(57)【要約】      （修正有）【課題】微量の液体を継続且つ安定して供給できる装置を提供する。【解決手段】流量制御装置は、液体を貯留する供給タンク２と、第１の開口端が供給タンクに液密に連通され、第２の開口端が第１の開口端より重力方向下方に位置し、液体が流動して第２の開口端より吐出可能な主管４と、供給タンクと第２の開口端の間に位置して、液体の主管内への流動を阻止できる供給弁６と、第３の開口端が供給弁と第２の開口端との間の位置で主管に液密に連通され、第４の開口端８ｔが第３の開口端より重力方向上方に位置する分岐管８と、第２の開口端及び第４の開口端の少なくとも一方に連通されて、制御信号によって流量が制御される流量調整手段１２と、分岐管中の２点における液面を検知する液面検知手段１０と、タイマ２０と、液面検知手段とタイマからの信号に基づいて流量調整手段を制御する制御器１８とを有する。【選択図】図１
2013227072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する供給タンクと、
第１の開口端が前記供給タンクに液密に連通され、第２の開口端が当該第１の開口端より重力方向下方に位置し、前記供給タンクに貯留された液体が流動して当該第２の開口端より吐出可能な主管と、
前記供給タンクと前記第２の開口端との間に位置して、前記液体の前記主管内への流動を阻止できる供給弁と、
第３の開口端が前記供給弁と前記第２の開口端との間の位置で前記主管に液密に連通され、第４の開口端が当該第３の開口端より重力方向上方に位置する分岐管と、
前記第２の開口端及び前記第４の開口端の少なくとも一方に連通されて、前記第３の開口端と前記第２の開口端との間の流量が制御信号によって制御される流量調整手段と、
前記分岐管中の２点における液面を検知する液面検知手段と、
タイマと、
前記液面検知手段と前記タイマからの信号に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御器とを有する流量制御装置。
【請求項２】
前記流量調整手段は、
貫通孔内にバレルと薬室が形成された圧送ノズルと、
前記薬室内に、前記圧送ノズルの吐出口に向かって前進若しくは後進可能に配置され、根元にマイクロメータが固定されたニードルと、
前記バレル内に空気を送り込む空気通路と、
前記薬室と前記第２の開口端とを連通する液体通路と、
前記マイクロメータのつまみを把持するステッピングモータとを有する請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記流量調整手段は、
雰囲気圧より高い第１の所定圧のガスを供給可能なガス供給源と、
前記ガス供給源を前記第４の開口端に液密に接続するガス配管と、
前記ガス供給源と前記ガス配管との間に設けられて、前記ガスを前記第１の所定圧より低く且つ雰囲気圧より高い第２の所定圧に調圧して前記ガス配管に供給する電空変換器とを有する請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記ガスは不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記液面検知手段は、前記分岐管の外側から光を透過させることで、前記分岐管の液面を検知する光センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記供給タンクと前記第４の開口端とを不活性ガスでパージする不活性ガスパージ手段を有する請求項１及び請求項２の何れかに記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小量の液体を継続且つ安定して供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微量の液体を継続的に供給する技術は、医療、機械加工での潤滑、及び燃料電池を含む広い分野で必要とされている。所定量の液体を輸送（送液）させる手段として、ダイヤフラムポンプ、プランジャーポンプ、及び電磁ポンプ等の容積移送（可変容積）式ポンプが知られている。容積移送式ポンプでは、吸入弁と吐出弁との間の容積を変化させることにより液体を吸入及び加圧して液体を移動（流動）させる。液体を収容するポンプ内の容積変化に伴う圧力が液体を移動させることにより、送液中に脈流が発生する。脈流が発生すれば、１分間１ｃｃ以下の極微量の液体を送液レート変動なく安定して送液できない。
【０００３】
図９に、特許文献１に開示されている流体供給システムの構成を示す。同システムにおいては、機械加工時の潤滑ため、流体リザーバー１３０に貯留されている潤滑用流体の微量が供給ノズル１２０から吐出される。なお、流体を流動させる圧力源として、ポンプの代わりに、流体リザーバー１３０と供給ノズル１２０との間に生じさせた気圧差が利用されている。具体的には、外部の空圧源から加圧空気供給ライン１０３に供給された加圧された空気は、第２の圧力レギュレータ１５０により第２の圧力に調節された後に、オンオフ弁１８０に供給される一方、第１の圧力レギュレータ１４０により第１の圧力（約５ｐｓｉ）に調整された後流体リザーバー１３０に供給される。なお、第１の圧力は第２の圧力より低い。
【０００４】
流体リザーバー１３０には液密に流体が貯留されており、流体リザーバー１３０に第１の圧力の空気が供給されると、オンオフ弁１８０に接続されている流体供給ライン１０４に押し出される。流体は、オンオフ弁１８０及び流体流量制御弁１６０を通過して、供給ノズル１２０の流体流入孔１２２を介して、流体供給開口１２４から吐出される。一方、第２の圧力の空気は、オンオフ弁１８０及び空気流量制御弁１７０を通過して、供給ノズル１２０に供給される。第２の圧力の空気が供給ノズル１２０の流体供給開口１２４の周囲の加圧空気供給開口１２８から噴出される。この際、流体供給開口１２４の周囲の圧力は負圧になる。つまり、流体リザーバー１３０での第１の圧力（周囲圧より高い）と、この負圧（周囲圧より低い）との差圧によって、均一な力で且つ連続して安定的に流体リザーバー１３０の内部の流体は押し出される。
【０００５】
流体供給ライン１０４及び加圧空気供給ライン１０３には、可撓性ホースが使用されている。そして、流体流量制御弁１６０及び空気流量制御弁１７０は、２枚の板材をネジで締め付ける構造をしており、この板材の間に可撓性ホースを挟持し、可撓性ホースを変形させることで断面積を変化させ、流体の流量及び第２の圧力の空気の流量を調節している。
【０００６】
上述のように、空気流量制御弁１７０によって、加圧空気供給ライン１０３の流路断面を制御することによって、第２の圧力の空気の流量を制御して、液体を流動させる力（差圧）を制御している。流体流量制御弁１６０によって流体供給ライン１０４の流路断面を制御することによって、流体の流量を制御している。つまり、供給ノズル１２０からの液体の吐出量を、第２の圧力の空気の流量と流体の流量とを調整することによって、調節している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３９０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術は、流体リザーバー１３０に貯留した流体を空気で押し出し、流体供給ライン１０４と流体流量制御弁１６０との中を流動させ、供給ノズル１２０中に流入させる。供給ノズル１２０から吐出する液体の量は、空気流量制御弁１７０及び流体流量制御弁１６０の操作により調整される。具体的には、以下の手順によって、流体リザーバー１３０から液体が押し出される。空気流量制御弁１７０で加圧空気供給ライン１０３の断面形状を変形させ、供給ノズル１２０に流入する空気の流量を変化さる。空気の流量変化により、供給ノズル１２０における圧力（負圧）を変化させる。供給ノズル１２０中の圧力変化により、流体リザーバー１３０中の第２の圧力と流体供給開口１２４での圧力（負圧）との差圧を変化させることよって、流体リザーバー１３０で液体を押し出す力（差圧）が調整される。
【０００９】
供給ノズル１２０の流体流入孔１２２も流入する液体の量の調整は以下の手順で行われる。流体流量制御弁１６０で流体供給ライン１０４の断面形状を変形させて流体リザーバー１３０から押し出された液体の流動路断面積を変化させる。流動路断面積を変化させて、液体の流量を変化させることによって、流体供給ライン１０４から流体流入孔１２２に流入する液体の量が調整される。しかし、この方法では、加圧空気供給ライン１０３及び流体供給ライン１０４が可撓性ホースでないと利用できない。また、空気や液体の流量の微妙な調整を可撓性ホースを締め付けて変形させて調整するのは困難である。微量な流体の流量を制御するために、特許文献１の方法では、精度に欠けるおそれが高い。
【００１０】
また、非常にわずかな流量を連続的に維持するのは難しく、長い時間（例えば十数分以上）をかけて積算した流量が数ｇ若しくは数ｃｃであったとしても、数秒の単位で見た時に、大きく変化している場合は、微小量を連続的に一定に流量制御しているとは言えない場合もある。つまり、特許文献１のような方法では、経時的な流動変動に応じて動的に流量制御を行えないので、微小量の液体を継続且つ安定して供給することが非常に困難である。よって、本発明は、微小量の液体を継続且つ安定して供給できる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】
【００１１】
本発明は、上記のような課題に鑑み想到されたものである。より具体的に本発明の流量制御装置は、
液体を貯留する供給タンクと、
第１の開口端が前記供給タンクに液密に連通され、第２の開口端が当該第１の開口端より重力方向下方に位置し、前記供給タンクに貯留された液体が流動して当該第２の開口端より吐出可能な主管と、
前記供給タンクと前記第２の開口端との間に位置して、前記液体の前記主管内への流動を阻止できる供給弁と、
第３の開口端が前記供給弁と前記第２の開口端との間の位置で前記主管に液密に連通され、第４の開口端が当該第３の開口端より重力方向上方に位置する分岐管と、
前記第２の開口端及び前記第４の開口端の少なくとも一方に連通されて、前記第３の開口端と前記第２の開口端との間の流量が制御信号によって制御される流量調整手段と、
前記分岐管中の２点における液面を検知する液面検知手段と、
タイマと、
前記液面検知手段と前記タイマからの信号に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御器とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上記の構造により、供給タンク内の液体を非常に微量ずつ、継続的に供給することができる。また、供給される液体量は分岐管の液面変化分に基づいて求めることができるため、微小な送液量を数秒毎に計測して流量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る流量制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１の噴霧ユニットの構成を示す図である。
【図３】図１の流量制御装置の動作を表すフローチャートである。
【図４】図１の液面検出手段の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例に係る流量制御装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る流量制御装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る流量制御装置の構成を示す図である。
【図８】図７の流量制御装置の動作を表すフローチャートである。
【図９】従来の流体供給システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態の一態様について説明する。本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下の実施形態は変更できる。本実施の形態では、流量制御装置は、少量の液体を霧状にして連続的に噴霧する噴霧装置として構成されている。より具体的には、１分あたり、数ｃｃの微量の液体を連続的に、しかも安定して噴霧し続ける流量制御装置が例示されている。
【００１５】
（実施の形態１）
以下に図１、図２、図３、図４、及び図５を参照して、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置について説明する。
【００１６】
図１に、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置１Ａの構成を示す。流量制御装置１Ａは、供給タンク２と、主管４と、供給弁６と、分岐管８と、噴霧ユニット１２と、液面検知手段１０と、タイマ２０と、制御器１８とを有する。なお、流量制御装置１Ａにおいて、供給タンク２、供給弁６、分岐管８、噴霧ユニット１２の順番に、重力上方から重力下方に向かって配設される。供給タンク２には、雰囲気（大気）に開放された状態で、内部に流量制御される液体が貯留される。貯留されている液体には雰囲気（大気）圧が掛かっている。主管４は、供給タンク２、供給弁６、分岐管８、及び噴霧ユニット１２を互いに液密に連通している。
【００１７】
主管４は、供給タンク２に貯留されている液体を、噴霧ユニット１２まで流動させることができれば、その形状や供給タンク２との接合方法は、特に限定されない。例えば、供給タンク２の最下部に主管４が連通されてもよい。供給タンク２の底を密閉した状態で、供給タンク２の上部から主管４を供給タンク２の底に向けて重力下方に向けて延設させてもよい。また、主管４は、太さも一定でなくてもよい。後述するが、本発明の流量制御に於いては、噴霧ユニット１２の圧送ノズル３０から吐出させた流体の体積（より、正確には３０中に）が分岐管８の液面変化に基づいて検知される。
【００１８】
供給弁６は主管４と供給タンク２との間に配設されるが、配設位置は特に限定されない。供給弁６は、主管４或いは供給タンク２側の何れか一方に設けられてもよい。供給弁６は後述する制御器１８によって開閉が制御されて、供給タンク２から主管４への液体の流動が制御できれば、その構造は特に限定されない。
【００１９】
分岐管８の一端部は、供給弁６より重力下方に設けられる連通部７を介して主管４に連通され、他端部８ｔが連通部７より重力上方の位置で開放されている。供給タンク２から供給された（流入した）液体の分岐管８に於ける液面位置を検出する液面検知手段１０は、供給弁６より重力下方の位置で分岐管８の開放端部に配設されている。
【００２０】
噴霧ユニット１２には、既述のように、主管４が連通されている。また、噴霧ユニット１２は、空圧配管１３によって圧縮空気を送るポンプ１４と接続されている。噴霧ユニット１２は、液体の排出量を制御可能に構成されている。言い換えると、噴霧ユニット１２は、液体の流量を調整する流量調整手段を構成する。後ほど詳述するが流量調整手段は、連通部７と、主管４の噴霧ユニット１２側の開口端との間の液体の流量を制御する。
【００２１】
図２に、噴霧ユニット１２の詳細な構成を示す。圧送ノズル３０は、中心に貫通孔が形成され、液体入口４１と圧縮空気入口４３が設けられている。液体入口４１及び圧縮空気入口４３には、主管４及び空圧配管１３がそれぞれ連接されている。貫通孔の先端部は一定内径を有するバレル３１を形成している。圧縮空気入口４３からバレル３１の所定位置までは、空気通路４４が形成されている。したがって、圧縮空気は、圧縮空気入口４３から圧送ノズル３０内のバレル３１に吹き込み、バレル３１の先端の吐出口３１ａから吹き出る。
【００２２】
一方、バレル３１の根元側にはニードル３３が配置されている。ニードル３３は、根元側が太く、吐出口３１ａ側が針状になる円錐形状を有している。ニードル３３をバレル３１に挿入していくことで、ニードル３３とバレル３１の内壁との間に形成される隙間（これを液体通過部分３５と呼ぶ。）の断面積を調節することができる。
【００２３】
ニードル３３が配置されているのは薬室３２である。薬室３２には、液体入口４１から液体通路４２を通って、主管４からの液体が流れ込む。ニードル３３は、薬室３２内で、根元側を液密にしたまま吐出口３１ａへ向かって前進若しくは、根元側に向かって後進できる。ニードル３３の根元は、マイクロメータ３４の伸縮軸の先端に固定されている。マイクロメータ３４の操作つまみは、ステッピングモータ３８に把持されている。
【００２４】
すなわち、ニードル３３の先端は、バレル３１の中を吐出口３１ａに向かって前進若しくは後進することで、バレル３１の内径とニードル３３との間の液体通過部分３５の断面積を調節できる。これにより、供給タンク２に貯留されている液体に係る圧力（雰囲気圧）が一定であれば、液体通過部分３５を通過する液体の単位時間当たりの流量が調整できる。
【００２５】
以上の構成を有する噴霧ユニット１２では、液体入口４１から流れ込んだ液体は薬室３２に溜まる。圧縮空気入口４３からバレル３１内に吹き込んだ圧縮空気は、吐出口３１ａから吹き出す。この時、バレル３１内を負圧にする。供給タンク２は雰囲気（大気）圧に開放されているので、バレル３１内の負圧は、雰囲気（大気）圧との差圧（負）である。同差圧および重力によって、主管４中の液体は流動されて薬室３２内に流入する。流入した液体は、バレル３１の内壁とニードル３３との隙間（液体通過部分３５）を通過し、圧縮空気と共に吐出口３１ａから吹き出される。
【００２６】
本実施の形態において、液体の流量は、圧送ノズル３０内の液体通過部分３５の断面積を調節することによって調節される。つまり、吹き出される液体の量は、ニードル３３とバレル３１の内径との隙間（液体通過部分３５）の広さで決まる。そして、液体通過部分３５の広さは、ニードル３３の前進若しくは後進で決まり、それはマイクロメータ３４の伸縮によって調節される。結果、マイクロメータ３４を伸縮することで、液体の吹き出し量が調節できる。
【００２７】
図１を参照して述べたように、液面検知手段１０は、供給弁６より重力下方の位置で分岐管８の開放端部に配設されている。液面検知手段１０には、分岐管８の液面の変化を検知するために、重力方向に所定の間隔でセンサが２か所に配設されている。重力上方に位置する第１センサ２１および重力下方に位置する第２センサ２２は、液面の通過を検知すると、それぞれ信号ＳＬ１および信号ＳＬ２を出力する。液面検知手段１０は、特に限定されるものではないが、光学的な検出手段が好適に利用できる。したがって、第１センサ２１と第２センサ２２は、光センサである。
【００２８】
より具体的には発光ダイオードと光トランジスタの組み合わせが廉価であり、精度も高い。これらの検知信号（ＳＬ１、ＳＬ２）は、制御器１８に送られる。また、液面検知手段１０は分岐管８の外側から分岐管８内の液面を検知するので、分岐管８は、透明であることが望ましい。
【００２９】
制御器１８は、メモリとＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）とより成るコンピュータである。制御器１８は、供給弁６とステッピングモータ３８とに接続され、これらの動きを制御する。より具体的には、制御器１８からの指示Ｃｖによって、供給弁６は開閉動作を行う。また、制御器１８からの指示Ｃｍによってステッピングモータ３８は所定角度だけ回転し、把持しているマイクロメータ３４の操作つまみを回転させる。
【００３０】
また、制御器１８は、液面検知手段１０から信号ＳＬ１、ＳＬ２を受信する。また、制御器１８はタイマ２０とも接続されている。タイマ２０は制御器１８からの指示Ｃｓを受けて時間計測を開始し、指示Ｃｔによって時間計測を終了する。そして、信号Ｓｔによって計測した時間を制御器１８に通知する。なお、タイマ２０は、制御器１８自身が内蔵していてもよい。
【００３１】
以下に、図３のフローチャートを参照して、流量制御装置１Ａの動作について説明する。なお、適宜図１及び図２を参照する。まず、噴霧ユニット（流量調整手段）１２（図２参照）に於いては、液体の吐出量が所定の値になるように、ニードル３３を調整し、液体通過部分３５の開度が設定されている。また、所定圧及び所定量の圧縮空気が供給されている。分岐管８の端部８ｔが開口端になっているので、雰囲気圧によって分岐管８内の液体は圧力を受ける。そして、噴霧ユニット１２の吐出口３１ａから所定量の液体が吹き出される。
【００３２】
制御器１８には図示していない設定手段によって、設定時間Ｔｓが指定されている。設定時間Ｔｓは、本発明において目的としている、所望の微小量の液体を継続且つ安定して供給できる流動速度で所定の量の液体が流動するのに要する基準の流動時間である。本実施の形態においては、設定時間Ｔｓは、所定の量の液体が分岐管８の第１センサ２１および第２センサ２２が検出するそれぞれの液面間の流動に要する基準時間である。後ほど詳述するが、この液体の所定量を制御体積５０とし、制御体積５０が２つの液面間を流動するのに要した実際の時間を経過時間Ｔｍとし、経過時間Ｔｍが設定時間Ｔｓに近づくように、ニードル３３の開度を調整することにより圧送ノズル３０からの液体の吐出量を制御している。
【００３３】
流量制御装置１Ａをスタートさせる（ステップＳ１００）と、終了判断（ステップＳ１０２）を行い、終了であれば（ステップＳ１０２のＹ分岐）、終了する（ステップＳ１２２）。終了でなければ（ステップＳ１０２のＮ分岐）、供給弁６を開く（ステップＳ１０４）。供給弁６を開くと、供給タンク２からの液体が主管４中に流入して、噴霧ユニット１２に至る。供給タンク２からの主管４中への液体の流入量が、噴霧ユニット１２からの液体の流出量より大きいので、液体は噴霧ユニット１２から重力上方にむかって貯留され、やがて連通部７を介して分岐管８中に進入して、分岐管８で液面が上昇する。この間、制御器１８は、第１センサ２１からの信号ＳＬ１の有無を判断する（ステップＳ１０６）。
【００３４】
分岐管８での液面の上昇につれて、液面検知手段１０の第２センサ２２および第１センサ２１の順番に液面を検知すると、それぞれ信号ＳＬ２及び信号ＳＬ１を制御器１８に出力する。制御器１８は、信号ＳＬ１を受信する（ステップＳ１０６のＹ分岐）と、供給弁６に対して「閉」の指示Ｃｖを出力する。供給弁６は、同指示Ｃｖを受けて、閉動作を開始する。（ステップＳ１０８）。
【００３５】
供給弁６が閉じきるまでは、供給タンク２からの液体の流入は継続するので、分岐管８での液面は上昇速度は鈍化するものの上昇自体は継続して、第１センサ２１による検出位置より高くなる。そして、供給弁６が閉じきった時点、或いは閉じきるまでに供給タンク２からの液体の流入量が噴霧ユニット１２からの液体の流出量より小さくなった時点で、分岐管８での液面は下降を始める。そして、液面が再び第１センサ２１による検出位置を通過するのを待つ（ステップＳ１０９のＮ分岐）。第１センサ２１が液面の通過を検知したら（ステップＳ１０９のＹ分岐）、制御器１８は指示Ｃｓをタイマ２０に出力して時間計測を開始させる（ステップＳ１１０）。
【００３６】
液体が噴霧ユニット１２から吹き出されるにしたがって、分岐管８での液面はさらに降下する。第２センサ２２が分岐管８の液面を検知すると、信号ＳＬ２を制御器１８に送信する。
【００３７】
図４に、分岐管８の液面検知手段１０の拡大図を示す。図４（ａ）は、液面ＬＬが第１センサ２１の検知レベルになっている場合を示す。すなわち、第１センサ２１は液面ＬＬがこのレベルになったら、信号ＳＬ１を送信する。なお、第１センサ２１は発光ダイオード２１ｂと、光トランジスタ２１ａから構成されている。
【００３８】
図４（ｂ）は、液面ＬＬが第２センサ２２の検知レベルになっている場合を示す。第２センサ２２は液面ＬＬがこのレベルになった時に信号ＳＬ２を出力する。分岐管８において、第１センサ２１による検出位置と第２センサ２２による検出位置との間の体積が制御体積５０である。流量制御装置１Ａは、この制御体積５０が設定時間Ｔｓの間に吹き出されるように流量を制御する。
【００３９】
したがって、分岐管８の少なくとも液面検知手段１０が配設される部分は、内径が一定であることが望ましい。制御体積５０を正確に求めやすいからである。
【００４０】
再び図３を参照して、信号ＳＬ２を受信した制御器１８は（ステップＳ１１２のＹ分岐）、指示Ｃｔを送信し、時間計測を停止する。そしてタイマ２０から信号Ｓｔによって経過時間Ｔｍを受信する（ステップＳ１１４）。上述のように、経過時間Ｔｍは、制御体積５０の液体が実際に第１センサ２１による検出位置から第２センサ２２による検出位置まで移動するのに要した時間である。制御体積５０を経過時間Ｔｍで除算すれば、単位時間当たりの流量（単位時間あたりの体積）を求めることができる。この意味に於いて、経過時間Ｔｍは制御体積５０の液体の実際の流量に相当していると言ってもよい。このように、本発明においては、経過時間Ｔｍを極めて正確に計測することができるので、制御体積５０の液体の実際の流量を極めて正確に計測できる。
【００４１】
制御器１８は経過時間Ｔｍと予め設定された設定時間Ｔｓとを比較する（ステップＳ１１６）。経過時間Ｔｍの方が設定時間Ｔｓより大きければ、噴霧ユニット１２から吹き出す液体量が少ないと判断できるので、液体通過部分３５の断面積が増大するように、指示Ｃｍによって、ニードル３３を吐出口３１ａから所定量だけ後進させる（ステップＳ１２０）。
【００４２】
経過時間Ｔｍが設定時間Ｔｓより短ければ、吹き出す液体量が多いと判断できるので、液体通過部分３５の断面積が減少するように、指示Ｃｍによってニードル３３を吐出口３１ａ方向に所定量だけ前進させる（ステップＳ１１８）。また、経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓがほぼ等しければ、何もせず終了判定（ステップＳ１０２）まで戻る。終了判定から以後はまた上記のステップを繰り返す。
【００４３】
以上の工程を繰り返すことで、液体の吹き出し時間（経過時間Ｔｍ）と設定時間Ｔｓを等しくなるように流量を制御することができる。つまり、設定時間Ｔｓの間に、分岐管８の第１センサ２１と第２センサ２２の間の空間（制御体積５０）に貯留された液体が吹き出されるように流量制御を行うことができる。したがって、予め、制御体積５０の容量を正確に測定しておくことで、所定量の液体を所定時間に一定量継続して流すことができる。
【００４４】
さらに、分岐管８中の液面変化で流量を調節するので、分岐管８や主管４の径を細くしておくことで、微小な送液量を数秒毎に計測し制御することができる。例えば数秒から数分毎に数ｃｃ単位で吐出させるように、噴霧ユニット１２に制御をかけて流量調節を行うことができる。したがって、噴霧ユニット１２の精度が高くなくても、噴霧ユニット１２の精度にあまり依存せずに、安定した連続供給を保証することができる。
【００４５】
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態１の変形例に係る流量制御装置について説明する。同変形例においては、供給タンク２内と分岐管８の端部８ｔ（図１）から分岐管８内の液面までの空間とを、不活性ガスでパージすることによって、流体を空気および水分に触れさせることなく微量供給できることを目的として考案されている。具体的には、図５に示すように、流量制御装置１Ａ’は、図１に示す流量制御装置１Ａに、不活性ガス供給源５７と不活性ガス配管５６とが追加されている。不活性ガスとして窒素ガスが用いられる。不活性ガス供給源５７からは、不活性ガス配管５６が延設され、供給タンク２と分岐管８の端部８ｔとに連通している。不活性ガス配管５６には、空気および水分を配管内から排除するために窒素ガスを流す。そのため、流圧はわずかに流れる程度でよい。なぜならば、流圧を高くすると、流体の供給に対して影響を及ぼすことになるからである。不活性ガス供給源５７と不活性ガス配管５６は不活性ガスパージ手段を構成する。流量制御装置１Ａ’においては、酸化や水分との結合をきらう溶剤等の液体を取り扱うことができる。
【００４６】
（実施の形態２）
以下に図６を参照して、本発明の実施の形態２に係る流量制御装置について説明する。流量制御装置１Ｂは、図５に示す流量制御装置１Ａ’において、不活性ガス供給源５７及び不活性ガス配管５６がそれぞれガス供給源５５及びガス配管５４に置き換えられると共に、電空変換器Ｒｅが追加されている。ガス供給源５５は、不活性ガス供給源５７と異なり不活性ガスを含む任意のガス（気体）を供給可能に構成されている。ガス配管５４は、ガス供給源５５から供給されるガスを液密に流動可能に構成されている。ガス配管５４の分岐管８（端部８ｔ）側の端部は塞がれ、ガス配管５４の他端にはガス供給源５５が電空変換器Ｒｅを介して液密に連通されている。
【００４７】
ガス供給源５５は雰囲気（大気）圧以上のガス（本実施の形態においては、好ましくは窒素ガス等の不活性ガス）を、電空変換器Ｒｅを介して第４の開口端と供給タンク２に供給する。つまり、流量制御装置１Ｂにおいては、上述の流量制御装置１Ａ及び１Ａ’と異なり、分岐管８と供給タンク２に貯留されている液体に雰囲気（大気）圧以上のガス圧が働く。
【００４８】
なお、電空変換器Ｒｅは、制御器１８から出力される制御信号Ｃｒに応答して、ガス供給源５５からガス配管５４に供給されるガス（好ましくは、窒素ガス）の圧力Ｐｒを所定の値に調節する。これにより、分岐管８と供給タンク２に貯留されている液体に働くガス圧を調整できる。ガス供給源５５とガス配管５４と電空変換器Ｒｅとは、供給タンク２及び分岐管８（端部８ｔ）に供給される気体（ガス）の圧力調整を行う気体圧力調整手段６０を構成する。
【００４９】
流量制御装置１Ｂにおいては、実施の形態１に係る流量制御装置１Ａ（図１）及び１Ａ’（図５）とは異なり、分岐管８内の圧力とバレル３１（図２）内の圧力との差圧を調節することによって、液体の流量が調節される。つまり、流量制御装置１Ａ及び１Ａ’においては、圧送ノズル３０内のニードル３３の開度を調節して、圧送ノズル３０からの液体の吐出量を調節することによって、液体の流量が調節される。これに対して、流量制御装置１Ｂにおいては、分岐管８に貯留されている液体に掛かる圧力を調節することによって上記流量が調節される。言い換えると、流量調整手段は気体圧力調整手段６０により構成される。ニードル３３の開度は後述する初期設定において手動などで設定される。
【００５０】
次に流量制御装置１Ｂの動作について、図３のフローチャートを援用して、流量制御装置１Ａ（図１）の動作との相違点に重点を置いて説明する。流量制御装置１Ｂを起動した（ステップＳ１００）後、終了判断（ステップＳ１０２）を行う前に、以下の初期設定を行う。初期設定は、ガス圧力Ｐｒの設定と、ニードル３３の位置の設定とを含む。電空変換器Ｒｅは、ガス圧力Ｐｒが初期値Ｐ０になるように調整される。初期値Ｐ０は、約１．０５ａｔｍ〜１．２ａｔｍの範囲内の値であり、好適には約１．１ａｔｍである。しかし、上下に設定代があれば、この値に限定されるものではない。ニードル３３は、手動または自動で、バレル３１内の所定の位置に設定される。以降、ステップＳ１０４〜Ｓ１１６迄の処理は、流量制御装置１Ａに於けるのと同じである。
【００５１】
但し、ステップＳ１１８またはステップＳ１２０においては、ガス圧力Ｐｒが調節される。経過時間Ｔｍが設定時間Ｔｓより小さければ、液体の流量が予め設定された流量より大きいと判断されるので、分岐管８内の液体にかかる圧力が減少するように、指示Ｃｒによってガス圧力Ｐｒを所定量だけ減少させる（ステップＳ１１８）。
【００５２】
経過時間Ｔｍの方が設定時間Ｔｓより大きければ、液体の流量が予め設定された流量より小さいと判断されるので、分岐管８内の液体にかかる圧力が増大するように、指示Ｃｒによってガス圧力Ｐｒを所定量だけ増大させる（ステップＳ１２０）。経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓがほぼ等しければ、ガス圧力Ｐｒの調節は行わずに終了判定（ステップＳ１０２）まで戻る。
【００５３】
上述のように、本実施の形態においては、第４の開口端が電空変換器Ｒｅを介してガス供給源５５に液密に連通されているので、主管４内を圧送ノズル３０に向かって流れる液体が雰囲気（大気）圧の変動の影響を直接受けることが無い。また、液体の流量の変動に対して、第４の開口端に働くガス圧を調節することで流量を調整でき、安定して微小量の液体をより継続して供給できる。
【００５４】
（実施の形態３）
図７を参照して、本発明の実施の形態３に係る流量制御装置について説明する。流量制御装置１Ｃは、上述の流量制御装置１Ａ（図１）と流量制御装置１Ｂ（図６）とが組み合わされて構成されている。つまり、流量制御装置１Ｃでは、流量制御装置１Ａで行われている圧送ノズル３０（バレル３１）のニードル位置調節と、流量制御装置１Ｂで行われている供給タンク２内のガス圧調節とが組み合わされて実行される。つまり、液面検知手段１０からの信号ＳＬ１及び信号ＳＬ２に基づいて、制御信号Ｃｒ及び指示Ｃｍがそれぞれ独立して出力される。言い換えると本実施の形態においては、流量調整手段は噴霧ユニット１２と気体圧力調整手段６０とにより構成される。
【００５５】
次に、図８のフローチャートを参照して、流量制御装置１Ｃにおける流量制御方法について、液面検知手段１０からの信号ＳＬ１及び信号ＳＬ２に関連して説明する。図８においては、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ１１６、Ｓ１１８、及びＳ１２０が、ステップＳ１２２、Ｓ１２４、Ｓ１２６、Ｓ１２８、及びＳ１３０に置き換えられている。なお、図８においては、本実施の形態に固有のステップＳ１２２〜Ｓ１３０のみが表示されている。
【００５６】
上述したように、ステップＳ１０２〜Ｓ１１４の処理を経て得られた経過時間Ｔｍが、ステップＳ１２２で設定時間Ｔｓと比較される。具体的には、経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓとの差の絶対値が、所定の値εより小さいか否かが判断される。なお、εは本実施の形態において液体が予定された流量として許容できる、設定時間Ｔｓに対する変動時間であり、許容変動時間εと呼ぶ。許容変動時間εは流量制御装置１Ｃにおいて、実際に吐出されている流量が、予定された流量であるか否かの判定基準であり、経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓの差の絶対値が許容変動時間ε以下であれば、流量調整は不要であるとしている。
【００５７】
よって、ステップＳ１２２において、Ｎｏと判断される場合には、液体は予定された流量に制御されていないので、ステップＳ１２４で、経過時間Ｔｍを設定時間Ｔｓと等しくするために必要なガス圧Ｐｒｃを求める。なお、ガス圧Ｐｒｃは経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓの差が許容変動時間εより小さくなる、より好ましくはゼロになるガス圧であり、ガス圧Ｐｒの調整後の目標値である。以降、目標ガス圧Ｐｒｃと呼ぶ。この目標ガス圧Ｐｒｃは、予め実験で求めておき、テーブルなどに記憶させておく。
【００５８】
そして、ステップＳ１２６において、目標ガス圧Ｐｒｃが電空変換器Ｒｅによるガス圧の調整可能範囲（Ｐｒｍｉｎ〜Ｐｒｍａｘ）内にあるか否かが判断される。調整範囲内にある場合はＹｅｓと判断されて、制御器１８から電空変換器Ｒｅに対して制御信号Ｃｒを出力して、第４の開口端内のガス圧を目標ガス圧Ｐｒｃにするように指示する。そして、処理はステップＳ１０２に戻る。
【００５９】
ステップＳ１２６においてＮｏと判断される場合は、電空変換器Ｒｅによる調整可能範囲を超えているので、処理はステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０は上述のステップＳ１１８及びＳ１２０に於ける処理が組み合わせられている。つまり、目標ガス圧Ｐｒｃに基づいて指示Ｃｍをステッピングモータ３８に出力して、ニードル３３の開度を拡大或いは縮小させる。そして、処理はステップＳ１０２に戻る。
【００６０】
上述のように、本実施の形態においては、流量変動が電空変換器Ｒｅによる調整範囲内にある場合には実施の形態２に於けるのと同様に電空変換器Ｒｅで調整し、調整範囲外である場合には実施の形態１におけるのと同様に所定位置にあるニードル３３を移動させて調整する。本実施の形態においては、経過時間Ｔｍと設定時間Ｔｓの差を小さくするために、ガス空圧調節による流動力調整と、ニードル開度調整による流動路断面積調節とを選択する。したがって、より迅速に液体の流量調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の流量制御装置は、本実施例に示した微量の液体の噴霧装置といった利用にとどまらず、医療分野における点滴や、機械加工分野における潤滑剤の供給、燃料電池における燃料供給ポンプといった分野で好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１Ａ、１Ａ’、１Ｂ、１Ｃ  流量制御装置
２  供給タンク
４  主管
６  供給弁
７  （主管と分岐管の）連通部
８  分岐管
８ｔ  （分岐管の）端部
１０  液面検知手段
１２  噴霧ユニット
１３  空圧配管
１４  ポンプ
１８  制御器
２０  タイマ
２１  第１センサ
２２  第２センサ
２１ａ  光トランジスタ
２１ｂ  発光ダイオード
３０  圧送ノズル
３１  バレル
３１ａ  （バレル先端の）吐出口
３２  薬室
３３  ニードル
３４  マイクロメータ
３５  液体通過部分
３８  ステッピングモータ
４１  液体入口
４２  液体通路
４３  圧縮空気入口
４４  空気通路
５０  制御体積
５４  ガス配管
５５  ガス供給源
５６  不活性ガス配管
５７  不活性ガス供給源
６０  気体圧力調整手段
Ｒｅ  電空変換器
【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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