JP2015505780A - 粉末ディスペンサ - Google Patents

Abstract

手動で発生させた圧力の下で固体材料を分配するためのポンプ・ディスペンサが構成され、ディスペンサは、収容容器内の固体材料をポンプで汲み上げ、機械的に攪拌することができる。結果として生じる分配される固体流体は、固体粒子の分布の均質性が高められ、より一様な懸濁された固体濃度を与えられる。

Description

本発明は、一般にはディスペンサに関し、より詳細には、容器の中から粉末などの固体粒子材料を効率的に分配するための配置を備えるディスペンサに関する。

液体手動ポンプ及び加圧ガスの吐出ディスペンサは、様々な用途において広く実装されているが、固体材料用のディスペンサはあまり一般的ではない。固体材料は液体材料に比べて、粘性、表面摩擦及び比重が高いという明白な課題に加えて、固体材料の吐出システムの設計は、分配の準備の際の収容される材料の流動性及び分散、並びに固体材料用の容器内での経時的な水分蓄積の影響などの環境条件の有無の材料の流動性に対する影響も熟慮しなければならない。こうした課題及び他の課題のために、固体材料ディスペンサを開発する試みは限られていた。

従来型の固体材料ディスペンサの利用の可能性における特有の短所は、比較的安価な消費者製品の収容、販売及び分配について有用であるように、装置を比較的安価に製造することである。現在入手可能な固体材料ディスペンサは、低コストの消費者製品について、特に使い捨ての消費者製品のディスペンサとして使用するには法外に費用がかかり、且つ／又は所望の量若しくは質の固体材料を一様に分配するのに効果的ではない。

固体材料の分配における従来型の１つの手法は、出口管路内への取込みのために、固体粒子材料を擬似懸濁液中に分散させる加圧されたガスに依存している。加圧されたガスは、使用者による手動のポンプ動作によって加圧された空気とすること、又は圧力下で別個の容器に放出可能に収容された空気若しくは他のガスとすることが可能である。使用者によるポンプ動作、若しくは別個の容器からの加圧されたガスの選択的な放出、又は両方が、固体材料を１つ又は複数の出口管路の中に追い込むように作用し、場合によっては、加圧されたガスの中で部分的に懸濁された状態にする。しかしながら、そうした従来型の手法は、既知の量の固体材料を出口管路へ送達する際に一様にならず、製品の比重、容器の中にとどまる製品の量、製品の流動性、及び容器内での製品の経時的な特性変化に基づいて変わりやすい。さらに、固体材料製品を散布及び分配するのに加圧された空気に依存する従来型のシステムは、既知の量及び質の製品を分散させ、一様に分配するには不適切であることが分かっている。

したがって、本発明の一目的は、１回のポンプ・サイクルごとに、既知の量の粉末などの溶解力のある粒子材料を分配するためのディスペンサ機構を提供することである。

本発明の他の目的は、各ポンプ・サイクルについて吐出内容物の均質性を効果的に維持する、固体粒子材料のディスペンサを提供することである。

本発明の他の目的は、容器中の固体材料製品を機械的に混合するための手動のポンプ機構を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、容器中の固体材料製品の環境暴露を制限するのに効果的なディスペンサ機構を提供することである。

本発明によって、固体材料を一様な質及び濃度で分配することが可能である。使い捨て及び他の比較的低コストの消費者製品の用途に有用であるように、そうした固体材料を分配するためのデバイスを経済的に製造することが可能である。

一実施例において、手動で発生させた圧力の下で材料を分配するための本発明のポンプ・ディスペンサは、材料を収容するための空洞を画定する容器と、ポンプ・チャンバ、ピックアップ・チャンバ及び分配チャンバを有する、空洞の中に位置決め可能なポンプ本体とを含む。ポンプ本体は、互いに垂直な軸方向及び半径方向を画定する中心軸線を有し、また空洞をピックアップ・チャンバと連通する取入れ口を含む。ポンプ・ディスペンサは、ポンプ・チャンバに位置決めされ、ポンプ本体に摺動可能に係合されたピストンを含む。ピストンは、ポンプ・チャンバ内で軸方向に移動可能であり、空気入口開口を含む。空気吸入弁が、ピストンの空気入口開口を通る空気流を調節する。ポンプ・ディスペンサは、マニピュレータ部でポンプ本体に取り外し可能に固定されたマニピュレータをさらに含み、マニピュレータは、取入れ口と協働して材料を取入れ口を通してピックアップ・チャンバの中に移動させるように構成された、遠位端を備えるアームを含む。アクチュエータ・ロッドは、マニピュレータを作動させ、それによってマニピュレータ・アームを動作させるように軸方向に移動可能である。

他の実施例において、本発明のポンプ・ディスペンサは、分配可能な材料を収容するための空洞を画定する容器と、空洞の中に位置決め可能であり、分配チャンバと流体連通可能なピックアップ・チャンバと流体連通可能であるポンプ・チャンバを有するポンプ本体とを含む。分配チャンバの少なくとも一部は、可撓性のある弾性部材の内腔によって画定される。ポンプ本体は、空洞をピックアップ・チャンバと連通する取入れ口、並びに互いに垂直な軸方向及び半径方向を画定する中心軸線をさらに含む。可撓性のある弾性部材は、ポンプ・チャンバがピックアップ・チャンバを通してのみ分配チャンバと流体連通可能であるように、分配チャンバをポンプ・チャンバから密封分離する。ポンプ・ディスペンサは、ポンプ・チャンバに位置決めされたピストンをさらに含み、ポンプ本体と摺動可能に係合される。ピストンは、分配可能な材料を分配チャンバを通して運ぶのに十分な程度まで空気流をピックアップ・チャンバに押し込むように、ポンプ・チャンバ内で第１の軸の方向に軸方向に移動可能である。

本発明のディスペンサの最上位置での断面図である。 図１Ａに示すディスペンサの最下位置での断面図である。 ポンプ・サイクルの上昇行程部分の間の、図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサの一部の拡大断面図である。 ポンプ・サイクルの下降行程部分の間の、図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサの一部の拡大断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサの一部の拡大断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサの一部の拡大断面図である。 ノズル部材が開放状態である、図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサ装置の一部の側面図である。 ノズル部材が閉鎖状態である、図１Ａ及び図１Ｂに示すディスペンサの一部の側面図である。 本発明のディスペンサの最上位置での断面図である。 図６Ａに示すディスペンサの最下位置での断面図である。 本発明のディスペンサの最上位置での断面図である。 図７Ａに示すディスペンサの最下位置での断面図である。 本発明のディスペンサの一部の拡大断面図である。

次に、目的及び目的と共にこれまで挙げた利点、特徴、並びに本発明によって提示される進歩を、添付図面を参照して記述される詳細な実施例に関して示すが、添付図面は、本発明の様々な実現可能な構成の代表的なものである。本発明の他の実施例及び態様が、当業者の理解の範囲内であることが認識される。

本発明に関する以下の記述において、用語「最上位置」及び「最下位置」、「上側」及び「下側」、又は同様の関連する用語は、ディスペンサの各構成要素部分及びそれらの相対位置を記述するために使用される。そうした用語は、図面に関してのみ使用され、動作時の各構成要素部分の絶対的な位置付けについて制限すると考えるべきではない。

次に各図面を参照するが、まず図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、ポンプ・ディスペンサ１は、手動で発生させた圧力の下で固体材料を分配するのに特に適したものとなり得る。固体材料は、加圧された空気の力の下で懸濁液、分散系、又は移動する空気の流れの中の固体物質の混合物として分配することができるように、懸濁液、擬似懸濁液、又は空気中の混合物の中に分散可能な固体粒子状物質とすることができる。いくつかの実施例では、固体材料２１は、水和ケイ酸マグネシウムを２．５〜２．８ｇ／ｃｍ^３の比重を有する葉状ないし繊維状の塊として含む、滑石粉とすることができる。しかしながら、他の粒子、結晶、繊維、鉱物、集塊、化合物なども、本発明のポンプ・ディスペンサ１によって分配可能であることが企図される。

ポンプ・ディスペンサ１は、固体材料２１を内部に収容し、分配の用意をすることができる空洞２２を画定する容器１２を含む。以下でさらに詳しく記述するように、容器１２は、例えばポンプ機構を容器１２に固定するためにコネクタ６と協働するように係合するねじ付のネック部２３を有する、プラスチック・ボトルの形にすることができる。したがって、容器１２は、固体材料２１を閉じ込めるのに適した様々な構成及び材料をとることができる。

ポンプ本体２は、容器１２の中に位置決め可能であり、コネクタ６とネック部２３の上側縁部２４との間に圧入することによって、ネック部２３に固定することができる。図示する実施例では、弾性のガスケット５が、ポンプ本体のフランジ２ａをネック部２３の上側縁部２４に密封固定するのを助ける。コネクタ６をネック部２３に螺合すると、望ましくは密封された形でポンプ本体２が容器１２に固定される。

ポンプ本体２は、ポンプ・チャンバ２６、ピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０を含む。ポンプ・ディスペンサ１の動作は、手動で加圧された空気の流れが、ポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８へ、引き続き分配チャンバ３０へ進み、最終的にはキャップ３のノズル部材１５通って出ることを可能にする。ポンプ・ディスペンサ１の動作は、以下でさらに詳しく記述するが、１つ又は複数の弁などが、ポンプ・チャンバ２６、ピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０の１つ又は複数を分離することが可能であることが企図される。しかしながら、図示する実施例では、加圧された空気又は他のガスを、ポンプ・ディスペンサ１の動作によって、ポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０を通して送ることができる。したがって、或いはポンプ・チャンバ２６、ピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０の組み合わせを、単一の流体接続されたチャンバとみなすことができる。しかしながら、この説明では、ポンプ・ディスペンサ１を通る加圧された空気の移動の各部分が、これまでに示したチャンバ部分として記述される。特定の構造によって、ポンプ・チャンバ２６、ピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０の任意のものからの、又はその間の移行部を画定することはできず、本明細書では、そうしたチャンバが説明のためにのみ図示されていることを理解されたい。

図示する実施例において、ポンプ・チャンバ２６は、隔離弁２０を通してピックアップ・チャンバ２８と連通し、隔離弁２０は、ポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８に至るまでに圧力が十分に低下すると、空気がポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８の中に流入することを可能にする一方向弁とすることができる。例示的な隔離弁２０は、ポンプ・チャンバ２６とピックアップ・チャンバ２８の間に十分な圧力差が生成されたときのみ開く、所定の開放力を有する逆止弁である。ほとんどの実施例では、隔離弁２０の主な有用性は、空気及び／又は固体材料２１のピックアップ・チャンバ２８からポンプ・チャンバ２６への逆流を防止することである可能性があるため、隔離弁２０を開放するのに必要な力は比較的小さい。隔離弁２０の他の有用性は、隔離弁２０の開放力を超えると、突然加圧された空気流がポンプ・チャンバ２６から放出されるため、ポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８への「爆発的な」空気流をもたらすことである場合がある。そうしたピックアップ・チャンバ２８内への爆発的な空気流は、固体材料２１をピックアップ・チャンバ２８内の移動する気流の中に分散させ、固体材料／空気流の混合物が分配チャンバ３０の中へ移動するのを助けることができる。

取入れ口３２は、空洞２２をピックアップ・チャンバ２８と連通させ、また固体材料２１を、ポンプ・ディスペンサ１から外へ分配するための空気の流路の中にそれを通して取り込むことが可能な開口に相当する。取入れ口３２は、ポンプ本体２の基部１４又はその近くに位置決めすることが可能であり、通常は重力によって、固体材料２１が基部１４にきわめて近い空洞２２の最下部付近に集められる。その結果として、固体材料２１は、空洞２２からほとんど又は完全に排出されるまで、取入れ口３２を通して導入するように利用することができる。固体材料２１に対する入口点として有効であるためには、取入れ口３２は、それを通る固体材料２１の適切な充填率が、ピックアップ・チャンバ２８において所望の体積濃度で加圧された気流に入る固体材料の分散度に対応することを可能にするように、適切に大きさを定められ構成されることが好ましい。いくつかの実施例では、取入れ口３２は、約１０〜１００ｍｍ^２の間、より好ましくは約２５〜５０ｍｍ^２の間の開口面積を有することができる。

接続部３４は、ピックアップ・チャンバ２８から分配チャンバ３０への移行部を構成することができる。いくつかの実施例において、接続部３４は、基部１４又はその近くに配置することができ、加圧された空気流を隣接した取入れ口３２を通り越して、分配チャンバ３０の中へ方向付ける。

ポンプ本体２は、互いに垂直な軸方向３７及び半径方向３８を画定する中心軸線３６を有する。本発明によって代替的な配置が企図されるが、ポンプ本体２は通常、概して軸方向３７に沿ったポンプの作動を容易にするように配置することができる。

ポンプ・ディスペンサ１はピストン４をさらに含み、ピストン４は、ピストン４がポンプ本体２に対して下方へ軸方向に移動すると、ポンプ・チャンバ２６内に加圧された空気を選択的に発生させるように、ポンプ本体２に摺動可能に係合される。ピストン４は、ピストン頭部４０、ピストン・ロッド部４２、及びピストン頭部４０から延びるピストン・シール部４４を含む。ピストン・シール部４４は、ポンプ・チャンバ２６の一部を画定するポンプ本体２の側壁１８と摺動可能に係合され、好ましくは側壁１８と気密シールを形成する。図１Ｂに示すように、ピストン４のポンプ・チャンバ２６内への軸方向下方への動きは、ポンプ・チャンバ２６内の空気を圧縮し、それに応じて、前述のようにポンプ・チャンバ２６内の空気圧を隔離弁２０の開放力を超えるレベルまで高める。開放されると、隔離弁２０は、加圧された空気がそれを通ってピックアップ・チャンバ２８の中に流入し、固体材料２１を分配チャンバ３０に送達される混合され空気流の流れの中に分散させることを可能にする。図１Ｂに示す方向の矢印は、ポンプ・チャンバ２６、ピックアップ・チャンバ２８及び分配チャンバ３０を通る加圧された空気流を示す。動作時には、ピストン・シール部４４は、図１Ａと１Ｂの間の関係に示すように、ポンプ本体２の側壁１８と摺動可能に係合した状態で、相互に上下に移動する。ピストン４は、図１Ａでは最上位置４６にあり、図１Ｂでは最下位置４８にある。以下でさらに詳しく記述するように、圧力下で固体製品の混合物を収集及び分配する際、最上位置４６と最下位置４８の間のピストン４の動きが、ポンプ・ディスペンサ１の動作を生じさせる。

ピストン頭部４０は、空気吸入弁７によって、外部環境からポンプ・チャンバ２６内への空気の移動を選択的に可能にするように調節される、空気入口開口５０を含む。ピストン頭部４０及び空気吸入弁７の拡大図を図２Ａ及び図２Ｂに示すが、図２Ａは、空気吸入弁７がポンプ・チャンバ２６の中への空気の流入を可能にするピストン４の「上昇行程」を表し、図２Ｂは、空気吸入弁７が、空気が空気入口開口５０を通ってポンプ・チャンバ２６から流出するのを妨げるピストン４の「下降行程」を示す。ポンプ・サイクルの上昇行程部分の間のピストン４の上方への軸方向の移動が、方向の矢印５２で示され、ポンプ・サイクルの下降行程部分におけるピストン４の軸方向下方への動きが図２Ｂに示され、方向の矢印５４で表される。図２Ａに示すポンプ・サイクルの上昇行程部分の間、ポンプ・チャンバ２６の体積が拡大するにつれて、ばねの付勢力によって駆動されるピストン４の上方への軸方向の動きによって、ポンプ・チャンバ２６内に減圧環境が生成される。ポンプ・チャンバ２６内の減圧環境は、周囲に対する圧力差を生じさせ、それによって、弁の先端５６をピストン頭部４０の境界壁４１から離れるように押す力を発生させる。弁の先端５６の境界壁４１からの変位は、外部環境とポンプ・チャンバ２６内の減圧環境との間の空気圧の差によっても生じる。弁の先端５６に対して加えられる相対的に正の圧力が、弁の先端５６を境界壁４１との接触から離れるように変位させる。図２Ａに示すように、そうした変位によって、空気が空気入口開口５０を通り、弁の先端５６のまわりでポンプ・チャンバ５６の中に入ることが可能になる。

図２Ｂに示すポンプ・サイクルの下降行程の間、ピストン４の下方への軸方向の動きによって、ポンプ・チャンバ２６内の体積が減少することにより、ポンプ・チャンバ２６内の昇圧環境が生成される。ポンプ・チャンバ２６内の上昇した圧力は、弁の先端５６をエア・シールの形で境界壁４１に押し付け、空気が空気入口開口５０を通って流出するのを妨げる。したがって、空気吸入弁７は、ピストン４の上昇行程の間は、空気が空気取入れ口５０を通って入ることを可能にする一方向弁として作用するが、ポンプ・サイクルの圧縮の下降行程部分の間は、空気がポンプ・チャンバ２６から流出するのを妨げる。当技術分野では、手動ポンプ・システムのための様々な弁の配置がよく知られており、したがって、多様な構成が本発明に有用であるように企図される。

本発明の一態様では、１つ又は複数のマニピュレータ１９を、マニピュレータのピボット６０でポンプ本体２に旋回可能に固定することができる。図示する実施例は、それぞれのマニピュレータのピボット６０を中心にポンプ本体２に旋回可能に固定された２つのマニピュレータ１９を示すが、１つ又は複数のそうしたマニピュレータ１９をポンプ・ディスペンサ１と合体させること、及びマニピュレータ１９に対する機械的な動きを作動させるために、様々な機構を使用することが可能であることが企図される。図示する実施例では、マニピュレータ１９は、マニピュレータ頭部６４から延びるマニピュレータ・アーム６２、及びポンプ本体２の取入れ口３２と協働して、固体材料２１を取入れ口３２を通してピックアップ・チャンバ２８の中に移動させるように構成された遠位端６６を含む。いくつかの実施例では、マニピュレータ１９は、ピストン４に適用されるポンプ・サイクルによって順次、取入れ口３２に開放的及び閉鎖的なアクセスを行う（ｏｐｅｎ ａｎｄ ｃｌｏｓｅ ａｃｃｅｓｓ）ように、また固体材料２１が分散して比較的均質な塊になるのを助ける機械的な動きを実施するように配置することが可能であり、取入れ口３２を通した収集及び取込みを容易にする特徴を有する。例えば、固体材料２１は、重力下で比較的流動しない塊におさまる傾向を有することがあり、さらに重力下で自然に不均質な粒径／比重分布におさまることもある。固体材料２１のピックアップ・チャンバ２８への充填／取入れの前に固体材料２１の塊を撹乱することによって、固体材料２１のより均質なサンプルを収集してポンプ・ディスペンサ１から分配することができる可能性がより高くなる。したがって、マニピュレータ１９は、容器１２内の固体材料の塊を混合及び分散させるための撹乱／攪拌部材として作用することができる。しかしながら、実際には固体材料２１を取入れ口３２を通してピックアップ・チャンバ２８に「押し込む」ことによって、マニピュレータ１９が、ピックアップ・チャンバ２８をある体積の固体材料２１で充填するのを助けることが可能になることも企図される。場合によっては、マニピュレータ１９の機械的な動作が、一様な充填体積及び／又は質量の固体材料２１を取入れ口３２を通してピックアップ・チャンバ２９に提供するように作用することができる。本発明の一態様は、各ポンプ・サイクルにおいて既知の量の固体材料２１を収集及び分配する、ポンプ・ディスペンサ１の能力を高めることである。さらに、固体材料２１を繰り返し攪拌することにより、マニピュレータ１９は、各ポンプ・サイクルにおいて、ピックアップ・チャンバ２８に対して一様なサンプルの質又は均質性を与えるのを助けることができる。このように、ポンプ・ディスペンサ１は、有利には従来型の分配デバイスと比べて、各ポンプ・サイクルにおいて、より一様な量及び均質性の固体材料２１を分配することが可能である。

マニピュレータ１９を作動させるために、アクチュエータ・ロッド１７は、マニピュレータ１９をそれぞれのマニピュレータのピボット６０のまわりで作動させ、それによってマニピュレータ・アーム６２を旋回可能に動作させ、固体材料２１を攪拌、分散及び収集するように軸方向に移動可能にすることができる。

ピストン４は、図示する実施例ではコイルばねである第１の付勢部材８に接し、ポンプ本体２に対して軸方向に移動可能である。第１の付勢部材は、ポンプ・ディスペンサ１の中に、軸方向の圧縮の下で、ピストン４を軸方向上方に方向３７に沿って最上位置４６へ向かって付勢する付勢力を確立するように配置される。第１の付勢部材８は、軸方向の圧縮時には、ポンプ・チャンバ基部のプラットホーム６８とピストン頭部のプラットホーム７０の間に配置することができる。図１Ｂに図示するように、例えば第１の付勢部材８は、基部のプラットホーム６８とピストン頭部のプラットホーム７０の両方と軸方向に広く接触し、ピストン４をポンプ本体２に対して軸方向上方に付勢し、ポンプ・チャンバ基部のプラットホーム６８は、ポンプ本体２の一部を押すか、ポンプ本体２の一部に接続されるか、又はポンプ本体２の一部として一体化した形になる。したがって、ポンプ・サイクルの下降行程部分におけるピストン４の作動は、第１の付勢部材８によって生成される付勢力に打ち勝たなければならない。

ピストン４に対して加えられる下向きの力の生成は、キャップ３で使用者によって引き起こされてもよく、キャップ３に対する下向きの圧力は、キャップ肩部７２及び／又はキャップの端縁部７４でピストン・ロッド部４２に伝えられる。キャップ肩部７２及び／又はキャップの端縁部７４の間で行われるピストン４のピストン・ロッド部４２との接触により、使用者によってキャップ３に加えられる下向きの力がピストン４へ伝えられる。ポンプ・サイクルの下降行程部分において、そうした下向きの力が第１の付勢部材８の付勢力に打ち勝ち、ピストン４を軸方向下方へ移動させる。

前述のように、アクチュエータ・ロッド１７は、キャップ３を通してピストン４に加えられた移動力に対して、軸方向に応答する。下向きの移動力は、ピストン・ロッド肩部７６とアクチュエータ・ロッド頭部７８との間の境界面で、ピストン・ロッド４のピストン・ロッド部４２によってアクチュエータ・ロッド１７に加えることができる。それにより図示する実施例では、アクチュエータ・ロッド１７は、キャップ３及びピストン４から加えられた下向きの移動力によって、分配チャンバ３０内で軸方向に移動することができる。

したがって、アクチュエータ・ロッド１７は、分配チャンバ３０を通って軸方向下方に移動可能であり、マニピュレータ頭部６４と接触し、マニピュレータ頭部６４をそれぞれのピボット６０のまわりで作動させる。図３には、マニピュレータ１９の作動が単独で示してある。前述のように、下降行程においてアクチュエータ・ロッド１７を軸方向下方に移動させると、アクチュエータ・ロッド１７の端部８０が、マニピュレータ頭部６４から延びるマニピュレータ・タブ６５と接触する。アクチュエータ・ロッド１７を引き続き下方へ移動させると、マニピュレータ・タブ６５を下方へ押すことによってマニピュレータ１９を作動させ、それぞれのマニピュレータ頭部６４をそのそれぞれのマニピュレータのピボット６０のまわりで旋回させる。前述のように、そうした旋回運動により、マニピュレータ・アーム６２は、ポンプ本体２から、マニピュレータのピボット６０を通って延びるそれぞれのピボット軸６１のまわりの弧状の経路に沿って外側へ移動する。図示する実施例では、ピボット軸６１は、中心軸線３６に実質的に垂直である。しかしながら、空洞２２内で固体材料２１を攪拌し処理する際にマニピュレータ１９の所望の動きを実現するために、他の関係を使用することも可能であることが企図される。

そのそれぞれのピボット軸６１のまわりでのマニピュレータ１９の作動は、図示する実施例では、軸方向の圧縮の下でポンプ本体のプラットホーム８２とマニピュレータ・タブ６５の間に配置されたコイルばねである、第２の付勢部材１３によって生成される回復力に対して作用する。したがって、アクチュエータ・ロッド１７からマニピュレータ・タブ６５に加えられる下向きの力は、第２の付勢部材１３の回復の付勢力に対して作用する。マニピュレータ・タブ６５に対する下向きの圧力が解放されると、第２の付勢部材１３の回復の付勢力がマニピュレータ・タブ６５を上方に反対の旋回方向に押し、マニピュレータ・アームを、図１Ａに示す閉鎖位置８４に向かって戻す。そうした閉鎖位置によって、マニピュレータ・アーム６２の遠位端６６が取入れ口３２の上に位置付けられる。したがって、マニピュレータ・アーム１９が閉鎖位置８２にあるとき、遠位端６６は、少なくとも部分的に取入れ口３２を覆うことができる。

前述のように、マニピュレータ・アーム６２は、ポンプ・ディスペンサ１のポンプ動作に応答して開閉するように配置される。マニピュレータ１９の開放位置８６を図３に示す。前述のように、マニピュレータ１９の１つの機能は、固体材料２１を攪拌し分散させ、固体材料２１のより均質な塊を生成して、取入れ口３２を通してピックアップ・チャンバ２８の中に入るようにすることである。マニピュレータ１９が取入れ口３２と協働することによって、一様な空気／粒子の混合物の出力を容易にするための１つ又は複数の他の有用な要素を実現することが可能であることも企図される。動作のモードの１つでは、アクチュエータ・ロッド１７がマニピュレータ１９と接触する前に、ある距離にわたってピストン４の下降行程の移動が続く。したがって、そうしたモードでは、マニピュレータ１９を作動させてアクチュエータ・アーム６２を閉鎖位置８４から開放位置８６へ移動させる前に、ポンプ・チャンバ２６の中に加圧された空気を発生させる。いくつかの実施例では、隔離弁２０を開放するには、そうしたポンプ・チャンバ２６内の高められた空気圧で十分であり、したがって、アクチュエータ・ロッド１７がマニピュレータ・アーム６２を開く前に、加圧された空気が、ピックアップ・チャンバ２８を通過して分配チャンバ３０に入ることができる。そうした実施例では、前のポンプ・サイクルで取入れ口３２を通してピックアップ・チャンバ２８の中に充填された固体材料２１が、ピックアップ・チャンバ２８を通って移動する気流によって拾い上げられ、空気、固体の混合物として分配チャンバ３０の中に運ばれる。空気／固体の混合物が分配チャンバ３０から外へ分配された後、作動ロッド１７が引き続き下方へ移動することによってマニピュレータ・タブ６５を押し、マニピュレータ・アーム６２を旋回させ、それに対応して、遠位端６６が取入れ口３２を覆う関係を除く。マニピュレータ・アーム６２の開放の動きは、固体材料２１を分散させ、ある程度均質化し、またアクチュエータ・ロッド１７によるマニピュレータ・タブ６５に対する下向きの圧力を解放すると、後続のマニピュレータ・アーム６２の閉鎖の動きにより、次のポンプ・サイクルで気流によって拾い上げるための充填動作として、遠位端６６が固体材料２１を取入れ口３２を通して取込みチャンバ２８に押し込む。こうして、マニピュレータ・アーム６０の遠位端６６によって形成される収集装置の動作により、各ポンプ・サイクルにおいて、実質的に既知の量の固体材料２１をピックアップ・チャンバ２８に充填することができる。各ポンプ・サイクルで分配される既知の量の固体材料２１を確定することが、本発明の所望の特徴となる場合があり、開放及び閉鎖の動作サイクルにおいて、固体材料２１を捕え収集するマニピュレータ・アーム６２の遠位端６６の「収集」動作が、比較的一様な量の固体材料２１のピックアップ・チャンバ２８内への充填を実現する。

他の動作モードでは、加圧された空気流がポンプ・チャンバ２６からピックアップ・チャンバ２８を通って移動すると同時に、アクチュエータ・ロッド１７がマニピュレータ・タブ６５と接触し、マニピュレータ・タブ６５を作動させてマニピュレータ・アーム６２を開放する。そうした動作モードでは、マニピュレータ・アーム６２の閉鎖位置８４から開放位置８６への開放と実質的に同時に、ポンプ・チャンバ２６内で生じた加圧された空気が隔離弁２０を開放し、それを通過することができる。固体材料２１は、接続部３４を通って分配チャンバ３０の中に移動する加圧された気流によって発生した吸引力により、取入れ口３２に引き込まれる。この動作モードは、図３では、取入れ口３２を通ってピックアップ・チャンバ２８に入る固体材料２１の方向の矢印によって示される。

ポンプ・ディスペンサ１の動作モードは、最上位置４６と最下位置２８の間のピストン４の行程距離に対する、アクチュエータ・ロッド１７の長さとマニピュレータ１９の作動時のその接触位置との関係によって生じさせることができる。ポンプ・サイクルにおける最上位置４６と最下位置４８の間のピストン４の行程に対して、マニピュレータ・アーム６２の作動による取入れ口３２の開放のタイミング及び範囲に、様々な変更及び改造を加えることが可能であることを理解されたい。

ポンプ・チャンバ２６がピックアップ・チャンバ２８のみを通して分配チャンバ３０と流体連通可能になるように、分配チャンバ３０の少なくとも一部が、分配チャンバ３０をポンプ・チャンバ２６から密封分離する可撓性のある弾性部材１０の内腔によって画定される、本発明の他の態様を図１Ａ、図１Ｂ及び図４に示す。弾性管１０は、ピストン４のピストン・ロッド部４２とポンプ本体２の支持カラム８８の両方に対する、密封する気密性の接続を可能にする特徴のものである。したがって、弾性管１０によって、ポンプ本体２の支持カラム８８とピストン４のピストン・ロッド部４２の間に、分配チャンバ３０の密封された通路部を画定することができる。ここでの目的に対して、「密封」という用語は、ポンプ・ディスペンサ１の構成要素にその通常の動作において及ぼされる空気圧に至るまでの、実質的に気密性の接続を意味するものである。したがって、弾性管１０とピストン４、及び弾性管１０と支持カラム８８の間に「密封係合」を形成する実質的に気密性の接続は、ポンプ・チャンバ２６におけるピストン４のポンプ動作によって加圧される混合された空気／粒子固体の空気流れを含み、運ぶのに適している。実質的に気密性の密封接続は、ポンプ・ディスペンサ１の通常の動作条件の下で、空気が漏れて分配チャンバ３０に入る、又は分配チャンバ３０から出るのを実質的に防止する。

前述の密封接続を生成するために、管１０は、図示する実施例では、弾性管１０の内腔内で半径方向の圧縮下に置かれるコイルばねである、スカフォード（ｓｃａｆｆｏｌｄ）９によって与えられる適度の半径方向の膨張力を受けて、ピストン・ロッド部４２及び支持カラム８８のそれぞれの表面に対して自己密封するように、十分に弾力があることが好ましい。スカフォード９は、好ましくは、弾性管１０を押し、ピストン４のピストン・ロッド部４２及びポンプ本体２の支持カラム８８と密封係合させるのに十分な、半径方向外側を向いた回復力を与えるように配置される。スカフォード９はさらに、アクチュエータ・ロッド頭部７８がスカフォード９を、好ましくはスカフォード９の回復の付勢力に逆らって軸方向に圧縮するポンプ・サイクルの間、すなわち、ポンプ・サイクルの下降行程部分の間に、弾性管１０の内腔を開放された状態に維持するのを助けるように配置することができる。ポンプ・サイクルの下降行程の間にアクチュエータ・ロッド頭部７８が下方に動くため、弾性管１０は、最上位置４６へ向かう上昇行程の完了時にその元の構成に戻りさえすれば、下降行程の間、弾性管１０の折り畳み又はしわ形成を許容する十分な可撓性があることも好ましい。そうして弾性管１０は、分配チャンバ３０を通るアクチュエータ・ロッド１７の動きに対応するように、分配チャンバ３０を画定する構造の密封する可撓部分を形成する。弾性管１０の例示的な材料は、約１〜１０ｍｍ、好ましくは約３〜７ｍｍの間の内径、及び約０．１〜４ｍｍ、より好ましくは約０．２〜１．５ｍｍの間の壁圧を有するシリコーンである。そうしたパラメータが、本発明の一態様である所望の範囲の弾性及び可撓性をもたらす。

前述のように、スカフォード９の軸方向の圧縮は、好ましくはアクチュエータ・ロッド頭部７８を上方に軸方向３７に沿って付勢する、軸方向の回復力を生じさせる。スカフォード９は、弾性管１０の内腔の中に位置決めされる別個の構成要素とすること、又はそうではなく、弾性管１０の中若しくは半径方向外側に組み込むことも可能である。さらに、弾性管１０は円筒形の管以外の構成をとること、及び弾性且つ／又は可撓性の特性を示す部分のみを有することが可能であることが企図される。弾性管１０は、分配チャンバ３０に対するアクチュエータ・ロッド１７の動きに対応するように、分配チャンバ３０を画定する構造の可撓部分を画定するように企図されることを理解されたい。

可撓管１１０が弾性プラグ１１２を通してアクチュエータ・ロッド１７に係合され、分配チャンバ３０の一部を画定し、前述のものと同様の形で分配チャンバ３０をポンプ・チャンバ２６から密封分離する、弾性管１０とスカフォード９の組み合わせに関する例示的な代替的実施例を図８に示す。弾性プラグ１１２は、アクチュエータ・ロッド１７の外径面と摩擦によって弾力的に係合するように、好ましくはアクチュエータ・ロッド１７の外径と実質的に等しい内径を有することが可能であり、第１の弾性プラグ１１２は、アクチュエータ・ロッド１７のアクチュエータ・ロッド頭部７８に位置決めされ、第２の弾性プラグ１１２は、ポンプ本体２の支持カラム８８に位置決めされる。弾性プラグ１１２は、ゴム、又はアクチュエータ・ロッド１７及び可撓管１１０と弾力的に係合するエラストマー型の特性を示す他の材料から製造することができる。

図８に示すように、可撓管１１０は、前述のようにポンプ・サイクルに応答して軸方向の圧縮及び膨張を容易にする「アコーディオン」型の構成を有することができる。１つの例示的な実施例において、可撓管１１０は、低密度ポリエチレンなど比較的薄肉のポリエチレンから製造することができる。可撓管１１０の端部１１４は、弾性プラグ部材１１２と摩擦係合すること、並びにプラグ部材１１２とピストン４及び支持カラム８８のそれぞれ１つとの間で密封係合することが可能である。

本発明の他の態様は、空気／固体材料の混合物を分配チャンバ３０から外へ分配するために、それを通って延びる流路９０を有するノズル部材１５を含む。図示する実施例では、ノズル部材１５は、キャップ３内で、流路９０を分配チャンバ３０と連通させるように又は連通させないように選択的に移動可能にすることができる。図１Ａ、図５Ｂ及び図６Ａに示すノズル部材１５に対する閉鎖状態では、壁９２は、キャップ３内で分配チャンバ３０の出口９４を実質的に又は完全に閉鎖する。旋回させて開放状態にすると、ノズル部材１５は、図５Ａ及び図６Ｂに示すように、流路９０を分配チャンバ３０の出口９４に向け、空気／固体材料の流れをポンプ・ディスペンサ１から外へ分配することを可能にする。ノズル部材１５は、キャップ・ブラケットの陥凹部９９を通って延びるピボットの小さい節９８を有するキャップ・ブラケット９６に、旋回可能に固定することができる。ノズル部材１５の旋回運動は、方向の矢印９７によって示される。

旋回するノズル部材１５を導入される利点は、水分又は他の環境要素が外部環境から分配チャンバ３０の中に、より重要なことには固体材料を含む空洞２２に侵入するのを妨げる又は防止するように、分配チャンバ３０の出口９４を簡単に閉鎖することが可能であることである。いくつかの実施例では、ポンプ・ディスペンサ１を使用して、水分が多い環境でその物理特性が著しく変わることがある滑石粉を動作可能に分配することができる。したがって、容器１２内の固体材料１への水分の進入を制限することが、ポンプ・ディスペンサ１の有用な機能となり得る。ノズル部材１５が旋回して、壁９２が分配チャンバ３０の出口９４を閉鎖する位置をとることが可能であることによって、水分又は他の環境要素が空洞２２に侵入するのを最小限に抑える、固体材料２１のための閉鎖された環境が生成される。

ノズル部材１５の壁９２を旋回させ、ポンプ・ディスペンサ１の作動を妨げる閉鎖状態にすることができる、旋回可能なノズル部材１５の他の有用性を図６Ａ及び図６Ｂに示す。特に、ノズル部材１５の閉鎖状態は、壁９２をコネクタ６の上側表面９５と接触するように位置決めする。ポンプ・サイクルの下降行程のように、キャップ３を下方に押そうとした場合、壁９２とコネクタ６の上側表面９５の間の接触が、キャップ３の下方への動きを妨げるか又は停止させる。いくつかの実施例では、ピストン４が最上位置４６にあるとき、ノズル部材１５の構成によって、壁９２をコネクタ６の上側表面９５と実質的に接触させる。ノズル部材１５が閉鎖状態にあるとき、そうした配置は、ノズル部材１５がキャップ３の下方への動きを妨げる「ロック」を確立する。しかしながら、他の実施例では、ノズル部材１５の閉鎖状態では、キャップ３がある程度下方に動くことは許容され、最上位置４６と最下位置４８の間のそうした下方への動きは抑えられる。図６Ｂは、流路９０がキャップ３内で分配チャンバ３０の出口９４と流体連通する、開放状態のノズル部材１５を示す。図６Ｂに示すように、加圧された空気流れを生成し、空気／製品の混合物をノズル部材１５から外へ分配するポンプ・サイクルの下降行程では、開放状態でのノズル部材１５の位置決めによって、方向の矢印９１によって示されるキャップ３の下方への動きが可能になる。

キャップ３で分配チャンバ３０の出口９４を選択的に開閉するように、ノズル・キャップ１０４をキャップ・ブラケット９６に旋回可能に固定することができる、本発明の他の実施例を図７Ａ及び図７Ｂに示す。

前述のことに加えて、図面を参照してポンプ・ディスペンサ１の動作について記述する。最初に、ノズル部材１５を方向９７に沿って閉鎖状態から開放状態まで回転させ、キャップ３の下方への動きを可能にし、流路９０をキャップ３で分配チャンバ３０と連通させる。方向の矢印９１に沿った下向きの力をキャップ３に加えると、そうした力が、キャップ肩部７２によってピストン頭部のプラットホーム７０へ伝えられ、それによって、方向の矢印３７に沿った下方への軸方向の動きをピストン４に伝達する。そうした下方への動きは、ピストン・ロッド肩部７６からアクチュエータ・ロッド頭部７８にも伝えられ、その結果、アクチュエータ・ロッド１７も方向の矢印３７に沿って軸方向下方に進む。

ポンプの下降行程において、ピストン４が軸方向下方に進むにつれて、ポンプ・チャンバ２６内の空気圧は、隔離弁２０が開き、空気がピックアップ・チャンバ２８の中へ移動することを可能にする点まで高まる。ピストン４及びアクチュエータ・ロッド１７が下方へ動き続けると、アクチュエータ・ロッドの端部８０がマニピュレータ・タブ６５と接触してマニピュレータ・タブ６５を下方へ押し、マニピュレータ１９をマニピュレータのピボット６０のまわりで旋回させる。マニピュレータ１９が動作すると、ある量の固体材料２１が取入れ口３２を通ってピックアップ・チャンバ２８の中に入り、加圧された空気流れは、固体材料を混合された空気／固体材料の流れとし、分配チャンバ３０に入る。空気圧を持続させることによって、図６Ｂに示すように、流れの混合物を出口９４及びノズル部材１５の流路９０を通して押し出す。キャップ３に対する力を除くことによって、第１の付勢部材８及び第２の付勢部材１３、並びにスカフォード９が、ピストン４、アクチュエータ・ロッド１７及びマニピュレータ・タブ６５を上方に回復するように付勢し、マニピュレータ・アームの遠位端６６を取入れ口３２を覆う関係に置き、またピストン４及びアクチュエータ・ロッド１７を位置４６に向かって付勢する。ポンプ・チャンバ２６内の膨張する体積によってポンプ・チャンバ２６内に生成される負の空気圧によって、開放された空気吸入弁７が、外部環境の空気がポンプ・チャンバ２６の中に入り、内部の圧力と外部の圧力を実質的に等しくすることを可能にするようにする。ピストン４及びアクチュエータ・ロッド１７が最上位置４６に達するときには、ポンプ・ディスペンサ１は、次のポンプ動作の準備ができている。

本明細書では、特許法に従い、また新規な原理を適用し、必要に応じて本発明の実施例を構成及び使用するのに必要な情報を当業者に提供するために、本発明についてかなり詳しく記述してきた。しかしながら、本発明自体の範囲から逸脱することなく、様々な変更を実施することが可能であることを理解されたい。

Claims (15)

1. 手動で発生させた圧力の下で材料を分配するためのポンプ・ディスペンサであって、
   前記材料を収容するための空洞を画定する容器と、
   前記空洞の中に位置決め可能であり、ポンプ・チャンバ、ピックアップ・チャンバ及び分配チャンバ、並びに互いに垂直な軸方向及び半径方向を画定する中心軸線を有するポンプ本体であって、前記空洞を前記ピックアップ・チャンバと連通する取入れ口を含むポンプ本体と、
   前記ポンプ・チャンバに位置決めされ、前記ポンプ本体に摺動可能に係合されたピストンであって、前記ポンプ・チャンバ内で軸方向に移動可能であり、且つ空気入口開口を含むピストンと、
   前記空気入口開口を通る空気流を調節する空気吸入弁と、
   マニピュレータ作動部で前記ポンプ本体に移動可能に固定されたマニピュレータであって、前記取入れ口と協働して前記材料を前記取入れ口を通して前記ピックアップ・チャンバの中に移動させるように構成された遠位端を備えるアームを含むマニピュレータと、
   前記マニピュレータを作動させ、それによって前記マニピュレータ・アームを移動可能に動作させるように軸方向に移動可能であるアクチュエータ・ロッドと
   を有するポンプ・ディスペンサ。
2. 前記ピストンが、前記ピストンを最上位置に向かって付勢する第１の付勢部材に接して軸方向に移動可能である請求項１に記載のポンプ・ディスペンサ。
3. 前記ピストンに移動力を伝えるためのキャップを含む請求項２に記載のポンプ・ディスペンサ。
4. 前記キャップが、前記材料を前記分配チャンバから外へ分配するために、内部を通って延びる流路を有するノズル部材を含み、前記ノズル部材が、前記流路を前記分配チャンバと連通させるように又は連通させないように選択的に移動可能である請求項３に記載のポンプ・ディスペンサ。
5. 前記ノズル部材の閉鎖状態が、実質的に前記分配チャンバの出口を閉鎖する請求項４に記載のポンプ・ディスペンサ。
6. 前記アクチュエータ・ロッドが、前記分配チャンバ内で軸方向に移動可能である請求項２に記載のポンプ・ディスペンサ。
7. 前記マニピュレータが、前記中心軸線に垂直なピボット軸のまわりで旋回可能である請求項１に記載のポンプ・ディスペンサ。
8. 前記アクチュエータ・ロッドが、前記マニピュレータを前記ピボット軸のまわりで、前記マニピュレータ・アームを閉鎖位置に向かって付勢する第２の付勢部材に反して作動させるように軸方向に移動可能である請求項７に記載のポンプ・ディスペンサ。
9. 前記マニピュレータ・アームが前記閉鎖位置にあるとき、前記マニピュレータ・アームの前記遠位端が、少なくとも部分的に前記取入れ口を覆う請求項８に記載のポンプ・ディスペンサ。
10. 前記ピックアップ・チャンバを前記分配チャンバと連通させる接続部を含む請求項１に記載のポンプ・ディスペンサ。
11. 前記空気吸入弁は、空気の流れが前記ポンプ・チャンバの中に流入することを可能にする一方向弁である請求項１に記載のポンプ・ディスペンサ。
12. 前記ポンプ・チャンバと前記ピックアップ・チャンバの間の空気の流れを調節する隔離弁を含み、前記隔離弁は、空気の流れが前記ピックアップ・チャンバの中に流入することを可能にする一方向弁である請求項１に記載のポンプ・ディスペンサ。
13. 分配可能な材料を収容するための空洞を画定する容器と、
    前記空洞の中に位置決め可能であり、分配チャンバと流体連通可能なピックアップ・チャンバと流体連通可能であるポンプ・チャンバを有するポンプ本体であって、前記分配チャンバの少なくとも一部が、前記分配チャンバを前記ポンプ・チャンバから密封分離するために可撓部材の内腔によって画定され、それによって前記ポンプ・チャンバが前記ピックアップ・チャンバを通してのみ前記分配チャンバと流体連通可能であり、また前記ポンプ本体が、前記空洞を前記ピックアップ・チャンバと連通する取入れ口、並びに互いに垂直な軸方向及び半径方向を画定する中心軸線をさらに含むポンプ本体と、
    前記ポンプ・チャンバに位置決めされ、前記ポンプ本体と摺動可能に係合されたピストンであって、前記分配可能な材料を前記分配チャンバを通して運ぶのに十分な程度まで空気流を前記ピックアップ・チャンバに押し込むように、前記ポンプ・チャンバ内で第１の軸の方向に軸方向に移動可能であるピストンと
    を有するポンプ・ディスペンサ。
14. 前記内腔を開いた状態に維持するように、前記可撓部材を半径方向に支持するスカフォードを含む請求項１３に記載のポンプ・ディスペンサ。
15. 前記スカフォードが、前記内腔の中に前記可撓部材と接触して配設される請求項１４に記載のポンプ・ディスペンサ。

Images