JP7013340B2

JP7013340B2 - 塗料供給システム

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Publication number: JP7013340B2
Application number: JP2018125793A
Authority: JP
Inventors: 啓介名倉
Original assignee: Trinity Industrial Corp
Current assignee: Trinity Industrial Corp
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2022-01-31
Anticipated expiration: 2038-07-02
Also published as: JP2020001023A; US20210205831A1; WO2020008694A1; CN112188934A; CN112188934B

Description

本開示は、塗料供給ポンプにより塗料を送る塗料供給システムに関する。

特許文献１に開示の塗料供給システムでは、塗装機の運転状況に応じて正規運転とセーブ運転に切り替え、正規運転では、塗料供給ポンプの吐出流量が設定正規流量となるように制御され、セーブ運転では、塗料供給ポンプの吐出流量が設定正規流量より小さい流量となるように制御される。

特開２００９－１５４０４２号公報（段落［００６２］～［００６８］、図６）

特許文献１の塗料供給システムでは、例えば、塗装機における塗料の元圧といった特定の箇所での塗料の圧力を目標圧に保つことが望まれている。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、塗料供給ポンプと、前記塗料供給ポンプの吸入口に接続された塗料タンクと、前記塗料供給ポンプの吐出口に接続されて塗装機へ塗料を送る塗料往路と、前記塗装機から前記塗料タンクへ塗料を戻す塗料還路と、前記塗料往路、前記塗料還路及び前記塗装機のうち予め定められた指定箇所での塗料の圧力が目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量をフィードバック制御する制御装置と、を有する塗料供給システムにおいて、前記制御装置は、前記フィードバック制御の制御パラメータ値を記録したテーブルを備えて、そのテーブルに記録された制御パラメータ値を用いて前記塗料供給ポンプの吐出量を制御するように構成され、前記テーブルには、前記指定箇所における塗料の圧力が前記目標圧を含む第１圧力範囲から外れた場合の方が、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲内にある場合よりも、前記指定箇所における塗料の圧力を前記目標圧へ速く近づけるように、前記制御パラメータ値が複数段階に分かれて記録されている、塗料供給システムである。

請求項２の発明は、前記テーブルには、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲を上回った場合の方が、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲を下回った場合よりも、前記指定箇所における塗料の圧力を前記目標圧へ速く近づけるように、前記制御パラメータ値が少なくとも３段階に分かれて記録されている、請求項１に記載の塗料供給システムである。

請求項３の発明は、前記制御装置は、前記塗装機における塗料の元圧が前記目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量を制御する、請求項１又は２に記載の塗料供給システムである。

請求項４の発明は、前記塗装機は、複数備えられ、前記塗料往路には、前記塗料供給ポンプの吐出口に接続した往路主管と、前記往路主管から分岐して複数の前記塗装機のそれぞれに接続する複数の往路枝管と、が設けられ、前記塗料還路には、前記塗料タンクに接続した還路主管と、前記還路主管から分岐して前記複数の塗装機のそれぞれに接続する複数の還路枝管と、が設けられ、前記圧力センサとして、前記複数の塗装機の中から選択された一の塗装機に接続した前記往路枝管内の塗料の圧力を検出する第１圧力センサと、前記一の塗装機に接続した前記還路枝管内の塗料の圧力を検出する第２圧力センサと、を有し、前記制御装置は、前記第１圧力センサにより検出された塗料の圧力と前記第２圧力センサにより検出された塗料の圧力の平均値が前記目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量を制御する、請求項３に記載の塗料供給システムである。

請求項５の発明は、前記塗料往路には、塗料フィルタが設けられていて、前記塗料供給ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサを有する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の塗料供給システムである。

請求項１の発明では、制御装置によるフィードバック制御の制御パラメータ値を記録したテーブルに、指定箇所における塗料の圧力が第１圧力範囲から外れた場合の方が第１圧力範囲内にある場合よりも該圧力を目標圧へ速く近づけるように、制御パラメータ値が複数段階に分かれて記録されているので、制御パラメータ値が１種類のみ記録されている場合と比較して、指定箇所における塗料の圧力を目標圧に保ち易くなる。

請求項２の発明では、指定箇所における塗料の圧力が過度に高くなることが抑えられ、塗料が流れる流路の安全性の向上が図られる。

請求項３の発明では、塗装機での塗料の吐出圧の安定化が図られる。

請求項４の発明では、第１圧力センサと第２圧力センサが検出した圧力を用いて、塗装機の元圧を容易に見積もることが可能となる。

請求項５の発明では、吐出圧センサが検出した圧力から塗料フィルタの目詰まりを知ることが可能となる。

本開示の一実施形態に係る塗料供給システムの概略構成図塗装機周辺の概略構成図制御パラメータ値を示すテーブル観測圧（Ｐ１とＰ２の平均値Ｐ）の推移の一例を示すグラフポンプ制御処理のフローチャート異常検知処理のフローチャート

図１には、本開示の一実施形態に係る塗料供給システム１０が示されている。塗料供給システム１０は、塗料供給ポンプ１１と、塗料供給ポンプ１１の吸入口に接続パイプ１１Ａを介して接続された塗料タンク１２と、塗料供給ポンプ１１の吐出口に接続されて塗装ブース２０内の塗装機２１に塗料を送る塗料往路１３と、塗装機２１から塗装タンク１２に塗料を戻す塗料還路１４と、を備えている。塗料往路１３の途中には、塗料フィルタ１５が設けられている。

塗装ブース２０内には、塗装機２１が複数備えられている。塗料往路１３は、塗料供給ポンプ１１の吐出口に接続された往路主管１３Ａと、往路主管１３Ａから分岐した複数の往路枝管１３Ｂと、からなり、複数の往路枝管１３Ｂのそれぞれに塗装機２１が１つ接続されている。また、塗料還路１４は、塗料タンク１２に接続された還路主管１４Ａと、還路主管１４Ａから分岐した複数の還路枝管１４Ｂと、からなり、複数の還路枝管１４Ｂのそれぞれに塗装機２１が１つ接続されている。なお、上述した塗料フィルタ１５は、往路主管１３Ａのうち、塗料供給ポンプ１１に最も近い、即ち、最も上流の往路枝管１３Ｂと塗料供給ポンプ１１に挟まれた部分に設けられている。

塗装機２１は、塗装ガン２２を有する多軸多関節のロボットで構成されている。詳細には、図２に示されるように、塗装機２１には、往路枝管１３Ｂに接続される流入口２３と、還路枝管１４Ｂに接続される流出口２４と、流入口２３と流出口２４に連絡した塗装機内流路２５と、が設けられている。塗装機内流路２５の途中には、カラーチェンジバルブ２６が設けられていて、このカラーチェンジバルブ２６に塗装ガン２２が接続されている。なお、塗料供給システム１０では、塗料タンク１２に貯蔵された塗料は、接続パイプ１１Ａ、塗料往路１３、塗装機内流路２５及び塗料還路１４を流れて、塗料タンク１２に戻る。

塗料供給ポンプ１１は、インバータ制御によって出力を調整可能な電動プランジャーポンプで構成されている。そして、塗料供給システム１０には、塗料供給ポンプ１１の吐出量を制御する制御装置３０が備えられている。

制御装置３０には、第１圧力センサ３１と、第２圧力センサ３２と、第３圧力センサ３３と、が接続されている。第１圧力センサ３１は、塗料供給ポンプ１１から最も遠い、即ち、最も下流の往路枝管１３Ｂ内の塗料の圧力を検出する。第２圧力センサ３２は、塗料タンク１２に最も近い、即ち、最も下流の還路枝管１４Ｂ内の塗料の圧力を検出する。第３圧力センサ３３は、塗料供給ポンプ１１の吐出圧を検出する。具体的には、第３圧力センサ３３は、往路主管１３Ａのうち塗料供給タンク１１と塗料フィルタ１５の間に挟まれた部分にある塗料の圧力を検出する。制御装置３０は、圧力センサ３１，３２，３３からの検出信号を受信する。

制御装置３０は、塗料供給ポンプ１１の吐出量をフィードバック制御する。具体的には、制御装置３０は、塗料供給ポンプ１１から最も遠い、即ち、最も下流の塗装機２１における塗料の元圧（詳細には、カラーチェンジバルブ２６の元圧）が予め設定された目標圧Ｐ’となるようにＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づいてインバータへ送出する制御電圧を加減することにより塗料供給ポンプ１１をフィードバック制御する。

ここで、制御装置３０は、第１圧力センサ３１によって検出された塗料の圧力Ｐ１と第２圧力センサ３２によって検出された塗料の圧力Ｐ２の平均値Ｐ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２を塗装機２１における塗料の元圧とみなす。そして、制御装置３０は、Ｐ１とＰ２の平均値Ｐを観測圧として、その観測圧が目標圧Ｐ’となるようにインバータへ制御電圧を出力する。これにより、塗装機２１における塗料の元圧を直接的に計測することは困難であっても、塗装機２１における塗料の元圧を容易に見積もることが可能となる。

制御装置３０は、ＰＩＤ制御の制御パラメータ値（即ち、比例パラメータＫｐ、積分パラメータＫｉ及び微分パラメータＫｄ）が記録されたテーブルを備えている。図３には、制御装置３０が備えるテーブルの一例が示されている。同図に示されるように、このテーブルには、比例パラメータＫｐ、積分パラメータＫｉ及び微分パラメータＫｄを１つの制御パラメータ群として、３つの制御パラメータ群が記録されている。第１制御パラメータ群の比例パラメータＫｐは、残りの２つの制御パラメータ群（即ち、第２制御パラメータ群と第３制御パラメータ群）の比例パラメータＫｐよりも小さく設定されている。また、第２制御パラメータ群の比例パラメータＫｐは、第３制御パラメータ群の比例パラメータＫｐよりも大きく設定されている。なお、図３の例では、３つの制御パラメータ群の間で、積分パラメータＫｉと微分パラメータＫｄは、異なる値になっているが、同じ値であってもよい。

制御装置３０が塗料供給ポンプ１１を制御するにあたって、観測圧（Ｐ１とＰ２の平均値Ｐ）が目標圧Ｐ’を含む第１圧力範囲内にある場合と観測圧が第１圧力範囲から外れた場合で、異なる制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いる。本実施形態では、第１圧力範囲は、目標圧Ｐ’との差がΔＰ（但し、ΔＰ＞０）以内の範囲（即ち、Ｐ’－ΔＰ以上、Ｐ’＋ΔＰ以下の範囲）となっている。

具体的には、制御装置３０は、観測圧（Ｐ１とＰ２の平均値Ｐ）が第１圧力範囲内にある場合には、第１制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御し、観測圧が第１圧力範囲から外れた場合には、第２制御パラメータ群又は第３制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御する。ここで、第１制御パラメータ群の比例パラメータＫｐは、第２制御パラメータ群と第３制御パラメータ群の比例パラメータＫｐよりも小さいので、観測圧が第１圧力範囲内にある場合には、その観測圧を第１圧力範囲内に保持しやすくなっている。これにより、観測圧を目標圧Ｐ’に保ち易くなる。

制御装置３０は、観測圧（Ｐ１とＰ２の平均値Ｐ）が第１圧力範囲の上限値を上回る場合（即ち、観測圧＞Ｐ’＋ΔＰである場合）には、第２制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御し、観測圧が第１圧力範囲の下限値を下回る場合（即ち、観測圧＜Ｐ’－ΔＰである場合）には、第３制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御する。ここで、観測圧の目標圧Ｐ’からのズレ量が同じである場合には、第３制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いるときよりも第２制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いるときの方が観測圧を目標圧Ｐ’に速く近づける。これにより、本実施形態の塗料供給システム１０では、観測圧の過度な上昇が発生し難くなる。なお、観測圧が予め設定された規定圧を超えると、塗料供給システム１０はシャットダウンされる。

図４には、観測圧（Ｐ１とＰ２の平均値Ｐ）の推移の一例が示されている。同図に示されるように、塗料供給ポンプ１１が起動されると、観測圧は上昇する。観測圧が第１圧力範囲に到達するまでは、制御装置３０は、第３制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御する。そして、観測圧が第１圧力範囲の下限値まで上昇すると、制御装置３０は、第１制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１を制御する。すると、塗料供給ポンプ１１の吐出量が抑えられ、観測圧の上昇が遅くなる。

観測圧が第１圧力範囲内で目標圧Ｐ’を上回ると、制御装置３０は、第１制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いたまま、観測圧を下げるように塗料供給ポンプ１１を制御する。つまり、塗料供給ポンプ１１の吐出量が抑えられる。図４の例では、オーバーシュートが生じ、観測圧が第１圧力範囲の上限値を上回る。観測圧が第１圧力範囲の上限値を上回ると、制御装置３０は、第２制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプを制御する。すると、塗料供給ポンプの吐出量がさらに抑えられ、観測圧の低下が速くなる。そして、観測圧が第１圧力範囲の上限値まで低下すると、制御装置３０は、再び、第１制御パラメータ群の制御パラメータ値を用いて塗料供給ポンプを制御する。その結果、塗料供給ポンプ１１の吐出量は増加し、観測圧の低下速度が遅くなる。

このように、制御装置３０は、観測圧と第１圧力範囲にあるか否かに応じて、制御パラメータ値を使い分ける。その結果、観測圧が第１圧力範囲内から外れた場合には、観測圧が速く第１圧力範囲内に収まるようになり、観測圧が第１圧力範囲内にある場合には、観測圧が第１圧力範囲から外れ難くなっている。さらに、制御装置３０は、観測圧が第１圧力範囲を上回る場合と下回る場合とで、制御パラメータ値を使い分ける。その結果、観測圧が第１圧力範囲の上限値を大きく上回ることが抑えられ、塗料供給システム１０のシャットダウンが抑えられる。

図５には、制御装置３０が塗料供給ポンプ１１の吐出量を制御する際に所定周期で繰り返し実行するポンプ制御処理Ｓ１０が示されている。ポンプ制御処理Ｓ１０では、まず、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の平均値Ｐと目標圧Ｐ’との差（｜Ｐ－Ｐ’｜）がΔＰ以下であるか否か、即ち、平均値Ｐが第１圧力範囲内にあるか否かが判断される（ステップＳ１１）。平均値Ｐと目標圧Ｐ’との差がΔＰ以下である場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、図３の第１制御パラメータ値を用いたＰＩＤ制御を実行し（ステップＳ１２）、このポンプ制御処理Ｓ１０を終了する。平均値Ｐと目標圧Ｐ’との差がΔＰ以下でない、即ち、平均値Ｐが第１圧力範囲内にない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、Ｐ＞Ｐ’＋ΔＰであるか否かが判断される（ステップＳ１３）。Ｐ＞Ｐ’＋ΔＰである場合、即ち、平均値Ｐが第１圧力範囲を上回る場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、図３の第２制御パラメータ値を用いたＰＩＤ制御を実行し（ステップＳ１４）、このポンプ制御処理Ｓ１０を終了する。Ｐ＞Ｐ’＋ΔＰでない場合、即ち、平均値Ｐが第１圧力範囲を下回る場合（ステップＳ１３でＮｏ）、図３の第３制御パラメータ値を用いたＰＩＤ制御を実行し（ステップＳ１５）、このポンプ制御処理Ｓ１０を終了する。

塗料供給システム１０では、制御装置３０が、第３圧力センサ３３を用いて塗料フィルタ１５を監視する。ここで、第３圧力センサ３３は、往路主管１３Ａのうち塗料供給タンク１１と塗料フィルタ１５の間に挟まれた部分にある塗料の圧力を検出するので、塗料フィルタ１５に目詰まり等の異常が発生した場合、第３圧力センサ３３が検出する圧力Ｐ３が高くなる。これにより、塗料フィルタ１５の異常を察知することが可能となる。

具体的には、塗料フィルタ１５の異常は、制御装置３０が図６に示される異常検知処理Ｓ２０を所定の周期で繰り返し実行することによって検知される。異常検知処理Ｓ２０では、まず、第３圧力センサ３３が検出した圧力Ｐ３が予め定められた基準圧力を超えるか否かが判断される（ステップＳ２１）。圧力Ｐ３が基準圧力を超える場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、報知処理（ステップＳ２２）が実行され、異常検知処理Ｓ２０が終了する。報知処理（ステップＳ２２）では、塗料フィルタ１５の異常が報知される。圧力Ｐ３が基準圧力以下である場合（ステップＳ２１でＮｏ）、異常検知処理Ｓ２０が終了する。

本実施形態の塗料供給システム１０では、制御装置３０によるフィードバック制御の制御パラメータ値を記録したテーブルに、塗装機２１における塗料の元圧が第１圧力範囲から外れた場合の方が第１圧力範囲内にある場合よりも該元圧を目標圧Ｐ’へ速く近づけるように、制御パラメータ値が複数段階に分かれて記録されているので、制御パラメータ値が１種類のみ記録されている場合と比較して、塗装機２１における塗料の元圧を目標圧Ｐ’に保ち易くなる。その結果、塗装機２１での塗料の吐出圧の安定化が図られる。また、本実施形態では、最も下流の塗装機２１における塗料の元圧を制御するので、複数の塗装機２１における塗料の元圧を目標圧Ｐ’以上に制御することができる。

ここで、塗料供給システム１０では、塗装機２１に接続される往路枝管１３Ｂ内の塗料の圧力を検出する第１圧力センサ３１と、該塗装機２１に接続される還路枝管１４Ｂの塗料の圧力を検出する第２圧力センサ３２と、を有し、第１圧力センサ３１によって検出された塗料の圧力Ｐ１と第２圧力センサ３２によって検出された塗料の圧力Ｐ２の平均値Ｐ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２を該塗装機２１における塗料の元圧とみなす。これにより、塗料供給システム１０では、塗装機２１における塗料の元圧を直接的に検出することができなくても、塗装機２１における塗料の元圧を制御することが可能となる。

また、本実施形態の塗料供給システム１０では、塗装機２１における塗料の元圧（詳細には、Ｐ１とＰ２の平均値）が第１圧力範囲を上回った場合の方が、塗装機２１における塗料の元圧が第１圧力範囲を下回った場合よりも、塗装機２１における塗料の元圧を目標圧Ｐ’へ速く近づけるように、制御パラメータ値が３段階に分かれて記録されているので、塗装機２１における塗料の元圧が過度に高くなることが抑えられ、塗料が流れる流路の安全性の向上が図られる。

［他の実施形態］
（１）第１圧力範囲は、目標圧Ｐを含んでいればよく、目標圧Ｐと第１圧力範囲の上限値との差分が目標圧Ｐと第１圧力範囲の下限値との差分に一致しなくてもよい。

（２）上記実施形態では、制御装置３０は、塗装機２１における塗料の元圧（詳細には、カラーチェンジバルブ２６の元圧）を観測圧として、その観測圧が目標圧となるように塗料供給ポンプ１１を制御していたが、塗料が流れる流路のうち予め定められた指定箇所での塗料の圧力）を観測圧とすればよく、例えば、還路主管１４Ａのうち最も下流の還路枝管１４Ｂと塗料タンク１２に挟まれた部分の塗料の圧力を観測圧としてもよいし、第３圧力センサ３３によって検出された塗料の圧力を観測圧としてもよい。なお、この場合の目標圧は、上記実施形態における目標圧と同じ値であってもよいし異なる値であってもよい。

（３）上記実施形態では、制御装置３０は、最も下流の塗装機２１における塗料の元圧を目標圧Ｐ’にするように塗料供給ポンプ１１を制御する構成であったが、任意に選択された塗装機２１（例えば、最も上流の塗装機２１）における塗料の元圧を目標圧Ｐ”にするように塗料供給ポンプ１１を制御してもよい。なお、Ｐ”は、Ｐ’と同じ値であっても異なる値であってもよい。

（４）塗料供給システム１０は、１つの塗装ブース２０にのみ塗料を供給してもよいし、複数の塗装ブース２０に塗料を供給してもよい。

（５）第２制御パラメータ群と第３制御パラメータ群の何れかを備えない構成としてもよい。例えば、第３制御パラメータ群を備えない構成とした場合、平均値Ｐが第１圧力範囲から外れると、第２制御パラメータ群のパラメータ値を用いて塗料供給ポンプ１１が制御される。

（６）塗料供給システム１０を、第３圧力センサ３３を備えない構成としてもよい。

１０塗料供給システム
１１塗料供給ポンプ
１２塗料タンク
１３塗料往路
１４塗料還路
１５塗料フィルタ
２１塗装機
３０制御装置
３１第１圧力センサ
３２第２圧力センサ
３３第３圧力センサ

Claims

塗料供給ポンプと、
前記塗料供給ポンプの吸入口に接続された塗料タンクと、
前記塗料供給ポンプの吐出口に接続されて塗装機へ塗料を送る塗料往路と、
前記塗装機から前記塗料タンクへ塗料を戻す塗料還路と、
前記塗料往路、前記塗料還路及び前記塗装機のうち予め定められた指定箇所での塗料の圧力が目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量をフィードバック制御する制御装置と、を有する塗料供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記フィードバック制御の制御パラメータ値を記録したテーブルを備えて、そのテーブルに記録された制御パラメータ値を用いて前記塗料供給ポンプの吐出量を制御するように構成され、
前記テーブルには、前記指定箇所における塗料の圧力が前記目標圧を含む第１圧力範囲から外れた場合の方が、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲内にある場合よりも、前記指定箇所における塗料の圧力を前記目標圧へ速く近づけるように、前記制御パラメータ値が複数段階に分かれて記録されている、塗料供給システム。
前記テーブルには、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲を上回った場合の方が、前記指定箇所における塗料の圧力が前記第１圧力範囲を下回った場合よりも、前記指定箇所における塗料の圧力を前記目標圧へ速く近づけるように、前記制御パラメータ値が少なくとも３段階に分かれて記録されている、請求項１に記載の塗料供給システム。
前記制御装置は、前記塗装機における塗料の元圧が前記目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量を制御する、請求項１又は２に記載の塗料供給システム。
前記塗装機は、複数備えられ、
前記塗料往路には、前記塗料供給ポンプの吐出口に接続した往路主管と、前記往路主管から分岐して複数の前記塗装機のそれぞれに接続する複数の往路枝管と、が設けられ、
前記塗料還路には、前記塗料タンクに接続した還路主管と、前記還路主管から分岐して前記複数の塗装機のそれぞれに接続する複数の還路枝管と、が設けられ、
前記圧力センサとして、前記複数の塗装機の中から選択された一の塗装機に接続した前記往路枝管内の塗料の圧力を検出する第１圧力センサと、前記一の塗装機に接続した前記還路枝管内の塗料の圧力を検出する第２圧力センサと、を有し、
前記制御装置は、前記第１圧力センサにより検出された塗料の圧力と前記第２圧力センサにより検出された塗料の圧力の平均値が前記目標圧となるように、前記塗料供給ポンプの吐出量を制御する、請求項３に記載の塗料供給システム。
前記塗料往路には、塗料フィルタが設けられていて、
前記塗料供給ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサを有する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の塗料供給システム。