JP2018203375A - 充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンジに充填される材料への気泡混入を防止する。【解決手段】真空チャンバー１２と、シリンジ２の大径部２ａに嵌合されるシリンジ充填口部材３１と、シリンジ２の大径部２ａを下方に向けて上部プレート３３と下部プレート３２とで挟み込み、ポスト３４で連結されて構成されるシリンジ固定アッセンブリー３０と、上下動可能に配設されたシャフト１８およびシャフト１８の上端に固定されて材料Ｍが収容された容器３を載置する容器台１６と、を備え、下部プレート３２はシリンジ充填口部材３１が嵌合される嵌合溝３２ａを有すると共にシリンジ充填口部材３１の第１貫通孔３１Ａに連通する第２貫通孔３２Ａを有し、上部プレート３３はシリンジ２の小径部２ｂを進入させる第３貫通孔３３Ａを有し、容器３を上方へ移動させることによりシリンジ固定アッセンブリー３０を容器３内に進入させて材料Ｍをシリンジ２内に充填させる。【選択図】図１

Description

本発明は、充填装置に関し、さらに詳細には、減圧された真空チャンバー内においてシリンジにペースト状の材料を充填する充填装置に関する。

従来より、減圧された真空チャンバー内においてシリンジにペースト状の材料を充填する充填装置が知られている。当該材料の例としては、医薬品、化学材料、食料品、塗料、半導体装置材料等の分野で用いられるペースト状すなわち液体と比較して粘度の高い流動体等が挙げられる。

ここで、上記の材料に気泡が混入した場合、シリンジからの吐出量のばらつきや不吐出、あるいはそれらに起因する製品不良の発生等の原因となるため、シリンジに充填する際に気泡が混入しにくい充填装置が研究されてきた。そのような充填装置の一例として、特許文献１：特開２０１０−１２６２４５号公報に開示された装置が提案されている。

特開２０１０−１２６２４５号公報

通常、シリンジは相対的に大きな径の開口部が形成された大径部と相対的に小さな径の開口部が形成された小径部とを有している。ここで、特許文献１に例示されるような充填装置においては、ペースト状の材料を小径部からシリンジ内へ充填する構成となっている。これによれば、小径部は外周にキャップ嵌合用のネジ山等が形成されている場合が多いため、材料収容容器内へ進入させて材料を押圧する押圧部材にシリンジを固定することが容易となる。しかしながら、本願発明者の研究によって、小径部から材料を充填すると、シリンジ内における小径部の寸法から大径部の寸法へと内部形状が変化する位置において気泡溜まりが生じ易く、材料への気泡混入の原因となり得ることが明らかとなった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、シリンジにペースト状の材料を充填する際に、シリンジ内に充填される材料に気泡が混入してしまうことを防止できる充填装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この充填装置は、真空チャンバーを備え、減圧された前記真空チャンバー内において、相対的に大きな外径に形成されて第１開口部を有する大径部が一端に設けられ、相対的に小さな外径に形成されて第２開口部を有する小径部が他端に設けられたシリンジにペースト状の材料を充填する充填装置であって、一端に第１嵌合突起と、他端に前記シリンジの前記第１開口部に内嵌される第２嵌合突起とを有すると共に、内部に一端から他端にかけて貫通形成される第１貫通孔を有するシリンジ充填口部材と、前記大径部を鉛直方向下方に向けると共に前記小径部を鉛直方向上方に向けて、前記大径部の前記第１開口部に前記シリンジ充填口部材が嵌合された状態の前記シリンジを、鉛直方向下方側で保持する下部プレート、および、鉛直方向上方側で保持する上部プレートと、前記下部プレートと前記上部プレートとが一本もしくは複数本の前記シリンジを挟み込むように配置されると共にポストにより連結されて構成されるシリンジ固定アッセンブリーと、前記シリンジ固定アッセンブリーを前記真空チャンバー内の所定位置において保持するホルダーと、前記真空チャンバーの下部パネルに挿通され、シールされた状態で上下動可能に配設されたシャフトと、前記シャフトの上端に固定され、前記シリンジ固定アッセンブリーに対して鉛直方向下方の位置において前記材料が収容された容器を載置する容器台と、を備え、前記下部プレートは、前記シリンジ充填口部材の前記第１嵌合突起が内嵌される嵌合溝を有し、前記嵌合溝に前記シリンジ充填口部材が嵌合された状態で前記シリンジ充填口部材の前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔が設けられており、前記上部プレートは、前記シリンジの前記小径部を進入させる、前記大径部の外径よりも小さな内径を有する第３貫通孔が設けられており、前記容器が載置された前記容器台を前記シャフトにより鉛直方向の下方から上方へ移動させることによって、前記シリンジ固定アッセンブリーを前記下部プレート側から前記容器内に進入させ、前記容器内の前記材料を前記第２貫通孔および前記第１貫通孔から前記シリンジ内に充填させることを要件とする。

本発明によれば、シリンジにペースト状の材料を充填する際に、シリンジ内に充填される材料に気泡が混入してしまうことを防止することができる。

本発明の実施形態に係る充填装置の例を示す斜視図である。 図１の充填装置の正面断面図である。 図１の充填装置を用いて材料が充填されるシリンジの例を示す斜視図である。 図３のシリンジの正面断面図である。 図１の充填装置を用いて材料を充填する際に材料が収容される容器の例を示す斜視図である。 図１の充填装置のシリンジ固定アッセンブリーの例を示す斜視図である。 図６におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１の充填装置のシリンジ固定アッセンブリーの他の例を示す斜視図である。 図１の充填装置のシリンジ充填口部材の例を示す概略図である。 図１の充填装置の下部プレートの例を示す斜視図である。 図１の充填装置のスクレーパーの例を示す斜視図である。 図１１におけるＣ−Ｃ線断面図（拡大図）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態に係る充填装置１の例を示す斜視図（概略図）であり、図２は、その正面断面図（概略図）である。ここで、図２における紙面の上下方向が「鉛直方向の上下方向」に対応する。また、図３、図４は、充填装置１を用いて材料Ｍが充填されるシリンジ２の例を示す斜視図（概略図）、正面断面図（概略図）であり、図５は、充填する材料Ｍが収容される容器の例を示す斜視図（概略図）である。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、装置の構造材料としては、特に明示しない限り一般構造材料（金属材料、樹脂材料）が用いられる。

本実施形態に係る充填装置１は、図１、図２に示すように、真空ポンプ２０と接続されて減圧可能な真空チャンバー１２が架台１０上に固定された構成を備えており、所定気圧（一例として、５０〜１００［Ｐａ］程度）まで減圧された真空チャンバー１２内において、複数本（一例として四本）のシリンジ２に同時に、容器３に収容されたペースト状の材料Ｍを充填する装置である。なお、同時に充填するシリンジ２の本数は特に限定されるものではない。また、一本のシリンジ２に充填する構成としてもよい。ここで、真空チャンバー１２へのシリンジ２および容器３の出し入れは、正面に取り付けられた開閉扉２２を開けて行われる。なお、充填作業は真空チャンバー１２内を減圧しない状態で行うことも可能である。

本実施形態に係る充填装置１を用いてペースト状の材料Ｍが充填されるシリンジ２は、次の構成を備えている。具体的には、図３、図４に示すように、一端に相対的に大きな内径の第１開口部２Ａを有することにより相対的に大きな外径に形成された大径部２ａと、他端に相対的に小さな内径の第２開口部２Ｂを有することにより相対的に小さな外径に形成された小径部２ｂとを備える構成である。一例として、樹脂材料を用いて形成されている。ここで、前述の通り、特許文献１に例示される従来装置のように小径部２ｂ（第２開口部２Ｂ）からシリンジ２内に材料Ｍを充填する構成の場合、シリンジ２内における小径部２ｂの寸法から大径部２ａの寸法へと内部形状が変化する位置（以下、径変化部と称し符号２ｃで示す）において気泡溜まりが生じ易く、材料Ｍへの気泡混入の原因となり得る課題があることを本願発明者は究明した。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、シリンジ２の大径部２ａを鉛直方向下方とし、小径部２ｂを鉛直方向上方とする配置でシリンジ２を保持して、大径部２ａ（第１開口部２Ａ）からシリンジ２内に材料Ｍを充填する構成である。

この構成によれば、大径部２ａ（第１開口部２Ａ）から材料Ｍを充填することにより、充填された材料Ｍはシリンジ２内の径変化部２ｃの位置において大径部２ａの寸法から小径部２ｂの寸法へと内部形状が変化する方向に進行することとなる。その結果、当該径変化部２ｃの位置において材料Ｍが徐々に縮径する内壁によって絞り込まれるため、隙間を埋める作用が生じ、気泡溜まりの発生を防止することが可能となる。

ここで、シリンジ２内に充填される材料Ｍが過少の場合には小径部２ｂまで到達せずに空間ができ空気（気泡）が混入する原因となる。一方、シリンジ２内に充填される材料Ｍが過多の場合には小径部２ｂから溢れ出してシリンジ２の外部を汚損する原因となる。したがって、如何に過不足なく材料Ｍをシリンジ２内に充填するかが課題となる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａ上に、シリンジ２内に充填される材料Ｍの上面位置の変位を検出するレーザ変位センサー１４を備える構成となっている。本実施形態においては、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａに内部を透視可能なように固定されたガラスプレート２４に密着もしくは近接する配置でレーザ変位センサー１４を取り付ける構成としている。

この構成によれば、シリンジ２内に充填される材料Ｍの上面位置の変位を検出することができるため、シリンジ２内の小径部２ｂ（第２開口部２Ｂ）の上端すれすれまで過不足なく材料Ｍを充填することが可能となる。このとき、レーザ変位センサー１４が、ガラスプレート２４に密着もしくは近接する配置で取り付けられているため、射出されるレーザ光の反射・錯乱が防止でき、検出精度を高めることが可能となる。

ここで、特許文献１に例示される従来装置のように、シリンジを固定した押圧部材を鉛直方向下方に向けて移動させる（押し下げる）構成とした場合には、シリンジ自体が移動してしまうため、仮に真空チャンバー１２の上部パネル１２ａにレーザ変位センサー１４を設けても、シリンジ内における材料Ｍの変位の検出が困難となる、もしくは検出精度が低下するという課題が生じる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、シリンジ２の鉛直方向下方の位置に、材料Ｍが収容された容器３を載置する容器台１６を備えて、当該容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させることにより、大径部２ａが鉛直方向下方となるように保持されたシリンジ２を容器３内に相対的に進入させるようにして、当該シリンジ２内に材料Ｍを充填させる構成である。本実施形態においては、真空チャンバー１２の下部パネル１２ｂに配設されたシールハウジング２８に挿通され、シールされた状態で上下動可能に配設されたシャフト１８を備えると共に、当該シャフト１８の上端に容器台１６が固定される構成としている。なお、シャフト１８は、一例として電気モーター５４によって駆動されるウォームギア（不図示）等を介して上下動するシリンダー（ジャッキ）５６に連結される構成としているが、これに限定されるものではない。また、レーザ変位センサー１４による検出や、電気モーター５４の駆動等、一連の工程は、制御部（不図示）によって制御される。

この構成によれば、シリンジ２内に材料Ｍを充填させる際に、シリンジ２自体が移動しない構造が実現できるため、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａに取り付けたレーザ変位センサー１４によって、シリンジ２内に充填される材料Ｍの上面位置の変位の検出を高精度に行うことが可能となる。

なお、一例として、レーザ変位センサー１４は、保持する各シリンジ２の位置に対応させて（すなわち平面視において一致する位置において）、当該シリンジ２の本数（一例として四本）と同数設ける構成とすればよい。

本実施形態においては、さらに当該複数のレーザ変位センサー１４の中心となる位置に別途レーザ変位センサー１５を設ける構成としている。これによれば、例えば、比較的大きなサイズのシリンジ２に充填を行う場合等において、当該中心位置にシリンジ２を一本のみ配置した充填作業の実行時に変位の検出を行うことが可能となる。

ここで、容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させることによってシリンジ２を容器３内に相対的に進入させる構成とする場合、シリンジ２を如何にして保持するかが課題となると共に、シリンジ２を保持した部材に対して下方から容器３が押し上げられた際に如何にして荷重を支持するかが課題となる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。ここで、シリンジ２の保持構造について説明する。図６（図６（ａ）は所定の組立て状態の斜視図、図６（ｂ）は後述の第１プレート３３Ｘを取外した状態の斜視図）、および図７（図６（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図）に示すように、大径部２ａを鉛直方向下方とし、小径部２ｂを鉛直方向上方とする配置としたシリンジ２を、鉛直方向下方から保持する下部プレート３２と、鉛直方向上方から保持する上部プレート３３とを備えている。さらに、下部プレート３２と上部プレート３３とを連結するポスト３４を備えており、下部プレート３２と上部プレート３３とでシリンジ２を挟み込んでポスト３４により連結された状態で保持を行うシリンジ固定アッセンブリー３０が構成される。このとき、シリンジ２の第１開口部２Ａにシリンジ充填口部材３１（詳細は後述）が嵌合された状態となっている。したがって、シリンジ２は、シリンジ充填口部材３１を介して鉛直方向下方側から下部プレート３２によって保持される構成となる。

なお、図６、図７に示すシリンジ固定アッセンブリー３０は、複数本（一例として四本）のシリンジ２を保持する場合の例である（前述の通り、シリンジ２の本数は四本に限定されない）。また、他の例として、一本のシリンジ２を保持する場合のシリンジ固定アッセンブリー３０の構成を図８（図８（ａ）は所定の組立て状態の斜視図、図８（ｂ）は後述の第１プレート３３Ｘを取外した状態の斜視図）に示す。

一例として、シリンジ固定アッセンブリー３０は、ポスト３４の下端部をボルトにより下部プレート３２に固定し、上端部を上部プレート３３を挿通させると共に作業者が手で容易に着脱可能なローレットノブ３６により上部プレート３３に固定される構成としている。なお、ポスト３４の本数と配置については後述する。

なお、上記のシリンジ固定アッセンブリー３０は、真空チャンバー１２内の所定位置に設けられたホルダー４０によって保持される。本実施形態においては、真空チャンバー１２における対向する二つの側部パネル１２ｃ、１２ｄから内部へ突出するようにそれぞれ固定された板状部材を用いて構成されている。シリンジ固定アッセンブリー３０は、両端部（ここではシリンジ固定アッセンブリー３０を構成する上部プレート３３の両端部３３ａ、３３ｂ）がそれぞれ対向する二つのホルダー４０Ａ、４０Ｂに係合されることによって、所定位置に位置決めされると共に、鉛直方向下方に落下しないように保持される。

次に、シリンジ充填口部材３１について、斜視図を図９（ａ）に、そのＢ−Ｂ線断面図を図９（ｂ）にそれぞれ示す（シール溝３１ｃ、３１ｄに配設されるシール部材（一例として、ゴム材料からなるＯリング）については図示を省略している）。本実施形態に係るシリンジ充填口部材３１は、一端に円錐台形状の第１嵌合突起３１ａを有すると共に、他端に円柱（円筒）形状の第２嵌合突起３１ｂを有している。また、その内部には一端から他端にかけて貫通形成される第１貫通孔３１Ａを有している。当該第２嵌合突起３１ｂが、シリンジ２の第１開口部２Ａに隙間なく内嵌される構成となる（その際、シール溝３１ｄに配設されるシール部材が第１開口部２Ａの内壁に隙間なく密着する）。一方、第１嵌合突起３１ａは、後述の下部プレート３２に設けられる嵌合溝３２ａに内嵌されて保持される。

なお、本実施形態に係る第１貫通孔３１Ａは、第１嵌合突起３１ａ側の内径を相対的に小さく、第２嵌合突起３１ｂ側の内径を相対的に大きく構成している。これによれば、シリンジ２にペースト状の材料Ｍを充填する際の工程においては、第２嵌合突起３１ｂ側の内径が大きいため（シリンジ２の第１開口部２Ａの内径に近い程度まで拡径されるように構成されているため）、第１貫通孔３１Ａと第１開口部２Ａとの接続部分に大きな段差が生じず、シリンジ充填口部材３１から材料Ｍがシリンジ２内へ進入する際に気泡溜まりが発生してしまうことの防止が図れる。一方、シリンジ２にペースト状の材料Ｍが充填された後の工程として、大径部２ａにシリンジ充填口部材３１が嵌合されたままシリンジ２を取外す工程が実施されるが、その際に、材料Ｍの粘度が低い場合であっても、第１嵌合突起３１ａ側の内径が小さいため、第１貫通孔３１Ａを通過して材料Ｍがシリンジ２外へ漏出してしまうことの防止が図れる。

次に、下部プレート３２について、斜視図を図１０に示す（後述のスクレーパー４２、固定用部材４５については図示を省略している）。本実施形態に係る下部プレート３２は一面（上面となる面）に、シリンジ充填口部材３１の第１嵌合突起３１ａが内嵌される嵌合溝３２ａが設けられている。嵌合溝３２ａは、第１嵌合突起３１ａの形状に対応させて、円錐台形状に穿設されている。これによれば、シリンジ２（大径部２ａ）に嵌合された状態のシリンジ充填口部材３１を、その第１嵌合突起３１ａ部分を嵌合溝３２ａに内嵌させて保持することができる。このとき、シール溝３１ｃに配設されるシール部材が嵌合溝３２ａの内壁に隙間なく密着する。

ここで、下部プレート３２は、嵌合溝３２ａにシリンジ充填口部材３１（第１嵌合突起３１ａ）が嵌合された状態となったときに、シリンジ充填口部材３１の第１貫通孔３１Ａと連通するように配設された第２貫通孔３２Ａを有している。

これにより、下部プレート３２の嵌合溝３２ａにシリンジ充填口部材３１の第１嵌合突起３１ａを嵌合させることによって、下部プレート３２でシリンジ２の下部（大径部２ａ）を動かないように保持することができると共に、下部プレート３２の第２貫通孔３２Ａおよびシリンジ充填口部材３１の第１貫通孔３１Ａを介して、容器３内の材料Ｍを第１開口部２Ａからシリンジ２内に充填することが可能となる。

このように、シリンジ充填口部材３１が別体に形成されている構成によって、大きさ（ここでは、第１開口部２Ａの内径）が異なるシリンジ２に対しても、シリンジ充填口部材３１のみを交換、すなわち、シリンジ２の第１開口部２Ａの内径に合った第２嵌合突起３１ｂの外径を有するシリンジ充填口部材３１に交換するだけで対応可能となるため、装置の汎用性を向上させることができる。

一方、上部プレート３３には、当該上部プレート３３を鉛直方向上下方向に貫通し且つシリンジ２の小径部２ｂを進入させる第３貫通孔３３Ａが設けられている。本実施形態に係る第３貫通孔３３Ａは、シリンジ２の大径部２ａの外径よりも小さな内径を有するように形成されている。さらに、第３貫通孔３３Ａの下部に鉛直方向下方に向かって内径が徐々に拡径する傘状部３３ｃを備える構成としている。

これにより、第３貫通孔３３Ａの内径がシリンジ２の大径部２ａの外径よりも小さいため、シリンジ２が第３貫通孔３３Ａから上方へ抜け出してしまうことなく保持することができる。このとき、シリンジ２の径変化部２ｃの外周部を第３貫通孔３３Ａの傘状部３３ｃに当接させて保持する構成によって、小径部２ｂを第３貫通孔３３Ａの内壁に接触させない状態で、且つ、シリンジ２の上部が動かない状態で保持することができる。また、第３貫通孔３３Ａを介してシリンジ２の上部（第２開口部２Ｂ）からシリンジ２内の空気を排出することができるため、シリンジ２の下部（第１開口部２Ａ）から材料Ｍを充填することが可能となる。

また、内径が徐々に変化する傘状部３３ｃが形成されている構成によって、大きさ（ここでは、径変化部２ｃの外径）が異なるシリンジ２に対しても、保持することが可能となるため、装置の汎用性を向上させることができる。

なお、上部プレート３３の第３貫通孔３３Ａは、下部プレート３２の嵌合溝３２ａ共々、保持するシリンジ２の位置に対応させて（すなわち平面視において一致する位置において）、当該シリンジ２の本数と同数設ける構成とすればよい。

ここで、本実施形態に特徴的な構成として、図６、図８に示すように、上部プレート３３は、第１プレート３３Ｘと第２プレート３３Ｙとを備えて構成されている。より詳しくは、第１プレートおよび第２プレートのそれぞれの領域に少なくとも一本のポスト３４が配設されて、それぞれが下部プレート３２と連結される構成となっている。したがって、対応する位置のポスト３４のローレットノブ３６を取外すことにより、第１プレートおよび第２プレートを個別に取外すことが可能な構成が実現されている。

このとき、第１プレート３３Ｘと第２プレート３３Ｙとの境界位置３３Ｚは、図６（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、所定の一方（ここでは、第１プレート３３Ｘ）のみが取外された状態において、保持されていた全てのシリンジ２がシリンジ固定アッセンブリー３０から取外し可能となる位置に設定されている。換言すれば、所定の一方（ここでは、第１プレート３３Ｘ）のみが取外された状態において、保持されていた全てのシリンジ２の小径部２ｂが第３貫通孔３３Ａから脱出した状態もしくは脱出可能な状態となるように、第１プレート３３Ｘと第２プレート３３Ｙとの境界位置３３Ｚが設定されている。すなわち、所定の一方（ここでは、第１プレート３３Ｘ）のみによって、全てのシリンジ２の上部が保持可能な構成となっている。ここで言う「保持」には、シリンジ２の上部の全体（全周）を保持する場合（例えば図６（ｂ）における手前側の三本）と、一部を保持する場合（例えば図６（ｂ）における奥側の一本）との両方が含まれる。

仮に、上部プレート３３が一体構造で形成されている場合を想定すると、シリンジ固定アッセンブリー３０からシリンジ２を取外す工程は、上部プレート３３全体を取外した後で実施しなければならない。その場合、上部プレート３３が取外されているため、シリンジ固定アッセンブリー３０をホルダー４０に保持させておくことができず、シリンジ固定アッセンブリー３０（ここでは、下部プレート３２上にシリンジ２が載置された状態）が自重によって容器３内を下方に降下してしまう現象が発生する。その結果、シリンジ２内にさらに材料Ｍが充填されてしまう作用が生じ、適量に充填されていた状態を超えて、小径部２ｂから材料Ｍがあふれ出てしまう問題をもたらすこととなる。

これに対して、本実施形態における上記の構成によれば、第１プレート３３Ｘおよび第２プレート３３Ｙの所定の一方（ここでは、第１プレート３３Ｘ）のみを取外すことにより、保持されていた全てのシリンジ２がシリンジ固定アッセンブリー３０から取外すことができる。すなわち、他方（ここでは、第２プレート３３Ｙ）は、ポスト３４を介して下部プレート３２に連結されたままの状態とすることができる。したがって、充填完了後に全てのシリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外す工程を実施する際においても、他方（ここでは、第２プレート３３Ｙ）はホルダー４０に保持された状態が維持できるため、上記のような問題を解決することが可能となる。

次に、下方から容器３が押し上げられた際のシリンジ固定アッセンブリー３０における荷重支持構造に関して説明する。シリンジ固定アッセンブリー３０が、二つのホルダー４０Ａ、４０Ｂに係合されることによって、鉛直方向下方に落下しないように所定位置で保持されることは前に述べた通りであるが、下方から押動される荷重に対しては、さらに、上記の所定位置で保持されたシリンジ固定アッセンブリー３０と、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａに取り付けられた係止部２６との間に隙間なく進入させるストッパー３８を備える構成によって、その支持が行われる。

一例として、ストッパー３８は、シリンジ固定アッセンブリー３０と係止部２６との間にスライド移動によって進入・進出可能に設けられた板状部材を用いて構成されている。また、係止部２６は、上部パネル１２ａから内部へ突出する板状部材であって下端部にスライド溝が形成された構成である。さらに、シリンジ固定アッセンブリー３０（上部プレート３３）の両端部３３ａ、３３ｂにおける上端部にもスライド溝が形成されている。なお、ストッパー３８、係止部２６はいずれも板状部材に限定されるものではない。また、変形例として、ストッパー３８の上部は、係止部２６によって支持される構成に代えて、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａによって直接、支持される構成としてもよい。

この構成によれば、下方から容器３が押し上げられてシリンジ固定アッセンブリー３０に鉛直方向上方へ向かう荷重が印加された際に、シリンジ固定アッセンブリー３０が上方へ押動されてホルダー４０から外れてしまうことなく、所定位置に固定することが可能となる。したがって、容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させて、シリンジ２を保持させた状態のシリンジ固定アッセンブリー３０を下部プレート３２側から容器３内に相対的に進入させることによって、当該シリンジ２内に材料Ｍを充填させる構成を実現することが可能となる。さらに、その場合において、シリンジ固定アッセンブリー３０の鉛直方向上下方向の移動が規制できるため、レーザ変位センサー１４による材料Ｍの位置検出を高精度に行うことが可能となる。

ここで、特許文献１に例示される従来装置のように、シリンジを固定した押圧部材を鉛直方向下方に向けて移動させる（押し下げる）構成においては、押圧部材の容器との摺接部に密着性を高めるためのゴム製Ｏリングが用いられていた。しかし、当該Ｏリングを用いる構成の場合、材料の一部がＯリングの取付溝の内部や周辺に付着、固化する等によって、装置（ここでは押圧部材）を繰り返し使用することが困難になってしまう課題があることを本願発明者は究明した。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、図７に示すように、下部プレート３２の外縁部に、斜め下方に突出して容器３の内壁と摺接する鍔状部４４を有するスクレーパー４２が固定された構成としている。本実施形態に係るスクレーパー４２は、図１１、図１２（図１１におけるＣ−Ｃ線断面図）に示すように、樹脂材料を用いてリング状に形成されていると共に、鍔状部４４の先端が作業者の手を傷つけない程度に鋭利な先細り形状に形成されている。一例として、当該樹脂材料にはフッ化炭素樹脂（フッ素樹脂）を用いることが好適である。

この構成によれば、容器３内に進入するシリンジ固定アッセンブリー３０（ここでは、下部プレート３２）における容器３の内壁との摺接部にＯリングを用いない構造が実現できる。したがって、従来装置において材料の一部がＯリングの取付溝の内部や周辺に付着、固化する等の課題の解決が可能となる。加えて、先端が鋭利で且つ斜め下方に突出する鍔状部４４によって、容器３の内壁に付着した材料Ｍを全て容器３の底部に向けてかき落とすことが可能となる。したがって、材料Ｍを無駄なくシリンジ２内に充填することが可能となる。また、当該スクレーパー４２を特にフッ化炭素樹脂（フッ素樹脂）等を用いて形成すれば、装置使用後のメンテナンス、すなわち、付着した材料Ｍの拭き取りが極めて容易となり、材料Ｍの残留や固化が防止できるため、長期に亘って装置（特に下部プレート３２）を繰り返し使用することが可能となる。

しかし、シリンジ固定アッセンブリー３０を真空チャンバー１２内の所定位置に保持する（位置決めする）上部プレート３３と、容器３内部に進入させる下部プレート３２とは、連結を行うポスト３４およびその固定部分等における寸法公差に起因して、所定の連結位置から相互に微小寸法のズレが生じてしまう場合がある。これは、容器３の内壁と下部プレート３２（ここでは、外縁部に配設されたスクレーパー４２）との間に、隙間が大きい箇所と隙間が小さい箇所とを生じさせてしまう原因となる。その結果、容器３を上昇させてシリンジ２内に材料Ｍの充填を行う際に、隙間が大きい箇所から、材料Ｍが噴出してしまう問題をもたらすこととなる。

これに対して、本実施形態においては、スクレーパー４２が径方向に所定量、移動可能となるように、リング状の固定用部材４５を用いて下部プレート３２に固定される構成を備えている。すなわち、固定位置において、スクレーパー４２の内壁と下部プレート３２の外壁との間に所定隙間が設けられ、且つ、スクレーパー４２の上面と下部プレート３２の対向面との間、およびスクレーパー４２の下面と固定用部材４５の対向面との間にも所定隙間が設けられる構成である。この構成によれば、シリンジ固定アッセンブリー３０によってシリンジ２を保持した際に、上部プレート３３に対して下部プレート３２の連結位置に微小寸法のズレが生じ、容器３の中心に対して下部プレート３２の中心が偏心していた場合であっても、下部プレート３２が容器３内に進入して、下部プレート３２のスクレーパー４２（鍔状部４４）が容器３の内壁と接触することによって、偏心量に応じて内壁から受ける力によってスクレーパー４２が径方向に移動して、スクレーパー４２の中心が容器３の中心と一致するように矯正されるため、上記のような問題を解決することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る充填装置１によれば、容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させて、シリンジ固定アッセンブリー３０を下部プレート３２側から容器３内に密着させながら（すなわち所定の寸法公差で隙間なく）進入させることによって、当該シリンジ固定アッセンブリー３０によって保持されたシリンジ２内に大径部２ａ側から材料Ｍを充填させる構成の実現が可能となった。しかしながら、本願発明者が鋭意研究した結果、上記構成を備える充填装置１において、新たな課題が生じ得ることを究明した。

新たな課題の一つは、容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させてシリンジ２内への材料Ｍの充填が完了し、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外した後に、容器台１６および容器３を鉛直方向下方へ向けて移動させる際において、容器台１６のみが降下し、容器３はシリンジ固定アッセンブリー３０に密着した状態となって降下しない状態、すなわち取り外せない状態となってしまうことである。これは、充填により容器３内の材料Ｍが減少して容器全体の重量が軽くなることに加えて、本実施形態に係るシリンジ固定アッセンブリー３０（下部プレート３２）がスクレーパー４２を備えていることにより容器３との密着性が格段に高まったこと等に起因するものと考えられる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、容器台１６に固定される支持部４７と、支持部４７に設けられて容器３の外方から中心方向へ向かう方向に突出する係合部４８とを有する容器サポート４６を備えている。本実施形態に係る容器サポート４６は板状部材の端部を９０［°］折曲させて支持部４７と係合部４８とを設ける構成となっている。一例として、容器３を挟んで対向する位置に二つの容器サポート４６Ａ、４６Ｂが設けられている。ここで、容器サポート４６の係合部４８は、平面視において容器の把手部３Ａと重なる位置で且つ正面視において把手部３Ａよりも鉛直方向上方となる位置に配設されている。なお、変形例として、容器サポート４６は真空チャンバー１２内に位置するシャフト１８に固定される構成としてもよい（不図示）。また、係合部４８が係合する部位は把手部３Ａに代えて容器３の上端縁としてもよい（不図示）。

この構成によれば、シャフト１８により容器台１６を鉛直方向下方へ向けて移動させた際に、容器３が容器台１６に伴って移動しない状況が発生した場合には、容器サポート４６の係合部４８が把手部３Ａと当接することとなり、容器３を鉛直方向下方へ引き下げて移動させることができる。したがって、容器３がシリンジ固定アッセンブリー３０に密着して降下しない状態、すなわち取り外せない状態となってしまう課題の解決が可能となる。なお、容器３を容器台１６上に載置する場合には、平面視において容器の把手部３Ａと容器サポート４６の係合部４８とが重ならない配置とすることで、係合部４８が把手部３Ａに当接することなく載置することが可能となる。

ここで、上記のように容器３が容器台１６に伴って移動しない状況が発生した場合に、当該容器３を鉛直方向下方へ引き下げる作用効果を確実に奏するためには、係合部４８と把手部３Ａとが確実に当接することが重要となる。したがって、容器台１６を鉛直方向上下方向に移動させる際に、容器台１６がシリンジ固定アッセンブリー３０に対して回動してしまうことの防止が重要な課題となる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、鉛直方向上下方向に移動されるシリンダー５６とシャフト１８とを連結する際に、両者の間に板状部材を用いた昇降板５０を挟んで連結する構成としている。さらに、昇降板５０の両端部に貫通孔５０Ａ、５０Ｂを設け、当該貫通孔５０Ａ、５０Ｂにそれぞれ挿通させると共に架台１０に固定させたガイド５２（５２Ａ、５２Ｂ）を設ける構成としている。なお、一例として、ガイド５２は円柱状部材を用いて形成されているが、これに限定されるものではない。

この構成によれば、仮にシリンダー５６が軸中心に回動してしまうおそれがある構造の場合であっても、昇降板５０がガイド５２によって回動することが規制されるため、シャフト１８の回動を防止することができ、ひいては、シャフト１８に連結される容器台１６の回動を防止することができる。したがって、容器サポート４６の作用効果を確実に奏することが可能となる。

もう一つの新たな課題として、材料Ｍの粘度が比較的低い場合においては、シリンジ２内への材料Ｍの充填が完了し、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外した後、容器台１６および容器３を鉛直方向下方へ向けて移動させる際に、容器３が降下しない問題は発生しにくくなるものの、その一方で、粘度が低いが故に、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外す時点で、材料Ｍがシリンジ２下部の第１開口部２Ａから（すなわち、嵌合されているシリンジ充填口部材３１の第１貫通孔３１Ａから）流れ出してしまう問題が発生し易くなる。特に、真空チャンバー１２内が大気開放された状態では、当該問題の発生リスクが高くなる。

本実施形態においては、以下の特徴的な構成を備えることによって、当該課題の解決を可能としている。具体的には、上部プレート３３に設けられる第３貫通孔３３Ａの内径がシリンジ２の小径部２ｂに装着されるキャップ（不図示）の外径よりも大きく形成された構成を備えている。

通常、シリンジ２は小径部２ｂに装着可能なキャップを備えているのが一般的であるが、上記の構成によれば、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０に保持させた状態のままで、第３貫通孔３３Ａの内部に位置するシリンジ２の小径部２ｂにキャップを装着することが可能となる。これにより、容器台１６および容器３を鉛直方向上方へ向けて移動させてシリンジ２内に材料Ｍを充填させた後、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外す前に、シリンジ２の小径部２ｂにキャップを装着することが可能となる。したがって、材料Ｍの粘度が比較的低い場合であっても、シリンジ２の小径部２ｂにキャップが装着されていることによって、シリンジ２をシリンジ固定アッセンブリー３０から取外す際に、シリンジ２の第１開口部２Ａから（すなわち、嵌合されているシリンジ充填口部材３１の第１貫通孔３１Ａから）材料Ｍが流れ出てしまうことが防止できる。

続いて、上記の構成を備える充填装置１を用いて、容器３に収容されたペースト状の材料Ｍをシリンジ２に充填する工程の概略について説明する。

先ず、空のシリンジ２を所定本数用意して、図６もしくは図８に例示されるように、シリンジ固定アッセンブリー３０の組立てを行う（ステップ１）。

次いで、充填装置１の真空チャンバー１２の開閉扉２２を開いて、所定量の材料Ｍが収容された容器３を真空チャンバー１２内に入れ、容器台１６上の所定位置に載置する（ステップ２）。

次いで、シリンジ固定アッセンブリー３０を真空チャンバー１２内に入れ、所定位置に保持する（ステップ３）。このとき、シリンジ固定アッセンブリー３０の下部プレート３２側を容器３に入れるようにしながら、上部プレート３３をホルダー４０の所定位置に位置決めして保持させる。

次いで、シリンジ固定アッセンブリー３０と、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａに取り付けられた係止部２６との間に、ストッパー３８をスライド移動で進入させて隙間なく取付ける（ステップ４）。

次いで、開閉扉２２を閉めて、真空ポンプ２０を駆動し、真空チャンバー１２内を設定気圧（一例として、５０〜１００［Ｐａ］程度）まで減圧する（ステップ５）。

次いで、真空チャンバー１２内が設定気圧の真空状態となったところで、真空ポンプ２０を停止する。この状態で、電気モーター５４を駆動して、シリンダー５６を上昇させる。これに伴い、シャフト１８の上端の容器台１６に載置された容器３が上昇する。これによって、シリンジ固定アッセンブリー３０が容器３内の底部に向かってさらに進入し、シリンジ固定アッセンブリー３０によって保持されたシリンジ２内への材料Ｍの充填が行われる（ステップ６）。

ここで、シリンジ２内への材料Ｍの充填は、真空チャンバー１２の上部パネル１２ａに取り付けたレーザ変位センサー１４によって、シリンジ２内に充填される材料Ｍの上面位置の変位を検出しながら行う。シリンジ２内に充填される材料Ｍの上面位置が所定位置となった時点で、容器３の上昇を停止することによって、シリンジ２内への材料Ｍの充填が完了する（ステップ７）。

次いで、真空チャンバー１２内を大気開放した後、開閉扉２２を開ける（ステップ８）。ここで、ストッパー３８をスライド移動で進出させて取外す（ステップ９）。

次いで、シリンジ固定アッセンブリー３０に保持された状態の全てのシリンジ２の小径部２ｂに、当該小径部２ｂを封止するキャップを嵌合する（ステップ１０）。ただし、材料Ｍの粘度が高い場合等においては、キャップを嵌合しない場合もあり得る。

次いで、第１プレート３３Ｘの領域にあるポスト３４を固定しているローレットノブ３６を取外すことによって、第１プレート３３Ｘのみを取外す（ステップ１１）。このとき、シリンジ２は上部で保持されない状態となるが、下部に嵌合されているシリンジ充填口部材３１が嵌合溝３２ａに密着して嵌合されているため、倒れずに自立した状態が維持される。なお、第２プレート３３Ｙは依然、下部プレート３２と連結されたままであるため、下部プレート３２が自重で落下することはない。

次いで、各シリンジ２を取外して、真空チャンバー１２内から取出す（ステップ１２）。このとき、シリンジ２の小径部２ｂにはキャップが嵌合された状態であるため、下部から材料Ｍが漏出してしまうことの防止が図られている。なお、大径部２ａにシリンジ充填口部材３１が嵌合された状態であることも、材料Ｍの漏出を抑制する効果を生じさせる。

次いで、電気モーター５４を駆動して、シリンダー５６を降下させて、容器３を所定位置まで降下させる（ステップ１３）。この状態で、第２プレート３３Ｙと下部プレート３２とが連結された状態のシリンジ固定アッセンブリー３０を真空チャンバー１２内から取出し（ステップ１４）、次いで、容器３を真空チャンバー１２内から取出し（ステップ１５）、一連の工程が終了する。

以上、説明した通り、本発明に係る充填装置によれば、シリンジにペースト状の材料を充填する際に、シリンジ内における小径部の寸法から大径部の寸法へと内部形状が変化する位置において気泡溜まりが発生することの防止が可能な構成を実現することができる。また、当該構成の実現に際して生じる種々の課題を同時に解決することができる。したがって、材料への気泡混入を確実に防止することが可能な充填装置を提供することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。特に、真空チャンバー内で同時に充填を行うシリンジが複数本（一例として四本）の場合を例に挙げて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、それ以外の本数の場合においても同様に適用することができる。

１ 充填装置
２ シリンジ
２Ａ 第１開口部
２Ｂ 第２開口部
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 径変化部
３ 容器
１０ 架台
１２ 真空チャンバー
１４、１５ レーザ変位センサー
１６ 容器台
１８ シャフト
２０ 真空ポンプ
２２ 開閉扉
２６ 係止部
３０ シリンジ固定アッセンブリー
３１ シリンジ充填口部材
３１Ａ 第１貫通孔
３２ 下部プレート
３２Ａ 第２貫通孔
３２ａ 嵌合溝
３３ 上部プレート
３３Ａ 第３貫通孔
３３Ｘ 第１プレート
３３Ｙ 第２プレート
３３Ｚ 境界位置
３４ ポスト
３６ ローレットノブ
３８ ストッパー
４０、４０Ａ、４０Ｂ ホルダー
４２ スクレーパー
４４ 鍔状部
４６、４６Ａ、４６Ｂ 容器サポート
５０ 昇降板
５２、５２Ａ、５２Ｂ ガイド
５６ シリンダー
Ｍ 材料

Claims (7)

1. 真空チャンバーを備え、減圧された前記真空チャンバー内において、相対的に大きな外径に形成されて第１開口部を有する大径部が一端に設けられ、相対的に小さな外径に形成されて第２開口部を有する小径部が他端に設けられたシリンジにペースト状の材料を充填する充填装置であって、
   一端に第１嵌合突起と、他端に前記シリンジの前記第１開口部に内嵌される第２嵌合突起とを有すると共に、内部に一端から他端にかけて貫通形成される第１貫通孔を有するシリンジ充填口部材と、
   前記大径部を鉛直方向下方に向けると共に前記小径部を鉛直方向上方に向けて、前記大径部の前記第１開口部に前記シリンジ充填口部材が嵌合された状態の前記シリンジを、鉛直方向下方側で保持する下部プレート、および、鉛直方向上方側で保持する上部プレートと、
   前記下部プレートと前記上部プレートとが一本もしくは複数本の前記シリンジを挟み込むように配置されると共にポストにより連結されて構成されるシリンジ固定アッセンブリーと、
   前記シリンジ固定アッセンブリーを前記真空チャンバー内の所定位置において保持するホルダーと、
   前記真空チャンバーの下部パネルに挿通され、シールされた状態で上下動可能に配設されたシャフトと、
   前記シャフトの上端に固定され、前記シリンジ固定アッセンブリーに対して鉛直方向下方の位置において前記材料が収容された容器を載置する容器台と、を備え、
   前記下部プレートは、前記シリンジ充填口部材の前記第１嵌合突起が内嵌される嵌合溝を有し、前記嵌合溝に前記シリンジ充填口部材が嵌合された状態で前記シリンジ充填口部材の前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔が設けられており、
   前記上部プレートは、前記シリンジの前記小径部を進入させる、前記大径部の外径よりも小さな内径を有する第３貫通孔が設けられており、
   前記容器が載置された前記容器台を前記シャフトにより鉛直方向の下方から上方へ移動させることによって、前記シリンジ固定アッセンブリーを前記下部プレート側から前記容器内に進入させ、前記容器内の前記材料を前記第２貫通孔および前記第１貫通孔から前記シリンジ内に充填させること
   を特徴とする充填装置。
2. 前記ポストは、複数本が設けられ、
   前記上部プレートは、第１プレートと第２プレートとを有し、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートのそれぞれの領域に少なくとも一本の前記ポストが配設されて、前記第１プレートおよび前記第２プレートが個別に取外し可能に前記ポストにより連結されて構成されており、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートのうち所定の一方のみが取外された状態で、全ての前記シリンジが前記シリンジ固定アッセンブリーから取外し可能となるように、前記第１プレートと前記第２プレートとの境界位置が設定されていること
   を特徴とする請求項１記載の充填装置。
3. 前記容器台もしくは前記シャフトに固定される支持部と、前記支持部に設けられて前記容器の外方から中心方向へ向かう方向に突出する係合部と、を有する容器サポートをさらに備え、
   前記係合部は、平面視において前記容器の把手部と重なる位置で且つ正面視において前記把手部よりも鉛直方向上方となる位置、もしくは、平面視において前記容器の上端縁と重なる位置で且つ正面視において前記上端縁よりも鉛直方向上方となる位置、に配設されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の充填装置。
4. 前記下部プレートの外縁部に配設されて、斜め下方に突出して前記容器の内壁と摺接する鍔状部を有するリング状で樹脂材料を用いて形成されたスクレーパーをさらに備え、
   前記スクレーパーは、径方向に所定量、移動可能なように前記下部プレートに固定されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の充填装置。
5. 前記シリンジ固定アッセンブリーが前記ホルダーにより保持された状態において、前記シリンジ固定アッセンブリーと、前記真空チャンバーの上部パネルもしくは該上部パネルに取り付けられた係止部との間に隙間なく進入および進出可能に設けられた板状部材からなり、前記シリンジ固定アッセンブリーの鉛直方向上方への移動を規制するストッパーをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の充填装置。
6. 前記真空チャンバーの上部パネルに設けられたガラスプレートを介在させて取り付けられ、前記シリンジ内に充填される前記材料の上面位置の変位を検出するレーザ変位センサーをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の充填装置。
7. 前記シリンジは、前記小径部に装着可能なキャップを有し、
   前記上部プレートは、前記第３貫通孔の内径が前記キャップの外径よりも大きく形成されていること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の充填装置。

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