JP7257078B1 - ノズルプレートおよび液体吐出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液体を十分に混合させることができるノズルプレートおよび液体吐出装置を提供する。【解決手段】ノズルプレート20は、液体が収容される貯留室21と、液体供給部100から供給される液体を貯留室に導入するための液体流路23と、貯留室21に収容された液体を吐出するための吐出流路22cとを有するものであって、液体流路23に、液体を混合するための混合エレメント26が着脱自由に設けられる。【選択図】図2

Description

本発明は、液体を吐出するノズルプレートおよびノズルプレートを有する液体吐出装置に関する。
従来、種類の異なる複数の液体を混合して吐出する液体吐出装置として、例えば特許文献1に記載のプリントヘッドがある。このプリントヘッドは、複数の異種インクをプリントヘッド内で混ぜてノズルから吐出させるものであり、異種インクはそれぞれ異なるインク流入口から異種インク流路を介してダンパに導入され、ダンパで混ざる。混ぜられたインクは圧電アクチュエータの駆動力でノズルから吐出される。
特開2011-152535号公報
特許文献1に記載の液体吐出装置はプリントヘッドであって異種インクはインクジェット印刷用のインクが用いられている。この種のインクはダンパに導入されることでダンパ内において十分に混合される。
しかし、液体吐出装置において粘度の高い液体、例えば、2種類の液体を混合することで硬化させる2液硬化型材料を用いた接着剤や塗料などを吐出させる場合がある。このような粘度の高い液体を吐出する場合、引用文献1に記載のプリントヘッドのように単にダンパ内に液体を導入するだけでは液体が十分に混合されない場合がある。
本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、液体を十分に混合させることができるノズルプレートおよび液体吐出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、次の項に記載の主題を包含する。
項1:液体が収容される貯留室と、液体供給部から供給される液体を前記貯留室に導入するための液体流路と、前記貯留室に収容された液体を吐出するための吐出流路とを有するノズルプレートであって、前記液体流路に、液体を混合するための混合エレメントが着脱自由に設けられる、ノズルプレート。
上記の構成によれば、液体を吐出するノズルプレート内に混合エレメントが設けられるため、液体を吐出する直前に液体を十分に混合することができる。
項2:少なくとも前記貯留室と前記吐出流路とを有するノズルプレート本体と、前記ノズルプレート本体に着脱自由に設けられ、前記液体供給部と接続するためのジョイント部とを含み、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ジョイント部の流路に前記混合エレメントが設けられる、項1に記載のノズルプレート。
項3:第1部材と、前記第1部材と分離自由に接合される第2部材とを有し、前記第1部材および前記第2部材は、前記液体流路の少なくとも混合エレメントが設けられた領域に沿って分離自由である、項1に記載のノズルプレート。
項4:前記液体供給部と接続するためのジョイント部を含み、前記ジョイント部は前記第1部材と前記第2部材とからなり、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ジョイント部の溝に前記混合エレメントが設けられる、項3に記載のノズルプレート。
項5:前記貯留室と、前記吐出流路とを有するノズルプレート本体を含み、前記ノズルプレート本体は前記第1部材と前記第2部材とからなり、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ノズルプレート本体の溝に前記混合エレメントが設けられる、項3または4に記載のノズルプレート。
項6:前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の面であって他方と接合される面に溝を有する、項3から5のいずれか1項に記載のノズルプレート。
項7:前記第1部材および前記第2部材の互いに接合される面はシート部材を介して接合される、項3から6のいずれか1項に記載のノズルプレート。
項8:前記液体供給部と接続され、前記液体供給部から異なる種類の液体がそれぞれ供給される複数のジョイント部をさらに含み、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記複数のジョイント部の流路は、前記ノズルプレート本体の溝と連通し、前記混合エレメントにより前記異なる種類の液体が混合される、項5から7のいずれか1稿に記載のノズルプレート。
項9:液体を加圧することにより液体を吐出する液体吐出装置であって、加圧部と、前記加圧部の下端に設けられる項1から8のいずれか一項に記載のノズルプレートと、を備え、前記加圧部は、加圧部本体と、前記加圧部本体に上下方向に移動自由に支持され、下端部が前記貯留室に収容されるように前記加圧部本体から突出し、前記液体流路から前記貯留室に導入された液体を加圧して前記吐出流路から吐出させる加圧部材と、前記加圧部材を上下方向に移動させる駆動部と、を備える。
本発明によれば、液体を十分に混合させることができるノズルプレートおよび液体吐出装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る液体吐出装置の全体の概略構成を示す断面図である。 (A)は液体吐出装置の要部を拡大して示す断面図であり、(B)は(A)の要部を拡大して示す断面であり、(C)はジョイント部の軸方向に沿う示す断面図であり、(D)はジョイント部の側面図である。 (A)はノズルプレートの他の例の要部を拡大して示す断面図であり、(B)はジョイント部の分解斜視図である。 ノズルプレートの他の例の要部を拡大して示す断面図である。 液体吐出装置の分解斜視図である。 液体吐出装置の斜視図である。 図4のA-A線に沿う部分断面図である。 ノズルプレートの他の例の要部を拡大して示す断面図である。 図8のB-B線に沿う部分断面図である。 ノズルプレートの他の例を示す要部を拡大して示す側面からみた断面図であり、図11のC-C線に沿う断面図である。 図10のノズルプレートの正面から見た断面図である。
(全体構成)
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1、図2は、本発明の一実施形態の液体吐出装置10を示す。液体吐出装置10は、液体を加圧することにより液体を吐出するものであり、加圧部11と、加圧部11の下端に設けられるノズルプレート20とを備えている。液体吐出装置10は、吐出する液体を供給するための液体供給部100に接続されている。以下の説明では、ノズルプレート20の吐出流路22cの軸方向、すなわち液体が吐出される方向を図1における上下方向とし、上下方向に直交する方向を左右方向としているが、液体吐出装置10は必ずしも現実の上下方向(鉛直方向)に沿って液体が吐出されてなくてもよい。また、図1~図11は説明のために用いられるものであり、実際の寸法や形状を示すものではない。
(液体供給部100)
液体供給部100は、異なる種類の液体をそれぞれ貯留する複数の(本実施形態では2つの)シリンジ101A、101Bと、シリンジ101A、101Bに空圧を供給するエアコンプレッサ等の空圧供給源(図示せず)とが、電磁バルブ(図示せず)を介して接続されたものである。電磁バルブが開かれると、空圧供給源からシリンジ101A、101B内に所定の空圧が供給されて液体が押し出され、液体吐出装置10に供給される。空圧供給源および電磁バルブはシリンジ101A、101Bそれぞれに設けられて、シリンジ101A、101Bの動作が別々に制御されてもよく、一つの空圧供給源および電磁バルブでシリンジ101A、101Bの動作が制御されてもよい。液体供給管105は、一端が二股に分岐して各分岐管にシリンジ101A、101Bが接続され、他端に液体吐出装置10のジョイント部70が接続される。なお、液体供給部100は、シリンジ101Aが1つ設けられる構成であってもよい。
本実施形態においては、液体吐出装置10から吐出される液体は主剤と硬化剤とからなる2液性接着剤であり、エポキシ系、アクリル系、シリコーンゴム系の接着剤を用いることができる。シリンジ101Aに主剤、シリンジ101Bに硬化剤がそれぞれ収容され、液体吐出装置10内で混合されて吐出される。吐出される接着剤は、好ましくは、粘性が30Pa・s(パスカル秒)以下、可使時間(主剤と硬化剤とを混合した後の作業が可能な時間)が5分以上の接着剤である。なお、吐出される液体は2液性接着剤に限定されない。複数の液体を混合することで所望の性能を得ることのできる液体であってもよく、複数のシリンジ101A、101Bに収容された液体のノズルプレート20への導入量を調整し、ノズルプレート20内で混合して所望の性能の液体を液体吐出装置10から吐出する。また、シリンジ101A、101Bに異なる色の液体が収容され、各液体のノズルプレート20への導入量を調整してノズルプレート20内で混合し、所望の色の液体として液体吐出装置10から吐出してもよい。さらに、シリンジ101Aが1つである場合には、各種接着剤、はんだペースト、フラックス等、様々な任意の液体を吐出することができる。また、3本以上のシリンジを有しており、それぞれのシリンジに収容された液体がノズルプレート20内で混合されて吐出されてもよい。
本明細書において、特に指定しない限り、複数のシリンジ101A、101Bに収容される種類の異なる液体と、この種類の異なる液体が混合された液体であり液体吐出装置10から吐出される液体とを総称して「液体」という。
(液体吐出装置10)
(加圧部11)
図1に示すように、加圧部11は、加圧部本体12と、加圧部材13と、駆動部14と、回転規制機構15とを備えている。加圧部本体12は、有底で上端が開口した円筒形状を呈しており、開口はベース部材16で閉鎖されている。加圧部本体12の底部12aの平面視における中央部には、加圧部材13が挿通される貫通孔12bが形成されている。底部12aの外面12cはノズルプレート20が装着される装着面である。
図2(A)に示すように、加圧部材13は、ノズルプレート20の液体流路23から凹部22に導入された液体を加圧して吐出流路22cから吐出させるものである。加圧部材13は、円柱形状の小径部13aと、小径部13aの上端に取り付けられた四角形状の大径部13bとを有しており、断面T字形状を呈している。なお、大径部13bは円柱形状であってもよい。小径部13aの径は加圧部本体12の貫通孔12bに挿通可能に設定されており、本実施形態では貫通孔12bの径を約3.1mm、小径部13aの径を約3.0mmに設定しているが、これに限定されるものではない。小径部13aは、貫通孔12bに挿通されて、下端部が加圧部本体12の底部12aより外側に突出し、後述するノズルプレート20の凹部22に収容される。小径部13aの上下方向の長さは、凹部22の貯留室21に収容された液体を加圧できる十分な長さに設定される。一方、小径部13aは加圧時に貯留室21の液体からの反力を受けて僅かに上下方向に収縮し、この収縮によりエネルギー損失が発生するが、小径部13aが短いほど収縮が小さく損失も小さくなる。この観点から、小径部13aはできるだけ短く設定される。
大径部13bは加圧部本体12の内部に位置しており、平面視における大径部13bの大きさは加圧部本体12の貫通孔12bから大径部13bが抜け出ない大きさに設定されている。大径部13bの下面と加圧部本体12の底部12aの上面12gとの間には環状の皿バネ17が設けられており、後述するアクチュエータ18による加圧部材13への加圧が解除された状態で、皿バネ17は加圧部材13を上方向に付勢して第1の位置に位置させる。皿バネ17及び加圧部本体12の貫通孔12bにより、加圧部材13は加圧部本体12に着脱可能に上下方向に移動自由に支持されている。
加圧部11の小径部13aの下端部には、ノズルプレート20の液体流路23から導入された液体を凹部22の底部22aに効率的に導入するための第1流路19が形成されている。
回転規制機構15は、加圧部材13の中心軸回りの相対回転を規制するものである。図2(A)に示すように、回転規制機構15は、加圧部材13の小径部13aの外周面13cから突出した突出部であるピン15aと、加圧部本体12の底部12aの上面12gに設けられ上側が開放された溝15bとを備える。ピン15aが溝15bに収容されることで、加圧部材13が貫通孔12bに対して、すなわち加圧部材13の小径部13aの下端部が収容されるノズルプレート20の凹部22に対して、回転することが規制される。
加圧部材13とベース部材16との間には圧電素子を含むアクチュエータ18が取り付けられている。アクチュエータ18は、図示しないアクチュエータ制御部によって制御されて上下方向へ伸縮動作を行う。アクチュエータ18の上面は皿バネ17の付勢力によりベース部材16に当接しており、ベース部材16によりアクチュエータ18の伸長時の上向きの反力が支持されている。
アクチュエータ18は加圧部材13の大径部13bの上面に当接するが固定はされていない。アクチュエータ18の伸長時には、アクチュエータ18の下面が加圧部材13の大径部13bの上面に当接して、加圧部材13に下方向の圧力を加える。これにより加圧部材13は、皿バネ17により上方向に付勢された第1の位置から、皿バネ17の付勢力に反して下向きに第2の位置に移動する。第1の位置と第2の位置との間の移動距離は約20μmに設定されているが、これに限定されない。アクチュエータ18と皿バネ17により駆動部14が構成される。
なお、加圧部11の構成は図1の構成に限定されず、ノズルプレート20の貯留室21に収容された液体に圧力を加えることができればいずれの構成であってもよい。
(ノズルプレート20)
図1、図2に示すように、ノズルプレート20は、液体が収容される貯留室21を有する凹部22と、貯留室21に液体を導入するための液体流路23と、貯留室21に収容された液体を吐出するための吐出流路22cと、を有する。ノズルプレート20はノズルプレート本体25と、ズルプレート本体25に嵌め込まれるジョイント部70とを備え、液体流路23に、液体を混合するための混合エレメント26が着脱自由に設けられる。
図1、図2(A)に示すように、ノズルプレート20のノズルプレート本体25は略長方形状を有し、上面21aが加圧部本体12の外面12cに図示しないネジの接続手段により装着される。ノズルプレート本体25の上面21aには、加圧部本体12の貫通孔12bに対応する位置に凹部22が形成されている。凹部22は平面から見た形状が円形であり、凹部22の径は貫通孔12bの径と略同じに設定されている。凹部22には、貫通孔12bを貫通した加圧部材13の小径部13aの下端部が収容される。本実施形態では、加圧部材13の小径部13aの外周面13cと凹部22の内面22bとの間の最短の距離は約5μmに設定されているが、これに限定されない。加圧部材13の底面13dと凹部22の底部22aとの間に、液体が収容される貯留室21が形成される。また、凹部22の内面22bの上端には一周にわたってOリング22eが収容される段部22fが形成されており、Oリング22eにより貯留室21内の液体が加圧部本体12に流れることを防いでいる。
凹部22の底部22aには、凹部22の貯留室21に収容された液体を吐出するための吐出流路22cが形成されている。吐出流路22cは平面視において円形であり、下に向かうほど内径が小さい先細り形状を呈している。吐出流路22cは、凹部22の重心位置Pからずれた位置であって、図2(B)において加圧部材13の第1流路19や凹部22の内面22bに形成された液体流路23の開口とは重心位置Pを中心にして反対側の位置に形成されている。本実施形態においては、平面視において凹部22は円形状であるため、円形の中心点が重心位置Pになる。これにより液体流路23、加圧部材13の第1流路19から供給された液体は貯留室21全体に充填され、貯留室21内にエアだまりが発生しにくく、吐出不良が防がれる。なお、吐出流路22cの位置は本実施形態に限定されず、凹部22の底部22aのいずれの位置であってもよい。
ノズルプレート本体25の側部にはジョイント部接続用孔21cが形成され、ジョイント部70が着脱自由に嵌め込まれている。ジョイント部70は、Oリング72を介して、ジョイント固定板71によりネジ止め等によりノズルプレート本体25に固定されている。図1、図2(A)、図2(C)に示すように、ジョイント部70の内部には、上下方向に対して直交する方向(図2(A)の左右方向)に沿って直線状に延び、断面形状が円形状の接続流路73が形成されている。接続流路73の第1の端部73aは液体供給部100と接続するための液体供給管105の内部と連通し、第2の端部73bはノズルプレート本体25の本体流路27と連通している。ノズルプレート本体25の本体流路27は、接続流路73と同軸に直線状に形成され、凹部22と連通している。すなわち、接続流路73と本体流路27とは液体流路23を形成している。ジョイント部70の接続流路73には、混合エレメント26が収容されている。
(混合エレメント26)
接続流路73内には、液体供給部100から供給される異なる種類の液体を混合するための混合エレメント26が着脱自由、回転自由に配置される。混合エレメント26は、液体流路23内を流通する流体に転換、反転作用を与えることにより、流体を均質に混合するものである。混合エレメント26は既知のものが用いられ、混合エレメント26の形状は特に限定されない。例えば、混合エレメント26は長方形の板を180度右回転方向へねじった形状の右ねじれ羽根と長方形の板を180度左回転方向へねじった形状の左ねじれ羽根とを交互に配置し、長さ方向の端部同士を互いに直交するように接合したものであってもよく、複数枚の板を角度を変えて互いに噛み合い交差させたものであってもよい。図2(D)に示すように、混合エレメント26を軸方向の一端側から見たとき(側面視)において各羽根は円形形状であって、その直径は、混合エレメント26の各羽根が接続流路73の内壁に当接し接続流路73の内壁と混合エレメントの羽根との間に隙間が生じない大きさに設定される。図2(D)においては、接続流路73と混合エレメント26とを示しており、その他の構成は図示を省略している。本実施形態では、混合エレメント26の長さは8mm、混合エレメント26の最大直径は2.3mm、ジョイント部70の接続流路73の長さは10mm、直径は2.3mmに設定されているが、これに限定されるものではない。
混合エレメント26は金属や合成樹脂から構成され、例えば、金属の場合にはステンレスが用いられ、合成樹脂の場合には、PP(ポリプロピレン)、POM(ポリアセタール)、ナイロン等が用いられるが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では混合エレメント26は1本の棒状体であるが、複数に分割された混合エレメント26であってもよい。なお、図1~図11において混合エレメント26は簡略化して図示されており、実際の寸法および形状を示すものではない。
混合エレメント26の装着は、ジョイント部70がノズルプレート本体25に嵌め込まれた状態で第1の端部73a側から接続流路73に挿入される。または、混合エレメント26はジョイント部70をノズルプレート本体25から取り外した状態で挿入してもよい。混合エレメント26を接続流路73から取り外す際には、ジョイント部70をノズルプレート本体25から取り外した状態で、第1の端部73a側から混合エレメント26を押し、第2の端部73b側から取り出す。
(液体吐出装置10の動作)
本実施形態の液体吐出装置10の動作について説明する。前提として、すでに貯留室21には液体供給部100から液体が充填されているものとする。初期状態において貯留室21に液体が充填されていない場合には、液体供給部100から貯留室21に液体を充填しておく。初期状態での液体を充填する動作は後述の液体充填動作と同様である。
液体吐出動作時には、アクチュエータ18により加圧部材13を第1の位置から下方向に第2の位置まで移動させる。加圧部材13により貯留室21に収容された液体が押圧され、吐出流路22cから液体が吐出される。所定の時間経過後にアクチュエータ18が縮小すると液体の吐出が停止され、加圧部材13は皿バネ17の付勢力により押し上げられて第1の位置に戻る。
液体吐出動作の後に貯留室21への液体充填動作が行われる。液体供給部100の電磁バルブが開かれ、空圧供給源からシリンジ101A、101B内に所定の空圧が供給されてシリンジ101A、101Bから異なる種類の液体が押し出される。液体は、液体供給管105を介して液体吐出装置10のノズルプレート20のジョイント部70の接続流路73、ノズルプレート本体25の本体流路27を通って凹部22の貯留室21に液体が流れる。接続流路73には混合エレメント26が配置されているので、異なる種類の液体は混合エレメント26で十分に混合された状態で貯留室21に流れる。液体吐出装置10は1回の液体吐出動作が完了した後で、液体充填動作を行う。液体供給動作と液体吐出動作とは交互に繰り返される。
上記の構成によれば、ジョイント部70の接続流路73に混合エレメント26を備えているため、異なる種類の液体をノズルプレート20内で十分に混合することができる。また、本実施形態においては、混合エレメント26は貯留室21と連通する液体流路23(接続流路73)内に配置されており、ノズルプレート20からの吐出の直前に液体供給部100から供給された異なる2種の液体が混合される。吐出する液体が2液性接着剤等のように、異なる複数種の液体が混合された液体であり、混合後に粘度が増加する液体である場合、吐出の直前に混合が行われるため、混合から吐出までの時間が短く、混合された液体の粘度が吐出時に高くなることを防ぐことができる。
また、液体供給動作と液体吐出動作との繰り返しにより、ノズルプレート20の液体流路23、混合エレメント26には液体が残留したり、残留した液体が固化するため、液体流路23や貯留室21、吐出流路22c等を定期的に洗浄する必要がある。また、吐出対象の液体が変更される場合にも洗浄が必要になる。作業者は、ノズルプレート20のジョイント部70をノズルプレート本体25から取り外すことができ、かつジョイント部70の接続流路73から混合エレメント26を取り出すことができるため、接続流路73や本体流路27、混合エレメント26の洗浄がしやすくなる。特にノズルプレート20が吐出する液体が主剤と硬化剤とからなる2液硬化性接着剤である場合や、UV硬化樹脂である場合には、液体がノズルプレート20内の液体流路23や貯留室21、吐出流路22cに残留して固化しやすいため、頻繁に洗浄する必要があり、洗浄のしやすさは重要である。
混合エレメント26は、上述のように右ねじれ羽根の端部と左ねじれ羽根の端部とを長手方向に複数連結したものであるが、混合エレメント26に引っ張り力やねじれの方向に力が加わることで、連結部分が破断する場合がある。このため、ジョイント部70から混合エレメント26を引っ張り出そうとすると混合エレメント26が破断することがある。本実施形態では、ジョイント部70がノズルプレート本体25から着脱自由であるため、ジョイント部70をノズルプレート本体25から取り外し、混合エレメント26を押し出して取り出すことができ、混合エレメント26の取り出し時に破断することを防ぐことができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。図3に他の実施形態を示す。図3(A)、図3(B)の実施形態においては、ノズルプレート本体25は平面視において矩形状であって、図3(A)における右側の一端側部分(「右側部分」ともいう)32は、左側の他端側部分(「左側部分」ともいう)33よりも厚み(上下方向の長さ)が小さく形成されている。右側部分32の上面32aは、加圧部11の加圧部本体12の底部12aの外面に取付けられる。
左側部分33の上面33aには、液体供給部100と接続するためのジョイント部34が1つ設けられている。図3(B)に示すように、ジョイント部34は、ノズルプレート本体25と図示しないネジ等の接続手段によって接続される円筒状の基部34bと、基部34bに連続して設けられた基部34bよりも径の小さい円筒状であって液体供給管105が接続される接続部34cとを有し、基部34bと接続部34cは、ジョイント第1部材34fとジョイント第2部材34gとから構成されている。ジョイント第1部材34fおよびジョイント第2部材34gは上下方向に沿って分割された同一形状の半割体である。ジョイント第1部材34fおよびジョイント第2部材34gには、それぞれ互いに接合する面(「接合面」ともいう)に上下方向に沿って溝34d、34eが形成されている。接合面同士が接合された状態で、溝34d、34eは接続流路34aを形成する。溝34d、34eは断面形状が半円形状であり、接続流路34aの断面形状は円形状である。ジョイント部34の接続流路34aには、混合エレメント26が着脱自由に設けられ、接続流路34aの直径は混合エレメント26が収容できる長さに設定される。すなわち、ジョイント部34の接続流路34aは液体流路23の少なくとも一部であって、ジョイント第1部材34fおよびジョイント第2部材34gは、液体流路23の少なくとも混合エレメント26が設けられた領域である接続流路34aに沿って分離自由である。
接続流路34aはノズルプレート本体25内に上下方向に沿って設けられた導入流路35と連通している。導入流路35は、本体流路27を介して凹部22と連通している。
加圧部11の加圧部本体12の外面12cであって貫通孔12bの周囲にはOリング12eが収容される段部12dが形成されており、Oリング12eによりノズルプレート20内の液体が加圧部本体12に流れることを防いでいる。また、外面12cには、ノズルプレート20を装着するためのネジ孔が設けられている。
上記の構成によれば、ジョイント部34の接続流路34aに混合エレメント26が設けられるため、液体供給部から供給された液体を混合することができる。また、ジョイント第1部材34fおよびジョイント第2部材34gは分離自由であるため、混合エレメント26の着脱が容易であり、溝34d、34eおよび混合エレメント26を洗浄しやすい。その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
(他の実施形態)
図4~図7に他の実施形態を示す。図4~図7の実施形態においては、ノズルプレート20のノズルプレート本体25は、第1部材31と、第1部材31と分離自由に接合される第2部材41と含む。第1部材31および第2部材41は、第1部材31に形成される液体流路23の少なくとも混合エレメント26が設けられた領域に沿って分離自由である。なお、図7ではノズルプレート20の構成を図示し、他の構成の図示は省略している。
(ノズルプレート本体25の第1部材31)
第1部材31は、平面視において矩形状であって、図4における右側の一端側部分(「右側部分」ともいう。)32は、左側の他端側部分(「左側部分」ともいう。)33よりも厚み(上下方向の長さ)が小さく形成されている。右側部分32の上面32aは、加圧部11の加圧部本体12の底部12aの外面に取付けられる。第1部材31の右側部分32の厚みは、加圧部材13の小径部13aの上下方向の長さを短くするためにできるだけ薄く形成されており、本実施形態では1500μmに設定されているが、これに限定されない。左側部分33は後述するネジ孔38bを形成するために右側部分32よりも厚く形成されており、本実施形態では3000μmに設定されているが、これに限定されない。
左側部分33の上面33aには、液体供給部100と接続するためのジョイント部34が1つ設けられている。ジョイント部34は、ノズルプレート本体25と図示しないネジ等の接続手段によって接続される円筒状の基部34bと、基部34bに連続して設けられた基部34bよりも径の小さい円筒状であって液体供給管105が接続される接続部34cとを有し、内部に上下方向に沿って接続流路34aが形成されている。接続流路34aは第1部材31内に上下方向に沿って設けられた導入流路35と連通している。第1部材31には、加圧部本体12の貫通孔12bに対応する位置に、凹部22を形成する凹部用貫通孔36が上下方向に沿って形成されている。凹部用貫通孔36は平面から見た形状が円形であり、凹部用貫通孔36の径は加圧部本体12の貫通孔12bの径と略同じに設定されている。
図4、図5に示すように第1部材31の下面31aには、凹部用貫通孔36と導入流路35とに連通する溝37が形成されている。溝37の下側は開放されている。溝37は、溝37の長さ方向(図4における左右方向)の中央部に、混合エレメントが収容される部分37bと、その他の部分37aとから構成される。その他の部分37aは断面形状が半円形状である。混合エレメントが収容される部分37bは、図7に示すように、断面形状が半楕円形状、より詳細には、上に凸となる半円と半円の下に位置する長方形状とを組み合わせた形状であり、混合エレメント26が収容できる大きさである。混合エレメントが収容される部分37bの断面積は、その他の部分37aの断面積よりも大きく設定されている。本実施形態では、導入流路35および接続流路34aと、溝37と凹部用貫通孔36とは平面視において直線上に位置している。溝37は第1部材31と第2部材41とが接合された状態で開放部分が第2部材41により塞がれて液体流路23の一部となる。溝37および導入流路35および接続流路34aは液体流路23を構成する。第1部材31の下面31aは、第2部材41と接合される面であり接合面31aともいう。なお、本実施形態では混合エレメントが収容される部分37bと他の部分37aとは断面の形状および断面積が異なっているが、他の部分37aの断面形状を混合エレメントが収容される部分37bと同じ形状、同じ断面積とし、一つの溝37として形成してもよい。
本実施形態では、溝37の長さ(図4における左右方向の長さ)、すなわち、混合エレメントが収容される部分37bとその他の部分37aとの合計の長さは約10000μm(10mm)、その他の部分37aの上下方向の最長の長さ(厚み)は約700μm(0.7mm)、下面31aにおける長さおよび厚みに直交する方向のその他の部分37aの長さ(幅)は約1400μm(1.4mm)、混合エレメントが収容される部分37bの長さは約6000μm(6mm)、厚みは約1150μm(1.15mm)、下面31aにおける幅は2300μm(2.3mm)に設定される。なお、溝37の混合エレメントが収容される部分37bとその他の部分37aとの大きさは上記に限定されるものではない。また、本実施形態では、混合エレメント26の各羽根の側面視における最大長さは約2.3mmに設定されている。
図5に示すように、第1部材31の右側部分32にはノズルプレート20を加圧部11の底部12aに装着するためのネジ用貫通孔38aが形成されている。また、第1部材31の左側部分33には、第2部材41、シート部材50を第1部材31に装着するためのネジ孔38bが形成されている。本実施形態では、ネジ用貫通孔38aは右側部分32に4つ、ネジ孔38bは左側部分33に2つ形成されているが、ネジ用貫通孔38a、ネジ孔38bの個数や位置は本実施形態には限定されない。
第1部材31は、少なくとも500度の熱に耐える耐熱性の素材からなる。第1部材31は金属から構成されることが好ましく、本実施形態ではステンレスから構成されているが、これに限定されず、アルミナ、ジルコニア等のセラミックから構成されていてもよい。
(ノズルプレート本体25の第2部材41)
図4、図5に示すように、第2部材41は長方形状であって、上面41aは第1部材31の下面31aと接合する接合面41aである。第2部材41の接合面41aには、第1部材31の凹部用貫通孔36に対応する位置に、凹部22を形成する凹部用穴42が形成されている。凹部用穴42は、平面から見た形状が円形であり、凹部用穴42の径は凹部用貫通孔36の径と略同じに設定されている。第1部材31の凹部用貫通孔36および第2部材41の凹部用穴42から構成される凹部22には、加圧部本体12の貫通孔12bを貫通した加圧部材13の小径部13aの下端部が収容される。加圧部材13の底面13dと凹部用穴42の底部22aとの間に、液体が収容される貯留室21が形成される。
凹部用穴42の底部22aには、凹部22の貯留室21に収容された液体を吐出するための吐出流路22cが形成されている。吐出流路22cは平面視において円形であり、下に向かうほど内径が小さい先細り形状を呈している。第2部材41の下面41bにはわずかに下方に突出する突条部41cが形成されており、吐出流路22cは、底部22aおよび突条部41cを貫通している。突条部41cの下端には吐出流路22cの吐出口22dが開口している。
第2部材41の厚み、すなわち、上下方向の長さであって突条部41cの厚みを除いた長さは、液体吐出動作時に加圧部材13により貯留室21に収容された液体が加圧された際に、この加圧により第2部材41に撓みが生じない程度の厚みに設定される。一方、加圧部材13の小径部13aをできるだけ短くする観点から、第2部材41の厚みはできるだけ薄く設定される。
図5に示すように、第2部材41にはノズルプレート20を加圧部11の底部12aに装着するためのネジ用貫通孔43が形成されている。本実施形態では、第1部材31のネジ用貫通孔38a、ネジ孔38bに対応する個数のネジ用貫通孔43が第1部材31のネジ用貫通孔38a、ネジ孔38bに対応する位置に形成されているが、ネジ用貫通孔43の個数や位置は本実施形態には限定されない。
第2部材41は、少なくとも500度の熱に耐える耐熱性の素材からなる。第2部材41は金属から構成されることが好ましく、本実施形態ではステンレスから構成されているが、これに限定されず、アルミナ、ジルコニア等のセラミックかから構成されていてもよい。
(シート部材50)
第1部材31および第2部材41は、その間にシート部材50を介して接合される。第1部材31と第2部材41とが分離自由に接合されるとは、シート部材50を介して接合されることを含む。シート部材50は、平面視において第1部材31および第2部材41に対応する形状および大きさであり素材としてPET(ポリエチレンテレフタレート)が用いられ、厚み50μmに設定されており、可撓性を有する。図5に示すように、シート部材50には、第1部材31の凹部用貫通孔36および第2部材41の凹部用穴42に対応する位置に凹部用貫通孔51が形成され、第1部材31および第2部材41のネジ用貫通孔38a、43、ネジ孔38bに対応する位置にネジ用貫通孔52が形成されている。シート部材50は、少なくとも第1部材31の接合面31aに対向する上面50aが離型処理されている。離型処理とは、シート部材50が少なくとも第1部材31からはがれやすくなる処理を行うことであり、例えば、面に離型剤を塗布する処理である。
シート部材50の素材として、本実施形態では剛性のある樹脂シートとして、PET(ポリエチレンテレフタレート)を用いているが、低付着性の良好なものとしてPP(ポリプロピレン)も好ましく用いられる。また、例えばステンレス、アルミニウムなどの金属も使用でき、その場合、可撓性の観点より、厚み10μm~30μmが好ましく用いられる。第1部材31と第2部材41との間にシート部材50を備えることにより、第1部材31と第2部材41との間に液体が進入して固化し、第1部材31と第2部材41とが固着して分離できなくなるのを防いでいる。なお、本実施形態において、シート部材50を備えていない構成であってもよい。
なお、加圧部11の加圧部本体12の外面12cであって貫通孔12bの周囲にはOリング12eが収容される段部12dが形成されており、Oリング12eによりノズルプレート20内の液体が加圧部本体12に流れることを防いでいる。また、外面12cには、ノズルプレート20を装着するためのネジ孔12fが設けられている。
(第1部材31および第2部材41の接合)
図5に示すように、ノズルプレート20は、ノズルプレート20の第2部材41の下面41bからネジ60がネジ用貫通孔43、52、38aを通ってネジ孔38b、12fに挿入されることにより加圧部11に装着される。ネジはネジ頭の下端が第2部材41のネジ用貫通孔43内に位置し、ネジ60が第2部材41の下面41bから飛び出さない長さに設定される。第1部材31と第2部材41とがシート部材50を介して接合された状態において、第1部材31の溝37の下側の開放部分はシート部材50および第2部材41によって覆われ、溝37は液体流路23の一部となる。すなわち、第1部材31および第2部材41は、液体流路23の一部であって、液体流路23の少なくとも混合エレメント26が設けられた領域である溝37に沿って分離自由となっている。
貯留室21への液体充填動作の際には、液体供給部100の電磁バルブが開かれ、空圧供給源からシリンジ101A、101B内に所定の空圧が供給されてシリンジ101A、101Bから異なる種類の液体が押し出され、液体供給管105を介して液体吐出装置10のノズルプレート20の導入流路35に液体が導入され、溝37を通って凹部22の貯留室21に液体が流れる。溝37には混合エレメント26が配置されているので、異なる種類の液体は混合エレメント26で十分に混合される。液体吐出装置10は1回の液体吐出動作が完了した後で、液体充填動作を行う。液体供給動作と液体吐出動作とは交互に繰り返される。
その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
上記の構成によれば、溝37に混合エレメント26を備えているため、異なる種類の液体をノズルプレート20内で十分に混合することができる。また、本実施形態においては、混合エレメント26は貯留室21を有する凹部22と連通する液体流路23内に配置されており、ノズルプレート20からの吐出の直前に液体供給部100から供給された異なる2種の液体が混合される。吐出する液体が2液性接着剤等のように、異なる複数種の液体が混合された液体であり、混合後に粘度が増加する液体である場合、吐出の直前に混合が行われるため、混合から吐出までの時間が短く、混合された液体の粘度が吐出時に高くなることを防ぐことができる。
また、作業者は、ネジ60を外すことにより加圧部11からノズルプレート20が取りはずされ、かつ第1部材31と第2部材41とが分離するため、液体流路23である第1部材31の溝37が開放され、混合エレメント26を溝37に容易に着脱することができる。また、混合エレメント26や溝37の洗浄が容易となり、第1部材31の導入流路35を溝37側から洗浄が可能となる。さらに、第2部材41の凹部22を形成する凹部用穴42および吐出流路22cを上側から洗浄しやすくなる。特にノズルプレート20が吐出する液体が主剤と硬化剤とからなる2液硬化性接着剤である場合や、UV硬化樹脂である場合には、液体がノズルプレート20内の液体流路23や貯留室21、吐出流路22cに残留して固化しやすいため、頻繁に洗浄する必要があり、洗浄のしやすさは重要である。
また、吐出する液体が2液硬化性接着剤やUV硬化樹脂等の固化しやすい液体である場合、液体流路23、貯留室21、吐出流路22c内に液体が固化して付着し、洗浄ツールを用いても付着物が除去できないことがある。本実施形態では、第1部材31、第2部材41は耐熱性を有する素材から構成されているため、加圧部11からノズルプレート20を取り外し、第1部材31と第2部材41を分離して、第1部材31と第2部材41とを500度以上に加熱することができる。加熱により固化した付着物が除去可能となる。
また、本実施形態においては、吐出流路22cが設けられた第1部材31よりも下側に位置する第2部材41ではなく、加圧部11に近い第1部材31の上面33aに液体供給部100と接続するためのジョイント部34が設けられている。ワーク(吐出対象物)と第2部材41との間の距離は数100μmから数mmであるため、ジョイント部34を第2部材41の側面に設けるとジョイント部34に接続される液体供給部100のチューブ等がワークと接触することがある。しかし、本実施形態においては、ジョイント部34を加圧部11に近い第1部材31の上面に設けることで、液体供給部100がワークと接触することがない。また、ノズルプレート20のジョイント部34に上側から液体供給部100を接続することができ、側面にジョイント部34が設けられる場合に比べて液体供給部100とノズルプレート20との接続が容易である。
(他の実施形態)
また、図4の実施形態では、第1部材31および第2部材41の接合面31a、41aは吐出流路22cの液体が流れる方向に直交する面(図1における左右方向の面)であるが、これに限定されない。例えば、第1部材31の接合面31aと第2部材41の接合面41aは例えば左右方向に対して傾いた斜めの面であってもよい。また、他の実施形態として、第1部材31の下面31aに加え、側面に溝37が形成され、第2部材41は断面形状がL字形状となっており、第2部材41のL字状の一方の片の接合面が第1部材31の側面と接合し、第2部材41の他方の片の接合面が第1部材31の下面と接合することで、溝37の開放部分が覆われて液体流路23が形成されていてもよい。第1部材31の側面の溝37が第2部材41により覆われて導入流路35となり、第1部材31と第2部材41とは溝37および導入流路35に沿って分離される。
なお、図4に示す実施形態では、第1部材31にのみ溝37が形成されているが、第1部材31および第2部材41の少なくとも一方の面31a、41aに溝37を有していればよく、第2部材41にのみ溝37が形成されて、混合エレメント26が配置されてもよい。
(他の実施形態)
また、図8、図9に示すように、ノズルプレート本体25の溝37は、第1部材31に形成された溝37cと、第2部材41に形成された溝37dから構成されてもよい。第1部材31の溝37cは断面形状が半円形状である。第2部材41の溝37dは断面形状が溝37cとは上下に反転した半円形状であり、第1部材31の溝37cと対応する位置であって、同じ大きさに形成されている。第1部材31および第2部材41が接合された状態で、シート部材50の厚みを無視すると、第1部材31の溝37cおよび第2部材41の溝37dにより断面形状が略円形状の溝37が形成される。図8では説明のためにシート部材50の厚みを大きく記載しているため、溝37の断面形状は円形状とはならないが、実際にはシート部材50は厚みが無視できる程度に薄い。図9に示すように、溝37の円形の直径は、混合エレメント26の側面視における最大長さと略同じであって、混合エレメント26が溝37の内壁に当接し、溝37の内壁と混合エレメント26の羽根との間に隙間が生じない大きさに設定される。シート部材50は第1部材31の溝37cおよび第2部材41の溝37dに対応する位置に長孔50bを有しており、溝37c、37bによる液体流路23内にシート部材50は位置しない。その他の構成および作用効果については、図4の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。なお、図9ではノズルプレート20の構成を図示し、他の構成の図示は省略している。
図8および図9の実施形態では第1部材31の溝37cと第2部材41の溝37dとは同じ長さ(図8における左右方向の長さ)に設定されているが、溝37cおよび溝37dの一方を混合エレメント26の長さと略同じ長さに設定してもよい。この場合、溝37cおよび溝37dにより形成される略円形状の溝37の部分に混合エレメント26が配置され、混合エレメント26が配置される部分は溝37のその他の部分よも断面積が大きくなる。
上記の構成によれば、溝37は断面形状が略円形であり、溝37の内壁と混合エレメント26の羽根との間に隙間が生じないため、液体がより確実に混合される。
(他の実施形態)
図10、図11に本発明の他の実施形態を示す。以下、図4の実施形態と異なる点について説明する。図10、図11に示すように、第1部材31の左側部分33の上面33aに、ジョイント部34A、34Bが側面視において二つ並んで設けられている。第1部材31には、ジョイント部34A、34Bの接続流路34aにそれぞれ連通する導入流路35A、35Bが形成されている。第1部材31の下面31aには、導入流路35A、35Bと連通する溝37Aが形成されるとともに、溝37Aと連通する溝37Bが、図11における左右方向に形成されている。溝37Bは凹部用貫通孔36と連通している。溝37Bには混合エレメント26が配置される。溝37A、37Bは、断面形状が半円形状であり、混合エレメント26が収容できる大きさである。溝37A、37Bの下側は開放されている。第1部材31が第2部材41とシート部材50を介して接合されることで、溝37A、37Bは液体流路23の一部となる。溝37A、37B、導入流路35A、35B、接続流路34a、34aは液体流路23を構成する。なお、溝37A,37Bは第2部材41にのみ設けられていてもよく、図8の実施形態と同様に第1部材31および第2部材41に溝が設けられて液体流路23を形成してもよい。
ジョイント部34A、34Bの接続部34cには、それぞれ液体供給管105A、105Bの一端が接続され、他端は液体供給部100のシリンジ101A、101Bが接続される。
シリンジ101A、101Bのそれぞれから液体が供給されると、液体はジョイント部34A、34Bの接続流路34aを通って溝37Aで合流し、溝37Bを通過して凹部22に導入される。溝37Bを通過する際に混合エレメント26により十分に混合がなされる。凹部22の貯留室21に収容された混合後の液体は、加圧部材13により加圧されて吐出流路22cから液体が吐出される。その他の構成については、図4の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
シリンジ101A、101Bから供給される液体は十分に混合されずとも合流することで硬化が開始され粘度が高くなる。上記の構成によれば、シリンジ101A、101Bから供給される液体は別々の接続流路34aを通って供給され、混合エレメント26が配置される溝37Bの上流側の直近に位置する溝37Aで合流するため、液体の硬化の開始が混合エレメント26による混合の直前となり、液体吐出装置10による液体の吐出時に液体の粘度が高くなることをより防ぐことができる。
なお、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。「同じ」、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。四角形状、円形の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。「平行」「直交」とは、実質的に「平行」「直交」であることを意味し、厳密に「平行」「直交」な状態だけでなく、数度程度の誤差を含む意味である。
10 液体吐出装置
11 加圧部
12 加圧部本体
13 加圧部材
14 駆動部
20 ノズルプレート
21 貯留室
22c 吐出流路
22d 吐出口
23 液体流路
25 ノズルプレート本体
26 混合エレメント
31 第1部材
31a 接合面
34 ジョイント部
34a 接続流路
41 第2部材
41a 接合面
50 シート部材
70 ジョイント部
34A ジョイント第1部材
34B ジョイント第2部材
100 液体供給部

Claims (8)

  1. 液体が収容される貯留室と、液体供給部から供給される液体を前記貯留室に導入するための液体流路と、前記貯留室に収容された液体を吐出するための吐出流路とを有するノズルプレートであって、
    第1部材と、前記第1部材と分離自由に接合される第2部材とを有し、
    前記液体流路に、液体を混合するための混合エレメントが着脱自由に設けられ、
    前記第1部材および前記第2部材は、前記液体流路の少なくとも前記混合エレメントが設けられた領域に沿って分離自由である、ノズルプレート。
  2. 少なくとも前記貯留室と前記吐出流路とを有するノズルプレート本体と、
    前記ノズルプレート本体に着脱自由に設けられ、前記液体供給部と接続するためのジョイント部とを含み、
    前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ジョイント部の流路に前記混合エレメントが設けられる、請求項1に記載のノズルプレート。
  3. 前記液体供給部と接続するためのジョイント部を含み、
    前記ジョイント部は前記第1部材と前記第2部材とからなり、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ジョイント部の溝に前記混合エレメントが設けられる、請求項に記載のノズルプレート。
  4. 前記貯留室と、前記吐出流路とを有するノズルプレート本体を含み、
    前記ノズルプレート本体は前記第1部材と前記第2部材とからなり、前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記ノズルプレート本体の溝に前記混合エレメントが設けられる、請求項に記載のノズルプレート。
  5. 前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の面であって他方と接合される面に溝を有する、請求項に記載のノズルプレート。
  6. 前記第1部材および前記第2部材の互いに接合される面はシート部材を介して接合される、請求項に記載のノズルプレート。
  7. 前記液体供給部と接続され、前記液体供給部から異なる種類の液体がそれぞれ供給される複数のジョイント部をさらに含み、
    前記液体流路の少なくとも一部を構成する前記複数のジョイント部の流路は、前記ノズルプレート本体の溝と連通し、前記混合エレメントにより前記異なる種類の液体が混合される、請求項に記載のノズルプレート。
  8. 液体を加圧することにより液体を吐出する液体吐出装置であって、
    加圧部と、前記加圧部の下端に設けられる請求項1からのいずれか一項に記載のノズルプレートと、を備え、
    前記加圧部は、
    加圧部本体と、
    前記加圧部本体に上下方向に移動自由に支持され、下端部が前記貯留室に収容されるように前記加圧部本体から突出し、前記液体流路から前記貯留室に導入された液体を加圧して前記吐出流路から吐出させる加圧部材と、
    前記加圧部材を上下方向に移動させる駆動部と、を備える、液体吐出装置。
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