(57)【要約】【課題】材料アプリケータのニードル運動を制御するためのシステム及び方法が開示される。【解決手段】システムは、圧電装置を収容し、ニードルに接続され、ニードルを垂直方向に沿って移動させるアクチュエータアセンブリと、光を放出するためのエミッタであって、アクチュエータアセンブリの一部分が、光の一部分をブロックする、エミッタを含むセンサアセンブリとを含む。センサアセンブリはまた、光のブロックされていない部分を受光するためのレシーバと、エミッタ及びレシーバを固定するセンサホルダとを含む。システムは、圧電装置、エミッタ、及びレシーバと電気的に通信するコントローラを更に含み、コントローラは、レシーバから受信したフィードバックに基づいてアクチュエータアセンブリの動作を調整する。【選択図】図４
2019195806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料アプリケータのニードル運動を制御するためのシステムであって、
圧電装置を収容し、ニードルに接続され、前記ニードルを垂直方向に沿って移動させるように構成されているアクチュエータアセンブリと、
センサアセンブリであって、
光を放出するためのエミッタであって、前記アクチュエータアセンブリの一部分又は前記ニードルの一部分が、前記光の一部分をブロックするエミッタ、
前記光のうちのブロックされない部分を受光するためのレシーバ、及び
前記エミッタ及び前記レシーバを固定するように構成されたセンサホルダ、を備えるセンサアセンブリと、
前記圧電装置、前記エミッタ、及び前記レシーバと電気的に通信し、前記レシーバから受信したフィードバックに基づいて、前記アクチュエータアセンブリの動作を調整するように構成されているコントローラと、を備えるシステム。
【請求項２】
前記ニードルが、ある量の前記材料をノズルから噴射するように構成され、
前記コントローラが、前記圧電装置に提供される電圧を調整して、前記ニードルによって前記ノズルから噴射される前記材料の一定のサイズ及び形状を維持するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記エミッタが、垂直方向に直交する方向に沿って前記光を放出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、フィードバック制御を含む制御ループを実行するように構成され、
前記フィードバック制御は、前記レシーバから受信したフィードバックに基づいて、前記圧電装置に提供される電圧又は電圧率を調整する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサアセンブリが、前記アクチュエータアセンブリに対して、前記垂直方向に沿って調整可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アクチュエータアセンブリの上方に位置する停止部と、
前記アクチュエータアセンブリの下方に位置するハウジングと、を更に備え、
前記センサアセンブリが、前記停止部及び前記ハウジングに取り外し可能に連結されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータアセンブリが、１）前記ニードルがノズルの弁座から離間している第１位置と、２）前記ニードルが前記弁座に接触する第２位置との間で、前記ニードルを移動させ、前記ニードルを前記第１位置と前記第２位置との間で移動させることにより、前記ノズルからある量の前記材料が噴射されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記レシーバから受信した前記フィードバックに基づいて、前記ニードルの位置又は速度を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、所定の閾値を前記速度が上回るときに、前記圧電装置に供給される電圧又は電圧率を低下させるように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、所定の閾値を前記速度が下回るときに、前記圧電装置に供給される電圧又は電圧率を増加させるように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラがメモリを含み、前記コントローラが、電圧を調整するように構成され、電圧は、前記ニードルの前記速度と前記電圧との間の所定の関係に基づいて前記圧電装置に供給される電圧であり、
前記所定の関係が、前記メモリに格納される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
ニードルに連結されたアクチュエータアセンブリを含む材料アプリケータのニードル運動を制御する方法であって、前記ニードルが垂直方向に沿って移動するように、前記アクチュエータアセンブリの圧電装置を作動させるステップと、エミッタからレシーバに光を放出させて、前記アクチュエータアセンブリの一部分又は前記ニードルの一部分が、前記光の一部分をブロックし、前記レシーバが前記光のブロックされていない部分を受光するようにするステップと、前記レシーバからのフィードバックに基づいて、前記圧電装置の動作を調整するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記ニードルを用いて、ある量の前記材料をノズルから噴射させるステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記調整するステップが、前記圧電装置に提供される前記電圧又は電圧率を調整して、前記ノズルから噴出される材料を、一定の大きさ及び形状に維持することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記放出させるステップが、前記垂直方向に直交する方向に沿って前記光を放出することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記エミッタ及び前記レシーバを支持するセンサホルダを、前記垂直方向に沿って調整するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記作動させるステップが、１）前記ニードルがノズルの弁座から離間している第１位置と、２）前記ニードルが前記弁座に接触する第２位置との間で前記ニードルを移行させることにより、前記ノズルからある量の前記材料を噴射させることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記レシーバから受信した前記フィードバックに基づいて、前記ニードルの位置又は速度を決定するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記調整するステップが、所定の閾値を前記速度が上回るときに、前記圧電装置に供給される電圧を低下させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記調整するステップが、所定の閾値を前記速度が下回るときに、前記圧電装置に供給される電圧を増加させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記調整するステップが、前記ニードルの前記速度と前記電圧との間の記憶された関係に基づいて、前記圧電装置に供給される電圧を調整することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
材料アプリケータのニードル運動を制御するためのシステムであって、
圧電装置を収容し、ニードルに接続され、１）前記ニードルがノズルの弁座から離間している第１位置と、２）前記ニードルが前記弁座に接触する第２位置との間で、垂直方向に沿って前記ニードルを移動させることによって、前記ノズルからある量の材料を噴射させるように構成されているアクチュエータアセンブリと、
センサアセンブリであって、
光を放出するためのエミッタであって、前記アクチュエータアセンブリの一部分又は前記ニードルの一部分が、前記光の一部分をブロックする、エミッタ、
前記エミッタから前記アクチュエータアセンブリの反対側に配置された、前記光のブロックされていない部分を受光するためのレシーバ、及び
前記エミッタ及び前記レシーバを固定するように構成されたセンサホルダ、を備えるセンサアセンブリと、
前記圧電装置、前記エミッタ、及び前記レシーバと電気的に通信し、前記レシーバから受信したフィードバックに基づいて、前記アクチュエータアセンブリの前記圧電装置に供給される電圧を調整するためのフィードバックループを動作させて、前記ノズルから噴射される材料のサイズ及び形状を一定に維持するように構成されているコントローラと、を備える、システム。
【請求項２３】
前記圧電装置に供給される前記電圧が、波形を画定し、
前記波形が、
前記圧電装置に供給される前記電圧が増加する、増加区間と、
前記増加区間の後であって、一定の電圧を画定する、停留区間と、
前記停留区間の後であって、前記圧電装置に供給される前記電圧が低下する、減少区間と、を含み、
前記減少区間は、前記増加区間よりも大きい電圧変化率を画定する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラが、前記波形の前記停留区間を調整するように構成されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記コントローラが、前記波形の前記減少区間を調整するように構成されている、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、流体分注アプリケータに関し、より具体的には、流体分注アプリケータ内の圧電装置の動作を制御するための制御ループに関する。
【０００２】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１８年５月７日に出願された米国仮特許出願第６２／６６７，６９６号の利益を主張するものであり、その開示は、本参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
はんだペースト、コンフォーマルコーティング、カプセル材、アンダーフィル材料、及び表面実装接着剤などの流体材料を分注するための既知のアプリケータは、一般に、ニードルを往復運動させることによって少量の流体材料を基材上に分注するように動作する。ニードルを作動させる１つの方法は、圧電装置を介するものであり、これは、動作の変化に対する高レベルの制御及び迅速な応答を提供するものである。噴出動作中、例えば、それぞれの下方ストロークの際に、ニードルは弁座に接触して、アプリケータのノズルから少量の材料を噴射する特徴的な高圧パルスを生成する。噴射された材料のドットが特定の目的に適する特定のサイズ及び形状品質を有するように維持するには、ニードルの往復運動が正確でなければならない。しかしながら、噴射された材料のドットのサイズ及び形状は、時とともに、本来意図された値から逸脱し得る。これは部分的には、材料の摩耗、環境変化、部品交換などが原因であり得る。これらの変化に対応することなしでは、望ましくない流体パターンが適用され、許容できない最終製品を提供することとなってしまう場合があり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その結果として、噴射された材料のドットサイズ及び形状を一貫したものとするために、ニードル運動の、動的、連続的、かつ自動的補正を可能にするシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施形態は、材料アプリケータのニードル運動を制御するためのシステムである。システムは、圧電装置を収容し、ニードルに接続され、ニードルを垂直方向に沿って移動させるように構成されているアクチュエータアセンブリと、光を放出するためのエミッタであって、アクチュエータアセンブリの一部分又はニードルの一部分が、その光の一部分をブロックする、エミッタを備えるセンサアセンブリとを備える。センサアセンブリはまた、光がブロックされていない部分を受光するためのレシーバと、エミッタ及びレシーバを固定するように構成されたセンサホルダとを備える。システムは、圧電装置、エミッタ、及びレシーバと電気的に通信するコントローラを更に備え、コントローラは、レシーバから受信したフィードバックに基づいてアクチュエータアセンブリの動作を調整するように構成されている。
【０００６】
本開示の別の実施形態は、ニードルに連結されたアクチュエータアセンブリを含む材料アプリケータのニードル運動を制御する方法である。この方法は、ニードルが垂直方向に沿って移動するようにアクチュエータアセンブリの圧電装置を作動させるステップと、エミッタからレシーバに光を放出させて、アクチュエータアセンブリの一部分又はニードルの一部分が光の一部分をブロックし、レシーバが光のブロックされていない部分を受光するようにするステップとを含む。この方法はまた、レシーバから受信したフィードバックに基づいて、圧電装置の動作を調整するステップを含む。
【０００７】
本開示の更なる実施形態は、材料アプリケータのニードル運動を制御するためのシステムである。システムは、アクチュエータアセンブリを備え、アクチュエータアセンブリは、圧電装置を収容し、ニードルに接続され、ニードルがノズルの弁座から離間している第１位置と、ニードルが弁座に接触する第２位置との間で、垂直方向に沿ってニードルを移動させるように構成されている。第１位置と第２位置との間でニードルを移動させることにより、ノズルからある量の材料が噴射される。システムはまた、光を放出するためのエミッタであって、アクチュエータアセンブリの一部分又はニードルの一部分が、その光の一部分をブロックする、エミッタと、エミッタからアクチュエータアセンブリの反対側に配置され、光のブロックされていない部分を受光するためのレシーバとを有するセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、エミッタ及びレシーバを固定するように構成されたセンサホルダを更に有する。システムは、圧電装置、エミッタ、及びレシーバと電気的に通信し、レシーバから受信したフィードバックに基づいて、アクチュエータアセンブリの圧電装置に供給される電圧を調整するためのフィードバックループを動作させて、ノズルから噴射される材料のサイズ及び形状を一定に維持するように構成されているコントローラを備える。
【０００８】
前述の概要、並びに以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、より良く理解されるであろう。図面は、本開示の例示的な実施形態を示す。しかしながら、その適用例は、図示される配置及び手段に正確に一致するものには限定されないということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】アプリケータの斜視図である。
【図２】図１に示されるアプリケータの別の斜視図である。
【図３Ａ】図２に示される線３Ａ−３Ａに沿った、図１に示されるアプリケータの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるアプリケータの囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図２に示される線４−４に沿った、図１に示されるアプリケータの断面図である。
【図５Ａ】アプリケータの圧電装置を制御するための制御ループの一実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】アプリケータの圧電装置を制御するための制御ループの別の実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の実施形態によるアプリケータの圧電装置を制御するための制御ループの更に別の実施形態を示す図である。
【図６】図１に示されるアプリケータの圧電装置に経時的に提供される電圧波形のプロットである。
【図７】アプリケータのニードル運動を制御する方法のプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態によるアプリケータ１０は、圧電装置１１２を含むアクチュエータアセンブリ１１１を含み、アクチュエータアセンブリ１１１はニードル７６に接続されている。アプリケータ１０はまた、センサアセンブリ１３８と、センサアセンブリ１３８からフィードバックを受信するためのコントローラ１６６とを含み、センサアセンブリ１３８は、エミッタ１５４及びレシーバ１５６を支持するセンサホルダ１４０を含む。特定の専門用語は、便宜上、以下の説明においてアプリケータ１０を説明するために使用され、限定するものではない。「右」、「左」、「下」、及び「上」という語は、参照する図面の方向を示す。「内側」及び「外側」という語は、アプリケータ１０及びその関連する部分を説明するための説明の幾何学的中心に向かう方向及びそれから離れる方向をそれぞれ指す。「前方」及び「後方」という語は、アプリケータ１０及びその関連する部分に沿った長手方向２の方向、及び長手方向２と反対の方向を指す。用語は、上記の単語、その派生語、及び同様の意味の語を含む。
【００１１】
本明細書では、特に他の意味に指定されない限り、用語「長手方向」、「横方向」、及び「垂直」は、アプリケータ１０の様々な構成要素の直交する方向成分について、長手方向２、横方向４、及び垂直方向６によって指定されるようにそれぞれ明示するために使用される。長手方向２及び横方向４は水平面に沿って延びる方向として示されており、垂直方向６は垂直面に沿って延びるものとして示されているが、様々な方向を包含する平面は、その用語の使用において異なってもよいことを理解されたい。
【００１２】
本発明の実施形態は、製造過程においてホットメルト接着剤などの材料を基材に塗布するためのアプリケータ１０を含む。特に、材料は、反応性ポリウレタン（ＰＵＲ）ホットメルト材料であってもよい。図１及び図２に示されているように、アプリケータ１０は、第１コネクタ２６及び第２コネクタ２８を含む。第１コネクタ２６は、複数の歯を備えたオス接続部を画定してもよく、第１コネクタ２６を電源に接続する配線（図示せず）に接続されるように構成され、これにより、アプリケータ１０は、第１コネクタ２６を介して電力の入力を受け取る。第２コネクタ２８は、複数の凹部を備えたメス接続部を画定してもよく、第２コネクタ２８をコントローラ１６６などのコントローラ（詳しくは後述する）に接続する配線（図示せず）に接続されるように構成することができ、これにより、情報は、第２コネクタ２８を介して、アプリケータ１０に対して及びアプリケータ１０から送信される。コントローラは、汎用コンピュータ、タブレット、ラップトップ、スマートフォンなどであってもよい。しかし、第１コネクタ２６及び第２コネクタ２８は、所望に応じて、他の種類のコネクタとして構成されてもよい。他の実施形態では、アプリケータ１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）を介して無線でコントローラに情報を送信してもよい。第１コネクタ２６及び第２コネクタ２８は、回路基板（図示せず）を収容することができる回路ハウジング３２に装着されるように構成されている。
【００１３】
アプリケータ１０は、材料がアプリケータ１０に添加される開口部を覆うように構成されたキャップ１８を含む。図示した実施形態では、アプリケータ１０は、材料を収容するシリンジ（図示せず）を受容するように構成されているが、アプリケータ１０は、材料をアプリケータ１０に直接充填すること、又はホッパ若しくはメルター（図示せず）などの外部材料源への投入部をアプリケータ１０に提供することなど、代替的な手段を通じて材料を受容してもよいことが企図される。キャップ１８は、キャップ１８を通って延在する投入コネクタ２２を受容することができる。投入コネクタ２２は、外部加圧空気源とインターフェース接続するように構成することができ、これはアプリケータ１０を介して材料を選択的に移動させるように機能する。
【００１４】
アプリケータ１０は、キャップ１８とヒータ３６との間に配置されるキャップシート１９を更に含むことができる。キャップシート１９は、キャップ１８を支持することに加えて、キャップ１８と相互作用するように構成されており、キャップ１８は、特に加圧空気が投入コネクタ２２を介してヒータ３６によって受容されるときに、アプリケータ１０が運転中にはキャップ１８がキャップシート１９にロックされるように構成される。キャップシート１９がアプリケータ１０に取り付けられているときに、キャップシート１９がアプリケータ１０内でヒータ３６を固定し、キャップシート１９がアプリケータ１０から取り外されたときにアプリケータ１０からヒータ３６を取り外すための開口部を提供するように、キャップシート１９はアプリケータ１０に対して取り外し可能に連結され得る。キャップシート１９は、その内部を通って延び、シリンジがヒータ３６内に入ることを可能にするようなサイズのチャネルを画定することができる。
【００１５】
引き続き図１及び図２を参照すると、ヒータ３６は、その内部に収容された材料に熱を供給するように機能し、これはシリンジとともに収容されてもよい。これにより、アプリケータ１０を流れて噴射されるために望ましい温度に材料を維持することが可能になり、加えて、アプリケータ１０の操作者が、材料の温度の意図しない温度ピーク又は低下を回避するために、ヒータ３６内の材料の温度を監視することが可能になる。ヒータ３６は、材料を受容するためにキャップシート１９に向かって開いている中空の、実質的に円筒形の本体を画定することができ、その周囲に加熱要素（図示せず）が配置される。ヒータ３６の一部分は、アルミニウムなどの金属で形成することができるが、ヒータ３６内の材料を加熱するため熱を通過させるのに十分な伝導率を有する他の材料が含まれてもよい。ヒータ３６はまた、ヒータ３６内の温度レベルを監視するためにコントローラ１６６と通信する温度センサ（図示せず）をも含むことができる。
【００１６】
ヒータ３６の底部において、ヒータ３６は、ヒータ３６をプレートアセンブリ４７に接続するコネクタ４４によって支持される。コネクタ４４は、ヒータ３６内に収容された被加熱材料がヒータ３６からプレートアセンブリ４７内へ流入することを可能にする通路を画定する。アプリケータ１０の下端に位置するプレートアセンブリ４７は、以下に説明するように、ヒータ３６から噴射式ディスペンサアセンブリ５４へと材料が流れるための経路を提供する。プレートアセンブリ４７は、プレートアセンブリ４７を形成するために互いに取り外し可能に連結された上部プレート４８及び底部プレート５２などの複数のプレートを含むことができる。しかしながら、プレートアセンブリ４７は、所望に応じて、３枚、４枚、又はそれ以上のプレートなどの２枚超のプレートを含むことができる。あるいは、プレートアセンブリ４７は、材料がヒータ３６から噴射式ディスペンサアセンブリ５４に流れる経路を同様に提供する、一体型のブロック（図示せず）と置き換えることができる。プレートアセンブリ４７に２つのプレートが含まれる場合、プレートアセンブリ４７を通る通路は、上部プレート４８及び底部プレート５２のそれぞれによって少なくとも部分的に画定され得る。上部プレート４８及び底部プレート５２は、それらの境界面にシール８６を受容するように構成することができるが、そのシール８６は、プレートアセンブリ４７を通る通路を取り囲み、材料が通路から出ることを防止する。
【００１７】
プレートアセンブリ４７が完全に組み立てられると、上部プレート４８の底面は、上部プレート４８が垂直方向６に沿って底部プレート５２の上方に配置されるように、底部プレート５２の上面に接触し得る。上部プレート４８を通って延在しハウジング５８と係合する複数のねじ付き締結具５７を介して、上部プレート４８はハウジング５８に取り外し可能に連結され得る。しかしながら、上部プレート４８及び底部プレート５２を取り外し可能に連結するには、他の方法も考えられる。例えば、上部プレート４８及び底部プレート５２は、スナップ嵌め係合、あり継ぎ構造などによって連結されてもよい。プレートアセンブリ４７は、上部プレート４８及び底部プレート５２がプレートアセンブリ４７を通過する材料を加熱するように構成され、したがって、材料が流動し及び分注されるのに最適な品質を維持することを確実にするように構成されるような加熱ブロックを備えていてもよい。
【００１８】
ここで図３Ａ及び図３Ｂを参照して、噴射式ディスペンサアセンブリ５４についてより詳細に説明する。噴射式ディスペンサアセンブリ５４の構成要素は、プレートアセンブリ４７の上部プレート４８及び底部プレート５２のそれぞれによって少なくとも部分的に画定されるチャンバ７２内に受容され得る。噴射式ディスペンサアセンブリ５４は、弁座８０と、チャンバ７２からアプリケータ１０の外部まで延在する排出通路８２とを画定するノズル５６を含み得る。排出通路８２は、材料がアプリケータ１０を出て、基材に適用されるための用いられる導管である。噴射式ディスペンサアセンブリ５４は、チャンバ７２を通って延在してチャンバ７２内で移動可能なニードル７６を更に含む。ニードル７６は、ニードル先端部７６ａと、ニードル先端部７６ａから垂直方向６に沿って延在するニードルステム７６ｂとを画定する。ニードル先端部７６ａは、弁座８０と係合してシールを形成するように構成されてもよく、これにより、ニードル先端部７６ａが弁座８０と係合すると、排出通路８２を通って材料が流れることが防止される。したがって、ニードル７６は、チャンバ７２内で、第１位置と第２位置との間を垂直方向６に沿って移動可能である。第１位置では、ニードル先端部７６ａは、垂直方向６に沿って弁座８０から離間して、材料が排出通路８２にアクセスできるようにする。第２位置では、ニードル先端部７６ａは弁座８０と係合し、それによって材料が排出通路８２に入ることを防止する。図示されているような噴射式ディスペンサアセンブリ５４では、ニードルが第１位置から第２位置へと作動することにより、ニードル先端部７６ａがある量の材料を、排出通路８２を通して噴射させる。この噴射運動は素早く繰り返され得るので、所定のサイズ及び形状を有する個別の材料のドットが基材に適用されるのが可能になる。材料の漏れを防止するため、ニードル先端７６ａ及び弁座８０は、互いに相補的な形状を有するように構成され得る。一実施形態では、ニードル先端７６ａ及び弁座８０は、互いに相補的な半球形状を有し得る。あるいは、ニードル先端部７６ａ及び弁座８０は、互いに相補的な平坦な形状を有し得る。ニードル７６が第１位置と第２位置との間で作動される機構について、以下に更に説明する。
【００１９】
噴射式ディスペンサアセンブリ５４は、チャンバ７２内に受容されるように構成されたシールパック９０を更に含む。具体的には、シールパック９０はチャンバを、シールパック９０の垂直方向６に沿った下方にある第１区域と、シールパック９０の垂直方向６に沿った第２区域との２つに分割する。シールパック９０は、底部プレート５２の上面と係合するように構成された棚部９４を画定し、棚部９４は、シールパック９０をチャンバ７２内で垂直に位置させる。シールパック９０はまた、シールパック９０を通って垂直方向６に沿って延在するシールパック通路９５を画定する。シールパック通路９５は、ニードル７６が、チャンバ７２の第２区域７２ｂを通り、シールパック９０を通り、チャンバ７２の第１区域７２ａ内へと延びるように、ニードルステム７６ｂを受容するように構成されている。シールパック９０は、ニードルステム７６ｂを実質的に取り囲むシールパック通路９５内に、シール９６を収容してもよい。シール９６は、材料が、シールパック通路９５を通って、チャンバ７２の第１区域７２ａから第２区域７２ｂへと流れることを防止するように機能し得る。加えて、噴射式ディスペンサアセンブリ５４は、シールパック９０とプレートアセンブリ４７の上部プレート４８との間で、シールパック９０の周囲に配置されたシール９８を含むことができる。シール９８は、上部プレート４８から上部プレート４８とハウジング５８との間の間隙に材料が流れるのを防ぐことができる。あるいは、シール９８は、シールパック９０と底部プレート５２との間で、シールパック９０の周囲に配置され得る。したがって、シール９６及びシール９８は、プレートアセンブリ４７によって画定される通路を材料が出た後に、材料がチャンバ７２の第１区域７２ａ内に保持されるのを助ける。
【００２０】
更に、噴射式ディスペンサアセンブリ５４は、チャンバ７２の第２区域７２ｂ内に配置されたばね１０４を含む。ばね１０４は、チャンバ７２の第２区域７２ｂの境界をなすハウジング５８の一部分と、ニードル７６によって画定される棚部１００との間に配置される。ばね１０４は、ばね１０４が棚部１００に下向きの力を常に印加するように、自然圧縮状態で噴射式ディスペンサアセンブリ５４内に配置され得る。ニードル７６の棚部１００にかかるこの下向きの力は、ニードル７６を垂直方向６に沿って下向きに付勢する。したがって、ばね１０４は、ニードル７６を第２位置に自然に付勢するので、ニードル先端部７６ａを弁座８０から変位させ、したがってニードル７６を第２位置から第１位置へと移動させるためには、ニードル７６にかかる上向きの力が必要となる。
【００２１】
引き続き図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、噴射式ディスペンサアセンブリ５４はまた、ニードル７６に動作可能に連結されたアクチュエータアセンブリ１１１をも含む。アクチュエータアセンブリ１１１は、圧電装置１１２及び一対の可動式のアクチュエータアーム１０８及び１１０を含むことができる。アクチュエータアーム１０８及び１１０は、圧電装置１１２のそれぞれの角部から、互いに向かう方向に、かつニードルステム７６ｂの上端部に向かって、斜めに延在し得る。コネクタ１０９は、一対のアクチュエータアーム１０８及び１１０を互いに接続するとともに、アクチュエータアーム１０８及び１１０をニードルステム７６ｂの上端に固定するように構成されている。コネクタ１０９は、互いに向かって半径方向に内側に突出する一対の係止タブを介してニードルステム７６ｂを固定することができるが、他の取り付け手段も考えられる。例えば、コネクタ１０９及びニードルステム７６ｂは、ねじ係合によって取り外し可能に取り付けられ得る。
【００２２】
圧電装置１１２は、ニードル７６を第１位置と第２位置との間で移動させるように構成されている。アクチュエータアセンブリ１１１は、圧電装置１１２の動作を制御するアクチュエータの外部にあるコントローラ１６６に連結される。コントローラ１６６について、以下に更に説明する。アクチュエータアセンブリ１１１はまた、圧電装置に電力を供給する電源（図示せず）にも連結される。上述したように、ニードル７６は、ニードル先端部７６ａが弁座８０と係合するように、第２位置において中立位置にある。ニードル７６を第１位置に移動させるために、コントローラは電源に、正電荷を圧電装置１１２に対して提供させる。この正電荷により、圧電スタックを含み得る圧電装置１１２は膨張し、アクチュエータアーム１０８及び１１０を圧電装置１１２に向かって引き寄せる。したがって、アクチュエータアーム１０８及び１１０並びにニードル７６は圧電装置１１２に向かって引かれ、ニードル先端部７６ａを弁座８０から引き離すことになる。コントローラ１６６が、電源に、圧電装置１１２への正電荷の供給を停止させると、圧電装置１１２は収縮し、アクチュエータアーム１０８及び１１０は、圧電装置１１２から離れるように押されることになる。ばね１０４によってニードル７６の棚部１００に加えられた力とともに、圧電装置１１２を後退させることにより、ニードル先端部７６ａが弁座８０に衝突するようにニードル７６が下方に押し進められる。ニードル先端７６ａが弁座８０に衝突すると、ノズル５６の排出通路８２を通して材料が噴射される。
【００２３】
図１〜図３Ｂを参照すると、圧電装置１１２は、締結具１１３を介して下側ブロック１１４に接続することができ、下側ブロック１１４は、締結具１１６を介して上側ブロック１１５に接続することができる。圧電装置１１２、下側ブロック１１４、及び上側ブロック１１５はまとまって、アクチュエータアセンブリ１１１を構成することができる。アクチュエータアセンブリ１１１は、横方向４に沿って離間配置され得る第１プレート６０ａと第２プレート６０ｂとの間に配置され得る。第１プレート６０ａ及び第２プレート６０ｂはそれぞれ、締結具６４が貫通することを可能にするように構成された少なくとも１つのスロットを画定してもよい。締結具６４は、第１プレート６０ａのスロットを通り、下側ブロック１１４を通り、第２プレート６０ｂの対応するスロットを通って延在し、プレート６０ｂに隣接して配置されたナット６５と係合することができる。締結具６４は、締結具６４及びナット６５が第１プレート６０ａ及び第２プレート６０ｂのそれぞれに対して緩めたり締め付けたりできるように、ナット６５に係合するようねじ切りをされることができる。締結具６４及びナット６５をプレート６０ａ及び６０ｂから緩めることにより、アクチュエータアセンブリ１１１がアプリケータ１０の他の構成要素に対して垂直方向６に沿って移動することが可能になる。アクチュエータアセンブリ１１１の位置を調整することで、ニードル７６の初期位置を調整し、したがって、ニードル７６が第１位置と第２位置との間を移動する距離として定義されるニードル７６のストローク長さを変更する。ニードル７６の初期位置及びストローク長さを調節する能力により、アプリケータ１０は、噴射式ディスペンサアセンブリ５４から噴射され得る材料の種類及びアプリケータ１０が実行することができる噴射動作のタイプに関して柔軟性を持つことが可能になる。アクチュエータアセンブリ１１１の位置が調整されると、アクチュエータアセンブリ１１１がその位置でロックされるように、締結具６４及びナット６５をプレート６０ａ及び６０ｂに対して締め付けることができる。締結具６４及びナット６５はそれぞれ１つずつしか示されていないが、アプリケータ１０は、アクチュエータアセンブリ１１１の調整を更に助けるために、複数の締結具及び対応するナットを含むことができる。
【００２４】
引き続き図３Ａを参照すると、アプリケータ１０は、垂直方向６に沿って上側ブロック１１５の上方に配置された停止部１１８を含む。第１プレート６０ａと第２プレート６０ｂとの間に位置する停止部１１８は、締結具１２０を介してプレート６８に固定することができる。プレート６８はまた、プレート６０ａ及び６０ｂの任意の組み合わせにも固定することができる。停止部１１８は、上側ブロック１１５に取り付けられたコネクタ１２４を受容するように構成された中央チャネル１１９を画定することができる。コネクタ１２４は、アクチュエータアセンブリ１１１の周囲の発熱を低減するために、外部のソース（図示せず）から加圧空気を受容することができる。
【００２５】
ここで図１、図２及び図４を参照すると、アプリケータ１０は、アクチュエータアセンブリ１１１の一部分の位置及び／又は速度を測定するためのセンサアセンブリ１３８を含む。センサアセンブリ１３８は、長手方向２に沿ってアクチュエータアセンブリ１１１に隣接して位置する、垂直に延在する中央本体部１４２ａを画定するセンサホルダ１４０を含む。センサホルダ１４０はまた、長手方向２に沿って中央本体部１４２ａから延在する第１アーム１４２ｂと、同じく長手方向２に沿って中央本体部１４２ａから延在する第２アーム１４２ｃとを画定することができる。第１アーム１４２ｂ及び第２アーム１４２ｃは、アクチュエータアセンブリ１１１の両側で横方向４に沿って離間配置することができ、アクチュエータアセンブリ１１１の少なくとも一部分と垂直に位置揃えさせることができる。センサアセンブリ１３８は特定の垂直位置に位置するように示されているが、センサアセンブリ１３８の位置はアプリケータ１０の他の構成要素に対して垂直方向６に沿って上方及び下方に調整することができる。このために、センサホルダ１４０の中央本体部１４２ａは、中央本体部１４２ａの上端に位置する第１スロット１４６ａと、中央本体部１４２ａの下端部において第１スロット１４６ａの反対側に位置する第２スロット１４６ｂとを画定する。第１スロット１４６ａ及び第２スロット１４６ｂのそれぞれは、実質的に円筒形のスロットとして構成することができるが、他の形状も考えられる。また、２つのスロットのみが示されているが、中央本体部１４２ａは、所望に応じて、より多く又は少ない数のスロットを画定することができる。例えば、中央本体部１４２ａは、１つのスロットのみを画定することができ、又は３つ以上のスロットを画定することができる。
【００２６】
センサホルダ１４０の第１スロット１４６ａは、長手方向に沿って停止部１１８内に延在する穴１３２と位置揃えすることができ、第２スロット１４６ｂは、長手方向２に沿ってハウジング５８内に延在する穴１２８と位置揃えすることができる。穴１２８及び１３２のそれぞれは、対応する締結具１３６を受容するように構成され得る。例えば、締結具１３６は、第１スロット１４６ａを通って穴１３２内に延在することができ、一方、別の締結具１３６は、第２スロット１４６ｂを通って延在し、穴１２８と係合することができる。締結具１３６並びに穴１２８及び１３２のそれぞれは、締結具１３６のそれぞれと穴１２８及び１３２のうちの対応する１つとの間でのねじ係合を可能にするために、少なくとも部分的にねじ切りされていてよい。締結具１３６のそれぞれは同じのものとして示されているが、締結具１３６並びに第１スロット１４６ａ及び第２スロット１４６ｂは同様に、所望に応じて互いに異なるように構成することができる。
【００２７】
動作中、センサホルダ１４０は、第１スロット１４６ａを穴１３２に、かつ第２スロット１４６ｂを穴１２８に位置揃えすることによって、アプリケータ１０の他の構成要素に取り付けることができる。次いで、締結具１３６を、第１スロット１４６ａを通して挿入し、穴１３２と係合させることができる一方で、別の締結具１３６が、第２スロット１４６ｂを通して挿入され、穴１２８と係合され得る。次いで、締結具１３６のそれぞれは、締結具１３６、停止部１１８、及びハウジング５８によってセンサホルダ１４０に付与された圧縮力が、センサアセンブリ１３８をアプリケータ１０の他の構成要素に対してロックするように、十分に締め付けられることができる。垂直方向６に沿ったセンサアセンブリ１３８の位置を調整するために、上側の締結具１３６は穴１３２から十分に緩められ、下側の締結具１３６は穴１２８から十分に緩められて、締結具が依然として第１スロット１４６ａ及び第２スロット１４６ｂを通って延在し、穴１３２及び１２８にそれぞれ係合するものの、センサホルダ１４０が、垂直方向６に沿って移動することができる状態にする。センサホルダ１４０は、したがって、垂直方向６に沿って所望の位置へと移動することができる。しかしながら、第１スロット１４６ａ及び第２スロット１４６ｂを通って依然として延在する締結具１３６は、センサホルダ１４０が垂直方向６に沿ってのみ移動できる動きの範囲を制限する。センサホルダ１４０が所望の位置にあると、センサホルダ１４０が再びアプリケータ１０の他の構成要素に対して固定されるように、締結具１３６は再びセンサホルダ１４０に対して十分に締め付けられることができる。
【００２８】
ここで図４を参照すると、センサホルダ１４２の第１アーム１４２ｂは第１穴１４８ａを画定し、センサホルダ１４２の第２アーム１４２ｃは第２穴１４８ｂを画定する。したがって、第１穴１４８ａ及び第２穴１４８ｂは、アクチュエータアセンブリ１１１の両側に位置するが、方向Ｄに沿って互いに位置揃えし、互いに面するように配向され得る。図示されるように、方向Ｄは、長手方向２及び横方向４によって画定される平面に沿って存在し、垂直方向６に対して垂直であり、更にその結果、方向Ｄは、第１位置と第２位置との間でニードル７６が移動する際に、ニードル７６の動きの方向に対して垂直となる。加えて、方向Ｄは、長手方向２及び横方向４の両方から角度オフセットされて図示されている。しかしながら、方向Ｄは、代替的に、長手方向２及び横方向４によって画定される平面内で任意の方向に延在するように、又は更にこの平面から角度オフセットされて、方向Ｄが垂直方向６に沿った成分を画定するように構成され得る。
【００２９】
第１穴１４８ａは、エミッタ１５４又はレシーバ１５６のうちの１つを受容するようなサイズとすることができ、第２穴１４８ｂはまた、エミッタ１５４又はレシーバ１５６のうちの１つを受容するようなサイズとされ得る。図示された実施形態では、エミッタ１５４は、第１穴１４８ａ内でセンサホルダ１４０に固定されたものとして示され、一方、レシーバ１５６は、第２穴１４８ｂ内でセンサホルダ１４０に固定されて示されているが、この配置は逆とすることが可能であるとも考えられる。図示の実施形態では、第１穴１４８ａ及び第２穴１４８ｂのいずれにエミッタ１５４及びレシーバ１５６がそれぞれ受容されるかにかかわらず、エミッタ１５４及びレシーバ１５６は、アクチュエータアセンブリ１１１の、互いに反対側に位置しているように図示されている。動作中、エミッタ１５４は、光Ｌを放出するように構成することができ、レシーバ１５６は、エミッタ１５４によって放出された光Ｌの少なくとも一部分を受光するように構成することができる。エミッタ１５４は、ＬＥＤなどの光を放出することができる任意のエミッタであってもよく、又はより具体的には、赤外線スペクトル内の光を放出することができるエミッタであってもよい。レシーバ１５６は、対応するエミッタ１５４によって放出された波長を有する光を受光するように調整することができる任意の種類のレシーバであり得る。エミッタ１５４及びレシーバ１５６が方向Ｄに沿って位置揃えされるので、エミッタ１５４によって放出される光Ｌは、アクチュエータアセンブリ１１１の位置及び噴射サイクル内のニードル７６の所与の位置に応じて、任意の特定の時間にアクチュエータアセンブリ１１１の一部分によって少なくとも部分的にブロックされ得る。次いで、レシーバ１５６は、光のブロックされていない部分を受光する。あるいは、エミッタ１５４によって放出される光Ｌは、ニードル７６の一部分によって少なくとも部分的にブロックされ得る。
【００３０】
センサアセンブリ１３８は、センサホルダ１４０が２つのアーム１４２ｂ及び１４２ｃを画定し、第１アーム１４２ｂがエミッタ１５４を支持し、第２アーム１４２ｃがレシーバ１５６を支持するように図示されているが、これに代わる実施形態も考えられる。一実施形態では、エミッタ１５４及びレシーバ１５６の両方は、エミッタ１５４及びレシーバ１５６の両方がアクチュエータアセンブリ１１１の同じ側に面するように、第１アーム１４２ｂ及び第２アーム１４２ｃのいずれか一方に固定することができる。結果として、センサホルダ１４０は、この実施形態では、第１アーム１４２ｂ及び第２アーム１４２ｃのうちの１つのみしか含まないということがあり得る（図示せず）。動作中、この実施形態では、エミッタ１５４は、アクチュエータアセンブリ１１１又はニードル７６の一部分と相互作用し、レシーバ１５６によって少なくとも部分的に受光され得る光Ｌを放出することができる。しかしながら、この実施形態では、アクチュエータアセンブリ１１１又はニードル７６によってブロックされていない光Ｌの部分を受光するのではなく、レシーバ１５６は、それが相互作用する構成要素によって反射された光Ｌの部分を受光する。
【００３１】
ここで図４〜図５Ｃを参照すると、アプリケータ１０は、接続部１６０及び１６２をそれぞれ介してエミッタ１５４及びレシーバ１５６に連結されたコントローラ１６６を含む。コントローラ１６６は、本明細書に記載されるアプリケータ１０の様々な動作を監視及び制御するためのソフトウェアアプリケーションを提供するように構成された、任意の好適な計算装置を含むことができる。コントローラ１６６は、任意の適切な計算装置を含むことができ、その例としては、プロセッサ、デスクトップ型計算装置、サーバ型計算装置、又はラップトップ型計算装置、タブレット、若しくはスマートフォンなどのポータブル計算装置を含むことが理解されるであろう。具体的には、コントローラは、メモリ１７０及びＨＭＩデバイス１７４を含むことができる。メモリ１７０は、揮発性（例えば、いくつかの種類のＲＡＭなど）、不揮発性（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、又はこれらの組み合わせであり得る。コントローラ１６６は、追加的な記憶装置（例えば、リムーバブル記憶装置及び／又は非リムーバブル記憶装置）を含み得るが、その例としては、テープ、フラッシュメモリ、スマートカード、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光学記憶装置、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶装置、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）互換性メモリ、又は、情報を記憶するために使用することができ、コントローラ１６６によってアクセスすることができる任意の他の媒体が挙げられるが、それらに限られない。ＨＭＩデバイス１７４は、例えば、ボタン、ソフトキー、マウス、音声作動制御、タッチスクリーン、コントローラ１６６の動き、視覚的な合図（例えば、コントローラ１６６上のカメラの前に手を移動させる）などを介して、コントローラ１６６を制御する能力を提供する入力を含むことができる。ＨＭＩデバイス１７４は、ディスプレイを介したニードル７６の現在の位置及び速度値の視覚的指標、並びにこれらのパラメータの許容可能な範囲などの視覚的情報を含むグラフィカルユーザインターフェースを介して出力を提供することができる。他の出力としては、聴覚的情報（例えば、スピーカを介して）、機械的に提供される情報（例えば、振動機構を介して）、又はこれらの組み合わせを含むことができる。様々な構成において、ＨＭＩデバイス１７４は、ディスプレイ、タッチスクリーン、キーボード、マウス、動作検出器、スピーカ、マイクロフォン、カメラ、又はこれらの任意の組み合わせを含むことができる。ＨＭＩデバイス１７４は、例えば、コントローラ１６６にアクセスする目的で特定の生体情報を必要とするために、例えば、指紋情報、網膜情報、音声情報、及び／又は顔特性情報などの生体情報を入力するための任意の好適な装置を更に含むことができる。
【００３２】
コントローラ１６６は、接続部１６０を通じてエミッタ１５４に命令を送信することによって、エミッタ１５４からの光Ｌの放出を制御することができ、レシーバ１５６によって受信された光Ｌの部分を示す信号を、レシーバ１５６から接続部１６２を通して受信することができる。接続部１６０及び１６２のそれぞれは、有線接続又は無線接続であり得る。好適な無線接続の例としては、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｚ波、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、又は電波が挙げられる。レシーバ１５６によって受光される光Ｌの部分は、以下で更に論じるコントローラ１６６によって実行される制御ループへのフィードバックを含むことができる。コントローラ１６６は、レシーバ１５６から受信した光Ｌに関する情報（フィードバックとも呼ばれる場合がある）を使用して、個々の時点でのニードル７６の位置を決定することができる。コントローラ１６６はまた、レシーバ１５６から受信した光Ｌに関する情報を使用して、個々の時点でのニードル７６の速度を決定することができる。コントローラ１６６は、エミッタ１５４及びレシーバ１５６と信号通信することに加えて、アクチュエータアセンブリ１１１の圧電装置１１２とも信号通信することができる。レシーバ１５６からフィードバックを受信したことに応じて、コントローラ１６６は、以下に記載される制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの１つを使用してアクチュエータアセンブリ１１１の動作を調整して、噴射された材料のドットの、所望のサイズ及び形状を維持することができる。
【００３３】
コントローラ１６６は、アクチュエータアセンブリ１１１の動作を制御するために制御ループを実行して、それによってニードル７６の、第１位置と第２位置との間の移動を制御するように構成されている。制御を実現するために、制御ループは、制御ループ２００ａ〜２００ｃ（図５Ａ〜図５Ｃ）のうちの１つを含むことができる。制御ループ２００ａ〜２００ｃへの入力は、アクチュエータアセンブリ１１１の圧電装置１１２に提供される所望の電圧波形であり得る。メモリ１７０は、様々な電圧波形を記憶するように構成することができ、それらのそれぞれは、ニードル７６の特定の動作パターン又は速度と、特定のドットサイズ及び／又はドット形状との所定の関係を有する。制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの特定の１つに提供される特定の電圧波形は、ＨＭＩデバイス１７４への特定の入力に応じて、メモリ１７０から呼び出され得る。ＨＭＩデバイス１７４に提供される入力は、ニードル７６の所望の噴射動作、具体的な噴射操作、利用される特定の流体又は基材、特定の噴射ドットサイズ及びドット形状、圧電装置１１２に提供される初期電圧値、圧電装置１１２に電圧を印加するための特定の噴射されたドットサイズ及び形状、圧電装置１１２に電圧を印加する電圧率などであり得る。これらの入力のそれぞれ、並びに他の入力は、メモリ１７０に格納された特定の電圧波形に相関させることができ、これは、対応する入力を受け取ると、自動的に呼び出され、制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの１つに入力され得る。同様に、制御ループ２００ａ〜２００ｃのそれぞれの出力は、所望のニードル動作を実現するために、圧電装置１１２に提供される電圧又は電圧率を調整したものであり、これは、センサアセンブリ１３８から受信したフィードバックから部分的に決定される。
【００３４】
図５Ａは、コントローラ１６６によって実行され得る制御ループ２００ａの一実施形態を示す。制御ループ２００ａは、典型的なフィードバックコントローラを具現化したものである。制御ループ２００ａは、上述のように、所望の電圧波形の形をとることができる入力を受信する。しかしながら、この入力は、制御ループ２００ａに提供される完全な入力を、部分的にのみ構成するものである。所望の電圧波形に加えて、制御ループ２００ａは、センサアセンブリ１３８、特にレシーバ１５６から受信したフィードバックを、その入力に組み込む。次いで、この完全な入力はフィードバックコントローラ２０４に提供され、フィードバックコントローラ２０４は、所望の波形を具現化する入力に基づいて、レシーバ１５６から受信したフィードバックと、ニードル７６の意図された位置又は速度とを比較する。そしてフィードバックコントローラ２０４は、圧電装置１１２に提供される電圧又は電圧率を調整したものである出力を生成し、所望の電圧波形、更にはニードル７６の所望の動きを実現する。このフィードバックコントローラ２０４は、圧電装置１１２に提供される電圧と、メモリ１７０に格納されているニードル７６の速度又は位置との間の様々な所定の関係を参照して、この調整を計算することができる。
【００３５】
図５Ｂは、コントローラ１６６によって実行され得る制御ループ２００ｂの別の実施形態を示す。制御ループ２００ｂは、フィードバック及びフィードフォワード制御の組み合わせを具現化したものである。制御ループ２００ａは、所望の波形の形態をとることができる入力を受信し、この入力はその後、センサアセンブリ１３８のレシーバ１５６から受信され、フィードバックコントローラ２０４に提供されるフィードバックと統合される。制御ループ２００ａと同様に、フィードバックコントローラ２０４は、所望の波形を具現化する入力に基づいて、レシーバ１５６から受信したフィードバックと、ニードル７６の意図された位置又は速度とを比較する。そしてフィードバックコントローラ２０４は、圧電装置１１２に提供される電圧又は電圧率を調整したものである出力を生成し、所望の電圧波形、更にはニードル７６の所望の動きを実現する。このフィードバックコントローラ２０４は、圧電装置１１２に提供される電圧と、メモリ１７０に格納されているニードル７６の速度又は位置との間の様々な所定の関係を参照して、この調整を計算することができる。しかしながら、制御ループ２００ｂはまた、所望の波形の入力を受信するフィードフォワードコントローラ２０８を含み、フィードフォワードコントローラ２０８は、フィードバックコントローラ２０４を迂回して、フィードバックコントローラ２０４の出力と組み合わされる、圧電装置１１２に提供される電圧又は電圧率を調整したものである出力を生成することができる。このフィードフォワードコントローラ２０８を使用することにより、フィードバックコントローラ２０４によって生成された調整出力に起因するニードル７６の動きの乱れを予測しかつ最小化するのを、助けることができる。
【００３６】
図５Ｃは、コントローラ１６６によって実行され得る制御ループ２００ｃの第３の実施形態を示す。制御ループ２００ｃは、フィードバック及びフィードフォワード制御の代替的な組み合わせを具現化したものである。制御ループ２００ｂは、所望の波形の形態をとることができる入力を受信し、続いて、この入力がフィードフォワードコントローラ２０８への入力として提供される。次いで、フィードフォワードコントローラ２０８は出力を提供し、その出力は、センサアセンブリ１３８のレシーバ１５６から受信したフィードバックと組み合わされて、フィードバックコントローラ２０４に提供される入力が形成される。次いで、フィードバックコントローラ２０４は、レシーバ１５６から受信したフィードバックと、フィードフォワードコントローラ２０８からの出力とを比較し、圧電装置１１２に提供される電圧又は電圧率を調整したものである出力を生成し、所望の電圧波形を実現し、更には、ニードル７６の所望の動きを実現する。このフィードバックコントローラ２０４は、圧電装置１１２に提供される電圧と、メモリ１７０に格納されているニードル７６の速度又は位置との間の様々な所定の関係を参照して、この調整を計算することができる。このフィードフォワードコントローラ２０８を使用することにより、フィードバックコントローラ２０４によってもたらされる調整に起因する、ニードル７６の動きの乱れを予測しかつ最小化するための代替的な方法が提供される。
【００３７】
この制御ループ２００ａは、噴射サイクル全体にわたるニードル７６の移動を連続的に監視及び調整するために、連続的に実行することができる。ニードル７６の速度に関して、制御ループ２００ａ〜２００ｃのいずれかが、ニードル７６の速度が所定の閾値を上回るときに圧電装置１１２に供給される電圧又は電圧率を減少させるようにコントローラ１６６をプログラムすることができ、あるいは、ニードル７６の速度が所定の閾値を下回るとき、圧電装置１１２に供給される電圧又は電圧率を増加させることができるように、コントローラ１６６をプログラムすることができる。コントローラ１６６は、ニードルの速度に関して許容可能な範囲があり、ニードル７６の速度がその許容範囲内であるときに、圧電装置１１２に供給される電圧率が維持されるようにプログラムされ得る。許容範囲及び／又は所定の閾値は、ＨＭＩデバイス１７４を介してユーザによってコントローラ１６６に提供されてもよく、又はメモリ１７０から呼び出されてもよい。
【００３８】
ここで図６を参照すると、同図には、アクチュエータアセンブリ１１１の圧電装置１１２に提供される例示的な電圧波形２５０であって、ある期間にわたって、ニードル７６を第２位置から第１位置へと移動させ、再び第２位置に戻すための電圧波形２５０がプロットされている。図示のように、電圧波形２５０は正弦波でなくてもよいが、むしろ幾分鋸歯形状の波形であってもよい。これは、所望の形状及びサイズを有する個々の量の材料がノズル５６から噴射されるよう、ニードル７６を第１位置から第２位置に移動させる際にはニードル７６の急速な落下が必要とされるためである。図示のように、電圧波形２５０は、いくつかの個別の区間を有する。ベースライン部分２５４では、０秒時点〜５００マイクロ秒時点までの間、圧電装置１１２に電圧が供給されない。５００マイクロ秒時点で、電圧波形２５０の増加部分２５８ａが開始する。電圧波形２５０のこの増加部分２５８は、５００マイクロ秒時点から約２７００マイクロ秒時点まで継続し、その間、圧電装置１１２に供給される電圧が連続的に上昇する電圧波形２５０の一部分を画定する。この電圧の増加は、圧電装置１１２を膨張させ、したがって、ニードル７６をノズル５６から引き離す。図示のように、増加部分２５８は、第１部分２５８ａ及び第２部分２５８ｂを含む。第１部分２５８ａの間、電圧レベルは、第２部分２５８ｂの場合よりも急速に増加する。結果として、ニードル７６は、圧電装置１１２が電圧波形２５０の増加部分２５８を受信し始めの頃に、その受信終わり頃よりもより急速に、圧電装置１１２がノズル５６から引き離される。電圧波形２５０の増加部分２５８は、電圧増加速度が異なる２つの区間を有するものとして示されているが、より多くの又はより少ない区間がある場合も考えられる。
【００３９】
電圧波形２５０の増加部分２５８の後で、約２７００マイクロ秒時点から約２８００マイクロ秒時点まで、一定の電圧が圧電装置１１２に供給される。電圧波形のこの一定部分２６２は、ニードル７６が第１位置に完全に後退する時間を表し、停留部と呼ばれる。制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの１つを使用して波形の一定部分２６２の間に圧電装置１１２に印加される電圧を調整することによって、ニードル７６の停留部の位置を調整することで、ノズル５６から噴出される材料のドット形状及びサイズを制御するのを助けることが可能になる。一定部分２６２の後、圧電装置１１２に印加される電圧は、減少部分２６４の間に、ゼロまで急速に降下する。電圧波形２５０の減少部分２６４の間に圧電装置１１２に供給される電圧が急速に降下することによって、圧電装置１１２の急速な収縮が起こり、その結果、ニードル７６が弁座８０にぶつかるまで、ニードル７６がノズル５６に向かって急速に駆動される。これにより、アプリケータ１０のノズル５６から基材上に、所定のサイズ及び形状を有する材料のドットが噴射される。制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの１つを使用して電圧波形２５０の減少部分２６４の間に電圧が低下する速度を変更することによって、アプリケータ１０から噴射される材料のドットのサイズ及び形状を更に制御することができる。
【００４０】
続いて図７を参照して、センサアセンブリ１３８及び接続されたコントローラ１６６を使用してニードル７６の動きを制御して、所定の材料のドットのサイズ及び形状を維持する方法３００を論じる。方法３００は、ステップ３０２において、アクチュエータアセンブリ１１１の圧電装置１１２をまず作動させることを含む。圧電装置１１２を作動させることによって、ニードル７６は、上述のように、第１位置と第２位置との間を垂直方向６に沿って移動する。この往復運動は、ノズル５６から、ある量の材料を噴射させるように機能する。ステップ３０２を実行する前、実行中、又は実行後に開始することができるステップ３０６において、コントローラ１６６は、アクチュエータアセンブリ１１１又はニードル７６の一部分が上記のように光Ｌと相互作用するように、エミッタ１５４からレシーバ１５６への光Ｌの放出を開始することができる。前述のように、光Ｌは、垂直方向６に直交する方向Ｄに沿って放出され得る。またアクチュエータアセンブリ１１１又はニードル７６の一部分が光Ｌを部分的にブロックするように放出されてもよい。あるいは、アクチュエータアセンブリ１１１又はニードル７６の一部分が光Ｌを反射するように光Ｌを放出することもできる。ステップ３０２及び３０６の後、方法３００では、ステップ３１０において、コントローラ１６６がレシーバ１５６から受信したフィードバックに基づいて、個別の時点でのニードル７６の位置を決定することを含む。ステップ３１０の後、又はステップ３１０と同時に、ステップ３１４において、コントローラ１６６は、レシーバ１５６からコントローラ１６６が受信したフィードバックに基づいて、個別の時間の時点でのニードル７６の速度を決定することができる。
【００４１】
ステップ３１０及び３１４においてニードルの位置及び／又は速度が決定された後、ステップ３１８で、コントローラ１６６は、レシーバ１５６からコントローラ１６６が受信したフィードバックに基づいて、圧電装置１１２の動作を調整することができる。この調整は、メモリ１７０に格納されている電圧とニードルの速度又は位置との間の所定の関係に従って、圧電装置１１２に供給される電圧を調整することによって実現することができる。調整は、図５Ａ〜５Ｃに示される制御ループ２００ａ〜２００ｃのうちの１つ又は複数の組み合わせのいずれかを使用して決定することができ、これらの制御ループ２００ａ〜２００ｃのそれぞれには、アプリケータ１０のユーザによってＨＭＩデバイス１７４に提供される入力が組み込まれる。調整ステップ３１８は、ニードル７６の速度が所定の閾値を上回るときに圧電装置１１２に供給される電圧を減少させること、ニードル７６の速度が所定の閾値を下回るとき、圧電装置１１２に供給される電圧を上昇させること、又はニードル７６の速度が所定の範囲内にあるときに、圧電装置１１２に供給される電圧を維持することと、を含み得る。
【００４２】
ニードル７６の位置及び速度に関するフィードバックを連続的に取得し、この情報を使用して、圧電装置１１２に提供される電圧波形を制御することによって、アプリケータ１０から噴射される材料のドットのサイズと形状とを、期間中一貫した状態に保つことができる。瞬間的なニードル７６の位置及び速度の正確な決定を容易に実現するため、センサアセンブリ１３８のエミッタ１５４及びレシーバ１５６を使用することで、このフィードバックを得るための、非常に正確なシステムが提供される。更に、制御ループ２００ａ〜２００ｃは、センサアセンブリ１３８からコントローラ１６６によって取得された情報を使用して、圧電装置１１２によって提供される電圧を調整するのを助ける一方で、そのような補正動作に起因するマイナスの結果を最小限に抑えることができる。
【００４３】
本発明の様々な発明的態様、概念、及び特徴は、本明細書において、例示的な実施形態において組み合わせて具現化されるように説明及び図示され得るが、これらの様々な態様、概念及び特徴は、個々に又は様々な組み合わせ及び部分的組み合わせで、多くの代替的な実施形態で使用されてもよい。本明細書で明示的に除外されない限り、そのような組み合わせ及び部分的組み合わせは全て、本発明の範囲内であることが意図される。本発明のいくつかの特徴、概念又は態様は、本明細書において好ましい配置又は方法であるとして記載されてもよいが、そのような説明は、明示的に記載されない限り、そのような特徴が必要又は必要であることを示唆することを意図するものではない。更に、本開示を理解するのを助けるために、例示的又は代表的な値及び範囲が含まれてもよいが、そのような値及び範囲は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、明示的に記載された場合にのみ重要な値又は範囲であることが意図される。例示的な方法又はプロセスの説明は、全てのステップの包含が全ての場合に必要とされるものとして限定されるものではなく、また、明示的に記載されない限り、ステップが提示される順序も、必須のものとしてみなされるものではない。
【００４４】
この出願は、２０１８年５月７日に出願された米国仮特許出願第６２／６６７，６９６号および２０１９年４月１９日に出願された米国特許出願第１６／３８９，０６１号の優先権を主張するものであり、それらの内容を引用してこの出願の一部とするものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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