JP2005520145A - 流体の液圧式かつ容積測定式吐出及び充填 - Google Patents

流体の液圧式かつ容積測定式吐出及び充填 Download PDF

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Abstract

目標流体の液圧式かつ容積測定式充填及び吐出を行うシステム及び方法。液圧システムは、アクチュエータ(12)、ほぼ非圧縮性の作動液(38)を含む液圧連結器(14)、及び目標流体容器(16)を備えている。アクチュエータは、液圧連結器のピストン(30)を選択的に駆動するために、ステップモータ、リニアアクチュエータ、サーボモータ、空気圧モータまたは他の同様な装置などのモータ(60)または駆動部を有する。連結器は、ほぼ非圧縮性の作動液用の導管として機能する導管(19)、カラム、シャフトまたは他の漏れ防止アセンブリを有し、また、コード(174)及びピストン(34)を備えて、ピストンは、非圧縮性作動液によって選択的に押され、それによってプランジャを駆動して目標流体容器の摺動式壁を選択的に押し付けて、目標流体をそれから吐出するか、またはプランジャを容器から後退させて、プランジャ及び壁間に選択的に生じた真空を利用することによって摺動式壁をそれと一緒に引く。

Description

[発明の分野]
本発明は、流体の液圧式かつ容積測定式吐出(定量供給)及び充填に関する。特に、本発明は、液圧システムを使用して、液体及び/または気体のいずれかの目標流体の既知量の吐出及び/または充填を行うシステム及び方法に関する。
[背景及び関連技術]
歴史的に、材料の吐出を行うためにさまざまな技法が用いられてきた。そのような技法は、材料を可撓性導管内で押し通すこと、材料に圧力を加えるために水制御弁を使用すること、材料を吐出するために水制御弁を用いること、及びシリンジを収容する手持ち式アプリケータを使用することを含み、その各々を以下に説明する。
第1技法は、可撓性導管を用い、この可撓性導管に材料を押し通す。米国特許第5,878,921号には、グラウトの大量供給源から可撓性導管を通して手工具にグラウトを送り出すグラウト送り出し装置及び方法が開示されている。グラウトの大量供給源はホッパ内に保持され、ホッパはグラウトを重力でポンプに送る。ポンプは、コントローラを介して電気エネルギを受け取る電気モータによって駆動される。コントローラは、作業者が操作することができる故障スイッチの個別設定の関数として電気モータを制御するように調節可能に事前設定されている。スイッチは、手工具に取り付けられてコントローラに直接的に接続されるか、特定のスイッチ位置をコントローラ上の受信器に送信する遠隔送信器に組み込まれるかのいずれかにすることができる。同様に、米国特許第6,268,000号は、カートリッジからペストリー生地、糖衣または砂糖衣を吐出する装置を開示している。この装置は、カートリッジ容器及び手持ち式ガンを有する。ピストンを有する電気モータが、カートリッジ容器に接続されている。ピストンは、カートリッジのプランジャに作用して、ペストリー生地、糖衣または砂糖衣に圧力を加え、それによってペストリー生地、糖衣または卵白糖衣をガンへ移動させて吐出することができる。両開示の技法では、材料の吐出または塗布のために、材料が管または可撓性導管内を押し通される必要がある。この技法の1つの欠点は、一般的に管または導管の内壁上に材料の残留物が残り、洗浄しなければならないことである。このように管または導管を洗浄する必要があることは、時間がかかる可能性があると共に、残留物は、材料の一部が無駄になることを表す。
第2技法では、吐出中の材料に直接的な圧力を加えるために、水制御弁が用いられる。この技法は、米国特許第6,041,977号に開示されており、これは、糖衣などのデコレーション材料を吐出する吐出システムを開示している。吐出システムは、吐出すべき材料を有する吐出管、及び水作動式ピストンを備えている。加圧水を吐出管に加える結果、材料がデコレーションチップを通して吐出される。吐出管に加える水圧は、流れ停止弁及びオン−オフ弁を有する制御弁アセンブリを利用することによって制御かつ調整される。制御弁アセンブリに加えられる水は、圧力調整されると共にろ過される。この技法は洗浄の必要を軽減すると共に、無駄になる材料の量を減少させるが、水を常時加圧する必要があり、一部の用途に使用し難いことが一般的にわかっている。
第3技法は、材料を吐出するために圧縮空気を用いる。米国特許第5,964,381号に記載されているこの技法では、内部断面の寸法及び形状が全長にわたって均一である管の内部にピストンが配置されている。管は開放端部を有する。ピストンは、管内部を文字通り移動自在であり、好ましくは開放端部から管の外へ移動できる。管の形状が円筒形である場合、それは一定の内径を有する。管の開放端部は、テーパ状でも、フレア状でもない。ピストンを引き戻すことによって、液体試料が装置内に吸引される。次に、ピストンを最低速度まで加速し、それによって液体試料を管の開放端部から押し出すことによって、試料が吐出される。試料の速度は、表面張力の作用を無視できるほどにするのに十分なものである。吐出される液体試料の体積は、管の内径及びピストンの変位量によって決定される。ピストンの正確な位置決めにより、正確な量の試料が得られる。この技法は、空気の粘性係数が変化しない限り、材料を正確に送り出すことができる。しかし、大気の温度及び/または圧力が変化すると、所与の各大気変動に合わせてシステムを調節する必要があることにより、この技法に悪影響が及ぶ。そのため、この技法は、さまざまな周囲条件に合わせて較正が必要であるので、時間がかかることがわかるであろう。
別の技法が米国特許第5,630,527号に示されており、これは、エポキシ類、シリコーン類、接着剤などの流体の吐出が必要な主として産業用の流体ディスペンサシステム及びそれの利用方法を開示しており、押し出される流体の量を非常に正確に制御することができる。このシステムは、通常の医療用シリンジを収容する、人間工学に基づいた手持ち式アプリケータを有し、アプリケータは、電力コードで電子制御ユニットに接続されている。アプリケータには、制御ユニットで発生された電子信号に応答して所定距離だけピストンまたはねじを駆動するステップモータが設けられている。ピストンまたはねじの変位でシリンジ内に収容された流体に正の圧力がかかり、それにより、シリンジから流体が押し出される。この技法は正確な量の材料を吐出することができるが、手持ち式アプリケータの装置がかさばると共に使い難いことがわかるであろう。
このため、材料の塗布または吐出に使用される技法が現在も存在するが、材料の一部が無駄になること、各使用後に材料の残留物を洗浄する必要があること、各周囲条件に合わせた装置の較正が必要であること、及び他のそのような問題を含めた問題が依然として存在する。したがって、現在の技法を別の技法で強化するか、さらには置き換えることが、当該技術分野の改善になるであろう。
[発明の概要]
本発明は、流体の液圧式かつ容積測定式吐出(定量供給)及び/または充填に関する。特に、本発明は、液圧システムを使用することによって目標流体の既知量の吐出及び/または充填を行うシステム及び方法に関する。本明細書で使用するとき、「既知量」は、流体の計量された所定の制御量か、または実施形態によっては、ボーラス(大丸薬)などの制御容積または量を有する所定量の流体を意味する。
本発明の実施態様は、充填または吐出が選択的に行われる液相及び/または気相のいずれかの目標流体に関して実行される。液圧システムは、機械的圧力を選択的に与え、それにより、容器やシリンジなどから容積測定または計測された分量の目標流体を吐出し、容器やシリンジなどが、移動時に目標流体を容器またはシリンジから押し出すか、または物質を容器またはシリンジに引き込む摺動式または可動プランジャまたは壁を有するように構成されている。
1つの実施態様では、吐出システムは、モータまたは駆動部などのアクチュエータ、ほぼ非圧縮性作動液を含む液圧連結器、カラムまたは管、及び容器またはシリンジに対する機械的インターフェースを備えている。アクチュエータは、液圧連結器のプランジャまたはピストンを駆動するために、ステップモータ、リニアアクチュエータ、サーボモータ、空気圧モータまたは他の同様な装置などのモータまたは駆動部を有する。連結器は、ほぼ非圧縮性の作動液用の導管として機能する導管、カラム、シャフトまたは他の漏れ防止アセンブリを有する。導管は、一端部がプランジャ/ピストンに、他端部が機械的インターフェースに接続されている。機械的インターフェースは、別のプランジャまたはピストンを有するシリンダ構造を有し、このプランジャまたはピストンが非圧縮性作動液によって選択的に押され、それによってプランジャまたはピストンのヘッドを駆動して、目標流体を収容している容器またはシリンジの壁またはプランジャを押し付けて、目標流体をそれから吐出する。これにより、アクチュエータが力を液圧連結器に選択的に与え、それが力を目標流体に伝達し、それによって目標流体が容器から吐出される。1つの実施態様では、容積測定量の目標流体を正確に吐出するために、コントローラまたはコンピュータ装置がアクチュエータに接続されている。
1つの実施態様では、機械的支援連結部の一部としてコードが使用されている。たとえば、コードは、作動液内を通って延びて、その端部が対向ピストンに接続されている。これにより、マスターピストン/シリンダなどのピストンの1つによって加えられる力が、コードを利用して対応のスレーブピストンに作用して、それにより、対応のプランジャを目標流体容器から引っ込める、すなわち後退させる。さらなる実施態様では、プランジャが容器から後退するとき、真空が選択的かつ自動的に得られる。
本発明の方法及び処理が、正確な量の目標流体を吐出する分野で特に有用であることはわかっているが、当業者であれば、本方法及び処理を、さまざまな異なった用途及びさまざまな異なった製造分野、及び/または産業で、容積測定量の流体を正確に吐出するために使用することができることを理解できるであろう。
本発明の上記及び他の特徴及び利点を以下に述べる、すなわち、以下の説明及び添付の特許請求の範囲でより十分に明らかになるであろう。それらの特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘されている器具及び組み合わせによって実現して獲得されることができる。さらに、本発明の特徴及び利点は、本発明の実行によってわかるか、または以下に述べる説明から明らかになるであろう。
本発明の上記及び他の特徴及び利点が得られるように、添付図面に示された本発明の特定の実施形態を参照することによって、本発明のさらに具体的な説明を行う。図面は本発明の代表的な実施形態を示すだけであり、従って、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきでないことを理解した上で、添付図面を利用して本発明をさらに具体的かつ詳細に記載して説明する。
[発明の詳細な説明]
本発明は、目標流体の液圧式かつ容積測定式吐出及び/または充填に関する。特に、本発明は、液圧システムを使用することによって既知量の目標流体の吐出及び/または充填を行うシステム及び方法に関する。
開示内容及び特許請求の範囲において、「目標流体」という用語は、充填及び/または吐出することができる、液相及び/または気相のいずれかの任意の材料を意味するものとする。目標流体の例として、薬品、水、油、グリース、塗料、接着剤、溶剤、ローション液、食品(たとえば、ベビーフード、薬味、ジュースなど)、潤滑剤、紫外線硬化接着剤、嫌気性物質、シアノアクリレート接着剤、エポキシ、シリコーン、シーリング剤、酸素、水素、窒素、空気、及び物理力による吐出に適したレオロジーを有する任意の他の液体及び/または気体がある。さらに、「目標流体」という用語は、液相及び/または気相ではないが、吐出することができる物質、たとえば、粉末(たとえば、グラファイト)か、またはペースト(たとえば、はんだペースト)も含むものとする。
本発明の以下の開示内容は、3つの副題、すなわち「目標流体の液圧式吐出」、「コンピュータ装置の利用」及び「機械的支援連結部(バックリンク)の提供」に分けられる。副題を使用するのは、読者の便宜を図るためであり、いずれの意味においても制限的に解釈されるべきではない。
[目標流体の液圧式吐出]
本発明の実施形態は、選択的な充填及び/または吐出を行うべき目標流体に関するものである。図1及び対応の説明は、本発明を実施することができる代表的な実施形態または適当な動作環境の包括的記載を行うことを意図している。当業者であれば、本発明に従って目標流体の液圧式かつ容積測定式充填及び/または吐出を行うことができるように、本発明を1つまたは複数のシステムによって、またさまざまなシステム構成で実施することができることを理解できるであろう。
図1には、代表的なシステムが、目標流体の選択的な充填及び/または吐出に使用することができる吐出システム10として示されている。システム10は、アクチュエータ12、液圧連結器14、及び吐出すべき目標流体の容器16を備えている。アクチュエータ12は駆動機構であり、それはアクチュエータ手段の一例である。駆動機構の具体的な例として、ステップモータ、リニアアクチュエータ、サーボモータ、空気圧モータ、可変周波数駆動装置、または制御または所定速度またはステップで力を起こす、すなわち発生するように構成することができる他の同様なモータまたは装置がある。
アクチュエータ12は、スクリュー13上に直線力を発生し、それが液圧連結器14に伝達される。連結器14は、液圧手段の一例である。たとえば、液圧連結器14は、マスターシリンダ18、導管19、スレーブシリンダ20、及び任意選択であるが容器16に選択的に接続するためのコネクタ17を有する。当業者であれば、本実施形態にはシリンダを示しているが、主従関係を与えるために、液圧連結器の一部としてさまざまな異なった形状及び/または寸法を使用することができることを理解できるであろう。
図1は、スクリュー13をマスターシリンダ18のシャフトに接続するブロックまたは構成部品の使用例を示しているが、本発明の実施形態は、シリンダシャフト及びアクチュエータの直結も包含する。たとえば、シリンダシャフトは、シリンダ内で変位することができるピストンの基端部分である一方、シャフトの基端部にねじが切られて、アクチュエータに直結される。
図2を参照すると、液圧連結器14は、シリコーン、水、シリコーン油、アルコール、ブレーキ液、食品用作動液、または十分に広範な温度範囲にわたって膨張または収縮を防止する特性を有する他の作動液などのほぼ非圧縮性の作動液38を収容するように構成されている。作動液38は、少なくとも一部がマスターシリンダ18内に収容されている第1液圧ピストンヘッド30から導管19を通って、少なくとも一部がスレーブシリンダ20内に収容されている第2液圧ピストンヘッド34まで延在している。これにより、ピストンヘッド30による力をピストンヘッド34に伝達して、主従関係を生じることができる。同様に、ピストンヘッド34からの力をピストンヘッド30に伝達することができる。作動液38の漏出を防止するために、ピストンヘッド30及び34のそれぞれのヘッドの位置か、またはその付近に1つまたは複数のシールを配置してもよい。図2では、シールがそれぞれOリング32及び36として示されている。本実施形態ではOリングが示されているが、当業者であれば、1つまたは複数のクアドシール(quad seal)、あるいは1つまたは複数のフラップなどの他のシールも使用できることを理解できるであろう。
図示の実施形態では、アクチュエータ12は、ピストン30を変位させる力を起こす。ピストン30などのピストンの変位は、液圧手段の作動の一例である。ピストンを変位させる力が、1つまたは複数の他のピストンに液圧式に伝達され、それにより、目標流体を選択的に吐出するか、または容器に目標流体を充填することができる。
図2に示された実施形態は、2つのピストン/プランジャを有する液圧連結器/システムを示すが、本発明の実施形態は、3つ以上のピストン/プランジャを有する液圧連結器/システムを包含する。1つのそのような実施形態は、Y字型液圧連結器を含み、それは3つのピストン/プランジャを有し、その1つがマスターとして使用され、残りの2つがスレーブとして使用される。
図1に戻ると、開口26及び28として示されている1つまたは複数の通気孔により、ユーザは大気などの気体をシリンダ18及び20に選択的に流出入させ、それにより、ピストンヘッド30及び34(図2)を所望通りに変位させることができる。開口26及び28は、望ましくない気体のパージにも使用することができる。
図1において、容器16は、目標流体を内部に収容するように構成されて、コネクタ17で液圧連結器14に接続されている。容器16は、吐出手段の一例である。さらに、「吐出手段」という用語は、各液圧手段につき複数の吐出手段がある場合を含む。図2を参照すると、システムのスレーブシリンダ20、コネクタ17及び容器16の断面図が示されている。図示の実施形態では、容器16は、本発明に従って容器16から選択的かつ正確に吐出することができる目標流体46のタンクを収容するように構成されている。1つの実施形態では、容器16は、目標流体46を収容して吐出するために摺動式または可動式壁またはキャップ(キャップ44として図示されている)を有する。他の実施形態は、目標流体を収容して吐出するために摺動式または可動式プランジャを使用することを包含する。
容器16は、液圧連結器14に取り外し可能または固定可能に接続することができる。図示の実施形態では、容器16は、コネクタ17の受け部50に選択的かつ回転可能に接続することができる表面48を有する。接続時に、ピストンヘッド34の先端部40が容器16の少なくとも一部分の下方に伸長する。図示の実施形態では、目標流体46の漏れを防止するために、シール42が先端部40に結合されている。したがって、力がピストンヘッド34に伝達されると、先端部40が容器16の先端部57に向かって移動して、一定量の目標流体46をそれから吐出する。さらなる実施形態では、容器16は、ポリマーを有し、かつ/または使い捨てである。
1つの実施形態では、付加的な任意選択の特徴が開示されている。図2に示されているように、容器16は、目標流体源コネクタ54を使用することによって目標流体源52に接続することができる。これにより、ピストンヘッド30の後退か、またはピストンヘッド34をピストンヘッド30に向かわせる他の移動によって、目標流体を目標流体源52から容器16に流入させることができる。さらに、弁56を使用して、目標流体源52から目標流体46を容器16に選択的に充填するか、または目標流体46を容器16から先端部57を通して吐出することができる。
上述したように、本発明の実施形態は、容器、シリンジまたは他の目標流体源から容積測定または計量された分量の目標流体を吐出するために、制御された機械的圧力を選択的に与えるように構成された液圧システムの使用を包含する。一定量の目標流体を選択的に吐出するために、駆動機構が液圧連結器/システムに力を作用させて、それが力を目標流体に伝達する。さらに、本明細書でさらに説明するように、容器の少なくとも一部分に目標流体を充填するために、駆動機構が液圧連結器/システムに力を作用させてもよい。
図1の実施形態に示されているように、別の特徴が開示されている。コントローラ22をアクチュエータ12に接続して、アクチュエータ12が液圧連結器14に対して正確な力を発生するようにしてもよい。後述するように、コントローラの一例は、アクチュエータ12を制御するために選択的にプログラムすることができるコンピュータ装置である。本発明の実施形態は、アクチュエータ12からコントローラ22に送られるフィードバックなどのフィードバックの使用を包含する。ユーザが入力できるように、入力装置24をコントローラ22に接続することができる。駆動機構(アクチュエータ12)によって生じて液圧連結器に伝達される力を制御することによって、正確に容積測定または計量された分量の目標流体を吐出することができる。
当業者であれば、目標流体を選択的に吐出するために、本発明に従ってさまざまな異なった形式及び寸法の駆動機構及びその構造を使用してもよいことを理解できるであろう。たとえば、図3及び図4を参照すると、駆動機構の2つの代替実施形態が提供されている。図3には、アクチュエータの一例であるモータ62と、液圧連結器/システムに力を加える駆動構成部品64とを有する代表的に駆動機構60が示されている。同様に、図4には、モータ72、歯車箱74及び駆動構成部品76を有する代表的に駆動機構70が示されている。このように、本発明に従って使用される駆動機構は、直結駆動機構、1つまたは複数のベルト及び/または歯車を含むもの、及び/または何らかの形式の変速機またはギヤチェンジを利用するものでもよい。さらに、駆動機構は、直列型か、または間接型でよい。さらに、発生する力の量を、すなわち、液圧連結器14に作用する駆動構成部品の変位量をユーザが選択的に設定することができる限り、いずれの駆動機構も考えられる。
当業者であれば、本発明の実施形態がさまざまな異なったシステム構成を包含することを理解できるであろう。たとえば、1つの実施形態では、本発明に従って、目標流体を手動で吐出するように吐出システムが構成される。別の実施形態では、容積測定量の目標流体を自動的に吐出するように吐出システムが構成される。たとえば、コネクタ17及び容器16を有するシステム10の先端部分(図1)を、コントローラ22または他のコントローラまたはコンピュータ装置などのコントローラから入力を受け取るX−YまたはX−Y−Z機械的システムまたは機構に接続して、それによって、容器16を正確に位置決めして、容器16内の正確な容積測定量の目標流体を所望位置で吐出してもよい。さらなる実施形態では、たとえば、数液型目標流体すなわち複数の容積測定量の目標流体を同時に、または順次連続した吐出の場合に選択的かつ正確に吐出するための複数の容器を有することができる。
たとえば、図5を参照すると、本発明の代替実施形態が、複数のアクチュエータ82、液圧連結器86および容器88を有するシステム80として示されている。結合型の液圧連結器86は、液圧手段の一例である。さらに、2つのアクチュエータ、液圧連結器および容器が図示されているが、本発明の実施形態は、3つ以上または任意数のアクチュエータ、液圧連結器及び容器の任意の組み合わせを包含する。さらに、それらの数のアクチュエータ、液圧連結器及び容器は、目標流体(複数可)の正比例量を吐出する必要はない。さらにまた、本発明の別の例示的な1つの実施形態は、1つのアクチュエータと複数の液圧連結器及び容器を備えている。
図5では、第1目標流体が容器88a内に収容され、第2目標流体が容器88b内に収容されている。この実施形態は、二液型エポキシなどの二液型目標流体を吐出するような用途に有用である。図示の実施形態では、渦(図示せず)を含むことができる室90が容器88に接続されている。目標流体が容器88から吐出されると、目標流体が室90内で混合されて、それから吐出される。複数のアクチュエータを使用することによって、目標流体の組み合わせから得られた合成流体のうちの各目標流体の割合を制御することができる。したがって、本発明によれば、正比(たとえば、1:1)の目標流体か、または非正比(たとえば、1:2、1:10、1:100)の目標流体を含むことができる数液型目標流体が容積測定的に吐出される。別の実施形態では、室90は、異なった目標流体を、混合しないで互いに間隔を置いた、または相対的な位置に吐出するように、誘導することができる。図5は2つの目標流体を吐出できる場合を示しているが、任意の複数の目標流体をそのように吐出することができる。
[コンピュータ装置の利用]
上述したように、1つまたは複数のアクチュエータを制御するために、1つまたは複数のコントローラを使用することができる。コントローラの一例はコンピュータ装置である。そのため、本発明に従って選択的に使用することができるコンピュータ装置に関して以下に説明を行う。
本発明の実施形態は、容器への目標流体の充填及び/または容器からの目標の吐出を液圧式かつ容積測定式に行うために1つまたは複数のコンピュータ読取可能媒体を使用することを包含し、各媒体は、それにデータか、またはデータを処理するためのコンピュータ実行可能命令を含むことができるように構成されるか、また含む。コンピュータ実行可能命令は、データ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、または処理システムによってアクセスすることができる他のプログラムモジュールを含み、処理システムは、たとえば、さまざまな異なった機能を実行することができる汎用コンピュータに関連したものか、または限定数の機能を実行することができる専用コンピュータに関連したものである。コンピュータ実行可能命令は、処理システムに特定機能または機能群を実行させることができ、本明細書に開示された方法のステップを実行するためのプログラムコード手段の例である。さらに、実行可能命令の特定シーケンスが、そのようなステップを実行するために使用することができる対応動作の一例を与える。コンピュータ読取可能媒体の例として、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、リードオンリーメモリ(「ROM」)、プログラマブルリードオンリーメモリ(「PROM」)、消去及びプログラム可能リードオンリーメモリ(「EPROM」)、電気的消去及びプログラム可能リードオンリーメモリ(「EEPROM」)、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(「CD−ROM」)、または処理システムによってアクセスすることができるデータまたは実行可能命令を提供することができる任意の他の装置または構成部品が含まれる。
図6を参照すると、本発明に従って使用するための代表的なシステムは、コンピュータ装置100を含み、これは汎用または専用コンピュータにすることができる。たとえば、コンピュータ装置100は、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、個人情報端末(「PDA」)または他の手持ち式装置、ワークステーション、ミニコンピュータ、メインフレーム、スーパーコンピュータ、マルチプロセッサシステム、ネットワークコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、プロセッサを用いた家庭用電子装置などにすることができる。
コンピュータ装置100は、システムバス102を有し、これは、コンピュータ装置のさまざまな構成部品を接続するように構成されて、データを2つまたはそれよりも多い構成部品間で交換することができる。システムバス102は、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、またはさまざまなバスアーキテクチャの任意のものを使用するローカルバスを含めたさまざまなバス構造の1つを含むことができる。システムバス102によって接続された代表的な構成部品として、処理システム104及びメモリ106が含まれる。他の構成部品として、1つまたは複数の大容量記憶装置インターフェース108、入力インターフェース110、出力インターフェース112及び/またはネットワークインターフェース114を含みことができ、その各々について後述する。
処理システム104は、中央演算処理装置などの1つまたは複数のプロセッサ、及び任意選択であるが、特定機能またはタスクを実行するように構成された1つまたは複数の他のプロセッサを含む。それは一般的に、メモリ106、磁気ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、磁気カセット、光ディスクなどのコンピュータ読取可能媒体上に書き込まれているか、または、やはりコンピュータ読取可能媒体とみなすこともできる通信接続から得られる命令を実行する処理システム104である。
メモリ106には、データか、データを処理するための命令を含むように構成されるか、または含み、システムバス102を介して処理システム104によってアクセスすることができる1つまたは複数のコンピュータ読取可能媒体が含まれる。メモリ106は、たとえば、情報を永久的に保存するために使用されるROM118、及び/または情報を一時的に保存するために使用されるRAM120を含み得る。ROM118は、コンピュータ100の始動中などに通信を設定するために使用される1つまたは複数のルーチンを有する基本入出力システム(「BIOS」)を含み得る。RAM120は、1つまたは複数のオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム及び/またはプログラムデータなどの1つまたは複数のプログラムモジュールを含み得る。
1つまたは複数の大容量記憶装置116をシステムバス102に接続するために、1つまたは複数の大容量記憶装置インターフェース108が使用され得る。大容量記憶装置116は、コンピュータ装置100に組み込んでもよく、またはそれの周辺機器にしてもよく、コンピュータ装置100が大量のデータを保持できるようにする。任意選択であるが、1つまたは複数の大容量記憶装置116をコンピュータ装置100から取り外し可能にしてもよい。大容量記憶装置の例として、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、テープドライブ及び光ディスクドライブがある。大容量記憶装置116は、磁気ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、磁気カセット、光ディスクまたは他のコンピュータ読取可能媒体に対する読み出し及び/または書き込みを行い得る。大容量記憶装置116及びそれらに対応したコンピュータ読取可能媒体は、データ及び/または実行可能命令の不揮発性記憶装置を提供し、これは、オペレーティングシステム、1つまたは複数のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュールまたはプログラムデータなどの1つまたは複数のプログラムモジュールを含み得る。そのような実行可能命令は、本明細書に開示された方法のステップを実行するためのプログラムコード手段の例である。
1つまたは複数の入力インターフェース110を用いて、ユーザが1つまたは複数の対応の入力装置122を介してデータ及び/または命令をコンピュータ装置100に入力できるようにすることができる。入力は、たとえば、本発明に従って充填中及び/または吐出中の目標流体の量及び/または種類の制御を行うことができる。そのような入力装置の例として、キーボードや、マウス、トラックボール、ライトペン、スタイラスまたは他のポインティング装置などの代替入力装置、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライトディッシュ、スキャナなどがある。同様に、入力装置122をシステムバス102に接続するために使用できる入力インターフェース110の例として、シリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、ユニバーサルシリアルバス(「USB」)、ファイアワイヤ(IEEE1394)、または他のインターフェースがある。
1つまたは複数の出力インターフェース112を用いて、1つまたは複数の対応の出力装置124をシステムバス102に接続することができる。出力装置の例として、モニタまたはディスプレイ画面、スピーカ、プリンタなどがある。特定の出力装置124をコンピュータ装置100に一体化してもよく、またはそれの周辺機器にしてもよい。出力インターフェースの例として、ビデオアダプタ、オーディオアダプタ、パラレルポートなどがある。
1つまたは複数のネットワークインターフェース114により、コンピュータ装置100は、有線及び/または無線リンクを含むことができるネットワーク128を介して、コンピュータ装置126として図示された1つまたは複数の他のローカルまたは遠隔コンピュータ装置と情報を交換することができる。データ交換は、たとえば、別のシステムへの情報のフィードバックを可能にする。ネットワークインターフェースの例として、ローカルエリアネットワーク(「LAN」)またはモデムに接続するためのネットワークアダプタ、無線リンク、またはインターネットなどのワイドエリアネットワーク(「WAN」)に接続するための他のアダプタがある。ネットワークインターフェース114は、コンピュータ装置100に組み込んでもよく、またはそれの周辺機器にしてもよい。ネットワーク接続されたシステム内では、アクセス可能なプログラムモジュールまたはその一部を遠隔メモリ記憶装置内に保存してもよい。さらに、ネットワーク接続されたシステム内では、コンピュータ装置100は、複数のネットワーク接続されたコンピュータ装置によって機能またはタスクを実行する分散型計算環境に加わることができる。当業者であれば、本発明に従った目標流体を正確に吐出するための液圧式かつ容積測定式の目標流体ディスペンサに組み合わせて使用される多くの形式のコンピュータシステム構成を備えたネットワーク接続された計算環境で本発明を実行することができることを理解できるであろう。
[機械的支援連結部の提供]
上述したように、本発明の実施形態は、容器への目標流体の充填及び/または容器からの目標流体の吐出を包含する。1つの実施形態では、容器は、目標流体の充填、収容及び吐出を行うために摺動式または可動式壁またはキャップを有する。容器の摺動式キャップと容器内に伸長したプランジャとの間に真空を選択的に生じ、それによって摺動式キャップを移動させる。目標流体の充填または吐出を行うために力をキャップに加えるため、本発明によればプランジャを選択的に使用する。プランジャを選択的に後退させると、プランジャ及びキャップ間に生じる真空が、キャップを後退中のプランジャと共に後退させ、これについてはさらに後述する。
図7を参照すると、代表的なシステムが、目標流体の選択的な充填及び/または吐出に使用することができる吐出システム130として図示されている。システム130は、アクチュエータ132、液圧連結器134、及び吐出すべき目標流体の容器136を備えている。アクチュエータ132は駆動機構であり、それは、アクチュエータ手段の一例である。上述したように、アクチュエータ132は、スクリュー133上に直線力を発生し、それが液圧連結器134に伝達される。連結器134は、液圧手段の別の例である。液圧連結器134は、マスターシリンダ138、導管158、スレーブシリンダ140、及び任意のコード174を有する。
液圧連結器134は、シリコーン、水、シリコーン油、アルコール、ブレーキ液、食品用作動液、または十分に広範な温度範囲にわたって膨張または収縮を防止する特性を有する他の作動液などのほぼ非圧縮性の作動液158を収容するように構成されている。作動液158は、少なくとも一部がマスターシリンダ138内に収容されている第1液圧ピストンヘッド150から導管を通って、少なくとも一部がスレーブシリンダ140内に収容されている第2液圧ピストンヘッド154まで延在している。これにより、ピストンヘッド150による力をピストンヘッド154に伝達して、主従関係を生じることができる。図示の実施形態に設けられているように、コード174が作動液内を通って延びて、コード174の両端部がピストンヘッド150及びピストンヘッド154に接続されている。1つの実施形態では、コードは剛性コードであり、金属、ポリマーまたは他の剛性材料を有する。さらなる実施形態では、金属がステンレス鋼である。さらに、1つの実施形態では、コードは、チェーンまたはケーブルであり、ピストンのヘッドがケーブル上に圧着されている。
そのため、ピストンヘッド150を後退させる力は、それに対応してピストンヘッド154を後退させる。コード174の使用により、ピストンヘッド154に作用する力の変化に対するピストンヘッド154の遅延応答が減少かつ/または排除されて、ヘッド154を後退させるために負のハイドレータ圧力だけに頼る必要がなくなる。コード174は、ヘッド150の後退時にヘッド154を後退させる直接機械的支援連結部を提供する。
作動液158の漏出を防止するために、ピストンヘッド150及び154のそれぞれのヘッドの位置か、またはその付近に1つまたは複数のシールを配置してもよい。図7では、シールがそれぞれOリング152及び156として示されている。本実施形態ではOリングが示されているが、当業者であれば、1つまたは複数のクアドシール、あるいは1つまたは複数のフラップなどの他のシールも使用できることを理解できるであろう。
このように、図示の実施形態では、アクチュエータ132は、ピストンヘッド150を前方または後方のいずれかに変位させる力を起こす。ピストンヘッド150などのピストンの変位は、液圧手段の作動の一例である。変位力が、1つまたは複数の他のピストンに液圧式かつ/または機械的に伝達され、それにより、目標流体を選択的に吐出するか、または容器に目標流体を充填することができる。図示の実施形態では、ピストンヘッド150を前方に変位させ、それによって力が非圧縮性作動液158を介してピストンヘッド154上に伝達されるとき、力が液圧式に伝達されて、プランジャ160が容器136の下方に伸長し、それによって目標流体166を容器136の先端172から吐出する。一方、ピストンヘッド150を後方に変位させ、それによって作動液158及びコード174が力をピストンヘッド154上に伝達してヘッド154をマスターシリンダ138の方に後退させるとき、力が液圧式及び機械的に伝達され、それに対応してプランジャ160を容器136から後退させ、それにより、吐出の停止、容器136への目標流体166の選択的な充填、または目標流体166の容器136内への流入が行われ、それには空気を容器136内へ流入させることが含まれ得る。
図7に示された実施形態は、2つのピストンを有する液圧連結器/システムを示しているが、本発明の実施形態は、3つ以上のピストンを有する液圧連結器/システムも包含する。1つの実施形態では、作動液158を連結器134に追加するか、またはそれから除去するができるように、エア抜きねじ146が設けられる。
図7では、容器136は目標流体を内部に収容するように構成されて、コネクタ170で液圧連結器134に接続されている。容器136は、吐出手段の一例である。さらに、「吐出手段」という用語は、各液圧手段につき複数の吐出手段を含む。図示の実施形態では、容器136は、本発明に従って選択的かつ正確な充填及び/または容器136からの吐出を行うことができる目標流体166のタンクを収容するように構成されている。1つの実施形態では、目標流体166の充填、収容及び吐出を行うために、容器136が摺動式または可動式壁またはキャップ(キャップ164として図示されている)を有する。他の実施形態は、目標流体の収容及び吐出のために摺動式または可動式プランジャを使用することを包含する。
容器136は、液圧連結器134に取り外し可能または固定可能に接続することができる。図示の実施形態では、容器136は、コネクタ170の受け部に選択的かつ回転可能に接続することができる表面168を有する。接続時に、ピストンヘッド154の、プランジャ160として図示されている先端部が、容器136の少なくとも一部分の下方に伸長する。このため、上述したように、前向き力がピストンヘッド154に伝達されると、プランジャ160が容器136の先端部172に向かって移動して、一定量の目標流体166をそれから吐出する。さらなる実施形態では、容器136は、ポリマーを有し、かつ/または使い捨てである。一方、後向き力がピストンヘッド154に伝達されると、プランジャ160が引っ込んで後退する、すなわちチップ172から離れ、これについてはさらに後述する。
コントローラ142を任意選択にアクチュエータ132に接続して、アクチュエータ132が液圧連結器134に加える正確な力を発生するようにする。上述したように、コントローラの一例は、アクチュエータ132を制御するために選択的にプログラムすることができるコンピュータ装置である。
図8A及び図8Bを参照すると、2つの機能を持つダイナミックプランジャの代表例が示されている。第1に、それはキャップ164及びプランジャ160間に捕らえられた空気を除去できるようにし、第2に、プランジャ160が連結器134の方に移動してそれと共に摺動式表面またはキャップ164を引っ込ませる、すなわち後退させるとき、確実に真空を生じる。図8Aにおいて、位置180は、プランジャ160として示された下向きに延びたダイナミックプランジャを容器136内に示している。本発明は、固定インターフェースまたは接続部を有さないで、受動素子だけを有するプランジャ及びキャップを想定している。容器136は、目標流体166を容器136内に収容する、キャップ164として図示された摺動式表面またはキャップを備えている。プランジャ160が容器136内にあってその下方に伸長しているとき、空気が最初はプランジャ160及びキャップ164間の空隙部186内に捕らえられるであろう。捕らえられた空気は、制御不能の圧縮性領域を与え、これは目標流体166を正確に吐出するためのシステムの応答性を低下させる。この問題を回避するために、本発明のダイナミックプランジャ160は、捕らえられた空気を逃がすことができるシステムを備えている。図示の実施形態では、捕らえられた空気を逃がすことができるシステムは、摺動リング182と開口または通路184とを有する。リング182の内径は、リング182が凹部161内でプランジャ160の周囲を選択的に摺動できるようにする。さらなる実施形態では、リング182の摺動は、リング182を容器136の内壁135に接触させる外径を有することによって容易になる。したがって、プランジャ160が吐出のために容器136内に入る伸長位置にあるとき、リング182は目標流体166から離れた位置にあり、それにより、空隙部186内に捕らえられた空気を、矢印188で示されているように、プランジャ160の周囲から通路184を通して逃がすことができる。
次に図8Bを参照すると、プランジャ160として図示されたダイナミックプランジャは、引っ込んだ、すなわち後退位置190に示されている。プランジャ160を容器136から後退させるとき、リング182が凹部161の面163に当接して、面163及び容器136の内壁135の密封を行うまで、プランジャ160がリング18内を摺動する。プランジャ162を後退させるとき、空気はもはやプランジャ160の周囲を通過することができないため、密封が行われ、それによってプランジャ160及びキャップ164間に真空192が生じる。真空192は、キャップ164をプランジャ160と一緒に後退させることができる。そのため、容器136に目標流体166を選択的に充填することができる。そのため、図8A及び図8Bに示されているように、本発明に従ってダイナミックプランジャを使用して、捕らえられた空気の逃がし及び真空の発生を選択的に行い、それに対応して目標流体の吐出及び充填を行うことができる。
このため、本明細書で上述したように、本発明の実施形態は、液圧式かつ容積測定式に流体の充填及び/または吐出を行うさまざまなシステム及び方法を包含する。特に、本発明は、液圧システムを使用することにより、液相及び/または気相のいずれかの目標流体の既知量の充填及び/または吐出を行うシステム及び方法に関する。本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定形状で具現することもできる。上記実施形態は、すべての点で例示的に過ぎず、制限的ではないとみなされるべきである。したがって、本発明の範囲は、以上の説明によるというよりは、添付の特許請求の範囲により示されている。特許請求項の同等物の意味及び範囲に含まれるすべての変化は、それらの範囲に包含されるものとする。
本発明による定量の目標流体の吐出または充填を行うのに適した動作環境を提供する代表的なシステムを示す図である。 図1の代表的なシステムのさまざまな構成部品の断面図である。 本発明に組み合わせて使用することができる代替アクチュエータを示す図である。 本発明に組み合わせて使用することができる別の代替アクチュエータを示す図である。 本発明に従って使用して、数液型目標流体の混合及び/または吐出か、または1つまたは複数の目標流体の複数の定量の吐出を行うことができる代表的なシステムを示す図である。 本発明に組み合わせて使用して、正確な定量の目標流体の充填または吐出を行うことができる代表的なコントローラシステムを示す図である。 支援連結システムの一部としてコードを有する代表的なシステムの断面図である。 プランジャが目標流体容器の下方に伸長したときに空気を選択的に通すことができる代表的なシステムの断面図である。 プランジャを目標流体容器から後退させたときに真空を選択的に生じる図8Aのシステムの断面図である。

Claims (20)

  1. 目標流体システムであって、
    コード及び作動液を含む液圧連結器であって、前記作動液が該連結器の第1ピストン及び第2ピストン間に延在し、前記コードが前記作動液内を通って延在して、第1コード端部が前記第1ピストンに接続され、第2コード端部が前記第2ピストンに接続されている、液圧連結器と、
    前記第1ピストンを選択的に作動させるための力を発生するように構成された駆動機構であって、前記液圧連結器に接続されている駆動機構と、
    目標流体を前記作動液から分離して収容するように構成された容器であって、摺動式壁を有し、前記液圧連結器に接続されている容器と、
    を備えた目標流体システム。
  2. 前記コードは剛性がある請求項1に記載の目標流体システム。
  3. 前記コードは、
    (i)金属、及び
    (ii)ポリマー
    の一方を有する請求項2に記載の目標流体システム。
  4. 前記第2ピストンは、選択的に前記容器の下方に伸長するように構成されたダイナミックプランジャに接続されている請求項1に記載の目標流体システム。
  5. 前記ダイナミックプランジャは、前記摺動式壁に対応した二重通気孔式真空機構を有して、選択的に(i)前記ダイナミックプランジャが伸長位置にあるとき、前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間の空気を逃がすことができ、(ii)前記ダイナミックプランジャが後退位置にあるとき、前記プランジャと前記摺動式壁との間の空間を密封し、それによって前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間に真空を生じるように構成されている請求項4に記載の目標流体システム。
  6. 前記真空は、前記摺動式壁を前記ダイナミックプランジャと一緒に後退させることができる請求項5に記載の目標流体システム。
  7. 前記空気の逃がしにより、前記ダイナミックプランジャの一部分を前記摺動式壁に直接的に接触させることができる請求項6に記載の目標流体システム。
  8. 前記ダイナミックプランジャは、
    前記ダイナミックプランジャの周囲の凹部、及び該凹部内に配置されたリングであって、該リングは、該リングを(i)通気孔位置及び(ii)該凹部内の密封位置の一方に置くように前記プランジャを移動させることができる内径を有し、該リングは、前記容器の内径に対応した外径を有し、それにより、該リングを前記容器の内壁に摺動可能かつ密封可能に結合させることができる、凹部及びリングと、
    前記プランジャ内に配置されて、前記リングが前記通気孔位置にあるとき、空気を逃がすことができるように構成された開口と、
    前記プランジャの前記凹部上の面であって、前記リングは前記密封位置において該面に密接し、それにより、空気が前記プランジャの周囲を通過することを防止し、それによって前記プランジャと前記摺動式壁との間に密封空間が生じる、面と、
    を有する、請求項5に記載の目標流体システム。
  9. さらに、前記駆動機構に接続されたコントローラを備えている請求項1に記載の目標流体システム。
  10. 前記コントローラは、コンピュータ装置である請求項9に記載の目標流体システム。
  11. 前記駆動機構は、
    (i)ステップモータ、
    (ii)リニアアクチュエータ、
    (iii)サーボモータ、及び
    (iv)空気圧モータ
    の少なくとも1つを有する請求項1に記載の目標流体システム。
  12. 前記作動液は、
    (i)シリコーン、
    (ii)アルコール、
    (iii)油、及び
    (iv)水
    の少なくとも1つを有する請求項1に記載の目標流体システム。
  13. 前記目標流体は、
    (i)潤滑剤、
    (ii)シーリング剤、
    (iii)接着剤、
    (iv)塗料、
    (v)薬品
    (vi)溶剤、
    (vii)粉末、
    (viii)食品
    (ix)ペースト、
    (x)シアノアクリレート接着剤、
    (xi)ローション液、及び
    (xii)気体
    の少なくとも1つを有する請求項1に記載の目標流体ディスペンサ。
  14. 第1ピストン、第2ピストン、作動液及びコードを有する液圧連結器と、前記第2ピストンに接続されて、摺動式壁を有する容器の下方に選択的に伸長するように構成されたダイナミックプランジャとを備えた目標流体システムにおいて、二重通気孔式真空戻しをする方法であって、
    前記ダイナミックプランジャを(i)伸長方向及び(ii)後退方向の一方に選択的に移動させる力を前記第1ピストンで起こすステップと、
    前記力が前記ダイナミックプランジャを前記伸長方向に移動させる場合、前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間の空気を逃がすことができるステップと、
    前記力が前記ダイナミックプランジャを前記後退方向に移動させる場合、前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間に真空シールを生じるステップと、
    を含む方法。
  15. 空気を逃がすことができる前記ステップは、
    前記ダイナミックプランジャの周囲の凹部と、該凹部内に配置されたリングとを設けるステップと、
    前記リングは、前記ダイナミックプランジャを前記伸長方向に移動させ、それによって前記リングを通気孔位置に置くことができる内径を有しており、
    前記リングが前記通気孔位置にあるとき、空気を逃がすために前記ダイナミックプランジャ内に配置された開口を利用するステップと、
    を含む請求項14に記載の方法。
  16. 真空を生じる前記ステップは、
    前記ダイナミックプランジャの周囲の凹部と、該凹部内に配置されたリングとを設けるステップと、
    前記リングは、前記プランジャを前記後退方向に移動させ、それによって前記リングを前記凹部内の密封位置に置くことができる内径を有し、また、前記リングは、前記容器の内径に対応した外径を有し、それにより、前記リングを前記容器の内壁に摺動可能かつ密封可能に結合させることができ、
    空気がプランジャの周囲を通過することを防止し、それによって前記プランジャと前記摺動式壁との間に密封空間を生じさせるために、前記リングが前記密封位置において密接する面を前記プランジャの前記凹部上に設けるステップと、
    を含む請求項14に記載の方法。
  17. 目標流体システム内で通気孔式真空戻しをする方法であって、
    摺動式壁を有する目標流体の容器の下方に選択的に伸長するように構成されたダイナミックプランジャを設けるステップと、
    前記ダイナミックプランジャを第1方向に移動させるかどうかを決定するステップと、
    前記ダイナミックプランジャを前記第1方向に移動させる場合、前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間の空気を逃がすことができる前記ステップを実行する、
    前記ダイナミックプランジャを第2方向に移動させるかどうかを決定するステップと、
    前記ダイナミックプランジャを前記第2方向に移動させる場合、前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間に真空密封を生じるステップを実行する、
    を含む方法。
  18. 空気を逃がすことができる前記ステップは、
    前記ダイナミックプランジャの周囲の凹部と、該凹部内に配置されたリングとを設けるステップと、
    前記リングは、前記ダイナミックプランジャを前記伸長方向に移動させ、それによって前記リングを通気孔位置に置くことができる内径を有し、
    前記リングが前記通気孔位置にあるときに空気を逃がすために、前記ダイナミックプランジャ内に配置された開口を利用するステップと、
    を含む請求項17に記載の方法。
  19. 真空を生じる前記ステップは、
    前記ダイナミックプランジャの周囲の凹部と、該凹部内に配置されたリングとを設けるステップと、
    前記リングは、前記プランジャを前記後退方向に移動させ、それによって前記リングを前記凹部内の密封位置に置くことができる内径を有し、また、前記リングは、前記リングを前記容器の内壁に摺動可能かつ密封可能に結合させるために前記容器の内径に対応した外径を有し、
    空気がプランジャの周囲を通過することを防止し、それによって前記プランジャと前記摺動式壁との間に密封空間を生じるために、前記リングが前記密封位置において密接する面を前記プランジャの前記凹部上に設けるステップと、
    を含む請求項14に記載の方法。
  20. 目標流体システム内で通気孔式真空引き込みをする方法を実行するためのコンピュータプログラムプロダクトであって、
    前記方法を実行するために使用されるコンピュータプログラムコード手段を提供するコンピュータ読取可能媒体を有しており、
    前記コンピュータプログラムコード手段は、第1ピストン位置で力を起こすステップを実行するための実行可能コードを含み、
    前記力は、ダイナミックプランジャを、
    (i)該ダイナミックプランジャと目標流体容器の摺動式壁との間の空気を逃がすことができる伸長方向と、
    (ii)前記ダイナミックプランジャと前記摺動式壁との間に真空シールを形成することができる後退方向と、
    の一方に選択的に移動させる、コンピュータ読取可能媒体を有するコンピュータプログラムプロダクト。
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