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公開番号2021065812
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019191162
出願日20191018
発明の名称液体吐出装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類B05C 5/00 20060101AFI20210402BHJP(霧化または噴霧一般;液体または他の流動性材料の表面への適用一般)
要約【課題】 小型化が可能な液体吐出装置を提供する。
【解決手段】 液体吐出装置100は、吐出口11を有する流路部10と、吐出口11かた液体を吐出させる吐出部20と、圧電アクチュエータ31を含み、吐出部20の駆動力を発生させる発生部30と、発生した駆動力を吐出部20に伝達する伝達部40と、を備えている。温度調整部50は、低温領域52と高温領域53とを有する熱電素子51を含み、低温領域52を用いて発生部30を冷却するとともに、高温領域53を用いて流路部10を加熱する。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
吐出口と前記吐出口に連なる液体流路とを有する流路部と、
前記吐出口まで前記液体流路を流れる液体を、前記吐出口から吐出させる吐出部と、
圧電アクチュエータを有し、前記圧電アクチュエータによって、前記吐出部を駆動させる駆動力を発生させる発生部と、
前記発生部で発生した駆動力を前記吐出部に伝達する伝達部と、
相対的に低温となる低温領域と相対的に高温となる高温領域を有する熱電素子を有し、前記低温領域を用いて前記発生部を冷却するとともに、前記高温領域を用いて前記流路部を加熱する温度調整部と、を備える液体吐出装置。
続きを表示(約 350 文字)【請求項2】
前記温度調整部は、前記圧電アクチュエータを冷却する、請求項1記載の液体吐出装置。
【請求項3】
前記発生部の周辺に冷却媒体を供給する供給部をさらに備え、
前記温度調整部は、前記冷却媒体を冷却する、請求項1または2記載の液体吐出装置。
【請求項4】
前記高温領域の温度よりも高い温度で前記流路部を加熱する加熱部をさらに備え、
前記温度調整部は、前記加熱部より上流側に位置する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
【請求項5】
前記高温領域の温度よりも高い温度で前記流路部を加熱する加熱部をさらに備え、
前記温度調整部は、前記加熱部より下流側に位置する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体吐出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、液体吐出装置に関する。
続きを表示(約 6,600 文字)【背景技術】
【0002】
水、塗料、薬液および樹脂(液状)などの液体を、一定量で連続的に吐出するための液体吐出装置として、例えば、特許文献1記載のディスペンサーがある。
【0003】
特許文献1に記載のディスペンサーは、圧電アクチュエータを用いた圧電ポンプによって液体を吐出する機構を有している。圧電アクチュエータは、作動することで自ら発熱し、特性が変化してしまうため、特許文献1に記載のディスペンサーでは、冷却ポンプを備え、冷却流体を供給して圧電アクチュエータを冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特表2016−511352号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
冷却ポンプを備えることでディスペンサーが大型化してしまう。冷却流体をより低温にしたい場合、流体を予め冷却する冷却設備が必要となる。また、吐出する液体によっては、加熱する必要があり、液体を加熱するための構成または、予め加熱する加熱設備が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の液体吐出装置は、吐出口と前記吐出口に連なる液体流路とを有する流路部と、
前記吐出口まで前記液体流路を流れる液体を、前記吐出口から吐出させる吐出部と、
圧電アクチュエータを有し、前記圧電アクチュエータによって、前記吐出部を駆動させる駆動力を発生させる発生部と、
前記発生部で発生した駆動力を前記吐出部に伝達する伝達部と、
相対的に低温となる低温領域と相対的に高温となる高温領域を有する熱電素子を有し、前記低温領域を用いて前記発生部を冷却するとともに、前記高温領域を用いて前記流路部を加熱する温度調整部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の液体吐出装置によれば、熱電素子を用いることで、小型化が可能となる。また冷却媒体を使用する場合でも媒体の冷却設備が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
第2実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
第3実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
第4実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
第5実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
図5の切断面線A−Aにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、液体吐出装置の例を詳細に説明する。なお、以下に示す開示の一例によってこの発明が限定されるものではない。図1は、第1実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。
【0010】
液体吐出装置100は、流路部10と、吐出部20と、発生部30と、伝達部40と、温度調整部50と、を備える。なお、発生部30を保護するための筐体60を備えていてもよい。本開示の液体吐出装置100は、水、薬液、液状の樹脂、はんだペースト、接着剤などを、精度高く一定量吐出することが可能で、連続的に吐出することもできる。
【0011】
流路部10は、吐出口11と吐出口11に連なる液体流路12とを有している。液体流路12は、吐出口11と反対側に供給口13を有しており、吐出される液体は、供給口13から液体流路12内に供給される。供給口13には、液体を連続的に供給するための供給管が接続されてもよく、一定量の液体が封入されたカートリッジが接続されてもよい。液体流路12を流れる液体は、吐出部20によって、吐出口11から吐出される。
【0012】
吐出部20は、ロッド状またはニードル状の部材で、軸線方向に沿って往復変位し、先端21によって吐出口11を開閉する。本実施形態では、紙面に向かって上下方向に往復変位する。下方に変位したときに、先端21が吐出口11を閉塞し、上方に変位したとき、先端21が吐出口11を開放する。吐出部20の後端22は、伝達部40に接続されており、伝達部40によって往復変位するよう構成されている。
【0013】
発生部30は、圧電アクチュエータ31を有しており、圧電アクチュエータ31によって、吐出部20を駆動させる駆動力を発生させる。発生部30は、例えば、複数の圧電アクチュエータ31を有しており、これらが協働して駆動力を発生させる。圧電アクチュエータ31は、例えば、複数の圧電セラミック層間に電極層を挟んで積層した積層型の圧電素子である。圧電アクチュエータ31は、電圧印加によって積層方向に伸縮変位する。圧電アクチュエータ31は、印加する電圧に応じて変位量を制御することができる。本実施形態では、圧電アクチュエータ31は、紙面向かって上方側の端部が筐体60に固定されており、上下方向に沿って伸縮変位する。例えば、圧電アクチュエータ31の後端側において、筐体60の外壁に、螺合式の固定部材32などで締結固定してもよい。
【0014】
伝達部40は、長尺の梁状部材41を含み、梁状部材41の一方端部42が、前述の吐出部20の後端22と回動可能に接続されている。本実施形態では、梁状部材41の長手方向(紙面向かって左右方向)に沿って2つの圧電アクチュエータ31が位置しており、梁状部材41は、2つの圧電アクチュエータ31の間に設けられた支持部材44を支点として揺動可能に構成されている。2つの圧電アクチュエータ31の先端は、梁状部材41に当接している。例えば、梁状部材41の他方端部43側に位置する圧電アクチュエータ31が伸長したとき、圧電アクチュエータ31は、梁状部材41の他方端部43を押し下げることで、梁状部材41の一方端部42が、上方に移動し、接続されている吐出部20は、上方に変位して吐出口11を開放する。梁状部材41の中央側に位置する圧電アクチュエータ31が伸長したとき、圧電アクチュエータ31は、梁状部材41の中央側を押し下げることで、梁状部材41の一方端部42が、下方に移動し、接続されている吐出部20が、下方に変位して吐出口11を閉塞する。このように、圧電アクチュエータ31によって発生した駆動力が、伝達部40によって吐出部20に伝達され、吐出部20が変位駆動される。
【0015】
温度調整部50は、相対的に低温となる低温領域52と相対的に高温となる高温領域53を有する熱電素子51を有し、低温領域52を用いて発生部30を冷却するとともに、高温領域53を用いて流路部10を加熱する。熱電素子51としては、ペルチェ素子を用いることができる。ペルチェ素子は、全体としては、薄い板状の素子であり、例えば、2つの支持基板の間にp型半導体素子およびn型半導体素子をそれぞれ複数配置し、電気的に直列接続することで、ペルチェ効果によって2つの支持基板に温度差を発生させる。相対的に低温となる一方の支持基板が低温領域52となり、相対的に高温となる他方の支持基板が高温領域53となる。本開示の液体吐出装置100では、このような熱電素子51の低温領域52を用いて発生部30を冷却し、高温領域53を用いて流路部10を加熱している。
【0016】
圧電アクチュエータの変位量は、温度に依存するため、従来技術においては、外部環境の影響または圧電アクチュエータ自身の駆動による発熱によって、変位量を制御することが困難であった。これに対して、熱電素子51は、通電時に正負を反転させることにより、低温領域52と高温領域53を反転することができる。そのため、本開示の温度調整部50は、例えば寒冷地等の低温環境下で使用する際には、駆動開始時に冷えている圧電アクチュエータ31を高温領域53で加熱してから圧電アクチュエータ31を駆動開始し、その後、熱電素子51の通電の正負を反転させて圧電アクチュエータ31を冷却することで、圧電アクチュエータ31の温度変化を抑制できる。その結果、圧電アクチュエータ31の変位量のばらつきを抑制することができる。
【0017】
また、冷却媒体を流す場合は、圧電アクチュエータ31が冷えすぎてしまう課題があった。本開示の実施形態によれば、熱電素子51を用いることで、温度調整が可能なので、圧電アクチュエータ31の温度を一定に制御することができる。なお、冷却媒体を流す場合は、使用環境によって(例えば寒冷地で用いる場合)は、圧電アクチュエータ31の性能が低下し、十分な変位量が得られない恐れがあった。本開示の実施形態によれば、熱電素子51を用いることで、圧電アクチュエータ31を冷却することができるだけでなく、通電の正負を反転することにより、圧電アクチュエータ31を温めることもできる。
【0018】
以上のように、本開示の実施形態は、熱電素子51を用いることにより、素子の位置や向きを変動させることなく、温度調整部50によって、圧電アクチュエータ31を冷却だけでなく一時的に加熱することができ、外部環境に関わらず、圧電アクチュエータ31の温度を一定に維持するよう制御することができる。
【0019】
吐出する液体は、熱電素子51によって加熱した状態で吐出させることができる。どの程度の温度まで加熱するかは、液体の種類に応じて設定すればよい。温度が低いと固体状態または高粘度なものについては、そのままでは吐出困難であるので、加熱することで、液体状態または粘度を低下させて、吐出可能とする。また、接着剤などは、加熱することで含有成分の反応が開始され、反応開始直後に吐出して接着させる。このような場合に、熱電素子51によって流路部10を加熱すればよい。
【0020】
第1実施形態では、温度調整部50は、伝達部40を冷却するとともに、流路部10を加熱するように配置される。具体的には、熱電素子51を伝達部40と流路部10との間に配置し、低温領域52が伝達部40側に、高温領域53が流路部10側になるように配置すればよい。伝達部40の梁状部材41は、圧電アクチュエータ31の先端が当接されている部材であり、伝達部40を冷却することで、圧電アクチュエータ31を冷却することができる。
【0021】
また、温度調整部50は、吐出口11近傍に設けられていることにより、流路部10を加熱していてもよい。吐出口11近傍に熱電素子51の高温領域53が位置することで、吐出口11が目詰まりするおそれを低減できる。具体的には、熱電素子51の高温領域53が、流路部10または吐出部20に接するように位置していればいい。
【0022】
本実施形態では、圧電アクチュエータ31を衝撃および異物などから保護するために筐体60に収容してもよい。圧電アクチュエータ31は、伸縮変位を繰り返し行うものであり、潤滑な変位を可能とするため、表面保護のためなどの理由で、その表面をグリスまたは潤滑油などで被覆する場合があり、筐体60によってグリスまたは潤滑油などを圧電アクチュエータ31周辺に保持している。このような場合でも、伝達部40の梁状部材41を冷却すれば、圧電アクチュエータ31を冷却することができる。低温領域52が伝達部40側になるように、熱電素子51を配置することで、伝達部40に連なる筐体60も冷却することができる。筐体60を冷却することで、筐体60の内部空間を冷却し、収容された圧電アクチュエータ31を冷却することができる。
【0023】
上記のように、温度調整部50の熱電素子51を配置することで、発生部30を冷却し、流路部10を加熱できるので、液体吐出装置100を小型化することができる。なお、熱電素子51の配置位置は、低温領域52が伝達部40側に、高温領域53が流路部10側になるような配置位置であれば、特に限定されず、配置する数も1つであってもよく、複数であってもよい。
【0024】
熱電素子51の高温領域53による加熱では、十分に粘度を下げることができない、または反応を開始させることができない場合は、高温領域53の温度よりも高い温度で流路部10を加熱する加熱部14をさらに備えてもよい。本実施形態では、加熱部14は、流路部10の供給口13近傍に配置され、供給口13から供給される液体を所定温度まで加熱または、固体を液化させることができる。加熱部14より液体流路12の下流側において、加熱された液体が吐出口11まで流れる間、熱電素子51によって、加熱することで、液体の温度低下を抑制して保温することができる。
【0025】
本開示の液体吐出装置100は、複数個を一方向に並べて使用してもよい。この場合、それぞれの液体吐出装置100から同時に吐出された液体は、被吐出面において、一方向に並んだドット状に付着する。装置間隔を小さくするほど、ドット間隔が小さくなり、およそ線状に付着させることができる。さらに、水平かつ装置配列方向(一方向)に垂直な方向に液体吐出装置100と被吐出物とを相対的に移動させると、被吐出面に、面状に液体を付着させることができる。液体吐出装置100を複数個並べる場合、例えば、隣接する液体吐出装置100の互いに対向する部分以外に熱電素子51を配置すればよく、隣接する他の液体吐出装置100に向かって突出しないように熱電素子51を配置すればよい。これにより、隣接する液体吐出装置100間の距離を小さくできる。
【0026】
図2は、第2実施形態の液体吐出装置の構成を示す模式的な断面図である。本実施形態は、基台70をさらに備え、流路部10以外の構成を収容する筐体61を備え、温度調整部50の配置位置が異なること以外は、第1実施形態と同じ構成であるので、同じ構成には第1実施形態と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【0027】
本実施形態の液体吐出装置100は、基台70を備えており、基台70上に発生部30を配置している。発生部30の圧電アクチュエータ31および伝達部40の動作および吐出部20の動作は、第1実施形態と同じである。また、これらを収容する筐体61には、内部空間と外部とを連通させるために連通管62が設けられている。筐体61の内部空間には、連通管62を介して外部から冷却媒体が供給される。冷却媒体は、例えば、空気、窒素などの不活性ガスが用いられる。
【0028】
また、本実施形態では、流路部10の供給口13よりも上流側に追加流路部分として、液体流路12に連なる貯留部分15と、貯留部分15に連なる狭路部分16と、を備える。貯留部分15と狭路部分16とは一体化されていてもよく、これらが、供給口13において着脱可能に構成されていてもよい。貯留部分15と狭路部分16とが、着脱可能な場合、いわゆる交換可能なカートリッジとなる。
【0029】
貯留部分15には、未反応状態の接着剤、高粘度状態の液体または固形物などが貯留されている。狭路部分16は、貯留された接着剤などが貯留部分15から漏れ出さないように、貯留部分15よりも細い管状となっている。
【0030】
温度調整部50は、筐体61を冷却するとともに、貯留部分15を加熱するように配置される。具体的には、熱電素子51の低温領域52が筐体61の外壁面に接触し、高温領域53が、貯留部分15の外周面に接触するように配置すればよい。熱電素子51の低温領域52が筐体61を冷却することで、筐体61の内部空間が冷却され、発生部30が冷却される。
(【0031】以降は省略されています)

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