特許 7584447 機械的増幅器を有するディスペンシングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】機械的増幅器を有するディスペンシングシステム

(51)【国際特許分類】

   B05C 5/00 20060101AFI20241108BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

B05C5/00 101

B05C11/10

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2021567970

(86)(22)【出願日】2020-05-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-14

(86)【国際出願番号】 US2020032331

(87)【国際公開番号】W WO2020231916

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2023-05-09

(31)【優先権主張番号】62/846,689

(32)【優先日】2019-05-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391019120

【氏名又は名称】ノードソン コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100107537

【弁理士】

【氏名又は名称】磯貝 克臣

(72)【発明者】

【氏名】ブリス クレイグ エフ

【審査官】吉田 昌弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１８８４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５３９３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４９４３８２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－２２３１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３３１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１７３５６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／２０１０３２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｃ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体をディスペンシングするためのディスペンシングシステムであって、
遠位端を有し、当該遠位端が第１長さだけ移動されるように電圧の印加時に膨張するように構成された圧電スタックと、
前記圧電スタックの前記遠位端に接触するように構成された一次表面と、当該一次表面の反対側の二次表面と、を有する増幅器と、
前記増幅器の前記二次表面に接触するように構成されたベースと、
出口オリフィスと、第１方向及び前記第１方向とは反対の第２方向に移動するように構成されたバルブ要素と、を含むバルブアセンブリと、
を備え、
前記増幅器は、第１部分と第２部分とを有すると共に、前記一次表面から前記二次表面まで延在する開口部を規定しており、
前記バルブ要素は、前記増幅器と動作可能に結合されており、
前記圧電スタックの前記遠位端が前記第１長さだけ移動される時、前記増幅器の一部が前記第１長さよりも大きい第２長さだけ移動されて、前記バルブ要素が第１方向に前記第２長さだけ移動され、
前記増幅器は、当該増幅器の前記二次表面への前記ベースによる接触と前記増幅器の前記一次表面への前記圧電スタックの前記遠位端による接触とに応答して、変形状態へと移行するようになっており、
前記増幅器の前記変形に基づいて、前記第１部分は、前記遠位端に向かう方向に移動するようになっており、且つ、前記第２部分は、前記遠位端から離れる方向に移動して前記第１部分が前記第２部分より前記遠位端に近くなるようになっており、
前記開口部は、非変形状態の第１サイズから前記変形状態の第２サイズに移行するように構成されており、
前記第２サイズは、前記第１サイズよりも大きい
ことを特徴とするディスペンシングシステム。

【請求項2】

前記圧電スタックは、近位端を有し、
前記圧電スタックは、前記近位端と前記遠位端との間で軸線に沿って配向されている
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項3】

前記増幅器は、前記一次表面と前記二次表面との間で前記軸線に沿って配向されている
ことを特徴とする請求項２に記載のディスペンシングシステム。

【請求項4】

前記バルブ要素は、前記軸線に沿って前記第１方向及び前記第２方向に移動するように構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のディスペンシングシステム。

【請求項5】

前記増幅器は、前記圧電スタックと前記ベースとの間に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項6】

前記バルブアセンブリは、バルブシートを更に含み、
前記第１方向の前記バルブ要素の動きが、当該バルブ要素が前記バルブシートに衝突する時に前記バルブアセンブリの前記出口オリフィスを通してある量の流体を噴射するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項7】

前記圧電スタックに隣接して配置されたバネ
を更に備え、
前記バネは、前記圧電スタックが一定の圧縮下に維持されるように前記圧電スタックに結合されている
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項8】

前記圧電スタックの前記遠位端は、そこから延びる一次突起を有しており、
前記一次突起の少なくとも一部は、前記増幅器の前記一次表面に向かって延びており、
前記ベースは、そこから延びる二次突起を有しており、
前記二次突起の少なくとも一部は、前記増幅器の前記二次表面に向かって延びている
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項9】

前記一次突起は、前記増幅器の中心から第１距離だけ離れており、
前記二次突起は、前記増幅器の中心から第２距離だけ離れており、
前記第１距離は、前記第２距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項８に記載のディスペンシングシステム。

【請求項10】

前記増幅器及び前記バルブ要素に動作可能に結合されたプッシュロッド
を更に備え、
前記増幅器が前記第２距離だけ移動される時、前記プッシュロッドもまた前記第２距離だけ移動される
ことを特徴とする請求項９に記載のディスペンシングシステム。

【請求項11】

前記増幅器は、当該増幅器が当該増幅器の前記二次表面において前記ベースと接触すること及び当該増幅器の前記一次表面において前記圧電スタックの前記遠位端と接触することに応答して前記遠位端に向かう方向に変形するように構成されたローブを有している
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項12】

前記第２部分は、前記第１部分を取り囲んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載のディスペンシングシステム。

【請求項13】

機械的装置の動きを増幅するための増幅器であって、
一次表面と、当該一次表面の反対側の二次表面と、を有し、前記一次表面で前記機械的装置に接触するように構成された本体と、
プッシュロッドと動作可能に係合するように構成された前記本体上のインタフェースと、
を備え、
前記本体は、前記プッシュロッドが第１方向に移動されるように前記本体の前記一次表面及び前記本体の前記二次表面に適用される力に応答して変形状態に移行するように構成されており、
前記インタフェースは、前記本体を通って延在して前記プッシュロッドを受け入れるように構成された開口部を規定しており、
前記開口部は、前記力が前記本体に適用されていない非変形状態で第１サイズを有しており、前記変形状態で第２サイズを有しており、前記第２サイズは前記第１サイズよりも大きい
ことを特徴とする増幅器。

【請求項14】

前記本体は、前記力が前記一次表面から除去される時、前記プッシュロッドが前記第１方向とは反対側の第２方向に移動されるように、前記非変形状態に移行するように構成されており、
前記増幅器の前記一次表面は、前記機械的装置から延在する一次突起に接触するように構成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項15】

前記二次表面上の突起
を更に備え、
前記突起は、ベースに接触するように構成されており、
前記本体は、前記インタフェースから第１距離で前記一次表面の前記力を受けるように構成されており、
前記突起は、前記インタフェースから第２距離にあり、
前記第１距離は、前記第２距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項16】

前記第２サイズは、前記プッシュロッドの上部ヘッド部分よりも小さい
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項17】

前記一次表面と前記二次表面との間の前記本体の厚さは、一定である
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項18】

前記一次表面と前記二次表面との間の前記本体の厚さは、前記本体の前記インタフェースから最も遠い点で最大の厚さであり、前記本体の前記インタフェースから最も近い点で最小の厚さであり
前記本体の厚さは、前記最も遠い点から前記最も近い点まで勾配として減少する
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項19】

前記増幅器は、複数の段部を含み、
各段部は、前記一次表面と前記二次表面との間で異なる厚さを有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項20】

前記機械的装置は、複数の圧電素子を有する圧電スタックを含み、
前記一次表面に適用される前記力は、前記圧電スタックに印加される電圧に応答して前記圧電素子によって作用され、
前記増幅器の前記一次表面は、前記機械的装置から延在する一次突起に接触するように構成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項21】

前記本体は、そこから延びる１または複数のローブを含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の増幅器。

【請求項22】

遠位端を有する圧電スタックと、
前記遠位端に接触するように構成された一次表面と、当該一次表面の反対側の二次表面と、を有し、前記一次表面から前記二次表面まで延在する開口部を規定する増幅器と、
出口オリフィスとバルブ要素とを含むバルブアセンブリと、
を備えたディスペンシングシステムを用いて流体をディスペンシングする方法であって、
前記圧電スタックに電圧を印加して、前記圧電スタックを第１距離だけ伸長させる工程と、
前記第１距離の前記圧電スタックの伸長に応答して、前記増幅器を変形状態に移行させ、その一部を前記第１距離よりも大きい第２距離だけ移動させる工程と、
前記第２距離の前記増幅器の前記一部の移動に応答して、前記バルブ要素を前記第２距離だけ第１方向に移動させて、前記出口オリフィスからある量の流体をディスペンスさせる工程と、
を備え、
前記増幅器は、前記二次表面での接触と前記圧電スタックの前記遠位端による接触とに応答して、前記変形状態へと移行するようになっており、
前記増幅器の前記変形に基づいて、前記増幅器の第１部分が前記遠位端に向かう方向に移動するようになっており、且つ、前記増幅器の第２部分が前記遠位端から離れる方向に移動して前記第１部分が前記第２部分より前記遠位端に近くなるようになっており、
前記開口部は、非変形状態の第１サイズから前記変形状態の第２サイズに移行するように構成されており、
前記第２サイズは、前記第１サイズよりも大きい
ことを特徴とする方法。

【請求項23】

前記印加電圧を除去して、前記圧電スタックを前記第１距離だけ短縮させ、前記増幅器を非変形状態に移行させる工程
を更に備えたことを特徴とする請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記ディスペンシングシステムは、前記バルブ要素を前記出口オリフィスから離れるように付勢するように構成されたバネを更に含み、
前記印加電圧の除去が、前記バルブ要素を、前記第１方向とは反対の第２方向に移動させる
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記圧電スタックに前記電圧を印加して、前記バルブ要素を前記第２距離だけ前記第１方向に再び移動させて、前記出口オリフィスからある量の流体をディスペンスする工程
を更に備えたことを特徴とする請求項２４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年５月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／８４６，６８９号に対する優先権を主張する。当該出願の開示内容は、当該参照によって、その全体が本明細書に記載されているかの如くに、本明細書に組み込まれる（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ｂｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）。

【0002】

［技術分野］
本発明は、全体として、基板上に流体の液滴を堆積させるディスペンサに関している。特には、１または複数の圧電素子によって作動されるディスペンサに関している。

【0003】

［背景］
ディスペンサは、しばしば、基板上に、例えば５０センチポワーズを超える粘度を有する粘性流体のような材料の微小量を適用（塗布）するために用いられる。例えば、粘性材料は、一般用途の接着剤、紫外線硬化接着剤、はんだペースト、はんだ溶剤（solder flux）、はんだマスク、熱グリース、蓋シール材、オイル、カプセル化剤、埋込用樹脂、エポキシ樹脂、ダイ取り付けペースト、シリコン、ＲＴＶ、シアノアクリレート、を含み得る。

【0004】

ディスペンサは、一般的に、当該ディスペンサの出口オリフィスから粘性材料の小滴を噴射する間、シャフトまたはタペットをシートに向かって繰り返し移動する空気圧式または電気式のアクチュエータを有し得る。電気的に起動される噴射ディスペンサは、より具体的には、圧電式（ピエゾ）アクチュエータを利用することができる。ピエゾスタック（圧電素子積層物）は、大変精確で極めて高速に反応するセラミックデバイスである。ピエゾスタックの特性は、電圧が適用される時、当該セラミック材料が一方向の変位を実施する、というものである。一つの大きな欠点は、ピエゾスタックは、大変に小さい変位を生成することである。例えば、７ｍｍ×７ｍｍ×３６ｍｍの長いスタックは、約３６ミクロンの移動を生成する。この変位量は、流体の適切な噴射にとっては、十分に大きくない場合がある。

【0005】

空間的な制限及び製品寿命も、ピエゾ材料を含むアクチュエータを設計する時、考慮される。製品寿命は、ピエゾスタックが緊張状態に置かれる時、大いに短縮化される。ピエゾスタックは、１０００Ｈｚの周波数で連続的に動作可能であることが必要であり、信頼性をもって精確に少量の流体を噴射するのに十分な力を適用することが必要である。

【0006】

少なくともこれらの理由のために、流体をディスペンシングするための圧電起動を増大及び調整するような改善されたディスペンシングシステムのニーズが存在する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

前述のニーズは、開示されるディスペンシングシステム及び増幅器の様々な実施形態によって満たされる。一態様では、流体材料をディスペンシング（分配）するためのディスペンシングシステムが、遠位端を有して当該遠位端が第１長さだけ移動されるように電圧の印加時に膨張するように構成された圧電スタックを備える。当該ディスペンシングシステムは、更に、前記圧電スタックの前記遠位端に接触するように構成された一次表面と、当該一次表面の反対側の二次表面と、を有する増幅器を備え、前記増幅器の前記二次表面に接触するように構成されたベースを備え、出口オリフィスと、バルブ要素と、を有するバルブアセンブリを備える。前記バルブ要素は、第１方向及び前記第１方向とは反対の第２方向に移動するように構成されている。前記バルブ要素は、前記増幅器と動作可能に結合されている。前記遠位端が前記第１長さだけ移動される時、前記増幅器の一部が前記第１長さよりも大きい第２長さだけ移動されて、前記バルブ要素が前記第１方向に前記第２長さだけ移動される。

【0008】

別の態様では、機械的装置の動きを増幅するための増幅器が、一次表面と当該一次表面の反対側の二次表面とを有する本体と、プッシュロッドと動作可能に係合するように構成された前記本体上のインタフェースと、を備える。前記本体は、前記一次表面で前記機械的装置に接触するように構成されている。前記本体は、更に、前記プッシュロッドが第１方向に移動されるように前記一次表面に適用される力に応答して変形するように構成されている。

【0009】

別の態様では、圧電スタックと、圧電ユニットに動作可能に接続された増幅器と、を用いて流体をディスペンシングする方法が、前記圧電スタックに電圧を印加して前記圧電スタックを第１距離だけ伸長させる工程を備える。増幅器は変形されて、当該増幅器の一部が前記第１距離よりも大きい第２距離だけ移動される。増幅器の当該変形は、バルブアセンブリ内の可動シャフトの移動をもたらし、バルブアセンブリの出口オリフィスからある量の流体をディスペンスさせる。

【0010】

本願は、添付の図面と併せて読まれる時、更に理解される。主題を例示的に示す目的で、図面内に、当該主題の例示的な実施形態が図示されている。もっとも、開示されている主題は、開示されている特定の方法、装置ないしシステムに限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施形態によるディスペンシングシステムの斜視図である。

【0012】

【図2】図２は、図１のディスペンシングシステムの一部の断面図である。

【0013】

【図3】図３は、図１及び図２のディスペンシングシステムの一部の断面図である。

【0014】

【図4A】図４Ａは、バルブ要素が開状態であるバルブアセンブリの断面図である。

【0015】

【図4B】図４Ｂは、流体の小滴を噴射した後のバルブ要素が閉状態である図４Ａのバルブアセンブリの断面図である。

【0016】

【図5】図５は、一実施形態による増幅器の斜視図である。

【0017】

【図6】図６は、プッシュロッドと係合された図５の増幅器の異なる斜視図である。

【0018】

【図7】図７は、一実施形態によるアクチュエータ内の増幅器の断面図であって、当該増幅器が変形解除形態である図である。

【0019】

【図8】図８は、図７の増幅器の断面図であって、当該増幅器が変形形態である図である。

【0020】

【図9】図９は、他の実施形態によるアクチュエータ内の増幅器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本開示の態様が、図面を参照して詳細に説明される。同様の参照番号は、別段の特定がない限り、全体を通して同様の要素を指す。

【0022】

圧電式アクチュエータの動きを増幅するための装置及び方法が開示される。本開示は、圧電運動を利用する例を提供するが、本明細書に開示される増幅装置及び方法は、他のタイプの機械的運動、例えば、空気圧運動機構の機械的運動、油圧運動機構の機械的運動、弾性運動機構の機械的運動、または別の好適な運動機構の機械的運動、の増幅にも利用され得ることが理解される。

【0023】

図１及び図２を参照して、ディスペンシングシステム１０は、アクチュエータハウジング１８に結合された流体本体部１６を含んでいる。流体本体部１６は、流体本体部ハウジング１９内に保持されている。流体本体部ハウジング１９は、用途の必要性に依存して、１または複数のヒータ（不図示）を含み得る。流体本体部１６は、シリンジバレルのような好適な流体供給部２０から圧力流体を受容するように構成されている。バルブアセンブリ２２が、ハウジング１８に結合されていて、流体本体部１６内に延びている。機械的な増幅器２００が、以下に詳述されるように、圧電式アクチュエータ２６とバルブアセンブリ２２との間に結合されている。圧電式アクチュエータ２６は、複数のボルト（不図示）または他の好適な締結具によってハウジング１８に締結され得る。当該アクチュエータは、様々な材料、例えば、ステンレス鋼またはニッケル鉄合金を含み得るが、これらに限定されない。

【0024】

図２及び図３に示されるように、圧電式アクチュエータ２６は、圧電素子のスタック４０、近位端２１８、及び、近位端２１８の反対側の遠位端２２０、を含んでいる。圧電素子は、電圧の印加時及び／または除去時に、変形するように構成されている。当該スタック４０は、圧電式アクチュエータ２６に結合された圧縮バネ４４によって圧縮状態に維持されている。

【0025】

スタック４０は、例えばハウジング１８の内面に対して、遠位端２２０のバネ４４と剛性表面（不図示）との間で圧縮状態に保持され得る。当該剛性表面は、近位端２１８に接触し得る。幾つかの態様では、スタック４０は、複数のバネ４４、例えば、近位端２１８の第１バネと遠位端２２０の第２バネ４４、によって保持され得る。

【0026】

圧電式アクチュエータ２６は、プッシュロッド６８と動作可能に係合し、プッシュロッド６８を第１方向に動かすように構成されている。図４Ａ及び図４Ｂを参照して、プッシュロッド６８は、ガイドブッシング７４内を移動してバルブアセンブリ２２と関連付けられたバルブ要素７６の近位端７６ａを支える下部ヘッド部分６８ａを有している。バルブ要素７６は可動シャフトであり得る。ガイドブッシング７４は、ピン７５を伴う圧入嵌め（プレスフィット）によってハウジング１８内に保持され得る。プッシュロッド６８、ガイドブッシング７４及びピン７５のアセンブリは、動作中にプッシュロッド６８の適切な動きを確実にするために、幾らかの「弾力性」を有し得る。

【0027】

バルブアセンブリ２２は、環状要素８０を用いてハウジング１８の下部内に取り付けられたコイルバネ７８を更に有し得る。インサート８２が、Ｏリング８４によって流体本体部１６内に保持され得る。環状要素８０及びインサート８２は、一体型要素である、すなわち、図示の態様ではカートリッジ本体部である。

【0028】

付加的なＯリング８６が、流体本体部１６の流体孔８８内に収容された圧縮流体が漏洩しないように、バルブ要素７６をシールしている。流体は、流体供給部２０から流体本体部１６の入力部９０及び通路９２、９４を通って流体孔８８に供給される。Ｏリング８４は、環状要素８０及びインサート８２によって形成されたカートリッジ本体部の外側を、流体孔８８及び通路９４内の圧縮流体からシールする。クロスドリルされたウィープホール８５が、コイルバネ７８の下端とほぼ一直線上にあり、Ｏリング８６を越えて漏れる液体を逃がすことができる。

【0029】

電圧がスタック４０に印加される時、圧電素子が変形し、スタック４０が膨張または伸長し、バネ４４によって作用されている力に対抗して遠位端２２０を近位端２１８から離れる方向に移動させる。スタック４０は、それに印加される電圧の量（大きさ）に比例して長さを変化させるように構成され得る。印加電圧が除去されるか、または十分に低減されると、スタック４０は、電圧の印加前と実質的に同じ長さに収縮または短縮する。

【0030】

スタック４０の動きは、圧電式アクチュエータ２６に動作可能に結合されたプッシュロッド６８の動きを引き起こす。プッシュロッド６８は、バルブアセンブリ２２上に配置されたバルブ要素７６に動作可能に結合され得る。プッシュロッド６８が移動されると、バルブ要素７６もまた移動して、バルブアセンブリ２２上の排出出口１０４を開閉する。スタック４０の繰り返しの動きは、バルブ要素７６の往復運動をもたらし、液滴または少量の流体が、ディスペンシングシステム１０の排出出口１０４を通してディスペンス（分配）または噴射される。

【0031】

幾つかの用途では、スタック４０の動きの大きさが、バルブ要素７６の所望の動きをもたらすのに十分ではない。そのような態様では、スタック４０の動きを増幅して、それに比例してより大きなバルブ要素７６の動きをもたらすことが望ましい場合がある。

【0032】

図２及び図３を再び参照して、増幅器２００がディスペンシングシステム１０内に配置され得て、スタック４０の動きを比例的に増幅し得る。増幅器２００は、スタック４０及びバルブアセンブリ２２に結合され、スタック４０の動きが増幅器２００の少なくとも一部を移動させ、それにより、バルブ要素７６が移動する。電圧がスタック４０に印加される時、スタック４０の動きは、増幅器２００に力を与え、増幅器２００を移動させ、同様にバルブ要素７６を移動させる。元の動きの増幅が望まれる場合、増幅器２００によるバルブ要素７６の動きの大きさは、スタック４０の動きの大きさよりも大きいことが理解されよう。

【0033】

図５及び図６を参照して、増幅器２００は、実質的に丸い断面を有するディスクであり得る。しかしながら、増幅器は、例えば、長方形、三角形、または他の多角形、の断面形状を有する任意の適切な形状であり得ることが理解されよう。

【0034】

増幅器２００は、ディスペンシングシステム１０と一体的であり得て、１つの単一構成要素の一部であり得るか、または、ディスペンシングシステム１０に取り付けられた別個の構成要素であり得る。幾つかの態様では、増幅器２００は、ディスペンシングシステム１０に取り外し可能に結合され、スタック４０及びバルブアセンブリ２２と選択的に係合または係合解除されるように構成された別個の構成要素であり得る。ディスペンシングシステム１０は、増幅器が係合された状態で、または、増幅器が係合されていない状態で、動作するように構成され得る。幾つかの態様において、ディスペンシングシステム１０は、様々な程度の増幅をもたらすべく選択的に係合または係合解除され得る複数の増幅器２００を含み得る。ディスペンシングシステム１０は、複数の増幅器２００が同時に作用（係合）して動作するように構成され得る。幾つかの態様では、増幅器２００は、異なる程度の増幅をもたらすために、別の増幅器２００と交換可能であり得る。

【0035】

図５及び図６を参照して、増幅器２００は、一次表面２０４と、一次表面２０４の反対側の二次表面２０６と、を有する本体部２０２を含む。本体部２０２は、力の適用時に変形され得る変形可能な材料を含み得る。変形可能な材料は、変形を引き起こす力が低減または除去される時に本体部２０２が実質的にその非変形の形状に戻るように、十分に弾性であるべきである。本体部２０２は、スタック４０から力を受け取って損傷を被ることなく（例えば、ひび割れまたは破損することなく）バルブ要素７６に力を与えるのに十分に剛性であるべきである。完全に弾性があって無限に耐久性があるという材料はないので、当業者は、所望の機能を適切な程度に実行し得る材料を認識するであろう、ということが理解されるであろう。

【0036】

増幅器２００は、本体部２０２を通って延在し、一次表面２０４を二次表面２０６に接続する開口部２０８を含み得る。中心軸Ａが、開口部２０８の幾何中心を通って延びている。中心軸Ａはまた、スタック４０及びプッシュロッド６８の中心軸と共通であり得る。幾つかの態様では、１または複数のローブ２１０が、本体部２０２の周から開口部２０８内へと中心軸Ａに向かって半径方向内側に延在し得る。ローブ２１０は、増幅器２００が変形形態でない時、中心軸Ａに実質的に垂直であり得る。増幅器２００は、２、３、．．．、１０、または別の適切な数、のローブを含み得る。あるいは、増幅器２００は、本体部２０２から延びるゼロのローブを含み得て、ドーナツ形状であり得る。

【0037】

増幅器２００は、増幅器２００が移動される時にプッシュロッド６８も移動するように、プッシュロッド６８に動作可能に結合され得る。プッシュロッド６８は、例えば、摩擦嵌合、接着剤の使用、または、ファスナ（留め具）の使用、を介して、任意の適切な方法で増幅器２００に結合され得ることが理解されよう。あるいは、プッシュロッド６８は、増幅器２００と一体的に形成され得る。図６に示される態様を参照すると、プッシュロッド６８は、増幅器本体部２０２の開口部２０８を通って延在し得る。そのような態様では、プッシュロッド６８の少なくとも一部が、開口部２０８を自由に通過できるように成形及び寸法決定されるべきである。プッシュロッド６８の上部ヘッド部分６８ｂは、例えば一次表面２０４で増幅器２００に接触し得る。上部ヘッド部分６８ｂは、開口部２０８を通過することが防止されるように、開口部２０８よりも大きいサイズ及び寸法にされ得る。幾つかの態様では、増幅器２００が変形されている場合、開口部２０８は、増幅器２００が変形されていないときより大きいかもしれない。そのような態様では、上部ヘッド部分６８ｂは、変形された増幅器２００の開口部２０８よりも大きいサイズにされるべきである。

【0038】

上部ヘッド部分６８ｂは、開口部２０８を通過するように構成されたプッシュロッド６８の部分に一体的に取り付けられている。増幅器２００は、上部ヘッド部分６８ｂに力を与えることができ、これは、次に、プッシュロッド６８の残部に伝達される。

【0039】

増幅器２００は、スタック４０から力を受容し、プッシュロッド６８に力を与えるためのレバー機構として動作し得る。増幅器２００は、圧電式アクチュエータ２６の遠位端２２０と基部２３０との間に配置され得る。図２及び図３を再び参照して、一次表面２０４は遠位端２２０に隣接し得て、二次表面２０６は基部２３０に隣接し得る。

【0040】

幾つかの態様では、力伝達の精度を高めるために、増幅器２００は、遠位端２２０及び基部２３０上に配置された特定の接触領域によって接触される。図３に示されるように、例えば、一次突起２２２が、遠位端２２０上に配置され得て、そこから増幅器２００の一次表面２１０に向かう方向に延在し得る。同様に、基部２３０は、そこから増幅器２００の二次表面２０６に向かう方向に延在する二次突起２３２を含み得る。一次突起２２２及び二次突起２３２は、それぞれ、任意の許容可能な角度で、遠位端２２０及び基部２３０から延在し得るが、延在角度の少なくとも一成分が、それぞれ、一次表面２０４及び二次表面２０６に対して実質的に垂直であるべきであることが理解されよう。

【0041】

幾つかの代替の態様では、一次突起２２２は、増幅器本体部２０２の一次表面２０４と一体的であり得て、そこから遠位端２２０に向かって延在し得る。同様に、二次突起２３２は、増幅器本体部２０２の二次表面２０６と一体的であり得て、そこから基部２３０に向かって延在し得る。更なる態様では、突起が、増幅器２００、遠位端２２０及び／または基部２３０のうちの１または複数から延在し得て、すなわち、本発明は、前述のような突起の特定の配置に限定されない。

【0042】

本開示の幾つかの態様の動作時、ディスペンシングシステム１０は、液滴または少量の流体を噴射するように構成されている。スタック４０がアクティブ化される時、すなわち、電圧が主電子制御装置（不図示）によって圧電素子に印加される時、スタック４０は膨張し、一次表面２０４で増幅器２００を押す。前述のような複数の突起の位置に基づいて、増幅器２００が変形して、プッシュロッド６８の上部ヘッド部分６８ｂに力を与える。これにより、プッシュロッド６８は、圧電式アクチュエータ２６に向かって開放方向に移動するように強制される。上部ヘッド部分６８ｂが増幅器２００によって移動される距離は、好ましくは、スタック４０の遠位端２２０によって移動される距離よりも大きい。プッシュロッド６８と一体の下部ヘッド部分６８ａもまた、同じ開放方向に移動する。下部ヘッド部分６８ａがバルブ要素７６から離れるにつれて、バルブ要素７６もまた、開口方向に移動することが許される。バルブ要素７６は、コイルバネ７８によって開放方向に付勢され得て、プッシュロッド６８がバルブ要素７６から離れる時、コイルバネ７８はバルブ要素７６も開放方向に移動させる。

【0043】

電圧がスタック４０から除去されるか、または十分に低減されると、前述の動きは逆になる。スタック４０は長さが減少し、増幅器２００に加えられる力が減少する。次に、増幅器２００は、実質的に非変形の状態に戻り得て、これにより、プッシュロッド６８の上部ヘッド部分６８ｂに加えられる力が減少する。プッシュロッド６８は、コイルバネ６９によって、開放方向と反対の閉鎖方向に付勢（バイアス）され得る。増幅器２００によってプッシュロッド６８に加えられる力がコイルバネ６９の付勢力よりも小さくなると、コイルバネ６９はプッシュロッド６８を閉鎖方向に移動させる。下部ヘッド部分６８ａは、バルブ要素７６の近位端７６ａと接触し、近位端７６ａとは反対側のバルブ要素７６上に配置された遠位端７６ｂがバルブシート１００に係合（作用）するまで、コイルバネ７８の力に対抗して閉鎖方向にバルブ要素７６を押す。コイルバネ７８は、コイルバネ６９よりも低い剛性を有し得て、その結果、外力がなければ、コイルバネ６９によって閉鎖方向に作用する力は、コイルバネ７８によって開放方向に作用する力よりも大きい。

【0044】

当該動きの過程において、バルブ要素７６の遠位端７６ｂは、当該遠位端７６ｂが排出出口１０４のバルブシート１００に衝突する時、流体の液滴１０２を排出出口１０４から押し出し得る。

【0045】

圧電式アクチュエータ２６は、液滴を噴射するために、逆の作用で利用され得ることが理解されよう。この場合、様々な機械的作動構造は、電圧がスタック４０に印加される時に結果として生じるスタック４０の膨張がバルブ要素７６のバルブシート１００への移動を引き起こして排出出口１０４に流体の液滴１０２を排出させる、というように異なって設計され得る。そして、スタック４０への電圧が除去される時、増幅システム及び他の作動構成要素は、次の噴射動作のために、流体孔８８を追加の流体で充填するべくバルブ要素７６を上昇させるであろう。このような態様では、バルブ要素７６は通常は開いており、すなわち、スタック４０に電圧が印加されていない時、バルブ要素７６はバルブシート１００と係合していない。

【0046】

増幅器２００の変形量、及び、その結果としてスタック４０の動きの増幅の程度は、部分的に、一次突起２２２及び二次突起２３２がそれぞれ一次表面２０４及び二次表面２０６に接触する時のそれらの相対位置によって決定される。電圧がスタック４０に印加されると、スタック４０は伸長して遠位端２２０を移動させ、増幅器２００に力を加える。遠位端２２０における一次突起２２２は、増幅器２００の幾何学的中心を通って延びる中心軸Ａから第１距離Ｄ１だけ離れた位置で、増幅器２００の一次表面２０４に接触し得る。基部２３０は、増幅器２００の反対側に配置されており、二次表面２０６に接触するように構成されている。二次突起２３２は、中心軸Ａから第２距離Ｄ２だけ離れた位置で、二次表面２０６に接触し得る。遠位端２２０によって移動される距離を増幅するべく適切なレバー作用を生成するために、第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２は異なっているべきである。

【0047】

図７及び図８を参照して、第１距離Ｄ１は第２距離Ｄ２よりも大きくてよい。一次突起２２２によって一次表面２０４に力が加えられると、二次突起２３２は支点として機能する。これにより、第２距離Ｄ２よりも中心軸Ａから遠い増幅器２００の一部が一次突起２２２によって一方向（例えば、下向き）に押される時、第２距離Ｄ２よりも中心軸Ａに近い増幅器２００の別の一部が反対方向（例えば、上向き）にレバー作用される。これにより、例えば一次表面２０４またはローブ２１０と上部ヘッド部分６８ｂとの相互作用において、増幅器と動作可能に結合されたプッシュロッド６８は、同じ方向に移動される。図８は、スタック４０が伸長されて、力が増幅器２００の一次表面２０４に加えられるという例示的な態様を示している。これによれば、増幅器２００が変形され、上部ヘッド部分６８ｂは、プッシュロッド６８の残部とともに、中心軸Ａに沿って軸方向に移動される。

【0048】

プッシュロッド６８が移動する距離は、第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２に依存する。第２距離Ｄ２が増大するにつれて（すなわち、支点が中心軸Ａから遠くなるにつれて）、プッシュロッド６８が移動する距離も増大する。増幅の量は、第２距離Ｄ２を増大または減少させることによって制御され得る。図９は、例えば、中心軸Ａから第２距離Ｄ２’離れて配置された二次突起２３２’を有する基部２３０’を有する態様を示す。第２距離Ｄ２’は、第２距離Ｄ２よりも小さい。これにより、基部２３０’を有する態様では、プッシュロッド６８は、基部２３０を利用する態様よりも、より小さい距離を移動し、その結果、より小さい同質の増幅をもたらす（他の全ての要因を等しいと見なす場合）。

【0049】

第２距離Ｄ２を変更することは、増幅の量を調整する適切な方法であるが、増幅は、様々な方法で変更され得る。幾つかの態様では、増幅器２００は、より容易に変形するように構成された材料（例えば、より柔らかいまたはより弾性である材料）、あるいは、より剛性であるように構成された材料（例えば、より堅いまたはより低弾性である材料）を含み得る。本体部２０２の厚さが、増大され得る（剛性を増加させるため）または減少され得る（柔軟性を増加させるため）。幾つかの態様では、ローブ２１０が、厚さ、材料特性、及び／または長さ（すなわち、ローブが本体部２０２から中心軸Ａに向かって延びる距離）において変更され得る。

【0050】

増幅器２００の本体部２０２は、それを通る様々な厚さ（すなわち、一次表面２０４と二次表面２０６との間の距離）を有し得る。幾つかの態様では、例えば、本体部２０２は、開口部２０８から最も遠くで最大厚さであり得て、開口部２０８に最も近くで最小厚さであり得て、厚さは、最大厚さから最小厚さまで徐々に減少する。あるいは、本体部２０２は、１または複数のステップ（図示せず）を含み得て、各ステップは、異なる厚さを有し得て、例えば、開口部２０８から最も遠いステップが最大厚さであり得て、開口部２０８に最も近いステップが最小厚さであり得る。

【0051】

本開示を通して説明された概念は、既存の技術を超える多くの利点を提供する。圧電素子を利用しない他の機械式アクチュエータが存在するが、それらの設計は、可動部品の数がより多い、応答時間がより遅い、及び、長期耐久性がより低い、ということによる制限がある。他方、圧電式アクチュエータは、例えば油圧式装置または空気作動式装置よりも有意に高速な起動を可能にする。

【0052】

本明細書に開示された起動運動の増幅に関連する装置及び方法は、噴射システムの信頼性を改善し、費用対効果を増大する。既存の技術は、非常に正確な仕様で、フライス盤や放電加工（ＥＤＭ）装置などの使い難い高価な機械で、増幅器を形成することを要求する。既存の増幅器の正確な要件は、非常に厳しい公差で製品が準備されることを要求する。これは、製造のために高度なスキルを要求し、製造により長い時間がかかり、複雑な機械の使用の取得、保守及び／または割り当てを必要とする。更に、既存の増幅器は、本願全体で説明されるものよりも耐久性が低く、より頻繁な修理または交換を必要とする。これは、機械及び人員のダウンタイムによって、より高い費用、低減される生産量、より多くの収益の損失、に帰結する。

【0053】

本明細書に記載された増幅器は、高価でない材料、及び、より高速でより安価な機械、を使用して製造され得る。本願で開示されている設計は、機械加工中のより緩い公差を許容する。これは、プロセスを高速化して、スループットを増大させる。更に、許容誤差の増大は、非常に厳しい要件を満たすことができず使用不要と見なされる構成要素（コンポーネント）がより少なくなることを意味する。これは、材料の無駄及びコストを低減し得る。本発明の増幅方法及び装置は、更に、耐久性及び寿命の向上を提供する。幾つかの態様では、単一の増幅器が、最大１０００万回、最大１億回、最大５億回、または最大１０億回の起動に対して機能するように構成され得る。幾つかの設計では、１０億回を超える起動に対して障害なく動作し得る。

【0054】

本明細書に開示された増幅器は、更に、増幅の量（大きさ）を増大または減少させるためのより単純な交換及び／または互換性を許容する。これは、同じディスペンシングシステムを使用して、異なるタイプ及び／または異なる量の液体をディスペンスすることを許容する。幾つかの態様において、増幅は、ディスペンスされる流体の濃さ（濃度）に応じて調整され得る。例えば、高粘度の流体をディスペンスするためには、より多くの増幅（従って、バルブアセンブリ内のより大きな開口）が望ましい場合があり、一方、低粘度の流体をディスペンスためには、より少ない増幅が望ましい場合がある。幾つかの態様において、増幅の調整は、第１増幅器２００を、異なるパラメータを有する第２増幅器２００で交換することによって達成され得る。代替的に（または付加的に）、ベース２３０等、ディスペンシングシステムの他の構成要素が、同様に増幅を増大または減少させるために交換可能であり得る。

【0055】

システム及び方法が、様々な図面の様々な態様に関連して説明されてきたが、当業者には、その広範な発明概念から逸脱することなく前記態様に変更が加えられ得ることが理解されるであろう。従って、本開示は、開示された特定の態様に限定されず、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲内の修正を包含することが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】