中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置
【課題】中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置の提供。
【解決手段】内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブ１と、外部電圧の印加の際に上記弾性チューブ１の長さ方向に弾性チューブ１を伸縮するよう弾性チューブ１の外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータ２とを含み、外部電圧の印加の際に中空型のアクチュエータ２が弾性チューブ１の長さ方向に伸長或いは収縮することにより弾性チューブ１の内部空間の体積を縮小或いは拡張させて液を精密に吐出する。
【解決手段】内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブ１と、外部電圧の印加の際に上記弾性チューブ１の長さ方向に弾性チューブ１を伸縮するよう弾性チューブ１の外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータ２とを含み、外部電圧の印加の際に中空型のアクチュエータ２が弾性チューブ１の長さ方向に伸長或いは収縮することにより弾性チューブ１の内部空間の体積を縮小或いは拡張させて液を精密に吐出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に精密で定量を吐出する液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）ディスペンシング装置に関するもので、詳しくは、中空型の圧電セラミックの両断面に電極が塗布された素子を複数層に積層し接着して構成された中空型の積層圧電アクチュエータをチューブの外部に設けて構成され、圧電素子が長さ方向に伸縮することによってチューブが収縮或いは伸長し、チューブの内部に内容物が流入或いは排出される中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置に関する。
【０００２】
即ち、このように中空型の積層圧電素子で構成して圧電素子に供給される電源を制御することによって、チューブから排出される内容物の量を精密に制御できるようにした中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
微細液滴ジェッティング技術は、精密機械、半導体産業分野、化学工程装備産業分野及び医療、バイオ産業分野、特に、次世代半導体／ディスプレイ製造工程において様々なパッケージング或いは超精密カラーパターニング、デジタルプリント（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、小型部品の立体成形、そして化学分析装備及びバイオチップ／センサー産業などに適用できる技術であって、製品の歩留まり向上及び生産性の増加などの側面で重要な核心工程技術の一つである。
【０００４】
このような微細液滴ジェッティング技術のうち、現在主に使われているディスペンシング方法は、圧縮空気と電子弁を利用した空気圧駆動方式を適用しているが、空気の圧縮性による精密度の低下及びノズルの詰りによる取替え周期の減少により生産コストの増加などの問題がある。
【０００５】
このような短所を補完して開発されたものとして圧電素子を利用して構成された液滴ジェッティングのためのディスペンシング手段がある。
【０００６】
このような圧電素子を利用したディスペンサーの中には、薄いディスク型の圧電素子の反り変位を利用したものと、積層型圧電アクチュエータの長さ方向の変位を利用してメタルダイアグラムを作動させるものなどがあるが、これらは構造が複雑で体積が大きいという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来技術の問題を解決するために開発されたもので、高速の応答性と大きな力を発生させることのできる中空型のアクチュエータで駆動手段を構成し、より正確で、応答速度の速い中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
即ち、薄い中空型の圧電セラミックの両面に電極が塗布された素子を複数層に積層し接着して構成された中空型のアクチュエータをチューブの外部に設けてアクチュエータが長さ方向に伸縮することによって、チューブが収縮或いは伸長するようにしてチューブの内部の内容物が流入或いは排出されるようにした中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置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】
【０００９】
上記のような目的を達成するための具体的な手段として、本発明は、弾性体からなり内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブと、外部電圧の印加時に上記弾性チューブの長さ方向に上記弾性チューブを伸縮するよう上記弾性チューブの外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータと、を含み、外部電圧の印加時に中空型のアクチュエータが弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮することにより、上記弾性チューブの内部空間の体積を縮小或いは拡張させることを特徴とする中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置を提供する。
【００１０】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、上記変形部は折り目状に備えられる。
【００１１】
好ましく、上記弾性チューブは、胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの一端部に接する雌ネジ部材を備える。
【００１２】
好ましく、上記弾性チューブは保護ケースをさらに含み、上記保護ケースは上記弾性チューブの入り口が挿入されて固定される上部開口部と、上記弾性チューブの出口と一定間隔を置いて離隔される下部開口部と、を備える。
【００１３】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、上記変形部は内径が一定長さの均一な中央領域と入り口との間を連結する境領域と、上記中央領域と出口との間を連結する他の境領域とを、上記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備える。
【００１４】
好ましく、上記弾性チューブは、入り口と出口の各外部面に形成された雄ネジ部とそれぞれネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジと下部フレンジを備える。
【００１５】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に少なくとも一つの変形部を含み、上記変形部は上記弾性チューブの入り口と出口の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられる。
【００１６】
好ましく、上記弾性チューブは、入り口の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの一端部と接する上部フレンジと、上記弾性チューブの出口から外側に延長されて上記中空型のアクチュエータの他端部が接する下部フレンジと、を備える。
【００１７】
さらに好ましく、上記弾性チューブは、出口に排出ノズルを備える。
【００１８】
さらに好ましく、上記弾性チューブと中空型のアクチュエータとの間には弾性体モールドが満たされる。
【００１９】
さらに好ましく、上記弾性チューブは、入り口に逆流防止手段を備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、発生変位が印加電圧に高速で応答する中空型のアクチュエータを利用してチューブの内部空間の体積を収縮或いは膨張させる形で加圧してチューブ内の内容物がチューブの内外部に一定量ずつ出入りするよう構成することにより、全体の構造が簡単で組立て構造が単純なため製造コストを低減することができ、体積が小さいため軽薄短小の小型化の製品設計に適しながらも高速の応答性を有することができるという効果がある。
【００２１】
また、中空型のアクチュエータがチューブの長さ方向に伸縮する際に垂直及び水平に同時に発生する大きな力を利用することにより、粘度の高い液体などのディスペンシングにも使用しやすいだけでなく、チューブ型のアクチュエータに印加される電圧に比例した力と変位量を利用して外部に排出される吐出量を精密に制御することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図２ａ】図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図２ｂ】図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図３】本発明の第２実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図４ａ】図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図４ｂ】図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図５】本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図６ａ】図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図６ｂ】図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図７】本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照にさらに詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図２は、図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図２ａは吸入状態を図示したもので、図２ｂは排出状態を図示したものである。
【００２５】
本発明の第１実施例による中空型のアクチュエータ駆動型液滴ディスペンシング装置Ｈは、図１及び図２（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブ１と中空型のアクチュエータ２を含む。
【００２６】
上記弾性チューブ１は外力による弾性の変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体からなることができる。
【００２７】
上記中空型のアクチュエータ２は上記弾性チューブ１の胴体の外部に嵌められて固定して設けられ、外部電源と電気的に連結され、電源の印加時に上記弾性チューブ１の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００２８】
そして、上記弾性チューブ１は実際にディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）するための液体や粉末などのような内容物が入れられ排出される手段として弾性変形力に優れた金属素材から製造されることができる。
【００２９】
上記弾性チューブ１は、図１に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性変形が可能な変形部１ａを備える。
【００３０】
このような変形部１ａは、外力による長さ方向の変形量を極大化させることができるよう、縦断面が一定の周期を有する斜断面或いは波形断面の折り目状に備えられることが好ましく、上記弾性チューブ１の胴体の外部面を切削、圧延のような機械加工によって上記変形部１ａを形成することができる。
【００３１】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２が電圧印加の時に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブの胴体中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は折り目状からなる変形部１ａによってさらに容易かつ大きな変形量からなることができる。
【００３２】
上記弾性チューブ１の胴体の外部面に形成された雄ネジ部１ｂにネジ結合されて弾性チューブの胴体の外部面に沿って移動する雌ネジ部材１５を備えることが好ましい。
【００３３】
これによって、上記弾性チューブ１の胴体の外部面に配置される中空型のアクチュエータ２の一端部に雌ネジ部材１５が接した状態で雄ネジ部１ｂに沿ってネジ移動すると、上記弾性チューブ１に他端部が接して移動し難いアクチュエータ２をネジ移動方向に加圧しながら上記アクチュエータ２に予備圧縮荷重を与えると同時に上記変形部１ａには予備引き張り荷重を与えることができる。
【００３４】
この際、上記アクチュエータ２の他端部は、上記弾性チューブ１の胴体の外部面に陥没或いは突出形成される段差部に接して移動し難いよう配置されなければならない。
【００３５】
ここで、上記雌ネジ部材１５は変形部１ａの上側に該当する弾性チューブ１の胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上側から下側にネジ移動するものと図示し説明しているが、これに限定されるものではなく上記変形部１ａの下側に該当する弾性チューブの胴体の外部面に形成される雄ネジ部にネジ結合されて下側から上側にネジ移動するもので備えられることもできる。
【００３６】
そして、上記アクチュエータ２の上端の一端部は、上記弾性チューブの特定の部分或いは雌ネジ部材１５に接するか一体に連結され、上記アクチュエータ２の下端の他端部は、上記弾性チューブの特定の部分に接するか一体に連結される。
【００３７】
また、上記中空型のアクチュエータ２は、薄板セラミックシートの両断面に所定の電極が塗布された圧電素子を多層に積層して構成された中空型の積層圧電体（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）からなることができるが、これに限定されるのではなく、電圧を印加すると長さ方向に力と変位を発生することができるようエレクトロ・マグネティック（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）、エレクトリック・ポリマー・アクチュエータ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ａｃｔｕａｔｏｒ）、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）、電気モータ駆動線形アクチュエータのうちいずれか一つが選択的に採用されることができる。
【００３８】
そして、図１ないし図２（ａ）（ｂ）に図示したように、外部環境から上記中空型のアクチュエータ２と弾性チューブ１を保護するよう保護ケース１０を備えることもできる。
【００３９】
このような保護ケース１０は、上記弾性チューブ１の内容物が流入される入り口１１の外部面が固定される上部開口部１０ａと、上記弾性チューブ１の内容物が吐出される出口１２と一定の間隔を置いて離隔されて分離される下部開口部１０ｂを備えて上記弾性チューブ１と中空型のアクチュエータ２を保護ケースの内部空間に配置することにより、これらを外部環境から保護できる。
【００４０】
ここで、上記弾性チューブ１の出口１２は、上記保護ケース１０の下部開口部１０ｂと一定の間隔を置いて互いに対向し、同一の仮想の垂直軸上に配置され、上記下部開口部１０ｂの内径は上記出口１２の内径と同一或いは大きく形成されて上記弾性チューブ１の出口１２から排出される内容物が上記下部開口部１０ｂを通して保護ケース１０の外部に排出されることができる。
【００４１】
これによって、上記弾性チューブ１のノズル端である出口１２を通した内容物の吐出の際に、上記弾性チューブ１の下部端が上記中空型のアクチュエータ２の繰り返し的な伸縮作動によるマイクロ変位によって上下振動するようになっても上記弾性チューブ１の下部端は保護ケース１０と接しないだけでなく、上記保護ケースの下部端と上記出口から吐出される内容物が落下する基板のような被作業物同士の間隔を常に一定に維持することができ、これによって吐出される内容物の液滴が安定して所望の位置にディスペンシングされることができる。
【００４２】
上記中空型のアクチュエータ２と電気的に連結されて電源を供給するケーブル部材（未図示）は上記保護ケースを貫通して外部に引き出される。
【００４３】
図３は、本発明の第２実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図４は、図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図４ａは吸入状態を図示したもので、図４ｂは排出状態を示したものである。
【００４４】
本発明の第２実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ’は、図３と図４（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブ１’と中空型のアクチュエータ２’を含む。
【００４５】
上記弾性チューブ１’は外力による弾性の変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体であり、上記中空型のアクチュエータ２’は電源印加の際に上記弾性チューブ１’の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００４６】
このような弾性チューブ１’は、図３に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２’が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性の変形が可能な変形部１ａ’を備える。
【００４７】
上記変形部１ａ’は、内径が一定の長さに均一な中央領域と入り口１１’との間を連結する境領域と、上記中央領域と出口１２’との間を連結する他の境領域とを、上記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備えることにより、上記変形部１ａ’は入り口１１’と出口１２’の横断面積より相対的に広い横断面積を備えるようになる。
【００４８】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’が電圧印加時に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブ１’の胴体の中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は入り口と出口より外側に内径が拡張された変形部１ａ’によって、さらに容易かつ大きな弾性変形量を有することができる。
【００４９】
ここで、上記変形部１ａ’は第１実施例に開示されたように、折り目断面状の変形部から備えられることができる。
【００５０】
上記弾性チューブ１’の入り口１１’と出口１２’の各外部面に形成された雄ネジ部１ｂ’、１ｃ’にそれぞれネジ結合されるよう雌ネジ孔を備えて上記弾性チューブ１’の胴体の外部面に沿って移動し、上記中空型のアクチュエータ２’の上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジ２０’と下部フレンジ２１’を備えて、上記中空型のアクチュエータ２’は上記弾性チューブ１’を覆うよう上記弾性チューブ１’の入り口にネジ組立てられる上部フレンジ２０’と上記弾性チューブ１’の出口にネジ組立てられる下部フレンジ２１’との間に配置される。
【００５１】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’の上下端に上下部フレンジ２０’、２１’が接した状態で、上記上下部フレンジのいずれか一つが雄ネジ部１ｂ’、１ｃ’に沿ってネジ移動すると、上記中空型のアクチュエータ２’をネジ移動の方向に加圧しながら上記アクチュエータ２’に予備圧縮荷重を与えることができる。
【００５２】
また、上記中空型のアクチュエータ２’は、弾性チューブ１’の変形部１ａ’と一定の間隔を置いて上記変形部１ａ’を覆うよう配置されて電圧印加の際に長さ方向と共に直径方向にも伸縮変形することができるため、上記中空型のアクチュエータ２’と弾性チューブ１’との間の空間に、第２実施例と同様に弾性体モールド３’が満たされると、上記中空型のアクチュエータの長さ方向と直径方向の変位は上記弾性体モールド３’を通して上記変形部１ａ’に伝達されて上記弾性チューブ内の内容物を出口を通して外部に吐出したり入り口を通して流入する作動をより一層向上させることができる。
【００５３】
また、上記弾性チューブ１’の出口１２’には排出ノズル４’をさらに設けることにより、外部に内容物が排出される方向や排出量をより精密に調節することができる。
【００５４】
図５は、本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図６は図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図６ａは吸入状態を図示したもので、図６ｂは排出状態を図示したものであり、図７は、本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した斜視図である。
【００５５】
本発明の第３実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ’’は、図５ないし図７に図示したように、第１、２実施例と同様に弾性チューブ１’’と中空型のアクチュエータ２’’を含む。
【００５６】
上記弾性チューブ１’’は、外力による弾性変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体であり、上記中空型のアクチュエータ２’’は、電源印加時に上記弾性チューブ１’’の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００５７】
このような弾性チューブ１’’は、図５に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２’’が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性変形が可能な変形部１ａ’’を備える。
【００５８】
上記変形部１ａ’’は上記入り口１１’と出口１２’の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられる。
【００５９】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’’が電圧印加の際に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブ１’’の胴体の中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は、入り口と出口より外径が縮小した変形部１ａ’’によってさらに容易かつ大きな弾性変形量からなることができる。
【００６０】
ここで、上記変形部１ａ’’は第１実施例に開示されたように、折り目断面状の変形部或いは第２実施例に開示されたように、入出口より内径が外側に拡張された断面状の変形部で備えられることができる。
【００６１】
上記弾性チューブ１’’の入り口１１’’の外部面に形成された雄ネジ部１ｂ’’にネジ結合されるよう雌ネジ孔を備えて上記弾性チューブ１’’の胴体の外部面に沿って移動して上記中空型のアクチュエータ２’’の上端と接する上部フレンジ２０’’と、上記弾性チューブ１’’の出口１２’’から外側に延長されて上記中空型のアクチュエータ２’’の下部端が接する下部フレンジ２１’’とを備えて、上記中空型のアクチュエータ２’’は上記弾性チューブ１’’を覆うよう上記弾性チューブ１’’の入り口にネジ組立てられる上部フレンジ２０’と上記弾性チューブ１’’の出口に一体に備えられる下部フレンジ２１’’との間に配置される。
【００６２】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’’の上下端に上下部フレンジ２０’’、２１’’が接した状態で上記上部フレンジ２０’’が雄ネジ部１ｂ’’に沿ってネジ移動すると、上記中空型のアクチュエータ２’’をネジ移動方向に加圧しながら予備圧縮荷重を与えることができる。
【００６３】
また、上記中空型のアクチュエータ２’’は、弾性チューブ１’’の変形部１ａ’’と一定の間隔を置いて上記変形部１ａ’’を覆うよう配置されて、電圧印加の際に長さ方向と共に直径方向にも伸縮変形されることができるため、上記中空型のアクチュエータ２’’と弾性チューブ１’’との間の空間に、第２実施例と同様に弾性体モールド３’’が満たされると、上記中空型のアクチュエータの長さ方向と直径方向の変位は上記弾性体モールド３’’を通して上記変形部１ａ’’に伝達されて、上記弾性チューブ内の内容物を出口を通して外部に吐出したり入り口を通して流入する作動をより一層向上させることができる。
【００６４】
また、上記弾性チューブ１’’の出口１２’’にも排出ノズル４’’をさらに設けることにより、外部に内容物が排出される方向や排出量をより精密に調節することができる。
【００６５】
第１ないし３実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ、Ｈ’、Ｈ’’は、図２（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）及び、図６（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブの変形部に対応して配置された中空型のアクチュエータの伸縮作動の際に、長さ方向に伸縮弾性変形されることにより弾性チューブ内の内容物を外部から吸入しながら外部に定量吐出するマイクロポンプ作動を上記中空型のアクチュエータの１回伸縮作動の度に繰り返し的に行うものである。
【００６６】
即ち、図２（ａ）、４（ａ）及び図６（ａ）に図示したように、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に伸長すると、弾性チューブの内部空間の体積は、初期の待機状態より相対的に拡張することにより入り口を通して内容物が流入される。この際、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に伸長すると同時に半径方向の内側に収縮するが、長さ方向に伸長する弾性変形量が半径方向に収縮する弾性変形量より相対的に多いため、弾性チューブの内部空間を拡張させて内容物を内部に流入する吸入作動を円滑に行うことができる。
【００６７】
そして、上記弾性チューブの内部空間に液体や粉末のような内容物が満たされた状態で中空型のアクチュエータが長さ方向に収縮すると、図２（ｂ）、図４（ｂ）及び図６（ｂ）に図示したように、長さ方向に弾性変形された弾性チューブの変形部が元の状態に戻ると同時に長さ方向に収縮し、これによって弾性チューブの内部空間の体積は初期の待機状態と同一であるか相対的に縮小することにより、出口を通して内容物が定量ずつ吐出される。この際、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に縮小すると同時に半径方向の外側に拡張するが、長さ方向に収縮する弾性の変形量が半径方向に拡張する弾性変形量より相対的に多いため、弾性チューブの内部空間を縮小させて内容物を外部に吐出する排出作動を円滑に行うことができる。
【００６８】
このような中空型のアクチュエータの伸縮作動による弾性チューブの吸入作動と排出作動を繰り返して、弾性チューブ内の内容物を予め設定された吐出量に所望の所に精密に提供することができる。
【００６９】
一方、上記弾性チューブの入り口には弾性チューブの内部に流入された液体や粉末のような内容物が再び入り口に逆流することを防ぐようオリフィスのような逆流防止手段１１ａを備えることが好ましい。
【００７０】
即ち、弾性チューブの内部を向き徐々に内径が狭くなる流路が形成され、内側の端部に段差が形成されたオリフィス形状に構成された逆流防止手段１１ａを入り口に設けることにより、入り口１１に流入された内容物が内側の端部に形成された段差により入り口１１に逆流することを防ぐことができる。
【００７１】
ここで、上記逆流防止手段１１ａは、オリフィス構造の他に逆流防止板などを選択的に設けて逆流防止効果をより高めることができる。
【００７２】
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求範囲によって備えられた本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に改造及び変化できるということを当業界において通常の知識を有した者は容易に分かることを明らかにする。
【符号の説明】
【００７３】
１、１’、１’’ 弾性チューブ
１ａ、１ａ’、１ａ’’ 変形部
２、２’、２’’ 中空型のアクチュエータ
３’、３’’ 弾性体モールド
４’、４’’ 排出ノズル
１０ 保護ケース
１１、１１’、１１’’ 入り口
１２、１２’、１２’’ 出口
１１ａ 逆流防止手段
１５ 雌ネジ部材
２０’、２０’’ 上部フレンジ
２１’、２１’’ 下部フレンジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に精密で定量を吐出する液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）ディスペンシング装置に関するもので、詳しくは、中空型の圧電セラミックの両断面に電極が塗布された素子を複数層に積層し接着して構成された中空型の積層圧電アクチュエータをチューブの外部に設けて構成され、圧電素子が長さ方向に伸縮することによってチューブが収縮或いは伸長し、チューブの内部に内容物が流入或いは排出される中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置に関する。
【０００２】
即ち、このように中空型の積層圧電素子で構成して圧電素子に供給される電源を制御することによって、チューブから排出される内容物の量を精密に制御できるようにした中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
微細液滴ジェッティング技術は、精密機械、半導体産業分野、化学工程装備産業分野及び医療、バイオ産業分野、特に、次世代半導体／ディスプレイ製造工程において様々なパッケージング或いは超精密カラーパターニング、デジタルプリント（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、小型部品の立体成形、そして化学分析装備及びバイオチップ／センサー産業などに適用できる技術であって、製品の歩留まり向上及び生産性の増加などの側面で重要な核心工程技術の一つである。
【０００４】
このような微細液滴ジェッティング技術のうち、現在主に使われているディスペンシング方法は、圧縮空気と電子弁を利用した空気圧駆動方式を適用しているが、空気の圧縮性による精密度の低下及びノズルの詰りによる取替え周期の減少により生産コストの増加などの問題がある。
【０００５】
このような短所を補完して開発されたものとして圧電素子を利用して構成された液滴ジェッティングのためのディスペンシング手段がある。
【０００６】
このような圧電素子を利用したディスペンサーの中には、薄いディスク型の圧電素子の反り変位を利用したものと、積層型圧電アクチュエータの長さ方向の変位を利用してメタルダイアグラムを作動させるものなどがあるが、これらは構造が複雑で体積が大きいという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来技術の問題を解決するために開発されたもので、高速の応答性と大きな力を発生させることのできる中空型のアクチュエータで駆動手段を構成し、より正確で、応答速度の速い中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
即ち、薄い中空型の圧電セラミックの両面に電極が塗布された素子を複数層に積層し接着して構成された中空型のアクチュエータをチューブの外部に設けてアクチュエータが長さ方向に伸縮することによって、チューブが収縮或いは伸長するようにしてチューブの内部の内容物が流入或いは排出されるようにした中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置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】
【０００９】
上記のような目的を達成するための具体的な手段として、本発明は、弾性体からなり内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブと、外部電圧の印加時に上記弾性チューブの長さ方向に上記弾性チューブを伸縮するよう上記弾性チューブの外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータと、を含み、外部電圧の印加時に中空型のアクチュエータが弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮することにより、上記弾性チューブの内部空間の体積を縮小或いは拡張させることを特徴とする中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置を提供する。
【００１０】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、上記変形部は折り目状に備えられる。
【００１１】
好ましく、上記弾性チューブは、胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの一端部に接する雌ネジ部材を備える。
【００１２】
好ましく、上記弾性チューブは保護ケースをさらに含み、上記保護ケースは上記弾性チューブの入り口が挿入されて固定される上部開口部と、上記弾性チューブの出口と一定間隔を置いて離隔される下部開口部と、を備える。
【００１３】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、上記変形部は内径が一定長さの均一な中央領域と入り口との間を連結する境領域と、上記中央領域と出口との間を連結する他の境領域とを、上記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備える。
【００１４】
好ましく、上記弾性チューブは、入り口と出口の各外部面に形成された雄ネジ部とそれぞれネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジと下部フレンジを備える。
【００１５】
好ましく、上記弾性チューブは、上記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に少なくとも一つの変形部を含み、上記変形部は上記弾性チューブの入り口と出口の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられる。
【００１６】
好ましく、上記弾性チューブは、入り口の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上記中空型のアクチュエータの一端部と接する上部フレンジと、上記弾性チューブの出口から外側に延長されて上記中空型のアクチュエータの他端部が接する下部フレンジと、を備える。
【００１７】
さらに好ましく、上記弾性チューブは、出口に排出ノズルを備える。
【００１８】
さらに好ましく、上記弾性チューブと中空型のアクチュエータとの間には弾性体モールドが満たされる。
【００１９】
さらに好ましく、上記弾性チューブは、入り口に逆流防止手段を備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、発生変位が印加電圧に高速で応答する中空型のアクチュエータを利用してチューブの内部空間の体積を収縮或いは膨張させる形で加圧してチューブ内の内容物がチューブの内外部に一定量ずつ出入りするよう構成することにより、全体の構造が簡単で組立て構造が単純なため製造コストを低減することができ、体積が小さいため軽薄短小の小型化の製品設計に適しながらも高速の応答性を有することができるという効果がある。
【００２１】
また、中空型のアクチュエータがチューブの長さ方向に伸縮する際に垂直及び水平に同時に発生する大きな力を利用することにより、粘度の高い液体などのディスペンシングにも使用しやすいだけでなく、チューブ型のアクチュエータに印加される電圧に比例した力と変位量を利用して外部に排出される吐出量を精密に制御することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図２ａ】図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図２ｂ】図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図３】本発明の第２実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図４ａ】図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図４ｂ】図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図５】本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図である。
【図６ａ】図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、吸入状態を図示したものである。
【図６ｂ】図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を図示したものとして、排出状態を図示したものである。
【図７】本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照にさらに詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図２は、図１に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図２ａは吸入状態を図示したもので、図２ｂは排出状態を図示したものである。
【００２５】
本発明の第１実施例による中空型のアクチュエータ駆動型液滴ディスペンシング装置Ｈは、図１及び図２（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブ１と中空型のアクチュエータ２を含む。
【００２６】
上記弾性チューブ１は外力による弾性の変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体からなることができる。
【００２７】
上記中空型のアクチュエータ２は上記弾性チューブ１の胴体の外部に嵌められて固定して設けられ、外部電源と電気的に連結され、電源の印加時に上記弾性チューブ１の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００２８】
そして、上記弾性チューブ１は実際にディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）するための液体や粉末などのような内容物が入れられ排出される手段として弾性変形力に優れた金属素材から製造されることができる。
【００２９】
上記弾性チューブ１は、図１に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性変形が可能な変形部１ａを備える。
【００３０】
このような変形部１ａは、外力による長さ方向の変形量を極大化させることができるよう、縦断面が一定の周期を有する斜断面或いは波形断面の折り目状に備えられることが好ましく、上記弾性チューブ１の胴体の外部面を切削、圧延のような機械加工によって上記変形部１ａを形成することができる。
【００３１】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２が電圧印加の時に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブの胴体中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は折り目状からなる変形部１ａによってさらに容易かつ大きな変形量からなることができる。
【００３２】
上記弾性チューブ１の胴体の外部面に形成された雄ネジ部１ｂにネジ結合されて弾性チューブの胴体の外部面に沿って移動する雌ネジ部材１５を備えることが好ましい。
【００３３】
これによって、上記弾性チューブ１の胴体の外部面に配置される中空型のアクチュエータ２の一端部に雌ネジ部材１５が接した状態で雄ネジ部１ｂに沿ってネジ移動すると、上記弾性チューブ１に他端部が接して移動し難いアクチュエータ２をネジ移動方向に加圧しながら上記アクチュエータ２に予備圧縮荷重を与えると同時に上記変形部１ａには予備引き張り荷重を与えることができる。
【００３４】
この際、上記アクチュエータ２の他端部は、上記弾性チューブ１の胴体の外部面に陥没或いは突出形成される段差部に接して移動し難いよう配置されなければならない。
【００３５】
ここで、上記雌ネジ部材１５は変形部１ａの上側に該当する弾性チューブ１の胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて上側から下側にネジ移動するものと図示し説明しているが、これに限定されるものではなく上記変形部１ａの下側に該当する弾性チューブの胴体の外部面に形成される雄ネジ部にネジ結合されて下側から上側にネジ移動するもので備えられることもできる。
【００３６】
そして、上記アクチュエータ２の上端の一端部は、上記弾性チューブの特定の部分或いは雌ネジ部材１５に接するか一体に連結され、上記アクチュエータ２の下端の他端部は、上記弾性チューブの特定の部分に接するか一体に連結される。
【００３７】
また、上記中空型のアクチュエータ２は、薄板セラミックシートの両断面に所定の電極が塗布された圧電素子を多層に積層して構成された中空型の積層圧電体（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）からなることができるが、これに限定されるのではなく、電圧を印加すると長さ方向に力と変位を発生することができるようエレクトロ・マグネティック（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）、エレクトリック・ポリマー・アクチュエータ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ａｃｔｕａｔｏｒ）、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）、電気モータ駆動線形アクチュエータのうちいずれか一つが選択的に採用されることができる。
【００３８】
そして、図１ないし図２（ａ）（ｂ）に図示したように、外部環境から上記中空型のアクチュエータ２と弾性チューブ１を保護するよう保護ケース１０を備えることもできる。
【００３９】
このような保護ケース１０は、上記弾性チューブ１の内容物が流入される入り口１１の外部面が固定される上部開口部１０ａと、上記弾性チューブ１の内容物が吐出される出口１２と一定の間隔を置いて離隔されて分離される下部開口部１０ｂを備えて上記弾性チューブ１と中空型のアクチュエータ２を保護ケースの内部空間に配置することにより、これらを外部環境から保護できる。
【００４０】
ここで、上記弾性チューブ１の出口１２は、上記保護ケース１０の下部開口部１０ｂと一定の間隔を置いて互いに対向し、同一の仮想の垂直軸上に配置され、上記下部開口部１０ｂの内径は上記出口１２の内径と同一或いは大きく形成されて上記弾性チューブ１の出口１２から排出される内容物が上記下部開口部１０ｂを通して保護ケース１０の外部に排出されることができる。
【００４１】
これによって、上記弾性チューブ１のノズル端である出口１２を通した内容物の吐出の際に、上記弾性チューブ１の下部端が上記中空型のアクチュエータ２の繰り返し的な伸縮作動によるマイクロ変位によって上下振動するようになっても上記弾性チューブ１の下部端は保護ケース１０と接しないだけでなく、上記保護ケースの下部端と上記出口から吐出される内容物が落下する基板のような被作業物同士の間隔を常に一定に維持することができ、これによって吐出される内容物の液滴が安定して所望の位置にディスペンシングされることができる。
【００４２】
上記中空型のアクチュエータ２と電気的に連結されて電源を供給するケーブル部材（未図示）は上記保護ケースを貫通して外部に引き出される。
【００４３】
図３は、本発明の第２実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図４は、図３に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図４ａは吸入状態を図示したもので、図４ｂは排出状態を示したものである。
【００４４】
本発明の第２実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ’は、図３と図４（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブ１’と中空型のアクチュエータ２’を含む。
【００４５】
上記弾性チューブ１’は外力による弾性の変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体であり、上記中空型のアクチュエータ２’は電源印加の際に上記弾性チューブ１’の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００４６】
このような弾性チューブ１’は、図３に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２’が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性の変形が可能な変形部１ａ’を備える。
【００４７】
上記変形部１ａ’は、内径が一定の長さに均一な中央領域と入り口１１’との間を連結する境領域と、上記中央領域と出口１２’との間を連結する他の境領域とを、上記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備えることにより、上記変形部１ａ’は入り口１１’と出口１２’の横断面積より相対的に広い横断面積を備えるようになる。
【００４８】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’が電圧印加時に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブ１’の胴体の中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は入り口と出口より外側に内径が拡張された変形部１ａ’によって、さらに容易かつ大きな弾性変形量を有することができる。
【００４９】
ここで、上記変形部１ａ’は第１実施例に開示されたように、折り目断面状の変形部から備えられることができる。
【００５０】
上記弾性チューブ１’の入り口１１’と出口１２’の各外部面に形成された雄ネジ部１ｂ’、１ｃ’にそれぞれネジ結合されるよう雌ネジ孔を備えて上記弾性チューブ１’の胴体の外部面に沿って移動し、上記中空型のアクチュエータ２’の上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジ２０’と下部フレンジ２１’を備えて、上記中空型のアクチュエータ２’は上記弾性チューブ１’を覆うよう上記弾性チューブ１’の入り口にネジ組立てられる上部フレンジ２０’と上記弾性チューブ１’の出口にネジ組立てられる下部フレンジ２１’との間に配置される。
【００５１】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’の上下端に上下部フレンジ２０’、２１’が接した状態で、上記上下部フレンジのいずれか一つが雄ネジ部１ｂ’、１ｃ’に沿ってネジ移動すると、上記中空型のアクチュエータ２’をネジ移動の方向に加圧しながら上記アクチュエータ２’に予備圧縮荷重を与えることができる。
【００５２】
また、上記中空型のアクチュエータ２’は、弾性チューブ１’の変形部１ａ’と一定の間隔を置いて上記変形部１ａ’を覆うよう配置されて電圧印加の際に長さ方向と共に直径方向にも伸縮変形することができるため、上記中空型のアクチュエータ２’と弾性チューブ１’との間の空間に、第２実施例と同様に弾性体モールド３’が満たされると、上記中空型のアクチュエータの長さ方向と直径方向の変位は上記弾性体モールド３’を通して上記変形部１ａ’に伝達されて上記弾性チューブ内の内容物を出口を通して外部に吐出したり入り口を通して流入する作動をより一層向上させることができる。
【００５３】
また、上記弾性チューブ１’の出口１２’には排出ノズル４’をさらに設けることにより、外部に内容物が排出される方向や排出量をより精密に調節することができる。
【００５４】
図５は、本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した縦断面図であり、図６は図５に図示したディスペンシング装置の作動状態を説明するためのものとして、図６ａは吸入状態を図示したもので、図６ｂは排出状態を図示したものであり、図７は、本発明の第３実施例によるディスペンシング装置を図示した斜視図である。
【００５５】
本発明の第３実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ’’は、図５ないし図７に図示したように、第１、２実施例と同様に弾性チューブ１’’と中空型のアクチュエータ２’’を含む。
【００５６】
上記弾性チューブ１’’は、外力による弾性変形が可能で、胴体の中央に液体或いは粉末のような内容物が満たされるよう内部空間を形成する一定の長さの中空弾性体であり、上記中空型のアクチュエータ２’’は、電源印加時に上記弾性チューブ１’’の全体或いは特定の部分を弾性変形させるよう上記弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮しながら外力を提供する駆動手段である。
【００５７】
このような弾性チューブ１’’は、図５に図示したように、上記中空型のアクチュエータ２’’が配置された位置と対応する胴体の外部面に外力による弾性変形が可能な変形部１ａ’’を備える。
【００５８】
上記変形部１ａ’’は上記入り口１１’と出口１２’の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられる。
【００５９】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’’が電圧印加の際に長さ方向に伸縮すると、弾性チューブ１’’の胴体の中央に貫通形成された内部空間は、内径が小さくなることにより体積の変化が発生するよう弾性変形され、このような弾性変形は、入り口と出口より外径が縮小した変形部１ａ’’によってさらに容易かつ大きな弾性変形量からなることができる。
【００６０】
ここで、上記変形部１ａ’’は第１実施例に開示されたように、折り目断面状の変形部或いは第２実施例に開示されたように、入出口より内径が外側に拡張された断面状の変形部で備えられることができる。
【００６１】
上記弾性チューブ１’’の入り口１１’’の外部面に形成された雄ネジ部１ｂ’’にネジ結合されるよう雌ネジ孔を備えて上記弾性チューブ１’’の胴体の外部面に沿って移動して上記中空型のアクチュエータ２’’の上端と接する上部フレンジ２０’’と、上記弾性チューブ１’’の出口１２’’から外側に延長されて上記中空型のアクチュエータ２’’の下部端が接する下部フレンジ２１’’とを備えて、上記中空型のアクチュエータ２’’は上記弾性チューブ１’’を覆うよう上記弾性チューブ１’’の入り口にネジ組立てられる上部フレンジ２０’と上記弾性チューブ１’’の出口に一体に備えられる下部フレンジ２１’’との間に配置される。
【００６２】
これによって、上記中空型のアクチュエータ２’’の上下端に上下部フレンジ２０’’、２１’’が接した状態で上記上部フレンジ２０’’が雄ネジ部１ｂ’’に沿ってネジ移動すると、上記中空型のアクチュエータ２’’をネジ移動方向に加圧しながら予備圧縮荷重を与えることができる。
【００６３】
また、上記中空型のアクチュエータ２’’は、弾性チューブ１’’の変形部１ａ’’と一定の間隔を置いて上記変形部１ａ’’を覆うよう配置されて、電圧印加の際に長さ方向と共に直径方向にも伸縮変形されることができるため、上記中空型のアクチュエータ２’’と弾性チューブ１’’との間の空間に、第２実施例と同様に弾性体モールド３’’が満たされると、上記中空型のアクチュエータの長さ方向と直径方向の変位は上記弾性体モールド３’’を通して上記変形部１ａ’’に伝達されて、上記弾性チューブ内の内容物を出口を通して外部に吐出したり入り口を通して流入する作動をより一層向上させることができる。
【００６４】
また、上記弾性チューブ１’’の出口１２’’にも排出ノズル４’’をさらに設けることにより、外部に内容物が排出される方向や排出量をより精密に調節することができる。
【００６５】
第１ないし３実施例による中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置Ｈ、Ｈ’、Ｈ’’は、図２（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）及び、図６（ａ）（ｂ）に図示したように、弾性チューブの変形部に対応して配置された中空型のアクチュエータの伸縮作動の際に、長さ方向に伸縮弾性変形されることにより弾性チューブ内の内容物を外部から吸入しながら外部に定量吐出するマイクロポンプ作動を上記中空型のアクチュエータの１回伸縮作動の度に繰り返し的に行うものである。
【００６６】
即ち、図２（ａ）、４（ａ）及び図６（ａ）に図示したように、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に伸長すると、弾性チューブの内部空間の体積は、初期の待機状態より相対的に拡張することにより入り口を通して内容物が流入される。この際、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に伸長すると同時に半径方向の内側に収縮するが、長さ方向に伸長する弾性変形量が半径方向に収縮する弾性変形量より相対的に多いため、弾性チューブの内部空間を拡張させて内容物を内部に流入する吸入作動を円滑に行うことができる。
【００６７】
そして、上記弾性チューブの内部空間に液体や粉末のような内容物が満たされた状態で中空型のアクチュエータが長さ方向に収縮すると、図２（ｂ）、図４（ｂ）及び図６（ｂ）に図示したように、長さ方向に弾性変形された弾性チューブの変形部が元の状態に戻ると同時に長さ方向に収縮し、これによって弾性チューブの内部空間の体積は初期の待機状態と同一であるか相対的に縮小することにより、出口を通して内容物が定量ずつ吐出される。この際、上記中空型のアクチュエータが長さ方向に縮小すると同時に半径方向の外側に拡張するが、長さ方向に収縮する弾性の変形量が半径方向に拡張する弾性変形量より相対的に多いため、弾性チューブの内部空間を縮小させて内容物を外部に吐出する排出作動を円滑に行うことができる。
【００６８】
このような中空型のアクチュエータの伸縮作動による弾性チューブの吸入作動と排出作動を繰り返して、弾性チューブ内の内容物を予め設定された吐出量に所望の所に精密に提供することができる。
【００６９】
一方、上記弾性チューブの入り口には弾性チューブの内部に流入された液体や粉末のような内容物が再び入り口に逆流することを防ぐようオリフィスのような逆流防止手段１１ａを備えることが好ましい。
【００７０】
即ち、弾性チューブの内部を向き徐々に内径が狭くなる流路が形成され、内側の端部に段差が形成されたオリフィス形状に構成された逆流防止手段１１ａを入り口に設けることにより、入り口１１に流入された内容物が内側の端部に形成された段差により入り口１１に逆流することを防ぐことができる。
【００７１】
ここで、上記逆流防止手段１１ａは、オリフィス構造の他に逆流防止板などを選択的に設けて逆流防止効果をより高めることができる。
【００７２】
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求範囲によって備えられた本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に改造及び変化できるということを当業界において通常の知識を有した者は容易に分かることを明らかにする。
【符号の説明】
【００７３】
１、１’、１’’ 弾性チューブ
１ａ、１ａ’、１ａ’’ 変形部
２、２’、２’’ 中空型のアクチュエータ
３’、３’’ 弾性体モールド
４’、４’’ 排出ノズル
１０ 保護ケース
１１、１１’、１１’’ 入り口
１２、１２’、１２’’ 出口
１１ａ 逆流防止手段
１５ 雌ネジ部材
２０’、２０’’ 上部フレンジ
２１’、２１’’ 下部フレンジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体からなり、内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブと、
外部電圧の印加の際に前記弾性チューブの長さ方向に前記弾性チューブを伸縮するよう前記弾性チューブの外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータと、を含み、
外部電圧の印加の際に中空型のアクチュエータが弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮することにより、前記弾性チューブの内部空間の体積を縮小或いは拡張させることを特徴とする中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項２】
前記弾性チューブは、前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、
前記変形部は折り目状に備えられることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項３】
前記弾性チューブは、胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの一端部に接する雌ネジ部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項４】
前記弾性チューブは保護ケースをさらに含み、
前記保護ケースは、前記弾性チューブの入り口が挿入されて固定される上部開口部と、前記弾性チューブの出口と一定の間隔を置いて離隔される下部開口部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項５】
前記弾性チューブは、前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、
前記変形部は、内径が一定の長さ均一な中央領域と入り口との間を連結する境領域と、前記中央領域と出口との間を連結する他の境領域とを前記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項６】
前記弾性チューブは、入り口と出口の各外部面に形成された雄ネジ部とそれぞれネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジと下部フレンジを備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項７】
前記弾性チューブは前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に少なくとも一つの変形部を含み、
前記変形部は、前記弾性チューブの入り口と出口の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項８】
前記弾性チューブは、入り口の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの一端部と接する上部フレンジと、前記弾性チューブの出口から外側に延長されて前記中空型のアクチュエータの他端部が接する下部フレンジと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項９】
前記弾性チューブは、出口には排出ノズルを備えることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項１０】
前記弾性チューブと中空型のアクチュエータとの間には、弾性体モールドが満たされることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項１１】
前記弾性チューブは、入り口に逆流防止手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項１】
弾性体からなり、内部に収容空間が形成された一定の長さの弾性チューブと、
外部電圧の印加の際に前記弾性チューブの長さ方向に前記弾性チューブを伸縮するよう前記弾性チューブの外部に嵌められて設けられ、電界を印加すると長さ方向に力と変位を発生させる中空型のアクチュエータと、を含み、
外部電圧の印加の際に中空型のアクチュエータが弾性チューブの長さ方向に伸長或いは収縮することにより、前記弾性チューブの内部空間の体積を縮小或いは拡張させることを特徴とする中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項２】
前記弾性チューブは、前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、
前記変形部は折り目状に備えられることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項３】
前記弾性チューブは、胴体の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの一端部に接する雌ネジ部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項４】
前記弾性チューブは保護ケースをさらに含み、
前記保護ケースは、前記弾性チューブの入り口が挿入されて固定される上部開口部と、前記弾性チューブの出口と一定の間隔を置いて離隔される下部開口部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項５】
前記弾性チューブは、前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に変形部を含み、
前記変形部は、内径が一定の長さ均一な中央領域と入り口との間を連結する境領域と、前記中央領域と出口との間を連結する他の境領域とを前記入り口と出口に行くほど内径が小さくなる断面状に備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項６】
前記弾性チューブは、入り口と出口の各外部面に形成された雄ネジ部とそれぞれネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの上端と下端にそれぞれ接する上部フレンジと下部フレンジを備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項７】
前記弾性チューブは前記中空型のアクチュエータと対応する胴体の外部面に少なくとも一つの変形部を含み、
前記変形部は、前記弾性チューブの入り口と出口の外径より相対的に小さい外径サイズに備えられ、胴体の外部面が外側に膨らんで曲がる断面状に備えられることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項８】
前記弾性チューブは、入り口の外部面に形成された雄ネジ部にネジ結合されて前記中空型のアクチュエータの一端部と接する上部フレンジと、前記弾性チューブの出口から外側に延長されて前記中空型のアクチュエータの他端部が接する下部フレンジと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項９】
前記弾性チューブは、出口には排出ノズルを備えることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項１０】
前記弾性チューブと中空型のアクチュエータとの間には、弾性体モールドが満たされることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【請求項１１】
前記弾性チューブは、入り口に逆流防止手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の中空型のアクチュエータ駆動方式の液滴ディスペンシング装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１０４９８６（Ｐ２０１０−１０４９８６Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４４６９７（Ｐ２００９−２４４６９７）
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（５０１３８４５６２）コリア インスティチュート オブ マシナリー アンド マテリアルズ (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（５０１３８４５６２）コリア インスティチュート オブ マシナリー アンド マテリアルズ (15)
【Ｆターム（参考）】
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