JP7348682B2

JP7348682B2 - actuator

Info

Publication number: JP7348682B2
Application number: JP2022063599A
Authority: JP
Inventors: 世傑徐; 健矢野; 昭雄矢野; 和夫八鍬
Original assignee: Mechano Transformer Corp
Current assignee: Mechano Transformer Corp
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: JP6849217B2; JP2018202312A; JP2022089893A; JP7058046B2; JP2021104506A

Description

本発明は、アクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator .

液滴を吐出するディスペンサ（液滴吐出装置）としては、液体を液体流路から液室に供給し、液室に設けられた吐出口を弁（ニードル）により開閉するものが知られており、その弁を駆動する機構として圧電素子と変位拡大機構を組み合わせたものが提案されている（特許文献１）。 Dispensers (droplet discharge devices) that discharge droplets are known to supply liquid from a liquid flow path to a liquid chamber and to open and close a discharge port provided in the liquid chamber using a valve (needle). A mechanism that combines a piezoelectric element and a displacement magnification mechanism has been proposed as a mechanism for driving the valve (Patent Document 1).

特許文献１のディスペンサ（液滴吐出装置）は、圧電素子からなる駆動装置が左右対称に偶数台配置されており、これらの変位を変位拡大機構で拡大して弁（ニードル）に作用させ、吐出口を開閉するものである。 In the dispenser (droplet ejecting device) of Patent Document 1, an even number of driving devices made of piezoelectric elements are arranged symmetrically, and the displacement of these devices is magnified by a displacement amplifying mechanism to act on a valve (needle), thereby discharging. It opens and closes the exit.

特開２０１５－５１３９９号公報JP 2015-51399 Publication

特許文献１に記載されたディスペンサにおいては複数の圧電素子は同じ方向に伸縮変位する。この場合、周囲の温度に変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、圧電素子の熱膨張により、弁の初期位置が変化することがある。 In the dispenser described in Patent Document 1, a plurality of piezoelectric elements expand and contract in the same direction. In this case, if there is a change in the ambient temperature, or if the piezoelectric element is driven frequently and the temperature rises due to self-heating from the piezoelectric element itself, the initial position of the valve will change due to thermal expansion of the piezoelectric element. Subject to change.

また、圧電素子には、ステップ状の電圧や一定の電圧等を印加した後、時間経過とともに、伸び量が安定せず変化してしまうクリープと称する現象が生じる。クリープは、クローズドループ制御の場合は補正することができるが、オープンループ制御では補正することができない。 Furthermore, a phenomenon called creep occurs in a piezoelectric element in which the amount of elongation becomes unstable and changes over time after a step voltage, a constant voltage, or the like is applied. Creep can be corrected in closed-loop control, but not in open-loop control.

このように圧電素子の熱膨張やクリープにより弁の位置がずれると、液漏れが生じるおそれがある。 If the position of the valve shifts due to thermal expansion or creep of the piezoelectric element as described above, there is a risk of liquid leakage.

したがって、本発明は、圧電素子の熱膨張やクリープによる弁の位置ずれにともなう液漏れを抑制することができるディスペンサにも使用できるアクチュエータを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an actuator that can also be used in a dispenser and can suppress liquid leakage due to displacement of a valve due to thermal expansion or creep of a piezoelectric element.

上記課題を解決するため、本発明は例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用し、本実施例は少なくとも以下の（１）～（１１）を開示する。 In order to solve the above problems, the present invention employs, for example, the configurations described in the claims , and the present embodiment discloses at least the following (1) to (11).

（１）液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材と、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う弁と、前記弁を駆動する圧電アクチュエータとを有するディスペンサであって、
前記圧電アクチュエータは、
同じ方向に伸縮変位するように並列に配置され、それぞれ対応する位置に第１の端部および第２の端部を有する第１の圧電素子および第２の圧電素子と、
前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の変位を拡大し、拡大された変位を出力する変位拡大機構と、
前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧を印加して、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子を伸縮駆動させる駆動部と
を備え、
前記変位拡大機構は、
中央に凹部を有するＵ字状をなし、その底部に前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の前記第１の端部を固定する固定部材と、
前記固定部材の前記凹部を挟んで一方側の側部および前記第１の圧電素子の前記第２の端部に、前記第１の圧電素子の伸縮により前記第１の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第１のアームと、
前記固定部材の前記凹部を挟んで他方側の側部および前記第２の圧電素子の前記第２の端部に、前記第２の圧電素子の伸縮により前記第２の圧電素子の伸縮方向と直交する方向に揺動可能に接続された第２のアームと
を有し、
前記第１のアームと前記第２のアームの先端部が出力部として機能して前記弁を変位させ、
前記駆動部は、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が互いに反対方向に所定の量で変位するように前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧を印加し、これにより前記第１のアームと前記第２のアームが同方向にほぼ同一量の拡大した変位が与えられ、前記第１のアームと前記第２のアームとともに前記弁が変位することにより、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行うことを特徴とするディスペンサ。 (1) A dispenser having a liquid discharge member into which a liquid is introduced and which discharges the introduced liquid, a valve which discharges and shuts off the liquid from the liquid discharge member, and a piezoelectric actuator which drives the valve. ,
The piezoelectric actuator is
a first piezoelectric element and a second piezoelectric element arranged in parallel so as to expand and contract in the same direction, and each having a first end and a second end at corresponding positions;
a displacement magnifying mechanism that magnifies the displacement of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and outputs the magnified displacement;
a drive unit that applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to drive the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to expand and contract;
The displacement magnification mechanism is
a fixing member that has a U-shape with a recess in the center and fixes the first ends of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to the bottom thereof;
At one side of the fixing member across the concave portion and at the second end of the first piezoelectric element, the expansion and contraction of the first piezoelectric element causes a portion perpendicular to the expansion and contraction direction of the first piezoelectric element. a first arm connected to be swingable in a direction to
At the other side of the fixing member across the concave portion and at the second end of the second piezoelectric element, the expansion and contraction of the second piezoelectric element causes the second piezoelectric element to expand and contract at right angles to the direction of expansion and contraction of the second piezoelectric element. a second arm connected so as to be swingable in the direction of
Tips of the first arm and the second arm function as output parts to displace the valve;
The drive unit applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by a predetermined amount in opposite directions, This gives the first arm and the second arm an expanded displacement of approximately the same amount in the same direction, displacing the valve together with the first arm and the second arm, thereby causing the liquid A dispenser characterized by discharging and blocking liquid from a discharging member.

（２）前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された、前記弁が挿通される液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられ、前記弁の先端が着座する弁座とを有することを特徴とする（１）に記載のディスペンサ。 (2) The liquid discharge member includes a main body, a liquid chamber formed in the main body into which the valve is inserted, a liquid introduction part that introduces liquid into the liquid chamber, and a bottom of the liquid chamber. The dispenser according to (1), characterized in that the dispenser has a liquid discharge port that communicates with the valve, and a valve seat that is provided at the bottom of the liquid chamber and on which the tip of the valve is seated.

（３）前記第１のアームと前記第２のアームの先端部に接続される出力部材をさらに有し、前記弁は前記出力部材により変位されることを特徴とする（１）または（２）に記載のディスペンサ。 (3) (1) or (2) further comprising an output member connected to the tips of the first arm and the second arm, and the valve is displaced by the output member. Dispenser described in .

（４）前記液体吐出部材と前記弁とはユニットを構成し、前記ユニットは着脱可能であることを特徴とする（３）に記載のディスペンサ。 (4) The dispenser according to (3), wherein the liquid discharge member and the valve constitute a unit, and the unit is removable.

（５）前記液体吐出部材は、本体部と、前記本体部内に形成された液室と、前記液室に液体を導入する液体導入部と、前記液室の底部に連通する液体吐出口と、前記液室の底部に設けられた弁座とを有し、
前記弁は、前記液室に挿通される弁本体と、前記弁本体の上端に設けられたフランジと、前記フランジと前記液吐出部材の前記本体部との間に設けられ、弁本体を上方に付勢する付勢手段とを有することを特徴とする（４）に記載のディスペンサ。 (5) The liquid ejection member includes a main body, a liquid chamber formed in the main body, a liquid introduction part that introduces liquid into the liquid chamber, and a liquid ejection port that communicates with the bottom of the liquid chamber. a valve seat provided at the bottom of the liquid chamber;
The valve is provided with a valve body inserted into the liquid chamber, a flange provided at the upper end of the valve body, and between the flange and the main body portion of the liquid discharge member, and the valve body is provided upwardly. The dispenser according to (4), further comprising a biasing means for biasing the dispenser.

（６）前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に、一方が伸びる方向に、他方がそれに対して縮む方向に変位するように電圧を印加することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載のディスペンサ。 (6) The driving section of the piezoelectric actuator applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that one of the piezoelectric elements is displaced in an extending direction and the other is displaced in a direction that contracts relative to the first piezoelectric element. The dispenser according to any one of (1) to (5), characterized by:

（７）前記圧電アクチュエータの前記駆動部は、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の第１の端子に、前記駆動部の出力電圧を印加し、前記第１の圧電素子の第２の端子に前記駆動部の最小電圧を印加し、前記第２の圧電素子の第２の端子に前記駆動部の最大電圧を印加する駆動回路を有することを特徴とする（１）から（６）のいずれかに記載のディスペンサ。 (7) The drive section of the piezoelectric actuator applies an output voltage of the drive section to first terminals of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and (1) to (6) further comprising a drive circuit that applies a minimum voltage of the drive unit to a second terminal of the second piezoelectric element and a maximum voltage of the drive unit to a second terminal of the second piezoelectric element. ) Dispenser described in any of the above.

（８）前記圧電アクチュエータにおいて、前記第１のアームは、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記一方側の側部および前記第１の圧電素子の前記第２の端部に接続され、前記第２のアームはそれぞれ可撓性を有するヒンジを介して前記固定部材の前記他方側の側部および前記第２の圧電素子の前記第２の端部に接続されていることを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載のディスペンサ。 (8) In the piezoelectric actuator, the first arm is connected to the one side of the fixing member and the second end of the first piezoelectric element via flexible hinges. and the second arm is connected to the other side of the fixing member and the second end of the second piezoelectric element via flexible hinges, respectively. The dispenser according to any one of features (1) to (7).

（９）前記圧電アクチュエータにおいて、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に対して、それぞれ伸縮方向に圧縮力を与える第１の与圧機構および第２の与圧機構をさらに有することを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載のディスペンサ。 (9) The piezoelectric actuator further includes a first pressurizing mechanism and a second pressurizing mechanism that apply compressive force in the expansion/contraction direction to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, respectively. The dispenser according to any one of (1) to (8), characterized by:

（１０）前記圧電アクチュエータにおいて、前記第１の圧電素子の前記第２の端部には、第１のキャップ部材が取り付けられ、前記第１のアームは、前記第１のキャップ部材と前記ヒンジにより連結され、
前記第２の圧電素子の前記第２の端部には、第２のキャップ部材が取り付けられ、前記第２のアームは、前記第２のキャップ部材と前記ヒンジにより連結されていることを特徴とする（１）から（９）のいずれかに記載のディスペンサ。 (10) In the piezoelectric actuator, a first cap member is attached to the second end of the first piezoelectric element, and the first arm is connected to the first cap member and the hinge. connected,
A second cap member is attached to the second end of the second piezoelectric element, and the second arm is connected to the second cap member by the hinge. The dispenser according to any one of (1) to (9).

（１１）前記第１のキャップ部材および前記第２のキャップ部材は、それぞれ可撓性を有するヒンジを介して連結部材により連結されていることを特徴とする（１０）に記載のディスペンサ。 (11) The dispenser according to (10), wherein the first cap member and the second cap member are each connected by a connecting member via a flexible hinge.

本発明によれば、熱膨張による弁の初期位置のずれや、圧電素子のクリープによる弁の位置ずれを抑制して、液漏れを抑制することができる。 According to the present invention , it is possible to suppress the displacement of the initial position of the valve due to thermal expansion and the displacement of the valve position due to creep of the piezoelectric element, thereby suppressing liquid leakage.

本発明の第１の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図である。FIG. 1 is a partially sectional front view showing a dispenser according to a first embodiment of the present invention. 図１のディスペンサを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the dispenser of FIG. 1; 図１のディスペンサの吐出部材を示す断面図であり、弁により液体吐出口が閉塞された状態を示す図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the discharge member of the dispenser of FIG. 1, and shows a state in which the liquid discharge port is closed by a valve. 図１のディスペンサの吐出部材を示す断面図であり、弁により液体吐出口が開かれた状態を示す図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the discharge member of the dispenser of FIG. 1, with the liquid discharge port opened by a valve. 圧電アクチュエータに電圧を印加して弁を上方に移動させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which applied voltage to the piezoelectric actuator and moved the valve upward. 圧電アクチュエータの電圧印加を解除して弁を元に戻した状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a state in which the voltage application to the piezoelectric actuator is released and the valve is returned to its original state. 駆動回路の好適な例を示す図である。It is a figure showing a suitable example of a drive circuit. 圧電素子のクリープ現象を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a creep phenomenon of a piezoelectric element. 本発明の第２の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図である。FIG. 7 is a partially sectional front view showing a dispenser according to a second embodiment of the present invention. 図９のディスペンサから弁・吐出部材ユニットを取り外した状態を示す部分断面正面図である。10 is a partially sectional front view showing a state in which the valve/discharge member unit is removed from the dispenser of FIG. 9. FIG. 本発明の第２の実施形態に係るディスペンサの弁・吐出部材ユニットを示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a valve/discharge member unit of a dispenser according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図、図２はその斜視図、図３、図４は液吐出部材を示す断面図である。
図１に示すように、ディスペンサ１００は、液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材２００と、液体吐出部材２００からの液体の吐出および遮断を行う弁３００と、弁３００を駆動する圧電アクチュエータ４００とを有する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below.
<First embodiment>
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 is a partially sectional front view showing a dispenser according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view thereof, and FIGS. 3 and 4 are sectional views showing a liquid discharge member.
As shown in FIG. 1, the dispenser 100 includes a liquid ejection member 200 into which a liquid is introduced, a liquid ejection member 200 that ejects the introduced liquid, a valve 300 that ejects and shuts off the liquid from the liquid ejection member 200, and a valve 300 that drives the valve 300. It has a piezoelectric actuator 400.

液体吐出部材２００は、図３に示すように、本体部２０１と、本体部２０１内に形成された弁３００が挿通される液室２０２と、液室２０２に液体を導入する液体導入部２０３と、液室２０２の底部に連通する液体吐出口２０４と、液室２０２の底部に設けられ、弁３００の先端が着座する弁座２０５とを有する。 As shown in FIG. 3, the liquid discharge member 200 includes a main body part 201, a liquid chamber 202 into which a valve 300 formed in the main body part 201 is inserted, and a liquid introduction part 203 that introduces liquid into the liquid chamber 202. , a liquid discharge port 204 that communicates with the bottom of the liquid chamber 202, and a valve seat 205 that is provided at the bottom of the liquid chamber 202 and on which the tip of the valve 300 is seated.

弁３００は先端が球面のロッド状をなし、鉛直方向である図中Ｙ方向に延びており、液室２０２は弁３００の形状に対応した円柱状をなしている。弁３００は、通常、図３に示すように、その先端が弁座２０５に着座しており、液体吐出口２０４は塞がれている。この状態では、液体は吐出されない。 The valve 300 has a rod shape with a spherical tip and extends in the vertical Y direction in the figure, and the liquid chamber 202 has a cylindrical shape corresponding to the shape of the valve 300. As shown in FIG. 3, the valve 300 normally has its tip seated on the valve seat 205, and the liquid discharge port 204 is closed. In this state, no liquid is ejected.

弁３００は、圧電アクチュエータ４００によりＹ方向に昇降駆動されるようになっている。図３の状態から、圧電アクチュエータ４００を駆動させて弁３００を上昇させることにより、図４に示すように液体吐出口２０４が開かれて、液体吐出口２０４から液体が吐出される。 The valve 300 is driven up and down in the Y direction by a piezoelectric actuator 400. By driving the piezoelectric actuator 400 to raise the valve 300 from the state shown in FIG. 3, the liquid discharge port 204 is opened as shown in FIG. 4, and liquid is discharged from the liquid discharge port 204.

圧電アクチュエータ４００は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３と、これらの変位を拡大する変位拡大機構１０と、第１の圧電素子２および第２の圧電素子を駆動する駆動部３０とを有する。 The piezoelectric actuator 400 includes a first piezoelectric element 2 and a second piezoelectric element 3, a displacement magnifying mechanism 10 that magnifies the displacement of these elements, and a drive section 30 that drives the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element. and has.

変位拡大機構１０は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の一端を固定する固定部材１１を有している。固定部材１１は中央に凹部２４が形成されたＵ字状をなしており、凹部２４を挟んで両側が第１の側部１１ａおよび第２の側部１１ｂ、凹部２４の底が底部１１ｃとなっている。第１の圧電素子２および第２の圧電素子３は、それぞれ第１与圧機構４および第２与圧機構５により予め圧縮力が与えられた状態で凹部２４内に並列に配置されており、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の基端部（第１の端部）が固定部材１１の底部１１ｃに固定されている。第１の圧電素子２および第２の圧電素子３は、それらの長手方向である図１のＸ方向に伸縮変位するようになっている。固定部材１１は、ボルトにより基材（図示せず）に取り付けられるようになっており、厚さ方向に貫通する複数の取り付け穴２５が設けられている。なお、伸縮変位の縮退動作は、圧電素子が伸びた後に、本来の長さに戻ることを含む。 The displacement magnification mechanism 10 has a fixing member 11 that fixes one end of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3. The fixing member 11 has a U-shape with a recess 24 formed in the center, and both sides of the recess 24 are a first side 11a and a second side 11b, and the bottom of the recess 24 is a bottom 11c. ing. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are arranged in parallel in the recess 24 in a state where a compressive force is applied in advance by the first pressurizing mechanism 4 and the second pressurizing mechanism 5, respectively. Base ends (first ends) of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are fixed to the bottom 11c of the fixing member 11. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are configured to expand and contract in the X direction in FIG. 1, which is their longitudinal direction. The fixing member 11 is adapted to be attached to a base material (not shown) with bolts, and is provided with a plurality of attachment holes 25 passing through the fixing member 11 in the thickness direction. Note that the retraction operation of the expansion/contraction displacement includes returning to the original length after the piezoelectric element has expanded.

また、変位拡大機構１０は、さらに、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の先端部（第２の端部）にそれぞれ設けられた第１のキャップ部材１２および第２のキャップ部材１３と、第１のキャップ部材１２および固定部材１１の第１の側部１１ａの先端部にそれぞれ第１ヒンジ１４および第２ヒンジ１５を介して接続された第１のアーム１６と、第２のキャップ部材１３および固定部材１１の第２の側部１１ｂの先端部にそれぞれ第３ヒンジ１７および第４ヒンジ１８を介して接続された第２のアーム１９と、第１のキャップ部材１２および第２のキャップ部材１３を第５ヒンジ２１および第６ヒンジ２２を介して連結する連結部材２３とを有している。第１のアーム１６および第２のアーム１９は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の長手方向に沿って延びており、同じ長さを有している。 Further, the displacement magnifying mechanism 10 further includes a first cap member 12 and a second cap member provided at the tip portions (second ends) of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, respectively. 13, a first arm 16 connected to the tips of the first side portion 11a of the first cap member 12 and the fixing member 11 via a first hinge 14 and a second hinge 15, respectively; A second arm 19 is connected to the tips of the second side portions 11b of the cap member 13 and the fixing member 11 via the third hinge 17 and the fourth hinge 18, respectively, and the first cap member 12 and the second It has a connecting member 23 that connects the cap member 13 via the fifth hinge 21 and the sixth hinge 22. The first arm 16 and the second arm 19 extend along the longitudinal direction of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, and have the same length.

第１のアーム１６は、第１ヒンジ１４および第２ヒンジ１５が接続された基端部１６ａと基端部１６ａに着脱自在に取り付けられた長尺状の先端部１６ｂを有している。また、第２のアーム１９も同様に、第３ヒンジ１７および第４ヒンジ１８に接続された基端部１９ａと基端部１９ａに着脱自在に取り付けられた長尺状の先端部１９ｂとを有する。先端部１６ｂおよび１９ｂとしては、必要な変位に応じて種々の長さのものを用いることができる。 The first arm 16 has a base end 16a to which the first hinge 14 and the second hinge 15 are connected, and an elongated distal end 16b detachably attached to the base end 16a. Similarly, the second arm 19 has a proximal end 19a connected to the third hinge 17 and the fourth hinge 18, and an elongated distal end 19b detachably attached to the proximal end 19a. . The tip portions 16b and 19b may have various lengths depending on the required displacement.

なお、第１～第６ヒンジ１４，１５，１７，１８，２１，２２は、可撓性を有する材料によって形成さている。 Note that the first to sixth hinges 14, 15, 17, 18, 21, and 22 are made of a flexible material.

第１のアーム１６は、第１の圧電素子２の伸縮変位により、Ｙ方向、すなわち上下方向に揺動可能となっている。すなわち、第１のアーム１６は、第１の圧電素子２が伸長した際には、第２ヒンジ１５が支点、第１ヒンジ１４が力点、第１のアーム１６の先端部が作用点となって、第１のアーム１６の先端には、てこの原理により第１の圧電素子２の変位方向であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って上方向に拡大した変位が現れる。また、第１の圧電素子２が縮退した際には、同様の原理により、第１のアーム１６の先端部には、下方向に拡大された変位が現れる。 The first arm 16 can swing in the Y direction, that is, in the vertical direction, by the expansion and contraction displacement of the first piezoelectric element 2. That is, in the first arm 16, when the first piezoelectric element 2 is extended, the second hinge 15 is the fulcrum, the first hinge 14 is the point of force, and the tip of the first arm 16 is the point of action. , at the tip of the first arm 16, a displacement that expands upward along the Y direction orthogonal to the X direction, which is the displacement direction of the first piezoelectric element 2, appears due to the lever principle. Furthermore, when the first piezoelectric element 2 is retracted, a downwardly expanded displacement appears at the tip of the first arm 16 based on the same principle.

一方、第２のアーム１９は、第２の圧電素子３の伸縮変位により、Ｙ方向、すなわちＡ方向およびＢ方向に揺動可能となっている。すなわち、第２のアーム１９は、第２の圧電素子３が伸長した際には、第４ヒンジ１８が支点、第３ヒンジ１７が力点、第２のアーム１９の先端部が作用点となって、第２のアーム１９の先端には、てこの原理により第２の圧電素子３の変位方向と直交する下方向に拡大した変位が現れる。また、第２の圧電素子３が縮退した際には、同様の原理により、第２のアーム１９の先端部には、上方向に拡大された変位が現れる。 On the other hand, the second arm 19 can swing in the Y direction, that is, in the A direction and the B direction, by the expansion and contraction displacement of the second piezoelectric element 3. That is, in the second arm 19, when the second piezoelectric element 3 is extended, the fourth hinge 18 is the fulcrum, the third hinge 17 is the point of force, and the tip of the second arm 19 is the point of action. , at the tip of the second arm 19, a displacement that expands downward perpendicular to the displacement direction of the second piezoelectric element 3 appears due to the lever principle. Furthermore, when the second piezoelectric element 3 retracts, an upwardly expanded displacement appears at the tip of the second arm 19 based on the same principle.

このとき、第１のアーム１６と第２のアーム１９は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３が互いに反対方向に所定量で変位することにより、同じ方向にほぼ同一量の変位で揺動するようになっている。 At this time, the first arm 16 and the second arm 19 are displaced by approximately the same amount in the same direction by the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 being displaced by a predetermined amount in opposite directions. It is designed to oscillate.

第１のアーム１６の先端部および第２のアーム１９の先端部には、装着部材６１および６２により、Ｙ方向に延びる出力部材６０が装着されている。出力部材６０の下端には上述した弁３００が装着されている。なお、出力部材６０を用いずに、第１のアーム１６および第２のアーム１９に直接弁３００を装着してもよい。 An output member 60 extending in the Y direction is attached to the distal end of the first arm 16 and the distal end of the second arm 19 by attachment members 61 and 62. The above-mentioned valve 300 is attached to the lower end of the output member 60. Note that the valve 300 may be directly attached to the first arm 16 and the second arm 19 without using the output member 60.

なお、固定部材１１、第１のキャップ部材１２および第２のキャップ部材１３、ヒンジ１４，１５，１７，１８，２１，２２、第１のアーム１６、第２のアーム１９、連結部材２３からなる変位拡大機構１０は、ワイヤカット放電加工等の一体加工手段により作製することができる。また、変位拡大機構１０を構成する材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、ステンレス鋼等、熱膨張が小さく、比較的熱伝導性のよい材料を挙げることができる。 Note that it consists of a fixing member 11, a first cap member 12, a second cap member 13, hinges 14, 15, 17, 18, 21, 22, a first arm 16, a second arm 19, and a connecting member 23. The displacement magnification mechanism 10 can be manufactured by integral processing means such as wire cut electric discharge machining. Further, as the material constituting the displacement magnification mechanism 10, materials with small thermal expansion and relatively good thermal conductivity, such as invar alloy, super invar alloy, and stainless steel, can be cited.

第１の圧電素子２および第２の圧電素子に反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加することにより、変位拡大機構１０の第１のアーム１６および第２のアーム１９をＡ方向またはＢ方向の同じ方向にほぼ同じ量変位させることができ、数倍～数十倍程度に拡大したＹ方向の変位を出力部材６０に伝達し、弁３００を駆動することができる。 By applying a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element so that they are displaced by a predetermined amount in opposite directions, the first arm 16 and the second arm 19 of the displacement magnification mechanism 10 are moved in the A direction. Alternatively, the valve 300 can be displaced by approximately the same amount in the same direction in the B direction, and the displacement in the Y direction magnified several times to several tens of times can be transmitted to the output member 60 to drive the valve 300.

第１の圧電素子２および第２の圧電素子３は、同じ材料からなっており、同じ大きさを有している。これらは、板状（例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ）の圧電体が電極を挟んで複数積層されて全体として直方体（例えば４０ｍｍの長さ）として構成されている。第１の圧電素子２および第２の圧電素子３は、側面に電圧を印加するための電気端子（図示せず）を備えており、この電気端子間に電圧が印加されることにより、伸縮するように構成されている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３；ＰＺＴ）を挙げることができる。圧電素子２および３の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。 The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are made of the same material and have the same size. These are constructed by laminating a plurality of plate-shaped (for example, 10 mm x 10 mm) piezoelectric bodies with electrodes sandwiched therebetween to form a rectangular parallelepiped (for example, 40 mm in length) as a whole. The first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are equipped with electric terminals (not shown) for applying a voltage to their side surfaces, and expand and contract when a voltage is applied between the electric terminals. It is configured as follows. A ceramic material having a piezoelectric effect is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric body, and a typical example of such a material is lead zirconate titanate (Pb(Zr,Ti)O ₃ ; PZT). I can do it. The shape of the piezoelectric elements 2 and 3 is not limited to a rectangular parallelepiped, but may be a polygonal prism such as a triangular prism or a hexagonal prism, or a cylinder.

第１の与圧機構４および第２の与圧機構５は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の伸縮方向に予め圧縮力が与えられるように構成されている。圧電素子は、脆性材料であるセラミックス材料で構成されており、引張り力に対して弱いことから、予め圧縮力を与えることが重要である。 The first pressurizing mechanism 4 and the second pressurizing mechanism 5 are configured so that a compressive force is applied in advance to the expansion and contraction direction of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3. The piezoelectric element is made of a ceramic material, which is a brittle material, and is weak against tensile force, so it is important to apply compressive force in advance.

第１の与圧機構４は、例えば、第１の圧電素子２の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース４０ａ，４０ｂと、一対のヘッドピース４０ａ，４０ｂ間に架け渡されるように設けられた圧縮力付与部材４１とを有している。また、第２の与圧機構５は、例えば、第２の圧電素子３の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース５０ａ，５０ｂと、一対のヘッドピース５０ａ，５０ｂ間に架け渡されるように設けられた圧縮力付与部材５１とを有している。この第１および第２の与圧機構４および５により、第１および第２の圧電素子２および３から生じる力に対して１／５～１／２程度の圧縮力を与える。圧縮力付与部材４１、５１は例えば２本である。 The first pressurizing mechanism 4 is configured such that it is bridged between, for example, a pair of head pieces 40a and 40b fixed to one end surface and the other end surface of the first piezoelectric element 2, and a pair of head pieces 40a and 40b. The compressive force applying member 41 is provided. Further, the second pressurizing mechanism 5 is, for example, a pair of head pieces 50a, 50b fixed to one end surface and the other end surface of the second piezoelectric element 3, and is bridged between the pair of head pieces 50a, 50b. The compressive force applying member 51 is provided as shown in FIG. The first and second pressurizing mechanisms 4 and 5 apply a compressive force that is approximately 1/5 to 1/2 of the force generated from the first and second piezoelectric elements 2 and 3. For example, there are two compressive force applying members 41 and 51.

第１および第２の与圧機構４および５を構成する材料としては、圧縮力付与可能な剛性を有し、比較的強度が高く、さらに耐候性や耐食性に優れ、熱膨張係数が小さいものが好ましい。このような材料としては、インバー合金、スーパーインバー合金、炭素繊維、ステンレス鋼を挙げることができる。 The materials constituting the first and second pressurizing mechanisms 4 and 5 are those that have the rigidity to apply compressive force, have relatively high strength, have excellent weather resistance and corrosion resistance, and have a small coefficient of thermal expansion. preferable. Such materials include invar alloy, super invar alloy, carbon fiber, and stainless steel.

なお、与圧機構を設けずに変位拡大機構に与圧機構としての機能をもたせてもよい。 Note that the displacement amplifying mechanism may have the function of a pressurizing mechanism without providing the pressurizing mechanism.

駆動部３０は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に所定の電圧を印加して充放電させることによりこれらを伸縮駆動するドライバー３１と、ドライバー３１に第１の圧電素子２および第２の圧電素子３を伸縮させるための指令を与える制御部３２とを有している。ドライバー３１は、電源と駆動回路とを有している。駆動部３０は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に、一方が伸びる方向に、他方がそれに対して縮む方向に変位するように電圧を印加することができる。 The drive section 30 includes a driver 31 that applies a predetermined voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 to cause them to expand and contract by charging and discharging them; It has a control section 32 that gives commands for expanding and contracting the second piezoelectric element 3. The driver 31 has a power source and a drive circuit. The drive unit 30 can apply a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so that one of them is displaced in the direction of extension and the other is displaced in the direction of contraction relative to it.

なお、固定部材１１の第２の側部１１ｂの下側には、支持部材８０が設けられている。支持部材８０は、圧電アクチュエータ４００の固定部材１１を支持するとともに、液体吐出部材２００を支持している。 Note that a support member 80 is provided below the second side portion 11b of the fixing member 11. The support member 80 supports the fixing member 11 of the piezoelectric actuator 400 and also supports the liquid ejection member 200.

このように構成されるディスペンサ１００においては、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に電圧が印加されていない状態では、図３に示すように、弁３００は、その先端が液体吐出部材２００の弁座２０５に着座しており、液体吐出口２０４は塞がれていて、液体は吐出されない。 In the dispenser 100 configured in this manner, when no voltage is applied to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, as shown in FIG. It is seated on the valve seat 205 of the member 200, and the liquid discharge port 204 is closed, so that no liquid is discharged.

この状態から、圧電アクチュエータ４００の駆動部３０の制御部３２からの指令に基づきドライバー３１が第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に所定の電圧を与えることにより、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３がＸ方向に変位し、それにともなって、変位拡大機構１０により出力部材６０に対して拡大された変位が出力される。 From this state, the driver 31 applies a predetermined voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 based on a command from the control unit 32 of the drive unit 30 of the piezoelectric actuator 400. 2 and the second piezoelectric element 3 are displaced in the X direction, and accordingly, the displacement magnifying mechanism 10 outputs an expanded displacement to the output member 60.

このとき駆動部３０は、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加する。具体的には、図５に示すように、第１の圧電素子２を所定量伸長変位させ、第２の圧電素子３を所定量縮退変位させることにより、第１のアーム１６および第２のアーム１９の先端部が圧電素子の変位量の数倍から数十倍の変位量で上方に変位する。これにより、図４に示すように、弁３００はＹ方向に上昇駆動されて、液体吐出口２０４が開かれて、液体吐出口２０４から液体が吐出される。 At this time, the drive unit 30 applies a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so that they are displaced by a predetermined amount in opposite directions. Specifically, as shown in FIG. 5, the first arm 16 and the second arm The tip of the piezoelectric element 19 is displaced upward by a displacement several to several tens of times as large as the displacement of the piezoelectric element. As a result, as shown in FIG. 4, the valve 300 is driven upward in the Y direction, the liquid discharge port 204 is opened, and liquid is discharged from the liquid discharge port 204.

この状態から第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の電圧印加を解除することにより、図６に示すように、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３が逆方向に変位して元に戻り、第１のアーム１６および第２のアーム１９の先端部がほぼ同一量下降して出力部材６０が元の位置に戻り、弁３００は、図３に示すように、その先端が液体吐出部材２００の弁座２０５に着座し、液体吐出口２０４を塞いで液体の吐出を停止する。 By releasing the voltage application to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 from this state, the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are displaced in opposite directions, as shown in FIG. The distal ends of the first arm 16 and the second arm 19 are lowered by approximately the same amount, the output member 60 is returned to its original position, and the valve 300 is moved to its distal end as shown in FIG. is seated on the valve seat 205 of the liquid ejection member 200, blocks the liquid ejection port 204, and stops ejection of liquid.

以上は液体吐出口２０４をノーマルクローズにする場合について示したが、電圧を印加していないときに弁３００が液体吐出口２０４が開いた状態となり、電圧を印加したときに、第１の圧電素子２を縮退変位させ、第２の圧電素子３を伸長変位させて、第１のアーム１６および第２のアーム１９を介して出力部材６０とともに弁３００を下降させ、液体吐出口２０４を閉じるノーマルオープンであってもよい。 The above description is about the case where the liquid discharge port 204 is normally closed, but when the valve 300 is in the state where the liquid discharge port 204 is open when no voltage is applied, and when the voltage is applied, the first piezoelectric element Normally open, the valve 300 is lowered together with the output member 60 via the first arm 16 and the second arm 19, and the liquid discharge port 204 is closed. It may be.

このように、圧電アクチュエータ４００においては、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加することにより、第１のアーム１６および第２のアーム１９をほぼ同一量変位させることができ、これにより、出力部材６０に上下方向の拡大された変位を与え、弁３００を上昇および下降させることができる。 In this way, in the piezoelectric actuator 400, by applying a voltage to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 so that they are displaced by a predetermined amount in mutually opposite directions, the first arm 16 and the second piezoelectric element 3 are The two arms 19 can be displaced by approximately the same amount, thereby giving an enlarged vertical displacement to the output member 60 and raising and lowering the valve 300.

このとき、第１の圧電素子２および第２の圧電素子３への電圧印加は、制御部３２からの指令に基づいて所定のタイミングで液体（液滴）が吐出されるように制御される。 At this time, voltage application to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 is controlled based on a command from the control unit 32 so that the liquid (droplet) is ejected at a predetermined timing.

常に第１の圧電素子２および第２の圧電素子３が反対方向に所定の量で変位するような電圧を与えることができる駆動回路としては、図７に示すようなものを好適に用いることができる。 As a drive circuit that can always apply a voltage such that the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 are displaced by a predetermined amount in opposite directions, it is preferable to use the one shown in FIG. 7. can.

図７の駆動回路は、アンプ７０を有する。アンプ７０は入力端子７１を有し、入力端子７１には、例えば０～１０Ｖの電圧が入力される（Ｖ_ｉｎ）。本例では、アンプ７０は入力電圧を２０倍に増幅し、増幅された電圧は出力端子７２から出力される（Ｖ_ｏｕｔ）。出力端子７２に接続される電圧は、配線７４を介して第１の圧電素子２および第２の圧電素子３の第１の端子に印加される。また、第１の圧電素子２の第２の端子は最小電圧（接地電位（０Ｖ））であり、第２の圧電素子３の他方の端子には、アンプ７０の最大電圧出力端子７３から常に最大電圧である２００Ｖの電圧が印加される。このようにすることにより、基準電圧を１００Ｖにして、常に第１の圧電素子２および第２の圧電素子３に逆方向の電圧が印加され、第１の圧電素子２および第２の圧電素子を反対方向に所定の量で変位させることができる。 The drive circuit in FIG. 7 includes an amplifier 70. The amplifier 70 has an input terminal 71, and a voltage of 0 to 10 V, for example, is input to the input terminal 71 (V _in ). In this example, amplifier 70 amplifies the input voltage by a factor of 20, and the amplified voltage is output from output terminal 72 (V _out ). The voltage connected to the output terminal 72 is applied to the first terminals of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 via the wiring 74. Further, the second terminal of the first piezoelectric element 2 is at the minimum voltage (ground potential (0V)), and the other terminal of the second piezoelectric element 3 is always connected to the maximum voltage output terminal 73 of the amplifier 70. A voltage of 200V is applied. By doing this, the reference voltage is set to 100V, and a voltage in the opposite direction is always applied to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3, and the voltage in the opposite direction is always applied to the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3. It can be displaced by a predetermined amount in the opposite direction.

ところで、ディスペンサ１００において、圧電アクチュエータ４００を動作させる際に、周囲の温度変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、熱膨張により圧電素子の長さが変化する。その際に、上記特許文献１に示したような従来のディスペンサ（液滴吐出装置）では、圧電素子の長さの変化により、変位拡大機構の出力部の初期位置は変化するため、弁（ニードル）の先端位置が変化して、液体の吐出指令が出されていないときに液漏れが生じるおそれがある。 By the way, in the dispenser 100, when operating the piezoelectric actuator 400, if there is a change in ambient temperature, or if the piezoelectric element is driven frequently and the temperature rises due to self-heating from the piezoelectric element itself, heat may be generated. The expansion changes the length of the piezoelectric element. At that time, in the conventional dispenser (droplet ejecting device) as shown in Patent Document 1, the initial position of the output part of the displacement magnification mechanism changes due to a change in the length of the piezoelectric element, so the valve (needle) ) may change, causing liquid leakage when a liquid ejection command is not issued.

これに対し、本実施形態のディスペンサ１００では、圧電アクチュエータ４００の第１の圧電素子２と第２の圧電素子３の長さが熱膨張により変化しても、それぞれ第１のアーム１６および第２のアーム１９を介して拡大された変位が反対方向で同一量となり、その変動がキャンセルされる。そのため、出力部材６０の初期位置の変化をほぼゼロとすることができ、これにともなって弁３００の初期位置の変化もほぼゼロとすることができるので、弁３００が閉じているときの液漏れをほぼ完全に抑制することができる。 In contrast, in the dispenser 100 of the present embodiment, even if the lengths of the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 of the piezoelectric actuator 400 change due to thermal expansion, the lengths of the first arm 16 and the second piezoelectric element 3, respectively, change due to thermal expansion. The displacement magnified through the arm 19 becomes the same amount in the opposite direction, canceling out the variation. Therefore, the change in the initial position of the output member 60 can be made almost zero, and accordingly, the change in the initial position of the valve 300 can also be made almost zero. can be almost completely suppressed.

また、圧電素子には、図８に示すように、ステップ状の電圧や一定の電圧等を印加した後、時間経過とともに、伸び量が安定せず変化してしまうクリープと称する現象が生じる。クリープ速度は時間対数的に減少する。クリープ現象は、クローズドループ制御の場合は補正することができるが、オープンループ制御では補正することができない。したがって、上記特許文献１の技術では、圧電素子のクリープ現象による伸び量の変化による液漏れを抑制するために、圧電素子の制御をフィードバック制御にする必要があるが、制御が複雑になる。 Furthermore, as shown in FIG. 8, a phenomenon called creep occurs in a piezoelectric element, in which the amount of elongation becomes unstable and changes over time after a step voltage, a constant voltage, or the like is applied. The creep rate decreases logarithmically with time. The creep phenomenon can be corrected in the case of closed-loop control, but cannot be corrected in open-loop control. Therefore, in the technique of Patent Document 1, in order to suppress liquid leakage due to changes in the amount of elongation due to the creep phenomenon of the piezoelectric element, it is necessary to control the piezoelectric element using feedback control, but the control becomes complicated.

これに対し、本実施形態のディスペンサ１００では、圧電アクチュエータ４００の第１の圧電素子２および第２の圧電素子３にクリープが生じても、これらは互いに反対方向に変位するため、クリープによる長さ変化が相殺され、クリープ現象による位置ずれを軽減することができる。このため、クローズドループ制御を行わなくても液漏れをほぼ完全に抑制することができる。 On the other hand, in the dispenser 100 of this embodiment, even if creep occurs in the first piezoelectric element 2 and the second piezoelectric element 3 of the piezoelectric actuator 400, they are displaced in opposite directions, so that the length due to creep is The changes are canceled out, and the positional shift due to the creep phenomenon can be reduced. Therefore, liquid leakage can be almost completely suppressed without performing closed-loop control.

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図９は本発明の第１の実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図、図１０は図９のディスペンサから弁・吐出部材ユニットを取り外した状態を示す部分断面正面図、図１１は弁・吐出部材ユニットを示す断面図である。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
9 is a partially sectional front view showing a dispenser according to the first embodiment of the present invention, FIG. 10 is a partially sectional front view showing a state in which the valve/discharge member unit is removed from the dispenser of FIG. 9, and FIG. It is a sectional view showing a discharge member unit.

本実施形態では、弁と液体吐出部材をユニット化して、弁・吐出部材ユニットを構成し、弁・吐出部材ユニットを着脱可能に構成した例を示す。他の構成は第１の実施形態と同様であるため、同じものには同じ符号を付して説明を省略する。 This embodiment shows an example in which a valve and a liquid discharge member are unitized to form a valve/discharge member unit, and the valve/discharge member unit is configured to be detachable. Since the other configurations are the same as those in the first embodiment, the same components are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

液体吐出部材２００′は、液体吐出部材２００と同様に構成されているが、図１０に示すように、ガイド部材８１に沿って、外側に移動して取り外し可能となっている。なお、ガイド部材８１には、液体吐出部材２００′の液体吐出口２０４に対応する突出部の移動の妨げにならないように切り欠きが形成されている。一方、弁３００′は、圧電アクチュエータ４００の出力部材６０に対して接離可能に構成され、液体吐出部材２００′と一体となっている。このように、液体吐出部材２００′と弁３００′とは一体化されて弁・吐出部材ユニット５００を構成し、ユニットごと着脱可能となっている。 The liquid ejection member 200' has the same structure as the liquid ejection member 200, but as shown in FIG. 10, it can be removed by moving outward along the guide member 81. Note that a notch is formed in the guide member 81 so as not to obstruct movement of the protrusion corresponding to the liquid ejection port 204 of the liquid ejection member 200'. On the other hand, the valve 300' is configured to be able to move toward and away from the output member 60 of the piezoelectric actuator 400, and is integrated with the liquid discharge member 200'. In this way, the liquid discharge member 200' and the valve 300' are integrated to constitute the valve/discharge member unit 500, and the whole unit is removable.

図１１に示すように、弁３００′は、弁本体３０１と、弁本体３０１の上端に設けられたフランジ３０２と、フランジ３０２と液体吐出部材２００′の本体部２０１との間に設けられたコイルばね３０３とを有する。弁本体３０１は、先端が球面のロッド状をなし、Ｙ方向に延びるとともに、先端部が液体吐出部材２００′の液室２０２に挿入されている。弁本体３０１はコイルばね３０３により上方に付勢されており、弁・吐出部材ユニット５００が取り外された状態ではコイルばね３０３の付勢力により弁本体３０１は持ち上げられるが、装着された状態では、弁本体３０１が圧電アクチュエータ４００の出力部材６０で押さえられることにより、液体吐出部材２００′の液体吐出口２０４を閉塞して液体の吐出を停止することができる。なお、コイルばね３０３の代わりに板ばね等の他の付勢手段を用いてもよい。 As shown in FIG. 11, the valve 300' includes a valve body 301, a flange 302 provided at the upper end of the valve body 301, and a coil provided between the flange 302 and the main body portion 201 of the liquid discharge member 200'. It has a spring 303. The valve body 301 has a rod shape with a spherical tip, extends in the Y direction, and has the tip inserted into the liquid chamber 202 of the liquid discharge member 200'. The valve body 301 is urged upward by a coil spring 303, and when the valve/discharge member unit 500 is removed, the valve body 301 is lifted by the urging force of the coil spring 303, but when it is attached, the valve body 301 is lifted up. By pressing the main body 301 with the output member 60 of the piezoelectric actuator 400, the liquid ejection port 204 of the liquid ejection member 200' can be closed and liquid ejection can be stopped. Note that other biasing means such as a leaf spring may be used instead of the coil spring 303.

このように、圧電アクチュエータ４００の出力部材６０と弁３００′とを切り離して着脱可能に設けても、コイルばね３０３の作用により弁本体３０３が出力部材６０により押さえられるので、第１の実施形態と同様の動作が可能である。 In this way, even if the output member 60 of the piezoelectric actuator 400 and the valve 300' are detachably provided, the valve body 303 is held down by the output member 60 due to the action of the coil spring 303. Similar operations are possible.

また、液体吐出部材２００′と弁３００′とを一体化して弁・吐出部材ユニット５００を構成し、ユニットごと着脱可能としたことにより、メンテナンス性を著しく高めることができる。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では圧電素子を与圧機構により予め圧縮力を与えた例を示したが、与圧機構は必須ではない。 Moreover, the liquid discharge member 200' and the valve 300' are integrated to form the valve/discharge member unit 500, and the entire unit is detachable, thereby significantly improving maintainability.
<Other applications>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, an example was shown in which compressive force was applied in advance to the piezoelectric element by a pressurizing mechanism, but the pressurizing mechanism is not essential.

また、変位拡大機構は、上記実施形態に限定されるものではなく、並列に配置された２つの圧電素子の伸縮変位を、拡大して変位方向に直交する方向の変位として出力するものであればよく、例えば、圧電素子を固定する固定部材の側面に沿って底部に延びるアームを有するものであってもよい。 Furthermore, the displacement magnification mechanism is not limited to the above embodiments, but may be one that magnifies the expansion/contraction displacement of two piezoelectric elements arranged in parallel and outputs it as a displacement in a direction orthogonal to the displacement direction. For example, the piezoelectric element may have an arm extending along the side surface and the bottom of the fixing member for fixing the piezoelectric element.

さらに、液体吐出部材および弁の構成についても上記実施の形態に限定されるものでなく、装置設計に応じて適宜の構成を採用することができる。
本発明によれば、圧電アクチュエータの第１の圧電素子と第２の圧電素子とに、互いに反対方向に所定の量で変位するように電圧を印加し、第１のアームおよび第２のアームを第１の圧電素子および第２の圧電素子の伸縮方向と直交する同方向にほぼ同一量変位させて、これらにより弁に変位を与えて液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行うので、熱膨張による弁の初期位置のずれや、圧電素子のクリープによる弁の位置ずれを抑制して、液漏れを抑制することができる。 Further, the configurations of the liquid discharge member and the valve are not limited to those in the above embodiments, and appropriate configurations can be adopted depending on the device design.
According to the present invention, a voltage is applied to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element of the piezoelectric actuator so that they are displaced by a predetermined amount in mutually opposite directions, and the first arm and the second arm are moved. The first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by approximately the same amount in the same direction perpendicular to the direction of expansion and contraction, and these act to apply displacement to the valve to discharge and cut off the liquid from the liquid discharge member. Liquid leakage can be suppressed by suppressing displacement of the initial position of the valve due to expansion and displacement of the valve due to creep of the piezoelectric element.

２；第１の圧電素子
３；第２の圧電素子
１０；変位拡大機構
１１；固定部材
１１ａ；第１の側部
１１ｂ；第２の側部
１１ｃ；底部
１２，１３；キャップ部材
１４，１５，１７，１８，２１，２２；ヒンジ
１６；第１のアーム
１９；第２のアーム
２３；連結部材
２４；凹部
３０；駆動部
６０；出力部材
１００；ディスペンサ
２００，２００′；液体吐出部材
３００，３００′；弁
４００；圧電アクチュエータ
５００；弁・吐出部材ユニット 2; first piezoelectric element 3; second piezoelectric element 10; displacement magnifying mechanism 11; fixing member 11a; first side 11b; second side 11c; bottom 12, 13; cap member 14, 15, 17, 18, 21, 22; Hinge 16; First arm 19; Second arm 23; Connection member 24; Recessed portion 30; Drive portion 60; Output member 100; Dispenser 200, 200'; Liquid discharge member 300, 300 '; Valve 400; Piezoelectric actuator 500; Valve/discharge member unit

Claims

An actuator,
a first piezoelectric element;
a second piezoelectric element;
a drive unit that applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to drive the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to expand and contract;
a fixing member that fixes a first base end of the first piezoelectric element and a second base end of the second piezoelectric element;
The first piezoelectric element is connected to a first tip portion opposite to the first base end portion of the first piezoelectric element so as to be swingable based on expansion and contraction of the first piezoelectric element. a first arm extending substantially linearly in the direction of extension of the element ;
The second piezoelectric element is connected to a second tip end opposite to the second base end of the second piezoelectric element so as to be swingable based on expansion and contraction of the second piezoelectric element. a second arm extending substantially linearly in the direction of extension of the element ;
has
An output member is connected to the tips of the first arm and the second arm,
The drive section applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced in opposite directions, thereby causing the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to move in opposite directions. An actuator characterized in that the first arm and the second arm are displaced in the same direction to apply an enlarged displacement to the output member.

1 . The driving unit applies a voltage to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element so that one of the piezoelectric elements is displaced in an extending direction and the other is displaced in a direction that contracts relative to the first piezoelectric element. Actuator described in.

The drive section applies an output voltage of the drive section to a first terminal of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and applies an output voltage of the drive section to a second terminal of the first piezoelectric element. 3. The actuator according to claim 1, further comprising a drive circuit that applies a minimum voltage of 1 to the second terminal of the second piezoelectric element and a maximum voltage of the drive unit to the second terminal of the second piezoelectric element.

The fixing member has a U-shape, and the first base end of the first piezoelectric element and the second base end of the second piezoelectric element meet the U-shape. The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is fixed to the fixing member at the bottom.

The first arm connects one side of the U-shaped shape of the fixing member via a second hinge and the first tip of the first piezoelectric element via the first hinge. connected to the
The second arm connects the other side of the U-shape of the fixing member via a fourth hinge and the second tip of the second piezoelectric element via a third hinge. 5. The actuator according to claim 4, wherein the actuator is connected to a portion of the actuator.

From claim 1, further comprising a first pressurizing mechanism and a second pressurizing mechanism that apply compressive force in the expansion/contraction direction to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, respectively. The actuator according to claim 5.

A first cap member is attached to the first tip of the first piezoelectric element, and the first arm is connected to the first cap member by a first hinge,
A second cap member is attached to the second tip of the second piezoelectric element, and the second arm is connected to the second cap member by a third hinge. The actuator according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the actuator is characterized in that the actuator is characterized in any one of claims 1 to 4, or the actuator according to claim 6, which refers to any one of claims 1 to 4 .

8. The actuator according to claim 7, wherein the first cap member and the second cap member are connected by a connecting member via fifth and sixth hinges, respectively.