JP5075011B2 - 塗装用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、例えば塗装機に対し交換して取付けられ、内部に充填された塗料を塗装機に向けて供給する塗装用カートリッジに関する。

一般に、自動車のボディ等の被塗物を塗装する塗装システムは、色替時に廃棄される塗料の量を削減でき、また多くの塗色に対応できることが望まれている。これに対応する塗装システムとしては、各色毎の塗料が充填された塗装用カートリッジを、被塗物を塗装する度に交換して塗装装置に取付ける構成となったカートリッジ式の塗装システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２６２６９９号公報

そして、特許文献１で用いる塗装用カートリッジは、塗装装置に着脱可能に取付けられ内部に塗料を収容する筒状の容器からなる塗料タンクと、該塗料タンクの前側から軸方向に延び内部に塗料通路を有するフィードチューブと、前記塗料タンク内に軸方向に摺動可能に挿嵌され、前記塗料タンク内を塗料収容室と押出し液体収容室とに画成するピストンと、該ピストンと前記塗料タンクの内周面との間をシールするために、前記ピストンの外周面に設けられた環状のシール部材とにより大略構成されている。

また、塗装用カートリッジでは、塗料と押出し液体とが混ざらないように塗料タンクとピストンとの間のシール性を高める必要がある。このために、塗装用カートリッジには、例えばピストンの外周面に軸方向に間隔をもって２本のシール部材を設ける構成としたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−７９４６３号公報

ところで、上述した特許文献２のように、ピストンの外周面に軸方向に間隔をもって２本のシール部材を設けた場合、この２本のシール部材により塗料タンクの内周面とピストンの外周面との間に環状隙間が画成されることになる。この環状隙間には、ピストンが往復動する間に塗料タンクの内周面に付着した塗料が僅かずつ浸入するから、塗料中の不溶な顔料成分が固まりとなって蓄積してしまう。

これにより、環状隙間に蓄積した顔料成分の固まりは、シール部材が塗料タンクの内周面を摺動するときに大きな抵抗になり、塗装作業時にピストンの摺動（変位）が不安定になったり、シール部材が損傷することがある。この結果、塗装装置に向けて塗料を安定的に供給できなることがあり、耐久性、信頼性が低下するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、環状隙間に塗料が浸入した場合でも、この塗料の顔料成分が固化するのを抑制し、ピストンの摺動性を長期に亘って良好にできるようにした塗装用カートリッジを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、環状隙間に塗料が浸入し難くすることで塗料の顔料成分の蓄積を防止し、シール部材のシール性を維持できるようにした塗装用カートリッジを提供することにある。

本発明による塗装用カートリッジは、噴霧手段に着脱可能に取付けられ内部に塗料を収容する筒状の容器からなる塗料タンクと、該塗料タンクの前側から軸方向に延び内部に塗料通路を有するフィードチューブと、前記塗料タンク内に軸方向に摺動可能に挿嵌され、前記塗料タンク内を塗料収容室と押出し液体収容室とに画成するピストンと、該ピストンと前記塗料タンクの内周面との間をシールするために、前記ピストンの外周面に軸方向に間隔をもって設けられた２本の環状のシール部材と、前記塗料タンクの内周面とピストンの外周面との間に該２本のシール部材によって画成される環状隙間とにより構成している。

そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ピストンには、前記環状隙間に押出し液体を導くために、前記環状隙間と前記押出し液体収容室とを連通する連通路を設け、前記環状隙間を押出し液体で常時満たす構成としたことにある。

請求項２の発明は、前記連通路には、前記押出し液体収容室から環状隙間に押出し液体が流通するのを許し、逆向きの流れを規制するチェック弁を設ける構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、塗料タンク内でピストンが往復動すると、塗料タンクの内周面に付着した塗料がシール部材との僅かな隙間を通って環状隙間に浸入しようとする。しかし、ピストンには、環状隙間に押出し液体を導くための連通路を設けているから、この環状隙間内を押出し液体収容室とほぼ同じ圧力にすることができる。これにより、環状隙間への塗料の浸入を抑制することができ、シール部材の寿命を延ばすことができる。

しかも、環状隙間に塗料が浸入することがあっても、この環状隙間は押出し液体で常時満たされているから、浸入した塗料の顔料成分を常時液状状態で維持することができる。この結果、ピストンの摺動性を長期に亘って良好にすることができ、耐久性を高めて信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、連通路に設けたチェック弁は、押出し液体収容室から環状隙間に押出し液体が流通するのを許すことができる。これにより、環状隙間を押出し液体によって常時満たすことができる。一方、チェック弁は、環状隙間から押出し液体収容室に押出し液体が流通するのを規制することができる。これにより、押出し液体収容室に塗料が混入するのを確実に防止することができ、押出し液体の寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態による塗装用カートリッジを、回転霧化頭型塗装装置に適用した場合を例に挙げ、図１ないし図４に従って詳細に説明する。

図１において、１は塗装用ロボット等の動作機械（図示せず）に設けられた噴霧手段をなす回転霧化頭型塗装装置（以下、塗装装置１という）を示している。この塗装装置１は、前側がモータ取付部２Ａとなり後側がカートリッジ取付部２Ｂとなったハウジング２と、該ハウジング２のモータ取付部２Ａ内に装着されたエアモータ３と、該エアモータ３によって回転駆動される回転軸４と、該回転軸４の前端側に取付けられ、回転することにより塗料を遠心霧化して微粒化し被塗物に向け噴霧する回転霧化頭５と、前記ハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂの中央から回転軸４の先端まで貫通して設けられたフィードチューブ挿通孔６とにより大略構成されている。

また、ハウジング２には、例えばコッククロフト回路によって構成され、電源装置（図示せず）から供給される電圧を−６０〜−１２０ｋＶに昇圧する高電圧発生器７が設けられている。この高電圧発生器７は、例えばエアモータ３、回転軸４を介して回転霧化頭５に高電圧を印加し、塗料に直接帯電させる。

さらに、ハウジング２には、押出し液体が流通するハウジング側押出し液体通路８が設けられ、該押出し液体通路８の途中には、後述の塗装用カートリッジ１１に対して押出し液体の供給、停止を行う押出し液体弁９が設けられている。

次に、塗装装置１に交換可能に取付けられる本実施の形態による塗装用カートリッジ１１について説明する。

即ち、１１はハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに着脱可能に取付けられる塗装用カートリッジを示している。この塗装用カートリッジ１１は、例えば塗料充填装置の充填台（図示せず）に交換用として複数個用意されている。また、複数個のカートリッジ１１は、塗装装置１の回転霧化頭５に向け塗料を供給するもので、複数種類（複数色）の塗料毎にそれぞれ専用で使用されるものである。

そして、塗装用カートリッジ１１は、図２に示す如く、後述の塗料タンク１２、フィードチューブ１３、塗料収容室１４、押出し液体収容室１５、塗料通路１６、ピストン１９、シール部材２０、環状空間２１、連通路２２、チェック弁２３等によって大略構成されている。

１２は塗装用カートリッジ１１の塗料タンクで、該塗料タンク１２は、塗装用カートリッジ１１の外形を構成している。また、塗料タンク１２は、ハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに挿脱可能に挿嵌される外径寸法を有し、前，後方向に延びる円筒体（図３参照）として形成されている。

そして、塗料タンク１２は、ハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに着脱可能に嵌合する円板状の前蓋部１２Ａと、該前蓋部１２Ａと軸方向の反対側に位置する円板状の後蓋部１２Ｂと、前記前蓋部１２Ａと後蓋部１２Ｂとの間に設けられた円筒状のシリンダ部１２Ｃとにより大略構成されている。

また、前蓋部１２Ａの中央部には後述の塗料弁１７を収容する弁体収容空間１２Ｄが形成されている。一方、後蓋部１２Ｂには、塗装用カートリッジ１１を交換するときに把持される把持突起１２Ｅが設けられている。さらに、シリンダ部１２Ｃの内周面１２Ｃ1は、後述のピストン１９（シール部材２０）が摺動するものである。

１３は塗料タンク１２の前蓋部１２Ａから軸方向の前側に向け同軸に延びて設けられたフィードチューブで、該フィードチューブ１３の内部には後述する塗料通路１６が形成され、先端部には弁座１３Ａが設けられている。ここで、フィードチューブ１３は、後述の塗料収容室１４から供給される塗料を塗料通路１６を介して先端から回転霧化頭５に向け流出するものである。また、フィードチューブ１３は、塗料、洗浄用のエア・シンナの充填口としても利用することができる。

１４は塗料タンク１２内の前側に後述のピストン１９によって画成された塗料収容室で、該塗料収容室１４は、回転霧化頭５に向けて供給する塗料を収容するものである。また、塗料収容室１４は、塗料タンク１２の前蓋部１２Ａ、シリンダ部１２Ｃおよびピストン１９により閉塞空間として画成され、後述の塗料通路１６が接続されている。

１５は塗料タンク１２内の後側に後述のピストン１９によって画成された押出し液体収容室で、該押出し液体収容室１５は、ピストン１９を押動するための押出し液体を流入，流出可能に収容するものである。また、押出し液体収容室１５は、塗料タンク１２の後蓋部１２Ｂ、シリンダ部１２Ｃおよびピストン１９により閉塞空間として画成され、後述のカートリッジ側押出し液体通路１８が接続されている。

１６は塗料タンク１２とフィードチューブ１３とに亘って設けられた塗料通路で、該塗料通路１６は、塗料収容室１４とフィードチューブ１３の先端との間を連通して設けられている。そして、塗料通路１６は、塗料収容室１４内の塗料を回転霧化頭５に向けて吐出するものである。

１７は塗料タンク１２の前蓋部１２Ａに設けられた塗料弁で、該塗料弁１７は、常閉弁として構成されている。また、塗料弁１７は、弁体収容空間１２Ｄ内に軸方向に移動可能に挿嵌されたピストン１７Ａと、基端側が該ピストン１７Ａに取付けられ、先端側がフィードチューブ１３の先端まで軸方向に延び弁座１３Ａに離着座する長尺な弁体１７Ｂと、前記ピストン１７Ａを該弁体１７Ｂの閉弁方向に付勢する弁ばね１７Ｃとにより大略構成されている。

そして、塗料弁１７は、常時は弁ばね１７Ｃの付勢力により弁体１７Ｂが弁座１３Ａに着座することによりフィードチューブ１３内の塗料通路１６を遮断している。一方、パイロットエアが供給されたときには、弁ばね１７Ｃに抗してピストン１７Ａを変位させることにより、弁体１７Ｂを開弁させ、塗料通路１６を連通することができる。

１８は塗料タンク１２に設けられたカートリッジ側押出し液体通路である。この押出し液体通路１８は、その一端がハウジング側押出し液体通路８と連通する位置で前蓋部１２Ａの前面に開口している。また、塗料タンク１２の外周側を軸方向に延びつつ後蓋部１２Ｂの位置で屈曲した押出し液体通路１８の他端は、押出し液体収容室１５に接続されている。ここで、カートリッジ側押出し液体通路１８の一端側には、ハウジング２への取付時に開弁する逆止弁１８Ａが設けられている。

次に、塗料タンク１２内を塗料収容室１４と押出し液体収容室１５とに画成し、該塗料タンク１２内を軸方向に摺動するピストン１９について説明する。

即ち、１９は塗装用カートリッジ１１のピストンで、該ピストン１９は、塗料タンク１２内に軸方向に摺動可能に挿嵌された短尺な円柱体として形成されている。また、ピストン１９の外径寸法は、塗料タンク１２のシリンダ部１２Ｃの内径寸法よりも後述する環状隙間２１の分だけ小さな寸法となっている。また、ピストン１９は、塗料収容室１４側の前面１９Ａと、押出し液体収容室１５側の後面１９Ｂと、シリンダ部１２Ｃの内周面１２Ｃ1に対面する外周面１９Ｃとを有している。さらに、ピストン１９の外周面１９Ｃには、軸方向に間隔をもって２条のシール取付溝１９Ｄが全周に形成されている。

２０はピストン１９の外周面１９Ｃに軸方向に間隔をもって設けられた２本の環状のシール部材である。このシール部材２０は、シール取付溝１９Ｄにそれぞれ装着され、ピストン１９と塗料タンク１２を構成するシリンダ部１２Ｃの内周面１２Ｃ1との間をシールするものである。また、シール部材２０は、例えば高機能フッ素ゴム等を用いて形成されている。

２１はピストン１９の周囲に設けられた環状隙間で、該環状隙間２１は、図４に示すように、塗料タンク１２を構成するシリンダ部１２Ｃの内周面１２Ｃ1とピストン１９の外周面１９Ｃとの間に２本のシール部材２０によって画成されている。

次に、ピストン１９に設けられた本発明の特徴部分である連通路２２とチェック弁２３の構成について説明する。

まず、２２はピストン１９に設けられた連通路である。この連通路２２は、環状隙間２１に押出し液体を導くもので、前記環状隙間２１と押出し液体収容室１５とを連通して設けられている。また、連通路２２は、図２、図３に示す如く、ピストン１９の後面１９Ｂから前側に向けて軸方向に設けられた軸方向通路２２Ａと、ピストン１９内に円環状に形成され軸方向通路２２Ａに連通する環状通路２２Ｂと、該環状通路２２Ｂから径方向の外向きに延びた複数本、例えば４本の径方向通路２２Ｃとにより構成されている。

ここで、軸方向通路２２Ａは、図４に示す如く、ピストン１９の後面１９Ｂで押出し液体収容室１５に連通している。また、軸方向通路２２Ａ内は、後述のチェック弁２３を収容する弁体収容室２２Ａ1となっている。一方、４本の径方向通路２２Ｃは、ピストン１９の外周面１９Ｃで環状隙間２１に連通している。

これにより、連通路２２は、押出し液体収容室１５から環状隙間２１に押出し液体を流入させることにより、該環状隙間２１内を押出し液体収容室１５とほぼ同じ圧力にすることができ、塗料収容室１４から環状隙間２１への塗料の浸入を抑制することができる。さらに、連通路２２は、環状隙間２１を押出し液体で満たすことにより、環状隙間２１に塗料が浸入することがあっても、この塗料の顔料成分が固化するのを防止し、常時液状状態で維持することができる。

２３は連通路２２の軸方向通路２２Ａの弁体収容室２２Ａ1に設けられたチェック弁で、該チェック弁２３は、後側部分で通路を閉塞するボール弁２３Ａと、該ボール弁２３Ａを閉弁方向（後方向）に付勢する弁ばね２３Ｂとにより構成されている。

これにより、チェック弁２３は、押出し液体収容室１５から連通路２２を介して環状隙間２１に向けて押出し液体が流通するときに、図４中に二点鎖線で示すように、弁ばね２３Ｂに抗してボール弁２３Ａを開弁させることにより、この押出し液体の流通を許す。一方、チェック弁２３は、逆向きとなる環状隙間２１から押出し液体収容室１５への流れを規制することにより、押出し液体収容室１５に塗料が混入しないようにしている。

本実施の形態による塗装用カートリッジ１１を用いた回転霧化頭型塗装装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、その塗装動作について説明する。

まず、塗料収容室１４に塗料が充填された塗装用カートリッジ１１を、図１に示すように、ハウジング２のカートリッジ取付部２Ｂに取付け、この状態で押出し液体弁９、塗料弁１７を開弁する。そして、押出し液体通路８，１８を介して押出し液体収容室１５に押出し液体を供給することにより、ピストン１９を塗料収容室１４の容積を縮小する方向に変位させる。これにより、塗料収容室１４内の塗料は、塗料通路１６を介してフィードチューブ１３の先端から回転霧化頭５に向け吐出される。

このときには、高電圧発生器７によって塗料を高電圧に帯電させる。これにより、フィードチューブ１３から吐出された塗料は、回転霧化頭５によって霧化されつつ、被塗物（図示せず）との間に形成される電気力線に沿って飛行し、該被塗物に塗着する。

このように、塗装作業を行う場合には、塗料タンク１２内でピストン１９が摺動変位する。このときに、ピストン１９に設けた連通路２２は、押出し液体収容室１５から環状隙間２１に押出し液体を流入させ、該環状隙間２１内を押出し液体収容室１５とほぼ同圧にする。これにより、塗料収容室１４から環状隙間２１への塗料の浸入を抑制することができる。

しかも、環状隙間２１は、連通路２２によって押出し液体で満たされているから、環状隙間２１に塗料が浸入することがあっても、この塗料の顔料成分は固化することはなく、常時液状状態で維持することができる。

また、連通路２２に設けたチェック弁２３は、押出し液体収容室１５から環状隙間２１に押出し液体が流通するのを許すことにより、環状隙間２１を押出し液体によって常時満たし、塗料収容室から環状隙間に塗料が流入するのを規制する。一方、チェック弁２３は、環状隙間２１から押出し液体収容室１５に押出し液体が流通するのを規制することにより、押出し液体収容室１５に塗料が混入するのを防止することができる。

かくして、本実施の形態によれば、塗料タンク１２内に摺動可能に挿嵌されたピストン１９には、塗料タンク１２との間の環状隙間２１に押出し液体を導くために、前記環状隙間２１と押出し液体収容室１５とを連通する連通路２２を設ける構成としている。

従って、ピストン１９の往復動によってシリンダ部１２Ｃの内周面１２Ｃ1に付着した塗料がシール部材２０との僅かな隙間を通って環状隙間２１に浸入しようとしても、この環状隙間２１には、連通路２２によって押出し液体収容室１５の押出し液体を導くことができ、環状隙間２１を押出し液体収容室１５とほぼ同じ圧力にすることができる。これにより、塗料収容室１４から環状隙間２１への塗料の浸入を抑制することができ、塗料の顔料成分の蓄積を防止し、シール部材２０の寿命を延ばすことができる。

しかも、環状隙間２１は押出し液体で満たしているから、この環状隙間２１に塗料が浸入することがあっても、押出し液体により浸入した塗料の顔料成分を常時液状状態で維持することができる。この結果、ピストン１９の摺動性を長期に亘って良好にすることができ、またシール部材２０の耐久性を高めて信頼性を向上することができる。

また、連通路２２には、チェック弁２３を設け、押出し液体収容室１５から環状隙間２１に押出し液体が流通するのを許し、逆向きの流れを規制する構成としている。これにより、チェック弁２３は、押出し液体収容室１５から環状隙間２１に押出し液体を流通させることにより、この環状隙間２１を押出し液体によって常時満たすことができる。

一方、チェック弁２３は、環状隙間２１から押出し液体収容室１５に押出し液体が逆流するのを規制することができる。これにより、塗料収容室１４から環状隙間２１に塗料が流入することがあっても、この塗料が連通路２２を介して押出し液体収容室１５に混入するのを確実に防止することができ、押出し液体の寿命を延ばすことができる。

なお、実施の形態では、連通路２２の軸方向通路２２Ａに弁体収容室２２Ａ1を形状し、この弁体収容室２２Ａ1にボール弁２３Ａ、弁ばね２３Ｂからなるチェック弁２３を設ける構成としている。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図５に示す第１の変形例のように、連通路３１を軸方向通路３１Ａ、環状通路３１Ｂおよび径方向通路３１Ｃにより形成し、前記環状通路３１Ｂ内に軸方向通路３１Ａを閉塞するように片持ち支持された板状弁体からなるチェック弁３２を設ける構成としてもよい。

また、図６に示す第２の変形例のように、連通路４１を、ピストン１９の後面１９Ｂから前側に向けて軸方向に設けられた軸方向通路４１Ａと、ピストン１９の外周面１９Ｃに開口すると共に前記軸方向通路４１Ａに連通する環状溝４１Ｂとにより構成してもよい。

また、図７に示す第３の変形例のように、連通路５１を、ピストン１９の後面１９Ｂ中央から前側に向けて軸方向に設けられた軸方向通路５１Ａと、該軸方向通路５１Ａからピストン１９内を放射状に延びて外周面１９Ｃに開口した複数本の径方向通路５１Ｂとにより構成してもよい。

さらに、押出し液体収容室１５と環状隙間２１とを連通するようにピストン１９に１本の連通路を設け、この連通路にチェック弁を設ける構成としてもよい。また、この１本の連通路とチェック弁とのセットを、ピストン１９に複数セット設ける構成としてもよい。

本発明の実施の形態による塗装用カートリッジを塗装装置に取付けた状態で示す縦断面図である。 本発明の実施の形態による塗装用カートリッジを単体で拡大して示す縦断面図である。 図２中の矢示III−III方向からみた塗装用カートリッジの横断面図である。 図２中のＡ部を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第１の変形例による連通路とチェック弁を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第２の変形例による連通路を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第３の変形例による連通路を示すピストンの縦断面図である。

符号の説明

１ 回転霧化頭型塗装装置（噴霧手段）
１１ 塗装用カートリッジ
１２ 塗料タンク
１２Ａ 前蓋部
１２Ｂ 後蓋部
１２Ｃ シリンダ部
１２Ｃ1 内周面
１３ フィードチューブ
１４ 塗料収容室
１５ 押出し液体収容室
１６ 塗料通路
１９ ピストン
１９Ａ 前面
１９Ｂ 後面
１９Ｃ 外周面
１９Ｄ シール取付溝
２０ シール部材
２１ 環状隙間
２２，３１，４１，５１ 連通路
２３，３２ チェック弁

Claims (2)

1. 噴霧手段に着脱可能に取付けられ内部に塗料を収容する筒状の容器からなる塗料タンクと、該塗料タンクの前側から軸方向に延び内部に塗料通路を有するフィードチューブと、前記塗料タンク内に軸方向に摺動可能に挿嵌され、前記塗料タンク内を塗料収容室と押出し液体収容室とに画成するピストンと、該ピストンと前記塗料タンクの内周面との間をシールするために、前記ピストンの外周面に軸方向に間隔をもって設けられた２本の環状のシール部材と、前記塗料タンクの内周面とピストンの外周面との間に該２本のシール部材によって画成される環状隙間とにより構成してなる塗装用カートリッジにおいて、
   前記ピストンには、前記環状隙間に押出し液体を導くために、前記環状隙間と前記押出し液体収容室とを連通する連通路を設け、
   前記環状隙間を押出し液体で常時満たす構成としたことを特徴とする塗装用カートリッジ。
2. 前記連通路には、前記押出し液体収容室から環状隙間に押出し液体が流通するのを許し、逆向きの流れを規制するチェック弁を設ける構成としてなる請求項１に記載の塗装用カートリッジ。

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