(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給源からの液体を供給する液体供給管が接続される液体貯留室と、先端が液体吐出口になっている液体吐出流路とを備えた装置本体と、
前記液体貯留室と前記液体吐出流路を連通する両端開口のシリンダと、
前記シリンダ内を摺動すると共に、後端部は前記シリンダの外側に位置する前記液体貯留室内で移動する両端開口の筒部材からなるパイプピストンと、
前記液体貯留室内を移動可能であると共に、前記パイプピストンの前記後端部に係合する係合部と、前記パイプピストンの後端開口部に当接することにより該後端開口部を閉塞する端壁部とを有し、後方に移動する際に前記係合部が前記パイプピストンの後端部に係合して前記パイプピストンの後端開口部から前記端壁部を離間させた状態で前記パイプピストンを前記シリンダから離脱する方向に摺動させて、開放状態の前記後端開口部から前記パイプピストン内へ液体を流入させ、前方に移動する際に前記端壁部が前記パイプピストンの後端開口部に当接して該後端開口部を閉塞した状態で前記パイプピストンを前記シリンダ内に押し込んでいく入口バルブと、
前記液体吐出流路内に配設されると共に、常態において前記シリンダの前端開口部に当接する方向に付勢されており、前記パイプピストンが前記シリンダから離脱する方向に摺動する際には、前記シリンダの前端開口部に当接して該前端開口部を閉塞し、前記パイプピストンが前記シリンダ内に押し込まれる方向に移動する際には、液圧により前記シリンダの前端開口部から離間して該前端開口部を開放させる出口バルブと
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記入口バルブは、ロッド部材に連結されていると共に、このロッド部材を前後動作させる駆動機構を備え、前記駆動機構により前記ロッド部材を前後動作させて前記入口バルブの端壁部が前記パイプピストンの後端開口部に離接する構成である請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記出口バルブは、前記液体吐出流路内に配設された弾性部材により、前記シリンダの前端開口部に当接する方向に付勢されている請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項４】
トイレに流す洗浄水に対して一定量の薬液を吐出するために用いられる請求項１〜３のいずれか１に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトイレに流す洗浄水に対して一定量の薬液を吐出するための液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体吐出装置として、例えば特許文献１および特許文献２に示されているものが知られている。特許文献１では、ピストンロッドに連結されるピストンがシリンダ内を往復動自在に設けられている。前記シリンダには、液体を吸入するための液体吸入用バルブと、シリンダ内の液体を吐出するための液体吐出用バルブが付設される。液体吸入用バルブおよび液体吐出用バルブには、チェック弁が用いられる。
ピストンロッドに連結されるピストンの往復動によって、シリンダ内が負圧になると、液体吐出用バルブが閉塞し、液体吸入用バルブが開放する。したがって、一定量の液体が液体吸入用バルブを経てシリンダ内へ流入する。次いで、ピストンによってシリンダ内が加圧されると、液体吸入用バルブが閉塞し、液体吐出用バルブが開放する。したがって、シリンダ内の液体が液体吐出用バルブから吐出する。
【０００３】
特許文献２では、ピストンロッドに連結されるピストン部の往復動で圧力室に吐出流体を吸引、吐出する定量ポンプが開示されている。ピストン部は、リテーナ部材を介して第１のピストン部材と、第２のピストン部材が結合されている。また、第１のピストン部材および第２のピストン部材のリテーナ部材側に、吐出ダイヤフラムおよび圧力ダイヤフラムが対向配置されている。また、スペースが、リテーナ部材の外周部に位置して、吐出ダイヤフラムおよび圧力ダイヤフラムで画されている。前記スペースが流体を実質的に充填する流体室として構成されている。その流体室は、その中に、常時加圧された状態にある加圧流体が封入されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７１７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液体吐出装置においては、例えば特許文献１は、シリンダ内へ流入し、前記シリンダから吐出する液体の流れを制御するために、ボール弁からなるチェック弁を液体吸入用バルブとして用いている。液体を吸い込む際には、密閉状態であるためピストンを動作させようとすると大きな力が必要であると共に、ピストンが動き始めてから液体吸入用バルブが開放動作するため、駆動ロスが大きい。その結果、微量の液体を高精度で安定して吐出しようとする場合には適さない。また、シリンダ、ピストン、チェック弁等を用いているため構造が複雑であると共に、ピストンを動作させる際に所定以上の大きな力が必要であるため駆動源のパワーも所定以上のものを必要とし、全体として高価な装置になる。
【０００６】
特許文献２は、吐出流体の吐出量を定量とするには、吐出ダイヤフラムの動作工程中の有効径が変わらないことが求められる。そのために、加圧状態の流体室の圧力は、流体吐出に作用する圧縮機の圧力室の圧力よりも大きく設定するための工夫がされている。ピストン部、吐出ダイヤフラムおよび圧力ダイヤフラム、流体室などの構造が複雑であるので、高価な装置になる。また、ピストン部を往復動する際に大きな力を必要とする。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、簡単な構造で、安価な液体吐出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の液体吐出装置は、液体供給源からの液体を供給する液体供給管が接続される液体貯留室と、先端が液体吐出口になっている液体吐出流路とを備えた装置本体と、前記液体貯留室と前記液体吐出流路を連通する両端開口のシリンダと、前記シリンダ内を摺動すると共に、後端部は前記シリンダの外側に位置する前記液体貯留室内で移動する両端開口の筒部材からなるパイプピストンと、前記液体貯留室内を移動可能であると共に、前記パイプピストンの前記後端部に係合する係合部と、前記パイプピストンの後端開口部に当接することにより該後端開口部を閉塞する端壁部とを有し、後方に移動する際に前記係合部が前記パイプピストンの後端部に係合して前記パイプピストンの後端開口部から前記端壁部を離間させた状態で前記パイプピストンを前記シリンダから離脱する方向に摺動させて、開放状態の前記後端開口部から前記パイプピストン内へ液体を流入させ、前方に移動する際に前記端壁部が前記パイプピストンの後端開口部に当接して該後端開口部を閉塞した状態で前記パイプピストンを前記シリンダ内に押し込んでいく入口バルブと、前記液体吐出流路内に配設されると共に、常態において前記シリンダの前端開口部に当接する方向に付勢されており、前記パイプピストンが前記シリンダから離脱する方向に摺動する際には、前記シリンダの前端開口部に当接して該前端開口部を閉塞し、前記パイプピストンが前記シリンダ内に押し込まれる方向に移動する際には、液圧により前記シリンダの前端開口部から離間して該前端開口部を開放させる出口バルブとを有することを特徴とする。
【０００９】
前記入口バルブは、ロッド部材に連結されていると共に、このロッド部材を前後動作させる駆動機構を備え、前記駆動機構により前記ロッド部材を前後動作させて前記入口バルブの端壁部が前記パイプピストンの後端開口部に離接する構成であることが好ましい。
【００１０】
前記出口バルブは、前記液体吐出流路内に配設された弾性部材により、前記シリンダの前端開口部に当接する方向に付勢されていることが好ましい。
本発明の液体吐出装置は、トイレに流す洗浄水に対して一定量の薬液を吐出するために用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリンダ内を摺動するピストンが両端開口の筒部材からなるパイプピストンを有して構成され、いわばシリンダとパイプピストンとの二重筒構造である。そして、パイプピストンが後方に移動する場合、すなわち、シリンダに対して相対的に伸長する方向に動作する場合には、入口バルブがパイプピストンの後端開口部を開放するため、パイプピストンが後方に動作し始めると同時に、後端開口部から液体が該パイプピストン及びシリンダ内に流入する。このため、パイプピストンが後方に動作する際の抵抗が小さく、パイプピストンを動作させる駆動源のパワーは従来よりも小さく安価なもので済む。
【００１２】
また、パイプピストンが後方に移動し始めると同時に後端開口部からパイプピストン及びシリンダ内に液体が流入するため、従来のチェック弁を用いたもののように駆動ロスがなく、液体の吐出量を正確に制御できる。このため、微量な液体を正確に一定量ずつ吐出する用途、例えば、トイレに流す洗浄水に対して０．０３ｃｃ程度の薬液を一定量ずつ供給したい場合に適している。
【００１３】
なお、液体の吐出量は、パイプピストンを後方に移動させた際の位置（伸長位置）におけるパイプピストン及びシリンダ内の液体容量と、パイプピストンをシリンダ内に所定量押し込んだ際の位置（収縮位置）におけるパイプピストン及びシリンダ内の液体容量との差分に相当する量となるため、パイプピストンのストローク量の制御により容易に調整することができる。
【００１４】
また、従来のように複雑な構造のチェック弁機構を設ける必要がなく、シリンダとパイプピストン、並びに、パイプピストンの後端開口部とシリンダの前端開口部を閉塞する各バルブを設けるだけでよいため、構造が簡易であり、安価な液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態の液体吐出装置における部分的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態の液体吐出装置の全体を示す正面図である。
【図３】図３（Ａ）は、パイプピストンが後方へ移動する際の動作説明図で、図３（Ｂ）は、パイプピストンが前方へ移動する際の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る液体吐出装置１０は、図１および図２に示すように、装置本体１１内に、薬剤等の液体を貯留するための液体貯留室１２と、先端が液体吐出口６１になっている液体吐出流路６０が設けられている。なお、液体貯留室１２と液体吐出流路６０とは隔壁部１３を隔てて設けられている。そして、ロッド部材であるピストンロッド２３が、前記液体貯留室１２内を図１において上下動作するように、前記装置本体１１の上部の外側から装置本体１１内を下方に向けて伸びている。
【００１７】
ピストンロッド２３は、駆動機構を構成するソレノイド２０およびロッド用スプリング２５によって昇降駆動する構成である。すなわち、前記装置本体１１の上部が、支持ブラケット２１を介して支持体２２に固定されている。前記ソレノイド２０が支持ブラケット２１に取り付けられ、前記ピストンロッド２３の上部が前記ソレノイド２０に連結されている。
【００１８】
また、ピストンロッド２３の前端部（図１において下端部）の外周には、ロッドフランジ部２４を設けており、そのロッドフランジ部２４と液体貯留室１２の上壁面との間に、ロッド用スプリング２５を配置している。つまり、前記ロッド用スプリング２５の付勢力によって、前記ピストンロッド２３が常時下方へ押し下げるように付勢されている。
【００１９】
したがって、前記ソレノイド２０がＯＮ状態になると、ソレノイド２０の電磁力によってピストンロッド２３が前記ロッド用スプリング２５の付勢力に抗して上昇する。前記ソレノイド２０がＯＦＦ状態になると、ピストンロッド２３が前記ロッド用スプリング２５の付勢力によって下降する。なお、ソレノイド２０のＯＮ状態とＯＦＦ状態は、制御装置（図示省略）によって自動的に制御して切り替えられる。
【００２０】
なお、本実施形態では、ピストンロッド２３を前後動作させる駆動機構は、前記ソレノイド２０と前記ロッド用スプリング２５で構成しているが、これに限定されるものではなく、モータ、エアシリンダあるいは他の形態の駆動機構でも良い。
【００２１】
また、液体タンク等の液体供給源から供給される液体は、液体供給管１２ａを介して液体貯留室１２へ供給される構成である。
【００２２】
また、前記液体貯留室１２と前記液体吐出流路６０とを隔てる隔壁部１３には、上下に貫通する貫通孔１３ａが設けられ、この貫通孔１３ａに両端開口の筒部材からなるシリンダ４１が挿通されている。したがって、液体貯留室１２と液体吐出流路６０とはこのシリンダ４１を介して連通されることになる。
【００２３】
シリンダ４１内には、両端開口の筒部材からなるパイプピストン４２が、摺動自在に挿入されている。すなわち、シリンダ４１及びパイプピストン４２は二重筒構造となっており、パイプピストン４２がシリンダ４１に対して図１の上下方向に変位可能となっている。
【００２４】
本実施形態では、パイプピストン４２がシリンダ４１内を摺動するように設けているが、隔壁部１３に形成した貫通孔１３ａ自体をパイプピストン４２が摺動するシリンダとして用いることもできる。なお、本発明において「シリンダ」とは、隔壁部１３とは別の筒部材からなるもののほか、このような貫通孔１３ａ自体から構成される場合も含む意味である。
【００２５】
パイプピストン４２の後端部（図１において上端部）が、前記ピストンロッド２３の前端部（図１において下端部）に保持されている。詳しく説明すると、パイプピストン４２の後端部の外周にパイプフランジ部４３が設けられている。一方、ピストンロッド２３の前端部には、パイプピストン４２の後端開口部４２ａを開閉する端壁部３４を備えた入口バルブ３０が一体的に設けられている。
【００２６】
前記入口バルブ３０は、ピストンロッド２３の前端面側から図１に示したように断面略コ字状に加工して形成されるものであり、ピストンロッド２３の長手方向に対して直交する方向に貫通する保持用孔部３２を備えている。そして、保持用孔部３２の内底面が上記の端壁部３４となっており、前端面には内方に突出する突起片３１ａ，３１ａからなる係合部３１が設けられている。突起片３１ａ，３１ａ間の間隔は、パイプピストン４２の外径以上でパイプフランジ部４３の外径未満となっており、保持用孔部３２は、前記パイプフランジ部４３を上下方向へ移動できるように余裕を持った大きさとなっている。
【００２７】
これにより、ピストンロッド２３がパイプピストン４２に対して相対的に変位すると、端壁部３４がパイプピストン４２の後端開口部４２ａ（図１において上端側の開口部）に当接したり離間したりするため、パイプピストン４２の後端開口部４２ａが開閉されることになる。
【００２８】
すなわち、ピストンロッド２３が後方（図１において上方）へ移動する際には、該ピストンロッド２３に一体に設けられた入口バルブ３０の係合部３１（突起片３１ａ，３１ａ）がパイプピストン４２の後端部に設けたパイプフランジ部４３に係合し、パイプピストン４２の後端開口部４２ａから端壁部３４が離間する。したがって、この状態でパイプピストン４２が後方へ移動すると後端開口部４２ａからパイプピストン４２内に液体が流入する。これに対し、ピストンロッド２３が前方（図１において下方）へ移動する際には、入口バルブ３０の上記した端壁部３４がパイプピストン４２の後端開口部４２ａに当接するため、該後端開口部４２ａを閉塞した状体でシリンダ４１内に押し込んでいくものである。
【００２９】
装置本体１１の下部に設けた液体吐出流路６０は、先端側に位置する細径の液体吐出口６１と、液体吐出口６１と隔壁部１３との間に形成された大径部６２とを有している。なお、液体吐出流路６０の液体吐出口６１には、図２に示すように、液体を所定の供給場所に導く吐出管路６３を連結することも可能である。
【００３０】
液体吐出流路６０の大径部６２には、図１および図３（Ａ）に示すように、出口バルブ５０が配設されている。出口バルブ５０は、常態において弾性部材である出口用スプリング５１によってシリンダ４１の前端開口部４１ａ（図１において下端）に当接して閉塞する方向に付勢されている。なお、出口用スプリング５１の付勢力は、前記パイプピストン４２を押し込んだ際に生じる液圧で開放するものである。これにより、出口バルブ５０は、前記パイプピストン４２がシリンダ４１から離脱する方向（図１において上方）に摺動する際には、前記シリンダ４１の前端開口部４１ａに当接して該前端開口部４１ａを閉塞する。一方、前記パイプピストン４２が前記シリンダ４１内に押し込まれる方向（図１の下方）に移動する際には、液圧によりシリンダ４１の前端開口部４１ａから離間して該前端開口部４１ａを開放させるものである。
【００３１】
次に、上述した液体吐出装置１０の作用を説明する。
まずソレノイド２０がＯＮ状態になると、ピストンロッド２３がロッド用スプリング２５の付勢力に抗して上昇する。ピストンロッド２３が上昇する際は、図３（Ａ）に示すように、ピストンロッド２３の先端に設けた入口バルブ３０の係合部３１（突起片３１ａ，３１ａ）が、パイプピストン４２のパイプフランジ部４３を引っ掛けて上昇する。パイプフランジ部４３は、その厚みが保持用孔部３２の上下方向の隙間の大きさよりも薄いため、パイプピストン４２の後端開口部４２ａ（図３（Ａ）において上端面）が入口バルブ３０の端壁部３４から離間する。この結果、パイプピストン４２は、後端開口部４２ａが開放状態で上昇し、その間、該後端開口部４２ａを通じて液体貯留室１２内の液体がパイプピストン４２内に流入する。
【００３２】
ピストンロッド２３が所定量上方に移動し、図示しない制御装置の制御によってソレノイド２０がＯＦＦ状態になると、図３（Ｂ）に示すように、ピストンロッド２３がロッド用スプリング２５の付勢力によって下降する。そのピストンロッド２３の下降時は、パイプピストン４２の後端開口部４２ａに入口バルブ３０の端壁部３４が当接するため、該後端開口部４２ａは閉塞した状態で下降することになる。
【００３３】
パイプピストン４２が上昇した状態では、図３（Ａ）のように、シリンダ４１の長さ分に相当する量とパイプピストン４２の長さ分に相当する量を合わせた量にほぼ相当する量の液体が両者内に入っている。この状態で、パイプピストン４２の後端開口部４２ａが閉塞されて下方に移動してくると、シリンダ４１とパイプピストン４２とを合わせた長さが短くなってくるため、両者内に収容できる液体量は徐々に少なくなる。それにより、パイプピストン４２およびシリンダ４１内の液体の圧力が高くなるため、液体が出口用スプリング５１の付勢力に抗して出口バルブ５０を押圧し、シリンダ４１の前端開口部４１ａから液体吐出流路６０内に導かれ、さらに、液体吐出口６１から外部へ吐出される。
【００３４】
以上のことから、パイプピストン４２が後方（図において上方）へ移動する場合、すなわち、シリンダ４１に対して相対的に伸長する方向に動作する場合には、入口バルブ３０がパイプピストン４２の後端開口部４２ａを開放するため、パイプピストン４２が後方に動作し始めると同時に、液体貯留室１２の液体が後端開口部４２ａから該パイプピストン４２およびシリンダ４１内に流入する。このため、パイプピストン４２が後方に動作する際の抵抗が小さく、パイプピストン４２を動作させる駆動源のパワーは従来よりも小さく安価なもので済む。
【００３５】
また、パイプピストン４２が後方へ移動し始めると同時に後端開口部４２ａからパイプピストン４２およびシリンダ４１内に液体が流入するため、従来のチェック弁を用いたもののように駆動ロスがなく、液体の吐出量を正確に制御できる。このため、微量な液体を正確に一定量ずつ吐出する用途、例えば、トイレに流す洗浄水に対して０．０３ｃｃ程度の薬液を一定量ずつ供給したい場合に適している。
【００３６】
例えば、シリンダ４１の長さ２０ｍｍ、内径２ｍｍ、パイプピストン４２のストローク１０ｍｍとした場合、１ストローク当たりの吐出量は約０．０３ｃｃとなる。なお、パイプピストン４２を押し込むロッド用スプリング２５としてバネ定数４５０ｇ／ｍｍのものを使用し、液体を注入する密閉容器内の圧力を０ｋｇ／ｃｍ２、２ｋｇ／ｃｍ２、４ｋｇ／ｃｍ２、６．５ｋｇ／ｃｍ２と変化させ、一定圧力下への液体の注入実験を行った。その結果、１回当たりの注入量は、０．０３１ｃｃ〜０．０３２ｃｃの範囲であった。また、無負荷条件では１回当たりの注入量は、０．０３３ｃｃであった。その結果、１回当たり約０．０３ｃｃという微量の液体をほぼ一定精度で吐出できることが確認できた。
【００３７】
なお、液体の吐出量は、パイプピストン４２を後方へ移動させた際の位置（伸長位置）におけるパイプピストン４２およびシリンダ４１内の液体容量と、パイプピストン４２をシリンダ４１内に所定量押し込んだ際の位置（収縮位置）におけるパイプピストン４２およびシリンダ４１内の液体容量との差分に相当する量となるため、パイプピストン４２のストローク量の制御により容易に調整することができる。
【００３８】
また、従来のように複雑なチェック弁機構を設ける必要がなく、シリンダ４１とパイプピストン４２、並びに、パイプピストン４２の後端開口部４２ａを閉塞する入口バルブ３０と、シリンダ４１の前端開口部４１ａを閉塞する出口バルブ５０を設けるだけでよいため、構造が簡易であり、安価な液体吐出装置１０を提供することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、入口バルブ３０は、パイプピストン４２を伸縮するためのピストンロッド２３の先端に一体構造としたので構造が簡易であるため、安価な液体吐出装置１０を提供することに寄与する。なお、入口バルブ３０を、ピストンロッド２３とは別部材から構成してもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  液体吐出装置
１１  装置本体
１２  液体貯留室
１２ａ  液体供給管
２０  ソレノイド
２１  支持ブラケット
２２  支持体
２３  ピストンロッド
２４  ロッドフランジ部
２５  ロッド用スプリング
３０  入口バルブ
３１  係合部
３２  保持用孔部 
３４  端壁部
４１  シリンダ
４１ａ  前端開口部
４２  パイプピストン
４２ａ  後端開口部
４３  パイプフランジ部
５０  出口バルブ
５１  出口用スプリング
６０  液体吐出流路
６１  液体吐出口
【図１】
0005601662.tif 000002
【図２】
0005601662.tif 000003
【図３】
0005601662.tif 000004