(57)【要約】【課題】本発明の目的は、粘性非接触噴射方法および装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、射出機構が駆動された場合に、ダイヤフラムで構成された上面および噴射ニードルと流体連通した底面を有する噴射チャンバを備えたノズルプレートを用いて、噴射ニードルから微量の高粘性材料を分注する方法および装置に関する。流体は、流入チャンネルからチャンバに流入し、ダイヤフラムを変形させてチャンネルを閉塞するとともに流体の液滴をニードルから射出することによって、チャンバから噴射される。噴射チャンバへの流体の供給には、ダイヤフラムで駆動される計量チャンバおよび／または容器チャンバを任意で用いることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出機構が駆動された場合に噴射ニードルから微量の高粘性材料を急速に分注する装置において、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、当該噴射チャンバが側面、開口上面、および前記ニードルに接続されるように構成された当該第２の面上の出口と流体連通した開口を有する底面を有するノズルプレートであって、前記第１の面に形成され、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、当該噴射チャンバの底面の前記開口までは延びていないノズルプレートと、
前記流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ前記噴射チャンバ内へと変形するとともに、当該噴射チャンバの上面上に流体シールを提供するのに十分柔軟な可撓性ダイヤフラムと、前記ノズルプレートと協働して当該ノズルプレートとの間で前記ダイヤフラムを圧縮するために設けられ、前記噴射チャンバの上面と並んだ開口を有し、当該開口が前記射出機構と十分連通したことにより、当該射出機構が駆動された場合に当該噴射チャンバの上面上のダイヤフラムが変形可能である支持構造と、
前記ダイヤフラムおよび前記ノズルプレートを十分な力で一体的に保持することにより、前記噴射チャンバの上面に流体シールを提供する機構と
を備えた装置。
【請求項２】
前記流入チャンネルが前記第１の面に形成され、前記機構が使用中に当該流入チャンネルとともに流体密封シールを提供するとともに、使用中に前記支持構造とともに気密シールを提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
容器チャンバを流体容器と流体連通させる第１のチャンネルであって、前記可撓性ダイヤフラムが前記流入チャンネルおよび前記計量チャンバ上に延び、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバ内へと変形するのに十分柔軟な第１のチャンネルと
を具備する計量装置をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の面に形成され、側面および底面に対向する開口上面を有し、当該装置が分注する高粘性材料の供給源と流体連通されるように構成された容器チャンバと、
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記第１の面に形成され、前記容器チャンバと前記計量チャンバとを流体連通させる第１のチャンネルであって、当該容器チャンバおよび当該計量チャンバと流体連通した第１のチャンネルと、
前記第１のチャンネル、前記流入チャンネル、前記計量チャンバ、および前記容器チャンバの上に延びた前記可撓性ダイヤフラムであって、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するとともに、当該計量チャンバおよび当該容器チャンバで当該第１のチャンネルの第１および第２の端部を閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバおよび当該容器チャンバ内へと変形するのに十分柔軟なダイヤフラムと
を具備する２チャンバ計量装置をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ダイヤフラムが使用中に前記流入チャンネルに延入するように当該ダイヤフラムの可撓性および当該流入チャンネルの幅が選択される、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記ダイヤフラムに付勢され、当該ダイヤフラムと前記計量チャンバの底面との間の体積を変化させる計量用突起をさらに備えた、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記射出機構が、前記流入チャンネルと前記出口と流体連通した前記噴射チャンバの底面との間で当該噴射チャンバの側面と接触するように前記ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記射出機構が、前記出口と前記噴射チャンバの底面との連接点で当該出口の一部に前記ダイヤフラムを押し込むように当該ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ダイヤフラムが弛緩形態となった場合に前記噴射チャンバ上に位置する硬化インサートを当該ダイヤフラムが有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムが使用中に非噴射形態となった場合に前記噴射チャンバ上に設けられるとともに一部が延入する肥厚突起を当該ダイヤフラムが有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記射出機構が、前記ダイヤフラムが前記噴射チャンバの側面に接触するように当該噴射チャンバ上で当該ダイヤフラムに衝撃を与えて当該ダイヤフラムを当該噴射チャンバに押し込む中実突起を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ノズルプレートと前記支持構造間に配置されて当該ノズルプレートおよび支持構造を相対的に運動させるとともに、前記ダイヤフラムの圧縮を変化させる位置調整機構をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記調整機構が相対運動の量を変化させる回転螺子部材を具備する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記噴射チャンバの出口と流体連通し、前記流入チャンネルの底面と前記出口および当該噴射チャンバの交点との間で測定された当該噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する前記噴射ニードルをさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
高粘性流体を噴射する装置に使用するノズルプレートであって、当該装置が使用中に高粘性材料を噴射する射出機構および噴射ニードルならびに当該ノズルプレートに接続されるように構成された接続端部を有し、当該ニードルが縦軸を有するノズルプレートにおいて、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、当該噴射チャンバが使用中に前記縦軸を取り囲む側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第２の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記ニードルの接続端部を受けるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射チャンバの縦軸と実質的に一直線となる縦軸を有するプレートであって、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第１の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が最小射出可能体積を規定しており、当該部分が当該流入チャンネルの底面と当該側面および出口の連接点との間に設けられ、当該射出可能体積がおよそ１μｌ未満であるプレートを備えたノズルプレート。
【請求項１６】
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバをさらに備えた、請求項１５に記載のノズルプレート。
【請求項１７】
前記プレートの第１の面に形成され、開口上面および底面を有し、当該プレートの第１の面に形成された第１のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記プレートに形成された第２のチャンネルと流体連通するとともに使用中に流体容器と流体連通されるように構成された先端部を有し、前記噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する容器チャンバをさらに備えた、請求項１６に記載のノズルプレート。
【請求項１８】
射出機構と、縦軸および使用中に高粘性材料を噴射する出口を有する噴射ニードルとを有する高粘性噴射装置に使用するノズルプレートサブアセンブリにおいて、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第２の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記噴射ニードルと流体連通されるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射ニードルの縦軸と実質的に一直線となるとともに前記第１の面と実質的に垂直となる縦軸を有するノズルプレートであって、前記ノズルプレートが前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第１の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が材料の射出可能体積をおよそ１μｌ以下に規定しているノズルプレートと、
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有するとともにおよそ１μｌ以下の体積を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルを覆うように前記第１の面上に十分適合する大きさの可撓性ダイヤフラムであって、対向する第１および第２の面を有し、当該第２の面が使用中に前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルとともに流体密封シールを形成するとともに、使用中に接触面とともに気密シールを形成するように構成されている可撓性ダイヤフラムと
を備えたノズルプレートサブアセンブリ。
【請求項１９】
前記ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に延入して、サブアセンブリを用いた高粘性流体の噴射中の前記流入チャンネルおよび前記噴射チャンバの体積を低減するように、当該流入チャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項１８に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１の面に形成され、側面および開口上面に対向する底面を有し、当該第１の面に形成された第１のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記ノズルプレートの外部と流体連通した流入端部を有する第２のチャンネルと流体連通しており、当該流入端部がサブアセンブリの使用中に流体容器と流体連通されるように構成されている容器チャンバをさらに備えた、請求項１９に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２１】
前記ダイヤフラムが前記容器チャンバおよび第１のチャンネルを覆い、これらとともに流体密封シールを提供し、当該ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に前記流入チャンネルおよび第１のチャンネルに延入してこれらチャンネルを通過する流体の流れを制限するように、当該流入チャンネルおよび第１のチャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項２０に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２２】
前記ノズルプレートに接触した前記第２の面が実質的に平坦であり、前記第１の面が凸状のシール面を含む、請求項２０に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２３】
側面、可撓性ダイヤフラムが覆う開口上面、および噴射ニードルと流体連通した底面の出口を有する噴射チャンバ内へと当該ダイヤフラムを変形させる射出機構によって当該噴射ニードルの出口から微量の高粘性材料を分注する方法において、
前記噴射ニードル、前記出口、および前記噴射チャンバを共通の縦軸上に配置するステップと、
前記噴射チャンバの側面と流体連通した流入チャンネルであって、当該チャンバ側面とチャンバ出口との連接点までは延びていない流入チャンネルを配置するステップと、
前記流入チャンネルを介して高粘性流体を前記噴射チャンバに押し込むステップと、
前記ニードルの出口から所定体積の材料を液滴として射出するのに十分な力により、前記流入チャンネルを閉塞するとともに前記出口との連接点に隣接するチャンバ側面に接触するのに十分な距離だけ当該チャンバ側面に対して前記可撓性ダイヤフラムを前記噴射チャンバ内へと変形させるステップと
を含む方法。
【請求項２４】
前記流入チャンネルが前記噴射チャンバと同じ面に形成されるとともに当該チャンネルの長さ方向に沿って当該面上に開口しており、前記ダイヤフラムが当該チャンネル開口の長さ方向に沿ってシールされており、前記押し込みステップにおいて当該流入チャンネルを介して当該噴射チャンバに押し込まれた流体の体積を変化させるように、当該チャンネル開口の長さ方向および当該チャンバの上面に対して十分付勢されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャンバ出口が筒状チャンネルを備え、前記変形ステップにおいて、前記チャンバ側面とチャンバ出口との連接点を越えて前記流出チャンネルに進入するように前記ダイヤフラムが変形される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ダイヤフラムを所定量だけ圧縮して前記射出液滴の体積を変化させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が圧搾空気を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が、前記チャンバ側面に対して当該ダイヤフラムを押し付ける中実体により当該ダイヤフラムに物理的な衝撃を与えることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記ダイヤフラムが前記流入チャンネルと前記出口との連接点に接触する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
高粘性流体を噴射する装置において、
前記高粘性流体を保持するチャンバ手段と、
前記高粘性流体を前記チャンバ手段に搬送する流入チャンネル手段と、
噴射ニードルを介して十分な速度で前記高粘性材料を前記チャンバ手段から噴射することにより、およそ２５０ｎｌ未満の体積を有するとともに当該ニードルから噴射するのに十分な速度を有する高粘性流体の液滴を形成する手段と
を備えた装置。
【請求項３１】
前記噴射手段が可撓性ダイヤフラムを具備しており、当該ダイヤフラムを調整可能に圧縮して前記射出液滴の体積を変化させる手段をさらに備えた、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記噴射手段が、前記ダイヤフラムを前記チャンバ手段内へと変形させる空気圧機構をさらに具備する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記液滴の体積がおよそ１００ｎｌ未満である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記噴射手段が、前記チャンバ手段と流体連通した出口の一部分の内部へとダイヤフラムを変形させる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
前記流入チャンネルを介して前記チャンバ手段に至る高粘性流体を計量する少なくとも１つのチャンバ手段をさらに備えた、請求項３２
に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性非接触噴射方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、エレクトロニクス、およびライフサイエンスの各産業においては、粘性流体の分注が頻繁に行われる。半導体産業においては、デバイスのサイズ、重量、および消費電力を低減しようと思えば、粘性材料の微小液滴の適用が必要となることが多い。シリコンのベアダイは非常に脆弱であり、何であれ半導体チップの表面に接触するのは有害であることから、非接触の分注が好ましい。また、プリント配線基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）の製造には、接着の強度および信頼性を向上するため、粘性の接着剤を用いて小さなチップを配線基板に取り付けることが必要となることが多い。ＰＣＢの製造に用いられる接着剤の多くは、予め混合された２液性のエポキシであるが、この接着剤は時間とともに粘性が変化し、この粘性の変化が分注器の不具合を引き起こす。したがって、粘性の変化の影響を受けにくい分注方法および装置が必要である。
【０００３】
ライフサイエンス産業においては、病気や病状を調べる臨床試験および製剤開発がますます高度化してきている。実験には、微量の試薬、タンパク質、または化合物があればよい。低粘度流体の微小液滴の体積は、通常はマイクロリットルおよびナノリットルの範囲である。これらの用途においては、粘性流体の微小液滴がマイクロウェルの深くに分注されることが多いため、流体を非接触で供給するのが好ましい。このような分注は非常に精密かつ再現可能である必要がある。さもなければ、誤った結果がもたらされる場合がある。ライフサイエンス産業における流体は、供給が不足しがちで非常に高価な場合が多い。したがって、粘性噴流におけるこの高価な流体の損失を最小限に抑える噴射装置が必要である。さらに、生物由来物質は汚染および交叉汚染の影響を非常に受けやすいが、既存の装置は複雑で、清浄を保つのが難しく、汚染または交叉汚染の一因となる可能性がある。そこで、流体と接触する構成要素が使い捨て式または容易に洗浄可能な噴射装置も必要である。
【０００４】
粘性噴射技術は、コンピュータのプリンタに用いられるインクジェット技術と類似している。いずれの場合も、流体の微小液滴がノズルから噴射され、非接触で基板まで「飛行」する。本明細書で使用する「噴射」という用語は、接触分注に対して、非接触の分注を表す。接触分注のプロセスでは、分注チップ端部の流体液滴が対象の基板に接触して表面に「湿着」または粘着し、分注チップが離れる際にも表面上に留まる。インクジェット技術の場合は、粘度が水に極近いインク（＜１０ミリパスカル秒（ｍＰａｓ））が噴射される。粘性噴射技術の場合は、高粘度の流体（＞５０ｍＰａｓ）を噴射可能である。粘性流体の例としては、接着剤、フラックス、オイル、潤滑剤、コンフォーマルコーティング、塗料、スラリー、ＵＶインク、溶媒、試薬、タンパク質、および酵素等が挙げられる。本明細書における高粘度の流体は、５０ｍＰａｓより高い粘度を有する。
【０００５】
自由飛行噴射液滴を生成するには、急速に高圧状態を得る必要がある。この状態では、流体がノズルを通過するのに十分な運動量が与えられて、然るべき出口速度により流体は自由飛行液滴となる。ここで、高品質の噴射を生成する出口速度の特有の範囲が存在する。急速な高圧状態を正確に制御するとともに、運動量の伝達損失を除去して分注オリフィスからの流体の出口速度を制御できるようになれば、粘性流体の再現可能な高品質噴射液滴の生成に有効である。
【０００６】
急速に高圧状態を生成するには、いくつかの方法がある。例えば、そのような粘性噴射技術の１つでは、往復式のソレノイドバルブを使用する。流体容器が所定レベルまで加圧されると、流体は容器から流れ出て、分注オリフィスと連通した出口端の近くに配設されたバルブシートを有するバルブアセンブリを通って延びる通路を流れる。流体の流れは、空気ソレノイドバルブへの通電によりサイクル運動する往復式のバルブ軸によって微小液滴に分割される。バルブの閉動作およびバルブ軸がバルブシートに衝突する時の衝撃により、液滴を放出する高圧状態が急速に生成されるため、液滴は非接触で基板まで「飛行」する。この噴射液滴のサイズは、流体の流量、バルブ軸およびバルブシートのサイズ、ならびに往復式バルブ軸のサイクル時間によって決まる。ここで、流体の流れの中に可動機械要素が配置されているため、動的な流体シールが必要となる。この動的なシールは、時間とともに摩耗して、シールの摺り動作による粒子を発生する。摩耗するのはシールだけではなく、摺動部品も摩耗して粒子を発生することが多い。これらの粒子は汚染物質として流体中に放出され、ライフサイエンス用途に用いられる高純度の流体にとって重大な問題となる可能性がある。湿式の可動部品は、フラッシングで洗浄するのが困難で、分解およびコストと時間の掛かる修理または交換が必要となる可能性もある。また、流体シールを使用する場合、可動部品は、耐摩耗性の材料で構成するか、または耐摩耗性のコーティングを施す必要があるが、設計全体のコスト増加につながる。往復式のバルブ軸を支える内部形状についても洗浄が課題となり、特に動的なシール領域の周囲を清浄に保つには、分解が常に必要となる。したがって、動的な流体シールが不要な噴射装置および技術が必要である。
【０００７】
急速に高圧状態を生成する別の例としては、外部要素によって衝撃が与えられる弾性ダイヤフラムを用いた粘性噴射技術が挙げられる。加圧された容器からの流体は、弾性ダイヤフラム近傍の一側面に設けられた噴射チャンバに流れ込む。ここで、衝撃とは、チャンバを覆うダイヤフラムに衝突してチャンバの体積が急速に変化し、流体の液滴を放出する高圧状態が急速に生成されることを意味する。ただし、この粘性噴射技術では、液滴ごとの体積の精度および再現性の要求を常に的確に満足できるわけではない。流体容器内の圧力は急速に放出されて、噴射チャンバへの流体の流れ込みは停止する。ただし、容器圧力の低下速度は低い場合が多く、微量の流体がオリフィスから漏れてオリフィスの外面に付着したままとなる。オリフィスの外側に付着した流体は、後続の噴射液滴の体積に影響を及ぼし、液滴ごとの精度低下をもたらす可能性がある。あるいは、液滴がオリフィスに粘着する原因となり得る。したがって、液滴の噴射後にオリフィスの外側に不要な流体が残留する可能性を最小限に抑える粘性噴射技術が必要である。
【０００８】
急速に高圧状態を生成する別の例としては、第１の端部が流体容器に接続され、第２の端部に分注オリフィスを有した可撓管を有する流体管を備えた粘性噴射技術が挙げられる。圧電素子に接続されたディスプレーサは、出口端の近くの管を部分的に圧縮し、管をある体積だけ変位させて急速に高圧状態を生成し、流体の液滴を噴射する。流体は、毛細管力により管に再充填される。毛細管力により管を再充填する場合、高粘度流体を使用すると再充填の速度が制限される。また、噴射液滴の体積は、管の体積変位と等しくない。この体積変位により、流体は、オリフィスからの流出および容器への逆流という２つの方向に追いやられる。各方向に流れる流体の体積は、各流路固有の流れ抵抗および弾性によって決まる。オリフィスから流出する流体と容器に逆流する流体との間の流れのバランスは、この種の噴射装置では非常に重要である。流体の温度、圧力、または粘度によって流れのバランスが変わると、液滴ごとの体積が著しく変化する可能性がある。この噴射技術においても、管の材料が使用により次第に歪んで時間とともに変位が上下するようになると、液滴ごとの体積が変化してしまう可能性がある。したがって、噴射チャンバ内の流体の流出のみを許可する噴射技術が必要である。
【０００９】
当業界では、注射器ポンプ、オージェポンプ、または蠕動ポンプ等の能動計量装置によって、流体および下流側流路の温度、粘度、および流れ特性とは実質的に無関係の流体の体積を正確に計量できることがよく知られている。噴射チャンバの再充填には、多様な能動計量装置を利用可能であるが、コスト、簡便性、サイズ、保守性、および洗浄の容易性等の要素を考慮する必要がある。例えば、注射器ポンプは一般的に大きくてかさ張るため、噴射チャンバアセンブリに近接して搭載するのが難しく、ポンプとソレノイドバルブ間の流体流路が長くなってしまう。流体抵抗および弾性が高いと、この長い接続管中では圧力上昇が遅くなるため、応答時間が長くなる。また、注射器ポンプと容器間には一方向バルブを直列に設ける必要があるため、システムのコストが高くなるとともに複雑性が増してしまう。オージェポンプであれば、噴射チャンバに近接して搭載することにより、ポンプと噴射チャンバ間の流路長を抑えることができる。ただし、オージェポンプでは、形状の適合したチャンバ内部で回転する送り螺子が必要となる。内部の機構が複雑になると、コストが高くなり、摩耗の影響を受け、洗浄が困難となる。このため、送り螺子式のオージェポンプは、交叉汚染を回避する必要がある場合は好ましくない。交叉汚染を回避する必要がある用途では、蠕動ポンプが利用されることが多い。通常の回転式蠕動ポンプでは、捕捉管内で流体のオクルージョンを移動させる絞り点を生成する複数のローラーを使用する。管の材料は通常、ポンプからの取り外しおよび配設が容易な低コストの可撓性エラストマー様シリコンであるため、湿った流体流路を洗浄する必要がなくなる。ただし、絞り動作を行わせるため、管は長く、内部の流体の体積は相当である。高価な流体を用いる場合、管を交換する際の流体の大量損失は好ましくない。したがって、流体の量を正確に計量可能であって、応答性および費用対効果に優れ、洗浄が容易な噴射チャンバ再充填方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５０７４４４３号明細書
【特許文献２】米国特許第５３２０２５０号明細書
【特許文献３】米国特許第５４０５０５０号明細書
【特許文献４】米国特許第５５０５７７７号明細書
【特許文献５】米国特許第５５９３２９０号明細書
【特許文献６】米国特許第５７４３９６０号明細書
【特許文献７】米国特許第６２５３９５７号明細書
【特許文献８】米国特許第６２６７２６６号明細書
【特許文献９】米国特許第６３５４４７１号明細書
【特許文献１０】米国特許第６４１５９９５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６４５０４１６号明細書
【特許文献１２】米国特許第６５３７５００号明細書
【特許文献１３】米国特許第４０９５７２２号明細書
【特許文献１４】米国特許第５７１１９８９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５７４７１０２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５９１３４５５号明細書
【特許文献１７】米国特許第６１７３８６４号明細書
【特許文献１８】米国特許第６４１６２９４号明細書
【特許文献１９】米国特許第７１０４７６８号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００３／０１３２２４３号明細書
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００６／０１４７３１３号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００８／０１０５７０３号明細書
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００３／０００３０２７号明細書
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００６／００７７２３７号明細書
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００６／０１５７５１７号明細書
【特許文献２６】米国特許出願公開第２００８／０１４９６９１号明細書
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００９／０１１５８２５号明細書
【特許文献２８】米国特許出願公開第２００９／０１６７８１８号明細書
【特許文献２９】米国特許出願公開第２０１０／０２５２５７６号明細書
【特許文献３０】欧州特許出願公開第２４１３５０３号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＬＩＱＵＩＤＹＮ，Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ，Ｍｉｃｒｏ−ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｖａｌｖｅ  Ｐ−ｊｅｔ
【非特許文献２】ＰＶＡ，Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ，Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｍｉｃｒｏ  ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｖａｌｖｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献３】ＡＥＲＯＪＥＴ，Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ，Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｊｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｖｉｓｃｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ
【非特許文献４】ＥＦＤ，Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ，ＰｉｃｏＤｏｔ  Ｊｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ
【非特許文献５】ＡＳＹＭＴＥＫ、Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ，Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  Ｐｉｅｚｏ  ｊｅｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｌｕｉｄｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、微量の粘性流体を正確に噴射する非接触噴射方法および装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、粘性流体の一定体積の液滴を噴射する改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。本明細書で使用する「噴射チャンバアセンブリ」という用語は、ある体積の流体を含み、分注オリフィスと連通するとともに強制要素の下流に位置する空間を表す。本明細書で規定する強制要素は、噴射チャンバアセンブリにおいて急速に高圧状態を生成し、ある体積の流体に運動量を与えて流体の液滴をオリフィス外に放出する手段である。
【００１３】
また、本発明の別の目的は、再現可能で既知の量の粘性流体を噴射チャンバアセンブリに充填する改良された方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、能動的に計量された流体を噴射チャンバアセンブリに充填することである。
【００１４】
また、本発明の別の目的は、調整可能な量の流体を収容可能な改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。
また、本発明の別の目的は、調整可能な量の流体を噴射チャンバアセンブリに充填する方法を提供することである。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、噴射サイクル中の流体の流れが実質的に分注オリフィスへ向かっている改良された噴射チャンバを提供することである。
また、本発明の別の目的は、洗浄が容易かつ流体間の交叉汚染を最小限に抑えた改良された粘性噴射装置を提供することである。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、含有する流体の体積を最小限に抑えた改良された噴射装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、流体供給源と噴射チャンバアセンブリ間の体積を最小限に抑えた改良された粘性噴射装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明の別の目的は、摺動式の動的な流体シールが不要な改良された噴射方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、分注オリフィスから不要な流体を除去する改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。
【００１８】
また、本発明の別の目的は、流体に接触する部品を高い費用対効果で交換可能な改良された噴射チャンバアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
これら１または複数の目的は、本明細書に詳述する、微量の粘性流体を噴射する粘性噴射装置を提供することによって有利に実現される。噴射チャンバアセンブリ装置は、加圧流体供給源、噴射チャンバ、弾性ダイヤフラム、流入チャンネル、流出路、オリフィス、支持構造、および圧力供給源を備えていてもよい。噴射チャンバは、その上壁として、相応に柔軟な弾性ダイヤフラムを有する。このダイヤフラムは、噴射チャンバと支持構造間に含まれており、容易に取り外して洗浄や交換を行うことができる。噴射チャンバは、流出管によって分注オリフィスと連通している。また、噴射チャンバは、加圧粘性流体供給源と連通した流体流入チャンネルに接続されている。流体流入チャンネルは、この装置の動作の一部において、少なくとも部分的に弾性ダイヤフラムと連通している。流体は、流体供給源から流入チャンネルを通って噴射チャンバに流れ込む。ダイヤフラムは、圧力手段によって急速に変形させられて支持構造から分離する。ダイヤフラムは、その最初の撓みによって、供給源からの流体の流れを妨げるように、噴射チャンバと流体流入チャンネル間の界面に進入する。これにより、ある体積の流体を噴射チャンバと分注オリフィス間に包含する。ダイヤフラムは、噴射チャンバ内へと変形し続け、噴射チャンバ側面と等角で結合する。これにより、噴射チャンバ内に含まれる既知の量の流体が変位し、流体の液滴が放出されて分注オリフィスから基板まで飛行する。圧力手段は圧力がなくなり、ダイヤフラムは弛緩し始めて噴射チャンバ側面から離れ、好ましくは平らな状態となる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放される前に、吸い戻し状態が生成され、流体がオリフィスから引き離されて流出路内へと引っ張られ、流体とオリフィス間に空間が形成される。オリフィスの外部に不要な流体が粘着している場合は、それについても後方に引っ張られる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放されると、流体が供給源から噴射チャンバに進入して上記空間の一部を満たすとともに、この動作が繰り返される。ダイヤフラムを反復的に変形前の位置に戻すのに、真空は不要と考えられる。一方、空気管２８、５２、５４を介して真空を引くことにより変形したダイヤフラム２４を後退させると、噴射チャンバ１２から流体を射出可能なサイクル時間を短くすることができる。ダイヤフラムの硬度、厚さ、および材料は、ダイヤフラム２４が十分に低い速度で平らな状態まで後退することによって噴射中の粘性流体に空気が混入することのないように、噴射中の流体の粘度に関連して選択すると都合が良い。この平らな状態に至る後退は、空気管２８、５２、５４を介して真空を引くことなく行うのが好ましく、これは、ダイヤフラムを種々チャンバ内へと変形させる正圧と交互に起こる。
【００２０】
また、流体供給源、噴射チャンバ、弾性ダイヤフラム、流入チャンネル、流出路、オリフィス、支持構造、および機械式強制要素を備えた噴射チャンバアセンブリ装置についても有利に提供される。このアセンブリにおいて、ダイヤフラムは、機械式強制要素によって急速に変形させられる。なお、この機械式強制要素は、ダイヤフラムの支持構造内に含まれていてもよい。これにより、ダイヤフラムはまず、供給源からの流体の流れを妨げるように、噴射チャンバと流体流入チャンネル間の界面に進入する。そして、ある体積の流体を噴射チャンバと分注オリフィス間に包含する。ダイヤフラムは、噴射チャンバ内へと変形し続け、好ましくは噴射チャンバ側面と等角で結合する。ただし、噴射チャンバ側面と等角で結合しなくてもよい。これにより、内部に含まれる既知の量の流体が変位し、流体の液滴が放出されて分注オリフィスから基板まで飛行する。機械式強制要素は後退して、ダイヤフラムは弛緩可能となる。ダイヤフラムが後退して流入チャンネルが開放される前に、吸い戻し状態が生成され、流体がオリフィスから引き離されて、上述のように空間が形成される。これについては、以下により詳しく説明する。
【００２１】
また、微量の粘性流体を噴射する方法についても有利に提供される。この方法では、所定の時間、粘性流体を加圧流体容器から流入チャンネルを介して噴射チャンバに流し込む。加圧容器と噴射チャンバ間には、高速作動バルブが設けられると都合が良い。噴射チャンバに流入する流体の量は、バルブの開放可能時間によって徐々に調整可能である。所望の量の流体が噴射チャンバに流入すると、バルブは閉じられて噴射チャンバとの流体連通を閉塞する。このため、再充填サイクルは、噴射サイクルとは独立である。噴射サイクルが始まると、好ましくは噴射チャンバまたはその内部で流体流入チャンネルが閉塞され、流体容器と噴射チャンバ間の流体連通がさらに抑えられる。噴射チャンバ内に急速に高圧状態が生成されると、既知の体積の流体に運動量が与えられて、既知の体積の自由飛行液滴が形成され、分注オリフィスから飛び出す。噴射チャンバおよび流出管の一方または両方のすべての流体が射出されるわけではない。そして、吸い戻し状態が生成され、噴射チャンバと分注オリフィス間に空間が形成される。その後、流体流入チャンネルが開放されて、流体容器からの流体が噴射チャンバに流れ込み、上記空間の一部を満たすことができる。
【００２２】
また、微量の粘性流体を噴射する方法であって、正確に計量した流体が噴射チャンバに流れ込む方法についても提供される。流体の計量は、手動またはプログラムで徐々に調整することにより、所望の再充填体積の流体が得られれば都合が良い。この方法では、好ましくは能動計量装置を用いて、所定量の粘性流体を流体容器から流入チャンネルを介して噴射チャンバに流し込む。所望の量の流体が噴射チャンバに流入すると、流体流入チャンネルが閉塞され、流体容器と噴射チャンバ間の流体連通が抑えられる。噴射チャンバ内に急速に高圧状態が生成されると、流体に運動量が与えられて、既知の体積の自由飛行液滴が形成され、分注オリフィスから飛び出す。そして、吸い戻し状態が生成され、噴射チャンバと分注オリフィス間に空間が形成される。その後、流体流入チャンネルが開放されて、能動計量装置からの流体が噴射チャンバに流入可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明に係る現下好適な実施形態の構造、動作、および利点については、添付の図面とともに以下の説明を考慮することによって、より明らかとなるであろう。図面中、同様の部分には同一の符号を付与している。
【図１】弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図２】流体流入チャンネルが開放される直前時点の弾性ダイヤフラムがある程度撓んだ状態の図１の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図３】弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の図１の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図４】流体流入チャンネルが閉塞された時点の弾性ダイヤフラムがある程度撓んだ状態の図１の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図５】弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の図１の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図６】機械式強制要素によって弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図７】図４に示す位置と図５に示す位置とのダイヤフラムの体積変位を示した噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図８】起伏部のある弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバアセンブリの側面断面図。
【図９】起伏部が取り付けられて貫通突出する弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバの別の実施形態の側面断面図。
【図１０】ノズルプレートの上面断面図であって、噴射チャンバ、流体流入チャンネル、流出管、および分注オリフィスを示す図。
【図１１】第１および第２のチャンバが開いた状態の２チャンバ計量装置と連通した弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の図１の噴射チャンバの側面断面図。
【図１２】第１のチャンバが閉じて第２のチャンバが開いた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓んだ状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリの側面断面図。
【図１３】第１のチャンバが閉じて第２のチャンバが開いた状態で弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリの側面断面図。
【図１４】第１および第２のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリの側面断面図。
【図１５ａ】第１および第２のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリの側面断面図。
【図１５ｂ】第１および第２のチャンバが閉じた状態で弾性ダイヤフラムが完全に撓むとともに、衝撃要素によって粘性流体の液滴が噴射された状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリの側面断面図。
【図１６ａ】第１および第２のチャンバが開くとともに、ダイヤフラムをある程度撓ませる調整要素によって第２のチャンバの体積が徐々に低減された状態の２チャンバ計量装置と連通した弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する図１１のアセンブリのさらに別の実施形態の側面断面図。
【図１６ｂ】噴射チャンバアセンブリへの流体の流れを開始／停止する単一のチャンババルブを有する加圧容器と連通した弾性ダイヤフラムが完全に弛緩した状態の噴射チャンバを有する別の実施形態の側面断面図。
【図１７】空気圧を利用して図１および図１１に示すように弾性ダイヤフラムを撓ませる粘性噴射装置の側面断面図。
【図１８ａ】図１６に示す粘性噴射装置の一部を拡大した側面断面図であって、弾性ダイヤフラム、噴射チャンバ、計量チャンバ、空気チャンネル、流体流入チャンネル、および分注オリフィスを示す図。
【図１８ｂ】図１７のＡ−Ａ断面に沿った拡大正面断面図。
【図１８ｃ】図１７に示す拡張部を示したダイヤフラムの等角図。
【図１９】機械式ピストンを利用して弾性ダイヤフラムを撓ませる粘性噴射装置の別の実施形態の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、まず初めに動作を説明することとし、構成の詳細についてはその後に説明する。図１〜図５には、噴射チャンバアセンブリ１０と、粘性流体の微小液滴を噴射チャンバアセンブリ１０から噴射する際のダイヤフラムの位置変化を示した一連のステップとを示している。まず、図１には、微量の粘性流体を噴射する噴射チャンバアセンブリ１０を示している。噴射チャンバアセンブリ１０の状態は、粘性流体の液滴が噴射された直後の状態に類似しており、粘性材料を噴射する方法の開始状態である。支持構造２６とノズルプレート１４間には、弾性ダイヤフラム２４が設けられている。外部供給源（図示せず）からの高圧流体（好ましくは空気）は、支持構造２６に形成された空気管２８に通されるため、ダイヤフラム２４に衝突する。ダイヤフラム２４は下方に撓んで、噴射チャンバ１２の残りの部分を規定する側面に寄り掛かる。
【００２５】
噴射チャンバ１２の形状は、如何なる連続曲線であってもよく、所定サイズの射出流体を提供できる大きさとなっている。チャンバ１２の好ましい形状は球形であるが、放物曲線も好適と考えられる。また、チャンバ１２のその他の構成も好適と考えられる。チャンバ１２の形状は、動作中にチャンバの残りの部分を構成する側面にダイヤフラム２４が接触して、チャンバからすべての流体が射出可能となるように選択するのが好ましい。同様に、ダイヤフラム２４は、チャンバ１２からすべての流体を常に射出できるように、支持構造２６によって構成・保持するのが好ましいが、これについては任意である。チャンネル２８は、チャンバ１２の中心にあって、以下に説明するように流出管１６と共通の縦軸上にあるのが好ましい。
【００２６】
ダイヤフラム２４の一部は、ノズルプレート１４内に設けられた流出管１６に進入するのが好ましいが、これについては任意である。分注ニードル２０は、その先端で分注オリフィス１８と流体連通した流出管１６を有するノズルプレート１４から突出している。分注オリフィス１８は、ニードル２０の一部を閉塞するディスク１９の開口であって、ニードル２０の内径よりも小さな開口として示しているが、ディスク１９を用いずにニードルの開口端を含んでいてもよい。ノズルプレート１４内に設けられた流体流入チャンネル２２は、噴射チャンバ１２と連通するとともに、アセンブリ１０の動作中にダイヤフラム２４の変形によって閉塞される。チャンネル２２は、ノズルプレート１４の表面に形成され、ダイヤフラムがチャンネル２２の上壁を構成していると都合が良い。流体は、噴射チャンバ１２と流出管１６との間に閉じ込められる。これにより、流体容器（図示せず）から流入チャンネル２２を介して噴射チャンバ１２に流れ込む流体の流れは妨げられる。
【００２７】
ダイヤフラム２４は、歪み負荷または変形負荷が作用していない場合は、変形前の（好ましくは平面形状）に戻るエラストマー材料で構成するのが好ましい。図２に示すように、ダイヤフラム２４がその変形前の位置に戻り始めると、ダイヤフラム２４を変形させる高圧空気が支持構造２６に形成された空気管２８から排出される。図２において、ダイヤフラム２４は噴射チャンバ１２の側面から離れ、流体流入チャンネル２２が開き始める直前の撓み位置となる。流出管１６に含まれる流体は、分注オリフィス１８から離れて、ディスク１９と残った流体との間に空間３０ａが形成される。この空間３０ａの体積は、図１および図２に示す状態間でのダイヤフラム２４の変位体積と同等である。ダイヤフラム２４が噴射チャンバ１２から離れる速度は、薄い流体または溶解空気を含む流体の場合は重要となり得る。撓みが速すぎると、周囲空気を流体に取り込んでしまう可能性がある。すなわち、空気の溶解を助長してしまう可能性があり、望ましくない。この空気取り込みの可能性を低く抑えるため、流体は脱気を行ってもよい。あるいは、高圧空気の排出速度を制限することによって、ダイヤフラム２４の速度を抑えるようにしてもよい。ダイヤフラムの運動速度を抑える方法としては、特に、管２８のサイズの変更、ダイヤフラム２４の厚さおよび材料の変更、ならびに噴射チャンバ１２の形状およびサイズの変更等、様々な方法が考えられる。
【００２８】
図３に示すように、高圧空気が完全に排出されると、ダイヤフラム２４は、変形前の完全に弛緩した位置に戻ることができる。そして、ダイヤフラム２４がその変形前の位置に戻ると、空間３０ｂが大きくなる。また、流体流入チャンネル２２が開いて流体が噴射チャンバ１２に流入可能となる。噴射チャンバ１２の充填は再充填サイクルと称することが多く、噴射プロセスにおいて非常に重要な役割を担っている。噴射チャンバ１２に流れ込む流体の体積は徐々に調整可能であるため、噴射液滴の体積は複数生成される。流体の量は、空間３０ｂの体積を超えないようにするのが好ましい。場合によっては、加圧流体容器（図示せず）を用いて噴射チャンバ１２に流体を供給することもできる。この場合は、流体容器（図示せず）の圧力レベル、流体の流動特性、および噴射チャンバアセンブリ１０によって流体の流量が決まる。噴射チャンバ１２に流れ込む流体の実際の量は、流体の流量および流動可能時間に比例していてもよい。また、場合によっては、注射器ポンプ、歯車ポンプ、オージェポンプ、または蠕動ポンプ等の能動計量ポンプ（図示せず）を用いて噴射チャンバ１２に流体を供給することもできる。この場合は、能動計量ポンプによって、時間変動しない正確な所定量の流体が噴射チャンバ１２に供給される。いずれの場合も、空間３０ｂの体積は、図１および図３の状態間でのダイヤフラム２４の変位体積から噴射チャンバ１２に流入可能な流体の体積を差し引いたものと同等である。チャンネル２２は、チャンバの深さのおよそ２５〜７０％であればより都合が良く、およそ５０％以下であれば好ましい。ダイヤフラムを反復的にその変形前の弛緩位置に戻すのに、真空は不要と考えられる。このため、設計は簡素化され、空気チャンネル２８、５２、５４を真空に引く必要がなくなる。ただし、所望の場合は、１または複数のチャンバからダイヤフラム２４を引き戻すのに真空を利用してもよい。
【００２９】
図４に示すように、高圧空気が空気管２８に通されると、ダイヤフラム２４は噴射チャンバ１２内へと撓み始める。ダイヤフラム２４は、流体流入チャンネル２２が閉じた直後の撓み位置にある。この状態では、噴射チャンバ１２および流出管１６に流体が閉じ込められている。空間３０ｃの体積は、図３および図４の状態間でのダイヤフラム２４の体積変位分だけ少なくなっている。
【００３０】
図５に示すように、高圧空気が空気管２８に通されると、ダイヤフラム２４は下方に撓み、急速に高圧状態が生成されて十分な運動量が流体に与えられることにより、粘性流体の液滴３２がオリフィスから飛び出す。特に、粘性流体の噴射には、高い運動量の伝達が望ましい。ダイヤフラム２４の撓み速度は、印加する駆動力によって決まり、高圧状態の大きさおよび形状ひいては噴射液滴の出口速度および形状を決定する。ダイヤフラム２４に対する駆動力の印加には、いくつかの方法がある。図１〜図５の場合、駆動力は、空気管２８を通されてダイヤフラム２４に到達する高圧空気である。ダイヤフラムの速度は、空気圧の高さおよびダイヤフラムの面積によって決まる。空気圧の高さは、空気圧供給源の可用性により制限可能であるため、ダイヤフラムの速度も制限することになる。撓み速度の高速化が望まれる場合は、衝撃成分を駆動力に追加することもできる。図６を参照して、噴射アセンブリ３３は、ダイヤフラム２４に衝撃を与える機械式衝撃要素３４を含んでおり、ダイヤフラム２４の撓み速度は大幅に向上する。例えば、衝撃要素３４として、空気シリンダまたは電気ソレノイドのロッドエンドを用いてもよい。あるいは、ダイヤフラム２４に衝撃を与える駆動力として、可動電気コイル等の制御可能な運動装置に接続されたロッドを用いてもよい。制御可能な駆動力を使用すると、ダイヤフラム２４に衝撃を与える際の衝撃要素３４の速度および／または加速度を制御できて都合が良い。衝撃要素の運動を制御することにより、液滴の出口速度および形状の制御も可能となって、広範囲の流体を利用できるとともに、液滴の品質管理を改善できる。また、その他の衝撃手段を使用してもよい。あるいは、衝撃要素３４を支持構造２６に包含して、外部から衝撃を与えるようにしてもよい。
【００３１】
図７には、図４および図５に示す状態間でのダイヤフラム２４の体積変位と同等の体積変位３６を示している。ダイヤフラム２４が噴射チャンバ１２の側面に一致しているため、体積変位は既知であり再現可能である。ダイヤフラム２４は、その剛性に応じて、さらに微小な体積分だけ流出管１６内へと変位可能であって、総変位体積が増大する。ダイヤフラム２４は、既知の再現可能な体積だけ変位するが、これは能動変位体積として説明することもできる。この能動変位体積によって急速に高圧状態が生成され、所要の運動量が流体に与えられることによって、粘性液滴３２がオリフィス１８から飛び出して基板まで飛行する。この能動変位体積は、粘性流体の液滴３２の体積と必ずしも同等ではないが、流入量およびダイヤフラムの変形の両状態の所与の組み合わせに対して、共通した体積である。流体の液滴３２の体積は、流入チャンネル２２の底面とチャンバ１２の側面または壁面および流出管１６の連接点との間で測定した噴射チャンバ１２の体積より小さければ都合が良い。
【００３２】
ダイヤフラム２４は、噴射チャンバ１２の側面と容易に一致するように、弾性材料で構成する必要がある。シリコンやネオプレン等のエラストマー材料がダイヤフラム２４の材料選択としては適していると考えられる。デュロメータでのショア５０〜９０Ａのダイヤフラム２４が好適と考えられる。ダイヤフラム２４の材料は、噴射する流体と化学的に共生可能である必要がある。流体の中には、ダイヤフラム２４の材料に悪影響を及ぼすものもあって、ダイヤフラム２４の寿命が短くなる可能性がある。図１〜図７に示すように、ダイヤフラム２４は平らな要素である。
【００３３】
ダイヤフラム２４は平らである必要はなく、細部が曲線であれば都合が良い場合もある。図８には、噴射チャンバ１２の中心に小さな半球部３５を設けたダイヤフラム３８を示している。この半球部３５は、ダイヤフラム３８と一体的に成形され、ダイヤフラムの残りの部分から延在しているのが都合が良い。半球部３５は、噴射チャンバ１２に進入してその体積を減少させる。半球部３５によるこの体積の減少によって、ダイヤフラムがその弛緩状態に戻った時の空間３０は小さくなる。空間３０が小さくなることは、非常に小さな粘性液滴３２の体積が望まれる場合には好ましい。ダイヤフラム３８の半球部３５は、曲線形状の一例に過ぎず、ドーム形状、円錐形状、または錐台形状等がダイヤフラム３８の一部として一体的に形成されていてもよい。
【００３４】
あるいは、図９に示すように、ダイヤフラム２４は、別の材料で構成された挿入部４０を有することにより、エラストマー製の外側部およびより硬質または高剛性の内側挿入部４０とで構成してもよい。例えば、挿入部４０は、ドーム部または半球部が噴射チャンバ１２内に突出した状態の金属または硬質プラスチックであってもよい。また、図９に示すように、挿入部４０は、ダイヤフラム２４の対向面に固定、接着、熱結合、成形、または締結された外延フランジ４１を任意で有していてもよい。締結方法または機構は、ダイヤフラム２４および挿入部４０の材料によって異なる。挿入部４０は、ニードル２０の中心にあって、ニードル２０および分注オリフィス１８の縦軸と一直線の縦軸を有し、その縦軸が噴射チャンバ１２の中心を通っているのが好ましい。
【００３５】
２種類の材料から成るダイヤフラム２４、４０が完全に撓むと、ダイヤフラム２４の残りの部分を構成するエラストマー材料による減衰効果を受けることなく、硬質の挿入部４０が噴射チャンバ１２の側面に衝撃を与える。したがって、硬質の挿入部４０からの運動量の伝達効率は高くなる。挿入部４０が分注オリフィス１８の反対側に支持構造２６を通って延びる形状を有する場合は、機械要素３４を容易に挿入部４０に取り付けて、ダイヤフラム２４を双方向の力で撓ませてもよい。ダイヤフラム２４に硬質の挿入部４０を用いることは、高い衝撃効率が必要な場合に好ましい。あるいは、粘着性の流体がエラストマー製ダイヤフラム２４の弛緩速度を制限する傾向にある場合は、双方向の力で撓ませることが好ましい場合もある。挿入部４０は、チャンバ１２に延入するダイヤフラム２４の残りの部分と比べて、少なくとも５〜１０倍の硬度であることが好ましい。
【００３６】
図１０には、ノズルプレート１４の上面図を示している。流体流入チャンネル２２は、一部のみが噴射チャンバ１２に進入しており、流出管１６とは接続されていない。これにより、ダイヤフラム２４が噴射チャンバ１２内へと変形して、チャンネル２２と噴射チャンバ１２間の流体連通を閉塞可能となる。流入チャンネル２２が噴射チャンバ１２の深さ全体に延びていると、チャンバ１２からチャンネル２２への逆流をダイヤフラム２４が阻止できなくなる。したがって、噴射チャンバ１２との界面となるチャンネル２２の部分は、チャンバ１２の深さよりも浅くするのが好ましい。チャンネル２２およびチャンバ１２の相対的なサイズは、流体の粘度および噴射液滴３２のサイズによって異なる。薄い粘性流体の微小液滴３２を噴射するほとんどの用途では、１００〜２００μｍ前後のチャンネル２２が好適と考えられる。この場合、チャンネル２２は、平らなダイヤフラム２４と流出管１６内にある噴射チャンバ１２の湾曲した底面との間で測定して、チャンバの深さのおよそ半分未満まで延びていると都合が良い。また、流入チャンネル２２は、深い側を噴射チャンバ界面の外側に配した状態で長さ方向に曲線とすることにより、濃い流体の場合の流れ抵抗を低減するようにしてもよい。
【００３７】
図１１〜図１５には、２チャンバ計量装置８０と流体連通した噴射チャンバアセンブリ１０を示しており、２チャンバ計量装置８０を用いて噴射チャンバアセンブリ１０を充填するとともに、噴射チャンバアセンブリ１０により粘性流体の微小液滴３２を噴射する方法の一連のステップを示している。２チャンバ計量装置８０は、支持構造５６と計量プレート４４間に設けられた可撓性の弾性ダイヤフラム４２を備えている。高圧流体（好ましくは空気）が支持構造５６の流体管５２、５４を通ることにより、ダイヤフラム４２の直下に設けられた対応する流体チャンバ内へとダイヤフラム４２が局所的に変形する。計量プレート４４の表面上には、流体流通チャンネル５０で接続された第１の流体チャンバ４８および第２の流体チャンバ４６が設けられており、流体管５２はダイヤフラム４２を第２の流体チャンバ４６内へと変形させ、流体管５４はダイヤフラム４２を第１の流体チャンバ４８内へと変形させる。第１のチャンバ４８を容器チャンバと考え、第２のチャンバ４６を計量チャンバと考えてもよい。第１の容器チャンバ４８の体積は、第２の計量チャンバ４６の体積よりも大きければ都合が良く、噴射チャンバ１２の体積よりも大きいのが好ましい。第２の計量チャンバ４６の体積は、粘性流体の噴射液滴３２としてチャンバ１２から噴射される体積と同等であるか、またはわずかに大きければ都合が良い。第１の流体チャンバ４８は、開口上面に対向する閉口底面を有するか、または底面と流体連通したチャンネルを有していてもよい。第２の流体チャンバすなわち計量チャンバ４６は、開口上面に対向する閉口底面を有するのが好ましい。
【００３８】
第１の流体チャンバ４８の縁部および第２の流体チャンバ４６の縁部における流体流通チャンネル５０の界面は、ダイヤフラム４２が各チャンバ内へと変位した場合に、対応するチャンバを通る流れが妨げられ、好ましくは閉塞されるように設計されている。ここで、上述のダイヤフラム２４の流入チャンネル２２および噴射チャンバ１２との相互作用および設計は、ダイヤフラム４２と流通チャンネル５０およびチャンバ４６、４８にも当てはまるため、繰り返し説明は行わない。ただし、チャンネル５０が第１の容器チャンバ４８の底面と流体連通している場合は、チャンネル５０から当該チャンバ４８への流体の流れを閉塞するのに十分なだけダイヤフラムがチャンバに延入しているのが好ましい。図示のように、アセンブリ１０と２チャンバ計量装置８０とは別々の構造になっている。２チャンバ計量装置８０にはダイヤフラム４２が存在し、噴射チャンバアセンブリ１０にはダイヤフラム２４が存在する。ここで、ダイヤフラム２４と４２、支持構造２６と５６、およびノズルプレート１４と計量プレート４４とをそれぞれ同じ部品とした単一の共有構造を採用すると、装置が簡素化されてコスト低減につながることが予想できる。この場合、同じ部品は単一の材料で一体的に形成するのが好ましい。同様に、単一のダイヤフラム２４を使用しているが、各チャンバ１２、４６、４８の周囲には別個のシール構造を採用してもよい。
【００３９】
図１１には、図１と同じ状態の噴射チャンバアセンブリ１０を示している。２チャンバ計量装置８０に設けられた流体流通チャンネル５０は、流体流入チャンネル２２を介して噴射アセンブリ１０と流体連通している。ダイヤフラム４２は変形前の状態であるため、流体流通管５０に接続された外部流体容器（図示せず）からの流体が第１の流体チャンバ４８、第２の流体チャンバ４６、および流体流入チャンネル２２に流入可能である。流体の噴射チャンバ１２への流入は、変形したダイヤフラム２４によって妨げられる。流体は、第１の流体チャンバ４８、第２の流体チャンバ４６、流体流通管５０、および流体流入チャンネル２２に充填されるとともに、流体流出管１６にも含まれている。
【００４０】
図１２には、図１と同じ状態の噴射チャンバアセンブリ１０を示している。２チャンバ計量装置８０に設けられた流体流通チャンネル５０は、流体流入チャンネル２２を介して噴射アセンブリ１０と流体連通している。外部圧力供給源（図示せず）からの空気によって高圧空気が流体管５４を通り、ダイヤフラム４２が第１の流体チャンバ４８内へと撓むことにより、第１の流体チャンバ４８からの流体が流体容器（図示せず）に向けて逆流する。ここで、ダイヤフラム２４が流通チャンネル２２を閉塞しているため流体は噴射チャンバ１２に流入できず、チャンネル５０を通って第１の流体チャンバ４８に至る流れも閉塞されているため、第２の流体チャンバ４６の流体は、噴射チャンバ１２へも第１の流体チャンバ４８へも流れが妨げられている。
【００４１】
図１３を参照して、２チャンバ計量装置８０の状態は、図１２の状態と同じである。ただし、ダイヤフラム２４を変形させていた高圧空気は除去されているため、ダイヤフラム２４は変形前の状態に後退しており、空間３０が形成されている。噴射チャンバ１２の状態は、図３の状態と同じである。流体流入チャンネル２２が開いているため、噴射チャンバ１２は、２チャンバ計量装置８０からの流体を受け入れる。
【００４２】
図１４を参照して、噴射チャンバアセンブリ１０の状態は図１３の状態と同じであるが、高圧空気が流体管５２に通されると、ダイヤフラム４２が第２の流体チャンバ４６内へと撓むにより、流体が噴射チャンバ１２に流れ込んで空間３０が変化する。空間３０は、第２の流体チャンバ４６から変位した流体とちょうど同じ量だけ小さくなる。噴射液滴の体積は、空間に移動または計量された流体の体積と直接関係している。第２の流体チャンバ４６の体積は、徐々に調整できれば、所定体積の噴射液滴を提供できて都合が良い。
【００４３】
図１５ａを参照して、２チャンバ計量装置８０の状態は、図１４の状態と同じである。高圧空気によってダイヤフラム２４が変形し、急速に高圧状態が生成されて、粘性流体の液滴３２が噴射されている。サイクルを繰り返す場合は、流体管５２、５４の高圧空気が排出され、２チャンバ計量装置８０の状態は図１１の状態とちょうど同じになる。２つのチャンバ４８、４６は、噴射チャンバ１２に所定量の流体を供給する計量ポンプまたは計量手段を提供している。さらに、図１５に示すように第２のチャンバ４６内へと撓んだダイヤフラム４２は、チャンネル２２を通って容器に向かう流体の流れを閉塞するとともに、噴射中の噴射流体３２の体積の精度および不変性を向上する手段を提供している。図１５に示すように第１のチャンバ４８内へと撓んだダイヤフラム４２は、チャンネル２２を通って容器に向かう流体の流れを閉塞するもう１つの手段を提供している。
【００４４】
図１５ｂは、チャンバ４６、４８に対する流体の流入および流出の作動がダイヤフラム４２の流体変形に限定されない別の構成を示している。衝撃要素３４と同様に、機械式衝撃要素６４、６６を任意で構成して動作させてもよい。２チャンバ計量装置８０の状態は、高圧空気を衝撃要素６４、６６で置き換えたこと以外は、図１４の状態と同じである。衝撃要素６４、６６はそれぞれ、ダイヤフラム４２を流体チャンバ４６、４８内へと撓ませる。衝撃要素３４は、ダイヤフラム２４を撓ませて急速に高圧状態を生成し、粘性流体の液滴３２を噴射する。サイクルを繰り返す場合は、衝撃要素６４、６６が後退され、２チャンバ計量装置８０の状態は図１１の状態とちょうど同じになる。
【００４５】
図１６ａには、２チャンバ計量装置８０および噴射チャンバアセンブリ１０を示している。機械式調整要素６０は、第２の流体チャンバ４６上でダイヤフラム４２に直接衝突し、第２の流体チャンバ４６の体積を調整する。調整要素６０は、ダイヤフラム４２を第２の流体チャンバ４６内へと撓ませて流体を噴射チャンバ１２に流し込むためのものではなく、図１４に示すステップにおいて、噴射チャンバ１２に流し込む流体の体積を徐々に変更可能とするものである。調整要素６０の位置は手動で合わせることができ、第２の流体チャンバの体積ひいては空間に流れ込む流体の体積が変化する。調整時に第２のチャンバの体積を増やすことも減らすこともできるように、調整要素６０の位置合わせは、上記のように手動でできるのが好ましい。あるいは、調整要素６０をモーター等の制御可能な装置（図示せず）に取り付け、調整要素の位置をプログラムで変更できるようにして所定の体積を提供するようにしてもよい。また、測定装置（図示せず）を用いて、所定のサイズまたは体積に対する噴射液滴のサイズまたは体積を測定することによりエラー状態を判定できれば都合が良い。エラー状態が測定された場合は、調整要素６０の位置を手動またはプログラムで変更することにより、所定の液滴の所望の形状または体積をより厳密に噴射できるようにしてもよい。
【００４６】
図１６ｂには、噴射チャンバアセンブリ１０および加圧再充填装置９０を備えた別の実施形態を示している。流入チャンネル５０には、加圧容器６８が流体連通している。ダイヤフラム４２は、チャンバ４６内へと撓むことにより流入管２２を通る噴射チャンバ１２への流体の流入を妨げることができるように、計量部材４４と支持構造５６間に設けられている。図示のように、高圧空気が空気管６１を通ってダイヤフラム４２をチャンバ４６内へと撓ませる。あるいは、図１５ａに示すように、ピストンによってダイヤフラム４２を撓ませることもできる。噴射チャンバ１０は、ダイヤフラム２４が完全に弛緩した状態である。空間３０は、加圧流体容器からの流体の受け入れに利用可能である。噴射チャンバを再充填する場合は、高圧空気が空気管６１から排出されてダイヤフラム４２が後退することにより、流入チャンネル５０が開いて流入チャンネル２２と連通し、流体が噴射チャンバ１２に流入可能となる。噴射チャンバ１２に流入可能な流体の量は、流入チャンネル２２を流れる流体の流量およびチャンバ４６の開放時間によって決まる。チャンバ４６の開放時間を変化させることにより、再充填される流体の量が徐々に変化可能となって、液滴の所望の体積および品質の両者が得られる。図示のように、再充填サイクルと噴射サイクルとは独立して作用する。再充填の体積を徐々に調整することによって、噴射全体の信頼性および品質をさらに制御可能となる。
【００４７】
図１７および図１８には、共通のダイヤフラム２４および共通の支持構造を空気マニホールド１０８およびノズルプレート１４の形態で共有したチャンバアセンブリ１０および２チャンバ計量装置８０を含む粘性噴射装置１００の一実施形態を示している。この噴射装置１００を作動させることにより、上記の様々なステップ、好ましくは図１１〜図１５に示す一連のステップを実行可能である。
【００４８】
空気マニホールド１０８には、空気ソレノイド１１０が取り付けられるとともに流体連通しており、圧搾空気の供給源を提供している。互いに隣接配置した別の２つの空気ソレノイド（図示せず）も空気ソレノイド１１０と同様に空気マニホールド１０８に取り付けられ、チャンバ１２、４６、４８とそれぞれ流体連通することにより、１つの空気ソレノイド１１０がチャンバ１２、４６、４８のそれぞれと関連付けられている。したがって、各チャンバ１２、４６、４８が、好ましくは空気ソレノイド１１０の形態で専用の流体圧力供給源を有していることになる。具体的には、第１の空気ソレノイド１１０が空気管５２を介して第１のチャンバ４８と流体連通し、第２の空気ソレノイド１１０が空気管５４を介して第２のチャンバ４６と流体連通し、第３の空気ソレノイド１１０が空気管２８を介して噴射チャンバ１２と流体連通している。
【００４９】
ダイヤフラム２４は、対向する第１および第２の面を有し、第２の面がノズルプレートに接触して流体密封シールを形成する一方、空気マニホールド１０８に接触して気密シールを形成している。粘性流体は、空気よりも低い圧力で密封できる。シールリングまたは凸状のシール部を両面に採用可能であるが、ダイヤフラム２４は、第２の面が実質的に平坦で、第１の面上に凸状のシール部１２４を有すると都合が良い。したがって、ダイヤフラム２４は、空気マニホールド１０８とノズルプレート１４間に含まれ、使用中にマニホールド１０８に接触して流体管５２、５４と２８間に気密シールを形成する凸状の部位、リブ、またはフランジ等の拡張部１２４を有すると都合が良い。ダイヤフラム２４は、ノズルプレート１４に対して圧縮され、流体密封シールを形成することにより、チャンネル２２、５０を形成する。拡張部、シール、またはリブ１２４は、ダイヤフラム２４との一体物を形成または成形することによって、可撓性ダイヤフラム２４上に一体的に形成または成形するのが好ましい。
【００５０】
図１７および図１８ｂを参照して、ダイヤフラム２４を保持してノズルプレート１４に付勢するクランプ力を調整する機構を設けると都合が良い。この機構は、螺子式の調整の形態であってもよく、マイクロメータ架台１０４に取り付けられ、マイクロメータ架台１０４と空気マニホールド１０８間に含まれるスプリングアセンブリ１０６と接触するマイクロメータ１０２（図１７）が好ましい。その他、ＬＶＤＴ、ソレノイド、圧電素子、圧電ラチェット、または歯車機構等、およそ１２５μｍ単位で調整可能な相対運動を与えるとともに、好ましくは小型の位置決め機構を使用してもよい。このような機構は、当該技術分野においては周知であるか、または記載の要件を満足するように容易に開発可能であるため、本明細書では詳細に説明しない。マイクロメータ架台１０４およびノズルプレート１４は接続されているため、スプリング１０６が弾性的に空気マニホールド１０８をノズルプレート１４側へ付勢することにより、ノズルプレートに対してダイヤフラム２４を圧縮する。空気マニホールド１０８およびダイヤフラム２４は、マイクロメータ架台１０４とノズルプレート１４間に挟まれている。ここで、ノズルプレートはマイクロメータ架台１０４に接続されているため、スプリング１０６が空気マニホールド１０８およびノズルプレート１４を一体的に付勢することにより、両者間にダイヤフラム２４が確実に密封される。そのための一機構について説明する。
【００５１】
マイクロメータ架台１０４は、空気マニホールド１０８を自由に通過する２つのダボ１４４（図１８ｂに一方を図示）を含むのが好ましい。各ダボ１４４は、マイクロメータ架台１０４に固定された一端を有し、他端には蝶螺子１４０を有しており、空気マニホールド１０８を通っている。ダボ１４４には、蝶螺子１４０によってノズルプレート１４が取り付けられているため、ノズルプレート１４はマイクロメータ架台１０４に接続されて一体的に動作する。一方、マニホールド１０８は、ダボと相対的に動作可能である。蝶螺子１４０は、架台１０４とプレート１４間の距離を調整可能であって、架台１０４とプレート１４間の距離を固定するために使用するか、または当該距離を粗調整するために使用可能である。スプリングアセンブリ１０６は、ダボピン１４４を介して、マイクロメータ架台１０４およびマニホールド１０８により弾性密封力を印加する。スプリング１０６は、弾性的にマニホールド１０８およびノズルプレート１４を付勢するとともに、流体密封（および気密）シールを確保するのに十分な所定の負荷でダイヤフラム２４を圧縮する。スプリングアセンブリ１０６の撓みを変化させてダイヤフラム２４に加わる所定の負荷を調整するため、マイクロメータ１０２は、蝶螺子１４０等の螺子式接続よりもはるかに正確に調整可能である。調整を行うと、蝶螺子１４２を介して空気マニホールド１０８の適所に前負荷を係止可能となる。密封に必要な最小限を超えるダイヤフラム２４の負荷または絞りを追加することによって、図１６ａと同様に、第２の流体チャンバ４６の体積を調整することも可能である。密封ダイヤフラム２４を用いた流体シールの形成には、気密シールの形成よりも低い圧力しか必要ないため、（動作中に）気密シールを形成するのに必要な最小限を超えるダイヤフラム２４の負荷または絞りを追加することによって、図１６ａと同様に、第２の流体チャンバ４６の体積を調整することが可能である。
【００５２】
図１７および図１８ａを参照して、ノズルプレート１４にはノズルアセンブリ１２２が取り付けられ、ノズルプレート１４との間に設けられたＯリング１３０を圧縮することによって流体密封シールを形成している。また、その他のシールを用いてもよい。分注オリフィス１８を含むニードル２０は、ノズルアセンブリ１２２とともに設けられている。空気ソレノイド１１０は、高圧空気を空気管２８に通すことによって、噴射チャンバ１２の直上でダイヤフラム２４を撓ませる。同様に、空気ソレノイド（図示せず）が高圧空気を流体管５２に通すことによって、第１の流体チャンバ４８の直上でダイヤフラム２４を撓ませる。また同様に、空気ソレノイド（図示せず）が高圧空気を流体管５４に通すことによって、第２の流体チャンバ４６の直上でダイヤフラム２４を撓ませる。各空気ソレノイドの駆動は、独立に行うことができる。各空気ソレノイドは、空気マニホールド１０８に搭載されており、圧縮器等の流体圧力供給源を有する空気タンク等の圧力供給源によって加圧された共通の給気チャンネル１１６に接続されているのが好ましい。したがって、ソレノイド１１０は、ダイヤフラム２４、５０を様々なチャンバ内へと変形させる必要に応じて、給気チャンネル１１６からの空気を計量する。ソレノイドの駆動は、プログラム可能なコンピュータ、集積回路、または現下既知もしくは将来開発されるその他の方法によって制御してもよい。
【００５３】
空気ソレノイドの駆動について説明する。ソレノイド１１０が駆動されると、空気管２８と連通した空気チャンネル１１８に高圧空気が流れ、噴射チャンバ１２内へとダイヤフラムを撓ませる。流体管５２、５４については、空気チャンネル１１８に対応するそれぞれの空気チャンネルを有している。空気ソレノイド１１０が停止すると、空気チャンネル１１８および空気管２８の空気圧がソレノイド１１０を介して排気チャンネル１２０（図１７）から排出される。各空気ソレノイド１１０は、空気マニホールド１０８を介して排気チャンネルに接続され、好ましくは共通の排気チャンネル１２０に接続されている。
【００５４】
遠隔供給源（図示せず）からの高圧空気（通常、４０〜１００ｐｓｉ（２．７ａｔｍ〜６．８ａｔｍ））は、給気チャンネル１１６を介して空気マニホールド１０８に導入される。噴射する流体は、加圧流体容器（図示せず）から供給され、流体流入管１２６（図１８ａ）に連通した流体入力ポート１１２（図１７）に圧力下で導入される。空気ソレノイド１１０が停止すると、流体が流体流入管１２６から第１の流体チャンバ４８に充填されるまで流れ込み、流体流通チャンネル５０を介して第１の流体チャンバ４８から第２の流体チャンバ４６に充填されるまで流れ込む。その後、流体は、第２の流体チャンバ４６から流体流入チャンネル２２に流れ込み、噴射チャンバ１２および流出管１６に流れ込む。第１の流体チャンバ４８の縁部および第２の流体チャンバ４６の縁部における流体流通チャンネル５０の界面は、ダイヤフラム２４が様々なチャンバ１２、４６、４８内へと変位した場合に、各チャンバを通る流れが妨げられるように設計されている。第２の流体チャンバ４６の縁部および噴射チャンバ１２における流体流入チャンネル２２の界面は、ダイヤフラム２４がチャンバ１２、４６内へと変位した場合に、接続チャンネル２２からこれらチャンバを通る流れが妨げられるように設計されている。
【００５５】
ノズルプレート１４には、加熱要素１１４を任意で設けることにより、ノズルプレート１４および噴射チャンバアセンブリ１０に含まれる流体を必要に応じて局所的に加熱する。また、噴射する流体の粘度に応じて、装置の他の場所に加熱機構を設けてもよい。
【００５６】
図１８ｃは、拡張部１２４および平坦領域１２７を備えたダイヤフラム２４の等角図である。図１８ａに示すように、拡張部１２４はグランド１２５と結合し、空気マニホールド１０８に対して圧縮された場合に、空気管５２、５４、２８の周囲に気密シールを形成する。拡張部１２４の反対側に設けられた平坦領域１２７は、ノズルプレート１４に対して圧縮された場合に、流体チャンバ４８、４６、１２の周囲に流体密封シールを形成する。拡張部１２４は、通常の動作状態において、ダイヤフラム２４の一方の面に支持構造２６、２０６とともに気密シールを形成するシールリブまたはリングを備えていると都合が良い。ダイヤフラム２４のリブ１２４との反対面は実質的に平坦であり、通常の動作状態においてノズルプレート１４とともに流体密封シールを形成すると都合が良い。ダイヤフラム２４のリブ１２４のある面に十分な密封シールを形成するには、他方の面に形成するよりも高い圧力が必要となるため、シールリブ１２４は、一方の面にのみ設けると都合が良い。分注する流体の粘度および特性により、必要に応じて、ダイヤフラム２４上のシールリングまたはシール部１２４の位置および方向を変えてもよい。
【００５７】
図１９には、共通のダイヤフラム２４および共通の支持構造を空気マニホールド２０６およびノズルプレート１４の形態で共有した噴射チャンバアセンブリ３３および２チャンバ計量装置８０を含む粘性噴射装置２００の別の実施形態を示している。噴射装置２００は、駆動により図１１〜図１５に示す一連のステップを実行可能である。２チャンバ計量装置８０は、図１７および図１８に関連して説明したものと同様である。また、噴射チャンバアセンブリ３３は、空気マニホールド２０６およびシリンダ架台２０８に含まれたピストン２０４を備えている。スプリングアセンブリ２１０は、ピストンがダイヤフラム２４に接触しないように、弾性付勢力をピストン２０４に印加する。図１８に示す方向で、スプリングアセンブリ２１０は、ピストン２０４を上方に付勢する。また、空気シリンダ２０２（一部を図示）が高圧空気によって駆動されると、ロッドエンドがピストン２０４に衝撃を与えることでピストン２０４がダイヤフラム２４内へと加速され、図６と同様に粘性流体の液滴が放出される。座繰り面２０３は、ダイヤフラム２４の損傷につながりかねないピストン２０４による過剰な撓みを防止する。ピストン２０４による好適な撓み量は、ピストン２０４の先端が厚さの２５〜５０％だけダイヤフラム２４を圧縮する程度である。ダイヤフラム２４の撓み速度は、ピストン２０４の衝撃によって大きくなるため、高粘度の流体も噴射可能である。ピストン２０４および空気シリンダ２０２の駆動には、ソレノイド、コイル、および種々のスプリング駆動／流体駆動装置等、様々な機構を利用可能である。
【００５８】
図１９は、ノズルプレート１４に取り付けられて流体を局所的に加熱する加熱ブロック２１２内に設けられた加熱要素１１４を示している。
基本動作部品の機能的および概念的条件
粘性噴射は、噴射サイクルおよび再充填サイクルという２つのサイクルに分割できる。本明細書に規定の噴射サイクルは、噴射チャンバアセンブリに含まれる流体において、急速に高圧状態を生成する方法である。この急速な高圧状態が流体に伝わると、前へ進もうとする勢いによって特定体積の流体が分注オリフィスを通過し、ある出口速度で単一の液滴が分注オリフィスから飛び出して非接触で基板まで「飛行」する。流体の出口速度は、高品質の液滴を生成するのに重要であり、流体の粘度および運動量の伝達によって決まる。伝達される運動量が少なすぎると、流体の分注オリフィスからの飛び出しが遅くなりすぎてオリフィスから分離されず、自由飛行液滴は形成されない。また、流体システムに損失があると、圧力低下が発生して流体への運動量の伝達が低減する可能性がある。このような損失は、噴射チャンバ内の気泡の発生、噴射チャンバから分注オリフィスまでの経路の長さ、折り返し、または直角、流体の弾性または圧縮性、あるいはオリフィスと反対方向への流体の流れ等が原因となり得る。また、５０ｎｌ未満の非常に微量の粘性流体の液滴が望まれる場合は、通常２００μｍ未満の極小の分注オリフィスが必要となる。この小さなオリフィスを流れる粘性流体による圧力低下によって、流体の出口速度が低下し、自由飛行液滴が形成されない可能性が高くなる。あるいは、運動量が過剰に伝達されると、分注オリフィスを通る流体の出口速度が非常に高くなって、望ましくない状態が発生する可能性がある。出口速度が高すぎると、流体が高速で基板に衝突し、液滴が押しつぶされて場合によっては跳ね上がり、品質が低下するとともに極小の衛星状の液滴が中心液滴を包囲する形となってしまう可能性がある。上記の方法および装置によれば、所定の液滴を形成するのに十分で、液滴として噴射するのに十分大きく、一方では基板上での跳ね上がりを回避するのに十分小さな噴射圧力が安定して実現される。
【００５９】
本明細書における再充填サイクルは、液滴の噴射前または噴射中の噴射チャンバアセンブリへの流体の流れ込みである。噴射液滴の体積と再充填の体積とは、安定した噴射動作のために不変を維持する必要がある。理想的には、再充填の体積が噴射液滴の体積と厳密に等しいものとする。再充填の体積が前回の噴射液滴の体積よりも小さいと、次の噴射液滴が小さくなってしまい、安定した液滴が得られず、品質が低下してしまう。このような再充填体積の「不足」が継続すると、噴射に流体が足りなくなって、最終的には液滴を生成できなくなる。一方、再充填の体積が前回の噴射液滴の体積よりも大きいと、次の液滴が大きくなってしまい、安定した液滴が得られず、品質が低下してしまう。噴射チャンバの「過充填」の場合は、噴射の前に流体がオリフィスから流れ出る可能性があり、この分注オリフィス上の過剰な流体が液滴の形成を妨げることになる。過充填が起こると、オリフィスの外部に流体が粘着し、大きな流体プールが形成されてしまい、自由飛行液滴は形成されなくなる。したがって、高品質の噴射を生成する再充填体積の特定の範囲が存在する。再充填の体積を正確に調整できる本明細書に記載の方法および装置は、再現可能な高品質の噴射液滴を生成するのに有用である。
【００６０】
遠隔容器から噴射チャンバまで粘性流体を効率的に移動させるには、流体を加圧する必要がある。往復式のソレノイドバルブ等の常閉噴射チャンバへの流体供給には、単純な加圧容器が用いられることが多い。噴射チャンバの再充填は、噴射サイクルと同時に行われる。あるいは、必要に応じて流体を供給可能なオージェポンプ等のポンプ装置であれば、噴射サイクルとは独立に圧力下で流体を噴射チャンバに供給できる。場合によっては、高架容器からの流体の重力による圧力で十分である。本明細書に開示の方法および装置は、噴射チャンバ１２への加圧流を採用し、当該チャンバを充填する好適な機構を開示している。
【００６１】
ダイヤフラム２４、４２は、チャンバ１２に延入して充填中および噴射中にチャンネル２２をそれぞれ開放および閉塞できるように、十分に薄く柔軟であるとともに、噴射中に２０〜７０サイクル／秒の間欠サイクルで１００万サイクルにわたって動作するのに十分な耐久性を有するのが好ましい。ダイヤフラム２４、４２の可撓性、チャンバ１２、４６、４８の形状、およびチャンネル２２、５０の位置は、各ダイヤフラムが動作中にチャンネル２２、５０を閉塞するように選択するのが好ましい。また、ダイヤフラム２４は、噴射中にチャンネル２２を超えて流出管１６側へ所定の距離だけ延びることにより、オリフィス１８から所定の体積を噴射する。ダイヤフラム４２は、噴射ステップにおいて、チャンネル２２から流出管１６までのチャンバ１２を形成している側面に接触すると都合が良い。チャンネル２２は、噴射する所定の体積がチャンネル２２の隣接縁部とチャンバ１２および流出管１６の連接点との間に配置されるように、チャンバ１２に対して配置される。また、ダイヤフラム２４の上面には、マニホールド１０８とノズルプレート１４間に気密シールを形成する際に役立つリブ１２４等のシール部を設けるのが好ましい。
【００６２】
流出管１６は、筒状であるのが好ましく、安定かつ正確な噴射液滴３２を維持しつつ、粘性材料の噴射体積を収容するのに十分な大きさであるのが好ましい。また、流出管１６は、鋭い縁部や切れ目を持たず、噴射チャンバ１２の中心にあって、直線経路を提供するとともに噴射中の流れ抵抗が最小となるようにすると都合が良い。さらに、同じ理由で、空気管２８の縦軸と一直線であるのが好ましい。流出管１６の長さは口径によって異なり、両者とも、管の体積が最小でも噴射チャンバ１２の体積と等しくなるように選択する。これにより、最大の体積でも空間３０が噴射チャンバ１２に進入しないようにできる。流出管１６の体積は、噴射チャンバ１２の体積の１５０％超を含むような大きさとするのが好ましい。また、流出管１６は、ニードル２０、ディスク１９内のオリフィス１８、およびノズルプレート１４に接触するＯリングシール１３０を備えた取り外し可能なノズルアセンブリ１２２に含まれていてもよく、これにより、空気を閉じ込めて噴射中の効率を低減させる切れ目や死角を最小限に抑えてニードル２０と噴射チャンバ１２との位置合わせに寄与しつつ、流体密封シールを提供する。あるいは、噴射チャンバ１２、流出管１６、ニードル２０、およびオリフィス１８を使い捨て式となるように一体物として製造することにより、ノズルプレート１４とノズルアセンブリ１２２間の界面をなくすこともできる。ノズルアセンブリとしては様々なものが知られており、上記の噴射機構、ポンプ、およびプロセスは、様々なノズルアセンブリおよびオリフィス設計とともに使用可能である。
【００６３】
噴射チャンバ１２における流入チャンネル２２の位置は、急速に高圧状態を生成するのに体積変位３６が十分な大きさとなるように流出管１６に対して決定し、体積変位３６が噴射チャンバの体積の少なくとも５％となるように配置するのが好ましい。流入チャンネル２２、５０は、ダイヤフラム２４、４２を変形または切断するような鋭い縁部がなく、空気の閉じ込めまたは流体中の溶解空気の核形成部位としての動作が可能なチャンネル２２、５０の経路に沿った切れ目が最小限となるように形成する。
【００６４】
空気管２８は、噴射チャンバの中心にあるのが好ましく、高圧空気が効率的に流れてダイヤフラム２４に衝突できるほど十分に大きいが、再充填サイクルにおいてはダイヤフラム２４が空気管２８内へと実質的に撓むことができないほど十分に小さい。また、流出管１６の直径以下の大きさであるのが好ましい。流体管５２、５４も同様な構成であるが、流出管１６の直径を制限する必要はない。
【００６５】
溶解空気を取り込んだ実質的に濃い流体を噴射する際、空気チャンネル１１８および空気管２８と連通した排気チャンネル１２０は、小さくすることによって再充填サイクル中の噴射チャンバの減圧速度を制限するとともに、流体からの空気を閉じ込めたり促進したりすることのないように十分低速で空間３０を形成可能とすると都合が良い。実質的に濃い流体すなわち溶解空気を取り込んでいない流体を噴射する際は、排気チャンネル１２０を大きくすることによって噴射チャンバの急速な減圧を可能とするのが好ましく、真空源と接続されて減圧速度を実質的に向上することにより、再充填サイクルを高速化できると都合が良い。あるいは、濃い流体を噴射する際は、強制要素に挿入部を取り付けたダイヤフラムを用いることにより、ダイヤフラムを双方向に駆動させて再充填を高速化できるようにしてもよい。チャンバ４６、４８に付随するチャンネルは、同様または類似の構成および設計思想を有する。
【００６６】
噴射チャンバ１２は、チャンバ内の動的な流体シールを要する可動機械要素を支持するのに詳細な機械構造を必要としないため、噴射チャンバアセンブリ１０全体の複雑性は大幅に低減され、総製造コストが低減されるとともに効率的な洗浄が可能となる。さらに、噴射チャンバアセンブリ１０は、使い捨て式となるようにプラスチックで製造可能であり、洗浄が不要となる。
【００６７】
マイクロメータ架台１０４の中に配置されたマイクロメータ１０２は、ダイヤフラム２４の平面上の中心にあるか、または平面と垂直であって、スプリングアセンブリ１０６を撓ませることによりダイヤフラム２４上に圧縮負荷を生成するのが好ましい。ダイヤフラム２４は、マニホールド１０８との間に気密シールを形成するとともに、ノズルプレート１４との間に流体密封シールを形成する。密封に必要な最小限を超えるダイヤフラムの負荷を追加することにより、第２の流体チャンバ４６の体積を調整して再充填の体積を徐々に調整することもできる。これにより、噴射液滴の体積および品質を変化させることができる。圧縮負荷は、適所に係止して液滴噴射時に変化しないようにすると都合が良い。マイクロメータ１０２によって調整可能なスプリング１０６の圧縮により、ダイヤフラム２４（および４２）に印加される密封力を微調整可能となるため、微量の噴射流体３２の安定化に役立つ。この調整可能なスプリングの圧縮負荷は、通常の製造プロセスで発生するダイヤフラム２４の厚さ、硬度、または材料の変動を許容できるものであれば、アセンブリの堅牢性が向上して都合が良い。
【００６８】
基本的な噴射アセンブリは、１または複数の小さなチャンバ１２、４６、４８を含むノズルプレート１４、チャンバの対応位置に通じる空気チャンネルを備えた空気マニホールド２６、１０８、およびプレート１４とマニホールド間に挟まれた可撓性ダイヤフラム２４、４２で構成されている。ノズルプレートおよびそれに付随するノズルアセンブリ１２２は、ダイヤフラムと同様に、容易に交換可能である。このように交換が容易であることから、生物学的用途の必要に応じて噴射流体を交換し、汚染を回避することが容易になる。また、ニードルを容易に詰まらせたり、消耗するよりも早く劣化に至る粘性材料の必要に応じて、ノズルを交換することが容易になる。チャンバ１２、４６、４８、流体管２２、５０、および流出管１６に含まれる流体の体積は実質的に微小であるため、生物学的用途に用いられる高価な流体の損失を最小限に抑えることができる。
【００６９】
上記の説明は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。上記の開示内容により、当業者であれば、ダイヤフラム２４、４２の様々な変形方法およびノズルアセンブリ１２２の様々な設計等、本明細書に開示した本発明の精神と範囲に含まれる種々変形を考案可能である。さらに、本明細書に開示の実施形態に係る種々特徴は、単独または様々に組み合わせて使用可能であり、本明細書に記載の特定の組み合わせに限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲は、上記の実施形態によって制限されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出機構が駆動された場合に噴射ニードルから微量の高粘性材料を急速に分注する装置において、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、当該噴射チャンバが側面、開口上面、および前記ニードルに接続されるように構成された当該第２の面上の出口と流体連通した開口を有する底面を有するノズルプレートであって、前記第１の面に形成され、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、当該噴射チャンバの底面の前記開口までは延びていないノズルプレートと、
前記流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ前記噴射チャンバ内へと変形するとともに、当該噴射チャンバの上面上に流体シールを提供するのに十分柔軟な可撓性ダイヤフラムと、前記ノズルプレートと協働して当該ノズルプレートとの間で前記ダイヤフラムを圧縮するために設けられ、前記噴射チャンバの上面と並んだ開口を有し、当該開口が前記射出機構と十分連通したことにより、当該射出機構が駆動された場合に当該噴射チャンバの上面上のダイヤフラムが変形可能である支持構造と、
前記ダイヤフラムおよび前記ノズルプレートを十分な力で一体的に保持することにより、前記噴射チャンバの上面に流体シールを提供する機構と
を備えた装置。
【請求項２】
前記流入チャンネルが前記第１の面に形成され、前記機構が使用中に当該流入チャンネルとともに流体密封シールを提供するとともに、使用中に前記支持構造とともに気密シールを提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
容器チャンバを流体容器と流体連通させる第１のチャンネルであって、前記可撓性ダイヤフラムが前記流入チャンネルおよび前記計量チャンバ上に延び、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバ内へと変形するのに十分柔軟な第１のチャンネルと、
を具備する計量装置をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の面に形成され、側面および底面に対向する開口上面を有し、当該装置が分注する高粘性材料の供給源と流体連通されるように構成された容器チャンバと、
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記第１の面に形成され、前記容器チャンバと前記計量チャンバとを流体連通させる第１のチャンネルであって、当該容器チャンバおよび当該計量チャンバと流体連通した第１のチャンネルと、
前記第１のチャンネル、前記流入チャンネル、前記計量チャンバ、および前記容器チャンバの上に延びた前記可撓性ダイヤフラムであって、当該計量チャンバで当該流入チャンネルを閉塞するとともに、当該計量チャンバおよび当該容器チャンバで当該第１のチャンネルの第１および第２の端部を閉塞するのに十分な距離だけ当該計量チャンバおよび当該容器チャンバ内へと変形するのに十分柔軟なダイヤフラムと
を具備する２チャンバ計量装置をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ダイヤフラムが使用中に前記流入チャンネルに延入するように当該ダイヤフラムの可撓性および当該流入チャンネルの幅が選択される、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記ダイヤフラムに付勢され、当該ダイヤフラムと前記計量チャンバの底面との間の体積を変化させる計量用突起をさらに備えた、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記射出機構が、前記流入チャンネルと前記出口と流体連通した前記噴射チャンバの底面との間で当該噴射チャンバの側面と接触するように前記ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記射出機構が、前記出口と前記噴射チャンバの底面との連接点で当該出口の一部に前記ダイヤフラムを押し込むように当該ダイヤフラムを十分に変形させる力を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ダイヤフラムが弛緩形態となった場合に前記噴射チャンバ上に位置する硬化インサートを当該ダイヤフラムが有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムが使用中に非噴射形態となった場合に前記噴射チャンバ上に設けられるとともに一部が延入する肥厚突起を当該ダイヤフラムが有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記射出機構が、前記ダイヤフラムが前記噴射チャンバの側面に接触するように当該噴射チャンバ上で当該ダイヤフラムに衝撃を与えて当該ダイヤフラムを当該噴射チャンバに押し込む中実突起を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ノズルプレートと前記支持構造間に配置されて当該ノズルプレートおよび支持構造を相対的に運動させるとともに、前記ダイヤフラムの圧縮を変化させる位置調整機構をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記調整機構が相対運動の量を変化させる回転螺子部材を具備する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記噴射チャンバの出口と流体連通し、前記流入チャンネルの底面と前記出口および当該噴射チャンバの交点との間で測定された当該噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する前記噴射ニードルをさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
高粘性流体を噴射する装置に使用するノズルプレートであって、当該装置が使用中に高粘性材料を噴射する射出機構および噴射ニードルならびに当該ノズルプレートに接続されるように構成された接続端部を有し、当該ニードルが縦軸を有するノズルプレートにおいて、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、当該噴射チャンバが使用中に前記縦軸を取り囲む側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第２の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記ニードルの接続端部を受けるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射チャンバの縦軸と実質的に一直線となる縦軸を有するプレートであって、前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第１の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が最小射出可能体積を規定しており、当該部分が当該流入チャンネルの底面と当該側面および出口の連接点との間に設けられ、当該射出可能体積がおよそ１μｌ 未満であるプレートを備えたノズルプレート。
【請求項１６】
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバをさらに備えた、請求項１５に記載のノズルプレート。
【請求項１７】
前記プレートの第１の面に形成され、開口上面および底面を有し、当該プレートの第１の面に形成された第１のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記プレートに形成された第２のチャンネルと流体連通するとともに使用中に流体容器と流体連通されるように構成された先端部を有し、前記噴射チャンバの体積よりも大きな体積を有する容器チャンバをさらに備えた、請求項１６に記載のノズルプレート。
【請求項１８】
射出機構と、縦軸および使用中に高粘性材料を噴射する出口を有する噴射ニードルとを有する高粘性噴射装置に使用するノズルプレートサブアセンブリにおいて、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、側面、開口上面、および当該上面に対向する底面の開口を有し、当該底面開口が当該第２の面上の出口開口と流体連通するとともに使用中に前記噴射ニードルと流体連通されるように構成され、当該出口が使用中に当該噴射ニードルの縦軸と実質的に一直線となるとともに前記第１の面と実質的に垂直となる縦軸を有するノズルプレートであって、前記ノズルプレートが前記噴射チャンバと流体連通した流入チャンネルを前記第１の面に有し、当該流入チャンネルが当該噴射チャンバの側面に進入しているが、チャンバ側面と出口との連接点までは延びておらず、当該噴射チャンバの一部分が材料の射出可能体積をおよそ１μｌ以下に規定しているノズルプレートと、
前記第１の面に形成され、側面および閉口底面に対向する開口上面を有するとともにおよそ１μｌ以下の体積を有し、前記流入チャンネルが流体連通した計量チャンバと、
前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルを覆うように前記第１の面上に十分適合する大きさの可撓性ダイヤフラムであって、対向する第１および第２の面を有し、当該第２の面が使用中に前記噴射チャンバ、前記計量チャンバ、および前記流入チャンネルとともに流体密封シールを形成するとともに、使用中に接触面とともに気密シールを形成するように構成されている可撓性ダイヤフラムと
を備えたノズルプレートサブアセンブリ。
【請求項１９】
前記ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に延入して、サブアセンブリを用いた高粘性流体の噴射中の前記流入チャンネルおよび前記噴射チャンバの体積を低減するように、当該流入チャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項１８に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１の面に形成され、側面および開口上面に対向する底面を有し、当該第１の面に形成された第１のチャンネルを介して前記計量チャンバと流体連通した容器チャンバであって、前記ノズルプレートの外部と流体連通した流入端部を有する第２のチャンネルと流体連通しており、当該流入端部がサブアセンブリの使用中に流体容器と流体連通されるように構成されている容器チャンバをさらに備えた、請求項１９に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２１】
前記ダイヤフラムが前記容器チャンバおよび第１のチャンネルを覆い、これらとともに流体密封シールを提供し、当該ダイヤフラムが使用中に前記ノズルプレートに押し付けられた場合に前記流入チャンネルおよび第１のチャンネルに延入してこれらチャンネルを通過する流体の流れを制限するように、当該流入チャンネルおよび第１のチャンネルが当該ダイヤフラムおよびその材料に関連した大きさとなっている、請求項２０に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２２】
前記ノズルプレートに接触した前記第２の面が実質的に平坦であり、前記第１の面が凸状のシール面を含む、請求項２０に記載のノズルサブアセンブリ。
【請求項２３】
側面、可撓性ダイヤフラムが覆う開口上面、および噴射ニードルと流体連通した底面の出口を有する噴射チャンバ内へと当該ダイヤフラムを変形させる射出機構によって当該噴射ニードルの出口から微量の高粘性材料を分注する方法において、
前記噴射ニードル、前記出口、および前記噴射チャンバを共通の縦軸上に配置するステップと、
前記噴射チャンバの側面と流体連通した流入チャンネルであって、当該チャンバ側面とチャンバ出口との連接点までは延びていない流入チャンネルを配置するステップと、
前記流入チャンネルを介して高粘性流体を前記噴射チャンバに押し込むステップと、
前記ニードルの出口から所定体積の材料を液滴として射出するのに十分な力により、前記流入チャンネルを閉塞するとともに前記出口との連接点に隣接するチャンバ側面に接触するのに十分な距離だけ当該チャンバ側面に対して前記可撓性ダイヤフラムを前記噴射チャンバ内へと変形させるステップと
を含む方法。
【請求項２４】
前記流入チャンネルが前記噴射チャンバと同じ面に形成されるとともに当該チャンネルの長さ方向に沿って当該面上に開口しており、前記ダイヤフラムが当該チャンネル開口の長さ方向に沿ってシールされており、前記押し込みステップにおいて当該流入チャンネルを介して当該噴射チャンバに押し込まれた流体の体積を変化させるように、当該チャンネル開口の長さ方向および当該チャンバの上面に対して十分付勢されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャンバ出口が筒状チャンネルを備え、前記変形ステップにおいて、前記チャンバ側面とチャンバ出口との連接点を越えて前記流出チャンネルに進入するように前記ダイヤフラムが変形される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ダイヤフラムを所定量だけ圧縮して前記射出液滴の体積を変化させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が圧搾空気を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が、前記チャンバ側面に対して当該ダイヤフラムを押し付ける中実体により当該ダイヤフラムに物理的な衝撃を与えることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記ダイヤフラムが前記流入チャンネルと前記出口との連接点に接触する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
高粘性流体を噴射する装置において、
前記高粘性流体を保持するチャンバ手段と、
前記高粘性流体を前記チャンバ手段に搬送する流入チャンネル手段と、
噴射ニードルを介して十分な速度で前記高粘性材料を前記チャンバ手段から噴射することにより、およそ２５０ｎｌ 未満の体積を有するとともに当該ニードルから噴射するのに十分な速度を有する高粘性流体の液滴を形成する手段と
を備えた装置。
【請求項３１】
前記噴射手段が可撓性ダイヤフラムを具備しており、当該ダイヤフラムを調整可能に圧縮して前記射出液滴の体積を変化させる手段をさらに備えた、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記噴射手段が、前記ダイヤフラムを前記チャンバ手段内へと変形させる空気圧機構をさらに具備する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記液滴の体積がおよそ１００ｎｌ 未満である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記噴射手段が、前記チャンバ手段と流体連通した出口の一部分の内部へとダイヤフラムを変形させる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
前記流入チャンネルを介して前記チャンバ手段に至る高粘性流体を計量する少なくとも１つのチャンバ手段をさらに備えた、請求項３２
に記載の装置。
【請求項３６】
射出機構が駆動された場合に噴射ニードルから微量の高粘性材料を急速に分注する装置において、
対向する第１および第２の面を有し、噴射チャンバが当該第１の面に形成され、当該噴射チャンバが側面、開口上面、および前記ニードルに接続されるように構成された当該第２の面上の出口と流体連通した開口を有する底面を有するノズルプレートであって、前記チャンバが使用中に、前記材料を含む外部流体容器と流体連通しているノズルプレートと、
前記噴射チャンバの底面の開口に向かって延びた中心突起を有する当該チャンバの開口上面上の可撓性ダイヤフラムであって、当該中心突起が使用中に当該チャンバの底面の開口を閉塞するのに十分な距離だけ当該噴射チャンバ内へと変形するのに十分柔軟な可撓性ダイヤフラムと、
前記噴射チャンバの上面と並んだ開口を有することにより、前記射出機構が駆動された場合に、前記ダイヤフラムが当該噴射チャンバ内へと変形可能な支持構造と、
前記支持構造と協働するとともに十分な力を与えて、前記噴射チャンバの上面周囲で前記ダイヤフラムを圧縮およびシールする機構と
を備えた装置。
【請求項３７】
前記突起が前記ダイヤフラムと一体的に成形されている、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記突起が、前記ダイヤフラムよりも硬質の材料で構成されるとともに当該ダイヤフラムに固定されたインサートを具備する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記突起が、前記ダイヤフラムよりも硬質の材料で構成されるとともに当該ダイヤフラムに成形されたインサートを具備する、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記突起が前記ダイヤフラムの反対側にフランジを有する、請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】
前記突起が、前記噴射チャンバの底面の開口に面し、使用中に当該チャンバに衝撃を与える曲面を有する、請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記ダイヤフラムを変形させる前記射出機構が、前記チャンバ側面に対して当該ダイヤフラムを押し付ける中実体である、請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
前記射出機構が衝撃力を与えて前記ダイヤフラムを変形させる、請求項３９に記載の装置。
【請求項４４】
側面、開口上面、噴射ニードルと流体連通した底面の出口、および流体連通した可撓性ダイヤフラムを有する噴射チャンバ内へと当該ダイヤフラムを変形させる射出機構によって当該噴射ニードルの出口から微量の高粘性材料を分注する方法において、
前記チャンバ側面とチャンバ出口との連接点までは延びていない流入チャンネルを介して高粘性流体を前記噴射チャンバに押し込むステップと、
前記ニードルの出口から所定体積の材料を液滴として射出するのに十分な力により、前記流体の流入を閉塞するとともに前記出口との連接点に隣接するチャンバ側面に接触するのに十分な距離だけ前記可撓性ダイヤフラムを前記噴射チャンバ内へと変形させるステップであって、前記噴射ニードル、前記出口、および前記噴射チャンバが共通の縦軸上に存在するステップと
を含む方法。
【請求項４５】
前記流入チャンネルが前記噴射チャンバと同じ面に形成されるとともに当該チャンネルの長さ方向に沿って当該面上に開口しており、前記ダイヤフラムが当該チャンネル開口の長さ方向に沿ってシールされており、前記変形ステップが、前記押し込みステップにおいて当該流入チャンネルを介して当該噴射チャンバに押し込まれた流体の体積を変化させるように、当該チャンネル開口の長さ方向および当該チャンバの上面に対して当該ダイヤフラムを十分付勢することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記チャンバ出口が筒状チャンネルを備え、前記変形ステップにおいて、前記チャンバ側面とチャンバ出口との連接点を越えて前記流出チャンネルに進入するように前記ダイヤフラムが変形される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記ダイヤフラムを所定量だけ圧縮して前記射出液滴の体積を変化させるステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記変形ステップにおいて、圧搾空気により前記ダイヤフラムを変形させるステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記変形ステップが、中実体により前記ダイヤフラムに物理的な衝撃を与えることを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
高粘性流体を噴射する装置に使用する可撓性ダイヤフラムであって、当該装置が使用中に高粘性材料を噴射する射出機構、噴射チャンバ、および噴射ニードルを有し、当該噴射チャンバへの流体の流れを閉塞するのに十分な距離だけ当該噴射チャンバ内へと変形するとともに、当該噴射チャンバの上面上に流体シールを提供するのに十分柔軟なダイヤフラム。
【請求項５１】
前記噴射チャンバ上に設けられるとともに一部が延入する肥厚突起を有する、請求項５０に記載のダイヤフラム。
【請求項５２】
請求項５０に記載のダイヤフラムにおいて、当該ダイヤフラムと一体的に成形された突起を有するダイヤフラム。
【請求項５３】
請求項５０に記載のダイヤフラムにおいて、前記突起が、当該ダイヤフラムよりも硬質の材料で構成されたインサートを具備するダイヤ
フラム。
【外国語明細書】
2013139745000001.pdf