JP2003276187A - ソレノイド式高速印字用ガン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】塗料を用いた高速印字用ガンを提供する 【解決手段】外周にソレノイドコイルを有している中空
のソレノイドボビンの中空内の一部にソレノイドボビン
の内壁と液密封に嵌め込まれた固定鉄芯と、ソレノイド
ボビンの中空内に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、一方の端面が固定鉄芯の一方の
端面と向い合い、かつ間隙を保つて配置された可動鉄芯
と、可動鉄芯の他方の端面から延在する先細部の先端部
分と係合するノズルを有する弁本体とを有する印字用ガ
ンであって、固定鉄芯の中心部に中心貫通孔を設け、固
定鉄芯の一端から可動鉄芯の存在する他端に向けてその
中心貫通孔を通して液体塗料の供給をする。塗料は可動
鉄芯の外周面に沿って流れ、可動鉄芯がノズル開位置か
ら閉位置に戻る際に可動鉄芯を戻すのを助勢するので、
可動鉄芯は高速で戻ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用オンデマン
ド型ドット印字装置に使用するソレノイド式印字用ガン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】工業用オンデマンド型ドット印字は、材
質、規格等を表す製品印字、工場内の製品管理を行う管
理印字等に広く使われている。生産効率を上げるため、
高速で流れているライン上での印字を行う必要性は高
い。塗料を使用した従来のドット印字装置は、高速印字
ができないため、１本のラインが分流した後に複数台の
印字装置を設置して印字を行っている。このため、印字
を行うために多くの設置場所と周辺機器を含めたコスト
がかかっていた。塗料を使用したソレノイド式ドット印
字装置の例が特開平２‐１３１１６４号に記載されてい
る。このようなドット印字装置の印字用ガンでは、弁の
開閉は弁体に接続された可動鉄芯をソレノイドコイルに
より吸引し、ばねの作用により復帰することにより行
う。弁を開閉すると、加圧液体塗料が弁開口から吐出す
る。図４は従来の印字用ガンのノズルの近傍部分を示す
概略図である。従来の方式は、図示のように可動鉄芯１
１の先細部１１ａの辺りに塗料供給孔を設け、その供給
孔から塗料を供給していたので、ソレノイドボビン１３
aの塗料充満室１６内に塗料が充満している。可動鉄芯
１１が動作すると塗料充満室１６の中を塗料が動き回
り、流体抵抗となっていた。この流体抵抗を小さくする
ため可動鉄芯１１とソレノイドボビン１３ａ間の隙間を
大きく取らざるを得ず、結果としてソレノイドの寸法を
大きくしなければならなかった。また、可動鉄芯１１と
固定鉄芯１２の合わせ面の距離を大きくするとソレノイ
ドコイル１３による推力が低下するために、大きくでき
ず、流体抵抗を無視することはできなかった。可動鉄芯
１１は塗料内を動くので流体抵抗を受け高速動作ができ
なかった。又、流体抵抗を減少させるために、可動部の
大部分を空気中に配置する方法によっても、塗料のシー
ルを行うため、摺動抵抗が生じ、可動部の動作を阻害し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の印字
用ガンは、塗料の流体抵抗により可動鉄芯の高速動作が
阻害されていたので、それを解決するためになされたも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周にソレノ
イドコイルを有している中空のソレノイドボビンの中空
内の一部にソレノイドボビンの内壁と液密封に嵌め込ま
れた固定鉄芯と、ソレノイドボビンの中空内にソレノイ
ドボビンの内壁と間隙を保つように配置され、かつ、一
方の端面が固定鉄芯の一方の端面と向い合い、かつ間隙
を保つて配置された可動鉄芯と、可動鉄芯の他方の端面
から延在する先細部の先端部分と係合するノズルを有す
る弁本体とを有する印字用ガンであって、固定鉄芯の中
心部に中心貫通孔を設け、固定鉄芯の一端から可動鉄芯
の存在する他端に向けてそのその中心貫通孔を通して液
体塗料の供給を行う構成とする。塗料は可動鉄芯の外周
面に沿って流れ、可動鉄芯がノズル開位置から閉位置に
戻る際に可動鉄芯を戻すのを助勢するので、可動鉄芯は
高速で戻ることができる。すなわち、ゼロにすることが
できない流体抵抗を、可動鉄心を弁閉位置に戻すための
力として作用させることにより可動鉄芯を高速で戻すこ
とができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による印字用ガン
を示す概略断面図である。固定鉄芯１２は中心部に中心
貫通孔１５が設けられ、塗料供給孔１４から塗料が中心
貫通孔１５を通して供給される。可動鉄芯１１はソレノ
イドボビン１３ａの塗料充満室１６内に配置され、塗料
充満室１６内には加圧された塗料が充満している。可動
鉄芯１１の先細部１１ａの先端に弁体（図示せず）が連
結されていて、弁体がノズル１７の弁座（図示せず）と
係合する弁本体１０を構成する。ソレノイドコイル１３
の付勢により可動鉄芯１１が吸引されてノズル１７を開
として塗料を吐出し、印字する。

【０００６】可動鉄芯１１の先細部１１ａに接続された
弁体をノズル１７の弁座から分離して、弁開位置に駆動
する力は、ソレノイドコイル１３に印加される電流によ
る電磁力によっている。ソレノイドコイル１３にはパル
ス電流（通電時間３０ないし３００μｓｅｃ）を流して
いるため、磁束は表皮効果により固定鉄芯１２の表面部
分にしか存在しないので、固定鉄芯１２の中心部に中心
貫通孔１５を設けても可動鉄芯１１に作用する推力は低
下しない。このため、固定鉄心１２の肉厚は、固定鉄心
直径の約１／４まで（中心貫通孔１５の孔径すなわち内
径を固定鉄芯直径の３／４以下）薄くしても推力は低下
しない。中心貫通孔１５の孔径が小さい場合は、固定鉄
心１２での流体塗料に対する圧力損失が大きくなるた
め、少なくてもノズル内径の２倍以上の孔径が必要であ
る。ソレノイドコイル１３内に存在しない固定鉄芯１２
の部分は推力にほとんど影響しないので肉厚は薄いほう
がよい。

【０００７】本発明の印字用ガンでは、可動鉄芯１１を
戻すように作用する流体の力として２つの力がある。一
つは、前記した塗料が動くときの流速により発生する力
であり、もう一つは、可動鉄芯１１と固定鉄芯１２との
間隙が狭くなるために発生する差圧による。可動鉄芯１
１と固定鉄芯１２との間隙が初期の約半分以下になる
と、間隙が小さくなるほど間隙を通過する流量は低下
し、流速による可動鉄芯１１を戻す力は弱くなるが、可
動鉄芯１１が固定鉄芯１２に近づくほどこの部分での差
圧が大きくなり、可動鉄芯１１を戻す力が大きくなる。

【０００８】前記した流体の２つの力に助勢されて可動
鉄芯１１を弁閉位置に戻しても、可動鉄芯そのものが重
ければ高速動作を達成することができない。そこで、固
定鉄芯１２と同じ理由で、可動鉄芯１１もその中心部を
空洞化することで軽量化しても、ソレノイドコイル１３
による推力は低下しない。可動鉄芯１１は、固定鉄芯１
２と異なり移動するため、軽量にすることにより弁が開
くときにも高速動作をする効果がある。又、可動鉄芯１
１は全ての部分がソレノイドコイル１３内にはないの
で、ソレノイドコイル１３から出ている部分は、更に空
洞の直径を大きくして薄肉化しても推力はあまり低下し
ない割りには流体抵抗による戻し力が有効に働き、更に
高速動作が可能となる。

【０００９】弁を閉じるために塗料の差圧を利用してい
るが、弱いスプリング（図示せず）を使用してその力で
可動鉄芯を戻すようにすることが普通行われている。

【００１０】また、高速で動作する可動鉄芯は、耐久性
がないと短時間で動作不良になる虞がある。このため高
速で動作するほど高い耐久性が要求される。本発明の構
成では、図２を参照して以下説明するように、可動鉄芯
が塗料以外のものと接触する部分は弁本体あるいはノズ
ルのみなので、高い耐久性を有している。このため、可
動鉄芯の摺動抵抗がなく常に安定した高速動作を行うこ
とが可能となる。

【００１１】図２は、図１の一部分を拡大して、塗料で
外周囲を囲まれた可動鉄芯１１と、それを囲むソレノイ
ドボビン１３ａ、固定鉄芯１２との相対的関係の概略を
示す。図２に示すように可動鉄芯１１が右に寄った場
合、右側の流路が狭くなり、この部分を流れる塗料の流
速が遅くなる。一方、左側の流路は広がって塗料の流速
は速くなる。その結果、可動鉄芯１１は塗料流速の速い
左側に寄せられる結果、右側と左側の流路がほぼ同じ幅
のところ、つまり中央部に可動鉄芯１１が位置するよう
になる、センタリング効果を受ける。

【００１２】塗料の流速が遅いとこのセンタリング効果
は弱くなるため、可動鉄芯１１とソレノイドボビン１３
ａ、弁本体１０との間隙の選定は重要である。具体的に
は、塗料の粘度で最適値が決まり、粘度が低い場合は間
隙を狭く、粘度が高い場合は間隙を広くしなければなら
ない。

【００１３】また、間隙部流路の長さが短いとセンタリ
ング効果が弱くなるのである程度の長さが必要である。
ただし、長すぎると塗料の圧力損失が大きくなりすぎる
ため、ノズルからの塗料噴射速度が低下し安定した印字
が行えなくなる。このため、塗料の粘度が５〜５０ｃＰ
の範囲で有れば、円筒形の可動鉄芯とソレノイドボビン
の間隙は、０．０３〜０．３ｍｍとし、長手方向に少な
くとも合計５ｍｍ以上となる流路を設けることにより、
センタリング効果を発揮させることができる。

【００１４】さらに、可動鉄芯が軽いほどセンタリング
効果が出るので、可動鉄芯を中空構造とすることも有効
であり、その分、間隙を広く取れ、結果として塗料の圧
力損失が少なくなる。

【００１５】また、可動鉄芯と固定鉄芯の接触について
も、可動鉄芯が固定鉄芯に近づくほどこの部分での塗料
の差圧が大きくなり、ソレノイドコイル通電時間３０〜
３００μｓｅｃの印字条件では可動鉄芯を戻す力が大き
く働き固定鉄芯と接触することがない。

【００１６】一方、可動鉄芯と固定鉄芯との間隙を大き
くするとソレノイドの推力が大幅に低下するため、高速
動作させる場合は通常４０〜２００μｍの間隙とする。

【００１７】この間隙は、図１および本発明の別に実施
の形態を示す図３より分かるように、弁本体１０に対す
るノズル１７の位置、ソレノイドボビン１３ａの位置、
ソレノイドボビンに対する固定鉄芯１２の位置で決ま
る。これらを高精度で取り付けても良いが、ラフに組み
付けたい場合や、組立後間隙を調整したい場合には、本
発明によれば容易に間隙の調整ができる。

【００１８】間隙の調整を行うためには、固定鉄芯１２
とソレノイドボビン１３ａに細目のネジ３１を切り、固
定鉄芯を回転することで行う。固定鉄芯１２を回転させ
るためには、図３に示すように固定鉄芯１２の上部端面
にスリット３３を形成し、マイナスドライバーが入るよ
うにするか、あるいは、固定鉄芯１２の端面外周を六角
形状に形成してボックスレンチが入るようにしても良
い。

【００１９】塗料の供給は、塗料供給ブロック３０から
行うために、固定鉄芯１２の半径方向（法線方向）に貫
通孔を設ける。この貫通孔が1個の場合は固定鉄芯１２
の外周に円周方向溝を形成することによって、固定鉄芯
１２の位置に拘わらず塗料を安定供給することができ
る。固定鉄芯に複数の半径方向貫通孔を設ける場合は、
外周部の円周方向溝は設けなくてもよい。

【００２０】前記したように、固定鉄芯１２とソレノイ
ドボビン１３ａにネジ切り加工を行った場合、ネジ部お
よび法線方向の貫通孔の回りから塗料が漏れるのでシー
ルを行わなければならない。このシールは、図３に示す
ようなＯリング３２を使用したものでも良いが、Ｏリン
グの材質は塗料の成分に侵されないものを選定する必要
がある。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、従来の印字用ガンに比
べ約２倍の２ｋＨｚの速さで高速印字を行うことが可能
となり、高速印字を行っても長期間安定した印字が行え
るようになった。又、弁が開いている時間が短いため、
より小さなドット径で安定して印字をすることができ
る。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による印字用ガンの概略断面図。

【図２】図１の部分拡大概略断面図で、可動鉄芯と、ソ
レノイドボビン、固定鉄芯との間隙に流れる塗料流体に
よるセンタリング効果を示す図。

【図３】本発明による別の実施形態による印字用ガンの
概略断面図。

【図４】従来の印字用ガンの可動鉄芯を包含するソレノ
イド内塗料充満室の概略を示す断面図。

【符号の説明】

１０ 弁本体 １１ 可動鉄芯 １１ａ 可動鉄芯の先細部 １２ 固定鉄芯 １３ ソレノイドコイル １３ａ ソレノイドボビン １４ 塗料供給孔 １５ 固定鉄芯の中心貫通孔 １６ 塗料充満室 １７ ノズル ３０ 塗料供給ブロック ３１ ネジ ３２ Ｏリング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   の一部に前記ソレノイドボビンの内壁と液密封に嵌め込
   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ノズルを有する弁本体とを有す
   る印字用ガンであって、前記固定鉄芯は中心部に前記一
   方の端面から他方の端面に貫通する中心貫通孔を有し、
   前記固定鉄芯の他方の端面に塗料供給孔を有する塗料供
   給ブロックが接続され、塗料を前記塗料供給ブロックの
   塗料供給孔から、前記固定鉄芯の中心貫通孔を介して前
   記可動鉄芯が配置されている前記ソレノイドボビンの空
   所内に供給するようにした印字用ガン。
2. 【請求項２】塗料の粘度が５〜５０ｃＰの範囲で、前記
   可動鉄芯と前記ソレノイドボビンの中空の内壁との間隙
   は、０．０３〜０．３ｍｍである請求項１に記載の印字
   用ガン。
3. 【請求項３】前記可動鉄芯と前記ソレノイドボビンの筒
   状の内壁との間隙が０．０３〜０．３ｍｍの部分に長手
   方向に少なくとも合計５ｍｍ以上となる流路を設けた請
   求項２に記載の印字用ガン。
4. 【請求項４】前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間隔を４
   ０〜２００μｍの間隙とした請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の印字用ガン。
5. 【請求項５】前記固定鉄心の中心貫通孔の内径は、ノズ
   ル内径の２倍以上、かつ、前記固定鉄心直径の３／４以
   下とした請求項１ないし４のいずれかに記載の印字用ガ
   ン。
6. 【請求項６】前記可動鉄芯の中心部を空洞にした請求項
   １ないし５のずれかに記載の印字用ガン。