JP5292883B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗布装置に関する。

従来から、自動車のドアパネルの組み立て工程においては、ドアパネルに粘性材料を塗布することが行われている。例えば、図１２にて示すようにドアパネル３は、プレス加工されたアウタパネル１とインナパネル２の両パネルを重ね合わせた状態としておき、その状態からアウタパネル１の外周部を一定幅に渡って折り返しつつインナパネル２の外周端部を挟み込むことでドアパネル３として一体化している。そして、一体化の後、アウタパネル１の折り返し部の先端にシーラ４と称される高粘度の材料を塗布して、両パネルの合わせ部分を防水、防錆処理していた。

上記したシーラ４を両パネルの合わせ部に沿って確実に塗布するには、シーラ４を塗布するノズル装置が上記合わせ部に沿って移動するようにガイドしておくことが好ましい。そのため、従来から、ノズル装置に対して折り返し幅に対応する距離を離してガイド部材を設け、これをアウタパネル１のパネル側面に当接させつつノズル装置を移動操作することで、ノズル装置がアウタパネル１の周縁端から一定距離だけドアパネルの内側に入ったライン（すなわち、アウタパネル１の折り返し部の先端）を辿るようにしている。

また、上記折り返し部の幅は車種により異なることがあり、それに対応する技術が既に提案されている（特許文献１）。このものによると、ガイド部材とノズル装置との間に調整用のナットを有する調整装置を組み込んであり、作業対象となる車種の変更に伴って、折り返し部の幅が変わると、ナットを手動操作して、ガイド部材とノズル装置との距離を調整するようにしていた。
特開２００７−２８３２６２公報

しかしながら、ドアパネルは曲率が一定でなく、例えば、曲率の大きな箇所を折り返そうとすると、そこにシワが出来易くなる。このような箇所は折り返し部の幅を短く設定する必要があり、一枚のドアパネルであっても、折り返し部の幅に長短ができる。これに対し従来のものは、調整装置それ自体は設けているものの、手動操作形式であったため、上記のような折り返し部の幅に長短があるものへの対応は困難であった。

本発明は上記問題に鑑みて創作されたものであって、作業対象となるワーク上の目標となる位置に、塗布ヘッドのノズルを高精度に追従させることが可能な塗布装置を提供することを目的とする。

本発明は、ワークに粘性材料を塗布する塗布装置であって、ノズル先端から粘性材料を吐出するノズル装置と、前記ワークの周縁端に側方から当接する当接部を有するガイド装置と、前記ノズル装置と前記ガイド装置との間に設けられ両装置を相対移動させることで両装置間の距離を調整する調整装置と、前記調整装置の駆動源となるモータと、を具備してなる塗布ヘッドと、前記塗布ヘッドを前記ワークの周縁端に沿って移動させるロボットと、前記ロボット及び前記モータの駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記モータの駆動を制御することで、前記ワークに粘性材料を塗布する際に、前記当接部から前記ノズルの中心までの距離を自動的に調整することが可能であることに特徴を有する。

この発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
・前記塗布ヘッドと前記ロボットとの間に設けられ、前記塗布ヘッドを構成する前記ガイド装置の当接部を前記ワークの周縁端に側方から当接させるように付勢する付勢装置を備えてなる。このようにしておけば、付勢装置がガイド装置を付勢し、当接部をワークの周縁端に当接させる。よって、ガイド装置、ひいては塗布ヘッドのワークに対する相対的な位置関係が常に維持され、ワーク上におけるノズルの位置を安定させることが可能となる。

・前記調整装置は、螺子とナットの螺合作用によって前記モータの動力を直線方向の運動に変換しつつ前記両装置のいずれかを、他に対して相対移動させる螺子装置である。このようにすれば、モータを駆動させて螺子を１回転させると、可動ナット７６は螺子の１リード分だけ正確に進む。このため、ノズル装置とガイド装置との距離を正確に調整することが可能となり、ワーク上の目標となる位置にノズルを、より高精度に追従させることが可能となる。

本発明によれば、ノズル装置とガイド装置との距離を調整する調整装置とロボットの双方を制御装置により制御する構成としてあり、調整装置を作動させることで、ワーク周縁端を基準としたワークに対するノズルの位置を、ロボットによる塗布作業中に任意に操作できる。以上のことから、ワーク上の目標となる位置にノズルを高精度に追従させることが可能となる。

＜一実施形態＞
１．全体構成
本発明の一実施形態を図１ないし図１１によって説明する。図１にて示す符号１０は支持台、符号２０は塗布装置である。支持台１０は作業対象となるドアパネル１３を支持するものである。

塗布装置２０は、例えば車両用ドアの組み立て製造ラインに設置され、ドアパネル１３に、例えばポリウレタンを主成分とした高粘度の材料であるシーラ１４（本発明における「粘性材料」に相当）を塗布するもので、ロボット３０、スライドシリンダ４０（本発明における「付勢装置」に相当）、塗布ヘッド６０、などから構成されている。以下、塗布装置２０を構成する各装置の具体的構成について、順に説明してゆく。

ロボット３０はベース部３２と、ベース部３２に対して周方向への旋回動作が可能とされた旋回ボディ部３４と、旋回ボディ部３４上に設けられたアーム機構３６と、とから構成される多関節ロボットである。アーム機構３６は第一アーム３７と、第二アーム３８と、その先端に設けられたアーム先端部３９から構成されており、各アームが独立して動作可能となっている。

そして、ベース部３２、各アーム同士をジョイントする結合部には、アーム駆動モータ１１２（図４のみで図示）よりなる駆動装置がそれぞれ組み込まれている。これら各アーム駆動モータ１１２は、サーボモータが用いられ、ロータリーエンコーダ等の位置検出センサ（図示せず）をそれぞれ付設しており、回転角度を高精度に制御できる。これによりアーム中央Ｐを動作範囲内で、任意の位置に移動できる構成となっている。

スライドシリンダ４０は、図２にて示すように、ロボット３０のアーム先端部３９の下方に取り付けられ、概直方体状をなす固定部４２と、板状をなす移動部４８を備えてなる。

固定部４２には左右方向に延びてレール部４６が形成されており、固定部４２の内部には左右方向に移動可能なピストン（図略）が設けられている。移動部４８はピストンに取り付けられており、ピストンが左右方向に移動すると、レール部４６にガイドされつつ、左右方向に移動する構成となっている。固定部４２は、エア供給管４４及び減圧弁（図略）を介して空気圧供給装置（図略）と接続されており、空気圧供給装置から供給されるエアによって、ピストンが右側へ付勢される構成となっている。

そして移動部４８には、次に説明する支持プレート６４を介して塗布ヘッド６０が固定されている。これにより、空気圧供給装置からエアが供給されると、移動部４８ひいては塗布ヘッド６０を一定の付勢力Ｆにて右側に付勢させる構成となっている。尚、本実施形態では移動部４８のストローク範囲の大きさは例えば１０〜５０ｍｍの間で設定される。

図２にて示す塗布ヘッド６０は、ガイド装置６２、調整装置７０、ノズル装置９０、調整モータ９８（本発明における「モータ」に相当）から構成されている。

ガイド装置６２は、支持プレート６４、ガイドバー６６、ガイドローラ６８を備えてなる。支持プレート６４は、側面視Ｌ字型をなし、右方に延びた延設部６４Ａには後述する調整装置７０の支持部７２が取り付けられている。ガイドバー６６は支持プレート６４の下部から下方に延設されており、その先端付近には、ガイドローラ６８（本発明の「当接部」に相当）が、ベアリング（図示せず）を介してガイドバー６６の軸を中心に回転可能に取り付けてある。

調整装置７０は、支持部７２、螺子７４、可動ナット７６、スライダ７８を主体に構成されている。支持部７２は左右方向に長い箱状をなし、上下の両壁は左右方向に延びた一対のレール７２Ａとなっている。両レール７２Ａに対しては、直方体状をなすスライダ７８が左右方向に移動可能に取り付けられている。

両レール７２Ａの間には、螺子７４が左右方向、すなわち両レール７２Ａと平行に配置され、その左端は支持部７２の左側壁７２Ｂに、右端は軸継手（図示せず）を介して調整モータ９８の駆動軸と同軸で回転可能に取り付けられている。螺子７４には、可動ナット７６（本発明における「ナット」に相当）が螺合しており、可動ナット７６は前述したスライダ７８に対して固定されている。また、螺子７４の取り付け方向と、上述したスライドシリンダ４０の取り付け方向は平行となっており、スライダ７８及び移動部４８の移動方向も平行である。

ノズル装置９０は、概円筒状をなすノズル９２と、シーラ供給管９４を介してシーラ供給装置（図示せず）と接続されているバルブ９６から構成されている。ノズル９２はバルブ９６を介して、その先端が下方を向くようにスライダ７８に固定され、ガイドバー６６とは平行をなしている。ノズル９２の先端は平らな形状をなしており、上述したガイドローラ６８の上部とほぼ同じ高さに配置される。

調整モータ９８は、調整装置７０の駆動源となるもので、例えばサーボモータが用いられる。このサーボモータは、ロータリーエンコーダ等の位置検出センサ（図示せず）を付設しており、駆動軸の回転量を制御できる。

調整モータ９８を駆動させると、螺子７４と可動ナット７６の螺合作用により、螺子７４の回転方向の動力が可動ナット７６の直線方向（図２にて示す左右方向）の動力に変換される。このため、両レール７２Ａに沿って可動ナット７６ひいては、ノズル９２をガイド装置６２に対して左右方向に移動させることができ（本発明における「他に対して相対移動」に相当）、ノズル装置９０とガイド装置６２間の距離、より具体的にいうとガイドローラ６８とノズル中心９２Ａまでの距離ｂを調整できる（図３の（ａ）及び図３の（ｂ））。尚、図３では供給管など一部の部品を省略してある。

２．電気的構成
図４には、本実施形態の塗布装置２０を制御する制御装置１００と、各装置の電気的構成を示すブロック図が示されている。制御装置１００は演算処理部１０２、プログラム格納部１０４、ＲＡＭ１０６、バルブ制御部１０８、モータ制御部１１０から構成されている。

プログラム格納部１０４には、塗布装置２０を制御するための動作プログラムが格納されている。この動作プログラムは、ドアパネル１３の形状データ（後述する周縁端１８の形状や折り返し幅ａ）に基づいて生成される。

ＲＡＭ１０６は、演算処理部１０２が各種作業を行う際の作業領域となるものであり、塗布装置２０を制御させるときには、ＲＡＭ１０６の所定領域上に動作プログラムがロードされて演算処理部１０２によって実行される。

モータ制御部１１０は、各アーム駆動モータ１１２、調整モータ９８と電気的に接続されている。バルブ制御部１０８は、バルブ９６と電気的に接続されており、演算処理部１０２からの指令を受けバルブ９６を開閉させる。

以上の構成から、演算処理部１０２とモータ制御部１１０の協働によって各アーム駆動モータ１１２と調整モータ９８とが複合的に制御される。具体的には、ドアパネル１３の周縁端１８の形状に沿ってアーム中央Ｐを移動させるように各アーム駆動モータ１１２が制御され、折り返し幅ａの長さに対応して調整モータ９８が駆動される。

３．ワーク
塗布装置２０のワークとなるドアパネル１３を図５にて示す。このドアパネル１３は前工程でアウタパネル１１とインナパネル１２を重ね合わせた後、図６にて示すようにアウタパネル１１の外周部を所定の幅（以下折り返し幅ａと呼称する）だけ、ドアパネル内側へ折り返しつつ、インナパネル１２の外周端部を挟み込むことでドアパネル１３として一体化したものである（折り返し前のアウタパネル１１を二点鎖線で示す）。

そして、図７にて示すように、意匠上の制約などから、ドアパネル１３の周縁端１８にはドアパネル内側へ湾曲する部分（曲率中心Ｏ）がある。このような部分では、折り返し前のアウタパネル先端１６（図７の点線にて示すＧ−Ｇ線）の線長より、折り返し後のアウタパネル先端１６（図７のＨ−Ｈ線）の線長が短くなり、折り返し部を周方向に縮ませる力が生じるためシワができやすくなる。折り返し幅ａは大きい程、シワができやすくなるため、折り返し前のアウタパネル先端１６をドアパネル内側へ寄せておくことで、折り返し幅ａを小さくして、シワができないようにしている。

４．ドアパネル１３に対する塗布ヘッド６０の位置関係
本実施形態の塗布装置２０では、図２にて示すようにシーラ１４が吐出されるノズル先端を下方に向けつつ、アウタパネル先端１６の丁度真上にノズル９２が位置するように、ドアパネル１３に対して塗布ヘッド６０をセットすることとしている。具体的には、調整装置７０によってガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂを、ドアパネル１３の折り返し幅ａと同幅にセットしておき、ロボット３０のアーム中央Ｐをドアパネル１３に対して、その周縁端１８から所定距離ｃだけドアパネル内側（図２の右側）に入った位置に合わせてやればよい。

これを行うと、スライドシリンダ４０の作用により、ガイド装置６２を含む塗布ヘッド６０の全体がドアパネル内側（図２に示す右側）に付勢された状態となり、ガイドローラ６８がドアパネル１３の周縁端１８に側方（図２では左側）から突き当たる結果、ガイドローラ６８からの距離が折り返し幅ａと等しい距離ｂにあるノズル中心９２Ａは、自ずとアウタパネル先端１６の丁度真上に位置することとなる。

尚、ガイド装置６２は塗布ヘッド６０のノズル９２の位置をドアパネル１３に対して周縁端１８から所定距離のところに位置決めするものである。また、調整装置７０はドアパネル１３の折り返し幅ａに対応して、ガイド装置６２のガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂを調整する機能を担っており、演算処理部１０２とモータ制御部１１０の制御下のもと、以下に説明するシーラ塗布作業中に、折り返し幅ａの長短に合わせて、距離ｂを自動調整する。なお、距離ｂの調整可能範囲は、折り返し幅ａがとり得る範囲より大きく設定され、本実施形態では、例えば３〜２０ｍｍの範囲で調整可能と設定されている。

５．シーラ塗布作業
次に、塗布装置２０によるシーラ塗布作業について説明する。尚、ここでは、作業対象となるドアパネル１３がインナパネル１２側を上に向けて支持台１０上にセットされ、更に、ドアパネル１３に対して塗布ヘッド６０が図８に示すスタート地点に、図２に示す位置関係（アウタパネル先端１６の真上にノズル中心９２Ａが位置している位置関係）でもって、セットされているものとして説明を進める。このとき、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂは無論、スタート地点のアウタパネル１１の折り返し幅ａ０に等しくなっている。

塗布作業が開始されると、まずバルブ９６が開かれ、ノズル９２の先端からシーラ１４が吐出されると共に、これと同時に、制御装置１００によるロボット３０のアーム先端部３９の移動操作が開始され、アーム中央Ｐが図８にて示す一点鎖線で示す移動ライン１９（周縁端１８から所定の距離ｃだけドアパネル内側（図８の下側）に入ったライン）上を辿るように塗布ヘッド６０が移動してゆく。

このときには、ガイドローラ６８がドアパネル１３の周縁端１８に当接しながら転動してゆく結果、塗布ヘッド６０のノズル９２は、ガイド装置６２による案内作用を受けて、ドアパネル１３の周縁端１８から距離ｂのところ、すなわちアウタパネル先端１６の真上を移動することとなる。

移動開始後、塗布ヘッド６０は図８に示す区間Ａの塗布作業を行うが、この区間Ａはアウタパネル１１の折り返し幅ａが一定（図８にて示すａ０）となっているので、調整装置７０は作動されず、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂは一定に保たれる。以上のことから、区間Ａを移動中、ノズル９２はアウタパネル先端１６の丁度真上を移動しながら、アウタパネル先端１６にシーラ１４を塗布してゆく。

さて、区間Ａに続く次の区間Ｂでは折り返し幅ａが移動方向に対して次第に短くなっている。そのため、区間Ａの終端まで塗布ヘッド６０が移動してくると、このときには、制御装置１００がロボット３０のアーム先端部３９の移動操作と並行して、調整モータ９８を通電操作し調整装置７０を作動させる。これにより、塗布ヘッド６０の移動と同時複合的に、調整装置７０の螺子７４が軸周りに回転して可動ナット７６、ひいてはスライダ７８を直進移動させる結果、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂが短く調整される。以上のことから、区間Ｂを移動中、ノズル９２はアウタパネル先端１６の丁度真上を移動しながら、アウタパネル先端１６にシーラ１４を塗布してゆく。

そして区間Ｂの終端まで塗布ヘッド６０が移動すると、そのときには、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂが、区間Ｃの折り返し幅ａ１と一致するように設定（動作プログラムで設定してある）してあり、調整装置７０はそこで、駆動を一時停止する。

そして、区間Ｂに続く区間Ｃは折り返し幅が一定（ａ１）となっているので、区間Ａと同様に調整装置７０は作動されず、ノズル９２はアウタパネル先端１６の丁度真上を移動しながら、アウタパネル先端１６にシーラ１４を塗布してゆく。

区間Ｃの終端まで塗布ヘッド６０が移動してくると、次の区間Ｄでは折り返し幅ａが移動方向に対して次第に長くなっているので、距離ｂを長く調整するために調整装置７０の作動が開始される。そして、区間Ｂの時と同様に、制御装置１００がロボット３０のアーム先端部３９の移動操作と並行して、調整装置７０を作動させる。これにより、塗布ヘッド６０の移動と同時複合的に、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂが長く調整される。かくして、区間Ｄも区間Ａ〜区間Ｃと同様、ノズル９２はアウタパネル先端１６の丁度真上を移動しながら、アウタパネル先端１６にシーラ１４を塗布してゆく。

その後も上記同様、ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離ｂを折り返し幅ａの長短に対応させて自動調整しながら、アウタパネル先端１６に対するシーラ１４の塗布が進められ、ー周して図８のスタート地点に戻ると、塗布作業は終了し、バルブ９６が閉止される。かくして、図９にて示すように、アウタパネル先端１６の全周に渡ってシーラ１４が塗布され、アウタパネル１１とインナパネル１２との合わせ部分がシールされた状態となる。

＜効果＞
本実施形態では、制御装置１００によって、ロボット３０と調整装置７０とを複合的に制御することが可能となる結果、塗布作業中に、ガイドローラ６８とノズル中心９２Ａとの距離ｂを任意に調整できる。よって、折り返し幅ａに長短があるドアパネル１３においても、シーラ１４を、アウタパネル先端１６に沿って無理なく塗布できる。また、ドアパネル１３に対して塗布するシーラ１４の幅が、アウタパネル１１とインナパネル１２の合わせ部を埋めるだけの僅か数ミリ程度（必要最低限）の幅で済み、一度の塗布作業に使用されるシーラ１４の塗布量を少なく出来る。

また、本実施形態では、調整装置７０を、螺子７４と可動ナット７６の螺合作用によって調整モータ９８の動力を直線方向の運動に変換する螺子装置とした。このようにすれば、螺子７４を１回転させると可動ナット７６が螺子７４の１リード分だけ正確に進むため、ノズル９２の位置を高精度に調整できる。

また、本実施形態では、スライドシリンダ４０を備えていることで、以下説明するように、塗布作業を進める過程で、アーム中央Ｐが移動目標とする移動ライン１９から、仮に外れたとしても、塗布ヘッド６０がアウタパネル１１に対する相対的な位置関係を維持する結果、塗布ヘッド６０はアウタパネル先端１６の真上に留まり、アウタパネル先端１６にシーラ１４を確実に塗布できる。

具体的には、図１０にて示すように、アーム中央Ｐが、（ａ）にて示す移動ライン上の位置Ｐ０から（ｂ）にて示す左側の位置Ｐ１に位置ずれ（ずれ量ｄ）を起すと、そのときには、スライドシリンダ４０の固定部４２はアーム先端部３９と共に図１０にて示す左側に移動する。しかし、移動部４８はスライドシリンダ４０から図１０に示す右方向への付勢力Ｆを常に受けているので、ガイドローラ６８が周縁端１８に当接した状態を維持することとなり、塗布ヘッド６０はアウタパネル先端１６の真上に留まることとなる。また、アーム中央Ｐが、逆側（図１１の右方向）となる位置Ｐ２に位置ずれを起した場合も同様、塗布ヘッド６０はアウタパネル先端１６の真上に留まる（図１１参照）。尚、図１０及び図１１では供給管など一部の部品を省略してある。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、スライドシリンダ４０にガイド装置６２を取り付け、ガイド装置６２に対して、ノズル装置９０を移動させる構成としたが、構成を反転させて、スライドシリンダ４０にノズル装置９０を取り付け、ノズル装置９０に対してガイド装置６２を移動させる構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、付勢装置としてエア圧により駆動するスライドシリンダ４０を例示したが、この代わりに例えば、バネを使用してもよい。

（３）上記実施形態では、調整装置７０として螺子７４と可動ナット７６を用いて調整モータ９８の回転運動を直線運動に変換したが、例えば、ピニオンとラックを用いて調整モータ９８の回転運動を直線運動に変換してもよい。

（４）上記実施形態では、塗布ヘッド６０を移動させるロボット３０として多関節ロボットを例示したが、例えば、円筒座標ロボットにて塗布ヘッド６０を移動させる構成としてもよい。

塗布装置の全体構成を示す図 塗布ヘッドを示す図 ガイドローラに対するノズルの移動を示す図 塗布装置の電気的構成を示すブロック図 ドアパネルを示す図 ドアパネルの周縁端付近を拡大した斜視図 ドアパネルの周縁端付近を拡大した平面図 ガイドローラとノズル間の距離調整を示す図 シーラが塗布されたドアパネルを示す図 アーム先端位置がドアパネル外側へ移動した図 アーム先端位置がドアパネル内側へ移動した図 シーラが塗布されたドアパネルを示す斜視図

符号の説明

１３…ドアパネル（本発明の「ワーク」に相当）
１４…シーラ（本発明の「粘性材料」に相当）
１８…周縁端
２０…塗布装置
３０…ロボット
４０…スライドシリンダ（本発明の「付勢装置」に相当）
６０…塗布ヘッド
６２…ガイド装置
６８…ガイドローラ（本発明の「当接部」に相当）
７０…調整装置
７４…螺子
７６…可動ナット（本発明の「ナット」に相当）
９０…ノズル装置
９２…ノズル
９８…調整モータ（本発明の「モータ」に相当）
１００…制御装置
ｂ…ガイドローラ６８からノズル中心９２Ａまでの距離（本発明の「両装置間の距離」に相当）

Claims (3)

1. ワークに粘性材料を塗布する塗布装置であって、
   ノズル先端から粘性材料を吐出するノズル装置と、前記ワークの周縁端に側方から当接する当接部を有するガイド装置と、前記ノズル装置と前記ガイド装置との間に設けられ両装置を相対移動させることで両装置間の距離を調整する調整装置と、前記調整装置の駆動源となるモータと、を具備してなる塗布ヘッドと、
   前記塗布ヘッドを前記ワークの周縁端に沿って移動させるロボットと、
   前記ロボット及び前記モータの駆動を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記モータの駆動を制御することで、前記ワークに粘性材料を塗布する際に、前記当接部から前記ノズルの中心までの距離を自動的に調整することが可能であることを特徴とする塗布装置。
2. 前記塗布ヘッドと前記ロボットとの間に設けられ、前記塗布ヘッドを構成する前記ガイド装置の前記当接部を前記ワークの周縁端に側方から当接させるように付勢する付勢装置を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記調整装置は、螺子とナットの螺合作用によって前記モータの動力を直線方向の運動に変換しつつ前記両装置のいずれかを、他に対して相対移動させる螺子装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塗布装置。

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