WO2023135794A1 - 塗料吐出装置及びこれを用いた自動車の塗装方法 - Google Patents

塗料吐出装置及びこれを用いた自動車の塗装方法 Download PDF

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needle
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discharge
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康弘 福山
透 小瀬村
洋一 吉岡
康介 手塚
義貴 上原
Original Assignee
日産自動車株式会社
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to separate articles

Definitions

  • the present invention relates to a paint discharge device and a method of painting an automobile using the same.
  • a pressure fluctuation control section is provided in an ink flow path to suppress pressure fluctuation in the ink flow path from an ink tank to a print head, thereby suppressing fluctuation in the amount of ink ejected from the print head.
  • the above-mentioned conventional pressure fluctuation control unit is a dedicated component and requires mechanical components such as flexible membranes and springs.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a paint discharge device capable of suppressing fluctuations in the paint discharge amount with a simple configuration, and a method of painting an automobile using the same.
  • the present invention includes a nozzle having a paint introduction portion, a paint chamber, and a paint discharge portion, and a needle having a tip disposed in the paint chamber and moved axially toward and away from the discharge portion by an actuator.
  • the stroke amount of the needle is calculated based on the paint pressure in the paint chamber and a preset target discharge amount, and the actuator is controlled based on the calculated stroke amount to solve the above problems. do.
  • the needle moves back and forth with a stroke amount corresponding to the paint pressure in the paint chamber, fluctuations in the amount of paint discharged can be suppressed with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a paint discharge device according to the present invention
  • FIG. 1 It is principal part sectional drawing (1) for demonstrating the forward-backward movement of the needle with respect to the discharge part of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view (part 2) of a main part for explaining forward and backward movement of the needle with respect to the discharge part of FIG. 1
  • FIG. 2 is a flow chart showing a needle control procedure executed by the control unit in FIG. 1
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance L between the tip of the needle and the discharge part and the paint flow rate Q for each paint pressure P in the paint chamber. It is a calibration curve that defines the relationship between the paint pressure P in the paint chamber and the paint flow rate Q for each stroke start position X. 4 is a calibration curve defining the relationship between the required ejection time ⁇ t and the distance L between the tip of the needle and the ejection section.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a paint discharge device 1 according to the present invention.
  • the paint discharge device 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is, for example, an automotive paint (a thermosetting paint whose base resin is acrylic resin, alkyd resin, polyester resin, etc.), a water-based paint or an organic solvent-based paint. Any color pigment or bright pigment may be included as necessary.) can be applied to the process of painting automobile parts such as exterior/inner panels of automobile bodies and bumpers. .
  • the paint discharge device 1 of this embodiment includes a nozzle 11 having an introduction portion 111 for the paint 2, a paint chamber 112, and a discharge portion 113 for the paint 2, and at least the tip portion 121 is disposed in the paint chamber 112,
  • the needle 12 is provided so as to be able to reciprocate in the axial direction Y toward the discharge portion 113, and the tip portion 121 approaches the discharge portion 113 when the needle 12 advances, and the tip portion 121 moves away from the discharge portion 113 when the needle 12 retreats.
  • An actuator 13 for moving the needle 12 back and forth in the axial direction Y so as to separate it, a pressure sensor 14 for detecting the pressure of the paint 2 in the paint chamber 112, and a control section 15 for controlling the actuator 13 are provided.
  • the nozzle 11 has a hollow housing 114 made of a metal material, a resin material, or a ceramic material, has an introduction part 111 formed on one side surface, a discharge part 113 formed at the tip, and a paint chamber 112 formed inside. ing.
  • the paint 2 is introduced from the introduction portion 111 into the paint chamber 112 and pushed by the needle 12 to be discharged (dropped) to the outside from the discharge portion 113 .
  • the interior of the housing 114 is partitioned into a paint chamber 112 and an actuator chamber 115 by a sealing member 123 in a liquid-tight manner.
  • the needle 12 is a needle-like rod (rod) made of a metal material, a resin material, or a ceramic material.
  • a seal member 123 is provided.
  • the actuator 13 is fixed to the base end portion 122 of the needle 12 .
  • the needle 12 is provided to move forward and backward in the axial direction Y within the housing 114 .
  • the actuator 13 is, for example, a stack of a plurality of piezoelectric elements, and has the property of expanding and contracting in the axial direction Y according to the voltage applied to the electrodes. Voltage application to the actuator 13 is performed by the control unit 15 , and by applying voltage to the actuator 13 in response to a command signal from the control unit 15 , the needle 12 can be moved back and forth in the axial direction Y.
  • FIG. 2A and 2B are cross-sectional views of essential parts for explaining the forward and backward movement of the needle 12 with respect to the ejection portion 113 of the nozzle 11.
  • FIG. The control unit 15 of this embodiment moves the needle 12 back and forth in the axial direction Y at a predetermined frequency by controlling the actuator 13 .
  • one stroke of the needle 12 starts from the stroke start position X where the tip 121 of the needle 12 is most separated from the ejection part 113, and the tip 121 of the needle 12 comes closest to the ejection part 113. It is a stroke of moving forward to the forward limit position X1 and then returning to the stroke start position X.
  • the control unit 15 sets the stroke start position X of the needle 12, the stroke amount ⁇ L of the needle 12, and the moving speed V of the needle 12 (hereinafter also referred to as the needle speed V) shown in FIG. 2A. be able to.
  • the maximum retreat position X0 (in this case, L is the maximum value Lmax) of the stroke start position X of the needle 12 is determined by the specifications of the needle 12 and the actuator 13.
  • the stroke start position X of the needle can be set within the maximum retraction position X0.
  • the advance limit position X1 of the needle 12 does not need to come into contact with the discharge portion 113 of the nozzle 11, and can be brought close to it. That is, as the needle 12 moves forward, the paint 2 between the tip 121 of the needle 12 and the discharge portion 113 is pushed by the discharge portion 113 , and the paint 2 is discharged (dripped) from the discharge portion 113 .
  • the paint 2 of this embodiment is stored in a paint tank 21 and supplied by a paint pump 23 through a paint pipe 22 .
  • a paint pipe 22 When the paint discharge device 1 of the present embodiment is used for painting automobile parts such as automobile bodies and bumpers, acrylic resins, alkyd resins, polyester resins, etc. are used as base resins for automobile paints, and colored as necessary.
  • a thermosetting paint containing a pigment or a bright pigment can be used.
  • Either a water-based paint or an organic solvent-based paint can be used, and the desired viscosity can be adjusted with a solvent before use.
  • a paint pipe may be provided to return the paint 2 introduced into the paint chamber 112 of the nozzle 11 to the paint tank 21, and the paint 2 may be supplied while being circulated.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance L between the tip portion 121 of the needle 12 and the discharge portion 113 and the paint flow rate Q for each paint pressure in the paint chamber 112 .
  • the paint flow rate Q is the flow rate of the paint when it flows down between the tip portion 121 of the needle 12 and the discharge portion 113 and is discharged from the discharge portion 113, as shown in FIG. 2A.
  • the paint flow rate Q increases as the paint pressure P increases, and decreases as the paint pressure P decreases.
  • the paint pressure P is the same value, the smaller the distance L, the larger the paint flow rate Q, and the larger the distance L, the smaller the paint flow rate Q.
  • the fluctuation of the paint pressure P is complemented by the stroke amount of the needle 12 . That is, the paint pressure P in the paint chamber 112 is detected by the pressure sensor 14, and the controller 15 controls the needle 12 based on the paint pressure P detected by the pressure sensor 14 and the preset target discharge amount M. is calculated, and the actuator 13 is controlled based on the calculated stroke amount ⁇ L.
  • the pressure sensor 14 detects the paint pressure P of the paint 2 in the paint chamber 112, and the controller 15 reads it.
  • the pressure sensor 14 may be any sensor capable of detecting the paint pressure in the paint chamber 112 , and the sensor itself need not be provided inside the paint chamber 112 . Further, the pressure sensor 14 may be a sensor that can detect the paint pressure in the paint chamber 112 equivalently. is equal (if the pressure drop is negligibly small), the paint pressure P inside the paint pipe 22 downstream of the paint pump 23 may be detected.
  • the calibration curves shown in FIGS. 5 and 6 are stored in the control unit 15.
  • a database may be stored in place of the calibration curve.
  • This calibration curve is created based on data obtained in advance, and is created as follows.
  • the stroke start position X of the needle 12 is set at a predetermined position, and the paint flow rate Q with respect to the paint pressure P is actually measured when the stroke amount ⁇ L is set to a constant value. This measurement is performed while changing the stroke start position X of the needle 12 .
  • FIG. 4 it is possible to acquire data for each paint pressure P regarding the relationship between the distance L and the paint flow rate Q.
  • FIG. As can be seen from the figure, when the stroke start position X of the needle 12 is the same, the paint flow rate Q increases as the paint pressure P increases, and decreases as the paint pressure P decreases. It is also understood that when the paint pressure P is the same, the paint flow rate Q decreases as the stroke start position X of the needle 12 moves backward, and increases as it moves forward.
  • the calibration curve shown in FIG. 5 is data obtained by editing the relationship between the paint pressure P in the paint chamber 112 and the paint flow rate Q for each stroke start position X of the needle 12 using the data shown in FIG.
  • the control unit 15 stores the calibration curve shown in FIG.
  • a paint flow rate Q is estimated from the calculated paint pressure P.
  • the calibration curve in the center of the figure is used, and the detected paint pressure is calculated as indicated by the dotted line.
  • a paint flow rate Qn is estimated from Pn.
  • the required discharge time ⁇ t for reaching the target discharge amount M during one stroke of the needle 12 corresponds to the movement amount of one stroke (hereinafter referred to as stroke amount ⁇ L).
  • stroke amount ⁇ L The required discharge time ⁇ t for reaching the target discharge amount M during one stroke of the needle 12 corresponds to the movement amount of one stroke (hereinafter referred to as stroke amount ⁇ L).
  • stroke amount ⁇ L The calibration curve shown in FIG. 6 is data prepared by obtaining the relationship between the required ejection time ⁇ t and the distance L between the tip of the needle and the ejection portion when the needle speed V is set to a predetermined value. The slope of the straight line indicates the needle speed V.
  • the control unit 15 stores calibration curves for each needle speed obtained by varying the needle speed within a settable range. Using one calibration curve, the stroke amount ⁇ L (the distance from the stroke start position X to the forward limit position X1 of the needle 12) is calculated from the previously calculated required ejection time ⁇ t.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a needle control procedure executed by the controller 15 of the coating material discharger 1 of the present embodiment, which is executed at predetermined time intervals such as 100 msec.
  • step S1 the paint pressure P in the paint chamber 112 is detected by the pressure sensor 14 and read by the controller 15.
  • step S2 it is determined whether or not the paint pressure P detected in step S1 is within a predetermined pressure range P1-P2, and if within the range, the process proceeds to step S3.
  • step S7 it is determined that the pressure is abnormal, and a notification device (not shown) is used to notify the effect.
  • the detected paint pressure P is lower than P1, an abnormality such as failure of the paint pump 23 or shortage of the paint 2 can be considered. Further, when the detected paint pressure P exceeds P2, an abnormality such as failure of the paint pump 23 or clogging of the discharge portion 113 can be considered.
  • step S1 If the paint pressure P detected in step S1 is within the predetermined pressure range P1 to P2, then in step S3, the calibration curve of FIG.
  • the paint flow rate Q is estimated from the pressure P.
  • the stroke amount ⁇ L of the needle 12 is calculated.
  • step S6 a control signal is output to the actuator 13 so that the stroke amount ⁇ L of the needle 12 calculated in step S4 is obtained.
  • the nozzle 11 having the introduction portion 111 for the paint 2, the paint chamber 112, and the discharge portion 113 for the paint 2, and the actuator 13 are arranged in the paint chamber 112.
  • the paint discharge device 1 including the needle 12 whose tip end portion 121 moves back and forth in the axial direction Y toward the discharge portion 113 based on the paint pressure P in the paint chamber 112 and the preset target discharge amount M
  • the stroke amount ⁇ L of the needle 12 is calculated, and the actuator 13 is controlled based on the calculated stroke amount ⁇ L.
  • the needle 12 advances and retreats with a stroke amount ⁇ L corresponding to the paint pressure P in the paint chamber 112, so that fluctuations in the amount of paint discharged can be suppressed with a simple configuration.
  • the paint flow rate Q discharged from the discharge section 113 is estimated based on the paint pressure P detected by the pressure sensor 14, and the estimated paint flow rate Q and Based on the target discharge amount M, a required discharge time ⁇ t of the paint 2 to be discharged from the discharge portion 113 is calculated, and based on the calculated required discharge time ⁇ t and a preset needle speed V, the needle needle is calculated. 12 stroke amount ⁇ L is calculated. As a result, the needle 12 advances and retreats with a stroke amount ⁇ L corresponding to the paint pressure P in the paint chamber 112, so that fluctuations in the amount of paint discharged can be suppressed with a simple configuration.
  • the controller 15 causes the calculated stroke amount ⁇ L of the needle 12 to be smaller than the distance L from the stroke start position X of the needle 12 to the forward limit position X1.
  • the stroke start position X of the needle 12 is set as follows. Accordingly, when the stroke amount ⁇ L is small, the paint flow rate Q can be relatively increased by advancing the stroke start position X of the needle 12 .
  • the control unit 15 determines that the pressure is abnormal and notifies the fact. As a result, it is possible to immediately finish painting and suppress the generation of useless defective products.
  • the coating efficiency is remarkably improved as compared with the conventional bell-type electrostatic painting apparatus. , the grounding required for electrostatic painting is no longer necessary, and two-tone painting can be done without masking. In addition, since the coating efficiency is close to 100%, a coating recovery device is not required as coating equipment, and the number of coating booths can be reduced.

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Abstract

塗料（２）の導入部（１１１）、塗料室（１１２）及び塗料（２）の吐出部（１１３）を有するノズル（１１）と、少なくとも先端部（１２１）が前記塗料室（１１２）に配置され、当該先端部（１２１）が前記吐出部（１１３）に向かって軸方向（Ｙ）に移動可能に設けられたニードル（１２）と、前記ニードル（１２）の前進時に前記先端部（１２１）が前記吐出部（１１３）に接近し、前記ニードル（１２）の後退時に前記先端部（１２１）が前記吐出部（１１３）から離反するように、前記ニードル（１２）を前記軸方向（Ｙ）に進退移動させるアクチュエータ（１３）と、前記塗料室（１１２）の塗料圧力（Ｐ）を検出する圧力センサ（１４）と、前記圧力センサ（１４）により検出された塗料圧力（Ｐ）と、予め設定された目標吐出量（Ｍ）とに基づいて、前記ニードル（１２）のストローク量（ΔＬ）を算出し、算出したストローク量（ΔＬ）に基づいて前記アクチュエータ（１３）を制御する制御部（１５）と、を備える。

Description

塗料吐出装置及びこれを用いた自動車の塗装方法
　本発明は、塗料吐出装置及びこれを用いた自動車の塗装方法に関するものである。
　インクジェット記録装置において、インク流路に圧力変動制御部を設け、インクタンクから記録ヘッドまでのインク流路内の圧力変動を抑制することで、記録ヘッドから吐出するインクの吐出量の変動を抑制するものが知られている（特許文献１）。
特許第５１６７８６１号公報
　しかしながら、上記従来の圧力変動制御部は専用部品であり、可撓性膜やバネなどの機構部品が必要とされる。
　本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で塗料吐出量の変動を抑制できる塗料吐出装置及びこれを用いた自動車の塗装方法を提供することである。
　本発明は、塗料の導入部、塗料室及び塗料の吐出部を有するノズルと、アクチュエータにより、前記塗料室に配置された先端部が前記吐出部に向かって軸方向に進退移動するニードルとを備える塗料吐出装置において、前記塗料室の塗料圧力と予め設定された目標吐出量とに基づいて、ニードルのストローク量を算出し、算出したストローク量に基づいてアクチュエータを制御することによって、上記課題を解決する。
　本発明によれば、塗料室の塗料圧力に応じたストローク量でニードルが進退移動するので、簡単な構成で塗料吐出量の変動を抑制することができる。
本発明に係る塗料吐出装置の一実施の形態を示す構成図である。 図１の吐出部に対するニードルの進退移動を説明するための要部断面図（その１）である。 図１の吐出部に対するニードルの進退移動を説明するための要部断面図（その２）である。 図１の制御部で実行されるニードルの制御手順を示すフローチャートである。 ニードルの先端部と吐出部との距離Ｌと、塗料流量Ｑとの関係を、塗料室の塗料圧力Ｐ別に示すグラフである。 塗料室の塗料圧力Ｐと塗料流量Ｑとの関係を、ストローク開始位置Ｘ別に定義する検量線である。 必要吐出時間Δｔと、ニードルの先端部と吐出部との距離Ｌとの関係を定義する検量線である。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態例を説明する。図１は、本発明に係る塗料吐出装置１の一実施の形態を示す構成図である。本実施形態の塗料吐出装置１は、特に限定はされないが、たとえば自動車用塗料（アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とする熱硬化型塗料であり、水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよい。必要に応じて着色顔料や光輝性顔料を含んでよい。）を用いて自動車ボディの外板／内板やバンパなどの自動車部品を塗装する工程に適用することができる。自動車ボディの外板／内板やバンパなどの自動車部品を塗装する場合、サイドドアやフェンダなどの被塗装面がほぼ鉛直面になるため、比較的高粘度の塗料を使用する必要がある。その意味で、背景技術で述べた紙媒体への印刷に用いられるインクジェット記録装置の記録ヘッドなどは、低粘度のインクを使用することが前提であるため、自動車ボディの塗装用途には適していない。
　本実施形態の塗料吐出装置１は、塗料２の導入部１１１、塗料室１１２及び塗料２の吐出部１１３を有するノズル１１と、少なくとも先端部１２１が塗料室１１２に配置され、当該先端部１２１が吐出部１１３に向かって軸方向Ｙに往復移動可能に設けられたニードル１２と、ニードル１２の前進時に先端部１２１が吐出部１１３に接近し、ニードル１２の後退時に先端部１２１が吐出部１１３から離反するように、ニードル１２を軸方向Ｙに進退移動させるアクチュエータ１３と、塗料室１１２の塗料２の圧力を検出する圧力センサ１４と、アクチュエータ１３を制御する制御部１５と、を備える。
　ノズル１１は、金属材料、樹脂材料又はセラミックス材料からなる中空状のハウジング１１４を有し、一側面に導入部１１１が形成され、先端に吐出部１１３が形成され、内部に塗料室１１２が形成されている。塗料２は、導入部１１１から塗料室１１２へ導入され、ニードル１２によって押されることで、吐出部１１３から外部へ吐出（滴下）する。ハウジング１１４の内部は、シール部材１２３によって、塗料室１１２とアクチュエータ室１１５とに液密状態で仕切られている。
　ニードル１２は、金属材料、樹脂材料又はセラミックス材料からなる針状の棒体（ロッド）であり、先端部１２１が塗料室１１２に配置され、基端部１２２がアクチュエータ室１１５に配置され、その間にシール部材１２３が設けられている。またニードル１２の基端部１２２には、アクチュエータ１３が固定されている。ニードル１２は、ハウジング１１４内において軸方向Ｙに進退移動可能に設けられている。
　アクチュエータ１３は、たとえば複数の圧電素子を積層したものであり、電極に印加する電圧に応じて軸方向Ｙに伸長及び収縮する特性を有する。アクチュエータ１３への電圧の印加は、制御部１５により実行され、制御部１５からの指令信号によりアクチュエータ１３に電圧を印加することで、ニードル１２を軸方向Ｙに進退移動させることができる。
　図２Ａ及び図２Ｂは、ノズル１１の吐出部１１３に対するニードル１２の進退移動を説明するための要部断面図である。本実施形態の制御部１５は、アクチュエータ１３を制御することにより所定の周波数でニードル１２を軸方向Ｙに進退移動させる。ニードル１２の１ストロークの行程は、図２Ａに示すように、ニードル１２の先端部１２１が吐出部１１３から最も離反するストローク開始位置Ｘから、ニードル１２の先端部１２１が吐出部１１３に最も接近する前進限位置Ｘ１まで前進したのち、ストローク開始位置Ｘまで戻る行程である。制御部１５は、アクチュエータ１３を制御することにより、図２Ａに示すニードル１２のストローク開始位置Ｘ，ニードル１２のストローク量ΔＬ，ニードル１２の移動速度Ｖ（以下、ニードル速度Ｖともいう）を設定することができる。
　なお、図２Ａに示すように、ニードル１２やアクチュエータ１３の仕様により、ニードル１２のストローク開始位置Ｘの最大後退位置Ｘ０（この場合、Ｌが最大値Ｌmaxとなる）が定まるが、制御部１５はアクチュエータ１３を制御することにより、図２Ｂに示すように、最大後退位置Ｘ０を限度にしてニードルのストローク開始位置Ｘを設定することができる。また、ニードル１２の前進限位置Ｘ１は、ノズル１１の吐出部１１３に接触する必要はなく、接近すればよい。すなわち、ニードル１２が前進することにより、ニードル１２の先端部１２１と吐出部１１３との間にある塗料２が吐出部１１３に押され、これにより塗料２が吐出部１１３から吐出（滴下）する。
　本実施形態の塗料２は、塗料タンク２１に収容され、塗料配管２２を介して塗料ポンプ２３により供給される。本実施形態の塗料吐出装置１を自動車ボディやバンパなどの自動車部品の塗装用途に用いる場合には、自動車用塗料として、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂などを基体樹脂とし、必要に応じて着色顔料や光輝性顔料を含む熱硬化型塗料を用いることができる。水系塗料又は有機溶剤系塗料のいずれであってもよく、溶剤により所望の粘度に調製して用いることができる。なお、ノズル１１の塗料室１１２に導入した塗料２を塗料タンク２１に戻す塗料配管を設け、塗料２を循環しながら供給してもよい。
　さて、自動車ボディの外板／内板やバンパなどの自動車部品の塗装用途などに本実施形態の塗料吐出装置１を適用する場合、塗装膜厚を所定範囲に管理するために、塗料の吐出量を厳密に管理する必要がある。しかしながら、ノズル１１の塗料室１１２の塗料圧力が変動すると吐出部１１３から吐出する塗料２の吐出量も変動する。図４は、ニードル１２の先端部１２１と吐出部１１３との距離Ｌと、塗料流量Ｑとの関係を、塗料室１１２の塗料圧力別に示すグラフである。同図のグラフの横軸に示す距離Ｌとは、図２Ａに示すように、ニードル１２のストローク開始位置Ｘにおける先端部１２１と、吐出部１１３との間の距離をいう。また、塗料流量Ｑとは、図２Ａに示すように、ニードル１２の先端部１２１と吐出部１１３との間を流下して吐出部１１３から吐出する際の塗料の流量をいう。図４において、横軸の距離Ｌが同じ値である場合、塗料流量Ｑは、塗料圧力Ｐが高いほど大きくなり、塗料圧力Ｐが低いほど小さくなる。また、塗料圧力Ｐが同じ値である場合、距離Ｌが小さいほど塗料流量Ｑが大きくなり、距離Ｌが大きいほど塗料流量Ｑが小さくなる。
　そのため、本実施形態の塗料吐出装置１では、塗料圧力Ｐの変動をニードル１２のストローク量で補完する。すなわち、塗料室１１２の塗料圧力Ｐを圧力センサ１４で検出し、制御部１５にて、圧力センサ１４により検出された塗料圧力Ｐと、予め設定された目標吐出量Ｍとに基づいて、ニードル１２のストローク量ΔＬを算出し、算出したストローク量ΔＬに基づいてアクチュエータ１３を制御する。
　圧力センサ１４は、塗料室１１２の塗料２の塗料圧力Ｐを検出し、制御部１５はこれを読み出す。なお、圧力センサ１４は、塗料室１１２の塗料圧力を検出できるセンサであればよく、センサそのものを塗料室１１２の内部に設ける必要はない。また、圧力センサ１４は、塗料室１１２の塗料圧力を等価に検出できるセンサであればよいので、塗料ポンプ２３の下流側の塗料配管２２の内部の塗料圧力Ｐと塗料室１１２の塗料圧力Ｐとが等しければ（圧力損失が無視できるほど小さければ）、塗料ポンプ２３の下流側の塗料配管２２の内部の塗料圧力Ｐを検出してもよい。
　制御部１５には、図５及び図６に示す検量線が記憶されている。なお、検量線に代えてデータベースを記憶してもよい。この検量線は、予め取得したデータに基づいて作製されたものであり、以下のようにして作製される。
　まず、本実施形態の塗料吐出装置１を用い、ニードル１２のストローク開始位置Ｘを所定位置に設定するとともに、ストローク量ΔＬを一定値にした場合の、塗料圧力Ｐに対する塗料流量Ｑを実測する。この測定をニードル１２のストローク開始位置Ｘを変えて行う。これにより、図４に示すように、距離Ｌと塗料流量Ｑとの関係について、塗料圧力Ｐ別のデータを取得することができる。同図によれば、ニードル１２のストローク開始位置Ｘが同じ場合に、塗料流量Ｑは塗料圧力Ｐが高いほど大きくなり、塗料圧力Ｐが低いほど小さくなることが理解される。また、塗料圧力Ｐが同じ場合に、塗料流量Ｑは、ニードル１２のストローク開始位置Ｘが後退側であるほど小さくなり、前進側であるほど大きくなることが理解される。
　図５に示す検量線は、図４に示すデータを用い、塗料室１１２の塗料圧力Ｐと塗料流量Ｑとの関係を、ニードル１２のストローク開始位置Ｘごとに編集したデータである。制御部１５は、図５に示す検量線をメモリに記憶し、予め設定されたニードル１２のストローク開始位置Ｘに応じた一つの検量線を抽出したうえで、この一つの検量線を用い、検出された塗料圧力Ｐから塗料流量Ｑを推定する。図５に示す検量線で言えば、そのときのニードル１２のストローク開始位置Ｘが中間位置にある場合には、同図の中央の検量線を用い、点線で示すように、検出された塗料圧力Ｐｎから塗料流量Ｑｎを推定する。
　図５に示すグラフを用いると塗料圧力Ｐに対する塗料流量Ｑが推定できるので、次に当該推定された塗料流量Ｑが、予め設定された目標吐出量Ｍに達するための、塗料の必要吐出時間Δｔを算出する。必要吐出時間Δｔとは、ニードル１２が１ストロークする間に目標吐出量Ｍを吐出するのに必要な時間を意味し、Δｔ＝Ｍ／Ｑから算出する。
　ニードル１２が１ストロークする間に目標吐出量Ｍに達する必要吐出時間Δｔは、すなわち１ストロークの移動量（以下、ストローク量ΔＬ）に対応するから、ニードル１２のニードル速度Ｖを用いてΔＬ＝Ｖ・Δｔで表すことができる。図６に示す検量線は、ニードル速度Ｖを所定値に設定した場合の、必要吐出時間Δｔと、ニードルの先端部と吐出部との距離Ｌとの関係を取得して作製したデータであり、直線の傾きがニードル速度Ｖを示している。制御部１５には、設定可能な範囲においてニードル速度を変動させて得たニードル速度別の検量線が記憶され、予め設定されたニードル速度Ｖに応じた一つの検量線を抽出したうえで、この一つの検量線を用い、先に算出された必要吐出時間Δｔからストローク量ΔＬ（ニードル１２のストローク開始位置Ｘから前進限位置Ｘ１までの距離）を算出する。
　次に制御手順を説明する。図３は、本実施形態の塗料吐出装置１の制御部１５で実行されるニードルの制御手順を示すフローチャートであり、たとえば１００ｍｓｅｃなど、所定の時間間隔で実行される。
　まずステップＳ１において、圧力センサ１４により塗料室１１２の塗料圧力Ｐが検出され、制御部１５にて読み出される。続くステップＳ２において、ステップＳ１にて検出された塗料圧力Ｐが所定の圧力範囲Ｐ１～Ｐ２にあるか否かが判定され、範囲内にある場合はステップＳ３へ進む。一方、ステップＳ１にて検出された塗料圧力Ｐが所定の圧力範囲Ｐ１～Ｐ２から外れている場合はステップＳ７へ進み、圧力異常と判定するとともに、図示しない報知装置を用いてその旨を報知する。検出した塗料圧力ＰがＰ１未満の低圧である場合は、塗料ポンプ２３の故障、塗料２の欠乏などの異常が考えられる。また、検出された塗料圧力ＰがＰ２を超える高圧である場合は、塗料ポンプ２３の故障、吐出部１１３の目詰まりなどの異常が考えられる。
　ステップＳ１にて検出された塗料圧力Ｐが所定の圧力範囲Ｐ１～Ｐ２にある場合は、続くステップＳ３において、メモリに記憶してある図５の検量線と、圧力センサ１４にて検出された塗料圧力Ｐとにより塗料流量Ｑを推定する。
　続くステップＳ４において、予め入力されている目標吐出量Ｍと、ステップＳ３で推定された塗料流量Ｑとから、関係式Δｔ＝Ｍ／Ｑを用いて必要吐出時間Δｔを算出する。続くステップＳ５において、予め設定されたニードル速度Ｖと、ステップＳ４で算出された必要吐出時間Δｔとから、関係式ΔＬ＝Ｖ・Δｔ（又はメモリに記憶してある図６の検量線）を用いてニードル１２のストローク量ΔＬを算出する。最後に、ステップＳ６において、ステップＳ４で算出したニードル１２のストローク量ΔＬになるようにアクチュエータ１３に制御信号を出力する。
　以上のとおり、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、塗料２の導入部１１１、塗料室１１２及び塗料２の吐出部１１３を有するノズル１１と、アクチュエータ１３により、前記塗料室１１２に配置された先端部１２１が前記吐出部１１３に向かって軸方向Ｙに進退移動するニードル１２とを備える塗料吐出装置１において、前記塗料室１１２の塗料圧力Ｐと予め設定された目標吐出量Ｍとに基づいて、ニードル１２のストローク量ΔＬを算出し、算出したストローク量ΔＬに基づいてアクチュエータ１３を制御する。これにより、塗料室１１２の塗料圧力Ｐに応じたストローク量ΔＬでニードル１２が進退移動するので、簡単な構成で塗料吐出量の変動を抑制することができる。
　また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、前記圧力センサ１４により検出された塗料圧力Ｐに基づいて、前記吐出部１１３から吐出する塗料流量Ｑを推定し、前記推定した塗料流量Ｑと前記目標吐出量Ｍとに基づいて、前記吐出部１１３から吐出する塗料２の必要吐出時間Δｔを算出し、前記算出した必要吐出時間Δｔと予め設定されたニードル速度Ｖとに基づいて、前記ニードル１２のストローク量ΔＬを算出する。これにより、塗料室１１２の塗料圧力Ｐに応じたストローク量ΔＬでニードル１２が進退移動するので、簡単な構成で塗料吐出量の変動を抑制することができる。
　また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、制御部１５は、前記算出したニードル１２のストローク量ΔＬが、前記ニードル１２のストローク開始位置Ｘから前進限位置Ｘ１までの距離Ｌより小さくなるように、前記ニードル１２のストローク開始位置Ｘを設定する。これにより、ストローク量ΔＬが小さい場合には、ニードル１２のストローク開始位置Ｘを前進させることで塗料流量Ｑを相対的に大きくすることができる。
　また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、制御部１５は、圧力センサ１４により検出された塗料圧力Ｐが所定範囲外の場合に、圧力異常と判定し、その旨を報知する。これにより、即座に塗装を終了して無駄な不良品の発生を抑制することができる。
　また、本実施形態の塗料吐出装置１によれば、自動車ボディ又は自動車部品に塗料を塗布する自動車塗装用とするので、従来のベル型静電塗装装置に比べ、塗着効率が格段に向上し、静電塗装に必要なアース処理が不要となり、ツートーンなどの塗り分けもマスキングレスで行うことができる。また、塗着効率が１００％に近いので、塗装設備としての塗料回収装置が不要となり、塗装ブースの数量も削減することができる。
１…塗料吐出装置
　１１…ノズル
　　１１１…導入部
　　１１２…塗料室
　　１１３…吐出部
　　１１４…ハウジング
　１２…ニードル
　　１２１…先端部
　　１２２…基端部
　　１２３…シール部材
　１３…アクチュエータ
　１４…圧力センサ
　１５…制御部
２…塗料
　２１…塗料タンク
　２２…塗料配管
　２３…塗料ポンプ
Ｐ…塗料圧力
Ｑ…塗料流量
Ｍ…目標吐出量
Δｔ…必要吐出時間
Ｖ…ニードル速度
ΔＬ…ニードルのストローク量

Claims (5)

  1. 　塗料の導入部、塗料室及び塗料の吐出部を有するノズルと、
    　少なくとも先端部が前記塗料室に配置され、当該先端部が前記吐出部に向かって軸方向に移動可能に設けられたニードルと、
    　前記ニードルの前進時に前記先端部が前記吐出部に接近し、前記ニードルの後退時に前記先端部が前記吐出部から離反するように、前記ニードルを前記軸方向に進退移動させるアクチュエータと、
    　前記塗料室の塗料圧力を検出する圧力センサと、
    　前記圧力センサにより検出された塗料圧力と、予め設定された目標吐出量とに基づいて、前記ニードルのストローク量を算出し、算出したストローク量に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える塗料吐出装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記圧力センサにより検出された塗料圧力に基づいて、前記吐出部から吐出する塗料流量を推定し、
    　前記推定した塗料流量と前記目標吐出量とに基づいて、前記吐出部から吐出する塗料の必要吐出時間を算出し、
    　前記算出した必要吐出時間と予め設定されたニードル速度設定値とに基づいて、前記ニードルのストローク量を算出する請求項１に記載の塗料吐出装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記算出したニードルのストローク量が、前記ニードルのストローク開始位置から前進限位置までの距離より小さくなるように、前記ニードルのストローク開始位置を設定する請求項１又は２に記載の塗料吐出装置。
  4. 　前記制御部は、圧力センサにより検出された圧力が所定範囲外の場合に、圧力異常と判定し、その旨を報知する請求項１～３のいずれか一項に記載の塗料吐出装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の塗料吐出装置を用い、自動車ボディ又は自動車部品に前記塗料を塗布する自動車の塗装方法。
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JPH05168996A (ja) * 1991-12-19 1993-07-02 Kobe Steel Ltd 高粘度材料の塗布ガン
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