JP4766445B2

JP4766445B2 - 液状体吐出用バルブ

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Publication number: JP4766445B2
Application number: JP2005194629A
Authority: JP
Inventors: 英昭渡辺; 昌章小石; 俊樹丸山; 武渋谷; 秀一三浦; 仁三浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: JP2007007619A

Description

本発明は液状体吐出用バルブに関し、特に高い精度で所定量の高粘性液状体を吐出可能な液状体吐出用バルブに関する。

タンクに貯留されている高粘性液状体を所定量ずつ小さなポッドへ注入する自動充填機が従来より用いられている。自動充填機は、タンクと、ポッドと、一端がタンク内部に連通し高粘性液状体通路を画成する管部材とを有する。管部材の他端にはプランジャを有するバルブが設けられている。タンク内には高粘性液状体が貯留されており、高粘性液状体は高粘性液状体通路を通ってバルブ内に充填されバルブから吐出され、プランジャが駆動することによりバルブからの吐出が終了するように構成されている。

特開２００３−２１２２１４号公報（特許文献１）には、液状体吐出用バルブたる充填弁が記載されている。充填弁はプランジャたる弁体と筒状体とを備えており、弁体は筒状体の内周面により画成される空間内において筒状体の軸方向へ移動可能である。弁体は筒状体の一端に形成された開口部を画成する弁座に圧接可能であり、圧接しているときに充填弁が閉鎖されるように構成されている。また、弁体が弁座から離間しているときに充填弁が開放されるように構成されている。

また、筒状体には液状体流入孔が形成されており、液状体流入孔には液状体供給管が接続されている。液状体供給管には、ホットメルト接着剤が供給可能に構成されている。

液状体供給管に供給されたホットメルト接着剤は、筒状体内に流入して筒状体内に充填される。弁体が弁座から離間することにより筒状体内に充填されたホットメルト接着剤は、弁座により画成される開口部から吐出される。その後、弁体が弁座に圧接されて重点弁が閉鎖されると、弁座により画成される開口部からのホットメルト接着剤の吐出が終了する。
特開２００３−２１２２１４号公報

しかし、上述の液状体吐出用バルブたる充填弁では、液状体を吐出した後、充填弁を閉じたときに、高粘度液状体が弁座の設けられている筒状体先端の外側へ回り込んで付着することがあった。このように液状体が筒状体の外側へ回り込んで付着すると、当該付着した分だけ吐出される液状体の量が減り、吐出される液状体の量を高い精度で管理することができなくなる。

特に、電子部品の製造に用いられる導電性材料からなるペーストを液状体として吐出する場合には、１つの電子部品の寸法は極めて小さく当該電子部品の製造に用いられる液状体の量は微量であるため、例えば、２ｋｇ±１ｇといった極めて高い精度で吐出量の管理を行う必要がある。このような場合に、液状体が筒状体の外側へ回り込み当該外側に位置に付着してしまうと、吐出量の管理が極めて困難になっていた。

また、自動充填機では、外側に付着した液状体がポッドに垂れ終わったときに吐出量が所望の値となるようになっているため、高い精度で吐出量の管理を行うためには外側に付着した液状体が垂れ終わるまで待つ必要があり、このため、自動充填機によるポッドへの充填の時間が長くなっていた。

そこで、本発明は、液状体が筒状体の外側へ回り込むことを防止して、吐出量の管理を高い精度で行い、充填時間を短縮することが可能な液状体吐出用バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は貫通孔に連通する液状体流入孔が形成され、該貫通孔内空間の少なくとも一部であって該貫通孔の一端の開口端部側が液状体受容空間として作用する筒状体と、該液状体流入孔を該液状体受容空間と連通させると共に先端部と該貫通孔との協働により該液状体受容空間を画成する液状体受容位置と、該液状体流入孔を閉鎖するとともに該液状体受容空間内の液状体を外部に排出する液状体排出位置との間で該貫通孔に対して摺動移動可能で、該摺動方向と直交する外形の断面形状が該貫通孔の断面形状と略一致するプランジャと、該液状体流入孔に接続される液状体供給部とを備え、該プランジャの液状体排出位置では、該プランジャ先端部が該筒状体開口端よりも突出すると共に、該プランジャの該先端部は、該プランジャ外周面と先端面とのなす角度が鋭角の凹部形状をなし、半球状をなす曲面からなり、該プランジャの内部には、該プランジャの該先端面に開口しガス供給装置に接続可能なガス噴出通路が形成されている液状体吐出用バルブを提供している。

摺動方向と直交するプランジャの外形の断面形状が貫通孔の断面形状と略一致し、プランジャが液状体排出位置にあるときに液状体流入孔を閉鎖するため、液状体の流路に液状体が外気の触れて乾燥し固化することによる詰まりが発生することを防止することができる。

更に、プランジャの液状体排出位置では、プランジャ先端部が筒状体開口端よりも突出すると共に、プランジャの先端部は、プランジャ外周面と先端面とのなす角度が鋭角の凹部形状をなしているため、筒状体開口端の外側へ液状体が回り込むことを抑制することができる。このため、筒状体の開口端の外側に付着する液状体の量を極力減らすことができ、その付着した液状体が、吐出先であるポッド等へ全て垂れ終わるまでにかかる時間を極力短縮することができる。また、液状体が回り込み付着する液状体の量を抑制できるため、吐出される液状体の量を高い精度で管理することができる。

また、プランジャの先端面は曲面からなるため、液状体がプランジャの外側のみならず、筒状体開口端の外側へ回り込むことをより効果的に防止することができる。

また、プランジャの内部には、プランジャの先端面に開口しガス供給装置に接続可能なガス噴出通路が形成されているため、プランジャの先端面に付着した液状体をガスによって吹き飛ばすことができる。更に、プランジャの先端面が曲面からなる場合には、液状体がプランジャの摺動軸の仮想延長線から離間する方向へ吹き飛ばされることを極力防止することができる。

以上により、液状体が筒状体の外側へ回り込むことを防止して、吐出量の管理を高い精度で行い、充填時間を短縮することが可能な液状体吐出用バルブを提供することができる。

本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブについて図１〜図４を参照しながら説明する。先ず液状体吐出用バルブが設けられている液状体自動充填装置について説明する。図１に示されるように、液状体自動充填装置１は、供給バルブ１１と、圧力容器１２と、出口バルブ１３と、絞りバルブ１４と、液状体吐出用バルブたるシャットバルブ２０と、これらを互いに接続する管部材１５と、ポッド１６と、計量器１７と、液状体供給装置を構成する材料タンク１８、真空バルブ１２Ａとを備えている。また、供給バルブ１１と真空バルブ１２Ａと後述の加圧バルブ１２Ｂと出口バルブ１３と絞りバルブ１４と液状体吐出用バルブたるシャットバルブ２０と計量器１７とにそれぞれ接続され、これらを制御する制御装置１９を備えている。

供給バルブ１１は、管部材１５により材料タンク１８と出口バルブ１３とに接続されている。また、供給バルブ１１と出口バルブ１３とを接続する管部材１５は途中で分岐しており、圧力容器１２は当該分岐している管部材１５に接続されている。真空バルブ１２Ａは圧力容器１２に接続されており、真空バルブ１２Ａには図示せぬ真空装置が接続されている。出口バルブ１３が閉じた状態で供給バルブ１１と真空バルブ１２Ａとを開くことにより、圧力容器１２内を負圧として材料タンク１８から圧力容器１２へ液状体を供給可能である。

圧力容器１２には加圧バルブ１２Ｂが接続されており、加圧バルブ１２Ｂには図示せぬ加圧装置が接続されている。加圧バルブ１２Ｂが開くことにより圧力容器１２内の液状体を加圧可能である。供給バルブ１１と真空バルブ１２Ａとが閉じており出口バルブ１３と絞りバルブ１４とが開いた状態で加圧バルブ１２Ｂを開くことによりにより圧力容器１２内の液状体を加圧することによって、圧力容器１２内の液状体をシャットバルブ２０へと供給できるように構成されている。

シャットバルブ２０の鉛直下方にはポッド１６が配置されており、シャットバルブ２０からポッド１６へと液状体を吐出可能である。ポッド１６は計量器１７上に載置されており、シャットバルブ２０からポッド１６内へ吐出された液状体の量を計量器１７により計測可能である。使用される液状体は、Ｎｉ粉とチタン酸バリウムとターピネオールとを有する高粘性のニッケルペーストであり、温度は２５℃に保持され、比重は２であり、粘度は１０ＰａＳである。

次に、液状体吐出用バルブたるシャットバルブ２０について説明する。図２、図３に示されるようにシャットバルブ２０は、略円筒形状の筒状体２１とプランジャ２２と液状体供給管２３とを備えている。筒状体２１の一端と他端とにおいては、筒状体２１の内周面により画成される空間がそれぞれ開口して一端部開口端２１Ａと他端部開口端２１Ｂとをなしており、一端部開口端２１Ａと他端部開口端２１Ｂとを結ぶ方向は鉛直方向に一致し、一端部開口端２１Ａは他端部開口端２１Ｂに対して鉛直下方に位置している。

筒状体２１の一端部開口端２１Ａ寄りの部分は、内径及び外径の小さい縮径部２１Ｃをなしており、他端部開口端２１Ｂ寄りの部分は、縮径部２１Ｃよりも内径及び外径が大きな拡径部２１Ｄをなしている。筒状体２１の他端部開口端２１Ｂには図示せぬピストンを有するエアシリンダ２４が固定されて設けられており、エアシリンダ２４から拡径部２１Ｄの内周面により画成される空間内へ向けて、図示せぬピストンに接続されたピストン軸２４Ａが延出している。ピストン軸２４Ａは、拡径部２１Ｄ内において連結部材２５を介してプランジャ２２に接続されている。エアシリンダ２４には、図示せぬエア供給装置が接続されており、エアシリンダ２４内にエアを供給可能である。筒状体２１の縮径部２１Ｃと拡径部２１Ｄとが接続されている筒状体２１の部分の内周面には、後述のプランジャ２２と筒状体２１との間でシールを行うためのシール部材２６が設けられている。

拡径部２１Ｄの所定の位置には一対の長穴２１ａ、２１ａが形成されている。一対の長穴２１ａ、２１ａは、筒状体２１の直径方向の位置にそれぞれ形成されており、その長手方向は鉛直方向へ指向し、筒状体２１の他端部開口端２１Ｂ近傍から、拡径部２１Ｄと縮径部２１Ｃとの接続位置近傍へ至るまで形成されている。

縮径部２１Ｃの内周面により画成される空間は貫通孔内空間２１ｂをなし、図２に示されるように、貫通孔内空間２１ｂの一部であって筒状体２１の一端部開口端２１Ａ側の部分は、液状体が流入する液状体受容空間２１ｃをなす。縮径部２１Ｃの液状体受容空間２１ｃを画成する部分には、図２に示されるように、縮径部２１Ｃの側面２１Ｅと液状体受容空間２１ｃを画成する縮径部２１Ｃの内周面とにそれぞれ開口する液状体流入貫通孔２１ｄが形成されている。また、液状体供給管２３は、液状体流入貫通孔２１ｄが形成されている縮径部２１Ｃの側面２１Ｅから水平方向へ延出して設けられており、このため、液状体流入貫通孔２１ｄは、液状体供給管２３の内周面により画成される空間内に開口している。

液状体供給管２３の延出端は、図２、図３に示されるように、一端が絞りバルブ１４（図１）に接続されている液状体自動充填装置１の管部材１５の他端に接続されている。液状体供給管２３は液状体供給部に相当し、液状体流入貫通孔２１ｄは液状体流入孔に相当する。

プランジャ２２は略円柱形状をなしており、図２、図３に示されるように、軸方向が鉛直方向に指向している。プランジャ２２の上端部は拡径部２２Ａとなっており、その他の部分は、筒状体２１の縮径部２１Ｃの内径と略同一の外径を有する縮径部２２Ｂとなっている。より正確には、プランジャ２２の縮径部２２Ｂの外径は筒状体２１の縮径部２１Ｃの内径よりも僅かに小さく、縮径部２１Ｃの内周面により画成される貫通孔内空間２１ｂ内を摺動可能である。

液状体は高い粘性を有しているため縮径部２１Ｃの内周面とプランジャ２２の縮径部２２Ｂの周面との間へ進入してゆくことを防止することができる。液状体が進入して行くと外気に触れることとなり、液状体受容空間２１ｃ内に、液状体が外気に触れて乾燥し固化することによる詰まりが発生するが、このように進入しないため、詰まりの発生を防止することができる。

プランジャ２２の縮径部２２Ｂは、エアシリンダ２４が駆動することにより、貫通孔内空間２１ｂにおいて、比較的鉛直上方の位置である液状体受容位置と、比較的鉛直下方の位置である液状体排出位置との間で摺動可能である。プランジャ２２の縮径部２２Ｂが液状体受容位置にあるときには、図２に示されるように、プランジャ２２は液状体流入貫通孔２１ｄに対向していないため、液状体流入貫通孔２１ｄを介して液状体受容空間２１ｃと液状体供給管２３の内周面により画成される空間とが連通する。液状体受容空間２１ｃは、プランジャ２２の下端部たる先端部の先端面たる下端面２２Ｃと、筒状体２１の縮径部２１Ｃの内周面とにより画成される。

プランジャ２２の縮径部２２Ｂが液状体排出位置にあるときには、図３に示されるように、プランジャ２２は液状体流入貫通孔２１ｄに対向しており、液状体流入貫通孔２１ｄが閉鎖される。また、プランジャ２２の先端部は筒状体２１の一端部開口端２１Ａから突出し、プランジャ２２によって液状体受容空間２１ｃ内の液状体は、筒状体２１の外部へ排出されるように構成されている。このようにプランジャ２２の先端部たる下端部が筒状体２１の一端部開口端２１Ａから突出するため、筒状体２１の一端部開口端２１Ａの外側へ液状体が回り込むことを抑制することができる。

図４に示されるように、プランジャ２２の下端部を構成する下端面２２Ｃは曲面により構成されている。下端面２２Ｃは半球状をなす曲面により構成されており、当該半球の直径位置は、プランジャ２２の下端に一致しプランジャ２２の縮径部２２Ｂの外周面である側面２２Ｄに接続されている。従って、プランジャ２２の下端面２２Ｃとプランジャ２２の縮径部２２Ｂの側面２２Ｄとは、その接続位置であるプランジャ２２の下端の位置において、図４に示されるように鋭角をなしており、半球状をなす曲面によって構成される下端面２２Ｃは、鉛直下方へ開口する凹部形状となっている。半球状をなしているプランジャ２２の下端面２２Ｃの半径は５ｍｍであり、プランジャ２２の下端において下端面２２Ｃにより画成される凹部形状の部分の当該下端部における開口の径は、１０ｍｍである。

プランジャ２２の下端部がこのように構成されているため、筒状体２１の一端部開口端２１Ａの外側へ液状体が回り込むことを抑制することができる。このため、筒状体２１の一端部開口端２１Ａの外側に付着する液状体の量を極力減らすことができ、その付着した液状体が、吐出先であるポッド１６へ全て垂れ終わるまでにかかる時間を極力短縮することができる。また、このように回り込み付着する液状体の量を抑制できるため、シャットバルブ２０から吐出される液状体の量を高い精度で管理することができる。また、プランジャ２２の下端面２２Ｃは曲面からなるため、液状体がプランジャ２２の外側のみならず、筒状体２１の一端部開口端２１Ａの外側へ回り込むことをより効果的に防止することができる。

プランジャ２２の内部にはガス噴出通路２２ａが形成されている。ガス噴出通路２２ａは、図２、図３に示されるように、プランジャ２２の下端面２２Ｃにおいて開口し、プランジャ２２の軸心位置に沿ってプランジャ２２の下端面２２Ｃからプランジャ２２の拡径部２２Ａ内の所定の位置に至るまで延出して形成され、垂直に折曲がり、拡径部２２Ａの側面２２Ｅにおいて開口している。プランジャ２２の縮径部２２Ｂ内におけるガス噴出通路２２ａの径は２ｍｍである。

拡径部２２Ａの側面２２Ｅにおいて開口するガス噴出通路２２ａの開口部には、図２、図３に示されるように、ガス供給管２７が接続されている。ガス供給管２７は、筒状体２１の長穴２１ａを通って筒状体２１外部へ延出しており、図示せぬガス供給装置に接続されている。図示せぬガス供給装置が高圧でガスを供給し、ガス噴出通路２２ａを介してプランジャ２２の下端面２２Ｃにおける開口からガスを吐出可能に構成されている。ガスを吐出することにより、プランジャ２２の下端面２２Ｃに付着した液状体を吹き飛ばすことができる。この際、プランジャ２２の下端面２２Ｃが曲面により構成されているため、液状体がプランジャ２２の軸心の仮想延長線から離間する方向へ吹き飛ばされることを極力防止することができる。

液状体吐出用バルブたるシャットバルブ２０が設けられている液状体自動充填装置１の動作については以下のとおりである。先ず、制御装置１９は、出口バルブ１３を閉じるとともに供給バルブ１１と真空バルブ１２Ａとを開いて材料タンク１８から圧力容器１２内へ液状体を注入する。次に、制御装置１９は供給バルブ１１と真空バルブ１２Ａとを閉じ、加圧バルブ１２Ｂを開くことにより圧力容器１２内の液状体を加圧し、出口バルブ１３と絞りバルブ１４とを開き、また、図２に示されるように、シャットバルブ２０のプランジャ２２を液状体受容位置へ移動させる。このことにより、液状体は、管部材１５を介して出口バルブ１３、絞りバルブ１４、液状体流入貫通孔２１ｄを通ってシャットバルブ２０の液状体受容空間２１ｃ内へ注入され、筒状体２１の一端部開口端２１Ａからポッド１６へと吐出される。

ポッド１６ヘ液状体を吐出している間中計量器１７により液状体の量が計測され続け、ポッド１６へ吐出すべき定量よりも所定の量だけ少ない量がポッド１６へ吐出されたことを計量したときに、定量前信号が計量器１７から制御装置１９へ出力され、定量前信号に基づき制御装置１９は絞りバルブ１４を閉じる。次に、ポッド１６へ吐出すべき定量が計量されたときに、定量信号が計量器１７から制御装置１９へ出力され、定量信号に基づき制御装置１９は、図３に示されるように、シャットバルブ２０のプランジャ２２を液状体排出位置へと摺動させ、シャットバルブ２０を閉じる。ここで、定量とは、２ｋｇ±１ｇという高い精度の量である。

次に、図示せぬガス供給装置から高圧でガスを供給し、ガス噴出通路２２ａを介してプランジャ２２の下端面２２Ｃにおける開口からガスを吐出し、プランジャ２２の下端面２２Ｃに付着した液状体を吹き飛ばす。以上で１回のポッド１６への定量の液状体の吐出を終了する。実際には以上の一連の工程を繰返し行う。

本発明による液状体吐出用バルブは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、筒状体は略円筒形状をなしていたが、これに限定されず、例えば、外形が角柱状の筒状体をなしていてもよい。また、筒状体の内周面により画成される空間が角柱形状をなしている場合には、図５に示されるようにこれに伴いプランジャ１２２も当該角柱形状と略同一の角柱状をなす。この場合であっても、プランジャ１２２の下端面１２２Ｃは曲面により構成され、下端面１２２Ｃとプランジャ１２２の側面１２２Ｄとは鋭角をなす。

また、プランジャ２２や筒状体２１の寸法は、上述の実施例の値に限定されない。また、プランジャ２２の下端面２２Ｃは半球形状をなしていたが、半球に限定されず、例えば楕円形状等であってもよい。また、使用される液状体は上述のニッケルペーストに限定されない。高粘性を有する液状体であればよい。また、本実施の形態では、エアシリンダ２４によってプランジャ２２を摺動させたが、これに限定されない。例えば、油圧シリンダ等を用いてもよい。

本発明の液状体吐出用バルブは、高粘性のニッケルペースト等の液状体の吐出と吐出停止との切替えを行い、高い精度での吐出量の管理が要求されるバルブの分野等において特に有用である。

本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブを備える液状体充填装置を示す概略図。本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブのプランジャが、液状体受容位置にある状態を示す断面図。本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブのプランジャが、液状体排出位置にある状態を示す断面図。本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブのプランジャの先端部面及びその近傍を示す要部断面図。本発明の実施の形態による液状体吐出用バルブのプランジャの変形例を示す斜視図。

符号の説明

２０シャットバルブ
２１筒状体
２１Ａ一端部開口端
２１ｂ貫通孔内空間
２１ｃ液状体受容空間
２１ｄ液状体流入貫通孔
２２プランジャ
２２Ｃ下端面
２２Ｄ側面
２２ａガス噴出通路
２３液状体供給管

Claims

貫通孔に連通する液状体流入孔が形成され、該貫通孔内空間の少なくとも一部であって該貫通孔の一端の開口端部側が液状体受容空間として作用する筒状体と、
該液状体流入孔を該液状体受容空間と連通させると共に先端部と該貫通孔との協働により該液状体受容空間を画成する液状体受容位置と、該液状体流入孔を閉鎖するとともに該液状体受容空間内の液状体を外部に排出する液状体排出位置との間で該貫通孔に対して摺動移動可能で、該摺動方向と直交する外形の断面形状が該貫通孔の断面形状と略一致するプランジャと、
該液状体流入孔に接続される液状体供給部とを備え、
該プランジャの液状体排出位置では、該プランジャ先端部が該筒状体開口端よりも突出すると共に、
該プランジャの該先端部は、該プランジャ外周面と先端面とのなす角度が鋭角の凹部形状をなし、半球状をなす曲面からなり、
該プランジャの内部には、該プランジャの該先端面に開口しガス供給装置に接続可能なガス噴出通路が形成されていることを特徴とする液状体吐出用バルブ。