JP2007512134A - 手持ち式流体吐出装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

吐出すべき流体を保持した容器を支持してなる筐体を備えてなる、携帯型の流体吐出装置と、そのような携帯型の流体吐出装置の使用方法が開示される。第１の近接センサは、筐体の内部において、筐体の片方の側部に直近すべく設けられ、第２の近接センサは、筐体の内部において、筐体の反対側の側部に直近すべく設けられる。動作回路は、筐体の内部に支持されていて、第１および第２の近接センサに、電気的に接続されている。動作回路は、作業者の指が両側から同時に第１の近接センサと第２の近接センサとに近接すると、これに応じて、動作信号を発生する。

Description

本願は、２００３年１１月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／５２５，４８６号を基礎とする優先権の利益を主張するもので、同出願の内容をここで参照して引用して組み込まれる。
本発明は、一般的には流体吐出システムに関し、より詳しくは、流体吐出システムにおける把持部と、把持部を用いる流体吐出システム、並びにそうした流体吐出システムの使用方法に関する。

従来技術による流体吐出システム用の把持部には、多彩な形状および構造のものがある。いくつかの装置にあっては、作業者は、流体のカートリッジやシリンジが収容された把持部を握り、フット・ペダルを用いて吐出動作を開始させる。別の装置にあっては、作業者は、流体シリンジが取り付けられた把持部を握り、吐出動作を開始させるためには、流体吐出装置の側部に設けたフィンガー・スイッチを作業者が操作する。しかしながら、公知の吐出システムについては、それらのすべてが何らかの機械的なスイッチを用いて、吐出動作を開始させている。機械的なスイッチは、長期間にわたる動作について、その信頼性についての評価は低い。さらに、そうした機械的なスイッチは、作業環境に見られる液体その他の物質に起因する環境汚染に対して密封保護する必要がある。

長時間の作業にわたって、吐出動作を始めるのに物理力を作用させなければならないとすれば、それは作業者にとって疲労とストレスの原因になる。さらに、吐出動作を始めるために物理力を作用させることはしばしば、シリンジの先端部を、求められる吐出位置から不用意に逸らしてしまう原因となる。さらに、多くの流体吐出装置は、単にシリンジを保持すべくデザインされているだけであり、把持部を保持して流体吐出システムを操作する作業者にとっての安楽性については深く考慮されていない。

従って、上述した不都合およびその他の不都合を解決できるような、流体吐出システムの把持部、および流体吐出システムの使用方法を求める要望が存在する。

本発明は、流体吐出システムのための改良された把持部を提供するもので、ホルダを用いるときの手の姿勢が中立的になるように奨励して、これによりホルダを作業者にとってより安楽的なものにする。さらに、把持部は、機械的スイッチなどに物理力を加えて流体吐出システムを動作させる必要が無いので、作業者にとっての疲労やストレスを低下させることができる。このことはまた、物理力を加えるとき、流体吐出システムのノズルチップを作業者が動かしてしまう傾向を無くして、吐出の精度を高めることに役立つ。さらに、把持部は、人間工学的に設計されていて、手の大きさが様々であっても、安楽に適合する。さらに、把持部は、吐出システムを動作させる上で機械的なスイッチを頼りにしておらず、また、本発明による近接スイッチには可動部品がなく、吐出した流体で汚染されることもないために、その信頼性は改善される。従って、把持部は安楽に保持でき、容易に使用でき、極めて信頼性が高く、従来の把持部に比べて疲労やストレスが少なく、吐出の精度と精密さが重要とされるような液体吐出システムの用途に、特に有効である。

本発明の実施形態によれば、流体吐出システムの把持部は、作業者が保持すべくようになっている筐体を具備している。筐体は、吐出されるべき流体を収容する容器を支持するようになっている。筐体の内部には、第１の近接センサと第２の近接センサとが設けられる。筐体の内部に支持されてなる動作回路は、第１の近接センサおよび第２の近接センサと電気的に接続されている。動作回路は、作業者のひとつの指が第１の近接センサの近くにあることと、作業者の別の指が第２の近接センサの近くにあることとを検出すると、これに応じて動作信号を発生させ、流体吐出システムにより所定量の流体を吐出させる。

本発明の別の観点においては、流体を吐出する方法は、流体吐出システムにおける把持部に、作業者の第１の指が近接していることを検出する工程を具備する。方法はさらに、作業者の第２の指が把持部に近接したことを検出する工程を具備し、第１の指が把持部に近接しており、しかも第２の指が把持部に近接していることを同時に検出したとき、これに応じて、流体吐出システムは、所定量の流体を吐出させる。

本発明のこれらのおよびその他の利点については、添付図面と併せて、以下の詳細な説明から容易に明らかになるだろう。

図１および図２を参照すると、流体吐出システムにおいて用いる把持部１０は、筐体１２を備え、筐体１２は、一対の近接センサないしスイッチ１４ａおよび１４ｂと、動作制御部７２（図４参照）とを密閉式に取り囲んでいる。動作制御部７２は、ケーブル１８を介して、流体吐出システムの吐出制御部１６に電気的に接続されており、これにより流体吐出システムが構成されている。把持部１０が電気的に接続される、例示的な吐出制御部１６としては、ロードアイランドのイーストプロビデンスのＥＦＤ社から商業的に入手可能な、Ｕｌｔｒａ ２４００シリーズ（登録商標）の部類がある。筐体１２からケーブル１８が出される出口１７（図２参照）は、吐出した流体を受けるべきワークピースを巻き込むのを防ぐようにデザインされていて、応力軽減部分２０が一体的に成形されている。筐体１２は、２体の対向する部分１２ａおよび１２ｂから構成されており、在来の固定ネジ２１を用いて互いに組み立てられる。

筐体１２は、シリンジ２２として図示された流体容器を支持し、これを公知の摩擦把持のやり方で保持しており、外径が共通すれば異なるシリンジサイズのものも保持できる。シリンジ２２は、吐出されるべき流体を収容していて、約３立方センチ〜約５０立方センチの範囲の体積の流体を保持する。これに代えて、筐体１２が支持する流体容器は、あらゆるシリンジバレル、カートリッジ、又はその他の構造物であって吐出すべき流体を収容でき、筐体１２に保持される物理形状のものなどでも良い。変形例による実施形態としては、把持部１０には流体容器を支持させることなく、その代わりに、吐出される流体を離れた流体供給源から送り込むようにして、把持部１０は単に、離れた流体供給源から供給された流体を吐出するための吐出チップを備えるものでも良い。

シリンジ２２の開かれた端部にはアダプタ２４が結合されており、アダプタ２４とシリンジ２２の内部にあるピストンとの間に密閉された空間を形成している。また、アダプタ２４は、吐出制御部１６に、電気的に接続されている。吐出制御部１６は、公知のやり方によって、時間的パルス状の加圧空気をアダプタ２４を経て密閉空間に与え、これがシリンジ２２内部のピストンを動かして、シリンジ２２内部に閉じ込められていた所定量の流体が吐出チップ２６から押し出される。吐出チップ２６は、図６に示す如く、シリンジ２２からワークピースへと流体を運ぶもので、多彩な吐出用途に応じ、広範囲の既知の形態のものを利用できる。

把持部１０は、長寿命で高効率な白色ＬＥＤなどのランプ３０を具備する。ランプ３０の向きと位置決めは、筐体１２の取り付け部分によって定まるが、ランプ３０の光出力は、吐出チップ２６に向かってこれを照明し、および／又は、いずれかの吐出箇所の近くを照明し、吐出箇所の視認性と吐出制御性を改善する。ランプ３０は、様々な吐出箇所について、多彩な表面特性をもったワークピースを効果的に照明することができる。

筐体１２は、本体部分３２と、本体部分３２から略直角に延在してなるグリップ部分３４とを有する。グリップ部分３４は、作業者の片手によって握られて、操られるように適合している。グリップ部分３４の寸法とデザインは、作業者の手の大きさが様々であっても、安楽に握ることができて、掌に不要な圧力がかからないようにされている。グリップ部分３４の長さは、大きな手の作業者にとって安楽に握れるだけの充分に長いものである一方、小さな手の作業者が使用する場合にも、ワークピースの表面に干渉することが防げるだけの充分に短いものになっている。

図１には片方のへこみ部３６だけが見えているが、一対の対向する長手方向に向けられたへこみ部３６は、本体部分３２のそれぞれ両側に設けられている。図２に示すように、対をなす近接スイッチ１４ａおよび１４ｂのうちの片方が、各へこみ部３６の内側直近に配設されている。へこみ部３６によって、作業者は、把持部１０を見なくても、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂの能動領域を触知することができる。筐体１２は、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂを流体による汚染から保護する。

へこみ部３６は、後述の如く、グリップ部分３４を握った作業者の反対側にある指、例えば、親指と人差し指を受け入れるようにデザインされている。へこみ部３６の寸法とデザインは、手の大きさが様々である作業者の手に適合できて、作業者の利き手の違いにも適合できる（右利き、左利き）。本体部分３２は、作業者が中立的な状態で握ることができるような幅を有する大きさになっている。

２つの近接スイッチ１４ａおよび１４ｂは、図４に示した動作制御回路を含んでなる、印刷回路基板("ＰＣ")４４に接続されている。印刷回路基板４４と、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂとは、筐体１２にモールド成形された取付ピンとボス孔とによって、所定位置に保持される。近接スイッチ１４ａおよび１４ｂの開口孔５４は、取付ピンにアクセスして、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂを把持部１０の内部にしっかりと固定する。

図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、近接スイッチ１４ａ（これは近接スイッチ１４ｂと同一のものである）は、両面印刷回路基板から構成されている。各印刷回路基板３５における外向きの側には、へこみ部３６のそれぞれひとつに重なる領域において、最も感受性を持つように幾何学的にデザインされた、形成センサ電極３７が設けられる。外側にあるガードループ３９は、ヴァイア４１を介して内側のガード面３３（図３Ｂ）に接続されていて、このガード面３３は、各印刷回路基板３５の内側に向けられた、対向する、実質的領域にわたって延在している。内側のガード面３３は、電気的なガードとして働いて、内側の感度を下げ、例えばシリンジ２２内に流体が存在することや、隣接する指が存在しないことによる、電圧誤動作を防ぐ。従って、それぞれの近接スイッチ１４ａおよび１４ｂは、外側面についてだけ感度を有する。組み立てられた把持部１０において、近接スイッチ１４ａのガード面３３は、近接スイッチ１４ｂのガード面３３と対面する。近接スイッチ１４ａおよび１４ｂは可動部品をもたないので、故障や、その他の信頼性に関する分野の懸念は少なくなる。

本願において、“外側”、“外方”、および“外向き”などの用語は、把持部１０の長手方向中心線から離れる方向や向きを意味している。逆に、“内側”、“内方”、および“内向き”などの用語は、把持部１０の長手方向中心線へ向かう、あるいは近づく方向や向きを意味している。

図４を参照すると、動作制御部７２は、ケーブル１８を介して吐出制御部１６から２４ボルトの電圧を受けるような電源７４を具備している。入力バリスタ７６は、サージ抑圧の機能をして、過電圧状態に誘導されたノイズに対して、動作制御部７２内部の素子を保護する。第１の定電圧源７８は１２ボルトの電圧を出力８０し、第２の定電圧源８２は５ボルトの電圧を出力８４する。デュアル式のタッチスイッチ制御部９０は、電荷移動の原理により動作するもので、アースに対する検出電極３７の静電容量を測ることによって、作業者の指が存在するか否かを検出する。制御部９０は、はるかに大きなバックグラウンド容量の存在の下で、例えばフェムト・ファラド・レンジの極めて微細な静電容量の変化を識別することができる。人体は普通、アースに対して数百ピコ・ファラドの寄生容量をもち（図４）、局部的な電源のグラウンドもまたアースに対して寄生容量をもっている。

制御部９０の様々なチップパラメータ、例えば、感度や、周波数、デジタルフィルタなどは、コネクタ９２を介して、制御部９０の不揮発メモリにプログラムされる。制御部９０は、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂのうちのひとつに対応する形成センサ電極３７（図３）と、アースに対するバックグラウンド容量に関連した、作業者の指が構成する他方の電極との間における容量の変化を検出する。容量の変化は、筐体１２におけるへこみ部３６の箇所を形成している、代表的にはプラスチックなどの素材の厚みを間に介して検出される。制御部９０は、商業的に入手可能な集積回路を用いて実現することができ、例えばペンシルバニアのピッツバーグにあるクウォンタム・リサーチ・グループ社から入手可能である、品番ＱＴ３２０１Ｓ型であって、これは２つの検出チャンネルを備えている。

従って、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂはそれぞれ、アースに対して未知の静電容量をもった１枚の板として機能して、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂのひとつに対応して隣接した各へこみ部３６に作業者が指を近づけると、かかる静電容量は増加する。作業者が各へこみ部３６に指を近づけると、制御部９０が検出する静電容量は充分に高まって、制御部９０は状態変化を生じさせる。制御部９０の感度は、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂのそれぞれと、これらに対応する作業者の指との距離を表わすもので、容量の変化が生じて、制御部９０が状態を切り換えるものであるが、かかる感度は調節可能である。感度を調節するには、コンデンサ９４および９６の値を変えるか、および／又は、前述の如くコネクタ９２を介してプログラムされたチップパラメータを変更する。従って、感度は、特定の吐出用途における独特な要件を満たすように調節することができる。しかしながら、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂを動作させるのには、作業者が把持部１０に物理力を加えなくても良いように留意することが重要である。

図５および図６に示すように、使用に際しては、把持部１０をつかみ上げて、作業者は、指１１０、例えば親指をへこみ部３６に近づけ、第１の近接スイッチ１４ａに近接させる。親指１１０が近接スイッチ１４ａに接近すると、制御部９０（図４）は、静電容量の変化を検出ないし検知して、第１の出力信号を出力して、ランプ３０を点灯させる。その結果、把持部１０は、所定量の流体をシリンジから吐出する準備が出来た。ランプの照明は、作業者に対して、スイッチが閉じたことを指示すると共に、さらに作業者が吐出チップ２６を所定位置に位置決めして配置する助けになる。所定位置に達したならば、作業者は単に、もう一方の指１１２、例えば人差し指を、へこみ部３６に向けて動かして、第２の近接スイッチ１４ｂに隣接させる。人差し指１１２が近接スイッチ１４ｂに近づくと、制御部９０は、静電容量の変化を検出ないし検知して、第２の出力信号を発生する。第１の出力信号と第２の出力信号とが同時に発生すると、トランジスタ９８および１００の状態が変化して、動作制御部７２からケーブル１８を介して吐出制御部１６へ伝えられる動作信号の状態が変化する。そして、吐出制御部１６は、動作信号の状態変化を検出する。これがトリガとなって、吐出制御部１６は、アダプタ２４（図１）を公知のやり方にて動作させ、空気のパルスをシリンジ２２に供給し、所定量１１４の流体を基板１１６上に吐出させる。

代替的な操作テクニックとして、第１の近接スイッチ１４ａをトリガーする前に、人差し指１１２を用いて第２の近接スイッチ１４ｂをトリガーしておいても良い。かかる事例においては、ランプ３０はスイッチが閉じたことを指示し、動作信号は、親指１１０を用いて第１の近接スイッチ１４ａをトリガーした後に発生する。

要するに、吐出させるのに用いるテクニックに応じて、ランプ３０は、作業者の指１１０および１１２がいずれかの近接スイッチ１４ａおよび１４ｂに近接したことを制御部９０が検出したことに応じて点灯させる。さらに、制御部９０は、作業者の指１１０および１１２が両方の近接スイッチ１４ａおよび１４ｂに同時に近接したことを検出すると、これに応じて、動作信号を吐出制御部１６へ与える。

本発明のさらに別の変形例による実施形態においては、ランプ３０は常時点灯させておき、作業者の指１１０および１１２がいずれかの近接スイッチ１４ａおよび１４ｂに近接したことを指示するには、当業者が認識するであろう別のやり方を採用しても良い。さらに別の実施形態においては、ランプ３０を省略しても良く、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂのいずれかひとつの近くに第１の指があることで把持部１０の準備を整えても良く、また、作業者への代替的な指示は設けても設けなくても良く、また、第２の指１１２が近接スイッチ１４ａおよび１４ｂの他方に近接したことで流体を吐出させても良い。本発明のさらに別の実施形態においては、第１の指１１０が近接スイッチ１４ａに近接したことが検知されると、制御部９０は吐出制御部１６と連絡をとる。

筐体１２は、人間工学的なデザインを施され、把持部１０を用いるときの手の姿勢が中立的になるように奨励していて、把持部１０を作業者にとってより安楽的なものにしている。さらに、近接スイッチ１４ａおよび１４ｂを動作させるためには、作業者は、指１１０および１１２を曲げたり、または、把持部１０に対して力を働かせたりする必要がない。近接スイッチ１４ａおよび１４ｂは、作業者が指１１０および１１２をへこみ部３６に近づけて近接させることで動作するが、かかる操作は、吐出チップ２６の位置決めを乱すことがないものである。さらに、筐体１２の人間工学的なデザインは、手の大きさが様々である作業者の手に安楽に合致して、また、ランプ３０は吐出チップ２６を照明する。従って、把持部は安楽に保持でき、容易に使用でき、極めて信頼性が高く、従来の把持部に比べて疲労やストレスが少なく、吐出の精度と精密さが重要とされるような液体吐出システムの用途に、特に有効である。

以上、本発明について、そのひとつの実施形態を例示して、充分に詳細であると考えられる程度に詳しく説明したけれども、特許請求の範囲については、そうした詳細事項に限定する意図ではない。追加的な利点や改変は当業者に明らかであろう。従って、本発明は、その広義においては、図示して説明した特定の詳細に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、本願に記載した事項の詳細から逸脱することが可能である。

本発明による流体吐出システムを示した斜視図である。 図１に示した流体吐出システムの把持部の内部構造について示した斜視図である。 図１の流体吐出装置の把持部に使用される近接センサについて、その外側側面を示した立面図である。 図１の流体吐出装置の把持部に使用される近接センサについて、その内側側面を示した立面図である。 図１の流体吐出装置の把持部の内部に配設される制御回路を示した模式的な回路図である。 図１の流体吐出装置の動作を説明するための模式図である。 図１の流体吐出装置の動作を説明するための模式図である。

Claims (15)

1. 流体を吐出する流体吐出システムにおいて、作業者のための把持部を有する流体吐出装置であって、
   作業者により保持するようになっている筐体と、
   前記筐体の内部に配設された第１の近接センサと、
   前記筐体の内部に配設された第２の近接センサと、
   前記筐体の内部に支持され、前記第１の近接センサと前記第２の近接センサとに電気的に接続される動作回路であって、作業者の第１の指が前記第１の近接センサの近くにあることと、作業者の第２の指が前記第２の近接センサの近くにあることとを検出すると、これに応じて流体吐出システムにより所定量の流体を吐出させる動作信号を発生させるような動作回路と、
   を備えていることを特徴とする流体吐出装置。
2. 請求項１に記載の流体吐出装置であって、
   前記筐体はさらに前記動作回路に電気的に接続されてなるランプを備え、
   前記ランプは、第１の指が前記第１の近接センサの近くにあることを検出すると、これに応じて前記動作回路によって点灯することを特徴とする流体吐出装置。
3. 請求項１に記載の流体吐出装置であって、前記筐体は、本体部分と、前記本体部分から延在してなるグリップ部分とを具備し、前記本体部分は第１の側部と、前記第１の側部と反対側の第２の側部とを備え、前記グリップ部分は作業者が握るようになっていることを特徴とする流体吐出装置。
4. 請求項３に記載の流体吐出装置であって、作業者の第１の指と第２の指とを受容するように形成されている第１のへこみ部と第２のへこみ部とを備えることを特徴とする流体吐出装置。
5. 請求項１に記載の流体吐出装置であって、
   前記本体部分における前記第１の側部は、前記第１の近接センサから、前記本体部分の第１の領域によって分離された第１のへこみ部を具備し、前記本体部分における前記第２の側部は、前記第２の近接センサから、前記本体部分の第２の領域によって分離された第２のへこみ部を具備していることを特徴とする流体吐出装置。
6. 請求項５に記載の流体吐出装置であって、
   前記第１の近接センサは、前記筐体の前記第１の側部において、前記第１のへこみ部に近接するように、前記筐体の内部に配設され、前記第２の近接センサは、前記筐体の前記第２の側部において、前記第２のへこみ部に近接するように、前記筐体の内部に配設されていることを特徴とする流体吐出装置。
7. 請求項６に記載の流体吐出装置であって、
   前記第１の近接センサは、前記第１のへこみ部に向けて対面してなる電極を具備し、前記第２の近接センサは、前記第２のへこみ部に向けて対面してなる電極を具備していることを特徴とする流体吐出装置。
8. 請求項１に記載の流体吐出装置であって、
   前記筐体はさらに、吐出されるべき流体を保持した容器を支持するようになっていることを特徴とする流体吐出装置。
9. 作業者が保持する流体吐出システムの把持部から、流体を吐出させるための流体吐出システムを動作させる方法であって、該方法は、
   作業者の第１の指が把持部に近接したことを検出する工程と、
   作業者の第２の指が把持部に近接したことを検出する工程と、
   第１の指が把持部に近接し、かつ第２の指が把持部に近接していることを同時に検出した際、これに応じて流体吐出システムが、所定量の流体を吐出させる工程と、
   を備えていることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    第２の指が近接したことが検出される前に、第１の指が近接したことが検出されることを特徴とする方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、
    第１の指が近接したことが検出される前に、第２の指が近接したことが検出されることを特徴とする方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、該方法はさらに、
    第１の指が近接したことを検出すると、これに応じて、流体吐出装置が支持しているランプを点灯させる工程、
    を備えていることを特徴とする方法。
13. 請求項９に記載の方法であって、
    第１の指が近接したことを検出する工程はさらに、
    第１の指が流体吐出装置から離れている非接触の関係にて、第１の指が近接していることを検出する工程を備えていることを特徴とする方法。
14. 請求項９に記載の方法であって、
    第２の指が近接したことを検出する工程はさらに、
    第２の指が流体吐出装置から離れている非接触の関係にて、第２の指が近接していることを検出する工程を備えていることを特徴とする方法。
15. 請求項９に記載の方法であって、
    把持部は流体のリザーバを保持した容器を支持し、流体吐出システムが、所定量の流体を吐出させる工程はさらに、
    作業者の第１の指が第１の近接センサに近接し、作業者の第２の指が第２の近接センサに近接していることを検出すると、これに応じて動作信号を発生させる工程と、
    動作信号を流体吐出システムに伝達し、流体吐出システムにより容器から所定量の流体を吐出させる工程とを備えていることを特徴とする方法。
    

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