JP6925616B2

JP6925616B2 - シーリング材吐出装置およびシーリング材吐出装置本体

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Publication number: JP6925616B2
Application number: JP2017127435A
Authority: JP
Inventors: 正道馬渡; 健介土屋
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: WO2019004342A1; JP2019010602A

Description

本発明は、シーリング材吐出装置およびシーリング材吐出装置本体に関する。

従来、この種のシーリング材吐出装置としては、カートリッジ内のシーリング材をピストン軸の先端部に設けられたプッシャーによって押圧することによりカートリッジに設けられたノズルから吐出するシーリング材吐出装置において、ピストン軸に接続されたスライダが設置されたボールねじにモータが接続されており、モータの回転に応じてピストン軸およびプッシャーが一体に軸方向に移動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシーリング材吐出装置では、シーリング材の吐出開始の指令を受けると、第１期間において、第１速度でピストン軸をシーリング材の吐出方向に移動させた後に、第２期間において、第１速度よりも遅い第２速度でピストン軸をシーリング材の吐出方向に移動させる。これにより、第１期間においてカートリッジ内のシーリング材に圧力（予圧）をかけることができ、第１期間の終了後に速やかにシーリング材の吐出を開始させることができると共にその後に一定流量でシーリング材を吐出させ続けることができる。ここで、第１期間は、カートリッジに充填されているシーリング材の残量や粘度に基づくピストン軸の移動量として定められる。

特開２０１７−２３９１６号公報

こうしたシーリング材吐出装置では、ノズルから吐出される紐状のシーリング材（ビード）の幅をできるだけ一定にするために、ピストン軸（ピストン）の移動速度を第１速度からそれよりも遅い第２速度に切り替える切替タイミングをどのように定めるかが課題となっている。上述のシーリング材吐出装置では、この切替タイミングを、シーリング材の残量や粘度に基づくピストン軸の移動量として定めているものの、ピストン軸の移動量とは異なるパラメータにより定めることも、技術の向上のために有用である。

本発明のシーリング材吐出装置およびシーリング材吐出装置本体は、ピストンの移動速度を第１速度からそれよりも遅い第２速度に切り替える切替タイミングをピストンの移動量とは異なるパラメータにより定めることを主目的とする。

本発明のシーリング材吐出装置およびシーリング材吐出装置本体は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のシーリング材吐出装置は、
筒状のカートリッジ内のシーリング材をピストンによって押圧することにより前記シーリング材を前記カートリッジの先端に設けられたノズルから吐出するシーリング材吐出装置であって、
モータの回転により前記ピストンを前記カートリッジの軸方向に移動させる移動手段と、
前記シーリング材を前記ノズルから吐出させる際、前記ピストンが第１速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第１段階制御を実行し、前記第１段階制御の実行中に前記モータのトルクが閾値よりも大きくなると、前記ピストンが前記第１速度よりも遅い第２速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第２段階制御を実行する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のシーリング材吐出装置では、シーリング材をノズルから吐出させる際、ピストンが第１速度でカートリッジの先端側に移動するようにモータを制御する第１段階制御を実行し、第１段階制御の実行中にモータのトルクが閾値よりも大きくなると、ピストンが第１速度よりも遅い第２速度でカートリッジの先端側に移動するようにモータを制御する第２段階制御を実行する。即ち、第１段階制御から第２段階制御に切り替える切替タイミングをモータのトルクで定めるのである。このように、モータのトルクが閾値以上に至ったときに第１段階制御から第２段階制御に切り替えることにより、最初から第２段階制御を実行するものに比して、第２段階制御の実行開始から迅速にノズルからのシーリング材の吐出流量（ビードの幅）を安定させることができる。この効果を奏することを、本発明者は、実験により確認した。したがって、切替タイミングをピストンの移動量でなくモータのトルクで定めても、切替タイミングを適切に設定可能であると言える。

こうした本発明のシーリング材吐出装置において、前記閾値は、前記第２段階制御の実行中に前記モータのトルク値が安定しているときの前記トルク値よりも大きい値であるものとしてもよい。こうすれば、第２段階制御の実行開始からより迅速にシーリング材の吐出流量（ビードの幅）およびモータのトルクを安定させることができる。

また、本発明のシーリング材吐出装置において、前記シーリング材には、解凍後に時間の経過に従って硬化する材料が用いられており、前記閾値は、前記シーリング材の解凍からの時間が長いほど大きくなる傾向に設定されるものとしてもよい。これは、本発明者が実験により解凍後の時間が長いほどノズルからのシーリング材の吐出流量（ビードの幅）およびモータのトルクが安定しているときのモータのトルクの値が大きくなることを見出したためである。

さらに、本発明のシーリング材吐出装置において、前記モータは、三相交流電力により駆動される交流サーボモータであり、前記制御手段は、前記モータに取り付けられた回転位置センサおよび電流センサにより検出される回転子の回転位置および各相の相電流を用いて前記モータを制御し、更に、前記回転子の回転位置および前記相電流を用いて前記モータのトルクを推定するものとしてもよい。こうすれば、モータのトルクの推定用に専用のセンサを設ける必要がないから、センサ数の増加を抑制することができる。

本発明のシーリング材吐出装置本体は、
筒状のカートリッジ内にシーリング材が充填されてプランジャにより封止されたプランジャ付カートリッジが装着され、前記プランジャ付カートリッジ内の前記シーリング材をピストンによって押圧することにより前記シーリング材を前記カートリッジの先端に設けられたノズルから吐出させるシーリング材吐出装置であって、
モータの回転により前記ピストンを前記カートリッジの軸方向に移動させる移動手段と、
前記シーリング材を前記ノズルから吐出させる際、前記ピストンが第１速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第１段階制御を実行し、前記第１段階制御の実行中に前記モータのトルクが閾値よりも大きくなると、前記ピストンが前記第１速度よりも遅い第２速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第２段階制御を実行する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のシーリング材吐出装置本体では、シーリング材をノズルから吐出させる際、ピストンが第１速度でカートリッジの先端側に移動するようにモータを制御する第１段階制御を実行し、第１段階制御の実行中にモータのトルクが閾値よりも大きくなると、ピストンが第１速度よりも遅い第２速度でカートリッジの先端側に移動するようにモータを制御する第２段階制御を実行する。即ち、第１段階制御から第２段階制御に切り替える切替タイミングをモータのトルクで定めるのである。このように、モータのトルクが閾値以上に至ったときに第１段階制御から第２段階制御に切り替えることにより、最初から第２段階制御を実行するものに比して、第２段階制御の実行開始から迅速にノズルからのシーリング材の吐出流量（ビードの幅）を安定させることができる。この効果を奏することを、本発明者は、実験により確認した。したがって、切替タイミングをピストンの移動量でなくモータのトルクで定めても、切替タイミングを適切に設定可能であると言える。

本発明の一実施例としてのシーリング材吐出装置２０の構成の概略を示す構成図である。プランジャ３０の断面を示す断面図である。ピストン４０の一部の断面を示す断面図である。吸引ポンプ４６の停止中および駆動中の様子の一例を示す説明図である。制御装置６０により実行される制御ルーチンの一例をフローチャートである。ピストン前進制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。第１実験を行なったときのモータ５１のトルクの様子を示す説明図である。第１実験を行なったときのビードの様子を示す説明図である。第２実験および第１実験を行なったときのモータ５１のトルクの様子を示す説明図である。第２実験および第１実験を行なったときのビードの様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのシーリング材吐出装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、プランジャ３０の断面を示す断面図であり、図３は、ピストン４０の一部（先端側）の断面を示す断面図である。

シーリング材吐出装置２０は、図１に示すように、カートリッジ２４内にシーリング材（シーラント）２８が充填されてプランジャ３０により封止されたプランジャ付カートリッジ２２と、プランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）を保護する保護ケース３８と、プランジャ３０をカートリッジ２４の先端側（図１中、下側）に押圧可能なピストン４０と、プランジャ３０をピストン４０側（図１中、上側）に吸引する吸引ポンプ４６と、ピストン４０をプランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）の軸方向に移動させる移動機構５０と、装置全体の制御を行なう制御装置６０と、を備える。ここで、プランジャ付カートリッジ２２としては、例えば市販品が用いられる。このシーリング材吐出装置２０は、航空機に搭載される燃料タンクの接合部などのシーリング所望範囲のシーリングに用いられる。なお、このシーリング材吐出装置２０は、航空機産業における燃料タンク以外のシーリング所望範囲のシーリングに用いられるものとしてもよいし、航空機産業以外の産業におけるシーリング所望範囲のシーリングに用いられるものとしてもよい。

カートリッジ２４は、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン、ナイロンなどによって形成されている。このカートリッジ２４は、一端側（図１中、上側）が開口する有底筒状に形成されており、半球状で中央に孔を有する底部２５と、底部２５の外面における孔の周囲からカートリッジ２４の軸方向（図１中、軸方向）に延出するノズル取付部２６と、底部２５の外周から底部２５の凸側とは反対側（図１中、上側）に延びる筒状の筒状部２７と、を備える。カートリッジ２４のノズル取付部２６には、ノズル３４が取り付けられている。このノズル３４は、用途に応じた形状や大きさのものが用いられる。

シーリング材２８としては、冷凍保存が必要で且つ解凍後に時間の経過に従って粘度が高くなる（硬化する）材料、例えば、シリコン樹脂などが用いられる。プランジャ３０は、例えばＡＢＳ樹脂などによって変形可能に形成されている。このプランジャ３０は、図２に示すように、一端側（図２中、上側）が開口する有底筒状に形成されており、半球状の底部３１と、底部３１の外周から底部３１の凸側とは反対側（図２中、上側）に延びる筒状の筒状部３２と、を備える。このプランジャ３０は、図１に示すように、一端側（開口側）がカートリッジ２４の基端側（図１中、上側）となるようにカートリッジ２４内に配置され、カートリッジ２４内にシーリング材２８を封止する。

保護ケース３８は、例えば、ステンレスなどによって形成されている。この保護ケース３８は、一端側（図１中、上側）が開口する有底筒状に形成されており、半球状で中央に孔を有する底部３８ａと、底部３８ａの外周から底部３８ａの凸側とは反対側に延びる筒状の筒状部３８ｂと、を備える。底部３８ａの孔は、ノズル３４の外径よりも大きい値に定められている。底部３８ａや筒状部３８ｂの内周面は、カートリッジ２４の底部２５や筒状部２７の外周面に整合するように形成されている。筒状部３８ｂにおいて、開口端部（図１中、上端部）の外径は、それ以外の部分の外径よりも小さい値に定められており、開口端部の外周には、雄ねじ部が形成されている。上述のプランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）は、この保護ケース３８に図１の上側から挿入される。このとき、カートリッジ２４の筒状部２７の開口端面（図１中、上端面）と、保護ケース３８の筒状部３８ｂの開口端面（図１中、上端面）と、は面一になっている。保護ケース３８は、ベース部材２１に固定される。

固定部材３９は、環状の環状底部３９ａと、環状底部３９ａの外周部から環状で延出する環状壁部３９ｂと、を備える。環状底部３９ａの内径は、カートリッジ２４の筒状部２７の内径に略等しい値に定められており、環状底部３９ａや環状壁部３９ｂの外径は、保護ケース３８における開口端部以外の部分の外径に略等しい値に定められている。環状壁部３９ｂの内周には、保護ケース３８の筒状部３８ｂの雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部が形成されている。固定部材３９と保護ケース３８とは、固定部材３９の環状壁部３９ｂの雌ねじ部と保護ケース３８の筒状部３８ｂの雄ねじ部との螺合により、互いに固定される。そして、固定部材３９の環状底部３９ａにより、プランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）が保護ケース３８から抜けるのを抑止することができる。

ピストン４０は、例えば、アルミニウム合金などによって形成されており、その表面は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂によりコーティングされたり、フッ素樹脂の粘着テープによりマスクされたりしている。このピストン４０は、図３に示すように、その軸方向（図３中、上下方向）に貫通する貫通孔４１を有すると共に、先端部（図３中、下端部）に、基端側から先端側に向かうにつれて外径が値Ｒ１からそれよりも小さい値Ｒ２まで徐々に小さくなるテーパ部４２を有する。テーパ部４２は、ピストン４０の軸方向に対して傾斜角度θ１で外径が値Ｒ１からそれよりも小さく且つ値Ｒ２よりも大きい値Ｒ３まで徐々に小さくなる第１テーパ部４３と、ピストン４０の軸方向に対して傾斜角度θ１よりも大きい傾斜角度θ２で外径が値Ｒ３から値Ｒ２まで徐々に小さくなる第２テーパ部４４と、をピストン４０の基端側からこの順に有する。ここで、値Ｒ１は、プランジャ３０の筒状部３２の内径Ｒ０（図２参照）よりも大きい値に定められており、値Ｒ２，Ｒ３は、プランジャ３０の筒状部３２の内径Ｒ０よりも小さい値に定められている。このピストン４０は、図１に示すように、先端側がプランジャ３０側（図１中、下側）となるように配置される。ピストン４０の第２テーパ部４４の傾斜角度θ２を第１テーパ部４３の傾斜角度θ１よりも大きくすることにより、ピストン４０のテーパ部４２の軸長（図１中、上下方向の長さ）を短くしつつ、プランジャ３０の筒状部３２の内周とピストン４０のテーパ部４２とが当接しているときにプランジャ３０とピストン４０とにより空間を形成することができる。

吸引ポンプ４６は、図１に示すように、ピストン４０の基端（図１中、上端）における貫通孔４１に整合する位置に取り付けられており、ピストン４０の貫通孔４１を介してプランジャ３０を吸引できるようになっている。図４は、吸引ポンプ４６の停止中および駆動中の様子の一例を示す説明図である。図４（ａ）は、吸引ポンプ４６の停止中の様子を示し、図４（ｂ）は、吸引ポンプ４６の駆動中の様子を示す。図４（ａ）に示すように、プランジャ３０の筒状部３２の内周とピストン４０のテーパ部４２とが当接している状態で、吸引ポンプ４６の駆動を開始すると、ピストン４０の貫通孔４１を介して、プランジャ３０とピストン４０とにより形成される空間が減圧され、図４（ｂ）に示すように、プランジャ３０の底部３１が半球状からつぶれて筒状部３２が広がると共に、プランジャ３０の筒状部３２の開口端周辺がピストン４０の第１テーパ部４３に沿って押し広げられる。後者は、ピストン４０の第１テーパ部４３の外径が、ピストン４０の先端側に向かうにつれてプランジャ３０の筒状部３２の内径Ｒ０よりも大きい値Ｒ１から内径Ｒ０よりも小さいＲ３まで徐々に小さくなっているためである。こうしてプランジャ３０の筒状部３２の開口端周辺が押し広げられることにより、プランジャ３０の筒状部３２の開口端周辺の外周とカートリッジ２４の内周との隙間をより狭くすることができる。また、プランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）は保護ケース３８に挿通されているから、プランジャ３０の筒状部３２の開口端周辺が押し広げられてプランジャ３０からカートリッジ２４に作用する径方向外向きの力が大きくなっても、カートリッジ２４の変形（プランジャ３０により押圧される部分の拡径）を抑制することができる。

移動機構５０は、モータ５１と、図示しない交流電源（例えば工業用電源など）からの電力を用いてモータ５１を駆動する駆動回路５２と、モータ５１の回転軸に減速機５３および伝達機構５４を介して連結されたボールネジ５５と、ボールネジ５５に螺合されると共にピストン４０に固定されたスライダ５６と、ピストン４０およびスライダ５６がプランジャ付カートリッジ２２（カートリッジ２４）の軸方向（図１中、上下方向）に移動するのをガイドするガイドレール５７と、を備える。モータ５１や駆動回路５２、減速機５３、ガイドレール５７は、ベース部材２１に固定されており、ボールネジ５５は、ベース部材２１により回転自在に支持されている。

ここで、モータ５１は、交流サーボモータとして構成されており、駆動回路５２からの三相交流電力を受けて回転駆動される。駆動回路５２は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータや、コンバータからの直流電力を三相交流電力に変換してモータ５１に供給するインバータを備える。伝達機構５４は、減速機５３の出力側に取り付けられたプーリ５４ａと、ボールネジ５５の一端（図１中、上端）に取り付けられたプーリ５４ｂと、プーリ５４ａおよびプーリ５４ｂに掛け渡されたベルト５４ｃと、を備える。

この移動機構５０では、モータ５１が第１方向に回転すると、減速機５３や伝達機構５４を介してボールネジ５５が第１方向に回転し、スライダ５６およびピストン４０がカートリッジ２４の先端側（図１中、下側）に移動する。また、モータ５１が第１方向とは反対の第２方向に回転すると、減速機５３および伝達機構５４を介してボールネジ５５が第１方向とは反対の第２方向に回転し、スライダ５６およびピストン４０がカートリッジ２４から離間する側（図１中、上側）に移動する。以下、モータ５１やボールネジ５５の第１方向の回転を「正回転」といい、第２方向の回転を「負回転」という。

制御装置６０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどを有するコンピュータとして構成されている。制御装置６０には、操作者が各種指示を行なうための入力装置７０からの信号や、各種センサからの信号（例えば、モータ５１の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ５１ａからのモータ５１の回転子の回転位置θｍや、モータ５１の各相に流れる電流センサ５１ｂからの各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗなど）が入力ポートを介して入力されている。制御装置６０からは、吸引ポンプ４６への制御信号や駆動回路５２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。入力装置７０としては、各種スイッチや、キーボード、マウスなどを挙げることができる。

ここで、シーリング材吐出装置２０では、プランジャ付カートリッジ２２や保護ケース３８を除く部分、具体的には、ピストン４０や吸引ポンプ４６、移動機構５０、ベース部材２１、制御装置６０が装置本体に相当する。そして、シーリング材吐出装置２０は、プランジャ付カートリッジ２２に保護ケース３８が取り付けられたものが装置本体に取り付けられて用いられる。なお、保護ケース３８を用いないもの、即ち、プランジャ付カートリッジ２２が装置本体に直接取り付けられるものとしてもよい。

次に、こうして構成された実施例のシーリング材吐出装置２０の動作、特に、航空機に搭載される燃料タンクの接合部などのシーリング所望範囲をシーリング材吐出装置２０を用いてシーリングする際の動作について説明する。なお、実施例では、シーリング材吐出装置２０のベース部材２１は、ロボットアームなどの図示しない位置調節装置に取り付けられ、この位置調節装置によりベース部材２１の位置（ノズル３４の位置）が調節されるものとした。この位置調節装置も、制御装置６０により制御されるものとした。

シーリング所望範囲をシーリングする際には、操作者による入力装置７０の操作により、シーリング所望範囲（例えば、開始位置および終了位置や、開始位置から終了位置までの経路）が設定され、シーリング開始（シーリング材２８の吐出開始）が指示される。そして、制御装置６０は、シーリング開始が指示されると、位置調節装置を制御して、ノズル３４がシーリング所望範囲の開始位置に対向するようにベース部材２１の位置を調節し、その後に図５の制御ルーチンを実行する。

図５の制御ルーチンが実行されると、制御装置６０は、吸引ポンプ４６の駆動を開始し（ステップＳ１００）、その後にピストン４０をカートリッジ２４の先端側に移動させる（前進させる）ピストン前進制御の実行を開始する（ステップＳ１１０）。このピストン前進制御は、モータ５１が正回転するように駆動回路５２を制御することにより行なわれる。なお、ピストン前進制御の詳細については後述する。モータ５１を正回転させると、ボールネジ５５が正回転し、スライダ５６およびピストン４０がカートリッジ２４の先端側（図１中、下側）に移動する。この際に、ピストン４０によりプランジャ３０がカートリッジ２４の先端側に押圧され、プランジャ３０によりカートリッジ２４内のシーリング材２８がカートリッジ２４の先端側に押圧されてノズル３４から吐出される。実施例では、吸引ポンプ４６によるプランジャ３０の吸引により、プランジャ３０の筒状部３２の開口端周辺が押し広げられて、プランジャ３０の筒状部３２の開口端付近の外周とカートリッジ２４の内周との隙間がより狭くなっているから、プランジャ３０がカートリッジ２４の先端側に移動する際に、この隙間からシーリング材２８が漏れるのをより抑制することができる。これにより、プランジャ３０の移動量とノズル３４からのシーリング材２８の実吐出流量との関係をより理想的な関係に近づけることができ、所望の吐出流量と実吐出流量とのズレをより小さくすることができる。特に、航空機の製造産業などでは、シーリング所望範囲のシーリング精度（シーリング材２８の厚みや幅の精度）が要求されることから、所望の吐出流量と実吐出流量とのズレをより小さくすることの意義が大きい。また、実施例では、ピストン４０の表面がフッ素樹脂によりコーティングされている或いはフッ素樹脂の粘着テープによりマスクされているから、隙間からシーリング材２８が漏れたときでも、ピストン４０を清掃する際に、その清掃を容易にすることができる。

このようにしてノズル３４からシーリング材２８を吐出させる際には、位置調節装置を制御して、ノズル３４がシーリング所望範囲の延在方向に沿って移動するようにベース部材２１を移動させる。これにより、シーリング所望範囲の延在方向に沿ってシーリングを行なうことができる。

続いて、シーリング終了条件（シーリング材２８の吐出停止条件）が成立したか否かを判定し（ステップＳ１２０）、シーリング終了条件が成立していないと判定したときには、上述のピストン前進制御を実行しながらシーリング終了条件が成立するのを待つ。ここで、シーリング終了条件としては、例えば、ノズル３４がシーリング所望範囲の終了位置に対向した条件や、操作者による入力装置７０の操作によりシーリング終了が指示された条件を挙げることができる。

ステップＳ１２０でシーリング終了条件が成立すると、ピストン前進制御の実行を終了し（ステップＳ１３０）、ピストン４０をカートリッジ２４から離間する側に所定量Ｌ０だけ移動させる（後退させる）ピストン後退制御を実行し（ステップＳ１４０）、その後に吸引ポンプ４６の駆動を終了して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。なお、シーリング終了条件が成立すると、これらと並行して、位置調節装置の制御を終了する、或いは、位置調節装置を制御してベース部材２１を待機位置まで移動させる。

ここで、ピストン後退制御は、モータ５１が所定量Ｌ０に対応する所定回転量Ｓ０だけ負回転するように駆動回路５２を制御することにより行なわれる。モータ５１を負回転させると、ボールネジ５５が負回転し、スライダ５６およびピストン４０がカートリッジ２４から離間する側（図１中、上側）に移動する。実施例では、プランジャ３０がピストン４０側に吸引されているから、ピストン４０がカートリッジ２４から離間する側に移動する際には、プランジャ３０もピストン４０に追従して移動する。これにより、プランジャ３０がピストン４０に追従して移動しないものに比して、シーリング材２８が充填された空間（カートリッジ２４とプランジャ３０とにより形成される空間）の圧力を低減し、ノズル３４からのシーリング材２８の吐出を停止する際のキレ（吐出のオンオフの応答性）を良好にすることができる。ここで、所定量Ｌ０は、シーリング材２８の性状などによって異なるものであり、ノズル３４からのシーリング材２８の吐出を停止する際のキレを良好にできると共にシーリング材２８が充填された空間の圧力が低減しすぎない程度のピストン４０の移動量として予め実験や解析により定めた値を用いることができる。

次に、図５の制御ルーチンのピストン前進制御の詳細について、図６のピストン前進制御ルーチンを用いて説明する。図６のピストン前進制御ルーチンでは、制御装置６０は、最初に、ピストン４０を比較的大きい所定速度Ｖ１でカートリッジ２４の先端側に移動させる（前進させる）第１段階制御の実行を開始する（ステップＳ２００）。そして、第１段階制御の実行中にモータ５１のトルクＴｍが閾値Ｔｍｒｅｆ以上に至ると（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）、第１段階制御の実行を終了し（ステップＳ２３０）、ピストン４０を所定速度Ｖ１よりも小さい所定速度Ｖ２でカートリッジ２４の先端側に移動させる（前進させる）第２段階制御の実行を開始する（ステップＳ２４０）。そして、第２段階制御の実行中にシーリング終了条件（シーリング材２８の吐出終了条件）が成立すると（ステップＳ２５０）、第２段階制御の実行を終了して（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。

ここで、第１段階制御は、ピストン４０が所定速度Ｖ１でカートリッジ２４の先端側に移動する（前進する）ようにモータ５１の目標回転数Ｎｍ＊を設定し、モータ５１が目標回転数Ｎｍ＊で回転するように駆動回路５２を制御することにより行なわれる。第２段階制御は、ピストン４０が所定速度Ｖ２でカートリッジ２４の先端側に移動するようにモータ５１の目標回転数Ｎｍ＊を設定し、モータ５１が目標回転数Ｎｍ＊で回転するように駆動回路５２を制御することにより行なわれる。駆動回路５２の制御は、回転位置センサ５１ａからのモータ５１の回転子の回転位置θｍと電流センサ５１ｂからのモータ５１の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとを用いてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により行なわれる。所定速度Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ、ノズル３４からのシーリング材２８の吐出流量が安定しているときにおけるシーリング材２８の吐出流量が所望流量Ｑ１，Ｑ２となる速度が用いられる。所望流量Ｑ２は、カートリッジ２４やノズル３４の形状、シーリング所望範囲に塗布すべきビードの所望幅や所望厚み、位置調節装置によるベース部材２１（ノズル３４）の移動速度などに基づいて定められ、例えば、１５０ｃｃ／分や２００ｃｃ／分、２５０ｃｃ／分などの値が用いられる。所望流量Ｑ１は、例えば、所望流量Ｑ２の２倍や３倍、４倍などの値が用いられる。

モータ５１のトルクＴｍは、回転位置センサ５１ａからのモータ５１の回転子の回転位置θｍと電流センサ５１ｂからのモータ５１の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて推定するものとした。閾値Ｔｍｒｅｆは、第２段階制御の実行中にモータ５１のトルクＴｍが安定しているときのそのトルクＴｍ（以下、「安定トルクＴｍｓｔ」という）よりも大きい値として定められ、例えば、安定トルクＴｍｓｔに対して１０％や２０％、３０％など大きい値が用いられる。

ここで、第１段階制御から第２段階制御に切り替えるタイミングをモータ５１のトルクＴｍ（閾値Ｔｍｒｅｆ）で定める理由について説明する。本発明者は、市販品のプランジャ付カートリッジ２２を用いて第１実験を行なった。第１実験では、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後に、それぞれ、位置調節装置によりベース部材２１（ノズル３４）を所定速度Ｖｓｅｔで水平方向（図１中、横方向）に移動させながら第２段階制御だけを実行した。この第１実験では、１セット（プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後）当たり１本のプランジャ付カートリッジ２２を用いた。

図７，図８は、それぞれ、第１実験を行なったときのモータ５１のトルクＴｍ，ビードの様子を示す説明図である。図７や図８中、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後のそれぞれについて、「Ｔｉ０」は、ピストン４０およびベース部材２１（ノズル３４）の移動を開始したタイミングであり、「Ｔｉ２０」、「Ｔｉ４０」、「Ｔｉ６０」、「Ｔｉ８０」は、ビードの幅Ｗｂが安定した（安定し始めた）タイミングであり、「Ｔｍ２０」、「Ｔｍ４０」、「Ｔｍ６０」、「Ｔｍ８０」は、ビードの幅Ｗｂが安定した（安定し始めた）ときのトルクである(上述の安定トルクＴｍｓｔ相当のトルクとなる）。なお、図８において、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後のビードが最も短い（タイミングＴｉ０からビードが形成され始めるまでの時間（距離）が最も長い）のは、カートリッジ２４内のシーリング材２８がノズル３４から吐出されるまでに時間を要したためであると考えられる。また、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から４０分後や６０分後、８０分後のビードの開始位置で幅Ｗｂが比較的大きくなっているのは、直前回の終了時にノズル３４に残ったシーリング材２８（残渣）が吐出されたためであると考えられる。

図７および図８から、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後のそれぞれで、ピストン４０の移動を開始してからの時間の経過に従って、モータ５１のトルクＴｍおよびビードの幅Ｗｂ（ノズル３４からのシーリング材２８の吐出流量）が増加して安定に至ることが分かった。また、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後のそれぞれで、モータ５１のトルクＴｍとビードの幅Ｗｂとの間には相関関係があり、これらのうちの一方が安定に至ると他方も安定に至ることが分かった。さらに、プランジャ付カートリッジ２２の解凍からの時間が長いほど、モータ５１のトルクＴｍおよびビードの幅Ｗｂが短時間で安定に至ると共にモータ５１の安定トルクＴｍｓｔが大きくなることが分かった。これは、解凍からの時間が長いほどシーリング材２８の粘度が大きくなるためであると考えられる。

次に、本発明者は、市販品のプランジャ付カートリッジ２２を用いて第２実験を行なった。第２実験では、プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後に、それぞれ、位置調節装置によりベース部材２１（ノズル３４）を所定速度Ｖｓｅｔで水平方向（図１中、横方向）に移動させながら第１段階制御、第２段階制御を順に実行した（図６のピストン前進制御ルーチンを実行した）。この第２実験でも、第１実験と同様に、１セット（プランジャ付カートリッジ２２の解凍から２０分後、４０分後、６０分後、８０分後）当たり１本のプランジャ付カートリッジ２２を用いた。

図９，図１０は、それぞれ、第２実験および第１実験を行なったときのモータ５１のトルクＴｍ，ビードの様子を示す説明図である。図９中、「Ｔｉ０」は、ピストン４０およびベース部材２１（ノズル３４）の移動を開始したタイミングであり、「Ｔｉ１」は、第２実験においてモータ５１のトルクＴｍが閾値Ｔｍｒｅｆ以上に至って第１段階制御から第２段階制御に切り替えたタイミングである。図９から、第２実験の場合に第１実験の場合よりも、モータ５１のトルクＴｍが迅速に増加し、第２段階制御の開始からモータ５１のトルクＴｍが迅速に安定することが分かった。また、図１０から、第２実験の場合に第１実験の場合よりも、ビードの幅Ｗｂがより一定になることが分かった。

このように、第１段階制御を実行してその実行中にモータ５１のトルクＴｍが閾値Ｔｍｒｅｆ以上に至ったときに第１段階制御から第２段階制御に切り替えることにより、第１段階制御を実行せずに最初から第２段階制御を実行するものに比して、第２段階制御の実行開始から迅速にモータ５１のトルクＴｍおよびビードの幅Ｗｂを安定させることができる。したがって、第１段階制御から第２段階制御に切り替える切替タイミングを、カートリッジ２４の残量や粘度に基づくピストン４０の移動量でなく、モータ５１のトルクＴｍ（閾値Ｔｍｒｅｆ）で定めても、適切に定めることができると言える。また、第２段階制御を実行する前に第１段階制御を実行することにより、シーリング材２８が充填された空間（カートリッジ２４とプランジャ３０とにより形成される空間）の圧力を迅速に増加させることができ、ビードの幅Ｗｂが徐々に増加する時間（距離）を短くする或いは略無しにすることができる。そして、モータ５１の制御に必要なセンサ（回転位置センサ５１ａおよび電流センサ５１ｂ）を用いてモータ５１のトルクＴｍを推定するから、モータ５１のトルクＴｍの推定用に専用のセンサを設ける必要がなく、センサ数の増加を抑制することができる。

以上説明した実施例のシーリング材吐出装置２０では、シーリング材２８をノズル３４から吐出する際には、第１段階制御を実行し、その実行中にモータ５１のトルクＴｍが閾値Ｔｍｒｅｆ以上に至ると、第２段階制御を実行する。このように、モータ５１のトルクＴｍが閾値Ｔｍｒｅｆ以上に至ったときに第１段階制御から第２段階制御に切り替えることにより、最初から第２段階制御を実行するものに比して、第２段階制御の実行開始から迅速にノズル３４からのシーリング材２８の吐出流量（ビードの幅）を安定させることができる。したがって、切替タイミングをピストン４０の移動量でなくモータ５１のトルクＴｍ（閾値Ｔｍｒｅｆ）で定めても、切替タイミングを適切に設定可能であると言える。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、閾値Ｔｍｒｅｆとして、一律の値を用いるものとしたが、プランジャ付カートリッジ２２の解凍からの経過時間や、カートリッジ２４内のシーリング材２８の残量などに基づいて設定するものとしてもよい。プランジャ付カートリッジ２２の解凍からの経過時間に基づいて閾値Ｔｍｒｅｆを設定する場合、プランジャ付カートリッジ２２の解凍からの時間が長いほどモータ５１の安定トルクＴｍｓｔが大きくなること（図７参照）を考慮して、プランジャ付カートリッジ２２の解凍からの時間が長いほど大きくなるように閾値Ｔｍｒｅｆを設定することが考えられる。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、モータ５１のトルクＴｍは、回転位置センサ５１ａからのモータ５１の回転子の回転位置θｍと電流センサ５１ｂからのモータ５１の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて推定するものとしたが、トルクを検出するトルクセンサを設けて、そのトルクセンサにより検出するものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、モータ５１として、交流サーボモータを用いるものとしたが、これ限定されるものではなく、他のモータを用いるものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、シーリング材２８として、冷凍保存が必要で且つ解凍後に時間の経過に従って粘度が高くなる（硬化する）材料を用いるものとした。しかし、シーリング材２８として、常温保存が可能で且つノズル３４からの吐出後に（空気に触れると）時間の経過に従って粘度が高くなる（硬化する）材料、例えば、エポキシ樹脂やポリウレタンなどを用いるものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、プランジャ３０の底部３１は、半球状に形成されるものとしたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、円錐台状などに形成されるものとしてもよい。また、プランジャ３０は、底部３１と筒状部３２とを有する有底筒状に形成されるものとしたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、筒状部３２を有さずに底部３１だけを有する半球状や、円柱状などに形成されるものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、ピストン４０のテーパ部４２は、第１テーパ部４３と第２テーパ部４４とを備えるものとしたが、第１テーパ部４３だけを備えるものとしてもよい。また、ピストン４０は、テーパ部４２を備えるものとしたが、このテーパ部４２を備えないものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、ピストン４０の表面は、フッ素樹脂によりコーティングされたりフッ素樹脂の粘着テープによりマスクされたりするものとしたが、フッ素樹脂によるコーティングもフッ素樹脂の粘着テープによるマスクもされないものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、カートリッジ２４内にシーリング材２８が充填されてプランジャ３０により封止されたプランジャ付カートリッジ２２と、ピストン４０と、吸引ポンプ４６と、を備えるものとした。しかし、吸引ポンプ４６を備えずに、プランジャ付カートリッジ２２のプランジャ３０と、ピストン４０と、を接合などにより一体にするものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、伝達機構５４は、減速機５３の出力側に取り付けられたプーリ５４ａと、ボールネジ５５の一端に取り付けられたプーリ５４ｂと、プーリ５４ａおよびプーリ５４ｂに掛け渡されたベルト５４ｃと、を備えるものとしたが、減速機５３の出力側に取り付けられた第１ギヤと、ボールネジ５５の一端に取り付けられると共に第１ギヤに噛合する第２ギヤと、を備えるものとしてもよい。

実施例のシーリング材吐出装置２０では、移動機構５０は、減速機５３および伝達機構５４を介してモータ５１の回転軸とボールネジ５５とを連結するものとしたが、（Ａ）減速機５３および伝達機構５４を介さずにモータ５１の回転軸とボールネジ５５とを連結するものとしてもよいし、（Ｂ）伝達機構５４を介さずに、減速機５３だけを介してモータ５１の回転軸とボールネジ５５とを連結するものとしてもよいし、（Ｃ）減速機５３を介さずに、伝達機構５４だけを介してモータ５１の回転軸とボールネジ５５とを連結するものとしてもよい。（Ａ）や（Ｂ）の場合、モータ５１の回転軸とボールネジ５５とを同軸に配置すればよいと考えられる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、カートリッジ２４が「カートリッジ」に相当し、シーリング材２８が「シーリング材」に相当し、ピストン４０が「ピストン」に相当し、ノズル３４が「ノズル」に相当し、移動機構５０が「移動手段」に相当し、制御装置６０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、シーリング材吐出装置の製造産業などに利用可能である。

２０シーリング材吐出装置、２１ベース部材、２２プランジャ付カートリッジ、２４カートリッジ、２５底部、２６ノズル取付部、２７筒状部、２８シーリング材、３０プランジャ、３１底部、３２筒状部、３４ノズル、３８保護ケース、４０ピストン、４１貫通孔、４２テーパ部、４３第１テーパ部、４４第２テーパ部、４６吸引ポンプ、５０移動機構、５１モータ、５１ａ回転位置センサ、５１ｂ電流センサ、５２駆動回路、５３減速機、５４伝達機構、５４ａ，５４ｂプーリ、５４ｃベルト、５５ボールネジ、５６スライダ、５７ガイドレール、６０制御装置、７０入力装置。

Claims

筒状のカートリッジ内にシーリング材が充填されてプランジャにより封止されたプランジャ付カートリッジの前記プランジャをピストンによって押圧することにより前記シーリング材を前記カートリッジの先端に設けられたノズルから吐出するシーリング材吐出装置であって、
モータの回転により前記ピストンを前記カートリッジの軸方向に移動させる移動手段と、
前記シーリング材を前記ノズルから吐出させる際、前記ピストンが第１速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第１段階制御を実行し、前記第１段階制御の実行中に前記モータのトルクが閾値以上に至ると、前記ピストンが前記第１速度よりも遅い第２速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第２段階制御を実行する制御手段と、
を備え、
前記閾値は、前記第２段階制御の実行中に前記モータのトルク値が安定しているときの前記トルク値よりも大きい値である、
シーリング材吐出装置。
請求項１記載のシーリング材吐出装置であって、
前記シーリング材には、解凍後に時間の経過に従って硬化する材料が用いられており、
前記閾値は、前記シーリング材の解凍からの時間が長いほど大きくなる傾向に設定される、
シーリング材吐出装置。
請求項１または２記載のシーリング材吐出装置であって、
前記モータは、三相交流電力により駆動される交流サーボモータであり、
前記制御手段は、前記モータに取り付けられた回転位置センサおよび電流センサにより検出される回転子の回転位置および各相の相電流を用いて前記モータを制御し、更に、前記回転子の回転位置および前記相電流を用いて前記モータのトルクを推定する、
シーリング材吐出装置。
筒状のカートリッジ内にシーリング材が充填されてプランジャにより封止されたプランジャ付カートリッジが装着され、前記プランジャ付カートリッジの前記プランジャをピストンによって押圧することにより前記シーリング材を前記カートリッジの先端に設けられたノズルから吐出させるシーリング材吐出装置本体であって、
モータの回転により前記ピストンを前記カートリッジの軸方向に移動させる移動手段と、
前記シーリング材を前記ノズルから吐出させる際、前記ピストンが第１速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第１段階制御を実行し、前記第１段階制御の実行中に前記モータのトルクが閾値よりも大きくなると、前記ピストンが前記第１速度よりも遅い第２速度で前記カートリッジの先端側に移動するように前記モータを制御する第２段階制御を実行する制御手段と、
を備え、
前記閾値は、前記第２段階制御の実行中に前記モータのトルク値が安定しているときの前記トルク値よりも大きい値である、
シーリング材吐出装置本体。