(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴出するノズル部と、
液体を吸引する吸引部と、前記吸引部から吸引した液体を吐出する、前記ノズル部に接続された吐出部とを備え、往復運動するピストンを有するピストンポンプであるポンプと、
カム部と、前記カム部が嵌まり込むカム孔が形成された移動部材とを有し、前記カム部の回転運動によって、前記移動部材を、前記カム部の回転軸線に垂直な直線状の移動経路に沿って一方向または他方向へ移動させ、前記移動部材の前記一方向への移動によって前記ポンプに液体を吸引させ、前記移動部材の前記他方向への移動によって前記ピストンを同方向へ移動させて、前記吸引した液体を圧縮して前記ノズル部から吐出させる駆動手段と、を備え、
前記ポンプは、前記ピストンの１往復運動によって該ポンプ内の負荷が負荷変動するように構成され、
前記駆動手段は、前記カム部に回転軸線まわりの回転力を与えるモータを含み、前記回転軸の負荷トルクの負荷変動が、前記ポンプ内の負荷変動と同期するように構成されていることを特徴とする液体噴出装置。
【請求項２】
前記カム部の回転の負荷トルクを検知する負荷トルク検知手段と、
前記負荷トルク検知手段によって検知された負荷トルクに基づいて、前記カム部の回転を制御する制御手段とを、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液体噴出装置。
【請求項３】
前記移動部材の前記カム孔は、前記カム面の形状と同一形状の内周面によって規定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴出装置。
【請求項４】
前記移動部材は、前記カム面の、前記カム部の回転軸線から半径方向に最も離れた位置までの最大距離と、前記カム面の前記回転軸線から半径方向に最も近い位置までの最小距離とを加算した値以上の内径を有する、前記カム部が収容される前記カム孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴出装置。
【請求項５】
前記移動部材を、前記回転軸線に垂直な方向に該回転軸線に向かってばね付勢する第１ばねを、さらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項６】
前記ポンプに設けられ、前記カム部の前記最小距離から前記最大距離への回転によって圧縮される第１ばねを、前記ポンプに含み、
前記カム部の前記最大距離から前記最小距離への回転と、前記第１ばねのばね力とによって、前記ポンプに液体を吸引させながら前記ポンプを前記第１ばねの圧縮前の位置へ復帰させることを特徴とする請求項５に記載の液体噴出装置。
【請求項７】
前記負荷トルク検知手段は、検知センサによる検知信号によって前記モータが回転し、前記モータの液体噴出時および液体吸引時の消費電流を電気的に検知し、検知された消費電流の変化が予め定める周期を超えていると判断したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項８】
前記負荷トルク検知手段は、前記モータの回転開始から予め設定された所定時間が経過したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項９】
前記負荷トルク検知手段は、前記検知センサによる検知信号によってモータが回転し、検知センサが検知されていないと判断したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項１０】
前記ポンプに着脱可能に接続され、前記液体が収容される液体容器を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項１１】
前記ポンプは、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の液体圧縮速度で液体を噴出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【請求項１２】
電池、ＵＳＢケーブル、ＡＣアダプタのうち少なくとも１つ以上を接続するための電源接続部を、さらに含み、
前記制御手段は、少なくとも電池からの電力が供給されているとき、前記モータをスイッチング制御、もしくは電池電圧よりも低い電圧で駆動することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の液体噴出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手指などの対象物を検知して、カムの回転によるポンプの往復運動によって液体を噴出する液体噴出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体を上向きに噴出させる小型の装置として、歯車を用いてカムを回転させて液体を吸引し、ばね力等の反発弾性力を利用して液体を噴出させる噴出装置、ガスと液体とが混合されたエアゾール方式の液化ガス、または圧縮ガスと使用目的とする液体とが弁を備えた容器に封入され、圧縮ガスの圧力によって使用目的の液体をノズルから放出させる装置、歯車を用いて機構的に液体を噴出させる噴出装置、そして、電気的に超音波を用いた噴霧装置などが知られている。
【０００３】
上記の液体噴出装置の液体を噴出する技術は、液体を塗布するディスペンサー、用途に応じた液体が広範囲に拡散されるように霧状になるようにした噴霧装置、消毒液を拡散しながら手指などを消毒する消毒装置、手指の濡らし器および手指の濡らし装置などに用いられている。そして、人体を検知して噴出口から消毒液や除菌液、水または蒸気の噴霧粒子が噴出する装置、人体感知センサによって人を感知したとき液剤を噴霧する装置などとして提案されている（たとえば、特許文献１〜８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１７−２６４４４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２８３４７号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２２０８０号公報
【特許文献４】特表２００８−５１５７３８号公報
【特許文献５】特開平１０−８０４６８号公報
【特許文献６】実願２００９−４５０１号公報
【特許文献７】特開平６−３２００８３号公報
【特許文献８】特開２０２０−５４９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の上向きへの液体の噴出装置としては、特許文献１に、カムを回転させてポンプで液体を吸引し、吸引した液体をばね力によって液体を噴出させる装置が開示されている。しかし、この装置では、カムと歯車とが独立した構成であり、カムとレバーとを当接させて、カムの回転でレバーを引き上げて液体を吸引し、液体の噴出はばね力で液体の噴出を行う機構が採用されている。したがって、ばね力によるポンプ圧が弱いと、設定した位置までポンプが下がらず液体の噴出量が少なくなり、噴出のためにばね力を高くするとレバーが変形し、吸引量および噴出量が低下し微妙な設定の中で構成することが必要であり、さらには部品点数が多くなり、コストアップとなっている。加えて従来の上向きの液体噴出装置では、装置内タンク容量が限定されており、要望される装置内タンク容量に自由度がないという課題を有している。
【０００６】
これに対し、特許文献２，３，４には、加圧流体が封入されたエアロゾル缶や液化ガスと薬剤からなるスプレー缶を使用し、歯車を用いて噴霧ヘッドの押圧によって噴霧される装置が開示されている。この方式は、エアロゾル缶やスプレー缶の内圧に依存しており、減速歯車輪列の駆動によって押圧・降下させることで液を噴霧させ、モータへの電源供給を停止させ、バルブシステムのばねや他のばねのばね力によって、押圧部材であるアクチュエータや押圧操作部材を、減速歯車輪列の歯車を逆回転させて動作前の位置に戻すように構成されている。また、押圧後モータを逆回転させることによって、エアロゾル缶やスプレー缶を動作前の位置に戻すように構成されている。
【０００７】
しかし、上記の方法の減速歯車輪列でモータを停止させ、減速歯車輪列の歯車を逆回転させることは、減速比にもよるが、非常に高いばね力を必要とし、かつ、歯車を逆回転させることは、モータも逆回転させることになり、モータ内での起電力も発生することになる。正逆回転可能でない一方向回転用のモータでは、モータの破損、さらにはモータを動作させている回路を破損させる可能性を有し、回路を逆電流が発生しても破損しないように対策を設けなければならない。したがって、液体噴出装置の生産性が低下し、製造コストが高コスト化するという問題がある。
【０００８】
エアロゾル方式の液体噴出装置では、加圧液体や液化ガスが封入されており、温度が高くなった場合は、封入された加圧液体または液化ガスの体積膨張があり、周辺の温度変化の大きい使用環境においては、危険性を有しているため、アルコール類などの消毒液、除菌液には不向きである。
【０００９】
特許文献５には、下向きの液体噴出装置が開示されているが、下向きの液体噴出装置では、液垂れなどが生じ、周辺を汚染してしまうおそれがある。
【００１０】
上向きの液体噴出装置は、特許文献６に開示されているが、コンプレッサを用いて噴霧を行う装置であり、小型化を図ることは困難であるという問題がある。
【００１１】
電気的に液体噴出を行う超音波方式の噴霧装置は、例えば特許文献７，８に超音波噴霧装置として開示されている。この超音波噴霧装置では、液体が微粒子化され、液体としてアルコールを含有する消毒エタノール液や高濃度のエタノール除菌液を用いた場合には、液体が微細な噴霧状となって微細過ぎるため、アルコールの揮発が早く、手指に付着し難いという問題があり、手指の消毒や除菌には不向きである。さらには液体が微細なミスト状に噴出されるため、アルコール類の液体を噴出した場合には、周辺に流れやすく直接肺に吸い込むことになり、健康上好ましくない。
【００１２】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、部品点数を削減し、非接触で液だれを生じることなく、液体を安定して噴出することができる液体噴出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、液体を噴出するノズル部と、
液体を吸引する吸引部と、前記吸引部から吸引した液体を吐出する、前記ノズル部に接続された吐出部とを備え、往復運動するピストンを有するピストンポンプであるポンプと、
カム部と、前記カム部が嵌まり込むカム孔が形成された移動部材とを有し、前記カム部の回転運動によって、前記移動部材を、前記カム部の回転軸線に垂直な直線状の移動経路に沿って一方向または他方向へ移動させ、前記移動部材の前記一方向への移動によって前記ポンプに液体を吸引させ、前記移動部材の前記他方向への移動によって前記ピストンを同方向へ移動させて、前記吸引した液体を圧縮して前記ノズル部から吐出させる駆動手段と、を備え、
前記ポンプは、前記ピストンの１往復運動によって該ポンプ内の負荷が負荷変動するように構成され、
前記駆動手段は、前記カム部に回転軸線まわりの回転力を与えるモータを含み、前記回転軸の負荷トルクの負荷変動が、前記ポンプ内の負荷変動と同期するように構成されていることを特徴とする液体噴出装置である。
【００１５】
また本発明において、前記カム部の回転による負荷トルクを検知する負荷トルク検知手段と、
前記負荷トルク検知手段によって検知された負荷トルクに基づいて、前記カム部の回転を制御する制御手段とを、さらに含むことを特徴とする。
【００１６】
前記移動部材の前記カム孔は、前記カム面の形状と同一形状の内周面によって規定されていることを特徴とする。
【００１７】
また本発明において、前記移動部材は、前記カム面の、前記カム部の回転軸線から半径方向に最も離れた位置までの最大距離と、前記カム面の前記回転軸線から半径方向に最も近い位置までの最小距離とを加算した値以上の内径を有する、前記カム部が収容されるカム孔を有することを特徴とする。
【００１８】
また本発明において、前記移動部材を、前記回転軸線に垂直な方向に該回転軸線に向かってばね付勢する第１ばねを、さらに含むことを特徴とする
【００１９】
また本発明において、前記ポンプに設けられ、前記カム部の前記最小距離から前記最大距離への回転によって圧縮される第１ばねを、前記ポンプに含み、
前記カム部の前記最大距離から前記最小距離への回転と、前記第１ばねのばね力とによって、前記ポンプに液体を吸引させながら前記ポンプを前記第１ばねの圧縮前の位置へ復帰させることを特徴とする。
【００２０】
また本発明において、前記負荷トルク検知手段は、検知センサによる検知信号によって前記モータが回転し、前記モータの液体噴出時および液体吸引時の消費電流を電気的に検知し、検知された消費電流の変化が予め定める周期を超えていると判断したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
また本発明において、前記負荷トルク検知手段は、前記モータの回転開始から予め設定された所定時間が経過したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする。
【００２２】
また本発明において、前記負荷トルク検知手段は、前記検知センサによる検知信号によってモータが回転し、検知センサが検知されていないと判断したとき、前記モータを停止させるモータ停止手段を含むことを特徴とする。
【００２３】
また本発明において、前記ポンプに着脱可能に接続され、前記液体が収容される液体容器を、さらに含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明において、前記ポンプは、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の液体圧縮速度で液体を噴出するように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明において、電池、ＵＳＢケーブル、ＡＣアダプタのうち少なくとも１つ以上を接続するための電源接続部を、さらに含み、
前記制御手段は、少なくとも電池からの電力が供給されているとき、前記モータをスイッチング制御もしくは定格電池電圧よりも低い電圧で駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、移動部材にカム部を収容するように構成し、カム部の回転運動によってポンプを往復運動させる構成とし、液体を噴出する圧縮時の負荷トルクと液体を吸引する非圧縮時の負荷トルクとの負荷トルク差を、ノズル部から噴出される液体を希望する噴出状態、例えば噴出速度、噴出距離、噴出量等が得られるように、カム部の回転運動によって制御され、かつ、カム構造とばねなどの反発弾性力によるカム１回転での負荷トルク変動を形成し、このトルク変動はモータ電流で検知できるトルク変動となるように構成し、この電流の周期変化を判断し制御することによって間欠噴出（１回噴出）、設定された複数回の連続噴出の制御、検知センサでの検知後と検知センサによる検知なしと判断したときの制御を可能とし、従来装置の動作停止に必要であったセンサやそれに付随する部品などを廃止することができ、部品点数の削減によって構成を簡素化し、低コストで液体を安定して噴出することができる液体噴出装置を提供することができる。
【００２７】
また本発明によれば、カム部の回転速度を変更することによって、ポンプの圧縮速度を変更することができ、さらにはノズル孔からの液体の流速による噴出レベルを変えることも可能である。また、圧縮速度および拡散ノズル等のノズル孔の形態の異なるノズル部を適正化することによって、拡散領域を抑えることができ、かつ、噴出液を液滴化して手指などに付着させて手指を濡らし、呼気吸引されない状態を作ることができる。これによって、コロナウィルスのおける高濃度のアルコール使用における消毒液や除菌液を使用した場合に手のひらを濡らすことができ、アルコール液によるウィルスを溶解させ不活性化させる手指の噴出装置としても使用することができ、汎用性の高い液体噴出装置を提供することができる。
【００２８】
アルコールなどの揮発性の高い液体を用いた高圧方式および超音波方式では液体が微細化され易く気化が早いため手のひらなどを濡らすことには不向きであり、さらには手のひらなどをかざした場合は微細粒子となっているため手のひらに当たり周辺に流れやすく吸気し易くなり健康上問題があるのに対し、本装置は液滴で粒子が粗く周辺へ流れ難く拡散領域をポンプ圧縮速度やノズル形状で設定ができる。
【００２９】
さらに本装置では、液体は容器に常圧で封止されているため温度の上昇によって爆発をすることもなく安全に使用ができる。
【００３０】
さらに、液体を安定に噴出することができるので、例えば小型の往復動のポンプユニットを使用することによって、１回の噴出量を手のひらから液が垂れ落ちない量とすることができ、周辺を汚染させることの無い、高い利便性を有する液体噴出装置を提供することができる。
【００３１】
また、本体と液体容器が着脱可能であり、さらには本体を駆動ヘッドとし液体容器とポンプユニットを一体化した液体カートリッジとして構成することができるので、簡単に交換ができ、必要に応じて液体カートリッジの容量を選択することが可能であり、液体カートリッジのボトルを大きくすることによって、業務用の大容量の液体噴出装置としても使用可能となる。
【００３２】
このように機械的な構成で小型化ができき、ポンプユニットを動作させる駆動手段と制御部から成る本体と、この本体に着脱可能な液体カートリッジとに分割することで、低コストで安全かつ利便性の高い液体噴出装置を提供することができる。そして、小型化することで直流１.５Ｖまたは３.０Ｖで駆動する小型のモータが使用でき、電池での駆動、ＵＳＢ給電での駆動ができる。
【００３３】
また、新型コロナウィルスの感染予防として、高濃度のエタノール消毒、高濃度アルコール除菌が必須となっており、これらの薬液を使用することが可能であり、液体の噴出も粒子の粗い液滴を噴出することででき、センサ検知で非接触にて手指を濡らすことができるため、手指の消毒、除菌が可能で新型コロナウィルスやインフルエンザなどの感染予防に役立つ装置でもある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態の液体噴出装置１を正面から見た外観を示す斜視図である。
【図２】図１の液体噴出装置１を背面から見た外観を示す斜視図である。
【図３】液体噴出装置１の平面図である。
【図４】液体噴出装置１の背面図である。
【図５】液体噴出装置１の側面図である。
【図６】液体噴出装置１の正面図である。
【図７】液体噴出装置１の底面図である。
【図８Ａ】負荷変動を発生する反発部材の伸長時における駆動手段７の構成例を示す断面図である。
【図８Ｂ】負荷変動を発生する反発部材の圧縮時における駆動手段７の構成例を示す断面図である。
【図９】カム歯車１０の回転角度とモータＭの負荷トルクとの関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】液体吸引時のポンプユニット２０を示す断面図である。
【図１０Ｂ】液体押出し時のポンプユニット２０を示す断面図である。
【図１０Ｃ】ポンプ部２０aを示す断面図である。
【図１０Ｄ】ピストン部２２を示す断面図である。
【図１０Ｅ】ノズル部２３を示す断面図である。
【図１１Ａ】移動部材１１がカム歯車１０のカム部１５の回転によって直接的にポンプに加圧する動作を説明するための断面図で最小圧縮時又は非圧縮時である。
【図１１Ｂ】移動部材１１がカム歯車１０のカム部１５の回転によって直接的にポンプに加圧する動作を説明するための最大圧縮時の断面図である。
【図１２Ａ】歯車部１４の側面に円柱状のカム部１５が設けられるカム歯車１０の構成を示す側面図である。
【図１２Ｂ】カム歯車１０を図６Ａの右側から見た正面図である。
【図１３Ａ】移動部材１１にカム歯車１０が装着された状態を示す断面図である。
【図１３Ｂ】カム歯車１０が装着された移動部材１１を図１３Ａの右側から見た側面図である。
【図１４Ａ】本発明の他の実施形態で最小圧縮時又は非圧縮時の液体噴射装置１ａを示す一部の拡大断面図である。
【図１４Ｂ】本発明の他の実施形態の最大圧縮時における液体噴射装置１ａを示す一部の拡大断面図である。
【図１５Ａ】カム歯車１０の側面図である。
【図１５Ｂ】カム歯車１０を図１５Ａの右側から見た正面図である。
【図１６Ａ】カム歯車１０、移動部材１１およびポンプ加圧部材３０の構成を示す断面図である。
【図１６Ｂ】カム歯車１０および移動部材１１を図１０Ａの右側から見た側面図である。
【図１７Ａ】移動部材１１のカム孔１１ａがカム歯車１０のカム部１５と略同じ形状に構成の駆動手段７ｂの構成を示す一部の断面図である。
【図１７Ｂ】駆動手段７ｂを図１７Ａの右側から見た正面図である。
【図１８】駆動手段７ｂの全体構成を示す側面図である。
【図１９Ａ】ポンプユニット２０が支持フレーム４０に装着圧入された本体部４３を示す断面図である。
【図１９Ｂ】液体容器Ｔの蓋体４８が外された状態を示す断面図である。
【図１９Ｃ】ハウジング２の下カバー２ｂを示す断面図である。
【図２０】液体噴出装置１が組み立てられた状態における内部構造を示す断面図である。
【図２１】本発明の他の実施形態の液体噴出装置１ｂに用いられる液体カートリッジＴ１の例を示す分解断面図である。
【図２２Ａ】液体噴出装置１ｂの本体部４３を示す断面図である。
【図２２Ｂ】液体噴出装置１ｂに用いる液体カートリッジＴ１の一例を示す断面図である。
【図２２Ｃ】液体噴出装置１ｂの下カバー２ｂの断面図である。
【図２３】液体噴出装置１ｂが組み立てられた状態における内部構造を示す断面図である。
【図２４】カム歯車１０の回転角度とモータＭの負荷トルクとの関係を示すグラフである。
【図２５】モータＭの消費電流と駆動時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態の液体噴出装置１を正面から見た外観を示す斜視図である。図２は図１に示される液体噴出装置１を背面から見た外観を示す斜視図であり、図３は液体噴出装置１の平面図であり、図４は液体噴出装置１の背面図である。図５は液体噴出装置１の側面図であり、図６は液体噴出装置１の正面図であり、図７は液体噴出装置１の底面図である。本実施形態では、液体を上向きに噴出する液体噴出装置の一例について説明する。本実施形態の液体噴出装置１は、水平な机上または基台上に設置状態で上向きに液体を噴出するノズル部２３（図１０Ｅ参照）を有し、例えば新型コロナウィルスなどの感染予防として、高濃度のエタノール、高濃度アルコールなどの消毒液や除菌液を液滴状態で噴出し、非接触で手などの対象物を濡らし、手指および手のひら等の消毒、除菌などを行うために好適に実施することができる。
【００３６】
液体噴出装置１は、外観が縦長の略円柱体状のハウジング２、ハウジング２の上壁２ｃに設けられ、液体を液滴状態で上方（図１の上方）へ噴出するノズル３、ハウジング２の上壁２ｃに設けられ、液滴を着弾させる手などの対象物を検知する検知センサ４、ハウジング２の上壁２ｃの角隅部に検知センサ４に隣接して設けられる電源スイッチ５、およびハウジング２の側壁２ｄの上部に設けられ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルの一端に設けられるプラグを接続するためのソケット６を、含んで構成される。
【００３７】
ハウジング２の側壁２ｄは、開口部２ｄ２を有する略円錐台状の側壁本体部２ｄ１と、側壁本体部２ｄ１の開口部２ｄ２に着脱自在に装着される電池カバー２ｄ３とを有する。電池カバー２ｄ３は、操作片２ｄ４を有し、操作片２ｄ４を手指で図２の上方で引上げるなどの操作を行うことによって、電池カバー２ｄ３の側壁本体部２ｄ１の係止状態を解除し、電池カバー２ｄ３を側壁本体部２ｄ１から外して開口部２ｄ２を開放し、ハウジング２内に収容される図示しない電池の交換などを行うことができる。
【００３８】
図８Ａおよび図８Ｂは、液体噴出装置１の負荷トルク変動を形成する駆動手段７の構成を示す断面図の例である。液体噴出装置１は、ハウジング２内に配設される駆動手段７を有する。駆動手段７は、図８Ａに示すように、ハウジング２の内面に固定または一体に連なって設けられ、軸孔８を有する歯車支持フレーム９、歯車支持フレーム９の軸孔８に水平（図８Ａでは左右方向）または略水平な回転軸線Ｌ１まわりに回転自在に保持されるカム歯車１０、カム歯車１０が装着される移動部材１１、移動部材１１と歯車支持フレーム９との間に装着され、移動部材１１を移動方向Ａ１，Ａ２に変位可能に支持する圧縮ばね１２を備えた例である。
【００３９】
カム歯車１０は、軸孔８に挿入される軸部１３、軸部１３の一端に一体に形成される円板状の歯車部１４、および軸部１３の他端に一体に形成されるカム部１５を有する。図８Ａは、カム部１５の回転軸線Ｌ１から半径方向に最小距離Ｌｍｉｎの位置でカム面１５ａに移動部材１１が当接している状態を示し、図８Ｂは、歯車部１４が１８０°回転してカム部１５の回転軸線Ｌ１から半径方向に最大距離Ｌｍａｘの位置でカム面１５ａによって圧縮ばね１２が最大圧縮されている状態を示す。
【００４０】
図９は、カム歯車１０の回転角度とモータＭの負荷トルクとの関係を示すグラフである。駆動手段７において、圧縮ばね１２とカム歯車１０とを用いることによって、カム部１５のカム面１５ａに移動部材１１のカム孔１１ａが常に点接触または線接触し、理論的には、モータＭの出力軸の負荷トルクは、サインカーブのシフト曲線となる。カム部１５のカム面１５ａが最小距離から最大距離になったとき、圧縮ばね１２の反発弾性力による移動部材１１に対する移動方向Ａ１への反発弾性力が最大となり、その負荷によって、負荷トルクも最大となる。そして、カム面１５ａの作用点が最大距離から最小距離に向かうときは、圧縮ばね１２のばね力が低下し、負荷トルクも下がる。カム面１５ａの作用点が最小距離となったとき、ばね力も最小となり、負荷トルクも最小となる。
【００４１】
カム歯車１０を用いてカム部１５を回転させることによって、カム部１５のカム面１５ａに当接している移動部材１１の移動量は、サインカーブで示される曲線の振幅に対応する移動量である。圧縮ばね１２の反発弾性力は、圧縮量に対して直線関係（または比例関係）であることから、トルク負荷曲線はサインカーブの曲線となる。また、図８Ａに示す移動部材１１の移動量は、カム面１５ａの回転軸線Ｌ１から半径方向に最大となる位置までの最大距離Ｌｍａｘから、回転軸線Ｌ１から半径方向に最小となる位置までの最小距離Ｌｍｉｎを引いた差分の値（＝Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）が、設計上の移動部材１１の上下の移動方向Ａ１，Ａ２への移動距離となる。加えて、この負荷トルク曲線の負荷トルクの変化である負荷変動を用いることによって、モータＭの動作制御を行うことができる。負荷トルクが上昇するときは、圧縮ばね１２を圧縮した状態でモータＭの消費電流も上昇し、負荷トルクが下がっているときは、戻り動作でモータＭの消費電流が少なくなる。そして、このモータＭの電流変化を負荷トルク検知手段が検知することによって、制御手段は検知された電流変化に基づいてモータＭの回転動作を制御する。負荷トルク検知手段は、例えばモータＭに駆動電力を供給する電源電力線などに設けられる検流器によって実現されてもよい。
【００４２】
さらに、モータは、負荷によって電流変化の生じやすいＤＣモータが好ましく、最大負荷トルクの３倍前後でも動作するＤＣモータが好ましい。また、モータＭの回転数に対するカム歯車１０の減速比は、モータ電流変化が検知できる減速比およびトルクを得ることができるように適宜に選定すればよい。減速比が大きい形態での歯車配列や負荷トルクの高いモータを使用した場合は負荷変動による電流変化が小さくなるため、間欠動作の制御が難しくなる。
【００４３】
モータＭの停止は、モータＭの消費電流が下がっていることを検知するか、または上昇開始を検知することによって、この検知信号に応答して停止させることができる。好ましくは、電流値が下がっていることを検知して停止させることが望ましいが、間欠動作時は、モータ起動時の電流が最も高いため、電流値が低下し、電流値が上昇したことを検知して、停止させることが好ましい。このような制御手段によるモータＭの制御によって、手のひらや物体等の対象物の検知したときの動作を、間欠動作または連続動作するように、モータＭの制御を行うことができる。制御手段としては、例えば特定用途向けＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；ＡＳＩＣ)によって実現されてもよい。
【００４４】
また、検知し易くするために負荷トルクの差をカム歯車１０の減速比、圧縮ばね１２のばね力、当接部材同士の摩擦係数などで大きくすることができるが、モータＭの性能と合わせ、負荷トルクに影響を与える各因子を想定して決定することが好ましい。さらに、図９の負荷トルク曲線は、カム面１５ａの形状を変えることで曲線形状、したがってシフト量を変化させることが可能であり、検知に応じてカム形状を決定することが好ましい。さらに、液体の噴出は、ピストンの移動、すなわち移動部材１１の移動速度に依存するため、ピストン２６（図１０Ａ、図１０Ｂを参照）の移動速度は、カム歯車１０の回転数を必要な回転数に設定することによって、噴出に必要な移動速度とすることができる。
【００４５】
本実施形態の液体噴出装置１は、上記の原理に基づき実現した装置であり、本装置には往復動のポンプを用い、ポンプにて吸引した液体を圧縮して噴出させることができる。本装置に用いるポンプユニット２０の構成例を、図１０Ａ〜図１０Ｅに示す。
【００４６】
図１０Ａは、液体吸引状態のポンプユニット２０を示す断面図の例である。図１０Ｂは、液体押出し中のポンプユニット２０の断面図である。図１０Ｃは、ポンプ部２０aを示す断面図である。図１０Ｄは、シリンダ２１に内包されるピストン部２２を示す断面図である。図１０Ｅは、ノズル部２３を示す断面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるポンプユニット２０は、図１０Ｄに示されるピストン部２２を内包するポンプ部２０aと、図１０Ｅに示されるノズル部２３とによって構成される。
【００４７】
ポンプユニット２０内には、２つの第１弁Ｖ１および第２弁Ｖ２と、２つの圧縮ばね２４，２５とが設けられる。そして、図１０Ｄに示されるピストン２６を含むピストン部２２が図１０Ｃに示されるシリンダ２１内を往復運動し、各々の弁Ｖ１，Ｖ２による弁孔の開閉によって、液体の吸引と液体の噴出とを行うことができる構成とされる。図１０Ｂは、図１０Ｄのピストン部２２によってシリンダ２１内の液体が加圧され、第１弁Ｖ１が閉じ、ピストン２６が最大移動して第２弁Ｖ２が開いた状態を示している。そして、圧縮ばね１２に準ずる圧縮ばね２４，２５のばね力によって、図１０Ｄに示すようにピストン部２２が押し上げられ、第２弁Ｖ２がピストン２６と接し、第２弁Ｖ２が閉じられ、ピストン２６の戻りによって、第１弁が開き液体が吸引される。
【００４８】
図１０Ｅは、ノズル接続パイプ２８と嵌合するノズル部２３を示す。ノズル部２３は、ノズル３と、ノズルホルダ２３ｂとを有する。ノズルホルダ２９（２３ｂ）は、一端にノズル３が装着される円筒状の筒部２３ｄとノズル３を支持するノズルホルダ２３ａ、筒部２３ｄの長手方向中間部から半径方向外方に突出し、ハウジング２の上壁部に下方から接触して支持される鍔部２３ｃとを有する。そして、このノズルホルダ２９（２３ｂ）には、液体を拡散するノズル３が圧入されている。液体の拡散を必要としない場合は、図示をしていないが、ノズルホルダ２９（２３ｂ）をノズル３等の拡散ノズルを使用しない形状、例えばノズルホルダ２９（２３ｂ）の一端が端板によって塞がれた形状とし、その端板にφ１.０ｍｍ以下のノズル孔３１を形成した構成に変更し、液体を柱状に噴出させてもよく、また、端板に複数のノズル孔３１を形成し、複数本（例えば、３〜７本）の液体を柱状に噴出させる構成であってもよい。さらに、ポンプユニット２０は、ピストン２６の移動量とピストン２６が接しているシリンダ内径とによって液体が吸引される構成である。
【００４９】
このように本実施形態の液体噴出装置１に用いるポンプユニット２０は、圧縮ばね１２に準ずる圧縮ばね２４を有し、カム面１５ａのシフト量に対応した所定の移動量を有し、移動した後は圧縮ばね２４の反発弾性力によって、所定の初期位置に戻る動作特性を有する構成である。
【００５０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、移動部材１１がカム歯車１０のカム部１５の回転によって直接的にポンプに加圧する動作を説明するための断面図である。図１１Ａに示すように、移動部材１１はポンプユニット２０のノズルホルダ２９（２３ｂ）の鍔部２３ｃと直接に接し、カム部１５の１８０°回転によって最下点まで加圧される。なお、ポンプユニット２０のポンプ部２０ａは支持フレーム４０に保持された状態の例である。
【００５１】
このように機械的に簡単な構成によってポンプユニット２０を実現し、図１１Ｂに示すように、噴出されるべき液体を加圧圧縮し、ノズル３のノズル孔３１から噴出させることができる。
【００５２】
上記のように液体噴出装置１は、往復運動からなるピストンポンプを用い、ノズル３のノズル孔３１からカム部１５の回転によってポンプユニット２０への圧力を調整することができる。そして、液体の噴出を液滴化し、かつ機械的に少ない部品点数で低コストで製作が可能である。この手段を用いて液滴を着弾させる手指などの対象物を検知センサ４により検知し、自動的に液体を噴出することができる。
【００５３】
図１２Ａは、歯車の側面に円形カム形状のカム歯車１０の構成を示す側面図である。図１２Ｂは、カム歯車１０を図１２Ａの右側から見た正面図である。カム歯車１０は、移動部材１１を直接的に直線移動させるように構成される。カム歯車１０は、前述したように、軸部１３、歯車部１４およびカム部１５を含んで構成され、カム面１５ａの形状は、側面視において円形の例である。移動部材１１を直接ポンプに接するように構成するため、歯車部１４に軸部１３を形成し、その外側にカム部１５を形成し、カム部１５を移動部材１１のカム孔１１ａに挿入できるように構成される。そして、カム部１５は、回転軸線Ｌ１からの最小距離をＬｍｉｎとし、回転軸線Ｌ１からの最大距離をＬｍａｘとすると、カム部１５の回転によるカム面１５ａの変動距離ΔＬは、Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎとなる。カム歯車１０は、樹脂成型で一体的に容易に成型でき、樹脂成形で製造することによって、部品コストの低減を図ることができる。
【００５４】
図１３Ａは、移動部材１１にカム歯車１０が装着された状態を示す断面図である。図１３Ｂは、カム歯車１０が装着された移動部材１１を図１３Ａの右側から見た側面図である。移動部材１１のカム孔１１ａには、カム歯車１０のカム部１５が挿入される。移動部材１１のカム孔１１ａの高さ方向（図１３Ａ，図１３Ｂでは、上下方向）の寸法Ｈは、カム部１５の最大距離Ｌｍａｘ＋最小距離Ｌｍｉｎの長さ以上であり、カム孔１１ａの幅Ｗは、カム部１５の回転半径の２倍以上の長さとすることが好ましい。これは直接、移動部材１１によってポンプユニット２０を加圧するため、上下運動のみを必要とし、カム部１５の回転による横への負荷をなくすことが必要であり、幅Ｗはカム部１５の回転半径の２倍以上とし、移動部材１１のカム孔１１ａの両側に位置する側部と接触させないようにすることが好ましい。
【００５５】
そして、移動部材１１は、その両側で上下の延びる一対のガイド部材１９ａ，１９ｂによって移動方向Ａ１，Ａ２に案内され、カム部１５の回転によって上下に移動することができる。各ガイド部材１９ａ，１９ｂは、例えばハウジング２が樹脂成型物である場合、ハウジング２内に該ハウジング２と一体成形されてもよい。また、移動部材１１の上部の孔１１ｂにポンプユニット２０のノズル部２３を挿入し、移動部材１１の底面にノズル部２３の鍔部２３ｃが接するように構成することで、カムの回転によって設定したポンプの移動を行うことができる。
【００５６】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の他の実施形態の吸引時および圧縮時におけるそれぞれの液体噴射装置１ａを示す一部の拡大断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の液体噴射装置１ａは、間接的な加圧方式で移動部材１１をカム部１５のリンク部材として用いる構成である。図１４Ａに示すように、圧縮ばねを内蔵したポンプユニット２０の上部に、ポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）を加圧するポンプ加圧部材３０が設けられ、ポンプ加圧部材３０を作動させる移動部材１１と、移動部材１１の内面にカム歯車１０のカム部１５が挿入されており、カム部１５のカム面１５ａの回転軸線Ｌ１から最小距離の位置で、カム部１５とポンプユニット２０の圧縮ばね２４の反力によって、ポンプ加圧部材３０を介して移動部材１１に接触した状態で、ポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）を押圧する構成であり、図１４Ａはポンプ圧縮前の状態を示す。
【００５７】
図１４Ａの状態から図１４Ｂに示すように、カム歯車１０を１８０°回転させ、カム部１５のカム面１５ａの回転軸線Ｌ１から最大距離の位置で、カム部１５と移動部材１１が当接した状態となり、ポンプ加圧部材３０を介してポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）を最大圧縮した状態まで押し下げることができる。
【００５８】
図１５Ａは、カム歯車１０の側面図である。図１５Ｂは、カム歯車１０を図１５Ａの右側から見た正面図である。カム歯車１０の側面には、厚みを有するカム部１５が一体的に設けられており、そのカム面１５ａの形状は、円筒形の例であり、この円筒形の中心軸線は回転軸線Ｌ１から偏心している。
【００５９】
図１６Ａは、カム歯車１０、移動部材１１およびポンプ加圧部材３０の構成を示す断面図である。図１６Ｂは、カム歯車１０、移動部材１１およびポンプ加圧部材３０を図１６Ａの右側から見た正面図である。図１６Ａに示される状態では、ポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）を間接的に加圧するために、カム歯車１０のカム部１５の回転で、移動部材１１によってポンプ加圧部材３０に圧力を作用させる。移動部材１１は図１６Ａおよび図１６Ｂに示されように、移動部材１１のカム孔１１ａには、カム歯車１０のカム部１５が挿入され、カム部１５のカム面１５ａの回転軸線Ｌ１から最大距離の位置で、移動部材１１の下面に当接した状態で、カム部１５による最大変動距離が得られるように構成される。図１６Ｂに示されているように、移動部材１１のカム孔１１ａ内でカム部１５のカム面１５ａとの最大間隙距離Ｌ１１がカム部１５による変動距離Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎよりも大きく形成された場合は、カム部１５の作用がポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）への加圧のみの作用となる。
【００６０】
ポンプ加圧部材３０にポンプユニット２０内の反発弾性力が作用することで、カム部１５と移動部材１１とが当接し、カム部１５の回転によってポンプ加圧部材３０がポンプ（図１０Ｄ＋図１０Ｅ）を加圧し、ポンプユニット２０内の液体を圧縮して、液体がノズル部２３のノズル３のノズル孔３１から噴出され、カム部１５のカム面１５ａの回転軸線Ｌ１からの最大距離の位置から最小距離の位置に戻るときは、ポンプユニット２０内の圧縮ばね２４，２５の反発弾性力によってピストン２６を上方向Ａ１に移動させ、液体を吸引して所定の位置に戻るように構成される。圧縮ばね２４，２５の作用が無い場合は、所定の位置に戻らず、噴出動作をしない構成でもある。このように最大間隙距離Ｌ１１の間隙を有する構成は、図１３Ａおよび図１３Ｂの移動部材１１にも適用される構成でもある。
【００６１】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂの移動部材１１は、ポンプ加圧部材３０と揺動するように嵌合された構成とし、カム部１５の回転によって移動部材１１が上下方向Ａ１，Ａ２および左右方向Ｂ１，Ｂ２にも移動し、加圧方向における加圧領域で移動部材１１を左右方向Ｂ１，Ｂ２に規制せず、揺動を許容し得る状態で上下に移動させることが好ましい。左右方向Ｂ１，Ｂ２の規制が必要な場合は、加圧または圧縮方向となる下方向Ａ２での規制よりも吸引方向である戻り方向Ａ１で規制することが好ましい。
【００６２】
さらに、左右方向Ｂ１，Ｂ２に揺動し、上下方向Ａ１，Ａ２に移動する移動部材１１のカム孔１１ａは、カム部１５と当接して上下移動するため円形の形状が好ましい。また、左右方向Ｂ１，Ｂ２への揺動するように構成することはモータ起動時の負荷トルクを軽減するのに好ましい構成であり、起動時の一方向への力が分散されモータ起動時の負荷が軽減される構成でもある。
【００６３】
図１７Ａは、本発明のさらに他の実施形態の液体噴出装置に備えられる駆動手段７ｂの構成を示す一部の断面図である。図１７Ｂは、駆動手段７ｂを図１７Ａの右側から見た正面図である。なお、前述の各実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。移動部材１１のカム孔１１ａは、カム部１５のカム面１５ａと略同じ形状に構成され、カム部１５の回転によって移動部材１１はポンプ加圧部材３０の嵌合部を支点に揺動して、上下方向Ａ１，Ａ２に移動するように構成されている。このような構成では、圧縮ばね２４，２５の有無に関係なく、ポンプ加圧部材３０をカム部１５の回転によって移動部材１１を上下方向Ａ１，Ａ２に移動させることができ、ポンプ加圧部材３０を上下方向Ａ１，Ａ２に移動させる構成にもできる。また、圧縮ばね２４，２５を用いない場合の負荷変動の形成は、ポンプのピストン部を限界点まで押し下げての負荷の形成、又は、移動する部材に反発弾性機能を持たせ、カムによる最下点に達したときに弾性機能部を変形させて負荷変動を形成することが容易に達成させできる。
【００６４】
そして、ポンプ加圧部材３０への圧縮ばね２４，２５による反発弾性力が付与される構成においては、図１６Ａおよび図１６Ｂと同じく、トルク変動検知による１回転１噴出の間欠運転、および手のひらなどの物体検知での検知した時間に応じた連続噴出運転が可能である。
【００６５】
さらに、ポンプ加圧部材３０にポンプユニットの可動部であるピストン部２２（図１０Ｄ）とピストン部２２に嵌合圧入されたノズル部２３（図１０Ｅ）でポンプユニットの本体を装置に固定することで、ポンプ可動部のノズル部２３をポンプ加圧部材に固定させ、圧縮ばね２５，２４等のばねを必要としない液体噴出装置を提供することもできる。なお、反発弾性力が無いことでトルク変動が小さい場合は一般的なモータの回転数を安定させる定電圧制御もしくは定電流制御にて制御を行い駆動時間で制御することが好ましい。
【００６６】
次ぎに液体噴出装置の駆動手段７を図１８に示す。駆動手段７は、例えばＤＣモータであるモータＭの出力軸Ｍ１に同軸に嵌合させたモータ歯車Ｇ１と、２段歯車の第１アイドル歯車Ｇ２と、２段歯車の第２アイドル歯車Ｇ３と、カム歯車１０の歯車部１４とを含んで構成される。これらのモータ歯車Ｇ１、第１アイドル歯車Ｇ２、第２アイドル歯車Ｇ３および歯車部１４は、モータＭでの負荷トルクのトルク変動を検知し易くするための減速比で、かつ、必要最小の歯数で構成されている。モータＭは、モータＭの許容負荷トルク内で駆動できるように構成されている。第１アイドル歯車Ｇ２と第２アイドル歯車Ｇ３とは、合成樹脂によって一体成形された２段歯車によって実現されてもよい。
【００６７】
モータＭでの負荷変動を小さくすることが考えられるが、本装置においては、周期的な負荷変動をモータＭの駆動制御に取り入れた制御回路、例えば特定用途向けＩＣ（Application Specific Integrated Circuit；ＡＳＩＣ）を用いている。これにより部品点数の低減と低コスト化が図られている。
【００６８】
つまり、周期的な負荷変動によりモータ電流またはモータ電圧の変動を検知し易くなり，センサ無しの電流変化の検知または電圧変化の検知のよる負荷電流または負荷電圧に基づいてモータＭへの印加電流または印加電圧を制御し、モータＭの出力トルクを制御することができる。さらに本装置は、一方向のモータ回転方式でＤＣブラシモータを制御できる。なお、この方式での負荷トルクを確認した結果、カム部１５の軸部１３から最小距離での負荷時は、０.０５ｃＮ・ｍ前後であり、最大負荷が０.４０〜０.４５ｃＮ・ｍであり、８倍前後の変化が生じていることによって、容易にその電流変化や電圧変化を検知ができ、間欠的な液体の噴出と、連続的な噴出とを、モータＭの制御によって容易に実現することができる。また、この手段によって乾電池などの電池使用で電圧低下によるモータ回転数の低下が生じても、ほぼ所定のカム位置で停止させることができ、安定した間欠の液体噴出、設定された回数の噴出を行うことができる。さらに安定した制御を行うために電池電圧の低下を考慮し、初期の電池電圧よりも低い電圧で定電圧制御を行うことがより好ましく、モータＭの回転数を安定させるとともに、低い電圧で制御することで電池寿命を長くすることができる。
【００６９】
さらに、本実施形態の液体噴出装置は、往復動ポンプであるポンプユニット２０を用いた構成であり、液体の噴出においては、ピストン部２２の移動速度（ストローク速度）が重要な因子となる。液体を液滴状に噴出させるためのピストン部２２のピストン２６の移動速度としては、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上が好ましく、この噴出させるときのピストン２６の移動速度の支配的な因子は、カム部１５の回転数およびカム面１５ａの変動距離（すなわつシフト量）および負荷トルク（加圧力）である。
【００７０】
次に、本実施形態の液体噴出装置に設けられる液体容器Ｔと装置全体の構成例を図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃ，図２０に示す。図１９Ａは、ポンプユニット２０が支持フレーム４０内に圧入されて固定された本体部４３を示す断面図である。図１９Ｂは、液体容器Ｔの蓋体４８が外された状態を示す断面図である。図１９Ｃは、ハウジング２の下カバー２ｂを示す断面図である。図１９Ｂに示す液体が入った液体容器Ｔを下から本体部４３に着脱可能に装着できるように構成される。液体容器Ｔの容器本体４６を本体部４３に装着した後、下カバー２ｂを支持フレーム４０に装着することによって、図２０に示されるように、液体噴出装置が組み立てられた状態となる。
【００７１】
このような構成によって、液体の入っている液体容器Ｔを容易にポンプユニット２０に着脱することができ、利便性に優れた液体噴出装置を実現している。液体容器Ｔは、有底筒状の容器本体４６と、容器本体４６の開口部のねじ部４５に螺合するねじ部４７が形成された蓋体４８とを有する。このような液体容器Ｔは、耐薬品性および耐衝撃性に優れた、例えばポリエチレン樹脂（PE）、ポリプロピレン樹脂（PP）、ポリエチレンテレフタレート（PET）などの射出成型物によって実現されてもよい。
【００７２】
さらに、ポンプユニット２０と液体容器Ｔとが一体化された液体カートリッジＴ１としている構成例が図２１に示される。図２１に示すようにボトルキャップ兼ポンプホルダー５０にポンプ部２０ａがポンプホルダー５０に圧入され、後にノズル部２３がポンプユニットのノズル接続パイプ２８に圧入されて液体カートリッジT１の蓋を兼ねている構成である。  このように構成した液体カートリッジＴ１は、図２２Ａおよび図２２Ｂに示されるように、本体部４３に着脱可能に装着できるように構成され、図２２Ｃの下カバーを取付ける構成であり、図２２Ｂには着脱可能な液体カートリッジＴ１の構成例を示している。
【００７３】
このような液体噴出装置１ｂは、液体容器Ｔまたは液体カートリッジＴ１の液体が無くなった場合に、簡単に交換が可能であり、手を濡らすこと無く容易に交換することができる。また、装着口が同一の構成とすることによって、液体を収納する容器本体４６の大きさを容量に応じて自在に変更することもでき、使用者の操作性および利便性が高い液体噴出装置を提供することができる。また、駆動手段７は小型化されており、取扱も簡単で、装置を逆さまにしてもポンプユニット２０によって密閉されているため、輸送における液漏れを心配することもない。
【００７４】
さらに本装置に使用するモータは、安価なモータであるブラシＤＣモータを使用可能であり、装置への電源供給手段として、ハウジング２には、電池ホルダ、ＵＳＢケーブルのプラグのソケット、またはＡＤアダプタのプラグのソケットが設けられることによって、電池やＵＳＢケーブルによる給電、さらにはＡＣアダプタによって給電することが可能である。電池を用いる場合には、電池の寿命がモータＭを駆動するときの突入電流によって消費電流が多くなり、電池の寿命が短くなるため、この点を考慮して、モータＭの給電を、例えばパルス幅変調制御（Pulse Width Modulation；ＰＷＭ）および周波数可変変調制御（Variable Frequency Modulation；ＶＦＭ）等のスイッチング制御、もしくは初期の電池電圧よりも低い電圧での定電圧制御によって行い、起動時の電流を抑えた制御とすることができる。このように構成することによって、噴出に必要な最適回転数の駆動制御を実現することができるとともに、電池の寿命を延ばし、省エネルギ化を図ることができる。
【００７５】
図２４は、カム歯車１０のカム部１５の回転角度とモータＭの負荷トルクとの関係を示す。図２４に示すように円形カムの形状でカム部１５による変動量が５ｍｍ、ポンプユニット２０のばね圧は初期荷重が約１.４ｋｇで圧縮最大荷重が約２.２kgの物を用いてモータＭの出力軸の負荷トルクを測定した結果、カム部１５の回転軸から最小距離の位置のポンプにポンプ加圧部材３０で加圧する前の負荷トルクは０.０５ｃＮ・ｍであり、カム部１５の回転軸から最大の位置でポンプ部２２ａへの最大荷重では０.４５ｃＮ・ｍでその曲線カーブは円形カムに準ずるサインカーブ状の曲線となっている。このことより十分負荷変動を得ることが確認できた。
【００７６】
次に、この装置を用いてモータＭの消費電量について測定した結果を図２５に示す。図２５に示すようにモータ消費電流も同じくサインカーブ状に電流変化を示しており制御可能なレベルとなっている。なお、モータＭへの印加電圧は２.７Ｖを印加し、カム歯車１０の回転数が約３６０ｒｐｍで確認した結果の例である。
【００７７】
以上のように、カム構成とばねによって周期的負荷トルク変動を形成でき、負荷トルクからモータ電流の電流変化が形成できる。なお、ばね圧については電流変化を検知できるばね圧であればよく、適宜にばね圧を選定すればよい。
【００７８】
さらに、本装置の液体の噴出レベルについて評価した結果を、以下の表１に示す。
【００７９】
【表１】
0006941898.tif 000002
【００８０】
上記の表１において、液体の噴出レベルはノズル３から液滴化された液体が１０ｃｍ以上噴出するものを「ＯＫ」としてある。また符号「×」は噴出されるが勢いがない状態であり、符号「△」は液体が噴出されるが液滴状でないレベルである。また、表１に示すように、カム部１５の回転によるピストン部２２へのポンプ加圧部材３０によるポンプ押し圧速度が５ｍｍ／ｓｅｃ前後以下では、液体の噴出に勢いが無く噴出装置としては不十分であり、７．５ｍｍ／ｓｅｃでは、液体の噴出に勢いが増すが噴出装置としては十分とは言えないレベルである。液体噴出装置として、１０ｍｍ／ｓｅｃ前後以上が液体噴出装置として液体の噴出およびノズル３による拡散された噴出となっている。速度が速くなるほどノズル３による拡散された液体の噴出となっている。
【００８１】
以上の結果を踏まえてカム部１５を用い、ポンプユニット２０の押し速度によるピストンストローク速度は、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上が好ましく、０．５ｓｅｃ以内で噴出されるのが好ましい。
【００８２】
表２に、モータＭの印加電圧を変化させて、液体として常温の水道水を用いて液体噴出量を確認したときの測定結果を示す。
【００８３】
【表２】
0006941898.tif 000003
【００８４】
上記の表２に示すように、モータ電圧がＤＣ＋１.２Ｖ〜＋３Ｖの電圧範囲では、液体の噴出量は、ほぼ同じ噴出量であり、モータ印加電圧によるカム部１５のカム回転数に依存すること無く、ピストン２６の移動距離が同じであれば液体が安定して噴出されることが確認された。なお、略水平な基台、机等の設置面に設置状態で上向きにノズル３が臨んで液体を噴出する液体噴出装置においては、液体の噴出で手のひらから液体が垂れない量を、液体の拡散径を６ｃｍで手のひらの凹凸が５０μｍとして計算すると、３２×π×０．００５＝０．１４１（ｃｍ３）であり、これ以下の噴出量であれば、手のひらの凹み部に液体が入り込み、手のひらからの液体の落下（すなわち液垂れ）は無いことになり、液体の表面張力や他の因子も考慮すると、２〜４倍程度でも手のひらからの液垂れは生じない状態と言える。
【００８５】
表３に、カム部１５の回転数によるポンプユニット２０の押圧速度と液体の拡散径とについて、測定した結果を示す。
【００８６】
【表３】
0006941898.tif 000004
【００８７】
上記の表３は、ノズル３から１０ｃｍの高さ位置に紙を配設し、液体（水）を噴出させ、そのときの紙が濡れた平均径と平均径から算出した面積とを示している。表３に示すようにポンプユニット２０の押し圧速度が速くなると拡散径が大きくなる。これは押し圧速度、つまりポンプユニット２０のピストン部２２の速度が速くなることで液流が速くなり、拡散ノズルであるノズル３からの液体が液滴になりやすくなったために拡散径が広くなったと推察される。そして、拡散径は必要に応じて拡散ノズルの形状およびノズル径、そして、ポンプ速度（カム回転数）を適宜に設定すれば良い。また、エタノール消毒液などを用いて手指を消毒する場合は呼気の問題もあり、手のひらの面積以上の拡散は好ましくなく、手のひらよりも狭い拡散径で粗い液滴の付着が好ましい。本装置では６ｃｍ前後としている。
【００８８】
本発明の液体噴出装置は、次の態様（１）〜（８）が実施可能である。
【００８９】
（１）往復動ポンプ構造のポンプユニットを有し、上方へ液体を噴出する液体噴出装置において、駆動手段によって駆動され駆動手段の最終段の歯車の側面に歯車の回転軸線からの距離が一定でないカム面を有するカム部が設けられ、このカム面は歯車の歯底円外径よりも小さく構成され、このカム部が挿入される移動部材を有し、歯車の一方向の回転とともに歯車の側面のカム部が回転し、カム面と接している移動部材を動作させて、少なくともポンプ部への圧力を直接または間接的に付与するように構成し、液体を噴出させる。
【００９０】
（２）液体噴出装置において、カム歯車は、歯車部の一側面に一体的に形成されたカム部を有するカム歯車であり、カム部が挿入される環状の移動部材のカム孔の内面がカム面と略同形状、または、カム部の回転軸線からの最大距離と最小距離とを加算した値の距離をあけて離間した間隙を有してカム部が挿入可能に構成される移動部材が用いられる。この移動部材は、直接または間接的にポンプと接続され、歯車部の回転に伴い、カム部は最小距離（最小半径）から最大距離（最大半径）へ回転し、移動部材をポンプユニットの加圧方向に移動させ、ポンプユニットからの液体の噴出動作が行われるように構成し、最大距離（最大半径）から最小距離にカム部の回転移動によって、液体の吸引動作になるように構成される。
【００９１】
（３）液体噴出装置において、カム歯車は、歯車部の一側面に一体的に形成されたカム部を有するカム歯車であり、カム部が挿入される環状の移動部材のカム孔の内面がカム面と略同形状、または、カム部の回転軸線からの最大距離と最小距離とを加算した値の距離をあけて離間した間隙を有してカム部が挿入可能な移動部材が用いられる。この移動部材は、直接または間接的にポンプユニットと接続され、移動部材には直接または間接的に反発弾性力が付与され、移動部材の運動によってポンプ動作が行われ、歯車部の側面に設けてあるカム部のカム面に移動部材の内面が接するように構成される。歯車部の回転によって、カム部は最小距離（最小半径）から最大距離（最大半径）へ回転移動し、カム部と反発弾性力によって接している移動部材をばねの加圧による圧縮方向に移動させ、ポンプユニットからの液体の噴出動作が行われる。カム部が最大距離（最大半径）から最小距離に移動するときは、圧縮ばね２４，２５のばね力と移動部材の移動とによる押圧力とによって、液体の吸引動作となるように構成される。
【００９２】
（４）液体噴出装置において、少なくとも液体を噴出させる内部に圧縮ばね２４，２５を有するポンプユニット、一方向に回転する駆動手段であるモータＭ、最終段の歯車側面に一体的に設けたカム部、カム部が挿入される移動部材を有する。カム部と移動部材とは、ポンプユニットのばねのばね力によって、カム部の外周面と移動部材の内面が当接するように構成される。移動部材は、直接または間接的にポンプユニットのポンプ部の先端に設けたノズル部に嵌合するように構成される。移動部材は、カム部の回転軸から最小距離の位置で当接している位置から、カム部の回転軸から最大距離に移動する当接移動領域では、ノズル部に直接または間接的に嵌合し、ポンプユニットを加圧する領域であり、最大距離から最小距離への移動領域では、加圧された圧力が減圧される領域となるように構成される。
【００９３】
ポンプユニットは、第1弁および第２弁と１つ以上のばねとを有し、ポンプユニットと嵌合または接した加圧部材または加圧部がノズル部に圧力を付与し、ばねを圧縮して所定の距離を移動させて液体を噴出させ、圧縮後は圧縮されたばねのばね力によって、ピストンでの液体の吸引力を生じさせ、第１弁を開き、第２弁を閉じて、液体をポンプユニット内に吸引する。吸引動作が終了したときは、第1弁、第２弁が閉じた状態となり、所定位置に戻る構成の往復動ポンプを構成するポンプユニットである。このように構成されたポンプユニットを用い、ポンプユニットのばねのばね力によって、最終段の歯車の側面に設けたカム部と、カム部が挿入される移動部材とを当接させ、移動部材を直接または間接的にポンプユニットと嵌合または接触させ、ポンプユニットのノズル部を介して、カム部の最小距離から最大距離への回転移動領域でポンプに圧力を付与し、圧縮方向にポンプを移動させ、ノズル部からの液体の噴出、最大距離から最小距離へのカム部の回転移動と、ポンプユニット内で圧縮されたばねのばね力とによって、ポンプによる液体の吸引とポンプを圧力付与前の位置に戻すように構成し、一方向の歯車の回転によって、ポンプを往復運動させて、液体の噴出と液体の吸引とができるように構成される。
【００９４】
（５）液体噴出装置は、物体または手指を検知する検知手段、時間を計測するタイマー手段の少なくともいずれか一方の手段を有し、駆動源であるモータ、液体を収容する液体容器、本装置を制御する制御基板、本装置を動作させる電圧供給手段を少なくとも有する。動作信号によって、一方向にモータが回転駆動されて液体が噴出され、液体噴出時の負荷と液体吸引時のモータの負荷との負荷変動を電気的に検知して、モータを停止させる手段、設定した所定時間でモータを停止させる手段、物体や手指を検知している検知手段の検知信号が受信されていないことを判断してモータを停止させる手段、の少なくとも１つ以上のモータ停止手段を用いて、モータを停止させる。
【００９５】
（６）液体噴出装置は、物体または手指を検知手段によって検知し、液体を噴出する液体噴出装置またはタイマー動作により所定の間隔で液体を自動的に噴出する噴出装置である。この液体噴出装置の液体を収納する容器は、本体に着脱可能に構成された液体容器または液体容器に、ポンプユニットのポンプ部に連結されるノズル部２３とを設けて一体化された構造の液体カートリッジを有し、本体に装着した後に該本体に設けてある駆動手段と制御基板とによって動作させ、ノズル部２３から液体を噴出させる。
【００９６】
（７）液体噴出装置において、ポンプユニットまたはポンプユニット内のピストンの液体圧縮速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度にて液体を噴出させる。
【００９７】
（８）液体噴出装置において、本装置に用いるモータＭは、ブラシＤＣモータであり、本装置への電圧供給手段が、電池、ＵＳＢケーブルおよびＡＣアダプタのうちの少なくとも１つ以上の電圧供給手段を有し、少なくとも電池でモータを駆動するときは、モータをスイッチング制御、もしくは初期の電池電圧よりも低い電圧で駆動させ、電池の消費電力を抑える。
【００９８】
上記の態様（１）〜（８）によれば、次の効果を奏する。
【００９９】
本実施形態の小型自動液体噴出装置は、駆動手段（モータ）の回転方向が１方向に回転する機構で最終段の歯車の側面にカム部を一体的に形成し、移動部材にカム部を内包するように構成し、カム部の回転運動によりポンプユニットを簡単な構成で往復運動させることができる構成とされる。ポンプユニット内に圧縮ばね２４，２５を設け、液体噴出させるポンプユニットへの圧縮荷重時の負荷トルクとポンプユニットの液体吸引時の非圧縮時へと変化するときの負荷トルクとの間に負荷トルク差を生じさせる。モータ駆動電流に検知可能な電流変化を生じさせてモータ制御を行い、間欠液体噴出および連続液体噴出ができることを可能とする。さらには往復運動に必要なポンプユニットの移動量をカム部の軸部からの最大距離Ｌｍａｘと最小距離Ｌｍｉｎとの差で設定することによって、安定した噴出量を得ることができる。このようにポンプ動作を行う負荷で負荷トルク変動を有するように構成し、電流変化で制御するように構成することで部品点数を削減し、装置を小型化することができ、低コストで液体噴出装置を提供することができる。さらに歯車とカム部とを一体構造とする方法としては、樹脂成形で容易に作製することができる。
【０１００】
また、モータの回転速度を変更することによって、ポンプユニットの圧縮速度を変更することができるため、液体の流速による噴出レベルを変えることも可能である。また、圧縮速度および拡散ノズルを適正化することで、拡散領域を抑えることができ、かつ、噴出液を液滴化して手指などに付着させ、あるいは手指を濡らし、呼気に曝されない状態を作ることができ、新型コロナウィルスの感染防止に使用される高濃度のアルコール使用における消毒液や除菌液、殺菌液を使用した場合に、手のひらを適度に濡らすことができ、アルコール液によるウィルスを不活化させる手指の殺菌消毒用の液体噴出装置として好適に使用することができる。
【０１０１】
アルコールなどの揮発性の高い液体を用いた高圧方式および超音波方式では、液体が微細化され易く、気化が早いため、手のひらなどを濡らすことには不向きであり、さらには手のひらなどをかざした場合は、微細粒子となっているため手のひらに当たり、周辺に流れやすく、吸引し易くなり健康上問題があるのに対し、本装置は液滴で粒子が粗く周辺へ流れ難く拡散領域をポンプ圧縮速度やノズル形状で設定ができる。
【０１０２】
さらに本装置では、液体は容器に常圧で封止されているため、温度の上昇によって爆発をすることもなく、安全に使用することができる。
【０１０３】
さらに、小型の往復動のポンプユニットを使用することで１回の噴出量を手のひらから液が垂れ落ちない量とすることができ、周辺を汚染させることの無い装置とすることができる。
【０１０４】
そして、本体と液体容器が着脱可能であり、さらには本体を駆動ヘッドとし液体容器とポンプユニットを一体化した液体カートリッジとして構成することで簡単に交換ができ、必要に応じて液体カートリッジの容量は選択できることが可能で液体カートリッジのボトルを大きくすることで業務用の大容量の噴出装置としても使用ができ、利便性の高い装置である。
【０１０５】
以上にように本発明によれば、機構的な構成で小型化ができ、ポンプユニットを動作させる駆動手段と制御部から成る本体とこの本体に着脱可能な液体カートリッジとに分割することで低コストで安全で利便性の高い液体噴出装置を提供することができる。そして、小型化することで直流１.５Ｖ、３.０Ｖで駆動する小型のモータが使用でき、電池での駆動、ＵＳＢ給電での駆動ができ家庭内での使用、車内での使用、多目的施設での使用など多くの場所において不便無く使用することができる。
【０１０６】
また、新型コロナウィルスの感染予防として、高濃度のエタノール消毒、高濃度アルコール除菌が必須となっており、これらの薬液を使用することが可能であり、液体の噴出も粒子の粗い液滴を噴出することででき、センサ検知で非接触にて手指を濡らすことができるため、手指の消毒、除菌が可能で新型コロナウィルスやインフルエンザなどの感染予防に役立つ装置でもある。
【０１０７】
このように本発明に係る液体噴出装置は、駆動機構が簡単な構成で液体を噴出させることができ、かつ、液体容器または液体カートリッジを着脱が容易で容器の大きさを自由に変えることができ、汎用性の高い小型の噴出装置で低価格の装置として市場に提供することができる装置である。また、本装置は微細粒子での液体の噴出で無いことより手指を濡らすことが瞬時にでき、かつ、液垂れのない液で手指を濡らすことが可能である。また、この構成を用いて大型の液体噴出装置を製造することも可能な技術でもある。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１  液体噴出装置
２  ハウジング
２ａ  上カバー
２ｂ  下カバー
２ｃ  上壁
２ｄ  側壁
３  ノズル
４  検知センサ
５  電源スイッチ
６  ソケット
７  駆動手段
８  軸孔
９  歯車支持フレーム
１０  カム歯車
１１  移動部材
１１ａ  カム孔
１１ｂ  ノズル部挿入孔
１２  圧縮ばね
１３  軸部
１４  歯車部
１５  カム部
１５ａ  カム面
１９ａ，１９ｂ  ガイド部材
２０  ポンプユニット
２０ａ  ポンプ部
２１  シリンダ
２２  ピストン部
２３  ノズル部
２３ａ  ノズルホルダのノズル支持部
２３ｂ  ノズルホルダ
２３ｃ  鍔部
２３ｄ  筒部
２４，２５  圧縮ばね
２６  ピストン
２７  ケーシング部
２８  ノズル接続パイプ
２９  ノズルホルダ（２３ｂ）
３０  ポンプ加圧部材
３１  ノズル孔
３３  孔
３９  吸引パイプ
４０  支持フレーム
４１  吸引部
４２  吐出部
４３  本体部
４４，４５，４７  ねじ部
４６  容器本体
４８  蓋体
５０  液体カートリッジのキャップ兼ポンプホルダ
Ａ１，Ａ２  移動方向
Ｇ１  モータ歯車
Ｇ２  第１アイドル歯車
Ｇ３  第２アイドル歯車
Ｌ１  回転軸線
Ｍ  モータ
Ｍ１  出力軸
Ｔ  液体容器
Ｔ１  液体カートリッジ
Ｖ１  第１弁
Ｖ２  第２弁
【要約】
【課題】  部品点数を削減し、非接触で液だれを生じることなく、液体を安定して噴出することができる液体噴出装置を提供する。
【解決手段】  設置状態で上向きに液体を噴出するノズル孔３１と、液体を吸引する吸引部４１と、吸引部４１から吸引した液体を吐出する、ノズル孔３１に接続された吐出部４２とを有するポンプユニット２０と、カム部１５と、カム部１５が嵌まり込む移動部材１１とを有し、カム部１５の回転運動によって、移動部材１１を直線状の移動経路に沿って一方向Ａ１または他方向Ａ２へ移動させ、移動部材１１の一方向Ａ１への移動によってポンプユニット２０に液体を吸引させ、移動部材１１の他方向Ａ２への移動によって、吸引した液体を圧縮して吐出させる駆動手段７と、カム部１５の回転の負荷トルクを検知し、検知された負荷トルクに基づいてカム部１５の回転を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】      図１１Ａ【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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