KR102003809B1 - 액적 형성 장치 및 액적 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 노즐(32)과 연통되고, 액체재료(37)가 공급되는 액실(29)과, 선단부(34)가 액실(29) 내를 진퇴 이동하는 플런저 로드(6)와, 플런저 로드(6)에 가압력을 부여하는 스프링(8)과, 플런저 로드(6)를 후퇴시키도록 작용하는 가압 기체(10)가 공급되는 가압실(11)과, 가압실(11)에 가압 기체(10)를 공급하는 가압원(15)과, 컨트롤러(45)를 포함하고, 노즐(32)로부터 액적을 비상 토출하는 액적 형성 장치(1)에 있어서, 플런저 로드(6)가 가장 진출된 위치에 가까워졌을 때, 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구(21, 22)를 가지는 것을 특징으로 하는, 액적 형성 장치(1) 및 상기 액적 형성 장치(1)를 사용한 액적 형성 방법을 제공한다.

Description

액적 형성 장치 및 액적 형성 방법{DROPLET FORMING DEVICE AND DROPLET FORMING METHOD}

본 발명은, 액체 재료를 방울로 하여 토출(吐出)하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 예를 들면, 밸브 시트에 밸브체를 충돌시켜 선단으로부터 액체 재료를 분리하여 방울형으로 비상 토출시키는, 액적(液適; droplet) 형성 장치 및 액적 형성 방법에 관한 것이다.

액체 재료를 방울로 하여 토출하는 장치 중 하나에, 밸브 시트에 밸브체를 충돌시켜 토출구(吐出口) 선단으로부터 액체 재료를 분리하여 비상 토출시키는 장치가 알려져 있다. 이 장치에 있어서 밸브체를 구동하는 방식에는 각종의 것이 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1과 같이, 에어의 압력에 의해 밸브체를 상승시켜, 스프링의 반발력에 의해 밸브체를 하강시키는 방식이 있다. 특허 문헌 1은, 밸브체에 장착된 피스톤이 구동실 내에 슬라이딩 이동 가능하게 장착되어 있고, 피스톤 상부에는 스프링(압축 코일 스프링)이 설치되는 한편, 피스톤 아래쪽에는 공기실이 형성되고, 전환 밸브를 통하여 압축 공기원에 접속되어 있다. 구동실의 하부에는, 밸브체가 삽통되는 관통공을 가지는 벽을 두고 토출실이 형성되어 있고, 밸브체가 이동 가능하게 설치되고, 토출실 하면에는 토출구를 구비한다. 또한 토출실에는, 압력 조정된 액체 재료가 저류(貯留) 용기로부터 공급된다. 전환 밸브를 작동시켜 공기실에 압축 공기를 공급하면, 스프링이 축소되면서 피스톤이 상승하고, 밸브체에 의해 폐쇄되어 있었던 토출구가 열린다. 액체 재료는 압력이 걸린 상태이므로, 토출구가 개방되면 선단으로부터 밖으로 배출된다. 그리고, 전환 밸브를 작동 해제시켜 공기실에 공급한 압축 공기를 대기 중으로 방출하면, 축소된 스프링의 반발력에 의해 밸브체가 하강하여 토출구 상부의 밸브 시트에 상당하는 부분과 맞닿고, 토출구를 폐쇄하여 급속히 정지한다. 이로써, 토출구 선단으로부터 배출된 액체 재료는 액적으로 되어 토출되도록 되어 있다.

또한 예를 들면, 특허 문헌 2와 같이, 전기 솔레노이드에 의해 밸브체를 상승시키고, (다른)전기 솔레노이드에 의해 밸브체를 하강시키는 방식도 있다. 특허 문헌 2는, 접착제를 배출하는 노즐을 가지는 메인 용기부 내에 분사용 부재가 설치되고, 분사용 부재를 구동하는 2개의 전기 솔레노이드가 메인 용기의 위쪽에서 분사용 부재와 동심축(同心軸) 상에 배치되어 있다. 또한, 2개의 전기 솔레노이드 중 위쪽에 있는 제2 전기 솔레노이드의 심봉(芯棒)에 플랜지부가 형성되고, 분사용 부재를 배출 금지 위치 측으로 상시 가압하는 스프링이 걸어맞추어져 있다. 제1 전기 솔레노이드를 작동시키면, 분사용 부재가 배출 금지 위치로부터 배출 가능 위치로 이동한다. 접착제는 압축 공기에 의해 가압되고 있으므로, 노즐로부터 접착제가 배출되어, 노즐 선단에 접착제 체류가 형성된다. 그리고, 제2 전기 솔레노이드를 작동시키면, 스프링의 가압력을 부가하여, 분사용 부재가 배출 가능 위치로부터 배출 금지 위치로 이동하여, 분사용 부재의 하단부가 메인 용기 바닥면과 맞닿아, 노즐 선단에 형성된 접착제 체류가 분사되도록 되어 있다.

일본 특허 제4663894호 공보 일본 특허 제3886211호 공보

일반적으로, 스프링(압축 코일 스프링)은 축소된 상태로부터 자연스러운 상태까지 신장되어 가는 과정에서 반발력이 점차로 약해진다. 특허 문헌 1과 같은 에어·스프링 방식의 장치에서는, 밸브체[플런저 로드(plunger rod)] 하강 시의 동작 끝에 이 반발력이 약한 상태로 되어, 밸브체가 밸브 시트를 폐쇄하는 힘이 약해져 버리는 경우가 있었다. 특히, 고점도의 액체 재료의 경우, 이 방식에서는 밸브체가 밸브 시트를 폐쇄하는 데 충분한 힘이 얻어지지 않아, 액체 재료가 토출구 선단으로부터 분리되어 지지 않아 토출되지 않는 경우가 있었다. 이것을 개선하고자 하면, 힘을 강하게 하기 위해 스프링을 강한 것으로 하면, 스프링 자체의 직경이나 길이에 더하여, 스프링을 압축하는 데 필요한 공기의 유량이 증가하므로, 피스톤 직경이나 피스톤 구동용 전환 밸브가 커져, 장치가 대형화될 우려가 있었다.

그래서, 본 발명은, 장치를 대형화시키지 않고, 밸브체(플런저 로드)에 일정한 강한 진출력을 부여할 수 있고, 또한 밸브체의 후퇴 동작 시간에 영향을 주지 않는 액적 형성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 스프링에 의해 밸브체(플런저 로드)에 주어지는 가압력이, 진출 동작의 종료 시에 가까워짐에 따라 약해지는 문제점을 해결하기 위해, 자계 발생 기구(機構)를 병용하는 것의 지견을 얻어, 본 발명을 창작했다. 즉, 본 발명은, 이하의 기술 수단으로 구성된다.

제1 발명은, 노즐과 연통되고, 액체 재료가 공급되는 액실(液室)과, 선단부가 액실 내를 진퇴 이동하는 플런저 로드와, 플런저 로드에 가압력을 부여하는 스프링과, 플런저 로드를 후퇴시키도록 작용하는 가압 기체(氣體)가 공급되는 가압실과, 가압실에 가압 기체를 공급하는 가압원과, 컨트롤러를 포함하고, 노즐로부터 액적을 비상 토출하는 액적 형성 장치에 있어서, 플런저 로드가 진출 위치에 가장 가까워졌을 때, 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 액적 형성 장치이다.

제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 자계 발생 기구가, 플런저 로드에 설치된 자성 부재와, 자성 부재와 대향하여 설치된 솔레노이드로 구성되고, 상기 컨트롤러가, 플런저 로드의 진출 동작 시에, 솔레노이드에 통전하여 자계를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

제3 발명은, 제2 발명에 있어서, 상기 컨트롤러가, 플런저 로드의 진출 동작 개시 시로부터 플런저 로드의 진출 동작 정지 시까지를 포함하는 시간대에, 솔레노이드로의 통전을 행하는 것을 특징으로 한다.

제4 발명은, 제2 또는 제3 발명에 있어서, 상기 솔레노이드가, 상기 자성 부재가 진입함으로써 가이드로서 작용하는 오목부를 가지는 것을 특징으로 한다.

제5 발명은, 제2 내지 제4 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 자성 부재 또는 상기 솔레노이드의 고정 위치를 조정하는 조정 기구를 구비하고, 상기 자성 부재와 상기 솔레노이드가 맞닿음으로써, 상기 플런저 로드의 가장 진출된 위치를 규정하는 것을 특징으로 한다.

제6 발명은, 제1 내지 제5 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 가압실에 유입되는 가압 기체의 유량 및 상기 가압실로부터 유출되는 가압 기체의 유량을 제어하는 전환 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

제7 발명은, 노즐과 연통되고, 액체 재료가 공급되는 액실과, 선단부가 액실 내를 진퇴 이동하는 플런저 로드와, 플런저 로드에 가압력을 부여하는 스프링과, 플런저 로드를 후퇴시키도록 작용하는 가압 기체가 공급되는 가압실과, 가압실에 가압 기체를 공급하는 가압원과, 컨트롤러를 포함하고, 노즐로부터 액적을 비상 토출하는 액적 형성 장치를 사용한 액적 형성 방법에 있어서, 플런저 로드가 진출 위치에 가장 가까워졌을 때, 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구를 설치하고, 가압 기체를 가압실에 유입시킴으로써 플런저 로드를 후퇴시키고, 액실에 액체 재료를 유입시키는 충전 단계, 가압실 내의 가압 액체를 개방함으로써 플런저 로드를 진출시키는 동시에, 자계 발생 기구에 의해 플런저 로드에 진출 방향으로의 흡인력을 작용시켜, 액실 내의 액체 재료를 토출하는 토출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 형성 방법이다.

제8 발명은, 제7 발명에 있어서, 상기 자계 발생 기구가, 플런저 로드에 설치된 자성 부재와, 자성 부재와 대향하여 설치된 솔레노이드로 구성되고, 상기 토출 단계에서, 상기 컨트롤러가, 플런저 로드의 진출 동작 시에, 솔레노이드에 통전하여 자계를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

제9 발명은, 제8 발명에 있어서, 상기 컨트롤러가, 플런저 로드의 진출 동작 개시 시로부터 플런저 로드의 진출 동작 정지 시까지를 포함하는 시간대에, 솔레노이드로의 통전을 행하는 것을 특징으로 한다.

제10 발명은, 제8 또는 제9 발명에 있어서, 상기 솔레노이드가, 상기 자성 부재가 진입함으로써 가이드로서 작용하는 오목부를 가지고, 상기 토출 단계에서, 상기 자성 부재가 상기 솔레노이드에 진입하여 가이드 작용을 받는 것을 특징으로 한다.

제11 발명은, 제8 내지 제10 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 자성 부재 또는 상기 솔레노이드의 고정 위치를 조정하는 조정 기구를 설치하고, 상기 토출 단계에서, 상기 자성 부재와 상기 솔레노이드가 맞닿음으로써, 상기 플런저 로드의 가장 진출된 위치를 규정하는 것을 특징으로 한다.

제12 발명은, 제7 내지 제11 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 가압실에 유입되는 가압 기체의 유량 및 상기 가압실로부터 유출되는 가압 기체의 유량을 제어하는 전환 밸브를 설치하고, 상기 충전 단계에서, 상기 전환 밸브를 가압실에 가압 기체를 유입하는 제1 위치로 하고, 상기 토출 단계에서, 상기 전환 밸브를 가압실로부터 가압 기체를 유출하는 제2 위치로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 종래 기술과 비교하여 다음과 같은 유리한 효과가 있다.

첫째, 스프링에 의한 가압력과 자계 발생 기구의 추진력을 병용함으로써, 밸브체(플런저 로드)에 단시간에 강한 진출력을 작용하게 할 수 있다. 이로써, 장치를 대형화시키지 않고, 액체 재료의 방울을 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 종래에는 방울형 토출이 곤란했던 고점도의 액체 재료에 대해서도 비상 토출이 가능해진다.

둘째, 밸브체(플런저 로드)의 가압력을 강화하는 것에 따라 스프링의 압축 특성이 변화하지 않기 때문에, 밸브체의 진출 시간이 단축되는 만큼, 택트 타임을 단축할 수 있다.

셋째, 종래의 에어·스프링 방식의 장치를 개량함으로써 간단하게, 밸브체(플런저 로드)의 진출력의 강화를 실현하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 밸브체 상승 시의 설명도이다.
도 2는 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 밸브체 하강 시의 설명도이다.
도 3은 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 동작 타이밍과 밸브체 선단 위치와의 관계를 나타낸 선도(線圖)이다. 여기서, (a)는 전환 밸브로의 신호, (b)는 솔레노이드로의 신호, (c)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.
도 4는 실시예 1에 관한 도포 장치의 개략 사시도이다.
도 5는 실시예 2에 관한 액적 형성 장치의 밸브체를 밸브 시트에 접촉시키지 않도록 하는 경우의 설명도이다. 여기서, (a)는 코어 부재의 위치를 조정하는 경우, (b)는 솔레노이드의 위치를 조정하는 경우를 각각 나타낸다.
도 6은 종래의 에어·스프링 방식 장치의 동작 타이밍과 밸브체 선단 위치와의 관계를 나타낸 선도이다. 여기서, (a)는 전환 밸브로의 신호, (b)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.
도 7은 종래의 솔레노이드 방식 장치의 동작 타이밍과 밸브체 선단 위치와의 관계를 나타낸 선도이다. 여기서, (a)는 제1 솔레노이드로의 신호, (b)는 제2 솔레노이드로의 신호, (c)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 일례를 설명한다. 그리고, 이하에서는, 설명의 편의 상, 액적의 토출 방향을 「아래」, 그 반대 방향을 「위」라고 하고, 동작에 관한 것이며, 상방향으로의 이동을 「상승」, 하방향으로의 이동을 「하강」이라고 한다.

[장치]

도 1 및 2에 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 개략도를 나타낸다. 도 1은, 밸브체가 상승하고 있을 때를 설명하는 도면이며, 도 2는, 밸브체가 하강하고 있을 때를 설명하는 도면이다.

본 발명에 관한 액적 형성 장치(1)는, 밸브체(플런저 로드)(6)를 상하 방향으로 구동시키기 위한 구동실 등이 설치된 본체(2)와, 본체(2) 내에 설치된 플런저 로드(6)와, 구동된 플런저 로드(6)의 작용에 의해 액체 재료(37)를 토출하는 토출부(吐出部)(3)를 주요한 구성 요소로 한다.

본체(2)에 설치된 구동실은, 상승 구동을 위한 제1 구동실(4)과, 하강 구동을 위한 제2 구동실(5)로 구성된다.

제1 구동실(4)은, 그 내부에 플런저 로드(6)에 고정 설치된 피스톤(7)이 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 공간이며, 피스톤(7)에 의해 분단된 스프링실(9) 및 공기실(11)을 가진다. 피스톤(7)의 위쪽에는 플런저 로드(6)를 하강 구동시키기 위한 스프링(8)을 수용하는 스프링실(9)이 형성되고, 피스톤(7)의 아래쪽에는 플런저 로드(6)를 상승 구동시키기 위한 압축 공기(10)를 유입시키는 공기실(가압실)(11)이 형성되어 있다. 상기 스프링(8)에는 압축 코일 스프링을 사용하고 있다. 또한, 스프링실(9) 상부에는 플런저 로드(6)의 이동을 규제하고, 이동 거리인 스트로크를 조정하기 위한 스트로크 조정 나사(12)가 설치되어 있다. 플런저 로드(6)의 스트로크의 조정은, 조정 나사(12)의 외부에 노출되어 있는 손잡이부(13)를 돌려, 조정 나사의 선단(14)을 상하 방향으로 이동시켜, 플런저 로드(6) 상단과 충돌할 때까지의 거리를 변경함으로써 행한다.

공기실(11)에 유입시키는 압축 공기(10)는, 압축 공기원(가압원)(15)으로부터 전환 밸브(16)를 통하여 제1 구동실(4)의 공기 유입구(17)로부터 유입시킨다. 이 전환 밸브(16)는, 전자(電磁) 밸브나 고속 응답 밸브 등으로 이루어지고, 후술하는 디스펜스 컨트롤러(45)에 의해 개폐 제어가 된다. 압축 공기원(15)과 전환 밸브(16)와의 사이에는 압력 조정을 위한 레귤레이터(18)가 설치되어 있다. 피스톤(7) 측면에는 실링 부재(19)가, 공기실(11) 하부의 플런저 로드(6)가 관통하는 부분에는 실링 부재(20)가 설치되어 있어, 공기실(11)에 유입된 압축 공기(10)의 누출을 방지하고 있다.

제2 구동실(5)은, 플런저 로드(6)가 상하 방향에 걸쳐 관통 형성되어 공간이다. 제2 구동실(5)의 하부에는 플런저 로드(6)가 관통하는 구멍(28)을 가지는 솔레노이드(21)가 고정 설치되어 있다. 이 솔레노이드(21)에는, 자성 재료로 이루어지는 코어 부재(22)가 끼워지도록 한 오목부(23)가 상면에 형성되어 있고, 코어 부재(22)와 협동하여 플런저 로드(6)에 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구로서 기능한다. 또한, 오목부(23)가 코어 부재(22) 및 플런저 로드(6)에 대한 가이드로서 기능하여, 중심축의 치우침을 작게 하여, 플런저 로드(6)가 똑바로 밸브 시트(31)와 맞닿는 것을 확실하게 한다. 그리고, 플런저 로드(6)는, 비자성(非磁性材) 재료로 제작한다.

코어 부재(22)는, 솔레노이드(21)가 자화(磁化)했을 때 끌어당겨지는, 예를 들면, 주조한 철강, 구조용 탄소강 등으로 이루어지는 자성 부재이며, 플런저 로드(6)에 장착되어 있다. 코어 부재(22)에는, 상단에 플랜지형부(24)가 형성되어 있지만, 본 실시형태에서는, 플런저 로드의 선단(34)이 밸브 시트(밸브 시트)(31)에 먼저 맞닿으므로, 플랜지형부(24)와 솔레노이드 상면(25), 및 코어 부재 하면(26)과 솔레노이드 오목부 바닥면(27)이 접촉되지 않는다. 즉, 플랜지형부(24)와 솔레노이드 상면(25)의 사이에는 근소한 간극이 존재한다.

다른 실시형태로서, 플랜지형부(24)가 솔레노이드 상면(25)과 접촉하고, 및/또는, 코어 부재 하면(26)과 솔레노이드 오목부 바닥면(27)이 접촉하고, 설정 스트로크 이상으로 플런저 로드(6)가 하강하는 것을 방지하는 역할을 하도록 해도 된다. 이 형태에서는, 로드 선단(34)이 밸브 시트(31)와 맞닿지 않는 상태에서 토출이 행해진다.

토출부(3)는, 플런저 로드(6)가 내부를 승강 이동 가능한 액실(29)을 가지고 있다. 토출부(3)의 상부에는 플런저 로드(6)가 관통하는 구멍(30)이 형성되고, 아래쪽으로 돌출된 원기둥형의 하부에는 밸브 시트(31)와 액체 재료(37)를 토출하는 노즐(32)이 장착되어 있다. 밸브 시트(31)에는 액실(29)과 노즐(32)을 연통시키는 연통공(35)이 중앙을 관통하여 형성되어 있다. 또한, 밸브 시트(31) 상면에는 보울(bowl) 형상의 면(33)이 형성되어 있고, 이 면에 로드 선단(34)이 맞닿아 상기 연통공(35)을 개폐함으로써 액체 재료(37)가 노즐(32)을 통해 토출된다. 노즐(32)에는, 밸브 시트(31)의 연통공(35)과 연통되는 관형 부재(36)가 관설(貫設)되어 있고, 액실(29)로부터 밸브 시트 연통공(35)을 통하여 흘러 온 액체 재료(37)가, 이 관형 부재(36)의 내부를 통하여 외부로 토출된다. 상기 밸브 시트(31)와 노즐(32)은, 캡형(cap shape) 부재(38)에 의해 액실(29) 하단에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 교환이 용이하게 되어 있다. 액실(29)의 측면에는, 저류 용기(39)에 저장된 액체 재료(37)의 공급을 받기 위한 도입로(40)가 설치되고, 그 일단은 액실(29)과 연통되고, 타단은 내부와 연통 유로(流路)(41)를 가지는 연장 부재(42)를 통하여 저류 용기(39)와 접속되어 있다. 저류 용기(39)는, 압축 기체원(43)으로부터 압축 기체의 공급을 받고 있고, 후술하는 디스펜스 컨트롤러(45)로 그 압력을 조정할 수 있다. 액실(29) 상부의 플런저 로드(6)가 관통하는 구멍에는 액체 재료(37)가 제2 구동실(5) 측으로 누출되지 않도록 실링 부재(44)가 설치되어 있다.

상기한 전환 밸브(16)나 솔레노이드(21)의 ON/OFF, 압축 기체원(43)의 압력 등을 관리, 제어하는 디스펜스 컨트롤러(45)가, 상기 각 기기(機器) 등과 신호선(46, 47), 기체 배관(48, 49)에 의해 접속되어, 액적 형성 장치(1)와는 별체로 설치되어 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 구성은, 종래의 에어·스프링 방식의 장치를 개량함으로써 간단하게 실현할 수 있다. 구체적으로는, 스프링 등을 변경하지 않고, 플런저 로드에 추진력을 부여하는 자계 발생 기구(솔레노이드)를 추가하는 것만으로 적용할 수 있다. 그러므로, 저비용으로 개량을 행할 수 있고, 또한 장치가 대형화되지 않는다.

[동작]

다음에, 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 동작에 대하여, 종래 장치의 동작과 비교하면서 설명한다. 먼저, (1), (2)에서, 종래 장치의 동작에 대하여 설명하고, 이어서 (3)에서 본 발명의 동작을 설명한다. 그리고, 이하에서 설명하는 각 도면에 있어서, 가로축은 시간(t)을 나타내고, 세로축은, 신호의 경우에는 전압(V), 밸브체 선단의 경우에는 밸브 시트로부터의 위치(St)를 나타낸다.

(1) 종래의 에어·스프링 방식

도 6은, 종래의 에어·스프링 방식 장치(특허 문헌 1등)의 동작 타이밍과 밸브체 선단 위치와의 관계를 나타낸 선도이며, (a)는 전환 밸브로의 신호, (b)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.

종래의 에어·스프링 방식의 장치는, 전환 밸브에 동작 개시 신호가 송신되면(ON으로 되면), 밸브가 전환되어 압축 공기가 공기실에 유입되고, 스프링을 압축하면서, 피스톤을 들어올리고(후퇴시키고), 그에 따라 플런저 로드(6)가 토출구를 개방한다(부호 "50"). 스프링은 축소될수록 큰 힘이 필요하므로, 부호 "50"과 같이, 후퇴 동작 마지막 부근에서 스트로크 변화가 완만하게 되는 곡선으로 되어 있다. 설정 시간 경과 후(부호 "51"), 전환 밸브로의 동작 신호가 끊어지면(OFF로 되면), 밸브가 전환되어 공기실 내의 압축 공기를 대기 중으로 방출하기 시작해 스프링의 반발력에 의해 피스톤이 하강하고, 그리고, 플런저 로드(6)가 토출구를 폐쇄한다(부호 "52"). 이와 같이 폐쇄함으로써 액체 재료가 방울형으로 되어 토출된다. 피스톤 하강 시(진출 시)에 있어서, 부호 "52"와 같은 곡선으로 되어 있는 것은, 피스톤이 하강하기 시작했을 때는 스프링의 반발력이 강하고, 하강 속도도 빠르지만, 하강이 끝날 무렵에는 스프링이 신장되어 반발력이 약하고, 하강 속도도 늦어지게 되어 있기 때문이다. 이상이, 종래의 에어·스프링 방식에 의한 1회의 토출에서의 일련의 동작의 흐름이다.

그리고, 보다 강한 가압력을 얻기 위해 스프링을 강화 한 경우에는, 부호 "50"의 곡선은 보다 완만한 것으로 된다.

(2) 종래의 솔레노이드 방식

이어서, 도 7은, DC 솔레노이드를 사용한 종래의 액적 형성 장치의 동작 타이밍과 밸브체 선단 위치와의 관계를 나타낸 선도이며, (a)는 제1 솔레노이드로의 신호, (b)는 제2 솔레노이드로의 신호, (c)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.

종래의 솔레노이드 방식의 장치는, 제1 솔레노이드에 동작 개시 신호가 송신되면(ON으로 되면), 솔레노이드가 자화되어 심봉을 이동시키고, 그에 따라 분사용 부재가 노즐을 개방한다(부호 "53"). 설정 시간 경과 후(부호 "54"), 제1 솔레노이드로의 동작 신호가 끊어지고(OFF로 되고), 제2 솔레노이드에 동작 개시 신호가 송신되면(ON으로 되면), 제2 솔레노이드가 심봉을 이동시키고, 그리고, 분사용 부재가 노즐을 폐쇄한다(부호 "55"). 이와 같이 폐쇄함으로써 액체 재료(예를 들면, 접착제)가 방울형으로 되어 토출된다. 이상이, 종래의 솔레노이드 방식에 의한 1회의 토출에서의 일련의 동작의 흐름이다.

(3) 본 발명의 방식

상기 2개의 종래 방식 장치의 설명을 근거로 하여 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 동작에 대하여 설명한다. 도 3은, 본 발명에 관한 액적 형성 장치의 동작 타이밍과 밸브체 선단의 위치를 나타내는 선도이며, (a)는 전환 밸브로의 신호, (b)는 솔레노이드로의 신호, (c)는 밸브체 선단의 위치를 각각 나타낸다.

먼저, 공기실(11)에 압축 공기(10)를 유입하고, 플런저 로드(6)를 후퇴시킨다. 더욱 상세하게는, 전환 밸브(16)에 동작 개시 신호가 송신되면(ON으로 되면), 밸브가 전환되어 압축 공기(10)가 공기실(11)에 유입되고, 스프링(8)을 압축하면서, 피스톤(7)을 들어올리고, 그에 따라 플런저 로드(6)가 밸브 시트 연통공(35)과 그에 통하는 노즐(32)을 개방한다(부호 "56", 또한 도 1도 참조). 이 때, 솔레노이드(21)에 대한 전력 공급은 정지되어 있어, 코어 부재(22)에 흡인력(흡착력)은 작용하고 있지 않다.

설정 시간 경과 후(부호 "57"), 플런저 로드(6)를 진출시킨다. 더욱 상세하게는, 전환 밸브(16)에 대한 동작 신호가 끊어지고(OFF로 되고), 솔레노이드(21)에 동작 개시 신호가 송신되면(ON으로 되면), 밸브가 전환되어 공기실(11) 내의 압축 공기(10)를 대기 중으로 방출하기 시작해 스프링(8)의 반발력에 의해 피스톤(7)이 하강하기 시작한다. 여기서, 피스톤(7)이 하강함에 따라, 스프링(8)에 의한 힘은 약해지게 되지만, 이와는 반대로 솔레노이드(21)에 의한 흡인력은 강해진다. 즉, 자성체와 자석의 간극이 작아지는 질수록 끌어당기는 힘이 강해지는 성질로부터, 자화된 솔레노이드(21)에 의해 플런저 로드(6)에 장착된 코어 부재(22)가 끌어당겨지는 힘은 강하게 되므로, 플런저 로드 하강 시의 동작 처음부터 동작 마지막까지 추진력을 감쇠시키지 않고 작용하게 할 수 있다. 그리고, 플런저 로드(6)가 밸브 시트(31)와 맞닿아 노즐(32)을 폐쇄한다(부호 "58", 또한 도 2도 참조). 이와 같이 플런저 로드(6)에 안정된 추진력을 작용시켜 연통공(35)을 폐쇄함으로써, 토출 시에 형성되는 액체 재료(37)의 방울을 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 이상이, 본 발명의 방식에 의한 1회의 토출에서의 일련의 동작의 흐름이다.

본 발명에서는, 스프링 자체는 강화하지 않고 압축 공기(10)의 힘만으로 피스톤(7)을 들어올리므로, 단시간에 플런저 로드(6)를 상승시킬 수 있다(부호 "59"). 한편, 플런저 로드(6)의 하강 시에 있어서, 처음에는 스프링(8)의 강한 반발력에 의해, 급준한 상승 시간에 강한 추진력을 얻을 수 있다(부호 "60"). 그 후, 하강 동작의 끝에 가까와지면, 솔레노이드(21)의 인력이 강하게 되므로, 스프링(8)의 힘에 합쳐지는 형태로 되고, 도 6의 부호 "52"와 같은 스프링만의 힘에 의한 것보다 강하고 빠르게 밸브 시트(31)와 맞닿아, 액체 재료를 토출한다(부호 "61", "62").

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 담당하는 밸브체의 하강 동작에 있어서, 스프링의 힘과 솔레노이드의 힘을 타이밍 양호하게 사용함으로써, 짧은 시간에 강한 힘을 밸브체에 작용하게 할 수 있다. 이로써, 고점도로부터 저점도까지 다양한 액체 재료에 대하여, 정밀하게 제어된 방울을 형성하여 비상 토출시키는 것이 가능하다.

또한, 밸브체의 상승 동작에 있어서, 스프링 자체는 강화하지 않고 압축 공기(10)의 힘만으로 피스톤(7)을 들어올리므로, 단시간에 밸브체를 상승시킬 수 있어, 연속 토출 시의 택트 타임 단축으로 연결된다. 본 발명은, 연속 고속 토출[예를 들면, 1초간에 100숏(shot) 이상]에 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 상세를 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 어떤 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

[도포 장치]

본 발명에 관한 액적 형성 장치(1)를 구동 기구(64)에 탑재하여 도포 장치(63)를 구성할 수 있다. 도 4에 그 일례를 나타낸다.

구동 기구(64)는, 부호 "68" 방향으로 이동 가능하게 하는 X구동 기구(65), 부호 "69" 방향으로 이동 가능하게 하는 Y구동 기구(66), 부호 "70" 방향으로 이동 가능하게 하는 Z구동 기구(67)로 구성되고, 이들의 동작을 제어하는 로봇 컨트롤러(71)를 하우징 내부에 구비한다. 이 로봇 컨트롤러(71)는, 디스펜스 컨트롤러(45)와 케이블(72)에 의해 접속되고, 디스펜스 컨트롤러(45)에 대한 동작 신호의 발신도 행한다. 또한, XYZ 이동 동작이나 토출 동작 타이밍 등을 루틴화한 도포 프로그램을 기억하는 기억 장치를 내부에 가진다. 액적 형성 장치(1)는 Z구동 기구(67)에 설치하는 유지부(73)에 지지되어 있고, Z구동 기구(67)는 X구동 기구(65) 상에 설치된다. Y구동 기구(66)에는, 도포 대상물(74)을 탑재, 고정시키는 공작물(work-object) 테이블(75)을 설치한다. 이로써, 액적 형성 장치(1)의 노즐(32)을 도포 대상물(74)에 대하여 XYZ 방향(68, 69, 70)으로 상대 이동시킬 수 있다. 액적 형성 장치(1)는, 도 1, 2에 기재된 바와 같은 구성의 것이므로, 여기서는 설명을 생략한다.

액적 형성 장치(1)는, 전환 밸브(16)나 솔레노이드(21)의 ON/OFF, 압축 기체원(43)의 압력 등을 관리, 제어하는 별체로 설치된 디스펜스 컨트롤러(45)와 접속된다. 그리고, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 액적 형성 장치(1)로 컨트롤러(45)와의 접속에 관하여, 부호 "46(신호선)", "47(신호선)", "48(기체 배관)"의 파선으로부터 앞은 생략하고 있다. 신호선, 기체 배관 등의 접속의 자세한 것은, 도 1, 도 2에 대하여 설명한 바와 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 또한, 전환 밸브(16)는 도시하지 않은 압축 공기원(15)과 레귤레이터(18)를 통하여 접속된다.

상기 도포 장치(63)의 기본적인 조작 수순을 설명한다.

먼저, 준비로서,

(1) 액적 형성 장치(1)를 Z구동 기구(67)의 유지부(73)에 설치, 고정하고, 신호선(46, 47), 배관(48, 49)을 접속한다. 부가하여,

(2) XYZ 이동 동작이나 토출 동작 타이밍 등을 루틴화한 도포 프로그램을 작성하고, 로봇 컨트롤러(71)에 기억시킨다. 준비를 종료하면,

(3) 도포 대상물(74)을 공작물 테이블(75)에 탑재하고, 고정시킨다. 그리고,

(4) 기억시킨 도포 프로그램을 실행하고, 도포를 행한다. 여기서, 계속하여 복수의 도포 대상물(74)에 도포를 행하는 경우에는, 상기 (3) 및 (4)을 반복하면 된다. 또한, 원하는 도포 형태에 따라 (2)의 도포 프로그램을 변경함으로써, 간단하게 작업 내용의 변경을 행할 수 있다.

이상이, 액적 형성 장치(1) 및 도포 장치(63)의 기본적인 조작의 흐름이다. 이와 같이 도포 장치를 구성함으로써, 정확한 위치에 원하는 토출을 행할 수 있다. 또한, 작업을 자동화할 수도 있다.

실시예 2

실시예 1에 관한 액적 형성 장치(1)는, 기본적으로 밸브체(플런저 로드)(6)를 밸브 시트(31)와 맞닿게 하여 액적을 형성하고 있지만, 고체 입자를 함유하는 액체 재료(예를 들면, 땜납 페이스트나 형광체 페이스트 등)에 있어서는, 맞닿게 함으로써 입자를 부수어버려, 재료의 품질이 저하되거나 재료가 노즐에 막히거나 하는 문제가 발생하는 경우가 있다. 이 문제점을 해결하기 위해, 밸브체(6)를 밸브 시트(31)에 접촉시키지 않고 토출을 행하는 것이 바람직하다. 그래서, 도 5에 나타낸 실시예 2에 관한 액적 형성 장치(1)에서는, 밸브체(6)를 밸브 시트(31)와 맞닿게 하지 않고 토출을 행하는 구성으로 하였다. 그리고, 도 5에서는 전환 밸브(16)이나 저류 용기(39) 등을 생략하여 나타내고 있다.

실시예 2에 관한 액적 형성 장치(1)에 있어서는, 전술한 제2 구동실(5)의 코어 부재(22)의 플랜지형부(24)와 솔레노이드(21)의 상면(25)을 맞닿게 함으로써, 밸브체(6)를 가장 진출된 위치에서 밸브 시트(31)에 접촉시키지 않도록 하고 있다. 도 5에 있어서, (a)는 코어 부재(22)의 위치를 조정하는 구성, (b)는 솔레노이드(21)의 위치를 조정하는 구성을 나타내고 있다. (a)의 구성에서는, 코어 부재(22)를 아래쪽으로, 로드 선단(34)과 밸브 시트의 이격 거리(부호 CL)의 분만큼 이동하여 고정시킨다. (b)의 구성에서는, 솔레노이드(21)를 위쪽으로, 로드 선단(34)과 밸브 시트의 이격 거리(부호 CL)의 분만큼 이동하여 고정시킨다. 로드 선단(34)과 밸브 시트의 이격 거리는, 사용하는 액체 재료나 1회에 토출하는 양 등의 조건에 따라서 적절히 선택하는 것이다. 예를 들면, 실험 등을 실시하여 미리 구하여 두면 된다. 여기서, 전술한 바와 같이, 코어 부재(22)와 솔레노이드(21)와의 사이에는 근소한 간극이 존재함으로써, 그만큼을 가미하여 이동시키는 것에 주의한다. 솔레노이드(21) 또는 코어 부재(22)의 조정을 행하기 위한 기구로서는, 회전하는 각도로부터 이동한 거리를 알 수 있다 같은 나사 기구나, 미리 두께 치수를 알고 있는 스페이서를 삽입하는 기구 등을 사용하면, 정량적으로 조정을 행할 수 있다.

[산업 상의 이용 가능성]

전기·전자 부품의 제조 단계뿐만아니고, 적정 온도가 정해져 있어 점도를 저하시키기 위한 온도 조절을 실시하기 어려운, 예를 들면, 식품 재료나 의료·의약, 생물 재료의 토출에도 적용할 수 있다.

1: 액적 형성 장치, 2, 본체, 3, 토출부, 4; 제1 구동실, 5; 제2 구동실, 6; 밸브체(플런저 로드), 7; 피스톤, 8; 스프링, 9; 스프링실, 10; 압축 공기, 11; 공기실(가압실), 12; 스트로크 조정 나사, 13; 손잡이부, 14; 조정 나사 선단, 15; 압축 공기원, 16; 전환 밸브, 17; 공기 유입구, 18; 레귤레이터, 19; 실링 부재(피스톤), 20; 실링 부재(공기실), 21; 솔레노이드, 22; 코어 부재, 23; 오목부, 24; 플랜지형부, 25; 솔레노이드 상면, 26; 코어 부재 하면, 27; 오목부 바닥면, 28; 관통공(솔레노이드), 29; 액실, 30; 관통공(액실), 31; 밸브 시트(밸브 시트), 32; 노즐, 33; 보울 형상의 면, 34; 로드 선단, 35; 연통공, 36; 관형 부재, 37; 액체 재료, 38; 캡형 부재, 39; 저류 용기, 40; 도입로, 41; 연통 유로, 42; 연장 부재, 43; 압축 기체원, 44; 실링 부재(액실), 45; 디스펜스 컨트롤러, 46; 신호선, 47; 신호선, 48; 기체 배관, 49; 기체 배관, 50; 피스톤 상승(도 6), 51; 피스톤 정지(도 6), 52; 피스톤 하강(도 6), 53; 피스톤 상승(도 7), 54; 피스톤 정지(도 7), 55; 피스톤 하강(도 7), 56; 피스톤 상승(도 3), 57; 피스톤 정지(도 3), 58; 피스톤 하강(도 3), 59; 피스톤 상승 시작(도 3), 60; 피스톤 하강 시작(도 3), 61; 피스톤 하강 마지막(도 3), 62; 단축한 시간(도 3), 63; 도포 장치, 64; 구동 기구, 65; X구동 기구, 66; Y구동 기구, 67; Z구동 기구, 68; X 이동 방향, 69; Y 이동 방향, 70; Z 이동 방향, 71; 로봇 컨트롤러, 72; 케이블, 73; 유지부, 74; 도포 대상물, 75; 공작물 테이블 CL: 간극

Claims (12)

1. 노즐과 연통되고, 액체 재료가 공급되는 액실(液室); 선단부가 상기 액실 내를 진퇴 이동하는 플런저 로드(plunger rod); 상기 플런저 로드에 가압력을 부여하는 스프링; 상기 플런저 로드를 후퇴시키도록 작용하는 가압 기체(氣體)가 공급되는 가압실; 상기 가압실에 가압 기체를 공급하는 가압원; 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 노즐로부터 액적(液適; droplet)을 비상 토출(吐出)하는 액적 형성 장치에 있어서,
   상기 플런저 로드가 진출 위치에 가장 가까워졌을 때, 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구(機構)를 가지는,
   액적 형성 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자계 발생 기구가, 상기 플런저 로드에 설치된 자성 부재와, 상기 자성 부재와 대향하여 설치된 솔레노이드로 구성되고,
   상기 컨트롤러가, 상기 플런저 로드의 진출 동작 시에, 상기 솔레노이드에 통전하여 자계를 발생시키는, 액적 형성 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러가, 상기 플런저 로드의 진출 동작 개시 시로부터 상기 플런저 로드의 진출 동작 정지 시까지를 포함하는 시간대에, 상기 솔레노이드로의 통전을 행하는, 액적 형성 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 솔레노이드가, 상기 자성 부재가 진입함으로써 가이드로서 작용하는 오목부를 가지는, 액적 형성 장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 자성 부재 또는 상기 솔레노이드의 고정 위치를 조정하는 조정 기구를 더 구비하고, 상기 자성 부재와 상기 솔레노이드가 맞닿음으로써, 상기 플런저 로드의 가장 진출된 위치를 규정하는, 액적 형성 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가압실에 유입되는 가압 기체의 유량 및 상기 가압실로부터 유출되는 가압 기체의 유량을 제어하는 전환 밸브를 더 포함하는, 액적 형성 장치.
7. 노즐과 연통되고, 액체 재료가 공급되는 액실; 선단부가 액실 내를 진퇴 이동하는 플런저 로드; 상기 플런저 로드에 가압력을 부여하는 스프링; 상기 플런저 로드를 후퇴시키도록 작용하는 가압 기체가 공급되는 가압실; 상기 가압실에 가압 기체를 공급하는 가압원; 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 노즐로부터 액적을 비상 토출하는 액적 형성 장치를 사용한 액적 형성 방법에 있어서,
   상기 플런저 로드가 가장 진출된 위치에 가까워졌을 때, 진출 방향으로의 흡인력을 작용하게 하는 자계 발생 기구를 설치하고,
   상기 가압 기체를 가압실에 유입시킴으로써 상기 플런저 로드를 후퇴시키고, 상기 액실에 액체 재료를 유입시키는 충전 단계; 및
   상기 가압실 내의 가압 기체를 개방함으로써 상기 플런저 로드를 진출시키는 동시에, 상기 자계 발생 기구에 의해 상기 플런저 로드에 진출 방향으로의 흡인력을 작용시켜, 상기 액실 내의 액체 재료를 토출하는 토출 단계;
   를 포함하는 액적 형성 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 자계 발생 기구가, 상기 플런저 로드에 설치된 자성 부재와, 상기 자성 부재와 대향하여 설치된 솔레노이드로 구성되고,
   상기 토출 단계에서, 상기 컨트롤러가, 상기 플런저 로드의 진출 동작 시에, 상기 솔레노이드에 통전하여 자계를 발생시키는, 액적 형성 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 컨트롤러가, 상기 플런저 로드의 진출 동작 개시 시로부터 상기 플런저 로드의 진출 동작 정지 시까지를 포함하는 시간대에, 상기 솔레노이드로의 통전을 행하는, 액적 형성 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 솔레노이드가, 상기 자성 부재가 진입함으로써 가이드로서 작용하는 오목부를 가지고,
    상기 토출 단계에서, 상기 자성 부재가 상기 솔레노이드에 진입하여 가이드 작용을 받는, 액적 형성 방법.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 자성 부재 또는 상기 솔레노이드의 고정 위치를 조정하는 조정 기구를 설치하고,
    상기 토출 단계에서, 상기 자성 부재와 상기 솔레노이드가 맞닿음으로써, 상기 플런저 로드의 가장 진출된 위치를 규정하는, 액적 형성 방법.
12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압실에 유입되는 가압 기체의 유량 및 상기 가압실로부터 유출되는 가압 기체의 유량을 제어하는 전환 밸브를 더 설치하고,
    상기 충전 단계에서, 상기 전환 밸브를, 가압실에 가압 기체를 유입하는 제1 위치로 하고,
    상기 토출 단계에서, 상기 전환 밸브를, 가압실로부터 가압 기체를 유출하는 제2 위치로 하는, 액적 형성 방법.

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