JP7009999B2 - 塗装装置および塗装方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動式の塗装装置およびこれを利用した塗装方法に関する。

コンクリート構造物に対してコンクリートの劣化の進行を抑制することを目的として、表面に塗装を施す場合がある。コンクリート構造物の表面を塗装すると、水分の浸透を抑制できる。

コンクリート構造物の表面を塗装する場合は、塗装剤を被塗装面に吹き付けるのが一般的である。塗装剤の吹き付けは、作業員がノズルを動かすことにより行うが、塗装剤をムラなく均一に吹き付けるためには、熟練した技術が必要であった。また、例えば、高速道路の壁高欄等のように、長スパン（広範囲）にわたって塗装を行う場合には、人力による施工は手間と時間がかかる。

そのため、ムラが生じることを抑制するとともに、省力化および施工期間の短縮化を目的として、機械を利用した自動塗装技術が開発されている。従来の自動塗装技術は、先端にノズルが設けられたアームを移動させながらノズルから塗装剤を吐出するものである。

また、特許文献１には、昇降マストを搭載した自走式車両と、昇降マストの昇降動作により上下移動する吹付用アタッチメントと、吹付用アタッチメントの先端に設けられた吹付ノズルとを備えた自走式吹付装置が開示されている。特許文献１の自走式吹付装置は、所定の位置にノズルを配置させた状態で、塗装剤を吹き付けるものである。

特開２００３－０７５０７４号公報

機械的に塗装した場合であっても、ムラが生じる場合がある。例えば、アームの可動範囲の中心部分と縁部分とでは、塗装の厚みに差が生じる場合があった。
このような観点から、本発明は、塗装の厚みにムラが生じ難い塗装装置を提案するとともに、この塗装装置を利用した塗装方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明の塗装装置は、往復回動するアームと、前記アームの先端において前記アームとは別に往復回動するノズルと、前記アームが搭載された走行台車と、第一プーリーと、前記第一プーリーから離間した位置に配設された第二プーリーと、前記第一プーリーおよび前記第二プーリーに巻き付けられた無端ベルトと、前記第一プーリーに回転力を付与する動力源とを備えるものであって、前記アームは前記第一プーリーの回転に伴って往復回動し、前記ノズルは前記第二プーリーの回転に伴って往復回動することを特徴とする。なお、前記アームは、前記走行台車の進行方向に沿った回転軸（アーム用回転軸）を中心に往復回動してもよいし、走行台車の進行方向と直交する回転軸を中心に往復回動してもよい。また、前記ノズルは、前記アーム用回転軸と平行な回転軸（ノズル用回転軸）を中心に往復回動してもよいし、アーム用回転軸と交差する回転軸を中心に往復回動してもよい。前記塗装装置では、前記アームが１回往復する間に、前記ノズルが１～１０回往復するのが望ましい。

かかる塗装装置によれば、往復回動するアームの先端において、ノズルが個別に（アームの回動運動とは別に）往復回動するため、塗装剤を均一に吹き付けることができる。すなわち、アームの回動運動によって広範囲に移動するノズルがアームの先端において小刻みに回動するため、人力により塗装を行う際の腕と手首の動きに近い動作による吹き付けが可能となる。

また、、前記アームは、前記第一プーリーの回転に伴って往復回動し、前記ノズルは、前記第二プーリーの回転に伴って往復回動するため、１つの動力によりアームとノズルとをそれぞれ往復回動させることができる。

また、前記塗装装置は、前記走行台車と被塗装面との間に設けられた飛散防止カバーをさらに備えていてもよい。このとき、前記飛散防止カバーは、前記アームの先端部および前記ノズルの少なくとも側方および上方を囲っていて、前記飛散防止カバーには、当該飛散防止カバーの内側空間に連通された吸引手段が接続されているのが望ましい。かかる塗装装置によれば、塗装剤を吹き付けた際に塗装剤が周囲に飛散することを防止することができる。

なお、本発明の塗装方法は、前記塗装装置を利用して被塗装物の表面に塗装を行うものであって、前記走行台車の移動速度、前記アームの回動数および前記ノズルの回動数を調整することで、塗装厚を設定することを特徴とする。かかる塗装方法によれば、塗装厚の管理が容易となる。そのため、簡易に高品質施工を実施することが可能であるとともに、材料の無駄をなくすことが可能となる。

本発明の塗装装置および塗装方法によれば、塗装の厚みにムラが生じ難くなる。

本実施形態に係る塗装装置の概要を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は塗装装置の進行方向背面側から望む側面図、（ｃ）は同進行方向側方から望む側面図である。 （ａ）は塗装装置の進行方向背面側から望む側面図、（ｂ）は塗装装置の平面図である。 被塗装面とアーム用回転軸との位置関係を示す模式図である。

本実施形態では、供用中の道路における既設の壁高欄（被塗装物）Ｗに対して塗装剤を吹き付けて補修を行う場合について説明する。壁高欄Ｗへの塗装剤の吹き付けは、図１（ａ）に示すように、壁高欄Ｗの内側（道路側）において壁高欄Ｗの延長方向に沿って移動する塗装装置１を利用して行う。塗装装置１は、走行台車２、アーム３、ノズル４、駆動手段５、飛散防止カバー６および吸引手段７を備えていて、壁高欄Ｗに沿って移動しながら壁高欄Ｗの表面（被塗装面）に塗装を行う。

走行台車２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、台車本体２１と、複数の車輪２２，２２，…と、アーム３を支持する架台２３とを有している。
本実施形態の台車本体２１は、板状部材を主体に平面視矩形状に形成されている。なお、台車本体２１を構成する材料や、台車本体２１の形状は限定されるものではない。例えば、台車本体２１は、平面視矩形枠状に組み合わされた鋼材により形成されていてもよいし、格子状に組み合わされた鋼材により形成されていてもよい。

走行台車２は、一定の速度に保って壁高欄Ｗの道路側を走行する。本実施形態の台車本体２１は自走式とする。本実施形態の台車本体２１の下面前後左右には、車輪２２，２２，…が設けられている。すなわち、走行台車２は、車輪２２，２２，…により移動可能である。なお、車輪２２の数および配置は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、台車本体２１は、手押し式あるいは牽引式であってもよい。また、走行台車２の速度は限定されるものではなく、壁高欄Ｗの形状や、必要な塗装厚等に応じて適宜決定すればよい。また、走行台車２は、車輪式（タイヤ式）に限定されるものではなく、例えば、クローラ式であってもよい。さらに、走行台車２は、壁高欄Ｗに沿って敷設されたレール上を走行してもよい。

台車本体２１には、架台２３が上載されている。本実施形態の架台２３は、４本（図２（ａ）では２本のみ表示されている）の脚部２４，２４と、脚部２４，２４に支持された天枠２５と、天枠２５上に形成された軸受２６とを備えている。軸受２６は、アーム用回転軸３１（アーム３）を回転可能に保持している。なお、架台２３の構成は、アーム３を支持可能であれば限定されるものではない。また、架台２３の台車本体２１の取付構造は限定されるものではない。架台２３（軸受２６）の高さは、被塗装物である壁高欄Ｗの形状に応じて決定する。すなわち、図３に示すように、壁高欄Ｗの形状に応じて、アーム用回転軸３１（ノズル４）と被塗装面（壁高欄Ｗの表面）との距離（例えば、図３において符号Ｌ_１～Ｌ_４）が均一なるように（すなわち、距離Ｌ_１～Ｌ_４に大きな差が生じないように）、アーム３の長さ（回動範囲）およびアーム用回転軸３１の位置（架台２３の高さ）を設定する。

アーム３は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、架台２３を介して走行台車２に搭載されている。本実施形態のアーム３は、走行台車２の進行方向に対して直交する方向に延設された鋼材により構成されている。アーム３は、走行台車２の進行方向に沿ったアーム用回転軸３１を中心に往復回動可能に架台２３に軸支されている。すなわち、アーム３は、走行台車２の進行方法と直交する上下方向に往復回動する。なお、アーム３は、必ずしも走行台車２の進行方向と直交する必要はなく、走行台車２の進行方向に対して斜め前方または斜め後方に傾斜していてもよい。
アーム３の先端の可動範囲は、アーム用回転軸３１の高さおよびアーム用回転軸３１からアーム３の先端までの長さを調整することにより、壁高欄Ｗの高さに応じた大きさに設定されている（図３参照）。なお、アーム３を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼材であってもよいし、往復回動時に撓る材質（例えば、硬質ゴム等）であってもよい。アーム３が回動時に撓ることで、塗装剤の吹き付けがより滑らかになる。

ノズル４は、壁高欄Ｗに向けてミスト状の塗装剤を吹き付けるものであり、アーム３の先端に設けられている。アーム３の先端部には、アーム用回転軸３１と平行な（走行台車２の進行方向に沿った）ノズル用回転軸４１が設けられている。ノズル４は、ノズル用回転軸４１を中心に往復回動可能にアーム３に設けられている。すなわち、ノズル４は、アーム３の先端においてアーム３とは別に往復回動する。なお、ノズル４は、使用する塗装剤に応じて交換可能であってもよい。また、ノズル４は、ノズル用回転軸４１を中心に往復回動可能な台座（図示せず）と、台座に交換可能に保持される吹き付けガン（図示せず）とを有していてもよい。

アーム３およびノズル４は、駆動手段５から伝達される動力によって往復回動する。本実施形態の駆動手段５は、第一プーリー５１、第二プーリー５２、無端ベルト５３、動力源５４を備えている。
第一プーリー５１は、動力源５４の出力軸に接続されていて、当該出力軸の回転に伴って、出力軸を中心に回転する。すなわち、動力源５４は、第一プーリー５１に回転力を付与する。本実施形態の動力源５４は、走行台車２に上載されている。なお、動力源５４の配置は限定されるものではない。本実施形態の第一プーリー５１はアーム３よりも低い位置に設けられている。なお、第一プーリー５１の配置は限定されるものではなく、例えば、アーム３の上方に設けられていてもよい。

第一プーリー５１は、第一動力伝達部材５５を介してアーム３に連結されている。
本実施形態の第一動力伝達部材５５は、棒状部材からなる。第一動力伝達部材５５の一端はアーム用回転軸３１よりもアーム３の先端側において、アーム３に軸支されていて、第一動力伝達部材５５の他端は第一プーリー５１の表面に軸支されている。アーム３における第一動力伝達部材５５の取付位置は、アーム用回転軸３１から離れた位置であれば限定されるものではない。また、第一プーリー５１における第一動力伝達部材５５の取付位置は、第一プーリー５１の中心（出力軸）から離れた位置であれば限定されるものではない。

動力源５４を起動することにより、第一プーリー５１が回転すると、第一動力伝達部材５５の他端が第一プーリー５１の回転に伴って回転する。第一動力伝達部材５５の他端の回転に伴い、第一動力伝達部材５５の一端が上下動する。第一動力伝達部材５５の一端が上下動すると、アーム３に押し上げ力または引き下げ力が作用するため、アーム３が第一プーリー５１の回転に伴ってアーム用回転軸３１を中心に往復回動する。

第二プーリー５２は、第一プーリー５１から離間した位置に配設されている。第一プーリー５１および第二プーリー５２には、無端ベルト５３が巻き付けられている。そのため、第二プーリー５２は、第一プーリー５１の回転に伴って回転する。第二プーリー５２は、第一プーリー５１よりも小さい半径を有している。そのため、第二プーリー５２は、第一プーリー５１よりも回転数が大きい。本実施形態の第二プーリー５２は、アーム用回転軸３１と同軸を中心に回転可能に設けられている。なお、第二プーリー５２の半径は限定されるものではない。

第二プーリー５２は、第二動力伝達部材５６を介してノズル４に連結されている。本実施形態の第二動力伝達部材５６は、棒状部材からなる。第二動力伝達部材５６の一端はノズル４に軸支されていて、第二動力伝達部材５６の他端は第二プーリー５２の表面に軸支されている。ノズル４における第二動力伝達部材５６の取付位置は、ノズル用回転軸４１から離れた位置であれば限定されるものではない。また、第二プーリー５２における第二動力伝達部材５６の取付位置は、第二プーリー５２の中心（アーム用回転軸３１）から離れた位置であれば限定されるものではない。

動力源５４を起動させて、第一プーリー５１が回転すると、無端ベルト５３を介して第二プーリー５２に回転力が付与されて、第二プーリー５２も回転する。第二プーリー５２が回転すると、第二動力伝達部材５６の他端が第二プーリー５２の回転に伴ってアーム用回転軸３１のまわりを回転する。第二動力伝達部材５６の他端の回転に伴い、第二動力伝達部材５６の一端がアーム３の長手方向に沿って前後に移動する。第二動力伝達部材５６の一端が前後に移動すると、ノズル４に押し上げ力または引き下げ力が作用する。すなわち、ノズル４は、第二プーリー５２の回転に伴ってノズル用回転軸４１を中心に往復回動（上下運動）する。第一プーリー５１よりも小さい半径の第二プーリー５２は、第一プーリー５１が１回転する間に１～１０回転する。そのため、ノズル４は、アーム３が１回往復する間に、１～１０回往復する。

飛散防止カバー６は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、走行台車２と、被塗装面（壁高欄Ｗ）との間に設けられている。飛散防止カバー６は、走行台車２の台車本体２１から壁高欄Ｗ側に向けて延設されたスペーサー８を介して走行台車２に固定されている。スペーサー８は、壁高欄Ｗと走行台車２との距離を一定に保つための部材である。本実施形態では、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、スペーサー８の先端に壁高欄Ｗの表面を走行する車輪８１が設けられている。なお、スペーサー８の構成は限定されるものではない。また、スペーサー８は必要に応じて設ければよい。また、飛散防止カバー６の設置方法（走行台車２への固定方法）は限定されるものではない。

飛散防止カバー６は、図１（ａ）～（ｃ）に示すように、アーム３の先端部およびノズル４の側方および上方を囲っている。飛散防止カバー６は、アーム３およびノズル４と接触することが無いように、アーム３およびノズル４の回動範囲よりも大きな内部空間を有している。本実施形態の飛散防止カバー６は、鋼板を門形に加工することにより形成されていて、飛散防止カバー６の前後（壁高欄Ｗ側および壁高欄Ｗと反対側）は開口している。なお、飛散防止カバー６を構成する材料や飛散防止カバー６の形状は限定されるものではない。

飛散防止カバー６には、吸引手段７の吸引ホース７１が接続されている。吸引手段７は、吸引ホース７１と、吸引ブロア７２と、吸着フィルター７３とを備えている。吸引ホース７１は、一端が飛散防止カバー６に接続されていて、他端が吸着フィルター７３に接続されている。吸引ホース７１は、飛散防止カバー６を貫通して、飛散防止カバー６の内側空間に連通されている。本実施形態では、飛散防止カバー６の側面に吸引ホース７１が２本ずつ接続されているが、吸引ホース７１の本数および配置は限定されるものではない。吸引ブロア７２は、吸着フィルター７３に接続されている。本実施形態の吸引ブロア７２および吸着フィルター７３は、走行台車２を追走する台車の搭載されている。なお、吸引ブロア７２および吸着フィルター７３は、走行台車２に上載してもよい。

吸引手段７は、飛散防止カバー６内の空気は浮遊物（塗装剤のミスト等）を吸引する。すなわち、吸引ブロア７２を起動させると、吸引ホース７１を介して、飛散防止カバー６内の空気とともに浮遊物が吸引される。空気や浮遊物は、吸引ホース７１を介して吸着フィルター７３に輸送されたのち、浮遊物が吸着フィルター７３に吸着される。

塗装装置１を利用した壁高欄Ｗへの塗装方法は、塗装装置１を壁高欄Ｗに沿って移動させながら、ノズル４から塗装剤を壁高欄Ｗに向けて吹き付けることにより行う。このとき、アーム３は、所定の速度により往復回動しているとともに、ノズル４はアーム３の先端において、アーム３よりも多く往復回動している。また、走行台車２は、アーム３の往復回動速度およびノズル４の往復回動速度に応じて、必要な塗装厚が確保できる速度により移動させる。すなわち、本実施形態では、走行台車２の移動速度、アーム３の回動数およびノズル４の回動数を調整することで、壁高欄Ｗへの塗装厚を設定する。

本実施形態の塗装装置１によれば、アーム３の回動運動によって広範囲に移動するノズル４が、往復回動するアーム３の先端において、アーム３の回動運動よりも小刻みに往復回動するため、壁高欄Ｗの表面に塗装剤を均一に吹き付けることができる。すなわち、アーム３の往復回動により、壁高欄Ｗの表面（被塗装面）に対して全体的に吹き付けることを可能とし、ノズル４の往復回動によって壁高欄Ｗの表面（被塗装面）における塗装量（塗装厚）の微調整を行うことで、塗装厚にムラが生じることを抑制することができる。これにより、人力により塗装を行う際の腕の役割をアーム３が果たすとともに、手首の動きと近い動きでノズル４が動作するようになるので、人力による塗装を行う場合と同様の効果を得ることができる。

また、走行台車２の移動速度、アーム３の回動数およびノズル４の回動数を調整することにより所定の塗装厚を確保しているため、塗装厚の管理が容易となる。そのため、簡易に高品質施工を実施することが可能であるとともに、材料の無駄をなくすことができる。
塗装装置１を利用しているため、広範囲にわたる塗装作業を簡易かつ短時間に行うことができる。そのため、工期短縮化および人件費の削減を図ることができる。

また、１つ動力（動力源５４）によってアーム３とノズル４とがそれぞれ往復回動するため、複数の動力源５４を用いる場合に比べて経済的であるとともに、塗装装置１のメンテナンスおよび操作が容易である。
また、塗装装置１は、飛散防止カバー６によって、塗装剤が周囲に飛散することを防止されているため、作業後の清掃作業に要する手間を低減することができる。吹き付け時に飛散する塗装剤（ミスト）は、飛散防止カバー６内において吸引手段７によって自動的に吸引回収される。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、壁高欄Ｗに対して塗装する場合について説明したが、被塗装物は壁高欄Ｗに限定されるものではなく、例えば、トンネル内壁面、橋脚、建築構造物の外壁、側壁等であってもよい。

また、前記実施形態では、アーム用回転軸３１が走行台車２の進行方向に沿っている場合について説明したが、アーム用回転軸３１は、走行台車２の進行方向に対して交差していてもよい。同様に、前記実施形態では、アーム用回転軸３１とノズル用回転軸４１が平行な場合について説明したが、ノズル用回転軸４１は、必ずしもアーム用回転軸３１と平行である必要はない。

駆動手段５の構成は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。例えば、二つの動力源５４を配置して、アーム３およびノズル４がそれぞれ異なる動力源５４から伝達された動力により往復回動してもよい。
飛散防止カバー６は、必要に応じて使用すればよく、必ずしも設置する必要はない。
使用する塗装剤は限定されるものではなく、塗装の目的等に応じて適宜決定すればよい。

１ 塗装装置
２ 走行台車
３ アーム
３１ アーム用回転軸
４ ノズル
４１ ノズル用回転軸
５ 駆動手段
５１ 第一プーリー
５２ 第二プーリー
５３ 無端ベルト
５４ 動力源
６ 飛散防止カバー
７ 吸引手段
７１ 吸引ホース
Ｗ 壁高欄（被塗装物）

Claims (6)

1. 往復回動するアームと、
   前記アームの先端において前記アームとは別に往復回動するノズルと、
   前記アームが搭載された走行台車と、
   第一プーリーと、
   前記第一プーリーから離間した位置に配設された第二プーリーと、
   前記第一プーリーおよび前記第二プーリーに巻き付けられた無端ベルトと、
   前記第一プーリーに回転力を付与する動力源と、を備える塗装装置であって、
   前記アームは、前記第一プーリーの回転に伴って往復回動し、
   前記ノズルは、前記第二プーリーの回転に伴って往復回動することを特徴とする、塗装装置。
2. 前記アームは、前記走行台車の進行方向に沿ったアーム用回転軸を中心に往復回動することを特徴とする、請求項１に記載の塗装装置。
3. 前記ノズルは、前記アーム用回転軸と平行なノズル用回転軸を中心に往復回動することを特徴とする、請求項２に記載の塗装装置。
4. 前記アームが１回往復する間に、前記ノズルが１～１０回往復することを特徴とする、請求項３に記載の塗装装置。
5. 前記走行台車と被塗装面との間に設けられた飛散防止カバーをさらに備えており、
   前記飛散防止カバーは、前記アームの先端部および前記ノズルの少なくとも側方および上方を囲っていて、
   前記飛散防止カバーには、当該飛散防止カバーの内側空間に連通された吸引手段が接続されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の塗装装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の塗装装置を利用して被塗装物の表面に塗装を行う塗装方法であって、
   前記走行台車の移動速度、前記アームの回動数および前記ノズルの回動数を調整することで、塗装厚を設定することを特徴とする、塗装方法。

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