JP7187051B2 - 液体塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体塗布装置に関する。

液体貯留部から供給される液体を、被塗布材に吐出する液体塗布装置が知られている。このような液体塗布装置では、液室の容積を変えることにより、前記液室内の液体が吐出される。前記液体塗布装置の一例として、特許文献１には、圧電素子を駆動させることによって変形する可撓板により、液体を収容する液室内の容積を変化させて、ノズルから液体を吐出させる塗布装置が開示されている。

日本国公開公報：特開２０１６－５９８６３号公報

前記特許文献１に開示される構成のように圧電素子を駆動させて可撓体を変形させる構成の場合、液体の吐出の応答性を高めるために、前記圧電素子に矩形信号を入力して前記圧電素子を高速で動作させることが考えられる。

しかしながら、前記圧電素子を含む駆動素子を高速で動作させると、前記駆動素子が過剰に伸縮して該駆動素子に過剰な負荷がかかる可能性がある。そうすると、前記駆動素子の寿命に影響を及ぼす可能性がある。

本発明の目的は、駆動素子を高速で動作させた場合でも、前記駆動素子に該駆動素子の寿命に影響を与えるほどの過剰な負荷がかかることを防止可能な液体塗布装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る液体塗布装置は、液体を貯留する液室と、前記液室に繋がり且つ前記液室内に液体を供給する流入路と、前記液室を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって前記液室の容積を変化させるダイヤフラムと、少なくとも一方向に伸縮することにより、前記ダイヤフラムを厚み方向に変形させる駆動素子と、前記一方向において、前記駆動素子と前記ダイヤフラムとの間に位置し、前記駆動素子の前記ダイヤフラム側を支持する第１支持部と、前記一方向において、前記駆動素子の前記ダイヤフラムとは反対側の端部を支持する第２支持部と、前記駆動素子と前記ダイヤフラムとの間で前記一方向に延びて前記第１支持部を貫通し、前記駆動素子の伸縮を前記ダイヤフラムに伝達する伝達部材と、前記駆動素子と前記第１支持部との間に位置し且つ前記第１支持部によって支持され、前記駆動素子に対して前記一方向に圧縮力を付与する圧縮力付与部と、を有する。

本発明の一実施形態に係る液体塗布装置によれば、駆動素子を高速で動作させた場合でも、前記駆動素子に該駆動素子の寿命に影響を与えるほどの過剰な負荷がかかることを防止することができる。

図１は、実施形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す図である。 図２は、吐出部の概略構成を拡大して示す図である。 図３は、液体塗布装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表していない。

（液体塗布装置） 図１は、本発明の実施形態に係る液体塗布装置１の概略構成を模式的に示す図である。図２は、液体塗布装置１の動作を示すフローチャートである。

液体塗布装置１は、液体を液滴状で外部に吐出するインクジェット方式の液体塗布装置である。前記液体は、例えば、半田、熱硬化性樹脂、インク、機能性薄膜（配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスなど）を形成するための塗布液などである。

液体塗布装置１は、液体貯留部１０と、圧力調整部２０と、吐出部３０と、制御部６０とを備える。

液体貯留部１０は、内部に液体を貯留する容器である。液体貯留部１０は、貯留された液体を吐出部３０に供給する。すなわち、液体貯留部１０は、貯留された液体を吐出部３０に供給する流出口１０ａを有する。液体貯留部１０内の圧力は、圧力調整部２０によって調整される。なお、液体貯留部１０には、図示しない供給口から液体が供給される。

（圧力調整部） 圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を、大気圧よりも高い正圧、大気圧よりも低い負圧、または、大気圧のいずれかに調整する。このように液体貯留部１０内の圧力を調整することにより、後述するように、吐出部３０の吐出口３２ａから液体を安定して吐出できるとともに、吐出口３２ａから液体が漏れるのを防止できる。

具体的には、圧力調整部２０は、正圧生成部２１と、負圧生成部２２と、第１切換弁２３と、第２切換弁２４と、大気開放部２５と、圧力センサ２６とを有する。

正圧生成部２１は、大気圧よりも高い正圧を生成する。正圧生成部２１は、正圧発生部としての正圧用ポンプ２１ａを有する。正圧用ポンプ２１ａは、正圧を生成する。

負圧生成部２２は、大気圧よりも低い負圧を生成する。負圧生成部２２は、負圧発生部としての負圧用ポンプ２２ａと、負圧調整容器２２ｂとを有する。

負圧用ポンプ２２ａは、負圧を生成する。負圧調整容器２２ｂの内部の圧力は、負圧用ポンプ２２ａによって生成された負圧になる。負圧調整容器２２ｂは、負圧用ポンプ２２ａと第２切換弁２４との間に位置する。負圧生成部２２が負圧調整容器２２ｂを有することにより、負圧用ポンプ２２ａで生成された負圧は均一化される。

これにより、負圧用ポンプ２２ａで生じる負圧の脈動を低減できるとともに、負圧生成部２２で安定した負圧が得られる。また、後述するように、負圧用ポンプ２２ａの出力が、圧力センサ２６による液体貯留部１０内の圧力の検出結果に応じて変化する場合でも、負圧調整容器２２ｂによって、負圧用ポンプ２２ａで生じる負圧の脈動が低減され且つ変化後の負圧において均一化された圧力が得られる。よって、後述するように負圧生成部２２を液体貯留部１０に接続した際に、液体貯留部１０内の圧力を迅速に負圧にすることができる。

第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれ、３方向弁である。すなわち、第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれ、３つのポートを有する。第１切換弁２３の３つのポートには、液体貯留部１０、正圧生成部２１及び第２切換弁２４が接続される。第２切換弁２４の３つのポートには、負圧生成部２２、大気開放部２５及び第１切換弁２３が接続される。

第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、それぞれの内部で、３つのポートのうち２つのポートを接続する。本実施形態では、第１切換弁２３は、液体貯留部１０に接続されるポートに対し、正圧生成部２１に接続されるポートまたは第２切換弁２４に接続されるポートを接続する。すなわち、第１切換弁２３は、液体貯留部１０に対し、正圧生成部２１に繋がる回路と第２切換弁２４に繋がる回路とを切り換えて接続する。第２切換弁２４は、第１切換弁２３に接続されるポートに対し、負圧生成部２２に接続されるポートまたは大気開放部２５に接続されるポートを接続する。すなわち、第２切換弁２４は、第１切換弁２３に対し、負圧生成部２２に繋がる回路と大気開放部２５に繋がる回路とを切り換えて接続する。

なお、第１切換弁２３及び第２切換弁２４は、制御部６０から出力される開閉信号に応じて、ポート同士の接続を切り換える。前記開閉信号は、後述する第１制御信号、第２制御信号、第３制御信号及び第４制御信号を含む。

圧力センサ２６は、液体貯留部１０内の圧力を検出する。圧力センサ２６は、検出した液体貯留部１０内の圧力を圧力信号として、制御部６０に出力する。圧力センサ２６によって検出される負圧は、液体貯留部１０内の液体残量に応じて変化する。すなわち、液体貯留部１０内の液体残量が少なくなると、圧力センサ２６によって検出される負圧は、液体残量が多い場合に比べて高くなる。なお、負圧が高くなるとは、例えば－１ｋＰａから－１．１ｋＰａに変化した状態を意味する。

後述の制御部６０は、圧力センサ２６から出力された圧力信号に応じて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する。制御部６０は、液体貯留部１０内における液体残量の減少が、圧力センサ２６によって、液体貯留部１０内の高い負圧として検出されると、負圧目標値を低く設定することにより、負圧用ポンプ２２ａで発生する負圧を大気圧に近づける。

以上の構成により、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を正圧にする場合、すなわち液体貯留部１０内を正圧に加圧する場合には、第１切換弁２３を切り換えて、正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する。これにより、液体貯留部１０から吐出部３０に液体を押し出すことができる。よって、吐出部３０に液体を安定して供給することができる。

また、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を負圧にする場合には、第２切換弁２４を切り換えて負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続し且つ第１切換弁２３を切り換えて第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する。これにより、液体貯留部１０内の圧力を負圧にして、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出すことを防止できる。

さらに、圧力調整部２０は、液体貯留部１０内の圧力を大気圧にする場合には、第２切換弁２４を切り換えて大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する。このとき、第１切換弁２３は、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続した状態である。これにより、液体貯留部１０内の圧力を大気圧にすることができる。

（吐出部） 吐出部３０は、液体貯留部１０から供給された液体を、外部に液滴状で吐出する。図２は、吐出部３０の構成を拡大して示す図である。以下、図２を用いて、吐出部３０の構成を説明する。

吐出部３０は、液体供給部３１と、ダイヤフラム３５と、駆動部４０とを有する。

液体供給部３１は、内部に液室３３及び流入路３４を有するベース部材３２と、加熱部３６とを有する。ベース部材３２上には液体貯留部１０が位置する。ベース部材３２の流入路３４は、液体貯留部１０の流出口１０ａに接続される。流入路３４は、液室３３に接続される。すなわち、流入路３４は、液室３３に繋がり且つ液体貯留部１０から液室３３内に液体を供給する。液室３３は、液体を貯留する。

ベース部材３２は、液室３３に繋がる吐出口３２ａを有する。吐出口３２ａは、液室３３内に供給された液体を外部に吐出するための開口である。本実施形態では、吐出口３２ａは下方に向かって開口するため、流入路３４及び液室３３内に供給された液体は、メニスカスによって、吐出口３２ａ内において下方に突出する液面を有する。

加熱部３６は、ベース部材３２内で流入路３４の近傍に位置する。加熱部３６は、流入路３４内の液体を加熱する。特に図示しないが、加熱部３６は、例えば、板状のヒータ及び伝熱ブロックを有する。なお、加熱部３６は、流入路内の液体を加熱可能であれば、棒状のヒータまたはペルチェ素子などの他の構成を有してもよい。

加熱部３６によって流入路３４内の流体を加熱することにより、該液体の温度を室温よりも高い一定温度で維持することができる。これにより、前記液体の物性が温度によって変化することを防止できる。

なお、特に図示しないが、液体塗布装置１は、加熱部３６を加熱制御するための温度センサを、加熱部３６の近傍または吐出口３２ａの近傍に有してもよい。また、加熱部３６は、流入路３４内の流体を加熱可能であれば、ベース部材３２上に位置してもよい。

ダイヤフラム３５は、液室３３を区画する壁部の一部を構成する。ダイヤフラム３５は、液室３３を挟んで吐出口３２ａとは反対側に位置する。ダイヤフラム３５は、厚み方向に変形可能にベース部材３２に支持される。ダイヤフラム３５は、液室３３を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって液室３３の容積を変化させる。ダイヤフラム３５の厚み方向の変形によって液室３３の容積が変化することで、液室３３内の液体が吐出口３２ａから外部に向かって吐出される。

駆動部４０は、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる。具体的には、駆動部４０は、圧電素子４１と、第１台座４２と、第２台座４３と、プランジャ４４と、コイルばね４５と、ケーシング４６とを有する。

圧電素子４１は、所定の電圧を印加することにより、一方向に伸びる。すなわち、圧電素子４１は、前記一方向に伸縮可能である。圧電素子４１は、前記一方向に伸縮することにより、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる。すなわち、圧電素子４１は、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる駆動力を生じる駆動素子である。なお、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる駆動力は、磁歪素子等の他の駆動素子によって生じさせてもよい。

本実施形態の圧電素子４１は、前記一方向に長い直方体状である。また、特に図示しないが、本実施形態の圧電素子４１は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスによって構成された複数の圧電体４１ａを、前記一方向に積層した状態で電気的に接続することにより構成される。すなわち、圧電素子４１は、前記一方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する。これにより、圧電素子４１が一つの圧電体を有する場合に比べて、前記一方向における圧電素子４１の伸縮量を大きくすることができる。なお、圧電素子の形状は直方体状に限らず、その他の形状、例えば円柱状等であってもよい。

複数の圧電体４１ａは、前記一方向と交差する方向に対向して位置する図示しない側面電極によって電気的に接続される。よって、圧電素子４１は、前記側面電極に所定の電圧を印加することにより、前記一方向に伸びる。圧電素子４１に印加される前記所定の電圧は、後述の制御部６０から入力される駆動信号である。

なお、圧電素子４１の構成は、従来の圧電素子の構成と同様であるため、詳しい説明を省略する。なお、圧電素子４１は、１つの圧電体のみを有してもよい。

プランジャ４４は、棒状の部材である。プランジャ４４における軸線方向の一方の端部は、ダイヤフラム３５に接触する。プランジャ４４における軸線方向の他方の端部は、圧電素子４１の前記一方向の端部を覆う後述の第１台座４２に接触する。すなわち、圧電素子４１の前記一方向とプランジャ４４の軸線方向とは一致する。また、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間にプランジャ４４が位置する。これにより、圧電素子４１の伸縮は、プランジャ４４を介して、ダイヤフラム３５に伝達される。プランジャ４４は、棒状の伝達部材である。

プランジャ４４における前記他方の端部は、半球状である。すなわち、プランジャ４４は、棒状であり、圧電素子４１側の先端部が半球状である。これにより、圧電素子４１の伸縮を、プランジャ４４を介してダイヤフラム３５により確実に伝達することができる。

第１台座４２は、圧電素子４１における前記一方向のダイヤフラム３５側の端部を覆う。第１台座４２は、プランジャ４４に接触する。第２台座４３は、圧電素子４１における前記一方向のダイヤフラム３５とは反対側の端部を覆う。第２台座４３は、後述する固定ケーシング４７の固定ケーシング底壁部４７ａに支持される。

第１台座４２及び第２台座４３は、ぞれぞれ、底部４２ａ，４３ａと、外周側に位置する縦壁部４２ｂ，４３ｂとを有する。底部４２ａ，４３ａは、それぞれ、圧電素子４１の前記一方向の端面を覆う大きさを有する。縦壁部４２ｂ，４３ｂは、それぞれ、圧電素子４１の側面の一部を覆う。

なお、第１台座４２及び第２台座４３は、それぞれ、耐摩耗材料によって構成されている。第１台座４２及び第２台座４３の少なくとも一方は、耐摩耗性向上のために、焼結材料によって構成されてもよい。また、第１台座４２の硬度と第２台座４３の硬度とは、異なってもよい。

圧電素子４１は、ケーシング４６内に収容される。ケーシング４６は、固定ケーシング４７と、与圧ケーシング４８とを有する。与圧ケーシング４８は、固定ケーシング４７内に収容される。圧電素子４１は、与圧ケーシング４８内に収容される。なお、固定ケーシング４７と与圧ケーシング４８とは、図示しないボルト等によって固定される。

固定ケーシング４７は、ダイヤフラム３５側が開口する箱状である。具体的には、固定ケーシング４７は、固定ケーシング底壁部４７ａと、固定ケーシング側壁部４７ｂとを有する。

固定ケーシング底壁部４７ａは、圧電素子４１を挟んでダイヤフラム３５とは反対側に位置する。固定ケーシング底壁部４７ａは、圧電素子４１の前記一方向の端部を支持する半球状の突出部４７ｃを有する。すなわち、液体塗布装置１は、固定ケーシング底壁部４７ａから圧電素子４１に向かって前記一方向に突出し、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を支持する半球状の突出部４７ｃを有する。これにより、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、固定ケーシング底壁部４７ａの突出部４７ｃによって、片当たりすることなく支持できる。よって、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、固定ケーシング底壁部４７ａによって、より確実に支持できる。なお、固定ケーシング底壁部４７ａは、前記一方向において、圧電素子４１のダイヤフラム３５とは反対側の端部を支持する第２支持部である。

圧電素子４１と突出部４７ｃとの間には、第２台座４３が位置する。すなわち、液体塗布装置１は、圧電素子４１と突出部４７ｃとの間に第２台座４３を有する。これにより、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を第２台座４３によって保持しつつ、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を、第２台座４３を介して、突出部４７ｃによって、より確実に支持できる。

与圧ケーシング４８は、圧電素子４１を挟んでダイヤフラム３５とは反対側が開口する箱状である。よって、与圧ケーシング４８が固定ケーシング４７内に収容された状態で、固定ケーシング底壁部４７ａの一部は、ケーシング４６内に露出する。なお、上述の突出部４７ｃは、固定ケーシング底壁部４７ａにおいて露出した部分に位置する。

与圧ケーシング４８は、与圧ケーシング底壁部４８ａと、与圧ケーシング側壁部４８ｂとを有する。

与圧ケーシング底壁部４８ａは、ダイヤフラム３５側に位置する。与圧ケーシング底壁部４８ａは、プランジャ４４が貫通する貫通孔を有する。よって、プランジャ４４は、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間で前記一方向に延びて与圧ケーシング底壁部４８ａを貫通し、圧電素子４１の伸縮をダイヤフラム３５に伝達する。

与圧ケーシング底壁部４８ａは、ベース部材３２の上面によって支持されている。これにより、与圧ケーシング底壁部４８ａと第１台座４２とによって挟みこまれた後述のコイルばね４５によって生じる力は、ベース部材３２によって支持されるダイヤフラム３５に作用しないか、ダイヤフラム３５に作用したとしても非常に小さい。

また、与圧ケーシング底壁部４８ａは、後述のコイルばね４５を、第１台座４２との間で保持する。与圧ケーシング底壁部４８ａは、前記一方向において、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間に位置し、圧電素子４１のダイヤフラム３５側を支持する第１支持部である。

与圧ケーシング側壁部４８ｂの外面が固定ケーシング側壁部４７ｂの内面に接触し、与圧ケーシング側壁部４８ｂの内面が第１台座４２及び第２台座４３の縦壁部４２ｂ，４３ｂに接触する。これにより、与圧ケーシング側壁部４８ｂによって、第１台座４２及び第２台座４３を保持できる。したがって、圧電素子４１に所定の電圧が印加された場合でも、前記一方向と直交する方向への圧電素子４１の変形が抑制される。

以上の構成により、圧電素子４１は、プランジャ４４と、固定ケーシング底壁部４７ａの突出部４７ｃとによって、前記一方向に挟み込まれる。これにより、圧電素子４１が前記一方向に伸縮した場合に、圧電素子４１の伸縮をプランジャ４４によってダイヤフラム３５に伝達することができる。したがって、圧電素子４１の伸縮によって、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させることができる。なお、図２に、圧電素子４１の前記一方向の伸縮によるプランジャ４４の移動を、実線矢印で示す。

コイルばね４５は、前記一方向に軸線に沿って螺旋状に延びるばね部材である。コイルばね４５は、第１台座４２と与圧ケーシング底壁部４８ａとによって、前記一方向に挟み込まれる。コイルばね４５には、棒状のプランジャ４４が軸線方向に貫通する。すなわち、圧電素子４１とプランジャ４４及びコイルばね４５との間に第１台座４２が位置する。また、コイルばね４５は、圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間にプランジャ４４の軸線に沿って延びる。

これにより、コイルばね４５は、第１台座４２を介して圧電素子４１に前記一方向に圧縮する力を付与する。図２に、コイルばね４５による圧縮力を白抜き矢印で示す。コイルばね４５は、圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間に位置し且つ与圧ケーシング底壁部４８ａによって支持され、圧電素子４１に対して前記一方向に圧縮力を付与する圧縮力付与部である。なお、コイルばね４５によって生じる圧縮力は、圧電素子４１に電圧が印加されていない状態で、第１台座４２を、プランジャ４４と接触する位置に位置付ける力が好ましい。例えば、前記圧縮力は、圧電素子４１に定格電圧が印加された際に圧電素子４１に発生する力に対して３０から５０％の力が好ましい。

しかも、圧電素子４１とプランジャ４４及びコイルばね４５との間に第１台座４２が位置することにより、第１台座４２を介して、プランジャ４４に対して圧電素子４１の伸縮を安定して伝達できるとともに、第１台座４２を介して、圧電素子４１に対してコイルばね４５の圧縮力を安定して伝達できる。

ここで、液体の粘度が高い場合などには、圧電素子４１を高速で動作させることが要求される。そのため、圧電素子４１に対して矩形波の駆動信号を入力することにより、圧電素子４１の応答性を高めることが考えられる。この場合、圧電素子４１が高速で伸縮した際に、圧電素子４１が過剰に伸縮して内部で剥離等の損傷が生じる可能性がある。特に、圧電素子４１が、伸縮方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する場合には、圧電素子４１の高速動作によって、圧電素子４１の内部に剥離等の損傷が生じやすい。なお、圧電素子４１が過剰に伸縮とは、圧電素子４１の伸縮量が、圧電素子４１に定格電圧が印加された際の最大伸縮量よりも大きい場合を意味する。

これに対し、本実施形態のようにコイルばね４５によって圧電素子４１を前記一方向に圧縮することにより、圧電素子４１に対して矩形波の駆動信号を入力した場合でも、圧電素子４１の伸縮によって圧電素子４１の内部で剥離等の損傷が生じることを防止できる。すなわち、コイルばね４５によって、圧電素子４１の過剰な伸縮を抑制することができ、圧電素子４１の伸縮による内部損傷の発生を防止できる。これにより、圧電素子４１の耐久性を向上することができる。

しかも、上述のようにコイルばね４５が圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間に位置することにより、コイルばね４５の弾性復元力を与圧ケーシング底壁部４８ａによって受けることができる。よって、コイルばね４５の弾性復元力によって、ダイヤフラム３５が変形を生じることを防止できる。したがって、吐出口３２ａから液体が漏れたり、液体の吐出性能が低下したりすることを防止できる。

また、プランジャ４４が、軸線に沿って螺旋状に延びるコイルばね４５を軸線方向に貫通することにより、プランジャ４４及びコイルばね４５をコンパクトに配置できる。これにより、液体塗布装置１の小型化を図れる。

（制御部） 次に、以下で制御部６０の構成について説明する。

制御部６０は、液体塗布装置１の駆動を制御する。すなわち、制御部６０は、圧力調整部２０及び駆動部４０の駆動をそれぞれ制御する。

制御部６０は、圧力調整制御部６１と、駆動制御部６２とを有する。

圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３及び第２切換弁２４に対して、制御信号を出力する。また、圧力調整制御部６１は、正圧用ポンプ２１ａに対して、正圧用ポンプ駆動信号を出力する。さらに、圧力調整制御部６１は、負圧用ポンプ２２ａに対して、負圧用ポンプ駆動信号を出力する。圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３及び第２切換弁２４に対して制御信号を出力することにより、液体貯留部１０内の圧力を制御する。

例えば、液体貯留部１０内に正圧を付与する場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する第１制御信号を出力する。また、液体貯留部１０内に負圧を付与する場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を出力し、第２切換弁２４に対し、負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続する第３制御信号を出力する。さらに、液体貯留部１０内を大気圧にする場合には、圧力調整制御部６１は、第１切換弁２３に対し、第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を出力し、第２切換弁２４に対し、大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する第４制御信号を出力する。

圧力調整制御部６１は、圧力センサ２６から出力された圧力信号に応じて、負圧用ポンプ２２ａの駆動を制御する。すなわち、圧力調整制御部６１は、負圧用ポンプ２２ａを駆動させても圧力センサ２６で検出された圧力が負圧目標値に到達しない場合、前記負圧目標値を低く設定し、新しい負圧目標値に応じて負圧用ポンプ２２ａを駆動させる。このように、圧力調整制御部６１は、圧力センサ２６によって、液体貯留部１０内における液体残量の減少が液体貯留部１０内の高い負圧として検出されると、負圧目標値を低く設定することにより、負圧用ポンプ２２ａで発生する負圧を大気圧に近づける。

また、圧力調整制御部６１は、正圧用ポンプ２１ａの駆動も制御する。なお、正圧用ポンプ２１ａの駆動は、従来の構成と同様であるため、詳しい説明を省略する。

駆動制御部６２は、圧電素子４１の駆動を制御する。すなわち、駆動制御部６２は、圧電素子４１に対して駆動信号を出力する。この駆動信号は、吐出信号を含む。

前記吐出信号は、後述するように圧電素子４１を伸縮させてダイヤフラム３５を振動させることにより、液室３３内の液体を吐出口３２ａから外部に吐出させる信号である。

制御部６０は、駆動制御部６２によって、前記吐出信号を圧電素子４１に出力するタイミング及び前記制御信号を圧力調整部２０に出力するタイミングを制御する。

図３は、吐出部３０による液体の吐出及び圧力調整部２０による液体貯留部１０内の圧力調整の動作の一例を示すフローチャートである。制御部６０の駆動制御部６２による、前記吐出信号を圧電素子４１に出力するタイミングと前記制御信号を圧力調整部２０に出力するタイミングとの制御について説明する。

図３に示すように、まず、制御部６０は、吐出を指示する外部信号が入力されたかどうかを判定する（ステップＳ１）。この外部信号は、制御部６０よりも上位のコントローラ等から制御部６０に入力される。

制御部６０に外部信号が入力された場合（ステップＳ１でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２で、制御部６０の圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３において正圧生成部２１と液体貯留部１０とを接続する第１制御信号を生成して、第１切換弁２３に出力する。第１切換弁２３は前記第１制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内は、正圧に加圧される。一方、制御部６０に外部信号が入力されていない場合（ステップＳ１でＮＯの場合）には、制御部６０に外部信号が入力されるまでステップＳ１の判定を繰り返す。

ステップＳ２の後、制御部６０の駆動制御部６２は、圧電素子４４に対して吐出信号を出力して、吐出部３０に吐出口３２ａから液体を吐出させる（ステップＳ３）。

なお、駆動制御部６２が圧電素子４４に対して吐出信号を出力した後、圧力調整制御部６１が前記第１制御信号を第１切換弁２３に出力してもよい。すなわち、吐出部３０の吐出を、液体貯留部１０内の正圧の加圧よりも前に行ってもよい。

その後、圧力調整制御部６１は、圧力調整部２０の第１切換弁２３において第２切換弁２４と液体貯留部１０とを接続する第２制御信号を生成して、第１切換弁２３に出力する。また、圧力調整制御部６１は、第２切換弁２４において大気開放部２５と第１切換弁２３とを接続する第３制御信号を生成して、第２切換弁２４に出力する（ステップＳ４）。第１切換弁２３は、前記第２制御信号に応じて駆動する。第２切換弁２４は、前記第３制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内の圧力は、大気圧になる。

続いて、圧力調整制御部６１は、第２切換弁２４において負圧生成部２２と第１切換弁２３とを接続する第４制御信号を生成して、第２切換弁２４に出力する（ステップＳ５）。第２切換弁２４は、前記第４制御信号に応じて駆動する。これにより、液体貯留部１０内の圧力は、負圧になる。よって、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出るのを防止できる。その後、このフローを終了する（ＥＮＤ）。制御部６０は、必要に応じて、上述のフローを繰り返し実行する。

上述のように液体貯留部１０内の圧力を制御することにより、吐出部３０の吐出口３２ａから液体が漏れ出ることなく、適正なタイミングで液体を吐出口３２ａから安定して吐出させることができる。

なお、駆動制御部６２は、圧電素子４１の再分極化を行ってもよい。圧電素子４１では、分極処理された焼結材料からなる複数の圧電体４１ａが電気的に接続されている。そのため、圧電素子４１は、圧電素子４１を使用せずに長時間放置した場合、または、圧電素子４１が高温の場合などには、圧電素子４１の内部に電界が生じて、電圧印加時の圧電素子４１の変位量が徐々に減少する特性を有する。このように圧電素子４１の変位特性が低下した場合には、圧電素子４１の再分極化を行って、圧電素子４１の変位特性を回復させる必要がある。

駆動制御部６２は、圧電素子４１の再分極化を行う際には、圧電素子４１に対して、定格電圧を一定時間印加する駆動信号を出力した後、所定時間、駆動信号をオフにする。この場合、駆動制御部６２は、前記駆動信号として、圧電素子４１に印加する定格電圧の急峻な立ち上がり及び立ち下がりを抑制可能な駆動信号を生成する。前記定格電圧は、所定電圧である。なお、駆動制御部６２が圧電素子４１の再分極化の際に圧電素子４１に対して印加する電圧は、圧電素子４１の再分極化が可能な電圧であれば、圧電素子４１の定格電圧以外の電圧でもよい。

上述のように、液体塗布装置１は、圧電素子４１の駆動制御を行うとともに、圧電素子４１に対し、一定時間、定格電圧を印加した後、印加する電圧をゼロにする再分極化の処理を行う制御部６０を有してもよい。

これにより、専用の回路を用いることなく、制御部６０によって圧電素子４１の再分極化を行って、圧電素子４１の変位特性を回復させることができる。

なお、圧電素子４１の再分極化を行うタイミングは、液体塗布装置１の起動時、または、液体塗布装置１に液体の吐出を指示する外部信号が入力された場合など、液体を吐出するタイミング以外であれば、どのようなタイミングでもよい。

本実施形態の液体塗布装置１は、液体を貯留する液室３３と、液室３３に繋がり且つ液体貯留部１０から液室３３内に液体を供給する流入路３４と、液室３３を区画する壁部の一部を構成し且つ厚み方向の変形によって液室３３の容積を変化させるダイヤフラム３５と、少なくとも一方向に伸縮することにより、ダイヤフラム３５を厚み方向に変形させる圧電素子４１と、前記一方向において、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間に位置し、圧電素子４１のダイヤフラム３５側を支持する与圧ケーシング底壁部４８ａと、前記一方向において、圧電素子４１のダイヤフラム３５とは反対側の端部を支持する固定ケーシング底壁部４７ａと、圧電素子４１とダイヤフラム３５との間で前記一方向に延びて与圧ケーシング底壁部４８ａを貫通し、圧電素子４１の伸縮をダイヤフラム３５に伝達するプランジャ４４と、圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間に位置し且つ与圧ケーシング底壁部４８ａによって支持され、圧電素子４１に対して前記一方向に圧縮力を付与するコイルばね４５と、を有する。

これにより、圧電素子４１を、コイルばね４５によって、圧電素子４１が伸縮する一方向に圧縮できる。よって、圧電素子４１を高応答で動作させた場合でも、圧電素子４１が過剰に伸縮して圧電素子４１の内部に圧電素子４１の寿命に影響するほどの過剰な負荷がかかることを防止できる。しかも、コイルばね４５は与圧ケーシング底壁部４８ａによって支持されるため、コイルばね４５によって発生した力はダイヤフラム３５に伝達されない。これにより、ダイヤフラム３５がコイルばね４５によって発生した力により変形を生じることを防止できる。

特に、圧電素子４１は、前記一方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する。これにより、圧電体４１ａが一つの場合に比べて、圧電素子４１の前記一方向の伸縮長さを長くすることができる。しかしながら、このように複数の圧電体４１ａを前記一方向に積層した場合、圧電素子４１を高応答で動作させて圧電素子４１が過剰に伸縮した場合に、圧電素子４１の内部に過剰な負荷がかかりやすい。これに対し、上述のように、コイルばね４５によって圧電素子４１を前記一方向に圧縮することにより、圧電素子４１の内部に圧電素子４１の寿命に影響するほどの過剰な負荷がかかることを防止できる。すなわち、上述の構成は、圧電素子４１が前記一方向に積層された複数の圧電体４１ａを有する構成の場合に、特に効果的である。

また、本実施形態では、プランジャ４４は、軸線に沿って延びる棒状である。コイルばね４５は、圧電素子４１と与圧ケーシング底壁部４８ａとの間でプランジャ４４の軸線に沿って延びて、圧電素子４１に対して前記一方向に圧縮力を付与する。

これにより、圧電素子４１に対し、圧電素子４１が伸縮してプランジャ４４に力を付与する方向に、コイルばね４５による圧縮力を付与することができる。したがって、圧電素子４１を高応答で動作させた場合でも、圧電素子４１が過剰に伸縮して圧電素子４１の内部に圧電素子４１の寿命に影響するほどの過剰な負荷がかかることを防止できる。

また、本実施形態では、プランジャ４４は、棒状であり、圧電素子４１側の先端部が半球状である。液体塗布装置１は、固定ケーシング底壁部４７ａから圧電素子４１に向かって前記一方向に突出し、圧電素子４１におけるダイヤフラム３５とは反対側の端部を支持する半球状の突出部４７ｃを有する。

これにより、コイルばね４５によって圧電素子４１を前記一方向に圧縮する際に、コイルばね４５による圧縮方向を圧電素子４１が伸縮する前記一方向にすることができる。圧電素子４１は、前記一方向以外の方向の圧縮力に対しては損傷を受けやすい。そのため、上述のように、コイルばね４５による圧縮方向を前記一方向にすることで、圧電素子４１がコイルばね４５の圧縮力によって損傷を受けることを防止できる。なお、コイルばね４５による圧縮方向は、前記一方向と完全に一致している必要はなく、コイルばね４５によって生じる圧縮力が前記一方向の成分の力を含む方向であればよい。

（その他の実施形態） 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、コイルばね４５によって、圧電素子４１を一方向に圧縮する。しかしながら、圧電素子を前記一方向に圧縮可能であれば、コイルばね以外の構成によって、前記圧電素子を圧縮してもよい。すなわち、前記実施形態では、圧縮力付与部の一例として、螺旋状のばね部材であるコイルばね４５を挙げたが、これに限らず、前記螺旋状のばね部材は、所定長さを有し且つ波形状を有する線材または平板が螺旋状に巻かれた、いわゆるコイルドウェーブスプリングなどでもよい。また、圧縮力付与部は、圧電素子を一方向に圧縮可能な構成であれば、螺旋状以外の構成を有してもよい。なお、圧縮力付与部は、どのような構成を有している場合でも、プランジャと干渉しないように配置されるのが好ましい。

前記実施形態では、軸線に沿って螺旋状に延びるコイルばね４５を、プランジャ４４が貫通する。しかしながら、コイルばねの配置は、プランジャに対して、圧電素子の伸縮方向である一方向に平行に延びていれば、特に限定されない。

前記実施形態では、圧電素子４１が伸縮する一方向において、圧電素子４１の両端部が第１台座４２及び第２台座４３によって覆われる。しかしながら、前記一方向において、圧電素子の両端部のうちいずれか一方の端部のみが台座によって覆われてもよい。また、前記一方向において、圧電素子の端部が台座で覆われなくてもよい。

前記実施形態では、圧電素子４１は、固定ケーシング底壁部４７ａの半球状の突出部４７ｃと、プランジャ４４における圧電素子４１側の半球状の先端部とによって支持される。しかしながら、圧電素子の伸縮方向と、コイルばねの圧縮方向とが平行であれば、液体塗布装置は、半球状の突出部及びプランジャの半球状の先端部の少なくとも一方を有さなくてもよい。また、突出部及びプランジャの先端部の形状は、半球状に限らず、圧電素子を支持可能な形状であれば、どのような形状でもよい。

前記実施形態では、圧電素子４１を収容するケーシング４６が、固定ケーシング４７内に収容される与圧ケーシング４８を有する。しかしながら、ケーシングは、与圧ケーシングを有さなくてもよい。この場合、圧電素子は、固定ケーシング内に収容される。コイルばねにおけるダイヤフラム側の端部は、ベース部材の上面によって支持される。すなわち、前記ベース部材における上側の壁部が第１支持部として機能する。

前記実施形態では、吐出部３０は、流入路３４内の液体を加熱する加熱部３６を有する。しかしながら、吐出部は、加熱部を有さなくてもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０は、液体貯留部１０に対し、正圧生成部２１に繋がる回路と第２切換弁２４に繋がる回路とを切り換えて接続する第１切換弁２３と、第１切換弁２３に対し、負圧生成部２２に繋がる回路と大気開放部２５に繋がる回路とを切り換えて接続する第２切換弁２４とを有する。

しかしながら、圧力調整部は、液体貯留部に対し、正圧生成部、負圧生成部及び大気開放部をそれぞれ接続する切換弁を有してもよい。前記圧力調整部は、液体貯留部に対し、正圧生成部、負圧生成部及び大気開放部をそれぞれ接続可能な構成であれば、どのような構成を有してもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０によって、液体貯留部１０と大気開放部とが接続可能である。しかしながら、圧力調整部は、液体貯留部に対して大気開放部が接続できない構成を有してもよい。

前記実施形態では、圧力調整部２０によって、液体貯留部１０と正圧生成部２１とが接続可能である。しかしながら、液体塗布装置は、正圧生成部を有していなくてもよい。すなわち、液体塗布装置は、負圧と大気圧とによって、液体貯留部内の圧力を制御してもよい。

本発明は、液体を吐出部から吐出する液体塗布装置に利用可能である。

１ 液体塗布装置１０ 液体貯留部２０ 圧力調整部２１ 正圧生成部２１ａ 正圧用ポンプ２２ 負圧生成部２２ａ 負圧用ポンプ２２ｂ 負圧調整容器２３ 第１切換弁２４ 第２切換弁２５ 大気開放部２６ 圧力センサ３０ 吐出部３１ 液体供給部３２ ベース部材３２ａ 吐出口３３ 液室３４ 流入路３５ ダイヤフラム３６ 加熱部４０ 駆動部４１ 圧電素子４１ａ 圧電体４２ 第１台座４２ａ 底部４２ｂ 縦壁部４３ 第２台座４３ａ 底部４３ｂ 縦壁部４４ プランジャ（伝達部材）４５ コイルばね（圧縮力付与部）４６ ケーシング４７ 固定ケーシング４７ａ 固定ケーシング底壁部（第２支持部）４７ｂ 固定ケーシング側壁部４７ｃ 突出部４８ 与圧ケーシング４８ａ 与圧ケーシング底壁部（第１支持部）４８ｂ 与圧ケーシング側壁部６０ 制御部６１ 圧力調整制御部６２ 駆動制御部

Claims (9)

1. 液体を貯留する液室と、 前記液室に繋がり且つ前記液室内に液体を供給する流入路と、 前記液室を区画する壁部の一部を構成し且つ変形によって前記液室の容積を変化させるダイヤフラムと、 少なくとも一方向に伸縮することにより、前記ダイヤフラムを厚み方向に変形させる駆動素子と、 前記一方向において、前記駆動素子と前記ダイヤフラムとの間に位置し、前記駆動素子の前記ダイヤフラム側を支持する第１支持部と、 前記一方向において、前記駆動素子の前記ダイヤフラムとは反対側の端部を支持する第２支持部と、 前記駆動素子と前記ダイヤフラムとの間で前記一方向に延びて前記第１支持部を貫通し、前記駆動素子の伸縮を前記ダイヤフラムに伝達する伝達部材と、 前記駆動素子と前記第１支持部との間に位置し且つ前記第１支持部によって支持され、前記駆動素子に対して前記一方向に圧縮力を付与する圧縮力付与部と、を有する、液体塗布装置。
2. 請求項１に記載の液体塗布装置において、 前記駆動素子は、圧電素子であり、 前記圧電素子は、前記一方向に積層された複数の圧電体を有する、液体塗布装置。
3. 請求項１または２に記載の液体塗布装置において、 前記伝達部材は、軸線に沿って延びる棒状であり、 前記圧縮力付与部は、前記駆動素子と前記第１支持部との間で前記伝達部材の軸線に沿って延びて、前記駆動素子に対して前記一方向に圧縮力を付与する、液体塗布装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記圧縮力付与部は、軸線に沿って螺旋状に延びるばね部材であり、 前記伝達部材は、棒状であり、前記圧縮力付与部を軸線方向に貫通する、液体塗布装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記伝達部材は、棒状であり、前記駆動素子側の先端部が半球状である、液体塗布装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記第２支持部から前記駆動素子に向かって前記一方向に突出し、前記駆動素子における前記反対側の端部を支持する半球状の突出部を有する、液体塗布装置。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記駆動素子と前記伝達部材及び前記圧縮力付与部との間に位置する第１台座を有する、液体塗布装置。
8. 請求項６に記載の液体塗布装置において、 前記駆動素子における前記反対側の端部と前記突出部と間に位置する第２台座を有する、液体塗布装置。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の液体塗布装置において、 前記駆動素子の駆動制御を行うとともに、前記駆動素子に対し、一定時間、所定電圧を印加した後、印加する電圧をゼロにする再分極化の処理を行う制御部をさらに有する、液体塗布装置。

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