(57)【要約】【課題】  液体の粘度にかかわらず所望の吐出量に制御することが可能なノズル装置を提供する。【解決手段】  液体を貯留する液室２、液室２から液体が供給される加圧室３、加圧室３から液体を吐出する吐出口４を備える。液室２と加圧室３との間に設けられ、加圧室３の容積を減少させる方向及び増大させる方向に直線移動が可能な直動型開閉弁５を備える。伸縮に伴い直動型開閉弁５を移動させる積層圧電アクチュエータ６を備える。直動型開閉弁５を閉じた状態で直動型開閉弁５を加圧室３の容積を減少させる方向に移動させて加圧室３内の液体を加圧し、吐出口４より液体を吐出する。【選択図】    図１
2008188496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する液室と、
前記液室から液体が供給される加圧室と、
前記加圧室から液体を吐出する吐出口と、
前記液室と前記加圧室との間に設けられ、前記加圧室の容積を減少させる方向及び増大させる方向に移動が可能な直動型開閉弁と、
伸縮に伴い前記直動型開閉弁を開閉及び移動させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータであり、
前記直動型開閉弁を閉じた状態で前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を減少させる方向に移動させることにより、前記加圧室内の液体を加圧し、前記吐出口より液体を吐出することを特徴とするノズル装置。
【請求項２】
前記直動型開閉弁は、前記液室側に弁座が形成された弁座構成部材と、前記弁座に突き当たることにより当該直動型開閉弁を閉じる一方で前記弁座から離れることにより当該直動型開閉弁を開ける開閉部材と、前記開閉部材を前記弁座から離れる方向に付勢する開閉部材付勢バネと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
【請求項３】
前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を増大する方向に移動させるべく前記開閉部材付勢バネよりも強い力で付勢する直動型開閉弁付勢バネと、
先端を前記開閉部材に突き当てた状態で、前記開閉部材を前記弁座側に押し込んで前記直動型開閉弁を閉じる動作と、前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を減少させる方向に押し込む動作と、が可能なプッシュロットと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のノズル装置。
【請求項４】
前記アクチュエータの伸長に伴い該アクチュエータから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー機構を備えることを特徴とする請求項３に記載のノズル装置。
【請求項５】
前記レバー機構は、
前記アクチュエータから伝達される動きをそのまま伝達するプッシャーと、
前記プッシャーと前記プッシュロットとの間に挟持され、前記プッシュロットを前記開閉部材付勢バネ及び前記直動型開閉弁付勢バネの付勢方向とは反対方向に前記直動型開閉弁付勢バネよりも強い力で付勢するプッシュロット付勢バネと、
前記プッシャーから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー部材と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載のノズル装置。
【請求項６】
液体を貯留する液室と、
前記液室から液体が供給される加圧室と、
前記加圧室から液体を吐出する吐出口と、
前記液室と前記加圧室との間に設けられた直動型開閉弁と、
伸縮に伴い前記直動型開閉弁を開閉させるアクチュエータと、
を備え、
前記アクチュエータは、積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータであり、
前記直動型開閉弁は、弁座と、前記弁座に突き当たることにより当該直動型開閉弁を閉じる一方で前記弁座から離れることにより当該直動型開閉弁を開ける開閉部材と、を備え、
前記弁座は円錐形状の凹面である一方で、前記開閉部材は円錐形状又は球状であり、
前記開閉部材を前記直動型開閉弁を閉じる方向に移動させることにより、前記加圧室の容積を減少しながら前記加圧室内の液体を加圧し、前記吐出口より液体を吐出することを特徴とするノズル装置。
【請求項７】
先端を前記開閉部材に突き当てた状態で、前記開閉部材を前記弁座側に押し込んで前記直動型開閉弁を閉じる動作と、前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を減少させる方向に押し込む動作と、が可能なプッシュロットと、
前記アクチュエータの伸長に伴い該アクチュエータから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー機構と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のノズル装置。
【請求項８】
前記開閉部材を前記弁座から離れる方向に付勢する開閉部材付勢バネを備え、
前記レバー機構は、
前記アクチュエータから伝達される動きをそのまま伝達するプッシャーと、
前記プッシャーと前記プッシュロットとの間に挟持され、前記プッシュロットを前記開閉部材付勢バネの付勢方向とは反対方向に前記開閉部材付勢バネよりも強い力で付勢するプッシュロット付勢バネと、
前記プッシャーから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー部材と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載のノズル装置。
【請求項９】
前記レバー部材は、弾性体からなる板状部材であり、
前記レバー部材の両端部には、前記プッシャーに押されて移動する一対の力点部が形成され、
前記力点部よりも当該レバー部材の中心寄りの位置には、定位置に支持される一対の支点部が形成され、
前記支点部よりも更に当該レバー部材の中心寄りの位置には一対の溝が形成され、
当該レバー部材において該一対の溝よりも中心側の部分からなる作用部には、前記プッシュロットが固定され、
前記一対の力点部が前記プッシャーに押されると、前記一対の溝に沿って当該レバー部材が屈曲し、前記作用部が、前記力点部の移動距離を所定の比率で拡大した距離だけ前記プッシュロットを伴って移動するとともに、前記プッシュロット付勢バネが圧縮されることを特徴とする請求項５又は８に記載のノズル装置。
【請求項１０】
前記プッシュロットと前記開閉部材とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項３、４、５、７、８、９の何れか一項に記載のノズル装置。
【請求項１１】
前記プッシュロットに伴って移動することにより、前記液室の容積を変化させるダイヤフラムを備えることを特徴とする請求項３、４、５、７、８、９、１０の何れか一項に記載のノズル装置。
【請求項１２】
請求項３、４、５、７、８、９、１０、１１の何れか一項に記載のノズル装置を駆動する方法であって、
前記プッシュロットの位置を前記積層圧電アクチュエータの駆動電圧により調節することによって、液体の吐出量を制御することを特徴とするノズル装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項３、４、５、７、８、９、１０、１１の何れか一項に記載のノズル装置を駆動する方法であって、
前記プッシュロットの移動速度を前記積層圧電アクチュエータの駆動電圧波形により調節することによって、液体の吐出速度を制御することを特徴とするノズル装置の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル装置を駆動する方法であって、
液体の吐出動作の完了後、前記直動型開閉弁を閉じた状態で前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を増大させる方向に僅かに移動させることにより、前記吐出口の先端の液体を吐出口内ないしは前記加圧室内に引き戻すことを特徴とするノズル装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器においては小型高密度化に伴い個々のパーツを接着剤で接着する傾向にあるとともに、接着材の塗布量も微量化の傾向がある。
【０００３】
このため、接着材の塗布に用いられるノズル装置としては、微量な接着材の塗布量を制御可能であるとともに、パーツの種類に応じた塗布量の変更や、気温などの条件により粘度が変化しても塗布量が変化しない高精度のものが要求される。
【０００４】
また、搬送中の品物に文字やロゴを印字するマーキング装置においてはライン速度の高速化に伴い高応答性と同時に大小文字の混在するマーキングが要求され文字毎のドットサイズの設定が必要となる。
【０００５】
このため、マーキング装置が備えるノズル装置にも、高精度のものが要求される。
【０００６】
従来のノズル装置は吐出材（接着材、インキなど）を空気圧又はポンプなどにより加圧しノズル内の弁を一定時間開くことにより吐出材を吐出する方式や、弁を設けずに一定時間空気圧で加圧することにより吐出材を吐出する方式である。
【０００７】
しかし、これらの方式では加圧力の変化や吐出材の濃度変化（粘度変化）により吐出量が大きく変化してしまう。
【０００８】
図１２は従来のノズル装置１０００の一例を示す側断面図である。
【０００９】
図１２に示すように、従来のノズル装置１０００は、塗料を加圧状態で貯留する液室１００１と、塗料を吐出する吐出口１００２を有するノズルチップ１００３と、液室１００１内に配置されたニードル弁１００４と、このニードル弁１００４の基端部に固定されたプランジャー（可動鉄心）１００５と、このプランジャー１００５を吸着可能な固定鉄心１００６と、この固定鉄心１００６の周囲に配置されたコイル１００７と、を備えている。
【００１０】
このようなノズル装置１０００においては、コイル１００７に印加するパルス状の電流によりプランジャー１００５が固定鉄心１００６に吸引されるのに伴い、ニードル弁１００４の先端が吐出口１００２より離間し、該吐出口１００２より液室１００１内の塗料が吐出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
接着材、塗料、インキなどの液体は種類によりそれぞれ粘度・流動性が異なり、またそれらの温度係数も異なる。
【００１２】
また、周囲温度の高い工場内の現場においてはインキ、接着材などの溶剤の揮発が激しく、従来のノズル装置では吐出量を一定に保つことができない。
【００１３】
また吐出材の種類に応じてその塗布量を任意の設定値に自動変更することは不可能である。
【００１４】
また、上記のノズル装置１０００では、微少な吐出量の制御が困難である。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、微少な吐出量の制御が可能であるとともに、液体の粘度・流動性にかかわらず所望の吐出量に制御することが可能なノズル装置及びその駆動方法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】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明のノズル装置は、液体を貯留する液室と、前記液室から液体が供給される加圧室と、前記加圧室から液体を吐出する吐出口と、前記液室と前記加圧室との間に設けられ、前記加圧室の容積を減少させる方向及び増大させる方向に移動が可能な直動型開閉弁と、伸縮に伴い前記直動型開閉弁を開閉及び移動させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータは、積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータであり、前記直動型開閉弁を閉じた状態で前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を減少させる方向に移動させることにより、前記加圧室内の液体を加圧し、前記吐出口より液体を吐出することを特徴としている。
【００１７】
本発明のノズル装置においては、前記直動型開閉弁は、前記液室側に弁座が形成された弁座構成部材と、前記弁座に突き当たることにより当該直動型開閉弁を閉じる一方で前記弁座から離れることにより当該直動型開閉弁を開ける開閉部材と、前記開閉部材を前記弁座から離れる方向に付勢する開閉部材付勢バネと、を備えることが好ましい。
【００１８】
本発明のノズル装置においては、前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を増大する方向に移動させるべく前記開閉部材付勢バネよりも強い力で付勢する直動型開閉弁付勢バネと、先端を前記開閉部材に突き当てた状態で、前記開閉部材を前記弁座側に押し込んで前記直動型開閉弁を閉じる動作と、前記直動型開閉弁自体を前記加圧室の容積を減少させる方向に押し込む動作と、が可能なプッシュロットと、を備えることが好ましい。
【００１９】
本発明のノズル装置においては、前記アクチュエータの伸長に伴い該アクチュエータから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー機構を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明のノズル装置においては、前記レバー機構は、前記アクチュエータから伝達される動きをそのまま伝達するプッシャーと、前記プッシャーと前記プッシュロットとの間に挟持され、前記プッシュロットを前記開閉部材付勢バネ及び前記直動型開閉弁付勢バネの付勢方向とは反対方向に前記直動型開閉弁付勢バネよりも強い力で付勢するプッシュロット付勢バネと、前記プッシャーから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー部材と、を備えることが好ましい。
【００２１】
また、本発明のノズル装置は、液体を貯留する液室と、前記液室から液体が供給される加圧室と、前記加圧室から液体を吐出する吐出口と、前記液室と前記加圧室との間に設けられた直動型開閉弁と、伸縮に伴い前記直動型開閉弁を開閉させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータは、積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータであり、前記直動型開閉弁は、弁座と、前記弁座に突き当たることにより当該直動型開閉弁を閉じる一方で前記弁座から離れることにより当該直動型開閉弁を開ける開閉部材と、を備え、前記弁座は円錐形状の凹面である一方で、前記開閉部材は円錐形状又は球状であり、前記開閉部材を前記直動型開閉弁を閉じる方向に移動させることにより、前記加圧室の容積を減少しながら前記加圧室内の液体を加圧し、前記吐出口より液体を吐出することを特徴としている。
【００２２】
本発明のノズル装置においては、先端を前記開閉部材に突き当てた状態で、前記開閉部材を前記弁座側に押し込んで前記直動型開閉弁を閉じる動作と、前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を減少させる方向に押し込む動作と、が可能なプッシュロットと、前記アクチュエータの伸長に伴い該アクチュエータから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー機構と、を備えることが好ましい。
【００２３】
本発明のノズル装置においては、前記開閉部材を前記弁座から離れる方向に付勢する開閉部材付勢バネを備え、前記レバー機構は、前記アクチュエータから伝達される動きをそのまま伝達するプッシャーと、前記プッシャーと前記プッシュロットとの間に挟持され、前記プッシュロットを前記開閉部材付勢バネの付勢方向とは反対方向に前記開閉部材付勢バネよりも強い力で付勢するプッシュロット付勢バネと、前記プッシャーから伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大して前記プッシュロットに伝達するレバー部材と、を備えることが好ましい。
【００２４】
本発明のノズル装置においては、前記レバー部材は、弾性体からなる板状部材であり、前記レバー部材の両端部には、前記プッシャーに押されて移動する一対の力点部が形成され、前記力点部よりも当該レバー部材の中心寄りの位置には、定位置に支持される一対の支点部が形成され、前記支点部よりも更に当該レバー部材の中心寄りの位置には一対の溝が形成され、当該レバー部材において該一対の溝よりも中心側の部分からなる作用部には、前記プッシュロットが固定され、前記一対の力点部が前記プッシャーに押されると、前記一対の溝に沿って当該レバー部材が屈曲し、前記作用部が、前記力点部の移動距離を所定の比率で拡大した距離だけ前記プッシュロットを伴って移動するとともに、前記プッシュロット付勢バネが圧縮されることが好ましい。
【００２５】
本発明のノズル装置においては、前記プッシュロットと前記開閉部材とが一体的に構成されていることも好ましい。
【００２６】
本発明のノズル装置においては、前記プッシュロットに伴って移動することにより、前記液室の容積を変化させるダイヤフラムを備えることが好ましい。
【００２７】
本発明のノズル装置の駆動方法は、前記プッシュロットの位置を前記積層圧電アクチュエータの駆動電圧により調節することによって、液体の吐出量を制御することを特徴としている。
【００２８】
本発明のノズル装置の駆動方法は、前記プッシュロットの移動速度を前記積層圧電アクチュエータの駆動電圧波形により調節することによって、液体の吐出速度を制御することを特徴としている。
【００２９】
本発明のノズル装置の駆動方法は、液体の吐出動作の完了後、前記直動型開閉弁を閉じた状態で前記直動型開閉弁を前記加圧室の容積を増大させる方向に僅かに移動させることにより、前記吐出口の先端の液体を吐出口内ないしは前記加圧室内に引き戻すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータの駆動に伴い液体を吐出するので微少な吐出量の制御が可能である。また、液体の粘度に関係なく任意の吐出量を任意の吐出速度に制御することができる。
【００３１】
加えて、アクチュエータとして積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータを１つのみ備えるだけの構成である他、他の構成要素もシンプルであるため、小型化及びコストダウンが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。
【００３３】
〔第１の実施形態〕
本実施形態で用いるアクチュエータは積層圧電アクチュエータ又は磁歪アクチュエータである。積層圧電アクチュエータは電圧により伸縮量を制御し、磁歪アクチュエータはコイルに流す電流により磁界強度を制御することにより伸縮量を制御する。どちらも伸縮量は同程度である。以下の説明は積層圧電アクチュエータを用いる場合を例として行うが磁歪アクチュエータの場合も同様の結果が得られている。
【００３４】
図１は第１の実施形態に係るノズル装置１００を示す正面断面図である。
【００３５】
なお、ノズル装置１００は、図１に示した姿勢に限らず、傾斜した姿勢でも用いることが可能であり、姿勢に応じて各構成要素の位置関係（上下左右）は変化するが、以下では説明を簡単にするため、便宜的に、図１に示した位置関係で説明を進める。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態に係るノズル装置１００は、本体ケース１と、液体を貯留する液室２と、液室２から供給された液体を加圧する加圧室３と、加圧室３から液体を吐出する吐出口４と、液室２と加圧室３との間に設けられ加圧室３の容積を減少させる方向及び増大させる方向に直線移動が可能な直動型開閉弁５と、伸縮に伴い直動型開閉弁５を移動させる積層圧電アクチュエータ６と、上下方向に延在する棒状のプッシュロット７と、積層圧電アクチュエータ６の伸長に伴い該積層圧電アクチュエータ６から伝達される動きの方向を反転させるとともに当該動きの距離を所定の比率で拡大してプッシュロット７に伝達するレバー機構８と、を備えている。
【００３７】
本体ケース１は、その上部を構成するアクチュエータホルダ９と下部を構成するマニホールド１０と、を備えて構成されている。
【００３８】
アクチュエータホルダ９は、積層圧電アクチュエータ６とレバー機構８の一部を保持する。
【００３９】
マニホールド１０は、レバー機構８の残りの部分と直動型開閉弁５を保持するとともに液室２の一部を構成し、更に、後述するノズル構成部材７０を保持する。
【００４０】
積層圧電アクチュエータ６は、本体部１１と、この本体部１１の上部に形成されたフランジ部１２と、このフランジ部１２よりも上方に突出するように設けられた一対の電極端子１３と、本体部１１の下端から下方に突出するように設けられた半球形状の半球部１４と、を備えている。
【００４１】
積層圧電アクチュエータ６は、後述するアンプ７５（図８）から一対の電極端子間１３に印加される電圧に比例して上下方向に伸縮する。
【００４２】
積層圧電アクチュエータ６は、後述するように、アクチュエータホルダ９に対して、そのフランジ部１２が固定される。このため、積層圧電アクチュエータ６が伸縮すると、アクチュエータホルダ９に対する半球部１４の上下位置が変位することとなる。積層圧電アクチュエータ６の応答性は非常に速いため、印加電圧波形に応じた半球部１４の変位が可能である。
【００４３】
アクチュエータホルダ９は筒状に形成されている。このアクチュエータホルダ９は、内部に積層圧電アクチュエータ６の本体部１１の大部分を収容し、該本体部１１を上下に摺動可能に保持する。
【００４４】
ノズル装置１００は、更に、位置調節部材１５と、押さえ部材１６と、２つの第１固定ネジ１７と、２つの第２固定ネジ１８と、を備えている。
【００４５】
このうち位置調節部材１５は、アクチュエータホルダ９に対する積層圧電アクチュエータ６の上下位置を調節するためのものである。
【００４６】
位置調節部材１５は、アクチュエータホルダ９と同じ内径の筒状に形成され、内部に積層圧電アクチュエータ６の本体部１１を上下に摺動可能に保持する。
【００４７】
押さえ部材１６は、位置調節部材１５の上端面に対して積層圧電アクチュエータ６のフランジ部１２を押さえつけて固定するためのものである。
【００４８】
２つの第２固定ネジ１８は、位置調節部材１５の上端部に形成された大径部２１と押さえ部材１６とを相互に締結することにより、積層圧電アクチュエータ６の上端のフランジ部１２を位置調節部材１５に対して固定している。
【００４９】
位置調節部材１５の上端部を除く外周には、アクチュエータホルダ９の上端部に形成された雌ねじ部１９に対して螺入される雄ねじ部２０が形成されている。
【００５０】
雌ねじ部１９に対する雄ねじ部２０の螺入量を調節することにより、アクチュエータホルダ９に対する位置調節部材１５及び積層圧電アクチュエータ６の上下位置を調節することが可能である。
【００５１】
更に、２つの第１固定ネジ１７は、位置調節部材１５の大径部２１を貫通してアクチュエータホルダ９の上端面に突き当たるまで螺入され、位置調節部材１５がアクチュエータホルダ９に対して回転しないようにする。
【００５２】
次に、レバー機構８は、アクチュエータホルダ９の下端部における内部からマニホールド１の上部における内部に亘って、本体ケース１内に収容されている。
【００５３】
マニホールド１０の上部には、レバー機構収容凹部４４が、上方に開口するように形成され、該レバー機構収容凹部４４内にレバー機構８の大部分が収容されている。
【００５４】
図２はレバー機構８を示す正面断面図である。
【００５５】
図２に示すように、レバー機構８は、プッシャー２２と、レバー部材２３と、レバー支持部材２４と、ベース部材２５と、第１バネ（プッシュロット付勢バネ）２６と、を備えている。
【００５６】
図３はプッシャー２２を示す図であり、このうち（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【００５７】
図３に示すように、プッシャー２２は、アクチュエータホルダ９内に収容されて該アクチュエータホルダ９に対して上下に摺動可能な本体部２７と、この本体部２７の下側に該本体部２７と一体的に形成され、本体部２７よりも例えば左右方向に大きく形成された大径部２８と、を備えている。
【００５８】
このうち本体部２７の上面には、積層圧電アクチュエータ６の半球部１４に沿う凹曲面が形成されている。この凹曲面は、半球部１４を受ける半球受け部２９を構成している。
【００５９】
更に、本体部２７の下面側には、第１バネ２６を収容するとともにその上端部を受ける第１バネ収容凹部３０が形成されている。
【００６０】
第１バネ収容凹部３０は、例えば、２段階の内径に設定されている。すなわち、上端部は、第１バネ２６の外径と一致する内径に設定され、該上端部よりも下側の内径は該上端部よりも大きい内径となっている。第１バネ収容凹部３０の上端部の内部には、第１バネ２６の上端部が位置決めされて受けられている。  
【００６１】
プッシャー２２の下部を構成する大径部２８の左右両端部は、下方に垂下するように形成され、一対のレバー押し部３１を構成している。
【００６２】
レバー押し部３１の下端には、レバー部材２３の端部と嵌合する嵌合用切り欠き３２が形成されている。
【００６３】
プッシャー２２は、積層圧電アクチュエータ６の半球部１４に押されることにより、該半球部１４に伴って下方に移動し、半球部１４の動きをレバー部材２３に伝達する。すなわち、プッシャー２２は、積層圧電アクチュエータ６の伸長動作を同じ方向に同じ距離の動きとしてレバー部材２３に伝達する（そのまま伝達する）。
【００６４】
図４はレバー部材２３を示す図であり、このうち（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
【００６５】
図４に示すように、レバー部材２３は、例えば、弾性体からなる平板な板状部材である。
【００６６】
このレバー部材２３の左右両端部は、嵌合片３３を構成している。この左右一対の嵌合片３３は、それぞれ、プッシャー２２のレバー押し部３１に形成された嵌合用切り欠き３２に対して嵌合している。これら嵌合片３３は、プッシャー２２に押されて移動する力点部を構成している。
【００６７】
嵌合片３３よりもレバー部材２３の中心寄りの位置には、レバー支持部材２４に形成された支持用切り欠き４２（後述）に対して係合する係合用切り欠き３４が形成されている。係合用切り欠き３４におけるレバー部材２３の中心側の端部は、レバー支持部材２４により定位置に支持される支点部を構成している。
【００６８】
更に、レバー部材２３の例えば上面には、手前側から奥側に向けて延在する一対の溝３５が形成されている。この溝３５は、支点部よりも更にレバー部材２３の中心寄りの位置に配置されている。
【００６９】
また、レバー部材２３において一対の溝３５よりも中心側の部分は、作用部３６を構成している。
【００７０】
作用部３６の中央には、該作用部３６にプッシュロット７の上部を固定するための固定用孔３７が形成されている。
【００７１】
ここで、プッシュロット７は、その上部及び下部の外周が雄ねじとされ、上部と下部の中間には該上部及び下部よりも大径の大径部５４を有している。
【００７２】
プッシュロット７の上部に第２固定ナット５２を螺合した状態で、この第２固定ナット５２をレバー部材２３の下面に突き当てるようにして、プッシュロット７において第２固定ナット５２よりも上側の部分をレバー部材２３の固定用孔３７内に下側から挿通し、この状態で、プッシュロット７の上部に第１固定ナット５１を螺合することにより、第１及び第２固定ナット５１，５２によりレバー部材２３を上下から挟持するようにして、プッシュロット７の上部がレバー部材２３に対して固定されている。
【００７３】
ここで、第１固定ナット５１の上面は、２段階の段差を有し、そのうち低段部は、第１バネ２６の下端部を受けるバネ受け５３を構成している。
【００７４】
第１バネ２６は、バネ受け５３とプッシャー２２の第１バネ収容凹部３０の上面との間において、圧縮状態で保持されている。
【００７５】
図５はレバー支持部材２４を示す図であり、このうち（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。
【００７６】
図５に示すように、レバー支持部材２４は、例えば、正面断面形状が上向きに開口したコ字形状の板状部材である。
【００７７】
レバー支持部材２４は、その中央に位置し、ベース部材２５の上面に対して位置決めされる本体部３８と、この本体部３８の左右両端部からそれぞれ上方に向けて起立した一対の起立部３９と、を備えている。
【００７８】
本体部３８の中央には、プッシュロット７の大径部５４を内部に通す孔４０が形成されている。更に、本体部３８には、該本体部３８をベース部材２５の上面に位置決めするための位置決め用孔４１が形成されている。
【００７９】
起立部３９の上端部には、レバー部材２３を支持する支持用切り欠き４２が形成されている。一対の支持用切り欠き４２は、レバー部材２３の一対の係合用切り欠き３４におけるレバー部材２３の中心側の端部に対してそれぞれ係合し、当該端部においてレバー部材２３を支持している。
【００８０】
ベース部材２５は、水平な盤状の本体部４３と、本体部４３から上方に突出するように本体部４３に設けられ、レバー支持部材２４の位置決め用孔４１を上方に貫くことにより該レバー支持部材２４を位置決めした一対の位置決め用ピン４５と、を備えている。
【００８１】
ベース部材２５は、図１に示すように、マニホールド１０のレバー機構収容凹部４４の下端部において、該マニホールド１０に対して固定されている。
【００８２】
ここで、図６はアクチュエータホルダ９を示す図であり、このうち（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。すなわち、図６（ａ）に示すアクチュエータホルダ９は、図１に示す姿勢から水平面内において９０°回転したものである。
【００８３】
図６に示すように、アクチュエータホルダ９の下端部には、ベース部材２５を上側からマニホールド１０に対して押し付けて固定するための固定部５６が、下方に向けて垂下するように形成され、該固定部５６の下端部が、ベース部材２５を、上側からマニホールド１０に対して押し付けることにより固定している。
【００８４】
ベース部材２５の本体部４３の中央には、プッシュロット７の大径部５４を通す孔５５が、該本体部４３の上下を貫通して形成されている。
【００８５】
更に、ベース部材２５には、その下面に沿うように、布ダイヤフラム４６が設けられている。
【００８６】
布ダイヤフラム４６の周縁部は、シールリングを構成しており、マニホールド１０に形成された位置決め用凹部４７内に嵌め込まれた状態で、ベース部材２５の下面によりマニホールド１０に対して押さえ付けられることにより、布ダイヤフラム４６の下側に位置する液室２を密閉するように本体ケース１に固定されている。
【００８７】
更に、ベース部材２５の本体部４３の下面には、布ダイヤフラム４６の上下移動領域を確保するための凹部５７が形成されている。
【００８８】
プッシュロット７の下部は、布ダイヤフラム４６の中央部を下方に貫通している。
【００８９】
プッシュロット７の下部には、ワッシャーを外挿した後で押しナット４８が螺合されている。この押しナット４８は、ワッシャーを介して、布ダイヤフラム４６をプッシュロット７の大径部５４との間で挟持している。
【００９０】
このため、布ダイヤフラム４６の中央部は、プッシュロット７の上下移動に伴って上下に移動する。
【００９１】
積層圧電アクチュエータ６の伸長によりその半球部１４が下方に移動すると、プッシャー１４も下方に移動するため、このプッシャー１４の一対のレバー押し部３１がレバー部材２３の一対の嵌合片３３（力点部）を下方に押し下げる。
【００９２】
この際には、レバー部材２３においてレバー支持部材２４により支持された部位（係合用切り欠き３４におけるレバー部材２３の中心側の端部）が支点部として機能するとともに、レバー部材２３が一対の溝３５に沿って弾性変形することによりヒンジのように屈曲し、レバー部材２３の作用部３６は水平姿勢のままプッシュロット７及び布ダイヤフラム４６の中央部を伴って上方に移動する。なお、この移動の際には、第１バネ２６がプッシャー２２と第１固定ナット５３との間で圧縮される。つまり、積層圧電アクチュエータ６は、第１バネ２６の付勢に抗してプッシャー２２を押し下げる。
【００９３】
ここで、作用部３６、プッシュロット７及び布ダイヤフラム４６の中央部の上方への移動距離は、嵌合片３３（力点部）の下方への移動距離を所定の比率（レバー比）で拡大した距離となる。
【００９４】
具体的には、この比率（レバー比）は、図４（ａ）の左右方向において、支点部（レバー部材２３においてレバー支持部材２４により支持された部位）から溝３５までの距離を、力点部（嵌合片３３）から支点部までの距離で除した値であり、例えば、２（倍）程度であることを好ましい例とする。
【００９５】
このように、レバー機構８は、積層圧電アクチュエータ６の半球部１４の動きを、方向を反転させるとともに所定のレバー比で拡大してプッシュロット７に駆動伝達するものである。
【００９６】
また、積層圧電アクチュエータ６が上記のように伸長した状態から、再び短縮することによりその半球部１４が上方に移動すると、プッシャー１４は第１バネ２６により押されて上方に移動する。このため、プッシャー１４の一対のレバー押し部３１によりそれまで押し下げられていたレバー部材２３の一対の嵌合片３３（力点部）は、レバー部材２３が溝３５に沿って弾性変形した状態から元の姿勢に復帰するのに伴い上方に移動する。また、この移動に伴い、レバー部材２３の作用部３６は水平姿勢のままプッシュロット７及び布ダイヤフラム４６の中央部を伴って、第１バネ２６の付勢に従って下方に移動し、それぞれ元の位置及び姿勢に戻る。
【００９７】
次に、マニホールド１０には、液室２を構成する液室構成凹部５８と、直動型開閉弁５やノズル構成部材７０（後述）が配置される吐出側凹部７１と、が更に形成されている。
【００９８】
このうち液室構成凹部５８は、レバー機構収容凹部４４と連続的に形成されているが、その上端部において、布ダイヤフラム４６によりレバー機構収容凹部４４と仕切られている。
【００９９】
液室２は、布ダイヤフラム４６と液室構成凹部５８と直動型開閉弁５とにより囲まれた領域である。
【０１００】
マニホールド１０の側面には、液室２内に液体を供給する液供給配管５９が接続され、マニホールド１０には、液供給配管５９から供給される液体を液室２に導く導入路６０が形成されている。
【０１０１】
マニホールド１０の吐出側凹部７１は、図１に示すように、下側に向けて開口し、上部においては液室構成凹部５８と連通している。
【０１０２】
図７は加圧室３の周辺の構成を示す図１の拡大図である。
【０１０３】
図７に示すように、液室２と加圧室３との間であって、マニホールド１０の吐出側凹部７１の上部の位置には、直動型開閉弁５が配設されている。
【０１０４】
直動型開閉弁５は、弁座６１を有する弁座構成部材６２と、弁座６１に配置された球状のボール（開閉部材）６３と、ボール６３を弁座６１から離れる方向に付勢する第２バネ６４（開閉部材付勢バネ）と、を備える。
【０１０５】
ボール６３の上端には、常時、プッシュロット７の下端が突き当たっている。そして、ボール６３には、第１バネ２６による下側への付勢力が、プッシュロット７を介して伝達されている。
【０１０６】
弁座６１は、弁座構成部材６２において、液室２側に面する面、すなわち上面の中央に形成されている。この弁座６１は、下側に向かうにつれて縮径する、例えば円錐状の凹面とされている。
【０１０７】
更に、弁座構成部材６２の中央には、第２バネ６４を圧縮状態で収容する第２バネ収容凹部６５が、弁座６１と連続的に形成されている。
【０１０８】
更に、弁座構成部材６２の中央には、液室２を加圧室３側に連通させる連通孔６６が、第２バネ収容凹部６５の底部と連続的に形成されている。
【０１０９】
ここで、連通孔６６の内径よりも第２バネ収容凹部６５の内径の方が大きく設定されており、第２バネ収容凹部６５の底部により第２バネ６４の下端部が受けられている。
【０１１０】
第２バネ６４の上端は、ボール６３の下側に位置する面に当たっており、ボール６３と第２バネ収容凹部６５の底部との間において、第２バネ６４は圧縮状態となっている。
【０１１１】
直動型開閉弁５は、ボール６３が弁座６１の内周に突き当たることにより閉じる一方で、ボール６３が第２バネ６４の付勢に従って弁座６１から離れることにより開く。
【０１１２】
直動型開閉弁５が閉じると液室２と加圧室３とが相互に仕切られて液体の流通が不可能となる一方で、直動型開閉弁５が開くと液室２と加圧室３とが相互に連通されて液室２から加圧室３への液体の流通が可能となる。
【０１１３】
弁座構成部材６２の周囲には、固定用リング６７が配置されている。
【０１１４】
この固定用リング６７は、弁座構成部材６２と同程度の厚みを有するリング状の部材であり、内径が弁座構成部材６２の外径よりも大きく設定されている。
【０１１５】
固定用リング６７と弁座構成部材６２とは同心状に配置されている。
【０１１６】
固定用リング６７の下面の内周側には微少な深さの凹部６８が形成され、この凹部６８は弁座構成部材６２の下面における周縁部に対し、ダイヤフラム６９を介して連結されている。
【０１１７】
すなわち、ダイヤフラム６９は、固定用リング６７の下面と、弁座構成部材６２の下面に、それぞれ溶接により固定され、固定用リング６７の下面と弁座構成部材６２の下面とを相互に連結している。
【０１１８】
固定用リング６７において、凹部６８よりも外側の厚肉部は、後述するノズル構成部材７０の上端面とマニホールド１０の吐出側凹部７１の上端面との間に挟持され、本体ケース１に対して固定されている。
【０１１９】
なお、弁座構成部材６２は、上記のようにダイヤフラム６９を介して固定用リング６７に連結されているため、固定用リング６７、ひいては本体ケース１に対して、僅かな距離だけ上下に直線移動が可能となっている。弁座構成部材６２は、この上下移動を、ノズル構成部材７０の上端面と、マニホールド１０の吐出側凹部７１の上端面の中央部であるストッパ部７８と、の間の領域において行うことができる。
【０１２０】
なお、図７は、弁座構成部材６２が後述する第３バネ（直動型開閉弁付勢バネ）７３の付勢に従ってストッパ部７８に突き当たるまで移動した状態であり、ノズル構成部材７０の上端面と弁座構成部材６２との間には図７に示す僅かなクリアランス７７が形成されている。
【０１２１】
ノズル構成部材７０は、加圧室３と吐出口（ノズル）４を構成する部材であり、マニホールド１０の吐出側凹部７１の下部に位置するように、マニホールド１０に固定されている。
【０１２２】
このノズル構成部材７０には、上側に向けて開口し、加圧室３を構成する加圧室構成凹部７２と、加圧室３から液体を吐出する吐出口４と、が形成されている。
【０１２３】
加圧室３は、直動型開閉弁５の下面と加圧室構成凹部７２とにより囲まれた領域である。
【０１２４】
加圧室構成凹部７２の底面における中央部は、下側に向けて縮径するテーパー状の形状の凹面に形成されているとともに、その下端が吐出口４に連通している。
【０１２５】
対して、加圧室構成凹部７２の底面における（テーパー状の）中央部の周囲の部分は、平坦に形成され、第３バネ７３の下端を受けている。
【０１２６】
第３バネ７３の上端は、弁座構成部材６２の下面に形成された環状のバネ受け凹部７４内に挿入されて、該弁座構成部材６２により受けられている。
【０１２７】
これにより、第３バネ７３は、ノズル構成部材７０の加圧室構成凹部７２の底面と弁座構成部材６２の下面との間において、圧縮状態で挟持されている。
【０１２８】
ここで、第３バネ７３は、直動型開閉弁５を加圧室３の容積を増大する方向に移動させるべく第２バネ６４よりも強い力で付勢するものである。従って、第３バネ７３のバネ定数は第２バネ６４のバネ定数よりも大きい。
【０１２９】
また、第１バネ２６は、プッシュロット７を、第２バネ６４及び第３バネ７３の付勢方向とは反対方向に、第３バネ７３よりも強い力で付勢するものである。従って、第１バネ２６のバネ定数は第３バネ７３のバネ定数よりも大きい。
【０１３０】
ノズル装置１００においては、以下のように、プッシュロット７の上下位置や積層圧電アクチュエータ６の上下位置が予め設定されている。
【０１３１】
先ず、積層圧電アクチュエータ６の上下位置は、その半球部１４がプッシャー２２の半球受け部２９に突き当たるように設定されている。
【０１３２】
積層圧電アクチュエータ６の上下位置の設定は、位置調節部材１５の雄ねじ部２０をアクチュエータホルダ９の雌ねじ部１９に対して螺入する螺入量を調節することにより行う。
【０１３３】
プッシュロット７の上下位置は、積層圧電アクチュエータ６に対して電圧を印加していない状態（無電圧の状態）で、（１）プッシュロット７の下端がボール６３に突き当たり該ボール６３が弁座６１の内周に突き当たって直動型開閉弁５が閉じ、且つ、（２）直動型開閉弁５の弁座構成部材６２の上端面とマニホールド１０のストッパ部７８との間で所定のクリアランスを形成し、且つ、（３）レバー部材２３が水平となる（レバー部材２３が溝３５において屈曲していな状態となる）、という３つの条件を満たすような位置に設定されている。
【０１３４】
プッシュロット７の上下位置の調節は、プッシュロット７に対する第１及び第２固定ナット５１，５２の螺入量を調節することにより行う。
【０１３５】
図８はノズル装置１００の動力制御系を示すブロック図である。
【０１３６】
図８に示すように、ノズル装置１００は、積層圧電アクチュエータ６の一対の電極端子１３間に電圧を印加して該積層圧電アクチュエータ６を駆動させるアンプ７５と、このアンプ７５の動作を制御する制御部７６と、を備えている。
【０１３７】
次に、動作を説明する。
【０１３８】
ノズル装置１００の基本動作は、次のように行われる。
【０１３９】
積層圧電アクチュエータ６が伸長して半球部１４が下方に変位すると、プッシャー２２がレバー部材２３の両端の力点部を押し下げ、支点部を支点としてレバー部材２３の中央部の作用部３６が水平なままで上方に移動する。この移動の際にレバー部材２３は溝３５に沿ってヒンジのように屈曲する。作用部３６が上方に移動するのに伴いプッシュロット７及び布ダイヤフラム４６の中央部も上方に移動する。この移動は、第１バネ２６の付勢に抗して行われる。
【０１４０】
プッシュロット７が上方へ移動する過程においては、先ず、弁座構成部材６２が第３バネ７３の付勢に従ってマニホールド１０の吐出側凹部７１の中央部の上端面のストッパ部７８に当たるまで上昇する。なお、この上昇の過程では、ボール６３は弁座６１に突き当たり、直動型開閉弁５は閉じたままである。これは、第３バネ７３及び第１バネのバネ定数の方が第２バネ６４のバネ定数よりも大きいためである。
【０１４１】
次に、弁座構成部材６２がマニホールド１０のストッパ部７８に当たって上方への移動が規制された後、なおもプッシュロット７が上方へ移動すると、第２バネ６４の付勢に従ってボール６３が上方に移動することにより該ボール６３が弁座６１から離れ、直動型開閉弁５が開く。なお、ボール６３は、常に、プッシュロット７により上側から押さえつけられた状態である。
【０１４２】
また、再び積層圧電アクチュエータ６が短縮して半球部１４が上方に変位すると、プッシャー２２は第１バネ２６の付勢に従い、半球部１４に追従して上方に移動する。よって、レバー部材２３の両端の力点部が元の位置へと移動ながら、支点部を支点としてレバー部材２３の作用部３６が水平なままで下方に移動する。更に、作用部３６に伴いプッシュロット７も下方に移動する。このプッシュロット７の移動は、第１バネ２６の付勢に従って行われる。
【０１４３】
プッシュロット７が下方へ移動する過程においては、先ず、ボール６３がプッシュロット７により第２バネ６４の付勢に抗して下方へ押し下げられ弁座６１に突き当たることにより、直動型開閉弁５が閉じられる。
【０１４４】
更に、ボール６３が弁座６１に突き当たることにより直動型開閉弁５が閉じられた後、なおもプッシュロット７が第１バネ２６の付勢に従って下方に移動すると、直動型開閉弁５はプッシュロット７により第３バネ７３の付勢に抗して下方へ押し下げられて、元の状態となる。
【０１４５】
次に、上記のような動作に伴うノズル装置１００内における液体の動きを説明する。
【０１４６】
以下では、ノズル装置１００の動作を、液室２内に液体を吸入する「液体吸入工程」と、加圧室３から液体を吐出する「吐出工程」と、に大きく分けて順に説明する。
【０１４７】
＜液体吸入工程＞
液体は液供給配管５９より常に一定圧力で液室２に供給されている。従って、液室２内は一定以上の圧力の液体が充填されている。
【０１４８】
最初は直動型開閉弁５が閉じた状態のため、加圧室３内には液体が充填されていない。
【０１４９】
ノズル装置１００の駆動は、制御部７６の制御下で、アンプ７５から積層圧電アクチュエータ６に対して所定のパルス電圧を加えることにより行う。
【０１５０】
積層圧電アクチュエータ６への印加電圧が無電圧のときは、積層圧電アクチュエータ６の伸びはなく、プッシュロット７の下端はボール６３を押し下げボール６３は弁座６１に押し付けられ弁座構成部材６２は下方に押されてマニホールド１０のストッパ部７８から所定距離だけ離れた状態となっている。この状態の位置が原点となる。
【０１５１】
積層圧電アクチュエータ６の電極端子１３間に所定のパルス電圧を繰り返し印加すると積層圧電アクチュエータ６は電圧値に比例した伸縮を、パルス電圧の波形に応じた速度で繰り返す。
【０１５２】
積層圧電アクチュエータ６の伸縮量は、その半球部１４の上下変位となって現れる。
【０１５３】
液体吸入工程は、パルス電圧が上がる際の動作であり、以下の１−１〜１−４の過程からなる。
【０１５４】
１−１．積層圧電アクチュエータ６の半球部１４が下降しプッシャー２２を押し下げプッシャー２２はレバー部材２３の両端を押し下げる。
【０１５５】
１−２．レバー部材２３はレバー支持部材２４により支持された支点部を支点として作動し、第１バネ２６の付勢に抗してプッシュロット７を上方に移動させる。
【０１５６】
１−３．プッシュロット７の上方移動に伴い直動型開閉弁５は第３バネ７３により押し上げられて上方に移動し、弁座構成部材６２の上面がマニホールド１０のストッパ部７８に当たるまで上昇する。
【０１５７】
１−４．更にプッシュロット７が上方に移動すると、ボール６３が第２バネ６４により押し上げられ弁座６１とボール６３との間に間隙ができる。つまり、直動型開閉弁５が開く。
【０１５８】
上記１−１〜１−４の動作中はプッシュロット７に伴って布ダイヤフラム４６が上昇するため、液室２の容積が増加し、該液室２の内圧が減少するため、液室２は、液体を急速に液供給配管５９から吸い込む。
【０１５９】
＜吐出工程＞
吐出工程は、パルス電圧が下がる際の動作であり、以下の２−１〜２−４の過程からなる。
【０１６０】
２−１．積層圧電アクチュエータ６の半球部１４が上昇し、その上昇に伴いプッシャー２２も上昇し、プッシャー２２の上昇に伴いレバー部材２３の両端部も上昇する。
【０１６１】
２−２．プッシュロット７は第１バネ２６により押し下げられ下方に移動開始する。このとき布ダイヤフラム４６も同時に下降開始するため、液室２の圧力は急速に上昇する。なお、直動型開閉弁５はまだ開いた状態である。従って、液体は液室２から直動型開閉弁５を介して加圧室３内に供給される。
【０１６２】
２−３．プッシュロット７が更に下降しボール６３が弁座６１に押し付けられた時点で直動型開閉弁５は閉じ液室２と加圧室３とが互いに仕切られる。
【０１６３】
２−４．更にプッシュロット７が下方に移動する過程では、プッシュロット７はボール６３を介して弁座構成部材６２を押し下げ、加圧室３の容積を減少させる。加圧室３に液体が充満した状態の場合は加圧室３の容積減少分に相当する液体が吐出口４を介して加圧室３から吐出される。
【０１６４】
加圧室３が空の状態から動作を開始する場合は、上記の液体吸入工程と吐出工程とを所要時間繰り返す空吹きを行うことにより、加圧室３を液が充満した状態にした後で、実働（吐出対象物などへの液体の吐出動作）に入る必要がある。
【０１６５】
なお、積層圧電アクチュエータ６への印加電圧の立ち上がり速度を極端に速くすると、積層圧電アクチュエータ６の寿命が短くなってしまうとともに、プッシャー２２が積層圧電アクチュエータ６の半球部１４で弾かれ、その衝撃で積層圧電アクチュエータ６の実際の変位量よりもプッシャー２２が多く移動し振動が起きる場合があるため、印加電圧の立ち上がり速度は必要以上に速くならないようにコントロールする必要がある。具体的には、例えば、印加電圧の立ち上がりを０．１ミリ秒程度で行うことが挙げられる。
【０１６６】
また、積層圧電アクチュエータ６への印加電圧の立ち下がり速度により、液体の吐出速度が変化する。印加電圧の立ち下がり速度は、吐出口４から吐出された液粒が吐出対象物に当たったときに飛散しない速度に設定する。具体的には、例えば、印加電圧の立ち下がりを０．０７ミリ秒程度で行うことが挙げられる。
【０１６７】
なお、積層型圧電素子からなる積層圧電アクチュエータ６は容量負荷であるため、アンプ７５には駆動周波数に対し十分な電流容量を持たせておく必要がある。
【０１６８】
次に、図９に示すタイムチャートを参照して、ノズル装置１００の具体的な動作の一実施例を説明する。
【０１６９】
なお、図９において、（ａ）は積層圧電アクチュエータ６への印加電圧波形を示し、（ｂ）は積層圧電アクチュエータ６の半球部１４の上下位置を示し、（ｃ）はプッシュロット７の上下位置（布ダイヤフラム４６の中央部の上下位置）を示し、（ｄ）は弁座構成部材６２の上下位置を示し、（ｅ）は弁座６１とボール６３との上下間隔を示す。
【０１７０】
以下、図９を参照しながら、上記と同様に液体吸入工程と吐出工程とに分けてノズル装置１００の動作を説明する。
【０１７１】
＜液体吸入工程＞
図９（ａ）の点ａ−１から印加電圧が立ち上がると、ほとんど遅れなく積層圧電アクチュエータ６の半球部１４も図９（ｂ）の点ｂ−１から電圧値の増加に従って下方に変位する。
【０１７２】
積層圧電アクチュエータ６の半球部１４の下方への変位はレバー機構８により拡大されるとともに移動方向を反転してプッシュロット７に伝達され、プッシュロット７は図９（ｃ）の点ｃ−１から上昇する。
【０１７３】
プッシュロット７の上昇とともに弁座６１も図９（ｄ）の点ｄ−１から上昇開始し、弁座構成部材６２がマニホールド１０のストッパ部７８に突き当たることにより点ｄ−２で停止する。
【０１７４】
更にプッシュロット７は上昇するため、図９（ｅ）の点ｅ−１からボール６３が弁座６１から離れ、直動型開閉弁５が開く。
【０１７５】
印加電圧の上昇は図９（ａ）の点ａ−２まで行われ、印加電圧の上昇に伴い半球部１４は図９（ｂ）の点ｂ−２まで下方へ変位し、半球部１４の変位に伴いプッシュロット７は図９（ｃ）の点ｃ−２まで上昇し、この段階で弁座６１とボール６３の間隔は図９（ｅ）の点ｅ−２の状態となる。
【０１７６】
図９では印加電圧がＤＣ１００ｖに達するとプッシュロット７は原点から８０μｍ上昇した位置になる例を示し、プッシュロット７に固定されているダイヤフラム４６の中央部も同量の変位を行う。また、図９では弁座構成部材６２は原点から２０μｍだけ移動して停止し、弁座６１とボール６３の間隔は０μｍ〜６０μｍまで拡大する例を示す。
【０１７７】
図９（ａ）の点ａ−１から点ａ−２までの間は、液室２の容積が拡大するため、液室２の内圧が減少し、液供給配管５９から急速に液体が液室２内に流入し液室２内には液が充満する。
【０１７８】
また、図９（ａ）の点ａ−２と点ａ−３の間の時間は、液体が液室２内に充填するのに必要な時間であり、例えば、０．０５ミリ秒程度である。なお、この時間は、図９（ｂ）では点ｂ−２から点ｂ−３までの間、図９（ｃ）では点ｃ−２から点ｃ−３までの間、図９（ｅ）では点ｅ−２から点ｅ−３までの間に相当する。
【０１７９】
図９（ａ）の点ａ−２と点ａ−３の間の時間は、プッシュロット７は上昇した状態で停止しており、直動型開閉弁５は開状態になっている。このため、この時間が長すぎると液体は加圧室３に流入し吐出口４から垂れることになる。
【０１８０】
図９（ａ）の点ａ−２と点ａ−３の間の時間の長さの設定は、液室２への液体の供給圧、液体粘度、リフト値（直動型開閉弁５の開度）に応じて適切な値に設定する必要がある。
【０１８１】
或いは、図９（ａ）の点ａ−２と点ａ−３の間の時間を短くするには、リフト値を大きくし、液室２への液体の供給圧を上げればよい。
【０１８２】
＜吐出工程＞
図９（ａ）の点ａ−３から印加電圧が降下開始すると電圧値に従って積層圧電アクチュエータ６の半球部１４が上昇を開始し、プッシュロット７及び布ダイヤフラム４６の中央部は下降を始める。
【０１８３】
布ダイヤフラム４６の中央部が下降を始めると、液室２の容積は急激に減少し、その内部圧は上昇し、容積変化の一部に相当する液体は、直動型開閉弁５を通り加圧室３に流入して該加圧室３を充填する。
【０１８４】
また、この過程において、図９（ｅ）の点ｅ−４（図９（ｄ）の点ｄ−３に相当）において、ボール６３が弁座６１に突き当たり、直動型開閉弁５が閉じる。
直動型開閉弁５が閉じることにより液室２と加圧室３とが完全に仕切られる。
【０１８５】
更に印加電圧が下降するとプッシュロット７がボール６３を介して弁座構成部材６２を押し下げ加圧室３の容積を減少させる。
【０１８６】
加圧室３内の液体は吐出口４以外に逃げ場がないので吐出口４より勢いよく吐出される。
【０１８７】
印加電圧は、図９（ａ）の点ａ−４まで下降する。この時点で、印加電圧は０ｖに復帰する。なお、図９（ａ）の点ａ−４のタイミングは、図９（ｂ）では点ｂ−４、図９（ｃ）では点ｃ−４、図９（ｄ）では点ｄ−４に相当し、弁座構成部材６２は原点位置に復帰する。
【０１８８】
印加電圧が０ｖに復帰後（弁座構成部材６２が原点位置に復帰後）、吐出口４の出口における液粒の切れを良くするために、再度印加電圧を図９（ａ）の点ａ−５から点ａ−６まで上げ、加圧室３の容積を僅かに増加させることにより、吐出口４の出口の液体を加圧室３内に引き戻す。
【０１８９】
なお、図９（ａ）の点ａ−５のタイミングは、図９（ｂ）では点ｂ−５、図９（ｃ）では点ｃ−５、図９（ｄ）では点ｄ−５に相当する。また、図９（ａ）の点ａ−６のタイミングは、図９（ｂ）では点ｂ−６、図９（ｃ）では点ｃ−６、図９（ｄ）では点ｄ−６に相当する。
【０１９０】
以上のような第１の実施形態によれば、積層圧電アクチュエータ６の駆動に伴い液体を吐出するので微少な吐出量の制御が可能である。また、液体の粘度に関係なく任意の吐出量を任意の吐出速度に制御することができる。
【０１９１】
加えて、アクチュエータとしては積層圧電アクチュエータ６を１つのみ備えるだけの構成である他、他の構成要素もシンプルであるため、小型化及びコストダウンが可能である。
【０１９２】
また、直動型開閉弁５の開閉と直動型開閉弁５の移動量の制御を１個の積層圧電アクチュエータ１とレバー機構８により行うことができる。
【０１９３】
レバー機構８は積層圧電アクチュエータ６の微少変位量を拡大するので、液体の吐出制御を容易に行うことができる。
【０１９４】
また、レバー機構８は積層圧電アクチュエータの微少変位量の方向を反転させるので、無電圧の状態では直動型開閉弁５は閉状態になり、外部への液漏れを発生しないようにできる。
【０１９５】
また、プッシュロット７の位置を積層圧電アクチュエータ６の駆動電圧により制御することによって液体の吐出量を制御することができる。
【０１９６】
更に、プッシュロット７の変位速度を積層圧電アクチュエータ６の駆動電圧波形により制御することによって液体の吐出速度を制御することができる。
【０１９７】
また、吐出工程完了後に印加電圧を再度一定値上昇することにより、加圧室３の容積を僅かに増加させて、吐出口４の出口の液体を加圧室３内に引き戻し、液粒の切れを良くすることができる。
【０１９８】
なお、上記の第１の実施形態では、プッシュロット７とボール６３とが別体に構成されている例を説明したが、プッシュロット６３の先端にボール６３が一体的に設けられていても良い（プッシュロットの先端部が開閉部材を構成していても良い）。
【０１９９】
プッシュロット７とボール６３を別体に構成する方式の利点としては弁座６１とボール６３との接触位置がボール６３が回転することにより固定しないためボール６３の局部摩耗を抑制できる点がある。
【０２００】
ただし、液体の粘度が高く、第２バネ６３のバネ定数が小さい場合には、プッシュロット７の高速動作時にボール６３がプッシュロット７の上昇に追従できない可能性もあり、このような場合には、プッシュロット７とボール６３を一体化する方が好ましい。
【０２０１】
また、上記においては、開閉部材としてボール６３を例示したが、開閉部材は、直動型開閉弁を開閉できる形状のものであればその他の形状でも良い。例えば、弁座６１に沿うような円錐形状のものや、下面が平坦に形成された形状のものであっても良い。
【０２０２】
〔第２の実施形態〕
図１０は第２の実施形態に係るノズル装置２００を示す正面断面図、図１１は  ノズル装置１００の加圧室３の周辺の構成を示す図１０の拡大図である。
【０２０３】
図１０及び図１１において、上記の第１の実施形態に係るノズル装置１００におけるのと同様の構成要素には同一の符号を付している。
【０２０４】
また、ノズル装置２００も、図８に示す制御系を備えている。
【０２０５】
本実施形態でも、説明を簡単にするため、便宜的に、図１０及び図１１に示した位置関係で説明を進める。
【０２０６】
図１０に示すように、第２の実施形態に係るノズル装置２００は、液室２から下の構成が上記の第１の実施形態に係るノズル装置１００と相違するが、液室２よりも上側の構成は第１の実施形態に係るノズル装置１００と同様である。
【０２０７】
本実施形態に係るノズル装置２００は、上記の第１の実施形態における直動型開閉弁５に代えて直動型開閉弁８１を備える。
【０２０８】
この直動型開閉弁８１は、ボール６３と、ノズル構成部材７０に形成された円錐形状の凹面からなる弁座８２と、ボール６３を上側に付勢するバネ８３と、により構成されている。
【０２０９】
直動型開閉弁８１は、ボール６３が弁座８２に突き当たることにより閉じる一方で、ボール６３が弁座８２から離れることにより開く。
【０２１０】
なお、ボール６３に代えて、円錐形状の開閉部材を用いても良く、この場合、開閉部材をプッシュロット７の下端に一体的に設けることが好ましい。
【０２１１】
また、ノズル装置２００は、ノズル装置１００の構成要素のうちダイヤフラム６９、固定用リング６７及び第３バネ７３を備えていない。
【０２１２】
更に、本実施形態の場合、マニホールド１０及びノズル構成部材７０の形状が上記の第１の実施形態と相違する。
【０２１３】
ノズル構成部材７０には、弁座８２の下側に、該弁座８２の下端と連続的に、円筒状のバネ受け凹部８４が形成されている。
【０２１４】
このバネ受け凹部８４の底面によりバネ８３の下端が受けられ、バネ８３は、バネ受け凹部８４の底面とボール６３の下面との間で圧縮状態に保持されている。なお、バネ８３のバネ定数は第１バネ２６のバネ定数よりも小さい。
【０２１５】
本実施形態の場合、液室２は、ボール６３の上側において、布ダイヤフラム４６、マニホールド１０、ノズル構成部材７０及びボール６３により囲まれた領域である。また、加圧室３は、ボール６３と吐出口４との間において、ボール６３とノズル構成部材７０とにより囲まれた空間からなる。
【０２１６】
本実施形態の場合の吐出動作は、ボール６３を下側に移動させることにより、加圧室３の容積を減少しながら加圧室３内の液体を加圧し、吐出口４より液体を吐出する、という形態をとる。
【０２１７】
次に、動作を説明する。
【０２１８】
上記の第１の実施形態と同様に、液体は液供給配管５９より常に一定圧力で液室２に供給されており液室２内には一定圧以上の液体が充満している。加圧室３は最初は直動型開閉弁８１が閉じた状態のため液体は充填されていない。
【０２１９】
ノズル装置１００の駆動は積層圧電アクチュエータ６に上記の第１の実施形態と同様のパルス電圧を加えることにより行う。
【０２２０】
無電圧時は上記の第１の実施形態と同様に積層圧電アクチュエータ６の伸びはなく、プッシュロット７の下端はボール６３を押し下げ、ボール６３が弁座８２に押し付けられることにより直動型開閉弁８１は閉じ、液室２と加圧室３とは相互に仕切られ、吐出口４からは液体の吐出及び漏れは無い状態になっている。
【０２２１】
積層圧電アクチュエータ６の電極に所定のパルス電圧を印加すると積層圧電アクチュエータは電圧値に比例した伸縮を繰り返す。その伸縮量は積層圧電アクチュエータ６の半球部１４の変位となって現れる。
【０２２２】
＜液体吸入工程＞
液体吸入工程は、パルス電圧が上がる際の動作であり、以下の１−１〜１−４の過程からなる。
【０２２３】
１−１．積層圧電アクチュエータ６の半球部１４が下降しプッシャー２２を押し下げプッシャー２２はレバー部材２３の両端を押し下げる。
【０２２４】
１−２．レバー部材２３はレバー支持部材２４により支持された支点部を支点として作動し、第１バネ２６を圧縮しながらプッシュロット７を上方に移動させる。
【０２２５】
１−３．プッシュロット７の上方移動に伴いボール６３はプッシュロット７の下端に接触したままバネ８３により押し上げられて上方に移動し、直動型開閉弁８１は積層圧電アクチュエータ６への印加電圧に比例した開度となる。
【０２２６】
上記１−１〜１−３の動作中はプッシュロット７に伴って布ダイヤフラム４６が上昇するため、液室２の容積が増加し、該液室２の内圧が減少するため、液室２は液体を急速に液供給配管５９から吸い込み、更に、開状態になっている直動型開閉弁８１を通して液室２から加圧室３内に液体が流入し始める。
【０２２７】
直動型開閉弁８１の開状態を長時間に亘って保持すると液体は加圧室３を充填しさらに吐出口４より漏れ始める。従って、弁の開時間（パルス電圧のＯＮ状態の時間）の設定は重要になる。
【０２２８】
＜液体吸入工程＞
吐出工程は、パルス電圧が下がる際の動作であり、以下の２−１〜２−４の過程からなる。
【０２２９】
２−１．積層圧電アクチュエータ６の半球部１４が上昇し、その上昇に伴いプッシャー２２も上昇し、プッシャー２２の上昇に伴いレバー部材２３の両端部も上昇する。
【０２３０】
２−２．プッシュロット７は第１バネ２６により押し下げられ下方に移動開始する。このとき布ダイヤフラム４６も同時に下降開始するため、液室２の圧力は急速に上昇する。従って、直動型開閉弁８１は開いた状態のときには、液体は液室２から直動型開閉弁８１を介して加圧室３内に供給される。
【０２３１】
２−３．プッシュロット７に押されたボール６３が更に下降すると加圧室３内の圧力と液室２内の圧力とが一瞬同じになる。更にボール６３が下降すると弁座８２とボール６３の隙間は極微少になり加圧室３の圧力が液室２の圧力よりも高くなる。この状態では、液体の粘性のため、液室２と加圧室３との間での液体の流通が実質的に停止し、実質的に加圧室３と液室２が仕切られたことになる。
【０２３２】
２−４．更にプッシュロット７が下方に移動する過程では、プッシュロット７がボール６３を押し下げることにより加圧室３の容積は減少し、加圧室３の容積減少分に相当する液体が吐出口４を介して加圧室３から吐出される。
【０２３３】
以上のような第２の実施形態によれば、上記の第１の実施形態よりも安価且つ簡易にノズル装置２００を構成することができる。
【０２３４】
なお、上記の各実施形態に係るノズル装置１００，２００は、例えば、鋼板やその他の物品に対するマーキング（液体としてインキを用いる）する技術の他、工業分野においては、接着材、潤滑材、コーティング材などを材料の粘度にかかわらず、設定された任意の量を高速且つ高精度に分配供給するのに適用することができる。また、医療、薬品、バイオテクノロジー分野においては薬剤、溶液、試薬などを設定された任意の微少量且つ高精度に供給分配するのに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３５】
【図１】第１の実施形態に係るノズル装置を示す正面断面図である。
【図２】レバー機構を示す正面断面図である。
【図３】レバー機構のプッシャーを示す図であり、このうち（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】レバー機構のレバー部材を示す図であり、このうち（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】レバー機構のレバー支持部材を示す図であり、このうち（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。
【図６】アクチュエータホルダを示す図であり、このうち（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。
【図７】第１の実施形態に係るノズル装置の加圧室の周辺の構成を示す図１の拡大図である。
【図８】ノズル装置の動力制御系を示すブロック図である。
【図９】ノズル装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】第２の実施形態に係るノズル装置を示す正面断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係るノズル装置の加圧室の周辺の構成を示す図１０の拡大図である。
【図１２】従来のノズル装置を示す側断面図である。
【符号の説明】
【０２３６】
１００  ノズル装置
２      液室
３      加圧室
４      吐出口
５      直動型開閉弁
６      積層圧電アクチュエータ
７      プッシュロット
８      レバー機構
２２    プッシャー
２３    レバー部材
２６    第１バネ（プッシュロット付勢バネ）
３５    溝
４６    布ダイヤフラム（ダイヤフラム）
６１    弁座
６２    弁座構成部材
６３    ボール（開閉部材）
６４    第２バネ（開閉部材付勢バネ）
７３    第３バネ（直動型開閉弁付勢バネ）
２００  ノズル装置
８１    直動型開閉弁
８２    弁座
【図１】
2008188496.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008188496.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008188496.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008188496.tif 000011
【図１０】
2008188496.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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