JP5285858B2 - 液体吐出装置及び液体吐出方法 - Google Patents

Description

本発明は、比重差のある粒子成分を含む懸濁液を吐出させる液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。

粒子を含む接着剤やコーティング剤等の液体を吐出するためには、比重差のある粒子成分を含む懸濁液を吐出させる必要があり懸濁液が均一である必要がある。ところが、粒子の含まれている懸濁液は液と粒子の比重の違いから時間の経過によって濃度の不均一が発生する。これは粒子が固体の場合だけでなく、水中の油滴のように粒子が液体の場合や気体の場合でも同様である。例えば、図８に示すようなシリンジ部１０３、プランジャ１０１、ノズル１０５からなる通常のシリンジ型液体吐出装置に液体より比重の大きい粒子を含んだ懸濁液を入れて吐出を行うと、粒子の沈降により濃度が不均一になる。このような構造をもったエアパルス式吐出装置（図９参照）や電磁弁式吐出装置（図１０参照）も使用されている。

エアパルス式吐出装置はシリンジ部３、圧力制御部５０、気体導入路５１、アダプタ部５２、ノズル部５９からなる。圧力制御部５０から気体導入路５１を通してシリンジ部３に圧力をかけることによりノズル部５９から懸濁液を吐出させる。シリンジ部３内に懸濁液を溜めた上で圧力制御部５０から気体導入路５１を通して供給する圧力を正圧にして懸濁液の上面を加圧することでシリンジ１の底部に設置されているノズル部５９からシリンジ部３の外へ懸濁液を吐出させる。また、圧力を負圧にすることで懸濁液の吐出を停止する。

電磁弁式吐出装置はシリンジ部３、圧力制御部６０、気体導入路６１、アダプタ部６２、ニードル制御部６３、ニードル６４、ノズル部７４からなる。

シリンジ部３内に懸濁液を溜めた上で圧力制御部６３から気体導入路６１を通して懸濁液の上面を加圧し、ニードル制御部６３によりニードル６４を上下させノズル部７４からシリンジ部３の外へ懸濁液を吐出、停止をさせる。

前述したとおり、これらの方法を用いると吐出される懸濁液の濃度の不均一が発生する。

そのため、懸濁液を均一にするために（１）シリンジ内の懸濁液を吐出する際に攪拌する（特許文献１参照）、（２）複数のシリンジを用意し、他方のシリンジへ流出、流入する際の圧力をかけることで粒子が沈降するのを防ぐ（特許文献２及び参照）、（３）タンク内の懸濁液を攪拌、もしくは超音波の振動で沈降を防ぐ（特許文献３参照）などの作業がおこなわれていた。

ところがこれらの装置、方法を用いると吐出穴が粒子により詰まってしまい安定した吐出が行われないことや、構造が複雑になりコストがかかることが問題となっていた。
特開平６−１３３７５８号公報 特開２００３−３０００００号公報 特開２００２−２５４０１６号公報

上述した液体吐出装置、液体吐出方法を用いると吐出穴が粒子により詰まってしまい安定した吐出が行われないことや、構造が複雑になりコストがかかることが問題となっていた。

そこで本発明は、簡易な構造かつ低コストで安定した濃度の懸濁液を抽出させる液体吐出装置及び液体吐出方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の液体吐出装置及び液体吐出方法は次のように構成されている。

（１）本発明の一形態における液体吐出装置は、液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジ及びプランジャを用いて抽出する装置において、前記シリンジ内の長手方向に突き出すように設けられ、前記シリンジ内の端部は閉じられており、前記シリンジ内の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が形成されている管とを有することを特徴とする。

（２）本発明の一形態における液体吐出装置は、液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジと、前記懸濁液に加える圧力を制御する圧力制御部と、前記圧力制御部から加圧された気体を前記シリンジ内に導入し、前記シリンジ内を密閉するアダプタ部と、を用いて抽出するエアパルス式の装置において、前記シリンジ底部に設けられたノズル部と、前記シリンジ内に設けられ、前記アダプタ部と連結し前記シリンジの長手方向へ略並行方向を長手方向とする部材と、前記部材は前記ノズル部のノズル延長方向に前記シリンジ内に設けられノズルの流路を延長する第１の流通路と、前記部材の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が設けられ、前記シリンジ内と前記第１の流通路とをつなぐ第２の流通路と、前記ノズル部付近において前記シリンジ内に設置され径が前記シリンジより小さい機構部と、前記シリンジとノズルとの境界部において前記機構部周りに設けられた弾性体とを有することを特徴とする。

（３）本発明の一形態における液体吐出装置は、液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジと、前記懸濁液に加える圧力を制御する圧力制御部と、前記圧力制御部から加圧された気体を前記シリンジ内に導入し、前記シリンジ内を密閉するアダプタ部と、前記シリンジ内の前記懸濁液を前記シリンジの外へ吐出及び停止させるニードルと、前記アダプタ部に設けられ前記ニードルを制御しているニードル制御部と、を用いて抽出する電磁弁式の装置において、前記シリンジ底部に設けられ、制御された前記ニードルにより前記懸濁液を前記シリンジの外へ吐出及び停止するノズル部と、前記ニードルを通すためのニードル用穴が設けられ、前記ノズル部付近において前記シリンジ内に設置され径が前記シリンジより小さい機構部と、前記機構部及び前記アダプタ部と連結し前記シリンジの長手方向へ略並行方向を長手方向とする棒状部材と、を有し、前記ニードルは前記ニードル用穴を介して前記機構部内を前記シリンジの流路経路と同軸方向に通すように設けられており、前記機構部は前記ノズル部のノズル延長方向に設けられ、前記ニードルを囲む第１の流通路と、前記機構部の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が設けられ、前記シリンジ内と前記第１の流通路とをつなぐ第２の流通路と、前記シリンジとノズルとの境界部において周囲に設けられた弾性体と、を有する。

（４）本発明の一形態における液体吐出方法は、請求項１に記載の液体吐出装置を用いて抽出する方法であって、前記懸濁液に圧力をかける工程と、前記シリンジ中の前記懸濁液を前記開口部から抽出する工程とを有することを特徴とする液体吐出方法。

本発明によれば、簡易な構造かつ低コストで安定した濃度の懸濁液を抽出させる液体吐出装置及び液体吐出方法を提供することが可能である。

粒子の含まれている懸濁液は、液と粒子の比重の違いから時間の経過によって濃度の不均一が発生する。沈降速度の異なる粒子を含んだ懸濁液の濃度が時間と共にどのように推移するかどうかを述べる。液中の粒子はストークスの法則により、数１のように移動する。

図１はシリンジ底面からの距離と時間経過後の懸濁液中の濃度との関係を示している。

粒子が溜まっている最下部及び粒子がほとんど存在しない最上部を除き、底部付近から中間部付近まで懸濁液の濃度はほぼ一定であることが分かる。よってシリンジ内の中間部付近の懸濁液をとりだせば安定した濃度の懸濁液が抽出できることが分かる。

第１の実施の形態について図２を用いて述べる。シリンジ部２内の懸濁液はプランジャ１を介して圧力がかけられる。シリンジ部２の底面から突き出すように設けられた管２１を通す。管２１の延長上にあり、シリンジ部２の外側に突き出した部分をノズル部２７とする。管２１のシリンジ部３内部の先端は開口部２５が開いている。そしてシリンジ部２内の管の先端の開口部２５から管２１を通ってシリンジ内の底面から離れた懸濁液の濃度が一定になっている部分をシリンジ部２の外へ取り出す。構造が簡単でコストも抑えることができる。図１のグラフから、シリンジ部３内において均一の濃度が得られる部分に管２１の先端を設定する。

第１の実施の形態においては重力方向の下方向にシリンジ部２内の粒子が直接沈降し管２１の内部に溜まることで吐出液の濃度変化が発生したり、管２１内部での詰まりが起りやすいことが考えられる。

そこで、第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の一実施の形態に係るシリンジ部２内の中間部付近から懸濁液を取り出す構成を示している。シリンジ部２内の懸濁液はプランジャ１を介して圧力がかけられる。シリンジ部２の底面から突き出るように設けられた管の側面の開口部３５から管３１を通じてシリンジ部２の外に懸濁液を抽出している実施の形態である。

管３１の延長上にあり、シリンジ部２の外側に突き出した部分をノズル部３７とする。

この管３１は側面のみに開口部３５が設けられており、管３１のシリンジ部２内における長手方向の端部は塞がっており液は通ることができない。管３１の側面に穴を有していることから、管３１はシリンジ部２内の懸濁液中の沈殿物のつまり等の影響を直接受けずに済む。また管３１とシリンジ部２とをつなぐ管３１の側面の穴はシリンジ部２内の懸濁液の濃度が一定である位置に設ける。このようにすれば、濃度がほぼ一定の懸濁液を抽出でき、吐出することができる。
第３の実施の形態について述べる。図４に示されるように第２の実施の形態では管３１の側面の一箇所に開口部３５を設置していたが、第３の実施の形態では管４１の側面に開口部４５、４６の二箇所を設ける場合を示している。もちろん二箇所より多い複数箇所であっても構わない。

第４の実施の形態について述べる。本実施の形態は市販されているエアパルス式吐出装置を利用したものである。図９に示されるようにエアパルス式吐出装置とは、シリンジ部３内の液面に圧力をかけて液を吐出させる装置であり、懸濁液に加える圧力を制御する圧力制御部５０と、圧力制御部５０から加圧された気体を導入する圧力気体導入路５１を備えたシリンジ部３の上部を密閉するアダプタ部５２からなる。本実施の形態はこのエアパルス式吐出装置に部材５３を組み入れることにより図５の構造にしたものである。この部材５３はアダプタ部５２に設置された円柱部と、シリンジ部３内の吐出部付近すなわちノズル部５９付近でシリンジ部３の内周とほぼ同じもしくは少し小さい内周のコマ状部と、円柱部及びコマ状部にはシリンジ部３の流出経路と同軸の流路５７が設けられており、この流路５７はシリンジ部３中央部付近側面において、流路５７に通じる流路５５を通じてシリンジ部３内と通じている。また、シリンジ部３の流出経路側のコマ状部には吐出される懸濁液に沈殿物が混ざらないよう、流路５７とシリンジ部３内との間のノズル部５９付近を密閉するシール部５８を設けている。市販のエアパルス式吐出装置に部材５３を組み込むので容易に安いコストで実施が可能である。部材５３の形状は上述の形状にこだわらない。

このような構成により、同軸機構上面５６や、シール部５８とシリンジ３内部との間に懸濁液の沈殿物が沈殿する。また、部材５３は請求項中の機構部、流路５７は請求項中の第１の流路、流路５５は請求項中の第２の流路、シール部５８は請求項中の弾性体のそれぞれ具体例を示している。

第５の実施の形態について述べる。

本実施の形態は市販されている電磁弁式吐出装置を利用したものである。図１０に示されるように電磁弁式吐出装置とは、シリンジ部３内に懸濁液を溜めた上で圧力制御部６０から気体導入路６１を通して懸濁液の上面を加圧し、ニードル制御部６３によりニードル６４を上下させノズル部７４からシリンジ部３の外へ懸濁液を吐出、停止をさせる。本実施の形態はこの電磁弁式吐出装置に複数の部材を挿入することにより図６の構造にしたものである。コマ状部材７２の下部はコマ状であり、前記ノズル部７４付近においてはシリンジと嵌め合うよう径が前記シリンジと近似している。またシリンジの流出経路と同軸の流路６９が設けられている。コマ状部材７２の上部にはニードル６４を通すためのニードル用穴６７が設けられている。

シリンジ中央部において、コマ状部材７２の側面に設けられた流路６９に通じる流路６５を有している。また、シリンジの流出経路側のコマ状部には吐出される懸濁液に沈殿物が混ざらないよう、流路６９とシリンジ部３内との間のノズル部７４付近を密閉するシール部５８を設けている。

さらにコマ状部材７２とアダプタ部６２とを棒状部材６６によって連結固定させる。

市販の電磁弁式吐出装置にコマ状部材７２を組み込むので容易に安いコストで実施が可能である。コマ状部材７２の形状はコマの形状以外でも同様の効果をもたらすものであれば違う形状でも代替可能である。

このような構成により、同軸機構上面７１や、管端面６８、シール部５８とシリンジ３内部との間に懸濁液の沈殿物が沈殿する。

また、コマ状部材７２は請求項中の機構部、流路６９は請求項中の第１の流路、流路６５は請求項中の第２の流路、シール部５８は請求項中の弾性体のそれぞれ具体例を示している。

第６の実施の形態について説明する。これまでに述べた実施の形態と同様の構造であるが前述の実施の形態では、懸濁液を吐出する向きは重力方向下向きであったのに対し、本実施の形態では上下逆さまにしても使用可能であるということを示す。図７は第２の実施の形態の他の例を挙げている。シリンジ部２内における粒子が溜まる場所は異なるが、前述の実施の形態と同様の原理で一定濃度の懸濁液を開口部１３から取り出すことができ、ノズル７より被塗布物７７の下面に懸濁液を塗布することができる。懸濁液は蛍光体を含むものとする。矢印Ａは被塗布物７７の動作方向を示している。ここでは被塗布物７７を動作させているが、被塗布物７７と吐出装置とが相対的に動作すれば足りるため、吐出装置を動作させても良い。

本実施の形態には蛍光体入りの液を使用している。しかしながら蛍光体以外の物質が入った液でも使用可能である。懸濁液用取得穴の位置は一定時間経過後の蛍光体の沈殿物の積層高さより重力方向上向きに高い位置に設定する必要がある。また、本実施の形態の粘度の範囲は5〜20Pa・s程度の範囲で使用されている。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

懸濁液中の粒子濃度と底面からの距離の関係を示す図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 本発明の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 従来の実施の形態に係る液体吐出装置の断面図。 従来の実施の形態に係るエアパルス式液体吐出装置の断面図 従来の実施の形態に係る電磁弁式液体吐出装置の断面図

符号の説明

２、３…シリンジ部
１、１０１…プランジャ
５８…シール部（弾性体）
１３、２５、３５、４５、４６…開口部、
５２，６２…アダプタ部、
５３…部材
７２…コマ状部材（機構部）
６６…棒状部材、
７、２７、３７、４７、５９、７４…ノズル部
５７、６９…第１の流路
５５、６５…第２の流路
５０、６０…圧力制御部

Claims (7)

1. 液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジ及びプランジャを用いて抽出する装置において、
   前記シリンジ内の長手方向に突き出すように設けられ、前記シリンジ内の端部は閉じられており、前記シリンジ内の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が形成されている管と
   を有することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記開口部は前記シリンジ内の長手方向における中間部付近に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジと、前記懸濁液に加える圧力を制御する圧力制御部と、前記圧力制御部から加圧された気体を前記シリンジ内に導入し、前記シリンジ内を密閉するアダプタ部と、を用いて抽出するエアパルス式の装置において、
   前記シリンジ底部に設けられたノズル部と、
   前記シリンジ内に設けられ、前記アダプタ部と連結し前記シリンジの長手方向へ略並行方向を長手方向とする部材と、
   前記部材は
   前記ノズル部のノズル延長方向に前記シリンジ内に設けられノズルの流路を延長する第１の流通路と、
   前記部材の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が設けられ、前記シリンジ内と前記第１の流通路とをつなぐ第２の流通路と、
   前記ノズル部付近において前記シリンジ内に設置され径が前記シリンジより小さい機構部と、
   前記シリンジとノズルとの境界部において前記機構部周りに設けられた弾性体と
   を有することを特徴とする液体吐出装置。
4. 前記開口部は前記シリンジ内の長手方向における中間部付近に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 液と比重の異なる粒子成分を含む懸濁液をシリンジと、前記懸濁液に加える圧力を制御する圧力制御部と、前記圧力制御部から加圧された気体を前記シリンジ内に導入し、前記シリンジ内を密閉するアダプタ部と、前記シリンジ内の前記懸濁液を前記シリンジの外へ吐出及び停止させるニードルと、前記アダプタ部に設けられ前記ニードルを制御しているニードル制御部と、を用いて抽出する電磁弁式の装置において、
   前記シリンジ底部に設けられ、制御された前記ニードルにより前記懸濁液を前記シリンジの外へ吐出及び停止するノズル部と、
   前記ニードルを通すためのニードル用穴が設けられ、前記ノズル部付近において前記シリンジ内に設置され径が前記シリンジより小さい機構部と、
   前記機構部及び前記アダプタ部と連結し前記シリンジの長手方向へ略並行方向を長手方向とする棒状部材と、
   を有し、
   前記ニードルは前記ニードル用穴を介して前記機構部内を前記シリンジの流路経路と同軸方向に通すように設けられており、
   前記機構部は
   前記ノズル部のノズル延長方向に設けられ、前記ニードルを囲む第１の流通路と、
   前記機構部の側面には前記シリンジ内の前記懸濁液の濃度が前記懸濁液の吐出前と吐出後とで一定となる位置に開口部が設けられ、前記シリンジ内と前記第１の流通路とをつなぐ第２の流通路と、
   前記シリンジとノズルとの境界部において周囲に設けられた弾性体と、
   を有することを特徴とする液体吐出装置。
6. 前記開口部は前記シリンジ内の長手方向における中間部付近に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
7. 請求項１に記載の液体吐出装置を用いて抽出する方法であって、
   前記懸濁液に圧力をかける工程と、
   前記シリンジ中の前記懸濁液を前記開口部から抽出する工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出方法。