JP6599312B2 - 電気的に活性化される材料を用いたディスペンサポンプ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

関連出願
本出願は，２０１３年９月２０日出願の米国仮特許出願第６１／８８０２７０号，名称「電気的に活性化される材料を用いたディスペンサポンプ（DISPENSER PUMP USING ELECTRICALLY ACTIVATED MATERIAL）」に対する優先権を主張し，前記出願は参照により本出願に援用される。

本発明は，流体製品ディスペンサにおいて使用されるポンピング機構に関し，より具体的には，ノズルを通して流体製品を分注するために流体室を加圧するよう，電気的に活性化されるポリマーを使用するポンピング機構に関する。

当該技術分野において，壁又はスタンドに設置されるディスペンサからハンドケア製品を分注することが知られている。このようなディスペンサは典型的には，ハンドソープ，ローション又は殺菌剤を収容する交換可能なリザーバを有する。いくつかのモデルは，ヒトの手がディスペンサの下に置かれた時にこれを感知することによって自動的に製品を分注する。センサはコントローラに信号を送信し，コントローラはポンプを動作させ，ポンプはノズルを通してヒトの手へと流体を押出する。

ディスペンサは従来，通行人に対して従来のアクセスしやすさを提供する建物の入口，浴室又は軽食堂に配置され得る。しかしながら，全ての領域が，ディスペンサへの電力の供給に好適であるわけではない。したがってディスペンサは典型的には，オンボード電源，典型的にはバッテリを備える。

しかしながら，バッテリの消耗が著しい場合がある。ポンプはモータによって作動され，このモータは，本質的にかなりの動力損失を有する歯車又は他の形態の動力伝達装置を含む。センサ及び制御回路は，オンボード電源に更なる消耗を与える。したがって，自動ディスペンサの頻繁な保守が必要となり，バッテリの定期的な交換によりコストがかかる。

更に，伝統的なポンプアクチュエータは比較的大型であり，利用できる空間が限定されている領域における自動ディスペンサの使用は不可能となる。

したがって，非接触型ディスペンサの機能的便益を維持しながら，電力消費プロファイルが低く，かつフットプリントが小さい自動ディスペンサを提供することは有利である。本発明は上述の問題を取り除くものである。

本発明の実施形態による流体製品ディスペンサの斜視図； 前記流体製品ディスペンサの，ディスペンサの内部構成部品を示す断面図； 本発明の実施形態による，電気的にエネルギー供給されていない状態における流体製品ポンプの概略断面図； 本発明の実施形態による，電気的にエネルギー供給されている状態における流体製品ポンプの概略断面図；及び 本発明の実施形態による，流体製品ポンプの別の実施形態の概略断面図。

詳細な説明
図１を参照すると，本発明の実施形態による製品ディスペンサが図示されており，全体として１０で示されている。ディスペンサ１０は製品を計量して分注し，前記製品は石鹸，ローション又は殺菌剤等のハンドケア製品を含んでよいが，他のタイプの流体製品を製品ディスペンサから分注してもよい。

図１及び図２を参照すると，ディスペンサ１０は基部１４及びカバー１８を含み，カバー１８は，閉鎖している場合にディスペンサ１０の構成部品を保持する内部領域を画定する。基部１４は概して剛性であってよく，ポンプ及び流体リザーバ３０並びに後述される他の構成部品を支持するために好適な構造的構成を有する。ディスペンサ１０は，図示されていない壁，スタンド又は他の構造体に設置でき，したがって基部１４は，１つ又は複数の固定具を収納できる設置用孔又はブラケットを含む。基部１４は更に，カバー１８が枢動可能に取り付けられるヒンジ２２を含んでよい。ラッチ２６はカバー１８を所定の位置に固定し，手動でこれを解放することによって，ディスペンサ１０の内部領域へのアクセスを可能とする。ある例示的な様式では，カバー１８は概して凹状であってよく，またサービス要員が流体リザーバ３０を視認できるように位置決めされた窓１１を含んでよい。

ここでも図２を参照すると，流体リザーバ３０は，ハンドケア製品を収容するよう構成される。リザーバ３０は，再使用可能なコンテナであってよく，必要に応じて製品を詰め替えてもよい。あるいはリザーバ３０は使い捨てであってよく，空になった場合に交換できる。リザーバ３０へのアクセスは，カバー１８のラッチを解除して基部１４から離れるように枢動させ，ディスペンサ１０の内部を露出させることによって得られる。一実施形態では，リザーバ３０は，基部１４から延在する棚及び／又は壁によって所定の位置に保持してよい。一般にリザーバ３０は，衛生面での理由により，取り外されて別のリザーバ３０に交換される。このような交換可能なリザーバを，これ以降詰め替えユニット３４と呼ぶ。

詰め替えユニット３４は，バッグと呼ばれる柔軟なシート状材料から構成してよく，バッグの側部又は端部に取り付けられた出口を含んでよい。更に他の詰め替えユニット３４は，正立又は倒立設置構成における使用のために，概して剛性又は半剛性のプラスチックから構成してよい。図２では，詰め替えユニット３４はディスペンサハウジング内に完全に格納されている。しかしながら，本発明の実施形態の意図する包含範囲から逸脱することなく，詰め替えユニット３４に関する他の構造的構成及び設置構成も選択してよい。

図２及び図３を参照すると，ポンプ入口４２及びポンプ出口４６を有するディスペンサポンプ４０の例示的実施形態が示されている。ポンプ出口４６は，ディスペンサ１０から流体製品を分注するためのノズル４７に接続される。ポンプ入口４２は，詰め替えユニット３４に流体接続される。より具体的には，浪費を最小化するために，ポンプ入口４２は詰め替えユニット３４の端部に接続される。一実施形態では，ポンプ４０は使い捨てであり，組立体として詰め替えユニット３４に取り付けられた状態で提供される。この様式において，詰め替えユニット３４を交換する際，ディスペンサ１０の全ての湿った構成部品が廃棄される。

ここでも図３を参照すると，ポンプ４０は，全体として５０で示されるポンプ室５０を含む。現在説明している実施形態では，ポンプ室５０は，概ね凹状の領域５２を有する。入口４２は凹状領域５２の上側から延在し，出口４６は凹状領域５２の遠位の底部端から延在するが，確実な判断によって，ポンプ室５０に対する入口及び出口の他の位置も選択してよい。これにより，重力が，詰め替えユニット３４から凹状領域５２内へと製品を引き出す補助となる。以下に詳細に説明するアクチュエータは，ポンプ室５０に加圧することによって，出口４６及びノズル４７を通して製品を放出する。本発明の実施形態の意図する包含範囲から逸脱することなく，ポンプ室５０の他の構成を用いてよいことを理解されたい。

ポンプ室５０内の流体は，ポンプ室５０を構成する１つ又は複数の壁を変位させることによって加圧できる。好ましい実施形態では，ポンプ室５０は，１つ又は複数の剛性壁部５３から，かつ可撓性膜７０によって構成してよい。圧力は，可撓性膜７０に隣接して位置する付勢装置５４から凹状領域５２内で生成される。一実施形態では，付勢装置５４は板ばね又はコイルばね５５を備える。しかしながら，他のタイプのばね又は付勢装置を使用してよい。付勢装置５４からの力は，ポンプ室５０内の流体の容積を制限する膜７０を押圧することによって，内側の製品を加圧する。

引き続き図３を参照すると，膜７０は，可撓性ポリマー材料から構成される。この可撓性材料は復元力を有し，事前に決定された剛性，即ち屈曲に対する耐性を有する。一実施形態では，膜７０はシリコーンから，あるいはポリウレタンから作製される。しかしながら，ポンプ４０の動作のために必要な場合は，剛性及び復元力に関する必要な特性を有する他のタイプの材料を使用してよいものと解釈するべきである。したがって，膜７０を変位させた，即ち装置５４によって膜７０に付勢した後，膜７０は，その元の形状を保持しようとし，力が除去された場合に付勢されていない構成に復帰しようとする。付勢装置５４のばね定数は，本明細書に記載されるディスペンサ１０の動作に好適な様式で，膜７０の剛性に適合させることができることを理解されたい。

膜７０は更に，膜７０の対向する面７０’，７０”それぞれに塗布される導電性材料を含む。一実施形態では，この導電性材料は，比較的薄い層として膜の表面に付着する炭素粒子を含む。膜の各面７０’，７０”，より具体的には各導電層７２は，それぞれＤＣ電圧電源の反対の極性の端子に接続される。ある閾値の大きさの電圧を膜７０に印加すると，膜７０の剛性は，共に押圧する導電層７２の引力によって変化する。したがって実際には，膜７０は一時的にその剛性をある程度失ってより柔軟になり，したがって付勢装置５４の力による変位を受ける（図４を参照）。その結果，電位が除去されると，基材の復元力は膜７０をその元の形状に復元させ，したがって付勢力を克服する（図３を参照）。電圧源にエネルギー供給し，エネルギー供給を切断することによって，ポンプ室５０の圧縮及び減圧が得られ，これによりディスペンサ１０からの製品のポンピングが促進されることが，容易に理解できる。

膜７０のポリマー材料が導電層７２間の絶縁体として機能することは，当業者は理解するであろう。上述のように，印加される電圧の分極効果は膜７０の特性を変化させる。膜７０に印加される電圧は，２kV〜４kVの範囲内であってよい。しかしながら，ポンプ４０を作動させる際の使用に好適となるように，いずれの範囲の電位を印加してよい。電圧の印加によって絶縁性ポリマーの剛性が変化する現象は当該技術分野において公知であるため，ここではこれ以上の説明は提供しない。

製品がノズル４７を通って適切に流れることを保証するために，１つ又は複数の弁がポンプ４０に組み込まれる。一実施形態では，全体として８０で示される第１の弁は，入口４２と流体連通する。更に，全体として８１で示される第２の弁は，出口４６に流体接続される。適切な遷移において起動された場合，弁８０，８１は，詰め替えユニット３４への製品の逆流を防止し，ディスペンサが起動される前にノズルを通して製品が漏れることを防止する。

再び図３，図４を参照すると，膜７０を弁８０，８１として使用して，上述のように入口４２及び出口４６を選択的に開閉できる。本発明の一実施形態では，追加の付勢装置５７は，膜７０に隣接して，かつ入口４２の近傍に位置決めしてよい。上述のようにして導電層７２に電圧を印加すると，膜７０は，導電層７２が被覆する全領域に亘って剛性を失う。したがって，膜７０は更に柔軟性となり，これにより付勢装置５７は，入口４２と封止接触するように膜７０を押圧でき，これによって流体が詰め替えユニット３４へと逆流するのを防止できる。

付勢装置５４及び５７は同時に膜７０を変位させることに留意されたい。したがって，ある代替実施形態では，図示されていない単一の付勢装置を，ポンプ室５０から流体を変位させるため及び入口４２を封止するための両方に使用できると考えられる。よって付勢装置は特別に構成してよく，入口４２をポンプ室に近接して位置決めすることによって，単一の付勢要素による両方の動作を容易にすることができる。

ここでも図３及び図４を参照すると，別の別個の付勢装置５９が含まれていてよく，前記付勢装置５９を，出口４６の位置において膜７０を係合するよう位置決めしてよい。入口４２及び出口４６は，ポンプ４０の動作中の正反対の時点において流体に関して封止されなければならないことに留意されたい。したがって，付勢装置５９は，ポンプ室５０内の流体が加圧された場合に，出口４６から離れるように膜７０を移動させるよう位置決めされる。即ち，エネルギー供給されていない状態において，膜７０は出口４６を被覆することによって，流体が出口４６を通って流れるのを防止するよう構成される。

ここで図３及び図５を参照すると，エネルギー供給されていない状態における出口４６を通した漏れに対する保護を得るために，隆起したリム４９を出口４６の開口の周囲に位置決めしてよい。更に，本明細書ではリブ５１と呼ばれる突出部を，隆起したリム４９の部分とは反対側の１つ又は複数の剛性壁部５３から延在するように形成してよい。これにより，膜７０の剛性及び復元力は，圧着動作によって膜７０を出口４６に接触させる（図５参照）。

加圧された流体は膜７０に作用して，出口４６との係合が解除されるように膜７０を移動させることが理解されるだろう。したがって図５は，膜７０に出口４６との係合を解除させるための専用の付勢装置を含まない本発明の実施形態を示す。したがって膜７０の剛性及び／又は厚さは，ポンプ室５０内の圧力が上昇するにつれて，膜７０の剛性を克服する閾値に到達し，流体がノズル４７を通して流れることができるようになるように選択できる。本実施形態はリム４９及びリブ５１の両方を示しているが，これらのうちの一方を除外した変形例が考えられる。

本発明の１つ又は複数の実施形態における本発明の原理を図示及び説明したが，これらの原理から逸脱することなく，本発明の構成及び細部を修正できることは，当業者には容易に明らかとなるはずである。

Claims (15)

1. ディスペンサの流体リザーバから流体を分注するためのポンプであって：
   ポンプ入口であって，前記ポンプ入口を通して前記流体リザーバから前記流体が収容されるポンプ入口と；
   前記入口を通して収容された前記流体を貯蔵するためのポンプ室と；
   前記ポンプ室を選択的に圧縮又は減圧すると共に，前記ポンプ室の圧縮時，前記ポンプ入口を封止し，前記ポンプ室の減圧時，前記ポンプ入口を開くための可撓性膜であって，前記可撓性膜は，両面にそれぞれ導電性材料を備え，該導電性材料への電圧の印加によって剛性が変化する絶縁性ポリマー材料により構成され，第１の電圧が前記可撓性膜に印加された場合に第１の柔軟性を有し，また第２の電圧が前記可撓性膜に印加された場合に第２の柔軟性を有する，可撓性膜と；
   前記可撓性膜に圧力をかけるための付勢装置であって，前記圧力は，前記可撓性膜が前記第１の柔軟性を有する場合に前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ室を圧縮すると共に前記ポンプ入口を封止する，第１の付勢装置と；及び
   ポンプ出口であって，前記ポンプ室が圧縮された場合に前記流体が前記ポンプ出口を通して分注される，ポンプ出口とを備えて成るものであって，
   前記可撓性膜に第２の圧力をかけるための第２の付勢装置を備え，前記第２の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ入口の反対側に配置され，前記第２の圧力は，前記可撓性膜が前記第１の柔軟性を有する場合に，前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ入口を封止すると共に，
   前記可撓性膜に第３の圧力をかけるための第３の付勢装置を備え，前記第３の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ出口と同一側に配置され，前記第３の圧力は，前記可撓性膜が前記第１の柔軟性を有する場合に，前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ出口を開放するポンプ。
2. 前記可撓性膜が前記第２の柔軟性を有する場合，前記圧力は，前記可撓性膜を曲げるには不十分である請求項１記載のポンプ。
3. 前記可撓性膜は，前記ポンプ室の壁を形成する請求項２記載のポンプ。
4. 前記第１の電圧又は前記第２の電圧のうちの少なくとも一方を印加するための直流（ＤＣ）電圧源を備え，前記第１の導電性材料は，前記ＤＣ電圧源の第１の端子に接続され，前記第２の導電性材料は，前記ＤＣ電圧源の第２の端子に接続され，前記第２の端子は，前記第１の端子の極性とは反対の極性を有する請求項１記載のポンプ。
5. 前記第２の電圧は，０ボルトの電圧に相当する請求項１記載のポンプ。
6. 前記第１の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ室の反対側に配置される請求項１記載のポンプ。
7. 前記ポンプ室と前記ポンプ出口との間の流体経路に沿って隆起したリムが配置され，前記隆起したリムは，前記可撓性膜が前記第２の柔軟性を有している間，前記可撓性膜に接触して，前記ポンプ出口を封止する請求項１記載のポンプ。
8. 前記可撓性膜は，前記第１の電圧の印加前には第１の形状を有し，前記可撓性膜は，前記第２の電圧が印加されるのに応答して前記第１の形状に復帰するよう構成される請求項１記載のポンプ。
9. 前記付勢装置は，ばねを備える請求項１記載のポンプ。
10. ディスペンサの流体リザーバから流体を分注するためのポンプであって：
    ポンプ入口であって，前記ポンプ入口を通して前記流体リザーバから前記流体が収容される，ポンプ入口と；
    前記ポンプ入口を通して収容された前記流体を貯蔵するための，ポンプ室と；
    前記ポンプ室を選択的に圧縮又は減圧すると共に，前記ポンプ室の圧縮時，前記ポンプ入口を封止し，前記ポンプ室の減圧時，前記ポンプ入口を開くための可撓性膜であって，前記可撓性膜は，両面にそれぞれ導電性材料を備え，該導電性材料への電圧の印加によって剛性が変化する絶縁性ポリマー材料により構成され，第１の電圧が前記可撓性膜に印加された場合に第１の柔軟性を有し，また第２の電圧が前記可撓性膜に印加された場合に第２の柔軟性を有する，可撓性膜と；
    前記可撓性膜に圧力をかけるための付勢装置であって，前記圧力は，前記可撓性膜が前記第１の柔軟性を有する場合に前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ室を圧縮すると共に前記ポンプ入口を封止する，第１の付勢装置と；及び
    ポンプ出口であって，前記ポンプ室が圧縮された場合に前記流体が前記ポンプ出口を通して分注される，ポンプ出口とを備えて成るものであって，
    前記可撓性膜に第２の圧力をかけるための第２の付勢装置を備え，前記第２の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ出口と同一側に配置され，前記第２の圧力は，前記可撓性膜が前記第１の柔軟性を有する場合に，前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ出口を開放するポンプ。
11. 前記第１の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ室の反対側に配置される請求項１０記載のポンプ。
12. 前記ポンプ出口が，前記可撓性膜が前記第２の柔軟性を有している間，前記可撓性膜とリムによって密閉される開口部によって画定される請求項１０記載のポンプ。
13. 前記第１の付勢装置は，前記可撓性膜に対し前記ポンプ室の反対側に配置され，前記圧力は，前記第１の電圧が印加された場合に前記可撓性膜を曲げて，前記ポンプ室を圧縮する請求項１０記載のポンプ。
14. ディスペンサから流体を分注するための方法であって：
    両面に導電性材料を備え，該導電性材料への電圧の印加によって剛性が変化する絶縁性ポリマー材料により構成された可撓性膜に第１の圧力をかけるステップと；
    前記流体を分注するための信号の受信に応答して，前記可撓性膜に前記圧力をかけながら，第１の電圧を前記可撓性膜に印加するステップであって，前記第１の電圧は，前記可撓性膜上の前記第１の圧力が，前記可撓性膜を，ポンプ入口と封止接触するように曲げると共に，前記流体を貯蔵するポンプ室内へと曲げることにより，前記ポンプ室によって前記流体が圧縮され，ポンプ出口を通して押出されるレベルまで，前記可撓性膜の柔軟性を上昇させるステップと；
    前記可撓性膜に前記圧力をかけながら，第２の電圧を前記可撓性膜に印加するステップであって，前記第２の電圧は，前記可撓性膜上の前記圧力が，前記可撓性膜を曲げず，前記ポンプ入口を開放すると共に前記ポンプ室が減圧されるレベルまで，前記可撓性膜の柔軟性を低下させるステップと；及び
    前記可撓性膜に第２の圧力をかけるステップであって，前記第１の電圧の印加中に，前記可撓性膜に対し前記ポンプ出口と同一側に前記第２の圧力をかけて前記ポンプ出口を開放するステップと
    を含む方法。
15. 前記可撓性膜に第３の圧力をかけるステップであって，前記第１の電圧の印加中に，前記可撓性膜に対し前記ポンプ入口と反対側に前記第３の圧力をかけて前記ポンプ入口を封止するステップを含む請求項１４記載の方法。

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