JP4825554B2 - 塗料の定量供給制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一定量の塗料を供給する制御装置および制御方法に関し、特に色替え操作が必要とされる塗装工程に適用して好ましい塗料の定量供給制御装置及び方法に関する。

自動車ボディの上塗り塗装工程などにおいては、連続して順次搬送されてくるボディに対してそれぞれ定められた塗色の塗料が塗装されるが、前のボディと異なる塗色の塗料を塗装する場合にはその都度色替え操作が実施される。

色替え操作は、塗装ガンに残っている前色の塗料を廃棄するとともに塗装ガンの塗料流路を洗浄したのち次色の塗料が充填されるが、色替え頻度が多くなればなるほど塗料の廃棄量（塗料ロス）が増加するので、これをできる限り少なくする方策が検討されている。

こうした多色仕様の塗装工程で塗料の廃棄量を削減する方策の一つとして、塗色毎にカートリッジタンクを用意しておき、搬送されてくるボディの塗色仕様に応じてカートリッジタンクを塗装ガンに装着・交換することが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、塗色毎のカートリッジタンク方式では交換操作に時間がかかり、またカートリッジタンクの交換装置も大掛かりなものになり、さらに交換操作ミスが生じるおそれもある。
特開２０００−１７６３２６号公報

本発明は、塗料ロスを低減できる塗料の供給制御装置および方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の塗料の定量供給制御装置は、塗料タンクからの塗料が充填される塗料室を有するとともにこの塗料を塗装ガンへ供給する第１シリンダアクチュエータと、駆動流体が供給される駆動流体室を有し、当該駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ駆動流体を供給して当該第１シリンダアクチュエータを駆動する第２シリンダアクチュエータと、前記第２シリンダアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段により、前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ供給される駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を前記塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御装置において、
前記制御手段は、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が殆ど同時に連動するように制御することを特徴とする。
特に、前記制御手段は、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填した塗料容量が、前記駆動流体を介して前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室に供給された駆動流体の容量に反映されるように、前記塗料タンクから第１シリンダアクチュエータの塗料室に塗料を充填する指令を出力する。またはこれに代えて、前記制御手段は、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の所定量を前記塗装ガンに供給するように前記第２シリンダアクチュエータに駆動指令を出力し、前記塗装ガンから塗料の吐出が完了したときの前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に基づいて前記第１シリンダアクチュエータに残存した塗料容量を算出する。

また、本発明の塗料の定量供給制御方法は、塗料タンクからの塗料を第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填するとともに、第２シリンダアクチュエータの駆動流体室への駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室に駆動流体を供給して前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御方法において、
前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が殆ど同時に連動するように制御する。
特に、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填した塗料容量が、前記駆動流体を介して前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に反映されるように、前記塗料タンクから第１シリンダアクチュエータの塗料室に塗料を充填する。またはこれに代えて、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の所定量を前記塗装ガンへ供給するように前記第２シリンダアクチュエータを駆動し、前記塗装ガンから塗料の吐出が完了したときの前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に基づいて前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に残存した塗料容量を算出する。

本発明によれば、第１シリンダアクチュエータの塗料室へ充填した塗料容量が、駆動流体を介して前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量で表されるように、塗料タンクから第１シリンダアクチュエータの塗料室に塗料を充填するので、第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量を検証することで塗料室に存在する塗料容量を正確に把握することができる。

また本発明によれば、塗装終了時の塗料残存容量が把握できるので、これをフィードバックすることで廃棄塗料を最少容量に制御することができる。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示す装置構成図であり、図１は原位置（基本位置）の状態、図２は塗料充填時の状態、図３は塗装時の状態、図４は塗装終了時の状態をそれぞれ示し、図５は本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示すタイムチャートである。

まず本例の装置構成を説明すると、塗装ガン５には塗料タンク６に貯留された塗料を充填して塗装ガン５へ圧送する第１シリンダアクチュエータ３が接続されている。塗料タンク６の塗料は、塗料配管７に設けられた開閉弁Ａを開いた状態で塗料ポンプ１により圧送することで第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに充填される。

図示は省略するが、塗装ガン５へ２種以上の塗料を供給する場合は、開閉弁Ａの手前にカラーチェンジバルブを設け、このカラーチェンジバルブの各入力弁にそれぞれの塗料タンクに接続された塗料配管を繋げばよい。

なお、塗料配管７は途中から塗料配管８に分岐され、図２に示す塗装充填時において塗料タンク６から第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに圧送した塗料がオーバーフローしたときは、この塗料配管８を介して塗料タンク６へ回収できるようになっている。

塗装ガン５に接続された第１シリンダアクチュエータ３は、シリンダ内の塗装ガン５が接続された端部（以下、前進限位置という。）とその反対側の端部（以下、後退限位置という。）との間にピストン３ｃが往復移動自在に挿入され、このピストン３ｃによりシリンダ内が塗料室３ａと駆動流体室３ｂとに水密に仕切られている。ピストン３ｃは、塗料室３ａに充填される塗料圧と駆動流体室３ｂに充填される駆動流体圧とのバランスにより、前進限位置方向か後退限位置方向の何れかへ移動するが、塗料圧と駆動流体圧が等しくなるとその位置で停止する。

第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂには、開閉弁Ｂを介して駆動流体の配管９の一端が接続され、この配管９の他端は駆動流体が貯留された駆動流体タンク１０に接続されている。この配管９は、定常運転時は使用することなく開閉弁Ｂは閉じられたままであるが、装置の保守点検や清掃時などのように、第１シリンダアクチュエータ３、第２シリンダアクチュエータ４及び配管１１から駆動流体を抜き取りたいときは、開閉弁Ｂを開いて系内の駆動流体を駆動流体タンク１０へ一時的に抜き取るのに使用される。

また、第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂには、開閉弁Ｃを介して駆動流体の配管１１の一端が接続され、この配管１１の他端は開閉弁Ｅを介して第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａに接続されている。この配管１１によって、第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａと第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂとが駆動流体を介して連通するが、開閉弁Ｃ，Ｅを開いた状態において、第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂに充填された駆動流体を第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａへ圧送すると、ピストンロッド４ｂの抵抗がない限り、ピストン４ｃは後退限方向へ移動する（図２の塗料充填時参照）。一方、第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃを前進限位置方向へ移動させると、第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａに充填された駆動流体は第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂへ圧送される（図３の塗装時参照）。

この駆動流体の配管１１は第１シリンダアクチュエータ３と第２シリンダアクチュエータ４との間で駆動流体の移動を行うのが目的であることから、開閉弁Ｃ，Ｅは、定常運転時においては何れも開である。また、何れか一方の開閉弁Ｃ，Ｅを省略しても良い。

第２シリンダアクチュエータ４には、シリンダ内を移動自在に挿入されたピストン４ｃによって水密に仕切られた駆動流体室４ａを有し、ピストン４ｃはピストンロッド４ｂによって前進限位置（駆動流体室４ａが形成された端部）方向に移動する一方で、駆動流体室４ａとピストンロッド４ｂによる抵抗とのバランスにより後退限方向へ移動する。なお、図２に示すようにピストンロッド４ｂはピストン４ｃに固定されておらず、ピストン４ｃは、ピストンロッド４ｂの抵抗がないと後退限方向へはピストンロッド４ｂの位置に拘わらず自在に移動することができる。

ピストンロッド４ｂは、ブラケット１５に固定されているが、このブラケット１５はボールネジ１３に螺合されたネジ１４に固定されている。また、ボールネジ１３はサーボモータ１６の回転軸に連結され、サーボモータ１６はエンコーダを備えることで制御装置１７からの指令によって精度良く作動する。したがって、サーボモータ１６を制御する制御装置１７により、ピストンロッド４ｂの正確な位置を検出することができる（図２の塗料充填時および図４の塗装終了時）。詳細は後述する。

第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａには、既述したとおり駆動流体の配管１１の他端が接続されているが、さらに同じく駆動流体の配管１２が開閉弁Ｄを介して接続されている。この配管１２の他端は駆動流体が貯留された駆動流体タンク１０に接続され、また配管１２には駆動流体ポンプ２が設けられている。そして、第２シリンダアクチュエータ４の駆動流体室４ａへ駆動流体を充填する場合は、開閉弁Ｄを開いた状態で駆動流体ポンプ２を作動させ、駆動流体タンク１０の駆動流体を駆動流体室４ａへ圧送する。なお、駆動流体としては、油や水などのように膨張収縮率が小さい液体が好ましい。

図１に示す制御装置１７は、サーボモータ１６、塗料ポンプ１、駆動流体ポンプ２、開閉弁Ａ〜Ｅの動作を制御するとともに、後述する残存塗料容量の算出などの各種演算機能も有する。なお、図２〜図４にも同じ構成で制御装置１７が設けられているが図示は省略する。

次に、本例の動作を、図５のタイムチャート及び各状態を示す図１〜４を参照しながら説明する。

まず、本例の装置の原位置（基本位置、初期位置）は、図１に示すように第１シリンダアクチュエータ３のピストン３ｃが前進限位置、第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃが前進限位置、ピストンロッド４ｂが前進限位置であって、第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂ及び配管１１に駆動流体が充填されている状態である。なお、塗料ポンプ１及び駆動流体ポンプ２は何れもＯＦＦ，開閉弁Ａ〜Ｄは何れも閉である。この原位置の状態において、第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃは前進限位置にあり、この位置はサーボモータ１６に接続された制御装置１７によって把握されている。

次に、原位置の状態から第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに塗料を充填する。この塗料充填は、図２に示すように制御装置１７によりサーボモータ１６を作動させて第２シリンダアクチュエータ４のピストンロッド４ｂを後退させたのち、開閉弁Ａ，Ｃ，Ｅを開くとともに塗料ポンプ１を作動させる。

ここで、ピストンロッド４ｂの後退量（距離）ｍは、予め決められた塗料の基準吐出量に対応する量であって、予め制御装置１７に入力されている。このピストンロッド４ｂの後退距離ｍが第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃの後退距離に反映され、駆動流体室４ａの容量に反映され、ひいては第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａの容量に対応することになる。

図２に示すようにピストンロッド４ｂが距離ｍだけ後退したのち、開閉弁Ａ，Ｃ，Ｅを開いて塗料ポンプ１を作動させると、第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに塗料タンク６からの塗料が充填され、これにともなってピストン３ｃが後退限位置方向へ移動するので、駆動流体室３ｂ及び配管１１に充填されていた駆動流体は、第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃを後退方向へ押圧しながら駆動流体室４ａへ移動する。

このとき、ピストンロッド４ｂは所定距離ｍだけ後退しているのでピストン４ｃはフリーになって、ピストンロッド４ｂに当たるまで後退する。ピストン４ｃがピストンロッド４ｂに当たるとそれ以上は後退しないので、作動流体の移動は停止し、第１シリンダアクチュエータ３のピストン３ｃの移動も停止する。ここで塗料ポンプ１の作動が継続しているときは、塗料タンク６から吸引した塗料は分岐配管８を介して塗料タンク６へ戻される。

図２に示す塗料充填が終了した時点では、サーボモータ１６のエンコーダ機能によりピストンロッド４ｂの後退距離ｍが把握され、これにより駆動流体室４ａに充填された駆動流体の容量が計算できる。既述したとおり、駆動流体室４ａに充填された駆動流体の容量は、第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに充填された塗料の容量と等しいので、塗料の充填量が算出できる。なお、吐出量を重量換算する場合は塗料の比重を乗じる変換を行えば足りる。

塗料が充填されたら、被塗物に対して塗装を実施する。塗料充填から塗装への移行は、塗料ポンプ１をＯＦＦして開閉弁Ａを閉じるとともに、サーボモータ１６をピストンロッド４ｂが前進限方向に移動するように作動させると同時に、図示しない塗装ガン５のニードル弁を開く。

これにより、図３に示すように、ピストンロッド４ｂの前進移動によってピストン４ｃが前進して駆動流体室４ａに充填されていた駆動流体が第１シリンダアクチュエータ３の駆動流体室３ｂへ圧送される。駆動流体室３ｂへ駆動流体が流入することにより第１シリンダアクチュエータ３のピストン３ｃが前進限位置方向へ移動するので、塗料室３ａに充填されていた塗料は図外のニードル弁を介して塗装ガン５から吐出する。

ここで、当初予定していた基準吐出量どおりに塗装ガン５から塗料が吐出した場合には、塗装を終了時（塗装ガン５のニードル弁の閉動作）に図１に示す原位置に復帰するが、塗料の吐出量は粘度に影響され、塗料粘度は環境温度等に影響されるので、必ずしも原位置に復帰するとは限らない。このため、図２に示す塗料充填時においては、塗装時に塗装ガン５から吐出する塗料が不足しないように、安全性を見込んだ充填量とする。しかしながら、この見込み充填量が多すぎると塗装終了後の色替え操作において残留した塗料は廃棄しなければならないため、塗料ロスが増加する。

そこで、本例では以下のようにして廃棄される塗料容量を必要最小限にしている。すなわち、今回の実際の塗装操作によって残留した塗料容量は、図４に示すように第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａの容量になる。そして、この塗料室３ａの容量は、駆動流体を介して第２シリンダアクチュエータの駆動流体室４ａに反映されており、その容量はピストンロッド４ｂを介してサーボモータ１６のエンコーダにて把握されている。この実際の残留塗料容量と、理想的な残留塗料容量とを比較し、その差異を次回の塗料充填時にフィードバックする。これにより、次回からの残留塗料容量は理想的な必要最小限となり、塗料ロスを低減することができる。

なお、図４に示す塗装終了時以降は、まず第２シリンダアクチュエータ４のピストン４ｃを前進限位置まで移動させることで第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに残留した塗料を塗装ガン５から廃棄する。これにより、本例の装置は図１に示す原位置に復帰する。

次色が同じ塗料の場合には、図１に戻って塗料充填から操作を開始するが、先の塗装操作において残留塗料容量が多すぎた場合には、制御装置１７はこれを補正し、図２に示す塗料充填時には補正後の充填量にする。

次色が異なる塗料の場合には色替え操作を実施する。色替え操作は図示しないカラーチェンジバルブをそれまでの塗料から洗浄液（洗浄用シンナー）に切り替え、開閉弁Ａを開いて第１シリンダアクチュエータ３の塗料室３ａに洗浄液を充填し、これを塗装ガン５から吐出して廃棄することにより行う。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示す装置構成図（原位置）である。 本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示す装置構成図（塗料充填）である。 本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示す装置構成図（塗装）である。 本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示す装置構成図（塗装終了）である。 本発明に係る塗料の定量供給制御装置の実施形態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…塗料ポンプ
２…駆動流体ポンプ
３…第１シリンダアクチュエータ
３ａ…塗料室
３ｂ…駆動流体室
３ｃ…ピストン
４…第２シリンダアクチュエータ
４ａ…駆動流体室
４ｂ…ピストンロッド
４ｃ…ピストン
５…塗装ガン
６…塗料タンク
１０…駆動流体タンク
１６…サーボモータ

Claims (6)

1. 塗料タンクからの塗料が充填される塗料室を有するとともにこの塗料を塗装ガンへ供給する第１シリンダアクチュエータと、
   駆動流体が供給される駆動流体室を有し、当該駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ駆動流体を供給して当該第１シリンダアクチュエータを駆動する第２シリンダアクチュエータと、
   前記第２シリンダアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段により、前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ供給される駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を前記塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が同期するように制御するとともに、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填した塗料容量が、前記駆動流体を介して前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室に供給された駆動流体の容量に反映されるように、前記塗料タンクから第１シリンダアクチュエータの塗料室に塗料を充填する指令を出力することを特徴とする塗料の定量供給制御装置。
2. 塗料タンクからの塗料が充填される塗料室を有するとともにこの塗料を塗装ガンへ供給する第１シリンダアクチュエータと、
   駆動流体が供給される駆動流体室を有し、当該駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ駆動流体を供給して当該第１シリンダアクチュエータを駆動する第２シリンダアクチュエータと、
   前記第２シリンダアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段により、前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室から前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室へ供給される駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を前記塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が同期するように制御するとともに、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の所定量を前記塗装ガンに供給するように前記第２シリンダアクチュエータに駆動指令を出力し、前記塗装ガンから塗料の吐出が完了したときの前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に基づいて前記第１シリンダアクチュエータに残存した塗料容量を算出することを特徴とする塗料の定量供給制御装置。
3. 前記制御手段は、算出された残存塗料容量に基づいて、次回以降の第１シリンダアクチュエータの塗料室へ充填する塗料容量を補正することを特徴とする請求項２記載の塗料の定量供給制御装置。
4. 塗料タンクからの塗料を第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填するとともに、第２シリンダアクチュエータの駆動流体室への駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室に駆動流体を供給して前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御方法において、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が同期するように制御するとともに、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填した塗料容量が、前記駆動流体を介して前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に反映されるように、前記塗料タンクから第１シリンダアクチュエータの塗料室に塗料を充填することを特徴とする塗料の定量供給制御方法。
5. 塗料タンクからの塗料を第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填するとともに、第２シリンダアクチュエータの駆動流体室への駆動流体の供給量を制御することで、前記第１シリンダアクチュエータの駆動流体室に駆動流体を供給して前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の一定量を塗装ガンへ供給する塗料の定量供給制御方法において、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室の容量と前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量が同期するように制御するとともに、
   前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に充填された塗料の所定量を前記塗装ガンへ供給するように前記第２シリンダアクチュエータを駆動し、前記塗装ガンから塗料の吐出が完了したときの前記第２シリンダアクチュエータの駆動流体室の容量に基づいて前記第１シリンダアクチュエータの塗料室に残存した塗料容量を算出することを特徴とする塗料の定量供給制御方法。
6. 前記算出された残存塗料容量に基づいて、次回以降の第１シリンダアクチュエータの塗料室へ充填する塗料容量を補正することを特徴とする請求項５記載の塗料の定量供給制御方法。
   

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