CN104768658B - 分配器用柱塞、分配器及液体材料的吐出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种分配器用柱塞，是具备以环状设置有抵接于注射器内壁面的抵接面(24、25)的大径躯干部(23)、设置于大径躯干部(23)的背部的后方开口(26)、及设置有前方开口(28)的细径躯干部(22)的分配器用柱塞(20)，将前方开口(28)构成为能够通过加压空气直接对液体材料加压并且至少柱塞(20)能够追随伴随着液体材料的吐出消耗的水位降低而移动的大小。利用该结构，能够防止液体材料附着于注射器内壁面并且能够防止注射器内的液体材料发生逆流。

Description

分配器用柱塞、分配器及液体材料的吐出方法
技术领域
本发明涉及在保持了与分配器(dispenser)的注射器内壁面的紧贴状态的状态下使用的柱塞(plunger)、具备该柱塞的分配器、及使用该分配器的液体材料的吐出方法。
背景技术
分配器是用于自填充有液体材料的注射器微量吐出规定量的液体的装置，例如，已知有通过将加压空气作为空气脉冲来供给并以该空气脉冲按压液体材料，从而自安装于注射器的前端的注射针微量吐出规定量的液体的气压式吐出装置。在使用这样的装置进行液体吐出时，注射器内的液面水位随其每次的吐出而降低，但是，在该液体为中高粘度的液体的情况下，存在向注射器壁面的液体的附着量增多，注射器的中心部的液面水位却特别低等的课题。
因此，为了解决该课题，提出有配置在带底圆筒体的周面形成了上下2段的凸缘的柱塞等，通过该柱塞，大致均匀地按压液体材料的表面全面，并且防止该液体材料的、向注射器壁面的附着(参照专利文献1的第4图(c))。
然而，在通过对上述结构的柱塞供给加压空气从而使液体材料吐出的情况下，存在在停止向柱塞供给加压空气的瞬间，由于至此为止受到了压缩力的液体材料的压缩反作用力，欲对柱塞进行回推的力作用，自其上方侧向位于上侧的凸缘的下侧吸入空气等的课题。这样，暂时被吸入的空气，在液体材料的通常的吐出工序中，不仅存在柱塞无法向上方侧拔出的趋势，而且存在通过吐出工序的反复而进一步增加的趋势。于是，伴随着吸入空气的增加，脉冲状地供给至柱塞的加压空气的压力经由进行压缩变形的吸入空气而被传递至液体材料，因而产生向该液体材料的传递速度变慢，进而自注射针吐出的液体材料的吐出量发生变动等的课题。
为了解决这样的课题，发明人在专利文献1中提出了具备后端部具有比注射器内径略小的外径的前端变细前端部分、与前端变细前端部分的后方连续且直径比前端变细前端部分的后端部小的小径躯干部、与该小径躯干部的更后方连续且具有比注射器内径大的最大外径的筒状部分、及自沿注射器的轴线方向延伸的排出槽或小径躯干部到达筒状部分的内侧的细径的排出孔而构成的柱塞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-200672号
发明内容
发明所要解决的课题
在经由柱塞使加压空气作用的吐出装置中，产生柱塞沉入到液体材料等的课题。此外，还有自与注射器内壁面抵接的柱塞的外侧面(抵接面)吸入空气等的课题。
也考虑如专利文献1那样设置排出槽的结构，但是，有防止液体附着于注射器壁面的作用变弱等的课题。此外，也考虑设置自小径躯干部到达筒状部分的内侧的细径的排出孔而使液体材料逆流的结构，但是，有在柱塞的内侧残留变得多余的液体材料等的课题及通过了排出孔的液体干燥而固结等的课题。而且，这些课题随着加压空气的压力增强而越发显著，在高节拍的吐出用途中课题的影响进一步增大。
因此，本发明的目的在于，提供一种分配器用柱塞、分配器及液体材料的吐出方法，其能够一边实现防止液体材料附着于注射器内壁面的作用，一边能够解决由于注射器内的液体材料逆流而产生的课题。
解决问题的技术手段
为了吐出注射器内的液体材料，需要以对应于粘度的压力对液体材料进行加压。但是，若柱塞的按压力过强，则产生柱塞沉入到液体材料等的课题及注射器内液体材料的逆流的课题。
发明人对一边适度地减弱柱塞的按压力一边施加为了吐出液体材料而必要的压力进行了研究探讨。在此，由柱塞产生的按压力与柱塞所具有的受压面积(柱塞背面侧的面积)存在相关，因此，考虑了能够通过减少柱塞的受压面积来减小按压力。另一方面，针对通过减少柱塞的受压面积而使液体材料自柱塞受到的按压力减弱的部分，考虑可以通过不经由柱塞而直接对液体材料加压来补偿，从而完成了本发明的创作。
即，本发明由以下的技术手段所构成。
分配器用柱塞所涉及的本发明，其特征在于，是可滑动地插入于注射器内的分配器用柱塞，该柱塞由弹性树脂材料所构成，且具备以环状设置有抵接于注射器内壁面的抵接面的大径躯干部(23)、设置于大径躯干部的背部的后方开口(26)、及设置有前方开口(28)的细径躯干部(22)，将前方开口(28)构成为能够通过加压空气直接对液体材料加压并且至少柱塞能够追随伴随着液体材料的吐出消耗的水位 (water head position)降低而移动的大小。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，将前方开口(28)构成为在柱塞的最前进位置通过加压空气能够吐出残留于注射器内的液体材料的大小。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，前方开口(28)的开口面积为5mm2以上。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，前方开口(28)由通过桥构件(31)所分割的多个开口构成。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，具备与前方开口连通的加压流路(27)。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，上述细径躯干部(22)具有前端变细部(21)。
在上述分配器用柱塞所涉及的发明中，其特征也可以在于，大径躯干部(23)的侧面由上方侧抵接面(25)、下方侧抵接面(24)及位于上方侧抵接面(25)与下方侧抵接面(24)之间的中间部所构成，在加压空气被供给至后方开口(26)内时，大径躯干部(23)发生膨胀，中间部的一部分或全部抵接于注射器内壁面。
分配器所涉及的本发明具备上述发明所涉及的分配器用柱塞、具有吐出孔的注射器、及对注射器供给加压空气的控制装置。
在上述分配器所涉及的发明中，其特征也可以在于，柱塞的前方开口的直径为比上述注射器的吐出孔的直径大的直径。
液体材料的吐出方法所涉及的本发明是使用上述发明所涉及的分配器的液体材料的吐出方法。
在上述液体材料的吐出方法所涉及的发明中，其特征也可以在于，液体材料为高粘性液体材料。
发明的效果
根据本发明，能够一边实现防止液体材料附着于注射器内壁面的作用一边解决由于注射器内的液体材料发生逆流而产生的课题。
此外，由于能够解决起因于柱塞的压缩弹性变形的液体材料的响应延迟，因而能够进行高节拍的吐出。
再有，能够丝毫没有浪费地使用完由于柱塞的前进移动而无法使用完的注射器内的残留液体材料。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的柱塞的截面立体图。
图2是插入于注射器的第一实施方式所涉及的柱塞的截面图。
图3是安装有本发明的柱塞的吐出装置的结构图。
图4是安装有本发明的柱塞的其他方式的吐出装置的结构图。
图5是处于在注射器内受到了空气加压的状态的柱塞的截面图。
图6是处于在注射器内未受到空气加压的状态的柱塞的截面图。
图7是在注射器内处于最前进位置的柱塞的截面图。
图8中 (a)是第二实施方式所涉及的柱塞的截面图，(b)是第三实施方式所涉及的柱塞的截面图。
图9中 (a)是第四实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(b)是第五实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(c)是第六实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(d)是第七实施方式所涉及的柱塞的下表面图。
图10中 (a)是第八实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(b)是第九实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(c)是第十实施方式所涉及的柱塞的下表面图，(d)是第十一实施方式所涉及的柱塞的下表面图。
图11中 (a)是第十二实施方式所涉及的柱塞的截面图，(b)是第十三实施方式所涉及的柱塞的截面图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式例进行说明。
[第一实施方式]
图1是第一实施方式所涉及的柱塞20的截面立体图，图2是插入于注射器躯干部11的柱塞20的截面图。
本实施方式的柱塞20具备具有前端变细部21的筒状的细径躯干部22、及筒状的大径躯干部23而构成，作为整体形成为前端平坦的炮弹形状的薄壁中空构造。该柱塞20由聚乙烯、聚丙烯、氟树脂等的较软质且具有弹性的树脂材料所形成。
柱塞20通过设置于大径躯干部23的上端的上方侧抵接面25及设置于下端的下方侧抵接面24而与注射器内周面14紧贴。以环状设置于柱塞20的外侧面的抵接面24、25成为大径躯干部23的最大外径，且为与注射器躯干部11的内径大致相同的尺寸。通过抵接面24、25，充分紧密地面接触于注射器躯干部内壁面14，基本上可以可靠地防止固态物向这些构件间的侵入及液体材料5残留附着于注射器壁面。此外，由于在柱塞20设置有前方开口28，因而不会产生空气自抵接面 24、25的吸入。另外，在附着于注射器内壁面的液体材料的刮除能力也可以较低的情况下，也可以将大径躯干部23的最大外径构成为比注射器躯干部11的内径小。
后方开口26成为用于接受自柱塞20的上方(背面)所供给的加压空气的入口。当加压空气被供给至后方开口26内时，柱塞整体膨胀，尤其是大径躯干部23朝注射器内壁面方向扩展，且在保持该紧贴状态的状态下移动，因此可一边干净地刮除液体材料5一边进行吐出作业。在大径躯干部23的上下中央附近，连结有细径躯干部22。本实施方式的细径躯干部22由筒状部及前端变细部21所构成。前端变细部21的截面形状为圆锥台状，且在前端设置有前方开口28。
本实施方式的前方开口28是设置于前端变细部21的前端中心部分的圆形开口。但是，前方开口28不限定于在中心设置一个的方式，如下述的图9及图10所示，也可在前端变细部设置各种形态的开口。前方开口28在供给加压空气时，实现了用于通过加压空气直接对液体材料5加压的功能。在现有例那样的细径的排出孔中，无法进行有助于液体材料的吐出的加压。
此外，在未供给加压空气时，通过使液体材料5流入前方开口28 内，从而起到作为解决起因于注射器或柱塞的压缩弹性变形等的液体材料的响应延迟的缓冲流路的作用。在此，所谓响应延迟，是指在未供给加压空气时柱塞由于膨胀恢复的影响而后退但由于因柱塞与注射器的滑动摩擦而使柱塞的后退延迟所产生的压力恢复的时滞。在现有例那样的细径的排出孔中，由于这里流动的液体材料的流动阻力大，因而无法解决响应延迟。
前方开口28需要取在供给加压空气时能够对液体材料5产生加压的开口面积。此外，为了适度地减弱柱塞的推进力，使前方开口28的开口面积占受压面积的一定比例以上。在此，所谓受压面积，是指受到加压空气的作用而有助于柱塞的推进力的柱塞背面侧的面积。图2 中，虚线所记的部分为受压面30，投影于相对于柱塞的行进方向垂直的面而成的面成为受压面积。另一方面，也需要以能够使柱塞追随伴随着液体材料的吐出消耗的水位降低而移动的方式(以在注射器内不停止前进的方式)，确保一定量的受压面积。作为优选的前方开口28 的开口面积与受压面积的比，公开了例如设为1:80～1:0.5，更优选设为 1:40～1:1。通过设置前方开口，从而可解决响应延迟的问题，并且可进行高节拍作业。
此外，优选以不侵害作为缓冲流路的功能的方式将前方开口的开口面积设为5mm2以上，更优选设为10mm2以上。
此外，优选前方开口28的开口面积相较于注射器前端的吐出孔15 的内径而设为大径。这是因为，在柱塞到达注射器内的底部(缩颈部 12的内壁)之后，可容易地将残留于加压流路27、缩颈部12及吐出孔15的液体材料吐出。
在本实施方式中，设置具有连通于前方开口28的加压流路27的筒状的隆起部29。隆起部29具有防止因压缩弹性变形的影响而使进入到加压流路27内的液体材料残留于柱塞内的功能。加压流路27的长度通过预先的实验计算出液体材料的返回量，并优选设为液体材料不到达该流路的端部的长度。通过设置加压流路，从而可进一步解决响应延迟的问题，并且可进行高节拍作业。
注射器10具备具有吐出孔15的前端部13、及连结前端部13与注射器躯干部11的缩颈部12。注射器10由聚乙烯、聚丙烯等的树脂材料所形成。注射器可为透明的情况，也可为不透明或半透明的情况。注射器的内部空间隔着柱塞20而被分隔为上方的气相部及下方的液相部。注射器躯干部11的内径(直径)例如为10mm～25mm。在注射器 10的后端设置有用于安装盖件的锷部(凸缘部)。
图3是安装有本发明的柱塞的吐出装置的结构图。该吐出装置以具有安装有针式喷嘴的注射器的吐出部1、控制装置2、减压阀3及加压源4作为主要构成要素。以减压阀3对自加压源4所供给的加压空气进行压力调整，自控制装置2以规定的条件将加压空气呈脉冲状供给至吐出部1，由此吐出液体材料。吐出的液体材料是例如粘度为 5,000～100,000cps的高粘度的液体材料。
图4是安装有本发明的柱塞的其他方式的吐出装置的结构图。该吐出装置是所谓机械式吐出装置，可以列举例如使阀体(阀杆)冲突于阀座而将液体材料自喷嘴前端飞射吐出的喷射式、使杆式柱塞移动再急剧停止而同样自喷嘴前端飞射吐出的柱塞喷射式、具有扁平配管机构或旋转式配管机构的配管式、通过螺杆的旋转而吐出液体材料的螺杆式、通过阀的开闭对施加有所期望压力的液体材料进行吐出控制的阀式。在机械式吐出装置中，在能够通过柱塞的前方开口吸收因其吐出动作而产生的液体材料的压力变动以解决响应延迟的方面，可获得与气压式相同的效果。
再者，注射器不需要一定与喷嘴直接连结，本发明还可应用于以管子等连接注射器及吐出部的方式。
图5是处于在注射器内受到空气加压的状态下的柱塞的截面图。该图中，以箭头图示加压空气的作用。即，加压空气作用于受压面积 (图2的虚线部分)而对柱塞20供给推进力，并且加压空气通过设置于隆起部29的前方开口28而直接作用于液体材料5。这样，在本发明中，通过由柱塞的推进力产生的液体材料的按压与来自前方开口28的加压空气的按压的双方，对液体材料5进行吐出所需要的加压。
图6是处于在注射器内未受到空气加压的状态下的柱塞的截面图。该图中，图示了液体材料5进入隆起部29内的加压流路27内的状况。但是，与液体材料的返回量(体积)相比，由于前方开口28的面积大，因而流入加压流路27的液体材料的高度(进入距离)为一点点。这样，在非加压状态下，加压流路27起到作为解决响应延迟的问题的缓冲流路的功能。在此，粘度及密度根据液体材料5的种类而不同，所以，会有保持液体材料5进入加压流路27的状态的情况，但是，只要液体材料5不自加压流路27的上方溢出于柱塞内，则对加压流路27的作为缓冲流路的功能没有影响。
图7是在注射器内处于最前进位置的柱塞20的截面图。在该状态下，由于柱塞的前端变细部21到达注射器的缩颈部12的内壁，因此，柱塞20无法前进至其以上。然而，本实施方式中，即使柱塞20到达最前进位置，通过自前方开口28供给加压空气，可将残留于缩颈部12 的液体材料没有丝毫浪费地使用完。为了效率地进行仅通过这样的加压空气的作用的吐出，优选前方开口28的直径相较于注射器前端的吐出孔15的直径而为大径。
[第二及第三实施方式]
图8中 (a)是第二实施方式所涉及的柱塞的截面图，图8中 (b)是第三实施方式所涉及的柱塞的截面图。
第二实施方式所涉及的柱塞公开了受压面的全部由水平面(平坦面)构成的方式例，且不具有前端变细部。该柱塞的前端成为平坦面，细径躯干部22的截面形状为圆柱状。
第三实施方式所涉及的柱塞公开了受压面的全部由斜面构成的方式例。该柱塞的前端中，前方开口28的部分成为平坦状，前端变细部 21的截面形状为圆锥台状。在此，如上述所说明的那样，由于受压面积是投影于相对于柱塞的行进方向垂直的面而成的受压面的面积，因此，在受压面的全部为斜面的第三实施方式中，将受压面积乘以cosθ而换算成平面。
这些柱塞20也由聚乙烯、聚丙烯、氟树脂等的较软质且具有弹性的树脂材料所形成。此外，包含第一实施方式在内，具有任一柱塞均在前端具有平坦部分的外观形状的特征。
[第四至第十一实施方式]
图9中 (a)是第四实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图9中 (b)是第五实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图9中 (c)是第六实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图9中(d)是第七实施方式所涉及的柱塞的下表面图。此外，图10中 (a)是第八实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图10中 (b)是第九实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图10中 (c)是第十实施方式所涉及的柱塞的下表面图，图10中 (d)是第十一实施方式所涉及的柱塞的下表面图。
第四至第十一实施方式的柱塞，前方开口28的形状以外的结构，与第一实施方式相同。第四实施方式所涉及的柱塞具有相对于中心呈线对称配置的2个前方开口，第五实施方式所涉及的柱塞具有相对于中心等间隔地配置的3个前方开口。在通过多个细径开口来确保开口面积的情况下，重要的是以不损害前方开口28的作为加压口的功能及作为缓冲流路的功能的方式，将各开口设为一定以上的大小。因此，构成前方开口的开口的个数优选为例如2～10个，更优选为2～8个。
第六至第九实施方式所涉及的柱塞，例示了前方开口28的口形状的变形。具体而言，第六实施方式例示了三角形状，第七实施方式例示了四边形状，第八实施方式例示了星形，第九实施方式例示了十字形。这样，即使为圆形以外的形状的前方开口，也可获得相同的效果。
第十至第十一实施方式所涉及的柱塞，例示了由通过桥构件分割的多个开口所构成的前方开口。第十实施方式所涉及的柱塞公开了设置将圆形的大开口28a分割为四个的十字的桥构件31，并且在十字的桥构件31的中央设置小开口28b的结构。第十一实施方式所涉及的柱塞公开了设置将圆形的前方开口28分割为五个的5个桥构件31的结构。这样，通过设置桥构件，从而即使在使前方开口为大径的情况下，也可维持柱塞的刚性。
[第十二及第十三实施方式]
图11中 (a)是第十二实施方式所涉及的柱塞的截面图，(b)是第十三实施方式所涉及的柱塞的截面图。
第十二实施方式将前端变细部21构成为厚壁，且在前端变细部21 设置加压流路27的结构的柱塞。通过将前端变细部21构成为厚壁，从而可维持柱塞的刚性。
第十三实施方式是不设置加压流路27的结构的柱塞。在起因于注射器或柱塞的压缩弹性变形等的液体材料的响应延迟小的情况或前方开口28的开口面积相当程度大的情况等下，由于流入前方开口28的液体材料的高度(进入距离)为一点点，因此，也可不设置加压流路 27。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明的技术范围不限定于上述实施方式的记载。上述实施方式可以增加各种的变更及改良。加上了这样的变更及改良后的方式也包含于本发明的技术范围内。
符号的说明
1…吐出部、2…控制装置、3…减压阀、4…加压源、5…液体材料、6…工件、10…注射器、11…注射器躯干部、12…缩颈部、14…注射器内周面、15…吐出孔、20…柱塞、21…前端变细部、22…细径躯干部、 23…大径躯干部、24…下方侧抵接面、25…上方侧抵接面、26…后方开口、27…加压流路、28…前方开口、29…隆起部、30…受压面、31…桥构件。

Claims (18)

1.一种分配器用柱塞，其特征在于，
是可滑动地插入于注射器内并通过加压空气而被驱动的分配器用柱塞，
该柱塞由弹性树脂材料所构成，具备以环状设置有抵接于注射器内壁面的抵接面的大径躯干部、设置于大径躯干部的背部的后方开口、从液体材料侧连通至后方开口侧的前方开口、及相比于大径躯干部为细径、从大径躯干部朝向前方延伸并且设置有所述前方开口的细径躯干部，
柱塞通过加压空气并经由后方开口而被驱动，
将前方开口构成为如下大小：能够通过减少受压面积来减弱柱塞的推进力且能够通过由柱塞的推进力产生的液体材料的按压与来自前方开口的加压空气的按压的双方来对液体材料进行吐出所需要的加压，并且至少柱塞能够追随伴随着液体材料的吐出消耗的水位降低而移动。
2.如权利要求1所述的分配器用柱塞，其特征在于，
将前方开口构成为如下大小：在柱塞的最前进位置通过加压空气能够吐出残留于注射器的吐出孔内的液体材料。
3.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
前方开口的开口面积为5mm2以上。
4.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
前方开口的开口面积为10mm2以上。
5.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
前方开口由通过桥构件分割的多个开口构成。
6.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
具备与前方开口连通且在未供给加压空气时起到作为解决液体材料的响应延迟的缓冲流路的功能的加压流路。
7.如权利要求6所述的分配器用柱塞，其特征在于，
具备具有所述加压流路的筒状的隆起部。
8.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
所述细径躯干部具有前端变细部。
9.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
大径躯干部的侧面由上方侧抵接面、下方侧抵接面及位于上方侧抵接面与下方侧抵接面之间的中间部所构成，在加压空气被供给至后方开口内时，大径躯干部发生膨胀，中间部的一部分或全部抵接于注射器内壁面。
10.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
所述前方开口的开口面积与受压面积的比为1:80～1:0.5。
11.如权利要求1或2所述的分配器用柱塞，其特征在于，
所述前方开口的开口面积与受压面积的比为1:40～1:1。
12.一种分配器，其特征在于，
具备：
权利要求1或2所述的分配器用柱塞；
具有吐出孔的注射器；及
对注射器供给加压空气的控制装置。
13.如权利要求12所述的分配器，其特征在于，
柱塞的前方开口的直径为比所述注射器的吐出孔的直径大的直径。
14.一种液体材料的吐出方法，其特征在于，
使用权利要求12所述的分配器。
15.如权利要求14所述的液体材料的吐出方法，其特征在于，
液体材料为高粘性液体材料。
16.一种液体材料的吐出方法，其特征在于，
是使用具备权利要求2所述的分配器用柱塞、具有吐出孔的注射器、及对注射器供给加压空气的控制装置的分配器的液体材料的吐出方法，
在所述柱塞到达最前进位置后，通过所述加压空气吐出残留于所述吐出孔的液体材料。
17.如权利要求16所述的液体材料的吐出方法，其特征在于，
所述柱塞的前方开口的直径为比所述注射器的吐出孔的直径大的直径。
18.如权利要求16或17所述的液体材料的吐出方法，其特征在于，
液体材料为高粘性液体材料。
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