(57)【要約】【課題】シリンジを貯留容器として用いる構成において、簡素な構成で一定量の液体を安定した応答性で供給することができる液体供給装置を提供する。【解決手段】シリンジ３内の液体１１を吐出する液体供給装置２において、シリンジ３内の液体１１を押す第１のプランジャ２１と、第１のプランジャ２１よりも上側に挿入された第２のプランジャ２２と、一端が第２のプランジャ２２に結合され内部に第１の空間Ｓ１に通じる第１の空気流路２４ｂが形成されたロッド２４と、第１の空気流路２４ｂを通じて第１の空間Ｓ１に空圧を供給する第１の空圧供給部３１と、第２の空間Ｓ２内に空圧を供給する第２の空圧供給部３２と、第２のプランジャ２２が第１の空間Ｓ１の空圧によってシリンジ３から抜ける方向へ移動するのを阻止するために、ロッド２４の移動を制限する移動方向制限部としての拘束機構２５とを備えた構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が開放され、他端部に吐出管が接続された略円筒形状のシリンジと、
前記シリンジに挿入され、このシリンジ内の液体を前記他端部側へ押す第１のプランジャと、
前記第１のプランジャよりも前記一端部側に挿入された第２のプランジャと、
一端が前記第２のプランジャに結合され、他端が前記シリンジの前記一端部から外側に延びた棒状部材と、
前記シリンジの外の空間から前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとで挟まれた第１の空間に通じる第１の空気流路と、
前記第１の空気流路を通じて前記第１の空間に空圧を供給する第１の空圧供給部と、
前記第２のプランジャを前記第１のプランジャ側へ移動させる第２プランジャ駆動部と、
前記第２のプランジャが前記第１の空間の空圧によって前記シリンジから抜ける方向へ移動するのを阻止するために、前記棒状部材の移動を制限する移動方向制限部と、を備えた液体供給装置。
【請求項２】
前記第１の空気流路は前記棒状部材の内部に形成されている、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記シリンジの一端部に装着されたキャップと、
前記キャップに形成され、前記シリンジの外の空間から前記キャップと前記第２のプランジャに挟まれた第２の空間とに通じる第２の空気流路を備え、
前記第２プランジャ駆動部が、前記第２の空気流路を通じて前記第２の空間に空圧を供給する第２の空圧供給部である、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項４】
前記移動方向制限部は前記キャップと結合している、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項５】
前記第１の空圧供給部が空圧発生部で発生した空圧の供給を制御するバルブを有し、前記バルブが前記棒状部材に装着されている、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項６】
前記バルブが、前記棒状部材の前記第２の空間に位置する部分に装着されている、請求項５に記載の液体供給装置。
【請求項７】
前記第１のプランジャはその中央部が前記シリンジの他端部側に凹んだ形状であり、前記第２のプランジャは、前記第１のプランジャに対向する面の中央部が前記第１のプランジャ側に突出した形状である、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項８】
前記棒状部材の位置を検出することにより、前記シリンジを交換する旨の報知を行う報知部を備えた、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項９】
前記吐出管がノズルである、請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項１０】
前記吐出管が、液体を吐出するディスペンサの液体貯留部に接続されている、請求項１に記載の液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンジに貯留された液体を吐出して供給する液体供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接着用のペーストなどの液体を貯留する容器として、略円筒形状のシリンジが用いられている。シリンジからの液体の供給に際しては、シリンジの内部に空圧を供給して、シリンジの内部に挿入されたプランジャを介して液体を加圧することにより、シリンジの下端部より液体を吐出させる。このプランジャを介しての加圧による液体の吐出においては、シリンジ内での液体の貯留量の変化に伴って液体の吐出量が変動する。すなわち、シリンジ内の液体残量が少なくなるとシリンジ内において液体が存在しない空体積が増大し、同一条件で空圧を供給しても空気の圧縮性により液体に及ぼす加圧力が一定しないことから、吐出量や吐出応答時間の変動などを生じ、安定した液体の吐出を行うことができないという欠点がある。このようなシリンジによる液体吐出の欠点を改善することを目的として、従来より、シリンジ内における空の部分の容積がほぼ一定となるように工夫がなされた液体供給装置が提案されている（例えば特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１に示す先行技術では、パイプ１２から供給される空気圧によってシリンジ３内を加圧しプランジャを移動させて液体を吐出させるように構成されたディスペンサにおいて、パイプ１２と一体構造のシリンジ３内のピストン１３をパイプ駆動部１２Ａにより移動させて、シリンジ３内の空の部分の容積をほぼ一定となるようにしている。また特許文献２に示す先行技術では、シリンジ１１２内においてピストン１１３と液面との間に形成される空の空間である圧力調整室１１５の空気圧を圧力センサ１２１によって検知した結果に基づいて、ピストン１１３のシリンジ１１２内における位置を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２４７２６１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリンジを貯留容器として用いる液体供給装置は広く汎用的に用いられるものであることから、上述のように一定量の液体を安定した応答性で吐出して供給する機能に加えて、その構成が簡素であって且つシリンジの交換などメンテナンス時の作業性が優れていることが望まれる。しかしながら上述の特許文献例に示す先行技術では、必ずしもそのような要望を満たすことはできず、新たな方策が求められていた。
【０００６】
そこで本発明は、シリンジを貯留容器として用いる構成において、簡素な構成で一定量の液体を安定した応答性で供給することができる液体供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体供給装置は、一端部が開放され、他端部に吐出管が接続された略円筒形状のシリンジと、前記シリンジに挿入され、このシリンジ内の液体を前記他端部側へ押す第１のプランジャと、前記第１のプランジャよりも前記一端部側に挿入された第２のプランジャと、一端が前記第２のプランジャに結合され、他端が前記シリンジの前記一端部から外側に延びた棒状部材と、前記シリンジの外の空間から前記第１のプランジャと前記第２のプランジャとで挟まれた第１の空間に通じる第１の空気流路と、前記第１の空気流路を通じて前記第１の空間に空圧を供給する第１の空圧供給部と、前記第２のプランジャを前記第１のプランジャ側へ移動させる第２プランジャ駆動部と、前記第２のプランジャが前記第１の空間の空圧によって前記シリンジから抜ける方向へ移動するのを阻止するために、前記棒状部材の移動を制限する移動方向制限部と、を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シリンジを貯留容器として用いる構成において、簡素な構成で一定量の液体を安定した応答性で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の液体供給装置が組み込まれたディスペンサの構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の液体供給装置の構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態の液体供給装置の分解図
【図４】本発明の一実施の形態の液体供給装置における移動方向制限部の説明図
【図５】本発明の一実施の形態の液体供給装置の動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、本実施の形態の液体供給装置２が組み込まれたディスペンサ１の構成を説明する。図１において、ディスペンサ１は吐出ヘッド８が備えた液体貯留部９の下端部に設けられたノズル１０から、ステージ１２の上面に載置された塗布対象物１３に対して、液体１１の液滴を飛翔させて吐出する（矢印ａ）機能を有している。
【００１１】
ディスペンサ１には、以下に説明する液体供給装置２が組み込まれている。液体供給装置２は、シリンジ３内に貯留された液体１１を、吐出ヘッド８が備えた液体貯留部９に供給管５を介して供給する。吐出ヘッド８は液体貯留部９に内蔵された液体吐出機構を駆動するアクチュエータを備えており、ディスペンサ制御部６から指令を受けたドライバ７によって吐出ヘッド８を駆動することにより、ノズル１０から液体１１の液滴が吐出される。すなわちここに示す例では、シリンジ３に設けられた吐出管である接続部材４が、供給管５を介して液体１１を吐出するディスペンサ１の液体貯留部９に接続された形態となっている。
【００１２】
次に図２〜図５を参照して、液体供給装置２の構成および機能を説明する。なお、ここでは図１に示す例と異なり、液体供給装置２を単独で使用する例を示している。このため、シリンジ３に装着される吐出管として、供給管５を接続するための接続部材４に替えて、液体１１を吐出するノズル４ａが接続されている。
【００１３】
図２において、液体１１を貯留するシリンジ３は略円筒形状の容器である。図３に示すように、シリンジ３の上端部である一端部３ａには外側に延出したフランジ部３ｃが外周に形成され、内周の全面が開放された形態となっている。一端部３ａの反対側の他端部３ｂ（シリンジ３の下端部）には、液体１１を吐出する吐出管であるノズル４ａが接続されている。
【００１４】
シリンジ３には、このシリンジ３内の液体１１を他端部３ｂ側へ押す第１のプランジャ２１が挿入されている。第１のプランジャ２１を押し下げることにより、シリンジ３内の液体１１は他端部３ｂ側へ押圧されてノズル４ａから吐出される。第１のプランジャ２１よりも一端部３ａ側には、所定の間隔を隔てて第２のプランジャ２２が挿入されている。シリンジ３の内部において第１のプランジャ２１と第２のプランジャ２２とで挟まれた空間は、第１の空間Ｓ１となっている。本実施の形態においては、第１の空間Ｓ１内に空圧を付与することにより、第１のプランジャ２１を押し下げるようにしている。
【００１５】
第１のプランジャ２１はその中央部がシリンジ３の他端部３ｂ側に凹んだ椀形状となっている。そして第２のプランジャ２２は、第１のプランジャ２１に対向する面の中央部が第１のプランジャ２１側に突出した形状となっている。第１のプランジャ２１、第２のプランジャ２２をこのような形状とすることにより、第１のプランジャ２１と第２のプランジャ２２とで挟まれた第１の空間Ｓ１の容積を極力少なくすることができる。したがって、第１の空間Ｓ１内に空圧を付与することにより第１のプランジャ２１を押し下げる構成において、第１のプランジャ２１の押し下げ動作の応答性を向上させることが可能となっている。
【００１６】
シリンジ３の一端部３ａには、上端部を覆うためのキャップ２３が装着される。図３に示すように、キャップ２３にはフランジ係合部２３ｂが形成されており、キャップ２３を一端部３ａにセットしてフランジ部３ｃをフランジ係合部２３ｂに係合させることにより、キャップ２３はシリンジ３に装着される。キャップ２３には、以下に説明する棒状部材であるロッド２４を気密に挿通させるためのシール部２６が設けられている。シール部２６の上方には、ロッド２４の移動方向を制限する機能を有する移動方向制御部としての拘束機構２５（図４参照）が配設されている。
【００１７】
さらに、キャップ２３には給気孔２３ａおよび給気孔２３ａと連通する内部流路２９ａを有する給気部材２９が設けられている。給気孔２３ａおよび内部流路２９ａは、キャップ２３に形成されシリンジ３の外の空間からキャップ２３と第２のプランジャ２２とに挟まれた第２の空間Ｓ２とに通じる第２の空気流路となっている。
【００１８】
ここで第１の空間Ｓ１、第２の空間Ｓ２内に空圧を付与する空圧付与機構について説明する。第２のプランジャ２２にはロッド２４の一端（下端部）が結合されており、ロッド２４の他端（上端部）はシリンジ３の一端部３ａから外側上方へ延びている。ロッド２４は、ロッド本体２４ａの内部に第１の空気流路２４ｂが形成された中空部材であり、第１の空気流路２４ｂの上端部は空圧発生部を有する第１の空圧供給部３１に接続されている。
【００１９】
第２のプランジャ２２に結合されたロッド２４の下端部において、第１の空気流路２４ｂは第２のプランジャ２２の底部に開口して第１の空間Ｓ１に通じている。すなわちロッド２４の第１の空気流路２４ｂは、シリンジ３の外の空間から第１のプランジャ２１と第２のプランジャ２２とで挟まれた第１の空間Ｓ１に通じる構成となっている。このように、ロッド２４の内部孔を第１の空気流路２４ｂとして用いることにより、液体供給装置２の構造を簡素化することができる。
【００２０】
第１の空圧供給部３１は制御部３０に制御されて、第１の空気流路２４ｂを通じて第１の空間Ｓ１に空圧を供給する機能を有している。ロッド２４において第２のプランジャ２２の上方の第２の空間Ｓ２に位置する部分には、第１の空気流路２４ｂを開閉する第１のバルブ２７が設けられている。すなわち本実施の形態では、第１の空圧供給部３１は、空圧発生部で発生した空圧の供給を制御する第１のバルブ２７を有し、第１のバルブ２７はロッド２４の第２の空間Ｓ２に位置する部分に装着された構成となっている。
【００２１】
なお、第１のバルブ２７を配設する位置としてはここに示すように第２の空間Ｓ２に位置する部分が望ましいが、その他の部位、例えばシリンジ３の外側に突出したロッド２４の上部に第１のバルブ２７を配設するようにしてもよい。液体供給装置２の動作時においては、第１の空圧供給部３１によって第１の空気流路２４ｂ内に空圧を付与した状態で第１のバルブ２７を開状態にすることにより、第２のプランジャ２２の底面に開口した第１の空気流路２４ｂの下端部から、第１の空間Ｓ１内に空圧が供給される（矢印ｂ）。そしてこの空圧により、第１のプランジャ２１はシリンジ３内の液体１１を他端部３ｂ側へ押圧する。
【００２２】
キャップ２３に設けられた給気孔２３ａは給気部材２９の内部流路２９ａと連通しており、さらに給気部材２９と連通した第２のバルブ２８を介して第２の空圧供給部３２と接続されている。第２の空圧供給部３２は第１の空圧供給部３１と同様に空圧発生部を有している。制御部３０によって第２の空圧供給部３２を制御することにより、第２の空気流路である内部流路２９ａ、給気孔２３ａを通じて第２の空間Ｓ２に空圧を供給する（矢印ｃ）。
【００２３】
これにより、第２のプランジャ２２には下方に押し付ける力が作用し、第２のプランジャ２２は第１のプランジャ２１側へ追従して移動する。すなわち、上述の第２の空気流路を通して第２の空間Ｓ２に空圧を供給する第２の空圧供給部３２は、第２のプランジャ２２を第１のプランジャ２１側へ移動させる第２プランジャ駆動部となっている。このような構成を採用することにより、簡単な構成で第２のプランジャ２２を移動させることができるとともに、第２のプランジャ２２を移動させる機構部分を第２のプランジャ２２やロッド２４と非接触とすることができ、シリンジ３の交換作業を容易に行うことが可能となっている。
【００２４】
この第２のプランジャ２２の第１のプランジャ２１側への移動においては、第１のプランジャ２１と第２のプランジャ２２との間の第１の空間Ｓ１の容積がほぼ一定となるように、第２のプランジャ２２を第１のプランジャ２１に追従させる。そして第１のプランジャ２１、第２のプランジャ２２がシリンジ３内において下端部近傍の所定位置まで移動したならば、シリンジ３内の液体１１が消費されてシリンジ３の交換が必要であると判断される。
【００２５】
このため、液体供給装置２には、このシリンジ３の交換のタイミングを報知する報知部としての機能が設けられている。図２に示すように、ロッド２４のロッド本体２４ａにおける上端部近傍の所定位置には、残量検出用マーク２４ｃが形成されている。拘束機構２５の上方に設定されたマーク検出位置には、残量検出用マーク２４ｃを検出可能なマーク検出センサ３３が配設されており、マーク検出センサ３３による検出結果は制御部３０に伝達される。
【００２６】
第２のプランジャ２２が徐々に下方に移動して残量検出用マーク２４ｃがマーク検出センサ３３による検出位置に到達すると（図５参照）、第２のプランジャ２２がシリンジ３における所定位置まで移動したこと、すなわちシリンジ３内の液体１１が消費されてシリンジ３を交換すべき旨が検出され、制御部３０によりその旨報知される。したがって、マーク検出センサ３３および制御部３０は、ロッド２４の位置を検出することによりシリンジ３を交換する旨の報知を行う報知部として機能している。
【００２７】
次に、キャップ２３と結合して設けられた移動方向制限部としての拘束機構２５の構成および機能について説明する。本実施の形態においては、第１のプランジャ２１を押し付けて移動させるために第１の空間Ｓ１に空圧を付与するようにしており、この空圧付与時には第１の空間Ｓ１内の空圧によって第２のプランジャ２２が上方へ移動することのないよう、移動を制限する必要がある。すなわち、第２のプランジャ２２が第１の空間Ｓ１の空圧によってシリンジ３から抜ける方向（上端部側）へ移動するのを阻止するために、ロッド２４の移動方向を制限することが求められる。
【００２８】
本実施の形態に示す液体供給装置２では、このような機能を有する移動方向制限部としての拘束機構２５をキャップ２３と結合して設けている。これにより、シリンジ３の交換作業を容易に行うことができるとともに、ロッド２４の長さを極力短く設定することができ、液体供給装置２のサイズのコンパクト化が可能となっている。
【００２９】
ここで図４を参照して、拘束機構２５の具体構成例を説明する。図４（ａ）に示す例では、ロッド２４として外周面に選択係止用の係止面２４ｅ、摺動面２４ｆが設けられた複数の周凸部２４ｄが形成されたものを用い、係止爪２５ｃを備えた選択係止部材２５ａによってロッド２４を両側から挟み込む構成例を示している。
【００３０】
すなわち、図４（ａ）（１）では、周凸部２４ｄに設けられた係止面２４ｅに係止爪２５ｃが係合することにより、ロッド２４の矢印ｅ方向への移動が禁止される。これに対し、図４（ａ）（２）では、ロッド本体２４ａに設けられた摺動面２４ｆに係止爪２５ｃが当接して、選択係止部材２５ａが軸支部２５ｂ廻りに回動（矢印ｄ）することにより係止爪２５ｃによる係支作用が働かず、ロッド２４の矢印ｆ方向への移動が許容される。
【００３１】
また図４（ｂ）に示す例では、ロッド２４として外周面が平滑な円柱状のものを用い、保持隙間３４ａ内にゴムなどの弾性体よりなる楔形状の弾性部材３５を装着した保持部材３４によって、ロッド２４を両側から挟み込む構成例を示している。すなわち、図４（ｂ）（１）では、保持隙間３４ａ内において弾性部材３５が楔締結方向に変位することによりロッド２４が弾性部材３５によって挟み込まれ、ロッド２４の矢印ｇ方向への移動が禁止される。
【００３２】
これに対し、図４（ｂ）（２）では、保持隙間３４ａ内において弾性部材３５が楔解除方向に変位することによりロッド２４には弾性部材３５による挟み込み力が作用せず、ロッド２４の矢印ｈ方向への移動が許容される。なお、ロッド２４の移動方向を制限する移動方向制限部の構成としては、上述構成例以外にも送りネジとワンウェイクラッチとを組み合わせて一方向への移動のみを許容する構成など、各種の機構を用いることができる。
【００３３】
図５は、液体供給装置２においてシリンジ３内に貯留されていた液体１１を逐次ノズル４ａから吐出した結果、液体１１が消費されて第１のプランジャ２１、第２のプランジャ２２がともにシリンジ３の交換が必要とされる所定の位置まで移動した状態を示している。すなわちこの状態では、ロッド２４に形成された残量検出用マーク２４ｃがマーク検出センサ３３によって検出される位置まで移動し、これにより前述のようにシリンジ３を交換すべき旨の報知がなされる。
【００３４】
上記説明したように、本実施の形態に示す液体供給装置２においては、一端部が開放されたシリンジ３に挿入され、このシリンジ３内の液体１１を他端部側へ押す第１のプランジャ２１と、第１のプランジャ２１よりも一端部側に挿入された第２のプランジャ２２と、一端が第２のプランジャ２２に結合され、他端がシリンジ３の一端部から外側に延びた棒状部材であるロッド２４と、シリンジ３の外の空間から第１のプランジャ２１と第２のプランジャ２２とで挟まれた第１の空間Ｓ１に通じる第１の空気流路と、第１の空気流路を通じて第１の空間Ｓ１に空圧を供給する第１の空圧供給部３１と、第２のプランジャ２２を第１のプランジャ２１側へ移動させる第２プランジャ駆動部と、第２のプランジャ２２が第１の空間Ｓ１の空圧によってシリンジ３から抜ける方向へ移動するのを阻止するために、ロッド２４の移動を制限する移動方向制限部としての拘束機構２５とを備えた構成を採用している。
【００３５】
このような構成により、シリンジ３内の液体１１を逐次吐出する過程において、シリンジ３内の液体１１の残量が少なくなっても、第１のプランジャ２１を押し下げるための空圧が作用する第１の空間Ｓ１の容積が極力小さく抑えられていることから、液体１１の吐出量のばらつきを低減することができる。そしてシリンジ３における液体１１の残量が減少した状態においても、第１の空圧供給部３１の空圧変化に対する応答性が劣化することがなく、シリンジ３からの液体１１の吐出において最後まで吐出量を高い制度で制御することが可能となっている。
【００３６】
さらに本実施の形態に示す構成ではシリンジ３内に供給する空気の量を極力少なくすることができることから、シリンジ３の温度上昇を抑制することが可能となり、シリンジ３の温度上昇に起因する液体１１の物性の変化を抑制することができる。そしてシリンジ３内に供給する空気の量が少なくて済むことから、１回の吐出に要する時間を短縮することが可能となり、単位時間あたりの吐出回数を示す吐出サイクルを向上させることが可能となっている。そしてこのような効果により、シリンジ３を貯留容器として用いる構成において、簡素な構成で一定量の液体を安定した応答性で供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の液体供給装置は、シリンジを貯留容器として用いる構成において、簡素な構成で一定量の液体を安定した応答性で供給することができるという効果を有し、ペーストなどの液体を一定量で吐出して供給する分野において有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ディスペンサ
２  液体供給装置
３  シリンジ
４  接続部材
４ａ  ノズル
９  液体貯留部
１１  液体
２１  第１のプランジャ
２２  第２のプランジャ
２３  キャップ
２４  ロッド
２４ｂ  第１の空気流路
２４ｃ  残量検出用マーク
２５  拘束機構
２７  第１のバルブ
２８  第２のバルブ
３０  制御部
３１  第１の空圧供給部
３２  第２の空圧供給部
３３  マーク検出センサ
Ｓ１  第１の空間
Ｓ２  第２の空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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