JP7094906B2

JP7094906B2 - 流動性材料吐出装置

Info

Publication number: JP7094906B2
Application number: JP2019025838A
Authority: JP
Inventors: 高渋谷; 正信筒井; 祐之斎藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: US20220016666A1; JP2020131090A; WO2020166214A1

Description

本発明は、流動性材料吐出装置に関するものである。

主翼、胴体等の航空機部品を組み立てる際、複数の部材間の合わせ面や、一の部材の端面と他の部材の板面の交差部分に形成される隅部に、流動性材料であるシーラントを塗布する場合がある。航空機部品は、塗布されたシーラントによって気密性が確保される。

シーラントの塗布作業は、通常、シーラントが収容されたカートリッジを装填したシールガン（シーラント吐出装置）を用いて作業者によって手動で行われる。しかし、組み立てに必要な部品点数が多いため、塗布作業に多くの時間を要している。また、シーラントには有機溶剤が含まれているため、人体への影響も懸念される。そこで、シーラントの塗布作業を自動塗布装置によって行うことが提案されている。自動塗布装置は、サーボ制御されて駆動するピストンを有する。ピストンが駆動することによって、カートリッジの先端に設けられたノズルからシーラントが吐出される。

下記の特許文献１では、駆動機構を多関節ロボット等の駆動機構で構成することによって、シーラントの塗布を自動的に行うことが記載されている。

特開２０１７－６８８６号公報

シーラントは、一般的に比較的高い圧縮性を有し、圧力の変化に対して体積、すなわち、密度が変化しやすい。そのため、ピストンが移動した場合、シーラントがノズルから吐出されるだけでなく、シーラントの体積が収縮して、カートリッジの内圧が上昇する状態となりやすい。その結果、カートリッジの後端側に設けられてシーラントを押圧するプランジャと、カートリッジの内面との間に隙間が発生し、シーラントがプランジャによって押圧されずに、プランジャの後端側から漏れる場合がある。

シーラントの吐出量は、ピストンの移動量で調整され制御されているため、シーラントの漏れが発生すると、ピストンの移動量によるシーラントの吐出量制御が成り立たず、目標吐出量と実際の吐出量の間に誤差が生じる。その結果、形成すべきシーラント層の膜厚や、断面三角形状のフィレットの幅が目標値と異なってしまうため、塗布品質が安定しないという問題がある。

シーラントがプランジャの後端側から漏れなければ、カートリッジ交換等のためピストンをカートリッジから抜いたとき、ピストン先端の外周面にはシーラントが付着しない。他方、シーラントがプランジャの後端側から漏れる状況下では、ピストンをカートリッジから抜いたとき、ピストン先端の外周面にシーラントが付着した状態となる。その結果、カートリッジ交換時において、付着したシーラントを除去するという清掃作業が必要となり、工程全体にかかる時間が長時間化するという問題がある。

シーラントの漏れを防止するため、特許文献１では、空気圧で膨らんだゴムによってプランジャをカートリッジに押し当てることが開示されている。しかし、ゴムによる緊迫力の制御は困難である。また、必要以上に緊迫力を付与すると、ピストンが受ける抵抗が大きくなったり、カートリッジが破裂する可能性があるという問題が発生する。

プランジャとカートリッジの内面との隙間は、ピストン軸とカートリッジの中心軸とが位置ずれしている場合にも発生する。軸の位置ずれがある場合に緊迫力を付与すると、カートリッジの内周面に対する緊迫力のアンバランスが顕著になるため、シーラントの漏れが発生しやすくなる。しかし、カートリッジ交換が頻繁な場合、交換のたびに高精度に位置合わせを行うことは時間や手間がかかるため、困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シーラントの吐出作業において、プランジャの後端側からのシーラントの漏洩を防止することが可能な流動性材料吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の流動性材料吐出装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る流動性材料吐出装置は、カートリッジ内部を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンの先端に設けられ、流動性材料が収容された前記カートリッジに設けられたプランジャの内周面と接触可能であり、外周面が円筒形状を有する当接部とを備え、前記当接部は、前記ピストンにおいて径方向に移動可能に設けられている。

この構成によれば、ピストンはカートリッジ内部を軸方向に移動し、カートリッジに収容された流動性材料を押圧する。押圧された流動性材料は、カートリッジの先端側に設けられたノズルから外部へ吐出される。ピストンの先端には、外周面が円筒形状を有する当接部が設けられており、当接部は、カートリッジに設けられたプランジャの内周面と接触可能である。また、当接部は、ピストンにおいて径方向に移動可能に設けられている。これにより、ピストンがプランジャを押圧するとき、ピストンの軸とカートリッジの中心軸が位置ずれしている場合でも、当接部の中心軸は、カートリッジの中心軸に合うように位置決めされる。その結果、当接部によって発生する緊迫力は、周方向に沿ってほぼ均等に発生し、プランジャとカートリッジの内面との隙間が生じにくくなる。

上記発明において、前記ピストンの先端には軸方向に突出した軸部が設けられ、前記当接部は、円環状部材であって、前記当接部の内周面に対して前記軸部が挿入されてもよい。

この構成によれば、円環状部材である当接部の内周面に対して、ピストンの先端において突出した軸部が挿入されている。当接部の内周面と、軸部の外周面との間に隙間を設けて、当接部がピストンの軸部に設置されていることで、当接部は、ピストンにおいて径方向に移動可能である。

上記発明において、前記当接部の外径は、前記プランジャの内径よりも大きく、前記カートリッジの内径よりも小さくてもよい。

この構成によれば、当接部がプランジャの内周面と接触するとき、プランジャを外側に拡張させて、プランジャをカートリッジの内周面に確実に押し当てることが可能になる。これにより、プランジャとカートリッジの内面との隙間が生じにくくなる。また、当接部の外径は、カートリッジの内径よりも小さいことから、ピストンが受ける抵抗が大きくなったり、カートリッジが破裂する可能性があるという問題が生じない。

上記発明において、前記当接部は、金属製又は合成樹脂製でもよい。

この構成によれば、当接部は、滑り性がよいため、プランジャの内部に挿入されやすくなり、当接部がプランジャの内部に確実に設置される。

上記発明において、前記ピストンの先端には貫通孔が形成され、前記貫通孔を介して気体を吸引可能でもよい。

この構成によれば、ピストンの先端に形成された貫通孔を介して、ピストンの外部の気体を吸引することができる。したがって、ピストンの先端がプランジャに挿入されたとき、ピストンとプランジャの間の空間の気体を吸引することによって、当接部とプランジャを密着させることができる。

本発明によれば、シーラントの吐出作業において、プランジャの後端側からのシーラントの漏洩を防止することができ、シーラントの吐出量を安定させて、塗布品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るシーラント吐出装置を示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係るシーラント吐出装置のシリンダ及びカートリッジのプランジャを示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係るシーラント吐出装置のシリンダを示す斜視図である。カートリッジを示す部分拡大縦断面図である。従来のシーラント吐出装置のシリンダ及びカートリッジのプランジャを示す縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係るシーラント吐出装置１の構成について、図１を用いて説明する。

本実施形態に係るシーラント吐出装置１は、図１に示すように、カートリッジ固定部２と、ピストン３と、ピストンロッド４と、ピストン駆動部５などを備える。シーラント吐出装置１は、例えば、主翼、胴体等の航空機部品を組み立てる際、複数の部材間の合わせ面や、一の部材の端面と他の部材の板面の交差部分に形成される隅部にシーラント４０を塗布する際に用いられる。

シーラント吐出装置１は、カートリッジ固定部２にカートリッジ２０を固定して、ピストン３がカートリッジ２０の内部に収容されたシーラント４０を押圧することによって、カートリッジ２０の先端側に設けられたノズル２１からシーラント４０を吐出させる。

シーラント吐出装置１は、ロボット等の駆動装置３０に設置され、駆動装置３０によって移動される。シーラント吐出装置１の移動が制御されることによって、シーラント４０の塗布が必要な位置にシーラント４０を吐出することができる。

カートリッジ２０は、円筒状部材であり、内部にシーラント４０を収容可能である。カートリッジ２０は、例えば市販製品でもよい。カートリッジ２０の一端（先端側）には、ノズル２１が設けられており、ノズル２１を介してシーラント４０が吐出される。シーラント４０が内部に収容されているとき、カートリッジ２０の他端（後端側）の内部には、プランジャ２２が配置されている。プランジャ２２は、例えば、縦断面がほぼＵ字形状であって、円筒状部材と半球状部材を組み合わせた形状を有する。プランジャ２２は、底部がカートリッジ２０の先端側に位置し、円形状の縁部がカートリッジ２０の後端側に位置するように、カートリッジ２０の内部に設置される。

プランジャ２２は、内部にピストン３の先端を収納することができ、ピストン３によって押圧されることによって、カートリッジ２０の軸方向に沿って移動する。プランジャ２２が移動してシーラント４０を押圧することで、ノズル２１からシーラント４０が吐出される。

図２及び図４に示すように、プランジャ２２のうち円筒状部の外周面には、封止リップ２３が設けられる。封止リップ２３は、円筒状部の周方向に沿って円環状に設けられ、外側方向に突出して形成されている。封止リップ２３は、カートリッジ２０の内周面と接触可能である。封止リップ２３は、シーラント４０が外部へ漏れることを防止する。

プランジャ２２の縁部には、ダストワイパー２４が形成される。ダストワイパー２４は、プランジャ２２の底部側から縁部側に向かって拡径したテーパ形状を有する。ダストワイパー２４の先端、すなわち、プランジャ２２の縁部は、カートリッジ２０の内周面と接触可能である。ダストワイパー２４は、外部からカートリッジ２０内部への異物（例えばダスト）の侵入を防止する。

カートリッジ固定部２は、例えば、内部にカートリッジ２０を収容可能な構成を有し、収容されたカートリッジ２０が移動しないように固定する。カートリッジ固定部２は、ロボット等の駆動装置３０と接続される。

ピストン３は、カートリッジ固定部２に収容されたカートリッジ２０の内部を軸方向に移動するように設けられている。ピストン３は、円筒状部材であり、棒状のピストンロッド４の先端において、ピストンロッド４と一体的に設置される。ピストン３の先端には、後述する当接部６が設けられている。

ピストンロッド４は、ピストン駆動部５と接続され、ピストン駆動部５によって移動される。ピストン３の軸方向の移動が、ピストンロッド４を介して制御されることによって、ピストン３のカートリッジ２０における位置やピストン３の移動量が調整される。シーラント４０の吐出量は、ピストン３の移動量で調整され制御される。

ピストン駆動部５は、ピストンロッド４と接続され、ピストンロッド４をカートリッジ２０の軸方向に対して平行に移動させる。ピストン駆動部５は、例えば、サーボモータ７と、送りネジ８と、ブラケット９などを有する。サーボモータ７は、送りネジ８と接続され、送りネジ８を軸周りに回転させる。送りネジ８は、ピストンロッド４と結合されたブラケット９と接続されており、送りネジ８の軸周りの回転によって、ブラケット９を軸方向に対して平行に移動させる。ピストン駆動部５のサーボモータ７や送りネジ８は、ロボット等の駆動装置３０と接続される。

サーボモータ７、送りネジ８及びカートリッジ固定部２が駆動装置３０に対して固定され、ピストン３及びピストンロッド４が移動可能な構成とされていることより、カートリッジ固定部２に固定されたカートリッジ２０の内部に収容されたシーラント４０をピストン３の駆動によって吐出させることができる。

図１～図３に示すように、ピストン３の先端には、外周面が円筒形状を有する当接部６が設けられている。当接部６は、カートリッジ２０に設けられたプランジャ２２の内周面と接触可能である。

図２に示すように、ピストン３の先端には軸方向に突出した軸部１０が設けられる。軸部１０は、ピストン３の径よりも小さい円筒形状を有する。当接部６は、円環状部材であって、当接部６の内周面に対して軸部１０が挿入されている。軸部１０の外径は、当接部６の内径よりも小さく、軸部１０の外周面と当接部６の内周面の間に隙間が形成された嵌め合い構造になっている。

これにより、当接部６は、ピストン３において径方向に移動（スライド）可能に設けられている。この構造によって、ピストン３がプランジャ２２を押圧するとき、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸が位置ずれしている場合でも、当接部６の中心軸は、カートリッジ２０の中心軸に合うように位置決めされる。その結果、当接部６によって、カートリッジ２０の内面に対して発生する緊迫力は、周方向に沿ってほぼ均等に発生し、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなる。

円環状の当接部６は、図２及び図３に示すように、例えば円板１３と、ボルト１４によって、軸方向への抜けが抑制されている。円板１３は、当接部６と隣接してピストン３の先端側に設置される。ボルト１４は、ピストン３の先端において、当接部６との間で円板１３を挟むように固定される。

なお、当接部６の構成は、上述した例に限定されず、当接部６は、外周面が円筒形状を有する部材であって、ピストン３において径方向に移動可能に設けられていれば、他の構成であってもよい。例えば、当接部６において、軸方向に突出した軸部を設けて、その軸部をピストン３の中心部に設けた凹部に挿入してもよい。この場合、軸部の外径が凹部の内径よりも小さいことにより、当接部６は、ピストン３において径方向に移動可能に設けられている。

当接部６の外径は、プランジャ２２の内径よりも大きく、カートリッジ２０の内径よりも小さい。これにより、当接部６がプランジャ２２の内周面と接触するとき、プランジャ２２を外側に拡張させて、プランジャ２２をカートリッジ２０の内周面に確実に押し当てることが可能になる。その結果、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなる。また、当接部６の外径は、カートリッジ２０の内径よりも小さいことから、ピストン３が受ける抵抗が大きくなったり、カートリッジ２０が破裂する可能性があるという問題が生じない。

当接部６がプランジャ２２の内周面に押し当てられるとき、当接部６の外周面は、カートリッジ２０に形成された封止リップ２３の背面側に配置されることが望ましい。プランジャ２２の外周面にて外側方向に突出した封止リップ２３が、外側方向に拡張するため、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間を密封できる。これにより、当接部６がプランジャ２２の内周面と接触するとき、封止リップ２３を外側に拡張させて、プランジャ２２の封止リップ２３をカートリッジ２０の内周面に確実に押し当てることが可能になる。その結果、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなる。

当接部６は、例えば、金属製（例えば、ステンレス、鋼など）、又は、合成樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など）である。これにより、当接部６は、滑り性がよいため、プランジャ２２の内部に挿入されやすくなり、当接部６がプランジャ２２の内部に確実に設置される。

なお、ピストン３の先端をプランジャ２２の内部に挿入して設置する際、ピストン３とプランジャ２２の間の隙間に形成される空間が密閉されて、空気（気体）が圧縮された状態となる。そのため、この空間に溜まった空気が外部に排出されるようにしておくことが望ましい。例えば、ピストン３の先端に貫通孔１１を設けて、軸方向に貫通した流路１２を介して、空気が外部に排出されるようにしておくとよい。また、空気を単純に外気に開放するだけでなく、流路１２と真空ポンプ（図示せず。）を接続してもよい。これにより、ピストン３の先端に形成された貫通孔１１が、真空吸着機構として作用し、ピストン３の外部の気体を吸引することができる。その結果、ピストン３の先端がプランジャ２２に挿入されたとき、ピストン３とプランジャ２２の間の空間の空気を吸引することによって、当接部６とプランジャ２２をより確実に密着させることができる。

次に、本実施形態に係るシーラント吐出装置１を用いたシーラント吐出方法について説明する。

まず、吐出させるシーラント４０が内部に収容されたカートリッジ２０が用意される。そして、カートリッジ２０が、シーラント吐出装置１のカートリッジ固定部２に固定される。

このとき、固定されたカートリッジ２０のプランジャ２２に対して、シーラント吐出装置１のピストン３を挿入し、設置する。ピストン３の先端に設けられた当接部６は、ピストン３において径方向に移動可能に設けられている。したがって、ピストン３がプランジャ２２を押圧して、プランジャ２２に当接部６が挿入されたとき、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸が位置ずれしている場合でも、当接部６の中心軸は、プランジャ２２、すなわち、カートリッジ２０の中心軸に合うように位置決めされる。また、当接部６の外径は、プランジャ２２の内径よりも大きく、カートリッジ２０の内径よりも小さい。これにより、当接部６がプランジャ２２の内周面と接触するとき、プランジャ２２を外側に拡張させて、プランジャ２２をカートリッジ２０の内周面に確実に押し当てる。

また、ピストン３の先端に形成された貫通孔１１が、真空吸着機構として作用可能な場合、プランジャ２２に当接部６が挿入されるとき、真空ポンプを駆動して、ピストン３とプランジャ２２の間の空間の空気を吸引してもよい。これにより、当接部６とプランジャ２２をより確実に密着させることができる。

次に、カートリッジ２０が固定されたシーラント吐出装置１は、シーラント４０を塗布する対象物（航空機部品等）に対向する位置へ移動させられる。または、対象物が、シーラント吐出装置１の作業位置に移動させられる。

シーラント４０の塗布作業は、サーボモータ７が駆動してピストン３を移動させることによって、ピストン３の移動量に応じて、シーラント４０がノズル２１から吐出される。このとき、対象物に塗布するシーラント４０の必要量に応じて吐出量が調整される。必要な吐出量のシーラント４０が吐出されると、ピストン３の移動が停止される。

そして、対象物に対するシーラント４０の塗布が必要な場所に対して、吐出作業が繰り返される。カートリッジ２０に収容されたシーラント４０が空又は少量になった場合、カートリッジ２０の交換が行われる。カートリッジ２０を取り外す場合、吐出時とは反対方向にピストン３を移動させた後、カートリッジ固定部２からカートリッジ２０の固定が解除されて、カートリッジ２０が取り外される。そして、上述した方法と同様に、再びカートリッジ２０がカートリッジ固定部２に固定される。

従来、シーラント吐出装置においてピストン５０は、図５に示すように、ほぼ円筒形状を有する一つの部材である。そのため、ピストンの軸心とカートリッジ２０の中心軸とが位置ずれしている場合、プランジャ２２がカートリッジ２０の内周面に対して不均等に緊迫力がかかる。そのため、プランジャ２２の後端側へシーラントの漏れが生じないようにするには、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸とを位置合わせする作業が必要である。

他方、本実施形態によれば、図２に示すように、ピストン３の先端には、外周面が円筒形状を有する当接部６が設けられており、当接部６は、カートリッジ２０に設けられたプランジャ２２の内周面と接触可能である。また、当接部６は、ピストン３において径方向に移動可能に設けられている。これにより、ピストン３がプランジャ２２を押圧するとき、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸が位置ずれしている場合でも、当接部６の中心軸は、カートリッジ２０の中心軸に合うように位置決めされる。

したがって、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸とが位置ずれしている場合であっても、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸とを位置合わせする作業が必要なく、当接部６の径方向の移動によって、当接部６の中心軸がカートリッジ２０の中心軸と一致する。

その結果、ピストン３の軸心とカートリッジ２０の中心軸とが位置ずれが生じていたとしても、当接部６が設けられていない従来のピストンと異なり、当接部６によって発生する緊迫力は、周方向に沿ってほぼ均等に発生し、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなる。

また、当接部６の外径は、プランジャ２２の内径よりも大きく、カートリッジ２０の内径よりも小さい。これにより、当接部６がプランジャ２２の内周面と接触するとき、プランジャ２２を外側に拡張させて、プランジャ２２をカートリッジ２０の内周面に確実に押し当てることが可能になる。これにより、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなる。また、当接部６の外径は、カートリッジ２０の内径よりも小さいことから、ピストン３が受ける抵抗が大きくなったり、カートリッジ２０が破裂する可能性があるという問題が生じない。

そして、当接部６は、金属製又は合成樹脂製であると望ましく、ピストン３の先端には貫通孔１１が形成され、貫通孔１１を介して気体を吸引可能であると望ましい。これにより、当接部６がプランジャ２２の内部に確実に設置される。

以上より、プランジャ２２とカートリッジ２０の内面との隙間が生じにくくなることから、シーラント吐出装置１におけるシーラント４０の吐出作業において、シーラント４０のプランジャ２２の後端側からの漏洩を防止できる。そして、吐出量が安定することから、シーラント４０の塗布品質が向上する。また、ピストン３をカートリッジ２０から抜いたとき、ピストン３の先端の外周面にシーラント４０が付着しないため、付着したシーラント４０を除去するという清掃作業が不要になる。

なお、上記実施形態では、吐出される材料がシーラントである場合について説明したが、本願発明はこの例に限定されず、シーラント以外の流動性材料に適用可能である。例えば、流動性材料として、接着剤等の合成樹脂、グリースや防錆剤等の油脂などでもよい。

１：シーラント吐出装置
２：カートリッジ固定部
３：ピストン
４：ピストンロッド
５：ピストン駆動部
６：当接部
７：サーボモータ
８：送りネジ
９：ブラケット
１０：軸部
１１：貫通孔
１２：流路
１３：円板
１４：ボルト
２０：カートリッジ
２１：ノズル
２２：プランジャ
２３：封止リップ
２４：ダストワイパー
３０：駆動装置
４０：シーラント
５０：ピストン

Claims

カートリッジ内部を軸方向に移動するピストンと、
前記ピストンの先端に設けられ、流動性材料が収容された前記カートリッジに設けられたプランジャの内周面と接触可能であり、外周面が円筒形状を有する当接部と、
を備え、
前記当接部は、前記ピストンにおいて径方向に移動可能に設けられている流動性材料吐出装置。
前記ピストンの先端には軸方向に突出した軸部が設けられ、
前記当接部は、円環状部材であって、前記当接部の内周面に対して前記軸部が挿入されている請求項１に記載の流動性材料吐出装置。
前記当接部の外径は、前記プランジャの内径よりも大きく、前記カートリッジの内径よりも小さい請求項１又は２に記載の流動性材料吐出装置。
前記当接部は、金属製又は合成樹脂製である請求項１から３のいずれか１項に記載の流動性材料吐出装置。
前記ピストンの先端には貫通孔が形成され、前記貫通孔を介して気体を吸引可能である請求項１から４のいずれか１項に記載の流動性材料吐出装置。