(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を搬送する流路の一部に挿入され流体を加圧あるいは減圧する加圧室と，この加圧室の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室を加圧あるいは減圧する圧電素子と，を備えてなる室を少なくとも２室を備え、一方の室は流体の流入を阻止して加圧室を空室（以下、参照室と言う）にし、他方の室（以下、測定室と言う）は流入側より流体の供給を受け圧電素子の励振により流出側に搬送する液体ディスペンサにおいて、
測定室の圧電素子と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量と、参照室の圧電素子と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量と、第１直列回路と第２直列回路の両端を並列に接続してブリッジ回路を構成しこのブリッジ回路に接続して圧電素子を励振する励振電源と、ブリッジ回路の測定回路をなす第１容量と第２容量との差電圧を増幅する演算増幅器と、を備え、
測定室の圧電素子が有する容量（以下、測定容量と言う）と第１容量との比と，参照室の圧電素子が有する容量（以下、参照容量と言う）と第２容量との比と，を等しく選定する、
ことを特徴とする液体ディスペンサ。
【請求項２】
流体を搬送する流路の一部に挿入され流体を加圧あるいは減圧する加圧室と，この加圧室の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室を加圧あるいは減圧する圧電素子と，を備えてなる室を少なくとも２室を備え、一方の室は流体の流入を阻止して参照室とし、他方の室は測定室として流入側より流体の供給を受け圧電素子の励振により流出側に搬送する液体ディスペンサにおいて、測定室の圧電素子と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量と、参照室の圧電素子と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量と、圧電素子を励振する励振電源と、演算増幅器と、を備え、
両直列回路の測定室および参照室側の一端を励振電源の一方の端子に並列に接続し，第２直列回路の他端を励振電源の他端に接続し，第１直列回路の他端を演算増幅器の出力に接続し，測定室の圧電素子と第１容量との接続点を演算増幅器の負端子に，参照室の圧電素子と第２容量との接続点を演算増幅器の正端子に接続して演算増幅器を備えるブリッジ回路を構成し、測定室の圧電素子が有する測定容量と第１容量との比と、参照室の圧電素子が有する参照容量と第２容量との比と、を等しく選定する、
ことを特徴とする液体ディスペンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体ディスペンサにおいて、
流入側より流体の供給を受け流出側に搬送する複数の測定室を備え、
第１直列回路は、この複数の測定室の圧電素子を並列に接続し、この並列回路と直列に第１容量を接続して構成し、測定室の圧電素子の測定容量が複数個並列に接続された並列測定容量と第１容量との比と，参照室の圧電素子が有する参照容量と第２容量との比と，を等しく選定する、
ことを特徴とする液体ディスペンサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの項に記載の液体ディスペンサにおいて、
第１直列回路を構成する測定室の圧電素子あるいは並列に接続された圧電素子と第１容量、および第２直列回路を構成する参照室の圧電素子と第２容量は、それぞれ並列に接続される分圧抵抗を備え、
圧電素子が有する測定容量あるいは並列測定容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、第１容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、参照容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、第２容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、を等しく選定する、
ことを特徴とする液体ディスペンサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの項に記載の液体ディスペンサにおいて、
演算増幅器が検出する測定室の加圧室の圧力データを保持する保持手段と、この保持されたデータと予め定められた基準値とを比較して励振電源の励振振幅値を制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする液体ディスペンサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの項に記載の液体ディスペンサを複数組構成してなるディジタル液体ディスペンサにおいて、
１測定室の加圧室の圧電素子が励振されて流体を噴出する噴出量を最小単位とし、第１直列回路を構成する測定室の測定容量の個数が１個、２個、・・、２の巾乗個にグループ化されて構成される複数の液体ディスペンサと、これらの液体ディスペンサの励振電源を制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とするディジタル液体ディスペンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小容量の流体を精度良く供給する液体ディスペンサに関わり、特に、薬液やバイオ関係で微小量の液体噴射を行う液体ディスペンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、インクジェット記録計ヘッドの特性解析における様に、流体を搬送するマイクロマシン装置の加圧室の内部で発生している圧力を測定することは非常に重要である。この様な目的で、従来技術による微小量の流体を搬送するマイクロマシン装置の加圧室内の圧力を実使用状態あるいはそれに近い状態で低コストで測定する方法および装置が、特開平10−281909号「流体圧力測定方法及び流体圧力測定装置」に開示されている。また、この動的シュミレーションについても、本願発明者・他の共同による「Kyzer 形インクジェットプリンタの動特性シュミレーション」：日本機械学会論文集（Ｃ編）64卷 623号(1998-7)によって報告されている。
【０００３】
図８において、特開平10−281909号の図７に開示される微小容量の流体１を搬送するマイクロマシン装置は、流体１を搬送する流路21の中間部分に挿入され流体１を加圧あるいは減圧する加圧室22と、この加圧室22の側壁, 図示例では加圧室22の上部，に固着され発生する歪みによって加圧室22を加圧あるいは減圧する上部電極32と下部電極33とを有する圧電素子31と、を備えてなる室，少なくとも２室2M,2R,を備え、一方の室2Rは流体の流入を阻止して加圧室22の内部を空室（以下、参照室2Rと言う）にし、他方の室2M（以下、測定室2Mと言う）は流入側より搬送する流体１の供給を受け圧電素子31を励振することにより、流出側より流体１を搬出する様に構成されている。
【０００４】
また、かかる構成のマイクロマシン装置を用いて、測定室2Mの加圧室22内の圧力を実使用状態あるいはそれに近い状態で低コストで測定する方法は、圧電素子31を励振電源４で励振し、この圧電素子31を励振した結果，誘起される上部電極32と下部電極33間の電荷の移動をチャージアンプ61で増幅し、この値をアナログ・ディジタル変換器ADC(以下、AD変換器と言う）62でディジタル値に変換し、記憶・演算処理回路63にて測定室2Mおよび参照室2Rのデータとして記憶し、両データ間の減算処理を行う。
【０００５】
測定室2Mの圧電素子31が受ける圧力は、圧電素子31を励振することにより、加圧室22に変形歪みが発生し、この変形歪みによって加圧室22の減圧時に流体１の供給口から流体１の一部を導入し，加圧時に流出口より流体１を噴出し，このときの流体１による圧力変動と，加圧室22と圧電素子31による構造体に発生する圧力変動と，が圧電素子31で受圧される。他方、参照室2Rの圧電素子31が受ける圧力は、参照室2Rの加圧室22の内部構造が空室に構成されているので、流体１から圧電素子31への反作用が無く、加圧室22と圧電素子31による構造体に発生する圧力変動のみである。従って、上記記憶・演算処理回路63による両データ間の減算処理によって、圧電素子31を励振する励振電源４側の影響を除去して、測定室2Mが微小量の流体１を導入・噴射し、この導入・噴射するときの流体１から圧電素子31への反作用による圧力変動の測定を行うことができる。
【０００６】
この測定結果では、流体１に加わる静的圧力と記憶・演算処理回路63で測定されるデータとの高い一致性を実験により見出すことができた。
また、本願発明者等が「Kyzer 形インクジェット方式のの動特性シュミレーション」で発表した論文では、圧電素子の変位と駆動電圧の関係を２次遅れ要素として近似して動特性シュミレーションを行い、この結果、動的にも高い一致性を得ることができることが検証できた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、従来技術による薬液やバイオ関係の微小量の液体を噴射する液体ディスペンサとしては、インクジェット方式のヘッドなどが使われている。しかし、一般に、インクジェット方式のヘッドでは、噴射量の制御は行われておらず、また、一般的にはこの噴射量のバラツキは±20％程度ある。
【０００８】
また、特開平10−281909号「流体圧力測定方法及び流体圧力測定装置」に開示された微小量流体の噴射時の流体から圧電素子への反作用による圧力測定を行うセルフセンシング方法は、流体を加圧室内に導入したときの測定と、流体が加圧室内にない状態での測定が必要である、あるいは、測定室および参照室の両室を測定する機器を必要とするため、非実用的であった。
【０００９】
また、微小量流体の噴射に対する要求として最小単位は数ピコリットル(pl)からマイクロリットル（μl)の噴射を容易に制御すると言う課題がある。
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、微小流体量の制御を可能とし最小単位の微小流体量から広範囲にわたる微小流体量の噴出量の制御を容易にし流量精度の高い部品点数が少ない液体ディスペンサおよびディジタル液体ディスペンサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、流体を搬送する流路の一部に挿入され流体を加圧あるいは減圧する加圧室と，この加圧室の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室を加圧あるいは減圧する圧電素子と，を備えてなる室を少なくとも２室を備え、一方の室は流体の流入を阻止して加圧室を空室（参照室）にし、他方の室（測定室）は流入側より流体の供給を受け圧電素子の励振により流出側に搬送する液体ディスペンサにおいて、測定室の圧電素子と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量と、参照室の圧電素子と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量と、第１直列回路と第２直列回路の両端を並列に接続してブリッジ回路を構成しこのブリッジ回路に接続して圧電素子を励振する励振電源と、ブリッジ回路の測定回路をなす第１容量と第２容量との差電圧を増幅する演算増幅器と、を備えるものとする。
【００１１】
かかる構成において、測定室の圧電素子が有する容量（以下、測定容量と言う）と第１容量との比と，参照室の圧電素子が有する容量（以下、参照容量と言う）と第２容量との比と，を等しく選定することにより、圧電素子を励振し流体を噴出する励振電源の影響を除去して測定室内の流体の圧力を測定することができる。
【００１２】
また、流体を搬送する流路の一部に挿入され流体を加圧あるいは減圧する加圧室と，この加圧室の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室を加圧あるいは減圧する圧電素子と，を備えてなる室を少なくとも２室を備え、一方の室は流体の流入を阻止して参照室とし、他方の室は測定室として流入側より流体の供給を受け圧電素子の励振により流出側に搬送する液体ディスペンサにおいて、測定室の圧電素子と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量と、参照室の圧電素子と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量と、圧電素子を励振する励振電源と、演算増幅器と、を備え、両直列回路の測定室および参照室側の一端を励振電源の一方の端子に並列に接続し，第２直列回路の他端を励振電源の他端に接続し，第１直列回路の他端を演算増幅器の出力に接続し，測定室の圧電素子と第１容量との接続点を演算増幅器の負端子に，参照室の圧電素子と第２容量との接続点を演算増幅器の正端子に接続して演算増幅器を備えるブリッジ回路を構成するものとする。
【００１３】
かかる構成において、測定室の圧電素子が有する測定容量と第１容量との比と、参照室の圧電素子が有する参照容量と第２容量との比と、を等しく選定することにより、圧電素子を励振し流体を噴出する励振電源の影響を除去して測定室内の流体の圧力を測定することができる。
また、流入側より流体の供給を受け流出側に搬送する複数の測定室を備え、第１直列回路は、この複数の測定室の圧電素子を並列に接続し、この並列回路と直列に第１容量を接続して構成することができる。
【００１４】
かかる構成において、測定室の圧電素子の測定容量が複数個並列に接続された並列測定容量と第１容量との比と，参照室の圧電素子が有する参照容量と第２容量との比と，を等しく選定することにより、圧電素子を励振し流体を噴出する励振電源の影響を除去して測定室内の流体の総和圧力を測定することができる。
また、第１直列回路を構成する測定室の圧電素子あるいは並列に接続された圧電素子と第１容量、および第２直列回路を構成する参照室の圧電素子と第２容量は、それぞれ並列に接続される分圧抵抗を備えて構成することができる。
【００１５】
かかる構成において、圧電素子が有する測定容量あるいは並列測定容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、第１容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、参照容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、第２容量とこの分圧抵抗とがなす時定数と、を等しく選定することにより圧電素子を励振し流体を噴出する励振電源の影響を除去して測定室内の流体の圧力あるいは総和圧力を測定することができる。
【００１６】
また、演算増幅器が検出する測定室の加圧室の圧力データを保持する保持手段と、この保持されたデータと予め定められた基準値とを比較して励振電源の励振振幅値を制御する制御手段と、を備えることができる。
かかる構成により、測定室の加圧室が流体から受ける圧力のバラツキを検出し、このバラツキデータにより励振電源の励振振幅を制御することにより、加圧室が流体から受ける圧力のバラツキを縮小し、微小流体量の精度を向上することができる。
【００１７】
また、１測定室の加圧室の圧電素子が励振されて流体を噴出する噴出量を最小単位とし、第１直列回路を構成する測定室の測定容量の個数が１個、２個、・・、２の巾乗個にグループ化されて構成される複数の液体ディスペンサと、これらの液体ディスペンサの励振電源を制御する制御手段と、を備えるものとする。
かかる構成により、制御手段を制御することにより、測定室の加圧室１個当たりの噴出量を最小単位とし、この整数倍の噴出量を制御するディジタル液体ディスペンサを構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例による液体ディスペンサのブロック回路図、図２は他の実施例による液体ディスペンサのブロック回路図、図３は他の実施例による複数の測定室内の流体の総和圧力を測定する液体ディスペンサのブロック回路図、図４は図２に対応する複数の測定室内の流体の総和圧力を測定する液体ディスペンサのブロック回路図、図５は一実施例による測定室内の流体圧力と圧電素子の起電力の特性図、図６は一実施例による複数の加圧室を備えるヘッドの上面図、図７は一実施例によるディジタル液体ディスペンサのブロック回路図であり、図８に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
（実施形態１）
図１において、本発明による液体ディスペンサは、流体１を搬送する流路21の一部に挿入され流体１を加圧あるいは減圧する加圧室22とこの加圧室22の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室22を加圧あるいは減圧する圧電素子31とを備えてなる室を少なくとも２室2M,2R を備え、一方の室2Rは流体１の流入を阻止して加圧室22を空室（参照室）にし、他方の室2M（測定室）は流入側より流体１の供給を受け圧電素子31の励振により流出側に流体１を搬送する。この液体ディスペンサの測定室2Mの加圧室22内の流体１から受ける圧力を測定する検出回路は、測定室2Mの圧電素子31（容量Cmで表示）と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量C1と、参照室2Rの圧電素子31（容量Crで表示）と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量C2と、第１直列回路と第２直列回路の両端を並列に接続してブリッジ回路を構成しこのブリッジ回路に接続して圧電素子31を励振する励振電源４（電圧Vcで表示）と、ブリッジ回路の測定回路をなす第１容量C1と第２容量C2との差電圧を増幅する演算増幅器５と、を備えて構成される。
【００１９】
かかる構成において、測定室2Mの圧電素子31が有する測定容量Cmと第１容量C1との比と，参照室2Rの圧電素子31が有する参照容量Crと第２容量C2との比と，を等しく選定することにより、圧電素子31を励振し流体１を噴出する励振電源４の影響を除去して測定室2M内の流体１の圧力を測定することができる。
（実施形態２）
図７において、本発明による液体ディスペンサを複数組（D1〜Dm）構成してなるディジタル液体ディスペンサは、１測定室2M(D1)の加圧室22の圧電素子31が励振されて流体１を噴出する噴出量を最小単位とし、第１直列回路3mを構成する測定室2M（D1〜Dm）の測定容量Cmの個数が１個、２個、・・、２の巾乗個にグループ化されて構成される複数の液体ディスペンサD1〜Dmと、これらの液体ディスペンサD1〜Dmの励振電源４(Vc)を制御する制御手段, 図示例ではスイッチ SW1〜SWm と、液体ディスペンサD1〜Dmが検出する圧力は図５で後述する様に振動波形であるので、この圧力値を代表する、例えば第１波にピーク値を検出するピークホルダ(PH1〜PHm)と、これらの検出出力を重み付け(RW1〜RWm)して加算する加算器(81,82,RW1〜RWm,RF) と、を備えて構成することができる。
【００２０】
かかる構成により、例えば、このディジタル液体ディスペンサが噴出する総噴出量がＱ単位とし、測定室2Mが（D1〜Dm）にグループ化されて構成されているものとすると、全グループを同時に励振したときの噴出量は(2m -1) 単位噴出することができるので、Ｑを(2m -1) で除算して、Ａ倍と剰余Ｂを得たとする。
【００２１】
【数１】
Ｑ＝Ａ(2m -1) ＋Ｂ・・・・(1)
この様な場合、Ａ回スイッチ SW1〜SWm を同時に励振し、次に剰余Ｂを２進法で表示し, 該当するスイッチ(SW1〜SWm)を同時に励振することにより、Ｑ単位の総噴出量を噴出することができる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
図１の(A) は（実施形態１）で説明済であるので、図１の(B),(C) を補足説明する。図１の(B) は図１の(A) の等価回路である。図１の(B) において、電圧Vcは励振電源４から印加される励振電圧であり、Vpは加圧室22内の発生圧力に相当する起電力、Vsは励振電圧Vcによる変形に伴う起電力であり、測定室2Mの圧電素子31の容量をCmで示し、参照室2Rの圧電素子31の容量をCrで示す。従って、測定室2Mの圧電素子31は、流体１による発生圧力に相当起電力Vpと，励振電圧Vcによる変形に伴う起電力Vsと，容量Cmと，の直列回路からなる等価回路3mで表示することができ、参照室2Rは起電力Vsと容量Cmとの直列回路からなる等価回路3rで表示することができる。そしてこのブリッジ回路は、演算増幅器51と抵抗R3〜R6からなる増幅器で抵抗R3=R5,R4=R6 に選定することによって、レベルシフト増幅器を構成し、GND を基準とする電圧として起電力Vpを検出することができる。
【００２３】
また、図１の(C) において、図１の(B) と異なる点は、第１直列回路を構成する測定室2Mの圧電素子31(Cm)（あるいは図３に図示される並列に接続された圧電素子31(Cm1〜Cmn)）と第１容量C1、および第２直列回路を構成する参照室2Rの圧電素子31(Cr)と第２容量C2は、それぞれ並列に接続される分圧抵抗Rm,R1,Rr,R2 を備えて構成することができる。
【００２４】
かかる構成により、圧電素子31が有する測定容量Cm（あるいは並列測定容量Cm1 〜Cmn)と分圧抵抗Rmとがなす時定数Tmと、第１容量C1と分圧抵抗R1とがなす時定数T1と、参照容量Crと分圧抵抗Rrとがなす時定数Trと、第２容量C2と分圧抵抗R2とがなす時定数T2と、を等しく選定することにより、圧電素子31を励振し流体１を噴出する励振電源４(Vc)の影響を除去して測定室2M内の流体１の圧力（あるいは総和圧力）を測定することができる。
【００２５】
【数２】
Tm＝T1＝Tr＝T2・・・・(2)
図１の(B) による構成では、レベルシフト抵抗R3〜R6によって信号電流が流れるため、励振電圧Vcを印加した瞬間は、圧電素子31に印加される電圧が励振電圧Vcを容量 (CmとC1), (CrとC2) による分割電圧が、時間の経過と共に励振電圧Vcの全電圧が印加される様に移行する。これに対して、図１の(C) による構成では、励振電源４(Vc)が圧電素子31に印加される電圧特性は分圧抵抗と容量による分圧回路が形成されるため、直流領域から広い周波数特性範囲にわたって均一の分圧電圧を圧電素子31に印加することができるので、加圧室内に発生する圧力がより簡明に実際に近い値を検出することができる。
【００２６】
図５は横軸に時間軸をとり、縦軸に図５の(A) に加圧室内に発生する圧力と、図５の(B) に加圧室内の発生圧力に相当する起電力Vpと、の一測定例を示す。この結果、起電力Vpと加圧室内の発生圧力とは非常に相関性が高いので、この起電力Vpを正確に計測することにより、加圧室内の発生圧力を知り、流体１の流量を知ることができる。
（実施例２）
図２において、本発明による他の液体ディスペンサは、流体１を搬送する流路21の一部に挿入され流体１を加圧あるいは減圧する加圧室22と，この加圧室22の側壁に備えられ発生する歪みによって加圧室22を加圧あるいは減圧する圧電素子31と，を備えてなる室を少なくとも２室2M,2R を備え、一方の室2Rは流体１の流入を阻止して参照室2Rとし、他方の室2Mは測定室2Mとして流入側より流体１の供給を受け圧電素子31の励振により流体１を流出側に搬送する。この液体ディスペンサの測定室2Mの加圧室22内の流体１から受ける圧力を測定する検出回路は、
測定室2Mの圧電素子31（容量Cmで表示）と直列に接続され第１直列回路を構成する第１容量C1と、参照室2Rの圧電素子31（容量Crで表示）と直列に接続され第２直列回路を構成する第２容量C2と、圧電素子31を励振する励振電源４（電圧Vcで表示）と、演算増幅器51と、を備えて構成される。
【００２７】
また、この接続関係は、両直列回路の測定室2Mおよび参照室2R側の一端を励振電源４の一方の端子に並列に接続し，第２直列回路の他端を励振電源４の他端GND に接続し，第１直列回路の他端を演算増幅器51の出力OUT に接続し，測定室2Mの圧電素子31と第１容量C1との接続点を演算増幅器51の負端子に，参照室2Rの圧電素子31と第２容量C2との接続点を演算増幅器51の正端子に接続して, 演算増幅器51を備えるブリッジ回路を構成する。
【００２８】
かかる構成において、測定室2Mの圧電素子31が有する測定容量Cmと第１容量C1との比と、参照室2Rの圧電素子31が有する参照容量Crと第２容量C2との比と、を等しく選定することにより、圧電素子31を励振し流体１を噴出する励振電源４の影響を除去して測定室2M内の流体１の圧力を測定することができる。この回路構成では、図１の構成と比較して、レベルシフト増幅器を構成するための抵抗R3〜R6を不要にして、容量Cm,Cr,C1,C2 をレベルシフトインピーダンスとして利用することができるので、図１の構成と同様に同一機能を発揮することができる。
【００２９】
また、図２の(B) は、先に実施例１の図１の(C) で説明したと同様に、第１直列回路を構成する測定室2Mの圧電素子31(Cm)（あるいは図４に図示される並列に接続された圧電素子31(Cm1〜Cmn)）と第１容量C1、および第２直列回路を構成する参照室2Rの圧電素子31(Cr)と第２容量C2は、それぞれ並列に接続される分圧抵抗Rm,R1,Rr,R2 を備えて構成することができる。
【００３０】
かかる構成により、圧電素子31が有する測定容量Cm（あるいは並列測定容量Cm1 〜Cmn)と分圧抵抗Rmとがなす時定数Tmと、第１容量C1と分圧抵抗R1とがなす時定数T1と、参照容量Crと分圧抵抗Rrとがなす時定数Trと、第２容量C2と分圧抵抗R2とがなす時定数T2と、を等しく選定することにより、圧電素子31を励振し流体１を噴出する励振電源４(Vc)の影響を除去して測定室2M内の流体１の圧力（あるいは総和圧力）を測定することができる。
（実施例３）
図３および図４において、本発明による他の液体ディスペンサは、流入側より流体１の供給を受け流出側に搬送する複数の測定室 2M1〜2Mn(図示例は圧電素子31の等価回路(3m1〜3mn)で表示) を備え、第１直列回路は、この複数の測定室(2M1〜2Mn)の圧電素子(3m1〜3mn)を並列に接続し、この並列回路と直列に第１容量C3を接続して構成し、測定室(2M1〜2Mn)の圧電素子(3m1〜3mn)の測定容量(Cm1〜Cmn)が複数個並列に接続された並列測定容量と第１容量C3との比と，参照室2Rの圧電素子31が有する参照容量Crと第２容量C2との比と，を等しく選定することができる。
【００３１】
かかる構成により、圧電素子31を励振し流体１を噴出する励振電源４(Vc)の影響を除去して測定室2M内の流体１の総和圧力を測定することができる。
また、図３および図４の図示例では、図１の(C) や図２の(B) で図示した分圧抵抗Rm,R7,Rr,R2 が挿入されている回路図を図示したが、演算増幅器51が高入力インピーダンスの構成でバイアス電流の影響が無視できるときは、この分圧抵抗Rm,R7,Rr,R2 を省略することができる。また、分圧抵抗Rm,R7,Rr,R2 を挿入したときは、分圧抵抗Rmと測定容量(Cm1〜Cmn)の総容量とがなす時定数Tmと、時定数C3R7がなす時定数Tmと、時定数Tc,t2 を等しく選定することにより、圧電素子31を容量比で分圧した励振電源Vcで励振し、流体１を噴出する励振電源４(Vc)の影響を除去して測定室2M内の流体１の圧力（あるいは総和圧力）を測定することができる。
（実施例４）
本発明による他の実施例として、液体ディスペンサの演算増幅器５(51)が検出する測定室2Mの加圧室31の圧力データを保持する保持手段PHと、この保持されたデータと予め定められた基準値とを比較して励振電源４の励振振幅値を制御する制御手段と、を備えることができる。
【００３２】
かかる構成により、測定室2Mの加圧室31が流体１から受ける圧力のバラツキを検出し、このバラツキデータにより励振電源４の励振振幅を制御することにより、加圧室31が流体から受ける圧力のバラツキを縮小し、微小流体量の精度を向上することができる。
この加圧室31の圧力データを保持する保持手段PHは、検出する圧力データが図５に図示する様に、圧電素子31の電気・機械系の振動特性で定まる振動波形を示すので、例えば、図７の(B) に図示するピーク検出回路PHを挿入して、このピーク検出回路PHの出力を予め定められた基準値とを比較して励振電源４の励振振幅値を制御することによって、測定室2Mの加圧室31内に発生する圧力を一定の値に制御することができる。
【００３３】
図７において、ピーク検出回路PHは、演算増幅器83,84 と、ダイオード85と、容量86と、リセットスイッチ87と、から構成され、基準電位GND 上に発生する入力信号は演算増幅器83の正の入力端子に入力され、演算増幅器83の出力はダイオード85を介して基準電位GND との間に容量86を接続し、容量86に充電された電位は演算増幅器84の正の入力端子に入力され、演算増幅器84の出力は演算増幅器83,84 の負の入力端子に負帰還される。また、容量86の両端にはリセットスイッチ87が並列に接続されて構成される。
【００３４】
かかる構成において、ピーク検出回路PHは、ピーク値検出に先立ち、リセットスイッチ87をONして容量86に充電された電荷を放電する。次に、入力信号のピーク値を検出するとき、リセットスイッチ87をOFF する。演算増幅器83の正の入力端子に入力される電圧に応じて、演算増幅器83の出力は増加し、ダイオード85を介して容量86に電荷を充電し、この容量86の電位が電圧フォロワ回路を構成する演算増幅器84でインピーダンス変換されて出力される。また、この出力は演算増幅器83の入力に負帰還されるので、ピーク検出回路PHの出力が演算増幅器83の正入力信号値に到達するまでは容量86に電荷を充電して電位を上昇させるが、入力信号がピーク検出回路PHの出力値以下に下がったときは、演算増幅器83の出力回路を介して容量86の放電回路の形成をダイオード85が阻止する。この結果、入力信号のピーク時に充電された容量86のピーク電圧はリセットスイッチ87でリセットされるまでピーク値を保持し、ピーク検出回路PHがピーク値を出力することができる。
（実施例５）
本発明によるディジタル液体ディスペンサに利用される複数の測定室および参照室に用いられるヘッドの上面図を図６に図示する。図６において、上部91の空間部分に流体１が供給され、流路21の入口側に絞り機構92が配備され、流路21の中間部分に配備され、膨らみを有し１〜24の数字が付記されている部分93が測定室2Mや参照室2Rの加圧室22に対応し圧電素子31が接着される箇所であり、最下部94で図示される箇所が複数の噴射口が集積された箇所である。本発明によるディジタル液体ディスペンサのヘッドは、このヘッド板が２枚重ね合わせてヘッド部分を構成し、合計48噴射口を有する。
【００３５】
この48噴射口を有する各加圧室は、グループ化され、各グループには絞り機構92を閉塞して空室を構成する参照室2Rを少なくとも１個有し，この参照室2Rで各グループ間の仕切りとなし，各グループ内には測定室2Mが、１個, ２個, ４個, ８個, 16個および残りのグループと区分される。そして、このグループ分に従って図７に図示される回路を構成することができる。
【００３６】
励振電源４は図示例では共通に１個のVcで図示しているが、個別のグループ毎に液体ディスペンサとして加圧室22の総合圧力を測定し、この値を励振電圧Vcに負帰還させるときは、個別に励振電圧(Vc1〜Vcm)を備えることによって実行できる。そしてスイッチ(SW1〜SWm)を２進法に従ってON-OFFすることにより、必要とする噴射単位の整数倍の流体１を噴射することができる。
【００３７】
図示例では、ピーク検出回路 PH1〜PHm の出力を重み付け抵抗を有する加算演算増幅器81で加算しているが、アナログ・ディジタル変換器(ADC) で各ピーク検出回路 PH1〜PHm を走査して、ディジタルに変換し、この値を重み付けして加算してもよい。
また、上述の説明は、液体ディスペンサD1〜Dmを構成する容量C1の値が、液体ディスペンサD1の容量C1に対して、液体ディスペンサD2,D3,D4,D5 は2,4,8,16倍に構成し、液体ディスペンサD1〜Dmが検出する信号レベルを同一レベルで検出する前提で説明したが、液体ディスペンサD1〜Dmを構成する容量C1を同一値に選択して、液体ディスペンサD1〜Dmが検出する信号レベルが測定室2Mの数に比例して増加する方法を採用してもよい。この場合は、総合計の加算器における重み付けは同一値でよい。
【００３８】
本発明によれば、ピーク検出回路PHを用いて励振電源４に負帰還することにより、従来技術によるインクジェット方式のヘッドでのインク噴射量が 4pl±20％であったものが、 4pl± 5％以下の高精度を実現する見通しを得ることができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明による液体ディスペンサおよびディジタル液体ディスペンサを用いることにより、微小流体量の制御を可能とし、最小単位の微小流体量（数ピコリットル(pl)）から広範囲（マイクロリットル（μl)）にわたる微小流体量の噴出量の制御を容易にし流量精度の高い部品点数が少ない液体ディスペンサおよびディジタル液体ディスペンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による液体ディスペンサのブロック回路図であり、(A) はブロック回路図、(B) は等価回路図、(C) は分圧抵抗を有する等価回路図
【図２】他の実施例による液体ディスペンサのブロック回路図であり、(A) はブロック回路図、(B) は分圧抵抗を有する等価回路図、
【図３】他の実施例による複数の測定室内の流体の総和圧力を測定する液体ディスペンサのブロック回路図
【図４】図２に対応する複数の測定室内の流体の総和圧力を測定する液体ディスペンサのブロック回路図
【図５】一実施例による測定室内の流体圧力と圧電素子の起電力の特性図であり、(A) は圧力の特性図、(B) は起電力の特性図
【図６】一実施例による複数の加圧室を備えるヘッドの上面図
【図７】  (A) は一実施例によるディジタル液体ディスペンサのブロック回路図、(B) はピーク検出回路のブロック回路図
【図８】従来技術による微小容量の流体を搬送するマイクロマシン装置
【符号の説明】
１    流体
2M    測定室
2R    参照室
21    流路
22,93     加圧室
31    圧電素子
32,33     電極
3m,3m1,3m2・・3mn     測定容量等価回路
3r    参照容量等価回路
４    励振電源
５,51,81,83,84    演算増幅器
61    チャージアンプ
62    アナログ・ディジタル変換器
63    記憶・演算処理装置
85    ダイオード
86    容量
87    リセットスイッチ
91    流体供給部
92    絞り機構
94    噴射口
C1,C2,Cm,Cm1,Cm2・・Cmn,Cr,C3     容量
R1,R2,R3,R4,R5,R6,Rm,Rr,RF    抵抗
Vp    流体からの反作用に基づく起電力
Vs    加圧室の構造体に発生する圧力に基づく起電力
Vc    励振電圧
OUT     出力
D1〜Dm    液体ディスペンサ
SW1 〜SWm     スイッチ
PH1 〜PHm     ピーク検出回路
RW1 〜RWm     重み抵抗
【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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