JP2018202312A - Dispenser - Google Patents

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世傑 徐
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昭雄 矢野
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和夫 八鍬
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Abstract

To provide a dispenser which can suppress liquid leakage caused by thermal expansion of a piezoelectric element and positional deviation of a valve due to creep.SOLUTION: A dispenser 100 includes a liquid discharge member 200, a valve 300 which discharges and closes off a liquid from the liquid discharge member 200, and a piezoelectric actuator 400 for driving the valve 300. The piezoelectric actuator 400 includes first and second piezoelectric elements 2, 3 arranged in parallel, and a displacement magnifying mechanism 10 which magnifies and outputs displacement of them. The displacement magnifying mechanism 10 includes a fixing member 11 for fixing one ends of the piezoelectric elements 2, 3, a first arm 16 which is connected to the other end of the first piezoelectric element 2 so as to swing to the fixing part 11, and a second arm 19 which is connected to the other end of the second piezoelectric element so as to swing to the fixing part 11. Voltages are applied on the piezoelectric elements 2, 3 so as to displace by a predetermined amount in directions opposite to each other, and the first arm 16 and the second arm 19 are displaced by an approximately same amount in a same direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液体を吐出するディスペンサに関する。   The present invention relates to a dispenser that discharges liquid.

液滴を吐出するディスペンサ(液滴吐出装置)としては、液体を液体流路から液室に供給し、液室に設けられた吐出口を弁(ニードル)により開閉するものが知られており、その弁を駆動する機構として圧電素子と変位拡大機構を組み合わせたものが提案されている(特許文献1)。   As a dispenser (droplet discharge device) that discharges liquid droplets, a device that supplies liquid from a liquid flow path to a liquid chamber and opens and closes a discharge port provided in the liquid chamber by a valve (needle) is known. As a mechanism for driving the valve, a combination of a piezoelectric element and a displacement enlarging mechanism has been proposed (Patent Document 1).

特許文献1のディスペンサ(液滴吐出装置)は、圧電素子からなる駆動装置が左右対称に偶数台配置されており、これらの変位を変位拡大機構で拡大して弁(ニードル)に作用させ、吐出口を開閉するものである。   The dispenser (droplet discharge device) of Patent Document 1 has an even number of drive devices made of piezoelectric elements symmetrically arranged, and these displacements are enlarged by a displacement enlargement mechanism to act on a valve (needle) to discharge. Open and close the exit.

特開2015−51399号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-51399

特許文献1に記載されたディスペンサにおいては複数の圧電素子は同じ方向に伸縮変位する。この場合、周囲の温度に変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、圧電素子の熱膨張により、弁の初期位置が変化することがある。   In the dispenser described in Patent Document 1, a plurality of piezoelectric elements are expanded and contracted in the same direction. In this case, when the ambient temperature has changed or when the piezoelectric element is driven at a high frequency and the temperature rises due to self-heating from the piezoelectric element itself, the initial position of the valve is caused by the thermal expansion of the piezoelectric element. May change.

また、圧電素子には、ステップ状の電圧や一定の電圧等を印加した後、時間経過とともに、伸び量が安定せず変化してしまうクリープと称する現象が生じる。クリープは、クローズドループ制御の場合は補正することができるが、オープンループ制御では補正することができない。   In addition, a phenomenon called creep occurs in which, after applying a stepped voltage, a constant voltage, or the like to the piezoelectric element, the amount of elongation changes without stability over time. Creep can be corrected in closed loop control, but not in open loop control.

このように圧電素子の熱膨張やクリープにより弁の位置がずれると、液漏れが生じるおそれがある。   Thus, if the position of the valve is shifted due to thermal expansion or creep of the piezoelectric element, liquid leakage may occur.

したがって、本発明は、圧電素子の熱膨張やクリープによる弁の位置ずれにともなう液漏れを抑制することができるディスペンサを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a dispenser capable of suppressing liquid leakage accompanying valve position shift due to thermal expansion or creep of a piezoelectric element.

上記課題を解決するため、本発明は、以下の(1)〜(11)を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides the following (1) to (11).

(1)液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材と、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う弁と、前記弁を駆動する圧電アクチュエータとを有するディスペンサであって、
前記圧電アクチュエータは、
同じ方向に伸縮変位するように並列に配置され、それぞれ対応する位置に第1の端部および第2の端部を有する第1の圧電素子および第2の圧電素子と、
前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の変位を拡大し、拡大された変位を出力する変位拡大機構と、
前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に電圧を印加して、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子を伸縮駆動させる駆動部と
を備え、
前記変位拡大機構は、
中央に凹部を有するU字状をなし、その底部に前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の前記第1の端部を固定する固定部材と、
前記固定部材の前記凹部を挟んで一方側の側部および前記第1の圧電素子の前記第2の端部に、前記第1の圧電素子の伸縮により前記第1の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第1のアームと、
前記固定部材の前記凹部を挟んで他方側の側部および前記第2の圧電素子の前記第2の端部に、前記第2の圧電素子の伸縮により前記第2の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第2のアームと
を有し、
前記第1のアームと前記第2のアームの先端部が出力部として機能して前記弁を変位させ、
前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子が互いに反対方向に所定の量で変位するように前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に電圧を印加し、これにより前記第1のアームと前記第2のアームが同方向にほぼ同一量の拡大した変位が与えられ、前記第1のアームと前記第2のアームとともに前記弁が変位することにより、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行うことを特徴とするディスペンサ。
(1) A dispenser that includes a liquid ejection member that introduces liquid and ejects the introduced liquid, a valve that ejects and shuts off the liquid from the liquid ejection member, and a piezoelectric actuator that drives the valve. ,
The piezoelectric actuator is
A first piezoelectric element and a second piezoelectric element, which are arranged in parallel so as to expand and contract in the same direction, and each have a first end and a second end at corresponding positions;
A displacement enlarging mechanism for enlarging the displacement of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and outputting the expanded displacement;
A drive unit that applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to drive the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to extend and contract,
The displacement enlarging mechanism is
A U-shape having a recess in the center, and a fixing member for fixing the first end of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to the bottom thereof;
The expansion and contraction of the first piezoelectric element is perpendicular to the expansion and contraction direction of the first piezoelectric element on one side and the second end of the first piezoelectric element across the concave portion of the fixing member. A first arm connected to be swingable in a direction to
The expansion side of the second piezoelectric element is perpendicular to the expansion / contraction direction of the second piezoelectric element on the other side of the fixing member across the recess and the second end of the second piezoelectric element. A second arm that is swingably connected in the direction of
The distal ends of the first arm and the second arm function as an output unit to displace the valve,
The driving unit applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by a predetermined amount in directions opposite to each other, As a result, the first arm and the second arm are given substantially the same amount of displacement in the same direction, and the valve is displaced together with the first arm and the second arm. A dispenser for discharging and blocking liquid from a discharge member.

(2)前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された、前記弁が挿通される液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられ、前記弁の先端が着座する弁座とを有することを特徴とする(1)に記載のディスペンサ。   (2) The liquid discharge member includes a main body portion, a liquid chamber formed in the main body portion through which the valve is inserted, a liquid introduction portion for introducing liquid into the liquid chamber, and a bottom portion of the liquid chamber. (1) The dispenser according to (1), further comprising a liquid discharge port that communicates with a valve seat that is provided at a bottom portion of the liquid chamber and on which a tip of the valve is seated.

(3)前記第1のアームと前記第2のアームの先端部に接続される出力部材をさらに有し、前記弁は前記出力部材により変位されることを特徴とする(1)または(2)に記載のディスペンサ。   (3) It further has an output member connected to the tip of the first arm and the second arm, and the valve is displaced by the output member (1) or (2) The dispenser described in 1.

(4)前記液体吐出部材と前記弁とはユニットを構成し、前記ユニットは着脱可能であることを特徴とする(3)に記載のディスペンサ。   (4) The dispenser according to (3), wherein the liquid discharge member and the valve constitute a unit, and the unit is detachable.

(5)前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられた弁座とを有し、
前記弁は、前記液室に挿通される弁本体と、前記弁本体の上端に設けられたフランジと、前記フランジと前記液吐出部材の前記本体部との間に設けられ、弁本体を上方に付勢する付勢手段とを有することを特徴とする(4)に記載のディスペンサ。
(5) The liquid discharge member includes a main body portion, a liquid chamber formed in the main body portion, a liquid introduction portion that introduces liquid into the liquid chamber, a liquid discharge port that communicates with a bottom portion of the liquid chamber, A valve seat provided at the bottom of the liquid chamber;
The valve is provided between a valve main body inserted into the liquid chamber, a flange provided at an upper end of the valve main body, the flange and the main body portion of the liquid discharge member, and the valve main body is directed upward. The dispenser according to (4), further comprising an urging means for urging.

(6)前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に、一方が伸びる方向に、他方がそれに対して縮む方向に変位するように電圧を印加することを特徴とする(1)から(5)のいずれかに記載のディスペンサ。   (6) The drive unit of the piezoelectric actuator applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that one of them is displaced in a direction in which one extends and the other in a direction in which the other contracts. The dispenser according to any one of (1) to (5), characterized in that

(7)前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の第1の端子に、前記駆動部の出力電圧を印加し、前記第1の圧電素子の第2の端子に前記駆動部の最小電圧を印加し、前記第2の圧電素子の第2の端子に前記駆動部の最大電圧を印加する駆動回路を有することを特徴とする(1)から(6)のいずれかに記載のディスペンサ。   (7) The drive unit of the piezoelectric actuator applies the output voltage of the drive unit to the first terminals of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and (1) to (6) including a drive circuit that applies a minimum voltage of the drive unit to the second terminal and applies a maximum voltage of the drive unit to the second terminal of the second piezoelectric element. The dispenser according to any one of the above.

(8)前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1のアームは、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記一方側の側部および前記第1の圧電素子の前記第2の端部に接続され、前記第2のアームはそれぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記他方側の側部および前記第2の圧電素子の前記第2の端部に接続されていることを特徴とする(1)から(7)のいずれかに記載のディスペンサ。   (8) In the piezoelectric actuator, the first arm is respectively connected to the one side portion of the fixing member and the second end portion of the first piezoelectric element via a flexible hinge. The second arm is connected to the other side of the fixing member and the second end of the second piezoelectric element via a flexible hinge. The dispenser according to any one of (1) to (7).

(9)前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に対して、それぞれ伸縮方向に圧縮力を与える第1の与圧機構および第2の与圧機構をさらに有することを特徴とする(1)から(8)のいずれかに記載のディスペンサ。   (9) The piezoelectric actuator further includes a first pressurizing mechanism and a second pressurizing mechanism that apply a compressive force to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element in the expansion and contraction directions, respectively. The dispenser according to any one of (1) to (8), characterized in that:

(10)前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1の圧電素子の前記第2の端部には、第1のキャップ部材が取り付けられ、前記第1のアームは、前記第1のキャップ部材と前記ヒンジにより連結され、
前記第2の圧電素子の前記第2の端部には、第2のキャップ部材が取り付けられ、前記第2のアームは、前記第2のキャップ部材と前記ヒンジにより連結されていることを特徴とする(1)から(9)のいずれかに記載のディスペンサ。
(10) In the piezoelectric actuator, a first cap member is attached to the second end portion of the first piezoelectric element, and the first arm is formed by the first cap member and the hinge. Concatenated,
A second cap member is attached to the second end of the second piezoelectric element, and the second arm is connected to the second cap member by the hinge. The dispenser according to any one of (1) to (9).

(11)前記第1のキャップ部材および前記第2のキャップ部材は、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して連結部材により連結されていることを特徴とする(10)に記載のディスペンサ。   (11) The dispenser according to (10), wherein the first cap member and the second cap member are connected to each other by a connecting member via a flexible hinge.

本発明によれば、圧電アクチュエータの第1の圧電素子と第2の圧電素子とに、互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加し、第1のアームおよび第2のアームを第1の圧電素子および第2の圧電素子の伸縮方向と直交する同方向にほぼ同一量変位させて、これらにより弁に変位を与えて液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行うので、熱膨張による弁の初期位置のずれや、圧電素子のクリープによる弁の位置ずれを抑制して、液漏れを抑制することができる。   According to the present invention, a voltage is applied to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element of the piezoelectric actuator so as to be displaced by a predetermined amount in opposite directions, and the first arm and the second arm are moved. Since the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by substantially the same amount in the same direction orthogonal to the expansion / contraction direction of the first and second piezoelectric elements, the valve is displaced thereby to discharge and block the liquid from the liquid discharge member. The initial position of the valve due to expansion and the position shift of the valve due to creep of the piezoelectric element can be suppressed to suppress liquid leakage.

本発明の第1の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図である。It is a partial section front view showing the dispenser concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のディスペンサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the dispenser of FIG. 図1のディスペンサの吐出部材を示す断面図であり、弁により液体吐出口が閉塞された状態を示す図である。It is sectional drawing which shows the discharge member of the dispenser of FIG. 1, and is a figure which shows the state by which the liquid discharge port was obstruct | occluded with the valve. 図1のディスペンサの吐出部材を示す断面図であり、弁により液体吐出口が開かれた状態を示す図である。It is sectional drawing which shows the discharge member of the dispenser of FIG. 1, and is a figure which shows the state by which the liquid discharge port was opened by the valve. 圧電アクチュエータに電圧を印加して弁を上方に移動させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which applied the voltage to the piezoelectric actuator and moved the valve upward. 圧電アクチュエータの電圧印加を解除して弁を元に戻した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which cancelled | released the voltage application of the piezoelectric actuator and returned the valve. 駆動回路の好適な例を示す図である。It is a figure which shows the suitable example of a drive circuit. 圧電素子のクリープ現象を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the creep phenomenon of a piezoelectric element. 本発明の第2の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図である。It is a fragmentary sectional front view which shows the dispenser which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図9のディスペンサから弁・吐出部材ユニットを取り外した状態を示す部分断面正面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional front view showing a state where a valve / discharge member unit is removed from the dispenser of FIG. 9. 本発明の第2の実施形態に係るディスペンサの弁・吐出部材ユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve and discharge member unit of the dispenser which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図、図2はその斜視図、図3、図4は液吐出部材を示す断面図である。
図1に示すように、ディスペンサ100は、液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材200と、液体吐出部材200からの液体の吐出および遮断を行う弁300と、弁300を駆動する圧電アクチュエータ400とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<First Embodiment>
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a partial sectional front view showing a dispenser according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view thereof, and FIGS. 3 and 4 are sectional views showing a liquid discharge member.
As shown in FIG. 1, the dispenser 100 is driven by a liquid discharge member 200 that introduces liquid and discharges the introduced liquid, a valve 300 that discharges and shuts off the liquid from the liquid discharge member 200, and the valve 300. And a piezoelectric actuator 400.

液体吐出部材200は、図3に示すように、本体部201と、本体部201内に形成された弁300が挿通される液室202と、液室202に液体を導入する液体導入部203と、液室202の底部に連通する液体吐出口204と、液室202の底部に設けられ、弁300の先端が着座する弁座205とを有する。   As shown in FIG. 3, the liquid ejection member 200 includes a main body portion 201, a liquid chamber 202 through which the valve 300 formed in the main body portion 201 is inserted, and a liquid introduction portion 203 that introduces liquid into the liquid chamber 202. The liquid discharge port 204 communicates with the bottom of the liquid chamber 202, and the valve seat 205 provided at the bottom of the liquid chamber 202, on which the tip of the valve 300 is seated.

弁300は先端が球面のロッド状をなし、鉛直方向である図中Y方向に延びており、液室202は弁300の形状に対応した円柱状をなしている。弁300は、通常、図3に示すように、その先端が弁座205に着座しており、液体吐出口204は塞がれている。この状態では、液体は吐出されない。   The valve 300 has a spherical rod shape at the tip and extends in the Y direction in the drawing, which is the vertical direction, and the liquid chamber 202 has a cylindrical shape corresponding to the shape of the valve 300. As shown in FIG. 3, the valve 300 normally has a tip seated on a valve seat 205 and the liquid discharge port 204 is closed. In this state, no liquid is ejected.

弁300は、圧電アクチュエータ400によりY方向に昇降駆動されるようになっている。図3の状態から、圧電アクチュエータ400を駆動させて弁300を上昇させることにより、図4に示すように液体吐出口204が開かれて、液体吐出口204から液体が吐出される。   The valve 300 is driven up and down in the Y direction by the piezoelectric actuator 400. From the state of FIG. 3, by driving the piezoelectric actuator 400 to raise the valve 300, the liquid discharge port 204 is opened as shown in FIG. 4, and liquid is discharged from the liquid discharge port 204.

圧電アクチュエータ400は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3と、これらの変位を拡大する変位拡大機構10と、第1の圧電素子2および第2の圧電素子を駆動する駆動部30とを有する。   The piezoelectric actuator 400 includes a first piezoelectric element 2 and a second piezoelectric element 3, a displacement enlarging mechanism 10 that expands these displacements, and a drive unit 30 that drives the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element. And have.

変位拡大機構10は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の一端を固定する固定部材11を有している。固定部材11は中央に凹部24が形成されたU字状をなしており、凹部24を挟んで両側が第1の側部11aおよび第2の側部11b、凹部24の底が底部11cとなっている。第1の圧電素子2および第2の圧電素子3は、それぞれ第1与圧機構4および第2与圧機構5により予め圧縮力が与えられた状態で凹部24内に並列に配置されており、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の基端部(第1の端部)が固定部材11の底部11cに固定されている。第1の圧電素子2および第2の圧電素子3は、それらの長手方向である図1のX方向に伸縮変位するようになっている。固定部材11は、ボルトにより基材(図示せず)に取り付けられるようになっており、厚さ方向に貫通する複数の取り付け穴25が設けられている。なお、伸縮変位の縮退動作は、圧電素子が伸びた後に、本来の長さに戻ることを含む。   The displacement enlarging mechanism 10 includes a fixing member 11 that fixes one end of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3. The fixing member 11 has a U-shape with a recess 24 formed in the center. Both sides of the recess 24 are a first side 11a and a second side 11b, and the bottom of the recess 24 is a bottom 11c. ing. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are arranged in parallel in the recess 24 in a state in which a compressive force is applied in advance by the first pressurizing mechanism 4 and the second pressurizing mechanism 5, respectively. Base end portions (first end portions) of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are fixed to the bottom portion 11 c of the fixing member 11. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are adapted to expand and contract in the X direction of FIG. 1, which is their longitudinal direction. The fixing member 11 is attached to a base material (not shown) by bolts, and a plurality of attachment holes 25 penetrating in the thickness direction are provided. The contraction operation of the expansion / contraction displacement includes returning to the original length after the piezoelectric element is extended.

また、変位拡大機構10は、さらに、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の先端部(第2の端部)にそれぞれ設けられた第1のキャップ部材12および第2のキャップ部材13と、第1のキャップ部材12および固定部材11の第1の側部11aの先端部にそれぞれ第1ヒンジ14および第2ヒンジ15を介して接続された第1のアーム16と、第2のキャップ部材13および固定部材11の第2の側部11bの先端部にそれぞれ第3ヒンジ17および第4ヒンジ18を介して接続された第2のアーム19と、第1のキャップ部材12および第2のキャップ部材13を第5ヒンジ21および第6ヒンジ22を介して連結する連結部材23とを有している。第1のアーム16および第2のアーム19は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の長手方向に沿って延びており、同じ長さを有している。   Further, the displacement magnifying mechanism 10 further includes a first cap member 12 and a second cap member provided at the distal end portions (second end portions) of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, respectively. 13, the first cap member 12 and the first arm 16 connected to the tip of the first side portion 11a of the fixing member 11 via the first hinge 14 and the second hinge 15, respectively, A second arm 19 connected via a third hinge 17 and a fourth hinge 18 to the distal end portions of the cap member 13 and the second side portion 11b of the fixing member 11, respectively, the first cap member 12 and the second cap member 13. And a connecting member 23 that connects the cap member 13 via a fifth hinge 21 and a sixth hinge 22. The first arm 16 and the second arm 19 extend along the longitudinal direction of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 and have the same length.

第1のアーム16は、第1ヒンジ14および第2ヒンジ15が接続された基端部16aと基端部16aに着脱自在に取り付けられた長尺状の先端部16bを有している。また、第2のアーム19も同様に、第3ヒンジ17および第4ヒンジ18に接続された基端部19aと基端部19aに着脱自在に取り付けられた長尺状の先端部19bとを有する。先端部16bおよび19bとしては、必要な変位に応じて種々の長さのものを用いることができる。   The first arm 16 has a proximal end portion 16a to which the first hinge 14 and the second hinge 15 are connected, and a long distal end portion 16b that is detachably attached to the proximal end portion 16a. Similarly, the second arm 19 has a base end 19a connected to the third hinge 17 and the fourth hinge 18, and a long tip 19b detachably attached to the base end 19a. . As the tip portions 16b and 19b, those of various lengths can be used according to the required displacement.

なお、第1〜第6ヒンジ14,15,17,18,21,22は、可撓性を有する材料によって形成さている。   In addition, the 1st-6th hinges 14, 15, 17, 18, 21, and 22 are formed with the material which has flexibility.

第1のアーム16は、第1の圧電素子2の伸縮変位により、Y方向、すなわち上下方向に揺動可能となっている。すなわち、第1のアーム16は、第1の圧電素子2が伸長した際には、第2ヒンジ15が支点、第1ヒンジ14が力点、第1のアーム16の先端部が作用点となって、第1のアーム16の先端には、てこの原理により第1の圧電素子2の変位方向であるX方向と直交するY方向に沿って上方向に拡大した変位が現れる。また、第1の圧電素子2が縮退した際には、同様の原理により、第1のアーム16の先端部には、下方向に拡大された変位が現れる。   The first arm 16 can swing in the Y direction, that is, the vertical direction by the expansion and contraction of the first piezoelectric element 2. That is, in the first arm 16, when the first piezoelectric element 2 is extended, the second hinge 15 is a fulcrum, the first hinge 14 is a power point, and the tip of the first arm 16 is an action point. At the tip of the first arm 16, a displacement expanded upward along the Y direction perpendicular to the X direction, which is the displacement direction of the first piezoelectric element 2, appears by the lever principle. Further, when the first piezoelectric element 2 is degenerated, a downwardly expanded displacement appears at the distal end portion of the first arm 16 based on the same principle.

一方、第2のアーム19は、第2の圧電素子3の伸縮変位により、Y方向、すなわちA方向およびB方向に揺動可能となっている。すなわち、第2のアーム19は、第2の圧電素子3が伸長した際には、第4ヒンジ18が支点、第3ヒンジ17が力点、第2のアーム19の先端部が作用点となって、第2のアーム19の先端には、てこの原理により第2の圧電素子3の変位方向と直交する下方向に拡大した変位が現れる。また、第2の圧電素子3が縮退した際には、同様の原理により、第2のアーム19の先端部には、上方向に拡大された変位が現れる。   On the other hand, the second arm 19 can swing in the Y direction, that is, the A direction and the B direction by the expansion and contraction of the second piezoelectric element 3. That is, when the second piezoelectric element 3 is extended, the second arm 19 has the fourth hinge 18 as a fulcrum, the third hinge 17 as a power point, and the tip of the second arm 19 as an action point. At the tip of the second arm 19, a displacement expanded downward in the direction orthogonal to the displacement direction of the second piezoelectric element 3 appears due to the lever principle. Further, when the second piezoelectric element 3 is degenerated, an upwardly expanded displacement appears at the tip of the second arm 19 based on the same principle.

このとき、第1のアーム16と第2のアーム19は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3が互いに反対方向に所定量で変位することにより、同じ方向にほぼ同一量の変位で揺動するようになっている。   At this time, the first arm 16 and the second arm 19 are displaced by substantially the same amount in the same direction as the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are displaced by a predetermined amount in directions opposite to each other. It swings with.

第1のアーム16の先端部および第2のアーム19の先端部には、装着部材61および62により、Y方向に延びる出力部材60が装着されている。出力部材60の下端には上述した弁300が装着されている。なお、出力部材60を用いずに、第1のアーム16および第2のアーム19に直接弁300を装着してもよい。   An output member 60 extending in the Y direction is mounted on the distal end portion of the first arm 16 and the distal end portion of the second arm 19 by mounting members 61 and 62. The valve 300 described above is attached to the lower end of the output member 60. Note that the valve 300 may be directly mounted on the first arm 16 and the second arm 19 without using the output member 60.

なお、固定部材11、第1のキャップ部材12および第2のキャップ部材13、ヒンジ14,15,17,18,21,22、第1のアーム16、第2のアーム19、連結部材23からなる変位拡大機構10は、ワイヤカット放電加工等の一体加工手段により作製することができる。また、変位拡大機構10を構成する材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、ステンレス鋼等、熱膨張が小さく、比較的熱伝導性のよい材料を挙げることができる。   The fixing member 11, the first cap member 12 and the second cap member 13, the hinges 14, 15, 17, 18, 21 and 22, the first arm 16, the second arm 19, and the connecting member 23 are included. The displacement magnifying mechanism 10 can be produced by an integral machining means such as wire cut electric discharge machining. Examples of the material constituting the displacement magnifying mechanism 10 include materials having a small thermal expansion and a relatively good thermal conductivity, such as an Invar alloy, a super Invar alloy, and stainless steel.

第1の圧電素子2および第2の圧電素子に反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加することにより、変位拡大機構10の第1のアーム16および第2のアーム19をA方向またはB方向の同じ方向にほぼ同じ量変位させることができ、数倍〜数十倍程度に拡大したY方向の変位を出力部材60に伝達し、弁300を駆動することができる。   By applying a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element so as to be displaced by a predetermined amount in opposite directions, the first arm 16 and the second arm 19 of the displacement enlarging mechanism 10 are moved in the A direction. Alternatively, it is possible to displace approximately the same amount in the same direction of the B direction, and to transmit the displacement in the Y direction enlarged several times to several tens of times to the output member 60 and drive the valve 300.

第1の圧電素子2および第2の圧電素子3は、同じ材料からなっており、同じ大きさを有している。これらは、板状(例えば、10mm×10mm)の圧電体が電極を挟んで複数積層されて全体として直方体(例えば40mmの長さ)として構成されている。第1の圧電素子2および第2の圧電素子3は、側面に電圧を印加するための電気端子(図示せず)を備えており、この電気端子間に電圧が印加されることにより、伸縮するように構成されている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O;PZT)を挙げることができる。圧電素子2および3の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。 The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are made of the same material and have the same size. These are configured as a rectangular parallelepiped (for example, a length of 40 mm) as a whole by laminating a plurality of plate-shaped (for example, 10 mm × 10 mm) piezoelectric bodies with electrodes interposed therebetween. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 have electrical terminals (not shown) for applying a voltage to the side surfaces, and expand and contract when a voltage is applied between the electrical terminals. It is configured as follows. As the piezoelectric material constituting the piezoelectric body, a ceramic material having a piezoelectric effect is used. As such a material, typically, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ; PZT) is cited. Can do. The shape of the piezoelectric elements 2 and 3 is not limited to a rectangular parallelepiped, and may be a polygonal cylinder such as a triangular prism or a hexagonal cylinder, or a cylinder.

第1の与圧機構4および第2の与圧機構5は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の伸縮方向に予め圧縮力が与えられるように構成されている。圧電素子は、脆性材料であるセラミックス材料で構成されており、引張り力に対して弱いことから、予め圧縮力を与えることが重要である。   The first pressurizing mechanism 4 and the second pressurizing mechanism 5 are configured such that a compressive force is applied in advance in the expansion and contraction directions of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3. The piezoelectric element is made of a ceramic material which is a brittle material, and is weak against tensile force. Therefore, it is important to apply a compressive force in advance.

第1の与圧機構4は、例えば、第1の圧電素子2の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース40a,40bと、一対のヘッドピース40a,40b間に架け渡されるように設けられた圧縮力付与部材41とを有している。また、第2の与圧機構5は、例えば、第2の圧電素子3の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース50a,50bと、一対のヘッドピース50a,50b間に架け渡されるように設けられた圧縮力付与部材51とを有している。この第1および第2の与圧機構4および5により、第1および第2の圧電素子2および3から生じる力に対して1/5〜1/2程度の圧縮力を与える。圧縮力付与部材41、51は例えば2本である。   The first pressurizing mechanism 4 is, for example, spanned between a pair of head pieces 40a and 40b fixed to one end surface and the other end surface of the first piezoelectric element 2, and a pair of head pieces 40a and 40b. And a compressive force applying member 41 provided. The second pressurizing mechanism 5 is spanned between a pair of head pieces 50a and 50b fixed to one end surface and the other end surface of the second piezoelectric element 3, and the pair of head pieces 50a and 50b, for example. And a compressive force applying member 51 provided as described above. The first and second pressurizing mechanisms 4 and 5 apply a compressive force of about 1/5 to 1/2 with respect to the force generated from the first and second piezoelectric elements 2 and 3. There are two compression force applying members 41 and 51, for example.

第1および第2の与圧機構4および5を構成する材料としては、圧縮力付与可能な剛性を有し、比較的強度が高く、さらに耐候性や耐食性に優れ、熱膨張係数が小さいものが好ましい。このような材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、炭素繊維、ステンレス鋼を挙げることができる。   Materials constituting the first and second pressurizing mechanisms 4 and 5 have a rigidity capable of imparting a compressive force, a relatively high strength, excellent weather resistance and corrosion resistance, and a small thermal expansion coefficient. preferable. Examples of such materials include invar alloys, super invar alloys, carbon fibers, and stainless steel.

なお、与圧機構を設けずに変位拡大機構に与圧機構としての機能をもたせてもよい。   In addition, you may give the function as a pressurization mechanism to a displacement expansion mechanism, without providing a pressurization mechanism.

駆動部30は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に所定の電圧を印加して充放電させることによりこれらを伸縮駆動するドライバー31と、ドライバー31に第1の圧電素子2および第2の圧電素子3を伸縮させるための指令を与える制御部32とを有している。ドライバー31は、電源と駆動回路とを有している。駆動部30は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に、一方が伸びる方向に、他方がそれに対して縮む方向に変位するように電圧を印加することができる。   The drive unit 30 applies a predetermined voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 to charge and discharge them, thereby extending and contracting the driver 31, and the driver 31 includes the first piezoelectric element 2 and And a control unit 32 that gives a command for expanding and contracting the second piezoelectric element 3. The driver 31 has a power supply and a drive circuit. The drive unit 30 can apply a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so that one of them is displaced in the direction in which one extends and the other in the direction in which the other contracts.

なお、固定部材11の第2の側部11bの下側には、支持部材80が設けられている。支持部材80は、圧電アクチュエータ400の固定部材11を支持するとともに、液体吐出部材200を支持している。   A support member 80 is provided below the second side portion 11 b of the fixing member 11. The support member 80 supports the fixing member 11 of the piezoelectric actuator 400 and supports the liquid ejection member 200.

このように構成されるディスペンサ100においては、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に電圧が印加されていない状態では、図3に示すように、弁300は、その先端が液体吐出部材200の弁座205に着座しており、液体吐出口204は塞がれていて、液体は吐出されない。   In the dispenser 100 configured as described above, in a state where no voltage is applied to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, the tip of the valve 300 is liquid ejected as shown in FIG. The member 200 is seated on the valve seat 205, the liquid discharge port 204 is closed, and no liquid is discharged.

この状態から、圧電アクチュエータ400の駆動部30の制御部32からの指令に基づきドライバー31が第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に所定の電圧を与えることにより、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3がX方向に変位し、それにともなって、変位拡大機構10により出力部材60に対して拡大された変位が出力される。   From this state, the driver 31 applies a predetermined voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 on the basis of a command from the control unit 32 of the driving unit 30 of the piezoelectric actuator 400, whereby the first piezoelectric element As the second and second piezoelectric elements 3 are displaced in the X direction, the displacement enlarged mechanism 10 outputs an enlarged displacement to the output member 60.

このとき駆動部30は、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加する。具体的には、図5に示すように、第1の圧電素子2を所定量伸長変位させ、第2の圧電素子3を所定量縮退変位させることにより、第1のアーム16および第2のアーム19の先端部が圧電素子の変位量の数倍から数十倍の変位量で上方に変位する。これにより、図4に示すように、弁300はY方向に上昇駆動されて、液体吐出口204が開かれて、液体吐出口204から液体が吐出される。   At this time, the drive unit 30 applies a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so as to be displaced by a predetermined amount in directions opposite to each other. Specifically, as shown in FIG. 5, the first and second arms 16 and 2 are displaced by elongating and displacing the first piezoelectric element 2 by a predetermined amount and degenerating and displacing the second piezoelectric element 3 by a predetermined amount. The tip of 19 is displaced upward by a displacement amount several to several tens of times the displacement amount of the piezoelectric element. As a result, as shown in FIG. 4, the valve 300 is driven to rise in the Y direction, the liquid discharge port 204 is opened, and liquid is discharged from the liquid discharge port 204.

この状態から第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の電圧印加を解除することにより、図6に示すように、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3が逆方向に変位して元に戻り、第1のアーム16および第2のアーム19の先端部がほぼ同一量下降して出力部材60が元の位置に戻り、弁300は、図3に示すように、その先端が液体吐出部材200の弁座205に着座し、液体吐出口204を塞いで液体の吐出を停止する。   By canceling the voltage application of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 from this state, the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are displaced in the opposite directions as shown in FIG. Then, the distal ends of the first arm 16 and the second arm 19 are lowered by substantially the same amount, and the output member 60 returns to the original position. As shown in FIG. Sits on the valve seat 205 of the liquid discharge member 200, closes the liquid discharge port 204, and stops the discharge of the liquid.

以上は液体吐出口204をノーマルクローズにする場合について示したが、電圧を印加していないときに弁300が液体吐出口204が開いた状態となり、電圧を印加したときに、第1の圧電素子2を縮退変位させ、第2の圧電素子3を伸長変位させて、第1のアーム16および第2のアーム19を介して出力部材60とともに弁300を下降させ、液体吐出口204を閉じるノーマルオープンであってもよい。   The above is a case where the liquid discharge port 204 is normally closed. However, when no voltage is applied, the valve 300 is in a state where the liquid discharge port 204 is open, and when the voltage is applied, the first piezoelectric element. 2 is retracted, the second piezoelectric element 3 is extended and displaced, the valve 300 is lowered together with the output member 60 via the first arm 16 and the second arm 19, and the liquid discharge port 204 is closed. It may be.

このように、圧電アクチュエータ400においては、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加することにより、第1のアーム16および第2のアーム19をほぼ同一量変位させることができ、これにより、出力部材60に上下方向の拡大された変位を与え、弁300を上昇および下降させることができる。   As described above, in the piezoelectric actuator 400, the first arm 16 and the second piezoelectric element 3 are applied by applying a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so as to be displaced by a predetermined amount in directions opposite to each other. The two arms 19 can be displaced by substantially the same amount, thereby giving the output member 60 an enlarged displacement in the vertical direction, and the valve 300 can be raised and lowered.

このとき、第1の圧電素子2および第2の圧電素子3への電圧印加は、制御部32からの指令に基づいて所定のタイミングで液体(液滴)が吐出されるように制御される。   At this time, voltage application to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 is controlled such that liquid (droplet) is ejected at a predetermined timing based on a command from the control unit 32.

常に第1の圧電素子2および第2の圧電素子3が反対方向に所定の量で変位するような電圧を与えることができる駆動回路としては、図7に示すようなものを好適に用いることができる。   As a drive circuit that can always apply a voltage that causes the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 to be displaced by a predetermined amount in opposite directions, a drive circuit as shown in FIG. 7 is preferably used. it can.

図7の駆動回路は、アンプ70を有する。アンプ70は入力端子71を有し、入力端子71には、例えば0〜10Vの電圧が入力される(Vin)。本例では、アンプ70は入力電圧を20倍に増幅し、増幅された電圧は出力端子72から出力される(Vout)。出力端子72に接続される電圧は、配線74を介して第1の圧電素子2および第2の圧電素子3の第1の端子に印加される。また、第1の圧電素子2の第2の端子は最小電圧(接地電位(0V))であり、第2の圧電素子3の他方の端子には、アンプ70の最大電圧出力端子73から常に最大電圧である200Vの電圧が印加される。このようにすることにより、基準電圧を100Vにして、常に第1の圧電素子2および第2の圧電素子3に逆方向の電圧が印加され、第1の圧電素子2および第2の圧電素子を反対方向に所定の量で変位させることができる。 The drive circuit in FIG. 7 includes an amplifier 70. The amplifier 70 has an input terminal 71, and a voltage of 0 to 10 V, for example, is input to the input terminal 71 (V in ). In this example, the amplifier 70 amplifies the input voltage by 20 times, and the amplified voltage is output from the output terminal 72 (V out ). The voltage connected to the output terminal 72 is applied to the first terminals of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 via the wiring 74. The second terminal of the first piezoelectric element 2 has a minimum voltage (ground potential (0 V)), and the other terminal of the second piezoelectric element 3 always has a maximum voltage from the maximum voltage output terminal 73 of the amplifier 70. A voltage of 200 V, which is a voltage, is applied. In this way, the reference voltage is set to 100 V, and a reverse voltage is always applied to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, so that the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element are It can be displaced by a predetermined amount in the opposite direction.

ところで、ディスペンサ100において、圧電アクチュエータ400を動作させる際に、周囲の温度変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、熱膨張により圧電素子の長さが変化する。その際に、上記特許文献1に示したような従来のディスペンサ(液滴吐出装置)では、圧電素子の長さの変化により、変位拡大機構の出力部の初期位置は変化するため、弁(ニードル)の先端位置が変化して、液体の吐出指令が出されていないときに液漏れが生じるおそれがある。   By the way, in the dispenser 100, when the piezoelectric actuator 400 is operated, when there is a change in the ambient temperature, or when the piezoelectric element is driven at a high frequency and the temperature rises due to self-heating from the piezoelectric element itself, The length of the piezoelectric element changes due to the expansion. At that time, in the conventional dispenser (droplet discharge device) as shown in Patent Document 1, the initial position of the output portion of the displacement magnifying mechanism changes due to the change in the length of the piezoelectric element. ) May change, and liquid leakage may occur when no liquid discharge command is issued.

これに対し、本実施形態のディスペンサ100では、圧電アクチュエータ400の第1の圧電素子2と第2の圧電素子3の長さが熱膨張により変化しても、それぞれ第1のアーム16および第2のアーム19を介して拡大された変位が反対方向で同一量となり、その変動がキャンセルされる。そのため、出力部材60の初期位置の変化をほぼゼロとすることができ、これにともなって弁300の初期位置の変化もほぼゼロとすることができるので、弁300が閉じているときの液漏れをほぼ完全に抑制することができる。   In contrast, in the dispenser 100 of the present embodiment, even if the lengths of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 of the piezoelectric actuator 400 change due to thermal expansion, the first arm 16 and the second arm respectively. The displacement expanded through the arm 19 becomes the same amount in the opposite direction, and the fluctuation is cancelled. Therefore, the change in the initial position of the output member 60 can be made substantially zero, and accordingly, the change in the initial position of the valve 300 can also be made almost zero, so that liquid leakage occurs when the valve 300 is closed. Can be suppressed almost completely.

また、圧電素子には、図8に示すように、ステップ状の電圧や一定の電圧等を印加した後、時間経過とともに、伸び量が安定せず変化してしまうクリープと称する現象が生じる。クリープ速度は時間対数的に減少する。クリープ現象は、クローズドループ制御の場合は補正することができるが、オープンループ制御では補正することができない。したがって、上記特許文献1の技術では、圧電素子のクリープ現象による伸び量の変化による液漏れを抑制するために、圧電素子の制御をフィードバック制御にする必要があるが、制御が複雑になる。   In addition, as shown in FIG. 8, the piezoelectric element has a phenomenon called creep in which the amount of elongation changes with time after applying a stepped voltage, a constant voltage, or the like. Creep speed decreases logarithmically over time. The creep phenomenon can be corrected in the closed loop control but cannot be corrected in the open loop control. Therefore, in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to control the piezoelectric element to be feedback control in order to suppress the liquid leakage due to the change in elongation due to the creep phenomenon of the piezoelectric element, but the control becomes complicated.

これに対し、本実施形態のディスペンサ100では、圧電アクチュエータ400の第1の圧電素子2および第2の圧電素子3にクリープが生じても、これらは互いに反対方向に変位するため、クリープによる長さ変化が相殺され、クリープ現象による位置ずれを軽減することができる。このため、クローズドループ制御を行わなくても液漏れをほぼ完全に抑制することができる。   On the other hand, in the dispenser 100 of the present embodiment, even if creep occurs in the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 of the piezoelectric actuator 400, they are displaced in directions opposite to each other. The change is canceled out, and the displacement due to the creep phenomenon can be reduced. For this reason, liquid leakage can be suppressed almost completely without performing closed loop control.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
図9は本発明の第1の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図、図10は図9のディスペンサから弁・吐出部材ユニットを取り外した状態を示す部分断面正面図、図11は弁・吐出部材ユニットを示す断面図である。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
9 is a partial cross-sectional front view showing the dispenser according to the first embodiment of the present invention, FIG. 10 is a partial cross-sectional front view showing a state in which the valve / discharge member unit is removed from the dispenser of FIG. 9, and FIG. It is sectional drawing which shows a discharge member unit.

本実施形態では、弁と液体吐出部材をユニット化して、弁・吐出部材ユニットを構成し、弁・吐出部材ユニットを着脱可能に構成した例を示す。他の構成は第1の実施形態と同様であるため、同じものには同じ符号を付して説明を省略する。   In this embodiment, an example is shown in which a valve and a liquid discharge member are unitized to form a valve / discharge member unit, and the valve / discharge member unit is detachable. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

液体吐出部材200′は、液体吐出部材200と同様に構成されているが、図10に示すように、ガイド部材81に沿って、外側に移動して取り外し可能となっている。なお、ガイド部材81には、液体吐出部材200′の液体吐出口204に対応する突出部の移動の妨げにならないように切り欠きが形成されている。一方、弁300′は、圧電アクチュエータ400の出力部材60に対して接離可能に構成され、液体吐出部材200′と一体となっている。このように、液体吐出部材200′と弁300′とは一体化されて弁・吐出部材ユニット500を構成し、ユニットごと着脱可能となっている。   The liquid ejection member 200 ′ is configured in the same manner as the liquid ejection member 200, but can be removed by moving outward along the guide member 81 as shown in FIG. The guide member 81 is notched so as not to hinder the movement of the protrusion corresponding to the liquid discharge port 204 of the liquid discharge member 200 ′. On the other hand, the valve 300 ′ is configured to be able to contact and separate from the output member 60 of the piezoelectric actuator 400, and is integrated with the liquid discharge member 200 ′. As described above, the liquid discharge member 200 ′ and the valve 300 ′ are integrated to form the valve / discharge member unit 500, and the entire unit is detachable.

図11に示すように、弁300′は、弁本体301と、弁本体301の上端に設けられたフランジ302と、フランジ302と液体吐出部材200′の本体部201との間に設けられたコイルばね303とを有する。弁本体301は、先端が球面のロッド状をなし、Y方向に延びるとともに、先端部が液体吐出部材200′の液室202に挿入されている。弁本体301はコイルばね303により上方に付勢されており、弁・吐出部材ユニット500が取り外された状態ではコイルばね303の付勢力により弁本体301は持ち上げられるが、装着された状態では、弁本体301が圧電アクチュエータ400の出力部材60で押さえられることにより、液体吐出部材200′の液体吐出口204を閉塞して液体の吐出を停止することができる。なお、コイルばね303の代わりに板ばね等の他の付勢手段を用いてもよい。   As shown in FIG. 11, the valve 300 ′ includes a valve main body 301, a flange 302 provided at the upper end of the valve main body 301, and a coil provided between the flange 302 and the main body portion 201 of the liquid discharge member 200 ′. And a spring 303. The valve body 301 has a spherical rod shape at the tip, extends in the Y direction, and the tip is inserted into the liquid chamber 202 of the liquid discharge member 200 ′. The valve main body 301 is urged upward by a coil spring 303. When the valve / discharge member unit 500 is removed, the valve main body 301 is lifted by the urging force of the coil spring 303. When the main body 301 is pressed by the output member 60 of the piezoelectric actuator 400, the liquid discharge port 204 of the liquid discharge member 200 'can be closed to stop the liquid discharge. Instead of the coil spring 303, other biasing means such as a leaf spring may be used.

このように、圧電アクチュエータ400の出力部材60と弁300′とを切り離して着脱可能に設けても、コイルばね303の作用により弁本体303が出力部材60により押さえられるので、第1の実施形態と同様の動作が可能である。   As described above, even if the output member 60 of the piezoelectric actuator 400 and the valve 300 ′ are separated and detachably provided, the valve main body 303 is pressed by the output member 60 by the action of the coil spring 303. Similar operations are possible.

また、液体吐出部材200′と弁300′とを一体化して弁・吐出部材ユニット500を構成し、ユニットごと着脱可能としたことにより、メンテナンス性を著しく高めることができる。
<他の適用>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では圧電素子を与圧機構により予め圧縮力を与えた例を示したが、与圧機構は必須ではない。
In addition, since the liquid discharge member 200 ′ and the valve 300 ′ are integrated to form the valve / discharge member unit 500, and the entire unit can be attached and detached, the maintainability can be remarkably improved.
<Other applications>
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, the example in which the compression force is applied to the piezoelectric element in advance by the pressurizing mechanism is shown, but the pressurizing mechanism is not essential.

また、変位拡大機構は、上記実施形態に限定されるものではなく、並列に配置された2つの圧電素子の伸縮変位を、拡大して変位方向に直交する方向の変位として出力するものであればよく、例えば、圧電素子を固定する固定部材の側面に沿って底部に延びるアームを有するものであってもよい。   Further, the displacement enlarging mechanism is not limited to the above-described embodiment, and any mechanism that can expand and contract the expansion / contraction displacement of two piezoelectric elements arranged in parallel and output the displacement in a direction orthogonal to the displacement direction. For example, you may have an arm extended to a bottom part along the side surface of the fixing member which fixes a piezoelectric element.

さらに、液体吐出部材および弁の構成についても上記実施の形態に限定されるものでなく、装置設計に応じて適宜の構成を採用することができる。   Further, the configuration of the liquid discharge member and the valve is not limited to the above embodiment, and an appropriate configuration can be adopted according to the device design.

2;第1の圧電素子
3;第2の圧電素子
10;変位拡大機構
11;固定部材
11a;第1の側部
11b;第2の側部
11c;底部
12,13;キャップ部材
14,15,17,18,21,22;ヒンジ
16;第1のアーム
19;第2のアーム
23;連結部材
24;凹部
30;駆動部
60;出力部材
100;ディスペンサ
200,200′;液体吐出部材
300,300′;弁
400;圧電アクチュエータ
500;弁・吐出部材ユニット
2; 1st piezoelectric element 3; 2nd piezoelectric element 10; Displacement magnification mechanism 11; Fixing member 11a; 1st side part 11b; 2nd side part 11c; Bottom part 12, 13; 17, 18, 21, 22; hinge 16; first arm 19; second arm 23; connecting member 24; recess 30; drive unit 60; output member 100; dispenser 200, 200 ′; '; Valve 400; Piezoelectric actuator 500; Valve / discharge member unit

Claims (11)

液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材と、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う弁と、前記弁を駆動する圧電アクチュエータとを有するディスペンサであって、
前記圧電アクチュエータは、
同じ方向に伸縮変位するように並列に配置され、それぞれ対応する位置に第1の端部および第2の端部を有する第1の圧電素子および第2の圧電素子と、
前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の変位を拡大し、拡大された変位を出力する変位拡大機構と、
前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に電圧を印加して、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子を伸縮駆動させる駆動部と
を備え、
前記変位拡大機構は、
中央に凹部を有するU字状をなし、その底部に前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の前記第1の端部を固定する固定部材と、
前記固定部材の前記凹部を挟んで一方側の側部および前記第1の圧電素子の前記第2の端部に、前記第1の圧電素子の伸縮により前記第1の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第1のアームと、
前記固定部材の前記凹部を挟んで他方側の側部および前記第2の圧電素子の前記第2の端部に、前記第2の圧電素子の伸縮により前記第2の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第2のアームと
を有し、
前記第1のアームと前記第2のアームの先端部が出力部として機能して前記弁を変位させ、
前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子が互いに反対方向に所定の量で変位するように前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に電圧を印加し、これにより前記第1のアームと前記第2のアームが同方向にほぼ同一量の拡大した変位が与えられ、前記第1のアームと前記第2のアームとともに前記弁が変位することにより、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行うことを特徴とするディスペンサ。
A dispenser comprising a liquid ejection member that introduces liquid and ejects the introduced liquid, a valve that ejects and shuts off the liquid from the liquid ejection member, and a piezoelectric actuator that drives the valve,
The piezoelectric actuator is
A first piezoelectric element and a second piezoelectric element, which are arranged in parallel so as to expand and contract in the same direction, and each have a first end and a second end at corresponding positions;
A displacement enlarging mechanism for enlarging the displacement of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and outputting the expanded displacement;
A drive unit that applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to drive the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to extend and contract,
The displacement enlarging mechanism is
A U-shape having a recess in the center, and a fixing member for fixing the first end of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to the bottom thereof;
The expansion and contraction of the first piezoelectric element is perpendicular to the expansion and contraction direction of the first piezoelectric element on one side and the second end of the first piezoelectric element across the concave portion of the fixing member. A first arm connected to be swingable in a direction to
The expansion side of the second piezoelectric element is perpendicular to the expansion / contraction direction of the second piezoelectric element on the other side of the fixing member across the recess and the second end of the second piezoelectric element. A second arm that is swingably connected in the direction of
The distal ends of the first arm and the second arm function as an output unit to displace the valve,
The driving unit applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by a predetermined amount in directions opposite to each other, As a result, the first arm and the second arm are given substantially the same amount of displacement in the same direction, and the valve is displaced together with the first arm and the second arm. A dispenser for discharging and blocking liquid from a discharge member.
前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された、前記弁が挿通される液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられ、前記弁の先端が着座する弁座とを有することを特徴とする請求項1に記載のディスペンサ。   The liquid discharge member includes a main body, a liquid chamber formed in the main body through which the valve is inserted, a liquid introduction section for introducing a liquid into the liquid chamber, and a liquid communicating with the bottom of the liquid chamber. The dispenser according to claim 1, further comprising a discharge port and a valve seat provided at a bottom portion of the liquid chamber and on which a tip of the valve is seated. 前記第1のアームと前記第2のアームの先端部に接続される出力部材をさらに有し、前記弁は前記出力部材により変位されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のディスペンサ。   3. The output device according to claim 1, further comprising an output member connected to tip portions of the first arm and the second arm, wherein the valve is displaced by the output member. Dispenser. 前記液体吐出部材と前記弁とはユニットを構成し、前記ユニットは着脱可能であることを特徴とする請求項3に記載のディスペンサ。   The dispenser according to claim 3, wherein the liquid discharge member and the valve constitute a unit, and the unit is detachable. 前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられた弁座とを有し、
前記弁は、前記液室に挿通される弁本体と、前記弁本体の上端に設けられたフランジと、前記フランジと前記液吐出部材の前記本体部との間に設けられ、弁本体を上方に付勢する付勢手段とを有することを特徴とする請求項4に記載のディスペンサ。
The liquid discharge member includes a main body, a liquid chamber formed in the main body, a liquid introduction section for introducing a liquid into the liquid chamber, a liquid discharge port communicating with the bottom of the liquid chamber, and the liquid chamber And a valve seat provided at the bottom of the
The valve is provided between a valve main body inserted into the liquid chamber, a flange provided at an upper end of the valve main body, the flange and the main body portion of the liquid discharge member, and the valve main body is directed upward. The dispenser according to claim 4, further comprising an urging unit that urges the dispenser.
前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に、一方が伸びる方向に、他方がそれに対して縮む方向に変位するように電圧を印加することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のディスペンサ。   The drive unit of the piezoelectric actuator applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that one of them is displaced in a direction in which one extends and the other in a direction in which the other contracts. The dispenser according to any one of claims 1 to 5. 前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子の第1の端子に、前記駆動部の出力電圧を印加し、前記第1の圧電素子の第2の端子に前記駆動部の最小電圧を印加し、前記第2の圧電素子の第2の端子に前記駆動部の最大電圧を印加する駆動回路を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のディスペンサ。   The drive unit of the piezoelectric actuator applies an output voltage of the drive unit to first terminals of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and a second terminal of the first piezoelectric element. 7. A driving circuit for applying a minimum voltage of the driving unit to the second terminal of the second piezoelectric element and applying a maximum voltage of the driving unit to the second terminal of the second piezoelectric element. A dispenser according to claim 1. 前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1のアームは、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記一方側の側部および前記第1の圧電素子の前記第2の端部に接続され、前記第2のアームはそれぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記他方側の側部および前記第2の圧電素子の前記第2の端部に接続されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のディスペンサ。   In the piezoelectric actuator, the first arm is connected to the one side portion of the fixing member and the second end portion of the first piezoelectric element via flexible hinges, respectively. Each of the second arms is connected to the other side portion of the fixing member and the second end portion of the second piezoelectric element via a flexible hinge. The dispenser according to any one of claims 1 to 7. 前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1の圧電素子および前記第2の圧電素子に対して、それぞれ伸縮方向に圧縮力を与える第1の与圧機構および第2の与圧機構をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のディスペンサ。   The piezoelectric actuator further includes a first pressurizing mechanism and a second pressurizing mechanism that apply a compressive force to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element in the expansion and contraction directions, respectively. The dispenser according to any one of claims 1 to 8. 前記圧電アクチュエータにおいて、前記第1の圧電素子の前記第2の端部には、第1のキャップ部材が取り付けられ、前記第1のアームは、前記第1のキャップ部材と前記ヒンジにより連結され、
前記第2の圧電素子の前記第2の端部には、第2のキャップ部材が取り付けられ、前記第2のアームは、前記第2のキャップ部材と前記ヒンジにより連結されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のディスペンサ。
In the piezoelectric actuator, a first cap member is attached to the second end portion of the first piezoelectric element, and the first arm is connected to the first cap member by the hinge,
A second cap member is attached to the second end of the second piezoelectric element, and the second arm is connected to the second cap member by the hinge. The dispenser according to any one of claims 1 to 9.
前記第1のキャップ部材および前記第2のキャップ部材は、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して連結部材により連結されていることを特徴とする請求項10に記載のディスペンサ。   The dispenser according to claim 10, wherein the first cap member and the second cap member are connected by a connecting member via a flexible hinge.
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