JP2003003952A

JP2003003952A - 流体吐出装置

Info

Publication number: JP2003003952A
Application number: JP2001189603A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ogawa; 健二小川
Original assignee: Neuberg Co Ltd
Current assignee: Neuberg Co Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08
Also published as: US20020197173A1; CN1393638A; CN1270082C; US6685444B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微量の液体であっても高精度に吐出でき、か
つ構造を簡易にできて小型化することができる流体吐出
装置を提供すること。【解決手段】流体吐出装置は、ダイアフラム２０，３
０を備える。バルブ部材であるダイアフラム３０は、吐
出口３５と吸入路開閉部３３を備えかつポンプ部材であ
るダイアフラム２０に対して進退移動可能である。ダイ
アフラム２０は、吐出口３５を開閉可能な吐出口開閉部
２５と、計量空間４２内の容積を変更可能な計量部２６
とを備える。吐出口開閉手段５０は、吐出口開閉部２５
を吐出口３５に向かって進退させ、吐出口を開閉し、ダ
イアフラム３０を付勢して吸入路開閉部３３をダイアフ
ラム２０から離して吸入路４０を開口する。ダイアフラ
ム進退手段５５は、計量部２６を進退させて計量空間４
２内の容積を変更する。ダイアフラム３０は、自身のば
ね力で吸入路開閉部３３をダイアフラム２０に当接させ
て吸入路４０を閉塞する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、液体や気体（ガ
ス）等の流体を吸入し、計量して吐出する流体吐出装置
に係り、特に流体を一定量毎に繰り返し吐出するディス
ペンサや、流体を連続して供給するポンプに利用でき
る。

【０００２】

【背景技術】従来より、流体の吐出装置（ポンプ、ディ
スペンサ）として様々な形式のものが知られているが、
本出願人は、微量な流体であっても高精度に吐出できる
ポンプとして、特開平２−５５８７８号、特開平２−２
３０９７５号に記載されたプランジャ型のポンプや、特
開平７−３５０４６号に記載されたダイアフラムポンプ
を提案している。

【０００３】これらの流体吐出装置は、流体を吸入する
吸入路を開閉する吸入路開閉バルブと、流体を吐出する
吐出口を開閉する吐出口開閉バルブと、流体を吐出する
吐出用部材とを備えるとともに、これらを内側から外側
に向かって吐出口開閉バルブ、吐出用部材、吸入路開閉
バルブの順に同心円状に配置し、これらの吐出口開閉バ
ルブ、吐出用部材および吸入路開閉バルブをそれぞれ所
定動作で駆動する駆動機構を備えて構成されている。

【０００４】この流体吐出装置における吸入動作は、前
記吸入路開閉バルブを開いて吐出用部材を吐出口より離
れる方向に移動させ、吐出口および吐出用部材間に形成
される空間に流体を吸入させている。また、吐出動作
は、流体吸入後に吸入路開閉バルブを閉じて吐出液を計
量し、吐出口開閉バルブを開き、吐出用部材を吐出口側
に移動させて流体を吐出させ、最後に吐出口開閉バルブ
を閉めて吐出動作を完了している。

【０００５】このように、これらの流体吐出装置では、
吸入路開閉バルブや吐出口開閉バルブを設け、流体の吸
入動作と吐出動作との間に、吸入口から吐出口までの連
通を遮断して吐出液を計量する計量動作を行っているの
で、微量であっても流体の吐出量を高精度に調整できる
ものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の流体吐出装置では、２つのバルブと、吐出用部材とを
それぞれ別々に駆動しなければならないため、３つの駆
動ユニットを設ける必要がある。このため、流体吐出装
置内の構造が複雑になり、小型化が難しいというという
問題があった。また、これらの流体吐出装置は、半導体
の生産ライン等において、極微量の接着剤や薬品等の吐
出に利用されるものであり、流体吐出装置自体が小型化
されれば、流体吐出装置を多数並設した際の間隔やスペ
ースを最小限に抑えることができ、生産効率も向上させ
ることができるため、流体吐出装置の小型化が強く望ま
れていた。

【０００７】本発明の第１の目的は、微量の流体であっ
ても高精度に吐出でき、かつ構造を簡易にできて小型化
することができる流体吐出装置を提供することにある。

【０００８】さらに、本発明の第２の目的は、前記第１
の目的に加えて、流体吐出装置外部への液漏れを無くす
ことができ、耐薬品性とする場合でも低コストで製造で
きる流体吐出装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポンプ部材
と、バルブ部材と、このポンプ部材およびバルブ部材に
よって閉塞される計量空間に連通可能な吸入路および吐
出口を備えた流体吐出装置であって、前記バルブ部材
は、前記吐出口を備えかつポンプ部材に対して吐出口の
軸方向に進退移動可能に設けられ、かつこの進退移動に
伴い前記ポンプ部材に接離されて前記吸入路を開閉可能
な吸入路開閉部が設けられ、前記ポンプ部材には、バル
ブ部材の吐出口に接離されて吐出口を開閉可能な吐出口
開閉部と、この吐出口開閉部の外側に同心円状に配置さ
れかつ前記計量空間内に向かって進退移動されて計量空
間内の容積を変更可能な計量部とが設けられるととも
に、前記吐出口開閉部を吐出口に向かって進退させて吐
出口を開閉可能とされ、かつ前記バルブ部材をその吐出
口方向に付勢してバルブ部材の吸入路開閉部をポンプ部
材から離して吸入路を開くことが可能な吐出口開閉手段
と、吐出口開閉手段の外側に同心円状に配置されて前記
計量部をバルブ部材に向かって進退させて計量空間内の
容積を変更可能な計量部進退手段と、前記バルブ部材を
ポンプ部材に向かって付勢して前記吸入路開閉部をポン
プ部材に当接させることで吸入路を閉塞させる付勢手段
と、前記吐出口開閉手段および計量部進退手段をそれぞ
れ所定動作で駆動させる駆動手段と、を備えることを特
徴とするものである。

【００１０】このような本発明においては、従来は、移
動されることが無かった吐出口が形成されたバルブ部材
を、吐出口の軸方向に進退移動可能に設け、かつ付勢手
段と吐出口開閉手段とでバルブ部材を進退移動している
ので、吐出口開閉部を移動させる吐出口開閉手段を吸入
路開閉部の移動にも利用することができる。このため、
従来、３つの駆動ユニットを用意しなければならなかっ
たのに対し、本発明では、２つの駆動ユニットのみを用
意すればよく、構造を簡易にできて小型化することがで
きる。その上、吸入路開閉部および吐出口開閉部を備え
ているので、流体の吸入動作と吐出動作との間に、吸入
口から吐出口までの連通を遮断して吐出液を計量する計
量動作を行うこともでき、微量の流体であっても高精度
に吐出できる。

【００１１】この際、請求項１記載の流体吐出装置にお
いて、前記ポンプ部材は、中心側が薄膜とされて外周側
が厚肉に形成されたダイアフラムで構成され、その薄膜
部分には、吐出口開閉部と、この吐出口開閉部を中心と
する円周上に形成された計量部とが設けられているとと
もに、前記厚肉に形成された外周部には、前記バルブ部
材の吐出口開閉部が当接される平面シール部が形成さ
れ、前記バルブ部材は、外周側が薄膜とされかつ中心側
が厚肉に形成されたダイアフラムで一体的に構成され、
その外周部は前記ポンプ部材に移動不能に固定され、こ
の外周部から薄膜を介して連続する前記厚肉部には吐出
口が形成され、かつこの厚肉部は前記薄膜部分の変形に
よってポンプ部材に対して進退移動可能に構成されてい
ることが好ましい。

【００１２】ポンプ部材およびバルブ部材をダイアフラ
ムで構成すれば、吐出口開閉手段や計量部進退手段等の
移動部材間のシールが不要となってシール性が向上して
流体吐出装置外部への液漏れが無くなるとともに、接液
部材が少なくなって耐薬品性とする際の製造コストが低
減する。また、吐出口開閉部、計量部を進退させる吐出
口開閉手段、計量部進退手段を同心円状に配置すること
で、ダイアフラムの各部が移動する際の中心部からの変
位量が等しくなって動作が安定し、変位量を高精度に制
御できるため、吐出量が微量であっても高精度の吐出が
可能となる。

【００１３】また、前記ポンプ部材の吐出口開閉部は、
他の薄膜部分よりも厚肉に形成され、前記計量部は薄膜
を折曲して形成されていることが好ましい。このように
構成すれば、吐出口開閉部、計量部を各開閉手段や進退
手段で移動させた際に、他の薄膜部分が確実に変形して
各吐出口開閉部、計量部を個別にかつスムーズに移動さ
せることができる。このため、吐出口開閉部、計量部の
動作が安定し、流体吐出精度も向上することができる。

【００１４】さらに、前記ポンプ部材の吐出口開閉部お
よび平面シール部と、前記バルブ部材の吐出口開閉部お
よび前記吐出口開閉部が当接される吐出口の開口端面部
分とは、ラッピングにより仕上げ加工されていることが
好ましい。これらの各部分をラッピング加工によるラッ
ピング面とすれば、互いに当接させるだけで必要十分な
シール性能を確保することができる。さらに、本発明で
は、各部位の当接面は平面シールであるため、ラッピン
グ加工も安価にかつ高精度に行うことができ、吐出量が
微量であっても高精度の吐出が可能となる。

【００１５】また、前記駆動手段は、前記吐出口開閉部
をバルブ部材に当接させて吐出口を閉じた状態で、バル
ブ部材の吸入路開閉部をポンプ部材から離して吸入路を
開くとともに、ポンプ部材の計量部をバルブ部材から離
れる方向に移動させて計量空間の容積を大きくして流体
を吸入する吸入動作と、この吸入動作後にバルブ部材の
吸入路開閉部をポンプ部材に当接させて吸入路を閉じて
吐出液を計量する計量動作と、この計量動作後に吐出口
からポンプ部材の吐出口開閉部を離して吐出口を開くと
ともに、ポンプ部材の計量部をバルブ部材に近づく方向
に移動させて流体を吐出させる吐出動作と、を行うよう
に、前記吐出口開閉手段、ダイアフラム進退手段を駆動
するように構成されたものであることが好ましい。この
ような駆動手段は、例えば、圧電素子、流体圧シリン
ダ、モータ、カム、ソレノイド等で構成できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。尚、説明の便宜上、図１に示す第１
実施形態の流体吐出装置１における図１中上側を流体吐
出装置１においても上側に、下側を流体吐出装置１にお
いても下側とする。従って、図２は、流体吐出装置１の
上面を示し、図３は流体吐出装置１の下面を示す。

【００１７】図１〜３に示すように、第１実施形態の流
体吐出装置１は、ポンプ部分にダイアフラムを用いたダ
イアフラムポンプである。また、駆動機構には、圧電素
子（圧電アクチュエータ）を用いている。

【００１８】流体吐出装置１は、ボディ２と、ボディ２
の下端に接続されてポンプ部材となるダイアフラム２０
と、このダイアフラム２０の下端に配置されてバルブ部
材となるダイアフラム３０とを備えている。

【００１９】ボディ２は、インバー合金（鉄ニッケル合
金）等の常温付近での熱膨張が極めて小さい（殆ど膨張
しない）合金等で構成され、上部側は略円筒状に形成さ
れ、被固定部（図１では固定板３）にネジ４で固定され
る部分は角筒状に形成されている。

【００２０】また、各ダイアフラム２０，３０は、ステ
ンレス、チタン、ハステロイ等のバネ性のある金属材料
で構成され、四角板状の固定プレート５からボディ２に
ねじ込まれるボルト６によってボディ２および固定プレ
ート５で挟持されて固定されている。

【００２１】ダイアフラム２０は、図４にも示すよう
に、外周部２０Ａが肉厚にされ、その中心軸部分は薄板
状の薄膜２１とされている。また、その側面の一部が円
弧状に張り出しており、その張り出し部分には液体（流
体）が供給される吸入ポート２２が形成されている。吸
入ポート２２にはリング状の樹脂シール材２３を介して
コネクタ７が螺合されている。このコネクタ７にはシリ
ンジ型の容器８が接続され、容器８内に適宜加圧空気
（パルスエア）を供給することなどで容器８から吸入ポ
ート２２に液体が供給される。なお、ボディ２の容器８
が配置される側面には円弧状の凹部が形成されて容器８
がボディ２に干渉しないようにされている。

【００２２】図４にも示すように、ダイアフラム２０の
薄膜２１の中心は他の部分に比べて肉厚とされて吐出口
開閉部２５が形成されている。また、吐出口開閉部２５
の周囲には、薄膜２１をリブ状に折曲することで形成さ
れた計量部２６が、吐出口開閉部２５を中心とする円周
上にリング状に形成されている。

【００２３】そして、薄膜２１において、吐出口開閉部
２５から計量部２６までの薄膜２１Ａは、計量部２６か
ら肉厚の外周部２０Ａまでの薄膜２１Ｂよりも厚さ寸法
が小さくされている。このため、吐出口開閉部２５部分
に力が加わった際には、薄膜２１Ａ部分が薄膜２１Ｂよ
りも先に曲げられるようにされている。例えば、数キロ
グラム（数十Ｎ）程度の力が加わって薄膜２１Ａが変形
している場合でも、その力が薄膜２１Ｂに加えられてい
る初期圧力（例えば十数キログラム（百数十Ｎ）程度）
よりも小さければ、薄膜２１Ａのみが変形するようにさ
れている。さらに、ダイアフラム２０の外周部２０Ａに
おいて、ダイアフラム３０側の面は、ラッピング加工さ
れた平面シール部２０Ｂとされている。

【００２４】ダイアフラム３０は、外周部分が薄膜３１
とされ、中心部３２が肉厚にされている。そして、薄膜
３１の最外周縁は薄膜３１部分に比べて肉厚の固定部３
１Ａとされ、この固定部３１Ａが前記固定プレート５で
保持されている。また、薄膜３１の中心部３２との連結
部分には、リング状の吸入路開閉部３３がダイアフラム
２０側に向かって突設されている。なお、この吸入路開
閉部３３は、計量部２６と同心円状となるようにかつ計
量部２６の外周側に配置されるように形成されている。

【００２５】ダイアフラム３０の中心部３２は、前記固
定プレート５の中心に形成された円形の開口から流体吐
出装置１の下側に向かって突出されており、その下部は
下方に向かうに従って直径が小さくなる略円錐状に形成
されている。また、中心部３２の上面中心には、前記ダ
イアフラム２０の吐出口開閉部２５に対応する突部３４
が形成され、この突部３４から中心部３２の下面に向か
って吐出口３５が形成されている。

【００２６】この吐出口３５は、中心部３２の下面に形
成された雌ねじ３６まで連通されている。この雌ねじ３
６には、ボルト３７が螺合されている。このボルト３７
および樹脂材等からなる吐出針固定部材３８を貫通して
吐出針３９が配置されている。吐出針３９は、ボルト３
７をねじ込んで吐出針固定部材３８のテーパ面を吐出口
３５のテーパ面に押しつけることで、吐出針固定部材３
８によって締め付けられて固定されている。

【００２７】ダイアフラム３０の中心部３２は、前記固
定プレート５つまりは前記固定プレート５で固定されて
いる固定部３１Ａに対して、薄膜３１部分の弾性力（ば
ね力）によって吐出口３５の軸方向つまり上下方向に進
退移動可能とされている。また、通常状態（ダイアフラ
ム３０に外力が加わっていない状態）では、薄膜３１の
弾性力により、吸入路開閉部３３が前記ダイアフラム２
０の平面シール部２０Ｂに当接するように配置されてい
る。

【００２８】そして、ダイアフラム２０とダイアフラム
３０間には、吸入ポート２２に連通可能な液体吸入路４
０が区画形成されている。この液体吸入路４０は、吸入
路開閉部３３が平面シール部２０Ｂに当接することで閉
塞され、吸入路開閉部３３が平面シール部２０Ｂから離
れることで開口される。そして、吸入路開閉部３３が平
面シール部２０Ｂに当接して液体吸入路４０が閉塞され
た際に、吸入路開閉部３３の内側に区画される空間が計
量空間４２とされ、前記吐出口３５はこの計量空間４２
に連通可能とされている。

【００２９】また、ダイアフラム２０の吐出口開閉部２
５、平面シール部２０Ｂと、ダイアフラム３０の吸入路
開閉部３３、突部３４とはラッピング仕上げによって平
面とされている。なお、吐出口開閉部２５は初期状態で
は、平面シール部２０Ｂの高さと異なるため、吐出口開
閉部２５を所定圧力で押して平面シール部２０Ｂの高さ
位置と合わせてからラッピング仕上げを行えばよい。

【００３０】一方、ボディ２の内部には、前記ダイアフ
ラム２０を駆動する駆動手段が配置されている。すなわ
ち、図１に示すように、ボディ２内には、ロッド状の吐
出口開閉手段５０と、この開閉手段５０の外側に配置さ
れたパイプ状のダイアフラム進退手段５５とが、同心円
状に配置されている。

【００３１】計量部進退手段であるダイアフラム進退手
段５５の上端部内周面には雌ネジが形成され、この雌ネ
ジにパイプ状に形成された連結部材５６が螺合されてい
る。この際、連結部材５６には別途ナット５７が螺合さ
れ、いわゆるダブルナットの機能により、ダイアフラム
進退手段５５および連結部材５６の螺合位置を調整可能
にかつ固定可能にされている。

【００３２】連結部材５６の上端は、蓋材７０の軸部７
１に対しその軸方向に移動可能に嵌入されている。な
お、連結部材５６の上端フランジ５６Ａには、蓋材７０
に螺合されたボルト７２が貫通されている。このボルト
７２は、流体吐出装置１を組み立てる際に蓋材７０と圧
電素子６１，６２が組み込まれた連結部材５６やダイア
フラム進退手段５５とを一体化して組み込みやすくする
ためのものである。

【００３３】ダイアフラム進退手段５５の内部に配置さ
れた吐出口開閉手段５０は、段付きのロッドからなり、
小径部５０Ａの下面が吐出口開閉部２５の上面に当接し
ている。また、小径部５０Ａおよび大径部５０Ｂ間の段
部にはＯリング等からなるシール材５１が配置され、ダ
イアフラム進退手段５５内部の密閉性を高めている。

【００３４】吐出口開閉手段５０の上端面および連結部
材５６の下端面間には、樹脂シート５２を介して第１圧
電素子６１が配置されている。また、連結部材５６の内
部の下端面および蓋材７０の軸部７１の下面間には、樹
脂シート５２を介して第２圧電素子６２が配置されてい
る。

【００３５】これらの圧電素子６１，６２は、積層タイ
プの圧電素子からなり、電源から所定の電圧を加えるこ
とで、上下方向の長さが変位してアクチュエータとして
利用可能なものである。例えば、所定の駆動電圧を印加
することで、数μｍ〜十数μｍ程度の変位量が得られる
ものである。

【００３６】このため、各圧電素子６１，６２に、個別
に電圧を印加できるように、電源のプラス極およびマイ
ナス極に接続された各２本の電源コード６３（計４本の
電源コード６３）が、各圧電素子６１，６２にそれぞれ
接続されている。なお、電源コード６３は、蓋材７０の
上面から軸部７１に形成された貫通孔７１Ａを通ってボ
ディ２内部に引き込まれ、さらに連結部材５６に形成さ
れた配線用の孔を通して各圧電素子６１，６２まで配線
されている。電源コード６３は、吐出針３９と同様に、
シール材６４および蓋材７０にねじ込まれたボルト６５
により蓋材７０に固定されている。

【００３７】なお、図１において、ボディ２内部に配置
されたダイアフラム進退手段５５および連結部材５６、
蓋材７０部分は、流体吐出装置１の中心軸から９０度方
向に切断した２面を平面に展開して記載している。この
ため、例えば、貫通孔７１Ａは、軸部７１を１方向に貫
通するものであるが、図１の中心軸から左側は、貫通孔
７１Ａの軸方向に直交する切断面で示され、右側は貫通
孔７１Ａの軸方向に沿った切断面で示されている。この
ため、図１では、ダイアフラム進退手段５５、連結部材
５６、蓋材７０等は左右対象ではないが、実際には左右
対称に構成されている。

【００３８】なお、この蓋材７０は、ボディ２の上端開
口に螺合されていわゆるダブルナットの機能で固定され
ている。また、ダイアフラム進退手段５５とボディ２と
の間にはＯリング等からなるシール材８１が配置され、
ボディ２とダイアフラム２０との接触面にもＯリング等
からなるシール材８２が配置され、湿度が高いと性能が
劣化する圧電素子６１，６２の劣化防止のために、ボデ
ィ２内部を外気から遮断して気密性を確保している。

【００３９】本実施形態においては、各圧電素子６１，
６２、連結部材５６、各圧電素子６１，６２を制御する
制御装置によって吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進
退手段５５の駆動機構が構成されている。特に、ダイア
フラム進退手段５５は、圧電素子６２により、連結部材
５６を介して進退移動される。また、吐出口開閉手段５
０は、基本的には、圧電素子６１で進退移動されるが、
圧電素子６２によっても移動されるため、これらを含め
て吐出口開閉手段５０の駆動機構が構成されている。ま
た、本実施形態では、吸入路開閉部３３はダイアフラム
３０自身のばね力で平面シール部２０Ｂに当接されるた
め、吸入路開閉部３３を付勢して液体吸入路４０を閉塞
する付勢手段は、ダイアフラム３０で構成されている。

【００４０】このような本実施形態の作用に関し、図５
の動作説明図をも参照して説明する。運転開始前、すな
わち流体吐出装置１の停止状態においては、各圧電素子
６１、６２には、電圧は印加されていない。このため、
各圧電素子６１，６２の高さ寸法は最も小さい状態とな
っている。これにより、各圧電素子６１が伸びると下方
に移動する吐出口開閉手段５０や、圧電素子６２が伸び
ると下方に移動するダイアフラム進退手段５５は、それ
ぞれ上方ストロークエンドの位置に配置されている。従
って、吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進退手段５５
に当接されるダイアフラム２０の吐出口開閉部２５、計
量部２６も図５（Ａ）に示すように、ダイアフラム３０
から離れた上方の位置に配置されている。

【００４１】また、ダイアフラム３０の弾性力によっ
て、吸入路開閉部３３はダイアフラム２０のラッピング
仕上げされた平面シール部２０Ｂに当接し、液体吸入路
４０を閉塞している。このため、計量空間４２内に供給
された液体４１は、吸入路開閉部３３で吸入ポート２２
側から区画されて計量されている。

【００４２】続いて圧電素子６２に電圧を加えると、圧
電素子６２が変位するため、連結部材５６は蓋材７０に
対して下方に移動する。この移動量は、圧電素子６２に
加える電圧値等で制御されるが、本実施形態では、この
電圧値をタイマ（制御装置）を用いて制御している。

【００４３】すなわち、圧電素子（ピエゾ素子）の変位
量は、圧電素子に印加する電圧値で制御される。印加電
圧の調整は、通常はスライドトランス等によって行われ
るが、トランスは重く大きいのでコンパクトなコントロ
ーラにするのが困難である。また、ピエゾ素子は、コン
デンサと同等であるため、コンデンサのような充電特性
を備えている。このため、電源電圧でストローク（変位
量）を調整しようとすると、動作時間が安定するまでに
時間が掛かるので、２つの圧電素子６１，６２を切り替
えて動作させる際にスムーズに切り替えることができ
ず、いわゆる２度打ち（２段吐出）になってしまうおそ
れがある。

【００４４】そこで、本実施形態では、予め圧電素子６
１，６２の充電特性を確認しておき、充電開始からの時
間に対する電圧値を求めておくことで、所定の電圧値へ
の調整を充電開始からの時間（充電時間）つまりタイマ
によって制御するようにしている。すなわち、図６に示
すように、充電タイマによって予め設定された所定の充
電時間が経過したら、充電を停止する。充電を停止して
も放電しなければ、圧電素子６１，６２は所定の電圧値
を維持するため、変位量も維持される。一方、圧電素子
６１，６２の変位量を元に戻すには、放電タイマにより
充電開始から所定時間経過したら放電を開始させればよ
い。この放電は、再度充電が開始されるまで継続される
ようになっている。

【００４５】第２圧電素子６２に所定の設定電圧を加え
て連結部材５６が下方に所定量移動すると、連結部材５
６の下方に第１圧電素子６１を介して配置された吐出口
開閉手段５０および連結部材５６に連結されたダイアフ
ラム進退手段５５は、連結部材５６とともに下方に移動
する。このため、図５（Ｂ）に示すように、ダイアフラ
ム２０の吐出口開閉部２５と計量部２６とが同時に下方
に移動し、吸入路開閉部３３で区画された計量空間４２
内の容積が減少する。このため、吐出口開閉部２５が吐
出口３５に当接して吐出口３５を塞ぐまでは、計量空間
４２内の容積減少分に応じた量の液体４１が、ダイアフ
ラム３０の吐出口３５を介して吐出針３９から吐出され
る。

【００４６】続いて、第２圧電素子６２を所定の電圧に
維持したまま、第１圧電素子６１にも所定の電圧を印加
する。すると、圧電素子６１が変位するため、ダイアフ
ラム進退手段５５に対して吐出口開閉手段５０のみが下
方に移動する。このため、図５（Ｃ）に示すように、吐
出口開閉部２５は、ダイアフラム３０の吐出口３５に当
接し、その状態のままで下方に移動するため、ダイアフ
ラム３０の薄膜３１部分が変形し、吸入路開閉部３３が
平面シール部２０Ｂから離れる。従って、吸入路開閉部
３３が開かれて、吸入ポート２２から液体４１が計量空
間４２内に流入する。

【００４７】次に、第２圧電素子６２を放電して印加電
圧を下げると、圧電素子６２が元の長さに戻り、圧電素
子６２によって連結部材５６、ダイアフラム進退手段５
５および吐出口開閉手段５０を介してダイアフラム２０
に加わっていた荷重が解除されるため、ダイアフラム２
０の吐出口開閉部２５および計量部２６はダイアフラム
２０の弾性（ばね性）により上方に移動する。但し、圧
電素子６１は設定電圧に維持されたままであるので、ダ
イアフラム進退手段５５に対して吐出口開閉手段５０は
圧電素子６１の変位量分下方に位置したままである。つ
まり、吐出口開閉手段５０およびダイアフラム進退手段
５５は互いの相対位置関係は維持したまま、全体として
上方に移動する。この移動に応じて、ダイアフラム３０
もそれ自身の弾性力で上方に移動し、吸入路開閉部３３
が平面シール部２０Ｂに当接する。これにより吸入路４
０が閉塞され、この吸入路４０が閉塞されるまで吸入動
作が行われることになる。

【００４８】次に、圧電素子６１を放電して印加電圧を
下げると、圧電素子６１が元の長さに戻り、図５（Ｅ）
に示すように、圧電素子６１によって吐出口開閉手段５
０を介して吐出口開閉部２５に加えられていた荷重が除
かれるので、吐出口開閉部２５は特に薄膜２１Ａ部分の
弾性力で元の位置に戻り、図５（Ａ）の初期状態に戻
る。

【００４９】なお、吐出口開閉部２５が吐出口３５から
離れて上方に移動すると、その分、計量空間４２内は負
圧になって吐出口３５内の液体４１が計量空間４２内に
吸い込まれる。また、吸入路開閉部３３が平面シール部
２０Ｂに当接し、吸入ポート２２から区画されているの
で、新たな液体４１が吸入ポート２２から流入すること
もない。従って、特にチェック弁等を設けなくても吐出
針３９からの液体４１の吐出は停止する。

【００５０】また、本実施形態における吐出量は、計量
空間４２内の容積変動量つまり計量部２６の移動量で設
定される。従って、第２圧電素子６２の充電時間による
電圧値を制御し、その変位量をコントロールすることで
吐出量を制御できる。

【００５１】このような本発明によれば、次のような効
果がある。（１）ダイアフラム３０からなるバルブ部材を吐出口３
５の軸方向に移動可能とし、この移動により吸入路開閉
部３３を開閉するように構成するとともに、その移動
は、ダイアフラム３０自身の弾性力と吐出口開閉手段５
０つまりは圧電素子６１，６２の変位量によって行って
いるので、吸入路開閉部３３を駆動するための独立した
駆動機構を別途設ける必要がない。このため、駆動機構
の構造が簡易になり、駆動機構の数が少なくなることで
ダイアフラム２０，３０のシール面の面積も小さくでき
るので、流体吐出装置１自体を小型化することができ
る。

【００５２】（２）ダイアフラム２０，３０のシール面
の面積を小さくできるので、吐出口開閉手段５０やダイ
アフラム進退手段５５が移動した際の容積の変動量を小
さくでき、微量用のディスペンサにすることができる。
その上、液体４１の吐出時には、吸入路開閉部３３は平
面シール部２０Ｂに当接して動かないので、吐出量を非
常に微量することができる。例えば、圧電素子６１，６
２の変位量は、最大でも約１０〜２０μｍ程度しかない
ため、液体４１の吐出量も１マイクロリットルから１０
ナノリットル程度と非常に微量に制御することができ
る。

【００５３】（３）ダイアフラム２０，３０の駆動源と
して圧電素子６１，６２を用いているので、ダイアフラ
ム２０，３０の変位量を約１０〜２０μｍ程度と非常に
小さくできる。従って、ダイアフラム２０，３０とし
て、ステンレス等の金属のように変位量をあまり大きく
することができない部材で構成できる。そして、金属製
のダイアフラム２０、３０を用いることができるので、
ダイアフラム自身の弾性力（ばね性）を高めることがで
き、ダイアフラムの付勢手段としてバネ等の別の部材を
設ける必要もなく、構造がより一層簡単にできて流体吐
出装置１も小型化することができ、その組立加工性も向
上することができて製造コストも低減することができ
る。

【００５４】（４）吐出針３９が取り付けられたバルブ
部材であるダイアフラム３０自身が移動するが、その移
動量は非常に僅かであるため、流体吐出装置１の設置に
も影響を及ぼすことはない。特に、ＩＣ等の対象物に、
接着剤等の液体４１を吐出する場合、吐出針３９で対象
物を傷つけないように、吐出針３９の先端を対象物から
所定間隔離して配置し、液体４１を飛ばして対象物に付
着させるため、ダイアフラム３０つまりは吐出針３９が
多少上下動しても液吐出にはまったく影響を及ぼさな
い。さらに、薬品等の液体４１を吐出する場合も、液体
４１の交換作業やメンテナンス性を考慮し、吐出針３９
にチューブを接続して供給することが一般的であるた
め、吐出針３９が多少移動してもその移動はチューブの
変位で吸収できるため、液体４１の供給にはまったく影
響を及ぼすことはない。従って、本実施形態のように、
微量の液体４１を吐出する場合、吐出針３９やダイアフ
ラム３０の移動量も非常に小さいため、液体４１の吐出
や流体吐出装置１の設置に支障はなく、液体４１を確実
に吐出でき、かつ設置も容易に行うことができる。

【００５５】（５）駆動機構として圧電素子６１、６２
を用いたので、動作を非常に高速にできて、短いサイク
ルタイムでの運転が可能になる。すなわち、圧電素子６
１，６２自体は、１ｋＨｚ以上の高速動作が可能であ
り、流体吐出装置１は圧電素子６１，６２の１回の動作
で１回の液体吐出動作を行えるため、ダイアフラム２
０，３０の変位の追従性等で制限されるが、従来に比べ
れば桁外れに高速な液体吐出動作を行うことができる。

【００５６】（６）圧電素子６１，６２の変位量は電圧
値で制御することができるので、高精度でかつ容易な制
御を行うことができる。その上、前記実施形態では、圧
電素子６１，６２の充電特性を利用し、充電や放電タイ
マによる時間で制御しており、デジタルＩＣやマイコン
等の小さなタイマを設けるだけでよいため、流体吐出装
置１をより一層小型化することができ、かつ圧電素子６
１，６２による吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進退
手段５５の制御を正確に行えるため、２度打ちなども防
止することができる。

【００５７】（７）ダイアフラム２０，３０において
は、吐出口開閉部２５および中心部３２の各平面部分を
密着させることで吐出口３５を閉塞し、吸入路開閉部３
３および平面シール部２０Ｂを密着させることで吸入路
４０を閉塞する、いわゆる平面シールを用いているた
め、デッドスペースも極めて小さくでき、空気の滞留等
も防止することができる。このため、吐出液量が極微量
であったとしても、高精度に計量して吐出することがで
きる。その上、ステンレス等で構成されたダイアフラム
２０，３０においては、ラッピング仕上げによって前記
各シール面を精度良く形成することができるので、簡単
に製造できて加工コストも安くでき、かつ十分な精度で
形成することができる。

【００５８】（８）各ダイアフラム２０、３０は、上方
への変位は自身の弾性力で行っており、圧電素子６１，
６２、吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進退手段５５
による駆動は、下方つまり押し方向のみであるため、駆
動部材間にガタ等が発生することもなく、各駆動部をス
ムーズにかつ正確に駆動することができ、この点でも微
量の液体４１を精度良く吐出することができる。

【００５９】（９）微量の液体４１を吐出する場合、流
体吐出装置１を使用する部分の温度変化による熱膨張等
による僅かな誤差であっても吐出液の精度に影響するこ
とになるが、前記実施形態では、ボディ２をインバー合
金等の熱膨張が非常に小さい材質としたので、流体吐出
装置１の中で最も長さ寸法の大きなボディ２部分におけ
る熱膨張による影響を最小限に抑えることができる。さ
らに、圧電素子６１，６２は、マイナスの熱膨張係数で
あり、温度が上昇すると長さが小さくなるが、その縮小
分を打ち消すように、プラスの熱膨張係数の樹脂シート
５２を圧電素子６１，６２に隣接して配置したので、圧
電素子６１，６２部分全体としては、つまり吐出口開閉
手段５０、ダイアフラム進退手段５５、連結部材５６に
対しては熱膨張による変位を最小限に抑えることができ
る。

【００６０】（10）圧電素子６１，６２は、クッション
性を有する樹脂シート５２を介して金属材等からなる吐
出口開閉手段５０、ダイアフラム進退手段５５、連結部
材５６に接触されているので、圧電素子６１，６２の破
損を防止することができる。

【００６１】（11）ダイアフラム２０においては、薄膜
２１Ａと薄膜２１Ｂとの肉厚を変えて、中心側の薄膜２
１Ａが動作（変形）したときに加わっている力よりも外
周側の薄膜２１Ｂの初期圧力（ダイアフラム進退手段５
５に当接する力）を大きくしたので、吐出口開閉手段５
０のみを移動した際には薄膜２１Ａ部分のみが変位する
ようにでき、吐出口開閉部２５や計量部２６の動作を確
実に区別して制御することができる。なお、ダイアフラ
ム進退手段５５が移動する際には、吐出口開閉手段５０
も連動して移動するため、吐出口開閉部２５、計量部２
６の相対位置を確実に確保しつつ移動させることができ
る。

【００６２】（12）ダイアフラム２０においては、薄膜
２１をリブ状に折曲して計量部２６を形成しているの
で、薄膜２１Ａ部分の変位と薄膜２１Ｂ部分の変位とを
確実に分けることができ、各部位２５，２６の動作を区
別することができる。

【００６３】（13）ダイアフラム２０，３０を用いてい
るため、駆動機構側への液体４１の漏れを防止すること
ができる。このため、従来のプランジャ型のポンプに比
べてシール部を少なくでき、シール構造が簡易にでき
る。

【００６４】（14）接液部がダイアフラム２０，３０の
みと少ないので、チタンやハステロイ等の耐薬品性能に
優れた単価の高い部材を用いる必要があっても、その使
用量を少なくできてコストを押さえることができ、流体
吐出装置１を低価格で提供することができる。

【００６５】（15）さらに、吐出する液体４１は、吸入
路開閉部３３を平面シール部２０Ｂに当接することで区
画される計量空間４２内に閉じ込めて計量、つまり強制
弁を用いて容積計量をしているので、吐出量が微量であ
っても吐出量の精度を高くすることができる。その上、
ダイアフラム２０、３０の吐出口開閉部２５、計量部２
６、吸入路開閉部３３を同心円状に配置しているので、
各部位の動きを中心軸に対して対称とすることができる
ため、各開閉部２５，３３や計量部２６を安定に動作さ
せることができ、一部が変形して容積に変動が生じるこ
ともないため、液体４１を高精度にかつ確実に吐出する
ことができる。

【００６６】（16）ダイアフラム進退手段５５が移動す
る際には、吐出口開閉手段５０も一体的に移動するた
め、液体４１の吐出完了と同時に、吐出口開閉部２５に
よる吐出口３５の閉塞を行うことができるため、吐出完
了後に吐出口３５を閉塞する場合に発生する液体４１の
２段吐出を防止でき、液体４１を１段で吐出することが
できる。このため、吐出量が多い場合や即乾性の液体４
１を吐出する場合であっても、液体４１の２段吐出によ
って吐出液が２重に重なることがないので、吐出液が剥
がれることがなく、美観を損ねることもない。

【００６７】（17）さらに、ダイアフラム２０の吐出口
開閉部２５をダイアフラム３０の吐出口３５が形成され
た中心部３２に当接させた上で、さらに吐出口開閉手段
５０で吐出口開閉部２５および中心部３２を下方に移動
した際に、初めて吸入路開閉部３３が開くため、吐出口
３５が開いている時には吸入路を吸入路開閉部３３で確
実に閉じておくことができ、かつ吸入路が開いている時
には吐出口３５を閉じておくことができる。すなわち、
外部駆動される強制弁（吐出口開閉部２５および吸入路
開閉部３３）を設けて液体４１を吐出しているので、微
量吐出時の精度低下の原因となるチェック弁を不要にで
き、微量であっても高精度に液体４１を吐出することが
できる。

【００６８】（18）また、ダイアフラム３０の吸入路開
閉部３３の内側に閉じ込められる液体４１は、同心円状
に配置された開閉部３３の周囲の液体吸入路４０から吸
入されるため、吸入面積を大きくすることができる。こ
のため、容器８から大気圧で液体４１を供給している場
合でも、十分な量の液体４１を短時間で吸入することが
できる。従って、液体４１の吸入時間つまりは作業時間
を短縮することができ、かつ吸入路開閉部３３の内側に
は、常に一定量の液体４１が吸入されて正確な計量を行
えるとともに、液体４１の供給に加圧ポンプを用いる必
要がないため、流路に加圧用の部材を用いる必要もな
く、取扱いが容易で安価に提供できる。

【００６９】（19）さらに、仮に高粘度の液体４１を吐
出するために、加圧ポンプを用いる場合であっても、吐
出口開閉部２５、計量部２６、吸入路開閉部３３を同心
円状に配置したので耐圧性を高くでき、かつチェック弁
を不要にできるため、比較的高い圧力で液体４１を供給
することもできる。

【００７０】（20）また、ペーストのように高粘度の液
体４１では、ポンプ部と吐出口３５とが離れていると液
体の吐出に遅れが生じるが、本実施形態によれば、液体
４１を吐出する動作を行うダイアフラム２０，３０と吐
出口３５とが極めて近いので、高粘度の液体を吐出する
場合でも遅れが生じることがない。

【００７１】（21）さらに、接液部はダイアフラム２
０，３０のみであるため、洗浄も容易に行える。このた
め、吐出する液体４１の種類が変わる場合でも、簡単に
かつ短時間で対応することができる。また、各ダイアフ
ラム２０、３０の互いに当接する面は、各々の肉厚部の
みであり、計量部２６等はダイアフラム３０に当接する
ことがないため、ダイアフラム２０，３０の摩耗等が少
なくなり、長寿命化をはかることができる。

【００７２】次に、本発明の第２実施形態について、図
７〜９に基づいて説明する。なお、本実施形態におい
て、前記第１実施形態と同様または同一の構成部材には
同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略する。本実施
形態の流体吐出装置１００は、前記駆動機構を圧電素子
６１，６２からエア駆動に変更したものである。

【００７３】流体吐出装置１００は、図７に示すよう
に、ボディ本体１０２、ポートブロック１０３、ダイア
フラム２０，３０、固定プレート５を備え、これらは４
本のボルトによって連結されている。

【００７４】ポートブロック１０３内部には、シリンダ
１１０が形成されている。そして、ポートブロック１０
３には、シリンダ１１０に圧縮空気を供給する２つのシ
リンダポート１１３，１１４がポートブロック１０３の
軸方向に離れて形成されている。

【００７５】シリンダ１１０には、第１ピストン１３０
および第２ピストン１３５が軸方向に摺動可能に挿入さ
れている。第１ピストン１３０の中心軸部分には、ダイ
アフラム２０の吐出口開閉部２５まで延長されたロッド
状の吐出口開閉手段５０が突設されている。

【００７６】第２ピストン１３５の上端軸部は、シリン
ダ１１０に連通しかつポートブロック１０３の上端面ま
で貫通された貫通孔１０３Ａ内に挿入され、下端側は第
１ピストン１３０に当接可能に配置されている。そし
て、第２ピストン１３５の下面中心部に形成された凹部
に、第１ピストン１３０の上端軸部が挿入されている。

【００７７】第１ピストン１３０には、軸方向に沿った
貫通孔が軸円周方向の３カ所に形成され、この各貫通孔
には、連動ロッド１３６がそれぞれ軸方向に移動可能に
挿入されている。この連動ロッド１３６の上端は第２ピ
ストン１３５の下面に当接可能とされ、下端はパイプ状
のダイアフラム進退手段５５の上面に当接可能とされて
いる。

【００７８】なお、各ピストン１３０，１３５のシリン
ダ１１０内面に接する外周面や、貫通孔１０３Ａの内面
やピストン１３５の凹部内面に接する部分には、Ｕ字シ
ール１３７が介装され、シリンダ１１０に供給された圧
縮空気が漏れないようにシールしている。

【００７９】第１ピストン１３０はコイルバネ１３１に
より上方に付勢され、第２ピストン１３５は連動ロッド
１３６、ダイアフラム進退手段５５を介してコイルバネ
１３８により上方に付勢されている。

【００８０】また、各シリンダポート１１３，１１４の
開口位置と、各ピストン１３０，１３５の接触位置を適
宜設定することで、シリンダポート１１３に圧縮空気を
供給すると、コイルバネ１３１の付勢力に抗してピスト
ン１３５を下方に移動可能に構成されている。また、シ
リンダポート１１４に圧縮空気を供給すると、コイルバ
ネ１３８の付勢力に抗してピストン１３０を下方に移動
可能に構成されている。

【００８１】ポートブロック１０３の上端には、図７に
示すように、吐出量調整部材１８５が貫通孔１０３Ａの
雌ネジに螺合されている。この吐出量調整部材１８５に
は、袋ナット１８１が螺合されている。この袋ナット１
８１は、係止リング１８２によってポートブロック１０
３に着脱可能に係止されている。

【００８２】そして、吐出量調整部材１８５、袋ナット
１８１間にはコイルバネ１８３が介装されている。そし
て、袋ナット１８１を回転させると、これに螺合されて
いる吐出量調整部材１８５もポートブロック１０３に対
して回転し、ポートブロック１０３に対する吐出量調整
部材１８５の軸方向の位置が調整可能とされている。

【００８３】ダイアフラム２０は、フッ素樹脂等の耐薬
品性能に優れた樹脂等で構成され、第１実施形態と同じ
く、薄膜２１部分に、吐出口開閉部２５や計量部２６が
形成されている。また、ダイアフラム３０もフッ素樹脂
等の耐薬品性能に優れた樹脂等で構成され、第１実施形
態と同じく、薄膜３１、吸入路開閉部３３等が形成され
ている。

【００８４】これらの樹脂もそれ自身で弾性力（ばね
力）を備えているので、吐出口開閉手段５０やダイアフ
ラム進退手段５５による付勢力が解除されれば、吐出口
開閉部２５や計量部２６は自身の弾性力で上方に移動す
る。吸入路開閉部３３も薄膜３１部分の弾性力で上方に
移動するが、樹脂製のダイアフラムは金属製のものに比
べて自身の弾性力が小さく、薄膜３１には中心部３２の
荷重も加わるため、吐出口開閉部２５や計量部２６に比
べて移動し難い。このため、本実施形態では、皿バネ２
３１を薄膜３１と固定プレート５との間に介在させ、皿
バネ２３１の力も利用して薄膜３１を上方に付勢してい
る。

【００８５】各シリンダポート１１３、１１４は、それ
ぞれ図示しない配管を介して電磁式の切換弁に接続さ
れ、これらの切換弁はコンプレッサ等の圧力源に接続さ
れている。これらの切換弁は制御装置によりそれぞれ独
立に制御されている。

【００８６】従って、前記シリンダ１１０、シリンダポ
ート１１３、１１４、第１〜第２ピストン１３０，１３
５、コイルバネ１３１，１３８、配管、切換弁、圧力源
および制御装置により吐出口開閉手段１５０、ダイアフ
ラム進退手段１５５の駆動機構が構成されている。特
に、ダイアフラム進退手段１５５は、シリンダポート１
１３、第２ピストン１３５、コイルバネ１３８の作用に
よって進退される。また、吐出口開閉手段１５０は、基
本的には、シリンダポート１１４、第１ピストン１３
０、コイルバネ１３１の作用によって進退されるが、第
２ピストン１３５の移動によっても連動して進退される
ため、これらも含めて吐出口開閉手段１５０の駆動機構
が構成されている。また、本実施形態では、吸入路開閉
部３３はダイアフラム３０自身のばね力と皿バネ２３１
とで平面シール部２０Ｂに当接されるため、吸入路開閉
部３３を付勢して液体吸入路４０を閉塞する付勢手段
は、ダイアフラム３０と皿バネ２３１とで構成されてい
る。

【００８７】次に、第２実施形態における作用に関し、
図９の動作説明図をも参照して説明する。運転開始前、
すなわち流体吐出装置１の停止状態においては、各シリ
ンダポート１１３，１１４には、空気は供給されていな
い。このため、吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進退
手段５５は、コイルバネ１３１、１３８によって上方に
付勢されており、図９（Ａ）に示すように、吐出口開閉
部２５、計量部２６も上方ストロークエンドの位置にあ
る。なお、ダイアフラム進退手段５５の上方ストローク
エンドの位置は、第２ピストン１３５が吐出量調整部材
１８５の下面に当接する位置とされている。すなわち、
袋ナット１８１を回して吐出量調整部材１８５の高さ位
置を変更すると、ダイアフラム進退手段５５の上方スト
ロークエンドの位置も調整される。

【００８８】また、吐出口開閉手段５０の上方ストロー
クエンドの位置は、第１ピストン１３０が、第２ピスト
ン１３５に当接する位置とされている。このため、第２
ピストン１３５の上方ストロークエンドの位置が袋ナッ
ト１８１、吐出量調整部材１８５で調整されると、第２
ピストン１３５だけでなく第１ピストン１３０の上方ス
トロークエンドの位置も調整されるようになっている。

【００８９】そして、各吐出口開閉手段５０、ダイアフ
ラム進退手段５５が上方ストロークエンドの位置にある
ことで、吐出口開閉手段５０、ダイアフラム進退手段５
５に当接されるダイアフラム２０の吐出口開閉部２５、
計量部２６も図９（Ａ）に示すように、ダイアフラム３
０から離れた上方の位置に配置されている。

【００９０】また、ダイアフラム３０および皿バネ２３
１の弾性力によって、吸入路開閉部３３はダイアフラム
２０のラッピング仕上げされた平面シール部２０Ｂに当
接し、液体吸入路４０を閉塞している。このため、液体
吸入路４０から供給された液体４１は、吸入路開閉部３
３で吸入ポート２２側から区画されて、計量空間４２内
に閉じこめられて計量されている。

【００９１】続いてシリンダポート１１３に圧縮空気を
供給すると、第２ピストン１３５がコイルバネ１３８の
付勢力に抗して下方に移動する。この際、第２ピストン
１３５は第１ピストン１３０にも当接しているので、コ
イルバネ１３１の付勢力にも抗して第１ピストン１３０
と共に下方に移動する。すなわち、シリンダポート１１
３に圧縮空気を供給すると、各ピストン１３０，１３５
は、各コイルバネ１３１，１３８の付勢力に打ち勝っ
て、一緒に下方に移動する。

【００９２】各ピストン１３０，１３５が下方に移動す
ると、吐出口開閉手段５０およびダイアフラム進退手段
５５も連動して下方に移動する。このため、図９（Ｂ）
に示すように、ダイアフラム２０の吐出口開閉部２５と
計量部２６とが同時に下方に移動し、吸入路開閉部３３
で区画された計量空間４２内の容積が減少する。このた
め、吐出口開閉部２５が吐出口３５に当接して吐出口３
５を塞ぐまでは、計量空間４２内の容積減少分に応じた
量の液体４１が、ダイアフラム３０の吐出口３５を介し
て吐出針３９から吐出される。

【００９３】そして、各ピストン１３０，１３５は、ピ
ストン１３０がボディ本体１０２の上端面に当接する位
置、つまり下方ストロークエンドまで移動する。この下
方ストロークエンドの位置は、図９（Ｃ）に示すよう
に、吐出口開閉部２５の下面が平面シール部２０Ｂより
もダイアフラム３０側に突出する位置とされている。こ
のため、ダイアフラム３０は、吐出口開閉部２５を介し
て吐出口開閉手段５０から下方への力が加わることで皿
バネ２３１の付勢力に抗して下方に移動する。それに伴
い、ダイアフラム３０の薄膜３１部分が変形し、吸入路
開閉部３３が平面シール部２０Ｂから離れる。従って、
吸入路開閉部３３が開かれて、計量空間４２は液体吸入
路４０を介して吸入ポート２２に連通する。

【００９４】続いて、シリンダポート１１４に圧縮空気
を供給する。この際、ピストン１３０は下方ストローク
エンドの位置にあるため、シリンダポート１１４に供給
された空気は、第２ピストン１３５を上方に移動しよう
とする。しかし、シリンダポート１１３にも圧縮空気が
供給されており、第２ピストン１３５のほうが、その圧
縮空気に接触する面積が大きくて、大きな力が加わって
いるので、シリンダポート１１３に圧縮空気を供給して
も、各ピストン１３０，１３５は移動せずにその位置
（図９（Ｃ）の状態）に維持される。

【００９５】次に、シリンダポート１１３への空気供給
を停止すると、第２ピストン１３５はシリンダポート１
１４に供給されている空気によって上方ストロークエン
ドの位置まで移動される。一方、第１ピストン１３０
は、シリンダポート１１４に供給される空気によって下
方に付勢されたままである。このため、図９（Ｄ）に示
すように、吸入路開閉部３３が開いた状態で、計量部２
６が上方に移動するため、吸入ポート２２から液体吸入
路４０を通して計量空間４２内に液体４１が流入され
る。

【００９６】次に、シリンダポート１１４への空気供給
を停止すると、コイルバネ１３１の付勢力で第１ピスト
ン１３０が上方に移動する。その移動に伴い、吐出口開
閉手段５０および吐出口開閉部２５も上昇し、その移動
途中で、図９（Ｅ）に示すように、吐出口開閉部２５の
下面が平面シール部２０Ｂと同じ高さ位置になると、吸
入路開閉部３３が平面シール部２０Ｂに当接し、液体吸
入路４０（吸入路開閉部３３）が閉塞される。

【００９７】さらに、第１ピストン１３０は第２ピスト
ン１３５に当接する上方ストロークエンドまで移動し、
吐出口開閉手段５０も上昇し、吐出口開閉部２５は吐出
口３５から離れ、図９（Ｆ）に示すように、初期状態に
戻る。

【００９８】なお、吐出口開閉部２５が吐出口３５から
離れて上方に移動すると、その分、負圧になって吐出口
３５内の液体４１が吸入路内に吸い込まれる。また、吸
入路開閉部３３が平面シール部２０Ｂに当接し、吸入ポ
ート２２から区画されているので、新たな液体４１が吸
入ポート２２から流入することもない。従って、特にチ
ェック弁等を設けなくても吐出針３９からの液体４１の
吐出は停止する。

【００９９】また、本実施形態における吐出量も、計量
空間４２内の容積変動量つまり計量部２６の移動量で設
定される。従って、吐出量調整部材１８５の位置を調整
し、第２ピストン１３５の上方ストロークエンドの位置
を変えることで、計量部２６の移動量をコントロールし
て吐出量を制御している。

【０１００】このような本実施形態においても、前記第
１実施形態の駆動源を圧電素子としたことによる効果以
外の作用効果、つまり（１）、（２）、（４）、（７）
〜（９）、（11）〜（21）と同じ作用効果を奏すること
ができる。（22）その上、ダイアフラム２０，３０つまり接液部分
を樹脂で構成しているので、金属などに反応してしまう
紫外線硬化樹脂等の液体４１を吐出することもできる。
また、金属製のダイアフラムの場合、研磨剤やシリカ等
の硬いフィラー入りの液体４１の吐出は、ダイアフラム
が摩耗してしまうため難しいが、樹脂製のダイアフラム
２０，３０であれば、フィラーが当たっても樹脂が変形
するだけであり摩耗が発生し難いので、フィラー入りの
液体４１の吐出にも適している。

【０１０１】（23）また、樹脂製のダイアフラム２０，
３０は、金属製のダイアフラムに比べて変形量を大きく
できるので、金属製ダイアフラムに比べると吐出量を多
くすることができる。例えば、５マイクロリットルから
５０ナノリットル程度の吐出量に設定することができ
る。従って、極微量の中でも比較的吐出量が多い場合に
は、樹脂製のダイアフラム２０，３０を用いることで十
分に対応することができる。

【０１０２】（24）さらに、エア駆動であるため、電気
等を使用できない防爆仕様の部分にも容易に利用するこ
とができる。

【０１０３】次に、本発明の第３実施形態について、図
１０，１１に基づいて説明する。前記各実施形態の流体
吐出装置１，１００では、各ダイアフラム２０，３０に
よりポンプ部材およびバルブ部材を構成していたのに対
し、本実施形態の流体吐出装置４００は、ダイアフラム
を用いずに、プランジャ等を用いて構成したものであ
る。

【０１０４】すなわち、流体吐出装置４００は、第２実
施形態の流体吐出装置１００と同じエア駆動式であり、
ダイアフラムを用いる代わりに、ポンプブロック４０１
に対して、ロッド状の吐出口開閉手段５０およびパイプ
状のダイアフラム進退手段５５を上下動可能に配置し、
それらの下端面を吐出口開閉部２５、計量部２６として
利用している。

【０１０５】一方、バルブブロック４０２に対して、吐
出口３５が形成されたバルブ部材４３０をその軸方向に
移動可能に配置している。このバルブ部材４３０は、コ
イルバネ４３１で上方に付勢され、吐出口３５周囲の突
部３４がポンプブロック４０１の平面シール部２０Ｂに
当接したり、離れたりすることで吸入路開閉部３３とし
て機能し、液体吸入路４０を開閉可能に構成されてい
る。

【０１０６】また、前記吐出口開閉手段５０の下端部で
ある吐出口開閉部２５は、バルブ部材４３０の突部３４
に当接して吐出口３５を閉塞し、さらにバルブ部材４３
０をコイルバネ４３１の付勢力に抗して下方に押し、吸
入路開閉部３３を平面シール部２０Ｂから離して液体吸
入路４０を開くことができるようにされている。また、
ダイアフラム進退手段５５の計量部２６は、上下方向に
移動することで計量部２６が嵌挿された部分、つまり計
量空間４２の容積を変えることができるようにされてい
る。

【０１０７】さらに、ダイアフラム進退手段５５とポン
プブロック４０１との間、および、バルブ部材４３０と
バルブブロック４０２との間には、それぞれＯリング等
からなるシール材４４０が介在され、シールされてい
る。従って、ポンプブロック４０１、吐出口開閉手段５
０の吐出口開閉部２５、ダイアフラム進退手段５５の計
量部２６でポンプ部材が構成され、バルブブロック４０
２、バルブ部材４３０でバルブ部材が構成されている。
また、ポンプ部材およびバルブ部材によって液体吸入路
４０が区画形成され、バルブ部材４３０の吸入路開閉部
３３が平面シール部２０Ｂに当接した際に、バルブ部材
４３０、ポンプブロック４０１、吐出口開閉部２５、計
量部２６で区画される部分が計量空間４２とされてい
る。

【０１０８】このような流体吐出装置４００において
は、駆動機構が前記第２実施形態と同じであるため、各
吐出口開閉部２５、計量部２６、吸入路開閉部３３は同
じように移動して液体４１の吸入、計量、吐出が行われ
る。また、液体４１の吐出量も、第２実施形態と同じ
く、計量部２６の移動量で調整される。

【０１０９】このような本実施形態においても、前記各
実施形態と同様の作用効果を奏することができる。（25）さらに、プランジャ式にしたので、ダイアフラム
を用いた場合に比べて接液面積を小さくすることができ
る。すなわち、ダイアフラム２０，３０では、吐出口開
閉部２５、計量部２６や吸入路開閉部３３を移動するた
めに、薄膜２１Ａ，２１Ｂ，３１部分を設ける必要があ
り、その分、接液面積が大きくなるが、プランジャ式の
場合、吐出口開閉部２５、計量部２６、吸入路開閉部３
３のみを設けることになるため、面積を小さくすること
ができる。このため、圧電素子６１，６２に比べてある
程度ストローク量が大きくなるエア駆動においても、計
量空間４２の面積等を小さくできるので、極微量の吐出
を行うことができる。

【０１１０】なお、本発明は前述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前
記第１，２実施形態では、ダイアフラム２０，３０自体
の弾性力をも利用して吐出口開閉部２５、計量部２６、
吸入路開閉部３３を移動していたが、図１２に示すよう
に、コイルバネ５０１〜５０３で各ダイアフラム２０，
３０の吐出口開閉部２５、計量部２６、吸入路開閉部３
３を付勢するようにしてもよい。但し、前記実施形態の
ほうが、コイルバネ５０１〜５０３が不要な分、各ダイ
アフラム２０，３０を小型化できる利点がある。

【０１１１】また、第３実施形態において、バルブ部材
４３０およびバルブブロック４０２を第１、２実施形態
のダイアフラム３０で構成してもよい。すなわち、プラ
ンジャタイプのポンプ部材と、ダイアフラムタイプのバ
ルブ部材とを組み合わせてもよい。この場合も、ポンプ
部がプランジャ式であるため、吐出量を小さくすること
ができるとともに、バルブ部材がダイアフラムであるた
め、コイルバネ４３１やシール材４４０を不要にでき、
構造を簡単にできる利点がある。

【０１１２】さらに、本発明の流体吐出装置で吐出する
流体としては、液体４１に限らず、気体（ガス）等でも
よい。特に、本発明は、強制弁を用いて吐出流体を容積
計量しているので、極微量の気体であっても、高精度に
吐出することができる。

【０１１３】さらに、各ダイアフラム２０，３０の材質
としては、ステンレス、チタン、ハステロイ等のばね性
を有する金属材料でもよいし、ポリ三フッ化塩化エチレ
ン（ＣＴＦＥ）等のばね性を有する樹脂でもよい。さら
には、図１２に示すように、コイルバネ５０１〜５０３
を用いた場合には、ばね性を有さない樹脂、金属なども
利用できる。これらの材料は、使用する流体の種類、特
性等を考慮して適宜設定すればよい。

【０１１４】さらに、駆動機構としては前記実施形態の
ような圧電素子６１，６２を用いたものや、エアシリン
ダ式の駆動機構に限らず、カムおよびカムフォロワ、ソ
レノイド、サーボモータ、モータおよびラック、ピニオ
ン等を用いた駆動機構を利用してもよい。

【０１１５】また、前記各実施形態では、吐出口３５が
開口され、吸入路開閉部３３が閉塞された状態を流体吐
出装置１，１００，４００の停止状態としていたが、吐
出する流体の種類等によっては、吐出口３５が閉塞され
た状態を停止状態としてもよい。この基準状態の選択
は、制御装置で適宜制御できるようにすれば、種々の流
体に容易に対応することができる。

【０１１６】さらに、前記各実施形態の動作順序を逆に
して、例えば第１実施形態では図５（Ｅ）から（Ａ）の
順に動作させ、第２実施形態では図９（Ｆ）から（Ａ）
の順に動作させて、前記実施形態における吐出口３５を
流体の供給側（吸入路）に、吸入路４０側を吐出口とし
て利用し、流体を逆流させてもよい。このような吐出方
向の逆転は、圧電素子６１，６２やエアシリンダ等の駆
動機構の動作を逆転させるだけでよく、簡単に切り替え
ることができる。

【０１１７】また、吐出口開閉手段５０、ダイアフラム
進退手段５５の形状等は、前記実施形態のものに限定さ
れず他の形状等でもよい。要するに、吐出口開閉手段５
０、ダイアフラム進退手段５５の順に、内側から外側に
同心円状に配置されていればよい。さらに、前記第１，
２実施形態では、計量部２６は薄膜２１をリブ状に折曲
することで形成していたが、吐出口開閉部２５と同様に
肉厚部で構成してもよい。また、吐出口開閉部２５、計
量部２６を他の薄膜２１Ａ，２１Ｂと同様の厚さで形成
してもよい。但し、前記実施形態のように、薄膜２１
Ａ，２１Ｂよりも肉厚にしたり、リブ状に折曲して形成
したほうが、薄膜２１Ａ部分の変位と薄膜２１Ｂ部分の
変位とを確実に分けることができる点で好ましい。

【０１１８】また、ポンプ部材やバルブ部材の形状、材
質も前記実施形態のものに限定されない。特に、材質
は、吐出対象となる流体の種類に応じて適宜選択すれば
よい。その他のボディ２等の形状、材質等も、前記実施
形態の形状等に限定されるものではなく、他の形状や材
質等でもよい。

【０１１９】

【発明の効果】このような本発明によれば、吐出口が形
成されたバルブ部材を移動可能にし、その移動によって
吸入路を開閉するようにしたので、駆動機構を少なくで
きて構造を簡易にできて小型化することができ、かつ吐
出液を容積計量できるので、微量の流体であっても高精
度に吐出できる。

【０１２０】さらに、ポンプ部材やバルブ部材をダイア
フラムで構成すれば、前記第１の目的に加えて、ポンプ
外部への液漏れを無くすことができ、耐薬品性とする場
合でも低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。

【図２】前記実施形態の流体吐出装置の上面図である。

【図３】前記実施形態の流体吐出装置の下面図である。

【図４】前記実施形態の要部を示す断面図である。

【図５】前記実施形態の液体吐出動作を示す動作説明図
である。

【図６】前記実施形態の制御装置におけるタイマの動作
を示す説明図である。

【図７】本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第２実施形態の要部を示す断面図であ
る。

【図９】第２実施形態の液体吐出動作を示す動作説明図
である。

【図１０】本発明の第３実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１１】本発明の第３実施形態の要部を示す断面図で
ある。

【図１２】本発明の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１流体吐出装置２ボディ２０，３０ダイアフラム２０Ｂ平面シール部２１，２１Ａ，２１Ｂ，３１薄膜２５吐出口開閉部２６計量部３３吸入路開閉部３５吐出口３９吐出針４０液体吸入路４１液体４２計量空間５０吐出口開閉手段５５ダイアフラム進退手段６１第１圧電素子６２第２圧電素子１００流体吐出装置１１０シリンダ１１３，１１４シリンダポート１３０第１ピストン１３５第２ピストン１３１，１３８コイルバネ１５０吐出口開閉手段１５５ダイアフラム進退手段１８５吐出量調整部材２３１皿バネ４００流体吐出装置４０１ポンプブロック４０２バルブブロック４３０バルブ部材４３１コイルバネ４４０シール材５０１〜５０３コイルバネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｂ 43/02 Ｆ０４Ｂ 43/02 ＣＤ 43/04 43/04 ＢＦ１６Ｊ 3/02 Ｆ１６Ｊ 3/02 ＢＣＦターム(参考） 3H070 AA00 BB01 BB12 CC29 CC34 CC37 DD01 DD22 DD65 DD91 3H075 AA01 BB04 BB14 BB21 CC11 CC16 DA01 DA03 DA04 DA05 DA09 DA15 DB02 DB21 3H077 AA00 BB10 CC02 CC07 DD06 DD12 EE05 EE26 FF02 FF07 FF09 FF10 FF14 FF22 FF36 FF37 3J045 AA08 AA10 AA14 BA04 CA03 CA10 CA15 CA17 EA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプ部材と、バルブ部材と、このポン
プ部材およびバルブ部材によって閉塞される計量空間に
連通可能な吸入路および吐出口を備えた流体吐出装置で
あって、前記バルブ部材は、前記吐出口を備えかつポンプ部材に
対して吐出口の軸方向に進退移動可能に設けられ、かつ
この進退移動に伴い前記ポンプ部材に接離されて前記吸
入路を開閉可能な吸入路開閉部が設けられ、前記ポンプ部材には、バルブ部材の吐出口に接離されて
吐出口を開閉可能な吐出口開閉部と、この吐出口開閉部
の外側に同心円状に配置されかつ前記計量空間内に向か
って進退移動されて計量空間内の容積を変更可能な計量
部とが設けられるとともに、前記吐出口開閉部を吐出口に向かって進退させて吐出口
を開閉可能とされ、かつ前記バルブ部材をその吐出口方
向に付勢してバルブ部材の吸入路開閉部をポンプ部材か
ら離して吸入路を開くことが可能な吐出口開閉手段と、吐出口開閉手段の外側に同心円状に配置されて前記計量
部をバルブ部材に向かって進退させて計量空間内の容積
を変更可能な計量部進退手段と、前記バルブ部材をポンプ部材に向かって付勢して前記吸
入路開閉部をポンプ部材に当接させることで吸入路を閉
塞させる付勢手段と、前記吐出口開閉手段および計量部進退手段をそれぞれ所
定動作で駆動させる駆動手段と、を備えることを特徴と
する流体吐出装置。
【請求項２】請求項１記載の流体吐出装置において、前記ポンプ部材は、中心側が薄膜とされて外周側が厚肉
に形成されたダイアフラムで構成され、その薄膜部分に
は、吐出口開閉部と、この吐出口開閉部を中心とする円
周上に形成された計量部とが設けられているとともに、
前記厚肉に形成された外周部には、前記バルブ部材の吐
出口開閉部が当接される平面シール部が形成され、前記バルブ部材は、外周側が薄膜とされかつ中心側が厚
肉に形成されたダイアフラムで一体的に構成され、その
外周部は前記ポンプ部材に移動不能に固定され、この外
周部から薄膜を介して連続する前記厚肉部には吐出口が
形成され、かつこの厚肉部は前記薄膜部分の変形によっ
てポンプ部材に対して進退移動可能に構成されているこ
とを特徴とする流体吐出装置。
【請求項３】請求項２記載の流体吐出装置において、前記ポンプ部材の吐出口開閉部は、他の薄膜部分よりも
厚肉に形成され、前記計量部は薄膜を折曲して形成され
ていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項４】請求項２又は３に記載の流体吐出装置に
おいて、前記ポンプ部材の吐出口開閉部および平面シール部と、
前記バルブ部材の吐出口開閉部および前記吐出口開閉部
が当接される吐出口の開口端面部分とは、ラッピングに
より仕上げ加工されていることを特徴とする流体吐出装
置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の流体吐
出装置において、前記駆動手段は、前記吐出口開閉部をバルブ部材に当接
させて吐出口を閉じた状態で、バルブ部材の吸入路開閉
部をポンプ部材から離して吸入路を開くとともに、ポン
プ部材の計量部をバルブ部材から離れる方向に移動させ
て計量空間の容積を大きくして流体を吸入する吸入動作
と、この吸入動作後にバルブ部材の吸入路開閉部をポンプ部
材に当接させて吸入路を閉じて吐出液を計量する計量動
作と、この計量動作後に吐出口からポンプ部材の吐出口開閉部
を離して吐出口を開くとともに、ポンプ部材の計量部を
バルブ部材に近づく方向に移動させて流体を吐出させる
吐出動作と、を行うように、前記吐出口開閉手段、ダイ
アフラム進退手段を駆動するように構成されたことを特
徴とする流体吐出装置。