知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024078403
(43)【公開日】2024-06-10
(54)【発明の名称】パルスバルブ及び塗布装置
(51)【国際特許分類】
F16K 31/04 20060101AFI20240603BHJP
B05C 5/00 20060101ALI20240603BHJP
B05C 11/10 20060101ALI20240603BHJP
B05B 7/26 20060101ALI20240603BHJP
【ＦＩ】
F16K31/04 Z
B05C5/00 101
B05C11/10
B05B7/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023170614
(22)【出願日】2023-09-29
(31)【優先権主張番号】P 2022190254
(32)【優先日】2022-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】朝比奈 大輔
(72)【発明者】
【氏名】西村 秀明
(72)【発明者】
【氏名】篠原 悟史
【テーマコード（参考）】
3H062
4F033
4F041
4F042
【Ｆターム（参考）】
3H062AA02
3H062AA12
3H062BB33
3H062CC05
3H062FF38
3H062FF41
3H062HH02
4F033QA01
4F033QB02X
4F033QB03X
4F033QB18
4F033QD02
4F033QD11
4F033QF02X
4F033QF03X
4F033QF08
4F033QG32
4F033QG38
4F033QK18X
4F033QK19X
4F041AB01
4F041BA05
4F041BA10
4F041BA12
4F041BA17
4F041BA32
4F041BA36
4F041BA42
4F041BA46
4F042AB00
4F042BA07
4F042BA19
4F042CA01
4F042CA06
4F042CB02
4F042CB26
4F042CB27
(57)【要約】
【課題】耐圧性の高いパルスバルブの提供を目的とする。
【解決手段】開示の一態様に係るパルスバルブは、圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、を有し、前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、前記ノズル部は、ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる。
【選択図】図２
【解決手段】開示の一態様に係るパルスバルブは、圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、を有し、前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、前記ノズル部は、ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、
前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、
を有し、
前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、
前記ノズル部は、
ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、
前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、
前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる、パルスバルブ。
前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、
を有し、
前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、
前記ノズル部は、
ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、
前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、
前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる、パルスバルブ。
【請求項2】
前記ノズル管部は、
前記流路に連通する第１管部と、
前記第１管部の外側に設けられ、前記ノズル孔を有する第２管部と、
を有する二重管構造を備える、請求項１に記載のパルスバルブ。
前記流路に連通する第１管部と、
前記第１管部の外側に設けられ、前記ノズル孔を有する第２管部と、
を有する二重管構造を備える、請求項１に記載のパルスバルブ。
【請求項3】
前記ノズル孔の直径は、５μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
【請求項4】
前記ハウジング部に挿入され、前記流路を開閉するニードルと、
前記ニードルを進退移動させる駆動機構と、
を有し、
前記駆動機構は、
前記ニードルと接続するエクステンションバーと、
前記エクステンションバーを進退移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記エクステンションバーは、インバー材から構成される、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
前記ニードルを進退移動させる駆動機構と、
を有し、
前記駆動機構は、
前記ニードルと接続するエクステンションバーと、
前記エクステンションバーを進退移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記エクステンションバーは、インバー材から構成される、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
【請求項5】
前記アクチュエータは、圧電アクチュエータである、請求項４に記載のパルスバルブ。
【請求項6】
前記圧電アクチュエータは、リングアクチュエータである、請求項５に記載のパルスバルブ。
【請求項7】
前記ハウジング部と前記駆動機構との間に配置される断熱フランジを有する、請求項４に記載のパルスバルブ。
【請求項8】
前記流路は、前記ニードルの外周壁の周方向に沿って配置される複数の分割経路を有し、
前記複数の分割経路のうち、隣り合う前記分割経路の境界壁が、前記ニードルの前記外周壁に接触することで、前記ニードルの位置をガイドする、請求項４に記載のパルスバルブ。
前記複数の分割経路のうち、隣り合う前記分割経路の境界壁が、前記ニードルの前記外周壁に接触することで、前記ニードルの位置をガイドする、請求項４に記載のパルスバルブ。
【請求項9】
前記ノズル管部の内面、及び前記ノズル部における前記ノズル孔の周辺に、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が形成されている、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
【請求項10】
前記流路と前記ノズル管部との間に設けられ、前記ノズル管部に連通する孔を有するオリフィスを有し、
前記オリフィスは、ビッカーズ硬さ７００Ｈｖ以上、耐熱衝撃温度差１００℃以上、及び平均線膨張係数１１×１０－６／Ｋ以下のセラミックスである、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
前記オリフィスは、ビッカーズ硬さ７００Ｈｖ以上、耐熱衝撃温度差１００℃以上、及び平均線膨張係数１１×１０－６／Ｋ以下のセラミックスである、請求項１又は請求項２に記載のパルスバルブ。
【請求項11】
前記エクステンションバーに連結される付勢手段と、
前記エクステンションバーを移動させて、前記付勢手段の伸縮量を調整する調整手段と、
前記付勢手段の伸縮量に応じた反力、及び前記反力を受けて変形する部材の変形量の少なくとも１つを計測する計測部と、
前記計測部による計測結果を出力する出力部と、
をさらに備える、請求項４に記載のパルスバルブ。
前記エクステンションバーを移動させて、前記付勢手段の伸縮量を調整する調整手段と、
前記付勢手段の伸縮量に応じた反力、及び前記反力を受けて変形する部材の変形量の少なくとも１つを計測する計測部と、
前記計測部による計測結果を出力する出力部と、
をさらに備える、請求項４に記載のパルスバルブ。
【請求項12】
圧縮流体と樹脂との混合物を生成する高圧容器と、
前記高圧容器から供給される前記混合物を吐出する請求項１又は請求項２に記載されるパルスバルブと、
を有する塗布装置。
前記高圧容器から供給される前記混合物を吐出する請求項１又は請求項２に記載されるパルスバルブと、
を有する塗布装置。
【請求項13】
前記高圧容器は、
前記混合物を撹拌する撹拌機構と、
前記混合物を撹拌する際の撹拌機構のトルクを計測するトルクメータと、
を有する、請求項１２に記載の塗布装置。
前記混合物を撹拌する撹拌機構と、
前記混合物を撹拌する際の撹拌機構のトルクを計測するトルクメータと、
を有する、請求項１２に記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、パルスバルブ及び塗布装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、塗料の乾燥過程においてＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）を超臨界二酸化炭素等の超臨界流体に替える塗料の塗布技術が知られている。
【0003】
また、超臨界流体を気体状に吐出させるパルスバルブが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超臨界流体を吐出させるパルスバルブには、超臨界流体の高圧状態を維持するための耐圧性が求められる。
【0005】
開示の技術は、耐圧性の高いパルスバルブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
開示の技術の一態様に係るパルスバルブは、圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、を有し、前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、前記ノズル部は、ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる。
【発明の効果】
【0007】
開示の技術によれば、パルスバルブの耐圧性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る塗布装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図2】第１実施形態のパルスバルブの構成例を示す模式的な断面図である。
【図3】第１実施形態のパルスバルブの構成例を示す一部断面図である。
【図4】第２実施形態のパルスバルブの構成例を示す模式的な断面図である。
【図5】第２実施形態のパルスバルブのＡ－Ａ断面図である。
【図6】第３実施形態に係るパルスバルブの構成例を示す模式的な断面図である。
【図7】第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブの構成例を示す模式的な断面図である。
【図8】第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブの構成例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0010】
［第１実施形態］
図１を参照して、第１実施形態に係る塗布装置１を説明する。
図１を参照して、第１実施形態に係る塗布装置１を説明する。
【0011】
＜塗布装置１の全体構成例＞
図１は、第１実施形態に係る塗布装置１の全体構成の一例を示す模式図である。塗布装置１は、超臨界二酸化炭素を生成する生成部３０と、生成部３０で生成された超臨界二酸化炭素と樹脂とを混合し、双方の混合物を得るための高圧容器６と、高圧容器６から供給される混合物を基材１２に吐出するパルスバルブ１０と、高圧容器６とパルスバルブ１０とを接続する配管４１と、を有する。なお、超臨界二酸化炭素は、「圧縮流体」の一例である。「圧縮流体」は、超臨界流体と亜臨界流体を含む。以下、圧縮流体として、超臨界流体の超臨界二酸化炭素を例に説明するが、適用可能な圧縮流体は、これに限定されない。超臨界流体の他の例として、超臨界水、超臨界窒素等が挙げられる。これらの超臨界流体は、環境負荷が少なく、安価なため好ましい。また、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合物を、単に「混合物」と言う場合がある。
図１は、第１実施形態に係る塗布装置１の全体構成の一例を示す模式図である。塗布装置１は、超臨界二酸化炭素を生成する生成部３０と、生成部３０で生成された超臨界二酸化炭素と樹脂とを混合し、双方の混合物を得るための高圧容器６と、高圧容器６から供給される混合物を基材１２に吐出するパルスバルブ１０と、高圧容器６とパルスバルブ１０とを接続する配管４１と、を有する。なお、超臨界二酸化炭素は、「圧縮流体」の一例である。「圧縮流体」は、超臨界流体と亜臨界流体を含む。以下、圧縮流体として、超臨界流体の超臨界二酸化炭素を例に説明するが、適用可能な圧縮流体は、これに限定されない。超臨界流体の他の例として、超臨界水、超臨界窒素等が挙げられる。これらの超臨界流体は、環境負荷が少なく、安価なため好ましい。また、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合物を、単に「混合物」と言う場合がある。
【0012】
超臨界二酸化炭素と混合される樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の例として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性フラン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂の例として、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
【0013】
樹脂に染料、顔料を混合することにより有色の塗膜を形成してもよい。ただし、ＶＯＣの発生を避けるため、本実施形態における混合物は、有機溶媒を含まないことが好ましい。
【0014】
混合物が塗布される基材１２の例として、樹脂材料、金属材料、並びに、炭素繊維、ガラス繊維、及びセルロース繊維等で形成された多孔質材料等が挙げられる。
【0015】
本実施形態の生成部３０は、図１に示されるように、液体二酸化炭素を貯蔵するボンベ２と、高圧弁１０１を介してボンベ２から供給される液体二酸化炭素を飽和温度以下に冷却する冷却器３と、液体二酸化炭素を所定の圧力まで加圧する高圧ポンプ４と、高圧ポンプ４から供給される液体二酸化炭素を所定の温度に加熱するヒータ５と、高圧ポンプ４から供給される液体二酸化炭素のうち、余剰な液体二酸化炭素を高圧ポンプ４より下流側に戻す背圧弁１０２と、を有する。
【0016】
冷却器３の例として、冷却水を循環させて、被冷却物を冷却するチラー装置が挙げられる。また、高圧ポンプ４の例として、液体吐出量の制御や脈動を防止可能なダブルプランジャーポンプが挙げられる。ただし、冷却器３や高圧ポンプ４は、これらに限られない。
【0017】
高圧ポンプ４で加圧された液体二酸化炭素をヒータ５で加熱することで、超臨界二酸化炭素が生成される。
【0018】
高圧容器６は、高圧弁１０３を介して生成部３０から供給される超臨界二酸化炭素と、超臨界二酸化炭素とは別経路を通って供給される樹脂とを高圧環境下で混合する。高圧容器６の例として、オートクレーブが挙げられる。ただし、これに限定されない。
【0019】
高圧容器６は、超臨界二酸化炭素と樹脂とを収める容器本体２１と、容器本体２１内に導入される超臨界二酸化炭素と樹脂とを撹拌する撹拌機構２２と、撹拌機構２２を駆動するモータ７と、撹拌機構２２の回転力を計測するトルクメータ２３と、を有する。
【0020】
撹拌機構２２の例として、マグネット式のインペラ（モータからの駆動力によって回転する羽根車）、一軸のスクリュウ、互いに噛み合う二軸のスクリュウ、互いに噛み合う又は重なり合う多数の撹拌素子をもつ二軸の混合機、互いに噛み合うらせん形の撹拌素子を有するニーダー、スタティックミキサー等が挙げられる。また、高圧容器６は、容器加温用のヒータ８と、容器内を大気開放するための高圧弁１０４と、を更に有することが好ましい。
【0021】
高圧容器６における超臨界二酸化炭素と樹脂との混合初期段階では、超臨界二酸化炭素と樹脂とが、十分に混合されていない。そのため、混合物の粘度が高く、撹拌機構２２のトルクが高い。これに対して、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合が進むにつれ、混合物の粘度が低下する。それに伴い、撹拌機構２２のトルクも下がる。また、超臨界二酸化炭素と樹脂とが十分に混ざり合うことで、混合物の粘度が更に低下した後、粘度の低下が止まる。それに応じて、撹拌機構２２のトルクも一定となる。すなわち、トルクメータ２３が、撹拌機構２２のトルクが一定になったことを検出することで、超臨界二酸化炭素と樹脂とが十分に混合したことを判定できる。
【0022】
高圧容器６において、例えば、５０ＭＰａ～６０ＭＰａ程度の高圧下で、超臨界二酸化炭素と樹脂とが混合されている。そのため、一般に、高圧容器６の蓋を開けるなどして、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合の進行状況を目視することができない。これに対して、本実施形態のように、トルクメータ２３を用いて撹拌機構２２のトルクの推移を計測する構成によれば、高圧容器６内を目視しなくても、超臨界二酸化炭素と樹脂との均一混合を判定することができる。その結果、未混合の樹脂が、パルスバルブ１０に供給されることを抑制し、パルスバルブ１０の吐出不良を防止できる。
【0023】
トルクメータ２３は、撹拌機構２２のトルク計測信号を制御装置２４に出力してもよい。また、制御装置２４は、トルクメータ２３のトルク計測信号によって、超臨界二酸化炭素と樹脂との均一混合を判定してもよい。また、制御装置２４は、判定結果に基づき、高圧容器６の下流側に配設される高圧弁１０５の開閉を制御してもよい。
【0024】
高圧容器６の下流側に、高圧弁１０５が設けられる。高圧弁１０５が開くことで、高圧容器６内の混合物が、配管４１を通り、パルスバルブ１０に供給される。また、配管４１の周囲に、加熱機構あるいは断熱部材を設けることが好ましい。これにより、配管４１を所定の温度に保持することができる結果、配管４１を流れる二酸化炭素の超臨界状態を維持し、流動性を高めることができる。
【0025】
パルスバルブ１０は、配管４１の先端と接続する。これにより、パルスバルブ１０と配管４１とが連通し、配管４１を流れた混合物が、パルスバルブ１０に導入される。また、パルスバルブ１０は、導入された混合物を基材１２に吐出する。
【0026】
パルスバルブ１０には、例えば、２００℃を超える温度（例えば、２５０℃の温度）を有し、５０ＭＰａ～６０ＭＰａ程度の圧力を有する混合物が導入される。パルスバルブ１０は、混合物における導入時の温度や圧力を維持しながら、基材１２に向けて混合物を吐出する。また、パルスバルブ１０は、例えば、開時間が１００μ秒以下となるよう高速の開閉動作を行う。これにより、パルスバルブ１０は、所望量の混合物を安定的に吐出する。なお、パルスバルブ１０の詳細は、後述の＜パルスバルブの構成＞の項で述べる。
【0027】
＜塗布装置１の動作＞
図１を参照して、塗布装置１における混合物の吐出動作を説明する。まず、ボンベ２に貯蔵される液体二酸化炭素が、高圧弁１０１を経由して冷却器３で飽和温度以下に冷却される。
図１を参照して、塗布装置１における混合物の吐出動作を説明する。まず、ボンベ２に貯蔵される液体二酸化炭素が、高圧弁１０１を経由して冷却器３で飽和温度以下に冷却される。
【0028】
続いて、冷却器３を通過した超臨界二酸化炭素が、高圧ポンプ４のサクション部に導入される。サクション部から高圧ポンプ４に導入された液体二酸化炭素は、高圧ポンプ４内で所定の圧力（例えば、二酸化炭素の臨界圧力である７．３ＭＰａ）以上に加圧される。また、定圧運転時、高圧ポンプ４に導入された液体二酸化炭素が、背圧弁１０２により高圧ポンプ４のサクション部に戻される。
【0029】
続いて、加圧された液体二酸化炭素は、ヒータ５により所定の温度（例えば、二酸化炭素の臨界温度である３１℃）以上に加熱される。これにより、液体二酸化炭素から超臨界二酸化炭素が生成される。
【0030】
続いて、生成された超臨界二酸化炭素は、高圧弁１０３を経由して、ヒータ８によって所定の温度に加熱された高圧容器６に投入される。また、超臨界二酸化炭素は、別経路で高圧容器６に投入された樹脂と、モータ７に接続された撹拌機構２２によって溶融混合される。
【0031】
このとき、混合物は、ヒータ８によって、例えば２５０℃程度に加熱される。また、混合物は、所定の昇圧機構によって、例えば、５０ＭＰａ～６０ＭＰａ程度の圧力まで昇圧される。
【0032】
本実施形態において、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合物は、これらの混合過程を経て得られる。均一な混合物が得られていることは、撹拌機構２２のトルクを計測するトルクメータ２３の計測値を介して判断する。
【0033】
続いて、高圧弁１０５が開放される。これにより、高圧容器６内の混合物は、配管４１を通り、パルスバルブ１０側に向けて流れる。また、パルスバルブ１０は、導入された混合物の温度、圧力を維持しつつ、パルスバルブ１０内に設けられる弁の開閉動作を繰り返して、所望量の混合物を基材１２に吐出する。
【0034】
＜パルスバルブの構成＞
次に、図２及び図３を参照して、第１実施形態に係る塗布装置１のパルスバルブ１０の構成を説明する。図２及び図３は、第１実施形態に係るパルスバルブ１０の構成例を示す模式的な断面図である。
次に、図２及び図３を参照して、第１実施形態に係る塗布装置１のパルスバルブ１０の構成を説明する。図２及び図３は、第１実施形態に係るパルスバルブ１０の構成例を示す模式的な断面図である。
【0035】
図２に示されるように、本実施形態のパルスバルブ１０は、内部に吐出対象物の流体の流路１１２を有するハウジング部１１０と、ハウジング部１１０の先端側に取り付けられ、吐出対象物を吐出するノズル部１２０と、ハウジング部１１０内に挿入され、ハウジング部１１０の流路１１２を開閉するニードル１３０と、ニードル１３０を進退移動させるための駆動機構１４０と、ハウジング部１１０と駆動機構１４０との間に設けられる断熱フランジ１５０と、を有する。本実施形態における吐出対象物の流体は、超臨界二酸化炭素と樹脂との混合物である。なお、混合物は、「超臨界流体を含む流体」の一例である。
【0036】
ここで、各図において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって方向を示す場合がある。図示されるＸ方向は、パルスバルブ１０の前後方向に対応する。Ｘ軸方向で矢印が向いている側をＸ方向＋側、Ｘ方向＋側の反対側をＸ方向－側と表記する。また、Ｙ方向は、パルスバルブ１０の幅方向に対応する。Ｙ軸方向で矢印が向いている側をＹ方向＋側、Ｙ方向＋側の反対側をＹ方向－側と表記する。また、Ｚ方向は、パルスバルブ１０の高さ方向に対応する。Ｚ軸方向で矢印が向いている側をＺ方向＋側、Ｚ方向＋側の反対側をＺ方向－側と表記する。
【0037】
＜＜ハウジング部＞＞
ハウジング部１１０は、パルスバルブ１０の最前部に位置し、配管４４１から導入される混合物を収容する筐体である。ハウジング部１１０の先端面（Ｘ方向＋側の最前位の面）は、基材１２と対向する。
ハウジング部１１０は、パルスバルブ１０の最前部に位置し、配管４４１から導入される混合物を収容する筐体である。ハウジング部１１０の先端面（Ｘ方向＋側の最前位の面）は、基材１２と対向する。
【0038】
ハウジング部１１０は、基部１１１を有する。また、基部１１１の内部に、吐出対象物である混合物の流路１１２が形成される。本実施形態の流路１１２は、Ｘ方向に沿って形成される。また、基部１１１の上面（Ｚ方向＋側の最上位の面）に、流路１１２に向けて窪む第１孔部１１３が凹設される。第１孔部１１３に、配管４１の先端に取り付けられた１／８インチ配管４４１が挿入される。第１孔部１１３に挿入された１／８インチ配管４４１は、流路１１２に連通する。なお、配管４１と１／８インチ配管４４１とを含めて、「配管４１」という場合がある。これにより、配管４１を流れた混合物が、流路１１２に導入される。ただし、流路１１２に連通する配管は、１／８インチ配管以外のサイズや形状の配管であってもよい。
【0039】
第１孔部１１３は、流路１１２側であるＺ方向－側に進むにしたがい、径が細くなるテーパー部位１１３Ｔを有する。また、１／８インチ配管４４１は、第１孔部１１３のテーパー部位１１３Ｔと接触した際に圧力変形する接続フェラルを介して、第１孔部１１３に嵌め込まれることが好ましい。１／８インチ配管４４１には、高温・高圧の混合物が流れる。そのため、１／８インチ配管４４１が、接続フェラルを介して、第１孔部１１３に嵌まり込むことで、高温、高圧の混合物が流れても、１／８インチ配管４４１が第１孔部１１３から脱離しない。
【0040】
基部１１１の第１孔部１１３が設けられる領域が、加熱機構（例えば、ヒーティングブロック）によって加熱されていてもよい。加熱機構を設けることで、１／８インチ配管４４１を流れる混合物の温度低下を防ぐことができる。
【0041】
ハウジング部１１０は、基部１１１より先端側（Ｘ方向＋側）にブロック１１４を有する。ブロック１１４は、ネジ１１５ａ，１１５ｂを介して基部１１１に取り付けられる。
【0042】
ブロック１１４の先端面（すなわち、ハウジング部１１０の先端面）に、流路１１２側であるＸ方向－側に向かって窪む第２孔部１１６が凹設される。本実施形態の第２孔部１１６は、Ｘ方向に沿って形成される。第２孔部１１６に、ノズル部１２０が挿入される。なお、第２孔部１１６は、「孔部」の一例である。
【0043】
ハウジング部１１０に収容される混合物の圧力は、６０ＭＰａ以下であることが好ましい。また、ハウジング部１１０に収容される混合物の温度は、２５０℃以下であることが好ましい。ただし、これに限定されない。
【0044】
＜＜ノズル部＞＞
ノズル部１２０は、第２孔部１１６に挿入された状態において、Ｘ方向に沿って延在するノズル基部１２１を有する。また、ノズル基部１２１の外周部に、押圧型の接続ネジが形成される。ノズル基部１２１における接続ネジのネジ溝と、第２孔部１１６に形成されるネジ溝とが係合することで、ノズル部１２０は、押圧状態で第２孔部１１６に嵌め込まれる。
ノズル部１２０は、第２孔部１１６に挿入された状態において、Ｘ方向に沿って延在するノズル基部１２１を有する。また、ノズル基部１２１の外周部に、押圧型の接続ネジが形成される。ノズル基部１２１における接続ネジのネジ溝と、第２孔部１１６に形成されるネジ溝とが係合することで、ノズル部１２０は、押圧状態で第２孔部１１６に嵌め込まれる。
【0045】
ノズル基部１２１の内部に、Ｘ方向に沿うチューブ状のノズル管部１２２が形成される。図３に示されるように、ノズル管部１２２は、流路１１２の先端に連通する第１管部１２２ａと、第１管部１２２ａと同心であって、第１管部１２２ａの外側に設けられる第２管部１２２ｂと、を有する。第２管部１２２ｂの先端は、基材１２に混合物を吐出するノズル孔１２３に対応する。
【0046】
ノズル管部１２２は、第１管部１２２ａと第２管部１２２ｂとで構成される二重管構造を有する。このような二重管構造とすることで、ノズル管部１２２の強度を高めることができる。また、流路１１２から供給される混合物の吐出安定性を高めることができる。
【0047】
ノズル孔１２３の直径は、５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、ノズル孔１２３の直径は、１００μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましく、１５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが更に好ましい。
【0048】
ノズル孔１２３の直径が、５μｍを下回る場合、直径が細すぎて混合物の安定吐出が阻害されるおそれがある等の点で好ましくない。また、ノズル孔１２３の直径が、５００μｍを上回る場合、ノズル部１２０におけるノズル孔１２３を除く領域の厚みが薄くなり、混合物を吐出する際の圧力に耐えられない可能性がある等の点で好ましくない。
【0049】
また、ノズル部１２０は、ノズル管部１２２の外周部に設けられる接続フェラル１２４を有する。接続フェラル１２４は、図２及び図３に示されるように、Ｘ方向－側に進むにしたがい径が狭まる略円錐台状の、例えば、ステンレス製部材である。
【0050】
ノズル部１２０が、押圧状態で第２孔部１１６に嵌め込まれると、接続フェラル１２４は、第２孔部１１６のテーパー部位１１６Ｔと衝突する。接続フェラル１２４は、テーパー部位１１６Ｔとの衝突後、更に第２孔部１１６の奥側に移動し、テーパー部位１１６Ｔの内側に差し込まれる。その結果、接続フェラル１２４は、第２孔部１１６のテーパー部位１１６Ｔに押し潰されるよう圧力変形する。これにより、接続フェラル１２４の更なる移動が規制される。その結果、ノズル部１２０が、第２孔部１１６に嵌め込まれ、ブロック１１４に強固に固定される。
【0051】
ノズル部１２０が、接続フェラル１２４を介してハウジング部１１０のブロック１１４に固定されることで、耐圧性、耐久性を高めることができる。特に、ノズル部１２０には、高圧の混合物が流れるため、接続フェラル１２４を介したノズル部１２０とハウジング部１１０との接合が好適である。接続フェラル１２４は、オリフィス１３１を挟んで、ニードル１３０及びエクステンションバー１４１の移動方向に沿うように、固定圧着されている。そのため、高圧、高温の環境下においても、接続フェラル１２４を含むノズル部１２０の脱離を防止することができる。
【0052】
混合物と接触するノズル管部１２２の内面に、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が形成されていることが好ましい。ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の例として、チタンカーバイド（ＳｉＣ）皮膜、窒化チタン（ＴｉＮ）皮膜、窒化チタンカーバイド（ＴｉＣＮ)皮膜、窒化チタンアルミニウム(ＴｉＡｌＮ)皮膜等のセラミックス皮膜、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、若しくはＴｉＡｌＮを含むサーメット皮膜、又は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非晶質炭素を含む皮膜が挙げられる。ノズル管部１２２の内面において、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜は、第１管部１２２ａの内面と第２管部１２２ｂの内面に亘って形成されることが好ましい。
【0053】
ノズル部１２０におけるノズル孔１２３の周辺にも、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が形成されていることが好ましい。図示されるノズル孔１２３は、ノズル基部１２１の先端壁１２１Ｆ（図３参照）の表面に露出している。そのため、ノズル部１２０におけるノズル孔１２３の周辺の例として、ノズル基部１２１の先端壁１２１Ｆの表面における、ノズル孔１２３の周辺が挙げられる。
【0054】
ノズル孔１２３の周辺に形成される皮膜も同様に、ＳｉＣ皮膜、ＴｉＮ皮膜、ＴｉＣＮ皮膜、ＴｉＡｌＮ等のセラミックス皮膜、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ若しくはＴｉＡｌＮを含むサーメット皮膜、又は、ＤＬＣ等の非晶質炭素を含む皮膜であってよい。また、これら以外の皮膜であってもよい。
【0055】
ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が、ノズル管部１２２の内面やノズル孔１２３の周辺に形成されることで、ノズル管部１２２の内面やノズル孔１２３の周辺に、混合物の残留物が付着することを防ぐことができる。これにより、ノズル管部１２２及びノズル孔１２３を通過する混合物の流れが阻害される事態を防止でき、ノズル孔１２３から所望量の混合物を安定して吐出することができる。
【0056】
ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の膜厚は、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であることがより好ましい。ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の膜厚を上記範囲とすることで、ノズル管部１２２の内面等の微小面の表面形状をほとんど変化させることなく、皮膜を形成することができる。これにより、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の形成による、吐出安定性への影響を低減することができる。
【0057】
ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の形成方法は、特に限定されないが、一例として、真空蒸着法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法が挙げられる。ＰＶＤ法を用いることで、ノズル管部１２２の内面等の微小面に対しても、膜厚が均一な薄膜を形成することができる。これにより、混合物の一部が、ノズル管部１２２の内面及びノズル孔１２３の周辺に残留することを、より効果的に防ぐことができる。
【0058】
ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜を形成する前に、ノズル管部１２２の内面やノズル孔１２３の周辺を、ブラスト処理や研磨処理等の表面改質処理を行ってもよい。これにより、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜の密着性を向上させることができる。
【0059】
＜＜ニードル＞＞
ニードル１３０は、ハウジング部１１０内に挿入され、ハウジング部１１０の流路１１２を開閉する弁として機能する。
ニードル１３０は、ハウジング部１１０内に挿入され、ハウジング部１１０の流路１１２を開閉する弁として機能する。
【0060】
具体的には、ニードル１３０が前進することで、ニードル１３０の先端が、流路１１２と、ノズル部１２０のノズル管部１２２の後端との間に設けられるオリフィス１３１の極小孔１３２等の孔を塞ぐ。これにより、流路１１２が閉じる。続いて、ニードル１３０が後退することで、ニードル１３０の先端が、オリフィス１３１から離れる。これにより、オリフィス１３１の極小孔１３２が開口し、流路１１２が開く。
【0061】
ニードル１３０における流路１１２の開閉動作によって、流路１１２に達した混合物のうちの所望量の混合物をノズル部１２０側に供給することができる。ニードル１３０の応答速度（弁の開時間）は、１００μ秒以下が好ましい。
【0062】
ニードル１３０は、耐久性、耐圧性等の観点から、ジルコニア等の高強度のセラミックスであることが好ましい。また、ニードル１３０の先端が衝突するオリフィス１３１も、高強度のセラミックスから構成されることが好ましい。オリフィス１３１を構成するセラミックスとして、ビッカーズ硬さ７００Ｈｖ以上、耐熱衝撃温度差１００℃以上、及び平均線膨張係数１１×１０－６／Ｋ以下のセラミックスであることが好ましい。一例として、ジルコニア、アルミナ、ムライト、コージライトが挙げられる。なお、耐熱衝撃温度差は、例えば、ＪＩＳ Ｒ １６４８：２００２に規定されている相対法による熱衝撃試験方法に準じて測定される。
【0063】
オリフィス１３１が、これらの特性を有するセラミックスから構成されることで、オリフィス１３１の耐久性、耐熱衝撃性、耐熱変形性等の機械的、熱的特性を向上させることができる。これにより、吐出動作の際にニードル１３０と衝突するオリフィス１３１が変形や破損し、オリフィス１３１から混合物が漏れ出る等の不具合を防止することができる。
【0064】
オリフィス１３１を構成するセラミックスのビッカーズ硬さの上限値の一例として、２２００Ｈｖ以下が挙げられる。オリフィス１３１を構成するセラミックスの耐熱衝撃温度差の上限値の一例として、４５０℃以下が挙げられる。オリフィス１３１を構成するセラミックスの平均線膨張係数の下限値の一例として、４．０×１０－６／Ｋ以上が挙げられる。
【0065】
＜＜駆動機構＞＞
駆動機構１４０は、ニードル１３０と接続し、ニードル１３０を進退移動させるための機構部である。具体的には、駆動機構１４０は、図２に示されるように、ニードル１３０の後端と接続する長尺筒状のエクステンションバー１４１と、エクステンションバー１４１を所定の速さで進退移動させる圧電アクチュエータ１４２と、を有する。
駆動機構１４０は、ニードル１３０と接続し、ニードル１３０を進退移動させるための機構部である。具体的には、駆動機構１４０は、図２に示されるように、ニードル１３０の後端と接続する長尺筒状のエクステンションバー１４１と、エクステンションバー１４１を所定の速さで進退移動させる圧電アクチュエータ１４２と、を有する。
【0066】
エクステンションバー１４１は、混合物と接触するニードルからの伝熱による熱膨張を避けるため、熱膨張率の低い材料から構成されることが好ましい。熱膨張率の低い材料の例として、鉄とニッケルとの合金であるインバー材や、鉄、ニッケル、コバルトの合金であるスーパーインバー材等が挙げられる。この中で、熱膨張率が極めて低いスーパーインバー材が好適である。
【0067】
流路１１２には、例えば、２５０℃程度の温度を有する混合物が流れる。また、ニードル１３０の先端領域は、流路１１２に挿入されており、混合物と接触する。これに対して、エクステンションバー１４１は、ニードル１３０に連設される。したがって、エクステンションバー１４１に、ニードル１３０を介して混合物からの熱が伝熱される。このとき、仮に、エクステンションバー１４１が大きく熱膨張すると、エクステンションバー１４１の進退範囲が変化するに伴い、ニードル１３０の進退範囲も変化する。その結果、流路１１２に収容される混合物のうち、所望量の混合物をノズル部１２０側に正確に供給することができなくなる場合がある。これに対して、エクステンションバー１４１が、例えば、スーパーインバー材のように、熱膨張率の低い材料からなることで、ニードル１３０から混合物の熱が伝わっても、熱膨張を抑えることができる。その結果、所望量の混合物をノズル部１２０側に正確に供給することができる。
【0068】
また、エクステンションバー１４１が、例えば、スーパーインバー材のように、熱膨張を抑制できる材料からなることで、圧電アクチュエータ１４２の動作安定性を担保できる。
【0069】
圧電アクチュエータ１４２は、例えば、パルス状の電圧信号の印加に応じて、伸縮変形する圧電素子を含む。本実施形態における圧電アクチュエータ１４２は、Ｘ方向に伸縮変形する。また、圧電アクチュエータ１４２は、エクステンションバー１４１の外周に周設されるリングアクチュエータであることが好ましい。圧電アクチュエータ１４２をリングアクチュエータとすることで、鋭角コーナー部を有さず、動作の際の負荷が表面全体に均一に分散するため、耐久性を高めることができる。また、圧電アクチュエータ１４２を薄い圧電素子層で構成できるため、低電圧で大きな変位量を得ることができる。
【0070】
本実施形態では、駆動機構１４０のアクチュエータを圧電アクチュエータ１４２としたが、他の方式のアクチュエータであってもよい。ただし、約１００μ秒を下回る弁の開閉動作を実現するための高速応答の観点から、圧電アクチュエータ１４２を用いることが好ましい。
【0071】
＜＜断熱フランジ＞＞
断熱フランジ１５０は、ハウジング部１１０から圧電アクチュエータ１４２側への伝熱を防ぐ。断熱フランジ１５０の材料は、特に限定されないが、高断熱性を有するセラミックス製であることが好ましい。ハウジング部１１０と圧電アクチュエータ１４２との間に断熱フランジ１５０を設けることで、熱に弱い圧電アクチュエータ１４２に混合物からの熱が伝わることを抑制できる。その結果、圧電アクチュエータ１４２の動作安定性を担保することができる。
断熱フランジ１５０は、ハウジング部１１０から圧電アクチュエータ１４２側への伝熱を防ぐ。断熱フランジ１５０の材料は、特に限定されないが、高断熱性を有するセラミックス製であることが好ましい。ハウジング部１１０と圧電アクチュエータ１４２との間に断熱フランジ１５０を設けることで、熱に弱い圧電アクチュエータ１４２に混合物からの熱が伝わることを抑制できる。その結果、圧電アクチュエータ１４２の動作安定性を担保することができる。
【0072】
［第２実施形態］
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係るパルスバルブ１０ａを説明する。図４は、第２実施形態に係るパルスバルブ１０ａの構成例を示す模式的な断面図である。また、図５は、図４に示されるＡ－Ａ線に沿って切断されたパルスバルブ１０ａの断面図である。
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係るパルスバルブ１０ａを説明する。図４は、第２実施形態に係るパルスバルブ１０ａの構成例を示す模式的な断面図である。また、図５は、図４に示されるＡ－Ａ線に沿って切断されたパルスバルブ１０ａの断面図である。
【0073】
図５に示されるように、流路１１２は、それぞれＸ方向に沿う複数の分割経路１１２ａ～１１２ｄを含む。分割経路１１２ａ～１１２ｄの位置は、特に限定されないが、流路１１２におけるオリフィス１３１近傍の先端領域であることが好ましい。
【0074】
分割経路１１２ａ～１１２ｄは、ニードル１３０の周方向に沿って配置されると共に、ニードル１３０の外周壁１３５から径方向外側に延びる間隙で構成される。また、例えば、分割経路１１２ａと分割経路１１２ｂとの境界壁１１２Ｗ１、分割経路１１２ｂと分割経路１１２ｃとの境界壁１１２Ｗ２、分割経路１１２ｃと分割経路１１２ｄとの境界壁１１２Ｗ３、分割経路１１２ｄと分割経路１１２ａとの境界壁１１２Ｗ４のように、隣り合う分割経路の境界壁１１２Ｗ１～１１２Ｗ４は、ニードル１３０の外周壁１３５と接触する。これにより、進退移動を経ても、ニードル１３０が流路１１２の中央に位置するようガイドすることができる。その結果、所望量の混合物をノズル部１２０側に正確に供給することができる。
【0075】
［第３実施形態］
＜パルスバルブの構成＞
次に、図６を参照して、第３実施形態に係るパルスバルブ１０ｂを説明する。図６は、第３実施形態に係るパルスバルブ１０ｂの構成例を示す模式的な断面図である。第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成部に関して、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略する。
＜パルスバルブの構成＞
次に、図６を参照して、第３実施形態に係るパルスバルブ１０ｂを説明する。図６は、第３実施形態に係るパルスバルブ１０ｂの構成例を示す模式的な断面図である。第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成部に関して、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略する。
【0076】
図６に示すように、第３実施形態に係るパルスバルブ１０ｂは、流路１１２を有するハウジング部１１０と、ノズル部１２０と、ニードル１３０と、駆動機構１４０と、バネ（付勢手段）２１０と、ネジ（調整手段）２２０と、第１計測部２３０と、出力部２３１と、を有する。また、パルスバルブ１０ｂは、バネハウジング２５０と、スペーサ２６０と、を更に有していてもよい。
【0077】
＜＜バネハウジング＞＞
バネハウジング２５０は、バネ２１０、第１計測部２３０及びスペーサ２６０等の部材を収容する。また、バネハウジング２５０は、駆動機構１４０と断熱フランジ１５０との間に配置される。駆動機構１４０と断熱フランジ１５０とは、バネハウジング２５０を介して、連結される。
バネハウジング２５０は、バネ２１０、第１計測部２３０及びスペーサ２６０等の部材を収容する。また、バネハウジング２５０は、駆動機構１４０と断熱フランジ１５０との間に配置される。駆動機構１４０と断熱フランジ１５０とは、バネハウジング２５０を介して、連結される。
【0078】
バネハウジング２５０は、先端側（Ｘ方向＋側）が開口し、Ｘ方向－側に窪む凹所を有する筒状の基体２５１と、基体２５１の開口を覆う蓋体２５２と、を有する。蓋体２５２が、基体２５１の開口を覆うことで、バネ２１０、第１計測部２３０、及びスペーサ２６０等の部材を収容する空間２５０Ｓが形成される。
【0079】
空間２５０Ｓにおいて、バネ２１０、スペーサ２６０、及び第１計測部２３０は、蓋体２５２側から基体２５１側に向かうにしたがい、この順に配置される。バネ２１０は、スペーサ２６０と接触する。また、スペーサ２６０は、第１計測部２３０に接触する。バネ２１０の伸縮によって生じるバネ反力は、スペーサ２６０及び第１計測部２３０のそれぞれに加わる。ただし、バネ２１０、スペーサ２６０、及び第１計測部２３０のそれぞれの配置は、これに限定されない。なお、バネ反力は、「反力」の一例である。
【0080】
＜＜エクステンションバー＞＞
駆動機構１４０のエクステンションバー１４１ｂは、後端側（Ｘ方向－側）に配置され、圧電アクチュエータ１４２の内部に挿通される本体部１４１１と、先端側（Ｘ方向＋側）に配置され、ニードル１３０を支持するニードル受部１４１２と、本体部１４１１とニードル受部１４１２とをつなぐ中間部１４１３と、を有する。
駆動機構１４０のエクステンションバー１４１ｂは、後端側（Ｘ方向－側）に配置され、圧電アクチュエータ１４２の内部に挿通される本体部１４１１と、先端側（Ｘ方向＋側）に配置され、ニードル１３０を支持するニードル受部１４１２と、本体部１４１１とニードル受部１４１２とをつなぐ中間部１４１３と、を有する。
【0081】
本体部１４１１は、圧電アクチュエータ１４２の後端面（Ｘ方向－側の面）に接触するネジ２２０に連結される。ニードル受部１４１２は、バネハウジング２５０の空間２５０Ｓに収容されるとともに、蓋体２５２に設けられた貫通孔２５２４に挿通されるニードル１３０に連結される。中間部１４１３は、基体２５１に設けられた貫通孔２５１４に挿通されるとともに、第１計測部２３０及びスペーサ２６０の内部を通過する。
【0082】
＜＜バネ＞＞
バネ２１０は、エクステンションバー１４１ｂに連結される。図示されるバネ２１０は、エクステンションバー１４１ｂのニードル受部１４１２に連結される。バネ２１０の種類は、限定されない。バネ２１０の一例として、螺旋バネが挙げられる。バネ２１０は、バネハウジング２５０の空間２５０Ｓにおいて、Ｘ方向に沿って伸縮するよう配置される。
バネ２１０は、エクステンションバー１４１ｂに連結される。図示されるバネ２１０は、エクステンションバー１４１ｂのニードル受部１４１２に連結される。バネ２１０の種類は、限定されない。バネ２１０の一例として、螺旋バネが挙げられる。バネ２１０は、バネハウジング２５０の空間２５０Ｓにおいて、Ｘ方向に沿って伸縮するよう配置される。
【0083】
＜＜ネジ＞＞
ネジ２２０は、エクステンションバー１４１ｂを移動させて、バネ２１０の伸縮量Δｘを調整する。ネジ２２０の内側面に形成されるネジ溝は、エクステンションバー１４１ｂの本体部１４１１の表面に形成されるネジ溝と噛み合う。例えば、ネジ２２０を所定の方向に回転させると、本体部１４１１が後退移動する。反対に、ネジ２２０を所定の方向とは逆方向に回転させると、本体部１４１１が前進移動する。すなわち、ネジ２２０の回転に応じて、本体部１４１１、中間部１４１３、ニードル受部１４１２が、それぞれ移動する。また、ニードル受部１４１２の移動に伴い、バネ２１０が伸縮する。同時に、ニードル１３０が移動する。その結果、ニードル１３０が、オリフィス１３１から離れ、混合物が、ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込む。ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込んだ混合物の量は、移動後のニードル１３０の先端の位置によって変化する。最終的に、ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込んだ混合物は、ノズル部１２０を通過し、ノズル孔１２３から外部に吐出される。すなわち、混合物の吐出量は、ニードル１３０の先端の位置によって変化する。ニードル１３０の先端の位置は、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じて決まる。換言すれば、ネジ２２０の回転量に応じて、バネ２１０の伸縮量Δｘ及びニードル１３０の先端の位置を調整することができる。
ネジ２２０は、エクステンションバー１４１ｂを移動させて、バネ２１０の伸縮量Δｘを調整する。ネジ２２０の内側面に形成されるネジ溝は、エクステンションバー１４１ｂの本体部１４１１の表面に形成されるネジ溝と噛み合う。例えば、ネジ２２０を所定の方向に回転させると、本体部１４１１が後退移動する。反対に、ネジ２２０を所定の方向とは逆方向に回転させると、本体部１４１１が前進移動する。すなわち、ネジ２２０の回転に応じて、本体部１４１１、中間部１４１３、ニードル受部１４１２が、それぞれ移動する。また、ニードル受部１４１２の移動に伴い、バネ２１０が伸縮する。同時に、ニードル１３０が移動する。その結果、ニードル１３０が、オリフィス１３１から離れ、混合物が、ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込む。ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込んだ混合物の量は、移動後のニードル１３０の先端の位置によって変化する。最終的に、ニードル１３０とオリフィス１３１との間の空間に流れ込んだ混合物は、ノズル部１２０を通過し、ノズル孔１２３から外部に吐出される。すなわち、混合物の吐出量は、ニードル１３０の先端の位置によって変化する。ニードル１３０の先端の位置は、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じて決まる。換言すれば、ネジ２２０の回転量に応じて、バネ２１０の伸縮量Δｘ及びニードル１３０の先端の位置を調整することができる。
【0084】
＜＜第１計測部＞＞
第１計測部２３０は、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じたバネ反力を計測する。第１計測部２３０の一例として、バネ２１０から受けるバネ反力を計測するロードセルが挙げられる。ただし、第１計測部２３０は、ロードセルに限定されない。なお、第１計測部２３０は、「計測部」の一例である。
第１計測部２３０は、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じたバネ反力を計測する。第１計測部２３０の一例として、バネ２１０から受けるバネ反力を計測するロードセルが挙げられる。ただし、第１計測部２３０は、ロードセルに限定されない。なお、第１計測部２３０は、「計測部」の一例である。
【0085】
第１計測部２３０は、バネ反力を受けて歪む起歪体と、起歪体の表面に取り付けられ、起歪体の歪みを測定する歪ゲージと、歪ゲージの測定結果に基づき、バネ２１０から受けるバネ反力を算出する算出処理部と、を備える。バネ２１０のバネ定数は、使用されるバネ２１０によって既知であることから、算出処理部は、バネ反力と、バネ２１０のバネ定数に基づき、バネ２１０の伸縮量Δｘを算出してもよい。
【0086】
＜＜出力部＞＞
出力部２３１は、第１計測部２３０による計測結果を出力する。出力部２３１の例として、第１計測部２３０による計測結果であるバネ反力、バネ２１０の伸縮量Δｘ、バネ２１０の伸縮量Δｘに対応するネジ２２０の回転量を表示するモニターが挙げられる。ただし、出力部２３１は、モニターに限定されない。また、出力部２３１は、第１計測部２３０と一体化されていてもよい。
出力部２３１は、第１計測部２３０による計測結果を出力する。出力部２３１の例として、第１計測部２３０による計測結果であるバネ反力、バネ２１０の伸縮量Δｘ、バネ２１０の伸縮量Δｘに対応するネジ２２０の回転量を表示するモニターが挙げられる。ただし、出力部２３１は、モニターに限定されない。また、出力部２３１は、第１計測部２３０と一体化されていてもよい。
【0087】
＜＜効果及びその他の事項＞＞
ネジ２２０を回転させて、伸縮量Δｘだけバネ２１０を伸縮させた場合に、パルスバルブ１０ｂから混合物を吐出させ、そのときの混合物の吐出量を別途計量する。これにより、バネ２１０の伸縮量Δｘと、混合物の吐出量との対応関係を定量的に把握することができる。すなわち、ネジ２２０の回転量と混合物の吐出量とを、定量的に対応づけることができる。その結果、ネジ２２０の回転量に応じた混合物の吐出量が把握され、ネジ２２０の回転による混合物の吐出量の調整精度を高めることができる。
ネジ２２０を回転させて、伸縮量Δｘだけバネ２１０を伸縮させた場合に、パルスバルブ１０ｂから混合物を吐出させ、そのときの混合物の吐出量を別途計量する。これにより、バネ２１０の伸縮量Δｘと、混合物の吐出量との対応関係を定量的に把握することができる。すなわち、ネジ２２０の回転量と混合物の吐出量とを、定量的に対応づけることができる。その結果、ネジ２２０の回転量に応じた混合物の吐出量が把握され、ネジ２２０の回転による混合物の吐出量の調整精度を高めることができる。
【0088】
ネジ２２０の回転は、人手により行われてもよいし、モータ等の駆動部により行われてもよい。駆動部によりネジ２２０を回転させる場合、第１計測部２３０は、駆動部の動作を制御する情報処理装置に、バネ反力等の計測結果を伝送してもよい。情報処理装置は、第１計測部２３０から伝送された計測結果に基づき、パルスバルブ１０ｂから吐出される混合物の吐出量を制御するためのネジ２２０の回転量を算出する。また、情報処理装置は、算出したネジ２２０の回転量を含む制御信号を、駆動部に伝送する。これにより、駆動部は、情報処理装置から出力された制御信号に基づくネジ２２０の回転量分、ネジ２２０を回転させる。
【0089】
［第３実施形態の変形例］
次に、図７及び図８を参照して、第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブ１０ｃ、及び第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブ１０ｄを説明する。図７は、第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブ１０ｃの構成例を示す模式的な断面図である。図８は、第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブ１０ｄの構成例を示す模式的な断面図である。
次に、図７及び図８を参照して、第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブ１０ｃ、及び第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブ１０ｄを説明する。図７は、第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブ１０ｃの構成例を示す模式的な断面図である。図８は、第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブ１０ｄの構成例を示す模式的な断面図である。
【0090】
図７に示すように、第３実施形態の変形例１に係るパルスバルブ１０ｃは、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じたバネ反力によるスペーサ２６０の変形量を計測する第２計測部４１０と、第２計測部４１０による計測結果を出力する出力部４１１と、を備える。第２計測部４１０の一例として、スペーサ２６０の表面に配置され、スペーサ２６０の変形量を計測する歪ゲージが挙げられる。ただし、第２計測部４１０は、歪ゲージに限定されない。なお、第２計測部４１０は、「計測部」の一例である。スペーサ２６０は、「反力を受けて変形する部材」の一例である。出力部４１１の一例として、第２計測部４１０と別体又は一体のモニターが挙げられる。
【0091】
第３実施形態の変形例１に関しても、パルスバルブ１０ｃから吐出される混合物の吐出量を別途計量する。これにより、第２計測部４１０によって計測されたスペーサ２６０の変形量と、混合物の吐出量との対応関係を定量的に把握することができる。すなわち、ネジ２２０の回転量と混合物の吐出量とを、定量的に対応づけることができる。その結果、ネジ２２０の回転量に応じた混合物の吐出量が把握され、混合物の吐出量の調整精度を高めることができる。
【0092】
図８に示すように、第３実施形態の変形例２に係るパルスバルブ１０ｄは、バネ２１０の伸縮量Δｘに応じたバネ反力によるエクステンションバー１４１ｂの変形量を計測する第３計測部５１０と、第３計測部５１０による計測結果を出力する出力部５１１と、を備える。第３計測部５１０の一例として、エクステンションバー１４１ｂの表面に配置され、エクステンションバー１４１ｂの変形量を計測する歪ゲージが挙げられる。ただし、第３計測部５１０は、歪ゲージに限定されない。なお、第３計測部は、「計測部」の一例である。エクステンションバー１４１ｂは、「反力を受けて変形する部材」の一例である。出力部５１１の一例として、第３計測部５１０と別体又は一体のモニターが挙げられる。
【0093】
第３実施形態の変形例２においても、パルスバルブ１０ｄから吐出される混合物の吐出量を別途計量する。これにより、第３計測部５１０によって計測されたエクステンションバー１４１ｂの変形量と、混合物の吐出量との対応関係を定量的に把握することができる。すなわち、ネジ２２０の回転量と混合物の吐出量とを、定量的に対応づけることができる。その結果、ネジ２２０の回転量に応じた混合物の吐出量が把握され、混合物の吐出量の調整精度を高めることができる。
【0094】
［実施例］
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【0095】
まず、エチレングルコールとドデカン二酸を脱水縮合して調整した結晶性ポリエステルを、高圧容器６（オートクレーブ）に投入した。続いて、結晶性ポリエステルを２５０℃で溶融したのち、高圧容器６を含む系内を減圧して、空気を除去した。結晶性ポリエステルの溶融状態は、トルクメータ２３の値が飽和したことで確認した。
【0096】
続いて、高圧容器６に超臨界二酸化炭素を投入し、高圧容器６を含む系内を５０ＭＰａに昇圧し、超臨界二酸化炭素と結晶性ポリエステルとを混合した。混合均一性は、トルクメータ２３の値が飽和したことで確認した。
【0097】
混合物の均一混合後、パルスバルブ１０に混合物を導入し、パルスバルブ１０の流路１１２をニードル１３０で閉じた状態で、５０ＭＰａに安定させた。続いて、圧電アクチュエータ１４２を駆動させ、ニードル１３０を後退させて流路１１２を開いた。これにより、混合物が、ノズル部１２０側に供給され、ノズル孔１２３からジェット噴射された。
【0098】
圧電アクチュエータ１４２への電圧パルスの印加を止め、ジェット噴射が停止した際、ノズル部１２０からの混合物の漏れはなかった。更に、１００μ秒の矩形パルス電圧を圧電アクチュエータ１４２に印加しても、安定的に動作し、混合物のジェット噴射が確認された。
【0099】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【0100】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、
前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、
を有し、
前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、
前記ノズル部は、
ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、
前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、
前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる、パルスバルブ。
＜２＞ 前記ノズル管部は、
前記流路に連通する第１管部と、
前記第１管部の外側に設けられ、前記ノズル孔を有する第２管部と、
を有する二重管構造を備える、前記＜１＞に記載のパルスバルブ。
＜３＞ 前記ノズル孔の直径は、５μｍ以上５００μｍ以下である、前記＜１＞又は前記＜２＞に記載のパルスバルブ。
＜４＞ 前記ハウジング部に挿入され、前記流路を開閉するニードルと、
前記ニードルを進退移動させる駆動機構と、
を有し、
前記駆動機構は、
前記ニードルと接続するエクステンションバーと、
前記エクステンションバーを進退移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記エクステンションバーは、インバー材から構成される、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜５＞ 前記アクチュエータは、圧電アクチュエータである、前記＜４＞に記載のパルスバルブ。
＜６＞ 前記圧電アクチュエータは、リングアクチュエータである、前記＜５＞に記載のパルスバルブ。
＜７＞ 前記ハウジング部と前記駆動機構との間に配置される断熱フランジを有する、前記＜４＞から前記＜６＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜８＞ 前記流路は、前記ニードルの外周壁の周方向に沿って配置される複数の分割経路を有し、
前記複数の分割経路のうち、隣り合う前記分割経路の境界壁が、前記ニードルの前記外周壁に接触することで、前記ニードルの位置をガイドする、前記＜４＞から前記＜７＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜９＞ 前記ノズル管部の内面、及び前記ノズル部における前記ノズル孔の周辺に、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が形成されている、前記＜１＞から前記＜８＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１０＞ 前記流路と前記ノズル管部との間に設けられ、前記ノズル管部に連通する孔を有するオリフィスを有し、
前記オリフィスは、ビッカーズ硬さ７００Ｈｖ以上、耐熱衝撃温度差１００℃以上、及び平均線膨張係数１１×１０－６／Ｋ以下のセラミックスである、前記＜１＞から前記＜９＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１１＞ 前記エクステンションバーに連結される付勢手段と、
前記エクステンションバーを移動させて、前記付勢手段の伸縮量を調整する調整手段と、
前記付勢手段の伸縮量に応じた反力、及び前記反力を受けて変形する部材の変形量の少なくとも１つを計測する計測部と、
前記計測部による計測結果を出力する出力部と、
をさらに備える、前記＜４＞から前記＜８＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１２＞ 圧縮流体と樹脂との混合物を生成する高圧容器と、
前記高圧容器から供給される前記混合物を吐出する前記＜１＞から前記＜１１＞のいずれか１つに記載されるパルスバルブと、
を有する塗布装置。
＜１３＞ 前記高圧容器は、
前記混合物を撹拌する撹拌機構と、
前記混合物を撹拌する際の撹拌機構のトルクを計測するトルクメータと、
を有する、前記＜１２＞に記載の塗布装置。
＜１＞ 圧縮流体を含む流体が流れる流路を有するハウジング部と、
前記流路を流れる前記流体を吐出するノズル部と、
を有し、
前記ハウジング部は、前記流路に向けて窪んだ孔部を有し、
前記ノズル部は、
ノズル孔を有する一端側と、前記流路に連通する他端側とを有するノズル管部と、
前記ノズル管部の外周部に設けられ、前記孔部に嵌め込まれた前記ノズル部を前記ハウジング部に固定する接続フェラルと、を有し、
前記ノズル部は、前記孔部に嵌め込まれる、パルスバルブ。
＜２＞ 前記ノズル管部は、
前記流路に連通する第１管部と、
前記第１管部の外側に設けられ、前記ノズル孔を有する第２管部と、
を有する二重管構造を備える、前記＜１＞に記載のパルスバルブ。
＜３＞ 前記ノズル孔の直径は、５μｍ以上５００μｍ以下である、前記＜１＞又は前記＜２＞に記載のパルスバルブ。
＜４＞ 前記ハウジング部に挿入され、前記流路を開閉するニードルと、
前記ニードルを進退移動させる駆動機構と、
を有し、
前記駆動機構は、
前記ニードルと接続するエクステンションバーと、
前記エクステンションバーを進退移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記エクステンションバーは、インバー材から構成される、前記＜１＞から前記＜３＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜５＞ 前記アクチュエータは、圧電アクチュエータである、前記＜４＞に記載のパルスバルブ。
＜６＞ 前記圧電アクチュエータは、リングアクチュエータである、前記＜５＞に記載のパルスバルブ。
＜７＞ 前記ハウジング部と前記駆動機構との間に配置される断熱フランジを有する、前記＜４＞から前記＜６＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜８＞ 前記流路は、前記ニードルの外周壁の周方向に沿って配置される複数の分割経路を有し、
前記複数の分割経路のうち、隣り合う前記分割経路の境界壁が、前記ニードルの前記外周壁に接触することで、前記ニードルの位置をガイドする、前記＜４＞から前記＜７＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜９＞ 前記ノズル管部の内面、及び前記ノズル部における前記ノズル孔の周辺に、ビッカーズ硬さが２０００Ｈｖ以上の皮膜が形成されている、前記＜１＞から前記＜８＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１０＞ 前記流路と前記ノズル管部との間に設けられ、前記ノズル管部に連通する孔を有するオリフィスを有し、
前記オリフィスは、ビッカーズ硬さ７００Ｈｖ以上、耐熱衝撃温度差１００℃以上、及び平均線膨張係数１１×１０－６／Ｋ以下のセラミックスである、前記＜１＞から前記＜９＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１１＞ 前記エクステンションバーに連結される付勢手段と、
前記エクステンションバーを移動させて、前記付勢手段の伸縮量を調整する調整手段と、
前記付勢手段の伸縮量に応じた反力、及び前記反力を受けて変形する部材の変形量の少なくとも１つを計測する計測部と、
前記計測部による計測結果を出力する出力部と、
をさらに備える、前記＜４＞から前記＜８＞のいずれか１つに記載のパルスバルブ。
＜１２＞ 圧縮流体と樹脂との混合物を生成する高圧容器と、
前記高圧容器から供給される前記混合物を吐出する前記＜１＞から前記＜１１＞のいずれか１つに記載されるパルスバルブと、
を有する塗布装置。
＜１３＞ 前記高圧容器は、
前記混合物を撹拌する撹拌機構と、
前記混合物を撹拌する際の撹拌機構のトルクを計測するトルクメータと、
を有する、前記＜１２＞に記載の塗布装置。
【符号の説明】
【0101】
１ 塗布装置
６ 高圧容器
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ パルスバルブ
１１０ ハウジング部
１１１ 基部
１１２ 流路
１１２ａ～１１２ｄ 分割経路
１１２Ｗ１～１１２Ｗ４ 境界壁
１１３ 第１孔部
１１６ 第２孔部
１２０ ノズル部
１２１ ノズル基部
１２２ ノズル管部
１２３ ノズル孔
１２４ 接続フェラル
１３０ ニードル
１４０ 駆動機構
１４１，１４１ｂ エクステンションバー
１４２ 圧電アクチュエータ
１５０ 断熱フランジ
２１０ バネ
２２０ ネジ
２３０ 第１計測部
２３１，４１１，５１１ 出力部
２５０ バネハウジング
２６０ スペーサ
４１０ 第２計測部
５１０ 第３計測部
６ 高圧容器
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ パルスバルブ
１１０ ハウジング部
１１１ 基部
１１２ 流路
１１２ａ～１１２ｄ 分割経路
１１２Ｗ１～１１２Ｗ４ 境界壁
１１３ 第１孔部
１１６ 第２孔部
１２０ ノズル部
１２１ ノズル基部
１２２ ノズル管部
１２３ ノズル孔
１２４ 接続フェラル
１３０ ニードル
１４０ 駆動機構
１４１，１４１ｂ エクステンションバー
１４２ 圧電アクチュエータ
１５０ 断熱フランジ
２１０ バネ
２２０ ネジ
２３０ 第１計測部
２３１，４１１，５１１ 出力部
２５０ バネハウジング
２６０ スペーサ
４１０ 第２計測部
５１０ 第３計測部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0102】
【特許文献1】特開２００９－３０６６９号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】