-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Spender und genauer einen pneumatischen Spender, der den Rückfluss zum Zeitpunkt der Abgabe einer Flüssigkeit durch Verwendung einer Beule begrenzt.
-
Stand der Technik
-
Ein Beispiel für einen Spender, der eine Flüssigkeit abgibt, schließt einen Tintenstrahl-Druckkopf ein. Der Tintenstrahl-Druckkopf kann als ein Thermoblasen-Tintenstrahl-Druckkopf und ein piezoelektrischer Tintenstrahl-Druckkopf klassifiziert werden.
-
Beim Thermoblasen-Tintenstrahl-Druckkopf strömen die Blasen, wenn sie in einer Heizvorrichtung erzeugt wurden, zurück in eine Richtung, die einem Flüssigkeitsauslass (zum Beispiel einer Düse des Tintenstrahl-Druckkopfs) entgegengesetzt ist.
-
Beim piezoelektrischen Tintenstrahl-Druckkopf strömt die Flüssigkeit in die Richtung, die der Flüssigkeitsauslass-Düse entgegengesetzt ist, selbst in einer Verfahrensweise des Drückens einer dünnen Schicht, die mit einer Kammer verbunden ist, zurück.
-
Ein Spender, der die Flüssigkeit abgibt, d. h. der Tintenstrahl-Druckkopf, ist mit einer Durchflussmengenregelungsvorrichtung (einem Drosselkörper oder Hals) in einem Strömungspfad ausgestattet, der mit einer Flüssigkeitsabgabeeinheit verbunden ist, um so den Rückfluss der Blasen oder der Flüssigkeit zu unterdrücken.
-
Zum Beispiel erhöht die Durchflussmengenregelungsvorrichtung den Strömungswiderstand in einer Rückflussrichtung durch Bilden eines Strömungspfads in einer Rückflussrichtung der Flüssigkeit, der eine relativ kleinere Querschnittsfläche hat als ein Strömungspfad in einer Auslassrichtung der Flüssigkeit, um so die Rückströmung der Flüssigkeit zu unterdrücken.
-
Als solcher wird der Spender im Falle der Verwendung der Durchflussmengen-Regelungsvorrichtung zum Bilden der kleineren Querschnittsfläche des Strömungspfads eingeschränkt verwendet, abhängig von der Größe winziger Partikel oder Zellen, die in eine abgelassenen Flüssigkeit eingeschlossen sind. Das heißt, im Spender können die winzigen Partikel eine Lücke zwischen der Flüssigkeitszuführeinheit und einer Druckkammer blockieren.
-
Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der in diesem Land einer Person mit durchschnittlichem Fachwissen bereits bekannt ist.
-
Offenbarung
-
Technisches Problem
-
Die vorliegende Erfindung wurde in dem Versuch durchgeführt, einen pneumatischen Spender bereitzustellen, der den Vorteil hat, eine Flüssigkeit, die winzige Partikel einschließt, in einer präzisen Menge abzugeben.
-
Technische Lösung
-
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Versuch vorgenommen, einen pneumatischen Spender bereitzustellen, der die anderen Vorteile hat, einfach strukturiert, kostengünstig und für die Massenproduktion geeignet zu sein.
-
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen pneumatischen Spender bereit, der folgendes einschließt: eine erste Platte, die eine Flüssigkeitszuführeinheit einschließt, eine erste Kammer, die mit der Flüssigkeitszuführeinheit verbunden ist, und eine Flüssigkeitsablasseinheit, die mit der ersten Kammer verbunden ist, eine flexible Membran, die mindestens auf der ersten Kammer der ersten Platte installiert ist und eine Seite der ersten Kammer bildet, eine zweite Platte, die eine zweite Kammer auf einer Seite einschließt, die gegenüber der ersten Kammer liegt, während sie der ersten Platte zugewandt ist, wobei die flexible Membran dazwischen angeordnet ist, und eine Beule, die durch das Herausragen der Flüssigkeitszuführeinheit zur flexiblen Membran hin gebildet wird.
-
Die flexible Membran kann in Übereinstimmung mit der ersten Platte und der zweiten Platte gebildet sein. Die flexible Membran kann eine Befestigungseinheit einschließen, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte befestigt ist, und eine Antriebseinheit, die einen Pumpvorgang zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer ausführt. Die flexible Membran kann aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt sein.
-
Die erste Kammer, die eine Seite der Antriebseinheit ist, kann eine Flüssigkeitskammer bilden, die eine Flüssigkeit liefert und abgibt; und eine zweite Kammer, die die andere Seite der Antriebseinheit ist, kann eine pneumatische Kammer bilden, die Unterdruck und Überdruck bildet.
-
Die erste Kammer und die zweite Kammer können dieselbe Fläche auf derselben Mittellinie haben. Die erste Kammer besteht aus einer zylindrischen Aushöhlung, und die Beule kann in Übereinstimmung mit der Mitte der flexiblen Membran zylindrisch herausragen.
-
Ausgehend von dem Boden der ersten Kammer kann eine herausragende Höhe der Beule geringer sein als eine Aushöhlungshöhe der ersten Kammer.
-
Die Flüssigkeitszuführeinheit schließt einen Einlass ein, der mit der ersten Kammer verbunden ist, und die Beule ragt vom Boden der ersten Kammer bis zur flexiblen Membran, um den Einlass zur flexiblen Membran hin zu verlängern. Die Flüssigkeitsablasseinheit schließt einen Auslass ein, der mit der ersten Kammer verbunden ist, und die erste Kammer schließt weiter einen Strömungspfad ein, der mit dem Auslass verbunden ist.
-
Vorteilhafte Auswirkungen
-
Wie oben beschrieben, wird die Flüssigkeit gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Beule gebildet wird, durch Herausragen der Flüssigkeitszuführeinheit zur flexiblen Membran hin und Hindern der Flüssigkeit am Zurückfließen durch Blockierung der Flüssigkeitszuführeinheit mit der flexiblen Membran zum Zeitpunkt des Ablassen der Flüssigkeit, durch sekundäre Verformung der flexiblen Membran abgelassen, um so die Flüssigkeit, die winzige Partikel enthält, quantitativ abzulassen.
-
Weiter können, da der pneumatische Spender einer exemplarischen Ausführungsform es dem pneumatischen Druck (Unterdruck und Überdruck) ermöglicht, ohne Verwendung eines elektrischen Geräts auf die zweite Kammer einzuwirken, eine einfache Struktur, ein niedriger Preis und Massenproduktion ermöglicht werden.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen Spenders gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des pneumatischen Spenders in 1.
-
3 ist eine Draufsicht einer ersten Kammer in einer ersten Platte.
-
4 ist eine perspektivische Teilansicht eines Strömungspfads, der mit einer ersten Kammer in einer ersten Platte verbunden ist.
-
5 ist eine vergrößerte Draufsicht einer Beule und eines Einlasses in eine erste Kammer.
-
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsablasseinheit in einer ersten Platte.
-
Die 7 bis 9 sind Diagramme, die einen Arbeitszustand des pneumatischen Spenders in 1 darstellen.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden genauer mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin exemplarische Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Wie der Fachmann erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Geist oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Zeichnungen und die Beschreibung sind als darstellend und nicht als einschränkend zu betrachten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen Spenders gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des pneumatischen Spenders in 1. Mit Bezug auf die 1 und 2 ist der pneumatische Spender 1 ausgebildet, um eine Flüssigkeit und eine andere Flüssigkeit, die winzige Partikel oder Zellen einschließt, quantitativ abzulassen. Zum Beispiel schließt der pneumatische Spender 1 eine erste Platte 10, eine flexible Membran 20, eine zweite Platte 30 und eine Beule 40 ein.
-
Die erste Platte 10 und die zweite Platte 30 sind miteinander verbunden, wobei die flexible Membran 20 dazwischen angeordnet ist. Die erste Platte 10 ist ausgebildet, um eine Flüssigkeit zuzuführen und abzulassen. Die zweite Platte 30 ist ausgebildet, um pneumatischen Druck (Unterdruck und Überdruck) auf die flexible Membran 20 auszuüben.
-
Zum Beispiel schließt die erste Platte 10 eine Flüssigkeitszuführeinheit 11, eine erste Kammer C1 und eine Flüssigkeitsablasseinheit 12 ein und bildet einen Körper des pneumatischen Spenders 1. Die zweite Platte 30 bildet eine zweite Kammer C2, die der ersten Kammer C1 entspricht.
-
Die flexible Membran 20 ist auf der ersten Platte 10 installiert und bildet eine Seite der ersten Kammer C1. Die flexible Membran 20 ist mindestens installiert, um der ersten Kammer C1 zugewandt zu liegen.
-
In der exemplarischen Ausführungsform ist die flexible Membran 20 gebildet, um der ersten Platte 10 und der zweiten Platte 30 zugewandt zu liegen. Das heißt, die flexible Membran 20 hat dieselbe Fläche wie die erste Platte 10 und die zweite Platte 30 in einem zusammengebauten Zustand.
-
Die flexible Membran 20 schließt eine Befestigungseinheit 21 und eine Antriebseinheit 22 ein. Die Befestigungseinheit 21 ist zwischen der ersten Platte 10 und der zweiten Platte 30 befestigt, die einander zugewandt liegen. Die Antriebseinheit 22 ist zwischen der ersten Kammer C1 und der zweiten Kammer C2 angeordnet. Die Antriebseinheit 22 bewegt sich zur ersten Kammer C1 und zur zweiten Kammer C2 hin, um einen Pumpvorgang durchzuführen.
-
Die flexible Membran 20 kann zum Beispiel aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt sein,
-
Die flexible Membran 20 bestimmt gegenüberliegende Seiten der ersten Kammer C1 und der zweiten Kammer C2 zwischen der ersten Platte 10 beziehungsweise der zweiten Platte 30. Die Antriebseinheit 22 und die erste Kammer C1, die eine Seite der Antriebseinheit 22 ist, bilden eine Flüssigkeitskammer, welche die Flüssigkeit zuführt und ablässt. Die Antriebseinheit 22 und die zweite Kammer C2, welche die andere Seite der Antriebseinheit 22 ist, bilden eine pneumatische Kammer, die den Unterdruck und den Überdruck erzeugt.
-
3 ist eine Draufsicht der ersten Kammer in der ersten Platte, 4 ist eine perspektivische Teilansicht des Strömungspfads, der mit der ersten Kammer in der ersten Platte verbunden ist, und 5 ist eine vergrößerte Draufsicht einer Beule und eines Auslasses in der ersten Kammer.
-
Mit Bezug auf die 3 bis 5 werden die erste Kammer C1 und die zweite Kammer C2 von zylindrischen Aushöhlungen gebildet, die auf derselben Mittellinie angeordnet sind und dieselbe Fläche haben. Dementsprechend wirken der Unterdruck und der Überdruck, die auf die zweite Kammer C2 einwirken, effektiv auf die erste Kammer C1 durch die Antriebseinheit 22 der flexiblem Membran 20.
-
Wenn die flexible Membran 20 die Flüssigkeit zur Flüssigkeitsablasseinheit 12 zwischen der ersten Platte 10 und der zweiten Platte 30 ablässt, hindert die Beule 40 die abgelassene Flüssigkeit daran, zur Flüssigkeitszuführeinheit 11 zurückzuströmen. Zum Beispiel wird die Beule 40 gebildet durch Herausragen der Flüssigkeitszuführeinheit 11 hin zur flexiblen Membran 20.
-
Die erste Kammer C1 wird von der zylindrischen Aushöhlung gebildet. Die Beule 40 ragt zylindrisch in der ersten Kammer C1 heraus in Übereinstimmung mit der Mitte der flexiblen Membran 20. Eine Höhe H40 des Herausragens der Beule 40 ist niedriger als eine Aushöhlungshöhe HC1 der ersten Kammer C1, ausgehend von dem Boden der ersten Kammer C1.
-
Die Flüssigkeitszuführeinheit 11, die mit der ersten Kammer C1 verbunden ist, schließt einen Einlass 11a ein. Der Einlass 11a ist in der Beule 40 geformt. Das heißt, die Beule 40 ragt von dem Boden der ersten Kammer C1 zur flexiblen Membran 20 hin, so dass sich der Einlass 11a der Flüssigkeitszuführeinheit 11 hin zur flexiblen Membran 20 erstreckt. Beim Ablassen der Flüssigkeit wird die flexible Membran 20 weiter unter Druck gesetzt, nachdem der Einlass 11a blockiert wurde.
-
6 ist eine perspektivische Ansicht der Flüssigkeitsablasseinheit in der ersten Platte.
-
Mit Bezug auf die 6 schließt die Flüssigkeitsablasseinheit 12 in der ersten Platte 10 einen Auslass 12a ein, der mit der ersten Kammer C1 verbunden ist. Die erste Kammer C1 und der Auslass 12a sind miteinander durch einen Strömungspfad 13 verbunden.
-
Der Strömungspfad 13 ist auf derselben Höhe geformt wie die Aushöhlungshöhe HC1 der ersten Kammer C1. Daher ist die herausragende Höhe H40 der Beule 40 niedriger als die Aushöhlungshöhe HC1 des Strömungspfads 13. Eine Seite des Strömungspfads 13 wird durch die flexible Membran 20 eingerichtet.
-
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für den pneumatischen Spender 1 beschrieben. Zum Beispiel werden die Flüssigkeitszuführeinheit 11, die Flüssigkeitsablasseinheit 12 und der Strömungspfad 13 auf der ersten Platte 10 durch eine Silizium-Trockenätzverfahren gebildet.
-
Das heißt, durch das Silizium-Trockenätzverfahren, das aus zwei Schritten besteht, werden die erste Kammer C1, der Strömungspfad 13 und die Beule 40 gebildet. Die Beule 40 wird durch Ätzen in einem ersten Schritt gebildet, und die erste Kammer C1 und der Strömungspfad 13 werden durch Ätzen in einem zweiten Schritt gebildet, der zusätzlich zum Ätzen im ersten Schritt durchgeführt wird. Daher unterscheidet sich die Aushöhlungshöhe HC1 sowohl der ersten Kammer C1 als auch des Strömungspfads 13 von der herausragenden Höhe H40 der Beule 40, die aus der ersten Kammer C1 herausragt. Zum Beispiel kann sich eine Höhe der Beule 40 von derjenigen des Strömungspfads 13 und der ersten Kammer C1 um ungefähr 20 mm unterscheiden.
-
Da die Höhe HC1 sowohl des Strömungspfads 13 als auch der ersten Kammer C1 größer ist als die Höhe H40 der Beule 40, ist die flexible Membran 20 nicht an der Beule 40 angebracht, wenn die flexible Membran 20 die erste Platte 10 berührt.
-
Nachdem die erste Kammer C1, der Strömungspfad 13 und die Beule 40 gebildet wurden, wird eine Oberfläche der ersten Platte 10, die gegenüber der ersten Kammer C1 liegt, auf der Oberfläche der ersten Kammer C1 angeordnet und mit einem Muster versehen. Danach werden der Einlass 11a der Flüssigkeitszuführeinheit 11 und der Auslass 12a der Flüssigkeitsablasseinheit 12 durch das Silizium-Trockenätzverfahren gebildet.
-
Die flexible Membran 20 wird mit Hilfe von PDMS gebildet. Zum Beispiel wird eine innere Oberfläche der zweiten Platte 30 mit mehreren Zehn bis Hunderten von Millimeter mit PDMS beschichtet und bei ungefähr 70° gehärtet, so dass das PDMS auf der inneren Oberfläche der zweiten Platte 30 hergestellt wird.
-
Die Oberfläche des hergestellten PDMS wird unter Verwendung von Sauerstoffplasma ungefähr 30 Sekunden lang behandelt, und die zweite Platte 30, in der die flexible Membran 20 gebildet ist, wird mit der ersten Platte 10 verbunden. Als Ergebnis wird die flexible Membran 20 zwischen der ersten Platte 10 und der zweiten Platte 30 angeordnet. Zusätzlich wird die zweite Kammer C2 gebildet durch Formen eines Lochs in der zweiten Platte 30, das der ersten Kammer C1 entspricht. Die zweite Kammer C2 hat denselben Durchmesser wie die erste Kammer C1. Die zweite Kammer betätigt die Antriebseinheit 22 der flexiblen Membran 20 durch Aktivierung des pneumatischen Drucks, d. h. des Unterdrucks oder des Überdrucks.
-
Die 7 bis 9 sind Diagramme, die einen Betriebszustand des pneumatischen Spenders in 1 darstellen.
-
Mit Bezug auf die 7 bis 9 wird eine Wirkungsweise des pneumatischen Spenders 1 beschrieben.
-
Mit Bezug auf die 7 erstreckt sich die Antriebseinheit 22 der flexiblen Membran 20 von der ersten Kammer C1 zur zweiten Kammer C2 hin, um in der ersten Kammer C1 den Unterdruck zu bilden, wenn der Unterdruck auf die zweite Kammer C2 wirkt.
-
Die Flüssigkeit wird durch den Unterdruck in die erste Kammer C1 und den Strömungspfad 13 durch den Einlass 1la der Flüssigkeitszuführeinheit 11 eingelassen.
-
Mit Bezug auf die 8 wird, wenn der Unterdruck von der zweiten Kammer C2 genommen wird und der Überdruck auf die zweite Kammer C2 wirkt, die Antriebseinheit 22 der flexiblen Membran 20 von der zweiten Kammer C2 zur ersten Kammer C1 hin unter Druck gesetzt, um in engem Kontakt mit der Beule 40 zu stehen und so den Einlass 11a zu blockieren.
-
Obwohl die flexible Membran 20 unter Druck gesetzt wird, wird die Strömung der Flüssigkeit in der ersten Kammer C1 und dem Strömungspfad 13 weiterhin blockiert, ohne durch den Einlass 11a der Flüssigkeitszuführeinheit 11 zurückzuströmen, und zwar durch Blockierung des Einlasses 11a.
-
Mit Bezug auf die 9 setzt die Antriebseinheit 22 der flexiblen Membran 20 das Innere der ersten Kammer C1 unter Druck, indem sie weiter von der ersten Kammer C2 zur ersten Kammer C1 unter Druck gesetzt wird und gleichzeitig den Einlass 11a in engem Kontakt mit der Beule 40 blockiert, wenn der größere Überdruck auf die zweite Kammer C2 wirkt,
-
Da die erste Kammer C1 in einem Zustand unter Druck gesetzt wird, in dem der Einlass 11a blockiert ist, wird die Flüssigkeit in der ersten Kammer C1 und dem Strömungspfad 13 durch den Auslass 12a der Flüssigkeitsablasseinheit 12 abgelassen.
-
Zu diesem Zeitpunkt kann die Flüssigkeit, die durch den Auslass 12a abgelassen wird, quantitativ durch Steuerung der Größe und Betriebszeit des Überdrucks gesteuert werden, der auf die zweite Kammer C2 wirkt. Als solcher lässt der pneumatische Spender 1 der exemplarischen Ausführungsform die Flüssigkeit zum Auslass 12a ab, wobei sein Durchmesser in einem Zustand gehalten wird, in dem die flexible Membran 20 den Einlass 11a in engem Kontakt mit der Beule 40 vollständig blockiert.
-
Somit kann der pneumatische Spender 1 einer exemplarischen Ausführungsform die Flüssigkeit einschließlich verschiedener winziger Partikel und Zellen quantitativ ablassen und kann hauptsächlich auf einem Gebiet verwendet werden, das einen quantitativen Auslass benötigt, das heißt in einer bio-bezogenen Testvorrichtung.
-
Weiter kann der pneumatische Spender 1 einer exemplarischen Ausführungsform, da er eine einfache Struktur hat, die vom pneumatischen Druck ohne eine elektrische Struktur betätigt wird, zu einem niedrigen Preis und durch verschiedene Verfahren hergestellt werden.
-
Somit kann der pneumatische Spender 1 einer exemplarischen Ausführungsform leicht in einem System verwendet werden, das den Ablass der Flüssigkeit erfordert, um so zur Entwicklung eines integrierten Systems, das heißt eines Einchiplaborsystems (lab-on-a-chip), beizutragen.
-
Obwohl diese Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was zur Zeit als praktische exemplarische Ausführungsformen betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu dient, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abzudecken, die in den Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.
