JP6878245B2 - 塗布ノズル - Google Patents

Description

本発明は、供給された高粘度材を吐出して対象物の被塗装面に塗布する塗布ノズルに関するものである。

従来から、例えばロボットアームの先端に取り付けた塗布ノズルを用いて、ワークに対し様々な方向から高粘度材を塗布する塗装が行われているが、ワークに対して下方から塗装を行う場合には、高粘度材をワークに届かせるために吐出流速を上げる必要がある。もっとも、高粘度材は、吐出流速が上がるにつれて粘度が下がるため、吐出流速を上げるとミストになってしまい、その塗布範囲が目標塗布範囲よりも拡がるという問題がある。

そこで、例えば特許文献１には、略扇状のスリットからなる第２の流路の放射方向の長さが略扇状の両側で中央部より長く設定された塗布ノズルが開示されている。この特許文献１のものによれば、第２の流路を略扇状のスリットとしたことで、第２の流路の全域に亘って抵抗が略均一になり、高粘度材の剪断速度を全体的に低下させることで粘度の低下を抑え、高粘度材のミスト化を抑制することができるとされている。

しかしながら、特許文献１の塗布ノズルのように、ノズル先端側から見て直線型のスリットから高粘度材を吐出するものは、方向性があるため、図８（ａ）に示すように、スリット１０３と直交する方向に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行う場合には、目標塗布範囲を塗装することが可能であるが、図８（ｂ）に示すように、スリット１０３と平行な方向に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行うと、スリット１０３の幅分しか塗装することができない。そのため、ワーク５０のコーナー部５０ａ（図８（ｃ）参照）など曲がる軌道で塗装を行う場合には、例えばコーナー部５０ａで塗布ノズル１０１自体の方向転換を行うことが考えられるが、これでは、コーナー部５０ａで塗装厚さが厚くなるという問題があり、特に、下方から塗装を行う場合には、塗装厚さが厚くなった箇所で液ダレが生じたり、液ダレが生じた部分が固まって剥がれ易くなったりするという問題がある。

それ故、例えば直角に曲がる軌道で塗装を行う場合には、スリット１０３と直交する方向（Ｘ方向）に移動しながら塗装を行う塗布ノズル１０１を、図８（ｃ）の破線矢印で示すように、そのままワーク５０外までＸ方向に移動させた後、スリット１０３と直交する方向がＸ方向と直角なＹ方向と一致するようにワーク５０外で方向転換を行い、改めてスリット１０３と直交する方向（Ｙ方向）に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行うことが多い。しかし、かかる手法には、ワーク５０外での移動動作および移動時間を伴うことから、ロボットアームの動作効率が悪いという問題や、コーナー部５０ａが二度塗りとなり、塗装厚さが厚くなるため、上述した液ダレやそれに起因する剥がれが生じるという問題がある。

そこで、曲がる軌道で塗装を行う場合には、方向性のない吐出パターンで塗装を行える塗布ノズルを、具体的には、例えば特許文献２の塗布ノズルのように、高粘度材（シーラー剤）を円錐台のカーテン状に吐出するものを採用することが考えられる。

特開平１１−１００２７号公報 特開２００２−２３９４２１号公報

上記特許文献２のもののように、高粘度材を円錐台のカーテン状に吐出する塗布ノズルでは、どの方向に塗布ノズルを移動させながら塗装を行っても、目標塗布範囲が塗装されることから、例えば直角や鋭角に曲がる軌道で塗装を行う場合にも、塗布ノズル自体の方向転換を行う必要がないので（図７（ｂ）参照）、動作効率の低下や二度塗り等を抑えて、効率良く塗装を行うことができる。

しかしながら、高粘度材を円錐台のカーテン状に吐出した場合には、ワークの被塗装面（例えば上面）とカーテン状の高粘度材（側面）と塗布ノズルの先端（例えば下面）とで区画された円錐台状の閉空間が形成されるところ、カーテン状の高粘度材が流速を有することから、かかる閉空間内に負圧領域が生じ、高粘度材が閉空間内に引き寄せられて乱れるため、吐出パターンが安定しないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、塗布ノズルにおいて、曲がる軌道で塗装を行う場合にも、安定した吐出パターンで効率良く塗装を行う技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る塗布ノズルでは、断面環状のスリットから円錐台のカーテン状に高粘度材を吐出するとともに、被塗装面とカーテン状の高粘度材と塗布ノズルの先端とで囲まれた閉空間を、塗布ノズル内に設けた孔を介して外気と連通させるようにしている。

具体的には、本発明は、供給された高粘度材を吐出部から吐出する塗布ノズルを対象としている。

そして、この塗布ノズルは、上記高粘度材が供給される供給孔と、当該供給孔と連通し且つ先端に向かって径が大きくなるテーパ孔と、外気を導入する空気孔と、が形成されたノズル本体部と、上記ノズル本体部に設けられ、貫通孔を有し、且つ、先端部の外周面が上記テーパ孔のテーパ面と対向するように傾斜する筒状部材と、を備え、上記吐出部が、上記テーパ孔のテーパ面と上記筒状部材の外周面との間に形成された断面環状のスリットによって構成されているとともに、上記空気孔と上記貫通孔とが連通していることを特徴とするものである。

この構成によれば、ノズル本体部の供給孔に供給された高粘度材は、当該供給孔と連通するテーパ孔へ至った後、テーパ孔のテーパ面と筒状部材の外周面との間に形成された断面環状のスリット（吐出部）を通って吐出されることから、当該高粘度材をワークの被塗装面に対して円錐台のカーテン状で吹付けることができる。このように、円錐台のカーテン状（コーン状）に、換言すると、方向性のない吐出パターンで高粘度材を吹き付けることから、例えば直角や鋭角に曲がる軌道で塗装を行う場合でも、塗布ノズル自体の方向転換を行う必要がないので、例えばロボットアーム等に無駄な動作をさせたり、二度塗りしたりすることがないので、塗装効率を向上させることができる。

ここで、円錐台のカーテン状に高粘度材を吹き付けると、被塗装面と円錐台のカーテン状の高粘度材と塗布ノズルの先端とで囲まれた閉空間に負圧領域が生じ、吐出パターンを安定させることが困難になる場合があるが、本発明では、ノズル本体部に形成された外気を導入する空気孔と、先端が閉空間に臨む筒状部材の貫通孔とが連通していることから、閉空間の内圧と外気圧とに圧力差が生じるのを抑えることができる。それ故、カーテン状の高粘度材が閉空間内に引き寄せられて乱れるのを抑えることができ、これにより、高粘度材を吹き付ける際の吐出パターンを安定させることができる。

以上説明したように、本発明に係る塗布ノズルによれば、曲がる軌道で塗装を行う場合にも、安定した吐出パターンで効率良く塗装を行うことができる。

本発明の実施形態に係る塗布ノズルを模式的に示す図である。 塗布ノズルを先端側から見た図である。 塗布ノズルを模式的に示す、図２のIII−III線の断面図である。 ボディを模式的に示す図であり、同図（ａ）は、ボディを基端側から見た図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のｂ−ｂ線の断面図である。 チップを模式的に示す図であり、同図（ａ）は、チップの断面図であり、同図（ｂ）は、チップを先端側から見た図である。 皿ネジを模式的に示す図である。 塗布ノズルの吐出パターンおよびコーナー部を塗装する際の塗装軌道を模式的に説明する図である。 従来の塗布ノズルの吐出パターンおよびコーナー部を塗装する際の塗装軌道を模式的に説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る塗布ノズル１を模式的に示す図であり、図２は、塗布ノズル１を先端側から見た図である。この塗布ノズル１は、ロボットアーム（図示せず）の先端部に取り付けられていて、ポンプ（図示せず）等を介してコンテナ（図示せず）から基端側に供給された高粘度材Ｐを（図１の白抜き矢印参照）、図２に示す断面環状のスリットによって構成される吐出部３から、図１に示すように、円錐台のカーテン状に吐出して、車体等のワーク５０の被塗装面に吹付けるものである。ロボットアームは塗布ノズル１をワーク５０に対して自在に移動させるように構成されており、これにより、塗布ノズル１は、図１に示すように、ワーク５０に対して高粘度材Ｐを円錐台のカーテン状の吐出パターンで下方から吹き付けることが可能になっている。

なお、高粘度材Ｐとしては、例えば、下地と塗料とを密着させるシーラー剤や、防錆塗料であるアンダーコート剤や、振動および騒音を減衰させる機能を持つ制振塗料や、アドヒーシブ等を挙げることができる。

−塗布ノズルの構造−
図３は、塗布ノズル１を模式的に示す、図２のIII−III線の断面図である。この塗布ノズル１は、図３に示すように、基端部がロボットアームの先端に取り付けられるボディ（ノズル本体部）１０と、ボディ１０の先端部に組み付けられるチップ２０と、チップ２０をボディ１０に固定する皿ネジ３０と、を備えている。

図４は、ボディ１０を模式的に示す図であり、同図（ａ）は、ボディ１０を基端側から見た図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のｂ−ｂ線の断面図である。ボディ１０は、金属製であり、外形略円柱状に形成されている。なお、以下では、外形略円柱状のボディ１０の長手方向を軸方向といい、図４（ｂ）の右側を基端側といい、図４（ｂ）の左側を先端側という。

ボディ１０の基端側には、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、基端側に開口して軸方向に延びる断面円形の導入孔１１が形成されている。この導入孔１１には、ポンプ等を介してコンテナから高粘度材Ｐが供給（導入）される。

一方、ボディ１０の先端側には、図４（ｂ）に示すように、先端側に開口して軸方向に延びる断面円形のテーパ孔１４が形成されている。このテーパ孔１４は、先端側に向かって径が大きくなる（基端側に向かって窄む）ように形成されており、それ故、当該テーパ孔１４を区画するテーパ面１４ａは末広がりに傾斜している。

テーパ孔１４の基端側には、テーパ孔１４と連通して軸方向に延びる断面円形の集合孔１３が形成されている。集合孔１３は、導入孔１１と同じ直径で形成されていて、図４（ｂ）に示すように、４つの供給通路１２を介して導入孔１１と連通している。各供給通路１２は、断面円形に形成されていて、導入孔１１と集合孔１３との間で、軸方向に延びている。４つの供給通路１２は、図４（ａ）に示すように、周方向に９０°間隔で形成されている。

これらにより、導入孔１１に供給された高粘度材Ｐは、４つの供給通路１２を通って集合孔１３に集まった後、テーパ孔１４に至るようになっている。それ故、本実施形態では、導入孔１１、４つの供給通路１２および集合孔１３が、本発明で言うところの、高粘度材Ｐが供給されるとともにテーパ孔１４と連通する「供給孔」に相当する。

また、集合孔１３の基端側には、４つの供給通路１２の径方向内側で軸方向に延びる断面円形の嵌合孔１５が形成されている。さらに、この嵌合孔１５の基端側には、４つの供給通路１２の径方向内側で軸方向に延びるネジ孔１６が形成されている。

ネジ孔１６の基端側には、軸方向に延びる断面円形の空気集合部１７が、ボディ１０の径方向の中央に形成されている。さらに、ボディ１０には、この中央に形成された空気集合部１７から径方向外側（軸直角方向）に延びる断面円形の空気孔１８が貫通形成されている。空気孔１８は、４つの供給通路１２と交わらないように、周方向に９０°間隔で４つ形成されている。換言すると、ボディ１０には、軸方向に延びる４つの供給通路１２と軸直角方向に延びる空気孔１８とが、周方向に４５°間隔で交互に形成されている。このように、空気孔１８を設けることで、空気集合部１７に外気が導入されるようになっている。

図５は、チップ２０を模式的に示す図であり、同図（ａ）は、チップ２０の断面図であり、同図（ｂ）は、チップ２０を先端側から見た図である。チップ２０は、金属製であり、円形筒状の基端部２１と、円錐台筒状の先端部２３とから構成されていて、全体として筒状をなしている。基端部２１には、軸方向に延びる断面円形のネジ孔２２が形成されている。また、基端部２１は、その外周面２１ａが円形に形成されていて、ボディ１０の嵌合孔１５に嵌るようになっている。一方、先端部２３には、軸方向に延びる断面円形のテーパ孔２４が形成されている。また、先端部２３は、その外周面２３ａが、ボディ１０のテーパ孔１４のテーパ面１４ａと同じ角度で傾斜する傾斜面として形成されている。

このチップ２０は、基端部２１が嵌合孔１５に嵌められるとともに、ボディ１０に対し皿ネジ３０で固定されることによって、先端部２３の外周面２３ａがテーパ孔１４のテーパ面１４ａと対向するように、ボディ１０の先端部に組み付けられる。つまり、基端部２１が嵌合孔１５に嵌るような大きさに形成されているのに対し、先端部２３は、チップ２０がボディ１０に組み付けられた状態で、外周面２３ａとテーパ面１４ａとの間に隙間（スリット）が形成されるような大きさに形成されている。

図６は、皿ネジ３０を模式的に示す図である。なお、図６では、皿ネジ３０の下半分のみを断面で示している。この皿ネジ３０は、金属製であり、チップ２０のネジ孔２２とボディ１０のネジ孔１６とに螺合するネジ部３１と、チップ２０のテーパ孔２４に嵌合する皿状（円錐台状）のヘッド部３２と、を有している。この皿ネジ３０には、図６に示すように、軸方向に延びて、当該皿ネジ３０をその全長に亘って貫通する貫通孔３３が形成されている。

塗布ノズル１は、チップ２０の基端部２１をボディ１０の嵌合孔１５に嵌めた後、皿ネジ３０のヘッド部３２がチップ２０のテーパ孔２４に嵌合するように、皿ネジ３０のネジ部３１をチップ２０のネジ孔２２とボディ１０のネジ孔１６とに螺合させて、チップ２０をボディ１０の先端部に組み付けることで形成されている。このような構成により、テーパ孔１４のテーパ面１４ａと先端部２３の外周面２３ａとの間に、高粘度材Ｐを吐出する吐出部３を構成する断面環状のスリットが形成される。また、チップ２０のネジ孔２２とボディ１０のネジ孔１６とに螺合したネジ部３１の先端が、ボディ１０の空気集合部１７に臨むことによって、空気集合部１７を介して皿ネジ３０の貫通孔３３とボディ１０の空気孔１８とが連通している。それ故、本実施形態では、チップ２０と皿ネジ３０とが、本発明で言うところの、ノズル本体部（ボディ１０）に設けられ、貫通孔３３を有し、且つ、先端部２３の外周面２３ａがテーパ孔１４のテーパ面１４ａと対向するように傾斜する「筒状部材」に相当する。

なお、吐出部３を構成するスリットの幅Ｗ（図２参照）は、高粘度材Ｐを目詰まり等なく吐出するべく、０．３（ｍｍ）以上が好ましい。また、高粘度材Ｐは、自身の表面張力のために中央に収束する性質があるため、かかる表面張力による狭まりを抑えるべく、スリットの内径ＩＤ（図２参照）、換言すると、チップ２０の先端の直径は、４．０（ｍｍ）〜７．０（ｍｍ）が好ましく、且つ、テーパ面１４ａの傾斜角度θ（図１参照）は、２０°〜４５°が好ましい。さらに、この場合には、空気孔１８の内径は０．５（ｍｍ）〜２．０（ｍｍ）が好ましい。

−塗布ノズルの作用−
次に、塗布ノズル１の作用について説明するが、それに先立ち、従来の塗布ノズル１０１の問題点について説明する。

図８は、従来の塗布ノズル１０１の吐出パターンおよびコーナー部５０ａを塗装する際の塗装軌道を模式的に説明する図である。直線型のスリットからなる吐出部１０３から高粘度材Ｐを吐出する従来の塗布ノズル１０１は、方向性があるため、吐出部１０３と直交する方向に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行えば、図８（ａ）に示すように、吐出部１０３の長さに応じた高粘度材Ｐが吐出されるが、吐出部１０３と平行な方向に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行うと、図８（ｂ）に示すように、吐出部１０３の幅分しか高粘度材Ｐが吐出されない。そのため、ワーク５０のコーナー部５０ａなど直角（または鋭角）に曲がる軌道で塗装を行う場合には、例えばコーナー部５０ａで塗布ノズル１０１自体の方向転換を行うことが考えられるが、これでは、コーナー部５０ａで塗装厚さが厚くなるという問題があり、特に、下方から塗装を行う場合には、塗装厚さが厚くなった箇所で液ダレが生じたり、液ダレが生じた部分が固まって剥がれ易くなったりするという問題がある。

それ故、例えば直角に曲がる軌道で塗装を行う場合には、吐出部１０３と直交する方向（Ｘ方向）に移動しながら塗装を行う塗布ノズル１０１を、図８（ｃ）の破線矢印で示すように、そのままワーク５０外までＸ方向に移動させた後、吐出部１０３と直交する方向がＸ方向と直角なＹ方向と一致するようにワーク５０外で方向転換を行い、改めて吐出部１０３と直交する方向（Ｙ方向）に塗布ノズル１０１を移動させながら塗装を行うことが多い。しかし、かかる手法には、ワーク５０外での移動動作および移動時間を伴うことから、ロボットアームの動作効率が悪いという問題や、コーナー部５０ａが二度塗りとなり、塗装厚さが厚くなるため、上述した液ダレやそれに起因する剥がれが生じるという問題がある。

このため、例えば直角（または鋭角）に曲がる軌道で塗装を行う場合には、方向性のない吐出パターンで塗装を行うことが、具体的には、本実施形態と同様に、高粘度材Ｐを円錐台のカーテン状に吐出する塗布ノズルを採用することが考えられる。しかしながら、高粘度材Ｐを円錐台のカーテン状に吐出した場合には、ワーク５０の被塗装面（上面）とカーテン状の高粘度材Ｐ（側面）と塗布ノズルの先端（下面）とで区画された円錐台状の閉空間が形成されるところ、カーテン状の高粘度材Ｐが流速を有することから、かかる閉空間内に負圧領域が生じ、高粘度材Ｐが閉空間内に引き寄せられて乱れるため、吐出パターンが安定しないという問題がある。

そこで、本実施形態では、上述の如く、断面環状のスリットによって構成される吐出部３から高粘度材Ｐを円錐台のカーテン状に吐出することで、方向性のない吐出パターンで塗装を行うとともに、ワーク５０の被塗装面とカーテン状の高粘度材Ｐと塗布ノズル１の先端とで区画された円錐台状の閉空間Ｓ（図１参照）を、貫通孔３３、空気集合部１７および空気孔１８を介して外気と連通させるようにしている。

より詳しくは、図１の白抜き矢印で示すように、ボディ１０の導入孔１１に供給された高粘度材Ｐは、４つの供給通路１２に分岐して先端側へ流れ、集合孔１３に集まり、テーパ孔１４へ至る。テーパ孔１４へ至った高粘度材Ｐは、テーパ孔１４のテーパ面１４ａとチップ２０の先端部２３の外周面２３ａとの間に形成された断面環状のスリット（吐出部３）を通って吐出される。吐出部３から吐出された高粘度材Ｐは、円環状を維持しながら、テーパ面１４ａ（および外周面２３ａ）の傾斜角度θに従って、ワーク５０に近付く（塗布ノズル１から離れる）につれて拡径し、図１に示すように、円錐台のカーテン状をなしながらワーク５０の被塗装面に対して吹付けられる。

図７は、塗布ノズル１の吐出パターンおよびコーナー部５０ａを塗装する際の塗装軌道を模式的に説明する図である。塗布ノズル１は、図７（ａ）に示すように、円錐台のカーテン状（コーン状）に、換言すると、方向性のない吐出パターンで高粘度材Ｐを吹き付けることから、直角や鋭角に曲がる軌道で塗装を行う場合でも、塗布ノズル１自体の方向転換を行う必要がない。それ故、図７（ｂ）の破線矢印に示すように、ロボットアーム等に無駄な動作をさせたり、二度塗りしたりすることなく、最小限の動作で塗装を行うことができ、これにより、塗装効率を向上させることができる。

また、上述の如く、円錐台のカーテン状に高粘度材Ｐを吹き付けると、閉空間Ｓに負圧領域が生じ、吐出パターンを安定させることが困難になるが、本実施形態の塗布ノズル１では、ボディ１０に形成された空気孔１８と、先端が閉空間Ｓに臨む皿ネジ３０の貫通孔３３とが空気集合部１７を介して連通していることから、閉空間Ｓの内圧と外気圧とに圧力差が生じるのを抑えることができる。それ故、カーテン状の高粘度材Ｐが閉空間Ｓ内に引き寄せられて乱れるのを抑えることができ、これにより、高粘度材Ｐを吹き付ける際の吐出パターンを安定させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、チップ２０と皿ネジ３０とを別体としたが、これに限らず、チップ２０と皿ネジ３０とを一体に形成した筒状部材としてもよい。

また、上記実施形態では、ボディ１０とチップ２０と皿ネジ３０とを別体としたが、これに限らず、これらボディ１０、チップ２０および皿ネジ３０を一体に形成した塗布ノズル１としてもよい。

さらに、上記実施形態では、チップ２０の先端部２３の外周面２３ａを、ボディ１０のテーパ孔１４のテーパ面１４ａと同じ角度で傾斜する傾斜面としたが、先端部２３の外周面２３ａが、テーパ孔１４のテーパ面１４ａと対向するように傾斜して、当該テーパ面１４ａとともに高粘度材Ｐを円錐台のカーテン状に吐出するスリットを構成するのであれば、これに限らず、外周面２３ａの傾斜角度とテーパ面１４ａの傾斜角度θとが僅かに異なっていてもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、曲がる軌道で塗装を行う場合にも、安定した吐出パターンで効率良く塗装を行うことができるので、供給された高粘度材を吐出部から吐出する塗布ノズルに適用して極めて有益である。

１ 塗布ノズル
３ 吐出部
１０ ボディ（ノズル本体部）
１１ 導入孔（供給孔）
１２ 供給通路（供給孔）
１３ 集合孔（供給孔）
１４ テーパ孔
１４ａ テーパ面
１８ 空気孔
２０ チップ（筒状部材）
２３ 先端部
２３ａ 外周面
３０ 皿ネジ（筒状部材）
３３ 貫通孔
Ｐ 高粘度材

Claims (1)

1. 供給された高粘度材を吐出部から吐出する塗布ノズルであって、
   上記高粘度材が供給される供給孔と、当該供給孔と連通し且つ先端に向かって径が大きくなるテーパ孔と、外気を導入する空気孔と、が形成されたノズル本体部と、
   上記ノズル本体部に設けられ、貫通孔を有し、且つ、先端部の外周面が上記テーパ孔のテーパ面と対向するように傾斜する筒状部材と、を備え、
   上記吐出部が、上記テーパ孔のテーパ面と上記筒状部材の外周面との間に形成された断面環状のスリットによって構成されているとともに、上記空気孔と上記貫通孔とが連通していることを特徴とする塗布ノズル。

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