JP4711328B2 - 液体吐出方法および装置 - Google Patents

Description

シリンダ内のプランジャを往復させて吐出を行う液体吐出方法および装置において、気泡の発生と屑の発生を抑え、液体がクリーンのまま所望量の液体を良好に吐出するものであり、特には低粘度液体を吐出するものである。

従来の液体吐出装置として、往復動可能なプランジャが挿入されたシリンダが、吸入バルブと排出バルブとに連通したものがある。この種の装置では、プランジャを往復動させると、プランジャの後退時に、吸入バルブが開いて液体がシリンダに供給され、プランジャを前進時に、排出バルブが開いて、液体がシリンダから排出され、排出バルブに連通するノズルから吐出が行われる（特許文献１）。

また、従来の液体吐出装置として、吸入ポートと、排出ポートと、プランジャが挿入されたシリンダとが、バルブ室内で弁体が回転する切換バルブによって、吸入ポートとシリンダの連通と、排出ポートとシリンダとの連通とを切替えるものがある（特許文献２）。
特開昭58-178888号公報 特開昭60-19970号公報

特許文献１の装置では、排出バルブ内の複雑な流路を液体が通過するときに、乱流が発生し吐出が乱れたり、キャビテーションなどによる気泡が発生し大量にノズルから吐出されてしまうという不具合が生じることがあった。

特許文献２の装置では、切換バルブの弁体とバルブ室との隙間がきついと切換バルブがうまく摺動しないことがあり、ひどいときには切換バルブがねじれ破損したり、切換バルブまたはバルブ室が磨耗し、その屑が液体内に混ざり吐出されたり、弁体とバルブ室との隙間に入り切換バルブの摺動を妨げたりするという不具合が生じることがあった。
また、弁体とバルブ室との摺動を緩めに設定すると、今度は、プランジャの往復動の有無とは関係なしに、吸入ポートの液体が弁体とバルブ室との隙間を流れて、ノズルから吐出されてしまうという不具合が生じることがある。このような現象は、低粘度の液体を使用した場合に起こりやすく、特に、液体をシリンダ内に供給されやすくするために、吸入ポート側の液体を加圧する場合に起こりやすい。

上記課題を鑑み、本発明はシリンダの往復動の作用によって液体を吐出する液体吐出装置において、乱流や気泡が発生しにくく、吸入ポートから排出ポートに液体が勝手に流れたりせず、屑が発生せず、破損しにくく、良好な吐出が得られる液体吐出方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための方法および装置は、次の解決手段の思想に基づくものである。
第1の解決手段は、第1ポート、第2ポート、第3ポートを有し、バルブ室内で弁体が移動することによって、第1ポートと第2ポートとの連通と、第1ポートと第3ポートとの連通とを切替える切換バルブと、前記第1ポートに連通する内部にプランジャが挿入されたシリンダと、前記第2ポートに連通する開閉弁と、前記第3ポートに連通する液体吐出口と、を有する液体吐出装置である。

上記構造を有することにより、開閉弁を液体貯蔵手段や液体供給手段に接続し、切換バルブを第1ポートと第2ポートが連通するように弁体を移動して切替え、その後、開閉弁を開き液体貯蔵手段等と第2ポートとを連通し、吐出する量に対応する距離の分だけプランジャをバルブ室から遠ざかる方向に引くと、液体が開閉弁、第2ポート、切換バルブを通ってシリンダに充填される。次に、開閉弁を閉じ、切換バルブを第1ポートと第3ポートが連通するように弁体を移動して切替え、その後、バルブ室に近づく方向にプランジャを押すと、シリンダ内部の液体が切換バルブ、第3ポート、液体吐出口を通って吐出される。このとき吐出口側に開閉弁が無いために、気泡の発生が抑えられ良好な吐出ができる。
また、シリンダ内に液体を充填するとき以外は、開閉弁が閉じられているので、切換バルブのバルブ室と弁体との摺動を緩めに設定しても、液体がこのバルブ室と弁体との間を流れて、液体吐出口から吐出されることが無いため、切換バルブのバルブ室と弁体との摺動を緩めに取ることができる。

また、液体吐出方法においては、バルブ室内で切換バルブを移動させることにより、シリンダとバルブ室と液体貯留容器への通路またはシリンダとバルブ室と吐出口への通路との連通を切り換えながらシリンダ内のプランジャを往復させて吐出を行う液体吐出方法であって、プランジャが後退するときに、シリンダとバルブ室と液体貯留容器への通路を連通させ、かつ、該通路と液体貯留容器との間に設けられた開閉弁を開き、プランジャが前進するときに、シリンダとバルブ室と吐出口への通路を連通させ、かつ、開閉弁を閉じることを特徴とする。
すなわち、バルブ室内で切換バルブを移動させることにより、シリンダとバルブ室と液体貯留容器への通路またはシリンダとバルブ室と吐出口への通路を切り換え、その際、プランジャが後退するときに、シリンダとバルブ室と液体貯留容器への通路を連通させ該連通する通路と液体貯留容器の間に設けられた開閉弁を開にするとともにバルブ室とシリンダと吐出口への通路は閉鎖し、プランジャが前進するときに、バルブ室とシリンダと吐出口への通路を連通させるとともにシリンダとバルブ室と液体貯留容器への通路を閉鎖し前記開閉弁を閉にすることを特徴とする。

第2の解決手段は、さらに、前記開閉弁が、外部から前記第2ポートへ液体を流し、反対方向の液体の流れをせき止める向きで設置されたチェック弁であることを特徴とする液体吐出装置である。

上記構造を有することにより、切換バルブによって第1ポートと第2ポートを連通させ、プランジャを後退させるとシリンダ内部の圧力が低下するので、チェック弁が開き液体がシリンダ内に充填される。このように開閉弁をチェック弁にすることで、特別な開閉制御を必要とせず、プランジャ後退により開閉弁を連動して開状態にすることができる。

また、液体吐出方法においては、開閉弁の開閉は、液体貯留容器からバルブ室へ液体を流し、バルブ室から液体貯留容器への液体の流れをせき止める向きで設置されたチェック弁により自動で行うことを特徴とする。

第3の解決手段は、切換バルブがバルブ室の内壁面と近接ないし過度の摩擦が生じない程度にバルブ室の内壁面と摺接しながら移動することを特徴とする液体吐出装置である。

上記構造を有することにより、バルブ室または弁体に無理な力が掛かって破損することが無く、バルブ室と弁体の摩擦によって屑が発生することを防ぐことができる。

また、液体吐出方法においては、切換バルブの移動は、切換バルブがバルブ室の内壁面と近接ないし過度の摩擦が生じない程度にバルブ室の内壁面と摺接しながら行うことを特徴とする。

第4の解決手段は、さらに、切換バルブが、弁体が回転することによって切替えを行う切換バルブであり、第1ポートが弁体の回転軸上に位置することを特徴とする液体吐出装置である。

上記構造を有することにより、バルブ室内の液体量を最小限とすることができ、液体の反力の影響を最小限することができるため、流路の切り換えをスムーズに高速に行うことができる。

また、液体吐出方法においては、切換バルブの移動は、回転軸上の第1開口と第1開口と連通する第2開口を有する切換バルブをバルブ室内で回転させて行うことを特徴とする。

第5の解決手段は、シリンダが第1ポートより低い位置で、プランジャの先端が上方を向くように設置されていることを特徴とする液体吐出装置である。

吐出口側(第3ポート側)に開閉弁が無いことにより、気泡の発生は抑えられるが、それでも不本意ながら、微小の気泡が発生する場合がある。このような場合においても、プランジャ先端が上方を向いているので、液体より軽い気泡は上方に流れ第1ポートを通ったのち第3ポートから吐出口のほうに流れて排出される。これにより、シリンダ内に気泡が蓄積されないので、常に所望量の計量が行える。さらに、気泡が微小のうちに即座に排出されるので、装置を止めて気泡を排出するような作業を不要とする。

また、液体吐出方法においては、シリンダをプランジャの先端が上向きとなるように配して行うことを特徴とする。

本発明によれば、排出バルブのような複雑な構成を液体が通らないため、乱流が発生し吐出が乱れたり、キャビテーションなどにより気泡が発生し大量にノズルから吐出されてしまうことがなく、良好な吐出ができる。

切換バルブのバルブ室と弁体との摺動を緩めに取ることができるため、バルブ室または弁体に無理な力が掛かって破損することが無く、バルブ室と弁体の摩擦によって屑が発生して液体に混入することを防ぐことができる。

また、開閉弁をチェック弁にすることで、特別な開閉制御を必要とせず、プランジャ後退により開閉弁を連動して開状態にすることができる。

さらには、シリンダ内に気泡が蓄積されないので、常に所望量の計量が行える。しかも、気泡が微小のうちに即座に排出されるので、装置を止めて気泡を排出するような作業が不要となる。

以下では、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1に示すとおり、本発明の液体吐出装置は、本体20と本体20内に形成された円柱状の孔であるバルブ室30と、バルブ室30内で回転自在に挿入された切換バルブ10を主たる要素とする。

切換バルブ10は、一方の底面の軸上に第1開口11が、側面部に第2開口12が形成され、第1開口11と第2開口12とがＬ字形状に連通されている。バルブ室30の開口部付近には周状にシールAがあり、バルブ室30と切換バルブ10との隙間に入った液体が外に漏れないようにシールされている。バルブ室30の底面中心に第1ポート21が形成され、円柱状の孔で形成されたシリンダ13に連通している。切換バルブ10は、回転アクチュエータ29の回転軸と連結されて回転可能になっており、所望の角度回転させることができる。

バルブ室30の側面部には第2ポートと第3ポートとが形成され、挿入された切換バルブ10が回転することで、第2開口12と第2ポート22との連通と、第2開口12と第3ポート23との連通とが切替えられるようになっている。図5に示すように、点線αより上側の円筒上の空間がバルブ室であり、点線αより下側の部分がシリンダ13である。

第2ポートには、ボール弁体24とバネ25とで構成されたチェック弁26が設置され、さらにチェック弁26は液送チューブ27を介して液体貯留容器28に連通する。チェック弁26はボール弁体が液体貯留容器側の弁座に押し付けるように配置され、液体貯留容器から第2ポートに液体を流し、その反対には液体を流さないようになっている。
第3ポートは、液送チューブ27を介して液体吐出口に連通されている。

シリンダ13内には、プランジャ14がその先端がバルブ室30に向くようにして挿入されている。このプランジャ14の後端部は、シリンダ13の奥に形成されたピストンシリンダ室18内を往復摺動するピストン15につながっている。ピストンシリンダ室18の側面の各端部付近に第1エア開口31、第2エア開口32があり、それぞれのエア開口から供給されるエア圧を調整することで、プランジャ14を往復移動させる。シリンダ13とピストンシリンダ室18との間には、周状にシールBがあり、プランジャ14に対して摺動可能にすることでシールして、シリンダ13とピストンシリンダ室18が隔てられている。

ピストン15の外周のピストンシリンダ室18の内壁と摺動する部分にはシールCがあり、第1エア開口31側のエアや第2エア開口32側のエアが反対側に漏れないようになっている。また、ピストンシリンダ室18の後端にストローク調整16ネジが設けられている。ピストン15はこのネジ16の先端に当接するところまでしか後退移動できないので、ストローク調整ネジ16の進出量を設定することによってピストン15とこれに連結されているプランジャ14の移動量が決定し、これにより吐出量を設定することができる。

このような装置は以下のように動作する。
まず、図1に示すように、所望する吐出量に合わせて、ストローク調整ネジ16の進退位置を設定する。回転アクチュエータ29によって切換バルブ10を回転させて、切換バルブ10の第2開口12が第2ポート22と連通するように、すなわち第2開口12が第2ポート22に対向するように位置させる。第1エア開口31を開放し、第2エア開口32からピストンシリンダ室18にエアを吸入することで、プランジャ14を前進させた状態にする。

このような状態において、図2に示すように、第2エア開口32からピストンシリンダ室18のエアを排出し、第1エア開口31からピストンシリンダ室18にエアを吸入すると、ピストン15がストローク調整ネジ16の先端部に当たるまで後退する。ピストン15に連結されたプランジャ14も後退し、シリンダ13内のプランジャ14の占める体積が減り、その分シリンダ13の内容積が増加する。このとき、切換バルブ10は第2開口12と第2ポート22が合い向かう位置、すなわちシリンダ13と第2ポート22が連通した状態にあり、シリンダ13内の容積が増加し圧力が低下しているので、第2ポート22の上流にあるチェック弁26内のボール弁体24がバネ25を縮めることで弁座19から離れ、液体貯留容器28から液体がチェック弁26内を通って第2ポート22のほうに流れ、切換バルブ10の第2開口12を通り第1開口11、そして第1ポート21を通ってシリンダ13内に充填される。

シリンダ13内に液体が充填されると、図3に示すように、シリンダ13内で低下した圧力がもとに戻り、チェック弁26の前後における液体の圧力差が少なくなるので、バネによりボール弁体24が弁座19に押し付けられて、チェック弁26が閉じられる。回転アクチュエータ29によって切換バルブ10を回転させて、切換バルブ10の第2開口12が第3ポート23と連通するように、すなわち第2開口12が第3ポート23に対向するように位置させる。

このような状態において、図4に示すように、第1エア開口31からピストンシリンダ室18のエアを排出し、第2エア開口32からピストンシリンダ室18にエアを吸入すると、ピストン15がピストンシリンダ室18の端部に当たるまで前進する。ピストン15に連結されたプランジャ14も前進し、シリンダ13内のブランジャ14の閉める体積が増え、その分シリンダ13内の容積が減少する。このとき、切換バルブ10は第2開口12と第3ポート23が合い向かう位置、すなわちシリンダ13と第3ポート23が連通した状態にあり、シリンダ13内の容積が減少するので、シリンダ13内の液体が押し出され、第1開口11から、第2開口12、そして第3ポート23を通って、吐出口17から液体が吐出される。
以上のようにして1回の吐出作業が完了する。

本発明の装置では、液体供給側すなわち第2ポート22側にチェック弁26を設けていることで、切換バルブ10とバルブ室30の摺動を緩めにとっても、液体貯留容器28側の液体がチェック弁26でせき止められているために、液体貯留容器28側の液体が切換バルブ10とバルブ室30の隙間を流れて吐出口17から吐出されるような事が無い。特に、液体供給を行いやすくするために液体貯留容器28側の液体を加圧することがあるが、このような場合に効果が大きい。
また、プランジャ14前進時にはチェック弁26で液体供給側はふさがれているので、シリンダ13内の液体が切換バルブ10とバルブ室30との間を流れて、液体貯留容器28側に逆流することが無い。
このように、本発明の装置によれば、切換バルブ10とバルブ室30の摺動を緩めに設定することができ、切換バルブ10とバルブ室30がこすれて屑が発生して、その屑が液体に混ざり吐出口17から吐出されたり、屑が切換バルブ10とバルブ室30との間に挟まり摺動を妨げたりしない。
切換バルブ10とバルブ室30の摺動を緩めに設定したことにより、回転がスムーズになるので、切換バルブ10にねじれなどの無理な力がかかり破損することなどを防止することができる。
第3ポート23側すなわち吐出口17側のポートにはチェック弁26がないため、液体の流れの乱れ、キャビテーションなどによる気泡の発生を防ぐことができる。
この装置は上下左右のどの向きに配置しても使用は可能であるが、プランジャ14の先端が上方を向くように配置して使用することによって、不本意に気泡が発生した場合も、その気泡がシリンダ13内にたまりつづけることが無い。そのため、シリンダ13内に気泡がたまって液体がシリンダ13内に充填される量が減り、吐出量が変化してしまうことが無く、常に安定した吐出量を維持することができる。また、その都度排出されるので、わざわざ気泡抜きを行わなくてもよく作業の効率化が図れる。

回転アクチュエータ29は、切換バルブ10の第2開口12が第2ポート22と対向する位置と、第2開口12が第3ポート23と対向する位置とを、切替えるように所定の角度回転できればどのような機構でもよく、エア式でも、モータのようなものでも良い。
プランジャ14とシリンダ13の内壁とは密着していても、隙間があっても良い。隙間がある場合は、摺動がスムーズになり、摩擦して屑が発生することなどを防止することができる。

図においては、第2ポート22と第3ポート23との角度は、180°となっているが、90°など他の角度でもよい。各部品の接続部や、摺動部などにOリングなどのシール剤を用いてシールすることで、液体やエアの漏れをより防ぐことができる。液体貯留容器28内の液体を加圧することにより、液体の供給を促進し、プランジャ14の後退によってシリンダ13内に液体を充填しやすくなる。
吐出口17の形状は特に限定されず、吐出口17は複数でも単数でも良く、作業の目的に合わせて適宜選択することができる。
図においては、プランジャ14を往復移動させるのに、エアシリンダとピストンによる機構を用いているが、往復移動できるものであれば、他の機構を用いても良い。例えば、カムを用いたり、ボールネジなどの機構を用いたりすることができる。ボールネジを使用した機構ではボールネジの回転数によって移動量を設定でき、調整ネジなどの設定を不要とすることができる。
チェック弁26は、プランジャ14の後退時に開状態になればよく、そのような機能を有する他の開閉弁を利用しても良い。プランジャ14の後退時に連動して開になる制御機構を用いた弁でも良い。

本発明の詳細を実施例によって説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

本実施例の装置は、基本的な構成は図1〜4と同様であるが、図6に示すように、切換バルブ10の代わりにスライド弁51を用い、プランジャ14の往復移動のための駆動手段をピストンによる機構の代わりに、ボールネジ52による機構に変更している。本実施例においても、第2ポート22側のチェック弁26が閉じられていることにより、スライド弁51とバルブ室30の内壁との摺動をゆるく形成することができ、図1〜4の構成と同様の効果を得ることができる。

また、プランジャ14をモータ53によって回転するボールネジ52による機構で往復移動させることができ、モータ53の回転数によって、プランジャ14のストローク量を設定できる。これにより、吐出ごとにモータ53の回転数を変えることで、吐出ごとにプランジャ14のストローク量を変えることができる。

本発明は、吐出・塗布に限らず、液送を目的とするもの全般に応用可能である。

本発明の装置の初期時の平面断面図（ａ）および側面断面図（ｂ）である。 ピストン後退時の平面断面図（ａ）および側面断面図（ｂ）である。 ピストン後退後、弁体回転時の平面断面図（ａ）および側面断面図（ｂ）である。 切換バルブ回転後、ピストン前進時の平面断面図（ａ）および側面断面図（ｂ）である。 バルブ室を説明するための透過斜視図である。 実施例１に係る装置の側面断面図である。

符号の説明

10 切換バルブ
11 第1開口
12 第2開口
13 シリンダ
14 プランジャ
15 ピストン
16 ストローク調整ネジ
17 吐出口
18 ピストンシリンダ室
19 弁座
20 本体
21 第1ポート
22 第2ポート
23 第3ポート
24 ボール弁体
25 バネ
26 チェック弁
27 液送チューブ
28 液体貯留容器
29 回転アクチュエータ
30 バルブ室
31 第1エア開口
32 第2エア開口
51 スライド弁
52 ボールネジ
53 モータ
A，B，C シール

Claims (10)

1. バルブ室内で切換バルブを移動させることにより、バルブ室を介してシリンダおよび液体貯留容器への通路を連通させる第１の位置、並びに、バルブ室を介してシリンダおよび吐出口への通路を連通させる第２の位置を切り換えながらシリンダ内のプランジャを往復させて吐出を行う液体吐出方法であって、
   プランジャが後退するときに、切換バルブを第１の位置とし、かつ、液体貯留容器への通路に設けられた開閉弁を開き、
   プランジャが前進するときに、切換バルブを第２の位置とし、かつ、開閉弁を閉じることを特徴とする液体吐出方法。
2. 開閉弁の開閉は、液体貯留容器からバルブ室へ液体を流し、バルブ室から液体貯留容器への液体の流れをせき止める向きで設置されたチェック弁により自動で行うことを特徴とする請求項1の液体吐出方法。
3. 切換バルブの移動は、切換バルブがバルブ室の内壁面と近接ないし過度の摩擦が生じない程度にバルブ室の内壁面と摺接しながら行うことを特徴とする請求項1または2の液体吐出方法。
4. 切換バルブの移動は、回転軸上の第1開口と第1開口と連通する第2開口を有する切換バルブをバルブ室内で回転させて行うことを特徴とする請求項1，2または3の液体吐出方法。
5. シリンダをプランジャの先端が上向きとなるように配して行うことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの液体吐出方法。
6. プランジャが挿入されたシリンダと、液体吐出口と、切換バルブを備えたバルブ室と、液体貯留容器と、バルブ室と液体貯留容器の間に設けられた開閉弁とから構成され、
   バルブ室は、シリンダと連通する第1ポート、開閉弁と連通可能な第2ポート、液体吐出口と連通可能な第3ポートを有し、
   切換バルブが、バルブ室内で移動することにより第1ポートと第2ポートまたは第1ポートと第3ポートとを連通させることを特徴とする液体吐出装置。
7. 開閉弁は、液体貯留容器から第2ポートへ液体を流し、第2ポートから液体貯留容器への液体の流れをせき止める向きで設置されたチェック弁であることを特徴とする請求項6の液体吐出装置。
8. 切換バルブは、バルブ室の内壁面と近接ないし過度の摩擦が生じない程度にバルブ室の内壁面と摺接しながら移動することを特徴とする請求項6または7の液体吐出装置。
9. 切換バルブは、回転軸上の第1開口と第1開口と連通する第2開口を有し、
   該切換バルブが回転することによってバルブ室内で第1ポートと第2ポートまたは第1ポートと第3ポートとを連通させることを特徴とする請求項6，7または8の液体吐出装置。
10. シリンダは、プランジャの先端が上向きとなるように構成されることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかの液体吐出装置。
    
    
    
    

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