JP2013139745A - Viscous non-contact injection method and device - Google Patents

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エル.チャルデラ ロバート
Duong La
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a viscous non-contact injection method and a device.SOLUTION: There are provided a method and a device for dispensing a high viscosity material of a minute amount from an injection needle by using a nozzle plate provided with an injection chamber having an upper face constituted of a diaphragm and a bottom face fluid-communicating with the injection needle when an injection mechanism is driven. The fluid flows in from a flow-in channel to the chamber, deforms the diaphragm to block the channel, and is injected from the chamber by injecting the droplet of the fluid from the needle. A metering chamber driven by the diaphragm and/or a container chamber can be used optionally for the supply of the fluid to the injection chamber.

Description

本発明は、粘性非接触噴射方法および装置に関する。   The present invention relates to a viscous non-contact injection method and apparatus.

半導体、エレクトロニクス、およびライフサイエンスの各産業においては、粘性流体の分注が頻繁に行われる。半導体産業においては、デバイスのサイズ、重量、および消費電力を低減しようと思えば、粘性材料の微小液滴の適用が必要となることが多い。シリコンのベアダイは非常に脆弱であり、何であれ半導体チップの表面に接触するのは有害であることから、非接触の分注が好ましい。また、プリント配線基板(PCB:Printed Circuit Board)の製造には、接着の強度および信頼性を向上するため、粘性の接着剤を用いて小さなチップを配線基板に取り付けることが必要となることが多い。PCBの製造に用いられる接着剤の多くは、予め混合された2液性のエポキシであるが、この接着剤は時間とともに粘性が変化し、この粘性の変化が分注器の不具合を引き起こす。したがって、粘性の変化の影響を受けにくい分注方法および装置が必要である。   In the semiconductor, electronics, and life science industries, viscous fluids are frequently dispensed. In the semiconductor industry, the application of microdroplets of viscous material is often required to reduce device size, weight, and power consumption. Non-contact dispensing is preferred because the bare silicon die is very fragile and any contact with the surface of the semiconductor chip is detrimental. Further, in order to improve the strength and reliability of bonding, printed circuit boards (PCBs) often require a small chip to be attached to the wiring board using a viscous adhesive. . Many of the adhesives used in the production of PCBs are premixed two-part epoxies, but this adhesive changes in viscosity over time, and this change in viscosity causes dispenser malfunctions. Accordingly, there is a need for a dispensing method and apparatus that is less susceptible to changes in viscosity.

ライフサイエンス産業においては、病気や病状を調べる臨床試験および製剤開発がますます高度化してきている。実験には、微量の試薬、タンパク質、または化合物があればよい。低粘度流体の微小液滴の体積は、通常はマイクロリットルおよびナノリットルの範囲である。これらの用途においては、粘性流体の微小液滴がマイクロウェルの深くに分注されることが多いため、流体を非接触で供給するのが好ましい。このような分注は非常に精密かつ再現可能である必要がある。さもなければ、誤った結果がもたらされる場合がある。ライフサイエンス産業における流体は、供給が不足しがちで非常に高価な場合が多い。したがって、粘性噴流におけるこの高価な流体の損失を最小限に抑える噴射装置が必要である。さらに、生物由来物質は汚染および交叉汚染の影響を非常に受けやすいが、既存の装置は複雑で、清浄を保つのが難しく、汚染または交叉汚染の一因となる可能性がある。そこで、流体と接触する構成要素が使い捨て式または容易に洗浄可能な噴射装置も必要である。   In the life science industry, clinical trials and drug development for investigating diseases and medical conditions are becoming increasingly sophisticated. Experiments need only trace amounts of reagents, proteins, or compounds. The volume of low viscosity fluid microdroplets is typically in the microliter and nanoliter range. In these applications, it is preferable to supply the fluid in a non-contact manner, because microdroplets of viscous fluid are often dispensed deep into the microwell. Such dispensing needs to be very precise and reproducible. Otherwise, incorrect results may be produced. Fluids in the life science industry tend to be in short supply and are often very expensive. Accordingly, there is a need for an injection device that minimizes the loss of this expensive fluid in a viscous jet. In addition, biological materials are very susceptible to contamination and cross-contamination, but existing equipment is complex and difficult to keep clean and can contribute to contamination or cross-contamination. Thus, there is also a need for a spray device in which the components in contact with the fluid are disposable or can be easily cleaned.

粘性噴射技術は、コンピュータのプリンタに用いられるインクジェット技術と類似している。いずれの場合も、流体の微小液滴がノズルから噴射され、非接触で基板まで「飛行」する。本明細書で使用する「噴射」という用語は、接触分注に対して、非接触の分注を表す。接触分注のプロセスでは、分注チップ端部の流体液滴が対象の基板に接触して表面に「湿着」または粘着し、分注チップが離れる際にも表面上に留まる。インクジェット技術の場合は、粘度が水に極近いインク(<10ミリパスカル秒(mPas))が噴射される。粘性噴射技術の場合は、高粘度の流体(>50mPas)を噴射可能である。粘性流体の例としては、接着剤、フラックス、オイル、潤滑剤、コンフォーマルコーティング、塗料、スラリー、UVインク、溶媒、試薬、タンパク質、および酵素等が挙げられる。本明細書における高粘度の流体は、50mPasより高い粘度を有する。   Viscous jet technology is similar to ink jet technology used in computer printers. In either case, small droplets of fluid are ejected from the nozzle and “fly” to the substrate in a non-contact manner. As used herein, the term “injection” refers to non-contact dispensing relative to contact dispensing. In the process of contact dispensing, the fluid droplets at the end of the dispensing tip contact the substrate of interest and “wet” or stick to the surface and remain on the surface as the dispensing tip leaves. In the case of inkjet technology, ink with a viscosity very close to water (<10 millipascal seconds (mPas)) is ejected. In the case of the viscous injection technique, a highly viscous fluid (> 50 mPas) can be injected. Examples of viscous fluids include adhesives, fluxes, oils, lubricants, conformal coatings, paints, slurries, UV inks, solvents, reagents, proteins, enzymes, and the like. The high viscosity fluid herein has a viscosity greater than 50 mPas.

自由飛行噴射液滴を生成するには、急速に高圧状態を得る必要がある。この状態では、流体がノズルを通過するのに十分な運動量が与えられて、然るべき出口速度により流体は自由飛行液滴となる。ここで、高品質の噴射を生成する出口速度の特有の範囲が存在する。急速な高圧状態を正確に制御するとともに、運動量の伝達損失を除去して分注オリフィスからの流体の出口速度を制御できるようになれば、粘性流体の再現可能な高品質噴射液滴の生成に有効である。   In order to generate free-flying jet droplets, it is necessary to rapidly obtain a high pressure state. In this state, sufficient momentum is provided for the fluid to pass through the nozzle and the fluid becomes free-flying droplets with the appropriate exit velocity. Here, there is a unique range of exit velocities that produce high quality injection. Accurate control of rapid high pressure conditions and elimination of momentum transmission loss to control the fluid exit velocity from the dispensing orifice will produce a reproducible high quality jet of viscous fluid. It is valid.

急速に高圧状態を生成するには、いくつかの方法がある。例えば、そのような粘性噴射技術の1つでは、往復式のソレノイドバルブを使用する。流体容器が所定レベルまで加圧されると、流体は容器から流れ出て、分注オリフィスと連通した出口端の近くに配設されたバルブシートを有するバルブアセンブリを通って延びる通路を流れる。流体の流れは、空気ソレノイドバルブへの通電によりサイクル運動する往復式のバルブ軸によって微小液滴に分割される。バルブの閉動作およびバルブ軸がバルブシートに衝突する時の衝撃により、液滴を放出する高圧状態が急速に生成されるため、液滴は非接触で基板まで「飛行」する。この噴射液滴のサイズは、流体の流量、バルブ軸およびバルブシートのサイズ、ならびに往復式バルブ軸のサイクル時間によって決まる。ここで、流体の流れの中に可動機械要素が配置されているため、動的な流体シールが必要となる。この動的なシールは、時間とともに摩耗して、シールの摺り動作による粒子を発生する。摩耗するのはシールだけではなく、摺動部品も摩耗して粒子を発生することが多い。これらの粒子は汚染物質として流体中に放出され、ライフサイエンス用途に用いられる高純度の流体にとって重大な問題となる可能性がある。湿式の可動部品は、フラッシングで洗浄するのが困難で、分解およびコストと時間の掛かる修理または交換が必要となる可能性もある。また、流体シールを使用する場合、可動部品は、耐摩耗性の材料で構成するか、または耐摩耗性のコーティングを施す必要があるが、設計全体のコスト増加につながる。往復式のバルブ軸を支える内部形状についても洗浄が課題となり、特に動的なシール領域の周囲を清浄に保つには、分解が常に必要となる。したがって、動的な流体シールが不要な噴射装置および技術が必要である。   There are several ways to rapidly generate high pressure conditions. For example, one such viscous injection technique uses a reciprocating solenoid valve. When the fluid container is pressurized to a predetermined level, the fluid flows out of the container and through a passage extending through a valve assembly having a valve seat disposed near the outlet end in communication with the dispensing orifice. The fluid flow is divided into microdroplets by a reciprocating valve shaft that cycles by energization of the air solenoid valve. Due to the closing action of the valve and the impact when the valve shaft collides with the valve seat, a high pressure state is rapidly generated that ejects the droplet, so that the droplet “flys” to the substrate in a non-contact manner. The size of the ejected droplet depends on the fluid flow rate, the size of the valve shaft and valve seat, and the cycle time of the reciprocating valve shaft. Here, since the movable mechanical element is arranged in the fluid flow, a dynamic fluid seal is required. This dynamic seal wears over time and generates particles due to the sliding action of the seal. It is not only the seal that wears, but also the sliding parts often wear and generate particles. These particles are released into the fluid as contaminants and can be a significant problem for high purity fluids used in life science applications. Wet moving parts are difficult to clean with flushing and may require disassembly and costly and time consuming repairs or replacements. Also, when using a fluid seal, the moving parts must be constructed of a wear resistant material or provided with a wear resistant coating, which increases the overall design cost. Cleaning is also an issue for the internal shape that supports the reciprocating valve shaft, and disassembly is always necessary, especially to keep the area around the dynamic seal area clean. Therefore, there is a need for an injection device and technique that does not require a dynamic fluid seal.

急速に高圧状態を生成する別の例としては、外部要素によって衝撃が与えられる弾性ダイヤフラムを用いた粘性噴射技術が挙げられる。加圧された容器からの流体は、弾性ダイヤフラム近傍の一側面に設けられた噴射チャンバに流れ込む。ここで、衝撃とは、チャンバを覆うダイヤフラムに衝突してチャンバの体積が急速に変化し、流体の液滴を放出する高圧状態が急速に生成されることを意味する。ただし、この粘性噴射技術では、液滴ごとの体積の精度および再現性の要求を常に的確に満足できるわけではない。流体容器内の圧力は急速に放出されて、噴射チャンバへの流体の流れ込みは停止する。ただし、容器圧力の低下速度は低い場合が多く、微量の流体がオリフィスから漏れてオリフィスの外面に付着したままとなる。オリフィスの外側に付着した流体は、後続の噴射液滴の体積に影響を及ぼし、液滴ごとの精度低下をもたらす可能性がある。あるいは、液滴がオリフィスに粘着する原因となり得る。したがって、液滴の噴射後にオリフィスの外側に不要な流体が残留する可能性を最小限に抑える粘性噴射技術が必要である。   Another example of rapidly generating a high pressure state is a viscous injection technique using an elastic diaphragm that is impacted by an external element. The fluid from the pressurized container flows into an injection chamber provided on one side surface near the elastic diaphragm. Here, the impact means that the volume of the chamber rapidly changes by colliding with the diaphragm covering the chamber, and a high-pressure state in which a liquid droplet is discharged is rapidly generated. However, this viscous jet technology cannot always satisfy the requirements of volume accuracy and reproducibility for each droplet accurately. The pressure in the fluid container is released rapidly and the flow of fluid into the ejection chamber stops. However, the rate of decrease in container pressure is often low, and a small amount of fluid leaks from the orifice and remains attached to the outer surface of the orifice. Fluid adhering to the outside of the orifice can affect the volume of subsequent ejected droplets, which can lead to a drop in accuracy for each droplet. Alternatively, it can cause the droplets to stick to the orifice. Therefore, there is a need for a viscous jet technique that minimizes the possibility of unwanted fluid remaining outside the orifice after jetting a droplet.

急速に高圧状態を生成する別の例としては、第1の端部が流体容器に接続され、第2の端部に分注オリフィスを有した可撓管を有する流体管を備えた粘性噴射技術が挙げられる。圧電素子に接続されたディスプレーサは、出口端の近くの管を部分的に圧縮し、管をある体積だけ変位させて急速に高圧状態を生成し、流体の液滴を噴射する。流体は、毛細管力により管に再充填される。毛細管力により管を再充填する場合、高粘度流体を使用すると再充填の速度が制限される。また、噴射液滴の体積は、管の体積変位と等しくない。この体積変位により、流体は、オリフィスからの流出および容器への逆流という2つの方向に追いやられる。各方向に流れる流体の体積は、各流路固有の流れ抵抗および弾性によって決まる。オリフィスから流出する流体と容器に逆流する流体との間の流れのバランスは、この種の噴射装置では非常に重要である。流体の温度、圧力、または粘度によって流れのバランスが変わると、液滴ごとの体積が著しく変化する可能性がある。この噴射技術においても、管の材料が使用により次第に歪んで時間とともに変位が上下するようになると、液滴ごとの体積が変化してしまう可能性がある。したがって、噴射チャンバ内の流体の流出のみを許可する噴射技術が必要である。   Another example of rapidly producing a high pressure condition is a viscous jet technique with a fluid tube having a flexible tube with a first end connected to a fluid container and a dispensing orifice at the second end. Is mentioned. A displacer connected to the piezoelectric element partially compresses the tube near the outlet end and displaces the tube by a volume to rapidly create a high pressure condition and eject a fluid droplet. The fluid is refilled into the tube by capillary force. When refilling a tube with capillary forces, the use of a high viscosity fluid limits the refill rate. Also, the volume of the ejected droplet is not equal to the volume displacement of the tube. This volume displacement drives the fluid in two directions: outflow from the orifice and backflow into the container. The volume of fluid flowing in each direction is determined by the inherent flow resistance and elasticity of each channel. The flow balance between the fluid flowing out of the orifice and the fluid flowing back into the container is very important in this type of injector. If the flow balance changes due to fluid temperature, pressure, or viscosity, the volume per droplet can change significantly. Also in this injection technique, if the tube material is gradually distorted by use and the displacement increases and decreases with time, the volume of each droplet may change. Therefore, there is a need for an injection technique that allows only fluid outflow in the injection chamber.

当業界では、注射器ポンプ、オージェポンプ、または蠕動ポンプ等の能動計量装置によって、流体および下流側流路の温度、粘度、および流れ特性とは実質的に無関係の流体の体積を正確に計量できることがよく知られている。噴射チャンバの再充填には、多様な能動計量装置を利用可能であるが、コスト、簡便性、サイズ、保守性、および洗浄の容易性等の要素を考慮する必要がある。例えば、注射器ポンプは一般的に大きくてかさ張るため、噴射チャンバアセンブリに近接して搭載するのが難しく、ポンプとソレノイドバルブ間の流体流路が長くなってしまう。流体抵抗および弾性が高いと、この長い接続管中では圧力上昇が遅くなるため、応答時間が長くなる。また、注射器ポンプと容器間には一方向バルブを直列に設ける必要があるため、システムのコストが高くなるとともに複雑性が増してしまう。オージェポンプであれば、噴射チャンバに近接して搭載することにより、ポンプと噴射チャンバ間の流路長を抑えることができる。ただし、オージェポンプでは、形状の適合したチャンバ内部で回転する送り螺子が必要となる。内部の機構が複雑になると、コストが高くなり、摩耗の影響を受け、洗浄が困難となる。このため、送り螺子式のオージェポンプは、交叉汚染を回避する必要がある場合は好ましくない。交叉汚染を回避する必要がある用途では、蠕動ポンプが利用されることが多い。通常の回転式蠕動ポンプでは、捕捉管内で流体のオクルージョンを移動させる絞り点を生成する複数のローラーを使用する。管の材料は通常、ポンプからの取り外しおよび配設が容易な低コストの可撓性エラストマー様シリコンであるため、湿った流体流路を洗浄する必要がなくなる。ただし、絞り動作を行わせるため、管は長く、内部の流体の体積は相当である。高価な流体を用いる場合、管を交換する際の流体の大量損失は好ましくない。したがって、流体の量を正確に計量可能であって、応答性および費用対効果に優れ、洗浄が容易な噴射チャンバ再充填方法が必要である。   In the industry, active metering devices such as syringe pumps, Auger pumps, or peristaltic pumps can accurately meter fluid and fluid volumes that are substantially independent of downstream flow channel temperature, viscosity, and flow characteristics. well known. Various active metering devices can be used to refill the injection chamber, but factors such as cost, simplicity, size, maintainability, and ease of cleaning must be considered. For example, syringe pumps are typically large and bulky, making it difficult to mount in close proximity to the injection chamber assembly and lengthening the fluid flow path between the pump and the solenoid valve. If the fluid resistance and elasticity are high, the pressure rise is slow in this long connecting pipe, so that the response time becomes long. In addition, since it is necessary to provide a one-way valve in series between the syringe pump and the container, the cost of the system increases and the complexity increases. If it is an Auger pump, the flow path length between a pump and an injection chamber can be restrained by mounting close to the injection chamber. However, an Auger pump requires a feed screw that rotates inside a chamber of suitable shape. When the internal mechanism becomes complicated, the cost becomes high, it is affected by wear, and cleaning becomes difficult. For this reason, the feed screw type Auger pump is not preferable when it is necessary to avoid cross contamination. Peristaltic pumps are often used in applications where cross contamination needs to be avoided. A typical rotary peristaltic pump uses a plurality of rollers that generate a squeezing point that moves the occlusion of fluid within the capture tube. The tubing material is typically a low cost, flexible elastomeric silicone that is easy to remove and install from the pump, eliminating the need to clean the wet fluid flow path. However, in order to perform the throttling operation, the pipe is long and the volume of the internal fluid is considerable. When an expensive fluid is used, a large loss of fluid when replacing the tube is not preferable. Therefore, there is a need for a spray chamber refill method that can accurately meter the amount of fluid, is responsive and cost effective, and is easy to clean.

米国特許第5074443号明細書US Pat. No. 5,074,443 米国特許第5320250号明細書US Pat. No. 5,320,250 米国特許第5405050号明細書US Pat. No. 5,405,050 米国特許第5505777号明細書US Pat. No. 5,505,777 米国特許第5593290号明細書US Pat. No. 5,593,290 米国特許第5743960号明細書US Pat. No. 5,743,960 米国特許第6253957号明細書US Pat. No. 6,253,957 米国特許第6267266号明細書US Pat. No. 6,267,266 米国特許第6354471号明細書US Pat. No. 6,354,471 米国特許第6415995号明細書US Pat. No. 6,419,995 米国特許第6450416号明細書US Pat. No. 6,450,416 米国特許第6537500号明細書US Pat. No. 6,537,500 米国特許第4095722号明細書U.S. Pat. No. 4,095,722 米国特許第5711989号明細書US Patent No. 5711989 米国特許第5747102号明細書US Pat. No. 5,747,102 米国特許第5913455号明細書US Pat. No. 5,913,455 米国特許第6173864号明細書US Pat. No. 6,173,864 米国特許第6416294号明細書US Pat. No. 6,416,294 米国特許第7104768号明細書US Pat. No. 7,104,768 米国特許出願公開第2003/0132243号明細書US Patent Application Publication No. 2003/0132243 米国特許出願公開第2006/0147313号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0147313 米国特許出願公開第2008/0105703号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0105703 米国特許出願公開第2003/0003027号明細書US Patent Application Publication No. 2003/0003027 米国特許出願公開第2006/0077237号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0077237 米国特許出願公開第2006/0157517号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0157517 米国特許出願公開第2008/0149691号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0149691 米国特許出願公開第2009/0115825号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0115825 米国特許出願公開第2009/0167818号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0167818 米国特許出願公開第2010/0252576号明細書US Patent Application Publication No. 2010/0252576 欧州特許出願公開第2413503号明細書European Patent Application No. 2415033

LIQUIDYN,Dispensing System Data Sheet,Micro−dispensing valve P−jetLIQUIDYN, Dispensing System Data Sheet, Micro-dispensing valve P-jet PVA,Data Sheet,Non−contact micro dispensing valve,specificationsPVA, Data Sheet, Non-contact micro dispensing valve, specifications AEROJET,Data Sheet,Non−contact jet dispenser for high viscous materialsAEROJET, Data Sheet, Non-contact jet dispenser for high viscous materials EFD,Data Sheet,PicoDot Jet dispensing systemEFD, Data Sheet, PicoDot Jet Dispensing System ASYMTEK、Data Sheet,High−speed Piezo jet dispensing for liquid crystal fluidsASYMTEK, Data Sheet, High-speed Piezo jet dispensing for liquid crystal fluids

本発明の目的は、微量の粘性流体を正確に噴射する非接触噴射方法および装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、粘性流体の一定体積の液滴を噴射する改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。本明細書で使用する「噴射チャンバアセンブリ」という用語は、ある体積の流体を含み、分注オリフィスと連通するとともに強制要素の下流に位置する空間を表す。本明細書で規定する強制要素は、噴射チャンバアセンブリにおいて急速に高圧状態を生成し、ある体積の流体に運動量を与えて流体の液滴をオリフィス外に放出する手段である。
An object of the present invention is to provide a non-contact injection method and apparatus for accurately injecting a small amount of viscous fluid.
Another object of the present invention is to provide an improved ejection chamber assembly for ejecting a constant volume droplet of viscous fluid. As used herein, the term “jet chamber assembly” refers to a space that contains a volume of fluid and communicates with a dispensing orifice and is located downstream of a forcing element. The forcing element as defined herein is a means of rapidly creating a high pressure condition in the jet chamber assembly to impart momentum to a volume of fluid and eject fluid droplets out of the orifice.

また、本発明の別の目的は、再現可能で既知の量の粘性流体を噴射チャンバアセンブリに充填する改良された方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、能動的に計量された流体を噴射チャンバアセンブリに充填することである。
Another object of the present invention is to provide an improved method of filling a jet chamber assembly with a reproducible and known amount of viscous fluid.
Another object of the present invention is to fill the injection chamber assembly with actively metered fluid.

また、本発明の別の目的は、調整可能な量の流体を収容可能な改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。
また、本発明の別の目的は、調整可能な量の流体を噴射チャンバアセンブリに充填する方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an improved jet chamber assembly capable of containing an adjustable amount of fluid.
Another object of the present invention is to provide a method of filling an injection chamber assembly with an adjustable amount of fluid.

また、本発明の別の目的は、噴射サイクル中の流体の流れが実質的に分注オリフィスへ向かっている改良された噴射チャンバを提供することである。
また、本発明の別の目的は、洗浄が容易かつ流体間の交叉汚染を最小限に抑えた改良された粘性噴射装置を提供することである。
It is another object of the present invention to provide an improved injection chamber in which the fluid flow during the injection cycle is substantially toward the dispensing orifice.
Another object of the present invention is to provide an improved viscous injection device that is easy to clean and minimizes cross contamination between fluids.

また、本発明の別の目的は、含有する流体の体積を最小限に抑えた改良された噴射装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、流体供給源と噴射チャンバアセンブリ間の体積を最小限に抑えた改良された粘性噴射装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an improved jetting device that minimizes the volume of fluid it contains.
It is another object of the present invention to provide an improved viscous injection device that minimizes the volume between the fluid source and the injection chamber assembly.

また、本発明の別の目的は、摺動式の動的な流体シールが不要な改良された噴射方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、分注オリフィスから不要な流体を除去する改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an improved injection method that does not require a sliding dynamic fluid seal.
Another object of the present invention is to provide an improved injection chamber assembly that removes unwanted fluid from a dispensing orifice.

また、本発明の別の目的は、流体に接触する部品を高い費用対効果で交換可能な改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。   It is another object of the present invention to provide an improved injection chamber assembly in which fluid contacting parts can be replaced cost-effectively.

これら1または複数の目的は、本明細書に詳述する、微量の粘性流体を噴射する粘性噴射装置を提供することによって有利に実現される。噴射チャンバアセンブリ装置は、加圧流体供給源、噴射チャンバ、弾性ダイヤフラム、流入チャンネル、流出路、オリフィス、支持構造、および圧力供給源を備えていてもよい。噴射チャンバは、その上壁として、相応に柔軟な弾性ダイヤフラムを有する。このダイヤフラムは、噴射チャンバと支持構造間に含まれており、容易に取り外して洗浄や交換を行うことができる。噴射チャンバは、流出管によって分注オリフィスと連通している。また、噴射チャンバは、加圧粘性流体供給源と連通した流体流入チャンネルに接続されている。流体流入チャンネルは、この装置の動作の一部において、少なくとも部分的に弾性ダイヤフラムと連通している。流体は、流体供給源から流入チャンネルを通って噴射チャンバに流れ込む。ダイヤフラムは、圧力手段によって急速に変形させられて支持構造から分離する。ダイヤフラムは、その最初の撓みによって、供給源からの流体の流れを妨げるように、噴射チャンバと流体流入チャンネル間の界面に進入する。これにより、ある体積の流体を噴射チャンバと分注オリフィス間に包含する。ダイヤフラムは、噴射チャンバ内へと変形し続け、噴射チャンバ側面と等角で結合する。これにより、噴射チャンバ内に含まれる既知の量の流体が変位し、流体の液滴が放出されて分注オリフィスから基板まで飛行する。圧力手段は圧力がなくなり、ダイヤフラムは弛緩し始めて噴射チャンバ側面から離れ、好ましくは平らな状態となる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放される前に、吸い戻し状態が生成され、流体がオリフィスから引き離されて流出路内へと引っ張られ、流体とオリフィス間に空間が形成される。オリフィスの外部に不要な流体が粘着している場合は、それについても後方に引っ張られる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放されると、流体が供給源から噴射チャンバに進入して上記空間の一部を満たすとともに、この動作が繰り返される。ダイヤフラムを反復的に変形前の位置に戻すのに、真空は不要と考えられる。一方、空気管28、52、54を介して真空を引くことにより変形したダイヤフラム24を後退させると、噴射チャンバ12から流体を射出可能なサイクル時間を短くすることができる。ダイヤフラムの硬度、厚さ、および材料は、ダイヤフラム24が十分に低い速度で平らな状態まで後退することによって噴射中の粘性流体に空気が混入することのないように、噴射中の流体の粘度に関連して選択すると都合が良い。この平らな状態に至る後退は、空気管28、52、54を介して真空を引くことなく行うのが好ましく、これは、ダイヤフラムを種々チャンバ内へと変形させる正圧と交互に起こる。   These one or more objects are advantageously achieved by providing a viscous injection device for injecting a small amount of viscous fluid as detailed herein. The injection chamber assembly apparatus may comprise a pressurized fluid supply source, an injection chamber, a resilient diaphragm, an inflow channel, an outflow path, an orifice, a support structure, and a pressure supply source. The injection chamber has a correspondingly flexible elastic diaphragm as its upper wall. This diaphragm is contained between the injection chamber and the support structure and can be easily removed for cleaning and replacement. The injection chamber is in communication with the dispensing orifice by an outlet tube. The ejection chamber is also connected to a fluid inflow channel in communication with a pressurized viscous fluid supply source. The fluid inflow channel is at least partially in communication with the elastic diaphragm during part of the operation of the device. Fluid flows from the fluid source through the inflow channel into the injection chamber. The diaphragm is rapidly deformed by the pressure means to separate from the support structure. The diaphragm enters the interface between the injection chamber and the fluid inflow channel so that its initial deflection prevents fluid flow from the source. This includes a volume of fluid between the injection chamber and the dispensing orifice. The diaphragm continues to deform into the injection chamber and couples equiangularly with the side of the injection chamber. This displaces a known amount of fluid contained in the ejection chamber and ejects a droplet of fluid to fly from the dispensing orifice to the substrate. The pressure means is depressurized and the diaphragm begins to relax and moves away from the side of the injection chamber, preferably in a flat state. Before the diaphragm is retracted and the inflow channel is opened, a suck back condition is created and fluid is pulled away from the orifice and pulled into the outflow path, creating a space between the fluid and the orifice. If unnecessary fluid adheres to the outside of the orifice, it is also pulled backward. When the diaphragm is retracted and the inflow channel is opened, fluid enters the injection chamber from the source to fill a portion of the space and this operation is repeated. In order to repeatedly return the diaphragm to the position before deformation, a vacuum is considered unnecessary. On the other hand, when the diaphragm 24 deformed by drawing a vacuum through the air pipes 28, 52, 54 is retracted, the cycle time during which the fluid can be ejected from the ejection chamber 12 can be shortened. The hardness, thickness, and material of the diaphragm is such that the viscosity of the fluid being jetted is such that the diaphragm 24 is not flattened at a sufficiently low speed so that air is not trapped in the jetted viscous fluid. It is convenient to select in relation. The retraction to this flat state is preferably done without pulling a vacuum through the air tubes 28, 52, 54, which alternate with the positive pressure that deforms the diaphragm into the various chambers.

また、流体供給源、噴射チャンバ、弾性ダイヤフラム、流入チャンネル、流出路、オリフィス、支持構造、および機械式強制要素を備えた噴射チャンバアセンブリ装置についても有利に提供される。このアセンブリにおいて、ダイヤフラムは、機械式強制要素によって急速に変形させられる。なお、この機械式強制要素は、ダイヤフラムの支持構造内に含まれていてもよい。これにより、ダイヤフラムはまず、供給源からの流体の流れを妨げるように、噴射チャンバと流体流入チャンネル間の界面に進入する。そして、ある体積の流体を噴射チャンバと分注オリフィス間に包含する。ダイヤフラムは、噴射チャンバ内へと変形し続け、好ましくは噴射チャンバ側面と等角で結合する。ただし、噴射チャンバ側面と等角で結合しなくてもよい。これにより、内部に含まれる既知の量の流体が変位し、流体の液滴が放出されて分注オリフィスから基板まで飛行する。機械式強制要素は後退して、ダイヤフラムは弛緩可能となる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放される前に、吸い戻し状態が生成され、流体がオリフィスから引き離されて、上述のように空間が形成される。これについては、以下により詳しく説明する。   Also advantageously provided is an injection chamber assembly apparatus comprising a fluid source, an injection chamber, an elastic diaphragm, an inflow channel, an outflow channel, an orifice, a support structure, and a mechanical forcing element. In this assembly, the diaphragm is rapidly deformed by a mechanical forcing element. This mechanical forcing element may be included in the support structure of the diaphragm. This causes the diaphragm to first enter the interface between the injection chamber and the fluid inlet channel so as to prevent fluid flow from the source. A volume of fluid is then contained between the injection chamber and the dispensing orifice. The diaphragm continues to deform into the injection chamber and is preferably joined equiangularly with the side of the injection chamber. However, it does not have to be equiangular with the side surface of the injection chamber. This displaces a known amount of fluid contained therein, ejecting fluid droplets and flying from the dispensing orifice to the substrate. The mechanical forcing element retracts and the diaphragm can be relaxed. Before the diaphragm is retracted and the inflow channel is opened, a suck back condition is created and fluid is pulled away from the orifice to create a space as described above. This will be described in more detail below.

また、微量の粘性流体を噴射する方法についても有利に提供される。この方法では、所定の時間、粘性流体を加圧流体容器から流入チャンネルを介して噴射チャンバに流し込む。加圧容器と噴射チャンバ間には、高速作動バルブが設けられると都合が良い。噴射チャンバに流入する流体の量は、バルブの開放可能時間によって徐々に調整可能である。所望の量の流体が噴射チャンバに流入すると、バルブは閉じられて噴射チャンバとの流体連通を閉塞する。このため、再充填サイクルは、噴射サイクルとは独立である。噴射サイクルが始まると、好ましくは噴射チャンバまたはその内部で流体流入チャンネルが閉塞され、流体容器と噴射チャンバ間の流体連通がさらに抑えられる。噴射チャンバ内に急速に高圧状態が生成されると、既知の体積の流体に運動量が与えられて、既知の体積の自由飛行液滴が形成され、分注オリフィスから飛び出す。噴射チャンバおよび流出管の一方または両方のすべての流体が射出されるわけではない。そして、吸い戻し状態が生成され、噴射チャンバと分注オリフィス間に空間が形成される。その後、流体流入チャンネルが開放されて、流体容器からの流体が噴射チャンバに流れ込み、上記空間の一部を満たすことができる。   A method for injecting a small amount of viscous fluid is also advantageously provided. In this method, a viscous fluid is allowed to flow from a pressurized fluid container through an inflow channel into an injection chamber for a predetermined time. Conveniently, a fast operating valve is provided between the pressurized container and the injection chamber. The amount of fluid flowing into the injection chamber can be gradually adjusted according to the openable time of the valve. When the desired amount of fluid enters the injection chamber, the valve is closed to close fluid communication with the injection chamber. For this reason, the refill cycle is independent of the injection cycle. When the injection cycle begins, the fluid inflow channel is preferably closed at or within the injection chamber, further reducing fluid communication between the fluid container and the injection chamber. When a high pressure condition is rapidly created in the injection chamber, a known volume of fluid is momentum imparted to form a known volume of free-flying droplets that eject from the dispensing orifice. Not all fluid in one or both of the ejection chamber and the outlet tube is ejected. A suck back state is then created, creating a space between the injection chamber and the dispensing orifice. Thereafter, the fluid inflow channel is opened so that fluid from the fluid container can flow into the ejection chamber and fill a portion of the space.

また、微量の粘性流体を噴射する方法であって、正確に計量した流体が噴射チャンバに流れ込む方法についても提供される。流体の計量は、手動またはプログラムで徐々に調整することにより、所望の再充填体積の流体が得られれば都合が良い。この方法では、好ましくは能動計量装置を用いて、所定量の粘性流体を流体容器から流入チャンネルを介して噴射チャンバに流し込む。所望の量の流体が噴射チャンバに流入すると、流体流入チャンネルが閉塞され、流体容器と噴射チャンバ間の流体連通が抑えられる。噴射チャンバ内に急速に高圧状態が生成されると、流体に運動量が与えられて、既知の体積の自由飛行液滴が形成され、分注オリフィスから飛び出す。そして、吸い戻し状態が生成され、噴射チャンバと分注オリフィス間に空間が形成される。その後、流体流入チャンネルが開放されて、能動計量装置からの流体が噴射チャンバに流入可能となる。   There is also provided a method for injecting a small amount of viscous fluid, wherein a precisely metered fluid flows into the injection chamber. It is advantageous if the fluid metering is adjusted manually or programmatically to obtain the desired refill volume of fluid. In this method, an active metering device is preferably used to flow a predetermined amount of viscous fluid from the fluid container through the inflow channel into the injection chamber. When the desired amount of fluid flows into the ejection chamber, the fluid inflow channel is closed and fluid communication between the fluid container and the ejection chamber is reduced. When a high pressure condition is rapidly created in the injection chamber, the fluid is momentum and a free-flying droplet of known volume is formed and ejects from the dispensing orifice. A suck back state is then created, creating a space between the injection chamber and the dispensing orifice. Thereafter, the fluid inflow channel is opened, allowing fluid from the active metering device to enter the ejection chamber.

本発明に係る現下好適な実施形態の構造、動作、および利点については、添付の図面とともに以下の説明を考慮することによって、より明らかとなるであろう。図面中、同様の部分には同一の符号を付与している。
弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 流体流入チャンネルが開放される直前時点の弾性ダイヤフラムがある程度撓んだ状態の図1の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の図1の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 流体流入チャンネルが閉塞された時点の弾性ダイヤフラムがある程度撓んだ状態の図1の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の図1の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 機械式強制要素によって弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 図4に示す位置と図5に示す位置とのダイヤフラムの体積変位を示した噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 起伏部のある弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。 起伏部が取り付けられて貫通突出する弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバの別の実施形態の側面断面図。 ノズルプレートの上面断面図であって、噴射チャンバ、流体流入チャンネル、流出管、および分注オリフィスを示す図。 第1および第2のチャンバが開いた状態の2チャンバ計量装置と連通した弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の図1の噴射チャンバの側面断面図。 第1のチャンバが閉じて第2のチャンバが開いた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリの側面断面図。 第1のチャンバが閉じて第2のチャンバが開いた状態で弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリの側面断面図。 第1および第2のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリの側面断面図。 第1および第2のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリの側面断面図。 第1および第2のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、衝撃要素によって粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリの側面断面図。 第1および第2のチャンバが開くとともに、ダイヤフラムをある程度撓ませる調整要素によって第2のチャンバの体積が徐々に低減された状態の2チャンバ計量装置と連通した弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図11のアセンブリのさらに別の実施形態の側面断面図。 噴射チャンバアセンブリへの流体の流れを開始/停止する単一のチャンババルブを有する加圧容器と連通した弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する別の実施形態の側面断面図。 空気圧を利用して図1および図11に示すように弾性ダイヤフラムを撓ませる粘性噴射装置の側面断面図。 図16に示す粘性噴射装置の一部を拡大した側面断面図であって、弾性ダイヤフラム、噴射チャンバ、計量チャンバ、空気チャンネル、流体流入チャンネル、および分注オリフィスを示す図。 図17のA−A断面に沿った拡大正面断面図。 図17に示す拡張部を示したダイヤフラムの等角図。 機械式ピストンを利用して弾性ダイヤフラムを撓ませる粘性噴射装置の別の実施形態の側面断面図。
The structure, operation and advantages of the presently preferred embodiments of the present invention will become more apparent upon consideration of the following description in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 4 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly with the elastic diaphragm fully deflected. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly of FIG. 1 with the elastic diaphragm deflected to some extent just before the fluid inflow channel is opened. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly of FIG. 1 with the elastic diaphragm fully relaxed. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly of FIG. 1 with the elastic diaphragm deflected to some extent when the fluid inflow channel is closed. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly of FIG. 1 with the elastic diaphragm fully deflected and a viscous fluid droplet injected. FIG. 3 is a side cross-sectional view of an injection chamber assembly with a resilient diaphragm fully deflected by a mechanical forcing element and a viscous fluid droplet injected. FIG. 6 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly showing the volumetric displacement of the diaphragm between the position shown in FIG. 4 and the position shown in FIG. 5. FIG. 3 is a side cross-sectional view of the injection chamber assembly with the undulating elastic diaphragm fully relaxed. FIG. 5 is a side cross-sectional view of another embodiment of an injection chamber with a relief attached to the relief and the elastic diaphragm projecting therethrough completely relaxed. FIG. 3 is a top cross-sectional view of a nozzle plate showing an injection chamber, a fluid inflow channel, an outflow tube, and a dispensing orifice. FIG. 3 is a side cross-sectional view of the injection chamber of FIG. 1 with the elastic diaphragm fully deflected in communication with the two-chamber metering device with the first and second chambers open. FIG. 12 is a side cross-sectional view of the assembly of FIG. 11 having an injection chamber with the elastic diaphragm fully deflected with the first chamber closed and the second chamber open. FIG. 12 is a side cross-sectional view of the assembly of FIG. 11 having an injection chamber with the elastic diaphragm fully relaxed with the first chamber closed and the second chamber open. FIG. 12 is a side cross-sectional view of the assembly of FIG. 11 having an injection chamber with the elastic diaphragm fully relaxed with the first and second chambers closed. FIG. 12 is a side cross-sectional view of the assembly of FIG. 11 having an injection chamber with the elastic diaphragm fully deflected with the first and second chambers closed and a droplet of viscous fluid injected. FIG. 12 is a cross-sectional side view of the assembly of FIG. 11 having an injection chamber with the elastic diaphragm fully deflected with the first and second chambers closed and a drop of viscous fluid injected by the impact element. Injection with the first and second chambers open and the elastic diaphragm in communication with the two-chamber metering device in a state where the volume of the second chamber is gradually reduced by an adjustment element that flexes the diaphragm to some extent FIG. 12 is a side cross-sectional view of yet another embodiment of the assembly of FIG. 11 having a chamber. FIG. 5 is a side cross-sectional view of another embodiment having an injection chamber with a resilient diaphragm in communication with a pressurized vessel having a single chamber valve that initiates / stops fluid flow to the injection chamber assembly. Side surface sectional drawing of the viscous injection apparatus which deflects an elastic diaphragm as shown in FIG.1 and FIG.11 using an air pressure. FIG. 17 is an enlarged side sectional view of a part of the viscous injection device shown in FIG. 16, showing an elastic diaphragm, an injection chamber, a metering chamber, an air channel, a fluid inflow channel, and a dispensing orifice. FIG. 18 is an enlarged front cross-sectional view along the AA cross section of FIG. 17. FIG. 18 is an isometric view of the diaphragm showing the extension shown in FIG. 17. The side sectional view of another embodiment of the viscous injection device which deflects an elastic diaphragm using a mechanical piston.

以下、まず初めに動作を説明することとし、構成の詳細についてはその後に説明する。図1〜図5には、噴射チャンバアセンブリ10と、粘性流体の微小液滴を噴射チャンバアセンブリ10から噴射する際のダイヤフラムの位置変化を示した一連のステップとを示している。まず、図1には、微量の粘性流体を噴射する噴射チャンバアセンブリ10を示している。噴射チャンバアセンブリ10の状態は、粘性流体の液滴が噴射された直後の状態に類似しており、粘性材料を噴射する方法の開始状態である。支持構造26とノズルプレート14間には、弾性ダイヤフラム24が設けられている。外部供給源(図示せず)からの高圧流体(好ましくは空気)は、支持構造26に形成された空気管28に通されるため、ダイヤフラム24に衝突する。ダイヤフラム24は下方に撓んで、噴射チャンバ12の残りの部分を規定する側面に寄り掛かる。   Hereinafter, the operation will be described first, and the details of the configuration will be described later. FIGS. 1 to 5 show the ejection chamber assembly 10 and a series of steps showing the change in position of the diaphragm when ejecting a small droplet of viscous fluid from the ejection chamber assembly 10. First, FIG. 1 shows an injection chamber assembly 10 for injecting a small amount of viscous fluid. The state of the jet chamber assembly 10 is similar to the state immediately after the viscous fluid droplets are jetted and is the starting state of the method of jetting the viscous material. An elastic diaphragm 24 is provided between the support structure 26 and the nozzle plate 14. High pressure fluid (preferably air) from an external source (not shown) is passed through an air tube 28 formed in the support structure 26 and therefore impinges on the diaphragm 24. Diaphragm 24 bends downward and leans against the side defining the remainder of injection chamber 12.

噴射チャンバ12の形状は、如何なる連続曲線であってもよく、所定サイズの射出流体を提供できる大きさとなっている。チャンバ12の好ましい形状は球形であるが、放物曲線も好適と考えられる。また、チャンバ12のその他の構成も好適と考えられる。チャンバ12の形状は、動作中にチャンバの残りの部分を構成する側面にダイヤフラム24が接触して、チャンバからすべての流体が射出可能となるように選択するのが好ましい。同様に、ダイヤフラム24は、チャンバ12からすべての流体を常に射出できるように、支持構造26によって構成・保持するのが好ましいが、これについては任意である。チャンネル28は、チャンバ12の中心にあって、以下に説明するように流出管16と共通の縦軸上にあるのが好ましい。   The shape of the ejection chamber 12 may be any continuous curve, and is a size that can provide an ejection fluid of a predetermined size. The preferred shape of the chamber 12 is spherical, but a parabolic curve is also considered suitable. Other configurations of the chamber 12 are also considered suitable. The shape of the chamber 12 is preferably selected such that during operation, the diaphragm 24 contacts the sides that make up the rest of the chamber so that all fluid can be ejected from the chamber. Similarly, the diaphragm 24 is preferably constructed and retained by the support structure 26 so that all fluid can be ejected from the chamber 12 at any time, although this is optional. The channel 28 is preferably in the center of the chamber 12 and on a common longitudinal axis with the outflow tube 16 as will be described below.

ダイヤフラム24の一部は、ノズルプレート14内に設けられた流出管16に進入するのが好ましいが、これについては任意である。分注ニードル20は、その先端で分注オリフィス18と流体連通した流出管16を有するノズルプレート14から突出している。分注オリフィス18は、ニードル20の一部を閉塞するディスク19の開口であって、ニードル20の内径よりも小さな開口として示しているが、ディスク19を用いずにニードルの開口端を含んでいてもよい。ノズルプレート14内に設けられた流体流入チャンネル22は、噴射チャンバ12と連通するとともに、アセンブリ10の動作中にダイヤフラム24の変形によって閉塞される。チャンネル22は、ノズルプレート14の表面に形成され、ダイヤフラムがチャンネル22の上壁を構成していると都合が良い。流体は、噴射チャンバ12と流出管16との間に閉じ込められる。これにより、流体容器(図示せず)から流入チャンネル22を介して噴射チャンバ12に流れ込む流体の流れは妨げられる。   A part of the diaphragm 24 preferably enters the outflow pipe 16 provided in the nozzle plate 14, but this is optional. Dispensing needle 20 projects from nozzle plate 14 having an outflow tube 16 in fluid communication with dispensing orifice 18 at its tip. The dispensing orifice 18 is shown as an opening in the disk 19 that closes a part of the needle 20 and is smaller than the inner diameter of the needle 20, but includes the opening end of the needle without using the disk 19. Also good. A fluid inflow channel 22 provided in the nozzle plate 14 communicates with the injection chamber 12 and is blocked by deformation of the diaphragm 24 during operation of the assembly 10. The channel 22 is conveniently formed on the surface of the nozzle plate 14 and the diaphragm constitutes the upper wall of the channel 22. Fluid is confined between the ejection chamber 12 and the outlet tube 16. This prevents the flow of fluid from the fluid container (not shown) into the injection chamber 12 via the inflow channel 22.

ダイヤフラム24は、歪み負荷または変形負荷が作用していない場合は、変形前の(好ましくは平面形状)に戻るエラストマー材料で構成するのが好ましい。図2に示すように、ダイヤフラム24がその変形前の位置に戻り始めると、ダイヤフラム24を変形させる高圧空気が支持構造26に形成された空気管28から排出される。図2において、ダイヤフラム24は噴射チャンバ12の側面から離れ、流体流入チャンネル22が開き始める直前の撓み位置となる。流出管16に含まれる流体は、分注オリフィス18から離れて、ディスク19と残った流体との間に空間30aが形成される。この空間30aの体積は、図1および図2に示す状態間でのダイヤフラム24の変位体積と同等である。ダイヤフラム24が噴射チャンバ12から離れる速度は、薄い流体または溶解空気を含む流体の場合は重要となり得る。撓みが速すぎると、周囲空気を流体に取り込んでしまう可能性がある。すなわち、空気の溶解を助長してしまう可能性があり、望ましくない。この空気取り込みの可能性を低く抑えるため、流体は脱気を行ってもよい。あるいは、高圧空気の排出速度を制限することによって、ダイヤフラム24の速度を抑えるようにしてもよい。ダイヤフラムの運動速度を抑える方法としては、特に、管28のサイズの変更、ダイヤフラム24の厚さおよび材料の変更、ならびに噴射チャンバ12の形状およびサイズの変更等、様々な方法が考えられる。   The diaphragm 24 is preferably made of an elastomer material that returns to a state before deformation (preferably a planar shape) when no strain load or deformation load is applied. As shown in FIG. 2, when the diaphragm 24 starts to return to the position before the deformation, the high-pressure air that deforms the diaphragm 24 is discharged from the air pipe 28 formed in the support structure 26. In FIG. 2, the diaphragm 24 is separated from the side surface of the injection chamber 12 and is in a bent position immediately before the fluid inflow channel 22 starts to open. The fluid contained in the outflow pipe 16 is separated from the dispensing orifice 18, and a space 30 a is formed between the disk 19 and the remaining fluid. The volume of the space 30a is equivalent to the displacement volume of the diaphragm 24 between the states shown in FIGS. The speed at which the diaphragm 24 moves away from the injection chamber 12 can be important for thin fluids or fluids including dissolved air. If the deflection is too fast, ambient air may be taken into the fluid. That is, it may promote air dissolution, which is undesirable. The fluid may be degassed to keep the possibility of air uptake low. Alternatively, the speed of the diaphragm 24 may be suppressed by limiting the discharge speed of the high-pressure air. Various methods are conceivable as methods for suppressing the movement speed of the diaphragm, such as changing the size of the tube 28, changing the thickness and material of the diaphragm 24, and changing the shape and size of the injection chamber 12.

図3に示すように、高圧空気が完全に排出されると、ダイヤフラム24は、変形前の完全に弛緩した位置に戻ることができる。そして、ダイヤフラム24がその変形前の位置に戻ると、空間30bが大きくなる。また、流体流入チャンネル22が開いて流体が噴射チャンバ12に流入可能となる。噴射チャンバ12の充填は再充填サイクルと称することが多く、噴射プロセスにおいて非常に重要な役割を担っている。噴射チャンバ12に流れ込む流体の体積は徐々に調整可能であるため、噴射液滴の体積は複数生成される。流体の量は、空間30bの体積を超えないようにするのが好ましい。場合によっては、加圧流体容器(図示せず)を用いて噴射チャンバ12に流体を供給することもできる。この場合は、流体容器(図示せず)の圧力レベル、流体の流動特性、および噴射チャンバアセンブリ10によって流体の流量が決まる。噴射チャンバ12に流れ込む流体の実際の量は、流体の流量および流動可能時間に比例していてもよい。また、場合によっては、注射器ポンプ、歯車ポンプ、オージェポンプ、または蠕動ポンプ等の能動計量ポンプ(図示せず)を用いて噴射チャンバ12に流体を供給することもできる。この場合は、能動計量ポンプによって、時間変動しない正確な所定量の流体が噴射チャンバ12に供給される。いずれの場合も、空間30bの体積は、図1および図3の状態間でのダイヤフラム24の変位体積から噴射チャンバ12に流入可能な流体の体積を差し引いたものと同等である。チャンネル22は、チャンバの深さのおよそ25〜70%であればより都合が良く、およそ50%以下であれば好ましい。ダイヤフラムを反復的にその変形前の弛緩位置に戻すのに、真空は不要と考えられる。このため、設計は簡素化され、空気チャンネル28、52、54を真空に引く必要がなくなる。ただし、所望の場合は、1または複数のチャンバからダイヤフラム24を引き戻すのに真空を利用してもよい。   As shown in FIG. 3, when the high-pressure air is completely exhausted, the diaphragm 24 can return to the fully relaxed position before the deformation. And if the diaphragm 24 returns to the position before the deformation | transformation, the space 30b will become large. Further, the fluid inflow channel 22 is opened, and the fluid can flow into the ejection chamber 12. Filling the injection chamber 12 is often referred to as a refill cycle and plays a very important role in the injection process. Since the volume of the fluid flowing into the ejection chamber 12 can be gradually adjusted, a plurality of ejection droplet volumes are generated. Preferably, the amount of fluid does not exceed the volume of the space 30b. In some cases, a fluid can be supplied to the ejection chamber 12 using a pressurized fluid container (not shown). In this case, the fluid flow rate is determined by the pressure level of the fluid container (not shown), the fluid flow characteristics, and the injection chamber assembly 10. The actual amount of fluid flowing into the ejection chamber 12 may be proportional to the fluid flow rate and flowable time. In some cases, fluid may be supplied to the injection chamber 12 using an active metering pump (not shown) such as a syringe pump, gear pump, Auger pump, or peristaltic pump. In this case, the active metering pump supplies the injection chamber 12 with an exact predetermined amount of fluid that does not vary with time. In any case, the volume of the space 30b is equivalent to the displacement volume of the diaphragm 24 between the states of FIGS. 1 and 3 minus the volume of the fluid that can flow into the injection chamber 12. Channel 22 is more convenient if it is approximately 25-70% of the depth of the chamber, and is preferably approximately 50% or less. A vacuum is not considered necessary to repeatedly return the diaphragm to its relaxed position prior to its deformation. This simplifies the design and eliminates the need to evacuate the air channels 28, 52, 54. However, if desired, a vacuum may be utilized to pull the diaphragm 24 back from one or more chambers.

図4に示すように、高圧空気が空気管28に通されると、ダイヤフラム24は噴射チャンバ12内へと撓み始める。ダイヤフラム24は、流体流入チャンネル22が閉じた直後の撓み位置にある。この状態では、噴射チャンバ12および流出管16に流体が閉じ込められている。空間30cの体積は、図3および図4の状態間でのダイヤフラム24の体積変位分だけ少なくなっている。   As shown in FIG. 4, when high pressure air is passed through the air tube 28, the diaphragm 24 begins to deflect into the injection chamber 12. Diaphragm 24 is in a flexed position immediately after fluid inflow channel 22 is closed. In this state, fluid is confined in the ejection chamber 12 and the outflow pipe 16. The volume of the space 30c is reduced by the volume displacement of the diaphragm 24 between the states of FIGS.

図5に示すように、高圧空気が空気管28に通されると、ダイヤフラム24は下方に撓み、急速に高圧状態が生成されて十分な運動量が流体に与えられることにより、粘性流体の液滴32がオリフィスから飛び出す。特に、粘性流体の噴射には、高い運動量の伝達が望ましい。ダイヤフラム24の撓み速度は、印加する駆動力によって決まり、高圧状態の大きさおよび形状ひいては噴射液滴の出口速度および形状を決定する。ダイヤフラム24に対する駆動力の印加には、いくつかの方法がある。図1〜図5の場合、駆動力は、空気管28を通されてダイヤフラム24に到達する高圧空気である。ダイヤフラムの速度は、空気圧の高さおよびダイヤフラムの面積によって決まる。空気圧の高さは、空気圧供給源の可用性により制限可能であるため、ダイヤフラムの速度も制限することになる。撓み速度の高速化が望まれる場合は、衝撃成分を駆動力に追加することもできる。図6を参照して、噴射アセンブリ33は、ダイヤフラム24に衝撃を与える機械式衝撃要素34を含んでおり、ダイヤフラム24の撓み速度は大幅に向上する。例えば、衝撃要素34として、空気シリンダまたは電気ソレノイドのロッドエンドを用いてもよい。あるいは、ダイヤフラム24に衝撃を与える駆動力として、可動電気コイル等の制御可能な運動装置に接続されたロッドを用いてもよい。制御可能な駆動力を使用すると、ダイヤフラム24に衝撃を与える際の衝撃要素34の速度および/または加速度を制御できて都合が良い。衝撃要素の運動を制御することにより、液滴の出口速度および形状の制御も可能となって、広範囲の流体を利用できるとともに、液滴の品質管理を改善できる。また、その他の衝撃手段を使用してもよい。あるいは、衝撃要素34を支持構造26に包含して、外部から衝撃を与えるようにしてもよい。   As shown in FIG. 5, when high-pressure air is passed through the air tube 28, the diaphragm 24 bends downward, rapidly creating a high-pressure state and imparting sufficient momentum to the fluid, resulting in a viscous fluid droplet. 32 pops out of the orifice. In particular, a high momentum transmission is desirable for viscous fluid injection. The bending speed of the diaphragm 24 is determined by the driving force to be applied, and determines the size and shape of the high-pressure state, and hence the outlet speed and shape of the ejected droplet. There are several methods for applying the driving force to the diaphragm 24. In the case of FIGS. 1 to 5, the driving force is high-pressure air that passes through the air pipe 28 and reaches the diaphragm 24. The speed of the diaphragm depends on the height of the air pressure and the area of the diaphragm. Since the height of the air pressure can be limited by the availability of the air pressure supply source, the speed of the diaphragm is also limited. When it is desired to increase the bending speed, an impact component can be added to the driving force. Referring to FIG. 6, the injection assembly 33 includes a mechanical impact element 34 that impacts the diaphragm 24, and the deflection speed of the diaphragm 24 is greatly improved. For example, the impact element 34 may be a pneumatic cylinder or an electric solenoid rod end. Alternatively, a rod connected to a controllable exercise device such as a movable electric coil may be used as a driving force that gives an impact to the diaphragm 24. The use of a controllable driving force is advantageous in that the speed and / or acceleration of the impact element 34 when impacting the diaphragm 24 can be controlled. By controlling the movement of the impact element, it is also possible to control the outlet velocity and shape of the droplet, so that a wide range of fluids can be used and the quality control of the droplet can be improved. Other impact means may be used. Alternatively, the impact element 34 may be included in the support structure 26 to apply an impact from the outside.

図7には、図4および図5に示す状態間でのダイヤフラム24の体積変位と同等の体積変位36を示している。ダイヤフラム24が噴射チャンバ12の側面に一致しているため、体積変位は既知であり再現可能である。ダイヤフラム24は、その剛性に応じて、さらに微小な体積分だけ流出管16内へと変位可能であって、総変位体積が増大する。ダイヤフラム24は、既知の再現可能な体積だけ変位するが、これは能動変位体積として説明することもできる。この能動変位体積によって急速に高圧状態が生成され、所要の運動量が流体に与えられることによって、粘性液滴32がオリフィス18から飛び出して基板まで飛行する。この能動変位体積は、粘性流体の液滴32の体積と必ずしも同等ではないが、流入量およびダイヤフラムの変形の両状態の所与の組み合わせに対して、共通した体積である。流体の液滴32の体積は、流入チャンネル22の底面とチャンバ12の側面または壁面および流出管16の連接点との間で測定した噴射チャンバ12の体積より小さければ都合が良い。   FIG. 7 shows a volume displacement 36 equivalent to the volume displacement of the diaphragm 24 between the states shown in FIGS. 4 and 5. Since the diaphragm 24 coincides with the side of the injection chamber 12, the volume displacement is known and reproducible. The diaphragm 24 can be displaced into the outflow pipe 16 by a further minute volume according to its rigidity, and the total displacement volume increases. Diaphragm 24 is displaced by a known and reproducible volume, which can also be described as an active displacement volume. The active displacement volume rapidly creates a high pressure state and imparts the required momentum to the fluid, causing the viscous droplet 32 to fly out of the orifice 18 and fly to the substrate. This active displacement volume is not necessarily equal to the volume of the viscous fluid droplet 32, but is a common volume for a given combination of both inflow and diaphragm deformation. Conveniently, the volume of the fluid droplet 32 is less than the volume of the jet chamber 12 measured between the bottom surface of the inflow channel 22 and the side or wall surface of the chamber 12 and the junction of the outflow tube 16.

ダイヤフラム24は、噴射チャンバ12の側面と容易に一致するように、弾性材料で構成する必要がある。シリコンやネオプレン等のエラストマー材料がダイヤフラム24の材料選択としては適していると考えられる。デュロメータでのショア50〜90Aのダイヤフラム24が好適と考えられる。ダイヤフラム24の材料は、噴射する流体と化学的に共生可能である必要がある。流体の中には、ダイヤフラム24の材料に悪影響を及ぼすものもあって、ダイヤフラム24の寿命が短くなる可能性がある。図1〜図7に示すように、ダイヤフラム24は平らな要素である。   The diaphragm 24 needs to be made of an elastic material so that it can easily coincide with the side surface of the injection chamber 12. Elastomeric materials such as silicon and neoprene are considered suitable for the material selection of the diaphragm 24. A diaphragm 24 with a durometer of Shore 50-90A is considered suitable. The material of the diaphragm 24 needs to be chemically symbiotic with the fluid to be jetted. Some fluids may adversely affect the material of the diaphragm 24, which may shorten the life of the diaphragm 24. As shown in FIGS. 1-7, the diaphragm 24 is a flat element.

ダイヤフラム24は平らである必要はなく、細部が曲線であれば都合が良い場合もある。図8には、噴射チャンバ12の中心に小さな半球部35を設けたダイヤフラム38を示している。この半球部35は、ダイヤフラム38と一体的に成形され、ダイヤフラムの残りの部分から延在しているのが都合が良い。半球部35は、噴射チャンバ12に進入してその体積を減少させる。半球部35によるこの体積の減少によって、ダイヤフラムがその弛緩状態に戻った時の空間30は小さくなる。空間30が小さくなることは、非常に小さな粘性液滴32の体積が望まれる場合には好ましい。ダイヤフラム38の半球部35は、曲線形状の一例に過ぎず、ドーム形状、円錐形状、または錐台形状等がダイヤフラム38の一部として一体的に形成されていてもよい。   Diaphragm 24 need not be flat and may be convenient if the details are curved. FIG. 8 shows a diaphragm 38 in which a small hemispherical portion 35 is provided at the center of the injection chamber 12. The hemispherical portion 35 is conveniently molded integrally with the diaphragm 38 and extends from the remaining portion of the diaphragm. The hemispherical part 35 enters the injection chamber 12 and reduces its volume. This reduction in volume by the hemisphere 35 reduces the space 30 when the diaphragm returns to its relaxed state. Smaller space 30 is preferred when a very small volume of viscous droplets 32 is desired. The hemispherical portion 35 of the diaphragm 38 is merely an example of a curved shape, and a dome shape, a conical shape, a truncated cone shape, or the like may be integrally formed as a part of the diaphragm 38.

あるいは、図9に示すように、ダイヤフラム24は、別の材料で構成された挿入部40を有することにより、エラストマー製の外側部およびより硬質または高剛性の内側挿入部40とで構成してもよい。例えば、挿入部40は、ドーム部または半球部が噴射チャンバ12内に突出した状態の金属または硬質プラスチックであってもよい。また、図9に示すように、挿入部40は、ダイヤフラム24の対向面に固定、接着、熱結合、成形、または締結された外延フランジ41を任意で有していてもよい。締結方法または機構は、ダイヤフラム24および挿入部40の材料によって異なる。挿入部40は、ニードル20の中心にあって、ニードル20および分注オリフィス18の縦軸と一直線の縦軸を有し、その縦軸が噴射チャンバ12の中心を通っているのが好ましい。   Alternatively, as shown in FIG. 9, the diaphragm 24 may include an outer part made of elastomer and a harder or higher rigidity inner insertion part 40 by having an insertion part 40 made of another material. Good. For example, the insertion portion 40 may be a metal or hard plastic with a dome portion or hemisphere portion protruding into the injection chamber 12. Further, as shown in FIG. 9, the insertion portion 40 may optionally have an extended flange 41 fixed, bonded, thermally coupled, molded, or fastened to the facing surface of the diaphragm 24. The fastening method or mechanism differs depending on the material of the diaphragm 24 and the insertion portion 40. The insertion portion 40 is preferably at the center of the needle 20 and has a longitudinal axis that is in line with the longitudinal axis of the needle 20 and the dispensing orifice 18, and the longitudinal axis passes through the center of the injection chamber 12.

2種類の材料から成るダイヤフラム24、40が完全に撓むと、ダイヤフラム24の残りの部分を構成するエラストマー材料による減衰効果を受けることなく、硬質の挿入部40が噴射チャンバ12の側面に衝撃を与える。したがって、硬質の挿入部40からの運動量の伝達効率は高くなる。挿入部40が分注オリフィス18の反対側に支持構造26を通って延びる形状を有する場合は、機械要素34を容易に挿入部40に取り付けて、ダイヤフラム24を双方向の力で撓ませてもよい。ダイヤフラム24に硬質の挿入部40を用いることは、高い衝撃効率が必要な場合に好ましい。あるいは、粘着性の流体がエラストマー製ダイヤフラム24の弛緩速度を制限する傾向にある場合は、双方向の力で撓ませることが好ましい場合もある。挿入部40は、チャンバ12に延入するダイヤフラム24の残りの部分と比べて、少なくとも5〜10倍の硬度であることが好ましい。   When the diaphragms 24 and 40 made of two kinds of materials are fully bent, the rigid insert 40 gives an impact to the side surface of the injection chamber 12 without receiving a damping effect by the elastomer material constituting the remaining part of the diaphragm 24. . Therefore, the transmission efficiency of the momentum from the hard insertion part 40 becomes high. If the insert 40 has a shape that extends through the support structure 26 on the opposite side of the dispensing orifice 18, the mechanical element 34 can be easily attached to the insert 40 to deflect the diaphragm 24 with bi-directional forces. Good. The use of the hard insertion portion 40 for the diaphragm 24 is preferable when high impact efficiency is required. Alternatively, if the adhesive fluid tends to limit the relaxation rate of the elastomeric diaphragm 24, it may be preferable to bend with a bi-directional force. The insert 40 is preferably at least 5 to 10 times as hard as the rest of the diaphragm 24 that extends into the chamber 12.

図10には、ノズルプレート14の上面図を示している。流体流入チャンネル22は、一部のみが噴射チャンバ12に進入しており、流出管16とは接続されていない。これにより、ダイヤフラム24が噴射チャンバ12内へと変形して、チャンネル22と噴射チャンバ12間の流体連通を閉塞可能となる。流入チャンネル22が噴射チャンバ12の深さ全体に延びていると、チャンバ12からチャンネル22への逆流をダイヤフラム24が阻止できなくなる。したがって、噴射チャンバ12との界面となるチャンネル22の部分は、チャンバ12の深さよりも浅くするのが好ましい。チャンネル22およびチャンバ12の相対的なサイズは、流体の粘度および噴射液滴32のサイズによって異なる。薄い粘性流体の微小液滴32を噴射するほとんどの用途では、100〜200μm前後のチャンネル22が好適と考えられる。この場合、チャンネル22は、平らなダイヤフラム24と流出管16内にある噴射チャンバ12の湾曲した底面との間で測定して、チャンバの深さのおよそ半分未満まで延びていると都合が良い。また、流入チャンネル22は、深い側を噴射チャンバ界面の外側に配した状態で長さ方向に曲線とすることにより、濃い流体の場合の流れ抵抗を低減するようにしてもよい。   FIG. 10 shows a top view of the nozzle plate 14. Only a part of the fluid inflow channel 22 enters the injection chamber 12 and is not connected to the outflow pipe 16. As a result, the diaphragm 24 is deformed into the injection chamber 12 and the fluid communication between the channel 22 and the injection chamber 12 can be blocked. When the inflow channel 22 extends to the entire depth of the injection chamber 12, the diaphragm 24 cannot prevent the backflow from the chamber 12 to the channel 22. Therefore, the portion of the channel 22 that becomes the interface with the injection chamber 12 is preferably shallower than the depth of the chamber 12. The relative sizes of the channel 22 and the chamber 12 depend on the viscosity of the fluid and the size of the ejected droplet 32. For most applications in which a thin viscous fluid microdroplet 32 is ejected, a channel 22 of around 100-200 μm is considered suitable. In this case, the channel 22 advantageously extends to less than about half the depth of the chamber as measured between the flat diaphragm 24 and the curved bottom surface of the injection chamber 12 in the outlet tube 16. Further, the inflow channel 22 may be curved in the length direction with the deep side arranged outside the injection chamber interface to reduce the flow resistance in the case of a dense fluid.

図11〜図15には、2チャンバ計量装置80と流体連通した噴射チャンバアセンブリ10を示しており、2チャンバ計量装置80を用いて噴射チャンバアセンブリ10を充填するとともに、噴射チャンバアセンブリ10により粘性流体の微小液滴32を噴射する方法の一連のステップを示している。2チャンバ計量装置80は、支持構造56と計量プレート44間に設けられた可撓性の弾性ダイヤフラム42を備えている。高圧流体(好ましくは空気)が支持構造56の流体管52、54を通ることにより、ダイヤフラム42の直下に設けられた対応する流体チャンバ内へとダイヤフラム42が局所的に変形する。計量プレート44の表面上には、流体流通チャンネル50で接続された第1の流体チャンバ48および第2の流体チャンバ46が設けられており、流体管52はダイヤフラム42を第2の流体チャンバ46内へと変形させ、流体管54はダイヤフラム42を第1の流体チャンバ48内へと変形させる。第1のチャンバ48を容器チャンバと考え、第2のチャンバ46を計量チャンバと考えてもよい。第1の容器チャンバ48の体積は、第2の計量チャンバ46の体積よりも大きければ都合が良く、噴射チャンバ12の体積よりも大きいのが好ましい。第2の計量チャンバ46の体積は、粘性流体の噴射液滴32としてチャンバ12から噴射される体積と同等であるか、またはわずかに大きければ都合が良い。第1の流体チャンバ48は、開口上面に対向する閉口底面を有するか、または底面と流体連通したチャンネルを有していてもよい。第2の流体チャンバすなわち計量チャンバ46は、開口上面に対向する閉口底面を有するのが好ましい。   FIGS. 11-15 show an injection chamber assembly 10 in fluid communication with a two-chamber metering device 80 that uses the two-chamber metering device 80 to fill the injection chamber assembly 10 and cause the jet chamber assembly 10 to cause a viscous fluid. A series of steps of the method of ejecting a microdroplet 32 is shown. The two-chamber metering device 80 includes a flexible elastic diaphragm 42 provided between the support structure 56 and the metering plate 44. As the high pressure fluid (preferably air) passes through the fluid tubes 52, 54 of the support structure 56, the diaphragm 42 is locally deformed into a corresponding fluid chamber provided directly below the diaphragm 42. A first fluid chamber 48 and a second fluid chamber 46 connected by a fluid flow channel 50 are provided on the surface of the metering plate 44, and the fluid pipe 52 connects the diaphragm 42 to the second fluid chamber 46. The fluid tube 54 deforms the diaphragm 42 into the first fluid chamber 48. The first chamber 48 may be considered a container chamber and the second chamber 46 may be considered a metering chamber. The volume of the first container chamber 48 is conveniently larger than the volume of the second metering chamber 46 and is preferably larger than the volume of the injection chamber 12. It is advantageous if the volume of the second metering chamber 46 is equal to or slightly larger than the volume ejected from the chamber 12 as the jetted droplet 32 of viscous fluid. The first fluid chamber 48 may have a closed bottom surface opposite the top surface of the opening or may have a channel in fluid communication with the bottom surface. The second fluid chamber or metering chamber 46 preferably has a closed bottom surface opposite the open top surface.

第1の流体チャンバ48の縁部および第2の流体チャンバ46の縁部における流体流通チャンネル50の界面は、ダイヤフラム42が各チャンバ内へと変位した場合に、対応するチャンバを通る流れが妨げられ、好ましくは閉塞されるように設計されている。ここで、上述のダイヤフラム24の流入チャンネル22および噴射チャンバ12との相互作用および設計は、ダイヤフラム42と流通チャンネル50およびチャンバ46、48にも当てはまるため、繰り返し説明は行わない。ただし、チャンネル50が第1の容器チャンバ48の底面と流体連通している場合は、チャンネル50から当該チャンバ48への流体の流れを閉塞するのに十分なだけダイヤフラムがチャンバに延入しているのが好ましい。図示のように、アセンブリ10と2チャンバ計量装置80とは別々の構造になっている。2チャンバ計量装置80にはダイヤフラム42が存在し、噴射チャンバアセンブリ10にはダイヤフラム24が存在する。ここで、ダイヤフラム24と42、支持構造26と56、およびノズルプレート14と計量プレート44とをそれぞれ同じ部品とした単一の共有構造を採用すると、装置が簡素化されてコスト低減につながることが予想できる。この場合、同じ部品は単一の材料で一体的に形成するのが好ましい。同様に、単一のダイヤフラム24を使用しているが、各チャンバ12、46、48の周囲には別個のシール構造を採用してもよい。   The interface of the fluid flow channel 50 at the edge of the first fluid chamber 48 and the edge of the second fluid chamber 46 prevents the flow through the corresponding chamber when the diaphragm 42 is displaced into each chamber. , Preferably designed to be occluded. Here, since the interaction and design of the inflow channel 22 and the injection chamber 12 of the diaphragm 24 described above also apply to the diaphragm 42, the flow channel 50, and the chambers 46 and 48, the description thereof will not be repeated. However, if the channel 50 is in fluid communication with the bottom surface of the first container chamber 48, the diaphragm extends into the chamber sufficient to occlude fluid flow from the channel 50 to the chamber 48. Is preferred. As shown, the assembly 10 and the two-chamber metering device 80 are separate structures. There is a diaphragm 42 in the two-chamber metering device 80 and a diaphragm 24 in the injection chamber assembly 10. Here, if a single shared structure in which the diaphragms 24 and 42, the support structures 26 and 56, and the nozzle plate 14 and the measuring plate 44 are the same parts is adopted, the apparatus can be simplified and the cost can be reduced. I can expect. In this case, it is preferable that the same parts are integrally formed of a single material. Similarly, although a single diaphragm 24 is used, a separate seal structure may be employed around each chamber 12, 46, 48.

図11には、図1と同じ状態の噴射チャンバアセンブリ10を示している。2チャンバ計量装置80に設けられた流体流通チャンネル50は、流体流入チャンネル22を介して噴射アセンブリ10と流体連通している。ダイヤフラム42は変形前の状態であるため、流体流通管50に接続された外部流体容器(図示せず)からの流体が第1の流体チャンバ48、第2の流体チャンバ46、および流体流入チャンネル22に流入可能である。流体の噴射チャンバ12への流入は、変形したダイヤフラム24によって妨げられる。流体は、第1の流体チャンバ48、第2の流体チャンバ46、流体流通管50、および流体流入チャンネル22に充填されるとともに、流体流出管16にも含まれている。   FIG. 11 shows the injection chamber assembly 10 in the same state as FIG. A fluid flow channel 50 provided in the two-chamber metering device 80 is in fluid communication with the ejection assembly 10 via the fluid inflow channel 22. Since the diaphragm 42 is in a state before being deformed, fluid from an external fluid container (not shown) connected to the fluid flow pipe 50 is supplied to the first fluid chamber 48, the second fluid chamber 46, and the fluid inflow channel 22. Can flow into. The flow of fluid into the injection chamber 12 is blocked by the deformed diaphragm 24. The fluid is filled in the first fluid chamber 48, the second fluid chamber 46, the fluid flow pipe 50, and the fluid inflow channel 22, and is also contained in the fluid outflow pipe 16.

図12には、図1と同じ状態の噴射チャンバアセンブリ10を示している。2チャンバ計量装置80に設けられた流体流通チャンネル50は、流体流入チャンネル22を介して噴射アセンブリ10と流体連通している。外部圧力供給源(図示せず)からの空気によって高圧空気が流体管54を通り、ダイヤフラム42が第1の流体チャンバ48内へと撓むことにより、第1の流体チャンバ48からの流体が流体容器(図示せず)に向けて逆流する。ここで、ダイヤフラム24が流通チャンネル22を閉塞しているため流体は噴射チャンバ12に流入できず、チャンネル50を通って第1の流体チャンバ48に至る流れも閉塞されているため、第2の流体チャンバ46の流体は、噴射チャンバ12へも第1の流体チャンバ48へも流れが妨げられている。   FIG. 12 shows the injection chamber assembly 10 in the same state as FIG. A fluid flow channel 50 provided in the two-chamber metering device 80 is in fluid communication with the ejection assembly 10 via the fluid inflow channel 22. Air from an external pressure supply (not shown) causes high pressure air to pass through the fluid line 54 and the diaphragm 42 to be deflected into the first fluid chamber 48 so that the fluid from the first fluid chamber 48 is fluidized. Back flow toward the container (not shown). Here, since the diaphragm 24 blocks the flow channel 22, the fluid cannot flow into the ejection chamber 12, and the flow to the first fluid chamber 48 through the channel 50 is also blocked, so that the second fluid The fluid in the chamber 46 is blocked from flowing into the ejection chamber 12 and the first fluid chamber 48.

図13を参照して、2チャンバ計量装置80の状態は、図12の状態と同じである。ただし、ダイヤフラム24を変形させていた高圧空気は除去されているため、ダイヤフラム24は変形前の状態に後退しており、空間30が形成されている。噴射チャンバ12の状態は、図3の状態と同じである。流体流入チャンネル22が開いているため、噴射チャンバ12は、2チャンバ計量装置80からの流体を受け入れる。   Referring to FIG. 13, the state of the two-chamber metering device 80 is the same as the state of FIG. However, since the high-pressure air that has deformed the diaphragm 24 is removed, the diaphragm 24 is retracted to the state before the deformation, and a space 30 is formed. The state of the injection chamber 12 is the same as the state of FIG. Since the fluid inflow channel 22 is open, the ejection chamber 12 receives fluid from the two-chamber metering device 80.

図14を参照して、噴射チャンバアセンブリ10の状態は図13の状態と同じであるが、高圧空気が流体管52に通されると、ダイヤフラム42が第2の流体チャンバ46内へと撓むにより、流体が噴射チャンバ12に流れ込んで空間30が変化する。空間30は、第2の流体チャンバ46から変位した流体とちょうど同じ量だけ小さくなる。噴射液滴の体積は、空間に移動または計量された流体の体積と直接関係している。第2の流体チャンバ46の体積は、徐々に調整できれば、所定体積の噴射液滴を提供できて都合が良い。   Referring to FIG. 14, the state of the injection chamber assembly 10 is the same as that of FIG. 13, but when high pressure air is passed through the fluid tube 52, the diaphragm 42 bends into the second fluid chamber 46. As a result, the fluid flows into the ejection chamber 12 and the space 30 changes. The space 30 is reduced by exactly the same amount as the fluid displaced from the second fluid chamber 46. The volume of ejected droplets is directly related to the volume of fluid that has been moved or metered into space. If the volume of the second fluid chamber 46 can be gradually adjusted, it is convenient to provide a predetermined volume of ejected droplets.

図15aを参照して、2チャンバ計量装置80の状態は、図14の状態と同じである。高圧空気によってダイヤフラム24が変形し、急速に高圧状態が生成されて、粘性流体の液滴32が噴射されている。サイクルを繰り返す場合は、流体管52、54の高圧空気が排出され、2チャンバ計量装置80の状態は図11の状態とちょうど同じになる。2つのチャンバ48、46は、噴射チャンバ12に所定量の流体を供給する計量ポンプまたは計量手段を提供している。さらに、図15に示すように第2のチャンバ46内へと撓んだダイヤフラム42は、チャンネル22を通って容器に向かう流体の流れを閉塞するとともに、噴射中の噴射流体32の体積の精度および不変性を向上する手段を提供している。図15に示すように第1のチャンバ48内へと撓んだダイヤフラム42は、チャンネル22を通って容器に向かう流体の流れを閉塞するもう1つの手段を提供している。   Referring to FIG. 15a, the state of the two-chamber metering device 80 is the same as the state of FIG. The diaphragm 24 is deformed by the high-pressure air, a high-pressure state is rapidly generated, and the viscous fluid droplet 32 is ejected. When the cycle is repeated, the high-pressure air in the fluid pipes 52 and 54 is discharged, and the state of the two-chamber metering device 80 is exactly the same as the state of FIG. The two chambers 48, 46 provide a metering pump or metering means for supplying a predetermined amount of fluid to the ejection chamber 12. Further, the diaphragm 42 deflected into the second chamber 46 as shown in FIG. 15 occludes the flow of fluid through the channel 22 toward the container, and the accuracy of the volume of the ejected fluid 32 during ejection and Provides a means to improve invariance. A diaphragm 42 deflected into the first chamber 48 as shown in FIG. 15 provides another means of blocking the flow of fluid through the channel 22 toward the container.

図15bは、チャンバ46、48に対する流体の流入および流出の作動がダイヤフラム42の流体変形に限定されない別の構成を示している。衝撃要素34と同様に、機械式衝撃要素64、66を任意で構成して動作させてもよい。2チャンバ計量装置80の状態は、高圧空気を衝撃要素64、66で置き換えたこと以外は、図14の状態と同じである。衝撃要素64、66はそれぞれ、ダイヤフラム42を流体チャンバ46、48内へと撓ませる。衝撃要素34は、ダイヤフラム24を撓ませて急速に高圧状態を生成し、粘性流体の液滴32を噴射する。サイクルを繰り返す場合は、衝撃要素64、66が後退され、2チャンバ計量装置80の状態は図11の状態とちょうど同じになる。   FIG. 15 b shows another configuration in which the operation of fluid inflow and outflow to the chambers 46, 48 is not limited to the fluid deformation of the diaphragm 42. As with the impact element 34, the mechanical impact elements 64, 66 may optionally be configured and operated. The state of the two-chamber metering device 80 is the same as the state of FIG. 14 except that the high pressure air is replaced by the impact elements 64 and 66. The impact elements 64, 66 deflect the diaphragm 42 into the fluid chambers 46, 48, respectively. The impact element 34 deflects the diaphragm 24 to rapidly create a high pressure condition and ejects a viscous fluid droplet 32. When the cycle is repeated, the impact elements 64, 66 are retracted and the state of the two-chamber metering device 80 is exactly the same as in FIG.

図16aには、2チャンバ計量装置80および噴射チャンバアセンブリ10を示している。機械式調整要素60は、第2の流体チャンバ46上でダイヤフラム42に直接衝突し、第2の流体チャンバ46の体積を調整する。調整要素60は、ダイヤフラム42を第2の流体チャンバ46内へと撓ませて流体を噴射チャンバ12に流し込むためのものではなく、図14に示すステップにおいて、噴射チャンバ12に流し込む流体の体積を徐々に変更可能とするものである。調整要素60の位置は手動で合わせることができ、第2の流体チャンバの体積ひいては空間に流れ込む流体の体積が変化する。調整時に第2のチャンバの体積を増やすことも減らすこともできるように、調整要素60の位置合わせは、上記のように手動でできるのが好ましい。あるいは、調整要素60をモーター等の制御可能な装置(図示せず)に取り付け、調整要素の位置をプログラムで変更できるようにして所定の体積を提供するようにしてもよい。また、測定装置(図示せず)を用いて、所定のサイズまたは体積に対する噴射液滴のサイズまたは体積を測定することによりエラー状態を判定できれば都合が良い。エラー状態が測定された場合は、調整要素60の位置を手動またはプログラムで変更することにより、所定の液滴の所望の形状または体積をより厳密に噴射できるようにしてもよい。   In FIG. 16a, a two-chamber metering device 80 and an injection chamber assembly 10 are shown. The mechanical adjustment element 60 impinges directly on the diaphragm 42 on the second fluid chamber 46 and adjusts the volume of the second fluid chamber 46. The adjustment element 60 is not for deflecting the diaphragm 42 into the second fluid chamber 46 to flow the fluid into the injection chamber 12, but in the step shown in FIG. 14, the volume of the fluid flowing into the injection chamber 12 is gradually increased. Can be changed to The position of the adjustment element 60 can be adjusted manually, and the volume of the second fluid chamber and thus the volume of fluid flowing into the space changes. The alignment of the adjustment element 60 is preferably done manually as described above so that the volume of the second chamber can be increased or decreased during adjustment. Alternatively, the adjustment element 60 may be attached to a controllable device (not shown) such as a motor so that the position of the adjustment element can be changed by a program to provide a predetermined volume. It is also convenient if the error state can be determined by measuring the size or volume of the ejected droplet with respect to a predetermined size or volume using a measuring device (not shown). If an error condition is measured, the position of the adjustment element 60 may be changed manually or programmatically so that the desired shape or volume of a given droplet can be more precisely ejected.

図16bには、噴射チャンバアセンブリ10および加圧再充填装置90を備えた別の実施形態を示している。流入チャンネル50には、加圧容器68が流体連通している。ダイヤフラム42は、チャンバ46内へと撓むことにより流入管22を通る噴射チャンバ12への流体の流入を妨げることができるように、計量部材44と支持構造56間に設けられている。図示のように、高圧空気が空気管61を通ってダイヤフラム42をチャンバ46内へと撓ませる。あるいは、図15aに示すように、ピストンによってダイヤフラム42を撓ませることもできる。噴射チャンバ10は、ダイヤフラム24が完全に弛緩した状態である。空間30は、加圧流体容器からの流体の受け入れに利用可能である。噴射チャンバを再充填する場合は、高圧空気が空気管61から排出されてダイヤフラム42が後退することにより、流入チャンネル50が開いて流入チャンネル22と連通し、流体が噴射チャンバ12に流入可能となる。噴射チャンバ12に流入可能な流体の量は、流入チャンネル22を流れる流体の流量およびチャンバ46の開放時間によって決まる。チャンバ46の開放時間を変化させることにより、再充填される流体の量が徐々に変化可能となって、液滴の所望の体積および品質の両者が得られる。図示のように、再充填サイクルと噴射サイクルとは独立して作用する。再充填の体積を徐々に調整することによって、噴射全体の信頼性および品質をさらに制御可能となる。   FIG. 16 b shows another embodiment with an injection chamber assembly 10 and a pressure refill device 90. A pressurized container 68 is in fluid communication with the inflow channel 50. A diaphragm 42 is provided between the metering member 44 and the support structure 56 so that the fluid 42 can be prevented from flowing into the injection chamber 12 through the inflow tube 22 by bending into the chamber 46. As shown, high pressure air deflects diaphragm 42 through chamber 61 into chamber 46. Alternatively, as shown in FIG. 15a, the diaphragm 42 can be bent by a piston. The injection chamber 10 is in a state where the diaphragm 24 is completely relaxed. The space 30 is available for receiving fluid from the pressurized fluid container. When refilling the injection chamber, high pressure air is exhausted from the air tube 61 and the diaphragm 42 is retracted, so that the inflow channel 50 opens and communicates with the inflow channel 22, allowing fluid to flow into the injection chamber 12. . The amount of fluid that can flow into the injection chamber 12 depends on the flow rate of the fluid flowing through the inflow channel 22 and the opening time of the chamber 46. By changing the opening time of the chamber 46, the amount of refilled fluid can be gradually changed, resulting in both the desired volume and quality of the droplets. As shown, the refill cycle and the injection cycle operate independently. By gradually adjusting the refill volume, the overall injection reliability and quality can be further controlled.

図17および図18には、共通のダイヤフラム24および共通の支持構造を空気マニホールド108およびノズルプレート14の形態で共有したチャンバアセンブリ10および2チャンバ計量装置80を含む粘性噴射装置100の一実施形態を示している。この噴射装置100を作動させることにより、上記の様々なステップ、好ましくは図11〜図15に示す一連のステップを実行可能である。   17 and 18 illustrate one embodiment of a viscous injector 100 that includes a chamber assembly 10 and a two-chamber metering device 80 that share a common diaphragm 24 and a common support structure in the form of an air manifold 108 and nozzle plate 14. Show. By operating the injection device 100, the various steps described above, preferably the series of steps shown in FIGS.

空気マニホールド108には、空気ソレノイド110が取り付けられるとともに流体連通しており、圧搾空気の供給源を提供している。互いに隣接配置した別の2つの空気ソレノイド(図示せず)も空気ソレノイド110と同様に空気マニホールド108に取り付けられ、チャンバ12、46、48とそれぞれ流体連通することにより、1つの空気ソレノイド110がチャンバ12、46、48のそれぞれと関連付けられている。したがって、各チャンバ12、46、48が、好ましくは空気ソレノイド110の形態で専用の流体圧力供給源を有していることになる。具体的には、第1の空気ソレノイド110が空気管52を介して第1のチャンバ48と流体連通し、第2の空気ソレノイド110が空気管54を介して第2のチャンバ46と流体連通し、第3の空気ソレノイド110が空気管28を介して噴射チャンバ12と流体連通している。   An air solenoid 110 is attached to the air manifold 108 and is in fluid communication and provides a source of compressed air. Two other air solenoids (not shown) arranged adjacent to each other are also attached to the air manifold 108 in the same manner as the air solenoid 110, and are in fluid communication with the chambers 12, 46, 48, respectively, so that one air solenoid 110 is in the chamber. 12, 46, and 48, respectively. Thus, each chamber 12, 46, 48 will have a dedicated fluid pressure source, preferably in the form of an air solenoid 110. Specifically, the first air solenoid 110 is in fluid communication with the first chamber 48 via the air tube 52, and the second air solenoid 110 is in fluid communication with the second chamber 46 via the air tube 54. A third air solenoid 110 is in fluid communication with the injection chamber 12 via the air tube 28.

ダイヤフラム24は、対向する第1および第2の面を有し、第2の面がノズルプレートに接触して流体密封シールを形成する一方、空気マニホールド108に接触して気密シールを形成している。粘性流体は、空気よりも低い圧力で密封できる。シールリングまたは凸状のシール部を両面に採用可能であるが、ダイヤフラム24は、第2の面が実質的に平坦で、第1の面上に凸状のシール部124を有すると都合が良い。したがって、ダイヤフラム24は、空気マニホールド108とノズルプレート14間に含まれ、使用中にマニホールド108に接触して流体管52、54と28間に気密シールを形成する凸状の部位、リブ、またはフランジ等の拡張部124を有すると都合が良い。ダイヤフラム24は、ノズルプレート14に対して圧縮され、流体密封シールを形成することにより、チャンネル22、50を形成する。拡張部、シール、またはリブ124は、ダイヤフラム24との一体物を形成または成形することによって、可撓性ダイヤフラム24上に一体的に形成または成形するのが好ましい。   Diaphragm 24 has opposing first and second surfaces, with the second surface contacting the nozzle plate to form a fluid tight seal while contacting the air manifold 108 to form an air tight seal. . Viscous fluids can be sealed at a lower pressure than air. Although a seal ring or a convex seal portion can be employed on both sides, it is convenient for the diaphragm 24 to have a substantially flat second surface and a convex seal portion 124 on the first surface. . Accordingly, the diaphragm 24 is contained between the air manifold 108 and the nozzle plate 14 and has convex portions, ribs or flanges that contact the manifold 108 and form an airtight seal between the fluid tubes 52, 54 and 28 during use. It is convenient to have an extension 124 such as. Diaphragm 24 is compressed against nozzle plate 14 to form channels 22 and 50 by forming a fluid tight seal. The extensions, seals, or ribs 124 are preferably formed or molded integrally on the flexible diaphragm 24 by forming or molding an integral piece with the diaphragm 24.

図17および図18bを参照して、ダイヤフラム24を保持してノズルプレート14に付勢するクランプ力を調整する機構を設けると都合が良い。この機構は、螺子式の調整の形態であってもよく、マイクロメータ架台104に取り付けられ、マイクロメータ架台104と空気マニホールド108間に含まれるスプリングアセンブリ106と接触するマイクロメータ102(図17)が好ましい。その他、LVDT、ソレノイド、圧電素子、圧電ラチェット、または歯車機構等、およそ125μm単位で調整可能な相対運動を与えるとともに、好ましくは小型の位置決め機構を使用してもよい。このような機構は、当該技術分野においては周知であるか、または記載の要件を満足するように容易に開発可能であるため、本明細書では詳細に説明しない。マイクロメータ架台104およびノズルプレート14は接続されているため、スプリング106が弾性的に空気マニホールド108をノズルプレート14側へ付勢することにより、ノズルプレートに対してダイヤフラム24を圧縮する。空気マニホールド108およびダイヤフラム24は、マイクロメータ架台104とノズルプレート14間に挟まれている。ここで、ノズルプレートはマイクロメータ架台104に接続されているため、スプリング106が空気マニホールド108およびノズルプレート14を一体的に付勢することにより、両者間にダイヤフラム24が確実に密封される。そのための一機構について説明する。   Referring to FIGS. 17 and 18b, it is convenient to provide a mechanism for adjusting the clamping force for holding the diaphragm 24 and urging the nozzle plate 14. This mechanism may be in the form of a screw-type adjustment, with a micrometer 102 (FIG. 17) attached to the micrometer mount 104 and in contact with a spring assembly 106 contained between the micrometer mount 104 and the air manifold 108. preferable. In addition, a relative movement that can be adjusted in units of about 125 μm, such as an LVDT, a solenoid, a piezoelectric element, a piezoelectric ratchet, or a gear mechanism, is given, and preferably a small positioning mechanism may be used. Such mechanisms are well known in the art or can be readily developed to meet the described requirements and will not be described in detail herein. Since the micrometer base 104 and the nozzle plate 14 are connected, the spring 106 elastically biases the air manifold 108 toward the nozzle plate 14 to compress the diaphragm 24 against the nozzle plate. The air manifold 108 and the diaphragm 24 are sandwiched between the micrometer mount 104 and the nozzle plate 14. Here, since the nozzle plate is connected to the micrometer mount 104, the spring 106 integrally biases the air manifold 108 and the nozzle plate 14, so that the diaphragm 24 is reliably sealed between the two. One mechanism for this will be described.

マイクロメータ架台104は、空気マニホールド108を自由に通過する2つのダボ144(図18bに一方を図示)を含むのが好ましい。各ダボ144は、マイクロメータ架台104に固定された一端を有し、他端には蝶螺子140を有しており、空気マニホールド108を通っている。ダボ144には、蝶螺子140によってノズルプレート14が取り付けられているため、ノズルプレート14はマイクロメータ架台104に接続されて一体的に動作する。一方、マニホールド108は、ダボと相対的に動作可能である。蝶螺子140は、架台104とプレート14間の距離を調整可能であって、架台104とプレート14間の距離を固定するために使用するか、または当該距離を粗調整するために使用可能である。スプリングアセンブリ106は、ダボピン144を介して、マイクロメータ架台104およびマニホールド108により弾性密封力を印加する。スプリング106は、弾性的にマニホールド108およびノズルプレート14を付勢するとともに、流体密封(および気密)シールを確保するのに十分な所定の負荷でダイヤフラム24を圧縮する。スプリングアセンブリ106の撓みを変化させてダイヤフラム24に加わる所定の負荷を調整するため、マイクロメータ102は、蝶螺子140等の螺子式接続よりもはるかに正確に調整可能である。調整を行うと、蝶螺子142を介して空気マニホールド108の適所に前負荷を係止可能となる。密封に必要な最小限を超えるダイヤフラム24の負荷または絞りを追加することによって、図16aと同様に、第2の流体チャンバ46の体積を調整することも可能である。密封ダイヤフラム24を用いた流体シールの形成には、気密シールの形成よりも低い圧力しか必要ないため、(動作中に)気密シールを形成するのに必要な最小限を超えるダイヤフラム24の負荷または絞りを追加することによって、図16aと同様に、第2の流体チャンバ46の体積を調整することが可能である。   The micrometer mount 104 preferably includes two dowels 144 (one shown in FIG. 18b) that pass freely through the air manifold. Each dowel 144 has one end fixed to the micrometer mount 104 and the other end has a thumbscrew 140 passing through the air manifold 108. Since the nozzle plate 14 is attached to the dowel 144 by the butterfly screw 140, the nozzle plate 14 is connected to the micrometer mount 104 and operates integrally. On the other hand, the manifold 108 is operable relative to the dowel. The butterfly screw 140 can adjust the distance between the gantry 104 and the plate 14 and can be used to fix the distance between the gantry 104 and the plate 14 or can be used to coarsely adjust the distance. . The spring assembly 106 applies an elastic sealing force by the micrometer mount 104 and the manifold 108 via the dowel pin 144. The spring 106 elastically biases the manifold 108 and nozzle plate 14 and compresses the diaphragm 24 with a predetermined load sufficient to ensure a fluid tight (and air tight) seal. The micrometer 102 can be adjusted much more accurately than a screw connection such as a thumbscrew 140 to change the deflection of the spring assembly 106 to adjust the predetermined load applied to the diaphragm 24. When the adjustment is performed, the preload can be locked at an appropriate position of the air manifold 108 via the butterfly screw 142. It is also possible to adjust the volume of the second fluid chamber 46, similar to FIG. 16a, by adding a diaphragm 24 load or restriction that exceeds the minimum required for sealing. Because the formation of a fluid seal using a hermetic diaphragm 24 requires less pressure than the formation of a hermetic seal, the load or throttling of the diaphragm 24 exceeds the minimum necessary to form a hermetic seal (during operation). It is possible to adjust the volume of the second fluid chamber 46 as in FIG. 16a.

図17および図18aを参照して、ノズルプレート14にはノズルアセンブリ122が取り付けられ、ノズルプレート14との間に設けられたOリング130を圧縮することによって流体密封シールを形成している。また、その他のシールを用いてもよい。分注オリフィス18を含むニードル20は、ノズルアセンブリ122とともに設けられている。空気ソレノイド110は、高圧空気を空気管28に通すことによって、噴射チャンバ12の直上でダイヤフラム24を撓ませる。同様に、空気ソレノイド(図示せず)が高圧空気を流体管52に通すことによって、第1の流体チャンバ48の直上でダイヤフラム24を撓ませる。また同様に、空気ソレノイド(図示せず)が高圧空気を流体管54に通すことによって、第2の流体チャンバ46の直上でダイヤフラム24を撓ませる。各空気ソレノイドの駆動は、独立に行うことができる。各空気ソレノイドは、空気マニホールド108に搭載されており、圧縮器等の流体圧力供給源を有する空気タンク等の圧力供給源によって加圧された共通の給気チャンネル116に接続されているのが好ましい。したがって、ソレノイド110は、ダイヤフラム24、50を様々なチャンバ内へと変形させる必要に応じて、給気チャンネル116からの空気を計量する。ソレノイドの駆動は、プログラム可能なコンピュータ、集積回路、または現下既知もしくは将来開発されるその他の方法によって制御してもよい。   Referring to FIGS. 17 and 18 a, a nozzle assembly 122 is attached to the nozzle plate 14, and a fluid tight seal is formed by compressing an O-ring 130 provided between the nozzle plate 14. Other seals may also be used. A needle 20 including a dispensing orifice 18 is provided with a nozzle assembly 122. The air solenoid 110 deflects the diaphragm 24 directly above the injection chamber 12 by passing high pressure air through the air tube 28. Similarly, an air solenoid (not shown) deflects the diaphragm 24 directly above the first fluid chamber 48 by passing high pressure air through the fluid tube 52. Similarly, an air solenoid (not shown) deflects the diaphragm 24 directly above the second fluid chamber 46 by passing high pressure air through the fluid tube 54. Each air solenoid can be driven independently. Each air solenoid is preferably mounted on an air manifold 108 and connected to a common air supply channel 116 pressurized by a pressure supply such as an air tank having a fluid pressure supply such as a compressor. . Thus, the solenoid 110 meters air from the air supply channel 116 as needed to deform the diaphragms 24, 50 into the various chambers. The actuation of the solenoid may be controlled by a programmable computer, integrated circuit, or other methods now known or later developed.

空気ソレノイドの駆動について説明する。ソレノイド110が駆動されると、空気管28と連通した空気チャンネル118に高圧空気が流れ、噴射チャンバ12内へとダイヤフラムを撓ませる。流体管52、54については、空気チャンネル118に対応するそれぞれの空気チャンネルを有している。空気ソレノイド110が停止すると、空気チャンネル118および空気管28の空気圧がソレノイド110を介して排気チャンネル120(図17)から排出される。各空気ソレノイド110は、空気マニホールド108を介して排気チャンネルに接続され、好ましくは共通の排気チャンネル120に接続されている。   The driving of the air solenoid will be described. When the solenoid 110 is driven, high pressure air flows through the air channel 118 that communicates with the air tube 28, deflecting the diaphragm into the injection chamber 12. The fluid pipes 52, 54 have respective air channels corresponding to the air channels 118. When the air solenoid 110 is stopped, the air pressure of the air channel 118 and the air pipe 28 is exhausted from the exhaust channel 120 (FIG. 17) via the solenoid 110. Each air solenoid 110 is connected to an exhaust channel via an air manifold 108 and is preferably connected to a common exhaust channel 120.

遠隔供給源(図示せず)からの高圧空気(通常、40〜100psi(2.7atm〜6.8atm))は、給気チャンネル116を介して空気マニホールド108に導入される。噴射する流体は、加圧流体容器(図示せず)から供給され、流体流入管126(図18a)に連通した流体入力ポート112(図17)に圧力下で導入される。空気ソレノイド110が停止すると、流体が流体流入管126から第1の流体チャンバ48に充填されるまで流れ込み、流体流通チャンネル50を介して第1の流体チャンバ48から第2の流体チャンバ46に充填されるまで流れ込む。その後、流体は、第2の流体チャンバ46から流体流入チャンネル22に流れ込み、噴射チャンバ12および流出管16に流れ込む。第1の流体チャンバ48の縁部および第2の流体チャンバ46の縁部における流体流通チャンネル50の界面は、ダイヤフラム24が様々なチャンバ12、46、48内へと変位した場合に、各チャンバを通る流れが妨げられるように設計されている。第2の流体チャンバ46の縁部および噴射チャンバ12における流体流入チャンネル22の界面は、ダイヤフラム24がチャンバ12、46内へと変位した場合に、接続チャンネル22からこれらチャンバを通る流れが妨げられるように設計されている。   High pressure air (typically 40-100 psi (2.7 atm-6.8 atm)) from a remote source (not shown) is introduced into the air manifold 108 via the air supply channel 116. The fluid to be ejected is supplied from a pressurized fluid container (not shown) and introduced under pressure into a fluid input port 112 (FIG. 17) communicating with a fluid inlet pipe 126 (FIG. 18a). When the air solenoid 110 is stopped, fluid flows from the fluid inlet pipe 126 until it fills the first fluid chamber 48, and is filled from the first fluid chamber 48 to the second fluid chamber 46 via the fluid flow channel 50. Pour until The fluid then flows from the second fluid chamber 46 into the fluid inflow channel 22 and into the ejection chamber 12 and the outflow tube 16. The interface of the fluid flow channel 50 at the edge of the first fluid chamber 48 and at the edge of the second fluid chamber 46 allows each chamber to be moved as the diaphragm 24 is displaced into the various chambers 12, 46, 48. Designed to prevent flow through. The edge of the second fluid chamber 46 and the interface of the fluid inflow channel 22 in the ejection chamber 12 is such that when the diaphragm 24 is displaced into the chambers 12, 46, the flow from the connecting channel 22 through these chambers is prevented. Designed to.

ノズルプレート14には、加熱要素114を任意で設けることにより、ノズルプレート14および噴射チャンバアセンブリ10に含まれる流体を必要に応じて局所的に加熱する。また、噴射する流体の粘度に応じて、装置の他の場所に加熱機構を設けてもよい。   The nozzle plate 14 is optionally provided with a heating element 114 to locally heat the fluid contained in the nozzle plate 14 and the jet chamber assembly 10 as needed. Further, a heating mechanism may be provided in another place of the apparatus according to the viscosity of the fluid to be ejected.

図18cは、拡張部124および平坦領域127を備えたダイヤフラム24の等角図である。図18aに示すように、拡張部124はグランド125と結合し、空気マニホールド108に対して圧縮された場合に、空気管52、54、28の周囲に気密シールを形成する。拡張部124の反対側に設けられた平坦領域127は、ノズルプレート14に対して圧縮された場合に、流体チャンバ48、46、12の周囲に流体密封シールを形成する。拡張部124は、通常の動作状態において、ダイヤフラム24の一方の面に支持構造26、206とともに気密シールを形成するシールリブまたはリングを備えていると都合が良い。ダイヤフラム24のリブ124との反対面は実質的に平坦であり、通常の動作状態においてノズルプレート14とともに流体密封シールを形成すると都合が良い。ダイヤフラム24のリブ124のある面に十分な密封シールを形成するには、他方の面に形成するよりも高い圧力が必要となるため、シールリブ124は、一方の面にのみ設けると都合が良い。分注する流体の粘度および特性により、必要に応じて、ダイヤフラム24上のシールリングまたはシール部124の位置および方向を変えてもよい。   FIG. 18 c is an isometric view of the diaphragm 24 with the extension 124 and the flat region 127. As shown in FIG. 18 a, the extension 124 is coupled to the gland 125 and forms an airtight seal around the air tubes 52, 54, 28 when compressed against the air manifold 108. A flat region 127 provided on the opposite side of the extension 124 forms a fluid tight seal around the fluid chambers 48, 46, 12 when compressed against the nozzle plate 14. Conveniently, the extension 124 includes a seal rib or ring that forms a hermetic seal with the support structures 26, 206 on one side of the diaphragm 24 under normal operating conditions. The face of the diaphragm 24 opposite the rib 124 is substantially flat and it is convenient to form a fluid tight seal with the nozzle plate 14 in normal operating conditions. Forming a sufficient hermetic seal on one face of the diaphragm 24 of the diaphragm 24 requires a higher pressure than forming it on the other face, so it is convenient to provide the seal rib 124 only on one face. Depending on the viscosity and properties of the fluid to be dispensed, the position and orientation of the seal ring or seal 124 on the diaphragm 24 may be varied as required.

図19には、共通のダイヤフラム24および共通の支持構造を空気マニホールド206およびノズルプレート14の形態で共有した噴射チャンバアセンブリ33および2チャンバ計量装置80を含む粘性噴射装置200の別の実施形態を示している。噴射装置200は、駆動により図11〜図15に示す一連のステップを実行可能である。2チャンバ計量装置80は、図17および図18に関連して説明したものと同様である。また、噴射チャンバアセンブリ33は、空気マニホールド206およびシリンダ架台208に含まれたピストン204を備えている。スプリングアセンブリ210は、ピストンがダイヤフラム24に接触しないように、弾性付勢力をピストン204に印加する。図18に示す方向で、スプリングアセンブリ210は、ピストン204を上方に付勢する。また、空気シリンダ202(一部を図示)が高圧空気によって駆動されると、ロッドエンドがピストン204に衝撃を与えることでピストン204がダイヤフラム24内へと加速され、図6と同様に粘性流体の液滴が放出される。座繰り面203は、ダイヤフラム24の損傷につながりかねないピストン204による過剰な撓みを防止する。ピストン204による好適な撓み量は、ピストン204の先端が厚さの25〜50%だけダイヤフラム24を圧縮する程度である。ダイヤフラム24の撓み速度は、ピストン204の衝撃によって大きくなるため、高粘度の流体も噴射可能である。ピストン204および空気シリンダ202の駆動には、ソレノイド、コイル、および種々のスプリング駆動/流体駆動装置等、様々な機構を利用可能である。   FIG. 19 shows another embodiment of a viscous injection device 200 that includes an injection chamber assembly 33 and a two-chamber metering device 80 that share a common diaphragm 24 and a common support structure in the form of an air manifold 206 and a nozzle plate 14. ing. The injection device 200 can execute a series of steps shown in FIGS. 11 to 15 by driving. The two-chamber metering device 80 is similar to that described in connection with FIGS. The injection chamber assembly 33 includes an air manifold 206 and a piston 204 included in a cylinder mount 208. The spring assembly 210 applies an elastic biasing force to the piston 204 so that the piston does not contact the diaphragm 24. In the direction shown in FIG. 18, the spring assembly 210 biases the piston 204 upward. Further, when the air cylinder 202 (a part of which is shown) is driven by high-pressure air, the rod end gives an impact to the piston 204, whereby the piston 204 is accelerated into the diaphragm 24, and as in FIG. A droplet is released. The counterbore surface 203 prevents excessive deflection by the piston 204 that can lead to damage to the diaphragm 24. A suitable amount of deflection by the piston 204 is such that the tip of the piston 204 compresses the diaphragm 24 by 25-50% of its thickness. Since the deflection speed of the diaphragm 24 is increased by the impact of the piston 204, a highly viscous fluid can also be ejected. Various mechanisms, such as solenoids, coils, and various spring / fluid drivers, can be used to drive the piston 204 and the air cylinder 202.

図19は、ノズルプレート14に取り付けられて流体を局所的に加熱する加熱ブロック212内に設けられた加熱要素114を示している。
基本動作部品の機能的および概念的条件
粘性噴射は、噴射サイクルおよび再充填サイクルという2つのサイクルに分割できる。本明細書に規定の噴射サイクルは、噴射チャンバアセンブリに含まれる流体において、急速に高圧状態を生成する方法である。この急速な高圧状態が流体に伝わると、前へ進もうとする勢いによって特定体積の流体が分注オリフィスを通過し、ある出口速度で単一の液滴が分注オリフィスから飛び出して非接触で基板まで「飛行」する。流体の出口速度は、高品質の液滴を生成するのに重要であり、流体の粘度および運動量の伝達によって決まる。伝達される運動量が少なすぎると、流体の分注オリフィスからの飛び出しが遅くなりすぎてオリフィスから分離されず、自由飛行液滴は形成されない。また、流体システムに損失があると、圧力低下が発生して流体への運動量の伝達が低減する可能性がある。このような損失は、噴射チャンバ内の気泡の発生、噴射チャンバから分注オリフィスまでの経路の長さ、折り返し、または直角、流体の弾性または圧縮性、あるいはオリフィスと反対方向への流体の流れ等が原因となり得る。また、50nl未満の非常に微量の粘性流体の液滴が望まれる場合は、通常200μm未満の極小の分注オリフィスが必要となる。この小さなオリフィスを流れる粘性流体による圧力低下によって、流体の出口速度が低下し、自由飛行液滴が形成されない可能性が高くなる。あるいは、運動量が過剰に伝達されると、分注オリフィスを通る流体の出口速度が非常に高くなって、望ましくない状態が発生する可能性がある。出口速度が高すぎると、流体が高速で基板に衝突し、液滴が押しつぶされて場合によっては跳ね上がり、品質が低下するとともに極小の衛星状の液滴が中心液滴を包囲する形となってしまう可能性がある。上記の方法および装置によれば、所定の液滴を形成するのに十分で、液滴として噴射するのに十分大きく、一方では基板上での跳ね上がりを回避するのに十分小さな噴射圧力が安定して実現される。
FIG. 19 shows a heating element 114 mounted in a heating block 212 that is attached to the nozzle plate 14 to locally heat the fluid.
Functional and conceptual conditions of basic working parts Viscous injection can be divided into two cycles: injection cycle and refill cycle. The injection cycle as defined herein is a method of rapidly creating a high pressure condition in the fluid contained in the injection chamber assembly. When this rapid high-pressure condition is transmitted to the fluid, a certain volume of fluid passes through the dispensing orifice due to the momentum to move forward, and at a certain outlet velocity, a single droplet jumps out of the dispensing orifice and is non-contacting. "Fly" to the board. The fluid exit velocity is important for producing high quality droplets and depends on the fluid viscosity and momentum transmission. If the amount of momentum transmitted is too small, fluid ejection from the dispensing orifice will be too slow to be separated from the orifice and free-flying droplets will not be formed. Also, if there is a loss in the fluid system, a pressure drop may occur and the transmission of momentum to the fluid may be reduced. Such losses include the generation of bubbles in the injection chamber, the length of the path from the injection chamber to the dispensing orifice, folding or perpendicularity, the elasticity or compressibility of the fluid, or the flow of fluid in the opposite direction of the orifice, etc. Can be the cause. Also, if a very small amount of viscous fluid droplets of less than 50 nl is desired, a very small dispensing orifice is usually required of less than 200 μm. The pressure drop due to the viscous fluid flowing through this small orifice reduces the fluid exit velocity and increases the likelihood that free flying droplets will not be formed. Alternatively, if the momentum is transmitted excessively, the exit velocity of the fluid through the dispensing orifice can become very high and undesirable conditions can occur. If the exit velocity is too high, the fluid will collide with the substrate at high speed, causing the droplets to be crushed and possibly jumping up, degrading quality and forming a tiny satellite-like droplet that surrounds the central droplet. There is a possibility. According to the method and apparatus described above, an injection pressure that is sufficient to form a given droplet and large enough to eject as a droplet, while sufficiently small to avoid splashing on the substrate is stable. Realized.

本明細書における再充填サイクルは、液滴の噴射前または噴射中の噴射チャンバアセンブリへの流体の流れ込みである。噴射液滴の体積と再充填の体積とは、安定した噴射動作のために不変を維持する必要がある。理想的には、再充填の体積が噴射液滴の体積と厳密に等しいものとする。再充填の体積が前回の噴射液滴の体積よりも小さいと、次の噴射液滴が小さくなってしまい、安定した液滴が得られず、品質が低下してしまう。このような再充填体積の「不足」が継続すると、噴射に流体が足りなくなって、最終的には液滴を生成できなくなる。一方、再充填の体積が前回の噴射液滴の体積よりも大きいと、次の液滴が大きくなってしまい、安定した液滴が得られず、品質が低下してしまう。噴射チャンバの「過充填」の場合は、噴射の前に流体がオリフィスから流れ出る可能性があり、この分注オリフィス上の過剰な流体が液滴の形成を妨げることになる。過充填が起こると、オリフィスの外部に流体が粘着し、大きな流体プールが形成されてしまい、自由飛行液滴は形成されなくなる。したがって、高品質の噴射を生成する再充填体積の特定の範囲が存在する。再充填の体積を正確に調整できる本明細書に記載の方法および装置は、再現可能な高品質の噴射液滴を生成するのに有用である。   The refill cycle herein is the flow of fluid into the jet chamber assembly before or during jetting of droplets. The volume of ejected droplets and the volume of refill must remain unchanged for stable ejection operation. Ideally, the refill volume should be exactly equal to the volume of the ejected droplets. If the refill volume is smaller than the previous ejected droplet volume, the next ejected droplet will be smaller, and a stable droplet will not be obtained, resulting in reduced quality. If this “insufficiency” of the refill volume continues, there will be insufficient fluid for jetting and eventually no droplets can be generated. On the other hand, if the refill volume is larger than the previous ejected droplet volume, the next droplet becomes large, a stable droplet cannot be obtained, and the quality deteriorates. In the case of an “overfill” of the injection chamber, fluid may flow out of the orifice prior to injection, and excess fluid on the dispense orifice will prevent droplet formation. When overfilling occurs, the fluid sticks to the outside of the orifice, forming a large fluid pool and free flying droplets are not formed. Thus, there is a specific range of refill volume that produces a high quality jet. The methods and apparatus described herein that can accurately adjust the refill volume are useful in producing reproducible high quality jet droplets.

遠隔容器から噴射チャンバまで粘性流体を効率的に移動させるには、流体を加圧する必要がある。往復式のソレノイドバルブ等の常閉噴射チャンバへの流体供給には、単純な加圧容器が用いられることが多い。噴射チャンバの再充填は、噴射サイクルと同時に行われる。あるいは、必要に応じて流体を供給可能なオージェポンプ等のポンプ装置であれば、噴射サイクルとは独立に圧力下で流体を噴射チャンバに供給できる。場合によっては、高架容器からの流体の重力による圧力で十分である。本明細書に開示の方法および装置は、噴射チャンバ12への加圧流を採用し、当該チャンバを充填する好適な機構を開示している。   In order to efficiently move the viscous fluid from the remote container to the injection chamber, the fluid needs to be pressurized. A simple pressurized container is often used for supplying fluid to a normally closed injection chamber such as a reciprocating solenoid valve. The injection chamber is refilled simultaneously with the injection cycle. Or if it is pump apparatuses, such as an Auger pump which can supply a fluid as needed, a fluid can be supplied to an injection chamber under pressure independently of an injection cycle. In some cases, the gravitational pressure of the fluid from the elevated container is sufficient. The methods and apparatus disclosed herein disclose a suitable mechanism that employs a pressurized flow to the injection chamber 12 and fills the chamber.

ダイヤフラム24、42は、チャンバ12に延入して充填中および噴射中にチャンネル22をそれぞれ開放および閉塞できるように、十分に薄く柔軟であるとともに、噴射中に20〜70サイクル/秒の間欠サイクルで100万サイクルにわたって動作するのに十分な耐久性を有するのが好ましい。ダイヤフラム24、42の可撓性、チャンバ12、46、48の形状、およびチャンネル22、50の位置は、各ダイヤフラムが動作中にチャンネル22、50を閉塞するように選択するのが好ましい。また、ダイヤフラム24は、噴射中にチャンネル22を超えて流出管16側へ所定の距離だけ延びることにより、オリフィス18から所定の体積を噴射する。ダイヤフラム42は、噴射ステップにおいて、チャンネル22から流出管16までのチャンバ12を形成している側面に接触すると都合が良い。チャンネル22は、噴射する所定の体積がチャンネル22の隣接縁部とチャンバ12および流出管16の連接点との間に配置されるように、チャンバ12に対して配置される。また、ダイヤフラム24の上面には、マニホールド108とノズルプレート14間に気密シールを形成する際に役立つリブ124等のシール部を設けるのが好ましい。   The diaphragms 24, 42 are thin and flexible enough to extend into the chamber 12 and open and close the channel 22 during filling and injection, respectively, and intermittent cycles of 20-70 cycles / second during injection. It is preferably durable enough to operate over 1 million cycles. The flexibility of the diaphragms 24, 42, the shape of the chambers 12, 46, 48, and the location of the channels 22, 50 are preferably selected so that each diaphragm closes the channels 22, 50 during operation. Further, the diaphragm 24 injects a predetermined volume from the orifice 18 by extending a predetermined distance beyond the channel 22 toward the outflow pipe 16 during the injection. Conveniently, the diaphragm 42 contacts the side forming the chamber 12 from the channel 22 to the outlet pipe 16 during the injection step. The channel 22 is positioned relative to the chamber 12 such that a predetermined volume to be sprayed is positioned between the adjacent edge of the channel 22 and the junction of the chamber 12 and the outflow tube 16. Further, it is preferable to provide a seal portion such as a rib 124 useful for forming an airtight seal between the manifold 108 and the nozzle plate 14 on the upper surface of the diaphragm 24.

流出管16は、筒状であるのが好ましく、安定かつ正確な噴射液滴32を維持しつつ、粘性材料の噴射体積を収容するのに十分な大きさであるのが好ましい。また、流出管16は、鋭い縁部や切れ目を持たず、噴射チャンバ12の中心にあって、直線経路を提供するとともに噴射中の流れ抵抗が最小となるようにすると都合が良い。さらに、同じ理由で、空気管28の縦軸と一直線であるのが好ましい。流出管16の長さは口径によって異なり、両者とも、管の体積が最小でも噴射チャンバ12の体積と等しくなるように選択する。これにより、最大の体積でも空間30が噴射チャンバ12に進入しないようにできる。流出管16の体積は、噴射チャンバ12の体積の150%超を含むような大きさとするのが好ましい。また、流出管16は、ニードル20、ディスク19内のオリフィス18、およびノズルプレート14に接触するOリングシール130を備えた取り外し可能なノズルアセンブリ122に含まれていてもよく、これにより、空気を閉じ込めて噴射中の効率を低減させる切れ目や死角を最小限に抑えてニードル20と噴射チャンバ12との位置合わせに寄与しつつ、流体密封シールを提供する。あるいは、噴射チャンバ12、流出管16、ニードル20、およびオリフィス18を使い捨て式となるように一体物として製造することにより、ノズルプレート14とノズルアセンブリ122間の界面をなくすこともできる。ノズルアセンブリとしては様々なものが知られており、上記の噴射機構、ポンプ、およびプロセスは、様々なノズルアセンブリおよびオリフィス設計とともに使用可能である。   The outflow tube 16 is preferably cylindrical and is preferably large enough to accommodate a jetted volume of viscous material while maintaining a stable and accurate jetted droplet 32. It is also convenient for the outflow tube 16 to have no sharp edges or cuts, be in the center of the injection chamber 12, provide a straight path, and minimize flow resistance during injection. Furthermore, for the same reason, it is preferable to be in line with the longitudinal axis of the air tube 28. The length of the outflow tube 16 depends on the diameter, and both are selected to be equal to the volume of the injection chamber 12 at a minimum. This prevents the space 30 from entering the injection chamber 12 even at the maximum volume. The volume of the outflow tube 16 is preferably sized to include more than 150% of the volume of the injection chamber 12. The outflow tube 16 may also be included in a removable nozzle assembly 122 with an needle 20, an orifice 18 in the disk 19, and an O-ring seal 130 that contacts the nozzle plate 14, thereby allowing air to flow. A fluid tight seal is provided while contributing to alignment of the needle 20 and the injection chamber 12 with a minimum of cuts and blind spots that confine and reduce efficiency during injection. Alternatively, the interface between the nozzle plate 14 and the nozzle assembly 122 can be eliminated by manufacturing the injection chamber 12, the outflow tube 16, the needle 20, and the orifice 18 as a single piece so as to be disposable. Various nozzle assemblies are known, and the injection mechanisms, pumps, and processes described above can be used with various nozzle assemblies and orifice designs.

噴射チャンバ12における流入チャンネル22の位置は、急速に高圧状態を生成するのに体積変位36が十分な大きさとなるように流出管16に対して決定し、体積変位36が噴射チャンバの体積の少なくとも5%となるように配置するのが好ましい。流入チャンネル22、50は、ダイヤフラム24、42を変形または切断するような鋭い縁部がなく、空気の閉じ込めまたは流体中の溶解空気の核形成部位としての動作が可能なチャンネル22、50の経路に沿った切れ目が最小限となるように形成する。   The position of the inflow channel 22 in the injection chamber 12 is determined relative to the outflow tube 16 such that the volume displacement 36 is large enough to rapidly create a high pressure condition, the volume displacement 36 being at least the volume of the injection chamber. It is preferable to arrange so as to be 5%. The inflow channels 22, 50 do not have sharp edges that deform or cut the diaphragms 24, 42, and are in the path of the channels 22, 50 that can act as an air confinement or nucleation site for dissolved air in the fluid. It is formed so that the cut along the line is minimized.

空気管28は、噴射チャンバの中心にあるのが好ましく、高圧空気が効率的に流れてダイヤフラム24に衝突できるほど十分に大きいが、再充填サイクルにおいてはダイヤフラム24が空気管28内へと実質的に撓むことができないほど十分に小さい。また、流出管16の直径以下の大きさであるのが好ましい。流体管52、54も同様な構成であるが、流出管16の直径を制限する必要はない。   The air tube 28 is preferably in the center of the injection chamber and is large enough to allow high pressure air to flow efficiently and impinge on the diaphragm 24, but the diaphragm 24 substantially enters the air tube 28 during a refill cycle. It is small enough that it cannot flex. Moreover, it is preferable that it is the magnitude | size below the diameter of the outflow tube 16. FIG. The fluid pipes 52 and 54 have the same configuration, but it is not necessary to limit the diameter of the outflow pipe 16.

溶解空気を取り込んだ実質的に濃い流体を噴射する際、空気チャンネル118および空気管28と連通した排気チャンネル120は、小さくすることによって再充填サイクル中の噴射チャンバの減圧速度を制限するとともに、流体からの空気を閉じ込めたり促進したりすることのないように十分低速で空間30を形成可能とすると都合が良い。実質的に濃い流体すなわち溶解空気を取り込んでいない流体を噴射する際は、排気チャンネル120を大きくすることによって噴射チャンバの急速な減圧を可能とするのが好ましく、真空源と接続されて減圧速度を実質的に向上することにより、再充填サイクルを高速化できると都合が良い。あるいは、濃い流体を噴射する際は、強制要素に挿入部を取り付けたダイヤフラムを用いることにより、ダイヤフラムを双方向に駆動させて再充填を高速化できるようにしてもよい。チャンバ46、48に付随するチャンネルは、同様または類似の構成および設計思想を有する。   When injecting a substantially dense fluid incorporating dissolved air, the exhaust channel 120 in communication with the air channel 118 and the air tube 28 limits the pressure reduction rate of the injection chamber during the refill cycle by reducing the fluid flow. It is convenient if the space 30 can be formed at a sufficiently low speed so as not to trap or promote air from the air. When injecting a substantially dense fluid, i.e. a fluid that has not taken up dissolved air, it is preferable to allow the decompression chamber 120 to be rapidly depressurized by increasing the exhaust channel 120 and connected to a vacuum source to increase the depressurization rate. It would be advantageous to be able to speed up the refill cycle by substantially improving. Alternatively, when a dense fluid is ejected, a diaphragm having an insertion portion attached to a forcing element may be used so that the diaphragm can be driven in both directions so that refilling can be speeded up. The channels associated with the chambers 46, 48 have a similar or similar configuration and design concept.

噴射チャンバ12は、チャンバ内の動的な流体シールを要する可動機械要素を支持するのに詳細な機械構造を必要としないため、噴射チャンバアセンブリ10全体の複雑性は大幅に低減され、総製造コストが低減されるとともに効率的な洗浄が可能となる。さらに、噴射チャンバアセンブリ10は、使い捨て式となるようにプラスチックで製造可能であり、洗浄が不要となる。   Since the injection chamber 12 does not require detailed mechanical structure to support moving mechanical elements that require a dynamic fluid seal within the chamber, the overall complexity of the injection chamber assembly 10 is greatly reduced, resulting in a total manufacturing cost. Is reduced and efficient cleaning becomes possible. Furthermore, the injection chamber assembly 10 can be made of plastic so as to be disposable and does not require cleaning.

マイクロメータ架台104の中に配置されたマイクロメータ102は、ダイヤフラム24の平面上の中心にあるか、または平面と垂直であって、スプリングアセンブリ106を撓ませることによりダイヤフラム24上に圧縮負荷を生成するのが好ましい。ダイヤフラム24は、マニホールド108との間に気密シールを形成するとともに、ノズルプレート14との間に流体密封シールを形成する。密封に必要な最小限を超えるダイヤフラムの負荷を追加することにより、第2の流体チャンバ46の体積を調整して再充填の体積を徐々に調整することもできる。これにより、噴射液滴の体積および品質を変化させることができる。圧縮負荷は、適所に係止して液滴噴射時に変化しないようにすると都合が良い。マイクロメータ102によって調整可能なスプリング106の圧縮により、ダイヤフラム24(および42)に印加される密封力を微調整可能となるため、微量の噴射流体32の安定化に役立つ。この調整可能なスプリングの圧縮負荷は、通常の製造プロセスで発生するダイヤフラム24の厚さ、硬度、または材料の変動を許容できるものであれば、アセンブリの堅牢性が向上して都合が良い。   Micrometer 102 located within micrometer mount 104 is centered on the plane of diaphragm 24 or perpendicular to the plane and creates a compressive load on diaphragm 24 by deflecting spring assembly 106. It is preferable to do this. The diaphragm 24 forms an airtight seal with the manifold 108 and a fluid tight seal with the nozzle plate 14. By adding a diaphragm load above the minimum required for sealing, the volume of the second fluid chamber 46 can be adjusted to gradually adjust the refill volume. Thereby, the volume and quality of the ejected droplet can be changed. The compression load is conveniently locked in place so that it does not change during droplet ejection. The compression of the spring 106 that can be adjusted by the micrometer 102 makes it possible to finely adjust the sealing force applied to the diaphragm 24 (and 42), which helps stabilize a small amount of the jet fluid 32. This adjustable spring compression load is advantageous to improve assembly robustness if it can tolerate variations in the thickness, hardness, or material of the diaphragm 24 that occur in normal manufacturing processes.

基本的な噴射アセンブリは、1または複数の小さなチャンバ12、46、48を含むノズルプレート14、チャンバの対応位置に通じる空気チャンネルを備えた空気マニホールド26、108、およびプレート14とマニホールド間に挟まれた可撓性ダイヤフラム24、42で構成されている。ノズルプレートおよびそれに付随するノズルアセンブリ122は、ダイヤフラムと同様に、容易に交換可能である。このように交換が容易であることから、生物学的用途の必要に応じて噴射流体を交換し、汚染を回避することが容易になる。また、ニードルを容易に詰まらせたり、消耗するよりも早く劣化に至る粘性材料の必要に応じて、ノズルを交換することが容易になる。チャンバ12、46、48、流体管22、50、および流出管16に含まれる流体の体積は実質的に微小であるため、生物学的用途に用いられる高価な流体の損失を最小限に抑えることができる。   The basic injection assembly includes a nozzle plate 14 containing one or more small chambers 12, 46, 48, an air manifold 26, 108 with air channels leading to corresponding positions in the chamber, and sandwiched between the plate 14 and the manifold. And flexible diaphragms 24 and 42. The nozzle plate and associated nozzle assembly 122 are easily replaceable, as is the diaphragm. Thus, since exchange is easy, it becomes easy to change a jet fluid as needed for biological use, and to avoid contamination. It also makes it easier to replace the nozzle as needed for a viscous material that degrades faster than it can easily clog or wear out the needle. The volume of fluid contained in chambers 12, 46, 48, fluid tubes 22, 50, and outflow tube 16 is substantially small, minimizing the loss of expensive fluids used in biological applications. Can do.

上記の説明は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。上記の開示内容により、当業者であれば、ダイヤフラム24、42の様々な変形方法およびノズルアセンブリ122の様々な設計等、本明細書に開示した本発明の精神と範囲に含まれる種々変形を考案可能である。さらに、本明細書に開示の実施形態に係る種々特徴は、単独または様々に組み合わせて使用可能であり、本明細書に記載の特定の組み合わせに限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲は、上記の実施形態によって制限されるものではない。   The above description is only an example, and the present invention is not limited to this. Based on the above disclosure, those skilled in the art will devise various modifications within the spirit and scope of the present invention disclosed herein, such as various modifications of the diaphragms 24, 42 and various designs of the nozzle assembly 122. Is possible. Further, various features according to the embodiments disclosed herein may be used alone or in various combinations and are not limited to the specific combinations described herein. Therefore, the scope of the claims is not limited by the above embodiment.

Claims (35)

射出機構が駆動された場合に噴射ニードルから微量の高粘性材料を急速に分注する装置において、
対向する第1および第2の面を有し、噴射チャンバが当該第1の面に形成され、当該噴射チャンバが側面、開口上面、および前記ニードルに接続されるように構成された当該第2の面上の出口と流体連通した開口を有する底面を有するノズルプレートであって、前記第1の面に形成され、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、当該噴射チャンバの底面の前記開口までは延びていないノズルプレートと、
前記流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ前記噴射チャンバ内へと変形するとともに、当該噴射チャンバの上面上に流体シールを提供するのに十分柔軟な可撓性ダイヤフラムと、前記ノズルプレートと協働して当該ノズルプレートとの間で前記ダイヤフラムを圧縮するために設けられ、前記噴射チャンバの上面と並んだ開口を有し、当該開口が前記射出機構と十分連通したことにより、当該射出機構が駆動された場合に当該噴射チャンバの上面上のダイヤフラムが変形可能である支持構造と、
前記ダイヤフラムおよび前記ノズルプレートを十分な力で一体的に保持することにより、前記噴射チャンバの上面に流体シールを提供する機構と
を備えた装置。
In a device that rapidly dispenses a small amount of highly viscous material from an injection needle when the injection mechanism is driven,
The second surface having first and second surfaces opposed to each other, wherein the injection chamber is formed on the first surface, and the injection chamber is configured to be connected to the side surface, the upper opening surface, and the needle. A nozzle plate having a bottom surface having an opening in fluid communication with an outlet on the surface, the nozzle plate having an inflow channel formed in the first surface and in fluid communication with the injection chamber, wherein the inflow channel of the injection chamber A nozzle plate that has entered the side but does not extend to the opening in the bottom of the injection chamber;
A flexible diaphragm that deforms into the injection chamber a sufficient distance to occlude the inflow channel and that is soft enough to provide a fluid seal on the upper surface of the injection chamber, and the nozzle plate. Provided to compress the diaphragm between itself and the nozzle plate, and has an opening aligned with the upper surface of the injection chamber, and the opening mechanism is sufficiently communicated with the injection mechanism. A support structure in which the diaphragm on the top surface of the injection chamber is deformable when driven;
A mechanism for providing a fluid seal on the upper surface of the ejection chamber by holding the diaphragm and the nozzle plate together with sufficient force.
前記流入チャンネルが前記第1の面に形成され、前記機構が使用中に当該流入チャンネルとともに流体密封シールを提供するとともに、使用中に前記支持構造とともに気密シールを提供する、請求項1に記載の装置。 The inflow channel is formed in the first surface, and the mechanism provides a fluid tight seal with the inflow channel during use and an airtight seal with the support structure during use. apparatus. 前記第1の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
容器チャンバを流体容器と流体連通させる第1のチャンネルであって、前記可撓性ダイヤフラムが前記流入チャンネルおよび前記計量チャンバ上に延び、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバ内へと変形するのに十分柔軟な第1のチャンネルと
を具備する計量装置をさらに備えた、請求項1に記載の装置。
A metering chamber formed on the first surface, having an open top surface facing the side surface and the closed bottom surface, and wherein the inflow channel is in fluid communication;
A first channel that fluidly communicates a container chamber with a fluid container, the flexible diaphragm extending over the inflow channel and the metering chamber, a distance sufficient to occlude the inflow channel in the metering chamber The apparatus of claim 1, further comprising a metering device comprising a first channel that is sufficiently flexible to deform into the metering chamber.
前記第1の面に形成され、側面および底面に対向する開口上面を有し、当該装置が分注する高粘性材料の供給源と流体連通されるように構成された容器チャンバと、
前記第1の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記第1の面に形成され、前記容器チャンバと前記計量チャンバとを流体連通させる第1のチャンネルであって、当該容器チャンバおよび当該計量チャンバと流体連通した第1のチャンネルと、
前記第1のチャンネル、前記流入チャンネル、前記計量チャンバ、および前記容器チャンバの上に延びた前記可撓性ダイヤフラムであって、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するとともに、当該計量チャンバおよび当該容器チャンバで当該第1のチャンネルの第1および第2の端部を閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバおよび当該容器チャンバ内へと変形するのに十分柔軟なダイヤフラムと
を具備する2チャンバ計量装置をさらに備えた、請求項1に記載の装置。
A container chamber formed on the first surface and having an open top surface facing the side surface and the bottom surface, the container chamber configured to be in fluid communication with a source of high viscosity material dispensed by the device;
A metering chamber formed on the first surface, having an open top surface facing the side surface and the closed bottom surface, and wherein the inflow channel is in fluid communication;
A first channel formed in the first surface and in fluid communication between the container chamber and the metering chamber, the first channel in fluid communication with the container chamber and the metering chamber;
The flexible diaphragm extending over the first channel, the inflow channel, the metering chamber, and the container chamber, wherein the metering chamber closes the inflow channel, and the metering chamber and the container A two-chamber metering comprising a diaphragm flexible enough to deform into the metering chamber and the container chamber a distance sufficient to occlude the first and second ends of the first channel in the chamber The apparatus of claim 1, further comprising an apparatus.
前記ダイヤフラムが使用中に前記流入チャンネルに延入するように当該ダイヤフラムの可撓性および当該流入チャンネルの幅が選択される、請求項3に記載の装置。 4. The apparatus of claim 3, wherein the diaphragm flexibility and the width of the inflow channel are selected such that the diaphragm extends into the inflow channel during use. 前記ダイヤフラムに付勢され、当該ダイヤフラムと前記計量チャンバの底面との間の体積を変化させる計量用突起をさらに備えた、請求項3に記載の装置。 The apparatus of claim 3, further comprising a metering protrusion biased by the diaphragm to change a volume between the diaphragm and a bottom surface of the metering chamber. 前記射出機構が、前記流入チャンネルと前記出口と流体連通した前記噴射チャンバの底面との間で当該噴射チャンバの側面と接触するように前記ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項1に記載の装置。 The injection mechanism generates a force that sufficiently deforms the diaphragm to contact a side surface of the injection chamber between the inflow channel and the bottom surface of the injection chamber in fluid communication with the outlet. The device described. 前記射出機構が、前記出口と前記噴射チャンバの底面との連接点で当該出口の一部に前記ダイヤフラムを押し込むように当該ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the injection mechanism generates a force that sufficiently deforms the diaphragm to push the diaphragm into a portion of the outlet at a junction of the outlet and the bottom surface of the injection chamber. 前記ダイヤフラムが弛緩形態となった場合に前記噴射チャンバ上に位置する硬化インサートを当該ダイヤフラムが有する、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the diaphragm has a hardened insert located on the injection chamber when the diaphragm is in a relaxed configuration. 前記ダイヤフラムが使用中に非噴射形態となった場合に前記噴射チャンバ上に設けられるとともに一部が延入する肥厚突起を当該ダイヤフラムが有する、請求項1に記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the diaphragm has a thickening protrusion provided on the injection chamber and partially extending when the diaphragm is in a non-injection configuration during use. 前記射出機構が、前記ダイヤフラムが前記噴射チャンバの側面に接触するように当該噴射チャンバ上で当該ダイヤフラムに衝撃を与えて当該ダイヤフラムを当該噴射チャンバに押し込む中実突起を具備する、請求項1に記載の装置。 2. The injection mechanism according to claim 1, wherein the injection mechanism includes a solid protrusion that impacts the diaphragm on the injection chamber and pushes the diaphragm into the injection chamber such that the diaphragm contacts the side surface of the injection chamber. Equipment. 前記ノズルプレートと前記支持構造間に配置されて当該ノズルプレートおよび支持構造を相対的に運動させるとともに、前記ダイヤフラムの圧縮を変化させる位置調整機構をさらに備えた、請求項1に記載の装置。 The apparatus according to claim 1, further comprising a position adjusting mechanism that is disposed between the nozzle plate and the support structure to move the nozzle plate and the support structure relative to each other and change compression of the diaphragm. 前記調整機構が相対運動の量を変化させる回転螺子部材を具備する、請求項12に記載の装置。 The apparatus of claim 12, wherein the adjustment mechanism comprises a rotating screw member that varies the amount of relative motion. 前記噴射チャンバの出口と流体連通し、前記流入チャンネルの底面と前記出口および当該噴射チャンバの交点との間で測定された当該噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する前記噴射ニードルをさらに備えた、請求項1に記載の装置。 The injection needle in fluid communication with the outlet of the injection chamber and having a volume greater than the volume of the injection chamber measured between the bottom surface of the inflow channel and the intersection of the outlet and the injection chamber; The apparatus of claim 1. 高粘性流体を噴射する装置に使用するノズルプレートであって、当該装置が使用中に高粘性材料を噴射する射出機構および噴射ニードルならびに当該ノズルプレートに接続されるように構成された接続端部を有し、当該ニードルが縦軸を有するノズルプレートにおいて、
対向する第1および第2の面を有し、噴射チャンバが当該第1の面に形成され、当該噴射チャンバが使用中に前記縦軸を取り囲む側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第2の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記ニードルの接続端部を受けるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射チャンバの縦軸と実質的に一直線となる縦軸を有するプレートであって、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第1の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が最小射出可能体積を規定しており、当該部分が当該流入チャンネルの底面と当該側面および出口の連接点との間に設けられ、当該射出可能体積がおよそ1μl未満であるプレートを備えたノズルプレート。
A nozzle plate for use in an apparatus for injecting a highly viscous fluid, the apparatus including an injection mechanism and an injection needle for injecting a highly viscous material during use, and a connection end configured to be connected to the nozzle plate. A nozzle plate having a longitudinal axis of the needle,
A first side and a second side opposite to each other, wherein a jet chamber is formed on the first side, and the jet chamber includes a side surface that surrounds the longitudinal axis during use, an opening top surface, and a bottom surface facing the top surface. An opening, wherein the bottom opening is in fluid communication with the outlet opening on the second surface and is configured to receive the connecting end of the needle during use, the outlet being disposed longitudinally of the injection chamber during use. A plate having a longitudinal axis substantially in line with the shaft, the first surface having an inflow channel in fluid communication with the ejection chamber, the inflow channel entering a side surface of the ejection chamber However, it does not extend to the continuous contact between the chamber side surface and the outlet, and a part of the injection chamber defines a minimum injectable volume, and the part is the bottom surface of the inflow channel, the side surface, and the outlet. Is provided between the coupling point, a nozzle plate having a plate the injectable volume of less than about 1 [mu] l.
前記第1の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバをさらに備えた、請求項15に記載のノズルプレート。 The nozzle plate according to claim 15, further comprising a metering chamber formed on the first surface and having an open top surface facing the side surface and the closed bottom surface, and the inflow channel is in fluid communication. 前記プレートの第1の面に形成され、開口上面および底面を有し、当該プレートの第1の面に形成された第1のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記プレートに形成された第2のチャンネルと流体連通するとともに使用中に流体容器と流体連通されるように構成された先端部を有し、前記噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する容器チャンバをさらに備えた、請求項16に記載のノズルプレート。 A container chamber formed on a first surface of the plate, having an open top surface and a bottom surface and in fluid communication with the metering chamber via a first channel formed in the first surface of the plate; A container chamber having a tip that is in fluid communication with a second channel formed in the plate and in fluid communication with a fluid container during use, the container chamber having a volume greater than the volume of the injection chamber; The nozzle plate according to claim 16, further comprising: 射出機構と、縦軸および使用中に高粘性材料を噴射する出口を有する噴射ニードルとを有する高粘性噴射装置に使用するノズルプレートサブアセンブリにおいて、
対向する第1および第2の面を有し、噴射チャンバが当該第1の面に形成され、側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第2の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記噴射ニードルと流体連通されるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射ニードルの縦軸と実質的に一直線となるとともに前記第1の面と実質的に垂直となる縦軸を有するノズルプレートであって、前記ノズルプレートが前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第1の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が材料の射出可能体積をおよそ1μl以下に規定しているノズルプレートと、
前記第1の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有するとともにおよそ1μl以下の体積を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルを覆うように前記第1の面上に十分適合する大きさの可撓性ダイヤフラムであって、対向する第1および第2の面を有し、当該第2の面が使用中に前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルとともに流体密封シールを形成するとともに、使用中に接触面とともに気密シールを形成するように構成されている可撓性ダイヤフラムと
を備えたノズルプレートサブアセンブリ。
In a nozzle plate subassembly for use in a high viscosity injection device having an injection mechanism and an injection needle having a longitudinal axis and an outlet for injecting high viscosity material during use.
The injection chamber is formed on the first surface, and has a side surface, an upper surface of the opening, and an opening on the bottom surface facing the upper surface, and the bottom surface opening is the second surface. And in fluid communication with the injection needle during use, the outlet being substantially in line with the longitudinal axis of the injection needle during use and the first A nozzle plate having a longitudinal axis substantially perpendicular to the surface of the nozzle, the nozzle plate having an inflow channel in fluid communication with the injection chamber in the first surface, the inflow channel being in the injection chamber. Nozzle plate which has entered the side surface but does not extend to the continuous contact point between the side surface of the chamber and the outlet, and a part of the injection chamber defines an injectable volume of the material to about 1 μl or less. And,
A metering chamber formed on the first surface, having an open top surface facing the side surface and the closed bottom surface, and having a volume of about 1 μl or less, wherein the inflow channel is in fluid communication;
A flexible diaphragm large enough to fit over the first surface to cover the injection chamber, the metering chamber, and the inflow channel, and having opposing first and second surfaces; The second surface is configured to form a fluid tight seal with the jet chamber, the metering chamber, and the inflow channel during use and to form an air tight seal with the contact surface during use Nozzle plate subassembly with diaphragm.
前記ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に延入して、サブアセンブリを用いた高粘性流体の噴射中の前記流入チャンネルおよび前記噴射チャンバの体積を低減するように、当該流入チャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項18に記載のノズルサブアセンブリ。 The inflow channel to extend when the diaphragm is pressed against the nozzle plate during use to reduce the volume of the inflow channel and the injection chamber during the injection of high viscosity fluid using a subassembly The nozzle subassembly of claim 18, wherein is sized relative to the diaphragm and its material. 前記第1の面に形成され、側面および開口上面に対向する底面を有し、当該第1の面に形成された第1のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記ノズルプレートの外部と流体連通した流入端部を有する第2のチャンネルと流体連通しており、当該流入端部がサブアセンブリの使用中に流体容器と流体連通されるように構成されている容器チャンバをさらに備えた、請求項19に記載のノズルサブアセンブリ。 A container chamber formed on the first surface, having a side surface and a bottom surface facing the upper surface of the opening, and in fluid communication with the metering chamber via a first channel formed on the first surface; A container in fluid communication with a second channel having an inflow end in fluid communication with the exterior of the nozzle plate, the inflow end being in fluid communication with a fluid container during use of the subassembly. The nozzle subassembly of claim 19, further comprising a chamber. 前記ダイヤフラムが前記容器チャンバおよび第1のチャンネルを覆い、これらとともに流体密封シールを提供し、当該ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に前記流入チャンネルおよび第1のチャンネルに延入してこれらチャンネルを通過する流体の流れを制限するように、当該流入チャンネルおよび第1のチャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項20に記載のノズルサブアセンブリ。 The diaphragm covers the container chamber and the first channel and provides a fluid tight seal therewith and extends into the inflow channel and the first channel when the diaphragm is pressed against the nozzle plate during use. 21. The nozzle subassembly of claim 20, wherein the inflow channel and the first channel are sized relative to the diaphragm and its material so as to restrict fluid flow through the channels. 前記ノズルプレートに接触した前記第2の面が実質的に平坦であり、前記第1の面が凸状のシール面を含む、請求項20に記載のノズルサブアセンブリ。 21. The nozzle subassembly of claim 20, wherein the second surface in contact with the nozzle plate is substantially flat and the first surface includes a convex sealing surface. 側面、可撓性ダイヤフラムが覆う開口上面、および噴射ニードルと流体連通した底面の出口を有する噴射チャンバ内へと当該ダイヤフラムを変形させる射出機構によって当該噴射ニードルの出口から微量の高粘性材料を分注する方法において、
前記噴射ニードル、前記出口、および前記噴射チャンバを共通の縦軸上に配置するステップと、
前記噴射チャンバの側面と流体連通した流入チャンネルであって、当該チャンバ側面とチャンバ出口との連接点までは延びていない流入チャンネルを配置するステップと、
前記流入チャンネルを介して高粘性流体を前記噴射チャンバに押し込むステップと、
前記ニードルの出口から所定体積の材料を液滴として射出するのに十分な力により、前記流入チャンネルを閉塞するとともに前記出口との連接点に隣接するチャンバ側面に接触するのに十分な距離だけ当該チャンバ側面に対して前記可撓性ダイヤフラムを前記噴射チャンバ内へと変形させるステップと
を含む方法。
A small amount of high-viscosity material is dispensed from the outlet of the injection needle by an injection mechanism that deforms the diaphragm into the injection chamber having a side, an open top surface covered by a flexible diaphragm, and a bottom outlet in fluid communication with the injection needle. In the way to
Placing the injection needle, the outlet, and the injection chamber on a common longitudinal axis;
Disposing an inflow channel in fluid communication with a side surface of the ejection chamber that does not extend to a communication contact between the chamber side surface and the chamber outlet;
Pushing a highly viscous fluid into the injection chamber via the inflow channel;
A force sufficient to eject a predetermined volume of material as a droplet from the outlet of the needle is sufficient to close the inflow channel and to contact the side of the chamber adjacent to the continuous contact with the outlet. Deforming the flexible diaphragm into the injection chamber relative to a chamber side.
前記流入チャンネルが前記噴射チャンバと同じ面に形成されるとともに当該チャンネルの長さ方向に沿って当該面上に開口しており、前記ダイヤフラムが当該チャンネル開口の長さ方向に沿ってシールされており、前記押し込みステップにおいて当該流入チャンネルを介して当該噴射チャンバに押し込まれた流体の体積を変化させるように、当該チャンネル開口の長さ方向および当該チャンバの上面に対して十分付勢されている、請求項23に記載の方法。 The inflow channel is formed on the same surface as the injection chamber and opens on the surface along the length direction of the channel, and the diaphragm is sealed along the length direction of the channel opening. Being biased sufficiently with respect to the length of the channel opening and the top surface of the chamber so as to change the volume of fluid pushed into the ejection chamber through the inflow channel in the pushing step. Item 24. The method according to Item 23. 前記チャンバ出口が筒状チャンネルを備え、前記変形ステップにおいて、前記チャンバ側面とチャンバ出口との連接点を越えて前記流出チャンネルに進入するように前記ダイヤフラムが変形される、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the chamber outlet comprises a cylindrical channel, and wherein in the deforming step, the diaphragm is deformed so as to enter the outlet channel beyond the junction of the chamber side and the chamber outlet. . 前記ダイヤフラムを所定量だけ圧縮して前記射出液滴の体積を変化させるステップをさらに含む、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, further comprising compressing the diaphragm by a predetermined amount to change the volume of the ejected droplet. 前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が圧搾空気を含む、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the injection mechanism that deforms the diaphragm comprises compressed air. 前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が、前記チャンバ側面に対して当該ダイヤフラムを押し付ける中実体により当該ダイヤフラムに物理的な衝撃を与えることを含む、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the injection mechanism that deforms the diaphragm includes physically impacting the diaphragm with a solid body that presses the diaphragm against the chamber side. 前記ダイヤフラムが前記流入チャンネルと前記出口との連接点に接触する、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the diaphragm contacts a contact point between the inflow channel and the outlet. 高粘性流体を噴射する装置において、
前記高粘性流体を保持するチャンバ手段と、
前記高粘性流体を前記チャンバ手段に搬送する流入チャンネル手段と、
噴射ニードルを介して十分な速度で前記高粘性材料を前記チャンバ手段から噴射することにより、およそ250nl未満の体積を有するとともに当該ニードルから噴射するのに十分な速度を有する高粘性流体の液滴を形成する手段と
を備えた装置。
In a device for jetting highly viscous fluid,
Chamber means for holding the highly viscous fluid;
Inflow channel means for conveying the highly viscous fluid to the chamber means;
By injecting the high viscosity material from the chamber means at a sufficient rate through an injection needle, a droplet of high viscosity fluid having a volume of less than about 250 nl and having a sufficient speed to be injected from the needle. A device comprising: means for forming.
前記噴射手段が可撓性ダイヤフラムを具備しており、当該ダイヤフラムを調整可能に圧縮して前記射出液滴の体積を変化させる手段をさらに備えた、請求項30に記載の装置。 31. The apparatus of claim 30, wherein the ejection means comprises a flexible diaphragm, and further comprises means for compressively compressing the diaphragm to change the volume of the ejected droplets. 前記噴射手段が、前記ダイヤフラムを前記チャンバ手段内へと変形させる空気圧機構をさらに具備する、請求項31に記載の装置。 32. The apparatus of claim 31, wherein the jetting means further comprises a pneumatic mechanism that deforms the diaphragm into the chamber means. 前記液滴の体積がおよそ100nl未満である、請求項32に記載の装置。 33. The apparatus of claim 32, wherein the droplet volume is less than approximately 100 nl. 前記噴射手段が、前記チャンバ手段と流体連通した出口の一部分の内部へとダイヤフラムを変形させる、請求項30に記載の装置。 31. The apparatus of claim 30, wherein the jetting means deforms the diaphragm into a portion of an outlet in fluid communication with the chamber means. 前記流入チャンネルを介して前記チャンバ手段に至る高粘性流体を計量する少なくとも1つのチャンバ手段をさらに備えた、請求項32
に記載の装置。
33. At least one chamber means for metering a highly viscous fluid that reaches the chamber means via the inlet channel.
The device described in 1.
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