JP2001281042A - 液体の計量吐出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本願発明の目的は、液体を吐出する技術にお
いて、一回に吐出すべきあらかじめ設定した液量を高精
度に吐出し、繰り返し吐出しても吐出量にばらつきがな
い液体の計量吐出方法及び装置を提供すること。また真
空状態に維持された容器の中へ液体を吐出する場合にお
いても、吐出量にばらつきがない高精度の液体の計量吐
出方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも、吐出弁機構（ｅ）と液量検
出センサ（１３）を備えた液体吐出装置（ａ）に液体供
給装置（１３）から圧送される液体（２０）を液体供給
弁機構（ｂ）を介して供給する工程と、前記液量検出セ
ンサが所定液量に達したことを検知したときに前記液体
供給弁機構を閉じて液体吐出装置に液体を供給すること
を停止する工程と、次に液体吐出装置の吐出弁機構
（ｅ）を開いて液体吐出装置内の液体を吐出する工程
と、を含むことを特徴とする、液体の計量吐出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を一回に吐出
すべきあらかじめ設定した量を液体吐出装置内に計量貯
溜し、計量貯溜された液体を液体吐出装置の吐出弁機構
を開いて吐出するようにした、液体の計量吐出方法及び
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体を高精度に決められた量だけ吐出す
る技術は、電子部品や電子基板の製造工程等で、例えば
ボンディング液やレジスト液等を吐出塗布するなどのと
きに必要な技術である。また乾電池の製造工程において
も電池ケース内に電解液を充填する際に必要な技術であ
る。しかしながら従来技術では、一回に吐出する液量に
ばらつきがあって十分満足でるものではなかった。従来
の液体を決められた量だけ吐出する技術を、乾電池の製
造工程で電解液を充填する技術を代表事例として説明す
る。

【０００３】従来、乾電池の製造工程で、電解液を保持
するための液体含浸保持材があらかじめ装填された電池
ケース内に電解液を充填する方法としては、大気圧雰囲
気中において精密液体吐出装置を用いて一定量の電解液
を注入していた。ところが前記した電解液の充填方法で
は、液体含浸保持材が電解液を十分に吸収含浸するのに
時間がかかり、少しずつ時間をかけて注入するか、複数
回にわけて電解液を注入するなどの処置がとられてい
た。そのために乾電池の製造工程で電解液の注入工程に
時間をとられていた。

【０００４】そこで、電解液の吸収含浸の促進を図るた
め、電解液を保持するための液体含浸保持材があらかじ
め装填された電池ケース内を真空に保持し、真空に維持
された電池ケース内へ電解液を注入することが試みられ
ていた。その方法を説明用の概念図である図３を用いて
説明する。

【０００５】図において符号５１は電解液注出用の吐出
装置で、該吐出装置５１はガンボデイ５２、ニードル５
３、ニードルを開閉作動させるアクチュエータ５４、吐
出ノズル５５、吐出ノズルをガンボデイに取り付けるた
めの袋ナット５６等で構成され、ガンボデイ５２に設け
た電解液供給用の孔５２ａには、電解液圧送装置５８が
配管接続されている。６３は電池ケースで、該電池ケー
ス６３の中には電解液６２を含浸保持するための液体含
浸保持材６４が装填されている。５７は電池ケース６３
を保持するクランプ部材で、該クランブ部材５７には吐
出装置５１の吐出ノズル５５を差し込む孔５７ａと電池
ケース内を真空排気するための孔５７ｂが設けられ、真
空排気用の孔５７ｂには弁５９を介して真空ポンプ６０
が配管接続されている。６１はシール材で電池ケース６
３の内部と外気を遮断するものである。

【０００６】そして、まず液体含浸保持材６４があらか
じめ装填されている電池ケース６３をクランプ部材５７
にセットし、真空ポンプ６０によって電池ケース６３内
を真空にしておく。次に電解液圧送装置５８から吐出装
置５１に圧送された電解液６２を、図示していない制御
装置からの信号で吐出装置５１のアクチュエータ５４を
作動させ、ニードル５３を開き、真空状態に維持された
電池ケース６３内に注入していた。１回の電解液の注出
量はニードルの開閉時間の設定でコントロールされてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような電解液の充
填方法によって、たしかに液体含浸保持材が電解液を吸
収含浸する速度は大幅に改善され、乾電池の製造工程も
短縮された。しかし、予期しなかった次の問題が発生し
た。それは、吐出装置からの電解液の吐出量にばらつき
が発生することである。これは電池ケース内を真空にせ
ずに大気圧状態で吐出した場には、全く問題にならなか
ったことである。すなわち、大気圧状態では一回の所定
吐出量に対して、誤差が１．０％以下という高精度の吐
出が行われるのに対して、電池ケース内を真空状態にし
て吐出した場合、吐出量のばらつきは±５．０％以上に
もなってしまうことである。

【０００８】これは、吐出装置の弁機構すなわちニード
ルが開いているときに、電池ケース内の真空状態によっ
て吸引作用が付加されるためと考えられる。これは真空
度を高精度に安定制御できれば、ある程度改善が図れる
ものと思われるが、乾電池の製造工程では高精度の真空
度制御を行うには装置の複雑化や経済的理由から現実的
ではない。このように電解液の吐出量に大きなばらつき
が生ずると、種々の問題が発生する。すなわち、電解液
が規定量に達しないと乾電池の性能の低下をまねき、ま
た、規定量を大幅に越えると液漏れを起こし、製造設備
や周囲を汚したりあるいは後工程の作業に支障を来すな
どの問題を生ずることである。

【０００９】以上従来技術とその問題点を乾電池の製造
工程を代表例に説明してきたが、このように液体を高精
度に決められた量だけ吐出する技術は、先にも述べたよ
うに乾電池の製造分野にとどまらず、最近では高価な塗
布液を用いる電子部品や電子基板の製造工程等でも広く
求められている技術である。

【００１０】すなわち、本願発明は、前記した問題点に
鑑みてなされたものであり、液体を吐出する技術におい
て、一回に吐出すべきあらかじめ設定した量を高精度に
吐出し、繰り返し吐出しても吐出量にばらつきがなく吐
出することができる液体の計量吐出方法及び装置を提供
することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本願発明では次のような方法とした。以下、理
解を助けるため後述の実施例の符号を併記して説明す
る。すなわち、少なくとも、吐出弁機構（ｅ）と液量検
出センサ（１３）を備えた液体吐出装置（ａ）に、液体
供給装置（３０）から圧送される液体（２０）を液体供
給弁機構（ｂ）を介して供給する工程と、前記液量検出
センサが所定液量に達したことを検知したときに前記液
体供給弁機構を閉じて液体吐出装置に液体を供給するこ
とを停止する工程と、次に液体吐出装置の吐出弁機構
（ｅ）を開いて液体吐出装置内の液体をノズルから吐出
する工程と、を含むことを特徴とする、液体の計量吐出
方法とした。

【００１２】また、少なくとも、アクチュエータ（４）
によって開閉作動される吐出弁機構（ｅ）と更に供給さ
れる液量を検知する液量検出センサ（１３）とを備えた
液体吐出装置（ａ）と、該液体吐出装置の液体供給孔に
連通し、アクチュエータ（２４）で開閉作動される液体
供給弁機構（ｂ）と、前記液量検出センサからの信号を
処理し前記液体吐出装置のアクチュエータ（４）及び前
記液体供給弁機構のアクチュエータ（２４）の作動を制
御する制御装置（１５）と、からなることを特徴とする
液体の計量吐出装置とした。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。本発明では、まず吐出バルブ機構と液量検出センサ
を備えた液体吐出装置を準備し、該液体吐出装置の吐出
バルブ機構を閉じておく。そして公知の液体供給装置か
ら配管を通して圧送される液体を、液体供給弁機構を介
して前記液体吐出装置へ供給する。すると、前記の液量
検出センサが前記液体吐出装置内の液量があらかじめ設
定した所定液量に達したときにこれを検知し、制御装置
に信号を送る。制御装置はこの信号を受けて前記液体供
給弁機構を閉じて液体吐出装置に液体を供給することを
停止するように液体供給弁機構を閉止する。

【００１４】この一連の動作で、前記液体供給装置内に
は所定の液量が計量されて貯溜される。次に制御装置か
らの信号で液体吐出装置の吐出弁機構を開いて、液体吐
出装置内に貯溜された液体を全量吐出してやることによ
り、あらかじめ計量された液体を吐出することができ
る。また上記工程を繰り返してやれば、毎回安定した定
量の液体を吐出することができる。従って、従来技術の
問題点として取り上げたような、真空雰囲気中に液体を
吐出したとしても、一回に吐出すべきあらかじめ設定し
た量の液体を高精度に計量吐出し、また繰り返し吐出し
ても、吐出量にばらつきがなく液体を吐出することがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の液体の計量吐出方法及び装置を
実施例を示す図面を用いて具体的に説明する。すなわち
図１は、本発明による液体の計量吐出装置１を示す図で
ある。該液体の計量吐出装置１は、主に図の左半分に描
かれた液体吐出装置部（ａ）と、右半部に描かれた液体
供給弁機構部（ｂ）とから構成される。まず液体吐出装
置部（ａ）側から説明すると、符号２は上部ボデイで、
該上部ボデイ２はアッパープレート３に堅固に連結され
る。またアッパープレート３は、液体吐出装置部（ａ）
側と液体供給弁機構部（ｂ）側とが１枚のプレートによ
って共有されている。

【００１６】上部ボデイ２の上にはアクチュエータ４が
取り付けられる。本実施例ではアクチュエータとして電
磁式のアクチュエータを採用したが、これに限定される
ものではなく、例えば圧力エアや圧力液体を利用した流
体圧ピストン等を採用してもよい。電磁式のアクチュエ
ータ４は制御装置１５とケーブルで結ばれている。５は
電磁式のアクチュエータ４の電磁力で上下動するアーマ
チュアで、該アーマチュア５にはニードル６が連結され
る。７は吐出する液体２０を貯溜するシリンダで、該シ
リンダ７は本実施例ではプラスチック又はガラスからな
るほぼ透明な光透過体を用いた。これは後述する液量検
出センサ１３として光学式のセンサを採用したことと、
更に目視によってもシリンダ７内の液体２０を監視する
ことができるからである。

【００１７】８は下部ボデイ、９はロアープレートを示
す。ロアープレート９は前記のアッパープレート３と一
対をなすもので、アッパープレート３と同様に液体吐出
装置部（ａ）側と液体供給弁機構部（ｂ）側とが１枚の
プレートで共有される。下部ボデイ８は前記のアーマチ
ュア５に連結されて上下動するニードル６と協働して液
体の吐出弁機構（ｅ）を構成する。１０はタイロット
で、該タイロット１０はアッパープレート３とロアープ
レート９を強固に締結する。なお図には１本のタイロッ
トしか図示されていないが、実際には複数本のタイロッ
ト１０で構成される。１１は下部ボデイ８の先端に取り
付けられたノズルを示す。

【００１８】１２は液量を検出するための液量検出セン
サ１３を取り付けるブラケットで、該ブラケット１２は
タイロット１０に案内されてタイロット上を上下に摺動
可能であり、止めねじ１４によって任意の位置でタイロ
ット１０へ固定される。本実施例では液量検出センサ１
３に光学式のセンサを用いた。また液量検出センサ１３
は、制御装置１５と信号ケーブルで接続される。

【００１９】また必要に応じて液量検出センサ１３の下
方に距離Ｈをおいて、第２ブラケット１２ａ、第２液量
検出センサ１３ａを設ける。該第２ブラケット１２ａ、
第２液量検出センサ１３ａは、前述のブラケット１２、
液量検出センサ１３と同一の機能を有する。そして第２
液量検出センサ１３ａは本願発明の計量吐出装置１の多
様な制御システムを提供するためのオプション的な構成
部品で、その作用や使用方法については後で詳述するこ
ととする。

【００２０】１６は圧縮ガス源、１７は電磁弁を示し、
該圧縮ガス源１６及び電磁弁１７も必要応じて設けられ
るもので、圧縮ガスをシリンダ７内に供給し液体２０を
加圧するために、シリンダ７内に連通している上部ボデ
イ２の孔２ａに配管接続される。そして、電磁弁１７は
制御装置１５にケーブルで接続されて、制御装置１５に
よってオン・オフ制御される。なお圧縮ガス源１６及び
電磁弁１７の作用は後で詳述する。

【００２１】次に液体供給弁機構部（ｂ）側を説明する
と、２１はトップボデイ、２２はアッパーボデイを示
し、該トップボデイ２１とアッパーボデイ２２は前記し
た液体吐出装置部（ａ）側と共有のアッパープレート３
を挟んだ形で堅固に連結される。トップボデイ２１の上
にはアクチュエータ２４が取り付けられる。本実施例で
はアクチュエータとして電磁式のアクチュエータを採用
したが、これに限定されるものではなく、例えば圧力エ
アや圧力液体を利用した流体圧ピストン等を採用しても
よい。電磁式のアクチュエータ２４は制御装置１５とケ
ーブルで結ばれている。２５は電磁式のアクチュエータ
２４の電磁力で上下動するアーマチュアで、該アーマチ
ュア２５にはニードル２６が連結される。

【００２２】２７は吐出する液体２０を貯溜するシリン
ダで、該シリンダ２７は本実施例では内部に貯溜される
液体２０を目視によって観視できるようにプラスチック
又はガラスからなるほぼ透明な材質を採用した。２８は
ロアーボデイを示し、該ロアーボデイ２８は前記のアー
マチュア２５に連結されて上下動するニードル２６と協
働して液体の供給弁機構（ｆ）を構成する。２９は液体
２０を液体供給弁機構部（ｂ）側から液体吐出装置部
（ａ）側へ供給するための継ぎ手を示す。３０は液体供
給装置を示し、公知の装置が用いられ、ロアーボデイ２
８の供給孔２８ａと管路で結ばれる。３１はエア抜き弁
を示す。

【００２３】次に作用を説明する。なお図２に本実施例
の各部の作動のタイムチャートを図示したので、参照さ
れたい。まず液体吐出装置部（ａ）の吐出弁機構（ｅ）
と液体供給弁機構部（ｂ）の供給弁機構（ｆ）を閉弁状
態にしておく。次に液体供給装置３０から圧送される液
体２０を、ロアーボデイ２８の供給孔２８ａに供給す
る。すると液体供給弁機構部（ｂ）の内部に残溜してい
た空気が、ロアーボデイ２８から供給された液体によっ
て、シリンダ２７内に閉じ込められ、圧送された液体の
圧力とバランスしたところで、気・液分離線１９を形成
して上部に気体が、下部には液体が貯溜する。液体２０
は常時加圧状態でシリンダ２７内に貯溜される。

【００２４】シリンダ２７の内部容積を図示するように
比較的大きめに構成したことは、圧送される液体中に何
らかの要因で気体が気泡状になって混入していても、シ
リンダ２７内で気液分離して、気泡だけを上方に遊離さ
せるためである。そして長時間の使用で気体容積が大き
くなって気・液分離線１９を必要以上に押し下げたとき
には、エア抜き弁３１を開弁してエアを排出してやる。

【００２５】この状態で制御装置１５からの制御信号に
より、液体供給弁機構部（ｂ）のアクチュエータ２４を
励磁して、アーマチュア２５を上方へ作動させると、ア
ーマチュア２５に連結したニードル２６も上方に引き上
げられて供給弁機構（ｆ）が開かれ、液体は継ぎ手２９
を通って液体吐出装置部（ａ）側の下部ボデイ８から液
体吐出装置部（ａ）側へと注入される。

【００２６】そして液体吐出装置部（ａ）側内部に注入
された液体２０は、液面を低位置から注入量の増加に伴
って徐々に上昇させ、液面が液量検出センサ１３の位置
まで達すると、液量検出センサ１３が液面を検知して検
知信号を制御装置１５に発信する。制御装置１５は液量
検出センサ１３からの信号を受けて直ちに液体供給弁機
構部（ｂ）のアクチュエータ２４の励磁を開放して供給
弁機構（ｆ）を閉止させ、液体吐出装置部（ａ）側への
液体供給を停止する。この一連の動作で、液体供給装置
部（ａ）のシリンダ７内には所定の液量が計量されて貯
溜される。なおシリンダ７内は、連通する上部ボデイ２
の孔２ａを通して、液体の粘性など特別の事情が無い限
り大気開放状態で用いられる。

【００２７】次に制御装置１５からの信号で液体吐出装
置部（ａ）のアクチュエータ４を励磁して、アーマチュ
ア５を上方へ作動させると、アーマチュア５に連結した
ニードル６も上方に引き上げられて液体の吐出弁機構
（ｅ）が開かれ、シリンダ７内に貯溜された液体はノズ
ル１１から吐出される。このようにして一回の吐出に必
要な液量を一旦計量貯溜してから吐出するように構成し
たので、たとえ乾電池の製造工程のように真空雰囲気中
へ液体を吐出したとしても、計量精度の高い液体吐出が
できる。また、この一連の動作を繰り返し行っても、吐
出量にばらつきの無い吐出ができる。

【００２８】なお吐出弁機構（ｅ）の閉動作は、作業者
のマニュアル操作で閉止してもよいし、またはあらかじ
め液体が全量吐出するに要する時間を計測しておき、そ
の時間を制御装置に入力しておくことによって吐出弁機
構（ｅ）を閉止させるように制御して、一連の動作を自
動的に繰り返して吐出するようにしてもよい。また、一
回に吐出する液量は、液量検出センサ１３を取り付けて
いるブラケット１２の位置を、止めねじ１４を操作して
タイバー１０上を摺動させて、任意の位置で固定するこ
とによって、液量検出センサ１３の位置を変えることに
より任意の液量に設定することができる。

【００２９】また貯溜された液体が粘性等によって、シ
リンダ７内を大気開放の自然落下状態で容易に吐出しな
い場合には、上部ボデイ２の孔２ａに電磁弁１７を介し
て圧縮ガス源１６を配管接続する。そして液体吐出弁機
構の開閉動作すなわちアクチュエータ４の作動に同期さ
せて、制御装置１５からの信号により電磁弁１７を開閉
操作することにより、液体吐出時に合わせて圧縮ガスを
シリンダ７内に導入し貯溜されている液体を加圧すると
よい。なお液体供給弁機構部（ｂ）側から液体吐出装置
部（ａ）側へ液体を注入するときは、これに同期させて
電磁弁１７を切り替えて、シリンダ７内を大気開放して
やると液体吐出装置部（ａ）側への液体注入が容易に行
える。

【００３０】また、第２液量検出センサ１３ａの使用目
的及び使用方法を説明すると、第２液量検出センサ１３
ａは、１回の液体吐出量を、上位置に配置した液量検出
センサ１３と第２液量検出センサ１３ａとの間、すなわ
ち距離Ｈの間に貯溜されている液体量とするように制御
するためのものである。このように制御することにより
本願発明の計量吐出装置１の多様な制御システムと使用
方法を提供することができる。

【００３１】すなわち、前述したように、液体供給弁機
構部（ｂ）側から液体吐出装置部（ａ）側内部に注入さ
れた液体２０は、液面を徐々に上昇させ、液面が液量検
出センサ１３の位置に達すると、液量検出センサ１３が
液面を検知し、制御装置１５は液量検出センサ１３から
の信号を受けて直ちに液体供給弁機構部（ｂ）の供給弁
機構（ｆ）を閉止させ、液体吐出装置部（ａ）側への液
体供給を停止する。

【００３２】次にこの状態で液体吐出装置部（ａ）の吐
出弁機構（ｅ）を開いて液体をノズル１１から吐出す
る。すると、こんどはシリンダ７内の液面は徐々に降下
し、液面が第２液量検出センサ１３ａの位置まで降下す
ると、第２液量検出センサ１３ａがこれを検知して、検
知信号を制御装置１５へ発信する。制御装置１５は第２
液量検出センサ１３ａからの信号を受けて直ちに液体吐
出装置部（ａ）のアクチュエータ４の励磁を開放して吐
出弁機構（ｅ）を閉止させ、１回の液体吐出作業が終了
する。繰り返し吐出の場合は、この一連の動作を繰り返
すことになる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の液体の
計量吐出方法及び装置によれば、液体を吐出する技術に
おいて、一回に吐出すべきあらかじめ設定した液量を高
精度に吐出し、繰り返し吐出しても吐出量にばらつきが
ない液体の計量吐出方法及び装置を提供することができ
る。また真空状態に維持された容器の中へ液体を吐出す
る場合においても、吐出量にばらつきがない高精度の液
体の計量吐出方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液体の計量吐出装置を示す図。

【図２】本発明の実施例における各部の作動のタイムチ
ャートを示す図。

【図３】従来技術による電池ケース内へ電解液を注入方
法を説明する概念図。

【符号の説明】

１…計量吐出装置、４…アクチュエータ、１３…液量検
出センサ、１５…制御装置、２０…液体、２４…アクチ
ュエータ、３０…液体供給装置、ａ…液体吐出装置部、
ｂ…液体供給弁機構部、ｅ…吐出弁機構、ｆ…供給弁機
構。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、吐出弁機構（ｅ）と液量検
   出センサ（１３）を備えた液体吐出装置（ａ）に液体供
   給装置（３０）から圧送される液体（２０）を液体供給
   弁機構（ｂ）を介して供給する工程と、前記液量検出セ
   ンサが所定液量に達したことを検知したときに前記液体
   供給弁機構を閉じて液体吐出装置に液体を供給すること
   を停止する工程と、次に液体吐出装置の吐出弁機構
   （ｅ）を開いて液体吐出装置内の液体をノズルから吐出
   する工程と、を含むことを特徴とする、液体の計量吐出
   方法。
2. 【請求項２】 少なくとも、アクチュエータ（４）によ
   って開閉作動される吐出弁機構（ｅ）と更に供給される
   液量を検知する液量検出センサ（１３）とを備えた液体
   吐出装置（ａ）と、該液体吐出装置の液体供給孔に連通
   し、アクチュエータ（２４）で開閉作動される液体供給
   弁機構（ｂ）と、前記液量検出センサからの信号を処理
   し前記液体吐出装置のアクチュエータ（４）及び前記液
   体供給弁機構のアクチュエータ（２４）の作動を制御す
   る制御装置（１５）と、からなることを特徴とする液体
   の計量吐出装置。