JP2017506578A - 流体材料の液滴を噴射するための噴射ディスペンサ、及び方法 - Google Patents

流体材料の液滴を噴射するための噴射ディスペンサ、及び方法 Download PDF

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Abstract

流体材料の液滴を噴射するための噴射ディスペンサ及び噴射方法である。噴射ディスペンサは、流体モジュールとプランジャとを備え得る。流体モジュールは、流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を有する。プランジャは、ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して補償的である先端面を有しており、ディスペンシング開口から離れた引込位置と、ノズルに近接するが離れている前方位置と、の間で移動可能である。流体材料の少なくとも1つの液滴が、プランジャが引込位置から前方位置へ移動する時、ディスペンシング開口から噴射される。プランジャは、ノズルに接触する前に停止されるので、摩耗が低減され、粒子を含む流体材料がディスペンスされ得る。

Description

本発明は、全体として、ディスペンシング装置に関しており、特には、流体材料の液滴を噴射するための装置に関している。
はんだペースト、コンフォーマルコーティング、カプセル化剤、埋込用材料、及び、表面取り付け接着剤、といったような流体材料を噴射するための液体ディスペンサが、当業界において知られている。これらのディスペンサは、一般的に、少量の流体材料を当該ディスペンサから噴射する個別の高圧パルスを生成するべく、バルブシートにバルブ部材を急速に接触させることで、少量の流体材料を基材に対してディスペンスするように動作する。しかしながら、繰り返しの使用により、バルブ部材とバルブシートとの間の接触が、ディスペンサのディスペンシング特性を変えるような態様で、それら構成要素の一方または両方に摩耗や損傷を引き起こすことがある。また、幾つかの流体材料は、非液体成分のような粒子を含み得る。当該粒子は、バルブ要素とバルブシートとの間で押し潰され得て、このことが、粒子や、バルブ要素及びバルブシート、またはそれら両方を損傷させ得る。
従って、流体材料を噴射するためのディスペンサに関する改良のニーズがある。
本発明の実施形態は、ディスペンシング開口から流体材料の液滴を噴射させるためのプランジャを含む噴射ディスペンサと、流体材料の液滴を噴射させるための方法と、に向けられている。
本発明の一実施形態によれば、噴射ディスペンサが、流体材料の液滴を噴射するために提供される。噴射ディスペンサは、流体本体部孔を有する流体本体部を含む流体モジュールを備える。流体モジュールは、更に、ディスペンシング開口を有するノズルを含む。流体本体部孔は、流体材料を流体源から受容するようになっている。噴射ディスペンサは、更に、流体材料の少なくとも1つの液滴を前記ディスペンシング開口から噴射させるようになっている、前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャを備えている。プランジャは、ディスペンシング開口から離れた引込位置と、ノズルに近接するが離れている前方位置と、の間で移動可能である。流体材料の少なくとも1つの液滴が、プランジャが引込位置から前方位置へ移動する時、ディスペンシング開口から噴射される。
本発明の別の一実施形態によれば、方法が、噴射ディスペンサから流体材料の液滴を噴射するために提供される。噴射ディスペンサは、流体材料を収容する流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を含む流体モジュールを備えている。本方法は、前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャを、前記ディスペンシング開口に向けて前記流体本体孔内で移動させる工程を備える。本方法は、更に、前記プランジャの前記ディスペンシング開口に向けての運動中に、前記流体本体孔から前記ディスペンシング開口の外側へと前記流体材料の少なくとも1つの液滴を噴射させる工程を備える。本方法は、更に、前記プランジャが前記ノズルに接触する前に当該プランジャを停止させる工程を備える。本方法は、更に、前記プランジャを前記ディスペンシング開口から離れるように前記流体本体孔内で移動させる間に、前記流体本体孔を前記流体材料で引き続いて充填する工程を備える。
本発明の別の一実施形態によれば、方法が、噴射ディスペンサから流体材料の液滴を噴射するために提供される。当該噴射ディスペンサは、流体材料を収容する流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を含む流体モジュールを備えている。本方法は、前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャを、第1機構を用いて、前記ディスペンシング開口に向けて前記流体本体孔内で移動させる工程を備える。本方法は、更に、前記プランジャの前記ディスペンシング開口に向けての運動中に、前記流体本体孔から前記ディスペンシング開口の外側へと前記流体材料の少なくとも1つの液滴を噴射させる工程を備える。本方法は、更に、第2機構を用いて、前記プランジャが前記ノズルに接触する前に当該プランジャを停止させる工程を備える。本方法は、更に、前記プランジャを前記ディスペンシング開口から離れるように前記流体本体孔内で移動させ始める間に、前記流体本体孔を前記流体材料で引き続いて充填し始める工程を備える。
本発明の様々な付加的な特徴及び利点が、添付の図面と関連して図示の実施形態の以下の詳細な説明を参酌することで、当業者にはより明らかとなるであろう。
添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を図示しているが、前述の本発明の概要と、以下に与えられる実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
図1は、本発明の一実施形態による噴射ディスペンサを示す等角図である。
図2Aは、図1の2A−2A線断面図であり、引込位置での噴射ディスペンサのプランジャを示している。
図2Bは、図2Aと同様の断面図であり、前方位置でのプランジャを示している。
図3Aは、図2Aの拡大図であり、プランジャが引込位置にある時のノズル要素から離れているプランジャの先端を示している。
図3Bは、図2Bの拡大図であり、プランジャが前方位置にある時のノズル要素に近いが離れている前記先端を示している。
図3Cは、図3Bの拡大図であり、プランジャが前方位置にある時の前記先端の先端面と前記ノズル要素のノズル要素面との間が空いている状態を示している。
図面を参照して、噴射ディスペンサ10は、全体として、起動モジュール12と流体モジュール14とを備えている。噴射ディスペンサ10は、流体モジュール14のノズル16から流体材料の液滴をディスペンス、ないしは噴射、するようになっている。
起動モジュール12は、起動本体部18を有しており、当該起動本体部18は、その内部に起動本体部孔20を有している。特に、起動本体部18は、第1内壁22と、段差部24と、を有しており、段差部24は、第1内壁22から径方向内方に延びている。第1内壁22は、全体的に、起動本体部18の軸方向に沿って延びている。図示のように、第1内壁22と段差部24とは、互いに略垂直である。
起動本体部18は、更に、全体的に起動本体部18の軸方向に沿って延びる第2内壁26を有している。第2内壁26の内部空間が、ソケット28を形成している。当該ソケット28は、起動本体部18の基部30に位置している。通路29が、起動本体部孔20とソケット28とを接続している。起動本体部孔20、通路29及びソケット28は、全て略同軸である。キャップ32が、起動本体部18の上部34に位置決めされていて、起動本体部孔20の一端部を形成している。
流体モジュール14は、流体本体部36を有しており、当該流体本体部36は、その内部に流体本体部孔38を有している。特に、流体本体部36は、内壁40を有しており、流体本体部孔38は、内壁40の略内側である。内壁40は、全体的に、流体本体部36の軸方向に沿って延びている。流体本体部36は、当該流体本体部36の基部42において、ノズル16を含んでいるか、ノズル16と結合されている。
ノズル16は、流体本体部孔38に対向するノズル要素44と、ディスペンシング開口46と、を含んでいる。ディスペンシング開口46は、全体的に流体本体部36の軸方向に沿って、ノズル要素44を通って延びている。ノズル要素44は、内壁40とディスペンシング開口46との間で径方向内方に傾斜して延びるノズル要素面48を含んでいる。ディスペンシング開口46は、全体的に、上流端46aと下流端46bとの間の長さに沿って延びている。上流端46aは、全体的に、ノズル要素面48に近接しており、下流端46bは、全体的に、ノズル16の外部に近接している(図3C参照)。
通路49は、流体本体部36の上部51において、流体本体部孔38から開口50まで上方に延びている。シール部材52が、上部51内に示されている。図示のように、通路49、流体本体部孔38及びディスペンシング開口46は、全て略同軸である。
流体モジュール14は、ディスペンシング開口46を通してディスペンシングするために流体本体部孔38に流体材料を供給する流体供給部53と動作可能に接続されている。例えば、流体材料は、流体供給部53から流体本体部孔38へと加圧下で提供され得る。噴射ディスペンサ10は、幅広い流体材料をディスペンスするべく動作可能である。好適な流体材料は、生物製剤、はんだペースト、ブレイズペースト、銀エポキシ、他の粒子含有流体(例えばLED材料を製造するために用いられる流体)、を含むが、それらに限定はされない。
図示のように、流体モジュール14は、部分的に起動モジュール12内に受容されている。特に、流体モジュール14の流体本体部36が、部分的に、起動モジュール12の起動本体部18に形成されたソケット28内に受容されている。この形態において、起動本体部孔20、流体本体部孔38及びディスペンシング開口46は、全て略同軸である。
噴射ディスペンサ10は、更に、流体材料の液滴が流体モジュール14から噴射されることを引き起こすためのプランジャ54を含んでいる。図示の実施形態では、プランジャ54は、ピストン組立体56、柄部38、及び、先端部60を含んでいる。ピストン組立体56は、全体的にプレート状の構成を有しており、上面62と下面64とを有している。柄部58は、ピストン組立体56と接続されていて、ピストン組立体56の上面62及び下面64に略垂直な軸方向に沿って延びている。柄部58は、ピストン組立体56と略反対側の先端部60で終了しており、図示の実施形態では、先端部60は先細状となっている。ピストン組立体56と先端部60との間の距離は、固定されている。先端部60は、ノズル要素面48の形状に対して略補償的な形状を有する先端面61を有している。図示の実施形態では、先端面61は、凸の円錐形状を有しており、一方、ノズル要素面48は、凹の漏斗形状を有している。
プランジャ54は、以下のように、起動モジュール12及び流体モジュール14と動作可能に関連付けられている。ピストン組立体56は、起動モジュール12の起動本体部孔20内に位置決めされている。柄部58は、通路29を通って下方に延びており、シール部材52を通過して、通路49を通過して、流体本体部孔38内に至って、先端部60は流体本体部孔38内に位置決めされている。特に、先端部60及びその先端面61は、全体的に、ノズル要素面48とディスペンシング開口46とを含むノズル要素44に対向している。図示のように、柄部58は、起動本体部孔20、流体本体部孔38及びディスペンシング開口46と略同軸である。
プランジャ54は、ノズル要素44及びディスペンシング開口46から離れるように、及びそれらに近づくように、軸方向に移動されるようになっている。特に、そのような移動中、ピストン組立体56は、起動本体部孔20内を軸方向に移動する。また、そのような移動中、先端部60は、ノズル要素44及びディスペンシング開口46から離れるように、及びそれらに近づくように、流体本体部孔38内を軸方向に移動する。
起動モジュール12は、プランジャ54を移動させるようになっている起動装置63と動作可能に関連付けられている。起動装置63は、全体的に、プランジャ54をノズル要素44及びディスペンシング開口46から離れるように移動させるようになっている第1機構と、プランジャ54をノズル要素44及びディスペンシング開口46に近づくように移動させるようになっている第2機構と、を含む。図示の実施形態では、第1機構は、空気式システム66であり、第2機構は、キャップ32とピストン組立体56の上面62との間に介在されたバネ68である。もっとも、それがプランジャ54を移動させるのに十分な力及び速度をもたらすものであれば、異なる起動装置63、例えば電気機械式の起動装置、も利用され得る。図示のように、空気式システム66は、空気圧を用いて、例えばピストン組立体56の下方に陽圧を導入することによって、プランジャ54を上方に移動させる。プランジャ54が空気式システム66によってノズル要素44及びディスペンシング開口46から離れるように上方に移動される時、ピストン組立体56はバネ68に支持されて当該バネ68を圧縮する。プランジャ54をノズル要素44及びディスペンシング開口46に向けて下方に移動する時、空気式システム66はプランジャ54への空気圧の適用を停止し、バネ68がピストン組立体56を押圧して、プランジャ54をノズル要素44及びディスペンシング開口46に向けて下方に移動させる。
起動モジュール12は、プランジャ54の移動範囲を制限するようになっているストローク調整機構70を含み得る。図示のように、ストローク調整機構70は、キャップ32と関連付けられた調整ノブ72を含んでいる。キャップ32は、ノブ72と動作可能に結合され起動本体部孔20内を下方に延びる支柱部74を含んでいる。当該支柱部74は、端部76を含んでおり、当該端部76は、ピストン組立体56ないしプランジャ54がその上方へは移動できない停止面を提供している。ノブ72の調整が、支柱部74の端部76を、起動本体部18の基部30に向けて軸方向下方へ、あるいは、起動本体部18の上部34に向けて軸方向上方へ、選択的に移動するために、なされ得る。これにより、プランジャ54の移動は、支柱部74の端部76の軸方向下方の起動本体部孔20内の空間に制限され得る。
噴射ディスペンサ10は、更に、プランジャがノズル要素44及びディスペンシング開口46に向けて移動する時のプランジャの移動を停止させるためのストッパ機構を含む。特に、当該ストッパ機構は、プランジャがノズル16のノズル要素44に接触する前にプランジャを停止するように動作する。
図示の実施形態では、ストッパ機構は、ピストン組立体56と起動本体部18の段差部24との間の相互作用によってもたらされる。もっとも、ストッパ機構は、この代わりに、プランジャ54の下方への移動を停止することができる任意の構造体であり得る。図示のように、ピストン組立体56は、起動本体部孔20内に適合している。段差部24は、ストッパ面を提供し、その下方へはピストン組立体56は移動できない。特に、プランジャ54の下方への移動は、ピストン組立体56の下面64が段差部24に接触する時、停止される。
プランジャ54は、これにより、第1の引込位置と、第2の前方位置と、の間で移動可能である。引込位置(図2A及び図3A)では、先端部60がノズル要素44及びディスペンシング開口46から離れている。例えば、先端部60の先端面61は、プランジャ54が引込位置にある時、ノズル要素44のノズル要素面48から、約0.05インチという距離d1だけ離れていてよい。
前方位置(図2B、図3B及び図3C)では、先端部60は、ノズル要素44に近いが当該ノズル要素44から離れている。特には、先端面61が、ノズル要素面48に近いが当該ノズル要素面48から離れている。ピストン組立体56は、プランジャ54が前方位置にある時、段差部24に接触している。プランジャ54が前方位置にある時、先端部60は、ノズル要素44のノズル要素面48から離れている。例えば、先端部60の先端面61は、プランジャ54がその前方移動ないしストロークの終端位置、すなわち前方位置で停止される時、ノズル要素面48から、約0.002インチという距離d2だけ離れていてよい。距離d2は、少なくとも流体材料及び流体材料内の粒子の存在に基づいて変化し得る。例えば、距離d2は、最適な噴射を得るために、流体材料の粘度に起因して調整される必要があるかもしれない。
段差部24とノズル16との間の距離は、調整され得る。図示の実施形態では、流体本体部36は、起動本体部18の第2内壁26上に設けられた内ネジ部80と螺合する外ネジ部78を含んでいる。流体本体部36は、ネジ部78、80の螺合を介して、起動本体部18と結合される。流体本体部36のソケット28内の位置は、流体本体部36を回転してそれを軸方向上方または軸方向下方に移動させることによって、調整され得る。段差部24とノズル16との間の距離を調整することによって、プランジャ54が前方位置にある時の先端部60の先端面61とノズル要素面48との間の間隔が調整され得る。
噴射ディスペンサ10は、以下のように、流体材料の液滴を噴射するように使用される。流体材料は、流体供給部53から流体モジュール14に提供される。特に、流体材料は、流体本体部孔38内に位置決めされた先端部60と柄部58の一部とを取り囲む流体本体部孔38に入って充填する。起動装置63が、プランジャ54を移動させるよう作動される。特には、空気式システム66が、空気圧を適用して、プランジャ54を引込位置に向けて上方に移動させる。プランジャ54が引込位置に向かって移動する時、柄部58の一部が、流体本体部孔38から除去される。流体材料は、柄部58の当該部分によってそれまで占有されていた空間を充填し、それによって、先端部60とディスペンシング開口46との間の領域を占める。流体材料は、柄部58が流体本体部孔38から除去され始める時、直ちに流体本体部孔38内に入り始めてよい。プランジャ54が移動する速度及び力は、適用例毎に特有であり得る。先端部60及びノズル要素44の具体的な幾何形状もまた、適用例毎に特有であり得る。選択的に、引込位置の位置は、ストローク調整機構70を用いて調整され得る。
プランジャ54が引込位置に到達した後、空気式システム66は空気圧のプランジャ54への適用を停止し、バネ68がプランジャ54を前方位置へと移動させる。プランジャ54が前方位置に向けて移動する時、流体本体部孔38から先ほど除去された柄部58の一部が、再び流体本体部孔38内へと導入される。これは、流体本体部孔38において、流体材料が利用可能な空間の量を減らし、これによって流体材料の一部が流体材料の噴射される液滴としてディスペンシング開口46に入って、最終的にそこから噴射されることを促す。プランジャ54は、ストッパ機構がプランジャ54の前方移動を当該前方位置において停止するまで、前方位置に向けて移動される。図示の実施形態では、ストッパ機構は、段差部24と係合するピストン組立体56を有している。プランジャ54の前方移動は、図3B及び図3Cに最も良く示されているように、先端部60がノズル要素44を含むノズル16の一部と接触する前に停止される。特には、プランジャ54の前方移動は、先端部60の先端面61がノズル要素44のノズル要素面48に近いがそれから離れているというように、停止される。選択的に、段差部24とノズル16との間の距離が、プランジャ54が前方位置にある時の先端部60の先端面61とノズル要素44のノズル要素面48との間の間隔を変化させるために、調整され得る。
流体材料の1以上の液滴82が、これにより、プランジャ54が引込位置から前方位置へと移動される度ごとに、ディスペンシング開口46から噴射され得る。プランジャ54のディスペンシング開口46から離れてまた近づくという前述の移動のプロセスは、流体材料の複数滴を噴射するために繰り返され得る。
有利なことに、噴射ディスペンサ10は、流体材料の液滴を噴射するために用いられ得るが、ストッパ機構が、プランジャ54がノズル要素44に接触することを防止する。これにより、噴射ディスペンサ10は、当該噴射ディスペンサ10のディスペンシング特性を変えるような態様でプランジャ54及びノズル要素44が摩耗することなしで、利用され得る。更に、プランジャ54がノズル要素44に接触しないので、流体材料に含まれ得る粒子は、当該粒子にとって有害な態様で、あるいは、プランジャ54やノズル要素44を損傷するような態様で、押し潰されることがない。
本発明は、特定の実施形態についての記述によって説明され、当該実施形態は、かなり詳しく説明された。しかしながら、添付の特許請求の範囲の請求項の範囲を、そのような詳細に制限することや、何らかの態様で限定することは、意図されていない。ここで説明された様々な特徴は、単独でも、任意の組合せでも、利用可能である。付加的な利点及び修正は、当業者にとって容易である。本発明は、その広い観点では、特定の詳細や代表的な装置及び方法や図示の例に限定されない。従って、本発明の概念の範囲または精神から逸脱することなく、そのような詳細からの発展がなされ得る。

Claims (9)

  1. 流体材料の液滴を噴射するための噴射ディスペンサであって、
    流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を有する流体モジュールと、
    流体材料の少なくとも1つの液滴を前記ディスペンシング開口から噴射させるようになっている、前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャと、
    を備え、
    前記流体本体部孔は、前記流体材料を流体源から受容するようになっており、
    前記プランジャは、前記ディスペンシング開口から離れた引込位置と、前記ノズルに近接するが離れている前方位置と、の間で移動可能であり、
    前記流体材料の少なくとも1つの液滴は、前記プランジャが前記引込位置から前記前方位置へ移動する時、前記ディスペンシング開口から噴射される
    ことを特徴とする噴射ディスペンサ。
  2. 前記プランジャが前記引込位置から前記前方位置まで移動する時、当該プランジャが前記ノズルに接触することを防止するようになっているストッパ機構
    を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の噴射ディスペンサ。
  3. 前記ストッパ機構は、前記プランジャに結合されたピストンによって接触される段差部を更に有している
    ことを特徴とする請求項2に記載の噴射ディスペンサ。
  4. 前記プランジャが前記引込位置と前記前方位置との間で移動する距離を調整するようになっているストローク調整機構
    を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の噴射ディスペンサ。
  5. 前記先端面は、凸形状を有しており、
    前記補償的なノズル要素面は、凹形状を有している
    を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の噴射ディスペンサ。
  6. 前記流体本体孔は、前記プランジャが前記ディスペンシング開口から離れるように当該流体本体孔内で移動し始める時に、前記流体材料で充填され始める
    ことを特徴とする請求項1に記載の噴射ディスペンサ。
  7. 流体材料を収容する流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を含む流体モジュールを備えた噴射ディスペンサから流体材料の液滴を噴射するための方法であって、
    前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャを、前記ディスペンシング開口に向けて前記流体本体孔内で移動させる工程と、
    前記プランジャの前記ディスペンシング開口に向けての運動中に、前記流体本体孔から前記ディスペンシング開口の外側へと前記流体材料の少なくとも1つの液滴を噴射させる工程と、
    前記プランジャが前記ノズルに接触する前に当該プランジャを停止させる工程と、
    前記プランジャを前記ディスペンシング開口から離れるように前記流体本体孔内で移動させる間に、前記流体本体孔を前記流体材料で引き続いて充填する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
  8. 前記プランジャが前記ノズルに接触する前に前記プランジャを停止させる工程は、前記プランジャに結合されたピストンを段差部に対して停止させる工程
    を更に有している
    ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 流体材料を収容する流体本体部孔を有する流体本体部と、ディスペンシング開口を有するノズルと、を含む流体モジュールを備えた噴射ディスペンサから流体材料の液滴を噴射するための方法であって、
    前記ノズルのノズル要素面に対向し、且つ、当該ノズル要素面に対して略補償的である先端面を有するプランジャを、第1機構を用いて、前記ディスペンシング開口に向けて前記流体本体孔内で移動させる工程と、
    前記プランジャの前記ディスペンシング開口に向けての運動中に、前記流体本体孔から前記ディスペンシング開口の外側へと前記流体材料の少なくとも1つの液滴を噴射させる工程と、
    第2機構を用いて、前記プランジャが前記ノズルに接触する前に当該プランジャを停止させる工程と、
    前記プランジャを前記ディスペンシング開口から離れるように前記流体本体孔内で移動させ始める間に、前記流体本体孔を前記流体材料で引き続いて充填し始める工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
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