JP6161842B1 - 液滴噴出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
予め定める方向に液滴を噴出するノズルと、
前記ノズルから噴出された液滴の飛翔経路上で手指または液滴を着弾させる対象物を検知し、該手指または液滴を着弾させる対象物を検知すると、その検知信号を出力する検知手段と、
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、前記ノズルに接続された吐出部とを有するポンプと、
カムを有し、前記カムの回転運動によって、前記ポンプに液体を吸引させかつ吸引した液体を圧縮して吐出させる駆動手段と、
前記検知信号に応答して、前記駆動手段を動作させる制御手段と、を含み、
前記制御手段は、前記検知信号に応答して前記駆動手段を動作させて前記カムを回転させ、該カムの回転運動によって前記ポンプを動作させて、前記ノズルから所定量の液体を液滴化して噴射させ、
前記ポンプは、ピストンと、前記ピストンが収容されるシリンダと、液体が通るパイプと、前記シリンダ内への液体の吸引時には開放され、前記シリンダからの吐出時には閉鎖される第1の弁と、前記シリンダ内への液体の吸引時に閉鎖される第2の弁と、を備え、
前記第1の弁が閉じた状態から前記ピストンが吸引する方向に動作して前記第1の弁が開き液体が吸引され、液体がノズルの孔から噴出されるときは、前記第1の弁が閉鎖されかつ前記第2の弁が開放されて、前記パイプの中を液体が通り、前記ノズルから液滴が噴出されることを特徴とする液滴噴出装置である。
前記ポンプは、前記カムが1回転することによって、前記ノズルから0.0005ml以上の噴出量であり、着弾させる対象物の面積よりも狭い着弾の面積となる液体の噴出で液滴が着弾面から落下しない噴出量となるように構成され、該ノズルからの飛翔距離が少なくとも5mm以上飛翔させることを特徴とする。
前記レバーが前記第1カム面に接した状態で前記カムが回転することによって、前記ポンプに液体を吸い上げる吸引力を生じさせ、前記レバーが前記第2カム面に接した状態で前記カムが回転することによって、前記ばねのばね力によって前記レバーが揺動して、前記ポンプから液体が吐出するように構成したことを特徴とする。
前記ノズル孔の内径φ1よりも前記パイプの調整孔の内径φ2が大きく、
前記シリンダにはピストンの動作に影響の無い上部に、前記パイプの調整孔から漏れ出た液体を排出するための排出孔φ3が設けられ、
前記排出孔の内径φ3は、前記調整孔の内径φ2以上であり、前記パイプの調整孔から漏れ出た液体を前記シリンダに設けた排出孔(φ3)から排出するように構成されていることを特徴とする。
また、ピストンと、ピストンが収容されるシリンダと、液体が通るパイプと、シリンダ内への液体の吸引時には開放され、シリンダからの吐出時には閉鎖される第1の弁と、シリンダ内への液体の吸引時に閉鎖される第2の弁とによって、ポンプが構成されるので、ピストンが吸引する方向に動作して第1の弁が開き液体が吸引され、液体がノズルの孔から噴出されるときは、第1の弁が閉鎖されかつ第2の弁が開放されて、パイプの中を液体が通り、ノズルから液滴が噴出される。このような第1の弁および第2の弁は、構成が簡素な逆止弁によって実現することができ、これによって液滴噴出装置の構成を簡素化して、容易に製造することができる。
次に、本発明におけるもう1つの噴出量の制御について、図7を参照して説明する。
本構成の装置を用いて、液体が噴出されるノズル10のノズル孔31を単純な円形の孔とし、孔径0.4mmを用いて液体が通る内径を2mmとし、カム4の最大径と最小径を変化させ、第1カム面4aおよび第2カム面4bのシフト量を変化させ、且つ、ノズル接続ポンプパイプ12及びシリンダ側面には孔33を有さない構成でピストンカムレバー11の引張ばね13のばね張力を約500gとし、シリンダの内径を6.1mm、液体として水を用いて、変形カムによるピストン20の動作距離を変化させ、ピストン20の1往復運動における水の噴出量を測定した実験例を表1および図8に示す。
F=2×π×R×γ×cosθ …(1)
であり、
M×g<F …(2)
ここに、R:液の半径
γ:表面張力
M:液滴の質量
g:重力加速度
で液体が落下しない条件となり、本装置について水を用いた場合の計算をすると、液滴の半径を6mm(表5より)、水の表面張力=72.75mN/mとした場合、0.0285g以上で液滴が落下する計算となる。そして、実際にガラス上で水を用いて落下する重量について確認すると、0.03g前後であり、計算値とほぼ近似している。
(1)机上または卓上などの予め定める設置面上に液滴噴出装置が設置され、手指または物体を液滴の飛翔経路に近付けると、その手指または物体を検知手段が検知して検知信号を出力する。制御手段は、検知手段から出力された検知信号を受信すると、その検知信号に応答して駆動手段を動作させる。駆動手段が動作すると、カムが回転され、このカムの回転運動によってポンプPが動作して、液体を吸引し、吸引した液体を圧縮して吐出部からノズル10に供給される。ノズル10に供給された所定量の液体は、液滴化された状態で噴出され、飛翔経路上の手指または物体に付着して、手指または物体を適切な液量で湿潤させることができる。
2 歯車列
3 軸
4 カム
5 本体
6 本体カバー
7 周壁
8 ボール部
9 光学センサー
10 ノズル
10a ノズルに設けてある軸部
11 ピストンカムレバー
11a 孔
11b ピストンカムレバーの揺動支点軸
12 ノズル接続ポンプパイプ
13 引張ばね
14 圧縮ばね(第1弁用)
15 圧縮ばね(第2弁用)
16 カム位置検知センサー
17 ピストンカムレバー支持フレーム
18 第1弁
19 第2弁
20 ピストン
21 吸引パイプ
22 シリンダ
30 容器
31 ノズル孔(φ1)
32 ノズル接続ポンプパイプの側面の孔(φ2)
33 シリンダの側面の孔(φ3)
34 給液タンク
C 制御基板
D 乾電池
M DCモータ
L ピストンの移動距離
P ポンプ
V1 吸引容積
V2 吸引パイプ21の底辺から第1弁18までの吸引容積
Claims (8)
- 予め定める設置面上に設置された状態で、液体を液滴化して噴出する小型の液体噴出装置であって、
予め定める方向に液滴を噴出するノズルと、
前記ノズルから噴出された液滴の飛翔経路上で手指または液滴を着弾させる対象物を検知し、該手指または液滴を着弾させる対象物を検知すると、その検知信号を出力する検知手段と、
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、前記ノズルに接続された吐出部とを有するポンプと、
カムを有し、前記カムの回転運動によって、前記ポンプに液体を吸引させかつ吸引した液体を圧縮して吐出させる駆動手段と、
前記検知信号に応答して、前記駆動手段を動作させる制御手段と、を含み、
前記制御手段は、前記検知信号に応答して前記駆動手段を動作させて前記カムを回転させ、該カムの回転運動によって前記ポンプを動作させて、前記ノズルから所定量の液体を液滴化して噴射させ、
前記ポンプは、ピストンと、前記ピストンが収容されるシリンダと、液体が通るパイプと、前記シリンダ内への液体の吸引時には開放され、前記シリンダからの吐出時には閉鎖される第1の弁と、前記シリンダ内への液体の吸引時に閉鎖される第2の弁と、を備え、
前記第1の弁が閉じた状態から前記ピストンが吸引する方向に動作して前記第1の弁が開き液体が吸引され、液体がノズルの孔から噴出されるときは、前記第1の弁が閉鎖されかつ前記第2の弁が開放されて、前記パイプの中を液体が通り、前記ノズルから液滴が噴出されることを特徴とする液滴噴出装置。 - 前記検知手段は、手指または液滴を着弾させる対象物を、前記ノズルからの距離が前記飛翔経路上で5mm以上100mm以下の範囲で検知可能であり、
前記ポンプは、前記カムが1回転することによって、前記ノズルから0.0005ml以上の噴出量であり、着弾させる対象物の面積よりも狭い着弾の面積となる液体の噴出で液滴が着弾面から落下しない液滴を、該ノズルからの飛翔距離が5mm以上飛翔させることを特徴とする請求項1に記載の液滴噴出装置。 - 前記検知手段は、光学式センサーまたは超音波センサーであることを特徴とする請求項2に記載の液滴噴出装置。
- 前記カムは、最小半径の吸引開始位置から回転方向に半径を増加させて、前記吸引開始位置よりも回転方向に直前で最大半径となる吸引終了位置まで延びる第1カム面と、前記吸引終了位置から前記回転方向に半径を急激に減少させて、前記吸引開始位置まで延びる第2カム面とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の液滴噴出装置。
- 前記駆動手段は、前記カムのカム面に接触して揺動され、前記ノズルに連結されたレバーと、前記レバーを前記カム面に押し付ける方向にばね付勢するばねとを含み、
前記レバーが前記第1カム面に接した状態で前記カムが回転することによって、前記ポンプに液体を吸い上げる吸引力を生じさせ、前記レバーが前記第2カム面に接した状態で前記カムが回転することによって、前記ばねのばね力によって前記レバーが揺動して、前記ポンプから液体が吐出するように構成したことを特徴とする請求項4に記載の液滴噴出装置。 - 前記ポンプには、前記カムが1回転したときの前記ノズルからの液滴の噴出量が0.0005ml以上の噴出量であり、着弾させる対象物の面積よりも狭い着弾の面積となる液体の噴出で液滴が着弾面から液が落下しない噴出量となるように、該第1カム面および第2カム面のシフト量によるピストンのストローク量の調整または該パイプの内径よりも小さい内径の調整孔がパイプの側面に設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の液滴噴出装置。
- 前記ポンプの第1の弁までの液体を吸引するために必要な体積V1よりも前記カムが1回転したときの前記ポンプによる液体の吸引容積V2が大きく、
前記ノズル孔の内径φ1よりも前記パイプの調整孔の内径φ2が大きく、
前記シリンダにはピストンの動作に影響の無い上部に、前記調整孔から漏れ出た液体を排出するための排出孔が設けられ、
前記シリンダの排出孔の内径φ3は、前記パイプの調整孔の内径φ2以上であり、前記パイプの調整孔から漏れ出た液体を前記排出孔から排出するように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の液滴噴出装置。 - 前記液体は、前記液滴噴出装置に交換可能な容器または詰め替え可能な容器に封入されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の液滴噴出装置。
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