JP3628062B2 - 流動媒体を配量供給するコーチングヘッド - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、弁部材と、可撓に支持して平行に並置された複数のピエゾ積層体を有し電源に接続された少なくとも1つの圧電素子からなる弁駆動装置とを設けたハウジングを有し、弁駆動装置を、少なくとも間接的に、弁部材に作用させる形式の、流動媒体、例えば溶融接着剤、潤滑剤、インキ等を配量供給するコーチングヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のコーチングヘッドは、厚紙、紙、織物、羊毛などに、例えば、熱溶融型接着剤を塗布するのに役立つ。この場合、不動のコーチングヘッドに沿ってリボン状基体を通過させる。コーチングヘッドは、圧電素子からなる弁駆動装置を有し、圧電素子は、直接、弁部材に作用する。圧電的に駆動されるコーチングヘッドには、その最大周波数が、電磁作動式又は空気圧作動式コーチングヘッドのそれよりも大きいという利点がある。更に、この公知技術によって、本質的により大きい弁力を形成できる。更に、圧電駆動式コーチングヘッドは、電動式又は空気圧駆動式コーチングヘッドよりも本質的に小さく構成される。
【0003】
しかしながら、圧電式駆動装置によって形成される弁ストロークは、不利なことには、極めて小さい。何故ならば、圧電素子は、電圧印加時、その全長の約1.4〜1.7%の最大ストロークを示すに過ぎないからである。
【0004】
圧電素子は、基本的に、加熱時、明らかに膨張するので、温度補償の理由から、圧電素子は、煩瑣な態様で弾性的に支持して平行に並置された3つのピエゾ積層体から構成される。この場合、もっぱら、中央のピエゾ積層体が、弁を作動する。この種の温度補償は、コーチングヘッドの製造コストを著しく高くする。
【0005】
更に、公知のコーチングヘッドの場合、150〜200℃の温度を示す熱溶融型接着剤を使用する際に特に、圧電素子が、100〜130℃の温度限界を越えて加熱され、かくして、破壊されるという危険性がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、低温範囲においても高温範囲においても使用できる圧電駆動式コーチングヘッドを簡単に且つ安価に製造することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項1の特徴部分によって、すなわち、ハウジングが、2つのハウジング部分から構成され、2つのハウジング部分の間には、弁部材のみが貫通する熱分離層が設けられ、2つのハウジング部分の一方が、流動媒体の温調されたチャンネルと、弁体によって閉鎖される弁開口とを有し、弁駆動装置が、ヒンジの領域に旋回可能に軸支した揺れ腕と、2つのピエゾ積層体からなる圧電素子とを有し、揺れ腕の自由端領域が、弁部材に結合され、揺れ腕のヒンジ側端部領域には、ヒンジに垂直に延びる軸線の両側に夫々等しい間隔を置いて2つのピエゾ積層体が配設され、弁部材が、揺れ腕の長手方向に対して直角に延びるカルダン継手を有し、2つのピエゾ積層体が揺れ腕に交互に作用するという特徴部分によって解決される。
【0008】
【作用】
本発明に係るコーチングヘッドには、基本的に、自動温度補償系が存在する場合、圧電式弁駆動装置は2つのピエゾ積層体のみから構成され、2つのピエゾ積層体による運動を揺れ腕構造体によって伝達することによって、各ピエゾ積層体の僅かな長さ増分が比較的大きい弁ストロークに変換されるという利点がある。更に、本発明に係る弁駆動装置によって、約3000Nの大きい弁力が得られ、開閉サイクルの時間は、0.8〜0.25msに過ぎない。
【0009】
更に、本発明における弁駆動装置は、少数の部材から簡単に構成され、従って、一方では、安価に製造でき、他方では、全体として構造寸法は小さい。即ち、本発明に係るコーチングヘッドの幅は、20mmよりも小さい。
【0010】
本発明におけるハウジングは、ロッド状弁部材のみによって中断される熱的分離層を相互間に配置した2つのハウジング部分から構成される。第1ハウジング部分は、圧電素子及び揺れ腕からなる弁駆動部材を含み、第2ハウジング部分は、媒体の温調されたチャンネルと、弁体で閉鎖される弁開口とを有する。
【0011】
本発明に係るコーチングヘッドは、高温媒体(特に、熱溶融型接着剤)の配量供給にも有利に使用できる。ハウジングの2分割構造及びその中間に配置された熱分離層によって、すでに、双方の部材の顕著な熱的分離が達成される。更に、本発明における弁駆動装置の構造によって、弁部材の通過に必要な開口とピエゾ積層体からなる駆動装置とを空間的に分離できる。かくして、双方のハウジング部分の熱的分離に関して必然的に存在する脆弱ゾーンは、ピエゾ積層体から大きく離される。即ち、双方のハウジング部分を結合する結合部材の領域の阻止不完全な熱損失によって、局部的な加熱が誘起されるが、この加熱は、ピエゾ積層体の損傷を招くほど大きくない。
【0012】
上述の弁部材は、揺れ腕の長手方向に対して垂直に延びるカルダン継手を有する。第1ハウジング部分の領域の弁部材に配設されたこのカルダン継手は、先ず、第1に、揺れ腕の円形旋回を補償する機能を有する。しかしながら、カルダン継手は、更に、高い熱抵抗を有し、即ち、弁ロッドを介して極く僅かな熱が伝達されるに過ぎないという利点を有する。
【0013】
本発明の実施例の揺れ腕は、可撓性の細い材料ブリッジとして構成されたヒンジを介して位置不動のベース部材に物質結合され、揺れ腕及びベース部材は、ヒンジの両側で、連続の間隙によって相互に離隔される。
【0014】
弁駆動装置の本発明に係るこの構造には、公知の放電侵食法によって揺れ腕及びベース部材を1つの材料から製造できるという利点がある。かくして、極めて小さいコンパクトな駆動部材が得られる。この場合、揺れ腕とベース部材との間の間隙は、コーチングヘッドの運転中に揺れ腕が自由に運動できるような大きさである。
【0015】
本発明の別の実施例は、各ピエゾ積層体が、可撓性の細い材料ブリッジによって揺れ腕に結合された結合部材に接着されていることを特徴とする。
【0016】
揺れ腕の運動中、ピエゾ積層体に特に有害な横方向応力を避けるため、ピエゾ積層体は、同じく揺れ腕に樞動可能に結合された結合部材に接着する。この樞動結合も、上述の放電侵食法によって簡単に且つ安価に作成できる。これは、製造技術的な簡単化を意味する。この揺れ腕構造には、サイクルが2億5000万回を越える極めて長い寿命が得られる。
【0017】
圧電駆動部材のある程度の加熱、及びこれに伴う膨張は不可避であるので、別の有利な実施例の場合、ピエゾ積層体の揺れ腕側とは反対の端部領域に可撓性カバープレートを設ける。この可撓性カバープレートによって、昇温に基づく圧電素子の熱的長さ変化のために、簡単にスペースが得られる。双方の圧電素子は、均一に加熱され、この場合、ハウジングに対して垂直に延びる軸線から夫々等間隔にピエゾ積層体を揺れ腕に配置することによって、自動温度補償が行われる。
【0018】
本発明の特に好ましい実施例の場合、電源と圧電素子との間には、本質的に完全なチャージ交換を実施できエネルギ消費を節減するチャージポンプユニットが設けてある。
【0019】
圧電素子のエネルギ消費の節減によって、特に有利な態様で、電子系の熱損失も減少され、従って、ピエゾ積層体の加熱は僅かである。更に、勿論、コーチングヘッドの運転費も全体として節減される。
【0020】
チャージポンプユニットは、有利な態様で、コイル及びコンデンサからなる中間蓄勢器と、中間蓄勢器及びピエゾ積層体に作用する多数のトランジスタと、チャージ切換操作を決定するプログラミング可能な制御系とを有することができる。この電子装置によって、電荷を1つのピエゾ積層体から別のピエゾ積層体に本質的に完全に移行でき、従って、コンデンサの運転中、熱損失と熱的エネルギから機械的エネルギへの変換に基づく損失とをカバーするだけのエネルギを供給すればよい。
【0021】
更に、特に好ましい実施例の場合、弁駆動装置は、定置の導体板と、上記導体板上に離隔して固定した2つの通電コイルとからなり、上記コイルの間に揺れ腕のトング状突起を突出させたストローク測定装置を有する。
【0022】
このストローク測定装置によって、所定の弁曲線が得られるよう弁を調節できる。即ち、トング状突起の運動によって、通電コイルのインダクタンスは揺れ腕運動に平行に変化される。トング状突起を下降すると、下部コイルのインダクタンスが大きくなり、上部コイルのインダクタンスが小さくなる。このインダクタンス変化は、測定すれば、弁位置の直接的尺度となる。
本発明の別の利点は、従属請求項及び実施例の説明から明らかであろう。
【0023】
【実施例】
コーチングヘッドは、ハウジング部分12,13に分割されたハウジング11を有する。螺着されたハウジング部分12,13の間には、熱分離層14が設けてある。多数のコーチングヘッド10は、固定装置40によって、接着剤塗付装置(図示してない)に並置される。
【0024】
ハウジング部分12には、本質的に、弁駆動装置15、電子コンポーネント(図示してない)のチャンバ16及び給電・制御管路18が設けてある。ハウジング部分13は、弁体20内に突出するロッド状弁部材19と、加熱装置21と、熱接着剤チャンネル22とを有する。
【0025】
弁駆動装置15は、2つのピエゾ積層体23からなり、ネジSで固定された可撓性カバープレート17に片側で当接する圧電素子24を介して作用する。ピエゾ積層体23は、夫々、相互に接着された厚さ0.1mmの約200個のセラミックディスクから構成される。
【0026】
更に、弁駆動装置15は、ヒンジ26を介してベース部材27に結合された揺れ腕25を有する。弁部材19は、ネジ結合29によって揺れ腕25の自由端28に固定されており、他方、揺れ腕25のヒンジ側の端部領域30には、双方のピエゾ積層体23が、以下に述べる態様で、樞動可能に設けてある。
【0027】
揺れ腕25、ヒンジ26及びベース部材27のみならず、揺れ腕25にピエゾ積層体23a,23bを樞着する結合部材31も、相互に物質結合されている。これら部材は、いずれも、放電浸食法によって唯一つの構造部材から作製される。即ち、揺れ腕25をベース部材27に結合するヒンジ26は、ベース部材27に対して揺れ腕25を相対運動するための間隙32によって両側から限定された可撓性の細い材料ブリッジから構成される。同じく、ピエゾ積層体23に接着された結合部材31も、夫々、ヒンジ33を介して揺れ腕25に物質結合される。
【0028】
ピエゾ積層体23a,23bは、ヒンジに対して垂直に延びる軸線Gの両側で、間隔dを置いてヒンジ33を介して揺れ腕25に結合されている。かくして、カバープレート17によるピエゾ積層体23a,23bの可撓性支持と組合せて、自動温度補償が行われる。
【0029】
ピエゾ積層体23a,23bは、電源に接続されているので、結合部材31に隣接するピエゾ積層体23a,23bの下部ディスク(図示してない)は、揺れ腕25及びピエゾ積層体23a,23bを電気的に分離する絶縁層(図示してない)として構成されている。
【0030】
揺れ腕25の自由端領域28に結合されたロッド状弁部材19は、開口34の領域において、ハウジング部分12,13の間の熱分離層14を貫通する。開口34の下方には、密封系を受容する黄銅スリーブ35が設けてある。黄銅スリーブ35は、弁部材19に対して直角に延びるリークボア36を有する。黄銅スリーブ35の下部領域に設けたテフロン充填リングパッキン37に漏れがある場合、リークボア36から熱接着剤が流出する。しかしながら、リークボア36は、同時に、ハウジング部分13に黄銅スリーブ35に隣接させて設けた加熱パトローネ21の取付ボアとして設けてある。
【0031】
図1に、加熱パトローネ21の上方に、破線で温度センサ38を示した。熱接着剤は、高圧を受けて加熱パトローネ21の下方の熱接着剤チャンネル22内で溶融装置(図示してない)及び加熱されたホース路から弁ヘッド20へ移送される。熱接着剤チャンネル22は、弁部材19を囲む環状チャンバ41に開口する。弁部材19の自由端には、弁部材を回転調整するための作動ミゾNを備えた弁体42が設けてある。弁体42によって、弁ヘッド20の弁開口を閉鎖できる。
【0032】
図1に示した状態では、弁体42の密封面43は、焼入れ鋼からなる弁座44に当接する。弁体42の近傍には、ノズルプレート45によって、ノズルボデー46が弁ヘッド20に螺着されている。ノズルボデー46には、中心に、基体(図示してない)上に熱接着剤を配量供給するための細いノズルチャンネル47が設けてある。
【0033】
図2,3に、コーチングヘッド10の側面図を示した。図2に、図1のII矢視側面図を示した。図面から明らかな如く、コーチングヘッド10の幅cは、極めて小さく、図示の実施例の場合、僅か12mmである。かくして、接着剤塗布装置に、固定装置40によって多数のコーチングヘッド10を並置できる。
【0034】
ハウジング部分12,13の間には、熱分離層14が設けてある。側面図において、ハウジング部分12の上方には、ネジSで固定されたカバープレート17が示してあり、更に、リークボア36及びネジ(図示してない)で弁ヘッド20に固定されノズル部材46を固定するノズルプレート45が示してある。
【0035】
図3には、更に、図1にIIIで示した矢視図が示してある。この側面図には、更に、給電・制御管路18及び熱接着剤チャンネル22が示してある。
【0036】
休止位置において密封面43に当接する弁体42の運動は、ピエゾ積層体23a,23bが交互に電位の印加を受けて膨張することによって行われる。
【0037】
例えば、ピエゾ積層体23bが、電圧印加によって膨張した場合、揺れ腕25は、時計方向へ作用するトルクを受け、かくして、揺れ腕25及び揺れ腕に結合された弁部材19がx−方向へ駆動される。弁部材19の約0.15〜0.17mmのストロークによって、弁体42は、ノズルチャンネル47の方向へ駆動され、かくして、熱接着剤は、高圧を受けて、生じた弁開口を通過する。
【0038】
揺れ腕25の自由端領域28の円運動の補償のため、弁ロッド19は、揺れ腕25の長手方向に対して直角に配置された0.1〜0.4mmの厚さbのカルダン継手39を有する。更に、カルダン継手39の横断面積は小さいので、ハウジング部分13からハウジング部分12への熱伝導は減少される。
【0039】
さて、ピエゾ積層体23bへの給電を遮断し、ピエゾ積層体23aに電圧を印加すれば、対応して、ヒンジ26のまわりに逆時計方向へ作用するトルクが生ずる。かくして、揺れ腕25及び弁部材19は、y−方向へ上昇される。この場合、弁体42も、熱接着剤の流動方向とは逆方向へ弁座44の方向へ駆動され、従って、いわゆるネガティブ・シールー、従って、得られる流動横断面積が漸減される。熱接着剤の流動及び高圧に抗する弁体42のこの運動によって、弁体42の下方に且つ熱接着剤チャンネル内にある熱接着剤が逆吸引され、かくして、基体(図示してない)上に配置された接着剤スポットの輪郭が鮮明となる。
【0040】
弁の開閉操作に必要な時間は、0.8〜0.25msに過ぎない。この短いサイクル時間は、ピエゾ積層体23の大きい応答性によって達成される。
【0041】
2つのピエゾ積層体23a,23bからなる圧電素子24の制御・調節は、本質的に図1のチャンバ16に設けた特殊な弁電子系48(図4)によって行う。図4の方式構成図に示した弁電子系48によって、一方では、双方のピエゾ積層体23a,23bに電圧を交互に印加でき、他方では、コーチングヘッド10の運転を省エネルギ・少熱損失状態で実施できる。
【0042】
特に省エネルギのため、弁電子系48は、基本的に図4に示した、いわゆる、チャージポンプユニット49を有する。チャージポンプユニット49は、本質的に、中間蓄勢器50及び複数の電界効果トランジスタ51を有し、中間蓄勢器50及び電界効果トランジスタ51は、夫々、双方のピエゾ積層体23a,23bに結合されている。中間蓄勢器50は、コイル52及びコンデンサ53を有する。圧電素子24の運転時、ピエゾ積層体23a,23bの、いわゆる、プッシュプル配置に使用できるチャージ切換方式によって省エネルギを達成できる。
【0043】
このチャージ切換方式の場合、基本的に1つのピエゾ積層体23a又は23bに夫々蓄積されたエネルギ(チャージ)を別のピエゾ積層体23a又は23bに“部分的”に移行する。これは、基本的に、チャージポンプユニット49内で、一方では、ピエゾ積層体23a,23bのチャージを中間蓄勢器50に一時的に蓄積し、他方では、各回路網の適切な作動によって電界効果トランジスタ51から別のピエゾ積層体23a又は23bに蓄積エネルギを段階的に移行することによって、行う。チャージ切換操作の時間的推移及び電界効果トランジスタ51の当該の切換状態は、プログラミング可能な制御系54によって決定される。しかしながら、プログラミング可能な制御系54には、更に、各ピエゾ積層体23a,23bの電圧状態の目標値・実際値比較を定常的に照会する調節回路55が作用する。
【0044】
このチャージ切換方式によって、ピエゾ積層体23a又は23bに含まれたエネルギを1次回路に逆蓄積し、次いで、別のピエゾ積層体23a又は23bの励起によって使用できる。
【0045】
しかしながら、この電子的操作において、エネルギの一部が熱に変換され、更に、電気エネルギの大半が機械的エネルギに変換されるので、常に、上記のエネルギ不足を補償する必要がある。これは、切換調節器57及び内部電源56から供給されるエネルギによって行われる。
【0046】
更に、弁電子系48は、コーチングヘッド10外に設けられたクロック発生器58及び状態指示装置59を有する。クロック発生器58は、その名の如く、電子プロセスの推移のためのクロックを与え、他方、状態指示装置59は、オペレータのためのディスプレイである。
【0047】
弁電子系48は、更に、目標値ポテンショメータ61に設定した温度に弁温度を調節する温度調節器60を有する。即ち、加熱パトローネ21の上方に設けた温度センサ38が、定常的に、弁温度を測定する。この温度が、目標値ポテンショメータ61に設定された温度と一致し、即ち、作業温度が存在する場合に限り、弁が、プログラミング可能な制御系54から解放される。
【0048】
更に、コーチングヘッド10には、ベース部材27と揺れ腕25との間の領域に、ストローク測定装置62が設けてある。ストローク測定装置62は、導体板63と、導体板上の2つのコイル64とからなる。導体板63は、ベース部材27の対応する凹み65に固定されている。導体板63に固定された双方のコイル64の間には、揺れ腕25に物質結合されたトング状突起66が突出する。さて、ピエゾ積層体23a,23bによって駆動されて、揺れ腕25が移動すると、トング状突起66の位置が、突起66の上下に設けた双方のコイル64まで変化する。突起66のこの位置変化によって、通電コイル64のインダクタンスも変化される。このインダクタンス変化は、弁ヘッド20内の弁体42の位置の直接的尺度である。この測定法によって、所定の弁曲線が達成されるよう、コーチングヘッド10の運転推移に介入することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に依れば低温範囲でも高温範囲でも使用できる寿命の長いコーチングヘッドを、少数の部品から小型に簡単且つ安価に製造できる。更に運転は省エネルギ少熱損失状態で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コーチングヘッドの縦断面図である。
【図2】コーチングヘッドの図1のII矢視側面図である。
【図3】コーチングヘッドの図1のIII矢視側面図である。
【図4】弁電子系の略方式構成図である。
【符号の説明】
15 弁駆動装置
19 弁部材
23a ピエゾ積層体
23b ピエゾ積層体
26 ヒンジ
33 ヒンジ側部領域
Claims (9)
- 弁部材と、可撓に支持されて平行に並置された複数のピエゾ積層体を有し電源に接続された少なくとも1つの圧電素子からなる弁駆動装置とを設けたハウジングを有し、弁駆動装置を、少なくとも間接的に、弁部材に作用させる形式の、流動媒体を配量供給するコーチングヘッドにおいて、
ハウジング( 11 )が、2つのハウジング部分( 12 , 13 )から構成され、
2つのハウジング部分( 12 , 13 )の間には、弁部材( 19 )のみが貫通する熱分離層( 14 )が設けられ、
2つのハウジング部分の一方( 13 )が、流動媒体の温調されたチャンネル( 22 )と、弁体( 42 )によって閉鎖される弁開口とを有し、
弁駆動装置(15)が、ヒンジ(26)の領域に旋回可能に軸支した揺れ腕(25)と、2つのピエゾ積層体(23a,23b)からなる圧電素子(24)とを有し、
揺れ腕(25)の自由端領域(28)が、弁部材(19)に結合され、
揺れ腕(25)のヒンジ側端部領域(33)には、ヒンジ(26)に垂直に延びる軸線(G)の両側に夫々等しい間隔(d)を置いて2つのピエゾ積層体( 23 a, 23 b)が配設され、
弁部材( 19 )が、揺れ腕( 25 )の長手方向に対して直角に延びるカルダン継手( 39 )を有し、
2つのピエゾ積層体( 23 a, 23 b)が揺れ腕(25)に交互に作用する、
ことを特徴とするコーチングヘッド。 - 揺れ腕(25)が、可撓性の細い材料ブリッジとして構成されたヒンジ(26)を介して、定置のベース部材(27)に物質結合され、
揺れ腕(25)及びベース部材(27)が、ヒンジ(26)の両側で、連続の間隙(32)によって相互に離されている、
ことを特徴とする請求項1のコーチングヘッド。 - 各ピエゾ積層体(23a,23b)が、可撓性の細い材料ブリッジによって揺れ腕(25)に物質結合された結合部材(31)に接着されている、
ことを特徴とする請求項1又は2のコーチングヘッド。 - ピエゾ積層体(23a,23b)の揺れ腕(25)と反対側の端部領域には、可撓性カバープレート(17)が当接する、
ことを特徴とする請求項1から3迄の1つに記載のコーチングヘッド。 - 電源とピエゾ積層体(23a,23b)との間には、チャージ交換を実施できエネルギ消費を節減するチャージポンプユニット(49)が設けてある、
ことを特徴とする請求項1から4迄の1つに記載のコーチングヘッド。 - チャージポンプユニット(49)が、コイル(52)及びコンデンサ(53)からなる中間蓄勢器(50)と、中間蓄勢器(50)及びピエゾ積層体(23a,23b)に作用するトランジスタ(51)と、チャージ切換操作を決定するプログラミング可能な制御系(54)とを有する、
ことを特徴とする請求項5に記載のコーチングヘッド。 - 弁駆動装置(15)が、定置の導体板(63)と、導体板( 63 )上に離隔して固定した2つの通電コイル(64)とからなり、且つその2つの通電コイル(64)の間に揺れ腕(25)のトング状突起(66)が突き出ているストローク測定装置(62)を有する、
ことを特徴とする請求項1から6迄の1つに記載のコーチングヘッド。 - 導体板(63)が、ベース部材(27)に設けた凹み(65)に配設されている、
ことを特徴とする請求項7のコーチングヘッド。 - 弁部材(19)の自由端に設けた弁体(42)が、揺れ腕(25)の休止位置では閉鎖状態にある、
ことを特徴とする請求項1から8迄の1つに記載のコーチングヘッド。
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JPS62261778A (ja) | 電歪素子を用いた弁 |
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