(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出ノズルから定量の液体材料を吐出する定量吐出装置であって、
前記液体材料を貯留するシリンジから前記吐出ノズルまで前記液体材料を流す流路と、
前記流路に各々配置された一対の開閉弁と、
前記一対の開閉弁の間の前記流路に配置され、該流路に対して進退する押し出しピンと
を備え、
前記開閉弁が、筒状のキャビティと、前記キャビティ内をその延在方向に沿って進退するシャフト状の弁体とを有し、
前記キャビティが、
前記液体材料の流路の一部を構成し、前記液体材料が内部を流れる流路部と、
前記液体材料の流路から外れるように前記流路部に対して直線状に配置されて、前記流路部と同一の断面積を有する延長部と、
前記流路部と前記延長部との間に介在し、前記流路部および前記延長部の断面積よりも大きな断面積を有する拡大部と
を含み、
前記弁体が、
前記キャビティの前記流路部に収容される支持シャフトと、
前記キャビティの前記延長部に収容されるとともに、前記支持シャフトと同一の断面積を有する延長シャフトと、
前記キャビティの前記拡大部に収容されるとともに、前記弁体が進退したときに前記キャビティの前記流路部または前記延長部を閉塞する拡径部とを含む、定量吐出装置。
【請求項２】
前記一対の開閉弁の間の前記流路から上側に分岐するとともに、前記押し出しピンを収容する分岐流路をさらに備え、
前記分岐流路は、その流路側の内部に、前記押し出しピンの外周面と前記分岐流路の内周面との間隙からの前記流体材料の流入を防ぐシール部を有し、
前記押し出しピンは、その外周面の一部に脱泡用の凹部を有する、請求項１記載の定量吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定量の液体材料を吐出する定量吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体材料を定量吐出するための定量吐出装置として、たとえば下記特許文献１に開示されているような定量吐出装置が知られている。特許文献１の図２に示された定量吐出装置は、シリンジに貯留した液体材料に加圧空気を供給することにより、シリンジの先端に設けられたノズルから定量の液体材料が吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７９４７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４９３６３号公報
【特許文献３】特開２００６−３５１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の定量吐出装置には、次のような課題が存在している。すなわち、加圧空気による吐出量の調整では、１ｍｇ程度の微量吐出を高い精度（たとえば±０．０１ｍｇの誤差）で実現することは非常に困難であった。
【０００５】
そこで、このような微量吐出を実現するために、液体材料を一対の弁で挟まれた流路に充填し、そこに充填された液体材料をピンによって押し出す方法が考えられる。このとき、ピンの移動量を高精度に制御することにより、ピンによって押し出される液体材料の量が高精度に制御されるものと考えられる。
【０００６】
ただし、このような技術においては、利用する弁の内部容積が変動した場合には、液体材料の高精度のピン押し出しが困難になってしまうため、内部容積の変動が抑えられた弁が必要となってくる。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、液体材料の吐出量の精度向上が図られた定量吐出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】
【０００８】
本発明に係る定量吐出装置は、吐出ノズルから定量の液体材料を吐出する定量吐出装置であって、液体材料を貯留するシリンジから吐出ノズルまで液体材料を流す流路と、流路に各々配置された一対の開閉弁と、一対の開閉弁の間の流路に配置され、該流路に対して進退する押し出しピンとを備え、開閉弁が、筒状のキャビティと、キャビティ内をその延在方向に沿って進退するシャフト状の弁体とを有し、キャビティが、液体材料の流路の一部を構成し、液体材料が内部を流れる流路部と、液体材料の流路から外れるように流路部に対して直線状に配置されて、流路部と同一の断面積を有する延長部と、流路部と延長部との間に介在し、流路部および延長部の断面積よりも大きな断面積を有する拡大部とを含み、弁体が、キャビティの流路部に収容される支持シャフトと、キャビティの延長部に収容されるとともに、支持シャフトと同一の断面積を有する延長シャフトと、キャビティの拡大部に収容されるとともに、弁体が進退したときにキャビティの流路部または延長部を閉塞する拡径部とを含む。
【０００９】
この定量吐出装置においては、シリンジから吐出ノズルまで液体材料を流す流路に、一対の開閉弁が配置されている。そして、この開閉弁においては、キャビティの流路部および延長部は同一の断面積となっており、また、弁体の支持シャフトおよび延長シャフトも同一の断面積となっている。そのため、開閉弁の開閉のためにキャビティ内を弁体が進退したときであっても、開閉弁の内部容積は変動せず、開閉弁の内部の液体材料は移動しない。したがって、一対の開閉弁の間の流路に配置された押し出しピンが、該流路の液体材料を押し出す際に、高い精度で液体材料の押し出し量を調整することができ、その結果、定量吐出装置から高い精度で液体材料の吐出量を調整することができる。
【００１０】
また、一対の開閉弁の間の流路から上側に分岐するとともに、押し出しピンを収容する分岐流路をさらに備え、分岐流路は、その流路側の内部に、押し出しピンの外周面と分岐流路の内周面との間隙からの流体材料の流入を防ぐシール部を有し、押し出しピンは、その外周面の一部に脱泡用の凹部を有する態様であってもよい。この場合、泡が混入した液体材料を、流路から上側に分岐する分岐流路に導いて、押し出しピンの凹部を介して脱泡することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体材料の吐出量の精度向上が図られた定量吐出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る定量吐出装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の定量吐出装置を用いて液体材料を吐出する手順を示した図である。
【図３】図３は、図１の定量吐出装置を用いて液体材料の脱泡をおこなう手順を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る定量吐出装置１０は、シリンジ２０に貯留している液体材料を、１ｍｇ程度の微量の吐出量で、吐出ノズル３０から吐出する定量吐出装置である。シリンジ２０は、吐出されるべき液体材料を貯留する容器であり、所定の圧力で液体材料を流路へ圧送する。シリンジ２０から吐出ノズル３０までの流路には、一対の開閉弁４０、５０が各々配置されており、これらの開閉弁４０、５０の間は連結管２５で連通されている。以下、説明の便宜上、一対の開閉弁４０、５０のうち、流路の上流側にあるほうを第１の開閉弁４０と称し、流路の下流側にあるほうを第２の開閉弁５０と称する。
【００１５】
第１の開閉弁４０は、筒状のキャビティ４１と、キャビティ４１内をその延在方向に沿って進退するシャフト状の弁体４２とで構成されている。
【００１６】
キャビティ４１は、シリンジ２０内の液体材料がシリンジ配管２１を介して流入する拡大部４１ａと、拡大部４１ａを挟むようにして直線状に配置された流路部４１ｂおよび延長部４１ｃとで構成されている。
【００１７】
拡大部４１ａは、六角形断面を有する部分であり、流路部４１ｂ側の端部および延長部４１ｃ側の端部の内径に比べて、中央部分の内径が大きくなっている。
【００１８】
流路部４１ｂおよび延長部４１ｃは、同一の断面形状および同一の断面積を有する円筒状の部分であり、後述する弁体４２の軸線の方向に沿って延在している。ここで、同一の断面形状および同一の断面積とは、弁体４２の軸線に直交する断面を対象とする。流路部４１ｂは、連結管２５と接続されており、液体材料の流路の一部を構成しているため、その内部を液体材料が流れ得る。一方、延長部４１ｃは、液体材料の流路からは外れており、その内部を液体材料は流れ得ない。
【００１９】
流路部４１ｂおよび延長部４１ｃは、それぞれの内部に設けられたシール部Ｓにより、その内周面と弁体４２の外周面との間隙が密閉されている。流路部４１ｂのシール部Ｓは、連結管２５が取り付けられた位置に関して、拡大部４１ａ側とは反対の側に設けられている。そのため、流路部４１ｂのシール部Ｓは、外部への液体材料の流出は防止するものの、拡大部４１ａから連結管２５への液体材料の流通は妨げない。延長部４１ｃのシール部Ｓは、拡大部４１ａに近接する位置に設けられており、拡大部４１ａ内の液体材料は延長部４１ｃにほとんど流入しない。
【００２０】
弁体４２は、キャビティ４１の拡大部４１ａに収容される拡径部４２ａと、拡径部４２ａを挟むようにして直線状に配置された支持シャフト４２ｂおよび延長シャフト４２ｃとで構成されている。
【００２１】
拡径部４２ａは、球状の部分であり、その径は、支持シャフト４２ｂおよび延長シャフト４２ｃの径より大きく、また、これらを収容する流路部４１ｂおよび延長部４１ｃの径より大きくなっている。
【００２２】
支持シャフト４２ｂおよび延長シャフト４２ｃは、同一の断面形状および同一の断面積を有する丸棒状の部分であり、同一直線（弁体４２の軸線）に沿って延在するように配置されており、相対する側から拡径部４２ａを挟むように拡径部４２ａに取り付けられている。ここで、同一の断面形状および同一の断面積とは、弁体４２の軸線に直交する断面を対象とする。
【００２３】
支持シャフト４２ｂは、流路部４１ｂに収容されており、その一端部が拡径部４２ａに接続され、他端部が駆動手段４３に接続されている。延長シャフト４２ｃは、延長部４１ｃに収容されており、その一端部が拡径部４２ａに接続され、他端部は自由端となっている。なお、支持シャフト４２ｂが接続された駆動手段４３は、弁体４２の軸線方向（延在方向）に駆動力を発生させて弁体４２をその延在方向に沿って進退させるものであり、たとえば空気圧シリンダや油圧シリンダなどを採用することができる。
【００２４】
第１の開閉弁４０は、以上のような構成であるため、駆動手段４３を作動させることで、弁の開閉動作をおこなうことができる。
【００２５】
すなわち、第１の開閉弁４０を開けるときには、駆動手段４３から離れる側に弁体４２を進行させて、拡大部４１ａ内の拡径部４２ａを、拡大部４１ａと流路部４１ｂとの連通口から離す。それにより、拡大部４１ａから流路部４１ｂへの流路が開通し、シリンジ２０から拡大部４１ａに流入した液体材料が流路部４１ｂに流入し、さらに流路部４１ｂに設けられた連結管２５から液体材料が流出する。
【００２６】
一方、第１の開閉弁４０を閉めるときには、駆動手段４３に近づく側に弁体４２を退行させて、拡大部４１ａ内の拡径部４２ａにより、拡大部４１ａと流路部４１ｂとの連通口を塞ぐ。それにより、拡大部４１ａから流路部４１ｂへの流路が閉鎖され、シリンジ２０から拡大部４１ａに流入した液体材料が流路部４１ｂに流入せず、拡大部４１ａ内に液体材料が留まる。
【００２７】
第１の開閉弁４０においては、上述したとおり、流路部４１ｂと延長部４１ｃとが同一断面積であり、かつ、支持シャフト４２ｂと延長シャフト４２ｃとが同一断面積であるため、上述した弁の開閉動作の際に容積変化が生じない。そのため、第１の開閉弁４０を開けるときも閉めるときも、第１の開閉弁４０の内部の液体材料は移動せず、したがって、液体材料が連結管２５へ流出せず、また、連結管２５から流入もしない。そのため、第１の開閉弁４０の開閉動作の際に、連結管２５の内部の液体材料は実質的に移動しない。
【００２８】
なお、拡大部４１ａと流路部４１ｂとの連通口の周囲に弁座部４４を設けて、この弁座部４４により、連通口の剛性を高めたり、連通口と拡径部４２ａとの間の密閉性を高めたりしてもよい。
【００２９】
第２の開閉弁５０も、上述した第１の開閉弁４０と同様の構成となっている。すなわち、第２の開閉弁５０は、第１の開閉弁４０のキャビティ４１と同様のキャビティ５１と、第１の開閉弁４０の弁体４２と同様の弁体５２とで構成されている。
【００３０】
そのため、第１の開閉弁４０同様、第２の開閉弁５０も、駆動手段５３を作動させることで、弁の開閉動作をおこなうことができる。
【００３１】
すなわち、第２の開閉弁５０を開けるときには、駆動手段５３から離れる側に弁体５２を進行させて、拡大部５１ａ内の拡径部５２ａを、拡大部５１ａと流路部５１ｂとの連通口から離す。それにより、流路部５１ｂから拡大部５１ａへの流路が開通し、連結管２５が取り付けられた流路部５１ｂに流入した液体材料が拡大部５１ａに流入し、さらに拡大部５１ａに設けられた吐出ノズル３０から液体材料が吐出される。
【００３２】
一方、第２の開閉弁５０を閉めるときには、駆動手段５３に近づく側に弁体５２を退行させて、拡大部５１ａ内の拡径部５２ａにより、拡大部５１ａと流路部５１ｂとの連通口を塞ぐ。それにより、流路部５１ｂから拡大部５１ａへの流路が閉鎖され、連結管２５から流路部５１ｂに流入した液体材料が拡大部５１ａに流入せず、流路部５１ｂ内に液体材料が留まる。
【００３３】
第２の開閉弁５０においても、弁体５２の軸線に直交する断面について、流路部５１ｂと延長部５１ｃとが同一断面積であり、かつ、支持シャフト５２ｂと延長シャフト５２ｃとが同一断面積であるため、上述した弁の開閉動作の際に容積変化が生じない。そのため、第１の開閉弁４０の開閉動作同様、第２の開閉弁５０の開閉動作の際にも、第２の開閉弁５０の内部の液体材料は移動せず、したがって、連結管２５や吐出ノズル３０の内部の液体材料も実質的に移動しない。
【００３４】
第１の開閉弁４０と第２の開閉弁５０との間の流路、すなわち、連結管２５の途中には、液体押出部６０が設けられている。
【００３５】
液体押出部６０は、連結管２５に対して直交するように上側に分岐する分岐管６１と、分岐管６１に収容される押し出しピン６２と、押し出しピン６２を駆動する駆動手段６３とで構成されている。
【００３６】
分岐管６１は、その一端側が連結管２５と連通されており、上述した液体材料の流路から分岐する分岐流路を形成する。分岐管の両端それぞれには、その内部に設けられたシール部Ｓにより、その内周面と押し出しピン６２の外周面との間隙が密閉されている。そのため、連結管２５側の端部のシール部Ｓにより連結管２５内の液体材料は分岐管６１にほとんど流入せず、また、反対側のシール部により分岐管６１内の液体材料の外部への流出が防止される。
【００３７】
また、分岐管６１には、両端のシール部Ｓで挟まれた位置に、脱泡管７０が接続されている。この脱泡管７０は、その一端部が分岐管６１に連通されており、他端部は上方に向かって延びている。
【００３８】
押し出しピン６２は、分岐管６１の延在方向に沿って延在している。そして、押し出しピン６２の一端部は駆動手段６３に接続されており、他端部は自由端となっている。押し出しピン６２が接続された駆動手段６３は、押し出しピン６２の延在方向に駆動力を発生させて押し出しピン６２をその延在方向に沿って進退させるものであり、たとえばサーボモータやステッピングモータで駆動されるボールねじと直動ガイドとを組み合わせたリニアアクチュエータなどを採用することができる。また、押し出しピン６２には、その外周面の一部に脱泡用の凹部６２ａが形成されている。
【００３９】
液体押出部６０は、以上のような構成であるため、駆動手段６３を作動させることで、連結管２５内の液体材料を押し出すことができる。すなわち、連結管２５内に液体材料を導入する際に、予め押し出しピン６２を駆動手段６３側に退行させておき、連結管２５へ液体材料を導入した後、駆動手段６３から離れる側に押し出しピン６２を進行させることで、連結管２５内の液体材料が押し出される。
【００４０】
加えて、液体押出部６０においては、押し出しピン６２の凹部６２ａにより、分岐管６１に導かれた液体材料の脱泡をおこなうことができる。すなわち、押し出しピン６２の凹部６２ａの位置を連結管２５側の端部のシール部Ｓの位置に合わせることにより、凹部６２ａを介して分岐管６１と脱泡管７０とを局所的に開通させる。それにより、泡が混入した液体材料を選択的に分岐管６１から脱泡管７０へ流して、液体材料の脱泡をおこなう。
【００４１】
次に、図２を参照しつつ、上述した定量吐出装置１０を用いて液体材料を吐出する手順について説明する。
【００４２】
図２（ａ）は、定量吐出装置１０の液体材料の材料充填段階を示している。この段階では、第１の開閉弁４０は弁体４２が進行位置にあって弁が開いており、第２の開閉弁５０は弁体５２が退行位置にあって弁が閉められている。そのため、シリンジ２０に貯留された液体材料は、第１の開閉弁４０を通って、連結管２５まで流入し、第１の開閉弁４０および連結管２５の内部が液体材料で充填される。材料充填段階では、液体押出部６０の押し出しピン６２は退行位置にある。
【００４３】
なお、この段階で、シリンジ２０から吐出ノズル３０までの流路には、全域に亘って液体材料が充填される。上述した第１の開閉弁４０および連結管２５以外の流路（すなわち、第２の開閉弁５０および吐出ノズル３０）への充填は、材料充填段階より前の試し打ちの際におこなわれる。
【００４４】
図２（ｂ）は、定量吐出装置１０の液体材料の吐出準備段階を示している。材料充填段階に続く吐出準備段階では、第１の開閉弁４０の弁体４２が退行して第１の開閉弁４０が閉められるとともに、第２の開閉弁５０の弁体５２が進行して第２の開閉弁５０が開けられる。上述したとおり、このような第１の開閉弁４０および第２の開閉弁５０の開閉動作の際、連結管２５および吐出ノズル３０の内部の液体材料は実質的に移動しない。吐出準備段階においても、液体押出部６０の押し出しピン６２はまだ退行位置にある。
【００４５】
図２（ｃ）は、定量吐出装置１０の液体材料の吐出段階を示している。吐出準備段階に続く吐出段階では、液体押出部６０の押し出しピン６２が進行して、連結管２５の内部の液体材料を押圧する。それにより、連結管２５の内部の液体材料は、開いている第２の開閉弁５０のほうに流れ、第２の開閉弁５０を介して、吐出ノズル３０から吐出される。すなわち、押し出しピン６２の体積移動分だけ（すなわち、押し出しピン６２が押しのけた液体材料の体積分だけ）液体材料が吐出ノズル３０から吐出される。したがって、液体押出部６０の駆動手段６３により、押し出しピン６２の進退移動の量を一定に保つことで、定量の液体材料が繰り返し吐出される。
【００４６】
以上で説明したとおり、定量吐出装置１０の開閉弁４０、５０は、キャビティ４１、５１の流路部４１ｂ、５１ｂおよび延長部４１ｃ、５１ｃは同一の断面積となっており、また、弁体４２、５２の支持シャフト４２ｂ、５２ｂおよび延長シャフト４２ｃ、５２ｃも同一の断面積となっている。そのため、図２（ｂ）に示した吐出準備段階において、開閉弁４０、５０の開閉のためにキャビティ４１、５１内を弁体４２、５２が進退したときであっても、開閉弁４０、５０の内部容積は変動せず、開閉弁４０、５０の内部の液体材料は移動しない。
【００４７】
したがって、図２（ｃ）に示した吐出段階において、一対の開閉弁４０、５０の間の流路である連結管２５に交差するように配置された押し出しピン６２が、連結管２５の液体材料を押し出す際に、押し出しピン６２の体積移動分だけ、定量の液体材料が高い精度で（たとえば１ｍｇ程度の吐出量を±０．０１ｍｇの誤差で）吐出することができる。すなわち、定量吐出装置１０においては、高い精度で液体材料の押し出し量を調整することができ、その結果、高い精度で液体材料の吐出量を調整することができる。
【００４８】
なお、上述した材料充填段階では、シリンジ２０から吐出ノズル３０までの流路には、全域に亘って液体材料が充填される必要があり、また、液体材料中には泡が混入していないことが好ましい。
【００４９】
そのため、材料充填段階に先立ち、以下に示すような脱泡処理をすることが好ましい。図３は、液体材料の脱泡をおこなう手順を示した図である。
【００５０】
脱泡処理の際には、まず、図３（ａ）に示すように、第１の開閉弁４０は弁体４２を進行させて弁を開いておき、第２の開閉弁５０は弁体５２を退行させて弁を閉めておく。そして、シリンジ２０から連結管２５の内部にまで液体材料を導入する。
【００５１】
続いて、図３（ｂ）に示すように、第１の開閉弁４０を開いたまま、かつ、第２の開閉弁５０を閉めたまま、液体押出部６０の駆動手段６３により押し出しピン６２を進行させる。このとき、押し出しピン６２の凹部６２ａの位置を、連結管２５側の端部のシール部Ｓの位置に合わせる。すると、分岐管６１と脱泡管７０とが、凹部６２ａを介して局所的に開通される。それにより、泡が混入した液体材料が選択的に分岐管６１から脱泡管７０へ流れ、液体材料の脱泡がおこなわれる。
【００５２】
なお、液体材料に比べて泡のほうが比重が低く、液体材料の上側に泡が存在しやすいため、液体押出部６０の分岐管６１を連結管２５から上側に分岐することで、泡が混入した液体材料が分岐管６１に効果的に導入される。
【符号の説明】
【００５３】
１０…定量吐出装置、２０…シリンジ、３０…吐出ノズル、４０、５０…開閉弁、４１、５１…キャビティ、４１ａ、５１ａ…拡大部、４１ｂ、５１ｂ…流路部、４１ｃ、５１ｃ…延長部、４２、５２…弁体、４２ａ、５２ａ…拡径部、４２ｂ、５２ｂ…支持シャフト、４２ｃ、５２ｃ…延長シャフト、６０…液体押出部、６２…押し出しピン、Ｓ…シール部。
【図１】
0005263262.tif 000002
【図２】
0005263262.tif 000003
【図３】
0005263262.tif 000004