JP7369644B2 - 液体ディスペンサーとその流量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、純水製造装置などの供給源に接続されて需要に応じて純水などの液体を吐出する液体ディスペンサーと、その流量調整方法に関する。

液体の使用場所においては、利用者による需要に応じて液体を吐出することができる液体ディスペンサーが用いられる。特に、純水を吐出する液体ディスペンサーは、純水ディスペンサーあるいは採水ディスペンサーと呼ばれる。例えば、研究機関などでは比較的小型の純水製造装置を用いて純水を製造することが多く、ユースポイントにおいて純水を例えばビーカー、フラスコ、試験管などに採水するために、純水製造装置に接続する純水ディスペンサーが広く用いられている。純水ディスペンサーは、純水を吐出するノズルと、ノズルへの純水の経路に設けられてノズルに対して純水を供給し、またこの供給を遮断する開閉弁とを備えている。純水ディスペンサーは、通常、純水製造装置の本体とは離れた場所に設けられ、配管によって純水製造装置本体の純水出口に接続される。利用者が開閉弁を操作することによってノズルから純水が吐出し、これにより、利用者はその必要に応じた量で純水を採水あるいは集水することができる。開閉弁としては電磁弁が用いられることが多く、電磁弁を用いる場合には、指で操作できる押しボタンスイッチあるいは足によって操作できる足踏みスイッチ等により電磁弁を制御し、ノズルから純水を吐出させる。このような純水ディスペンサーの例が特許文献１に示されている。

純水ディスペンサーでは、ノズルから純水を吐出することに関し、いくつかの採水モードを設定することができる。例えば、利用者がスイッチを操作しているときだけノズルから純水を吐出させるモードを連続採水モードあるいは任意量採水モードと呼ぶ。また流量センサーと電磁弁とを組み合わせ、１回のスイッチ操作があったときに流量センサーによって計測される流量が規定値に達するまで電磁弁を開放することにより、規定容量の純水を採水できるようにする定量採水モードを備える純水ディスペンサーも多い。このような採水モードを備える純水ディスペンサーとしては、例えば、特許文献２に記載されたものがある。メスフラスコに対しその標線まで純水を供給したい場合などのために、純水ディスペンサーにおいては、ノズルから１滴ずつ純水を滴下する滴下採水モードが設けられることも多い。１滴あたりの純水の体積は例えば数十μＬであるが、メスフラスコを用いた定量分析の分析精度の向上のためには、１滴当たりの体積は小さい方が好ましい。一滴当たりの体積を小さくするためには、純水の出口となるノズル先端の開口の直径を小さくすればよい。その一方で、純水ディスペンサーの使用場面では、できるだけ大流量、例えば毎分数Ｌで純水を吐出させることが求められることもある。大流量に対応するためにはノズル先端の開口の直径を大きくする必要がある。特許文献３は、先端形状を工夫することによって大容量での連続した純水の吐出にも対応できるとともに極小体積での滴下採水にも使用できるノズルを開示している。

極小体積で液体を滴下させることは、純水ディスペンサーだけではなく、純水以外の液体を吐出する液体ディスペンサーにおいても必要となることがある。例えば、非水溶媒を用いる定量分析を行う場合においても、極小体積でその非水溶媒を滴下させることが必要である。試薬を水または非水溶媒に溶解させた液を滴下させたいこともある。以下の説明においては、滴下採水も含めて液体ディスペンサーから１滴ずつ液体を滴下させることを滴下吐出と呼ぶ。

特開２０１８－１０３１５４号公報 国際公開第２０１９／０２１５５６号 特開２０１３－１８０２８５号公報

滴下吐出は、液体ディスペンサー内に設けられる電磁弁として、流量調節の可能な弁、例えば比例制御弁を使用し、電磁弁を微開状態に絞ってそこを通る液体の流量を減少させることによって実現できる。弁が微開状態であるときには液体は弁を連続的に流れるものの、大気との界面であるノズルの先端において、表面張力により液滴を形成する。液滴がある大きさに達すれば、重力により落下するので、１滴ずつ液体が滴下することになる。しかしながら、ソレノイドを用いる電磁弁では、弁に与えられる開弁用の信号のレベルをゼロではない小さな値とすることによって弁を微開状態としても、その状態において開度を正確に調整することが難しい。例えば、弁に対する開度出力がわずかに変動しても流量が大きく変動し、その結果、１滴ごとの液体の体積がばらつくとともに、液体の滴下間隔も変動する。場合によっては滴下ではなく連続流として液体がノズルから吐出したり、液体が全く吐出されなかったりすることもある。さらに、ソレノイドに通電することによる発熱によってもソレノイドの吸引力が変化して流量が変化するので、連続通電を行ったときとであるかそうでないときであるかに応じて、１滴の大きさや滴下間隔（すなわち滴下する液滴間の時間間隔）が異なることとなる。

本発明の目的は、滴下吐出において滴下される液滴の体積を安定させることができる液体ディスペンサーと、その流量調整方法とを提供することにある。

本発明の液体ディスペンサーは、液体を吐出する液体ディスペンサーであって、液体を吐出するノズルと、供給源から液体が供給され、ノズルに連通する配管と、配管に設けられて開閉と開度または流量比である動作度とを制御することが可能である電磁弁と、電磁弁を制御する制御部と、を有し、制御部は、液体をノズルから１滴ずつ滴下させるときに、所定の動作度で電磁弁を開くために用いられる信号を所定の時間にわたって電磁弁に出力する制御を実行し、所定の動作度は、連続してその動作度で電磁弁を開弁したときにはノズルから液体が連続して流出する動作度である。

本発明の液体ディスペンサーの流量調整方法は、液体を吐出するノズルと、供給源から液体が供給され、ノズルに連通する配管と、配管に設けられて開閉と開度または流量比である動作度とを制御することが可能である電磁弁と、を有する液体ディスペンサーの流量調整方法であって、液体をノズルから１滴ずつ滴下させるときに、所定の動作度で電磁弁を開くために用いられる信号を所定の時間にわたって電磁弁に印加し、所定の動作度は、連続してその動作度で電磁弁を開弁したときにはノズルから液体が連続して流出する開度である。

本発明によれば、開度の制御を精度よく行うことができる比較的大きな開度で所定の時間にわたって電磁弁を開けることによりノズルの先端から液体を滴下させるので、滴下吐出において滴下される液滴の体積を安定させることができる。

純水製造装置及び純水ディスペンサーの構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、実施の一形態の純水ディスペンサーの側面図及び正面図である。 （ａ），（ｂ）は、滴下吐出モードにおいて電磁弁に印加される信号を示す波形図である。 設定された滴下間隔に応じて電磁弁に印加される信号を示す波形図である。 タッチパネルにおける表示例を示す図である。

次に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明に基づく液体ディスペンサーは、滴下吐出機能を備えるものであり、例えば、純水製造装置と組み合わされて純水を採水するために用いられる純水ディスペンサーである。以下では、液体ディスペンサーが純水ディスペンサーであるものとして説明を行うが、本発明に基づく液体ディスペンサーは、純水ディスペンサーに限られるものではなく、純水以外の液体を利用者による需要に応じて吐出するものであってもよい。図１は、液体ディスペンサーが純水ディスペンサーである場合に、その純水ディスペンサーを純水の供給源である純水製造装置に組み合わせた状態を示している。

純水製造装置５０は、水道水などの供給水が供給されて純水を製造する純水製造部５１と、純水製造部５１の動作を制御する制御装置５２とを備えている。純水製造部５１は、例えば、逆浸透膜やイオン交換装置を備えて供給水から一次純水を製造する一次純水製造装置と、イオン交換装置や限外濾過膜、紫外線酸化装置などからなる循環精製系を有して一次純水の純度をさらに高めるサブシステムとから構成される。純水製造部５１内には各種のセンサー類（不図示）、ポンプ（不図示）及び弁（不図示）が設けられるが、制御装置５２は、センサー類からの信号を受け取り、これに基づいてポンプ（不図示）や弁（不図示）を制御することによって、純水製造部５１の動作の制御を行なう。純水製造部５１の出口には、純水を純水ディスペンサー１０に供給するための複数の出口ポート５３が接続している。出口ポート５３は、純水製造装置５０における純水ディスペンサー１０との接続位置となるポートであり、純水ディスペンサー１０は、例えば、可撓性を有する配管５５によって、いずれかの出口ポート５３に接続される。図示した例では、出口ポート５３が３個設けられており、その各々に純水ディスペンサー１０が接続することによって、合計３台の純水ディスペンサー１０が純水製造装置５０に接続されている。もちろん、出口ポート５３の数は３に限られるものではなく、純水製造装置５０に接続される純水ディスペンサー１０の数も、出口ポート５３の数の範囲内で任意に増減することができる。

次に、純水ディスペンサー１０について説明する。図１にも示されるように、純水ディスペンサー１０は、大別すると、利用者が手に持って動かすことができるヘッド部１０ａと、例えば実験台の上に載置されて純水製造装置５０から純水が供給される本体部１０ｂとから構成されており、ヘッド部１０ａと本体部１０ｂとは可撓性を有する配管１４によって接続されている。純水ディスペンサー１０の使用形態として、例えば、実験台の上に整列して置かれた多数の試験管に対して次々と純水を注ぐために用いる、というものがある。このような用途に対応するために、利用者によって把持されて所望の位置に動かすことができるヘッド部１０ａを設けて、実際に純水の注ぎ口となるノズル１６をヘッド部１０ａに設けるようにしている。図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ純水ディスペンサー１０の側面図と正面図であり、特に図２（ａ）では、ヘッド部１０ａの内部構成が破線によって示されている。ただし図２では、純水製造装置との接続に用いられる配管５５や各種の配線は示されていない。

ヘッド部１０ａは、本体部１０ｂから配管１４を介して送られてきた純水をノズル１６から吐出するものであり、ノズル１６のほかに、配管１４に接続する配管１５を備えており、配管１５には電磁弁１３が設けられている。ノズル１６は、後述するヘッドホルダ６７にヘッド部１０ａを支持させたときにヘッド部１０ａの下側となる面に配置するように、配管１５の末端に設けられている。ノズル１６としては、例えば特許文献３に記載されたものを用いることができる。ノズル１６を保護し、また、ノズル１６から吐出している純水に大気中からのごみなどが混入しないように、ノズル１６の周辺を囲みかつ下方に向かって開く透明な保護カバー７４が設けられている。さらにヘッド部１０ａは、利用者による需要に応じて純水を吐出するために、利用者によって操作されるスイッチ１８（図１参照）を備えている。ヘッド１０ａには、利用者が把持するためのハンドル（取っ手）７０が設けられるともに、ハンドル７０を握った利用者がその指で容易に操作できる位置に、ボタン７３が設けられている。ボタン７３はスイッチ１８に機械的に接続しており、ボタン７３に対する操作によってスイッチ１８が操作されるようになっている。

次に、ヘッド部１０ａに設けられる電磁弁１３について説明する。電磁弁１３としては、印加される信号によって弁の開閉を制御できるともに弁の開度または流量比も制御できるものが使用される。そのような電磁弁１３の一例として、比例制御弁がある。本実施形態の純水ディスペンサーでは、滴下採水モードにおいてごく短時間（例えば１ミリ秒から５００ミリ秒の範囲）だけ弁を開ける制御を実行する。そのため、電磁弁１３として、応答速度が速いものを使用する必要がある。電磁弁１３として比例制御弁を用いる場合、応答速度の観点から、例えば、ダイヤフラム弁構造のものあるいはグローブ弁構造のものを用いることが好ましい。ヘッド部１０ａの配管１５ではなく本体部１０ｂの配管１１において、流量センサー１２の下流側に電磁弁１３を設けることも可能であるが、本体部１０ｂに電磁弁１３を設けた場合には、可撓性を有する配管１４の変形などによって滴下採水時の液滴の体積が変動するおそれがある。そのため、電磁弁１３はヘッド部１０ａに設けることが好ましい。

本体部１０ｂは、実験台の上などに載置される部分であるベース６４と、ベース６４から上方に延びる柱状部６５と、ベース６４に一端が取り付けられた屈曲可能なアーム６６と、アーム６６の先端に設けられてヘッド部１０ａを取り外し可能に保持するヘッドホルダ６７と、を備えている。ヘッドホルダ６７には、ヘッド部１０ａに形成された固定用孔６９に係合するピン６８が設けられており、ヘッドホルダ６７にヘッド部１０ａを支持させたときにヘッド部１０ａが容易には移動しないようになっている。可撓性を有する上述した配管１４は、本体部１０ｂの背面とヘッド部１０ａとの間を接続している。操作パネル１９はベース６４に設けられている。この構成では、ハンドル７０を持ってヘッド部１０ａを上方に動かせば、固定用孔６９からヘッドホルダ６７のピン６８が離脱する。これによって、利用者は、ヘッドホルダ６７を介してヘッド部１０ａを本体部１０ｂに固定して採水を行なったり、あるいは、ヘッド部１０ａを手で持って実験台の上に整列して置かれた多数の試験管に対して次々と純水を注いだりすることができるようになる。

図１に示すように本体部１０ｂの内部には配管１１が設けられており、配管１１の一端は純水製造装置５０からの配管５５に接続し、他端はヘッド部１０ａへの配管１４に接続している。配管１１には流量センサー１２が設けられている。さらに本体部１０ｂには、純水ディスペンサー１０の動作を制御する制御部２０と、制御部２０に接続する操作パネル１９とが設けられている。流量センサー１２は、例えば、一定の体積（容量）の液体が流れるごとに電気パルスを出力するパルス式のものである。操作パネル１９は、利用者からの例えば採水量や採水モードの設定を受け付けるとともに、利用者に対して必要な表示を行うものである。採水モードとしては、例えば、任意量の採水を可能にする連続採水モードと、定量採水機能に基づく採水モードであって利用者が指定した体積の純水をノズル１６から吐出する定量採水モードと、純水を１滴ずつノズル１６から滴下させる滴下採水モードとがあり、さらに、その他の採水モードが設けられていてもよい。本実施形態の純水ディスペンサー１０は、少なくとも滴下採水モードを備えている必要がある。

制御部２０は、純水ディスペンサー１０の全体の制御を行うものであり、例えば、ヘッド部１０ａのスイッチ１８を介して入力した利用者からの採水要求を受け付け、採水モードが定量採水モードである場合には、流量センサー１２で検出された流量の累積値（すなわち体積値）が設定値となるまで電磁弁１３を開けることにより、その設定値で示される量の純水がヘッド部１０ａに送水されるようにする制御を行う。採水モードが連続採水モードである場合には、制御部２０は、スイッチ１８が操作されている期間だけ流量調節弁１３を開ける制御を行う。連続採水モードの場合、利用者は、操作パネル１９を介してノズルからの純水の流量（すなわち単位時間当たりの吐出量）を指定することができ、制御部２０は、指定された流量となるように電磁弁１３を制御する。これは、洗浄びんへの採水など、速度が重視される場合と、小容量の試験管やフラスコへの採水など、採水操作の正確さが重視される場合とがあるためである。滴下採水モードでの制御については後述する。さらに制御部２０は、図示破線で示す配線により純水製造装置５０の制御装置５２に接続しており、制御装置５２から、純水製造装置５０の運転状態に関する情報、特に、製造された純水のＴＯＣ（全有機炭素；total organic carbon）値、抵抗率、温度値などの品質データを取得する。制御部２０は、取得した水質データを所定のフォーマットで操作パネル１９上に表示する。

純水ディスペンサー１０の本体部１０ｂを構成するこれらの要素のうち、配管１１、流量センサー１２及び制御部２０は、図２に示すベース６４の内部に設けられる。操作パネル１９は、液晶表示パネルとタッチセンサーとを一体化させたタッチパネルとして設けられている。操作パネル１９は、利用者に対して表示を行なう表示部として機能するとともに、操作パネル１９上の所定の位置に対して利用者が触れることにより、利用者からの入力を受け付ける。

次に、本実施形態の純水ディスペンサー１０における滴下採水モードを説明する。従来の純水ディスペンサーにおいては、弁の開度を絞ることによってノズルに供給される純水の流量を小さな値に制限することにより、ノズルまでは純水が連続的に給送されているものの、流量が小さすぎるがためにノズルからは純水が連続流としては流れ出さない状態として滴下採水を実現していた。このとき、弁の開度がばらつくと、１滴当たりの液体の体積や滴下間隔が大きく変動する。そこで本実施形態では、比較的大きな開度で電磁弁１３を短時間、例えば１ミリ秒から５００ミリ秒の期間だけ開けることにより、１滴分の液体をノズル１６に供給してノズル１６の先端に液滴を形成し、ノズル１６から１滴ずつ液体を滴下させる。短い時間だけ電磁弁１３を開けるが、そのときの開度は、連続してその開度で電磁弁１３を開けているのであればノズル１６から連続流で純水が吐出することとなる開度である。弁の開度は、一般に、弁体の任意移動量または弁体の全移動量との割合と規定されるが、弁を通過する流体の流量が開度に比例するとは限らない。また、弁がどの程度開いているかを示す指標として、流量比がある。流量比とは、弁を全開した状態での流量に対する弁を実際に通過する流量の比のことである。そこで本実施形態では、必要に応じて開度の代わりに流量比を用いても制御を行ってもよい。電磁弁１３の構造やノズル１６の構造などに依存するが、例えば流量比が５％以上１００％以下であれば、あるいはこのような流量比に対応する開度であれば、ノズル１６から連続流で純水が吐出する。本明細書においては、弁における開度の制御にはその弁の流量比の制御も含まれるものとし、弁について開度と流量比とを総称して動作度と呼ぶ。

図３は、液体を１滴だけノズル１６から滴下するために電磁弁１３を駆動する際に電磁弁１３に加えられる信号の波形を示している。ここでは電磁弁１３は、信号レベルによってその開度または流量比すなわち動作度を制御できるものを使用している。図３に示すグラフの縦軸は、流量比に換算した信号レベルを示している。電磁弁１３としてダイヤフラム弁構造のものを用いるかグローブ弁構造のものを用いるのかによって、電磁弁１３に印加することに好適な信号波形は異なる。図３（ａ）は、ダイヤフラム弁構造である電磁弁１３を滴下採水モードで駆動するための信号波形の例を示し、図３（ｂ）は、グローブ弁構造である電磁弁１３を滴下採水モードで駆動するための信号波形の例を示している。ダイヤフラム弁構造の電磁弁１３では、応答速度を高めることはできるものの、弁体の面積が大きくて中間程度の開度または流量比で精度を向上することが難しい。そこでダイヤフラム弁構造の場合は、１パルスごとに１滴がノズルから滴下することを前提として、例えば図３（ａ）に示すように、比較的大きな流量比あるいは開度出力によって短時間だけ開弁する方形波パルスで電磁弁１３を制御する。より具体的には、開度出力について、６０％以上１００％以下（流量比であれば１６％以上１００％以下）とすることが好ましく、７５％以上９０％以下（流量比では４８％以上８７％以下）とすることがより好ましい。開弁時間について、１ミリ秒以上１００ミリ秒以下とすることが好ましく、５ミリ秒以上５０ミリ秒以下とすることがより好ましい。一方、グローブ弁構造では、中間程度の開度または流量比での精度が高いので、図３（ｂ）に示すように、ダイヤフラム弁構造の場合よりも小さめの最大開度に対応する開度出力あるいは最大流量比となるように、比較的長めの時間をかけて電磁弁１３を開き、最大開度または最大流量比となったら電磁弁１３を即時に閉じるような三角波パルスで電磁弁１３を制御する。より具体的には、最大開度に対応する開度出力を４５％以上７０％以下（流量比では５％以上６５％以下）とすることが好ましく、５０％以上６５％以下（流量比では１０％以上５０％以下）とすることがより好ましい。開弁時間について、５０ミリ秒以上５００ミリ秒以下とすることが好ましく、５０ミリ秒以上３００ミリ秒以下とすることがより好ましい。

開弁のために電磁弁１３に印加されるパルス信号の時間精度は例えば０．２ミリ秒程度であって高精度である。また、本実施形態では、精度良く制御できる範囲の開度あるいは流量比を用いて電磁弁１３を開ける制御を行う。その結果、本実施形態によれば、ノズル１６から滴下する液体の１滴当たりの体積を正確に制御することが可能になる。また、電磁弁１３に繰り返し印加するパルス信号の間隔によって、滴下間隔が定まることとなる。滴下される純水の１滴の体積を変化させるためには、開度（あるいは流量比）または開弁時間の少なくとも一方を変化させればよいが、高精度の制御を行うという観点からは、電磁弁１３に対する開度出力（あるいは流量比）は固定したまま、開弁時間を変化させることが好ましい。

本実施形態の純水ディスペンサー１０において、ノズル１６の先端に水滴が形成されていない状態でノズル１６から連続流が得られるような大きな開度または流量比で電磁弁１３を開けた場合を考える。このとき、ノズル１６の先端に水滴が形成されて成長し始め、この水滴は、ノズル１６の内部の純水と一体化して水柱を形成する。表面張力が重力に勝っている限り、水滴はノズル１６からは落下しない。ここで電磁弁１３を急激に閉じると、ノズル１６内部の純水の流れは停止するが、ノズル１６の先端から突出している部分の純水は、流れの慣性により、水滴を成長させる方向にさらに動こうとする。その結果、ノズル１６のちょうど先端の位置において上述した水柱にくびれが生じるような力が発生し、重力の作用も加わってノズル１６の先端から水滴が離脱するものと考えられる。その後、ノズル１６の先端は水滴が形成されていない状態に戻る。このときノズル１６から離脱する水滴の体積は、純水の流れが停止しないときに形成される水滴の体積よりも小さいので、本実施形態によれば、後述の実施例からも明らかになるように、微小開度で電磁弁１３を連続して開けることによってノズル１６から１滴ずつ純水を滴下させる場合よりも小さな体積の水滴で安定して純水を滴下させることができることになる。本明細書において微小開度とは、その開度で連続的に電磁弁１３を開けてもノズル１６から連続流によっては純水が吐出しない開度のことである。

次に、滴下間隔の制御について説明する。上述したように本実施形態の純水ディスペンサー１０では、電磁弁１３に対してパルス信号を１回印加するごとに、１滴の純水がノズル１６から滴下する。パルス信号を繰り返し電磁弁１３に印加することとして、パルス信号の間隔を短くすれば、それに応じて滴下間隔も短くなる。任意の滴下間隔を設定できるようにすることにはそれほどの利点もないので、滴下間隔について何種類かのモードを用意し、それらのモードのうちの１つを利用者が選択できるようにすることが好ましい。その場合、利用者がスイッチ１８を操作し続けている限り、選択されたモードに応じた滴下間隔で、ノズル１６から繰り返して純水が滴下する。１滴だけを滴下させたい場合には、スイッチ１８に機械的に接続するボタン２６を押してすぐ放すなど、ごく短時間だけスイッチ１８を操作すればよい。図４は、滴下間隔に関して設けられるモードの例を示しており、電磁弁１３がダイヤフラム弁構造のものであるとして、各モードにおいて電磁弁１３に印加されるパルス信号の波形を示している。ここで示す例では、（ａ）に示す「ゆっくりモード」、（ｂ）に示す「ふつうモード」及び（ｃ）に示す「はやいモード」の３種類のモードが設定されている。各モードにおいてそのモードに含まれるパルス信号の相互間で開度出力あるいは流量比と開弁時間は同一であり、かつ、これらのモードの相互間でパルス信号の開度出力あるいは流量比と開弁時間は同一である。

図５は、滴下間隔の設定のために純水ディスペンサー１０の操作パネル１９に表示される画面の一例を示している。ここでは３台の純水ディスペンサー１０が純水製造装置５０に接続されており、任意の１台に純水ディスペンサー１０において純水製造装置５０に接続されているすべての純水ディスペンサー１０についての設定が行えるものとしている。タッチパネル１０では、３台の純水ディスペンサー１０は、それぞれ「Ｄｉｓ１」、「Ｄｉｓ２」及び「Ｄｉｓ３」で示されている。また、上述の滴下採水における滴下間隔について、上述の３つのモードのほかに「滴下１」及び「滴下２」の２つのランクが設定されており、ランクごとに上述の３つのモードが規定されるようになっている。すなわち滴下間隔として、合計６通りの設定が可能となっている。「滴下１」は、相対的に長い滴下間隔に対応するものであり、一例としてランク「滴下１」において「ゆっくりモード」、「ふつうモード」及び「はやいモード」は、それぞれ、０．８秒、０．６秒、０．４秒の滴下間隔に対応する。一方、「滴下２」は、相対的に短い滴下間隔に対応するものであり、一例としてランク「滴下２」において「ゆっくりモード」、「ふつうモード」及び「はやいモード」は、それぞれ、例えば、０．３秒、０．２秒、０．１秒の滴下間隔に対応する。採水ディスペンサー１０において設定可能な最も長い滴下間隔は、メスフラスコに滴下採水を行ったときに、１滴の純水を滴下したのちメスフラスコ内の液面の乱れが収まってメニスカスとメスフラスコの標線との対比が行えるようになるまでの時間よりも長く設定することが好ましい。また滴下間隔を短くすると連続採水に近い形態となるので、滴下間隔は０．１秒以上とすることが好ましい。

図５には、「滴下１」及び「滴下２」の各々に、「ゆっくり」、「ふつう」及び「はやい」のボタンが操作パネル１９上に表示されていることが示されており、利用者は操作パネル１９上に表示された任意のボタンを操作することで、純水ディスペンサー１０に所望の滴下間隔を設定することができる。なお、図５に示される操作パネル１９では、連続採水時の流量を増減するための「ゆっくり」、「ふつう」及び「はやい」のボタンも示されており、「ゆっくり」は小流量、「ふつう」は中流量、「はやい」は大流量に対応する。

以下、本発明に基づく純水ディスペンサー１０において、パルス信号により電磁弁１３に対して加えられる開度出力と開弁時間とを変化させたときに、滴下される純水の１滴当たりの体積がどのように変化するかを調べる実験を行った結果を説明する。

［実施例１］
ノズル１６として特許文献３に記載されるものを使用し、電磁弁１３としてはダイヤフラム弁構造のものを使用して電磁弁１３に対して図３（ａ）に示すような方形波パルス信号を印加することにより、ノズル１６から純水を滴下させた。方形波パルス信号により電磁弁１３に加えられる開度出力として、６０％、７５％、８０％、８５％、９０％及び１００％を使用した。これらの開度出力における流量比を求めたところ、それぞれ、１６％、４８％、６３％、７６％、８７％及び１００％となった。滴下した純水の１滴の体積を、高精度メスシリンダーを用いて計測した。結果を表１に示す。なお、微小開度により連続的に電磁弁１３を開けてノズル１６から純水が水滴として繰り返し落下するようにした場合において滴下した純水の１滴の体積は８０μＬであった。

表１から明らかになるように、開弁時間が極端に短い場合には、表面張力などの影響により純水が滴下しなかったり、２回のパルス信号で１滴が滴下したりするような滴下不良となったが、開度出力が８０％以上すなわち流量比が６３％以上であれば開弁時間を１５ミリ秒以上とすることにより、開度出力が７５％すなわち流量比が４８％であれば開弁時間を３０ミリ秒以上とすることにより、１滴ずつ純水を良好に滴下させることができた。より開度出力を大きくして流量比が１００％に近付いた場合であれば、開弁時間が１ミリ秒であっても純水を良好に滴下させることができた。一方、開度出力を絞って６０％（流量比では１６％）とした場合であっても、開弁時間が１００ミリ秒を超えると、１回に滴下する純水の量が４５０μＬ以上となり、必ずしも滴下採水には適したものとならなくなる。したがって、電磁弁１３としてダイヤフラム弁構造のものを用いる場合であれば、開弁時間を１ミリ秒以上１００ミリ秒以下とすれば好ましいことが分かる。本発明では、小体積の液滴を安定して滴下できることが望まれるので、ダイヤフラム弁構造の電磁弁１３を用いる場合、開度出力としては、６０％以上１００％以下（流量比では１６％以上１００％以下）であることが好ましく、７５％以上９０％以下（流量比では４８％以上８７％以下）であることがより好ましいことが分かる。

特に、開度出力８０％（流量比６３％）として開弁時間を１５ミリ秒または２０ミリ秒とした場合には、１滴の体積が５０μＬである水滴を滴下させることができた。これは、微小開度で連続的に電磁弁１３を開けてノズル１６から水滴を繰り返し滴下させるときに得られる水滴の体積である８０μＬよりも小さい。表１には示していないが、開度出力８０％（流量比６３％）として開弁時間を５ミリ秒とし、ディスペンサー部の入口に加わる圧力を表１の計測を行ったときの０．０８ＭＰａから０．０９ＭＰａへと大きくする方向に調整したときには、１滴の体積が３０μＬである水滴を滴下させることができた。これは、手操作による一般的な滴下において得られると考えられる水滴の体積である５０μＬよりも小さい。したがって、表１の結果も合わせれば、開弁時間については５ミリ秒以上５０ミリ秒以下とすることがより好ましいことが分かる。

次に、純水の繰り返し滴下を行ったときの各液滴の体積のばらつきを調べた。開度出力を８０％とし開弁時間を２０ミリ秒としたこと以外は表１に結果を示した実験と同じ実験条件を使用し、１０回にわたって滴下された純水の各液滴の体積を高精度メスシリンダーによって測定した。結果を表２に示す。

表２から分かるように、滴下された水滴の体積は５０μＬ±１０μＬの範囲内に収まっている。ダイヤフラム弁構造の電磁弁１３を使用して本発明の方法で制御される純水ディスペンサー１０によれば、高精度の滴下が行えることが分かった。

［実験例２］
実験例１では電磁弁１３としてダイヤフラム弁構造のものを用いたが、同様の実験を、電磁弁１３としてグローブ弁構造のものを用いる場合についても行った。ノズル１６として特許文献３に記載されるものを使用し、電磁弁１３に対して図３（ｂ）に示すような三角波パルス信号を印加することにより、ノズル１６から純水を滴下させた。三角波パルス信号により電磁弁１３に加えられる開度出力として、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％及び７０％を使用した。ここでいう開度出力は、三角波としてのピークにおける開度出力すなわち最高開度出力のことである。これらの最高開度出力における流量比を求めたところ、それぞれ、５％、１０％、１４％、３３％、５０％及び６５％となった。滴下された純水の１滴の体積を、高精度メスシリンダーを用いて計測した。結果を表２に示す。なお、微小開度で連続的に電磁弁１３を開けてノズル１６から純水が水滴として繰り返し落下するようにした場合に、滴下した純水の１滴の体積は５０μＬから８０μＬであった。

表３から明らかになるように、開弁時間が極端に短い場合には、純水が滴下しなかったり、複数回のパルス信号で１滴が滴下したりするような滴下不良となったが、開度出力が４５％以上すなわち流量比が５％以上であれば開弁時間を４００ミリ秒以上とすることにより、開度出力が５５％すなわち流量比が１４％であれば開弁時間を５０ミリ秒以上とすることにより、１滴ずつ純水を良好に滴下させることができた。グローブ弁構造の電磁弁１３を使用した場合、開度出力５５％（流量比１４％）で開弁時間を５０ミリ秒とした場合に、微小開度で連続的に電磁弁１３を開けてノズル１６から純水が水滴として繰り返し落下させたときの１滴の体積よりも小さい、３０μＬの体積の水滴を得ることができた。表３より、グローブ弁構造の電磁弁１３を用い、三角波パルス信号によって電磁弁１３の制御を行う場合には、開度について、開度出力４５％以上７０％以下（流量比５％以上６５％以下）とすることが好ましく、開度出力５０％以上６５％以下（流量比１０％以上５０％以下）とすることがより好ましく、開弁時間について、５０ミリ秒以上５００ミリ秒以下とすることが好ましく、５０ミリ秒以上３００ミリ秒以下とすることがより好ましいことが分かる。

次に、純水の繰り返し滴下を行ったときの各液滴の体積のばらつきを調べた。開度出力を５０％とし開弁時間を２００ミリ秒としたこと以外は表２に結果を示した実験と同じ実験条件を使用し、１０回にわたって滴下された純水の各液滴の体積を高精度メスシリンダーによって測定した。結果を表４に示す。

表４から分かるように、滴下された水滴の体積は７７．５μＬ±７．５μＬの範囲内に収まっている。グローブ弁構造の電磁弁１３を使用して本発明の方法で制御される純水ディスペンサー１０によれば、高精度の滴下が行えることが分かった。

１０ 純水ディスペンサー
１０ａ ヘッド部
１０ｂ 本体部
１１，１４，１５，５５ 配管
１２ 流量センサー
１３ 電磁弁
１６ ノズル
１８ スイッチ
１９ 操作パネル
２０ 制御部
５０ 純水製造装置

Claims (11)

1. 液体を吐出する液体ディスペンサーであって、
   液体を吐出するノズルと、
   供給源から前記液体が供給され、前記ノズルに連通する配管と、
   前記配管に設けられて開閉と開度または流量比である動作度とを制御することが可能である電磁弁と、
   前記電磁弁を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記液体を前記ノズルから１滴ずつ滴下させるときに、所定の動作度で前記電磁弁を開くために用いられる信号を所定の時間にわたって前記電磁弁に出力する制御を実行し、
   前記所定の動作度は、連続して当該動作度で前記電磁弁を開弁したときには前記ノズルから前記液体が連続して流出する動作度である、液体ディスペンサー。
2. 前記電磁弁は比例制御弁である、請求項１に記載の液体ディスペンサー。
3. 前記比例制御弁は、ダイヤフラム弁構造を有する比例制御弁であり、前記所定の時間は１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であって、前記信号は方形波パルスである、請求項２に記載の液体ディスペンサー。
4. 前記比例制御弁は、グローブ弁構造を有する比例制御弁であり、前記所定の時間は５０ミリ秒以上５００ミリ秒以下であり、前記信号は前記所定の時間の期間において動作度０％から前記所定の動作度まで増加する三角波パルスである、請求項２に記載の液体ディスペンサー。
5. 前記制御部は、パルスである前記信号の出力間隔を変化させることにより、前記ノズルからの滴下速度を変化させる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体ディスペンサー。
6. 利用者によって操作されるスイッチを備え、前記制御部は、前記スイッチが操作されているときに前記ノズルから前記液体が吐出される制御を行う、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体ディスペンサー。
7. 液体を吐出するノズルと、供給源から前記液体が供給され、前記ノズルに連通する配管と、前記配管に設けられて開閉と開度または流量比である動作度とを制御することが可能である電磁弁と、を有する液体ディスペンサーの流量調整方法であって、
   前記液体を前記ノズルから１滴ずつ滴下させるときに、所定の動作度で前記電磁弁を開くために用いられる信号を所定の時間にわたって前記電磁弁に印加し、
   前記所定の動作度は、連続して当該動作度で前記電磁弁を開弁したときには前記ノズルから前記液体が連続して流出する動作度である、流量調整方法。
8. 前記電磁弁は比例制御弁である、請求項７に記載の流量調整方法。
9. 前記比例制御弁は、ダイヤフラム弁構造を有する比例制御弁であり、前記所定の時間は１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であって、前記信号は方形波パルスである、請求項８に記載の流量調整方法。
10. 前記比例制御弁は、グローブ弁構造を有する比例制御弁であり、前記所定の時間は５０ミリ秒以上５００ミリ秒以下であり、前記信号は前記所定の時間の期間において動作度０％から前記所定の動作度まで増加する三角波パルスである、請求項８に記載の流量調整方法。
11. パルスである前記信号の出力間隔を変化させることにより、前記ノズルからの滴下速度を変化させる、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の流量調整方法。

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