JP6127114B2 - 圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプおよびこれを用いた溶液ディスペンシング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ディスペンシングポンプに係り、さらに詳しくは、電子製品の生産工程などに使用され、液状合成樹脂などの溶液（ｖｉｓｃｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ）を正確な容量で高速にディスペンスすることができる、圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプおよびこれを用いた溶液ディスペンシング方法に関する。
水、油、レジンなどの液状の溶液を一定の量で供給するディスペンサーは、半導体工程や医療分野などの様々な分野に使われている。
特に、半導体工程においては、アンダーフィル（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）工程にディスペンサーが多く使われており、半導体素子のパッケージの内部をレジンで充填する用途にもディスペンサーが多く使われている。ＬＥＤ素子の製造工程においては、蛍光物質とレジンとが混合された蛍光液をＬＥＤチップに塗布する工程にディスペンサーが使われている。
このようなディスペンサーでは、溶液の供給を受けて正確な位置に定量をディスペンスするポンプが核心装置として使用される。
現在、ディスペンシングポンプは、様々な駆動方式を用いるものが開発されている。例えば、特許文献１（２０１１年６月１３日）には、回転カムとカム従動子との相互作用によってバルブを昇降させることにより、レジンをディスペンスするポンプが開示されている。また、特許文献２（２０１２年１月２日）には、モーター、ＬＭガイドおよびガイドブロックを含む昇降手段によってピストンを昇降させて溶液をディスペンスするポンプが開示されている。また、特許文献３（２０１３年８月２７日）には、圧電素子をアクチュエータとして用いる圧電ポンプが開示されている。
上述したように、現在様々な構造のディスペンシングポンプが開発されているが、従来の技術の欠点を補完し且つ作動効率を向上させるなどの構造改善のための様々な研究開発が持続的に行われている。
本発明は、このような点に鑑みて案出されたもので、従来に比べてディスペンシング速度を向上させ且つ構造を単純化させた新しい構造の圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプおよびこれを用いた溶液ディスペンシング方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプは、外部から溶液の供給を受ける流入口、前記流入口を介して供給された溶液が貯留される貯留部、および前記貯留部に貯留された溶液が吐き出される吐出口を備えるバルブボディと；前記バルブボディの貯留部に貯留された溶液を加圧して前記吐出口を介して吐き出すことができるように前記貯留部に挿入されるバルブロッドと；密閉された空気チャンバー、および前記空気チャンバーに連結されてそれぞれ空気圧を伝達する第１流路および第２流路を備え、前記バルブボディに結合されるポンプボディと；前記ポンプボディの空気チャンバーの内部に少なくとも一部分が収容され、前記第１流路および／または前記第２流路を介して伝達される空気圧に応じて前記ポンプボディに対して移動できるように前記空気チャンバーに設置され、前記バルブロッドに連結されるピストンと；印加電圧に応じて長さが変わる第１圧電アクチュエータを備え、前記第１圧電アクチュエータの作動によって前記第１流路を開閉する第１圧電バルブと；印加電圧に応じて長さが変わる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータの作動によって前記第２流路を開閉する第２圧電バルブと；を含むことに特徴がある。
一方、前記目的を達成するための本発明に係る溶液ディスペンシング方法は、バルブボディの貯留部に貯留された溶液を、ポンプボディの空気チャンバーに設置されたピストンに連結されたバルブロッドを動かして前記バルブボディの吐出口を介して吐き出させる溶液ディスペンシング方法において、（ａ）前記バルブロッドが挿入された前記バルブボディの貯留部に溶液を供給する段階と；（ｂ）印加電圧に応じて長さが変わる第１圧電アクチュエータを備え、前記第１圧電アクチュエータの作動によって、前記空気チャンバーに連結された第１流路を開閉する第１圧電バルブを制御して前記第１流路を開放し、印加電圧に応じて長さが変わる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータの作動によって、前記空気チャンバーに連結された第２流路を開閉する第２圧電バルブを制御して前記第２流路を遮断する段階と；（ｃ）前記第１流路を介して前記空気チャンバーに空気圧を伝達して前記ピストンおよび前記バルブロッドを第１方向に動かす段階と；（ｄ）前記第１圧電バルブを制御して前記第１流路を遮断し、前記第２圧電バルブを制御して前記第２流路を開放する段階と；（ｅ）前記第２流路を介して前記空気チャンバーから空気を排出して前記空気チャンバーの空気圧を低めることにより、前記ピストンおよび前記バルブロッドを前記第１方向と反対の方向である第２方向に動かす段階と；を含むことに特徴がある。
本発明に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプは、溶液が貯留されている貯留部に挿入されたバルブロッドを空圧を用いて往復運動させることにより、溶液を円滑にディスペンスすることができる。特に、圧電素子基盤の圧電バルブを用いて空気の流出入のための流路を開閉することにより、空圧を精密に制御することができる。よって、バルブロッドを高速かつ精密に作動させることができるため、溶液を正確な容量で高速にディスペンスすることができるという効果がある。
また、本発明に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプは、構造が単純であって故障の危険が少なく、耐久性に優れる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプおよびこれを用いた溶液ディスペンシング方法について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプの主要構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施例に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプを部分的に断面処理して示す図、図３は図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図４は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
図１〜図４を参照すると、本発明の一実施例に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ１００は、バルブボディ１００、バルブロッド１１６、ポンプボディ１２０、ピストン１３４、圧電バルブ１４０、１４２、およびコントローラ１４７を含む。バルブボディ１１０とポンプボディ１２０とは連結部材１４９を介して連結される。
バルブボディ１１０は、貯留部１１１、流入口１１２およびノズル１１３を備える。貯留部１１１は、上方に開放される容器状に形成され、バルブロッド１１６が貯留部１１１に挿入されて貯留部１１１の上方を密閉する。流入口１１２は貯留部１１１に連結される。流入口１１２を介して、外部から供給される溶液（ｖｉｓｃｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ）が貯留部１１１へ伝達される。貯留部１１１の溶液はノズル１１３の吐出口１１４を介して外部へ吐き出される。
ポンプボディ１２０は、ピストン１３４が設置されるピストンハウジング１２１と、圧電バルブ１４０、１４２が設置される圧電バルブハウジング１２８とを含む。ピストンハウジング１２１には空気チャンバー１２２、第１流路１２３および第２流路１２４が備えられる。ピストンハウジング１２１の上側および下側にはそれぞれ上部カバー１２５と下部カバー１２６が結合されて空気チャンバー１２２の上下部を密閉する。前記第１流路１２３は空気チャンバー１２２に空気を流入させることができるように空気チャンバー１２２と連結される。第２流路１２４は空気チャンバー１２２から空気を排気させることができるように空気チャンバー１２２と連結される。
圧電バルブハウジング１２８は、ピストンハウジング１２１の第１流路１２３および第２流路１２４を覆うようにピストンハウジング１２１に結合される。圧電バルブハウジング１２８には、ピストンハウジング１２１の第１流路１２３に連結される第１連結チャンバー１２９と、第２流路１２４に連結される第２連結チャンバー１３０と、第１連結チャンバー１２９に連結される第１通路１３１と、第２連結チャンバー１３０に連結される第２通路１３２とが備えられる。
図３および図４を参照すると、ピストン１３４は、第１流路１２３および／または第２流路１２４を介して伝達される空気圧に応じてポンプボディ１２０に対して移動できるように空気チャンバーに設置される。ピストン１３４は、ヘッド部１３５と、ヘッド部１３５の下部に延びたロッド部１３６とを含む。ピストン１３４のヘッド部１３５は、その外周面がピストンハウジング１２１の内周面に密着することにより、空気チャンバー１２２を上下２つの空間に区画する。ピストン１３４のヘッド部１３５によって区画される２つの空間の間では空気流動が発生しない。第１流路１２３と第２流路１２４は、図４に示すように、ピストン１３４のヘッド部１３５によって区画される２つの空間のうち、下部に位置する空間と連結される。第１流路１２３を介して注入される空気はヘッド部１３５の下側空間に充填される。ピストン１３４のロッド部１３６は、下部カバー１２６の中間の貫通孔に挿入されて貫通孔を密閉しながら空気チャンバー１２２の外部へ突出する。ピストン１３４のロッド部１３６は結合部材１３７を介してバルブロッド１１６に結合される。よって、バルブロッド１１６はピストン１３４と共に動く。
ピストンハウジング１２１の空気チャンバー１２２には弾性部材１３８が設置される。弾性部材１３８は、ピストン１３４のヘッド部１３５によって区画される空気チャンバー１２２内の２つの空間のうち上側空間に設置される。弾性部材１３８は、バルブロッド１１６をバルブボディ１１０の吐出口１１４側へ加圧する方向にピストン１３４に対して弾性力を提供する。結果的に、ピストン１３４は、空気チャンバー１２２の空気圧と弾性部材１３８の弾性力によって空気チャンバー１２２で上下に往復運動する。このようなピストン１３４の動きによって、ヘッド部１３５で区画される空気チャンバー１２２内の２つの空間の大きさは変わる。第１流路１２３を介して空気が空気チャンバー１２２に注入されてピストン１３４が上昇すると、ピストン１３４の下側の空間が大きくなり、弾性部材１３８によってピストン１３４が下降すると、ピストン１３４の下側の空間が小さくなる。
図５および図６を参照すると、第１圧電バルブ１４０は、圧電バルブハウジング１２８の第１連結チャンバー１２９に設置され、ピストンハウジング１２１の第１流路１２３を開閉する。第２圧電バルブ１４２は、圧電バルブハウジング１２８の第２連結チャンバー１３０に設置され、ピストンハウジング１２１の第２流路１２４を開閉する。第１圧電バルブ１４０は、印加電圧に応じて長さが変わる第１圧電アクチュエータ１４１を備え、第２圧電バルブ１４２は、印加電圧に応じて長さが変わる第２圧電アクチュエータ１４３を備える。すなわち、電圧を印加すると、その印加電圧の電位差に応じて長さが増減する構造の圧電素子を用いて第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２を構成する。第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３は、全体的な変形量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を増加させることができるように多数の圧電素子が積層されたマルチスタック（ｍｕｌｔｉ ｓｔａｃｋ）構造を取ることができる。
第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２の動作はコントローラ１４７によって制御される。コントローラ１４７は時間の流れに応じて様々な形態のパルス波形を持つ電圧を第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３に印加することにより、第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３それぞれの変形（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を制御する。
図１および図２を参照すると、第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２の上端にはそれぞれ第１位置調節器１４４および第２位置調節器１４５が配置される。第１位置調節器１４４および第２位置調節器１４５は、それぞれの端部が第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３の端部に接触した状態で圧電バルブハウジング１２８に螺合される。第１位置調節器１４４および第２位置調節器１４５を用いて第１圧電アクチュエータ１４１と第２圧電アクチュエータ１４３それぞれの位置を調節することができる。第１位置調節器１４４を締め付けて第１圧電アクチュエータ１４１を加圧すると、第１圧電アクチュエータ１４１は下降する。第２位置調節器１４５も第１位置調節器１４４と同様の方法で第２圧電アクチュエータ１４３の位置を調節する。
圧電アクチュエータ１４１、１４３は一般にセラミック材質で形成される。その材料的特性上、長期間使用すると、印加電圧による膨張電位が初期とは異なることもある。このような場合、第１位置調節器１４４および第２位置調節器１４５を用いて第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３の位置を調整することにより、ポンプボディ１２０の第１流路１２３および第２流路１２４に対する開閉特性を維持することができる。
図２に示すように、第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３には変位センサー１５０が連結される。変位センサー１５０は、第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３それぞれの変形量を検出し、検出信号をコントローラ１４７に提供する。コントローラ１４７は、変位センサー１５０から検出信号のフィードバックを受けて第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３に対する印加電圧を制御することにより、第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３の作動によるポンプボディ１２０の第１流路１２３および第２流路１２４の開閉特性を調節することができる。第１圧電バルブ１４０は、第１流路１２３を安定的に密閉することができるように、第１圧電アクチュエータ１４１に結合される密閉部材を含むことができる。同様に、第１圧電バルブ１４０も、第１流路１２４を安定的に密閉することができるように、第２圧電アクチュエータ１４３に結合される密閉（ｓｅａｌｉｎｇ）部材を含むことができる。
図１および図２を参照すると、圧電バルブハウジング１２８の第１通路１３１は、圧電バルブハウジング１２８内の第１連結チャンバー１２９を介してポンプボディ１２０の第１流路１２３に連結される。図２に示すように、圧電バルブハウジング１２８の第２通路１３２は第２連結チャンバー１３０を介してポンプボディ１２０の第２流路１２４に連結される。圧電バルブハウジング１２８の第１通路１３１には第１ポンプ１５２が連結され、第２通路１３２には第２ポンプ１５４が連結される。第１ポンプ１５２は第１通路１３１、第２連結チャンバー１２９および第１流路１２３を介してポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２に圧縮空気を供給して空気チャンバー１２２に陽の空気圧を伝達する。第２ポンプ１５４は第２通路１３２、第２連結チャンバー１３０および第２流路１２４を介してポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２に陰の空気圧を伝達する。ポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２に圧縮空気が注入されて空気チャンバー１２２の空気圧が上昇した状態で、ポンプボディ１２０の第２流路１２４を開放すると、空気チャンバー１２２の空気が自然的に外部へ排出される。このようにポンプボディ１２０の第２流路１２４を開放した状態で第２ポンプ１５４によって空気チャンバー１２２の空気を吸入すると、空気チャンバー１２２から空気をさらに迅速に排出することができる。
以下、図１〜図７を参照して、本実施例に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ１００を用いた溶液ディスペンシング方法について説明する。
まず、バルブボディ１１０の流入口１１２を介して、貯留部１１１にディスペンスする溶液を供給する（Ｓ１０、（ａ）段階）。
貯留部１１１に溶液が充填された状態で、コントローラ１４７は、第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２に対する印加電圧を制御して第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３の変形量を調節することにより、ポンプボディ１２０の第１流路１２３を開放し、第２流路１２４を遮断する（Ｓ２０、（ｂ）段階）。すなわち、図５に示すように、コントローラ１４７は、第１圧電バルブ１４０に対する印加電圧を制御して第１圧電アクチュエータ１４１の長さを収縮させることにより、ポンプボディ１２０の第１流路１２３を開放する。同時に、コントローラ１４７は、第２圧電バルブ１４２に対する印加電圧を制御して第２圧電アクチュエータ１４３の長さを増やすことにより、ポンプボディ１２０の第２流路１２４を遮断する。
図５に示すように、ポンプボディ１２０の第１流路１２３が開放されると、第１ポンプ１５２は第１流路１２３を介して空気チャンバー１２２に正圧を伝達してピストン１３４およびバルブロッド１１６を第１方向に作動させる（Ｓ３０、（ｃ）段階）。すなわち、空気チャンバー１２２に圧縮空気を注入して空気チャンバー１２２の空気圧を一定のレベル以上に高めることにより、弾性部材１３８の弾性力を克服し、ピストン１３４とバルブロッド１１６を第１方向に上昇させる。ここで、第１方向はバルブロッド１１６をバルブボディ１１０の吐出口１１４から遠くなる方向（すなわち、図５の上側方向）である。
次に、コントローラ１４７は、第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２それぞれの印加電圧を制御してポンプボディ１２０の第１流路１２３を遮断し、第２流路１２４を開放する（Ｓ４０、（ｄ）段階）。すなわち、図６に示すように、コントローラ１４７は第１圧電バルブ１４０に対する印加電圧を制御して第１圧電アクチュエータ１４１の長さを増やすことにより、ポンプボディ１２０の第１流路１２３を遮断する。同時に、コントローラ１４７は、第２圧電バルブ１４２に対する印加電圧を制御して第２圧電アクチュエータ１４３の長さを収縮させることにより、ポンプボディ１２０の第２流路１２４を開放する。
このようにポンプボディ１２０の第２流路１２４が開放された後、第２ポンプ１５４は空気チャンバー１２２から空気を強制排気させながら空気チャンバー１２２の圧力を低めてピストン１３４およびバルブロッド１１６を第２方向に作動させる（Ｓ５０、（ｅ）段階）。第２ポンプ１５４が空気チャンバー１２２の空気を排気して空気チャンバー１２２の空気圧を低めると、圧縮された弾性部材１３８が弾性復元されながらピストン１３４およびバルブロッド１１６の動きを助ける。ここで、第２方向は、上述した第１方向と反対の方向にバルブロッド１１６をバルブボディ１１０の吐出口１１４に加圧する方向（図６の下側方向）である。ポンプボディ１２０の第２流路１２４を介して空気チャンバー１２２の空気を排気するにあたり、第２ポンプ１５４が空気チャンバー１２２に負圧を伝達すると、空気チャンバー１２２から空気をさらに迅速に排気することができる。結果として、ピストン１３４の第２方向の動きがさらに速くなる。
このように、ピストン１３４とバルブロッド１１６をバルブボディ１１０の貯留部１１１で往復運動させることにより溶液を吐き出させる。このような各段階はコントローラ１４７によって制御される。コントローラ１４７は空気チャンバー１２２に対する１回の空気注入量、空気注入速度、第１圧電バルブ１４０による第１流路１２３の開度量（ｏｐｅｎｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｖａｌｖｅ）、第２圧電バルブ１４２による第２流路１２４の開度量などを制御する。このように、コントローラ１４７がピストン１３４およびバルブロッド１１６の移動変位または移動速度を調節することにより、溶液の吐出量や吐出速度などの溶液ディスペンシング特性を様々に変化させることができる。
一方、溶液ディスペンシング中に、コントローラ１４７は、第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３の変形量のフィードバックを実時間で受けて第１圧電アクチュエータ１４１および第２圧電アクチュエータ１４３に対する印加電圧を制御する。長時間使用の際に、部品の破損または圧電アクチュエータ１４１、１４３の性能低下により、印加電圧による圧電アクチュエータ１４１、１４３の変形量が初期値と異なることがある。コントローラ１４７は、変位センサー１５０から変形量検出信号の提供を受け、印加電圧による圧電アクチュエータ１４１、１４３の変形量が初期値と異なると、印加電圧を調節するなどの方法によって圧電アクチュエータ１４１、１４３の変形量を初期値に維持させることができる。また、コントローラ１４７は、変位センサー１５０から変形量検出信号のフィードバックを受けて圧電アクチュエータ１４１、１４３の性能が過度に低下するか或いは圧電アクチュエータ１４１、１４３が作動しなければ、溶液ディスペンシング作業を中止することにより、間違った溶液ディスペンシングによって作業対象物を廃棄させる問題を防止することができる。
上述したように、本実施例に係る圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ１００は、溶液の貯留された貯留部１１１に挿入されたバルブロッド１１６を空圧を用いて往復運動（昇降運動）させることにより、溶液を円滑にディスペンスすることができる。特に、圧電素子基盤の圧電バルブ１４０、１４２を用いて第１流路１２３と第２流路１２４を開閉することにより、空圧を精密に制御することができる。本発明は、バルブロッド１１６を高速且つ精密に作動させることができるため、溶液を高速にディスペンスすることができるとともに、溶液吐出量を精密に調節することができる。
本発明について好適な例を挙げて前述したが、本発明の範囲は前述および図示の実施例に限定されるものではない。
例えば、図面にはポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２に伝達された空気圧によって動いたピストン１３４を反対方向に動かすために、ポンプボディ１２０に弾性部材１３８が設置されたものと示したが、弾性部材１３８は省略してもよい。この場合、第１ポンプで空気チャンバーに陽の空気圧を伝達してピストンを上昇させ、第２ポンプで空気チャンバーに陰の空気圧を伝達してピストンを下降させることができる。
また、図面には第１流路１２３と第２流路１２４がピストン１３４によって区画されるピストンハウジング１２１の２つの内部空間のうち、ピストン１３４の下側に配置される空間に共に連結されるものと示したが、第１流路と第２流路はピストンによって区画される相異なる空間にそれぞれ連結されてもよい。この場合、第１ポンプは第１流路を介して空気チャンバーに空気圧を伝達してピストンを一方の方向に動かし、第２ポンプは第２流路を介して空気チャンバーに空気圧を伝達してピストンを反対方向に動かすことができる。このような変形実施例において、弾性部材は省略してもよい。
また、図面にはピストン１３４が空気チャンバー１２２の空気圧によってバルブロッド１１６を吐出口１１４から遠くなる方向に動き、弾性部材１３８によってバルブロッド１１６を吐出口１１４側へ加圧する方向に動くものと示したが、空気チャンバー１２２の空気圧と弾性部材１３８の弾性力によるピストン１３４の移動方向はその反対になってもよい。すなわち、空気チャンバーの空気圧がバルブロッドを吐出口側に動かし、弾性部材がバルブロッドを吐出口から遠くなる方向に動かす構成も可能である。
また、図面にはポンプボディ１２０が２つのハウジング１２１、１２８を含むものと示したが、ポンプボディは、ピストンと圧電バルブがすべて設置される一つのハウジングを持つ他の構造に変形できる。
また、図面には第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２の長さが増加することにより第１流路１２３および第２流路１２４を遮断し、その長さが収縮することにより第１流路１２３および第２流路１２４を開放するものと示したが、その反対の構成も可能である。すなわち、第１圧電バルブおよび第２圧電バルブの構造および配置構造を適切に変形させることにより、これらの圧電バルブの長さが増加する場合には第１流路および第２流路をそれぞれ開放し、圧電バルブの長さが収縮する場合には第１流路および第２流路をそれぞれ遮断することができる。
また、第２ポンプ１５４を用いてポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２から空気を強制排気すると前述したが、第２ポンプを使用せず、第２流路の開閉を介して空気チャンバーの空気を自然排気させることもできる。
また、ポンプボディ１２０の空気チャンバー１２２に連結される空気流路構造は、図示のものに限定されず、様々に変形できる。たとえば、ポンプボディ１６０は、図８に示すような流路構造を持つことができる。図８に示したポンプボディ１６０は、ピストン１３４（図２参照）が設置されるピストンハウジング１６１に空気チャンバー１２２（図２参照）と連結される一つの貫通孔１６２が設けられ、圧電バルブハウジング１６３に第１流路１６４および第２流路１６５が貫通孔１６２まで延びるように設けられる。第１圧電バルブ１４０および第２圧電バルブ１４２は、圧電バルブハウジング１６３に設置され、第１流路１６４および第２流路１６５をそれぞれ開閉する。このようなポンプボディ１６０は、ピストンハウジング１６１に備えられる一つの貫通孔１６２を介して圧縮空気を空気チャンバー１２２に供給するか或いは空気チャンバー１２２から空気を排気することができる。
１００ 圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ
１１０ バルブボディ
１１１ 貯留部
１１２ 流入口
１１３ ノズル
１１４ 吐出口
１１６ バルブロッド
１２０、１６０ ポンプボディ
１２１、１６１ ピストンハウジング
１２２ 空気チャンバー
１２３、１６４ 第１流路
１２４、１６５ 第２流路
１２８、１６３ 圧電バルブハウジング
１２９、１３０ 第１、第２連結チャンバー
１３１、１３２ 第１、第２通路
１３４ ピストン
１３５ ヘッド部
１３６ ロッド部
１３７ 結合部材
１３８ 弾性部材
１４０、１４２ 第１、２圧電バルブ
１４１、１４３ 第１、２圧電アクチュエータ
１４４、１４５ 第１、２位置調節器
１４７ コントローラ
１４９ 連結部材
１５０ 変位センサー
１５２ 第１ポンプ
１５４ 第２ポンプ
１６２ 貫通孔
１１０ バルブボディ
１１１ 貯留部
１１２ 流入口
１１３ ノズル
１１４ 吐出口
１１６ バルブロッド
１２０、１６０ ポンプボディ
１２１、１６１ ピストンハウジング
１２２ 空気チャンバー
１２３、１６４ 第１流路
１２４、１６５ 第２流路
１２８、１６３ 圧電バルブハウジング
１２９、１３０ 第１、第２連結チャンバー
１３１、１３２ 第１、第２通路
１３４ ピストン
１３５ ヘッド部
１３６ ロッド部
１３７ 結合部材
１３８ 弾性部材
１４０、１４２ 第１、２圧電バルブ
１４１、１４３ 第１、２圧電アクチュエータ
１４４、１４５ 第１、２位置調節器
１４７ コントローラ
１４９ 連結部材
１５０ 変位センサー
１５２ 第１ポンプ
１５４ 第２ポンプ
１６２ 貫通孔
Claims (9)
- 外部から溶液の供給を受ける流入口、前記流入口を介して供給された溶液が貯留される貯留部、および前記貯留部に貯留された溶液が吐き出される吐出口を備えるバルブボディと；
前記バルブボディの貯留部に貯留された溶液を加圧して前記吐出口を介して吐き出すことができるように前記貯留部に挿入されるバルブロッドと；
密閉された空気チャンバー、および前記空気チャンバーに連結されてそれぞれ空気圧を伝達する第１流路および第２流路を備え、前記バルブボディに結合されるポンプボディと；
前記ポンプボディの空気チャンバーの内部に少なくとも一部分が収容され、前記第１流路および／または前記第２流路を介して伝達される空気圧に応じて前記ポンプボディに対して移動できるように前記空気チャンバーに設置され、前記バルブロッドに連結されるピストンと；
印加電圧に応じて長さが変わる第１圧電アクチュエータを備え、前記第１圧電アクチュエータの作動によって前記第１流路を開閉して、前記空気チャンバーに空気圧を伝達することで前記バルブロッドを第１方向に動かす第１圧電バルブと；
印加電圧に応じて長さが変わる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータの作動によって前記第２流路を開閉して、前記空気チャンバーから空気を排出することで前記空気チャンバーの空気圧を低くすることによって前記バルブロッドを前記第１方向とは反対の第２方向に動かす第２圧電バルブと；を含むことを特徴とする、圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ。 - 前記空気チャンバーの空気圧によって動いた前記ピストンに対して反対方向に弾性力を加えるために前記ポンプボディに設置される弾性部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ。
- 前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータそれぞれの変位を検出して検出信号を発生する変位センサーと、
前記変位センサーの検出信号のフィードバックを受けて前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータに対する印加電圧を制御するコントローラとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ。 - 前記第１流路を介して前記ポンプボディの空気チャンバーに正圧を伝達するために前記第１流路に連結される第１ポンプと、
前記第２流路を介して前記ポンプボディの空気チャンバーに負圧を伝達するために前記第２流路に連結される第２ポンプとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ。 - 前記第１流路と空気流動可能に連結される第１連結チャンバーと、
前記第２流路と空気流動可能に連結される第２連結チャンバーと、
前記第１連結チャンバーと空気流動可能に連結される第１通路と、
前記第２連結チャンバーと空気流動可能に連結される第２通路とをさらに含み、
前記第１圧電バルブは前記第１連結チャンバーに設置され、前記第２圧電バルブは前記第２連結チャンバーに設置されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電空圧バルブ駆動型ディスペンシングポンプ。 - バルブボディの貯留部に貯留された溶液を、ポンプボディの空気チャンバーに設置されたピストンに連結されたバルブロッドを動かして前記バルブボディの吐出口を介して吐き出させる溶液ディスペンシング方法において、
（ａ）前記バルブロッドが挿入された前記バルブボディの貯留部に溶液を供給する段階と；
（ｂ）印加電圧に応じて長さが変わる第１圧電アクチュエータを備え、前記第１圧電アクチュエータの作動によって、前記空気チャンバーに連結された第１流路を開閉する第１圧電バルブを制御して前記第１流路を開放し、印加電圧に応じて長さが変わる第２圧電アクチュエータを備え、前記第２圧電アクチュエータの作動によって、前記空気チャンバーに連結された第２流路を開閉する第２圧電バルブを制御して前記第２流路を遮断する段階と；
（ｃ）前記第１流路を介して前記空気チャンバーに空気圧を伝達して前記ピストンおよび前記バルブロッドを第１方向に動かす段階と；
（ｄ）前記第１圧電バルブを制御して前記第１流路を遮断し、前記第２圧電バルブを制御して前記第２流路を開放する段階と；
（ｅ）前記第２流路を介して前記空気チャンバーから空気を排出して前記空気チャンバーの空気圧を低めることにより、前記ピストンおよび前記バルブロッドを前記第１方向と反対の方向である第２方向に動かす段階と；を含むことを特徴とする、溶液ディスペンシング方法。 - 前記（ｅ）段階は、前記ポンプボディに設置される弾性部材によって前記ピストンに対して前記第２方向に弾性力を加えて前記ピストンを前記第２方向に動かすことを特徴とする、請求項６に記載の溶液ディスペンシング方法。
- 前記（ｂ）段階は、前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータに連結された変位センサーから前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータそれぞれの変形量のフィードバックを受けて前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータそれぞれの印加電圧を制御し、
前記（ｄ）段階は、前記変位センサーから前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータそれぞれの変形量のフィードバックを受けて前記第１圧電アクチュエータおよび前記第２圧電アクチュエータそれぞれの印加電圧を制御することを特徴とする、請求項６に記載の溶液ディスペンシング方法。 - 前記（ｅ）段階は、負圧を発生する第２ポンプによって前記第２流路を介して前記ポンプボディの空気チャンバーに負圧を伝達して前記空気チャンバーから空気を強制排出することを特徴とする、請求項６に記載の溶液ディスペンシング方法。
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