WO2002036270A1

WO2002036270A1 - Piston de seringue pour distributeur de liquides

Info

Publication number: WO2002036270A1
Application number: PCT/JP2000/007685
Authority: WO
Inventors: Kazumasa Ikushima
Original assignee: Musashi Engineering, Inc.
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-10
Also published as: EP1338342A1; HK1058639A1; KR20030055283A; TW547157U; US7878377B2; CN1244410C; KR100518145B1; US20090026226A1; ATE552052T1; JP2000317370A; US7458487B1; CN1455707A; JP3626367B2; EP1338342A4; EP1338342B1

Description

曰月糸田 ¾ 液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャー技術分野

本発明は、シリンジ内に充填された、ペースト状、クリーム状などを呈する電子材料、接着剤その他の液体材料を微量吐出および/または高頻度吐出するに際して用いられる液体ディスペンサーにおいて、シリンジ内液体を常に適正なる圧下で正確に吐出させるのに好適なシリンジ用プランジャーに関するものである。

背景技術

液体ディスペンサーは、液体材料が充填されているシリンジに、加圧ェァをエアパルスとして供給し、そのエアパルスをもって液体材料を押圧することにより、シリンジの先端に取付けたニードルから所定量の液体を微量吐出およびまたは高頻度吐出する目的で、電子工業界等で広く使用されている装置である。このような装置を用いて液体吐出を行う際に、シリンジ内の液面レベルは、その吐出の都度低下することになるが、その液体が中高粘度のものである場合には、シリンジ壁面への液体の付着量が多くなつて、シリンジの中心部の液面レベルだけがとくに低下するという現象が見られた。このような現象が起きた場合には、その液体にエアが貫通することになるため、液体の定量吐出を確実ならしめることが困難であった。そしてこのことは、不透明な液体材料の吐出を行う場合にとくに重大であり、不透明な液体材料が、通常は透明なシリンジの壁面に付着したときには、その液面レベルの低下を外部からの目視によっては確認することができないが故に、加圧エアが液体に貫通したままの状態での吐出作業を継続するおそれがあった。

そこで、かかる現象の発生を防止すべく、シリンジ内に充填された中高粘度の液体材料上に、図 4 ( a ) および図 4 ( b ) に示すような円柱状のプランジャー、図 5に示すように、円柱体の周面にシールリングを配設したプランジャー、図 6に示すように、底付円筒体の周面に上下 2段のフランジを形成したプランジャーなどを配置し、そのプランジャーによって、液体材料の表面全体をほぼ均一に押圧し、かつ、その液体材料の、シリンジ壁面への付着を防止しょうとの試みがなされた。

ところが、かかる従来技術のうち、図 4 ( a ) に示すように、シリンジ aの内径よりわずかに小径の円柱状ブランジャ一bによって液体材料 cを押圧する場合には、その液体材料 cがたとえばクリ一ム半田のように固形物を含むものであるときには、その固形物がシリンジ aと円柱状プランジヤー bとの間に挟み込まれることによって、そのプランジャー bの円滑なる作動が阻害されて、所定量の液体を吐出し得なくなるという問題があつた。一方、円柱状プランジャー bの直径を、図 4 ( b ) に示すように、シリンジ aの内径よりかなり小さくした場合には、それらの間への固形物の挟み込みのおそれはなくなるものの、それら両者間への液体材料の通過量が多くなつて、プランジャ一 bが液体内に沈み込むことになるため、ブランジャー bがそれ本来の機能を有効に発揮することが不可能となる他、外部からの液面レベルの視認もまた不可能となるという問題があつた。

また、図 5に示すように、円柱体の周面にシールリング dを配設したプランジャー eにあっては、シリンジ aとプランジャー eとの間への液体材料の通過は十分に防止し得るものの、軟質なシールリング dの変形下で、それとシリンジとの間に、液体材料に含まれる固形物が挟み込まれることによって、そのプランジャー eの円滑なる作動が妨げられることに加え、シールリング dの、シリンジ壁面に対する摩擦抵抗により、エアパルスによるプランジャー eの適正なる押圧が妨げられるという問題があった。さらに、図 6に示すようなフランジ付きのプランジャー f においては、そのフランジ gとシリンジ aとの摺接により、プランジャー f とシリンジ内壁面との間への液体材料 Cの通過および、液体材料 Cに含まれる固形物の、フランジ gとシリンジ aの内壁面との間へ嚙み込みのそれぞれをともに有効に防止することができるが、そのプランジャー: f に対する加圧エアの供給によって、液体材料 cを.二一ドルから吐出させた場合は、そのブランジャー f への加圧エアの供給を停止した瞬間に、それまで圧縮力を受けていた液体材料 cの圧縮反力により、プランジャー: eにそれを押し戻そうとする力が作用し、これによつて、とくには上側に位置するフランジの下側に、その上方側からエアを吸い込むことがあり、このようにして一旦吸い込まれたエアは、液体材料 Cの通常の吐出工程においては、フランジ gの上方側へ抜け出し得ないのみならず、吐出工程の繰り返しによって、むしろ増加する傾向にあり、このことは、図 5に示すように、円柱体の周面にシールリング dを配設してなるプランジャ一 eにおいてもまたほぼ同様である。

そして、その吸い込みエアの増加に伴い、プランジャーにパルス状に供給される加圧エアの圧力が、圧縮変形を行う吸い込みエアを介して液体材料に伝達されることになるため、それの液体材料への伝達速度が遅くなり、ひいては、ニードルから吐出される液体材料の吐出量に変動をきたし、甚だしくは、液体材料が全く吐出されないことも起り得る。

このような問題点を解決するために、本願の発明者は先に、特開平第 5 - 2 0 0 3 4 3号（米国特許第 5， 3 6 0 , 1 4 6号）として、改善されたプランジャーを提案した。

このプランジャ一は、図 7に示すように、後端部 4がシリンジ内径より幾分小さい外径を有する先細り先端部分 1と、先細り先端部分 1の後方に連続する先細り先端部分の後端部 4より小径の小径胴部 2と、この小径胴部 2のさらに後方に連続し、シリンジ内径より大きい最大外径を有する筒状部分 3と、シリンジの軸線方向にのびて、その筒状部分 3を複数枚の羽根部材 8に分割するスリット 7とを具えて構成される。ところが、この改善提案については、なお次のような解決すべき課題が残されていた。すなわち、先行提案技術においては、プランジャーとシリンジ内壁面との接触が、プランジャー上部に設けた筒状部分 3と、プランジャー下部に設けた先細り先端部分 1の後端部 4との 2箇所において行われているが、後端部 4とシリンジ内壁面との間には、液体材料に含まれることのある固形物の通過を許容するためのクリァランスが存在するため、プランジャーが斜めに傾斜することを完全に防止することはできないということ、また、このような傾きが発生した場合には、プランジャーの最大外径部が、シリンジ内壁面に均等に接触しずらくなると共に、加圧エアーによるプランジャーの推力が下向きだけでなくシリンジ内壁面側にも作用するので、プランジャーの円滑な作動を確保できなくなるという問題があつた。

さらに、このような先行提案技術にかかるプランジャ一は、、その上部に設けた筒状部分 3が比較的に薄肉な円筒形状になっているが、下部に設けた先細り先端部分 1や小径胴部 2は、その軸線方向に中央孔 9が設けられているものの、全体的には比較的に肉厚の形状になっているので、比重の比較的大きな、中高粘度液体材料の微量吐出等に用いられるには適しているが、水やアルコールのような比重の比較的小さな、低粘度液体材料の微量吐出等には適さないという問題がある。

本発明の目的は、上述したような従来技術が抱えるすべての問題を解決した液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャーを提供することにあり、特に、常時シリンジ内壁面との密着性に優れ、かつ、比較的比重の小さな液体材料の.微小吐出に際しても、常に円滑な動作を確保することができるプランジャーを提供するものである。

発明の開示

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とする本発明に想到した。すなわち、本発明の液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャーは、その後端部がシリンジの内径より幾分小さい外径を有する先細り先端部分と、その先細り先端部分の後端部の後方に連続し、かつ、シリンジ内径とほぼ同じ最大外径をその後端部において有するとともに、そこで開口している筒状胴部と、その胴部の開口付近の外周面に結合され、かつ、上記シリンジの内壁面に対して密着状態を保持したままで摺動可能に形成されたつば部材と、からなることを特徴とする。

上記プランジャーにおいて、つば部材は、シリンジの内壁面の周方向に沿った異なる内面領域に密着するような 2つの環状曲面部から形成されるのが好ましい。

また、上記つば部材と筒状胴部との結合部近傍から、筒状胴部の内側に通じる細管路が形成されていることが好ましい。

さらに、プランジャー全体を比較的軟質な樹脂材料から形成することが好ましい。

また、本発明にかかる液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャーは、比較的軟質な弾性を有する樹脂材料から形成され、かつ、全体としてほぼ砲弾状の薄肉中空構造をなし、上記液体材料と加圧エアーとの間に介在されて、そのエアーの圧力を受けて液体材料に伝達するためのプランジャーであって、その後端部がシリンジの内径より幾分小さい外径を有する先細り先端部分と、その先細り先端部分の後端部の後方に連続し、かつ、シリンジ内径とほぼ同じ最大外径をその後端部において有するとともに、そこで開口している筒状胴部と、その胴部の開口付近の外周面に結合され、かつ、上記シリンジの内壁面に弾性的に密着した状態で摺動可能に設けたつば部材と、上記つば部材と筒状胴部との結合部近傍から、上記筒状胴部の内側に通じる細管路と、から構成されることを特徴とする。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施形態を示す斜視図、図 2は図 1の概略的な縦断面図、図 3は図 1における部分拡大図、図 4は従来例を示す概略的な縦断面図、図 5は他の従来例を示す概略的な縦断面図、図 6は他の従来例を示す概略的な縦断面図、図 7はさらに他の従来例を示す概略的な縦断面図である 0

発明を実施するための最良の形態

本発明にかかる液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャーは、シリンジ内壁面に沿った上下方向への移動が、筒状胴部の外周面に結合されたつば部材が、シリンジの内壁面との密着状態を常時保持したまま行うことができるという点にある。

このような構成によれば、プランジャーの、シリンジに対する傾きがなくなるので、プランジャ一の常に円滑な摺動を担保することができる。また、上記プランジャーにおいて、シリンジ内壁面と面接触するつば部材を、シリンジの内壁面の周方向に沿った異なる内面領域に密着するような 2つの環状曲面部から構成することが好ましい。

このような構成は、つば部材のシリンジ内壁面への面接触を、より安定的なものとすることができるので、プランジャーの姿勢の傾きを阻止することができ、かつ、そのような密着状態を保ったままでプランジャーの軸方向への移動をさらに円滑にすることができるためである。

また、上記つば部材と筒状胴部との結合部近傍から、筒状胴部の内側に通じる細管路が形成されていることが好ましい。この細管路は、液体材料中に含まれる空気をプランジャーの外側へ排出させる機能を有しており、これによつて、つば部材とシリンジ内壁面との接触境界面への空気の巻き込みを阻止することができ、より安定した液体材料の吐出を行なうことが ui来る。

さらに、プランジャー全体を、テフロン樹脂等の比較的軟質な弾性を有する樹脂材料から形成し、かつ、ほぼ砲弾状の薄肉中空構造をなして形成することが好ましい。これによつて、プランジャー全体の重量を軽くすることができるので、比重の小さい液体材料の吐出に適したものとすることができ、また、つば部材に弾性を付与することができるので、加圧エア一を受けた際に、プランジャー全体がすり鉢状に広がり、とくに筒状胴部の後端部付近がシリンジ内壁面方向に広がり、それによつて、つば部材がシリンジ内壁面に弾性的に一層強く密着されるとともに、その密着状態を保つたままで移動されるので、液体材料をきれいに搔き取りながら吐出作業を行うことができる。

このようなプランジャーにおいては、それのシリンジへの挿入に際し、筒状胴部の外周面に結合されたつば部材が、その璟状曲面をシリンジ内壁に密着させた状態で、プランジャーの、シリンジに対する傾きを十分に防止して、それの、常に適正なる挿入を担保している。

また、この挿入に際し、先細り先端部分は、空気はもちろん、液体材料を、たとえそこに固形物が含まれている場合であっても、その後端部とシリンジとの間の適正なるクリアランスの下で、筒状胴部側へ押出す。この一方において、シリンジの上方側に押出された液体材料は、固形物の含有の有無を問わず、縮径方向への弾性変形状態でシリンジに嵌まりこむその筒状胴部、ひいては、各つば部材によって、その下方に有効に堰止められる。

従ってここでは、シリンジ内へのプランジャーの揷入および、その後に続く吐出作業においても、液体材料の、シリンジ壁面への付着残留が、その壁面の周方向の大部分への、つば部材の弹性的な密着によって効果的に防止されることになり、シリンジ壁面と、つば部材との間への固形物の挟み込みもまた確実に防止されることになる。すなわち、シリンジ内壁面に付着する液体材料をきれいに搔き取ることができ、液面の位置をはっきりと視認することができる。

そして、シリンジ内へ挿入したプランジャーに、加圧エアをパルス状に供給した場合は、その加圧エアは、プランジャーを介して液体材料を間接的に押圧し、このことにより、液体材料は、シリンジの先端部に取付けられた二一ドルから、エア圧力およびパルス長に応じた所定量だけ正確に吐出れる o

なお、このような吐出工程において、液体材料に含まれている固形物がつば部材に達することがあっても、そのつば部材は、シリンジ壁面に、弾性変形状態にて密接に面接触じていることから、前述したように、その固形物がつば部材をシリンジとの間に挟み込まれるおそれは全くなく、それ故に、プランジャーの、常に円滑な作動が確保されることになる。

実施例

以下、本発明の実施形態について、図面を参照にして説明する。

図 1は、本発明によるプランジャーの概略的な斜視図、図 2は縦断面図、図 3は図 2における要部拡大図である。

ここで、図中 1 0は、テフロン樹脂等の弾性を有する軟質材料から形成され、全体として砲弾状の薄肉中空構造のプランジャーを示し、 1 2は、先円錐状その他の形状とすることができる先細り先端部分を、 1 4は、先細り先端部分 1 2の後方に連続する、直円筒状、少なくとも外径が後方にむけて漸増する円筒形状、後方端部分だけが均一の内外径を有する円筒形状などの適宜形状をなす薄肉の筒状胴部を示し、これらの各部分は、同一の軸線上に位置する。

上記先細り先端部分 1 2の後端部 1 6の外径は、シリンジ 1 8の内径より幾分小さな径として、それらの間を、空気および液体材料 1 1はもちろん、その液体材料 1 1に含まれることのある固形物も通過、流動可能ならしめている。

そして、先細り先端部分 1 2の後端部 1 6の後方に連続する筒状胴部 1 4の外径は、後端部 1 6から離れるにしたがって次第に拡径し、その後端部 2 0において最大外径となる。この最大外径は、シリンジ内径とほぼ同じ寸法とし、これにより、それのシリンジ 1 8への嵌め合わせ状態においては、後述するように、その筒状胴部 1 4の外周面に結合したつば部材 2 4を、その弾性変形によって、シリンジ内壁面 2 6に十分緊密に面接触させて、それらの間への固形物の侵入および、シリンジ壁面への液体材料 1 1の付着残留をほぼ確実に防止する。

ところで、筒状胴部 1 4は、その後端部 2 0において符号 2 2で示されるように開口されており、その開口周縁部付近には、つば部材 2 4が結合されている。この実施形態におけるつば部材 2 4は、筒状胴部 1 4と一体的に形成されており、筒状胴部 1 4の開口周縁に対応する位置に第 1の環状曲面 3 0を、そこから先細り先端部分 1 2寄り'に離れた位置に第 2の環状曲面 3 2をそれそれ、シリンジ内壁面に対する摺動面に形成しており、そしてそれらの 2つの環状曲面 3 0および 3 2の間にはそれらを接続する凹曲面 3 4が形成されている。

各環状曲面 3 0， 3 2は、シリンジ 1 8の内壁面 2 6に密着するような形状、すなわち、シリンジ内径よりもやや大きな外径を有する円筒の外周面の一部と同じ形状に形成されており、プランジャー 1 0のシリンジ 1 8 への嵌め合わせ状態および軸方向への移動に際しては、弾性変形を受けて、シリンジ内壁面 2 6に密着し、その密着状態を保持したまま摺動できるように構成される。

このようなつば部材 2 4、ひいては、環状曲面 3 0 , 3 2が、それの弾性変形下にてシリンジ壁面 2 6にぴったりと面接触することから、シリンジの内径の幾分のばらつきを十分に吸収することができる。

また、上記つば部材 2 4のつけ根近傍、すなわち、図 1に示すように、液体材料 1 1の液面付近にある筒状胴部 1 4の外周面から、その内側に通じる一対の細管路 3 6が対向した位置に設けられ、液体材料中に含まれる空気や、ごく一部の液体材料がそれらの通路を通って外部に排出されるようになつている。

そしてまた図示例では、先細り先端部分 1 2の内側中央部分に、カラム 3 8を立設し、このカラム 3 8の頂部から底部に向かうねじ孔を設けて、開示しない雄ねじ部材を螺合できるように構成し、進出限位置まで押し込まれたブランジャー 1 0を、シリンジ 1 8から容易に抜き取り可能にするものであり、また、シリンジ 1 8内の液面レベルを近接センサ一その他をもって計測する場合の、検知部材のねじ込み固定を可能にするものである。以上のように構成してなるプランジャーの作用を簡単に説明する。

予め、液体材料 1 1を充填したシリンジ 1 8内へプランジャ一 1 0を揷入する場合には、手指により、または押込具を用いて、そのプランジャー 1 0をシリンジ 1 8の軸線方向に向けて押込むことにより、プランジャーは、つば部材 2 4の 2つの環状曲面 3 0 , 3 2のシリンジ内壁面 2 6への面接触によって、シリンジ 1 8に対する傾きを防止されてシリンジ内へ円滑に進入する。

ここで、先細り先端部分 1 2が液体材料 1 1内へ進入すると、液体材料の一部が、その先細り先端部分 1 2によって、押しのけられ、さらに進行すると、それらの液体材料 1 1は、先細り先端部分 1 2の後端部 1 6とシリンジ内壁面 2 6との間を迅速に通過して、筒状胴部 1 4、ひいては、つば部材 2 4に達する。

なお、液体材料 1 1の一部および封入エアがこのようにして、つば部材 2 4に到達するに先だち、つば部材 2 4の周りに予め存在するエアは、液体材料 1 1および封入エアがつば部材 2 4の周りに流入するにつれて、筒状胴部 1 4に設けた細管路 3 8を経て外側へ徐々に排出されることになる, ところで、プランジャーをシリンジ内へ押込むに当り、液体材料 1 1に含まれる固形物がつば部材 2 4まで達することがあっても、そこでは、つば部材 2 4の環状曲面がシリンジ壁面に緊密に接触していることから、固形物がそれらの間に入り込む余地はなく、従って、固形物の挟み込みのおそれは全くない。

このようなプランジャー各部の作用は、その押込みに際してのみならず、その後に続く吐出工程においても全く同様である。

少し具体的に説明する。シリンジ 1 8内に加圧エアーが吹き込まれると、プランジャー 1 0の筒状胴部 1 4が全体的に外側に広がり、この時、開口部 2 2は、すり鉢状に広がるので、第 1環状曲面 3 0のシリンジ内壁面 2 6への密着度がより一層強くなることになる。

プランジャー 1 0を、先細り先端部分 1 2から筒状胴部 1 4の後端部に向かって、その肉厚が徐々に薄くなるように形成すれば、加圧エア一の圧力を受けた場合には、特に、筒状胴部の後端部付近が、すり鉢状に微妙に広がることになる。したがって、第 1環状曲面 3 0がシリンジ内壁面 2 6 へのより一層の密着度を保ったままで軸方向に移動可能であるため、液体材料をきれいに搔き取りながら吐出作業を行うことができる。一方、この時、第 2環状曲面 3 2は、シリンジ内壁面 2 6に密着しているものの、シリンジ内壁面方向への広がりは少ないので、第 1環状曲面 3 0のような強い密着状態とはならない。したがって、プランジャ一 1 0が加圧されることによって、凹曲面 3 4の全体がシリンジ内壁面 2 6に密着するような弾性変形は起こらず、ブランジャー 1 0の円滑な移動を妨げるものではない。そしてその後は、プランジャー 1 0に、加圧エアをパルス状に供給する毎に、、第 1環状曲面 3 0がシリンジ内壁面 2 6の方向に広がって、一層強く弾性密着すると共に、その状態でスムーズに移動可能であり、それによつて液体材料 1 1の吐出を行うことができる。そして、吐出量が所定値に達したときに、加圧エアの供給を停止すれば、第 1環状曲面 3 0は弾性復元力によってシリンジ内壁面と反対方向に広がって元の接触状態にもどることになる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、プランジャーのシリンジ内壁面に沿った移動が、筒状胴部に結合したつば部材とシリンジ内壁面とが常時密着した状態で行うことができ、特に加圧エアーを受けた時に、つば部材はより一層強くシリンジ内壁面に密着するとともにシリンジ内壁面に沿って摺動されるので、プランジャーのシリンジに対する傾きを無くすることができ、かつ、シリンジ内でのプランジャーの作動を常に円滑ならしめることができる。また、シリンジ内壁面に付着する液体材料をきれいに搔き取ることができるので、シリンジの外側から液面レベルの視認が極めて容易となる。さらに、プランジャーに作用するエア圧力を、液体材料に直接的に伝達して、所期した通りの量の液体を確実に吐出させることができ、併せて、圧縮された吸込みエアが加圧エアの供給停止後に再膨張することに起因する、二一ドル先端からの液体材料のたれ落ちをほぼ完全に防止することができる。

産業上の利用可能性

本発明の液体ディスペンザ一のシリンジ用プランジャーは、シリンジ内壁に弾性的に密着するつば部材を有し、その弾性的密着状態を保持したままプランジャーの軸方向へのスライドを可能としたものであり、中高粘度の液体材料だけでなく低粘度の液体材料の微小吐出 Z高頻度吐出に際しても、常に円滑な動作を確保できるので、電子工業界等における液体定量吐出装置に好適に使用され得る。

Claims

請求の範囲

1 . その後端部がシリンジの内径より幾分小さい外径を有する先細り先端部分と、その先細り先端部分の後端部の後方に連続し、かつ、シリンジ内径とほぼ同じ最大外径をその後端部において有するとともに、そこで開口している筒状胴部と、その胴部の開口付近の外周面に結合され、かつ、上記シリンジの内壁面に対して密着状態を保持したままで摺動可能に形成されたつば部材と、からなることを特徴とする液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャー。 .

2 . 上記つば部材は、シリンジの内壁面の周方向に沿った異なる内面領域に密着するような 2つの環状曲面部からなることを特徴とする請求項 1に記載の液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャー。

3 . 上記つば部材と筒状胴部との結合部近傍から、上記筒状胴部の内側に通じる細管路が形成されていることを特徴とする請求項 1 または 2に記載の液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャー。

4 . シリンジに充填された接着剤、樹脂等の液体材料を圧縮ェァ一で押圧して、シリンジ先端に接続された二一ドルからその液体を微量吐出させる液体ディスペンサーにおいて、比較的軟質な弾性を有する樹脂材料から形成され、かつ、全体としてほぼ砲弾状の薄肉中空構造をなして、上記液体材料と加圧エアーとの間に介在されて、そのエア一の圧力を受けて液体材料に伝達するためのプランジャーであつて、

その後端部がシリンジの内径より幾分小さい外径を有する先細り先端部分と、その先細り先端部分の後端部の後方に連続し、かつ、シリンジ内径とほぼ同じ最大外径をその後端部において有するとともに、そこで開口している筒状胴部と、その胴部の開口付近の外周面に結合され、かつ、上記シリンジの内壁面に弾性的に密着した状態で摺動可能に設けたつば部材と、上記つば部材と筒状胴部との結合部近傍から、上記筒状胴部の内側に通じる細管路と、からなることを特徴とする液体ディスペンサーのシリンジ用プランジャー。