JP4595551B2 - 材料吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は材料吐出装置に係り、更に詳しくは、高粘度材料を吐出することに適した材料吐出装置の改良に関する。

接着剤やシール材等を吐出する装置は、吐出対象となる材料が高粘度であるため、ポンプによる圧力付与のみで材料吐出のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことが困難である。そのため、従来では、ピストンに空気圧を付与するようにし、ピストンロッドに連結されたニードル弁で弁孔を開閉して材料吐出のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う構成が採用されている。

特許文献１には、前述した高粘度材料の吐出を行うことに適合した材料吐出装置が開示されている。同文献１に記載された装置は、ニードル弁に連なるピストンロッドにピストンが固定され、当該ピストンの上下二箇所に形成された室内に空気を選択的に供給することで、ニードル弁が弁孔を開閉する構成となっている。

特開平１−２８１９６８号公報

ところで、シール材が塗布される対象物の小型化に伴い、塗布ロボットに取り付けられる吐出装置自体も小型化が要請されるようになっている。この場合、吐出装置の構成部品に含まれるピストンの直径も必然的に小径化が要求されることとなる。
しかしながら、特許文献１に記載されたタイプの装置にあっては、高粘度材料を吐出装置に供給するポンプの圧力を高く設定する必要があるため、ピストンを小径化させると、当該ピストンに付与される圧力が相対的に低くなる。従って、ニードル弁により弁孔を素早く開放、閉塞する動作を行う制御が困難となり、これにより、材料の漏れを生じたり、材料塗布の開始時や終了時の材料塗布量がばらついてしまう、という不都合を招来する。

このような場合、ピストンの小径化をバックアップすべく、複数のピストンを設ける構成とし、各ピストンにそれぞれ圧力を付与できるようにすれば、これらの総和となる圧力を得ることが可能となり、高粘度材料の供給圧力に対しても、弁孔を素早く開閉させることが可能となる。

しかしながら、複数のピストンにそれぞれ対応した圧力供給構造を採用した場合には、各ピストンに圧力を付与する供給部の数が増加するばかりでなく、圧力供給を行うためのチューブ若しくは配管経路を複雑にする、という別異の不都合を招来する。

［発明の目的］
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、複数のピストンを採用することで各ピストンを小型化するという要請に対応できるとともに、圧力を供給するための供給部を最小限のものとして各ピストンに十分な圧力付与を行うことを可能とし、弁孔の開閉を精度良く行うことができる材料吐出装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、シリンジケース内の弁孔を開閉する弁棒と、この弁棒に連結されるとともに、当該弁棒と共に進退可能に設けられたピストンロッドと、このピストンロッドの軸方向複数箇所に取り付けられた複数のピストンと、これらピストンに圧力を付与する圧力付与手段と、前記弁孔の上流側に形成されたチャンバ内に材料を供給する材料供給部とを備え、前記弁孔を開放させることでチャンバ内の材料が吐出可能に設けられた材料吐出装置において、
前記圧力付与手段は、弁棒が弁孔を開放する方向に前記ピストンに圧力を付与する単一の開放圧力供給部と、弁棒が弁孔を閉塞する方向に前記ピストンに圧力を付与する単一の閉塞圧力供給部とを含み、
前記ピストンロッドは、外筒部と、当該外筒部内に収容される内側軸部とからなり、これら外筒部と内側軸部との間に、前記開放圧力供給部及び閉塞圧力供給部から供給される流体圧力を各ピストンにそれぞれ付与する通路を備えて構成されている。

なお、本発明において、「高粘度材料」とは、粘度５０Ｐａ・ｓ〜１，０００Ｐａ・ｓ程度のものについて用いられる。また、圧力を付与する媒体は、空気の他、オイル等の流動体も含む。

本発明によれば、それぞれ単一の開放圧力供給部と閉塞圧力供給部により各ピストンに圧力を同時に付与することが可能となり、構成を簡易なものとすることができるとともに、ピストンを小径化しても、弁孔の開閉を素早く行わせる制御が可能となる。

また、ピストンに形成される通路が、外筒部と内側軸部との間に形成される構成としたことにより、軸状をなすピストンにおける通路形成を極めて容易に行うことが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る材料吐出装置の概略断面図が示され、図２（Ａ）には平面図が示されている。また、図２（Ｂ）には図１の右側面図が示されている。これらの図において、材料吐出装置１０は、上端部が図示しないロボットアームに取り付けられる一方、下端部にノズルが取り付けられるシリンジケース１１と、当該シリンジケース１１内に配置されるとともに、軸方向に沿って進退可能に設けられたピストンロッド１２と、このピストンロッド１２の軸方向に沿う上下二箇所位置に取り付けられた上部ピストン１４及び下部ピストン１５と、ピストンロッド１２の図中下端に連結された弁棒としてのニードル弁１７によって開閉される弁孔１８と、当該弁孔１８の上部に設けられたチャンバ１９内に高粘度材料を供給する材料供給部２０と、前記上部ピストン１４及び下部ピストン１５に圧力を付与する圧力付与手段としての開放圧力供給部２１及び閉塞圧力供給部２２とを備えて構成されている。

前記シリンジケース１１は平面視略方形の外形をなし、下部ケース１１Ａに中間ケース１１Ｂを介して設けられた上部ケース１１Ｃを含む。下部ケース１１Ａには、その下端部にノズル取付口２５が形成されているとともに、当該ノズル取付口２５の上部に弁孔１８が位置し、また、側面部に前記チャンバ１９に連なる材料供給部２０が形成されている。チャンバ１９の上部において、ニードル弁１７回りには、シール部材２９が配置され、当該シール部材２９は、上部に設けられたシール押さえ３０によって一定位置に保たれている。

前記中間ケース１１Ｂは、上部ケース１１Ｃの上端コーナー部から挿入される４本のボルト３２によって下部ケース１１Ａとの間に介在する状態で固定されている。この中間ケース１１Ｂにおいて、上下方向略中央部の内周にはフランジ部３６が形成され、当該フランジ部３６と上部ケース１１Ｃとの間に上部室３７が形成されている一方、フランジ部３６と当該フランジ部３６の下部に配置されたロッドガイド３９との間に下部室４０が形成されている。

前記ピストンロッド１２は、前記フランジ部３６及びロッドガイド３９内を貫通して延びる外筒部４５と、当該外筒部４５内に収容される内側軸部４６とからなり、前記外筒部４５の下端部に前記ニードル弁１７が袋ナット４８を介して連結されている。外筒部４５は、上端を開放する細長い有底の筒状をなしており、その周壁部分に第１ないし第３の開口部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃが形成されている。

前記内側軸部４６は、外筒部４５内に収容されて当該外筒部４５に保持されている。内側軸部４６は、周方向二箇所位置において、軸線方向に沿う第１及び第２のキー溝４６Ａ，４６Ｂが形成されており、第１のキー溝４６Ａの上部及び下部に対応して前記第１及び第２の開口部４５Ａ，４５Ｂがそれぞれ位置する一方、第２のキー溝４６Ｂの下部に前記第３の開口部４５Ｃが位置するように構成されている。なお、第２のキー溝４６Ｂの上端は第４の開口部４５Ｄとして上部室３７内に連通するように構成されている。ここにおいて、前記第１ないし第４の開口部４５Ａ〜４５Ｄと前記第１及び第２のキー溝４６Ａ、４６Ｂにより、開放圧力供給部２１及び閉塞圧力供給部２２から供給される流体圧力を各ピストン１４，１５にそれぞれ付与する通路が構成されている。

前記ピストンロッド１２に固定された上部ピストン１４は、上部室３７内において、前記第１の開口部４５Ａの上部であって前記第４の開口部４５Ｄよりも下方に位置するように配置されている。また、上部ピストン１４と上部ケース１１Ｃとの間にはコイルばね４９が介装され、これにより、ピストンロッド１２及びニードル弁１７は、常に下向きに付勢された状態に保たれる。また、前記下部ピストン１５は、第２の開口部４５Ｂの上方であって前記第３の開口部４５Ｃの下方に位置するように配置されている。

前記圧力付与手段を構成する前記開放圧力供給部２１は、前記中間ケース１１Ｃにおけるフランジ部３６の一箇所に形成されている。この開放圧力供給部２１は、図示しないポンプに接続されるようになっており、当該開放圧力供給部２１に供給された空気は、前記上部室３７内の上部ピストン１４の下面側に供給されて当該上部ピストン１４に上昇力を付与すると同時に、前記第１の開口部４５Ａ、第１のキー溝４６Ａ及び第２の開口部４５Ｂを通じて下部ピストン１５の下面側に供給されて当該下部ピストン１５にも上昇力を付与するようになっている。

この一方、前記閉塞圧力供給部２２は、前記上部ケース１１Ｃにおける一側面の一箇所に形成されている。この閉塞圧力供給部２２は、前記開放圧力供給部２１に接続されるポンプに接続され、図示しない切換弁を介して選択的に圧力供給がなされるように設けられている。閉塞圧力供給部２２に供給された空気は、前記上部室３７内の上部ピストン１４の上面側に供給されると同時に、前記第４の開口部４５Ｄ、第２のキー溝４６Ｂ及び第３の開口部４５Ｃを通じて下部室４０内における下部ピストン１５の上面側に供給され、これにより、上下の各ピストン１４，１５に下降力を付与するようになっている。

なお、図１中符号５０は下部ケース１１Ａに形成された覗き穴を示し、符号５１はピストンロッド１２の上昇限を規制するストッパ軸である。このストッパ軸５１の下端中央部には反転凹状部５２が形成されており、当該反転凹状部５２は、ピストンロッド１２の上端がストッパ軸５１の下端に突き当たった場合でも、前記第４の開口部４５Ｄを閉塞することがない内径に設定されている。また、ストッパ軸５１の下端外周には通路穴５４が形成されており、当該通路穴５４により、反転凹状部５２と上部室３７とが連通するようになっている。

次に、本実施形態に係る材料吐出装置１０の動作について説明する。

ここでは、図１に示されるように、ニードル弁１７の先端すなわち下端が弁孔１８を閉塞した位置にあるものとし、前記材料供給部２０より高粘度材料が所定の圧力でチャンバ１９内に充填されているものとする。

材料の吐出を行う場合には、開放圧力供給部２１から空気が導入され、当該空気は上部ピストン１４の下面側とフランジ部３６との間の空間内に供給される。同時に、第１の開口部４５Ａから第１のキー溝４６Ａ及び第２の開口部４５Ｂを介して下部ピストン１５の下面側に空気が供給される。これにより、上部ピストン１４及び下部ピストン１５には、それぞれ上昇圧力が付与されることとなり、これらピストン１４，１５を固定保持しているピストンロッド１２と共にニードル弁１７上昇して弁孔１８が開放され、チャンバ１９内の高粘度材料が図示しないノズル先端より吐出されることとなる。

吐出停止を行う場合には、開放圧力供給部２１からの圧力供給を切り換えて閉塞圧力供給部２２から空気が供給される。閉塞圧力供給部２２から供給された空気は、上部ピストン１４の上面に圧力を付与して下降力を生じせしめると同時に、第４の開口部４５Ｄから第２のキー溝４６Ｂ及び第３の開口部４５Ｃを通って下部ピストン１５の上面に圧力を付与して下降力を生じせしめ、これにより、ニードル弁１７が下降して弁孔１８を閉塞し、以後の材料吐出を停止することとなる。

なお、前記材料吐出装置１０は、図示しないロボットアームに取り付けられた状態で、被塗布物に対して予めティーチングされた軌跡に沿って移動し、これにより、シール材等の高粘度材料の自動塗布を行うことができる。

従って、このような実施形態によれば、開放圧力供給部２１及び閉塞圧力供給部２２がそれぞれ単一であっても、前記第１ないし第４の開口部４５Ａ〜４５Ｄと、第１及び第２のキー溝４６Ａ、４６Ｂにより、上部ピストン１４及び下部ピストン１５に上昇圧力、下降圧力を同時に付与することが可能となり、従って、上部ピストン１４及び下部ピストン１５を小径化しても、圧力不足を生じることが回避でき、ニードル弁１７による弁孔１８の開閉を素早く行うことが可能となる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施の形態に対し、形状、材料、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それら形状などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、上部ピストン１４及び下部ピストン１５の二つを用いた場合を図示、説明したが、ピストンの数は、更に増加させることができる。この場合には、ピストンロッド１２において、増加させたピストンの上下に位置する開口部を追加すれば足りる。このように構成することにより、更に小径となるピストンを採用した場合の圧力不足を効果的に回避し得ることとなる。

また、前記実施形態では、ピストンロッド１２が外筒部４５と内側軸部４６とにより構成される場合を示したが、単軸構造のピストンロッドを用いて開口部と溝を形成することも可能である。但し、前記実施形態の構成を採用すれば、ピストンロッドを製造する際の簡便性を得ることができる。

本実施形態に係る材料吐出装置の全体構成であって、図２（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図。 （Ａ）は前記材料吐出装置の平面図。（Ｂ）は、その右側面図。

符号の説明

１０ 材料吐出装置
１１ シリンジケース
１２ ピストンロッド
２０ 材料供給部
２１ 開放圧力供給部（圧力付与手段）
２２ 閉塞圧力供給部（圧力付与手段）
４５ 外筒部
４６ 内側軸部
４５Ａ 第１の開口部（通路）
４５Ｂ 第２の開口部（通路）
４５Ｃ 第３の開口部（通路）
４５Ｄ 第４の開口部（通路）
４６Ａ 第１のキー溝（通路）
４６Ｂ 第２のキー溝（通路）

Claims (1)

1. シリンジケース内の弁孔を開閉する弁棒と、この弁棒に連結されるとともに、当該弁棒と共に進退可能に設けられたピストンロッドと、このピストンロッドの軸方向複数箇所に取り付けられた複数のピストンと、これらピストンに圧力を付与する圧力付与手段と、前記弁孔の上流側に形成されたチャンバ内に材料を供給する材料供給部とを備え、前記弁孔を開放させることでチャンバ内の材料が吐出可能に設けられた材料吐出装置において、
   前記圧力付与手段は、弁棒が弁孔を開放する方向に前記ピストンに圧力を付与する単一の開放圧力供給部と、弁棒が弁孔を閉塞する方向に前記ピストンに圧力を付与する単一の閉塞圧力供給部とを含み、
   前記ピストンロッドは、外筒部と、当該外筒部内に収容される内側軸部とからなり、これら外筒部と内側軸部との間に、前記開放圧力供給部及び閉塞圧力供給部から供給される流体圧力を各ピストンにそれぞれ付与する通路を備えていることを特徴とする材料吐出装置。

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