特許 7545875 塗装システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】塗装システム

(51)【国際特許分類】

   B05C 11/10 20060101AFI20240829BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20240829BHJP

   B05C 11/00 20060101ALI20240829BHJP

   B05B 13/04 20060101ALN20240829BHJP

【ＦＩ】

B05C11/10

B05C5/00 101

B05C11/00

B05B13/04

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020200113

(22)【出願日】2020-12-02

(65)【公開番号】P2022087954

(43)【公開日】2022-06-14

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】弓削 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】上原 義貴

(72)【発明者】

【氏名】内山 典子

(72)【発明者】

【氏名】福山 康弘

【審査官】吉田 昌弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０４００３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０９３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５４１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９７１７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｃ １１／１０

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｃ １１／００

Ｂ０５Ｂ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に供給された塗料を粒状化して吐出するプリントヘッドと、
被塗装物に対して前記プリントヘッドを移動させる移動操作部と、
前記プリントヘッドから前記被塗装物に至る距離を検出する距離検出部と、
前記プリントヘッドからの塗料の吐出速度を制御するための吐出制御部とを備え、
前記プリントヘッドが、
塗料吐出用の複数の吐出ノズルと、前記吐出ノズル毎に配置した塗料加圧用のアクチュエータとを備え、
前記距離検出部が、夫々の前記吐出ノズルから前記被塗装物に至る夫々のスポット距離を検出し、
前記吐出制御部が、前記スポット距離が大きいほど、前記吐出ノズルからの塗料の吐出速度が上がるように、前記アクチュエータを制御し、
前記吐出制御部が、夫々の前記スポット距離に基づいて、前記被塗装物の表面の傾斜角度を算出し、前記傾斜角度が所定値以上で且つその表面が下向きの傾斜面である場合に、前記傾斜面に該当する前記吐出ノズルからの塗料の粒の大きさが小さくなるように、前記アクチュエータを制御することを特徴とする塗装システム。

【請求項2】

前記吐出制御部が、夫々の前記スポット距離が所定値以上になった際、前記スポット距離が相対的に小さい前記吐出ノズルの前記アクチュエータを停止すると共に、前記スポット距離が相対的に大きい前記吐出ノズルの前記アクチュエータを駆動する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の塗装システム。

【請求項3】

前記プリントヘッドが、内部に供給された塗料の粘度を検出する粘度検出部を備え、
前記吐出制御部が、前記粘度検出部により検出した粘度が高くなるほど、前記吐出ノズルからの塗料の吐出速度が上がるように、前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載の塗装システム。

【請求項4】

前記プリントヘッドが、前記被塗装物における未塗装領域及び既塗装領域を検出する塗装検出部を備え、
前記吐出制御部が、前記塗装検出部により検出した前記既塗装領域に該当する前記吐出ノズルの前記アクチュエータを停止すると共に、前記未塗装領域に該当する前記吐出ノズルの前記アクチュエータを駆動する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の塗装システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プリントヘッドを使用する塗装システムに関し、自動車の車体塗装などに用いられる塗装システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、プリントヘッドを使用する塗装システムとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の塗装機器は、多軸ロボットのハンド部に、塗装剤を吐出するプリントヘッドを設けた構造である。プリントヘッドは、塗装剤を粒状化して吐出する複数のノズルを備えると共に、塗装部品上のガイド経路の方向を検知するセンサを備えている。そして、塗装機器は、ロボット制御装置を備え、このロボット制御装置により、センサからの入力に基づいて、プリントヘッドがガイド経路に沿って移動するように多軸ロボットをフィードバック制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５９７６３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記したようなプリントヘッドを使用する塗装システムでは、プリントヘッドの複数のノズルから塗料を吐出させて被塗装物に塗装を行うので、被塗装物の表面に起伏がある場合、ノズル毎に被塗装物に至る距離が異なる場合がある。このため、従来の塗装システムでは、ノズルから被塗装物に至る距離が相対的に大きい箇所で、吐出した塗料の着滴位置にずれが生じ易いという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。なお、塗料の着滴位置のずれは、塗装むらの原因にもなる。

【0005】

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、プリントヘッドを使用する塗装において、被塗装物の表面に起伏がある場合でも、塗料の着滴位置のずれを防止して、良好な塗装品質を得ることができる塗装システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係わる塗装システムは、内部に供給された塗料を粒状化して吐出するプリントヘッドと、被塗装物に対してプリントヘッドを移動させる移動操作部と、プリントヘッドから被塗装物に至る距離を検出する距離検出部と、プリントヘッドからの塗料の吐出速度を制御するための吐出制御部とを備えている。プリントヘッドは、塗料吐出用の複数の吐出ノズルと、吐出ノズル毎に配置した塗料加圧用のアクチュエータとを備えている。そして、塗装システムは、距離検出部が、夫々の吐出ノズルから被塗装物に至る夫々のスポット距離を検出し、吐出制御部が、スポット距離が大きいほど、吐出ノズルからの塗料の吐出速度が上がるように、アクチュエータを制御し、吐出制御部が、夫々のスポット距離に基づいて、被塗装物の表面の傾斜角度を算出し、傾斜角度が所定値以上で且つその表面が下向きの傾斜面である場合に、傾斜面に該当する吐出ノズルからの塗料の粒の大きさが小さくなるように、前記アクチュエータを制御することを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係わる塗装システムは、上記構成を採用したことにより、プリントヘッドを使用する塗装において、被塗装物の表面に起伏がある場合でも、塗料の着滴位置のずれを防止して、良好な塗装品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係わる塗装システムの第１実施形態において、プリントヘッドの構造を説明する断面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。

【図2】塗装システムの全体を示す断面説明図である。

【図3】塗装システムの制御工程を説明するフローチャートである。

【図4】本発明に係わる塗装システムの第２実施形態を示す断面説明図である。

【0009】

〈第１実施形態〉
図１～図３は、本発明に係わる塗装システムの第１実施形態を説明する図である。図１は、塗装システムに使用するプリントヘッドを説明する図である。

【0010】

図１（Ａ）に示すプリントヘッド１は、周知のインクジェットプリンタと同様に、内部に供給された塗料を粒状化して吐出する。プリントヘッド１は、内部に塗料２の充填空間３を有し、図外の塗料供給源から塗料２が供給される。プリントヘッド１は、図１（Ｂ）に示す正面側に、塗料吐出用の複数の吐出ノズル４が配列してある。なお、図１（Ａ）には、プリントヘッドの内部を図示する都合上、上下３段の吐出ノズル４を示しており、図１（Ｂ）には、吐出ノズル４の配置を示す都合上、１１個の吐出ノズル４を示している。吐出ノズル４の数や配置は、とくに限定されるものではない。

【0011】

また、プリントヘッド１は、夫々の吐出ノズル４毎に配置した塗料加圧用のアクチュエータ５を備えている。各アクチュエータ５は、プリントヘッド１の背面側に配置したピエゾ素子５Ａと、ピエゾ素子５Ａに基端部を連結したロッド５Ｂとを備えている。各ロッド５Ｂは、基端側の部分で軸線方向に往復動可能に保持されていると共に、充填空間３内に突出し、先端部が、充填空間３に開口する吐出ノズル４の入口近傍に達している。

【0012】

各アクチュエータ５は、ピエゾ素子５Ａに電圧を印加して変形させ、その変形に伴ってロッド５Ｂを軸線方向に往復動させることで吐出ノズル４内の塗料２を加圧し、塗料２を粒状化して吐出ノズル４から吐出させる。この際、各アクチュエータ５は、夫々のピエゾ素子５Ａに印加する電圧の大きさを制御することにより、塗料２の吐出速度を変化させることができる。

【0013】

つまり、各アクチュエータ５は、図１（Ａ）中に矢印で示すように、ロッド５Ｂの往復動範囲を大きくするほど、粒状化した塗料２の吐出速度を上げることができる。また、各アクチュエータ５は、夫々のピエゾ素子５Ａに印加する電圧の大きさや印加周期を制御することで、粒状化した塗料２の吐出ピッチや粒の大きさを変化させることができる。

【0014】

図２に示す塗装システムは、上記のプリントヘッド１と、被塗装物Ｗに対してプリントヘッド１を移動させる移動操作部１１と、移動操作部１１を制御する移動制御部１２とを備えている。また、塗装システムは、プリントヘッド１から被塗装物Ｗに至る距離を検出する距離検出部１３と、プリントヘッド１からの塗料２の吐出速度を制御するための吐出制御部１４とを備えている。

【0015】

移動操作部１１は、塗装面を竪にした被塗装物Ｗに対して、プリントヘッド１を進退方向及び上下左右方向に移動させる機能や、プリントヘッド１の角度を調整する機能を有する。このような移動操作部１１には、好適な例として、多軸制御型の作業ロボットを使用することができる。

【0016】

移動制御部１２は、主に演算器であって、被塗装物Ｗの形状データや距離検出部１２で検出した距離データ等に基づいて、プリントヘッド１が所定の塗装経路に沿って移動するように移動操作部１１をフィードバック制御する。

【0017】

距離検出部１３は、プリントヘッド１から被塗装物Ｗに至る距離を検出する機能と、夫々の吐出ノズル４から被塗装物Ｗに至る夫々のスポット距離を検出する機能を有する。このような距離検出部１３には、例えば、レーザレンジファインダやステレオカメラなどのように、所定範囲の距離を非接触で検出するものが好適である。このとき、距離検出部１３の検出範囲は、被塗装物Ｗの表面上において、少なくともプリントヘッド１の正面に相対向する範囲である。

【0018】

吐出制御部１４は、主に演算器であって、距離検出部１３で検出したスポット距離に基づいて、各アクチュエータ５のピエゾ素子５Ａに印加する電圧の大きさや印加周期を変化させて、粒状化した塗料２の吐出速度を吐出ノズル４毎に制御する。

【0019】

ここで、図２に例示する被塗装物Ｗは、表面の起伏により、上段及び中段の吐出ノズル４，４のスポット距離Ｒ１，Ｒ２に対して、下段の吐出ノズル４のスポット距離Ｒ３が相対的に大きい。このような状態で、各吐出ノズル４から塗料２を均等に吐出させると、スポット距離Ｒ３が最大である下段の吐出ノズル４から吐出した塗料２の滞空時間も相対的に長くなり、その着滴位置にずれが生じやすい。

【0020】

そこで、塗装システムでは、吐出制御部１４が、スポット距離が大きいほど、吐出ノズル４からの塗料２の吐出速度が上がるように、アクチュエータ５を制御する。つまり、図２の状態では、最大のスポット距離Ｒ３となる下段の吐出ノズル４からの塗料２の吐出速度が上がるように、同吐出ノズル４に該当するアクチュエータ５を制御する。

【0021】

これにより、塗装システムでは、プリントヘッド１の各吐出ノズル４から被塗装物Ｗに至る塗料２の滞空時間を均等にして、夫々の塗料２を正しい着滴位置に到達させる。そして、塗装システムは、移動操作部１１によりプリントヘッド１を所定経路に沿って移動させながら、距離検出部１３によるスポット距離の検出、並びに吐出制御部１４による各アクチュエータ５の制御を行って、被塗装物Ｗの所定範囲に塗装をする。

【0022】

図３は、上記の制御工程を示すフローチャートであり、制御を開始（START）すると、ステップＳ１において被塗装物Ｗの塗装位置を決定し、ステップＳ２において塗装位置の表面形状データを取得する。すなわち、距離検出部１３により、プリントヘッド１から被塗装物Ｗに至る距離や、各吐出ノズル４から被塗装物Ｗに至る夫々のスポット距離を取得する。これらの距離のデータから、被塗装物Ｗの表面形状を把握することが可能である。

【0023】

その後、ステップＳ３において距離検出部１３からの距離データを移動制御部１２にフィードバックし、ステップＳ４において移動操作部１１によりプリントヘッド１の位置や角度を調整する。その一方で、ステップＳ５において距離検出部１３からのスポット距離データを吐出制御部１４にフィードバックし、ステップＳ６において各吐出ノズル４からの吐出速度を決定する。その後、ステップＳ７において塗装を実行して、制御を終了（END）する。

【0024】

このようにして、塗装システムは、プリントヘッド１を使用する塗装において、被塗装物Ｗの表面に起伏がある場合でも、粒状化した塗料２の着滴位置のずれを防止して、良好な塗装品質を得ることができる。

【0025】

図４は、本発明に係わる塗装システムの第２実施形態を説明する図である。図示の塗装システムは、第１実施形態と同等の基本構成を有すると共に、吐出検出部１４にさらなる機能を追加したものである。なお、第１実施形態と同一の構成部位に関しては、同一符を付して詳細な説明を省略する。

【0026】

図示の塗装システムは、吐出制御部１４が、夫々のスポット距離が所定値以上になった際、スポット距離が相対的に小さい吐出ノズル４のアクチュエータ５を停止すると共に、スポット距離が相対的に大きい吐出ノズル４のアクチュエータ５を駆動する機能を有している。

【0027】

すなわち、図４においては、被塗装物Ｗの起伏により、上段及び中段の吐出ノズル４，４から被塗装物Ｗに至るスポット距離Ｒ１，Ｒ２に対して、下段の吐出ノズル４から被塗装物Ｗに至るスポット距離Ｒ３が相対的に大きい。そこで、吐出制御部１４は、これらのスポット距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が所定値以上になった際、上段及び中段の吐出ノズル４，４に配置したアクチュエータ５，５を停止し、下段の吐出ノズル４のアクチュエータ５だけを駆動する。

【0028】

これにより、塗装システムは、下段の吐出ノズル４に塗料２の圧力が集中して、同吐出ノズル４から吐出される塗料２の吐出速度が上がるので、被塗装物Ｗにおける正しい位置に塗料２が着滴する。このようにして、塗装システムは、プリントヘッド１を使用する塗装において、被塗装物Ｗの表面に起伏がある場合でも、粒状化した塗料２の着滴位置のずれを防止して、良好な塗装品質を確保する。なお、実際の吐出ノズル４は、微細な口径を有しており、塗料２も所定の粘性を有するので、開放したままでアクチュエータ５を停止させても塗料２が漏出する心配はない。

【0029】

さらに、この実施形態の塗装システムは、プリントヘッド１が、内部に供給された塗料２の粘度を検出する粘度検出部１５を備えている。そして、吐出制御部１４は、粘度検出部１５により検出した粘度が高くなるほど、吐出ノズル４からの塗料２の吐出速度が上がるように、アクチュエータ５を制御する機能を有する。

【0030】

ここで、塗料２は、時間経過に伴って粘度が高くなる傾向にある。プリントヘッド１を用いた塗装では、塗料２の粘度変化によっても着滴位置にずれが生じる場合がある。そこで、塗装システムは、上述の如く塗料２の粘度が所定値を超えたところで、吐出ノズル４からの塗料２の吐出速度を上昇させ、これにより、粒状化した塗料２の着滴位置のずれを防止して、良好な塗装品質を確保する。

【0031】

さらに、この実施形態の塗装システムは、プリントヘッド１が、被塗装物Ｗにおける未塗装領域及び既塗装領域を検出する塗装検出部を備えている。そして、吐出制御部１４は、塗装検出部により検出した既塗装領域に該当する吐出ノズル４のアクチュエータ５を停止すると共に、未塗装領域に該当する吐出ノズル４のアクチュエータ５を駆動する機能を有する。

【0032】

塗装検出部は、ＣＣＤカメラなどを採用し得るが、距離検出部１３を応用することも可能である。つまり、距離検出部１３は、先述の如くレーザレンジファインダやステレオカメラを採用し得るので、レーザレンジファインダを採用した場合には、塗装前のスポット距離と塗装後のスポット距離との差から、未塗装領域と既塗装領域とを区別することが可能である。また、ステレオカメラを採用した場合には、画像処理を行うことにより、未塗装領域と既塗装領域とを区別することが可能である。

【0033】

この実施形態の塗装システムは、上述の如く、既塗装領域に該当する吐出ノズル４のアクチュエータ５を停止して、未塗装領域に該当する吐出ノズル４のアクチュエータ５を駆動して塗装することで、過剰塗布を防止して良好な塗装品質を確保し、塗料２の無駄を解消する。

【0034】

さらに、この実施形態の塗装システムは、吐出制御部１４が、夫々のスポット距離に基づいて、被塗装物Ｗの表面の傾斜角度を算出し、傾斜角度が所定値以上で且つその表面が下向きの傾斜面である場合に、傾斜面に該当する吐出ノズル４からの塗料２の粒の大きさが小さくなるように、アクチュエータ５を制御する機能を有する。

【0035】

すなわち、塗装システムでは、距離検出部１３が、上下３段の各吐出ノズル４から被塗装物Ｗに至る夫々のスポット距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を検出する。ここで、図４に示す被塗装物Ｗでは、中段のスポット距離Ｒ２と下段のスポット距離Ｒ３との差から、被塗装物Ｗの下段の着滴位置が、下向きに傾斜したオーバーハングの傾斜面であることが判る。

【0036】

上記の塗装システムは、第１実施形態で説明したように、最大のスポット距離Ｒ３である下段の吐出ノズル４からの塗料２の吐出速度が上がるように、同吐出ノズル４に該当するアクチュエータ４を制御して、粒状化した塗料２の着滴位置のずれを防止する。

【0037】

この際、図示例のように、被塗装物Ｗが、傾斜角度が所定値以上である下向きの傾斜面を有する場合、各吐出ノズル４から同量の塗料２を吐出させると、傾斜面で塗料垂れが生じる虞がある。

【0038】

そこで、塗装システムでは、吐出制御部１４が、傾斜面に該当する下段の吐出ノズル４からの塗料２の粒の大きさが小さくなるように、該当するアクチュエータ５を制御することで、傾斜面における正しい位置に塗料２を着滴させると同時に、塗料２の塗布量を少なくして塗料垂れを防止し、これにより良好な塗装品質を確保する。

【0039】

なお、本発明に係わる塗装システムは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ プリントヘッド
２ 塗料
４ 吐出ノズル
５ アクチュエータ
１１ 移動操作部
１３ 距離検出部（塗装検出部）
１４ 吐出制御部
１５ 粘度検出部
Ｒ１～Ｒ３ スポット距離
Ｗ 被塗装物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】