JP5986727B2 - 液体材料の吐出装置および方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1の実施例には、少量の液体材料を分配する材料分配装置において、空気室に圧縮空気を導入してバルブヘッドをバルブ座から離間させてバルブを開き、当該空気室の圧縮空気を外部に排出し圧縮ばねによってバルブをバルブ座に押しつけ、シャフトに閉止力を生じさせ、ノズルの出口端から液体材料を分配する装置の構成が開示される。
また、ストロークを長くすることを前提とすると、装置サイズが大きくなるという課題や高速なタクトで吐出させることが難しくなるという課題も生じる。
第2の発明は、第1の発明において、前記ピストンに当接し、ピストンの最後退位置を調節するストローク調節機構を備え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、前記プランジャーに設けられた当接部と、当接部と対向する位置規定部材とを含み、前記プランジャーの最進出位置を規定する位置規定機構を備えることを特徴とする。
第4の発明は、第3の発明において、前記当接部がピストンの進出方向に設けられた凸状部材により構成され、前記位置規定部材が前記加圧室の前記ピストンと対向する壁面により構成されることを特徴とする。
第5の発明は、第3の発明において、前記位置規定部材と前記加圧室との距離を調節する距離調節機構を備えることを特徴とする。
第7の発明は、第5の発明において、前記プランジャーが、前記ピストンと前記先端部を連結するロッド部を有し、ロッド部に前記当接部が設けられることを特徴とする。
第8の発明は、第1ないし7のいずれかの発明において、さらに、前記ピストンと対向して前記弾性体を保持する移動部材と、移動部材の位置を調節する位置調節機構とを含み、前記弾性体の付勢力を調節する付勢力調節機構を備えることを特徴とする。
第10の発明は、第9の発明において、前記増圧器と前記加圧室を連通する流路にバッファタンクを設けたことを特徴とする。
第11の発明は、第1ないし10のいずれかの発明において、さらに、前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御する流量弁を設けたことを特徴とする。
第12の発明は、第1ないし11のいずれかの発明において、前記加圧室を、前記ピストンで二つの気密空間に分断し、ピストン上昇時に加圧室に流入する気体の流量を制御する流量弁を設けたことを特徴とする。
第14の発明は、第13の発明において、前記プランジャーに設けられた当接部と、当接部と対向する位置規定部材とを含み、前記プランジャーの最進出位置を規定する位置規定機構を設け、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを進出移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出することを特徴とする。
第15の発明は、第14の発明において、前記吐出工程において、プランジャーを液室と接触しない最進出位置まで進出移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出し、続いてプランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を形成することを特徴とする。
第17の発明は、第16の発明において、前記増圧器と前記加圧室を連通する流路にバッファタンクを設けたことを特徴とする。
第18の発明は、第13ないし17のいずれかの発明において、前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御する流量弁を設け、前記充填工程において、前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御することを特徴とする。
第19の発明は、第13ないし18のいずれかの発明において、前記加圧室を、前記ピストンで二つの気密空間に分断し、ピストン上昇時に加圧室に流入する気体の流量を制御する流量弁を設け、前記充填工程において、前記加圧室に流入する気体の流量を制御することを特徴とする。
本発明の吐出装置は、ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、後端部にピストンが形成され、先端部が液室内を進退動するプランジャーと、プランジャーに付勢力を与える弾性体と、ピストンが配設され加圧気体が供給される加圧室と、を備え、弾性体がプランジャーを後退方向に付勢し、加圧室に供給された加圧気体がピストンに推進力を与えることによりプランジャーを進出移動させることにより、液体材料を吐出する。
本発明の装置は、加圧室のエア圧力を調節することにより、ストロークを変えることなく、ピストン(すなわちプランジャー)の進出速度を容易に可変させることができる。別の言い方をすれば、本発明の装置は、エア圧力を調節してプランジャーの進出速度を変えることにより、吐出量の調節を容易に行うことが可能である。
また、弾性体によりプランジャーに与えられる付勢力は、加圧室内の圧縮エアの排出を加速するようにも作用するので、プランジャーを短時間で後退移動できる。本発明の装置は、液体材料を連続して高速吐出(例えば、毎秒100ショット以上)する用途に好適である。
なお、弾性体としては、コイルばねの他にも板ばねや、ゴムなどを使用することもできる。弾性体は、実施例8で後述するように、引張コイルバネ等の引張型弾性体を用いることもできる。
好ましくは、ピストンに当接し、ピストンの最後退位置を調節するストローク調節機構を設ける。これを設けることで、プランジャーのストロークを調節することが可能となる。
加圧室から排出される加圧気体の流量を制御する流量弁を設けてもよい。この流量弁によっても、プランジャーの後退速度を調節することができる。また、加圧室をピストンで二つの気密の空間に分断し、ピストン上昇時に前方(下方)の空間に流入する気体の流量を制御する流量弁を設け、この流量弁によってプランジャーの後退速度を調節するようにしてもよい。
また、微量吐出とは、例えば、着弾径が数十〜数百μmの液滴、或いは、体積が1nl以下(好ましくは、0.1〜0.5nl以下)の液滴の吐出のことをいう。本発明は数十μm以下(好ましくは30μm以下)の吐出口径でも、液滴を形成できる。
図9(b)は、図9(a)のプランジャーの作動開始位置からプランジャーを前進移動させて、吐出路12内の液体材料を吐出口(吐出路12の吐出口側端面)まで到達させた状態を示す。図9(c)は、図9(b)のプランジャーの位置から、さらにプランジャーを前進移動させた状態を示す。この状態では、吐出口に到達した液体材料は、吐出口の外方へ分断さられることなく押し出される。
図9(e)は、図9(d)のプランジャーの位置(最進出位置)から、プランジャーを僅かに後退移動させた状態を示す。プランジャーが後退移動すると、液室50内を占めるプランジャーの容積の割合が減少し、吐出路12内の液体材料および吐出口11の外方に存在する液体材料に、液室50内に向かう方向へ力が作用する。このため、吐出口から押し出された液体材料には、プランジャーの前進方向への慣性力が働くと共に、プランジャーの後退方向への力が作用し、滴を形成しはじめる(吐出口近傍の部分で切断作用を受ける。)。
次の吐出に備え、好ましくは、 吐出路12の吐出口11側は、微量の外気(空気)を吸い込んだ状態とする。すなわち、吐出路12内に気液界面が存在する状態とする。こうすることで、液体材料の乾燥を防止することができ、また、吐出作業待機時に周辺環境を液だれにより汚染することを防ぐことができる。この際、吐出路12を越えて、液室50にまで外気(空気)を吸い込まないように留意する。
図1は、実施例1の装置の構成図である。本体71は、ブロック状の部材であり、内部に加圧室であるピストン室49が形成されている。ピストン室49には、プランジャーの後端部を形成するピストン33が上下に摺動自在に配設されている。ピストン33は、ピストン室49を前方ピストン室43と後方ピストン室44とに分断している。ピストン33の側面には、シール部材A35が環状に設けられており、これにより前方ピストン室43と後方ピストン室44の気密性が保持されている。
なお、本実施例では、電磁切替弁72を、本体71に直接固定しているが、管(圧送管)などを介して本体71と離れた位置に配置してもよい。
電磁切替弁72が第1位置にあるとき、スプリング47はピストン33により圧縮され弾性エネルギーを蓄える状態にある。電磁切替弁72が第2位置に切り替わると、圧縮により蓄えられたスプリング47の弾性エネルギーによりピストン33を後退移動させ、これにより後方ピストン室44の圧縮エアの放出も促される。従って、次の吐出動作へ短時間で移ることができ、タクトタイムを短縮することが可能である。
本実施例では、吐出路12が形成された液室52の内底面が弁座を構成し、先端部31が液室50の底部に当接することで液体材料を分断し、吐出口11から液体材料が吐出される。実施例1におけるプランジャーの最進出位置は、先端部31が液室52の内底面に当接することで規定される。
まず、液室50内に液体材料を満たす。すなわち、液体材料を、貯留容器80から液送管53および液送路52を介して液室50に供給し、液室50を吐出口11まで液体材料で満たす。
次に、電磁切替弁72を、圧力調整器95と後方ピストン室44とを連通する第1位置とすることでプランジャーを進出させ、プランジャーの先端部31を液室52の内底面に接触させて吐出口11を閉止する。
以上の準備工程が完了することで、液体材料の連続吐出が可能となる。
液室50が液体材料で満たされた状態で、電磁切替弁72を、後方ピストン室44と外気(大気)とを連通する第2位置に切り替える。これにより、後方ピストン室44内のエアが外部に放出され、スプリング47がピストン33を上方に押し上げ、プランジャーの先端部31が液室50の内底面から離間する。ピストン33は、後方当接部34が後方ストッパー42と当接するまで上昇し、停止する。液室50内を占めるプランジャーの体積減少に伴い、液体材料が貯留容器80から液室50内に流入する。
電磁切替弁72を再び第2位置に切り替えて液室50内に液体材料を補充し、次いで、電磁切替弁72を第1位置に切り替えることにより二回目の吐出を行う。以降、この動作を連続して繰り返すことにより、液体材料を連続吐出することが可能である。
実施例2では、圧力調整器B96により所望の圧力に調圧された圧縮空気が貯留容器80に供給される。圧力調整器B96は、例えば、減圧弁または減圧弁とバッファタンクとの組み合わせから構成される。制御部90は、供給圧力を液体材料の性質に応じて変えることができ、例えば、高粘性材料を吐出する場合には比較的高い圧力を供給する。
図3は、実施例3の装置の構成図である。本実施例の本体71は、上下方向の長さがベース70と比べ充分に短く(本体71の長さがベース70の半分以下であり)、ピストン室49を構成する底面が開放された空間を有している。本体71内の空間を摺動自在に配設されたピストン33は、側周面にシール部材A35が設けられており、気密の後方ピストン室44を形成する。本体71の下端部内周にはネジ溝が形成されており、外周にネジ溝が形成された移動部材41が螺挿される。
移動部材41を鉛直方向に貫通孔には、スプリング47が挿通される。スプリング47はその一端がピストン33に当接または固定され、もう一端が吐出ユニット57に当接または固定される。
実施例3では、減圧弁B99で調圧した圧縮エアを電磁切替弁B98を介して貯留容器70に供給する。電磁切替弁B98は、制御部90の指令に基づき作動し、減圧弁B99と貯留容器80を連通する位置と、貯留容器80と外気とを連通する位置とを切り替える。貯留容器80を他の貯留容器と交換する際に、電磁切替弁B98を貯留容器80と外気とを連通する位置に切り替えることにより、圧縮エアの無駄な消費を防止することができる。
プランジャーの移動速度は、後方ピストン室44に供給されるエアの圧力の大きさに比例するため、プランジャーを高速移動させるためには高圧のエアを供給する必要がある。そこで、本実施例では、実施例3の圧力調整器95に代え、減圧弁91、バッファタンク92および増圧器93を設けた。
本実施例の装置は、本体71の上下方向の長さがベース70と比べ充分に短い点で実施例3と類似するが、前方当接部32がプランジャーのロッド部30に設けられている点で実施例3と相違する。
本実施例では、移動部材41を正方向に回転してマイクロメータ46の方向に進めるとスプリング47を挟圧する力が増大し、逆方向に回転してノズル部材10の方向に進めるとスプリング47を挟圧する力が減少する。すなわち、移動部材41によりプランジャーの後退移動速度を規定するスプリング47の弾性力を調節することで、プランジャーの後退速度をプランジャーのストロークと独立して調節することが可能である。
プランジャーの最進出位置は、前方当接部32が位置規定部材40の後端部を形成する前方ストッパー56に当接することにより規定される。位置規定部材40は、ガイド45と吐出ユニット57との間に配設される。位置規定部材40は、円筒状の前方凸部と、円筒状の後方凸部と、これらを連結する円盤状の回転ツマミとから構成される。位置規定部材40の中心軸上には、貫通孔が設けられており、この貫通孔にプランジャーのロッド部30の細径部が挿通される。
図7は、実施例7の装置の構成図である。実施例7の装置では、前方ピストン室43の側方に設けられた開口に流量制御弁73が配設されている。また、本実施例では、移動部材41の後部が前方ピストン室43の壁面を構成する。移動部材41の中心軸上に設けられた貫通孔(ロッド部30が挿通される孔)にシール部材C37を設けることで前方ピストン室43を気密とし、流量制御弁73による調節効果を高めている。
なお、電磁切替弁72のエア排出口76に第2の流量制御弁を設け、2つの流量制御弁によりプランジャーの後退移動速度をコントロールするようにしてもよい。
図8は、実施例8の装置の構成図である。実施例8の装置では、引張コイルばねであるスプリング47が後方ピストン室44内に配設され、ピストン33および移動部材41に挟まれて保持される。すなわち、スプリング47は、一端がピストン33の後部に取り付けられ、他端が移動部材41の前部に取り付けられ、ピストン33に後退方向の付勢力を与えている。
移動部材41の中心軸上に設けられた貫通孔にシール部材D38を設けると共に本体71と移動部材41との間にシール部材E39を設け、後方ピストン室44を気密としている。移動部材41の中心軸上に設けられた貫通孔には、マイクロメータ46が挿通される。マイクロメータ46と連結される後方ストッパー42は、移動部材41に対し相対的に移動し、ピストン33と当接して最後退位置を規定する。
マイクロメータ46を逆回転させ、後方ストッパー42の移動部材41に対する位置を後退させると、スプリング47の伸びは小さくなり、ピストン33の後退速度がより緩やかになる。
本実施例でも、電磁切替弁72を第1位置に切り替え、後方ピストン室44に圧縮エアが供給することで、ピストン33にスプリング47の付勢力に打ち勝つ進出力を与え、プランジャーを前進移動させることで吐出が行われる。
本発明は、プランジャー(弁体)を弁座(液室内壁)に衝突させて液体材料をノズルより飛翔吐出させる方式、プランジャーを高速移動させ、プランジャーを弁座に衝突させることなく急激に停止することで液体材料に慣性力を与えてノズルより飛翔吐出させる方式のいずれにも適用することができる。
11 吐出口
12 吐出路
30 ロッド部
31 先端部
32 前方当接部
33 ピストン
34 後方当接部
35 シール部材A
36 シール部材B
37 シール部材C
38 シール部材D
39 シール部材E
40 位置規定部材
41 移動部材
42 後方ストッパー
43 前方ピストン室
44 後方ピストン室
45 ガイド
46 マイクロメータ
47 スプリング(弾性体)
48 バネ室
49 ピストン室
50 液室
51 挿通孔
52 液送路
53 液送管
54 固定ネジ
55 長穴
56 前方ストッパー
57 吐出ユニット
70 ベース
71 本体
72 電磁切替弁
73 流量制御弁
75 エア供給口
76 エア排出口
80 貯留容器
90 制御部
91 調圧器(減圧弁)
92 バッファタンク
93 増圧器(増圧弁)
94 圧力供給源
95 圧力調整器
96 圧力調整器B
97 制御装置
98 電磁切替弁B
99 減圧弁B
Claims (19)
- 吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、
後端部にピストンが形成され、先端部が液室内を進退動するプランジャーと、
プランジャーに付勢力を与える弾性体と、
ピストンが配設され加圧気体が供給される加圧室と、を備え、
プランジャーを高速で進出移動させることにより吐出口から液体材料を吐出する液体材料の吐出装置であって、
前記弾性体がプランジャーを後退方向に付勢し、前記加圧室に供給された加圧気体がピストンに推進力を与えることによりプランジャーを進出移動させること、かつ、加圧室の気体圧力を調節できることを特徴とする液体材料の吐出装置。 - 前記ピストンに当接し、ピストンの最後退位置を調節するストローク調節機構を備えることを特徴とする請求項1の液体材料の吐出装置。
- 前記プランジャーに設けられた当接部と、当接部と対向する位置規定部材とを含み、前記プランジャーの最進出位置を規定する位置規定機構を備えることを特徴とする請求項1または2の液体材料の吐出装置。
- 前記当接部がピストンの進出方向に設けられた凸状部材により構成され、前記位置規定部材が前記加圧室の前記ピストンと対向する壁面により構成されることを特徴とする請求項3の液体材料の吐出装置。
- 前記位置規定部材と前記加圧室との距離を調節する距離調節機構を備えることを特徴とする請求項3の液体材料の吐出装置。
- 前記当接部がピストンの進出方向に設けられた凸状部材により構成されることを特徴とする請求項5の液体材料の吐出装置。
- 前記プランジャーが、前記ピストンと前記先端部を連結するロッド部を有し、ロッド部に前記当接部が設けられることを特徴とする請求項5の液体材料の吐出装置。
- さらに、前記ピストンと対向して前記弾性体を保持する移動部材と、移動部材の位置を調節する位置調節機構とを含み、前記弾性体の付勢力を調節する付勢力調節機構を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかの液体材料の吐出装置。
- さらに、前記加圧室に供給される加圧気体を増圧する増圧器と、増圧器により増圧した加圧気体を所望圧に減圧して加圧室に供給する調圧器とを備えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかの液体材料の吐出装置。
- 前記増圧器と前記加圧室を連通する流路にバッファタンクを設けたことを特徴とする請求項9の液体材料の吐出装置。
- さらに、前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御する流量弁を設けたことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかの液体材料の吐出装置。
- 前記加圧室を、前記ピストンで二つの気密空間に分断し、ピストン上昇時に加圧室に流入する気体の流量を制御する流量弁を設けたことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかの液体材料の吐出装置。
- 吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、
後端部にピストンが形成され、先端部が液室内を進退動するプランジャーと、
プランジャーに付勢力を与える弾性体と、
ピストンが配設され加圧気体が供給される加圧室と、を備える吐出装置を用いた液体材料の吐出方法であって、
前記加圧室内の加圧気体を排出することにより前記プランジャーを後退方向へ移動する充填工程、
前記加圧室に所望の圧力に調節された加圧気体を供給することによりプランジャーを所望の速度で進出移動させる吐出工程、を有することを特徴とする液体材料の吐出方法。 - 前記プランジャーに設けられた当接部と、当接部と対向する位置規定部材とを含み、前記プランジャーの最進出位置を規定する位置規定機構を設け、プランジャーの先端部と液室の内壁が非接触の状態でプランジャーを進出移動することで液材に慣性力を与えて液滴の状態に吐出することを特徴とする請求項13の液体材料の吐出方法。
- 前記吐出工程において、プランジャーを液室と接触しない最進出位置まで進出移動させることにより所望の液滴を形成するのに必要となる量の液材を吐出口から押し出し、続いてプランジャーを後退移動させることにより吐出口から押し出された液材を分断して微量の液滴を形成することを特徴とする請求項14の液体材料の吐出方法。
- 前記加圧室に供給される加圧気体を増圧する増圧器と、増圧器により増圧した加圧気体を所望圧に減圧して加圧室に供給する調圧器とを設け、
前記吐出工程において、調圧された加圧気体を供給することを特徴とする請求項13ないし15のいずれかの液体材料の吐出方法。 - 前記増圧器と前記加圧室を連通する流路にバッファタンクを設けたことを特徴とする請求項16の液体材料の吐出方法。
- 前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御する流量弁を設け、
前記充填工程において、前記加圧室から排出される加圧気体の流量を制御することを特徴とする請求項13ないし17のいずれかの液体材料の吐出方法。 - 前記加圧室を、前記ピストンで二つの気密空間に分断し、ピストン上昇時に加圧室に流入する気体の流量を制御する流量弁を設け、
前記充填工程において、前記加圧室に流入する気体の流量を制御することを特徴とする請求項13ないし18のいずれかの液体材料の吐出方法。
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