JP7472473B2 - 自動塗装システム - Google Patents

Description

本発明は、自動塗装システムに関する。

下記特許文献１には、塗料の噴射量が従来よりも安定する塗装用スプレーガン及び塗装装置が開示されている。この塗装用スプレーガン及び塗装装置は、スプレーガン本体にテフロン（登録商標）製の塗料流路を備えることにより、通過経路内に付着・滞留し易い塗料を用いた場合であっても、塗料のテフロンチューブ内への付着・滞留を防止あるいは抑制することが可能であり、以ってノズルから噴射する塗料の噴射量を安定させることが可能である。

特開２０１２－２２３７２４号公報

ところで、上記背景技術は、塗料の噴射量が安定するので、塗装対象物に安定した膜厚の塗膜を形成することが可能であるが、狭窄部を有する塗装対象物の塗装を考慮したものではない。背景技術は、例えば塗料を噴射するノズルが比較的大径のブラケットに隣接配置されているので、ノズルを狭窄部を通過させることが困難であり、よって狭窄部を有する塗装対象物に対して効率よく塗膜を形成することが困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、少なくとも狭窄部の奥に被塗装面を有する塗装対象物に対して効率よく塗装を行うことが可能な自動塗装システムを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、自動塗装システムに係る第１の解決手段として、少なくとも狭窄部の奥に被塗装面を有する塗装対象物に塗装を施す自動塗装システムであって、前記塗装対象物に対して塗料を噴射するノズル部と、当該ノズル部に前記塗料を供給する本体部と、該本体部と前記ノズル部との間に設けられ、前記塗料が流通すると共に前記ノズル部を前記狭窄部を介して前記被塗装面に対向する首部とを備えるスプレーガンと、該スプレーガンに塗料を供給する供給装置と、前記スプレーガンを前記塗装対象物に対して所定姿勢かつ所定経路で移動させるロボットと、該ロボット及び前記供給装置を制御する制御装置とを備える、という手段を採用する。

本発明では、自動塗装システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御装置は、前記ノズル部の前記塗装対象物に対する移動速度、前記ノズル部から前記塗装対象物に向けて噴射される前記塗料の流量、前記塗料の前記塗装対象物に対する噴射角、またノズル部の塗装対象物に対向する面との距離が少なくとも一定になるように前記ロボット及び前記供給装置を制御する、という手段を採用する。

本発明では、自動塗装システムに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記制御装置は、前記被塗装面において前記狭窄部から離間した部位に加え、前記狭窄部の裏側部位にも前記塗料を噴き付けさせる、という手段を採用する。

本発明では、自動塗装システムに係る第４の解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段において、前記塗装対象物は、略円板状に形成されると共に外周に複数の翼部品が放射状に取り付けられる回転体である、という手段を採用する。

本発明では、自動塗装システムに係る第５の解決手段として、上記第１～第４のいずれかの解決手段において、前記供給装置は、前記塗料に加えて、当該塗料の放射角を規定する圧縮ガスを前記スプレーガンに供給し、前記スプレーガンは、前記ノズル部から噴射する前記塗料に前記圧縮ガスを噴射して前記放射角を設定する圧縮ガス噴射孔を備える、という手段を採用する。

本発明によれば、狭窄部を有する塗装対象物に対して効率よく塗装を行うことが可能である。

本発明の一実施形態に係る自動塗装システムのシステム構成図である。 本発明の一実施形態におけるスプレーガンの構成を示す概要図である。 本発明の一実施形態における塗装対象物とスプレーガンの位置関係を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る自動塗装システムの動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る自動塗装システムは、図１に示すようにロボット１、スプレーガン２、供給装置３、回転駆動装置４及び制御装置５を備えており、塗装対象物Ｗに対して塗装を施す。

最初に、塗装対象物Ｗについて説明すると、塗装対象物Ｗは、図１に示すように円板状の回転体であり、図３に一部拡大図として示すように外周部に複数の狭窄部Ｋを備えている。この狭窄部Ｋは、例えば、円板状の塗装対象物Ｗの外周に沿って大凡所定のピッチで形成されている。すなわち、この塗装対象物Ｗは、回転中心周りの角度割として大凡所定の角度毎に配列する狭窄部Ｋを備えており、回転駆動装置４によって回転自在に支持されている。

このような狭窄部Ｋの奥側、つまり塗装対象物Ｗの回転中心側には所定形状の空間が形成されている。この空間の表面つまり塗装対象物Ｗに狭窄部Ｋに対応して複数形成された内周面は、本実施形態における被塗装面Ｍであり、例えば線対称の形状を有している。すなわち、被塗装面Ｍは、図３に示すように、塗装対象物Ｗの半径方向において塗装対象物Ｗの回転中心と狭窄部Ｋの中心とを結ぶ線（基準線Ｌ）の両側が同形状に形成されている。

なお、図３は、塗装対象物Ｗの回転中心軸方向から見た狭窄部Ｋ及び被塗装面Ｍの形状を表しており、被塗装面Ｍは、回転中心軸方向に所定の幅を有している。この幅は、例えば塗装対象物Ｗの回転中心軸方向における幅と同等である。すなわち、被塗装面Ｍは、所定幅を有すると共にＣ字状に湾曲した曲面である。このような塗装対象物Ｗは、例えば略円板状に形成されると共に外周に複数の翼部品が放射状に取り付けられ、各翼部品が狭窄部Ｋに各々係合するタービンディスクである。

また図３において、符号Ｒ１は第１塗装ラインを示し、符号Ｒ２は第２塗装ラインを示している。これら第１塗装ラインＲ１及び第２塗装ラインＲ２は、塗料Ｔの噴付目標位置を示すものであり、狭窄部Ｋから離間した部位として設定されたものである。すなわち、第１塗装ラインＲ１は、基準線Ｌの右側領域において狭窄部Ｋから離間した部位に設定されている。一方、第２塗装ラインＲ２は、基準線Ｌの左側領域において狭窄部Ｋから離間した部位に設定されている。

ロボット１は、図示するように、複数のアームが関節を介して一列に接続された多関節ロボットであり、制御装置５によって制御される。このロボット１の先端部にはスプレーガン２が装着されている。このようなロボット１は、所定の可動範囲（三次元空間）においてスプレーガン２を任意の位置かつ姿勢に設定することが可能である。なお、このロボット１については、例えば５軸装置あるいは６軸装置等の多軸装置を採用することが考えられる。

スプレーガン２は、上記ロボット１の先端部に装着されており、供給装置３から塗料Ｔと圧縮ガスＧの供給を受ける。このスプレーガン２は、ロボット１によって設定された位置及び姿勢から塗装対象物Ｗに向けて塗料Ｔを噴射する。

より詳細には、スプレーガン２は、図２に示すように、本体部２ａ、首部２ｂ及びノズル部２ｃを備えている。本体部２ａは、首部２ｂを介してノズル部２ｃに塗料Ｔ及び圧縮ガスＧを供給する部位であり、全体として円筒状に形成されている。この本体部２ａは、円筒形に形成されると共に一端面に首部２ｂの一端が接続された主部２ｄと、当該主部２ｄの他端面に設けられた接続フランジ２ｅと、塗料Ｔ及び圧縮ガスＧを受け入れる受入部２ｆ等を少なくとも備えている。

主部２ｄは、互いに平行な一対の端面（平面）を備える筒体であり、内部に塗料Ｔが流れる流路（塗料内部流路）と圧縮ガスＧが流れる流路（ガス内部流路）とが形成されている。接続フランジ２ｅは、スプレーガン２をロボット１の先端部に接続するための円板状部材であり、主部２ｄの他端面つまりロボット１の先端部側の面に設けられている。受入部２ｆは、フレキシブルなチューブによって供給装置３と接続されており、塗料内部流路及びガス内部流路に連通している。

首部２ｂは、本体部２ａとノズル部２ｃとの間に設けられ、塗料Ｔ及び圧縮ガスＧが流通する管状部材である。この首部２ｂは、本体部２ａにおける主部２ｄの中心軸線と同軸かつ主部２ｄの一端面に垂直な姿勢で設けられている。このような首部２ｂは、本体部２ａで受け入れた塗料Ｔ及び圧縮ガスＧをノズル部２ｃに送るための流路として機能する。

また、この首部２ｂは、ノズル部２ｃを図３に示す狭窄部Ｋを介して被塗装面Ｍに対向させ得る長さを有した管状部材でもある。すなわち、本実施形態におけるスプレーガン２では、本体部２ａは狭窄部Ｋを通過し得ない大きさ（比較的大形）に形成されており、一方、ノズル部２ｃは狭窄部Ｋを通過し得る大きさ（比較的小形）に形成されている。首部２ｂは、このような本体部２ａとノズル部２ｃとの間において、狭窄部Ｋの奥に存在する塗装面Ｍに対してノズル部２ｃが十分に対向し得る長さに設定されている。

ノズル部２ｃは、塗装対象物Ｗに対して塗料Ｔを噴射する塗料噴射部であり、図２（ｂ）に示すように塗料噴射孔２ｇ及び一対のガス噴射孔２ｈを備えている。このノズル部２ｃは、首部２ｂを介して本体部２ａから供給された塗料Ｔを塗料噴射孔２ｇから噴射する。この塗料噴射孔２ｇは、ノズル部２ｃにおいて首部２ｂの延在方向つまり主部２ｄの中心軸線方向と直行する方向に向けて開口する小孔である。

また、このノズル部２ｃは、首部２ｂを介して本体部２ａから供給された圧縮ガスＧを一対のガス噴射孔２ｈから噴射する。一対のガス噴射孔２ｈは、図２（ｂ）に示すように首部２ｂの延在方向に直交する方向において塗料噴射孔２ｇを挟むように設けられており、塗料噴射孔２ｇから噴射される塗料Ｔに対して両側から圧縮ガスＧを噴射する小孔である。

塗料噴射孔２ｇから噴射される塗料Ｔは、両側から圧縮ガスＧを流入する圧縮ガスＧの作用によって、図２（ａ）に示すような所定の広がり角θに設定される。この広がり角θは、主部２ｄの中心軸線を含む平面における塗料Ｔの広がり角を示すものであり、上記中心軸線に対して直行する一点鎖線の方向（基準噴射方向）を中心としている。

供給装置３は、スプレーガン２に塗料Ｔと圧縮ガスＧとを供給する装置であり、制御装置５によって制御される。すなわち、この供給装置３は、図示しないが、所定量の塗料Ｔを貯留する塗料タンクと、当該塗料タンクから所定流量の塗料Ｔを取り出してスプレーガン２に送り出す塗料ポンプとを備えている。また、この供給装置３は、同様に図示はしないが、所定量のガスを貯留するガスタンクと、当該ガスタンクから取り出したガスを所定圧に圧縮することにより圧縮ガスＧを生成し、所定流量と所定圧力の圧縮ガスＧをスプレーガン２に送り出すコンプレッサとを備えている。

回転駆動装置４は、塗装対象物Ｗを回転自在に支持する装置であり、制御装置５によって制御される。この回転駆動装置４は、塗装対象物Ｗを回転軸Ｊ周りに所定の角度ピッチで間欠回転させる。

制御装置５は、上述したロボット１、供給装置３及び回転駆動装置４を統一的に制御する装置である。すなわち、本実施形態に係る自動塗装システムは、制御装置５がロボット１、供給装置３及び回転駆動装置４を統一的に制御することにより、塗装対象物Ｗに所望の塗装を施す。

制御装置は、例えばノズル部２ｃの塗装対象物Ｗに対する移動速度、ノズル部２ｃから塗装対象物Ｗに向けて噴射される塗料Ｔの流量、塗料Ｔの塗装対象物Ｗに対する噴射角、またノズル部２ｃの塗装対象物Ｗに対向する面との距離が少なくとも一定になるようにロボット１及び供給装置３を制御する。

次に、本実施形態に係る自動塗装システムの動作について、図４に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。

本自動塗装システムでは、回転機構によって塗装対象物Ｗを回転中心軸周りに狭窄部Ｋの配列ピッチ毎に垂直面内で間欠的に順次回動させることにより、塗装対象物Ｗに置けて周方向に配列する複数の被塗装面Ｍに順次塗装を施す。第１の被塗装面Ｍに塗装する場合、制御装置５は、回転駆動装置４を制御することにより第１の被塗装面Ｍを所定位置に設定する（ステップＳ１）。例えば、回転駆動装置４は、図３に示されているように第１の被塗装面Ｍの基準線Ｌが上下方向となる姿勢で塗装対象物Ｗの回転を停止させることにより、第１の被塗装面Ｍを位置設定する。

制御装置５は、この状態においてロボット１を制御することにより、スプレーガン２を上方から基準線Ｌに沿って狭窄部Ｋに進入させ、ノズル部２ｃを被塗装面Ｍの初期位置及び初期姿勢に設定させる（ステップＳ２）。例えば、ロボット１は、図３に示すように第１塗装ラインＲ１における一方の端点の垂線上において所定の距離を隔てた位置を初期位置とし、また基準噴射方向が被塗装面Ｍに対して垂直となる姿勢を初期姿勢となるようにスプレーガン２（つまりノズル部２ｃ）の位置及び姿勢を設定する。

制御装置５は、このようにスプレーガン２の初期状態に設定すると、ロボット１を制御することによりスプレーガン２を第１塗装ラインＲ１に沿って所定速度で移動させると共に、供給装置３を制御することによってスプレーガン２に所定量の塗料Ｔ及び圧縮ガスＧを供給させる（ステップＳ３）。この結果、被塗装面Ｍにはスプレーガン２から広がり角θで塗料Ｔが噴射して噴き付けられる。なお、この広がり角θの方向は、第１塗装ラインＲ１の延在方向に対して直行する方向である。

そして、制御装置５は、第１塗装ラインＲ１に沿ったスプレーガン２の変位量が所定変位量に到達したが否かを判断する（ステップ４）。すなわち、制御装置５は、ロボット１の動作パラメータをモニターすることによって、スプレーガン２（ノズル部２ｃ）が第１塗装ラインＲ１における一方の端点から他方の端点まで移動したか否かを判断する。なお、制御装置５は、スプレーガン２が一方の端点に到達すると、供給装置３を制御することにより塗料Ｔ及び圧縮ガスＧのスプレーガン２への供給を一旦停止させる。

そして、制御装置５は、上記ステップ４の判断が「Ｙｅｓ」になると、つまり基準線Ｌの右半分の領域に対する塗装が完了したので、ロボット１を制御することにより、スプレーガン２を第２塗装ラインＲ２の初期位置（一方の端点）及び初期姿勢に設定する（ステップＳ５）。

このような第１塗装ラインＲ１に沿った塗料Ｔの噴き付けによって、被塗装面Ｍにおける基準線Ｌの右半分の領域には所定厚の塗膜が形成される。すなわち、基準線Ｌの右半分の領域には、スプレーガン２から広がり角θで塗料Ｔが噴射することに加え、被塗装面Ｍに衝突した塗料Ｔが飛散することによって、比較的均一な塗膜が形成される。

そして、制御装置５は、ロボット１を制御することにより、スプレーガン２を第２塗装ラインＲ２に沿って所定速度で移動させる。また、制御装置５は、供給装置３を制御することによって、スプレーガン２に所定量の塗料Ｔ及び圧縮ガスＧを供給させる（ステップＳ６）。

そして、制御装置５は、ロボット１の動作パラメータをモニターすることによって、第２塗装ラインＲ２に沿ったスプレーガン２の変位量が所定変位量に到達したが否かを判断する（ステップ７）。なお、この場合におても、制御装置５は、供給装置３を制御することにより塗料Ｔ及び圧縮ガスＧのスプレーガン２への供給を一旦停止させる。

この結果、被塗装面Ｍにおいて基準線Ｌの左半分の領域には、スプレーガン２から広がり角θで塗料Ｔが噴射して噴き付けられる。この際に、基準線Ｌの左半分の領域には、スプレーガン２から広がり角θで塗料Ｔが噴射することに加え、被塗装面Ｍに衝突した塗料Ｔが飛散することによって比較的均一な塗膜が形成される。

本実施形態によれば、スプレーガン２がノズル部２ｃを第１塗装ラインＲ１や第２塗装ラインＲ２に対して、つまり被塗装面Ｍに対向させ得る長さの首部２ｂを備えているので、狭窄部Ｋの奥に被塗装面Ｍを有する塗装対象物Ｗに対して効率よく塗装を行うことが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ノズル部２ｃつまりスプレーガン２の塗装対象物Ｗに対する移動速度、ノズル部２ｃから塗装対象物Ｗに向けて噴射される塗料Ｔの流量、塗料Ｔの塗装対象物Ｗに対する初期姿勢（噴射角）、またノズル部２ｃの塗装対象物Ｗに対向する面との距離が少なくとも一定になるようにロボット１及び供給装置２を制御したが、本発明はこれに限定されない。塗装において管理すべきパラメータ（塗装パラメータ）は、要求される塗装品質に応じて適宜設定されるべきものである。

（２）上記実施形態では、第１塗装ラインＲ１に沿った被塗装面Ｍへの塗料Ｔの噴き付け、また第２塗装ラインＲ２に沿った被塗装面Ｍへの塗料Ｔの噴き付けといったスプレーガン２の２パス動作によって被塗装面Ｍの塗装を完了させたが、本発明はこれに限定されない。スプレーガン２のパス数は、被塗装面Ｍの形状や大きさによって適宜設定される。

例えば、図３に示した形状の被塗装面Ｍでは、狭窄部Ｋから離間した第１塗装ラインＲ１及び第２塗装ラインＲ２に加え、狭窄部Ｋの裏側部位にも塗料Ｔを噴き付けてもよい。狭窄部Ｋの裏側部位は、被塗装面Ｍから飛散した塗料Ｔが付着し難い領域であり、よって塗膜の膜厚が他の部位よりも薄くなる傾向にあるので、補助的に塗料Ｔを噴き付けることが考えられる。

（３）上記実施形態では、略円板状に形成されると共に外周に複数の翼部品が放射状に取り付けられる回転体を塗装対象物Ｗとしたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、各種形状の塗装対象物に適用することが可能であり、また各種形状の被塗装面に適用することが可能である。

（４）上記実施形態では、圧縮ガスＧによって塗料Ｔの広がり角θを設定するタイプのスプレーガン２を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば圧縮ガスＧを用いることなく、塗料噴射孔２ｇの形状に基づいて塗料Ｔの広がり角を設定するようなプレーガンを採用してもよい。

Ｇ 圧縮ガス
Ｋ 狭窄部
Ｌ 基準線
Ｍ 被塗装面
Ｒ１ 第１塗装ライン
Ｒ２ 第２塗装ライン
Ｔ 塗料
Ｗ 塗装対象物
１ ロボット
２ スプレーガン
２ａ 本体部
２ｂ 首部
２ｃ ノズル部
２ｄ 主部
２ｅ 接続フランジ
２ｆ 受入部
２ｇ 塗料噴射孔
２ｈ ガス噴射孔
３ 供給装置
４ 回転駆動装置
５ 制御装置

Claims (3)

1. 少なくとも狭窄部の奥に被塗装面を有する塗装対象物に塗装を施す自動塗装システムであって、
   前記塗装対象物に対して塗料を噴射するノズル部と、当該ノズル部に前記塗料を供給する本体部と、該本体部と前記ノズル部との間に設けられ、前記塗料が流通すると共に前記ノズル部を前記狭窄部を介して前記被塗装面に対向する首部とを備えるスプレーガンと、
   該スプレーガンに塗料を供給する供給装置と、
   前記スプレーガンを前記塗装対象物に対して所定姿勢かつ所定経路で移動させるロボットと、
   該ロボット及び前記供給装置を制御する制御装置とを備え、
   前記供給装置は、前記塗料に加えて、当該塗料の放射角を規定する圧縮ガスを前記スプレーガンに供給し、
   前記スプレーガンは、前記ノズル部から噴射する前記塗料に前記圧縮ガスを噴射して前記放射角を設定する圧縮ガス噴射孔を備え、
   前記圧縮ガス噴射孔は、前記塗料を噴射する塗料噴射孔が設けられた平面を挟むように一対設けられるとともに前記平面側に傾斜した傾斜面に設けられ、
   前記塗装対象物は、円板状に形成されると共に外周に翼部品が放射状に取り付けられる前記狭窄部が複数形成された回転体であり、所定の角度ピッチで間欠回転することによって前記狭窄部が前記スプレーガンに順次対峙するように位置設定されることを特徴とする自動塗装システム。
2. 前記制御装置は、前記ノズル部の前記塗装対象物に対する移動速度、前記ノズル部から前記塗装対象物に向けて噴射される前記塗料の流量、前記塗料の前記塗装対象物に対する噴射角、またノズル部の塗装対象物に対向する面との距離が少なくとも一定になるように前記ロボット及び前記供給装置を制御することを特徴とする請求項１記載の自動塗装システム。
3. 前記制御装置は、前記被塗装面において前記狭窄部から離間した部位に加え、前記狭窄部の裏側部位にも前記塗料を噴き付けさせることを特徴とする請求項１または２記載の自動塗装システム。

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