(57)【要約】【課題】噴射ディスペンシング動作のより良い制御を提供するような、噴射システム及び噴射方法を提供すること。【解決手段】  粘性材料を噴射するためのシステムは、電子制御部と、電子制御部に動作可能に結合された噴射ディスペンサと、を備えている。噴射ディスペンサは、出口オリフィスと、可動シャフトに動作可能に結合された圧電式アクチュエータと、を含んでいる。噴射ディスペンサは、電子制御部の制御下で、圧電式アクチュエータをして可動シャフトを移動させ、所定量の粘性材料を出口オリフィスから噴射させる。電子制御部は、圧電式アクチュエータに、噴射動作の制御を最適化するような波形を送る。【選択図】図９
2016215197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を噴射するためのシステムであって、
可動シャフト、出口オリフィス、及び、前記出口オリフィスから前記液体の量を噴射するべく前記可動シャフトに動作可能に結合された圧電式アクチュエータ、を含む噴射ディスペンサと、
前記圧電式アクチュエータに動作可能に結合された電子制御部と、
を備え、
前記電子制御部は、前記出口オリフィスに向かう、及び／または、そこから離れる移動中の前記可動シャフトの振動振幅を低減するべく変化する変化率を伴う電圧を前記圧電式アクチュエータに適用するよう動作する
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記電子制御部は、前記圧電式アクチュエータに、第１電圧と第２電圧とを含むステップ状波形を送り、
前記第２電圧は、前記第１電圧とは異なる
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも低い
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２電圧は、０ボルトである
ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ステップ状波形は、第３電圧を更に含んでおり
前記第３電圧は、前記第２電圧よりも大きく、前記ステップ状波形内で前記第２電圧に続いている
ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記電子制御部は、前記電圧の減少する変化率を伴う波形として電圧を適用する
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記電子制御部は、前記電圧の増大する変化率を伴う波形として電圧を適用する
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
可動シャフトに動作可能に結合された圧電式アクチュエータと、出口オリフィスを有する流体本体部と、を含むディスペンサから粘性材料を噴射する方法であって、
変化する変化率を伴う電圧を前記圧電式アクチュエータに適用する工程と、
前記圧電式アクチュエータを前記電圧適用下で移動させる工程と、
前記シャフトを前記圧電式アクチュエータで移動させる工程と、
前記移動するシャフトを用いて前記出口オリフィスから前記粘性材料の量を噴射させる工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記電圧を適用する工程は、前記圧電式アクチュエータに第１電圧と第２電圧とを含むステップ状波形を適用する工程を更に含み、
前記第２電圧は、前記第１電圧とは異なる
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも低い
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２電圧は、０ボルトである
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ状波形は、第３電圧を更に含んでおり
前記第３電圧は、前記第２電圧よりも大きく、前記ステップ状波形内で前記第２電圧に続いている
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧を適用する工程は、減少する変化率を伴う電圧を適用する工程を更に含んでいる
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記電圧を適用する工程は、増大する変化率を伴う電圧を適用する工程を更に含んでいる
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年５月２２日出願の米国仮出願第６２／１６５，２４２の優先権を主張するものである。当該仮出願の全体の内容は、この参照によって、本明細書に組み込まれる（incorporated by reference）。
【０００２】
本発明は、全体として、基板上に粘性のある流体の小滴を堆積させる非接触式の噴射ディスペンサに関している。特には、１以上の圧電素子によって作動される当該タイプのディスペンサに関している。
【背景技術】
【０００３】
非接触式の粘性材料ディスペンサは、しばしば、基板上に、例えば５０センチポワーズを超える粘度を有する粘性材料の微小量を適用（塗布）するために用いられる。例えば、非接触式の粘性材料ディスペンサは、プリント基板のような電子基板上に様々な粘性材料を適用（塗布）するために用いられる。電子基板に適用（塗布）される粘性材料は、一般用途の接着剤、紫外線硬化接着剤、はんだペースト、はんだ溶剤（solder flux）、はんだマスク、熱グリース、蓋シール材、オイル、カプセル化剤、埋込用樹脂、エポキシ樹脂、ダイ取り付けペースト、シリコン、ＲＴＶ、シアノアクリレート、を例示的に含むが、それらに限定はされない。
【０００４】
非接触式の噴射ディスペンサから基板上に粘性材料をディスペンスするという具体的な応用は、多様に存在している。半導体パッケージ組立においては、とりわけ、下地埋め（underfilling）、ボールグリッドアレイ内でのはんだボール補強、堰き止め充填操作（dam and fill operations）、チップカプセル化（chip encapsulation）、チップスケールパッケージの下地埋め（underfilling chip scale packages）、キャビティ充填ディスペンシング（cavity fill dispensing）、ダイ取り付けディスペンシング（die attach dispensing）、蓋シールディスペンシング（lid seal dispensing）、流れ無し下地埋め（no flow underfilling）、流動噴射（flux jetting）、熱材料ディスペンシング、といった用途が存在する。印刷回路基板（ＰＣＢ）の生産の表面取り付け技術（ＳＭＴ）のために、表面取り付け接着剤、はんだペースト、導電性接着剤、及び、はんだマスク材料が、選択的な流動噴射と同様に、非接触式のディスペンサからディスペンスされる。等角性（conformal）の被覆も、非接触式のディスペンサを用いて選択的に適用され得る。一般的に、硬化された粘性材料は、印刷基板及びその上に取り付けられた装置を、湿気や菌類や埃や腐食や摩耗等の環境ストレスに起因する害から保護する。硬化された粘性材料は、特定の被覆されていない領域において、導電特性及び／または熱伝導特性を維持し得る。用途は、ディスク駆動分野や、医療用電子機器のためのライフサイエンス応用分野、接着、シーリング、ガスケット形成、ペイント及び潤滑といった一般工業用途、にも存在する。
【０００５】
噴射ディスペンサは、一般的に、当該ディスペンサの出口オリフィスから粘性材料の小滴を噴射する間、シャフトまたはタペットをシートに向かって繰り返し移動する空気圧式または電気式のアクチュエータを有し得る。電気的に起動される噴射ディスペンサは、より具体的には、圧電式（ピエゾ）アクチュエータを利用することができる。入力電圧が圧電式アクチュエータに適用される、及び／または、そこから除去される時、機械的なアーマチュアの結果としての運動は、例えば振動のような不所望の動作を含み得る。例えば、振動は、流体が出口からポンプ押出されることを引き起こし得るし、ディスペンスされる量の体積の不正確さを引き起こし得るし、キャビテーションのためにエアバブルを生成し得るし、出口を介して流体内に空気を引き込み得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
少なくともこれらの理由のために、これらの問題及びその他の問題に対処し、噴射ディスペンシング動作のより良い制御を提供するような、噴射システム及び噴射方法を提供することが、所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図示の実施形態では、本発明は、噴射ディスペンサと電子制御部とを有する流体を噴射するためのシステムを提供する。当該噴射ディスペンサは、可動シャフトと、出口オリフィスと、前記出口オリフィスから前記液体の量を噴射するべく前記可動シャフトに動作可能に結合された圧電式アクチュエータと、を含む噴射ディスペンサである。当該システムは、更に、前記圧電式アクチュエータに動作可能に結合された電子制御部を含む。当該電子制御部は、前記出口オリフィスに向かう、及び／または、そこから離れる移動中の前記可動シャフトの振動振幅を低減するべく変化する変化率を伴う電圧を前記圧電式アクチュエータに適用する。当該システムは、様々な他の特徴を含み得る。例えば、前記制御部は、前記圧電式アクチュエータに、第１電圧と第２電圧とを含むステップ状波形を送り得て、前記第２電圧は、前記第１電圧とは異なり得る。前記電子制御部は、前記電圧の減少する及び／または増大する変化率を伴う波形として電圧を適用し得る。
【０００８】
本発明はまた、可動シャフトに動作可能に結合された圧電式アクチュエータと、出口オリフィスを有する流体本体部と、を含むディスペンサから粘性材料を噴射する方法を提供する。本方法は、変化する変化率を伴う電圧を前記圧電式アクチュエータに適用する工程を備える。前記圧電式アクチュエータは、前記電圧適用下で移動される。前記シャフトが、前記圧電式アクチュエータで移動される。前記粘性材料のある量が、前記移動するシャフトを用いて前記出口オリフィスから噴射される。
【０００９】
前記電圧波形を適用する工程は、前記圧電式アクチュエータに第１電圧と第２電圧とを含むステップ状波形を適用する工程を更に含み得て、前記第２電圧は、前記第１電圧とは異なり得る。前記電圧波形を適用する工程は、減少する及び／または増大する変化率を伴う電圧を適用する工程を含み得る。
【００１０】
本発明の様々な付加的な特徴及び利点が、添付の図面と関連して図示の実施形態の以下の詳細な説明を参酌することで、当業者にはより明らかとなるであろう。  
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の図示の実施形態による噴射ディスペンサシステムの斜視図である。
【００１２】
【図２】図２は、図１の２−２線による断面図である。
【００１３】
【図２Ａ】図２Ａは、図２から取られたタペット組立体及び流体本体部の拡大断面図であり、開放状態のタペットを示している。
【００１４】
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａと同様の断面図であるが、流体滴の噴射後の閉鎖位置でのタペットを示している。
【００１５】
【図３】図３は、ディスペンサの圧電式アクチュエータの部分分解斜視図である。
【００１６】
【図４】図４は、内部の詳細をよりよく示すべく破線で示された所定要素を有する圧電式噴射ディスペンサの斜視図である。
【００１７】
【図５】図５は、レバー振幅機構を図示するアクチュエータの下方位置の側方正面図である。
【００１８】
【図６】図６は、台形状波形を有する典型的な信号出力を示すグラフである。
【００１９】
【図７】図７は、図６の典型的な台形状波形に、結果としての圧電式噴射ディスペンサに関連する機械的な出力の振動動作を重ねたグラフである。
【００２０】
【図８】図８は、本発明の図示の実施形態に従う入力信号電圧のステップ状の減少を示すグラフである。
【００２１】
【図９】図９は、図８に対応する実際の電圧のステップ状の減少のグラフであるが、結果としての圧電式噴射ディスペンサの機械的な出力の動作のグラフが重ねられている。
【００２２】
【図１０】図１０は、噴射ディスペンシングサイクル中、入力信号電圧のステップ状の減少と信号電圧のステップ状の適用との両方を示す、別の実施形態のグラフである。
【００２３】
【図１１】図１１は、図１０に対応する実際の電圧のステップ状の減少及び適用のグラフであるが、結果としての圧電式噴射ディスペンサの機械的な出力の動作のグラフが重ねられている。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１乃至図４を参照して、本発明の一実施形態に従う噴射システム１０は、全体的に、メイン電子制御部１４に結合された噴射ディスペンサ１２を備えている。噴射ディスペンサ１２は、アクチュエータハウジング１８に結合された流体本体部１６を含んでいる。より具体的には、流体本体部１６は、流体本体部ハウジング１９内に保持されている。流体本体部ハウジング１９は、用途の必要性に依存して、１以上のヒータ（不図示）を含み得る。流体本体部１６は、シリンジバレル（不図示）のような好適な流体供給部２０から圧力流体を受容する。タペットまたはバルブ組立体２２が、ハウジング１８に結合されていて、流体本体部１６内に延びている。機械的な増幅器（例えばレバー２４）が、以下に詳述されるように、圧電式アクチュエータ２６とタペットまたはバルブ組立体２２との間に結合されている。
【００２５】
圧電式アクチュエータ２６を冷却する目的で、空気が供給源２７から入力ポート２８へ導入され得て、排出ポート３０から排出され得る。あるいは、冷却の必要性に応じて、図２に示すように、ポート２８、３０の両方が供給源２７から冷却空気を受容し得る。このような場合には、１以上の他の排出ポート（不図示）が、ハウジング１８に設けられるであろう。温度及びサイクル制御部３６が、噴射動作中にアクチュエータ２６をサイクル動作させ、ディスペンスされる流体を要求される温度に維持するべくディスペンサ１２に保持された１以上のヒータ（不図示）を制御するために、設けられている。別の選択肢として、この制御部３６または他の制御部は、閉ループの態様で、アクチュエータ２６の冷却の必要性を制御し得る。図４に更に示されるように、圧電式アクチュエータ２６は、更に、圧電要素のスタック４０を含む。このスタック４０は、当該スタック４０の両側に結合されたそれぞれの平坦な圧縮バネ要素４２、４４によって、圧縮状態に維持されている。より具体的には、上下のピン４６、４８が設けられていて、圧電要素のスタック４０を間に挟むようにして平坦なバネ要素４２、４４を互いに保持している。上方ピン４６は、アクチュエータ２６の上方アクチュエータ部２６ａ内に保持されており、下方ピン４８は、スタック４０の下方端と直接または間接に係合している。上方アクチュエータ部２６ａは、圧電要素のスタック４０を堅固に収容し、スタック４０は、側方運動に対しては、安定されている。この実施形態では、下方ピン４８は、下方アクチュエータ部２６ｂに結合されていて、より具体的には、機械的なアーマチュア５０（図２参照）に結合されている。
【００２６】
機械的なアーマチュア５０の上方面５０ａが、圧電スタック４０の下方端を支持している。バネ４２、４４は、ピン４６、４８の間で延びていて、図４の矢印５３に示すように、バネ４２、４４は一定の圧縮（力）をスタック４０に適用している。平坦なバネ４２、４４は、より具体的には、ワイヤＥＤＭ（放電）加工から形成され得る。圧電要素スタック４０の上方端は、上方アクチュエータ部２６ａの内面に保持されている。上方ピン４６は、従って、下方ピン４８が浮いているかバネ４２、４４及び機械的なアーマチュア５０と共に移動している間、静止している。
【００２７】
電圧が圧電スタック４０に適用される時、当該スタック４０は、拡張ないし伸長し、このことがアーマチュア５０をバネ４２、４４の力に抗して下方に移動させる。スタック４０は、適用される電圧の量に比例する長さだけ変化する。
【００２８】
更に図２に示されるように、機械的なアーマチュア５０は、機械的な増幅器に動作可能に結合されている。当該増幅器は、この図示例では、第１端２４ａの近傍でアーマチュア５０に結合され第２端２４ｂでプッシュロッド６８に結合されたレバー２４として形成されている。当該レバー２４は、例えば機械的なアーマチュア５０とレバー２４との間で一連のスロット５６を形成するＥＤＭ加工によって、下方アクチュエータ部２６ｂから一体形成され得る。更に後述されるように、レバー２４または他のタイプの機械的な増幅器は、スタック４０が拡張ないし伸長する距離を所望の量だけ増幅する。例えば、この実施形態では、スタック４０及び機械的なアーマチュア５０の下方運動が、レバー２４の第２端２４ｂにおいて約８倍だけ増幅される。
【００２９】
ここで、図２、図２Ａ、図２Ｂ及び図５をより詳しく参照して、湾曲可能部６０がレバー２４を機械的なアーマチュア５０に結合している。図５に最も良く示されているように、レバー２４は、当該レバー２４の第２端２４ｂと略同じ水平高さにある回動点６２回りで回動する。この回動点６２の位置は、レバー２４が回転する円弧の効果を最小化するのに役立つ。一連のスロット５６は、下方アクチュエータ部２６ｂ内に形成されて、湾曲可能部６０を形成している。図５に矢印６６によって示されているように、圧電スタック４０がメイン制御部１４による電圧の適用下で伸長する時、スタック４０が機械的なアーマチュア５０を下方に押圧するにつれて、レバー２４が回動点６２回りに時計回りに回転する。レバー２４の僅かな回転は、湾曲可能部６０によって適用される弾性バイアス力に抗して生じる。第２端２４ｂが回動点６２回りに時計回りに僅かに回転するにつれて、それは下方に移動し、図５の矢印６７に示されるように、プッシュロッド６８を下方に移動させる（図２参照）。
【００３０】
レバー２４の第２端２４ｂは、好適なネジ締結具７０、７２を用いて、プッシュロッド６８に固定されている。プッシュロット６８は、ガイドハウジング７４内を移動しタペットまたはバルブ組立体２２と関連付けられたタペットまたはバルブ要素７６の上方ヘッド部７６ａにもたれている下方ヘッド部６８ａを有している。ガイドハウジング７４は、図２Ａ及び図２Ｂに最も良く示されているように、ピン７５でハウジング１８内に保持されている。プッシュロッド６８、ガイドブッシュ７４及びピン７５の組立体は、動作中にプッシュロッド６８の適切な運動を保証するための幾つかの「柔軟性」を許容する。また、プッシュロッド６８は、タペットまたはバルブ要素７６及びレバー２４を伴うその往復動作中に、僅かに側方に弾性的に撓む材料で作られている。タペット組立体は、更に、環状要素８０を用いてハウジング１８の下方部内に取り付けられたコイルバネ７８を含んでいる。タペットまたはバルブ組立体２２は、更に、Ｏリング８４によって流体本体部１６内に保持された挿入部８２を含んでいる。環状要素８０及び挿入部８２は、本実施形態では、一体要素、すなわちカートリッジ本体部、である。横断方向に穿孔された滲出孔８５は、バネ７８の下端に略合致して、Ｏリング８６を漏洩通過した液体が脱出することを許容する。付加的なＯリング８６は、流体本体部１６の流体孔８８内に収容された圧縮流体が漏洩しないように、タペットまたはバルブ要素７６をシールしている。流体は、流体供給部２０から流体本体部１６の入力部９０及び通路９２、９４を通って流体孔８８に供給される。Ｏリング８４は、環状要素８０及び挿入部８２によって形成されたカートリッジ本体部の外側を、孔８８及び通路９４内の圧縮流体からシールする。流体通路９２、９４は、流体本体部１６内に螺合されたプラグ部材９６によってシールされている。プラグ部材９６は、内部通路９４を洗浄するためのアクセスを許容するべく、取り外され得る。
【００３１】
流体の液滴または小量を噴射するための前記システム１０の動作は、図２Ａ及び図２Ｂとの関連で図２乃至図４を参照することで、最も良く理解されるであろう。図２Ａは、圧電スタック４０への電圧が十分に除去された時の、開放位置に上昇されたタペットまたはバルブ要素７６を示している。これは、スタック４０を収縮させる。スタック４０が収縮する時、平坦なバネ４２、４４は、アーマチュア５０を上方に引き上げ、レバー２４の第２端２４ｂを上昇させ、プッシュロッド６８を上昇させる。これにより、タペットまたはバルブ組立体２２のコイルバネ７８は、タペットまたはバルブ要素７６の上方ヘッド部７６ａを上方に押し上げることができ、タペットまたはバルブ要素７６の先端７６ｂを流体本体部１６に固定されたバルブシート１００から離れるように上昇されることができる。この位置では、流体孔８８及びタペットまたはバルブ要素７６の先端７６ｂ下方の領域は、噴射を「チャージ」するべく追加の流体で満ちる。
【００３２】
圧電スタック４０が起動される時、すなわち、電圧がメイン制御部１４（図１）によって圧電スタック４０に適用される時、スタック４０は拡張して機械的なアーマチュア５０を押し下げる。これは、レバー２４を時計回りに回転させ、第２端２４ｂを下方に移動させ、プッシュロッド６８を下方に移動させる。プッシュロッド６８の下方ヘッド部６８ａは、図２Ｂに示されるように、タペットまたはバルブ要素７６の上方ヘッド部７６ａを押し下げ、タペットまたはバルブ要素７６は、先端７６ｂがバルブシート１００に係合するまで、コイルバネ７８の力に抗して下方に迅速に移動する。この移動の過程において、タペットまたはバルブ要素７６の先端７６ｂは、流体滴１０２を強制的に排出出口１０４から排出させる。その後、電圧が圧電スタック４０から除去されると、これらの構成要素の各々の運動が逆転して、タペットまたはバルブ要素７６が次の噴射サイクルのために上昇する。
【００３３】
圧電式アクチュエータ２６は、液滴を噴射するために反対に利用されてもよい、ということが理解される。この場合、レバー２４ないし他のタイプの機械的な増幅器を含む様々な機械的な起動構造は、電圧が圧電スタック４０から除去された時に結果としてのスタック４０の収縮がタペットまたはバルブ要素７６のバルブシート１００及び排出出口１０４に向かう移動を引き起こして流体滴１０２を排出するというように、様々に設計され得る。この時、スタック４０への電圧の適用（印加）時、増幅システム及び他の起動要素は、タペットまたはバルブ要素７６を上昇させて、次の噴射動作のために流体孔８８を追加の流体でチャージする。この実施形態では、圧電スタック４０に電圧が適用されない時に、タペットまたはバルブ要素７６が正常に閉鎖される、すなわち、バルブシート１００に係合する。
【００３４】
図２に更に示されているように、上方アクチュエータ部２６ａは、下方アクチュエータ部２６ｂから分離していて、これらの各部２６ａ、２６ｂは、異なる材料から形成されている。具体的には、上方アクチュエータ部２６ａは、下方アクチュエータ部２６ｂを形成する材料よりも低い熱膨張計数を有する材料から形成されている。アクチュエータ部２６ａ、２６ｂの各々は、下方アクチュエータ部２６ｂから上方アクチュエータ部２６ａ内に延びるネジ締結具（不図示）を用いて堅固に締結されている。上方及び下方アクチュエータ部２６ａ、２６ｂの組立体は、その後、複数のボルト１１０によってハウジングに締結される。より具体的には、下方アクチュエータ部２６ｂは、ＰＨ１７−４ステンレススチールから形成され得て、上方アクチュエータ部２６ａは、インバールのようなニッケル鉄合金から形成され得る。１７−４ＰＨステンレススチールは、大変高い疲労限度ないし疲労強度を有していて、そのことが湾曲可能部６０の寿命を増大させている。このステンレススチールの熱膨張係数は、約１０μｍ／ｍ−Ｃであり、一方、インバールの熱膨張係数は、約１μｍ／ｍ−Ｃである。熱膨張の比は、これらの材料の約１０：１という比より、高くてもよいし、低くてもよい。上方及び下方アクチュエータ部２６ａ、２６ｂと関連付けられた熱膨張係数は、互いに対するオフセット特性を効果的に提供する。上方及び下方アクチュエータ部２６ａ、２６ｂの異なる熱膨張係数は、それによって、アクチュエータ２６が広い温度範囲に亘って一貫して動作すること許容する。また、圧電スタックは、高いデューディサイクルで動作される時、顕著な熱を生成し得る。インバールの使用は、アクチュエータ２６の端部のより絶対的な位置決め、従ってより正確で使用に適したストローク、を提供する。
【００３５】
図６及び図７を参照すると、図６は、単一のディスペンスサイクルを指図するための、本発明の原理が適用されていない、メイン制御部１４（図１）によって生成されるデジタル信号１１６を示している。この例では、デジタル信号の電圧が急激に一定の比率で０ボルトにまで低下されて、非常に短い時間そこで保持される。この短い時間の後、信号の電圧は一定の比率で圧電スタックを起動するために使用されるレベルにまで上昇される。前述のように、電圧の適用は、圧電スタックを伸長させ、噴射ディスペンシング動作中にバルブ要素を閉鎖するために用いられ得る。結果としてのアナログ電圧波形が、図７の破線１１７によって示されている。電圧の急激な除去及び再適用に応答した機械的な起動構成要素の運動が、図７の実線１１８によって示されている。圧電アクチュエータは、それに結合された機械的な構成要素、例えば機械的なアーマチュア、増幅器及び噴射バルブ、よりもずっと迅速に移動するので、結果的に、これらの機械的な構成要素は、図７の振動する実線１１８によって示されているように、電圧の除去後に前後に振動する。この振動は、背景技術の欄において前述したような不利な効果をもたらす。
【００３６】
図８及び図９は、デジタル入力信号電圧の波形１２０、１２２（図８）と、結果としての圧電スタックに適用されそこから除去されるアナログ電圧（図９）と、を示している。より具体的には、本実施形態では、入力信号電圧波形１２０と結果としての入力アナログ電圧波形１２２とが、スタック４０（図４）に対する電圧が変化する乃至不連続な比率で除去されることを示している。より一般的には、電子制御部が、変化する変化率を有する波形の電圧を適用する。この例では、電圧は、電圧が減少される第１電圧減少部を含み、その後に所定時間だけ第１電圧レベル１２４に維持される、というステップ状に圧電スタックから除去される。その後、電圧は、第１電圧レベル１２４よりも低い第２電圧レベル１２６にまで減少され、所定時間だけ第２電圧レベル１２６に維持される。第２電圧レベル１２６は、この例では、０ボルトである。しかしながら、電圧の変化する変化率は、減少の際に２以上のステップを含み得るし、電圧を除去する時に変化する変化率をもたらす他の態様を含み得る。すなわち、波形の第１部分１３０によって表された電圧減少は、波形の第２部分１３２によって表された電圧減少とは、異なる減少率である。
【００３７】
図９の実線１４０は、振動の減少された振幅によって示されるように、レバー２４、プッシュロッド６８及びタペットまたはバルブ要素７６を含む機械的な構成要素の振動の結果としての減少ないし減衰を示している（図２参照）。レベル１２４までの電圧の第１減少部の間、アーマチュア５０は、圧電スタック４０（図４）が収縮するにつれて、上方への移動を開始する。この電圧を第１ステップないしレベル１２４に維持することは、アーマチュア５０がその最終の上方位置に向かってよりゆっくり運動量（momentum）を形成することを許容する。短い時間の後、電圧は、第２レベル１２６でゼロであるその最終値まで更に減少され、そこで短い時間保持される。電圧がこの第２レベル１２６に更に減少されるまでに、アーマチュア５０の運動量は、その最終位置へと加速はしていないように、少なくとも顕著に低減されるべきである。アーマチュア５０がその最終位置からリバウンドする時に振動を引き起こすのは、この加速である。圧電スタック４０及び他の機械的な構成要素（アーマチュア５０に結合された要素を含む）は、アーマチュア５０が顕著な振動無しでその最終の上方位置に停止するように、設計される。ステップ状の波形１２２または電圧の変化率を変える他の態様の別の利点は、ディスペンスサイクル間の振動がより小さいことによって、ディスペンスサイクル時間が増大され得る、ないし迅速化され得る、ことである。
【００３８】
図１０及び図１１は、図８及び図９に類似しているが、ステップ状波形が、図８及び図９を参照して説明されたように電圧を除去する時だけでなく（図１０及び図１１では波形１５０、１５２の第１半部１５０ａ、１５２ａによって示されている）、電圧を再適用する時にも使用されている（すなわち、第３の電圧レベル）（図１０及び図１１では波形１５０、１５２の第２半部１５０ｂ、１５２ｂによって示されている）。また、このステップ状の電圧の再適用は、この例では図２Ｂに示されるように噴射用のタペットまたはバルブ要素７６を閉鎖して少量ないし小滴の流体をディスペンスするために、電圧が圧電スタックに再適用される時の電圧の変化率を変える別の態様で置換され得る。また、異なる波形部分は、バルブ要素の閉塞と噴射プロセスとの更なる制御を許容する目的で、電圧の異なる変化率を有し得る。噴射用のタペットまたはバルブ要素７６をバルブシート１００（図２Ｂ参照）に向けて移動している間に電圧のステップ状の適用を使用することは、幾つかの潜在的な利点がある。例えば、タペットまたはバルブ要素７６がバルブシート１００に衝突する力が、より良く制御され得る（例えば、より長いバルブシート寿命を促すように低減され得る）。タペットまたはバルブ要素７６によって流体に伝達されるエネルギー量も、流体を噴射するために使用される電圧の変化率を変えることによって制御され得る。この特徴は、噴射特性を制御するために利用され得る。また、タペットまたはバルブ要素７６のバルブシート１００に向かう運動中の振動は、減衰され得て、結果として、より高質のディスペンス動作、及び、より正確なディスペンスされる流体体積制御をもたらす。所定の用途にとって、圧電アクチュエータ２６に対する電圧の変化率の変化は（除去電圧でも適用電圧でも）、以下のように生じ得る。
１）図８及び図９を参照して説明されたように、噴射用のタペットまたはバルブ要素７６をバルブシート１００から上昇させる間のみにおいて生じ得る。
２）図１０及び図１１を参照して説明されたように、噴射用のタペットまたはバルブ要素７６を上昇させる間と下降させる間との両方において生じ得る。
３）噴射ディスペンス動作の間に出口に向かって噴射バルブ要素を移動する間のみにおいて生じ得る。
【００３９】
本発明は、特定の実施形態についての記述によって説明され、当該実施形態は、かなり詳しく説明された。しかしながら、添付の特許請求の範囲の請求項の範囲を、そのような詳細に制限することや、何らかの態様で限定することは、意図されていない。ここで説明された様々な特徴は、単独でも、任意の組合せでも、利用可能である。付加的な利点及び修正は、当業者にとって容易である。本発明は、その広い観点では、特定の詳細や代表的な装置及び方法や図示の例に限定されない。従って、本発明の概念の範囲または精神から逸脱することなく、そのような詳細からの発展がなされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【外国語明細書】
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