JP4969461B2 - 液材吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液材を滴下または飛滴させて吐出する装置に関し、より具体的には液材をクリーンなまま精度良く、ノズルより定量吐出できる液材吐出装置に関する。
なお、本発明における「吐出」とは、液材がノズルから離間する前にワークに接触するタイプの吐出方式、および、液材がノズルから離間した後にワークに接触されるタイプの吐出方式を含むものである。

液材を滴下または飛滴させて吐出する技術分野に関し、液体材料を定量的に吐出する技術として、出願人は、特許文献１に開示された、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、実質的に同径とする吐出装置や、特許文献２に開示された、液材を吐出する吐出口を有する吐出部と、計量部の計量孔の内壁面に密接して摺動するプランジャーの後退移動により液材を計量孔に吸入し、プランジャーの進出移動により液材を前記吐出部より吐出する計量部と、液材貯留部と計量部とを連通する第一の位置、および吐出口とを連通する第二の位置、を切り替え、かつ、前記吐出部と前記計量部に密着して摺動するバルブと、からなる液体材料の吐出装置において、前記計量部を前記液材貯留部の先端部に配設する液体材料の吐出装置を提言してきた。
特開２００３−１９０８７１号公報 特開２００５−２９６７００号公報

従来のスライド弁を用いた切換バルブを備える装置においては、切換バルブのシール性を保つために、所定の圧力をかけながら、切換バルブを摺動させることとなるが、摩擦により切換バルブの摩耗片、摩耗粉が摺動面に生じる場合がある。摩耗片等が摺動面に混入すると、切換バルブのシール性が低下され、その結果液材が漏出し、吐出量にばらつきをもたらすおそれがある。
また、バルブの摩耗片等が液材に混入すると、ノズルより吐出されてしまい、前記液材を利用する製品に不良を発生させるおそれがある。

さらに、密着によって液材を外部に漏出せぬようシールするためには、液材吐出時の液材圧力に耐え得るよう外部から密着圧を付与する必要があるが、バルブ摺動時にはこの密着圧を上回る駆動力を必要とするため、大型モーターを採用することが必要であった。シール性を向上させるべく密着圧を強化するほど大きなバルブ駆動源が必要となり、装置の大型化、重量化を招いていた。
密着圧を付与するための構成としては、例えばスプリングを用いたものがあるが、かかる構成では、密着圧を付与するための機構が別途必要であり、装置の小型化のネックとなっていた。

上記課題を鑑み、本発明は、装置に供給される液材をクリーンな状態に保持したまま吐出し、安定した吐出量を確保しつつ、装置を小型にすることができる液材吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、発明者は、弁体に外部から密着圧が付与されない構成のバルブ部を備える液材吐出装置を開発した。
すなわち、第１の発明は、吐出する液材を供給する液材供給部と、液材を吐出するノズルを有する吐出部と、計量孔および計量孔の内壁面と摺動して計量孔内に液材を吸入し、排出するプランジャーからなる計量部（１２）と、空間（５２）が設けられ、ノズルが接続される本体（５０）と、液材供給部と計量部とを連通する流路（８３）および計量部（１２）と吐出部とを連通する流路（８５）が形成され、前記空間（５２）内に挿着され、摺動する回転弁（２６）と、これらを制御する制御部と、を具備し、前記本体（５０）は、前記計量孔を構成する第１流路（８１）と、液材供給部と前記空間（５２）を連通する第２流路（８２）と、を有し、前記制御部は、計量孔内に液材を吸入する際は、前記回転弁（２６）を所定角度回転させることにより第１の位置に配して液材供給部と計量部とを第２流路（８２）を介して連通し、且つ、計量部と吐出部とを遮断し、計量孔内の液材を排出する際は、前記回転弁（２６）を所定角度回転させることにより第２の位置に配して計量部と吐出部とを流路（８５）を介して連通し、且つ、液材供給部と計量部とを遮断する液材吐出装置であって、前記流路（８３）は回転弁（２６）の表面上に設けられた凹溝であり、前記流路（８５）は回転弁（２６）を貫通する孔であること、前記空間（５２）は、本体（５０）の側面に穿設されており、回転弁（２６）に外部から密着圧が付与されないこと、および、回転弁（２６）を空間（５２）から着脱可能であることを特徴とする液材吐出装置である。
第２の発明は、第１の発明において、前記凹溝は、回転弁（２６）の対称位置に配された２つの凹溝により構成されることを特徴とする。
第３の発明は、第１または２の発明において、前記空間（５２）は、回転弁（２６）が挿入される側端が開口であり他端は閉口している穴、または回転弁（２６）が挿入される側端から相対する他端に貫通する孔であることを特徴とする。
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記流路（８３）は、水平方向に長さをもって構成されており、前記制御部は、前記回転弁（２６）を所定の角度回転させながら所定距離水平移動させる複合動作ことにより前記第１の位置または第２の位置に回転弁を配することを特徴とする。
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記制御部は、計量孔への液材の吸引を１回のプランジャーの後退移動で行い、計量孔内の液材の排出をプランジャーの複数回の前進移動で行うことを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記回転弁（２６）は、前記空間（５２）との間にクリアランスを生じせしめる径の弁体により構成されることを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記本体（５０）は、その上面から上方に延出され、内部に流路（８１）が形成された筒部（１６）を有することを特徴とする。

本発明においては、弁体に強い密着圧が付与されないから、弁体を駆動するために必要な駆動力は比較的小さくなる。よって、バルブ駆動源を小型化することができるため、装置本体を小型化することが可能となり、また、ロボット用ヘッドとする際も、その取り付けの自由度が高い。

強い密着圧を除くことにより、弁体の摺動面で発生する摩擦を最小限にできるため、装置に供給される液材をクリーンな状態に保持したまま連続的な吐出作業を行うこと、並びに、安定した吐出量を確保することがより高いレベルで実現可能となる。

実施例１装置概略図である。 実施例１の液体材料吐出装置の弁体の第１位置を示す要部拡大断面図である。 実施例１の液体材料吐出装置の弁体の第２位置を示す要部拡大断面図である。 実施例１の弁体の概略斜視図および断面図である。 実施例２装置概略図である。 実施例２の液体材料吐出装置の弁体の第１位置を示す要部拡大断面図である。 実施例２の液体材料吐出装置の弁体の第２位置を示す要部拡大断面図である。 実施例２の弁体の概略斜視図および断面図である。 実施例３の液体材料吐出装置の弁体の第１位置を示す要部拡大断面図である。 実施例３の液体材料吐出装置の弁体の第２位置を示す要部拡大断面図である。 実施例３の弁体の概略斜視図および断面図である。 実施例３の弁体の斜視図および上面図である。 実施例３の弁体の変形例の概略斜視図および断面図である。

符号の説明

１ べース
２ 支柱板
３ 板（天板）
４ 中間板
１１ 液材貯留部
１２ 計量部
１３ プランジャー
１４ プランジャー駆動用モータ
１６ 円筒部
２６ 弁体
２８ バルブ駆動用モータ
２９ バルブ駆動用アクチュエータ
３１ ノズル
３２ 吐出口
５０ 本体
５１ 液材保持領域
５２ 空間
５３ 管
５４ 液送管
５５ 接続部
６１ 蓋
８１ 第１流路
８２ 第２流路
８３ 第３流路
８４ 第４流路
８５ 第５流路
９０ プランジャーヘッド
９１ ジョイント

本発明のバルブ部は、計量部、液材供給部および吐出部と連通する空間（穴または孔）を有し、前記空間に弁体を挿着し、これを移動させて、前記第１位置と前記第２位置とを切り替える構造であるため、前記空間と前記弁体とを密着させるための機構を要せず装置を小型化できる。

ここで、バルブ部に設けられた空間の構造としては、前記弁体が挿入される側端が開口であり他端は閉口している穴、または前記弁体が挿入される側端から相対する他端に貫通する貫通孔である孔が例示される。

また、本装置の構成は、前記空間に対する前記弁体の動作を、回転動作、平行移動動作または回転動作と平行移動動作の複合動作を選択可能とする。
回転動作は、平行動作のように弁体を空間の穿設方向に動作させる必要がなく、空間内に弁体を収めたまま、弁の切り替えが可能であるから、バルブ切り替えのための不要なスペースを削減でき、装置のコンパクト化に貢献するものである。

平行移動動作に回転動作を加える複合動作は、平行移動動作による液材に対する剪断力に加え、回転動作により前記平行移動動作による剪断力に直行する剪断力を液材に加えることができ、弁体の速やかなる切り替えを可能とするものである。

本装置の構成においては、前記弁体を、前記空間から着脱可能とすると、前記空間の径に対し、前記弁体の径を適宜選択することができるため、諸条件に応じた弁体を装置に装着させることが可能となる。

すなわち、弁体の径は、前記空間の内径と同径とすることも可能であるが、前記空間の内径と異径とすることにより、前記空間と前記弁体の間に部分的にクリアランスを生じせしめ、弁座と弁体と間に生じる過度な密着状態を回避させ、かつ十分な液材漏洩を防止するシール性をもたらすことが可能である。

また、本装置の構成は、前記シール性に加え、粘性等の液材の緒元や、吐出量、吐出間隔（吐出タクト）といった吐出条件に応じて、前記空間の径に対する弁体の径を適宜選択することを可能とする。

すなわち、弁体の径は、吐出する液材の粘性に応じて径を調整したものを装着することが可能である。
例えば、その他の諸条件との関連も考慮すべきであるが、一般的には、高粘性な液材を扱う場合は、液材の低流動性を考慮して、低粘度の液材を扱う場合の弁体外径と比較して小径とする、また、高い圧力を印加して吐出する場合は、バルブのシール性を考慮すべく、低い圧力を印加して吐出する場合の弁体の外径と比較して大径とする、などの適宜調整が可能である。

本発明の詳細を実施例に基づき説明するが、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。

《全体構造》
本実施例の液体材料の吐出装置は、図１に示すように、平行に配置された、ベース１、板（天板）３、中間板４とそれらを結合する支柱板２とで構成した機枠と、ベース１に固定された本体５０と、ベース１に配設されたバルブ駆動部と本体５０内に挿着された弁体２６で構成されるバルブ部と、ベース１および中間板４の間に配設され、本体５０と連通し中間板４に固定される液材貯留部１１と、本体５０内部の流路で形成される液材供給部と、ベース１に固定される本体５０の内部および本体５０の下方に配設される吐出部と、プランジャー１３を有し本体５０の内部に形成された計量部１２と、天板３と中間板４の間に配置されねじ伝導装置を用いたプランジャー駆動部と、それらを制御する制御部とで構成されている。以下、各部の構成を詳細に説明する。

《本体》
図２に示すように、本体５０は、上部に凹部を有し液材貯留部１１から供給される液材を保持する液材保持領域５１を有する。本体５０の上方部分には、液材貯留容器１１と連通する流路と接合する接続部５５を有する。ここで、液材貯留容器１１と連通する流路は、後述の管５３に限らず本体５０に直結した場合の液材貯留容器１１の供給口をも含む概念である。本体５０の液材保持領域５１より下方の側面には空間５２が穿設されており、弁体２６が挿着される。
なお、本実施例では、本体５０に凹部である液材保持領域５１を設けたが、必須の構成ではなく、本体５０の上端を平面で構成してもよい。かかる構成の場合、後述の第２流路８２は、本体５０の液材貯留容器１１と連通する流路と接する個所（上面または接続部５５）に設けることができる。
なおまた、本体５０の上端を平面とし、更に後述の円筒部１６が突出する構成としてもよい。かかる構成の場合、第２流路８２が短くなるので、その流路抵抗が減り、液材の充填がより円滑に行われることとなる。

液材保持領域５１の底面中央部には、液材貯留部１１方向に向かって管状体である円筒部１６が延出し、円筒部１６は空間５２に至る貫通孔を有し、前記円筒部１６の液材貯留部１１側端から空間５２に至る第１流路８１を形成する。
同じく液材保持領域５１の底面の円筒部１６に隣接する位置に、空間５２に至る貫通孔を有し、液材保持領域５１の底面から空間５２に至る第２流路８２を形成する。
本体５０の液材保持領域５１と相対する面には、ノズル３１が固定されており、本体５０とノズル３１とが連通するよう前記相対面から空間５２に至る貫通孔を有し、空間５２からノズル先端の吐出口３２に至る第４流路８４を形成する。

《液材供給部》
本体５０は上部に液材貯留部１１を備える。液材貯留部１１に貯留される液材は、本体５０の前記液材保持領域５１に供給される。液材貯留部１１の上部には、中央にプランジャー１３が挿入される貫通孔を有する蓋６１を備えることが好ましく、これにより貯留容器内に埃等の異物の混入を防ぐことができる。

《計量部》
計量部１２は、前記円筒部１６内に形成される第１流路８１とプランジャー１３とで構成される。プランジャー１３は、プランジャー駆動用モータ１４の作用により第１流路８１内を往復動作し、第１流路８１の内壁面を密接摺動する。プランジャー１３が上方に後退移動すると第１流路８１内に液材を吸入し、プランジャー１３が下方に前進移動すると第１流路８１内の液材が押出される。本実施例ではプランジャー１３は、先端が大径に形成されるプランジャーヘッド９０を備え、第１流路８１の内壁面に対する密接摺動を確実にし、プランジャー１３のプランジャーヘッド９０の大径部以外の部分が第１流路８１に接触することを防止し、第１流路内を移動するプランジャー１３の移動を円滑なものとすることができるため好ましい。

《吐出部》
本体５０の下端に接続され、吐出口３２を有するノズル３１により構成される。ノズル３１は本体５０に螺合接続されており着脱可能である。

《バルブ部》
ベース１の下面に固定されたバルブ駆動用モータ２８の回転駆動は、バルブ駆動用モータ２８に接続されたジョイント９１を介して弁体２６に伝達される。
弁体２６は、本体５０の側面に穿設された空間５２に挿着され、空間５２内にて回転動作する。弁体２６は、円柱形状であって、円柱の長さ方向に空間５２に挿着される。弁体２６は、径方向に貫通孔を有し該貫通孔をもって第５流路８５を形成する。また、弁体２６は、貫通孔である第５流路８５と直交する弁体２６周面に、弁体２６の長さ方向に伸びる溝を有し、弁体２６が空間５２に挿着されると空間５２の内壁面と協働して第３流路８３を構成する。

《液材吐出作業》
上記構成の液材吐出装置を用いた液材吐出作業（制御部による各部の制御）を説明する。
液材が全く計量部１２に導入されていない状態においては、バルブ駆動用モータ２８によって弁体２６を回転移動させ、図２に示すように、弁体２６を第２流路８２と第１流路８１とが連通する第１の位置にした後に、プランジャー駆動用モータ１４を作動させてプランジャー１３を後退移動させ、液材貯留部１１から液材を、第２流路８２、第３流路８３を通して第１流路８１に充填させる。
その後プランジャー１３を進出移動させて先端を液材に密接させ、第１流路８１内の気泡を排除する。なお、このような気泡抜きは、例えば、出願人が特開２００３−１９０８７１号において既に出願済みである気泡抜き機構が設けられたプランジャーを用いて行ってもよい。

その後に、バルブ駆動用モータ２８によって弁体２６を回転移動させ、図３に示すように、弁体２６に形成される第５流路８５を介して第１流路８１と第４流路８４とが連通する第２の位置に弁体を位置させ、プランジャー駆動用モータ１４を作動させてプランジャー１３を規定量前進移動させて、計量部１２に充填された液材をノズル３１の先端の吐出口３２より吐出する。
この際、プランジャー駆動用モータ１４を高速作動させ、プランジャー１３を規定量高速に進出移動させることにより、計量部１２に蓄えた液材をノズル３１先端の吐出口３２より飛滴させることも可能である。

ここで、第１流路８１に吸入した液材は、プランジャー１３の一回の進出動作によってすべて排出することも、プランジャー１３の複数回の進出動作により、複数回に分割して排出することも可能である。すなわち、１回の吐出毎に第１流路８１に液材を吸入させることも、複数回の吐出を経て第１流路８１に液材を吸入させることも可能である。

前記１回の吐出毎に第１流路８１に液材を吸入させる吐出ルーチンにおいては、プランジャー１３の動作が吐出毎に均一となるよう、プランジャー１３の先端位置を、常に一定にした位置から後退移動させ、一定した位置から前進移動させることが好ましい。
前記複数回の吐出を経て第１流路８１に液材を吸入させる吐出ルーチンにおいては、吐出毎に作動させるルーチンと比べ弁体２６の作動回数が減少するので、弁体２６の寿命を延ばすことが可能である。

本実施例の装置は、第１の実施例に開示した装置の弁体２６を回転動作タイプから、平行移動させて第１の位置と第２の位置とを切り替えるスライド動作タイプに置き換えたものである。
図５および６に示すように、ベース１の下面に固定されたバルブ駆動用アクチュエータ２９進退動作は、バルブ駆動用アクチュエータ２９に連結されたジョイント９１を介して弁体２６に伝達されるよう構成されており、従って、バルブ駆動用アクチュエータ２９の進退動作によって弁体２６がスライド動作する。

弁体２６は、実施例１の回転動作タイプで使用した弁体とは、第３流路８３と第５流路の相対位置が異なる。実施例２の弁体２６は、図８に図示するとおり、円柱形状であって、径方向に貫通孔を有し、貫通孔と平行に、弁体２６の長さ方向に伸びる凹溝を有する。前記貫通孔が第５流路８５を形成し、前記弁体２６が空間５２に挿着された状態では、空間５２の内壁面と協働して第３流路８３を構成する点は、実施例１と同様である。

また、本体５０の有する空間５２は、本実施例では貫通孔としているが、実施例１と同様に穴とすることも可能である。同じく実施例１における空間５２を貫通孔とすることももちろん可能である。
さらに、液材供給部は、本体５０に管５３を配設し、管５３の側面に配設される液送管５４を介して、液材貯留部１１と連通する構成し、液材供給部をいわゆる分岐構造とすることも可能である。液材供給部の分岐構造を採用すれば、本装置の設置箇所によらず液材貯留部１１を液材充填等のメンテナンスしやすい箇所に設置することが可能となる。

本実施例の装置構成は、図９に示すように、弁体２６が回転型バルブであり、本体５０の有する空間５２は貫通孔タイプである。また、液体供給部は実施例２と同様に分岐構造を有している。

本実施例は弁体２６の構成に特徴がある。図１１に図示するように、弁体２６周面に形成される溝が、側周面に対称に設けられている。このような構成を有する弁体２６は、バルブ駆動用モータ２８の一方向の回転動作によって、弁を切り替えることが可能である。
すなわち、実施例１の構成の弁体２６は、バルブ駆動用モータ２８の正転および逆転動作によって、第１の位置および第２の位置を切り替える必要があるが、本実施例では、正転或いは逆転動作のみで足りる。
本実施例の弁体２６は、貫通孔が第５流路８５を形成し、弁体２６が空間５２に挿着された状態では、空間５２の内壁面と協働して第３流路８３を構成する点は、実施例１と同様であるが、第３流路８３を構成する溝が２つである点で異なっている。

なお、弁体２６の駆動は、実施例１および実施例３のように回転型とすることも、実施例２のようにスライド型とすることも可能である。
もちろん、これを複合した動作、即ち回転動作とスライド動作を組み合わせた切り替えも可能である。その場合の弁体２６の構成は、例えば、第３流路８３の略中央位置が、図１３に示すように、第５流路８５の略中央位置と重なるようになる。この際、第３流路８３を側周面に対称に設ける構成とすれば、バルブ駆動用モータ２８を一方向の回転動作のものとすることができる。

本発明の装置は、吐出された液材がノズルから離間する前にワークに接触するタイプの吐出方式に用いるものとして、半導体関連、バイオ関連等のクリーンな環境での作業が必要な分野での利用可能性がある。

また、吐出された液材がノズルから離間した後にワークに接触される滴下、飛滴タイプの吐出方式に用いるものとして、フラットパネルディスプレイ製造工程、例えば、液晶パネル製造工程における液晶滴下工程などの分野での利用可能性がある。

Claims (7)

1. 吐出する液材を供給する液材供給部と、
   液材を吐出するノズルを有する吐出部と、
   計量孔および計量孔の内壁面と摺動して計量孔内に液材を吸入し、排出するプランジャーからなる計量部（１２）と、
   空間（５２）が設けられ、ノズルが接続される本体（５０）と、
   液材供給部と計量部とを連通する流路（８３）および計量部（１２）と吐出部とを連通する流路（８５）が形成され、前記空間（５２）内に挿着され、摺動する回転弁（２６）と、
   これらを制御する制御部と、を具備し、
   前記本体（５０）は、前記計量孔を構成する第１流路（８１）と、液材供給部と前記空間（５２）を連通する第２流路（８２）と、を有し、
   前記制御部は、計量孔内に液材を吸入する際は、前記回転弁（２６）を所定角度回転させることにより第１の位置に配して液材供給部と計量部とを第２流路（８２）を介して連通し、且つ、計量部と吐出部とを遮断し、計量孔内の液材を排出する際は、前記回転弁（２６）を所定角度回転させることにより第２の位置に配して計量部と吐出部とを流路（８５）を介して連通し、且つ、液材供給部と計量部とを遮断する液材吐出装置であって、
   前記流路（８３）は回転弁（２６）の表面上に設けられた凹溝であり、前記流路（８５）は回転弁（２６）を貫通する孔であること、
   前記空間（５２）は、本体（５０）の側面に穿設されており、回転弁（２６）に外部から密着圧が付与されないこと、および、回転弁（２６）を空間（５２）から着脱可能であることを特徴とする液材吐出装置。
2. 前記凹溝は、回転弁（２６）の対称位置に配された２つの凹溝により構成されることを特徴とする請求項１の液材吐出装置。
3. 前記空間（５２）は、回転弁（２６）が挿入される側端が開口であり他端は閉口している穴、または回転弁（２６）が挿入される側端から相対する他端に貫通する孔であることを特徴とする請求項１または２の液材吐出装置。
4. 前記流路（８３）は、水平方向に長さをもって構成されており、
   前記制御部は、前記回転弁（２６）を所定の角度回転させながら所定距離水平移動させる複合動作により前記第１の位置または第２の位置に回転弁を配することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの液材吐出装置。
5. 前記制御部は、計量孔への液材の吸引を１回のプランジャーの後退移動で行い、計量孔内の液材の排出をプランジャーの複数回の前進移動で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの液材吐出装置。
6. 前記回転弁（２６）は、前記空間（５２）との間にクリアランスを生じせしめる径の弁体により構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの液材吐出装置。
7. 前記本体（５０）は、その上面から上方に延出され、内部に流路（８１）が形成された筒部（１６）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの液材吐出装置。