JP5270909B2 - シリンダポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴霧塗装においてスプレーガンへの塗料供給の精度を上げ、その安定化を図るシリンダポンプ装置に関し、特に低粘度塗料による少供給量の領域に適用される技術に関するものである。

スプレー塗装の分野において、携帯電話やデジタルカメラに代表される電子機器、精密機器の塗装は高機能高品質の薄膜塗装が要求され、微量の塗料を高い精度で安定供給することが重要となってきている。これらの多くはプラスチック塗装に代表され、微量安定供給が不可欠の必須条件とされている。
またその他にも多液反応形塗料では混合比の精度が塗膜品質の確保に絶対条件となるなど、微量の塗料安定供給に対する要求がますます高くなっている。

一方塗料の供給において、チクソ性を有する水性塗料では撹拌状態による塗料粘度の変化が生じることや、一般的に環境温度による粘度変化によって流動性が異なり、一般的な加圧方式による塗料供給での不安定性が問題とされている。このため不良品の発生防止や塗装品質の維持のためには、塗装管理上、作業者や生産管理者に対して頻繁な吐出量の監視、調整を負担させる結果になっている。

このような状況の中で、多くの改善が提案され、その一つとして容積形ポンプによる定量吐出がある。この中で代表的なものにギヤポンプが用いられており、容積形のギヤポンプは圧力式に比べ安定性は高いが、UV塗料や反応形多液塗料に置いては内部での固着を考慮すると使用困難であり、またギヤ内の塗料リークにより理論吐出量と実吐出量とが正確には一致せず、これは使用される塗料の種類や条件によって異なるため、都度の確認作業が必要となるなど、必ずしも工業生産性の面で十分ではない。

また、容積形ポンプとしてシリンダとピストンとで構成されるシリンダポンプを用いた塗料供給装置が提案されている。これは特開２００２−１５９９０７号公報や特開２００２−３６１１２４号公報に記載されているシリンジポンプの構成によるもので、シリンダ内で往復駆動されるピストンによりストロークに応じた容積の吐出を可能とするものである。ピストンはサーボモータの駆動により制御され正確な吐出が行われる。

しかしこの場合に於いてもシリンダ内に充填された塗料の圧力によってスプレーガンから吐出される塗料の吐出量は不安定性を欠き、初期における塗装品質の不均一を生じたり、安定するまで実塗装に使用出来ないなどの問題がある。

すなわちこの種のポンプの場合、シリンダへの塗料充填は、シリンダを引きながら、シリンダ内に別の塗料供給手段により塗料を送り込む。このときシリンダ内と接続され供給管路を介して接続されたスプレーガンは閉じられており、充填時は引き動作中のシリンダ内増加容積と充填液量のバランスをとりながら行われ、停止も同調されている。しかし微妙なタイミング差異や充填側の圧力によって、充填終了時点でのスプレーガン供給経路内圧力は必ずしも安定しない。

吐出に際し、前記の供給経路内の圧力は樹脂製塗料ホースで接続されていることが通常であり、蓄圧され膨張したホース内の塗料は安定するまでの間、所定の圧力以上の圧力で吐出されスプレー初期において通常以上の吐出量が噴出することになる。逆に供給経路内の圧力が所定の圧力に達しない状態で供給手段からの充填が停止したときは初期の吐出が少なく、所定量に達するまでに時間を要することになる。

自動塗装、特にロボット塗装に於いては、わずかなロスタイムが生産性を低下せせるため、直ちに正常な条件で塗装出来ることが必要とされている。したがって前述のようなスプレー塗装初期の無駄な時間を出来るだけ縮めることが求められる。さらにスプレー初期の不適正な吐出量による噴霧は実塗装に使用できず、捨て吹きとして塗料の無駄になり、経済的にも、資源的にも好ましい状態ではない。

以上のようにシリンダポンプへの塗料充填はポンプの充填作動と供給側の供給作動を同調させ均衡を保って行われるが，動作手段が異なるためタイミングの違いや供給塗料や経路の違いにより必ずしも一致しない。このためガン側の供給経路内圧力が変化し、スプレー当初の吹付け条件が変わり塗装の品質にバラツキが生じてしまう。

本発明の課題は、一定の容積で吐出が可能なシリンダポンプの特性を生かし、且つ作動における微妙なタイミングのずれ等によって生じる塗料供給経路内の圧力変動を調整し、初期吐出の変動を防止して、同じ条件で噴霧を可能とすることにある。

サーボモータによりシリンダポンプの行程が制御され、該シリンダポンプ充填側は切替バルブを介して塗料供給手段と接続されると共に、吐出側は供給ホースを介してスプレーガンと接続されたシリンダポンプの前記吐出側に圧力センサを設け、塗料充填終了時の圧力センサの検出圧力と通常塗装時の連続吐出圧力との差に応じて、前記シリンダポンプの行程内容積を変更し供給経路内圧力を調整するサーボモータを駆動する制御信号を出力する制御装置を設ける。

前記吐出側圧力が通常塗装時の連続吐出圧力より高い場合は、前記シリンダポンプの行程容積を拡大する方向にサーボモータを駆動し、前記吐出側圧力が通常塗装時の連続吐出圧力より低い場合は、前記シリンダポンプの行程容積を縮小する方向にサーボモータを駆動して充填圧力を連続吐出圧力に近づける。このサーボモータは、吐出側の検出圧力と同調をとり、所定の圧力に一致する駆動を行なう。

上記の構成によれば、シリンダポンプ内に充填された塗料が、充填する塗料供給手段の駆動制御とシリンダポンプ側のサーボモータ駆動のわずかなタイミングのずれや、塗料供給時の条件の違いなどにより充填圧力に変動があっても直ちに圧力検出した結果によりシリンダ容積を適正な状態に調整駆動し、スプレーガンの噴霧開始時の圧力を一定に維持することができ、スプレー当初の吐出量を通常の連続と出時と同じとして塗装品質を一定に保つことが出来る。

またスプレーの最初から実際の被塗装物に適応でき、塗装時間のロスや捨て吹きによる塗料の無駄を無くすことができ、生産性の向上、資源の削減等による経済性を高めることができる。

本発明の実施形態の詳細は図１の概略構成図で説明する。シリンダポンプ１は、シリンダ１１内に設け往復移動するピストン12によってシリンダ１１の行程内容積が変動し、充填、吐出を繰り返すことで充填された塗料を送りだす構造のポンプである。ピストン１２はロッド１３に固定された連接棒14によって往復動するもので、該連接棒１４はサーボモータ１５によって回転する回転軸１６に螺設されたねじ１７と螺合して往復移動が行われる構成となっている。シリンダポンプ１の気密性を確保する等の詳細な構成は既存技術として知られており、ここでは省略する。

シリンダポンプ１の吐出側には供給管路３を経て、スプレーガン４に接続されている。通常スプレーガンは塗装において移動することがほとんどであり、前記供給管路３は柔軟性のある樹脂製塗料ホースで大部分が形成されている。スプレーガン４は一般的に自動スプレーガンと呼ばれている、作動がエア等によって制御されるもので、先端に設けられた塗料弁が外部から開閉制御される構成を有している。
本発明による構成では、この吐出側供給管路３に圧力センサ５が設けられ、管内の圧力を検知し、制御装置６に出力される構成となっている。

一方シリンダポンプ１の入口側には切替バルブ７を介して、別の塗料供給手段８が接続され、制御装置６からの信号により切替バルブ７を作動させて塗料供給手段８より前記シリンダポンプ１に塗料を送り込む構成である。塗料供給手段８は加圧供給によって塗料を送り出すものであれば特に限定されるものではなく、すでに知られている塗料用ポンプが用いられる。シリンダポンプ１への充填は制御装置６の指令により前記サーボモータ１５がピストンを下降させる方向に回転しシリンダ１１内の行程容積が増大すると同時に、切替バルブ７が開いて塗料が送り込まれ充填される。この一連の作動はスプレーガン４の作動すなわち噴霧停止時に、制御装置により同期がとられて行われる。

噴霧塗装の時はスプレーガン４の塗料バルブ開弁と同時にサーボモータ１５を駆動し、塗料が安定した適性量で制御されながら押し出されてスプレーガン４より吐出され、停止時は同じく塗料弁の閉止と同時にサーボモータ１５が停止するように制御装置６により同期が取られている。サーボモータによるパルス信号により制御吐出制御出きる量は本実施例の場合、１パルス当たり0.001ｍｌで高精度を維持することが可能となっている。

本発明においては、これらの構成からなるシリンダポンプ１の作動において、充填後の供給管路内圧力を圧力センサ５で検出し、その検出値が通常塗装において連続吐出させたときの基準値より高い場合には、サーボモータ１５によりシリンダ１１の行程内容積を広げる方向に駆動し、圧力が前記基準値になるように制御装置６から信号が送られる構成としている。

すなわち一般的に塗料供給手段からの供給圧力は吐出時の圧力よりも高くして充填をすばやく行うため、充填終了時（停止時）には供給管路内圧力も同様高くなっている。したがって前述したとおり、スプレー初期の吐出圧力が高く吐出量が多くなる結果となる。供給管路内圧力は柔軟性のある樹脂製塗料ホースで構成されていることで、圧力が高いほど内容積は増大しており、シリンダの行程内容積を広げることで蓄圧を吸収し、基準の圧力値に調整することが可能になる。

もし別の原因で充填後の検出圧力が前記基準の圧力より低い値であった場合は、検出値との差に相当する圧力が上昇するようにピストン１２を押し上げ、行程内容積を縮小すれば圧力は上昇する。制御装置はいずれの場合においても設定した圧力に近づける方向にピストン１２の位置を移動させるようにプログラムされるものである。

図2から図４は、シリンダポンプ１の吐出側でスプレーガン４にかかっている圧力（残圧）が通常連続吐出圧力に対して高い場合、低い場合及び本発明により調整した場合のそれぞれの圧力と吐出量を時間の経過に伴う変動状態をグラフ化したものである。図２において、吐出流量を120ml/minと設定した時、 残圧が塗料供給手段である供給ポンプ圧力にほぼ等しい圧力であった場合、スプレーを開始し、吐出量が設定値に安定するまで0.5
sec近く要し、図４の調整した残圧からスプレーを開始する場合に比較し約２倍の時間を要している。

この間、図２の場合には、初期の噴出量が設定値の２倍となり、被塗装物への塗装は不可であり、被塗装物への外に捨て吹きをしてからでなければ塗装を開始することが出来ない。また図３のようにスプレー初期の残圧を低く（この場合は零）設定した場合のテストでは、立ち上がりまでに時間がかかる他、さらに安定するまでにも時間を要する結果になっている。したがってこの場合もロスタイムや塗料排出の無駄を無くし、安定した噴霧を迅速に行うことが出来ず、高効率で品質の高い塗装を行うことが出来ない。

シリンダ内の充填圧力を調整する場合の圧力は、スプレーガンにより噴霧される各種の条件によって異なり、これらは予めテストにおいて確認されるものである。すなわち噴霧量をどのくらいにするかは塗装・塗料条件によって異なり、基準となる標準吐出量が決定され、これによって使用するスプレーガンの仕様と関連した吐出圧力が設定されることになる。これらの設定値は制御装置に入力され、それぞれの制御信号として出力される。

以上のように本発明は、塗料バルブを備えた自動スプレーガンを使用し、塗装ロボット等により被塗装物に対して無駄なくすばやい塗装を行い、スプレー当初より適切な塗料噴出量を求められる高効率の塗装装置を必要とする場合に極めて有効な供給装置を得ることが出来る。またスプレー当初の捨て吹きを不要として塗料の無駄を削減し経済性を向上させるなど、自動塗装の分野において大きな効果をもたらすことが出来るものである。

本発明の構成を説明する概要図。 シリンダポンプ内の残圧が高い状態でスプレーした場合の吐出圧と流量の変化状況を示すグラフ図。 シリンダポンプ内の残圧が低い状態でスプレーした場合の吐出圧と流量の変化状況を示すグラフ図。 シリンダポンプ内の残圧を調整した状態でスプレーした場合の吐出圧と流量の変化状況を示すグラフ図。

符号の説明

１、シリンダポンプ
３、供給管路
４、スプレーガン
５、圧力センサ
６、制御装置
７、切替バルブ
８、塗料供給手段
１１、シリンダ
１２、ピストン
１３、ロッド
１４、連接棒
１５、サーボモータ
１６、回転軸
１７、ねじ

Claims (2)

1. サーボモータによりシリンダポンプの行程が制御され、該シリンダポンプ充填側は切替バルブを介して供給手段と接続されると共に、吐出側は供給ホースを介して塗料バルブを備えたスプレーガンと接続されたシリンダポンプと、該シリンダポンプの前記吐出側に圧力センサを設け、塗料充填終了時の圧力センサの検出圧力と通常塗装時の連続吐出圧力の差に応じて前記シリンダポンプの行程容積を変更し供給経路内圧力を調整するサーボモータを駆動する制御信号を出力する制御装置を備えたシリンダポンプ装置。
2. 前記吐出側圧力が通常塗装時の連続吐出圧力より高い場合は、前記シリンダポンプの行程容積を拡大する方向にサーボモータを駆動し、前記吐出側圧力が通常塗装時の連続吐出圧力より低い場合は、前記シリンダポンプの行程容積を縮小する方向にサーボモータを駆動してなる請求項１のシリンダポンプ装置。

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