JP5911500B2 - 空気圧式液体吐出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、様々な医療分野、最先端技術、製造作業又は他の分野において使用される液体等の正確な量の液体を計量及び吐出するディスペンサーに関する。

接着剤、シーラント、潤滑剤その他の幅広い粘性の流体及び液体を吐出する多様な空気圧式流体ディスペンサーがよく知られている。空気圧式流体ディスペンサーは、手動ディスペンサーにおいては、軽量であるとともに操作が容易であり、また、製造及び動作に比較的費用がかからないため、歴史的に好まれてきた。さらに、空気圧技術が改善し続けており、そのため、空気圧式流体ディスペンサーは引き続き広く使用されている。しかしながら、手動設定及び自動設定の双方において、より迅速かつより正確な流体吐出を必要とする用途が急速に増大し続けている。流体吐出用途に関する要件及び仕様は、ますます厳しくなっている。多くの用途は、流体が、非常に正確な量で、非常に正確な位置に、かつ迅速なサイクル（オン／オフ）速度で吐出されることを必要とする。

空気圧式流体ディスペンサーは、一般的に、製造環境においてよく見られる加圧空気すなわち「工場」空気を利用する。手動開始されるか又は自動生成される指令信号を用いて、加圧空気は、通常、液体を保持するシリンジ筒体内のピストンに対して方向付けられる。他の用途では、加圧空気は、液体に直接印加することができる。生じる力が液体をシリンジから出るように付勢する。空気圧式ディスペンサーは、空気流量調整器を用いて、筒体に供給される加圧空気を制御することが知られている。そのような調整器は、流量制限器として働き、完全に加圧された吐出状態に達するのに必要とされる必要空気をシリンジ筒体内の空気間隙に充填するのに要する時間を延ばす。加えて、ディスペンサーの排気側の真空発生器が、滴下を防止するためにシリンジ筒体の空気間隙を真空下に置く目的から使用される。ベンチュリ装置とすることができるこれらの真空発生器は、排気側の空気流量制限器として働き、吐出サイクルを停止する際にシリンジ筒体の空気を抜く時間を長くする。この結果、達成することができる吐出サイクル時間、すなわち、「オン」から「オフ」への完全な１回の液体吐出サイクルを完了するのに必要な時間が全体的に増加する。サイクル時間を増加させる可能性がある通常のディスペンサーの他の態様は、空気圧制御部を吐出シリンジから離して位置付けすることと、制御ユニットと吐出シリンジとの間に連結されるチューブを通して加圧空気を方向付けることとを含む。追加空気量とチューブがもたらす制限的な影響とによって、各吐出サイクルの開始時に加圧時間の増加が生じる。

これらの問題、並びに既存の装置及び方法に伴う他の問題に対処する吐出装置及び吐出方法を提供することが望ましい。

本発明は、概して、筒体を備える、液体を吐出するディスペンサーであって、前記筒体は、前記液体を保持する内部室を含むディスペンサーを提供する。前記筒体は、前記内部室と連通する、前記液体を放出する放出口と、前記液体を前記内部室から前記放出口に押し通す加圧空気を収容する空気間隙とを含む。該ディスペンサーは、前記筒体と動作可能にそれぞれ連結される、給気電磁弁及び排気電磁弁を備える。より詳細には、該給気電磁弁は、前記空気間隙への加圧空気の流れを制御し、該排気電磁弁は、前記空気間隙から大気への空気の流れを制御する。前記ディスペンサーは、前記放出口から所望量の前記液体を吐出するために、前記空気間隙へ給気する前記給気電磁弁及び前記空気間隙から排気する前記排気電磁弁を選択的に作動させる制御部を更に備える。

一実施の形態では、ディスペンサーは、筒体に連結されるとともに給気通路及び排気通路を含む筒体アダプターを備え、また、種々の空気圧制御部を備える。本発明は、空気圧制御部が筒体からより遠隔に位置付けられる他の実施の形態を包含することが理解されるであろう。筒体アダプターは、筒体に直接連結され、筒体の空気間隙に直接開口する空気通路を含む。給気電磁弁が筒体アダプター内に取り付けられ、給気通路から空気間隙への加圧空気の流れを制御するために給気通路と連通する。排気電磁弁が筒体アダプター内に取り付けられ、空気間隙から排気通路を通しての大気への加圧空気の流れを制御するために排気通路と連通する。電磁弁を筒体アダプター内に取り付けることと、筒体アダプターを筒体に連結することとにより、配管が排除され、より迅速なサイクル時間が提供される。

真空発生器も設けられ、好ましくは、筒体アダプター内に取り付けられる。真空発生器は、排気通路と流体連通し、ベンチュリタイプとすることができる。空気が空気間隙から排気通路を通って排出され、真空発生器の中へ少なくとも部分的に方向付けられる。逆止弁も設けられ、筒体アダプター内に取り付けられる。逆止弁は、排気通路と流体連通して連結される。空気間隙から排出された空気は、この実施の形態では逆止弁及び真空発生器の中へ方向付けられる。逆止弁によって、迅速な空気抜き、したがって、ディスペンサーの「オフ」状態への迅速な移行に備える。シリンジ筒体が十分に空気抜きされると、真空発生器が筒体の空気間隙を最終的な真空状態にし、この最終的な真空状態は、その後、空気間隙を空気圧制御システムから隔離することによって、すなわち、双方の電磁弁を閉じることによって保持される。ディスペンサーは、また、筒体の空気間隙と流体連通して位置決めされるとともに空気間隙の空気圧を検知するように動作可能である圧力変換器を備えることができる。圧力変換器は、制御部と電気的に接続され、筒体内の空気間隙の圧力読取り値に基づいて制御部に信号を供給する。好ましくは、圧力読取り値は絶対圧である。制御部は、信号を用いて、吐出目的から空気間隙を所望の圧力下に置くように電磁弁のうちの少なくとも一方を動作させる。

本発明は、また、概して、筒体を備える液体ディスペンサーを動作させる方法であって、前記筒体は、液体を保持する内部室を有するとともに、該内部室と連通する、前記液体を放出する放出口と、前記液体を前記内部室から前記放出口に押し通す加圧空気を収容する空気間隙とを有する、方法を提供する。該方法は、
前記筒体の前記空気間隙と流体連通して連結される給気電磁弁に加圧空気を供給することと、
前記空気間隙に前記加圧空気を方向付けるように前記給気電磁弁を開位置に駆動することと、
前記空気間隙が加圧された後で前記空気間隙を大気から隔離するように前記給気電磁弁を閉位置に駆動することと、
前記空気間隙が加圧されているとともに大気から隔離されている状態のまま、前記液体を前記内部室から放出することと、
前記給気電磁弁が前記閉位置にある状態のまま、前記空気間隙を排気通路に連結するように排気電磁弁を開位置に駆動し、それによって、前記液体にかかる力を低減するとともに前記内部室からの液体の前記放出を停止させることと、
を含む。

本方法は、前記空気間隙が真空下に置かれるまで前記排気通路内の真空を維持することと、
真空下の前記空気間隙を隔離するように前記排気電磁弁を閉位置に駆動することと、を更に含むことができる。このようにして真空を用いることにより、液体にかかる、放出口からの滴下を阻止する力が提供される。排気電磁弁を駆動するステップは、空気を排気通路から逆止弁の中へ方向付けることを更に含むことができる。本方法は、空気間隙の圧力を検知することと、検知した圧力に少なくとも部分的に基づいて、空気間隙を所望の圧力下に置くように電磁弁のうちの少なくとも一方を動作させることとを更に含むことができる。別の態様では、本方法は、吐出サイクルが終了したときに空気間隙を真空下に置くことを含むことができる。

更なる実施の形態では、前記空気間隙を真空下に置くことは、真空状態下で前記空気間隙を隔離するように前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁の双方を閉位置に駆動することを更に含むことができる。空気間隙が加圧された後で、例えば、所望の設定点の圧力を超えていることを圧力センサーが示す場合、排気電磁弁を開位置に駆動することができる。この場合、空気を排気電磁弁によって排出すなわち空気抜きして、圧力を所望の設定点に下げることができる。本方法は、液体を放出すると同時に空気間隙内の圧力を増加させるように、吐出サイクル時に少なくとも１回の更なる回数、給気電磁弁を開位置に駆動することを更に含むことができる。このことは、長期の吐出サイクル時に、空気間隙の圧力が適正な吐出に必要とされる圧力未満に下がる場合に有利であり得る。

本方法は、前記液体を放出すると同時に前記空気間隙の複数の圧力読取り値を読み取ることを更に含むことができる。最大圧が前記複数の読取り値から求められ、その後の吐出サイクル時の前記空気間隙内の最大圧が、前記複数の読取り値から求めた前記最大圧に実質的に等しいその後の吐出サイクル時に維持される最大圧によって維持される。Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ（圧力インパルス）を求めるように前記複数の読取り値も合算することができる。その後の吐出サイクル時に、前記空気間隙内のＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを、前記複数の読取り値から求めた前記Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅに実質的に等しくなるように維持される。前記最大圧を維持する前記ステップは、前記給気電磁弁が前記開位置にある時間を調整することを含むことができる。前記Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを維持する前記ステップは、前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁の双方が前記閉位置にある滞留時間を調整することを含むことができる。

本方法は、真空度を検知するとともに信号を生成するステップと、
前記信号に応答して、以下：
前記給気電磁弁を開位置に駆動することと、
前記排気電磁弁を開位置に駆動することと、
のうちの一方を実行するステップと、
を更に含むことができる。本方法では、前記給気電磁弁は、時間Ｔ１の間、前記開位置にあり、
前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁は、時間Ｔ２の間、前記閉位置にあり、
前記排気電磁弁は、時間Ｔ３の間、前記開位置にある。該方法は、
時間Ｔ３の終了時点で、前記排気電磁弁を閉位置に駆動するステップと、
Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の間、前記空気間隙の空気圧を検知するステップと、を更に含む。本方法は、その場合、
前記検知した空気圧が適正範囲内にあるかどうかを判定することと、
以下：
次の吐出サイクルのために、前記時間Ｔ３を調整すること、又は
前記検知した空気圧から最大空気圧を求めるとともに、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを求めるように前記検知した空気圧を合算する、最大空気圧を求めるとともに前記検知した空気圧を合算すること、
のうちの一方を行うことと、
を含む。

種々の更なる特徴及び利点は、添付の図面と併せて例示的な実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば明らかとなるであろう。

本発明の例示的な実施形態に従って構成されたディスペンサーの斜視図である。 図１に示されているディスペンサーの分解斜視図である。 吐出サイクルの空気充填部分すなわち加圧部分を示す、図１に示されているディスペンサーの空気圧制御システムの概略図である。 サイクルの排気部分すなわち空気抜き部分を示す、図１に示されているディスペンサーの空気圧制御システムの概略図である。 サイクルの液体吐出部分を示す、図１に示されているディスペンサーの空気圧制御システムの概略図である。 図１に示されているディスペンサーの電気制御概略図である。 制御部のソフトウェアによって実施されるプロセスを示すフロー図である。 制御部のソフトウェアによって実施されるプロセスを示すフロー図である。 図１に示されているディスペンサーの吐出サイクルを示すグラフである。

図１及び図２はそれぞれ、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたディスペンサー１０の組立図及び分解図を示す。概して、ディスペンサー１０は、液体１６を保持する内部室１４を含むとともに、内部室１４と連通する、液体１６を放出する放出口１８を更に含むシリンジ筒体すなわちカートリッジ筒体１２を備える。ノズル又は針（図示せず）を放出口１８に連結することができる。液体１６を内部室１４から放出口１８に押し通す加圧空気を収容する空気間隙２０が、筒体１２の上端に設けられている。内部室１４は、ピストン２２を含んでも含まなくてもよい。ピストン２２が使用されない場合、加圧空気が室１４内の液体１６に対して直接印加される。ピストン２２が使用される場合、加圧空気はピストン２２の上側に対して印加され、ピストン２２は、液体１６を内部室１４から放出口１８に押し通すように液体１６に直接作用する。筒体１２の頂部に取り付けられているフランジ３２によって、筒体アダプター３０が筒体１２に連結される。このフランジ３２は、筒体１２を受けるツイストロック（緊締装置）式クランプ部材３４に画定されているスペースに収納される。このツイストロック式クランプ部材３４は、次に、筒体アダプター３０の底面内にしっかりと固着されている一対の固定ピン３６を受ける。ピン３６は、それぞれの溝穴３８（一方を完全に図示）に収納され、次に、組立体１２、３４が、溝穴３８内に保持されているピン３６に対して筒体１２を捻ることによって固定される。気密シールを提供するＯリング４０が、筒体１２のフランジ３２と筒体アダプター３０の底面との間に設けられる。図１に更に示されているように、筒体アダプター３０は、概して、加圧空気入口５０と、任意選択的なマフラー５４付き排気継手５２と、カバー５８を通って延びる電気コネクタ５６とを備える。

図２に更に具体的に示されているように、筒体アダプター３０は、穴６２ａを貫通してねじ穴６０ａに入る複数の締結具６４によってともに固定される、本体６０とキャップ６２とを更に備える。カバー５８は、締結具６６によってキャップに固定される。本体６０及びキャップ６２は、加圧空気を制御する通路を含む。これらの通路は、記載される図３Ａ〜図３Ｃの概略図において、より具体的に示されている。概して、本体６０は、カートリッジ式の給気電磁弁７０と同一のカートリッジ式の排気電磁弁７２とを収納する通路６８（一方を図示）を含む。逆止弁７４及び真空発生器７６が同様に、それぞれの通路８０、８２内に取り付けられる。電磁弁７０、７２は、１つが空気の流れを中に通すことを許可するとともに１つが空気の流れを中に通すことを阻止する２つの位置を有する「２−２」弁である。したがって、各電磁弁７０、７２を、空気の流れを許可する開位置と空気の流れを阻止する閉位置との間で駆動することができる。各電磁弁７０、７２の付勢状態は開位置に対応するが、非付勢状態は、各電磁弁７０、７２の閉位置に対応する。本明細書において開示されている原則を実施するのに、様々なタイプの電磁弁を使用することができることが理解されるであろう。キャップ６２における排気継手５２は、排気マフラー５４と流体連通し、また、本体６０における逆止弁７４及び排気通路８０と流体連通する。電磁弁７０、７２、逆止弁７４及び真空発生器７６は、以下の図３Ａ〜図３Ｃの説明において、より明らかになるように、筒体アダプター３０の空気圧制御部と関連付けられる更なる通路と制御下で流体連通する。筒体アダプター３０は、好ましくは絶対圧タイプである圧力変換器９２を含む制御盤９０を更に備える。圧力変換器９２は、以下で説明されるように、本体６０の、筒体１２の空気間隙２０と連通する通路（図示せず）に延びる、検知部材９２ａを含む。制御盤９０は、締結具９４によって本体６０及びキャップ６２に締結される。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、筒体アダプター３０と関連付けられる空気圧制御システム及び通路を概略的に示す。図３Ａに示されているように、加圧空気９６が、空気入口５０に供給され、また、給気電磁弁７０及び真空発生器７６に加圧空気を供給するそれぞれの通路１００、１０２に方向付けられる。この空気は、６．８９５×１０５ Ｐａ等の従来の工場空気圧で供給することができる。ベンチュリタイプの真空発生器７６の中へ方向付けられた加圧空気は、以下で記載される目的から、排気通路１０４内に真空を形成する。排気通路１０４は、逆止弁７４の入口内部と流体連通する。逆止弁７４の出口及び真空発生器７６の出口は双方とも、前述した排気ポート５２及び排出マフラー５４と連通する。排気電磁弁７２は、排気通路１０４と、筒体アダプター３０内の、空気間隙２０と流体連結されている通路１０６との間に、流体連通するために連結される。圧力変換器９２、より具体的には、検知部材９２ａは、シリンジ筒体１２の空気間隙２０につながる同じ通路１０６と流体連通する。

図３Ａは、筒体アダプター３０の空気圧制御システムの、シリンジ筒体１２の空気間隙２０が加圧空気で満たされている、すなわち充填されている状態を具体的に示す。給気電磁弁７０は、空気入口ポート５０とシリンジ筒体１２の空気間隙２０との間に流体連通を許可する開位置に付勢されている。排気電磁弁７２は、付勢されておらず、空気間隙２０から排気通路１０４への空気の流れを阻止する閉位置にされている。圧力変換器９２が、空気間隙２０の絶対圧を読み取る。

図３Ｃに示されているように、双方の電磁弁７０、７２が閉位置にある場合、空気間隙２０は、空気圧制御部から隔離されており、空気間隙２０内の正圧が保持される。この時点で、空気間隙２０内の加圧空気は、液体を内部室１４から放出口１８に押し通すために、液体又は任意選択的にはピストン２２に対して作用している。吐出は、実際には、空気間隙２０内の圧力が閾値を超えたときに、給気電磁弁７０を閉じる前に開始する。図３Ｂに示されているように、排気電磁弁７２は、空気間隙２０内の空気圧が抜かれることを可能にする開位置に付勢又は別様に駆動される。これは、例えば、空気充填作業が、空気間隙２０内に所望の印加力を超えた過圧力をもたらした場合に必要とされ得る。この場合、適正な空気圧に達したことを圧力変換器９２が示すまで圧力を抜くために、１回又は複数回、排気電磁弁７２を一時的に開くことができる。その際、排気電磁弁７２は、空気間隙２０を隔離するとともに液体吐出サイクルに所望の空気圧を保持するように閉位置（すなわち非付勢）に駆動される。吐出サイクルのために、排気電磁弁７２を開いて、空気間隙２０内の空気圧を十分に抜き、液体１６が放出口１８から排出されなくなるような点まで液体にかかる力を低減させる。より具体的には、筒体１２の空気間隙２０は、空気圧制御システムの真空部分、すなわち通路１０４に流体連通するために連結される。これにより、筒体１２の空気間隙２０内の圧力が低下し、真空部分（すなわち通路１０４）内の圧力が大気圧を上回って増大する。これにより、今度は、逆止弁７４が開くことで、システムの真空部分が大気に接続する。これにより、筒体圧がより迅速に大気圧に達することが可能となる。真空発生器７６は、５０における入口空気の流れに起因して、システムの真空部分を最大の真空状態に戻すように動作し続ける。排気電磁弁７２は、空気間隙２０における所望の最終真空度を確立するのに十分な時間の間、開いたままである。排気電磁弁７２は、次に、確立された真空状態下で、筒体１２内の空気間隙２０を隔離する閉位置に駆動される。これにより、液体１６を放出口１８から引き出す傾向がある力が液体１６に供給されて、滴下を防止する。その場合、圧力変換器９２を用いて、空気間隙２０内の真空圧を能動的に監視し、必要に応じて、所望の真空度に維持し、電磁弁７２を開閉して真空度を調整することができる。

図４は、標準ＰＩＤ制御方式下で動作することができる電気制御システム１１０を示す。これに関して、圧力変換器９２及び電磁弁７０、７２はそれぞれ、制御盤９０上にあるか又は遠隔位置にあるデジタル信号プロセッサ等の中央制御部１１２と電気通信する。図４Ａ及び図４Ｂは、中央制御部１１２と関連付けられるソフトウェアを実施するそれぞれの制御フロー図を示す。概して、制御部は、圧力変換器９２を用いて、吐出サイクル全体を通して圧力読取り値を収集する。これらの空気圧読取り値、達する最大空気圧（Ｐｍａｘ）及び全ての圧力読取り値の総和又は総計（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ）から、２つの情報を用いる。各吐出サイクル時のこれらの２つの出力値すなわち読取り値は、統計的なプロセス制御の目的で測定されるプロセス変量として用いられる。これらのプロセス出力値のうちの固定数すなわち「窓」を評価して、出力値の傾向を求める。プロセス入力値が、必要に応じて、Ｐｍａｘ及びＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを一定に維持するように調整される。２つのプロセス入力値は、給気電磁弁７０の「オン」時間、及び、双方の電磁弁７０、７２が閉じられているとともに吐出が行われ続けている間の時間である「滞留」時間である。シリンジ筒体１２が吐出サイクル中に空になるとき、給気電磁弁７０の「オン」時間が、最大空気圧すなわちＰｍａｘを一定に維持するように調整され、「滞留」時間が、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ（すなわち、窓における全ての圧力読取り値の総和）を一定に保つように調整される。これにより、調整されなければ吐出量に不所望な変化を生じさせる満空の結果が有効に調整される。

図４Ａをより具体的に参照すると、ソフトウェアの機能すなわち動作を示すメインループ１２０が示されており、制御システムが起動しているとともに吐出サイクルが実行されていない任意の時点で稼動する。このメインループ１２０では、１２２において、圧力変換器すなわち圧力センサー９２（図３Ａ〜図３Ｃ）によって真空度の読取りを行って、空気間隙２０内の真空度又は負圧度を読み取る。１２４において、真空度が高すぎるかどうかを判定する問合せを行う。真空度が高すぎる場合、プロセスはステップ１２６に移り、給気電磁弁７０をｎ秒間開く。給気電磁弁７０を開く秒数（ｎ）又はその割合は、予め決定されており、例えば、少量の正圧を空気間隙２０に加えることによって真空圧を僅かに低下させる目的から、非常に短い持続時間とすることができる。プロセスは次に、１２８における、設定値又はプロセス入力値が変更されているかどうかを判定する別の問合せに移る。これらの設定値は、空気充填時間Ｔ１、滞留時間Ｔ２（すなわち、弁７０、７２が閉じられている時間）及び真空設定値すなわちＶＡＣ_ｉを含む。これらの設定値のうちのいずれかが変更されている場合、１３０において、影響を受ける入力値を再設定し、変更フラグを設定する。次に、１３２において、Ｔ３、すなわち排気電磁弁のオン時間を入力値に基づいて再計算する。プロセスは、次に、ステップ１３４における、吐出サイクルがユーザーによって開始されているかどうかを問合せる別の問合せに移る。吐出サイクルが開始されていない場合、真空度を読み取り、真空度が高すぎるか又は低すぎるかを判定し、また、真空度を調整するように適切な電磁弁７０又は７２を開く、最初のステップ１２２に、制御部が戻る。真空度が高すぎない場合、プロセスはステップ１３６に移る。１３６において、真空度が低すぎると判定される場合、１３８において、ここでもまた、高真空状態の場合に実施される対応するステップ１２６と同様に予め決定されているｎ秒間、ベント弁すなわち排気弁７２を開く。真空度が高すぎも低すぎもしない場合、プロセスは、述べたようにステップ１２８に移る。吐出サイクルがユーザーによって開始されている場合、制御ソフトウェアが、図４Ｂに示されているプロセスを実行する。

図４Ｂの吐出ループ１４０内に示されている吐出サイクルの始動すなわち開始時、ステップ１４２において給気電磁弁７０をＴ１秒間開く。Ｔ１秒の終了時点で、給気電磁弁７０が閉じ、１４４において、制御部が、各弁７０、７２が閉じているとともに吐出が行われている間に滞留時間をＴ２秒間実施する。Ｔ２秒の終了時点で、１４６において、制御部が、排気電磁弁７２をＴ３秒間開く。この時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）中、１４８において、圧力読取りが圧力変換器９２によって行われ、圧力読取り値が制御部１１２（図４）によって格納される。その後、これらの圧力読取り値（例えば、１秒当たり１０００個の圧力読取り値を用いて、Ｐｍａｘ及びＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを計算する。排気電磁弁７０が閉じられた後、ステップ１５０において、圧力変換器９２が真空度を読み取る。１５２において、真空度が適正な範囲内にあるかどうか、すなわち、最初の又は所望の目標真空度ＶＡＣ_ｉを差し引いた検出された真空度ＶＡＣが高すぎるか又は低すぎるかを判定する問合せを行う。検出された真空度が高すぎるか又は低すぎる場合、その真空度が高すぎたか又は低すぎたかに基づいて適切な方向に真空度を調整するようにステップ１５４においてＴ３をより高く又はより低く調整する。検出された真空度が許容範囲内にある場合、ステップ１５６において、Ｐｍａｘ及びＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅを、ステップ１４８において読み取られた圧力読取り値から計算する。ステップ１５８において、変更フラグが設定されているかどうかを制御部が判定する。変更フラグが設定されている場合、１６０において、目標の最大空気圧値Ｐｍａｘ_ｉをＰｍａｘに等しくなるように設定し、目標の総弁圧力値Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ_ｉをＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅに等しくなるように設定し、変更フラグをオフにする。変更フラグがステップ１５８において設定されていない場合、１６２において、Ｐｍａｘ_ｉを差し引いたＰｍａｘが許容可能な誤差値範囲よりも小さいか又は大きいかに関する問合せを行う。Ｐｍａｘが許容可能な誤差値範囲よりも小さいか又は大きい場合、ステップ１６４においてＴ１を調整する。Ｐｍａｘ_ｉを差し引いたＰｍａｘが許容可能な誤差値範囲内にある場合、ステップ１６６において、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ_ｉを差し引いたＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ値が許容可能な誤差値範囲よりも小さいか又は大きいかを判定する次の問合せをソフトウェアが実施する。Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ値が許容可能な誤差値範囲よりも小さいか又は大きい場合、１６８においてＴ２を適切な方向に調整する。Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ値が許容可能な誤差値範囲よりも小さくないか又は大きくない場合、１７０において制御部がメインループに戻る。以前の複数回の吐出サイクル過程にわたってステップ１４８において読み取られた読取り値の移動窓が、Ｐｍａｘ_ｉ及びＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ_ｉを判定する目的で使用される。この制御部は、システムが液体を全く吐出していない場合に、滴下が防止されるように適切な真空度を維持し、満空の結果を、最大空気圧Ｐｍａｘを一定に維持するとともにＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐｕｌｓｅすなわち特定の時間窓時に行われた全ての圧力読取り値の総和を吐出サイクルごとに一定に維持することによって、有効に調整することが理解されるであろう。

図５は、空気圧対時間をプロットした１回の吐出サイクルをグラフで示す。圧力は、６．８９５×１０^５ Ｐａ又は任意の他の適した動作圧に達するまで、０に等しい時間「ｔ」から線１８０ａに沿って増加することが示されている。この時点では、垂直線１８２によって示されているのは、図３Ｃに示されているように隔離されているシリンジ筒体であり、排気電磁弁７２が垂直線１８４において示されているように開かれるまで液体吐出サイクルが液体を放出口１８から吐出し続ける。サイクルのこの第２の部分の間の空気圧は通常、熱力学効果に起因して、線１８０ｂによって示されているように約１０％だけ減少する。この影響は、圧力変換器及び給気電磁弁を用いて、筒体圧の能動的な閉ループ制御によってオフセットすることができる。その場合、排気電磁弁７２が、垂直線１８４において示されているように開かれる。空気抜きが迅速に行われ、それによって、線１８０ｃによって示されているように圧力が急速に低下し、最終的には、前述したように真空状態に達する。空気間隙２０は、真空下で隔離される。グラフが示すように、完全なオン／オフサイクルの充填部分及び空気抜き部分は迅速であり、この結果、オン状態とオフ状態との間でディスペンサーをより迅速にサイクル動作させることができ、また、各液体吐出サイクル時に、液体をより正確に、特に少量で吐出することができる。

本発明を種々の好ましい実施形態の記載によって説明し、これらの実施形態を幾らか詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に制限するか又はいかようにも限定することは本出願人の意図ではない。更なる利点及び変更点は当業者には容易に明らかであろう。本発明の種々の特徴は、単独で、又はユーザーの必要性及び好みに応じて任意の組み合わせで用いることができる。本明細書では、現在知られているような本発明を実施する好ましい方法とともに、本発明を記載した。しかしながら、本発明自体は添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるものとする。

Claims (25)

1. 筒体からの液体の吐出を制御する装置であって、前記筒体は、前記液体を保持する内部室と、前記内部室に連通して前記液体を放出する放出口と、前記液体を前記内部室から前記放出口に押し通す加圧空気を受ける空気間隙とを含み、前記装置は、
   動作可能に前記筒体に連結された給気電磁弁及び排気電磁弁を備え、前記給気電磁弁は、前記空気間隙への加圧空気の流れを制御するように動作可能であり、前記排気電磁弁は、前記空気間隙から大気への空気の流れを制御するように動作可能であり、
   前記排気電磁弁に流体連通して連結される真空発生器を備え、及び
   （ｉ）前記給気電磁弁を開くことによって前記空気間隙へ加圧空気を供給し、それによって、前記空気間隙を加圧するとともに前記放出口から前記液体を吐出させるように、（ｉｉ）前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁を閉じることによって前記加圧した空気間隙を隔離して、前記空気間隙を加圧した状態のまま前記放出口から前記液体を吐出し続けるように、及び（ｉｉｉ）前記排気電磁弁を開くことによって前記空気間隙から排気して、前記真空発生器により前記空気間隙を真空にして前記空気間隙内の前記加圧空気を抜くとともに前記放出口からの前記液体の吐出を停止させるように、前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁を選択的に起動させるように動作可能な制御部を備える装置。
2. 給気通路及び排気通路を含み、前記筒体に連結されるように構成された筒体アダプターを更に備え、
   前記給気電磁弁は、前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記給気通路から前記空気間隙への加圧空気の流れを制御するために前記給気通路に連通し、前記排気電磁弁は、前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記空気間隙から前記排気通路を通して大気への加圧空気の流れを制御するために前記排気通路と連通する請求項１に記載の装置。
3. 前記真空発生器は、前記筒体アダプター内に取り付けられており、
   前記空気間隙から前記排気通路を通って排出された空気は、少なくとも部分的に前記真空発生器を通るように方向付けられる請求項２に記載の装置。
4. 前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記排気通路及び前記真空発生器に流体連通する逆止弁を更に備え、
   前記空気間隙から前記排気通路を通して排出された空気は、前記真空発生器を通り、また、前記逆止弁を通るように方向付けられる請求項３に記載の装置。
5. 前記排気電磁弁に流体連通する逆止弁を更に備え、
   前記空気間隙から排出された空気は、前記逆止弁を通るように方向付けられる請求項１に記載の装置。
6. 前記空気間隙に流体連通して位置決めされるとともに、前記空気間隙の空気圧を検知するように動作可能な圧力変換器を更に備え、
   前記圧力変換器は、さらに、前記制御部に電気的に接続され、前記制御部へ信号を供給するように動作可能であり、前記制御部は、前記信号を用いて、前記空気間隙を所望の圧力にするように前記電磁弁のうちの少なくとも一方を動作させるように更に動作可能である請求項１に記載の装置。
7. 請求項１に記載の装置及び筒体を備えるディスペンサー。
8. 給気通路及び排気通路を含み、前記筒体に連結された筒体アダプターを更に備え、
   前記給気電磁弁は、前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記給気通路から前記空気間隙への加圧空気の流れを制御するために前記給気通路に連通し、前記排気電磁弁は、前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記空気間隙から前記排気通路を通して大気への加圧空気の流れを制御するために前記排気通路と連通する請求項７に記載のディスペンサー。
9. 前記筒体アダプター内に取り付けられる逆止弁及び圧力変換器を更に備える請求項８に記載のディスペンサー。
10. 前記筒体アダプター内に取り付けられるとともに、前記排気通路に流体連通する真空発生器を更に備え、
    前記空気間隙から前記排気通路を通して排出された空気は、前記真空発生器を通るように方向付けられる請求項９に記載のディスペンサー。
11. 筒体を備える液体ディスペンサーを動作させる方法であって、前記筒体は、液体を保持する内部室が設けられており、また、前記内部室に連通し前記液体を放出する放出口と、前記液体を前記内部室から前記放出口に押し通す加圧空気を受ける空気間隙とを有し、前記方法は、
    前記筒体の前記空気間隙に流体連通して連結される給気電磁弁へ加圧空気を供給することと、
    前記加圧空気を前記空気間隙へ方向付けて前記内部室から前記液体を放出させるように前記給気電磁弁を開位置へ駆動することと、
    前記空気間隙が加圧された後で前記空気間隙を隔離するために、前記筒体の前記空気間隙に流体連通して連結される前記給気電磁弁及び排気電磁弁の双方を閉位置へ駆動し、それによって、前記空気間隙が加圧及び隔離された状態のまま前記内部室から前記液体を放出し続けさせることと、
    前記給気電磁弁が前記閉位置にある状態のまま、前記空気間隙を、真空発生器に流体連通して連結された排気通路に連結するように前記排気電磁弁を開位置へ駆動し、それによって、前記空気間隙から前記加圧空気を抜くとともに前記内部室からの液体の前記放出を停止させることと、
    を含む方法。
12. 前記空気間隙が真空になるまで前記真空発生器によって前記排気通路内の真空を維持することと、
    真空下の前記空気間隙を隔離するように前記排気電磁弁を閉位置へ駆動することと、を更に含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記排気電磁弁を駆動することは、
    前記排気通路から逆止弁を通るように空気を方向付けることを更に含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記排気電磁弁を駆動することは、
    前記空気間隙から、逆止弁に流体連通して連結される排気通路を通るように前記空気を方向付けることと、
    前記空気間隙からの前記加圧空気によって前記逆止弁を開くことと、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。
15. 前記ディスペンサーは、圧力変換器を更に備え、前記圧力変換器は、前記空気間隙に流体連通して位置決めされるとともに、前記空気間隙の空気圧を検知するように動作可能であり、
    前記方法は、
    前記空気間隙の空気圧を検知することと、
    検知された前記空気圧に少なくとも部分的に基づいて、前記空気間隙を所望の圧力にするように前記電磁弁のうちの少なくとも一方を動作させることと、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。
16. 前記放出口からの滴下を防止するために、液体の吐出を停止している間、前記空気間隙を真空にすることを更に含む請求項１１に記載の方法。
17. 前記空気間隙を真空にすることは、
    真空状態下で前記空気間隙を隔離するように前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁の双方を閉位置へ駆動することを更に含む請求項１６に記載の方法。
18. 空気圧を所望の設定点へ下げるために、前記空気間隙が加圧された後で前記排気電磁弁を駆動することを更に含む請求項１１に記載の方法。
19. 前記液体を放出しながら前記空気間隙内の空気圧を増加させるように、吐出サイクル時に、少なくとも１回の更なる回数、前記給気電磁弁を前記開位置へ駆動することを更に含む請求項１１に記載の方法。
20. 前記液体を放出しながら前記空気間隙の複数の圧力読取り値を読み取ることと、
    前記内部室からの前記液体の吐出を含む第１の吐出サイクルについて前記複数の読取り値から最大圧を求めることと、
    その次の吐出サイクル中の前記空気間隙内の最大圧を、前記第１の吐出サイクル中の前記複数の読取り値から求めた前記最大圧に実質的に等しくなるように維持することと、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。
21. 前記液体を放出しながら前記空気間隙の複数の圧力読取り値を読み取ることと、
    前記内部室からの前記液体の吐出を含む第１の吐出サイクルについて前記複数の読取り値を合算して総圧力値を求めることと、
    その次の吐出サイクル中の前記空気間隙内の総圧力値を、前記第１の吐出サイクル中の前記複数の読取り値から求めた前記総圧力値に実質的に等しくなるように維持することと、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。
22. 前記最大圧を維持することは、前記加圧空気を前記空気間隙へ方向付けるように前記給気電磁弁が前記開位置にある時間を調整することを含む請求項２０に記載の方法。
23. 前記総圧力値を維持することは、前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁の双方が閉位置にある滞留時間を調整することを含む請求項２１に記載の方法。
24. ａ）真空度を検知するとともに信号を生成するステップと、
    ｂ）前記信号に応答して、
    （ｉ）前記給気電磁弁を開位置へ駆動することと、
    （ｉｉ）前記排気電磁弁を開位置へ駆動することと、
    のうちの一方を実行するステップと、
    を含む請求項１１に記載の方法。
25. 第１の吐出サイクルは、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順序の時系列により画定され、
    前記給気電磁弁は、前記時間Ｔ１の間、開位置にあり、
    前記給気電磁弁及び前記排気電磁弁は、前記時間Ｔ２の間、閉位置にあり、
    前記排気電磁弁は、前記時間Ｔ３の間、開位置にあり、
    前記方法は、
    前記時間Ｔ３の終了時点で、前記排気電磁弁を閉位置へ駆動するステップと、
    前記時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の間、前記空気間隙の空気圧を検知するステップと、
    検知した前記空気圧が適正範囲内にあるか否かを判定するステップと、
    ａ）次の吐出サイクルのために、前記時間Ｔ３を調整することと、ｂ）検知した前記空気圧から前記第１の吐出サイクルについて最大空気圧を求めるとともに、検知した前記空気圧を合算して前記第１の吐出サイクルについて総圧力値を求めることとのうちの一方を行うステップと、
    を更に含む請求項１１に記載の方法。

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