JP7357703B2 - 調量弁 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば接着剤、はんだペースト又は充填媒体又は研磨媒体のような媒体を調量するための調量弁に関する。
このような弁は、いわゆる噴射弁として公知であり、媒体が被加工物から定義された間隔を空けて(通常数ミリメートル)発射され、それによって調量された媒体の液滴が被加工物上の意図された箇所に降下するようにするために使用される。この場合ロボットが調量システムを必ず水平に動かす必要があるため、格段に多量の調量が同じ時間内に実施され得る。加えて、それによって被加工物又は被加工物上の部材の損傷も防止される。
本発明の課題は、より長い耐用寿命とより優れた調量精度を備え、媒体を噴射によって調量可能な調量弁を作り出すことである。
本発明の課題は、請求項1に記載の特徴により解決される。
本発明によれば、弁ニードルはその閉位置において媒体導入部と媒体収集チャンバとの間の接続を完全に閉鎖し、及び弁ニードルはその開位置で媒体導入部と媒体収集チャンバとの間のこの接続を完全に開放する。このことにより、弁ニードルと媒体収集チャンバはパンチとダイのように形成され、すなわち、その間で媒体が潰され得る、閉じられた密封面は存在しない。このようにして、弁の詰まりが防止されるため、調量弁の長い耐用寿命が達成される。同時に、媒体が狭い隙間から供給されなくてすむため、媒体が正確に調量できるようになる。
本発明の有利な実施形態は、明細書、図面及び従属請求項にも記述されている。
第一の有利な実施形態では、弁ニードルの最終位置はストッパで規定され得、このストッパは媒体収集チャンバの外部にあり且つノズル開口部の外部にある。このようなストッパにより、弁ニードルからノズル開口部を通って放出される液滴は急速に途切れる。他方で、この場合、液滴の途切れた範囲で媒体の潰れが阻止される。すなわち、液滴は急速に、特に平たい面として形成された弁ニードル下面から離れ得る。
本発明のさらに有利な実施形態では、媒体導入部と媒体収集チャンバとの間の移行部に鋭角のシーリングエッジが形成され得、そのことによって調量するべき液滴が正確に分断される。同じ理由により、沈み込む弁ニードルの縁及び/又は媒体収集チャンバの縁若しくはエッジが斜角面を有していない場合、有利であり得る。シーリングエッジが平坦な面にある場合、特に優れた結果が得られる。
本発明のさらに有利な実施形態では、弁ニードルの下側正面が平坦であってよく及び弁ニードルの縦軸に直角に延びていてよい。このようにして、弁ニードルはその前方の端部が傾斜面のないパンチの形状を備え、そのことはさらに媒体の調量に有利に働く。
本発明のさらに有利な実施形態では、媒体収集チャンバは円筒形セクションを有してよく、その部分は円錐形セクションに直接つながっている。このようにして、媒体が媒体収集チャンバの円筒形セクションから円錐形セクションを経由してノズル開口部に押しやられるために、調量及び噴射に必要な圧力が弁ニードルの沈み込み時に形成される。
本発明のさらに有利な実施形態では、ベースボディが備えられていてよく、このベースボディは媒体チャネル、媒体収集チャンバ、ノズル開口部、ストッパ及び少なくとも1つの弁ニードル用ガイドから形成されている。
特に優れた機能性及び長い耐用年数に関して、弁ニードルが媒体収集チャンバ内に遊びが極めて少ない嵌合で挿入可能な円筒形末端セクションを有している場合有利であり得る。
本発明のさらに有利な実施形態では、媒体導入部と媒体収集チャンバとの間の境界面が1つの平坦な平面にあってよい。加えてこの媒体収集チャンバは、1つのボアから形成されてよく、及び媒体導入部は媒体収集チャンバとの境界範囲が平坦な平面として形成されていてよく、その結果、2つのボアが交差している場合と比べて、2つの平面に曲がって伸びる境界面がない。
本発明のさらに有利な実施形態では、弁ニードルの駆動は通常圧電素子で行われ、追加ウェイトが固定されているタペットを備えていてよい。そのような追加ウェイトによって、簡単な方法で様々な媒体に適合される。すなわち、調量時に生じる圧力パルスが弁ニードル及びその可動部分(例えば、レバー、タペットなど)の運動エネルギーによって定義される。この運動エネルギーは、駆動によって到達可能な速度及びタペットの質量に左右される。この質量を各媒体に適合可能にするため、及び特に標準仕様の調量弁より重くできるようにするため、タペットは特に交換可能且つそれによって調量対象の各媒体に適合可能な追加のウェイトを備えていてよい。
このような追加ウェイトは、弁ニードルを備えた任意の方式の調量弁に適している。
本発明の別の観点によれば、弁ニードル用のスプリングが備えられており、このスプリングは円板状のボディから形成され、このボディ内には円板の中央に配置された中心開口部並びに渦状腕形状のスリットが設けられており、これらのスリットは中心開口部から外へ向かって及びボディを通り抜けて伸びている。したがってこのスプリングは円板から形成されており、2つの隣接する渦状腕の間に曲がったスプリングアームが形成され、これらのスプリングアームは一体的に円板と接続されている。この場合、円板状のボディの中心開口部の周囲に力がかかると、スプリングアーム全体の弾性で均等に力を受けるので、正確に調整可能な復元力が作用する。
ボディ及び/又は、中心開口部が平面図において丸く、及び特に輪形である場合、スプリングの製造は特に容易になる。
最後に、少なくとも4つの、特に少なくとも6つの及び好ましくは少なくとも8つの、及び特に丁度8つのスリットが備えられている場合、有利であり得る。なぜならこのことにより、特に優れて且つ良好に調節可能なスプリング作用が得られ得るからである。
本発明のさらに有利な実施形態では、弁ニードルは第一のセクションを媒体収集チャンバの範囲に有していてよく、及び弁ニードルの第一のセクションの断面よりも大きい断面を備えた第二のセクションを有していてよく、その際弁ニードルはその最終位置で第二のセクションが当たっている。本実施形態では、一方で弁ニードルに断面が拡張された範囲が作り出され、この範囲はガイドとしても機能し得る。他方で、拡張された範囲と直径の小さい範囲との間の移行部は、弁ニードルのストッパ面に使用され得る。
本発明のさらに有利な実施形態では、弁ニードルは、媒体収集チャンバの上方で軸方向に互いに間隔を空けた2つの環状空間を通って案内され得、その際媒体収集チャンバに隣接した第一の環状空間は流体供給部と、第一の環状空間に隣接した第二の環状空間は流体排出部と接続されている。このような構造により、硬化性接着剤を使用すると固着する傾向にあるエラストマー製シール要素なしで、弁ニードルのシーリングが作り出される。第一の環状空間は、媒体と反応しない流体を供給するために使用され得、その結果媒体チャネルから第一の環状空間内に入る媒体の痕跡は、供給された液体で希釈されるか、及び/又は供給された液体中で移送され、その際媒体と結合することはない。第一の環状空間に隣接する第二の環状空間は、真空源と接続されてよく、その結果第一の環状空間から第二の環状空間に入った、輸送液と媒体との混合物が、詰まりや固着が生じることなく、第二の環状空間から吸引され得る。
構成的にコンパクトな構造は、両方の環状空間が媒体収集チャンバとストッパとの間に配置されていることで実現可能である。
特に安定した弁ニードルのガイドは、ストッパの上方に弁ニードルのためのガイドが備えられ、そのガイド内に弁ニードルが収容されていることによって得られ得る。
本発明の別の観点は、上述の種類の調量弁を備えた調量装置に関し、第一の環状空間は第一の輸送液リザーバと接続しており、及び第二の環状空間は流体吸引部と接続している。この場合、流体吸引部は液体分離装置を備えてよく、その結果、第二の環状空間から吸引された、輸送液と媒体との混合物が、吸気から分離され得る。
本発明の別の観点は、調量弁内に案内され、調量弁に送り込まれる媒体を調量する弁ニードルのシール方法に関する。発明による方法では、弁ニードルの周囲の第一の部分に沿って輸送液が給送され、第一の部分に間隔を空けて隣接している弁ニードルの周囲の第二の部分で、液体が第二の環状空間から排出される。発明による方法では、エラストマー要素又はそれに類した要素なしで、弁ニードルにシール作用をもたらす流体シールが作られ、その結果そのガイド内で固着が生じない。
この場合、媒体が大気圧より高い第一の圧力により給送され、輸送液が第一の圧力より低い第二の圧力で給送され、吸引される液体が輸送液と媒体を含んでいると、有利であり得る。この方法では、輸送液が弁ニードルから媒体収集チャンバに圧送されないことが確保される。なぜなら媒体チャネルの媒体収集チャンバ範囲の圧力が、輸送液が給送される、隣接する環状空間の圧力よりも常に高いからである。その上にある環状空間は吸引をするために、輸送液が送り込まれる環状空間の圧力よりも常に圧力が低いので、どんな液体若しくはどんな液体混合物でも、第二の環状空間から吸引される。
本発明のさらに有利な実施形態では、輸送液として媒体の溶媒、剥離剤又は希釈剤が使用されてよい。例えば媒体としてエポキシ系接着剤が調量される場合、輸送液として例えばアセトン、イソプロパノール、鉱油又はシリコンオイルが考えられ、その際シリコンオイルは輸送液とエポキシ系接着剤との固着を防止するのに特に優れている。調量対象媒体としてシリコン系接着剤を使用する場合、輸送液として例えばシリコンオイル、水又は他のオイルが適している。セラミック粒子を含むオイルを調量する場合、輸送液として特にガソリンが適している。
本発明のさらに有利な実施形態では、ニードルが環状空間の間の範囲に密な嵌合で挿入される場合、有利であり得る。その場合は、わずかな量の媒体若しくは媒体と輸送液の混合物が、それぞれ隣接した環状空間から流れ出る。
以下では本発明が純粋な例として、有利な実施形態に基づいて、及び添えられた図面を使用して説明される。
調量弁の部分断面図である。 図1の調量弁を備えた調量装置の模式図である。
図1に断面図で示された調量弁は、筐体(図示していない)内に配置された圧電素子を有しており、この圧電素子は基本的に公知の方法で、積み重ねて配置され及びそれぞれ電極を備えた、多数の圧電素材層から構成されている。圧電素子はさらに、図1に双方向矢印で示されたようなチルト駆動運動のために形成されている。より正確に言うと、圧電素子はいわゆるダブルスタック原理に従って機能し、欧州特許第0947002(B1)号明細書に開示されているように、2つの圧電的にアクティブな範囲のほかに1つの圧電的にパッシブな範囲を含んでいる。
示された実施例では、調量弁は入口14を通って送り込まれる媒体を調量して放出するよう働く。この場合、調量弁は弁ニードル16を有し、この弁ニードルは媒体を噴射によってノズル開口部18から排出する。
開スプリング20の力に反して弁ニードル16を動かすため、タペット(図示せず)が備えられ、このタペットの下端は弁ニードル16に当接し、及びタペットの上端には、圧電素子によってチルト振動され得るレバーの前方自由端が接続されている。圧電素子を適切に制御することにより、レバーが傾斜し、それによってタペットが、ひいては弁ニードル16も、図1に双方向矢印で示されたように、直線リフト運動を行う。弁ニードル16は、スプリング20によってその開位置に保持され、及びスプリング20の圧力に抗してタペット22により閉位置に動かされる。注意すべきは、図1及び図2には弁ニードル16がその(下側の)ストップ位置で図示されているが、スプリング20はその動かされていない位置にあり、すなわち弁ニードルがその下側の終端位置まで動いておらず、開位置にあることである。
弁ニードルの反対側のレバー面にはレバー用ストッパが備えられていてよく、その結果レバーの自由端が、レバーの旋回によってこのストッパに当たる。ストッパはピンで形成されてよく、このピンは弁ハウジング内にねじ込まれており、及びロック装置を使ってロックされ得る。このようにして、ハウジング60内でのストッパの位置も確認でき、その結果、ストッパ側の当接点を調整することによって調節可能である。
さらに、タペットには例えば接着、ボルト止め、プレス又は類似の方法で追加ウェイトが配置されていてよく、追加ウェイトは特にタペットの前端範囲に配置されており、弁ニードル16に押しつけられる。この追加ウェイトは、質量を各媒体に適合できるよう及び特に標準仕様の調量弁と比べて質量を大きくできるようにするため、特に交換可能であってよい。
圧電素子の制御を改善するため、調量弁は距離センサと接続されている制御部を有しており、この距離センサはレバー自由端の移動距離、ひいては駆動部のストロークを検出する。さらに、制御部は制御電圧と圧電素子の供給電流を測定し、それによって力の測定が可能である。最後に、移動距離測定の温度依存性を補整するために制御部は温度センサも備えており、若しくは一定の調量状況を達成するために制御部によって制御されたヒータエレメントを調整する。
図1は、記述された調量弁のハウジング60の拡大図である。調量弁は媒体チャネルを有し、この媒体チャネルは供給部14からボア66及び環状空間として形成された媒体導入部67を経てノズル開口部18まで通じており、媒体チャネルはノズル開口部18の前に媒体収集チャンバ68を有している。圧電素子が作動すると、弁ニードル16が下方へ押され、その前端がその最終位置(図1及び2)まで、媒体収集チャンバ68内に入り込み、媒体収集チャンバ内にある媒体Mをノズル開口部18から排出する。
弁座を使用すること及び媒体をつぶしたり押したりすることを回避するため、弁ニードル16の前端は円筒形であり、及びパンチのように形成されている。さらに、媒体導入部67と媒体収集チャンバ68との間の移行部は、鋭角の分断エッジ70を形成し、斜角面は有しておらず、及び平坦な平面にある。弁ニードル16の下側正面も平坦であり、弁ニードル16の縦軸方向に直角である。最後に、媒体収集チャンバ68は媒体導入部67の方を向いた円筒形セクション72を有しており、この円筒形セクションは円錐形セクション74に接続しており、この円錐形セクションはその細くなる方の端部がノズル開口部18へと移行する。
図1でさらに明らかなように、弁ニードル16はその前端が媒体導入部67を貫通し、それによってその閉位置でその前端が完全に媒体に取り囲まれる。しかし、弁ニードル16はその開位置で媒体導入部67と媒体収集チャンバ68との接続を完全に開放する。
弁ニードル16がその閉位置で媒体収集チャンバ18の範囲に当たらないようにするため、弁ニードル16はその閉位置で、その前端が弁ニードル16の終端位置で媒体収集チャンバ68の円錐形セクション74と接触しない範囲でのみ動かされる。
さらに図1で明らかなように、弁ニードル16はベースボディ76内に沈み込んでおり、このベースボディはボア66、媒体導入部67、媒体収集チャンバ68及びノズル開口部18から形成されている。ベースボディ76内には媒体チャネル67の上方に軸方向に互いに間隔を空けた2つの環状空間90及び92が形成されており、これら環状空間はそれぞれ1つの弁ニードル16部分を取り囲んでいる。媒体導入部67と上方の環状空間92との間で、弁ニードル16は同じ円筒形の断面を備えている。この場合、媒体収集チャンバ68に隣接する下方の環状空間90は流体供給部94と、及び下方の環状空間90に隣接する上方の環状空間92は流体排出部96と接続されている。流体供給部94も流体排出部96も図1には図示していないが、図2では破線で示されている。
ベースボディ76上縁の範囲では、弁ニードルの断面は、直径がより小さいセクション84(図1)から直径がより大きいセクション82へと拡大し、その結果より大きなセクション82を備えた弁ニードル16はベースボディ76の上面でその終端位置に当たる。したがってベースボディ76の上面は、弁ニードル16のストッパ77を形成し、このストッパは媒体収集チャンバ68の外部及びノズル開口部18の外部にある。したがって弁ニードル16は、それぞれ図1及び図2に示されているように、その下方の終端位置にある場合に、拡大セクション82がベースボディ84のストッパ77に当たる。ストッパ77と媒体収集チャンバ68との間に、両方の環状空間90及び92が配置されている。直径がより小さい弁ニードル16のセクション84は、この場合媒体収集チャンバ68と下方環状空間90との間で、下方環状空間90と上方環状空間92との間で、及び上方環状空間92とストッパ77との間で、それぞれ1つのガイド86、87、88によって案内され、その際3つすべてのガイドが同じ直径のボアから形成されている。弁ニードルは、このボアの範囲に遊びが非常に狭い状態で案内される。ストッパ77の上方でも、弁ニードル16は別のガイド89に収容され、このガイドはハウジング60にはめ込まれ、ベースボディ76から間隔をあけたインサート91から形成されている。
流体供給部14を通って給送される媒体Mに対する弁ニードル16のシーリングを、エラストマー製シール要素又はそれに類したものを使用せずに実現するため、流体供給部94は輸送液リザーバ102と接続されている。反対に、第二の環状空間92は流体排出部96を介して流体吸引部104と接続されており、かけられた負圧(VAC)によって空気と液体が第二の環状空間92から吸引される。吸引された液体を分離するために、流体吸引部104内に液体分離装置105が備えられている。調量対象の媒体M自体は、約約0.5及び6barの圧力P1が加えられている媒体リザーバ100に収容される。
上述の調量装置若しくは上述の調量弁には、作動中に媒体リザーバ100から供給部14を通って送られる媒体Mによって大気圧より高い圧力P1がかけられる。これにより、媒体Mはボア66及び媒体導入部67を通って弁ニードル16の下方の周範囲に給送される。同時に輸送液リザーバ102からの輸送液Tは、例えば大気圧以下で、流体供給部94を通って下方の環状空間90に案内され、及び上方の環状空間92は流体吸引部104を通って真空又は負圧がかけられる。それに続いて弁が複数回作動されると、弁ニードル16がその下方の、図1及び図2に示されたストップ位置で、いくらか上へ動き、その結果媒体Mは環状空間として形成された媒体導入部67から媒体収集チャンバ68へ入り、弁ニードル16のさらなるリフト運動によって下方へ、ノズル開口部18を通って噴出される。多数回ストロークが行われると、作動中は弁ニードル16とベースボディ76との間の密な嵌合にもかかわらず、ごく少量の媒体が媒体導入部67から下方の環状空間90へ移動する可能性がある。しかしこの下方の環状空間は媒体とは結合しない輸送液Tで満たされており、その結果、媒体Mと輸送液Tとの混合物は、下方の環状空間90の範囲で固着したり硬化したりしない。さらなる経過において、媒体Mと輸送液Tとの液体混合物は、上方の環状空間92に到達し得るが、ここから流体排出部96及び流体吸引部104を通って吸引され、その結果、液体又は媒体がストッパ77に到達することはない。
注意すべきは、弁ニードル16の上方のセクション82はその直径が約1mm、弁ニードルの下方のセクション84はその直径が約0.5mmであり、及びノズル開口部18は直径が約100μmであってよい。異なった長さの調量ニードルを使用することにより、有利な方法で調量するべき量が調整され得る。例えばストッパ面77と弁ニードル前部の平坦な端面との間の間隔が拡大される調量ニードルが使用されると、調量量が減少し及びその逆も生じる。このようにして、「液滴」を調量するだけでなく、特定の使用目的では有利であり得る、より大きな容積も可能である。
調量及び噴射に必要な圧力は、弁ニードル16前部の端面の沈み込み時に、媒体収集チャンバ68の円筒形セクション72内に形成される。このために必要な、ニードルの非常に高速な運動は、圧電駆動部によって可能になる。本発明による弁は弁座を有していないため、弁ニードルとそれを駆動するタペットの運動エネルギーは、弁座にではなく媒体に伝達され、それによって良好な液滴形成が達成される。媒体は2つの面の間で圧縮又は潰されたりせず、せいぜい鋭角のシーリングエッジによって分離されるだけなので、弁は長い耐用年数で稼働される。

Claims (12)

  1. 媒体を調量するための調量弁であって、媒体導入部(67)からノズル開口部(18)へ通じる媒体チャネルを含み、該媒体チャネルは前記ノズル開口部の前に媒体収集チャンバ(68)を有しており、及び中心軸を有する弁ニードル(16)を含み、該弁ニードルを使って前記媒体収集チャンバ内にある媒体(M)が前記ノズル開口部(18)を通って排出され得、その際前記弁ニードルは、その開位置で前記媒体導入部(67)と前記媒体収集チャンバ(68)との間の接続を完全に開放し、及び前記媒体を前記媒体収集チャンバ(68)内に排出するために最終位置まで沈み込み、及びその際前記媒体導入部(67)と前記媒体収集チャンバ(68)との間の接続を完全に閉じ、
    前記弁ニードル(16)が、前記媒体収集チャンバ(68)の上方で軸方向に互いに間隔を空けた2つの環状空間(90、92)を通っており、その際前記媒体収集チャンバ(68)に隣接した第一の環状空間(90)が流体供給部(94)と接続し、及び前記第一の環状空間(90)に隣接する第二の環状空間(92)が流体排出部(96)と接続し、
    前記第一の環状空間(90)が輸送液リザーバ(102)と接続し、及び前記第二の環状空間(92)が流体吸引部(104)と接続している、調量弁。
  2. 前記弁ニードル(16)の前記最終位置がストッパ(77)によって規定され、該ストッパが前記媒体収集チャンバ(68)の外部に及び前記ノズル開口部(18)の外部にあることを特徴とする、請求項1に記載の調量弁。
  3. 前記弁ニードル(16)が、前記媒体収集チャンバ(68)の範囲に設けられた第一のセクション(84)、及び前記弁ニードル(16)の前記第一のセクション(84)の断面より大きい断面を備えた第二のセクション(82)を有しており、
    前記弁ニードル(16)が前記最終位置で前記第二のセクション(82)において前記ストッパ(77)に当たっていることを特徴とする、請求項に記載の調量弁。
  4. 前記両方の環状空間(90、92)が、前記媒体収集チャンバ(68)と前記ストッパ(77)との間に配置されていることを特徴とする、請求項に記載の調量弁。
  5. ベースボディ(76)を備え、前記ベースボディ(76)は、前記媒体導入部(67)と、前記ノズル開口部(18)、前記ストッパ(77)と、前記弁ニードル(16)のための少なくとも1つのガイド(86、88)と、を有することを特徴とする、請求項4のいずれか一項に記載の調量弁。
  6. 前記弁ニードル(16)を前記媒体(M)に対してシールするために、エラストマー製シール要素を備えていないことを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の調量弁。
  7. 前記弁ニードル(16)が前記ストッパ(77)の上方でガイド(89)内に収容されることを特徴とする、請求項5のいずれか一項に記載の調量弁。
  8. 請求項に記載の調量弁を備えた調量装置であって、前記第一の環状空間(90)が輸送液リザーバ(102)と接続し、及び前記第二の環状空間(92)が流体吸引部(104)と接続し、
    前記流体吸引部(104)が液体分離装置(105)を備えていることを特徴とする、調量装置。
  9. 請求項1~のいずれか一項に記載の、調量弁内に案内されている弁ニードルをシールする方法であって、該弁ニードルによって前記調量弁に送られた媒体が調量される方法において、前記弁ニードル(16)の周囲の第一の部分に沿って輸送液(T)が給送され、及び前記第一の部分に隣接し且つ間隔を空けた前記弁ニードル(16)の周囲の第二の部分から液体(T、M)が吸引されることを特徴とする、方法。
  10. 前記媒体(M)が大気圧より高い第一の圧力(P1)によって給送され、前記輸送液(T)が前記第一の圧力(P1)より低い第二の圧力によって給送され、及び吸引された液体(T、M)が輸送液(T)及び媒体(M)を含んでいることを特徴とする、請求項に記載の方法。
  11. 前記媒体のために、溶媒、剥離剤又は希釈剤である輸送液(T)が使用されることを特徴とする、請求項又は10に記載の方法。
  12. 前記弁ニードル(16)が軸方向に互いに間隔を空けた3つの環状空間(67、90、92)に通され、その際第一の環状空間(90)内に前記輸送液(T)が給送され、前記第一の環状空間(90)に隣接する第二の環状空間(92)から前記液体(T、M)が吸引され、及び前記媒体(M)が、前記第一の環状空間(90)に隣接する第三の環状空間(67)内に給送され、その際前記弁ニードル(16)が前記環状空間の間に通されることを特徴とする、請求項9、10又は11に記載の方法。
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