技術 機能性流動材の塗布装置および塗布方法

0001

本発明は、シール材、コーキング材、接着材などの機能性流動材を板素材の合わせ目などに沿って塗布する塗布装置および塗布方法に関するものであり、特に自動車ボディにおける継ぎ目部やドアの折り返し部へシール材を塗布する塗布装置および塗布方法に係わる。

0002

自動車ボディは複数のパネル部品により構成されており、これらパネル部品相互の継ぎ目部や折り返し部には、防水、防錆、防塵、防音などを目的としてシール材が塗布される。シール材の塗布は、生産効率の向上のため、多関節ロボットのアームの先端にシール材の吐出ガンを保持させ、自動制御により行うのが一般的である。

0003

従来、自動車製造工程における多関節ロボットを用いたシール材の塗布技術の改善は、継ぎ目部や折り返し部などの塗布部位に対する的外れや塗布ムラをなくす観点からなされている。例えば、吐出ガンに複数の吐出孔を設けて多条のビードを吐出して塗布する方法（例えば特許文献１参照）や、吐出ガンの移動速度に比例してシール材の吐出流量を変化させるように制御する方法（例えば特許文献２参照）や、塗布されたシール材にエアを吹き付けて塗布位置の修正を行う装置（例えば特許文献３参照）や、スプリングなどを用いて吐出ノズルの位置を安定させる装置（例えば特許文献４参照）がある。

0004

【特許文献１】
特開平４−７０５６号公報（第３—５頁、第１図−第３図）
【特許文献２】
特開平５−２３１５４６号公報（第２−８頁、図１、図３）
【特許文献３】
特開平５−２９３４１２号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献４】
特開平５−２９３４１５号公報（第３−４頁、図１）

0005

近年、製造コストダウンのため、各分野でさらなる作業工数の低減や設備コストの削減が推進されているが、シール材をはじめとする機能性流動材の塗布工程は上記文献のごとく多関節ロボットの導入や吐出安定化技術の蓄積にもかかわらず、極めて作業が煩雑であり装置も高価であり、作業工数の低減や設備コストの削減の妨げとなっている。

0006

従来の塗布装置１００は、図２に示すごとく、機能性流動材を貯槽１０１から多関節ロボット１０２のアーム部の先端に保持された吐出ガン１０３まで、送液ポンプ１０４により配管（ホース）１０５を通じて圧送し、定流量装置１０６で流量制御され吐出ガン１０３からビード状に吐出する。
しかし、塗布装置１００では、機能性流動材を貯槽１０１から吐出ガン１０３まで送液するため、長距離の配管１０５を要する。また、シール材をはじめとする機能性流動材は一般的に粘度の高いものが多いので、目的に応じた粘度に調節するために温調装置１０７が必要である。さらに、一旦、調節した粘度を維持するため、配管１０５を保温する保温装置（図示せず）も必要である。

0007

加えて、高粘度の液体を長距離にわたって送液しなければならないため、送液ポンプ１０４も高圧かつ高粘性用のものを採用しなければならず、配管１０５も耐圧性のものを採用しなければならない。
一方、メンテナンスにおいても、温調装置１０７や保温装置（図示せず）のメンテナンスや、長距離の配管１０５の内部に残った残液の処理および配管１０５の取り外し、解体など、煩雑な作業が多い。

0008

【発明の目的】
本発明の目的は、シール材等の機能性流動材の塗布工程において、設備コストを大幅に削減でき、かつ作業工数も大幅に低減できる機能性流動材の塗布装置および塗布方法を提供することにある。

0009

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明は、ロボットアームの先端に保持され、機能性流動材を所定の部位に塗布する吐出ガンと、吐出ガンに付設され、充填口および充填室を有し、機能性流動材が充填室に充填されるとともに、充填された機能性流動材を吐出ガンへ供給する供給機と、ロボットアームの近傍に設置され、充填口から充填室内へ機能性流動材を充填する充填ユニットとを備えたことを特徴とする機能性流動材の塗布装置である。

0010

それによれば、機能性流動材を貯槽から吐出ガンまで送液するための長距離の配管またはホースを必要としなくなり、貯槽から充填ノズルまでの比較的短い配管またはホースで十分となる。また、配管またはホースを短くできるので温調装置や送液ポンプは、従来ほどの能力を必要とせず、機構が簡単でより安価なものを採用できる。以上により、従来の塗布装置に比べ大幅に設備コストを削減することができる。
また、温調装置や送液ポンプには機構の簡単なものが採用できるため、メンテナンスが容易となる。さらに、配管やホースを短縮化できるので、メンテナンス時の配管やホースの残液の抜き出し、取り外し、解体、清掃などの作業も容易になり、作業工数を低減できる。

0011

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明は、ロボットアームの先端に保持され、充填口および充填室を有し、機能性流動材が充填室に充填されるとともに、機能性流動材を所定の部位に塗布する吐出ガンと、ロボットアームの近傍に設置され、充填口から充填室内へ機能性流動材を充填する充填ユニットとを備えたことを特徴とする機能性流動材の塗布装置である。
それによれば、吐出ガンの機能と充填機の機能とを併せた１つの機器を、ロボットアームの先端に保持させればよいので、請求項１の効果に加えて、装置を軽量化することができ、ロボットへの負担を減らすことができる。さらに、供給機の取り外し、交換作業、解体、洗浄作業を行う必要がないので、メンテナンス時の作業負担が軽減される。

0012

〔請求項３に記載の手段〕
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の塗布装置において、吐出ガン、供給機または充填ユニットのいずれか１つまたは２つ、または全部に機能性流動材の温調装置が装着されていることを特徴とする。
それによれば、請求項１の効果に加えて、極めて粘度が高い機能性流動材の粘度を調節して、流動状態を安定させることができる。

0013

〔請求項４に記載の手段〕
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の塗布装置において、吐出ガンまたは充填ユニットのいずれか１つまたは２つに機能性流動材の温調装置が装着されていることを特徴とする。
それによれば、請求項２の効果に加えて、極めて粘度が高い機能性流動材の粘度を調節して、流動状態を安定させることができる。

0014

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明によれば、吐出ガンを複数備えることを特徴とする。
それによれば、請求項１ないし請求項４の効果に加えて、断面形状の異なる２種類のビードを吐出することができ、ビードの断面形状を変えるために塗布装置全体を停止して吐出ガンのノズルを取り替える必要がなくなる。

0015

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の発明によれば、機能性流動材はシール材であることを特徴とする。
それによれば、自動車ボディの製造工程などにおけるシール材塗布工程において、設備コストの削減、作業工数の低減を達成することができる。

0016

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の塗布装置を用いて機能性流動材を塗布することを特徴とする塗布方法である。
それによれば、請求項１ないし請求項６の効果を有する塗布装置を用いて、機能性流動材を塗布することができる。

0017

〔第１実施形態の構成〕
図１および図３から図５に本発明の第１実施形態を示す。第１実施形態にかかる塗布装置１は、図１に示すごとく、充填されたシール材を塗布部位に塗布する塗布ユニット２と、その近傍に設置され塗布ユニット２にシール材を送液して充填する充填ユニット３とからなる。
塗布ユニット２は、後記する多関節ロボット６のアーム部６３の先端に保持され、シール材を塗布部位に塗布するための吐出ガン４と、吐出ガン４に付設され、シール材が充填されるとともに、充填されたシール材を吐出ガン４へ供給する供給機５と、吐出ガン４と供給機５とを目的とする場所に移動させる多関節ロボット６とからなる。

0018

多関節ロボット６は、多関節ロボット６の位置決めを行う固定基台６１と、アーム部６３を所望の方向に旋回させる旋回部６２と、関節部を有し関節部を屈曲させることにより所望の位置へ吐出ガン４と供給機５とを移動させるアーム部６３とからなる。

0019

吐出ガン４および供給機５は、図３に示すごとく一体となってアーム部６３の先端に保持されている。供給機５は、サーボモータ（図示せず）が駆動することによって前進（図３下方）するプランジャー５１と、プランジャー５１がピストン運動することにより容積が増減し、シール材を一時的に蓄えておくことができる充填室を構成する充填筒部５２と、充填筒部５２と吐出ガン４の内部とを連通させ、吐出ガン４へのシール材供給時にはシール材が流れる供給通路５３とを備えている。供給機５の先端には、充填ユニット３からシール材が充填される際に、シール材が流れる充填口５４と、充填筒部５２へシール材を充填するときには開放されて、充填口５４と充填筒部５２とを連通させるチェックバルブ５５とが備えられている。

0020

吐出ガン４は、図４に示すごとく、その先端部に吐出通路４１を有するノズル４２が備えられている。一方、本体部は、供給機５の供給通路５３と連通する供給通路４３と、シール材の吐出時には開放されて吐出通路４１と供給通路４３とを連通させるバルブ４４と、調圧された圧縮空気により押されてバルブ４４を開弁方向に移動させるピストン４５と、バルブ４４とピストン４５の動きを連動させるロッド４６と、圧縮空気の導入および排出を行うための空気通路４７とが備えられている。ピストン４５には、バルブ４４を閉止する方向に付勢するピントンバネ４８が付設されている。

0021

充填ユニット３は、図１に示すごとく、シール材を調整して貯えておく貯槽３１と、シール材を送液して供給機５へシール材を充填する送液ポンプ３２と、シール材の送液を停止する際に閉止される閉止バルブ３３と、供給機５へシール材を充填する際に充填口５４が挿入される充填ノズル３４とを備える。充填ノズル３４の周囲には、シール材の床面への流下を防止するために液だめ３４ａが設けられている。送液ポンプ３２と閉止バルブ３３とは第１配管３５で連結され、閉止バルブ３３と充填ノズル３４とは第２配管３６で連結される。第１配管３５では閉止バルブ３３の近傍に、シール材の粘度を調節するために温調装置３７が装着されている。温調装置３７は、冷温水を熱媒体としてシェル側に流すシェル＆チューブ型の熱交換器である。

0022

〔第１実施形態の作用〕
供給機５へシール材を充填する際には、図１および図３に示すごとく多関節ロボット６の旋回部６２とアーム部６３の関節部を動かして、充填口５４を充填ノズル３４に挿入する。この状態で送液ポンプ３２を起動し閉止バルブ３３を開けると、シール材は貯槽３１から第１配管３５へ送り出され、温調装置３７にて温調されて粘度が調節される。その後、シール材は、第２配管３６、充填ノズル３４、充填口５４を通過して、チェックバルブ５５を動圧によって押し開け、充填筒部５２内へ流入しプランジャー５１を押し上げつつ充填筒部５２内に充填される。
充填筒部５２内に所定量のシール材が充填されると、閉止バルブ３３は閉止され送液ポンプ３２は停止する。これによりチェックバルブ５５に動圧がかからなくなり、チェックバルブ５５は元の位置に戻り、充填口５４と充填筒部５２の間が閉鎖される。

0023

次に、充填したシール材を塗布部位に塗布するため、多関節ロボット６の旋回部６２とアーム部６３の関節部を動かして、吐出ガン４のノズル４２の先端を塗布部位に移動させる。吐出ガン４の位置を決めたら、空気通路４７から調圧された圧縮空気を吐出ガン４内に導入する。これによりピストン４５が押し上げられ、これに連動してロッド４６が変位してバルブ４４が開き、供給機５の供給通路５３および吐出ガン４の供給通路４３がノズル４２の吐出通路４１と連通される。この状態でプランジャー５１のサーボモータを起動してプランジャー５１を押し下げ、充填筒部５２内のシール材を、供給通路５３、供給通路４３、吐出通路４１の順に通過させ、ノズル４２の吐出口からビード状に吐出する。

0024

ビードの断面形状は、ノズル４２の吐出口の形状により略長方形、略楕円形、略凹形状、略凸形状など種々の形状とすることができ、塗布部位の位置、形状などに応じてノズル４２を取り替えてビードの断面形状を変えることができる。
塗布が終了したら、空気通路４７から圧縮空気を排気してバルブ４４を閉弁し、プランジャー５１のサーボモータを停止する。その後、多関節ロボット６の旋回部６２とアーム部６３の関節部を動かして、充填ユニット３の充填ノズル３４へ吐出ガン４および供給機５を移動させ、再度、シール材を充填筒部５２内に充填する。以降、同様の操作を繰り返す。
なお、塗布装置１の操作はすべて周知のコンピュータ（図示せず）による自動制御により行うことが可能であり、必要に応じて、コンピュータによる自動制御を解除することができる。

0025

〔第１実施形態の効果〕
塗布装置１を採用することによって、シール材を貯槽３１から吐出ガン４まで送液するための長距離の配管（ホース）を必要としなくなり、貯槽３１から充填ノズル３４までの比較的短い配管で十分となる。また、配管を短くできるので温調装置や送液ポンプは、従来ほどの能力を必要とせず、機構が簡単でより安価なものを採用できる。以上により、従来の塗布装置に比べ大幅に設備コストを削減することができる。
また、温調装置や送液ポンプには機構の簡単なものが採用できるため、メンテナンスが容易となる。さらに、配管を短縮化できるので、メンテナンス時の配管の残液の抜き出し、取り外し、解体、清掃などの作業も容易になり、作業工数を低減できる。

0026

〔第２実施形態の構成〕
図６に本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態では供給機５に供給通路５３が２つ設けられ、各々が供給機５に付設された吐出ガン４、４の供給通路４３、４３と連通している。吐出ガン４、４のノズル４２、４２はそれぞれ異なった形状の吐出口を有する。

0027

〔第２実施形態の効果〕
これによって、第１実施形態の効果に加え、断面形状の異なる２種類のビードを吐出することができ、ビードの断面形状を変えるために塗布装置１全体を停止して吐出ガン４のノズル４２を取り替える必要がなくなる。

0028

〔他の実施形態〕
本実施形態では自動車の製造工程における自動車ボディパネル部品相互の継ぎ目部や折り返し部へのシール材の塗布装置を取り上げているが、これに限定されるものではなく、船舶、航空機、車両、電気機器、電子機器、その他精密機械などの製造工程における接着材やシール材の塗布や、建築材料、土木材料などにおける接着材、シール材、コーキング材の塗布にも適用することができる。

0029

本実施形態では吐出ガン４と供給機５とが別々の機器であったが、吐出ガン４と供給機５の機能を併せ持った１の機器となっているものでもよい。例えば吐出ガン４のノズル４２を、機能性流動材の吐出口として使用するだけでなく充填口としても使用できるように改造してもよい。また、供給機５にノズル４２を装着し、ノズル４２にいたる供給通路を供給機５の内部に別途設けてもよい。

0030

供給機５のプランジャー５１の押し下げは、サーボモータによるものを用いたが油圧方式でもよい。また、供給機５への機能性流動材の充填方法としては送液ポンプ３２による圧送方式を用いたが、油圧またはサーボモータによるプランジャーの引き上げにより吸引してもよい。さらに、供給機５内に減圧通路を設けておき、アスピレータや真空ポンプなどで吸引してもよい。

0031

本実施形態では、第１配管の閉止バルブ３３の近傍に温調装置３７を装着したが、使用条件や機能性流動材の種類などに応じて、温調、保温状態を変更してもよく、例えば、吐出ガン４、供給機５、閉止バルブ３３、充填ノズル３４、第１配管３５または第２配管３６のうちいずれか１つまたは複数に温調装置を装着してもよい。あるいは、温調装置を全く装着しなくてもよい。
また、温調装置３７には、冷温水を熱媒体としてシェル側に流すシェル＆チューブ型の熱交換器を用いたが、熱交換器としては外側に熱媒体を流す二重管型、被加熱体を流す主配管に熱媒体を流す配管を接触させて巻きつけた抱き合わせ型などでもよい。熱媒体も、より高温のものが必要な場合にはスチームなどを用いてもよく、さらに熱媒体を用いず電気ヒータなどで温調してもよい。

0032

本実施形態では吐出ガン４を１つまたは２つ備えた塗布装置１を用いたが、３つないしは４つまたはそれ以上にして、ノズル４２を交換することなく、より多くのビードの断面形状を選択できるようにしてもよい。また、アーム部６３の先端に供給機５と吐出ガン４のセットを複数保持させ、さらに充填ユニット３を同数揃えておけば、吐出ガン４および供給機５の交換をしなくても異種の機能性流動材の塗布が可能となる。
アーム部６３の先端に吐出ガン４を複数保持させる場合、塗布を行っているノズル４２の塗布部位における移動が、塗布を行っていないノズル４２の存在により干渉を受けないように、吐出ガン４相互間に一定の角度を持たせてもよい。
本実施形態では、固定基台６１によって位置決めを行う多関節ロボット６を用いたが、充填ユニット３とともに、車輪などを取り付けて移動可能なものとしてもよい。

【図１】
第１実施形態にかかる塗布装置の全体図である。
【図２】
従来技術にかかる塗布装置の全体図である。
【図３】
第１実施形態における機能性流動材の充填時の供給機と充填ノズルの位置関係を示す説明図である。
【図４】
第１実施形態にかかる吐出ガンの断面図である。
【図５】
第１実施形態にかかる供給機の断面図である。
【図６】
第２実施形態にかかる吐出ガンおよび供給機の断面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
２塗布ユニット
３ 充填ユニット
３４ 充填ノズル
３７温調装置
４ 吐出ガン
５ 供給機
５２充填筒部（充填室）
５４ 充填口
６ 多関節ロボット（ロボットアーム）