JP6848486B2

JP6848486B2 - 装置

Info

Publication number: JP6848486B2
Application number: JP2017015445A
Authority: JP
Inventors: 買場　佶; 佶買場; 秀世村井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: JP2018122225A

Description

本発明は、装置に関し、さらに詳しくは、主剤と硬化剤からなる塗料による長時間の塗装作業を可能とすると共に、平滑な塗装面を形成することが可能な装置に関する。

スプレー式の塗装装置は作業能率の高さと均一な塗面が比較的容易に得られることから広く使用されている。塗料の種類により、いろいろなタイプのスプレー塗装装置が存在する。例えば、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ塗料などのような反応形塗料を塗装するには、ポットライフ、すなわち可使用時間の問題から塗料は主剤と硬化剤の２成分で構成されているため、２液定比率ポンプを使用してスプレーガンの直前の塗料輸送経路でスタティックミキサーのようなラインミキサーを通して連続的に２液を定比率で混合し、一般的なスプレーガンで塗装を行う方法が採用されるか、あるいはミキシング機構をスプレーガンの内部に設けた内部混合式のスプレーガンが使用される。

上記二つの方式は塗装作業の硬化が始まってしまうので、長時間作業に不向きである。この欠点を補うスプレー方式として一丁のガンに二個のスプレーノズルを設けた２頭式スプレーガンにより主剤と硬化剤を別々に噴霧した状態で混合する方式がある。図８は従来の２頭式スプレーガンの主要部の構成を示す断面図である。尚、図８ではノズル部分のみを示し、それ以外は図示を省略している。図示された２頭式スプレーガン１００は、概略として、第一のガン１０１と第二のガン１０２を備えており、第一のガン１０１と第二のガン１０２は、第一のガン１０１のノズル１０３から吐出される主剤Ｍと第二のガン１０２のノズル１０４から吐出される硬化剤Ｈが途中で交差するように互いに所定の傾斜角度を有して配置されている。これにより、第一のガン１０１から吐出された主剤Ｍと第二のガン１０２から吐出された硬化剤Ｈは途中で混ざり合った状態で被塗装面に到達するようになっている。このように、２頭式スプレーガン１００は内部で主剤Ｍと硬化剤Ｈが混合する心配がないことから長時間安定して塗装作業を続けることができる。

主剤と硬化剤からなる塗料を２頭式スプレーガン以外で塗装する他の例としては、例えば、特許文献１に示された塗装方法がある。この塗装方法は、ノズルから塗料主剤を飛ばして基材上に塗布し、次に、基材に塗布した塗料主剤上に硬化剤をインクジェットにより吐出して塗布することで、基材上に塗料主剤と硬化剤とが反応硬化した盛り上がり塗装層を形成するものである。

特開２００８−１８３４８７号公報

しかしながら、上記２頭式スプレーガンの使用条件として、主剤の吐出量と硬化剤の吐出料が１：１でなければならない。この条件を守らないと混合噴霧の状態が不安定となり、一様な塗膜を得ることができない。塗料の種類により主剤と硬化剤の適正混合比には様々なものがあり、２頭式スプレーガンでは対応できない場合がある。また、上記特許文献１による塗装方法は立体感のある盛り上がり塗装層を形成するものであり、塗装面に対して塗膜を平滑に塗装することは全く考慮されていない。また、主剤と硬化剤さらには硬化促進剤を同じパターンとなるように塗布することが条件となっている。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、主剤と硬化剤からなる塗料を用いて長時間の塗装を可能とすると共に、平滑な塗装面を形成することが可能な２液型塗装装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、主剤吐出孔を開閉する弁を備えた主剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の主剤吐出用ノズル列と、硬化剤吐出孔を開閉する弁を備えた硬化剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の硬化剤吐出用ノズル列と、前記主剤吐出孔を開閉する弁及び前記硬化剤吐出孔を開閉する弁の開閉を行うアクチュエータと、前記主剤吐出用ノズルに主剤を供給する内部主剤供給路及び前記硬化剤吐出用ノズルに硬化剤を供給する内部硬化剤供給路が設けられたノズルヘッドと、加圧された主剤を前記ノズルヘッドに供給する主剤供給手段と、加圧された硬化剤を前記ノズルヘッドに供給する硬化剤供給手段と、前記アクチュエータの駆動制御及び前記ノズルヘッドの位置制御を行うコントローラとを備え、前記複数の主剤吐出用ノズル列と前記複数の硬化剤吐出用ノズル列は、交互に配置されており、前記コントローラは、前記主剤吐出用ノズル列から被塗装面に吐出される主剤ドットの位置と前記硬化剤吐出用ノズル列から吐出される硬化剤ドットの位置が重なるように、且つ、前記被塗装面に吐出された主剤ドットの直径の１／１０以下の間隔で主剤ドットが吐出されるように前記ノズルヘッドの位置と前記アクチュエータの駆動を制御する装置を提供する。

本発明に係る２液型塗装装置によれば、主剤と硬化剤をそれぞれ別系統でインクジェット方式により被塗装面に吐出するようにしたので、主剤と硬化剤が内部で混合されることなく長時間の塗装作業が可能となるという効果がある。また、被塗装面に吐出された主剤ドットの直径の１／１０以下の間隔で主剤ドットを吐出するようにしたので複数の主剤ドットの一部が重なるようにして塗膜が形成されるので平滑な塗装面を形成することができるという効果がある。

本発明に係る２液型塗装装置の好ましい一実施形態の全体構成を示す構成図である。ノズルヘッドの内部構成を示す断面図である。主剤吐出用ノズル列の配置を示す説明図である。主剤吐出用ノズル及び硬化剤吐出用ノズルを備えたノズルヘッドの断面図である。ノズルヘッドの背面構成を示す斜視図である。主剤ドットの吐出状態を示す説明図である。主剤ドットの重なりを示す説明図である。従来の２頭式スプレーガンの主要部の構成を示す断面図である。

［２液型塗装装置の構成］
本発明に係る２液型塗装装置について、好ましい一実施形態に基づいて以下詳細に説明する。図１は本発明に係る２液型塗装装置の好ましい一実施形態の全体構成を示す構成図、図２はノズルヘッドの内部構成を示す断面図である。図示された２液型塗装装置１は、概略として、床面等に設置された基台２と、基台２に取り付けられ、図示しないモータや油圧によってアームを上下・左右に可動させることにより先端部３（頭部）を任意の位置へ配置可能なロボットアーム４と、ロボットアーム４の先端部３に取り付けられ、主剤Ｍ及び硬化剤Ｈを被塗装物２００（例えば自動車の車体）へ吐出するノズルヘッド５と、主剤供給チューブ６を介してノズルヘッド５へ主剤Ｍを供給する主剤用タンク８と、硬化剤供給チューブ７を介してノズルヘッド５へ硬化剤Ｈを供給する硬化剤用タンク９と、主剤用タンク８及び硬化剤用タンク９のそれぞれに配管１１を介して加圧空気を供給するエアーコンプレッサ１０と、アクチュエータ制御信号ケーブル１２を介してノズルヘッド５の動作を制御すると共にロボットアーム制御信号ケーブル１３を介してロボットアーム４の動作を制御するコントローラ１４を備えて構成されている。尚、主剤供給チューブ６と硬化剤供給チューブ７さらにアクチュエータ制御信号ケーブル１２はケーブルハーネス１５として一つにまとめられ、また、アクチュエータ制御信号ケーブル１２とロボットアーム制御信号ケーブル１３も同様にケーブルハーネス１６として一つにまとめられている。

コントローラ１４は、図示しないマイクロコンピュータ、ＲＯＭ・ハードディスク等の記憶装置、入出力インターフェース、ディスプレィ、電源ユニット等を備えて構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って動作し、後述するような処理を実行する。

［ノズルヘッドの構成］
ノズルヘッド５は、図２に示すように、概略として、略矩形状に形成された基板５０と、基板５０の表面に複数（本実施形態では１２個）の主剤吐出用ノズル２０，２０を一方向（図２では縦方向）に一列に配列した主剤吐出用ノズル列５３と、同様にして基板５０の表面に複数（本実施形態では１２個）の硬化剤吐出用ノズル３０，３０を一方向（図２では縦方向）に一列に配列した硬化剤吐出用ノズル列５５を備えており、主剤吐出用ノズル列５３と硬化剤吐出用ノズル列５５は交互に複数列が配置されている。

基板５０には、主剤注入口５７が設けられており、主剤流通路５４を介して主剤Ｍが各主剤吐出用ノズル列５３，５３へ供給され、主剤吐出用ノズル２０，２０から吐出されるようになっている。尚、主剤注入口５７には主剤用タンク８から伸びる主剤供給チューブ６が連結されている。同様に、基板５０には、硬化剤注入口５８が設けられており、硬化剤流通路５６を介して硬化剤Ｈが各硬化剤吐出用ノズル列５５，５５へ供給され、硬化剤吐出用ノズル３０，３０から吐出されるようになっている。尚、硬化剤注入口５８には硬化剤用タンク９から伸びる硬化剤供給チューブ７が連結されている。

本実施形態では、一つの主剤吐出用ノズル列５３を構成する各主剤吐出用ノズル２０，２０の中心の縦方向の間隔（ｐ１）は１４ｍｍであり、同様に、一つの硬化剤吐出用ノズル列５５を構成する各硬化剤吐出用ノズル３０，３０の中心の間隔は１４ｍｍである。そして、隣り合う主剤吐出用ノズル列５３の中心と硬化剤吐出用ノズル列５５の中心とはそれぞれ横方向に１０ｍｍの間隔を有して配置されている。すなわち、主剤吐出用ノズル列５３，５３同士の間の間隔ｐ２は２０ｍｍとなる。また、各主剤吐出用ノズル列５３，５３同士はそれぞれ縦方向に０．９ｍｍズレて配置されており、硬化剤吐出用ノズル列５５，５５同士も同様にそれぞれ縦方向に０．９ｍｍの間隔を有して配置されている。ここで、図３は主剤吐出用ノズル列５３，５３の配置を示す説明図である。尚、図３では硬化剤吐出用ノズル列５５，５５は示していない。図３に示すように、主剤吐出用ノズル列５３，５３について着目すると、横方向（Ｘ軸方向）に隣り合う主剤吐出用ノズル２０，２０は上述のようにそれぞれ縦方向に０．９ｍｍズレて配置されているため横方向に隣り合う主剤吐出用ノズル２０，２０は縦方向（Ｙ軸方向）に角度θの傾斜を有して配置されている。尚、本実施形態では、図２に示すように、主剤吐出用ノズル列５３，５３の間には硬化剤吐出用ノズル列５５，５５がそれぞれ配置されており、硬化剤吐出用ノズル列５５，５５も主剤吐出用ノズル列５３，５３と同様にして配置されている。

［主剤吐出用ノズルと硬化剤吐出用ノズルの構成］
図４は主剤吐出用ノズル及び硬化剤吐出用ノズルを備えたノズルヘッドの断面図である。主剤吐出用ノズル２０と硬化剤吐出用ノズル３０はほぼ同一の構成を備えており、流通する媒体が主剤Ｍか硬化剤Ｈかの相違である。そのため、ここでは主剤吐出用ノズル２０の構成について説明する。主剤吐出用ノズル２０は、概略として、ノズルヘッド５を構成する基板５０の下側表面に吐出孔５１を有すると共に、吐出孔５１と連通するようにして形成された液溜部２１ａと、吐出孔５１を開閉する弁２２ａと、図４における液溜部２１ａの上部側に設けられた上部空間に収納されて弁２２ａを吐出孔５１に向かって往復動させるアクチュエータ２３ａと、アクチュエータ２３ａの進出後退する軸部２４ａを軸支すると共に上部空間の気密性を維持するシール部２５ａを備えて構成されている。そして、液溜部２１ａは主剤流通路５４と連通しており、液溜部２１ａに主剤Ｍが供給されるようになっている。同様に、硬化剤吐出用ノズル３０は、液溜部２１ｂと、弁２２ｂと、アクチュエータ２３ｂと、シール部２５ｂとを備え、液溜部２１ｂは硬化剤流通経路５６と連通しており、液溜部２１ｂに硬化剤が供給されるようになっている。

［ノズルヘッドの背面構成］
図５はノズルヘッドの背面構成を示す斜視図である。ノズルヘッド５の背面側には、ケーブルハーネス１５の端部から引き出された主剤供給チューブ６と硬化剤供給チューブ７がそれぞれ取り付けられており、主剤供給チューブ６は主剤流通路５４に接続され、硬化剤供給チューブ７は硬化剤流通路５６に接続されている。また、ケーブルハーネス１５の端部から引き出されたアクチュエータ制御信号ケーブル１２の端部に設けられたコネクタ５９が基板５０の背面に設けられてノズルヘッド５の背面から露出しているソケット６０に取り付けられており、アクチュエータ２３ａ，２３ｂへの制御信号等の伝達が行われる。

［主剤吐出用ノズル及び硬化剤吐出用ノズルの動作］
次に、図４に基づいて主剤吐出用ノズル２０及び硬化剤吐出用ノズル３０の動作を説明する。上述のように主剤吐出用ノズル２０と硬化剤吐出用ノズルは同一構成であるので、ここでは主剤吐出用ノズル２０の動作についてのみ説明する。通常、ノズル孔５１は弁２２ａによって閉じられているので、液溜部２１ａ内に主剤Ｍが溜まっていても主剤Ｍがノズル孔５１から吐出されることはない。この状態でアクチュエータ２３ａが駆動されると、軸部２４ａ及び弁２２ａが上昇して弁２２ａとノズル孔５１との間に隙間が生じ、液溜部２１ａ内の主剤Ｍがエアーコンプレッサ１０の加圧によってノズル孔５１から主剤滴が吐出する。設定時間が経過するとアクチュエータ２３ａの通電が断たれ、軸部２４ａ及び弁２２ａが下降して弁２２ａがノズル孔５１を塞ぎ、ノズル孔５１からの吐出が停止する。同様にして硬化剤ｈも硬化剤吐出用ノズル３０，３０から吐出され、被塗装物２００の表面に吐出された主剤ｍと硬化剤ｈとが混合して図４に示すように塗膜６２が形成される。

［２液型塗装装置の動作］
次に、本発明に係る２液型塗装装置１の動作塗装方法について図１〜図７を参照して説明する。図６は主剤ドットの吐出状態を示す説明図、図７は主剤ドットの重なりを示す説明図である。

初めに、主剤Ｍ及び硬化剤Ｈの吐出量（吐出比）、塗装領域や形状やその他必要なデータをコントローラ１４に入力する。入力されたデータに基づいてコントローラ１４内のマイクロコンピュータは主剤Ｍ及び硬化剤Ｈの吐出量を適宜に算出する。主剤Ｍ及び硬化剤Ｈの吐出量はアクチュエータ２３ａ，２３ｂの動作時間、すなわち弁２２ａ，２２ｂの開閉時間とエアーコンプレッサ１０が主剤用タンク８及び硬化剤用タンク９に供給する加圧空気の圧力によって決定される。そして、コントローラ１４は、エアーコンプレッサ１０を駆動させて主剤用タンク８及び硬化剤用タンク９に加圧空気を供給すると共に、ロボットアーム制御信号ケーブル１３を介してロボットアーム４を動作させ、ノズルヘッド５を被塗装物１００の塗装開始位置へ移動させる。

次いで、コントローラ１４は、ノズルヘッド５をＸ軸方向（横方向）に移動させながら必要な主剤吐出用ノズル２０，２０のアクチュエータ２３ａ，２３ａをそれぞれ駆動して吐出孔５１，５１から主剤ドットｍを吐出させる。これにより、主剤吐出用ノズル列５３，５３に対応した主剤Ｍのドット６１の列が被塗装面に付着する（図６参照）。そして、コントローラ１４は、ノズルヘッド５のＸ軸方向への移動に応じて被塗装面に吐出された主剤Ｍのドット６１の直径ｄに対してＸ軸方向に１／１０以下の間隔Ｄで重なるようにさらに主剤ドットｍを吐出する（図７参照）。これを繰り返すことで被塗装面２００の表面に主剤Ｍのドット６１が横方向にいくつも重なった状態で塗装面が形成される。

ノズルヘッド５のＸ軸方向へ移動による塗装が終了したら、コントローラ１４は、ノズルヘッド５をＹ軸方向（縦方向）へ移動させ、再びＸ軸方向への移動による塗装を開始する。このときコントローラ１４は、例えば図３に示す一番左側の主剤吐出用ノズル列５３の一番下側の主剤吐出用ノズル２０を第１ノズル、その右隣の主剤吐出用ノズル２０を第２ノズルとした場合、ノズルヘッド５がＹ軸方向へ移動して再びＸ軸方向への塗装が行われた際に第１ノズル及び第２ノズル以外の主剤吐出用ノズル２０，２０がその間を埋めていくことで既に塗装が完了しているＸ軸方向の主剤Ｍのドット６１の直径ｄに対してＹ軸方向にも１／１０以下の間隔で重なるようにしてさらに主剤ドットｍを吐出する。これにより、主剤ドットｍはＸ軸方向及びＹ軸方向で主剤ドットｍの直径ｄに対してそれぞれ１／１０以下で重なるようにして塗装が行われるので均一の塗装面を得ることができる。硬化剤Ｈについても、同様にして硬化剤吐出用ノズル３０，３０から吐出が行われ、その際、硬化剤吐出用ノズル列５５，５５から吐出される硬化剤ドットｈの位置は主剤吐出用ノズル列５３，５３から吐出される主剤ドットｍの位置と重なるようにして塗装が行われる。尚、硬化剤Ｈの吐出量は主剤Ｍの吐出量と同一である必要はなく、被塗装面に吐出された主剤ドットｍを確実に硬化可能な量であればよい。また、硬化剤Ｈは主剤ドットｍに位置と重なるように吐出されればよいのであって、全ての主剤ドットｍの位置と重なるように硬化剤ドットｈを吐出する必要はなく、被塗装面に吐出された主剤ドットｍを確実に硬化可能な量であればよい。

そして、上述した一連の動作を繰り返しながらＸ軸方向及びＹ軸方向への塗装行うことにより、被塗装物２００の被塗装領域全域に見た目に均一で平滑な塗装を施すことができる。尚、被塗装領域の端部付近においてアクチュエータ２３ａ，２３ｂの全てを動作させると被塗装領域の外に主剤Ｍ及び硬化剤Ｈが吐出されてしまうので、これに対してはコントローラ１４が被塗装領域の外側に位置するアクチュエータ２３ａ，２３ｂに対して駆動しないように制御する。

尚、ノズルヘッド５に配置する主剤吐出用ノズル列５３，５３及び硬化剤吐出用ノズル列５５，５５の配列、或いは主剤吐出用ノズル列５３を構成する主剤吐出用ノズル２０，２０の配列及び硬化剤吐出用ノズル列５５を構成する硬化剤吐出用ノズル３０，３０の配列については種々のパターンを採用することが可能であり、本実施形態のものに限定されるものではない。要するに、コントローラ１４によって主剤ドットｍを被塗装面に吐出された主剤ドットｍの直径ｄに対してそれぞれ１／１０以下で重なるようにして塗装が行われるように主剤吐出用ノズル２０，２０を制御することが重要である。

１２液型塗装装置
２基台
３先端部
４ロボットアーム
５ノズルヘッド
６主剤供給チューブ
７硬化剤供給チューブ
８主剤用タンク
９硬化剤用タンク
１０エアーコンプレッサ
１１配管
１２アクチュエータ制御信号ケーブル
１３ロボットアーム制御信号ケーブル
１４コントローラ
１５ケーブルハーネス
１６ケーブルハーネス
２０主剤吐出用ノズル
２１ａ，２１ｂ液溜部
２２ａ，２２ｂ弁
２３ａ，２３ｂアクチュエータ
２４ａ軸部
２５ａシール部
２５ｂシール部
３０硬化剤吐出用ノズル
５０基板
５１ノズル孔
５２連結路
５３主剤吐出用ノズル列
５４主剤流通路
５５硬化剤吐出用ノズル列
５６硬化剤流通路
５７主剤注入口
５８硬化剤注入口
５９コネクタ
６０ソケット
６１ドット
６２塗膜
２００被塗装物
Ｍ主剤
Ｈ硬化剤
ｍ主剤ドット
ｈ硬化剤ドット

Claims

主剤吐出孔を開閉する弁を備えた主剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の主剤吐出用ノズル列と、
硬化剤吐出孔を開閉する弁を備えた硬化剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の硬化剤吐出用ノズル列と、
前記主剤吐出孔を開閉する弁及び前記硬化剤吐出孔を開閉する弁の開閉を行うアクチュエータと、
前記主剤吐出用ノズルに主剤を供給する内部主剤供給路及び前記硬化剤吐出用ノズルに硬化剤を供給する内部硬化剤供給路が設けられたノズルヘッドと、
加圧された主剤を前記ノズルヘッドに供給する主剤供給手段と、
加圧された硬化剤を前記ノズルヘッドに供給する硬化剤供給手段と、
前記アクチュエータの駆動制御及び前記ノズルヘッドの位置制御を行うコントローラと、
を備え、
前記複数の主剤吐出用ノズル列と前記複数の硬化剤吐出用ノズル列は、交互に配置されており、
前記コントローラは、前記主剤吐出用ノズル列から被塗装面に吐出される主剤ドットの位置と前記硬化剤吐出用ノズル列から吐出される硬化剤ドットの位置が重なるように、且つ、前記被塗装面に吐出された主剤ドットの直径の１／１０以下の間隔で主剤ドットが吐出されるように前記ノズルヘッドの位置と前記アクチュエータの駆動を制御する装置。
主剤吐出孔を開閉する弁を備えた主剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の主剤吐出用ノズル列と、
硬化剤吐出孔を開閉する弁を備えた硬化剤吐出用ノズルを一列に配置した複数の硬化剤吐出用ノズル列と、
前記主剤吐出孔を開閉する弁及び前記硬化剤吐出孔を開閉する弁の開閉を行うアクチュエータと、
前記主剤吐出用ノズルに主剤を供給する内部主剤供給路及び前記硬化剤吐出用ノズルに硬化剤を供給する内部硬化剤供給路が設けられたノズルヘッドと、
加圧された主剤を前記ノズルヘッドに供給する主剤供給手段と、
加圧された硬化剤を前記ノズルヘッドに供給する硬化剤供給手段と、
前記アクチュエータの駆動制御及び前記ノズルヘッドの位置制御を行うコントローラと、
を備え、
前記複数の主剤吐出用ノズル列と前記複数の硬化剤吐出用ノズル列は、交互に配置されており、
前記コントローラは、前記主剤吐出用ノズル列から被塗装面に吐出される主剤ドットの位置と前記硬化剤吐出用ノズル列から吐出される硬化剤ドットの位置が重なるように前記ノズルヘッドの位置と前記アクチュエータの駆動を制御する装置。