-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung eines
Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe, die
auf verschiedenste Lösungen anwendbar
ist.
-
Allgemeiner
Stand der Technik
-
Als
Verfahren zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
ist herkömmlich
ein Verfahren bekannt, das elektrostatische Anziehung benutzt. Dabei
handelt es sich um ein Verfahren, wobei eine Pulsspannung zwischen
einer Düse,
die eine Flüssigkeit
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
enthält,
und einem Substrat, das so angeordnet ist, dass es zu einer als
eine Flüssigkeitströpfchen-Tropföffnung wirkenden
Düsenspitze
gerichtet ist, angelegt wird, um die Flüssigkeit von der Düsenspitze
durch eine elektrostatische Kraft zum Substrat zu ziehen, wodurch verursacht
wird, dass das so gebildete Flüssigkeitströpfchen auf
das Substrat fällt.
Nach diesem Verfahren weist das gebildete Flüssigkeitströpfchen größere und kleinere Größen auf,
wenn der Spitzenwert der angelegten Pulsspannung angehoben bzw.
abgesenkt wird, wodurch die Größe des gebildeten Flüssigkeitströpfchens
gesteuert werden kann, wenn der Spitzenwert reguliert wird. Ein
bekanntes herkömmliches
Verfahren und eine Vorrichtung sind in der US-Patentanmeldung US-4,263,601
offenbart. Ein anderes Beispiel eines herkömmlichen Systems ist in der
japanischen Patentanmeldung JP-A-8066652 gezeigt. Die deutsche Patentanmeldung
DE 02949808 beschreibt
einen Tintenschreiber und ein Verfahren zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen auf
einer Druckoberfläche.
Die Flüssigkeitströpfchen werden
elektrostatisch aus dem Auslassende einer Düse ausgestoßen, die durch ein elektrisches
Feld gesteuert wird.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Beim
oben erwähnten
Verfahren zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens,
das auf der elektrostatischen Anziehung beruht, hängt die
Größe des gebildeten
Flüssigkeitströpfchens
jedoch vom Durchmesser der Düsenspitze
ab, wobei Flüssigkeitströpfchen, die
eine vorbestimmte Größe oder
eine kleinere Größe als diese
aufweisen, nicht gebildet werden können. Wenn der Spitzenwert
der Pulsspannung, die zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe angelegt
wird, abgesenkt wird, bringt es die elektrostatische Kraft bei einem
bestimmten Spitzenwert oder darunter nicht fertig, die an der Düsenspitze
auftretende Oberflächenspannung
zu überwinden,
wodurch keine Flüssigkeitströpfchen gebildet werden.
Daher ist es nötig,
eine Düse
zu verwenden, die einen kleinen Spitzendurchmesser aufweist, wenn
ein Flüssigkeitströpfchen von
geringer Größe gebildet
wird. Düsen,
die einen kleinen Durchmesser aufweisen, sind jedoch insofern problematisch,
als sie häufig
mit Staub und dergleichen, der in der Flüssigkeit enthalten ist, verstopft
werden.
-
Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe bereitzustellen,
die das oben erwähnte
Problem löst.
-
Zur
Lösung
des oben erwähnten
Problems umfaßt
die Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe, die
Folgendes umfaßt:
eine Düse,
um darin eine Flüssigkeit zur
Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
zu speichern; ein Substrat, das so angeordnet ist, dass es zu einer
Spitze der Düse
gerichtet ist, um das von der Düsenspitze
abgefallene Flüssigkeitströpfchen zu halten;
eine Pulsstromversorgung, um zwischen der Flüssigkeit in der Düse und dem Substrat
eine Pulsspannung anzulegen, so dass die Flüssigkeit dann, wenn die Pulsspannung
angelegt wird, aus der Düsenspitze
in eine erste Richtung ausgesandt wird und eine Flüssigkeitssäule bildet;
eine Steuereinheit, um die Pulsstromversorgung zu steuern, wobei
die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner ein
Rückstellkrafterzeugungsmittel
umfaßt,
das durch die Steuereinheit gesteuert wird und dazu geeignet ist,
eine Kraft in einer Richtung zu erzeugen, die der ersten Richtung
im Wesentlichen entgegengesetzt ist, so dass die Flüssigkeit
in die Düse
zurückgeführt wird.
-
Bei
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkeitssäule, bei der es sich um eine
Flüssigkeit
handelt, die aus der Düsenspitze
gezogen wurde, durch die Rückstellkraft in
die Düse
zurückgeführt, wodurch
ein Flüssigkeitströpfchen von
der Flüssigkeitssäule isoliert
wird. Somit macht es das Isolieren des Flüssigkeitströpfchens möglich, ein Flüssigkeitströpfchen zu
bilden, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Düsendurchmesser
ist.
-
Verschiedenste
Verfahren und Vorrichtungen können
in Betracht gezogen werden, um die Rückstellkraft zur Wirkung zu
bringen. Zum Beispiel wird es ausreichend sein, wenn der Fluidwiderstand
in der Düse
erhöht
wird, um die Geschwindigkeit des Flusses, der durch die elektrostatische
Kraft in der Düse erzeugt
wird, zu verlangsamen, wodurch am Düsenspitzenteil ein Unterdruck
erzeugt wird, der als die Rückstellkraft
benutzt wird.
-
Außerdem kann
das Volumen in der Düse gesteigert
werden, um in der Düse
einen Unterdruck zu erzeugen, der als die Rückstellkraft benutzt wird.
-
Alternativ
können
die Düse
und das Substrat nach dem Isolieren des Flüssigkeitströpfchens voneinander entfernt
werden, um die elektrostatische Kraft zum Ziehen der Flüssigkeit
aus der Düsenspitze zu
schwächen,
wodurch verursacht wird, dass die Rückstellkraft auf die Flüssigkeitssäule wirkt.
-
Somit
macht es das Steuern der Rückstellkraft
möglich,
die Größe des gebildeten
Flüssigkeitströpfchens
zu regulieren, ohne den Durchmesser der Düse zu verändern.
-
Vorzugweise
wird jedes aus dem Bilden und dem Isolieren von Flüssigkeitströpfchen unter
einem Sättigungsdampfdruck
ausgeführt,
da dadurch gebildete Flüssigkeitströpfchen schwer
zu verdampfen werden.
-
Vorzugsweise
ist die Düse
eine Kerndüse, die
einen Kern aufweist, der in der Düse angeordnet ist. Wenn die
Düse eine
Kerndüse
wie diese ist, kann der Einfluss der Oberflächenspannung verringert werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung, die
nachstehend gegeben wird, und den beiliegenden Zeichnungen näher verstanden
werden. Diese sind nur zur Erläuterung
gegeben und sollten daher nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung
betrachtet werden.
-
Der
weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird
aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich
werden. Es ist jedoch klar, dass die ausführliche Beschreibung und die
bestimmten Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
angeben, nur erläuternd
gegeben sind und Fachleuten aus dieser ausführlichen Beschreibung verschiedenste
Veränderungen
und Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung offensichtlich
werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1A bis 1D sind
Ansichten, die eine Düsenspitze
und Zustände
des Flüssigkeitsspiegels in
der Nähe
der Düsenspitze
zeigen;
-
2 ist
eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3A bis 3D sind
Ansichten, die Düsenspitzen
und Flüssigkeitsspiegel
in der Nähe
der Düsenspitzen
zeigen, wobei 3C und 3D Schnittansichten
sind, während 3A und 3B ihre
entsprechenden Ansichten von den jeweiligen unteren Flächen her
gesehen sind;
-
4 ist
ein Diagramm, das Eigenschaften von Flüssigkeitströpfchen zeigt, die unter Verwendung
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe der ersten
Ausführungsform
gebildet wurden;
-
5 bis 7 sind
Ansichten, die jeweilige Düsenteile
in einer zweiten bis vierten Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigen;
-
8 ist
eine Ansicht, die einen Hauptteil einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
9 ist
eine Ansicht, die einen Düsenteil
einer sechsten Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
10 ist
eine Ansicht, die eine siebente Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Die besten
Weisen zur Ausführung
der Erfindung
-
Unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden im Folgenden
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
erklärt
werden. Um die Erklärung
leichter verständlich
zu machen, werden Bestandteile, die miteinander identisch sind, über die
Zeichnungen hinweg mit identischen Bezugszeichen bezeichnet werden,
wenn dies möglich
ist, ohne ihre überlappenden Beschreibungen
zu wiederholen.
-
Zuerst
wird unter Bezugnahme auf 1A bis 1D das
Prinzip der vorliegenden Erfindung erklärt. 1A bis 1D sind
Ansichten zur Erklärung
einer Düsenspitze
und von Zuständen
einer Flüssigkeit
in der Nähe
der Düsenspitze.
Obwohl eine Flüssigkeit 2 in
einer Düse 1 normalerweise durch
eine Oberflächenspannung
gegen die Schwerkraft in der Düse 1 enthalten
ist (siehe 1A), wird die Flüssigkeit 2 durch
eine elektrostatische Kraft aus der Spitze der Düse 1 gezogen, wenn
zwischen der Flüssigkeit 2 in
der Düse 1 und
einem Substrat (nicht gezeigt), das senkrecht dazu unter der Düse 1 angeordnet
ist, eine Pulsspannung angelegt wird, wodurch eine Flüssigkeitssäule 2a gebildet
wird (siehe 1B). Wenn anschließend eine
Rückstellkraft
(bei der es sich um eine Kraft handelt, die senkrecht aufwärts wirkt,
um die Flüssigkeitssäule 2a in
die Düse 1 zurückzuführen) auf
die Flüssigkeitssäule 2a zur Wirkung
gebracht wird, wird die Flüssigkeitssäule 2a wie
in 1C gezeigt dünner
als in dem Fall, in dem keine Rückstellkraft
darauf wirkt, so dass die Spitze der Flüssigkeitssäule 2a durch die elektrostatische Kraft
und die Rückstellkraft
isoliert wird, wodurch ein Flüssigkeitströpfchen 3 gebildet
wird (siehe 1D).
-
Wenn
die Spitze der Flüssigkeit 2,
die aus der Spitze der Düse 1 gezogen
wird, so durch die Rückstellkraft
isoliert wird, kann das Flüssigkeitströpfchen 3,
das einen kleineren Durchmesser als jenen der Spitze der Düse 1 aufweist,
gebildet werden. Außerdem
kann die Größe des Flüssigkeitströpfchens 3,
das gebildet werden soll, durch Verändern des Zeittakts, mit dem
die Rückstellkraft
ausgeübt wird,
und ihre Größe gesteuert
werden.
-
2 ist
eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung zur Bildung eines
Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der ersten Ausführungsform
umfaßt
eine Düse 1,
um eine Flüssigkeit 2 zur
Bildung eines Flüssigkeitströpfchens 3 zu
speichern, ein Substrat 5, das so angeordnet ist, dass
es zu einem Spitzenteil der Düse 1 gerichtet
ist, eine Pulsstromversorgung 10, um zwischen einer Elektrode 12,
die in der Flüssigkeit 2 in
der Düse 1 angeordnet
ist, und dem Substrat 5 eine Pulsspannung anzulegen, eine
Fluidwiderstandsregulierungseinheit 6, um den Fluidwiderstand zu
regulieren, und eine Steuereinheit 11, um die Pulsstromversorgung 10 und
die Fluidwiderstandsregulierungseinheit 6 zu steuern. Die
Fluidwiderstandsregulierungseinheit 6 ist durch ein Nickelstück 7,
das in der Düse 1 angeordnet
ist, um den Fluidwiderstand zu erhöhen/zu senken; einen Magnet 8,
um das Nickelstück
von außerhalb
der Düse 1 zu
betätigen; und
eine XYZ-Bühne 9,
um den Magnet 8 beweglich zu tragen, gebildet. Die XYZ-Bühne 9 wird
durch die Steuereinheit 11 gesteuert, wodurch das Nickelstück 7 selbst
durch den Magnet 8 bewegt werden kann. Das Nickelstück 7,
das in der Düse 1 verwendet
wird, ist hier ein Fragment, das einen Durchmesser von 10 μm und eine
Länge von
500 μm aufweist
und in der Nähe
der Düse 1 angeordnet
ist.
-
Die
Düse 1 weist
in der Nähe
ihrer Spitze einen Innendurchmesser von 10 μm auf und ist durch Ziehen von
Glas, das einen Kern 4 aufweist, hergestellt. Die Düse 1,
die den Kern 4 aufweist, wird verwendet, um den Flüssigkeitsspiegel
im Spitzenteil der Düse 1 auszurichten. 3A bis 3D sind Ansichten,
die Spitzen von Düsen 1 von
ihren unteren Flächen
her gesehen zeigen (3A und 3B), und
Schnittansichten der Düsen 1,
die Flüssigkeitsspiegel
in der Nähe
der Spitzen der Düsen 1 zeigen
(3C und 3D). Obwohl
der Flüssigkeitsspiegel
im Fall der Düse 1 ohne
den Kern 4 (siehe 3A) aufgrund
der Oberflächenspannung
an einer Stelle angeordnet ist, die sich vom Düsenspitzenteil (siehe 3C)
her ein wenig innerhalb der Düse 1 befindet,
wird die Flüssigkeit
in der Düse 1 durch
eine Kapillarerscheinung zum Spitzenteil der Düse 1 gezogen, wenn
die Düse 1,
die den Kern 4 aufweist, verwendet wird (siehe 3B),
wodurch der Flüssigkeitsspiegel
in der Nähe
des Spitzenteils der Düse 1 angeordnet
wird (siehe 3D). Obwohl es nicht immer nötig ist,
die Düse 1,
die den Kern 4 aufweist, zu verwenden, wird bevorzugt werden, dass
die Düse 1,
die den Kern 4 aufweist, verwendet wird, da Wirkungen erhalten
werden können,
die später
erklärt
werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 2 wird nun der Betrieb der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der ersten Ausführungsform,
d.h., ein Beispiel des Verfahrens zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung, erklärt werden.
-
Zuerst
legt die Pulsstromversorgung 10 eine Pulsspannung zwischen
der Elektrode 12, die in der Flüssigkeit 2 in der
Düse 1 angeordnet
ist, und dem Substrat 5 an, wodurch die Flüssigkeit 1 durch
eine elektrostatische Kraft aus der Spitze der Düse 1 gezogen wird.
Da die Düse 1,
die den Kern 4 aufweist, verwendet wird, richtet sich der
Flüssigkeitsspiegel hier
im Zustand, bevor die Pulsspannung angelegt wird, mit einer vorbestimmten
Stelle in der Nähe
der Spitze der Düse 1 aus
(siehe 3D), wodurch der Abstand D zwischen
dem Flüssigkeitsspiegel
und dem Substrat 5 konstant gehalten wird. Als Folge wird
die elektrostatische Kraft, die zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem Substrat 5 wirkt,
wenn eine vorbestimmte Pulsspannung daran angelegt wird, immer die
gleiche, so dass nicht nur die Menge der Flüssigkeit 2, die aus
der Düse 1 gezogen
wird, sondern auch die Größe des Flüssigkeitströpfchens 3 genau
gesteuert werden kann.
-
Nachdem
die Flüssigkeitssäule 2a durch
Herausziehen der Flüssigkeit 2 aus
der Düse 1 gebildet wurde,
erhöht
die Fluidwiderstandsregulierungseinheit 6 den Fluidwiderstand
in der Nähe
der Spitze der Düse 1,
wodurch eine Rückstellkraft
auf die Flüssigkeitssäule 2a zur
Wirkung gebracht wird. Im Besonderen wird das Nickelstück 7,
das in der Düse 1 angeordnet
ist, zur verjüngten
Spitze der Düse 1 bewegt.
Hier wird das Nickelstück 7 mittels
des Magnets 8, der außerhalb
der Düse 1 angeordnet
ist, durch die XYZ-Bühne 9 bewegt,
die durch die Steuereinheit 11 gesteuert wird. Da das Nickelstück 7 somit
zur Spitze der Düse 1 bewegt
wird, wird der Fließweg
in der Umgebung des Spitzenteils der Düse 1 verengt, wodurch
der Fluidwiderstand in der Umgebung des Spitzenteils der Düse 1 zunimmt.
Daher entsteht im Spitzenteil der Düse 1 ein Unterdruck,
um als eine Rückstellkraft
auf die Flüssigkeitssäule 2a zu wirken.
-
Wenn
die Rückstellkraft
wirkt, wird ein Teil der Flüssigkeitssäule 2a durch
zwei Kräfte,
d.h., die elektrostatische Kraft und die Rückstellkraft, die in einander
entgegengesetzte Richtungen wirken, isoliert, wodurch das Flüssigkeitströpfchen 3 gebildet wird.
-
In
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe der ersten
Ausführungsform
ist die Fluidwiderstandsregulierungseinheit 6 als ein Rückstellkrafterzeugungsmittel
bereitgestellt. Als Folge kann das Flüssigkeitströpfchen 3 durch sein
Isolieren von der Flüssigkeitssäule 2 durch
die Rückstellkraft,
die beim Erhöhen
des Fluidwiderstands verursacht wird, gebildet werden, nachdem die
Flüssigkeit 2 durch
die elektrostatische Kraft aus der Spitze der Düse 1 gezogen wurde.
-
Außerdem wird
in der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe der ersten
Ausführungsform
die Düse 1 verwendet,
die den Kern 4 aufweist. Als Folge ist der Flüssigkeitsspiegel
an der Spitze der Düse 1 angeordnet, bevor
die Pulsspannung angelegt wird, wodurch durch eine vorbestimmte
Pulsspannung ein vorbestimmtes Ausmaß der Flüssigkeitssäule 2a gebildet wird.
Daher kann die Größe des gebildeten
Flüssigkeitströpfchens 3 genau
gesteuert werden, wenn der Zeittakt, mit dem die Rückstellkraft
ausgeübt
wird, und ihre Größe durch
die Steuereinheit 11 reguliert werden.
-
4 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse zeigt, die erhalten werden, wenn das
Flüssigkeitströpfchen 3 von
geringer Größe durch
die Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe der ersten
Ausführungsform
gebildet wird. Die X-Achse des Diagramms von 4 gibt das
Verhältnis
zwischen der Fließwegfläche am Spitzenteil der
Düse 1 und
der Fließwegfläche, die
durch das Nickelstück 7 verengt
wird, als das wirksame Flächenverhältnis an.
Hier ist der Fall, der ein wirksames Flächenverhältnis von 100 % erbringt, ein
Fall, bei dem kein Nickelstück 7 vorhanden
ist. Wenn das wirksame Flächenverhältnis abnimmt,
nimmt der Fluidwiderstand zu, wodurch die Rückstellkraft wie in 4 gezeigt
größer wird.
Die Y-Achse des Diagramms von 4 zeigt
den Durchmesser des gebildeten Flüssigkeitströpfchens 3.
-
Wie
in 4 gezeigt wurde nachgewiesen, dass das gebildete
Flüssigkeitströpfchen 3 von
geringer Größe mit der
Zunahme der Rückstellkraft
kleiner wird, was ein Flüssigkeitströpfchen 3 ergibt,
das ein so geringes Ausmaß aufweist,
dass es durch die Anziehung auf Basis der elektrostatischen Kraft
allein nicht erhalten werden kann, und dass seine Größe durch
Verändern
des wirksamen Flächenverhältnisses
steuerbar ist.
-
Obwohl
im Folgenden andere Ausführungsformen
erklärt
werden, ist jede der folgenden Ausführungsformen der ersten Ausführungsform
gleich, außer
dass das Rückstellkrafterzeugungsmittel
(das durch das Nickelstück 7,
und den Magnet 8 und die XYZ-Bühne 9 zu seiner Steuerung
gebildet ist) in der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von
geringer Größe der ersten
Ausführungsform durch
eine unterschiedliche Gestaltung ersetzt ist. Außerdem ist ihr Betrieb insofern
dem der ersten Ausführungsform
gleich, als die Flüssigkeit 2 durch Anlegen
einer Pulsspannung zwischen der Flüssigkeit 2 (in der
Praxis der Elektrode 12, die in der Flüssigkeit 2 angeordnet
ist) in der Düse 1 und
dem Substrat 5, das so angeordnet ist, dass es zur Spitze
der Düse 1 gerichtet
ist, aus der Spitze der Düse 1 gezogen
wird, und das Flüssigkeitströpfchen 3 von
geringer Größe durch
die Rückstellkraft,
die durch das Rückstellkrafterzeugungsmittel
erzeugt wird, von der Flüssigkeitssäule 2a isoliert
wird.
-
5 ist
eine Ansicht, die den Spitzenteil der Düse 1 in einer zweiten
Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Rückstellkrafterzeugungsmittel
durch eine piezoelektrische Vorrichtung 21 gebildet, die
in der Nähe
der Spitze der Düse 1 angeordnet
ist und eine Form aufweist, die den Fließweg umgibt.
-
In
dieser Ausführungsform
wird Strom zum Fließen
durch die piezoelektrische Vorrichtung 21 gebracht, nachdem
die Flüssigkeit 2 herausgezogen wurde,
wodurch die piezoelektrische Vorrichtung aufgeblasen wird, um den
Fließweg
zu verengen. Als Folge nimmt der Fluidwiderstand in der Umgebung des
Spitzenteils der Düse 1 zu,
so dass in der Nähe des
Spitzenteils der Düse 1 ein
Unterdruck auftritt, wodurch eine Rückstellkraft auf die Flüssigkeitssäule 2a wirkt.
-
6 ist
eine Ansicht, die den Spitzenteil der Düse 1 in einer dritten
Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Rückstellkrafterzeugungsmittel
durch einen Draht 23 gebildet, der so angeordnet ist, dass
er sich in der Düse 1 entlang
ihrer Längsrichtung
erstreckt.
-
In
dieser Ausführungsform
wird der Draht 23 zur verjüngten Spitze der Düse 1 bewegt,
nachdem die Flüssigkeit 2 herausgezogen
wurde, um den Fließweg
zu verengen. Hier liegt der Draht 23 an der Seite, die
zum Spitzenteil der Düse 1 entgegengesetzt
ist, zur Außenseite
hin frei und wird er durch eine nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert,
die damit verbunden ist.
-
Als
Folge verengt sich der Fließweg
in der Umgebung des Spitzenteils der Düse 1, so dass der Fluidwiderstand
zunimmt, wodurch in der Umgebung des Spitzenteils der Düse 1 ein
Unterdruck erzeugt wird. Dieser Unterdruck wirkt als eine Rückstellkraft auf
die Flüssigkeitssäule 2a.
-
7 ist
eine Ansicht, die den Spitzenteil der Düse 1 in einer vierten
Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Rückstellkrafterzeugungsmittel
durch eine piezoelektri sche Vorrichtung 25 gebildet, die
an einem Endteil angeordnet ist, welcher zur Spitze der Düse 1 entgegengesetzt
ist.
-
In
dieser Ausführungsform
wird die piezoelektrische Vorrichtung 25 im Voraus aufgeblasen
und wird sie zusammengezogen, nachdem die Flüssigkeit 2 herausgezogen
wurde. Dies vergrößert das
Volumen der Düse 1,
um einen Unterdruck in der Düse 1 zu
erzeugen, wodurch eine Rückstellkraft
auf die Flüssigkeitssäule 2a zur
Wirkung gebracht wird.
-
8 ist
eine Ansicht, die eine fünfte
Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Rückstellkrafterzeugungsmittel
das gleiche wie die Gestaltung zum Ziehen der Flüssigkeit 2 aus der
Spitze der Düse 1 und
ist es durch eine Stromversorgung 10 (die auch als die
Pulsstromversorgung 10 wirkt) gebildet, um zwischen einer
Endelektrode 27, die an einem Endteil angeordnet ist, der
zur Spitze der Düse 1 entgegengesetzt
ist, und der Elektrode 12, die in der Flüssigkeit 2 in
der Düse 1 angeordnet ist,
eine Spannung anzulegen. Die Flüssigkeit 2 füllt den
Bereich bis zum Endteil, der zur Düse 1 entgegengesetzt
ist, nicht völlig
auf, wodurch zwischen der Endelektrode 27 und der Flüssigkeit 2 ein
Raum 28 gebildet ist.
-
In
der Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe dieser
Ausführungsform
wird nach dem Herausziehen der Flüssigkeit 2 eine Spannung
zwischen der Endelektrode 27 und der in der Flüssigkeit 2 angeordneten
Elektrode 12 angelegt, um die Flüssigkeit 2 in der
Düse 1 durch eine
elektrostatische Kraft zur Endelektrode 27 zu ziehen. Da
die Endelektrode 27 an der Seite angeordnet ist, die zur
Spitze der Düse 1 entgegengesetzt ist,
wirkt diese Zugkraft als eine Rückstellkraft
auf die Flüssigkeitssäule 2a.
-
9 ist
eine Ansicht, die eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung
zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Rückstellkrafterzeugungsmittel
durch eine Mikrobühne
(einen Drüsenpositionsveränderungsmechanismus) 31 gebildet,
die (der) an der Außenseite der
Düse 1 angeordnet
ist.
-
In
dieser Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens von geringer Größe wird
die Position der Düse 1 durch
die Mikrobühne 31 in
eine Richtung bewegt, in der die Flüssigkeitssäule 2a und das Substrat 5 (in 9 nicht
dargestellt) voneinander entfernt werden. Wenn die Flüssigkeitssäule 2a an der
Spitze der Düse 1 und
das Substrat 5 voneinander entfernt werden, nimmt die elektrostatische
Kraft, die zwischen der Flüssigkeitssäule 2a und
dem Substrat 5 wirkt, ab. Dies verursacht, dass eine Kraft
zum Zurückführen der
Flüssigkeitssäule 2a in
die Düse 1 auf
die Flüssigkeitssäule 2a wirkt.
Es kann ohne Beschränkung
auf die Mikrobühne 31 jeder
beliebige Düsenpositionsveränderungsmechanismus,
z.B. eine piezoelektrische Vorrichtung, verwendet werden, sofern
er die Bewegungsrichtung und die Bewegungsentfernung steuern kann. Ähnliche
Wirkungen werden selbstverständlich
auch durch eine Gestaltung erhalten, bei der das Substrat 5 in
Bezug auf die Düse
bewegt wird.
-
Wie
zum Beispiel in 10 gezeigt kann ferner eine
Umgebungsbewahrungseinheit, die eine Abschirmung 13 umfaßt, um zumindest
einen Flüssigkeitströpfchenbildungsraum 30 zwischen
der Düse 1 und
dem Substrat 5 abzudecken, und ein Dampfdruckgenerator 14,
um zu verursachen, dass das Innere der Abschirmung 13 einen
Sättigungsdampfdruckzustand
der Flüssigkeit,
die in der Düse 1 gehalten
ist, bewahrt, bereitgestellt sein. Das Bilden eines Flüssigkeitströpfchens
unter einem Dampfdruck wie diesem kann verhindern, dass das gebildete Flüssigkeitströpfchen verdampft.
-
Obwohl
im Vorhergehenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben sind, wird die vorliegende Erfindung durch die oben
erwähnten
Ausführungsformen
nicht beschränkt,
und sind alle Verbesserungen, die einem Fachmann offensichtlich
sein würden,
in der vorliegenden Erfindung enthalten.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Das
Verfahren und die Vorrichtung zur Bildung eines Flüssigkeitströpfchens
von geringer Größe nach
der vorliegenden Erfindung können
vorteilhaft auf Vorrichtungen zur Herstellung eines einzelnen fluoreszierenden
Moleküls,
von DNA-Chips, von Anordnungen
von Reagenzienflecken in Anwendungen der kombinatorischen Chemie,
und dergleichen angewendet werden.