JPH11510091A - 光学式スプレー塗装最適化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学式スプレー塗装最適化装置はスプレー塗装ガンに取り外し可能に装着され、スプレーの方向を案内すると共に、ノズルを被塗装面から最適スプレー距離に位置させる使用者の能力を向上させる。好ましい装置は、ダイオードレーザ、ビームスプリッタ、及び、反射ミラーを用いて、基準ビーム及び測定ビームを生成する。基準ビームは固定前向き方向に伝搬するが、測定ビームの方向は反射ミラーの姿勢を調整することにより調整可能である。基準ビーム及び測定ビームは収束点において交差する。収束点は、測定ビームの経路を調整することにより、スプレー塗装装置のノズルから選択された距離に再位置決めされ得る。従って、使用者は、収束点を被塗装面上に位置させることにより、最適スプレー距離でスプレーを行うことができる。ビームはスプレーの照準を定めるうえでも有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 光学式スプレー塗装最適化装置及び方法 発明の分野 本発明は、スプレー塗装装置に関し、特に、塗料使用効率を向上させ、塗料の 浪費を低減させることが可能な光学式塗装最適化装置及び方法に関する。 発明の背景 スプレー塗料ガンは、ノズルから塗料を圧縮空気と共に被塗装面へスプレーす る。被塗装面の仕上がり品質を最適化するため、ノズルを、塗装面に接近し過ぎ ないように配置することが重要である。ノズルが塗装面に接近し過ぎると、たれ と共に不均一なウェットフィルムが生ずる。被塗装面上の塗料被覆は、均一かつ 全表面を完全に覆うのに十分な厚さを有することが望ましい。塗料被覆の品質及 び均一性は一般にはスプレーノズルと塗装面との間の距離が増加するほど向上す る。 一方、ノズルと塗装面との間のスプレー距離が最適スプレー距離よりも相当量 大きくなることも望ましくない。スプレー距離が大きくなり過ぎると、過剰スプ レーや塗装のつやびけの原因となり、あるいは、被塗装面への塗料の塗着効率を 減少させることになる。ノズルを塗装面から離し過ぎると、適正な塗装被覆のた めに十分なウェットフィルムを形成するのに必要な塗装回数が増大するのみなら ず、環境上の規制を満足させるためのコストが増大することにもなる。高いレベ ルの過剰スプレーやたれは、スプレー塗装室から漏出し得る揮発性有機化合物量 を増大させると共に、スプレー塗装システムの空気濾過システムにより処理され なければならない危険廃棄物量を増大させる。 使用されるスプレー塗装装置のタイプ（例えば、従来の圧縮空気 式塗装装置、静電塗装装置など）、使用される塗料のタイプ、及び、起こり得る その他の要因によって、ノズルと塗装面との間の最適距離は変化する。業界の幾 つかの製造業者等は、種々の要因に基づいて何が最適スプレー距離と考えられる かについてのデータを公表している。種々の状況のそれぞれの下における最適ス プレー距離についての知識があっても、スプレーガンを用いる人がノズルと被塗 装面との間の距離を最適塗装距離に保持することは困難な場合があり、初心者に は特に困難である。 スプレー塗装業界においては、一般に、最適スプレー距離は、スプレー塗装の 連続する経路が５０対５０でオーバーラップする場合に、適正な塗装被覆のため に十分なウェットフィルムが形成されるような距離であると考えられている。初 心者にとって、あるいは、時には経験を積んだスプレー塗装者にとっても、簡明 な５０対５０のオーバーラップが得られるような適正なスプレーパターンを維持 することは困難である。 発明の概要 本発明は、光学、特に交差する光ビームを用いることにより、塗装面からスプ レーノズルまでの距離を測定し、更に、スプレー塗装層の連続する経路を適正に 位置決めして所望の５０対５０のオーバーラップを効果的に実現する。従って、 本発明によれば、スプレー塗装の初心者及び経験者の双方が均一なウェットフィ ルムを実現する能力が向上されると同時に、スプレーノズルを塗装面から離し過 ぎることにより生ずる非効率性及び環境的なコストが低減される。 本発明は、スプレー塗装ガン等のスプレー塗装装置に取り外し可能に装着され 得る光学式スプレー塗装最適化装置である。本発明を、圧縮空気を用いる従前の スプレー塗装装置や、静電気を用いる塗装装置を含む他のタイプの装置と共に用 いることが可能である。 光学系は、好ましくはダイオードレーザであるレーザを用いて ビームを発生させる。レーザからのビームはビームスプリッタにより基準ビーム と測定ビームとに分割される。基準ビームは、ビームスプリッタから前向きに、 好ましくは、レーザから出射されたビームと同じ方向に伝搬する。測定ビームは 、ビームスプリッタから調整可能反射ミラーに向けて伝搬する。測定ビームのビ ームスプリッタからの伝搬方向、すなわち、分割方向は、基準ビームが伝搬する 前向き方向に対して垂直であることが好ましい。測定ビームが調整可能ミラーに よって反射された後、反射測定ビームはミラーから伝搬し、収束点において基準 ビームと交差する。基準ビームに沿った収束点の距離は、反射ミラーの姿勢を変 化させることにより調整することができる。調整可能反射ミラーの制御ノブは、 収束点をスプレー塗装装置のノズルから選択された距離に容易に位置決めするこ とができるように、目盛り付けされることが好ましい。従って、スプレー塗装装 置の使用者は、収束点を塗装面上に位置決めすることにより、ノズルを塗装面か ら適正なスプレー距離に保持することができる。 基準ビームの被塗装面への照射点は、塗装中にノズルが向けられる経路の幅方 向中央に位置することが望ましい。すなわち、塗料が被塗装面に沿った連続する 水平経路にスプレーされる場合には、基準ビームはノズルの中心を通る水平面に 位置すべきである。かかる構成によれば、使用者は、第１の経路に沿って塗料の 第１の層をスプレーし、次に、基準ビームの照射点を第１の経路のエッジに合わ せながら第２の経路に沿って塗料の第２の層をスプレーすることができる。この ようにして、使用者は、初心者であろうと熟練者であろうと、５０対５０のオー バーラップを比較的正確に実現することができる。本発明は、初心者及び熟練者 のスプレー塗装者を支援するのみならず、正しいスプレー塗装技術を教授するト レーニング装置として用いることもできる。本発明は、また、小さな部品に照準 を合わせ、これにより、その部品を覆うのに必要な塗料の量を減少 させるのに用いることもできる。 好ましい装置は、レーザへ伝送される電力の大きさを調整することによりレー ザから出射されるビームの強度を調整する調整可能なパワー強度スイッチを含む 。ビームは塗料及び塗装面の異なる色及びタイプに対して異なる相互作用を示す ので、この特徴は有用である。 本発明の好ましい実施例は、手持ち型スプレー塗装ガンに取り付けられたバッ テリー駆動ユニットを含む。スプレーガンが使用されていない場合にバッテリー からレーザ装置へのパワーを中断させる運動検出器スイッチが設けられる。 本発明の他の特徴及び利点は図面、図面の説明、及び請求の範囲から明らかと なる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る光学式スプレー塗装最適化装置を有するスプレー塗装装 置の側面図である。 図２は、光学式スプレー塗装最適化装置の内部構成部品を示す断面図である。 図３は、図２の直線３−３に沿って切断した際の断面図である。 図４は、図１に示すスプレー塗装装置から選択された距離にあるレーザビーム 収束点を説明する模式図である。 図５は、収束点のノズルからの距離が調整可能反射ミラーの姿勢を調整するこ とにより変化され得ることを説明する図４と同様の模式図である。 図面の詳細な説明 図１は、光学式スプレー塗装最適化装置１２を有する手持ち型スプレー塗装ガ ン１０を示す。好ましい実施例において、光学式スプレー塗装最適化装置１２は ガン１０の側部に取り付けられている。ガン１０は、圧縮空気を用いて塗料をノ ズル１４から、壁面１４などの被塗装面又は被塗装物体へスプレーする。ノズル １４からの塗 料スプレーは図１に直線１８ａ及び１８ｂにより示されている。 光学式塗装最適化ユニット１２は、２つの収束ビーム、すなわち、基準ビーム ２０及び測定ビーム２２を出射する。光学ユニット１２は、基準ビーム２０が、 ノズル１４から到来するスプレーによっておおよそ画定される方向と同じ方向に 伝搬するように、ガン１０に取り付けられることが好ましい。換言すれば、基準 ビーム２０はガン１０が向けられた方向と同じ方向に伝搬すべきである。基準ビ ーム２０は、壁面１６を照射位置において照射する。測定ビーム２２は、基準ビ ーム２０がユニット１２から出射される位置２８からオフセットした位置２６に おいて光学ユニット１２から出射される。測定ビーム２２はユニット１２から伝 搬し、基準ビーム２０と収束点において交差する。図１において、収束点は照射 点２４と一致するものとして示されている。 光学ユニット１２の頂部に設置された制御ノブ３０は、測定ビーム２２の伝搬 方向を調整し、これにより、収束点２４の位置、すなわち、測定ビーム２２が基 準ビーム２０と交差する位置を移動させる。制御ノブ３０は、好ましくは、使用 者が、収束点２４の基準ビーム２０に沿ったユニット１２からの距離を容易に選 択できるように目盛り付けされている。こうして、使用者は、所望のスプレー距 離を予め選択することができ、収束点２４を面１６上に位置決めすることにより 、ノズル１４の面１６からの距離を予め選択されたスプレー距離に維持すること ができる。制御ノブ３０が状況（すなわち、塗料のタイプや面のタイプなど）に 対して適正に調整され、収束点２４が面１６上に位置するように、ガン１０のノ ズル１４が適切なスプレー距離に維持されたならば、塗着効率は最適化される。 使用者がガン１０を移動させると、塗料スプレー１８ａ及び１８ｂは面１６を 経路に沿って塗装する。スプレーガン１０が予め選択されたスプレー距離におい て用いられている場合に収束点２４と一致する照射位置２４は、塗装されること になる経路のほぼ中心に位 置している。好ましい実施例において、基準ビーム２０はノズル１４の中心を通 る水平面内に位置しており、この構成は、面１６を水平に連続して塗装するうえ で適当である。従って、照射位置２４は、簡明な５０対５０のオーバーラップを 得るのに有用である。５０対５０のオーバーラップを得るため、ユーザは、基準 ビーム２０の面１６への照射位置２４を前回の塗装経路のエッジに沿わせること により画定される経路に沿って、連続した塗装層をスプレーすることができる。 照射位置２４は小さな物体に照準を合わせるうえでも有用である。 図２及び図３は、光学ユニット１２をより詳細に示す。光学ユニット１２は、 レーザビーム３４を出射するダイオードレーザ３２を有している。レーザビーム ３４はビームスプリッタ３６へ向けて固定された前向き方向に伝搬する。ビーム スプリッタ３６はダイオードレーザ３２と同様に、ユニット１２内部の固定位置 にある。基準ビーム２０は、ビームスプリッタ３６から、レーザ３２から出射さ れるビーム３４と同じ固定された前向き方向に伝搬する。ビームスプリッタ３６ は、レーザ３２から出射されるビーム３４に対して４５°の角度で配置されてい る。このため、測定ビーム２２となる分割ビームはビームスプリッタ３６から基 準ビーム２０に対して９０°の角度で伝搬する。 ビームスプリッタ３６からの分割ビームは、調整可能反射ミラー３８に向けて 伝搬する。調整可能ミラー３８は、反射された測定ビーム２２が調整可能ミラー ３８から、基準ビーム２０が伝搬する方向及び測定ビーム２２が反射ミラー３８ へ向けて伝搬する分割方向の双方を含む面内を伝搬するように、測定ビーム２２ を反射させる。 光学ユニット１２の構成部品は、射出成形プラスティックハウジング４０に、 又は、その内部に取り付けられている。ハウジング４０は、基準ビーム２０及び 測定ビーム２２が通過する窓４２を有し ている。一体のプラスティック製支持部４４は、レーザダイオード３２及びビー ムスプリッタ３６を固定位置に保持している。支持部４４は、レーザビーム２０ 及び２２の通過を可能とするトンネル４６及び４８を有している。ハウジング４ ０は、必要に応じて、図３に示す如く、２つの部品４０ａ及び４０ｂから構成さ れ得る。 反射ミラー３８はバネ板４８に取り付けられている。バネ板４８は、好ましく は、取り付け部５０、固定足部５２、及び把持カップ５４を有する弾性金属板で ある。固定足部５２は、ハウジング４０のスロット５６内に固定されている。板 ４８は、固定足部５２と取り付け部５０との間で屈曲している。取り付け部５０ はハウジングスロット５６から、測定ビーム２２のビームスプリッタ３６からの 好ましい分割方向に対して約４５°の角度で内向きに延びている。平面反射ミラ ー３８は、取り付け部５０に取り付けられており、同様に、分割方向に対してほ ぼ４５°となるように配置されている。 ばね板４８の把持カップ５４は、取り付け部５０の端部に設けられている。ミ ラー３８の正確な方向は、制御ノブ３０を回転させることにより、矢印５８で示 される如く調整され得る。制御ノブ３０は、把持カップ５４と係合するねじ切り 制御ピン６０に接続されている。ばね板４８は、制御ピン６０による力に妨げら れなければ制御ノブ３０に向けて運動するように緊張されている。制御ノブ３０ が時計回り方向に回転されると、制御ピン６０は後退し、これにより、ミラー３ ８の位置は測定ビーム２２がより鋭い角度で反射されるように変化する。換言す れば、制御ノブ３０を時計回り方向に回転させると、基準ビーム２０及び測定ビ ーム２２の収束点２４がユニット１２により近い位置へ移動する（図４及び図５ を参照）。 更に図２及び図３を参照するに、ダイオードレーザ３２は、ハウジング４０内 に設置されたバッテリー６２に貯蔵された電力により駆動される。好ましい実施 例において、ダイオードレーザ３２へ供給される電力の大きさは調整される。バ ッテリー６２の陽極端子６ ４は、ワイヤ６８によりスイッチ６６に接続されている。スイッチ６６は、ユニ ット１２のオン・オフスイッチである。スイッチ６６が閉じられると、電力がワ イヤ７０を介してＬＥＤ表示燈７２に伝送される。ＬＥＤ表示燈７２は、使用者 に、スイッチ６６がオン位置にあることを知らせる。ＬＥＤ表示燈７２の陰極側 はワイヤ７６を介して直接バッテリー６２の陰極端子７４に接続されている。 スイッチ６６が閉じられると、電力はワイヤ８０を介して運動検出器スイッチ ７８にも伝送される。運動検出器スイッチ７８が運動を検出すると、運動検出器 スイッチ７８の内部スイッチ閉じ状態に保持され、これにより、ワイヤ８２を介 して強度制御スイッチ８６の入力端子８４への電力伝送が可能とされる。運動検 出器７８が所定期間（例えば１分間）運動を検出しなければ、運動検出器スイッ チ７８の内部スイッチは開くことになり、これにより、ユニット１２が動作しい ない場合にバッテリー電力が節約される。 パワー強度スイッチ８６は、強度制御スイッチの出力端子８８から伝送される 電力の強度を調整すべく回転される。パワー強度スイッチからの強度調整電力は ワイヤ９０を介してダイオードレーザ３２の陽極端子９２に伝送される。レーザ ３２の陰極端子９４は、ワイヤ９６を介して直接バッテリーの陰極端子７４に接 続されている。従って、レーザダイオード３２から出射されるレーザビーム３４ の強度は、電力強度スイッチ８６を回転させることにより調整され得る。このこ とは、レーザ３２からのビームの強度によっては、ビームが、異なる色及びタイ プの塗料、及び異なるタイプの塗装面に対して異なる相互作用を示す場合がある ために重要となる。 窓４２を通過するビーム２０及び２２の完全性を維持するため、塗料噴霧が窓 ４２に蓄積するのを防止することが重要である。特に図１及び図２を参照するに 、本発明の好ましい実施例において、窓４２の前面をブローし、塗料噴霧から窓 ４２を保護するエアカーテンが設けられる。エアカーテンは、窓４２の僅か前方 に設置され、 ほぼ窓４２のエッジに沿って延びるエアカーテンチューブ９８により実現される 。エアカーテンチューブ９８は、その長さ方向に沿って一列に設けられた孔１０ ０を有する小径管である。孔１００は、カーテンのエアの放出口となる。エア源 からのエア流は、ユニット１２に固定されたエアホース１０２を介してエアカー テンチューブ９８に供給される。 ユニット１２は、ガン１０に固定されたブラケット１０４にボルト１０６で固 定されることにより、ガン１０に固定されている。ねじ切り取付具１０８をハウ ジング４０の壁部の開口内に固定し、確実な取付構造を実現することもできる。 本発明の種々の均等、代替、変更が可能であり、これらは以下の請求の範囲の 範囲に含まれるものと解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 セヴィ，ダブラス エル アメリカ合衆国，アイオワ州 50702，ウ ォータールー，バーバンク・アヴェニュー 635番 (72)発明者 バダクシャン，アリレザ アメリカ合衆国，アイオワ州 50613，シ ーダー・フォールズ，スターベック・サー クル 1416番 (72)発明者 バウアー，リッキー ジェイ アメリカ合衆国，アイオワ州 50613，シ ーダー・フォールズ，バーグストロム・ブ ルヴァード 415番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ノズルを有し、該ノズルを通して塗料を面にスプレーするスプレー塗装装 置において用いられる光学式スプレー塗装最適化装置であって、 出射ビームを発生するレーザと、 前記出射ビームを基準ビームと測定ビームとに分割するビームスプリッタと、 前記測定ビーム及び前記基準ビームが、前記スプレー塗装装置の前記ノズルか ら選択された距離に位置決めされた収束点で収束するように、前記測定ビームを 反射する調整可能ミラーとよりなる光学式スプレー塗装最適化装置。 ２． 前記基準ビームの前記面への照射位置は、塗装中に前記ノズルが向けられ る経路の幅方向ほぼ中央に配置された請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化 装置。 ３． 前記基準ビームは、前記ノズルの中心を通る水平面内に配置された請求項 ２記載の光学式スプレー塗装最適化装置。 ４． 前記レーザからの前記出射ビームは前向き方向に伝搬し、 前記基準ビームは前記ビームスプリッタから前記前向き方向に伝搬し、 前記測定ビームは前記ビームスプリッタから前記調整可能反射ミラーに向けて 、前記前向き方向に対して垂直な分割方向に伝搬し、 反射された前記測定ビームは、前記調整可能反射ミラーから、前記前向き方向 及び前記分割方向の双方を含む平面内を伝搬する請求項１記載の光学式スプレー 塗装最適化装置。 ５． 電源から電力を受け取り、強度が調整された電力を前記レーザへ伝送する ことにより前記出射ビームの強度を調整する調整可能パワー強度スイッチを更に 備える請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。 ６． 前記レーザは直流電流電源により駆動され、 該装置が所定期間運動しない場合に、前記レーザへの電源供給を中断させる運 動検出器スイッチを備える請求項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。 ７． 調整されて前記反射ミラーの姿勢を変化させ、これにより、前記収束点の 前記ノズルからの前記選択された距離を変化させ得る制御ノブを更に備える請求 項１記載の光学式スプレー塗装最適化装置。 ８． 前記レーザ、前記ビームスプリッタ、及び前記調整可能反射ミラーを保持 する容器を更に備え、該容器は、前記スプレー塗装装置の他部位に前記ノズルに 対する固定位置にて取り外し可能に取り付けられた請求項１記載の光学式スプレ ー塗装最適化装置。 ９． 前記基準ビームは前記収束点に向けて伝搬する間に窓を通過し、前記測定 ビームも前記反射ミラーから前記収束点に向けて伝搬する間に前記窓を通過し、 エア源からエア流を受け取るエアホースと、 前記窓の僅かに前方に配置され、ほぼ前記窓のエッジに沿って延びるエアカー テンチューブとを備え、 該エアカーテンチューブは前記エアホースからエアを受け取ると共に、該チュ ーブの長さ方向に沿った１又は２以上のエア出口を有し、エアのカーテンは該エ ア出口を通って放出され前記窓を塗料噴 霧から保護する請求項１記載の光学式スプレー最適化装置。 １０． ノズルを有し、該ノズルを通して塗料を面にスプレーするスプレー塗装 装置において、前記ノズルを前記面から適正なスプレー距離に位置決めする方法 であって、 基準ビームを固定方向に伝搬させ、 前記伝搬される基準ビームを、調整可能な方向に伝搬される測定ビームと交差 させて収束点を形成し、 前記収束点が前記面上に照らされるように、前記ノズルを、塗装される前記面 からスプレー距離に位置決めする、各段階よりなる方法。 １１． 前記測定ビームが伝搬される方向を選択された量だけ調整することによ り前記収束点の前記基準ビームに沿った位置を調整する段階を更に備える請求項 １０記載の方法。 １２． 前記基準ビームが伝搬される前記固定前向き方向が、面が塗装される際 に前記ノズルが向けられる経路のほぼ中心に位置するように、前記基準ビームの 位置合わせを行い、 第１の経路に沿って塗料の第１の層を塗装し、 前記基準ビームの被塗装面への照射位置を前記第１の塗装経路のエッジに沿う ように位置合わせすることにより画定された第２の経路に沿って、塗料の第２の 層をスプレーする、各段階を更に備える請求項１０記載の方法。