WO2015050244A1 - 液体材料充填装置および方法 - Google Patents

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生島　和正
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid material filling apparatus and method for filling a liquid material discharge apparatus with a liquid material.
  • the present invention relates to a liquid material filling apparatus and method for filling a liquid material without leaving bubbles in a flow path not filled with the liquid material when starting to use the liquid material discharge apparatus.
  • a shaft body that rotates or moves back and forth is disposed in a flow path from a supply port to which the liquid material is supplied to a discharge port to which the liquid material is discharged.
  • a device that discharges a liquid material from a discharge port is known (for example, Patent Document 1).
  • the liquid material stored in the syringe is introduced into a flow path formed in the distribution device housing through the hole, and the liquid material is discharged from the nozzle by the advance movement of the shaft. It is what is done.
  • the shaft is inserted into the flow hole, and the flow path is formed by a gap between the shafts inserted into the flow holes.
  • the shaft is configured so as not to leak toward the control mechanism that is the drive source of the shaft by the seal ring, and thus the liquid material stored in the syringe flows to the discharge port of the nozzle. It is configured so that all the paths are filled with liquid material.
  • the discharge device having such a configuration causes variation in the amount of liquid material discharged by the device when bubbles are present in the flow path. Further, if bubbles are mixed at the start of use, it is difficult to eliminate them, which has been a factor that impedes accurate discharge. Specifically, bubbles are discharged during discharge, and the liquid material is not discharged, or a discharge failure such as no formation of liquid droplets occurs even when the liquid material is discharged. For this reason, conventionally, a storage container (syringe) filled with a liquid material has been subjected to centrifugal defoaming or vacuum defoaming and then attached to the discharge device main body.
  • JP 2004-322099 A Japanese Patent Laid-Open No. 2006-248083
  • Patent Document 2 makes it possible to degas bubbles in the ink storage unit.
  • new bubbles are mixed in the flow path that connects the ink storage unit and the cap unit. It can happen.
  • a three-way valve or a flow rate adjusting valve between the ink storage part and the cap part has a bent part or a step part, there is a possibility that air bubbles may remain there.
  • air bubbles may be generated when ink is sucked into the air bypass that occurs when the three-way valve is switched (see paragraph [0039] in the same document), and the ink containing the air bubbles flows after the ink is discharged to the ink pan. May remain inside.
  • an object of the present invention is to provide a liquid material filling apparatus and method that can eliminate bubbles remaining over the entire length of the flow path from the liquid material reservoir to the discharge port.
  • a liquid material filling apparatus includes a chamber having an airtight structure, a pressure adjusting unit that regulates the pressure in the chamber, and a control device, and the liquid material filling apparatus fills the internal flow path of the discharge device with the liquid material.
  • the discharge device includes a liquid storage container having an outlet and a connector communicated with the discharge port, and the pressure adjusting unit includes a negative pressure supply source, a chamber communication pipe communicating with the chamber, and the liquid storage container.
  • a discharge device communication pipe that communicates with the connector, an on-off valve A that communicates or blocks the chamber communication tube and the gas supply port, an on-off valve B that communicates or blocks the chamber communication tube and the discharge device communication pipe, and a discharge device And an on-off valve C for connecting or shutting off the communication pipe and the gas supply port, and a pressure gauge, and the control device communicates the negative pressure supply source with the chamber communication pipe and the discharge apparatus communication pipe.
  • Pressure reducing means for reducing the space in the bar and above the storage container to a vacuum or a low pressure close to vacuum, and maintaining the space in the chamber and above the storage container at a low pressure for a certain period of time, bubbles in the liquid material
  • Degassing means for degassing filling means for filling the discharge device with the liquid material in the storage container at a higher pressure than in the chamber by communicating the gas above the space above the storage container with the gas supply port,
  • a filling stopping means for bringing the space above the storage container into communication with the inside of the chamber to achieve a pressure equilibrium state, and a pressure releasing means for connecting the space in the chamber and above the storage container with the gas supply port are provided.
  • a switching valve for switching between a first position for communicating the chamber communication pipe and the negative pressure supply source and a second position for communicating the chamber communication pipe and the gas supply port is further provided.
  • the control device sets the switching valve to the first position in the decompression means, and sets the switching valve to the second position in the pressure release means, and more preferably further includes a chamber.
  • a first flow control valve provided in a flow path that communicates the communication pipe and the gas supply port; and a second flow control valve provided in a flow path that communicates the discharge apparatus communication pipe and the gas supply port. More preferably, the maximum flow rate of the first flow control valve is set to be three times or more the maximum flow rate of the second flow control valve.
  • the liquid material filling device may further include a sensor that transmits a liquid detection signal to the control device.
  • the liquid material filling method of the present invention is a method of filling an internal flow path of a discharge device installed in a chamber with a liquid material, wherein the discharge device includes an outlet communicated with a discharge port and a pipe to which negative pressure is supplied.
  • the discharge device includes an outlet communicated with a discharge port and a pipe to which negative pressure is supplied.
  • Including a liquid storage container with a connected connector decompressing the space in the chamber and above the storage container to a vacuum or a low pressure close to vacuum, reducing the space in the chamber and above the storage container for a certain period of time
  • a degassing step for degassing bubbles in the liquid material while maintaining the pressure state, and the space above the storage container is connected to the gas supply port so that the gas flows in to a higher pressure than in the chamber.
  • the filling process of filling the liquid material in the discharge device after detecting that the liquid droplet flows out from the discharge port, the space above the storage container is immediately communicated with the inside of the chamber to be in a pressure equilibrium state, Filling stopping step of stopping the filling of the body material, and characterized by having a pressure release step of the space above the chamber and the reservoir in communication with the gas supply port flows of gas.
  • the liquid material filling method may be characterized in that, in the decompression step, the air in the chamber and the storage container is gently discharged by adjusting the flow rate control valve over time.
  • the gas in the filling step, the gas is gently introduced into the space above the storage container while adjusting the flow rate control valve over time, and in the pressure release step, the flow rate control valve
  • the gas may gradually flow into the space above the storage container while adjusting the time, and preferably, in the pressure release step, the maximum flow rate of the flow control valve is It is characterized by being set to 3 times or more of the maximum flow rate of the flow rate control valve in the filling step.
  • the discharge device may be a discharge device in which a rod operates in a liquid chamber communicating with a discharge port.
  • the liquid material filling apparatus 1 of the present invention includes a chamber 10, a pressure adjustment unit 70, and a control device 100 as main components.
  • the discharge device 50 is installed in the chamber 10 having an airtight structure, and a filling process is performed.
  • the pressure adjusting unit 70 adjusts the pressure of the storage container 51 of the chamber 10 and the discharge device 50, and the operation is controlled by the control device 100.
  • the chamber 10 includes a door 11 fixed by a hinge, a handle 12, locking members 13 to 14, and an airtight member 15.
  • the door 11 is opened and closed by grasping the handle 12.
  • the chamber 11 can be hermetically sealed by fixing the door 11 with the locking tool A13 and the locking tool B14 in a state where the door 11 is closed and the airtight member 15 provided in a frame shape is pressed.
  • a control device 100 and a pressure adjusting unit 70 are installed in a rectangular parallelepiped casing at the top of the chamber 10.
  • a negative pressure gauge A87 and a negative pressure gauge B88 are arranged on the front face of the housing, and can be visually recognized from the front face.
  • the pressure adjusting unit 70 includes a negative pressure supply source 71, flow rate control valves 80 to 82, on-off valves 83 to 85, a switching valve 86, and negative pressure gauges 87 to 88.
  • the negative pressure supply source 71 supplies a predetermined negative pressure, and can be configured, for example, by combining a vacuum pump with a pressure reducing valve.
  • the switching valve 86 switches between a first position where the negative pressure supply source 71 and the on-off valve A83 communicate with each other and a second position where the on-off valve A83 and the gas supply port 92 communicate with each other via the flow rate control valve C82.
  • One end of the pipe A90 inserted through the chamber 10 is open to the chamber space.
  • One end of the pipe B91 inserted through the chamber 10 communicates with the lower end outlet of the storage container 51.
  • the pipe A 90 and the pipe B 91 communicate with the gas supply ports 92 and 93 and the negative pressure source 71 through the flow control valves 80 to 82, the on-off valves 83 to 85, and the switching valve 86.
  • the gas supply port communicates with the atmosphere to supply atmospheric gas.
  • the gas supply port communicates with an inert gas supply source to supply the inert gas.
  • the control device 100 is electrically connected to each element of the droplet detection sensor 61 and the pressure adjusting unit 70 as shown in FIG.
  • the control device 100 includes an arithmetic device and a storage device, and automatically controls the operations of the switching valve 86 and the on-off valves 83 to 85 based on signals from the droplet detection sensor 61 and the negative pressure gauges 87 to 88 in a filling process described later. To do.
  • movement of each element of the pressure adjustment part 70 by time you may provide the timer implement
  • the droplet detection sensor 61 detects a droplet (or thread-like liquid) discharged from the discharge port 53 of the discharge device 50 and transmits a detection signal to the control device 100.
  • a measuring device for measuring the droplets may be provided in the tray 62 so that the discharge of the droplets can be detected by a change in the weight of the tray 62.
  • FIG. 4 is a cross-sectional side view of an essential part showing the configuration of the ejection device 50.
  • the storage container 51 and the discharge device main body 52 are connected to each other via a liquid feeding member 56 provided with a flow path therein.
  • An electromagnetic valve 57 is fixed on one side surface of the discharge device main body 52.
  • the tip of a rod 55 extending in the vertical direction is disposed in the liquid chamber 54 communicating with the discharge port 53.
  • the rod 55 reciprocates in the liquid chamber 54 by a rod drive source made of, for example, a piezo element.
  • the storage container 51 has an outlet at the lower end and an opening at the upper end.
  • An air tube is connected to a lid member (connector) that covers the opening of the storage container 51 and communicates with an air supply port of the air pressure supply 58.
  • the controller 59 controls the operation of the solenoid valve 57 and the air pressure supply 58.
  • the discharge device 50 is installed in the chamber 10, the air pressure supply 58 and the controller 59 are disconnected.
  • the rod 55 is fixed at the raised position so that the rod 55 does not block the flow path connecting the liquid chamber 54 and the discharge port 53. That is, the discharge device 50 in a state where the discharge port 53 and the outlet of the liquid storage container 51 communicate with each other is installed in the chamber 10.
  • the discharge device 50 includes a work table on which an application target is placed, an XYZ direction moving device that relatively moves the liquid fixed amount discharge device and the work table, and a control unit that controls the operation of the XYZ direction moving device. It is mounted on a coating device and used.
  • the discharge device 50 shown in FIG. 4 is merely an example, and the present invention can be applied to any discharge device in which a rod operates in a liquid chamber communicating with a discharge port.
  • a jet type that causes the valve body to collide with the valve seat provided at the end of the flow path communicating with the nozzle or stops just before the valve body collides with the valve seat and causes the liquid material to fly and discharge from the nozzle tip.
  • the present invention also relates to a discharge device, a plunger type that moves a desired amount of a plunger that slides in close contact with the inner surface of a storage container having a nozzle at the tip, and a screw type discharge device that discharges a liquid material by rotating a screw. Applicable.
  • ⁇ Filling process> (Preparation process: installation of the discharge device, etc.) The worker performs the following work as a preparation process.
  • the discharge device 50 is attached to the holder 60 in the chamber 10.
  • the tube B91 is connected to a lid member that covers the opening of the storage container 51 that stores the liquid material, and a closed space is created above the storage container 51.
  • a tray 62 is installed below the discharge port 53 of the discharge device 50.
  • the vertical line extending downward from the discharge port 53 of the discharge device 50 and the detection range of the droplet detection sensor 61 overlap.
  • the control device 100 sets the switching valve 86 to the first position where the negative pressure supply source 71 and the on-off valve A83 communicate with each other, opens the on-off valve A83 and the on-off valve B84, and closes the on-off valve C85.
  • the negative pressure supply source 71 communicates with the chamber 10 via the pipe A90 and communicates with the storage container 51 via the pipe B91. Therefore, the negative pressure from the negative pressure supply source 71 reduces the pressure in the chamber 10 and the pressure of the gas existing above the storage container 51.
  • the flow rate control valve A80 is adjusted over time by the control device 100 so that the air in the chamber 10 and the storage container 51 is not exhausted rapidly. If a sudden pressure change occurs in the flow path in the discharge device 50 and the storage container 51, there is a risk of bubbles being mixed. In particular, if the liquid material in the storage container 51 is violated, the risk of mixing bubbles is considerably increased. It is.
  • the control device 100 closes the on-off valve B84 after a certain period of time and blocks communication between the pipe A90 and the pipe B91. Thereby, the communication between the chamber 10 and the space above the storage container 51 is blocked. Subsequently, the control device 100 closes the flow control valve B81 and then opens the on-off valve C85. At this time, since the flow control valve B81 is closed, the indicated value of the negative pressure gauge B88 does not change. Subsequently, the control device 100 gradually opens the flow rate control valve B81. As a result, atmospheric gas flows from the gas supply port 93 into the space above the storage container 51 via the on-off valve C85. At this time, it is preferable to adjust the degree of opening of the flow control valve B81 by the control device 100 so that the liquid material in the storage container 50 does not suddenly flow into the internal flow path of the device main body 52.
  • the pressure in the storage container 51 increases, and the indicated value of the negative pressure gauge B88 also increases.
  • the atmospheric gas inflow (pressure increase) into the storage container 51 is performed until the negative pressure gauge B88 indicates a desired pressure value. Since the communication between the flow path B91 and the flow path A90 is blocked by the liquid material in the storage container 51, the indicated value of the negative pressure gauge A87 does not increase.
  • the difference between the indicated value of the negative pressure gauge A87 and the indicated value of the negative pressure gauge B88 is the differential pressure between the storage container 51 and the internal flow path of the apparatus main body 52. This differential pressure becomes a propulsion pressure for feeding the liquid material in the storage container 51 into the internal flow path of the discharge device.
  • the negative pressure in the chamber 10 is, for example, ⁇ 60 to ⁇ 100 kPa, and the differential pressure between the negative pressure gauge A and the negative pressure gauge B is, for example, several tens of kPa to several hundred kPa.
  • the method of opening the flow control valve B81 after the control device 100 opens the on-off valve C85 has been described. May be.
  • the control device 100 opens the on-off valve B84 and connects the pipe A90 and the pipe B91. Thereby, the pressure difference between the pressure in the storage container 51 and the chamber 10 is eliminated, and the inflow of the liquid material from the storage container 51 to the internal flow path of the apparatus main body 52 is stopped. At this time, the indicated values of the negative pressure gauge A87 and the negative pressure gauge B88 are equal (pressure equilibrium state).
  • the control device 100 sets the switching valve 86 to the second position, and causes the on-off valve A83 and the flow rate control valve C82 to communicate with each other. At this time, the on-off valve A83 and the flow rate control valve C82 are in a closed state, and the on-off valve B84 is in an open state. Subsequently, the control device 100 opens the on-off valve A83 and gradually opens the flow rate control valve C82. As a result, atmospheric gas flows from the gas supply port 92 into the chamber 10 through the pipe A90 and flows into the upper space of the storage container 51 through the pipe B91. The pressure in the chamber 10 and the storage container 51 rises and becomes equal to the atmospheric pressure.
  • atmospheric gas may flow into the upper space of the chamber 10 and the storage container 51 from the gas supply port 93. That is, the control device 100 sets the on-off valve A83, the on-off valve C85 and the flow rate control valve B81 in the closed state, and the on-off valve B84 in the open state. May be. Also here, the opening / closing valve C85 may be opened after the opening degree of the flow control valve B81 is set in advance by the control device 100. When the negative pressure in the chamber is released via the gas supply port 93, the switching valve 86 is not necessary, and the flow control valve A80 and the on-off valve A83 can be directly connected.
  • the latter has a significantly larger amount of inflow. May be good. That is, in the configuration in which the switching valve 86 is provided, atmospheric gas flows from the gas supply port 92 through a large flow rate valve, and atmospheric gas flows from the gas supply port 93 through a small flow rate valve. Therefore, the negative pressure in the chamber can be quickly released in the fifth step.
  • the maximum flow rate of the flow control valve C82 can be set to 3 times or more (preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more) of the flow control valve B81.
  • the liquid material filling apparatus 1 since the liquid material is filled in a vacuum state in which the atmosphere does not remain or in a substantially vacuum state, the liquid material filling device 1 remains in every corner of the flow path from the storage container to the discharge port. Liquid material without bubbles spreads. Further, since the discharge device itself is in a vacuum state in the chamber, there is no possibility that gas flows from the discharge port into the internal flow path of the discharge device. According to the present invention, since bubbles do not remain in the flow path from the storage container to the discharge port, an advantageous effect is achieved that the discharge amount is stable and discharge failure does not occur. Further, since there is no liquid dripping or no dripping from the discharge port due to residual bubbles, the liquid can be discharged cleanly.
  • the present invention is particularly effective for a mechanical discharge device in which a tip end portion of a work shaft (rod) is disposed in a liquid chamber communicating with a discharge port.

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Abstract

液体材料の貯留部（５１）から吐出口（５３）に至るまでの流路の全長にわたり気泡の残留を無くすために、気密構造のチャンバー（１０）と、チャンバー（１０）内の圧力を調節する圧力調節部（７０）と、制御装置（１００）と、を備え、負圧供給源（７１）とチャンバー連通管（９０）および吐出装置連通管（９１）を連通してチャンバー（１０）内および貯留容器（５１）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して、かつ、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し、貯留容器（５１）の上方にある空間をガス供給口（９３）と連通してガスを流入することでチャンバー（１０）内よりも高圧として貯留容器（５１）内の液体材料を吐出装置（５０）に充填し、貯留容器（５１）の上方にある空間をチャンバー（１０）内と連通して圧力平衡状態とした後、ガス供給口（９２）と連通して圧力開放するよう充填する液体材料充填装置及び方法。

Description

液体材料充填装置および方法
　本発明は、液体材料吐出装置に液体材料を充填する液体材料充填装置および方法に関する。特に、液体材料吐出装置を使用開始するにあたり、液体材料が充填されていない流路に気泡を残留させることなく液体材料を充填する液体材料充填装置および方法に関する。
　液体材料を吐出する装置としては、液体材料が供給される供給口から液体材料が吐出される吐出口に至る流路内に、回転移動または進退移動する軸体を配設し、軸体の動作により吐出口より液体材料を吐出するものが知られている（例えば、特許文献１）。
　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。
　このような構成の吐出装置は、流路内に気泡が存在すると、装置が吐出する液体材料の量にばらつきを引き起こすことが知られている。また、使用開始時に気泡を混入してしまうとこれを排除するのが難しく、精度良い吐出が阻害される要因となっていた。具体的には、吐出中に気泡が吐き出されて液体材料が吐出されなかったり、液体材料が吐出されても液滴を形成しないなどの吐出不良が生じたりしていた。そのため、従来は液体材料が充填された貯留容器（シリンジ）に遠心脱泡や真空脱泡の処理を行ってから、吐出装置本体に取り付けることが行われていた。
　インクジェット式の吐出装置においても、気泡の混入は問題となっている。すなわち、気泡の混入があるとインク吐出エネルギーとなる発熱による気泡の圧力やインク押し出しのための駆動体の圧力がうまくノズルまで伝わらずに、ヘッドのノズルからインクが吐出されない不具合が発生し易い。そこで、例えば、特許文献２では、気密構造のチャンバー内にワークを載置し、チャンバー内を真空に近く減圧し、チャンバー内の真空圧と液体を貯蔵した供給タンク内の大気圧との差圧により、一定量の液体を前記ワーク内に充填する液体充填方法が提案されている。
特開２００４－３２２０９９号公報 特開２００６－２４８０８３号公報
　貯留容器（シリンジ）内の液体材料から気泡を除去することができても、貯留容器から吐出装置本体内の流路に液体材料を導入する際に、流路内に存在していた気体が屈曲部や段差部に残留し、これを原因とした新たな気泡発生の問題があった。
　特許文献２に開示される充填方法は、インク貯蔵部内の気泡を脱気することを可能とするものであるが、インク貯蔵部とキャップ部とを連通する流路内で新たな気泡の混入が生じる可能性がある。具体的には、インク貯蔵部とキャップ部との間にある三方弁や流量調整弁に屈曲部や段差部があるため、そこに気泡が残留する可能性がある。さらには、三方弁の切り替え時に生じるエアーバイパスへのインクの吸い込み時に気泡が生じる可能性があり（同文献段落［００３９］参照）、インクパンへのインク排出後も気泡を含んだインクが流路内に残留する可能性がある。
　そこで、本発明は、液体材料の貯留部から吐出口に至るまでの流路の全長にわたり気泡の残留を無くすことができる液体材料充填装置および方法を提供することを目的とする。
　本発明の液体材料充填装置は、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、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、貯留容器の上方にある空間を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の上方にある空間をガス供給口と連通する圧力開放手段を備えることを特徴とする。
　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。
　本発明の液体材料充填方法は、チャンバーに設置された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、チャンバー内および貯留容器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、貯留容器の上方にある空間を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の上方にある空間を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ことを特徴とする。
　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。
　本発明によれば、液体材料の貯留部から吐出口に至るまでの流路の全長にわたり気泡の残留を無くすことができる液体材料充填装置および方法を提供することが可能となる。
本発明の液体材料充填装置の構成図である。 本発明の液体材料充填装置内に吐出装置を設置した状態を示す斜視図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 吐出装置の構成を示す要部断面側面図である。
　以下では、本発明を実施するための形態の一例を図面を参照しながら説明する。
＜構成＞
　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。
　図２に示すように、チャンバー１０は、ヒンジで固定された扉１１と、把手１２と、係止具１３～１４と、気密部材１５を備えている。
　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。
　圧力調節部７０は、負圧供給源７１と、流量制御弁８０～８２と、開閉弁８３～８５と、切換弁８６と、負圧計８７～８８を備えている。
　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。
　制御装置１００は、図３に示すように、液滴検知センサ６１および圧力調節部７０の各要素と電気的に接続されている。制御装置１００は、演算装置および記憶装置を備え、後述する充填工程において、液滴検知センサ６１および負圧計８７～８８からの信号に基づき切換弁８６および開閉弁８３～８５の動作を自動で制御する。なお、圧力調節部７０の各要素の動作の制御を時間により行う場合には、制御装置１００にハードウェアまたはソフトウェアで実現されるタイマーを設けてもよい。
　液滴検知センサ６１は、吐出装置５０の吐出口５３から吐出された液滴（または糸状の液）を検出し、検出信号を制御装置１００へ送信する。受け皿６２に液滴を計量する計量装置を設け、受け皿６２の重量変化により液滴の吐出を検出するようにしてもよい。
　図４は、吐出装置５０の構成を示す要部断面側面図である。
　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。
　吐出装置５０は、塗布対象物を載置するワークテーブルと、液体定量吐出装置とワークテーブルとを相対的に移動させるＸＹＺ方向移動装置と、ＸＹＺ方向移動装置の動作を制御する制御部とを備える塗布装置に搭載されて使用される。
　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。
＜充填工程＞
（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。
（第１の工程：チャンバーおよび貯留容器の減圧）
　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。
（第２の工程：気泡の除去）
　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。
（第３の工程：液体材料の充填開始）
　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。
　貯留容器５１内への大気ガス流入量が増加するに連れ貯留容器５１内の圧力も上昇し、負圧計Ｂ８８の指示値も増加する。貯留容器５１内への大気ガス流入（圧力上昇）は、負圧計Ｂ８８が所望の圧力値を指示するまで行う。流路Ｂ９１と流路Ａ９０との連通は、貯留容器５１内の液体材料により遮断されているため、負圧計Ａ８７の指示値は増加しない。負圧計Ａ８７の指示値と負圧計Ｂ８８の指示値との差が、貯留容器５１と装置本体５２の内部流路との差圧となる。この差圧が、貯留容器５１内の液体材料を吐出装置の内部流路に送り込むための推進圧となる。チャンバー１０内の負圧は、例えば－６０～－１００ｋＰａであり、負圧計Ａと負圧計Ｂの差圧は、例えば数１０ｋＰａ～数１００ｋＰａである。
　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。
（第４の工程：液体材料の充填停止）
　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）。
（第５工程：チャンバー内負圧の開放）
　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。
　さらには、本工程において、ガス供給口９３からチャンバー１０および貯留容器５１の上方空間内に大気ガスを流入してもよい。すなわち、制御装置１００は開閉弁Ａ８３、開閉弁Ｃ８５および流量制御弁Ｂ８１は閉じた状態、開閉弁Ｂ８４は開いた状態とし、続いて開閉弁Ｃ８５を開き、流量制御弁Ｂ８１を徐々に開くようにしてもよい。ここでも、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。ガス供給口９３経由でチャンバー内の負圧を開放する場合には切換弁８６は不要となり、流量制御弁Ａ８０と開閉弁Ａ８３を直結することが可能となる。
　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。
（事後工程：吐出装置の取り出し）
　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。
　以上に説明した液体材料充填装置１によれば、大気が残らない真空の状態または実質的に真空の状態において液体材料の充填を行うので、貯留容器から吐出口に至る流路の隅々まで残留気泡の無い液体材料が行き渡る。また、吐出装置そのものがチャンバー内で真空状態にあるから、吐出口から吐出装置の内部流路に気体が流入するおそれもない。
　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。
　１：液体材料充填装置
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：ガス供給口
９３：ガス供給口
１００：制御装置

Claims (12)

  1. 　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、
    　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、
    　貯留容器の上方にある空間を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の上方にある空間をガス供給口と連通する圧力開放手段を備えることを特徴とする液体材料充填装置。
  2. 　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。
  3. 　さらに、チャンバー連通管と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。
  4. 　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。
  5. 　さらに、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。
  6. 　チャンバーに設置された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、
    　チャンバー内および貯留容器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、
    　貯留容器の上方にある空間を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の上方にある空間を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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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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