JP2002102770A

JP2002102770A - 流体供給装置および流体供給方法

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Publication number: JP2002102770A
Application number: JP2000303333A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2002-04-09
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP3747764B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品、家電製品などの分野における生産
工程において、接着剤、クリーンハンダ、蛍光体、グリ
ース、ペイント、ホットメルト、薬品、食品などの各種
粉流体を、粉体の圧搾・破壊なく、高速で吐出遮蔽・開
始ができる。【解決手段】吐出通路に形成される狭い閉空間の容積
を高速アクチェータを用いて急峻に変化させることによ
り、その圧力の急降下を利用して、シンプルな構成で、
切れ味のよい流量制御を可能としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品、家電製品
などの分野における生産工程に用いることができ、接着
剤、クリームハンダ、蛍光体、グリース、ペイント、ホ
ットメルト、薬品、食品などの各種液体を定量に吐出・
吐出するための流体供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体吐出装置（ディスペンサー）は従来
から様々な分野で用いられているが、近年の電子部品の
小形化・高記録密度化のニーズにともない、微少量の流
体材料を高精度でかつ安定して吐出制御する技術が要請
される様になっている。

【０００３】また、たとえばＣＲＴ、ＰＤＰなどのディ
スプレイ面に蛍光体を均一に塗布するための、新たな流
体塗布手段開発の要望も大きい。

【０００４】表面実装（ＳＭＴ）の分野を例にとれば、
実装の高速化、微小化、高密度化、高品位化、無人化の
トレンドの中で、ディスペンサーの課題を要約すれば、塗布量の高精度化と１回の塗布量の微小化吐出時間の短縮 …高速吐出遮断及び開始ができる高粘度の粉流体に対応できるである。従来、微少流量の液体を吐出させるために、エ
アパルス方式、ねじ溝式、電磁歪素子によるマイクロポ
ンプ方式などのディスペンサーが実用化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来先行例の
うち、図５に示す様なエアパルス方式によるディスペン
サーが広く用いられており、例えば「自動化技術′９
３．２５巻７号」等にその技術が紹介されている。この
方式によるディスペンサーは、定圧源から供給される定
量の空気を容器７００（シリンダ）内にパルス的に印加
させ、シリンダ７００内の圧力の上昇分に対応する一定
量の液体をノズルから吐出させるものである。

【０００６】エアーパルスの方式のディスペンサーは応
答性が悪いという欠点があった。この欠点は、シリンダ
に封じ込められた空気の圧縮性と、エアーパルスを狭い
隙間に通過させる際のノズル抵抗よるものである。すな
わち、エアーパルス方式の場合、シリンダの容積：Cと
ノズル抵抗：Rできまる流体回路の時定数：T＝RCが大き
く、入力パルスを印加後、吐出開始にたとえば0.07〜0.
1秒程度の時間遅れを見込まねばならない。

【０００７】上記エアーパルス方式の欠点を解消するた
めに、吐出ノズルの入口部にニードルバルブを設けて、
このニードルバルブを構成する細径のスプールを軸方向
に高速で移動させることにより、吐出口を開閉させるデ
ィスペンサーが実用化されている。

【０００８】しかしこの場合、流体の遮断時、相対移動
する部材間の隙間はゼロとなり、数ミクロン〜数十ミク
ロンの平均粒径の粉体は機械的に圧搾作用を受け破壊さ
れる。その結果発生する様々な不具合のため、粉体が混
入した接着材あるいは蛍光体塗布等への適用は困難な場
合が多い。

【０００９】また同目的のために、粘性ポンプであるね
じ溝式のディスペンサーも既に実用化されている。ねじ
溝式の場合、ノズル抵抗に依存にくいポンプ特性を選ぶ
ことができるため、連続吐布の場合は好ましい結果が得
られるが、間欠塗布は粘性ポンプの性格上不得手であ
る。そのため従来ねじ溝式では、（１）モータとポンプ軸の間に電磁クラッチを介在さ
せ、吐出のON、OFF時にこの電磁クラッチを連結あるい
は開放する。

【００１０】（２）DCサーボモータを用いて、急速回転
開始あるいは急速停止させる。

【００１１】しかし、上記いずれも機械的な系の時定数
で応答性が決まるため、高速間欠動作には制約があっ
た。応答性はエアーパルス方式と比較すると良好である
が、しかし最短時間でも0.05秒程度が限界であった。

【００１２】またポンプ軸の過渡応答時（回転始動時と
停止時）の回転特性に不確定要因が多いため、流量の厳
密な制御は難しく、塗布精度にも限界があった。

【００１３】微少流量の流体を吐出することを目的とし
て、積層型の圧電素子を利用したマイクロポンプが開発
されている。このマイクロポンプには、通常機械式の受
動的な吐出弁，吸入弁が用いられる。

【００１４】しかし、バネとボールから構成され圧力差
によって吐出弁，吸入弁を開閉させる上記ポンプでは、
流動性の悪い、数万〜数十万センチポワズの高粘度のレ
オロジー流体を、高い流量精度でかつ高速（0.1秒以
下）で間欠吐出させることは極めて困難である。

【００１５】さて、近年益々高精度化、超微細化してい
く回路形成の分野、あるいはＰＤＰ，ＣＲＴなどの映像
管の電極とリブ形成、液晶パネルのシール材塗布、光デ
ィスクなどの製造行程の分野において、微細塗布技術に
関する、次のような要望が強い。

【００１６】連続吐布後、すばやく塗布を止め、短い
時間をおいて連続塗布を急峻に開始できること。そのた
めには、たとえば0.01秒のオーダーで流量制御できるこ
とが理想である。

【００１７】粉流体に対応できること。たとえば流路
の機械的な遮断により、粉体の圧搾破損、流路の詰まり
などのトラブルがないこと。

【００１８】本発明は、上述した高粘度流体・粉流体の
微少流量塗布に係る、近年の様々な要求を一挙に解決で
きる塗布手段を提供するものである。

【００１９】すなわち、吐出通路に形成される狭い閉空
間の容積を高速アクチェータを用いて急峻に変化させる
ことにより、その圧力の急降下を利用して、シンプルな
構成で、切れ味のよい流量制御を可能としたものであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の流体供給装置
は、シリンダに収納されたピストンと、前記シリンダと
前記ピストンで形成される内部空間を増減させるため
に、前記シリンダと前記ピストンに相対的な運動を与え
るアクチェータと、前記シリンダを収納あるいは前記シ
リンダと一体化したハウジングと、このハウジングに形
成された流体の吸入孔及び吐出孔と、前記ハウジング内
部に形成された流体輸送室から構成される流体供給装置
において、前記吸入孔から前記流体輸送室内に流入した
流体は、前記内部空間を経て前記吐出孔に流出するよう
に流路が構成されている。

【００２１】また、本発明の流体供給方法は、上記流体
供給装置において、流体の吐出遮断時には前記内部空間
を増大するように前記アクチェータを駆動させるもので
ある。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を大きく次
の２つに分けて説明する。

【００２３】Ｉ．限定された時間内で吐出流量をON,OFFさせる方法ＩＩ．任意のタイミングで吐出流量をON,OFFさせる方法まず、上記Ｉから説明する。

【００２４】以下、本発明の第１の実施の形態につい
て、図１〜図２を用いて説明する。

【００２５】本実施例は量産現場における塗布行程にお
いては、連続吐布停止後、塗布を再開させるまでの時間
が、極めて短い時間しか許されないという量産上の制約
条件を逆に利用したものである。吐布の対象によって
は、たとえば量産行程におけるCRTの蛍光体、PDPのRGB
間のリブ形成のように、ある一定時間の連続吐布後、瞬
時の間だけ塗布行程を遮断したい場合がある。

【００２６】すなわち、この短い有限の時間のみ有効な
流体の制御手段を、ディスペンサーに導入することによ
り、前述したディスペンサーに係る要請を満足する極め
て切れ味のよい流量制御を可能としたものである。

【００２７】図１において１は直動型のアクチュエータ
であり、超磁歪素子等による電磁歪型のアクチュエー
タ、静電型アクチュエータあるいは電磁ソレノイド等よ
り構成される。実施例では、高粘度流体を高速で間欠的
に微少量かつ高精度に吐出するために、高い位置決め精
度が得られ、高い応答性を持つと共に大きな発生荷重が
得られる超磁歪素子を用いた。

【００２８】２は第１のアクチュエータ１によって駆動
されるピストン、３はこのピストン２を吐出側端部で収
納するスリーブ、４はアクチュエータ１を収納するハウ
ジング、５はスリーブ３を吐出側で固定する下部ハウジ
ングである。

【００２９】６は超磁歪材料から構成される円筒形状の
超磁歪ロッドであり、この超磁歪ロッド６はバイアス永
久磁石（Ａ）７、（Ｂ）８を上下に挟んだ形で、上部ヨ
ーク９とヨーク材を兼ねたスリーブ３の間に固定されて
いる。

【００３０】１０は超磁歪ロッド１６の長手方向に磁界
を与えるための磁界コイル、１１は円筒形状のヨークで
ありハウジング４に収納されている。

【００３１】前記永久磁石（Ａ）、（Ｂ）は、超磁歪ロ
ッド６に予めに磁界をかけて磁界の動作点を高めるもの
で、この磁気バイアスにより磁界の強さに対する超磁歪
の線形性が改善できる。６→７→９→１１→３→８→６
により、超磁歪ロッド６の伸縮を制御する閉ループ磁気
回路を形成している。すなわち、部材６〜１１により、
磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮
量を制御できる超磁歪アクチュエータ１を構成してい
る。

【００３２】超磁歪材料は希土類元素と鉄の合金であ
り、たとえば、ＴｂＦｅ2，ＤｙＦｅ2，ＳｍＦｅ2など
が知られおり、近年急速に実用化が進められている。

【００３３】ピストン２は円筒形状をした上部ヨーク９
と一体化して上方向にも伸びており、上部スリーブ１２
に収納されている。ピストン２はこの上部スリーブ１２
に対して、軸方向に移動可能なように、軸受部１３によ
って支持されている。

【００３４】上部スリーブ１２と上部ヨーク９の間に
は、超磁歪ロッド６に機械的な軸方向与圧を与えるバイ
アスバネ１４が設けられている。このバイアスバネ１４
によって、超磁歪ロッド６には常に軸方向に圧縮応力が
加わるため、繰り返し応力が発生した場合に、引っ張り
応力に弱い超磁歪素子の欠点が解消される。

【００３５】上部スリーブ１２の上端の中心部には、ピ
ストン２の端面位置を検出する変位センサー１５が調節
自在に配置されている。

【００３６】１６はピストン２の小径部であるピストン
細径軸、１７は下部ハウジング５に形成された吸入口、
１８はノズル部、１９はこのノズル部１８に形成された
吐出ノズルである。吸入口１７から流入した加圧流体
は、スリーブ３と下部ハウジング５で形成される流体輸
送室２０に流入し、さらに後述する流体絞り部２１を経
て、吐出ノズル１９に流入する。

【００３７】ピストン細径軸１６の吐出側端面とその対
向面及び下部ハウジング５の間で、吐出流量を制御する
流量制御部２２が構成されている。

【００３８】図２は前述した流量制御部２２近傍の拡大
図であり、２３はピストン細径軸１６（ピストン２）の
吐出側端面、２４はスリーブ３の吐出側端面、２５は２
３，２４の対向面である。２６はピストン細径軸１６と
スリーブ３の内面の間に設けられた流体シールである。
２８は吐出ノズルの入口部に形成された液溜まり部であ
る。

【００３９】ピストン細径軸１６の吐出側端面２３とそ
の対向面２５により、ピストン２の上昇・下降によっ
て、容積の変化する内部空間２７を形成している。

【００４０】超磁歪素子の入力電流と出力変位は比例関
係にあるために、入力電流を変えることにより、ピスト
ン２のストローク制御（吐出側端面２３の位置と速度の
制御）は可能である。しかし本実施例のような位置検出
手段１５を設けてフィードバック制御をすれば、より高
い精度の制御ができる。

【００４１】また、微少流量を扱うポンプでは、ピスト
ン２の軸方向変位は数μｍ〜数１０μｍの微少変位でよ
い。この微量変位で良いことを利用すれば、超磁歪素子
のストロークの限界は問題とならない。

【００４２】図３〜５は本実施例の作動プロセスを示す
ものである。すなわち、ピストン細径軸１６の端面２３
およびその対向面２５の間隔を急速に増大させることに
より、逆スクイーズ効果とも言うべき粘性流体の動圧効
果によって、吐出ノズルの上流側の内部空間２７の圧力
を急降下させて、吐出ノズルからの流体の流出をすみや
かに遮断させるプロセスを示すものである。

【００４３】本発明の明細文では、原理を分かりやすく
説明するために、各部材間の隙間、部材の位置変化を大
きく図示しているが、実施例ではせいぜい数十ミクロン
から数百ミクロンのオーダーである。

【００４４】図３は吐出遮断直前の状態にあり、ピスト
ン細径軸１６は静止しており、またその吐出側端面２３
は最下端の位置にある。この段階では、流体輸送室２０
内の加圧流体は、スリーブ３の吐出側端面２４とその対
向面２５で形成される狭い隙間（流体絞り部２１）を通
過し、吐出ノズル１９を経て外部に吐出される。

【００４５】図４は吐出遮断中の状態を示し、図の矢印
のごとくピストン細径軸１６は上昇中である。ピストン
細径軸１６の端面２３およびその対向面２５の間隔：h
が急峻に変化することにより、内部空間２７の圧力は急
降下する。内部空間２７の圧力:Pに対して、大気圧をP₀
としたとき、P＜P₀となれば流体の流出は遮断される。

【００４６】ピストン細径軸１６が最上段に到達し上昇
速度がゼロになると、内部空間２７の圧力は急速に復帰
し、吐出が始まる。

【００４７】図５は連続塗布が復帰した状態を示す。短
時間の急峻な吐出遮断という所定の任務を終了し、ピス
トン細径軸１６はゆっくりと降下中である。このとき、
ピストン細径軸１６の降下はその降下速度が小さいため
に、内部空間２７の圧力、すなわち吐出流量にはほとん
ど影響は与えない。端面２３が初期（図３）の位置まで
くると、下降は停止する。

【００４８】さて本発明の原理と効果を理論解析を用い
てもう少し詳しく説明する。対向して配置された平面間
の狭い隙間に粘性流体が介在し、かつその隙間の間隔が
時間と共に変化する場合の流体圧力は、スクイーズ作用
（Squeeze action）の項を持つ次の極座標におけるReyn
olds方程式を解くことにより得られる。

【００４９】

【数式１】

【００５０】（１）式において、Pは圧力、μは流体の
粘性係数、ｈは対向面間の隙間、ｒは半径方向位置、ｔ
は時間である。また右辺が、隙間が変化するときに発生
するスクイーズアクション効果をもたらす項である。

【００５１】さらに吐出ノズル入口部に液溜り部２８を
設けた場合について、液溜り部の圧力、すなわちノズル
の上流側圧力Pnは、流体の圧縮性を考慮して、

【００５２】

【数式２】

【００５３】（２）式において、Qsはスクイーズ作用に
よって、液溜り部から排出される効果を考慮した流入
量、Qnは液溜り部から吐出ノズル１９を経て大気に排出
される流出量である。また、ｋは流体の体積弾性係数、
Vは液溜り部２８の容積である。

【００５４】吐出流量を求めるのに必要なノズルの上流
側圧力Pnは、上記(1)(2)の方程式を連立して解くことに
より求められる。

【００５５】以下、流体の粘度：μ＝10,000cps、体積
弾性係数：K＝300kg/cm²、境界部（流体絞り部２１の外
周部）圧力：Pｓ＝20kg/cm²として、流体制御部２２が
下記表１の条件で構成された場合について、吐出流量を
求める解析をおこなった。

【００５６】

【表１】

【００５７】上記条件下で得られる吐出流量の解析結果
を図６に示す。

【００５８】（１）解析のスタート段階（ｔ＝０）で
は、流量（圧力）の初期値を適当な値を仮定している
が、すみやかに一定値に収束する。０＜ｔ＜0.03秒の間
は連続描画の状態にある。

【００５９】（２）ｔ＝0.03秒でピストンが上昇を始め
ると、吐出流量は急速に低下し、開始から0.003sec（3m
sec）程度の立下り時間でたちまち吐出は遮断される。

【００６０】（３）0.03<t<0.08秒の区間では、吐出流
量はゼロである。この区間はピストンは一定の速度で上
昇中である。表１から、実施例ではピストンストロー
ク：Xst＝50μｍ、ピストン動作時間：Tp=0.05secであ
るため、ピストンの上昇速度：v=50μm/0.05sec=1.0mm/
secである。

【００６１】（４）t=0.08秒でピストンが停止すると、
以降0.01sec程度の立ち上がり時間で連続塗布の状態に
すみやかに復帰する。

【００６２】以上の結果から、応答性の優れたアクチュ
エータを用いて、吐出流路の内部空間を急峻に増大させ
る実施例の方法により、0.01秒あるいはそれ以下のオー
ダーの極めて応答性の優れた流量制御ができることがわ
かる。

【００６３】但し、吐出流量がゼロである時間はピスト
ンが上昇している間だけである。この遮蔽時間は、アク
チュエータの限界ストロークと上昇速度により決まる。
超磁歪素子を用いたアクチェータの場合、素子１０ｍｍ
の長さでほぼ１０μｍの変位が得られる。圧電素子を採
用するならば、ほぼその半分の変位となる。

【００６４】したがって図１の実施例において、表１の
条件下では、たとえば、５０ｍｍの長さの超磁歪素子の
ロット６をもちいれば、Tp=0.05秒の間、吐出量をOFFに
できる。

【００６５】上記解析では、液溜り部２８の容積を大き
く設定し、また液溜り部の流体の圧縮性を考慮している
が、非圧縮性に近い流体ならば、前述した立ちあがり・
立下り時間は、アクチュエータの応答性の限界に近いと
ころまで小さくできる。

【００６６】ちなみに、超磁歪素子、圧電素子などの電
磁歪素子の場合、通常、１０―⁴secのオーダーの応答性
が得られる。

【００６７】電磁ソレノイド等のアクチェータも適用可
能であり、電磁歪素子と比べて応答性は一桁程悪くなる
が、ストロークの制約（すなわち許容停止時間）は大幅
に緩和される。

【００６８】本発明の原理を直感的に理解しやすくする
ために、図２の流量制御部２２を図７のような電気回路
モデルに置き換えてみる。

【００６９】図７において、Psは流体絞り部２１の境界
圧力、R0は流体絞り部２１の流体抵抗、Rnは吐出ノズル
１９の流体抵抗、Qpはピストン細径軸１６の上昇速度と
ピストン面積で決まる流量源の大きさ、Qnは吐出ノズル
１９を通過する流量を示す。ここで、吐出ノズル１９を
通過する流量Qnは

【００７０】

【数式３】

【００７１】Qn<0のとき、すなはち、次の条件のとき吐
出は遮断される。

【００７２】

【数式４】

【００７３】上記（４）式から、流量制御を可能にする
ためには、流体絞り部２１がある値以上の流体抵抗を持
つことが必要ということが分かる。

【００７４】図８に本実施例のディスペンサーの適用対
象を示す。１００は塗布の対象であり、水平方向に走行
するディスペンサーは、塗布対象の枠から外れた直後：
t=tsで吐出流量を遮断する。さらにディスペンサーは、
Uターン後、t=teで連続塗布を開始する。遮断から開始
にいたる時間の間隔が、許容停止時間Tpの範囲内なら
ば、任意の時点で塗布開始ができる。塗布を開始するた
めには、図９に示すように、t=te1, t=te2などの任意の
時点でピストンの上昇をストップすればよい。

【００７５】再び連続塗布が始まれば、次に吐出流量を
遮断するまでには十分な時間があるために、図１０で示
すように、ピストンをゆっくりと初期の位置まで下降さ
せればよい。式（１）のスクイーズアクションの項：dh
/dtが十分に小さければ、吐出流量の変化は許容流量誤
差の範囲に収めることができる。

【００７６】さて、本発明では吐出遮断の状態でも、流
路面積が減少する区間はないために、粉流体を流量制御
する際の次のようなトラブルは一切発生しない。

【００７７】粉体の圧搾破損による流路の詰まり粉
体破損による流体の特性変化上記は、たとえば回路実
装の分野で、硬化を促進する材料をカプセル状に接着材
に封入したとき、カプセルが機械的に破壊された場合に
起こるトラブルである。本発明の実施例では、表１に示
すように最も狭い区間は、スリーブの端面とその対向面
の隙間：δs ＝30μｍであり、粉体の平均粒径よりも十
分に大きく設定した。

【００７８】なを連続塗布の状態で、ピストン１６の最
下点における対向面との隙間（表１のXmin）を変えるこ
とにより、ピストン１６と吐出ノズル１９の平行２平面
間の流体抵抗の変化を利用して、ある範囲の流量を任意
に制御できる。

【００７９】流体抵抗の変化と流量変化の関係は、時間
遅れ要素を持たないために、高速アクチュエータのレス
ポンスで決まる極めて応答性の優れた流量制御ができ
る。

【００８０】たとえば、４角平面のコーナーに沿ってラ
インを描画する場合、コーナー部分での塗布はディスペ
ンサーの移動速度の関係で、一定幅のラインを描画する
のは困難な場合が多い。本ディスペンサーの場合、変位
センサー１５によるピストン位置検出をしながら、流量
を少し増やしたい時はピストン１６を上昇させ、流量を
減らしたい時はピストン１６を下降させればよい。

【００８１】以下、本発明の第２の実施例について説明
する。

【００８２】図１１は、積層型の圧電素子をアクチェー
タとして用いて本発明を適用した場合を示す。

【００８３】５０はピストン、５１はこのピストンの吐
出側に形成されたピストン径大部、５２はピストンの上
部に設けられたフランジ部、５３はシリンダ、５４はフ
ランジ部とシリンダ５３の間に矜持されて設けられた積
層型の圧電素子、５５は上部スリーブ、５６は上部スリ
ーブに形成されたピストン５０を支えるための軸受部、
５７はピストン５０の軸方向位置を検知するための変位
センサーである。

【００８４】５８はシリンダの吐出側に形成された吸入
口、５９は吐出部、６０は吐出ノズルである。また、６
１はピストン５０の外周面とシリンダの内周面で形成さ
れる流体絞り部である。６２はフランジ部５２と上部ス
リーブ５５の間に配置され、圧電素子５４に与圧を与え
るためのバイアスバネ，６３は流体シールである。

【００８５】積層型の圧電素子の場合、超磁歪素子と比
べて、同一長さに対するストロークは小さくなるが、電
磁コイルが不要なため外径を小さくできる。したがって
マルチノズル化を図るときに有利となる。

【００８６】以上、本発明の実施例として、「限定され
た時間内で吐出流量をON,OFFさせる方法」について説明
した。以下、「任意のタイミングで吐出流量をON,OFFさ
せる方法」の実施例について説明する。

【００８７】すなわち、以下示す本発明の第３実施例
は、吐出通路に形成される閉空間の容積変化をもたらす
第１のアクチュエータと、通路面積を遮蔽・開放する第
２のアクチュエータの組み合わせにより、吐出流量を任
意のタイミングでON,OFFできる切れ味のよい流量制御を
可能としたものである。

【００８８】図１２において１０１は第１のアクチュエ
ータであり、実施例では超磁歪素子等による電磁歪型の
アクチュエータをもちいた。１０２は第１のアクチュエ
ータ１によって駆動されるピストン、１０３はこのピス
トン１０２を吐出側で収納するスリーブ、１０４はアク
チュエータ１０１を収納するハウジングである。

【００８９】１０５は超磁歪材料から構成される円筒形
状の超磁歪ロッドであり、この超磁歪ロッド１０５はバ
イアス永久磁石（Ａ）１０６、（Ｂ）１０７を上下に挟
んだ形で、上部ヨーク１０８とヨーク材を兼ねたスリー
ブ１０２の間に固定されている。

【００９０】１０９は超磁歪ロッド１０５の長手方向に
磁界を与えるための磁界コイル、１１０は円筒形状のヨ
ークでありハウジング１０４に収納されている。

【００９１】ピストン１０２とスリーブ１０３の間に
は、超磁歪ロッド１０５に機械的な軸方向与圧を与える
バイアスバネ１１１が設けられている。

【００９２】１１２は部材１０８、１０６、１０５、１
０７、１０２を貫通して設けられたシール軸、１１３は
このシール軸を軸方向に駆動する直動型である第２のア
クチェータである。実施例では、この直動型のアクチェ
ータ１１３に大きなストロークが得られるボイスコイル
型リニア・アクチェータを用いた。

【００９３】１１４はスリーブ１０３に形成された吸入
口、１１５はノズル部、１１６はこのノズル部１１５に
形成された吐出ノズルである。

【００９４】１１７はスリーブ１０３とピストン１０２
で形成される流体輸送室であり、ピストン１０２及びシ
ール軸１１２の吐出側端面とその対向面及びスリーブ１
０３の間で、吐出流量を制御する流量制御部１１８が構
成されている。

【００９５】図１３〜１６は本実施例のディスペンサー
の作動プロセスの原理図を、流量制御部１１８近傍の拡
大図と共に示すものである。

【００９６】１１９はピストン１０２の吐出側端面、１
２０はシール軸の吐出側端面に形成された円錐形状の凸
部、１２１はその対向面であり、吐出ノズル側に形成さ
れた円錐形状の凹部である。ピストン１０２の吐出側端
面１１９、スリーブ１０３の内面、部材１１９、１２０
の対向面１２２により、ピストン１０２の上昇・下降に
よって、容積の変化する内部空間１２３を形成してい
る。

【００９７】また円錐形状の凸部１２０と凹部１２１の
組み合わせにより、シール軸１１２の上昇・下降によっ
て、吐出流量を開放・遮断する吐出バルブ１２４を構成
している。１２５はピストン１０２の吐出側外周面とス
リーブ１０３内面で形成された流体絞り部である。

【００９８】図１４は吐出遮断直前の状態にあり、ピス
トン１０２は静止しており、またその吐出側端面１１９
は最下端の位置にある。またシール軸先端の凸部１２０
は、上方の位置にあり、ピストン１０２に収納されてい
る。

【００９９】この段階では、流体輸送室１１７内の加圧
流体は、流体絞り部１２５を通過し、内部空間１２３か
ら吐出ノズル１１６を経て外部に吐出される。

【０１００】図１５は吐出遮断中の状態を示し、図の矢
印のごとくピストン１０２は上昇中である。ピストン１
０２の端面１１９およびその対向面の間隔が急峻に変化
することにより、内部空間１２３の圧力は急降下する。
内部空間１２３の圧力:Pに対して、大気圧をP₀としたと
き、P＜P₀となれば流体の流出は遮断される。

【０１０１】この段階で、吐出ノズル１１６、円錐形状
の凸部１２０、凹部１２１近傍にある流体は、遠心方向
に流動していく。

【０１０２】図１４の始めの段階では、シール軸１１２
はまだ下降せず初期の位置にある。凸部１２０、凹部１
２１近傍にある流体が、吐出ノズル１１６から逆流して
きた空気と入れ替わった時、シール軸１１２はすみやか
に下降を開始する。

【０１０３】細径のシール軸１１２が急降下しても、シ
ール軸１１２周辺には空気以外の流体はないため、内部
空間１２３の圧力にはなんら影響を与えない。

【０１０４】たとえばスクイーズ圧力の発生は無く、吐
出流量はゼロの状態を保つ。

【０１０５】図１５は吐出流量が遮蔽された状態を示
す。吐出バルブ１２４は機械的にギャップがゼロの状態
になるが、粉流体が本ディスペンサーの輸送流体の場合
でも、粉流体そのものが近傍に存在しないため、粉体の圧搾破損による流路の詰まり粉体破損による流体の特性変化等のトラブルは発生しない。

【０１０６】ピストン１０２が最上段に到達し上昇速度
がゼロになると、内部空間１２３の圧力は急速に元の高
い圧力に復帰し、一度遠心方向に流動した流体は再度中
心部に引き戻される。しかしこの段階では、円錐形状の
凸部１２０、凹部１２１は既に噛み合っており、吐出通
路は完全に遮蔽されている。

【０１０７】さて本実施例の効果を正確に把握するため
に、第１の実施例の場合と同様に理論解析をおこなっ
た。第１の実施例と異なる解析条件のみを、表２に示
す。また上記条件下で得られる時間に対する吐出流量の
解析結果を図１６に示す。

【０１０８】（１）解析のスタート段階（ｔ＝０）で、
流量（圧力）の初期値を適当な値を仮定しているが、す
みやかに一定値に収束する。０＜ｔ＜0.03秒の間は連続
描画の状態にある。

【０１０９】（２）ｔ＝0.03秒でピストンが上昇を始め
ると、吐出流量は急速に低下し、0.01秒程度の立下り時
間で吐出は遮断される。

【０１１０】（３）t>0.04秒以降、吐出流量は完全に遮
断された状態を保つ。t=0.06秒までピストンは上昇中で
ある。

【０１１１】図１７、図１８に、ピストン端面１１９と
その対向面間の流体の流速ベクトルの解析結果を示す。

【０１１２】流体絞り部１２４は、実施例ではピストン
１０２の外周部とシリンダ１０３の内面の間に形成して
いるが、解析モデルでは、ピストン端面１１９と同一平
面上にあると仮定している。

【０１１３】図１７は連続塗布中の状態（図１３）を示
し、ピストン端面にあるすべての流体は、吐出ノズルの
ある中心部に向かって流動している。

【０１１４】図１８は吐出遮断中の状態（図１４）を示
し、図中の矢印のごとく、吐出ノズルから出た流体は、
遠心方向に逆流していることがわかる。

【０１１５】

【表２】

【０１１６】以下、図１９を用いてピストン１０２とシ
ール軸１１２の位置・速度の制御方法の一例について補
足説明する。

【０１１７】ステップaの段階で、連続塗布していた吐
出遮断の指令が入ると、ピストン１０２は上昇を開始す
る。しかしシール軸１１２は、吐出ノズル１２４近傍
（円錐形状の凸部１２０、凹部１２１で構成）の流体が
完全に排除されて無くなるステップｂの段階まで、下降
を開始しない。ステップｂの段階になると、シール軸１
１２はステップｃまで急降下し、以降ステップｄまで緩
やかに下降する。

【０１１８】この理由は、流体制御部の凸部１２０と凹
部１２１間の衝撃的な機械接触による磨耗紛の発生など
を回避するためである。ピストン１０２は、シール軸１
１２が停止してもまだ上昇中であるが、ステップｅの段
階で停止する。

【０１１９】なを、シール軸１１２が下降を開始する前
段階（ステップaとｂの区間）で、既に吐出は遮断され
ているため、ステップｂ以降のピストン１０２とシール
軸１１２に必要な操作は、本ディスペンサーの流量遮断
の「切れ味のよさ」になんら影響を与えない。

【０１２０】ステップｆの段階で吐出開始の指令が入る
と、ピストン１０２は急速に下降を開始する。ピストン
１０２が急降下すると、スクイーズ効果により流体制御
部近傍の圧力は急上昇する。しかしピストン１０２の移
動速度がゼロとなるステップgの段階で、圧力は瞬時に
定常状態に復帰する。このステップgの段階で、シール
軸１１２は上昇を開始し、吐出通路は開放されるため、
ピストン１０２の急降下による圧力上昇が吐出流量に影
響を与えることは無い。

【０１２１】なを、吐出遮断の状態（ステップeからｆ
の区間）で、予めピストン１０２を定常位置まで下降さ
せておいてもよい。

【０１２２】シール軸１１２は、第２のアクチュエータ
の応答性の許される範囲の高速で急上昇すれば、極めて
短い立ち上がり時間で吐出開始ができる。

【０１２３】実施例では、第２のアクチュエータにボイ
スコイル型リニア・アクチェータを用いたが、適用対象
に用いるアクチェータのストロークが小さくて良い場合
は、超磁歪素子などの電磁歪素子を用いても良い。ある
いは、応答性がさほど要求されない適用対象ならば、第
１、第２のアクチュエータを共にボイスコイル型等を用
いてもよい。

【０１２４】以下、本発明の第４実施例について図２０
を用いて説明する。

【０１２５】前述した第３実施例では、第１と第２の２
つの独立したアクチュエータを用いて、ピストンとシー
ル軸を駆動した。以下示す第４実施例では、ディスペン
サー構造の簡素化を図るために、一個のアクチュエータ
の両出力端を利用して、ピストンとシール軸のそれぞれ
を逆位相で駆動させたものである。

【０１２６】図２０において２０１は第１と第２のアク
チュエータを兼ねた超磁歪素子による直動型アクチュエ
ータである。２０２は前記アクチュエータによって駆動
されるピストン、２０３はこのピストン２０２を吐出側
で収納するスリーブ、２０４はアクチュエータ２０１を
収納するハウジングである。

【０１２７】２０５は超磁歪材料から構成される円筒形
状の超磁歪ロッドである。この超磁歪ロッド２０５はバ
イアス永久磁石（Ａ）２０６、（Ｂ）２０７を上下に挟
んだ形で、上部ヨーク２０８とヨーク材を兼ねたスリー
ブ２０２の間に固定されている。

【０１２８】２０９は超磁歪ロッド２０５の長手方向に
磁界を与えるための磁界コイル、２１０は円筒形状のヨ
ークでありハウジング２０４に収納されている。

【０１２９】２１１は上部ヨーク２０８と一体化したシ
ール軸であり、超磁歪ロッド２０５を貫通して設けられ
ている。またこのシール軸２１１は、バイアス永久磁石
（Ａ）２０６を中間に挟持した形で、超磁歪ロッド２０
５の上端に固定されている。シール軸２１１は上方にも
伸びており、上部ハウジング２１２に設けられた軸受部
２１３により上端で支持されている。

【０１３０】またピストン２０２は、シール軸２１１同
様に、バイアス永久磁石（Ｂ）２０７を中間に挟持した
形で、超磁歪ロッド２０５の下端に固定されている。

【０１３１】上部ヨーク２０８と上部ハウジング２１２
の間、及びピストン２０２とスリーブ２０３の間には、
超磁歪ロッド２０５に機械的な軸方向与圧を与えるバイ
アスバネ２１４，２１５が設けられている。

【０１３２】２１６はスリーブ２０３に形成された吸入
口、２１７はノズル部、２１８はこのノズル部に形成さ
れた吐出ノズルである。

【０１３３】２１９はスリーブ２０３とピストン２０２
で形成される流体輸送室である。また、ピストン２０２
の吐出側端面とその対向面及びスリーブ２０３の間で、
ピストン２０２の上昇・下降により容積が変化する内部
空間２２０を形成している。

【０１３４】上記構成により、超磁歪素子の電磁コイル
２０９に電流を印加すると、超磁歪ロッド２０５は印加
電流の大きさに比例して伸縮する。このとき、超磁歪ロ
ッド２０５の両端の変位は、超磁歪ロッドに軸方向与圧
を与える２つのバイアスバネ２１４、２１５の剛性の大
きさで決まる。もし２つのバイアスバネ２１４、２１５
の剛性が等しければ、超磁歪ロッド２０５の両端は逆位
相でかつ同一の変位量だけ移動する。すなわち、超磁歪
ロッド２０５の両端に固定されたピストン２０２とシー
ル軸２１１は、互いに逆方向に同一の変位量だけ移動す
る。

【０１３５】ピストン２０２とシール軸２１１のストロ
ークを変える場合は、２つのバイアスバネ２１４、２１
５の剛性比を変えればよい。

【０１３６】この点を利用して、本実施例では一個の超
磁歪アクチュエータにより、吐出ON,OFFの機能を持たせ
ることができる。

【０１３７】図２１(イ)(ロ)は、連続塗布から吐出遮断
の状態への以降を示すものである。実施例では、中空の
超磁歪ロッドを用いたが、中空にできるならば、たとえ
ば積層型の圧電素子を用いてもよい。

【０１３８】以上、本発明の実施例を、Ｉ．限定された
時間内で吐出流量をON,OFFさせる方法、ＩＩ．任意のタ
イミングで吐出流量をON,OFFさせる方法、の２つに分け
て説明した。以下示す実施例は、上記Ｉ、ＩＩのいずれ
にも適用できるものである。

【０１３９】図２２は、本発明の第５実施例を示すもの
で、外部圧力源に頼らずに、ディスペンサー自身に圧力
発生源を持たせたものである。

【０１４０】すなわち、第５実施例では、超磁歪素子を
用いてピストンとシール軸を軸方向に駆動すると共に、
非接触で電力供給できる超磁歪素子の特徴を利用して、
モータを用いて、このピストンとシール軸を共に回転さ
せたものである。

【０１４１】図２２において３０１は直動型アクチュエ
ータであり、超磁歪素子等による電磁歪型のアクチュエ
ータ、静電型アクチュエータあるいは電磁ソレノイド等
より構成される。実施例では、高い位置決め精度が得ら
れ、高い応答性を持つと共に大きな発生荷重が得られる
超磁歪素子を用いた。

【０１４２】３０２はアクチュエータ３０１によって駆
動されるピストン、３０３はこのピストン３０２を吐出
側で収納する固定スリーブ、３０４は前記アクチュエー
タ１を収納するハウジングである。

【０１４３】３０５は超磁歪材料から構成される円筒形
状の超磁歪ロッドである。この超磁歪ロッド３０５はバ
イアス永久磁石（Ａ）３０６、（Ｂ）３０７を上下に挟
んだ形で、上部ヨーク３０８とヨーク材を兼ねたピスト
ン３０２の間に固定されている。

【０１４４】３０９は超磁歪ロッド３０５の長手方向に
磁界を与えるための磁界コイル、３１０は円筒形状のヨ
ークでありハウジング３０４に収納されている。

【０１４５】前記永久磁石Ａ、Ｂは、超磁歪ロッド３０
５に予めに磁界をかけて磁界の動作点を高めるもので、
３０５→３０６→３０８→３１０→３０２→３０７→３
０５により、超磁歪ロッド３０５の伸縮を制御する閉ル
ープ磁気回路を形成している。すなわち、部材３０５〜
３１０により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッド
の軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチュエータ３０
１を構成している。

【０１４６】３１１は上部ヨーク３０８と一体化したシ
ール軸であり、超磁歪ロッド３０５を貫通して設けられ
ている。またこのシール軸３１１は、バイアス永久磁石
（Ａ）３０６を中間に挟持した形で、超磁歪ロッド３０
５の上端に固定されている。

【０１４７】シール軸３１１は上方にも伸びており、上
部ハスリーブ３１２に設けられた軸受部３１３により上
端で支持されている。

【０１４８】またこの上部スリーブ３１２は、玉軸受３
１４を介在して中間ハウジング３１５により回転自在に
支持されている。

【０１４９】またピストン３０２は、シール軸３１１同
様に、バイアス永久磁石（Ｂ）３０７を中間に挟持した
形で、超磁歪ロッド３０５の下端に固定されている。

【０１５０】上部ヨーク３０８と上部スリーブ３１２の
間、及びピストン３０２と下部スリーブ３１６の間に
は、超磁歪ロッド３０５に機械的な軸方向与圧を与える
バイアスバネ３１７，３１８が設けられている。

【０１５１】上記構成により、超磁歪素子の電磁コイル
３０９に電流を印加すると、超磁歪ロッド３０５は印加
電流の大きさに比例して伸縮する。このとき、超磁歪ロ
ッド３０５の両端の変位は、超磁歪ロッドに軸方向与圧
を与える２つのバイアスバネ３１７、３１８の剛性の大
きさで決まる。ピストン３０２とシール軸３１１のスト
ロークを変える場合は、第４実施例同様に、２つのバイ
アスバネ３１７、３１８の剛性比を変えればよい。

【０１５２】この点を利用して、本実施例では一個の超
磁歪アクチュエータにより、吐出ON, 吐出OFFの両方の
機能を持たせることができる。

【０１５３】シール軸３１１は円筒形状をした上部スリ
ーブ３１２を貫通して、さらに上方向にも伸びている。
３１９はシール軸３１１に回転運動を与えるモータであ
り、実施例ではＤＣサーボモータを用いており、３２０
はモータロータ、３２１はモータステータ、３２２はモ
ータステータを収納する上部ハウジングである。

【０１５４】上部ハウジング３２２の上部には、シール
軸３１１の回転速度を検出するためのエンコーダ３２３
が設けられている。さらにその上部中心位置に、中心軸
の端面位置を検出する変位センサー３２４が配置されて
いる。

【０１５５】ピストン３０２の吐出側の一部を収納する
下部スリーブ３１６は、ハウジング３０４との間に設け
られた玉軸受３２５によって回転自在に支持されてい
る。

【０１５６】３２６はピストン３０２とシール軸３１１
の連結部である。

【０１５７】３２７は固定スリーブ３０３に形成された
吸入口、３２８はノズル部、３２９はこのノズル部３２
８に形成された吐出ノズル、３３０はピストン３０２と
固定スリーブ３０３の相対移動面に形成された流体を圧
送するねじ溝である。

【０１５８】部材３０２、３０３により、流体を外部か
ら吸入し吐出側に圧送する流体輸送室３３１を形成して
いる。またピストン３０２外周部の吐出側端部と固定ス
リーブ３０３の内面の間で、他と比べて隙間の狭い流体
絞り部３３２が形成されている。

【０１５９】この流体絞り部３３２は、ねじ溝ポンプの
隙間が狭い場合は、形成しなくてもよい。また、ピスト
ン３０２の吐出側端面とその対向面及び固定スリーブ３
０３の間で、ピストン３０２の上昇・下降により容積が
変化する内部空間３３３を形成している。

【０１６０】シール軸３１１の吐出側端部とその対向面
の間で、シール軸３１１の上昇・下降により、吐出通路
面積を可変できる吐出バルブ３３４を構成している。

【０１６１】すなわち、この内部空間３３３と吐出バル
ブ３３４により、任意のタイミングで吐出流量をON,OFF
させる流量制御部３３５を構成している。

【０１６２】ちなみに、シール軸３１１に与えられた回
転運動は、図２３に示すようなピストン３０２とシール
軸３１１の連結部３２６によって、ピストン３０２に与
えられる。すなわち、シール軸３１１はピストン３０２
に対して、回転のみを伝達し、相対的な直線運動はフリ
ーとなるような連結部形状（角型断面）となっている。

【０１６３】上記構成により、本実施例の流体供給装置
では、ピストン３０２とシール軸３１１は回転運動と微
少変位の直線運動の制御を同時に、かつ独立して行うこ
とができる。

【０１６４】さらに実施例では、直動型アクチュエータ
３０１に超磁歪素子を用いたために、超磁歪ロッド３０
５（及びピストン３０２とシール軸３１１）を直線運動
させるための動力を、外部から非接触で与えることがで
きる。すなわち、本構成のディスペンサーでは、モータ
を回転させたままで、数メガヘルツの周波数特性を持つ
電磁歪素子の特徴を活かし、高いレスポンスで吐出流量
の制御ができる。

【０１６５】実施例では、アクチュエータ３０１（超電
磁歪素子）の上部にモータを配置したが、この逆の配置
の構成でもよい。

【０１６６】本実施例のディスペンサーを用いれば、外
部の圧力源を用いないで、第４実施例（図２０）と同様
な用途に適用できる。すなわち、「任意のタイミングで
吐出流量をON,OFFさせる方法」として、塗布行程に適用
できる。

【０１６７】生産工場内に装備されたエアー圧力源の圧
力の大きさには制約があるが、本実施例のねじ溝ポンプ
の最大圧力は、回転数、隙間、ねじ溝形状などのパラメ
ータの選択で自在に設定できる。工場配管の圧力の基準
が、５kg/cm²程度であるのに対して、ねじ溝ポンプで
は、数１０〜１００kg/cm²の圧力を得ることも可能であ
る。その結果、圧力条件の制約が解除され、たとえば小
径ノズルによる大流量吐出もできる。

【０１６８】シール軸３１１が回転できることを利用し
て、シール軸３１１の吐出側端面とその対向面の相対移
動面に、図２４で示すようなスラスト動圧シール３３６
を設ければ、非接触の状態で吐出を遮断することができ
る。図の黒く塗りつぶした部分がスパイラルグルーブの
溝３３７である。

【０１６９】図２４において、曲線(イ)は動圧シールの
隙間に対する発生圧力特性の一例を示す。

【０１７０】動圧シールの外径が小さい場合、隙間δに
対する発生圧力（シール圧）Pの特性は非線形であり、
かつ隙間→０としたとき、急激にその発生圧力は上昇す
る。一方、ねじ溝ポンプの発生圧力は、隙間δの変化に
依存しない。したがって、図２４の例では、δ＜δ
₁（≒2.5μｍ）のとき、吐出は遮蔽されることがわか
る。

【０１７１】図２５は、吐出遮蔽中の状態をモデル的に
示したものである。

【０１７２】流体３３８中に分散している粉体３３９の
流径をたとえばdf=10μｍとし、シール軸３１１とその
対向面の間隙部３４０の隙間をたとえばδ=2.5μｍとす
る。このように、δ＜dfであったとしても、本実施例で
は、粉体３３９の機械的な圧搾・破壊は生じない。図２
５の状態では、動圧シール３３６のポンピング作用によ
って、間隙部３４０の流体は常に遠心方向の力を受けて
おり、粉体は外周部からこの部分に侵入することはな
い。

【０１７３】一方、シール軸３１１がまだ下降中であ
り、間隙部３４０の隙間δがまだ大きい時も粉体の圧搾
・破壊は生じない。その理由は第３、第４の実施例で説
明したように、閉空間３３３の容積の急峻な増大とそれ
に追従する圧力効果により、シール軸３１１が最下端に
到達した時点では、吐出バルブ３３４近傍には粉流体は
既に存在しないからである。

【０１７４】以上の実施例により、本発明の次の効果
高速流量遮断と開始ができる粉体の圧搾破損による流
路の詰まり、流体の特性変化などのトラブルが発生しな
いすなわち、上記の両方を満足する塗布行程を実現
できる。

【０１７５】実施例では、吐出バルブ近傍の粉流体を排
除するために、内部空間に急峻な容積変化を与える、
吐出バルブを開閉させる、上記の動作を逆位相で
与えるアクチェータを利用した。

【０１７６】さて、本実施例がサーボモータを用いてい
ることを利用し、次のような方法でも本発明を適用する
ことができる。

【０１７７】すなわち、（１）モータの回転数制御によ
る流量制御方法と、（２）閉空間の容積を高速アクチェ
ータを用いて急峻に変化させる方法、の上記(1)(2)を組
み合わせても、両者の長所を活かして、かつ短所を解消
する流量制御を実現することができる。この場合は、シ
ール軸とピストンのいずれかは上下動の機能を省略して
もよい。たとえば、図２２においてピストンは回転する
だけで上下動は行わず、シール軸のみが上昇・下降を行
うものとする。この場合のシール軸は、図２２のピスト
ンに代わる役割を担うため、外径は大きめに設定すれば
よい。

【０１７８】たとえば、吐出遮断時には（１）シール軸３１１の上昇開始と同時にモータ３１９
を回転停止させる。前述したように、シール軸３１１の
上昇により、0.01秒あるいはそれ以下のオーダーで吐出
流量は遮断される。但し、モータの回転停止までには、
たとえば、0.05秒程度を必要とするが、その間はシール
軸３１１は上昇中の状態にさせる。

【０１７９】（２）モータ３１９が停止すると、すみや
かに緩やかな逆転を開始させる。ねじ溝ポンプの作用に
より、流量制御部３３５近傍に停留していた流体は吸入
口３２７に向かって逆流する。流量制御部３３５近傍の
紛流体が無くなり、吐出ノズル３２９から流入した空気
と入れ替わったとき、シール軸３１１を下降させ、吐出
ノズル３２９の開口部を遮蔽する。

【０１８０】また、吐出開始時には、（３）予めモータ３１９の回転を開始させておく。モー
タの回転数が定常状態になっていることをエンコーダ３
２３信号から確認して、シール軸３１１を急上昇かつ急
停止させる。急停止すれば、すみやかに吐出は開始され
る。

【０１８１】その他、粉体の圧搾破損を発生させない方
法として、吸入口に繋がる圧力供給源の圧力を負圧に急変させ
る。

【０１８２】外部に設置した負圧源と流量制御部を、
高速で開閉するバルブを介して連絡する。

【０１８３】上記いずれの方法でも、粉体の圧搾・破壊
を生じないで、吐出バルブを完全遮蔽あるいは粉体の流
径以下の隙間で動圧シールを構成することができる。

【０１８４】動圧シールを構成する場合はモータ駆動は
必要だが、完全遮蔽の場合は使用しなくてよい。

【０１８５】なを本発明の明細文において、ピストン、
シール軸、シリンダなどの表現は円柱形状、円筒形状の
部材を連想するが、本発明の適用範囲はこれらの特定形
状に制約されるものではない。たとえば、ピストンはダ
イヤフラムのような薄板形状でもよい。シール軸とその
対向面で構成される吐出バルブは、通路面積を遮蔽・開
放あるいは変化させることができる部材ならば、どのよ
うな形状の組み合わせでもよい。

【０１８６】実施例において、内部空間の容積変化によ
る急峻な圧力変化は、数ミクロンから数百ミクロンの狭
い隙間を変化させることによって生じるスクイーズ圧力
によるものである。

【０１８７】このスクイーズ圧力と、通常、たとえばエ
アーシリンダのピストンを圧縮・収縮させることによる
圧力変化とは原理が異なる。

【０１８８】後者は流体の圧縮性に依存し、体積の変化
に対して圧力の変化が時間遅れを伴う。

【０１８９】前述したエアーパルス方式のディスペンサ
ーの応答性に限界があるのは、この流体の圧縮性に依存
するからである。

【０１９０】それに対して、前者のスクイーズ圧力は粘
性流体の動圧効果によるものであり、体積の変化に対す
る時間遅れはない。すなわち隙間の変化に即座に圧力が
増減するのである。

【０１９１】実施例では、このように即座に圧力が増減
することを利用して、流量制御部を構成している。本発
明は流体の圧縮・膨張を利用することもできるが、スク
イーズ圧力を利用する方が、応答性の点で好ましい。

【０１９２】さて、もう一度本発明の第１，２の実施例
である「限定された時間内で吐出流量をON,OFFさせる方
法」に戻り、その欠点をカバーする実施例について説明
する。前記実施例は、吐出通路に繋がる閉空間に急峻な
容積変化を与えることにより、その鋭敏な圧力降下を利
用して、吐出遮蔽を行うものであった。しかし吐出遮蔽
が有効な時間は閉空間の容積が増大中の間のみである。

【０１９３】そこで以下示す２つの流量制御手段、すな
わち、第１の流量制御手段 …内部空間の容積を増減させる
方法で、高速レスポンスであるが、遮蔽時間は有限であ
る。

【０１９４】第２の流量制御手段 …第１の流量制御
手段よりも応答性は低いが、遮蔽時間に制約はない。

【０１９５】すなわち、上記の組み合わせにより、
それぞれの長所を活かし、欠点を解消するディスペンサ
ーが実現できる。

【０１９６】図２６は、第２の流量制御手段に流路切り
替えバルブ４００を用いた第６実施例を示すもので、吐
出ノズルの中間部にこのバルブ４００を配置したもので
ある。

【０１９７】４０１はピストン、４０２は固定スリー
ブ、４０３はハウジング、４０４は吐出部、４０５は下
流側吐出ノズル、４０６はバイパス通路、４０７は内部
空間４０８を含む流量制御部である。

【０１９８】上記構成において、第１の流量制御手段の
許容遮蔽時間をT₁とし、第２の流量制御手段の立ち上が
り時間をT₂とする。たとえば、第１の実施例の具体仕様
で、ピストンストローク：Xst＝50μｍ、ピストンの上
昇速度：v=1.0mm/secとすれば、T₁＝0.05秒であった。
流路切り替えバルブ４００は、たとえばDCサーボモー
タ、あるいは揺動モータなどを用いれば、0.03<T₂<0.05
秒であった。したがって、T₁＞T₂のため、本実施例の適
用条件を満足できる。

【０１９９】（１）まず吐出遮蔽時には、ピストン４０
１の上昇（第１の流量制御手段）と流路切り替えバルブ
４００を同時に動作する。動作開始から、ｔ＝0.01秒以
下で吐出は遮蔽される。さらにｔ＝0.03〜0.05秒で、流
路切り替えバルブ４００により、大気に繋がる吐出通路
は遮蔽される。その後、圧力が高圧に復帰した流体はバ
イパス通路を通じて外部へ流出していく。

【０２００】（２）吐出開始時には、ピストン４０１を
予め所定の位置にまで下降させておく。流路切り替えバ
ルブ４００の応答時間は分かっているため、その待ち時
間を予測した上で吐出を開始する。

【０２０１】以上、本発明の明細文では、「任意のタイ
ミングで吐出流量をON,OFFさせる方法」と「限定された
時間内で吐出流量をON,OFFさせる方法」の２つに分け
て、その実施例を説明した。しかし、この２つは組み合
わせて用いてもよい。たとえば、シール軸の駆動によっ
て、流量遮断できる機能をもっているが、さらに第２の
流量制御手段を用いることにより、吐出遮蔽をより確実
にするような使用方法でもよい。

【０２０２】以下、本発明をマルチノズルのディスペン
サーに適用した第７実施例について説明する。

【０２０３】５０１は第１のアクチュエータ（図示せ
ず）によって駆動されるピストン、５０２は第２のアク
チュエータ（図示せず）によって駆動されるシールプレ
ート、５０３はこれらの部材を収納するハウジング、５
０４はハウジング５０３内部に形成され吸入口（図示せ
ず）、吐出口５０５と連絡する流体輸送室、５０６は流
体絞り部である。

【０２０４】たとえば吐出遮蔽時には、ピストン５０１
とシールプレート５０２は矢印の方向に移動し、吐出開
放時には共に逆方向に移動する。本ディスペンサーの動
作原理は、第３、第４実施例と同様である。

【０２０５】上記実施例は、「任意のタイミングで吐出
流量をON,OFFさせる方法」の一例であるが、第１、第２
実施例で示したような、「限定された時間内で吐出流量
をON,OFFさせる方法」の場合も同様にマルチノズル化が
できる。

【０２０６】以下、本発明の第８実施例を図２８に示
す。

【０２０７】この実施例は、本発明のディスペンサーの
流路の上段側に、吸入側流体の供給圧の確保と低粘度化
を目的として、ねじ溝ポンプを設けたものである。

【０２０８】搬送流体にレオロジー流体を扱う場合、流
体の粘度は温度と流体が受けるせん断速度により決ま
る。本実施例は、レオロジー流体のチクソトロピー性流
体挙動により、一度低粘度化した流体は、元の粘度に回
復するまで通常ある程度の時間を必要とする、という点
を利用している。すなわち、本発明の超小型ディスペン
サーに流体を供給する直前の段階で、まずねじ溝ポンプ
の回転により、流体にせん断作用を与えて流体を低粘度
化させるのである。

【０２０９】複数個の超小型ディスペンサーに対して、
外径寸法の大きなねじ溝ポンプは一台でよいため、マル
チノズル化した流体供給システムの配置上の支障にはな
らない。

【０２１０】６００はマスターポンプであるねじ溝ポン
プであり、回転軸６０１、モータロータ６０２、モータ
ステータ６０３、回転軸６０１に形成されたねじ溝６０
４、吸入口６０５、吐出口６０６、ハウジング６０７よ
り構成される。

【０２１１】６０８は本発明の流体供給装置である小型
ディスペンサーであり、ねじ溝ポンプ６００と小型ディ
スペンサー６０８は供給パイプ６０９を介して連絡して
いる。

【０２１２】本発明による小型ディスペンサー（第１か
ら第６実施例）を、複数本並列配置させて流体供給シス
テムを構成すれば、たとえば平板上に蛍光体材料等を塗
布させるプロセスにも適用できる。この場合、塗布材料
の吸入側吐出通路は共通でよい。

【０２１３】各ノズルの吐出量（及びＯＮ，ＯＦＦ）
は、各ディスペンサーを個別に制御できるため、自由度
が高く、塗布材料の損失が少ない平板面の塗布が可能と
なる。

【０２１４】あるいは、共通のハウジングに複数本のデ
ィスペンサーの中身を収納するように構成すれば、より
シンプルな構成のマルチノズルを有する塗布装置ができ
る（図示せず）。

【０２１５】

【発明の効果】本発明を用いた流体回転装置により、次
の効果が得られる。１．高速吐出遮断と開始ができる。２．粉体の圧搾破損による流路の詰まり、流体の特性変
化などのトラブルが発生しない。３．シンプルな構成のため、マルチノズル化が容易であ
る。４．さらに以下示す特徴を、本発明のポンプは合わせ持
つことができる。

【０２１６】高粘度流体の高速塗布ができる。

【０２１７】超微少量を高精度で吐出できる。

【０２１８】本発明を例えば表面実装のディスペンサ
ー、ＰＤＰ，ＣＲＴディスプレイの蛍光体塗布、液晶パ
ネルのシール材塗布等に用いれば、その長所をいかんな
く発揮でき、効果は絶大なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるディスペンサーを
示す正面断面図

【図２】上記実施例の吐出部の拡大断面図

【図３】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図４】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図５】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図６】上記実施例の流量特性を示す解析結果を示す図

【図７】上記実施例の電気回路モデル図

【図８】上記実施例の塗布対象を示す図

【図９】上記実施例の塗布開始のタイミングを示す図

【図１０】上記実施例のピストン位置と時間の関係を示
す図

【図１１】本発明の第２の実施例によるディスペンサー
を示す正面断面図

【図１２】本発明の第３の実施例によるディスペンサー
を示す正面断面図

【図１３】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図１４】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図１５】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図１６】上記実施例の流量特性を示す解析結果を示す
図

【図１７】上記実施例の流速ベクトル解析結果を示す図

【図１８】上記実施例の流速ベクトル解析結果を示す図

【図１９】上記実施例のストロークと時間の関係を示す
図

【図２０】本発明の第４の実施例によるディスペンサー
を示す正面断面図

【図２１】上記実施例の吐出遮蔽のプロセスを示す図

【図２２】本発明の第５の実施例によるディスペンサー
を示す正面断面図

【図２３】上記実施例の連結部を示す図

【図２４】上記実施例の動圧シールの発生圧力と隙間の
関係を示す図

【図２５】上記実施例のシール軸先端のモデル図

【図２６】本発明の第６の実施例による吐出部拡大図

【図２７】本発明の第７の実施例によるディスペンサー
を示すもので（イ）は斜視図（ロ）はノズル部を示す図

【図２８】本発明の第８の実施例のモデル図

【図２９】従来のエアーパルス方式のディスペンサーを
示す図

【符号の説明】

１アクチュエータ２ピストン３シリンダ２０流体輸送室２７内部空間１７吸入孔１９吐出孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダに収納されたピストンと、前記
シリンダと前記ピストンで形成される内部空間を増減さ
せるために、前記シリンダと前記ピストンに相対的な運
動を与えるアクチェータと、前記シリンダを収納あるい
は前記シリンダと一体化したハウジングと、このハウジ
ングに形成された流体の吸入孔及び吐出孔と、前記ハウ
ジング内部に形成された流体輸送室から構成される流体
供給装置において、前記吸入孔から前記流体輸送室内に
流入した流体は、前記内部空間に繋がる流路を経て前記
吐出孔に流出するように構成されていることを特徴とす
る流体供給装置。
【請求項２】前記アクチェータは電磁歪型であること
を特徴とする請求項１記載の流体供給装置。
【請求項３】吸入口から吐出口に繋がる流路の一部の
容積を増減させることにより、流体の吐出遮蔽および吐
出開放をさせることを特徴とする請求項１記載の流体供
給装置。
【請求項４】請求項１の流体供給装置において、流体
の吐出遮断時には前記内部空間を増大するように前記ア
クチェータを駆動させることを特徴とする請求項１記載
の流体供給装置。
【請求項５】請求項１の流体供給装置において、前記
内部空間の増大を停止もしくは減少させることにより、
流体の吐出を再開することを特徴とする請求項１記載の
流体供給装置。
【請求項６】請求項１の流体供給装置において、前記
内部空間の容積を増減させる手段を第１の流量制御手段
とし、この第１の流量制御手段を用いて流体の吐出遮蔽
後、前記第１の流量制御手段よりも応答性の低い第２の
流量制御手段により吐出流路を遮蔽させることを特徴と
する請求項１記載の流体供給装置。
【請求項７】シリンダに収納されたピストンと、前記
シリンダと前記ピストンで形成される内部空間を増減さ
せるために、前記シリンダと前記ピストンに相対的な運
動を与える第１のアクチュエータと、前記シリンダを収
納あるいは前記シリンダと一体化したハウジングと、こ
のハウジングに形成された流体の吸入孔及び吐出孔と、
前記ハウジング内部に形成された流体輸送室と、前記ピ
ストンに貫通して設けられたシール軸と、このシール軸
とその対向面で構成される吐出バルブと、この吐出バル
ブの通路面積を増減するために、前記シール軸とその対
向面間に相対的な運動を与える第２のアクチュエータら
構成される流体供給装置において、前記吸入孔から前記
流体輸送室内に流入した流体は、前記内部空間に繋がる
流路から前記吐出バルブを経て前記吐出孔に流出するよ
うに構成されていることを特徴とする流体供給装置。
【請求項８】前記流体輸送室から前記内部空間に繋が
る流路に、流路面積が他と比べ小なる絞り部が設けられ
ていることを特徴とする請求項１あるいは７記載の流体
供給装置。
【請求項９】内部空間は前記ピストンの吐出側端面と
その対向面で前記吐出口が設けられた前記ハウジングの
間で形成されることを特徴とする請求項１あるいは７記
載の流体供給装置。
【請求項１０】前記シール軸の吐出側端面と、その対
向面に形成された前記吐出孔の開口部の間で、吐出バル
ブを構成したことを特徴とする請求項７記載の流体供給
装置。
【請求項１１】前記第１と前記第２のアクチェータは
駆動原理が異なることを特徴とする請求項７記載の流体
供給装置。
【請求項１２】前記第１のアクチェータは電磁歪素子
により構成されることを特徴とする請求項７記載の流体
供給装置。
【請求項１３】前記シール軸の吐出側とは反対側の端
面に、前記シール軸の軸方向変位を検出する変位センサ
ーが設けられていることを特徴とする請求項７記載の流
体供給装置。
【請求項１４】第１と第２の駆動手段は同一のアクチ
ェータであることを特徴とする請求項７記載の流体供給
装置。
【請求項１５】前記ピストンは中空の電磁歪素子の吐
出側端面に固定され、電磁歪素子を貫通して設けられた
前記シール軸は、電磁歪素子の吐出側と反対側端面に固
定されていることを特徴とする請求項１４記載の流体供
給装置。
【請求項１６】電磁歪素子の吐出側端面とハウジング
の間、及び電磁歪素子の吐出側とは反対側端面とハウジ
ングの間のそれぞれに、電磁歪素子に予荷重を与えるた
めのバイアスバネを設けたことを特徴とする請求項１５
記載の流体供給装置。
【請求項１７】電磁歪素子の吐出側端面とハウジング
の間に設けるバイアスバネのバネ剛性をK₁,電磁歪素子
の吐出側とは反対側端面とハウジングの間に設けるバイ
アスバネのバネ剛性をK₂としたとき、K₁≠K₂であること
を特徴とする請求項１６記載の流体供給装置。
【請求項１８】請求項７の流体供給装置において、流
体の吐出遮蔽時には前記第１のアクチュエータにより前
記内部空間を増大させた後、前記第２のアクチュエータ
により前記吐出バルブの開口路を遮蔽もしくは開口面積
を減少させることを特徴とする流体供給装置。
【請求項１９】請求項７の流体供給装置において、流
体の吐出開放時には前記吐出バルブの開口路を遮蔽もし
くは開口面積を減少させたままで、前記第１アクチュエ
ータにより前記内部空間を減少させ、しかる後、前記第
２アクチュエータにより前記吐出バルブの開口路を開放
もしくは開口面積を増大させることを特徴とする流体供
給装置。
【請求項２０】請求項７の流体供給装置において、前
記第１のアクチュエータの動作中に、前記第２のアクチ
ュエータによる動作が完了することを特徴とする流体供
給装置。
【請求項２１】請求項１あるいは請求項７の流体供給
装置において、数ミクロンから数百ミクロンの範囲で設
定された対向面で内部空間を構成し、この対向面間の隙
間を増大させることにより、吐出遮蔽をおこなうことを
特徴とする流体供給装置。
【請求項２２】ピストンとシリンダ間に相対的な回転
運動を与えるモータと、この相対的な回転運動によって
流体輸送室内の流体を圧送するポンプ手段が前記ピスト
ンと前記シリンダの間に形成されていることを特徴とす
る請求項１あるいは７記載の流体供給装置。
【請求項２３】ポンプ手段はピストンとスリーブの相
対移動面に形成されたねじ溝であることを特徴とする請
求項２２記載の流体供給装置。
【請求項２４】第１及び又は第２のアクチュエータは
外部から電気磁気的な非接触の電力供給手段によって移
動もしくは伸縮する機能を有することを特徴とする請求
項２２記載の流体供給装置。
【請求項２５】前記第１及び又は第２のアクチュエー
タは超磁歪素子から構成されることを特徴とする請求項
２２記載の流体供給装置。
【請求項２６】電磁コイルと、この電磁コイルに印加
される電流よって軸方向に伸縮する超磁歪素子と、この
超磁歪素子に貫通して設けられたピストンと、前記超磁
歪素子の軸方向の移動を規制する固定側と、軸方向に移
動可能なように構成された可動側を有し、かつこの可動
側と前記ピストンを固定させた構造であることを特徴と
する請求項１記載の流体供給装置。
【請求項２７】請求項１あるいは７あるいは２２の流
体供給装置において、連続塗布の段階で、ピストン及び
又はシール軸の位置情報をもとに、ピストン及び又はシ
ール軸を上下動させることにより、吐出流量を制御する
ことを特徴とする流体供給装置。