説明

直線作動を用いる空気圧式吐出システム及び方法

【課題】電気機械駆動システムを用いる吐出システムに匹敵する量精度及び再現性を有し、より単純、軽量、且つ安価である空気圧式流体吐出システムを提供する。
【解決手段】空気圧式流体ディスペンサは、電気機械アクチュエータを有し、電気機械アクチュエータは、ディスペンサ本体によって支持され、ディスペンサ本体内の機械的止め部材を移動させるように動作可能である。ディスペンサ本体内に取り付けられた駆動ピストンもまた、加圧空気によって駆動されて止め部材と接触するように移動可能である。したがって、止め部材は、駆動ピストンの変位を制限し、それによって、空気圧式流体ディスペンサが吐出する流体の量を制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、包括的には流体吐出システムに関し、より詳細には線形アクチュエータを有する空気圧式吐出システムに関する。
【背景技術】
【0002】
幅広い粘度の接着剤、シーラント、潤滑剤、並びに他の流体及び液体を吐出する多種多様な空気圧式流体ディスペンサがあることが、よく知られている。空気圧式流体ディスペンサは、手動ディスペンサの場合に、軽量で操作し易く、且つ製造及び操作の費用が比較的安いため、従来好まれてきた。さらに、空気圧技術が向上し続けているため、空気圧式流体ディスペンサは普及し続けている。しかしながら、手動及び生産ラインの両方でより高速且つ正確に流体吐出を行うための用途が急増し続けており、流体吐出用途に対する要件及び仕様がますます厳しくなっている。多くの用途は、非常に正確な量で非常に正確な位置に流体が吐出されることを必要とする。さらに、多くの流体は吐出プロセス中に粘度が変化する。このような厳しい塗布要件が、空気圧式流体ディスペンサの能力を推進している。
【0003】
空気圧式流体ディスペンサは一般に、加圧流体、例えば工業地域で一般に見られる圧縮空気すなわち工場空気を利用する。手動で開始又は自動で生成される指令信号に応じて、流体を保持しているバレル槽すなわちシリンジ内のピストンに圧縮空気が加えられてピストンを押す。圧縮空気は、制御可能且つ可変の持続時間にわたって所定の圧力で加えられる。したがって、吐出される流体の量は、圧縮空気がピストンに加えられる時間に比例する。多くの用途では、吐出される流体は比較的一定の粘度を有し、吐出動作ごとに吐出される量は一定である。これらの用途では、空気圧式ディスペンサは、所望量の流体を正確且つ確実に吐出するように動作させることができる。
【0004】
しかしながら、他の用途では、流体の粘度が流体吐出サイクルごとに変わる場合がある。このような用途では、連続した吐出サイクルにわたって一定期間の間圧縮空気を加えることにより、粘度の変化に伴って、吐出される流体の量が変わってしまう。さらに、空気の圧縮性により、バレル槽が満杯から空になるにつれて、空気圧式流体吐出システムが予測可能な流体量を一貫して正確に吐出することが困難になる。さらに、流体吐出システム及び用途が新しくなるほど、空気圧式流体吐出システムがそれらの吐出量精度及び再現性の仕様を満たすことがますます困難になる。
【0005】
電気機械駆動システムを用いて吐出システムのバレル槽内のピストンを移動させることも知られている。このような電気機械システムは、バレル槽内のピストンに容積式変位を与えることで、空気圧式流体吐出システムよりも優れた量精度及び再現性を有することの多い流体ディスペンサを提供する。多くの手持ち式ディスペンサでは、可撓性ケーブルがベンチトップ上にある電気モータから手持ち式ディスペンサのねじ又は他の機械的駆動装置に機械力を伝える。既知の電気機械ピストン駆動システムでは、電気モータは、広範囲の流体粘度にわたってピストンを正確に移動させるのに必要な力を加えるほど十分に大きくなければならない。したがって、このような電気機械駆動システムは、多くの場合、既知の空気圧式流体ディスペンサよりも大型、複雑、且つ高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、上述の欠点を有さない改良された空気圧式流体吐出システム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、電気機械駆動システムを用いる吐出システムに匹敵する量精度及び再現性を有する空気圧式流体吐出システムを提供する。さらに、本発明の空気圧式流体吐出システムは、より単純、軽量、且つ安価であり、より高速の全流体吐出サイクルを提供する。本発明の空気圧式流体吐出システムは、制御可能な容積式変位でバレル槽内のピストンを移動させることができるため、吐出中に粘度が変化する流体、例えば二液型エポキシを用いる場合に特に有用である。
【0008】
より詳細には、第1の実施の形態において、本発明は、加圧空気源に接続可能であり、一定量の流体を吐出するように動作可能な空気圧式流体ディスペンサを提供する。空気圧式流体ディスペンサは、加圧空気源に接続可能なディスペンサ本体、及びディスペンサ本体によって支持されるアクチュエータを有する。ディスペンサ本体内の止め部材は、アクチュエータによって移動可能であり、ディスペンサ本体内に取り付けられる駆動ピストンは、加圧空気によって止め部材と接触するように移動可能である。止め部材は、空気圧式流体ディスペンサによって吐出可能な流体の量を制御するように駆動ピストンの変位を制限する。
【0009】
本発明のこれら及び他の目的及び利点は、本明細書中の添付図面とともに以下の詳細な説明を読むうちに、より容易に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1を参照すると、空気圧式流体ディスペンサ20は、流体充填バレルすなわちシリンジ槽28のフランジ26が既知の方法で取り外し可能に接続される遠位端すなわち下端コネクタ24を有する、本体22を有する。バレル槽28は、吐出チップ32が取り外し可能に接続されるルアーロック取付具30を有する。バレル槽28内の流体34は、バレルピストン36の直線変位によって、吐出チップ32を通って吐出される。バレルピストン36は、取付具40によって本体22の上端に取り外し可能に結合されるホース38を介して供給される加圧流体、例えば圧縮空気を加えることによって移動させられる。
【0011】
ディスペンサ本体22は長手方向中心線46に関して種々の位置に止め部材44を正確に位置決めするように動作する線形アクチュエータ42をさらに支持する。図1の例示的な実施形態では、線形アクチュエータ42は、軸受52によって支持される出力軸50を回転させるモータ48、例えばサーボ又はステッピングモータによって実装される。モータ48は、モータが停止状態にあるときに出力軸を自動的に制動することによって出力軸50の偶発的な回転を防止するブレーキ機構も有する。出力軸50内にはアクチュエータ軸54が螺入される。したがって、出力軸50はねじナットとして機能し、アクチュエータ軸54は出力軸50の回転によって直線変位させられる。アクチュエータ軸の変位方向は、モータ48の回転方向によって決まる。
【0012】
駆動ピストン56が、ディスペンサ本体22内のシリンダ58の内壁と密閉係合され、この密閉係合は、ホース38からの加圧空気が駆動ピストン56を通り過ぎることを阻止するシール60、例えばOリングによって行われる。加圧空気は、アクチュエータ軸54の外面と、端キャップ64及び出力軸50の内面との間に延びる環状空間62を通過する。端キャップ64は、ねじ、接着、溶接、又は他の手段によってディスペンサ本体22の近位端又は上端に取り付けられる。アクチュエータ軸54は、駆動ピストン56内に軸方向に延び、止め部材44は、ねじ、接着、溶接、又は他の既知の手段によって駆動ピストン56の下でアクチュエータ軸54の下端に接続される。
【0013】
駆動ピストン56の下端には、プランジャ66がねじ、接着、溶接、又は他の手段によって接続される。プランジャ66は、バレルピストン36の上面67に隣接して配置され、上面67と接触可能である。しかしながら、プランジャ66は、永久的にも一時的にも、バレルピストン36と締結されることも、接着されることも、又は他の方法で堅固に接続されることもなく、ロック可能でもない。図1の例では、プランジャ66は、バレルピストンの上側に形成されるカップ状の空洞69内に配置される。プランジャ66の外側面71とバレルピストンの空洞69の内側面73とは或る程度接触し得るが、このような接触は最小である。したがって、プランジャ66は、吐出チップ32に向かう第1の方向に移動する場合、バレルピストン36を吐出チップに向かって正確に進めることができる。しかしながら、プランジャ66が吐出チップ32から離れて逆方向に移動する場合、バレルピストン36の動き範囲は予測不可能である。さらに、プランジャ66とバレルピストン36とのいかなる接触も、ディスペンサコネクタ24からのバレル槽28の係脱、したがってプランジャ66からのバレルピストン36の分離に干渉し得ない。
【0014】
駆動ピストン56は、肩面68を有し、肩面68は、止め部材44の止め表面70に隣接して配置可能であり止め表面70と接触可能である。止め表面70は、駆動ピストン56の変位を制限し、ゆえに、バレルピストン36の変位を制限し、その結果生じる流体34の吐出も制限する。
【0015】
図1及び図2を参照すると、空気ソレノイド72が、圧縮空気源76に流体接続される第1の入力部74と、制御部80に電気接続される第2の入力部78とを有する。制御部80からの指令信号に応答して、空気ソレノイド72は、空気ホース38によって流体ディスペンサ20に流体接続される出力部と、駆動ピストン56の上の空気室90とに、圧縮空気を出入りさせる。制御部80は、ユーザ入出力インタフェース84を有し、ユーザ入出力インタフェース84は、流体吐出サイクルの動作を制御するためにユーザが制御部80にプログラム、データ、及び指令を与えることができるように動作可能である。
【0016】
動作時には、制御部80は、空気圧式流体ディスペンサ20が取り付けられる位置決め装置86、例えばロボット等の多軸位置決めシステムに、出力指令信号を与える。次の位置に動かされると、制御部80は、一連の流体吐出動作を実行するように空気ソレノイド72及び線形アクチュエータ42を動作させる。通常の吐出サイクルを図3に示す。吐出サイクルは、ユーザ入出力インタフェース84から入力された指令に応答して、又は制御部80内で生成される信号若しくは流体ディスペンサ20を使用中の環境にある別の装置から生成される信号に応答して、制御部80によって開始され得る。
【0017】
吐出サイクルを開始すると、302において、制御部80は、出力指令信号を位置決め装置86に与え、流体を吐出すべき基材に関して所望の位置に流体ディスペンサ20を移動させるよう位置決め装置86に命令する。ステップ304において、制御部80は、指令信号を線形アクチュエータ42に与えるようにも動作し、線形アクチュエータ42により止め部材44を軸方向変位で吐出チップ32により近い新たな位置へ移動させる。止め部材44を進める距離は、吐出チップ32から吐出すべき流体34の量に直接応じて決まる。チップ32から吐出される流体の量は、プランジャ66及び駆動ピストン56の動きによって制御されるバレルピストン36の増分変位に直接関連する。したがって、空気圧駆動される駆動ピストン56の変位を正確に制御することによって、流体ディスペンサ20は、チップ32から吐出される流体の量を正確に制御することができる。吐出すべき流体の所望の量は、制御部80のメモリ88に記憶可能な数式又は数学的アルゴリズムによって、バレルピストン36、したがって駆動ピストン56の変位に関連付けることができる。代替的に、吐出すべき流体の量に対する駆動ピストン56の直線変位の関係を示す表をメモリ88に記憶させてもよい。いずれにしても、制御部80は、止め部材44が駆動ピストン56、プランジャ66、したがってバレルピストン36の変位を制限するように軸方向に位置決めされることにより、所望の正確な量の流体のみが吐出されるように、線形アクチュエータ42を動作させることができる。
【0018】
次に306において、制御部は、止め部材44が新たな所望の位置に移動したかどうかを判断し、308において、空気圧式流体ディスペンサ20も所望の位置に移動したかどうかをさらに判断する。次に310において、制御部80は、空気ソレノイド72に開くよう命令するように動作することにより、圧縮空気をホース38、環状空間62を通して室90内に導いて駆動ピストン56の上面92に当てる。圧縮空気の圧力は、利用可能な最大圧力であり得ることにより、利用可能な最大の力を駆動ピストン56に加える。圧縮空気は、プランジャ66を移動させてバレルピストン36と接触させ、バレルピストン36に対して吐出力を加えるように動作する。バレルピストン36は、バレル槽28内を下方に移動することにより、所望量の流体34を吐出チップ32から吐出する。圧縮空気は、ピストンの肩面68が止め表面70に接触するまで駆動ピストン56を移動させる。したがって、圧縮空気の圧力及び圧縮空気が駆動ピストン56に加えられる持続時間とは関係なく、正確な量の流体34がチップ32から吐出される。
【0019】
310において空気ソレノイド72の動作を開始すると、制御部80はそれと同時に、流体34の最大予測粘度で駆動ピストン56を移動させて止め部材44と接触させるのに要する時間よりも長い持続時間に設定される内部吐出タイマを開始させる。したがって、流体34の粘度に関係なく、駆動ピストン56は吐出タイマが終了する前に止め部材44に突き当たる。312において、制御部80は吐出タイマの終了を検出し、その後、314において、空気ソレノイド72に閉じるよう命令する信号を与えることにより、圧縮空気源76をホース38と駆動ピストン56の上の室90とから切断する。ソレノイド72は、三方すなわち排気用ソレノイド弁であるため、閉じた状態では、空気ホース38及び空気室を大気圧にガス抜き又は通気する。
【0020】
さらに、314において、制御部80は、指令信号を線形アクチュエータ42に与えて、止め部材44を後退させる、すなわち止め部材44を吐出チップ32から離れる方向に上方に移動させる。この増分変位の大きさは非常に小さいが、駆動ピストン56をわずかに後退させる、すなわち吐出チップ32から離れて上方に移動させるのに十分である。駆動ピストン56及びプランジャ66がこのようにわずかに後退すると、吐出力がバレルピストン36から除去されることで、バレルピストン36に加わる力を、必要であればバレルピストン36をわずかに移動させることによって均等化することができる。バレル槽28内の流体34の液圧が急速に低下及び均等化されると、吐出チップ32からの流体34の吐出が直ちに終了し、流体34がさらに偶発的に吐出される可能性がなくなる。
【0021】
次に316において、制御部80は、直前の吐出動作が吐出サイクルにおける最後の動作であったかどうかを判断する。最後の動作でない場合、制御部80は、プロセスステップ302〜314を繰り返し、空気圧式流体ディスペンサ20を他の吐出位置に移動させて各位置で流体吐出動作を開始する。制御部80が最後の吐出動作を検出すると、吐出サイクルが終了する。
【0022】
空気圧式流体ディスペンサ20はいくつかの利点を有する。第1に、空気圧式流体ディスペンサ20は、空気圧動作式であるが、電気機械駆動システムを用いる流体吐出システムに匹敵する量精度及び再現性を有する連続吐出動作を提供することができる。第2に、比較的小型のアクチュエータ軸54及び止め部材44のみを移動させる電気機械システムを用いることにより、単純、軽量、且つ安価な線形アクチュエータ42を用いることができる。第3に、止め部材44を所望の位置に移動させるのと同時に、流体ディスペンサ20を次の吐出位置に移動させることができるため、可動止め部材44を用いても流体吐出動作に要する時間は増えない。第4に、圧縮空気源76から利用可能な最大圧力を駆動ピストン56に加えることができるため、流体吐出動作ごと及び全流体吐出サイクルに要する時間が最短になる。第5に、バレルピストン36の動きが、圧縮空気圧力又は圧縮空気が流体ディスペンサに加えられる持続時間ではなく、止め部材44の位置によって決まる。したがって、粘度に関係なく所望量の流体が吐出され、空気圧式流体ディスペンサ20は、吐出中に粘度が変化する流体、例えば二液型エポキシを用いる場合に特に有用である。
【0023】
本発明を種々の実施形態の説明によって示し、またこれらの実施形態をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をこうした詳細に制限又はいかなる方法で限定することも意図されない。さらなる利点及び変更が、当業者には容易に明らかとなるであろう。例えば、図2の例示的な実施形態では、空気圧式流体ディスペンサ20が位置決め装置86に取り付けられるが、他の実施形態では、空気圧駆動式ピストンの動きを制限する電気機械駆動装置によって移動可能な止め部材の構造を、手持ち式及び他の空気圧式流体ディスペンサにおいて実装することもできる。
【0024】
したがって、本発明はその最も広い態様で、図示及び説明された特定の詳細に限定されない。結果として、添付の特許請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の詳細を発展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の原理による空気圧式流体ディスペンサの断面図である。
【図2】図1の空気圧式流体ディスペンサの概略ブロック図である。
【図3】本発明の原理による流体吐出プロセスのフローチャートである。
【符号の説明】
【0026】
20 空気圧式流体ディスペンサ
22 本体
24 下端コネクタ
28 バレル槽
34 流体
36 バレルピストン
42 線形アクチュエータ
44 止め部材
48 モータ
50 出力軸
54 アクチュエータ軸
56 駆動ピストン
70 止め表面
76 圧縮空気源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
加圧空気源に接続可能であり、一定量の流体を吐出するように動作可能な空気圧式流体ディスペンサであって、
該加圧空気源に接続されるようになっているディスペンサ本体と、
該ディスペンサ本体によって支持されたアクチュエータと、
該アクチュエータによって移動可能な止め部材と、
該ディスペンサ本体内に取り付けられ該加圧空気源と流体連通するように配置されるようになっている駆動ピストンとを備え、
該駆動ピストンは、該加圧空気によって該止め部材と接触するように移動可能であり、該止め部材は、該駆動ピストンの変位を制限して該空気圧式流体ディスペンサによって吐出可能な流体の量を制御する空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項2】
該アクチュエータは、電気機械駆動装置からなり、該電気機械駆動装置は、該止め部材に接続され、該止め部材を直線方向に移動させるように動作可能である請求項1に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項3】
該電気機械駆動装置は、
電気モータと、
該電気モータによって回転可能な出力軸と、
該出力軸に接続され、該出力軸の回転に応じて直線移動可能であるアクチュエータ軸とを備える請求項2に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項4】
該アクチュエータ軸は、該電気モータの第1の回転に応じて第1の直線方向に移動可能であり、該電気モータの逆回転に応じて逆の直線方向に移動可能である請求項3に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項5】
該電気モータは、サーボモータである請求項3に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項6】
該電気モータは、ステッピングモータである請求項3に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項7】
該アクチュエータ軸は、該駆動ピストン内に延在している請求項3に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項8】
該アクチュエータ軸は、該駆動ピストンの片側に隣接した位置で該電気モータに接続され、該止め部材は、該アクチュエータ軸に接続され、該駆動ピストンの反対側に隣接して配置されている請求項7に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項9】
該駆動ピストンは、
該加圧空気源と流体連通する第1の面と、
該止め部材と接触するように移動可能な第2の面とを備える請求項1に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項10】
該空気圧式流体ディスペンサは、バレルピストンの下に流体を収容するバレル槽に接続可能であり、該駆動ピストンは、該バレルピストンを押し進めるようになっている請求項1に記載の空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項11】
加圧空気源に接続可能であり、バレルピストンの下に流体を収容するバレル槽から一定量の該流体を吐出するように該加圧空気源によって動作可能な空気圧式流体ディスペンサであって、
該加圧空気源に接続可能になっている流体入力部と、該バレル槽に接続可能になっているコネクタとを備えるディスペンサ本体と、
該ディスペンサ本体によって支持されたアクチュエータと、
該ディスペンサ本体内で該アクチュエータによって移動可能な止め表面と、
該ディスペンサ本体内に取り付けられ、該加圧空気によって該止め表面に向かって移動可能になっている駆動ピストンとを備えており、
該駆動ピストンは、
該流体入力部と流体連通する第1の面と、
該止め表面と接触するように移動可能な第2の面と、
該バレルピストンに隣接し、且つ該バレルピストンと接触させて配置可能なプランジャとを備えており、該プランジャは、該第2の面が該止め表面と接触することによって制限される直線変位で該バレルピストンを押すことにより、該バレル槽から該一定量の流体を吐出する空気圧式流体ディスペンサ。
【請求項12】
一定量の流体を吐出するために空気圧式流体ディスペンサを動作させる方法であって、
該空気圧式流体ディスペンサで吐出可能な該流体の一定量に対応する第1の方向への変位で、制御可能なアクチュエータにより止め部材を移動させることと、
該空気圧式流体ディスペンサの本体内に摺動可能に取り付けられた駆動ピストンに、該駆動ピストンを該止め部材へ向けて移動させるための加圧流体を与えることと、
該止め部材で該駆動ピストンの動きを止めることと
を含む方法。
【請求項13】
該駆動ピストンに該加圧流体を与えることを終了することをさらに含む請求項12に記載の方法。
【請求項14】
該制御可能なアクチュエータで該止め部材を逆方向に移動させることをさらに含む請求項12に記載の方法。
【請求項15】
該駆動ピストンの動きを止めることの後に、
該駆動ピストンに該加圧流体を与えることを終了することと、
該制御可能なアクチュエータで該止め部材を逆方向に移動させることと
をさらに含む請求項12に記載の方法。
【請求項16】
該止め部材を移動させることは、該駆動ピストンの片側に隣接して配置された該止め部材を直線変位で移動させるために電気モータを動作させることをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項17】
該加圧流体は、該駆動ピストンの反対側に与えられる請求項16に記載の方法。
【請求項18】
該電気モータは、該駆動ピストンの該反対側に隣接して配置されている請求項17に記載の方法。
【請求項19】
吐出サイクルにおいて一定量の流体を複数回吐出するために空気圧式流体ディスペンサを動作させる方法であって、
流体が吐出されるべき第1の位置に該空気圧式流体ディスペンサを位置決めすることと、
該空気圧式流体ディスペンサで吐出可能な該流体の一定量に対応する変位で、制御可能なアクチュエータにより機械的止め部材を移動させることと、
該空気圧式流体ディスペンサの本体内に摺動可能に取り付けられた駆動ピストンに、該駆動ピストンを該機械的止め部材へ向かって移動させるための加圧流体を与えることと、
該機械的止め部材で該駆動ピストンの動きを止めることと、
該吐出サイクルにおいて流体が吐出されるべき他の位置で、該位置決めすることと、該移動させることと、該与えることと、該止めることとを繰り返すことと
を含む方法。
【請求項20】
該機械的止め部材を移動させるのとほぼ同時に該空気圧式流体ディスペンサを位置決めすることを含む請求項19に記載の方法。
【請求項21】
バレルピストンの下に流体を収容するバレル槽から流体を吐出するために空気圧式流体ディスペンサを動作させる方法であって、
該バレル槽から所望量の該流体を吐出する該バレルピストンの変位に対応する変位で、制御可能なアクチュエータにより止め部材を移動させることと、
該空気圧式流体ディスペンサの本体内に摺動可能に取り付けられ該バレルピストンと機械的に連通する駆動ピストンに、該駆動ピストンを該止め部材へ向かって移動させると同時に該バレルピストンを移動させ該バレル槽から該流体を吐出させるための加圧流体を与えることと、
該バレルピストンの動きを終了させ且つ該バレル槽からの該流体の吐出を終了させるために、該止め部材で該駆動ピストンの動きを機械的に止めることと
を含む方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−90345(P2007−90345A)
【公開日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−266205(P2006−266205)
【出願日】平成18年9月29日(2006.9.29)
【出願人】(391019120)ノードソン コーポレーション (150)
【氏名又は名称原語表記】NORDSON CORPORATION
【Fターム(参考)】