JP4100952B2

JP4100952B2 - マーキングヘッドおよびドットマーキング装置

Info

Publication number: JP4100952B2
Application number: JP2002112376A
Authority: JP
Inventors: 謙二松本
Original assignee: Marktec Corp
Current assignee: Marktec Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP2003305841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗料をノズルから吐出してマーキングを行うドットマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗料をノズルから吐出してマーキングを行うドットマーキング装置は広い分野で使用されていて、材質を表す種別マーク、取付け位置あるいは切断位置を示す罫書き線マーク、目には見えない材料の傷を示す欠陥マーク、ドットの構成で文字、記号等を表す印字等、多種に亘っている。これらマークは人間が見て判別する場合と、センサにより判別する場合とがある。
【０００３】
マークの読み取りをセンサで行う場合、マーク径が小さくなるとセンサで読み取れず、工程ラインが停止する問題があった。また、罫書き線マークの場合、マーク径が大きいと位置精度が悪くなるという問題があった。
【０００４】
ドットマーキング装置に於いて、塗料を吐出するマーキングヘッドに用いられるマーキング用ガン、あるいは、印字用ガンの例は、実用新案登録出願公開公報昭５８―１２８６５８号、あるいは、特許出願公開公報平２−１３１１６４号に記載されている。これらのマーキングヘッドでは、固定鉄芯の周囲に巻回されたソレノイドコイルと、可動鉄芯とを用い、ソレノイドコイルを付勢して可動鉄芯を移動させて弁を開き、加圧した塗料を開いた弁を通してノズルから吐出してマーキングを行うものである。
【０００５】
ところが、塗料の粘度は、図３に示すように温度依存性があり、温度が低いほど変化量が大きくなる。この粘度変化により、温度の高いときと、温度の低いときとでは流量変化は２倍以上となる。塗料粘度が変化するとノズルから吐出する１ドット当たりの塗料流量が変化し、その結果、マーク径が変化する問題があった。温度が低下し、塗料の粘度が上昇すると、塗料中で移動する可動鉄芯の流体抵抗が大きくなり、ソレノイドコイルによる推力が同じでは動作が不完全になる問題もあった。従来は、ノズルから吐出する１ドットの塗料流量が変ると、作業者が塗料の供給圧力を調整していた。しかし、供給圧力を広範囲に調整できないので、適正流量を得るのは困難であり、リアルタイムの調整は出来ないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、塗料の温度が変化しても１ドット当たりの吐出量がほぼ一定で、マーク径が変化しないマーキングを行うことが出来るマーキングヘッドおよびドットマーキング装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の一発明による手段は、塗料の粘度は温度の低下と共に増粘するため、温度が低くなるほど可動鉄芯と固定鉄芯の隙間を小さくすることにより推力が増加するようにマーキングヘッドを構成する。そのため、塗料吐出ノズルへの塗料流量を開閉制御するバルブが、ソレノイドコイルとは反対側のノズル近傍に設置されているマーキングヘッドにおいて、温度の低下と共に可動鉄芯と固定鉄芯の隙間が小さくなるように、バルブを固定している本体を金属より熱膨張率が大きい材料で構成することにより、塗料の温度が変化しても１ドット当たりの塗料吐出量をほぼ一定にする。
すなわち、本発明は、外周にソレノイドコイルを有している筒状のソレノイドボビンと、前記ソレノイドボビンの中空内の一部に嵌め込まれた固定鉄芯と、前記ソレノイドボビンの中空内に前記ソレノイドボビンの内壁と間隙を保つように配置され、かつ、一方の端面が前記固定鉄芯の一方の端面と向い合い、かつ間隙を保って配置された可動鉄芯と、前記可動鉄芯の他方の端面から延在する先細部と、前記先細部の先端部分と係合するバルブ本体と、それに続くノズルとを有しているマーキングヘッドであって、マーキングヘッドによる塗料吐出量がほぼ一定になるように、前記バルブ本体を前記可動鉄芯および固定鉄芯を構成する金属より熱膨張率が大きい材料で構成し、温度低下と共に可動鉄芯と固定鉄芯との隙間を小さく出来ることを特徴とするマーキングヘッドである。
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の他の一発明による手段は、塗料の温度を測定し、温度と粘度との関係に基づいて、塗料を吐出する時間を制御することで１ドット当たりの流量を一定にするようにドットマーキング装置を構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
【本願の一発明による実施の形態】
前述したように、塗料の粘度は温度の低下と共に増粘するため、温度が低くなるほど可動鉄芯と固定鉄芯の隙間を小さくすることにより推力が増加するようににマーキングヘッドを構成する。
【００１０】
図１は、本願の一発明による実施例のマーキングヘッドの概略断面図である。マーキングヘッドは、外周にソレノイドコイル４を有している筒状のソレノイドボビン３と、ソレノイドボビン３の中空内の一部にソレノイドボビン３の内壁と液密封に嵌め込まれた固定鉄芯２と、ソレノイドボビン３の中空内にソレノイドボビン３の内壁と間隙を保つように配置され、かつ、一方の端面が固定鉄芯２の一方の端面と向い合い、かつ間隙を保って配置された可動鉄芯１と、可動鉄芯１の他方の端面から延在する先細部１ａと、先細部１ａの先端部分と係合するバルブ本体５と、それに続くノズル６とを有している。塗料はノズル６近傍から供給することができる。図示のような、バルブがソレノイドコイル４とは反対側のノズル６近傍に設けられているバルブ構造において、バルブ５ａを固定している本体５を、可動鉄芯１および固定鉄芯２を構成する金属より熱膨張率が大きい材料で構成したものである。この構成により温度の低下と共に、可動鉄芯１と固定鉄芯２との隙間を小さくすることができる。
【００１１】
鉄の熱膨張率は、２０℃で１．１８×10^-5／℃、ステンレス鋼（１８Ｃｒ８Ｎｉ）の熱膨張率は２０℃で１．４７×１０^-5／℃であるため、これより大きな熱膨張率を持つ材料で本体５を構成する。
【００１２】
具体的には、本体５は、ＰＥＥＫ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリペンゾイミダール、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルイミド等の熱膨張率が２×１０^-5〜１０×１０^-5／℃のエンジニアリングプラスチックが適している。これらの材料でも、グレード、フィラーの種類および割合、成型時の流れ方向により金属材料より熱膨張率が小さいものがあるので、材料の選定に当たっては注意しなければならない。
【００１３】
本体５の中に延在する可動鉄芯１の部分が長い構造の場合には、本体５は比較的に熱膨張率の小さい材料を使用し、本体５の中に延在する可動鉄芯１の部分が短い場合は、本体５は比較的に熱膨張率の大きい材料を使用するのが好ましい。
【００１４】
また、ナイロンのように吸水率が高い材料は、湿度の変化により伸び縮みするため本体５には適さない。
【００１５】
また、ソレノイドボビン３は、SUS３０４のような非磁性のステンレスで構成することができる。
【００１６】
さらに、塗料の種類によっても温度と粘度の関係は異なるため、塗料に応じて材質の選定も考慮しなければならない。
【００１７】
【本願の他の一発明による実施の形態】
前述した本願の一発明によって、バルブを固定している本体を金属より熱膨張率が大きい材料で構成することにより、塗料の温度が変化しても１ドット当たりの吐出量をほぼ一定にすることができる。しかし、更に１ドット当たりの吐出量を一定にする精度を上げたい場合、下記の問題がある。
１．熱膨張率はあくまでも各材料の代表値であり、実際のものとは異なる。
２．熱膨張率は、常温ではほとんど一定であるため、温度に対する可動鉄芯と固定鉄芯の隙間は直線的に変化するが、塗料の粘度は直線的に変化するとは限らない。
【００１８】
このため、本願の他の一発明では、塗料の温度を測定し、温度と粘度との関係に基づいて塗料を吐出する時間を決定する。
【００１９】
ノズルを通過する塗料の流量Ｑは下記式で求められる。
Ｑ＝（π×Ｄ⁴×△Ｐ）／（１２８×μ×Ｌ）
ここで、Ｄ：ノズルの内径、△Ｐ：ノズルでの圧力損失、μ：塗料の粘度、Ｌ：ノズルの長さ、である。
【００２０】
上記の式より、流量は粘度に反比例し、また、塗料の供給圧力をあげると流量が増加することが判る。しかし、粘度の変化に対して、塗料流量を一定に保つために、塗料の供給圧力を正確に制御するのは、システムが複雑になり、また、供給圧力が高くなりすぎるため実施するのは現実的でない。
【００２１】
本発明では、塗料を吐出する時間を制御することで１ドット当たりの流量を一定にするようにドットマーキング装置を構成する。
【００２２】
図２に、本願の他の一発明による実施例のドットマーキング装置のブロック構成図である。塗料缶２１内の塗料２２の温度は温度センサ２３により検出され、塗料の温度を表す塗料温度信号電圧はマーキングコントローラ３０に送られる。塗料温度信号電圧を、マーキングコントローラ３０内のＡＤ変換器３１でディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を制御装置３２で処理してドライバー３３を制御する制御信号を発生する。ドライバー３３は駆動ケーブル３４を介して駆動電流をマーキングヘッドのソレノイドコイル（図１参照）に流して、マーキングヘッド１０のバルブを開いて塗料を吐出する。制御装置３２は、ディジタル化した塗料温度信号を処理するＣＰＵ、マーキングヘッド１０の塗料温度に対する塗料吐出動作特性を記憶するメモリ、およびタイマーＩＣを用いて構成することが出来る。この場合、ＣＰＵは、塗料温度とメモリに記憶されているマーキングヘッドの塗料吐出動作特性から、マーキングヘッド１０の所要オン時間を決定する。このオン時間をタイマーＩＣにセットする。タイマーＩＣは、クロック（例えば、２ＭＨｚ）を計数して、時間を計測する。クロック発振器としては、水晶発振器を使用して、計測時間を正確にするのが好ましい。ドットマーキングのタイミングが到来すると、タイマーＩＣが動作し、ドライバー３３を動作させて、マーキングヘッド１０を駆動する。マーキングヘッド１０は、タイマーＩＣにセットされた時間により決まる一定時間バルブを開き、塗料を吐出する。ＡＤ変換器３１およびドライバー３３は従来使用されているのものを変更して用いることが出来るので、詳細は省略する。塗料２２は従来の装置と同様に、ポンプ２４で駆動され、塗料配管２５を介してマーキングヘッド１０へ供給される。制御装置３２がドライバー３３に対して発生する制御信号は、塗料２２の温度が低下して、塗料の粘度が２倍になったとき、塗料を吐出する時間が２倍になるようなソレノイドコイル駆動電流を発生させるようにする。
【００２３】
実際には、塗料の粘度が高くなるとバルブの開きが遅くなるため、塗料の粘度が２倍になったとき、２倍＋αの時間を設定して塗料流量が一定になるように制御する。αの値は、マーキングヘッド１０の動作特性によって異なるので、あらかじめ実測値から定めて、例えば、マーキングコントローラ内のメモリに記憶しておくのが好ましい。
【００２４】
塗料を吐出する時間は、１μ秒単位で制御するため精度が高く適用範囲も広くできる。
【００２５】
図３に示すように、塗料の種類により温度と粘度の関係が異なるため、予め塗料毎に温度と制御時間の関係をマーキングコントローラ内のメモリに記憶しておき、塗料を交換するときに適合するデータを読み出すことにより短時間で交換作業を終了出来るようにするのが好ましい。不揮発性メモリを使用する場合は、電源を切っても記憶したデータが残っているため使い易い。しかし、不揮発性メモリでない場合は、メモリをバッテリ・バックアップしても良い。
【００２６】
また、マーキングヘッドの応答性が悪いと制御時間を短くしても実際に塗料が吐出する時間は短くならないので、実用新案登録出願公開公報昭５８―１２８６５８号に示す様な構造の高速応答可能なマーキング用ガン、塗料の温度を測定する温度センサ、温度センサの信号を読込んで予め決められたデータに従ってマーキングヘッドを制御するマーキングコントローラによって構成するのが好ましい。
【００２７】
温度センサは、塗料の中に設置すると精度がよいが、簡便には塗料周辺の大気温度を測定しても良い。ただし、大気温度が変化しても塗料温度は熱容量の違いからすぐには追従しないので約１時間の温度平均値を採用するのが好ましい。この平均化する時間は塗料の容量、塗料配管の種類、太さによって変える必要がある。
【００２８】
ドットマーキング装置に於いて、１ドット当たりの塗料吐出量は重要なファクターであるが、マークの径に影響を与える因子としてノズルを通過するときの塗料の流速も重要である。
【００２９】
同じ塗料吐出量でも流速が速いとマークの径は大きくなる。実用新案登録出願公開公報昭５８―１２８６５８号に記載の様な構造をしたマーキング用ガンは通電時間を長くするとバルブが大きく開くため流速が速くなり流速の低下を補正する。このため、更に安定したマーク径を得ることが出来る。
【００３０】
なお、前述した本願の両発明を、本出願人と同一出願人による特許出願番号第２００２−８１１８１号に記載の中空鉄芯を有するソレノイド式高速印字用ガンに用いても安定したマーク径のドットを印字することが出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、塗料の温度が変化しても１ドット当たりの吐出量、マーク径が変化しないマーキングが可能となる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の一発明のマーキングヘッドの概略断面図を示すものである。
【図２】本願の他の一発明によるドットマーキング装置のブロック構成図である。
【図３】塗料の粘度と温度との関係を示す図。
【符号の説明】
１可動鉄芯
１ａ可動鉄芯の先細部
２固定鉄芯
３ソレノイドコイルボビン
４ソレノイドコイル
５バルブを固定している本体
５ａバルブ
６マーキングヘッドのノズル
１０マーキングヘッド
２０塗料供給装置
２１塗料缶
２２塗料
２３温度センサ
３０マーキングコントローラ
３１ＡＤ変換器
３２制御装置
３３マーキングヘッドのソレノイドコイル用ドライバー

Claims

外周にソレノイドコイルを有している筒状のソレノイドボビンと、前記ソレノイドボビンの中空内の一部に嵌め込まれた固定鉄芯と、前記ソレノイドボビンの中空内に前記ソレノイドボビンの内壁と間隙を保つように配置され、かつ、一方の端面が前記固定鉄芯の一方の端面と向い合い、かつ間隙を保って配置された可動鉄芯と、前記可動鉄芯の他方の端面から延在する先細部と、前記先細部の先端部分と係合するバルブ本体と、それに続くノズルとを有しているマーキングヘッドであって、マーキングヘッドによる塗料吐出量がほぼ一定になるように、前記バルブ本体を前記可動鉄芯および固定鉄芯を構成する金属より熱膨張率が大きい材料で構成し、温度低下と共に可動鉄芯と固定鉄芯との隙間を小さく出来ることを特徴とするマーキングヘッド。
前記可動鉄芯および固定鉄芯が、鉄又はステンレス鋼で構成され、前記バルブ本体が、ＰＥＥＫ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリペンゾイミダール、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルイミドからなる群から選ばれた材料で構成された、請求項１に記載のマーキングヘッド。
前記可動鉄芯および固定鉄芯が、鉄又はステンレス鋼で構成され、前記バルブ本体が、熱膨張率が２×１０^-5〜１０×１０^-5／℃のエンジニアリングプラスチックで構成された、請求項１に記載のマーキングヘッド。