JP4225461B2 - 液材の吐出方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液材をノズル吐出口より滴下または飛滴して定量吐出する分野に関し、構成部品の損傷を防止し、液材をクリーンなまま精度良く吐出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液材を飛滴する技術としては、後退動作および進出移動を行うプランジャーを用い、急速前進するプランジャーを弁座に当接させることにより急激に停止させ、プランジャーの前方に位置する液材に慣性力を印加し、この慣性力により液材を飛滴する技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記装置では、液材が飛滴するために必要な慣性力を、停止する固体の弁座に運動する固体のプランジャーを当接させて、プランジャーの運動を瞬時に停止して得るために、前記当接によるプランジャーおよび弁座の損傷が激しく、頻繁に前記プランジャーおよび弁座を交換する必要を生じるという問題や、さらには損傷した部材などが液材に混入・溶解してしまうという問題があった。特に吐出する液材が機能性材料である場合には、前記部材の混入・溶解により液材の持つ機能効果が得られないことがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、急速前進するプランジャーを弁座に当接させることなく急激に停止させて液材を飛滴させることにより、従来技術の有する問題点を解決する液体の吐出方法および吐出装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、吐出方法の発明にあっては、先端面が液材に密接した液材吐出用プランジャーを高速前進させ、次いでプランジャー駆動手段を急激停止させて、液材に慣性力を印加して液材を吐出させることを特徴とする。
また、吐出方法の発明にあっては、先端面が液材に密接した液材吐出用プランジャーを間欠前進運動させることにより、管形状の計量部に保持された液材に間欠的に慣性力を印加して、連続的に液滴を吐出させることを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決するために、吐出装置の発明にあっては、管形状の計量部と、前記計量部に内接するプランジャーと、吐出口を具えるノズルと、前記計量部と前記ノズルとを連通する第１のバルブと、液材を貯留する貯留容器と、前記貯留容器と前記計量部とを連通する第２のバルブと、で構成され、前記計量部の内径と前記第１のバルブの弁体に設ける通孔とが、実質的に同径であることを特徴とする。
【０００７】
また、上記構成に加えて、前記貯留容器は、加圧手段により加圧されていること、前記プランジャーは、気泡抜き機構を有すること、前記計量部は、前記貯留容器と連通する連通孔を具え、前記連通孔は前記計量部の内径よりも微小径であること、前記ノズルの吐出口の内径は、前記計量部および前記第１のバルブの内径よりも小径であること、前記ノズル吐出口と、前記プランジャーの接液加圧面は、対向する面とすること、前記第１バルブと、前記第２のバルブと、前記加圧手段と、前記駆動手段と、を制御する制御装置を備えること、を選択的に付加したことを特徴にする。
【０００８】
さらにまた、吐出装置の発明にあっては、管状部を有し、前記管状部は外壁面と連通する気泡抜き孔を有するプランジャーロッドと、前記プランジャーロッドの先端に装着され、中心に前記プランジャーロッドの管状部と連通する連通孔を有し、外壁に計量部内壁面と密着するシール部を有する、プランジャーヘッドと、前記プランジャーロッドの管状部に挿入されるバルブロッドと、で構成され、前記バルブロッドの一端が加圧されると、前記バルブロッドの他端が前記プランジャーヘッドと密着するプランジャーを特徴とする。
【０００９】
【作用】
急速前進するプランジャーを急激に停止させ液材に大きな慣性力を与えると、計量部内の液材は、プランジャーの移動速度および移動距離等により飛滴量が制御されて、微量に飛滴吐出する。
また、プランジャーが急速に進出動作し、急速に進出動作を停止することにより、管形状の計量部に充填された液材に慣性力を与え、ノズル先端より液滴を吐出する。この吐出作動は、１回の充填作動により計量部に充填された液材を、複数回の急速前進・急速停止を繰り返して吐出する。
なお、プランジャーの移動速度および移動距離を調整することにより、１回の充填動作で計量部に充填した液材を１回で飛滴することも可能である。
【００１０】
したがって、液材を飛滴させるためには、プランジャーの加速度、すなわち、速度差が重要であり、予めプランジャーを高速に移動させ、その後急停止させる必要があり、プランジャーはプランジャー駆動手段により制御されており、液材を飛滴させるために必要な速度まで速度を向上させるためには、プランジャーが加速するための加速移動距離が必要となる。
また、飛滴吐出量がプランジャーの移動距離に依存されているので、プランジャーの移動距離が短いと、飛滴に必要とするプランジャーの速度を得ることができないので、飛滴吐出量と、飛滴させる液材に適切なプランジャーの移動速度との関係から、プランジャーが前記速度を得るために充分な移動距離が得られるように、計量部およびプランジャーの諸元を決定する。
さらに、飛滴量を微小化するためには、プランジャーの動作範囲（移動距離）を小さくしたいが、飛滴させるためのプランジャーの速度を得るためには、プランジャーの動作範囲（移動距離）は大きくしたいという相反する事象を同時に満たすために、計量部を細くして、飛滴させるためのプランジャー速度が得られるプランジャー移動量を確保し、計量部を細くすることにより、プランジャーが大きく移動しても移動体積量、即ち飛滴量を微少量とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の吐出方法は、より詳細には、液材吐出用プランジャーの先端面を液材に密接させる第１の工程、プランジャーを高速前進させる第２の工程、プランジャーを急激停止させる第３の工程からなり、第１の工程は、セットアップ時または、気泡混入が認められたときに行われる工程であり、ほとんどの吐出作業が第２の工程および第３の工程の繰り返しにより行われる。第２の工程と第３の工程を繰り返す工程においては、プランジャーの先端面が液材に密接しているので、第１の工程のように「密接させる」という行為はない。
【００１２】
本発明の吐出装置は、より詳細には、管形状の計量部と、前記計量部に内接するプランジャーと、前記プランジャーの位置を変位させる移動手段と、吐出口を具えるノズルと、前記計量部と前記ノズルとを連通する第１のバルブと、液材を貯留する貯留容器と、前記貯留容器と前記計量部とを連通する第２のバルブとで構成され、前記プランジャーの動作による液材の圧力変化を効率良くノズル先端まで伝播するためには、管内抵抗を少なくするために、第１のバルブの内径と前記計量部の内径を実質上等しくする。
なお、ここで実質上とは、プランジャーの移動により液材中を伝播する圧力により、ノズル先端より液滴を吐出し得る、バルブ部と計量部との内径差の範囲を定義するものであった、液滴を形成しかねる圧力損失を生じるバルブ部と計量部との内径差を含まない。
【００１３】
さらに、前記ノズルの吐出口と、前記プランジャーの接液面と、を相向かう位置に配設すること、液材が充填された貯留容器から、プランジャーを後退動作して、計量部に液材を充填する。液材によっては、加圧手段により貯留容器内の液材を加圧して、計量部に充填することが好ましい。
【００１４】
前記計量部は、前記貯留容器と連通する連通孔を具え、前記連通孔は前記計量部の内径よりも微小径として、吐出動作における前記計量部内の圧力を前記貯留容器へ流入を最小限にして、吐出する圧力として損出することなく利用することが好ましい。
さらには、前記ノズルの吐出口の内径は、前記計量部の内径および前記吐出バルブ（第１のバルブ）の内径より小径とすることが好ましい。
【００１５】
貯留容器から計量部に充填された液材には、気泡が混入されないことが好ましいので、前記気泡を計量部から外部に排出する機構をプランジャーが備える。
具体的には、前記プランジャーは、管状部を有し、前記管状部は外壁面と連通する気泡抜き孔を有するプランジャーロッドと、前記プランジャーロッドの先端に装着され、中心に前記プランジャーロッドの管状部と連通する連通孔を有し、外壁に計量部内壁面と密着するシール部を有するプランジャーヘッドと、前記プランジャーロッドの管状部に挿入されるバルブロッドと、で構成される。前記バルブロッドの一端が加圧されると、前記バルブロッドの他端が前記プランジャーヘッドと密着する。
【００１６】
計量部に設けられた貯留容器と連通する連通孔は、前記計量部の内径よりも小径であることが好ましい。さらに好ましくは微小径であることが好ましい。
圧力は、ノズルに伝えたいが、連通孔を通じて貯留容器側へも圧力印加される。径が小さいほど流動抵抗は大きくなるから、ノズル側へ適用される圧力の割合が大きくなる。
また、ノズルの吐出口の内径が、前記計量部の内径、および前記バルブの内径よりも小径であることが好ましい。
【００１７】
さらに、前記第１のバルブと、前記第２のバルブと、前記加圧手段と、前記駆動手段と、を制御装置により制御することができる。
【００１８】
【実施例】
本発明の詳細を実施例にもとづき説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１９】
《全体構造》
図１中３１は枠体であって、プランジャー支持体３４を上下方向に案内する案内ロッド３３、３３と、枠体３１の上部に設けたモーター３により回転されプランジャー支持体３４を上下方向に移動させるネジ軸３２とを支持する上部枠体と、吐出バルブ（第１のバルブ）４と液材供給バルブ（第２のバルブ）１０および吐出バルブ（第１のバルブ）４を介して計量部１を支持する下部枠体とで構成されている。
【００２０】
《吐出部（ポンプ）》
管状部材で形成された計量部１内には、プランジャー支持体３４の上下動により、計量部１の内面に密接した状態で上下動するプランジャー２が配設されており、前記計量部１の先端は吐出バルブ（第１のバルブ）４が配設され、前記吐出バルブ（第１のバルブ）４の他端は、ノズル７が配設されている。ここで、吐出バルブ（第１のバルブ）４の弁体５に設けた流路６の内径を前記計量部１の内径とほぼ等しく、吐出バルブ（第１のバルブ）４が開位置においては、液材が計量部１から吐出バルブ（第１のバルブ）４へ円滑に流動するように構成する。
なお、この実施例では、吐出バルブ（第１のバルブ）４は、前記計量部１とノズル７とを連通する開位置と閉止する閉位置との二位置を取るロータリーバルブを採用したが、流路の径が計量部１の内径と等しければ、スライドバルブを用いてもよい。
【００２１】
《貯留容器》
前記計量部１の中央部外壁には管が蝋接されており、前記計量部１の内径と比して極めて小径の孔１３で前記計量部１と前記管が連通している。
前記管の他端は貯留容器８と連通しており、前記管と前記貯留容器８との間に液材供給バルブ（第２のバルブ）１０が配設されている。ここで、液材供給バルブ（第２のバルブ）１０は、前記計量部１と前記貯留容器８とを連通する開位置、または閉止する閉位置、の二位置を取り、また、前記貯留容器８は、前記液材供給バルブ（第２のバルブ）１０と、前記貯留容器８と、の間に設けられた貯留容器接続具９により、装置から着脱可能である。
【００２２】
《気泡抜き》
前記プランジャー２には、気泡抜き機構が設けられている。
すなわち、プランジャー２は、管状部を有し、前記管状部は外壁面と連通する気泡抜き孔２６を有するプランジャーロッド２１と、前記プランジャーロッド２１の先端に装着され、中心に前記プランジャーロッド２１の管状部と連通する気泡抜き孔２３を有し、外壁に計量部内壁面と密着するシール部２４を有するプランジャーヘッド２２と、前記プランジャーロッド２１の管状部に挿入されるバルブロッド２５とで構成される。
プランジャーロッド２１の上部は大径の筒部に形成されてさらに上端部にはフランジ部に形成されており、該フランジ部によってプランジャーロッド２１はプランジャー支持体３４に固定される。前記大径の筒部にはバルブロッド２５の上部の大径部が摺動可能に装着されており、プランジャー支持体３４に螺着した固定ネジ１１が当接しており、通常、バルブロッド２５は固定ネジ１１により一端が加圧されて、バルブロッド２５の他端がプランジャーヘッド２２と密着している。
【００２３】
《気泡抜きの作用》
前記固定ネジ１１を緩めると、前記バルブロッド２５は、プランジャーロッド２１の長さ方向に移動が可能となるため、前記バルブロッド２５が前記固定ネジ１１と当接するとき、バルブロッド２５とプランジャーヘッド２２とが離間してプランジャーヘッド２２に設けた気泡抜き孔２３を開放し、バルブロッド２５とプランジャーヘッド２２との間の空隙を介して、前記プランジャーロッド２１の気泡抜き孔２６とを連通して、外界と連通する。
従って、前記固定ネジ１１を緩めることで、プランジャーヘッド２２は、プランジャーロッド２１および気泡抜き孔２６を介して外部と連通可能であり、当該経路により、プランジャーロッド２１から外部へ気泡を排出する。
【００２４】
次に、上記構成の液材吐出装置を用いた液材吐出作業を説明する。
【００２５】
《液材充填》
液材が充填された貯留容器８を貯留容器接続具９に接続する。
このときプランジャー２は、前記孔１３をノズル側へ越えない前記孔１３に近接した位置まで進出している。
液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を開位置にし、貯留容器８と計量部１を連通させ、前記プランジャー２を後退移動させると、前記貯留容器８内の液材は、前記液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を通じて、前記計量部１内へ流入する。このとき、前記計量部１内には、前記貯留容器８と前記計量部１との間を満たす空気が充填され、その後に液材が流入する。
【００２６】
《気泡抜き》
上記行程において、計量部１内に流入した気体は、気体の圧縮性に伴って圧力応答が鈍くなるので除去する必要になる。
そこで、前記液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を閉位置にし、前記固定ネジ１１を緩め、プランジャー２を進出移動させる。プランジャー２の構成部材であるプランジャーロッド２１は、駆動機構に連結されているから、前記駆動機構に連動して進出移動するが、バルブロッド２５は、前記プランジャーロッド２１と前記固定ネジ１１により連結固定されているから、前記固定ネジ１１を緩めることにより、駆動機構の進出動作しても、固定ネジ１１に当接してから進出することになり（バルブロッド２５は自由な状態にあり）、したがって、バルブロッド２５とプランジャーヘッド２２とが離間して、プランジャーヘッド２２と気泡抜き孔２６が連通する。
【００２７】
さらに、プランジャー２を進出移動させると、計量部１内の液材の圧力は上昇する。液体に比べ比重の軽い気体は上部に集まっているから、前記計量部１内の空気がプランジャーヘッド２２を通じて気泡抜き孔２６から外部へ空気が排出される。前記空気が全て排出された後、前記プランジャー２の固定ネジ１１を締め、前記バルブロッド２５先端と前記プランジャーヘッド２２とを密着させて、前記プランジャーヘッド２２と前記気泡抜き孔２６との連通を閉止して、気泡抜き作業を終了する。
なお、上記説明は、作業開始時における気泡抜きであるが、吐出作業中であっても計量部に気泡混入が認められる場合には、速やかに固定ネジ１１を緩め吐出バルブを閉めてプランジャーを前進させて気泡除去作業を行い、気泡除去作業の終了後固定ネジ１１を締め吐出バルブを開き、吐出作業を継続することができる。
【００２８】
《液材充填》
計量部１内に充填された液材には、気泡が全く混入されていない状態である。ここで、再び、液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を開位置にし、プランジャー２を後退移動して、所望量の液材を計量部１内に充填し、液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を閉位置にする。
【００２９】
《液材吐出》
吐出は、吐出バルブ（第１のバルブ）４を開位置にし、プランジャー２を所望する吐出量に応じて進出移動する。ここで、所望する吐出量と計量部１の内径とにより、プランジャー２の進出移動量を算出することが可能である。
プランジャー２の進出動作は、急速に加速した後に、プランジャーを弁座に当接させることなくプランジャー駆動手段を急激に停止させることにより、プランジャー２は急速にその移動が停止し、計量部１内の液材は、前記プランジャー２の急速移動および急激な停止により与えられた慣性力によって、ノズル７先端より吐出される。前記慣性力が大きくなると前記液材は飛滴する。
ここで、計量部１内径と吐出バルブ（第１のバルブ）４の内径とはほぼ等しいから、圧力損失が少なく、液材に与えた力を効果的に液材の吐出に利用することが可能である。
【００３０】
プランジャー２が最下端まで移動した後には、吐出バルブ（第１のバルブ）４を閉位置にし、液材供給バルブ（第２のバルブ）１０を開位置にして、プランジャー２を後退移動して液材を供給する。このとき、貯留容器８に加圧手段を接続して、貯留容器８内の液材を加圧して計量部１への流入を促進することも可能である。
【００３１】
このように、適宜計量部１に液材を貯留容器８から吸入し、前記計量部１内の液材をノズル７より吐出し、を繰り返して吐出作業を行う。ところで、計量部１内に貯留した液材は、計量部１内の液材が無くなるまで複数回にわたって吐出することができるから、吐出すべきワークの大きさ等の作業性を考慮して、計量部１内に貯留する液材の量を適宜決めることができる。
【００３２】
なお、前記プランジャーの機構は、プランジャーと液密に配設する吐出方式の気泡抜き機構として有効な機構であり、本装置に限定使用されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
上記構成の本発明は、プランジャーの進出動作により液滴を飛滴させるから、弁座とプランジャーロッドとの当接を不要とし、液材を飛滴させるために必要な力を与える部材の損傷を防止でき、損傷した部材が液材に混入・熔解することが無いので、液材をクリーンなまま吐出でき、さらに、弁座とプランジャーロッドとの当接による損傷が未然に防げるので、部材の交換頻度を抑えることができる。
加えて、圧力損失が無いから、精度良い吐出が可能となり、特に僅かな圧力も損失することなく液材に伝達するから、微量に精度良く吐出することが可能である。
【００３４】
吐出液材中に気泡を排除するので、プランジャーの先端面を液材に密接させることができプランジャーの動きが液材に正確に伝わり、精度の良い吐出が行えると共に、吐出された液滴中に気泡が混入することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液体吐出装置の全体図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】 液体吐出装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 計量部
２ プランジャー
３ モータ
４ 吐出バルブ（第１のバルブ）
５ 弁体
６ 流路
７ ノズル
８ 貯留容器
９ 貯留容器接続具
１０ 液材供給バルブ（第２のバルブ）
１１ 固定ネジ
１３ 孔
２１ プランジャーロッド
２２ プランジャーヘッド
２３ 気泡抜き孔
２４ シール部
２５ バルブロッド
２６ 気泡抜き孔
３１ 枠体
３２ ネジ軸
３３ 案内ロッド
３４ プランジャー支持体

Claims (13)

1. 急速前進する液材吐出用プランジャーを弁座に当接させることなく急激停止させて液材を飛滴させる液材の吐出方法であって、
   管形状の計量部と、前記計量部に内接するシール部（２４）を有するプランジャーと、吐出口を有するノズルと、前記計量部と前記ノズルとを連通する第１のバルブと、液材を貯留する貯留容器と、前記貯留容器と前記計量部とを連通する第２のバルブと、前記プランジャーを前進、停止および後退するプランジャー駆動手段と、を備える液材吐出装置を提供し、先端面が液材に密接した前記プランジャーを高速前進させ、次いでプランジャーを急激停止させて、液材に慣性力を印加して液材をノズルの吐出口から吐出させる液材の吐出方法。
2. 前記プランジャーを間欠前進運動させることにより、管形状の計量部に保持された液材に間欠的に慣性力を印加して、連続的に液材を前記ノズルの吐出口から吐出させる請求項１記載の液材の吐出方法。
3. 前記プランジャーを後退して前記計量部に液材を充填し、前記プランジャーの高速前進および急激停止を複数回繰り返して吐出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の液材の吐出方法。
4. 前記プランジャーの前進移動距離により飛滴量を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液材の吐出方法。
5. 急速前進する液材吐出用プランジャーを弁座に当接させることなく急激停止させて液材を飛滴させる液材吐出装置であって、
   管形状の計量部と、前記計量部に内接するシール部（２４）を有するプランジャーと、吐出口を具えるノズルと、前記計量部と前記ノズルとを連通する第１のバルブと、液材を貯留する貯留容器と、前記貯留容器と前記計量部とを連通する第２のバルブと、前記プランジャーを前進、停止および後退するプランジャー駆動手段と、を備え、
   前記プランジャーを高速前進させ、次いでプランジャーを急激停止させて、液材に慣性力を印加して液材を前記ノズルの吐出口から吐出させることを特徴とする液材吐出装置。
6. 前記貯留容器が、加圧手段により加圧されていることを特徴とする請求項５記載の液材吐出装置。
7. 前記プランジャーが、気泡抜き機構を有することを特徴とする請求項５又は６記載の液材吐出装置。
8. 前記計量部は、前記貯留容器と連通する連通孔を備え、前記連通孔は前記計量部の内径よりも微小径であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の液材吐出装置。
9. 前記ノズルの吐出口の内径が、前記計量部および前記第１のバルブの内径よりも小径であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の液材吐出装置。
10. 前記ノズル吐出口と、前記プランジャーの接液加圧面は、対向する面とすることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の液材吐出装置。
11. 前記第１のバルブと、前記第２のバルブと、前記加圧手段と、前記駆動手段と、を制御する制御装置を備えてなる請求項５ないし１０のいずれかに記載の液材吐出装置。
12. 前記プランジャー駆動手段が、モータとネジ軸を備えてなる請求項５ないし１１のいずれかに記載の液材吐出装置。
13. 管状部を有し、前記管状部は外壁面と連通する気泡抜き孔を有するプランジャーロッドと、前記プランジャーロッドの先端に装着され、中心に前記プランジャーロッドの管状部と連通する連通孔を有し、外壁に計量部内壁面と密着するシール部を有する、プランジャーヘッドと、前記プランジャーロッドの管状部に挿入されるバルブロッドと、を備え、前記バルブロッドの一端が加圧されると、前記バルブロッドの他端が前記プランジャーヘッドと密着することを特徴とするプランジャー。

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