JP5777904B2 - シーリング剤の塗布方法、及び塗布装置 - Google Patents

Description

本発明はドアパネルに対するシーリング剤の塗布方法、及び塗布装置に関する。

従来から、自動車のドアパネルでは継ぎ目をシールするためシーリング剤を塗布しており、それをヒータ式の硬化装置を使用して熱硬化させている（例えば、特許文献１）。また、下記特許文献２には、係止部として溝や凸部が形成された側の樹脂製のインナパネル表面に接着促進の表面処理として、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、プライマー処理から選ばれる少なくとも１つを施し、その後、発泡シーリング剤を塗布する点について記載がある。

特開２００３−２００１１０号公報

特開２００３−３３５１３４号公報

近年では、軽量化を図るためドアパネルをアルミ製にしたものがある。しかし、アルミ表面には酸化アルミの膜が出来るためシーリング剤の密着性が低く、塗布したシーリング剤を単に加熱するだけでは十分な接着強度が得られないという問題があった。アルミ表面に対するシーリング剤の密着性を高めるには、ドアパネルに対して表面処理を行うことが考えられる。しかし、表面処理を行うには、それ専用のロボットが必要になるし、また表面処理追加によりタクトタイムが長くなる。そのため、ドアパネルの生産効率が低下するという問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、生産性を低下させることなく、シーリング剤の接着強度を高めることを目的とする。

本発明は、ドアパネルの継ぎ目に対するシーリング剤の塗布方法であって、アームロボットのアーム先端に取り付けられたヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち一方側の大気圧プラズマヘッドを用いて、前記ドアパネルの継ぎ目に対してプラズマを吹きかけるプラズマ処理を行い、前記ヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち他方側の塗布ヘッドを用いて、前記プラズマ処理後の前記ドアパネルの継ぎ目に対して前記シーリング剤を塗布する塗布処理を行うところに特徴を有する。

この発明では、自動車のドアパネルにプラズマ処理を施すようにした。そのため、プラズマ処理を行わない場合に比べて、ドアパネルに対するシーリング剤の密着性が高まり、十分な接着強度（剥離強度）が得られるようになった。また、この発明では、アームロボットに大気圧プラズマヘッドと塗布ヘッドの２本のヘッドを装着していることから、ロボットが１台で済むため、設備投資を抑えることが可能となる。また、ドアパネルに対して、プラズマを吹きかけるプラズマ処理とシーリング剤を塗布する塗布処理を時間を空けずに行うことが可能となるので、ドアパネルの生産性に影響を与えることもほとんどない。

この発明の実施形態として、以下の様にすることが好ましい。
・前記大気圧プラズマヘッドと前記塗布ヘッドを、前記継ぎ目に沿って２本同時に移動させることにより、前記プラズマ処理と前記塗布処理を同時に行う。

・前記大気圧プラズマヘッドを前記継ぎ目に沿って移動させて前記プラズマ処理を行った後、前記大気圧プラズマヘッドの移動経路を逆に辿るように前記塗布ヘッドを前記継ぎ目に沿って移動させてプラズマ処理後の前記継ぎ目に対してシーリング剤の塗布処理を行う。

本発明によれば、ドアパネルの生産性を低下させることなく、シーリング剤の接着強度（剥離強度）を高めることが可能となる。

実施形態１において塗布装置の全体構造を示した図 アームロボットに対する２本のヘッドの取り付け構造を示した斜視図 大気圧プラズマヘッドの構造を模式的に示した断面図 ドアパネルの構造を模式的に示した断面図 ２本のヘッドを用いてプラズマ処理と塗布処理が同時に行われることを表した斜視図 シーリング剤の加熱処理工程を示す図 剥離試験の試験結果を示す図 （ａ）プラズマ処理を行っていない場合の接触角（ドアパネルに対するシーリング剤の接触角）を示す図 （ｂ）プラズマ処理を行った場合の接触角（ドアパネルに対するシーリング剤の接触角）を示す図 （ａ）実施形態２においてドアパネルとアームロボットとの位置関係を示す図（プラズマ処理中） （ｂ）実施形態２においてドアパネルとアームロボットとの位置関係を示す図（塗布処理中） ２本のヘッドを往復させてプラズマ処理と塗布処理を行うことを説明する図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図８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。

１．塗布装置２０の構造説明
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、例えばポリ塩化ビニルを主成分とした高粘度の高分子材料（熱硬化性の高分子材料）であるシーリング剤１４を塗布するものである。塗布装置２０は、アームロボット３０と、アームロボット３０のアーム先端３９にブラケット３９Ａを介して取り付けられたヘッド装着部５０と、ヘッド装着部５０に装着された２本のヘッド６１、７１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。

アームロボット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とから構成されていて、各アームが独立して動作可能となっている。

そして、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（図略）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。

アームロボット３０のアーム先端３９には、ヘッド装着部５０を介して、２本のヘッド６１、７１が装着されている。図２に示すように、ヘッド装着部５０は一方向（図５に示す塗布ラインＬの方向）に長い形状をしており、ノズル先端を下方に向けて２本のヘッド６１、７１が、横並び状に配置（図５に示す塗布ラインＬの方向に並んで配置）されている。

２本のヘッドは大気圧プラズマヘッド６１と塗布ヘッド７１である。大気圧プラズマヘッド６１はノズル先端からプラズマを噴出するものであり、例えば、図３に示すように、略円錐状の内部電極６２と、その内部電極６２を囲む円筒状の外部電極６３と、出力１ｋＷ程度（初期点火では１．５ｋＶで数百ｍＡを発生し、放電発生後は約５０Ｖ、数１０Ａのアーク放電の維持ができる１ｋＷ程度）の電源６４とを備えている。尚、外部電極６３はアースに接続されることで０Ｖに固定されるようになっている。内部電極６２と外部電極６３との間には、放電領域６２Ａが形成されている。

外部電極６３は、その下端に、生成されたプラズマを外部（下方）に噴射させるためのジェットノズル６５を備えている。そして、内部電極６２に対して電源６４から高電圧パルス（例えば、周波数は１８ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ）を印加すると、放電領域６２Ａにて放電が繰り返され、これにより、大気圧にてプラズマ（放電プラズマ）が励起される。

そして、大気圧プラズマヘッド６１の外部電極６３には、エア配管６７を介して乾燥空気が供給されていて、励起されたプラズマをノズル６５の先端から下向きに吹き出す構成となっている。

塗布ヘッド７１はシーラ供給管７４を介してシーラ供給装置（図略）に接続されたバルブ７３と、バルブ７３の先端に取り付けられたノズル７５とから構成されている。そして、バルブ７３を開けると、シーリング剤１４がノズル７５の先端から吐出される構成となっている。また、塗布ヘッド７１のノズル先端の位置は、大気圧プラズマヘッド６１のノズル先端の位置と概ね同じ高さになっている。

尚、図中省略してあるが、塗布装置２０には、アームロボット３０を制御する機能、大気圧プラズマヘッド６１に高電圧パルスを印加してプラズマを噴出させる機能、バルブ７３を開閉を制御して塗布ヘッド７１によりシーリング剤を吐出させる機能を持つ制御装置が設けられていて、制御装置がこれらを統括的に制御するようになっている。

２．ドアパネル１３の説明
ドアパネル１３は、図４に示すように、アルミ金属製のアウタパネル１１と、同じくアルミ金属製のインナパネル１２を重ね合わせた後、アウタパネル１１の外周部１８をドアパネル内側へ所定幅ａだけ折り返してインナパネル１２の外周端部を挟み込むことで、２枚のパネル１１、１２をドアパネル１３として一体化したものである。そして、両パネル１１、１３の継ぎ目（いわゆる、へミング結合部）１６に対してシーリング剤１４を塗布することで、継ぎ目１６がシールされる構成となっている。

３．ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の塗布作業
ドアパネル１３は、前記した両パネル１１、１２を一体化する工程の後、図１に示すように、インナパネル１２側を上に向けて支持台１０上に、不図示の搬送ロボットによりセットされる。そして、支持台１０にドアパネル１３がセットされると、以下説明するように、塗布装置２０により、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の塗布作業が行われる。

尚、ここでは、ドアパネル１３のうちフロント部（ヒンジを介して車両に固定される部分）の継ぎ目１６に対するシール作業を例にとって説明を行うものとする。また、ドアパネル１３のフロント部の継ぎ目１６のラインを塗布ラインＬとする（図５参照）。

さて、支持台１０上にドアパネル１３がセットされると、塗布装置２０のアームロボット３０は、アーム先端に装着された両ヘッド６１、７１を初期位置へ移動させる。初期位置では、大気圧プラズマヘッド６１が塗布ラインＬのスタート位置上方に位置するとともに、もう一方の塗布ヘッド７１は塗布ラインＬのライン上において大気圧プラズマヘッド６１の後方に位置する。

そして、両ヘッド６１、７１が初期位置に移動すると、次に大気圧プラズマヘッド６１に対してエア配管６７を介して工場エアの供給が開始され、また電源６４から高電圧パルスが印加される。これにより、大気圧プラズマヘッド６１内にて生成された大気圧プラズマが、ジェットノズル６５の先端から下向きに噴出し、塗布ラインＬ上に吹きかけられる。

そして、プラズマの噴出開始と同時に、塗布装置２０はアームの移動操作を開始して、両ヘッド６１、７１を塗布ラインＬに沿って移動させてゆく（同時移動させる）。これにより、ドアパネル１３に対して塗布ラインＬのスタート地点からプラズマが吹きかけられてゆく。

その後、塗布ヘッド７１が塗布ラインＬのスタート位置に至ると、今度はバルブ７３が開かれ、ノズル７５の先端からシーリング剤１４が吐出される。これにより、プラズマ処理後のドアパネル１３の継ぎ目１６に対して、シーリング剤１４が塗布される。

その後、塗布装置２０は両ヘッド６１、７１を塗布ラインＬに沿って２本同時に移動させてゆく。この間、大気圧プラズマヘッド６１からプラズマが噴出され、また塗布ヘッド７１からシーリング剤１４が吐出される。これにより、ドアパネル１３の継ぎ目１６に対してプラズマを吹きかけるプラズマ処理と、プラズマ処理後の継ぎ目１６に対してシーリング剤１４を塗布する塗布処理が２本のヘッド６１、７１を使用して同時並行的に行われる。

そして、大気圧プラズマヘッド６１が塗布ラインＬのエンド位置に至ると、高電圧パルスの印加が停止され、大気圧プラズマヘッド６１によるプラズマ処理は終了する。その後は、塗布ヘッド７１による塗布処理が単独で行われる状態となり、プラズマ処理後の継ぎ目１６に沿ってシーリング剤１４が塗布されてゆく。そして、塗布ヘッド７１が塗布ラインＬのエンド位置に至ると、今度はバルブ７３が閉じられ、塗布ヘッド７１によるシーリング剤１４の塗布処理は終了する。これにて、ドアパネル１３のフロント部の継ぎ目１６に対し、その全範囲にシーリング剤１４が塗布された状態となる。

その後、図６に示すように、ドアパネル１３の継ぎ目１６に塗布したシーリング剤１４を、加熱装置８０を用いて加熱する処理が行われる。これにより、シーリング剤１４が熱硬化して、ドアパネルの継ぎ目１６は熱硬化したシーリング剤１４により隙間なくシールされた状態となる。

加熱処理の終了後、処理済みのドアパネル１３は次の工程に搬送される。そして、ドアパネル１３が搬出されると、今度は、未処理のドアパネル１３が作業台１０に搬入され、その後、搬入されたドアパネル１３に対してシーリング剤１４を塗布する処理と、それを熱硬化させる作業が行われることとなる。

４．効果説明
本実施形態では、ドアパネル１３に対してプラズマを吹きかけるプラズマ処理をまず行い、その後、シーリング剤１４を塗布するようにした。そのため、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の密着性が高まり、シーリング剤１４の接着強度が高くなった。具体的には、プラズマ処理を行っていないサンプルと、プラズマ処理を行ったサンプルにて、シーリング剤１４の剥離強度試験（熱硬化後のシーリング剤１４に対して引っ張り方向に力を与えてドアパネルに対する剥離強度を調べた試験）を行ったところ、図７にて示すように、プラズマ処理を行っていない場合に比べて、約３倍〜約５倍の強度が得られた。よって、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の接着強度（剥離強度）を高めることが出来た。

尚、プラズマ処理を行うことで接着強度（剥離強度）が高くなった理由の一つには、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の接触角θが小さくなり（いわゆる濡れ性が向上）、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の密着性が高まったものと考えられる（図８参照）。

また、この実施形態では、アームロボット３０の先端に装着した２本のヘッド６１、７１を用いて、ドアパネル１３に対してプラズマ処理と塗布処理とを同時並行的に行うようにしている。そのため、２つの処理を、塗布処理だけ行う場合と同程度の時間で終わらせることが可能となり、ドアパネル１３の生産性に影響を与えることもほとんどない。

また、アームロボット３０に大気圧プラズマヘッド６１と塗布ヘッド７１の２本のヘッドを装着するようにしたことで、ロボットが１台で済む。よって、設備投資を抑えることが可能となる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図９、図１０によって説明する。実施形態１は、アームロボット３０のアーム先端３９に大気圧プラズマヘッド６１と塗布ヘッド７１の２本のヘッドを装着した例を示した。そして、アームロボット３０のアーム先端３９に取り付けた２本のヘッド６１、７１を用いて、ドアパネル１３にプラズマ処理と塗布処理を同時並行的に行う例を示した。

実施形態２は、実施形態１に対して、アームロボット３０のアーム先端３９に大気圧プラズマヘッド６１と塗布ヘッド７１の２本のヘッドを装着する点は共通している。実施形態２では、ドアパネル１３の継ぎ目１６に沿った塗布ラインＬに沿って、２つのヘッド６１、７１を往復させることにより、ドアパネル１３に対するプラズマ処理と、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の塗布処理を順番に行うようにした点が実施形態１と相違している。

具体的に説明すると、実施形態２では、ヘッド装着部９０をＬ字形状としている。ヘッド装着部９０は、アームロボット３０のアーム先端３９に対して、Ｌ字の長手方向を図９の左右方向を向けた状態で取り付けられている。そして、ヘッド装着部９０には、大気圧プラズマヘッド６１と塗布ヘッド７１が左右に並んで取り付けられている。

これら２つのヘッド６１、７１の並び方向Ｍは、塗布ラインＬに対して直交する関係になっていて、図９（ａ）に示すように、大気圧プラズマヘッド６１をドアパネル１３の継ぎ目１６の真上に位置させると、塗布ヘッド７１はドアパネル１３から外側に外れた位置となる。

一方、図９の（ｂ）に示すように、塗布ヘッド７１をドアパネル１３の継ぎ目１６の真上に移動させると、大気圧プラズマヘッド６１は、インナパネル１２の上側に位置する。また、図９に示す符号１００はガイド部材であり、同ガイド部材１００の下端にはガイドローラ１０５が取り付けられている。

このガイドローラ１０５は、図９の（ｂ）に示すように、塗布ヘッド７１がドアパネル１３の継ぎ目１６の上方に位置すると、ドアパネル１３の外周縁に当接する。これにより、ドアパネル１３の継ぎ目１６に対して塗布ヘッド７１を位置決め（図９の左右方向に位置決め）できる。そして、アウタパネル１２の折り返し幅ａは、通常一定であることから、ガイドローラ１０５をドアパネル１３の外周縁に当てた状態を保って、アームロボット３０のアームを移動操作すると、塗布処理中、図９の（ｂ）の位置関係を維持することが可能であり、継ぎ目１６の真上に塗布ヘッド７１を位置決めできる。

また、この実施形態では、２本のヘッド６１、７１のノズル先端の位置に高低差を付けてあり、大気圧プラズマヘッド６１側が塗布ヘッド７１側より高い位置関係となっている。このようにすることで、図９の（ｂ）に位置に２本のヘッド６１、７１を移動させたときに、内側に位置する大気圧プラズマヘッド６１がインナパネル１２の絞り部１２Ａに干渉せず、絞り部１２Ａとの間に一定の隙間が確保されるようになっている。

そして、実施形態２では、図９の（ａ）にて示すようにドアパネル１３の継ぎ目１６の上方に大気圧プラズマヘッド６１を位置させ、その状態から塗布ラインＬに沿って、例えば図１０にて実線で示す方向に大気圧プラズマヘッド６１を移動させてゆき、まず、ドアパネル１３に対してプラズマ処理のみを行う。

そして、塗布ラインＬの全範囲に対してプラズマ処理を行ったら、今度は、ヘッド装着部９０を、図９の（ａ）位置から（ｂ）位置に移動（斜め移動）させ、塗布ヘッド７１をドアパネル１３の継ぎ目１６の真上に位置させる。あとは、図１０にて破線で示すように大気圧プラズマヘッド６１の移動経路を逆に辿らせながら、塗布ヘッド７１を継ぎ目１６に沿って移動させることにより、プラズマ処理済みの継ぎ目１６に対してシーリング剤１４を塗布する処理を行う。

このように実施形態２では、ドアパネル１３の継ぎ目１６に沿った塗布ラインＬに沿って、２つのヘッド６１、７１を往復させることにより、ドアパネル１３に対するプラズマ処理とシーリング剤の塗布処理を順番に行うようにした点が実施形態１と相違している。

そして、実施形態２ではプラズマ処理とシーリング剤の塗布処理を別べつに行っていることから、実施形態１に比べて、プラズマ処理とシーリング剤の塗布処理に必要な時間は約２倍程度になる。しかし、その場合であっても、プラズマ処理を終えたあと、シーリング剤の塗布処理を時間を空けず、すぐに行うことが出来る。そのため、プラズマ処理の追加に伴うタクトタイムの増加分は、プラズマ処理を行う時間（概ね３０秒程度のわずかな時間）だけで済む。そのため、ドアパネル１３の生産性に与える影響を最小限に抑えることが可能となる。

また、ドアパネル１３に対するシーリング剤１４の接着強度は、実施形態１と同様にプラズマ処理を行っていることから、実施形態１の場合と同様に十分な接着強度が得られる。また、実施形態２では、ガイドローラ１０５により塗布ヘッド７１を位置決めした状態で、シーリング剤１４の塗布処理を実行できる。

そのため、アームロボット３０の位置制御を、ある程度ラフにすることが可能となる。言い方を変えれば、アームロボット３０を高精度に位置制御しなくても、シーリング剤１４の塗布ミスがほとんど出ないというメリットがある。尚、大気圧プラズマヘッド６１は大気圧プラズマ処理中、機構的な位置決めを何らされていないが、プラズマは、ジェットノズル６５からある程度拡散した状態で噴出されるので、位置決めの必要はない。

＜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）実施形態１、２では、シーリング剤１４を、ドアパネル１３のフロント部だけに塗布する例を示したが、ドアパネル１３の全周に塗布するものであってもよい。

１１…アウタパネル
１２…インナパネル
１３…ドアパネル
１４…シーリング剤
２０…塗布装置
３０…アームロボット
３９…アーム先端
５０…ヘッド装着部
６１…大気圧プラズマヘッド
７１…塗布ヘッド

Claims (6)

1. ドアパネルの継ぎ目に対するシーリング剤の塗布方法であって、
   アームロボットのアーム先端に取り付けられたヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち、一方側の大気圧プラズマヘッドを前記ドアパネルの継ぎ目に沿って移動させて前記ドアパネルの継ぎ目に対してプラズマを吹きかけるプラズマ処理を行い、
   前記プラズマ処理の実行後、前記ヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち他方側の塗布ヘッドを、前記大気圧プラズマヘッドの移動経路を逆に辿るように前記継ぎ目に沿って移動させて、前記プラズマ処理後の前記ドアパネルの継ぎ目に対して前記シーリング剤を塗布する塗布処理を行うことを特徴とするシーリング剤の塗布方法。
2. 前記大気圧プラズマヘッドが前記継ぎ目に沿って移動しながら前記プラズマ処理を実行する間、前記塗布ヘッドは前記ドアパネルの外側に位置し、
   前記プラズマ処理の実行後、前記ドアパネルの外側から前記継ぎ目の真上に前記塗布ヘッドが移動し、
   前記継ぎ目の真上に移動した前記塗布ヘッドを前記大気圧プラズマヘッドの移動経路を逆に辿るように移動させて前記塗布処理を行う請求項１に記載のシーリング剤の塗布方法。
3. 前記塗布処理の実行中、前記ドアパネルの外周縁にガイドローラを当接させることにより、前記継ぎ目に対して前記塗布ヘッドを位置決めすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシーリング剤の塗布方法。
4. ドアパネルの継ぎ目にシーリング剤を塗布する塗布装置であって、
   大気圧にてプラズマを噴出する大気圧プラズマヘッドと、
   前記シーリング剤を吐出する塗布ヘッドと、
   前記大気圧プラズマヘッドと前記塗布ヘッドが装着されるヘッド装着部と、
   前記ヘッド装着部に装着された前記２本のヘッドを前記ドアパネルの継ぎ目に沿って移動させることにより、前記ドアパネルの継ぎ目に対して前記プラズマを吹きかけるプラズマ処理と前記シーリング剤を塗布する塗布処理を行うアームロボットと、を備え、
   前記アームロボットは、前記ヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち一方側の大気圧プラズマヘッドを、前記ドアパネルの継ぎ目に沿って移動させて前記プラズマ処理を行い、
   前記プラズマ処理の実行後、前記ヘッド装着部に装着された２本のヘッドのうち他方側の塗布ヘッドを、前記大気圧プラズマヘッドの移動経路を逆に辿るように前記継ぎ目に沿って移動させて前記プラズマ処理後の前記ドアパネルの継ぎ目に対して前記塗布処理を行うことを特徴とするシーリング剤の塗布装置。
5. 前記アームロボットは、
   前記塗布ヘッドを前記ドアパネルの外側に位置させた状態で、前記大気圧プラズマヘッドを前記継ぎ目に沿って移動させて前記プラズマ処理を実行し、
   前記プラズマ処理の実行後には、前記塗布ヘッドを、前記ドアパネルの外側から前記継ぎ目の真上に移動させ、その後、前記継ぎ目の真上に移動した前記塗布ヘッドを前記大気圧プラズマヘッドの移動経路を逆に辿るように移動させて前記塗布処理を行う請求項４に記載のシーリング剤の塗布装置。
6. 前記ヘッド装着部は、前記塗布処理の実行中、前記ドアパネルの外周縁に当接して、前記継ぎ目に対して前記塗布ヘッドを位置決めするガイドローラを備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のシーリング剤の塗布装置。

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