JP2025166360A - 充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンジに充填する材料が流路等に多く残留して無駄になってしまうことの防止が可能な、簡素な構造の充填装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る充填装置１は、ペースト状の材料をシリンジ５０内に充填する充填装置であって、ステージ１２と、ステージ１２から下方へ延設されて内部にシリンジ５０が着脱可能に収容されるサポート部１４と、サポート部１４に収容されたシリンジ５０を上から押圧して固定する押圧部３０と、材料を貯留する貯留容器４２が配設される材料供給部４０と、を備え、サポート部１４は、貫通孔１８が穿設され、貯留容器４２へ進入・進出する弁体１６を下端部に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充填装置に関し、さらに詳細には、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、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難い充填装置および方法が研究されてきた。一例として、回転テーブルを備える充填装置が開発されている（特許文献１：国際公開ＷＯ２０２２／１５３８１６号参照）。

国際公開ＷＯ２０２２／１５３８１６号

上記の特許文献１に例示される充填装置によれば、ステージ上に回転テーブルを備える構成によって、シリンジ内の脱気や材料の充填等の一連の工程を連続的に行うことができるため、生産効率を向上することができる。その一方で、構造が複雑化してしまうため、簡素な構造の装置とすることが求められていた。

上記課題の解決を図るべく本願発明者らが研究を進めていく中で、シリンジの開口（充填口）が材料の貯留部から遠い位置に配置される構造が主要因となり、流路（配管部等）に材料が残留して無駄になってしまうことが新たな課題として生じた。特に、シリンジの容量が少量の場合に、相対的に多くの材料が残留してしまうこととなり、当該課題が顕著に生じ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、シリンジに充填する材料が流路等に多く残留して無駄になってしまうことの防止が可能な、簡素な構造の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、ペースト状の材料をシリンジ内に充填する充填装置であって、ステージと、前記ステージから下方へ延設されて内部に前記シリンジが着脱可能に収容されるサポート部と、前記サポート部に収容された前記シリンジを上から押圧して固定する押圧部と、前記材料を貯留する貯留容器が配設される材料供給部と、を備え、前記サポート部は、貫通孔が穿設され、前記貯留容器へ進入・進出する弁体を下端部に有することを要件とする。

本発明によれば、シリンジに充填する材料が流路等に多く残留して無駄になってしまうことの防止が可能な、簡素な構造の充填装置を実現することできる。特に、容量が少量のシリンジに対して、好適に適用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る充填装置の例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す充填装置の正面断面図である。 図３は、図１に示す充填装置において、第１アダプターが単独で取付けられた状態の例を示す拡大図（正面断面図）である。 図４は、図１に示す充填装置において、第１アダプターと第２アダプターとが積層されて取付けられた状態の例を示す拡大図（正面断面図）である。 図５Ａおよび図５Ｂは、図１に示す充填装置の操作機構の動作を説明する説明図である。 図６は、図１に示す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正面断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る充填装置の例を示す拡大図（正面断面図）である。 図８は、図７に示す充填装置における係止治具の例を示す斜視図である。

（第１の実施形態）
本発明に係る充填装置１は、貯留容器４２に貯留されたペースト状の充填材料（以下、単に「材料」と称する場合がある）をシリンジ５０に充填する装置である。以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る充填装置１の構成例を示す斜視図（概略図）であり、図２は、その正面断面図（概略図）である。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的な構造材料（金属材料、樹脂材料）が用いられる。

先ず、本実施形態に係る充填装置１を用いて材料が充填されるシリンジ５０の構成について詳しく説明する。図６に示すように、シリンジ５０は、一端に相対的に小さな外径および内径を有する小径部５１と、他端に相対的に大きな外径および内径を有する大径部５２とを備えている。また、小径部５１には開口（第１開口）５１ａが、大径部５２には開口（第２開口）５２ａが、それぞれ形成されている。

本実施形態においては、小径部５１の第１開口５１ａから材料が内部に充填される構成としている（ただし、第２開口５２ａから充填される構成としてもよい）。また、第２開口５２ａからプランジャー６０が摺動可能に内部に嵌入される。このプランジャー６０は、第２開口５２ａを封止しつつ、充填された材料を第１開口５１ａから送出させる際に押動される部材である。なお、シリンジ５０およびプランジャー６０の形成材料は特に限定されるものではなく、充填材料の性質等に応じて適宜選定された樹脂材料を用いて形成される。また、プランジャーを備えない場合もある。

また、小径部５１の第１開口５１ａの周囲にはネジ部５１ｂが設けられており、第１開口５１ａを封止するキャップ（不図示）が嵌設可能な構成となっている。なお、ネジ部５１ｂの例として、第１開口５１ａを一重円筒状（単円筒状）に形成し、その内周もしくは外周に設ける構成、または、第１開口５１ａを二重円筒状に形成し、外側円筒の内周に設ける構成等を採用することができ、本実施形態においては後者の構成により例示している。

次に、本実施形態に係る充填装置１の構成について詳しく説明する。図１、図２に示すように、充填装置１は、シリンジ５０を（本実施形態では、小径部５１側から）進入させる開口を有する進入部１３が形成された略板状のステージ１２を備えている。また、ステージ１２から下方へ延設されて（すなわち、ステージ１２から下方へ延びるように当該ステージ１２に取付けられて）、内部にシリンジ５０が着脱可能に収容されるサポート部１４を備えている。ここで、「内部に収容」とは、シリンジ５０の長手方向の全部が収容されていることを要せず、一部（本実施形態では、上端となる大径部５２側）がサポート部１４の外部となるように配置される場合も含むものとする。なお、本実施形態では、シリンジ５０のみではなくサポート部１４も、共に進入部１３に進入させる構成となっている。

また、充填装置１は、シリンジ５０を径方向に移動しないように保持する（すなわち、シリンジ５０の径方向移動を規制する）保持部１７を備えている。なお、保持部１７は、ステージ１２の上部（もしくは下部、またはその両方に係る位置でもよい）に固定されている。

また、充填装置１は、サポート部１４に収容されたシリンジ５０を上から押圧して固定する押圧部３０を備えている。さらに、ステージ１２の下方となる位置に貯留容器４２が配設される材料供給部４０を備えている。

先ず、サポート部１４は、後述の材料供給部４０（移動機構４４）によって、上下動される貯留容器４２の内部に進入・進出する弁体１６が下端部に取付けられている。一例として、前記サポート部１４は、円筒状（内周、外周に異径部が有る場合を含む）に形成されており、周面を切欠いて内部視認窓１５が設けられている。また、貯留容器４２は有底円筒状に形成されている。また、弁体１６は円盤状の形状であって外周には貯留容器４２の内壁に摺接可能な外径のシール部材（Ｏリング等）１９が嵌設されている。さらに、弁体１６は所定位置（本実施形態においては、径方向中央位置）に貫通孔１８が穿設されている。これによれば、後述の材料供給部４０（移動機構４４）を駆動して貯留容器４２を上昇させ、弁体１６を貯留容器４２に進入させて材料を押圧することにより、貫通孔１８から材料を送出させることができる。

また、サポート部１４は、シリンジ５０の小径部５１が嵌合され、小径部５１の開口（本実施形態では、第１開口５１ａ）と貫通孔１８とを連通させる嵌合部２３が設けられている。これによれば、貯留容器４２に進入する弁体１６の貫通孔１８と、材料の充填口となるシリンジ５０の第１開口５１ａとを近接配置することが可能となるため、両者の間に残留する材料を低減することが可能となる。

より具体的には、弁体１６に嵌合部２３（２３Ａ）が設けられている。後述のアダプターを取付けない状態で、長さ（軸方向寸法）が相対的に長いシリンジ５０をサポート部１４に収容し、材料を充填することができる。また、アダプターにも嵌合部２３（２３Ｂ、２３Ｃ）が設けられている。当該アダプターを取付けた状態で、長さ（軸方向寸法）が相対的に短いシリンジ５０をサポート部１４に収容し、材料を充填することができる。一例として、弁体１６およびアダプターは、金属材料もしくは樹脂材料を用いて形成されている。また、嵌合部２３には、シール性を高めるためにゴムもしくはエラストマーを用いて形成されたシール部２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ）がシリンジ５０（小径部５１の所定位置）と密着（圧着）可能に設けられている（ただし、シール部２６は省略してもよい）。なお、変形例として、小径部５１のネジ部５１ｂを螺合させてシールする構成としてもよい（不図示）。

アダプターの具体例として、相互に形状が同一もしくは異なる第１アダプター２１および第２アダプター２２を有し、いずれか一方が単独の状態で、または、両方が積層された状態で取付けられる構成となっている。ここで、図３は、第１アダプター２１が単独で取付けられた状態である（なお、図２もこの状態で図示している）。また、図４は、第１アダプター２１と第２アダプター２２とが積層されて取付けられた状態である。第１アダプター２１は、径方向の中心位置に弁体１６の貫通孔１８と連通するように上下方向に貫通形成された貫通孔２４が設けられている。同様に、第２アダプター２２に貫通孔２５が設けられている。

上記の構成によれば、適宜、アダプターの取付け状態（すなわち、単独状態もしくは積層状態）を変更することで、長さの異なるシリンジ５０をサポート部１４に収容することができ、且つ、押圧部３０によって押圧して固定することができる。特に、容量が少量（例えば、５ｍｌ、１０ｍｌ等）で長さの短いシリンジ５０であっても、収容して固定することができる。

なお、サポート部１４の内部視認窓１５から確認しながら、シリンジ５０を嵌合部２３に嵌合させる作業を行うことができるため、確実な嵌合が可能となり、材料が漏れる事故を防止できる。

次に、押圧部３０は、シリンジ５０の大径部５２に当接して軸線方向に押圧するシリンジ当接部３２を有している。シリンジ当接部３２は、ステージ１２（もしくは、他の部材でもよい）に取付けられた操作機構３１によって、大径部５２に対して接離（上下動（前後成分を含む））可能に構成されている。これによれば、サポート部１４（弁体１６もしくはアダプター２１、２２）の嵌合部２３と、シリンジ当接部３２とで、シリンジ５０を軸線方向に挟持（クランプ）して保持（着脱可能に固定）することができる。なお、シリンジ当接部３２は、シリンジ５０の大径部５２がフランジ５２ｂを有する場合には当該フランジ５２ｂに当接し、フランジを有しない場合には大径部５２の端部に当接する。

本実施形態に係る操作機構３１は、レバー３６を垂直から水平の方向へ倒すことでシリンジ当接部３２が大径部５２に対して離反（上方へ移動）し（図５Ａ参照）、レバー３６を水平から垂直の方向へ起こすことでシリンジ当接部３２が大径部５２に対して接近（下方へ移動）する（図５Ｂ参照）ように構成されている。なお、操作機構３１は、レバー３６を備える構成に限定されるものではなく、シリンダ等を備える構成としてもよい（不図示）。

次に、充填装置１は、ターゲットまでの距離（すなわち、ターゲットの位置）を計測する測距センサー４６が配置された測距部４５を備えている。なお、一例として、測距センサー４６は、レーザー式測距センサーであるが、これに限定されるものではない。ここで、本実施形態に係るターゲットとして、シリンジ５０の大径部５２の第２開口５２ａに挿入され、材料の充填に伴って上昇する計測ピン３８を備えている。具体的に、計測ピン３８は、シリンジ当接部３２に形成された挿通孔３４に挿通され、上下動可能に保持されている。このとき、計測ピン３８の先端部（下端部）が、シリンジ５０内に充填される材料の上面に対して当接した状態（本実施形態はプランジャー６０を備える場合の例であるため、直接的な当接ではなく、材料の上面と連動して上昇するプランジャー６０の上面に対して当接した状態）で保持されている。

充填対象のシリンジ５０は、特に容量が少量（例えば、５ｍｌ、１０ｍｌ等）の場合には、シリンジ５０（大径部５２）の内径が小さい（例えば、直径１０ｍｍ、１５ｍｍ等）ことに起因して測距センサーによる材料の上面（液面）すなわち充填量の検出が不可能となってしまう課題があった。これに対して、上記のターゲットを備える構成によれば、当該課題の解決すなわちシリンジ５０内における充填量の検出が可能となる。

次に、本実施形態に係る材料供給部４０について説明する。図１、図２に示すように、材料供給部４０は、シリンジ５０に充填する材料を貯留させる貯留容器４２と、貯留容器４２を上下動させる移動機構４４と、を備えている。

一例として、移動機構４４には、ステッピングモーターを備えた公知の直動機構を用いているが、これに限定されるものではない。

また、本実施形態に係る貯留容器４２は、弁体１６の直下となる配置で、材料供給部４０に対して着脱可能に取付けられている（なお、着脱不能な固定式としてもよい）。例えば、相対的に大きな形状（径、高さ）の貯留容器４２を用いれば交換作業を減らすことができ、相対的に小さな形状（径、高さ）の貯留容器４２を用いれば材料の変性や劣化が生じる前に使い切ることができるといったように、充填するシリンジ５０の数量や材料の性質等に応じて、最適な貯留容器４２の選択が可能な構成となっている。

上記の構成に適したオプションとして、本実施形態に係るサポート部１４は、高さ寸法が異なる複数種類が用意されると共に、その中から材料供給部４０に取付けられる貯留容器４２の高さ寸法に対応する一つが選択されて着脱可能にステージ１２に取付けられる構成としている。これによれば、貯留容器４２の形状（特に、高さ）に応じて適切な高さ寸法のサポート部１４を選択することで、貯留容器４２の上端がステージ１２の下面に当接することなく、弁体１６が貯留容器４２内の所定位置（底面もしくはその近傍）まで適切に進入させることができる。したがって、貯留容器４２内に材料が残留してしまうことをより一層防止できる。ただし、サポート部１４は、複数種類が用意されて選択される構成としなくてもよい。

続いて、上記の構成を備える充填装置１を用いて、貯留容器４２に収容されたペースト状の材料をシリンジ５０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５０（一本）を、ステージ１２の進入部１３（本実施形態では、進入部１３に進入させたサポート部１４）に小径部５１側から進入させてサポート部１４の内部に収容し、小径部５１を第１アダプター２１の嵌合部２３に嵌合させる。なお、第１アダプター２１を用いずに弁体１６に保持させる場合や、第１アダプター２１と第２アダプター２２とを積層させて保持させる場合においても、上記と同様に、弁体１６や第２アダプター２２に設けられる嵌合部２３に嵌合させればよい。

次いで、押圧部３０の操作機構３１のレバー３６を操作（本実施形態では、傾倒）して、シリンジ当接部３２の下面をシリンジ５０の大径部５２（本実施形態では、フランジ５２ｂ）に当接させて下向きに押圧する。この動作により、シリンジ５０がシリンジ当接部３２と第１アダプター２１の嵌合部２３とで軸線方向に挟持（クランプ）して保持（固定）される。このとき、小径部５１（所定位置）と嵌合部２３（シール部２６）とが密着（圧着）してシール性が確保された状態で、第１開口５１ａと貫通孔１８とが連通した状態となる（本実施形態では、第１アダプター２１の貫通孔２４を介して連通する）。

次いで、移動機構４４を駆動して貯留容器４２を上昇させる。この動作により、貯留容器４２内に弁体１６が進入し（貯留容器４２の移動によって相対的に進入し）、弁体１６の下面で貯留容器４２内の材料（の上面）を押圧する状態となる。したがって、材料は加圧された状態となり、弁体１６の貫通孔１８を通じて材料を送出する作用が生じ、当該貫通孔１８（本実施形態では、さらに貫通孔２４）を通じてシリンジ５０の第１開口５１ａから内部への材料の充填が開始される。

このとき、シリンジ５０内部への材料の充填が進行すると、内部の材料の上面（液面）が上昇する。本実施形態では、これに伴って当該上面と当接しているプランジャー６０が上昇する。

当該プランジャー６０の上面の位置（上面までの距離）を、前述の計測ピン３８を用いて測距部４５の測距センサー４６により計測することによって、シリンジ５０内に充填中の材料の上面の位置（すなわち充填量）を検出する。当該充填量が設定値に達したときに、移動機構４４の駆動を停止、すなわち貯留容器４２の上昇を停止する。これにより、シリンジ５０への充填動作が完了する。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る充填装置１について説明する。本実施形態に係る充填装置１は、前述の第１の実施形態と基本的な構成は同様であるが、特に、シリンジ５０を保持する構成において相違点を有する。以下、当該相違点を中心に本実施形態について説明する。ここで、図７は、本実施形態に係る充填装置１の構成例を示す正面断面図（サポート部１４周辺の拡大図）である。

本実施形態に係る充填装置１は、保持部１７の内部に着脱可能に（互いの周面が密接するように）取付けられる係止治具２０を備えている（図８に斜視図を示す）。本実施形態に係る係止治具２０は、一端（下端となる位置）にシリンジ５０の大径部５２が係止可能な係止部２０ａを有し、他端（上端となる位置）に鍔部２０ｂを有する略円筒状に形成されている。一例として、係止部２０ａは、シリンジ５０の大径部５２のフランジ５２ｂを進入させて周方向に回転させることにより嵌合固定がなされる嵌合溝として構成されている（ただし、この構成に限定されるものではない）。これによれば、係止治具２０に係止された状態のシリンジ５０を、サポート部１４の内部に収容することができる。また、係止治具２０の他端（上端）となる鍔部２０ｂを、押圧部３０のシリンジ当接部３２によって押圧することができる。したがって、シリンジ５０の横方向移動を規制しつつ、嵌合部２３とシリンジ当接部３２とで挟持して固定することができる。

特に、相対的に全長が短いシリンジ５０の場合、前述の第１の実施形態（図４）においては第１アダプター２１と第２アダプター２２とを積層させて小径部５１側を保持させなければならなかったのに対し、第１アダプター２１のみ（単体）、もしくは、弁体１６のみ（アダプター無し）で当該シリンジ５０（小径部５１側）を保持することができる。すなわち、アダプターに占める流路の長さをより短くすることができるため、流路内に残留する材料をより減少させることができる。

なお、本実施形態に係る充填装置１におけるその他の構成、および充填装置１を用いた充填工程については、前述の第１の実施形態と基本的に同様であるため繰り返しの説明を省略する。

以上、説明した通り、本発明に係る充填装置によれば、シリンジに充填する材料が流路等に多く残留して無駄になってしまうことの防止が可能な、簡素な構造の充填装置を実現することできる。特に、容量が少量のシリンジを用いる場合でも、貯留容器や流路に残留する量を低減することができ、且つ、充填量を確実に検出して正確に充填することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態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。

１ 充填装置
１２ ステージ
１４ サポート部
１６ 弁体
２０ 係止治具
２１、２２ アダプター
３０ 押圧部
４０ 材料供給部
４２ 貯留容器
４５ 測距部
５０ シリンジ

Claims (8)

1. ペースト状の材料をシリンジ内に充填する充填装置であって、
   ステージと、
   前記ステージから下方へ延設されて内部に前記シリンジが着脱可能に収容されるサポート部と、
   前記サポート部に収容された前記シリンジを上から押圧して固定する押圧部と、
   前記材料を貯留する貯留容器が配設される材料供給部と、を備え、
   前記サポート部は、貫通孔が穿設され、前記貯留容器へ進入・進出する弁体を下端部に有すること
   を特徴とする充填装置。
2. 前記サポート部は、前記シリンジの小径部が嵌合され、前記小径部の開口と前記貫通孔とを連通させる嵌合部を有し、
   前記嵌合部は、前記弁体もしくは前記弁体上に着脱可能に取付けられるアダプターの少なくとも一方に設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の充填装置。
3. 前記シリンジの大径部が係止可能な係止部を有して前記押圧部により押圧される係止治具が着脱可能に取付けられる構成であること
   を特徴とする請求項１記載の充填装置。
4. ターゲットまでの距離を計測する測距部をさらに備え、
   前記測距部は、前記ターゲットとして、前記シリンジの大径部の開口に挿入され、前記シリンジ内に充填される前記材料の上面に対して直接もしくはプランジャーを介して先端が当接した状態で保持される構成により、前記材料の充填に伴って上昇する計測ピンを有すること
   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. 前記押圧部は、前記計測ピンが挿通可能な挿通孔が穿設され、前記シリンジの前記大径部に直接もしくは他の部材を介して当接して押圧するシリンジ当接部を有すること
   を特徴とする請求項４記載の充填装置。
6. 前記貯留容器は、前記材料供給部に着脱可能に取付けられ、
   前記サポート部は、高さ寸法が異なる複数種類が用意され、前記材料供給部に取付けられる前記貯留容器の高さ寸法に対応する一つが選択されて着脱可能に前記ステージに取付けられること
   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。
7. 前記アダプターとして、相互に形状が同一のもしくは異なる第１アダプターおよび第２アダプターを有し、いずれか一方が単独の状態で、または、両方が積層された状態で取付けられること
   を特徴とする請求項２記載の充填装置。
8. 前記サポート部は、周面を切欠いて形成された内部視認窓を有する円筒状に形成されていること
   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。