(57)【要約】【課題】  微量の液体を高精度でかつ高速に吐出できるシリンジポンプを提供すること。【解決手段】  シリンジポンプ１は、シリンジ２およびピストン３と、ピストン３の移動装置とを備える。移動装置は、圧電素子７２の伸縮により進退される駆動ロッド７０と、駆動ロッド７０に平行なガイドロッドと、一方向クラッチ部材８と、クラッチ解除手段１０とを備える。駆動ロッド７０が第１方向に移動すると、一方向クラッチ部材８のボール８６が駆動ロッド７０およびリング部材８２に圧接してロックし、一方向クラッチ部材８、パイプ９、ピストン３も移動して液体が吐出する。駆動ロッド７０が第２方向に移動すると、一方向クラッチ部材８のボール８６がガイドロッドに対してロックし、一方向クラッチ部材８の移動を禁止する。圧電素子７２の伸縮でピストン３を精度良くかつ微少な量だけ吐出方向に移動でき、微量の液体を高精度でかつ高速に吐出できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液が充填されるシリンジと、
このシリンジ内に進退可能に配置されてシリンジ内に充填される液を押し出して吐出可能なピストンと、
前記ピストンを移動させる移動装置とを備え、
前記移動装置は、
圧電素子と、
この圧電素子の伸縮駆動に伴い前記ピストンの移動軸方向に進退される駆動ロッドと、
この駆動ロッドに平行に配置されたガイドロッドと、
前記駆動ロッドおよびガイドロッドに跨って配置されて前記駆動ロッドが第１方向に移動した際には駆動ロッドに対してロックされて駆動ロッドと共に移動して前記ピストンを押して液を吐出させるとともに、駆動ロッドが第１方向と逆の第２方向に移動した際にはガイドロッドに対してロックされて駆動ロッドと共に移動せずに停止する一方向クラッチ部材と、
前記一方向クラッチ部材の駆動ロッドおよびガイドロッドに対するロック状態を解除して各ロッドに対して自由に移動可能とするクラッチ解除手段と、
を備えることを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンジポンプにおいて、
前記一方向クラッチ部材は、前記駆動ロッドに対してロック状態およびロック解除状態に切り替えられる第１クラッチ手段と、前記ガイドロッドに対してロック状態およびロック解除状態に切り替えられる第２クラッチ手段とを備え、
前記第１クラッチ手段は、駆動ロッドが第１方向に移動する場合には駆動ロッドに対してロック状態となって駆動ロッドとともに移動され、かつ、駆動ロッドが第２方向に移動する場合には駆動ロッドに対してロック解除状態となり、
前記第２クラッチ手段は、一方向クラッチ部材が駆動ロッドとともに第１方向に移動する場合にはガイドロッドに対してロック解除状態となり、かつ、駆動ロッドが第２方向に移動する場合にはガイドロッドに対してロック状態となってガイドロッドに対する一方向クラッチ部材の移動を禁止することを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のシリンジポンプにおいて、
前記駆動ロッドおよびガイドロッドは断面円形の丸棒からなり、
前記第１クラッチ手段および第２クラッチ手段は、それぞれ、
駆動ロッドおよびガイドロッドに比べて直径が大きくされ、かつ駆動ロッドおよびガイドロッドが挿通される貫通孔を有するガイドリングと、
前記ガイドリングの貫通孔の内周面と駆動ロッドおよびガイドロッドの外周面との間に配置され、かつ、駆動ロッドおよびガイドロッドの外周面の周方向に沿って間隔をあけて複数配置されたボールと、
前記ボールを前記第１方向側に向かって付勢する付勢手段と、を備えて構成され、
前記ガイドリングの貫通孔の内周面は、前記第１方向に向かうにしたがって直径が小さくなるテーパ面を備え、
前記ボールの直径は、駆動ロッドおよびガイドロッドとテーパ面との間の寸法のうち、最小寸法よりも大きく、最大寸法よりも小さく設定されていることを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載のシリンジポンプにおいて、
前記駆動ロッドおよびガイドロッドは断面円形の丸棒からなり、
前記第１クラッチ手段および第２クラッチ手段は、それぞれ、
駆動ロッドおよびガイドロッドに比べて直径が大きくされ、かつ貫通孔を有するガイドリングと、
前記ガイドリングの貫通孔内に配置され、かつ中心軸部分に前記駆動ロッドおよびガイドロッドが挿通されたボール保持器と、
このボール保持器にその周方向に沿って間隔をあけて複数形成された貫通孔内にそれぞれ１つずつ配置された複数のボールと、を備えて構成され、
前記ガイドリングの貫通孔の内周面は、前記第１方向に向かうにしたがって直径が小さくなるテーパ面を備え、
前記ボールの直径は、駆動ロッドおよびガイドロッドとテーパ面との間の寸法のうち、最小寸法よりも大きく、最大寸法よりも小さく設定され、
前記ボール保持器の各貫通孔は、ボール保持器の半径方向に貫通され、貫通孔内に配置されたボールが前記各ロッドおよびガイドリングの内周面に当接可能とされ、かつ、貫通孔の直径は前記ボールに比べて大きく形成され、各貫通孔の中心点に対して前記第１方向側でかつ貫通孔の中心点を通るボール保持器の軸方向に対して円周方向にオフセットされた斜め位置には前記ボールを引き寄せ可能な磁石が貫通孔毎に設けられ、
前記ボール保持器は各ロッドを回転中心として回動可能に設けられていることを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のシリンジポンプにおいて、
前記クラッチ解除手段は、外部操作により前記ボールを第２方向に移動可能なボール移動部材を備えて構成されていることを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のシリンジポンプにおいて、
前記一方向クラッチ部材は、内部に駆動ロッドが挿通され、かつ、一端が前記ピストンに固定された駆動パイプを有し、
前記ピストンおよびシリンジは、駆動ロッドおよび駆動パイプの軸線上に設けられていることを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のシリンジポンプにおいて、
前記ピストンおよびシリンジは、駆動ロッドと平行に設けられ、
前記一方向クラッチ部材は、前記ピストンの端部に当接可能な当接部を有することを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のシリンジポンプにおいて、
前記圧電素子は、その伸縮方向の一端面側は球面部材を介して素子ケースに当接され、他端面側は球面部材を介して駆動ロッドの端部に取り付けられた素子受け部材に当接され、
前記各球面部材は圧電素子との接触面は圧電素子の端面が密着可能とされ、素子ケースおよび素子受け部材との接触面は球面とされ、
前記素子受け部材は、付勢手段によって前記第２方向側に付勢されて前記圧電素子の球面部材に密着され、
前記圧電素子が伸びると前記付勢手段の付勢力に抗して素子受け部材および駆動ロッドが第１方向に移動し、圧電素子が縮むと前記付勢手段の付勢力によって素子受け部材および駆動ロッドが第２方向に移動することを特徴とするシリンジポンプ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のシリンジポンプにおいて、
前記圧電素子の変位量または駆動ロッドの変位量を検出するセンサと、このセンサの出力に応じて前記圧電素子に加える電圧値を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシリンジポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンジ（注射筒）およびピストン（押し子）を備えるシリンジポンプに係り、特に、微量の液体を高精度でかつ高速に吐出可能なシリンジポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンジポンプは、シリンジを交換可能に保持し、予め液が充填されたシリンジをポンプにセットして液を押し出して吐出するように用いられていた。このシリンジポンプは、シリンジをポンプにセットするまで、シリンジ内の液を密封することもできるため、衛生面を向上でき、かつ有害物質の液や、粘性の高い液、脱泡済みの液などの取扱いも容易になるなどのメリットがある。
このため、シリンジポンプは、従来から、医療用で多く使われているほか、各種接着剤、銀ペースト、はんだペースト、グリス、薬液、液晶などの各種の液体を吐出する用途に利用でき、工場における部品製造・組立ラインでも広く利用されている。
【０００３】
以上のような用途で用いられるシリンジポンプとしては、シリンジ内部に加圧空気を供給してシリンジ内部の液体を押し出す空気式のものが一般的である（特許文献１参照）。
空気式のシリンジポンプは、シリンジ内にチューブを介して供給する加圧空気の圧力と加圧時間を制御して液を押し出すので、シリンジ部分を軽量にできる。このため、製造・組立ライン等において、ロボットのアームにシリンジポンプを取り付けてワークに対してポンプを移動しながら液を吐出する用途などに用いられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空気式のシリンジポンプの場合、次のような問題があった。
すなわち、吐出量の設定や精度に関しては、空気圧力、空間の大きさ、時間、針（ノズル）の条件と液体の粘度など、吐出量を左右する要素が多いため、吐出量を予め設定することが難しかった。このため、吐出量の精度を向上させるためには、吐出した液部分を撮影して画像処理を行うなど、実際に吐出した液量を測定してフィードバック制御を繰り返す必要があり、制御が煩雑であった。
また、動作速度に関しては、吐出を指示する信号が入力されてから、実際に液が吐出し始めるまでの立ち上がり時間が必要なため、常時加圧やバルブ開閉などで改善しても、応答時間を１０msec程度以下に短縮することができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、微量の液体を高精度でかつ高速に吐出できるシリンジポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシリンジポンプは、液が充填されるシリンジと、このシリンジ内に進退可能に配置されてシリンジ内に充填される液を押し出して吐出可能なピストンと、前記ピストンを移動させる移動装置とを備え、前記移動装置は、圧電素子と、この圧電素子の伸縮駆動に伴い前記ピストンの移動軸方向に進退される駆動ロッドと、この駆動ロッドに平行に配置されたガイドロッドと、前記駆動ロッドおよびガイドロッドに跨って配置されて前記駆動ロッドが第１方向に移動した際には駆動ロッドに対してロックされて駆動ロッドと共に移動して前記ピストンを押して液を吐出させるとともに、駆動ロッドが第１方向と逆の第２方向に移動した際にはガイドロッドに対してロックされて駆動ロッドと共に移動せずに停止する一方向クラッチ部材と、前記一方向クラッチ部材の駆動ロッドおよびガイドロッドに対するロック状態を解除して各ロッドに対して自由に移動可能とするクラッチ解除手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明においては、圧電素子を利用して駆動ロッド、一方向クラッチ部材を介してピストンを移動することでシリンジ内の液体を吐出しているので、微量の液体を高精度にかつ高速に吐出することができる。
すなわち、圧電素子の伸縮によって駆動ロッドを進退させ、駆動ロッドがピストン側に移動した時のみ駆動ロッドとともに移動する一方向クラッチ部材を用いたので、圧電素子の変位量だけピストンを移動することができる。そして、圧電素子の変位によるピストンの位置決め精度は、空気圧を用いた場合に比べて高精度にできるため、本発明によれば微量の液体を高精度に吐出できる。
また、圧電素子は、空気圧式に比べて応答速度が１／１０００程度と非常に速いので、液体を高速に吐出できる。さらに、圧電素子の１回の伸縮によるピストンの移動量が小さいため、微量の液体の吐出が可能であり、かつ、圧電素子を高速に駆動できるため、単位時間当たり、例えば１秒間に吐出する液体量は空気圧式と同程度にすることもでき、様々な吐出条件にも対応できる。
そして、本発明のシリンジポンプは、駆動ロッドに沿って直線的に移動する一方向クラッチ部材と圧電素子とを利用してピストンを駆動しているので、空気式のシリンジポンプと同等程度に小型、軽量化することができ、サーボモータおよびボールネジの駆動機構を採用した場合に比べて、シリンジポンプを容易に小型化できる。従って、各種製品の生産ラインにおいて、接着剤や各種ペースト等の吐出に本発明のシリンジポンプを利用する際にも、ロボットのアームに取り付けて、高速、高加速度で移動させることができ、生産ラインのタクトタイムの短縮を実現でき、生産性向上に寄与することができる。
【０００９】
また、圧電素子は、空気式で駆動する場合に比べて発生力が大きいため、ノズルを細くして抵抗が増えても液体を飛ばして吐出することができる。このため、例えば、０．１マイクロリットルの水でもきれいに飛ばすことができ、安定した動作を実現できる。
その上、圧電素子の変位量は、圧電素子に加える電圧値で容易に調整できるため、ピストンのストローク量を電圧値で調整することで、駆動動作中であっても１回毎の吐出量を自動的に調整することができる。このため、基板上に複数の電子部品を取り付ける工程において、各電子部品の取付場所毎に異なる液量の接着剤を塗布するために、基板上に吐出する液体の量を変更する場合や、複数の製品が混在して送られる生産ラインにおいて、製品毎に液体の吐出量を変更する場合でも、容易に対応でき、使い勝手のよいシリンジポンプを提供できる。
【００１０】
本発明において、前記一方向クラッチ部材は、前記駆動ロッドに対してロック状態およびロック解除状態に切り替えられる第１クラッチ手段と、前記ガイドロッドに対してロック状態およびロック解除状態に切り替えられる第２クラッチ手段とを備え、前記第１クラッチ手段は、駆動ロッドが第１方向に移動する場合には駆動ロッドに対してロック状態となって駆動ロッドとともに移動され、かつ、駆動ロッドが第２方向に移動する場合には駆動ロッドに対してロック解除状態となり、前記第２クラッチ手段は、一方向クラッチ部材が駆動ロッドとともに第１方向に移動する場合にはガイドロッドに対してロック解除状態となり、かつ、駆動ロッドが第２方向に移動する場合にはガイドロッドに対してロック状態となってガイドロッドに対する一方向クラッチ部材の移動を禁止することが好ましい。
【００１１】
このような本発明によれば、第１クラッチ手段により駆動ロッドが第１方向に移動する際に一方向クラッチ部材を同方向に移動でき、第２クラッチ手段により駆動ロッドが第２方向に移動する際に一方向クラッチ部材が同方向に移動することを禁止できる。従って、一方向クラッチ部材を第１方向のみに移動でき、つまりピストンを液体吐出方向のみに移動することができ、ピストンが戻ってシリンジ内に液体が逆流することを確実に防止できる。
【００１２】
ここで、前記駆動ロッドおよびガイドロッドは断面円形の丸棒からなり、前記第１クラッチ手段および第２クラッチ手段は、それぞれ、駆動ロッドおよびガイドロッドに比べて直径が大きくされ、かつ駆動ロッドおよびガイドロッドが挿通される貫通孔を有するガイドリングと、前記ガイドリングの貫通孔の内周面と駆動ロッドおよびガイドロッドの外周面との間に配置され、かつ、駆動ロッドおよびガイドロッドの外周面の周方向に沿って間隔をあけて複数配置されたボールと、前記ボールを前記第１方向側に向かって付勢する付勢手段と、を備えて構成され、前記ガイドリングの貫通孔の内周面は、前記第１方向に向かうにしたがって直径が小さくなるテーパ面を備え、前記ボールの直径は、駆動ロッドおよびガイドロッドとテーパ面との間の寸法のうち、最小寸法よりも大きく、最大寸法よりも小さく設定されていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、圧電素子により駆動ロッドが第１方向に移動すると、駆動ロッドに当接しているボールが駆動ロッドによってテーパ面および駆動ロッド間の間隔が狭い方に移動され、テーパ面および駆動ロッド間に圧接固定される。従って、駆動ロッドと共に一方向クラッチ部材が第１方向に移動し、前記ピストンによる液体吐出が行われる。この際、ガイドロッドに対しても一方向クラッチ部材が第１方向に移動することになるが、ガイドロッドに当接するボールに対してガイドロッドは相対的に第２方向に移動し、ボールはテーパ面およびガイドロッドの間隔が広い方に移動されるので、一方向クラッチ部材はガイドロッドに対してはロック解除状態となり、一方向クラッチ部材の移動が阻害されることはない。
【００１４】
一方、圧電素子により駆動ロッドが第２方向に移動すると、駆動ロッドに当接しているボールが駆動ロッドによってテーパ面および駆動ロッド間の間隔が広い方に移動され、ロックが解除される。この際、ガイドロッドに対して一方向クラッチ部材が第２方向に移動しようとしても、ガイドロッドに当接するボールに対してガイドロッドは相対的に第１方向に移動し、ボールはテーパ面およびガイドロッドの間隔が狭い方に移動されるので、一方向クラッチ部材はガイドロッドに対してはロック状態となり、一方向クラッチ部材が第２方向に移動することはなく、液体の逆流は確実に防止される。
【００１５】
以上のように、駆動ロッドが圧電素子によって進退すると、一方向クラッチ部材は自動的にロック状態やロック解除状態に切り替わるため、クラッチのオンオフを制御するための特別な制御機構を設ける必要が無く、構成を簡易にできてコストも低減できる。また、駆動ロッドに対するロックされる第１クラッチ手段と、ガイドロッドに対してロックされる第２クラッチ手段とは同一構成であるため、部品を兼用でき、コストを低減できる。
【００１６】
また、本発明では、前記駆動ロッドおよびガイドロッドは断面円形の丸棒からなり、前記第１クラッチ手段および第２クラッチ手段は、それぞれ、駆動ロッドおよびガイドロッドに比べて直径が大きくされ、かつ貫通孔を有するガイドリングと、前記ガイドリングの貫通孔内に配置され、かつ中心軸部分に前記駆動ロッドおよびガイドロッドが挿通されたボール保持器と、このボール保持器にその周方向に沿って間隔をあけて複数形成された貫通孔内にそれぞれ１つずつ配置された複数のボールと、を備えて構成され、前記ガイドリングの貫通孔の内周面は、前記第１方向に向かうにしたがって直径が小さくなるテーパ面を備え、前記ボールの直径は、駆動ロッドおよびガイドロッドとテーパ面との間の寸法のうち、最小寸法よりも大きく、最大寸法よりも小さく設定され、前記ボール保持器の各貫通孔は、ボール保持器の半径方向に貫通され、貫通孔内に配置されたボールが前記各ロッドおよびガイドリングの内周面に当接可能とされ、かつ、貫通孔の直径は前記ボールに比べて大きく形成され、各貫通孔の中心点に対して前記第１方向側でかつ貫通孔の中心点を通るボール保持器の軸方向に対して円周方向にオフセットされた斜め位置には前記ボールを引き寄せ可能な磁石が貫通孔毎に設けられ、前記ボール保持器は各ロッドを回転中心として回動可能に設けられているものでもよい。
【００１７】
このような構成においても、圧電素子により駆動ロッドが第１方向に移動すると、駆動ロッドに当接しているボールが駆動ロッドによってテーパ面および駆動ロッド間の間隔が狭い方に移動され、テーパ面および駆動ロッド間に圧接固定される。従って、駆動ロッドと共に一方向クラッチ部材が第１方向に移動し、前記ピストンによる液体吐出が行われる。この際、ガイドロッドに対しても一方向クラッチ部材が第１方向に移動することになるが、ガイドロッドに当接するボールに対してガイドロッドは相対的に第２方向に移動し、ボールはテーパ面およびガイドロッドの間隔が広い方に移動されるので、一方向クラッチ部材はガイドロッドに対してはロック解除状態となり、一方向クラッチ部材の移動が阻害されることはない。また、前記ボールは、磁石によって引き寄せられているので、駆動ロッドが第１方向に移動した際には、貫通孔の中心位置から円周方向にオフセットされた位置でテーパ面および駆動ロッド間に圧接固定される。
【００１８】
一方、圧電素子により駆動ロッドが第２方向に移動すると、駆動ロッドに当接しているボールが駆動ロッドによってテーパ面および駆動ロッド間の間隔が広い方に移動され、ロックが解除される。この際、ガイドロッドに対して一方向クラッチ部材が第２方向に移動しようとしても、ガイドロッドに当接するボールに対してガイドロッドは相対的に第１方向に移動し、ボールはテーパ面およびガイドロッドの間隔が狭い方に移動されるので、一方向クラッチ部材はガイドロッドに対してはロック状態となり、一方向クラッチ部材が第２方向に移動することはなく、液体の逆流は確実に防止される。
【００１９】
以上のように、本発明においても、駆動ロッドが圧電素子により進退すると、一方向クラッチ部材は自動的にロック状態やロック解除状態に切り替わるため、クラッチのオンオフを制御するための特別な制御機構を設ける必要が無く、構成を簡易にできてコストも低減できる。また、駆動ロッドに対してロックされる第１クラッチ手段と、ガイドロッドに対してロックされる第２クラッチ手段とは同一構成であるため、部品を兼用でき、コストを低減できる。
【００２０】
ここで、前記クラッチ解除手段は、外部操作により前記ボールを第２方向に移動可能なボール移動部材を備えて構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、前記ボールを第２方向に移動すれば、ボールをテーパ面および各ロッド間の間隔が広い方に移動でき、容易にロック状態を解除できる。
また、磁石が内蔵されたボール保持器を用いることで、前記ボールを、貫通孔の中心位置から円周方向にオフセットされた位置でテーパ面および駆動ロッド間に圧接固定させている場合には、ボール保持器を第２方向に移動すれば、ボール保持器の貫通孔の内周面がボールに当接し、その内周面に沿ってボールを回転させながら第２方向に移動できるので、ボールをテーパ面および各ロッド間の間隔が広い方に容易に移動でき、かつ、ボールとテーパ面や各ロッドとの摩擦を静摩擦から動摩擦にできるため、ロック解除に必要な力を小さくでき、解除操作性を向上できる。
【００２１】
また、前記一方向クラッチ部材は、内部に駆動ロッドが挿通され、かつ、一端が前記ピストンに固定された駆動パイプを有し、前記ピストンおよびシリンジは、駆動ロッドおよび駆動パイプの軸線上に設けられているものでもよい。
生産ラインで利用される銀ペーストや液晶などの液体が収納されたシリンジは、液体が充填されたシリンジ内にピストンカップが配置され、シリンジの吐出口およびこの吐出口の反対側に形成されて前記ピストンカップが挿入されるシリンジの開口をそれぞれキャップで塞いだ状態で用意されることが多い。本発明の構成によれば、駆動パイプで移動されるピストンを例えばシリンジ内のピストンカップに挿入し、ピストンに固定された駆動パイプをシリンジ内部まで移動することで、シリンジ内の液体の吐出が完了するまでピストンを確実に移動できる。
【００２２】
さらに、前記ピストンおよびシリンジは、駆動ロッドと平行に設けられ、前記一方向クラッチ部材は、前記ピストンの端部に当接可能な当接部を有するものでもよい。
医療現場で用いられる薬液が収納されたシリンジは、軸方向が長くされたプランジャタイプのピストンが用いられることが多い。このような場合、駆動ロッドの軸線上にシリンジおよびピストンを配置すると、シリンジポンプの全長が長くなってしまい、取扱いが困難になる。これに対し、本発明では、駆動ロッドとピストンおよびシリンジとを平行に配置しているので、シリンジポンプの全長を短くでき、取扱い性を向上できる。
【００２３】
また、前記圧電素子は、その伸縮方向の一端面側は球面部材を介して素子ケースに当接され、他端面側は球面部材を介して駆動ロッドの端部に取り付けられた素子受け部材に当接され、前記各球面部材は圧電素子との接触面は圧電素子の端面が密着可能とされ、素子ケースおよび素子受け部材との接触面は球面とされ、前記素子受け部材は、付勢手段によって前記第２方向側に付勢されて前記圧電素子の球面部材に密着され、前記圧電素子が伸びると前記付勢手段の付勢力に抗して素子受け部材および駆動ロッドが第１方向に移動し、圧電素子が縮むと前記付勢手段の付勢力によって素子受け部材および駆動ロッドが第２方向に移動することが好ましい。
【００２４】
圧電素子の両端に球面部材を設け、この球面部材の球面を各素子ケース、素子受け部材に当接させているので、圧電素子に偏加重が加わることを防止でき、偏加重による圧電素子の破損を防止できる。
【００２５】
ここで、本発明のシリンジポンプは、前記圧電素子の変位量または駆動ロッドの変位量を検出するセンサと、このセンサの出力に応じて前記圧電素子に加える電圧値を制御する制御手段とを備えることが好ましい。
圧電素子は、印加電圧と変位量との間にヒステリシスが存在するため、フィードフォワード制御では変位量の調整が難しい面もあるが、本発明のように、圧電素子等の変位量を検出し、その変位量に基づくフィードバック制御を行えば、変位量を高精度に制御できる。
なお、変位量の測定には、例えば、歪みゲージを用いたり、静電容量型等の位置センサを用いたりすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態のシリンジポンプ１が示され、図２には図１のＡ−Ａ線に沿った断面図が示され、図３には図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図が示されている。
シリンジポンプ１は、シリンジ２と、ピストン３と、シリンジ台４と、ガイドロッド５と、シリンジ蓋材６と、駆動部７と、一方向クラッチ部材８とを備えている。
【００２７】
シリンジ２は、図２にも示すように、下端側にノズルなどが装着される吐出口２１を有し、上端側には前記ピストン３が嵌挿されている。そして、前記吐出口２１にはキャップが取り付けられて、ピストン３とともにシリンジ２内の液体を密封できるように構成されている。
【００２８】
ピストン３は、ピストン本体３１と、ピストンカップ３２とを備えて構成されている。ピストン本体３１は、例えば、プラスチック製とされ、外周にはシリンジ２内周面との隙間をシールするＯリング等のシール材３３が装着されている。また、ピストン本体３１の上端面には凹部３４が形成され、この凹部３４の内周面にもシール材３５が装着されている。さらに、ピストン本体３１の中心軸部分には貫通孔が形成され、ピストンカップ３２内にピストン本体３１を挿入した際に、ピストンカップ３２内の空気を排出してピストン本体３１をピストンカップ３２内にスムーズに挿入できるように構成されている。
【００２９】
ピストンカップ３２は、充填された液体が直接ピストン本体３１に接触して影響を及ぼすことを防止するカバー材であり、耐液性・耐薬品性に優れたフッ素樹脂などで構成されている。
なお、ピストン３としては、ピストン本体３１およびピストンカップ３２で構成されるものに限らず、例えば、ゴム製の一体物でもよい。ゴム製のピストン３であれば、別途シール材３３を設けなくても液漏れを防止できる。このように、ピストン３の構成や材質は、吐出する液の種類に応じて設定すればよい。
【００３０】
このようなシリンジ２は、通常、予め内部に液体が充填され、かつ、ピストンカップ３２が挿入され、吐出口２１および吐出口２１の反対側の開口をそれぞれキャップで密封した状態で提供される。従って、利用者は、液が充填されたシリンジ２を前記シリンジ台４に装着し、液体の吐出後は、シリンジ２をシリンジ台４から取り外して新しいシリンジ２に交換する。
【００３１】
シリンジ台４は、ロボットのアーム等に取り付けるためのネジ穴４１を有する。また、シリンジ２の吐出口２１および吐出口２１に連続するテーパ部分を保持する凹部４２が形成されている。
このシリンジ台４には、前記２本のガイドロッド５がねじ止めされている。また、前記シリンジ蓋材６は、２本のガイドロッド５に跨って配置され、ガイドロッド５に沿って移動可能に設けられている。なお、ガイドロッド５には、シリンジ蓋材６のシリンジ台４側への移動を規制するための所定長さ寸法のパイプ５１がそれぞれ設けられている。
【００３２】
従って、シリンジ２をシリンジ台４に装着する際には、シリンジ蓋材６をシリンジ台４から離しておき、シリンジ台４の凹部４２にシリンジ２を挿入した後、シリンジ蓋材６をシリンジ台４側に移動し、シリンジ台４およびシリンジ蓋材６でシリンジ２を挟持して装着される。
なお、本実施形態では、シリンジ蓋材６には円筒状の挿入部６１が形成されており、この挿入部６１をシリンジ２に嵌合させている。
【００３３】
駆動部７は、駆動ロッド７０と、駆動ロッド７０を進退させるロッド進退機構７１とを備える。
ロッド進退機構７１は、図４にも示すように、主に、圧電素子７２と、前記駆動ロッド７０を圧電素子７２側（第２方向側）に付勢する付勢手段としての皿バネ７３と、圧電素子７２が収納される素子ケース７４とを備えて構成されている。
【００３４】
素子ケース７４は、略ボックス状に形成されており、その両端部には前記ガイドロッド５がそれぞれ取り付けられている。すなわち、ガイドロッド５の一端はシリンジ台４に固定され、他端は素子ケース７４に固定され、各ガイドロッド５は互いに平行に配置されている。
また、素子ケース７４には、前記圧電素子７２の駆動を制御する図示しないコントローラ（制御手段）からの配線が接続されるコネクタ７５が取り付けられている。コネクタ７５からは図示しない配線を介して圧電素子７２に駆動信号（電圧）が印加されるように構成されている。
【００３５】
ここで、圧電素子７２は、直方体状に形成されたセラミック製の積層型圧電素子であり、その長手方向の寸法（図２における上下方向の寸法）が２０mm程度であれば、所定の駆動電圧（例えば１００Ｖ）を加えた際に、前記長手方向寸法が１１μｍ程度変位するものなどが利用できる。この変位量は主に圧電素子７２の長手方向寸法にほぼ比例し、長手方向寸法が４０mm程度であれば変位量は２８μｍ程度となる。
【００３６】
素子ケース７４のシリンジ台４側の端面には開口が形成され、キャップ７４１が取り付けられている。キャップ７４１には貫通孔が形成され、前記駆動ロッド７０およびこの駆動ロッド７０の端部に固定された素子受け部材７６が挿通されている。
素子受け部材７６は略円筒状に形成され、その外周面には段部が設けられている。そして、前記皿バネ７３は、素子受け部材７６の段部およびキャップ７４１間に介在され、素子受け部材７６および駆動ロッド７０を圧電素子７２側に付勢している。
【００３７】
圧電素子７２は素子ケース７４および素子受け部材７６間に配置されている。すなわち、素子ケース７４および素子受け部材７６の対向する面にはそれぞれ凹部が形成され、各凹部の底面には樹脂シート７７を介して圧電素子７２の長手方向側の両端面がそれぞれ当接されている。なお、樹脂シート７７を介在させているのは、セラミック製の圧電素子７２がアルミなどの金属製の素子ケース７４や素子受け部材７６に直接当接することを防止し、圧電素子７２等が破損し難いようにするためである。
【００３８】
従って、圧電素子７２に駆動信号が入力されて圧電素子７２が長手方向に伸びると、素子ケース７４側は移動しないので、皿バネ７３の付勢力に抗して変位分だけ素子受け部材７６および駆動ロッド７０をシリンジ台４に向かう方向（図２では下方）に移動する。一方、圧電素子７２が元の長さに戻ると、皿バネ７３の付勢力で素子受け部材７６および駆動ロッド７０もシリンジ台４から離れる方向（図２では上方）に移動する。
【００３９】
次に、一方向クラッチ部材８の構成について説明する。
一方向クラッチ部材８は、クラッチ台８０を備えている。クラッチ台８０は、図１に示すように、略ボックス状に形成されて２本のガイドロッド５間に架け渡されている。また、その正面には操作用の突起部８０Ａが突設されている。
クラッチ台８０の図１における左右方向の中心部分には貫通孔が形成され、この貫通孔に前記駆動ロッド７０が挿通されている。なお、貫通孔のシリンジ台４側は大径の空間とされ、その内部には略円筒状のピンガイド部材８１と、ガイドリングであるリング部材８２とが挿入されている。
【００４０】
ピンガイド部材８１は、中心軸部分に前記駆動ロッド７０が挿通される貫通孔８１１が形成され、その貫通孔８１１の周囲には、貫通孔８１１に平行に形成されてピンガイド部材８１を軸方向に貫通する複数のガイド孔８１２が、円周方向に沿ってかつ等間隔で形成されている。
【００４１】
リング部材８２は、超硬合金で形成され、その内部の貫通孔部分は駆動ロッド７０に比べて大きな直径とされている。そして、この貫通孔の内周面には、シリンジ台４側つまり図４において下方（第１方向）に向かうにしたがって直径が小さくなるように形成されたテーパ面８２１と、このテーパ面８２１のシリンジ台４側に連続して形成されて前記駆動ロッド７０の外周面と同心円状とされた円周面８２２とが形成されている。
そして、ピンガイド部材８１およびリング部材８２は、クラッチ台８０にねじ止めされた押さえ部材８３と、前記クラッチ台８０とで挟持されて固定されている。
【００４２】
ピンガイド部材８１のガイド孔８１２は、例えば６個程度形成され、それぞれに押しピン８４が挿入されている。この押しピン８４は、クラッチ台８０と押しピン８４間に設けられたバネ８５でシリンジ台４側に付勢されている。従って、押しピン８４およびバネ８５により、ボール８６を第１方向に付勢する付勢手段が構成されている。
【００４３】
また、リング部材８２のテーパ面８２１および駆動ロッド７０間にはボール８６が配置されている。ボール８６は、超硬合金製の精密ボールであり、前記各押しピン８４に対応する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、６本の押しピン８４が設けられている場合には、６個のボール８６が設けられる。また、ピン８４の端面には球面状のボール保持凹部８４１が形成されており、ボール８６が円周方向に移動して各ボール８６間の間隔がずれないように構成されている。
【００４４】
リング部材８２の円周面８２２および駆動ロッド７０間には戻しリング８７が配置されている。戻しリング８７は、駆動ロッド７０に沿ってスライド移動可能とされ、後述するクラッチ解除手段によって圧電素子７２側に移動されると、バネ８５の付勢力に抗してボール８６および押しピン８４を圧電素子７２側に移動するものである。
【００４５】
なお、前記ボール８６の直径と、前記テーパ面８２１および駆動ロッド７０の直径との関係は次のように設定されている。すなわち、ボール８６の直径は、テーパ面８２１の円周面８２２側の端縁部分と駆動ロッド７０間の隙間寸法よりも大きく、かつ、テーパ面８２１の圧電素子７２側の端縁部分と駆動ロッド７０間の隙間寸法よりも小さく設定されている。
【００４６】
また、クラッチ台８０の左右方向両端部分にも貫通孔が形成され、図５に示すように、この貫通孔に前記ガイドロッド５が挿通されている。この貫通孔には、前述のピンガイド部材８１、リング部材８２、押さえ部材８３、押しピン８４、バネ８５、ボール８６、戻しリング８７が配置されている。すなわち、ガイドロッド５が挿通された貫通孔内の構成は、前記駆動ロッド７０が挿通された貫通孔と同一であるため、同一構成には同一符号を付し、説明を省略する。
なお、ボール８６が当接するガイドロッド５や駆動ロッド７０は、ボール８６やリング部材８２と同様に超硬合金で構成されている。
【００４７】
一方向クラッチ部材８において、駆動ロッド７０が挿通された押さえ部材８３には、図２，４に示すように、駆動パイプとしての押しパイプ９の端部が固定されている。この押しパイプ９内には駆動ロッド７０が挿通されている。また、押しパイプ９の端部はピストン３の凹部３４に挿入されている。なお、押しパイプ９の端部には蓋９１が挿入され、パイプ９内への液の浸入を防止している。
【００４８】
一方向クラッチ部材８のシリンジ台４側には、クラッチ解除手段１０が設けられている。クラッチ解除手段１０は、クラッチ台８０と同様に、２本のガイドロッド５間に架け渡された板状部材で構成されたクラッチ押し部材１００を備えている。このクラッチ押し部材１００にも、前記突起部８０Ａに対向して設けられた操作用の突起部１００Ａが突設されている。
【００４９】
クラッチ押し部材１００の左右方向中心部分および左右両端部分には、それぞれ駆動ロッド７０およびガイドロッド５が挿通される貫通孔が形成されている。また、各貫通孔部分には、各押さえ部材８３が配置可能な凹部１０１がそれぞれ形成されている。
各凹部１０１には、ピン１０２の一端が固定されている。各ピン１０２は、駆動ロッド７０およびガイドロッド５の周囲に複数本ずつ配置されている。例えば、各ロッド５，７０の周囲に、その周方向に９０度間隔で４本ずつ配置されている。ピン１０２の他端は、押さえ部材８３を貫通して戻しリング８７に当接されている。
【００５０】
このため、図６に示すように、突起部８０Ａおよび突起部１００Ａを握ってクラッチ台８０に対してクラッチ押し部材１００を近付けると、ピン１０２は戻しリング８７を圧電素子７２側に押す。すると、ボール８６および押しピン８４がバネ８５の付勢力に抗して圧電素子７２側に移動する。ボール８６は、リング部材８２のテーパ面８２１および駆動ロッド７０やガイドロッド５に圧接していたロック状態から、テーパ面８２１および駆動ロッド７０やガイドロッド５間の間隔が広い方に移動するため、ロック状態が解除される。すなわち、利用者は、各突起部８０Ａ，１００Ａを近付けることで一方向クラッチ部材８のロック状態を解除でき、一方向クラッチ部材８およびクラッチ解除手段１０をガイドロッド５、駆動ロッド７０に沿って自由に移動できる。従って、ボール８６を第２方向に移動可能なボール移動部材は、戻しリング８７、ピン１０２およびクラッチ押し部材１００を備えて構成されている。
【００５１】
クラッチ押し部材１００の各側面には、図１に示すように、Ｌ字状に折曲されて突起部８０Ａおよび突起部１００Ａを握った際に加わるモーメントを受けることができる移動規制板１０３がそれぞれ取り付けられている。すなわち、移動規制板１０３は、クラッチ押し部材１００の側面からクラッチ台８０の側面側に延長され、かつクラッチ台８０の素子ケース７４に対向する面側に折曲され、この折曲された面にはフランジブッシュ１０４が取り付けられている。
フランジブッシュ１０４は、各ガイドロッド５に嵌挿されている。従って、クラッチ押し部材１００のシリンジ台４側への移動つまりクラッチ台８０から離れる方向への移動は、フランジブッシュ１０４がクラッチ台８０の素子ケース７４側の面に当接する位置に規制されている。
【００５２】
次に、本実施形態のシリンジポンプ１における液体の吐出動作について説明する。
［シリンジセット］
まず、事前の準備として、吐出液が充填されたシリンジ２のキャップを外してピストンカップ３２にピストン本体３１を取り付け、このシリンジ２をシリンジ台４およびシリンジ蓋材６間に配置する。そして、一方向クラッチ部材８のクラッチ状態を解除してパイプ９をピストン３側に移動し、ピストン３の凹部３４内に挿入する。
【００５３】
［吐出動作］
図示しないコントローラにより圧電素子７２に駆動信号を入力すると、圧電素子７２は長手方向つまり駆動ロッド７０の軸方向に伸縮駆動され、この駆動に伴い駆動ロッド７０はシリンジ２に向かって進退駆動を繰り返す。
ここで、ボール８６は、バネ８５でシリンジ２側に付勢されており、テーパ面８２１および駆動ロッド７０の外周面に当接している。この状態で、駆動ロッド７０がシリンジ２側に移動すると、駆動ロッド７０に当接する前記ボール８６も同じ方向に移動しようとし、ボール８６がテーパ面８２１に食い込むように圧接する。このため、一方向クラッチ部材８およびパイプ９は、駆動ロッド７０と一体となってシリンジ２側に移動し、この移動に伴いピストン３も吐出口２１側に移動する。このため、ピストン３の移動量に応じて、シリンジ２内の液体が吐出口２１から吐出される。
【００５４】
なお、一方向クラッチ部材８はガイドロッド５に対してもシリンジ２側に移動しようとする。この際、ガイドロッド５は固定されていて移動しないので、ガイドロッド５は相対的には一方向クラッチ部材８に対して素子ケース７４側に移動することになり、ガイドロッド５に当接するボール８６もバネ８５の付勢力に抗して素子ケース７４側つまりテーパ面８２１とガイドロッド５の外周面間の寸法が大きくなる方向に移動する。従って、一方向クラッチ部材８は、ガイドロッド５に対してはロック解除状態となって自由に移動できる。
【００５５】
一方、圧電素子７２が元の長さに戻り、駆動ロッド７０も元の位置に戻る際には、一方向クラッチ部材８は駆動ロッド７０に対しては、ボール８６が素子ケース７４側つまりテーパ面８２１と駆動ロッド７０の外周面間の寸法が大きくなる方向に移動するため、ロック解除状態となる。
この際、前記一方向クラッチ部材８がガイドロッド５に対して素子ケース７４側に移動しようとすると、ガイドロッド５は相対的には一方向クラッチ部材８に対してシリンジ２側に移動しようとすることになる。このため、前記駆動ロッド７０がシリンジ２側に移動した場合と同様に、ボール８６がテーパ面８２１およびガイドロッド５の外周面の狭い方向に移動しようとしてテーパ面８２１に強固に圧接する。
従って、一方向クラッチ部材８はガイドロッド５に対して移動不能にロックされるため、駆動ロッド７０のみが圧電素子７２側に移動する。
【００５６】
以上のように動作するため、圧電素子７２が伸長して駆動ロッド７０がシリンジ２側に移動すると、その移動量分だけ一方向クラッチ部材８、パイプ９およびピストン３が移動して液が吐出される。
一方、圧電素子７２が縮小して駆動ロッド７０が圧電素子７２側に移動しても、一方向クラッチ部材８はガイドロッド５に対して移動不能にロックされるため、一方向クラッチ部材８、パイプ９およびピストン３は停止状態とされ、液も吐出されない。
このため、圧電素子７２が伸縮を繰り返すと、一方向クラッチ部材８、パイプ９、ピストン３は逆方向に戻ることなく、間欠的にシリンジ２の吐出口２１側のみに移動し、液が吐出される。
【００５７】
図７に示すように、ピストン３がシリンジ２の吐出口２１側の端面まで移動して、シリンジ２内部の液体を吐出し終わった場合には、前述の通り、突起部８０Ａおよび突起部１００Ａを操作して一方向クラッチ部材８を解除状態にし、一方向クラッチ部材８、パイプ９、ピストン３を圧電素子７２側に移動すればよい。そして、パイプ９をピストン３から取り外し、シリンジ２をシリンジ台４、シリンジ蓋材６間から取り外し、液が充填されたシリンジ２に交換して液の吐出を継続すればよい。なお、ピストン本体３１は、例えば、貫通孔部分に雌ねじを形成しておき、取付治具をねじ込んでシリンジ２から引き出すことで取り外し、適宜、洗浄して再利用すればよい。
従って、本実施形態においては、ガイドロッド５、駆動部７、一方向クラッチ部材８、パイプ９、クラッチ解除手段１０によって、ピストン３を移動する移動装置が構成されている。また、駆動ロッド７０に当接するボール８６、および、このボール８６が当接されるリング部材８２を備えて第１クラッチ手段が構成され、ガイドロッド５に当接するボール８６、および、このボール８６が当接されるリング部材８２を備えて第２クラッチ手段が構成される。
【００５８】
なお、コントローラは、圧電素子７２に流す電流を制御することで吐出スピードを調整し、圧電素子７２にかける電圧値を制御することで圧電素子７２の変位量つまり吐出量を調整している。
この際、圧電素子７２や駆動ロッド７０、一方向クラッチ部材８、パイプ９等のピストン３に連動して変位する部材の変位量を検出するセンサ、例えば静電容量型のセンサや、歪みゲージなどを設け、これらのセンサの検出データをフィードバックさせることで、コントローラで設定された吐出量を精度良く制御することができる。
【００５９】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）圧電素子７２を利用してピストン３を移動しているので、微量であっても精度良く液体を吐出できる。すなわち、例えば、直径１６mmのシリンジ２（断面積は約２００mm2 ）で１マイクロリットルの液体を吐出する場合、ピストン３の移動量は５μｍとなる。従来の空気圧を利用した場合や、ボールネジ等を用いた場合には、位置決め精度を約１μｍ以下にすることは困難であるから、最も精度のよい約１μｍの精度で位置決め可能であったとしても、吐出量の誤差は０．２マイクロリットル（２０％）程度になってしまう。
これに対して、本実施形態では、位置決め精度が０．１μｍ程度にできる圧電素子７２を用いているので、吐出量の誤差は０．００２マイクロリットルとなり、誤差も０．２％と非常に小さくできる。従って、微量の液体であっても高精度に吐出することができる。
【００６０】
（２）圧電素子７２は、応答速度が０．０１msec程度と非常に速いので、１０msec程度の応答速度である空気圧式やボールネジ式の駆動に比べて高速な液体吐出動作を実現できる。さらに、圧電素子７２は、エアシリンダ駆動に比べて発生力が大きいため、吐出口２１に取り付けるノズルを細くして抵抗が増えても液体を飛ばして吐出することができる。このため、例えば、０．１マイクロリットルの水でもきれいに飛ばすことができ、安定した動作を実現できる。
【００６１】
（３）一方向クラッチ部材８は、圧電素子７２や駆動ロッド７０の進退移動を、一方向の直線運動にできるため、コンパクトな構成にすることができる。また、圧電素子７２も１つだけ設ければよい。従って、駆動源として１つの圧電素子７２を用い、かつ、一方向クラッチ部材８もコンパクトに構成できるので、サーボモータおよびボールネジなどの駆動機構を採用した場合に比べて、シリンジポンプ１を容易に小型化できる。
従って、各種製品の生産ラインにおいて、接着剤や各種ペースト等の吐出に本実施形態のシリンジポンプ１を利用する際にも、ロボットのアームに取り付けて、高速、高加速度で移動させることができ、生産ラインのタクトタイムの短縮を実現でき、生産性向上に寄与することができる。
【００６２】
（４）単位時間当たりの吐出液の液量は、圧電素子７２に加える電圧値を変更したり、圧電素子７２に加える電流値を変更することで、吐出動作中であっても容易に設定変更できる。このため、例えば、基板上に複数の電子部品を取り付ける工程において、各電子部品の取付場所毎に異なる液量の接着剤を塗布するために、基板上に吐出する液体の量を変更する場合や、複数の製品が混在して送られる生産ラインにおいて、製品毎に液体の吐出量を変更しなければならない場合でも、容易に対応でき、使い勝手のよいシリンジポンプ１を提供できる。
【００６３】
（５）一方向クラッチ部材８を用いているので、圧電素子７２の駆動時にピストン３が吐出口２１から離れる方向に移動してしまうことを確実に防止できる。このため、ピストン３が逆方向に移動してしまい吐出口２１から空気が吸い込まれ、その次に吐出動作を行った際には空気が含まれて吐出液の量がばらつくという問題を確実に防止できる。さらに、シリンジポンプ１は、逆流が禁止される薬液の注入にも利用できる。
一方向クラッチ部材８は、駆動ロッド７０部分に配置される部分の構成と、ガイドロッド５部分に配置される部分の構成とが同一であるため、その分、製造コストを低減できる。
【００６４】
（６）一方向クラッチ部材８は、リング部材８２のテーパ面８２１と各ロッド５，７０の外周面との間にボール８６を配置するという簡易な構成で実現できるので、この点でも製造コストを低減できる。
また、駆動ロッド７０が圧電素子７２によって進退すると、一方向クラッチ部材８は自動的にロック状態やロック解除状態に切り替わるため、クラッチのオンオフを制御するための特別な制御機構を設ける必要が無く、構成を簡易にできてコストも低減できる。
さらに、クラッチ解除手段１０は、ピン１０２等を用いて前記ボール８６をテーパ面８２１および各ロッド５，７０の外周面間の寸法が広い部分に移動すればよく、非常に簡単な構成で実現できる。
【００６５】
（７）本実施形態では、シリンジ２を容易に交換できるので、各種の薬剤や液晶等の取扱いが難しい液体であっても、その液体を密封したシリンジ２をシリンジ台４部分に装着するだけで吐出できるので、液体の劣化などを確実に防止できる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態のシリンジポンプ１Ａについて、図８〜１２を参照して説明する。
本実施形態は、図８に示すように、圧電素子７２の長手方向（伸縮方向）の両端面に、樹脂シート７７の代わりに球面部材７８を設けた点と、一方向クラッチ部材８においてボール８６を保持する構造を変更した点が、前記第１実施形態と相違する。従って、前記第１実施形態と同一または同様の構成に関しては、同一符号を付し、説明を省略または簡略する。
【００６７】
圧電素子７２の両端に取り付けられた球面部材７８は、半球体状に形成され、その外周面７８１は球面とされている。また、球面部材７８には凹部７８２が形成され、この凹部７８２内に圧電素子７２の端部が配置されている。ここで、凹部７８２の底面は平面状に形成され、この底面に前記圧電素子７２の端面がエポキシ樹脂などの接着剤で接着されている。
【００６８】
各球面部材７８の外周面７８１は、素子ケース７４および素子受け部材７６に当接されている。素子ケース７４および素子受け部材７６にはそれぞれ凹部７４２，７６２が形成され、この凹部７４２，７６２に前記球面部材７８の外周面７８１が当接されている。これにより素子ケース７４に偏加重が加わることを防止できるように構成されている。
【００６９】
一方向クラッチ部材８は、前記第１実施形態と同様に、クラッチ台８０に形成された貫通孔内にはリング部材８２が配置されている。このリング部材８２は、クラッチ台８０およびクラッチ台８０にビス止めされた押さえ部材８３で挟持固定されている。
但し、前記実施形態では、ボール８６を直接付勢する押しピン８４およびこの押しピン８４を案内するピンガイド部材８１が設けられていたが、本実施形態では、各ボール８６の移動をある程度の範囲で規制するボール保持器８８が設けられている点が大きく相違する。
【００７０】
ボール保持器８８は、図１０に示すように、略円筒状に形成され、中心軸部分には各ロッド５，７０が挿通されている。ボール保持器８８の円周面８８１には、半径方向に貫通する貫通孔８８２が形成されている。この貫通孔８８２は、円周方向に沿って等間隔で複数設けられている。本実施形態では、９０度間隔で４個の貫通孔８８２が形成されている。
貫通孔８８２の直径は、ボール８６の直径よりも大きくされており、貫通孔８８２内でボール８６が移動可能に構成されている。
【００７１】
ボール保持器８８には、各貫通孔８８２に対応してボール８６を引き寄せ可能な磁石８８３が内蔵されている。この磁石８８３は、図１１，１２に示すボール保持器８８の外周面の展開図に示すように、貫通孔８８２の中心点を通るボール保持器８８の軸方向８８２Ａと、この軸方向８８２Ａに直交する円周方向８８２Ｂとに対してそれぞれオフセットされた斜め位置に設けられている。具体的には、磁石８８３は、各貫通孔８８２の中心点に対して前記第１方向側（シリンジ台４側）でかつ円周方向８８２Ｂ側にオフセットされた斜め位置に設けられている。
【００７２】
ボール保持器８８のクラッチ押し部材１００側（第１方向側）には円盤状のスペーサ８９が配置され、このスペーサ８９にはピン１０２が当接されている。
ここで、スペーサ８９はステンレスなどの金属製とされ、ボール保持器８８は含油樹脂製とされ、ボール保持器８８はロッド５，７０を回転中心としてスペーサ８９に対してスムーズに回動できるように構成されている。
【００７３】
また、ボール保持器８８は、バネ８５によってシリンジ２側に付勢されている。なお、バネ８５の付勢力は、ボール保持器８８、スペーサ８９、ピン１０２を介してクラッチ押し部材１００に伝わり、クラッチ押し部材１００はシリンジ２側への移動規制位置、つまり移動規制板１０３のフランジブッシュ１０４がクラッチ台８０に当接する位置まで移動可能とされている。
この際、ボール保持器８８の貫通孔８８２は、図８，９に示すように、リング部材８２のテーパ面８２１のほとんどの範囲を含むように形成され、圧電素子７２が駆動されていない状態ではボール８６は貫通孔８８２内で自由に回転できるように設定されている。
【００７４】
このような第２実施形態のシリンジポンプ１Ａにおける液体吐出動作に関し説明する。
シリンジ２の装着は前記第１実施形態と同様に行えばよい。シリンジ２の装着後、圧電素子７２を駆動していない状態では、図９に示すように、貫通孔８８２の範囲内でボール８６も自由に移動可能となる。このため、ボール８６は磁石８８３によって引き寄せられて、貫通孔８８２の中心点に対して磁石８８３が設けられた方向つまり斜め下方の位置で、かつ、テーパ面８２１と各ロッド外周面とに当接した位置に安定して位置される。
【００７５】
次に、コントローラで圧電素子７２を駆動し、駆動ロッド７０がシリンジ台４側つまり第１方向に移動すると、図１１に示すように、駆動ロッド７０に当接するボール８６は貫通孔８８２の中心点に対して円周方向８８２Ｂ側にずれた位置でテーパ面８２１およびロッド外周面に圧接し、ロック状態となる。従って、前記第１実施形態と同様に、一方向クラッチ部材８は、駆動ロッド７０と共に第１方向に移動し、パイプ９を介してピストン３が第１方向に移動して液体が吐出される。
また、駆動ロッドが圧電素子７２側つまり第２方向に移動すると、前記第１実施形態と同様に、ガイドロッド５に当接するボール８６がロック状態となるため、一方向クラッチ部材８は移動せず、停止される。
従って、圧電素子７２の伸縮動作に伴い、一方向クラッチ部材８は間欠的にシリンジ２側に移動し、ピストン３も同期して移動するため、シリンジ２内の液体が順次吐出される。
【００７６】
液体吐出が完了し、シリンジ２を交換するために、突起部８０Ａ，１００Ａを操作してクラッチを解除すると、ボール８６は、貫通孔８８２のセンター位置から偏心した位置にあるため、図１２に示すように、ボール８６が貫通孔８８２の斜め下方の内周面に当接する。このボール８６とスペーサ８９とで挟まれたボール保持器８８は、ロッド５，７０を中心に円周方向に回され、これに伴い貫通孔８８２に接触していたボール８６も図１２の矢印に示すように回転する。
このようにボール８６が回転すると、ボール８６はより上方つまりテーパ面８２１とロッド外周面との間隔が広い方向に移動し、一方向クラッチ部材８のロックが解除される。
【００７７】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる上、以下の効果も奏することができる。
（８）ボール８６に比べて直径の大きな貫通孔８８２を有するボール保持器８８を用い、かつ、ボール保持器８８に磁石８８３を設けて、クラッチが解除されている際のボール８６を貫通孔８８２の中心からずれた位置に保持するようにしたので、クラッチをロックする際に、ボール８６を貫通孔８８２の中心からずらして配置できる。このため、クラッチ押し部材１００を操作してクラッチを解除した際に、ボール８６を貫通孔８８２に当接させることで、ボール保持器８８を円周方向に回転させることができ、これに伴いボール８６も回転させることができる。従って、ボール８６はより上方つまりテーパ面８２１とロッド外周面との間隔が広い方向に移動しやすくなり、かつ、テーパ面８２１やロッド外周面との接触部分の摩擦が静摩擦から動摩擦になるため、ボール８６を移動してロックを解除するために必要な力を軽減できる。
【００７８】
（９）圧電素子７２の両端に球面部材７８を設け、この球面部材７８の球面状の外周面７８１を各素子ケース７４、素子受け部材７６に当接させているので、圧電素子７２に偏加重が加わることを防止できる。従って、圧電素子７２が偏加重によって破損することも防止できる。
【００７９】
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について、図１３〜１６を参照して説明する。
本実施形態のシリンジポンプ１Ｂは、前記実施形態では、シリンジ２内にピストン３が収納されているのに対し、シリンジである外筒２Ａの外部まで延長されたプランジャ３Ａをピストンとして用いている点と、このプランジャ３Ａを駆動ロッド７０の軸線上ではなく、駆動ロッド７０に平行に配置している点が相違するが、プランジャ３Ａを移動させる基本的な構造は前記各実施形態と同様のものである。
【００８０】
すなわち、外筒（シリンジ）２Ａはシリンジ台４Ａに着脱可能に取り付けられている。すなわち、シリンジ台４Ａには略Ｕ字状の溝４４が形成されている。また、シリンジ台４Ａに２本の平行な軸４６を介してスライド移動可能に設けられた保持板４５にも同様の略Ｕ字状の溝４８が形成されている。前記各軸４６の端部間には操作レバー４７が連結されている。
保持板４５、軸４６、操作レバー４７は、図示しないバネにより、図１４における下側（吐出口２１側）に向かって付勢されており、この付勢力で外筒２Ａのフランジ２５を保持板４５およびシリンジ台４Ａで挟持するように構成されている。従って、バネの付勢力に抗して、操作レバー４７を上方（圧電素子７２側）に押し込み、シリンジ台４Ａおよび保持板４５の各溝４４，４８部分に外筒２Ａを配置した状態で操作レバー４７を元の位置に戻すと、外筒２Ａのフランジ２５が保持板４５およびシリンジ台４Ａで挟持される。すなわち、シリンジ台４Ａは操作レバー４７を操作することで、シリンジ台４Ａに対して着脱可能に取り付けられている。
【００８１】
シリンジ台４Ａには、図１５に示すように、２本のガイドロッド５の一端がそれぞれ固定されている。また、シリンジ台４Ａには、駆動ロッド７０の端部が挿入されている。
すなわち、シリンジ台４Ａには段付きの凹部４０１が形成され、駆動ロッド７０の端部に取り付けられたロッド受け材７０１が前記凹部４０１に挿入されている。凹部４０１の段部およびロッド受け材７０１間には、駆動ロッド７０を圧電素子７２側に付勢する付勢手段としての皿バネ７３が介在されている。
【００８２】
ガイドロッド５の他端は、ベース部材７９に取り付けられている。また、ベース部材７９には、ガイドロッド５間に平行に配置された駆動ロッド７０が挿通され、かつ、素子ケース７４が取り付けられている。
素子ケース７４内には、前記実施形態と同様に圧電素子７２が配置されている。圧電素子７２は、樹脂シート７７を介して素子ケース７４および駆動ロッド７０間に配置されている。駆動ロッド７０の端部には前記圧電素子７２の脱落を防止するリング状の素子受け部材７６が取り付けられている。
【００８３】
一方向クラッチ部材８Ａは、図１６に示すように、第１クラッチ台１８１と、第２クラッチ台１８２と、押さえ部材１８３とを備えている。第１クラッチ台１８１は、前記実施形態のクラッチ台８０と同様に駆動ロッド７０が挿通される貫通孔１８５が形成されている。この貫通孔１８５のシリンジ台４Ａ側は大径の空間とされ、その内部には略円筒状のボールガイド部材１８６と、このボールガイド部材１８６をシリンジ台４Ａ側に付勢するコイルバネ１８７とが挿入されている。
【００８４】
また、第１クラッチ台１８１には、図１４に示すように突起部１８１Ａが形成されている。突起部１８１Ａには、プランジャ３Ａに当接される当接部としての当接ロッド１８９が固定されている。さらに、突起部１８１Ａには、センサーロッド１９０が固定され、素子ケース７４に固定されたポテンショメータ７４Ａに挿入されている。従って、駆動ロッド７０に対する一方向クラッチ部材８Ａの位置をポテンショメータ７４Ａで検出し、その位置に応じて圧電素子７２の制御を行えるように構成されている。
【００８５】
第２クラッチ台１８２には、前記駆動ロッド７０が挿通される貫通孔１９１と、各ガイドロッド５が挿通される貫通孔１９２とがそれぞれ形成されている。
貫通孔１９１は、圧電素子７２側が大径とされ、この大径部分には、前記第１実施形態と同じリング部材８２と、前記第１クラッチ台１８１とが挿入されている。この第１クラッチ台１８１は、図示しないネジ等で、第２クラッチ台１８２に固定されている。
また、小径部分には、戻しリング８７が軸方向に移動可能に挿入されている。そして、リング部材８２のテーパ面８２１および駆動ロッド７０間にはボール８６が配置されている。また、前記ボールガイド部材１８６には、ボール８６を駆動ロッド７０の外周面に沿った円周方向に移動不能に保持する凹部が形成され、各ボール８６は円周方向に所定間隔で配置されている。
【００８６】
各貫通孔１９２には、第１クラッチ台１８１と同様に、ボールガイド部材１８６、コイルバネ１８７がそれぞれ挿入されている。
また、第２クラッチ台１８２の貫通孔１９２部分には押さえ部材１８３がそれぞれビス止めされている。この押さえ部材１８３においてガイドロッド５が挿通される貫通孔部分には、前記実施形態と同様に、リング部材８２、ボール８６、戻しリング８７が配置されている。
【００８７】
第２クラッチ台１８２のシリンジ台４Ａ側には、クラッチ解除手段１０Ａを構成するクラッチ押し部材２００が配置されている。クラッチ押し部材２００には、凹部２０１が形成され、押さえ部材１８３が配置されている。また、クラッチ押し部材２００には、各戻しリング８７に当接可能なピン２０２が取り付けられている。
クラッチ押し部材２００には、連結板２１０を介して移動規制板２１１が連結されている。移動規制板２１１は、第２クラッチ台１８２のベース部材７９側に配置されている。このため、各コイルバネ１８７で付勢されるクラッチ押し部材２００は、シリンジ台４Ａ方向へは、移動規制板２１１が第２クラッチ台１８２に当接する位置まで移動可能とされている。
【００８８】
移動規制板２１１は、突起部１８１Ａと同様の位置まで延長されて、第２クラッチ台１８２やクラッチ押し部材２００よりも突出されており、その部分には図１３においてコ字状に形成された操作レバー２１２が設けられている。この操作レバー２１２を突起部１８１Ａ側に近づけると、前記ピン２０２および戻しリング８７を介してボール８６が押され、前記実施形態と同様にクラッチが解除されるように構成されている。従って、本実施形態では、クラッチ押し部材２００、ピン２０２、連結板２１０、移動規制板２１１、操作レバー２１２によってクラッチ解除手段１０Ａが構成されている。
【００８９】
このような本実施形態においても、前記各実施形態と同様の動作で液体吐出が行われる。
まず、液体が充填された外筒２Ａおよびプランジャ３Ａを、操作レバー４７を操作してシリンジ台４Ａに取り付ける。次に、操作レバー２１２を操作してクラッチを解除し、一方向クラッチ部材８を移動して当接ロッド１８９をプランジャ３Ａに当接させる。
以上により、吐出準備が完了したら、圧電素子７２を駆動する。圧電素子７２が伸長して駆動ロッド７０がシリンジ台４Ａ側に移動すると、第１クラッチ台１８１はボール８６がリング部材８２に圧接してロックすることで、駆動ロッド７０とともにシリンジ台４Ａ側に移動する。従って、第１クラッチ台１８１に連結された第２クラッチ台１８２もシリンジ台４Ａ側に移動する。この際、ガイドロッド５に当接するボール８６は、ボール８６に対してガイドロッド５が相対的にベース部材７９側に移動することになるため、テーパ面８２１とガイドロッド５との間隔が広い方に移動し、前記実施形態と同様に、ガイドロッド５に対するクラッチは解除された状態となる。
この第１クラッチ台１８１の移動に伴い、当接ロッド１８９を介してプランジャ３Ａが押され、外筒２Ａの吐出口２１から液体が吐出される。
【００９０】
一方、圧電素子７２が縮小すると、駆動ロッド７０は皿バネ７３により圧電素子７２側に移動する。このため、前記実施形態と同様に、駆動ロッド７０に当接するボール８６は、テーパ面８２１と駆動ロッド７０との間隔が広い方に移動し、駆動ロッド７０に対するクラッチは解除された状態となる。
また、ガイドロッド５に対して第２クラッチ台１８２がベース部材７９側に移動しようとしても、ボール８６に対してガイドロッド５が相対的にシリンジ台４Ａ側に移動することになるため、ボール８６はテーパ面８２１に圧接し、ガイドロッド５に対するクラッチがロックされた状態となるため、第１クラッチ台１８１および第２クラッチ台１８２は移動せず、プランジャ３Ａの移動も停止される。
従って、圧電素子７２の伸縮を繰り返すことで、第１クラッチ台１８１およびプランジャ３Ａが間欠的にシリンジ台４Ａ側に移動し、液体が吐出される。
【００９１】
外筒２Ａ内の液体吐出が完了したら、操作レバー２１２を操作してクラッチを解除し、第１クラッチ台１８１、第２クラッチ台１８２をベース部材７９側に移動し、外筒２Ａを交換すればよい。
【００９２】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる上、以下の効果も奏することができる。
（10）ピストン３に比べて長さ寸法が長いプランジャ３Ａを用いていても、外筒２Ａやプランジャ３Ａを駆動ロッド７０に並列に配置したので、シリンジポンプ１Ｂ全体の長さ寸法を抑えることができる。
【００９３】
なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲の変形は本発明に含まれるものである。
コントローラは、圧電素子７２等の変位量を検出してフィードバック制御を行うものが好ましいが、例えば実験的に求めた数式モデルを利用して制御を行うなど、フィードバック制御を用いずに制御してもよい。
【００９４】
第２実施形態の球面部材７８を第１，３実施形態のシリンジポンプ１，１Ｂに用いてもよい。また、第２実施形態において、球面部材７８の代わりに樹脂シート７７を用いてもよい。但し、球面部材７８を用いた方が、圧電素子７２の破損を防止できる点で好ましい。
また、第３実施形態のシリンジポンプ１Ｂにおいて、第２実施形態のような、ボール保持器８８を用いてもよい。このボール保持器８８を利用すれば、ロック解除操作性を向上できる利点がある。
【００９５】
前記第１実施形態では、ピストン本体３１を押しパイプ９と別体に構成していたが、一体に構成してもよい。但し、前記第１実施形態のように、ピストン本体３１と押しパイプ９とを分離可能に構成すれば、シリンジ２内にピストン本体３１を挿入した後に、押しパイプ９を取り付ければよく、押しパイプ９の移動量を小さくできるので、シリンジポンプ１をコンパクトに構成できる。
また、前記各実施形態においては、ガイドロッド５に対して一方向クラッチ部材８，８Ａの移動を規制するクラッチ機構（第２クラッチ手段）を、ボール８６およびリング部材８２を用いて構成していたが、例えば、摩擦板を用いて構成してもよい。すなわち、摩擦板による摩擦力を、前記圧電素子７２の駆動力よりも小さく設定し、かつ、摩擦状態を解除してガイドロッド５に対するロック状態を解除する解除手段を設ければよい。このような構成においても、圧電素子７２を駆動して駆動ロッド７０を液体吐出方向に移動すれば、その駆動力が前記摩擦板の摩擦力よりも大きいため、クラッチ台８０はガイドロッド５に対して移動する。一方、駆動ロッド７０が戻るときには、前記摩擦力によりクラッチ台８０がガイドロッド５にロックされ、クラッチ台８０は移動しない。さらに、解除手段を作動させれば、クラッチ台８０を手動操作で圧電素子７２側に戻すことができる。従って、前記各実施形態と同様の動作を実現できる。
【００９６】
また、本発明のシリンジポンプ１，１Ａ，１Ｂは、電子部品の製造装置に組み込んで利用してもよい。すなわち、電子部品の製造装置は、前述のシリンジポンプ１，１Ａ，１Ｂと、シリンジポンプ１，１Ａ，１Ｂの駆動を制御するコントローラ（制御装置）とを備えて構成され、製造に必要な液体を前記シリンジポンプ１から吐出して電子部品を製造するものとすればよい。
このような電子部品の製造装置では、極微量の液体を精度良く移送できる前述のシリンジポンプ１，１Ａ，１Ｂを用いているので、極微量の液体を高精度に吐出できる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、微量の液体を高精度でかつ高速に吐出でき、半導体製造や薬液分注などの分野で用いられるシリンジポンプに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態のシリンジポンプを示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】前記実施形態の駆動部および一方向クラッチ部材の構成を示す断面図である。
【図５】前記実施形態の一方向クラッチ部材の構成を示す断面図である。
【図６】前記実施形態のクラッチ解除手段を操作した状態を示す断面図である。
【図７】前記実施形態の液体吐出完了状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のシリンジポンプの要部を示す断面図である。
【図９】第２実施形態の要部を示す断面図である。
【図１０】第２実施形態のボール保持器を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態のボール保持器の外周面を展開した展開図である。
【図１２】第２実施形態のボール保持器の外周面を展開した展開図である。
【図１３】本発明の第３実施形態のシリンジポンプを示す正面図である。
【図１４】第３実施形態の要部を示す断面図である。
【図１５】第３実施形態の要部を示す断面図である。
【図１６】第３実施形態の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１，１Ａ，１Ｂ…シリンジポンプ、２…シリンジ、２Ａ…外筒、３…ピストン、３Ａ…プランジャ、４，４Ａ…シリンジ台、５…ガイドロッド、７…駆動部、８，８Ａ…一方向クラッチ部材、９…押しパイプ、１０，１０Ａ…クラッチ解除手段、７０…駆動ロッド、７１…ロッド進退機構、７２…圧電素子、７３…皿バネ、７４…素子ケース、７６…素子受け部材、７８…球面部材、８０…クラッチ台、８１…ピンガイド部材、８２…リング部材、８４…押しピン、８５…バネ、８６…ボール、８７…戻しリング、８８…ボール保持器、１００，２００…クラッチ押し部材、１０２…ピン、１８１…第１クラッチ台、１８２…第２クラッチ台、１８６…ボールガイド部材、１８９…当接ロッド、８２１…テーパ面、８８２…貫通孔、８８３…磁石。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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