CN111094001A - 液剂涂布装置 - Google Patents

Abstract

提供能够调整隔膜的位移量的液剂涂布装置。液剂涂布装置(10)具有：隔膜(12)，其使液剂贮存部(11)的内部容积变化；以及驱动部(13)，其位于隔膜(12)上。驱动部(13)具有：驱动用压电元件(20)，其根据驱动电压信号的施加而振动；以及变幅器(21)，其与驱动用压电元件(20)一起振动。

Description

液剂涂布装置

技术领域

本发明涉及液剂涂布装置。

背景技术

利用压电效应进行从电能向机械能的能量转换的压电元件由于响应性优异，因此在半导体、印刷、化学药品等广泛的领域中，用于将液剂排出到对象物的表面的液剂涂布装置。

液剂涂布装置具有：液剂贮存部，其具有排出口；隔膜，其使液剂贮存部内的容积变化；以及压电元件，其使隔膜进行加压振动(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-160701号公报

发明内容

发明要解决的课题

这里，液剂从排出口排出的容易度根据液剂的粘度等而变动，因此希望适当调整隔膜的位移量。

但是，压电元件的伸缩量是微小的，隔膜的位移量也较小，因此仅通过压电元件调整隔膜的位移量存在界限。

本发明是鉴于上述的状况而完成的，其目的在于提供能够调整隔膜的位移量的液剂涂布装置。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的液剂涂布装置具有液剂贮存部、隔膜以及驱动部。液剂贮存部具有液剂排出口。隔膜使液剂贮存部的内部容积变化。驱动部位于隔膜上。驱动部具有：驱动用压电元件，其根据驱动电压信号的施加而振动；以及变幅器，其与驱动用压电元件一起振动。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够提供能够调整隔膜的位移量的液剂涂布装置。

附图说明

图1是示出第1实施方式的液剂涂布装置的结构的示意图。

图2是示出第2实施方式的液剂涂布装置的结构的示意图。

图3是示出第3实施方式的液剂涂布装置的结构的示意图。

图4是示出第4实施方式的液剂涂布装置的结构的示意图。

图5是用于说明利用紧固件固定驱动用压电元件的固定方法的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的液剂涂布装置进行说明。但是，本发明的范围不限于以下的实施方式，可以在本发明的技术思想的范围内任意地变更。另外，在以下的附图中，为了容易理解各结构，有时使各构造中的比例尺和数量与实际的构造中的比例尺和数量等不同。

在本说明书中，“连接”是指两个部件相互固定或连结的状态。因此，在两个部件连接的情况下，两者始终一起进行动作。另外，“接触”是指虽然两个部件处于直接接触的状态，但两个部件未相互固定或连结的状态。在两个部件接触的情况下，有时两者一起进行动作，有时两者未一起进行动作。另外，在本说明书中，各部件的“端部”是指压电元件的伸缩方向的端部。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的液剂涂布装置10的结构的示意图。

液剂涂布装置10具有液剂贮存部11、隔膜12、驱动部13、固定部件14以及控制部15。液剂贮存部11、隔膜12、驱动部13以及固定部件14构成头16。

(1)液剂贮存部11

液剂贮存部11具有壳体11a和喷嘴11b。

壳体11a形成为中空状。在本实施方式中，壳体11a形成为筒状，但不限于此。壳体11a例如可以由合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等构成，采用提高了相对于后述的驱动部13所施加的加压力不发生变形那样的刚性的设计。壳体11a的刚性能够根据与构成材料对应的厚度的优化而适当调整。另外，在利用成型和铸造等制作壳体11a的情况下，通过在外周面设置肋，能够有效地提高壳体11a的刚性。

在壳体11a的内部形成有压力室11c。在压力室11c中贮存有液剂。作为液剂，举出了用于形成焊料、热固化性树脂、油墨、功能性薄膜(取向膜、抗蚀剂、滤色器、有机电致发光等)的涂布液等，但不限于此。

在壳体11a的侧壁形成有液剂供给口11d。从未图示的液剂提供装置提供的液剂通过液剂供给口11d而补充到压力室11c内。

喷嘴11b形成为板状。喷嘴11b配置成封住壳体11a的一端开口。在喷嘴11b形成有排出口11e。压力室11c内的液剂从排出口11e成为液滴而排出到外部。

(2)隔膜12

隔膜12配置成封住壳体11a的另一端开口。当从后述的驱动部13施加加压振动时，隔膜12发生弹性地振动。由此，隔膜12使形成于液剂贮存部11内的压力室11c的容积变化。

当隔膜12朝向压力室11c的内部呈凸状弯曲时，压力室11c的容积变小。由此，从排出口11e排出液剂。然后，当隔膜12借助自身的弹性而恢复到稳定状态时，压力室11c的容积也恢复到原来的容积。此时，从液剂供给口11d向压力室11c补充液剂。

隔膜12的构成材料没有特别限制，但例如可以使用合金材料、陶瓷材料以及合成树脂材料等。

(3)驱动部13

驱动部13是用于使隔膜12伸缩驱动的部件。驱动部13位于隔膜12上。驱动部13配置于隔膜12与固定部件14之间。驱动部13被隔膜12和固定部件14夹持。

驱动部13中的与隔膜12相反的一侧的第1端部13p与固定部件14连接。即，驱动部13的第1端部13p固定于固定部件14。因此，驱动部13的第1端部13p是固定端。驱动部13的第1端部13p例如能够经由环氧树脂等粘接剂而与固定部件14连接。在本实施方式中，驱动部13的第1端部13p是后述的变幅器(horn)21的一部分。

驱动部13中的隔膜12侧的第2端部13q与隔膜12接触。即，驱动部13的第2端部13q未固定于隔膜12。在本实施方式中，驱动部13的第2端部13q是后述的驱动用压电元件20的一部分。

驱动部13具有驱动用压电元件20和变幅器21。

驱动用压电元件20位于隔膜12上。驱动用压电元件20配置于隔膜12与变幅器21之间。驱动用压电元件20被隔膜12和变幅器21夹持。

驱动用压电元件20与变幅器21连接。驱动用压电元件20例如经由环氧树脂等粘接剂而与变幅器21连接。

驱动用压电元件20与隔膜12接触。即，驱动用压电元件20未与隔膜12连接。但是，驱动用压电元件20也可以与隔膜12连接。

驱动用压电元件20具有多个压电体20a、多个内部电极20b以及一对侧面电极20c、20c。各压电体20a与各内部电极20b交替层叠。各压电体20a例如由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷构成。各内部电极20与一对侧面电极20c、20c中的任意一方电连接。即，与一个侧面电极20c电连接的内部电极20b与另一个侧面电极20c电绝缘。这样的构造通常被称为部分电极构造。但是，驱动用压电元件20只要至少具有一个压电体和一对电极即可，作为驱动用压电元件20，可以使用公知的各种压电元件。

驱动用压电元件20根据从后述的控制部15施加的驱动电压信号(即，驱动脉冲)而振动。具体而言，当从控制部15对一对侧面电极20c、20c施加驱动电压信号时，各压电体20a进行伸缩。随着该各压电体20a的伸缩，对隔膜12施加加压振动。

变幅器21位于驱动用压电元件20上。变幅器21配置于固定部件14与驱动用压电元件20之间。变幅器21被固定部件14和驱动用压电元件20夹持。在本实施方式中，变幅器21是圆筒状的金属棒。

变幅器21与固定部件14和驱动用压电元件20分别连接。变幅器21例如能够经由环氧树脂等粘接剂而与固定部件14连接。

变幅器21是用于通过与驱动用压电元件20一起振动而增大驱动用压电元件20的伸缩所带来的隔膜12的位移量的振动体。变幅器21的固有振动频率F1为驱动用压电元件20的驱动界限频率F2以下。

变幅器21的固有振动频率F1是变幅器21进行自由振动时的振动数。变幅器21的固有振动频率F1是变幅器21所特有的频率。变幅器21的固有振动频率F1由变幅器21的形状、材质、质量等决定。因此，变幅器21的形状、材质、质量等没有特别限制，只要以使固有振动频率F1成为期望的值的方式进行设定即可。

驱动用压电元件20的驱动界限频率F2是驱动用压电元件20能够以稳定的振幅进行驱动的界限的频率的最大值。驱动用压电元件20的驱动界限频率F2是驱动用压电元件20所特有的频率。驱动用压电元件20的驱动界限频率F2由驱动用压电元件20的结构决定。施加给驱动用压电元件20的驱动电压信号的频率(以下称为“驱动电压信号频率”)F3被设定为驱动界限频率F2以下。

这里，在变幅器21的固有振动频率F1为驱动用压电元件20的驱动界限频率F2以下且固有振动频率F1和驱动电压信号频率F3具有倍数关系的情况下，变幅器21与驱动用压电元件20共振。在该情况下，变幅器21的固有振动频率F1越接近驱动电压信号频率F3，则变幅器21与驱动用压电元件20的共振程度越高，变幅器21和驱动用压电元件20的振幅越大。而且，在变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3相同的情况下，变幅器21与驱动用压电元件20的共振程度最大，变幅器21和驱动用压电元件20的振幅也最大。

因此，若减小变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3的频率差，则变幅器21和驱动用压电元件20的振幅增大，因此能够增大基于驱动用压电元件20的隔膜12的位移量。由此，即使减小施加给驱动用压电元件20的电压，也能够确保足够的位移量，因此能够降低驱动用压电元件20的消耗电力(包含成为位移力而输出的量和成为热而消耗的量)。

另一方面，若增大变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3的频率差，则能够减小变幅器21和驱动用压电元件20的振幅，因此能够减小隔膜12的位移量。这样，通过控制变幅器21与驱动用压电元件20的共振程度，能够适当调整隔膜12的位移量。

(4)固定部件14

固定部件14是对驱动部13的第1端部13p进行固定的部件。固定部件14位于液剂贮存部11上。但是，固定部件14只要能够对驱动部13的第1端部13p进行固定即可，也可以离开液剂贮存部11。另外，固定部件14的形状不限于图1的形状，可以考虑与周边部件的配置关系而适当变更。

(5)控制部15

控制部15通过CPU(Central Processing Unit：中央处理器)和DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)等微处理器、或ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)等运算装置、以及由功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等构成的电力放大器来实现。

控制部15生成用于使驱动用压电元件20驱动的驱动电压信号。控制部15将所生成的驱动电压信号发送至电力放大器而对电力进行放大，并将其分别施加给驱动用压电元件20的一对侧面电极20c、20c，由此使驱动用压电元件20振动。

控制部15将驱动电压信号的驱动电压信号频率F3设定为驱动用压电元件20的驱动界限频率F2以下，并且将变幅器21的固有振动频率F1和驱动电压信号频率F3设定成具有倍数关系。如上所述，通过控制变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3的频率差，能够适当变更隔膜12的位移量。

控制部15优选依照驱动用压电元件20的位移来调整驱动电压信号的驱动电压信号频率F3。在该调整中可以使用如下的方法：根据驱动电压信号的波形的电流和电压而将波高值控制成恒定的方法、或将驱动电压信号的波形的电流和电压的相位差控制成恒定的方法。具体而言，在基于相位差的控制中，预先求出共振频率下的相位差而作为控制目标值，以使在实际的驱动中检测出的相位差与控制目标值一致的方式进行反馈。由此，能够使驱动电压信号频率F3与固有振动频率F1一致，因此能够更高效地使驱动用压电元件20振动。

(第2实施方式)

图2是示出第2实施方式的液剂涂布装置10a的结构的示意图。第1实施方式的液剂涂布装置10与第2实施方式的液剂涂布装置10a的不同点在于，驱动用压电元件20和变幅器21相反地配置。因此，以下主要对该不同点进行说明。

驱动部13a位于隔膜12上。驱动部13a配置于隔膜12与固定部件14之间。驱动部13a的第1端部13p与固定部件14连接。驱动部13a的第2端部13q与隔膜12接触。在本实施方式中，驱动部13a的第1端部13p是驱动用压电元件20的一部分，驱动部13a的第2端部13q是变幅器21的一部分。

驱动部13具有驱动用压电元件20和变幅器21。

驱动用压电元件20位于变幅器21上。驱动用压电元件20配置于固定部件14与变幅器21之间。驱动用压电元件20被固定部件14和变幅器21夹持。驱动用压电元件20与固定部件14和变幅器21分别连接。

变幅器21位于隔膜12上。变幅器21配置于隔膜12与驱动用压电元件20之间。变幅器21被隔膜12和驱动用压电元件20夹持。

变幅器21与驱动用压电元件20连接。变幅器21与隔膜12接触。但是，变幅器21也可以与隔膜12连接。

即使在如上述那样从隔膜12侧依次配置变幅器21和驱动用压电元件20的情况下，也如在上述第1实施方式中进行了说明的那样，通过调整变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3的频率差而能够通过变幅器21适当变更基于驱动用压电元件20的隔膜12的位移量。

(第3实施方式)

图3是示出第3实施方式的液剂涂布装置10b的结构的示意图。第1实施方式的液剂涂布装置10与第3实施方式的液剂涂布装置10b的不同点在于，驱动部13b具有激振用压电元件22。因此，以下主要对该不同点进行说明。

驱动部13b位于隔膜12上。驱动部13b配置于隔膜12与固定部件14之间。驱动部13b的第1端部13p与固定部件14连接。驱动部13b的第2端部13q与隔膜12接触。在本实施方式中，驱动部13b的第1端部13p是后述的激振用压电元件22的一部分，驱动部13a的第2端部13q是驱动用压电元件20的一部分。

驱动部13b具有驱动用压电元件20、变幅器21以及激振用压电元件22。

驱动用压电元件20和变幅器21的结构如在上述第1实施方式中进行了说明的那样。因此，在本实施方式中，也通过控制变幅器21的固有振动频率F1与驱动电压信号频率F3的频率差而能够适当变更隔膜12的位移量。

激振用压电元件22位于变幅器21上。激振用压电元件22配置于固定部件14与变幅器21之间。激振用压电元件22被固定部件14和变幅器21夹持。

激振用压电元件22与变幅器21连接。激振用压电元件22例如经由环氧树脂等粘接剂而与变幅器21连接。

激振用压电元件22与固定部件14连接。激振用压电元件22例如能够经由环氧树脂等粘接剂而与固定部件14连接。

激振用压电元件22至少具有一个压电体和一对电极。作为激振用压电元件22，可以使用公知的各种压电元件。激振用压电元件22根据从控制部15施加的高频信号而振动。施加给激振用压电元件22的高频信号是频率比施加给驱动用压电元件20的驱动电压信号高的信号。优选高频信号的振幅(电位差)小于驱动电压信号的振幅(电位差)。

被施加了高频信号的激振用压电元件22对隔膜12施加液剂不从排出口11e排出的程度的微小的加压振动。由此，能够提高贮存于液剂贮存部11的液剂的流动性，并且提高从排出口11e排出的液剂的断液性。

若从提高液剂的流动性的观点出发，则优选高频信号的振幅为驱动电压信号的振幅的1％～20％，优选高频信号的频率为1kHz～30kHz。另外，在示出触变性的液剂的情况下，通常高频信号的频率越高，则越能够提高流动性。

若从提高断液性的观点出发，优选高频信号的振幅为驱动电压信号的振幅的1％～20％，优选高频信号的频率为1kHz～5kHz。

另外，在图3中，例示出在固定部件14与变幅器21之间配置有激振用压电元件22的方式，但不限于此。激振用压电元件22可以配置于驱动用压电元件20与变幅器21之间，也可以配置于隔膜12与驱动用压电元件20之间。

另外，在图3中，例示出从隔膜12侧依次配置有驱动用压电元件20和变幅器21的方式，但也可以如在上述第2实施方式中进行了说明的那样使驱动用压电元件20和变幅器21的配置相反。

(第4实施方式)

图4是示出第4实施方式的液剂涂布装置10c的结构的示意图。第1实施方式的液剂涂布装置10与第4实施方式的液剂涂布装置10c的不同点在于，在驱动部13与固定部件14之间配置有预压弹簧17。因此，以下主要对该不同点进行说明。

预压弹簧17位于驱动部13上。预压弹簧17配置于驱动部13与固定部件14之间。预压弹簧17被驱动部13和固定部件14夹持。

预压弹簧17中的与驱动部13相反的一侧的第1端部17p与固定部件14连接。即，预压弹簧17的第1端部17p固定于固定部件14。因此，预压弹簧17的第1端部17p是固定端。预压弹簧17的第1端部17p可以直接紧固于固定部件14，也可以经由例如环氧树脂等粘接剂而与固定部件14连接。

预压弹簧17中的驱动部13侧的第2端部17q与驱动部13的第1端部13p连接。即，预压弹簧17的第2端部17q固定于驱动部13的第1端部13p。因此，在本实施方式中，驱动部13的第1端部13p不是固定端。预压弹簧17的第2端部17q可以直接紧固于驱动部13，也可以经由例如环氧树脂等粘接剂而与驱动部13连接。

在图4中，图示出使用线圈弹簧作为预压弹簧17的情况，但不限于此。作为预压弹簧17，可以使用碟形弹簧、板簧、螺旋弹簧等公知的弹簧。优选预压弹簧17的弹簧常数大于隔膜12的弹簧常数。

预压弹簧17向隔膜12侧按压驱动部13。预压弹簧17无论驱动用压电元件20是伸展状态还是收缩状态，始终向隔膜12侧按压驱动部13。

这里，驱动部13的第2端部13q仅与隔膜12接触，因此在伸展的驱动用压电元件20收缩时，不仅在驱动用压电元件20的内部产生伸展所带来的拉伸力，而且驱动部13自身也有可能产生激振。但是，在本实施方式中，如上所述，通过预压弹簧17的按压力，能够预先向隔膜12按压驱动部13。因此，能够抑制在驱动用压电元件20产生的拉伸力，并且能够抑制驱动部13的激振。

另外，如果驱动部13的第2端部13q与隔膜12连接，则在伸展的驱动用压电元件20收缩时，驱动部13的收缩速度比隔膜12的恢复速度快，因此驱动部13有可能从隔膜12剥离。但是，若如本实施方式那样通过预压弹簧17的按压力而预先向隔膜12按压驱动部13，则能够抑制驱动部13从隔膜12剥离。

(其他实施方式)

本发明通过上述实施方式进行记载，但不应理解为形成该公开的一部分的论述和附图限定该发明。根据该公开，本领域技术人员会明确各种代替实施方式、实施例以及运用技术。

在上述第1至第3实施方式中，驱动部13的第1端部13p与固定部件14连接，但也可以仅与固定部件14接触。

在上述第1至第4实施方式中，驱动部13的第2端部13q与隔膜12接触，但也可以与隔膜12连接。

在上述第1至第4实施方式中，驱动部13的第2端部13q与隔膜12直接接触，但也可以在第2端部13q与隔膜12之间夹持与驱动部13面接触且与隔膜12点接触的中间部件。中间部件固定于驱动部13的第2端部13q，相对于隔膜12自由地接触和分开。通过夹持这样的中间部件，能够抑制加压力集中于驱动部13的第2端部13q的一部分，因此能够抑制驱动部13的破损。

在上述第2实施方式中，驱动用压电元件20与固定部件14和变幅器21分别连接，但也可以如图5所示那样通过紧固件30而固定于固定部件14与变幅器21之间。作为紧固件30，例如可以使用螺钉等。紧固件30贯穿驱动用压电元件20而紧固于变幅器21。为了将驱动用压电元件20的振动有效地传递至变幅器21，优选紧固件30具有足够的紧固力。驱动用压电元件20形成为供紧固件30贯通的形状(例如中空环状)。驱动用压电元件20的固定部件14侧的端部成为固定端。这样，通过利用紧固件30将驱动用压电元件20固定于固定部件14与变幅器21之间，与例如经由粘接剂那样的弹性体而将两者连接的情况相比，能够将驱动用压电元件20的振动有效地传递至变幅器21。

标号说明

10：液剂涂布装置；11：液剂贮存部；11a：壳体；11b：喷嘴；11c：压力室；11d：液剂供给口；11e：排出口；12：隔膜；13：驱动部；14：固定部件；15：控制部；16：头；17：预压弹簧；20：驱动用压电元件；21：变幅器；22：激振用压电元件。

Claims (13)

1.一种液剂涂布装置，其中，

该液剂涂布装置具有：

液剂贮存部，其具有液剂排出口；

隔膜，其使所述液剂贮存部的内部容积变化；以及

驱动部，其位于所述隔膜上，

所述驱动部具有：

驱动用压电元件，其根据驱动电压信号的施加而振动；以及

变幅器，其与所述驱动用压电元件一起振动。

2.根据权利要求1所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器与所述驱动用压电元件连接。

3.根据权利要求1或2所述的液剂涂布装置，其中，

所述驱动用压电元件配置于所述变幅器与所述隔膜之间。

4.根据权利要求3所述的液剂涂布装置，其中，

所述驱动用压电元件与所述隔膜接触。

5.根据权利要求1或2所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器配置于所述驱动用压电元件与所述隔膜之间。

6.根据权利要求5所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器与所述隔膜接触。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

所述驱动部中的与所述隔膜相反的一侧的端部是固定端。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器紧固在所述激振用压电元件上。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器的固有振动频率为所述驱动用压电元件的驱动界限频率以下。

10.根据权利要求9所述的液剂涂布装置，其中，

所述变幅器的固有振动频率与所述驱动电压信号的频率相同。

11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

所述驱动部还具有激振用压电元件，该激振用压电元件根据频率比施加给所述驱动用压电元件的驱动电压信号高的高频信号的施加而振动。

12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

该液剂涂布装置还具有预压弹簧，该预压弹簧配置于所述驱动部的与所述隔膜相反的一侧，

所述弹簧中的与所述驱动部相反的一侧的端部是固定端。

13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的液剂涂布装置，其中，

该液剂涂布装置还具有中间部件，该中间部件配置于所述驱动部与所述隔膜之间，

所述中间部件与所述驱动部面接触且与所述隔膜点接触。

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