JP2022520007A - ディスペンサ制御のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

材料を分配するためのアプリケータ及び方法が開示される。アプリケータは、入口、出口、及び、前記入口から前記出口まで延在するチャンバ、を規定するシリンジと、前記チャンバ内に配置されたプランジャと、前記プランジャに取り付けられたピストンと、を備え、前記ピストンは前記プランジャを前記チャンバを通して移動させるように構成されている。アプリケータは、また、前記出口を通して材料を分配するために、前記ピストンを前記チャンバを通して直線的に並進させるように構成された作動機構と、前記プランジャに取り付けられたセンサであって前記プランジャの線形運動を感知するように構成されたセンサと、前記ピストンが複数の分配サイクルに亘って前記シリンジの前記出口から所定量の前記材料を繰り返し分配するように、前記センサによって感知された前記線形運動に基づいて前記作動機構の動作を調整するように構成されたコントローラと、を備える。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１月２１日に出願された米国特許出願第６２／７９４，９１４号に対する優先権を主張する。当該出願の教示内容は、当該参照によって、その全体が本明細書に記載されているかの如くに、本明細書に組み込まれる（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ｂｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）。

［技術分野］
本発明は、一般に、流体アプリケータに関しており、特には、所定量の液体が繰り返し分（ディスペンス）されることを保証するように構成された流体アプリケータに関している。

［背景］
接着剤、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既知のアプリケータは、一般に、ニードルを往復移動させることによって少量の流体材料を基板上に噴射するように動作する。そのような材料は、アプリケータの一部であるシリンジ（注射器）内に貯蔵され得る。所定量の材料が、当該シリンジからアプリケータのバルブアセンブリにまで間欠的に分配され、その後に、当該材料がアプリケータから噴射される。バルブアセンブリに一定量の材料を供給することは、自動流体ディスペンシングの最も重要な特徴の１つである。分配される材料の量に一貫性がなければ、材料が無駄になる可能性があり、また、最終製品が売れなくなる可能性がある。

一定量の材料がシリンジから分配（ディスペンス）されることを保証する現在の方法は、費用がかかり、面倒であり、及び／または、有効でない、という可能性がある。例えば、噴射プロセスが中断され得て、ある量の噴射材料の質量が測定され得るが、当該方法は、時間と費用がかかり、全体の製造プロセスを混乱させる。また、噴射された材料の量は、視覚システム分析を通じて分析され得るが、これも、費用がかかり、セットアップ及び較正が難しい。更に、噴射された材料の量は、体積的ディスペンシングによって監視され得るが、これも、全体的な噴射プロセスを遅くしてしまう可能性がある。材料のディスペンシング量を監視する別の方法は、予想される変化を考慮して、分配される材料の量を予測的に変更することである。しかしながら、当該方法は、材料や当該噴射システムの他の特徴について、独特で時間のかかる特徴付けを要する。

更に、アプリケータシリンジから一定量の材料が分配されることを保証するためのシステムは、シリンジから材料を分配する過程で多くの要因が分配（ディスペンシング）の体積及び質量に影響を与え得るため、一貫性のないディスペンシング量の様々な原因を考慮可能であるべきである。例えば、シリンジを加圧及び減圧するために要求される時間は、シリンジが空になるにつれて増大する。噴射システムの温度の変動は、材料の流れに対する抵抗に影響を与え得て、これは、ディスペンシングサイズを変更し得る。特定のタイプの材料は、硬化などの要因により、時間の経過と共に粘度が変化する。また、材料の特性は、材料のバッチごとに異なり得る。これらの要因は、他の複数の要因に加えて、シリンジからの材料の分配を制御しようとする時に考慮されなければならない。

結果として、一定量の材料を繰り返し分配して、材料のディスペンシングに影響を与え得る変化を信頼性をもって考慮するアプリケータのニーズがある。

本発明の一実施形態は、材料を分配するためのアプリケータであり、当該アプリケータは、入口、出口、及び、前記入口から前記出口まで延在するチャンバ、を規定するシリンジと、前記チャンバ内に配置されたプランジャと、前記プランジャに取り付けられたピストンと、を備え、前記ピストンは前記プランジャを前記チャンバを通して移動させるように構成されている。当該アプリケータは、また、前記出口を通して材料を分配するために、前記ピストンを前記チャンバを通して直線的に並進させるように構成された作動機構と、前記プランジャに取り付けられたセンサであって前記プランジャの線形運動を感知するように構成されたセンサと、前記ピストンが複数の分配サイクルに亘って前記シリンジの前記出口から所定量の前記材料を繰り返し分配するように、前記センサによって感知された前記線形運動に基づいて前記作動機構の動作を調整するように構成されたコントローラと、を備えている。

本発明の一実施形態は、シリンジから材料を分配する方法であって、当該方法は、作動機構を操作して、ピストン及びそれに取り付けられたプランジャを前記シリンジのチャンバを通して直線的に並進させて、前記シリンジの出口を通して材料を分配する工程と、センサを介して前記プランジャの線形運動を感知する工程と、を備える。当該方法は、また、前記ピストンが複数の分配サイクルに亘って前記シリンジの前記出口から所定量の前記材料を繰り返し分配するように、前記センサによって感知された前記線形運動に基づいて前記作動機構の動作を調整する工程を備える。

前述の要旨と以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読まれる時、よりよく理解される。当該図面は、本開示の例示的な実施形態を示している。もっとも、本願は図示の正確な配置及び手段に限定されないことが、理解されるべきである。

図１は、本発明の例示的な一実施形態によるアプリケータの斜視図である。

図２は、図１の２－２線に沿った、図１のアプリケータの断面図である。

図２Ａは、第１位置でのニードルを示す、図２のアプリケータのバルブアセンブリの拡大断面図である。

図２Ｂは、第２位置でのニードルを示す、図２Ａのバルブアセンブリの拡大断面図である。

図３は、図１のアプリケータの圧電装置の部分分解斜視図である。

図４は、図３の圧電装置の斜視図である。内部の詳細をよりよく示すべく、所定の要素が破線で示されている。

図５は、図３の圧電装置の下方部の側面図である。

図６は、本発明の代替的な一実施形態によるアプリケータの等角投影図である。

図７は、図６の７－７線に沿った、図６のアプリケータの一部の断面図である。

図８は、図７のアプリケータの断面図の拡大された一部である。

図９Ａは、第１位置でのニードルを示す、図６のアプリケータのバルブアセンブリの断面図の拡大された一部である。

図９Ｂは、第２位置でのニードルを示す、図９Ａのバルブアセンブリの拡大断面図である。

図１０は、図９Ａのバルブアセンブリの機械的増幅器の等角投影図である。

図１１は、図１０の機械的増幅器の別の等角投影図である。

図１２は、機械的増幅器が変形されていない形態の、図１０の機械的増幅器の断面図である。

図１３は、機械的増幅器が変形された形態の、図１０の機械的増幅器の断面図である。

図１４は、バルブアセンブリが代替的な形態の、図１０の機械的増幅器の断面図である。

図１５は、図１乃至図１４のアプリケータの一部の概略図である。

図１６は、本発明の一実施形態によるシリンジから材料を分配する方法の処理フロー図である。

図１乃至図４を参照して、本発明の一実施形態によるアプリケータ１０は、一般に、コントローラ１４と結合された噴射ディスペンサ１２を備える。噴射ディスペンサ１２は、アクチュエータハウジング１８に結合された流体本体部１６を含む。より具体的には、流体本体部１６は、流体本体部ハウジング１９内に保持されている。流体本体部ハウジング１９は、噴射動作の必要性に応じて、１または複数のヒータ（図示せず）を含み得る。流体本体部１６は、シリンジ２０から圧力下で材料を受け取る（以下で更に詳細に説明される）。バルブアセンブリ２２が、アクチュエータハウジング１８に結合されており、流体本体部１６内に延在している。以下で更に説明されるように、機械的増幅器（例えば、レバー２４）が、圧電装置２６とバルブアセンブリ２２との間に結合されている。

圧電装置２６を冷却する目的で、空気が、供給源２７から入口ポート２８に導入され得て、排出ポート３０から排出され得る。あるいは、冷却の必要性に応じて、図２に示すように、入口ポート２８及び排気ポート３０の両方が、供給源２７から冷却空気を受容し得る。そのような場合には、１または複数の他の排気ポート（図示せず）が、アクチュエータハウジング１８に提供されるであろう。温度及びサイクル制御３６が、噴射動作中に圧電装置２６をサイクル制御するため、及び、分配される材料を必要な温度に維持するべく噴射ディスペンサ１２によって保持された１または複数のヒータ（図示せず）を制御するため、に提供される。別のオプションとして、温度及びサイクル制御３６、または他の制御が、閉ループ方式で圧電装置２６の冷却のニーズを制御し得る。図４に更に示されるように、圧電装置２６は、圧電素子のスタック４０を更に含む。このスタック４０は、当該スタック４０の両側に結合されたそれぞれの平坦な圧縮バネ要素４２、４４によって、圧縮状態に維持されている。より具体的には、圧電素子のスタック４０を間に挟んで平坦なバネ要素４２、４４を互いに保持する上部ピン４６及び下部ピン４８が設けられる。上部ピン４６は、圧電装置２６の上部アクチュエータ部分２６ａ内に保持され、一方、下部ピン４８は、スタック４０の下端に直接的または間接的に係合する。上部アクチュエータ部分２６ａは、圧電素子のスタック４０を確実に収容し、その結果、スタック４０は、いかなる横方向の動きに対しても安定している。この実施形態では、下部ピン４８は、下部アクチュエータ部分２６ｂに結合されており、より具体的には、機械的アーマチュア５０に結合されている（図２）。

機械的アーマチュア５０の上面５０ａが、圧電スタック４０の下端を支えている。バネ要素４２、４４は、図４の矢印５３によって示されるように、バネ要素４２、４４がスタック４０に一定の圧縮を加えるように、ピン４６、４８の間で引き伸ばされている。平坦なバネ要素４２、４４は、より具体的には、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）プロセスから形成され得る。圧電素子スタック４０の上端は、上部アクチュエータ部分２６ａの内面に対して保持されている。従って、上部ピン４６は静止しているが、下部ピン４８は、後述されるように、バネ要素４２、４４及び機械的アーマチュア５０と共に、浮くまたは移動する。電圧波形が圧電スタック４０に印加されると、スタック４０は膨張または伸長し、これは、バネ要素４２、４４の力に対抗して機械的アーマチュア５０を下向きに移動させる。スタック４０は、時間の経過と共に、印加電圧波形の大きさに比例して、長さを変化させる。

図２に更に示されるように、機械的アーマチュア５０は、機械的増幅器と動作可能に結合されており、当該機械的増幅器は、この例示的な実施形態では、概して第１端部２４ａの近くで機械的アーマチュア５０に結合され、第２端部２４ｂでプッシュロッド６８に結合されたレバー２４として、形成されている。当該レバー２４は、例えば、機械的アーマチュア５０とレバー２４との間に一連のスロット５６をも形成するＥＤＭプロセスを介して、下部アクチュエータ部分２６ｂから一体的に形成され得る。以下で更に議論されるように、レバー２４または別の機械的増幅器は、スタック４０が拡張または伸長する距離を、所望の量だけ増幅する。例えば、この実施形態では、スタック４０及び機械的アーマチュア５０の下向きの動きが、レバー２４の第２端部２４ｂで約８倍増幅される。

ここで、より具体的に図２、図２Ａ、図２Ｂ及び図５を参照して、屈曲部分６０が、レバー２４を機械的アーマチュア５０に結合している。図５に最もよく示されているように、レバー２４は、当該レバー２４の第２端部２４ｂとほぼ同じ水平レベルにあるピボット点６２を中心に旋回する。ピボット点６２のこの位置は、レバー２４が回転する円弧の影響を最小限に抑えるのに役立つ。一連のスロット５６は、屈曲部分６０を形成するべく、下部アクチュエータ部分２６ｂ内に形成される。図５の矢印６６によって示されるように、コントローラ１４による電圧波形の印加下で圧電スタック４０が伸長する時に、スタック４０が機械的アーマチュア５０を下向きに押すので、レバー２４は概してピボット点６２を中心に時計回りに回転する。レバー２４の僅かな回転は、屈曲部分６０によって加えられる弾性バイアスに対抗して起こる。第２端部２４ｂは、ピボット点６２を中心に僅かに時計回りに回転しているので、下向きに移動し、同様に、図５の矢印６７によって示されるように、取り付けられたプッシュロッド６８を下向きに移動させる（図２）。

コントローラ１４は、本明細書に記載されるように、アプリケータ１０の様々な動作を監視及び制御するためのソフトウェアアプリケーションをホストするように構成された任意の適切なコンピューティングデバイスを含み得る。コントローラ１４は、任意の適切なコンピューティングデバイスを含み得て、その例には、プロセッサ、デスクトップコンピューティングデバイス、サーバコンピューティングデバイス、または、ラップトップ、タブレット、スマートフォンなどのポータブルコンピューティングデバイス、が含まれることが理解されよう。具体的には、コントローラ１４は、メモリ１５及びヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）デバイス１７を含み得る。メモリ１５は、揮発性（幾つかのタイプのＲＡＭなど）、不揮発性（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、または、それらの組み合わせ、であり得る。コントローラ１４は、テープ、フラッシュメモリ、スマートカード、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ストレージ、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）互換メモリ、または、情報を保存するために使用され得てコントローラ１４によってアクセスされ得る任意の他の媒体、を含むがこれらに限定されない追加のストレージ（例えば、取り外し可能なストレージ及び／または取り外し不可能なストレージ）を含み得る。ＨＭＩデバイス１７は、例えば、ボタン、ソフトキー、マウス、音声作動制御、タッチスクリーン、コントローラ１４の動き、視覚的合図（例えば、コントローラ上のカメラの前での手の移動）などを介して、コントローラ１４を制御する能力を提供する入力を含み得る。ＨＭＩデバイス１７は、ディスプレイを介してのニードル７６の現在位置及び速度値並びにこれらのパラメータの許容範囲の視覚的表示などの視覚的情報を含む、グラフィカルユーザインタフェースを介しての出力を提供し得る。他の出力は、音声情報（例えば、スピーカを介して）、機械的情報（例えば、振動機構を介して）、または、それらの組み合わせ、を含み得る。様々な構成において、ＨＭＩデバイス１７は、ディスプレイ、タッチスクリーン、キーボード、マウス、動き検出器、スピーカ、マイクロフォン、カメラ、または、それらの任意の組み合わせ、を含み得る。ＨＭＩデバイス１７は、コントローラ１４にアクセスするための特定のバイオメトリック情報を要求するために、例えば、指紋情報、網膜情報、音声情報、及び／または、顔の特徴情報などの、バイオメトリック情報を入力するための任意の適切なデバイスを更に含み得る。

レバー２４の第２端部２４ｂは、適切なネジ付きファスナ７０、７２を使用して、プッシュロッド６８に固定されている。プッシュロッド６８は、ガイドブッシング７４内を移動してバルブアセンブリ２２のニードル７６の上部ヘッド部分７６ａを支える下部ヘッド部分６８ａを有する。ガイドブッシング７４は、図２Ａ及び図２Ｂに最もよく見られるように、ピン７５を伴う圧入嵌めによってアクチュエータハウジング１８内に保持されている。プッシュロッド６８、ガイドブッシング７４及びピン７５のアセンブリは、動作中にプッシュロッド６８の適切な動きを確実にするために、幾らかの「弾力性」を有し得る。更に、プッシュロッド６８は、ニードル７６及びレバー２４を伴う往復運動中に弾性的に僅かに横方向に曲がる材料でできている。バルブアセンブリ２２は、環状要素８０を用いてアクチュエータハウジング１８の下部内に取り付けられたコイルバネ７８を更に有する。バルブアセンブリ２２は、Ｏリング８４によって流体本体部１６内に保持されたインサート８２を更に有する。環状要素８０及びインサート８２は、一体型要素である、すなわち、この実施形態ではカートリッジ本体部である。クロスドリルされたウィープホール８５が、コイルバネ７８の下端とほぼ一直線上にあり、Ｏリング８６を越えて漏れる液体を逃がすことができる。追加のＯリング８６が、流体本体部１６の流体孔８８内に含まれる加圧材料が漏れ出さないように、タペットないしニードル７６をシールしている。材料は、流体本体部１６の入口９０及び流体通路９２、９４を通って、シリンジ２０から流体孔８８に供給される。Ｏリング８４は、流体孔８８及び流体通路９４内の加圧液体から、環状要素８０及びインサート８２によって形成されたカートリッジ本体部の外側をシールする。流体通路９２、９４は、流体本体部１６にねじ込まれたプラグ部材９５によってシールされている。プラグ部材９５は、内部通路９４を洗浄するためのアクセスを可能にするために取り外され得る。

図２及び図３乃至図５を参照すると、アプリケータ１０は、第２端部２４ｂの近くでレバー２４に取り付けられた参照構成要素６９、並びに、アクチュエータハウジング１８内に配置された位置センサ７１、を含み得る。位置センサ７１は、圧電スタック４０の伸長時及び収縮時にレバー２４が回動する時に、参照構成要素６９の位置を検出及び監視するように構成されている。位置センサ７１は、コントローラ１４と電子通信状態にあり、参照構成要素６９の位置を継続的または定期的に監視し得て、コントローラ１４に通信し得る。参照構成要素６９の位置を監視することにより、位置センサ７１は、分配動作中、当該参照構成要素６９が取り付けられているレバー２４の位置を監視する。一実施形態では、参照構成要素６９は磁石であり、位置センサ７１はホール効果センサであるが、他の構成も企図され得る。また、参照構成要素６９は、レバー２４に取り付けられるものとして示されているが、参照構成要素６９は、レバー２４、プッシュロッド６８またはニードル７６のいずれかに取り付けられ得る。レバー２４、プッシュロッド６８及びニードル７６は、集約的に、アクチュエータの「可動部品」と呼ばれ得る。参照構成要素６９は異なって配置され得るので、位置センサ７１は、参照構成要素６９の位置を最もよく監視するように、アクチュエータハウジング１８内で同様に再配置され得る。位置センサ７１及び参照構成要素６９を使用してアプリケータ１０を制御する方法は、以下で更に説明される。

材料の液滴または少量の材料を噴射するためのアプリケータ１０の動作は、図２乃至図４を参照することによって、最もよく理解されるであろう。図２Ａは、圧電スタック４０への電圧波形が十分に除去される時に引き込み第１位置にまで上げられたニードル７６を示している。これは、スタック４０が収縮することを引き起こす。スタック４０が収縮すると、平坦なバネ要素４２、４４が機械的アーマチュア５０を上方に引っ張り、これにより、レバー２４の第２端部２４ｂが上昇し、プッシュロッド６８も上昇する。従って、バルブアセンブリ２２のコイルバネ７８は、次に、ニードル７６の上部ヘッド部分７６ａを上方に押し上げ得て、流体本体部１６に取り付けられたバルブシート９６からニードル７６の遠位端７６ｂを持ち上げ得る。この位置で、流体孔８８及びニードル７６の遠位端７６ｂの下方領域が、噴射ディスペンサ１２を「充填」して次の噴射サイクルのために噴射ディスペンサ１２を準備するべく、追加の材料で満たされる。

圧電スタック４０がアクティブ化される時、すなわち、電圧波形がコントローラ１４（図１）によって圧電スタック４０に印加される時、スタック４０は膨張して、機械的アーマチュア５０を押す。これにより、レバー２４が時計回りに回転し、第２端部２４ｂが下向きに移動し、プッシュロッド６８も下向きに移動する。図２Ｂに示されるように、プッシュロッド６８の下部ヘッド部分６８ａは、ニードル７６の上部ヘッド部分７６ａを押し下げ、ニードル７６は、遠位端７６ｂが第２位置でバルブシート９６に作用するまで、コイルバネ７８の力に対抗して迅速に下向きに移動する。当該移動の過程において、ニードル７６の遠位端７６ｂは、材料の液滴９７を排出出口９８から押し出す。次に、電圧が圧電スタック４０から除去されると、これは、これらの構成要素の各々の動きを逆転させて、次の噴射サイクルのためにニードル７６を持ち上げる。

圧電装置２６は、液滴を噴射するために、逆の作用で利用され得ることが理解されよう。この場合、レバー２４を含む様々な機械的作動構造は、電圧が圧電スタック４０から除去される時に結果として生じるスタック４０の収縮がニードル７６のバルブシート９６及び排出出口９８への移動を引き起こして材料の液滴９７を排出する、というように異なって設計され得る。そして、電圧波形をスタック４０に印加する時、増幅システム及び他の作動構成要素は、次の噴射動作のために、流体孔８８を追加の材料で充填するべくニードル７６を上昇させるであろう。この実施形態では、ニードル７６は通常は閉じられており、すなわち、圧電スタック４０に電圧が印加されていない時、ニードル７６はバルブシート９６と係合している。

図２に更に示されるように、上部アクチュエータ部分２６ａは、下部アクチュエータ部分２６ｂから分離しており、これらの各部分２６ａ、２６ｂは、異なる材料から形成されている。具体的には、上部アクチュエータ部分２６ａは、下部アクチュエータ部分２６ｂを形成する材料よりも、低い熱膨張係数を有する材料から形成されている。上部及び下部アクチュエータ部分２６ａ、２６ｂの各々は、下部アクチュエータ部分２６ｂから上部アクチュエータ部分２６ａ内に延びるネジ付きファスナ（図示せず）を用いて一緒にしっかりと固定されている。そして、上部及び下部アクチュエータ部分２６ａ、２６ｂのアセンブリが、複数のボルト９９によってハウジングに固定されている。より具体的には、下部アクチュエータ部分２６ｂは、１７－４ＰＨステンレス鋼から形成され得て、一方、上部アクチュエータ部分２６ａは、インバーなどのニッケル－鉄合金から形成され得る。１７－４ＰＨステンレス鋼は、非常に高い耐久限度または疲労強度を有しており、曲げ部分６０の寿命を増大させる。このステンレス鋼の熱膨張係数は、約１０μｍ／ｍ－Ｃであり、インバーの熱膨張係数は、約１μｍ／ｍ－Ｃである。熱膨張の比率は、これらの材料の約１０：１の比率より、高くても低くてもよい。上部及び下部アクチュエータ部分２６ａ、２６ｂに関連する熱膨張係数は、互いにオフセット特性を効果的に提供する。上部及び下部アクチュエータ部分２６ａ、２６ｂの異なる熱膨張係数により、圧電装置２６は、より広い温度範囲に亘って一貫して動作することができる。具体的には、この温度範囲は、圧電装置２６がより高い周波数でより攻撃的な波形で動作することを可能にする。また、圧電スタックは、高デューティサイクルで動作すると、かなりの熱を発生し得る。インバーの使用は、圧電装置２６の端部のより絶対的な位置決めを提供し、従って、より正確で使用可能なストロークを提供する。

図６乃至図１４を参照して、材料を基板上に噴射するためのアプリケータの別の実施形態が示されている。アクチュエータハウジング１１８に結合された流体本体部１１６を有するアプリケータ１００が示されている。流体本体部１１６は、流体本体部ハウジング１１９内に保持されている。流体本体部ハウジング１１９は、用途の必要性に応じて、１または複数のヒータ（図示せず）を含み得る。流体本体部１１６は、以下で更に議論されるように、シリンジ２０から圧力下で材料を受容するように構成されている。バルブアセンブリ１２２が、アクチュエータハウジング１１８に結合され、流体本体部１１６内に延在している。機械的増幅器２０６が、以下で更に説明されるように、圧電装置１２６とバルブアセンブリ１２２との間に結合されている。圧電装置１２６は、複数のボルト（図示せず）または他の適切なファスナによってアクチュエータハウジング１１８に固定され得る。圧電装置１２６は、例えばステンレス鋼またはニッケル鉄合金であるがこれらに限定されない、様々な材料を含み得る。

図７及び図８に更に示されるように、圧電装置１２６は、圧電素子のスタック１４０、近位端２１８、及び、近位端２１８の反対側の遠位端２２０、を含む。圧電素子は、電圧波形の印加及び／または除去時に変形するように構成されている。このスタック１４０は、圧電装置１２６に結合された圧縮バネ１４４によって圧縮状態に維持されている。

スタック１４０は、遠位端２２０の圧縮バネ１４４と例えばアクチュエータハウジング１８の内面に対抗する剛性表面（図示せず）との間で圧縮状態に保持され得る。剛性表面は、近位端２１８に接触し得る。幾つかの態様では、スタック１４０は、複数の圧縮バネ１４４、例えば近位端２１８の第１圧縮バネ１４４及び遠位端２２０の第２圧縮バネ１４４、によって保持され得る。

圧電装置１２６は、プッシュロッド１６８と動作可能に係合され、プッシュロッド１６８を第１方向に移動させるように構成されている。図９Ａ及び図９Ｂを参照して、プッシュロッド１６８は、ガイドブッシング１７４内を移動してバルブアセンブリ１２２に関連するニードル１７６の近位端１７６ａを支持する下部ヘッド部分１６８ａを有する。ニードル１７６は、可動シャフトであり得る。ガイドブッシング１７４は、ピン１７５を伴う圧入嵌めによってアクチュエータハウジング１１８内に保持され得る。プッシュロッド１６８、ガイドブッシング１７４及びピン１７５のアセンブリは、動作中にプッシュロッド１６８の適切な動きを確実にするために、幾らかの「弾力性」を有し得る。

バルブアセンブリ１２２は、環状要素１８０を用いてアクチュエータハウジング１１８の下部内に取り付けられたコイルバネ１７８を更に有し得る。インサート１８２が、Ｏリング１８４によって流体本体部１１６内に保持され得る。環状要素１８０及びインサート１８２は、一体型要素である、すなわち、図示の態様においてはカートリッジ本体部である。

追加のＯリング１８６が、流体本体部１１６の流体孔１８８内に含まれる加圧材料が漏れ出さないように、ニードル１７６をシールしている。材料は、流体本体部１１６の入口１９０及び通路１９２、１９４を通って、シリンジ２０から流体孔１８８に供給される。Ｏリング１８４は、流体孔１８８及び流体通路１９４内の加圧液体から、環状要素８０及びインサート８２によって形成されたカートリッジ本体部の外側をシールする。クロスドリルされたウィープホール１８５が、コイルバネ１７８の下端とほぼ一直線上にあり、Ｏリング１８６を越えて漏れる液体を逃がすことができる。

電圧波形がスタック１４０に印加される時、圧電素子が変形し、スタック１４０が膨張または伸長し、圧縮バネ１４４によって作用されている力に対抗して遠位端２２０を近位端２１８から離れる方向に移動させる。スタック１４０は、時間の経過と共にそれに印加される電圧波形の大きさに比例して長さを変化させるように構成され得る。印加電圧が除去されるか、または十分に低減されると、スタック１４０は、電圧の印加前と実質的に同じ長さに収縮または短縮する。

スタック１４０の動きは、圧電装置１２６に動作可能に結合されたプッシュロッド１６８の動きを引き起こす。プッシュロッド１６８は、バルブアセンブリ１２２上に配置されたニードル１７６に動作可能に結合され得る。プッシュロッド１６８が移動されると、ニードル１７６もまた移動して、バルブアセンブリ１２２上の排出出口２０４を開閉する。スタック１４０の繰り返しの動きは、ニードル１７６の往復運動をもたらし、液滴または少量の材料が、アプリケータ１００の排出出口２０４を通して分配または噴射される。

図７及び図８を再び参照して、機械的増幅器２０６がアプリケータ１００内に配置され得て、スタック１４０の動きを比例的に増幅し得る。増幅器２０６は、スタック１４０及びバルブアセンブリ１２２に結合され、スタック１４０の動きが増幅器２０６の少なくとも一部を移動させ、それにより、ニードル１７６が移動する。電圧波形がスタック１４０に印加される時、スタック１４０の動きは、増幅器２０６に力を与え、増幅器２０６を移動させ、同様にニードル１７６を移動させる。元の動きの増幅が望まれる場合、増幅器２０６によるニードル１７６の動きの大きさは、スタック１４０の動きの大きさよりも大きいことが理解されよう。

図１０及び図１１を参照して、増幅器２０６は、実質的に丸い断面を有するディスクであり得る。しかしながら、増幅器２０６は、例えば、長方形、三角形、または他の多角形、の断面形状を有する任意の適切な形状であり得ることが理解されよう。

増幅器２０６は、アプリケータ１００と一体的であり得て、１つの単一構成要素の一部であり得るか、または、アプリケータ１００に取り付けられた別個の構成要素であり得る。幾つかの態様では、増幅器２０６は、アプリケータ１００に取り外し可能に結合され、スタック１４０及びバルブアセンブリ１２２と選択的に係合または係合解除されるように構成された別個の構成要素であり得る。アプリケータ１００は、増幅器が係合された状態で、または、増幅器が係合されていない状態で、動作するように構成され得る。幾つかの態様において、アプリケータ１００は、様々な程度の増幅をもたらすべく選択的に係合または係合解除され得る複数の増幅器２０６を含み得る。アプリケータ１００は、複数の増幅器２０６が同時に作用（係合）して動作するように構成され得る。幾つかの態様では、増幅器２０６は、異なる程度の増幅をもたらすために、別の増幅器２０６と交換可能であり得る。

図１０及び図１１を参照して、増幅器２０６は、一次表面２１０と、一次表面２１０の反対側の二次表面２１２と、を有する本体部２０８を含む。本体部２０８は、力の適用時に変形され得る変形可能な材料を含み得る。変形可能な材料は、変形を引き起こす力が低減または除去される時に本体部２０８が実質的にその非変形の形状に戻るように、十分に弾性であるべきである。本体部２０８は、スタック１４０から力を受け取って損傷を被ることなく（例えば、ひび割れまたは破損することなく）ニードル１７６に力を与えるのに十分に剛性であるべきである。完全に弾性があって無限に耐久性があるという材料はないので、当業者は、所望の機能を適切な程度に実行し得る材料を認識するであろう、ということが理解されるであろう。

増幅器２０６は、本体部２０８を通って延在し、一次表面２１０を二次表面２１２に接続する開口部２１４を含み得る。中心軸Ａが、開口部２１４の幾何中心を通って延びている。中心軸Ａはまた、スタック１４０及びプッシュロッド１６８の中心軸と共通であり得る。幾つかの態様では、１または複数のローブ２１６が、本体部２０８の周から開口部２１４内へと中心軸Ａに向かって半径方向内側に延在し得る。ローブ２１６は、増幅器２０６が変形形態でない時、中心軸Ａに実質的に垂直であり得る。増幅器２０６は、２、３、．．．、１０、または別の適切な数、のローブを含み得る。あるいは、増幅器２０６は、本体部２０８から延びるゼロのローブを含み得て、ドーナツ形状であり得る。

増幅器２０６は、増幅器２０６が移動される時にプッシュロッド１６８も移動するように、プッシュロッド１６８に動作可能に結合され得る。プッシュロッド１６８は、例えば、摩擦嵌合、接着剤の使用、ファスナ（留め具）の使用、などを介して、任意の適切な方法で増幅器２０６に結合され得ることが理解されよう。あるいは、プッシュロッド１６８は、増幅器２０６と一体的に形成され得る。図１１に示される態様を参照すると、プッシュロッド１６８は、増幅器本体部２０８の開口部２１４を通って延在し得る。そのような態様では、プッシュロッド１６８の少なくとも一部が、開口部２１４を自由に通過できるように成形及び寸法決定されるべきである。プッシュロッド１６８の上部ヘッド部分１６８ｂは、例えば一次表面２１０で増幅器２０６に接触し得る。上部ヘッド部分１６８ｂは、開口部２１４を通過することが防止されるように、開口部２１４よりも大きいサイズ及び寸法にされ得る。幾つかの態様では、増幅器２０６が変形されている場合、開口部２１４は、増幅器２０６が変形されていないときより大きいかもしれない。そのような態様では、上部ヘッド部分１６８ｂは、変形された増幅器２０６の開口部２１４よりも大きいサイズにされるべきである。

上部ヘッド部分１６８ｂは、開口部２１４を通過するように構成されたプッシュロッド１６８の部分に一体的に取り付けられている。増幅器２０６は、上部ヘッド部分１６８ｂに力を与えることができ、これは、次に、プッシュロッド１６８の残部に伝達される。

増幅器２０６は、スタック１４０から力を受容し、プッシュロッド１６８に力を与えるためのレバー機構として動作し得る。増幅器２０６は、圧電装置１２６の遠位端２２０と基部２３０との間に配置され得る。図７及び図８を再び参照して、一次表面２１０は遠位端２２０に隣接し得て、二次表面２１２は基部２３０に隣接し得る。

幾つかの態様では、力伝達の精度を高めるために、増幅器２０６は、遠位端２２０及び基部２３０上に配置された特定の接触領域によって接触される。図８に示されるように、例えば、一次突起２２２が、遠位端２２０上に配置され得て、そこから増幅器２０６の一次表面２１０に向かう方向に延在し得る。同様に、基部２３０は、そこから増幅器２０６の二次表面２１２に向かう方向に延在する二次突起２３２を含み得る。一次突起２２２及び二次突起２３２は、それぞれ、任意の許容可能な角度で、遠位端２２０及び基部２３０から延在し得るが、延在角度の少なくとも一成分が、それぞれ、一次表面２１０及び二次表面２１２に対して実質的に垂直であるべきであることが理解されよう。

幾つかの代替の態様では、一次突起２２２は、増幅器本体部２０８の一次表面２１０と一体的であり得て、そこから遠位端２２０に向かって延在し得る。同様に、二次突起２３２は、増幅器本体部２０８の二次表面２１２と一体的であり得て、そこから基部２３０に向かって延在し得る。更なる態様では、突起が、増幅器２０６、遠位端２２０及び／または基部２３０のうちの１または複数から延在し得て、すなわち、本発明は、前述のような突起の特定の配置に限定されない。

動作時、アプリケータ１００は、液滴または少量の材料を噴射するように構成されており、当該材料は、流体本体部１１６に取り付けられたシリンジ２０から提供される（シリンジ２０については、以下で詳細に説明される）。スタック１４０がアクティブ化される時、すなわち、電圧波形が主電子制御装置（図示せず）によって圧電素子に印加される時、スタック１４０は膨張し、一次表面２１０で増幅器２０６を押す。一次突起２２２及び二次突起２３２の位置に基づいて、前述のように、増幅器２０６が変形して、プッシュロッド１６８の上部ヘッド部分１６８ｂに力を与える。これにより、プッシュロッド１６８は、圧電装置１２６に向かって開放方向に移動するように強制される。上部ヘッド部分１６８ｂが増幅器２０６によって移動される距離は、好ましくは、スタック１４０の遠位端２２０によって移動される距離よりも大きい。プッシュロッド１６８と一体の下部ヘッド部分１６８ａもまた、同じ開放方向に移動する。下部ヘッド部分１６８ａがニードル１７６から離れるにつれて、ニードル１７６もまた、開口方向に第１位置まで移動することが許される。ニードル１７６は、コイルバネ１７８によって開放方向に付勢され得て、プッシュロッド１６８がニードル１７６から離れる時、コイルバネ１７８はニードル１７６も開放方向に移動させる。

電圧がスタック１４０から除去されるか、または十分に低減されると、前述の動きは逆になる。スタック１４０は長さが減少し、増幅器２０６に加えられる力が減少する。次に、増幅器２０６は、実質的に非変形の状態に戻り得て、これにより、プッシュロッド１６８の上部ヘッド部分１６８ｂに加えられる力が減少する。プッシュロッド１６８は、コイルバネ１６９によって、開放方向と反対の閉鎖方向に付勢（バイアス）され得る。増幅器２０６によってプッシュロッド１６８に加えられる力がコイルバネ１６９の付勢力よりも小さくなると、コイルバネ１６９はプッシュロッド１６８を閉鎖方向に移動させる。下部ヘッド部分１６８ａは、ニードル１７６の近位端１７６ａと接触し、近位端１７６ａとは反対側のニードル１７６上に配置された遠位端１７６ｂが第１位置から離間した第２位置でバルブシート２００に係合（作用）するまで、コイルバネ１７８の力に対抗して閉鎖方向にニードル１７６を押す。コイルバネ１７８は、コイルバネ１６９よりも低い剛性を有し得て、その結果、外力がなければ、コイルバネ１６９によって閉鎖方向に作用する力は、コイルバネ１７８によって開放方向に作用する力よりも大きい。

ニードル１７６を第１位置から第２位置に移動させるプロセスにおいて、ニードル１７６の遠位端１７６ｂは、当該遠位端１７６ｂが排出出口２０４のバルブシート２００に強く当たる時、材料の液滴２０２を排出出口２０４から押し出し得る。また、この分配（ディスペンシング）動作の間、アプリケータ１００は、システムの可動部分のうちの１つの動きを監視し得る。これを行うために、アプリケータ１００は、上部ヘッド部分１６８ｂでプッシュロッド１６８に取り付けられた参照構成要素１４８、並びに、アクチュエータハウジング１１８内に配置された位置センサ１５０、を含み得る。位置センサ１５０は、圧電スタック１４０の伸長時及び収縮時にプッシュロッド１６８が上下移動する時に、参照構成要素１４８の位置を検出して監視するように構成されている。位置センサ１５０は、コントローラ１４と電子通信状態にあり、参照構成要素１４８の位置を継続的または定期的に監視し得て、コントローラ１４に通信し得る。参照構成要素１４８の位置を監視することにより、位置センサ１５０はまた、分配動作中、それが接触している機械的増幅器２０６の位置をも監視する。一実施形態では、参照構成要素１４８は磁石であり、位置センサ１５０はホール効果センサであるが、他の構成も企図され得る。また、参照構成要素１４８は、プッシュロッド１６８に取り付けられるものとして示されているが、参照構成要素１４８は、機械的増幅器２０６、プッシュロッド１６８またはニードル１７６のいずれかに取り付けられ得る。機械的増幅器２０６、プッシュロッド１６８及びニードル１７６は、集約的に、アクチュエータの可動部品と呼ばれ得る。参照構成要素１４８は異なって配置され得るので、位置センサ１５０は、参照構成要素１４８の位置を最もよく監視するように、アクチュエータハウジング１１８内で同様に再配置され得る。参照構成要素１４８及び位置センサ１５０を使用してアプリケータ１０を制御する方法は、以下で更に説明される。

圧電装置１２６は、液滴を噴射するために、逆の作用で利用され得ることが理解されよう。この場合、様々な機械的作動構造は、電圧がスタック１４０に印加される時に結果として生じるスタック１４０の膨張がニードル１７６のバルブシート２００及び排出出口２０４への移動を引き起こして材料の液滴１０２を排出する、というように異なって設計され得る。そして、スタック１４０への電圧が除去される時、増幅システム及び他の作動構成要素は、次の噴射動作のために、流体孔１８８を追加の材料で充填するべくニードル１７６を上昇させるであろう。このような態様では、ニードル１７６は通常は開いており、すなわち、スタック１４０に電圧が印加されていない時、ニードル１７６はバルブシート２００と係合していない。

増幅器２０６の変形量、及び、その結果としてスタック１４０の動きの増幅の程度は、部分的に、一次突起２２２及び二次突起２３２がそれぞれ一次表面２１０及び二次表面２１２に接触する時のそれらの相対位置によって決定される。電圧波形がスタック１４０に印加されると、スタック１４０は伸長して遠位端２２０を移動させ、増幅器２０６に力を加える。遠位端２２０における一次突起２２２は、増幅器２０６の幾何学的中心を通って延びる中心軸Ａから第１距離Ｄ１だけ離れた位置で、増幅器２０６の一次表面２１０に接触し得る。基部２３０は、増幅器２０６の反対側に配置されており、二次表面２１２に接触するように構成されている。二次突起２３２は、中心軸Ａから第２距離Ｄ２だけ離れた位置で、二次表面２１２に接触し得る。遠位端２２０によって移動される距離を増幅するべく適切なレバー作用を生成するために、第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２は異なっているべきである。

図１２及び図１３を参照して、第１距離Ｄ１は第２距離Ｄ２よりも大きくてよい。一次突起２２２によって一次表面２１０に力が加えられると、二次突起２３２は支点として機能する。これにより、第２距離Ｄ２よりも中心軸Ａから遠い増幅器２０６の一部が一次突起２２２によって一方向（例えば、下向き）に押される時、第２距離Ｄ２よりも中心軸Ａに近い増幅器２０６の別の一部が反対方向（例えば、上向き）にレバー作用される。これにより、例えば一次表面２１０またはローブ２１６と上部ヘッド部分１６８ｂとの相互作用において、増幅器と動作可能に結合されたプッシュロッド１６８は、同じ方向に移動される。図１３は、スタック１４０が伸長されて、力が増幅器２０６の一次表面２１０に加えられるという例示的な態様を示している。これによれば、増幅器２０６が変形され、上部ヘッド部分１６８ｂは、プッシュロッド１６８の残部とともに、中心軸Ａに沿って軸方向に移動される。

プッシュロッド１６８が移動する距離は、第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２に依存する。第２距離Ｄ２が増大するにつれて（すなわち、支点が中心軸Ａから遠くなるにつれて）、プッシュロッド１６８が移動する距離も増大する。増幅の量は、第２距離Ｄ２を増大または減少させることによって制御され得る。図１４は、例えば、中心軸Ａから第２距離Ｄ２’離れて配置された二次突起２３２’を有する基部２３０’を含む代替の実施形態を示す。第２距離Ｄ２’は、第２距離Ｄ２よりも小さい。これにより、基部２３０’を有する実施形態では、プッシュロッド１６８は、基部２３０を利用する態様よりも、より小さい距離を移動し、その結果、より小さい同質の増幅をもたらす（他の全ての要因を等しいと見なす場合）。

第２距離Ｄ２を変更することは、増幅の量を調整する適切な方法であるが、増幅は、様々な方法で変更され得る。幾つかの態様では、増幅器２０６は、より容易に変形するように構成された材料（例えば、材料がより柔らかいまたはより弾性である）、あるいは、より剛性であるように構成された材料（例えば、材料がより堅いまたはより低弾性である）を含み得る。本体部２０８の厚さが、増大され得る（剛性を増加させるため）または減少され得る（柔軟性を増加させるため）。幾つかの態様では、ローブ２１６が、厚さ、材料特性、及び／または長さ（すなわち、ローブ２１６が本体部２０８から中心軸Ａに向かって延びる距離）において変更され得る。

増幅器２０６の本体部２０８は、それを通る様々な厚さ（すなわち、一次表面２１０と二次表面２１２との間の距離）を有し得る。幾つかの態様では、例えば、本体部２０８は、開口部２１４から最も遠くで最大厚さであり得て、開口部２１４に最も近くで最小厚さであり得て、厚さは、最大厚さから最小厚さまで徐々に減少する。あるいは、本体部２０８は、１または複数のステップ（図示せず）を含み得て、各ステップは、異なる厚さを有し得て、例えば、開口部２１４から最も遠いステップが最大厚さであり得て、開口部２１０に最も近いステップが最小厚さであり得る。

図１５を参照して、シリンジ２０及び関連する構成要素がより詳細に説明される。シリンジ２０は、第１端部３５０ａと、第１端部３５０ａとは反対側の第２端部３５０ｂと、の間に延びる本体部３５０を有し得る。本体部３５０は、他の実施形態も企図され得るが、その長さ全体に亘って実質的に円筒形の断面形状を規定し得る。本体部３５０はまた、第１端部３５０ａから第２端部３５０ｂの実質的な大部分まで実質的に一定の直径を規定し得る。ただし、本体部３５０は、第２端部３５０ｂの一部に亘って内側に先細状であってもよい。もっとも、本発明は、この実施形態に限定されることを意図されてはいない。第２端部３５０ｂは、流体本体部１６、１１６の一部に取り外し可能に取り付けられるように構成された取付部分３６６を含み得る。本体部３５０は、第１端部３５０ａから第２端部３５０ｂまで延在するチャンバ３７０を内部に規定し得て、当該チャンバ３７０は、ある量の材料３７４ａを受け取って貯蔵するように構成されている。材料３７４は、潤滑剤、接着剤、エポキシ、または生体材料であり得るが、本発明は、これらの例に限定されることを意図されてはいない。フランジ３６２は、本体部３５０の第１端部３５０ａから周方向外向きに延在し得て、当該フランジ３６２は、システムオペレータによるシリンジ２０のプランジャ３８６の手動起動を可能にし得る。プランジャ３８６及びピストン３８２は、以下で更に説明される。

本体部３５０はまた、本体部３５０の第１端部３５０ａに配置された入口３５４と、入口３５４の反対側であって本体部３５０の第２端部３５０ｂに配置された出口３５８と、を規定し得て、チャンバ３７０は入口３５４から出口３５８まで延在している。チャンバ３７０は、ピストン３８２を受け入れるように構成され得て、ピストン３８２は、チャンバ３７０内に配置されて、チャンバ３７０を通って直線的に並進するように構成されている。ピストン３８２は、金属またはプラスチック材料を含み得て、分配動作中、ピストン３８２を通過する材料３７４の移動を防ぐために、チャンバ３７０のそれと形状及びサイズにおいて実質的に同一である断面を規定し得る。シリンジ２０はまた、ピストン３８２を通過する材料３７４の移動を更に防止するように、ピストン３８２の周りに配置されたＯリングなどのシール（図示せず）を含み得る。プランジャ３８６が、モノリシックに、一体的に、または取り外し可能に、ピストン３８２に取り付けられ得る。プランジャ３８６は、ピストン３８２がシリンジ２０の出口３５８を通して材料３７４の個別の体積３７８を分配する間、ピストン３８２と共にチャンバ３７０を通って移動するように構成され得る。個別の体積３７８は、材料３７４の個別の量として定義され得て、単一の液滴から材料３７４の延長されたストリームまで、量において範囲を特定し得る。

ピストン３８２をチャンバ３７０を通して直線的に並進させるために、アプリケータ１００は、作動機構３９０を含み得る。作動機構３９０は、チャンバ３７０、従ってピストン３８２と流体連通している空気圧アクチュエータであり得る。作動機構３９０は、脈圧分配動作において、チャンバ３７０を介してピストン３８２に直接的に空気圧パルスを印加するように構成され得る。あるいは、作動機構は、ピストン３８２に一定の圧力を適用し得る。もっとも、空気圧アクチュエータ以外の他のタイプの作動機構もまた企図され得る。作動機構３９０は、信号接続３９４ａを介してコントローラ１４と信号通信状態にあり、その結果、コントローラ１４は、以下で更に説明されるように、作動機構３９０の動作を制御可能である。信号接続３９４ａは、有線接続及び／または無線接続を含み得る。作動機構３９０は、ピストン３８２及び同様にプランジャ３８６を、チャンバ３７０を通して直線的に並進させて、既知の（及び一貫した）サイズ、形状、及び体積を有する個別の体積３７８をシリンジ２０から分配するように構成され得る。しかしながら、そのような一貫した分配（ディスペンシング）は、分配動作が進むにつれて困難になり得る。例えば、材料３７４の特性は、時間の経過とともに変化し得て、このことは、個別の体積３７８が一貫性を維持することを確実にするために、作動機構３９０の動作を変更することを要求し得る。

分配される材料３７４の特性が一貫性を維持することを確実にするために、アプリケータ１０、１００は、プランジャ３８６に取り付けられたセンサ３９２を含み得る。センサ３９２は、ピストン３８２及びプランジャ３８６がシリンジ２０のチャンバ３７０を通って移動する時、プランジャ３８６の線形移動、従ってピストン３８２の線形移動を感知するように構成され得る。センサ３９２は、線形位置変換器、線形電圧変位変換器（ＬＶＤＴ）、レーザ、または絶対線形エンコーダであり得るが、他のタイプの従来の位置センサも企図され得る。センサ３９２は、信号接続３９４ｂを介してコントローラ１４と信号通信状態にあり、その結果、コントローラ１４は、プランジャ３８６の線形移動を示す信号を受信し得る。信号接続３９４ｂは、有線接続及び／または無線接続を含み得る。結果として、コントローラ１４は、センサ３９２によって感知された線形移動が要求される体積を有する個別の体積３７８を生成するために要求される移動と合致しない時、センサ３９２によって感知された線形移動に基づいて、ピストン３８２の移動を調整するように作動機構３９０の動作を調整するように構成され得る。このフィードバックによって、コントローラ１４は、ピストン３８２が、複数の分配サイクルに亘って、シリンジ２０の出口３５８から所定量の材料３７４を一貫して繰り返し分配することを、確実にし得る。コントローラ１４によって実行される調整は、自動的に行われ得る、あるいは、ＨＭＩデバイス１７を介してオペレータからプロンプト（指示）を受信した時に行われ得る。各分配サイクルは、材料３７４の単一の個別の体積３７８の分配として定義され得る。センサ３９２から受信された情報を利用する前に、信号接続３９４ｂを介して提供される信号は、増幅器３９６によって処理され得る。増幅器３９６は、図示のようにコントローラ１４の一部であり得る、あるいは、コントローラ１４とは別個の構成要素であり得る。更に、アプリケータ１０、１００のオペレータは、個別の体積３７８の要求される体積及びピストン３８２の開始位置を入力し得て、分配動作の初期パラメータを規定し得る。

ピストン３８２の移動を調整するために利用される線形移動は、プランジャ３８６の単一の線形移動でなくてもよく、複数の分配サイクルのそれぞれの間に感知される複数の線形移動の平均の大きさであり得る。換言すれば、コントローラ１４は、ピストン３８２が様々な分配サイクルを実行する時に、プランジャ３８６の線形移動を経時的に感知し得て、この情報をメモリ１５に記憶し得て、所定量の材料３７４を繰り返し分配するべく作動機構３９０の動作及びピストン３８２の移動を調整する際の使用のため、各分配サイクルの線形移動の大きさを平均化し得る。一実施形態では、この平均が引き継がれ得る複数の分配サイクルは、５０分配サイクルである。もっとも、他の数の分配サイクルも企図され得る。選択的に、アプリケータ１０、１００のオペレータは、ＨＭＩデバイス１７を介して、複数の分配サイクルの量（数）を手動で入力し得る。作動機構３９０の動作を制御するために、１つの分配サイクルの後の単一の線形移動ではなく複数の分配サイクルにわたる線形移動の平均を使用することによって、コントローラ１４は、単一の分配サイクル中に発生する反復不可能な不規則性を考慮して効果的に無効化し得て、一方、シリンジ２０のチャンバ３７０内の様々な経時的に変化する条件を依然として考慮し得る。コントローラ１４は、ピストン３８２によって出口３５８から分配される個別の体積３７８のサイズが一定に保たれることを確実にするために、経時的にチャンバ３７０を通るプランジャ３８６の移動パターンを特徴付けるべく、アルゴリズムにおいてこの平均を使用し得る。

前述の平均の線形移動は、静的な数の線形移動の平均でなくてもよい。例えば、当該平均は、プランジャ３８６の複数の線形移動の平均が直前の複数の線形移動の平均であるというように、移動平均を定義し得る。平均が５０分配サイクルの線形移動の平均である場合、当該平均は、作動機構３９０がピストン３８２を移動させている目下の分配サイクルの直前の５０分配サイクルの線形移動の平均であり得る。平均が移動平均である時、当該平均は本質的に時間の経過とともに再計算される必要がある。例えば、当該移動平均は、各分配サイクルの後に再計算され得る、あるいは、設定された分配サイクル間隔の後に再計算され得る。一実施形態では、当該間隔は、１０分配サイクル毎であり得る。別の実施形態では、コントローラ１４は、直前の１００回の分配サイクルにわたる瞬間位置の平均に基づいて、２０回の分配サイクル毎に、作動機構３９０の動作及びピストン３８２の移動を調整し得る。もっとも、本発明は、コントローラ１４が、ＨＭＩデバイス１７を介してオペレータによって選択されるように、あるいは、コントローラ１４によって自動的に決定されるように、様々な異なる数の分配サイクルに亘って、及び、様々な分配サイクル間隔で、プランジャ３８６の瞬間位置を平均化できることを企図する。

コントローラ１４は、感知された線形移動の大きさまたはプランジャ３８６の複数の線形移動の平均の大きさが意図された線形移動と合致しない時はいつでも、ピストン３８２の動きを変えるように作動機構３９０の動作を調整し得る。あるいは、コントローラ１４は、感知された線形移動の大きさまたはプランジャ３８６の複数の線形移動の平均の大きさが所定の範囲外にある時にのみ、作動機構３９０の動作を調整し得る。この範囲は、ある線形範囲、または、意図された大きさからのパーセント偏差、を含み得る。この範囲は、シリンジ２０内の材料３７４のタイプ、実行される分配動作のタイプ、分配される個別の体積３７８のサイズ、などの要因に基づいて、コントローラ１４によって自動的に計算され得る。あるいは、当該範囲は、特定の分配動作の要件を満たすサイズを有する個別の体積３７８を依然として生成するであろう線形移動の範囲に基づいて、ＨＭＩデバイス１７を介してオペレータによってコントローラ１４に提供され得る。

時間の経過と共に、コントローラ１４は、ピストン３８２がシリンジ２０のチャンバ３７０を通って前進する時にプランジャ３８６が経験する全線形移動を追跡することもできる。全線形移動から、コントローラ１４は、ピストン３８２によってチャンバ３７０から押し出された材料３７４の総量を計算し得る。この材料３７４の総量、及び、選択的には分配された材料の総量が、オペレータの参照用に、ＨＭＩデバイス１７を介して表示され得る。結果として、オペレータは、シリンジ２０のチャンバ３７０がどの程度満たされているかを常に知ることができ、シリンジ２０が空になって交換されなければならない時のために準備することができる。更に、コントローラ１４は、シリンジ２０が空であって交換されなければならない時、オペレータに自動的に報告し得る。

図１６を参照して、シリンジ２０から材料を分配する方法４００が説明される。当該方法４００は、作動機構３９０が作動され、ピストン３８２及びそれに取り付けられたプランジャ３８６をシリンジ２０のチャンバ３７０を通して直線的に並進させて、シリンジ２０の出口３５８を通して材料３７４を分配する、ステップ４０２を含む。このステップは、コントローラ１４によって実行され得る。コントローラ１４は、ピストン３８２を直線的に並進させるように作動機構３９０に指示することができる。次に、ステップ４０６において、ＨＭＩデバイス１７が、それについて線形移動の大きさが平均化される複数の分配サイクルの量（数）を設定するユーザ入力を受容し得る。あるいは、この量（数）は、コントローラ１４によって決定され得る、あるいは、メモリ１５から呼び出され得る。ステップ４０６の後、センサ３９２は、ステップ４１０の複数の分配サイクルに亘って、プランジャ３８６、従ってピストン３８２の線形移動を感知し得る。

センサ３９２がステップ４１０でプランジャ３８６の線形移動を感知すると、センサ３９２はステップ４１４で当該線形移動を示す信号をコントローラ１４に送信し得る。この信号は、信号接続３９４ｂを介して送信され得る。信号接続３９４ｂは、有線接続及び／または無線接続であり得る。次に、ステップ４１８において、増幅器３９６が、コントローラ１４に提供される線形移動信号を増幅し得る。次に、ステップ４２２において、コントローラ１４は、複数の分配サイクルのうちのそれぞれの間の複数の線形移動の平均の大きさを計算し得る。前述のように、この平均的な大きさが引き継がれ得る分配サイクルの数は、５０分配サイクルであり得る。しかしながら、この分配サイクルの量（数）は変化し得て、コントローラ１４によって、あるいは、アプリケータ１０、１００のオペレータによるＨＭＩデバイス１７への入力を介して、調整され得る。次に、ステップ４２６において、コントローラ１４は、感知された線形移動を、特定の特性を有する個別の体積３７８を生成するために要求される理想的または所定の線形移動と比較し得て、必要に応じて、センサ３９２によって感知される線形移動に基づいてピストン３８２のアクチュエータ３９０の移動の動作を調整し得る。これは、ピストン３８２が、複数の分配サイクルに亘って、シリンジ２０の出口３５８から所定量の材料３７４を繰り返し分配することを確実にするために行われる。

調整は、ステップ４２２において決定された複数の線形移動の平均の大きさに基づき得る。調整は、プランジャ３８６の瞬間的または平均的な線形移動が所定の線形移動と異なる場合に、なされ得る。あるいは、調整は、瞬間的な線形移動が所定の範囲外にある場合に、なされ得る。この範囲は、ある線形範囲、または、意図された大きさからのパーセント偏差、を含み得る。この範囲は、シリンジ２０内の材料３７４のタイプ、実行される分配動作のタイプ、分配される個別の体積３７８のサイズ、などの要因に基づいて、コントローラ１４によって自動的に計算され得る。あるいは、当該範囲は、ＨＭＩデバイス１７を介してオペレータによってコントローラ１４に提供され得る。

ステップ４２６で調整がなされた後、ステップ４３０において、コントローラ１４は、複数の線形移動の平均の大きさを再計算し得る。これは、材料分配の個別のベンチマーク（指標）で、あるいは、オペレータの指示で、一定間隔で行われ得る。これにより、平均の大きさは、移動平均を含み得て、任意の時点においてコントローラ１４によって利用される複数の線形移動の平均の大きさは、直前の複数の線形移動の平均であり得る。一実施形態では、間隔は、１０回の分配サイクル毎であるが、他の様々な間隔も企図され得る。

コントローラ１４は、ステップ４３４において、シリンジ２０のチャンバ３７０を通るプランジャ３８６の全線形移動を追跡するように構成され得る。この情報を使用して、ステップ４３８において、コントローラ１４は、ピストン３８２によってシリンジ２０から分配される材料の総量を決定し得る。この総分配量、及び／または、チャンバ３７０内に残された材料３７４の逆量（残量）が、ＨＭＩデバイス１７を介して表示され得て、シリンジ２０内の状態をオペレータに常に通知し続け得る。

前述のようにセンサ３９２からのフィードバックを使用してシリンジ２０から材料３７４を分配するためのピストン３８２の移動を制御することには、幾つかの利点がある。この分配方法を使用することで、シリンジ２０から分配される個別の体積３７８の変動が最小限に抑えられ得る。更に、既知のフィードバックシステムとは対照的に、体積変動の補正が、それらのソースに関係なく考慮され得る。前述のセンサ３９２を使用するプランジャ移動のフィードバック制御は、脈圧システム及びバルブ分配システムの両方と互換性があるという柔軟性を有する。更に、ピストン移動制御のための前述のシステム及び方法は、他のフィードバックシステムとは対照的に、費用対効果が高くユーザフレンドリであるという利点を有し、追加の較正を要求することなくエンドユーザによってセットアップされるという能力を提供する。

本発明の様々な態様、概念及び特徴は、本明細書において、例示的な実施形態の組み合わせで具体化されるものとして説明及び図示されているが、これらの様々な態様、概念及び特徴は、多くの代替的な実施形態において、個別的に、あるいは、それらの様々な組み合わせ（コンビネーション）及び部分組み合わせ（サブコンビネーション）で、利用され得る。本明細書で明示的に除外されない限り、そのような全ての組み合わせ及び部分組み合わせが本発明の範囲内に入ることが意図されている。更に、本発明の様々な態様、概念及び特徴に関する様々な代替的な実施形態－例えば、代替的な材料、構造、形態、方法、回路、デバイス及び構成要素、ソフトウェア、ハードウェア、制御論理、形成して適合して機能するための代替物、など－が、本明細書で説明されているが、そのような説明は、現在知られているかまたは後で開発されるかに関わらず、利用可能な代替的な実施形態の完全なまたは網羅的なリストであることを意図していない。更に、本発明の幾つかの特徴、概念または態様は、好ましい配置または方法であるとして本明細書に記載されているが、そのような説明は、明示的にそのように述べられない限り、そのような特徴が要求されるまたは必要であることを示唆することを意図していない。更に、本開示の理解を助けるために、例示的または代表的な値及び範囲が含まれているが、そのような値及び範囲は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、そのように明示的に述べられている場合に限って、重要な値または範囲であることが意図されている。更に、様々な態様、特徴及び概念は、本明細書において、本発明であるまたは本発明の一部を形成するものであるとして明示的に特定されているが、そのような特定は、排他的であることを意図しておらず、むしろ、具体的な発明またはその一部として明示的に特定されないで本明細書に完全に記載された本発明の態様、概念及び特徴も存在し得る。本発明の範囲は、代わりに、添付の特許請求の範囲、または、関連するまたは継続する出願の特許請求の範囲、に記載される。例示的な方法またはプロセスの説明は、全ての場合に要求されるものとして全てのステップを含むことに限定されず、また、明示的に述べられていない限り、ステップが要求されるか必要であると解釈されるように提示された順序もない。

本発明は、限られた数の実施形態を用いて本明細書に記載されているが、これらの特定の実施形態は、本明細書に別段に記載され及び特許請求されている通り、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書に記載された物品及び方法の様々な要素の正確な配置及びステップの順序は、限定的であると見なされるべきではない。例えば、方法のステップは、図中の一連の参照記号及びブロックの進行を参照して説明されているが、当該方法は、必要に応じて、任意の特定の順序で実施され得る。

Claims (25)

1. 材料を分配するためのアプリケータであって、
   入口、出口、及び、前記入口から前記出口まで延在するチャンバ、を規定するシリンジと、
   前記チャンバ内に配置されたプランジャと、
   前記プランジャに取り付けられたピストンであって、前記プランジャを前記チャンバを通して移動させるように構成されたピストンと、
   前記出口を通して材料を分配するために、前記ピストンを前記チャンバを通して直線的に並進させるように構成された作動機構と、
   前記プランジャに取り付けられたセンサであって、前記プランジャの線形運動を感知するように構成されたセンサと、
   前記ピストンが複数の分配サイクルに亘って前記シリンジの前記出口から所定量の前記材料を繰り返し分配するように、前記センサによって感知された前記線形運動に基づいて前記作動機構の動作を調整するように構成されたコントローラと、
   を備えたことを特徴とするアプリケータ。
2. 前記線形運動は、前記複数の分配サイクルのうちのそれぞれ１つの間に感知される複数の線形運動の平均の大きさである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
3. 前記複数の分配サイクルは、５０回の分配サイクルを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のアプリケータ。
4. 前記コントローラは、前記複数の分配サイクルの量を決定するユーザ入力を受信するように構成されたヒューマンマシンインタフェースを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のアプリケータ。
5. 前記複数の線形運動の前記平均の大きさは、移動平均であり、
   任意の時点において、前記複数の線形運動の前記平均の大きさは、直前の複数の線形運動の平均の大きさである
   ことを特徴とする請求項２に記載のアプリケータ。
6. 前記移動平均は、１０回の分配サイクルの間隔の後に再計算される
   ことを特徴とする請求項５に記載のアプリケータ。
7. 前記コントローラは、前記線形運動が所定の範囲外にある時、前記作動機構の動作を調整するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
8. 前記センサは、線形位置変換器である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
9. 前記コントローラは、前記作動機構の動作を自動的に調整するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
10. 前記コントローラは、前記線形運動を示す信号を処理するように構成された増幅器を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
11. 前記コントローラは、前記チャンバを通る前記プランジャの全線形運動を追跡するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
12. 前記コントローラは、前記全線形運動に基づいて、前記ピストンによって分配される前記材料の総量を決定するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載のアプリケータ。
13. バルブシート及びニードルを含むバルブアセンブリと、
    電圧の受信に応答して前記ニードルを移動させるための圧電装置と、
    を更に備え、
    前記ニードルは、前記バルブアセンブリから材料を噴射するためのディスペンシング動作時に、当該ニードルが前記バルブシートから離れている第１位置と、当該ニードルが前記バルブシートに接触している第２位置と、の間で並進移動するように構成されており、
    前記シリンジは、前記バルブアセンブリに前記材料を提供するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
14. 前記作動機構は、空気圧アクチュエータである
    ことを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
15. シリンジから材料を分配する方法であって、
    作動機構を操作して、ピストン及びそれに取り付けられたプランジャを前記シリンジのチャンバを通して直線的に並進させて、前記シリンジの出口を通して材料を分配する工程と、
    センサを介して前記プランジャの線形運動を感知する工程と、
    前記ピストンが複数の分配サイクルに亘って前記シリンジの前記出口から所定量の前記材料を繰り返し分配するように、前記センサによって感知された前記線形運動に基づいて前記作動機構の動作を調整する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
16. 前記複数の分配サイクルのうちのそれぞれ１つの間の複数の線形運動の平均の大きさを計算する工程
    を更に備え、
    前記作動機構の前記動作を調整する工程は、前記複数の線形運動の前記平均の大きさに基づいて前記作動機構の前記動作を調整する工程を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数の分配サイクルは、５０回の分配サイクルを含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数の分配サイクルの量を設定するユーザ入力を受信する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 任意の時点において、前記複数の線形運動の前記平均の大きさは、直前の複数の線形運動の平均の大きさである、というように、前記複数の線形運動の前記平均の大きさを一定間隔で再計算する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記一定間隔は、１０回の分配サイクル毎である
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記作動機構の前記動作を調整する工程は、前記線形運動が所定の範囲外にある時に前記作動機構の前記動作を調整する工程を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
22. 前記作動機構の前記動作を調整する工程は、コントローラを介して前記作動機構の前記動作を自動的に調整する工程を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
23. 前記線形運動を示す信号をコントローラに送信する工程と、
    前記信号を増幅する工程と、
    を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
24. 前記チャンバを通る前記プランジャの全線形運動を追跡する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
25. 前記全線形運動に基づいて、前記ピストンによって分配される前記材料の総量を決定する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項２４に記載の方法。

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