JP2008517214A - 単純化した定量ポンプ - Google Patents
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Abstract
単純化した定量ポンプであり、かかるポンプは、第一面部部(11)を有する本体(1)、ボトルの首部に取付ける第一の手段、吸入弁(9)、両第一面部(11)ともに送液チャンバ(17)を画定する第二の面部(13)を具えるエラストマーヘッド部(5)、弁座(45)及び第一閉じ位置と第二開き位置との間を移動する移動部材を有する吐出弁(43)を具えている。移動部材はヘッド部(5)から延びて隔壁(45)を形成し、ヘッド部(5)と一体となっている。第一及び第二面部(11、13)間は相当に可動性があり、液体を送液することができる。移動部材が第一位置にあり、送液チャンバ内が減圧の際には、その減圧が弁座(45)を移送部材へと押し付ける力となる。
Description
この発明は単純化した定量ポンプであり、特には(a)第一の面部を有する本体、(b)ボトルの首部に取付ける第一の手段を有する取付け体、(c)汲上管を取付ける第二の手段、(d)吸入弁、(e)第一面部とともに送液チャンバを画定する、第一面部に対向した第二の面部を具え、手動により加えられた力によって弾性的に変形するような弾性特性を有する材料から製造され、かつ使用者の指により変形する外側作動面部を有するヘッド部、及び(f)送液チャンバの出口部に配設されており、弁座及び移動部材を具える吐出弁であって、移動部材は、閉じた吐出弁に対応し、移動部材が弁座と接触している第一位置と、開いた吐出弁に対応する第二位置との間を移動し、ヘッド部から延びて隔壁を形成し、かつヘッド部と一体となっており、第一面部及び第二面部は、その間を相対運動して、吸入弁と吐出弁との間の液体のポンプ動作を生じさせる吐出弁を具えるポンプに関する。
この明細書及び特許請求の範囲では、弾性特性を有する材料とは、この発明で要求を十分に満たす弾性変形を受けることができ、特にはボトルに収容されている液体の送液効果を生み出すことができる任意の材料であることは理解されよう。したがって、従来技術の弾性材料のみがその類の材料に含まれるわけではなく、例えば、こ適当な幾何学構造にすると、相当に弾性変形した後、その変形を引き起こしている外力が無くなると初期形状へと回復することが可能となる、ポリプロピレンなどの他のプラスチック材料も含まれる。
様々な用途に対して、定量ポンプの多様な実施例が知られている。定量ポンプは、使い捨ての液体容器にしばしば取付けられている。このことから、ポンプにかかる費用は、製品の総費用を上昇させるように影響してはならないので、相当に低く抑えなければならない。一方、液体を送液する技術的な機能とは別に、ポンプは特有の美的外観を具える必要がある場合が多く、ポンプの適切な作業と両立するような、幾何学的な制限をしばしば強いられている。このことから、費用の低減を可能とし、必要とされている美的外観への制限を最小限としたポンプであり、単純化した新しいポンプを開発することは常に必要とされてきた。
1974年6月28日に公開されている特許文献1には、上記種類の定量ポンプが記載されている。しかし、このポンプは、多数の欠点を有しており、特には良好な送液効果を得ることが困難となっている。
米国特許第3,820,689号明細書
この発明はこれらの欠点を克服することを目的としている。
この目的は上記種類の単純化した定量ポンプにおいて、移動部材が第一位置にあり、送液チャンバ内が減圧の際には、減圧は移動部材を弁座へと押し付ける力となることを特徴とするポンプにより達成される。
実際、この方法により送液効果を改善することができる。上記特許文献1に記載のポンプは、送液チャンバ内の圧力が減少したときに、これによってリザーバから液体が満たされ、次いで、弾性特性を有する材料から製造されるヘッド部の弾性力のみにより吐出弁が閉じられることとなるために、吐出弁が最適に閉じられていない。しかし、吐出弁の下流は外環境の大気圧であり、これによって差圧が吐出弁を閉じることに抗して働くことから、送液チャンバ内の圧力の減少により吐出弁を開く傾向がある。しかし、この発明に従うポンプでは、送液チャンバ内の減圧により移動部材が弁座に押し付けられるように、移動部材を配設している。このようにして、送液チャンバ内の減圧は、エラストマーヘッド部の弾性力が吐出弁を閉じ続けることを促進する、すなわち、弾性回復力及び送液チャンバ内の減圧により生ずる力は同一方向に作用することとなる。言い換えると、吐出弁の移動部材は二つの面を有し、一方の面(内面)は上流を向き、他方の面(外面)は下流を向く。このように、吐出弁が閉じているときには、移動部材は、送液チャンバ内の減圧に晒される上流を向いた面(内面)と、周囲の大気圧に晒される下流を向いた面(外面)を有している。そのため、差圧は、移動部材を上流方向に移動し、これを弁座を押し付ける傾向にある。このことは、吐出弁が閉じることを改善するので、空気が送液チャンバに入ることを防止し、ポンプによる送液効果を改善する。
一般に、移動部材となる隔壁は、平面状、円筒面形状、球状頂面形状、波状などあらゆる幾何学構造とすることができる。唯一の必須事項は、(送液チャンバ内の減圧と吐出弁の出口における大気圧の)差圧により生じる力が、隔壁を、隔壁の周囲を支えるフレームから基本的に構成される弁座に向かって押し付けることである。しかし、隔壁は平面又は円筒面であることが好ましい。具体的には、円筒面は、囲繞する表面の大半が円筒状であるポンプの組立体に良好には収容可能である。
この発明に従う好ましい実施形態は、隔壁が、一般に90°よりも小さく、更には45°よりも小さい、特定の比較的小さな角度にわたり延在する円筒面である場合に実現される。したがって、湾曲形状の隔壁は過度に硬質とならないので、屈曲により移動することができる。しかし、この発明に従う他の実施形態では、隔壁が360°にわたり延在する円筒面である、すなわち、第二面部を囲繞する円筒を形成する場合に実現される。このとき、吐出弁は、送液チャンバと、送液チャンバの全体を囲繞している輪状吐出導管とを連通する。このとき、弁座は、第二の円筒状の隔壁により形成され、第二隔壁が第一面部を囲繞するように本体に配設される。このように、(吐出弁の移動部材である)隔壁は、吐出弁が閉じているときに、(吐出弁のフレーム又は固定部材である)第二隔壁を支えている。送液チャンバ内に収容された液体に圧力が加えられたときには、円筒状の隔壁は完全に外向きに曲がり、液体を輪状吐出導管に流す。
第二面部は有利には、送液チャンバ外方に向かって凸状に湾曲しており、好ましくは球状頂面である。実際、この幾何学構造により、ヘッド部の表面が最小となるように、送液チャンバは最適化されている。更に、これは良好な弾性回復力を有しており、外側作動面部を元の幾何学構造へと戻し、送液チャンバ内で作り出された減圧に打ち勝つ。その代替案として、第二面部を平面状にすることも可能である。このとき、ヘッド部の外側作動面部はその周りの部分から突出していないので、例えばヘッド部で積み重ね可能なようにポンプを設計することができる。
第一面部には、好適には送液チャンバの内方に向かって凹状に湾曲している部分好ましくは球状部が設けられている。上記の場合と同様に、このような幾何学構造により、送液チャンバにおける面積に対する体積の比が最適化される。しかし、このような幾何学構造は、指により変形した際に第二面部において想定される形状に特に効果的に適合する。更に、湾曲部分と第二面部は、送液運動時に第二面部がたどるストロークの限度内で接触することが特に好ましい。このようにして、送液チャンバの残留量は最小限に抑えられので、ポンプの寸法が最適化される。同様に、湾曲部分が送液チャンバの内側に向かって凸状をなす外縁であることは特に有利である。この外縁は第二面部の支持体の役割を果たし、第二面部をより「円滑に」変形させ、第二面部の端縁部において、すなわち移動するヘッド部材とポンプの残りの部分に取付けられるヘッド部材とをする部分において、主要な変形の形成(そして、そのことによる主要な応力)を回避する。また、外縁は送液チャンバの残留量を更に減少させるような役割を果たしている。最終的には、第二面部が元の位置(伸び位置)に復元することを促す役割を更には果たしている。
弁座は、移動部材とともに丸い接触面を有することが好ましい。この幾何学構造は、送液チャンバとその外側の差圧により隔壁が変形し、この変形により隔壁とフレームとの間の支持面部の更なる増加を補助し、隔壁を閉じようとする力がより広い領域に分布するので、隔壁と弁座とのシールを改善する。同一の理由により、移動部材は有利には自由端に向かって徐々に薄くなる弁座を具えた接触部を有している。
この発明に従うポンプにおいて、ヘッド部は、第二面部に対応する外側作動面部と、隔壁を画定する吐出弁の移動部材との完全に機能の異なる二つの部材を有している。しかし、ヘッド部は一体ユニットであり、エラストマー材料から製造されるので、外側作動面部に厳密に配設されるべきヘッド部により送液の際に加えられる変形が、吐出弁の移動部材に影響を与えるように実際に延びており、それを閉じることに影響を与えている。そのため、ポンプは有利には第二面部に向かって延び、吐出弁の近位部分に配設されている少なくとも一本の柱状体を第一面部に有する。実際、このことにより、柱状体は停止部として機能し、柱状体によりヘッド部の変形が停止するので、吐出弁の移動部材を配設しているヘッド部には影響しない。送役される液体の通路が広くなるように、二本の柱状体を有利には具えている。その柱状体は、第二面部が伸び位置にあるときに、第二面部と接触するような高さにあることが好ましい。このようにして、外側作動面部の変形が発生した直後から、柱状体はその補助機能を果たし、外側作動面部の変形によっては、ヘッド部の、吐出弁の移動部材が位置している部分は全く変形しない。
この発明に従うポンプは、ボトルの首部に取付ける第一の手段、汲上管を取付ける第二の手段、及び吸入弁の座部を具える単一部である本体を有する。この解決策により、ポンプに使用される部品の数が最小限に抑えられる。
この発明に従う好適な他の実施形態は、ポンプが、本体とは別に、第一の取付け手段を具える取付け体を有しており、取付け体は、開き位置と閉じ位置との間を相対移動できるように本体に取付けられており、取付け体は、取付け体及び本体が閉じ位置にあるときに、第二面部が相対運動することを防止するような突起部を具えることにより実現される。実際、この変形例のポンプは従来のものよりも一つ多くの部を有しているが、このようにして、ポンプの取り扱い、運搬の際に、不注意なポンプ操作により、液体が漏れ出ることを防止するシール機構を設けることが可能となる。
突起部は好適には吸入弁を囲繞する管状軸である。また、突起部は吸入弁の通路を塞ぐので、容器に過度の圧力を加えること及び/又は上下逆に配設することによる液体の漏洩を防止する。このことは、取付け体と本体が閉じ位置にあるときに、突起部が第二面部を密閉することにより好適には達成される。
相対移動が相対運動よりも大きくなることが好ましい。このことにより、一方において、突起部が閉じ位置にあるときには第二面部と接触し、他方において、送液運動による第二面部の変形が制限されている場合を除き、ポンプが開き位置にあるときには突起部が第二面部と接触しないことを確実にしている。したがって、第二面部が舌部を含むことで、ポンプが閉じ位置にある場合に、送液運動する際に舌部が突起部に接触するリスクなしに、突起部によるシールが改善され得る。反対にそのリスクがある場合には、舌部は第二面部によりブロックされ、初期位置(伸び位置)に戻れなくなることがある。
本体は、管状軸の外壁のシールとして働く第一輪状舌部を好適には具えている。
本体は、ポンプが閉じ位置にあるときに、取付け体に配設されている輪状隔壁をシールする第二輪状舌部を好適には具えており、輪状隔壁は通気孔を囲繞している。このようにして、液体が通気孔から漏失する可能性を回避している。
この発明に従う好ましい実施形態を非制限的に説明した以下の記載及び図面を参照することにより、この発明の更なる利点及び特徴が明らかとなる。
図1はこの発明に従う単純化した定量ポンプを示している。このポンプは、本体1、取付け体3、ヘッド部5及び取付け体3に配設されている吸入弁9の移動部材であるボール7を具えている。本体1は、ヘッド部5内に配設された第二面部13と対向する第一面部11を有している。これら二つの面部の間に送液チャンバ17が画定されている。ヘッド部5は弾性特性を有する材料から製造され、図1に示す停止位置に相当する伸び位置と、図15に示す送液の終了位置に相当する変形位置との間で使用者の指により変形可能な外側作動面部15を有する。外側作動面部15は第二面部13と実質的に同一であり、外側作動面部15は外側及び使用者の指と物理的に接触し、第二面部13はポンプの内部に向かって、具体的には送液チャンバ17に向かって対向している面であるということに留意されたい。
図1は、汲上管19が、汲上管19を内部に収容することができる円筒状の突起部により実質的に形成される第二取付け手段を用いて、取付け体3に一方の端部で取付けられることを更に示している。図示していないが、汲上管19の他方の端部は、容器内にあり送液される液体内に浸される。
取付け体3には、ボトルの首部に取付けることができる螺子部21からなる第一取付け手段が設けられており、更に、本体1に配設されている螺旋状溝部25に収容される突出部23が設けられているので、本体1が取付け体3に対して回転した場合に、回転運動とは関係無く、ポンプの長手方向軸線に沿って並進運動し、図1に示してあるその開き位置と図2に示してある閉じ位置との間において、取付け体3と本体1が相対移動することとなる。更に、取付け体3は、吸入弁9を囲繞して長手方向軸線に沿うようにヘッド部5に向かって延びている管状軸27の形態の突起部を有する。
管状軸27は、ポンプが閉じ位置にあるとき、送液チャンバ17内のヘッド部5に接触する位置、正確には第二面部13に到達する位置まで挿入される。第二面部13は、第二面部13と管状軸27との間のシールを改善する第二円筒状突起部29を具える。このように、吸入弁9が完全に閉じるので、ボトル内部が加圧状態にある場合及び/又はボトルが上下逆に配置されている場合においても、ボトル内の溶液が吸入弁9から外へと漏れ出ることはない。
本体1には、管状軸27の外壁をシールする第一輪状舌部31が設けられている。このことにより、送液チャンバ17は、その内部に保持されている液体が本体1内へと流れないようにシールされる。
ポンプは、取付け体3に配置されており、容器に空気を入れて送出された液体との置換を可能にする通気孔33を具える。突出部23と螺旋状溝部25との接触領域は密閉されていないことから、通気孔33を通して空気を本体1の内部及び容器の内部へと流入させることが可能となる。取付け体3には通気孔33を囲繞する輪状隔壁35が設けられており、本体1にはポンプが閉じ位置にあるときに輪状隔壁35をシールする第二輪状舌部37を有している。このようにして、通気孔33を通して液体がボトルから漏洩することを防止している。
ヘッド部5は弾性特性を有する物質から製造される。ヘッド部5は、本体1との接続部39を具えている。この接続は、溶接、接着などといったあらゆる従来技術の手段とすることが可能である。ヘッド部5には、吐出弁43の移動部材である隔壁41が更には設けられている。この吐出弁43には、本体1に配設されている弁座45が設けられている。隔壁41を弾性的に曲げて、吐出弁43が閉じており、隔壁41が弁座45と接触している第一位置と、吐出弁43が開いており、送液チャンバ17内に収容されている液体の圧力により隔壁41が弧状に曲げられている(図6〜図8では左方向に曲げられている)第二位置との間において、隔壁41とその他のヘッド部5の間の接続部の回りで回転に近い運動をさせる。
このことから分かるように、図6〜図8に示す隔壁41は、およそ30°の角度にわたって延在している円筒面を有している。しかし、この幾何学構造を変えることもでき、例えば、隔壁41を平面状、波状、又はその他の幾何学構造とすることもできる。同様に、その周囲を、実質的には長方形状とすることもできるが、勿論その他の幾何学構造とすることもでき、例えば楕円形状とすることができる。図16は、この発明に従う他の実施形態のポンプを示している。このとき、隔壁41は第二面部13を完全に囲繞している円筒(すなわち、360°の範囲内に延在している円筒面)である。隔壁41は、本体1に配設されており、吐出弁43の弁座45を画定している第二隔壁47と接触する。その第二隔壁47は第一面部11を囲繞している。このようにして、吐出弁43が輪状であることから、液体が送液チャンバから全ての方向へと流れ出る。吐出弁43の出口部には、同様に輪状であり、送液された液体を吐出オリフィスまで運ぶ吐出路49がある。図16のポンプには、独立した部としての取付け体は無いが、本体1には、第一面部11、(この場合もまた、螺子部21からなる)第一取付け手段、(この場合もまた、汲上管19を内部に収容する突起部により形成される)第二取付け手段及び吸入弁9の座部を同時に形成している。
図示されている例において、第二面部13は球体頂面である。しかし、送液チャンバ17を閉じるような平板状の表面とすることも可能である。同様に、第一面部11は、実質的に球状である送液チャンバ17の内方に向かって凹状に湾曲している部分を有しており、繰り返しになるが、それを平板状又はその他の幾何学構造とすることができる。唯一の基本的な要求事項は、第二面部13が伸び位置にあるときに、送液チャンバ17が第一面部11と第二面部13との間に画定されていることにある。しかし、上記のように、有利な幾何学構造は球状である。付加的には、本体1は、送液チャンバ17の内方に凸状となる外縁51を有しており、第一面部11の湾曲部を囲繞している。
吐出弁43の弁座45は、(吐出弁43の移動部材である)隔壁41と接触する丸い面部53を有している。更に、隔壁41には、吐出弁43の弁座45と、具体的には接触表面53と接触する部55が設けられており、その厚さは自由端に向かって漸減している。上記したように、これら二つの幾何学構造による解決策は、夫々に吐出弁43のシールを改善している。
ポンプは、第一面部11から突出しており、第二面部13が伸び位置にあるときに、実際に第二面部13と接触するように延びている二本の柱状体57を具えている。両方の柱状体57は、吐出弁43の近位部に配設されている。図15に示すように、これらの柱状体57は、隔壁41の近位部において、すなわち吐出弁43の近位部においてヘッド部5が変形することを防止している。実際、柱状体57は、どこが外側作動面部15と第二面部13であり、どこが吐出弁43であるのかの境界をより明確に定めている。従って、図15に示すように、外側作動面部15が変形したときには、吐出弁43の不正な操作を招く可能性のあるこの変形が隔壁41の一部まで伸びることを防止している。
図15は、第一面部11の湾曲部及び第二面部13が、どのようにして、相互にほぼ平行に延びているのかを更に示している。適切な設計により、これら二つの面部が接触し、送液チャンバ17内の残留量を最小限に抑えることが達成可能である。
図15に示すポンプの例から分かるように、ポンプが開き位置にあり、第二面部13が変形した位置にあるときに、第二面部13の第二円筒状突起部29は管状軸27の上端部と実際に接触する。この発明に従う一実施形態は、閉じ位置と開き位置との間の移動が、伸び位置と変形位置との間で第二面部13を動かしたときに第二円筒状突起部29により生じる相対運動よりも大きい場合に、相対移動が管状軸27の上端部により生じる際に実現される。このように、ポンプが開き位置にあるとき、第二円筒状突起部29が管状軸27の上端部と接触することを防止するので、送液運動する際に第二円筒状突起部29が管状軸27の上端部に詰まるリスクを減少することとなる。
図示の実施形態では、隔壁41は常に(球状頂面である)外側作動面部15の端縁部付近に設けられている。しかし、このように配設されることはさして重要ではなく、例えば、吐出弁43に相当する、ヘッド部5及び本体1の一部を吐出管に沿って延ばし、隔壁41を(例えば、図1に示す位置と吐出オリフィスの位置の中間位置へと)送液チャンバ17から更に離間させることも可能である。このことにより、隔壁41への外側作動面部15の変形による影響を減少させることが可能となる。
Claims (19)
- 単純化した定量ポンプであって、(a)第一の面部(11)を有する本体(1)、(b)ボトルの首部に取付ける第一の手段を有する取付け体(3)、(c)汲上管を取付ける第二の手段、(d)吸入弁(9)、(e)該第一面部(11)とともに送液チャンバ(17)を画定する、第一面部(11)に対向した第二の面部(13)を具え、手動により加えられた力によって弾性的に変形するような弾性特性を有する材料から製造され、かつ使用者の指により変形する外側作動面部(15)を有するヘッド部(5)、及び(f)送液チャンバ(17)の出口部に配設されおり、弁座(45)及び移動部材を具える吐出弁(43)であって、該移動部材は、閉じた吐出弁(43)に対応し、該移動部材が弁座(45)と接触している第一位置と、開いた吐出弁(43)に対応する第二位置との間を移動し、該ヘッド部(5)から延びて隔壁(41)を形成し、かつヘッド部(5)と一体となっており、該第一面部(11)及び第二面部(13)は、その間を相対運動して、吸入弁(9)と吐出弁(43)との間の液体のポンプ動作を生じさせる吐出弁(43)を具えるポンプにおいて、
該移動部材が該第一位置にあり、送液チャンバ(17)内が減圧の際には、該減圧は移動部材を弁座(45)へと押し付ける力となることを特徴とするポンプ。 - 前記隔壁(41)は平面である、請求項1に記載のポンプ。
- 前記隔壁(41)は円筒面である、請求項1に記載のポンプ。
- 前記隔壁(41)は前記第二面部(13)を囲繞している円筒部である、請求項3に記載のポンプ。
- 前記弁座(45)は、前記本体(1)に配設されている第二円筒状隔壁(47)により形成され、該第二隔壁(47)が第一面部(11)を囲繞している、請求項4に記載のポンプ。
- 前記第二面部(13)は前記送液チャンバ(17)の外方に向かって凸状に湾曲しており、好適には球状頂面である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記第一面部(11)は前記送液チャンバ(17)の内方に向かって凹状の湾曲部であり、好適には球状部である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記湾曲部及び第二面部(13)は、送液運動時に、該第二面部(13)がたどるストロークの限度内で接触する、請求項7に記載のポンプ。
- 前記湾曲部は、前記送液チャンバ(17)の内方に向かって凸状の外縁(51)を具えている、請求項7又は8に記載のポンプ。
- 前記弁座(45)は、前記移動部材とともに丸い接触面部(53)を有している、請求項1〜9のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記移動部材は、その自由端に向かって厚さが漸減する前記弁座(45)を具えた接触部(55)を有している、請求項1〜10のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記第二面部(13)に向かって延びており、前記吐出弁(43)の近傍部に配設されている、少なくとも一本の柱状体(57)を前記第一面部(11)上に有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記柱状体(57)は、前記第二面部(13)がその伸び位置にあるとき、該第二面部(13)と接触するような高さである、請求項12に記載のポンプ。
- 前記第一取付け手段を具える取付け体(3)をさらに有しており、該取付け体(3)は、開き位置と閉じ位置との間を相対移動できるように、前記本体(1)に取付けられており、該取付け体(3)は、該取付け体(3)及び本体(1)が閉じ位置にあるときに、前記第二面部(13)が前記相対運動することを防止する突起部を具える、請求項1〜13のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記突起部は前記吸入弁(9)を囲繞する管状軸(27)である、請求項14に記載のポンプ。
- 前記突起部は、前記取付け体(3)及び本体(1)が前記閉じ位置にあるときに、前記第二面部(13)を密閉する、請求項14又は15に記載のポンプ。
- 前記相対移動は前記相対運動よりも大きい、請求項14〜16のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記本体(1)は、前記管状軸(27)の外壁を密閉する第一輪状舌部(31)を具えている、請求項15〜17のいずれか一項に記載のポンプ。
- 前記本体(1)は、前記取付け体(3)に配設されている輪状隔壁(35)を密閉する第二輪状舌部(37)を具えており、該輪状隔壁(35)は通気孔(33)を囲繞している、請求項14〜18のいずれか一項に記載のポンプ。
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