JPH03134270A - 微量吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、所定時間連続あるいは間欠的に流体を機工吐
出する携帯型の装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ｙｉ微量吐出装置しては、第７図に示すように、
電磁アクチュエーター７０１を駆動力とし、これに大小
の歯車を組み合わせた伝動装置７０２を結合し、これに
より注射筒をアーム７０４によって直接押すものが特開
昭５４−１２１９１および特公昭６１−２２５９９に提
言されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、これは電磁アクチュエーターを利用している
ため、電磁ノイズに対して弱く、消費電流も大きくなる
。また歯車を用いているため、バックラッシュによる、
吐出量のばらつきが大きく、構造も複雑になる。さらに
注射筒を押しているため全体形状が大きくなり、携帯用
としては問題があった０本発明の目的は、電磁ノイズに
対して強く、携帯用として小さな電池が使えるよう消費
電流を少なく、かつ吐出精度のよい小型の携帯用微量吐
出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の微量吐出装置は少なくとも、セラミック系また
は有徳系の圧電素子を有するポンプユニットと前記ポン
プユニットを作動させるための集積回路、前記集積回路
を動かすための電源から構成されることを特徴とする。

［作用］ 本発明の上記構成によれば、集積回路からの駆動信号に
より、圧電素子に駆動パルス電圧が印加され、圧電素子
はラジアル方向への伸縮を行う。

よって前記圧電素子が貼つけられている振動板は上下に
振動し、この運動によりタンク内の流体はポンプユニッ
ト内へ吸入され、そして吐出口より吐出されるよう作用
する。

［実施例コ 次に本発明の詳細について図面を参照して説明する。第
１図は本発明による微量吐出装置の一実施例である。

本発明による微量吐出装置は圧電素子、振動板、逆止弁
、および吸入口、吐出口、流路を有する本体などからな
るポンプユニット１０１、ポンプユニット１０１を作動
させるための集積回路１０２、前期集積回路１０２、昇
圧コイル、コンデンサーなどの電気素子類、基板などか
らなる回路ブロック１０３、電源としての電池１０４、
外部操作スイッチ１０５、タンク１０６、ケース１０７
および表示体１０８から構成される。

第２図（ａ）は、前記ポンプユニット１０１の詳細図で
ある。圧電素子２０１、電極用金属板２０２とプラスチ
ック平板２１９からなる振動板２０３、吸入逆止弁２０
４、吐出逆止弁２０５、そして吸入口２０６、吐出口２
０７、吸入弁室２０８、吐出弁室２０９を有するＡ本体
２１０、そして加圧室２１１、前記加圧室と弁室との吸
入孔２１２、吐出孔２１３を有するＢ本体２１４より構
成される。第２図（ｂ）は前記振動板の詳細図である。

電極用金属板２０２はテーパー穴２１５を有し、インサ
ート成形の際、前記穴部にプラスチックを充填すること
によりプラスチック平板２１９は電極用金属盤２０２に
しっかりと固着される。

また２１６は、圧電素子を貼り付けるときの位置決め用
のプラスチックリングである。また２１７は電極用のハ
ンダ付け端子である。２１８は超音波溶着用の突起であ
りＢ本体２１４との溶着固定及び流体封止を行っている
。

第３図は本発明の回路ブロック図の一実施例である。３
０１はリチウム電池等の電源、３０２は昇圧回路、３０
３はＣＰＵ、３０４は低電圧の信号を高電圧の信号に変
換するレベルシフタ、３０５は３０６の圧電素子を駆動
するドライバーである。３０７はポンプの流量等を表示
する表示装置、３０８は流量等を選択するスイッチであ
る。前記３０８のスイッチにより流量を選択し、ＣＰＵ
３０３からポンプ駆動信号が出力される。ＣＰＵの信号
は一般的に３から５ボルトの電圧で動作しており、また
圧電素子は５０ボルト等の高電圧で動作させる。そこで
、３０２の昇圧回路で３ボルトの電圧を５０ボルトに昇
圧し、レベルシフタ３０４によってＣＰＵからの信号を
５０ボルトの信号に変換する。

第４図（ａ）は−殻内なチョッパ型昇圧回路の一実施例
である。４０１．４０２が入力端子、４０３．４０４が
出力端子である。端子４０１，４０３は共通電極Ｖｄｄ
となっている。４０２は一３ボルト等の低電圧Ｖｓｓｌ
、４０４は一５０ボルト等の高電圧Ｖｓｓｈである。４
０５は昇圧コイル、４０６は第一のスイッチング素子、
４０７は第一のスイッチング素子４０６のオン・オフの
制御をする制御回路、４０８は帰還回路で抵抗４０９と
４１０で構成されている。４１１は出力を平滑する平滑
コンデンサ、４１５は逆流防止ダイオード、４１２は直
流入力、４１３は直流出力。

４１４はスイッチング素子４０６を制御する制御信号で
ある。制御信号４１４によりスイッチング素子４０６が
オンすると、直流人力４１２から供給された電流は昇圧
コイル４０５とスイッチング素子４０６を通して流れは
じめ、時間と共に僧加していき、流れる電流値の２乗に
比例するエネルギーが昇圧コイル４０５に蓄積される。

次にスイッチング素子４０６がオフすると、昇圧コイル
４０５に蓄積されたエネルギーは、逆流防止ダイオード
４１５を通じて、平滑コンデンサ４１１に蓄積される。

ここで逆流防止ダイオード４１５は、スイッチング素子
４０６がオンした時に、平滑コンデンサ４１１に蓄積さ
れた電荷が、スイッチング素子４０６を通じて逃げるの
を防止している。

直流出力４１３は、抵抗４０９．４１０で構成される帰
還回路４０８で分圧されて制御回路４０７に送られ、そ
の値は制御回路４０７の内部の基準電圧と比較される。

制御回路４０７が比較結果を元に制御信号４１４を切り
替えてスイッチング素子４０６のオン・オフを制御して
直流出力４１３が一定値となるようにしている。

第４図（ｂ）はレベルシフタ回路の一例である。

４２１は信号人力ＶｉｎでありＶｄｄ、Ｖｓｓｌレベル
の信号が入力され、４２２は信号出力Ｖ。

であり、Ｖｄｄ、Ｖｓｓｈレベルの信号が出力される。

４２３はインバーター　４２４ｉ；ｔＶｄｄ、４２５は
Ｖｓｓｈ、４２６．４２７はＰチャンネルのＦＥＴ、４
２８．４２９はＮチャンネルのＦＥＴである。４２１に
Ｖｄｄレベルの信号が入力された場合、トランジスタ４
２７．４２８はオンし、トランジスタ４２６．４２９は
オフする。よって出力４２２にはＶｄｄが出力される。

またＶｉｎ４２１にＶｓｓｌレベルの信号が加えられた
ときには、トランジスタ４２６．４２９がオンし、トラ
ンジスタ４２７．４２８はオフし、出力４２２にはＶｓ
ｓｈレベルの信号が出力される。

第４図（Ｃ）はドライバ回路の一例である。４４０は入
力信号Ｖｉｎ、４４１はインバータ、４４２．４４３は
レベルシフタ、４４４．４４６はＰチャンネルのトラン
ジスタ、４４５．４４７はＮチャンネルのトランジスタ
、４４９は圧電素子であり、４５０．４５１は圧電素子
４４９の電極である。４４０にＶｄｄレベルの信号が印
加されたときには、トランジスタ４４４．４４７がオフ
し、トランジスタ４４５．４４６がオンするので、電極
４５０にはＶｓｓｈ、電極４５１にはＶｄｄの電圧が印
加される。また４４０にＶｓｓｌの信号が印加されたと
きには、同様に電１ｉ４５０にはＶｄｄ、電極４５１に
はＶｓｓｈの電圧が印加され、圧電素子を駆動する。

第５図は、ポンプユニットの動作について示す。

第５図（ａ）にポンプユニットを示す、５ｏ１は圧電素
子、５０２は電極用金属板、振動板５１６、吸入逆止弁
５０３、吐出逆止弁５０４、そして、吸入口５０５、吐
出口５０６、吸入弁室５０７、吐出弁室５０８を有する
Ａ本体５０９、そして加圧室５１０、前記加圧室と弁室
との吸入孔５１１、吐出孔５１２を有するＢ本体５１３
より構成され、加圧室５１０、弁室５０７．５０８には
液体が充填されている。圧電素子５０１の上面の電極が
５１４、下面の電極が５１５であり電極５１４にＶｄｄ
、５１５にＶｓｓｈの電圧が印加されたときにはラジア
ル方向に収縮するとする。また、それぞれ第４図（ｃ）
の端子４５１．４５０に対応する。第６図に第５図のポ
ンプユニットの駆動波形を示す、第６図（ａ）は第３図
のＣＰＵ３０３から出力される駆動波形であり、第６図
（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ第５図の端子５１４．５１５
に対応する。第６図の６０１の期間には５１４にＶｄｄ
、５１５にＶｓｓｈの電圧が印加され、圧電素子５０１
はラジアル方向に収縮するので、振動板５１６は第５図
（ｂ）のように下に凸に変位する。

すると加圧室５１０に充填されている液体は、加圧され
吐出逆止弁５０４を押し下げ、吐出口５０６へ液体を移
動させ、また吸入逆上弁５０３があるため、加圧室５１
０から吸入口５０５への液体の逆流はない。次に、第６
図の６０２の期間には電極５１４にＶｓｓｈ、電極５１
５にＶｄｄが印加され、 圧電素子５０１はラジアル方向に伸張するので、振動板
５１６は第５図（Ｃ）のように上に凸に変位する。する
と加圧室５１０に充填されてνする液体は、減圧され吸
入逆止弁５０３を押し上げ、吸入口５０５から加圧室５
１０へと液体を移動させる。また吐出逆止弁５０４があ
るため、加圧室５１０から吐出口５０６への液体の移動
はない。以上第５図（ｂ）、（Ｃ）の動作を繰り返すこ
とにより、吸入口５０５から吐出口５０６へと液体を移
動させることが可能となる。

［発明の効果コ 以上説明したように、微量吐出装置として、圧電素子を
用いたポンプを使用するため、電磁型アクチュエーター
を用いた吐出装置と比べ構成部品を少なくでき、小型化
が可能でありコストが低減でき、またタンクの形状が制
限されないため、吐出装置の形状の自由度が多くなる。

また圧電素子は、電圧駆動によるアクチュエーターのた
め消費電流はμＡのオーダーであるため消費電流を少な
くでき、リチウム電池等の電源においても電池寿命のな
がい携帯用微量吐出装置が可能となる。また電磁アクチ
ュエーターをもちいた微量吐出装置においては、１ステ
ツプ毎の流量は調整できないが、本微量吐出装置をよ圧
電素子を用いているため、電圧によって変位量つまり吐
出量が制御できるので、吐出量の周波数による制御と共
に、１ステツプ毎の流量の電圧制御ができ、吐出■の１
ｌｆｆｉ調整が可能となる。そして、圧電素子は変位量
が１μｍ以下での制御も可能であり電磁アクチュエータ
ーを用いた吐出装置と違い歯車によるバックラッシュが
無いので、例えば径が１０ｍｍの加圧室を用いるとする
と体積に換算して０．０２μリツトルという非常に微小
な量での正確な制御が可能となる。また圧電素子は、磁
界の影響を受けないため、磁場が存在する状態において
も電磁型アクチュエーターのように誤動作することがな
く安全性の高い、微量吐出装置を提供できる。

また、吐出液として医薬液やアルコールなどを使用する
場合、ポンプユニットとして耐薬品性のよいポリプロピ
レンなどを使わなければならない。

この場合、電極用金属板とポリプロピレン製のプラスチ
ック平板は接着剤で接着できないため、第２図に示すよ
うにテーパー穴を有する電極用金属板をインサート成形
することにより確実に一体化できる。従って、接着剤が
れもなく、繰り返し耐久の優れたポンプユニットとなり
、全体として信頼部の高い微量吐出装置を提供できる。

さらに、振動板の溶着用突起により本体と簡単に溶着で
き、パツキンなどを使用せずに、本体との防水も確保で
き、組立性の良いポンプユニットとなり、コストダウン
をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の微量吐出装置の一実施倒
。 第２図（ａ）は、ポンプユニットの断面図、第２図（ｂ
）は、振動盤の平面図、第２図（ｃ）は、振動盤の断面
図。 第３図・・・本発明の微量吐出装置の回路ブロック図。 第４図（ａ）は、昇圧回路図、第４図（ｂ）は、レベル
シフタ図、第４図（Ｃ）は、ドライバーの一例を示す図
。 第５図（ａ）〜（Ｃ）は、ポンプユニットの動作説明図
。 第６図は、ポンプユニットの駆動信号図。 第７図は、従来例を示す図。 以 上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、セラミック系または有機系の圧電素
   子を有するポンプユニットと前記ポンプユニットを作動
   させるための集積回路、前記集積回路を動かすための電
   源から構成される微量吐出装置において、前記圧電素子
   を貼りつける振動板は厚み方向にテーパー穴を１個以上
   有する金属板と、前記穴部に充填することにより前記金
   属板にしっかり固着されたプラスチック平板より構成さ
   れたことを特徴とする微量吐出装置。
2. （２）前記振動板は、圧電素子を貼り付ける際の位置ぎ
   めのために、前記金属板の圧電素子を貼る側の周辺にプ
   ラスチックをリング上に成形したことを特徴とする請求
   項１記載の微量吐出装置。
3. （３）前記振動板は、金属板の一部にプラスチック平板
   と平面的に重ならない位置にハンダ付け用の突起を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の微量吐出装置。
4. （４）前記振動板は、プラスチック平板の金属板との接
   触面の反対側のプラスチック面の周辺に超音波用着用の
   突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の微量吐出
   装置。