JP4663894B2 - 液滴の形成方法および液滴定量吐出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調圧された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法および液滴定量吐出装置に関し、詳しくは、濃度が均一な溶液からフィラーを含有する液体であり、しかも、低粘度から高粘度まであらゆる粘度の液体、さらには、これらの複合である高粘度ペースト状液体を扱い得る液体の吐出方法および液滴定量吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液滴吐出装置は、バルブ本体内に供給する液体材料を圧力調整装置で調圧された一定圧力でバルブ本体内の流動経路に押し込んでも、バルブの開動作、すなわち弁座から離れるようにプランジャーロッドが後退動作する際に、ノズル先端の吐出口から空気を吸い込む現象が発生し、バルブ本体内の液体に気泡が入り込むため、その後の吐出された液滴には気泡が混入し、結果として所望の液量が得られないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本件発明者は上記現象は、バルブ本体内に配設された弁座にプランジャーロッドが着座しているバルブ閉止状態から、プランジャーロッドが弁座に対し距離おくように後退動作してバルブ開口状態にプランジャーの位置が変移すると、バルブ本体内の流路はプランジャーロッドの後退動作により前記流路のプランジャーロッド占有体積が減少するために前記流路内の圧力が減少し、ノズル先端と前記流路との間に圧力差を生じ、プランジャーロッドの変移速度が大きくなると前記圧力差が大きくなるため、一定加圧力でバルブ本体内の流動通路に押し込まれる前記液体材料の供給量が圧力差に追従できなくなり、結果的ノズル先端の吐出口より圧力を均一とすべく大気を前記流路内に吸い込むという現象を引き起こし、この現象は特に高速タクトの連続吐出を行う場合、プランジャーロッドを高速に後退動作させる必要から顕著にあらわることを知見した。
【０００４】
そこで、本発明は上記知見にもとづき、バルブの開動作、すなわち弁座から離れるようにプランジャーロッドが後退動作する際に、ノズル先端の吐出口から空気を吸い込む現象の発生を防止し、その後の吐出された液滴に気泡が混入することを防止する液滴の形成方法および液滴定量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】
本発明は、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００６】
高速タクトの連続吐出を行っており、その場合、本発明は、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００７】
エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出しており、その場合、本発明は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法、好ましくは液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００８】
前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することによりプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止しており、その場合、本発明は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法、好ましくは液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することにより液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることでプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００９】
また、本発明は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に液体を供給する液体供給手段、より具体的には前記バルブ本体に液体を供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、で構成される液体供給手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁と、で構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつプランジャーロッド駆動手段、より具体的にはスプリングあるいは空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通することを特徴とする液滴定量吐出装置を要旨としている。
【００１０】
前記バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止すること、好ましくは前記プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことを特徴としており、その場合、本発明は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に液体を供給する液体供給手段、より具体的には前記バルブ本体に液体を供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、で構成される液体供給手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁と、で構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつプランジャーロッド駆動手段、より具体的にはスプリングあるいは空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通すること、前記バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止すること、好ましくは前記プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことを特徴とする液滴定量吐出装置を要旨としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の液滴の吐出方法の好ましい態様は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力あるいは空気圧による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する液滴の吐出方法において、前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することによりプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止する液滴の定量吐出方法を特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液滴定量吐出装置の好ましい態様は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁とで構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつスプリングの弾性力または空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通する液滴定量吐出装置を特徴とする。
【００１３】
バルブ本体の動作は、バルブ閉止時は駆動源としてスプリングの弾性力、空気圧などを利用してプランジャーロッドを弁座に着座させ、バルブ開口時は前記スプリングの弾性力あるいは空気圧により大きな圧力でプランジャーロッドを弁座から離間させる原理に基づいており、プランジャーロッドの移動方向及び移動速度はスプリングの弾性力あるいは空気圧とエアー（すなわち、スプリング／エアーあるいはエアー／エアー）による圧力との差によって決まる。従って、開口するバルブを閉止する場合、前記エアーによる圧力を低下させることで、前記エアーによる圧力を前記スプリングの弾性力（あるいは空気圧）より小さくし、プランジャーロッドを弁座に着座させる。
【００１４】
以下、駆動手段としてスプリング／エアーの場合について説明する。
ここで、液体を吐出口より飛ばすためには、前記エアーによる圧力の急激な低下により、プランジャーロッドに大きな加速度を与え、さらにプランジャーロッドが弁座に着座すると同時にプランジャーロッドの移動が停止することが必要であり、このプランジャーロッドの動作により液体に慣性力が与えられて前記吐出口より液体が飛滴される。従って、所望する吐出液滴量が飛滴するのに充分な加速度をプランジャーに与えることが可能であるバネ定数を有するスプリングが良い。プランジャーロッドの弁座への着座と移動の停止は、バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者を面接触させることにより、好ましくはさらにプランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けることにより、適確に行われる。なお、該突起は、等しい突起を設けることの作用が得られる範囲で最大径が前記吐出口の内径にほぼ等しい突起を包含する。
ところで、閉位置から開位置へプランジャーロッドの位置が移動する場合、その移動速度が高速であるほど、前記流路内の圧力降下が著しく起こり、吐出口より大気を吸入し易くなるから、この退行速度を吐出口から大気が吸入されない速度に制御する。すなわちスプリングの弾性力に対して著しく大きなエアーによる圧力を急激に与えない。
【００１５】
ここで、スプリングは、自然長からの変位が大きいほど力を蓄えることが知られており、規定距離だけ変位させるために必要な仕事は、自然長のスプリングと、自然長から縮んだスプリングまたは伸ばしたスプリングと、では自然長から縮んだスプリングまたは伸ばしたスプリングが大きくなる。従って、プランジャーロッドの移動距離が大きくなるほどプランジャーロッドを移動させるために必要な力は大きくなる。
【００１６】
ここで、エアーによる圧力は、前記スプリングの弾性力より大きくすることが必要であるが、プランジャーロッドのストロークが大きくなるほど、エアー圧力も大きくしなければならず、一方ではスプリングの弾性力とエアーによる圧力が定まると、エアー圧力をバルブ本体に供給する能力は一定であるから、一義的にプランジャーロッドの移動速度が決まってしまうことになる。
【００１７】
特に、プランジャーロッドが弁座から離れる瞬間の速度は最大であり、吐出口から気泡を巻き込まない速度にプランジャーロッドの移動速度を決めることが不可能となる。従って、一定のエアー圧力に調整したエアーの流量を制御してプランジャーロッドの移動速度を制御することが必要である。
【００１８】
具体的な構成においては、バルブ本体と連通する切替弁と、プランジャーロッド作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段との間に、流量制御弁が配設されている。
この切替弁は、前記バルブ作動圧制御手段に連通する流量制御弁と前記バルブ本体とを連通してプランジャーを開口位置にする第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通してプランジャーロッドを閉止位置にする第二の位置とに切替可能に構成されている。
【００１９】
【作用】
閉止位置にいるプランジャーロッドを退行動作させて開口位置に移動する場合は、第二位置から第一位置へ切替弁を作動させる。第一位置では、所望圧力に制御されたプランジャーロッド作動用エアーがさらに流量制御弁により流量制御されてバルブ本体に前記作動用エアーが供給されるから、プランジャーロッドが所望する速度で退行移動を始める。
このようにプランジャーロッドを所望する速度で移動させることが可能であるから、プランジャーロッドの移動量を大きくしても、吐出口先端より気泡を吸い込むことを防止することができる。
【００２０】
また、開口位置にいるプランジャーロッドを進出動作させて閉止位置に移動する場合は、第一位置から第二位置へ切替弁を作動させる。第二位置ではバルブ本体と大気とを連通するからプランジャーロッドを退行移動させていたプランジャーロッド作動用エアーが一気に大気中に放出され、前記プランジャーロッド作動用エアーの圧力が瞬間的に大気圧と等しくなる。これにより、退縮してエネルギーを貯えていたスプリングが一気に伸張してプランジャーロッドを進出移動させる。その後、プランジャーロッドは弁座に当接して移動を急速に停止するから、液体のみが吐出口より液滴となって吐出される。
【００２１】
バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止することにより、好ましくはさらにプランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことにより、プランジャーロッドが弁座に着座すると同時にプランジャーロッドの移動が停止することができ、このプランジャーロッドの動作により液体に慣性力が与えられて前記吐出口より液体が飛滴される。
【００２２】
【実施例】
本発明の詳細を実施例で説明するが、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。
ところで、本発明の液滴定量吐出装置は、液滴を吐出するバルブ部と、バルブ部に液体を供給する液体供給部と、バルブ部に作動用エアーを供給するエアー供給部とで構成されている。
以下、図面にもとづいて、本発明の一実施例の各部の構成を詳細に説明するが、図１はバルブ開口時（第一の位置）の各部の状態を、図２はバルブ閉止時（第二の位置）の各部の状態を示す概略図である。
【００２３】
バルブ部を構成するバルブ本体１は、下面に液滴吐出用のノズル１１を備えるとともに、プランジャーロッドが挿通する貫通孔３を有する隔壁２によって、駆動部室４と吐出部室５とに上下２分されており、上部の駆動部室４には、プランジャーロッド８を上下動させるピストン７が摺動自在に装着されており、ピストン７の上方の駆動部室４はバネ室４1を形成し、ピストン７の上面とバネ室４1の上部内壁面との間にはスプリング９が配設され、また、ピストン７の下方の駆動部室４は空気室４2を形成し、バルブ本体１の側壁に形成した接続口１２に接続したパイプ２０及びエアー供給部を介して高圧空圧源１４に接続され、プランジャーロッド８後退用の高圧空気が供給される。
なお、図中１０は、駆動部室４の上壁に螺合したストローク調整用ネジ１０であり、上下位置を変更することによってプランジャーロッド８の移動上限を調整して、液体の吐出量を調整するものである。
【００２４】
吐出部室５には、上記ピストン７により進退動するプランジャーロッド８が嵌装されており、吐出部室５の底壁にバルブ本体１の下面に設けたノズル１１に連通する液体吐出口６が形成されている。また、吐出部室５はバルブ本体１の側壁に形成した接続口１３に接続したパイプ２１を介して液体貯留容器１９に接続され、液滴形成用の液体が供給される。
【００２５】
プランジャーロッド８は、その先端面は、プランジャーロッド８が前進したとき吐出部室５の底壁に当接して前記液体吐出口６を閉止するものであり、従って、バルブ閉止時プランジャーロッド８が吐出部室５の底壁に接触した際、上記ピストン７の下方に空気室が形成できる程度の長さを有している。
【００２６】
なお、プランジャーロッド８の先端面及び吐出室の底壁は平面に形成されており、バルブ閉止時には上記両面は面接触して前記液体吐出口６を閉止して液滴の吐出を停止するように構成すると、バルブ閉止時の吐出すべき液滴と吐出部室５内の液体とを確実に分離することができる。
なおまた、プランジャーロッド８の先端面に最大径が前記吐出口６の内径に等しい突起を設け、バルブ閉止時吐出口６に係合するように構成すると、バルブ閉止時の液切りを良好にできる。
【００２７】
液体供給部は、液体加圧手段１８と、一体に形成されるか、継手を用いて接続されるパイプ２１によってバルブ本体１の吐出部室５に連通する液体貯留容器１９と、で構成されており、液体貯留容器１９内の液体は、液体加圧手段１８により所望圧力に調整されたエアー圧によって常時定圧になるように調整される。
なお、図示の実施例では、液体加圧手段１８により液体貯留容器１９内の圧力を一定にすることにより調圧した液体をバルブ部に供給するようにしたが、液体供給源（図示せず）とバルブ部を繋ぐ管路中に圧力調整手段を配置し、その圧力調整手段によって調圧してバルブ部に供給するようにしてもよい。
【００２８】
エアー供給部は、バルブ作動圧制御手段１５と、流量制御弁１６と、切替弁１７とを直列に接続して構成されており、具体的な構成においては、バルブ本体１と連通する電磁切替弁１７と、プランジャーロッド作動用エアーを所望圧力に制御するプランジャーロッド作動圧制御手段との間に、流量制御弁１６が配設して構成している。
【００２９】
上記切替弁１７は、前記プランジャーロッド作動圧制御手段に連通する流量制御弁１６と前記バルブ本体１とを連通してプランジャーロッドを開口位置にする第一の位置と、前記駆動部室４の空気室４２と大気とを連通してプランジャーロッド８を閉止位置にする第二の位置とに切替可能に構成されており、プランジャーロッド８の移動方向の切替を行う。
【００３０】
上記構成によって、閉止位置にいるプランジャーロッド８を退行動作させて開口位置に移動する場合は、第二位置から第一位置へ切替弁１７を作動させる。第一位置では、所望圧力に制御されたプランジャーロッド作動用エアーがさらに流量制御弁１６により流量制御されてバルブ本体１に前記作動用エアーが供給されるから、プランジャーロッド８が所望する速度で退行移動を始める。
このようにプランジャーロッド８を所望する速度で移動させることが可能であるから、プランジャーロッド８の移動量を大きくしても、吐出口６先端より気泡を吸い込むことを防止することができる。
【００３１】
また、開口位置にいるプランジャーロッド８を進出動作させて閉止位置に移動する場合は、第一位置から第二位置へ切替弁１７を作動させる。第二位置ではバルブ本体１と大気とを連通するからプランジャーロッド８を退行移動させていたプランジャーロッド作動用エアーが一気に大気中に放出され、前記プランジャーロッド作動用エアーの圧力が瞬間的に大気圧と等しくなる。これにより、退縮してエネルギーを貯えていたスプリング９が一気に伸張してプランジャーロッドを進出移動させる。その後、プランジャーロッドは弁座に当接して移動を急速に停止するから、液体のみが吐出口６より液滴となって吐出される。
【００３２】
本発明では高速タクトの連続吐出を行う。高速タクトは、短い周期に間欠的に吐出を繰り返すことであるが、１秒間に何回行うかは、適宜設定される。
【００３３】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、吐出動作のプランジャーロッドの退行動作にノズル先端の吐出口から空気を吸い込むことを防止することにより、気泡が混入しない液滴を定量吐出して液滴を形成することが可能になり、特に、プランジャーロッドの移動量が大きい場合においても、必要な圧力を所望する時間で供給することができるから、バルブ本体内に不要な負圧を発生させることなく、バルブ本体内への空気の吸い込みを効果的に防止することができる。
【００３４】
バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止することにより、バルブ閉止時の吐出すべき液滴と吐出部室内の液体とを確実に分離することができ、また、プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けると、バルブ閉止時吐出口に係合するように構成すると、バルブ閉止時の液切りが良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴定量吐出装置のバルブ開口時（第一の位置）の概略図である。
【図２】本発明の液滴定量吐出装置のバルブ閉止時（第二の位置）の概略図である。
【符号の説明】
１ バルブ本体
２ 隔壁
３ 貫通孔
４ 駆動部室
４1 バネ室
４2 空気室
５ 吐出部室
６ 吐出口
７ ピストン
８ プランジャーロッド
９ スプリング
１０ ストローク調整ネジ
１１ ノズル
１２、１３ 接続口
１４ 空圧源
１５ バルブ作動圧制御手段
１６ 流量制御弁
１７ 切替弁
１８ 液体加圧手段
１９ 液体貯留容器
２０、２１ パイプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、調圧された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法および液滴定量吐出装置に関し、詳しくは、濃度が均一な溶液からフィラーを含有する液体であり、しかも、低粘度から高粘度まであらゆる粘度の液体、さらには、これらの複合である高粘度ペースト状液体を扱い得る液体の吐出方法および液滴定量吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液滴吐出装置は、バルブ本体内に供給する液体材料を圧力調整装置で調圧された一定圧力でバルブ本体内の流動経路に押し込んでも、バルブの開動作、すなわち弁座から離れるようにプランジャーロッドが後退動作する際に、ノズル先端の吐出口から空気を吸い込む現象が発生し、バルブ本体内の液体に気泡が入り込むため、その後の吐出された液滴には気泡が混入し、結果として所望の液量が得られないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本件発明者は上記現象は、バルブ本体内に配設された弁座にプランジャーロッドが着座しているバルブ閉止状態から、プランジャーロッドが弁座に対し距離おくように後退動作してバルブ開口状態にプランジャーの位置が変移すると、バルブ本体内の流路はプランジャーロッドの後退動作により前記流路のプランジャーロッド占有体積が減少するために前記流路内の圧力が減少し、ノズル先端と前記流路との間に圧力差を生じ、プランジャーロッドの変移速度が大きくなると前記圧力差が大きくなるため、一定加圧力でバルブ本体内の流動通路に押し込まれる前記液体材料の供給量が圧力差に追従できなくなり、結果的ノズル先端の吐出口より圧力を均一とすべく大気を前記流路内に吸い込むという現象を引き起こし、この現象は特に高速タクトの連続吐出を行う場合、プランジャーロッドを高速に後退動作させる必要から顕著にあらわることを知見した。
【０００４】
そこで、本発明は上記知見にもとづき、バルブの開動作、すなわち弁座から離れるようにプランジャーロッドが後退動作する際に、ノズル先端の吐出口から空気を吸い込む現象の発生を防止し、その後の吐出された液滴に気泡が混入することを防止する液滴の形成方法および液滴定量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】
本発明は、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００６】
高速タクトの連続吐出を行っており、その場合、本発明は、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００７】
エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出しており、その場合、本発明は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法、好ましくは液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００８】
前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することによりプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止しており、その場合、本発明は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する、調圧された液体、必要により容器に貯留された液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法、好ましくは液滴の高速タクトの連続吐出方法であって、前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することにより液体の供給量が吐出口とバルブ本体内の流路との間の圧力差に追従できるようにすることでプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止する方法を要旨としている。
【０００９】
また、本発明は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に液体を供給する液体供給手段、より具体的には前記バルブ本体に液体を供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、で構成される液体供給手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁と、で構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつプランジャーロッド駆動手段、より具体的にはスプリングあるいは空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通することを特徴とする液滴定量吐出装置を要旨としている。
【００１０】
前記バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止すること、好ましくは前記プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことを特徴としており、その場合、本発明は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に液体を供給する液体供給手段、より具体的には前記バルブ本体に液体を供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、で構成される液体供給手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁と、で構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつプランジャーロッド駆動手段、より具体的にはスプリングあるいは空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通すること、前記バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止すること、好ましくは前記プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことを特徴とする液滴定量吐出装置を要旨としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の液滴の吐出方法の好ましい態様は、エアー圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力あるいは空気圧による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する液滴の吐出方法において、前記エアーの流量により前記プランジャーロッドの退行速度を制御することによりプランジャーロッドの退行動作による吐出口からの気泡混入を防止する液滴の定量吐出方法を特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液滴定量吐出装置の好ましい態様は、吐出口を有するバルブ本体と、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、前記バルブ本体に供給する液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、バルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを連通する第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通する第二の位置とを切替可能とする切替弁、好ましくは電磁切替弁とで構成され、前記バルブ本体は、前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドが退行動作して前記吐出口が開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつスプリングの弾性力または空気圧により前記プランジャーロッドが進出動作して前記吐出口を閉止する液滴定量吐出装置において、前記バルブ作動圧制御手段と前記バルブ本体とを流量制御弁で連通する液滴定量吐出装置を特徴とする。
【００１３】
バルブ本体の動作は、バルブ閉止時は駆動源としてスプリングの弾性力、空気圧などを利用してプランジャーロッドを弁座に着座させ、バルブ開口時は前記スプリングの弾性力あるいは空気圧により大きな圧力でプランジャーロッドを弁座から離間させる原理に基づいており、プランジャーロッドの移動方向及び移動速度はスプリングの弾性力あるいは空気圧とエアー（すなわち、スプリング／エアーあるいはエアー／エアー）による圧力との差によって決まる。従って、開口するバルブを閉止する場合、前記エアーによる圧力を低下させることで、前記エアーによる圧力を前記スプリングの弾性力（あるいは空気圧）より小さくし、プランジャーロッドを弁座に着座させる。
【００１４】
以下、駆動手段としてスプリング／エアーの場合について説明する。
ここで、液体を吐出口より飛ばすためには、前記エアーによる圧力の急激な低下により、プランジャーロッドに大きな加速度を与え、さらにプランジャーロッドが弁座に着座すると同時にプランジャーロッドの移動が停止することが必要であり、このプランジャーロッドの動作により液体に慣性力が与えられて前記吐出口より液体が飛滴される。従って、所望する吐出液滴量が飛滴するのに充分な加速度をプランジャーに与えることが可能であるバネ定数を有するスプリングが良い。プランジャーロッドの弁座への着座と移動の停止は、バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者を面接触させることにより、好ましくはさらにプランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けることにより、適確に行われる。なお、該突起は、等しい突起を設けることの作用が得られる範囲で最大径が前記吐出口の内径にほぼ等しい突起を包含する。
ところで、閉位置から開位置へプランジャーロッドの位置が移動する場合、その移動速度が高速であるほど、前記流路内の圧力降下が著しく起こり、吐出口より大気を吸入し易くなるから、この退行速度を吐出口から大気が吸入されない速度に制御する。すなわちスプリングの弾性力に対して著しく大きなエアーによる圧力を急激に与えない。
【００１５】
ここで、スプリングは、自然長からの変位が大きいほど力を蓄えることが知られており、規定距離だけ変位させるために必要な仕事は、自然長のスプリングと、自然長から縮んだスプリングまたは伸ばしたスプリングと、では自然長から縮んだスプリングまたは伸ばしたスプリングが大きくなる。従って、プランジャーロッドの移動距離が大きくなるほどプランジャーロッドを移動させるために必要な力は大きくなる。
【００１６】
ここで、エアーによる圧力は、前記スプリングの弾性力より大きくすることが必要であるが、プランジャーロッドのストロークが大きくなるほど、エアー圧力も大きくしなければならず、一方ではスプリングの弾性力とエアーによる圧力が定まると、エアー圧力をバルブ本体に供給する能力は一定であるから、一義的にプランジャーロッドの移動速度が決まってしまうことになる。
【００１７】
特に、プランジャーロッドが弁座から離れる瞬間の速度は最大であり、吐出口から気泡を巻き込まない速度にプランジャーロッドの移動速度を決めることが不可能となる。従って、一定のエアー圧力に調整したエアーの流量を制御してプランジャーロッドの移動速度を制御することが必要である。
【００１８】
具体的な構成においては、バルブ本体と連通する切替弁と、プランジャーロッド作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段との間に、流量制御弁が配設されている。
この切替弁は、前記バルブ作動圧制御手段に連通する流量制御弁と前記バルブ本体とを連通してプランジャーを開口位置にする第一の位置と、前記バルブ本体と大気とを連通してプランジャーロッドを閉止位置にする第二の位置とに切替可能に構成されている。
【００１９】
【作用】
閉止位置にいるプランジャーロッドを退行動作させて開口位置に移動する場合は、第二位置から第一位置へ切替弁を作動させる。第一位置では、所望圧力に制御されたプランジャーロッド作動用エアーがさらに流量制御弁により流量制御されてバルブ本体に前記作動用エアーが供給されるから、プランジャーロッドが所望する速度で退行移動を始める。
このようにプランジャーロッドを所望する速度で移動させることが可能であるから、プランジャーロッドの移動量を大きくしても、吐出口先端より気泡を吸い込むことを防止することができる。
【００２０】
また、開口位置にいるプランジャーロッドを進出動作させて閉止位置に移動する場合は、第一位置から第二位置へ切替弁を作動させる。第二位置ではバルブ本体と大気とを連通するからプランジャーロッドを退行移動させていたプランジャーロッド作動用エアーが一気に大気中に放出され、前記プランジャーロッド作動用エアーの圧力が瞬間的に大気圧と等しくなる。これにより、退縮してエネルギーを貯えていたスプリングが一気に伸張してプランジャーロッドを進出移動させる。その後、プランジャーロッドは弁座に当接して移動を急速に停止するから、液体のみが吐出口より液滴となって吐出される。
【００２１】
バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止することにより、好ましくはさらにプランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことにより、プランジャーロッドが弁座に着座すると同時にプランジャーロッドの移動が停止することができ、このプランジャーロッドの動作により液体に慣性力が与えられて前記吐出口より液体が飛滴される。
【００２２】
【実施例】
本発明の詳細を実施例で説明するが、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。
ところで、本発明の液滴定量吐出装置は、液滴を吐出するバルブ部と、バルブ部に液体を供給する液体供給部と、バルブ部に作動用エアーを供給するエアー供給部とで構成されている。
以下、図面にもとづいて、本発明の一実施例の各部の構成を詳細に説明するが、図１はバルブ開口時（第一の位置）の各部の状態を、図２はバルブ閉止時（第二の位置）の各部の状態を示す概略図である。
【００２３】
バルブ部を構成するバルブ本体１は、下面に液滴吐出用のノズル１１を備えるとともに、プランジャーロッドが挿通する貫通孔３を有する隔壁２によって、駆動部室４と吐出部室５とに上下２分されており、上部の駆動部室４には、プランジャーロッド８を上下動させるピストン７が摺動自在に装着されており、ピストン７の上方の駆動部室４はバネ室４1を形成し、ピストン７の上面とバネ室４1の上部内壁面との間にはスプリング９が配設され、また、ピストン７の下方の駆動部室４は空気室４2を形成し、バルブ本体１の側壁に形成した接続口１２に接続したパイプ２０及びエアー供給部を介して高圧空圧源１４に接続され、プランジャーロッド８後退用の高圧空気が供給される。
なお、図中１０は、駆動部室４の上壁に螺合したストローク調整用ネジ１０であり、上下位置を変更することによってプランジャーロッド８の移動上限を調整して、液体の吐出量を調整するものである。
【００２４】
吐出部室５には、上記ピストン７により進退動するプランジャーロッド８が嵌装されており、吐出部室５の底壁にバルブ本体１の下面に設けたノズル１１に連通する液体吐出口６が形成されている。また、吐出部室５はバルブ本体１の側壁に形成した接続口１３に接続したパイプ２１を介して液体貯留容器１９に接続され、液滴形成用の液体が供給される。
【００２５】
プランジャーロッド８は、その先端面は、プランジャーロッド８が前進したとき吐出部室５の底壁に当接して前記液体吐出口６を閉止するものであり、従って、バルブ閉止時プランジャーロッド８が吐出部室５の底壁に接触した際、上記ピストン７の下方に空気室が形成できる程度の長さを有している。
【００２６】
なお、プランジャーロッド８の先端面及び吐出室の底壁は平面に形成されており、バルブ閉止時には上記両面は面接触して前記液体吐出口６を閉止して液滴の吐出を停止するように構成すると、バルブ閉止時の吐出すべき液滴と吐出部室５内の液体とを確実に分離することができる。
なおまた、プランジャーロッド８の先端面に最大径が前記吐出口６の内径に等しい突起を設け、バルブ閉止時吐出口６に係合するように構成すると、バルブ閉止時の液切りを良好にできる。
【００２７】
液体供給部は、液体加圧手段１８と、一体に形成されるか、継手を用いて接続されるパイプ２１によってバルブ本体１の吐出部室５に連通する液体貯留容器１９と、で構成されており、液体貯留容器１９内の液体は、液体加圧手段１８により所望圧力に調整されたエアー圧によって常時定圧になるように調整される。
なお、図示の実施例では、液体加圧手段１８により液体貯留容器１９内の圧力を一定にすることにより調圧した液体をバルブ部に供給するようにしたが、液体供給源（図示せず）とバルブ部を繋ぐ管路中に圧力調整手段を配置し、その圧力調整手段によって調圧してバルブ部に供給するようにしてもよい。
【００２８】
エアー供給部は、バルブ作動圧制御手段１５と、流量制御弁１６と、切替弁１７とを直列に接続して構成されており、具体的な構成においては、バルブ本体１と連通する電磁切替弁１７と、プランジャーロッド作動用エアーを所望圧力に制御するプランジャーロッド作動圧制御手段との間に、流量制御弁１６が配設して構成している。
【００２９】
上記切替弁１７は、前記プランジャーロッド作動圧制御手段に連通する流量制御弁１６と前記バルブ本体１とを連通してプランジャーロッドを開口位置にする第一の位置と、前記駆動部室４の空気室４２と大気とを連通してプランジャーロッド８を閉止位置にする第二の位置とに切替可能に構成されており、プランジャーロッド８の移動方向の切替を行う。
【００３０】
上記構成によって、閉止位置にいるプランジャーロッド８を退行動作させて開口位置に移動する場合は、第二位置から第一位置へ切替弁１７を作動させる。第一位置では、所望圧力に制御されたプランジャーロッド作動用エアーがさらに流量制御弁１６により流量制御されてバルブ本体１に前記作動用エアーが供給されるから、プランジャーロッド８が所望する速度で退行移動を始める。
このようにプランジャーロッド８を所望する速度で移動させることが可能であるから、プランジャーロッド８の移動量を大きくしても、吐出口６先端より気泡を吸い込むことを防止することができる。
【００３１】
また、開口位置にいるプランジャーロッド８を進出動作させて閉止位置に移動する場合は、第一位置から第二位置へ切替弁１７を作動させる。第二位置ではバルブ本体１と大気とを連通するからプランジャーロッド８を退行移動させていたプランジャーロッド作動用エアーが一気に大気中に放出され、前記プランジャーロッド作動用エアーの圧力が瞬間的に大気圧と等しくなる。これにより、退縮してエネルギーを貯えていたスプリング９が一気に伸張してプランジャーロッドを進出移動させる。その後、プランジャーロッドは弁座に当接して移動を急速に停止するから、液体のみが吐出口６より液滴となって吐出される。
【００３２】
本発明では高速タクトの連続吐出を行う。高速タクトは、短い周期に間欠的に吐出を繰り返すことであるが、１秒間に何回行うかは、適宜設定される。
【００３３】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、吐出動作のプランジャーロッドの退行動作にノズル先端の吐出口から空気を吸い込むことを防止することにより、気泡が混入しない液滴を定量吐出して液滴を形成することが可能になり、特に、プランジャーロッドの移動量が大きい場合においても、必要な圧力を所望する時間で供給することができるから、バルブ本体内に不要な負圧を発生させることなく、バルブ本体内への空気の吸い込みを効果的に防止することができる。
【００３４】
バルブ本体の前記プランジャーロッド当接面と前記プランジャーロッドの先端面とを平面に形成し、両者の面接触により前記吐出口を閉止することにより、バルブ閉止時の吐出すべき液滴と吐出部室内の液体とを確実に分離することができ、また、プランジャーロッドの先端面に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けると、バルブ閉止時吐出口に係合するように構成すると、バルブ閉止時の液切りが良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴定量吐出装置のバルブ開口時（第一の位置）の概略図である。
【図２】本発明の液滴定量吐出装置のバルブ閉止時（第二の位置）の概略図である。
【符号の説明】
１ バルブ本体
２ 隔壁
３ 貫通孔
４ 駆動部室
４1 バネ室
４2 空気室
５ 吐出部室
６ 吐出口
７ ピストン
８ プランジャーロッド
９ スプリング
１０ ストローク調整ネジ
１１ ノズル
１２、１３ 接続口
１４ 空圧源
１５ バルブ作動圧制御手段
１６ 流量制御弁
１７ 切替弁
１８ 液体加圧手段
１９ 液体貯留容器
２０、２１ パイプ
Claims (10)
- 吐出口、駆動部室（４）および吐出口と連通する吐出部室を有するバルブ本体と、駆動部室内を摺動するピストン（７）を有し、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、プランジャーロッドを進出動作させるプランジャーロッド進出手段と、前記吐出部室に液体を供給する液体供給手段と、前記ピストンにより分断されてなる前記駆動部室の空間のうちピストン進出方向側に位置する空間に供給するバルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記駆動部室とを連通する第一の位置および前記駆動部室と大気とを連通する第二の位置を切替可能とする切替弁と、前記バルブ作動圧制御手段および前記切替弁を連通する流量制御弁と、を含んで構成される液滴定量吐出装置を用い、前記駆動部室に前記バルブ作動用エアーを供給することにより前記プランジャーロッドを退行動作させて前記吐出口を開き、前記プランジャーロッド進出手段により進出動作させた前記プランジャーロッドを弁座に当接させることにより急速に停止して液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴の吐出方法であって、
前記プランジャーロッドの退行動作時において、前記切替弁を第一の位置とし前記流量制御弁により流量制御された前記バルブ作動用エアーを前記駆動部室に供給して前記プランジャーロッドの退行速度を制御することにより、バルブ本体内の吐出口と連通する流路への液体の供給量が吐出口と前記流路との間の圧力差に追従できるようにすることで吐出口からの気泡混入を防止し、
前記プランジャーロッドの進出動作時において、前記切替弁を第二の位置とし前記空気室と大気とを連通させることにより、プランジャーロッドを高速で進出動作させることにより連続吐出を行う液滴の吐出方法。 - 前記バルブ本体内の流路に供給される液体が液体貯留容器に貯留された調圧された液体である請求項１の液滴の吐出方法。
- 前記プランジャーロッドの進出動作および退行動作を繰り返すことにより高速タクトの連続吐出を行う請求項１または２の液滴の吐出方法。
- 前記プランジャーロッド進出手段が、スプリングの弾性力または空気圧により前記プランジャーロッドを進出動作させる請求項１、２または３の液滴の吐出方法。
- 吐出口、駆動部室（４）および吐出口と連通する吐出部室を有するバルブ本体と、駆動部室内を摺動するピストン（７）を有し、進退動作により液滴を吐出するプランジャーロッドと、プランジャーロッドを進出動作させるプランジャーロッド進出手段と、前記吐出部室に液体を供給する液体供給手段と、前記ピストンにより分断されてなる前記駆動部室の空間のうちピストン進出方向側に位置する空間に供給するバルブ作動用エアーを所望圧力に制御するバルブ作動圧制御手段と、前記バルブ作動圧制御手段と前記駆動部室とを連通する第一の位置および前記駆動部室と大気とを連通する第二の位置を切替可能とする切替弁と、前記バルブ作動圧制御手段および前記切替弁を連通する流量制御弁と、を含んで構成され、
前記切替弁が第一の位置にありかつ前記バルブ作動用エアーにより前記プランジャーロッドを退行動作して前記吐出口を開口し、前記切替弁が第二の位置にありかつ前記プランジャーロッド進出手段により進出動作させた前記プランジャーロッドを弁座に当接させることにより急速に停止して液体をバルブの吐出口から液滴状に飛ばして吐出する液滴定量吐出装置。 - 前記プランジャーロッド進出手段が、スプリングあるいは空気圧により前記プランジャーロッドを進出動作させることを特徴とする請求項５の液滴定量吐出装置。
- 前記液体供給手段が、液体貯留容器と、液体貯留容器内の液体を所望圧力に加圧する液体加圧手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５または６の液滴定量吐出装置。
- 前記切替弁が、電磁切替弁であることを特徴とする請求項５、６または７の液滴定量吐出装置。
- 前記吐出部室の底壁と前記プランジャーロッドの先端との面接触により前記吐出口を閉止することを特徴とする請求項５ないし８のいずれかの液滴定量吐出装置。
- 前記プランジャーロッドの先端に最大径が前記吐出口の内径に等しい突起を設けたことを特徴とする請求項５ないし９のいずれかの液滴定量吐出装置。
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