JP6593671B2 - 液体供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体供給装置に関し、特に、マウス等の生物の飼育用の液体を供給するための液体供給装置に関する。
近年では、宇宙空間における無重力環境または微小重力環境が生物に与える影響を研究する目的等で、スペースシャトル等の宇宙機にマウス等の生物を乗せて宇宙へ輸送し、マウス等を宇宙空間で飼育する実験が行われている。宇宙空間におけるマウス等の飼育環境は、地上でマウス等を飼育する場合と同様に、マウス等に水や液体飼料(以下、水等という)を与える設備が必要となる。地上におけるマウス等に水等を与える設備としては、重力を利用した自動液体供給装置が一般的に用いられる。しかしながら、無重力環境においては、このような重力を利用した自動液体供給装置は使用することはできない。
そこで、宇宙空間でマウス等に水等を与える設備として、電動式のシリンジポンプ等を利用して水等を自動的に供給する装置を採用することも考えられる。しかしながら、このような電動式の装置は、動力源が必要であるので、重量とスペースが比較的大きい。このため、積載重量及び積載スペースが限られる宇宙機にこのような電動式の装置を搭載することは好ましくない。また、電動式の装置は、故障することがある。電動式の装置が故障した場合は、宇宙飛行士による修理を要し、維持管理に手間がかかる。
特開2002−017191号公報
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、動力源が不要であり、重量及びスペースが比較的小さく、安定して液体を供給することができる液体供給装置を提供することである。
本発明の一形態に係る液体供給装置は、第1の支持部材と、第2の支持部材と、前記第1の支持部材に一端が支持され、前記第2の支持部材に他端が支持されるバルーンと、長手方向の長さが一定のケースと、を有し、前記バルーンは、前記ケース内に配置され、供給される液体を内部に保持可能且つ保持した前記液体を排出可能に構成され、前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記一端及び前記他端は、前記ケース内に位置する。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記第1の支持部材は、前記ケースの一端に固定され、前記第2の支持部材は、前記ケースの他端に固定され、前記バルーンは、引っ張り応力を加えられた状態で、前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材に支持される。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記バルーンは、引っ張り応力が加えられていない状態に比べて、前記第1の支持部材の軸方向において1.5倍以上の長さになるように引っ張り応力を加えられた状態で、前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材に支持される。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記第1の支持部材は、前記ケースの一端に固定され、前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記第1の支持部材の軸方向における膨張率は、前記バルーンの前記第1の支持部材の径方向における膨張率よりも大きい。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記第1の支持部材は、前記バルーン内部に保持された前記液体を流出させるための流出口を有し、前記第2の支持部材は、前記バルーン内部に前記液体を充填するための充填口を有し、前記バルーンは、前記第1の支持部材の前記流出口と流体連通する流出孔と、前記第2の支持部材の前記充填口と流体連通する充填孔と、を有する。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記バルーンは、シリコーンゴムから形成される。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置では、前記液体が生物飼育用の液体である。
本発明の他の一形態に係る液体供給装置は、宇宙空間で使用される。
本発明によれば、動力源が不要であり、重量及びスペースが比較的小さく、安定して液体を供給することができる液体供給装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る液体供給装置の概略側面図である。 本発明の第2実施形態に係る液体供給装置の概略側面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る液体供給装置の概略側面図である。図1Aは、ケースを除いた液体供給装置を示し、図1Bはケースを含む液体供給装置を示し、図1Cは、ケースを含む液体が充填された液体供給装置を示す。第1実施形態に係る液体供給装置は、例えば、宇宙空間で飼育されるマウス等の生物を飼育するための水や液体飼料(生物飼育用液体、以下水等という)を与えるために、宇宙空間において使用され得る。特に、第1実施形態に係る液体供給装置は、打ち上げ及び/又は回収のための宇宙機に搭載され得る。
図1Aに示すように、液体供給装置は、第1のシャフト10(第1の支持部材)と、第1のシャフト10と直列に(同軸に)配置される第2のシャフト11(第2の支持部材)と、第1のシャフト10に一端が支持され、第2のシャフト11に他端が支持されるバルーン12と、第1のシャフト10に固定される略円盤状の固定板13と、を有する。
バルーン12は、その内部にマウス等の生物に与える水等を保持可能に構成され、且つ保持した水等を排出可能に構成される。第1のシャフト10は、略円筒状の部材である。第1のシャフト10は、バルーン12内部に保持された水等を流出させるための流出口10aをその内部に有する。流出口10aは、第1のシャフト10の一端から他端に延在する。第2のシャフト11は、略円筒状の部材である。第2のシャフト11は、バルーン12の内部に水等を充填するための充填口11aをその内部に有する。充填口11aは、第2のシャフト11の一端から他端に延在する。充填口11aは、図示しない蓋によって開閉可能に構成される。流出口10aには、図示しない配管等が接続される。
バルーン12は、略円筒状の弾性部材である。バルーン12の材質は、特に限定されないが、生体適合性の観点から例えばシリコーンゴム等であることが好ましい。バルーン12は、例えば約250mLの水等を保持可能に構成される。
バルーン12の一端には、流出孔12aが設けられる。流出孔12aを介して、バルーン12は、第1のシャフト10の外周に密着する。これにより、第1のシャフト10の流出口10aはバルーン12の流出孔12aと流体連通し、バルーン12の内部空間は流出口10aを介して外部空間と連通する。また、バルーン12の他端には、充填孔12bが設けられる。充填孔12bを介して、バルーン12は、第2のシャフト11の外周に密に密着する。これにより、第2のシャフト11の充填口11aはバルーン12の充填孔12bと流体連通し、バルーン12の内部空間は充填口11aを介して外部空間と連通する。
図1Bに示すように、第1実施形態に係る液体供給装置は、さらに、長手方向長さが一定の筒状のケース30を有する。なお、ここで「筒状」とは、円筒状に限らず、多角形断面を有する角筒状を含む。ケース30は、第1端部31に略円形の第1開口30aを備え、第1端部31とは逆側の第2端部32に略円形の第2開口30bを備える。第1のシャフト10、バルーン12、及び第2のシャフト11は、ケース30内に配置される。ケース30の第1開口30aを閉鎖するように、固定板13がケース30の第1端部31に固定される。したがって、第1のシャフト10の一端部は、ケース30の外部に位置する。バルーン12及び第2のシャフト11は、ケース30とは接触せず、固定されない。
固定板13を第1端部31に固定するときは、まず、固定板13を有する第1のシャフト10と、バルーン12と、第2のシャフト11とを、第1開口30aからケース30内に挿入する。続いて、固定板13が第1開口30aを閉鎖するように、固定板13をケース30の外側からケース30の第1端部31に固定する。
液体供給装置のバルーン12に水等を保持させるときは、第2のシャフト11の充填口11aに図示しない液体源を接続して、水等をバルーン12に供給する。なお、第1のシャフト10の流出口10aに接続される図示しない配管等は、バルブ等により閉止され、バルーン12に供給された水等が流出口10aから流出し続けることが防止される。水等がバルーン12に供給されるにつれて、バルーン12は、図1Cに示すように、第1のシャフト10の軸方向及び第1のシャフト10の径方向に膨張する。ここで、バルーン12が、所定量の水等が充填されて完全に膨張する前にケース30の内側面に接触すると、その膨張が阻害される恐れがある。そこで、予め空気、窒素等の気体を用いてバルーン12を所望の形に膨張させておくことにより、バルーン12の形状に癖をつけることができる。即ち、バルーン12が第1のシャフト10の径方向よりも軸方向に膨張しやすくすることができる。これにより、バルーン12が水等を保持して完全に膨張したとき、バルーン12の第1のシャフト10の軸方向における膨張率は、バルーン12の第1のシャフト10の径方向における膨張率よりも大きくなる。このようにして、バルーン12が完全に膨張する前にケース30の内側面に接触することが抑制される。
図1Cに示すように、バルーン12が水等を保持すると、第2のシャフト11は、第1のシャフト10から離れる方向(軸方向)に移動する。バルーン12が水等を保持して完全に膨張したとき、バルーン12の第1のシャフト10に支持された一端及び第2のシャフト11に支持された他端は、ケース30内に収まるように位置する。即ち、図1Cに示すような液体供給装置の側面視において、バルーン12が、ケース30から突出しないように膨張する。これにより、バルーン12がケース30内に必ず位置することになり、バルーン12が外部の物体と接触することを防止することができ、バルーン12の損傷を防止することができる。
図1Cに示すように、バルーン12が水等を保持して完全に膨張した状態で、第2のシャフト11の充填口11aを図示しない蓋等で封止することにより、水等はバルーン12から漏れることなく、バルーン12に保持される。
図1Cに示した液体供給装置により、マウス等の生物に水等を供給するときは、第1のシャフト10に接続された図示しない配管等が有するバルブを開く。これにより、バルーン12の収縮力によってバルーン12内部の水等が流出口10aから配管内へ押し出され、マウス等の生物に水等を自動的に供給することができる。
以上で説明したように、第1実施形態に係る液体供給装置によれば、バルーン12の収縮力によって水等を安定して供給することができるので、水等を供給するための動力源を不要とすることができる。また、第1実施形態に係る液体供給装置は動力源が不要であるので、電源等を要する従来の液体供給装置に比べて、重量及びスペースを比較的小さくすることができる。
また、第1実施形態に係る液体供給装置は、長手方向の長さが一定のケース30を有し、バルーン12がケース30内に配置される。バルーン12が液体を保持したとき、バルーンの一端及び他端がケース30内に位置する。このため、バルーン12がケース30内に必ず位置することになり、バルーン12が外部の物体と接触することを防止することができ、バルーン12の損傷を防止することができる。
第1実施形態に係る液体供給装置では、第1のシャフト10がケース30の一端に固定される。バルーン12が水等を保持したとき、バルーン12の第1のシャフト10の軸方向における膨張率は、バルーン12の第1のシャフト10の径方向における膨張率よりも大きい。このため、バルーン12が完全に膨張する前に、ケース30の内側面にバルーン12が接触することが抑制される。
第1実施形態に係る液体供給装置では、第1のシャフト10が流出口10aを有し、第2のシャフト11が充填口11aを有する。このため、流出口10aが図示しない配管等に接続されていても、充填口11aからバルーン12に水等を充填することができる。なお、本実施形態においては、水等を充填する充填口11aと水等を流出させる流出口10aとを別々に有しているが、流出口10aから水等を充填するように構成してもよい。この場合は、充填口11aを閉止した状態で流出口10aに流体源を接続して水等を充填し、その後配管等を流出口10aに接続すればよい。
第1実施形態に係る液体供給装置は、宇宙空間(無重力環境、微小重力環境)だけでなく、地上においても使用することができる。重力を利用した自動液体供給装置に場合、水等の供給口(吐出口)よりも上にタンクを設けなければならない。一方で、第1実施形態に係る液体供給装置であれば流出口10aとバルーン12との位置関係がこれに限られない点で有利である。また、第1実施形態に係る液体供給装置によれば、バルーン12の容量を小型化して(5〜20mL程度)、オリフィスと連動させることにより、小動物の皮下を通して、持続的な薬剤投与することも可能である。第1実施形態に係る液体供給装置によれば、例えば、最低0.5mL/hrの流量で持続的な薬剤を投与することができる。
<第2実施形態>
図2は、本発明の第2実施形態に係る液体供給装置の概略側面図である。図2Aは、ケースを除いた液体供給装置を示し、図2Bはケースを含む液体供給装置を示し、図2Cは、ケースを含む液体が充填された液体供給装置を示す。第2実施形態に係る液体供給装置は、第1実施形態に係る液体供給装置と同様に、例えば、宇宙空間で飼育されるマウス等の生物を飼育するための水等を与えるために、宇宙空間において使用され得る。特に、第2実施形態に係る液体供給装置は、軌道上の宇宙機に搭載され得る。
第2の実施形態に係る液体供給装置は、主に、第2のシャフト11がケース30に固定される点が第1の実施形態に係る液体供給装置と異なる。第1の実施形態に係る液体供給装置と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図2Aに示されるように、第2の実施形態に係るケース30を除いた液体供給装置は、図1Aに示される第1の実施形態に係るケース30を除いた液体供給装置と同様の構成である。
図2Bに示されるように、第2のシャフト11には、略円盤状の固定板15が設けられる。第1のシャフト10、バルーン12、及び第2のシャフト11は、ケース30内に位置する。第2の実施形態に係る液体供給装置のバルーン12は、例えば約70mLの水等を保持可能に構成される。ケース30の第1開口30aを閉鎖するように、固定板13がケース30の第1端部31に固定される。したがって、第1のシャフト10の一端部は、ケース30の外部に位置する。同様に、ケース30の第2開口30bを閉鎖するように、固定板15がケース30の第2端部32に固定される。第2のシャフト11の一端部は、ケース30の外部に位置する。
固定板13及び固定板15を、それぞれ、第1端部31及び第2端部32に固定するときは、まず、固定板13を有する第1のシャフト10と、バルーン12と、第2のシャフト11とを、第1開口30aからケース30内に挿入する。続いて、固定板13をケース30の外側から第1端部31に固定する。
固定板13が第1端部31に固定された状態で、第2のシャフト11が第2端部32に向かって引っ張られ(引っ張り応力が加えられ)、バルーン12が伸ばされる。第2のシャフト11の一端部がケース30から突出した位置(図2Cに示される位置)までバルーン12が伸びた状態で、固定板15を第2のシャフト11に取り付ける。このとき、バルーン12は、引っ張り応力が加えられていない状態(図2Aに示される状態)と比べて、第1のシャフト10の軸方向において約1.5倍以上の長さまで伸ばされることが好ましい。最後に、固定板15が、ケース30の外側から第2端部32に固定される。これにより、バルーン12は、引っ張り応力を加えられた状態で、第1のシャフト10及び第2のシャフト11に固定される。
図2Cに示すように、液体供給装置のバルーン12に水等を保持させるときは、第2のシャフト11の充填口11aに図示しない液体源を接続して、水等をバルーン12に供給する。なお、第1のシャフト10の流出口10aに接続される図示しない配管等は、バルブ等により閉止され、バルーン12に供給された水等が流出口10aから流出し続けることが防止される。
上述したように、第1のシャフト10及び第2のシャフト11が固定板13及び固定板15により、それぞれケース30の第1端部31及び第2端部32に、バルーン12に引っ張り応力が加えられた状態で固定される。このようにバルーン12を設置することで、バルーン12に水等が充填されたとき、バルーン12が第1のシャフト10の軸方向に伸びることを抑制することができるとともに、バルーン12を第1のシャフト10の径方向に膨張させることができる。これにより、バルーン12が完全に膨張する前にケース30の内側面に接触することが抑制され。バルーン12がケース30の内側面に接触することによる膨張不良を防止することができる。
図2Cに示すように、バルーン12が水等を保持して完全に膨張した状態で、第2のシャフト11の充填口11aを図示しない蓋等で封止することにより、水等はバルーン12から漏れることなく、バルーン12に保持される。
図2Cに示した液体供給装置により、マウス等の生物に水等を供給するときは、第1のシャフト10に接続された図示しない配管等が有するバルブを開く。これにより、バルーン12の収縮力によってバルーン12内部の水等が流出口10aから配管内へ押し出され、マウス等の生物に水等を自動的に供給することができる。
以上で説明したように、第2実施形態に係る液体供給装置によれば、バルーン12の収縮力によって水等を安定して供給することができるので、水等を供給するための動力源を不要とすることができる。また、第2実施形態に係る液体供給装置は動力源が不要であるので、電源等を要する従来の液体供給装置に比べて、重量及びスペースを比較的小さくすることができる。
また、第2実施形態に係る液体供給装置は、長手方向の長さが一定のケース30を有し、バルーン12がケース30内に配置される。バルーン12が液体を保持したとき、バルーンの一端及び他端がケース30内に位置する。このため、バルーン12がケース30内に必ず位置することになり、バルーン12が外部の物体と接触することを防止することができ、バルーンの損傷を防止することができる。
第2実施形態に係る液体供給装置では、第1のシャフト10がケース30の第1端部31に固定され、第2のシャフト11が第2端部32に固定される。また、バルーン12は、引っ張り応力が加えられた状態で、第1のシャフト10及び第2のシャフト11に支持される。即ち、第1のシャフト10と第2のシャフト11との間隔が一定になるので、第1のシャフト10の軸方向のバルーン12の幅が一定になる。これにより、バルーン12に水等を充填したときに、バルーン12が第1のシャフト10の軸方向に膨張することを抑制するとともにバルーン12が第1のシャフト10の径方向に膨張するので、バルーン12の膨張形状を制御することができる。したがって、バルーン12をケース30の内部において所望の形状に膨張させることができ、バルーン12は、ケース30内部の限られた空間においてより多くの水等を保持することができる。
また、バルーン12は、引っ張り応力が加えられていない状態に比べて、第1のシャフト10の軸方向において1.5倍以上の長さになるように引っ張り応力を加えられた状態で、第1のシャフト10及び第2のシャフト11に支持される。これにより、一層確実にバルーン12が第1のシャフト10の軸方向に膨張することを抑制するとともに、バルーン12を第1のシャフト10の径方向に膨張させることができる。
第2実施形態に係る液体供給装置では、第1のシャフト10が流出口10aを有し、第2のシャフト11が充填口11aを有する。このため、流出口10aが図示しない配管等に接続されていても、充填口11aからバルーン12に水等を充填することができる。なお、本実施形態においては、水等を充填する充填口11aと水等を流出させる流出口10aとを別々に有しているが、流出口10aから水等を充填するように構成してもよい。この場合は、充填口11aを閉止した状態で流出口10aに流体源を接続して水等を充填し、その後水等を流出させるための配管等を流出口10aに接続すればよい。
第2実施形態に係る液体供給装置は、宇宙空間(無重力環境、微小重力環境)だけでなく、地上においても使用することができる。重力を利用した自動液体供給装置の場合、水等の供給口(吐出口)よりも上にタンクを設けなければならない。一方で、第2実施形態に係る液体供給装置であれば流出口10aとバルーン12との位置関係がこれに限られない点で有利である。また、第2実施形態に係る液体供給装置によれば、バルーン12の容量を小型化して(5〜20mL程度)、オリフィスと連動させることにより、小動物の皮下を通して、持続的な薬剤投与することも可能である。第2実施形態に係る液体供給装置によれば、例えば、最低0.5mL/hrの流量で持続的な薬剤を投与することができる。
以上で説明した第1の実施形態に係る液体供給装置は、軌道上の宇宙機に搭載することもできる。同様に、第2の実施形態に係る液体供給装置は、打ち上げ及び/又は回収のための宇宙機に搭載することもできる。
以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
10…第1のシャフト
10a…流出口
11…第2のシャフト
11a…充填口
12…バルーン
30…ケース

Claims (10)

  1. 第1の支持部材と、
    第2の支持部材と、
    前記第1の支持部材に一端が支持され、前記第2の支持部材に他端が支持されるバルーンと、
    長手方向の長さが一定のケースと、を有し、
    前記バルーンは、前記ケース内に配置され、供給される液体を内部に保持可能且つ保持した前記液体を排出可能に構成され、
    前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記一端及び前記他端は、前記ケース内に位置し、
    前記第1の支持部材は、前記ケースの一端に固定され、
    前記第2の支持部材は、前記ケースの他端に固定され、
    前記バルーンは、引っ張り応力を加えられた状態で、前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材に支持され
    前記バルーンが前記液体を保持して完全に膨張したとき、前記バルーンが前記ケースの内側面と接触しないように構成される、液体供給装置。
  2. 請求項1に記載された液体供給装置において、
    前記バルーンは、引っ張り応力が加えられていない状態に比べて、前記第1の支持部材の軸方向において1.5倍以上の長さになるように引っ張り応力を加えられた状態で、前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材に支持される、液体供給装置。
  3. 請求項1又は2に記載された液体供給装置において、
    前記第1の支持部材は、前記バルーン内部に保持された前記液体を流出させるための流出口を有し、
    前記第2の支持部材は、前記バルーン内部に前記液体を充填するための充填口を有し、
    前記バルーンは、前記第1の支持部材の前記流出口と流体連通する流出孔と、前記第2の支持部材の前記充填口と流体連通する充填孔と、を有する、液体供給装置。
  4. 第1の支持部材と、
    第2の支持部材と、
    前記第1の支持部材に一端が支持され、前記第2の支持部材に他端が支持されるバルーンと、
    長手方向の長さが一定のケースと、を有し、
    前記バルーンは、前記ケース内に配置され、供給される液体を内部に保持可能且つ保持した前記液体を排出可能に構成され、
    前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記一端及び前記他端は、前記ケース内に位置し、
    前記第1の支持部材は、前記バルーン内部に保持された前記液体を流出させるための流出口を有し、
    前記第2の支持部材は、前記バルーン内部に前記液体を充填するための充填口を有し、
    前記バルーンは、前記第1の支持部材の前記流出口と流体連通する流出孔と、前記第2の支持部材の前記充填口と流体連通する充填孔と、を有し、
    前記バルーンが前記液体を保持して完全に膨張したとき、前記バルーンが前記ケースの内側面と接触しないように構成される、液体供給装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載された液体供給装置において、
    記第2の支持部材が、前記ケースの外側からアクセス可能である、液体供給装置。
  6. 第1の支持部材と、
    第2の支持部材と、
    前記第1の支持部材に一端が支持され、前記第2の支持部材に他端が支持されるバルーンと、
    長手方向の長さが一定のケースと、を有し、
    前記バルーンは、前記ケース内に配置され、供給される液体を内部に保持可能且つ保持した前記液体を排出可能に構成され、
    前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記一端及び前記他端は、前記ケース内に位置し、
    前記第1の支持部材は、前記ケースの一端に固定され、
    前記バルーンが前記液体を保持したとき、前記バルーンの前記第1の支持部材の軸方向における膨張率は、前記バルーンの前記第1の支持部材の径方向における膨張率よりも大きい、液体供給装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか一項に記載された液体供給装置において、
    前記バルーンは、シリコーンゴムから形成される、液体供給装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれか一項に記載された液体供給装置において、
    前記第1の支持部材と前記第2の支持部材とが、中空のシャフトである、液体供給装置。
  9. 請求項1ないしのいずれか一項に記載された液体供給装置において、
    前記液体が生物飼育用の液体である、液体供給装置。
  10. 宇宙空間で使用される、請求項1ないしのいずれか一項に記載された液体供給装置。
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