JP2007198166A - Liquid material supply device - Google Patents

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Michita Hokao
道太 外尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact liquid material supply device capable of supplying accurately metered liquid material of fixed minute quantity. <P>SOLUTION: When an upper plate 11 bends to approach to a lower plate 12, volume of a recessed part 12a reduces, lubricating oil of quantity corresponding to deformation quantity of the upper plate 11 is delivered from a delivery path 12c and is supplied to a bearing 1. On the other hand, when the upper plate 11 bends to separate from the lower plate 12, volume of the recessed part 12a increases, lubricating oil of quantity corresponding to deformation quantity of the upper plate 11 is sucked from a supply path 12b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体材料を供給する液体材料供給装置に関し、特に潤滑剤などの液体材料を極微量(例えば10pl〜10μl程度)だけ精度良く供給するのに好適な液体材料供給装置に関するものである。   The present invention relates to a liquid material supply apparatus for supplying a liquid material, and more particularly to a liquid material supply apparatus suitable for accurately supplying a very small amount of liquid material such as a lubricant (for example, about 10 pl to 10 μl).

高速回転体等の潤滑面に潤滑剤を供給する従来の潤滑装置としては、オイルエア潤滑装置、オイルミスト潤滑装置、強制潤滑装置等がある。オイルエア潤滑装置は、タンク、ポンプ、分配器、圧縮空気源、プランジャ、ノズルで構成され、プランジャの機械的機構により一定量に調整された潤滑剤滴(0.01〜0.03ml)を空気配管中に吐出し、空気によりノズルまで運び、潤滑面に噴射するものである。   Conventional lubrication devices that supply a lubricant to a lubrication surface such as a high-speed rotating body include an oil-air lubrication device, an oil mist lubrication device, and a forced lubrication device. The oil / air lubrication system consists of a tank, pump, distributor, compressed air source, plunger, and nozzle, and air pipes for lubricant drops (0.01-0.03 ml) adjusted to a fixed amount by the mechanical mechanism of the plunger It is discharged inside, carried to the nozzle by air, and sprayed onto the lubricating surface.

又、オイルミスト潤滑装置は、油溜まり、プランジャ、分配器、圧縮空気源、電磁バルブ、ノズルで構成され、潤滑剤を微細な霧状にし、圧縮空気により空気配管中を搬送し、潤滑面に吹き付けるものである。更に、強制潤滑(ジェット潤滑)装置は、潤滑面の超高速な空気の壁を貫通させるため、ポンプで油を高圧にし、ノズル径を細くして噴出速度を速くするものである。   The oil mist lubrication device is composed of an oil reservoir, plunger, distributor, compressed air source, electromagnetic valve, and nozzle. The lubricant is made into a fine mist and is conveyed through the air piping by compressed air. It is something to spray. Further, in the forced lubrication (jet lubrication) apparatus, oil is increased in pressure by a pump to reduce the nozzle diameter and increase the ejection speed in order to penetrate the ultra-high-speed air wall of the lubrication surface.

しかるに、一般的なオイルエア潤滑装置は、微量の潤滑剤を連続して安定供給することが困難なため、間欠給油せざるを得ず、給油サイクルに応じて軸受温度が上昇するという欠点がある。また、一般的なオイルミスト潤滑装置は、ミストが大気中に飛散するため潤滑面に付着する潤滑剤の量が不確定なうえ、作業環境を悪化させるという欠点がある。そして、これらの潤滑装置は、高圧空気により配管を通して潤滑剤が運ばれるため、潤滑面に付着する油量が不安定であり、騒音の点でも問題がある。さらに、ジェット潤滑装置は、高圧ポンプを必要とするうえ、油量が多いことによる撹拌抵抗の増大を防ぐために排油機構を必要とする。   However, a general oil-air lubrication apparatus has a drawback in that it is difficult to continuously supply a small amount of lubricant in a stable manner, so that intermittent oil supply must be performed, and the bearing temperature rises according to the oil supply cycle. In addition, a general oil mist lubrication device has the disadvantages that the amount of lubricant adhering to the lubrication surface is uncertain because the mist is scattered in the atmosphere and the working environment is deteriorated. In these lubrication devices, since the lubricant is carried through the piping by high-pressure air, the amount of oil adhering to the lubrication surface is unstable, and there is a problem in terms of noise. Furthermore, the jet lubrication device requires a high-pressure pump and also requires an oil drain mechanism to prevent an increase in stirring resistance due to a large amount of oil.

このような潤滑剤の微量調整の困難さを解決した技術として、特許文献1に開示されるものがある。特許文献1に開示される軸受潤滑装置は、潤滑剤貯蔵室の壁に形成されたダイアフラムに振動を付与することにより極少量の潤滑剤を供給する。
特願2002−213687号公報
As a technique for solving such a difficulty in adjusting a minute amount of the lubricant, there is one disclosed in Patent Document 1. The bearing lubrication device disclosed in Patent Document 1 supplies a very small amount of lubricant by applying vibration to a diaphragm formed on the wall of the lubricant storage chamber.
Japanese Patent Application No. 2002-213687

特許文献1に開示された軸受潤滑装置は、潤滑剤貯蔵室に十分な圧力を加圧することが難しいため、目的の潤滑面に潤滑剤を供給することが困難なことがある。又、ダイアフラムを用いているので、構成が大型化すると共に、長期間の使用における耐久性も問題となっている。   In the bearing lubrication device disclosed in Patent Document 1, it is difficult to pressurize the lubricant storage chamber with a sufficient pressure, and thus it may be difficult to supply the lubricant to the target lubrication surface. In addition, since a diaphragm is used, the configuration is increased in size, and durability in long-term use is also a problem.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、高精度に計量された一定微量の液体材料を供給できる、コンパクトな液体材料供給装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a compact liquid material supply device capable of supplying a small amount of liquid material measured with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明に係る液体材料供給装置は、
互いに貼り合わされた2枚の板材と、
少なくとも一方の板材に設けられた高周波振動体と、を有し、
前記板材の貼り合わされる面には、液体材料を貯留するための凹部が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a liquid material supply apparatus according to the present invention comprises:
Two plate materials bonded together,
A high-frequency vibrator provided on at least one of the plate members,
A concave portion for storing a liquid material is formed on the surface to which the plate material is bonded.

本発明の液体材料供給装置によれば、前記板材の貼り合わされる面には、液体材料を貯留するための凹部が形成されているので、前記板材を貼り合わせることによって液体材料の貯留部が形成され、それによりコンパクトな構成を実現できる。更に、前記高周波振動体が、前記板材に設けられているので、前記高周波振動体により、前記板材を所定の周波数で振動させることで、前記凹部に貯留された液体材料を適量だけ外部へと吐出させることができる。   According to the liquid material supply device of the present invention, since the concave portion for storing the liquid material is formed on the surface to which the plate material is bonded, the liquid material storage portion is formed by bonding the plate material. Thereby, a compact configuration can be realized. Further, since the high-frequency vibrating body is provided on the plate material, the plate material is vibrated at a predetermined frequency by the high-frequency vibrating body, thereby discharging an appropriate amount of the liquid material stored in the recess. Can be made.

前記2枚の板材は、前記凹部の周囲において接着されていると好ましい。   It is preferable that the two plate members are bonded around the concave portion.

前記板材の剛性を比較したときに、剛性が低い方の板材に前記高周波振動体が貼り付けられ、剛性が高い方の板材に前記凹部が形成されていると好ましい。   When the rigidity of the plate material is compared, it is preferable that the high-frequency vibrator is attached to a plate material having a lower rigidity and the concave portion is formed in the plate material having a higher rigidity.

前記液体は、軸受の潤滑のために用いられる潤滑油であると好ましい。   The liquid is preferably a lubricating oil used for bearing lubrication.

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態にかかる液体材料供給装置の概略図である。図2は、供給ユニットの分解斜視図である。本実施の形態では、液体材料を潤滑油としている。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a liquid material supply apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the supply unit. In the present embodiment, the liquid material is lubricating oil.

図1において、外輪1aと、内輪1bと、両輪間に配置されたボール1cとからなる軸受1の近傍に、潤滑油の供給ユニット10が配置されている。供給ユニット10は、図2に示すように、上板11と、下板12と、高周波振動体であるピエゾ素子13とからなる。下板12の上面には、深さ50μm程度の凹部12aが形成されている。凹部12aには、潤滑油の供給路12bと、それより流路面積の小さな吐出路12cとが接続されて形成されている。凹部12aの容量は、潤滑対象となる軸受1に必要な潤滑油の吐出量を元に設計される。   In FIG. 1, a lubricating oil supply unit 10 is disposed in the vicinity of a bearing 1 including an outer ring 1a, an inner ring 1b, and a ball 1c disposed between the two rings. As shown in FIG. 2, the supply unit 10 includes an upper plate 11, a lower plate 12, and a piezo element 13 that is a high-frequency vibrator. A recess 12 a having a depth of about 50 μm is formed on the upper surface of the lower plate 12. The recess 12a is formed by connecting a lubricating oil supply passage 12b and a discharge passage 12c having a smaller passage area. The capacity of the recess 12a is designed based on the discharge amount of lubricating oil necessary for the bearing 1 to be lubricated.

上板11の上面にピエゾ素子13が接着されている。高周波振動体としてのピエゾ素子13は外部から供給される交流電流に応じて変形するものであり、従って高周波電流に応じて振動するが、その構成自体は良く知られているので説明を省略する。上板11の下面は、下板12における凹部12aの周囲における上面に接着されており、凹部12aは供給路12b及び吐出路12cを除いて外部に対して密封されている。   A piezo element 13 is bonded to the upper surface of the upper plate 11. The piezo element 13 as a high-frequency vibrating body is deformed according to an alternating current supplied from the outside, and thus vibrates according to a high-frequency current. However, since the configuration itself is well known, description thereof is omitted. The lower surface of the upper plate 11 is bonded to the upper surface of the lower plate 12 around the recess 12a, and the recess 12a is sealed to the outside except for the supply path 12b and the discharge path 12c.

図1において、供給ユニット10の吐出路12cは、軸受1のボール1cに対向しており、また供給ユニット10の供給路12bは、ポンプPを介して潤滑油のタンクTに接続されている。ピエゾ素子13には、コントローラCNTから高周波電流が供給されるようになっている。   In FIG. 1, the discharge path 12 c of the supply unit 10 faces the ball 1 c of the bearing 1, and the supply path 12 b of the supply unit 10 is connected to a lubricating oil tank T via a pump P. A high frequency current is supplied to the piezo element 13 from the controller CNT.

本実施の形態の動作について説明する。図3は、供給ユニット10の動作を説明するための断面図である。図1に示すポンプPを駆動し、供給路12bを介して供給ユニット10の凹部12a内に潤滑油を満たしておく。ここで、ポンプPの加圧力は低いので、それのみで断面積の小さな吐出路12cから潤滑油を吐出させることはできないが、上板11が変形して凹部12a内の潤滑油を押圧したときに、その逆流を生じさせない程度に供給路12b内が加圧されている。なお、ポンプPと供給路12bとの間に、潤滑油の逆流を防止する逆止弁を設けても良い。   The operation of this embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the supply unit 10. The pump P shown in FIG. 1 is driven, and the recess 12a of the supply unit 10 is filled with lubricating oil via the supply path 12b. Here, since the pressure applied by the pump P is low, the lubricating oil cannot be discharged from the discharge passage 12c having a small cross-sectional area by itself, but when the upper plate 11 is deformed and presses the lubricating oil in the recess 12a. In addition, the inside of the supply path 12b is pressurized to such an extent that the backflow does not occur. In addition, you may provide the check valve which prevents the backflow of lubricating oil between the pump P and the supply path 12b.

軸受1の動作と共に、コントローラCNTからピエゾ素子13に高周波電流を供給すると、ピエゾ素子13が振動し、上板11が図3に示すように繰り返し変形する。   When a high frequency current is supplied from the controller CNT to the piezo element 13 along with the operation of the bearing 1, the piezo element 13 vibrates and the upper plate 11 is repeatedly deformed as shown in FIG.

ここで、図3(a)に示すように、上板11が下板12に接近するように撓んで変形すると、凹部12aの容積が減少し、上板11の変形量に応じた量だけ、吐出路12cから潤滑油が吐出して、軸受1に供給されることとなる。一方、図3(b)に示すように、上板11が下板12から離隔するように撓んで変形すると、凹部12aの容積が増大するので、上板11の変形量に応じた量だけ、供給路12bから潤滑油を吸引することとなる。これを繰り返すことで、ピエゾ素子13の高周波振動に応じた量の潤滑油を、所定のサイクルで軸受1に供給できる。従って、軸受1の回転数が増大すれば、コントローラCNTからピエゾ素子13に供給される電流の周波数を高め、軸受1の回転数が減少すれば、コントローラCNTからピエゾ素子13に供給される電流の周波数を低めるようにすることで、動作に応じた最適な量の潤滑油を供給できる。   Here, as shown in FIG. 3 (a), when the upper plate 11 is bent and deformed so as to approach the lower plate 12, the volume of the recess 12a is reduced, and the amount corresponding to the deformation amount of the upper plate 11 is reduced. Lubricating oil is discharged from the discharge path 12 c and supplied to the bearing 1. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the upper plate 11 is bent and deformed so as to be separated from the lower plate 12, the volume of the concave portion 12a increases. Lubricating oil will be sucked from the supply path 12b. By repeating this, an amount of lubricating oil corresponding to the high frequency vibration of the piezo element 13 can be supplied to the bearing 1 in a predetermined cycle. Therefore, if the rotation speed of the bearing 1 increases, the frequency of the current supplied from the controller CNT to the piezo element 13 is increased, and if the rotation speed of the bearing 1 decreases, the current supplied from the controller CNT to the piezo element 13 increases. By reducing the frequency, the optimum amount of lubricating oil can be supplied according to the operation.

下板12の凹部12aは、MEMS(Micro Electro Mechanical System)プロセスを利用して、50μm程度に浅く形成できる。下板12の材料としては、シリコン、シリコン樹脂等のMEMSプロセスに使用される公知の材料を用いることができる。   The recess 12a of the lower plate 12 can be formed as shallow as about 50 μm using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) process. As the material of the lower plate 12, a known material used in the MEMS process such as silicon or silicon resin can be used.

又、上板11と下板12の接着は、接着剤に限らず陽極接合等により接着することもできる。上板11と下板12の材料は潤滑油の濡れ性をよくするため、親油処理を施すことが好ましい。また、吐出路12cを面内に含む上板11と下板12の端面には、油切れをよくするために撥油処理を施すことが好ましい。   The upper plate 11 and the lower plate 12 can be bonded not only by an adhesive but also by anodic bonding or the like. The materials of the upper plate 11 and the lower plate 12 are preferably subjected to a lipophilic treatment in order to improve the wettability of the lubricating oil. Further, it is preferable to apply an oil repellent treatment to the end surfaces of the upper plate 11 and the lower plate 12 including the discharge passage 12c in the surface in order to improve oil shortage.

高周波振動体としては、上述したピエゾ素子、或いは磁歪材料等から好適に選定することができる。磁歪材料を用いる場合は磁歪材料からなる棒体に磁界を印加・除去することで該棒体を伸縮させ、凹部12aを加圧し、潤滑油を吐出することができる。この際、磁界印加用のコイルに接続された制御回路で電流を制御することにより、潤滑油の吐出間隔を制御することができる。上記高周波振動体は、凹部12aが設けられた下板12の下面に取り付けられても良く、或いは上板11,下板12の双方に設けられていても良い。   The high-frequency vibrator can be suitably selected from the above-described piezo elements or magnetostrictive materials. In the case of using a magnetostrictive material, it is possible to expand and contract the rod body by applying / removing a magnetic field to / from the rod body made of the magnetostrictive material, pressurize the concave portion 12a, and discharge the lubricating oil. At this time, the discharge interval of the lubricating oil can be controlled by controlling the current with a control circuit connected to the coil for applying the magnetic field. The high-frequency vibrating body may be attached to the lower surface of the lower plate 12 provided with the recess 12a, or may be provided on both the upper plate 11 and the lower plate 12.

なお、潤滑油の流動性を向上させるため、凹部12aに隣接したヒータ(不図示)により温度制御し、潤滑油の粘度および表面張力を制御してもよい。また、潤滑油の吐出状況をモニタリングするため、吐出路12cの近傍に圧力センサを好適に設置できる。   In addition, in order to improve the fluidity | liquidity of lubricating oil, temperature control may be performed by the heater (not shown) adjacent to the recessed part 12a, and the viscosity and surface tension of lubricating oil may be controlled. Moreover, in order to monitor the discharge state of lubricating oil, a pressure sensor can be suitably installed in the vicinity of the discharge path 12c.

本実施の形態にかかる液体材料供給装置では極微量の潤滑油を扱うため、凹部12aに供給される前に、潤滑油は不図示のフィルタにより異物が除去されていることが好ましい。このフィルタは、潤滑油タンクTと凹部12aとを結ぶ流路中に好適に設置できる。   Since the liquid material supply apparatus according to the present embodiment handles a very small amount of lubricating oil, it is preferable that foreign matters are removed from the lubricating oil by a filter (not shown) before being supplied to the recess 12a. This filter can be suitably installed in the flow path connecting the lubricating oil tank T and the recess 12a.

本実施の形態にかかる液体材料供給装置の供給ユニット10は、薄形であるため複数積層させて用いることもできる。この場合、積層させた供給ユニット10の吐出間隔をそれぞれ制御することにより、潤滑油の吐出量および吐出位置を制御することができる。また、各供給ユニット10に異なる種類の潤滑油を供給することにより、複数種類の潤滑油を制御して吐出することができる。或いは、潤滑油と水を制御して吐出することにより、潤滑油により潤滑しながら、水による冷却効果を同時に得ることもできる。   Since the supply unit 10 of the liquid material supply apparatus according to the present embodiment is thin, a plurality of supply units 10 can be stacked. In this case, the discharge amount and the discharge position of the lubricating oil can be controlled by controlling the discharge intervals of the stacked supply units 10 respectively. In addition, by supplying different types of lubricating oil to each supply unit 10, a plurality of types of lubricating oil can be controlled and discharged. Alternatively, by controlling and discharging the lubricating oil and water, the cooling effect by water can be obtained at the same time while lubricating with the lubricating oil.

本実施の形態にかかる液体材料供給装置に使用することのできる潤滑油は特に限定されないが、例えばパラフィン系鉱物油およびナフテン系鉱物油等の鉱物油、菜種油、ひまわり油、大豆油、綿実油、コーン油、ひまし油等の植物油、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油、シリコン油等の合成潤滑油および水系潤滑油が挙げられる。   The lubricating oil that can be used in the liquid material supply apparatus according to the present embodiment is not particularly limited. For example, mineral oil such as paraffinic mineral oil and naphthenic mineral oil, rapeseed oil, sunflower oil, soybean oil, cottonseed oil, corn Examples thereof include vegetable oils such as oil and castor oil, synthetic hydrocarbon oils such as synthetic hydrocarbon oils, ether oils, ester oils, and silicon oils, and water-based lubricants.

以下、本発明者の行った試験結果を説明する。供給ユニット10の上板11にはシリコン、下板12には熱酸化膜を形成させたシリコンを用いた。下板12には100nlの容量(2mm×1mm×50μm)を有する凹部12aと、開口部がφ200μmの吐出路12cおよび供給路12bをMEMSプロセスにより一体成型した。MEMSプロセスにおいては、熱酸化膜のエッチング液としてフッ酸緩衝溶液、シリコン基板のエッチング液としてKOHを用いてウェットエッチングを行った。MEMSプロセスにより作成した下板12に上板11を貼り合わせることにより供給ユニット10を作成した。高周波振動体としてはピエゾ素子13を用いた。ピエゾ素子13は上板11の上面に設置した。潤滑油として40℃における勤粘度が11.6mm2/sのジエステルを用い、上記液体材料供給装置による潤滑油吐出試験を行った結果、供給ユニット10より適量の潤滑油が吐出されることを確認した。 Hereinafter, the test results conducted by the present inventors will be described. The upper plate 11 of the supply unit 10 was made of silicon, and the lower plate 12 was made of silicon on which a thermal oxide film was formed. In the lower plate 12, a recess 12a having a capacity of 100 nl (2 mm × 1 mm × 50 μm), a discharge path 12c having a diameter of 200 μm and a supply path 12b were integrally formed by a MEMS process. In the MEMS process, wet etching was performed using a hydrofluoric acid buffer solution as an etchant for a thermal oxide film and KOH as an etchant for a silicon substrate. The supply unit 10 was created by bonding the upper plate 11 to the lower plate 12 created by the MEMS process. A piezo element 13 was used as the high-frequency vibrator. The piezo element 13 was installed on the upper surface of the upper plate 11. Using a diester having a working viscosity of 11.6 mm 2 / s at 40 ° C. as the lubricating oil, a lubricating oil discharge test using the liquid material supply device was performed. As a result, it was confirmed that an appropriate amount of lubricating oil was discharged from the supply unit 10. did.

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。   The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate.

本実施の形態にかかる液体材料供給装置の概略図である。It is the schematic of the liquid material supply apparatus concerning this Embodiment. 供給ユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a supply unit. 供給ユニット10の動作を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operation of the supply unit 10.

符号の説明Explanation of symbols

10 供給ユニット
11 上板
12 上板
12 下板
12a 凹部
12b 供給路
12c 吐出路
13 ピエゾ素子
CNT コントローラ
P ポンプ
T 潤滑油タンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Supply unit 11 Upper board 12 Upper board 12 Lower board 12a Recessed part 12b Supply path 12c Discharge path 13 Piezo element CNT Controller P Pump T Lubricating oil tank

Claims (4)

互いに貼り合わされた2枚の板材と、
少なくとも一方の板材に設けられた高周波振動体と、を有し、
前記板材の貼り合わされる面には、液体材料を貯留するための凹部が形成されていることを特徴とする液体材料供給装置。
Two plate materials bonded together,
A high-frequency vibrator provided on at least one of the plate members,
The liquid material supply apparatus according to claim 1, wherein a recess for storing the liquid material is formed on a surface to which the plate material is bonded.
前記2枚の板材は、前記凹部の周囲において接着されていることを特徴とする請求項1に記載の液体材料供給装置。   The liquid material supply apparatus according to claim 1, wherein the two plate members are bonded around the concave portion. 前記板材の剛性を比較したときに、剛性が低い方の板材に前記高周波振動体が貼り付けられ、剛性が高い方の板材に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体材料供給装置。   3. When the rigidity of the plate material is compared, the high-frequency vibrator is attached to a plate material with lower rigidity, and the concave portion is formed in the plate material with higher rigidity. The liquid material supply apparatus described in 1. 前記液体は、軸受の潤滑のために用いられる潤滑油であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体材料供給装置。

The liquid material supply apparatus according to claim 1, wherein the liquid is a lubricating oil used for lubricating a bearing.

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CN106885120A (en) * 2017-03-21 2017-06-23 哈尔滨工业大学 A kind of micro injection lubricating arrangement of diaphragm seal formula Piezoelectric Driving

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