JP7002646B2 - 塗布ノズル及び塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、接着剤、シーリング剤、及び充填剤等の流体材料をワークに塗布する塗布装置及びこの塗布装置に用いられる塗布ノズルに関する。

特許文献１には、産業用ロボットのロボットアームの先端部に取り付けられる塗布ガンが示されている。この塗布ガンは、接着剤等の流体材料が通流する流路が形成されたガン本体と、この装置本体の流路の下流端に接続された塗布ノズルと、この塗布ノズルに形成された吐出孔を開閉する弁体と、を備える。

このようなロボットを用いた接着剤の塗布工程では、ロボットアームによって塗布ノズルをワークの表面近傍まで接近させた後、塗布ノズルの吐出孔から接着剤を吐出させながら、塗布ノズルをワークの表面に沿って移動させる。これによりワークの表面に、接着剤が塗布される。

特開２００８－２９００２９号公報

ところで接着剤のような高粘度の流体材料を、ワークの定められた領域内に精度良く塗布するためには、ロボットアームによって塗布ノズルをワークの表面に十分に接近させる必要がある。しかしながら塗布ノズルとワークとを接近させると、ロボットアームのティーチング時や実際の塗布工程において、塗布ノズルが意図せずワークに接触してしまう場合がある。塗布ノズルがワークに接触してしまうと、ワークが損傷するおそれがあることはもちろんのこと、ワークから塗布ノズルに作用する荷重によって、塗布ノズルや、この塗布ノズルが固定されるロボットアームが損傷するおそれがある。そこで、ロボットアームが損傷するのを抑制するためにロボットの耐荷重性を向上することが考えられるが、この場合、ロボットが大型化するおそれがある。

本発明は、塗布ガンに作用する荷重を軽減できる塗布ノズル及びこの塗布ノズルを有する塗布装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る塗布ノズル（例えば、後述の塗布ノズル５）は、塗布ガン（例えば、後述の塗布ガン２）の先端部に取り付け可能なホルダ部（例えば、後述のホルダ部６）と、前記ホルダ部に内蔵され、流体材料が吐出する吐出開口部（例えば、後述の吐出開口部７３）及び当該吐出開口部を開閉する弁部材（例えば、後述のニードル弁４２）が着座する弁座部（例えば、後述の弁座部７２）を有するノズル本体部（例えば、後述のノズル本体部７）と、を備え、前記ノズル本体部は、前記吐出開口部が形成されかつ前記ホルダ部の先端面よりも突出するノズル本体先端部（例えば、後述のノズル本体先端部７７）を備え、前記ノズル本体部は、前記ノズル本体先端部に対し前記吐出開口部側から前記弁座部側へ荷重が作用すると、前記ホルダ部に対し摺動するように当該ホルダ部に支持されていることを特徴とする。

（２）この場合、前記ノズル本体先端部には、前記吐出開口部側から前記弁座部側へ向かうに従い拡径するノズルテーパ面（例えば、後述のノズルテーパ面７８）が形成されていることが好ましい。

（３）この場合、前記ノズル本体部の軸線に直交する面に対する前記ノズルテーパ面の角度であるノズルテーパ角は、４５度以下であることが好ましい。

（４）この場合、前記ホルダ部の先端面は、前記吐出開口部側から前記弁座部側へ向かうに従い拡径するホルダテーパ面（例えば、後述の第２ホルダテーパ面６８）が形成されていることが好ましい。

（５）この場合、前記ホルダ部は、前記ノズル本体部よりも引張強さが小さい材料によって形成されることが好ましい。

（６）本発明に係る塗布装置は、（１）から（５）の何れかに記載の塗布ノズルと、前記弁部材を前記弁座部に対し進退させるアクチュエータ（例えば、後述のアクチュエータ３１）と、を備え、流体材料を接着剤とするものであって、前記ノズル本体部の前記ホルダ部の先端面からの突出長さは、前記弁部材のストローク長よりも短いことを特徴とする。

（１）本発明に係る塗布ノズルは、吐出開口部及び弁座部を有するノズル本体部とこのノズル本体部を支持するホルダ部とを備える。ノズル本体部は、ホルダ部の先端面よりも突出するノズル本体先端部を備える。またノズル本体部は、ノズル本体先端部に対し吐出開口部側から弁座部側へ荷重が作用すると、ホルダ部に対し摺動するようにこのホルダ部に支持されている。したがって塗布ノズルの先端を構成するノズル本体先端部がワークに接触し、ワークからノズル本体先端部に対し吐出開口部側から弁座部側へ荷重が作用すると、ノズル本体はホルダ部に対し摺動するので、ワークからホルダ部、及びこのホルダ部が取り付けられる塗布ガンに作用する荷重を軽減できる。

（２）本発明に係る塗布ノズルにおいて、ノズル本体先端部には、吐出開口部側から弁座部側へ向かうに従い拡径するノズルテーパ面が形成されている。これにより、ノズル本体先端部に対し、径方向に沿った荷重、すなわちノズル本体部の軸線に対し直交する向きの荷重が作用した場合には、この径方向に沿った荷重を軸線方向に沿った荷重に変換させ、上記のようにノズル本体部をホルダ部に対し摺動させることができる。よってワークからノズル本体先端部に対し径方向に沿った荷重が作用した場合にもホルダ部や塗布ガンに作用する荷重を軽減できる。

（３）本発明に係る塗布ノズルによれば、ノズル本体部の軸線に直交する面に対するノズルテーパ面のノズルテーパ角を４５度以下にすることにより、径方向に沿った荷重を軸線方向に沿った荷重に変換させやすくできる。

（４）ホルダ部には、ノズル本体部の支持機能と緩衝機能との両方が求められる。支持機能とは、流体材料を塗布する通常使用時において、ノズル本体部を支持する機能である。また緩衝機能とは、ノズル本体部とワークとが接触した場合に、ホルダ部が取り付けられている塗布ガンに荷重が作用するのを抑制する機能である。これに対し本発明に係る塗布ノズルでは、ホルダ部の先端面をテーパ面とすることにより、支持機能と緩衝機能とが両立するようにホルダ部のうちノズル本体部を支持する部分の厚みを調整することができる。

（５）本発明に係る塗布ノズルによれば、ホルダ部の材料としてノズル本体部よりも引張強さが小さいものを用いることにより、ノズル本体部の耐久性を確保しつつ、ホルダ部を変形しやすくし、衝撃吸収性を確保できる。

（６）本発明に係る塗布ノズルを有する塗布装置では、ノズル本体部に荷重が作用すると、ノズル本体部がホルダ部に対し摺動するので、ノズル本体部の弁座部に接する弁部材を介して、この弁部材を進退させるアクチュエータが損傷するおそれがある。これに対し本発明に係る塗布装置では、ノズル本体部のホルダ部の先端面からの突出長さを、弁部材のストローク長よりも短くする。従って、ノズル本体先端部にワークが接触した時に、仮に弁部材が弁座部に着座していた場合であっても、弁部材はそのストローク長の範囲内で摺動するので、この弁部材を介してアクチュエータに作用する荷重を軽減できる。したがって本発明に係る塗布装置によれば、アクチュエータの耐荷重性を無用に高くする必要が無いので、塗布装置を小型化できる。

本発明の一実施形態に係る塗布装置を備える塗布システムの構成を示す図である。 塗布ノズルの断面図である。 塗布ノズルの先端部の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る塗布装置１を備える塗布システムＳの構成を示す図である。塗布システムＳは、接着剤を吐出する塗布装置１と、この塗布装置１の位置及び姿勢を変化させる多関節のロボットアームＲとを備える。なお以下では、塗布装置１として流体材料である熱可塑性の接着剤を吐出するものを例に説明するが、本発明はこれに限らない。流体材料としては、熱可塑性の接着剤の他、シーリング剤や充填剤等を用いてもよい。

塗布装置１は、ロボットアームＲのアーム先端部Ｒ１と同軸にして固定された柱状の塗布ガン２と、この塗布ガン２の先端部に取り付けられた柱状の塗布ノズル５と、を備える。塗布ガン２は塗布ノズル５へ接着剤を供給し、塗布ノズル５はその先端に形成された吐出開口部７３から接着剤を吐出し、これをワークＷの表面に塗布する。

塗布ガン２は、塗布ノズル５を支持する筒状のガンベース４と、このガンベース４を介して接着剤を塗布ノズル５に供給するガン本体３と、を備える。

図２は、塗布ノズル５の断面図であり、図３は、塗布ノズル５の先端部の構成を示す側面図である。
ガンベース４は、円筒状であり、その内部には、中心軸線Ｏに沿って延びる流路４１が形成されている。またこの流路４１内には、棒状の弁部材としてニードル弁４２が、中心軸線Ｏに沿って進退自在に設けられている。接着剤流路４１のうち先端部側の内壁面には、らせん状の雌ねじ４３が形成されている。塗布ノズル５は、後述のホルダ部６に形成された雄ねじ６３を雌ねじ４３に螺合することによってガンベース４の先端部に取り付けられている。

ガン本体３は、ガンベース４の流路４１内へ、接着剤を所定圧で供給する。またガン本体３にはニードル弁４２を中心軸線Ｏに沿って進退させるアクチュエータ３１が設けられている。アクチュエータ３１は、ニードル弁４２を中心軸線Ｏに沿って塗布ノズル５に形成されている弁座部７２に対し進退させることにより、ニードル弁４２の先端部を弁座部７２に着座させたり離座させたりする。ニードル弁４２は、ガンベース４によって中心軸線Ｏに沿ってストローク長Ｌ１にわたり摺動自在に設けられている。ストローク長Ｌ１は、例えば５［ｍｍ］程度である。

塗布ノズル５は、ガンベース４の先端部に取り付けられたホルダ部６と、このホルダ部６に内蔵されたノズル本体部７と、を組み合わせて構成される。

ホルダ部６は、円筒状であり、その内部には、中心軸線Ｏに沿って延びる流路６１が形成されている。ホルダ部６は、中心軸線Ｏに沿って基端側の基端部６２と先端側の先端部６４とに分けられる。ホルダ部６は、基端部６２においてガンベース４によって支持される。またホルダ部６は、先端部６４においてノズル本体部７を支持する。

ホルダ部６の基端部６２の外周面には、らせん状の雄ねじ６３が形成されている。図２に示すように、雄ねじ６３を雌ねじ４３に螺合させることによってホルダ部６をガンベース４の先端部に取り付けると、ホルダ部６の流路６１とガンベース４の流路４１とが同軸で接続され、さらにホルダ部６の先端部６４の一部がガンベース４の先端面４５から露出する。

ホルダ部６の先端部６４は、基端部６２よりもやや肉厚である。先端部６４の内壁には、段状のストッパ６５が形成されている。流路６１は、ストッパ６５を境界として基端側の大径流路６１ａと、先端側の小径流路６１ｂとに分けられる。図２及び図３に示すように、小径流路６１ｂの内径は大径流路６１ａの内径よりも小さい。

図２に示すように、ホルダ部６の先端面は、中心軸線Ｏに沿って先端側から基端側に向かうに従い拡径するテーパ状となっている。これにより、ホルダ部６の厚みは、中心軸線Ｏに沿って基端側から先端側へ向かうに従い薄くなるようになっている。より具体的には、ホルダ部６の先端面は、先端側の第１ホルダテーパ面６７と、基端側の第２ホルダテーパ面６８と、によって構成されている。

第１ホルダテーパ面６７は、後述のノズルテーパ面７８と面一となっており、またそのテーパ角θ１（より具体的には、中心軸線Ｏに直交する面に対するテーパ面の角度）もノズルテーパ面７８のテーパ角と等しい。

第２ホルダテーパ面６８のテーパ角θ２は、第１ホルダテーパ面６７のテーパ角θ１よりも大きい。より具体的には、第２ホルダテーパ面６８のテーパ角は、例えば略６０度である。

以上のようなホルダ部６は、ノズル本体部７よりも引張強さが小さい材料によって形成される。より具体的には、ホルダ部６は、例えばアルミ系合金によって形成される。

ノズル本体部７は、円筒状であり、その先端側には接着剤を吐出する開口である吐出開口部７３が形成され、この吐出開口部７３よりも基端側にはニードル弁４２が着座する弁座部７２が形成されている。またノズル本体部７の内部には、弁座部７２から吐出開口部７３へ中心軸線Ｏに沿って延びる流路７１が形成されている。

ノズル本体部７の外壁には、段状の肩部７４が形成されている。またノズル本体部７は、中心軸線Ｏに沿って肩部７４を境として、基端側の大径部７５と、この大径部７５よりも外径が小さい小径部７６と、に分けられる。大径部７５の外径はホルダ部６の大径流路６１ａの内径と略等しく、小径部７６の外径はホルダ部６の小径流路６１ｂの内径と略等しい。従ってノズル本体部７を、ホルダ部６の流路６１内へ中心軸線Ｏに沿って基端側から先端側へ挿入すると、肩部７４がストッパ６５に当接する。これにより、ノズル本体部７の流路７１とホルダ部６の流路６１とが中心軸線Ｏを中心として同軸に接続される。これにより、ノズル本体部７をホルダ部６に取り付けた後は、ノズル本体部７の弁座部７２側から吐出開口部７３側への摺動がストッパ６５によって規制される。これに対し、ノズル本体部７の吐出開口部７３側から弁座部７２側への摺動はストッパ６５によって規制されない。

また図２に示すように、肩部７４がストッパ６５に当接するまでノズル本体部７を流路６１に沿って押し込むと、ノズル本体部７のうち吐出開口部７３を含む先端部がホルダ部６の第１ホルダテーパ面６７から突出する。以下では、ノズル本体部７をホルダ部６に取り付けた時に、ノズル本体部７のうち第１ホルダテーパ面６７から先端側へ突出する部分をノズル本体先端部７７という。

ノズル本体先端部７７の先端面は、中心軸線Ｏに沿って吐出開口部７３側から弁座部７２側に向かうに従い拡径するノズルテーパ面７８となっている。このノズルテーパ面７８のテーパ角は、４５度以下であり、例えば略３０度である。

ノズル本体先端部７７のホルダ部６の第１ホルダテーパ面６７からの突出長さＬ２は、ニードル弁４２のストローク長Ｌ１よりも短い。より具体的には、ノズル本体先端部７７の突出長さＬ２は、例えば１［ｍｍ］程度である。

以上のようなノズル本体部７は、例えばホルダ部６よりも引張強さが大きい材料によって形成される。より具体的には、ノズル本体部７は、例えば超硬合金（具体的には、例えばタングステンカーバイド）によって形成される。なおノズル本体部７の材料には、ホルダ部６の材料よりも引張強さが大きいものであれば、上記のような材料に限らず、鋼材等を用いてもよい。

次に、以上のような塗布ノズル５をガンベース４に取り付ける手順について説明する。
始めに、ノズル本体部７をホルダ部６に取り付けることによって、塗布ノズル５を組み立てる。より具体的には、先ず、ノズル本体部７の大径部７５及び小径部７６の外周面に接着剤を塗布する。次に、接着剤が塗布されたノズル本体部７を、ホルダ部６の流路６１内に、基端側から先端側へ中心軸線Ｏに沿って挿入し、ノズル本体部７の肩部７４をホルダ部６のストッパ６５に当接させる。これにより、ノズル本体部７はホルダ部６によって篏合支持される。なお本実施形態では、ノズル本体部７とホルダ部６とを接着剤で固定する場合について説明するが、接着剤は必ずしも用いる必要はない。ノズル本体部７は、圧入（より具体的には、軽圧入や焼嵌め等）によってホルダ部６に取り付けてもよい。

上述のように、ノズル本体部７の吐出開口部７３側から弁座部７２側への移動は、ストッパ６５によって規制されていない。したがって上記のように、篏合支持、接着剤、及び圧入等の支持手段を利用してノズル本体部７をホルダ部７によって支持させることにより、ノズル本体先端部７７に対し吐出開口部７３側から弁座部７２側へ荷重が作用すると、ノズル本体部７はホルダ部６に対し中心軸線Ｏに沿って吐出開口部７３側から弁座部７２側へ摺動する。

次に、以上のように組み立てられた塗布ノズル５を、予めニードル弁４２をセットしておいたガンベース４に取り付ける。より具体的には、ホルダ部６の雄ねじ６３をガンベース４の雌ねじ４３に中心軸線Ｏに沿って螺合する。これにより塗布ノズル５がガンベース４に取り付けられる。

また以上のように組み立てられた塗布装置１によれば、以下の手順により接着剤が塗布される。先ず、ロボットアームＲを制御し、塗布ノズル５の吐出開口部７３をワークＷの表面に接近させる。その後図示しない接着剤供給装置によって接着剤をガン本体３から塗布ノズル５へ所定圧で供給しながら、ニードル弁４２を弁座部７２から離座させることにより、吐出開口部７３から接着剤を吐出させる。その後吐出開口部７３から接着剤を吐出させながら、ロボットアームＲを制御し、吐出開口部７３をワークＷの表面に沿って予め定められた塗布範囲で移動させた後、ニードル弁４２を弁座部７２に着座させる。これにより、ワークＷの表面の塗布範囲に、接着剤が塗布される。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）塗布ノズル５は、吐出開口部７３及び弁座部７２を有するノズル本体部７とこのノズル本体部７を支持するホルダ部６とを備える。ノズル本体部７は、ホルダ部６の先端面である第１ホルダテーパ面６７よりも突出するノズル本体先端部７７を備える。またノズル本体部７は、ノズル本体先端部７７に対し吐出開口部７３側から弁座部７２側へ荷重が作用すると、ホルダ部６に対し摺動するようにこのホルダ部６に支持されている。したがって塗布ノズル５の先端を構成するノズル本体先端部７７がワークＷに接触し、ワークＷからノズル本体先端部７７に対し吐出開口部７３側から弁座部７２側へ荷重が作用すると、ノズル本体７はホルダ部６に対し摺動するので、ワークＷからホルダ部６、及びこのホルダ部６が取り付けられる塗布ガン３に作用する荷重を軽減できる。

（２）ノズル本体先端部７７には、吐出開口部７３側から弁座部７２側へ向かうに従い拡径するノズルテーパ面７８が形成されている。これにより、ノズル本体先端部７７に対し、中心軸線Ｏに直交する径方向に沿った荷重が作用した場合には、この径方向に沿った荷重を中心軸線Ｏ方向に沿った荷重に変換させ、上記のようにノズル本体部７をホルダ部６に対し摺動させることができる。よってワークＷからノズル本体先端部７７に対し径方向に沿った荷重が作用した場合にもホルダ部６や塗布ガン２に作用する荷重を軽減できる。

（３）塗布ノズル５によれば、ノズル本体部７の中心軸線Ｏに直交する面に対するノズルテーパ面７８のノズルテーパ角を４５度以下にすることにより、径方向に沿った荷重を中心軸線Ｏ方向に沿った荷重に変換させやすくできる。

（４）ホルダ部６には、ノズル本体部７の支持機能と緩衝機能との両方が求められる。これに対し塗布ノズル５では、ホルダ部６の先端面である第１ホルダテーパ面６７及び第２ホルダテーパ面６７をテーパ面とすることにより、支持機能と緩衝機能とが両立するようにホルダ部６のうちノズル本体部７を支持する先端部６４の厚みを調整することができる。

（５）塗布ノズル５によれば、ホルダ部６の材料としてノズル本体部７よりも引張強さが小さいものを用いることにより、ノズル本体部７の耐久性を確保しつつ、ホルダ部６を変形しやすくし、衝撃吸収性を確保できる。

（６）塗布ノズル５を有する塗布装置１では、ノズル本体部７に荷重が作用すると、ノズル本体部７がホルダ部６に対し摺動するので、ノズル本体部７の弁座部７２に接するニードル弁４２を介して、このニードル弁４２を進退させるアクチュエータ３１が損傷するおそれがある。これに対し塗布装置１では、ノズル本体部７のホルダ部６の第１ホルダテーパ面６７からの突出長さＬ２を、ニードル弁４２のストローク長Ｌ１よりも短くする。従って、ノズル本体先端部７７にワークＷが接触した時に、仮にニードル弁４２が弁座部７２に着座していた場合であっても、ニードル弁４２はそのストローク長Ｌ１の範囲内で摺動するので、このニードル弁４２を介してアクチュエータ３１に作用する荷重を軽減できる。したがって塗布装置１によれば、アクチュエータ３１の耐荷重性を無用に高くする必要が無いので、塗布装置１を小型化できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

Ｓ…塗布システム
Ｒ…ロボットアーム
１…塗布装置
Ｏ…中心軸線
２…塗布ガン
３１…アクチュエータ
４２…ニードル弁（弁部材）
５…塗布ノズル
６…ホルダ部
６７…第１ホルダテーパ面
６８…第２ホルダテーパ面（ホルダテーパ面）
７…ノズル本体部
７２…弁座部
７３…吐出開口部
７７…ノズル本体先端部７７
７８…ノズルテーパ面

Claims (6)

1. 塗布ガンの先端部に取り付け可能なホルダ部と、
   前記ホルダ部に内蔵され、流体材料が吐出する吐出開口部及び当該吐出開口部を開閉する弁部材が着座する弁座部を有するノズル本体部と、を備える塗布ノズルであって、
   前記ノズル本体部は、前記吐出開口部が形成されかつ前記ホルダ部の先端面よりも突出するノズル本体先端部を備え、
   前記ノズル本体部は、前記ノズル本体先端部に対し前記吐出開口部側から前記弁座部側へ荷重が作用すると、前記ホルダ部に対し摺動するように当該ホルダ部に支持されていることを特徴とする塗布ノズル。
2. 前記ノズル本体先端部には、前記吐出開口部側から前記弁座部側へ向かうに従い拡径するノズルテーパ面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。
3. 前記ノズル本体部の軸線に直交する面に対する前記ノズルテーパ面の角度であるノズルテーパ角は、４５度以下であることを特徴とする請求項２に記載の塗布ノズル。
4. 前記ホルダ部の先端面は、前記吐出開口部側から前記弁座部側へ向かうに従い拡径するホルダテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の塗布ノズル。
5. 前記ホルダ部は、前記ノズル本体部よりも引張強さが小さい材料によって形成されることを特徴とする請求項４に記載の塗布ノズル。
6. 請求項１から５の何れかに記載の塗布ノズルと、
   前記弁部材を前記弁座部に対し進退させるアクチュエータと、を備え、流体材料を接着剤とする塗布装置であって、
   前記ノズル本体部の前記ホルダ部の先端面からの突出長さは、前記弁部材のストローク長よりも短いことを特徴とする塗布装置。
   
   

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