JP7489092B2 - 液剤塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、液剤塗布装置に関する。

圧電効果によって電気エネルギから機械エネルギへのエネルギ変換を行う圧電素子は、応答性に優れているため、半導体、印刷、化学薬品などの広い分野において、液剤を対象物の表面に吐出する液剤塗布装置に利用されている。

特許文献１には、流路ブロックと、流路ブロックに液剤を供給するインク供給部とを備える液剤塗布装置が開示されている。流路ブロックは、圧力室に液剤を導く内部流路と、圧力室に連なるノズルとを有する。インク供給部は、液剤を貯留するインクタンクと、インクタンクから流路ブロックにインクを供給する外部流路と、インクタンクから流路ブロックにインクを圧送する供給ポンプとを有する。

特開２０１６－１８７８９２号公報

ところで、流路ブロックに液剤を供給するには、液剤を貯留するシリンジが取り付けられたカセットを用いることが簡便である。カセットは、流路ブロックに着脱可能に装着される。

しかしながら、流路ブロックにカセットを装着する際、流路ブロックの内部流路に空気が混入しやすく、内部流路に混入した空気がノズルに到達すればノズルから液剤をスムーズに吐出できなくなってしまう。

本発明は、液剤への空気の混入を抑制できる液剤塗布装置の提供を目的とする。

本発明の一つの態様に係る液剤塗布装置は、内部に第１流路を有する流路ブロックと、内部に第２流路を有し、流路ブロックに着脱可能に装着されるカセットとを備える。流路ブロックは、ブロック本体部と、ブロック本体部に形成される凹部と、凹部の底面に形成され、第１流路に連なる供給口とを有する。カセットは、カセット本体部と、カセット本体部から突出し、凹部に挿入される凸部と、凸部の先端面に形成され、第２流路に連なる流出口とを有する。凹部の内周面と凸部の外周面との間には隙間が形成されている。

本発明の一つの態様によれば、液剤への空気の混入を抑制できる液剤塗布装置を提供することができる。

図１は、液剤塗布装置の正面図である。 図２は、液剤塗布装置の分解図である。 図３は、液剤塗布装置の断面図である。 図４は、図３の部分拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る液剤塗布装置について説明する。ただし、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。

本明細書において、「垂直」とは、物理的に厳密な意味で垂直な場合だけでなく、実質的に垂直な場合をも含む概念である。実質的に垂直とは、１５°以下の範囲で傾いている場合をいう。本明細書において、「平行」とは、物理的に厳密な意味で平行な場合だけでなく、実質的に平行な場合をも含む概念である。実質的に平行とは、１５°以下の範囲で傾いている場合をいう。本明細書において、「第１方向」とは「上下方向」と平行な方向であり、「第２方向」とは「水平方向」と平行な方向である。

（液剤塗布装置１００）
本実施形態に係る液剤塗布装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、液剤塗布装置１００の正面図である。図２は、液剤塗布装置１００の分解図である。図３は、液剤塗布装置１００の断面図である。

図１及び図２に示すように、液剤塗布装置１００は、駆動アセンブリ１０と、流路ブロック２０と、カセット３０と、シリンジ４０とを備える。

１．駆動アセンブリ１０
駆動アセンブリ１０は、液剤を吐出させるための加圧力を発生させるユニットである。

図２及び図３に示すように、駆動アセンブリ１０は、駆動本体部１１と、内部空間１２と、圧電素子１３と、中間部材１４と、第１ねじ１５と、第２ねじ１６と、シリンジホルダ１７とを有する。

駆動本体部１１は、流路ブロック２０上に配置される。内部空間１２は、駆動本体部１１の内部に形成される。圧電素子１３は、内部空間１２に配置される。圧電素子１３は、第１方向に変位（伸縮）する。圧電素子１３の上端部は、内部空間１２の内面に固定される。圧電素子１３の下端部には、中間部材１４が接続される。中間部材１４は、圧電素子１３と後述する錘２２との間に配置される。中間部材１４は、錘２２と離接可能である。第１ねじ１５は、後述する第１ねじ孔２１ｄに締結される。第２ねじ１６は、後述する第２ねじ孔２１ｅに締結される。各ねじ１５，１６が各ねじ孔２１ｄ，２１ｅに締結されることによって、駆動アセンブリ１０が流路ブロック２０に固定される。シリンジホルダ１７は、駆動本体部１１に取り付けられる。シリンジホルダ１７は、シリンジ４０を保持する。シリンジホルダ１７は、例えば環状又はＣ状に形成される。

図２に示すように、駆動アセンブリ１０は、底面１０Ｓと、第１位置決め孔１０ａと、第２位置決め孔１０ｂとを更に有する。底面１０Ｓは、後述する流路ブロック２０の上面２０Ｓに当接する。第１位置決め孔１０ａには、後述する第１位置決めボス２６が挿入され、第２位置決め孔１０ｂには、後述する第２位置決めボス２７が挿入される。各位置決めボス２６，２７が各位置決め孔１０ａ，１０ｂに挿入されることによって、流路ブロック２０に対する駆動アセンブリ１０の位置が決まる。

２．流路ブロック２０
流路ブロック２０は、駆動アセンブリ１０の加圧力を受けて液剤を吐出させるユニットである。

流路ブロック２０は、直方体に形成される。流路ブロック２０は、上面２０Ｓと、下面２０Ｔと、側面２０Ｒとを有する。上面２０Ｓは、駆動本体部１１の底面１０Ｓと当接する。下面２０Ｔは、上面２０Ｓに対向する。すなわち、下面２０Ｔは、上面２０Ｓの反対側に設けられる。側面２０Ｒは、上面２０Ｓ及び下面２０Ｔに連なる。

図２及び図３に示すように、流路ブロック２０は、ブロック本体部２１と、錘２２と、ダイヤフラム２３と、圧力室プレート２４と、ノズル２５とを有する。

ブロック本体部２１は、凹部２１ａと、収容部２１ｂと、挿通孔２１ｃと、第１ねじ孔２１ｄと、第２ねじ孔２１ｅとを含む。凹部２１ａは、側面２０Ｒに形成される。凹部２１ａには、後述するカセット３０の凸部３２が挿入される。凹部２１ａの底面には、後述する流路ａ１に連なる供給口Ｐ１が形成される。収容部２１ｂは、下面２０Ｔに形成される窪みである。収容部２１ｂには、ダイヤフラム２３及び圧力室プレート２４が収容される。挿通孔２１ｃは、上面２０Ｓから収容部２１ｂまでブロック本体部２１を貫通する。第１ねじ孔２１ｄには、駆動アセンブリ１０の第１ねじ１５が締結される。第２ねじ孔２１ｅには、駆動アセンブリ１０の第２ねじ１６が締結される。

図２に示すように、ブロック本体部２１は、第１乃至第４位置決めボス２６～２９を更に有する。第１及び第２位置決めボス２６，２７は、ブロック本体部２１の上面２０Ｓに配置される。第１及び第２位置決めボス２６，２７は、駆動本体部１１の第１及び第２位置決め孔１０ａ，１０ｂに挿入される。第３及び第４位置決めボス２８，２９は、ブロック本体部２１の収容部２１ｂの底面に配置される。第３及び第４位置決めボス２８，２９は、ダイヤフラム２３及び圧力室プレート２４それぞれに形成された位置決め孔（不図示）に挿入される。

錘２２は、挿通孔２１ｃ内に配置される。錘２２は、中間部材１４とダイヤフラム２３との間に配置される。錘２２は、中間部材１４と離接可能である。錘２２は、ダイヤフラム２３の表面に固定される。ダイヤフラム２３は、収容部２１ｂに収容される。ダイヤフラム２３は、収容部２１ｂと圧力室プレート２４との間に配置される。ダイヤフラム２３は、中間部材１４及び錘２２を介して伝達される圧電素子１３の変位に応じて振動する。圧力室プレート２４は、収容部２１ｂに収容される。圧力室プレート２４の外表面は、流路ブロック２０の下面２０Ｔの一部である。ダイヤフラム２３及び圧力室プレート２４は、図示しないねじによってブロック本体部２１に締結される。ノズル２５は、圧力室プレート２４に接続される。ノズル２５は、圧力室プレート２４と一体的に形成されていてもよい。ノズル２５は、下面２０Ｔに配置される。本実施形態において、ノズル２５は、下面２０Ｔから突出しているが、下面２０Ｔから突出していなくてもよい。ノズル２５には、液剤を吐出するための吐出口が形成される。

図３に示すように、流路ブロック２０は、流路ａ１、流路ａ２、圧力室ａ３、流路ａ４及び流路ａ５を内部に有する。流路ａ１は、本発明に係る「第１流路」の一例である。流路ａ１は、ブロック本体部２１の内部に形成される。流路ａ１は、凹部２１ａの底面に形成された供給口Ｐ１と流路ａ２とに連なる。流路ａ２、圧力室ａ３及び流路ａ４は、ダイヤフラム２３と圧力室プレート２４との間に形成される。流路ａ２は、流路ａ１と圧力室ａ３とに連なる。圧力室ａ３は、ダイヤフラム２３とノズル２５との間に位置する。圧力室ａ３内の液剤は、ダイヤフラム２３の振動に応じて加圧されてノズル２５から吐出される。流路ａ４は、圧力室ａ３と流路ａ５とに連なる。流路ａ５は、ブロック本体部２１の内部に形成される。流路ａ４及び流路ａ５は、圧力室ａ３に空気が混入した場合に、圧力室ａ３から液剤を排出するための排出路である。

図２に示すように、流路ブロック２０は、ロック機構５０を更に備える。ロック機構５０は、後述するカセット本体部３１をブロック本体部２１に固定するためのユニットである。ロック機構５０は、ブロック本体部２１の側面２０Ｒに取り付けられる。ロック機構５０は、支持部５１と、開閉レバー５２と、付勢部５３とを有する。

支持部５１は、基端部５４と、軸部５５と、先端部５６とを含む。基端部５４は、ブロック本体部２１に固定される。軸部５５は、基端部５４及び先端部５６に連結される。軸部５５は、第２方向と平行に延びる。先端部５６は、軸部５５の先端に固定される。

開閉レバー５２は、基端部５４と先端部５６とによって挟まれる。開閉レバー５２の一端部には、軸部５５が挿通される。開閉レバー５２の他端部は自由端である。開閉レバー５２は、軸部５５周りに開放位置からロック位置まで回動可能である。開閉レバー５２がロック位置に位置する場合、カセット本体部３１はブロック本体部２１に固定され、開閉レバー５２が開放位置に位置する場合、カセット本体部３１はブロック本体部２１に固定されない。本実施形態において、ロック位置は、開閉レバー５２が第１方向と平行になる位置であり、開放位置は、開閉レバー５２が第２方向と平行になる位置である。開閉レバー５２の他端部には、付勢部５３を取り付けるための取付け孔５２ａが形成されている。

付勢部５３は、開閉レバー５２に取り付けられる。付勢部５３は、開閉レバー５２がロック位置に位置する場合に、カセット本体部３１をブロック本体部２１に付勢する。これにより、流路ブロック２０の凹部２１ａとカセット３０の凸部３２との間の密閉性を維持することができる。

本実施形態では、付勢部５３として、いわゆるボールプランジャが用いられている。具体的には、付勢部５３は、ボール５７と、バネ５８とによって構成される。ボール５７は、取付け孔５２ａの開口に係止される。ボール５７の一部は、取付け孔５２ａから突出する。ボール５７は、開閉レバー５２がロック位置に位置する場合に、カセット本体部３１と接触する。バネ５８は、取付け孔５２ａ内に配置される。バネ５８は、ボール５７をカセット本体部３１側に付勢する。本実施形態では、バネ５８としてコイルバネが用いられているが、これに限られない。

３．カセット３０
カセット３０は、シリンジ４０から流路ブロック２０に液剤を供給するためのユニットである。カセット３０は、流路ブロック２０に着脱可能に装着される。

図２及び図３に示すように、カセット３０は、カセット本体部３１と、凸部３２と、装着部３３とを有する。

カセット本体部３１は、付勢板３４と、支持板３５と、中央部３６とを含む。付勢板３４は、流路ブロック２０のロック機構５０のうち付勢部５３によって付勢される。これにより、カセット本体部３１がブロック本体部２１に付勢される。支持板３５は、流路ブロック２０のロック機構５０のうち開閉レバー５２を支持する。これにより、開閉レバー５２に取り付けられた付勢部５３の付勢力が付勢板３４に印加される。中央部３６には、付勢板３４及び支持板３５が固定される。

凸部３２は、支持板３５に固定される。凸部３２は、カセット本体部３１からブロック本体部２１側に突出する。凸部３２は、ブロック本体部２１の凹部２１ａに挿入される。凸部３２の先端面には、後述する流路ｂ１に連なる流出口Ｐ２が形成される。

装着部３３は、カセット本体部３１上に配置される。装着部３３の上端面には、流路ｂ１に連なる流入口Ｐ３が形成される。装着部３３には、液剤を貯留するシリンジ４０が装着される。シリンジ４０内の液剤が空になった場合、空のシリンジ４０を装着部３３から取り外した後、新しいシリンジ４０を装着部３３に取り付けることによって、シリンジ４０を交換することができる。

図３に示すように、カセット３０は、流路ｂ１を内部に有する。流路ｂ１は、本発明に係る「第２流路」の一例である。流路ｂ１は、凸部３２に形成された流出口Ｐ２と装着部３３に形成された流入口Ｐ３とに連なる。シリンジ４０内の液剤は、流入口Ｐ３から流路ｂ１に流入し、流出口Ｐ２から流路ブロック２０の流路ａ１に流出する。

（流路ブロック２０とカセット３０との接続部分）
流路ブロック２０とカセット３０との接続部分の構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、図３の部分拡大図である。図４は、流路ブロック２０の側面２０Ｒに垂直な断面である。図４では、流路ブロック２０の凹部２１ａとカセット３０の凸部３２とが図示されている。

カセット３０の流路ｂ１を通って凸部３２の先端面に形成された流出口Ｐ２から流出する液剤は、凹部２１ａの底面に形成された供給口Ｐ１から流路ブロック２０の流路ａ１に流入する。

カセット３０のうち流路ブロック２０の側面２０Ｒに当接する当接面３０Ｓには、環状溝３０Ｔが形成される。環状溝３０Ｔは、凸部３２を取り囲むように環状に形成される。環状溝３０Ｔには、シール部材３４が配置される。シール部材３４は、流路ブロック２０の側面２０Ｒに密着することによって、流路ブロック２０とカセット３０との接続部分をシールする。これにより、流路ブロック２０の流路ａ１とカセット３０の流路ｂ１との液密性及び気密性が保持される。なお、シール部材３４としては、例えばゴム製のＯリングを用いることができるが、これに限られない。

ここで、凹部２１ａは、凸部３２と対向する内周面Ｑ１を有する。凸部３２は、凹部２１ａと対向する外周面Ｑ２を有する。凹部２１ａの内周面Ｑ１と凸部３２の外周面Ｑ２との間には隙間Ｇが形成される。これにより、カセット３０を流路ブロック２０に装着する際、流路ブロック２０の流路ａ１に空気が入り混むことを抑制できる。

具体的には、凸部３２が凹部２１ａに徐々に挿入されると、凸部３２の流出口Ｐ２から表面張力によって張り出した液剤が、凹部２１ａの供給口Ｐ１内の液剤と接触する。そして、凸部３２が凹部２１ａに更に挿入されると、供給口Ｐ１周辺の空気は、液剤によって隙間Ｇに押し出される。このように、凹部２１ａに凸部３２を挿入する際、供給口Ｐ１周辺の空気を隙間Ｇに押し出すことができるため、流路ａ１内の液剤に空気が混入することを抑制できる。

なお、本実施形態では、凹部２１ａの内周面Ｑ１と凸部３２の外周面Ｑ２とは、全体的に離れているが、部分的には接触していてもよい。ただし、供給口Ｐ１周辺の空気をスムーズに隙間Ｇに押し出すことができるよう、隙間Ｇの少なくとも一部は供給口Ｐ１に連なっていることが好ましい。

図４に示すように、隙間Ｇは、凹部の底面側（最深部側）から開口側（最表部側）に向かうに従って広がっている。これにより、供給口Ｐ１周辺の空気が隙間Ｇに押し出されやすくなるため、流路ａ１内の液剤に空気が混入することをより抑制できる。

本実施形態において、凹部２１ａの内周面Ｑ１は、軸心ＡＸを中心とする円錐台側面形状に形成され、凸部３２の外周面Ｑ２は、同軸心ＡＸを中心とする円錐台側面形状に形成されている。図４に示すように、軸心ＡＸに対する凸部３２の外周面Ｑ２の角度θ２は、軸心ＡＸに対する凹部２１ａの内周面Ｑ１の角度θ１より小さい。すなわち、凹部２１ａの内周面Ｑ１は、凸部３２の外周面Ｑ２より若干大きく傾いている。角度θ１は、角度θ２より１度～３度ほど大きくすることができるが、これに限られない。角度θ１及び角度θ２それぞれの値は特に限られないが、角度θ１は１５～４０度とすることができ、角度θ２は１６～４３度とすることができる。

第２方向における隙間Ｇの最深部の幅ｇ１は“０”より大きければよいが、第２方向における流路ａ１の直径Ｄ１の２．５％以上１０％以下であることが好ましい。これにより、供給口Ｐ１周辺の空気をスムーズに隙間Ｇに押し出すことができる。なお、隙間Ｇの最深部とは、隙間Ｇのうち供給口Ｐ１に連なる部分のことである。また、第２方向とは、軸心ＡＸに垂直な方向のことである。

第２方向における隙間Ｇの最表部の幅ｇ２は“０”より大きければよいが、第２方向における流路ａ１の直径Ｄ１の２．５％以上１０％以下であることが好ましい。これにより、供給口Ｐ１周辺の空気をスムーズに隙間Ｇに押し出すことができる。なお、隙間Ｇの最表部とは、隙間Ｇのうち側面２０Ｒに露出する部分のことである。

（実施形態の変形例）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

［変形例１］
上記実施形態では、図２及び図３を参照しながら、駆動アセンブリ１０と流路ブロック２０との連結構造について説明したが、これに限られない。

［変形例２］
上記実施形態では、図３を参照しながら、駆動アセンブリ１０の構成について説明したが、これに限られない。駆動アセンブリ１０は、液剤を吐出させるための加圧力を発生させることのできるものであればよい。

［変形例３］
上記実施形態では、図２及び図３を参照しながら、流路ブロック２０の構成について説明したが、これに限られない。流路ブロック２０は、表面に形成された凹部２１ａを有していればよい。

［変形例４］
上記実施形態では、図２及び図３を参照しながら、カセット３０の構成について説明したが、これに限られない。カセット３０は、表面に形成された凸部３２を有していればよい。

１０ 駆動アセンブリ
２０ 流路ブロック
ａ１ 流路
Ｐ１ 供給口
２１ ブロック本体部
２１ａ 凹部
２５ ノズル
２６～２９ 位置決めボス
３０ カセット
ｂ１ 流路
Ｐ２ 流出口
３１ カセット本体部
３２ 凸部
３３ 装着部
４０ シリンジ
５０ ロック機構
５１ 支持部
５２ 開閉レバー
５３ 付勢部
５７ ボール
５８ バネ
１００ 液剤塗布装置
２０Ｓ 上面
２０Ｔ 下面
２０Ｒ 側面
Ｇ 隙間

Claims (9)

1. 内部に第１流路を有する流路ブロックと、
   内部に第２流路を有し、前記流路ブロックに着脱可能に装着されるカセットと、を備え、
   前記流路ブロックは、
   ブロック本体部と、
   前記ブロック本体部に形成される凹部と、
   前記凹部の底面に形成され、前記第１流路に連なる供給口と、を有し、
   前記カセットは、
   カセット本体部と、
   前記カセット本体部から突出し、前記凹部に挿入される凸部と、
   前記凸部の先端面に形成され、前記第２流路に連なる流出口と、
   を有し、
   前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間には隙間が形成され、
   前記隙間は、前記流路ブロックの表面に垂直な断面において、前記凹部の底面側から開口側に向かうに従って広がっている、
   液剤塗布装置。
2. 前記凹部の内周面は、軸心を中心とする円錐台側面形状に形成され、
   前記凸部の前記外周面は、前記軸心を中心とする円錐台側面形状に形成されており、
   前記断面において、前記軸心に対する前記凸部の前記外周面の角度は、前記軸心に対する前記凹部の前記内周面の角度より小さい、
   請求項１に記載の液剤塗布装置。
3. 前記断面において、前記軸心に垂直な方向における前記隙間の最深部の幅は、前記軸心に垂直な方向における前記第１流路の直径の２．５％以上１０％以下である、
   請求項２に記載の液剤塗布装置。
4. 前記断面において、前記軸心に垂直な方向における前記隙間の最表部の幅は、前記軸心に垂直な方向における前記第１流路の直径の２．５％以上１０％以下である、
   請求項２又は３に記載の液剤塗布装置。
5. 前記流路ブロックは、前記カセット本体部を前記ブロック本体部に固定するためのロック機構を有し、
   前記ロック機構は、
   開放位置からロック位置まで回動可能な開閉レバーと、
   前記開閉レバーが前記ロック位置に位置する場合に、前記カセット本体部を前記ブロック本体部に付勢する付勢部と、を含む、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の液剤塗布装置。
6. 前記付勢部は、
   前記カセット本体部と接触するボールと、
   前記ボールをカセット本体部に付勢するバネと、
   を有する、
   請求項５に記載の液剤塗布装置。
7. 前記流路ブロックは、上面と、前記上面に対向する下面と、前記上面及び前記下面に連なる側面とを有する直方体であり、
   前記ブロック本体部は、前記第１流路に連なるノズルを有し、
   前記ノズルは、前記下面に配置され、
   前記凹部は、前記側面に形成される、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の液剤塗布装置。
8. 前記流路ブロックに着脱可能に装着される駆動アセンブリを更に備え、
   前記駆動アセンブリは、前記下面に形成された位置決め孔を有し、
   前記ブロック本体部は、その上面に前記位置決め孔に挿入される位置決めボスを有する、
   請求項７に記載の液剤塗布装置。
9. 前記カセットは、液剤を貯留するシリンジが装着される装着部を有し、
   前記装着部は、前記第２流路に連なる流入口を含む、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の液剤塗布装置。

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