JP6630281B2 - 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

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部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、前記流体本体部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部孔内で移動させる間に、前記流体本体部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部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、前記流体本体部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部孔内で移動させ始める間に、前記流体本体部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 (7)

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、
   第１内壁と、前記第１内壁から径方向内方に延びる段差部と、を有する起動モジュールと、
   前記起動モジュール内に部分的に受容された流体モジュールであって、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、
   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、
   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前記段差部を有している
   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。
3. 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。
4. 前記流体本体部孔は、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部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。
5. 第１内壁と、前記第１内壁から径方向内方に延びる段差部と、を有する起動モジュールと、
   前記起動モジュール内に部分的に受容された流体モジュールであって、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、を有する流体モジュールと、
   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部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、前記流体本体部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、
   前記プランジャに結合されたピストンによって接触される前記段差部を有するストッパ機構によって、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部孔内で移動させる間に、前記流体本体部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。
6. 第１内壁と、前記第１内壁から径方向内方に延びる段差部と、を有する起動モジュールと、
   前記起動モジュール内に部分的に受容された流体モジュールであって、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、を有する流体モジュールと、
   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部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、前記流体本体部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、
   前記プランジャに結合されたピストンによって接触される前記段差部を有するストッパ機構を用いて、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部孔内で移動させ始める間に、前記流体本体部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。
7. 前記起動モジュールは、内ネジ部を含んでおり、
   前記流体モジュールの前記流体本体部は、前記起動モジュールの前記内ネジ部と螺合するように構成された外ネジ部を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載の噴射ディスペンサ。

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