JP7553316B2 - 塗料噴射ノズル - Google Patents

Description

本発明は、塗料噴射ノズルに関する。

自動車の製造工程において、例えば車体の表面に２色の塗装（２トーン塗装と称する）を施す場合、スプレーガンによる塗装では霧状に塗料が噴霧されるため、自動車の車体にマスキング処理を施し、その上からスプレーガンによる塗装を行って、境界線を出していた。

しかしながら、車体にマスキング処理を施し、塗装後にそれを除去する作業が煩わしく、作業効率が低下するという課題があった。
そのような課題に対し、噴霧幅の狭い塗料噴射ノズルを用いることにより、マスキング処理を行わずに境界線を出す方法が注目されている。

例えば、塗料噴射ノズルを用いた塗布装置については、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される塗布（プリント）装置は、塗料が充填されたインクタンクに加圧空気を送り込むことにより高圧の気圧を印加して塗料を遠方に吐出する塗料噴射ノズルが複数配列されたヘッドアレイ（塗料噴射ノズルヘッド）を備えている。

この装置は、さらに前記ヘッドアレイを往復直線移動させるリニアレールと、前記リニアレールをロボットアームにより移動させる多関節ロボットと、それらロボットと塗料噴射ノズルの駆動制御を行うコントローラとを備えている。前記ヘッドアレイは、塗料色ごとに複数のノズルが横一列に配列されており、配列方向にリニアレール上を移動（走査）しながら各ノズルからの噴霧がなされる。

このような塗布装置によれば、走査方向に沿って直線状に配列された複数のノズルから塗料が吐出されるため、少ない走査で所望の膜厚を形成することができ、マスキング処理を施すことなく、速い速度で境界線のある塗布作業を行うことが可能となる。

ところで、従来の塗料噴射ノズルの構造は、例えば特許文献２に開示されている。図６は、特許文献２に開示された塗料噴射ノズルの断面図である。
図６において、塗料噴射ノズルは、基体５１の前面に設けられたノズル孔５２と 、ノズル孔５２に塗料を供給する塗料室５３と、塗料室５３中にあって、先端にてノズル孔５２を閉鎖又は開放するニードル弁５４とを備える。また、ニードル弁５４の駆動機構（圧電素子）として、ニードル弁５４の後方に固定される可動鉄心５８と、可動鉄心５８に対向して設けられる固定鉄心６１と、電磁ソレノイド６２と、可動鉄心５８と固定鉄心６１との間に設けられるバネ材６０を備える。

前記駆動機構を収容する駆動機構収容空間５９に塗料室５３の塗料が流出しないようにするためにニードル弁５４を囲うように弾性体隔膜５７が設けられ、塗料室５３の塗料には塗料入力通路５５を介して圧力Ｐがかけられている。
加圧された塗料が弾性体隔膜５７とニードル弁５４の間から洩れ出すのを防ぐために駆動機構収容空間５９の中の気体又は液体に対し、加圧通路６３を介して塗料にかけられた圧力と同程度の圧力Ｐが加えられている。

図６ではニードル弁５４がノズル孔５２を閉鎖しているところを示す。この時、ソレノイド６２には電流が流されていないため、バネ材６０の働きにより可動鉄心５８とそれに続くニードル弁５４が前方に押され、その結果ノズル孔５２が閉鎖される。
一方、ソレノイド６２に電流が流されると、固定鉄心６１に可動鉄心５８が吸着され、ニードル弁５４は後方に下がってノズル孔５２が開放されることになる。

特開２０１５－０２７６３６号公報 特開２００４－１４２３８２号公報

しかしながら、自動車塗装ラインで空気中に浮遊する気化塗料が仮に駆動機構（圧電素子）に侵入した場合、駆動機構で生じる摩擦により火花が生じると、駆動機構に侵入した気化塗料に引火して爆発が生じ、弾性体隔膜５７を破壊して塗料室５３へ延焼する虞があった。

本願発明者は、基体内にニードル弁を進退可能に嵌入する構成とすることを前提に鋭意研究を行い、本発明をするに至った。
本発明の目的は、塗料噴射ノズルにおいて、駆動機構からの塗料室への引火を防止することのできる塗料噴射ノズルを提供することにある。

前記した課題を解決するために、本発明に係る塗料噴射ノズルは、所定の圧力で供給された塗料を吐出する塗料噴射ノズルであって、基体と、塗料が噴射されるノズル孔と、前記ノズル孔に塗料を供給する塗料室と、前記基体内に進退可能に嵌入され、前記ノズル孔を閉鎖又は開放するニードル弁と、前記基体内に設けられ、前記ニードル弁を前記ノズル孔に対して進退動作させる駆動機構と、前記基体内において前記ニードル弁の周りを囲うように設けられ、前記ニードル弁の進退動作に伴い該ニードル弁の周面が摺接するベアリングとを備え、前記ベアリングは、前記ニードル弁の軸方向と周方向にそれぞれ複数の剛球が回転自在に配置され、前記ニードル弁の軸方向に移動可能に設けられていることに特徴を有する。
尚、前記ベアリングが前記ニードル弁の軸方向に移動可能な距離寸法は、少なくとも前記ベアリングの球またはローラの周の長さであることが望ましい。
また、前記ニードル弁の前記駆動機構側の端に一端が連結される駆動ピンを備え、前記駆動ピンの他端は前記駆動機構に連結されている構成でもよい。

このようにニードル弁の周囲に、該ニードル弁が摺動するベアリングを設け、ベアリングを軸方向に移動させることにより、ベアリングの球やローラにグリスを行き渡らせて、グリス切れを防止することができる。
また、ニードル弁と基体内壁との隙間寸法を小さく制限することができるため、駆動機構への気化塗料の流入を抑制し、仮に駆動機構で火花が発生した際に駆動機構外に流出し塗料室での引火を防止することができる。

本発明によれば、塗料噴射ノズルにおいて、駆動機構からの塗料室への引火を防止することのできる塗料噴射ノズルを提供することができる。

図１は、本実施の形態に係る塗料噴射ノズルの主要構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、図１の塗料噴射ノズルのリニアガイドを含むその周辺の一部拡大断面図である。 図３は、図２のリニアガイドを正面側からみた断面図（図１のＣ－Ｃ矢視断面図）である。 図４（ａ）、（ｂ）は、図２のリニアガイドの状態を示す断面図である。 図５は、本発明の塗料噴射ノズルの変形例を示す断面図である。 図６は、従来の塗料噴射ノズルの構成を示す断面図である。

以下、本発明にかかる塗料噴射ノズルの実施の形態につき、図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る塗料噴射ノズルは、例えば自動車製造ラインにおける塗布装置に用いられ、例えば（他色の塗装との境界線を有する）２トーン塗装のために塗料を吐出するものである。

図１は、本実施の形態に係る塗料噴射ノズルの主要構成を模式的に示すブロック図である。
塗料噴射ノズル１００は、基体１に設けられたノズル孔２と、ノズル孔２に塗料を供給する塗料室３と、基体１内に進退可能に嵌入され、ノズル孔２を閉鎖又は開放するニードル弁４と、ニードル弁４に連結される駆動機構としてのピエゾ素子８とを備える。

前記塗料室３の側部には、塗料入力通路５が接続され、反対側のインク室３の側部には塗料回収通路６が接続されている。
塗料室３には、図示しない塗料供給部から前記塗料入力通路５を通じて常に塗料が供給され、塗料回収通路６から回収されることによって、塗料が滞留することなく塗料が充填される。ノズル孔２が閉状態にあっては、塗料入力通路５からの塗料流量が調整されることによって塗料室３内に所定の圧力がかかった状態が維持されるようになっている。

前記ピエゾ素子８は、図示しない電圧印加部により所定以上の電圧が印加されると、ニードル弁４の軸方向に長さを変化させ、ニードル弁４をノズル孔２に向けて移動させて（前進させて）、ニードル弁４の先端がノズル孔２を閉鎖するようになされている（ノズル孔閉状態）。

一方、ピエゾ素子８は、ノズル閉状態から印加電圧が降下されると、ニードル弁４をノズル孔２から離す方向に変形し、ニードル弁４の先端がノズル孔２から離れるようになされている（ノズル孔開状態）。ノズル孔２が開くと、図１に示すように塗料室３内の圧力によりノズル孔２から塗料液滴１７がワークに向けて吐出される。

このピエゾ素子８は、基体１中に形成された駆動機構収容空間９に収容され、ニードル弁４の軸方向に対しノズル孔２側と逆の端側に樹脂１２が充填されることによりピエゾ素子８への引き込み電線の絶縁がなされている。前記駆動機構収容空間９は、前記塗料室３とは、二重のＯリング１０、１１によって分離され、塗料室３の塗料が駆動機構収容空間９に流出しないようになされている。

また、図示するようにＯリング１０とＯリング１１との間には、ニードル弁４の径方向周囲にベアリングからなるリニアガイド２０が配置されている。
図２は、リニアガイド２０を含むその周辺の一部拡大断面図であり、図３は、リニアガイド２０を正面側からみた断面図（図１のＣ－Ｃ矢視断面図）である。前記したようにニードル弁４は基体１内に前後方向に進退可能に嵌入されている。ニードル弁４の軸方向への移動を可能とし、Ｏリング１０、１１により塗料室３と駆動機構収容空間９とを隔離するために、ニードル弁４と基体１内壁との隙間ｓ１を設定されている。また、リニアガイド２０と基体１内壁との隙間ｓ２を設定されている。

リニアガイド２０は、軸方向と周方向にそれぞれ複数の剛球２１が回転自在に配置されている。各剛球２１はグリスによって滑らかに回転するように設けられ、複数の剛球２１がニードル弁４の周面を支持しつつニードル弁４の軸方向への移動に伴い回転することによって、ニードル弁４の直進性が維持されるように構成されている。尚、ニードル弁４に対し摺動するリニアガイド２０はベアリングであるため火花が発生せず安全である。

また、リニアガイド２０は、これが配置される円筒状の空間２５内において、軸方向に移動可能に設けられている。図２に示すように空間２５内において軸方向の遊びＡ＋Ｂは、少なくとも剛球２１の周の長さを有する、即ち剛球２１の直径をＬとすると、少なくともＬ×πの長さを有するように構成されている。
このように構成することにより、リニアガイド２０が軸方向にＡ＋Ｂの長さを移動することで、剛球全体にグリスを行き渡らせることができ、グリス切れを防止することができる。

尚、塗料噴射ノズル１００を使用する際は、図示しないロボットアームの先端に塗料噴射ノズル１００を保持し、ワークに向けて塗料の吐出を行うが、吐出の前後時間において、ノズル先端を上方、或いは下方に向けることにより、図４（ａ）、（ｂ）に示すように前記空間２５内においてリニアガイド２０を自重で軸方向に移動させ、グリスを剛球全体に容易に行き渡らせることができる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、ニードル弁４の周囲に、該ニードル弁４が摺動するリニアガイド２０（ベアリング）を設けたことにより、ニードル弁４が基体１内に進退可能に嵌入された状態、即ちニードル弁４と基体１内壁との隙間寸法が小さく制限されても直進性を維持することができ、塗装精度を向上させることができる。また、基体１内においてリニアガイド２０を設ける空間２５内において、軸方向にリニアガイド２０の剛球２１の周長さ以上の遊びを設けたことにより、リニアガイド２０を自重で移動させ、全ての剛球２１にグリスを行き渡らせて、グリス切れを防止することができる。
また、ニードル弁４と基体１内壁との隙間寸法が小さく制限されるため、駆動機構側への気化塗料の流入を抑制し、仮に駆動機構側で火花が発生した際に塗料室３での引火を防止することができる。

尚、前記実施の形態にあっては、リニアガイド２０においてニードル弁４が摺動する部材を剛球２１としたが、本発明にあっては、それに限定されるものではなく、球体ではなく円盤、円柱等のローラであってもよい。

また、前記実施の形態においては、ニードル弁４の後端にピエゾ素子８（駆動機構）が連結されるものとしたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。例えば、図５に示すように前記ニードル弁４の後端に一端が連結される駆動ピン１３を備え、前記駆動ピン１３の他端がピエゾ素子８（駆動機構）に連結されている構成としてもよい。そのように構成することにより、駆動機構で爆発しても、損傷を駆動ピン１３にとどめ、ニードル弁４及び塗料室３の損傷を防ぐことができる。

１ 基体
２ ノズル孔
３ 塗料室
４ ニードル弁
８ ピエゾ素子（駆動機構）
２０ リニアガイド（ベアリング）
１００ 塗料噴射ノズル

Claims (3)

1. 所定の圧力で供給された塗料を噴射する塗料噴射ノズルであって、
   基体と、
   塗料が噴射されるノズル孔と、
   前記ノズル孔に塗料を供給する塗料室と、
   前記基体内に進退可能に嵌入され、前記ノズル孔を閉鎖又は開放するニードル弁と、
   前記基体内に設けられ、前記ニードル弁を前記ノズル孔に対して進退動作させる駆動機構と、
   前記基体内において前記ニードル弁の周りを囲うように設けられ、前記ニードル弁の進退動作に伴い該ニードル弁の周面が摺接するベアリングとを備え、
   前記ベアリングは、前記ニードル弁の軸方向と周方向にそれぞれ複数の剛球が回転自在に配置され、前記ニードル弁の軸方向に移動可能に設けられていることを特徴とする塗料噴射ノズル。
2. 前記ベアリングが前記ニードル弁の軸方向に移動可能な距離寸法は、少なくとも前記ベアリングの球またはローラの周の長さであることを特徴とする請求項１に記載された塗料噴射ノズル。
3. 前記ニードル弁の前記駆動機構側の端に一端が連結される駆動ピンを備え、
   前記駆動ピンの他端は前記駆動機構に連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された塗料噴射ノズル。

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