JP4108353B2 - 液体吐出方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形粒子を含む接着剤やコーティング剤などの液体を吐出する液体の吐出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固形粒子を含有したコーティング剤などの液体は固形粒子が沈降しやすく、以下の３つの方法で液体をハンドリングしながら吐出弁により吐出することが行われていた。なお、本明細書では、液体の吐出とはディスペンス（液体のまま吐出する）及びスプレイ（液体を噴霧、即ち霧化して吐出する）の双方を含んで呼ぶものとする。
【０００３】
（１）貯蔵槽で大掛かりな装置を使用して攪拌した液体をシリンジや小型容器などに小分けにしてすぐ使用する方法。
【０００４】
（２）特開昭６３−１１９８７７号公報等で提案されているように、２つの圧力容器に貯蔵された片方の容器の液体を圧縮エアで加圧し、もう一方の容器のエアを開放して双方の容器の間で液体流通路を通して液体の移動を行わせしめ、その流通路の中間に吐出弁としての自動吐出バルブを設け液体が移動している間に吐出する。この動作を交互に行わせることにより固形粒子の沈降を防ぐ方法。
【０００５】
（３）ポンプ等を用いて例えばポンプ吐出口、自動吐出バルブ及びポンプ吸込口との間で循環回路を形成させ当該自動吐出バルブの弁と弁座（ニードル＆シート）付近まで強制的に循環する方法。例えばアルカリ乾電池の性能を向上させる目的で内面にスプレイコーティングされているカーボン粒子とバインダー溶液との混合体のディスパージョン（固形粒子を含む分散型液体）は、粒子の２次凝集体も再分散させる目的もあって比較的液圧も高くして循環を行わせているが、この方法を採用することによりカーボン粒子の沈降を防止しつつ安定したコーティングが行えることから世界中で採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記（１）の方法では、３０００ｍＰａ・ｓ以下の液体、特に１乃至５００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度領域の液体の場合、固形粒子の沈降は粒子の比重や大きさにもよるが、とても速すぎて初期の吐出の品質と中間あるいは最後の吐出の品質とでは大きな差があり特に粒子の含有量に問題があった。更に沈降した粒子が自動吐出バルブの弁と弁座付近に堆積し吐出不良を起こすこともしばしばあった。
前記（２）の方法においては、液体の移動流量を決定するのはエア圧の高低であった。このため、次の工程までの、つまり第一のタンクから第二のタンクに液体が移動し、次に第二のタンクから第一のタンクへ液体の移動が切り替わるまでの時間を調整するには圧縮エアの圧力に左右されるのみであった。そのため、例えば５×１０−６ｍ３乃至３０×１０−６ｍ３（５ｃｃ乃至３０ｃｃ）程度の小容量のシリンジに充填された低粘度の液体は通常市販されているエアレギュレーターを使用すると、最低目盛りである０．０５ＭＰａの圧力による加圧では１秒以内の瞬時に反対側のシリンジに移動してしまい、吐出バルブによる吐出運転が所要時間継続して行えず、吐出が安定して行えないという問題があり、また、エアまで巻き込み、安定した定量の液体の吐出が困難であるという課題を抱えていた。
【０００７】
更に仮に０．００１ＭＰａの最低目盛りのゲージ付エアレギュレーターを使用して加圧したとしても３０×１０−６ｍ３（３０ｃｃ）のシリンジ内の液体移動時間は秒単位であって自動作業を行うには移動方向の切り替えを頻繁に行う必要があったし、数リットルの大き目の容器を使用しても頻繁な作業中断は否めなかった。
【０００８】
しかして、切り替え時に作業を中断させないようにするために、特開昭６０−５２５１号公報で提案されているように、パウダースラリー塗料の安定供給に３個の塗料タンクを用いた方法がある。この方法では常に一定圧力を維持するように第１のタンクへの加圧エアの供給を行い、加圧エアの圧力と同じ液圧をもって塗装ガンを経由して第３のタンクへパウダースラリー塗料を圧送して返し、第１のタンクのレベルが低下したら次に第２のタンクへの加圧エアの供給が行われて第２のタンクを経由して塗料が圧送され塗装ガンから吐出される。この方法では第２のタンクからの圧送が安定するまでの間、第１と第２のそれぞれのタンクからの例えば１０秒の並送が必要とされている。
【０００９】
通常これらのタンクは１８×１０−３ｍ３乃至３０×１０−３ｍ３（１８リットル乃至３０リットル）が一般的であって、よってこの方法を応用しようとしても上述のような小型容器のシリンジには不向きであった。
【００１０】
また、上記特開昭６３−１１９８７７号公報及び特開昭６０−５２５１号公報に開示された２つの方法とも加圧源は圧縮エアなどの気体であり、塗料などのレベルが低下するに従い、タンクなどの壁面に付着したままの塗料膜は乾燥気体との接触により乾燥する問題を抱えていた。パウダースラリーにしてもディスパージョンにしても無機や有機の固形粒子以外にバインダーなどのポリマー溶液が含まれており乾燥した後、再溶解しなかったポリマー溶液成分は異物と同じであった。
【００１１】
また、圧縮エアなどの圧縮気体は特に溶媒リッチの低粘度の液体と接触するとその一部が液体に溶解することが業界では知られており、吐出された液体に気体のマイクロバブルが含有されて品質的に問題になることもしばしばあった。
【００１２】
前記（３）の方法においては、脈動のない、粒子が回路内で堆積あるいは凝集しない、また固形粒子で摩耗しない特殊なプランジャーポンプを使用する必要があって、この装置は大掛かりで高価であり、更に安定した循環を行うためには１ガロン（約３．８×１０−３ｍ３（３．８リットル））以上のコーティング剤を必要としていた。このため、材料開発目的の実験室レベルで要求される数１０×１０−６ｍ３（数１０ｃｃ）のコーティング剤でのテスト機としては不向きであったし材料開発に多大な費用を費やしていた。また、作業終了後の回路内の洗浄には多くの溶媒が必要であったばかりか、回路内のコーティング剤などの多くは洗浄溶媒が混入するため使用不能になっていた。
【００１３】
昨今、機能性コーティング剤などの開発が進み高価な材料が増えてきている。数マイクロメートル以下、場合によってはナノメートルレベルの粒度分布のそろった無機粒子を含むディスパージョンや、粒度のそろったポリマー粒子を含むパウダースラリー、あるいは米国特許第５４１５８８８号などで提案されているような燃料電池電極用の電極インキやカーボンナノチューブにナノメートルオーダーの白金の超微粒子を担持させた電極インキなどがそれである。これらのコーティング剤の中には１ｋｇ数百万円するようなものも珍しくなく、高品質のコーティングができるのはもちろん最小限のコーティング剤を無駄なく使用できる装置や方法が熱望されている。
【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので最小限の液体を無駄なくハンドリングし固形粒子を沈降させることなく正確な量をディスペンスまたはスプレイすることができる液体の吐出方法及び装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する為に本発明では次のような液体の吐出方法及び装置とした。
すなわち、二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの容器内に充填されている固形粒子を含む液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの圧力をかけ、一方、残りの少なくとも一つの容器内の液体の圧力を前記容器内の液体の圧力よりも小さくすることにより前記二つ以上の容器の間で前記液体を流通路を通して流しつつ前記流通路内の前記液体の流量を流量調整手段により調整する調整工程と、前記流通路からの前記液体を弁により吐出する吐出工程とを含む液体吐出方法、及び、同方法を実施するための装置を提供することにより上記目標を達成したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る液体吐出方法の実施に用いられる液体吐出装置ＤＡの第１実施形態を示したものである。同図において符号１は液体吐出弁としての自動吐出バルブを示している。自動吐出バルブ１には符号5-1、5-2で示す容器としてのシリンジが液体流通路としての配管10-1、10-2を介して接続されている。シリンジ 5-1、5-2には符号６で示す固形粒子（例えば、粒径がナノメートルレベルから数百ミクロンの範囲ものが使われる。好ましくは、ナノメートルレベルから数十ミクロンのものが使われる。）を含んだ液体が充填されている。
【００１７】
シリンジ5-1、5-2は、その上端にアダプタ（蓋）11-1、11-2がそれぞれ取付けられて封止されており、該アダプタにはエア源から圧縮気体としての圧縮空気の供給管が接続され、該圧縮空気供給管には上流よりそれぞれリリーフ付きレギュレータ14-1、14-2及び三方ソレノイドバルブ13-1、13-2が介装されている。この構成により、一方のシリンジ5-1の内部には、圧縮空気が該リリーフ付きレギュレータ14-1により所定圧に保たれて及び三方ソレノイドバルブ13-1を介して供給され、その内部に充填された液体６は加圧され、流通路である配管10-1、10-2を介してシリンジ5-2に向けて圧送される。このときシリンジ5-2は三方ソレノイドバルブ13-2により大気に開放されて液体上部空間の空気が排気される。
【００１８】
なお、シリンジ5-2は該リリーフ付きレギュレータ14-2によってシリンジ5-1の圧縮空気より低い所望する圧力に設定して差圧を設けて液体の移動ができるようにすることもできる。
【００１９】
容器から他の容器への液体の移動つまり流出／流入に関し、流出はスムーズな流れをつくりだすことができ、流入の際は差圧が大きいほど噴流での固形粒子の沈降防止が期待できることから、それぞれは本実施形態にように容器、即ちシリンジ5-1、5-2の底部から行われることが好ましい。
【００２０】
自動吐出バルブ１とシリンジ5-1、5-2との間には、それぞれ符号8-1、8-2の流量調整手段のひとつである流量制限部材にあたるオリフィスが設けられている。オリフィス8-1、8-2の径とレングス（長さ）は特に限定するものでないが液体の粘度や液圧、あるいは固形粒子の径によって変更することができる。固形粒子が比較的早く沈降しやすい粘度３０００ｍＰａ・ｓ以下の液体の場合はオリフィスの直径は０．１乃至０．８ｍｍ、そのレングスは０．５乃至１０ｍｍが好ましく、液圧０．０１ＭＰａの設定における沈降速度が更に速い１００ｍＰａ・ｓの粘度の３０×１０−６ｍ３（３０ｃｃ）の液体の移動時間を１分乃至１０分に制御することができる。
【００２１】
また、流量制限部材は形状も限定するものでなく開度調整可能なニードルバルブでもよく、小径の注射針を加工したものや、例えば内径が１．５９ｍｍ（１／１６インチ）のアニル処理されたステンレスのチューブを所望する長さに加工して使用しても良い。更に複数の隘路に分けた後、衝突させて固形粒子の凝集体の分散手段との併用にして良好な衝突分散を行ってもよい。
【００２２】
流量制限部材であるオリフィス8-1、8-2の上流には符号9-1、9-2で示すフィルターとしてのスクリーンが設けられている。このスクリーン9-1、9-2は容器としてのシリンジの壁面に付着して脱落した乾燥異物を下流に流さないことを目的としている。つまり流量制限部材であるオリフィス8-1、8-2への詰まりを防止し、吐出した液体への混入を防ぐことができる。
【００２３】
以上のように構成された液体吐出装置ＤＡにおいて、固形粒子を含んだ液体は、シリンジ5-1からシリンジ5-2の方向へ流通路である配管10-1、10-2内をスクリーン9-1、9-2により異物を濾過され、かつ、オリフィス8-1、8-2によって前記したような所定の流量に調整された状態で、前記の通り例えば1分乃至１０分という所定の移動時間を保って、図１に実線の矢印ａで示す方向に圧送される。そして、固形粒子を含んだ液体は、配管10-1、10-2の途中に取付けられた自動吐出バルブ１の符号３のニードルに連結されている符号２のピストンにエア源からの加圧エアが三方ソレノイドバルブ１２を介して供給されることによりニードル３がスプリングＳの押付力に抗して持ち上げられ符号４のシート（弁座）との間にクリアランスが生じて液体がシート４の開口部より吐出される。そして、シリンジ5-1の液体が降下して低レベルに達するか、若しくは、シリンジ5-2の液体レベルが高レベルに達すると、今度は、シリンジ5-1の上部のアダプタ11-1に取付けられた三方ソレノイドバルブ13-1による圧縮空気の供給が絶たれ、シリンジ5-2の上部のアダプタ11-2に取付けられた三方ソレノイドバルブ13-2を通して圧縮空気がリリーフ付きレギュレータ14-2により所定圧に保たれて供給開始され、それによりシリンジ5-2の内部の液体６が加圧され、該液体は流通路である配管10-2、10-１内を図中鎖線矢印ｂで示す方向へ圧送されシリンジ5-1内へ流入される。このときシリンジ5-1は三方ソレノイドバルブ13-1により大気に開放されて液体上部空間の空気が排気される。そして、シリンジ5-2の液体が降下して低レベルに達するか、若しくは、シリンジ5-1の液体レベルが高レベルに達すると、以下、前述と同様にしてシリンジ5-1、5-2の間で交互に液体の流通方向が切り替えられ、吐出作用が連続して行われる。
【００２４】
しかして、図１に示した本実施形態では、前記したように、固形粒子を含んだ液体は流通路10-1、10-2内を圧送されているため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、オリフィス8-1、8-2の作用により流量を調節されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、自動吐出バルブ１によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望の吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転が行われる。従って、シリンジ5-1、5-2が、特に、例えば５×１０−６ｍ３乃至３０×１０−６ｍ３（５乃至３０ｃｃ）程度の小容量の容器であって、該シリンジに高価な液体を充填して吐出する場合にあっては、最小限の該液体を無駄なく、かつ、正確な量を吐出することができ、特に有用になるものである。
【００２５】
なお、前記図１の実施形態では容器がシリンジ5-1、5-2である場合を示したが、本発明では、容器の形状、大きさは特に限定されるものではないが、低圧で使用する場合、５×１０−６ｍ３乃至数１００×１０−６ｍ３（５乃至数百ｃｃ）のプラスティック製の市販されている前記実施形態で示したような安価なシリンジなどが使用でき、また、市販の数１×１０−３ｍ３（数リットル）程度までのこれまた安価なポットが使用できる。そして、比較的高い液圧を所望する場合は胴部には金属製の耐圧の中空シリンダーやチューブを用い上部と底部を装着したスリーピースの構造体とすることもできる。
【００２６】
また、本発明では流量調整手段を間欠的（断続的）液体移動をもってとり行うことができる。即ち、図１に示したように、シリンジ5-1、5-2のアダプタ11-1、11-2に接続された圧縮気体源を３ウェイソレノイドバルブSOL．V13-1、13-2などを使用して間欠的（断続的）に開閉させることによって液体に圧力を間欠的にかけて規則正しい脈動をもって移動させることができる。なお、吐出バルブ１よりの吐出は、脈動間の安定した液圧が維持されているとき、液体を吐出させたらよい。
【００２７】
また、本発明では、図１に鎖線で示したように、シリンジ内部の液体６と圧縮気体との間に符号7-1、7-2で示すプランジャーを設けることができる。プランジャー7-1、7-2は液体と圧縮気体を隔てさせるので気体の液体への溶解を防止することができる。また、プランジャー7-1、7-2はシリンジ5-1、5-2の内径とほぼ同じ径にして圧縮気体の圧力と同圧にできるし、図示されていないシリンダーとプランジャー7-1、7-2と連結したピストンを用いてシリンダー径の大きさを変化させることにより液圧の比率を変化させることができる。プランジャー7-1、7-2の断面積とシリンダーまたはピストンの断面積の比は業界ではポンプレシオとよばれ、プランジャー7-1、7-2よりシリンダーが小さいと圧縮気体の圧力より液圧は低くなり、逆になると液圧は高くなる。
【００２８】
つまり、本発明ではレシオを１／１０にすることによって０．０１ＭＰａの圧縮気体圧で０．００１ＭＰａの液圧を容易につくりだすことができるし、２０倍にすることによって製造工場の通常のコンプレッサーエア圧０．５ＭＰａで１０ＭＰａの液圧をつくりだすことができる。例えば、前者のように低圧は二流体スプレイに適し、後者の比較的高い液圧である１０ＭＰａ程度までの液圧は、エアレススプレイに適している。
【００２９】
本発明では、このように例えば２０倍のポンプレシオを有した加圧装置を用いて例えば１０ＭＰａの液圧を作用させることによって、特開平２−１１１４７８号公報で提案されているように、液化炭酸ガスを超臨界状態にして高粘度の液体と混合させて低粘度の流体として扱うこともできるし、低粘度の液体であっても噴霧時に瞬時にして揮発する性質を応用してドライ膜をつくりだすために超臨界状態にした液化炭酸ガスと混合し噴霧することができる。本発明では超臨界状態を逸脱しない範囲であれば、圧力、温度は、特に限定されるものでないが、例えば１０ＭＰａ程度の差圧と５０℃程度の温度を維持しつつ流体を移動させることができる。
【００３０】
また、本発明では圧縮気体を利用する代わりにプランジャーとサーボモーター、ステッピングモーターなどを組み合わせて電動プランジャー方式の容積的方法で液体を移動させることもできる。この方法は特に反応タイプの液体のように時間の経過とともに増粘する材料でも単位時間当たり一定量を移動させることができるし、一定量を吐出することもできるメリットがある。
【００３１】
また、本発明では自動吐出バルブ１で吐出した液体の量分を自動的に追随させてまたは定期的に容器や回路内に図示されていない別の液体供給機をもってそれらより高い液圧にして補充することができる。
【００３２】
また、本発明では液体を移動させながら吐出させることができるし、沈降速度がさほど早くなく品質的に問題のない液体の場合、所望する時間、流通路10-1、10-2内での液体の移動を一旦止めて加圧した容器、例えば、図１において、シリンジ5-1の下流にあたる他の容器、例えばシリンジ5-2の上流、即ち、シリンジ5-2の下端の配管との接続位置部分、との間に設けた図示していない開閉バルブを閉にして吐出することもできる。また、連通した２つ以上の容器を同圧にして流通路10-1、10-2内での液体の移動を一旦、停止した状態で自動吐出バルブ１から吐出することもできる。
【００３３】
また、本発明では容器の内壁面に付着した液膜を乾燥させないため圧縮気体に溶媒を混入させることができるし、また、図１に鎖線で示したように、プランジャー7-1、7-2の気体側に設けた凹部Ｒに溶媒Ｓを溜めて溶媒飽和雰囲気をつくりだしてもよい。
【００３４】
本発明では、自動吐出バルブ１から吐出する液体は他の小型容器などに単体でまたは補填剤として充填作業に用いることができる。また被塗物に塗布してもよく特にその形態を問わない。
【００３５】
更に、本発明では自動吐出バルブ１の先端にスプレイノズルを装着して液体を噴霧できる。噴霧した液体粒子は例えば造粒の目的で使用することができるし、被塗物にコーティングすることもできる。
【００３６】
更に、噴霧を圧縮気体のエネルギーを利用して液体を霧化して噴出する２流体スプレイとすることができる。
【００３７】
また、本発明では単位時間当たりの吐出量を正確に維持するため３０乃至３６００パルス／分、条件が整えばそれ以上の高速で間欠（断続）スプレイ（噴霧）することができる。この操作は自動吐出バルブ１に接続した圧縮空気用の三方ソレノイドバルブSOL.Ｖ１２を図示していないコントローラー等によって間欠的に開閉させることによりピストン２を間欠的に作動させることによって容易に行うことができる。通常、固形粒子を含んだ液体を１×１０−６ｍ３乃至１０×１０−６ｍ３／分程度（１ｃｃ乃至１０ｃｃ／分程度）の極低流量の連続噴霧は固形粒子の凝集体による詰りの問題でノズルやニードル３とシート４間の間隙を小さくできなかったため不可能であった。本発明者等が提案している特開昭６１−１６１１７５号公報に示される方法と本発明を組み合わせることによって、いついかなるときでも固形粒子の分散状態を安定させることができるので高品質のスプレイを行うことができる。
【００３８】
図２には、本発明の別の実施形態である液体の移動方法による液体の吐出方法及び装置が図示されている。
【００３９】
符号２１の容器に充填され加圧された符号２６の液体は図示されていないオリフィスなどの流量調整手段により流量調整されながら流通路としての配管２７などで接続された符号２２の自動吐出バルブを経由して符号２３の容器へ圧送される。容器２３に溜まった液体は安価な符号２４のポンプで配管２８を経由して容器２１へより高い液圧で圧送されて返され循環される。ポンプ２４はダイヤフラムポンプやチューブポンプなどのように市販されている安価なポンプで不規則な脈動があっても、また容器２１の液体のレベルが上昇しても符号２５の圧縮気体用リリーフ付きレギュレータ等を使用することで容器２１内の液体に作用する液圧を一定に保つことができる。またポンプ２４と容器２１とを接続する前記配管２８には、必要に応じてその間に逆止弁を設けてもよい。このような液体の移動方法を採用しても、自動吐出バルブ２２によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転を行うことができる。
【００４０】
図３及び図４は、本発明の液体の吐出方法及び装置のさらに異なる実施形態を示すものであり、図３は３つの容器を備えた液体吐出装置の系統図、図４は図３に示した液体吐出装置における３つの容器と該それぞれの容器からの液体の流れの関係を時系列的に示したタイムチャートである。
【００４１】
符号31-1の容器には圧縮気体供給用の符号35-1のエアレギュレーターが符号36-1の３方ソレノイドバルブを介して接続されている。図示していない別置きの予めプログラムが組み込まれているコントローラーからの指令でソレノイドバルブ36-1は開になっている。所望する圧力に設定されたレギュレータで調圧された圧縮気体の圧力で、容器31-1内の符号３４の液体は加圧されて流通路３７に流入され、コントローラーから開のポジションの指令をうけた符合32-1のオリフィス付開閉バルブを通過し、更に符号３３の自動吐出バルブを経由して符号31-3の容器に接続された開状態の符号32-3のオリフィス付開閉バルブを通って容器31-3に移動する。容器31-3は既に閉の指令をうけ容器31-3内が大気開放口に通ずるポジションにある符号36-3の３方ソレノイドバルブを介して圧縮気体調圧用の符号35-3のエアレギュレーターに接続されている。
【００４２】
また、容器31-2に溜められた液体は開閉バルブ32-2が閉の指令をうけ液体の移動はないが容器31-2に接続されたソレノイドバルブ36-2は開の指令をうけ圧縮気体で加圧されている。容器31-1の液体が下限に達すると図示されていない液面レベルセンサー等で検知されコントローラーから容器31-2に接続されている開閉バルブ32-2に開の指令が送られ容器31-2に溜められた液体は容器31-3に向けて移動を開始する。例えば２０ミリ秒後にコントローラーから指令を受けた開閉バルブ32-1は閉になり同時に指令をうけたソレノイドバルブ36-1も閉になりソレノイドバルブ36-1の大気開放口と容器31-1内は通じて大気圧になる。
【００４３】
次に、容器31-3の液体が上限に達するとコントローラーとつながったレベルセンサー等の検知により容器31-1の開閉バルブ32-1が開になり容器31-2の液体はまた容器31-1に向かっても流れ始める。同時に容器31-3に接続されている開閉バルブ32-3は閉になりソレノイドバルブ36-3が開になって次の切り替えのために待機する。
【００４４】
この動作は同じようなサイクル的に行われその間所望するタイミングで連続して液体の吐出を行うことができる。即ち、上記の動作中に流通路３７を流される固形粒子を含んだ液体は、図１に示したと同様の構成の液体吐出バルブ３３によって吐出される。このとき、流通路37内で液体が圧送されているため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、オリフィス付開閉バルブ32-1、32-2、32-3のオリフィスの作用により流量を調節されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、自動吐出バルブ１によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転が行われる。
【００４５】
また、以上の実施形態においては、吐出した量分の液体は随時、または定期的に容器や接続回路内に液体供給機により自動的に補給することができる。更に本発明ではレベルセンサー等を使用しなくても一回の吐出をもとに予めコントローラーにプログラミングし液体の加圧を途絶えさせることなく、液体の移動を行わせ固形粒子を含んだ液体を沈降させることなく吐出することもできるし液体の補給も自動的に行うことができる。
【００４６】
以上の実施形態では、液体を充填する容器を２個又は3個、設けた場合を示したが、本発明では、４個以上の容器を設けて、それらの容器の間で流通路を通して所望の組み合わせの液体の流出、流入方式を行わせて、流通路から液体吐出バルブを通して液体を吐出させるようにすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、最小限の液体を無駄なくハンドリングし固形粒子を沈降させることなく正確な量をディスペンスまたはスプレイすることができる液体の吐出方法及び装置を得ることができる。即ち、固形粒子を含んだ液体は流通路を圧送されるため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、流量調整手段の作用により流量を調整されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、液体吐出弁によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転を行わせることができる。従って、特に、容器が小容量の容器であって、該容器に高価な液体を充填して吐出する場合にあっては、最小限の該液体を無駄なく、かつ、正確な量を吐出することができ、特に有用になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体吐出方法の実施に用いられる液体吐出装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態の液体吐出装置を示す系統図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態の液体吐出装置を示すものであり、３つの容器を備えた液体吐出装置の系統図である。
【図４】図３に示した液体吐出装置における３つの容器と該それぞれの容器からの液体の流れの関係を時系列的に示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 自動吐出バルブ（液体吐出弁）
２ ピストン（自動吐出バルブ）
３ ニードル（自動吐出バルブ）
４ シート（弁座）
5-1、5-2 シリンジ（容器）
６ 液体
7-1、7-2 プランジャー
Ｒ 凹部
Ｓ 溶媒
8-1、8-2 オリフィス（流量制限部材）
9-1、9-2 スクリーン（フィルター）
10-1、10-2 配管（液体流通路）
11-1、11-2 アダプタ（蓋）
１２ 三方ソレノイドバルブ（自動吐出弁への圧縮空気供給用）
13-1、13-2 三方ソレノイドバルブ（圧縮空気用）
14-1、14-2 リリーフ付きレギュレータ（圧縮空気用調圧弁）
２１、２３ 容器
２２ 自動吐出バルブ
２４ ポンプ
２５ リリーフ付きレギュレータ（圧縮空気用）
２６ 液体
２７ 流通路
２８ 戻り管
31-1、31-2、31-3 容器
32-1、32-2、32-3 オリフィス付き開閉バルブ（液体用）
３３ 液体吐出弁
３４ 液体
35-1、35-2、35-3 エアレギュレーター（圧縮空気用）
36-1、36-2、36-3 三方ソレノイドバルブ（圧縮空気用）
３７ 流通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形粒子を含む接着剤やコーティング剤などの液体を吐出する液体の吐出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固形粒子を含有したコーティング剤などの液体は固形粒子が沈降しやすく、以下の３つの方法で液体をハンドリングしながら吐出弁により吐出することが行われていた。なお、本明細書では、液体の吐出とはディスペンス（液体のまま吐出する）及びスプレイ（液体を噴霧、即ち霧化して吐出する）の双方を含んで呼ぶものとする。
【０００３】
（１）貯蔵槽で大掛かりな装置を使用して攪拌した液体をシリンジや小型容器などに小分けにしてすぐ使用する方法。
【０００４】
（２）特開昭６３−１１９８７７号公報等で提案されているように、２つの圧力容器に貯蔵された片方の容器の液体を圧縮エアで加圧し、もう一方の容器のエアを開放して双方の容器の間で液体流通路を通して液体の移動を行わせしめ、その流通路の中間に吐出弁としての自動吐出バルブを設け液体が移動している間に吐出する。この動作を交互に行わせることにより固形粒子の沈降を防ぐ方法。
【０００５】
（３）ポンプ等を用いて例えばポンプ吐出口、自動吐出バルブ及びポンプ吸込口との間で循環回路を形成させ当該自動吐出バルブの弁と弁座（ニードル＆シート）付近まで強制的に循環する方法。例えばアルカリ乾電池の性能を向上させる目的で内面にスプレイコーティングされているカーボン粒子とバインダー溶液との混合体のディスパージョン（固形粒子を含む分散型液体）は、粒子の２次凝集体も再分散させる目的もあって比較的液圧も高くして循環を行わせているが、この方法を採用することによりカーボン粒子の沈降を防止しつつ安定したコーティングが行えることから世界中で採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記（１）の方法では、３０００ｍＰａ・ｓ以下の液体、特に１乃至５００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度領域の液体の場合、固形粒子の沈降は粒子の比重や大きさにもよるが、とても速すぎて初期の吐出の品質と中間あるいは最後の吐出の品質とでは大きな差があり特に粒子の含有量に問題があった。更に沈降した粒子が自動吐出バルブの弁と弁座付近に堆積し吐出不良を起こすこともしばしばあった。
前記（２）の方法においては、液体の移動流量を決定するのはエア圧の高低であった。このため、次の工程までの、つまり第一のタンクから第二のタンクに液体が移動し、次に第二のタンクから第一のタンクへ液体の移動が切り替わるまでの時間を調整するには圧縮エアの圧力に左右されるのみであった。そのため、例えば５×１０−６ｍ３乃至３０×１０−６ｍ３（５ｃｃ乃至３０ｃｃ）程度の小容量のシリンジに充填された低粘度の液体は通常市販されているエアレギュレーターを使用すると、最低目盛りである０．０５ＭＰａの圧力による加圧では１秒以内の瞬時に反対側のシリンジに移動してしまい、吐出バルブによる吐出運転が所要時間継続して行えず、吐出が安定して行えないという問題があり、また、エアまで巻き込み、安定した定量の液体の吐出が困難であるという課題を抱えていた。
【０００７】
更に仮に０．００１ＭＰａの最低目盛りのゲージ付エアレギュレーターを使用して加圧したとしても３０×１０−６ｍ３（３０ｃｃ）のシリンジ内の液体移動時間は秒単位であって自動作業を行うには移動方向の切り替えを頻繁に行う必要があったし、数リットルの大き目の容器を使用しても頻繁な作業中断は否めなかった。
【０００８】
しかして、切り替え時に作業を中断させないようにするために、特開昭６０−５２５１号公報で提案されているように、パウダースラリー塗料の安定供給に３個の塗料タンクを用いた方法がある。この方法では常に一定圧力を維持するように第１のタンクへの加圧エアの供給を行い、加圧エアの圧力と同じ液圧をもって塗装ガンを経由して第３のタンクへパウダースラリー塗料を圧送して返し、第１のタンクのレベルが低下したら次に第２のタンクへの加圧エアの供給が行われて第２のタンクを経由して塗料が圧送され塗装ガンから吐出される。この方法では第２のタンクからの圧送が安定するまでの間、第１と第２のそれぞれのタンクからの例えば１０秒の並送が必要とされている。
【０００９】
通常これらのタンクは１８×１０−３ｍ３乃至３０×１０−３ｍ３（１８リットル乃至３０リットル）が一般的であって、よってこの方法を応用しようとしても上述のような小型容器のシリンジには不向きであった。
【００１０】
また、上記特開昭６３−１１９８７７号公報及び特開昭６０−５２５１号公報に開示された２つの方法とも加圧源は圧縮エアなどの気体であり、塗料などのレベルが低下するに従い、タンクなどの壁面に付着したままの塗料膜は乾燥気体との接触により乾燥する問題を抱えていた。パウダースラリーにしてもディスパージョンにしても無機や有機の固形粒子以外にバインダーなどのポリマー溶液が含まれており乾燥した後、再溶解しなかったポリマー溶液成分は異物と同じであった。
【００１１】
また、圧縮エアなどの圧縮気体は特に溶媒リッチの低粘度の液体と接触するとその一部が液体に溶解することが業界では知られており、吐出された液体に気体のマイクロバブルが含有されて品質的に問題になることもしばしばあった。
【００１２】
前記（３）の方法においては、脈動のない、粒子が回路内で堆積あるいは凝集しない、また固形粒子で摩耗しない特殊なプランジャーポンプを使用する必要があって、この装置は大掛かりで高価であり、更に安定した循環を行うためには１ガロン（約３．８×１０−３ｍ３（３．８リットル））以上のコーティング剤を必要としていた。このため、材料開発目的の実験室レベルで要求される数１０×１０−６ｍ３（数１０ｃｃ）のコーティング剤でのテスト機としては不向きであったし材料開発に多大な費用を費やしていた。また、作業終了後の回路内の洗浄には多くの溶媒が必要であったばかりか、回路内のコーティング剤などの多くは洗浄溶媒が混入するため使用不能になっていた。
【００１３】
昨今、機能性コーティング剤などの開発が進み高価な材料が増えてきている。数マイクロメートル以下、場合によってはナノメートルレベルの粒度分布のそろった無機粒子を含むディスパージョンや、粒度のそろったポリマー粒子を含むパウダースラリー、あるいは米国特許第５４１５８８８号などで提案されているような燃料電池電極用の電極インキやカーボンナノチューブにナノメートルオーダーの白金の超微粒子を担持させた電極インキなどがそれである。これらのコーティング剤の中には１ｋｇ数百万円するようなものも珍しくなく、高品質のコーティングができるのはもちろん最小限のコーティング剤を無駄なく使用できる装置や方法が熱望されている。
【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので最小限の液体を無駄なくハンドリングし固形粒子を沈降させることなく正確な量をディスペンスまたはスプレイすることができる液体の吐出方法及び装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する為に本発明では次のような液体の吐出方法及び装置とした。
すなわち、二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの容器内に充填されている固形粒子を含む液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの圧力をかけ、一方、残りの少なくとも一つの容器内の液体の圧力を前記容器内の液体の圧力よりも小さくすることにより前記二つ以上の容器の間で前記液体を流通路を通して流しつつ前記流通路内の前記液体の流量を流量調整手段により調整する調整工程と、前記流通路からの前記液体を弁により吐出する吐出工程とを含む液体吐出方法、及び、同方法を実施するための装置を提供することにより上記目標を達成したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る液体吐出方法の実施に用いられる液体吐出装置ＤＡの第１実施形態を示したものである。同図において符号１は液体吐出弁としての自動吐出バルブを示している。自動吐出バルブ１には符号5-1、5-2で示す容器としてのシリンジが液体流通路としての配管10-1、10-2を介して接続されている。シリンジ 5-1、5-2には符号６で示す固形粒子（例えば、粒径がナノメートルレベルから数百ミクロンの範囲ものが使われる。好ましくは、ナノメートルレベルから数十ミクロンのものが使われる。）を含んだ液体が充填されている。
【００１７】
シリンジ5-1、5-2は、その上端にアダプタ（蓋）11-1、11-2がそれぞれ取付けられて封止されており、該アダプタにはエア源から圧縮気体としての圧縮空気の供給管が接続され、該圧縮空気供給管には上流よりそれぞれリリーフ付きレギュレータ14-1、14-2及び三方ソレノイドバルブ13-1、13-2が介装されている。この構成により、一方のシリンジ5-1の内部には、圧縮空気が該リリーフ付きレギュレータ14-1により所定圧に保たれて及び三方ソレノイドバルブ13-1を介して供給され、その内部に充填された液体６は加圧され、流通路である配管10-1、10-2を介してシリンジ5-2に向けて圧送される。このときシリンジ5-2は三方ソレノイドバルブ13-2により大気に開放されて液体上部空間の空気が排気される。
【００１８】
なお、シリンジ5-2は該リリーフ付きレギュレータ14-2によってシリンジ5-1の圧縮空気より低い所望する圧力に設定して差圧を設けて液体の移動ができるようにすることもできる。
【００１９】
容器から他の容器への液体の移動つまり流出／流入に関し、流出はスムーズな流れをつくりだすことができ、流入の際は差圧が大きいほど噴流での固形粒子の沈降防止が期待できることから、それぞれは本実施形態にように容器、即ちシリンジ5-1、5-2の底部から行われることが好ましい。
【００２０】
自動吐出バルブ１とシリンジ5-1、5-2との間には、それぞれ符号8-1、8-2の流量調整手段のひとつである流量制限部材にあたるオリフィスが設けられている。オリフィス8-1、8-2の径とレングス（長さ）は特に限定するものでないが液体の粘度や液圧、あるいは固形粒子の径によって変更することができる。固形粒子が比較的早く沈降しやすい粘度３０００ｍＰａ・ｓ以下の液体の場合はオリフィスの直径は０．１乃至０．８ｍｍ、そのレングスは０．５乃至１０ｍｍが好ましく、液圧０．０１ＭＰａの設定における沈降速度が更に速い１００ｍＰａ・ｓの粘度の３０×１０−６ｍ３（３０ｃｃ）の液体の移動時間を１分乃至１０分に制御することができる。
【００２１】
また、流量制限部材は形状も限定するものでなく開度調整可能なニードルバルブでもよく、小径の注射針を加工したものや、例えば内径が１．５９ｍｍ（１／１６インチ）のアニル処理されたステンレスのチューブを所望する長さに加工して使用しても良い。更に複数の隘路に分けた後、衝突させて固形粒子の凝集体の分散手段との併用にして良好な衝突分散を行ってもよい。
【００２２】
流量制限部材であるオリフィス8-1、8-2の上流には符号9-1、9-2で示すフィルターとしてのスクリーンが設けられている。このスクリーン9-1、9-2は容器としてのシリンジの壁面に付着して脱落した乾燥異物を下流に流さないことを目的としている。つまり流量制限部材であるオリフィス8-1、8-2への詰まりを防止し、吐出した液体への混入を防ぐことができる。
【００２３】
以上のように構成された液体吐出装置ＤＡにおいて、固形粒子を含んだ液体は、シリンジ5-1からシリンジ5-2の方向へ流通路である配管10-1、10-2内をスクリーン9-1、9-2により異物を濾過され、かつ、オリフィス8-1、8-2によって前記したような所定の流量に調整された状態で、前記の通り例えば1分乃至１０分という所定の移動時間を保って、図１に実線の矢印ａで示す方向に圧送される。そして、固形粒子を含んだ液体は、配管10-1、10-2の途中に取付けられた自動吐出バルブ１の符号３のニードルに連結されている符号２のピストンにエア源からの加圧エアが三方ソレノイドバルブ１２を介して供給されることによりニードル３がスプリングＳの押付力に抗して持ち上げられ符号４のシート（弁座）との間にクリアランスが生じて液体がシート４の開口部より吐出される。そして、シリンジ5-1の液体が降下して低レベルに達するか、若しくは、シリンジ5-2の液体レベルが高レベルに達すると、今度は、シリンジ5-1の上部のアダプタ11-1に取付けられた三方ソレノイドバルブ13-1による圧縮空気の供給が絶たれ、シリンジ5-2の上部のアダプタ11-2に取付けられた三方ソレノイドバルブ13-2を通して圧縮空気がリリーフ付きレギュレータ14-2により所定圧に保たれて供給開始され、それによりシリンジ5-2の内部の液体６が加圧され、該液体は流通路である配管10-2、10-１内を図中鎖線矢印ｂで示す方向へ圧送されシリンジ5-1内へ流入される。このときシリンジ5-1は三方ソレノイドバルブ13-1により大気に開放されて液体上部空間の空気が排気される。そして、シリンジ5-2の液体が降下して低レベルに達するか、若しくは、シリンジ5-1の液体レベルが高レベルに達すると、以下、前述と同様にしてシリンジ5-1、5-2の間で交互に液体の流通方向が切り替えられ、吐出作用が連続して行われる。
【００２４】
しかして、図１に示した本実施形態では、前記したように、固形粒子を含んだ液体は流通路10-1、10-2内を圧送されているため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、オリフィス8-1、8-2の作用により流量を調節されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、自動吐出バルブ１によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望の吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転が行われる。従って、シリンジ5-1、5-2が、特に、例えば５×１０−６ｍ３乃至３０×１０−６ｍ３（５乃至３０ｃｃ）程度の小容量の容器であって、該シリンジに高価な液体を充填して吐出する場合にあっては、最小限の該液体を無駄なく、かつ、正確な量を吐出することができ、特に有用になるものである。
【００２５】
なお、前記図１の実施形態では容器がシリンジ5-1、5-2である場合を示したが、本発明では、容器の形状、大きさは特に限定されるものではないが、低圧で使用する場合、５×１０−６ｍ３乃至数１００×１０−６ｍ３（５乃至数百ｃｃ）のプラスティック製の市販されている前記実施形態で示したような安価なシリンジなどが使用でき、また、市販の数１×１０−３ｍ３（数リットル）程度までのこれまた安価なポットが使用できる。そして、比較的高い液圧を所望する場合は胴部には金属製の耐圧の中空シリンダーやチューブを用い上部と底部を装着したスリーピースの構造体とすることもできる。
【００２６】
また、本発明では流量調整手段を間欠的（断続的）液体移動をもってとり行うことができる。即ち、図１に示したように、シリンジ5-1、5-2のアダプタ11-1、11-2に接続された圧縮気体源を３ウェイソレノイドバルブSOL．V13-1、13-2などを使用して間欠的（断続的）に開閉させることによって液体に圧力を間欠的にかけて規則正しい脈動をもって移動させることができる。なお、吐出バルブ１よりの吐出は、脈動間の安定した液圧が維持されているとき、液体を吐出させたらよい。
【００２７】
また、本発明では、図１に鎖線で示したように、シリンジ内部の液体６と圧縮気体との間に符号7-1、7-2で示すプランジャーを設けることができる。プランジャー7-1、7-2は液体と圧縮気体を隔てさせるので気体の液体への溶解を防止することができる。また、プランジャー7-1、7-2はシリンジ5-1、5-2の内径とほぼ同じ径にして圧縮気体の圧力と同圧にできるし、図示されていないシリンダーとプランジャー7-1、7-2と連結したピストンを用いてシリンダー径の大きさを変化させることにより液圧の比率を変化させることができる。プランジャー7-1、7-2の断面積とシリンダーまたはピストンの断面積の比は業界ではポンプレシオとよばれ、プランジャー7-1、7-2よりシリンダーが小さいと圧縮気体の圧力より液圧は低くなり、逆になると液圧は高くなる。
【００２８】
つまり、本発明ではレシオを１／１０にすることによって０．０１ＭＰａの圧縮気体圧で０．００１ＭＰａの液圧を容易につくりだすことができるし、２０倍にすることによって製造工場の通常のコンプレッサーエア圧０．５ＭＰａで１０ＭＰａの液圧をつくりだすことができる。例えば、前者のように低圧は二流体スプレイに適し、後者の比較的高い液圧である１０ＭＰａ程度までの液圧は、エアレススプレイに適している。
【００２９】
本発明では、このように例えば２０倍のポンプレシオを有した加圧装置を用いて例えば１０ＭＰａの液圧を作用させることによって、特開平２−１１１４７８号公報で提案されているように、液化炭酸ガスを超臨界状態にして高粘度の液体と混合させて低粘度の流体として扱うこともできるし、低粘度の液体であっても噴霧時に瞬時にして揮発する性質を応用してドライ膜をつくりだすために超臨界状態にした液化炭酸ガスと混合し噴霧することができる。本発明では超臨界状態を逸脱しない範囲であれば、圧力、温度は、特に限定されるものでないが、例えば１０ＭＰａ程度の差圧と５０℃程度の温度を維持しつつ流体を移動させることができる。
【００３０】
また、本発明では圧縮気体を利用する代わりにプランジャーとサーボモーター、ステッピングモーターなどを組み合わせて電動プランジャー方式の容積的方法で液体を移動させることもできる。この方法は特に反応タイプの液体のように時間の経過とともに増粘する材料でも単位時間当たり一定量を移動させることができるし、一定量を吐出することもできるメリットがある。
【００３１】
また、本発明では自動吐出バルブ１で吐出した液体の量分を自動的に追随させてまたは定期的に容器や回路内に図示されていない別の液体供給機をもってそれらより高い液圧にして補充することができる。
【００３２】
また、本発明では液体を移動させながら吐出させることができるし、沈降速度がさほど早くなく品質的に問題のない液体の場合、所望する時間、流通路10-1、10-2内での液体の移動を一旦止めて加圧した容器、例えば、図１において、シリンジ5-1の下流にあたる他の容器、例えばシリンジ5-2の上流、即ち、シリンジ5-2の下端の配管との接続位置部分、との間に設けた図示していない開閉バルブを閉にして吐出することもできる。また、連通した２つ以上の容器を同圧にして流通路10-1、10-2内での液体の移動を一旦、停止した状態で自動吐出バルブ１から吐出することもできる。
【００３３】
また、本発明では容器の内壁面に付着した液膜を乾燥させないため圧縮気体に溶媒を混入させることができるし、また、図１に鎖線で示したように、プランジャー7-1、7-2の気体側に設けた凹部Ｒに溶媒Ｓを溜めて溶媒飽和雰囲気をつくりだしてもよい。
【００３４】
本発明では、自動吐出バルブ１から吐出する液体は他の小型容器などに単体でまたは補填剤として充填作業に用いることができる。また被塗物に塗布してもよく特にその形態を問わない。
【００３５】
更に、本発明では自動吐出バルブ１の先端にスプレイノズルを装着して液体を噴霧できる。噴霧した液体粒子は例えば造粒の目的で使用することができるし、被塗物にコーティングすることもできる。
【００３６】
更に、噴霧を圧縮気体のエネルギーを利用して液体を霧化して噴出する２流体スプレイとすることができる。
【００３７】
また、本発明では単位時間当たりの吐出量を正確に維持するため３０乃至３６００パルス／分、条件が整えばそれ以上の高速で間欠（断続）スプレイ（噴霧）することができる。この操作は自動吐出バルブ１に接続した圧縮空気用の三方ソレノイドバルブSOL.Ｖ１２を図示していないコントローラー等によって間欠的に開閉させることによりピストン２を間欠的に作動させることによって容易に行うことができる。通常、固形粒子を含んだ液体を１×１０−６ｍ３乃至１０×１０−６ｍ３／分程度（１ｃｃ乃至１０ｃｃ／分程度）の極低流量の連続噴霧は固形粒子の凝集体による詰りの問題でノズルやニードル３とシート４間の間隙を小さくできなかったため不可能であった。本発明者等が提案している特開昭６１−１６１１７５号公報に示される方法と本発明を組み合わせることによって、いついかなるときでも固形粒子の分散状態を安定させることができるので高品質のスプレイを行うことができる。
【００３８】
図２には、本発明の別の実施形態である液体の移動方法による液体の吐出方法及び装置が図示されている。
【００３９】
符号２１の容器に充填され加圧された符号２６の液体は図示されていないオリフィスなどの流量調整手段により流量調整されながら流通路としての配管２７などで接続された符号２２の自動吐出バルブを経由して符号２３の容器へ圧送される。容器２３に溜まった液体は安価な符号２４のポンプで配管２８を経由して容器２１へより高い液圧で圧送されて返され循環される。ポンプ２４はダイヤフラムポンプやチューブポンプなどのように市販されている安価なポンプで不規則な脈動があっても、また容器２１の液体のレベルが上昇しても符号２５の圧縮気体用リリーフ付きレギュレータ等を使用することで容器２１内の液体に作用する液圧を一定に保つことができる。またポンプ２４と容器２１とを接続する前記配管２８には、必要に応じてその間に逆止弁を設けてもよい。このような液体の移動方法を採用しても、自動吐出バルブ２２によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転を行うことができる。
【００４０】
図３及び図４は、本発明の液体の吐出方法及び装置のさらに異なる実施形態を示すものであり、図３は３つの容器を備えた液体吐出装置の系統図、図４は図３に示した液体吐出装置における３つの容器と該それぞれの容器からの液体の流れの関係を時系列的に示したタイムチャートである。
【００４１】
符号31-1の容器には圧縮気体供給用の符号35-1のエアレギュレーターが符号36-1の３方ソレノイドバルブを介して接続されている。図示していない別置きの予めプログラムが組み込まれているコントローラーからの指令でソレノイドバルブ36-1は開になっている。所望する圧力に設定されたレギュレータで調圧された圧縮気体の圧力で、容器31-1内の符号３４の液体は加圧されて流通路３７に流入され、コントローラーから開のポジションの指令をうけた符合32-1のオリフィス付開閉バルブを通過し、更に符号３３の自動吐出バルブを経由して符号31-3の容器に接続された開状態の符号32-3のオリフィス付開閉バルブを通って容器31-3に移動する。容器31-3は既に閉の指令をうけ容器31-3内が大気開放口に通ずるポジションにある符号36-3の３方ソレノイドバルブを介して圧縮気体調圧用の符号35-3のエアレギュレーターに接続されている。
【００４２】
また、容器31-2に溜められた液体は開閉バルブ32-2が閉の指令をうけ液体の移動はないが容器31-2に接続されたソレノイドバルブ36-2は開の指令をうけ圧縮気体で加圧されている。容器31-1の液体が下限に達すると図示されていない液面レベルセンサー等で検知されコントローラーから容器31-2に接続されている開閉バルブ32-2に開の指令が送られ容器31-2に溜められた液体は容器31-3に向けて移動を開始する。例えば２０ミリ秒後にコントローラーから指令を受けた開閉バルブ32-1は閉になり同時に指令をうけたソレノイドバルブ36-1も閉になりソレノイドバルブ36-1の大気開放口と容器31-1内は通じて大気圧になる。
【００４３】
次に、容器31-3の液体が上限に達するとコントローラーとつながったレベルセンサー等の検知により容器31-1の開閉バルブ32-1が開になり容器31-2の液体はまた容器31-1に向かっても流れ始める。同時に容器31-3に接続されている開閉バルブ32-3は閉になりソレノイドバルブ36-3が開になって次の切り替えのために待機する。
【００４４】
この動作は同じようなサイクル的に行われその間所望するタイミングで連続して液体の吐出を行うことができる。即ち、上記の動作中に流通路３７を流される固形粒子を含んだ液体は、図１に示したと同様の構成の液体吐出バルブ３３によって吐出される。このとき、流通路37内で液体が圧送されているため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、オリフィス付開閉バルブ32-1、32-2、32-3のオリフィスの作用により流量を調節されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、自動吐出バルブ１によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転が行われる。
【００４５】
また、以上の実施形態においては、吐出した量分の液体は随時、または定期的に容器や接続回路内に液体供給機により自動的に補給することができる。更に本発明ではレベルセンサー等を使用しなくても一回の吐出をもとに予めコントローラーにプログラミングし液体の加圧を途絶えさせることなく、液体の移動を行わせ固形粒子を含んだ液体を沈降させることなく吐出することもできるし液体の補給も自動的に行うことができる。
【００４６】
以上の実施形態では、液体を充填する容器を２個又は3個、設けた場合を示したが、本発明では、４個以上の容器を設けて、それらの容器の間で流通路を通して所望の組み合わせの液体の流出、流入方式を行わせて、流通路から液体吐出バルブを通して液体を吐出させるようにすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、最小限の液体を無駄なくハンドリングし固形粒子を沈降させることなく正確な量をディスペンスまたはスプレイすることができる液体の吐出方法及び装置を得ることができる。即ち、固形粒子を含んだ液体は流通路を圧送されるため、固形粒子の沈降が阻止され、かつ、流量調整手段の作用により流量を調整されて所定の速度で該流通路を流される。このことにより、液体吐出弁によって粒子の分散度が均一で品質の良い液体が所望する吐出時間維持して吐出され、円滑な連続的運転を行わせることができる。従って、特に、容器が小容量の容器であって、該容器に高価な液体を充填して吐出する場合にあっては、最小限の該液体を無駄なく、かつ、正確な量を吐出することができ、特に有用になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体吐出方法の実施に用いられる液体吐出装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態の液体吐出装置を示す系統図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態の液体吐出装置を示すものであり、３つの容器を備えた液体吐出装置の系統図である。
【図４】図３に示した液体吐出装置における３つの容器と該それぞれの容器からの液体の流れの関係を時系列的に示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 自動吐出バルブ（液体吐出弁）
２ ピストン（自動吐出バルブ）
３ ニードル（自動吐出バルブ）
４ シート（弁座）
5-1、5-2 シリンジ（容器）
６ 液体
7-1、7-2 プランジャー
Ｒ 凹部
Ｓ 溶媒
8-1、8-2 オリフィス（流量制限部材）
9-1、9-2 スクリーン（フィルター）
10-1、10-2 配管（液体流通路）
11-1、11-2 アダプタ（蓋）
１２ 三方ソレノイドバルブ（自動吐出弁への圧縮空気供給用）
13-1、13-2 三方ソレノイドバルブ（圧縮空気用）
14-1、14-2 リリーフ付きレギュレータ（圧縮空気用調圧弁）
２１、２３ 容器
２２ 自動吐出バルブ
２４ ポンプ
２５ リリーフ付きレギュレータ（圧縮空気用）
２６ 液体
２７ 流通路
２８ 戻り管
31-1、31-2、31-3 容器
32-1、32-2、32-3 オリフィス付き開閉バルブ（液体用）
３３ 液体吐出弁
３４ 液体
35-1、35-2、35-3 エアレギュレーター（圧縮空気用）
36-1、36-2、36-3 三方ソレノイドバルブ（圧縮空気用）
３７ 流通路
Claims (41)
- 液体吐出方法であって、
二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器内に充填されている固形粒子を含む液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの圧力を断続的にかけ、一方、残りの少なくとも一つの小容量容器内の液体の圧力を前記小容量容器内の液体の圧力よりも小さくすることにより前記二つ以上の小容量容器の間で前記液体を流通路を通して脈動をもって流す断続加圧工程と、脈動間の安定した液圧が維持されているときに前記流通路からの前記液体を弁により吐出する吐出工程とを含むことを特徴とする液体吐出方法。 - 前記小容量容器に充填される固形粒子を含む液体は１ｍＰａ・ｓ乃至３０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
- 前記流通路に設けられた流量制限部材により前記流通路内の前記液体の流量を調整する流量調整工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出方法。
- 前記流量制限部材は、前記二つ以上の小容量容器のそれぞれと前記弁との間の前記流通路内に設けられており、前記流量制限部材の前記二つ以上の小容量容器のそれぞれの側の前記流通路内にフィルターが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出方法。
- 前記断続加圧工程は、圧縮気体により前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器内の前記液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの前記所定圧力をかけることを特徴とする請求項１乃至４に記載の液体吐出方法。
- 前記断続加圧工程は、前記圧縮気体と前記液体との間に設けられたプランジャーを介して前記圧縮気体により前記液体に前記圧力をかけることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出方法。
- 前記断続加圧工程は、溶媒蒸気を含んだ前記圧縮空気により前記液体に前記圧力をかけることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記液体が前記二つ以上の小容量容器の間で前記流通路を通して流れているときに、前記流通路からの前記液体を弁により吐出することを特徴とする請求項１乃至７に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記流通路と連通する延長通路に設けられた前記弁により前記流通路からの前記液体を吐出することを特徴とする請求項１乃至８に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記弁の吐出端部に設けられたスプレイノズルにより前記液体を噴霧する噴霧工程を含むことを特徴とする請求項１乃至９に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、ガスにより前記液体を霧化する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、前記液体を断続的に噴霧することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記液体を被塗物に塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１２に記載の液体吐出方法。
- 液体吐出装置であって、固形粒子を含む液体が充填される二つ以上の小容量容器と、前記二つ以上の小容量容器を互いに連通させる流通路と、前記流通路から前記液体を吐出するための弁と、前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器に所定の圧力を断続的にかけ、残りの少なくとも一つの小容量容器を前記小容量容器の圧力よりも小さい圧力にする圧力手段とを含み、前記圧力手段により前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器に断続的に前記所定の圧力をかけ、残りの少なくとも一つの小容量容器を前記小容量容器の圧力よりも小さい圧力にしたときに、前記二つ以上の小容量容器の間で前記液体を前記流通路を通して脈動をもって流し、前記弁は、脈動間の安定した液圧が維持されているときに前記流通路から前記液体を吐出する ことを特徴とする液体吐出装置。
- 液体吐出方法であって、二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器内に充填されている固形粒子を含む１乃至５００ｍＰａ・ｓの低粘度の液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの圧力をかけ、一方、残りの少なくとも一つの小容量容器内の液体の圧力を前記小容量容器内の液体の圧力よりも小さくすることにより前記二つ以上の容器の間で前記液体を流通路を通して流しつつ前記流通路内の前記液体の流量を流量調整手段により調整する調整工程と、前記二つ以上の小容量容器内の前記液体にほぼ同じ圧力をかけることにより前記流通路を通して前記二つ以上の小容量容器の間を流れる前記液体の流れを停止させる停止工程と、前記停止工程中に前記流通路からの前記液体を弁により吐出する吐出工程とを含むことを特徴とする液体吐出方法。
- 前記流量調整手段は、前記流通路に設けられた流量制限部材であり、前記調整工程は、前記流量制限部材により前記流通路内の前記液体の流量を調整することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出方法。
- 前記流量制限部材は、前記二つ以上の小容量容器のそれぞれと前記弁との間の前記流通路内に設けられており、前記流量制限部材の前記二つ以上の小容量容器のそれぞれの側の前記流通路内にフィルターが設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出方法。
- 前記流量調整手段は、前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器内の前記液体に断続的に圧力をかける断続加圧手段であり、前記調整工程は、前記断続加圧手段により前記流通路内の前記液体を脈動させることにより前記流通路内の前記液体の流量を調整することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出方法。
- 前記調整工程は、圧縮気体により前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器内の前記液体に０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの前記圧力をかける加圧工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至１８に記載の液体吐出方法。
- 前記加圧工程は、前記圧縮気体と前記液体との間に設けられたプランジャーを介して前記圧縮気体により前記液体に前記圧力をかけることを特徴とする請求項１９に記載の液体吐出方法。
- 前記加圧工程は、溶媒蒸気を含んだ前記圧縮空気により前記液体に前記圧力をかけることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記流通路と連通する延長通路に設けられた前記弁により前記流通路からの前記液体を吐出することを特徴とする請求項１５乃至２１に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記弁の吐出端部に設けられたスプレイノズルにより前記液体を噴霧する噴霧工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至２２に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、ガスにより前記液体を霧化する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、前記液体を断続的に噴霧することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記液体を被塗物に塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至２４に記載の液体吐出方法。
- 液体吐出装置であって、固形粒子を含む１乃至５００ｍＰａ・ｓの低粘度の液体が充填される二つ以上の小容量容器と、前記二つ以上の小容量容器を互いに連通させる流通路と、前記流通路から前記液体を吐出するための弁と、前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器に所定の圧力をかけ、残りの少なくとも一つの小容量容器を前記小容量容器の圧力よりも小さい圧力にする圧力手段と、前記圧力手段により前記二つ以上の小容量容器のうちの少なくとも一つの小容量容器に圧力をかけ、残りの少なくとも一つの小容量容器を前記小容量容器の圧力よりも小さい圧力にしたときに、前記流通路内を流れる前記液体の流量を調整する流量調整手段とを含み、前記圧力手段は、前記二つ以上の小容量容器内の前記液体にほぼ同じ圧力をかけることにより前記流通路 を通して前記二つ以上の小容量容器の間を流れる前記液体の流れを停止させ、前記弁は、前記液体の流れの停止中に前記流通路から前記液体を吐出することを特徴とする液体吐出装置。
- 液体吐出方法であって、二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの第一容器内に充填されている固形粒子を含む液体に圧縮気体により０．００１ＭＰａ乃至１０ＭＰａの圧力をかけ、一方、残りの少なくとも一つの第二容器内の液体の圧力を前記第一容器内の液体の圧力よりも小さくすることにより前記第一容器から前記第二容器へ前記液体を流通路を通して流しつつ前記流通路内の前記液体の流量を流量調整手段により調整する調整工程と、前記流通路からの前記液体を弁により吐出する吐出工程と、前記第二容器から前記第一容器へ前記液体をポンプにより圧送する圧送工程とを含むことを特徴とする液体吐出方法。
- 前記容器に充填される固形粒子を含む液体は１ｍＰａ・ｓ乃至３０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する液体であることを特徴とする請求項２８に記載の液体吐出方法。
- 前記流量調整手段は、前記流通路に設けられた流量制限部材であり、前記調整工程は、前記流量制限部材により前記流通路内の前記液体の流量を調整することを特徴とする請求項２８又は２９に記載の液体吐出方法。
- 前記流量制限部材は、前記二つ以上の容器のそれぞれと前記弁との間の前記流通路内に設けられており、前記流量制限部材の前記二つ以上の容器のそれぞれの側の前記流通路内にフィルターが設けられていることを特徴とする請求項３０に記載の液体吐出方法。
- 前記流量調整手段は、前記二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの前記第一容器内の前記液体に断続的に圧力をかける断続加圧手段であり、前記調整工程は、前記断続加圧手段により前記流通路内の前記液体を脈動させることにより前記流通路内の前記液体の流量を調整することを特徴とする請求項２８又は２９に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記液体が前記第一容器から前記第二容器へ前記流通路を通して流れているときに、前記流通路からの前記液体を弁により吐出することを特徴とする請求項２８乃至３２に記載の液体吐出方法。
- さらに、前記第一容器から前記第二容器へ前記流通路を通る前記液体の流れを停止する工程を含み、前記吐出工程は、前記流通路の流れを停止する工程中に、前記流通路からの前記液体を弁により吐出することを特徴とする請求項２８乃至３２に記載の液体吐出方法。
- 前記流通路の流れを停止させる工程は、前記第一容器及び前記第二容器内の前記液体にほぼ同じ圧力をかけることを特徴とする請求項３４に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記流通路と連通する延長通路に設けられた前記弁により前記流通路からの前記液体を吐出することを特徴とする請求項２８乃至３５に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記弁の吐出端部に設けられたスプレイノズルにより前記液体を噴霧する噴霧工程を含むことを特徴とする請求項２８乃至３６に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、ガスにより前記液体を霧化する工程を含むことを特徴とする請求項３７に記載の液体吐出方法。
- 前記噴霧工程は、前記液体を断続的に噴霧することを特徴とする請求項３７又は３８に記載の液体吐出方法。
- 前記吐出工程は、前記液体を被塗物に塗布する工程を含むことを特徴とする請求項２８乃至３９に記載の液体吐出方法。
- 液体吐出装置であって、固形粒子を含む液体が充填される二つ以上の容器と、前記二つ以上の容器を互いに連通させる流通路と、前記流通路から前記液体を吐出するための弁と、前記二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの第一容器に圧縮気体によ り所定の圧力をかけ、残りの少なくとも一つの容器を前記第一容器の圧力よりも小さい圧力にする圧力手段と、前記圧力手段により前記二つ以上の容器のうちの少なくとも一つの前記第一容器に圧力をかけ、残りの少なくとも一つの前記第二容器を前記第一容器の圧力よりも小さい圧力にしたときに、前記第一容器から前記第二容器へ前記流通路内を流れる前記液体の流量を調整する流量調整手段と、前記第二容器から前記第一容器へ前記液体を圧送するポンプとを含む液体吐出装置。
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