JP7828552B2 - 液体吐出システム - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出システムに関するものである。

特許文献１は、インクジェット記録ヘッドのインク滴を噴射するノズル内へ洗浄液滴を噴射する液滴噴射手段を備えたインクジェット記録ヘッド洗浄装置を開示している。

従来技術では、洗浄液がノズルから液室に侵入することで、内部のインクあるいは塗料が薄まり、塗装品質が低下するという問題があった。

本発明は、液体を吐出するノズルと、前記ノズルと連通口を介して連通する液室と、前記ノズルを有するノズル面と、前記連通口を開閉する弁体とを備えたヘッドと、前記ノズル面に洗浄液を供給する洗浄ノズルを有する洗浄装置と、を備え、前記弁体が前記連通口を閉じている状態で前記洗浄液を前記ノズル面に供給するものであり、前記ノズル面に対して密閉部の形成を可能とする密閉部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドへの洗浄液の浸入を低減することが可能な液体吐出システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出システムの全体概略図。 塗装ロボットのハードウエアの概略構成の一例を示すブロック図。 ピエゾヘッドの吐出原理の概要説明図。 ピエゾヘッドのノズル汚れの様子を示す説明図。 ピエゾヘッドの洗浄の様子を示す説明図。 バルブヘッドの一例を示した概略全体斜視図。 バルブヘッドの吐出原理の概要説明図。 バルブヘッドを構成する液体吐出モジュール単体の説明図。 清掃ステーションの外観の一例を示す説明図。 清掃ステーションの内部構成の一例を示す説明図。 洗浄液およびエアの配線を模式的に示した説明図。 洗浄プロセスの一例を示す説明図。 洗浄後のノズル面の様子を示す説明図。 残留洗浄液の除去構成の一例を示す説明図。 本実施形態における塗装から洗浄の一連の動作を示したフローチャート。 洗浄動作の一例を示すフローチャート。 洗浄動作の一例を示すフローチャート。 塗料の変更動作の一例を示すフローチャート。 洗浄液除去構成の変形例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

＜液体吐出システムの概略＞
はじめに図１を用いて液体吐出システムの概略を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出システムの全体概略図である。ここに例示した液体吐出システムは、自動車の車体などを塗装する塗装システムである。

図１において、塗装システム３０００は、塗装ロボット１０００と、清掃ステーション２０００とを備え、塗装システム３０００は、所定の塗装ブース１に設置される。塗装ロボット１０００は、例えば多関節ロボットであり、ロボットアームの先端にヘッドユニット１００を備える。塗装ロボット１０００は、車体などの対象物５０００に対してヘッドユニット１００を自由に動かし、ヘッドユニット１００に備えたヘッド（後述する）を、対象物５０００の塗装を施す位置へ正確に配置させることができる。

例えば、塗装ロボット１０００は、ロボット本体１０、多関節アームデバイス２０およびヘッドユニット１００を備える。ロボット本体１０は、塗装ブース１の床面に固定され、多関節アームデバイス２０を支持する。また、ロボット本体１０は、内部に後述のロボット制御部７０を有する。

多関節アームデバイス２０は、第１アーム２１ａ、第２アーム２１ｂ、第３アーム２１ｃ、第４アーム２１ｄ、第１関節部２２ａ、第２関節部２２ｂおよび第３関節部２２ｃを備える。第１アーム２１ａは、一端がロボット本体１０に対して点線矢印ｒ１の方向に回動（旋回）可能に支持され、他端が第１関節部２２ａを介して第２アーム２１ｂの一端に接続される。第２アーム２１ｂは、その一端が第１関節部２２ａを介して第１アーム２１ａに接続されることにより、点線矢印ｒ２の方向に回動可能である。

第２アーム２１ｂの他端は、第２関節部２２ｂを介して第３アーム２１ｃの一端に接続される。第３アーム２１ｃは、その一端が第２関節部２２ｂを介して第２アーム２１ｂに接続されることにより、点線矢印ｒ３の方向に回動可能である。第３アーム２１ｃの他端は、第３関節部２２ｃを介して第４アーム２１ｄの一端に接続される。第４アーム２１ｄは、その一端が第３関節部２２ｃを介して第３アーム２１ｃに接続されることにより、点線矢印ｒ４の方向に回動可能である。そして、第４アーム２１ｄの他端には、ヘッドユニット１００が支持されている。

各アーム２１ａ～２１ｄの回動動作は、各関節部２２ａ～２２ｃに備えた駆動モータをロボット制御部７０によって制御することで行われる。これにより、ヘッドユニット１００は、対象物５０００に対して垂直方向（上下方向）および水平方向（左右方向）への移動が可能となる。

塗装位置に配置されたヘッドは、対象物５０００に向けて液体の一例であるインクを吐出し、対象物５０００を塗装する。塗装ロボット１０００のロボットアームが届く領域内には、清掃ステーション２０００が設置され、インク吐出終了時または所定時間が経過したとき、塗装ロボット１０００はヘッドユニット１００を清掃ステーション２０００へ移す。清掃ステーション２０００は、ヘッドを洗浄するための洗浄装置を備え、ヘッドユニット１００に設けたヘッドに対して清掃処理を実施する。

＜ハードウエア構成＞
次に、図２を用いて、実施形態に係る塗装ロボットのハードウエアの概略構成について説明する。なお、図２に示されているハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。図２は、塗装ロボット１０００のハードウエアの概略構成の一例を示すブロック図である。

塗装ロボット１０００は、ロボット本体１０の内部にロボット制御部７０を有する。なお、ロボット制御部７０は、ロボット本体１０の外部に設けられてもよく、または塗装ロボット１０００とは別の装置として設けられていてもよい。

ロボット制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）７０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）７０３、Ｉ／Ｆ（Interface）７０４を備える。

ＣＰＵ７０１は、塗装ロボット１０００全体の制御を行う。ＣＰＵ７０１は、ＲＯＭ７０２または記憶部７０５等に格納された、プログラムもしくはデータをＲＡＭ７０３上に読み出し、処理を実行することで、塗装ロボット１０００の各機能を実現する演算装置である。

ＲＯＭ７０２は、電源を切ってもプログラムまたはデータを保持することができる不揮発性のメモリである。ＲＡＭ７０３は、ＣＰＵ７０１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。Ｉ／Ｆ７０４は、文字、数値、各種指示等を各種外部装置等との間で入出力するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ７０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部７０６に対するカーソル、メニュー、ウィンドウ、文字または画像等の各種情報の表示を制御する。
記憶部７０５は、プログラム等の各種データを記憶する。

表示部７０６は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字または画像等の各種情報を表示する。操作パネル７０７は、文字、数値、各種指示等の入力、各種指示の選択、もしくは実行、処理対象の選択、またはカーソルの移動等を行う入力手段の一種である。

さらに、ロボット制御部７０には、ヘッド３００、清掃ステーション駆動部７０８、および関節部駆動モータ７０９などが接続されている。ヘッド３００は、ＣＰＵ７０１からの命令に基づき、対象物５０００に対する液体吐出動作を実行する。清掃ステーション駆動部７０８は、ヘッド３００のノズル面３０１を洗浄する際、ＣＰＵ７０１からの命令に基づき、清掃ステーション２０００の密閉部材２０５に対するヘッド３００の移動を実行する。関節部駆動モータ７０９は、ＣＰＵ７０１からの命令に基づき、塗装ロボット１０００の多関節アームデバイス２０の各関節部２２ａ～２２ｃを駆動し、各アーム２１ａ～２１ｄの回動動作を実行する。

＜ヘッド洗浄の課題＞
ここで、図３乃至図５を用いて、ピエゾヘッドにおけるヘッド洗浄時の課題を説明する。図３は、ピエゾヘッドの吐出原理の概要説明図、図４は、ピエゾヘッドのノズル汚れの様子を示す説明図、図５は、ピエゾヘッドの洗浄の様子を示す説明図である。

図３において、図３（ａ）は液体を吐出していない状態、図３（ｂ）は液体を吐出している状態を示している。ピエゾヘッドは、液室３１１に液体が充填されている状態で、ピエゾ素子３１２を振動させることで液室３１１の液体を押し出し、ノズル３０２から液体を吐出するように構成されたヘッドである。ピエゾヘッドは、例えば図２に示したヘッド３００のハウジング３０３に、図３に示すようなピエゾ機構３１０を内蔵して構成される。

ピエゾ機構３１０は、ピエゾ素子３１２、液体供給口３０６、液室３１１およびピエゾ素子保持部材３０７等を備える。ピエゾ素子保持部材３０７は、断面中空状の空間３０７ａを有し、ノズル３０２の近傍には液体供給口３０６を備える。液体供給口３０６は、外部から供給される液体を液室３１１内へ供給する。ピエゾ素子３１２は、ピエゾ素子保持部材３０７に設けた空間３０７ａに配置され、振動動作が可能なようにピエゾ素子保持部材３０７によって保持される。

上記の構成において、ピエゾ素子３１２に駆動電圧が印加されていない場合は、図３（ａ）に示すように液室３１１内の液体はノズル３０２から吐出されない。ピエゾ素子３１２に駆動電圧が印加されると、ピエゾ素子３１２は振動し、図３（ｂ）に示すように液室３１１内の液体がノズル３０２から液滴Ｄとなって吐出する。

このようにしてノズル３０２からの液体吐出が終了した際、ノズル３０２およびノズル面３０１には図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように増粘した液体Ｌａが残ることがある。また、ノズル３０２からの液体吐出時に発生するミストが、図４（ｃ）に示すようにノズル面３０１のノズル３０２周囲に付着し、固着物Ｌｂとなって残ることがある。

増粘した液体Ｌａや固着物Ｌｂは、ノズル３０２から液体を吐出する際に抵抗となり、液体の吐出曲がり（液体を狙いの位置へ正しく吐出することができない）をまねく。また、液体Ｌａの増粘が大きい場合には、不吐出（ノズル３０２からの液体吐出不能）をまねくことがある。したがって、吐出品質を維持するためには、増粘した液体Ｌａおよび固着物Ｌｂを取り除く必要がある。

そこで従来は、例えば、図５（ａ）に示すようにノズル面３０１と対向可能な位置に洗浄ノズル２０１およびエアノズル２１１を設け、洗浄ノズル２０１からの洗浄液およびエアノズル２１１からの洗浄エアをノズル面３０１に吹き付けてノズル面３０１およびノズル３０２の洗浄が行われていた。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線で断面した一部拡大図である。ノズル面３０１に付着した、増粘した液体Ｌａおよび固着物Ｌｂ等の異物を除去するためには、洗浄液および洗浄エア共に高い圧力を必要とし、その結果、図５（ｂ）の破線で示すように洗浄液が液室３１１に浸入してしまうことがある。液室３１１に洗浄液が浸入すると液室３１１内の液体が薄められ、対象物５０００の品質に影響を与えてしまうため、従来は、次の液体吐出動作を開始する前に、洗浄液によって薄められた液体を液室３１１から排出し、廃棄する必要があった。

＜バルブヘッドの構成＞
以下、本発明で用いられるバルブヘッドの構成について、図６乃至図８を用いて説明する。まず、図６を用いてバルブヘッドの概略構成を説明する。図６は、バルブヘッドの一例を示した概略全体斜視図である。

図６において、ヘッド３００はインクジェット方式を採用したバルブヘッドである。ヘッド３００は、ノズル面３０１、ノズル３０２およびハウジング３０３を主に備える。ノズル面３０１は、ハウジング３０３の一面に設けられ、液体を吐出するためのノズル３０２を備える。ノズル３０２は、微小な開口であって、後述のバルブ機構によって開閉が可能であり、ノズル３０２を開放状態にしたとき、ノズル３０２から液体が吐出される。ハウジング３０３は、ノズル３０２を開閉するバルブ機構等を内蔵している。

なお、ノズル３０２を備えるノズル面３０１は、ノズル板など別部材とし、ノズル板をハウジング３０３に保持させる構成としてもよい。また、ノズル３０２の数および配列は図示した構成に限るものではない。ノズル３０２の数は、１８個より多くてもよいし、または複数ではなく１個であってもよい。また、ノズル３０２の配列は、複数列ではなく１列であってもよい。

図７は、バルブヘッドの吐出原理の概要説明図であり、図７（ａ）はノズルを閉じた状態、図７（ｂ）はノズルを開いた状態、図７（ｃ）はノズル面洗浄時の状態を示している。

図６に示したヘッド３００のハウジング３０３は、図７に示すようなバルブ機構３０４を内蔵している。バルブ機構３０４は、１個のノズル３０２に対して１個のバルブ機構３０４が備わるように設けられる。

バルブ機構３０４は、バルブ３０５、液体供給口３０６およびバルブ保持部材３０７等を備える。バルブ保持部材３０７は、断面中空状の空間３０７ａを有し、ノズル３０２の近傍には液体供給口３０６を備える。液体供給口３０６は、外部で加圧した状態で供給される液体をバルブ保持部材３０７内へ受け入れ、液体をノズル面３０１の後方部へ供給する。バルブ３０５は、バルブ保持部材３０７に設けた空間３０７ａに配置され、軸受３０８を介して軸方向へ移動可能にバルブ保持部材３０７によって保持される。ここで、バルブ３０５は「弁体」の一例である。

上記の構成において、図７（ａ）に示すようにバルブ３０５の先端がノズル３０２に密着している場合は、ノズル３０２（連通口３０１ａ）は閉じた状態となるため、液体供給口３０６から供給された液体はノズル３０２から吐出されない。バルブ３０５に電圧が印加されると、バルブ３０５は図７（ｂ）に示すように矢印Ａの方向に移動し、ノズル３０２は開いた状態となる。これにより、液体供給口３０６とノズル３０２とが連通口３０１ａを介して連通して液体がノズル３０２から液滴Ｄとなって吐出する。なお、バルブ３０５は、数ｋＨｚの周波数により高速でノズル３０２の開閉を行っており、一滴ずつ液体を吐出することが可能である。

ノズル面３０１を洗浄する際、図７（ｃ）に示すようにバルブ３０５の先端はノズル３０２に密着してノズル３０２を閉じる。この状態で洗浄ノズル２０１（後述）からノズル面３０１に向けて破線で示すように洗浄液を吹き付けるため、バルブ保持部材３０７内への洗浄液の浸入を防止しつつ、ノズル面３０１およびノズル３０２を洗浄することが可能となる。

図８を用いて、バルブ機構３０４の構成について補足する。図８は、ヘッド３００を構成するバルブ機構単体の説明図である。図８（ａ）はバルブ機構の全体断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ部の拡大図である。

バルブ機構３０４は、ノズル３０２を開閉するバルブ３０５と、バルブ３０５を駆動する圧電素子３３２とを備えている。ノズル板３１０はハウジング３０３に接合している。また、液室３１２はハウジング３０３に設けた複数のバルブ機構３０４に共通の液体流路を形成する。

バルブ３０５の先端には弾性部材３３１を備えており、バルブ３０５の先端をノズル板３１０に押し付けた際にノズル３０２を確実に閉塞するようにしている。また、バルブ３０５とハウジング３０３との間には、軸受部３２１を設け、軸受部３２１とバルブ３０５との間にはＯリングなどのシール部材３１５を設けている。

ハウジング３０３の空間３２２内には圧電素子３０９を収容している。保持部材３３３の中央空間３３３ａが圧電素子３０９を保持しており、圧電素子３０９とバルブ３０５とは同軸上に保持部材３３３の先端部３３３ｂを介して連結している。すなわち、保持部材３３３は、圧電素子３０９を収容する中央空間３３３ａを有し、先端部３３３ｂ側はバルブ３０５と連結し、後端部３３３ｃ側はハウジング３０３に取り付けた規制部材３１４により固定してある。

ここで、圧電素子３０９は、電圧印加手段２００によって電圧を印加したときに、ノズル３０２が開く方向にバルブ３０５を駆動する。したがって、圧電素子３０９に電圧を印加していないときは、バルブ３０５がノズル３０２を閉塞しているので、液室３１２にインクが加圧供給されていても、ノズル３０２からインクが吐出することはない。そして、圧電素子３０９に電圧を印加することで、圧電素子３０９が収縮し、保持部材３３３を介してバルブ３０５を引っ張るので、バルブ３０５がノズル３０２から離間してノズル３０２を開放する。これにより、ノズル３０２と液室３１２とが、連通口３０１ａを介して連通し、液室３１２に加圧供給したインクがノズル３０２から吐出される。

上述のように本実施形態は、液体を吐出するノズル３０２と、ノズル３０２と連通口３０１ａを介して連通する液室３１２と、ノズル３０２を有するノズル面３０１と、連通口３０１ａを開閉するバルブ３０５とを備えたヘッド３００と、ノズル面３０１に洗浄液を供給する洗浄ノズル２０１を有する洗浄装置（洗浄ノズル２０１およびチューブ２０２等）と、を備え、バルブ３０５がノズル３０２（連通口３０１ａ）を閉じている状態で洗浄液をノズル面３０１に供給する。これにより、ヘッド３００内への洗浄液の浸入を防止しつつ、ノズル面３０１およびノズル３０２を洗浄することができる。

＜清掃ステーションの構成＞
図９乃至図１１を用いて清掃ステーションの構成を説明する。

＜＜外観構成＞＞
はじめに図９を用いて清掃ステーション２０００の外観構成について説明する。図９は、清掃ステーションの外観の一例を示す説明図である。

清掃ステーション２０００は、上述のように塗装ブース１に設置され、塗装ロボット１０００によってヘッドユニット１００が清掃ステーション２０００へ移された場合、清掃ステーション２０００はヘッド３００の清掃（洗浄）処理を実施する。清掃ステーション２０００は、本体筐体２０４と、密閉部材２０５と、ベース板２６０とを備える。

本体筐体２０４は、その側面の一部にヘッド３００のノズル面３０１の面積よりも小さい面積の開口部２０４ａを備える。開口部２０４ａの周囲（縁の部分）には、ベース板２６０を介して密閉部材２０５が設けられている。密閉部材２０５は、ヘッド３００に対して清掃処理を実施する際、ノズル面３０１が密閉部材２０５に押圧されることで、ヘッド３００と清掃ステーション２０００との間で密閉された空間（以下、密閉部）を形成する（密閉部については後述する）。

清掃ステーション２０００は、ヘッド３００を搭載したシステム側（ないしは装置側）と一体に設けられる場合が一般的であるが、本実施形態では塗装ロボット１０００と清掃ステーション２０００とは独立した構造としている。これにより、塗装ロボット１０００の運搬または設置等における塗装ロボット１０００からの洗浄液のこぼれを防止することができ、また、塗装ロボット１０００の可搬重量を軽減できる。

上述のように本実施形態は、ヘッド３００と清掃ステーション２０００（具体的には後述の洗浄ノズル２０１、エアノズル２１１およびチューブ２０２、２１２等）とは独立した装置として塗装ブース１内に設置される。これにより、塗装ロボット１０００の設置等における洗浄液のこぼれ防止、および塗装ロボット１０００の可搬重量の軽減を図ることができる。また、ヘッド３００と切り離すことで洗浄時のヘッド向きの自由度が上がる。また、清掃ステーション２０００における廃液処理の清掃性が向上する。

＜＜内部構成＞＞
次に、図１０を用いて清掃ステーション２０００の内部構成について説明する。図１０は、清掃ステーションの内部構成の一例を示す説明図であり、図１０（ａ）は密閉部を形成した状態における各部材の位置関係を示す説明図、図１０（ｂ）はノズル面に洗浄液を噴射した状態を示す説明図、図１０（ｃ）はノズル面に洗浄エアを吹き付けた状態を示す説明図である。なお、図１０では、図９に示したベース板２６０を省略し、簡略化して説明する。

図１０（ａ）において、清掃ステーション２０００は、その内部に、洗浄ノズル２０１と、洗浄ノズル２０１に接続したチューブ２０２と、エアノズル２１１と、エアノズル２１１に接続したチューブ２１２と、一端側に洗浄ノズル２０１およびエアノズル２１１を保持したノズル保持部２０３と、ノズル保持部２０３の他端側を保持する本体筐体２０４とを備える。ここで、洗浄ノズル２０１、エアノズル２１１およびチューブ２０２、２１２は「洗浄装置」の一例である。また、このうちの洗浄ノズル２０１およびチューブ２０２は「第１の洗浄液除去手段」の一例でもあり、エアノズル２１１およびチューブ２１２は「第２の洗浄液除去手段」の一例でもある。

本体筐体２０４の一部に形成した開口部２０４ａの周囲には密閉部材２０５が設けられている。密閉部材２０５は、ヘッド３００に対して清掃処理を実施する際に、ヘッド３００のノズル面３０１が密閉部材２０５に押圧されることで、ヘッド３００と清掃ステーション２０００との間で密閉部２０６を形成する。なお、このときのヘッド３００のノズル３０２は、図７（ａ）などに示した「閉じた状態」である。

ノズル面３０１は、水平面に対して交差する方向（本実施形態では垂直方向）に向けて固定されている。ノズル面３０１を重力方向の下向きで固定した場合は、洗浄液をノズル面３０１に向けて吹き上げる方向となり、重力に逆らって洗浄液を噴射しなければならず洗浄効率が落ちる。また、ノズル面３０１を水平面に対して９０度より大きい角度に傾けて固定した場合は、ノズル面３０１で跳ね返った洗浄液の飛散範囲が大きくなり、飛散防止部材の大型化により装置全体が大型化してしまう。さらに、密閉部材２０５とノズル面３０１の角部に洗浄液が残りやすくなり、洗浄後の洗浄液を除去しきれない可能性もある。ノズル面３０１の水平面に対する角度は、上記の点などを踏まえ、洗浄液を吹き上げない範囲で適宜設定してよい。

洗浄ノズル２０１とエアノズル２１１は、ヘッド３００のノズル面３０１に設けたノズルの中心から引いた法線（図１０（ａ）の破線上）を避けた位置（本実施形態では法線よりも重力方向上側となる位置）に設置している。対象物５０００に対して吐出される液体は、単色とは限らず、色や特性等、種類を変更する場合がある。その場合は、ヘッド３００のノズル内などに残った液体を一度排出し、液体を入れ替える処理が必要となる。本実施形態では、液体の入替（変更）処理についても清掃ステーション２０００内で実施することで新たな装置を必要とせず、設備の小型化やコストダウンが可能となる。

この液体の入替処理の際に、洗浄ノズル２０１およびエアノズル２１１が上述の法線上に存在すると、液体の入替処理で吐出された液体が洗浄ノズル２０１およびエアノズル２１１にかかり、洗浄ノズル２０１とエアノズル２１１を汚してしまう。そこで、本実施形態では、洗浄ノズル２０１とエアノズル２１１を、ノズルの中心から引いた法線を避けた位置に設置することにより、ノズル２０１、２１１の汚損を防止する。

上述のように本実施形態は、洗浄ノズル２０１は、洗浄時においてノズル３０２の中心から引いた法線上とは異なる位置に設置される。

また、上述のように、ノズル面３０１は、水平面に交差して設置されており、洗浄ノズル２０１は、ノズル面３０１の垂線に対して重力方向上側に設置される。

これらにより、液体の入替（変更）処理などで排出された液体が洗浄ノズル２０１に当たらなくなり、洗浄ノズル２０１の汚損を防止できる。

また、上述のように、液体の種類を変更する場合、ノズル面３０１の洗浄は、洗浄装置においてノズル３０２に残った変更前の液体を排出した後に実施される。これらにより、少ない洗浄回数で液体の入替（変更）処理を行うことができる。

また、上述のように、ノズル面３０１に対して密閉部２０６の形成を可能とする密閉部材２０５を備える。これにより、清掃ステーション２０００周囲への洗浄液の飛散を防ぐことができる。

塗装ロボット１０００によってヘッド３００が清掃ステーション２０００に移動し、密閉部２０６が形成されると、図１０（ｂ）に示すように洗浄ノズル２０１から洗浄液Ｌｃがノズル面３０１に向けて噴射される。洗浄ノズル２０１からの洗浄液Ｌｃの噴射は、所定の時間を経過すると終了する。

洗浄ノズル２０１のノズル形状は特に限定はされないが、本実施形態では洗浄ノズル２０１から噴射される洗浄液Ｌｃは所定の噴射幅を有して噴射される。この噴射幅は、洗浄ノズル２０１として、例えば、充円錐型のノズルを選択することで１つのノズルで広範囲を洗浄することが可能になる。なお、洗浄ノズル２０１として直線型のノズルを選択すれば、ピンポイントで洗浄液Ｌｃをノズル面３０１に当てることができ、より洗浄力を高めることも可能である。さらに、洗浄ノズル２０１として扇型のノズルを選択すれば、広範囲の洗浄と洗浄力の両立を狙うことも可能となる。

ノズル面３０１に洗浄液Ｌｃが付着したままの状態にしておくと、対象物５０００に対して液体を吐出する際に、洗浄液Ｌｃが対象物５０００に落下し、対象物５０００の品質悪化につながる。液体吐出動作中の対象物５０００への洗浄液Ｌｃの落下を防ぐため、図１０（ｃ）に示すように洗浄液Ｌｃの噴射後は、エアノズル２１１から洗浄エアＡｃを噴射し、ノズル面３０１に付着した洗浄液Ｌｃを除去する。エアノズル２１１からの洗浄エアＡｃの噴射も、所定の時間が経過すると終了する。

＜＜洗浄液およびエアの供給系統＞＞
次に、図１１を用いて清掃ステーション２０００における洗浄液およびエアの供給系統について説明する。図１１は、洗浄液およびエアの配線を模式的に示した説明図である。

設備等のエア源である設備エア２２０は、加圧したエアを１次レギュレータ２２１へ供給する。１次レギュレータ２２１は、エアの圧力を調整し、圧力調整後のエアを１次継手２２２へ供給する。１次継手２２２は、１次レギュレータ２２１からのエアを２系統に分岐し、１次継手２２２は、一方を２次継手２２３へ供給し、他方をソレノイドバルブ２２４へ供給する。

２次継手２２３は、１次継手２２２からのエアをさらに２系統に分岐し、２次継手２２３は、一方を液圧調整レギュレータ２２５へ供給し、他方をエア圧調整レギュレータ２２６へ供給する。液圧調整レギュレータ２２５は、その後段に設置された加圧タンク２２７の圧力を調整し、加圧タンク２２７に収容された洗浄液を所定の圧力で加圧して洗浄ノズル２０１へ供給する。

一方で、１次継手２２２からソレノイドバルブ２２４に供給されたエアは、加圧タンク２２７の後段に設置した洗浄液ＯＮ／ＯＦＦバルブ２２８と、エア圧調整レギュレータ２２６の後段に設置したエアＯＮ／ＯＦＦバルブ２２９とに供給され、各ＯＮ／ＯＦＦバルブ２２８、２２９のオンオフ制御に用いられる。ソレノイドバルブ２２４は、ＰＣ（Personal Computer）等の制御端末２３０に接続している。

上記の構成において、ヘッド３００が清掃ステーション２０００に移動し、ノズル面３０１と清掃ステーション２０００との間が密閉部材２０５によって密閉されたと制御端末２３０が判断すると、制御端末２３０は、ソレノイドバルブ２２４から洗浄液ＯＮ／ＯＦＦバルブ２２８へのエアの入力（供給）をＯＮにする。これにより、洗浄ノズル２０１から洗浄液Ｌｃがノズル面３０１に向けて噴射される。所定の時間を経過すると制御端末２３０は、ソレノイドバルブ２２４から洗浄液ＯＮ／ＯＦＦバルブ２２８へのエアの入力（供給）をＯＦＦにし、洗浄液Ｌｃの噴射を終了する。

なお、上記の制御端末２３０での判断は、予め塗装ロボット１０００に、密閉部２０６が形成される位置を示す座標をティーチングしておき、塗装ロボット１０００のロボットアームが当該座標に到達したか、座標情報に基づいて判断している。座標情報を用いずに、ロボットアームの位置を位置センサによって検出する方法も考えられる。

しかし、インクや塗料、洗浄液が溶剤を含む液体であり、塗装ブース１が防爆エリアとして定められている場合は、電気機器の使用が防爆規格に抵触する可能性があり、位置センサを使用できないことがあるためである。ただし、本実施形態は、座標情報に基づき判断を行う構成に限るものではない。例えば、塗装ブース１が防爆エリアとなっていない場合は、位置センサ等の検出結果に基づいて密閉部２０６の形成状態を制御端末２３０に判断させてもよい。

ノズル面３０１への洗浄液Ｌｃの噴射が終了したならば、制御端末２３０は、ソレノイドバルブ２２４からエアＯＮ／ＯＦＦバルブ２２９へのエアの入力（供給）をＯＮにする。これにより、エアノズル２１１から洗浄エアＡｃがノズル面３０１に向けて噴射される。所定の時間を経過すると制御端末２３０は、ソレノイドバルブ２２４からエアＯＮ／ＯＦＦバルブ２２９へのエアの入力（供給）をＯＦＦにし、洗浄エアＡｃの噴射を終了する。

＜洗浄動作の説明＞
次に、図１２乃至図１４を用いて本実施形態の洗浄動作について説明する。図１２は、洗浄プロセスの一例を示す説明図である。

ヘッド３００のノズル面３０１の洗浄は、図１２（ａ）から図１２（ｅ）の順で実施される。対象物５０００に対する液体吐出が終了すると、塗装ロボット１０００はヘッド３００を清掃ステーション２０００に移し、塗装ロボット１０００は、ヘッド３００のノズル面３０１を清掃ステーション２０００の密閉部材２０５に押圧する。そして、図１２（ａ）に示すように、密閉部２０６が形成された位置で塗装ロボット１０００はヘッド３００の位置を固定（保持）する。なお、このときのヘッド３００のノズル３０２は、図７（ａ）などに示した「閉じた状態」である。

次に、図１２（ｂ）に示すように、洗浄ノズル２０１からノズル面３０１に向けて洗浄液Ｌｃを噴射し、ノズル面３０１およびノズル３０２に付着した、増粘した液体Ｌａおよび固着物Ｌｂ等を洗い流す。続いて、図１２（ｃ）に示すように、エアノズル２１１からノズル面３０１に向けて洗浄エアＡｃを噴射し、ノズル面３０１およびノズル３０２に残った洗浄液Ｌｃ等を吹き飛ばす。

ところが、図１２（ａ）～（ｃ）の工程を実施するだけでは、ノズル面３０１の汚れを取り切れない場合がある。例えば、図１３に示すように、ノズル面３０１と密閉部材２０５との縁などに洗浄エアＡｃで除去しきれなかった洗浄液Ｌｃ等が残る場合がある。

そこで、密閉部２０６を形成した状態での洗浄エアＡｃの噴射が終了したならば、塗装ロボット１０００は、ノズル面３０１と密閉部材２０５との押圧を解除する方向にヘッド３００を動かす。そして、図１２（ｄ）に示すように、密閉部材２０５に対してノズル面３０１を所定の距離だけ離間させる。続いて、図１２（ｅ）に示すように、エアノズル２１１からノズル面３０１に向けて再度、洗浄エアＡｃを噴射し、ノズル面３０１に残った洗浄液Ｌｃ等を吹き飛ばす。

これにより、ノズル面３０１と密閉部材２０５との縁の部分などに残っていた洗浄液Ｌｃ等についても除去が可能になる。また、エアノズル２１１を用いた再噴射であり、既存の部品を使用するため、消耗品の交換がなく、コスト削減および装置のコンパクト化が図れる。

なお、図１２（ｅ）に示した洗浄エアＡｃの再噴射は、密閉部２０６を形成していない状態で行われるため、洗浄エアＡｃによって吹き飛ばされた洗浄液Ｌｃ等が周囲に飛散する。したがって、例えば図１４に示すように、清掃ステーション２０００の本体筐体２０４に部材２４０を設けることが望ましい。

上述のように本実施形態は、ノズル面３０１に対して密閉部２０６が形成されている状態で、ノズル面３０１に供給された洗浄液Ｌｃを除去する洗浄ノズル２０１と、ノズル面３０１に対して密閉部２０６が形成されていない状態で、ノズル面３０１に供給された洗浄液Ｌｃを除去するエアノズル２１１とを備える。

また、上述のように、エアノズル２１１は、ノズル面３０１に向けて吹き付けられる洗浄エアＡｃを用いる。

これらにより、ノズル面３０１の隅々まで洗浄エアＡｃが行き渡り、ノズル面３０１と密閉部材２０５との縁の部分などに残っていた洗浄液Ｌｃ等を除去することができる。なお、上述の洗浄動作は、１つの車体の塗装が終了した後、または１日の車体塗装スケジュールが終了した後に実行される。また、洗浄動作が実行されるタイミングは特に限定されるものではなく、例えば、塗装開始前に実行するようにしてもよい。図１５は、本実施形態における塗装から洗浄の一連の動作を示したフローチャートである。図１５に示されるように、塗装システム３０００では、対象物５０００に対する塗装が実行される（ステップＳ１００）。塗装が終了したならば、塗装システム３０００では洗浄動作が実行される（ステップＳ２００）。次に、洗浄動作が終了したならば、塗装システム３０００は、塗装を行う対象物５０００が残っているかを判断する（ステップＳ３００）。対象物５０００が残っていないと判断した場合は一連の塗装作業を終了する。また、ステップＳ３００において、対象物５０００が残っていると判断した場合はステップＳ１００へ戻り、対象物５０００に対する塗装を開始する。

ここで、図１６乃至図１８を用いて、本実施形態における洗浄動作のフローの一例を説明する。図１６は洗浄動作の一例を示すフローチャートである。

ヘッド３００に対する洗浄動作が開始されると、ロボットアームは塗装動作のホーム位置から洗浄動作のホーム位置へ移動する（ステップＳ１）。ロボットアームが洗浄ホーム位置に到達したならば、ロボット制御部７０は、ヘッド３００のバルブ３０５が閉じている（ノズル３０２が閉じている）かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２においてバルブ３０５が閉じていない（Ｎｏ）と判断された場合は、バルブ３０５を閉じ、ノズル３０２を閉じた状態にする（ステップＳ３）。

バルブ３０５が閉じた状態となったならば、ヘッド３００と密閉部材２０５とを当接させ、ヘッド３００と清掃ステーション２０００との間に密閉部２０６を形成する（ステップＳ４）。密閉部２０６が形成されたならば、密閉部２０６内に設置した洗浄ノズル２０１は洗浄液を吐出（噴射）し、ノズル面３０１を清掃する（ステップＳ５）。

次に、密閉部２０６内に設置したエアノズル２１１により、洗浄液が付着したノズル面３０１に対してエアを噴射する（ステップＳ６）。その後、ヘッド３００と密閉部材２０５とを所定距離離間させ、密閉部２０６を解除する（ステップＳ７）。

ステップＳ７による密閉部２０６の解除後は、再びエアノズル２１１によってノズル面３０１に対してエアを噴射する（ステップＳ８）。この２回目のエア噴射を行うことで、１回目のエア噴射の際に、ノズル面３０１と密閉部材２０５との当接部分に押しやられた汚れなどの異物をノズル面３０１の外に吹き飛ばすことが可能になる。２回目のエア噴射が終了したならば、ロボットアームはホーム位置へ移動して洗浄動作は完了する（ステップＳ９）。

図１７は、別の洗浄動作の一例を示すフローチャートである。図１７に示したフローチャートは、図１６に示されたフローチャートに対しステップＳ１とステップＳ２の間に塗料の変更動作が追加されている点が異なる。したがって、図１６に示されたフローと同じ処理もしくは動作については、同一符号を付し、説明を省略する。

図１７に示されたフローの場合は、ステップＳ１の後に、ロボット制御部７０は、塗装に使用する塗料を変更するかを判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において塗料を変更しない（Ｎｏ）と判断された場合は、ステップＳ２へ移り、以降は図１６のフローと同様の処理ないしは動作が実行される。ステップＳ１０において塗料を変更する（Ｙｅｓ）と判断された場合は、塗料の変更動作を実施する（ステップＳ１１）。

塗料の変更動作は、例えば、図１８に示されたフローに基づいて実施される。まず、ロボット制御部７０は、変更前の塗料をヘッド３００から吐出させる（ステップＳ１１１）。次に、ヘッド３００へ塗料を供給するチューブを洗浄するかを判断する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２においてチューブを洗浄しない（Ｎｏ）と判断された場合は、変更後の塗料をヘッド３００へ供給し、塗料の変更動作を完了する（ステップＳ１１４）。ステップＳ１１２においてチューブを洗浄する（Ｙｅｓ）と判断された場合は、チューブの洗浄を実施し（ステップＳ１１３）、その後、ステップＳ１１４を実施する。塗料の変更動作が完了したならば、ステップＳ２へ移り、以降は図１６のフローと同様の処理ないしは動作が実行される。

＜変形例＞
図１９を用いて本実施形態の変形例について説明する。図１９は、洗浄液除去構成の変形例を示す説明図である。

本変形例は、図１２（ｅ）の工程に代わるものである。図１２（ｅ）では、エアノズル２１１からノズル面３０１に向けて洗浄エアＡｃを再噴射し、ノズル面３０１に残った洗浄液Ｌｃ等を吹き飛ばす構成としたが、本変形例では、清掃ステーション２０００または塗装ブース１内の別の位置に設置した液体吸収体２５０を用いる点が異なる。

つまり、図１２（ｄ）に示したように、密閉部材２０５に対してノズル面３０１を所定の距離だけ離間させた後、図１９に示すように、まずヘッド３００が９０度回動し、ノズル面３０１を垂直方向下側に向かせる。続いて、ノズル面３０１を液体吸収体２５０に押圧する。これにより、液体吸収体２５０は、液体吸収体２５０の毛細管現象でノズル面３０１に残留した洗浄液Ｌｃを吸い取る。なお、液体吸収体２５０は、洗浄液Ｌｃ等が溜まり過ぎると吸収性が悪くなるため、交換可能に構成することが好ましい。本変形例の場合は、ノズル面３０１に対して液体吸収体２５０を接触させて洗浄液Ｌｃ等の除去がなされるため、除去効果に優れ、洗浄液等の周囲への飛散を低減することができる。

上述のように本変形例では、エアノズル２１１に代えて、液体を吸収可能な液体吸収体２５０を用いる。これにより、ノズル面３０１に液体吸収体２５０を接触させて洗浄液Ｌｃ等を除去するため、洗浄液等の周囲への飛散を低減することができる。

＜補足＞
なお、本発明において、液体は、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどでもよい。また、液体は金属粉などの微粒粉末を含むものであってもよい。これらは例えば、インクジェット用インク、塗装用塗料、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

以上説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。

第１の態様は、液体を吐出するノズルと、前記ノズルと連通口を介して連通する液室と、前記ノズルを有するノズル面と、前記連通口を開閉する弁体（例えばバルブ３０５）とを備えたヘッドと、前記ノズル面に洗浄液を供給する洗浄ノズルを有する洗浄装置（例えば洗浄ノズル２０１、エアノズル２１１およびチューブ２０２、２１２）と、を備え、前記弁体が前記連通口を閉じている状態で前記洗浄液を前記ノズル面に供給することを特徴とするものである。

第１の態様によれば、ヘッドへの洗浄液の浸入を低減することが可能な液体吐出システムを提供することができる。

第２の態様は、第１の態様において、前記洗浄ノズルは、洗浄時において前記ノズルの中心から引いた法線（例えば図８（ａ）に示した破線）上とは異なる位置に設置されることを特徴とするものである。

第３の態様は、第１または第２の態様において、前記ノズル面は、水平面に交差して設置されており、前記洗浄ノズルは、前記ノズル面の垂線に対して重力方向上側に設置されることを特徴とするものである。

第２および第３の態様によれば、液体が洗浄ノズルに当たらなくなり、洗浄ノズルの汚損を防止できる。

第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれかにおいて、前記液体の種類を変更する場合、前記ノズル面の洗浄は、前記洗浄装置において前記ノズルに残った変更前の液体を排出した後に実施されることを特徴とするものである。

第４の態様によれば、少ない洗浄回数で液体の変更処理を行うことができる。

第５の態様は、第１乃至第４の態様のいずれかにおいて、前記ノズル面に対して密閉部の形成を可能とする密閉部材を備えることを特徴とするものである。

第５の態様によれば、洗浄装置周囲への洗浄液の飛散を防ぐことができる。

第６の態様は、第５の態様において、前記ノズル面に対して前記密閉部が形成されている状態で、前記ノズル面に供給された前記洗浄液を除去する第１の洗浄液除去手段（例えば洗浄ノズル２０１）と、前記ノズル面に対して前記密閉部が形成されていない状態で、前記ノズル面に供給された前記洗浄液を除去する第２の洗浄液除去手段（例えばエアノズル２１１）と、を備えることを特徴とするものである。

第７の態様は、第６の態様において、前記第２の洗浄液除去手段（例えばエアノズル２１１）は、前記ノズル面に向けて吹き付けられるエア（例えば洗浄エアＡｃ）を用いることを特徴とするものである。

第６および第７の態様によれば、ノズル面からの洗浄液の取り残しを少なくすることができる。

第８の態様は、第６の態様において、前記第２の洗浄液除去手段は、前記液体を吸収可能な吸収体（例えば液体吸収体２５０）であることを特徴とするものである。

第８の態様によれば、ノズル面に吸収体を接触させて洗浄液等を除去するため、洗浄液等の周囲への飛散を低減することができる。

３０００ 塗装システム
１０００ 塗装ロボット
１００ ヘッドユニット
３００ ヘッド
３０１ ノズル面
３０２ ノズル
３０５ バルブ
２０００ 清掃ステーション
２０１ 洗浄ノズル
２１１ エアノズル
２０５ 密閉部材
２０６ 密閉部
５０００ 対象物
Ｌｃ 洗浄液
Ａｃ 洗浄エア

特開２００５－０３５０３１号公報

Claims (8)

1. 液体を吐出するノズルと、前記ノズルと連通口を介して連通する液室と、前記ノズルを有するノズル面と、前記連通口を開閉する弁体とを備えたヘッドと、
   前記ノズル面に洗浄液を供給する洗浄ノズルを有する洗浄装置と、を備え、
   前記弁体が前記連通口を閉じている状態で前記洗浄液を前記ノズル面に供給するものであり、
   前記ノズル面に対して密閉部の形成を可能とする密閉部材を備えることを特徴とする液体吐出システム。
2. 前記液体の種類を変更する場合、前記ノズル面の洗浄は、前記洗浄装置において前記ノズルに残った変更前の液体を排出した後に実施されることを特徴とする請求項１記載の液体吐出システム。
3. 前記ノズル面に対して前記密閉部が形成されている状態で、前記ノズル面に供給された前記洗浄液を除去する第１の洗浄液除去手段と、
   前記ノズル面に対して前記密閉部が形成されていない状態で、前記ノズル面に供給された前記洗浄液を除去する第２の洗浄液除去手段と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出システム。
4. 前記第２の洗浄液除去手段は、前記ノズル面に向けて吹き付けられるエアを用いることを特徴とする請求項３記載の液体吐出システム。
5. 前記第２の洗浄液除去手段は、前記液体を吸収可能な吸収体であることを特徴とする請求項３記載の液体吐出システム。
6. 液体を吐出するノズルと、前記ノズルと連通口を介して連通する液室と、前記ノズルを有するノズル面と、前記連通口を開閉する弁体とを備えたヘッドと、
   前記ノズル面に洗浄液を供給する洗浄ノズルを有する洗浄装置と、を備え、
   前記弁体が前記連通口を閉じている状態で前記洗浄液を前記ノズル面に供給するものであり、
   前記液体の種類を変更する場合、前記ノズル面の洗浄は、前記洗浄装置において前記ノズルに残った変更前の液体を排出した後に実施されることを特徴とする液体吐出システム。
7. 前記洗浄ノズルは、洗浄時において前記ノズルの中心から引いた法線上とは異なる位置に設置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出システム。
8. 前記ノズル面は、水平面に交差して設置されており、前記洗浄ノズルは、前記ノズル面の垂線に対して重力方向上側に設置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液体吐出システム。