JP4794401B2 - マイクロポンプ及びそれを備えた徐放装置 - Google Patents

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Description

この発明は、一般的にはマイクロポンプに関し、特定的には微小な流量を吐出するマイクロポンプとそれを適用した徐放装置に関する。
一般に、冷却装置のような分野でマイクロポンプを使用する場合は、マイクロポンプは、ある程度の流量を確保するように設計される。マイクロポンプを駆動する振動板に用いられる圧電素子のサイズとしては、一般に、直径20mm程度以上のものが多く用いられている。電源としては、多くの場合、商用交流電源が使用されている。このようなマイクロポンプの実際の商品の例では、マイクロポンプは、60Hz駆動で、1分間あたり36mL(ミリリットル)程度(交流電圧の一周期当たり10μL(マイクロリットル)程度)の流量を持つことになる。このようなマイクロポンプは各分野で使用されているが、医療や芳香の分野等において微量な薬品を扱う場合には、管理すべき流量はさらに少なくなり、1μL単位の流量を制御することが要求される。そのため、さらにポンプのサイズや振動板を小型化し、超低流量で、かつ、安定した流量を実現することができるポンプが必要となっている。
図15は、従来のマイクロポンプの一例として、マイクロポンプの全体の断面を示す図である。
図15に示すように、従来のマイクロポンプ900は、圧電素子97に交流電圧を印加することによって、圧電素子97に接着されてポンプ室91の底面を形成している振動板96を振動させ、ポンプ室91内の容積を変化させる。ポンプ室91は、ケース912の凹部内に形成され、吸入側逆止弁930を介して流体が吸入され、吐出側逆止弁950を介して流体が吐出される空間である。吸入側逆止弁930と、吐出側逆止弁950は、開いた傘のような形状である傘型弁である。吸入側逆止弁930の頭部931と吐出側逆止弁の頭部951は扁平な形状であり、吸入側逆止弁930の脚部932と吐出側逆止弁950の脚部952は、球状に形成されて、ポンプ室91を構成するケース912から、それぞれの弁が抜け落ちないように支えている。吸入側逆止弁930の頭部931の頂点933と振動板96との間、吐出側逆止弁950の頭部951の頂点953と吐出管920を形成する壁面との間には、空間が設けられている。マイクロポンプ900の液タンク910内に貯留されている液体914は、振動板96の振動によってポンプ室91の容積が増大して、吸入側逆止弁930と吸入口92との間に隙間ができると、吸入口92を通ってポンプ室91の内部に流入する。また、ポンプ室91内に流入した液体は、振動板96の振動によってポンプ室91の容積が減少して、吐出側逆止弁950と吐出口94との間に隙間ができると、吐出口94を通ってポンプ室91の内部から吐出管920に流出し、吐出端99を通って外部に放出される。
特開2005−248713号公報(特許文献1)に記載の流体ポンプは、排出部を吸入部よりも振動板(ダイヤフラム)側に配置して吸入部と排出部の弁の高さをそろえることによって、薄型化されている。
特開2005―248713号公報
しかしながら、従来のマイクロポンプ900や特開2005−248713号公報(特許文献1)に記載の流体ポンプに用いられている傘型弁は、傘型の反対側を球状等にして穴にはめ込む形であり、傘型の方がしっかり面に押さえつけられていないと弁部で漏れが生じ、ポンプが動作していない場合に、順方向、逆方向に流れが生じることがあった。特に超低流量の場合は、この漏れは大きな誤差原因になる。
このような弁からの流体の漏れなどが原因で微小な吐出量の制御ができないマイクロポンプの場合には、例えば、マイクロポンプを利用して室内に香料を放出する場合、原液を薄めた希釈液を用いることによって、ポンプ室から吐出される香料の量が多くなっても室内の人が気分を悪くするなどの問題が生じないようにする必要があった。しかし、香料の原液の希釈液を用いる場合、香料の原料を用いる場合に比べると、ポンプ室に供給するための希釈液を貯留しておく空間が大きくなってしまう。
一方、逆止弁を動作させるためには、ある程度以上の変位量と圧力差が必要である。特に初めて液を吸い込むときや、気体を吸い込んだときなど、ポンプ内に空気が含まれている場合には、ポンプ動作前とポンプ動作時での圧力差(ポンプ動作前とポンプ動作時の体積の比率×1気圧)が十分でないと、液を吸い込むことができない。
マイクロポンプをさらに小型化して、圧電素子のサイズを小さくすると、そのサイズの約3乗に比例して圧電素子で駆動できる流量が変化する。直径10〜15mmの圧電素子の変位量は、印加電圧や圧電素子の厚さ等の条件により異なるが、最も変位が大きい中央部でも、0.015〜0.03mm程度でしかない。そのため、実際に圧電素子の直径を10〜15mm程度にした場合は、電圧や圧電素子の性能にもよるが、1サイクルで上方向に最大に変位したときと下方向に最大に変位したときとの変位差によるポンプ室の容積の変化は0.5〜4μL程度になる。
上記の程度の圧電素子の変位の場合、仮に特にポンプ室内が気体で満たされているとすると、ポンプ室の容積がその変位量の10倍程度であれば、0.1気圧の圧力差を生成でき、その圧力差は十分、弁を動作させる圧力差になる。しかし、ポンプ室の容積が圧電素子の変位量の100倍程度になると、上記の程度の圧電素子の変位によって生成することができる気圧の差が0.01気圧になり、ポンプの動作が不安定になって液を吸い込むことができなくなる。すなわち、サイズの小さい圧電素子の変位によって十分な気圧差を生じさせるためには、ポンプ室の容積を小さくする必要がある。
そこで、この発明の目的は、ポンプ室の容積を小さくすることができ、かつ、微小吐出と微小な吐出量の制御が可能なマイクロポンプ及びそれを備えた徐放装置を提供することである。
この発明に従ったマイクロポンプは、ポンプ室と、外部からポンプ室に液体を吸入するための吸入口と、吸入口において液体の流れを調節するための吸入側逆止弁と、ポンプ室の内部からポンプ室の外部に液体を吐出する吐出口と、吐出口において液体の流れを調節するための吐出側逆止弁と、ポンプ室の容積を変化させるための振動板とを備え、吸入側逆止弁は、その一部が振動板に接触するようにポンプ室に組み込まれている。吸入側逆止弁は、振動板の振動の全周期において振動板に接触している。
ポンプ室の容積は圧電素子の大きさで直径方向の大きさがある程度決まるので、ポンプ室の容積を小さくするためには、ポンプ室の厚みをできるだけ薄くする必要がある。吸入側逆止弁を振動板に接触するようにポンプ室に組み込むことによって、ポンプ室の厚みを薄くして、ポンプ室の容積を小さくすることができるとともに、微小な吐出量を制御することができる。このようにすることにより、小型で、微小吐出と微小な吐出量の制御が可能なマイクロポンプを提供することができる。
吸入側逆止弁が振動板の振動の全周期において振動板に接触していることにより、振動板の振動の全周期で弁を固定することができるため、安定した吐出のマイクロポンプを実現することができる。
この発明に従った徐放装置は、以上に記載した徴を有するマイクロポンプを備え、ポンプ室に香料を吸入し、ポンプ室から外部に断続的に吐出するように構成されていることが好ましい。
このようにすることにより、原液などの濃い香料でも、必要時に必要量の芳香が可能な徐放をすることが可能な徐放装置を実現することができる。その結果、香料液タンクも含めた小型な徐放装置が実現可能になる。
以上のように、この発明によれば、ポンプ室の容積を小さくすることができ、かつ、微小吐出と微小な吐出量の制御が可能なマイクロポンプ及びそれを備えた徐放装置を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、この発明の第一の実施の形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。
図1に示すように、マイクロポンプ100は、液タンク10と、ポンプ室1と、外部からポンプ室1に液体を吸入するための吸入口2と、吸入口2において液体の流れを調節するための吸入側逆止弁30と、ポンプ室1の内部からポンプ室1の外部に液体を吐出する吐出口4と、吐出口4において液体の流れを調節するための吐出側逆止弁50と、ポンプ室1の容積を変化させるための振動板6とを備え、吸入側逆止弁30は、その一部である頂点33が振動板6に接触するようにポンプ室1に組み込まれている。
吸入側逆止弁30を介して、液体が吸入され、吐出側逆止弁50を介して液体が吐出されるまでの空間がポンプ室1であり、吸入側逆止弁30と吐出側逆止弁50は、ハウジング12に取り付けられている。ポンプ室1の底面は振動板6によって形成されている。振動板6の端部は、ハウジング12と、振動板側ケース19との間に挿入されて固定されている。振動板6の下面には、圧電素子7が接着されている。圧電素子7の下部には、空間が設けられ、圧電素子7は上下に振動することができる。ハウジング12の上部には、吸入吐出側ケース11が取り付けられており、内部に流路として吐出管20が形成されている。ハウジング12と吸入吐出側ケース11との間には8の字Oリング13が配置され、ハウジング12と振動板側ケース19との間にはOリング21が配置されて密閉されている。
吸入側逆止弁30と吐出側逆止弁50は、弁の軸を含む縦断面が、相対的に断面積が大きい頭部と相対的に断面積が小さい脚部を有し、開いた傘のような形状をしている。吸入側逆止弁30は、扁平な頭部31を下に向け、棒状の脚部32を上に向けて、脚部32がハウジング12に取り付けられていることによってポンプ室1に組み込まれている。脚部32は、先端がほぼ平らであり、ハウジング12に形成された凹部に受容されて保持されている。吸入側逆止弁30の頭部31は、頂点33が振動板6に接している。吐出側逆止弁50は、扁平な頭部51を上に向け、棒状の脚部52を下に向けて、脚部52がハウジング12に取り付けられていることによって、ポンプ室1に組み込まれている。脚部52は、先端がほぼ平らであり、ハウジング12に形成された凹部に受容されて保持されている。吐出側逆止弁50の頭部51は、頂点53が吐出管20の壁部として吸入吐出側ケース11の内壁に接している。吸入側逆止弁30の直径は5mm、圧電素子7の長さは17mmとする。
ポンプ室1の上部には、液タンク10が配置されており、液タンク10の内部には液体14が貯留されている。液タンク10の下部と吸入吐出側ケース11の上部は開口部8によって連結されており、液体14は開口部8を通って吸入口2に入る。開口部8の径は、5mmとする。
このように、吸入口2に導かれる開口部8の径が、吸入口2を閉じる吸入側逆止弁30の外径以上の大きさを有することにより、小型ポンプであっても、液の吸入開始を確実にすることができる。
圧電素子7に交流電圧を印加することによって、交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子7が振動する。この圧電素子7の振動と連動して、圧電素子7に接着されている振動板6が振動し、ポンプ室1の容積を変化させる。振動板6が上下どちらにも変位していないときには、吸入側逆止弁30の頭部31が吸入口2を閉じ、吐出側逆止弁50の頭部51が吐出口4を閉じている。
図2と図3は、この発明の一つの実施の形態として、振動板を振動させてポンプ室の容積を変化させたときのマイクロポンプの動作を順に示す図である。
まず、図2は、ポンプ室内に液体を吸入するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。
図2に示すように、振動板6が下方向に変位すると、ポンプ室1の容積が大きくなる。ポンプ室1の容積が大きくなると、吸入側逆止弁30の頭部31と吸入口2との間に隙間ができて、液タンク10に溜められている液体14がポンプ室1内に流入する。このとき、吐出側逆止弁50の頭部51によって吐出口4はふさがれており、ポンプ室1内に流入した液体が吐出口4から流出することはない。
次に、図3は、ポンプ室内に吸入した液体を外部に吐出するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。
図3に示すように、振動板6が上方向に変位すると、ポンプ室1の容積が小さくなる。ポンプ室1の容積が小さくなると、吸入側逆止弁30の頭部31と吸入口2との間の隙間がふさがれて、液タンク10からポンプ室1には液体が流入しない。一方、吐出側逆止弁50と吐出口4との間に隙間ができて、ポンプ室1内の液体が吐出口4から吐出管20に流出し、吐出端9を通って外部に吐出される。
マイクロポンプ100は、図1に示すように振動板6の変位がない状態と、図2に示すようにポンプ室1の容積を大きくする方向に振動板6が変位している状態と、図3に示すようにポンプ室1の容積を小さくする方向に振動板6が変位している状態と、を繰り返すことによって、液タンク10内の液体14をポンプ室1内に吸入し、外部に吐出する。
このように、吸入側逆止弁30の頭部31の頂点33が振動板6に接していることにより、ポンプ室1の容積を小さくすることができ、微小な吐出量を制御する。
このようにすることにより、ポンプ室1の容積を小さくすることができ、かつ、微小吐出と微小な吐出量の制御が可能なマイクロポンプ100を提供することができる。
また、吐出側逆止弁50の頭部51の頂点53は、吐出管20の壁部として吸入吐出側ケース11の内壁に接している。
このようにすることにより、吐出側逆止弁50も薄くすることができ、マイクロポンプ100を小型化できる。また、吸入側逆止弁30と吐出側逆止弁50とが同じ構造の弁となるため、コストを抑えることができる。
さらに、吸入側逆止弁30においては、弁の軸を含む縦断面が、相対的に断面積が大きい頭部31と相対的に断面積が小さい脚部32とを有し、脚部32の先端がほぼ平らであり、吐出側逆止弁50においては、弁の軸を含む縦断面が、相対的に断面積が大きい頭部51と相対的に断面積が小さい脚部52とを有し、脚部52の先端がほぼ平らである。
このようにすることにより、弁全体の厚みを少なく、かつ、組み立てやすい形状とすることができ、マイクロポンプ100を小型化することができる。
図4は、この発明の一つの実施の形態として、(A)は吸入側逆止弁の全体を示す図、(B)は、振動板が変位していない状態で振動板に接している吸入側逆止弁を示す図である。
図4(A)に示すように、吸入側逆止弁30の頭部31においては、頂点33から所定の高さを押さえ代hとする。図4(B)に示すように、振動板6は、吸入側逆止弁30が押さえ代hだけ圧縮されるように、吸入側逆止弁30を上方向に押圧するようにして接している。吸入側逆止弁30はゴムで形成されており、振動板6に押圧されることによって圧縮される。この実施の形態では、押さえ代hは、0.015mmとする。
吸入側逆止弁30は、このように、押さえ代hだけ圧縮された状態でポンプ室1に組み込まれている。吸入側逆止弁30が振動板6によって圧縮された状態でポンプ室1に組み込まれることによって、吸入側逆止弁30は吸入口2を閉じる方向に振動板6によって押圧されるようにポンプ室1に組み込まれている。
このようにすることにより、弁の漏れをなくし、安定した吐出のマイクロポンプ100を実現することができる。
図1から図3に示すように、振動板6は、圧電素子7に印加される交流電圧の周波数に応じて振動するが、振動の周期を通じて、振動板6の中央部61では最も変位が大きい。振動板6の変位の大きさは、圧電素子7の大きさや圧電素子7に印加する電圧の大きさによる。この実施の形態では、100Vの交流電圧を印加した場合、振動板6が下向きに変位してポンプ室1の容積を大きくするとき(図2)と、振動板6が上向きに変位してポンプ室1の容積を小さくするとき(図3)とを比較すると、振動板6の中央部61の変位は、最大で0.03mm程度になる。振動板6の変位がない状態(図1)と比較すると、振動板6の中央部61は、上下にそれぞれ最大で0.015mm程度変位する。
吸入側逆止弁30には押さえ代hがあり、押さえ代hが0.015mmとなるように振動板6が押圧してポンプ室1に組み込まれているので、振動板6が下向きに最大に変位した場合にも吸入側逆止弁30と振動板6とが離れることがない。
このように、吸入側逆止弁30が、振動板6の振動の全周期において振動板6に接触していることにより、振動板6の振動の全周期で吸入側逆止弁30を固定することができるため、安定した吐出のマイクロポンプ100を実現することができる。
押さえ代hが振動板6の変位の大きさ以上であれば、吸入側逆止弁30は振動板6の振動の全周期において振動板6に接触する。また、押さえ代hは0であってもよい。押さえ代hが0であれば、振動板6の変位がない状態から振動板6が上向きに変位している状態の間では、吸入側逆止弁30と振動板6とが接触し、振動板6が下向きに変位している間は吸入側逆止弁30と振動板6とが接触しない。振動板6が下向きに変位するときには、ポンプ室1の容積が大きくなり、吸入側逆止弁30と吸入口2との間に隙間ができて、液タンク10内の液体14が吸入口2を通ってポンプ室1内に流入する。このとき、吸入側逆止弁30の押さえ代hが0であれば、振動板6が吸入口2を閉じるように吸入側逆止弁30を押圧することはできなくなるが、液体14を吸入する際には吸入口2を閉じるように吸入側逆止弁30を押圧する必要がない。したがって、押さえ代hは0であってもよい。
ここまでの例では、振動板6の変位が0の状態(図1)から、振動板6がポンプ室1の容積を大きくする方向に変位した状態(図2)に変化し、振動板6の変位が0の状態(図1)に戻り、続いて振動板6がポンプ室1の容積を小さくする方向に変位した状態(図3)に変化し、振動板6の変位が0の状態(図1)に戻るまでの一連の動作の場合、すなわち1サイクル動作の場合を示したが、振動板6の変位が0の状態(図1)から、振動板6がポンプ室1の容積を大きくする方向に変位した状態(図2)に変化し、振動板6の変位が0の状態(図1)に戻る動作、すなわち半サイクル動作でも、マイクロポンプ100による液体14の吸入と吐出が可能である。この場合は、1サイクルの半分程度の吐出量となる。同様に振動板6の変位が0の状態(図1)から、振動板6がポンプ室1の容積を小さくする方向に変位した状態(図3)に変化し、振動板6の変位が0の状態(図1)に戻る動作、すなわち半サイクル動作でも、マイクロポンプ100による吸入と吐出が可能であり、この場合も1サイクル動作の半分程度の吐出量となる。
振動板6の材質にもよるが、この実施の形態の場合には、1サイクル動作での吐出量は、およそ1μL、半サイクル動作での吐出量は0.4〜0.5μLになる。
なお、この実施の形態においての弁径や圧電素子のサイズは本発明を限定するものでなく、微小流量を得るのに必要な同程度のサイズのすべてで有効である。
このように、振動板6によって吸入側逆止弁30を固定する構造にすることによって、漏れのない動作が確実になる。
また、ポンプ室1の容積を非常に小さくすることができるため、1μL以下という微少な単位での吐出を行うことができるポンプを実現できる。さらに、ポンプ室1内に空気が入った状態であっても、ポンプ室1の容積が小さいため、1サイクル動作でポンプ室1内に十分な気圧差を作り出すことができる。このようにして、はじめの液の吸い込みから安定したポンプ動作を実現することができる。
さらに、吐出側逆止弁50も吐出管20の壁に接する構造にすることで、吐出口4の付近の空間も小さくすることができる。したがって、ポンプ室1を含むマイクロポンプ100全体、または、吐出管20内に収容する液体14の体積が少なくなり、吸入から吐出までに必要な時間を短くすることができる。
また、吸入側逆止弁30を押圧するようにポンプ室1に組み込む構造のため、従来の傘型弁にある、傘型弁を固定するための傘の反対部の球状突起(図15の吸入側逆止弁930の脚部932と吐出側逆止弁950の脚部952)が不要になる。このため、傘型弁の薄型化、傘型弁の組み付け易さの向上、はめつけやすく壊す心配なく外せるといった保守のしやすさの向上、金型の製作しやすさの向上、傘型弁の制作しやすさの向上が達成できて、傘型弁のコストダウンが可能となる。
香りに対して、人間には慣れるという特性があることが知られている。通常の芳香に使用する程度の香りであれば、個人差もあるが、10分程度で慣れてしまい、そのにおいを感じなくなる。つまり、高価な精油などの香料を絶えず拡散させても、拡散当初のみ香りを感じ、それ以降は感じないか、弱くしか感じなくなる。また、逆に、においのない状態にしばらく置かれると、においに対する慣れは回復し、再度においを嗅ぐとそのにおいを感じるようになる。つまり、通常使用されているような、液をろ紙に染み込ませるなどして常時香りを出し続ける従来の芳香システムでは、香りを有効に楽しむことができない。
そこで、本発明のマイクロポンプを用いて、振動板の駆動やファンの駆動を間欠的に行うことによって、一定時間ごとに香りを感じることができる徐放装置ができる。
図5は、この発明の第二の実施の形態として、第一の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
図5に示すように、本発明の徐放装置110は、マイクロポンプ100と、マイクロポンプ100から放出された液体を受ける徐放板17と、徐放板17に送風するためのファン18と、制御装置101とを備える。徐放装置110の制御装置101は、部屋大きさ設定手段103と、芳香強さ設定手段104とから制御信号を受信する。また、制御装置101は、表示手段102と、選択手段106と、調圧手段107と、ファン18に制御信号を送る。制御装置101は、計時手段105とは制御信号の送受信を行う。マイクロポンプ100の液タンク10には、香料を貯留する。
使用者は、芳香強さ設定手段104を通して、芳香の強さを「弱」「標準」「強」のいずれかから選択して制御装置101に入力する。また、使用者は、部屋大きさ設定手段103を通して、部屋の大きさが4.5畳から12畳までのいずれであるかを制御装置101に入力する。使用者によって入力されたこれらの情報に基づいて、制御装置101は、1回当たりの徐放量を求める。表1に1回当たりの香料の徐放量として好ましい例を示す。
Figure 0004794401
表2には、表1に示す徐放量を得るために必要な、振動板を駆動するサイクル数を示す。
Figure 0004794401
表2に示すように、制御装置101は、表1に示す徐放量を得るために必要な振動板6の駆動サイクルと電圧とを求めて、調圧手段107と選択手段106に制御信号を送る。例えば、6畳の部屋で、芳香強さを「標準」に設定した場合には、1回の徐放において100Vで3サイクルだけ振動板6を駆動させることによって、3μLの香料が吐出端9から放出される。12畳の部屋で、芳香強さを「強」に設定した場合には、1回の徐放において100Vで9サイクルだけ振動板6を駆動させることによって、9μLの香料が吐出端9から放出される。4.5畳の部屋で、芳香強さを「弱」に設定した場合には、1回の徐放において75Vで1.5サイクルだけ振動板6を駆動させることによって、1.125μLの香料が吐出端9から放出される。
図6は、選択手段と調圧手段によって調整された電圧を模式的に示す図である。
マイクロポンプ100は、商用交流電源108から電力を供給される。商用交流電源108から供給される電圧を、図6(A)に模式的に示す。図6(A)の電圧は、選択手段106によって、図6(B)に示すように、任意の周期を選択される。図6(B)では、2周期が選択されているが、0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5(周期)など、任意の周期を選択することができる。次に、調圧手段107によって、電圧の大きさが0Vから100Vまでの間の任意の電圧に調整される。
圧電素子7の変位の周期は電圧の周期に一致し、圧電素子7の変位の大きさは電圧の大きさに比例する。そのため、電圧の大きさによってマイクロポンプ100の吐出量が変化する。しかしながら、圧電素子7の変位は微小であるため、実際には電圧0Vに近い場合にはマイクロポンプ100はポンプとしての動作を行うことができない。この実施の形態においては、圧電素子7に印加する電圧は50〜100Vが安定した動作が可能な範囲であって、100Vを印加した場合に対して50〜100%の範囲で吐出量を調整することができる。
このように、振動板6は、商用交流電圧の周波数の半周期単位で駆動することが可能であるように構成されていることによって、より微小な流量を制御することができる。
図7は、この発明の第二の実施の形態として、第一の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放装置の徐放運転の制御処理を順に示すフローチャートである。
図1から図7に基づいて本発明の徐放装置の徐放運転を説明する。以下の工程において、所定の判断を行う主体は制御装置101である。
図7に示すように、ステップS101において、計時手段105が現在の時刻を制御装置101に入力する。ステップS102では、制御装置101が、ステップS101において入力された時刻と前回の徐放の時刻とを比較する。
ステップS103では、前回の徐放から1時間が経過しているかどうかを確認する。前回の徐放から1時間経過していれば、ステップS104に進む。前回の徐放から1時間経過していなければ、ステップS101に戻る。
ステップS104では、制御装置101が、使用者の設定に基づいて、選択手段106と調圧手段107を制御して、圧電素子7に所定の周期、所定の電圧で交流電圧を印加するように制御する。また、ファン18を駆動するように電圧を印加するように制御する。その後、ステップS105に進む。
圧電素子7に交流電圧が印加されると、圧電素子7が交流電圧の周波数に対応して振動し、圧電素子7の振動と連動して振動板6が振動する。振動板6が振動することによって、ポンプ室1の容積も振動し、液タンク10内に貯留されている液体14が吐出管20を通って、吐出端9から外部に放出され、徐放板17に滴下される。徐放板17に滴下した液体は、ファン18の送風によって蒸発し、室内に香りを拡散させる。
ステップS105では、計時手段105が、現在の時刻を制御装置101に入力する。
ステップS106では、計時手段105が、ファン18の駆動時間の計測を開始する。
ステップS107では、ファン18の駆動時間が所定の時間を経過したかどうかを確認する。ファン18の駆動時間が所定の時間を経過していれば、ステップS108に進み、ファン18の駆動を停止してステップS101に戻る。ファン18の駆動時間が所定の時間を経過していなければ、ステップS106に戻る。
図8は、図7に示す制御処理を行ったときの圧電素子に印加する電圧(A)、ファンに印加する電圧(B)、香りの強度(C)、香りの感じ方(D)の時間変化を模式的に示す図である。圧電素子7に電圧を印加するタイミングは、振動板6の駆動のタイミングに一致している。また、ファン18は、電圧を印加することによって駆動される。
図8に示すように、マイクロポンプ100の駆動(A)と合わせてファン18の駆動(B)を行うことによって、香りの強度(C)は、液体の放出直後から急激に増加し、その後、緩やかに減少する。図8(D)には、香りが拡散する室内に居る使用者の香りの感じ方を示す。振動板6の駆動までの時間である第一期aにおいては、香りが拡散しておらず、使用者は香りを感じていない。図8(A)の時間P1において振動板6が駆動されると、振動板6の駆動直後である第二期bの時間帯においては、使用者は、設定した強度の香りを感じる。香りが部屋に拡散してから十分に時間が経過した第三期cには、使用者は、香りに慣れて香りを感じなくなる。さらに時間が経過した第四期dには、香りが薄れて使用者には感じられない濃度となる。その後、第五期eには、使用者は、香りがないことに慣れる。このように、使用者が、香りがないことになれた第五期eにおいてある程度の時間が経過した後、時間P2において再び振動板6の駆動とファン18の駆動を行い、新たに香りを拡散させる。香りがないことに慣れた使用者は、このとき拡散する香りの強度が前回と同じ強度であっても、香りを感じることができる。使用者の香りの感じ方は、この後、振動板6の駆動とファン18の駆動がある度に、第二期b〜第五期eを繰り返す。このように、振動板6の駆動やファン18の動作を間欠的に行うことによって、一定時間ごとに香りを感じることができる徐放装置110ができることになる。
なお、ここでは1時間ごとの徐放としたが、別の時間設定でもかまわない。たとえば、8畳の部屋に標準的な香りを拡散させるとして、朝、昼、夕方、就寝前の1日4回の徐放をするとした場合、1年間の香料の消費量は4μL×4×365=5.84mLとなり、10mL以下のタンクを含めて非常に小型の装置で1年以上芳香が可能な徐放装置110を実現できることになる。
このように、この発明に従った徐放装置110が、マイクロポンプ100を備え、ポンプ室1に香料を吸入し、ポンプ室1から外部に断続的に吐出するように構成されていることにより、原液などの濃い香料でも、必要時に必要量の芳香が可能な徐放をすることが可能な徐放装置110を実現することができる。その結果、香料液タンクも含めた小型徐放装置が実現可能になる。
図9は、本発明の第二の実施の形態の別の例として、圧電素子に印加する電圧(A)、ファンに印加する電圧(B)、香りの強度(C)、室内の人の香りの感じ方(D)、室内に入ってきた人の香りの感じ方(E)の時間変化を模式的に示す図である。圧電素子7に電圧を印加するタイミングは、振動板6の駆動のタイミングに一致している。また、ファン18は、電圧を印加することによって駆動される。
図9に示すように、振動板6の駆動(A)の時間間隔を短くし、振動板6を最初に駆動した後はファン18の駆動(B)を停止させない。このようにすることにより、空間内の香りの強さ(C)をほぼ一定に保つことができる。
図9に示すように、振動板6の駆動(A)と同時にファン18の駆動(B)を行うことによって、香りの強度(C)は、液体の放出直後から急激に増大、その後緩やかに減少する。図9(D)には、香りが拡散する室内に居る使用者の香りの感じ方を示す。振動板6の駆動開始までの時間である第一期aにおいては、香りが拡散しておらず、使用者は香りを感じていない。振動板6の駆動直後である第二期bの時間帯においては、使用者は、設定した強度の香りを感じる。香りが部屋に拡散してから十分に時間が経過した第三期cには、使用者は、香りに慣れて香りを感じなくなる。この後、振動板6は繰り返し駆動され(A)、間欠的に液体が放出されて、ファン18の送風によって香りが拡散される。香りは薄れていないが、使用者は、時間が経過すると慣れた強度の香りは感じなくなる。一方、香りを拡散させている室内に新たに入ってきた人(E)は、室内に入った直後の第一期fには、設定された強度の香りを感じる。その後時間が経過した第二期gには、慣れて香りを感じなくなる。
このように、振動板6の駆動を短い時間間隔で間欠的に行い、ファン18を常に駆動して香りを拡散させることによって、新たに室内に入ってきた人が香りを感じることができる徐放装置110ができることになる。
徐放装置110によって、ホテルのロビーなど人の出入りの多い場所などで、香りを拡散させた空間内に、いつ入った人にも香りを感じさせることができる。徐放装置110が備えるマイクロポンプ100によって吐出量の微小な制御が可能であり、香料の原液など、濃度の高いものを使用することができるので、液タンク10を小さくすることができる。このようにすることにより、装置の小型化、芳香剤の取替え期間までの継続使用可能期間の長期化、使い始めから液がなくなるまで、ほぼ一定の強さの香りを保持することができる等、これまでにない徐放装置を実現することができる。
図10は、この発明の第三の実施の形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。
図10に示すように、マイクロポンプ200は、図1のマイクロポンプ100と異なる点としては、開口部8の周囲の吸入吐出側ケース11の壁面に液給検出電極15が配置され、また、吐出端9の周囲の吐出管2の壁面を形成する吸入吐出側ケース11に液検出用端子として液出検出電極16が配置されている。
多くの液体には、わずかながら電流が流れる。そのため、吐出管20の吐出端9に電流が流れるかどうかを確認することによって、吐出端9に液体があるかどうか、すなわち、すぐに放出することができる液体があるかどうかを判定することができる。
液タンク10に貯留する液体14が香料である場合、香料は微量な量を正確に吐出しないと、においが強すぎて不快になるなどの不都合が発生するものである。そのため、香料を吐出端9の所定の箇所に留めておくことが非常に重要であり、吐出端9での液検出を行うことが好ましい。また、正確な量を吐出するためには開口部8の液検知も重要で、この二つの検知部で、液量を確保することが好ましい。香料は、各種精油等であってもよいし、みどりの香りとされる青葉アルコール等でもよい。また、香料の他に、殺虫剤などの薬剤を用いてもかまわない。
このように、吐出管20には、液体の存在を検出するための液出検出電極16が配置されていることにより、液体の頭出しが可能なマイクロポンプ200を実現することができる。
図11は、この発明の第四の実施の形態として、第三の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
図11に示すように、本発明の徐放装置210は、マイクロポンプ200と、マイクロポンプ200から放出された液体を受ける徐放板17と、徐放板17に送風するためのファン18と、制御装置101を備える。マイクロポンプ200の制御装置101は、部屋大きさ設定手段103と、芳香強さ設定手段104と、液給検出手段15と、液出検出手段16とから制御信号を受信する。また、制御装置101は、表示手段102と、選択手段106と、調圧手段107と、ファン18に制御信号を送る。制御装置101は、計時手段105とは制御信号の送受信を行う。
使用者は、芳香強さ設定手段104を通して、芳香の強さを「弱」「標準」「強」のいずれかから選択して制御装置101に入力する。また、使用者は、部屋大きさ設定手段103を通して、部屋の大きさが4.5畳から12畳までのいずれであるかを制御装置101に入力する。使用者によって入力されたこれらの情報に基づいて、制御装置101は、1回当たりの徐放量を求める。1回当たりの香料の徐放量として好ましい例と、その徐放量を得るための方法は、第二の実施の形態と同様である。
図12は、この発明の第四の実施の形態にかかる、徐放装置の液確認運転の制御処理を順に示すフローチャートである。
図10から図12に基づいて本発明の徐放装置210の液確認運転を説明する。以下の工程において、所定の判断を行う主体は制御装置101である。
図12に示すように、ステップS201において、液給検出電極15が、液給検出電極15の電位の状態を制御装置101に入力する。
ステップS202において、制御装置101は、液給検出電極15に電流が流れるかどうかを確認する。液給検出電極15に電流が流れれば、ステップS201に戻る。液給検出電極15に電流が流れなければ、ステップS203に進み、制御装置101が表示装置102に制御信号を送り、液タンク10に液体14が貯留されていないことを示す「液無しエラー」表示を表示させるように制御して、液確認運転の制御処理を終了する。
このように、開口部8に液給検出電極15を配置し、開口部8で液体の存在が確認されなければ表示装置102に「液無しエラー」表示を表示させることによって、使用者に注意を促して液体を液タンクに供給させることができるので、液量を確保することができる。
図13は、この発明の第四の実施の形態にかかる、徐放装置の頭出し運転の制御処理を順に示すフローチャートである。
図10、図11と図13に基づいて本発明の徐放装置210の頭出し運転を説明する。以下の工程においても、所定の判断を行う主体は制御装置101である。
図13に示すように、ステップS301において、液出検出電極16が、液出検出電極16の電位の状態を制御装置101に入力する。
ステップS302において、制御装置101は、液出検出電極16に電流が流れるかどうかを確認する。液出検出電極16に電流が流れれば、頭出し運転の制御処理を終了する。液出検出電極16に電流が流れなければ、ステップS303に進み、振動板6を50Vで半周期駆動させるように制御し、ステップS301に戻る。
商用交流電圧の半分の電圧である50Vは、この実施の形態において、マイクロポンプ200を安定して駆動させることができる最低の電圧である。このように、小さな電圧で、半周期だけマイクロポンプ200を駆動させることによって、ポンプ室1内の容積をより微小に変化させて、ポンプ室1内の液体を吐出可能な最小量ずつ吐出口4から吐出させる。これを液出検出電極16に電流が流れることが確認されるまで繰り返すことによって、吐出端9に液体を存在させることができる。
このように、液出検出電極16に電流が流れるかどうかを制御装置101が判定することによって、電流が流れればすぐに吐出可能な液体があるということが分かる。液出検出電極16に電流が流れなければ、まだ吐出端9に液体が到達していないため、マイクロポンプ200を動作させてもすぐに吐出できないか、必要な容量よりも少ない量の徐放しかできないことになる。そのため、マイクロポンプ200の起動可能な最低レベルの吐出となる動作を液出検出電極16に電流が流れるまで繰り返すことによって、吐出端9に液体を存在させて、必要なときに正確な量を吐出するために必要な液の頭出しができることになる。
このような液の頭出しも、非常に微小な吐出を管理できる本発明のマイクロポンプ200を備えた徐放装置210であるから初めて可能になることである。吐出量の多いポンプであれば、一回の動作で多くの量の液体が吐出されるため、頭出しは不可能である。
一方、初めて頭出しをする際、まず、液が吸入口2に届く必要があるが、開口部8の径が小さいと、液の表面張力の関係から、吸込側逆止弁30の上部に空気が残りやすくなる。本発明の実施形態においては、開口部8の径が5mmであり、吸入側逆止弁30の直径とほぼ同じ大きさとすることにより、液供給の際、空気が開口部8に残る可能性を小さくして、頭出しが正確にできるようになっている。
また、頭出しは、初めて液を供給する場合だけでなく、マイクロポンプ200をしばらく使用していない場合に、吐出管20内の液体が蒸発して、吐出端9に液体が存在しなくなっている場合にも有効である。
図14は、この発明の第四の実施の形態にかかる、本発明の徐放装置の空だし防止吐出の運転の制御処理を順に示すフローチャートである。
図10から図11と図14に基づいて本発明の徐放装置210の空だし防止吐出の運転を説明する。以下の工程においても、所定の判断を行う主体は制御装置101である。
図14に示すように、ステップS401において、使用者が入力した部屋の大きさや香りの強度の情報に基づいて、制御装置101が吐出サイクルを決定し、ステップS402において、圧電素子7に印加する電圧を設定し、ステップS403に進む。吐出サイクルの決定と電圧の設定は、第二の実施の形態と同様に行う。
ステップS403において、液給検出電極15が、液給検出電極15の電位の状態を制御装置101に入力する。
ステップS404において、制御装置101は、液給検出電極15に電流が流れるかどうかを確認する。液給検出電極15に電流が流れれば、ステップS406に進む。液給検出電極15に電流が流れなければ、ステップS405に進み、振動板6を50Vで半周期駆動させるように制御し、ステップS403に戻る。ステップS405で半周期だけ振動板6を駆動させるときには、この半周期は、ステップS401において設定したサイクルには含めない。例えば、ステップS401で吐出サイクルを3.0周期に設定した場合、ステップS405で半周期、振動板6を駆動させても、吐出サイクルは、3.0周期残っているものとする。
ステップS406では、ステップS401で設定した吐出サイクルのうち、残りのサイクルが0.5周期であるかどうかを確認する。例えば、ステップS401で吐出サイクルを3.0周期に設定した場合、空出し防止吐出の運転を開始して最初にステップS406に到達したときには、ステップS405で半周期駆動行った回数にかかわらず、残りサイクルは3.0周期である。ステップS401で設定した吐出サイクルのうち、残りのサイクルが0.5周期であれば、ステップS407に進む。ステップS401で設定した吐出サイクルのうち、残りのサイクルが0.5周期でなければ、ステップS408に進む。
ステップS407では、ステップS402で設定した電圧で、振動板6を半周期駆動させて、空出し防止吐出の運転を終了する。
ステップS408では、ステップS402で設定した電圧で、振動板6を1周期駆動させ、残りの吐出サイクルを1周期減らす。例えば、ステップS401で吐出サイクルを3.0周期に設定した場合、空出し防止吐出の運転を開始して最初にステップS408に到達したときには、ステップS405で半周期駆動を行った回数にかかわらず、残りサイクルは3.0周期であり、ステップS408で振動板6を1周期駆動させることによって、残りサイクルは2.0周期になる。
ステップS409では、ステップS401で設定した吐出サイクルの残りが0かどうかを確認する。例えば、ステップS401で吐出サイクルを3.0周期に設定した場合、空出し防止吐出の運転を開始して最初にステップS409に到達したときには、残りサイクルは2.0周期である。ステップS401で設定した吐出サイクルの残りが0でなければ、ステップS403に戻る。ステップS401で設定した吐出サイクルの残りが0であれば、空出し防止吐出の運転の制御処理を終了する。
このように、吐出端9に液体が存在するかどうかを確認しながら振動板6を駆動させることによって、液体中に気体が含まれている場合にも、設定した吐出量を正確に吐出することができる。
なお、より吐出量の小さいポンプ、例えば100Vの電圧を圧電素子7に印加した場合に1周期で0.5μL以下の吐出量となるようなポンプであれば、半周期駆動や、電圧を下げた駆動ではなく、100Vの電圧で1周期駆動させることによって頭出しを行っても良い。
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
本発明の第一の実施の形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。 ポンプ室内に液体を吸入するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。 ポンプ室内に吸入した液体を外部に吐出するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。 この発明の第一の実施の形態として、(A)は吸入側逆止弁の全体を示す図、(B)は、振動板が変位していない状態で振動板に接している吸入側逆止弁を示す図である。 この発明の第二の実施の形態として、第一の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放システムの制御関連の構成を示すブロック図である。 選択手段と調圧手段によって調整された電圧を模式的に示す図である。 この発明の第二の実施の形態として、第一の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放装置の徐放運転の制御処理を順に示すフローチャートである。 図7に示す制御処理を行ったときの、圧電素子に印加する電圧(A)、ファンに印加する電圧(B)、香りの強度(C)、香りの感じ方(D)の時間変化を模式的に示す図である。 本発明の第二の実施の形態の別の例として、圧電素子に印加する電圧(A)、ファンに印加する電圧(B)、香りの強度(C)、香りの感じ方(D、E)の時間変化を模式的に示す図である。 この発明の第三の実施の形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。 この発明の第四の実施の形態として、第三の実施の形態のマイクロポンプを用いた徐放装置の制御関連の構成を示すブロック図である。 この発明の第四の実施の形態にかかる、徐放装置の液確認運転の制御処理を順に示すフローチャートである。 この発明の第四の実施の形態にかかる、徐放装置の頭出し運転の制御処理を順に示すフローチャートである。 図14は、この発明の第四の実施の形態にかかる、本発明の徐放装置の空だし防止吐出の運転の制御処理を順に示すフローチャートである。 従来のマイクロポンプの一例として、マイクロポンプの全体の断面を示す図である。
符号の説明
1:ポンプ室、2:吸入口、4:吐出口、6:振動板、8:開口部、11:吸入吐出側ケース、16:液出検出電極、20:吐出管、30:吸入側逆止弁、31:頭部、32:脚部、50:吐出側逆止弁、51:頭部、52:脚部、100:マイクロポンプ、110:徐放装置、200:マイクロポンプ、210:徐放装置。

Claims (2)

  1. ポンプ室と、
    外部から前記ポンプ室に液体を吸入するための吸入口と、
    前記吸入口において液体の流れを調節するための吸入側逆止弁と、
    前記ポンプ室の内部から前記ポンプ室の外部に液体を吐出する吐出口と、
    前記吐出口において液体の流れを調節するための吐出側逆止弁と、
    前記ポンプ室の容積を変化させるための振動板とを備え、
    前記吸入側逆止弁は、その一部が前記振動板に接触するように前記ポンプ室に組み込まれ、前記振動板の振動の全周期において前記振動板に接触している、マイクロポンプ。
  2. 請求項1に記載のマイクロポンプを備え、前記ポンプ室に香料を吸入し、前記ポンプ室から外部に断続的に吐出するように構成されている、徐放装置。
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