JPH1110027A

JPH1110027A - 塗布装置

Info

Publication number: JPH1110027A
Application number: JP9163599A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tani; 真二谷; Masashi Murate; 政志村手
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-19
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: JP3351297B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した塗布パターン、塗膜を得ることので
きる塗布装置の提供。【解決手段】塗布ノズル１を備えており、塗布ノズル
１が、略半球状の第１の流路２と、その下流に接続し、
略半球状の直径方向両端から下流に向かって延びる両側
３ａを有する略扇状の第２の流路３と、を有し、第２の
流路３の略扇状の放射方向の長さが両側３ａで中央部３
ｂより長く設定されている、塗布装置。塗布ノズル１近
傍での塗布材の温度を測定し、それを塗布材の定量供給
装置の回転数にフィードバックさせる塗布装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高粘度の塗布材
（たとえば、シーリング材）を塗布する塗布ノズルを備
えた塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボデー内板、ヘミング部の板合
わせ部などには、防音、防水のためにシーリング材が塗
布される。シーリング材の塗布には、たとえば、特開平
６−２１０２２６号に開示される、図１０、図１１に示
すような塗布ノズルを備えた塗布装置が用いられる。従
来の塗布ノズルは、先端ほど流路が狭められた円錐状の
第１の流路３１と、第１の流路３１に下流からつらなり
断面が略台形で厚み一定の第２の流路３０とからなり、
第１の流路３１から第２の流路３０に段状に通路断面積
が拡がっている。第２の流路３０が台形のスリットとさ
れているため、シーリング材のパターン幅が拡げられ、
第２の流路３０のスリットの方向と直交方向（Ｘ方向）
に塗布ノズルを移動させることによって、幅広の塗布パ
ターンと塗膜が得られる。通常は、塗布ノズルを下方に
向けた姿勢で、ワークに対して上方からシーリング材が
塗布される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の塗布ノ
ズルを備えた塗布装置には、塗布ノズルを上向きにして
ワークに下方から、ワークと塗布ノズルとの間に一定の
距離を維持して、シーリング材を塗布する場合、つぎの
問題がある。シーリング材をワークに届かせるために吐
出流速を上げることが必要になる。しかし、シーリング
材のような高粘度材は、図６に示すように、塗布ノズル
から吐出する時の流速が大になるにつれて、粘度が下が
り霧化されやすくなる性質を有するので、吐出流速を上
げると、シーリング材がミストになってしまい、図１２
に示すように、シーリング材の塗布範囲３２が目標塗布
範囲３３に対して拡がり（ミストにならなければ吐出パ
ターンの拡がりはシーリング材の表面張力によって徐々
に減少していくが、ミストの場合はそのまま直進して拡
がる）、塗布すべきでない箇所３４（外板、組み付け部
品取付け部など）までシーリング材が塗布されるという
問題が発生する。また、通路面積が第１の流路３１から
第２の流路３０に移行する部位で急激に拡がっているの
でシーリング材が乱流を生じ、図３に示すように、第２
の流路３０を出た所での流速分布３５がパターン幅方向
に変動し、場合によってはパターン割れを生じ、その結
果、ワークに塗布されたときシーリング材の厚みがシー
リング材幅方向に不均一になり、シール性を悪化させる
とう問題を生じる。本発明の課題は、シーリング材の非
ミスト化領域での塗布を実現でき、幅方向に安定した塗
布パターンを形成できる塗布装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明は、つぎの通りである。（１）塗布ノズルを備え、該塗布ノズルが、略半球状
の第１の流路と、該第１の流路に下流からつらなり前記
略半球状の直径方向両端近傍から下流側に延びる両側を
有する略扇状でかつ厚みがほぼ一定の第２の流路と、を
有し、前記第２の流路の略扇状の放射方向の長さが略扇
状の両側で中央部より長く設定されている塗布装置。（２）先端部に前記塗布ノズルを取り付けた塗装ロボ
ットと、前記塗布ノズルに塗布材を供給する定量供給部
と、前記塗装ロボットを駆動するロボット駆動部と、前
記塗布ノズル近傍に配置され塗布材の温度を測定する温
度センサと、該温度センサによって測定された塗布材の
温度に応じて塗布材の供給量を決定して前記定量供給部
に指示する制御部と、を有する（１）記載の塗布装置。（３）前記制御部が、前記温度センサによって測定さ
れた塗布材の温度に応じて塗布材の供給量を決定し前記
定量供給部に指示するとともに、塗布ノズル移動速度を
決定し前記ロボット駆動部に指示する（２）記載の塗布
装置。

【０００５】上記（１）の塗布装置では、塗布ノズルの
第２の流路を略扇状で厚み一定（スリット）としたので
第２の流路の抵抗が第２の流路の全域にわたって略均一
になり、塗布材の剪断速度を従来より均一側にさせて全
体的に低下させ、それによって速度が大になると低下す
る粘度の低下を抑え、塗布材のミスト化を抑制すること
ができる。これによって、非ミスト領域で塗布を実行で
き、ミスト化した時の塗布パターンの拡がりを防止で
き、安定した塗布パターンによる安定した塗布を実行で
きる。また、略半球状の第１の流路から略扇状の第２の
流路に移行する部位は通路断面積が拡大しないので、塗
布材の流れが乱流にならず、乱流による塗布パターンの
幅方向の流速変動が小でパターン割れが生じず、ワーク
に塗布された時の塗布材の厚みが幅方向に均一化すると
ともに安定する。また、塗布材がワークに当たった時幅
方向中央部の塗布材は両側に押しやられて塗膜の幅方向
中央部が凹状になろうとするが、第２の流路の扇状の放
射方向長さを中央部で両側より小としたので、中央部で
の流速が大になり、塗膜の幅方向中央部の凹みを抑制で
き、幅方向全体にわたってほぼ均一な厚さの塗膜を得る
ことができる。上記（２）の塗布装置では、塗布ノズル
近傍における塗布材の温度を温度センサで測定し、塗布
材の温度に応じて塗布材の供給量を決定して定量供給部
に指示し、塗布材温度に応じて塗布材の定量供給量の大
きさを変えることができるため、温度変動の影響を受け
ることが少ない塗布を実行でき、しかも塗布材の温度に
応じて塗布材圧力を制御するのに比べて制御の精度およ
び安定性を向上できる。上記（３）の塗布装置では、塗
布材の温度に応じて塗布材の塗布量および塗布ノズル移
動速度を変えることができるため、温度変動の影響を受
けることが少ない塗布を実行できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１〜図５は本発明の第１実施例
を示し、図７は本発明の第２実施例を示している。第１
実施例と第２実施例にわたって共通する部分には両実施
例にわたって同じ符号を付してある。まず、本発明の第
１実施例の、塗布ノズルを備えた塗布装置を、図１〜図
５を参照して説明する。

【０００７】塗布ノズルを上から見た図１において、塗
布ノズル１は、略半球状の第１の流路２と、第１の流路
２に下流からつらなり上記略半球状の直径方向両端近傍
から下流側に延びる両側３ａを有する略扇状でかつ厚み
ｔがほぼ一定の（したがってスリット状の）第２の流路
３と、を有する。第２の流路３のほぼ扇状の断面は、外
側の弧３ｃと該弧の半径より小さな半径をもつ内側の弧
３ｄと直線状の両側３ａによって囲まれた形状をもつ。
両側３ａはその間隔が下流にいくに従って大となるテー
パをつけられている。また、第２の流路３の厚みｔをほ
ぼ一定としたのは、第２の流路３の抵抗をほぼ均一にす
るためで、均一抵抗であれば第２の流路３は厚みｔが正
確に一定でなくてよく、図３の第２の流路３を形成する
左右の側壁には若干のテーパがついていてもよいし、あ
るいは、湾曲していてもよく、その意味で厚みがほぼ一
定としてある。

【０００８】第２の流路３の略扇状は、その放射方向の
長さが、略扇状の両側３ａで中央部３ｂより長く設定さ
れている。すなわち、両側３ａの各々の放射方向長さを
Ｌ１とし中央部の放射方向長さをＬ２とするとＬ１＞Ｌ
２である。この場合、Ｌ２のＬ１に対する比、すなわち
Ｌ２／Ｌ１は０．４〜０．８の範囲に設定されることが
望ましい。これは、内側の弧３ｄが外側の弧３ｃに近づ
く方向に内側の弧３ｄを切り込ませることによって設定
できる。

【０００９】第１の流路２は半球より若干大きい部分球
形をなしており、球面２ａを有する。第２の流路３は球
面２ａで第１の流路２に開口している。第１の流路２は
円筒状の塗布材供給路４に連通している。第１の流路２
と第２の流路３は、塗布材（高粘性流体、たとえばシー
リング材）の通過に耐え得る耐摩耗性をもたせるため
に、超硬合金製の部材５に形成されている。

【００１０】塗布ノズル１は、下向き、上向き、水平方
向の何れの姿勢で用いてもよく、いずれの姿勢をとった
場合でも、ワーク（被塗装物）との距離を約２０〜１０
０ｍｍに維持して塗布を実行する。上記の塗布ノズル
は、たとえば、シーリング材塗布ロボット（塗装ロボッ
ト）の先端やハンディタイプの塗布ガンの先端に取り付
けられ、該ロボットまたはハンディタイプの塗布ガンは
塗布装置の一例を構成する。

【００１１】つぎに第１実施例の作用を説明する。第１
実施例の塗布装置の塗布ノズル１を上向きにして、ワー
クに対して下方から高粘性の塗布材（たとえば、シーリ
ング材）を塗布する場合、まず、塗布材は塗布材供給路
４を通過し、略半球部の第１の流路２に充填され、つい
で略扇状の第２の流路３に流入し、第２の流路３の先端
から吐出する。

【００１２】塗布ノズルの第２の流路３が略扇状で厚み
ｔがほぼ一定のスリットからなるので、第２の流路３の
抵抗が第２の流路３の全域にわたって略均一になり、塗
布材の剪断速度を従来（図１３）より均一化させること
ができ（図１３のように激しく変動したりパターン割れ
が生じない）、図４に示す如く速度パターン２０が、図
１３の従来の速度パターン３５に比べて安定し（変動が
なだらかになり）、速度を全体的に低下させることがで
きる（同じ量を吐出させる場合速度分布不均一だと速度
の大の部分の速度は非常におおきくなってしまう）。た
だし、後に述べる理由によって中央部３ｂの速度を両側
３ａに比べて故意に大にしてある。全体的な速度の低下
によって、速度が大になると低下する性質をもつ高粘性
流体の粘度の低下が抑えられ、粘度が下がるとミスト化
が促進するという性質をもつ塗布材のミスト化を抑制す
ることができる。図６は従来ノズルのミスト化曲線が本
発明の塗布ノズル１によって塗布材流速大側に変位し、
従来ミスト化を生じていた流速域においても本発明の
塗布ノズルではミスト化が生じないことを示している。
この流速域は上向き姿勢の塗布において必要な（それ
以下の速度だと塗布材がワークに自重で届かないで落下
するため）塗布材速度であり、従来は上向き姿勢の塗布
では必然的に塗布材のミスト化が生じていたものを、本
発明では流速域の上向き姿勢の塗布でミスト化を生じ
ないで塗布を実行できる。これによって、非ミスト領域
で塗布を実行でき、ミスト化した時の塗布パターンの拡
がり（図１２の点線で示したような拡がり）を防止で
き、図５に示す如く安定した塗布パターン２１による安
定した塗布を実行できる。ただし、ミスト化しない塗布
材の塗布パターン２１では、塗布材の表面張力により拡
がりの度合いは徐々に減少し、塗布材が速度の大の方に
寄せられていき、塗布パターン２１はカップの断面状に
なる。

【００１３】また、略半球状の第１の流路２から略扇状
の第２の流路３に移行する部位は通路断面積が拡大しな
いので、塗布材の流れが乱流にならず、乱流による塗布
パターンの幅方向の流速変動が小で、図１３のようなパ
ターン割れが生じず、ワーク２３に塗布された時の塗布
材２２の厚みが、図５に示す如く、塗布パターンの幅方
向全域にわたって均一化するとともに安定する（凸凹し
ない）。

【００１４】また、塗布材がワークに当たった時幅方向
中央部の塗布材は両側に押しやられて塗膜２２の幅方向
中央部が凹状になろうとするが、第２の流路３の扇状の
放射方向長さを中央部３ｂで両側３ａより小としたの
で、中央部３ｂでの抵抗が小になって中央部３ｂでの流
速が大になり、塗膜２２の幅方向中央部の凹みを抑制で
き、幅方向全体にわたってほぼ均一な厚さの塗膜２２を
得ることができる。

【００１５】塗布ノズルを下向きにして用いる場合は、
図６において、塗布材の吐出流速はの範囲を使用でき
るので、従来塗布ノズルでも、本発明塗布ノズルでもミ
スト発生領域から外れ、非ミスト域で安定した塗布を実
行できる。

【００１６】本発明の第１実施例の塗布ノズル１を上向
きにして用いることにより、たとえば、自動車の床裏お
よびタイヤハウス内などのシーリング材塗布を、車体を
逆にすることなく行うことができる。また、ワーク２３
から塗布ノズル１先端を約２０〜１００ｍｍ離しても、
塗布材がワークに届くため、塗布時にワークと塗布ノズ
ル１が干渉するのを防止できる。

【００１７】つぎに、本発明の第２実施例の塗布装置を
図７を参照して説明する。塗布装置は、先端（ハンド）
が任意の位置、姿勢をとることのできる塗装ロボット１
１と、塗装ロボット１１の先端に取り付けられた第１実
施例で説明したと同じ塗布ノズル１と、塗布ノズル１に
塗布材供給路４を介して塗布材を定量供給する定量供給
部１２（たとえば、ギアポンプ式の定量供給装置、ただ
し、定量の大きさはギアポンプを駆動するサーボモータ
の回転数を変えることにより調整可能）と、塗装ロボッ
ト１１を駆動するロボット駆動部１９と、塗布ノズル１
近傍に配置した塗布材の温度を測定する温度センサ１３
と、温度センサ１３によって測定された塗布材の温度に
応じて塗布材の供給量（吐出量）を決定して定量供給部
１２へ指示し、かつ、温度センサ１３によって測定され
た塗布材の温度に応じて塗布ノズル移動速度（ガンスピ
ード）を決定しロボット駆動部１９へ指示する制御部１
５と、からなる。

【００１８】図示されない塗布材タンクからポンプによ
って汲み上げられ塗布材供給路１７に流入した塗布材
が、ギアポンプ１２により定量づつ塗布材供給路１４に
供給される。ただし、定量供給部１２はサーボモーター
１２ａを有し、ギアポンプ１２の回転数をサーボモータ
１２ａによって調整することにより、定量供給量の大き
さは調整できる。塗布材供給路１４の途中には、余った
塗布材を塗布材タンクに戻す排出路１８が設けられてい
る。塗布材の塗布が行われている間は弁によって排出路
１８へは塗布材は流れない。塗布材の塗布が停止されて
いる間は、塗布材は塗布材供給路１４の途中から排出路
１８へ流入し塗布材タンクへ戻され、塗布材供給路１
７、１４の途中までと排出路１８を循環する。

【００１９】シーリング材のような高粘性の塗布材は、
図８に示すように、その温度が高い場合は、塗布により
得られる塗膜のパターン幅が大きくなるとともに塗膜厚
が薄くなり、また、温度が低い場合は、塗布により得ら
れるパターン幅が狭くなるとともに塗膜厚が厚くなる性
質を有する。制御部１５には、上記のようなシーリング
材の性質に基づいて作成した、塗布材の温度に応じた塗
布材の吐出量（供給量）と、塗布材の温度に応じた塗布
ノズル移動速度の制御パターンが格納されている。した
がって、温度センサ１３によって測定されたノズル付近
の塗布材の温度が制御部１５に伝えられると、その温度
から塗布材の吐出量と塗布ノズルの移動速度が演算さ
れ、定量供給部１２およびロボット駆動部（ロボットコ
ントローラー）１９に伝えられる。また、塗装装置の機
構上、塗布材の吐出開始時の塗布圧が大きくなる場合が
あり、このとき、塗布材温度が高いと塗布開始時のパタ
ーン幅が所定値より大きくなる。そのため、制御部１５
に塗布材の吐出開始時の塗布材の温度と塗布材の吐出圧
の制御パターンを格納しておき、温度センサによって測
定された塗布材の温度に応じて塗布材の吐出開始時の吐
出圧を決定して吐出圧を指示することにより、塗布開始
時のパターン幅を所定値にすることができる。

【００２０】つぎに、第２実施例の作用を説明する。塗
布材は図示されない塗布材タンクからポンプによって汲
み上げられ、定量供給部１２のサーボモータ１２ａによ
って塗布材供給路１４に供給される量が所定量に調整さ
れる。塗布材の供給量（吐出量）は、塗布ノズル１の近
傍に配置された温度センサ１３によって測定された塗布
材の温度に応じて制御部１５で決定される。そのため、
塗布材の温度変動によって塗膜のパターンが変動するお
それがあっても、塗布材の吐出量を調整することによっ
て、目的のパターンに維持できる。さらに、本発明の第
２実施例では、塗布材の温度に応じて塗布ノズル移動速
度も制御部１５で決定されるため、塗布材の温度変動に
よって、塗膜厚さが変動するおそれがあっても、塗布ノ
ズル移動速度を調整することにより目的の膜厚に維持で
きる。

【００２１】図９に示す制御パターンにしたがって塗装
を行う場合、温度センサ１３により測定された塗布材温
度がたとえば、２５℃のときには、制御部１５からの指
示により塗布材の吐出量（供給量）はＡ₁、塗布ノズル
移動速度はＢ₁に制御される。そして、温度センサ１３
によって常時塗料温度を測定し、塗布材温度がたとえ
ば、２８℃に上昇した場合には、制御部１５から指示が
出され、塗布材の吐出量（供給量）はＡ₂、塗布ノズル
移動速度はＢ₂に補正され、フィードバック制御され
る。

【００２２】本発明の第２実施例においては、第１実施
例に示す塗布ノズル１が備えられているため、塗布ノズ
ル１を上方に向けても、幅方向にほぼ均一な厚さの塗膜
が得られる。そのうえ、塗布材の温度を温度センサ１３
で測定しながら、その測定値に応じて、塗布材の供給量
および塗布ノズル移動速度などを制御することにより、
安定した膜厚を有する塗膜が得られる。また、ミスト化
が抑制されるので、オーバースプレーすることがなく、
塗布材の使用量も低減される。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の塗布装置によれば、塗布ノズ
ルの第２の流路を略扇状で厚みをほぼ一定（スリット）
としたので第２の流路の抵抗が第２の流路の全域にわた
って略均一になり、塗布材の剪断速度を従来より均一側
にさせて全体的に低下させ、それによって粘度の低下を
抑え、塗布材のミスト化を抑制することができる。これ
によって、非ミスト領域で塗布を実行でき、塗布パター
ンの拡がりを防止でき、安定した塗布パターンによる安
定した塗布を実行できる。また、略半球状の第１の流路
から略扇状の第２の流路に移行する部位は通路断面積が
拡大しないので、塗布材の流れが乱流になりにくく、乱
流による塗布パターンの幅方向の流速変動が小でパター
ン割れが生じず、ワークに塗布された時の塗布材の厚み
が幅方向に均一化するとともに安定する。また、第２の
流路の扇状の放射方向長さを中央部で両側より小とした
ので、中央部での流速が大になり、塗膜の幅方向中央部
の凹みを抑制でき、幅方向全体にわたってほぼ均一な厚
さの塗膜を得ることができる。請求項２の塗布装置によ
れば、塗布ノズル近傍における塗布材の温度を温度セン
サで測定し、塗布材の温度に応じて塗布材の供給量を決
定して定量供給部に指示し、塗布材温度に応じて塗布材
の定量供給量の大きさを変えることができるため、温度
変動の影響を受けることが少ない塗布を実行できる。請
求項３の塗布装置によれば、塗布材の温度に応じて塗布
材の塗布量および塗布ノズル移動速度を変えることがで
きるため、温度変動の影響を受けることが少ない塗布を
実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の塗布装置の塗布ノズルの
平面図である。

【図２】本発明の第１実施例の塗布装置の塗布ノズルの
断面図である。

【図３】本発明の第１実施例の塗布装置の塗布ノズルの
（図２の断面と直交する方向の）断面図である。

【図４】本発明の第１実施例の塗布装置の塗布ノズルか
らの塗布材の吐出流速分布を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例の塗布ノズルを上向きにし
てワークに塗布材を塗布する場合の正面図である。

【図６】一般的なシーリング材料の粘度、ミスト化度合
（微粒化）と吐出流速との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例の塗布装置の系統図であ
る。

【図８】膜厚、パターン幅と塗布材温度との関係を示す
グラフである。

【図９】第２実施例の制御部における吐出量、塗布ノズ
ル移動速度と塗布材温度との関係を示すグラフである。

【図１０】従来の塗布ノズルの斜視図である。

【図１１】図１０の１１−１１線にて切断して展開した
状態の斜視図である。

【図１２】従来の塗布ノズルを上向きにしてワークに塗
布材を塗布する場合の正面図である。

【図１３】従来の塗布ノズルを上向きにしてワークに塗
布材を塗布した場合の塗布材の吐出流速分布を示す図で
ある。

【符号の説明】

１塗布ノズル２第１の流路２ａ球面３第２の流路３ａ両側３ｂ中央部１１塗装ロボット１２定量供給部１３温度センサ１５制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塗布ノズルを備え、該塗布ノズルが、略
半球状の第１の流路と、該第１の流路に下流からつらな
り前記略半球状の直径方向両端近傍から下流側に延びる
両側を有する略扇状でかつ厚みがほぼ一定の第２の流路
と、を有し、前記第２の流路の略扇状の放射方向の長さ
が略扇状の両側で中央部より長く設定されている塗布装
置。
【請求項２】先端部に前記塗布ノズルを取り付けた塗
装ロボットと、前記塗布ノズルに塗布材を供給する定量
供給部と、前記塗装ロボットを駆動するロボット駆動部
と、前記塗布ノズル近傍に配置され塗布材の温度を測定
する温度センサと、該温度センサによって測定された塗
布材の温度に応じて塗布材の供給量を決定して前記定量
供給部に指示する制御部と、を有する請求項１記載の塗
布装置。
【請求項３】前記制御部が、前記温度センサによって
測定された塗布材の温度に応じて塗布材の供給量を決定
し前記定量供給部に指示するとともに、塗布ノズル移動
速度を決定し前記ロボット駆動部に指示する請求項２の
塗布装置。