプッシュ８３と、作業者が支持するハンドル部８４と、塗布部１４の下方に設けられたワークに対向するノズル８５と、を備える。なお、塗布ノズル部７１の回転中心と、ステージ部１３の回転中心とを結んだ線が、Ｙ軸方向と一致するように配置されている。

固定ブロック８１は、塗布ノズル支持部７２に固定されている。固定ブロック８１の下方には、シャフト８２と、リニアプッシュ８３が配置されている。シャフト８２はリニアプッシュ８３との組み合わせにより、ベアリングを介してＺ方向にノズル８５の高さを変更することができる。なお、固定ブロック８１の上部には、塗布ノズル部７１の上昇端の位置を検知する検知部が設けられていても良い。

シャフト８２の下方には、ハンドル部８４と、ノズル８５が配置されている。作業者がハンドル部８４を操作することにより、ノズル８５の高さや向きを変更することができる。また、作業者がハンドル部８４を回動させた場合には、ノズル８５がＺ軸まわりで回動する。

ノズル８５には、ワーク上に対して求められる塗布材料の塗布形状に応じて、塗布の度合いを変更するための切り欠きが設けられている。ノズル８５は、作業者によるハンドル部８４の操作によって、切り欠きの方向を変更しながら塗布することができる。

なお、塗布ノズル部７１の上方には、固定ブロック８１の上端に連結する固定機構が設けられている。また塗布ノズル７１の上部には、塗布ノズル部７１のＺ方向の位置を計測する計測部が設けられている。例えば、塗布ノズル部７１の上端を固定機構に連結することで、計測部により計測された塗布ノズル部の動作量に応じて、作業者がハンドル部８４を保持してノズル８５を昇降するときの重量補償を行うことができる。

塗布ノズル支持部７２には、一端が基部１１に連結され、他端が塗布ノズル部７１に連結されたフレーム９０と、フレーム９０に連結され作業者により操作可能な操作部９１と、ステージ部１３のＹ方向及びＺ軸回りの回転速度等の動作パラメータを表示するディスプレイ９２が設けられている。例えば、操作部９１は、制御部１５に対して、ステージ部１３のＹ方向及びＺ軸回りの回転速度を変更するように操作信号を出力する。すなわち、作業者は、ディスプレイ９２に表示された動作パラメータを確認しながら操作部９１を操作することにより、ステージ部１３のＹ方向や、Ｚ軸回りの回転速度を調整することができる。なお、ディスプレイ９２に表示するものは、動作パラメータに限られない。例えばディスプレイ９２にはノズル８５からの粘性材料の塗布量を表示し、操作部９１では、ノズル８５からの粘性材料の吐出量の操作を行い、操作信号を制御部１５に出力しても良い。

制御部１５は、基部１１の近傍に配置されている。制御部１５は、支持部１２の動作を制御する。より具体的には、制御部１５はあらかじめ入力されたプログラムに基づいて、Ｙ軸モーター３２と、Ｚ軸モーター４１の動作を制御する。これにより、制御部１５は、ステージ部１３のＹ方向の移動及びＺ軸まわりの回転速度等を制御する。なお制御部１５は、ノズル８５から吐出される塗布材料の吐出量の制御を行っても良い。

これにより、制御部１５は、移動機構部２１と回転機構部２２の動作を制御してステージ部１３の位置を制御し、塗布ノズル部７１による塗布材料の塗布中にワークを移動させことができる。このとき、移動機構部２１によるＹ方向の移動と、回転機構部２２によるＺ軸まわりの回動との組み合わせによって、ワークの面上のどの位置であっても粘性材料の塗布が可能であるとともに、任意の軌跡に塗布が可能である。ここで、図５に示すように、ステージ部１３上に設定したｘｙ座標に対して、相対的にノズル８５が通った位置を示す動作軌跡によると、指令値と実値がほぼ同一となるように動作することが確認されている。

粘性材料塗布装置１では、塗布ノズル部７１の位置を大きく変更させることなく、ワークの向き及び位置を変更することによって、ワーク上に塗布材料を塗布することができる。したがって、ロボットを用いない簡易な構成によって、塗布対象であるワークに対して、任意の軌跡で粘性材料を塗布することができる。

また、塗布ノズル部７１がＸＹ方向に固定されており、ワークを移動させることによって塗布を行うため、従来のロボットによる塗布に比べて省スペースとなる。

また、ワーク移動方法を、移動機構部２１と回転機構部２２の組合せとし、塗布ノズル部７１の回転中心と、ステージ部１３に載置されるワークの回転中心とを結んだ線が、Ｙ軸方向と一致するように配置されていることにより、ワークの移動範囲を最小とすることが可能である。また、移動機構部２１と回転機構部２２はＸＹ平面状の動作に限定しているため、低推力モーターで動作が可能である。

なお、ノズル８５からの粘性材料の吐出量を一定の速度にするとともに、ワークとノズル８５との相対速度を一定にすることによって、塗布材料を均一に塗布することができる。

また、塗布対象が湾曲したガラスなどである場合には、作業者が塗布ノズル部７１のハンドルを把持して、ノズル８５の位置や向きを調整しながら、塗布を実行することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、塗布ノズル部７１ではノズル８５が上下動するものとして上下動するための構成を記載したが、塗布対象が湾曲したものでない場合には上下動するための機構は不要である。また、塗布材料の断面形状が三角形などの特定の断面形状でない場合には、ノズル８５を回転させる機構は不要である。

１粘性材料塗布装置
１１基部
１１ｂＬＭガイド
１２支持部
１３ステージ部
１４塗布部
１５制御部
２１移動機構部
２２回転機構部
２３連結部
３０固定部
３１ピニオン
３２Ｙ軸モーター
３３Ｙ軸減速機
４０固定部
４１Ｚ軸モーター
４２Ｚ軸減速機
４３回転軸
５１スライドプレート
５１ａ突起部
５２ラック
５３ベアリングボックス
６１ステージ台
６２ワーク受け
６３ワーク位置決め部
７１塗布ノズル部
７２塗布ノズル支持部
８１固定ブロック
８２シャフト
８３リニアプッシュ
８４ハンドル部
８５ノズル

Claims

載置された板状のワークを水平に支持するステージ部と、
ステージ部を下方から支持する支持部と、
水平面内における位置が固定され、前記ワークの面上に粘性材料を塗布する塗布部と、
前記支持部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記支持部は、前記ステージ部を水平面内の一方向のみにスライド可能であるとともに、鉛直方向を軸として回転可能である、
粘性材料塗布装置。