(57)【要約】【課題】液体供給管路内の脈動を防止するためのコンパクトな脈動防止器具を備えた液体吐出機構を提供する。【解決手段】  液体吐出機構１０は、ピストンを往復動して液体を吐出する液体吐出器本体２０と、液体供給源から液体を前記液体吐出器本体２０へ供給するための液体供給管路１１と、前記液体供給管路１１内の液体の脈動を防止するために前記液体供給管路１１の途中に設けた脈動防止器具３０と、を備える。前記脈動防止器具３０は、前記液体供給管路１１へ連通する液体管路３２と、前記液体管路３２に対してほぼ直交するように貫通して形成した窓部３３と、前記窓部３３を閉塞する弾性膜３４を備え、圧力変動を前記弾性膜３４の振動で吸収する構成であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを往復動して液体を吐出する液体吐出器本体と、液体供給源から液体を前記液体吐出器本体へ供給するための液体供給管路と、前記液体供給管路内の液体の脈動を防止するために前記液体供給管路の途中に設けた脈動防止器具と、を備え、
前記脈動防止器具は、前記液体供給管路へ連通する液体管路と、前記液体管路に臨むように周壁に形成され窓部と、前記窓部を閉塞する弾性膜とを備え、前記液体液体吐出器本体内に配置されたピストン及び駆動ロッドの動きによる液体貯留室内で液体を貯留可能な容積の変化に伴う圧力変動が前記弾性膜の振動で吸収される構成であることを特徴とする液体吐出機構。
【請求項２】
前記窓部及び弾性膜が、互いに対向する位置に２つ以上設けられている請求項１記載の液体吐出機構。
【請求項３】
前記液体吐出器本体は、液体を貯留する液体貯留室と、液体を吐出する液体吐出流路と、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両端開口の筒部材からなり、前記ピストンを構成するパイプピストンと、前記パイプピストンを往復動させる前記駆動ロッドとを備え、
前記パイプピストンが伸長方向に動作する際に、前記液体貯留室の液体が前記パイプピストン内へ流入し、前記パイプピストンが押し込まれる方向に動作する際に、当該パイプピストン内の液体が前記液体吐出流路へ吐出される構成である請求項１又は２記載の液体吐出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出機構に関し、特にピストンが往復動して薬液などの液体を吐出する液体吐出器本体に、前記ピストンが往復動する際に起きる脈動を防止する脈動防止器具を備えた液体吐出機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンを往復動して薬液などの液体を吐出する液体吐出器が開発されている。たとえば、特許文献１に示される液体吐出器は、液体貯留室と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パイプピストンと、を備えている。前記シリンダの一端側に入口バルブを備えており、前記シリンダの他端側に出口バルブを備えている。前記パイプピストンが液体を供給する側に伸びた時に、液体が前記入口バルブから前記パイプピストン内へ流入する。前記パイプピストンを押し込む時に、パイプピストン内の液体が前記出口バルブを経て外部へ吐出する。前記パイプピストンが往復動することによって、前記パイプピストン内の所定量の液体を繰り返し吐出することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０２５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の液体吐出器は、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、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ことが容易に実現でき、例えば、０．０３ｃｃ程度の薬液を一定量ずつ供給したりすることも可能であり、特許文献１の液体吐出器は小型化に適した構造となっている。
【０００５】
少量の液体を吐出する構成であるため、パイプピストンの直径は小さくなっている。しかし、パイプピストンは一端側に入口バルブを備えているとともに、この入口バルブは、液体貯留室内で往復動させる駆動ロッドに支持されている。入口バルブ及びこれを支持する駆動ロッドは、パイプピストンの開口端部を閉塞するものであるため、その直径はパイプピストンより大きくならざるを得ない。したがって、駆動ロッドが前進してパイプピストンがシリンダ内に押し込まれた状態と、逆に、駆動ロッドが後退してパイプピストンがシリンダから離脱する方向に変位した状態とで、液体貯留室内で液体を貯留可能な容積（液体貯留量）が変化する。そのため、駆動ロッド及びパイプピストンの往復動によって液体供給管路内を流れる液体に脈動が生じる。そしてその脈動は、液体供給管路が長くなるほど影響が大きくなり、液体がスムーズに供給されないおそれがある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、ピストンが往復動する際の液体貯留室内の上記容積変化による液体供給管路内の脈動を防止すると共に、簡易かつコンパクトな構造、大きさで、液体吐出器と組み合わせて使用しても全体構造の大型化を抑制できる脈動防止器具を備えた液体吐出機構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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の液体吐出機構は、ピストンを往復動して液体を吐出する液体吐出器本体と、液体供給源から液体を前記液体吐出器本体へ供給するための液体供給管路と、前記液体供給管路内の液体の脈動を防止するために前記液体供給管路の途中に設けた脈動防止器具と、を備え、前記脈動防止器具は、前記液体供給管路へ連通する液体管路と、前記液体管路に臨むように周壁に形成され窓部と、前記窓部を閉塞する弾性膜とを備え、前記液体液体吐出器本体内に配置されたピストン及び駆動ロッドの動きによる液体貯留室内で液体を貯留可能な容積の変化に伴う圧力変動が前記弾性膜の振動で吸収される構成であることを特徴とする。
【０００８】
前記窓部及び弾性膜が、互いに対向する位置に２つ以上設けられていることが好ましい。前記液体吐出器本体は、液体を貯留する液体貯留室と、液体を吐出する液体吐出流路と、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両端開口の筒部材からなり、前記ピストンを構成するパイプピストンと、前記パイプピストンを往復動させる前記駆動ロッドとを備え、前記パイプピストンが伸長方向に動作する際に、前記液体貯留室の液体が前記パイプピストン内へ流入し、前記パイプピストンが押し込まれる方向に動作する際に、当該パイプピストン内の液体が前記液体吐出流路へ吐出される構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体供給源から液体吐出器本体へ液体を供給するための液体供給管路の途中に脈動防止器具を設けた構造である。前記液体供給管路の途中に脈動防止器具を設けたので、ピストンが往復動する際の液体貯留室内の上記容積変化による圧力変動が、脈動防止器具における窓部に設けた弾性膜がそれに応じて振動することで吸収され、液体供給管路内の脈動を防止できる。特に、本発明で用いた脈動防止器具は、液体が通過する液体管路に臨む窓部を有し、この窓部に弾性膜が設けられているという極めて簡易な構造であるため、コンパクトな大きさとすることができる。従って、液体吐出器本体として、パイプピストンを用いたコンパクトなものと上記脈動防止器具とを組み合わせた場合、全体構造が簡易かつコンパクトであるにもかかわらず、液体供給管路を流れる液体の脈動を防止でき、安定した液体供給を実現できる。
【００１０】
なお、互いに対向する位置に２つ以上の窓部及び弾性膜を設けた場合には、液体管路内を通過する液体の脈動をより効果的に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態に係る液体吐出機構の全体構成を示す概略説明図である。
【図２】図２は、脈動防止器具を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の脈動防止器具を分解した分解斜視図である。
【図４】図４は、液体吐出器本体の構造を示した断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、液体吐出器本体においてパイプピストンが後方へ移動する際の動作説明図で、図５（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】
【００１２】
以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。本実施形態の液体吐出機構１０は、たとえば牧牛に給餌をする際に、前記牧牛にビタミンを供給するために使用される。一般的に牛舎では、牛に対して朝と夕の２回、給餌する。その時、牛は大量に水を飲むので、そのタイミングに合わせてタイマー制御にて適量のビタミンを連続して飲み水に混入させる方法を取っている。
【００１３】
本実施形態の液体吐出機構１０の基本的な構成は、ピストンを往復動して液体を吐出する液体吐出器本体２０と、液体供給源から液体を前記液体吐出器本体２０へ供給するための液体供給管路１１と、前記液体供給管路１１内の液体の脈動を防止するために前記液体供給管路１１の途中に設けた脈動防止器具３０と、を備えている。
【００１４】
前記液体供給源は、ビタミン剤等が入っている薬液タンク５１である。しかし、上記の液体吐出器本体２０においてビタミンによる菌の増殖や高粘度化を防止する必要がある。その対策として、液体吐出器本体２０を運転終了時に、ビタミン剤の薬液から水へ切り替えて適時運転する。つまり、液体吐出器本体２０を運転終了する前に、液体吐出器本体２０および液体供給管路１１の内部を水に置き換えておく。そのため、前記液体供給源には、水タンク５２も加えられている。
【００１５】
なお、液体吐出機構１０は、一日に４時間運転されるとして、一日に２リットル〜３リットルのビタミンが消費される場合を例にとっている。したがって、朝に運転開始されると、ビタミンの薬液は１．５〜２．５時間ほど供給される。その後、水の供給に切り替えられて３〜５分ほど運転される。夕方の運転の場合もほぼ同様である。
【００１６】
上記の液体供給管路１１としては、薬液タンク５１から薬液を供給するための薬液用液体供給管路１１ａと、水タンク５２から水を供給するための水用液体供給管路１１ｂを備えている。さらに、薬液と水の供給を切り替えるために、前記薬液用液体供給管路１１ａおよび水用液体供給管路１１ｂは電磁バルブ１２へ連通している。また、前記電磁バルブ１２は共用の液体供給管路１１ｃによって前記液体吐出器本体２０へ連通している。
【００１７】
前記電磁バルブ１２および液体吐出器本体２０は、制御装置４０によって制御される構成である。なお、制御装置４０は、図１に示すように、制御基板４１、供給液切替スイッチ４２、タイマー切替スイッチ４３、出力電圧切替スイッチ４４を備えている。制御基板４１は例えばＡＣアダプタを介して電源へ接続される。
【００１８】
前記供給液切替スイッチ４２は、水供給と薬液供給を切り替えるためのスイッチである。前記タイマー切替スイッチ４３は、薬液供給および水供給の運転時間を切り替えるためのスイッチである。出力電圧切替スイッチ４４は、液体吐出器本体２０におけるピストンの往復動作速度を変えるためのスイッチである。
【００１９】
また、薬液用液体供給管路１１ａは、その途中に薬液用の脈動防止器具３０ａを設けている。薬液用液体供給管路１１ａ内の脈動を防止するためである。一方、水用液体供給管路１１ｂは、その途中に水用の脈動防止器具３０ｂを設けている。水用液体供給管路１１ｂ内の脈動を防止するためである。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、前記液体吐出器本体２０、電磁バルブ１２、制御基板４１、薬液用の脈動防止器具３０ａおよび水用の脈動防止器具３０ｂは、一つのボックス１３内にコンパクトに収納されている。液体吐出器本体２０から吐出される液体は、牛舎に備えた飲用の水槽５３へ供給される。
【００２１】
本実施形態の液体吐出機構１０の特徴の主要部を構成する脈動防止器具３０について説明する。なお、薬液用の脈動防止器具３０ａおよび水用の脈動防止器具３０ｂは同様の機構であるので、単に「脈動防止器具３０」と称して説明し、前記薬液用液体供給管路１１ａおよび前記水用液体供給管路１１ｂも単に「液体供給管路１１」と称して説明する。
【００２２】
前記脈動防止器具３０は、図２および図３に示すように、略筒状の本体部３１に、前記液体供給管路１１へ連通する液体管路３２を備えている。前記液体管路３２の両端は、たとえばホース継手３２ａ，３２ａなどによって前記液体供給管路１１へ連結している。また、液体管路３２は、通過する液体の脈動を効果的に吸収するために、前記液体供給管路１１の断面積に対してできるだけ大きい断面積を有していることが望ましい。
【００２３】
また、前記本体部３１には、前記液体管路３２に対してほぼ直交するように貫通する窓部３３が形成されている。窓部３３は、基本的には少なくとも１個あれば良いが、液体管路３２内を通過する液体の脈動を効果的に吸収するためには、窓部３３の面積を大きくすることが望ましい。そのために、窓部３３の数を多くすることによって、総合的に窓部３３の面積が大きくなる。
【００２４】
本実施形態では、２つの窓部３３，３３が、前記液体管路３２に対してほぼ直交する方向であって、互いに対向する位置に設けられている。２つの窓部３３，３３が互いに対向する位置であることは、液体管路３２内の圧力変動を効果的に吸収するという点で望ましい。前記窓部３３の外周部は、後述する弾性膜３４を取り付けるために平滑面に形成している。なお、互いに対向する２つの窓部３３，３３を二組以上設けることもできる。また、前記窓部３３は、できるだけ大きい面積を確保するために、前記液体管路３２の長手方向に長く形成することが望ましい。
【００２５】
さらに、前記脈動防止器具３０は、２つの各窓部３３，３３を閉塞する弾性膜３４，３４を備えている。前記弾性膜３４は、前記液体管路３２内の圧力変動を吸収するべく振動することが可能な弾力性を備えている。たとえば、厚さが０．１〜１．０ｍｍのシリコーンゴム等を弾性膜３４として用いることができる。なお、弾性膜３４における材質や厚さなどの機械的特性は、上記の圧力変動を吸収する条件を満たせばよいので、特に限定されない。
【００２６】
また、上記の２つの各弾性膜３４，３４は、弾性膜押え部材３５，３５によって、前記の２つの各窓部３３，３３の外周部に形成した平滑面へ密閉するように押さえ付けられる。また、前記弾性膜押え部材３５は、前記窓部３３とほぼ同じ大きさの貫通孔部３６を有する。
【００２７】
前記脈動防止器具３０は、図３に示すように、本体部３１おける２つの各窓部３３，３３の平滑面へ、２つの各弾性膜３４，３４を当ててから前記弾性膜押え部材３５，３５にて挟み込む。そして、窓部３３，３３の外周部の平滑面、弾性膜３４，３４の四隅、弾性膜押え部材３５，３５の四隅にそれぞれ形成した貫通孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃにボルト３８，・・・３８を通してナット部材３９，・・・３９にて締め付けて固定している。
【００２８】
上記の構成により、前記脈動防止器具３０は、液体吐出器本体２０内における液体貯留室内の液体を貯留可能な容積の変化による圧力変動を、２箇所の弾性膜３４，３４が振動することによって吸収し、液体供給管路１１内の液体の流れに脈動が生じることを防止できる。
したがって、前記脈動防止器具３０は、コンパクトな構造にて前記液体供給管路１１を流れる液体の脈動を防止することができる。
【００２９】
次に、前記液体吐出器本体２０は、特許文献１で採用したものと同様であるが、その構成を図４及び図５（Ａ），（Ｂ）を参照して簡単に説明する。液体吐出器本体２０における装置本体２１は、液体貯留室２２と、先端が液体吐出口２３ａになっている液体吐出流路２３とを備えている。さらに、前記液体貯留室２２と前記液体吐出流路２３へ連通するように、両端を開口したシリンダ２４を備えている。さらに、両端を開口する筒部材からなるパイプピストン２５が前記シリンダ２４内を摺動するように配設されている。また、前記シリンダ２４の一端側に入口バルブ２６を備えており、前記シリンダ２４の他端側に出口バルブ２７を備えている。
【００３０】
前記入口バルブ２６は駆動ロッド２８に連結支持され、液体貯留室２２内を往復動可能であり、前記パイプピストン２５の後端を保持しているので、入口バルブ２６の移動に伴って、パイプピストン２５が伸びたり（後退したり）、押し込まれたり（前進したり）する構成である。
【００３１】
また、前記入口バルブ２６は、前記パイプピストン２５を伸ばす際に、前記パイプピストン２５の後端開口部２５ａを開放して液体を流入させ、前記パイプピストン２５を押し込む際に、前記後端開口部２５ａを閉塞する機構である。一方、前記出口バルブ２７は、前記パイプピストン２５を伸ばす際に、前記シリンダ２４の前端開口部２４ａを閉塞し、前記パイプピストン２５を押し込む際に、液圧により前記シリンダ２４の前端開口部２４ａから離間して開放させる機構である。
【００３２】
前記入口バルブ２６に連結される駆動ロッド２８は、たとえば、モータ等の駆動源（図示せず）の駆動によって、所定の速度で液体貯留室２２内を往復動するようになっている。なお、駆動源の駆動は、制御装置４０（図１参照）によって動作が制御される。
【００３３】
上記の液体吐出器本体２０は、駆動ロッド２８が図５（Ａ）の上矢印方向へ移動すると、入口バルブ２６も同方向へ移動するので、入口バルブ２６は開放し、前記入口バルブ２６の移動に伴って前記パイプピストン２５も図５（Ａ）の上矢印方向へ伸びる。その時、液体が前記入口バルブ２６から前記パイプピストン２５内へ流入する。
【００３４】
一方、駆動ロッド２８が図５（Ｂ）の下矢印方向へ移動すると、入口バルブ２６も同方向へ移動するので、入口バルブ２６は閉塞し、前記入口バルブ２６の移動に伴って前記パイプピストン２５も同方向へ押し込まれる。その時、パイプピストン２５内の液体の圧力が高くなるため、液体が前記出口バルブ２７を開放して通過し、液体吐出口２３ａから液体を吐出する。
上記のように前記パイプピストン２５が往復動することによって、前記パイプピストン２５内の所定量の液体を繰り返し吐出する。このとき、パイプピストン２５の直径と、入口バルブ２６及び駆動ロッド２８の直径とが異なるため、液体貯留室２２内の液体の貯留量（液体貯留室２２内の液体を貯留可能な容積）が変化することになり、それによって圧力変動が生じる。この圧力変動が液体供給管路１１内での脈動の原因となるが、本実施形態では上記のように脈動防止器具３０を設けているため、圧力変動が吸収されるので、脈動が生じない。
【００３５】
前記液体吐出器本体２０は、パイプピストン２５が後方に移動する場合、すなわち、シリンダ２４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２６がパイプピストン２５の後端開口部２５ａを開放するため、パイプピストン２５が後方に動作し始めると同時に、後端開口部２５ａから液体が該パイプピストン２５及びシリンダ２４内に流入する。このため、パイプピストン２５が後方に動作する際の抵抗が小さく、パイプピストン２５を動作させる駆動源のパワーは小さく安価なもので済む。また、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。したがって、複雑な構造のチェック弁機構を設ける必要がなく、構造が簡易であり、安価である。
【００３６】
液体吐出機構１０は、たとえば朝と夕の２回に、牧牛に給餌をする際に合わせて、予め自動的に運転を開始するようにタイマーにて設定しておく。運転を開始すると、制御装置４０から電磁バルブ１２へ指令が与えられる。前記電磁バルブ１２が作動して、薬液用液体供給管路１１ａが共用の液体供給管路１１ｃを経て液体吐出器本体２０へ連通するように切り替わる。次いで、制御装置４０から指令により、駆動ロッド２８が往復動し、これに伴ってパイプピストン２５が往復動する。液体吐出器本体２０内のビタミン剤の薬液は、液体吐出口２３ａから吐出され、牛舎に備えた飲用の水槽５３へ供給される。
【００３７】
それに伴って、薬液タンク５１内のビタミン剤の薬液は、薬液用液体供給管路１１ａへ吸い込まれ、共用の液体供給管路１１ｃを経て前記液体吐出器本体２０へ供給されることになる。
【００３８】
朝と夕の各１回ごとに、ビタミンの薬液は１．５〜２．５時間ほどで、１．０リットル〜１．５リットルほど供給される。その時、薬液用の脈動防止器具３０ａにおける２箇所の弾性膜３４，３４が、パイプピストン２５、入口バルブ２６及び駆動ロッド２８の往復動による液体貯留室２２内の上記容積変化に伴う圧力変動に応じて振動する。これによって、薬液用液体供給管路１１ａを流れる薬液の脈動を防止でき、液体吐出器本体２０から適量のビタミン剤をスムーズに吐出することができる。
【００３９】
液体吐出器本体２０を運転終了時に、制御装置４０から電磁バルブ１２へ指令が与えられる。前記電磁バルブ１２が作動して、水用液体供給管路１１ｂが共用の液体供給管路１１ｃを経て液体吐出器本体２０へ連通するように切り替わり、３〜５分ほど運転される。ビタミン剤の薬液から水へ切り替わる。液体吐出器本体２０および液体供給管路１１の内部が水に置き換えられる。
【００４０】
その時、水用液体供給管路１１ｂにも水用の脈動防止器具３０ｂが設けられているので、水用液体供給管路１１ｂを流れる水の脈動を防止できる。その時の水用の脈動防止器具３０ｂの作用は前述した薬液用の脈動防止器具３０ａの場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００４１】
以上のことから、前述したように優れた効果を有する液体吐出器本体２０に対して、液体供給管路１１の途中にコンパクトな脈動防止器具３０を設けることによって、その組み合わせにおいて脈動を防止できる効果を有するコンパクトな液体吐出機構１０を提供することができた。これにより、液体供給管路１１の経路が長くても脈動を防止できるため、液体供給源である薬液タンク５１や水タンク５２の設置場所の自由度が広がる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  液体吐出機構
１１  液体供給管路
１１ａ  薬液用液体供給管路
１１ｂ  水用液体供給管路
２０  液体吐出器本体
２１  装置本体
２２  液体貯留室
２３  液体吐出流路
２４  シリンダ
２５  パイプピストン
２６  入口バルブ
２７  出口バルブ
２８  駆動ロッド
３０  脈動防止器具
３０ａ  薬液用の脈動防止器具
３０ｂ  水用の脈動防止器具
３１  本体部
３２  液体管路
３３  窓部
３４  弾性膜
３５  弾性膜押え部材
３６  貫通孔部
４０  制御装置
５１  薬液タンク
５２  水タンク
５３  水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014025463.tif 000006
【図５】
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