JP2002355592A - 流体吐出装置及び流体吐出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸とハウジング間の間隙を高精度に制御し、
流体の吐出量をさらに高精度に制御することができる流
体吐出装置及び流体吐出方法を提供する。 【解決手段】 軸６の軸方向の実位置と間隙δの目標値
である軸の軸方向の目標位置との差に基づき電磁歪素子
に流す目標電流に、電磁歪素子に流れる実電流が等しく
なるように電流制御して間隙を制御し、さらに、所定の
時間間隔で所定の変化量ずつ目標位置を変化させ同時に
目標位置として出力された出力変化を観察して検出され
た流体遮断位置とその時の目標位置の関係に基づき目標
位置を補正する。

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
・遮断するための流体吐出装置及び流体吐出方法に関す
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】例えば、表面実装技術（Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の分野を例にとれ
ば、実装の高速化、微小化、高密度化、高高品位化、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、 吐出量の高精度化と１回の吐出量の微小化、 吐出時間の短縮、すなわち、高速吐出遮断及び開始
ができること、 高粘度の粉流体に対応できること、 である。

【０００４】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】前述した従来の先行技
術のうち、図６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´
９３．２５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２００（シリンダ）内にパルス的に印
加させ、シリンダ２００内の圧力の上昇分に対応する一
定量の液体をノズル２０１から吐出させるものである。

【０００６】しかしながら、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。

【０００７】この欠点は、シリンダに封じ込められた空
気２０２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で決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。

【０００８】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。

【０００９】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、導電性ぺースト、あるいは蛍光体等の塗
布への適用は困難な場合が多い。

【００１０】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、ノズル抵抗に依存しにくいポンプ特性を
選ぶことができるため、連続塗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，Ｏ
ＦＦ時にこの電磁クラッチを連結あるいは開放するよう
にしている。又は、（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ようにしている。

【００１１】しかしながら、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。また、応答性はエアーパルス方式と比較すると
良好であるが、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】そこで、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、そのような弁はバネとボールから
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】連続塗布後、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】上述した高粘度流体・粉流体の微少流量塗
布に係る、近年の様々な要求に応えるために、本発明者
らは、ピストンとシリンダの間に相対的な直線運動と回
転運動を与えると共に、回転運動により流体の輸送装置
を与え、直線運動を用いて固定側と回転側の相対的な間
隙を変化させ、流体の吐出量を制御する塗布装置、「流
体供給装置及び流体供給方法」を出願中（特願２０００
−１８８８９９号）である。

【００１９】本発明は、上記提案をさらに改良するもの
で、軸とハウジング間の間隙を高精度に制御し、流体の
吐出量をさらに高精度に制御することができる流体吐出
装置及び流体吐出方法を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のように構成する。

【００２１】本発明の第１態様によれば、一方を可動端
としもう一方を固定端とする電磁歪素子と、上記電磁歪
素子を収納するハウジングと、上記電磁歪素子を上記ハ
ウジングに対して相対的に回転自在かつ軸方向に移動可
能に支持する支持装置と、上記電磁歪素子に回転を与え
る回転装置と、上記電磁歪素子の可動端側に締結された
軸と、この軸と上記ハウジングで形成されるポンプ室
と、このポンプ室の外部と上記ポンプ室と連通させる流
体の吸入孔及び吐出口と、上記ポンプ室内に流入された
上記流体を吐出口側に圧送する圧送装置と、上記ポンプ
室と上記吐出口の間の流体抵抗の増減を図るために、上
記電磁歪素子の駆動によって上記軸と上記ハウジング間
の間隙を変化させて上記流体の吐出量を制御する流体吐
出装置において、上記軸と上記ハウジング間の上記間隙
を測定する複数個の変位センサと、上記複数個の変位セ
ンサにより測定される上記間隙の測定値の平均値を求
め、上記平均値を上記軸の軸方向の実位置に変換する変
換器と、上記軸と上記ハウジング間の上記間隙の目標値
を上記軸の軸方向の目標位置として出力する位置指令発
生手段と、上記目標位置と上記変換器から出力される上
記実位置との差に基づき上記電磁歪素子の目標駆動信号
を出力する位置制御器と、上記電磁歪素子の実駆動信号
を検出する駆動信号検出器と、上記実駆動信号が上記目
標駆動信号に等しくなるように駆動信号を制御する駆動
信号制御器とにより、上記軸と上記ハウジング間の上記
間隙を制御できるように構成し、さらに上記位置指令発
生手段より所定の時間間隔で所定の変化量ずつ上記目標
位置を変化させ、同時に上記位置制御器の出力変化を観
察することにより上記流体を遮断する位置を検出する遮
断位置検出手段と、上記遮断位置検出手段により検出さ
れた遮断位置とその時の目標位置の関係に基づき、上記
目標位置を補正する位置指令補正手段とを設けたことを
特徴とする流体吐出装置を提供する。

【００２２】本発明の第２態様によれば、上記変換器
は、上記複数個の変位センサの出力を上記軸の軸方向の
位置を示すデータに変換する上記変位センサと同じ個数
のアンプと、上記複数個のアンプから出力されるデータ
を加算する加算器と、上記加算器からの出力を１／（上
記アンプの個数）倍にして上記複数個のアンプの出力の
平均値を出力するアンプとにより構成される第１態様に
記載の流体吐出装置を提供する。

【００２３】本発明の第３態様によれば、軸が締結され
た側を可動端としもう一方を固定端とする電磁歪素子
を、上記電磁歪素子を収納するハウジングに対して相対
的に回転しかつ軸方向に移動することにより、上記軸と
上記ハウジングで形成されるポンプ室の外部と上記ポン
プ室と連通させる流体の吐出口側に、上記ポンプ室内に
流入された上記流体を圧送し、上記ポンプ室と上記吐出
口の間の流体抵抗の増減を図るために、上記電磁歪素子
の駆動によって上記軸と上記ハウジング間の間隙を変化
させて上記流体の吐出量を制御する流体吐出方法におい
て、上記軸と上記ハウジング間の上記間隙を複数箇所で
測定し、上記複数箇所で測定された上記間隙の測定値の
平均値を求め、上記平均値を上記軸の軸方向の実位置に
変換し、上記軸と上記ハウジング間の上記間隙の目標値
を上記軸の軸方向の目標位置として出力し、上記目標位
置と上記変換された上記実位置との差に基づき上記電磁
歪素子の目標駆動信号を出力し、上記電磁歪素子の実駆
動信号を検出し、上記実駆動信号が上記目標駆動信号に
等しくなるように駆動信号を制御することにより、上記
軸と上記ハウジング間の上記間隙を制御し、さらに、所
定の時間間隔で所定の変化量ずつ上記目標位置を変化さ
せ、同時に上記軸の軸方向の目標位置として出力された
出力変化を観察することにより上記流体を遮断する位置
を検出し、上記検出された遮断位置とその時の目標位置
の関係に基づき、上記目標位置を補正するようにしたこ
とを特徴とする流体吐出方法を提供する。

【００２４】本発明の第４態様によれば、上記複数箇所
で測定された上記間隙の測定値の平均値を求め、上記平
均値を上記軸の軸方向の実位置に変換するとき、上記複
数箇所での測定値の出力を上記軸の軸方向の位置を示す
データにそれぞれ変換し、上記それぞれ変換されて出力
されるデータを加算し、上記加算された値を１／（上記
間隙の測定箇所の数）倍にして上記それぞれ変換されて
出力されるデータの平均値を出力するようにした第３態
様に記載の流体吐出方法を提供する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２６】本発明の一実施形態にかかる流体吐出装置
及び流体吐出方法にかかる電子部品の表面実装用ディス
ペンサーに適用した例について、図１を用いて説明す
る。

【００２７】図１において、１は第１のアクチェータで
あり、本実施形態では、軸方向駆動装置の一例として、
高粘度流体を高速で間欠的に微小量かつ高精度に供給す
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て
いる。なお、以下の説明においては、電磁歪素子の可動
端をフロント側とし、電磁歪素子のもう一方の固定端を
リア側とする。

【００２８】２は第１のアクチェータ１によって駆動さ
れる中心軸である。上記第１のアクチェータ１は、ハウ
ジング３に収納されている。このハウジング３の下端に
固定されたハウジング４に、中心軸２の下端に同心に連
結されるフロント側主軸５が回転自在かつ軸方向に微少
移動可能に支持されている。６はフロント側主軸５と複
数のボルト７により着脱可能に取り付けられ、ハウジン
グ４の下端に固定されたシリンダ８に収納されたピスト
ン（軸）、９はピストン６とシリンダ８の相対移動面に
形成されて流体を吐出側に圧送するためのラジアル溝、
１０はピストン６の上端部近傍とシリンダ８との間に配
置された流体シールである。

【００２９】このピストン９とシリンダ８の間で、ねじ
溝９とその対向面の相対的な回転によってポンピング作
用を得るためのポンプ室１１を形成している。また、シ
リンダ８には、ポンプ室１１と連絡する吸入孔１２が形
成されている。１３はシリンダ８の下端部に装着された
吐出ノズルであり、１４はこの吐出ノズル１３を含む後
述する吐出部である。

【００３０】１５は第２のアクチェータであり、ピスト
ン６とシリンダ８の間に相対的な回転運動を与えるもの
である。モータロータ１６はリア側主軸１７に固着さ
れ、また、モータステータ１８はハウジング１９に収納
されている。リア側主軸１７は中心軸２の上端に一体的
にかつ同心に連結されている。

【００３１】２０は超磁歪素子から構成される円筒形状
の超磁歪ロッド、２１は超磁歪ロッド２０の長手方向に
磁界を与えるための磁界コイルである。２２，２３は超
磁歪ロッド２０にバイアス磁界を与えるための上側及び
下側の永久磁石であり、超磁歪ロッド２０を中間に把持
して支持する形で配置されている。これらの上側及び下
側の永久磁石２２，２３は、超磁歪ロッド２０に予め磁
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。２４は超磁歪ロッド２０のリア側に配置され、か
つリア側主軸１７と一体化した磁気回路のリア側ヨーク
である。前述したフロント側主軸５も、磁気回路のヨー
ク材も兼ねており、超磁歪ロッド２０のフロント側に配
置されている。２５は磁界コイル２１の外周部に配置さ
れた円筒形状のヨーク材である。

【００３２】従って、超磁歪ロッド２０から、上側の永
久磁石２２、リア側ヨーク２４、ヨーク材２５、フロン
ト側主軸５、下側の永久磁石２３を経て、再び超磁歪ロ
ッド２０に至る回路により、超磁歪ロッド２０の伸縮を
制御する閉ループ磁気回路を形成している。なお、中心
軸２はこの磁気回路に影響を与えないように、非磁性材
料を用いている。すなわち、超磁歪ロッド２０、上側及
び下側の永久磁石２２，２３、磁界コイル２１により、
磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッド２０の軸方向の
伸縮を制御できる超磁歪アクチェータ（すなわち第１の
アクチェータ１）を構成している。

【００３３】超磁歪材料は希土類元素と鉄の合金であ
り、たとえば、ｂＦｅ_２，ＤｙＦｅ_２，ＳｍＦｅ_２など
が知られおり、近年急速に実用化が進められている。

【００３４】リア側主軸１７は、軸受２６により、ハウ
ジング１９の下端でかつハウジング３のリア側（上端）
に固定されたリア側のハウジング２７に対して回転自在
に支持されている。

【００３５】２８はフロント側主軸５と軸受スリーブ２
９の間に装着されたバイアスバネである。この軸受スリ
ーブ２９もまたハウジング４に対して、軸受３０によっ
て回転自在に支持されている。バイアスバネ２８から加
わる軸方向荷重により、超磁歪ロッド２０は上側及び下
側のバイアス永久磁石２２，２３を介在して、上下の部
材すなわちフロント側主軸５及びリア側ヨーク２４に押
圧される形で把持されている。この結果、超磁歪ロッド
２０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。

【００３６】ピストン６と一体化したフロント側主軸５
は、軸受３０によって規制された軸受スリーブ２９に対
して、軸方向に移動可能に収納している。

【００３７】モータ１５から伝達された中心軸２の回転
動力は、中心軸２とフロント側主軸５の間に設けられた
回転伝達キー３１によって、フロント側主軸５に伝達さ
れる。この回転伝達キー３１は回転動力は伝達するが、
軸方向にはフリーとなるような角型の断面形状となって
おり、フロント側主軸５の大略同一断面形状の凹部５ａ
内に嵌合されるようにしている。

【００３８】上記構成により、モータ１５の回転動力は
中心軸２とフロント側主軸５のみに伝達され、脆性材料
である超磁歪素子に捻りトルクは発生しない。

【００３９】３２は第２のアクチェータであるモータ１
５の上部に配置されたリア側主軸１７の回転位置情報を
検出するためのエンコーダである。

【００４０】また、３３，３４はフロント側主軸５（及
びピストン６）の軸方向変位を検出するための複数個の
変位センサ、例えば、第１変位センサー及び第２変位セ
ンサーである。

【００４１】上記構成により、本実施形態の流体吐出装
置では、ポンプのピストン６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。

【００４２】さらに、上記実施形態では、第１のアクチ
ェータ１に超磁歪素子を用いたために、超磁歪ロッド２
０（及びピストン６）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。

【００４３】超磁歪素子に加えた入力電流と変位は比例
するため、変位センサー無しのオープンループ制御で
も、上記ピストン６の軸方向位置決め制御は可能であ
る。しかし、本実施形態のような位置検出装置すなわち
第１変位センサー３３及び第２変位センサー３４を設け
てフィードバック制御をすれば、超磁歪素子のヒステリ
シス特性も改善できるため、より高い精度の位置決めが
できる。

【００４４】さて、本実施形態では、ピストン６の軸方
向位置決め機能を用いて、ピストン６の定常回転状態を
保ったままで、ピストン６の吐出側スラスト端面の隙間
の大きさを任意に制御することができる。この機能を用
いて、吸入孔１２から吐出ノズル１３に至るいかなる流
通路の区間も機械的に非接触の状態で、粉流体の遮断・
開放ができる。その原理を吐出部１４の詳細な図である
図２を用いて説明する。

【００４５】図２において、３５はピストン６の吐出側
端面、３６はシリンダ８の吐出側端面に締結された吐出
プレートである。このシリンダ８の吐出側端面３５とそ
の対向面３７の相対移動面にシール用スラスト溝３８が
形成されている。この吐出側端面３５の対向面３７の中
央部に吐出ノズル１３の開口部３９が形成されている。

【００４６】図１で既に説明したラジアル溝１１は、ス
パイラルグルーブ動圧軸受として知られている公知のも
のであり、また、ねじ溝ポンプとしても利用されてい
る。

【００４７】また、シール用スラスト溝３８は、同様に
スラスト動圧軸受として知られているものである。さ
て、スラスト軸受の発生できるシール圧力は、回転角速
度、スラスト軸受の内外径、溝深さ、溝角度、グルーブ
幅とリッジ幅などで決定される。

【００４８】図３のグラフにおける曲線（イ）は、下記
表１の条件下で、スパイラルグルーブ型スラスト溝を用
いた場合の間隙δに対するシール圧力Ｐｓの特性を示す
ものである。図３のグラフにおける曲線（ロ）は、軸方
向流動が無い場合についてラジアル溝のポンピング圧力
と軸先端の間隙δの関係を示す一例である。このラジア
ル溝のポンピング圧力は、上記スラスト溝同様、ラジア
ル隙間、溝深さ溝角度の選択によって広い範囲で選ぶこ
とができる。しかし定性的には、ラジアル溝のポンピン
グ圧力Ｐｒは軸先端の空隙の大きさ（すなわち間隙δの
大きさ）に依存しない。

【００４９】さて、シール用スラスト溝の間隙δが十分
大きいとき、たとえば間隙δ＝１５μｍのとき、発生圧
力は小さく、Ｐ＜０．１ｋｇ／ｍｍ^２である。

【００５０】軸を回転させたままで、回転軸端面を固定
側の対向面に接近させる。間隙δ＜１０．０μｍになる
と、シール圧力がラジアル溝のポンピング圧力Ｐｒより
大きくなり、流体の吐出口側への流出は遮断される。

【００５１】図２は流体の流出が遮断された状態を示
し、吐出ノズルの開口部３９近傍の流体は、スラスト溝
３８によって遠心方向のポンピング作用（図２の矢印参
照）を受けているために、開口部３９近傍は負圧（大気
圧以下）となる。この効果により、遮断後、吐出ノズル
１３内部に残存していた流体は再びポンプ内部に吸引さ
れる。その結果、吐出ノズル先端で表面張力による流体
塊ができることはなく、糸引き、洟垂れが解消されるの
である。

【００５２】さて、本発明の実施形態では、回転軸を例
えば僅か５〜１０μｍ程度軸方向に移動させることによ
り、流体の吐出状態のＯＮ，ＯＦＦを自在に制御するこ
とができる。

【００５３】本発明の実施形態のポイントを要約すれ
ば、スラスト溝によるシール圧力は、間隙δが小さくな
ると急激に増大するのに対して、ラジアル溝のポンピン
グ圧力は間隙δの変化に対して極めて鈍感である、とい
う点を利用している。

【００５４】なお、ラジアル溝、スラスト溝いずれも回
転側、固定側のどちらに形成してもよい。

【００５５】また、微少粒子が含まれた接着材のような
粉流体を塗布する場合は、間隙δの最小値δｍｉｎは微
少粒子径φｄよりも大きく設定すればよい。すなわち、 δｍｉｎ＞φｄ ………（１） 同一の発生圧力に対して、より大きな間隙δを得るため
には、回転数を高くすれば良い。

【００５６】一例として、表１に、回転数Ｎ、流体の粘
性係数μ、シール用スラスト溝の溝深さｈｇ、半径ＲＯ
及びＲｉ、軸方向と直交する方向に対する溝角度α、溝
幅ｂｇ、隣接溝間のリッジの幅ｂｒの具体的な設定値を
示す。なお、ＲＯはスラスト溝３８の外径（すなわち図
３のスラスト溝３８の円板の外径）であり、Ｒｉはスラ
スト溝３８の内径（すなわち図３のスラスト溝３８の円
板の内径）である。

【００５７】

【表１】

【００５８】さて、本実施形態では、軸方向駆動装置に
超磁歪素子を用いているが、微少流量を扱うポンプで
は、「非接触シール」を構成するための間隙δのストロ
ークは、大きくとも数十ミクロンのオーダでよく、超磁
歪素子、ピエゾ素子などの電磁歪素子のストロークの限
界は問題とならない。

【００５９】また、高粘度流体を吐出させる場合、ラジ
アル溝によるポンピング作用によって大きな吐出圧の発
生が予想される。この場合、第１のアクチェータ１には
高い流体圧に抗する大きな推力が要求されるため、数百
〜数千Ｎの力が容易に出せる電磁歪型アクチェータが好
ましい。電磁歪素子は、数ＭＨｚ以上の周波数応答性を
持つているため、主軸を高い応答性で直線運動させるこ
とができる。そのため、高粘度流体の吐出量を高いレス
ポンスで高精度に制御できる。

【００６０】また、軸方向駆動装置に超磁歪素子を用い
た場合、圧電素子を用いる場合と比べて、伝導ブラシも
省略できることから、モータ（回転装置の一例）の負荷
を軽減できると共に、全体構成が極めてシンプルとなる
ため、稼動部の慣性モーメントを極力小さくでき、ディ
スペンサーの細径化が可能である。

【００６１】次に、軸６とハウジング８間の間隙δを高
精度に制御する上記実施形態について図４と図５を用い
て説明する。

【００６２】図４は制御構成を示すブロック図である。
３３，３４はそれぞれ１８０゜離れた位置に配置された
第１及び第２変位センサ（図１参照）である。１０９，
１１０はそれぞれ変位センサ３３，３４の出力を軸の軸
方向の位置を示すデータに変換するためのアンプであ
り、アンプ１０９とアンプ１１０から出力されるデータ
は加算器１１１により加算され、アンプ１１２により１
／２倍される。すなわち、アンプ１１２の出力はアンプ
１０９とアンプ１１０の出力の平均値となる。このと
き、２個の変位センサ３３，３４を使用するときは２個
のアンプ１０９とアンプ１１０の出力データを平均化す
るが、上記３個以上の変位センサを使用するときは３個
以上のアンプの出力データを平均化することになる。

【００６３】１００は軸６とハウジング８間の間隙δの
目標値を軸の軸方向の目標位置として出力する位置指令
発生手段であり、減算器１０１は位置指令発生手段１０
０の出力値からアンプ１１２の出力値を減算し位置制御
アンプ１０２へ出力する。位置制御アンプ１０２は減算
器１０１の出力値に基づき、予め設定しておいた演算式
により電磁歪素子の目標駆動信号の一例としての電磁歪
素子に流す目標電流値を出力する。その演算式の例とし
ては、単に係数をかけるだけの比例制御や、比例制御に
加えて、入力を積分する積分制御や入力を微分する微分
制御を加える場合もある。

【００６４】１０５は、上記電磁歪素子の実駆動信号を
検出する駆動信号検出器の一例としての、電磁歪素子に
流れる実電流を検出する電流検出器であり、減算器１０
３は位置制御アンプ１０２の出力から電流検出器１０５
の出力を減算し電流制御アンプ１０４へ出力する。電流
制御アンプ１０４は減算器１０３の出力がゼロになるよ
うに電流を制御する。電流制御アンプ１０４は、上記実
駆動信号が上記目標駆動信号に等しくなるように駆動信
号を制御する駆動信号制御器の一例として機能する。

【００６５】以上の構成により、軸６とハウジング８間
の間隙δが任意の値に制御される。

【００６６】図１からもわかるように、第１及び第２変
位センサ３３，３４は、軸６とハウジング８間の間隙δ
を直接測定することができないため、軸６から離れた位
置に配置されている。従って、たとえば電磁歪素子の発
熱等により温度変化があった場合、実際の軸６とハウジ
ング８間の間隙δと第１及び第２変位センサ３３，３４
により検出する値とに差が発生する。このような問題を
解決するために、位置指令発生手段１００より任意の時
間間隔で任意の変化量ずつ目標位置を変化させる機能を
設け、その目標位置の変化に対する位置制御アンプ１０
２の出力変化を観察することにより、流体を遮断する位
置を検出する遮断位置検出手段１１３を設けている。

【００６７】よって、遮断位置検出手段１１３は、上記
位置指令発生手段１００より所定の時間間隔で所定の変
化量ずつ上記目標位置を変化させ、同時に上記位置制御
器１０２の出力変化を観察することにより、上記流体を
遮断する位置を検出するようにしている。

【００６８】位置指令補正手段１１４は、上記遮断位置
検出手段１１３により検出された遮断位置とそのときの
目標位置との関係に基づき、上記目標位置を補正するよ
うに位置指令を位置指令発生手段１００に出力してい
る。

【００６９】図５は本発明の上記実施形態の動作を説明
する波形図である。

【００７０】位置指令発生手段１００は、予め設定して
おいた時間間隔で位置指令値を予め設定しておいた値Δ
Ｐｒずつ減らしていく。遮断位置にくるまでは、上記で
説明したように、軸の軸方向の位置は上記位置指令値に
一致するように制御される。ところが、遮断位置までく
ると、それ以上、軸を延ばすことができず、位置指令値
と実位置との差が残るため、位置制御に積分制御が加え
られている場合は、位置制御アンプ１０２の出力は増加
を続けるので、予め位置制御アンプ１０２の出力にリミ
ット値Ｉｒ１を設定しておき、それを越えたときに遮断
位置に達したとみなす。その時の位置指令値Ｐｒ１が遮
断位置になるように以降の吐出遮断動作時の位置指令値
を変更する。なお、単純に位置指令値と実位置との差が
予め設定しておいた値を超えたときに遮断位置に達した
とみなしてもよい。実際の吐出遮断動作を実行中に上記
の動作はできないため、たとえば、塗布対象物の交換時
等に実行するようにすればよい。

【００７１】上記実施形態にかかる流体吐出装置は、可
動端をフロント側としもう一方の固定端をリア側とする
第１のアクチェータ１の一例としての電磁歪素子と、上
記電磁歪素子を収納するハウジング３，４，８と、上記
電磁歪素子を上記ハウジング３，４，８に対して相対的
に回転自在かつ軸方向に移動可能に支持する支持装置の
一例としての磁界コイル２１と上側及び下側の永久磁石
２２，２３と、上記電磁歪素子に回転を与える第２のア
クチェータ１５の一例としての回転装置と、上記電磁歪
素子のフロント側に締結された軸６と、この軸６と上記
ハウジング８で形成されるポンプ室１１と、ポンプ室１
１の外部を上記ポンプ室１１と連絡する流体の吸入孔１
２及び吐出ノズル１３と、上記ポンプ室１１内に流入さ
れた上記流体を吐出ノズル側に圧送する圧送装置の一例
であるラジアル溝９と、上記ポンプ室１１と上記吐出ノ
ズル１３の間の流体抵抗の増減を図るために、上記電磁
歪素子の駆動によって上記軸６と上記ハウジング８間の
間隙δが変化させて上記流体の吐出量を制御する流体吐
出装置において、上記軸６と上記ハウジング８間の上記
間隙δを測定する２個の変位センサ３３，３４と、上記
２個の変位センサ３３，３４により測定される上記間隙
δの測定値の平均値を求め、上記平均値を上記軸６の軸
方向の実位置に変換する変換器（一例としてのアンプ１
０９，１１０と加算器１１１とアンプ１１２より構成す
る。）と、上記軸６と上記ハウジング８間の上記間隙δ
の目標値を上記軸６の軸方向の目標位置として出力する
位置指令発生手段１００と、上記目標位置と上記変換器
から出力される上記実位置との差に基づき上記電磁歪素
子に流す目標電流を出力する位置制御器の一例としての
位置制御アンプ１０２と、上記電磁歪素子に流れる実電
流を検出する電流検出器１０５と、上記実電流が上記目
標電流に等しくなるように電流を制御する電流制御器の
一例としての電流制御アンプ１０４とにより、上記軸６
と上記ハウジング８間の上記間隙δを制御できるように
構成し、さらに上記位置指令発生手段１００より所定の
時間間隔で所定の変化量ずつ上記目標位置を変化させ、
同時に上記位置制御器１０２の出力変化を観察すること
により上記流体を遮断する位置を検出する遮断位置検出
手段１１３と、上記遮断位置検出手段１１３により検出
された遮断位置とその時の目標位置の関係に基づき、上
記目標位置を補正する位置指令補正手段１１４とを設け
たことを特徴とするものである。

【００７２】すなわち、上記実施形態にかかる流体吐出
装置及び方法により、上記２個の変位センサ３３，３４
により測定される上記間隙δの測定値の平均値を求め、
上記平均値を上記軸６の軸方向の実位置に変換し、上記
軸６と上記ハウジング３，４，８間の上記間隙δの目標
値を上記軸６の軸方向の目標位置として出力し、上記目
標位置と上記変換された上記実位置との差に基づき上記
電磁歪素子に流す目標電流を出力し、上記電磁歪素子に
流れる実電流を検出し、上記実電流が上記目標電流に等
しくなるように電流を制御することにより、上記軸６と
上記ハウジング３，４，８間の上記間隙δを制御し、さ
らに、所定の時間間隔で所定の変化量ずつ上記目標位置
を変化させ、同時に上記軸６の軸方向の目標位置として
出力された出力変化を観察することにより上記流体を遮
断する位置を検出し、上記検出された遮断位置とその時
の目標位置の関係に基づき、上記目標位置を補正するよ
うにしているので、次の効果が得られる。すなわち、高
速吐出遮断と高速吐出開始ができ、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
しないとともに、さらに以下示す特徴を、本実施形態の
ポンプは合わせ持つことができる。高粘度流体の高速
塗布ができる。超微小量を高精度で吐出できる。

【００７３】従って、本実施形態を例えば表面実装の接
着剤塗布用のディスペンサーによる塗布、ＰＤＰ、ＣＲ
Ｔ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。

【００７４】

【発明の効果】本発明を用いた流体吐出装置及び方法に
よれば、複数箇所で例えば２個の変位センサにより測定
される軸とハウジング間の間隙の測定値の平均値を求
め、上記平均値を上記軸の軸方向の実位置に変換し、上
記間隙の目標値を上記軸の軸方向の目標位置として出力
し、上記目標位置と上記変換された上記実位置との差に
基づき上記電磁歪素子の目標駆動信号を出力し、上記電
磁歪素子の実駆動信号を検出し、上記実駆動信号が上記
目標駆動信号に等しくなるように電流を制御することに
より、上記間隙を制御し、さらに、所定の時間間隔で所
定の変化量ずつ上記目標位置を変化させ、同時に上記軸
の軸方向の目標位置として出力された出力変化を観察す
ることにより上記流体を遮断する位置を検出し、上記検
出された遮断位置とその時の目標位置の関係に基づき、
上記目標位置を補正するようにしている。従って、次の
効果が得られる。

【００７５】１．高速吐出遮断と高速吐出開始ができ
る。

【００７６】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。

【００７７】３．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。

【００７８】高粘度流体の高速塗布ができる。

【００７９】超微小量を高精度で吐出できる。

【００８０】従って、本発明を例えば表面実装の接着剤
塗布用のディスペンサーによる塗布、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】 本発明の一実施形態による流体吐出装置の具
体例であるディスペンサーを示す正面断面図である。

【図２】 上記実施形態の吐出部の拡大断面図である。

【図３】 本発明の原理を説明するグラフである。

【図４】 本発明の上記実施形態の制御構成を示すブロ
ック図である。

【図５】 本発明の上記実施形態の動作を説明する波形
図である。

【図６】 従来例のエアーパルス方式を示す図である。

【符号の説明】 １…第１のアクチェータ、２…中心軸、３…ハウジン
グ、４…ハウジング、５…フロント側主軸、５ａ…凹
部、６…ピストン（軸）、７…ボルト、８…シリンダ、
９…ラジアル溝、１０…流体シール、１１…ポンプ室、
１２…吸入孔、１３…吐出ノズル、１４…吐出部、１５
…第２のアクチェータ、１６…モータロータ、１７…リ
ア側主軸、１８…モータステータ、１９…ハウジング、
２０…超磁歪ロッド、２１…磁界コイル、２２…上側の
永久磁石、２３…下側の永久磁石、２４…リア側ヨー
ク、２５…ヨーク材、２６…軸受、２７…リア側のハウ
ジング、２８…バイアスバネ、２９…軸受スリーブ、３
０…軸受、３１…回転伝達キー、３２…エンコーダ、３
３…第１変位センサー、３４…第２変位センサー、３５
…ピストンの吐出側端面、３６…吐出プレート、３７…
対向面、３８…シール用スラスト溝、３９…開口部、１
００…位置指令発生手段、１０１…減算器、１０２…位
置制御アンプ、１０３…減算器、１０４…電流制御アン
プ、１０５…電流検出器、１０９，１１０…アンプ、１
１１…加算器、１１２…アンプ、１１３…遮断位置検出
手段、１１４…位置指令補正手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 照雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山内 大 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D075 AC06 AC93 AC94 CA47 DA06 DA31 DB13 DC16 DC19 DC21 DC24 DC30 EA05 EA14 EA31 EA35 EA37 EA39 4F041 AA02 AA05 AA06 AA16 AB02 BA05 BA12 BA22 BA38 4F042 AA06 AA07 AB01 BA07 BA08 BA12 CB02 CB10 CB24 ED08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方を可動端としもう一方を固定端とす
   る電磁歪素子と、上記電磁歪素子を収納するハウジング
   と、上記電磁歪素子を上記ハウジングに対して相対的に
   回転自在かつ軸方向に移動可能に支持する支持装置と、
   上記電磁歪素子に回転を与える回転装置と、上記電磁歪
   素子の可動端側に締結された軸と、この軸と上記ハウジ
   ングで形成されるポンプ室と、このポンプ室の外部と上
   記ポンプ室と連通させる流体の吸入孔及び吐出口と、上
   記ポンプ室内に流入された上記流体を吐出口側に圧送す
   る圧送装置と、上記ポンプ室と上記吐出口の間の流体抵
   抗の増減を図るために、上記電磁歪素子の駆動によって
   上記軸と上記ハウジング間の間隙を変化させて上記流体
   の吐出量を制御する流体吐出装置において、 上記軸と上記ハウジング間の上記間隙を測定する複数個
   の変位センサと、 上記複数個の変位センサにより測定される上記間隙の測
   定値の平均値を求め、上記平均値を上記軸の軸方向の実
   位置に変換する変換器と、 上記軸と上記ハウジング間の上記間隙の目標値を上記軸
   の軸方向の目標位置として出力する位置指令発生手段
   と、 上記目標位置と上記変換器から出力される上記実位置と
   の差に基づき上記電磁歪素子の目標駆動信号を出力する
   位置制御器と、 上記電磁歪素子の実駆動信号を検出する駆動信号検出器
   と、 上記実駆動信号が上記目標駆動信号に等しくなるように
   駆動信号を制御する駆動信号制御器とにより、上記軸と
   上記ハウジング間の上記間隙を制御できるように構成
   し、 さらに上記位置指令発生手段より所定の時間間隔で所定
   の変化量ずつ上記目標位置を変化させ、同時に上記位置
   制御器の出力変化を観察することにより上記流体を遮断
   する位置を検出する遮断位置検出手段と、 上記遮断位置検出手段により検出された遮断位置とその
   時の目標位置の関係に基づき、上記目標位置を補正する
   位置指令補正手段とを設けたことを特徴とする流体吐出
   装置。
2. 【請求項２】 上記変換器は、上記複数個の変位センサ
   の出力を上記軸の軸方向の位置を示すデータに変換する
   上記変位センサと同じ個数のアンプと、上記複数個のア
   ンプから出力されるデータを加算する加算器と、上記加
   算器からの出力を１／（上記アンプの個数）倍にして上
   記複数個のアンプの出力の平均値を出力するアンプとに
   より構成される請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 【請求項３】 軸が締結された側を可動端としもう一方
   を固定端とする電磁歪素子を、上記電磁歪素子を収納す
   るハウジングに対して相対的に回転しかつ軸方向に移動
   することにより、上記軸と上記ハウジングで形成される
   ポンプ室の外部と上記ポンプ室と連通させる流体の吐出
   口側に、上記ポンプ室内に流入された上記流体を圧送
   し、上記ポンプ室と上記吐出口の間の流体抵抗の増減を
   図るために、上記電磁歪素子の駆動によって上記軸と上
   記ハウジング間の間隙を変化させて上記流体の吐出量を
   制御する流体吐出方法において、 上記軸と上記ハウジング間の上記間隙を複数箇所で測定
   し、 上記複数箇所で測定された上記間隙の測定値の平均値を
   求め、上記平均値を上記軸の軸方向の実位置に変換し、 上記軸と上記ハウジング間の上記間隙の目標値を上記軸
   の軸方向の目標位置として出力し、 上記目標位置と上記変換された上記実位置との差に基づ
   き上記電磁歪素子の目標駆動信号を出力し、 上記電磁歪素子の実駆動信号を検出し、 上記実駆動信号が上記目標駆動信号に等しくなるように
   駆動信号を制御することにより、上記軸と上記ハウジン
   グ間の上記間隙を制御し、 さらに、所定の時間間隔で所定の変化量ずつ上記目標位
   置を変化させ、同時に上記軸の軸方向の目標位置として
   出力された出力変化を観察することにより上記流体を遮
   断する位置を検出し、 上記検出された遮断位置とその時の目標位置の関係に基
   づき、上記目標位置を補正するようにしたことを特徴と
   する流体吐出方法。
4. 【請求項４】 上記複数箇所で測定された上記間隙の測
   定値の平均値を求め、上記平均値を上記軸の軸方向の実
   位置に変換するとき、上記複数箇所での測定値の出力を
   上記軸の軸方向の位置を示すデータにそれぞれ変換し、
   上記それぞれ変換されて出力されるデータを加算し、上
   記加算された値を１／（上記間隙の測定箇所の数）倍に
   して上記それぞれ変換されて出力されるデータの平均値
   を出力するようにした請求項３に記載の流体吐出方法。