DE112016001582T5

DE112016001582T5 - Tröpfchenabgabevorrichtung

Info

Publication number: DE112016001582T5
Application number: DE112016001582.8T
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Ikushima
Original assignee: Musashi Engineering Inc
Current assignee: Musashi Engineering Inc
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2018-03-08
Also published as: US10016778B2; TWI681879B; JPWO2016159338A1; SG11201707682VA; JP6629838B2; US20180071766A1; KR20170134501A; TW201641303A; CN107427858A; WO2016159338A1; CN107427858B; KR102186889B1

Abstract

Eine Tröpfchenabgabevorrichtung ist vorgesehen, welche einen piezoelektrischen Aktor und einen effizienten Verschiebungserhöhungsmechanismus aufweist, und welche in der Lage ist, einen Aufsetzruck zu reduzieren. Eine Auftragungsvorrichtung, die mit der Tröpfchenabgabevorrichtung ausgerüstet ist, wird ebenfalls vorgesehen. Die Tröpfchenabgabevorrichtung weist eine Flüssigkeitskammer, die mit einer Düse in Verbindung steht, und zu der ein Flüssigmaterial zugeführt wird, einen Kolben mit einem spitzen Ende, das dünner ist als die Flüssigkeitskammer und das in der Flüssigkeitskammer vor- und zurückbewegt wird, einen piezoelektrischen Aktor, der als eine Antriebsquelle dient, die den Kolben betätigt, um vor- und zurückbewegt zu werden, einen Hebelmechanismus, der eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktors erhöht, eine Basis mit einer Montagefläche, an die der piezoelektrische Aktor montiert ist, und eine Abgabesteuervorrichtung auf. Der Hebelmechanismus weist einen Arm, der betätigt wird, um eine Schwingbewegung durch den piezoelektrischen Aktor durchzuführen, und eine Blattfeder auf, die Enden, die mit einem unteren Abschnitt des Arms und mit der Basis verbunden sind, und einen kolbenverbundenen Abschnitt in einem mittleren Bereich von diesem aufweist. Mit der Schwingbewegung des Arms veranlasst die Blattfeder den Kolben, eine lineare hin- und hergehende Bewegung durchzuführen, während eine Krümmung der Blattfeder geändert wird. Die Auftragungsvorrichtung ist mit der Tröpfchenabgabevorrichtung ausgerüstet ist, die dementsprechend gestaltet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tröpfchenabgabevorrichtung mit einem Kolben, der sich innerhalb einer Flüssigkeitskammer hin- und herbewegt, die mit einer Düse, einem piezoelektrischen Aktor und einem Hebelmechanismus in Verbindung ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Auftragungsvorrichtung, die mit der Tröpfchenabgabevorrichtung ausgerüstet ist. Der Ausdruck „Kolben“, der in dieser Beschreibung verwendet wird, umfasst stabartige Bauteile, die beispielsweise eine Nadel, ein Stab und ein Kolben genannt werden.
Technischer Hintergrund
Verschiedene Techniken zum Abgeben einer kleinen Menge eines Flüssigmaterials in der Form eines Tröpfchens durch ein Einsetzen eines Kolbens, der sich innerhalb einer Flüssigkeitskammer hin- und herbewegt, welche in Verbindung mit einer Düse ist, wurden bis zum heutigen Tage vorgeschlagen. Ein Aktor, der einen Motor, Luft, ein piezoelektrisches Element beispielsweise verwendet, wird in vielen Fällen als eine Antriebsquelle zum Bewegen des Kolbens verwendet. Hinsichtlich einer Abgabevorrichtung, die Luftdruck als die Antriebsquelle verwendet, offenbart zum Beispiel Patentdokument 1, das von dem Anmelder vorgeschlagen ist, eine Abgabevorrichtung, in der ein Abgabeanschluss geöffnet wird, wenn ein Kolbenstab mit der Hilfe von Luftdruck nach hinten bewegt wird, und in der ein Tröpfchen durch den Abgabeanschluss abgegeben wird, wenn der Kolbenstab mit der Hilfe einer nachgiebigen Kraft einer Feder nach vorne bewegt wird.
In der Abgabevorrichtung der Art, die den Kolben durch die Feder und den Luftdruck hin- und herbewegt, kann ein gewünschter Abstand, um den der Kolben beweglich ist, leicht erlangt werden, jedoch ist es schwierig, eine Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit des Kolbens beizubehalten, um gleich wie oder schneller als ein bestimmter Wert zu sein, da Luft eine Komprimierbarkeit aufweist. Andererseits kann in einer Abgabevorrichtung der Art, die den piezoelektrischen Aktor einsetzt, da die Betätigung des piezoelektrischen Elements mit einem elektrischen Pulssignal gesteuert werden kann, eine gute Reproduzierbarkeit eines Kolbenhubs gewährleistet werden und eine Steuerung des Betriebs des piezoelektrischen Elements ist einfach.
Hinsichtlich einer Abgabevorrichtung, in der eine Nadel durch ein Einsetzen des piezoelektrischen Aktors als die Antriebsquelle hin- und herbewegt wird, offenbart zum Beispiel Patentdokument 2 eine Tröpfchenabgabevorrichtung mit einer Flüssigkeitskammer, die mit einem Abgabeanschluss in Verbindung steht und zu der ein Flüssigmaterial zugeführt wird, einer Nadel mit einem Spitzenabschnitt, der in der Flüssigkeitskammer vor- und zurückbewegt wird, eine Antriebsvorrichtung, die die Nadel betätigt, um vor- und zurückbewegt zu werden, und einem Verschiebungserhöhungsmechanismus beziehungsweise einem Versatzerhöhungsmechanismus, wobei die Tröpfchenabgabevorrichtung ein Tröpfchen in einer Form abgibt, die sich von dem Abgabeanschluss ablöst, wobei die Antriebsvorrichtung durch eine gerade Anzahl von Antriebsvorrichtungen gestaltet ist, die in einer bilateral symmetrischen Beziehung angeordnet sind, wobei der Versatzerhöhungsmechanismus ein nachgiebig beziehungsweise elastisch deformierbares U-förmiges Bauteil aufweist mit einem unteren Abschnitt, an dem die Nadel angeschlossen beziehungsweise verbunden ist, wobei die Nadel zurück beziehungsweise nach hinten bewegt wird, wenn die Antriebsvorrichtungen Kräfte aufbringen, die wirken, um beide Endabschnitte des U-förmigen Bauteils voneinander wegzubewegen, und die Nadel nach vorne bewegt wird, wenn die Antriebsvorrichtungen Kräfte aufbringen, die wirken, um beide Endabschnitte des U-förmigen Bauteils in Richtungen zu bewegen, die einander näher kommen.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung, die die Nadel (Kolben) verwendet, da eine große Ausstoßkraft auf das Flüssigmaterial durch den Kolben aufgebracht werden kann, der bei einer hohen Geschwindigkeit nach vorne bewegt wird, ist es möglich, selbst solch ein Flüssigmaterial mit einer hohen Viskosität in der Form eines Tröpfchens abzugeben, welches nicht mit einer Tintenstrahlvorrichtung abgegeben werden kann, die ein piezoelektrisches (elektrostriktives) Element verwendet, um Tinte in einer Tintenkammer zu drücken und abzugeben.
Patentdokument 3 offenbart eine Tröpfchenausstoßvorrichtung, die ein Gehäuse, das ein Ausstoßloch, das an einer Spitze von diesem ausgebildet ist, und eine Zylinderbohrung hat, ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element, das in dem Gehäuse angeordnet ist, und einen Kolben aufweist, der durch das piezoelektrische Element angetrieben wird, das als eine Antriebsquelle dient, und der in der Zylinderbohrung untergebracht ist, um in der Lage zu sein, sich um sehr kleine Hübe auszudehnen und zusammenzuziehen, wobei das piezoelektrische Element in der Form eines rechtwinkligen Parallelflachs ist, der einstückig an einen Elementhalter angepasst und angebracht ist, wobei ein nachgiebiger Abschnitt mit einer dünnen Wand in einem Teil des Elementhalters ausgebildet ist, um dem piezoelektrischen Element eine Wiederherstellungskraft zu geben, wenn das piezoelektrische Element auf der Kontraktionsseite ist, wobei ein oberer Endabschnitt des Elementhalters an dem Gehäuse fixiert ist und der Kolben an einem unteren Ende des Elementhalters ausgebildet ist.
Die Vorrichtung, die im Patentdokument 3 offenbart ist, arbeitet auf der Basis des Abgabeprinzips eines Abgebens des Flüssigmaterials in der gleichen Menge wie das Volumen der Zylinderbohrung, das mit einer Vorwärtsbewegung eines Kolbens reduziert wird. Die Vorrichtung, die auf der Basis des vorangehend genannten Abgabeprinzips arbeitet, ist nicht geeignet für eine kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsabgabe von mehreren hundert oder mehr Schüssen pro Sekunde aus dem Grund, dass eine Gleitreibung zwischen einer lateralen Umfangsfläche des Kolbens und einer Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung verursacht wird.
Literaturstellenliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2002-282740
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2015-51399
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 4786326

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jüngst gab es in einer Abgabevorrichtung (Dispenser) der Art, die einen Kolben hin- und herbewegt, eine Nachfrage zum Abgeben eines Tröpfchens, um in einer kleineren Menge wie bis dahin gefordert abzulösen beziehungsweise auszugeben. In der Vorrichtung, die im Patentdokument 2 beispielsweise offenbart ist, obwohl die Nadel mit einem relativ kleinen Durchmesser innerhalb der Flüssigkeitskammer mit einem relativ großen Durchmesser hin- und herbewegt wird, kann das Flüssigmaterial in einer kleineren Menge als das Volumen der Flüssigkeit abgegeben werden, welches mit der Vorwärtsbewegung der Nadel verringert wird. Um das Tröpfchen abzugeben, um sich in einer sehr kleinen Menge abzulösen, muss mit dem vorangehend genannten Abgabeverfahren der Kolben um einen bestimmten Abstand nach vorne hin bewegt werden.
Von dem Gesichtspunkt eines Gewährleistens des gewünschten Bewegungsabstands beziehungsweise der gewünschten Bewegungsdistanz des Kolbens in der Abgabevorrichtung unter Verwendung des piezoelektrischen Aktors, um den Kolben hin- und herzubewegen, ist es notwendig, einen Versatzerhöhungsmechanismus zum Erhöhen eines Versatzbetrags des piezoelektrischen Aktors anzuordnen. Eine denkbare Lösung eines Erhöhens des Versatzbetrags des piezoelektrischen Aktors ist es, den Versatz eines piezoelektrischen Elements selbst zu erhöhen. Jedoch hat diese Lösung das Problem eines Vergrößerns der Größe des piezoelektrischen Aktors und daher der Größe der Abgabevorrichtung.
Außerdem führt ein Stapeln von piezoelektrischen Elementen in einer Multischichtstruktur bzw. einem Mehrschichtaufbau oder ein Einsetzen einer großen Zahl von piezoelektrischen Elementen zu einer Erhöhung der Vorrichtungskosten. Dementsprechend gibt es eine Notwendigkeit für eine Abgabevorrichtung mit einem Versatzerhöhungsmechanismus, der in der Lage ist, den Versatzbetrag des piezoelektrischen Elements effektiv zu erhöhen mit der Absicht, die Vorrichtungskosten zu reduzieren.
Darüber hinaus, da der piezoelektrische Aktor anfällig für Stoßbelastung ist, muss ein weiteres Problem gelöst werden, wie man den Stoß, der bei einem Aufsetzen des Kolbens erzeugt wird, abschwächt, und wie man ein längeres Wartungsintervall des teuren piezoelektrischen Aktors realisieren kann. Ein weiteres zu lösendes Problem liegt darin, dass Reibpartikel, die von einer Spitze des Kolbens durch einen Stoß (Aufsetzstoß) erzeugt werden, welcher erzeugt wird, wenn der Kolben in dem Boden der Kammer aufgesetzt wird, zu einer Verunreinigung führt.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Situationen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tröpfchenabgabevorrichtung zu bieten, die einen piezoelektrischen Aktor und einen effizienten Verschiebungserhöhungsmechanismus aufweist und welche in der Lage ist, den Aufsetzruck zu reduzieren, und eine Auftragungsvorrichtung zu bieten, die mit der Tröpfchenabgabevorrichtung ausgerüstet ist.
Lösung des Problems
Die Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Flüssigkeitskammer, die mit einer Düse in Verbindung steht und zu der ein Flüssigmaterial zugeführt wird, einen Kolben mit einem Spitzenabschnitt, der dünner als die Flüssigkeitskammer ist und der in der Flüssigkeitskammer vor- und zurückbewegt wird, einen piezoelektrischen Aktor, der als eine Antriebsquelle dient, die den Kolben betätigt, um vor- und zurückbewegt zu werden, einen Hebelmechanismus, der einen Versatz beziehungsweise eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktors erhöht, eine Basis mit einer Montagefläche, an der der piezoelektrische Aktor montiert ist, und eine Abgabesteuervorrichtung auf, wobei der Hebelmechanismus einen Arm, der betätigt wird, um eine Schwingbewegung durch den piezoelektrischen Aktor durchzuführen, und eine Blattfeder aufweist, die Enden aufweist, die mit einem unteren Abschnitt des Arms und mit der Basis verbunden sind, und einen kolbenverbundenen Abschnitt bzw. einen mit dem Kolben verbundenen Abschnitt in einem zentralen Bereich von diesem auf, wobei die Blattfeder den Kolben veranlasst, eine lineare hin- und hergehende Bewegung mit der Schwingbewegung des Arms durchzuführen, während eine Krümmung der Blattfeder geändert wird.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung, die vorangehend beschrieben ist, kann der Arm derart angeordnet sein, dass eine Mittellinie des Arms zumindest zeitweilig einen spitzen Winkel hinsichtlich einer Verlängerung der Mittellinie des Kolbens während der Schwingbewegung ausbildet.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung, die vorangehend beschrieben ist, können entsprechende Mittellinien des Kolbens, der Flüssigkeitskammer und der Düse auf der gleichen linearen Linie positioniert sein.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung, die vorangehend beschrieben ist, kann die Blattfeder in einem Zustand angeordnet sein, der winkelartig gebogen oder kontinuierlich gekrümmt ist, so dass ein Mittelabschnitt der Blattfeder zu der Düsenseite hin vorragt, und eine Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und dem Arm kann sich über einer Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und der Basis befinden.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann die Blattfeder in einem Zustand angeordnet sein, der winkelartig gebogen oder stetig gekrümmt ist, so dass ein Mittelabschnitt der Blattfeder zu der entgegengesetzten Seite von der Düse vorragt und eine Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und dem Arm kann sich unterhalb einer Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und der Basis befinden.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann die Blattfeder einen winkelartig gebogenen oder stetig gekrümmten Zustand ohne ein vollständiges Ausdehnen beibehalten, wenn sich der untere Abschnitt des Arms unter der Schwimmbewegung an einer Position am weitesten entfernt von dem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis und der Blattfeder befindet.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung, die vorangehend beschrieben ist, kann der verbundene Abschnitt beziehungsweise Verbindungsabschnitt zwischen dem Kolben und der Blattfeder bewegt werden, um sich über eine Linie, die sich senkrecht von dem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis und der Blattfeder zu einer Mittellinie des Kolbens hin erstreckt, hin- und herbewegt zu werden.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann ein Abstand beziehungsweise eine Distanz von dem kolbenverbundenen Abschnitt der Blattfeder zu einem Ende von diesem auf der Basisseite länger als ein Abstand beziehungsweise eine Distanz von dem kolbenverbundenen Abschnitt der Blattfeder zu einem Ende von diesem auf der Armseite eingestellt sein.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann eine Mittellinie des Arms angeordnet sein, um einen spitzen Winkel hinsichtlich einer Verlängerung der Mittellinie des Kolbens zu jeder Zeit während der Schwingbewegung auszubilden.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann der piezoelektrische Aktor durch ein erstes piezoelektrisches Element, das einen unteren Endabschnitt des Arms in einer Richtung näher zu der Basis mit einer Verlängerung des ersten piezoelektrischen Elements bewegt, und durch ein zweites piezoelektrisches Element gebildet sein, das den unteren Endabschnitt des Arms in einer Richtung weg von der Basis mit einer Verlängerung des zweiten piezoelektrischen Elements bewegt. Vorzugsweise weist die Tröpfchenabgabevorrichtung ferner einen Befestigungsstab auf, der zwischen dem ersten piezoelektrischen Element und dem zweiten piezoelektrischen Element angeordnet ist, und der Arm ist entfernbar mit der Basis durch den Befestigungsstab verbunden. Noch wünschenswerter sind das erste und das zweite piezoelektrische Element an der Basis durch einen Schwingmechanismus zum Absorbieren einer Scherdeformation montiert, die in einem von dem ersten und zweiten piezoelektrischen Element erzeugt wird mit einer Ausdehnung beziehungsweise Verlängerung des anderen piezoelektrischen Elements.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann die Abgabesteuervorrichtung Vorwärts- und Rückwärtsbetätigungen des Kolbens einstellen durch ein Einstellen einer Anstiegszeit und Abfallzeit eines Pulssignals, das verwendet wird, um den piezoelektrischen Aktor anzutreiben, ohne ein Ändern der Oszillationsfrequenz des Pulssignals.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann der Arm im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche beziehungsweise Befestigungsfläche angeordnet sein.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann der Hebelmechanismus eine Verschiebung beziehungsweise einen Versatz des piezoelektrischen Aktors 3–20-mal bzw. 3–20-fach erhöhen.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann der Kolben gegen eine Innenwand der Flüssigkeitskammer gesetzt werden, wobei die Innenwand vor dem Kolben positioniert ist, wenn der Kolben in eine vollständig vorgerückte Position gebracht ist, und der gesetzte Kolben kann eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigkeitskammer und der Düse abschneiden.
Die vorangehend beschriebene Tröpfchenabgabevorrichtung kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der eine Temperatur des piezoelektrischen Aktors misst, und die Abgabesteuervorrichtung kann Funktionen eines Speicherns einer aufsummierten Zahl von Malen, die der piezoelektrische Aktor angetrieben wurde, eines Vorhersagens einer Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors auf der Basis von sowohl der aufsummierten Zahl von Malen eines Aktorantreibens und einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Lebensdauerkoeffizienten repräsentiert, wobei die Tabelle vorab gespeichert wird, und eines Ausstellens beziehungsweise Ausgebens eines Alarms haben, wenn ein Auslaufen der Lebensdauer bald vorhergesagt ist.
In der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung kann die Abgabesteuervorrichtung Funktionen eines Überwachens einer Last, die auf den Kolben aufgebracht wird, und eines Ausgebens eines Alarms haben, wenn die überwachte Last einen Lastbereich übersteigt, der vorab gespeichert ist.
Eine Auftragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die vorangehend beschriebene Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, einen Werktisch, auf dem ein Auftragungsziel platziert ist, eine Relativbewegungsvorrichtung, die die Tröpfchenabgabevorrichtung und das Auftragungsziel relativ zueinander bewegt, und eine Flüssigmaterialzuführquelle auf, die ein Flüssigmaterial zu der Tröpfchenabgabevorrichtung zuführt.
In der vorangehend beschriebenen Auftragungsvorrichtung kann die Tröpfchenabgabevorrichtung durch eine Vielzahl von Tröpfchenabgabevorrichtungen gestaltet sein.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Kolben durch den piezoelektrischen Aktor bei einer hohen Geschwindigkeit bewegt wird, können sehr kleine Tröpfchen mit einer hohen Abgabegenauigkeit bei einem hohen Takt abgegeben werden.
Ferner, da die Blattfeder eine Erschütterung absorbiert, die bei dem Setzen beziehungsweise Aufsetzen des Kolbens erzeugt wird, kann eine längere Wartungsdauer beziehungsweise Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors realisiert werden und das Problem einer Verunreinigung, die einem Abnutzungs- bzw. Verschleißstaub zugerechnet wird, der von der Spitze des Kolbens erzeugt wird, kann gelöst werden.
Darüber hinaus, da der Hebelmechanismus den Versatzbetrag beziehungsweise Verschiebungsbetrag des piezoelektrischen Aktors erhöht, kann ein piezoelektrisches Element mit einer kleineren Größe eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittansicht einer Tröpfchenabgabevorrichtung nach Ausführungsform 1.
2 ist eine schematische Seitenansicht, die referenziert wird, um eine hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens zu erläutern.
3 ist ein Diagramm, das referenziert wird, um die Bewegung des Kolbens und Zeiten beziehungsweise Zeitgebungen eines Aufbringens von elektrischen Signalen auf piezoelektrische Elemente zu erläutern.
4 ist eine Darstellung, die referenziert wird, um Beziehungen unter Positionen von beiden Endabschnitten einer Blattfeder, einem Anbringungswinkel eines Arms und einer Bewegungsbahn des Kolbens in Ausführungsform 1 zu erläutern.
5 ist eine perspektivische Ansicht von einer Auftragungsvorrichtung, die mit der Tröpfchenabgabevorrichtung nach Ausführungsform 1 ausgerüstet ist.
6 ist eine Seitenschnittansicht einer Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
7 ist eine perspektivische Ansicht der Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
8 ist ein Blockdiagramm, das referenziert wird, um ein Steuersystem in der Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zu erläutern.
9(a) ist ein Schaltdiagramm eines piezoelektrischen Elementtreibers und 9(b) ist ein Graph, der Zeitgebungen eines Zuführens von Leistung zu den piezoelektrischen Elementen abbildet.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel von Änderungen in einer Temperatur des piezoelektrischen Elements und eines Lebensdauerkoeffizienten abbildet.
11 ist ein Verarbeitungsablauf für eine Lebensdauervorhersagefunktion einer Abgabesteuervorrichtung.
12 ist ein Graph, der ein überwachtes Spannungssignal abbildet, das durch einen Spannungsüberwachungskreis beziehungsweise eine Spannungsüberwachungsschaltung erfasst wird, wenn eine externe Kraft N, die in einer Richtung wirkt, die durch einen Pfeil bezeichnet ist, auf den Kolben aufgebracht wird.
13 ist eine schematische Seitenansicht, die referenziert wird, um eine hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens in einer Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zu erläutern.
14 ist eine Darstellung, die referenziert wird, um Beziehungen unter Positionen von beiden Endabschnitten der Blattfeder, eines Anbringungswinkels des Arms und einer Bewegungsbahn des Kolbens in Ausführungsform 3 zu erläutern.
15 ist eine Darstellung, die referenziert wird, um Beziehungen unter Positionen von beiden Endabschnitten der Blattfeder, eines Anbringungswinkels des Arms und einer Bewegungsbahn des Kolbens in jeder von Ausführungsform 4 und 5 zu erläutern.
Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tröpfchenabgabevorrichtung zum Abgeben einer Vielzahl von Flüssigmaterialien, die von Flüssigkeitsmaterialien mit einer relativ geringen Viskosität, wie zum Beispiel Wasser, Lösungsmittel und Reaktionsmittel zu Flüssigmaterialien mit relativ hoher Viskosität reichen, wie zum Beispiel eine Lötpaste, eine Silberpaste und einen Klebstoff, in der Form von fliegenden Tröpfchen in sehr kleinen Mengen mit hoher Genauigkeit. Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
<Ausführungsform 1>
<Abgabevorrichtung>
1 ist eine Seitenschnittansicht einer Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1.
Die Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 weist als Hauptkomponenten eine Basis 2, einen Rahmen 3, einen piezoelektrischen Aktor (4a, 4b), einen Arm 5, eine Blattfeder 6, einen Kolben 7, ein Flüssigkeitsförderbauteil 8 und eine Düseneinheit 9 auf. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird die Seite näher an der Düseneinheit 9 die „untere Seite“ genannt und wird die Seite entgegengesetzt zu der Düseneinheit 9 die „obere Seite“ in einigen Fällen genannt.
Die Basis 2 ist ein Bauteil mit einer im Wesentlichen L-Form, wenn von einer Seite aus betrachtet, und sie weist eine Montagefläche beziehungsweise Befestigungsfläche 21 und eine Schraubbohrung 23 auf, wobei die Schraubbohrung 23 die Montagefläche 21 und eine Rückfläche 22 verbindet. Während in der dargestellten Ausführungsform die Basis 2 durch ein Bauteil gebildet ist, kann eine Vielzahl von Bauteilen kombiniert werden, um die Basis 2 mit der im Wesentlichen L-Form zu bilden, wenn von einer Seite aus betrachtet.
Die Montagefläche 21 ist eine flache Fläche, die ausgebildet ist, um sich bei einem vorbestimmten Winkel hinsichtlich einer vertikalen Linie zu neigen. Der piezoelektrische Aktor (4a, 4b) ist direkt oder indirekt an der Montagefläche 21 in einem festen beziehungsweise befestigten Zustand montiert. Die Montagefläche 21 muss nicht immer eine flache Fläche (sie kann nämlich Unregelmäßigkeiten beinhalten) sein, sofern der piezoelektrische Aktor (4a, 4b) in dem vorbestimmten Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie angeordnet werden kann. Der Winkel, der durch die Montagefläche 21 (und den Arm 5) und die vertikale Linie ausgebildet ist, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel. Im Allgemeinen wird der vorangehende Winkel angenommen, um innerhalb eines Bereichs von zum Beispiel 10 bis 45 Grad in vielen Fällen eingestellt zu sein. Der Grund, warum die Montagefläche 21 bei einem Winkel beziehungsweise mit einem Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie angeordnet ist, liegt in einem Umwandeln einer Schwingbewegung des Arms 5 in eine lineare hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 7. Jedoch kann das technische Konzept der vorliegenden Erfindung selbst in einer Ausführungsform implementiert werden, in der die Montagefläche 21 keinen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie ausbildet (und zwar ist die Montagefläche 21 parallel zu der vertikalen Linie). Das technische Konzept der vorliegenden Erfindung kann ferner selbst in einer Ausführungsform implementiert werden, in der der Arm 5, der der Schwingbewegung unterliegt, nicht immer einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie bildet (und zwar nimmt der Arm 5 eine Stellung parallel zu der vertikalen Linie zeitweilig während der Schwingbewegung ein). Solch ein Punkt wird später im Detail beschrieben.
Eine gestufte Schraubennut ist in der Schraubbohrung 23 ausgebildet und der Befestigungsstab 24 mit Gewinden, die an dessen Spitzenabschnitt ausgebildet sind, ist fest in der gestuften Schraubennut gehalten. Durch ein Einsetzen und Schrauben des Befestigungsstabs 24 in die Schraubbohrung 23 kann der piezoelektrische Aktor (4a, 4b) fest in einem Zustand gehalten werden, in dem der piezoelektrische Aktor durch den Arm 5 gedrückt wird. Der Befestigungsstab 24 ist entfernbar gehalten in der Schraubbohrung 23, so dass der piezoelektrische Aktor (4a, 4b) leicht ersetzt werden kann, wenn der piezoelektrische Aktor zu dem Ende seiner Lebensdauer kommt. Der Befestigungsstab 24 ist ein längliches Bauteil und die Form des Befestigungsstabs 24 ist nicht auf die Abgebildete beschränkt.
Der Rahmen 3 ist ein Bauteil mit einer im Wesentlichen L-Form, wenn von einer Seite aus betrachtet, und bildet einen Rahmenkörper in Verbindung mit der Basis 2. Piezoelektrische Elemente 4a und 4b, der Arm 5, die Blattfeder 6, der Kolben 7 und so weiter sind innerhalb des Rahmenkörpers angeordnet und der Rahmenkörper wird mit zwei lateralen Bauteilen (nicht dargestellt) abgedeckt. Als ein Ergebnis wird ein Gehäuse in der Form eines rechtwinkligen Parallelflachs gebildet.
Der piezoelektrische Aktor ist gebildet durch ein Anordnen von zwei piezoelektrischen (elektrostriktiven) Elementen 4a und 4b in einem gegenüberliegenden Zustand mit einem Abstand, der zwischen den zwei piezoelektrischen Elementen beibehalten wird, um ein Einsetzen des Befestigungsstabs 24 durch den Raum beziehungsweise Abstand zu ermöglichen, wobei die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b die gleichen Spezifikationen haben und jeweils in einer Laminierrichtung (Richtung, die durch einen Pfeil in 1 bezeichnet ist) mit einer Aufbringung einer Spannung ausgedehnt und zusammengezogen werden. Die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b in dieser Ausführungsform sind jeweils ein stabartiges Multischichtelement beziehungsweise mehrschichtiges Element, das zum Beispiel durch ein Stapeln von piezoelektrischen Keramikmaterialien mit einer hohen Distorsionsrate, inneren Elektroden, äußeren Elektroden und Isolatoren beziehungsweise Isolierelementen gebildet ist. Ein Betrag eines Versatzes beziehungsweise ein Verschiebungsbetrag des piezoelektrischen Elements in einer Dickenrichtung ist zum Beispiel 5 bis 200 µm. Während zwei piezoelektrische Elemente in der dargestellten Ausführungsform verwendet werden, ist die Anzahl von piezoelektrischen Elementen nicht auf zwei begrenzt und die Elementanzahl kann eins oder drei oder mehr sein. Wenn es gewünscht ist, ein piezoelektrisches Element einzusetzen, ist eines von den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b in dieser Ausführungsform vorzugsweise mit einem nachgiebigen beziehungsweise elastischen Bauteil ersetzt. Als eine Alternative kann eines von den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b einfach weggelassen werden, wenn die Tröpfchenabgabevorrichtung einen Aufbau hat, der ein Bauteil wie den Befestigungsstab 24 aufweist, der als ein Drehpunkt der Schwingbewegung des Arms 5 wirkt. Von dem Gesichtspunkt eines feinen Steuerns des Arms 5 aus, wird jedoch der piezoelektrische Aktor vorzugsweise gebildet durch ein Anordnen einer geraden Anzahl von piezoelektrischen Elementen in einer entgegengesetzten Beziehung. In dem Fall eines Einsetzens von vier piezoelektrischen Elementen beispielsweise sind zwei unter den vier piezoelektrischen Elementen an der Position des piezoelektrischen Elements 4a angeordnet und die verbleibenden zwei piezoelektrischen Elemente sind an der Position des piezoelektrischen Elements 4b angeordnet.
Wie in 2 dargestellt ist, kann der Kolben 7 vorwärts bewegt werden durch ein Veranlassen des piezoelektrischen Elements 4a, sich auszudehnen, und durch ein Veranlassen des piezoelektrischen Elements 4b, stationär gehalten zu werden oder sich zusammenzuziehen. Andererseits kann der Kolben 7 nach hinten hinbewegt werden durch ein Veranlassen des piezoelektrischen Elements 4b, sich auszudehnen, und durch ein Veranlassen des piezoelektrischen Elements 4a, stationär gehalten zu werden oder sich zusammenzuziehen. Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b werden zum Beispiel 3 bis 20 Mal (vorzugsweise 5 bis 20 Mal) durch einen Hebelmechanismus erhöht, der durch den Arm 5 und die Blattfeder 6 gestaltet ist, und werden dann an den Kolben 7 übertragen. Zeiten beziehungsweise Zeitgebungen eines Zuführens von Leistung beziehungsweise Storm zu den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b werden später beschrieben.
Der Arm 5 ist ein längliches Bauteil, das aus einem Metallmaterial beispielsweise hergestellt ist, und ist an der Basis 2 in einem Zustand montiert, in dem eine Bodenfläche 52, welche als eine flache Fläche gegeben ist, und eine Mittellinie des Arms 5 im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche 21 sind. Im vorliegenden Fall steht der Begriff „im Wesentlichen parallel“ für eine positionelle Beziehung, bei der die Mittellinie des Arms 5 zeitweilig parallel zu der Montagefläche 21 an Positionen zwischen einer am weitesten entfernten Position und einer nächstliegenden Position relativ zu der Montagefläche 21 wird (nämlich während der Schwingbewegung des Arms). Ferner ist in dieser Ausführungsform der Arm 5 festgehalten in einem Zustand, der die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b drückt durch ein Einsetzen und Schrauben des Befestigungsstabs 24 in ein Schraubloch, das in der Bodenfläche 52 des Arms 5 ausgebildet ist. Ein anderes Schraubloch, in das eine Befestigungsschraube 51 geschraubt wird, ist in einem unteren Endabschnitt des Arms 5 ausgebildet. Das Schraubloch, in das die Befestigungsschraube 51 geschraubt wird, muss nicht notwendigerweise in dem unteren Endabschnitt des Arms ausgebildet sein, und dieses Schraubloch muss lediglich in einem unteren Abschnitt des Arms 5 positioniert sein (nämlich weiter unten als eine Mitte des Arms in dessen Längsrichtung). Darüber hinaus muss die Bodenfläche 52 des Arms 5 nicht notwendigerweise eine flache Fläche sein, und sie kann Unregelmäßigkeiten aufweisen.
Der Arm 5, der an dessen oberen Abschnitt durch den Befestigungsstab 24 festgehalten wird, wird betätigt, um die Schwingbewegung um einen Drehpunkt herum durchzuführen, der nahe dem Befestigungsstab 24 definiert ist, und die Schwingbewegung wird in die lineare hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 7 durch die Blattfeder 6 umgewandelt. In dieser Ausführungsform kann die Schwingbewegung des Arms 5 zu der linearen hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 7 umgewandelt werden durch ein Anordnen des Arms 5 in einem Zustand, in dem die Mittellinie des Arms 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich einer Verlängerung einer Mittellinie des Kolbens 7 ausbildet.
In dieser Ausführungsform ist der Arm 5 derart angeordnet, dass die Mittellinie des Arms 5 immer einen spitzen Winkel hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 an einem beliebigen Hubpunkt der Schwingbewegung ausbildet. Jedoch kann die Schwingbewegung des Arms 5 auch zu der linearen hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 7 in einer anderen Ausführungsform umgewandelt werden, in welcher ungleich zu dieser Ausführungsform die Mittellinie des Arms 5 zeitweilig parallel zu der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 während der Schwingbewegung wird, durch ein Anordnen der Blattfeder 6 derart, dass entsprechende Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte beziehungsweise Verbindungsabschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6, welche eine winkelartig gebogene oder stetig gekrümmte Form hat, um einen angemessenen Abstand voneinander verschieden sind.
Die Blattfeder 6 ist festgehalten in einem Zustand, in dem der verbundene Abschnitt 72 mit dem Arm 7 an einem Niveau positioniert ist, das höher als der verbundene Abschnitt 73 zu der Basis 2 ist. Genauer gesagt ist ein Schraubloch 53, durch das die Befestigungsschraube 51 eingesetzt wird, nahe einem Endabschnitt der Blattfeder 6 ausgebildet, und der andere Endabschnitt der Blattfeder 6 ist an dem unteren Endabschnitt (unteres Ende oder dort herum) von dem Arm 5 durch die Befestigungsschraube 51 fixiert beziehungsweise befestigt, die in das Schraubloch 53 geschraubt ist. Ein Schraubloch 26, durch das eine Befestigungsschraube 25 eingesetzt wird, ist nahe dem anderen Endabschnitt der Blattfeder 6 ausgebildet und der andere Endabschnitt der Blattfeder 6 ist an der Basis 2 durch die Befestigungsschraube 25 befestigt. Eine Kolbenbefestigung 71 zum Befestigen des Kolbens 7 ist an einem mittleren Abschnitt der Blattfeder 6 in deren Längsrichtung angebracht (der mittlere Abschnitt ist nicht auf eine Mitte des Kolbens begrenzt und umfasst einen Abschnitt, der einen bestimmten Bereich von der Mitte aus abdeckt) und der Kolben 7 wird durch ein Durchgangsloch eingesetzt und daran fixiert, das an einer Mitte der Kolbenbefestigung 71 in dessen Breitenrichtung ausgebildet ist. Eine Länge eines armseitigen Abschnitts 61 der Blattfeder ist eingestellt, um kürzer zu sein als jene eines basisseitigen Abschnitts 62 der Blattfeder, um eine Linearität beziehungsweise Geradlinigkeit des Kolbens 7 zu erhöhen (wie später im Detail beschrieben wird). Eine Befestigung zum Befestigen des Endabschnitts der Blattfeder 6 ist nicht auf eine Schraube begrenzt, wie zum Beispiel die Befestigungsschraube 51 oder die Befestigungsschraube 26, und ein geeignetes bekanntes Befestigungsmittel kann auch optional verwendet werden. Ferner kann anstelle eines Verwendens der Kolbenbefestigung 71 der Kolben 7 gebondet beziehungsweise geklebt oder an die Blattfeder geschweißt werden. Als eine Alternative können der Kolben 7 und die Blattfeder 6 einstückig ausgebildet sein.
Da das untere Ende des Arms 5 auf einem Niveau positioniert ist, das höher als die Kolbenbefestigung 71 ist, und die Befestigungsschraube 25 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Kolbenbefestigung 71 positioniert ist, ist die Blattfeder 6 winkelartig gebogen nahe einer Position, an der die Kolbenbefestigung 71 an der Blattfeder 6 angebracht ist, und ein Mittelabschnitt beziehungsweise ein zentraler Abschnitt der Blattfeder 6 ragt nach unten hin vor (zu der Düsenseite hin) (nämlich ragt der zentrale Abschnitt der Blattfeder 6 zu der Düsenseite hinsichtlich einer linearen Linie vor, die den verbundenen Abschnitt 72 zwischen der Blattfeder 6 und dem Arm 5 und den verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Blattfeder 6 und der Basis 2 verbindet). In dieser Ausführungsform haben der armseitige Abschnitt 61 der Blattfeder und der basisseitige Abschnitt 62 der Blattfeder voneinander verschiedene Krümmungen.
Die Blattfeder 6 in dieser Ausführungsform ist winkelartig gebogen nahe der angebrachten Position beziehungsweise Anbringungsposition der Kolbenbefestigung 71. Ungleich zu dieser Ausführungsform kann jedoch die Blattfeder 6 mit einer Kreisbogenform, die gebogen ist, um nach unten hin vorzuragen (zu der Düsenseite hin), ohne ein Aufweisen eines beliebigen winkelartig gebogenen Abschnitts stattdessen verwendet werden (siehe 4; 4 stellt den Fall dar, in dem die Krümmung im Wesentlichen die Gleiche zwischen dem armseitigen Abschnitt 61 der Blattfeder und dem basisseitigen Abschnitt 62 der Blattfeder ist, jedoch kann die Krümmung zwischen dem armseitigen Abschnitt 61 der Blattfeder und dem basisseitigen Abschnitt 62 der Blattfeder in Abhängigkeit von Fällen verschieden sein). Darüber hinaus kann die Schwingbewegung des Arms 5 zu der linearen hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 7 selbst dann umgewandelt werden, wenn die Blattfeder 6 in solch einem winkelartig gebogenen oder stetig gekrümmten Zustand angeordnet ist, in dem der zentrale Abschnitt der Blattfeder 6 nach oben hin vorragt (zu der entgegengesetzten Seite der Düse) (nämlich selbst dann, wenn der zentrale Abschnitt beziehungsweise mittlere Abschnitt der Blattfeder 6 zu der entgegengesetzten Seite der Düse hinsichtlich der linearen Linie vorragt, die dem verbundenen Abschnitt 72 zwischen der Blattfeder 6 und dem Arm 5 und den verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Blattfeder 6 und der Basis 2 verbindet) (siehe Ausführungsform 3, die später beschrieben wird).
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Biege- oder Krümmungsrichtung der Blattfeder 6 daran gehindert, sich in einer umgekehrten Richtung während der Schwingbewegung des Arms 5 zu ändern, mit solch einer Konfiguration, dass die Blattfeder 6 einen winkelartig gebogenen oder stetig gekrümmten Zustand ohne ein vollständiges Ausdehnen an einem beliebigen Hubpunkt der Schwingbewegung des Arms 5 beibehält. Jedoch kann das technische Konzept der vorliegenden Erfindung auch selbst in einer Ausführungsform implementiert werden, in der die Blattfeder 6 vollständig ausgedehnt beziehungsweise erstreckt wird, wenn der untere Abschnitt des Arms 5 an einer Stelle positioniert wird, die am weitesten entfernt von dem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis 2 und der Blattfeder 6 ist.
Der Kolben 7 ist ein stabartiges Bauteil, das vertikal angeordnet ist und sich gerade erstreckt. Der Kolben 7 ist an einem zentralen Abschnitt beziehungsweise einem Mittelabschnitt der Blattfeder 6 durch die Kolbenbefestigung 71 fixiert und wird betätigt, um sich in der vertikalen Richtung hin- und herzubewegen. Der Kolben 7 ist in eine Kolbenkammer 85 eingesetzt, die innerhalb eines Flüssigkeitsförderbauteils beziehungsweise Flüssigkeitszuführbauteils ausgebildet ist, und erstreckt sich gerade, und ist derart angeordnet, dass ein Spitzenabschnitt des Kolbens 7 in einer Flüssigkeitskammer 92 positioniert ist, die in einer Düseneinheit 9 definiert ist. In dieser Ausführungsform sind der Kolben 7, die Kolbenkammer 85, die Flüssigkeitskammer 92 und die Düse 91 in einem Zustand angeordnet, in dem deren Mittellinien alle auf der vertikalen Linie positioniert sind. Jedoch können der Kolben 7, die Kolbenkammer 85, die Flüssigkeitskammer 92 und die Düse 91, welche nach unten hin geöffnet ist, in einem Zustand angeordnet sein, in dem deren Mittellinien einen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie bilden. Anders gesagt kann die Tröpfchenvorrichtung, die in der Lage ist, die vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung in einer gewünschten Art und Weise zu realisieren, insofern vorgesehen sein, wie die Mittellinien des Kolbens 7, der Kolbenkammer 85, der Flüssigkeitskammer 92 und der Düse 91 auf der gleichen linearen Linie positioniert sind.
Ein ringförmiges Dichtbauteil 86 zum Verhindern eines Anstiegs des Flüssigmaterials ist nahe einer Mitte der Kolbenkammer 85 angeordnet. Da die Kolbenkammer 85 einen größeren Durchmesser als der Kolben 7 hat, wird eine laterale Umfangsfläche beziehungsweise Seitenumfangsfläche des hin- und hergehenden Kolbens 7 nicht mit einer Innenumfangsfläche der Kolbenkammer 85 in Kontakt kommen. Es soll vermerkt werden, dass der Kolben 7 nicht notwendigerweise den gleichen Durchmesser (gleiche Breite) über einen gesamten Bereich von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt (Spitzenabschnitt) von diesem haben muss und dass der Kolben 7 einen gestuften Abschnitt haben kann, insofern wie die Seitenumfangsfläche des Kolbens 7 nicht mit der Innenumfangsfläche der Kolbenkammer 85 in Kontakt kommen wird.
Da der Kolben 7 betätigt werden kann, um sich hin- und herzubewegen, ohne eine Gleitreibung zu verursachen, kann der Kolben 7 bei einer hohen Geschwindigkeit nach vorne hin bewegt werden, um eine Trägheitskraft auf das Flüssigmaterial aufzubringen, das vor dem Kolben 7 positioniert ist, wodurch das Flüssigmaterial in der Form eines Tröpfchens in einer kleineren Menge als ein Volumen abgegeben wird, das durch den Kolben 7 versetzt wird. In dieser Ausführungsform wird die Vorwärtsbewegung des Kolbens 7 gestoppt durch ein Veranlassen einer Spitze des Kolbens 7, gegen einen Ventilsitz gesetzt zu werden, der durch eine Innenwandfläche der Flüssigkeitskammer 72 gebildet ist. Jedoch kann das technische Konzept der vorliegenden Erfindung auch in einer Ausführungsform implementiert werden, in der die Spitze des Kolbens 7, die sich nach vorne bewegt, nahe dem Ventilsitz gestoppt wird und in der das Tröpfchen abgegeben wird, ohne den Kolben 7 zu veranlassen, gegen den Ventilsitz gesetzt zu werden.
Während eine Schnittform von jeder von der Flüssigkeitskammer und dem Kolben vorzugsweise kreisförmig ist, ist es lediglich notwendig, dass zumindest der Spitzenabschnitt des Kolbens ausgebildet ist, um dünner als die Flüssigkeitskammer zu sein. Dementsprechend können die Flüssigkeitskammer und der Kolben jeweils eine polygonale oder elliptische Schnittform haben. Darüber hinaus müssen die Schnittformen von der Flüssigkeitskammer und dem Kolben nicht immer ähnlich zueinander sein.
In dieser Ausführungsform, da der Kolben 7 an der Blattfeder 6 fixiert wird, selbst wenn die Spitze des Kolbens 7 gegen die Innenwandfläche der Flüssigkeitskammer 92 gesetzt ist, absorbiert die Blattfeder 6 einen Ruck beziehungsweise eine Erschütterung, die bei dem Setzen der Kolbenspitze erzeugt wird. Solch eine Handlung eines Abschwächens des Setzruckes durch die Blattfeder 6 bietet signifikante vorteilhafte Effekte eines Verlängerns der Wartungszeitdauer beziehungsweise Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors, der der Erschütterung unterliegt, und eines Verringerns eines Verschleißes der Spitze des Kolbens 7.
Der Kolben 7 ist zum Beispiel aus einem Metallmaterial, einem Keramikmaterial oder einem Harzmaterial hergestellt, welches eine hohe Korrosionsbeständigkeit beziehungsweise Korrosionswiderstand hat. Die Spitze des Kolbens 7 kann eine beliebige geeignete Form haben. Zum Beispiel ist hier eine flache Fläche, eine kugelförmige Fläche oder eine Fläche mit einer Nabe an einem Ende der Spitze als die Form der Kolbenspitze offenbart.
Das Flüssigkeitsförderbauteil beziehungsweise Flüssigkeitszuführbauteil 8 ist ein Bauteil, das sich horizontal erstreckt, und eine Verbindung 81 zum Koppeln des Flüssigkeitsförderbauteils 8 mit einem nicht dargestellten Speicherbehälter (Spritze) ist nahe einem Endabschnitt des Flüssigkeitsförderbauteils 8 angeordnet. Die Verbindung 81 ist angeordnet, um sich in der vertikalen Richtung zu erstrecken, und die Spritze ist an der Verbindung 81 in einer positionellen Beziehung parallel zu einer benachbarten Seitenfläche des Rahmens 3 angebracht. Ein Einströmkanal 82 in Verbindung mit der Verbindung 81, ein Sperrluftkanal 83, ein Zuführkanal 84, welche zwei Kanäle von dem Einströmkanal 82 abgezweigt werden, und die Kolbenkammer 85 sind innerhalb des Flüssigkeitsförderbauteils 8 ausgebildet. Der Sperrluftkanal 83 wird geöffnet, um mit Atmosphärenluft in Verbindung gebracht zu werden zu einer Zeit, wenn das Flüssigmaterial in den Zuführkanal 84, die Kolbenkammer 85 und die Flüssigkeitskammer 92 gefüllt wird, während die Verbindung des Sperrluftkanals 83 mit Atmosphärenluft durch einen Schließstopfen (nicht dargestellt in 1; siehe 87 in 6 und 7) abgeschnitten wird, wenn das Flüssigmaterial abgegeben wird. Das Flüssigmaterial innerhalb der Spritze wird durch Druckgas mit Druck beaufschlagt und wird zu der Flüssigkeitskammer 92 durch die Verbindung 81, den Einströmkanal 82 und den Zufuhrkanal 84 zugeführt.
Es soll vermerkt werden, dass das Flüssigmaterial ebenfalls zu der Flüssigkeitskammer 92 zugeführt werden kann, durch ein Einsetzen von einem geeigneten von bekannten Flüssigkeitsfördermitteln, wie zum Beispiel einer Pumpe.
Die Düseneinheit 9 weist die Düse 91 und die Flüssigkeitskammer 92 auf.
Die Düse 91 ist ein kreisförmiges zylindrisches Bauteil, in dem ein Abgabekanal ausgebildet ist. Ein Abgabeanschluss ist an einem vorderseitigen Ende der Düse 91 ausgebildet und ein rückwärtiges Ende der Düse 91 steht mit der Flüssigkeitskammer 92 in Verbindung. Eine Form der Düse 91 ist nicht auf die Dargestellte begrenzt. In einigen Fällen kann die Düse 91 in der Form einer Blende beziehungsweise einer Öffnung beispielsweise gestaltet sein.
Eine Öffnung in Verbindung mit dem Abgabekanal der Düse 91 ist in einer Innenwandbodenfläche der Flüssigkeitskammer 92 ausgebildet und die Öffnung wird durch den Koben 7 geöffnet und geschlossen, der sich von der Innenwandbodenfläche der Flüssigkeitskammer 92 entfernt beziehungsweise gegen diese gesetzt wird. Mit anderen Worten bildet die Innenwandbodenfläche der Flüssigkeitskammer 92 um die Öffnung herum, gegen die der Kolben 7 gesetzt wird, einen Ventilsitz. Die Flüssigkeitskammer 92, die sich gerade erstreckt, hat den gleichen Durchmesser wie die Kolbenkammer 85. Dementsprechend, da der Durchmesser der Flüssigkeitskammer 92 größer ist als jener des Kolbens 7, wird die Seitenumfangsfläche des hin- und hergehenden Kolbens 7 nicht mit einer Innenumfangsfläche der Flüssigkeitskammer 92 in Kontakt kommen. In der Flüssigkeitskammer 92 und der Kolbenkammer 85 wird das Flüssigmaterial bis zu einer Position nahe dem Dichtbauteil 86 hinauf aufgefüllt.
Die Düseneinheit 9 kann mit einem Temperatureinstellmechanismus zum Erwärmen des Flüssigmaterials innerhalb der Flüssigkeitskammer 92 auf eine vorbestimmte Temperatur ausgerüstet sein.
In dieser Ausführungsform ist innerhalb der Kolbenkammer 85 und der Flüssigkeitskammer 92 die Seitenumfangsfläche des Kolbens 7 nicht mit irgendeinem anderen Bauteil verschieden zu dem ringförmigen Dichtbauteil 86 in Berührung. Ferner werden während der Bewegung des Kolbens 7 der Zufuhrkanal 84 und das Flüssigmaterial, das vor dem Kolben 7 positioniert ist, in Fluidverbindung miteinander gehalten.
Ein Führungsbauteil, das mit der Seitenumfangsfläche des Kolbens 7 in Kontakt kommt und ein Taumeln des Kolbens 7 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 7 unterdrückt, kann je nach Bedarf über und/oder unter dem Dichtbauteil 86 angeordnet sein. Außerdem, wenn das Führungsbauteil angeordnet ist, werden der Zuführkanal 84 und das Flüssigmaterial, das vor dem Kolben 7 positioniert ist, vorzugsweise in Fluidverbindung miteinander gehalten während der Bewegung des Kolbens 7. In dem Fall eines Anordnens des Führungsbauteils, da die lineare Bewegung des Kolbens 7 durch das Führungsbauteil gewährleistet ist, müssen die Blattfeder 6 und der Kolben 7 nicht notwendigerweise fest aneinander fixiert sein durch die Kolbenbefestigung 71 (nämlich kann die Kolbenbefestigung 71 gestaltet sein, um ein relativ großes Spiel vorzusehen).
<Betrieb>
Betriebe beziehungsweise Betätigungen des piezoelektrischen Aktors (4a, 4b) des Hebelmechanismus (5, 6) und des Kolbens 7 werden nachfolgend beschrieben.
2 ist eine schematische Seitenansicht, die referenziert wird, um die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 7 zu erläutern. In 2 sind Komponenten, die von den entsprechenden Komponenten in 1 verschieden erscheinen, in den vereinfachten Formen im Vergleich mit den Konfigurationen der Komponenten in 1 dargestellt.
Wie in 2(a) dargestellt ist, wird mit einem Verlängern des piezoelektrischen Elements 4a der Arm 5 veranlasst, mit dem Befestigungsstab 24, der ein Drehpunkt ist, in solch einer Art und Weise zu schwingen, dass der obere Endabschnitt des Arms 5 sich von der Basis 2 weg entfernt und der untere Endabschnitt des Arms 5 näher zu der Basis 2 gelangt, wodurch der Kolben 7 in der vertikalen Richtung nach unten hinbewegt wird. In der folgenden Beschreibung wird die Position des Arms 5, wenn der hin- und hergehende Kolben 7 zu einer vollständig vorgerückten Position bewegt ist, als die „nächstliegende Position“ in einigen Fällen genannt.
Wie in 2(b) dargestellt ist, wird mit einer Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 4b der Arm 5 veranlasst, mit dem Befestigungsstab 24, der ein Drehpunkt ist, in solch einer Art und Weise zu schwingen, dass der obere Endabschnitt des Arms 5 näher an die Basis 2 gelangt und sich der untere Endabschnitt des Arms 5 von der Basis 2 weiter weg entfernt, wodurch der Kolben 7 in der vertikalen Richtung nach oben hin bewegt wird. In der folgenden Beschreibung wird die Position des Arms 5, wenn der hin- und hergehende Kolben 7 zu einer vollständig zurückgezogenen Position bewegt ist, die „am weitesten entfernte Position“ in einigen Fällen genannt.
Dementsprechend, da der Arm 5 vor und zurück schwingt mit dem Befestigungsstab 24, der ein Drehpunkt ist, werden Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b erhöht und dann an den Kolben 7 übertragen. Mit einem hin- und hergehenden Hub des Kolbens 7 wird ein Tröpfchen von dem Abgabeanschluss der Düse 91 abgegeben.
Wie in 3 dargestellt ist, wenn der Kolben 7 nach hinten hin bewegt wird, wird ein elektrisches Signal auf das piezoelektrische Element 4b aufgebracht, was dementsprechend das piezoelektrische Element 4b veranlasst, sich auszudehnen. Von dem Gesichtspunkt eines Abmilderns eines Übergangs von dem zusammengezogenen Zustand zu dem ausgedehnten Zustand wird die Aufbringung des elektrischen Signals auf das piezoelektrische Element 4a vorzugsweise in einer Art und Weise eines anfänglichen Aufbringens eines elektrischen Signals zum Ansteigen hindurchgeführt. Zu dieser Zeit ist das piezoelektrische Element 4b in dem zusammengezogenen Zustand, in dem kein elektrisches Signal aufgebracht wird oder ein elektrisches Signal zum Fallen, um einen Übergang von dem ausgedehnten Zustand zu dem zusammengezogenen Zustand zu machen, wird auf das piezoelektrische Element 4a aufgebracht.
Eine Anstiegszeit tc in der rückwärts gerichteten Bewegung und eine Abfallzeit td in der vorwärts gerichteten Bewegung sind auf optimale Werte in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Flüssigmaterials und der Größe des auszubildenden Tröpfchens eingestellt. Eine Abgabegenauigkeit kann durch eine Einstellung von tc und td verbessert werden, während Pulsfrequenzen, die auf die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b aufgebracht werden, konstant gehalten werden. Die Versatzbeträge der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b können mit einer aufgebrachten Spannung ΔV jeweils eingestellt werden und sie werden auf optimale Werte in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Flüssigmaterials und der Größe der auszubildenden Tröpfchen eingestellt.
Beziehungen unter Positionen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6, eines Anbringungswinkels des Arms 5 und einer Bewegungsbahn des Kolbens 7 werden nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine schematische Darstellung bezüglich einer Annahme, dass die Basis 2 durch eine vertikale Linie repräsentiert wird. In 7 wird ferner angenommen, dass die Mittellinie des Kolbens 7 sich in der vertikalen Richtung erstreckt und dass die Bodenfläche 52 des Arms eine flache Fläche ist (das Bezugszeichen 52 in 4 kann als die Mittellinie des Arms 5 repräsentierend betrachtet werden).
4(a) ist eine Darstellung, die referenziert wird, um eine Rückwärtsbewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern, wenn beide Endabschnitte (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf der gleichen Höhe positioniert sind und wenn die Basis 2 und die Bodenfläche 52 des Arms parallel zueinander an der nächstliegenden Position sind (nämlich wenn der Arm 5 parallel zu der vertikalen Linie an der nächstliegenden Position ist). In diesem Fall, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in einer Richtung weg von der Basis 2 um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 schräg nach oben hin bewegt. Mit anderen Worten kann der Kolben 7 nicht in der vertikalen Richtung aufwärts bewegt werden. Jedoch, wie später mit Bezug auf 15 beschrieben wird, selbst wenn die Basis 2 und die Bodenfläche 52 des Arms zeitweilig parallel zueinander werden während der Schwingbewegung des Arms, kann auch der Kolben 7 veranlasst werden, sich in der vertikalen Richtung zu bewegen, durch ein Einstellen der Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus, die voneinander um einen angemessenen Abstand verschieden sind.
4(b) ist eine Darstellung, die referenziert wird, um eine nach hinten hin gerichtete beziehungsweise rückwärtige Bewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern, wenn die Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus eingestellt sind, die um einen geeigneten Abstand voneinander verschieden sind, wenn die Basis 2 und die Bodenfläche 52 des Arms 5 einen Winkel ausbilden (nämlich, wenn der Arm 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie ausbildet oder wenn der Arm 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 ausbildet). In diesem Fall, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in einer Richtung weg von der Basis 2 um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 in der vertikalen Richtung aufwärts bewegt.
Dementsprechend kann der Kolben 7 betätigt werden, um sich in der vertikalen Richtung mit der Schwingbewegung des Arms 5 um den Drehpunkt herum hin- und herzubewegen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, durch ein Einstellen der Höhen der beiden Endabschnitte (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus, die voneinander um einen geeigneten Abstand beziehungsweise eine geeignete Distanz verschieden sind, und durch ein Anordnen des Arms 5, um einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie auszubilden (oder hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7). Während der Schwingbewegung muss der Arm 5 nicht immer einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie (oder hinsichtlich er Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7) bilden. Das technische Konzept der vorliegenden Erfindung kann außerdem selbst in einer Ausführungsform implementiert werden, in der der Arm 5 zeitweilig parallel zu der vertikalen Linie (oder zu der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7) wird (Details von solchen Ausführungsformen werden später mit Bezug auf 15 beschrieben).
Der Grund, warum die Länge des basisseitigen Abschnitts 62 der Blattfeder eingestellt wird, um länger als jene des armseitigen Abschnitts 61 der Blattfeder in dieser Ausführung zu sein, wird hier beschrieben.
Falls es angenommen wird, dass die Blattfeder 6 keine Biegeeigenschaften aufgrund einer Nachgiebigkeit hat, wird ein verbundener Abschnitt zwischen dem Kolben 7 und der Blattfeder 6 (das heißt ein Abschnitt, der durch die Befestigung 71 vorgesehen wird) entlang einer kreisförmigen Bogenbahn mit dem verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Basis 2 und der Blattfeder 6, die einen Drehpunkt bildet, bewegt. Obwohl die kreisförmige Bogenbahn tatsächlich zu einer linearen Bahn mit den Biegeeigenschaften der Blattfeder 6 aufgrund einer Nachgiebigkeit umgewandelt wird, wird die kreisförmige Bogenbahn vorzugsweise so nahe wie möglich an oder überlappend mit der Mittellinie des Kolbens 7 eingestellt (das heißt der hin- und hergehenden Richtung des Kolbens 7).
Ein Erhöhen des Abstands von dem verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Basis 2 und der Blattfeder 6 zu dem verbundenen Abschnitt 72 zwischen dem Kolben 7 und der Blattfeder 6 ist wirksam bei einem Annähern der kreisförmigen Bogenbahn näher an die lineare Bahn. Anders gesagt ist es wünschenswert, die Länge des basisseitigen Abschnitts 62 der Blattfeder (das heißt den Abstand zwischen der Befestigung 71 und dem verbundenen Abschnitt 73) einzustellen, um länger zu sein als jene des armseitigen Abschnitts 61 der Blattfeder (das heißt den Abstand zwischen der Befestigung 71 und dem verbundenen Abschnitt 72). Mit dieser Einstellung kann die vorangehend genannte kreisförmige Bogenbahn effektiv näher an die lineare Bahn gebracht werden.
Ein Entwerfen der Kolbenbefestigung 71, um sich über eine horizontale Linie hinweg hin- und herzubewegen, die sich von dem verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Basis 2 und der Blattfeder 6 erstreckt (nämlich über eine Linie hinweg, die sich senkrecht von dem verbundenen Abschnitt 73 zu der Mittellinie des Kolbens 7 hin erstreckt) ist ebenfalls ein wirksames Mittel zum effizienten Annähern der kreisförmigen Bogenbahn an die lineare Bahn.
Die vorangehende Beschreibung ist lediglich zum Erläutern eines Beispiels der Tröpfchenabgabevorrichtung 1. Dementsprechend können entsprechende Formen und Positionen von beliebigen entsprechenden Winkeln an einem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis 2 und dem piezoelektrischen Aktor (4a, 4b), einem verbundenen Abschnitt zwischen dem piezoelektrischen Aktor (4a, 4b) und dem Arm 5, den verbundenen Abschnitten (72, 73) an beiden Enden der Blattfeder 6 und dem verbundenen Abschnitt zwischen dem Kolben 7 und der Blattfeder 6 als auch die Biege- oder Krümmungsform und -richtung der Blattfeder 6 können je nach Bedarf geändert werden, sofern der Kolben 7 in der Lage ist, sich linear hin- und herzubewegen.
<Auftragungsvorrichtung>
Wie in 5 dargestellt ist, ist die Tröpfchenabgabevorrichtung 1 an einer Tischauftragungsvorrichtung 100 montiert und wird bei einer Arbeit eines Auftragens des Flüssigmaterials auf ein Werkstück verwendet, während die Tröpfchenabgabevorrichtung 1 und ein Werkstisch 103 relativ durch XYZ-Achsen-Antriebsvorrichtungen (111, 112, 113) bewegt werden. Die dargestellte Auftragungsvorrichtung 100 weist eine Bank 101, den Werktisch 103, auf dem ein Werkstück 102, das heißt ein Auftragungsziel, platziert ist, die X-Antriebsvorrichtung 111 zum relativen Bewegen der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 und den Werktisch 103 in einer X-Richtung 121, die Y-Antriebsvorrichtung 112 zum relativen Bewegen der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 und dem Werktisch 103 in einer Y-Richtung 122, die Z-Antriebsvorrichtung 113 zum relativen Bewegen der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 und dem Werktisch 103 in einer Z-Richtung 123, ein nicht dargestelltes Dispensersteuergerät (Abgabesteuereinheit) zum Zuführen von Druckgas, das von einer nicht dargestellten Druckgasquelle geliefert wird, zu dem Speicherbehälter (Spritze) unter gewünschten Bedingungen und eine Auftragungsbetriebssteuereinheit 104 zum Steuern von Betrieben beziehungsweise Betätigungen der XYZ-Antriebsvorrichtungen (111, 112, 113) auf. In der Auftragungsvorrichtung 100, wie durch gepunktete Linien repräsentiert ist, wird ein Raum über der Bank vorzugsweise mit einer Schutzabdeckung abgedeckt, um Partikel und Staub, die in den Umgebungen erzeugt werden, daran zu hindern, das Werkstück 102 zu erreichen.
Die XYZ-Antriebsvorrichtung (111, 112, 113) sind zum Beispiel durch bekannte Kombinationen von XYZ-Achsenservomotoren und Kugelgewinden gebildet und sie können den Abgabeanschluss der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 zu einer gewünschten Position des Werkstücks bei einer gewünschten Geschwindigkeit bewegen. Während drei Tröpfchenabgabevorrichtungen 1 an der Auftragungsvorrichtung in 5 montiert sind, ist die Anzahl der zu montierenden Tröpfchenabgabevorrichtungen nicht auf drei in dem dargestellten Beispiel begrenzt und sie kann eine oder mehrere, wie zum Beispiel 2 oder 4 sein. Darüber hinaus, während die drei Tröpfchenabgabevorrichtungen 1 an einer Z-Antriebsvorrichtung 113 in 5 montiert sind, kann die Z-Antriebsvorrichtung 113 in der gleichen Zahl wie die Tröpfchenabgabevorrichtungen 1 (drei in einem Beispiel von 5) angeordnet sein, so dass die individuellen Tröpfchenabgabevorrichtungen 1 in der Lage sind, sich in der Z-Richtung (und der X-Richtung) unabhängig voneinander zu bewegen.
Mit der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1, da der Kolben 7 mit dem kleineren Durchmesser als die Flüssigkeitskammer betrieben wird, um sich hin- und herzubewegen, durch ein Einsetzen des piezoelektrischen Aktors als eine Antriebsquelle, ist es möglich, eine kontinuierliche Abgabe von sehr kleinen losgelösten Tröpfchen bei einem hohen Takt (zum Beispiel mehrere hundert bis zehntausend Schüsse pro Sekunde) zu realisieren.
Darüber hinaus kann mit dem Vorsehen des Hebelmechanismus zum Erhöhen des Verschiebungsbetrags des piezoelektrischen Aktors der Verschiebungsbetrag effektiv erhöht werden und der Abstand beziehungsweise die Distanz, um die der Kolben nach vorne bewegt wird, kann selbst dann gewährleistet werden, wenn das piezoelektrische Element mit einer relativ kleinen Größe eingesetzt wird.
Außerdem, da die Blattfeder die Erschütterung absorbiert, die bei dem Aufsetzen des Kolbens erzeugt wird, kann die Lebensdauer beziehungsweise die Wartungsdauer des Kolbens und des piezoelektrischen Aktors verlängert werden.
<Ausführungsform 2>
Eine Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 ist von der Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in einem Aufweisen einer Abgabesteuervorrichtung 10 mit einer Funktion eines Vorhersagens der Wartungszeit beziehungsweise Lebensdauer der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b, einer Sensorbox beziehungsweise einem Sensorkasten 14 und einem Schwingmechanismus (27, 28) verschieden, der zwischen der Montagefläche 21 und jedem von den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b angeordnet ist. In dem Folgenden werden unterschiedliche Punkte von Ausführungsform 1 hauptsächlich beschrieben und eine Beschreibung von ähnlichen Komponenten wird weggelassen. In Zeichnungen, die Ausführungsform 2 repräsentieren, sind die ähnlichen Komponenten zu jenen in der Ausführungsform 1 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
6 ist eine Seitenschnittansicht der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 und 7 ist eine perspektivische Ansicht von derselben. Es soll vermerkt sein, dass, obwohl ein Kabelanschluss 31 in 1 nicht dargestellt ist, die Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 ebenfalls den Kabelanschluss aufweist.
Der Schwingmechanismus (27, 28) ist ein Mechanismus zum Absorbieren einer Scherdeformation von einem von den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b, wobei die Scherdeformation mit der Ausdehnung von dem anderen piezoelektrischen Element erzeugt wird.
Ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 4a auf der Seite entgegengesetzt zu dem Arm 5 ist an einem Verbindungsstativ beziehungsweise einem Verbindungsstand 27a fixiert und ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 4b auf der Seite entgegengesetzt zu dem Arm 5 ist an einem Verbindungsstativ beziehungsweise einem Verbindungsstand 27b fixiert. Der Verbindungsstand 27a weist eine Vertiefung in Kontakt mit einer Walze 28a auf und der Verbindungsstand 27b weist eine Vertiefung in Kontakt mit einer Walze 28b auf. Jeder Verbindungsstand ist entlang einer Seitenumfangsfläche der entsprechenden Walze schwingfähig. Der Arm 5, die piezoelektrischen Elemente (4a, 4b) und die Verbindungsstände (27a, 27b) sind festgehalten durch den Befestigungsstab 24 in einem Zustand, in dem eine Drückkraft auf die Walzen (28a, 28b) von dem Arm aus aufgebracht wird.
8 ist ein Blockdiagramm, das referenziert wird, um ein Steuersystem in der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 zu erläutern.
Die Abgabesteuervorrichtung 10 weist eine Antriebssteuereinheit 11 zum Steuern eines Pulssignalmusters, einer Antriebszeit und einer Antriebsspannung auf, die verwendet werden, um jedes piezoelektrische Element, einen piezoelektrischen Elementtreiber 12 zum Aufbringen von Pulssignalen in vorbestimmten Mustern auf die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b und einer Stromzufuhr 13 zum Erzeugen von Spannungen auf, um die piezoelektrischen Elemente anzutreiben.
Die Antriebssteuereinheit 11 ist mit der Sensorbox beziehungsweise dem Sensorkasten 14 über Signalkabel verbunden und sie empfängt Temperaturinformationen von Temperatursensoren 15a und 15b. Der Temperatursensor 15a misst eine Umgebungstemperatur und eine Oberflächentemperatur des piezoelektrischen Elements 4a und der Temperatursensor 15b misst eine Umgebungstemperatur und eine Oberflächentemperatur des piezoelektrischen Elements 4b. Die Antriebssteuereinheit 11 ist mit einer Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, durch die Steuerbefehle von einer Bedienperson eingegeben werden, und mit einer Ausgabevorrichtung (nicht dargestellt), die Steuerinformationen anzeigt und ausgibt.
9(a) ist ein Schaltkreisdiagramm des piezoelektrischen Elementtreibers 12 und 9(b) ist ein Graph, der Zeitgebungen eines Zuführens von Leistung beziehungsweise Strom zu den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b abbildet.
Der piezoelektrische Elementtreiber 12 weist eine erste Antriebsschaltung zum Antrieben des piezoelektrischen Elements 4a und eine zweite Antriebsschaltung zum Antreiben des piezoelektrischen Elements 4b auf. Die erste Antriebsschaltung weist einen ersten Transistor 41a, der mit der Stromzufuhr verbunden ist, einem zweiten Transistor 42a, von welchem ein Emitter geerdet ist, und eine Spannungsüberwachungsschaltung 43a auf. In der ersten Antriebsschaltung, wenn Strom zu dem piezoelektrischen Element 4a zugeführt wird, um das piezoelektrische Element 4a auszudehnen, wird der erste Transistor 41a AN geschaltet und eine Spannung (zum Beispiel 50 bis 200 V) von der Stromversorgung beziehungsweise Stromzufuhr 13 wird dem piezoelektrischen Element 4a zugeführt. Elektrische Ladungen werden in dem piezoelektrischen Element 4a nach einer Stromzufuhr dort hinzugespeichert. Entsprechend, um das piezoelektrische Element 4a in einen Zustand zu bringen, der nicht mit Strom versorgt ist, wird der zweite Transistor 42a AN geschaltet, um die gespeicherten elektrische Ladungen abzugeben, und die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 4a wird zu einer Ausgangsposition hin zurückgeführt. Die Spannungsüberwachungsschaltung 43a überträgt ein Überwachungssignal, welches durch ein Messen der Spannung des piezoelektrischen Elements 4a erlangt wurde, an die Antriebssteuereinheit 11.
Eine Konfiguration und ein Betrieb der zweiten Antriebsschaltung sind ähnlich zu jenen der ersten Antriebsschaltung.
Die Antriebssteuereinheit 11 hat die Funktion eines Vorhersagens von entsprechenden Lebensdauern von den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b auf der Basis von Temperaturinformationen, die von den Temperatursensoren 15a und 15b erlangt werden. Die Lebensdauervorhersagefunktion verwendet die Tatsache, dass ein Lebensdauerkoeffizient von jedem piezoelektrischen Element geändert wird in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und einem Erwärmen von dem piezoelektrischen Element und die Lebensdauervorhersagefunktion wird mit einer Ausführung eines Programms ausgeführt.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel von Änderungen in einer Temperatur des piezoelektrischen Elements und einen Lebensdauerkoeffizienten abbildet. Wie aus 10 heraus ersichtlich ist, ist die Lebensdauer des piezoelektrischen Elements, wenn es bei 20°C betrieben wird, 1,5 Mal eine Zeit von jener des piezoelektrischen Elements, wenn dieses bei 30°C angetrieben wird. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass die Lebensdauer des piezoelektrischen Elements als eine Dauer gegeben ist, die Betätigungszyklen von 500.000.000 bis 1.000.000.000 entspricht.
11 ist ein Verarbeitungsablauf für die Lebensdauervorhersagefunktion der Abgabesteuervorrichtung.
Wenn ein Abgabesteuerbefehl von der Bedienperson durch die Eingabevorrichtung der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gegeben wird, überträgt die Antriebssteuereinheit 11 das Antriebspulssignal an den piezoelektrischen Aktor, zählt die Anzahl, die der piezoelektrische Aktor betrieben wurde und speichert dann einen Zählwert beziehungsweise einen Zählerwert in einer Speichervorrichtung (Schritt 1). Die Antriebssteuereinheit 11 erlangt Oberflächentemperaturen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b auf der Basis der gemessenen Signale von den Temperatursensoren 15a und 15b (Schritt 2). Die Antriebssteuereinheit 11 berechnet (in Schritt 3) den vorliegenden Lebensdauerkoeffizienten auf der Basis von sowohl einer Tabelle, die die Beziehung zwischen der Temperatur des piezoelektrischen Elements und dem Lebensdauerkoeffizienten repräsentiert, wobei die Tabelle vorab in der Speichervorrichtung aufgezeichnet ist, als auch der Temperatur, die in Schritt 2 gemessen wird.
Die Antriebssteuereinheit 11 multipliziert den berechneten vorliegenden Lebensdauerkoeffizienten mit dem Zählerwert und addiert einen Ergebniswert zu einem Lebensdauerzählwert (Schritt 4). Der Lebensdauerzählwert wird berechnet durch ein Aufsummieren des Zählwerts, der unter Verwendung des Lebensdauerkoeffizienten korrigiert wurde. Beispielsweise, wenn die Temperatur 40°C ist und der Zählwert 1.000 ist, wird der Zählwert auf 900 korrigiert, und wenn die Temperatur 60°C und der Zählwert 1.000 ist, wird der Zählwert auf 1.100 korrigiert. Dann wird der korrigierte Zählwert zu dem Lebensdauerzählwert hinzuaddiert. Die Antriebssteuereinheit 11 vergleicht den resultierenden Lebensdauerzählwert mit einem Lebensdaueralarmwert, welcher vorab in der Speichervorrichtung aufgenommen ist (Schritt 5), und gibt einen Alarm von der Ausgabevorrichtung aus, falls der Lebensdauerzählwert gleich wie oder größer als der Lebensdaueralarmwert ist. Falls der Lebensdauerzählwert kleiner als der Lebensdaueralarmwert ist in Schritt 5, wird die vorangehend genannte Verarbeitung von Schritt 2 bis Schritt 5 kontinuierlich ausgeführt, bis der Abgabesteuerbefehl AUS geschaltet wird. Zu einer Zeit beziehungsweise einer Zeitgebung des Abgabesteuerbefehls, der AUS geschaltet wird, wird der Lebensdauerzählwert, der zu dieser Zeit aufsummiert wurde, gespeichert (Schritt 8).
Die Antriebssteuereinheit 11 weist ferner eine Funktion (Programm) eines Überwachens einer Last beziehungsweise Belastung auf, die auf den piezoelektrischen Aktor aufgebracht wird.
12 ist ein Graph, der ein überwachtes Spannungssignal abbildet, das durch den Spannungsüberwachungskreis beziehungsweise die Spannungsüberwachungsschaltung 43 erfasst wird, wenn eine externe Kraft N, die in einer Richtung wirkt, die durch einen Pfeil gezeichnet ist, auf den Kolben 7 in einem Zustand aufgebracht wird, in dem die Düseneinheit 9 entfernt ist beziehungsweise wird. Das überwachte Spannungssignal ist ein Signal, das erlangt wird durch ein Messen einer elektromotorischen Kraft, die in Abhängigkeit von einer Last beziehungsweise Belastung erzeugt wird, wenn die Last beziehungsweise Belastung auf das piezoelektrische Element 4 aufgebracht wird. Falls das überwachte Spannungssignal einen oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert des überwachten Spannungssignals übersteigt, wobei diese Grenzwerte vorab in der Speichervorrichtung gespeichert sind, gibt die Antriebssteuereinheit 11 einen Alarm von der Ausgabevorrichtung aus. Mit der Belastungsüberwachungsfunktion, die vorangehend beschrieben ist, kann der piezoelektrische Aktor innerhalb eines Bereichs der empfohlenen Widerstandslast verwendet werden.
Mit der vorangehend beschriebenen Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2, da Scherdeformationen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b durch den Schwingmechanismus (27, 28) absorbiert werden, kann die Schwingbewegung des Arms 5 stabilisiert werden und daher kann eine Abgabegenauigkeit verbessert werden.
Darüber hinaus, da die Tröpfchenabgabevorrichtung die Funktion eines Vorhersagens der Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors hat, kann ein Auftreten eines unbeabsichtigten Versagens während des Betriebs verhindert werden.
Außerdem, da die Tröpfchenabgabevorrichtung die Funktion eines Überwachens der Last beziehungsweise Belastung hat, die auf den piezoelektrischen Aktor aufgebracht wird, ist es möglich, den piezoelektrischen Aktor daran zu hindern, aufgrund einer übermäßigen Belastung Schaden zu nehmen, und einen Ausgabeabfall des piezoelektrischen Aktors zu erfassen.
<Ausführungsform 3>
Eine Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3 ist von der Tröpfchenabgabevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 hauptsächlich darin verschieden, dass der zentrale Abschnitt beziehungsweise mittlere Abschnitt der Blattfeder 6 winkelartig gebogen ist in einer Form, die nach oben hin vorragt (das heißt zu der entgegengesetzten Seite der Düse). In dem Folgenden werden hauptsächlich unterschiedliche Punkte von Ausführungsform 1 beschrieben und eine Beschreibung von ähnlichen Komponenten wird weggelassen. In den Zeichnungen, die Ausführungsform 3 repräsentieren, sind die ähnlichen Komponenten zu jenen in Ausführungsform 1 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
<Abgabevorrichtung>
Die Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3, wie schematisch in 13 dargestellt ist, weist als Hauptkomponenten eine Basis 2, einen Rahmen 3 (nicht dargestellt), einen piezoelektrischen Aktor (4a, 4b), einen Arm 5, eine Blattfeder 6, einen Kolben 7, der sich in der vertikalen Richtung hin- und herbewegt, ein Flüssigkeitsförderbauteil beziehungsweise Flüssigkeitszuführbauteil 8 und eine Düseneinheit 9 auf.
Die Basis 2 weist eine Montagefläche 21 mit einem oberen Abschnitt, der näher an einer Mittellinie des Kolbens 7 positioniert ist, und einen unteren Abschnitt auf, der weiter entfernt von der Mittellinie des Kolbens 7 positioniert ist. Mit anderen Worten bildet die Befestigungsfläche beziehungsweise Montagefläche 21 einen spitzen Winkel hinsichtlich einer Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 (das heißt einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie).
Der Rahmen 3 (nicht dargestellt) ist ähnlich zu jenem in 1.
Der piezoelektrische Aktor (4a, 4b) ist ähnlich zu jenem in Ausführungsform 1 und ist durch einen Befestigungsstab beziehungsweise Fixierstab 24 festgehalten.
Der Arm 5 ist im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche 21 angeordnet. Dementsprechend bildet in dem dargestellten Fall der Arm 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 (das heißt einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie).
Die Blattfeder 6 ist in einem Zustand festgehalten, in dem ein verbundener Abschnitt 72 mit dem Arm 5 an einem beziehungsweise auf einem Niveau positioniert ist, das niedriger als jenes eines verbundenen Abschnitts 73 mit der Basis 2 ist. Die Blattfeder 6 ist winkelartig gebogen nahe einer Position, an der eine Kolbenbefestigung 71 an der Blattfeder 6 angebracht ist, und ein zentraler Abschnitt beziehungsweise mittlerer Abschnitt der Blattfeder 6 ragt nach oben hin vor (zu der entgegengesetzten Seite der Düse) (nämlich ragt der zentrale Abschnitt der Blattfeder 6 zu der entgegengesetzten Seite der Düse hinsichtlich einer linearen Linie vor, die den verbundenen Abschnitt 72 zwischen der Blattfeder 6 und dem Arm 5 und dem verbundenen Abschnitt 73 zwischen der Blattfeder 6 und der Basis 2 verbindet). Als eine Alternative kann die Blattfeder 6 mit einer Kreisbogenform, die gebogen ist, um nach oben hin vorzuragen (zu der entgegengesetzten Seite der Düse) ohne ein Aufweisen eines beliebigen winkelartig gebogenen Abschnitts stattdessen ungleich dieser Ausführungsform verwendet werden.
Eine Beziehung in einer Höhe zwischen beiden Endabschnitten (verbundenen Abschnitten beziehungsweise Verbindungsabschnitten 72 und 73) der Blattfeder 6 ist nicht auf jene in der dargestellten Ausführungsform begrenzt. Insofern, wie der Kolben 7 in der Lage ist, sich linear hin- und herzubewegen, kann der verbundene Abschnitt 72 an einer höheren Position als der verbundene Abschnitt 73 angeordnet sein oder kann der verbundene Abschnitt 72 und der verbundene Abschnitt 73 auf der gleichen Höhe angeordnet sein.
Der Kolben 7, das Flüssigkeitsförderbauteil 8 und die Düseneinheit 9 sind ähnlich zu jenen in Ausführungsform 1.
<Betrieb>
13 ist eine schematische Seitenansicht, die referenziert wird, um eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 7 zu erläutern.
Wie in 13(a) dargestellt ist, wird mit einer Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 4b der Arm 5 veranlasst, mit dem Befestigungsstab 24, der ein Drehpunkt ist, in solch einer Art und Weise zu schwingen, dass der obere Endabschnitt des Arms 5 näher an die Basis 2 kommt und sich der untere Endabschnitt des Arms 5 von der Basis 2 weg entfernt, wodurch der Kolben 7 in der vertikalen Richtung nach unten hin bewegt wird.
Wie in 13(b) dargestellt ist, wird mit einer Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 4a der Arm 5 veranlasst, mit dem Befestigungsstab 24, der ein Drehpunkt ist, in solch einer Art und Weise zu schwingen, dass der obere Endabschnitt des Arms 5 sich von der Basis 2 weg entfernt, und der untere Endabschnitt des Arms 5 näher an die Basis 2 gelangt, wodurch der Kolben 7 in der vertikalen Richtung nach oben hin bewegt wird.
Dementsprechend nimmt in dieser Ausführungsform der Kolben 7 die vollständig vorgerückte Position ein, wenn der Arm 6 in die am weitesten entfernte Position gelangt, während der Kolben 7 die vollständig zurückgezogene Position einnimmt, wenn der Arm 6 in die nächstliegende Position kommt (nämlich eine Beziehung zwischen der Position des Arms 5 und der Position des Kolbens 7 ist zu jene in Ausführungsform 1 umgekehrt).
14 ist eine Darstellung, die referenziert wird, um Beziehungen unter Positionen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6, eines Anbringungswinkels des Arms 5 und einer Bewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern. In 14 wird angenommen, wie in 4, dass die Basis 2 durch die vertikale Linie repräsentiert wird, dass eine Richtung der Mittellinie des Kolbens 7 mit der vertikalen Richtung ausgerichtet ist und dass eine Bodenfläche 52 des Arms eine flache Fläche ist (in 14 kann das Bezugszeichen 52 als eine Mittellinie des Arms 5 repräsentierend angesehen werden).
14(a) ist eine Darstellung, die referenziert wird, um eine rückwärts gerichtete Bewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern, wenn beide Endabschnitte (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf der gleichen Höhe positioniert sind, und wenn die Basis 2 und die Bodenfläche 52 des Arms parallel zueinander an der am weitesten entfernten Position sind (nämlich, wenn der Arm 5 parallel zu der vertikalen Linie an der am weitesten entfernten Position ist). In diesem Fall, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in eine Richtung näher zu der Basis 2 hin um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 schief beziehungsweise schräg nach oben hin bewegt. Mit anderen Worten kann der Kolben 7 nicht in der vertikalen Richtung nach oben bewegt werden.
14(b) ist eine Darstellung, die referenziert wird, um eine rückwärts gerichtete Bewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern, wenn die Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus eingestellt sind, die um eine geeignete Distanz voneinander verschieden sind, und wenn die Basis 2 und die Bodenfläche 52 des Arms 5 einen Winkel ausbilden (nämlich, wenn der Arm 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie zu jeder Zeit ausbildet, oder wenn der Arm 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7 zu jeder Zeit ausbildet). In diesem Fall, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in eine Richtung näher zu der Basis 2 um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 in der vertikalen Richtung nach oben hin bewegt.
Dementsprechend kann der Kolben 7 betätigt werden, um sich in der vertikalen Richtung mit der Schwingbewegung des Arms 5 um den Drehpunkt herum hin- und herzubewegen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, durch ein Einstellen der Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus, die um einen geeigneten Abstand beziehungsweise eine geeignete Distanz voneinander verschieden sind, und durch ein Anordnen des Arms 5, um einen spitzen Winkel mit Hinblick auf die vertikale Linie (oder mit Hinblick auf die Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7) auszubilden. Während der Schwingbewegung muss der Arm 5 nicht zu jeder Zeit einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie (oder hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7) ausbilden. Das technische Konzept der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls sogar in einer Ausführungsform implementiert werden, in der der Arm 5 zeitweilig parallel zu der vertikalen Linie (oder zu der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens 7) wird.
<Ausführungsformen 4 und 5>
Eine Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4 ist von der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 lediglich darin verschieden, dass die Montagefläche 21 in der Form einer flachen Fläche parallel zu der vertikalen Linie angeordnet ist und dass der Arm 5 im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche 21 angeordnet ist.
Eine Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 5 ist von der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3 lediglich darin verschieden, dass die Montagefläche 21 in der Form einer flachen Fläche parallel zu der vertikalen Linie angeordnet ist und dass der Arm 5 im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche 21 angeordnet ist.
15 ist eine Darstellung, die referenziert wird, um Beziehungen zwischen Positionen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6, eines Anbringungswinkels des Arms 5 und einer Bewegungsbahn des Kolbens 7 zu erläutern. 15(a) repräsentiert die Bewegungsbahn des Kolbens 7 in Ausführungsform 4 und 15(b) repräsentiert die Bewegungsbahn des Kolbens 7 in Ausführungsform 5. In 15 wird angenommen, wie in 4 und 14, dass die Basis 2 durch die vertikale Linie repräsentiert wird, dass eine Richtung der Mittellinie des Kolbens 7 mit der vertikalen Richtung ausgerichtet ist und dass eine Bodenfläche 52 des Arms eine flache Fläche ist (in 15 kann das Bezugszeichen 52 als eine Mittellinie des Arms 5 repräsentierend angesehen werden).
In der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4, wie in 15(a) dargestellt ist, befindet sich der verbundene Abschnitt 72 zwischen der Blattfeder 6 und dem Arm 5 an einer relativ hohen Position, befindet sich der verbundene Abschnitt 73 zwischen der Blattfeder 6 und der Basis 2 an einer relativ niedrigen Position und Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 sind auf Niveaus eingestellt, die voneinander um einen geeigneten Abstand verschieden sind, um so den Kolben 7 in der vertikalen Richtung zu bewegen. Der Arm 5 ist derart montiert beziehungsweise befestigt, dass die Basis 2 (die Montagefläche 21) und die Bodenfläche 52 des Arms parallel zueinander werden in der Mitte der Bewegung des Arms 5 von der am weitesten entfernten Position zu der nächstliegenden Position. Wenn der Arm 5 an der am weitesten entfernten Position ist, bildet die Mittellinie des Arms 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie, die den Drehpunkt passiert, wobei der spitze Winkel in einer zweiten Richtung (zu der linken in 15(a)) ist. In Ausführungsform 4, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in eine Richtung näher zu der Basis 2 um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 in der vertikalen Richtung (Vorwärtsrichtung) bewegt.
In der Tröpfchenabgabevorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 5, wie in 15(b) dargestellt ist, befindet sich der verbundene Abschnitt 72 zwischen der Blattfeder 6 und dem Arm 5 an einer relativ niedrigen Position, befindet sich der verbundene Abschnitt 73 zwischen der Blattfeder 6 und der Basis 2 an einer relativ hohen Position und Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 sind auf Niveaus eingestellt, die um einen geeigneten Abstand voneinander verschieden sind, um so den Kolben 7 in der vertikalen Richtung zu bewegen. Der Arm 5 ist derart montiert beziehungsweise befestigt, dass die Basis 2 (und die Montagefläche 21) und die Bodenfläche 52 des Arms parallel zueinander werden in der Mitte der Bewegung des Arms 5 von der am weitesten entfernten Position zu der nächstliegenden Position). Wenn der Arm 5 an der am weitesten entfernten Position ist, bildet die Mittellinie des Arms 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie, die den Drehpunkt passiert, wobei der spitze Winkel in einer ersten Richtung (zu der rechten hin in 15(b)) offen ist. Wenn er Arm 5 an der nächstliegenden Position ist, bildet die Mittellinie des Arms 5 einen spitzen Winkel hinsichtlich der vertikalen Linie, die den Drehpunkt passiert, wobei der spitze Winkel in einer zweiten Richtung (zu der linken hin in 15(b)) offen ist. In Ausführungsform 5, wenn der untere Endabschnitt des Arms 5 bewegt wird, um in eine Richtung näher zu der Basis 2 um den Drehpunkt herum zu schwingen, der in dem Nahbereich des Befestigungsstabs 24 definiert ist, wird der Kolben 7 in der vertikalen Richtung bewegt (nach hinten hin gerichtete Richtung beziehungsweise rückwärtige Richtung).
Dementsprechend, selbst in einem Fall, in dem der Arm 5 zeitweilig parallel zu der vertikalen Linie während der Schwingbewegung wird, kann der Kolben 7 betätigt werden, um sich in der vertikalen Richtung hin- und herzubewegen, durch ein Einstellen der Höhen von beiden Endabschnitten (verbundene Abschnitte 72 und 73) der Blattfeder 6 auf Niveaus, die um einen geeigneten Abstand voneinander verschieden sind.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorangehend beschrieben, jedoch ist der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Gegenstände begrenzt, die in den Ausführungsformen beschrieben sind. Die vorangehenden Ausführungsformen können verschiedenartig modifiziert und verbessert werden und jene modifizierten und verbesserten Ausführungsformen sind ebenfalls in dem technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Zum Beispiel, während die Mittellinie des Kolbens 7 mit der vertikalen Richtung in jeder von den Ausführungsformen ausgerichtet ist, die in dieser Beschreibung erläutert sind, ist es außerdem selbstverständlich möglich, die Mittellinie des Kolbens 7 in einem Zustand anzuordnen, der hinsichtlich der vertikalen Richtung geneigt ist. In diesem Fall ist der Ausdruck „vertikale Richtung“ in dieser Beschreibung mit „die Richtung der Mittellinie des Kolbens 7“ je nach Bedarf in dem Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ersetzen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, in denen sehr kleine Tröpfchen in einem losgelösten Zustand abzugeben sind. Zum Beispiel kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem primären Unterfüllungsschritt in einer Halbleiterchipmontage und so weiter verwendet werden.
Liste der Bezugszeichen

1: Tröpfchenabgabevorrichtung, 2: Basis, 3: Rahmen, 4: piezoelektrisches Element, 5: Arm, 6: Blattfeder, 7: Kolben, 8: Flüssigkeitsförderbauteil, 9: Düseneinheit, 10: Abgabesteuervorrichtung, 11: Antriebssteuereinheit, 12: piezoelektrische Elementtreiber, 13: Stromzufuhr, 14: Sensorkaten, 15: Temperatursensor, 21: Montagefläche, 22: Rückfläche, 23: Schraubbohrung, 24: Befestigungsstab, 25: Befestigungsschraube (zweites Verbindungsbauteil), 26: Schraubloch, 27: Verbindungsstand, 28: Walze, 31: Kabelstecker, 41: erster Transistor, 42: zweiter Transistor, 43: Spannungsüberwachungsschaltung, 51: Befestigungsschraube (erstes Verbindungsbauteil), 52: Bodenfläche des Arms, 53: Schraubloch, 61: armseitiger Abschnitt von Blattfeder, 62: basisseitiger Abschnitt von Blattfeder, 72: verbundener Abschnitt zwischen Blattfeder und Arm (erster verbundener Abschnitt), 73: verbundener Abschnitt zwischen Blattfeder und Basis (zweiter verbundener Abschnitt), 71: Kolbenbefestigung, 81: Verbindung, 82: Einströmkanal, 83: Sperrluftkanal, 84: Zuführkanal, 85: Kolbenkammer, 86: Dichtbauteil, 87: Schließstopfen, 91: Düse, 92: Flüssigkeitskammer, 100: Auftragungsvorrichtung, 101: Bank, 102: Bergstück, 103: Werktisch, 104: Auftragungsbetriebssteuereinheit, 111: X-Antriebsvorrichtung, 112: Y-Antriebsvorrichtung, 113: Z-Antriebsvorrichtung, 121: X-Richtung, 122: Y-Richtung, 123: Z-Richtung

Claims

Tröpfchenabgabevorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Flüssigkeitskammer, die mit einer Düse in Verbindung steht und zu der ein Flüssigmaterial zugeführt wird; einen Kolben mit einem Spitzenende, das dünner als die Flüssigkeitskammer ist und das in der Flüssigkeitskammer vor- und zurückbewegt wird; einen piezoelektrischen Aktor, der als eine Antriebsquelle dient, die den Kolben betätigt, um vor- und zurückbewegt zu werden; einen Hebelmechanismus, der eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktors erhöht; eine Basis mit einer Montagefläche, an der der piezoelektrische Aktor montiert wird; und eine Abgabesteuervorrichtung, wobei der Hebelmechanismus einen Arm aufweist, der betätigt wird, um eine Schwingbewegung durch den piezoelektrischen Aktor durchzuführen, und eine Blattfeder aufweist, die Enden, die an einen unteren Abschnitt des Arms und an der Basis angeschlossen sind, und einen kolbenverbunden Abschnitt in einem mittleren Bereich von dieser aufweist, und wobei die Blattfeder den Kolben veranlasst, eine lineare hin- und hergehende Bewegung mit der Schwingbewegung des Arms durchzuführen, während eine Krümmung der Blattfeder geändert wird.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Arm derart angeordnet ist, dass die Mittellinie des Arms zumindest zeitweilig einen spitzen Winkel hinsichtlich der Verlängerung der Mittellinie des Kolbens während der Schwingbewegung ausbildet.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die entsprechenden Mittellinien des Kolbens, der Flüssigkeitskammer und der Düse auf der gleichen linearen Linie positioniert sind.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Blattfeder in einem Zustand angeordnet ist, der winkelartig gebogen oder stetig gekrümmt ist, so dass ein mittlerer Abschnitt der Blattfeder zu der Düsenseite hin vorragt, und eine Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und dem Arm sich über einer Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und der Basis befindet.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Blattfeder in einem Zustand angeordnet ist, der winkelartig gebogen oder stetig gekrümmt ist, so dass ein mittlerer Abschnitt der Blattfeder zu der entgegengesetzten Seite der Düse hin vorragt, und eine Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und dem Arm sich unterhalb einer Position eines verbundenen Abschnitts zwischen der Blattfeder und der Basis befindet.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Blattfeder einen winkelartig gebogenen oder stetig gekrümmten Zustand beibehält, ohne sich vollständig auszudehnen, wenn der untere Abschnitt des Arms unter der Schwingbewegung sich an einer Position am weitesten entfernt von dem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis und der Blattfeder befindet.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 6, wobei der verbundene Abschnitt zwischen dem Kolben und der Blattfeder bewegt wird, um sich über eine Linie hinweg hin- und herzubewegen, die sich senkrecht von dem verbundenen Abschnitt zwischen der Basis und der Blattfeder zu der Mittellinie des Kolbens hin erstreckt.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 7, wobei ein Abstand von dem Kolben verbundenen Abschnitt der Blattfeder zu einem Ende von dieser auf der Basisseite länger als ein Abstand von dem kolbenverbundenen Abschnitt der Blattfeder zu einem Ende von dieser auf der Armseite eingestellt ist.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 8, wobei eine Mittellinie des Arms angeordnet ist, um einen spitzen Winkel hinsichtlich einer Verlängerung einer Mittellinie des Kolbens zu jeder Zeit während der Schwingbewegung auszubilden.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 9, wobei der piezoelektrische Aktor durch ein erstes piezoelektrisches Element, das einen unteren Endabschnitt des Arms in einer Richtung näher zu der Basis hin mit einer Verlängerung des ersten piezoelektrischen Elements bewegt, und durch ein zweites piezoelektrisches Element gebildet ist, das den unteren Endabschnitt des Arms in einer Richtung weg von der Basis mit der Verlängerung des zweiten piezoelektrischen Elements bewegt.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit einem Befestigungsstab, der zwischen dem ersten piezoelektrischen Element und dem zweiten piezoelektrischen Element angeordnet ist, wobei der Arm durch den Befestigungsstab entfernbar mit der Basis verbunden ist.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Anspruch 10 oder 11, wobei das erste und zweite piezoelektrische Element an der Basis durch einen Schwingmechanismus zum Absorbieren einer Scherdeformation montiert sind, die in einem von dem ersten und zweiten piezoelektrischen Element mit einer Ausdehnung von dem anderen piezoelektrischen Element erzeugt wird.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 12, wobei die Abgabesteuervorrichtung Vorwärts- und Rückwärtsbetätigungen durch ein Einstellen einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit eines Pulssignals einstellt, das verwendet wird, um den piezoelektrischen Aktor anzutreiben, ohne eine Oszillationsfrequenz des Pulssignals zu ändern.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 13, wobei der Arm im Wesentlichen parallel zu der Montagefläche angeordnet ist.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 14, wobei der Hebelmechanismus eine Verschiebung des piezoelektrischen Aktors 3–20-mal erhöht.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 6, wobei der Kolben gegen eine Innenwand der Flüssigkeitskammer gesetzt wird, wobei die Innenwand vor dem Kolben positioniert ist, wenn der Kolben in eine vollständig vorgerückte Position gebracht ist, und der gesetzte Kolben eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigkeitskammer und der Düse abschneidet.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 16, ferner mit einem Temperatursensor, der eine Temperatur des piezoelektrischen Aktors misst, wobei die Abgabesteuervorrichtung Funktionen eines Steuerns einer aufsummierten Anzahl, die der piezoelektrische Aktor angetrieben wurde, eines Vorhersagens einer Lebensdauer des piezoelektrischen Aktors auf der Basis von sowohl der aufsummierten Anzahl eines Aktorantreibens als auch einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Temperatur und eines Lebensdauerkoeffizienten repräsentiert, wobei die Tabelle vorab gespeichert ist, und eines Ausgebens eines Alarms hat, wenn vorhergesagt wird, dass die Lebensdauer bald ausläuft.
Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 17, wobei die Abgabesteuervorrichtung Funktionen eines Überwachens einer Belastung, die auf den Kolben aufgebracht wird, und eines Ausgebens eines Alarms hat, wenn die überwachte Belastung einen Belastungsbereich übersteigt, der vorab gespeichert ist.
Auftragungsvorrichtung mit der Tröpfchenabgabevorrichtung nach einem von Ansprüchen 1 bis 18, einem Werktisch, auf dem ein Auftragungsziel platziert ist, einer Relativbewegungsvorrichtung, die die Tröpfchenabgabevorrichtung und das Auftragungsziel relativ zueinander bewegt, und einer Flüssigmaterialzuführquelle, die ein Flüssigmaterial zu der Tröpfchenabgabevorrichtung zuführt.
Auftragungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Tröpfchenabgabevorrichtung durch eine Vielzahl von Tröpfchenabgabevorrichtungen gestaltet ist.