(57)【要約】  課題：圧電アクチュエータと効率的な変位拡大機構とを備え、着座の衝撃を緩和することができる液滴吐出装置、及び、該液滴吐出装置を備えた塗布装置の提供。  解決手段：ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、液室よりも細い先端部が液室内を進退動するプランジャーと、プランジャーを進退動作させる駆動源となる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの変位を拡大するレバー機構と、圧電アクチュエータが取り付けられる取付面を有するベースと、吐出制御装置と、を備え、前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータにより揺動運動するアームと、端部がアームの下部およびベースと連結され、中央部分にプランジャー連結部を有する板ばねとを備えて構成され、前記アームの揺動運動により前記板ばねが曲率を変化させながら前記プランジャーを直線往復移動させることを特徴とする液滴吐出装置、及び、該液滴吐出装置を備えた塗布装置。
2016159338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、  液室よりも細い先端部が液室内を進退動するプランジャーと、  プランジャーを進退動作させる駆動源となる圧電アクチュエータと、  圧電アクチュエータの変位を拡大するレバー機構と、  圧電アクチュエータが取り付けられる取付面を有するベースと、  吐出制御装置と、を備え、  前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータにより揺動運動するアームと、端部がアームの下部およびベースと連結され、中央部分にプランジャー連結部を有する板ばねとを備えて構成され、  前記アームの揺動運動により前記板ばねが曲率を変化させながら前記プランジャーを直線往復移動させることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、少なくとも一時的に前記プランジャーの中心線を延長した線と鋭角を構成するように前記アームが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記プランジャー、前記液室および前記ノズルの各中心線が同一直線上に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記板ばねが、板ばねの中央部がノズル側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、  前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて上方に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記板ばねが、板ばねの中央部がノズルと反対側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、  前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて下方に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
揺動運動する前記アームの下部が前記ベースと板ばねとの連結部から最も離れた位置にある場合において、前記板ばねが伸びきらず屈曲または湾曲を維持するように構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記ベースと前記板ばねの連結部から前記プランジャーの中心線に垂らした垂線を、前記プランジャーと前記板ばねの連結部が跨いで往復移動するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記ベース側の端部までの距離が、前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記アーム側の端部までの距離と比べて長く構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、前記プランジャーの中心線を延長した線と常時鋭角を構成するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータが、伸長時にアームの下端部をベースに近づける第一の圧電素子と、伸長時にアームの下端部をベースから遠ざける第二の圧電素子とを備えて構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子との間に配置された固定ロッドを備え、当該固定ロッドにより前記アームが着脱自在に前記ベースと連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記第一および第二の圧電素子が、一方の圧電素子が伸長した際に生じる他方のせん断変形を吸収する揺動機構を介して前記ベースに取り付けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータを駆動させるパルス信号の発振周波数を変えることなく、前記パルス信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を調節することにより、前記プランジャーの進退動作を調節することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記アームが、前記取付面と実質的に平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータの変位を３〜２０倍に拡大することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記プランジャーが、最進出位置で進出方向にある前記液室の内壁に着座し、液室とノズルとの連通を遮断することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
さらに、前記圧電アクチュエータの温度を測定する温度計を備え、  前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータの積算駆動回数を記憶し、積算駆動回数と予め記憶した温度と寿命係数の関係テーブルに基づき前記圧電アクチュエータの寿命を予測し、寿命が近い場合に警告を発する機能を備えることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１８】
前記吐出制御装置が、前記プランジャーにかかる荷重を監視し、当該荷重が予め記憶した荷重範囲を超えた場合に警告を発する機能を備えることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の液滴吐出装置と、被塗布物を載置するワークテーブルと、液滴吐出装置と被塗布物とを相対移動させる相対移動装置と、液滴吐出装置に液体材料を供給する液体材料供給源とを備える塗布装置。
【請求項２０】
前記液滴吐出装置が、複数台の液滴吐出装置からなることを特徴とする請求項１９に記載の塗布装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ノズルと連通する液室内を往復動作するプランジャーと、圧電アクチュエータとレバー機構を備える液滴吐出装置および同吐出装置が搭載された塗布装置に関する。ここで、本明細書にいう「プランジャー」には、例えば、ニードル、ロッド、ピストンと称呼される棒状部材が含まれる。
【背景技術】
【０００２】  従来、ノズルと連通する液室内を往復移動するプランジャーを用いて少量の液体材料を液滴状に吐出させる種々の技術が提案されている。プランジャーを移動させるための駆動源には、モータ、エア、圧電素子など用いたアクチュエータが使われることが多い。駆動源としてエア圧力を用いた吐出装置としては、例えば、出願人に係る特許文献１に、エア圧力によるプランジャーロッドの退行動作により吐出口を開き、スプリングの弾性力による前記プランジャーロッドの進出動作により液滴を前記吐出口より吐出する吐出装置が開示されている。【０００３】  スプリングとエア圧力でプランジャーを往復動作させる吐出装置においては、プランジャーの移動距離を確保することは容易であるが、エアが圧縮性を有することから、プランジャーの往復移動速度を一定以上の早さにすることは困難である。この点、圧電アクチュエータを備える構成においては、電気的パルス信号により圧電素子の動作を制御できるのでストロークの再現性に優れ、圧電素子の動作の制御も容易である。【０００４】  駆動源として圧電アクチュエータでニードルを往復移動させる吐出装置としては、例えば、特許文献２に、吐出口と連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するニードルと、ニードルを進退動作させる駆動装置と、変位拡大機構と、を備え、吐出口から液滴を飛翔吐出する液滴吐出装置において、駆動装置が、左右対象に配置された偶数台の駆動装置からなり、変位拡大機構が、下部にニードルが連結される弾性変形可能なＵ字状部材を備え、各駆動装置が、Ｕ字状部材の両端部を離間させる力を作用させることによりニードルを後退移動させること、および、Ｕ字状部材の両端部を近接させる力を作用させることによりニードルを進出移動させることを特徴とする液滴吐出装置が開示されている。  ニードル（プランジャー）を用いた液滴吐出装置は、高速前進するプランジャーにより大きな射出力を与えることができるので、圧電素子（ピエゾ素子）によりインキ室内のインキを押し出して吐出するインクジェット装置では吐出することのできない、高粘度の液体材料を液滴として吐出することが可能である。【０００５】  特許文献３には、先端に設けられた射出孔およびシリンダ孔を有するケーシングと、ケーシング内に配置された積層型の圧電素子と、圧電素子を駆動源とし、シリンダ孔内に微伸縮動自在に収納されたプランジャーとを備え、圧電素子が素子ホルダーに嵌め合い一体的に取り付けられた長方体であり、素子ホルダーには、一部に薄肉弾性部を形成して圧電素子に収縮側の復元力を付与するようにし、その素子ホルダーの上端部を前記ケーシングに固定するとともに素子ホルダーの下端にプランジャーを形成した液滴射出装置が開示されている。  特許文献３に開示される装置は、シリンダ孔と同径のプランジャーを備えており、プランジャーの前進移動により減少した容積と同量の液体材料を吐出する吐出原理の装置である。かかる吐出原理の装置は、プランジャーの側周面とシリンダ孔の内周面との摺動摩擦が生じるため、毎秒数百ショット以上の高速連続吐出には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８２７４０号公報
【特許文献２】特開２０１５−５１３９９号公報
【特許文献３】特許第４７８６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  近年、プランジャーを往復動作させる吐出装置（ディスペンサー）において、従来よりも微少な液滴を飛翔吐出することが求められている。例えば、特許文献２に開示される装置は、大径の液室内を小径のニードルが往復動作する構成を備えるところ、ニードルの前進移動により減少した液室内の容積分よりも少量の液体材料を吐出することが可能である。このような吐出方式により微少な液滴を飛翔吐出するためには、プランジャーを一定距離前進移動させることが必要である。【０００８】  圧電アクチュエータでプランジャーを往復動作させる吐出装置において、プランジャーの移動距離を確保するためには、圧電アクチュエータの変位量を拡大する変位拡大機構を設けることが必要である。変位量を大きくするために、圧電素子そのものの変位を大きくすることも考えられるが、圧電アクチュエータひいては吐出装置の大型化を招くこととなるという課題がある。  また、圧電素子を多層化したり多数個用いたりすることは、装置コストの増大につながる。装置コストを低減すべく、圧電素子の変位量を効率的に拡大することができる変位拡大機構を備えた吐出装置のニーズがある。【０００９】  また、圧電アクチュエータは衝撃荷重に弱いため、プランジャーの着座による衝撃を緩和することにより、高価な圧電アクチュエータの長寿命化を実現することも解決すべき課題である。さらには、プランジャーの先端が、着座の衝撃で生じた摩耗粉がコンタミネーションの問題となることも解決すべき課題である。【００１０】  そこで、本発明は、圧電アクチュエータと効率的な変位拡大機構とを備え、着座の衝撃を緩和することができる液滴吐出装置および同吐出装置が搭載された塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明の液滴吐出装置は、ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、液室よりも細い先端部が液室内を進退動するプランジャーと、プランジャーを進退動作させる駆動源となる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの変位を拡大するレバー機構と、圧電アクチュエータが取り付けられる取付面を有するベースと、吐出制御装置と、を備え、前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータにより揺動運動するアームと、端部がアームの下部およびベースと連結され、中央部分にプランジャー連結部を有する板ばねとを備えて構成され、前記アームの揺動運動により前記板ばねが曲率を変化させながら前記プランジャーを直線往復移動させることを特徴とする。  上記液滴吐出装置において、前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、少なくとも一時的に前記プランジャーの中心線を延長した線と鋭角を構成するように前記アームが配置されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記プランジャー、前記液室および前記ノズルの各中心線が同一直線上に位置することを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記板ばねが、板ばねの中央部がノズル側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて上方に位置していることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記板ばねが、板ばねの中央部がノズルと反対側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて下方に位置していることを特徴としてもよい。【００１２】  上記液滴吐出装置において、揺動運動する前記アームの下部が前記ベースと板ばねとの連結部から最も離れた位置にある場合において、前記板ばねが伸びきらず屈曲または湾曲を維持するように構成されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記ベースと前記板ばねの連結部から前記プランジャーの中心線に垂らした垂線を、前記プランジャーと前記板ばねの連結部が跨いで往復移動するように構成されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記ベース側の端部までの距離が、前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記アーム側の端部までの距離と比べて長く構成されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、前記プランジャーの中心線を延長した線と常時鋭角を構成するように配置されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記圧電アクチュエータが、伸長時にアームの下端部をベースに近づける第一の圧電素子と、伸長時にアームの下端部をベースから遠ざける第二の圧電素子とを備えて構成されることを特徴としてもよく、好ましくは、前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子との間に配置された固定ロッドを備え、当該固定ロッドにより前記アームが着脱自在に前記ベースと連結されていることを特徴とし、より好ましくは、前記第一および第二の圧電素子が、一方の圧電素子が伸長した際に生じる他方���せん断変形を吸収する揺動機構を介して前記ベースに取り付けられていることを特徴とする。  上記液滴吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータを駆動させるパルス信号の発振周波数を変えることなく、前記パルス信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を調節することにより、前記プランジャーの進退動作を調節することを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記アームが、前記取付面と実質的に平行になるように配置されていることを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータの変位を３〜２０倍に拡大することを特徴としてもよい。  上記液滴吐出装置において、前記プランジャーが、最進出位置で進出方向にある前記液室の内壁に着座し、液室とノズルとの連通を遮断することを特徴としてもよい。【００１３】  上記液滴吐出装置において、さらに、前記圧電アクチュエータの温度を測定する温度計を備え、前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータの積算駆動回数を記憶し、積算駆動回数と予め記憶した温度と寿命係数の関係テーブルに基づき前記圧電アクチュエータの寿命を予測し、寿命が近い場合に警告を発する機能を備えることを特徴としてもよい。上記液滴吐出装置において、前記吐出制御装置が、前記プランジャーにかかる荷重を監視し、当該荷重が予め記憶した荷重範囲を超えた場合に警告を発する機能を備えることを特徴としてもよい。  本発明の液滴吐出装置は、上記本発明の液滴吐出装置と、被塗布物を載置するワークテーブルと、液滴吐出装置と被塗布物とを相対移動させる相対移動装置と、液滴吐出装置に液体材料を供給する液体材料供給源とを備えることを特徴とする。  上記液滴吐出装置において、前記液滴吐出装置が、複数台の液滴吐出装置からなることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、圧電アクチュエータによりプランジャーを高速に移動させることで微少な液滴を吐出精度高くかつ高タクトに吐出することができる。  また、板ばねがプランジャーの着座時の衝撃を吸収するので、圧電アクチュエータの長寿命化を実現すると共にプランジャーの先端の摩耗粉の問題を解決することが可能となる。  さらには、レバー機構が圧電アクチュエータの変位量を拡大するので、小型の圧電素子を用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態例１に係る液滴吐出装置の側面断面図である。
【図２】プランジャーの往復動作を説明するための模式側面図である。
【図３】プランジャーの移動と圧電素子への電気信号の印加タイミングを説明する図である。
【図４】実施形態例１に係る板ばねの両端部の位置およびアームの取付角度とプランジャーの移動軌跡の関係を説明する図である。
【図５】実施形態例１に係る液滴吐出装置を搭載した塗布装置の斜視図である。
【図６】実施形態例２に係る液滴吐出装置の側面断面図である。
【図７】実施形態例２に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図８】実施形態例２に係る液滴吐出装置の制御系統を説明するブロック図である。
【図９】（ａ）は圧電素子駆動部の回路構成図、（ｂ）は圧電素子への通電タイミングを示すグラフである。
【図１０】圧電素子の温度と寿命係数の変化例を示すグラフである。
【図１１】吐出制御装置の寿命予測機能の処理フローである。
【図１２】プランジャーに矢印方向の外力Ｎを加えたときに、電圧監視回路が検出する電圧モニタ信号を示すグラフである。
【図１３】実施形態例３に係る液体吐出装置のプランジャーの往復動作を説明するための模式側面図である。
【図１４】実施形態例３に係る板ばねの両端部の位置およびアームの取付角度とプランジャーの移動軌跡の関係を説明する図である。
【図１５】実施形態例４および５に係る板ばねの両端部の位置およびアームの取付角度とプランジャーの移動軌跡の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明は、水、溶剤、試薬等の粘性が低い液体材料から、半田ペースト、銀ペースト、接着剤等の粘性が比較的高い液体材料までを、微量に精度よく液滴として飛翔吐出する液滴吐出装置に関する。以下に、本発明を実施するための形態例を説明する。
【００１７】《実施形態例１》＜吐出装置＞  図１に、実施形態例１に係る液滴吐出装置１の側面断面図を示す。  実施形態例１の液滴吐出装置１は、ベース２と、フレーム３と、圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）と、アーム５と、板ばね６と、プランジャー７と、液送部材８と、ノズルユニット９と、を主要な構成要素とする。なお、説明の都合上、ノズルユニット９側を「下」、ノズルユニット９と反対側を「上」と呼称する場合がある。
【００１８】  ベース２は、側面から視ると略Ｌ字形をした部材であり、取付面２１と、取付面２１と背面２２とを連通するネジ孔２３とを備えている。実施形態例ではベース２を一つの部材により構成したが、複数の部材を組み合わせて側面視略Ｌ字形としてもよい。  取付面２１は、鉛直線と所定の角度を持って形成された平面であり、圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）が直接または間接的に固定して設置される。圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）が鉛直線と所定の角度となるように配置することができれば、取付面２１は平面でなくともよい（凹凸があってもよい。）。取付面２１（およびアーム５）が鉛直線と構成する角度は鋭角とすることが好ましく、一般には、例えば１０〜４５度の範囲で設定されることが多いと考えられる。取付面２１を鉛直線と角度を有するように配置する理由は、アーム５の揺動運動をプランジャー７の直線往復運動に変えるためである。ただし、取付面２１が鉛直線と角度を有しない（すなわち、鉛直線と平行となる）態様においても、本発明の技術思想は実現可能である。また、揺動運動するアーム５が鉛直線と常時鋭角を構成しない（すなわち、揺動運動の最中に一時的に平行となる）態様においても、本発明の技術思想は実現可能である。詳細は後述する。
【００１９】  ネジ孔２３には、先端部にネジ山が設けられた固定ロッド２４を固定するための段付きネジ溝が形成されている。固定ロッド２４をネジ孔２３に挿通し、螺合することにより、アーム５で押圧した状態で圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）を固定することが可能である。固定ロッド２４は着脱自在にネジ孔２３に固定されており、圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）が寿命に達したときに容易に交換することを可能としている。固定ロッド２４は、長尺の部材であり、図示の形状に限定されない。
【００２０】  フレーム３は、側面視略Ｌ字形の部材であって、ベース２と組み合わされて枠体を構成する。この枠体内に、圧電素子４ａ、４ｂ、アーム５、板ばね６、プランジャー７などを配置し、図示しない二枚の側面部材で覆うことにより直方体状の筐体を構成する。
【００２１】  圧電アクチュエータは、電圧をかけることによって積層方向（図１の矢印方向）に伸縮する同一仕様の２つの圧電素子（ピエゾ素子）４ａ、４ｂを、固定ロッド２４を挿通可能な間隔を空けて対向配置することで構成される。実施形態例の圧電素子４ａ、４ｂは、例えば高歪率圧電セラミック材料、内部電極、外部電極および絶縁物を積み重ねて構成された棒状の積層型素子であり、厚み方向の変位量は、例えば５〜２００μｍ程度である。実施形態例では２つの圧電素子を用いているが、圧電素子の数はこれに限定されず、１個でもよいし３個以上でもよい。圧電素子の数を１個としたい場合は、本実施形態例の圧電素子４ａ、４ｂのいずれか一方を弾性部材に置き換えるのが好ましいが、固定ロッド２４のようなアーム５の揺動運動の支点となる部材を有する構成においては、単に圧電素子４ａ、４ｂのいずれか一方を削除するのでもよい。ただし、アーム５の制御を細かく行うにためには、圧電アクチュエータを、偶数個の圧電素子を対向配置して構成することが好ましく、例えば、４個の圧電素子を用いる場合は２個の圧電素子を圧電素子４ａの位置に配置し、残りの２個を圧電素子４ｂの位置に配置する。
【００２２】  図２に示すように、圧電素子４ａを伸長し圧電素子４ｂを静止または収縮させることでプランジャー７を進出動作させることができ、圧電素子４ｂを伸長し圧電素子４ａを静止または収縮させることでプランジャー７を後退動作させることができる。圧電素子４ａ、４ｂの変位は、アーム５および板ばね６から構成されるレバー機構により例えば３〜２０倍（好ましくは５〜２０倍）に拡大されてプランジャー７に伝達される。圧電素子４ａ、４ｂへの通電タイミングについては後述する。
【００２３】  アーム５は、例えば金属材料からなる長尺部材であり、平面からなる底面５２およびアーム５の中心線が取付面２１と実質的に平行になるようにベース２に取り付けられている。ここで、実質的に平行とは、アーム５の中心線が取付面２１と最遠位置から最近位置まで間の位置（すなわち、揺動運動の最中）において一時的に平行になる位置関係をいう。また、本実施形態例では、アーム５の底面５２に設けられたネジ孔に固定ロッド２４を挿通し、螺合することにより、圧電素子４ａ、４ｂを押圧した状態でアーム５を固定している。アーム５の下端部には固定ネジ５１を螺合するためのネジ穴が設けられている。なお、固定ネジ５１を螺合するためのネジ穴は、必ずしもアームの下端部に設ける必要は無く、アームの下部（長手方向中心より下方）にあれば足りる。また、アーム５の底面５２は平面とする必要はなく、凹凸を設けてもよい。  固定ロッド２４により上方部を固定されたアーム５は、固定ロッド２４付近を支点とした揺動運動をし、この揺動運動が板ばね６によりプランジャー７の直線往復運動に変えられる。本実施形態例では、アーム５の中心線がプランジャー７の中心線を延長した線と鋭角を構成するようにアーム５を配置することで、アーム５の揺動運動をプランジャー７の直線往復運動に変えることが可能となる。  本実施形態例では、アーム５は、揺動運動のどの時点においても、プランジャー７の中心線を延長した線と常に鋭角を構成するように配置されている。しかし、本実施形態例とは異なり、アーム５の中心線がプランジャー７の中心線を延長した線と揺動運動の最中に一時的に平行となる態様においても、屈曲または湾曲する板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さが適量ずれるように板ばね６を配置することで、アーム５の揺動運動をプランジャー７の直線往復運動に変えることが可能である。
【００２４】  板ばね６は、アーム５との連結部７２がベース２との連結部７３と比べ高い位置に位置するように固定されている。詳細には、板ばね６の一方の端部付近には固定ネジ５１を挿通するためのネジ孔５３が設けられており、このネジ５３孔に螺合された固定ネジ５１により、一方の端部がアーム５の下端部（下端またはその付近）に固定される。板ばね６の他方の端部付近には固定ネジ２５を挿通するためのネジ孔２６が設けられており、他方の端部が固定ネジ２５によりベース２に固定される。板ばね６の長手方向中央部分（中心に限られず中心から一定の範囲）には、プランジャー７を固定するためのプランジャー固定具７１が取り付けられており、プランジャー固定具７１の幅方向中央に設けられた貫通孔にはプランジャー７が挿通されて固定されている。板ばねのアーム側部６１の長さは、板ばねのベース側部６２の長さと比べ短く構成されており、これによりプランジャー７の直線性を高めている（詳細は後述する。）。なお、板ばね６の端部を固定する固定具は、固定ネジ５１や固定ネジ２６のようなネジに限定されるものではなく、他の公知の固定手段を用いてもよい。また、プランジャー固定具７１に代えて、プランジャー７を板ばねに接着、溶接してもよいし、プランジャー７と板ばね６を一体成型してもよい。  アーム５の下端は、プランジャー固定具７１よりも高い位置に位置し、固定ネジ２５はプランジャー固定具７１と実質的に同じ高さに位置しているので、板ばね６はプランジャー固定具７１の取り付け位置付近で屈曲し、中央部分が下方（ノズル側）に向かってふくらんでいる（すなわち、板ばね６とアーム５の連結部７２と板ばね６とベース２の連結部７３を結ぶ直線に対しノズル側にふくらんでいる。）。本実施形態例では、板ばねのアーム側部６１と板ばねのベース側部６２とで曲率が異なるものとなっている。
【００２５】  本実施形態例の板ばね６は、プランジャー固定具７１の取り付け位置付近で屈曲されているが、これとは異なり屈曲部のない下方（ノズル側）にふくらむように湾曲する円弧状の板ばね６を用いてもよい（図４参照。図４の場合、板ばねのアーム側部６１と板ばねのベース側部６２とで曲率が実質同一であるが、板ばねのアーム側部６１と板ばねのベース側部６２とで曲率が異なる場合もある。）。また、板ばね６を中央部分が上方（ノズルと反対側）に向かってふくらむように（すなわち、板ばね６とアーム５の連結部７２と板ばね６とベース２の連結部７３を結ぶ直線に対しノズル側と反対側にふくらむように）屈曲または湾曲配置しても、アーム５の揺動運動をプランジャー７の直線往復運動に変えることが可能である（後述の実施形態例３参照）。  本実施形態例では、アーム５の揺動運動のどの時点においても、板ばね６が伸びきらず屈曲または湾曲を維持するように構成することで、アーム５の揺動運動の最中に板ばね６の屈曲または湾曲方向が反対方向に変化することを防いでいる。ただし、アーム５の下部がベース２と板ばね６との連結部から最も離れた位置にある際に、板ばね６が伸びきる態様を採用しても本発明の技術思想は実現可能である。
【００２６】  プランジャー７は、鉛直方向に配置された真っ直ぐに延びるロッド状の部材であり、板ばね６の中央部分でプランジャー固定具７１により固定され、鉛直方向に往復移動される。プランジャー７は、液送部材内に形成された真っ直ぐに延びるプランジャー室８５に挿通され、先端部がノズルユニット９の液室９２内に位置するよう配置される。本実施形態例では、プランジャー７、プランジャー室８５、液室９２およびノズル９１は、いずれも各中心線が鉛直線上に位置するように配置されているが、プランジャー７、プランジャー室８５、液室９２および下方に開口するノズル９１の各中心線が鉛直線と角度を有するような配置とすることも可能である。すなわち、プランジャー７、プランジャー室８５、液室９２およびノズル９１の各中心線が同一直線上に位置する構成であれば、本発明の効果をより好ましく実現可能な吐出装置を提供することができる。
【００２７】  プランジャー室８５の中央付近には、液体材料の這い上がりをせき止める環状のシール部材８６が設けられている。プランジャー室８５の直径はプランジャー７の直径より大径であるため、往復移動するプランジャー７の側周面がプランジャー室８５の内周面に当接することはない。なお、プランジャー７は上方部から下方部（先端部）まで同径（同幅）である必要は無く、側周面がプランジャー室８５の内周面に当接しなければ段部があってもよい。  プランジャー７は摺動摩擦なく往復移動することができるので、高速に前進移動することが可能であり、プランジャー７の前方に位置する液体材料に慣性力を印加して、押し退けた体積量よりも少量の液体材料を液滴の状態で吐出する。本実施形態例では、プランジャー７の先端を液室９２の内壁面が構成する弁座に着座させ、プランジャー７の前進移動を停止しているが、前進移動するプランジャー７の先端を弁座近傍で停止し、プランジャー７を弁座に着座させずに液滴を吐出する態様においても本発明の技術思想は実現可能である。  なお、液室とプランジャーの断面形状は円形が好ましいが、少なくともプランジャーの先端部が液室よりも細く構成されていれば足り、例えば断面が多角形や楕円形であってもよい。また、液室とプランジャーの断面形状が相似形でなくともよい。
【００２８】  本実施形態例では、プランジャー７は板ばね６に固定されるため、プランジャー７の先端を液室９２の内壁面に着座させても、板ばね６が着座の衝撃を吸収する。この板ばね６による着座衝撃の緩和により、衝撃に弱い圧電アクチュエータの長寿命化し、プランジャー７の先端の摩耗を緩和するという格別の効果が奏される。  プランジャー７は、例えば、腐食性に優れた金属材料、セラミック材料、樹脂材料から構成される。プランジャー７の先端の形状は任意の形状とすることができ、例えば、平面、球状または先端に突起が設けられた形状とすることが開示される。
【００２９】  液送部材８は、水平方向に延びる部材であり、図示しない貯留容器（シリンジ）を取り付けるためのジョイント８１が端部近傍に設けられている。ジョイント８１は鉛直方向に延びるように配置されており、シリンジがフレーム３の隣接する側面と平行な位置関係で取り付けられる。液送部材８の内部には、ジョイント８１と連通する流入流路８２と、流入流路８２から分岐するエア抜き流路８３および供給流路８４と、液室８５とが形成されている。エア抜き流路８３は、供給流路８４、プランジャー室８５および液室９２に液体材料を充填する際は大気と連通し、吐出時は閉止栓（図１では図示せず。図６、７の８７参照）により大気との連通を遮断される。シリンジ内の液体材料は圧縮気体により加圧されており、ジョイント８１、流入流路８２および供給流路８４を介して、液室９２に液体材料が供給される。  なお、液室９２への液体材料の供給は、ポンプなどの公知の液送手段を用いて行うことも可能である。
【００３０】  ノズルユニット９は、ノズル９１と、液室９２とを備えている。  ノズル９１は吐出流路が形成された円筒状の部材であり、先端部に吐出口を有し、後端部は液室９２と連通している。ノズル９１は例示の形状に限定されず、例えば、オリフィスにより構成される場合もある。  液室９２は、内壁底面にノズル９１の吐出流路と連通する開口が設けられており、この開口はプランジャー７が内壁底面に着座することにより開閉される。すなわち、プランジャー７が着座する開口の周辺部の内壁底面が弁座を構成する。真っ直ぐに延びる液室９２の直径はプランジャー室８５の直径と同一である。すなわち、液室９２の直径はプランジャー７の直径より大径であるため、往復移動するプランジャー７の側周面が液室９２の内周面に当接することはない。液室９２およびプランジャー室８５は、シール部材８６の付近まで液体材料で満たされている。  ノズルユニット９には、液室９２内の液体材料を所定の温度に加温するための温調機構を設けてもよい。  本実施形態例では、プランジャー７の側面がプランジャー室８５および液室９２内において環状のシール部材８６以外とは接触していない。また、プランジャー７の移動時において、供給流路８４とプランジャー７の前方に位置する液体材料とは流体的に連通している。  なお、必要に応じて、プランジャー７の往復移動時にプランジャー７の側面に当接してブレを抑制するガイド部材をシール部材８６の上方および／または下方に設けてもよい。このガイド部材を設ける場合も、プランジャー７の移動時において、供給流路８４とプランジャー７の前方に位置する液体材料とが流体的に連通するように構成することが好ましい。ガイド部材を設ける場合は、ガイド部材によりプランジャー７の直線移動が確保されるため、板ばね６とプランジャー７とをプランジャー固定具７１によりタイトに固定しなくともよい（固定具７１に大きめの遊びを設けてもよい。）。
【００３１】＜作動＞  圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）、レバー機構（５、６）およびプランジャー７の作動について説明する。  図２は、プランジャー７の往復動作を説明するための模式側面図である。図２中、図１と相違する部分は、図１の構成を簡略して表示した部分である。  図２（ａ）に示すように、圧電素子４ａの伸長により、固定ロッド２４を支点としてアーム５の上端部がベース２から遠ざかり、アーム５の下端部がベース２に近づくように揺動すると、プランジャー７は鉛直下方へ移動する。以下では、往復移動するプランジャー７が最も前進した位置にある際のアーム５の位置を「最近位置」という場合がある。  図２（ｂ）に示すように、圧電素子４ｂの伸長により、固定ロッド２４を支点としてアーム５の上端部がベース２に近づき、アーム５の下端部がベース２から遠ざかるように揺動すると、プランジャー７は鉛直上方へ移動する。以下では、往復移動するプランジャー７が最も後退した位置にある際のアーム５の位置を「最遠位置」という場合がある。  このように、アーム５が、固定ロッド２４を支点として前後に揺動することで、圧電素子４ａ、４ｂの変位が拡大してプランジャー７に伝達される。プランジャー７が一往復することにより、ノズル９１の吐出口から一の液滴が吐出される。
【００３２】  図３に示すように、プランジャー７の後退移動時は、圧電素子４ｂに電気信号を印加し、圧電素子４ｂを伸長する。ここで、圧電素子４ｂへの電気信号の印加は、収縮状態から伸長状態への移行を緩やかに行うための立ち上がり用電気信号を最初に印加することも可能である。この際、圧電素子４ａは収縮状態にあり電気信号が印加されていないか、伸長状態から収縮状態に移行するための立ち下がり用電気信号が印加されている。  プランジャー７の前進移動時は、圧電素子４ａに電気信号を印加し、圧電素子４ａを伸長する。ここで、圧電素子４ａへの電気信号の印加は、収縮状態から伸長状態への移行を緩やかに行うための立ち上がり用電気信号を最初に印加することが好ましい。この際、圧電素子４ｂは収縮状態にあり電気信号が印加されていないか、伸長状態から収縮状態に移行するための立ち下がり用電気信号が印加されている。
【００３３】  後退移動時の立ち上がり時間ｔｃおよび前進移動時の立ち下がり時間ｔｄは、液体材料の性質や形成する液滴の大きさに応じて最適な値を設定する。ｔｃおよびｔｄを調節することにより、圧電素子４ａ、４ｂに印加するパルスの周波数を一定とし、吐出精度を向上させることが可能である。圧電素子４ａ、４ｂの変位量は、印加する電圧ΔＶにより調節することが可能であり、液体材料の性質や形成する液滴の大きさに応じて最適な値を設定する。
【００３４】  図４を参照しながら、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）およびアーム５の取付角度とプランジャー７の移動軌跡の関係を説明する。図４は、ベース２を鉛直線とみなした模式図であり、プランジャー７の中心線が鉛直方向にあり、アームの底面５２は平面であると仮定する（同図中、符号５２をアーム５の中心線とみなしてもよい。）。  図４（ａ）は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）が同じ高さにあり、かつ、ベース２とアームの底面５２とが最近位置で平行である場合（アーム５が最近位置で鉛直線と平行である場合）のプランジャー７の後退軌跡を説明する図である。この場合、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２から遠ざかるように移動すると、プランジャー７は斜め上方へ移動する。つまり、プランジャー７を鉛直上方へ移動させることはできない。ただし、図１５を用いて後述するように、ベース２とアームの底面５２とが揺動運動の最中に一時的に平行になる場合であっても、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さを適量ずらすことにより、プランジャー７を鉛直方向へ移動させることは可能である。  図４（ｂ）は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さが適量ずらされており、かつ、ベース２とアーム５の底面５２とが角度を有する場合（アーム５が鉛直線と鋭角を構成する場合またはアーム５がプランジャー７の中心線の延長線と鋭角を構成する場合）のプランジャー７の後退軌跡を説明する図である。この場合、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２から遠ざかるように移動すると、プランジャー７は鉛直方向へ移動する。
【００３５】  このように、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さを適量ずらし、アーム５を鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と鋭角を構成するように配置することで、固定ロッド２４付近を支点とするアーム５の揺動運動によりプランジャー７を鉛直方向に往復動作させることが可能となる。なお、揺動運動の間、常にアーム５が鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と常時鋭角を構成する必要はなく、一時的にアーム５が鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と平行になる態様においても、本発明の技術思想は実現可能である（詳細は図１５を用いて後述する。）。
【００３６】  本実施形態例において、板ばねのベース側部６２の長さを板ばねのアーム側部６１の長さと比べ長く構成している理由について説明をする。  プランジャー７と板ばね６との連結部（固定具７１の部分）は、板ばね６が弾性によりたわむ性質が無いと仮定すると、ベース２と板ばね６との連結部７３を支点にした円弧の軌跡で移動する。この円弧状の軌跡は、実際には板ばね６の弾性によりたわむ性質により直線状に変換されるものの、この円弧状の軌跡が、プランジャー７の中心線（すなわち、プランジャー７の往復移動方向）にできるだけ重なるようにするのが好ましい。  上述の円弧状の軌跡を直線に近づけるためには、ベース２と板ばね６との連結部７３と、プランジャー７と板ばね６との連結部７２との距離を長くすることが有効である。すなわち、板ばねのベース側部６２の長さ（固定具７１と連結部７３の距離）を、板ばねのアーム側部６１の長さ（固定具７１と連結部７２の距離）よりも長くなるように構成することが好ましい。このような構成とすると、上述の円弧状の軌跡を効率的に直線に近づけることが可能となる。  また、ベース２と板ばね６との連結部７３から延びる水平線（または連結部７３からプランジャー７の中心線に垂らした垂線）を、プランジャー固定具７１が跨いで往復移動するように構成することも上述の円弧状の軌跡を効率的に直線に近づける手段として有効である。
【００３７】  以上は液滴吐出装置１の一例を説明するものに過ぎず、ベース２と圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）の連結態様、圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）とアーム５との連結態様、板ばね６の両端の連結部（７２、７３）、プランジャー７と板ばね６の連結態様、の各位置および角度、並びに、板ばね６の屈曲および湾曲の形状・方向は、プランジャー７が直線往復移動できる限りにおいて適宜変更可能である。
【００３８】＜塗布装置＞  液滴吐出装置１は、図５に示すように、卓上型の塗布装置１００に搭載され、吐出装置１とワークテーブル１０３とをＸＹＺ軸駆動装置（１１１、１１２、１１３）により相対移動させ、ワーク上に液体材料を塗布する作業に用いられる。例示する塗布装置１００は、架台１０１と、塗布対象物であるワーク１０２を載置するワークテーブル１０３と、液滴吐出装置１とワークテーブル１０３とをＸ方向１２１に相対移動させるＸ駆動装置１１１と、液滴吐出装置１とワークテーブル１０３とをＹ方向１２２に相対移動させるＹ駆動装置１１２と、液滴吐出装置１とワークテーブルと１０３とをＺ方向１２３に相対移動させるＺ駆動装置１１３と、図示しない圧縮気体源からの圧縮気体を所望の条件で貯留容器（シリンジ）へ供給する図示しないディスペンスコントローラ（吐出制御部）と、およびＸＹＺ駆動装置（１１１、１１２、１１３）の動作を制御する塗布動作制御部１０４とを備えて構成される。塗布装置１００は、点線で図示するように、架台上部をカバーで覆い、パーティクルや発塵物が、ワーク１０２に到達するのを防ぐことが好ましい。
【００３９】  ＸＹＺ駆動装置（１１１、１１２、１１３）は、例えば、公知のＸＹＺ軸サーボモータとボールネジとを備えて構成され、液滴吐出装置１の吐出口をワークの任意の位置に、任意の速度で移動させることが可能である。図５では、塗布装置には、３台の液滴吐出装置１が搭載されているが、搭載台数は例示の数に限定されず、１台であってもよいし、２台、４台などの複数台であってもよい。また、図５では、１台のＺ駆動装置１１３に３台の液滴吐出装置１を搭載しているが、液滴吐出装置１と同数（図５の例では３台）のＺ駆動装置を設け、各液滴吐出装置１が独立してＺ方向（およびＸ方向）に移動可能となるように構成してもよい。
【００４０】  以上に説明した実施形態例１の液滴吐出装置１によれば、圧電アクチュエータを駆動源として液室よりも小径のプランジャー７を往復動作するので、高タクト（例えば、１秒当たり数百〜１万ショット）で微少な液滴の連続飛翔吐出を実現することが可能である。  また、圧電アクチュエータの変位量を拡大するレバー機構により、小型の圧電素子を用いた場合でも変位量を効率的に拡大し、プランジャーの前進移動距離を確保することが可能となる。  さらに、板ばねがプランジャー着座時の衝撃を吸収するので、プランジャーおよび圧電アクチュエータを長寿命化することが可能となる。
【００４１】《実施形態例２》  実施形態例２の液滴吐出装置１は、圧電素子４ａ、４ｂの寿命を予測する機能を有する吐出制御装置１０と、センサボックス１４と、取付面２１と圧電素子４ａ、４ｂとの間に配置された揺動機構（２７、２８）とを備える点で実施形態例１の装置と相違する。以下では、実施形態例１と相違する構成を中心に説明し、同様の構成要素については説明を割愛する。なお、図面では、実施形態例１と同様の構成要素には、同じ符号を付している。
【００４２】  図６に、実施形態例２に係る液滴吐出装置１の側面断面図を、図７に斜視図を示す。なお、図１ではケーブルコネクタ３１を図示省略しているが、実施形態例１に係る液滴吐出装置１もケーブルコネクタは有している。
【００４３】  揺動機構（２７、２８）は、圧電素子４ａ、４ｂの一方が伸長した際に生じる他方のせん断変形を吸収するための機構である。  圧電素子４ａのアーム５と反対側の端部は連結台２７ａに固定されており、圧電素子４ｂのアーム５と反対側の端部は連結台２７ｂに固定されている。連結台２７ａはローラ２８ａに当接する凹部を、連結台２７ｂはローラ２８ｂに当接する凹部を有しており、各ローラの側周面に沿って各連結台は揺動することが可能である。アーム５は、圧電素子（４ａ、４ｂ）および連結台（２７ａ、２７ｂ）はローラ（２８ａ、２８ｂ）に押圧力がかけられた状態で固定ロッド２４により固定されている。
【００４４】  図８は、実施形態例２に係る液滴吐出装置１の制御系統を説明するブロック図である。  吐出制御装置１０は、圧電素子を駆動するパルス信号パターン、駆動時間および駆動電圧を制御する駆動制御部１１と、圧電素子４ａ、４ｂに所定のパターンでパルス信号を印加する圧電素子駆動部１２と、圧電素子を駆動するための電圧を発生する電源１３とを備えている。  駆動制御部１１は、センサボックス１４と信号ケーブルにより接続されており、温度センサ１５ａ、１５ｂからの温度情報を受信する。温度センサ１５ａは圧電素子４ａの周囲温度および表面温度を測定し、温度センサ１５ｂは圧電素子４ｂの周囲温度および表面温度を測定する。駆動制御部１１は、操作者からの指令が入力される入力装置（図示せず）と、制御情報を表示および発報する出力装置（図示せず）と接続されている。
【００４５】  図９は（ａ）は圧電素子駆動部１２の回路構成図、（ｂ）は圧電素子４ａ、４ｂへの通電タイミングを示すグラフである。  圧電素子駆動部１２は、圧電素子４ａを駆動する第一の駆動回路と、圧電素子４ｂを駆動する第二の駆動回路とを備えて構成される。第一の駆動回路は、電源と接続された第一のトランジスタ４１ａと、エミッタが接地された第二のトランジスタ４２ａと、電圧監視回路４３ａとを備えて構成される。第一の駆動回路は、圧電素子４ａに通電して伸張するときは第一のトランジスタ４１ａをＯＮにして電源１３からの電圧（例えば、５０〜２００Ｖ）を供給する。圧電素子４ａは通電すると電荷が蓄積されているので、未通電とするときは、第二のトランジスタ４２ａをＯＮにして蓄積された電荷を放電し、変位を初期位置に復帰させる。電圧監視回路４３ａは、圧電素子４ａの電圧を測定したモニタ信号を駆動制御部１１へ送信する。  第二の駆動回路の構成および作用は、第一の駆動回路と同様である。
【００４６】  駆動制御部１１は、温度センサ１５ａ、１５ｂからの温度情報に基づき圧電素子４ａ、４ｂの寿命を予測する機能も有している。この寿命予測機能は、周囲温度と発熱で圧電素子の寿命係数が変わることを利用するものであり、プログラムにより実現される。  図１０は、圧電素子の温度と寿命係数の変化例を示すグラフである。図１０から、圧電素子の寿命は３０℃下で駆動させた場合と比べ、２０℃下で駆動させた場合の寿命は１．５倍となることが分かる。なお、一般に圧電素子の寿命は５億〜１０億回であるとされている。
【００４７】  図１１は、吐出制御装置の寿命予測機能の処理フローである。  液滴吐出装置１の入力装置から、操作者による吐出指令が出されると、駆動制御部１１は駆動パルス信号を圧電アクチュエータに送信すると共に、圧電アクチュエータの駆動回数をカウントし、記憶装置にカウント値を記憶する（ＳＴＥＰ１）。駆動制御部１１は、温度センサ１５ａ、１５ｂからの測定信号に基づき、圧電素子４ａ、４ｂの表面温度を取得する（ＳＴＥＰ２）。駆動制御部１１は、記憶装置に予め記録してある圧電素子の温度と寿命係数の関係テーブルとＳＴＥＰ２で計測した温度に基づき、現在の寿命係数を算出する（ＳＴＥＰ３）。
【００４８】  駆動制御部１１は、算出した現在の寿命係数とカウント値を乗じて、寿命カウント値に加算する（ＳＴＥＰ４）。寿命カウント値は、寿命係数により補正されたカウント値を積算することで算出され、例えば、温度が４０℃でカウント値が１０００の場合はカウント値を９００に補正し、温度が６０℃でカウント値が１０００の場合はカウント値を１１００に補正して寿命カウント値に加算する。駆動制御部１１は、記憶装置に予め記録してある寿命警告値と寿命カウント値を比較し（ＳＴＥＰ５）、寿命カウント値が寿命警告値以上である場合には出力装置により警告を出力する。ＳＴＥＰ５で寿命カウント値が寿命警告値未満であった場合は、吐出指令がＯＦＦとなるまでＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ５を継続して実行し、吐出例がＯＦＦとなったタイミングで寿命カウント値を積算記憶する（ＳＴＥＰ８）。
【００４９】  駆動制御部１１は、圧電アクチュエータにかかる荷重を監視する機能（プログラム）も有している。  図１２は、ノズルユニット９を取り外した状態で、プランジャー７に矢印方向の外力Ｎを加えたときに、電圧監視回路４３が検出する電圧モニタ信号を示すグラフである。この電圧モニタ信号は、圧電素子４に荷重を加えた際に荷重に応じて生じる起電力を測定した信号である。駆動制御部１１は、予め記憶装置に記憶された電圧モニタ信号の上限値と下限値を電圧モニタ信号が越えた場合には、出力装置により警告を出力する。この荷重監視機能により、圧電アクチュエータを推奨される耐荷重の範囲内で使用することが可能となる。
【００５０】  以上に説明した実施形態例２の液滴吐出装置１によれば、揺動機構（２７、２８）により圧電素子４ａ、４ｂのせん断変形を吸収することができるため、アーム５の揺動動作を安定させることができ、ひいては吐出精度を向上させることが可能となる。  また、圧電アクチュエータの寿命を予測する機能を備えるので、稼働中の意図しない故障を未然に防ぐことが可能となる。  さらに、圧電アクチュエータにかかる荷重を監視する機能を備えるので、過剰な荷重により圧電アクチュエータが損傷することを防止したり、圧電アクチュエータの出力低下を検出したりすることが可能となる。
【００５１】《実施形態例３》  実施形態例３の液滴吐出装置１は、板ばね６の中央部分が上方（ノズル側と反対側）に湾曲する構成である点で実施形態例１と主に相違する。以下では、実施形態例１と相違する構成を中心に説明し、同様の構成要素については説明を割愛する。なお、図面では、実施形態例１と同様の構成要素には、同じ符号を付している。
【００５２】＜吐出装置＞  図１３に模式的に示す実施形態例３の液滴吐出装置１は、ベース２と、フレーム３（図示せず）と、圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）と、アーム５と、板ばね６と、鉛直線方向に往復移動するプランジャー７と、液送部材８と、ノズルユニット９と、を主要な構成要素とする。  ベース２は、上方がプランジャー７と近く、下方がプランジャー７から遠い、取付面２１を備えている。すなわち、取り付け面２１はプランジャー７の中心線の延長線と鋭角（または鉛直線と鋭角）を構成している。  フレーム３（図示せず）は、実施形態例１と同様である。  圧電アクチュエータ（４ａ、４ｂ）は、実施形態例１と同様であり、固定ロッド２４により固定されている。
【００５３】  アーム５は、取り付け面２１と実質的に平行になるように配置されている。すなわち、アーム５は、プランジャー７の中心線の延長線と鋭角を構成する場合（または鉛直線と鋭角）を構成している。  板ばね６は、アーム５との連結部７２がベース２との連結部７３と比べ低い位置に位置するように固定されている。板ばね６はプランジャー固定具７１の取り付け位置付近で屈曲し、中央部分が上方（ノズルと反対側）に向かってふくらんでいる（すなわち、板ばね６とアーム５の連結部７２と板ばね６とベース２の連結部７３を結ぶ直線に対しノズル側にふくらんでいる。）。本実施形態例とは異なり、屈曲部のない上方（ノズルと反対側）にふくらむように湾曲する円弧状の板ばね６を用いてもよい。  板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さ関係は例示の態様に限定されず、プランジャー７の直線往復移動が可能であれば、連結部７２が連結部７３をより高位置に配置してもよいし、連結部７２と連結部７３を同じ高さに配置してもよい。  プランジャー７、液送部材８およびノズルユニット９は、実施形態例１と同様である。
【００５４】＜作動＞  図１３は、プランジャー７の往復動作を説明するための模式側面図である。  図１３（ａ）に示すように、圧電素子４ｂの伸長により、固定ロッド２４を支点としてアーム５の上端部がベース２に近づき、アーム５の下端部がベース２から遠ざかるように揺動すると、プランジャー７は鉛直下方へ移動する。  図１３（ｂ）に示すように、圧電素子４ａの伸長により、固定ロッド２４を支点としてアーム５の上端部がベース２から遠ざかり、アーム５の下端部がベース２に近づくように揺動すると、プランジャー７は鉛直上方へ移動する。  このように、本実施形態例では、アーム６の最遠位置でプランジャー７が最進出位置となり、アーム６の最近位置でプランジャー７が最後退位置となる（実施形態例１とはアーム５の位置とプランジャー７の位置との関係が逆になる。）。
【００５５】  図１４は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）およびアーム５の取付角度とプランジャー７の移動軌跡の関係を説明する模式図である。図１４では、図４と同様、ベース２が鉛直線であり、プランジャー７の中心線方向が鉛直方向にあり、アームの底面５２が平面であると仮定する（同図中、符号５２をアーム５の中心線とみなしてもよい。）。  図１４（ａ）は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）が同じ高さにあり、かつ、ベース２とアームの底面５２とが最遠位置で平行である場合（アーム５が最遠位置で鉛直線と平行である場合）のプランジャー７の後退軌跡を説明する図である。この場合、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２に近づくように移動すると、プランジャー７は斜め上方へ移動する。つまり、プランジャー７を鉛直上方へ移動させることはできない。
【００５６】  図１４（ｂ）は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さが適量ずらされており、かつ、ベース２とアーム５の底面５２とが角度を有する場合（アーム５が鉛直線と常時鋭角を構成する場合またはアーム５がプランジャー７の中心線の延長線と常時鋭角を構成する場合）のプランジャー７の後退軌跡を説明する図である。この場合、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２に近づくように移動すると、プランジャー７は鉛直方向（進出方向）へ移動する。  このように、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さを適量ずらし、アーム５を鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と鋭角を構成するように配置することで、固定ロッド２４付近を支点とするアーム５の揺動運動によりプランジャー７を鉛直方向に往復動作させることが可能となる。なお、揺動運動の間、常にアーム５が鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と鋭角を構成する必要はなく、一時的にアーム５が鉛直線（またはプランジャー７の中心線の延長線）と平行になる態様においても、本発明の技術思想は実現可能である。
【００５７】《実施形態例４および５》  実施形態例４の液滴吐出装置１は、平面からなる取付面２１を鉛直線と平行となる配置とし、アーム５を取付面２１と実質的に平行に配置した点でのみ実施形態例１の液滴吐出装置１と相違する。  実施形態例５の液滴吐出装置１は、平面からなる取付面２１を鉛直線と平行となる配置とし、アーム５を取付面２１と実質的に平行に配置した点でのみ実施形態例３の液滴吐出装置１と相違する。  図１５は、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）およびアーム５の取付角度とプランジャー７の移動軌跡の関係を説明する模式図であり、（ａ）が実施形態例４のプランジャー７の移動軌跡を示し、（ｂ）が実施形態例５のプランジャー７の移動軌跡を示している。図１５では、図４および図１４と同様、ベース２を鉛直線とみなし、プランジャー７の中心線方向が鉛直方向にあり、アームの底面５２が平面であると仮定する（同図中、符号５２をアーム５の中心線とみなしてもよい。）。
【００５８】  図１５（ａ）に示すように、実施形態例４の液滴吐出装置１は、板ばね６とアーム５の連結部７２が高い位置にあり、板ばね６とベース２の連結部７３が低い位置にあり、プランジャー７が鉛直方向に移動するように板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さが適量ずらされている。アーム５は、最遠位置から最近位置に移動する途中でベース２（および取付面２１）とアームの底面５２が平行となるように取り付けられている。アーム５が最遠位置ある際にはアーム５の中心線が支点を通る鉛直線と第一の方向（図示右側）に開く鋭角を構成し、アーム５が最近位置ある際にはアーム５の中心線が支点を通る鉛直線と第二の方向（図示左側）で鋭角を構成する。実施形態例４では、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２に近づくように移動すると、プランジャー７は鉛直方向（進出方向）へ移動する。
【００５９】  図１５（ｂ）に示すように、実施形態例５の液滴吐出装置１は、板ばね６とアーム５の連結部７２が低い位置にあり、板ばね６とベース２の連結部７３が高い位置にあり、プランジャー７が鉛直方向に移動するように板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さが適量ずらされている。アーム５は、最遠位置から最近位置に移動する途中でベース２（および取付面２１）とアームの底面５２が平行となるように取り付けられている。アーム５が最遠位置ある際にはアーム５の中心線が支点を通る鉛直線と第一の方向（図示右側）に開く鋭角を構成し、アーム５が最近位置ある際にはアーム５の中心線が支点を通る鉛直線と第二の方向（図示左側）で鋭角を構成する。実施形態例５では、アーム５の下端部が、固定ロッド２４付近を支点としてベース２に近づくように移動すると、プランジャー７は鉛直方向（後退方向）へ移動する。  このように、板ばね６の両端部（連結部７２、７３）の高さを適量ずらして配置することで、揺動運動の最中にアーム５が一時的に鉛直線と平行になるように配置されても、プランジャー７を鉛直方向に往復動作させることが可能となる。
【００６０】  以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態例の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。  例えば、本明細書に記載の各実施形態例においては、プランジャー７の中心線を鉛直方向に揃えているが、鉛直方向に対してプランジャー７の中心線を傾けて配置することも当然可能である。この際は、必要に応じて、明細書中の鉛直の記載をプランジャー７の中心線方向に置き換えて解釈すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】  本発明の装置は、微少な液滴を飛翔吐出する種々の用途に使用することができ、例えば、フリップチップ実装における１次アンダーフィル工程などに使用することができる。
【符号の説明】
【００６２】１：液滴吐出装置、２：ベース、３：フレーム、４：圧電素子、５：アーム、６：板ばね、７：プランジャー、８：液送部材、９：ノズルユニット、１０：吐出制御装置、１１：駆動制御部、１２：圧電素子駆動部、１３：電源、１４：センサボックス、１５：温度センサ、２１：取付面、２２：背面、２３：ネジ孔、２４：固定ロッド、２５：固定ネジ（第二の連結部材）、２６：ネジ孔、２７：連結台、２８：ローラ、３１：ケーブルコネクタ、４１：第一のトランジスタ、４２：第二のトランジスタ、４３：電圧監視回路、５１：固定ネジ（第一の連結部材）、５２：アームの底面、５３：ネジ孔、６１：板ばねのアーム側部、６２：板ばねのベース側部、７２：板ばねとアームの連結部（第一の連結部）、７３：板ばねとベースの連結部（第二の連結部）、７１：プランジャー固定具、８１：ジョイント、８２：流入流路、８３：エア抜き流路、８４：供給流路、８５：プランジャー室、８６：シール部材、８７：閉止栓、９１：ノズル、９２：液室、１００：塗布装置、１０１：架台、１０２：ワーク、１０３：ワークテーブル、１０４：塗布動作制御部、１１１：Ｘ軸駆動装置、１１２：Ｙ軸駆動装置、１１３：Ｚ軸駆動装置、１２１：Ｘ方向、１２２：Ｙ方向、１２３：Ｚ方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月24日(2017.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、
液室よりも細い先端部が液室内を進退動するプランジャーと、
プランジャーを進退動作させる駆動源となる圧電アクチュエータと、
圧電アクチュエータの変位を拡大するレバー機構と、
圧電アクチュエータが取り付けられる取付面を有するベースと、
吐出制御装置と、を備え、
前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータにより揺動運動するアームと、端部がアームの下部およびベースと連結され、中央部分にプランジャー連結部を有する板ばねとを備えて構成され、
前記アームの揺動運動により前記板ばねが前記プランジャーを直線往復移動させることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、少なくとも一時的に前記プランジャーの中心線を延長した線と鋭角を構成するように前記アームが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記プランジャー、前記液室および前記ノズルの各中心線が同一直線上に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記板ばねが、板ばねの中央部がノズル側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、
前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて上方に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記板ばねが、板ばねの中央部がノズルと反対側に向かってふくらむように屈曲または湾曲して配置されていること、
前記板ばねと前記アームとの連結部の位置が、前記板ばねと前記ベースとの連結部の位置と比べて下方に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
揺動運動する前記アームの下部が前記ベースと板ばねとの連結部から最も離れた位置にある場合において、前記板ばねが伸びきらず屈曲または湾曲を維持するように構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記ベースと前記板ばねの連結部から前記プランジャーの中心線に垂らした垂線を、前記プランジャーと前記板ばねの連結部が跨いで往復移動するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記ベース側の端部までの距離が、前記板ばねの前記プランジャー連結部から前記アーム側の端部までの距離と比べて長く構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記アームの中心線が、前記揺動運動の間、前記プランジャーの中心線を延長した線と常時鋭角を構成するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータが、伸長時にアームの下端部をベースに近づける第一の圧電素子と、伸長時にアームの下端部をベースから遠ざける第二の圧電素子とを備えて構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子との間に配置された固定ロッドを備え、当該固定ロッドにより前記アームが着脱自在に前記ベースと連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記第一および第二の圧電素子が、一方の圧電素子が伸長した際に生じる他方のせん断変形を吸収する揺動機構を介して前記ベースに取り付けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータを駆動させるパルス信号の発振周波数を変えることなく、前記パルス信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を調節することにより、前記プランジャーの進退動作を調節することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記アームが、前記取付面と実質的に平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記レバー機構が、前記圧電アクチュエータの変位を３〜２０倍に拡大することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記プランジャーが、最進出位置で進出方向にある前記液室の内壁に着座し、液室とノズルとの連通を遮断することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
さらに、前記圧電アクチュエータの温度を測定する温度計を備え、
前記吐出制御装置が、前記圧電アクチュエータの積算駆動回数を記憶し、積算駆動回数と予め記憶した温度と寿命係数の関係テーブルに基づき前記圧電アクチュエータの寿命を予測し、寿命が近い場合に警告を発する機能を備えることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１８】
前記吐出制御装置が、前記プランジャーにかかる荷重を監視し、当該荷重が予め記憶した荷重範囲を超えた場合に警告を発する機能を備えることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の液滴吐出装置と、被塗布物を載置するワークテーブルと、液滴吐出装置と被塗布物とを相対移動させる相対移動装置と、液滴吐出装置に液体材料を供給する液体材料供給源とを備える塗布装置。
【請求項２０】
前記液滴吐出装置が、複数台の液滴吐出装置からなることを特徴とする請求項１９に記載の塗布装置。
【国際調査報告】
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