JP5592113B2 - 液体をパルス吐出するための装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、包括的には少量の液体の吐出に関し、より詳細には、シリンジ型のディスペンサから少量の液体を吐出することに関する。
膠若しくは接着剤のような様々な種類の液体又は他の粘稠液が、時限圧力パルスを用いてシリンジから吐出される。吐出動作の結果、電子回路基板のような基板上に液体のドット（液滴）が形成されることになる。多くの用途では、時限圧力パルス中に吐出される液滴の大きさ又は体積は小さいものであり、厳しい許容誤差を維持しなければならない。
既知のシリンジディスペンサは多くの場合、加圧された作動空気を利用して液体をシリンジから強制的に出す。すなわち、シリンジ内への加圧された空気の短い吹き込み（ショートバースト）が、少量の液体をシリンジから強制的に出す。連続的なパルス吐出動作後には、シリンジ内の液体体積は減少し、シリンジ内の残りの体積は、加圧された作動空気で満たされることになる。液体体積によって占められていた領域の減少に起因して、それと同時にシリンジ内の空気体積すなわち空気領域が増大するにつれ、作動空気圧力に達するまでの時間が長くなる。したがって、短い吐出サイクル時間では、適切な作動空気圧力に達することがなく、これは、連続吐出サイクルの液滴の大きさすなわち液体流出体積に影響を与える。より詳細には、吐出システムがこの状況を補償しない場合、液体の吐出体積すなわち液滴の大きさは、シリンジ内に保持される液体体積が減少するにつれて減少する。１つの既知の補償方法は、時間を変更する作動空気パルスを用いてシリンジ内で変化する空気体積及び液体体積を補償することである。すなわち、シリンジ内の液体体積が減少するにつれて、作動空気が吹き込まれる持続時間は長くなる。
液体をパルス吐出するために、シリンジ本体構造体と作動空気流入通路流量制御装置とを備える装置が提供される。シリンジ本体構造体は、加圧された作動空気のための流入通路と連通し、また、吐出される液体のための出口すなわち放出通路とも連通する。空気流入流量制御装置は、一又は二以上の前のパルス吐出動作に起因したシリンジ本体構造体内の液体体積の減少に少なくとも部分的に応じる関係に従って、流入空気の流量を増大させるように動作可能である。
空気流入流量制御装置は様々な形態をとることができる。例えば、流量制御装置は、ニードル弁又は比例弁であってもよい。空気流入流量制御装置は、シリンジ本体構造体に直接組み込むこともできる。例えば、本装置は、シリンジ本体構造体内での往復運動できるように取り付けられたピストンを備えることができる。ピストンは、出口通路と連通するピストンの一方の側に液体領域を画定し、空気流入通路と連通するピストンの他方の側に空気領域を画定する。この例では、空気流入流量制御装置は、ピストンから空気流入通路の中へ延在する細長い部材をさらに備えることができる。細長い部材は、出口通路から離れる方向にいくにつれて直径が減少していく。例えば、この直径の減少は、連続的に先細りの形態であってもよいし、さらにより詳細には実質的に円錐型の細長い部材であってもよい。
制御された量の液体をシリンジディスペンサから吐出する方法も提供される。本方法は概して、加圧された作動空気源を流入通路によりシリンジ本体構造体に連結することを含む。作動空気の第１の時限パルスを流入通路を通じて供給することによって、第１の量の液体を出口通路を通じて排出する。次いで、シリンジ本体構造体内の液体体積の減少に少なくとも部分的に応じる関係に従って、流入空気流量を増大させる。次いで、作動空気の第２の時限パルスをより多い流量で流入通路を通じて供給することによって、第２の量の液体を出口通路を通じて排出する。これによって、例えば、第２の量を第１の量と少なくとも実質的に同じにすることが可能になり、すなわち言い換えれば、シリンジディスペンサ内の液体体積が減少するが、より一貫した吐出体積を達成することができる。
本方法のさらなる態様として、空気流入通路は、環状に形成された断面を有することができ、空気流量を増大させることは概して、流入通路の断面積を拡大することを含むことができる。例えば、これは、環状に形成された断面の面積を増大させる、すなわち、拡大することを含むことができる。環状に形成された断面の面積を増大させることは、細長い部材を流入通路の中に移動させることをさらに含むことができ、細長い部材は、実質的に円錐型の部材のような連続的に先細り状になっている部材であり得る。作動空気の第１の時限パルス及び第２の時限パルスを供給することは、シリンジ本体構造体内で往復運動することができるように取り付けられたピストンに対して作動空気を供給することをさらに含むことができる。
本発明の様々なさらなる詳細及び特徴は、添付の図面と共に考慮される例証的又は例示的な実施形態のより詳細な説明を検討すると、当業者にはより容易に明らかとなるであろう。
１つの例示的な実施形態によって構成された装置の概略図である。 シリンジディスペンサに直接組み込まれている流入通路流量調整器を含む、一実施形態によって構成された装置の概略図である。
図１は、空気を圧力調整器１４を通じて三方ソレノイド圧力切り替え弁１６へ送る作動空気源１２を一般的に含む装置１０を示す。三方ソレノイド圧力切り替え弁１６は、シリンジ本体構造体２２とアダプタ２４とから成るシリンジ２０内へ加圧された作動空気のパルスを提供する。圧力調整器１４は、既知の方法で空気圧パルスの振幅を設定する。三方ソレノイド圧力切り替え弁１６を用いて、既知の方法でシリンジディスペンサの空気領域３４の加圧及び排気を行う。管２６は、空気流入流量制御装置３０とアダプタ２４との間の空気経路を提供する。
図１は、空気流入流量制御装置３０が設けられていることを除いて従来と同じである装置を表す。シリンジ本体構造体２２は、吐出されるべき液体３２を含み、液体３２は、該本体構造の特定の体積を占めている。シリンジ本体構造体は、残りの体積を占める作動空気領域３４も含む。したがって、例えば、出口すなわち放出通路４２を通して液滴４０を連続的にパルス吐出動作する間に液体３２の体積が減少するにつれて、作動空気領域すなわち空気体積３４が増大することが理解されるであろう。
シリンジが液体３２で満たされているとき、加圧可能な空気体積３４をわずかに残して液体体積がシリンジ２０の内部体積のほとんどを占める。空気領域すなわち空気体積３４が小さいとき、適切な作動空気圧力振幅を達成するのに必要な空気は少量である。しかしながら、空気流入流量制御装置３０なしでは、シリンジ２０内の液体３２の体積が減少して空気体積すなわち空気領域３４が増大するにつれて、液体の一滴（液滴）の大きさ又は放出体積４０は小さくなる。すなわち、シリンジ２０を適切な作動空気圧力振幅まで加圧するには、作動空気流入通路を流れる空気量を増大させなければならず、したがって、より長い時間期間にわたって空気を空気領域３４内へ送らなければならない。空気流入流量制御装置３０は、この例では、空気体積すなわち空気領域３４が拡大又は増大するにつれて、流入オリフィスすなわち通路の断面積を増大させる。これによって、シリンジの空気領域３４内への空気流量すなわち質量流量が増大することが可能になり、したがって、前の吐出サイクルと同じ時間をかけて、設定された圧力振幅を達成する。したがって、吐出サイクル時間は、シリンジ２０内の液体３２の高さが減少する場合であっても同じ持続期間であるため、一滴毎の体積の一貫性が向上する。
装置の流入通路を通る空気流を制御することは、流量制御装置を用いることによって様々な方法で達成することができる。例えば、流量制御装置は、作動空気を空気領域３４の上流へ送るニードル弁又は比例電磁弁であり得る。これらの二種類の弁のいずれか又は他の機構を用いて、作動空気の質量流量、すなわち言い換えれば、単位時間当たりにシリンジ内へ流れる空気量を変えることができる。
図２は、作動空気流入通路流量制御装置がシリンジディスペンサ２０’に、より詳細にはアダプタ２４’に直接組み込まれている例示的な実施形態を示す。この実施形態では、同様の参照符号は、図１の同様の参照符号に関して同様の構造及び機能を示し、したがってさらなる説明を要しない。図面及び／又は本明細書の説明から明らかとなるように、プライム（’）記号を有する同様の参照符号は、図１に比べると多少変更された構造を指す。シリンジディスペンサ２０’は、シリンジ本体構造体２２内で移動できるように取り付けられたピストン５０と、ピストン５０から上方に、すなわち出口通路４２から離れる方向に延在したプランジャすなわち細長い部材５２とをさらに備える。プランジャ５２は、シリンジ本体構造体２２の作動空気入口点すなわち流入オリフィス６０における断面積が、ピストン５０により近い空気領域３４内における断面積よりも小さいように設計されている。プランジャ５２は、連続テーパ（先細り形状）を有する円錐型の部材とすることができる。ピストン及びプランジャが出口通路４２に向かって移動するにつれ、オリフィス６０に位置するプランジャ５２の一部の断面積は減少する。したがって、全体的に環状のオリフィス断面積（ここを通じて、加圧された作動空気がシリンジ本体構造体２２に入ることができる）は増大する。これによって、単位時間当たりにより多くの空気量がシリンジ本体構造体２２に入ることが可能になり、すなわち、これは空気流入流量を増大させる。したがって、シリンジ本体構造体２２内の液体３２の量すなわち体積にかかわらず、同じ時間をかけて空気領域３４を必要な程度にまで加圧することができる。
例として、３０ｃｃシリンジに用いられる細長い部材すなわちプランジャ５２は、長さを７．６８３センチメートル（３．０２５インチ）とすることができる。この例では、オリフィス６０は、０．３８１センチメートル（０．１５０インチ）の直径を有することができる。オリフィス６０に位置する細長い部材５２の断面の直径は、シリンジが液体で充填されている場合、０．３６２２センチメートル（０．１４２６インチ）である。オリフィス６０に位置する細長い部材５２の断面の直径は、シリンジの液体が空である場合、０．２６１９センチメートル（０．１０３１インチ）である。約３３０センチポアズの粘稠液を利用して、３．４４７５×１０５Ｐａ（５０ｐｓｉ）において０．１００秒の持続時間の空気圧力パルスで液滴を吐出することができる。
本発明は、様々な好ましい実施形態の説明によって例示されており、これらの実施形態がいくらか詳細に説明されているが、本出願人らは、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限するか又は一切限定することを意図していない。さらなる利点及び変更は、当業者には容易に明らかであろう。本明細書において説明される様々な特徴を、使用者の必要性又は好みに応じて単独で又は任意に組み合わせて用いることもできる。これは、現時点で判明している本発明の好ましい実施方法に沿った、本発明の例示的な態様及び実施形態の説明である。しかしながら、本発明自体は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるものとする。

Claims (12)

  1. 液体をパルス吐出するための装置であって、
    加圧された作動空気を受け入れる流入通路と連通し、且つ、液体を放出するための出口通路と連通するシリンジ本体構造体であって、前記作動空気を用いて、或る量の液体を前記出口通路から押し出すシリンジ本体構造体と、
    前のパルス吐出動作に起因した前記シリンジ本体構造体内の液体体積の減少に少なくとも部分的に応じる関係に従って、前記流入通路を通る前記作動空気の流量を増大させるように動作可能な空気流入流量制御装置と、
    を備え、前記空気流入量制御装置は、
    前記シリンジ本体構造体内で移動できるように取り付けられたピストンであって、前記出口通路と連通する前記ピストンの一方の側に液体領域を画定し、前記流入通路と連通する前記ピストンの他方の側に空気領域を画定するピストンと、
    前記ピストンから前記流入通路の中に延在する細長い部材と、
    を備え、
    前記細長い部材は、前記出口通路から離れる方向にいくにしたがって直径が減少していく装置。
  2. 前記流入通路は、断面積を有しており、前記空気流入流量制御装置は、流量を増大させるために該断面積を拡大するように動作可能である請求項１に記載の装置。
  3. 前記細長い部材は、前記出口通路から離れる方向に連続的に先細り状になっている請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記空気流入流量制御装置は、ニードル弁を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記空気流入流量制御装置は、比例弁を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
  6. 制御された量の液体をシリンジディスペンサから吐出する方法であって、
    加圧された作動空気源を流入通路によりシリンジ本体構造体に連結すること、
    第１の量の液体を出口通路を通じて排出するために前記作動空気の第１の時限パルスを第１の流量で前記流入通路を通じて供給すること、
    前記シリンジ本体構造体内で移動できるように取り付けられたピストンであって、前記出口通路と連通する前記ピストンの一方の側に液体領域を画定し、前記流入通路と連通する前記ピストンの他方の側に空気領域を画定するピストンと、前記ピストンから前記流入通路の中に延在する細長い部材と、を備え、前記細長い部材は、前記出口通路から離れる方向にいくにしたがって直径が減少していく空気流入量制御装置を用いることにより前記シリンジ本体構造体内の液体体積の減少に少なくとも部分的に応じる関係に従って、前記第１の流量から第２の流量へ流量を増大させること、及び
    第２の量の液体を前記出口通路を通じて排出するために前記作動空気の第２の時限パルスを前記第２の流量で前記流入通路を通じて供給すること、
    を含む方法。
  7. 前記第２の量は、前記第１の量と少なくとも実質的に同じである請求項６に記載の方法。
  8. 前記流量を増大させることは、前記流入通路の断面積を拡大することをさらに含む請求項６又は７に記載の方法。
  9. 前記流入通路は、環状に形成された断面を有しており、前記流入通路の断面積を拡大することは、前記環状に形成された断面の面積を拡大することをさらに含む請求項８に記載の方法。
  10. 前記環状に形成された断面の面積を拡大することは、前記細長い部材を前記流入通路の中で移動させることをさらに含む請求項９に記載の方法。
  11. 前記環状に形成された断面の面積を拡大することは、連続的に先細り形状になっている前記細長い部材を前記流入通路の中で移動させることをさらに含む請求項９に記載の方法。
  12. 前記作動空気の前記第１の時限パルス及び前記第２の時限パルスを供給することは、前記シリンジ本体構造体内で移動することができるように取り付けられた前記ピストンに作動空気を供給することをさらに含む請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
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