JP6445974B2 - 液体材料充填装置および方法 - Google Patents
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特許文献1の図1に開示される装置は、シリンジに貯留される液体材料が、穴を介して分配装置ハウジングに形成された流路に導入され、シャフトの進出移動によりノズルから液体材料が吐出されるものである。ここで、シャフトは、流動穴に挿入されており、流路は流動穴に挿入されたシャフトの間隙で形成される。また、シャフトは、シールリングでシャフトの駆動源である制御機構に向かって漏出しないように構成されており、従って、シリンジ内に貯留された液体材料はノズルの吐出口に至る分配装置内の流路がすべて液体材料で満たされるよう構成される。
上記液体材料充填装置において、好ましくは、さらに、チャンバー連通管と負圧供給源とを連通する第1の位置およびチャンバー連通管とチャンバーにガスを供給するガス供給口とを連通する第2の位置を切り換える切換弁とを備え、前記制御装置が、前記減圧手段において切換弁を第1の位置とすること、並びに、前記圧力開放手段において切換弁を第2の位置とすることを特徴とし、より好ましくは、さらに、チャンバー連通管とチャンバーにガスを供給するガス供給口とを連通する流路に設けられた第1の流量制御弁と、吐出装置連通管と液体貯留容器にガスを供給するガス供給口とを連通する流路に設けられた第2の流量制御弁とを備えることを特徴とし、さらに好ましくは第1の流量制御弁の最大流量が、第2の流量制御弁の最大流量の3倍以上に設定されることを特徴とする。
上記液体材料充填装置において、さらに、前記吐出装置の吐出口から吐出された液体材料を検出し、前記制御装置に液体検出信号を送信するセンサを備えることを特徴としてもよい。
上記液体材料充填方法において、前記減圧工程において、流量制御弁を経時的に調節して、チャンバーおよび貯留容器内のエアを緩やかに排出することを特徴としてもよい。
上記液体材料充填方法において、前記充填工程において、流量制御弁を経時的に調節しながら貯留容器内の上方にある空間へ緩やかにガスを流入すること、並びに、前記圧力開放工程において、流量制御弁を経時的に調節しながら貯留容器内の上方にある空間へ緩やかにガスを流入することを特徴としてもよく、ここで好ましくは、前記圧力開放工程において、前記流量制御弁の最大流量が、前記充填工程における流量制御弁の最大流量の3倍以上に設定されることを特徴とする。
上記液体材料充填方法において、前記吐出装置が、吐出口と連通する液室内でロッドが動作する吐出装置であることを特徴としてもよい。
本発明の液体材料充填装置1は、図1に示すように、チャンバー10と、圧力調節部70と、制御装置100とを主要な構成要素とする。気密構造のチャンバー10の中に吐出装置50が設置され、充填工程が実施される。圧力調節部70は、チャンバー10および吐出装置50の貯留容器51の圧力を調節するものであり、制御装置100により動作が制御される。
扉11の開閉は把手12を掴んで行われる。扉11を閉めて額縁状に設けられた気密部材15を押圧した状態で、係止具A13および係止具B14により扉11を固定することでチャンバー内を気密にできる。チャンバー10の上部の直方体状の筐体内には、制御装置100および圧力調節部70が設置されている。この筐体の正面には、負圧計A87および負圧計B88が配置されており、正面から視認することができる。
負圧供給源71は、所定の負圧を供給するもので、例えば真空ポンプに減圧弁を組み合わせて構成することができる。
切換弁86は、負圧供給源71と開閉弁A83とを連通する第1位置と、開閉弁A83とガス供給口92とを流量制御弁C82を介して連通する第2位置とを切り換える。
チャンバー10に挿通される管A90の一端は、チャンバー内空間に開放されている。チャンバー10に挿通される管B91の一端は、貯留容器51の下端出口と連通している。管A90および管B91は、図1に示す如く、流量制御弁80〜82、開閉弁83〜85および切換弁86を介してガス供給口92,93および負圧源71と連通している。なお、本実施形態例では、ガス供給口を大気と連通させ大気ガスを供給しているが、ガス供給口を不活性ガス供給源と連通させ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
貯留容器51と吐出装置本体52は、内部に流路が設けられた液送部材56を介して連結されている。吐出装置本体52の一方の側面には、電磁弁57が固設されている。
吐出口53と連通する液室54内には、鉛直方向に延伸するロッド55の先端が配置されている。ロッド55は、例えばピエゾ素子からなるロッド駆動源により、液室54内を往復移動する。
貯留容器51は、下端に出口を有し、上端に開口を有している。貯留容器51の開口を覆う蓋部材(コネクタ)にはエアチューブが接続され、エア圧力供給58のエア供給口と連通される。コントローラ59は、電磁弁57およびエア圧力供給58の動作を制御する。
吐出装置50をチャンバー10内に設置する際は、エア圧力供給58およびコントローラ59との接続は外される。この際、ロッド55は上昇位置で固定し、ロッド55が液室54と吐出口53とを連通する流路を塞がないようにする。すなわち、チャンバー10内には、吐出口53と液体貯留容器51の出口とが連通する状態の吐出装置50を設置する。
図4に示した吐出装置50は一例に過ぎず、吐出口と連通する液室内でロッドが動作するあらゆる吐出装置に本発明は適用可能である。例えば、ノズルに連通する流路の端部に設けられた弁座に弁体を衝突させてまたは弁体を弁座に衝突する寸前に停止させて液体材料をノズル先端より飛翔吐出させるジェット式の吐出装置、先端にノズルを有する貯留容器の内面に密着摺動するプランジャーを所望量移動して吐出するプランジャー式、スクリューの回転により液体材料を吐出するスクリュー式の吐出装置にも本発明は適用可能である。
(準備工程:吐出装置の取り付け等)
作業者は、準備工程として次の作業を行う。
(1)チャンバー10内にあるホルダー60に吐出装置50を取り付ける。
(2)液体材料を貯留する貯留容器51の開口を覆う蓋部材に管B91を接続し、貯留容器51内の上方に閉空間を作る。
(3)吐出装置50の吐出口53の下に受け皿62を設置する。
(4)吐出装置50の吐出口53から下方に延びる垂直線と、液滴検知センサ61の検知範囲が重なるようにする。
制御装置100が、切換弁86を負圧供給源71と開閉弁A83とを連通する第1位置とし、開閉弁A83および開閉弁B84を開き、開閉弁C85を閉じた状態とする。この状態では、負圧供給源71は管A90を介してチャンバー10と連通し、管B91を介して貯留容器51と連通している。そのため、負圧供給源71からの負圧によりチャンバー10内の圧力および貯留容器51内の上方に存在する気体の圧力は減少する。
吐出装置50の吐出口53はチャンバー内空間に開放されているので、吐出口53と連通する装置本体52の内部流路は、チャンバー10の圧力減少に伴い減圧される。この際、制御装置100により流量制御弁A80を経時的に調節して、チャンバー10および貯留容器51内の空気が急激に排気されないようコントロールすることが好ましい。吐出装置50内の流路および貯留容器51内に急激な圧力変化が生じると気泡混入のおそれがあり、特に貯留容器51内の液体材料が暴れてしまうと気泡を混入するおそれが相当程度高まるからである。
制御装置100は、負圧計A87と負圧計B88が所望の圧力(すなわち、真空または真空に近い低圧力)に到達したら、開閉弁A83を閉じる。これにより、負圧供給源71からチャンバー10および貯留容器51への負圧の供給が停止し、チャンバー10内の圧力と貯留容器51内の圧力および装置本体52の内部流路の圧力が等しい状態となる。この状態においては、装置本体52の内部流路は実質的に真空となり、チャンバー10内に存在する全ての液体材料から気泡が除去される。気泡を除去する工程は、予め設定した一定時間継続して行われる。
制御装置100は、一定時間経過後開閉弁B84を閉じ、管A90と管B91の連通を遮断する。これにより、チャンバー10と貯留容器51の上方の空間との連通が遮断される。続いて、制御装置100は、流量制御弁B81を閉じてから、開閉弁C85を開く。この際、流量制御弁B81は閉じているので、負圧計B88の指示値は変化しない。
続いて、制御装置100は、流量制御弁B81を徐々に開く。これにより、ガス供給口93から開閉弁C85を介して貯留容器51の上方の空間内に大気ガスが流入する。この際、貯留容器50内の液体材料が急激に装置本体52の内部流路に流れ込まないように、制御装置100により流量制御弁B81の開放度合いを調節することが好ましい。
なお、上記では、制御装置100により開閉弁C85を開いた後に流量制御弁B81を開く方法を説明したが、制御装置100により予め流量制御弁B81の開き度合いを設定してから開閉弁C85を開いても良い。
負圧計B88の指示値が所望値に到達したら、制御装置100は開閉弁C85を閉じる。負圧計B88の指示値に代わり、一定時間経過後に開閉弁C85を閉じるのでもよい。この際、開閉弁B84を閉じたままとすることにより、負圧計A87と負圧計B88の差圧が維持される。従って、液体材料は貯留容器から51から装置本体52の内部流路へ緩やかに流れ続ける。液滴検知センサ61からの検出信号により貯留容器51から流入した液体材料が吐出口53まで到達したことが確認されたら、制御装置100は開閉弁B84を開き、管A90と管B91を連通する。これにより、貯留容器51内の圧力とチャンバー10との圧力差がなくなり、貯留容器51から装置本体52の内部流路への液体材料の流入が停止する。このとき、負圧計A87と負圧計B88の指示値は等しくなっている(圧力平衡状態)。
制御装置100は切換弁86を第2位置に設定し、開閉弁A83と流量制御弁C82とを連通させる。この際、開閉弁A83および流量制御弁C82は閉じた状態にあり、開閉弁B84は開いた状態にある。続いて、制御装置100は開閉弁A83を開き、流量制御弁C82を徐々に開く。これにより、ガス供給口92から大気ガスが、管A90を介してチャンバー10に流入し、管B91を介して貯留容器51の上方空間内に流入する。チャンバー10および貯留容器51の圧力が上昇し、大気圧と等しくなる。
なお、上記では、制御装置100により開閉弁A83を開いた後に流量制御弁C82を開く方法を説明したが、制御装置100により流量制御弁C82の開き度合いを設定してから開閉弁A83を開いても良い。
但し、第3の工程における貯留容器51への大気ガスの流入と第5の工程における大気ガスの流入を比べると、後者の方が著しく流入量が多いため、大気ガスの流入口を分けた方が良い場合がある。すなわち、切換弁86を設けた構成の方が、ガス供給口92からは大流量の弁を介して大気ガスを流入させ、ガス供給口93からは小流量の弁を介して大気ガスを流入させることができるので、第5の工程において速やかにチャンバー内の負圧を開放することが可能となる。例えば、流量制御弁C82の最大流量を流量制御弁B81の3倍以上(好ましくは5倍以上、より好ましくは10倍以上)とすることも可能である。
作業者は、負圧計A87および負圧計B88の指示値が大気圧に戻ったことを目視確認し、チャンバー10から吐出装置50(貯留容器51および装置本体52)を取り出す。
以上に説明した第1〜5の工程は自動で行われるのが原則であるが、その一部または全部を人手により行うことも当然に可能である。
本発明によれば、貯留容器から吐出口に至る流路内に気泡が残留しないので、吐出量が安定し、吐出不良が生じないという有利な効果が奏される。また、残留気泡を原因とする吐出口からの液だれ、後だれがなくなるので、クリーンに吐出できる。さらには、吐出口から液滴の状態で吐出を行う吐出装置においては、着弾位置の精度が上がる。本発明は、特に吐出口と連通する液室内に作業軸(ロッド)の先端部分が配置されるメカ式吐出装置に大変有効である。
10:チャンバー
11:扉
12:把手
13:係止具A
14:係止具B
15:シール部材
50:吐出装置
51:貯留容器(シリンジ)
52:装置本体
53:吐出口
54:液室
55:ロッド
56:液送部材
57:電磁弁
58:エア圧力供給
59:コントローラ
60:ホルダー
61:液滴検知センサ
62:受け皿
70:圧力調節部
71:負圧供給源
80:流量制御弁A
81:流量制御弁B
82:流量制御弁C
83:開閉弁A
84:開閉弁B
85:開閉弁C
86:切換弁
87:負圧計A(圧力計A)
88:負圧計B(圧力計B)
90:管A(チャンバー連通管)
91:管B(吐出装置連通管)
92:(チャンバーにガスを供給する)ガス供給口
93:(液体貯留容器にガスを供給する)ガス供給口
100:制御装置
Claims (12)
- 気密構造のチャンバーと、チャンバー内の圧力を調節する圧力調節部と、制御装置と、を備え、吐出口を有する吐出装置の内部流路に液体材料を充填する液体材料充填装置において、
前記吐出装置が、吐出口と連通された出口およびコネクタを有する液体貯留容器を含み、前記チャンバー外にある塗布装置に搭載されて使用される吐出装置であり、
前記圧力調節部が、負圧供給源と、チャンバーと連通するチャンバー連通管と、前記液体貯留容器のコネクタと連通される吐出装置連通管と、チャンバー連通管とチャンバーにガスを供給するガス供給口とを連通または遮断する開閉弁Aと、チャンバー連通管と吐出装置連通管とを連通または遮断する開閉弁Bと、吐出装置連通管と液体貯留容器にガスを供給するガス供給口とを連通または遮断する開閉弁Cと、圧力計と、を有し、
前記制御装置が、負圧供給源とチャンバー連通管および吐出装置連通管を連通してチャンバー内および貯留容器内の上方にある空間を真空または真空に近い低圧力に減圧する減圧手段、
チャンバー内および貯留容器内の上方にある空間を一定時間低圧力の状態に維持して液体材料内の気泡を脱気する脱気手段、
前記吐出装置の吐出口をチャンバー内空間に開放した状態で貯留容器内の上方にある空間を液体貯留容器にガスを供給するガス供給口と連通してガスを流入することでチャンバー内よりも高圧として貯留容器内の液体材料を吐出装置に充填する充填手段、
貯留容器内の上方にある空間をチャンバー内と連通して圧力平衡状態とする充填停止手段、並びに、
チャンバー内および貯留容器内の上方にある空間をチャンバーにガスを供給するガス供給口または液体貯留容器にガスを供給するガス供給口と連通する圧力開放手段を備え、
前記チャンバーが、前記吐出装置を出し入れ可能とする扉を備えることを特徴とする液体材料充填装置。 - さらに、チャンバー連通管と負圧供給源とを連通する第1の位置およびチャンバー連通管とチャンバーにガスを供給するガス供給口とを連通する第2の位置を切り換える切換弁とを備え、
前記制御装置が、前記減圧手段において切換弁を第1の位置とすること、並びに、前記圧力開放手段において切換弁を第2の位置とすることを特徴とする請求項1に記載の液体材料充填装置。 - さらに、チャンバー連通管とチャンバーにガスを供給するガス供給口とを連通する流路に設けられた第1の流量制御弁と、吐出装置連通管と液体貯留容器にガスを供給するガス供給口とを連通する流路に設けられた第2の流量制御弁とを備えることを特徴とする請求項2に記載の液体材料充填装置。
- 第1の流量制御弁の最大流量が、第2の流量制御弁の最大流量の3倍以上に設定されることを特徴とする請求項3に記載の液体材料充填装置。
- さらに、前記吐出装置の吐出口から吐出された液体材料を検出し、前記制御装置に液体検出信号を送信するセンサを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の液体材料充填装置。
- チャンバーに設置された吐出口を有する吐出装置の内部流路に液体材料を充填する方法において、
前記吐出装置が、吐出口と連通された出口および負圧が供給される管が接続されたコネクタを有する液体貯留容器を含み、前記チャンバー外にある塗布装置に搭載されて使用される吐出装置であり、
前記チャンバーが、前記吐出装置を出し入れ可能とする扉を備え、
チャンバー内および貯留容器内の上方にある空間を真空または真空に近い低圧力に減圧する減圧工程、
チャンバー内および貯留容器内の上方にある空間を一定時間低圧力の状態に維持して液体材料内の気泡を脱気する脱気工程、
前記吐出装置の吐出口をチャンバー内空間に開放した状態で貯留容器内の上方にある空間を液体貯留容器にガスを供給するガス供給口と連通してガスを流入することでチャンバー内よりも高圧とし、貯留容器内の液体材料を吐出装置に充填する充填工程、
吐出口から液滴が流出するのを検出後、速やかに貯留容器内の上方にある空間をチャンバー内と連通して圧力平衡状態とし、液体材料の充填を停止する充填停止工程、並びに、
チャンバー内および貯留容器内の上方にある空間をチャンバーにガスを供給するガス供給口または液体貯留容器にガスを供給するガス供給口と連通してガスを流入する圧力開放工程を有する液体材料充填方法。 - 前記減圧工程において、流量制御弁を経時的に調節して、チャンバーおよび貯留容器内のエアを緩やかに排出することを特徴とする請求項6に記載の液体材料充填方法。
- 前記充填工程において、流量制御弁を経時的に調節しながら貯留容器内の上方にある空間へ緩やかにガスを流入すること、並びに、
前記圧力開放工程において、流量制御弁を経時的に調節しながら貯留容器内の上方にある空間へ緩やかにガスを流入することを特徴とする請求項6または7に記載の液体材料充填方法。 - 前記圧力開放工程において、前記流量制御弁の最大流量が、前記充填工程における流量制御弁の最大流量の3倍以上に設定されることを特徴とする請求項8に記載の液体材料充填方法。
- 前記吐出装置が、吐出口と連通する液室内でロッドが動作する吐出装置であることを特徴とする請求項6または7に記載の液体材料充填方法。
- 前記吐出装置が、吐出口と連通する液室内でロッドが動作する吐出装置であることを特徴とする請求項8に記載の液体材料充填方法。
- 前記吐出装置が、吐出口と連通する液室内でロッドが動作する吐出装置であることを特徴とする請求項9に記載の液体材料充填方法。
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