(57)【要約】【課題】シンプルな構造で、小型化が容易に可能な吐出装置を提供する。【解決手段】外部から電力を与えることで、超磁歪素子５を駆動してピストン４をシリンダ１に対して往復移動させることで、供給路４ｃから吸引した流体を排出路２ａから吐出させることができる。このとき、ピストン４の上側とシリンダ１との間にＯ−リング７を設けているので、その密封効果により流体が超磁歪素子５や電磁コイル６に接触することが抑制される。又、弾性変形したＯ−リング７がピストン４を下方に付勢することで、超磁歪素子５とピストン４との間に適正な予圧を与えることができ、ガタや遅れのないピストン動作を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が流体の供給路及び排出路に連通したシリンダと、
前記シリンダ内を移動するピストンと、
前記ピストンに対し一方の側に配置され前記ピストンを駆動する磁歪素子及び電磁コイルと、
前記ピストンの他方の側と前記シリンダとの間に配置されたＯ−リングとを有することを特徴とする吐出装置。
【請求項２】
内部が流体の供給路及び排出路に連通したシリンダと、
前記シリンダ内を移動するピストンと、
前記ピストンに対し一方の側に配置され前記ピストンを駆動するピエゾ素子と、
前記ピストンの他方の側と前記シリンダとの間に配置されたＯ−リングとを有することを特徴とする吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量の液体を圧送するのに好適な吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微量な流体を制御するニーズが高まり、特に化学やバイオ分野においては微小流路の内部に微量な液体を流すことで分析を可能にするために、小型のポンプなどの研究が試みられている。例えば特許文献１、２には、超磁歪素子を用いて流体を吐出させるポンプが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２３２６１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ポンプで圧送すべき流体において、超磁歪素子等の端子を劣化させる恐れがあるものがある。又、ポンプのピストンに適切な予圧を与えることも必要である。このため、特許文献１の技術では、流体をシールするＯ−リングと、予圧を与えるワッシャばねとを設けている。しかし、このように２つの部品を使用すると、ポンプの組立工程が増えコストが増大するという問題がある。
【０００４】
本発明は、従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、シンプルな構造で、小型化が容易に可能な吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の本発明の吐出装置は、
内部が流体の供給路及び排出路に連通したシリンダと、
前記シリンダ内を移動するピストンと、
前記ピストンに対し一方の側に配置され前記ピストンを駆動する磁歪素子及び電磁コイルと、
前記ピストンの他方の側と前記シリンダとの間に配置されたＯ−リングとを有することを特徴とする。
【０００６】
第２の本発明の吐出装置は、
内部が流体の供給路及び排出路に連通したシリンダと、
前記シリンダ内を移動するピストンと、
前記ピストンに対し一方の側に配置され前記ピストンを駆動するピエゾ素子と、
前記ピストンの他方の側と前記シリンダとの間に配置されたＯ−リングとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の吐出装置によれば、外部から電力を与えることで、前記超磁歪素子又は前記ピエゾ素子を駆動して前記ピストンを前記シリンダに対して往復移動させることで、前記供給路から吸引した流体を前記排出路から吐出させることができる。このとき、前記ピストンの他方の側と前記シリンダとの間にＯ−リングを設けているので、その密封効果により前記吐出装置により吐出される流体が前記超磁歪素子又は前記ピエゾ素子に接触することが抑制される。又、弾性変形した前記Ｏ−リングが前記ピストンを付勢することで、前記超磁歪素子又は前記ピエゾ素子と前記ピストンとの間に適正な予圧を与えることができ、ガタや遅れのないピストン動作を実現できる。
【０００８】
ここで、超磁歪素子とは、古くから知られているＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのような磁性材料に磁場を印加すると生じる磁歪現象よりも、遙かに大きな超磁歪現象を生じさせる素子のことをいい、例えば任意の希土類元素Ｒと鉄Ｆｅの原子比が１：２（ＲＦｅ2）からなる組成を持つ素子が知られており、代表的な例としてＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2がある。
【０００９】
このような超磁歪素子の磁歪現象を、ポンプの駆動源として用いる場合、電磁コイルに電流を流し、磁界の強さＨを得、磁歪Δｌ／ｌを発生させるが、その歪みはＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ2の場合、磁界の強さＨが８０ｋＡ／ｍ以上になると最大値に飽和し、その時のひずみの値は１５００〜２０００ｐｐｍ程度と非常に小さい。例えば１０ｍｍの超磁歪素子に、８０ｋＡ／ｍの磁界を加えた場合、歪みは１５〜２０μｍ程度である。ところが、８０ｋＡ／ｍの磁界を加え、変位が生じないように固定すると圧縮応力のみ発生し、その値は６０〜８４ＭＰａ程度と非常に大きくなる。また、圧縮応力に対する破壊限は７００ＭＰａと大きく耐久性もある。一方で、超磁歪素子の応答速度は、電磁コイルの応答速度に依存する。すなわち超磁歪素子を駆動源に用いたポンプは、低速高トルク型の機能を有することとなる。従って、超磁歪素子を駆動源とするポンプの場合、なるべく高圧小流量な特性を持つようにポンプ設計をした方が高効率を得ることができ、他を駆動源とするポンプでは達成できない性能を発揮する可能性があるといえる。尚、「超磁歪素子」に限らず、単なる「磁歪素子」を用いることもできる。
【００１０】
一方、ピエゾ素子を用いる場合、電磁コイルにおける時定数の大きさなどの影響に左右されること無く、非常に高速で運転できるという利点がある。しかしながら、超磁歪素子のように大きな変位、大きな応力を得ることは困難とされており、駆動源の性能としては高速低トルク型といえ、比較的低圧大流量な特性を持つポンプが多く設計される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる吐出装置の軸線方向断面図である。図１において、円筒状のシリンダ１の上端に、円板２をボルトで固定し、その下端に円板３をボルトで固定している。円板２の中央にはシリンダ１の内外を連通する排出路２ａが形成されている。
【００１２】
シリンダ１の内部には、円板２側に縮径部１ａが形成され、円板３側に拡径部１ｂが形成されている。縮径部１ａは、半径方向に延在しシリンダ１の内外を連通する供給路１ｃを有している。尚、供給路１ｃには吸引方向の流体のみ通過を許容するチェックバルブ（不図示）が設けられている。
【００１３】
ピストン４は、摺動可能に縮径部１ａと拡径部１ｂに嵌合している。大円筒部４ｂと円板３との間には、超磁歪素子５が配置されている。又、超磁歪素子５の周囲には、電磁コイル６が配置されている。
【００１４】
シリンダ１における縮径部１ａと拡径部１ｂとの間の段部１ｄと、大円筒部４ｂとの間に（即ち超磁歪素子５に対して反対側において）、Ｏ−リング７が弾性変形した状態で配置され、ピストン４に予圧を付与している。
【００１５】
次に、本実施の形態の動作について説明する。電磁コイル６に電圧が印加されない場合、ピストン４は、弾性変形に基づくＯ−リング７の付勢力により、図１で下方（すなわち吸引位置）へと移動する。このとき、供給路４ｃを介して縮径部１ａ内に流体が吸引される。
【００１６】
その後、不図示の制御装置の制御下で、不図示の外部電力から電磁コイル６に所定の電圧を印加すると、電磁コイル６は、所定の強さの磁界を発生する。それにより、超磁歪素子５に超磁歪現象による歪みが生じるので、これを利用して、ピストン４を図で上方に向かって（すなわち圧縮位置へと）変位させ、縮径部１ａと円板２とピストン４とで囲う空間の容積を減少させる。これにより、かかる空間内の圧力が高圧になるので、加圧された流体が、排出路２ａを介して外部へと吐出されるようになっている。
【００１７】
その後、不図示の制御装置の制御下で、外部電力から電磁コイル６への電力供給が中断すると、超磁歪素子５に超磁歪現象がなくなり歪みが消失するので、Ｏ−リング７の付勢力に従い、ピストン４は図１で下方に向かって（すなわち吸引位置へと）変位する。このとき、上述と同様にして供給路４ｃを介して外部から流体を吸引することができる。以上で、吸引と圧縮の１サイクルが完了する。かかるサイクルを所定回数繰り返すことで、計量された流体を吐出できる。
【００１８】
本発明の吐出装置によれば、外部から電力を与えることで、超磁歪素子５を駆動してピストン４をシリンダ１に対して往復移動させることで、供給路４ｃから吸引した流体を排出路２ａから吐出させることができる。このとき、ピストン４の上側とシリンダ１との間にＯ−リング７を設けているので、その密封効果により流体が超磁歪素子５や電磁コイル６に接触することが抑制される。又、弾性変形したＯ−リング７がピストン４を下方に付勢することで、超磁歪素子５とピストン４との間に適正な予圧を与えることができ、ガタや遅れのないピストン動作を実現できる。
【００１９】
図２は、第２の実施の形態にかかる吐出装置の軸線方向断面図である。本実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、超磁歪素子の代わりにピエゾ素子５’を配置している点が異なる。尚、ピエゾ素子５’は、外部からの電力の供給により直接駆動されるので、電磁コイル６は不要となっている。
【００２０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。ピエゾ素子５’に電圧が印加されない場合、ピストン４は、弾性変形に基づくＯ−リング７の付勢力により、図１で下方（すなわち吸引位置）へと移動する。このとき、供給路４ｃを介して縮径部１ａ内に流体が吸引される。
【００２１】
その後、不図示の制御装置の制御下で、不図示の外部電力からピエゾ素子５’に所定の電圧を印加すると、ピエゾ素子５’に歪みが生じるので、これを利用して、ピストン４を図で上方に向かって（すなわち圧縮位置へと）変位させ、縮径部１ａと円板２とピストン４とで囲う空間の容積を減少させる。これにより、かかる空間内の圧力が高圧になるので、加圧された流体が、排出路２ａを介して外部へと吐出されるようになっている。
【００２２】
その後、不図示の制御装置の制御下で、外部電力からピエゾ素子５’への電力供給が中断すると、ピエゾ素子５’の歪みが消失するので、Ｏ−リング７の付勢力に従い、ピストン４は図１で下方に向かって（すなわち吸引位置へと）変位する。このとき、上述と同様にして供給路４ｃを介して外部から流体を吸引することができる。以上で、吸引と圧縮の１サイクルが完了する。かかるサイクルを所定回数繰り返すことで、計量された流体を吐出できる。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態にかかる吐出装置の軸線方向断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる吐出装置の軸線方向断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ シリンダ
１ａ 縮径部
１ｂ 拡径部
１ｃ 供給路
１ｄ 段部
２ 円板
２ａ 排出路
３ 円板
４ ピストン
４ａ 小円筒部
４ｂ 大円筒部
４ｃ 供給路
５ 超磁歪素子
５’ ピエゾ素子
６ 電磁コイル
７ Ｏ−リング
【図１】
2008025498.tif 000003
【図２】
2008025498.tif 000004