注射器和注射器制造方法转让专利
申请号 : CN200580012812.7
文献号 : CN100590039C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 亨利·迪格尔戈里奥 , 约翰·希格森 , 杰弗里·怀特
申请人 : 诺信公司
摘要 :
一种用于容纳流体(30)的注射器(10)，当在使用之前冷冻和解冻时该流体易于形成孔隙。该注射器侧壁(14)的内表面(16)可被粗糙化，以用于防止或显著减轻在流体(30)中的孔隙形成。通过增加侧壁挠性，用于减轻孔隙形成所需的表面粗糙化水平可被降低。可选地，注射器侧壁的挠性可在特殊的厚度范围上操作用于防止或显著减轻流体(30)中的孔隙形成而无需有意地将内表面(16)粗糙化。
权利要求 :
1.一种用于分配流体的注射器，当在分配之前冷冻和解冻时该流 体易于形成孔隙，包括：包括具有向内表面的侧壁的圆筒，所述侧壁的一部分界定出容器 以容纳一定量的所述流体，并且所述侧壁部分的所述向内表面具有多 个轴向延伸凹槽，所述凹槽用于减轻在所述侧壁部分的所述向内表面 和该流体之间的孔隙形成。
2.根据权利要求1所述的注射器，其中所述侧壁的所述向内表面 围绕纵向轴线定中，并且所述凹槽基本平行于所述纵向轴线排列。
3.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，所述凹槽基 本沿着所述圆筒的长度延伸。
4.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，所述凹槽具 有增加该表面的接触面积的截面轮廓，该表面在该接触面积上被该流 体润湿。
5.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，所述凹槽具 有如下截面轮廓中的一种：a)双坡形
b)圆U形
c)方U形
d)半球形
e)细长形
f)V形
g)圆V形
h)新月形，和
I)I形。
6.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，在所述壁的 向内表面的位于所述凹槽之间的表面上形成织构以增加该表面的接触 面积，该表面在该接触面积上被该流体润湿。
7.根据权利要求6所述的注射器，其中该表面织构提供如下平均 表面粗糙度的至少一种：(a)高于0.1微米的平均表面粗糙度；
(b)高于2.5微米的平均表面粗糙度；或(c)从2.5微米到5.1微米的平均表面粗糙度。
8.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，所述侧壁部 分具有一定的挠性并且所述凹槽提供一定的平均表面粗糙度以与所述 侧壁部分的所述挠性相配合以减轻孔隙形成。
9.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，所述侧壁部 分由聚丙烯形成，并且所述侧壁部分具有在0.4826mm和0.635mm范 围内的厚度。
10.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，当分配填充所述容器的流体时能够围绕所述侧壁放置压力套筒。
11.根据权利要求1或2所述的注射器，其特征在于，将冷冻流 体放置在该容器中。
12.一种制造用于分配流体的注射器的方法，当在分配之前冷冻 和解冻时该流体易于形成孔隙，包括：在模子中围绕模芯形成注射器从而注射器的侧壁围绕模芯形成与 该模芯相接触的向内表面；以及将注射器从模芯分离从而模芯上的肋在该向内表面中形成沿长度 方向的凹槽，当流体被冷冻和解冻时，该凹槽用于减轻在向内表面和 流体之间的孔隙形成。
13.根据权利要求12所这的方法，其中形成注射器的步骤还包括：在模芯上设置表面特征并且至少将其添加到与注射器的向内表面 相接触的肋上；和将模芯上的所述表面特征的复制品转移到该向内表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在模芯上设置表面特征的 步骤其特征在于：在模芯上施加一种织构。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过移除模芯而 形成注射器的所述凹槽。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征还在于：围绕模芯的顶端区域设置多个沿着长度方向的肋，并且其中当从 注射器移除该模芯时，注射器的该向内表面被刮擦。
17.一种制造具有流体容器的注射器的方法，包括以下步骤：围绕模芯注模注射器，该模芯具有围绕顶端区域设置的多个沿着 长度方向的肋；和将模芯从注射器抽出，其中所述的肋沿着该流体容体刮擦出多个 凹槽。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于包括以下步骤：在将模芯抽出之前，将具有织构的表面从模芯转换到该流体容器。
19.根据权利要求12-18所述的方法，其特征在于，所述凹槽形成 有如下轮廓中的一种：a)双坡形
b)V形
c)U形
d)半球形
e)新月形，和
f)I形。
说明书 :
技术领域
本发明主要涉及注射器，并且更具体的，涉及用于分配流体的注 射器，该流体被冷冻以用于储存并且在使用前不久从冷冻状态解冻。
背景技术
含有冷冻流体例如预混的可固化液体、环氧树脂、浆糊、触变性 液体和粘结剂的注射器用于包括但不限制于半导体和光电封装应用 中。注射器，传统术语也称为例如药筒、圆筒、管或容器，在冷冻流 体被解冻之后分配该流体。预混粘结剂和浆糊消除了对单个组分进行 操作和称重、混合这些组分所涉及到的脏乱、混合前后用于质量保证 的测试、培训雇员操作危险原材料以及处理危险废弃物的需要。注射 器在室温下被充注流体、在低于流体凝固点的温度下被冷冻，并且在 热绝缘容器中在大约-40℃到大约-80℃的温度(即，在干冰上)从制造 厂商被输送。最终用户在低温冷冻装置中在低于流体凝固点的温度下 储存该冷冻注射器和流体。低温储存延长了工作寿命、延迟老化并且 防止固化，这由此增加或延长了流体的保存限期。在从注射器分配流 体之前不久，最终用户将注射器和流体加热至周边温度。在分配流体 之后，注射器被废弃。
当从冷冻状态解冻时，含有这种冷冻流体的注射器易于发生被称 作冻融孔隙的现象。具体的，当被冷冻时冷冻流体和注射器的尺寸均 减小或收缩。由于形成注射器和流体的材料具有不同的热膨胀系数， 所以产生不均匀收缩。在解冻时，注射器侧壁比容纳于注射器中的流 体冷冻块更快变热。因为注射器侧壁和流体冷冻块并不同时解冻，侧 壁首先膨胀并且从冷冻流体脱离。这种分离在流体冷冻块和侧壁之间 形成充气空间。当流体解冻并且再润湿注射器侧壁的任意区域时，气 泡或气穴被流体区域包围并且因此陷于流体和侧壁之间。所陷气穴， 有人也称为冻融孔隙，对流体的可分配性具有不利的影响。分配夹带 有充气孔隙的流体引起分配不一致性，例如尾渣、液滴、分配孔隙和 重量变化。
对于一些流体，在大多数的流体填充注射器中观察到冻融孔隙的 形成。根据流体的类型，孔隙通过迁移到注射器柱塞附近可以自行缓 和并且可以经过柱塞的周边而被向后传送。对于其它流体，孔隙具有 不变的位置并且不是自行缓和的。因此，或者整个注射器未被使用便 被废弃以避免分配孔隙的危险或者从注射器小心地分配流体而避免分 配孔隙。在后一情形中，仅有一部分的流体被分配并且注射器最终被 废弃，其中未被使用的流体保留在注射器中。
因此期望提供一种用于流体的注射器，其降低或减轻了冻融孔隙 现象。
当从冷冻状态解冻时，含有这种冷冻流体的注射器易于发生被称 作冻融孔隙的现象。具体的，当被冷冻时冷冻流体和注射器的尺寸均 减小或收缩。由于形成注射器和流体的材料具有不同的热膨胀系数， 所以产生不均匀收缩。在解冻时，注射器侧壁比容纳于注射器中的流 体冷冻块更快变热。因为注射器侧壁和流体冷冻块并不同时解冻，侧 壁首先膨胀并且从冷冻流体脱离。这种分离在流体冷冻块和侧壁之间 形成充气空间。当流体解冻并且再润湿注射器侧壁的任意区域时，气 泡或气穴被流体区域包围并且因此陷于流体和侧壁之间。所陷气穴， 有人也称为冻融孔隙，对流体的可分配性具有不利的影响。分配夹带 有充气孔隙的流体引起分配不一致性，例如尾渣、液滴、分配孔隙和 重量变化。
对于一些流体，在大多数的流体填充注射器中观察到冻融孔隙的 形成。根据流体的类型，孔隙通过迁移到注射器柱塞附近可以自行缓 和并且可以经过柱塞的周边而被向后传送。对于其它流体，孔隙具有 不变的位置并且不是自行缓和的。因此，或者整个注射器未被使用便 被废弃以避免分配孔隙的危险或者从注射器小心地分配流体而避免分 配孔隙。在后一情形中，仅有一部分的流体被分配并且注射器最终被 废弃，其中未被使用的流体保留在注射器中。
因此期望提供一种用于流体的注射器，其降低或减轻了冻融孔隙 现象。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种注射器包括带有侧壁的圆筒，该 侧壁具有向内表面。侧壁的一部分形成容器以容纳流体，例如当冷冻 和在分配之前解冻时易于形成孔隙的可固化浆糊或和粘结剂。形成容 器的侧壁部分的向内表面利用能够有效用于在解冻流体中显著降低孔 隙形成的表面粗糙度而被粗糙化。
在本发明的另一个实施例中，提供一种用于制造注射器以分配流 体的方法，当冷冻和在分配之前解冻时该流体易于形成孔隙。该方法 包括在模子中围绕模芯形成注射器从而注射器的侧壁围绕模芯形成与 模芯相接触的向内表面。该方法还包括将注射器从模芯分离从而模芯 上的肋在该向内表面中形成沿长度方向的凹槽，其中该凹槽可有效用 于显著降低当冷冻和解冻时在流体中的孔隙形成程度。
本发明的注射器消除或显著降低了孔隙形成，因为当温度升高到 解冻该冷冻流体时，注射器侧壁的粗糙化内表面增加了在冷冻流体和 该内表面之间的粘附性。结果，并不存在由于冷冻/解冻孔隙而造成的 可分配性问题的可用注射器的产量增加，因为侧壁从冷冻流体的分离 或离层被消除，或者至少被显著降低。当注射器侧壁挠性增加时，用 于消除或至少显著降低孔隙形成所需的表面粗糙度水平可被降低。在 各种变量中，侧壁挠性可依赖于形成侧壁的材料和侧壁厚度。
通过以此方式消除或显著降低孔隙形成，改进了流体的可分配性。 本发明注射器的使用无需最终用户的特别处理和使用后即被废弃。通 过消除或显著降低陷于注射器中的气穴，更少的注射器需被废弃和/或 降低可分配性的孔隙风险被消除或被显著降低。
从所示意实施例的附图及其描述可以清楚本发明的各种目的和优 点。
在本发明的另一个实施例中，提供一种用于制造注射器以分配流 体的方法，当冷冻和在分配之前解冻时该流体易于形成孔隙。该方法 包括在模子中围绕模芯形成注射器从而注射器的侧壁围绕模芯形成与 模芯相接触的向内表面。该方法还包括将注射器从模芯分离从而模芯 上的肋在该向内表面中形成沿长度方向的凹槽，其中该凹槽可有效用 于显著降低当冷冻和解冻时在流体中的孔隙形成程度。
本发明的注射器消除或显著降低了孔隙形成，因为当温度升高到 解冻该冷冻流体时，注射器侧壁的粗糙化内表面增加了在冷冻流体和 该内表面之间的粘附性。结果，并不存在由于冷冻/解冻孔隙而造成的 可分配性问题的可用注射器的产量增加，因为侧壁从冷冻流体的分离 或离层被消除，或者至少被显著降低。当注射器侧壁挠性增加时，用 于消除或至少显著降低孔隙形成所需的表面粗糙度水平可被降低。在 各种变量中，侧壁挠性可依赖于形成侧壁的材料和侧壁厚度。
通过以此方式消除或显著降低孔隙形成，改进了流体的可分配性。 本发明注射器的使用无需最终用户的特别处理和使用后即被废弃。通 过消除或显著降低陷于注射器中的气穴，更少的注射器需被废弃和/或 降低可分配性的孔隙风险被消除或被显著降低。
从所示意实施例的附图及其描述可以清楚本发明的各种目的和优 点。
附图说明
结合在本说明书中并且构成其一个部分的附图示意了本发明实施 例并且与上述发明简述和在下面给出的实施例的详细描述一起，用于 解释本发明的原理。
图1是充有流体的注射器的侧视图；
图2是基本沿着图1注射器圆筒内表面的一部分的线2-2的放大 视图；
图2A是根据本发明可选实施例的类似于图2的视图；
图2B是根据本发明可选实施例的类似于图2和2B的视图；
图3图1注射器的侧视图，具有用于气动地联接注射器和定时器 控制器的适配器；
图4是根据本发明可选实施例的注射器的侧视图；
图5是适用于形成图1注射器的注模设备的概略截面视图；
图6是图5中模芯的一部分的放大视图；
图7是图5所示模子的部件分解视图；
图8类似于图7的另一个部件分解视图；
图9是在模制之后从模芯移除的注射器的截面视图；和
图10是根据本发明可选实施例的注射器的局部截面侧视图。
图1是充有流体的注射器的侧视图；
图2是基本沿着图1注射器圆筒内表面的一部分的线2-2的放大 视图；
图2A是根据本发明可选实施例的类似于图2的视图；
图2B是根据本发明可选实施例的类似于图2和2B的视图；
图3图1注射器的侧视图，具有用于气动地联接注射器和定时器 控制器的适配器；
图4是根据本发明可选实施例的注射器的侧视图；
图5是适用于形成图1注射器的注模设备的概略截面视图；
图6是图5中模芯的一部分的放大视图；
图7是图5所示模子的部件分解视图；
图8类似于图7的另一个部件分解视图；
图9是在模制之后从模芯移除的注射器的截面视图；和
图10是根据本发明可选实施例的注射器的局部截面侧视图。
具体实施方式
参考图1和2，注射器10主要包括具有基本柱形侧壁14的圆筒12， 该侧壁具有沿着纵向轴线18定中的向内的内表面16。侧壁14的渐尖的截 锥区域20收缩到位于喷嘴24中的阶形直径流体出口22，其被示为Luer 锥形孔。喷嘴24适于与适当分配尖端(未示出)的毂相配合。擦拭器或 活塞26设于圆筒12内部，其与侧壁14形成过盈配合以限定容器28，当 填充一定体积的流体30例如可固化液体、浆糊或粘结剂时该容器被占据。 容器28被侧壁14包围并且在容器28中容纳的流体30润湿活塞26的前 端以及内表面16。虽然容器28的最大容量可以改变，容量一般从一(1) cc到七十五(75)cc。凸耳或凸缘32a、b设置在圆筒12的与流体出口22 相对的后端处。注射器喷嘴24和尖端的毂中的互补锥形容器可以是标准 的Luer配件。用于注射器10的普通结构材料为聚合物，包括但不限于聚 丙烯和聚乙烯，以及这些和其它聚合物的混合物和共聚物。
活塞26的非润湿后端可通过向后开口34达到。开口34具有与圆筒 12基本相同的截面轮廓，使得开口34基本为圆筒12的连续部分或端部，， 并且适当地，开口边缘大致对应于圆筒12的垂直于纵向轴线18的截面。 活塞26的周边提供对内表面16的流体密封从而当活塞26被推进以朝向 流体出口22驱动容器28中的流体30时，如果有的话，则只有很少的流 体30向后经过活塞26朝向开口34泄漏。活塞26与内表面16的过盈配 合可被调节从而当朝向流体出口22推进活塞26的作用力被移除或中断 时，从活塞26传递到流体30的任何压力被快速释放。
继续参考图1和2，圆筒12的内表面16包括多个操作用于增加表面 16的接触面积的特征40，在该接触面积上表面16被流体30润湿。在优 选实施例中，特征40具有锯齿或凹槽的形式。流体30在容器28中的部 分填充特征40。接触面积的增加在解冻期间提高了作用于冷冻流体30和 内表面16之间的粘附力。通过其平均表面粗糙度超过用于保持这种流体 30的传统注射器的平均表面粗糙度的粗糙化内表面16实现了接触面积的 增加。典型的传统注射器的平均表面粗糙度被认为大约为0.1微米，这代 表未被粗糙化的注射器表面。表面粗糙度可确定为表面特征的竖直高度的 算术平均偏差或Ra。内表面16的表面粗糙度可利用各种技术测量，包括 但不限于表面轮廓测定法。特征40提供可有效用于防止或至少显著降低 流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平。
特征40在图2中示意成尖角形或“V”形凹槽，但是本发明并不限 制于此。在各种可选实施例中，开槽特征40可以为多种形状或各种形状 和尺寸中的任何一种情形，包括但不限于从平行于纵向轴线18的角度观 察时为双坡(在同一凹槽上有两个斜度)、圆化“U”形、方化“U”形、 半球形、细长形、圆化“V”形、新月形或“C”形、“I”形等形状的截面 轮廓。不希望受到理论的限制，相信具有尖锐边缘特征的截面轮廓可以增 强在冷冻流体30和开槽特征40之间作用的粘附力。所有适当的几何形状 或角度均被认为落入本发明的范围中，例如交叉和/或相互连接的特征40 的网络。
如由凹槽所示意的特征40可延伸内表面16在活塞26和流体出口22 之间的被润湿部分的整个长度和周边，或者可选的，可设置在少于整个内 表面16的区域上。例如，特征40可被限定为沿着表面16长度的非连续 的带，或可选的，可延伸表面16的整个长度但是被限定成围绕表面16的 周边相间隔的角度弧形。特征40具有平均深度或吃水深度d，该深度沿着 径向被测量为在各个特征40最远离纵向轴线18的点和各个相应特征40 的最靠近轴线18的点之间的平均线性距离。特征40可以具有不同的形状， 例如随意的或成排的成形特征40或甚至为按大小排好的特征40的坡度。 特征40可具有任何定向，包括但不限于圆周的、螺旋的和纵向的。在所 示意的实施例中，特征40平行于注射器10的纵向轴线18排列从而沿长 度方向不相交，并且平行的特征40围绕侧壁14的周边均匀地间隔。
再次参考图1和2，由特征40提供以在解冻期间保持在侧壁14和流 体30的冷冻块之间的接触的表面粗糙度水平在各种变量中被认为依赖于 填充容器28的流体30的特征(例如粘度、流变学特征等，)以及侧壁14 的挠性。在各种因素中侧壁14的挠性依赖于在内表面16和外侧壁表面之 间测量的厚度t、构成材料以及由特征40产生的表面粗糙度水平。不希望 受到理论限制，相信增加侧壁14的挠性能够减小侧壁14的有效用于消除 或显著降低孔隙形成的粗糙化水平(即，平均表面粗糙度)并且因此提高 了可用注射器10的产量。如果侧壁由聚丙烯形成，则对于在分配期间观 察到的大约50磅每平方英寸(psi)的典型最大流体压力，侧壁14能够抵 抗断裂所需的最小侧壁厚度被认为是大约15密耳。
在使用时并且继续参考图1-3，通过将流体30通过向后开口34引入 并且然后将活塞26插入或者通过利用活塞26的向后运动将流体30通过 流体出口22吸入容器28中，注射器10的容器28通常在室温或者周边温 度下填充有一定体积的流体30。流体30的部分填充特征40并且润湿特征 40的各个倾斜侧壁。注射器10在低于流体30凝固点的温度下放置在冷冻 环境中并且在适于延长工作寿命的温度下无限期地储存。对于典型的流体 30，注射器10在大约-40℃到大约-80℃范围中的温度下被冷冻和储存，但 是本发明并不限制于此。
当流体30被冷冻到其凝固点或更低温度时，由于热膨胀系数的不同， 侧壁14和流体30以不同的程度收缩。在使用前不久，从冷冻环境中取出 注射器10并且使其升温到周边温度以将冷冻流体30解冻。例如，注射器 10可在台面上放置足以使得流体30升温到周边温度的时间。通过由特征 40引起的增加的表面粗糙度，内表面16的与冷冻流体30相接触的面积增 加。当侧壁14解冻时，所增加的接触面积促进了在内表面16和流体30 的冷冻块之间的粘附性的提高。结果，首先解冻的侧壁14并不远离(即， 离层、脱离或分离)或者至少显著的更加不易于从流体30的冷冻块脱离。 相反，当侧壁14解冻时冷冻流体30保持粘附到内表面16。当冷冻流体 30解冻时，内表面16被解冻的流体30润湿而不会捕获气泡或孔隙。因此， 注射器10防止或至少显著降低了孔隙形成并且由此提高了可用注射器10 的产量。
特别地参考图3，被解冻流体30从注射器10分配到产品例如半导体 包装或光电包装上。为此，注射器10利用适配器42联接到通常包括基于 微处理器的定时器/控制器的气动分配器(未示出)。适配器42具有机械地 联接凸缘32a、b的臂44a、44b并且具有插入向后开口34中的插塞45。 插塞45与内表面16形成密封接合。通过局部位于导管46中并且通过插 塞45延伸到圆筒12中的在适配器42和活塞26之间空间的通道，从定时 器/控制器供给空气压力。利用足够的空气压力对该空间增压克服了由流体 30产生的流体阻力和活塞26的接触面阻力以用于朝向出口22推进活塞 26。当活塞26前进时，朝向出口22驱动一定量的流体30以使其离开出 口22。在分配期间，在活塞26和插塞45之间的顶部空间中增压可以是脉 冲式的。
注射器10可用于分配具有流动特性并且在使用或分配之前当冷冻和 解冻时易于形成孔隙的任何流体30例如液体。在这种类型的流体30中包 括预混的可固化液体、环氧树脂、浆糊、触变性(剪切变稀)液体、粘结 剂和具有从1厘泊(cps)到1,000,000cps变化的粘度的液体。适用于 在注射器10中冷冻储存并且当冷冻和解冻时易于形成孔隙的液体实例包 括但不限于可固化液体、浆糊和粘结剂，例如在商业上可从Ablestik Laboratories(Rancho Dominguez，California)、Dymax Corporation (Torrington，Connecticut)和Henkel Loctite Corporation(Düsseldorf， Germany)获得的半导体、微电子和光电子封装涂剂。
参考图2A，其中相同的参考标记表示与图2中相同的特征，并且根 据本发明的可选实施例，各个特征40可相对于在相邻特征40之间形成的 径向平台或或边缘41凹进或凹入。各个平台41代表圆筒表面16的具有 关于纵向轴线18测得的恒定半径的一部分。本发明考虑到，平台41可在 肋74刮擦(图6)之后由内表面16的材料的弹性恢复产生。可选地，肋 74在内表面16材料中仅穿入有限距离。特征40提供可有效用于防止或者 至少显著降低在流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平并且由此提高了 可用注射器10的产量。
参考图2B，其中相同的参考标记表示与图2A中相同的特征，并且根 据本发明的可选实施例，与特征40相结合，内表面16还可包括在平台41 上由不规则性、缺口、凸起、凹陷、隆起或表面几何形状中的其它任何突 然变化所呈现的特征43。通过形成能够被一定量的流体30润湿或填充的 凹进位置，特征43增加了表面粗糙度和与容器28(图1)中的流体30的 接触面积。所增加的润湿表面或接触面积操作用于增加作用于流体30的 冷冻块和内表面16之间的粘附力。特征40和43提供可有效用于防止或 至少显著降低在流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平并且由此提高了 可用注射器10的产量。本发明考虑到，在另一种可选实施例中特征43还 可被添加到特征40的倾斜壁上。在本发明又一种可选实施例，特征40可 被省去从而仅有特征43对内表面16的表面粗糙度做出贡献。
根据本发明的示例性实施例，注射器10的侧壁14可由聚丙烯构成并 且具有在大约0.4826mm(0.019″)到大约0.635mm(0.025″)范围中的厚 度。内表面16可具有在大约2.5μm到大约5.1μm范围中的表面粗糙度 (Ra)，其中特征43对总体表面粗糙度做出大约1.4μm到大约1.8μm的 贡献，而特征40对总体表面粗糙度做出余下的贡献。
参考图4，其中相同的参考标记表示与图1和2中相同的特征，并且 根据本发明的可选实施例，注射器48包括不具有靠近向后开口34a的凸 耳或凸缘的圆筒12a，但在其它方面类似于注射器10。虽然注射器48的 最大容量可以改变，典型的容量从大约2.5液量盎司到大约32液量盎司。 其中形成流体出口22a的喷嘴24a适于与适当尖端(未示出)的毂相配合。 注射器48的内表面16a具有由如上关于注射器10的内表面16所述并且 如在图2、2A和2B中示意的特征40和/或特征43所提供的表面粗糙度(未 示出)。
参考图5和6，特征40和/或特征43可通过多种不同的技术，例如在 从注模机50排出时形成在侧壁14的内表面16中。模制机50包括加热的 圆筒52和螺杆54，用于熔化、搅拌和将在圆筒52中加热的熔融聚合物 56泵送到模子58中。小球或粉末形式的固态聚合物树脂59从料斗60被 供给到圆筒52中并且利用从加热器62的传导作用所传递的热量而熔化以 产生熔融聚合物。螺杆54的旋转，与任意的轴向往复运动一起，搅拌并 且注入熔融聚合物56。任意地，模制机50可利用液压操作的撞头或柱塞 61以将熔融聚合物注入到模子58中。被螺杆驱动的熔融聚合物在喷嘴64 汇集并且通过浇口衬瓦被注入模子58中的通道69的网络中。在注入聚合 物期间，由移动压板66和固定压板68构成的夹紧单元将模子58保持在 一起。
模芯70具有带有沿着长度方向的肋74的顶端区域72。模芯70是非 消耗构件，其在随后的模制循环中重复使用以形成后续的注射器10。熔融 聚合物56从通道69的网络供给到在模子58和模芯70之间形成的开放空 间中。该开放空间的形状类似注射器10的最终形状。顶端区域72中的肋 74仅沿着模芯70的外表面76的一个窄带延伸并且以基本均匀的角度间距 沿着周边相间隔。肋74可通过例如激光加工而被直接形成在表面76中， 或者可选地可被形成于单独的金属带中，然后该金属带被接附到模芯70 的光滑表面。
为了在注射器10的内表面16中形成特征43，模芯70的表面76还 可包括由不规则性、缺口、凸起、凹陷、隆起或表面几何形状中的其它任 何突然变化形成的表面特征77。从表面特征77传递到内表面16所形成的 注射器10中的特征43的形状可类似于或者与模芯70中的表面特征77有 关。例如，特征43可以比相应表面特征77的深度更浅。表面特征43与 特征40相结合一起形成作为内表面16特征的表面粗糙度。
可通过电子放电加工(EDM)而在模芯70的表面76上将表面特征 77形成为例如表面织构。用于形成表面特征77的表面织构实例如由 Mold-Worldwide)指定的具有0.0045″的平均特征深度的MT-11050 表面织构。本发明考虑到，可从模芯70省去肋74从而当将模制后的注射 器10从模芯70移除时不形成特征40。在此情形，仅有表面特征77存在 于模芯70上，并且因此，仅有特征43被形成在内表面16上。在某些实 施例中，可将模芯70制成为可折叠的从而从模芯70移除注射器10不会 使特征43变得光滑或者改变该特征。改变表面织构形成水平可以改变表 面特征77的尺寸，这可由此降低或增加传递到内表面16的特征43的尺 寸。
参考图7-9，在注射器10冷却和固化之后，从模子58取出模芯70 并且将注射器10从模芯70移除或分离。可通过将凸缘32a、b与固件71 相接触并且移动固件71从而注射器10滑离模芯70而完成移除。当将注 射器10从模芯70移除时，在顶端区域72和表面16之间保持有紧密的接 触。由模芯70的沿着承载注射器10的长度的基本均匀直径而形成该紧密 接触。当将注射器10从模芯70移除时，肋74沿其长度刮擦侧壁14的内 表面16，使其具有特征40，该特征40具有与肋74互补的或者类似的形 状和尺寸。结果，在顶端区域72中的肋74的轮廓作为沿长度方向延伸的 和沿周边方向相间隔的特征40被传递到注射器10侧壁14的内表面16的 相同延伸带。在注射器10中的被刮擦特征40具有基本均匀的吃水深度或 深度，其等于或者与模芯70的相邻肋74之间的凹槽深度成比例。当从模 芯70移除时，注射器10可能比室温更热，这有助于形成特征40。联结到 注射器10的行进件79也被移除。在用流体30填充容器28之前或之后， 将活塞26(图1)插入圆筒12的开口后端。
以此方式形成特征40是不会产生碎屑、产生极小量的碎屑或者产生 不会不利地影响到分配过程(即，足够细小以能够通过流体流路中的最小 直径限制部分)的相对干净的操作。具体的，当将注射器10从模芯70移 除时，通过在内表面16上刮擦以移位或者切入或凿入构成聚合物中，肋 74形成特征40。这与其它开槽或粗糙化方法不同，这些其它方法从表面 16移除材料以形成特征40并且因此产生污染物或碎屑。
在本发明的可选实施例中，侧壁14的内表面16可利用适于增加流体 30与侧壁14的粘附性的任何特征而被粗糙化或形成织构。在这些可选实 施例中的特征可具有不同于特征40和/或特征43的外观、形状和尺寸。例 如，这些特征可具有任意形状例如通过利用插入圆筒12中并且通过滑动 往复和旋转的刷子或其它硬毛物体在内表面16上形成织构而产生。作为 另一个例子，内表面16可被喷沙或喷珠。由于形成该特征而产生的任何 碎屑或污染物可利用后续成形清洁操作去除。在本发明其它实施例中，可 将表面16暴露于等离子体，根据等离子体处理的具体特征，等离子体能 够化学地和/或物理地改变表面特性。在本发明的又一个实施例中，可利用 水性蚀刻剂通过化学蚀刻将表面16粗糙化。
根据本发明的可选实施例并且参考图10，其中相同的附图标记表示 图1和2中的相同特征，在分配过程中可围绕注射器10的圆筒12的外部 设置外套或压力套筒80。一般地，套筒80和侧壁14同心地布置并且在共 同延伸的柱形表面处接触从而在其间形成支撑界面。使用套筒80降低了 在流体分配期间当通过向活塞26施加作用力以朝向出口22驱动流体30 以使不可压缩流体30增压时，由于在注射器10中产生的向外作用力而使 得侧壁破裂的风险。
机械致动器例如手持式抢的柱塞撞头90被插入向后的注射器开口34 中并且联接到活塞26的后端。致动器的向前运动推进柱塞撞头90和活塞 26并且由此朝向注射器10的出口22向前驱动流体30。本领域普通技术 人员将认识到在活塞26上方的空间中提供的空气压力可被用于分配由注 射器10容纳的流体30，如上关于图3所述。
对于其中侧壁14具有可能易于发生侧壁破裂的厚度的那些情形，使 用套筒80是适当的。本发明也考虑了其它增强结构和装置。由于引入特 征40(图2、2A、2B)和/或特征43(图2B)可以使得侧壁的厚度降低。
虽然通过描述各个实施例示意出本发明并且虽然非常详细地描述了 这些实施例，本申请人并非意在如此具体地缩小或以任何方式限制所附权 利要求的范围。本领域普通技术人员可以想到其它的优点和改变。因此本 发明在其广义上不限制于所示和所描述的具体细节、代表性方法和示意性 实例。相应的，在不背离本申请人的一般发明构思的前提下可对这种细节 做出改变。
活塞26的非润湿后端可通过向后开口34达到。开口34具有与圆筒 12基本相同的截面轮廓，使得开口34基本为圆筒12的连续部分或端部，， 并且适当地，开口边缘大致对应于圆筒12的垂直于纵向轴线18的截面。 活塞26的周边提供对内表面16的流体密封从而当活塞26被推进以朝向 流体出口22驱动容器28中的流体30时，如果有的话，则只有很少的流 体30向后经过活塞26朝向开口34泄漏。活塞26与内表面16的过盈配 合可被调节从而当朝向流体出口22推进活塞26的作用力被移除或中断 时，从活塞26传递到流体30的任何压力被快速释放。
继续参考图1和2，圆筒12的内表面16包括多个操作用于增加表面 16的接触面积的特征40，在该接触面积上表面16被流体30润湿。在优 选实施例中，特征40具有锯齿或凹槽的形式。流体30在容器28中的部 分填充特征40。接触面积的增加在解冻期间提高了作用于冷冻流体30和 内表面16之间的粘附力。通过其平均表面粗糙度超过用于保持这种流体 30的传统注射器的平均表面粗糙度的粗糙化内表面16实现了接触面积的 增加。典型的传统注射器的平均表面粗糙度被认为大约为0.1微米，这代 表未被粗糙化的注射器表面。表面粗糙度可确定为表面特征的竖直高度的 算术平均偏差或Ra。内表面16的表面粗糙度可利用各种技术测量，包括 但不限于表面轮廓测定法。特征40提供可有效用于防止或至少显著降低 流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平。
特征40在图2中示意成尖角形或“V”形凹槽，但是本发明并不限 制于此。在各种可选实施例中，开槽特征40可以为多种形状或各种形状 和尺寸中的任何一种情形，包括但不限于从平行于纵向轴线18的角度观 察时为双坡(在同一凹槽上有两个斜度)、圆化“U”形、方化“U”形、 半球形、细长形、圆化“V”形、新月形或“C”形、“I”形等形状的截面 轮廓。不希望受到理论的限制，相信具有尖锐边缘特征的截面轮廓可以增 强在冷冻流体30和开槽特征40之间作用的粘附力。所有适当的几何形状 或角度均被认为落入本发明的范围中，例如交叉和/或相互连接的特征40 的网络。
如由凹槽所示意的特征40可延伸内表面16在活塞26和流体出口22 之间的被润湿部分的整个长度和周边，或者可选的，可设置在少于整个内 表面16的区域上。例如，特征40可被限定为沿着表面16长度的非连续 的带，或可选的，可延伸表面16的整个长度但是被限定成围绕表面16的 周边相间隔的角度弧形。特征40具有平均深度或吃水深度d，该深度沿着 径向被测量为在各个特征40最远离纵向轴线18的点和各个相应特征40 的最靠近轴线18的点之间的平均线性距离。特征40可以具有不同的形状， 例如随意的或成排的成形特征40或甚至为按大小排好的特征40的坡度。 特征40可具有任何定向，包括但不限于圆周的、螺旋的和纵向的。在所 示意的实施例中，特征40平行于注射器10的纵向轴线18排列从而沿长 度方向不相交，并且平行的特征40围绕侧壁14的周边均匀地间隔。
再次参考图1和2，由特征40提供以在解冻期间保持在侧壁14和流 体30的冷冻块之间的接触的表面粗糙度水平在各种变量中被认为依赖于 填充容器28的流体30的特征(例如粘度、流变学特征等，)以及侧壁14 的挠性。在各种因素中侧壁14的挠性依赖于在内表面16和外侧壁表面之 间测量的厚度t、构成材料以及由特征40产生的表面粗糙度水平。不希望 受到理论限制，相信增加侧壁14的挠性能够减小侧壁14的有效用于消除 或显著降低孔隙形成的粗糙化水平(即，平均表面粗糙度)并且因此提高 了可用注射器10的产量。如果侧壁由聚丙烯形成，则对于在分配期间观 察到的大约50磅每平方英寸(psi)的典型最大流体压力，侧壁14能够抵 抗断裂所需的最小侧壁厚度被认为是大约15密耳。
在使用时并且继续参考图1-3，通过将流体30通过向后开口34引入 并且然后将活塞26插入或者通过利用活塞26的向后运动将流体30通过 流体出口22吸入容器28中，注射器10的容器28通常在室温或者周边温 度下填充有一定体积的流体30。流体30的部分填充特征40并且润湿特征 40的各个倾斜侧壁。注射器10在低于流体30凝固点的温度下放置在冷冻 环境中并且在适于延长工作寿命的温度下无限期地储存。对于典型的流体 30，注射器10在大约-40℃到大约-80℃范围中的温度下被冷冻和储存，但 是本发明并不限制于此。
当流体30被冷冻到其凝固点或更低温度时，由于热膨胀系数的不同， 侧壁14和流体30以不同的程度收缩。在使用前不久，从冷冻环境中取出 注射器10并且使其升温到周边温度以将冷冻流体30解冻。例如，注射器 10可在台面上放置足以使得流体30升温到周边温度的时间。通过由特征 40引起的增加的表面粗糙度，内表面16的与冷冻流体30相接触的面积增 加。当侧壁14解冻时，所增加的接触面积促进了在内表面16和流体30 的冷冻块之间的粘附性的提高。结果，首先解冻的侧壁14并不远离(即， 离层、脱离或分离)或者至少显著的更加不易于从流体30的冷冻块脱离。 相反，当侧壁14解冻时冷冻流体30保持粘附到内表面16。当冷冻流体 30解冻时，内表面16被解冻的流体30润湿而不会捕获气泡或孔隙。因此， 注射器10防止或至少显著降低了孔隙形成并且由此提高了可用注射器10 的产量。
特别地参考图3，被解冻流体30从注射器10分配到产品例如半导体 包装或光电包装上。为此，注射器10利用适配器42联接到通常包括基于 微处理器的定时器/控制器的气动分配器(未示出)。适配器42具有机械地 联接凸缘32a、b的臂44a、44b并且具有插入向后开口34中的插塞45。 插塞45与内表面16形成密封接合。通过局部位于导管46中并且通过插 塞45延伸到圆筒12中的在适配器42和活塞26之间空间的通道，从定时 器/控制器供给空气压力。利用足够的空气压力对该空间增压克服了由流体 30产生的流体阻力和活塞26的接触面阻力以用于朝向出口22推进活塞 26。当活塞26前进时，朝向出口22驱动一定量的流体30以使其离开出 口22。在分配期间，在活塞26和插塞45之间的顶部空间中增压可以是脉 冲式的。
注射器10可用于分配具有流动特性并且在使用或分配之前当冷冻和 解冻时易于形成孔隙的任何流体30例如液体。在这种类型的流体30中包 括预混的可固化液体、环氧树脂、浆糊、触变性(剪切变稀)液体、粘结 剂和具有从1厘泊(cps)到1,000,000cps变化的粘度的液体。适用于 在注射器10中冷冻储存并且当冷冻和解冻时易于形成孔隙的液体实例包 括但不限于可固化液体、浆糊和粘结剂，例如在商业上可从Ablestik Laboratories(Rancho Dominguez，California)、Dymax Corporation (Torrington，Connecticut)和Henkel Loctite Corporation(Düsseldorf， Germany)获得的半导体、微电子和光电子封装涂剂。
参考图2A，其中相同的参考标记表示与图2中相同的特征，并且根 据本发明的可选实施例，各个特征40可相对于在相邻特征40之间形成的 径向平台或或边缘41凹进或凹入。各个平台41代表圆筒表面16的具有 关于纵向轴线18测得的恒定半径的一部分。本发明考虑到，平台41可在 肋74刮擦(图6)之后由内表面16的材料的弹性恢复产生。可选地，肋 74在内表面16材料中仅穿入有限距离。特征40提供可有效用于防止或者 至少显著降低在流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平并且由此提高了 可用注射器10的产量。
参考图2B，其中相同的参考标记表示与图2A中相同的特征，并且根 据本发明的可选实施例，与特征40相结合，内表面16还可包括在平台41 上由不规则性、缺口、凸起、凹陷、隆起或表面几何形状中的其它任何突 然变化所呈现的特征43。通过形成能够被一定量的流体30润湿或填充的 凹进位置，特征43增加了表面粗糙度和与容器28(图1)中的流体30的 接触面积。所增加的润湿表面或接触面积操作用于增加作用于流体30的 冷冻块和内表面16之间的粘附力。特征40和43提供可有效用于防止或 至少显著降低在流体30中的孔隙形成的表面粗糙度水平并且由此提高了 可用注射器10的产量。本发明考虑到，在另一种可选实施例中特征43还 可被添加到特征40的倾斜壁上。在本发明又一种可选实施例，特征40可 被省去从而仅有特征43对内表面16的表面粗糙度做出贡献。
根据本发明的示例性实施例，注射器10的侧壁14可由聚丙烯构成并 且具有在大约0.4826mm(0.019″)到大约0.635mm(0.025″)范围中的厚 度。内表面16可具有在大约2.5μm到大约5.1μm范围中的表面粗糙度 (Ra)，其中特征43对总体表面粗糙度做出大约1.4μm到大约1.8μm的 贡献，而特征40对总体表面粗糙度做出余下的贡献。
参考图4，其中相同的参考标记表示与图1和2中相同的特征，并且 根据本发明的可选实施例，注射器48包括不具有靠近向后开口34a的凸 耳或凸缘的圆筒12a，但在其它方面类似于注射器10。虽然注射器48的 最大容量可以改变，典型的容量从大约2.5液量盎司到大约32液量盎司。 其中形成流体出口22a的喷嘴24a适于与适当尖端(未示出)的毂相配合。 注射器48的内表面16a具有由如上关于注射器10的内表面16所述并且 如在图2、2A和2B中示意的特征40和/或特征43所提供的表面粗糙度(未 示出)。
参考图5和6，特征40和/或特征43可通过多种不同的技术，例如在 从注模机50排出时形成在侧壁14的内表面16中。模制机50包括加热的 圆筒52和螺杆54，用于熔化、搅拌和将在圆筒52中加热的熔融聚合物 56泵送到模子58中。小球或粉末形式的固态聚合物树脂59从料斗60被 供给到圆筒52中并且利用从加热器62的传导作用所传递的热量而熔化以 产生熔融聚合物。螺杆54的旋转，与任意的轴向往复运动一起，搅拌并 且注入熔融聚合物56。任意地，模制机50可利用液压操作的撞头或柱塞 61以将熔融聚合物注入到模子58中。被螺杆驱动的熔融聚合物在喷嘴64 汇集并且通过浇口衬瓦被注入模子58中的通道69的网络中。在注入聚合 物期间，由移动压板66和固定压板68构成的夹紧单元将模子58保持在 一起。
模芯70具有带有沿着长度方向的肋74的顶端区域72。模芯70是非 消耗构件，其在随后的模制循环中重复使用以形成后续的注射器10。熔融 聚合物56从通道69的网络供给到在模子58和模芯70之间形成的开放空 间中。该开放空间的形状类似注射器10的最终形状。顶端区域72中的肋 74仅沿着模芯70的外表面76的一个窄带延伸并且以基本均匀的角度间距 沿着周边相间隔。肋74可通过例如激光加工而被直接形成在表面76中， 或者可选地可被形成于单独的金属带中，然后该金属带被接附到模芯70 的光滑表面。
为了在注射器10的内表面16中形成特征43，模芯70的表面76还 可包括由不规则性、缺口、凸起、凹陷、隆起或表面几何形状中的其它任 何突然变化形成的表面特征77。从表面特征77传递到内表面16所形成的 注射器10中的特征43的形状可类似于或者与模芯70中的表面特征77有 关。例如，特征43可以比相应表面特征77的深度更浅。表面特征43与 特征40相结合一起形成作为内表面16特征的表面粗糙度。
可通过电子放电加工(EDM)而在模芯70的表面76上将表面特征 77形成为例如表面织构。用于形成表面特征77的表面织构实例如由 Mold-Worldwide)指定的具有0.0045″的平均特征深度的MT-11050 表面织构。本发明考虑到，可从模芯70省去肋74从而当将模制后的注射 器10从模芯70移除时不形成特征40。在此情形，仅有表面特征77存在 于模芯70上，并且因此，仅有特征43被形成在内表面16上。在某些实 施例中，可将模芯70制成为可折叠的从而从模芯70移除注射器10不会 使特征43变得光滑或者改变该特征。改变表面织构形成水平可以改变表 面特征77的尺寸，这可由此降低或增加传递到内表面16的特征43的尺 寸。
参考图7-9，在注射器10冷却和固化之后，从模子58取出模芯70 并且将注射器10从模芯70移除或分离。可通过将凸缘32a、b与固件71 相接触并且移动固件71从而注射器10滑离模芯70而完成移除。当将注 射器10从模芯70移除时，在顶端区域72和表面16之间保持有紧密的接 触。由模芯70的沿着承载注射器10的长度的基本均匀直径而形成该紧密 接触。当将注射器10从模芯70移除时，肋74沿其长度刮擦侧壁14的内 表面16，使其具有特征40，该特征40具有与肋74互补的或者类似的形 状和尺寸。结果，在顶端区域72中的肋74的轮廓作为沿长度方向延伸的 和沿周边方向相间隔的特征40被传递到注射器10侧壁14的内表面16的 相同延伸带。在注射器10中的被刮擦特征40具有基本均匀的吃水深度或 深度，其等于或者与模芯70的相邻肋74之间的凹槽深度成比例。当从模 芯70移除时，注射器10可能比室温更热，这有助于形成特征40。联结到 注射器10的行进件79也被移除。在用流体30填充容器28之前或之后， 将活塞26(图1)插入圆筒12的开口后端。
以此方式形成特征40是不会产生碎屑、产生极小量的碎屑或者产生 不会不利地影响到分配过程(即，足够细小以能够通过流体流路中的最小 直径限制部分)的相对干净的操作。具体的，当将注射器10从模芯70移 除时，通过在内表面16上刮擦以移位或者切入或凿入构成聚合物中，肋 74形成特征40。这与其它开槽或粗糙化方法不同，这些其它方法从表面 16移除材料以形成特征40并且因此产生污染物或碎屑。
在本发明的可选实施例中，侧壁14的内表面16可利用适于增加流体 30与侧壁14的粘附性的任何特征而被粗糙化或形成织构。在这些可选实 施例中的特征可具有不同于特征40和/或特征43的外观、形状和尺寸。例 如，这些特征可具有任意形状例如通过利用插入圆筒12中并且通过滑动 往复和旋转的刷子或其它硬毛物体在内表面16上形成织构而产生。作为 另一个例子，内表面16可被喷沙或喷珠。由于形成该特征而产生的任何 碎屑或污染物可利用后续成形清洁操作去除。在本发明其它实施例中，可 将表面16暴露于等离子体，根据等离子体处理的具体特征，等离子体能 够化学地和/或物理地改变表面特性。在本发明的又一个实施例中，可利用 水性蚀刻剂通过化学蚀刻将表面16粗糙化。
根据本发明的可选实施例并且参考图10，其中相同的附图标记表示 图1和2中的相同特征，在分配过程中可围绕注射器10的圆筒12的外部 设置外套或压力套筒80。一般地，套筒80和侧壁14同心地布置并且在共 同延伸的柱形表面处接触从而在其间形成支撑界面。使用套筒80降低了 在流体分配期间当通过向活塞26施加作用力以朝向出口22驱动流体30 以使不可压缩流体30增压时，由于在注射器10中产生的向外作用力而使 得侧壁破裂的风险。
机械致动器例如手持式抢的柱塞撞头90被插入向后的注射器开口34 中并且联接到活塞26的后端。致动器的向前运动推进柱塞撞头90和活塞 26并且由此朝向注射器10的出口22向前驱动流体30。本领域普通技术 人员将认识到在活塞26上方的空间中提供的空气压力可被用于分配由注 射器10容纳的流体30，如上关于图3所述。
对于其中侧壁14具有可能易于发生侧壁破裂的厚度的那些情形，使 用套筒80是适当的。本发明也考虑了其它增强结构和装置。由于引入特 征40(图2、2A、2B)和/或特征43(图2B)可以使得侧壁的厚度降低。
虽然通过描述各个实施例示意出本发明并且虽然非常详细地描述了 这些实施例，本申请人并非意在如此具体地缩小或以任何方式限制所附权 利要求的范围。本领域普通技术人员可以想到其它的优点和改变。因此本 发明在其广义上不限制于所示和所描述的具体细节、代表性方法和示意性 实例。相应的，在不背离本申请人的一般发明构思的前提下可对这种细节 做出改变。