JP2003019455A - 流体吐出装置及び流体吐出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種粉流体を、粉体の圧搾・破壊なく、高速
で吐出遮蔽・開始ができる流体吐出装置及び流体吐出方
法を提供する。 【解決手段】 ピストン３を軸方向移動させる第１アク
チュエータ１と、このピストンを収納し軸方向に貫通し
た空間を有するスリーブ６と、このスリーブを軸方向移
動させる第２アクチュエータ２と、上記シリンダ３１を
回転させる第３アクチュエータ１９を有し、ピストン、
スリーブを時間軸に対して非相似形の変位曲線で駆動さ
せることにより、描画線の始終端を切れ味よく塗布でき
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
（例えば塗布）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】また、例えば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
塗布手段の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できるこ
と、 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。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】前述した従来例のう
ち、図２０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「自動化技術の′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（シリンダ）６００内にパルス的に印加
させ、シリンダ６００内の圧力の上昇分に対応する一定
量の液体をノズル６０１から吐出させるものである。

【０００６】このような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６０２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の流路
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、ノズルの流路抵抗：Ｒとで
決まる流体回路の時定数：Ｔ＝ＲＣが大きくなり、入力
パルスを印加後、吐出開始時に、例えば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、導電性ペースト、あるいは蛍光体等の塗
布への適用は困難な場合が多い。

【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、ノズルの流路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。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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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）で遮断・開放させることは極めて困難である。

【００１４】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等の分野において、微細塗布技
術に関する、次のような要望が強い。

【００１５】 連続吐布後、任意のタイミングですば
やく塗布を止めたい。さらに短い時間をおいて、連続塗
布を急峻に開始したい。そのためには、例えば０．０１
秒のオーダーで流量制御できることが理想である。

【００１６】 上記において、描画線の始点部の細
り、切れ、あるいは終点部の流体塊の発生などが無きこ
と。

【００１７】 粉流体に対応できること。例えば流路
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手段
を与え、直線運動を用いて固定側と回転側の相対的なギ
ャップを変化させ、流出量を制御する塗布方法を提案
し、「流体供給装置及び流体供給方法」として出願中
（特願２０００−１８８８９９号）である。

【００１９】さらに、本発明者は、ピストンを２つの出
力軸を持つ２重構造とし、この２つの出力軸を逆位相で
駆動させることにより、前述した描画線の始終端の課題
を解決する方法を提案している。上記提案は、ピストン
とこのピストンを収納するスリーブを、例えば超磁歪ア
クチュエータの両端の出力変位を利用して駆動するもの
で、この方法により、描画線の始終端の課題は大きく改
善される。

【００２０】従って、本発明の目的は、上記提案をさら
に改良を図るもので、ピストンの２つの出力軸をそれぞ
れ独立したアクチュエータで駆動することにより、ピス
トンとスリーブの変位曲線にさらに自由度を与えること
ができて、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、流体吐出装置及び流体吐出
方法を提供することにある。

【００２１】

【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。

【００２２】本発明の第１態様によれば、ピストンとハ
ウジングを相対的に軸方向移動させる第１アクチュエー
タと、上記ピストンの少なくとも一部を収納し軸方向に
貫通した空間を有するスリーブと、上記スリーブと上記
ハウジングを相対的に軸方向移動させる第２アクチュエ
ータと、上記シリンダと上記ハウジング、あるいは上記
ピストンと上記ハウジングを相対的に回転させる第３ア
クチュエータと、上記第１、第２、第３アクチュエータ
をそれぞれ駆動する駆動部と、上記ピストン、上記スリ
ーブ、上記ハウジングで形成されて上記第３アクチュエ
ータの駆動により上記シリンダと上記ハウジング、ある
いは上記ピストンと上記ハウジングを相対的に回転させ
るポンプ室と、上記ポンプ室とポンプ室外部を連絡する
流体の吸入口と吐出口から構成されることを特徴とする
流体吐出装置を提供する。

【００２３】本発明の第２態様によれば、上記スリーブ
と上記ハウジング間の相対移動面に形成され、かつ、上
記流体を上記吸入口側から上記吐出口側に圧送するポン
ピング作用を行わせるねじ溝をさらに備える第１の態様
に記載の流体吐出装置を提供する。

【００２４】本発明の第３態様によれば、流体吐出装置
外部に設置され、かつ、上記流体を上記吸入口側から上
記吐出口側に圧送するポンピング作用を行わせる、流体
高圧源をさらに備える第１の態様に記載の流体吐出装置
を提供する。

【００２５】本発明の第４態様によれば、上記ピストン
のポンプ室側は開放端となっており、上記ピストンのポ
ンプ室側端面及びその対向面の相対移動面に上記吐出口
が形成されている第１の態様に記載の流体吐出装置を提
供する。

【００２６】本発明の第５態様によれば、上記スリーブ
と上記ハウジングの相対移動によって上記ポンプ室と上
記外部を連絡する上記流体の流路抵抗が変化するように
上記シリンダ及び上記ハウジングが構成されている第１
の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００２７】本発明の第６態様によれば、上記スリーブ
と上記ハウジングの相対移動によって上記ポンプ室と上
記外部を連絡する上記流体の流路抵抗が変化する動圧シ
ールが、上記スリーブと上記ハウジングの間に形成され
ている第５の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００２８】本発明の第７態様によれば、上記第１アク
チュエータと上記第２アクチュエータをそれぞれ独立し
て駆動させることにより、流体吐出開始時又は吐出終了
時に上記ピストンと上記スリ−ブを相対的に逆方向に移
動させる第１の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００２９】本発明の第８態様によれば、上記スリーブ
と上記ハウジングの相対的な回転によって、上記ポンプ
室内の流体を加圧するポンプ部が構成されている第１の
態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００３０】本発明の第９態様によれば、上記第１ある
いは上記第２アクチュエータは電磁歪素子である第１の
態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００３１】本発明の第１０態様によれば、上記流体吐
出装置の吐出側と反対側に上記第１アクチュエータを配
置し、上記吐出側に回転と直線運動が可能な上記第２ア
クチュエータを配置し、上記吐出側とその反対側の中間
部に回転モータである上記第３アクチュエータを配置す
る第１の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００３２】本発明の第１１態様によれば、上記第１ア
クチュエータは、流体吐出装置本体から着脱自在である
第１の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００３３】本発明の第１２態様によれば、上記第３ア
クチュエータにビルトインモータを用いた第１の態様に
記載の流体吐出装置を提供する。

【００３４】本発明の第１３態様によれば、一端をフロ
ント側としもう一方の端部をリア側とする第２アクチュ
エータである電磁歪素子と、上記電磁歪素子を貫通した
ピストンと、上記ピストンを軸方向に駆動する第１アク
チュエータと、上記電磁歪素子と上記ピストンを収納し
かつ上記第１アクチュエータの固定側を保持する上記ハ
ウジングと、上記電磁歪素子の上記フロント側に押圧さ
れたスリーブと、上記スリーブを回転自在に支持するフ
ロント側シリンダと、上記ピストン及び上記スリーブを
軸方向に移動可能に構成すると共に、上記ピストンと上
記スリーブのいずれかに回転を与える上記第３アクチュ
エータと、上記第１、上記第２、上記第３アクチュエー
タをそれぞれを駆動する上記駆動部と、上記スリーブと
上記フロント側シリンダで形成されるポンプ室と外部を
連絡する加圧流体の流入口及び流出口から構成される流
体吐出装置において、上記第２アクチュエータと上記第
１アクチュエータの駆動によって上記スリーブと上記ハ
ウジング間、及び上記ピストンと上記ハウジング間で形
成される流路の隙間が変化するように構成されている第
１の態様に記載の流体吐出装置を提供する。

【００３５】本発明の第１４態様によれば、吸入口から
ピストンとこのピストンを収納するスリーブとハウジン
グで形成されるポンプ室内に流体を吸入し、第１アクチ
ュエータにより上記ピストンと上記ハウジングを相対的
に軸方向移動させると共に、第２アクチュエータにより
上記ピストンと上記スリーブを相対的に軸方向移動さ
せ、同時に第３アクチュエータにより上記シリンダと上
記ハウジング、あるいは上記ピストンと上記ハウジング
を相対的に回転させながら、ポンプ室内の上記流体を吐
出口から吐出することを特徴とする流体吐出方法を提供
する。

【００３６】本発明の第１５態様によれば、流体吐出時
の描画の開始時あるいは終了時において、上記ピストン
と上記スリーブを時間軸に対して非相似形の変位曲線を
用いて駆動する第１４の態様に記載の流体吐出方法を提
供する。

【００３７】本発明の第１６態様によれば、上記吐出流
体の流体粘度、流体粘度のせん断力依存性、流体弾性、
流体塑性のいずれかが時間と共に変化するデータを基
に、上記ピストンと上記スリーブの変位曲線を選択する
第１４の態様に記載の流体吐出方法を提供する。

【００３８】本発明の第１７態様によれば、吐出流体の
特性あるいは流体吐出条件に対応した上記ピストンと上
記スリーブの変位曲線のデータを用いて、第１及び第２
アクチュエータを駆動する第１４の態様に記載の流体吐
出方法を提供する。

【００３９】本発明の第１８態様によれば、上記ピスト
ンと上記スリーブと上記ハウジングによる閉空間を形成
した状態で、上記ピストンの移動により上記流体を上記
吐出口から吐出する第１４の態様に記載の流体吐出方法
を提供する。

【００４０】本発明の第１９態様によれば、上記流体を
上記吐出口から飛翔させて対向面に吐出する第１８の態
様に記載の流体吐出方法を提供する。

【００４１】本発明の第２０態様によれば、流体吐出行
程終了後、上記吐出口と対向面間のギャップを一定に維
持したままで、上記吐出口の先端と上記対向面の相対位
置を変えて、次の流体吐出行程に移行する第１４の態様
に記載の流体吐出方法を提供する。

【００４２】本発明の第２１態様によれば、上記ピスト
ンと上記スリーブの変位曲線の選択により、連続流体吐
出から間欠流体吐出へ、あるいは、間欠流体吐出から連
続流体吐出へ移行する第１４の態様に記載の流体吐出方
法を提供する。

【００４３】

【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。

【００４４】本発明の一実施形態にかかる流体吐出装置
は、ピストンとハウジングを相対的に軸方向移動させる
第１アクチュエータと、上記ピストンの少なくとも一部
を収納し軸方向に貫通した空間を有するスリーブと、こ
のスリーブと上記ハウジングを相対的に軸方向移動させ
る第２アクチュエータと、上記シリンダと上記ハウジン
グ、あるいは上記ピストンと上記ハウジングを相対的に
回転させる第３アクチュエータと、上記第１、第２、第
３アクチュエータをそれぞれを駆動する駆動部と、上記
ピストン、上記スリーブ、上記ハウジングで形成される
ポンプ室と、このポンプ室と外部を連絡する流体の吸入
口と吐出口から構成される。

【００４５】また、本発明の一実施形態にかかる塗布方
法は、吸入口からピストンとこのピストンを収納するス
リーブとハウジングで形成されるポンプ室内に流体を吸
入し、第１アクチュエータにより上記ピストンと上記ハ
ウジングを相対的に軸方向移動させると共に、第２アク
チュエータにより上記ピストンと上記スリーブを相対的
に軸方向移動させ、同時に第３アクチュエータにより上
記シリンダと上記ハウジング、あるいは上記ピストンと
上記ハウジングを相対的に回転させながら、ポンプ室内
の上記流体を吐出口から吐出する方法である。

【００４６】以下、本発明の第１実施形態にかかる流体
吐出装置及び流体吐出方法の一例として、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。

【００４７】図１に示すディスペンサーの構造は、大き
く分けて３つのアクチュエータである第１〜第３アクチ
ュエータと、ポンプ部とにより構成される。

【００４８】第１アクチュエータは、一例として圧電ア
クチュエータにより構成されピストンを軸方向に駆動す
る。第２アクチュエータは、一例として超磁歪素子によ
り構成され可動スリーブを軸方向に駆動する。さらに、
非接触で電力供給できる超磁歪素子の特徴を利用して、
第３アクチュエータの一例であるモータを用いて、この
可動スリーブにさらに回転の機能を持たせている。さら
に、この第１実施形態のポンプ部は、下記〜、すな
わち、 ねじ溝が形成された可動スリーブの回転により、流
体にポンピング圧力を与えて吐出側に輸送させる機能
と、 スラスト動圧シールにより、流体の定常状態におけ
る遮断ができる機能と、 可動スリーブとピストンの直線運動を用いて、過渡
状態での吐出量を微妙に制御する機能と、を併せ持つ構
造となっている。

【００４９】以下、まず、３つのアクチュエータについ
て説明する。

【００５０】第１アクチュエータ１は、直動型の圧電型
アクチュエータ２（構造の詳細は省略）と、アクチュエ
ータ２の出力軸であるピストン３とより構成される。こ
のピストン３は、ピストン上部４ａ、ピストン上部４ａ
より小径のピストン中間部４ｂ、ピストン中間部４ｂよ
り小径のピストン下部４ｃより構成されている。

【００５１】第２アクチュエータ５は、超磁歪素子によ
る直動型アクチュエータである。６は上記超磁歪素子に
よる直動型アクチュエータである超磁歪アクチュエータ
５によって駆動される可動スリーブ、７は回転スリー
ブ、８は上記第２アクチュエータ５を収納するハウジン
グである。９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９は、第１バイア
ス永久磁石１０、第２バイアス永久磁石１１を上下に挟
んだ形で、上部回転スリーブ１２とヨーク材を兼ねた可
動スリーブ６の間に固定されている。

【００５２】１３は超磁歪ロッド９の長手方向に磁界を
与えるための磁界コイル、１４は円筒形状のヨークであ
りハウジング８に収納されている。

【００５３】上記第１及び第２バイアス永久磁石１０、
１１は、超磁歪ロッド９に予めに磁界をかけて磁界の動
作点を高めるもので、第１バイアス永久磁石１１→超磁
歪ロッド９→第２バイアス永久磁石１０→上部回転スリ
ーブ１２→ヨーク１４→可動スリーブ６→第１バイアス
永久磁石１１により、超磁歪ロッド９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、可動スリ
ーブ６と部材９〜１４とにより、磁界コイル１３に与え
る電流で超磁歪ロッド９の軸方向の伸縮を制御できる上
記超磁歪アクチュエータ５（第２アクチュエータ）を構
成している。

【００５４】上記超磁歪アクチュエータ５の超磁歪材料
は、希土類元素と鉄の合金であり、例えば、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。

【００５５】１５は、上部回転ヨーク１２を可動スリー
ブ側に延長して形成された回転伝達部である。上部回転
ヨーク１２の一部であるこの回転伝達部１５は円筒形状
をしており、その外周部は超磁歪ロッド９、第１バイア
ス永久磁石１０、第２バイアス永久磁石１１の内部に収
納され、また、内部にピストン３を収納している。ま
た、回転伝達部１５の可動スリーブ６側の端部には、後
述する連結部１６が形成されている。

【００５６】圧電型アクチュエータ１（第１アクチュエ
ータ）によって駆動されるピストン３は、上部回転ヨー
ク１２（回転伝達部１５を含む）を貫通して設けられて
いる。ピストン３を軸方向移動可能に収納する上部回転
スリーブ１２は、ハウジング８との間に設けられた軸受
部１７により上端で支持されている。

【００５７】可動スリーブ６と回転スリーブ７の間に
は、超磁歪ロッド９に機械的な軸方向与圧を与えるバイ
アスバネ１８が設けられている。

【００５８】上記構成により、超磁歪素子の磁界コイル
１３に電流を印加すると、超磁歪ロッド９は印加電流の
大きさに比例して伸縮する。

【００５９】１９は上部回転ヨーク１２に回転運動を与
えるモータ（第３アクチュエータ）であり、第１実施形
態ではビルトイン型で回転軸が中空のＤＣサーボモータ
を用いている。２０はモータ１９のモータロータであ
り、上部回転スリーブ１２の外表面に固定されている。
２１はモータ１９のモータステータ、２２はこのモータ
ステータを収納する上部ハウジング、２３は上部ハウジ
ング２２の上部蓋である。

【００６０】モータロータ２０に発生する回転トルク
は、上部回転スリーブ１２の一部である回転伝達部１５
から、連結部１６を経て、可動スリーブ６に伝達され
る。すなわち、連結部１６の形状を、例えば角型断面と
することにより、上部回転スリーブ１２は可動スリーブ
６に対して回転のみを伝達し、相対的な直線運動はフリ
ーとなっている（図示せず）。

【００６１】また、モータ１９から与えられた駆動トル
クは、回転伝達部１５のみに伝わるために、超磁歪ロッ
ド９には捻り応力は発生しない。また、超磁歪ロッド９
の内周面と、回転伝達部１５の外周面間の隙間は充分に
小さく、超磁歪ロッド９は回転時にも常に回転中心を保
つ構成となっている。これらの工夫により、引っ張り応
力に対して弱い脆性材料である超磁歪ロッド９の信頼性
及び耐久性が確保できる。

【００６２】可動スリーブ６の軸方向の端面位置は、中
間ハウジング２４に設けられた変位センサー２５（２点
鎖線で表示）により検出される。２６はスラスト玉軸受
であり、バイアスバネ１８により与えられたスラスト荷
重は、回転スリーブ７を介して、このスラスト玉軸受２
６により支持される。

【００６３】なお、ピストン３及び上部回転スリーブ１
２の一部（回転伝達部１５）には非磁性材料を用いて、
超磁歪ロッド９の伸縮を制御する上記閉ループ磁気回路
には影響を与えないようにしている。

【００６４】上記構成により、可動スリーブ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。さらに、この可動スリーブ６を
貫通して設けられたピストン３は、この可動スリーブ６
の運動とは完全に独立して、微少変位の直線運動を行な
うことができる。

【００６５】上記第１実施形態では、直動型アクチュエ
ータ（第２アクチュエータ５）に超磁歪素子を用いたた
めに、超磁歪ロッド９（及び可動スリーブ１２）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、本構成のアクチュエータ５では、
モータ１９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
で可動スリーブ１２を軸方向に移動させることができ
る。また、第１実施形態では、第２アクチュエータ５の
上部に第３アクチュエータ１９を設け、さらにこの上部
に第１アクチュエータ１を配置している。第１アクチュ
エータ１で駆動されるピストン３は、描画線の始終端の
上記課題の解決だけを狙いとするならば、特に回転さ
せる必要はないために、圧電アクチュエータが適用でき
る。

【００６６】以上の構成により、本ディスペンサーは２
つの直動型アクチュエータ１、５を、例えば各運動の位
相を考慮して同期運転させることができると共に、２つ
の直動部材の１つに回転の機能を持たせることができ
る。

【００６７】以下、ポンプ部２７について、図１に加え
て図２を用いて説明する。

【００６８】上記実施形態では第３アクチュエータ１９
であるモータにより、可動スリーブとシリンダを相対的
に回転させることにより、ねじ溝ポンプとスラスト動圧
シールを構成している。

【００６９】２８はポンプ部側可動スリーブであり、図
１に示すようにボルト２９により上部の可動スリーブ６
の端面に締結される。３０はこのポンプ部側可動スリー
ブ２８と一体で形成されたスラスト円盤である。このス
ラスト円盤３０と変位センサー２５の間のギャップか
ら、ポンプ部側可動スリーブ２８の軸方向絶対位置を検
出できる。ポンプ部側可動スリーブ２８はシリンダ３１
に収納されている。また、ポンプ部側可動スリーブ２８
の外表面とシリンダ３１の内面の相対移動面には、流体
を吐出側に圧送するためのラジアル溝３２が形成されて
いる。このポンプ部側可動スリーブ２８とシリンダ３１
の間で、両部材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３３（流体輸送室）を形成してい
る。また、シリンダ３１には、ポンプ室３３と連絡する
吸入口３４が形成されている。３５はシリンダの下端部
に装着された吐出ノズル、３６はこの吐出ノズルに形成
された吐出流通路である。

【００７０】上記ピストンのポンプ室側は開放端となっ
ており、上記ピストンのポンプ室側端面及びその対向面
の相対移動面に上記吐出口が形成されている。具体的に
は、ポンプ部側可動スリーブ２８の吐出側端面とその対
向面の相対移動面には、シール用スラスト溝３７が形成
されている。この吐出側端面の対向面の中央部には、吐
出ノズル３５の吐出口である開口部３８が形成されてい
る。

【００７１】上記実施形態では、可動スリーブ６（ポン
プ部側可動スリーブ２８）の軸方向位置決め機能を用い
て、一定の回転状態を保ったままで、可動スリーブ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。この機能を利用すれば、既に特願２０００
−１８８８９９号「流体供給装置及び流体供給方法」で
提案しているように、粉流体を非接触で開放及び遮断す
る流量制御ができる。すなわち、可動スリーブ６の吐出
側スラスト端面の相対移動面に形成された動圧シールに
より、吸入口３４から吐出ノズル３５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、粉流体の遮断及
び開放ができる。

【００７２】例えば、回路形成の分野、あるいはＰＤ
Ｐ、ＣＲＴ等のディスプレイ・パネルの製造プロセスの
分野で用いられる塗布材料のほとんどは、微粒子を含む
粉流体である。例えば、回路形成で接合部の樹脂封止な
どに用いる接着剤の場合は、５μｍ程度の導電性微粒子
が封入されている。また、別の例として、ＣＲＴの蛍光
材料の場合は、蛍光体の粒径は７〜９μｍであった。

【００７３】なお、スラスト動圧シールの流体遮断の効
果は、可動スリーブ２８とその対向面間が一定の隙間を
保っている定常状態で有効である。過渡状態、すなわち
可動スリーブ２８とピストン３が上昇又は下降中のとき
は、流体の挙動は可動スリーブ２８とピストン３の変位
曲線によって支配される（図３（Ａ）参照）。したがっ
て、定常状態（流体吐出開始前の待機時間）において、
流体の完全遮断が必ずしも必要の無いプロセスの場合
は、このスラスト動圧シールを省略してもよい。

【００７４】以下、本発明の上記実施形態にかかる流体
吐出装置及び流体吐出方法の適用例を次の２ケースに分
けて説明する。

【００７５】（１） 始終端の流体吐出（例えば塗布）
パターン形状制御への適用 （２） 遠距離飛翔ディスペンサーへの適用 まず、上記（１）から説明する。さて、本発明の上記第
１実施形態にかかる流体吐出装置及び流体吐出方法を用
いれば、それぞれ独立して駆動される可動スリ−ブ６と
ピストン３の変位曲線の与え方により、描画線の始終端
の塗布パターン形状を随意に制御することができる。

【００７６】前述したように、本発明者らは、既にピス
トンとこのピストンを収納するスリーブを、例えば超磁
歪アクチュエータの両端の出力変位を利用して逆位相で
駆動することにより、描画線の始終端の課題を解決する
方法を既に提案している。以下、その既提案の内容につ
いて少し詳しく説明する。

【００７７】（１−１） ２重ピストン式と１重ピスト
ン式の圧力特性比較 ２重ピストン式と１重ピストン式の吐出ノズルの上流側
圧力Ｐｎを解析した結果を以下に示す。図３（Ａ）は１
重ピストン式バルブの時間ｔに対するピストンの変位の
一例を示す。図３（Ｂ）はバルブのモデル図を示し、２
５０はピストン、２５１はハウジング、２５２は吐出ノ
ズル、２５３はポンプ室である。

【００７８】図４（Ａ）は既提案の２重ピストン式の時
間ｔに対するピストンの変位と可動スリーブの変位の一
例を示す。既提案では、超磁歪素子の両端の出力変位を
利用しているために、ピストンとスリーブの変位曲線は
時間軸に対して完全な逆位相の関係となる。図４（Ｂ）
はバルブのモデル図を示し、３５０はピストン、３５１
は可動スリーブ、３５２はハウジング、３５３は吐出ノ
ズル、３５４はポンプ室である。

【００７９】 図５において、曲線（イ）は、１重ピ
ストン式の吐出ノズルの上流側圧力Ｐｎを示す。この場
合、可動スリーブが上昇開始直後、吐出ノズルの上流側
圧力Ｐｎは急降下する。圧力が急降下する理由は、可動
スリーブの急上昇によって生じたスラスト端面の空隙部
の外周部から中心部の間で、求心方向の流路抵抗がある
からである。この流路抵抗により、容易には外周部から
流体は補給されず、圧力は降下する。大きなマイナス圧
力となっているのは、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程式を解く理
論解析が流体の圧縮性を考慮していないからである。実
際は気泡などの発生により流体圧力は絶対圧力ゼロ以下
（Ｐｎ＜０．０ＭＰａ）にはならない。

【００８０】しかし、負圧発生の間は吐出ノズルから流
体の流出はないために、流出が始まる条件：Ｐｎが大気
圧以上となるのは、吐出開始の指令が出てから０．０２
秒遅れとなる。

【００８１】実験の結果、この負圧発生によって、吐出
ノズル出口から空気が流入し、通常吐出ノズルの流通路
に充填されていた吐出流体の一部が空気と入れ替わる等
の要因により、吐出流体の流出開始はさらに遅れること
が分かった。この吐出ノズル上流側の負圧発生は、「描
画の始点で線が描けない」、あるいは「描画線の細り」
などの要因となり、粘度の高い流体を扱う程影響が大き
い。以降、０．０３５＜ｔ＜０．０７秒の間は、連続流
体吐出（例えば連続塗布）の状態を保つ。

【００８２】Ｔ＝０．０７秒で可動スリーブが下降を開
始すると、吐出ノズルの上流側圧力Ｐｎは急上昇する。
その理由は、ｄｈ／ｄｔ＜０のとき発生するスクイーズ
作用によるものである。このときの急峻な圧力上昇（図
４（Ａ）参照）により、吐出遮断直前で過剰の流体が吐
出され、「吐出終点における流体塊発生」などの要因と
なる。

【００８３】以上の解析結果から、吐出の開放・遮断の
１サイクルにおいて、１重ピストン式の場合は、吐出ノ
ズルの上流側圧力は急降下と急上昇を伴うことがわかっ
た。これらは吐出開始時間の遅延と流量精度の低下をも
たらすことになる。

【００８４】 曲線（ロ）は、既提案の２重ピストン
式の場合の吐出ノズルの上流側圧力特性を示す。可動ス
リーブのストローク：Ｘｓｔ＝２０μｍ、ピストン（中
心軸）のストローク：Ｘｐｔ＝３０μｍである。可動ス
リーブとピストンは正確に逆位相で駆動する。

【００８５】１重ピストン式と異なり、始点と終点時に
おける圧力の急降下と急上昇はほとんど生じない。圧力
の過渡特性は両軸の変位曲線（図４（Ａ））に対してほ
とんど時間遅れなく、むしろ変位曲線以上のスピード
で、定常状態に到達する。

【００８６】これはピストンを可動スリーブに対して逆
位相で駆動させることにより、スクイーズ効果と逆スク
イーズ効果を同時に作用させ、それぞれがもたらす圧力
上昇と圧力降下を相殺しているからである。すなわち、
ピストンは動圧シールをダイナミックに利用する場合
の、動特性の不具合を補償する効果を有するのである。

【００８７】上記から既提案の「２重ピストン方
式」の優位性は明らかとなった。しかし、その後の研究
によって、適用するプロセスの流体吐出条件によって
は、既提案の方法だけでは、描画線の始終端をすべて切
れ味よく制御することは困難であることがわかった。そ
の理由の１つは、吐出流体は必ずしも非圧縮性ではな
く、気泡の混入、あるいは材料自身が元来持っている特
性によって圧縮性を有するからである。この圧縮性の影
響により、ピストンとスリーブの急峻な変位に対して吐
出流量の追従遅れが発生する。また、高分子材料の粘度
は強いチクソ性を示し、高せん断力領域においては、ニ
ュートン流体には無い極めて複雑な挙動を示す。したが
って、流体特性と流体吐出条件によっては、既提案の方
法だけでは、理想的な流体吐出パターンは描けないこと
がわかった。ここで流体特性とは、流体粘度、流体粘度
のせん断力依存性、流体弾性、流体塑性、あるいは高分
子流体にみられる非ニュートン流動特性を示す。また、
流体吐出条件とは、ノズルと対向面のギャップ、ノズル
とその対向面の相対スピード、ノズルの形状と長さ等を
示す。

【００８８】本発明にかかる流体吐出装置及び流体吐出
方法を適用したディスペンサーはこの点に着目したもの
で、可動スリーブとピストンをそれぞれ独立したアクチ
ュエータで駆動させて、流体吐出条件に合わせて、可動
スリーブとピストンに最も適切な変位曲線を与えること
ができるようにしたものである。

【００８９】さて、本発明にかかる流体吐出装置及び流
体吐出方法の効果を評価するために、表１の条件下で構
成される第１実施形態（図１）のディスペンサーを用い
て、下記３ケースに分けて塗布実験を行った。

【００９０】（１） １重ピストン方式（従来式に相
当）：ピストンとスリーブを同位相で駆動する。

【００９１】（２） ２重ピストン方式（既提案と等
価）：ピストンとスリーブを逆位相で駆動する。

【００９２】（３） 独立２重ピストン方式（本発明の
上記実施形態）：ピストンとスリーブを時間軸に対して
非相似形の変位曲線を用いて駆動する。

【００９３】上記（１）は、「エアー式＋ニードルバル
ブ」で構成される冒頭で述べた従来ディスペンサーに相
当する。上記（２）は、超磁歪ロッドの両端の出力変位
を利用した既提案の２重ピストン方式と等価である。上
記（３）の独立２重ピストン方式は本発明の第１実施形
態に相当し、ピストンとスリーブは概略逆位相である
が、時間軸に対してその変位曲線は非相似形である。

【００９４】

【表１】

【００９５】図６（Ａ）は本発明の上記実施形態にかか
る流体吐出装置及び流体吐出方法を適用したバルブ（独
立２重ピストン構造と呼ぶ）の時間ｔに対するピストン
の変位と可動スリーブの変位の一例を示す。図６（Ｂ）
はバルブのモデル図を示し、４５０はピストン、４５１
は可動スリーブ、４５２はハウジング、４５３は吐出ノ
ズル、４５４はポンプ室である。

【００９６】図７（Ａ）に描画線の評価方法を定義す
る。５００を描画始点における流体塊とし、その外径を
φＢ１とする。５０１は描画線が欠落する区間を示し、
その長さをＴ１とする。５０２を描画終点における流体
塊とし、その外径をφＢ２とする。

【００９７】図７（Ｂ）は描画線が理想的に描かれた場
合を示す。始点の流体塊については、流体塊の外径φＢ
１と中間部の線幅：Ｂｃの比：Ｂ１／Ｂｃでその不具合
のレベルを評価する。描画線欠落については、欠落区間
の長さＴ１と描画線の全長Ｔｃの比：Ｔ１／Ｔｃ、終点
の流体塊については、Ｂ２／Ｂｃでその不具合のレベル
を評価することにする。

【００９８】

【表２】

【００９９】さて、表１及び表２の条件下で実施した塗
布実験の総評は下記の通りであった。

【０１００】（１） １重ピストン方式の場合 ピストンの立上がり、立下り時間は共に０．００３秒に
設定した。

【０１０１】従来のエアー式、ねじ溝式の立上がり、立
下り時間は通常早くても０．０５秒程度が限界であるの
に対して、０．００５秒という設定値は極めて短い時間
である。

【０１０２】塗布開始の信号を与えても始点で塗布は描
けず、塗布線全長の１／２まで塗布線は欠落した状態が
続いた。塗布終了時には、塗布線のほぼ２．５倍の径の
流体塊が発生した。この流体塊は、スクイーズ圧力によ
るものと思われる。

【０１０３】（２） ２重ピストン方式（既提案） ピストンとスリーブの立上がり時間、立下り時間は共
に、０．００３秒に設定した。

【０１０４】塗布開始点で塗布線に対してやや大きめ
（１．２倍）の流体塊が発生した。この流体塊から少し
遅れて塗布線の描画を開始したが、始点の流体塊と塗布
線の間には僅かの欠落部分が生じた。終点は特に流体塊
の発生は見られない。

【０１０５】（３） 独立２重ピストン方式（本発明の
第１実施形態） スリーブの立上がり時間：Ｔｓ１＝０．００３秒に対し
て、ピストンの立ち上がり時間を遅く設定し、Ｔｐ１＝
０．０５ｓｅｃとした。この理由は、ピストンの上昇に
対して変化する吐出ノズル内流体のメニスカス位置の時
間遅れを考慮したからである。立下り時間はスリーブ、
ピストン共に、Ｔｓ１＝Ｔｐ１＝０．００３秒である。
始終点の流体塊も、塗布線の欠落もなく理想的な塗布線
が描けた。

【０１０６】以上の結果から、ピストンとスリーブの変
位曲線を、個別に任意のタイミングで制御できる「独立
２重ピストン方式」が、描画始終点の課題を解決できる
最も有力な手段であることがわかった。既提案の２重ピ
ストン方式でも大幅な改善は図れるが、様々な流体吐出
条件のすべてをカバーすることは困難である。

【０１０７】本発明の上記第１実施形態にかかる流体吐
出装置及び流体吐出方法の場合、ピストンとスリーブの
変位曲線は、適用する吐出流体材料の特性、流体吐出条
件に合わせて、ベストなものを選定すればよい。多くの
試行の結果選ばれたピストンとスリーブの変位曲線は、
一度決定されれば、ＣＰＵなどから構成されて流体吐出
動作の駆動を制御する制御部に接続されるメモリーにデ
ータとして保存しておけばよく、材料の種類と流体吐出
条件に合わせて再利用は容易である。

【０１０８】ピストン３５０の変位Ｘｐが最下点の位置
にあるＸｐ＝Ｘｐｍｉｎのときでも、ピストン３５０の
最小隙間Ｘｐｍｉｎを十分大きく設定しておけば、ピス
トン３５０の存在が流路抵抗（すなわち流量）に与える
影響を小さくできる。ピストン３５０の最小隙間Ｘｐｍ
ｉｎを十分に大きくする程、ピストンの吐出側端面位置
が流量精度に与える影響を小さくできる。

【０１０９】上記実施形態の場合、図２を用いて説明す
ると、可動スリーブの変位は、ディスペンサーを流量遮
断状態にするために正確な位置決め制御をする必要があ
るのに対して、ピストン下部４ｃは過渡状態における描
画線の制御をするのが主な役割であり、若干の位置精度
の誤差は許容される場合が多い。したがって、可動スリ
ーブのみ変位センサー（位置検出センサー）を用いて位
置検出をしてフィードバック制御を行い、ピストンは変
位センサーを省略してオープンループ制御をするような
構成でもよい。この場合、ピストンの運転開始のタイミ
ングは、可動スリーブの変位センサーの出力を基準にす
ればよい。

【０１１０】吐出ノズルとその対向面間のギャップを十
分に大きく保ち、流体を遠距離で飛翔させながら連続流
体吐出するプロセスの場合も、始終端の流体吐出は大き
な課題となる。

【０１１１】この場合、吐出開始時にはピストンを急速
降下させて、大きなスクイーズ圧力をピストン端面（吐
出ノズルの上流側）に発生させれば、飛翔状態を高速で
立ち上げることができる。

【０１１２】いずれの場合も最適な描画線を描くために
は、適用するプロセスと吐出流体の特性に合わせて、ピ
ストンと可動スリーブの変位曲線を選択し微調整すれば
よい。すなわち、少なくとも、上記吐出流体の流体粘
度、流体粘度のせん断力依存性、流体弾性、流体塑性の
いずれかが時間と共に変化するデータを基に、ピストン
とスリーブの変位曲線を選択すればよい。

【０１１３】ピストンあるいは可動スリーブの吐出側端
面とその対向面の形状が平坦面でないバルブの場合で
も、従来のバルブが抱える問題点と本発明の適用による
効果は同様である。例えば、ピストンの先端を鋭敏な凸
面とし、その対向面を凹面としてバルブを構成しても、
本発明を適用することができる。この場合は、ピストン
の凸面と対向面（固定側）の凹面を近接させることによ
り、流体を遮断する。この場合は、第１実施形態とは異
なり可動スリーブとピストンの変位曲線は位相が逆とな
る。すなわち、可動スリーブが上昇してピストンが降下
するとき流体は遮断され、逆の場合は流体は開放され
る。

【０１１４】この場合は、可動スリーブの変位Ｘｓが最
下点の位置にあるＸｓ＝Ｘｓｍｉｎのときでも可動スリ
ーブの最小隙間Ｘｓｍｉｎが十分大きくなるように設定
しておけばよい。また、粉体を含まない吐出流体の場合
は、両部材を軽く接触させてもよい。

【０１１５】ポンプ部２７におけるねじ溝ポンプとスラ
スト動圧シールの機能は、両方あったほうがベストであ
るが、適用するプロセスによってはどちらか一方を省略
してもよい。例えば、ねじ溝ポンプを省略し、外部から
高圧エアーで吐出流体をディスペンサーのポンプ室に供
給してもよい。あるいは、流体吐出装置外部に設置され
た流体高圧源の一例としてのポンプで吐出流体をあらか
じめ高圧にしておき、上記高圧流体を本ディスペンサー
の吸入口側から吐出口側に圧送する上記ポンピング作用
を行わせるようにしても良い。この場合でも、独立２重
ピストンによる始終点の課題の解決は図れる。

【０１１６】上記実施形態では、可動スリーブの運動が
もたらす不具合を補償するピストンは、可動スリーブの
中心部に配置したが、この逆の構成でもよい。ピストン
側を回転させると共に、ピストン側のスラスト端面に動
圧シールを形成し、このピストンの移動により吐出量の
ＯＮ、ＯＦＦを制御すると共に、可動スリーブでこのピ
ストンがもたらす圧力の急上昇・急降下を相殺してもよ
い。この場合、スラスト動圧シールの溝はピストンの端
面とその対向面のいずれに形成してもよい。

【０１１７】また、回転モータである第３アクチュエー
タは、吐出側（図１の第１実施形態で第２アクチュエー
タがある個所）に配置してもよい。

【０１１８】あるいは、図１の第１と第２アクチュエー
タの中間に位置する個所に、回転伝達プーリを配置して
ベルトドライブで駆動してもよい。本発明を適用する流
体吐出装置において、３つのアクチュエータの種類と配
置は特に制約はなく、適用する対象の目的に合わせて選
択すればよい。

【０１１９】以下、本発明の上記実施形態に適用したス
ラスト動圧シールについて、図８を用いてもう少し詳し
く説明する。前述したように、スラスト動圧シールの流
体遮断の効果は、可動スリーブとその対向面間が一定の
隙間を保っている定常状態で有効である。このスラスト
動圧シールは、本発明の適用に必須ではないが、モータ
を回転させたままで、流体遮断状態を保つことができる
ため、適用するプロセスによっては、極めて有用であ
る。

【０１２０】シール用スラスト溝３７は、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
受が発生できる定常状態のシール圧力は次式で与えられ
る。（１）式において、ωは回転角速度、Ｒ_０はスラス
ト軸受の外径、Ｒｉはスラスト軸受の内径、δは対向面
間の隙間、ｆは溝深さ、溝角度、グルーブ幅とリッジ幅
などで決まる関数である。

【０１２１】

【数１】 可動スリーブ２８の端面とその対向面間の隙間（図２
（Ａ）のδ）が小さいときは、シール用スラスト溝３７
が有効に働き、遠心方向（図２（Ａ）の矢印）に発生す
るポンピング圧力によって、流体の吐出は遮断される。
この場合、粉流体に含まれる微粒子の粒径をφｄとした
とき、δ＞φｄとなるように、シール用スラスト溝３７
の形状、回転数などを設定すれば、微粒子を圧搾・破損
することなく、流体の遮断ができる。対向面隙間δが十
分に大きくなるように可動スリーブ２８を上昇すれば、
シール用スラスト溝３７のポンピング圧力は低減し、流
体は開放される。

【０１２２】すなわち上記構成により、粉流体を非接触
で開放・遮蔽する機能を持つディスペンサーが実現でき
る。

【０１２３】図８における曲線（イ）は、下記の表３の
条件下における「隙間に対するスラスト動圧シールのシ
ール圧力の静特性」の一例を示すものである。

【０１２４】

【表３】

【０１２５】この特性はスラスト面の外径、溝深さ、ス
パイラル角度、溝（グルーブ）と山（リッジ）の比、回
転数、粘度等によって任意に選定できる。上記実施形態
では、対向面隙間δ＝２２μｍのときには、Ｐｓ＝２０
ｋｇ／ｃｍ^２（ゲージ圧）（２．０６ＭＰａ（絶対
圧））以上のシール圧力が発生するように、上記パラメ
ータを設定した。

【０１２６】一方、前述したように、ねじ溝ポンプの圧
力と流量の関係も同様なパラメータによって選定でき
る。上記実施形態では輸送量Ｑｇ＝０のとき、発生圧力
Ｐｒ＝２０ｋｇ／ｃｍ^２（２ＭＰａ）となるように、溝
形状、外径等を設定した。したがって、可動スリーブ２
８の端面とその対向面間の隙間：δ＜２２μｍの状態で
は、流体の吐出は遮断される。

【０１２７】遮断時、吐出ノズルの開口部３８近傍の流
体は、スラスト溝３７によって遠心方向のポンピング作
用（図２（Ａ）の矢印）を受けているために、開口部３
８の近傍は負圧（大気圧以下）となる。この効果によ
り、遮断後、吐出ノズル３５内部に残存していた流体の
一部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魂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。

【０１２８】上記実施形態のように、ポンプ室への流体
の供給にねじ溝ポンプを用いる場合は、例えば、δ＜２
２μｍの状態のときにシール圧力がねじ溝ポンプの最大
発生圧力以上になるように、表３の条件を決めればよ
い。ねじ溝ポンプを用いないで、例えば、エアー圧のみ
を用いて吐出流体を供給する場合は、同様にシール圧力
がこのエアー圧以上になるように設定すればよい。

【０１２９】なお、スラスト動圧シールを用いた流体の
遮断効果は、ディスペンサーの動作が定常状態のとき、
つまり連続して遮断状態を保つときに有効である。過渡
状態の吐出流体の挙動、すなわち、描画線の始終端がど
のような状態で描かれるかは、ピストンとスリーブの動
作に支配される。

【０１３０】（３） 遠距離飛翔ディスペンサーへの適
用 本発明の第２実施形態にかかる流体吐出装置及び流体吐
出方法を適用したディスペンサーは、可動スリーブとピ
ストンを独立して駆動できることを利用して、容積式ポ
ンプとして適用できる。また、第１実施形態と同様、可
動スリーブに回転の機能を持たせているために、 流体にポンピング圧力を与えて吐出側に輸送させるね
じ溝ポンプの機能、 スラスト動圧シールにより、流体の定常状態における
遮断ができる機能、の両方を併せ持つことができる。上
記の両方を備えるのがベストであるが、適用するプ
ロセスによってはいずれかを省略してもよい。

【０１３１】以下、駆動原理を図９〜図１８を用いて説
明する。本実施形態を適用する装置全体は図１と同様な
ため、詳細な説明は省略する。

【０１３２】５０は第１アクチュエータによって駆動さ
れるピストン、５１は第２アクチュエータによって駆動
される可動スリーブ、５２はポンプ室であり、ピストン
５０、可動スリーブ５１、シリンダ５３で形成される。
なお、可動スリーブ５１とシリンダ５３の相対移動面に
形成されたねじ溝は図示していない。

【０１３３】５４は吐出ノズル、５５はピストン５０の
端面５６の対向面に位置するところに形成された吐出ノ
ズルの開口部、５７は吐出流体、５８は可動スリーブ５
１とその対向面の間に形成されたヘリングボーン型スラ
スト動圧シールの溝である。

【０１３４】以下、図９〜図１４を用いて本ポンプの吸
入・吐出行程の一例を示す。

【０１３５】１． 吸入行程（イ→ハ）（図９→図１０
→図１１） 図９の状態 図９はピストン５０と可動スリーブ５１が共に静止した
状態を示している。ピストン５０は、その端面５６が吐
出ノズル５４の開口部５５を覆うように、最下端にまで
下降している。可動スリーブ５１とその対向面間のギャ
ップは十分に狭いため、スラスト動圧シール５８の効果
により、流体５７の吐出ノズル５４内から外部へのリー
クは完全に抑制されている。また、可動スリーブ５３も
同様に、第２アクチュエータが伸張して最下端まで下降
した位置にある。

【０１３６】 図１０の状態 図１０において、ピストン５０が静止したままで、矢印
のごとく、第１アクチュエータを収縮させることによ
り、可動スリーブ５１が上昇する。

【０１３７】この段階では、ピストン５０はまだ最下端
の位置にあり、ピストン５０の端面は、狭い隙間を介し
て、吐出ノズル５５の開口部５５を覆っている。

【０１３８】可動スリーブ５１の上昇でポンプ室５２は
負圧となるため、吐出ノズル５４内から外部への流体の
リークは無い。

【０１３９】 図１１の状態 上記でこの可動スリーブ５１がある位置まで上昇する
と、急きょ方向を変え下降に転ずる。この段階で、ピス
トン５０も上昇を開始する。

【０１４０】ピストン５０の上昇はポンプ室５２に新た
な空間を創出するが、可動スリーブ５３の下降は、図１
１中の矢印のごとく、流体をポンプ室５２内に排除す
る。そのため、ピストン５０の上昇速度Ｓｐと、可動ス
リーブ５１の下降速度Ｓｓを、それぞれの断面積の大き
さに合わせて設定する。

【０１４１】例えば、可動スリーブ５１が下降すること
により排除する容積をＶｓとし、ピストン５０が上昇す
ることにより新たに創出される空間の大きさをＶｐとし
たとき、総容積（Ｖ＝Ｖｐ＋Ｖｓ）の時間変化がゼロに
なるように、上記上昇速度Ｓｐと下降速度Ｓｓを設定す
る。

【０１４２】総容積Ｖの時間変化が小さければ、ポンプ
室５２内の圧力の絶対値を、吐出側（大気圧）との間で
大きな圧力差が生じないように、一定の範囲内に保つこ
とができる。その結果、図１１の吸入行程の間、ポンプ
室５２と吐出ノズル５４を介した吐出側との間で、流体
の流入・流出を許容される範囲内に抑えることができ
る。

【０１４３】可動スリーブ５１の端面が最下端まで降下
すると同時に、ピストン５０は上死点に到達する。この
時点で吸入行程は終了する。

【０１４４】以上の吸入行程を整理すると、上記図９、
図１０の状態では、スラスト動圧シール５８の効果によ
って、及び、可動スリーブ５１上昇による負圧発生によ
り、吐出ノズル５４内から外部への流体のリークは無
い。

【０１４５】図１１の状態において、例えば、上記総容
積（Ｖ＝Ｖｐ＋Ｖｓ）の時間変化が若干マイナスになる
ようにピストン４の上昇速度Ｓｐと、可動スリーブ５１
の下降速度Ｓｓを設定すると、ポンプ室５２は負圧気味
となるため、吐出ノズル５４側への流体の流出は完全に
防止できる。

【０１４６】２．吐出行程（ニ→へ）（図１２→図１
４） 図１２の状態 図１２は吐出行程開始直後（吸入行程終了時）の状態を
示す。この時点で、ピストン端面５６は高さＨ（ピスト
ンの変位Ｘｐ＝Ｈ）の位置にある。これは目標吐出量か
ら予め設定される値である。

【０１４７】吐出行程に入る時点で、可動スリーブ５１
の端面とその対向面の間は、十分に狭い隙間を保って、
かつ、ヘリングボーン型スラスト動圧シール５８によっ
てシールされているために、ポンプ室５２は外部と遮断
された密閉空間になっている。

【０１４８】 図１３の状態 そこで、ピストン５０を、図１３の矢印のごとく下降さ
せると、ポンプ室５２の流体の圧力は急上昇し、流体は
吐出ノズル５４を経て外部に吐出される。

【０１４９】流体の圧力上昇の度合いは、吐出ノズル５
４の寸法形状、流体粘度、流体の圧縮率（体積弾性係
数）、ピストン５０の速度などで決まる。すなわち、上
記スリーブと上記ハウジングの相対的な回転によって、
上記ポンプ室内の流体を加圧するポンプ部が構成されて
いる。

【０１５０】しかし、本ポンプは、吐出行程ではほぼ完
全な容積式ポンプであるため、総吐出量はこれらのパラ
メータの影響を受けにくく、主にピストン５０の移動量
Ｈだけで決定される。

【０１５１】 図１４の状態 ピストン端面５０が下死点にまで下降すると、ポンプ室
５２内の流体は外部に排出され、吐出行程は終了する
（以降、上記図９に戻る）。

【０１５２】以上、本発明の上記第１実施形態にかかる
ディスペンサーを容積式ポンプとして用いた本発明の上
記第２実施形態にかかる流体吐出装置の場合について、
吸入・吐出行程の一例を示した。この場合の可動スリー
ブ３とピストン４の変位と各ステップ（イ→へ）（図９
→図１４）の関係を図１５に示す。図１６に、本第２実
施形態に適用したヘリングボーン型スラスト動圧シール
５８を示す。

【０１５３】図１７に吐出ノズルの上流側圧力Ｐｎを解
析した結果を示す。吐出時（図１３）においては、吐出
ノズル側の通路以外はほぼ密閉状態になる。このとき、
高いレスポンスを有する電磁歪型アクチュエータを用い
てピストンを急降下させれば、図１７のごとく衝撃的な
圧力が発生し、吐出流体を大きく飛翔させることができ
る。

【０１５４】通常、例えばクリーム半田、接着材などを
基板上に流体吐出（例えば塗布）する場合は、吐出ノズ
ル先端と対向面間にδ＝５０〜１００μｍ程度のギャッ
プを介して、材料を流体吐出（例えば塗布）する。しか
しこの場合は、吐出ノズル先端に形成された流体塊を基
板側に移す「転写のプロセス」に時間を要し、この転写
時間（０．０１〜０．１秒のオーダー）がタクトアップ
を図る上での大きな制約となっていた。本発明の上記２
実施形態にかかる流体吐出装置及び流体吐出方法を用い
れば、吐出ノズル５４の先端と対向面間のギャップを充
分に大きくした状態で吐出流体（例えば塗布）材料を飛
翔させることにより、材料の表面物性に依存する「転写
のプロセス」を用いないで、基板上に材料を流体吐出
（例えば塗布）することができる。第２実施形態では吐
出ノズル先端と対向面間のギャップを０．５ｍｍ以上保
ち、流体吐出（例えば塗布）時間０．００１秒のオーダ
ーで、基板上に材料を高速間欠流体吐出（例えば塗布）
させることができた。

【０１５５】間欠流体吐出（例えば塗布）の周波数を十
分に高くし、吐出ノズル５４先端と対向面間の相対的な
走行スピードをある範囲内に設定すれば、遠距離飛翔か
つ間欠流体吐出（例えば塗布）による擬似的な連続線描
画もできる。

【０１５６】第２実施形態では、可動スリーブ５１の吐
出側端面を十分に近接させた状態で、ピストン５０と可
動スリーブ５１とシリンダ５３による閉空間を形成し
た。この代わりに、図１８で示す方法でも閉空間を形成
することができる。１５０はピストン、１５１は可動ス
リーブ、１５２はシリンダ、１５３はシリンダ小径部、
１５４は吐出ノズルである。ピストン１５０の外径をシ
リンダ小径部１５３より若干小さ目にし、それ以外の可
動スリーブ１５１とシリンダ１５０の隙間は充分に大き
く形成する。この場合、ほとんどの壁面間で充分に大き
な隙間を保った状態で、可動スリーブの変位Ｘｓ→０と
することにより、閉空間を形成することができる。この
方法により、粒径の大きな粉体で構成される吐出（例え
ば塗布）材料でも、遠距離飛翔ができる。

【０１５７】本発明の上記２実施形態にかかる流体吐出
装置及び流体吐出方法をディスペンサーに適用して、か
つ容積式ポンプを構成した場合、従来のエアーパルス
式、ねじ溝式ではできなかったことが可能である。例え
ば、図１４の吐出完了直後の状態でピストンを若干量上
昇させれば、ポンプ室５２内の負圧発生の効果により、
液ダレ防止もできる（図示せず）。

【０１５８】第２実施形態の場合、ピストン５０の変位
Ｘｐ（図１２のＨの精度）は、ディスペンサーの総吐出
量の精度に直接影響を与えるのに対して、可動スリーブ
５１の主な役割はポンプ室５２と外部のシールを図るこ
とにあるため、若干の位置精度の誤差は許容される場合
が多い。

【０１５９】したがって、ピストン５０のみ変位センサ
ーを用いて位置検出をしてフィードバック制御を行い、
可動スリーブ５１は変位センサーを省略してオープンル
ープ制御をするような構成でもよい。この場合、可動ス
リーブ５１の運転開始のタイミングは、ピストン５０の
変位センサーの出力を基準にすればよい。

【０１６０】なお、、ピストン５０の軸方向位置検出の
センサーは、図１を用いて説明すれば、例えば第１アク
チュエータ１内部に収納すればよい。

【０１６１】なお、第１アクチュエータ１に超磁歪アク
チュエータを用いれば、第２アクチュエータと同様な方
法で、ピストン３を回転させながら直線運動をさせるこ
とができる。この場合、可動スリーブ（６に相当）を高
速回転させる場合、可動スリーブとピストン（３に相
当）の間で相対速度がゼロになるために、摺動面の信頼
性の点で有利となる（図示せず）。

【０１６２】さて、図１の第１実施形態の構造では、吐
出側に第２アクチュエータ、中間部に第３アクチュエー
タを配置し、かつこの第３アクチュエータを中空のビル
トイン・モータを用いて、このモータの上部に第１アク
チュエータを配置した。この構成により、第１実施形態
のディスペンサーは第１アクチュエータを上方から容易
に着脱自在にできる。図１８において、１０１は第２ア
クチュエータ、１０２は第３アクチュエータであるビル
トイン・モータである。

【０１６３】本発明の上記実施形態にかかる流体吐出装
置及び流体吐出方法のディスペンサーを、例えば、間欠
流体吐出（例えば塗布）専用として用いる場合、あるい
は、高速間欠により擬似連続流体吐出（例えば塗布）と
して用いる場合、あるいは、始終端の流体吐出（例えば
塗布）がそれほど大きな課題とならないプロセスに適用
する場合は、第３アクチュエータとピストンを取り外し
て用いれば、部材の共用化が可能である。この場合は、
ポンプ部側可動スリーブ１０３は中実構造にすればよ
い。

【０１６４】従来ディスペンサーでは、塗布終了後、次
の塗布に移行するためには、ディスペンサー本体を移載
装置に搭載されたＺ軸アクチュエータを用いて上昇さ
せ、吐出ノズル先端とその対向面間の距離を十分に離す
必要があった。その理由は、通常吐出ノズル先端に前回
の塗布で残留した流体塊が附着しており、これが「糸引
き」「洟垂れ」などの要因となるからである。

【０１６５】本発明の上記実施形態にかかる流体吐出装
置及び流体吐出方法のディスペンサーを用いれば、吐出
終了後、ピストン上昇による負圧発生の効果を利用し
て、吐出ノズル先端の流体を吐出ノズル内部に高速で吸
引させることができる。吸引後吐出ノズル内部の流体の
メニスカスの位置は、次に流体吐出（例えば塗布）開始
のタイミングにも影響を与えるために、吸い込み過ぎな
いようにピストン上昇ストロークを設定すればよい。負
圧が発生するのはピストンが上昇中の過渡状態だけであ
るため、ピストンが停止後は再び吐出ノズルから流体の
リークが発生する。この場合は前述したスラスト動圧シ
ールを利用すれば、流体吐出（例えば塗布）作業の停止
時間が長くても遮断状態を継続できる。以上述べた方法
は、第１、第２実施形態のいずれも利用できる。

【０１６６】したがって、本発明の上記実施形態にかか
る流体吐出装置及び流体吐出方法のディスペンサーで
は、流体吐出（例えば塗布）行程終了後、Ｚ軸アクチュ
エータを用いることなく、吐出ノズルと対向面間のギャ
ップを一定に維持したままで、吐出ノズル先端と対向面
の相対位置を変えて、次の流体吐出（例えば塗布）行程
に移行することができる。その結果、Ｚ軸移動に伴う時
間が短縮され、総流体吐出（例えば塗布）時間のさらに
大幅な短縮が図れるのである。

【０１６７】本発明の上記実施形態にかかる流体吐出装
置及び流体吐出方法における第３アクチュエータ（モー
タ）の回転数制御と、第１、第２アクチュエータの変位
制御を組み合わせれば、さらに様々な流体吐出（例えば
塗布）プロセスのニーズに対応できる。

【０１６８】第１、第２実施形態では、ハウジングは固
定し、ピストンとハウジング及びスリーブとハウジング
間に相対的な運動を与えるように各アクチュエータを配
置している。この構成の代わりに、例えばピストンを固
定してハウジングを第１アクチュエータで駆動する構成
も可能である。（図示せず）あるいは、可動スリーブを
固定して、ハウジングを第２アクチュエータで駆動する
構成もできる。（図示せず）これらの場合、スリーブと
ピストンは必ずしも円筒断面形状、真円断面形状でなく
てもよく、例えば角型断面形状でもよい。

【０１６９】本発明の上記実施形態にかかる流体吐出装
置を微少流量ディスペンサーあるいはポンプとして用い
る場合は、第１、第２アクチュエータ１、５に圧電素子
あるいは超磁歪素子のような電磁歪型を用いれば、数Ｍ
Ｈｚ以上の高い応答性を持つという点で好ましい効果が
得られる。

【０１７０】また、高粘度流体を高速で吐出させる場
合、上記第１、第２アクチュエータには高い流体圧に抗
する大きな推力が要求される。この場合、数百〜数千Ｎ
の力が容易に出せる電磁歪型アクチュエータが有利であ
る。また、位置検出をしてフィードバック制御をすれ
ば、１μｍ以下の高い位置決め精度が得られる。なお本
明細文では、圧電素子あるいは超磁歪素子を電磁歪素子
と呼ぶことにする。

【０１７１】上記実施形態で示したような微少流量を扱
うポンプでは、ピストンの軸方向変位は数μｍ〜数１０
μｍ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、圧電素子、超磁歪素子のストロークの限界は問
題とならない。

【０１７２】圧電素子あるいは超磁歪素子を第１、第２
アクチュエータとして用いた場合、素子の入力電圧（超
磁歪素子の場合は電流）と変位は比例するため、変位セ
ンサーなしのオープンループ制御でも上記ピストンと上
記可動スリーブのストローク制御は可能である。しか
し、上記実施形態のような位置検出センサーを設けてフ
ィードバック制御をすれば、より高い精度の流量制御が
できる。

【０１７３】電磁ソレノイド等のアクチュエータも本発
明に適用可能であり、電磁歪素子と比べて応答性は一桁
程悪くなるが、ストロークの制約は大幅に緩和される。

【０１７４】また、可動スリーブの内部にピストンを収
納する構成ではなく、例えば、可動スリーブの対向面に
ピストンに相当する可動部材を配置する構成でもよい。
要は、軸方向に移動する１軸の運動機構に対して、スラ
スト対向面の容積変化を相殺できる、あるいは容積式ポ
ンプを構成できるもう１軸の独立した運動機構を配置し
て、かつそのいずれかを回転させればよい。

【０１７５】上記実施形態では、可動スリーブとピスト
ンで構成される流体制御部に吐出流体を供給する圧力源
としてねじ溝ポンプを用いているが、ねじ溝式以外のポ
ンプでも本発明を適用することができる。例えば、ツイ
ン・スクリュー式、トロコイド式、モーノ式、ギヤ式、
ピストン式などの種類のポンプを適用できる。あるい
は、高圧エアーを吐出流体に印加するエアー式でもよ
い。これらの流体加圧源の最大圧力以上の圧力を発生す
る動圧シールを、可動スリーブあるいはピストンとこれ
らの対向面に形成すればよい。

【０１７６】以上、第１アクチュエータによって駆動さ
れるピストンの変位特性をＸｐ（ｔ）とし、第２アクチ
ュエータによって駆動されるシリンダの変位特性をＸｓ
（ｔ）としたとき、Ｘｐ（ｔ）とＸｓ（ｔ）の位相関係
と振幅、及び変位曲線の形状の選択によって、本発明は
様々な用途に適用できた。要約すれば、 ピストンの変位Ｘｐ（ｔ）とシリンダの変位Ｘｓ
（ｔ）を概略逆位相になるように駆動すれば、流体制御
バルブとして駆動でき、描画塗布における始終端の課題
解決に有効である。さらに、ピストンとスリーブの変位
曲線を、個別に任意のタイミングで設定できることを利
用して、ベストな変位曲線を選定すれば、様々な塗布材
料の特性、塗布条件に対応した理想的な塗布パターンが
描ける。

【０１７７】 ポンプ室に流体を吸入後、吸入側の通
路を遮断するようにシリンダ（可動スリーブ）の変位Ｘ
ｓ（ｔ）を設定し、しかる後ピストンの変位Ｘｐ（ｔ）
→０となるようにすれば、容積式ポンプとして適用でき
る。この駆動方法により、例えば、吐出流体を遠距離で
精度よく飛翔できる。

【０１７８】 ピストンの変位Ｘｐ（ｔ）とシリンダ
の変位Ｘｓ（ｔ）を同位相になるように駆動する、ある
いはいずれか一方のみを駆動すれば、スクイーズ作用を
利用した高速間欠ディスペンサーとして適用できる。

【０１７９】上記〜の流体吐出（例えば塗布）方法
は、ピストンの変位曲線とシリンダの変位曲線の選択だ
けであり、ひとつのディスペンサーを用いて、同一の基
板上でこれらの流体吐出（例えば塗布）方法は任意に設
定できる。例えば、高精度連続流体吐出（例えば塗布）
から超高速の間欠流体吐出（例えば塗布）への移行、あ
るいはその逆のステップを任意に設定できる。

【０１８０】本発明の上記実施形態にかかる流体吐出装
置及び流体吐出方法に適用するアクチュエータの種類
は、前述した電磁歪式、磁気式などに限定されるもので
はない。例えば、本発明の原理を適用し、一定容積に対
して発生荷重の大きな静電アクチュエータを第１と第２
アクチュエータ双方あるいはいずれかに用いれば、本体
を大幅に小型化できる。すなわち、マイクロマシーン、
ミニマシーンの領域で初めて容積型のマイクロポンプあ
るいは動特性を補償できる機能を持つ流量制御バルブが
実現可能である（図示せず）。

【０１８１】なお、上記様々な実施形態のうちの任意の
実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有
する効果を奏するようにすることができる。

【０１８２】

【発明の効果】本発明を用いた流体吐出装置及び流体吐
出方法により、次の効果が得られる。

【０１８３】 連続流体吐出後、例えば０．００１秒
のオーダーの高速で、かつ、任意のタイミングで流体吐
出を止めることができる。また、連続流体吐出を急峻に
開始することができる。

【０１８４】 上記において、描画線の始点部の細
り、切れ、あるいは終点部の流体塊の発生などが発生せ
ず、理想的な流体吐出パターンが描ける。

【０１８５】 粉流体に対応できる。流体の遮断によ
り粉体の圧搾破損、流路の詰まりなどのトラブルが発生
しない。

【０１８６】 容積式ポンプとして適用できるため、
流体を定量かつ高圧で吐出できる。

【０１８７】この特徴を利用して、吐出（例えば塗布）
流体を遠距離から飛翔できる。

【０１８８】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。

【０１８９】さらに、本発明のもたらす波及効果は微少
流量ディスペンサーに留まらない。流体動圧軸受の原理
を利用した動圧シールはさまざまな分野で用いられてい
るが、そのほとんどは静的な状態しか考慮されていな
い。本発明のような、動圧シールをダイナミックに切り
替えて用いるような用途において、本発明が提示したシ
ールの基本原理とメカニズムは、動圧シールの過渡状態
の特性改善を図るものとして多いに有用と思われる。

【０１９０】本発明を適用すれば、いかなる流体吐出条
件下でも、高速・高精度で描画線の始終端が描けるディ
スペンサーが実現できる。よって、例えば、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるディスペンサー
を示す正面断面図である。

【図２】 上記第１実施形態のポンプ部の拡大断面図で
ある。

【図３】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、従来１重ピス
トン式に相当する時間に対するピストン変位を示す図、
及び、従来１重ピストン式のポンプ部のモデル図であ
る。

【図４】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、既提案の２重
ピストン式の時間に対するピストン変位を示す図、及
び、既提案の２重ピストン式のポンプ部のモデル図であ
る。

【図５】 １重ピストン式と既提案の２重ピストン式の
圧力特性の解析結果を示すグラフである。

【図６】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、本発明の上記
第１実施形態にかかる流体吐出装置における独立２重ピ
ストン式の時間に対するピストン変位を示す図、及び、
の上記第１実施形態にかかる流体吐出装置における独立
２重ピストン式のポンプ部のモデル図である。

【図７】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、描画線の評価
方法を示す図、及び、理想的な描画線を示す図である。

【図８】 スラスト動圧シールの発生圧力と隙間の関係
を示す図である。

【図９】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐出
装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行程
を示す図である。

【図１０】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行
程を示す図である。

【図１１】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行
程を示す図である。

【図１２】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行
程を示す図である。

【図１３】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行
程を示す図である。

【図１４】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置を容積式ポンプとして用いた場合の吸入・吐出行
程を示す図である。

【図１５】 図９〜図１４における可動スリーブとピス
トンの変位と時間の関係を示す図である。

【図１６】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置におけるスラスト動圧シールの上面図である。

【図１７】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置における時間に対する吐出ノズル上流側圧力の解
析結果である。

【図１８】 本発明の上記第２実施形態にかかる流体吐
出装置における可動スリーブ、ピストン、シリンダで形
成される閉空間を示す図である。

【図１９】 本発明の第１実施形態の構造を利用して、
第１アクチュエータとピストンを取り外した図である。

【図２０】 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アクチュエータ、２…圧電型アクチュエータ、
３…ピストン、４ａ…ピストン上部、４ｂ…ピストン中
間部、４ｃ…ピストン下部、５…第２アクチュエータ、
６…可動スリーブ、７…回転スリーブ、８…ハウジン
グ、９…超磁歪ロッド、１０…第１バイアス永久磁石、
１１…第２バイアス永久磁石、１２…上部回転スリー
ブ、１３…磁界コイル、１４…ヨーク、１５…回転伝達
部、１６…連結部、１７…軸受部、１８…バイアスバ
ネ、１９…第３アクチュエータ、２０…モータロータ、
２１…モータステータ、２２…上部ハウジング、２３…
上部蓋、２４…中間ハウジング、２５…変位センサー、
２６…スラスト玉軸受、２７…ポンプ部、２８…ポンプ
部側可動スリーブ、２９…ボルト、３０…スラスト円
盤、３１…シリンダ、３２…ラジアル溝、３３…ポンプ
室、３４…吸入口、３５…吐出ノズル、３６…吐出流通
路、３７…シール用スラスト溝、３８…開口部、２５０
…ピストン、２５１…ハウジング、２５２…吐出ノズ
ル、２５３…ポンプ室、３５０…ピストン、３５１…可
動スリーブ、３５２…ハウジング、３５３…吐出ノズ
ル、３５４…ポンプ室、４５０…ピストン、４５１…可
動スリーブ、４５２…ハウジング、４５３…吐出ノズ
ル、４５４…ポンプ室、５００…描画始点における流体
塊、５０１…描画線が欠落する区間、５０２…描画終点
における流体塊、φＢ１…描画始点における流体塊の外
径、φＢ２…描画終点における流体塊の外径、Ｂｃ…流
体塊の外径φＢ１と中間部の線幅、φｄ…粉流体に含ま
れる微粒子の粒径、Ｄｐ…ピストン３５０の外径、Ｄｓ
…可動スリーブの外径、Ｔ１…描画線が欠落する区間の
長さ、Ｔｃ…描画線の全長、Ｔｐ１…ピストンの立ち上
がり時間、Ｔｓ１…スリーブの立上がり時間、Ｖｓ…ス
テージ送り速度、Ｘｐ…ピストン３５０の変位、Ｘｐｍ
ｉｎ…ピストン３５０の最小隙間、Ｘｓ…可動スリーブ
の変位、Ｘｓｍｉｎ…可動スリーブの最小隙間、δ…吐
出ノズルと対向面隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D075 AC01 AC91 AC96 DC18 DC21 DC50 EA05 EA31 EA35 EA39 4F041 AA01 AB01 BA02 BA05 BA34

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンとハウジングを相対的に軸方向
   移動させる第１アクチュエータと、 上記ピストンの少なくとも一部を収納し軸方向に貫通し
   た空間を有するスリーブと、 上記スリーブと上記ハウジングを相対的に軸方向移動さ
   せる第２アクチュエータと、 上記シリンダと上記ハウジング、あるいは上記ピストン
   と上記ハウジングを相対的に回転させる第３アクチュエ
   ータと、 上記第１、第２、第３アクチュエータをそれぞれ駆動す
   る駆動部と、 上記ピストン、上記スリーブ、上記ハウジングで形成さ
   れて上記第３アクチュエータの駆動により上記シリンダ
   と上記ハウジング、あるいは上記ピストンと上記ハウジ
   ングを相対的に回転させるポンプ室と、 上記ポンプ室とポンプ室外部を連絡する流体の吸入口と
   吐出口から構成されることを特徴とする流体吐出装置。
2. 【請求項２】 上記スリーブと上記ハウジング間の相対
   移動面に形成され、かつ、上記流体を上記吸入口側から
   上記吐出口側に圧送するポンピング作用を行わせるねじ
   溝をさらに備える請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 【請求項３】 流体吐出装置外部に設置され、かつ、上
   記流体を上記吸入口側から上記吐出口側に圧送するポン
   ピング作用を行わせる、流体高圧源をさらに備える請求
   項１に記載の流体吐出装置。
4. 【請求項４】 上記ピストンのポンプ室側は開放端とな
   っており、上記ピストンのポンプ室側端面及びその対向
   面の相対移動面に上記吐出口が形成されている請求項１
   に記載の流体吐出装置。
5. 【請求項５】 上記スリーブと上記ハウジングの相対移
   動によって上記ポンプ室と上記外部を連絡する上記流体
   の流路抵抗が変化するように上記シリンダ及び上記ハウ
   ジングが構成されている請求項１に記載の流体吐出装
   置。
6. 【請求項６】 上記スリーブと上記ハウジングの相対移
   動によって上記ポンプ室と上記外部を連絡する上記流体
   の流路抵抗が変化する動圧シールが、上記スリーブと上
   記ハウジングの間に形成されている請求項５に記載の流
   体吐出装置。
7. 【請求項７】 上記第１アクチュエータと上記第２アク
   チュエータをそれぞれ独立して駆動させることにより、
   流体吐出開始時又は吐出終了時に上記ピストンと上記ス
   リ−ブを相対的に逆方向に移動させる請求項１に記載の
   流体吐出装置。
8. 【請求項８】 上記スリーブと上記ハウジングの相対的
   な回転によって、上記ポンプ室内の流体を加圧するポン
   プ部が構成されている請求項１に記載の流体吐出装置。
9. 【請求項９】 上記第１あるいは上記第２アクチュエー
   タは電磁歪素子である請求項１に記載の流体吐出装置。
10. 【請求項１０】 上記流体吐出装置の吐出側と反対側に
    上記第１アクチュエータを配置し、上記吐出側に回転と
    直線運動が可能な上記第２アクチュエータを配置し、上
    記吐出側とその反対側の中間部に回転モータである上記
    第３アクチュエータを配置する請求項１に記載の流体吐
    出装置。
11. 【請求項１１】 上記第１アクチュエータは、流体吐出
    装置本体から着脱自在である請求項１に記載の流体吐出
    装置。
12. 【請求項１２】 上記第３アクチュエータにビルトイン
    モータを用いた請求項１に記載の流体吐出装置。
13. 【請求項１３】 一端をフロント側としもう一方の端部
    をリア側とする第２アクチュエータである電磁歪素子
    と、上記電磁歪素子を貫通したピストンと、上記ピスト
    ンを軸方向に駆動する第１アクチュエータと、上記電磁
    歪素子と上記ピストンを収納しかつ上記第１アクチュエ
    ータの固定側を保持する上記ハウジングと、上記電磁歪
    素子の上記フロント側に押圧されたスリーブと、上記ス
    リーブを回転自在に支持するフロント側シリンダと、上
    記ピストン及び上記スリーブを軸方向に移動可能に構成
    すると共に、上記ピストンと上記スリーブのいずれかに
    回転を与える上記第３アクチュエータと、上記第１、上
    記第２、上記第３アクチュエータをそれぞれを駆動する
    上記駆動部と、上記スリーブと上記フロント側シリンダ
    で形成されるポンプ室と外部を連絡する加圧流体の流入
    口及び流出口から構成される流体吐出装置において、 上記第２アクチュエータと上記第１アクチュエータの駆
    動によって上記スリーブと上記ハウジング間、及び上記
    ピストンと上記ハウジング間で形成される流路の隙間が
    変化するように構成されている請求項１に記載の流体吐
    出装置。
14. 【請求項１４】 吸入口からピストンとこのピストンを
    収納するスリーブとハウジングで形成されるポンプ室内
    に流体を吸入し、 第１アクチュエータにより上記ピストンと上記ハウジン
    グを相対的に軸方向移動させると共に、第２アクチュエ
    ータにより上記ピストンと上記スリーブを相対的に軸方
    向移動させ、同時に第３アクチュエータにより上記シリ
    ンダと上記ハウジング、あるいは上記ピストンと上記ハ
    ウジングを相対的に回転させながら、ポンプ室内の上記
    流体を吐出口から吐出することを特徴とする流体吐出方
    法。
15. 【請求項１５】 流体吐出時の描画の開始時あるいは終
    了時において、上記ピストンと上記スリーブを時間軸に
    対して非相似形の変位曲線を用いて駆動する請求項１４
    に記載の流体吐出方法。
16. 【請求項１６】 上記吐出流体の流体粘度、流体粘度の
    せん断力依存性、流体弾性、流体塑性のいずれかが時間
    と共に変化するデータを基に、上記ピストンと上記スリ
    ーブの変位曲線を選択する請求項１４に記載の流体吐出
    方法。
17. 【請求項１７】 吐出流体の特性あるいは流体吐出条件
    に対応した上記ピストンと上記スリーブの変位曲線のデ
    ータを用いて、第１及び第２アクチュエータを駆動する
    請求項１４に記載の流体吐出方法。
18. 【請求項１８】 上記ピストンと上記スリーブと上記ハ
    ウジングによる閉空間を形成した状態で、上記ピストン
    の移動により上記流体を上記吐出口から吐出する請求項
    １４に記載の流体吐出方法。
19. 【請求項１９】 上記流体を上記吐出口から飛翔させて
    対向面に吐出する請求項１８に記載の流体吐出方法。
20. 【請求項２０】 流体吐出行程終了後、上記吐出口と対
    向面間のギャップを一定に維持したままで、上記吐出口
    の先端と上記対向面の相対位置を変えて、次の流体吐出
    行程に移行する請求項１４に記載の流体吐出方法。
21. 【請求項２１】 上記ピストンと上記スリーブの変位曲
    線の選択により、連続流体吐出から間欠流体吐出へ、あ
    るいは、間欠流体吐出から連続流体吐出へ移行する請求
    項１４に記載の流体吐出方法。