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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-96373(P2018-96373A)
(43)【公開日】2018年6月21日
(54)【発明の名称】流体分注装置
(51)【国際特許分類】
F04B 43/02 20060101AFI20180525BHJP
B41J 2/175 20060101ALI20180525BHJP
B41J 2/17 20060101ALI20180525BHJP
【ＦＩ】
F04B43/02 A
F04B43/02 M
B41J2/175 101
B41J2/175 171
B41J2/17
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2017-234148(P2017-234148)
(22)【出願日】2017年12月6日
(31)【優先権主張番号】15/373,684
(32)【優先日】2016年12月9日
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】000201113
【氏名又は名称】船井電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100148460
【弁理士】
【氏名又は名称】小俣 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100168125
【弁理士】
【氏名又は名称】三藤 誠司
(72)【発明者】
【氏名】コンプリン・スティーブン アール．
(72)【発明者】
【氏名】アンダーソン ジュニア．・ジェームス ディー．
【テーマコード（参考）】
2C056
3H077
【Ｆターム（参考）】
2C056EA26
2C056FA03
2C056FA04
2C056KC16
2C056KC21
2C056KC27
3H077AA06
3H077BB03
3H077CC02
3H077CC09
3H077DD12
3H077EE26
3H077FF03
(57)【要約】
【課題】本体の内周壁によって定義される流体チャンバを有し、且つ本体の内周壁の端面を係合するダイアフラムを有する蓋−本体分裂設計を有する流体分注装置を提供する。【解決手段】流体分注装置は、外底面を有するベース壁、および内周壁を含み、前記内周壁が周縁端面を有し、前記ベース壁から延伸してチャンバを定義する本体と；本体のチップ取り付け面に取り付けられ、チップ取り付け面が第１平面を定義する吐出チップと；チャンバの周縁端面と係合するダイアフラムと；本体に取り付けられた蓋とを含み、ダイアフラムが蓋と本体の間に挟まれ、本体および蓋が蓋と本体の接合点における裂け目を定義する。
【選択図】図２２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外底面を有するベース壁、および内周壁を含み、前記内周壁が周縁端面を有し、前記ベース壁から延伸してチャンバを定義する本体と、
前記本体のチップ取り付け面に取り付けられ、前記チップ取り付け面が第１平面を定義する吐出チップと、
前記周縁端面と係合するダイアフラムと、
前記本体に取り付けられた蓋と、を含み、
前記ダイアフラムが前記蓋と前記本体の間に挟まれ、前記本体および前記蓋が前記蓋と前記本体の接合点における裂け目を定義する
流体分注装置。
前記本体のチップ取り付け面に取り付けられ、前記チップ取り付け面が第１平面を定義する吐出チップと、
前記周縁端面と係合するダイアフラムと、
前記本体に取り付けられた蓋と、を含み、
前記ダイアフラムが前記蓋と前記本体の間に挟まれ、前記本体および前記蓋が前記蓋と前記本体の接合点における裂け目を定義する
流体分注装置。
【請求項2】
前記ダイアフラムが、ドーム部を含み、前記蓋が、前記ドーム部を収容する凹部領域を有する
請求項１に記載の流体分注装置。
請求項１に記載の流体分注装置。
【請求項3】
前記外底面から前記吐出チップの中心までの距離Ａと前記外底面から前記裂け目の位置における前記外壁の頂点までの距離Ｃの比率が、２０％〜８０％の範囲であり、前記距離Ａが、前記距離Ｃより少ない
請求項１または２に記載の流体分注装置。
請求項１または２に記載の流体分注装置。
【請求項4】
前記距離Ａと前記外底面から前記周縁端面までの距離Ｂの比率が、２０％〜８０％の範囲であり、前記距離Ａが、前記距離Ｂより少ない
請求項３に記載の流体分注装置。
請求項３に記載の流体分注装置。
【請求項5】
前記距離Ｃと前記外底面から前記凹部領域の頂点までの距離Ｄの比率が、４０％〜９５％の範囲であり、前記距離Ｃが、前記距離Ｄより少ない
請求項３または４に記載の流体分注装置。
請求項３または４に記載の流体分注装置。
【請求項6】
前記距離Ｂと前記外底面から前記凹部領域の頂点までの距離Ｄの比率が、４０％〜９５％の範囲であり、前記距離Ｂが、前記距離Ｄより少ない
請求項３〜５のいずれか１項に記載の流体分注装置。
請求項３〜５のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項7】
前記ダイアフラムの撓み軸が、前記吐出チップの流体吐出方向に対して実質的に垂直である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項8】
前記ダイアフラムが、撓み軸を有し、前記ドーム部が、ドーム頂部を有し、
前記ドーム頂部が、前記撓み軸に沿って前記ドーム部が変位している間に凹状になるよう構成された
請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
前記ドーム頂部が、前記撓み軸に沿って前記ドーム部が変位している間に凹状になるよう構成された
請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項9】
前記ダイアフラムが、撓み軸を有し、前記ドーム部が、ドーム頂部を有し、前記ドーム頂部が、前記撓み軸に沿って移動可能である
請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項10】
前記蓋が、前記ダイアフラムを覆い、前記蓋と前記ダイアフラムの間にドーム通気チャンバを形成し、前記本体および前記蓋のうちの少なくとも１つが、前記ドーム通気チャンバおよび前記流体分注装置の外側の大気と流体連通する少なくとも１つの通気口を有する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体分注装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体分注装置に関するものであり、特に、蓋−本体分裂設計を有する微小流体分注装置等の流体分注装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一種の微小流体分注装置（例えば、インクジェットプリントヘッド等）は、背圧をコントロールするためのフォームやフェルト等の毛細管部材を含むよう設計される。この種のプリントヘッドは、フィルタと吐出装置の間に遊離液体のみが存在する。流体の沈殿や分離が発生した場合、毛細管部材に収容された流体を再混合することは、ほぼ不可能である。
【0003】
別の種類のプリントヘッドは、本分野において、遊離液体型プリントヘッドと称され、バネ式の可動壁を有し、プリントヘッドのノズルにおける背圧を維持する。一種のバネ式可動壁は、撓み変形可能なブラダ（bladder）を使用して、一体成形のバネおよび壁を作成する。ヒューレット・パッカード社（Hewlett-Packard Company）による初期のプリントヘッド設計は、蓋とインクを含む本体の間に配置された指貫形（thimble shaped）のブラダの形状をした円形の変形可能なゴム部分を使用する。指貫形のブラダは、プリントヘッドチップにインクを供給する時にブラダ材料を変形することによって、指貫形のブラダによって定義されるインク囲い（ink enclosure）内の背圧を維持する。さらに詳しく説明すると、この設計は、本体が比較的平面状であり、プリントヘッドチップが指貫形のブラダから本体の反対側にある比較的平面状の本体の外部に取り付けられる。指貫形のブラダは、平面状の本体を係合してインク囲いを形成する末端のシーリングリム（sealing rim）を有する円筒形構造である。そのため、この設計において、指貫形のブラダのシーリングリムは、プリントヘッドチップに対して平行である。容器蓋と指貫形のブラダの中心縦軸は、プリントヘッドチップの位置および対応する本体のチップポケットを貫通する。指貫形のブラダが撓むと、その上に、すなわち、中心縦軸の周囲および内部に向かってしぼむ。
【0004】
本体の内周壁によって定義される流体チャンバを有し、且つ本体の内周壁の端面を係合するダイアフラム（diaphragm）を有する蓋−本体分裂設計を有する流体分注装置が本分野において必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、本体の内周壁によって定義される流体チャンバを有し、且つ本体の内周壁の端面を係合するダイアフラムを有する蓋−本体分裂設計を有する流体分注装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
以上の観点から、本発明の１つの形態に基づき、外底面を有するベース壁、および内周壁を含み、前記内周壁が周縁端面を有し、前記ベース壁から延伸してチャンバを定義する本体と；本体のチップ取り付け面に取り付けられ、チップ取り付け面が第１平面を定義する吐出チップと；チャンバの周縁端面と係合するダイアフラムと；本体に取り付けられた蓋とを含み、ダイアフラムが蓋と本体の間に挟まれ、本体および蓋が蓋と本体の接合点における裂け目（split）を定義する流体分注装置を提供する。
【0007】
上述した発明において、ダイアフラムは、ドーム部を含んでもよく、蓋は、ドーム部を収容する凹部領域を有する。
【0008】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、本体のベース壁の外底面から吐出チップの中心までの距離Ａと本体のベース壁の外底面から裂け目の位置における本体の外壁の頂点までの距離Ｃの比率は、２０％〜８０％の範囲であり、距離Ａは、距離Ｃより少ない。
【0009】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、距離Ａと本体のベース壁の外底面から本体のチャンバの内周壁の周縁端面までの距離Ｂの比率は、２０％〜８０％の範囲であり、距離Ａは、距離Ｂより少ない。
【0010】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、距離Ｃと本体のベース壁の外底面からダイアフラムのドーム部を収容する蓋の凹部領域の頂点までの距離Ｄの比率は、４０％〜９５％の範囲であり、距離Ｃは、距離Ｄより少ない。
【0011】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、距離Ｂと本体のベース壁の外底面からダイアフラムのドーム部を収容する蓋の凹部領域の頂点までの距離Ｄの比率は、４０％〜９５％の範囲であり、距離Ｂは、距離Ｄより少ない。
【0012】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、ダイアフラムの撓み軸は、吐出チップの流体吐出方向に対して実質的に垂直であってもよい。
【0013】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、ダイアフラムは、撓み軸を有してもよく、ドーム部は、ドーム頂部（dome crown）を有し、ドーム頂部は、撓み軸に沿ってドーム部が変位している間に凹状になるよう構成される。
【0014】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、ダイアフラムは、撓み軸を有し、ドーム部は、ドーム頂部を有し、ドーム頂部は、撓み軸に沿って移動可能である。
【0015】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、蓋は、ダイアフラムを覆い、蓋とダイアフラムの間にドーム通気チャンバを形成してもよく、本体および蓋のうちの少なくとも１つは、ドーム通気チャンバおよび流体分注装置の外側の大気と流体連通する少なくとも１つの通気口を有してもよい。
【0016】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、本体は、ベース壁から離れて延伸する外壁を有してもよく、チップ取り付け面は、外壁の上に配置される。
【0017】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、ベース壁は、第１平面と直交する第２平面に沿って配向されてもよい。
【0018】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、蓋は、凹状の内部天井、内部位置決めリップ、およびダイアフラム押圧面を有してもよい。凹状の内部天井は、ダイアフラムのドーム部を収容する凹部領域を定義してもよい。
【0019】
上述した発明のうちのいずれか１つにおいて、ダイアフラムは、ドーム部を取り囲むよう構成された周縁位置決めリム、およびドーム部を取り囲むよう構成された外周リムを有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
添付の図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。【図1】外部磁場発生装置を含む環境において、本発明に係る微小流体分注装置の１つの実施形態の斜視図である。
【0021】
図面のいくつかの図にわたり、対応する参照符号は、対応する構成要素を示す。ここに記載されている例証は、本発明の実施形態を示すものであり、このような例証は、いかなる方法によっても本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１〜図５を参照すると、微小流体分注装置１１０は、通常、筐体１１２と、テープ自動ボンディング（tape automated bonding, TAB）回路１１４とを含む。微小流体分注装置１１０は、流体含有粒子材料等の流体の供給を含むよう構成され、ＴＡＢ回路１１４は、筐体１１２からの流体の吐出を容易にするよう構成される。流体は、例えば、化粧品、潤滑剤、ペンキ、インク等であってもよい。
【0024】
また、図６および図７を参照すると、ＴＡＢ回路１１４は、吐出チップ１１８が機械的および電気的に接続されたフレックス（flex）回路１１６を含む。フレックス回路１１６は、インクジェットプリンタ等の電気ドライバ装置（図示せず）に電気接続を提供し、吐出チップ１１８を操作して筐体１１２内に収容された流体を吐出するよう構成される。本実施形態において、吐出チップ１１８は、通常、本分野において周知のノズルプレート層およびシリコン層として形成される平面範囲を有する板状構造として構成される。吐出チップ１１８のノズルプレート層は、流体吐出方向１２０−１が吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に直交するよう配向された複数の吐出ノズル１２０を有する。吐出チップ１１８のシリコン層において、各吐出ノズル１２０と関連するものは、電気ヒーター（熱）または圧電（電気機械）装置等の吐出機構である。このような吐出チップ１１８およびドライバの操作は、インクジェット印刷等の微小流体吐出分野において周知である。
【0025】
ここで使用したように、実質的に直交する、および実質的に垂直なという用語は、それぞれ２つの素子間の角度関係が９０度±１０度であることを意味するものと定義される。実質的に平行なという用語は、２つの素子間の角度関係が０度±１０度であることを意味するものと定義される。
【0026】
図６および図７に最も良く示すように、筐体１１２は、本体１２２と、蓋１２４と、エンドキャップ（end cap）１２６と、注入栓１２８（例えば、ボール）とを含む。筐体１１２内には、ダイアフラム１３０、撹拌子１３２、およびガイド部１３４が収容される。筐体１１２の構成部品、撹拌子１３２、およびガイド部１３４のそれぞれは、成形工程を使用して、プラスチックで作られる。ダイアフラム１３０は、適切な成形工程を使用して、ゴムまたは熱可塑性エラストマー（thermoplastic elastomer, TPE）等のエラストマー材料で作られる。また、本実施形態において、注入栓１２８は、ステンレス鋼ボールベアリング（ball bearing）の形状であってもよい。
【0027】
また、図８および図９を参照すると、一般的に、流体（図示せず）は、本体１２２内の充填孔（fill hole）１２２−１（図６を参照）を介して密封領域、すなわち、本体１２２とダイアフラム１３０の間にある流体リザーバ１３６に運ばれる。流体リザーバ１３６内の背圧を設定した後、注入栓１２８を充填孔１２２−１に挿入する（例えば、押圧する）ことによって背圧を維持し、空気が流体リザーバ１３６に浸み込む、あるいは流体リザーバ１３６から漏れ出るのを防ぐ。その後、エンドキャップ１２６を吐出チップ１１８の反対側にある本体１２２／蓋１２４の結合の端部に配置する。撹拌子１３２は、流体を収容する本体１２２とダイアフラム１３０の間の密封された流体リザーバ１３６内に存在する。撹拌子１３２を回転させて流体リザーバ１３６内に内部流体流動を生成することによって、流体リザーバ１３６の密封領域内に流体混合および微粒子の再配分を提供することができる。
【0028】
また、図１０〜図１６を参照すると、筐体１１２の本体１２２は、ベース壁１３８、およびベース壁１３８と隣接する外周壁１４０を有する。外周壁１４０は、ベース壁１３８からベース壁１３８に対して実質的に直交する方向に延伸するよう配向される。蓋１２４は、外周壁１４０を係合するよう構成される。そのため、外周壁１４０は、ベース壁１３８と蓋１２４の間に挟まれ、蓋１２４は、溶接、接着、またはスナップフィット（snap fit）やネジユニオン（threaded union）等の他の締結機構により、外周壁１４０の開放自由端に取り付けられる。蓋１２４は、本体１２２内にダイアフラム１３０、撹拌子１３２、およびガイド部１３４を設置した後、本体１２２に取り付けられる。
【0029】
本体１２２の外周壁１４０は、外周壁１４０の隣接部分である外壁１４０−１を含む。外壁１４０−１は、平面１４２（図１１および図１２を参照）を定義するチップ取り付け面１４０−２を有し、且つ外壁１４０−１の厚さを通過するチップ取り付け面１４０−２に隣接する流体開口１４０−３を有する。吐出チップ１１８は、例えば、粘着シールストリップ１４４（図６および図７を参照）によりチップ取り付け面１４０−２に取り付けられ、外壁１４０−１の流体開口１４０−３（図１３を参照）と流体連通している。そのため、吐出チップ１１８の平面範囲は、平面１４２に沿って配向され、複数の吐出ノズル１２０は、流体吐出方向１２０−１が平面１４２に対して実質的に直交するよう配向される。ベース壁１３８は、外壁１４０−１の平面１４２に対して実質的に直交する平面１４６（図１１を参照）に沿って配向される。図６、図１５、および図１６に最も良く示すように、ベース壁１３８は、撹拌子１３２の所望の位置の周辺に、円形凹部領域１３８−１を含んでもよい。
【0030】
図１１〜図１６を参照すると、筐体１１２の本体１２２は、また、外周壁１４０により定義される境界内に設置されたチャンバ１４８を含む。チャンバ１４８は、流体リザーバ１３６の一部を形成し、内部空間を定義するよう構成され、具体的には、ベース壁１３８を含み、丸い角を有するよう構成された内周壁１５０を有するため、チャンバ１４８内の流体流動を促進する。チャンバ１４８の内周壁１５０は、近位端１５０−１および遠心端１５０−２により区切られた範囲を有する。近位端１５０−１は、ベース壁１３８と隣接し、且つベース壁１３８と推移径（transition radius）を形成することができる。このような刃半径（edge radius）は、鋭い角の数を減らすことによって、混合効力に役に立つ。遠心端１５０−２は、チャンバ１４８の側面開口１４８−１において周縁端面１５０−３を定義するよう構成される。周縁端面１５０−３は、図に示すように、単一の周縁リブ、あるいは複数の周縁リブまたはうねり（undulation）を含み、ダイアフラム１３０と係合するための有効な密封面を提供してもよい。チャンバ１４８の内周壁１５０の範囲は、ベース壁１３８に対して実質的に直交し、且つ外周壁１４０（図６を参照）の対応する範囲に対して実質的に平行である。
【0031】
図１５および図１６に最も良く示すように、チャンバ１４８は、流体吸入口１５２および流体排出口１５４を有し、それぞれ内周壁１５０の一部の中に形成される。「入口（inlet）」および「出口（outlet）」という用語は、本実施形態の複数のポート間の区別に使用する場合に便利な用語であり、撹拌子１３２の特定の回転方向と相互に関係がある。しかしながら、理解すべきこととして、特定のポートが吸入口として機能するか、排出口として機能するかを決定するのは、撹拌子１３２の回転方向であり、撹拌子１３２の回転方向を反転し、それゆえにチャンバ１４８内の各ポートの役割が逆になることは、本発明の範囲内である。
【0032】
流体吸入口１５２は、内周壁１５０の一部に沿って流体排出口１５４から少し離れる。図１５および図１６に最も良く示すように、合わせて考慮すると、筐体１１２の本体１２２は、チャンバ１４８の内周壁１５０の一部と吐出チップ１１８を運ぶ外周壁１４０の外壁１４０−１の間に挟まれた流路１５６を含む。
【0033】
流路１５６は、吐出チップ１１８の流域内の微粒子の沈殿を最小化するよう構成される。流路１５６は、例えば、経験的データを用いて、所望の流動率を提供し、同時に、流路１５６を流れる流体混合に対して許容範囲の流量速度（fluid velocity）を維持する大きさに形成される。
【0034】
本実施形態において、図１５を参照すると、流路１５６は、チャネル入口１５６−１およびチャネル出口１５６−２を有するＵ字型に延長した通路として構成される。流路１５６の大きさ、例えば、高さと幅、および形状は、流体流動と流量速度の所望の組み合わせを提供して、チャネル内撹拌を容易にするために選択される。
【0035】
流路１５６は、チャンバ１４８の流体排出口１５４と流体連通しているチャンバ１４８の流体吸入口１５２を接続し、且つチャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４の両方と流体連通している外周壁１４０の外壁１４０−１の流体開口１４０−３も接続するよう構成される。具体的には、流路１５６のチャネル入口１５６−１は、チャンバ１４８の流体吸入口１５２に隣接して設置され、流路１５６のチャネル出口１５６−２は、チャンバ１４８の流体排出口１５４に隣接して設置される。本実施形態において、チャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４の構造は、対称である。
【0036】
流路１５６は、チャネル入口１５６−１とチャネル出口１５６−２の間に配置された凸状弓形壁１５６−３を有し、流路１５６は、チャネル中心点１５８に関して対称である。同様に、流路１５６の凸状弓形壁１５６−３は、チャンバ１４８の内部空間から内周壁１５０の反対側にあるチャンバ１４８の流体吸入口１５２と流体排出口１５４の間に配置され、凸状弓形壁１５６−３は、外壁１４０−１の流体開口１４０−３および吐出チップ１１８に面するよう配置される。
【0037】
凸状弓形壁１５６−３は、吐出チップ１１８に対して実質的に平行な流路１５６を流れる流体流動を生成するよう構成される。本実施形態において、凸状弓形壁１５６−３の縦方向範囲（longitudinal extent）は、流体開口１４０−３に面し、且つ吐出チップ１１８に対して実質的に平行な半径を有し、チャネル入口１５６−１およびチャネル出口１５６−２にそれぞれ隣接して設置された推移径１５６−４、１５６−５を有する。凸状弓形壁１５６−３の半径および推移径１５６−４、１５６−５は、流体流動効率に役に立つ。凸状弓形壁１５６−３と吐出チップ１１８の間の距離は、チャネル中心点１５８において最も狭く、吐出チップ１１８の縦方向範囲の中心点と一致し、同様に、外壁１４０−１の流体開口１４０−３の縦方向範囲の中心点と一致する。
【0038】
チャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４のそれぞれは、流体吸入口１５２および流体排出口１５４のそれぞれが流路１５６に向かう各方向に集まるよう構成された傾斜ランプ構造を有する。具体的に説明すると、チャンバ１４８の流体吸入口１５２は、流体吸入口１５２が流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かう方向に集まる、すなわち細くなる傾斜入口ランプ１５２−１を有し、チャンバ１４８の流体排出口１５４は、流路１５６のチャネル出口１５６−２から離れる方向に広がる、すなわち広くなる傾斜出口ランプ１５４−１を有する。
【0039】
図６〜図１０を再度参照すると、ダイアフラム１３０は、蓋１２４とチャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３の間に配置される。蓋１２４を本体１２２に取り付けてダイアフラム１３０の周辺を圧縮することにより、ダイアフラム１３０と本体１２２の間に連続シール（continuous seal）を形成する。さらに具体的に説明すると、ダイアフラム１３０は、流体リザーバ１３６を形成する際に、チャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３とシール係合するよう構成される。そのため、チャンバ１４８とダイアフラム１３０を組み合わせて、可変容量を有する流体リザーバ１３６を定義する。
【0040】
特に、図６、図８、および図９を参照すると、ダイアフラム１３０の外表面は、蓋１２４の中に設置された通気口１２４−１を介して大気に通気されるため、制御された負圧を流体リザーバ１３６内で維持することができる。ダイアフラム１３０は、ゴムで作られ、微小流体分注装置１１０から流体を使い果たした時にベース壁１３８に向かってしぼむよう構成されたドーム部１３０−１を含み、チャンバ１４８内で所望の負圧（すなわち、背圧）を維持するため、流体リザーバ１３６の可変容量の有効体積を変化させる。ここで、用語「しぼむ（collapse）」とは、つぶれる（buckle）、垂れ下がる（sag）、または撓む（deflect）ことにより中へ落ちることを意味する。
【0041】
図８および図９を参照すると、さらなる説明の目的で、以下、流体リザーバ１３６の可変容量（ここでは、バルク領域とも称す）は、近位連続１／３容積部１３６−１、および中心連続１／３容積部１３６−２および遠位連続１／３容積部１３６−３から形成された連続２／３容積部１３６−４を有するとみなされ、中心連続１／３容積部１３６−２は、近位連続１／３容積部１３６−１を遠位連続１／３容積部１３６−３から分離する。近位連続１／３容積部１３６−１は、中心連続１／３容積部１３６−２および遠位連続１／３容積部１３６−３から形成された連続２／３容積部１３６−４よりも吐出チップ１１８の近くに設置される。
【0042】
図６〜図９、および図１６を参照すると、撹拌子１３２は、流体リザーバ１３６の可変容積およびチャンバ１４８の中に存在し、チャンバ１４８の内周壁１５０によって定義される境界内に設置される。撹拌子１３２は、回転軸１６０、および回転軸１６０から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４を有する。撹拌子１３２は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子１３２を駆動して回転軸１６０の周りを回転させるよう構成された磁石１６２（図８を参照）、例えば、永久磁石を有する。撹拌子１３２の回転原理は、外部磁場発生装置１６４により生成された十分強い外部磁場に磁石１６２を並べてから、制御された方式で外部磁場発生装置１６４により生成された外部磁場を回転させて、撹拌子１３２を回転するという原理である。外部磁場発生装置１６４により生成された外部磁場は、ステッパモータ（stepper motor）の操作と同様に電気的に回転させてもよく、あるいは回転シャフトを介して回転させてもよい。そのため、撹拌子１３２は、回転軸１６０を回る撹拌子１３２の回転によって、流体リザーバ１３６に流体混合を提供する効力がある。
【0043】
バルク領域における流体混合は、撹拌子１３２の回転によって生じる流量速度に依存し、微粒子の沈殿した境界層において剪断応力（shear stress）を生成する。剪断応力が臨界剪断応力（経験的に決定される）よりも大きく、粒子移動を開始した時、沈殿した粒子が移動中の流体内に分配されるため、再混合が起こる。剪断応力は、粘度、粒子サイズ、および密度等の流体パラメータと、容器の形状、撹拌子１３２の幾何学的配置、移動中の表面と静止した表面の間の流体厚、および回転速度等の機械的設計要因の両方に依拠する。
【0044】
また、流体領域内で、例えば、吐出チップ１１８と関連する近位連続１／３容積部１３６−１および流路１５６内で、撹拌子１３２を回転させて流体流動を生成することによって、混合されたバルク流体が吐出チップ１１８に提供されてノズル吐出を行うことを確実にするとともに、吐出チップ１１８に隣接する流体を流体リザーバ１３６のバルク領域に移動させて、流路１５６を流れるチャネル流体が流体リザーバ１３６のバルク流体と混合することを確実にすることにより、より均一な混合をもたらす。この流動は、主に、天然分布であるが、流量速度が臨界値以上の剪断応力を生成するのに十分である場合は、多少の混合が生じる。
【0045】
撹拌子１３２は、主に、部分的トロイダル（toroidal）流れパターンのように中心リターンパス（return pass）を持ついくつかの軸流によって、撹拌子１３２の回転軸１６０と関連する中心領域を回る流体の旋回流を引き起こす。
【0046】
図１６を参照すると、撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４の各パドルは、各自由端頂点１３２−５を有する。回転抗力を減らすため、各パドルは、上下対称対の面取り面（chamfered surface）を含み、撹拌子１３２の回転方向１６０−１に対して先頭傾斜面１３２−６および後端傾斜面１３２−７を形成してもよい。撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれが錠剤または円筒形状を有することも考慮される。本実施形態において、撹拌子１３２は、２対の正反対向きのパドルを有し、正反対向きのパドルのうちの第１パドルは、第１自由端頂点１３２−５を有し、正反対向きのパドルのうちの第２パドルは、第２自由端頂点１３２−５を有する。
【0047】
本実施形態において、２対の正反対向きのパドルを形成する４つのパドルは、回転軸１６０の周りを９０度単位で均等に間隔をあける。しかしながら、撹拌子１３２のパドルの実際の数は、２つ、またはそれ以上であり、好ましくは、３つまたは４つであり、さらに好ましくは、４つであり、各隣接する対のパドルは、回転軸１６０の周りに同じ角度間隔を有する。例えば、３つのパドルを有する撹拌子１３２の形状は、１２０度のパドル間隔を有し、４つのパドルを有するものは、９０度のパドル間隔を有する。
【0048】
本実施形態において、流体リザーバ１３６の可変容積は、上述した近位連続１／３容積部１３６−１と連続２／３容積部１３６−４に分割され、近位連続１／３容積部１３６−１は、連続２／３容積部１３６−４よりも吐出チップ１１８の近くに設置されるため、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８に近い近位連続１／３容積部１３６−１の中に設置されてもよい。言い換えれば、ガイド部１３４は、流体開口１４０−３に最も近いチャンバ１４８の内部空間の容積の１／３を構成するチャンバ１４８の内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。
【0049】
図１１を再度参照すると、撹拌子１３２の回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して、±４５度、垂直の角度範囲内に配向される。言い換えれば、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８の平面範囲（例えば、平面１４２）に対して、±４５度、平行の角度範囲内に配向される。組み合わせると、撹拌子１３２の回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して、±４５度、垂直の角度範囲と、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲の両方に配向される。
【0050】
より好ましくは、回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向性を有するため、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８の平面１４２、すなわち、平面範囲に対して実質的に平行であり、且つベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直な配向性を有する。また、本実施形態において、撹拌子１３２の回転軸１６０は、回転軸１６０の周りの全ての配向においてベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直であり、且つ流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向性を有する。
【0051】
図６〜図９、図１１および図１２を参照すると、撹拌子１３２の配向は、上述したように、ガイド部１３４により達成され、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６（図８および図９を参照）の可変容積内のチャンバ１４８内に設置され、より具体的には、チャンバ１４８の内周壁１５０によって定義される境界内に設置される。ガイド部１３４は、所定の配向でチャンバ１４８の内部空間の所定の部分に撹拌子１３２を閉じ込め、同時に、流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かって撹拌子１３２から回転流体流動を分裂させて向け直すよう構成される。返流側において、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６のバルク領域にある流路１５６のチャネル出口１５６−２から受け取った旋回流を再結合するのに役立つ。
【0052】
例えば、ガイド部１３４は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲内で撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。より好ましくは、ガイド部１３４は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行な撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。本実施形態において、ガイド部１３４は、撹拌子１３２の回転軸１６０の配向が吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行に、且つ回転軸１６０を回る全ての配向においてベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直になるように配置および維持するよう構成される。
【0053】
ガイド部１３４は、環状部材１６６と、複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２と、オフセット部材１７０、１７２と、籠構造１７４とを含む。複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２は、オフセット部材１７０、１７２から環状部材１６６の反対側に配置され、且つダイアフラム１３０によって係合されるよう配置されるため、オフセット部材１７０、１７２をベース壁１３８と接触した状態に保つ。オフセット部材１７０、１７２は、流体リザーバ１３６内にガイド部１３４の軸位置（撹拌子１３２の回転軸１６０に対する）を維持する。オフセット部材１７２は、本体１２２を係合する保持特徴部１７２−１を含み、流体リザーバ１３６内のガイド部１３４の横方向へのずれを防ぐ。
【0054】
図６および図７を再度参照すると、ガイド部１３４の環状部材１６６は、第１環状面１６６−１と、第２環状面１６６−２と、環状閉じ込め面１６６−４を定義する開口１６６−３とを含む。環状部材１６６の開口１６６−３は、中心軸１７６を有する。環状閉じ込め面１６６−４は、中心軸１７６に対して撹拌子１３２の半径方向運動を制限するよう構成される。第２環状面１６６−２は、第１環状面１６６−１の反対側にあり、第１環状面１６６−１は、環状閉じ込め面１６６−４によって第２環状面１６６−２から分離される。また、図９を参照すると、環状部材１６６の第１環状面１６６−１は、流体入口１５２および流体出口１５４の上とこれらの間において、連続した天井としても機能する。複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１に結合される。複数のオフセット部材１７０、１７２は、中心軸１７６に対して第１軸方向に向かって環状部材１６６から延伸するよう配置される。複数のオフセット部材１７０、１７２のそれぞれは、チャンバ１４８のベース壁１３８を係合するよう構成された自由端を有し、ベース壁１３８から環状部材１６６のアキシャルオフセット（axial offset）を確立する。オフセット部材１７２は、また、流路１５６の流量バイパスを防ぐ目的で配置および構成される。
【0055】
複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６の第２環状面１６６−２に結合される。複数のオフセット部材１７０、１７２は、中心軸１７６に対して第１軸方向とは反対の第２軸方向に向かって環状部材１６６から延伸するよう配置される。
【0056】
そのため、組み立てた時、複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２のそれぞれは、ダイアフラム１３０の周辺部を係合する自由端を有し、複数のオフセット部材１７０、１７２のそれぞれは、ベース壁１３８を係合する自由端を有する。
【0057】
ガイド部１３４の籠構造１７４は、複数のオフセット部材１７０、１７２の反対側にある環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、籠構造１７４は、環状部材１６６の第２環状面１６６−２に結合された複数のオフセット脚部１７８を有する。籠構造１７４は、第１軸方向とは反対の第２軸方向に向かって環状部材１６６から複数のオフセット脚部１７８（３つを図示する）により軸方向に変位した軸拘束部１８０を有する。図１２に示すように、軸拘束部１８０は、環状部材１６６内の開口１６６−３の少なくとも一部の上に配置され、第２軸方向における中心軸１７６に対する撹拌子１３２の軸方向運動を制限する。籠構造１７４は、流体リザーバ１３６から流体を使い果たしてダイアフラムが変位した（つぶれた）時にダイアフラム１３０が撹拌子１３２に接触しないようにするためにも使用される。
【0058】
このように、本実施形態において、撹拌子１３２は、環状部材１６６の開口１６６−３および環状閉じ込め面１６６−４によって定義される領域内に、且つ籠構造１７４の軸拘束部１８０とチャンバ１４８のベース壁１３８の間に、遊動自在（free-floating）に閉じ込められる。撹拌子１３２が遊動自在な範囲は、径方向の環状閉じ込め面１６６−４と撹拌子１３２の間に提供される半径方向公差（radial tolerance）、およびベース壁１３８と軸拘束部１８０の組み合わせにより提供される撹拌子１３２と軸方向リミット（axial limit）の間の軸方向交差（axial tolerance）により決定される。例えば、ガイド部１３４により提供される半径方向および軸方向の交差が厳しいほど、ベース壁１３８に対する垂線からの撹拌子１３２の回転軸１６０の変動が少なく、且つ流体リザーバ１３６内の撹拌子１３２の左右の動きが少ない。
【0059】
本実施形態において、ガイド部１３４は、筐体１１２に着脱可能に取り付けられた一体インサート部材（unitary insert member）として構成される。ガイド部１３４は、第１保持特徴部１７２−１を含み、筐体１１２の本体１２２は、第２保持特徴部１８２を含む。第１保持特徴部１７２−１は、第２保持特徴部１８２と係合され、筐体１１２と固定の関係でガイド部１３４を筐体１１２の本体１２２に取り付ける。第１保持特徴部１７２−１／第２保持特徴部１８２はそれぞれ、例えば、タブ／スロット配置、あるいは、スロット／タブ配置の形式であってもよい。
【0060】
図７および図１５を参照すると、ガイド部１３４は、さらに、流動制御部１８４を含んでもよく、本実施形態では、オフセット１７２としても使用される。図１５を参照すると、流動制御部１８４は、分流特徴部１８４−１と、再結合流特徴部１８４−２と、凹型円弧状表面１８４−３とを含む。凹型円弧状表面１８４−３は、分流特徴部１８４−１および再結合流特徴部１８４−２のそれぞれと同一の範囲を持ち、且つこれらの間に延伸する。分流特徴部１８４−１および再結合流特徴部１８４−２のそれぞれは、角のある、すなわち、傾斜した壁によって定義される。分流特徴部１８４−１は、流体入口１５２に隣接して配置され、再結合流特徴部１８４−２は、流体出口１５４に隣接して配置される。
【0061】
チャンバ１４８の流体入口１５２に隣接して配置された分流特徴部１８４−１の傾斜壁は、チャンバ１４８の流体入口１５２の傾斜入口ランプ１５２−１と協働して、流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かって流体を案内する。分流特徴部１８４−１は、流体の直接バイパスをチャネル出口１５６−２から出る流出口に入れる代わりに、旋回流をチャネル入口１５６−１に向かって導くよう構成される。また、図９および図１４を参照すると、反対側に配置された傾斜入口ランプ１５２−１は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１により提供される流体の天井である。分流特徴部１８４−１は、環状部材１６６の連続した天井およびチャンバ１４８の流体入口１５２の傾斜入口ランプ１５２−１によって提供される傾斜ランプ壁と結合して、流体流動を流路１５６のチャネル入口１５６−１に導くのに役立つ。
【0062】
同様に、図９、図１４、および図１５を参照すると、チャンバ１４８の流体出口１５４に隣接して配置された結合流特徴部１８４−２の傾斜壁は、流体出口１５４の傾斜出口ランプ１５４−２と協働して、流路１５６チャネル出口１５６−２から流体を遠ざけるよう案内する。反対側に配置された傾斜出口ランプ１５４−１は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１により提供される流体の天井である。
【0063】
本実施形態において、流動制御部１８４は、ガイド部１３４のオフセット部材１７２として形成された一体構造である。あるいは、流動制御部１８４の全てまたは一部を筐体１１２の本体１２２のチャンバ１４８の内周壁１５０に合体させてもよい。
【0064】
本実施形態において、図１５に最も良く示すように、撹拌子１３２が回転軸１６０の周りを回転した時、撹拌子１３２は、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４が流動制御部１８４の凹型円弧状表面１８４−３に周期的に面するように向けられる。撹拌子１３２は、回転軸１６０から各パドルの自由端頂点１３２−５に向かう撹拌子半径を有する。撹拌子半径対自由端頂点１３２−５と流動制御部１８４の間の空間距離の比率は、５：２〜５：０．０２５であってもよい。さらに具体的に説明すると、ガイド部１３４は、チャンバ１４８の内部空間の所定の部分に撹拌子１３２を閉じ込めるよう構成される。本例において、各自由端頂点１３２−５が凹型円弧状表面１８４−３に面している時、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４の各自由端頂点１３２−５と流動制御部１８４の凹型円弧状表面１８４−３の間の距離は、２．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内であり、より好ましくは、１．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内である。また、撹拌子１３２を吐出チップ１１８のできるだけ近くに配置して、流路１５６を流れる流動を最大限度にするのが好ましいこともわかっている。
【0065】
また、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれの自由端頂点１３２−５は、吐出チップ１１８に比較的近い近位連続１／３容積部１３６−１に回転して進入し、退出する。言い換えると、ガイド部１３４は、内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれの自由端頂点１３２−５は、流体入口１５２および流体出口１５４を含むチャンバ１４８の内部空間の近位連続１／３容積部１３６−１に回転して進入し、退出する。
【0066】
さらに具体的に説明すると、本実施形態において、撹拌子１３２は、４つのパドルを有し、ガイド部１３４は、内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、２対の正反対向きのパドル１３２−１、１３２−３および１３２−２、１３２−４のそれぞれの第１および第２自由端頂点１３２−５は、流体入口１５２および流体出口１５４を含むチャンバ１４８の内部空間の近位連続１／３容積部１３６−１内に、および吐出チップ１１８から最も遠い内部空間の遠位連続１／３容積部１３６−３を有する連続２／３容積部１３６−４内に、交互にそれぞれ配置される。
【0067】
図６〜図１０を再度参照すると、ダイアフラム１３０は、蓋１２４とチャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３の間に配置される。図１６および図１７も参照すると、ダイアフラム１３０は、流体リザーバ１３６を形成する際に、チャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３とシール係合するよう構成される（図８および図９を参照）。
【0068】
図１０および図１７を参照すると、ダイアフラム１３０は、ドーム部１３０−１および外周リム１３０−２を含む。ドーム部１３０−１は、ドーム撓み部１３０−３、ドーム側壁１３０−４、ドーム移行部１３０−５、ドーム頂部１３０−６、および４つのウェブ部を含み、４つのウェブ部は、それぞれ中央角部ウェブ１３０−７、中央角部ウェブ１３０−８、中央角部ウェブ１３０−９、および中央角部ウェブ１３０−１０として識別される。ドーム撓み部１３０−３および４つのウェブ部１３０−７、１３０−８、１３０−９、１３０−１０は、ドーム部１３０−１を外周リム１３０−２に接合する。図１０に示した向きにおいて、ドーム頂部１３０−６は、ドーム頂部１３０−６の最も右側の部分において、ダイアフラム１３０の成形中に生成される製造特徴であり、ダイアフラム１３０の操作に影響を与えない僅な円形凹部１３０−１１を含む。
【0069】
以下、さらなる詳細について説明するが、本実施形態において、ダイアフラム１３０の外側から見ると、ダイアフラム１３０は、流体リザーバ１３６から流体を使い果たしてダイアフラム１３０がつぶれている間は、ドーム部１３０−１の変位がダイアフラム１３０のドーム頂部１３０−６と同形で凹状になるよう構成され、ドーム部１３０−１のつぶれる、すなわち、変位する方向は、流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直であり（図１１を参照）、ベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直であり、且つチップ取り付け面１４０−２の平面１４２に対して実質的に平行である撓み軸１８８に沿っている。本実施形態において、撓み軸１８８の位置は、実質的に、ドーム部１３０−１の中心領域に対応する。言い換えると、流体リザーバ１３６から流体を使い果たしてダイアフラム１３０がつぶれている間は、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１のドーム頂部１３０−６の移動方向がベース壁１３８に向かって撓み軸１８８に沿っており、流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直であり、ベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直であり、且つチップ取り付け面１４０−２の平面１４２に対して実質的に平行である。
【0070】
また、図６〜図１０、および図１７に示すように、流体分注装置１１０は、流体リザーバ１３６を形成する際に、ダイアフラム１３０がチャンバ１４８の最も広い表面積に広がるように配向される構成となっている。そのため、流体リザーバ１３６で所望の背圧を維持するのに必要なダイアフラム１３０のドーム頂部１３０−６の移動量は、ダイアフラムが本体１２２の側壁の位置に取り付けられた場合に必要な量よりも少ないのが好ましい。
【0071】
図１８および図１９は、ダイアフラム１３０の底部、すなわち、内部の図を示したものであり、内周位置決めリム１３１−２、ドーム撓み部１３０−３の内部、および内周位置決めリム１３１−２とドーム撓み部１３０−３の間に挟まれた中間内部凹み領域１３１−４が示されている。内周位置決めリム１３１−２は、本体１２２に相対してダイアフラム１３０を設置するのに役立つ。中間内部凹み領域１３１−４の基部は、連続した周縁密封面１３１−６を定義する。図１６〜図１９を参照すると、連続した周縁密封面１３１−６は、チャンバ１４８を取り囲む平面範囲を有し、平面範囲は、ベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に平行であり、且つ平面１４２に対して実質的に垂直である（図１１を参照）。そのため、流体リザーバ１３６から流体を使い果たしてダイアフラム１３０がつぶれている間、ダイアフラム１３０のドーム頂部１３０−６の移動方向は、連続した周縁密封面１３１−６の平面範囲に対して実質的に垂直である。ドーム撓み部１３０−３は、ドーム側壁１３０−４と連続した周縁密封面１３１−６の間の波状移行を定義する。以下、さらなる詳細について説明する。
【0072】
本実施形態において、例えば、内周位置決めリム１３１−２、中間内部凹み領域１３１−４／連続した周縁密封面１３１−６、およびドーム撓み部１３０−３は、互いに相対して同心円状に配置される。本実施形態において、図１９を参照すると、連続した周縁密封面１３１−６の外周ＯＰ１の外周形状は、内周位置決めリム１３１−２の外周形状と一致する。図１７および図１９を参照すると、外周リム１３０−２の内周ＩＰ１の内周形状は、連続した周縁密封面１３１−６の内周形状に対応するが（図１９）、それぞれの湾曲した角部は、例えば、異なる半径を有することによって、異なる曲線形状を有するため、内周ＩＰ１は、ドーム撓み部１３０−３の外周ＯＰ２の外周形状と一致しない。そのため、図１７を参照すると、連続した周縁密封面１３１−６の内周の内周形状とドーム撓み部１３０−３の外周の外周形状の間の各湾曲した角部において、ダイアフラム１３０の中央角部ウェブ１３０−７、１３０−８、１３０−９、および１３０−１０のうちのそれぞれが定義される。
【0073】
図１６、および図２３〜図２６も参照すると、本体１２２は、下部流路１２２−２、内部凹面１２２−３、および外部リム１２２−４を含む段差配置を含む。外部リム１２２−４は、図示した向きにおいて、下方に延伸し、内部凹面１２２−３の外縁で垂直に終わる上部内側壁１２２−５を有する。流路１２２−２は、図示した向きにおいて、上方に延伸し、内部凹面１２２−３の内縁で垂直に終わる下部内側壁１２２−６を有する。そのため、上部内側壁１２２−５および下部内側壁１２２−６のそれぞれは、内部凹面１２２−３に対して実質的に垂直であり、上部内側壁１２２−５は、内部凹面１２２−３の幅により下部内側壁１２２−６から横方向にオフセットされ、上部内側壁１２２−５および下部内側壁１２２−６は、内部凹面１２２−３により垂直にオフセットされる。
【0074】
流路１２２−２は、さらに、内周壁１５０の外周面も形成し、且つ下部内側壁１２２−６から内部へ横方向に間隔を保つ内周側壁１２２−７を含むため、内周側壁１２２−７は、流路１２２−２の最も内側の側壁であり、下部内側壁１２２−６は、流路１２２−２の最も外側の側壁である。詳しく説明すると、下部内側壁１２２−６および内周側壁１２２−７を有する流路１２２−２は、本体１２２の周縁端面１５０−３の周囲で本体１２２の凹路を定義し、内周側壁１２２−７は、本体１２２の周縁端面１５０−３の外縁で垂直に終わる。
【0075】
図２３〜図２６を参照すると、本体１２２の流路１２２−２は、ダイアフラム１３０の内周位置決めリム１３１−２を受け取って案内するサイズおよび形状にされ、内周位置決めリム１３１−２が内周側壁１２２−７に接触し、本体の流路１２２−２の下部内側壁１２２−６がダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の周縁によって断続的に係合されることにより、ダイアフラム１３０を本体１２２と適切な位置に案内する。また、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６を本体１２２の周縁端面１５０−３を係合するサイズおよび形状にすることにより、ダイアフラム１３０と本体１２２の閉鎖したシール係合を容易にする。そのため、ダイアフラム１３０が内周位置決めリム１３１−２および流路１２２−２によって本体１２２に対して適切に配置された時、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６は、周縁端面１５０−３の全体の周囲で本体１２２の周縁端面１５０−３を係合するよう配置される。本実施形態において、周縁端面１５０−３は、単一の周縁リブ、あるいは図に示すように、複数の周縁リブまたはうねりを含み、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６と係合するための有効な密封面を提供してもよい。
【0076】
図２０および図２１は、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１の完全な（つぶれていない）高さを収容するよう構成された凹部領域１２４−３を定義する凹状の内部天井１２４−２を有する蓋１２４の内部、または下側を示したものである。図２３〜図２６も参照すると、蓋１２４は、さらに、内部位置決めリップ１９０、ダイアフラム押圧面１９２、および外部位置決めリップ１９４を含み、図２０および図２１に最も良く示すように、これらのそれぞれは、凹部領域１２４−３を横方向に取り囲む。ダイアフラム押圧面１９２は、内部位置決めリップ１９０と外部位置決めリップ１９４の間で凹むよう形成される。
【0077】
外部位置決めリップ１９４は、蓋１２４を本体１１２２に相対して配置するために使用される。詳しく説明すると、組み立て中に、本体１２２の内部凹面１２２−３と接触する外部リム１２２−４の上部内側壁１２２−５により、外部位置決めリップ１９４を受け取って案内する（図１６も参照）。また、超音波溶接プロセス（ultrasonic welding process）中に、内部凹面１２２−３において外部位置決めリップ１９４のアペックスリム（apex rim）（犠牲材料２１８、図２３〜図２６を参照）を本体１２２に溶融および接合して、蓋１２４を本体１２２に取り付ける。本実施形態において、超音波溶接は、現在、蓋１２４を本体１２２に取り付けるための好ましい方法であるが、いくつかの応用において、例えば、レーザー溶接（laser welding）、機械的連結（mechanical attachment）、接着剤付着（adhesive attachment）等の別の取り付け方法が望ましいことも考えられる。
【0078】
図２０、図２１、および図２３〜図２６を参照すると、蓋１２４の内部位置決めリップ１９０は、ダイアフラム１３０を蓋１２４に相対して配置するために使用され、ダイアフラム１３０の内周位置決めリム１３１−２は、ダイアフラム１３０を本体１２２に相対して配置するために使用される。図１７も参照して、詳しく説明すると、蓋１２４の内部位置決めリップ１９０を外周リム１３０−２の内周ＩＰ１をその上に受け取るサイズおよび形状にすることにより、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２を蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２の反対側に配置する。
【0079】
また、図２０および図２１を再度参照すると、本実施形態は、外部位置決めリップ１９４から内部に延伸する複数のダイアフラム位置決め特徴１９４−１を含んでもよい。複数のダイアフラム位置決め特徴１９４−１は、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の外周を係合して、ダイアフラム１３０を蓋１２４に相対して配置するのに役立つ位置にある。さらに詳しく説明すると、本実施形態において、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２は、蓋１２４の内部位置決めリップ１９０と蓋１２４の複数のダイアフラム位置決め特徴１９４−１の間の領域において受け取られ、ダイアフラム１３０の内周位置決めリム１３１−２は、本体１２２の流路１２２−２内に配置されるため、それにより、ドーム部１３０−１の組み立て中、または負圧ドーム撓み（negative pressure dome deflections）中に、ドーム撓み部１３０−３等のドーム屈曲特徴および連続した周縁密封面１３１−６が過度に歪むのを防ぐ、あるいは連続した周縁密封面１３１−６が漏れるのを防ぐのに役立つ。また、組み立て中に流体分注装置１１０の流体リザーバ１３６に真空が生成された時、蓋１２４の内部位置決めリップ１９０およびダイアフラム１３０の内周位置決めリム１３１−２は、共同でダイアフラム１３０がつぶれている間にシール歪み（seal distortion）の量を制限する。
【0080】
図２０および図２１を再度参照すると、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２は、均一の高さを有する平面であるため、ドーム部１３０−１の周囲の連続した周縁密封面１３１−６でダイアフラム１３０の実質的に均一な外周圧縮を提供する（図１７、図１９、および図２３〜図２６を参照）。詳しく説明すると、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２は、蓋１２４を本体１２２に取り付けた時に、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６を本体１２２の周縁端面１５０−３の全体の周囲で本体１２２の周縁端面１５０−３と強制的にシール係合させるサイズおよび形状にされる。
【0081】
図２２も参照すると、可変容積を有するドーム通気チャンバ１９６は、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１と蓋１２４の間の領域内に定義される。流体リザーバ１３６から流体を使い果たすと、それに従ってダイアフラム１３０のドーム部１３０−１がつぶれるため、ドーム通気チャンバ１９６の容積を増やして、流体リザーバ１３６の容積を減らすことにより、流体リザーバ１３６において所望の背圧を維持する。
【0082】
図２０および図２１を再度参照すると、蓋１２４の内部天井１２４−２の上にリブ１９８およびリブ２００が設置され、リブ１９８は、リブ２００から間隔を開ける。通気孔１２４−１は、リブ１９８、２００間にある蓋１２４の中に設置される。リブ１９８、２００は、通気孔１２４−１の周囲の領域において蓋１２４の内部天井１２４−２とダイアフラム１３０のドーム部１３０−１の間に間隔を提供する（図１７および図２２を参照）。そのため、リブ１９８、２００は、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１と蓋１２４の内部天井１２４−２の間の粘着接触（sticking contact）を回避するのに役立つ。粘着接触は、インクをチャンバ１４８から使い果たした時にドーム部１３０−１がつぶれるのを妨げるため、吐出チップ１１８の望ましくないデプライム（de-priming）が生じる可能性がある。
【0083】
図２０および図２１に示すように、内部位置決めリップ１９０の反対側に、横方向に延伸して、ドーム通気路１２４−４およびドーム通気路１２４−５を含み、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１と蓋１２４の間の領域を通気する際に蓋１２４の中心部分に形成される通気孔１２４−１を補う。蓋１２４は、さらに、微小流体分注装置１１０の外にある空気と流体連通している側面通気開口１２４−６および側面通気開口１２４−７を含む。ドーム通気路１２４−４、１２４−５は、側面通気開口１２４−６、１２４−７のうちの１つまたは両方と流体連通している。
【0084】
通気孔１２４−１、および１つまたはそれ以上のドーム通気路１２４−４およびドーム通気路１２４−５と１つまたはそれ以上の側面通気開口１２４−６および１２４−７の組み合わせは、微小流体分注装置１１０を完全に組み立てた時、すなわち、蓋１２４を本体１２２に取り付けた時、微小流体分注装置１１０の外の空気とドーム部１３０−１の外部の伝達を容易にする。
【0085】
通気孔１２４−１、ドーム通気路１２４−４、およびドーム通気路１２４−５は、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１と蓋１２４の内部天井１２４−２の間の領域に通気の冗長性を提供するため、１つまたはそれ以上の（ただし、全てではない）通気孔１２４−１および側面通気開口１２４−６、１２４−７が遮断されても、微小流体分注装置１１０から流体を使い果たした時にドーム部１３０−１がつぶれやすいようにする。例えば、製品表示等により通気孔１２４−１が遮断されても、１つまたはそれ以上の側面通気開口１２４−６、１２４−７を介して１つまたはそれ以上のドーム通気路１２４−４およびドーム通気路１２４−５によりドーム部１３０−１と蓋１２４の間の領域の通気が維持される。
【0086】
図２２を再度参照すると、微小流体分注装置１１０は、本体１２２と蓋１２４の接合点において外部の割れ目２０２（水平の破線で示す）で構成される。蓋１２４を本体１２２に超音波溶接している間、本体１２２と蓋１２４の接合点において材料が溶融して変形するにつれ、割れ目２０２における本体１２２と蓋１２４の間の外周ギャップ２０４が減少する。
【0087】
割れ目２０２は、チップ取り付け面１４０−２および吐出チップ１１８の配向に対して垂直である。割れ目２０２の位置は、本体１２２（蓋１２４ではない）がチップ取り付け面１４０−２、流路１５６、流体リザーバ１３６、および周縁端面１５０−３（ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６に接触する）を定義するよう設計される。割れ目２０２は、チップ取り付け面１４０−２および流路１５６から離れて配置され、溶接やチップ取り付け等のプロセス中のチップポケットおよび流路領域における歪みの問題を最小化する。また、割れ目２０２は、チップ取り付け面１４０−２および流路１５６から離れて配置され、取り扱いに対する鋭敏性やチップ応力（chip stress）等の後の製造問題を最小化する。
【0088】
割れ目２０２の位置は、また、蓋１２４がダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６の均一な圧縮を可能にするのに十分な構成を有するように配置される。ダイアフラム１３０は、連続した周縁密封面１３１−６の領域において十分な材料厚を有し、微小流体分注装置１１０の寿命中にシール圧縮（seal compression）の損失を防ぐ。蓋１２４は、ドーム通気チャンバ１９６およびダイアフラム１３０のドーム部１３０−１を収容する隆起部（凹部領域１２４−３、図２０および図２１を参照）を定義するため、本体１２２の周縁端面１５０−３の上方に位置し、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６に接触する変位可能な容積（すなわち、流体リザーバ１３６の一部）がある。
【0089】
上述した利点を達成するため、微小流体分注装置１１０の１つの好ましい設計において、設計の特定の構成要素の位置に対する距離範囲を定義する設計基準が確立されている。
【0091】
距離２０６は、本体１２２のベース壁１３８の外部ベース表面２１４から吐出チップ１１８の上下中央までの距離（長さ、例えば、高さ）であり、チップ取り付け面１４０−２の中央、すなわち、吐出チップを保持するチップポケット（図２７を参照）に対応する。あるいは、別の定義として、距離２０６は、本体１２２のベース壁１３８の外部ベース表面２１４から流路１５６の上下中央までの距離である。
【0092】
距離２０８は、本体１２２のベース壁１３８の外部ベース表面２１４から本体１２２の内周壁１５０の周縁端面１５０−３までの距離（長さ、例えば、高さ）であり、内周壁１５０は、流体リザーバ１３６の一部およびチャンバ１４８の高さを定義する。
【0093】
距離２１０は、本体１２２のベース壁１３８の外部ベース表面２１４から割れ目２０２の位置における本体１２２の外壁１４０−１の頂点までの距離（長さ、例えば、高さ）である。
【0094】
距離２１２は、本体１２２のベース壁１３８の外部ベース表面２１４からダイアフラム１３０のドーム部１３０−１を収容する凹部領域１２４−３の周囲の蓋１２４の部分２１６の頂点、例えば、ダイアフラム１３０のドーム頂部１３０−６の移動によりダイアフラム１３０の隣接するドーム頂部１３０−６から内部で可変的に間隔を開けた蓋１２４の部分２１６までの距離（長さ、例えば、高さ）である。
【0095】
距離２０６、２０８、２１０、２１２間の関係は、下記の数式表現で定義される。
【0096】
［数１］Ａ＜Ｂ＜Ｄ；Ａ＜Ｃ＜Ｄ；
２０％＜（Ａ／Ｃ）＜８０％；２０％＜（Ａ／Ｂ）＜８０％；
４０％＜（Ｃ／Ｄ）＜９５％；および４０％＜（Ｂ／Ｄ）＜９５％
【0097】
式中、Ａ＝距離２０６；Ｂ＝距離２０８；Ｃ＝距離２１０；およびＤ＝距離２１２である。
【0098】
言い換えると、図２２を参照すると、距離２０６と距離２１０の比率は、２０％〜８０％の範囲内にあり、距離２０６と距離２０８の比率は、２０％〜８０％の範囲内にあり、距離２１０と距離２１２の比率は、４０％〜９５％の範囲内にあり、距離２０８と距離２１２の比率は、４０％〜９５％の範囲内にあり、距離２０６は、距離２０８よりも少なく、距離２０８は、距離２１２よりも少なく；距離２０６は、距離２１０よりも少なく、距離２１０は、距離２１２よりも少ない。
【0099】
図２３〜図２６を参照すると、蓋１２４を本体１２２に取り付けてダイアフラム１３０の周囲を圧縮することにより、ダイアフラム１３０と本体１２２の間に連続シールを生成する。図２３〜図２６は、例えば、超音波溶接により蓋１２４を本体１２２に取り付けた時に、ダイアフラム１３０の周囲を圧縮する４段階の例をそれぞれ示したものであり、図２３は、蓋１２４を本体１２２に溶接する前の構成要素の位置を示し、図２６は、蓋１２４を本体１２２に完全に取り付けた溶接プロセスの終わりの構成要素の位置を示す。
【0100】
図２３〜図２６を参照すると、超音波溶接プロセスの間、犠牲材料２１８を外部位置決めリップ１９４から溶融して蓋１２４を本体１２２に接合する際に再配分するにつれ、外周ギャップ２０４が徐々に減少する。この時、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２によってダイアフラム１３０の外周リム１３０−２に圧縮力が印加される。言い換えると、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２を蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２と本体１２２の周縁端面１５０−３の間に圧縮することにより、ダイアフラム１３０の連続した周縁密封面１３１−６を係合して、本体１２２の周縁端面１５０−３とシール係合させる。
【0101】
溶接プロセスの間、蓋１２４の内部位置決めリップ１９０と外部位置決めリップ１９４（図２０および図２１に示したダイアフラム位置決め特徴１９４−１を含む）、およびダイアフラム１３０の内周位置決めリム１３１−６は、合わせて、ドーム撓み部１３０−３等のドーム屈曲特徴および連続した周縁密封面１３１−６が過度に歪むのを防ぐ、あるいは連続した周縁密封面１３１−６が漏れるのを防ぐのに役立つ。
【0102】
また、例として、図２３〜図２６は、超音波溶接により蓋１２４を本体１２２に取り付けた時にダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の段階圧縮（progressive compression）内の４段階の例をそれぞれ示したものである。図２３は、蓋１２４を本体１２２に溶接する前の構成要素の位置を示したものであり、本例において、外周ギャップ２０４は、８５０ミクロンである。ここで、溶接距離は、０．０ミクロンであり、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２のエラストマー材料圧縮は、−３１２ミクロンである。エラストマー材料圧縮に関する負の値は、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２とダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の間に間隙があることを意味する。図２４は、蓋１２４を本体１２２に溶接する初期中間段階における構成要素の位置を示したものであり、外周ギャップ２０４は、５３８ミクロンである。ここで、溶接距離は、３１２ミクロンであり、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２のエラストマー材料圧縮は、０．０ミクロンである。すなわち、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２とダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の最初の接触である。図２５は、蓋１２４を本体１２２に溶接する後期中間段階における構成要素の位置を示したものであり、外周ギャップ２０４は、３８８ミクロンである。ここで、溶接距離は、４６２ミクロンであり、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２のエラストマー材料圧縮は、１５０ミクロンである。すなわち、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２が本体１２２の周縁端面１５０−３に対してダイアフラム１３０の外周リム１３０−２と係合し、圧縮している。図２６は、蓋１２４を本体１２２に溶接し終わった時の構成要素の位置を示したものであり、外周ギャップ２０４は、２３８ミクロンである。ここで、溶接距離は、６１２ミクロンであり、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２のエラストマー材料圧縮は、３００ミクロンである。すなわち、蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２がダイアフラム１３０の外周リム１３０−２の最大圧縮にある。
【0103】
図２７は、図２３〜図２６に示した設計に変更を加えたものであり、図２３〜図２６の蓋１２４のダイアフラム押圧面１９２は、断面において円錐形（cone-like）である下向きの周縁突出部２２２を有する蓋２２０を形成するよう変更され、ダイアフラム１３０の外周リム１３０−２を係合して、外周リム１３０−２を本体１２２の周縁端面１５０−３と強制的にシール係合させる。本実施形態において、本体１２２の周縁端面１５０−３は、平坦であってもよく、あるいは１つまたはそれ以上の複数の周縁リブまたはうねりを含み、ダイアフラム１３０と係合するための有効な密封面を提供してもよい。
【0104】
上述したように、流体リザーバ１３６内のいくつかの背圧を維持して、吐出チップ１１８から流体が滴り落ちるのを防ぐのが望ましい。しかしながら、背圧が高くなりすぎると、ノズルからの空気摂取が生じて、不十分な量の流体が吐出チップ１１８に供給されるため、あるとすれば、吐出チップ１１８からある不規則な流体の排出が生じる。
【0105】
上記の例において、背圧（負圧）は、流体リザーバ１３６において生成され、ダイアフラム１３０は、力と動作領域のバランスを保ち、所望の背圧を達成するよう構成される。
【0106】
ダイアフラム１３０は、エラストマー材料で作られるため、この力は、ドーム部１３０−１および／またはドーム撓み部１３０−３において、エラストマー材料の変形、例えば、エラストマー材料の屈曲および／または伸長によりダイアフラム１３０によって生じる。ダイアフラム１３０を形成するエラストマー材料の変形は、ダイアフラム１３０の壁厚、ダイアフラム１３０の領域の断面輪郭形状（例えば、うねり、直線状、曲線状等）、および／またはエラストマー材料のデュロメータ（durometer）等の要因によって決まる。この力が印可される有効領域は、本体１２２の周縁端面１５０−３によって提供される固定サポートから横方向に内側に離れるよう設置されたエラストマー材料の移動可能部分、すなわち、ダイアフラム１３０のドーム部１３０−１および／またはドーム撓み部１３０−３である。
【0107】
図２８は、ガイド部１３４（図１および図６を参照）等の撹拌子ガイドを有する微小流体分注装置１１０の理想の背圧範囲２３０を示したグラフである。本例において、理想の背圧範囲２３０は、図２８のグラフにおいて垂直の破線で示したように、供給可能な流体の範囲を通して−５〜−１５ｉｎｃｈ／Ｈ２Ｏの範囲、すなわち、微小流体分注装置１１０の寿命２３２の終わりまでである。本分野における技術者であれば認識できるように、所定の流体分注装置設計の理想の背圧範囲２３０は、流体分注装置のサイズの多様性、流体リザーバの容量、および／またはリザーバ内の流体の量に応じて、上記で証明した範囲と異なってもよい。
【0108】
図２８において、曲線２３４は、微小流体分注装置１１０において使用するダイアフラムの初期設計を示したものであり、曲線２３６は、微小流体分注装置１１０の寿命２３２に対する理想の背圧範囲２３０を達成するための初期設計からダイアフラムを改良したものである。一般的なダイアフラム、例えば、ダイアフラム１３０の構成では、ドーム撓み部１３０−３および／またはドーム部１３０−１のドーム側壁１３０−４においてエラストマー材料が回転するにつれ、ドーム背圧が増加し、（例えば、本例では、０．５ｃｃ（cubic centimeter）の流体喪失において）より一定になり始める。
【0109】
曲線２３４および２３６のそれぞれは、寿命２３２における各微小流体分注装置の有効寿命の終わりを示したものであり、本例では、背圧の大幅増（圧力の大幅減）によって特徴づけられる流体喪失が１．２５ｃｃにおいて生じている。例えば、図２２も参照すると、ドーム部１３０−１、例えば、ドーム頂部１３０−６が流体リザーバ１３６の内部の特徴（例えば、撹拌子ガイドまたは撹拌子）に接触し始める箇所までダイアフラム１３０がつぶれた時、流体リザーバ１３６からのさらなる流体喪失（流体排出）によりダイアフラム１３０の設計が背圧の増加に十分に対抗できなくなるため、背圧変化の割合が増加することが観察される。
【0110】
撹拌子ガイドの除去により寿命２３２を少し伸ばすことは可能であるが、注意すべきこととして、ガイド部１３４等の撹拌子ガイドは、ドーム部１３０−１、例えば、ドーム頂部１３０−６が撹拌子、例えば、撹拌子１３２と接触するのを有利に防ぐため、それにより、ダイアフラム１３０がつぶれて撹拌子１３２の回転が遅れ、混合能力を喪失するのを防ぐ。言い換えると、ガイド部１３４を有する本例において、寿命２３２に対応する撓み軸１８８に沿ったドーム部１３０−１の撓みの有効範囲は、ベース壁１３８上のドーム頂部１３０−６の最大高度からベース壁１３８上のガイド部１３４の高度までの距離、すなわち、ドーム部１３０−１がガイド部１３４に接触する位置までの距離である。
【0111】
図２８において、曲線２３４は、微小流体分注装置１１０において使用するダイアフラムの初期設計を示したものであり、０．２５ｃｃの流体喪失後に、背圧が理想の背圧範囲２３０の最大背圧、例えば、本例では、−１５ｉｎｃｈ／Ｈ２Ｏよりも大きい背圧を超過するため、理想の背圧範囲２３０に対して望ましくない結果を提供するために示した曲線である。実際、曲線２３６で示されるように、通常、微小流体分注装置１１０ができるだけ迅速に理想の背圧範囲２３０に入り、微小流体分注装置１１０の寿命２３２を通して理想の背圧範囲２３０内に留まるのが望ましい。そのため、所望の背圧基準に達しない初期設計については、曲線２３４で示されるように、ダイアフラムの設計改良は、現在の設計の微小流体分注装置１１０の背圧対流体喪失特徴が寿命２３２中に曲線２３６をより密接に模倣するようにするのが望ましい。
【0112】
本発明に係る流体分注装置の構造は、サイズおよび流体容量において変わる可能性があるが、一般的な構造および操作原理は、同じである。そのため、本分野における技術者であれば認識できるように、図２８の例で示した理想の背圧範囲２３０および曲線２３６は、微小流体分注装置１１０等の微小流体分注装置に特定されるとともに、他の理想の背圧範囲および／または操作曲線を設けて、様々な流体分注装置のサイズおよび流体容量の差を考慮に入れてもよい。
【0113】
図２９Ａ〜Ｃ、図３０Ａ〜Ｃ、および図３１Ａ〜Ｃを参照すると、操作曲線２３６に近づけるために使用されるダイアフラム設計の３つの変化例を示したものであり、図２８に示すように、寿命２３２の間は、理想の背圧範囲２３０の最大背圧、例えば、本例では、−１５ｉｎｃｈ／Ｈ２Ｏよりも小さい背圧を超過する背圧を有さない。図２９Ａ〜Ｃ、図３０Ａ〜Ｃ、および図３１Ａ〜Ｃのそれぞれは、休止状態、すなわち、背圧がない状態の各ダイアフラム１３０、２６０、２８０を示す。
【0114】
各ダイアフラム１３０、２６０、２８０は、最初に、連続した周縁密封面１３１−６に向かい、その後、連続した周縁密封面１３１−６から離れる方向に撓み軸１８８に沿ってつぶれるよう構成され、撓み軸１８８は、連続した周縁密封面１３１−６の平面に対して実質的に垂直である。また、各ダイアフラム１３０、２６０、２８０は、図２８のグラフで示される所定の背圧において各ドーム部１３０−１、２６０−１、２８０−１の撓みを制御する、すなわち、つぶれるよう選択される断面輪郭（例えば、形状および／またはテーパー（taper）および／または厚さ）を有する。
【0115】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、上述したように、水平な向きにおけるダイアフラム１３０を示したものであり、すなわち、連続した周縁密封面１３１−６の平面範囲は、図に示すように、水平である。図２９Ｂおよび図２９Ｃに最も良く示すように、流体喪失中にダイアフラム１３０のつぶれる特徴に影響を与えるダイアフラム１３０の部分は、ドーム撓み部１３０−３、ドーム側壁１３０−４、およびドーム頂部１３０−６である。
【0116】
ドーム撓み部１３０−３は、曲線範囲（curved extent）２４０を有する断面において湾曲したＳ状構造を有する。ドーム側壁１３０−４は、テーパー状の断面輪郭を有し、すなわち、ドーム撓み部１３０−３からドーム移行部１３０−５に向かう方向に壁厚が増加し、且つドーム移行部１３０−５とドーム頂部１３０−６の接合点における垂直軸に対して２２±３度の偏垂直（off-vertical）角度２４４において直線範囲（straight extent）２４２を有する。ドーム移行部１３０−５は、７２±３度の偏垂直角度２４８において直線範囲２４６を有する断面において実質的に均一な厚さ（すなわち、±５％の均一な厚さ）を有する。ドーム頂部１３０−６は、直線範囲２５０を有する断面において実質的に均一な厚さを有し、且つ水平である、すなわち、９０度の偏垂直角度を有するため、ドーム頂部１３０−６の平面範囲は、連続した周縁密封面１３１−６の平面に対して実質的に垂直である。ダイアフラム１３０を構成するエラストマー材料の硬度は、４０±３デュロメータである。この構造は、±５％の背圧変動範囲を有する図２８の圧力対供給可能な流体曲線２３６を達成できることがわかった。
【0117】
図３０Ａ〜図３０Ｃは、上述したダイアフラムの適切な置き換えとして設計されたダイアフラム２６０を示したものである。ダイアフラム２６０は、外周リム１３０−２；ドーム撓み部１３０−３；４つのウェブ部１３０−７、１３０−８、１３０−９、１３０−１０；内周位置決めリム１３１−２、中間内部凹み領域１３１−４；および連続した周縁密封面１３１−６に関して、ダイアフラム１３０と共通する。説明の目的のため、ダイアフラム２６０は、水平の向きにあり、すなわち、連続した周縁密封面１３１−６の平面範囲は、図に示すように、水平である。図３０Ｂおよび図３０Ｃに最も良く示すように、流体喪失中にダイアフラム２６０のつぶれる特徴に影響を与えるダイアフラム２６０の部分は、ドーム撓み部１３０−３、ドーム側壁２６０−４を有するドーム部２６０−１、ドーム移行部２６０−５、およびドーム頂部２６０−６である。
【0118】
ドーム撓み部１３０−３は、曲線範囲２４０を有する断面において湾曲したＳ状構造を有し、ダイアフラム１３０の対応する断面と一致する。
【0119】
ドーム側壁２６０−４は、テーパー状の断面輪郭を有し、すなわち、ドーム撓み部１３０−３からドーム移行部２６０−５に向かう方向に壁厚が増加し、且つドーム移行部２６０−５とドーム頂部２６０−６の接合点における垂直軸に対して１７±３度の偏垂直角度２６４において直線範囲２６２を有する。ドーム側壁２６０−４は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４と断面輪郭が類似しているが、注意すべきこととして、ドーム側壁２６０−４のテーパー量は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４よりも少ない。そのため、ドーム側壁２６０−４は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４よりも薄い断面輪郭を有する。ドーム部のドーム側壁の厚さが変化すると、長さ、例えば、高さに沿ったドーム側壁の弾性、すなわち、伸縮性の変化に影響を与えるため、撓み軸１８８に沿った各ドーム部の撓みに影響を与える。
【0120】
ドーム移行部１３０−５は、厚さが広がる断面においてベル状のフレア部（flared portion）２６８を有する曲線範囲２６６を有する断面において不均一な厚さを有する。曲線範囲２６６は、８０±３度の偏垂直角度２７０において配向される。
【0121】
ドーム頂部２６０−６は、直線範囲２７２を有する断面において実質的に均一な厚さを有し、且つ水平であり、すなわち、９０度の偏垂直角度を有する。ダイアフラム２６０を構成するエラストマー材料の硬度は、５０±３デュロメータである。この構造は、±５％の背圧変動範囲を有する図２８の圧力対供給可能な流体曲線２３６を達成できることがわかった。
【0122】
そのため、ダイアフラム１３０およびダイアフラム２６０のそれぞれは、図２８の圧力対供給可能な流体曲線２３６を達成することができる。しかしながら、ダイアフラム１３０と比較して、ダイアフラム２６０は、ドーム側壁２６０−４の側壁の量を減らすことによって、およびドーム移行部２６０−５の厚さを減らして湾曲したベル形状を適用することによって、より高いデュロメータのエラストマー材料を使用して達成することができる。しかしながら、ダイアフラム２６０の形状が複雑になればなるほど、ダイアフラム１３０よりも製造の複雑性が増える可能性がある。
【0123】
そのため、各ダイアフラムの断面形状の変化は、ドーム移行部の形状の変化、ドーム移行部に向かう方向におけるドーム側壁のテーパー量の変化、およびドーム側壁の厚さの変化のうちの少なくとも１つに影響される。さらに、ドーム側壁の断面輪郭のテーパー／厚さ、およびドーム移行部の形状のうちの少なくとも１つは、各ダイアフラムの製造に使用するために選択されたエラストマー材料のデュロメータの少なくとも一部に基づいて選択される。さらに注意すべきこととして、ドーム側壁とドーム移行部の角度関係の差は、断面輪郭のテーパー／厚さ、および／または形状の変化を収容するために実現される。
【0124】
図３１Ａ〜図３１Ｃは、上述したダイアフラム１３０および／またはダイアフラム２６０の適切な置き換えとして設計されたダイアフラム２８０を示したものである。ダイアフラム２８０は、より高いデュロメータのエラストマー材料を使用すること、およびより薄いドーム側壁２８０−４を有するドーム部２８０−１を使用すること以外は、多くの点でダイアフラム１３０と類似している。説明の目的のため、ダイアフラム２８０は、水平の向きにあり、すなわち、連続した周縁密封面１３１−６の平面範囲は、図に示すように、水平である。図３１Ｂおよび図３１Ｃに最も良く示すように、流体喪失中にダイアフラム２８０のつぶれる特徴に影響を与えるダイアフラム２８０の部分は、ドーム撓み部１３０−３、ドーム側壁２８０−４を有するドーム部２８０−１、ドーム移行部２８０−５、およびドーム頂部２８０−６である。
【0125】
ドーム撓み部１３０−３は、曲線範囲２４０を有する断面において湾曲したＳ状構造を有する。
【0126】
ドーム側壁２８０−４は、テーパー状の断面輪郭を有し、すなわち、ドーム撓み部１３０−３からドーム移行部２８０−５に向かう方向に壁厚が増加し、且つドーム移行部２８０−５とドーム頂部２８０−６の接合点における垂直軸に対して１７±３度の偏垂直角度２８４において直線範囲２８２を有する。ドーム側壁２８０−４は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４またはダイアフラム２６０のドーム側壁２６０−４と断面輪郭が類似しているが、注意すべきこととして、ドーム側壁２８０−４のテーパー量は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４またはダイアフラム２６０のドーム側壁２６０−４のいずれよりも少ない。そのため、ドーム側壁２８０−４は、ダイアフラム１３０のドーム側壁１３０−４またはダイアフラム２６０のドーム側壁２６０−４よりも薄い断面輪郭を有する。
【0127】
ドーム移行部２８０−５は、７７±３度の偏垂直角度２８８において直線範囲２８６を有する断面において実質的に均一な厚さを有する。
【0128】
ドーム頂部２８０−６は、直線範囲２９０を有する断面において実質的に均一な厚さを有し、且つ水平であり、すなわち、９０度の偏垂直角度を有する。
【0129】
ダイアフラム２８０を構成するエラストマー材料の硬度は、５０±３デュロメータである。この構造は、±５％の背圧変動範囲を有する図２８の圧力対供給可能な流体曲線２３６を達成できることがわかった。
【0130】
そのため、ダイアフラム１３０、ダイアフラム２６０、およびダイアフラム２８０のそれぞれは、図２８の圧力対供給可能な流体曲線２３６を達成することができる。しかしながら、ダイアフラム１３０と比較して、ダイアフラム２８０は、ドーム側壁２８０−４の壁厚を減らすことにより、より高いデュロメータのエラストマー材料を使用して、それを達成することができる。したがって、ダイアフラム２８０の構成は、ダイアフラム１３０の設計の製造簡易性を維持しながら、ダイアフラム１３０よりも高いデュロメータ材料を使用することができる。
【0131】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。