JP2013184116A - 液体定量吐出装置、その塗布装置および液体定量吐出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1及び第2の計量孔を有する接液部材と、第1の計量孔内を密接摺動する第1のピストン及び第2の計量孔内を密接摺動する第2のピストンと、貯留部と連通する供給流路と、ノズルと連通する排出流路と、接液部材内の空間に配設され、第1の位置及び第2の位置を有する切換バルブと、切換バルブを動作させるバルブ駆動機構と、第1及び第2のピストンと連結されるアームを動作させるピストン駆動機構と、を備え、第1及び第2の計量孔を切換バルブを挟んで対向配置し、供給流路及び排出流路を切換バルブに隣接配置した液体定量吐出装置、その塗布装置および液体定量吐出方法。
【選択図】図1
Description
また、計量孔と切り換え弁が離れて設置される構成において、それらをつなぐ配管にも圧力伝達媒体として作用する液体(非吐出液体)を満たさなければならないが、非吐出液体はメンテナンスや液体の種類を替える際に捨てられることとなり、無駄が生じるという問題があった。
第2の発明は、第1の発明において、前記アームが、前記第1および第2のピストン間の距離を一定に保持することを特徴とする。
第3の発明は、第1または2の発明において、前記切換バルブが内部空間に配設された接液部材を、液体定量吐出装置から着脱可能であることを特徴とする。
第4の発明は、第1、2または3の発明において、前記接液部材が、1個の部材で構成されることを特徴とする。
第6の発明は、第1ないし5のいずれかの発明において、前記バルブ駆動機構と前記ピストン駆動機構とが、前記接液部の背面側で鉛直方向に隣接して配設されることを特徴とする。
第7の発明は、第1ないし6のいずれかの発明において、前記バルブ駆動機構が、前記ピストン駆動機構の上方に配設され、かつ、動力を前記切換バルブに伝達する動力伝達部材を備えることを特徴とする。
第9の発明は、第1ないし7のいずれかの発明において、前記バルブ駆動機構が、端部に凹部または凸部を有する接続部を備え、当該接続部の凹部または凸部と嵌合する凸部または凹部が前記切換バルブの端部に設けられていることを特徴とする。
第11の発明は、第1ないし10のいずれかの発明において、前記接液部材が、第1の計量孔と連通し、その内部をピストンが往復動する第1の孔と、該第1の孔の側面に連通する第2の孔とを含んで構成される第1の気泡混入防止機構と、第2の計量孔と連通し、その内部をピストンが往復動する第1の孔と、該第1の孔の側面に連通する第2の孔とを含んで構成される第2の気泡混入防止機構と、を備えることを特徴とする。
第13の発明は、第12の発明において、卓上型であることを特徴とする。
(1)分解、洗浄、組み立ての作業を行う手間を軽減できる。
(2)液体の使用量、特に圧力伝達媒体などの非吐出液体の使用量を大幅に低減できる。
(3)圧力損失を小さくし、応答性をよくできる。
(4)液体定量吐出装置から接液部を着脱することが容易である。
(5)ピストンの細かな位置決めが可能となり、二つのピストン・計量孔間での吐出量の差をほぼ無くすことができる。
(6)卓上型の塗布装置に搭載することが可能な、二つのピストンを備える小型の液体定量吐出装置を提供することが可能である。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る液体定量吐出装置の模式図である。本実施形態に係る液体定量吐出装置1は、接液部7と、バルブ駆動機構8およびピストン駆動機構9からなる駆動部10とから主に構成されている。
また図2は、第1の実施形態に係る接液部の要部断面正面図である。
接液部材2は、肉厚の円筒状部材であり、内部に二つの円柱状の空間である計量孔11が形成されると共に、弁体14を配設するための空間が設けられている。また、接液部材2には貯留容器17を接続するための接続部材26(供給流路5)、ノズル18を接続するための接続部材27(排出流路6)が弁体14を挟んで上下対向位置に設けられている。この接続部材(26、27)を交換することで、貯留容器17やノズル18の種類が変わり、接続箇所の形状が変わる場合にも容易に対応することが可能である。ここで、接続部材(26、27)は弁体14に隣接配置すればよく、必ずしも弁体14を挟んで上下対向位置に配置する必要はない。
なお、二つの流路を切換えできるのであれば、上記のような円柱体状の回転バルブでなくてもよい。例えば、平板に流路となる凹みを設け、平板をスライドさせるスライドバルブとすることで第1の位置および第2の位置をとるようにしてもよい。
また、接液部材2を一個の部材により形成しているので、分解や洗浄などの作業を行う手間を軽減できる、組み立て時の接続の間違いを減らすことができるという効果を奏する。
可動部材を動作させる駆動部10は、バルブ駆動機構8と、ピストン駆動機構9とを備える。
バルブ駆動機構8は、切換バルブ4の弁体14を動作させるためのものである。本実施形態では、バルブ駆動機構8にロータリアクチュエータを用い、ロータリアクチュエータの動力を切換バルブ4に伝達している。バルブ駆動機構8は電動式、エア式など様々な方式のものを用いることができる。切換バルブ4が回転式でない場合(例えばスライド式の場合)、その方式に合わせて適切なバルブ駆動機構8を採用する。
吐出装置1は、前述の二つの駆動機構(8、9)の動作を制御すると共に、貯留容器17に蓄えられた液体材料58に印加される気体圧の制御も行う吐出制御部23を備える。吐出制御部23は、吐出装置1とは別体に設けられる。このように、制御主体を一箇所にまとめることで、各種パラメータの設定値の管理が楽になる。また、吐出装置1には、貯留容器17に蓄えられた液体材料58に圧力を印加するための圧縮気体を供給する圧縮気体源22が接続される。この圧縮気体が計量孔11内に液体材料58を吸引する際の補助となる。圧縮気体源22は、吐出制御部23を介して貯留容器17と連通される。
駆動部10を構成する二つの駆動機構(8、9)の配置関係について更に詳しく説明する。
正面から接液部7を着脱することを容易にするためには、接液部7の背面側に二つの駆動機構(8、9)を隣接して設置する方が都合がよい。しかし、接液部7では、ピストン中心軸線56とバルブ弁体中心軸線57とが同一平面上にあり、かつ直交していることから、それらを動作させる二つの駆動機構(8、9)を単純に横並びにして設置することは難しい。そこで、一つの駆動機構を接液部7の各軸線(56、57)と同一水平面上に、もう一つの駆動機構をそれに重なり合うように立体的に配置することで、二つの駆動機構(8、9)を鉛直方向にほぼ隣接して配置することを可能とした。二つの駆動機構(8、9)の位置関係は、例えば次の二つが考えられる。
図3は、吐出装置1において、バルブ駆動機構8を上、ピストン駆動機構9を下に配置した構成例を示す。同図は装置側面から見た図であり、一部透視図となっている。同図の左側が正面側となり、右側が背面側となる。
この構成例の場合、ピストン駆動機構9が接液部7の各軸線(56、57)と同一水平面上にあり、バルブ駆動機構8がその上方にある。バルブ駆動機構8が上方にあるので、バルブ駆動機構8と接液部7との連結のために動力伝達部材28を設け、動力伝達部材28を介してバルブ駆動機構8の動力を切換バルブ4の弁体14へ伝える。ピストン駆動機構9と接液部7との連結はアーム19が行い、アーム19を動作させることでピストン3を動作させる。
図4は、吐出装置1において、バルブ駆動機構8を下、ピストン駆動機構9を上に配置した構成例を示す。同図は装置側面から見た図である。同図の左側が正面側となり、右側が背面側となる。
この構成例の場合、バルブ駆動機構8が接液部7の各軸線(56、57)と同一水平面上にあり、ピストン駆動機構9がその上方にある。ピストン駆動機構9と接液部7との連結はアーム19により行う。ピストン駆動機構9が上方にあるので、ピストン駆動機構9から延出するアームは途中で下方に屈曲され、アーム突出部分20が下方へ傾斜して延出するよう構成される。バルブ駆動機構8と接液部7とは直接連結され、図3の場合と異なり、間に動力伝達部材28は介在しない。
図4の配置では、接液部7と駆動部10との間に動力伝達部材28を介在しないので、装置前後幅を小さく、かつ装置重量を軽くできる、切換バルブ4を直接駆動できるので、切り換え動作に対するバルブの応答性がよい等の利点がある。
切換バルブ4とバルブ駆動機構8(或いは動力伝達部材28)との接続・着脱を容易にするための構成を設けることが好ましい。ネジ等の締結手段を用いずとも嵌合するのみで動力を伝えられるようにすることが好ましく、例えば図5に示すように、切換バルブ4の側面に溝31を設け、バルブ駆動機構8(或いは動力伝達部材28)の端部に突起32を設け、これらが互いに嵌合する構成とする。図5では、溝31及び突起32を断面長円形状に構成しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも一面が平面、或いは断面で考えれば少なくとも一辺が直線となるようにすればよい。例えば、断面が「半円形ないし半楕円形」、「多角形」となっているものなどが考えられる。また、上記のような形状になるよう溝31及び突起32を形成することは次のような利点もある。すなわち、弁体14の溝31の向きと弁体内部に形成する流路15とが所定の位置関係を持つよう形成することで、接液部材2の中が見えなくとも、溝31と突起32とを嵌合するのみで弁体14の連通する口16の位置或いは向きを決めることができる。
(1)取り付け
まず、接液部材2の貫通孔33に固定具29を挿通し、駆動部10に取り付け、固定する。この際、弁体14の溝31と、バルブ駆動機構8(或いは動力伝達部材28)の突起32の嵌合も併せて行う(図5参照)。ついで、ピストン3をアーム19先端の穴に通した後、接液部材2のピストン挿入口に挿入する。そして、ピストン細径部12の太径部13側に形成したネジ部分をアーム19先端に螺合して固定する。これを2つのピストン3について行う。以上で接液部7の駆動部10へ取り付けは完了である。吐出を行うためには、液体が入っている貯留容器17を接続部材26に取り付け、さらに吐出制御部23に各駆動機構(8、9)を接続する。ノズル18は取り付け作業の前に予め取り付けておくことが好ましい。
取り外す場合は、上記(1)と逆の手順を辿ればよい。まず、貯留容器17、吐出制御部23との接続を外す。ノズル18は取り外し作業の最後に取り外すことが好ましい。ついで、ピストン3を回してネジを緩めて接液部材2およびアーム19先端の孔からピストン3を抜き取る。これを2つのピストン3について行う。そして、固定具29を外して、接液部材2を駆動部10より外す。以上で取り外し作業は完了である。作業の開始前には、吐出装置1内の液体材料58をはき出して空にすることが好ましい。液体材料58が作業者の手や衣服に付着することもなくなり、作業場所を汚すこともなくなるからである。
図6ないし図12を参照しながら、吐出動作を説明する。なお、図6ないし図12は、接液部7の主要部分のみを簡略化して描いている。
接液部7の初期状態は以下の通りとする。ピストン3はどちらか一方が接液部材2内に最も進入した状態とする。また、切換バルブ4はピストン3が最も進入した方の計量孔11と供給流路5を、かつピストン3が最も退出した方の計量孔11と排出流路6を連通する位置にある状態とする。具体的には、例えば図6の状態を初期状態とする。吐出装置1は、液体が供給されていない空の状態にあるものとする。
図示しない貯留容器17に圧縮気体を供給すると、液体材料58が供給流路5から切換バルブ4内部の第1の流路38を通り、第1の計量孔34へ流れ込む。ここで、貯留容器17に圧縮気体を供給して液体材料58に圧力を印加するのは、液体材料58が円滑に計量孔へと供給されるようにするためであり、圧力の印加はピストンが吸引工程のときのみ行うようにすることが好ましい。
ピストン駆動機構9により第1のピストン36を第1の計量孔34内から退出する方向へ移動させると、貯留容器17に印加された圧力と第1のピストン36の退出動作の作用により、第1の計量孔34内に液体材料58が吸引される。このとき、二つのピストン(36、37)間の距離が一定になるよう各ピストンはアーム19により固定されているので、第1のピストン36の移動に伴い、第2のピストン37が第2の計量孔35内へ進入する。ただし、この時点では、第2の計量孔35はまだ空なので液体材料58が排出されることはない。吸引動作が終わったら貯留容器17への圧力の印加を止める。
バルブ駆動機構8を動作させて、第1の計量孔34と排出流路6を連通し、第2の計量孔35と供給流路5を連通する第2の位置へ切換バルブ4を90度時計回りに回転させる。そして、貯留容器17内の液体材料58に圧力を印加すると、液体材料58は供給流路5から切換バルブ4内部の第1の流路38を通り、第2の計量孔35へ流れ込む。
ピストン駆動機構9により第2のピストン37を第2の計量孔35内から退出する方向へ移動させると、液体材料58に印加された圧力と第2のピストン37の退出動作の作用により、第2の計量孔35内に液体材料58が吸引される。このとき、二つのピストン(36、37)間の距離が一定になるよう各ピストンはアーム19により固定されているので、第2のピストン37の移動に伴い、第1のピストン36が第1の計量孔34内へ進入し、(2)で吸引した液体材料58を排出流路6からノズル18を通じて排出することになる。その際、排出流路6(ノズル18)下方には排出された液体材料58を受ける排出用容器等があるとよい。吸引動作が終わったら圧力の印加を止める。
バルブ駆動機構8を動作させて、第1の計量孔34と供給流路5を連通し、第2の計量孔35と排出流路6を連通する第1の位置へ切換バルブ4を90度反時計回りに回転させる。
ここまでで吐出動作の準備が完了する。つまり、流路の全てが液体で満たされたことになる。
ピストン駆動機構9により第1のピストン36を第1の計量孔34内から退出する方向へ移動させると共に、第2のピストン37を第2の計量孔35内へ進入する方向へ移動させる。これにより、液体材料58が供給流路5から切換バルブ4内部の第1の流路38を通って第1の計量孔34内に吸引されると共に、第2の計量孔35内の液体材料58が切換バルブ4内部の第2の流路39を通って排出流路6から排出(吐出)される。
ピストン(36、37)の移動が終了したら、バルブ駆動機構8を動作させて、第1の計量孔34と排出流路6を連通し、第2の計量孔35と供給流路6を連通する第2の位置へ切換バルブ4を90度時計回りに回転させる。
上記(6)とほぼ同じ動作であるが、左右のピストン(36、37)の動作が逆になっている。
ピストン駆動機構9により第1のピストン36を第1の計量孔34内へ進入する方向へ移動させると共に、第2のピストン37を第2の計量孔35内から退出する方向へ移動させる。これにより、第1の計量孔34内の液体材料58が切換バルブ4内部の第2の流路39を通って排出流路6からノズル18を通じて排出(吐出)されると共に、液体材料58が供給流路5から切換バルブ4内部の第1の流路38を通って第2の計量孔34内に吸引される。
ピストン(36、37)の移動が終了したら、バルブ駆動機構8を動作させて、第1の計量孔34と供給流路5を連通し、第2の計量孔35と排出流路6を連通する第1の位置へ切換バルブ4を90度反時計回りに回転させる。
以上のように、ピストン及び計量孔を複数(ここでは二つ)設けることにより、吐出と吸引を交互に行うことが可能となり、吸引のたびに吐出を止める必要が無くなるので、連続して吐出する際、無駄な時間を減らして時間短縮を図ることができる。
第2の実施形態は、接液部材2を複数個の部材により構成した点で第1の実施形態と相違する。図13に、本発明に係る液体定量吐出装置の接液部の要部断面図を示す。ここで図13は装置正面から見た図であり、接液部材2、接続部材26およびそれに連通する貯留容器17、接続部材27およびそれに連通するノズル18、並びに切換バルブ4を、接液部材2中心を通る面で切断した図である。以下では、接液部材2以外の要素については、第1の実施形態と同じ構成であるため説明を割愛する。
また、第1の実施形態と同様に、切換バルブ4を中心にして各部材を集約して配置しているので、流路を直線的に短くでき、また液体の使用量(特に圧力伝達媒体などの吐出される液体以外の液体の使用量)を大幅に低減でき、また圧力損失を小さくし、応答性をよくできるという効果を奏する。
第3の実施形態は、気泡混入防止機構・方法を備える点で第1の実施形態と相違する。図14は、本発明の第3の実施形態に係る気泡混入防止機構の説明図である。ここで、(a)は平面断面図であり、(b)は(a)のAA断面図である。以下では、気泡混入防止機構以外の要素については、第1の実施形態と同じ構成であるため説明を割愛する。
そして、このように構成されている機構において、液体材料58を計量孔11に満たす際、ピストン3を第二の孔61が第一の孔60と連通する端部の外端位置と第二のシール部材63との間まで移動させる第一ステップ、少なくとも第二の孔61の第一の孔60とは反対の端部67から液体材料58が溢れるまで計量孔11に液体材料58を供給する第二のステップ、ピストン3を第一のシール部材62に当接するまで移動させる第三のステップを実行することで、気泡の混入を防止することができる。本実施形態の場合は、この気泡混入防止機構を二つの計量孔11の切換バルブ4と反対側の端部にそれぞれ設けるとよい。そうすることで、計量孔部11内に気泡が混入することを防止できる。
第1に、前述の[吐出動作](2)の動作に加えて、動作後、第1のピストン36を取り外し、液体材料58に圧力を再び印加する。そして、第1の計量孔34のピストン挿入側から液体材料58が溢れ出てきたところで圧力の印加を止め、そこへ第1のピストン36を挿入する。
また第2に、前述の[吐出動作](4)の動作に加えて、動作後、第2のピストン37を取り外し、液体材料58に圧力を再び印加する。そして、第2の計量孔35のピストン挿入側から液体材料58が溢れ出てきたところで圧力の印加を止め、そこへ第2のピストン37を挿入する。
以上の二つの操作を加えるとよい。そうすることで、流路内に気泡が混入することを防止できる。なお、液体材料58を溢れ出させる場合には、その下部に液体材料58を受けるための排出用容器等を設置しておくことが必要である。吐出動作のところで使用した排出用容器と兼用してよい。
装置正面には、接液部材2、ピストン3、切換バルブ4、貯留容器17、ノズル18等からなる接液部7が配設されている。接液部7の背面にはバルブ駆動機構8、ピストン駆動機構9からなる駆動部10が配設されている。以下では、実施形態と構成が同様である要素については説明を割愛し、異なる要素について説明する。
本実施例に係る塗布装置42は、符号46方向に移動可能とするX駆動機構43、符号47方向に移動可能とするY駆動機構44、符号48方向に移動可能とするZ駆動機構45を備える。吐出装置1はZ駆動機構45上に設置され、Z駆動機構45はX駆動機構43上に設置される。また、Y駆動機構44上には塗布対象物49を載置するワークテーブル50が設置されている。すなわち、吐出装置1を塗布対象物49に対しXYZ方向(46、47、48)に相対移動させることができる。
Claims (14)
- ピストンを往復動作させることにより計量孔内に液体を吸引し、計量孔内の液体を排出する液体定量吐出装置であって、
第1および第2の計量孔を有する接液部材と、
第1の計量孔内を密接摺動する第1のピストンおよび第2の計量孔内を密接摺動する第2のピストンと、
貯留部と連通する供給流路と、
ノズルと連通する排出流路と、
接液部材内の空間に配設され、第1の計量孔と供給流路を連通し第2の計量孔と排出流路を連通する第1の位置および第1の計量孔と排出流路を連通し第2の計量孔と供給流路を連通する第2の位置を有する切換バルブと、
切換バルブを動作させるバルブ駆動機構と、
第1および第2のピストンと連結されるアームを動作させるピストン駆動機構と、
を備え、
第1および第2の計量孔を切換バルブを挟んで対向配置し、
供給流路および排出流路を切換バルブに隣接配置したことを特徴とする液体定量吐出装置。 - 前記アームが、前記第1および第2のピストン間の距離を一定に保持することを特徴とする請求項1の液体定量吐出装置。
- 前記切換バルブが内部空間に配設された接液部材を、液体定量吐出装置から着脱可能であることを特徴とする請求項1または2の液体定量吐出装置。
- 前記接液部材が、1個の部材で構成されることを特徴とする請求項1、2または3の液体定量吐出装置。
- 前記切換バルブが、内部に二つの流路を有する弁体を含んで構成されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの液体定量吐出装置。
- 前記バルブ駆動機構と前記ピストン駆動機構とが、前記接液部の背面側で鉛直方向に隣接して配設されることを特徴とする請求項1ないし5いずれかの液体定量吐出装置。
- 前記バルブ駆動機構が、前記ピストン駆動機構の上方に配設され、かつ、動力を前記切換バルブに伝達する動力伝達部材を備えることを特徴とする請求項1ないし6いずれかの液体定量吐出装置。
- 前記ピストン駆動機構が、前記バルブ駆動機構の上方に配設され、
前記バルブ駆動機構と前記切換バルブとが直結されることを特徴とする請求項1ないし7いずれかの液体定量吐出装置。 - 前記バルブ駆動機構が、端部に凹部または凸部を有する接続部を備え、当該接続部の凹部または凸部と嵌合する凸部または凹部が前記切換バルブの端部に設けられていることを特徴とする請求項1ないし7いずれかの液体定量吐出装置。
- 前記供給流路を有し、前記接液部材に着脱可能な供給用接続部材と、
前記排出流路を有し、前記接液部材に着脱可能な排出用接続部材と、を備えることを特徴とする請求項1ないし9いずれかの液体定量吐出装置。 - 前記接液部材が、第1の計量孔と連通し、その内部をピストンが往復動する第1の孔と、該第1の孔の側面に連通する第2の孔とを含んで構成される第1の気泡混入防止機構と、第2の計量孔と連通し、その内部をピストンが往復動する第1の孔と、該第1の孔の側面に連通する第2の孔とを含んで構成される第2の気泡混入防止機構と、を備えることを特徴とする請求項1ないし10いずれかの液体定量吐出装置。
- 請求項1ないし11いずれかの液体定量吐出装置と、
貯留容器に貯留された液体に圧力を印加するための圧縮気体を供給する圧縮気体源と、
前記液体定量吐出装置の各駆動機構および圧縮気体源気体圧を制御する吐出制御部と、
塗布対象物を載置するワークテーブルと、
前記液体定量吐出装置とワークテーブルとを相対的に移動させるXYZ駆動機構と、
XYZ駆動機構の動作を制御する駆動制御部と、
を備える塗布装置。 - 卓上型である請求項12の塗布装置。
- 第1および第2の計量孔を有する接液部材と、第1の計量孔内を密接摺動する第1のピストンおよび第2の計量孔内を密接摺動する第2のピストンと、貯留部と連通する供給流路と、ノズルと連通する排出流路と、接液部材内の空間に配設され、第1の計量孔と供給流路を連通し第2の計量孔と排出流路を連通する第1の位置および第1の計量孔と排出流路を連通し第2の計量孔と供給流路を連通する第2の位置を有する切換バルブと、切換バルブを動作させるバルブ駆動機構と、第1および第2のピストンと連結されるアームを動作させるピストン駆動機構と、を備え、第1および第2の計量孔を切換バルブを挟んで対向配置し、供給流路および排出流路を切換バルブに隣接配置した液体定量吐出装置を用い、ピストンを往復動作させることにより計量孔内に液体を吸引し、計量孔内の液体を排出する液体定量吐出方法であって、
切換バルブを第1の位置とし、アームを一の方向に移動することにより、第1の計量孔に液体を吸引し、かつ第2の計量孔から液体を排出する第1の工程と、
切換バルブを第2の位置とし、アームを第1の工程と反対方向に移動することにより、第1の計量孔から液体を排出し、かつ第2の計量孔に液体を吸引する第2の工程と、
第1および第2の工程を繰り返すことにより液体を連続定量吐出する第3の工程と、を有することを特徴とする液体定量吐出方法。
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