JP2013044434A - 可変駆動ピン速度方式の空気圧駆動射出弁、改良型射出システム及び改良型射出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】改良型空気圧射出弁(10)は、空気圧ピストン(80)が納められている第1及び第2のチャンバを備えたハウジングを有する。第1及び第2の電磁弁(82,84)が空気圧力をこれらチャンバにそれぞれ供給したりこれらを排気したりするよう構成されている。コントローラ(104 )がチャンバの加圧及び空気抜きを調整するよう動作可能である。コントローラは両チャンバを加圧するオーバーラップ時間を制御するよう第1及び第2の電磁弁のための制御信号のタイミングを制御する。オーバーラップ時間の制御によってコントローラは射出弁の駆動ピンの速度及び射出弁が材料液滴を射出するために閉じる速度を制御する。これにより射出されるべき材料の粘度に最も適した弁速度を選択することができる。
【選択図】 図2
Description
本願は、本願と同日に出願された米国特許出願(現時点では、出願番号未付与)(発明の名称:“MODULAR JETTING DEVICES”)(代理人事件番号:NOR‐1414US)に関連しており、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
一実施形態では、流体材料供給源及び空気圧供給源用の射出弁が提供される。射出弁は、空気圧ピストン及び空気圧ピストンから延びる駆動ピンを備えた空気圧アクチュエータを有する。射出弁は、第1のチャンバ及び第2のチャンバを備えたハウジングを更に有する。第1及び第2の電磁弁が空気圧供給源に連結されている。第1の電磁弁は、空気圧ピストン及び駆動ピンを第1の方向に動かすために第1の力を空気圧ピストンに加えるよう空気圧力が第1のチャンバに供給される第1の状態を有する。第1の電磁弁は、第1の空気チャンバが周囲圧力まで空気抜きされる第2の状態を有する。第2の電磁弁は、空気圧ピストン及び駆動ピンを第2の方向に動かすために第2の力を空気圧ピストンに加えるよう空気圧力が第2のチャンバに供給される第1の状態を有する。第2の電磁弁は、第2の空気チャンバが周囲圧力まで空気抜きされる第2の状態を有する。
別の実施形態では、材料を射出するシステムであって、材料の液滴を射出するために弁要素を動かしてこれを弁座に接触させる空気圧ピストンを備えた空気圧射出装置及びユーザが弁要素の速度を変えることができるようにするユーザインタフェースを備えたコントローラを有する材料射出システムが提供される。
一方法では、射出装置は、材料の液滴を射出するために弁要素を動かしてこれを弁座に接触させる空気圧駆動式ピストンを有し、ユーザが弁要素の速度を変化させるためにコントローラによって用いられる情報を入力するために用いることができるユーザインタフェースが設けられる。
図2において最も良く見えるように、流体モジュール12は、ノズル28、モジュール本体30及び流体結合インタフェース20と連通状態にある流体チャンバ38を有するのが良い。モジュール本体30の第1の区分又は部分40は、流体インタフェース20を通路47,47a(後で説明する)を介して流体チャンバ38と流体連通関係をなすようこれに結合する流体通路42を有している。流体導管44(図1B)が流体モジュール12をシリンジ22の中に入っている流体材料と流体連通関係に配置すると共に流体材料を圧力下でシリンジ22から流体結合インタフェース20に供給するためにシリンジ22から流体インタフェース20まで延びている。この実施形態では、流体導管44は、代表的には、シリンジ22の出口を流体結合インタフェース20に直接結合する1本の管であり、これらの間には介在する構造がなんら存在しない。一実施形態では、流体結合インタフェース20は、ルアー(Luer)継手を含む。
上述したように、流体導管44(図1)が流体モジュール12をシリンジ22の中に入っている流体材料と流体連通関係に配置すると共に流体材料を圧力下でシリンジ22から流体結合インタフェース20に供給するためにシリンジ22から流体インタフェース20まで延びている。流体導管44は、シリンジ22と流体結合インタフェース20を直接結合する1本の管であるのが良く、これらの間には介在する構造がなんら存在しない。流体材料は、通路42を通って流体チャンバ38に送られ、流体材料が射出弁10によって小出しされると、シリンジ22から到達した流体材料は、流体チャンバ38内の流体材料量を補充する。
駆動ピン36は、流体モジュール12と協働して射出弁10から流体材料を射出するよう弁要素14に間接的に結合されている。駆動ピン36の先端部34は、ハンマのように動作してその衝撃の際にその運動量を可動要素60の壁62に伝える。弁要素14は、駆動ピン36の先端部34から見て可動要素60の壁62の反対側で流体チャンバ38内に設けられている。作動された駆動ピン36の先端部34が可動要素60の壁62に衝突することにより、弁要素14は、弁座52に衝突し、そして流体材料を流体チャンバ38から射出する。駆動ピン36は、壁62に当たる際に駆動ピン36の運動が速ければ速いほど、弁要素がそれだけ一層迅速に動いて弁座52に衝突して材料の液滴を射出する。それゆえ、駆動ピン36の速度を上述した仕方で制御することによって、弁要素14の速度も又制御される。上述したように、付勢要素68は、軸方向ばね力を可動要素60に加えるよう可動要素60と接触状態にある。駆動ピン36が壁62を押し下げていないとき、弁要素14及び可動要素60は、付勢要素68によって加えられる軸方向ばね力によって弁座52から遠ざけられる。上述したように、可動要素60及び弁要素14は、2つの別々の部品ではなく、単一一体型部品として構成されても良い。
伝熱部材として働く本体80を有するヒータ76が流体モジュール12を少なくとも部分的に包囲している。ヒータ76は、従来型発熱体(図示せず)、例えば本体80に設けられたボア内に位置するカートリッジ型抵抗発熱体を有するのが良い。ヒータ76は、ヒータ76に供給される電力を調整する際に温度コントローラによる使用のためのヒートバック信号をもたらす従来型温度センサ(図示せず)、例えば抵抗型感熱装置(RTD)、サーミスタ又は熱電対を更に備えるのが良い。ヒータ76は、ばね押しピン79を有し、これらばね押しピンは、温度センサのための信号経路を提供すると共に電力を発熱体及び温度センサに送るための電流経路を提供するためにピストンハウジング90内に設けられたそれぞれの接点59に接触する。
図2及び図3を参照すると、射出弁10の電空式アクチュエータ16は、駆動ピン36及び駆動ピン36の一端部に取り付けられた空気圧ピストン80を有している。1対の空気ピストンチャンバ92,96が射出弁10のピストンハウジング90内に形成され、これら空気ピストンチャンバは、空気圧ピストン80によって互いに分離されている。空気チャンバ92,96の各々の容積は、空気圧ピストン80の位置に応じて変化することができる。圧縮ばね86がばねリテーナ118と空気圧ピストン80との間に捕捉されている。圧縮ばね86により加えられる力は、空気圧ピストン80及び駆動ピン36に作用して駆動ピン36を可動要素60の壁62の方へ付勢する閉鎖力として働く。かくして、ピストンチャンバ92,96の両方を大気に空気抜きすると、ばね86は、駆動ピン36を壁62に押し付け、それにより、弁要素14が弁座52に押し付けられ、それにより射出弁10が常閉位置に維持される。
コントローラ104により、ドライバ100は、電気信号を所与の持続時間の電流パルスとして電磁弁82のソレノイド101に供給することができる。電気信号に応答して、ソレノイド101のコイルを通って流れる電流は、電磁弁82の機械弁55に機械的に結合されたアクチュエータの変位を生じさせる磁界を生じさせる。すると、機械弁55は、流路57を開くことによって状態を変え、その結果、第1の通路88は、空気入口ポート56及び流路57によって空気供給源93に結合されるようになる。加圧空気は、空気供給源93から第1の通路88を通って、到達空気圧力によって加圧される閉鎖可変容積部である空気チャンバ92内に流れ、それにより図2のピストン80に上向きの圧力を加える。
図4及び図5は、電磁弁82,84を開いて加圧空気を空気チャンバ92,96に供給するよう電磁弁82,84のそれぞれのソレノイド101,103に駆動電流として供給された電気パルス信号を示している。電磁弁82のソレノイド101が付勢状態にあるとき、電磁弁82は、空気圧力を空気チャンバ92に供給する。電磁弁82のソレノイド101が付勢状態にないとき、電磁弁82は、排気ポート58を介して空気チャンバ92を周囲圧力に向かって空気抜きし又は容積が空気圧ピストン80の運動に起因して変化すると、空気チャンバ92を周囲圧力に維持する。電磁弁84のソレノイド103が付勢状態にあるとき、電磁弁84は、空気圧力を空気チャンバ96に供給する。電磁弁84のソレノイド103が付勢状態にないとき、電磁弁84は、排気ポート72を介して空気チャンバ96を周囲圧力に向かって空気抜きする。
本発明のこの説明が与えられると共にオーバーラップ時間をどのようにすれば制御できるかが与えられると、コントローラ104は、空気圧ピストン80の運動速度及びかくして弁要素14が材料の液滴を射出するために弁座52に接触するときに弁要素14がピストン80の運動によって動かされる速度を制御するようユーザがコントローラ104によって利用可能な情報を入力することができるようにするキーボード、マウス及びディスプレイを有するのが良い。
本発明に従って材料を射出する一システムでは、射出装置は、材料の液滴を射出するために弁座に接触し弁要素の運動を生じさせる空気圧ピストンを有し、コントローラは、ユーザが弁要素の速度を変化させることができるようにするユーザインタフェースを有する。
本発明に従って材料を射出する一方法では、射出装置は、弁要素が動いて弁座に接触して材料の液滴を射出するようにする空気圧駆動式ピストンを有し、弁要素の速度を変化させるようコントローラによって用いられる情報をユーザが入力するために使用できるユーザインタフェースが設けられる。
12 流体モジュール
14 弁要素
16 電空式アクチュエータ
18 外側カバー
20 流体インタフェース
22 注入器又はシリンジ
28 ノズル
30 モジュール本体
32 第3の区分又は部分
36 駆動ピン
38 流体チャンバ
40 第1の区分又は部分
45 第2の区分又は部分
63 インサート
76 ヒータ
80 空気圧ピストン
82,84 電磁弁
90 ピストンハウジング
92 空気ピストンチャンバ
104 コントローラ
Claims (30)
- 流体材料供給源及び空気圧供給源用の射出弁であって、
空気圧ピストンと、前記空気圧ピストンから延びる駆動ピンとを備えた空気圧アクチュエータを有し、前記駆動ピンは、前記空気圧ピストンによって動かされ、
第1のチャンバ及び第2のチャンバを備えたハウジングを有し、前記空気圧ピストンは、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に収納され、
前記空気圧供給源に連結された第1の電磁弁を有し、前記第1の電磁弁は、前記空気圧ピストン及び前記駆動ピンを第1の方向に動かすために第1の力を前記空気圧ピストンに加えるよう空気圧力が前記第1のチャンバに供給される第1の状態を有し、前記第1の電磁弁は、前記第1の空気チャンバが周囲圧力まで空気抜きされる第2の状態を有し、
前記空気圧供給源に連結された第2の電磁弁を有し、前記第2の電磁弁は、前記空気圧ピストン及び前記駆動ピンを第2の方向に動かすために第2の力を前記空気圧ピストンに加えるよう空気圧力が前記第2のチャンバに供給される第1の状態を有し、前記第2の電磁弁は、前記第2の空気チャンバが周囲圧力まで空気抜きされる第2の状態を有し、
弁座及び弁要素を収納した流体チャンバを有し、前記弁要素は、前記弁座と接触関係をなす位置まで動くことができ、
流れ通路及び小出しオリフィスを備えたノズルを有し、前記流れ通路は、前記弁座と流体連通状態にあり、
前記第1の電磁弁を第1の期間にわたり前記第1の状態に保持し、前記第2の電磁弁を第2の期間にわたり前記第1の状態に保持するよう動作可能なコントローラを有し、前記第2の期間の開始は、前記第1の期間の開始に続き、前記コントローラは、前記第1の期間と前記第2の期間との間に所定のオーバーラップ期間を維持し、前記駆動ピンは、前記第2の期間中、前記弁座に向かって動き、前記オーバーラップ期間は、前記駆動ピンが前記第2の期間中、前記弁座に向かって動いているときに前記駆動ピンの速度を制御するために利用され、前記第2の期間中における前記駆動ピンの運動により、前記弁要素は、動いて前記弁座に接触する、射出弁。 - 前記流体チャンバを含む流体モジュールを更に有し、
前記第2の期間中における前記駆動ピンの運動により、前記駆動ピンは、前記流体モジュールに接触し、前記駆動ピンと前記流体モジュールの接触により、前記弁要素は、動いて前記弁座に接触する、請求項1記載の射出弁。 - 前記流体モジュール内に設けられた弾性部材を更に有し、前記弾性部材は、前記弁要素を付勢して該弁要素を前記弁座から離すよう構成されている、請求項2記載の射出弁。
- 前記ハウジングは、ばね付勢力を前記空気圧ピストンに及ぼすばねを含む、請求項1記載の射出弁。
- 前記ばねは、前記第1のチャンバに供給された圧縮空気によって前記空気圧ピストンが前記第1の方向に動かされるときに圧縮され、前記ばねは、前記第2のチャンバに供給された圧縮空気によって前記空気圧ピストンが前記第2の方向に動かされるときに拡張される、請求項4記載の射出弁。
- 前記弁要素を動かして前記弁座に接触させるたびに、前記ノズルオリフィスを通って材料の液滴が射出される、請求項1記載の射出弁。
- 材料を射出するシステムであって、
前記材料の液滴を射出するために弁要素を動かしてこれを弁座に接触させるピストンを備えた空気圧射出装置を有し、
ユーザインタフェースを備えたコントローラを有し、前記ユーザインタフェースにより、ユーザは、前記弁要素の速度を変えることができ、
前記射出装置は、前記ピストンの互いに反対側に設けられた上側ピストンチャンバ及び下側ピストンチャンバを有し、前記上側及び前記下側ピストンチャンバは、独立電磁弁によって制御され、前記弁要素の速度は、前記コントローラによる前記電磁弁の制御によって制御される、システム。 - 前記電磁弁は、圧縮空気が前記上側ピストンチャンバと前記下側ピストンチャンバの両方に同時に供給される所望のオーバーラップ期間を提供するよう制御される、請求項7記載のシステム。
- 材料の液滴を基板上に射出するシステムにおいて、前記システムは、射出装置及びコントローラを有し、前記射出装置は、材料の液滴を射出するために弁要素を動かしてこれを弁座に接触させる空気圧駆動ピストンを有し、前記射出装置は、前記ピストンの互いに反対側に設けられた上側ピストンチャンバ及び下側ピストンチャンバを有し、前記上側及び前記下側ピストンチャンバは、独立電磁弁によって制御され、前記射出装置から材料の液滴を射出させる方法であって、前記方法は、
ユーザが前記弁要素の速度を変えるよう用いることができるユーザインタフェースを用意するステップと、
前記ユーザインタフェースにおける前記ユーザからの入力を受け取るステップと、
前記電磁弁を制御して圧縮空気が前記上側ピストンチャンバと前記下側ピストンチャンバの両方に同時に供給される所望のオーバーラップ期間を提供することによって前記弁要素の速度を制御するよう前記入力を使用するステップとを有する、方法。 - 前記ユーザから入力を受け取る前記ステップは、前記射出装置から射出されるべき材料に関する入力を受け取るステップを含む、請求項9記載の方法。
- 前記ユーザから入力を受け取る前記ステップは、前記材料の粘度に関する入力を受け取るステップを含む、請求項10記載の方法。
- 前記入力を用いて前記弁要素の速度を制御する前記ステップは、前記弁要素を前記弁座に接触させるよう動かす速度を制御するよう前記入力を使用するステップを含む、請求項9記載の方法。
- 前記弁要素の速度を制御するよう前記入力を使用する前記ステップは、前記ユーザインタフェースにおいて前記ユーザから入力された形式の情報をオーバーラップ期間情報に相関させるルックアップテーブルに情報を記憶させるステップと、前記ユーザにより入力された情報に応答して前記情報にアクセスして前記所望のオーバーラップ期間を提供するステップとを含む、請求項12記載の方法。
- 前記弁要素の速度を制御するよう前記入力を使用する前記ステップは、前記ユーザインタフェースにおいての前記ユーザからの入力の形式の情報を前記オーバーラップ期間情報に相関させる数学公式を記憶するステップと、前記ユーザによって入力された前記情報に応答して前記数学公式を利用して前記所望のオーバーラップ期間を提供するステップとを含む、請求項12記載の方法。
- コントローラを介して射出装置の駆動ピンの速度を制御することによって空気圧作動式射出装置から液滴を射出させる方法であって、前記駆動ピンは、ピストンに固定され、前記ピストンは、前記ピストンの上方及び下方に配置された第1の空気チャンバ及び第2の空気チャンバに供給される圧縮空気によって往復動し、第1の方向における前記駆動ピンの運動により、前記駆動ピンは、駆動ピン速度で流体チャンバの弁座に向かって動いて、前記流体チャンバ内の弁要素が前記弁座に当たって、前記流体チャンバと流体連通状態にあるノズルオリフィスを介して材料の液滴を射出し、前記ピストン及び前記駆動ピンを前記第1の方向とは逆の第2の方向に動かすことにより、前記弁要素は、前記弁座から引っ込んで離れることができ、前記方法は、
a)前記弁要素が前記弁座に押し付けられた状態で前記弁を閉鎖位置に維持するステップと、
b)前記弁を前記閉鎖位置に維持した後、前記ピストンの一方の側に位置した前記第1のチャンバを時刻T1で圧縮空気源に連結して、前記ピストン、前記駆動ピン及び前記弁要素を前記第1の方向に動かし、前記弁要素を前記弁座から引っ込んで離すことができ、流体材料を前記弁座中に流すことができるようにするステップと、
c)時刻T1後の時刻T2において、前記ピストンの反対側に位置した前記第2のチャンバを圧縮空気供給源に連結して、前記ピストン、前記駆動ピン及び前記弁要素を前記弁座に向かって前記第1の方向に動かすステップと、
d)時刻T2後の時刻T3において、前記第1のチャンバを前記圧縮空気供給源から切り離して前記第1のチャンバ内の圧力を逃がすことができるようにするステップと、
e)前記時刻T3後の時刻T4において、前記第2のチャンバを前記圧縮空気供給源から切り離して前記第2のチャンバ内の圧力を逃がすことができるようにするステップとを有し、時刻T2と時刻T3との間の期間は、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバの両方が圧縮空気供給源に連結されるオーバーラップ期間を含み、前記オーバーラップ期間の持続時間は、前記駆動ピンが前記弁座に向かって前記第1の方向に動いている間に前記駆動ピンの駆動ピン速度を制御するよう利用される、方法。 - より短い持続時間のオーバーラップ期間が第1の粘度を有する材料を射出するために利用され、より長い持続時間のオーバーラップ期間が第2の粘度を有する材料を射出するために利用され、前記第1の粘度は、前記第2の粘度よりも低い、請求項15記載の方法。
- ユーザがコントローラに情報を入力するために用いることができるユーザインタフェースを用意するステップと、
前記ユーザにより入力された情報を前記コントローラにおいて受け取るステップと、
前記ユーザにより入力された前記情報に応答して前記コントローラを介して前記駆動ピン速度を制御する前記オーバーラップ期間を制御するステップとを更に有する、請求項15記載の方法。 - 前記ユーザは、前記材料に関する情報を入力し、前記コントローラは、前記ユーザにより入力された前記情報を利用して前記駆動ピン速度を制御する前記オーバーラップ期間を生じさせる、請求項16記載の方法。
- 前記ユーザは、前記材料粘度に関する情報を入力し、前記コントローラは、前記ユーザにより入力された前記情報を利用して前記駆動ピン速度を制御する前記オーバーラップ期間を生じさせる、請求項18記載の方法。
- オーバーラップ期間の持続時間を材料粘度に相関させるデータを格納するステップを更に有し、前記コントローラは、前記ユーザにより入力された前記情報及び前記格納されたデータを利用して前記駆動ピン速度を制御する前記オーバーラップ期間を生じさせる、請求項19記載の方法。
- 前記ユーザインタフェースは、前記ユーザが前記オーバーラップ期間を短くし、それにより駆動ピン速度を増大させ、或いは、前記オーバーラップ期間を長くし、それにより駆動ピン速度を減少させることができるようにするスライダーバーを含む、請求項17記載の方法。
- 前記ユーザインタフェースは、第1の粘度範囲に対応した第1の作動要素と、第2の粘度範囲に対応した第2の作動要素とを含み、前記ユーザが前記第1の作動要素を作動させると、前記コントローラは、メモリから前記第1の粘度範囲に関するオーバーラップ期間を読み出し、該オーバーラップ期間を使用して駆動ピン速度を制御する、請求項17記載の方法。
- 前記作動要素は、タッチスクリーン上のタッチパッドである、請求項22記載の方法。
- 前記ユーザインタフェースは、第1の粘度範囲に対応した第1の作動要素と、第2の粘度範囲に対応した第2の作動要素とを含み、前記ユーザが前記第1の作動要素を作動させると、前記コントローラは、メモリから前記第1の粘度範囲に関するオーバーラップ期間を読み出し、該オーバーラップ期間を使用して駆動ピン速度を制御し、前記ユーザは、次に、前記スライダーバーを使用して前記オーバーラップ期間を短くし、それにより駆動ピン速度を増大させ、或いは、前記オーバーラップ期間を長くし、それにより駆動ピン速度を減少させる、請求項21記載の方法。
- 基板上に材料の液滴を射出するシステムにおいて、前記システムは、射出装置及びコントローラを有し、前記射出装置は、材料の液滴を射出するためにアクチュエータにより往復動する駆動ピンを有し、前記射出装置から材料の液滴を射出させる方法であって、前記方法は、
前記射出装置の前記駆動ピンの速度を変化させることができるユーザインタフェースを用意するステップと、
射出されるべき前記材料に関連づけられた前記ユーザインタフェースでの入力を受け取るステップと、
該入力を使用して前記駆動ピンの速度を制御するステップとを有する、方法。 - 前記入力は、前記材料の粘度に関連づけられている、請求項25記載の方法。
- 前記入力は、2つ又は3つ以上の粘度範囲の間のユーザによる選択を含む、請求項26記載の方法。
- 前記入力は、前記材料をその製品名によって識別する、請求項25記載の方法。
- 基板上に材料の液滴を射出するシステムにおいて、前記システムは、射出装置及びコントローラを有し、前記射出装置は、材料の液滴を射出するためにアクチュエータにより往復動する駆動ピンを有し、前記射出装置から材料の液滴を射出させる方法であって、前記方法は、
前記ユーザが前記弁要素の速度を所定の範囲内で選択することができるようにするユーザインタフェースを用意するステップと、
前記ユーザによって選択された速度に基づいて前記ユーザからの入力を受け取るステップと、
該入力を使用して前記弁要素の速度を制御するステップとを有する、方法。 - 前記ユーザは、前記ユーザインタフェースを利用して材料を種々の駆動ピン速度で射出し、それにより前記材料を射出する上で最適な駆動ピン速度を決定する、請求項29記載の方法。
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