JP7531332B2

JP7531332B2 - ドット状マーキング及び印字装置

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Publication number: JP7531332B2
Application number: JP2020113108A
Authority: JP
Inventors: 謙二松本
Original assignee: Marktec Corp
Current assignee: Marktec Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2024-08-09
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: JP2022011760A

Description

本発明は、鋼鉄材料等の製品にドット状印字をするためのドット状マーキング及び印字装置に関する。

従来より、この種のドット状マーキング及び印字装置は、その先端にドット状印字に適した吐出ノズルを有し、この吐出ノズルの内方に弁座と球体弁体からなる吐出制御弁が形成される構造が知られている。この球体弁体はロッドを介して振動機構の、例えば電磁ソレノイドの可動鉄心に一体的に連結される。弁座と球体弁体の周辺には加圧された塗料が充満する塗料室が設けられる。可動鉄心の往復運動により吐出制御弁が開閉して吐出ノズルよりドット状液体塗料が断続的に吐出される。しかし、このような構成ではドット状印字の乾燥時間が長くなってしまうという問題があった。

たとえば特許文献１においては、吐出ノズルの周囲にこれを取り囲む圧縮空気噴出口を有するアトマイズノズルを設け、かつ吐出ノズルが圧縮空気噴出口より所定の距離だけ長く突出しているようにして、吐出されたドット状液体塗料の微粒子を乱さずテーリングの成長を防止できるようなドット状マーキング及び印字装置が開示されている。ただ、特許文献１に開示されるドット状マーキング及び印字装置では、テーリングの成長を防止できるものの、複数のノズルを設けようとした場合、吐出ノズルにそれぞれ別々の経路より圧縮空気を流通させ、複数のノズルのそれぞれが独立した二重管を設けることとなる。これによりドット状印字のピッチが広くなってしまう問題があった。また、複数のアトマイズノズルを設ける場合、圧縮空気をより多く使うことになるが、この点が考慮されているドット状マーキング及び印字装置の技術はなく、圧縮空気も圧力損失に改善の余地のある構造であり、このような構造によりドット状印字の乾燥時間もまた、長くなる傾向にあった。

特開平５－１８５５９１

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ドット状マーキング及び印字のドット間のピッチをより狭くすることで効率のよいドット状マーキング及び印字を実現し、かつ圧縮空気の通る管の圧力損失を大幅に改善し、その結果ドット状マーキング、及び印字の乾燥時間を大幅に削減したドット状マーキング及び印字装置を提供することにその目的がある。

そこで本発明は、ドット状液体塗料を吐出するための吐出ノズル、圧縮空気通路、塗料室、アトマイズノズルを備えるドット状マーキング及び印字装置であって、前記吐出ノズルの塗料の流路に設けられた弁座及び弁体からなる吐出制御弁を備えたドット状マーキング及び印字装置において、前記アトマイズノズルは内側に圧縮空気流路を設け、前記圧縮空気流路は前記圧縮空気通路と連通しており、前記アトマイズノズルは少なくともアトマイズ部、吐出ノズル保持部を備え、前記アトマイズ部は前記アトマイズノズルの他の部分より狭く構成されており、前記吐出ノズル保持部は少なくとも複数の突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持することを特徴とする。

また、本発明は、前記ドット状マーキング及び印字装置は更にノズルプレートを備え、前記アトマイズノズルは前記ノズルプレートにおいて複数設けられ、隣り合う前記アトマイズノズルの前記圧縮空気流路同士を隔てる壁部は一体的に形成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記吐出ノズルの塗料を吐出する口である吐出ノズル先端は、圧縮空気噴出口から、吐出ノズル外径の４分の１以上４倍以下の間隔を隔てた内側に設けられていることを特徴とする。

さらに、前記吐出ノズル保持部は、圧縮空気流通管及び圧縮空気流通口と、少なくとも複数の前記突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持し、前記圧縮空気流通管は、複数の前記突起により分割されており、前記圧縮空気流通口は、圧縮空気の流路方向に対してすり鉢状に形成されることを特徴とする。

本発明はドット状液体塗料を吐出するための吐出ノズル、圧縮空気通路、塗料室、アトマイズノズルを備えるドット状マーキング及び印字装置であって、前記吐出ノズルの塗料の流路に設けられた弁座及び弁体からなる吐出制御弁を備えたドット状マーキング及び印字装置において、前記アトマイズノズルは内側に圧縮空気流路を設け、前記圧縮空気流路は前記圧縮空気通路と連通しており、前記アトマイズノズルは少なくともアトマイズ部、吐出ノズル保持部を備え、前記アトマイズ部は前記アトマイズノズルの他の部分より狭く構成されており、吐出ノズル保持部は少なくとも複数の突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持することを特徴とするので、圧縮空気の流速を早めることができ、圧縮空気の節約となる。

また、本発明は、前記ドット状マーキング及び印字装置は更にノズルプレートを備え、前記アトマイズノズルは前記ノズルプレートにおいて複数設けられ、隣り合う前記アトマイズノズルの前記圧縮空気流路同士を隔てる壁部は一体的に形成されることを特徴とするので、吐出ノズル同士の幅を狭く構成することができ、マーキング及び印字において、ドット間のピッチをより狭くすることができる。

また、本発明は、前記吐出ノズルの塗料を吐出する口である吐出ノズル先端は、圧縮空気噴出口から、吐出ノズル外径の４分の１以上４倍以下の間隔を隔てた内側に設けられていることを特徴とするので、塗料が射出される瞬間においては圧縮空気が狭いアトマイズノズルのアトマイズ部内で塗料と接することとなり、ノズル詰まりが少なく、かつより少ない圧縮空気で塗料を加速させ、吹きつけることができる。

さらに、前記吐出ノズル保持部は、圧縮空気流通管及び圧縮空気流通口と、少なくとも複数の突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持し、前記圧縮空気流通管は、複数の前記突起により分割されており、前記圧縮空気流通口は、圧縮空気の流路方向に対してすり鉢状に形成されることを特徴とするので、吐出ノズルを確実に保持することができるため、アトマイズ部において塗料を効果的に霧化することができ、その結果ドット状印字塗料の乾燥時間を減らすことができる。また、圧縮空気通路において、圧縮空気流通管へ圧縮空気が入る際に、鋭角などの圧力損失を生じる部位を減らすことで、圧縮空気の消費量を節約することができる。圧縮空気流通管内においても、断面が円弧または楕円状弧の管であることで、同様に圧力損失を減らすことができる。このため、圧縮空気により効果的に霧化をすることができ、その結果、ドット状印字塗料の乾燥時間を減らすことができる。

本実施形態に係るドット状マーキング及び印字装置の一例が示された概略断面図である。（Ｘ）は、本実施形態に係るドット状マーキング及び印字装置のノズルプレート１０等を示した上面図、（Ｙ）はその側面図、（Ｚ）はその正面図をそれぞれ示す。図２のノズルプレート１０等の斜視図を説明のため一部切り取り中身を露出させた図である。（Ｘ）は、図１のアトマイズ部４０近傍の拡大説明図、（Ｙ）はその斜視図である。（Ｘ）は滴７０が被印字物８０に付着する際の正面図、（Ｙ）はその上面図、（Ｚ）はその斜視図である。（Ｘ－１）は図１のＡ－Ａ線断面図、（Ｘ－２）は図１のＢ－Ｂ線断面図の一例、（Ｘ－３）は、図１のＣ－Ｃ線断面図であり、（Ｙ－１）、（Ｙ－２）はそれぞれ図１におけるＢ－Ｂ線断面に相当する本発明の他の一例の断面を示した図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の詳細を説明する。まず、本実施形態に係るドット状マーキング及び印字装置について説明する。図１は、ドット状マーキング及び印字装置１の内部構造の概略を示した説明図である。図２（Ｘ）は、ドット状マーキング及び印字装置１にはめ込んで使用するノズルプレート１０の要部の上面図、（Ｙ）はその側面図、（Ｚ）はその正面図である。図３はノズルプレート１０における圧縮空気流路３０を説明のため露出するように、ノズルプレート１０を一部切り取り開いた説明図である。図４（Ｘ）は、図１のドット状マーキング及び印字装置のアトマイズ部４０近傍の拡大図であり、ドット状マーキング及び印字装置１からドット状印字塗料の滴７０が射出される際の概略図である。図４（Ｙ）は図４（Ｘ）のノズルプレート１０を一部説明のため切り取った説明用斜視図である。図５（Ｘ）はドット状マーキング及び印字装置１から射出されたドット状印字塗料の滴７０が霧化され被印字物８０に塗布される際の様子を示した正面図である。（Ｙ）はその上面図、（Ｚ）はその斜視図である。図６（Ｘ－１）は図１におけるＡ－Ａ線断面図、（Ｘ－２）はＢ－Ｂ線断面図、（Ｘ－３）はＣ－Ｃ線断面図である。そして、（Ｙ－１）（Ｙ－２）それぞれは、（Ｘ－２）の部位における本発明の他の一例を示した図である。なお、本開示においては、説明の便宜上、上側とは図１において右側を指し、下側とは左側を指すものとする。

図１に示すドット状マーキング及び印字装置１は、塗料室２、圧縮空気通路３及びノズルプレート１０、圧縮空気通路３と塗料室２を遮る壁、吐出ノズル１１により構成されている。まず、塗料室２は、吐出ノズル１１に塗料を圧送するために設けられており、圧送を制御するため吐出制御弁２２を備える。吐出制御弁は、図１に示されるように、弁体２１と弁座２０からなり、弁座２０の間に挟まれた吐出ノズル１１に塗料を圧送する間隔を、弁体２１が弁座２０に圧着し、または間隙を有するように動作することにより、制御している。弁体２１は、図１に示される棒状の可動鉄心２３と接続しており、可動鉄心２３の他の一端は、振動機構２４に接続され、振動機構２４が上記の弁体が弁座と圧着または間隙を有することとなるような動作を制御している。これにより加圧された塗料が吐出ノズル１１から吐出されることとなる。

次に圧縮空気通路３と圧縮空気流路３０について詳述する。圧縮空気通路３は、図示しないエアコンプレッサー等からノズルプレート内に圧縮空気を導入するための通路である。圧縮空気通路３は、吐出ノズル１１と同数設けられる圧縮空気流路３０と連通しており、圧縮空気は圧縮空気通路３から圧縮空気流路３０へと流れ込む構造となっている。また、圧縮空気通路３は、ノズルプレート１０をはめ込む構造のため、気密性を確保する必要から、パッキンの機能を持つシート２５を塗料室２側の壁に密着するように装着している。

圧縮空気流路３０は、アトマイズ部４０、吐出ノズル保持部４１、エアー導入部４２から構成されている。また、圧縮空気流路３０は、アトマイズノズル１２により囲まれており、吐出ノズル１１を取り囲む形となっている。エアー導入部４２は、圧縮空気通路３から圧縮空気を圧縮空気流路３０へと導入する導入部分である。エアー導入部４２は管路抵抗を低減するため円管状であることが好ましく、また吐出ノズル１１の設計上の要求により、設けないとしても構わない。

次に、吐出ノズル保持部４１を説明する。後に詳述するが、図１に点線で示されるように、吐出ノズル保持部４１は、流路方向Ｘに対し、尻すぼみのすり鉢状に設けられている。流路方向Ｘに対し、吐出ノズル保持部４１を斜めに形成することで、管路抵抗を減らすことができ、圧縮空気消費量を減らすことにつながり、好適である。

次に、アトマイズ部４０について説明する。アトマイズ部４０は、塗料を吐出ノズル１１が吐出及び圧縮空気で霧化させるための部位である。アトマイズ部４０は、圧縮空気流路３０の他の部位、つまりエアー導入部４２の断面積、図６等に示される吐出ノズル保持部４１の圧縮空気流通管６０の断面の総面積よりも、その断面積が狭いことが好ましい。このように形成することにより、圧縮空気がアトマイズ部において加速され、吐出ノズル１１から塗料が吐出される際に塗料の滴７０をより少ない圧縮空気で霧化しやすいこととなり好適である。

次に、２つの圧縮空気流路３０同士を遮る壁である壁部３１について述べる。壁部３１は、圧縮空気流路３０ごとに設けるのではなく、２つの圧縮空気流路３０を遮る１枚の壁として、ノズルプレート１０に、一体的に形成され設けられている。このため、吐出ノズル間のピッチＺの幅を従来に比して大きく減らせることとなる。

次に、図２を用いてノズルプレート１０についてさらに説明する。図２（Ｙ）に示すように圧縮空気通路３は外部から図示しないエアコンプレッサー等により空気を導入するための穴を有している。図２（Ｘ）及び（Ｚ）に示されるように圧縮空気通路３は圧縮空気流路３０に圧縮空気を流通させつつ次の圧縮空気流路３０へと続いており、１つの圧縮空気通路３の穴により、多数の圧縮空気流路３０及びこれに対となって設けられる吐出ノズル１１を設けることができる。図２に示す例では２つの吐出ノズル１１及び圧縮空気流路３０が示されているが、これに限定されるもではなく、３つでも４つでも、２列でも３列でも設計上可能な限り増減することが可能である。この場合圧縮空気通路３は適宜設計される。

次に、図３を示しつつノズルプレート１０につきさらに詳述する。図３では説明の便宜上、ノズルプレート１０の圧縮空気流路３０の内部を露出させるようにノズルプレート１０を切り取って図示している。圧縮空気流路３０の一部である吐出ノズル保持部４１は、圧縮空気を流通させるため、圧縮空気流通管６０及び圧縮空気を導入するための圧縮空気流通口６１を備える。
圧縮空気流通口６１は、曲線により構成されていることが好ましい。また、製造上の観点からは、圧縮空気流通口６１は、それぞれが円弧状であることが好ましい。このように構成することで、ドリル等で穴を開けるように製造ができることとなり、容易に製造を行うことができる。

次に、図４を示しながら滴７０の吐出時のアトマイズ部４０近傍について述べる。滴７０は、塗料室２から吐出ノズル１１に圧送された塗料である。滴７０によりドット状印字をすることができる。吐出ノズル１１の先端であり、滴７０の出口である吐出ノズル先端５１は、圧縮空気の出口である圧縮空気噴出口５２よりも、ノズルプレート１０の内側に形成されていることが好ましい。このように構成することによって、圧縮空気が圧縮空気噴出口５２から拡散してしまう前に、吐出ノズル先端５１から吐出された滴７０を圧縮空気７０に触れさせ、霧化することができるため、圧縮空気の節約をすることができる。そのため同じ圧縮空気消費量でより多く、圧縮空気流路３０及び吐出ノズル１１を設けることができるなどの効果がある。当然のことながら、圧縮空気流路３０と吐出ノズル１１は同数設けられる。吐出ノズル先端５１の位置としては、圧縮空気噴出口５２の平面よりも、図４の（Ｘ）に示される間隔Ｙをもった内側に位置することが好ましい。間隔Ｙは、ノズル外径αの、４倍以下であることが好ましい。４倍以上であると、圧縮空気噴出口５２の近傍が塗料により汚れ、ノズルの詰まりを起こす原因となり、好ましくない。また、間隔Ｙはノズル外径αの４分の１以上であれば、より好適となる。

次に図５を用いて本発明に係るドット状マーキング及び印字装置１から吐出された滴７０の印字の際について詳述する。図５（Ｘ）（Ｚ）に示されるように、吐出ノズル先端５１よりほぼ真っ直ぐに吐出された滴７０は、すぐに被印字物８０に到達し、被印字物８０の的８１に印字される。従来であれば、吐出ノズル１１間の幅が広かったため、一度に吐出する滴７０を図５の（Ｙ）のβの間隔程度に収めることはできなかった。βとは、的８１の中央同士の距離である。例えば、ノズル外径αを０．２～２ｍｍとした場合に、吐出ノズルの長さを０．７～５ｍｍ程度に構成することで、吐出ノズル同士の幅である、図１に示されるノズルピッチＺを０．８～６ｍｍほどとすることができる。上記のような数値で本開示のドット状マーキング及び印字装置１のように構成することにより、より幅の狭いドットピッチβとすることができる。具体的には従来３～５ｍｍ程度のドットピッチであったが、本発明のように構成することによりドットピッチβは１ｍｍとすることが可能である。

次に図６を示しつつ、本実施形態における圧縮空気流路３０の断面及び本発明に係るこの断面の他の例について述べる。図６（Ｘ－１）は図１におけるＡ－Ａ線断面図である。図６（Ｘ－１）において、アトマイズ部４０において、圧縮空気流路３０の断面は円形であることが示されている。吐出ノズル１１の内側には塗料の通り道である塗料流路３２が設けられている。

図６（Ｘ－２）は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。吐出ノズル保持部４１の断面となる。吐出ノズル保持部４１の突起３３は、図に示されるように、吐出ノズル１１を、圧縮空気流路３０の中央に位置するように保持しており、かつ圧縮空気流路３０を遮らないように、略円管状の圧縮空気流通管６０を備えている。この圧縮空気流通管６０の断面は、図６（Ｘ－２）のように、曲線状により形成されることが好ましく、花びら状であることが好ましい。このように構成されることにより、圧力損失を極力減らし、突起３３により吐出ノズル１１を保持させながら圧縮空気を節約することができる。吐出ノズル１１はドット状マーキング及び印字装置１の性質上、圧縮空気流路３０の中央から位置が変わったり、ぐらつくと、霧化が適切に行われず、印字性能が落ちるため、しっかりと保持される必要がある。このため、吐出ノズル１１を保持する突起３３は３個以上８個以下であることが好ましい。図６（Ｘ－２）では、突起３３が４つ設けられている例が開示されているが、これに限定されるものではなく、図６（Ｙ－１）のように突起３３が３個のもの、図６（Ｙ－２）のように突起３３が５個のものなどでも断面が曲線状であり、花びら状に形成されていればよい。突起３３はしっかりと吐出ノズル１１を固定するため、吐出ノズル１１をしまりばめで保持することが好適である。また、突起３３は、圧縮空気流通口６１と一体となって、すり鉢に形成されている。このように形成されていることで、圧力損失を減らすことや、製造時に吐出ノズル１１を突起３３同士の間に挿入する際に、ガイドの役目を果たし、製造を容易とすることができる。

図６（Ｘ－３）はエアー導入部４２の断面を示したものである。エアー導入部４２は省略されてもよく、従って可能な限り圧力損失を少なく形成することが好ましいことから、円管状であることが好ましい。

次に、ドット状マーキング及び印字装置１において、実際に行われた本発明の実施例の条件の一例を示す。
実施例では、本開示のような構成、アトマイズ部が他の部分より狭く構成されている、圧縮空気流通管６０が突起３３により分割されている、吐出ノズル先端５１が圧縮空気噴出口５２より内側に位置する、等の特徴を備えていた。

比較例では、アトマイズ部は他の部分と同じ広さで構成され、圧縮空気流通管は圧縮空気流路と塗料室との壁に挟まれることで保持され、吐出ノズル先端が圧縮空気噴出口より外側に位置するなどの本開示の特徴を有していなかった。その他の構成は同様であった。

実施例と比較例で、ドット状印字試験を行った。以下の条件で、ドット状印字を行った。そして、印字されたドットの間の距離、及びインクの乾燥時間を計測した。
塗料圧力０．３ＭＰａ
塗料吐出速度５ｍ／ｓｅｃ
圧縮空気圧力０．６МＰａ
圧縮空気流速３００ｍ／ｓｅｃ
塗料吐出ノズル口径 0.2ｍｍ
圧縮空気噴出口口径 0.7ｍｍ

実施例では、ドット間ピッチ１．８ｍｍであり、ドット印字の乾燥時間が３秒であった。比較例では、ドット間ピッチが３．０ｍｍ、ドット印字の乾燥時間は２８秒であった。実施例のほうがドット間ピッチも短く、ドット印字の乾燥時間を大幅に削減することができていた。

本開示は、検査された被印字物に印字ないしマーキングをする目的で、好適に用いることができる。しかしこれに限られず、ドット状のマーキング及び印字が必要なパッケージや検定済の部品等において、広く用いることができる。

１ドット状マーキング及び印字装置
２塗料室
３圧縮空気通路
１０ノズルプレート
１１吐出ノズル
１２アトマイズノズル
２０弁座
２１弁体
２２吐出制御弁
２３可動鉄心
２４振動機構
３０圧縮空気流路
３１壁部
３２塗料流路
３３突起
４０アトマイズ部
４１吐出ノズル保持部
５１吐出ノズル先端
５２圧縮空気噴出口
６０圧縮空気流通管
６１圧縮空気流通口
Ｘ流路方向
Ｙ間隔
Ｚノズルピッチ

Claims

ドット状液体塗料を吐出するための吐出ノズル、圧縮空気通路、塗料室、アトマイズノズルを備えるドット状マーキング及び印字装置であって、前記吐出ノズルの塗料の流路に設けられた弁座及び弁体からなる吐出制御弁を備えたドット状マーキング及び印字装置において、前記アトマイズノズルは内側に圧縮空気流路を設け、前記圧縮空気流路は前記圧縮空気通路と連通しており、前記アトマイズノズルは少なくともアトマイズ部、吐出ノズル保持部を備え、前記アトマイズ部は前記アトマイズノズルの他の部分より狭く構成されており、前記吐出ノズル保持部は少なくとも複数の突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持することを特徴とする、ドット状マーキング及び印字装置。
前記ドット状マーキング及び印字装置は更にノズルプレートを備え、前記アトマイズノズルは前記ノズルプレートにおいて複数設けられ、隣り合う前記アトマイズノズルの前記圧縮空気流路同士を隔てる壁部は一体的に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のドット状マーキング及び印字装置。
前記吐出ノズルの塗料を吐出する口である吐出ノズル先端は、圧縮空気噴出口から、吐出ノズル外径の４分の１以上４倍以下の間隔を隔てた内側に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至２に記載のドット状マーキング及び印字装置。
前記吐出ノズル保持部は、圧縮空気流通管及び圧縮空気流通口と、少なくとも複数の前記突起を備え、複数の前記突起は前記吐出ノズルを嵌合させて保持し、
前記圧縮空気流通管は、複数の前記突起により分割されており、前記圧縮空気流通口は、圧縮空気の流路方向に対してすり鉢状に形成されることを特徴とする、請求項１乃至３に記載のドット状マーキング及び印字装置。