KR101161570B1 - 주사기 및 주사기 제조방법 - Google Patents

주사기 및 주사기 제조방법 Download PDF

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Abstract

사용 전 냉동 및 해동시 보이드 형성이 쉬운 유체(30)를 담기 위한 주사기(10). 주사기 측벽(14)의 내향 표면(16)은 거칠게 될 수 있으며, 이는 유체 내의 보이드 형성을 막거나 현저히 감소시키는데 기여한다. 보이드 형성의 방지를 위해 요구되는 표면거칠기의 정도는 측벽의 가요성을 증가시킴으로서 감소될 수 있다. 대안적으로, 의도적으로 내향 표면(16)을 거칠게 하지 않고도, 주사기 측벽(14)의 가요성이 유체(30) 내의 보이드 형성을 방지하거나 현저히 감소시키기는 특정 두께 범위에서 운용될 수 있다.
보이드, 배럴, 저장부, 표면거칠기, 리브, 슬리브

Description

주사기 및 주사기 제조방법{SYRINGES AND METHODS OF SYRINGE MANUFACTRURING}
본 발명은 일반적으로 주사기에 관한 것으로써, 더욱 상세히는, 보존을 위해 냉동되고 사용 직전에 냉동상태에서 해동되는 유체의 분배를 위한 주사기에 관한 것이다.
예혼합 경화성 액체, 에폭시, 풀, 요변성 액체, 및 접착제와 같은 냉동 유체를 담는 주사기는 반도체 및 광전자공학 패키지를 포함하는, 그러나 그에 한정되지는 않는, 응용분야에 사용된다. 관습적인 용어로 카트리지, 배럴(barrel), 튜브, 저장부라고도 불리는 주사기는 해동된 후에 냉동유체를 분배한다. 예혼합된 접착제와 풀은 개개의 구성요소에 대한 조작과 무게측정, 이들 구성요소의 혼합과 관련한 번잡스러움, 품질보증을 위한 혼합 전후의 시험, 유해한 원료물질을 다루는 직원에 대한 교육, 유해한 폐기물 처리 요구 등을 제거해 준다. 주사기는 상온에서 유체로 채워지고, 유체의 어는점 이하의 온도에서 냉동되어, 약 -40℃ 내지 -80℃온도(즉, 드라이아이스 정도)에서 제조자로부터 단열용기에 담겨 운송된다. 최종사용자는 저온 냉동기에 유체의 어는점 이하의 온도에서 냉동된 주사기 및 유체를 보관한다. 저온보관은 유효기간을 연장하고, 숙성을 지연하며, 경화를 방지하는데, 그 결과 유체의 보존기간이 늘어나거나 연장된다. 최종사용자는 주사기로부터 유체를 분배하기 직전에 주사기 및 유체를 대기온도로 데운다. 유체가 분배된 후에 주사기는 버려진다.
이런 냉동 유체를 담고 있는 주사기는 냉동 상태로부터 해동시 냉동-해동 보이딩(freeze-thaw voiding)으로 알려진 현상이 나타나기 쉽다. 엄밀하게는, 냉동유체 및 주사기는 각각 냉동시에 모두 부피가 줄어들거나 또는 수축한다. 차별적인 수축은 주사기와 유체를 구성하는 물질의 열팽창계수의 차이에서 발생한다. 해동중에, 주사기 측벽이 주사기에 담긴 냉동된 유체 덩어리보다 빨리 데워진다. 주사기 측벽과 냉동된 유체 덩어리가 동시에 해동되지 않기 때문에, 측벽이 먼저 팽창하고 냉동된 유체로부터 분리된다. 이러한 분리가 냉동된 유체 덩어리와 측벽 사이에 공기가 찬 공간을 만들어낸다. 유체가 해동되고 그리고 주사기 측벽의 임의의 부분을 다시 축일 때에, 공기방울이나 포켓(pocket)은 유체부분으로 둘러쌓이고, 이어서 유체와 측벽 사이에 갇힌다. 냉동-해동 보이드 라고도 불리는 갇힌 공기포켓은 유체의 분배성(dispensability)에 악영향을 미친다. 공기로 찬 보이드가 가미된 유체의 분배는 테일링(tailing), 드리핑(dripping), 분배 보이드, 중량 변동 등과 같은 불균일성의 주입을 발생시킨다.
어떤 유체의 경우에는, 냉동-해동 보이드가 대부분의 유체가 담긴 주사기에 형성되는 것이 관찰된다. 유체의 종류에 따라, 보이드는 주사기 플런저(plunger) 근처로 옮겨가 자체 경감되기도 하고, 플런저의 주위를 지나서 뒤쪽으로 빠져나갈 수도 있다. 다른 유체의 경우에는, 보이드의 위치가 고정되어 자체 경감이 되지 않는다. 그래서, 보이드 분배의 가능성을 피하기 위해 주사기 전부가 사용되지 않고 버려지거나, 보이드의 분배 없이 유체가 조심스럽게 주사기로부터 분배된다. 후자의 경우에는, 유체의 일부분만이 분배되고, 주사기는 주사기 내에 사용되지 않는 유체가 남은 채로 최종적으로 버려진다.
그래서 주사기에 냉동-해동 보이딩의 경우를 감소시키거나 최소화되는 유체를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한가지 실시예에 따르면, 주사기는 내향 표면을 구비한 측벽을 가진 배럴을 포함한다. 측벽 부분은 분배 전의 냉동 및 해동시 보이드 형성이 쉬운 경화성 풀 또는/및 접착제 같은 유체를 담을 저장부를 형성한다. 저장부를 형성하는 측벽 부분의 내향 표면은 해동된 유체 내의 보이드 형성을 현저히 감소시키는데 효과적인 표면거칠기(surface roughness)를 가지도록 거칠게 되어있다.
그러나 본 발명의 다른 실시예에서는, 분배 전의 냉동 및 해동시 보이드 형성이 쉬운 유체를 분배하는 주사기의 제조방법이 제공된다. 그 방법은 주형 내부에 있는 코어(core)의 주위에 주사기를 성형하여, 주사기 측벽이 코어와 접촉하는 내향 표면을 가지고 코어의 주위에 성형되는 것을 포함한다. 더욱이 이 방법은 주사기를 코어로부터 분리하여, 코어상의 리브가 내향 표면에 길이방향의 홈들을 성형하는 것을 포함하는데, 홈들은 냉동 및 해동시에 유체 내의 보이드 형성을 현저히 감소시키는데 효과적이다.
본 발명의 주사기는 보이드 형성을 제거하거나 현저히 줄이는데, 이는 주사기 측벽의 내향 표면을 거칠게 하는 것이 냉동된 유체를 해동시킬 정도로 온도가 올라갔을 때 냉동 유체와 내향 표면 사이의 부착을 증가시키기 때문이다. 그 결과, 냉동/해동 보이드의 결과로 발생하는 분배성 문제를 겪지 않는 가용한 주사기의 수율이 높아지는데, 이는 측벽의 냉동된 유체로부터의 분리 또는 갈라짐이 제거되거나, 적어도, 현저히 감소하기 때문이다. 보이드 형성을 제거하거나, 적어도, 현저히 감소시키기 위해 요구되는 표면거칠기의 정도는 주사기 측벽의 가요성(flexibility)이 증가됨에 따라 감소될 수 있다. 측벽의 가요성은, 여러 변수들 중에서, 측벽을 형성하는 물질과 측벽두께에 의존한다.
이런 방법으로 보이드 발생을 제거하거나 현저히 감소시킴으로써, 유체의 분배성이 증가된다. 본 발명에 의한 주사기는 최종사용자에 의한 특별한 조작없이 사용될 수 있고 그리고 사용 후에는 버려진다. 주사기 내부에 갇힌 공기포켓을 제거하거나 현저히 감소시킴으로써, 주사기가 거의 버려지지 않아도 되며 및/또는 분배성을 감소시키는 보이드의 위험이 제거되거나 현저히 감소된다.
본 발명의 다양한 목적, 이점 및 장점들이 도시적인 실시예에 대한 수반되는 도면 및 그에 대한 설명에 의해 명백해 질 것이다.
이 명세서의 일부분을 구성하면서 동시에 그에 편입되는, 수반된 도면들은 본 발명의 실시예를 도시하며, 전술된 발명에 대한 일반적인 설명과 후술할 실시예에 대한 상세한 설명 모두가 본 발명의 원리를 설명하는데 기여한다.
도1은 유체로 채워진 주사기의 측면도.
도2는 도1의 주사기의 배럴의 내향 표면의 한 부분에 대한, 일반적으로 선 2-2를 따라 취해진 확대도.
도2a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 도2와 유사한 도면.
도2b는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 도2 및 도2a와 유사한 도면.
도3은 주사기와 타이머/제어기를 공압식으로 연결하는데 효과적인 어댑터를 구비하는 도1의 주사기에 대한 측면도.
도4는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 주사기의 측면도.
도5는 도1의 주사기 성형에 적합한 사출성형기의 대략의 단면도.
도6은 도5의 코어 부분의 확대도.
도7은 도5의 주형의 분해조립도.
도8은 도7과 유사한 다른 분해조립도.
도9는 주조 이후에 코어로부터 제거된 주사기의 단면도.
도10은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 주사기의 부분 단면에 대한 측면도.
도1 및 2를 참조하면, 주사기(10)는 일반적으로 길이방향 축선(18)을 중심으로 하여 내향 내향 표면(16)을 가지고 실질적으로 실린더형 측벽(14)을 구비한 배럴(12)을 포함한다. 측벽(14)의 테이퍼된 절두원추형 부분(20)은 노즐(24)의 내부에 위치한 계단형 직경의 유체출구(22)로 수렴되는데, 이는 루어 테이퍼형(luer taper)의 오리피스로 도시되었다. 노즐(24)은 적합한 분배팁(도시되지 않음)의 중심과 일치되도록 접속되었다. 배럴(12)의 내부에는 측벽(14)과 억지끼워맞춤(interference fit)되어 저장부(28)를 한정하는 와이퍼나 피스톤(26)이 구비되는데, 저장용기는 경화성 액체, 풀 또는 접착제 같은 일정량의 유체로 채워져 사용된다. 저장부(28)는 측벽(14)으로 둘러쌓이고, 저장부(28)내의 유체(30)는 내향 표면(16)뿐 아니라 피스톤(26)의 전단부를 축인다. 비록 저장부(28)의 최대 부피용량은 다양하지만, 통상의 용량은 1cc에서 75cc의 범위이다. 귀 또는 플랜지(32a,b)는 유체출구(22)에 대향하여 배럴(12)의 후방 단부에 배치된다. 주사기 노즐(24) 및 팁의 중심에 있는 상보적으로 테이퍼된 용기는 표준적인 루어형 피팅(fitting)일 수 있다. 주사기(10)의 통상의 구성물질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 이들 또는 다른 중합체의 혼합물 및 공중합체등을 포함하나 이에 제한되지는 않는 중합체이다.
피스톤(26)의 축여지지 않는 후단부는 후방 개구(34)를 통해 접근될 수 있다. 개구(34)는 실질적으로 배럴(12)과 비슷한 단면형상를 가지고, 이는 개구(34)를 실질적으로 배럴(12)의 연장부 또는 단부가 되도록 하며, 개구 에지는 대략적으로 길이방향 축선(18)에 수직인 배럴(12)의 단면과 상응한다. 피스톤(26)의 주위부는 내향 표면(16)에 유체 밀봉을 제공하는데, 그 결과 저장부(28) 내의 유체(30)를 유체출구(22) 쪽으로 나르기 위해 피스톤(26)이 전진될 때, 유체(30)가 피스톤(26) 후방으로 새어 개구(34)쪽으로 조금도 빠지지 않도록 한다. 피스톤(26)과 내향 표면(16)의 억지끼워맞춤은 피스톤(26)으로부터 유체(30)로 전달되는 어떠한 압력이라도 피스톤(26)을 유체출구(22) 방향으로 전진시키는 힘이 제거되거나 중단되었을 때 재빨리 완화될 수 있도록 조정될 수 있다.
도1 및 도2를 계속 참조하여 보면, 배럴(12)의 내향 표면(16)은 다수의 형태부(feature)를 포함하는데, 이는 유체(30)에 의해 표면(16)이 축여진 표면(16)의 접촉 영역을 증가시키는 역할을 한다. 양호한 실시예에서, 형태부는 톱니 또는 홈(40)의 형상을 가진다. 저장부(28) 내의 유체(30) 부분이 홈(40)을 채운다. 접촉 영역의 증가는 해동중에 냉동유체(30)와 내향 표면(16) 사이에 작용하는 부착력을 증가시킨다. 접촉면적의 증가는 이런 유체(30)를 담기 위해 종래에 사용되는 주사기의 평균 표면거칠기를 능가하는 평균 표면거칠기를 가지도록 내향 표면(16)을 거칠게 함으로써 달성된다. 통상의 종래 주사기의 평균 표면거칠기는 약 0.1미크론 정도로 생각되는데, 이는 거칠게 처리되지 않은 주사기 표면을 대표한다. 표면거칠기는 표면 형태부의 수직높이 또는 Ra의 수학적 평균편차로 정의될 수 있다. 내향 표면(16)의 표면거칠기는 표면 형상측정(surface profilometry)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 홈(40)은 유체(30)내의 보이드 형성을 방지하거나, 적어도, 현저히 감소시키는데 효과적인 일정수준의 표면거칠기를 제공한다.
형태부는 도2에서 뾰족한 또는 "V"자 형의 홈(40)으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 다양한 대안적인 실시예에서, 홈(40)이 패인 형태부는 수많은 형상의 또는 다양한 형상과 크기의 길이방향 축선(18)에 평행한 관점에서 보여지는 단면 형상이 될 수 있는데, 이는 이중경사(같은 홈 내에서 두가지 기울기를 가짐), 둥근 "U", 각진 "U", 반구형, 신장형, 둥근 "V"형, 초승달 또는 "C"형, "I"형, 또는 이와 유사한 형태를 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 이론에 의해 한정되지 않는다면, 날카로운 에지를 특징으로 하는 단면형상이 냉동유체(30)와 홈(40)이 패인 형태부 사이에 작용하는 부착력을 증가시킨다고 생각된다. 일련의 교차 및/또는 상호연결된 형태부 같은 모든 적합한 기하학적 형상과 각도는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 예정된다.
홈들(40)로 대표되는 형태부는 피스톤(26)과 유체출구(22) 사이의 내향 표면(16)의 축여진 영역의 전신대 및 원주를 연장하며, 또는 대안적으로, 적어도 전체 내향 표면(16)에 걸쳐 존재한다. 예들 들어, 홈(40)은 표면(16)의 길이방향을 따라 불연속적인 밴드로 한정되거나, 또는 대안적으로, 표면(16)의 전신대를 연장하지만 표면(16)의 원주 주위에서 모서리진 원호(angular arc)들로 한정될 수도 있다. 홈(40)은 평균 깊이 혹은 드래프트 d를 가지는데, 이는 길이방향 축선(18)에서 최원거리인 각 홈(40) 지점과 그에 대응하는 축(18)에서 최근거리인 각 홈(40) 지점 사이의 반경방향의 평균 직선길이로 측정된다. 홈(40)은 서로 다른 형상들일 수 있는데, 임의의 또는 여러 줄의 형상으로 된 홈(40) 또는 심지어 경사도 크기의 홈(40) 등일 수 있다. 홈(40)은 원주형, 나선형, 세로형을 포함하는 어떠한 방향도 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 도시된 실시예에서, 홈(40)은 길이방향의 비교차성으로 되도록 주사기(10)의 길이방향 축선(18)과 평행하게 정렬되며, 평행한 홈(40)은 측벽(14)의 원주 주위에 균일하게 위치한다.
도1 및 도2를 다시 참조하면, 해동중에 측벽(14)과 냉동유체(30) 사이의 접촉을 유지하는 홈(40)에 의해 주어지는 표면거칠기의 정도는, 다른 변수들 중에서도, 저장부(28)를 채우는 유체(30)의 특성(예컨데, 점성, 유동성 등등) 및 측벽(14)의 가요성(flexibility)에 의존하는 것으로 생각된다. 측벽(14)의 가요성은, 다른 요소들 중에서도, 내향 표면(16)과 외부 측벽표면 사이를 측정하여 얻어지는 두께 t, 구성 물질, 홈(40)에 의해 주어지는 표면거칠기 정도 등에 의존하는 것으로 생각된다. 이론에 의해 한정되지 않는다면, 측벽(14)의 가요성 증가는 보이드 형성을 제거하거나 현저히 감소시키고, 그 결과 가용한 주사기(10)의 수율을 증가시키는데 효과적인 측벽(14)의 거칠기 정도(즉, 평균 표면거칠기)를 줄일 것으로 생각된다. 측벽이 폴리프로필렌으로 성형된다면, 분배중에 관측되는 통상 평방인치당 약 50 파운드(psi)의 최대 유량압력에 대해 측벽(14)이 파열을 견디는 최소 측벽두께는 약 15밀(mil)로 생각된다.
도1 내지 3을 계속 참조하면, 통상적으로 상온 또는 대기온도에서 주사기(10)의 저장부(28)는 유체(30)로 채워지데, 이는 후방 개구(34)를 통해 유체가 유입되고 그후에 피스톤(26)을 삽입하거나, 또는 피스톤(26)의 후방 운동에 의해 유체출구(22)를 통해 유체(30)를 저장부(28)내로 흡입함으로써 이루어진다. 유체(30)가 홈(40)을 채우며, 그리고 홈(40)의 개개의 경사진 측벽을 축인다. 주사기(10)는 유체(30)의 어는점 이하의 온도에서 냉동된 환경에 놓여지고, 그리고 유효기간을 연장시키기에 적당한 온도에서 무기한 보관된다. 통상적인 유체(30)의 경우, 주사기(10)는 약 -40℃에서 약 -80℃ 범위의 온도에서 냉동 및 보관되지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
유체(30)가 어는점 또는 그 이하의 온도에서 냉동될 때, 측벽(14)과 유체(30)는 다른 양만큼 줄어드는데, 이는 열팽창계수의 차이 때문이다. 사용 직전에, 주사기(10)는 냉동유체(30)의 해동을 목적으로 냉동 환경에서 벗어나 대기온도로 데워진다. 예를 들어, 주사기(10)는 유체(30)를 대기온도로 데우기 위해 충분한 시간동안 작업대 위에 놓여질 수 있다. 냉동유체(30)와 접촉하는 내향 표면(16) 영역은 홈(40)으로부터 유래하는 증가된 표면거칠기에 의해 증가된다. 증가된 접촉 영역은 측벽(14)이 해동될 때 내향 표면(16)과 냉동유체(30) 사이의 부착력 증가를 촉진한다. 그 결과, 먼저 해동되는 측벽(14)이 냉동된 유체 덩어리(30)로부터 분리되지(즉, 갈라지거나(delaminate), 이탈되거나(detach), 분리되지(separate)) 않거나, 적어도, 상당히 적게 분리된다. 그대신, 측벽(14)의 해동시에 냉동유체(30)가 내향 표면(16)에 부착된 채로 유지된다. 냉동유체(30)의 해동시에, 내향 표면(16)이 거품이나 보이드 속의 공기 포획없이 해동된 유체(30)에 의해 축여진다. 그래서, 주사기(10)는 보이드 형성을 막거나, 적어도, 현저히 감소시키고, 그 결과 가용한 주사기(10)의 수율을 증가시킨다.
도3을 상세히 참조하면, 해동된 유체(30)가 주사기(10)로부터 반도체 패키지 또는 광전자 패키지 같은 제품에 분배된다. 그 단부에서, 주사기(10)에는 어댑터(42)에 의해 공기구동식의 디스펜서(도시되지 않음)가 연결되는데, 이에는 통상적으로 마이크로프로세서 기초의 타이머/제어기가 포함된다. 어댑터(42)는 플런저(32a,32b)에 기계적으로 연결된 암(44a,44b) 및 후방 개구(34)로 삽입되는 플러그(45)를 가진다. 플러그(45)는 내향 표면(16)과 밀봉결합(sealed engagement)된다. 공기압력은 부분적으로 도관(46)안에 있는 통로를 통해 타이머/제어기로부터 공급되며, 플러그(45)를 통해 어댑터(42)와 피스톤(26) 사이의 배럴(12)내의 공간으로 연장한다. 충분한 공기압에 의한 이 공간에 대한 가압이 유체(30)에 의해 주어지는 내수압 및 피스톤(26)을 출구(22) 방향으로 전진시키기 위한 피스톤(26)의 정지마찰력을 극복한다. 피스톤(26)이 전진함에 따라, 상당량의 유체(30)가 전방 및 출구(22) 밖으로 몰린다. 피스톤(26)과 플러그(45) 사이의 상부공간(head space)에 대한 가압은 분배중에 맥동될 수 있다.
주사기(10)는 유동성을 가지며, 사용 또는 분배 전의 냉동 및 해동시 보이드 형성이 쉬운 임의의 유체(30)를 분배하는데 사용될 수 있다. 이러한 범주에 속하는 유체(30)에는 예혼합 경화성 액체, 에폭시, 풀, 요변성의(도포용) 액체, 접착제, 그리고 1 센티포이즈(cps)부터 1,000,000 센티포이즈 범위의 점성을 가진 액체가 있다. 주사기(10) 내에 냉동상태로 보관하기 적합하며 냉동 및 해동시에 보이드 형성이 쉬운 대표적인 액체에는 경화성 액체, 풀, 그리고 아브레스틱 라보라토리즈(Ablestik Laboratories)(미국, 캘리포니아, 란초 도밍고), 다이맥스 코포레이션(Dymax Corporation)(미국, 코네티컷, 토링톤), 헨켈 록타이트 코포레이션(Henkel Loctite Corporation)(독일, 뒤셀도르프)으로부터 상업적으로 이용가능한 견본 반도체, 마이크로전자공학 및 광전자공학 패키지 어플리케이션에 대한 접착제가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
동일 참조번호가 도2에서 동일 형태부를 나타내는 도2a를 참조하고, 본 발명의 대안적 실시예에 따르면, 각 홈(40)은 인접한 홈(40) 사이의 거리로 한정되는 반경방향의 랜드(land) 또는 마진(margine)(41)에 대해 패이거나 함몰될 수 있다. 각 랜드(41)는 길이방향 축선(18)에 대해 상대적으로 측정되는 일정한 반경을 가진 배럴 표면(16)의 한 부분을 나타낸다. 본 발명의 의도는 랜드(41)가 리브(74)(도6)로 새김가공된 이후 내향 표면(16) 물질의 탄성회복으로부터 만들어지게 하는 것이다. 대안적으로, 리브(74)는 내향 표면(16) 물질 속으로 제한된 거리만큼만 침투한다. 홈(40)은 유체(30)내의 보이드 형성을 막거나 적어도 현저히 감소시키는데 효과적인 일정 정도의 표면거칠기를 제공하며, 그 결과 가용한 주사기(10)의 수율을 증가시킨다.
동일 참조번호가 도2a에서의 동일 형태부를 나타내는 도2b를 참조하고, 본 발명의 대안적 실시예에 따르면, 내향 표면(16)은 랜드(41) 위에 형태부(43)를 추가로 구비할 수 있는데, 이는 불규칙성, 톱니자국, 돌출부, 딤플(dimple), 돌기, 또는 표면형상에 있어서의 다른 가파른 변화로 대표되며, 홈(40)과 결합된다. 형태부(43)는 표면거칠기와 저장부(28)(도1) 내의 유체(30)와의 접촉 영역을 증가시키는데, 이는 유체(30)에 의해 축여지거나 채워질 수 있는 패여진 영역을 한정함으로써 이루어진다. 표면 또는 축여진 접촉 영역의 증가는 냉동된 유체(30)와 내향 표면(16) 사이에서 작용하는 부착력을 증가시키는 작용을 한다. 홈(40) 및 형태부(43)는 유체(30)내의 보이드 형성을 막거나 적어도 현저히 감소시키는데 효과적인 일정 정도의 표면거칠기를 제공하며, 그 결과 가용한 주사기(10)의 수율을 증가시킨다. 본 발명은 다른 대안적인 실시예에서 형태부(43)가 또한 홈(40)의 경사벽에 덧붙여질 수 있을 것을 예정한다. 그러나 본 발명의 또다른 대안적인 실시예에서는, 홈(40)이 생략되어져 형태부(43)가 내향 표면(16)의 표면거칠기에 유일하게 기여할 수 있다.
본 발명의 대표적인 실시예에 따르면, 주사기(10)의 측벽(14)은 폴리프로필렌으로 구성될 수 있으며, 약 0.019"에서 약 0.025" 범위의 두께를 가질 수 있다. 내향 표면(16)은 0.1㎛보다 큰 범위, 바람직하게는 약 2.5㎛보다 큰 범위, 더욱 바람직하게는 약 2.5㎛에서 약 5.1㎛ 범위에서 표면거칠기(Ra)를 가질 수 있는데, 이 경우 형태부(43)는 총 표면거칠기에 약 1.4㎛에서 약 1.8㎛의 기여를 하며, 홈(40)이 총 표면거칠기에 나머지를 기여한다.
동일 참조번호가 도1 및 도2에서 동일 형태부를 나타내는 도4를 참조하고, 대안적 실시예에 따르면, 주사기(48)는 후방개구(34a) 근처에 귀나 플런저가 없는 배럴(12a)을 포함하나, 다른 면에서는 주사기(10)와 유사하다. 비록 주사기(48)의 최대 부피용량은 다양하지만, 통상의 용량은 약 2.5 유량온스에서 약 32 유량온스의 범위를 가진다. 그 안에서 유체출구(22a)가 한정되는 노즐(24a)은 적합한 팁(도시되지 않음)의 중심과 짝지어지도록 접속된다. 주사기(10)의 내향 표면(16)에 관하여 상기 기술되고, 도2, 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 주사기(48)의 내향 표면(16a)은 홈(40) 및/또는 형태부(43)를 특징으로 하는 표면거칠기(도시되지 않음)를 포함한다.
도5 및 도6을 참조하면, 홈(40) 및/또는 형태부(43)는 측벽(14)의 내향 표면(16)에 성형될 수 있는데, 이는 사출성형기(50)로부터의 사출시와 같이 여러가지 다른 기술에 의해 가능하다. 사출성형기(50)는 가열된 배럴(52) 및 스크류(54)를 포함하는데, 이는 용융, 혼합, 그리고 배럴(52) 안에서 가열된 용융된 고분자물질(56)을 주형(58) 안으로 펌핑하는데 사용된다. 펠릿이나 분말 형태의 고체 고분자 수지(59)가 호퍼(60)로부터 배럴(52) 내로 공급되며, 이는 용융된 고분자물질을 만들기 위해 히터(62)로부터 전도에 의해 전달되는 열에 의해 용융된다. 임의의 축류 왕복운동을 따른 스크류(54)의 회전은 용융된 고분자물질(56)을 혼합 및 사출한다. 선택적으로, 사출성형기(50)는 용융된 고분자물질을 주형(58) 안으로 사출하는 수압작동식의 램(ram) 또는 플런져(61)에 의존할 수 있다. 스크류에 의해 몰리게 되는 용융된 고분자물질은 노즐(64)에서 수렴하고, 탕구 부싱을 통해 주형(58) 내의 일련의 통로들(69) 안으로 사출된다. 이동 플래턴(platen)(66)과 고정 플래턴(68)으로 구성되는 클램핑 유니트는 고분자물질 사출시에 주형(58)을 결합시킨다.
주형 코어(70)는 길이방향 리브(74)를 가진 팁부분(72)을 구비한다. 코어(70)는 연속적인 주사기(10) 성형을 하는 후속 주조 싸이클에서 재사용되는 비소모성 부품이다. 용융된 고분자물질(56)은 통로망(69)으로부터 주형(58)과 코어(70) 사이로 한정되는 개방된 공간 안으로 공급된다. 개방된 공간의 형상은 주사기(10)의 최종 형상과 유사하다. 팁부분(72) 내의 리브(74)는 코어(70) 외부표면(76)의 좁은 지역을 따라서만 연장되며, 상당히 균일한 모서리 간격으로 원주 상에 위치한다. 리브(74)는 예를 들자면 레이져 가공에 의해 표면(76)에 직접적으로 성형될 수도 있고, 또는 대안적으로 연성 표면의 코어(70)에 덧붙여진 별개의 금속밴드에 성형될 수도 있다.
주사기(10)의 내향 표면(16)에 형태부(43)를 성형하기 위해, 코어(70)의 표면(76)은 불규칙성, 톱니자국, 돌출부, 딤플, 돌기, 또는 표면형상에 있어서의 다른 가파른 변화로 대표되는 표면 형태부(77)를 추가적으로 포함할 수 있다. 표면 형태부(77)로부터 내향 표면(16)으로 전달되는 주사기(10) 내의 형태부(43)의 결과적인 형상은 코어(70) 내의 표면 형태부(77)의 모양과 유사하거나 또는 그에 관계된다. 예를 들어, 형태부(43)는 대응하는 표면 형태부(77)의 깊이보다 얕을 수 있다. 홈(40)과 짝을 이루어, 표면 형태부(43)는 내향 표면(16)을 특징짓는 표면거칠기를 총괄적으로 한정한다.
표면 형태부(77)는 코어(70)의 표면(76) 위에 형성될 수 있는데, 예를 들자면 방전가공(EDM)에 의한 표면의 결(texture)로서 형성된다. 표면 형태부(77)를 형성하는 대표적인 표면의 결은 MT-11050 표면의 결인데, Mold-Tech®Worldwide에 의해 디자인되고, 평균 형태부 깊이 0.0045"를 가진다. 본 발명의 의도는 리브(74)가 코어(70)로부터 생략되고, 그 결과 주조된 주사기(10)가 코어(70)로부터 분리될 때 홈(40)이 형성되지 않는 것으로 계획하고 있다. 이 경우에, 유일한 표면 형태부(77)만이 코어(70)에 존재하고, 결과적으로, 유일한 형태부(43)가 내향 표면(16) 위에 성형된다. 특정 실시예에서는, 코어(70)가 접이식으로 제작될 수 있고, 그 결과 코어(70)로부터 주사기(10)의 제거가 부드럽지 않거나 또는 형태부(43)를 변형시킨다. 표면의 결의 정도의 변경은 표면 형태부(77)의 치수를 바꿀 수 있으며, 그 결과 이는 내향 표면(16)에 전달되는 형태부(43)의 치수를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
도7부터 도9까지 참조하면, 주사기(10)가 냉각되어 굳어진 이후에 주형(58)으로부터 코어(70)가 인출되며, 그리고 코어(70)로부터 주사기(10)가 제거되거나 분리된다. 제거는 플랜지(32a,32b)를 고정구(71)와 접속시키고, 고정구(71)를 움직임으로써 이루어지는데, 그 결과 주사기(10)가 코어(70)로부터 미끄러져 나온다. 주사기(10)가 코어(70)로부터 제거될 때, 팁부분(72)과 표면(16) 사이에 밀착이 유지된다. 밀착은 주사기(10)의 운반구간 사이의 코어(70)의 상당히 균일한 직경에서 기인한다. 코어(70)로부터 주사기(10)가 제거될 때, 리브(74)는 측벽(14)의 내향 표면(16)에 그 길이방향을 따라 리브(74)와 상보적이거나 또는 유사한 형상과 치수의 홈(40)을 새긴다. 그 결과, 팁부분(72)에 있는 리브(74)의 형상이, 길이방향으로 연장하고 원주방향으로 위치하는 홈(40)으로서, 주사기(10)의 측벽(14) 내향 표면(16)의 동연의(coextensive) 밴드에 전달된다. 주사기(10)에 새겨진 홈(40)은 상당히 균일한 드래프트 또는 깊이를 가지는데, 이는 코어(70)상의 인접한 리브(74) 사이의 홈의 깊이와 동일하거나 또는 비례한다. 코어(70)로부터 제거될 때, 주사기(10)는 상온보다 따뜻할 수 있는데, 이는 홈(40)의 형성을 돕는다. 주사기(10)에 부속된 러너(runner)(79)도 또한 제거된다. 피스톤(26)(도1)은 유체(30)로 저장부(28)를 채우기 전 또는 후에, 배럴(12)의 개방된 후방 단부 속으로 삽입된다.
이런 방식으로의 홈(40)의 형성은 잔여물을 발생시키지 않거나, 대수롭지 않은 양의 잔여물을 발생시키거나, 분배과정에 부정적 영향을 미치지 않는 미세한(예를 들면, 유체 유로 내의 최소 직경의 협착로를 통과할 정도로 충분히 미세한) 잔여물을 발생시키는 깨끗한 공정이다. 엄밀하게는, 코어(70)로부터 주사기(10)가 제거될 때, 구성 고분자물질을 대체, 또는 잘라내거나 홈을 파내어, 내향 표면(16)에 자국을 냄으로써 리브(74)가 홈(40)을 형성했다. 이는 홈(40)을 형성하기 위해 표면(16)에서 물질을 제거해 내고, 그 결과 오염이나 잔여물을 발생시키는 다른 홈형성 또는 거칠기 공정들과는 대조된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 측벽(14)의 내향 표면(16)은 유체(30)의 측벽(14)과의 부착을 증가시키는데 적합한 형태부에 의해 거칠게 되거나 결이 새겨질 수 있다. 이러한 대안 실시예의 형태부는 외관, 형상 및 크기에 있어 홈(40) 및/또는 형태부(43)가 다를 수 있다. 예를 들어, 형태부는 무작위적으로 만들어질 수 있는데, 배럴(12) 속으로 삽입되어 슬라이딩운동으로 왕복 및 회전하는 솔 또는 다른 강모(stiff-bristled) 물체로 내향 표면(16)에 결을 내어 형성한다. 또다른 실시예로서, 내향 표면(16)은 모래분사(sandblasted) 또는 비드분사(beadblasted)될 수 있다. 형태부 성형으로부터 기인하는 잔여물 또는 오염은 성형 이후의 세정 공정에 의해 제거될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 표면(16)은 플라즈마에 노출될 수 있으며, 이는 플라즈마 처리의 구체적 특성에 따라 표면속성을 화학적 및/또는 물리적으로 변경시킬 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 표면(16)은 수성 에칭액을 이용한 화학적 에칭에 의해 거칠게 될 수 있다.
본 발명의 대안적 실시예에 따르고, 동일 참조번호가 도1 및 도2 에서의 동일 형태부를 나타내는 도10을 참조하면, 분배과정 중에 피복물 또는 압력 슬리브(80)가 주사기(10)의 배럴(12) 외부에 배치될 수 있다. 통상적으로, 슬리브(80)와 측벽(14)은 동심원적으로 배열되며, 그들 사이의 지지경계면을 한정하는 동연의 원통형 표면에서 접촉한다. 슬리브(80) 사용은 유체 분배중에 주사기(10) 내부에서 발생하는 외향력에 의한 측벽 파열의 위험을 감소시키는데, 파열은 유체(30)를 출구(22) 방향으로 보내기 위해 피스톤(26)에 힘을 가함으로써 비압축성 유체(30)가 가압될 때 발생한다.
핸드헬드 어플리케이션 건(handheld application gun)과 같은 기계적 구동장치의 플런져 램(90)이 후방 주사기 개구(34) 속으로 삽입되어, 피스톤(26)의 후방 단부와 연결된다. 구동기의 전진운동이 플런저 램(90) 및 피스톤(26)을 전진시키고, 그 결과 유체(30)를 주사기(10) 출구(22)쪽 전방으로 보낸다. 도3의 문맥에서 상기 기술된 바와 같이, 본 기술의 당업자는 피스톤(26) 위의 공간에 가해지는 공기압이 주사기(10)에 담긴 유체(30)를 분배하는데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
슬리브(80)의 사용은 측벽(14)이 잠재적으로 측벽파열이 쉬운 두께를 가지는 경우에 적합하다. 다른 보강구조 및 기구들이 본 발명에 의해 예정된다. 홈(40)(도2, 도2a, 도2b) 및/또는 형태부(43)(도2b)의 도입의 결과로써 측벽두께의 감소가 뒷따른다.
본 발명이 다양한 실시예들에 대한 설명으로 도시되고, 그리고 이 실시예들이 상당히 자세히 설명되어 왔지만, 출원인의 의도는 첨부된 청구항의 범위를 그 정도의 상세함으로 한정하거나 제한하려는 것이 아니다. 추가적인 장점 및 변형은 본 기술의 숙련자에게는 자명하다. 더 광범위한 측면의 본 발명은 그래서 나타나거나 설명된 특정한 세부사항들, 대표적인 방법들, 도시적인 예시들에 한정되지 않는다. 따라서, 출원인의 일반적인 독창적 발상의 개념 및 범주를 벗어나지 않고도 그러한 세부사항으로부터의 이탈이 이루어질 수 있다.

Claims (19)

  1. 분배 전의 냉동 및 해동시에 보이드 형성이 쉬운 유체(30)를 분배하기 위한 주사기(10)에 있어서,
    상기 주사기는 내향 표면(16)을 구비하는 측벽(14)을 포함하는 배럴(12)을 포함하며,
    상기 측벽(14)은 일정량의 유체(30)를 담는 저장부(28)를 둘러싸고, 상기 측벽(14)의 상기 내향 표면(16)은 다수의 축방향으로 연장하는 홈들(40)을 포함하며,
    상기 홈들(40)은 상기 측벽(14)의 상기 내향 표면(16)과 상기 유체(30) 사이에 보이드 형성을 감소시키는 것을 특징으로 하는 주사기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측벽(14)의 상기 내향 표면(16)은 길이방향 축선(18)을 중심으로 하고, 상기 홈들(40)은 상기 길이방향 축선(18)에 평행하게 정렬된 주사기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 홈들(40)은 상기 배럴(12)의 길이를 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 주사기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홈들(40)은 상기 표면(16)이 상기 유체(30)에 의해 축여지는(wetted) 표면의 접촉 영역을 증가시키는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 주사기.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈들(40)은 다음의 단면 형상들 중 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 주사기.
    a) 이중 형상
    b) 둥근 U
    c) 각진(squared) U
    d) 반구형
    e) 신장형(elongated)
    f) V형
    g) 둥근 V형
    h) 초승달형
    i) I형
  6. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈들(40) 사이에 배치된 상기 측벽(14)의 상기 내향 표면(16)은 상기 표면이 상기 유체(30)에 의해 축여지는 상기 표면(16)의 접촉 영역을 증가시키도록 결이 난(textured) 것을 특징으로 하는 주사기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 표면의 결(texture)은 적어도 다음의 하나를 제공하는 주사기.
    (a) 0.1미크론보다 큰 평균 표면거칠기
    (b) 2.5미크론보다 큰 평균 표면거칠기
    (c) 2.5미크론 내지 5.1미크론까지의 평균 표면거칠기
  8. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽(14)은 가요성(flexibility)을 가지며, 상기 홈들(40)은 평균 표면거칠기를 제공하고, 상기 측벽(14)의 가요성과 상기 홈들(40)의 평균 표면거칠기에 의해 보이드 형성이 감소되는 것을 특징으로 하는 주사기.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽(14)은 폴리프로필렌으로 형성되고, 상기 측벽(14)은 0.019" 내지 0.025" 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 주사기.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장부(28)를 채우고 있는 상기 유체(30)가 분배될 때에, 상기 측벽(14) 주변에 압력 슬리브(80)가 위치되는 것을 특징으로 하는 주사기.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장부(28) 내에 냉동 유체(30)가 배치되는 것을 특징으로 하는 주사기.
  12. 분배 전의 냉동 및 해동시에 보이드 형성이 쉬운 유체(30)를 분배하기 위한 주사기(10)의 제조방법으로서,
    상기 주사기(10)의 측벽이 코어(70)와 접촉하는 내향 표면(16)을 갖고 상기 코어(70) 주위에 형성되도록 주형 내부에서 코어(70)의 주위에 상기 주사기(10)를 성형하는 단계; 및
    상기 코어(70) 상의 리브들(74)이 상기 내향 표면(16)에 길이방향 홈들(40)을 형성하도록 상기 코어(70)로부터 상기 주사기(10)를 분리하는 단계로서, 상기 홈들(40)은 상기 유체가 냉동 및 해동시에 상기 내향 표면(16)과 상기 유체(30) 사이에 보이드 형성을 감소시키는, 상기 분리 단계를 포함하는 주사기 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 주사기(10) 성형 단계는,
    상기 코어(70) 상에 표면 형태부(77)를 제공하여, 상기 주사기(10)의 상기 내향 표면(16)과 접촉하는 적어도 리브들(74)에 중첩되는 단계;
    상기 코어(70) 상의 상기 표면 형태부(77)의 복제형상을 상기 내향 표면(16)에 전달하는 단계를 특징으로 하는 주사기 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 코어(70) 상에 상기 표면 형태부(77)를 제공하는 단계는 상기 코어(70)에 결(texture)을 적용하는 단계를 특징으로 하는 주사기 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 주사기(10)의 상기 홈들(40)은 상기 코어(70)의 제거에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 주사기 제조방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 주사기(10) 성형 단계 전에 상기 코어(70)의 팁부분(72) 주위에 다수의 길이방향 리브들(74)을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 주사기(10)로부터 코어(70)를 분리할 시에, 상기 주사기(10)의 상기 내향 표면(16)에 자국이 새겨지는 것을 특징으로 하는 주사기 제조방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 주사기(10) 성형 단계는, 팁부분(72) 주위에 배치된 다수의 길이방향 리브들(74)을 구비하는 코어(70) 주위에 상기 주사기(10)를 사출 성형하는 단계를 포함하고;
    상기 주사기(10) 분리 단계는, 상기 주사기(10)로부터 상기 코어(70)를 인출하는 단계로서, 상기 리브들(74)은 유체 저장부(28)를 따라 다수의 홈들(40)을 새기고, 상기 홈들(40)은 상기 유체가 냉동 및 해동시에 상기 내향 표면(16)과 상기 유체(30) 사이에 보이드 형성을 감소시키는, 상기 인출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사기 제조방법.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈들(40)은 다음의 형상들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 주사기 제조방법.
    a) 이중 형상
    b) V형
    c) U형
    d) 반구형
    e) 초승달형
    f) I형
  19. 삭제
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