DE60314827T2

DE60314827T2 - Flüssigkeitstropfenausstossgerät, Testchipprozessor, Druckvorrichtung, Verfahren zum Flüssigkeitstropfenausstossen und Druckverfahren, Verfahren zur Herstellung eines Testchip, Verfahren zur Herstellung eines organischen Elektrolumineszenz-Anzeigeschirmes, Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Musters und Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige

Info

Publication number: DE60314827T2
Application number: DE60314827T
Authority: DE
Inventors: Isamu Shinagawa-ku Nakao; Tsutomu Shinagawa-ku Ishimoto; Masaru Shinagawa-ku Uryu; Yoshio Shinagawa-ku Ohashi; Takao Shinagawa-ku Kondo; Motohiro Shinagawa-ku Furuki; Masanobu Shinagawa-ku Yamamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: DE60314827D1; US7008045B2; JP3912267B2; EP1424199B1; JP2004181277A; US20040155927A1; EP1424199A1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät und ein Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit, einen Testchip-Prozessor und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Testchips mit Hilfe eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts, einen Drucker, ein Druckverfahren, ein Herstellungsverfahren für einen organischen elektrolumineszenten Anzeigeschirm und ein Herstellungsverfahren für eine Feldemissionsanzeige.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät, das durch einen Tintenstrahlkopf beispielsweise eines Druckers verkörpert wird, stößt Tropfen aus einer vorgegebenen Ausstoßöffnung aus, indem ein bestimmter Druck auf eine Flüssigkeitskammer mit einer Flüssigkeit wie Tinte ausgeübt wird. Verschiedene Mittel wurden vorgeschlagen, um auf die Flüssigkeitskammer Druck auszuüben. Zum Beispiel sind Mittel mit einer Struktur, die ein piezoelektrisches Gerät (Piezotyp) verwenden, und Mittel mit einer Struktur, die ein Filmsiedephänomen nutzen, das durch ein Wärmeerzeugungsgerät (Blasentyp) verursacht wird, als Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräte weit verbreitet. Darüber hinaus wurden Mittel zum Ausstoßen einer Flüssigkeit durch Bewegen einer Wand (Folie) einer Flüssigkeitskammer durch eine elektromagnetische Kraft in sehr kleinen Schritten vorgeschlagen (siehe z.B. die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-270104 (Patentdokument 1)).
Solche Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräte können Tropfen einer gewünschten Flüssigkeit präzise auf vorgegebene Positionen ausstoßen. Sie werden daher nicht nur bei Verwendung eines Druckers eingesetzt, sondern beispielsweise auch für den Ausstoß einer Flüssigkeit, die DNA enthält, auf eine Position auf einem Chip bei der Herstellung eines Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Chips oder bei der Analyse von DNA oder beim Auftragen eines fluoreszenten Materials oder eines lichtausstrahlenden Materials auf alle Pixelpositionen bei der Herstellung einer Anzeige. Demgemäß werden sie zunehmend in breitgestreuten Anwendungsbereichen eingesetzt. Dies führt zu einem Bedarf an einem bevorzugteren Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät, das in verschiedenen Anwendungen einschließlich für einen Drucker verwendet wird.
Ein Piezo-Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät, wie das oben erwähnte, ist klein und sehr zuverlässig, weist aber eine hohe Antriebsspannung auf. Dieser Nachteil wird durch ein Verfahren überwunden, das die zugeführte Spannung durch die Ausbildung piezoelektrischer Vorrichtungen und Elektroden in mehreren Schichten senkt. Dieses Verfahren erfordert aber eine hohe Spannung von etwa 30 V und führt damit zu dem anderen Nachteil, dass die Kosten des Ausstoßgeräts steigen.
Ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät des Typs, der einen Magnet in einer Antriebsschaltung verwendet (wie der Typ, der beispielsweise im Patentdokument 1 offen gelegt wird, bei dem die Wand der Flüssigkeitskammer durch eine elektromagnetische Kraft verschoben wird), hat durch die erhöhte Induktivität eine schlechte Reaktionsfähigkeit, wenn die Betriebsfrequenz erhöht wird.
Es besteht der Bedarf, dass beide Arten von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräten Flüssigkeitstropfen in Übereinstimmung mit einem Hochfrequenz-Antriebssignal ausstoßen, das heißt, dass sie einzelne Flüssigkeiten in Hochgeschwindigkeit ausstoßen.
Wenn das Blasen-Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät versucht, eine Flüssigkeit mit einem organischen Material, wie DNA oder Protein, auszustoßen, wird das organische Material als Folge der Einwirkung hoher Temperatur und Druck zersetzt, so dass das Ausstoßgerät das auszustoßende Material nicht korrekt ausstoßen kann.
Bei der Verarbeitung eines solchen organischen Materials muss eine Düse häufig gereinigt und ausgewechselt werden, also die Ausstoßöffnung, die Flüssigkeitskammer und der Flüssigkeitszuleitungsweg. Da jedoch in dem Piezo- Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät eine piezoelektrische Vorrichtung direkt mit einer Membran oder durch eine Feinbefestigungstechnologie mit der Membran verbunden ist, ist es schwierig, die piezoelektrische Vorrichtung abzutrennen und die Düse auszuwechseln. Die piezoelektrische Vorrichtung und die Düse können so gestaltet sein, dass sie zusammen ausgewechselt werden, aber die auszutauschenden Teile sind teuer, und es wird eine erneute elektrische Verdrahtung erforderlich. Daher ist diese Struktur nicht praktisch.
U.S. 6 350 015 legt ein elektromagnetisch aktiviertes Flüssigkeitsausstoßgerät mit den Eigenschaften des Oberbegriffs von Anspruch 1 offen.
Übersicht über die Erfindung
Demgemäß ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Düse einfach auswechseln und reinigen zu können, ohne die Flüssigkeit hoher Temperatur oder hohem Druck auszusetzen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, verschiedene Geräte und Herstellungsverfahren auszubilden, die die effiziente Herstellung und Fertigung eines gewünschten Produkts in hoher Qualität ermöglichen, als Ergebnis des Ausstoßen der gewünschten Flüssigkeitstropfen in Hochgeschwindigkeit und in hoher Genauigkeit durch Einsatz eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts oder eines Verfahrens zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens. Das Gerät kann mit geringer Spannung und hoher Frequenz betrieben werden, und das Verfahren erlaubt den Antrieb mit geringer Spannung und hoher Frequenz. Genauer ausgedrückt, ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Drucker und ein Druckverfahren, einen Testchip-Prozessor und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Testchips, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektrolumineszenten Anzeigeschirms, ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters und ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige auszubilden.
Im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät mit einer solchen Struktur wird durch die Änderung des Magnetfelds, das durch eine feste Primärspule (die Spule) erzeugt wird, induzierter Strom an dem Umfangselement des bewegbaren Bereichs erzeugt, das die zweite Spule darstellt. Der induzierte Strom und das statische Magnetfeld, das vorher durch Mittel zum Anlegen des Magnetfelds angelegt wurden, interagieren miteinander, wodurch das Umfangselement, das heißt der bewegbare Bereich bewegt wird.
Wenn sich der bewegbare Bereich bewegt, ändert sich das Volumen der Flüssigkeitskammer (die beispielsweise dergestalt gebildet ist, dass sich ein Teil davon zusammen mit dem bewegbaren Bereich bewegt und die Form ändert, und die die auszustoßende Flüssigkeit enthält). Hierdurch wird die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen.
In der vorliegenden Erfindung kann die Flüssigkeit ausgestoßen werden, ohne die Flüssigkeit mit einer Wärmeerzeugungsvorrichtung zu erhitzen. Da es darüber hinaus nicht erforderlich ist, ein piezoelektrisches Gerät usw. an dem bewegbaren Bereich anzubringen, kann der bewegbare Bereich einfach ausgetauscht und gereinigt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Grundstruktur eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt die Struktur einer Ausstoßöffnung des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Magnetfeld, das durch die Primärspule in einem Antriebsbereich des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;
4 zeigt einen induzierten Strom, der an einem leitfähigen Ring durch Einwirkung der Primärspule und einer ringförmigen Magnetschaltung im Antriebsbereich des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;
5 zeigt die Einwirkung des Magnetfelds, das durch die Primärspule erzeugt wird, und des Magnetfelds, das durch die ringförmige Magnetschaltung auf dem leitfähigen Ring erzeugt wird, der als Sekundärspule im Antriebsbereich des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
6A, 6B und 6C veranschaulichen den Vorgang des Ausstoßens eines Flüssigkeitstropfens durch Vibration des bewegbaren Bereichs in Richtung der Kontraktion des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A, 7B und 7C veranschaulichen den Vorgang des Ausstoßens eines Flüssigkeitstropfens durch die Vibration eines bewegbaren Bereichs in Richtung der Expansion des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften des induzierten Stroms zeigt, der am leitfähigen Ring des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;
9A ist ein Diagramm, das die Wellenform des an die Primärspule zugeführten elektrischen Stroms zeigt, wenn ein Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestoßen wird; und 9B ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem eine Flüssigkeitskammer erweitert und kontrahiert wird, basierend auf dem zugeführten elektrischen Strom, wie in 9A dargestellt;
10 zeigt ein erstes Beispiel einer weiteren Struktur eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt ein zweites Beispiel einer weiteren Struktur eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt die Struktur eines Druckers einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt die Struktur eines DNA-Disc Players einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Anzeigeschirms einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt ein Verfahren zum Bilden eines leitfähigen Musters einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 11 beschrieben.
Die Ausführungsformen werden auf ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät der vorliegenden Erfindung angewendet, das auf verschiedene Vorrichtungen, wie einen DNA-Disc Player oder einen Drucker angewendet werden kann, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtungen. Die Grundstruktur eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts der vorliegenden Erfindung wird anhand eines speziellen strukturellen Beispiels detailliert beschrieben.
Als Erstes wird die Struktur des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts der Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt die Struktur eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1.
Das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 umfasst einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 und eine Stromsteuerschaltung 20. Der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 umfasst eine Düse 100 und einen Antriebsbereich 200. Die Düse 100 umfasst einen Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 (Fließweg) und einen Flüssigkeitsausstoßbereich 120.
Der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 und ein zylindrisches leitfähiges Element (Umfangselement) 230 (im Folgenden beschrieben) des Antriebsbereichs 200 sind in einem Teil ausgebildet. Der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 und das zylindrische leitfähige Element 230 bilden den bewegbaren Bereich 140.
Eine Flüssigkeitskammer 130 zur Aufnahme einer auszustoßenden Flüssigkeit wird zwischen dem Flüssigkeitsausstoßbereich 120 des bewegbaren Bereichs 140 und dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 gebildet.
Im Folgenden wird die Struktur der einzelnen Teile detailliert beschrieben.
Der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 der Düse 100 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes 10 ist integral mit dem Antriebsbereich 200 angelegt, indem er an einem Gehäuse des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes 10 oder einer Basis (nicht dargestellt) befestigt ist. An der einen Endseite 111 ist der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 ein zylindrisches Element, das die Rückseite der Flüssigkeitskammer 130 definiert.
Ein Flüssigkeitszuleitungsweg 113 für die Zuleitung auszustoßender Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 130 ist im Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 ausgebildet. Der Flüssigkeitszuleitungsweg 113 geht durch den Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 von einer Flüssigkeitszuleitungsöffnung 112, die an der Endseite 111 ausgebildet ist, zu einer Öffnung 115, die am anderen Ende des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 ausgebildet ist.
Ein Flüssigkeitsreservoir 11, das, wie in 1 gezeigt, durch Erhöhen des Durchmessers des Flüssigkeitszuleitungswegs 113 gebildet wird, ist an einem bestimmten Bereich nahe der Öffnung 115 des Flüssigkeitszuleitungswegs 113 ausgebildet. Die zugeleitete Flüssigkeit befindet sich temporär im Flüssigkeitsreservoir 114.
Eine Abdeckung 116 mit einem Luftauslassloch 117, das mit dem Flüssigkeitszuleitungsweg 113 in Verbindung steht, ist an der Öffnung 115 am anderen Ende des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 angeordnet.
Im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 der Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser der Flüssigkeitskammer 130 etwa 2,5 mm und der Außendurchmesser des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 ist etwas kleiner als dieser (z.B. um 20 μm kleiner als 2,5 mm). Der Innendurchmesser des Flüssigkeitszuleitungswegs 113 beträgt 50 μm. In der vorliegenden Erfindung sind jedoch die Durchmesser nicht auf diese Werte beschränkt.
Der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 ist nach dem Flüssigkeitstropfen-Sicherungsbereich 110 angebracht, wodurch die Flüssigkeitskammer 130 gebildet wird. Der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 ist ein Element zum Ausstoßen der Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer, indem es sich zusammen mit dem zylindrischen leitfähigen Element 230 bewegt und das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 ändert.
Der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 umfasst eine Frontplatte 121 und eine Führung 124.
Wie in 1 gezeigt, ist die Frontplatte 121 ein kuppelförmiges Element mit einem leicht gewölbtem Mittenbereich. Ein Bereich, der nahe dem Mittenbereich der Frontplatte 121 angeordnet und von der Führung 124 (im Folgenden beschrieben) umgeben ist, definiert eine Fläche 122, die die Vorderseite der Flüssigkeitskammer 130 bildet. Eine Ausstoßöffnung 123 zum Ausstoßen von Flüssigkeit ist im Mittenbereich der Frontplatte 121 ausgebildet. Das zylindrische leitfähige Element 230 des Antriebsbereichs 200 (im Folgenden beschrieben) ist integral mit der Umfangskante der Frontplatte 121 ausgebildet. In der Ausführungsform beträgt die Dicke der Frontplatte 121 etwa 20 μm.
Die Führung 124 ist ein Zylinderelement. Sie definiert die Seitenfläche der Flüssigkeitskammer 130, weist einen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 auf, so dass die Führung 124 die Bewegung des bewegbaren Bereiches 140 (im Folgenden beschrieben) einschließlich des Flüssigkeitstropen-Ausstoßbereichs 120 führt, und berührt verschiebbar den Außenumfang des Sicherungsbereichs 110, um in axialer Richtung bewegbar zu sein.
Ein Ende der Führung 124 ist neben dem Mittenbereich der Innenseite mit der Frontplatte 121 verbunden, und die Seitenfläche der Flüssigkeitskammer 130 wird durch die Führung 124 definiert.
Die Führung 124 ist am Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 dergestalt angebracht, dass der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 in die Innenseite der Führung 124 eingefügt und eingepasst ist. Im Folgenden wird dieser Zustand als passend befestigter Zustand bezeichnet. Hierdurch wird die Flüssigkeitskammer 130, die durch Endseite 111 des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110, die Innenseite der Führung 124, und die Innenseite 122 der Frontplatte 121 definiert wird, gebildet.
In der Ausführungsform betragen der Innendurchmesser der Führung 124 und der Innendurchmesser der Flüssigkeitskammer 130 2,5 mm.
Der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 wird dergestalt gebildet, dass der Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Führung 124. Daher wird die Führung passend am Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 befestigt, um in axialer Richtung verschiebbar zu sein.
Normalerweise ist die Führung 124 am Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 bis zu einer vorgegebenen Referenzposition passend angebracht, an der das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 eine vorgegebene Größe aufweist. Wenn jedoch ein Flüssigkeitstropfen ausgestoßen wird, gleitet die Führung 124 aus der Referenzposition in eine Richtung, in der das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 erhöht wird (links in 1 und im Folgenden als "positive Richtung" bezeichnet) oder in eine Richtung, in der das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 abnimmt (rechts in 1 und im Folgenden als "negative Richtung" bezeichnet), wodurch sich die Vorderseite 122 bewegt wird und das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 verändert.
Wenn in der Ausführungsform bezüglich der Position der Führung 124 die axiale Länge der Flüssigkeitskammer 130 etwa 1 mm als Referenzposition beträgt, wenn ein Flüssigkeitstopfen ausgestoßen wird, bewegt sich die Führung 124 etwa 15 μm in die positive oder negative Richtung.
Ein Schmiermittelbeschichtung kann auf die Innenseite der Führung 124 oder die Außenseite des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 aufgetragen werden, um die Gleitfähigkeit zu erhöhen.
Die Flüssigkeitskammer 130 wird durch die Endseite 111 des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110, die Vorderseite 122 der Frontplatte 121 des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120 und die Führung 124 definiert. Der Innendurchmesser der Flüssigkeitskammer 130 beträgt 2,5 mm und die übliche Achsenlänge liegt bei etwa 1 mm. Der Innenbereich der Flüssigkeitskammer 130 wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen, zum Beispiel mit einem Metalloxid, so dass er hydrophil wird. Hierdurch kann einfach eine polare Lösung in die Flüssigkeitskammer 130 eingeleitet werden.
Durch Bewegen des zylindrischen leitfähigen Elements 230 des Antriebsbereichs 200 (im Folgenden beschrieben) in die Axialrichtung bewegen sich ebenso die Frontplatte 121 (Frontseite 122) des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120 und die Führung 124, die integral mit dem leitfähigen Element 230 gebildet sind, wodurch sich das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 verändert. In der Folge wird die Flüssigkeit der Flüssigkeitskammer 130 aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen.
Der Bewegungsbereich des zylindrischen leitfähigen Elements 230, der Vorderseite 122 und der Führung 124 beträgt ab der Referenzposition in etwa ±15 μm.
Wie in 2 gezeigt, wird die Ausstoßöffnung 123 der Vorderseite 122 (Frontplatte 121) in konisch zulaufender Form gebildet, so dass der Durchmesser von der Innenseite der Flüssigkeitskammer 130 (dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 der Frontplatte 121) in Richtung der Außenseite der Flüssigkeitskammer 130 (die Seite, in deren Richtung die Flüssigkeit ausgestoßen wird) allmählich kleiner wird. Anders ausgedrückt, die Ausstoßöffnung 123 ist im Querschnitt konisch. In der Ausführungsform betragen die Durchmesser der Ausstoßöffnung 123 an der Innenseite und der Außenseite (Seite des Flüssigkeitsausstoßes) der Flüssigkeitskammer 130 jeweils 30 μm und 20 μm. Die Dicke der Auslassöffnung 123 beträgt 20 μm. Eine Wandseite mit der Auslassöffnung 123, die in der Nähe der Position angeordnet ist, an der die Oberfläche der Flüssigkeit mit der Atmosphäre in Berührung kommt, wird einer Oberflächenbehandlung mit einem Gemisch wie einem Silangemisch oder Teflongemisch (Teflon ist ein eingetragenes Markenzeichen der E.I. Dupont de Neumours, Inc.) unterzogen, so dass sie hydrophob ist. Hierdurch neigt die Flüssigkeit dazu, sich von der Wandfläche abzutrennen, wenn die Flüssigkeit ausgestoßen wird.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Antriebsbereich 200 eine Primärspule und eine ringförmige Magnetschaltung 220. Die ringförmige Magnetschaltung 220 mit der Aussparung 223, die im Wesentlichen konzentrisch an der Außenseite des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 angeordnet ist, ist so angeordnet, dass die die Primärspule 210 und das zylindrische leitfähige Element 230 an der Aussparung 223 liegen.
Um einen induzierten Strom am zylindrischen leitfähigen Element 230 zu erzeugen, das die Sekundärspule bildet, die entlang der Primärspule 210 angeordnet ist, erzeugt die Primärspule 210 ein Magnetfeld basierend auf dem elektrischen Strom, der aus der Stromsteuerschaltung 20 zugeführt wird. Das Magnetfeld wirkt auf das zylindrische leitfähige Element 230 ein.
Die Primärspule 210 umfasst einen äußere Primärspule 211 und eine innere Primärspule 212, die konzentrisch eine über der anderen in derselben Richtung gewickelt sind, so dass die Richtung des durch sie durchfließenden Stroms dieselbe ist. Die Mittenachsen der beiden konzentrischen Spulen sind im Wesentlichen an der Mittenachse des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 der Düse 100 ausgerichtet. Wie in 1 gezeigt, um die beiden konzentrischen Spulen in der Aussparung 223 der ringförmigen Magnetschaltung 220 anzuordnen, die um den Umfang des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 angeordnet ist, sind die beiden konzentrischen Spulen, wie der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 am Gehäuse oder an der Basis (nicht dargestellt) des Kopfes 10 befestigt.
Das zylindrische leitfähige Element 230, das eine Sekundärspule darstellt, ist zwischen der äußeren Primärspule 211 und der inneren Primärspule 212 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, wird magnetischer Fluss durch die Primärspule 210 dergestalt erzeugt, um durch die Innenseite des zylindrischen leitfähigen Elements 230 zu fließen. Wenn mittels der Stromsteuerschaltung 20 ein unregelmäßiger Strom durch die Primärspule 210 mit solch einer Struktur fließt, verändert sich ein magnetischer Fluss ϕ, der in dem durch die Primärspule 210 und das zylindrische leitfähige Element 230 definierten Raum erzeugt wird, dergestalt, dass induzierter Strom an dem zylindrischen leitfähigem Element 230 erzeugt wird.
Die ringförmige Magnetschaltung 220, die in 1 dargestellt ist, legt ein statisches Magnetfeld auf das zylindrische leitfähige Element 230 an, wobei das statische Magnetfeld lotrecht zu einer Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 ist.
Die ringförmige Magnetschaltung 220 umfasst einen ringförmigen Permanentmagneten 221 und ein Magnetelement mit weichmagnetischen Eigenschaften 221, das den Permanentmagneten 221 enthält und die ringförmige Aussparung bildet. Die Aussparung 223 ist so angelegt, dass ein radiales statisches Magnetfeld gebildet wird. Wie der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 ist die ringförmige Magnetschaltung 220 am Gehäuse oder der Basis (nicht dargestellt) des Kopfes 10 befestigt, um so an beiden Seiten des zylindrischen leitfähigen Elements 230 in der Aussparung 223 positioniert zu sein, das heißt, dass ein Spulenbereich, einschließlich der äußeren Primärspule 211, dem zylindrischen leitfähigen Element 230 und der inneren Primärspule 212, die konzentrisch angeordnet sind, in der Aussparung 223 angeordnet ist.
Auf Grund einer solchen Struktur legt die ringförmige Magnetschaltung 220 ein statisches Magnetfeld an die Primärspule 210 und das zylindrische leitfähige Element 239 an, die in der Aussparung 230 angeordnet sind, wobei das statische Magnetfeld lotrecht zu den Umfangsflächen der Primärspule 210 und des zylindrischen leitfähigen Elements 230 ist.
Die ringförmige Magnetschaltung 220 kann eine Vielzahl von Magnetschaltungen umfassen, die in Abständen angeordnet und um das zylindrische leitfähige Element 230 ausgebildet sind, oder sie kann ein integral gebildetes ringförmiges Element sein, das wie das zylindrische leitende Element 230 den Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 umgibt.
In der Ausführungsform kann der Permanentmagnet 221 der ringförmigen Magnetschaltung 220 aus beispielsweise Neodym, Eisen oder Bor gebildet sind. Das Magnetelement mit weichmagnetischen Eigenschaften 222 kann beispielsweise aus Eisen, einem Permalloy oder Ferrit gebildet sein.
Das zylindrische leitfähige Element (Umfangselement) 230 ist eine Sekundärspule, die entlang der ersten Spule 210 angeordnet ist. Eine durch die Primärspule 210 erzeugte Änderung im magnetischen Fluss ϕ erzeugt einen induzierten Strom an der Sekundärspule. Die Interaktion zwischen dem induzierten Strom und dem statischen Magnetfeld, das auf die ringförmige Magnetschaltung 220 angelegt wird, erzeugt eine elektromagnetische Kraft. Durch Einwirkung der elektromagnetischen Kraft funktioniert die Sekundärspule als Schwingspule und bewegt sich in Richtung der Mittenachse, wodurch der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 der integral mit der Sekundärspule ausgebildeten Düse 100 bewegt wird. Das zylindrische leitfähige Element 230 ist ein zylindrisches (ringförmiges) leitfähiges Element, das aus einem paramagnetischen Material wie Aluminium gebildet wird.
Das zylindrische leitfähige Element 230 ist integral mit der Umfangskante der Frontplatte 121 des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120 der Düse 100 ausgebildet und bildet den bewegbaren Bereich 140 entlang des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120. Durch die passende Befestigung der Führung 124 am Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 wird die Bewegung des bewegbaren Bereichs 140 in radialer Richtung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 eingeschränkt. Demgegenüber ist der bewegbare Bereich 140 bezüglich des nicht bewegbaren Bereichs der Düse 100 dergestalt angeordnet, dass er in Mittenachsenrichtung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 bewegbar ist.
Wie in 5 gezeigt, ist das zylindrische leitfähige Element 230 konzentrisch zur Primärspule 210 und davon beabstandet angeordnet. Der magnetische Fluss ϕ, der durch die Primärspule 210 erzeugt wird, durchfließt im Wesentlichen unverändert durch den Raum, der durch die Innenseiten des zylindrischen leitfähigen Elements 230 definiert ist. Wenn sich daher der durch die Primärspule 210 erzeugte magnetische Fluss ϕ verändert, wird eine induzierte elektromotorische Kraft am zylindrischen leitfähigen Element 230 erzeugt, so dass ein induzierter Strom um das zylindrische leitfähige Element 230 erzeugt wird.
Eine induzierte elektromotorische Kraft E, die an dem zylindrischen leitfähigen Element 230 erzeugt wird, wird durch die Formel 1 ausgedrückt, die auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion basiert. In der Formel 1 stellt die linke Seite eine induzierte elektromagnetische Kraft als Kurvenintegral in Richtung der Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 dar, wenn die Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 als geschlossene Kurve C betrachtet wird. Die rechte Seite stellt eine zeitliche Veränderung im magnetischen Fluss dar, die aus der Integration über einen Bereich über eine beliebige gekrümmte Fläche S, die vom zylindrischen leitfähigen Element 230 umgeben wird, resultiert, und zeigt eine Veränderung im magnetischen Fluss, der durch den von den Innenseiten des zylindrischen leitfähigen Elements 230 definierten Raum fließt.
Hier fließt der Strom durch das zylindrische leitfähige Element 230 in eine Richtung, in der Änderungen am magnetischen Fluss aufgehoben sind, das heißt, in eine Richtung, in der eine Stromänderung die Umkehrung der Änderung des Stroms in der Primärspule 210 ist. Formel 1
Ein statisches Magnetfeld wird an das zylindrische leitfähige Element 230 immer in einer Richtung angelegt, die lotrecht zur Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 ist. In der Ausführungsform, die beispielsweise in 4 dargestellt ist, wird ein Magnetfeld angelegt, das von der Innenseite zur Außenseite des zylindrischen leitfähigen Elements 230 verläuft.
In der Folge wirkt eine elektromagnetische Kraft (Ampere), die durch die Interaktion zwischen dem statischen Magnetfeld, das durch die Magnetschaltung 220 angelegt wird, und induziertem Strom, der auf einer Veränderung im magnetischen Fluss ϕ basiert, der durch die Primärspule 210 erzeugt wird, auf das zylindrische leitfähige Element 230, so dass das zylindrische leitfähige Element 230 als Schwingspule agiert und bewirkt, dass der bewegbare Bereich 140, der integral mit dem zylindrischen leitfähigen Element 230 einschließlich des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120 ausgebildet ist, bewegt wird.
Die elektromagnetische Kraft wird durch die Formel 2 bestimmt. Die Richtung der elektromagnetischen Kraft entspricht der Richtung des Vektorprodukts eines indizierten Stroms I und eines Magnetfelds B, das heißt, der Mittenachsenrichtung des zylindrischen leitfähigen Elements 230.
Formel 2

ΔF(s) = IΔs × B(s) (2)

Basierend auf einem Steuersignal von beispielsweise einer Host-Steuereinheit (nicht dargestellt) veranlasst die Stromsteuerschaltung 20, dass der gewünschte Strom durch die Primärspule 210 des Antriebsbereichs 200 fließt, so dass ein Flüssigkeitstropfen aus der Ausstoßöffnung 123 durch Bewegen des bewegbaren Bereichs 140 als Folge der Bewegung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 ausgestoßen wird.
Wie oben erwähnt, verändert sich dadurch, dass der Fluss von unregelmäßigem Stroms durch die Primärspule 210 veranlasst wird, der magnetische Fluss, der durch eine Spulenseite des zylindrischen leitfähigen Elements 230 fließt, wodurch ein induzierter Strom am zylindrischen leitfähigen Element 230 dergestalt erzeugt wird, dass durch die Interaktion von induziertem Strom und des durch die Magnetschaltung 220 angelegten statischen Magnetfelds das zylindrische leitfähige Element 230 bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Bewegungsrichtung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 gemäß der Richtung des Stroms, der durch die Primärspule 210 fließt. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung (Größe der Kraft, die auf das zylindrische leitfähige Element 230 ausgeübt wird) verändert sich gemäß des Änderungsbetrags des Stroms, der durch die Primärspule 210 fließt.
Die Stromsteuerschaltung 20 steuert den Strom, der der Primärspule 210 zugeführt wird, so dass ein Flüssigkeitstropfen in einem gewünschten Zustand aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen wird, als Folge davon, dass der bewegbare Bereich 140, das heißt, das zylindrische leitfähige Element 230, um einen bestimmten Betrag in die gewünschte Richtung und in der gewünschten Geschwindigkeit (Kraft) bewegt wird.
Als Nächstes wird der Betrieb des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 mit einer solchen Struktur mit Bezugnahme auf 3 bis 7 beschrieben.
Als Erstes, wenn die Stromsteuerschaltung 20 einen Strom II verursacht, wie in 3 dargestellt, der durch die Primärspule 210 fließt, wird der magnetische Fluss ϕ 1 um die Primärspule 210 erzeugt, wie in 3 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt fließt der magnetische Fluss in einer von der Primärspule 210 umgebenen Ebene unverändert durch den durch das zylindrische leitfähige Element 230 definierten Raum.
In solch einer Struktur, wenn der der Primärspule 210 zugeführte Strom durch die Stromsteuerschaltung 20 sich verändert, verändert sich auch der magnetische Fluss ϕ 1, der durch die Primärspule 210 erzeugt wird. In der Folge verändert sich auch der magnetische Fluss, der durch das zylindrische leitfähige Element 230 fließt.
Wenn in dem magnetischen Fluss, der durch die Ebene fließt, die von dem zylindrischen leitfähigen Element 230 umgeben ist, eine Veränderung stattfindet, wird am zylindrischen leitfähigen Element 230 eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt, die auf dem Faraday'schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion basiert, wie in Formel 1 dargestellt, so dass beispielsweise induzierter Strom I2 entlang einer Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 erzeugt wird, wie in 4 dargestellt.
Durch Einwirkung der Magnetschaltung 220 wird ein statisches Magnetfeld B0, das in einer Richtung lotrecht zur Umfangsfläche des zylindrischen leitfähigen Elements 230 ausgerichtet ist, das heißt, von der Innenseite zur Außenseite der Umfangsfläche in der in 4 dargestellten Ausführungsform, auf das zylindrische leitfähige Element 230 angelegt. In der Folge wirkt, wie in 5 gezeigt, auf das zylindrische leitfähige Element 230 eine elektromagnetische Kraft F, die durch die Interaktion zwischen dem induziertem Strom I (I2) und dem statischen Magnetfeld B (B0) basierend auf Formel 2 erzeugt wird.
Hierdurch bewegt sich das zylindrische leitfähige Element 230 in eine positive oder negative Mittenachsenrichtung (Richtung der Flüssigkeitsausstoßseite, in dem in 5 gezeigten Zustand) gemäß dem der Primarspule 210 zugeführten Strom.
Das zylindrische leitfähige Element 230 wird im Basisbetrieb zuerst im Anfangszustand an einer gegebenen Referenzposition angeordnet, und bewegt sich beim Flüssigkeitsausstoß in axialer Richtung hin und her. Die Stromsteuerschaltung 20 führt einen elektrischen Strom in einer gegebenen Reihenfolge zu, so dass das zylindrische leitfähige Element 230 sich dementsprechend bewegt. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Abstand der Bewegung vom zylindrischen leitfähigen Element 230 in der Größenordnung von 15 μm.
Wenn sich das zylindrische leitfähige Element 230 in Richtung der Mittenachse bewegt, bewegt sich auch der Flüssigkeitsausstoßbereich 120, der mit dem zylindrischen leitfähigen Element 230 als bewegbarer Bereich 140 verbunden ist, zusammen mit dem zylindrischen leitfähigen Element 230, wodurch sich die Vorderseite 122 und die Führung 124, die die Flüssigkeitskammer 130 bilden, bewegen. Anders ausgedrückt, die Bewegung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 bewirkt, dass die Vorderseite 122 sich der Rückseite 111 nähert oder von ihr wegbewegt, wodurch das Volumen der Flüssigkeitskammer 130 jeweils erhöht oder reduziert wird.
Beim konkreten Flüssigkeitsausstoß bewegt sich auf das zylindrische leitfähige Element 230 bezogen die Vorderseite 122 hin und her zwischen einer Erweiterungsposition, die sich 15 μm von einer Referenzposition an der Erweiterungsseite der Flüssigkeitskammer 130 befindet, und einer Kontraktionsposition, die sich 15 μm von der Referenzposition an der Kontraktionsseite der Flüssigkeitskammer 130 befindet. Eine vorgegebene Position, an der die Axiallänge der Flüssigkeitskammer 130 1 mm beträgt, wird als Referenzposition definiert.
Die Flüssigkeitskammer 130 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die aus dem Flüssigkeitsreservoir 114 und dem Flüssigkeitszuleitungsweg 113 des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 ausgestoßen werden soll. Zu diesem Zeitpunkt leitet der Flüssigkeitszuleitungsweg 113 der Düse wie erforderlich Flüssigkeit zu, das heißt, in die Flüssigkeitskammer 130 gemäß der Ansaugkraft, die an der Düse 100 durch die Bewegung der Vorderseite 122 erzeugt wird.
Wenn bei mit Flüssigkeit gefüllter Flüssigkeitskammer 130, wie oben erwähnt, die Vorderseite 122 sich in axialer Richtung zwischen der Referenzposition und der Erweiterungsposition und zwischen der Referenzposition und der Kontraktionsposition hin- und herbewegt, kann die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 130 aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen werden.
Eine Beschreibung des Zustands, in dem ein Flüssigkeitstropfen aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen wird, wird mit Bezugnahme auf 6 und 7 vorgenommen.
Als Erstes wird ein Zustand mit Bezugnahme auf die 6A, 6B und 6C beschrieben, in dem ein Flüssigkeitstropfen durch Hin- und Herbewegen der Ausstoßöffnung 123 zwischen der Referenzposition und der Erweiterungsposition ausgestoßen wird.
Die Vorderseite 122 bewegt sich von einer Anfangsposition (siehe 6A), an der die Vorderseite 122 sich an einer Referenzposition P0 befindet und die Flüssigkeitskammer 130 maximal mit Flüssigkeit gefüllt ist, zu einer Erweiterungsposition P1 (siehe 6B), die um 15 μm von der Referenzposition P0 in der Richtung beabstandet ist, in der die Vorderseite 122 die Erweiterung der Flüssigkeitskammer 130 verursacht. Da die Bewegung schnell ist, wie in 6B gezeigt, wird eine Aussparung ohne Flüssigkeit in einem Innenbereich der Flüssigkeitskammer 130 nahe der Ausstoßöffnung 123 gebildet.
Danach kehrt die Vorderseite 122 schnell wieder zur Referenzposition P0 zurück, wie in 6C dargestellt, so dass ein Flüssigkeitstropfen aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen wird.
Es ist bevorzugt, die Geschwindigkeit der Bewegung der Vorderseite 122 gemäß bestimmten Parameter anzupassen, wie der Viskosität (Resonanzfrequenz) der Flüssigkeit.
Als Nächstes wird ein Zustand mit Bezugnahme auf die 7A, 7B und 7C beschrieben, in dem ein Flüssigkeitstropfen durch Hin- und Herbewegen der Ausstoßöffnung 123 zwischen der Referenzposition und der Kontraktionsposition ausgestoßen wird.
Die Vorderseite 122 bewegt sich von einer Anfangsposition (siehe 7A), an der die Vorderseite 122 sich in der Referenzposition P0 befindet und die Flüssigkeitskammer 130 maximal mit Flüssigkeit gefüllt ist, zu einer Kontraktionsposition P2 (siehe 7B), die um 15 μm von der Referenzposition P0 in der Richtung beabstandet ist, in der die Vorderseite 122 die Kontraktion der Flüssigkeitskammer 130 bewirkt. Wenn in diesem Fall die kinetische Energie der aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßenen Flüssigkeit höher ist als die Oberflächenspannung an der Ausstoßöffnung 123, wie in 7B gezeigt, wird ein Tropfen der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 123 ausgestoßen.
Wenn sich die Vorderseite 122 in diesem Zustand bewegt, um in die ursprüngliche Referenzposition P0 zurückzukehren, wird die Flüssigkeitskammer 130 einem negativen Druck unterzogen, das heißt, einer Ansaugkraft, so dass eine zusätzliche Menge an Flüssigkeit von einem externen Flüssigkeitsleitungsweg durch den Flüssigkeitsleitungsweg 113 eingesogen wird. Nachdem eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, wie in 7C gezeigt, wird die Flüssigkeitskammer 130 wieder mit Flüssigkeit voll aufgefüllt.
Diese Vorgänge werden wiederholt, um Flüssigkeitstropfen aus der Düse 100 in der gewünschten Zeitsteuerung auszustoßen.
Als Nächstes wird die Wartung des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 beschrieben. Soll beispielsweise die auszustoßende Flüssigkeit ausgewechselt werden, oder der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 ausgetauscht oder Elemente für die Handhabung der Flüssigkeit gereinigt werden, wie die Flüssigkeitskammer 130, wird der bewegbare Bereich 140 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 aus dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 und dem Antriebsbereich 200 entfernt.
Wie oben beschrieben, ist in der Düse 100 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1, während der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 und der Antriebsbereich 200 an der Basis oder dem Gehäuse befestigt sind, der bewegbare Bereich 140 mit dem Flüssigkeitsausstoßbereich 120 und dem zylindrischen leitfähigen Element 230 nur durch die passende Befestigung der Führung 124 an dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 angeordnet, so dass der bewegbare Bereich 140 in keiner Weise fixiert ist.
Darüber hinaus besitzt der bewegbare Bereich 140 beispielsweise keine elektrische Verdrahtung dazu, so dass der bewegbare Bereich 140 als eigenständiger Festkörper von der Düse 100 abgetrennt wird, wenn die Führung 124 aus dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 ausgebaut wird.
Wenn daher das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 gewartet werden soll, wird der bewegbare Bereich 140 in der oben beschriebenen Weise entfernt. Ist der bewegbare Bereich 140 abgetrennt, können beispielsweise der bewegbare Bereich 140 und der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 gereinigt werden, oder der bewegbare Bereich 140 kann ausgewechselt werden.
Nach Abschluss der Wartung wird wieder der ursprüngliche Zustand der Düse 100 hergestellt, indem nur der Flüssigkeitsausstoßbereich 120 des bewegbaren Bereichs 140 wieder in den Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 eingesetzt wird. Indem der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 aus dem Antriebsbereich 200 abtrennbar gestaltet ist, ist das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 einfacher wartbar.
Dementsprechend wird im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Ausführungsform das zylindrische leitfähige Element 230, das mit der Frontplatte 121 des bewegbaren Bereichs 140 zum Ausstoß eines Flüssigkeitstropfens verbunden ist, durch eine elektromagnetische Kraft bewegt, die aus der Interaktion zwischen dem von der Primärspule 210 erzeugten induziertem Strom und dem statischen Magnetfeld resultiert, das durch die ringförmige Magnetschaltung 220 angelegt wird, wodurch ein Flüssigkeitstropfen ausgestoßen wird.
Daher wird der bewegbare Bereich 140 der Düse 100 nur durch die passende Befestigung des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßbereichs 120 am Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 gehalten, so dass weder eine komplizierte Sicherungsstruktur noch eine elektrische Verdrahtung verwendet werden. In der Folge kann der bewegbare Bereich 140 einfach an der Düse befestigt und wieder abgetrennt werden.
In der Folge sind sowohl der bewegbare Bereich 140 und der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 einfach zu reinigen und der bewegbare Bereich 140 ist einfach auswechselbar. Darüber hinaus, da die Struktur zur Handhabung der auszustoßenden Flüssigkeit einfach gereinigt und ausgewechselt werden kann, kann die auszustoßende Flüssigkeit einfach ausgewechselt werden.
Daher kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 bevorzugt auf ein Testgerät angewendet werden, das beispielsweise DNA, Ribonukleinsäure (RNA) oder Protein testet, und das einen häufigen Wechsel und eine häufige Reinigung der Düse erfordert.
Im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Ausführungsform muss die auszustoßende Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 130 nicht erhitzt werden. Daher kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Erfindung zum Ausstoßen einer solchen Flüssigkeit verwendet werden, selbst wenn die Flüssigkeit eine Substanz enthält, die durch Wärme zerlegt oder umgewandelt wird. Das Flüssigkeitstropfen- Ausstoßgerät 1 kann eine Flüssigkeit mit einer biologischen Substanz, wie DNA, RNA oder Protein, ein fluoreszierendes Material oder ein organisches Material, das beliebige dieser Substanzen oder Materialien enthält, korrekt ausstoßen, ohne das organische Material in irgendeiner Weise zu beeinflussen.
Das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 kann mit niedriger Spannung betrieben werden. Der Betrieb wird mit Bezugnahme auf 8 beschrieben.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften aufzeigt, die aus der Analyse eines Finiten Element-Modells eines Querschnitts der Magnetschaltung für die Schwingspule mit einem Vektorpotenzialverfahren stammen. In 8 bezeichnet L1 eine Frequenzeigenschaft eines Stroms, der durch das zylindrische leitfähige Element 230 fließt, wenn die Primärspule 210 und das zylindrische leitfähige Element 230 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 der Ausführungsform zusammen verwendet werden; L2 gibt die Frequenzeigenschaften an, wenn die Primärspule 210 einen Spulenteil besitzt; und L3 gibt die Frequenzeigenschaften einer allgemeinen Schwingspule an.
Genauer formuliert, wenn die Struktur des Antriebsbereichs 200 die Eigenschaft L1 in der Primärspule 210 aufweist, hat die äußere Primärspule 211 einen Durchmesser von 18,1 mm, die innere Primärspule 212 einen Durchmesser von 16,3 mm, wobei die Anzahl der Wickelungen 15 (gesamt: 30) ist, die Wickelbreite jeweils 2 mm beträgt und der direkte Stromwiderstand 2 Ω (gesamt: 4 Ω) ist, und die relative magnetische Permeabilität jeweils 6480 beträgt. Die Sekundärspule weist einen Durchmesser von 17,5 mm auf, die Anzahl der Wickelungen der Sekundärspule ist 1, die Wickelungsbreite ist 2 mm, der direkte Stromwiderstand beträgt 0,0038 Ω und der Volumenwiderstand ist 46 μΩcm.
Wenn der Antriebsbereich 200 die Eigenschaft L2 aufweist, ist die äußere Primärspule 211 in der Struktur des Antriebsbereichs 200 mit der Eigenschaft L1 nicht ausgebildet, und die Anzahl der Wickelungen der inneren Primärspule 212 beträgt 30. Anders ausgedrückt, die Primärspule 210 ist ein Spulenteil.
Wie in 8 gezeigt, wenn in den Schwingspulen der Strukturen des Antriebsbereichs 200 der Ausführungsform mit den entsprechenden Eigenschaften L1 und L2 oder mit Strukturen, die auf den Strukturen des Antriebsbereichs 200 basieren, die Frequenz steigt, steigt die Menge an erzeugten induziertem Strom, so dass in einem Hochfrequenzbereich in der Größenordnung von 10 kHz bis 100 kHz eine ausreichende Menge an induziertem Strom gemäß der Frequenz erzeugt wird.
Demgegenüber steigt in einer normalen Schwingspule mit der Eigenschaft L3, wenn die Frequenz sinkt, die Menge an induziertem Strom. Daher wird im Hochfrequenzbereich keine ausreichende Menge an induziertem Strom erzeugt. Dies liegt daran begründet, dass im Hochfrequenzbereich die Induktivitätskomponente ansteigt.
Gemäß der Struktur des Antriebsbereichs 200 der Ausführungsform wird eine ausreichende Menge an induziertem Strom im Hochfrequenzbereich erzeugt, so dass es selbst bei niedriger Spannung möglich ist, eine elektromagnetische Kraft am zylindrischen leitfähigen Element 230 auf effiziente Weise zu erzeugen.
Im Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Ausführungsform hat die Primärspule 210 des Antriebsbereichs 200 zwei Spulenteile übereinander, und das als Sekundärspule dienende zylindrische leitfähige Element 230 ist zwischen den beiden Spulenteilen angeordnet. Daher wird, wie in 8 gezeigt, selbst in Hochfrequenzbereichen der Größenordnung von 100 kHz eine ausreichende Menge induzierter Strom erzeugt, ohne von Induktivität beeinflusst zu werden. Dies bedeutet, dass es selbst in einem Betriebsbereich mit einer höheren Frequenz möglich ist, das zylindrische leitfähige Element 230 mit einer ausreichend niedrigen Spannung anzutreiben. Dementsprechend kann das Ausstoßgerät 1 für den Einsatz geeignet sein.
Das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 mit den oben beschriebenen Strukturen kann mit einer sehr hohen Frequenz betrieben werden. Dies wird mit Bezugnahme auf 9 beschrieben.
9A ist ein Diagramm der Wellenform eines elektrischen Stroms, der der Primärspule 210 zugeführt wird, wenn das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 in periodischen Abständen einen gleichmäßige Menge Flüssigkeitstropfen mit einer Frequenz von 50 Hz ausstößt. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt den Strom dar. 9B ist ein Diagramm, das den kontrahierten Zustand der Flüssigkeitskammer 130 veranschaulicht, wenn ein in 9A dargestelltes Signal eingegeben wird. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die vertikale Achse die Position. Das Diagramm von 9B zeigt die Positionsveränderungen der Ausstoßöffnung 123 in der Mittenachsenrichtung der Primärspule 210, wobei der positive Bereich eine Positionsveränderung in Richtung der Erweiterung und der negative Bereich eine Positionsveränderung in Richtung der Kontraktion darstellt.
Wie in 9 dargestellt, beträgt die Zeitspanne, die von dem Zeitpunkt, ab dem Strom der Primärspule 210 zugeführt wird, bis zu dem Zeitpunkt, ab dem sich die Ausstoßöffnung 123 (Vorderseite 122) bewegt, verstreicht, etwa 0,5 ms. Diese Zeitspanne kann als Entsprechung zur Reaktionsgeschwindigkeit betrachtet werden, die ab dem Zeitpunkt der Anwendung des Signals bis zum Zeitpunkt des Flüssigkeitsausstoßes gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass die Reaktionsgeschwindigkeit sehr hoch ist.
Wenn daher das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 verwendet wird, können Flüssigkeitstropfen in Hochgeschwindigkeit durch eine geeignete Reaktion auf ein Hochfrequenz-Antriebssignal ausgestoßen werden. Genauer ausgeführt, kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 geeigneterweise z. B. für den tropfenweisen Ausstoß einer Flüssigkeit auf eine vorab festgelegte angegebene Position von z.B. einer in Hochgeschwindigkeit rotierenden Platte verwendet werden.
Ein zugehöriger Piezomechanismus zum Ausstoß von Flüssigkeiten stößt Flüssigkeiten durch die Komprimierung der Flüssigkeitskammer 130 aus, wobei das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Ausführungsform Flüssigkeitstropfen ausstoßen kann, indem die Vorderseite 122 in die Richtungen bewegbar ist, in denen sich die Flüssigkeitskammer 130 erweitert und kontrahiert. Daher kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 die Flüssigkeit korrekt gemäß beispielsweise der Art der auszustoßen Flüssigkeit und der Ausstoßbedingung ausstoßen, so dass sie für eine breitere Palette an Zielen, Geräten und Anwendungen eingesetzt werden kann.
Die Struktur des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät der Ausführungsform beschränkt, so dass andere spezielle Strukturen etc. verwendet werden können.
In dem Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der Ausführungsform können der bewegbare Bereich 140, der den Flüssigkeitsausstoßbereich 120 und das zylindrische leitfähige Element 230 als integrale Struktur umfasst, einfach von der Düse 100 abgetrennt werden. Aber zum Beispiel können der Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 oder Strukturelemente von zum Beispiel dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 zur Handhabung der Flüssigkeit, wie das Flüssigkeitsreservoir 114, der Flüssigkeitszuleitungspfad 113 und die Rückseite 111 des Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichs 110 auch für eine einfache Abtrennbarkeit ausgebildet sein. Alternativ kann die Düse einschließlich des bewegbaren Bereichs 140 so ausgebildet sein, dass sie einfach abtrennbar ist.
Da diese Strukturelemente wie der bewegbare Bereich 140 nicht mit einer elektrischen Verdrahtung versehen sind, können sie relativ einfach abtrennbar ausgebildet werden, solange sie exakt in ihre ursprüngliche Position zurückkehren können. Wenn die Strukturelemente auf diese Weise ausgebildet sind, sind die Strukturelemente, mit denen die auszustoßende Flüssigkeit in Kontakt kommt, einschließlich des Flüssigkeitsausstoßbereichs 120 abtrennbar ausgebildet. Daher ist das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 besser für die Verwendung in Anwendungen geeignet, die einen häufigen Wechsel der auszustoßenden Flüssigkeit und das Reinigen der Flüssigkeitskammer erfordern.
Obwohl in der Düse 100 in der Ausführung das Flüssigkeitsreservoir 114 im Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 angeordnet ist, muss das Flüssigkeitsreservoir 114 nicht notwendigerweise angelegt sein. Sollen beispielsweise eine Vielzahl von Flüssigkeiten verarbeitet werden, ist es effektiv, das Flüssigkeitsreservoir 114 zur temporären Aufnahme der Flüssigkeiten anzulegen. Andererseits, wenn beispielsweise die Düse 100 in einem Drucker zum Ausstoßen von Tinte verwendet wird, ist es effektiv, die Tinte aus der Tintenkammer 130 aus z. B. einer Tintenkartusche zuzuleiten. Daher ist das Flüssigkeitsreservoir 114 in diesem Fall nicht erforderlich. Die Struktur des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 der vorliegenden Erfindung kann, wenn erforderlich, an den Verwendungszweck angepasst werden.
Obwohl die Ausführungsform anhand des Beispiels von Flüssigkeitsausstoßkopf 10 mit einer Grundstruktur mit einer Düse 100 und einem Antriebsbereich 200 beschrieben wird, können Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräte mit mehreren Düsen 100 und Antriebsbereichen 200 verwendet werden.
Genauer ausgedrückt kann, wie in 10 dargestellt, eine Vielzahl von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräten 1 der Ausführungsform entlang einer geraden Linie angeordnet sein, so dass diese Flüssigkeitstropfen gleichzeitig oder unabhängig voneinander ausstoßen können. Diese Struktur ist effektiv, wenn beispielsweise die Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräte 1 der vorliegenden Erfindung als Zeilenköpfe in einem Drucker verwendet werden. In diesem Fall können aus dem entsprechenden Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfen 10 dieselbe Flüssigkeit oder unterschiedliche Flüssigkeiten ausgestoßen werden.
Wenn ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät durch die Integration einer Vielzahl von Düsen 100 gebildet wird, ist die Form der Integration und die Verbindung der Düsen 100 nicht auf eine lineare Form beschränkt ist, wie in 10, so dass sie in jeder beliebigen Form einschließlich einer zweidimensionalen Integration eingebunden werden können.
Wie zum Beispiel in 11 gezeigt, kann eine Vielzahl an Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereichen 110, Flüssigkeitskammern 130 und Ausstoßöffnungen 123 hinsichtlich eines Antriebsbereichs 200 und eines bewegbaren Bereichs 140 ausgebildet sein. Durch solche eine Struktur ist es möglich, eine Vielzahl von Flüssigkeiten gleichzeitig durch Antrieb eines Antriebbereichs 200 auszustoßen.
In diesem Fall können aus jeder Ausstoßöffnung 123 dieselbe Art von Flüssigkeit oder unterschiedliche Arten von Flüssigkeiten ausgestoßen werden.
Obwohl in der Ausführungsform der bewegbare Bereich 140 an der Düse 100 durch passende Befestigung an der Führung 124 an dem Flüssigkeitskammer-Sicherungsbereich 110 angebracht ist, können andere Hilfstützmittel verwendet werden. Um zum Beispiel zu verhindern, dass eine große Menge Flüssigkeit deswegen ausgestoßen wird, weil sich die Flüssigkeitskammer 130 mehr als erforderlich kontrahiert, zum Beispiel auf Grund einer Fehlfunktion von Antriebsbereich 200, kann ein elastisches Element, wie eine Feder oder ein Gummi, an der Seite vorgesehen sein, an der die Bewegung des zylindrischen leitfähigen Elements 230 eingeschränkt werden soll, so dass der Bewegungsbereich des zylindrischen leitfähigen Elements 230 auf die der Frontplatte 121 gegenüberliegende Richtung, das heißt, in die Richtung, in der sich die Flüssigkeitskammer kontrahiert, beschränkt ist.
In der Ausführungsform ist das zylindrische leitfähige Element 230 zwischen der äußeren Primärspule 211 und der inneren Primärspule 212 der Primärspule 210 angeordnet. Das zylindrische leitfähige Element 230 kann an einem beliebigen Ort angeordnet werden, solange es zumindest in einem Bereich liegt, in dem das durch die Primärspule 210 erzeugte Magnetfeld auf das zylindrische leitfähige Element 230 einwirken kann.
Die Form der elektrischen Verbindung der äußeren Primärspule 211 und der inneren Primärspule 212 der Primärspule 210 kann eine parallele oder eine serielle Abfolge sein. Wenn die Wickelrichtung der Spulen (Richtung des Stromflusses) identisch ist, kann jede Form von Verbindung verwendet werden.
Obwohl die Primärspule 210 in der Ausführungsform zwei Spulenteile übereinander aufweist, kann sie auch nur ein Spulenteil aufweisen. Wie oben mit Bezugnahme auf 8 beschrieben, ist es im Vergleich zu einer zugehörigen Schwingspule ausreichend effektiv, die Primärspule 210 mit einem Spulenteil zu verwenden.
In diesem Fall können die Primärspule 210 und das zylindrische leitfähige Element 230, das als Sekundärspule dient, beliebig angelegt sein. So kann beispielsweise das zylindrische leitfähige Element 230 an der Außenseite der Primärspule 210 angeordnet sein, oder die Primärspule 210 kann an der Außenseite des zylindrischen leitfähigen Elements 230 angeordnet sein.
Obwohl in der Ausführungsform die Spule, die den bewegbaren Bereich 140 bewegt, indem eine elektromagnetische Kraft auf sie angewendet wird, ein zylindrisches oder kreisförmiges leitfähiges Element ist, kann die Spule eine normale Spule mit gewickelten leitfähigen Drähten sein.
Das Material, die Abmessungen, Form etc. eines jeden der Strukturteile des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 der Ausführungsform sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt, sondern können beliebig geändert werden.
Obwohl in der Ausführungsform das zylindrische leitfähige Element 230 ein Aluminiumring ist, kann er aus jedem beliebigen nicht-magnetischen leitfähigem Material gebildet werden. Das zylindrische leitfähige Element 230 kann aus beliebigen leitfähigem nicht-ferromagnetischem Material gebildet werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand eines DNA-Disc Players zur Analyse der DNA unter Verwendung einer Reaktion wie Hybridisierung beschrieben.
Im DNA-Disc Player der Ausführungsform werden DNA-Proben mit Erfassungssubstanzen auf einer Platte angeordnet, und eine Lösung mit einem Zielmaterial und einem fluoreszierenden Markermittel, die als Prüfgegenstand dient, wird tropfenweise auf die DNA-Proben ausgestoßen, so dass eine Reaktion, wie die Hybridisierung, zwischen den Basen auftritt. Durch Bestrahlen der entstehenden Substanz mit Pumplicht wird fluoreszierendes Licht aus dem fluoreszierenden Markermittel erfasst, um die Haftungsstärke zwischen den Basen und die Basenfolge der DNAs zu erfassen, um so die Zielsubstanz zu analysieren.
12 ist ein Blockdiagramm der Struktur eines DNA-Disc Players 300.
Im Folgenden wird die Struktur und der Betrieb des DNA-Disc Players 300 mit Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Eine DNA-Platte 400 zur Durchführung von beispielsweise der Hybridisierung ist am DNA-Disc Player 300 befestigt. Die Platte 400 ist ein aus Kunstharz hergestelltes Substrat, wie Polycarbonat oder Polystyrol, Silikon oder Quarzglas. Die Fläche 401 weist beispielsweise Erfassungsvertiefungen und Adressvertiefungen auf. Die Erfassungsvertiefungen sind für die Reaktion einer Erfassungsubstanz und einer Zielsubstanz miteinander ausgelegt, die in den Vertiefungen angeordnet sind. Die Adressvertiefungen dienen der Positionsangabe auf der Platte 400.
Die Platte 400 ist auf dem DNA-Disc Player 300 befestigt, indem sie auf einer Spindel eines Plattenauflagebereichs (nicht dargestellt) befestigt ist, die rotierend durch den Spindelmotor 310 angetrieben wird.
Der Spindelmotor 310 wird rotierend auf der Basis eines Antriebssignals gesteuert, das von einem Spindelservobereich 363 zugeführt wird, um die an der Spindel befestigte Platte 400 zu rotieren. Der DNA-Disc Player 300 der Ausführungsform ist ein CAV-Gerät zum Rotieren der Platte 400 in einer konstanten Winkelgeschwindigkeit. Daher wird der Spindelmotor 310 immer rotierend mit konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben.
Der DNA-Disc Player 300 enthält einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10, der in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
Der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 wird durch einen Kopfsteuerungsbereich 390 gesteuert, der die Funktion der oben beschriebenen Stromsteuerungsschaltung 20 aufweist, und eine Flüssigkeit mit einer Erfassungssubstanz oder eine Flüssigkeit mit einer Zielsubstanz auf die Vertiefungen der Vorderseite der Platte 400 ausstößt, die auf dem DNA-Disc Player 300 befestigt ist.
Der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 wird auf eine Erfassungsvertiefung bewegt, in die die Flüssigkeit ausgestoßen wird, das heißt, auf eine Position auf Platte 400, indem eine Stelleinheit (nicht dargestellt) basierend auf einer Steuerungsoperation des Kopfsteuerbereichs 390 angetrieben wird.
Die auszustoßende Flüssigkeit wird, falls erforderlich, in die Düse 100 aus einem Flüssigkeitszuleitungsbereich (nicht dargestellt) durch ein Luftableitungsloch 117 der Abdeckung 116 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes 10 zugeleitet, wiederum basierend auf dem Steuervorgang des Kopfsteuerbereichs 390.
Die konkrete Zeitsteuerung des Flüssigkeitsausstoßes, die Menge der auszustoßenden Flüssigkeit usw. werden durch den Kopfsteuerbereich 390 gesteuert, indem ein Steuervorgang durchgeführt wird, der gleichwertig ist mit dem Steuervorgang der Stromsteuerschaltung 20 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1, das heißt, durch die Zuleitung einer gegebenen Menge an Strom in die Primärspule 210 des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes 10.
Eine blaue Laserdiode (BLD) 321 ist ein blaues Licht ausstrahlender Halbleiterlaser, der zuerst ein Pumplicht des fluoreszierenden Markermittels ist und eine Wellenlänge von 405 nm hat. Ein von dem BLD 321 ausgestrahlter Lichtstrahl wird von einem dichromatischen Spiegel 322 reflektiert, um die Platte 400 durch eine Objektivlinse 330 anzuleuchten.
Eine rote Laserdiode (BLD) 323 ist ein rotes Licht ausstrahlender Halbleiterlaser, der zuerst ein zweites Pumplicht des fluoreszierenden Markermittels ist und eine Wellenlänge von 640 nm hat. Ein von dem BLD 323 ausgestrahlter Lichtstrahl wird von einem dichromatischen Spiegel 324 reflektiert, um die Platte 400 durch die Objektivlinse 330 anzuleuchten.
Eine Infrarot-Laserdiode (IRLD) 325 ist ein Infrarot-Laserlicht ausstrahlender Halbleiterlaser. Dies ist ein Laserstrahl zur Durchführung eines Verfolgungsservovorgangs und eines Fokussierservovorgangs, der eine Wellenlänge von 780 nm aufweist. Ein vom IRLD 325 ausgestrahlter Lichtstrahl wird von einem Spiegel 327 durch einen Strahlenteiler 326 reflektiert, um die Platte 400 durch die Objektivlinse 330 anzuleuchten.
Der vom IRLD 325 ausgesandte Lichtstrahl geht durch ein Beugungsgitter (nicht dargestellt) durch, um ein nulltes Beugungslicht und ein Beugungslicht ± der ersten Ordnung zu erzeugen. Die Platte 400 wird mit dem Beugungslicht angestrahlt.
Die Objektivlinse 330 ist an einem optischen Kopf (nicht dargestellt) befestigt und fokussiert einfallende Lichtstrahlen, die von dem BLD 321, RLD 323 und IRLD 325 ausgesandt werden, so das ein Verarbeitungsbereich auf der Platte 400, also der Ort, an dem die DNA-Probe liegt, der Ort, an dem die Zielsubstanz tropfenweise ausgestoßen wird, oder der Ort, an dem die Fluoreszenz vom fluoreszierenden Markermittel erfasst wird, mit einem vorgegebenen sehr kleinen Punktlicht angestrahlt werden.
Eine Stelleinheit (nicht dargestellt) bewegt die Objektivlinse 330 in eine Verfolgungsrichtung (radiale Richtung der Platte 400) und in eine Fokussierrichtung (vertikale Richtung zur Platte 400).
Ein Teil des an der Platte 400 abgegangenen fluoreszierenden Lichts wird durch den dichromatischen Spiegel 341 reflektiert, und prallt durch einen Filter 342, der nur Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm durchlässt, auf einen ersten Elektronenvervielfacher (PMT) 343 auf. Wenn der erste Elektronenvervielfacher (PMT) 343 das fluoreszierende Licht von der Platte 400 erfasst, gibt der erste Elektronenvervielfacher (PMT) 343 ein Erfassungssignal an den analysierenden Host-Rechner (nicht dargestellt) aus.
Ein Teil des an der Platte 400 abgegangenen fluoreszierenden Lichts wird durch den dichromatischen Spiegel 344 reflektiert, und prallt durch einen Filter 345, der nur Licht mit einer Wellenlänge von 680 nm durchlässt, auf einen zweiten Elektronenvervielfacher (PMT) 34 auf. Wenn der zweite Elektronenvervielfacher (PMT) 346 das fluoreszierende Licht von der Platte 400 erfasst, gibt der zweite Elektronenvervielfacher (PMT) 346 ein Erfassungssignal an den analysierenden Host-Rechner (nicht dargestellt) aus.
Ein Teil des fluoreszierenden Lichts von der Platte 400, das über den dichromatischen Spiegel 344 übertragen wird, wird vom Spiegel 327 und den Strahlenteiler 326 reflektiert, und prallt auf einem Photodetektor 350 auf.
Der Photodetektor 350 umfasst einen in vier Teile aufgeteilten Photodetektor, wobei jeder Teil das nullte Beugungslicht erfasst, das zum Beispiel von dem IRLD 325 ausgestrahlt wurde; und zwei Photodetektoren, die an den jeweiligen Seiten des Photodetektors 350 zum Erfassen eines Beugungslichts ± der ersten Ordnung angeordnet sind. Jeder Photodetektor erzeugt ein Lichterfassungssignal gemäß der entsprechenden Lichtintensität. Die Lichterfassungssignale werden jeweils in eine Schaltung eines Spindelservosystems, eines Verfolgungsservosystems und eines Fokussierservosystems ausgegeben.
Im Spindelservosystem erfasst ein RF-Signalerfassungsbereich 361 die Frequenz des nullten Beugungslichts, das durch den Photodetektor 350 erfasst wird. Das Erfassungsergebnis wird in eine PLL-Schaltung 362 eingegeben, um das Beugungslicht so zu steuern, dass es die gewünschte Phase und Frequenz hat. Dann erzeugt der Spindelservobereich 363 aus einer Signalausgabe der PLL-Schaltung 362 ein Antriebssignal für den konkreten Antrieb des Spindelmotors 310. Das erzeugte Antriebssignal wird dem Spindelmotor 310 zugeführt, wobei der Spindelmotor 310 in einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit rotiert.
Im Verfolgungsservosystem vergleicht eine Rechenschaltung 371 zum Beispiel zumindest die Intensitäten der reflektierten Beugungslichter ± der ersten Ordnung, die vom Photodetektor 350 erfasst wurden und erzeugt ein Verfolgungsfehlersignal basierend auf dem Vergleich. Dann erzeugt der Verfolgungsservobereich 372 basierend auf dem Verfolgungsfehlersignal ein Verfolgungsservosignal und das Verfolgungsservosignal wird an den Kopfsteuerbereich 390 ausgegeben.
Im Fokussierservosystem fügt die Rechenschaltung 381 die diagonalen Komponenten der Lichterfassungssignale hinzu, die aus den entsprechenden Erfassungsbereichen erfasst wurden, der nullten Beugungslichter, die von dem in vier Teilen aufgeteilten Photodetektor des Photodetektors 350 erfasst wurden. Dann erfasst die Berechnungsschaltung 381 die Differenz zwischen den diagonalen Komponenten, um ein Fokussierfehlersignal zu erzeugen. Basierend auf dem Fokussierfehlersignal erzeugt der Fokussierservobereich 382 ein Fokussierservosignal und das Fokussierservosignal wird an den Kopfsteuerbereich 390 ausgegeben.
Basierend auf dem Eingang des Verfolgungsservosignals aus dem Verfolgungsservobereich 372, dem Eingang des Fokussierservosignals aus dem Fokussierservobereich 382 und den Vorgangssteuersignalen aus einem Steuerrechner (alles nicht angezeigt) steuert der Kopfsteuerbereich 390 den Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 und den optischen Kopf, das heißt, die Objektivlinse 330, so dass der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 und der optische Kopf miteinander synchron sind und die gewünschte Verarbeitung auf derselben Position von Platte 400 durchführen.
Im Besonderen steuert der Kopfsteuerungsbereich 390 eine Stelleinheit zum Bewegen des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes 10 bis hin zu einer Ausstoßposition und leitet eine Flüssigkeit mit einer Erfassungssubstanz oder eine Ausstoßflüssigkeit mit einer Zielsubstanz in den Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10. Der Kopfsteuerbereich 390 führt der Primärspule 210 des Antriebsbereichs 200 auch Strom zu, so dass die gewünschte Menge Flüssigkeit korrekt tropfenweise auf die Erfassungsvertiefungen der Platte 400 in der gewünschten Zeitsteuerung ausgestoßen werden.
Der Kopfsteuerbereich 390 steuert die Stelleinheit, so dass die Verfolgung und Fokussierung korrekt am optischen Kopf (nicht dargestellt) einschließlich der Objektivlinse 330 durchgeführt werden.
Wenn die mit dem DNA-Disc Player 300 analysierte DNA eine solche Struktur aufweist, so stößt der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 als Erstes eine Lösung mit einer Erfassungssubstanz tropfenweise auf eine vorgegebene Position der Platte 400 aus, also auf die Erfassungsvertiefung, während die Platte 400 rotiert. Nach dem tropfenweisen Ausstoß der Lösung wird die Lösung auf der Platte 400 verdichtet, um eine Erfassungsplatte zu bilden. Beispiele von Erfassungssubstanzen sind eine Nukleotidkette, Heptide, Protein, Fett, eine niedermolekulare Verbindung, Ribosom und andere biologische Substanzen.
Während die Platte 400 rotiert, stößt als Nächstes der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 tropfenweise eine Lösung mit der Zielsubstanz (wie beispielsweise aus einer Zelle oder einem Gewebe entnommene mRNA) und ein fluoreszierendes Markermittel auf die DNA-Probe aus.
Dann wird die Platte 400 in diesem Zustand beispielsweise für einige Stunden in einem konstanten Temperaturbad erhitzt, um die Erfassungssubstanz und die Zielsubstanz miteinander reagieren zu lassen.
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird ein Teil der Zielsubstanz, der nicht an der beidseitigen Reaktion beteiligt war, weggewaschen, und die Platte 400 wird wieder auf dem DNA-Disc Player 300 befestigt. Während die Platte 400 rotiert, werden alle Teile der Zielsubstanz, die an der beidseitigen Reaktion beteiligt waren, mit Pumplicht von BLD 321 und RLD 323 bestrahlt. Dann erfassen der erste Elektronenvervielfältiger (PMT) 343 und der zweite Elektronenvervielfältiger (PMT) 346 das fluoreszierende Licht aus dem fluoreszierenden Markermittel.
Durch Analyse der erfassten Fluoreszenzintensität und der Haftstärke zwischen Erfassungssubstanz und Zielsubstanz wird die Zielsubstanz praktisch analysiert.
Nach dem DNA-Disc Player 300 mit dieser Struktur kann durch den Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 die gewünschte Menge einer gewünschten Flüssigkeit kann tropfenweise in Hochgeschwindigkeit exakt auf die gewünschte Vertiefung der Platte 400 ausgestoßen werden.
In der Folge ist es möglich, die Zielsubstanz in kurzer Zeit in Hochgeschwindigkeit zu analysieren. Dies bedeutet, dass es möglich ist, eine große Menge der Zielsubstanz mit sehr geringen Kosten zu analysieren. Da in der Folge sehr viele Zielsubstanzen in Hochgeschwindigkeit analysiert werden können, kann das Analyseergebnis statistisch ausgewertet werden, so das organische und biologische Substanzen, wie die DNA, mit hoher Genauigkeit analysiert werden können.
Da der bewegbare Bereich 140 und die Flüssigkeitskammer 130 einfach zu reinigen und auszuwechseln sind, wenn der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 viele Erfassungssubstanzen verarbeitet, kann der Aufwand des Reinigens und Ersetzens der Düse erheblich reduziert werden, so dass die Substanzen auf effiziente Weise analysiert werden.
Da die Düse 100 einfach zu reinigen und auszuwechseln ist, können Analysen in höherer Genauigkeit durchgeführt werden.
Da der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 mit geringen Kosten unter Verwendung einer einfachen Struktur ausgebildet werden kann, kann der DNA-Disc Player 300 kostengünstig hergestellt werden.
Da der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 mit niedriger Spannung und hoher Frequenz angetrieben werden kann, kann eine Flüssigkeit tropfenweise in höherer Geschwindigkeit ausgestoßen werden, das heißt, eine Substanz kann schneller analysiert werden, indem beispielsweise die Platte 400 in höherer Geschwindigkeit rotiert.
Die Struktur des DNA-Disc Players 300 der Ausführungsform ist nicht auf das oben Beschriebene beschränkt, so dass die Struktur bei Bedarf modifiziert werden kann.
Obwohl beispielsweise der DNA-Disc Player 300 der Ausführungsform in der in 1 gezeigten Struktur mit nur einer Düse beschrieben ist, kann der DNA-Disc Player 300 mehrere Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfe 10 mit mehreren Flüssigkeitsausstoßöffnungen umfassen, wie in 10 und 11 gezeigt.
In dem Fall, dass eine Struktur wie der DNA-Disc Player 300 eine Vielzahl an Flüssigkeitstropfen von mehreren Flüssigkeitstypen ausstößt, wenn die Struktur eine Vielzahl von Düsen 100 umfasst, so dass er eine Vielzahl von Flüssigkeitstropfen gleichzeitig oder verschiedene Arten gleichzeitig ausstoßen kann, kann die Substanz effizienter analysiert werden. Es treten keine Probleme auf, selbst wenn der DNA-Disc Player 300 eine solche Struktur aufweist, so dass es offensichtlich ist, dass der DNA- Disc Player 300 mit dieser Struktur in den Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung fällt.
Das Verfahren und die Struktur der Durchführung eines Spindelservovorgangs, eines Verfolgungsservovorgangs und eines Fokussierservorgangs des DNA-Disc Players 300 sind nicht auf die dieser Ausführungsform beschränkt, so dass andere Arten solcher Verfahren und Strukturen verwendet werden können.
Obwohl der DNA-Disc Player 300 der Ausführungsform als CAV-Gerät zur Steuerung der Rotation von Platte 400 in einer konstanten Winkelgeschwindigkeit beschrieben ist, kann der DNA-Disc Player 300 ein CLV-Gerät zum Antrieb der Platte 400 in einer konstanten Lineargeschwindigkeit sein oder eine Gerät vom Typ CAV oder CLV, je nach den Zonen auf der Platte.
Dritte Ausführungsform
Die Beschreibung eines Druckers der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Berg auf 13 gemacht.
Da der im Drucker der Ausführungsform verwendete Tintenstrahlkopf dem Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der ersten Ausführungsform, wie im Folgenden beschrieben, entspricht, werden dieselben Zeichnungen, die die erste Ausführungsform veranschaulichen, und dieselben Referenznummern zur Beschreibung des Tintenstrahlkopfes verwendet.
13 ist eine schematische Ansicht der Struktur eines Druckers der Ausführungsform.
In einem Drucker 500 werden die Druckbögen, die das Druckmedium darstellen, die in einem Papierschacht 510 aufbewahrt sind, durch einen Rückroller 530 und eine Bogentransportführung 540 an eine Position unterhalb des Kopfbereichs 550 des Tintenstrahldruckers transportiert.
Der Kopfbereich 550 des Tintenstrahldruckers umfasst vier Zeilenköpfe gemäß den Tintenfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Die Zeilenköpfe entsprechen einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfen 10 der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräte 1 der vorliegenden Erfindung, wobei die Köpfe 10 in einer Zeile angeordnet sind. Die Tintenausstoßfläche einer jeden Düse 100 erstreckt sich nach unten in Richtung Schwerkraft, und ist so angeordnet, dass sie zu den zu transportierenden Druckbögen abgewandt angeordnet ist.
Jedem Zeilenkopf wird falls erforderlich Tinte der entsprechenden Farbe aus einer Tintenflasche zugeführt.
Mit dem Kopfbereich 550 des Tintenstrahldruckers wird ein gewünschtes Zeichen, eine Figur, ein Symbol, ein Bild oder Ähnliches auf einen transportierten Druckbogen gedruckt. Nach dem Druck wird der Druckbogen ausgegeben.
Auf diese Weise kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der vorliegenden Erfindung auch im Drucker 500 unter Verwendung des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 als Tintenstrahlkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit verwendet werden.
Da jede Düse 100 einfach zu reinigen und auszuwechseln ist, kann der Drucker 500 einfach gewartet werden, so dass der Drucker 500 in hoher Qualität drucken kann. Da der Tintenstrahlkopf mit niedriger Spannung und hoher Frequenz betrieben werden kann, ist es möglich, einen Drucker mit hoher Druckgeschwindigkeit und geringem Stromverbrauch auszubilden. Da es keinen elektrischen Kontakt bezüglich des bewegbaren Bereichs am Kopfbereich gibt und der Kopfbereich eine einfache Struktur aufweist, ist es möglich, einen sehr zuverlässig und preiswerten Drucker auszubilden.
Obwohl in der Ausführungsform die Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfe 10 in Zeilenköpfen für die Erstellung von Farbdrucken angewendet werden, kann ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 auch beispielsweise in einem Drucker verwendet werden, in dem sich ein Kopf über einen Druckbogen bewegt und einen Druckvorgang auf dem Druckbogen durchführt. Darüber hinaus können die Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfe 10 ähnlicherweise als Köpfe verwendet werden, in denen eine relativ kleine Anzahl von Düsen 100 in einer Impulsanordnung entweder eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Weiterhin kann ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf 10 gleichermaßen in einem Drucker für monochromatischer Drucke verwendet werden.
Vierte Ausführungsform
Das Herstellungsverfahren eines organischen EL-Anzeigeschirms der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 14 beschrieben.
14 veranschaulicht die Verfahrensschritte zur Herstellung eines organischen EL-Anzeigeschirms.
Bei der Herstellung eines organischen EL-Anzeigeschirms wird zuerst eine transparente ITO-Elektrode 101 auf jedem Pixel eines Glassubstrats 610 durch Photolithographie gebildet.
Als Nächstes werden Harze 630 in der Form von Wänden zwischen den transparenten ITO-Elektroden 101 gebildet. Die Harze 630 verhindern das Durchdringen von Licht zwischen den Pixeln sowie den Auslauf von Flüssigkeit, die zur Bildung einer lichtausstrahlenden Schicht verwendet wird, und segmentieren die Pixel.
Das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stößt tropfenweise flüssige lichtausstrahlende Materialien 640 bis 660 auf Flächen der entsprechenden Pixel, die durch die Harze 630 segmentiert werden. Die lichtausstrahlenden Materialien 640 bis 660 strahlen jeweils rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht aus.
Nach dem tropfenweisen Ausstoßen der lichtausstrahlenden Materialen 640 bis 660 werden die lichtausstrahlenden Materialien 640 bis 660 erwärmt, wodurch lichtausstrahlende Schichten gebildet werden.
Als Nächstes werden durch tropfenweises Ausstoßen von Materialien zum Bilden einer Locheinspritzschicht, wie Polyvinylcarbazol (PKV), durch eine ebensolche Verwendung von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 die Materialien zum Bilden einer Locheinspritzschicht in vorgegebene Positionen der transparenten ITO-Elektroden 101 gesteuert, wodurch Locheinspritzschichten gebildet werden.
Zuletzt werden Reflexionspixelelektroden (nicht dargestellt) auf den Locheinspritzschichten gebildet, um einen organischen EL-Vollfarbanzeigeschirm auf den Locheinspritzschichten zu bilden.
Herkömmlicherweise ist es schwierig, Musterungen (Patterning) mit organischen Farben durchzuführen, die die drei Primärfarben Blau, Grün und Rot entsprechend den Pixeln ausstrahlen, und die gemusterten organischen Farben anzuordnen, da diese Materialien einen herkömmlichen Musterungsprozess, wie die Photolithographie, auf Grund von Problemen bei der Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme nicht standhalten können.
Wenn jedoch, wie in dieser Ausführungsform, das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die exakte gewünschte Menge an Materialien exakt an den gewünschten Positionen angebracht werden, ohne die Materialien zu erhitzen. Anders ausgedrückt ist es möglich, die lichtausstoßenden Materialen entsprechend den Pixeln auf dem Anzeigeschirm sehr fein anzuordnen, so dass die lichtausstrahlenden Schichten durch Musterung mit Hilfe von organischen Materialien gebildet werden können.
Wie oben erwähnt, da die Düse 100 einfach gereinigt und ausgewechselt werden kann, kann das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 Tropfen verschiedener Materialien in einem Zustand hoher Qualität ausstoßen, so dass ein qualitativ hochwertiger Anzeigeschirm hergestellt werden kann. Da es darüber hinaus möglich ist, den Tintenstrahlkopf in hoher Frequenz zu betreiben, sind nicht viele Mannstunden zur Wartung (wie Reinigung) des Tintenstrahlkopfes erforderlich, wobei ein Anzeigeschirm in kurzer Zeit in Hochgeschwindigkeit hergestellt werden kann.
Obwohl in der Ausführungsform der Herstellungsprozess eines organischen EL-Anzeigeschirms beschrieben wird, kann die Ausführungsform für die Herstellung weiterer Anzeigeschirmtypen und Anzeigen verwendet werden, wenn beispielsweise Materialien entsprechend den Pixeln angeordnet werden oder wenn Schichten durch Musterung der vorgegebenen Materialien gebildet werden.
Zum Beispiel kann bei der Herstellung einer Feldemissionsanzeige (Field Emission Display, FED) die Ausführungsform auf die Ausbildung einer Feldemissionskathode (Mikrokathode) angewendet werden. Durch Verteilen von beispielsweise Kohlenstoff-Nanotube in einem Lösungsmittel und tropfenweises Auftragen einer Flüssigkeit auf die Pixel mit Hilfe des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1, kann an jedem Pixel eine Kathode gebildet werden.
Obwohl es bevorzugt ist, die FED-Mikrokathode in der Form sehr kleiner Nadeln auszubilden, damit sie die Elektrizität leicht entladen können, ist es schwierig, durch Lithographie solche Mikrokathoden zu bilden. Daher muss ein normaler komplizierter Prozess durchgeführt werden. Wenn jedoch das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 zum Ausstoßen von Flüssigkeiten zur Erstellung von Elektroden verwendet wird, ist das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 effektiv, um Elektroden einfach zu erstellen.
Fünfte Ausführungsform
Ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters auf einem Substrat einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 15 beschrieben.
15 veranschaulicht einen Prozess zur Bildung eines leitfähigen Musters.
Bei der Bildung des leitfähigen Musters wird eine Flüssigkeit 730 mit feinen Metallpartikeln (zum Beispiel feinen Partikeln in Nano-Größe) dem Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 zugeleitet, der antreibbar durch ein Antriebsmittel (nicht dargestellt) gehalten wird, und die zugeleitete Flüssigkeit 730 wird auf dem Substrat 710 angeordnet, das von einer vorgegebenen Halterung horizontal gehalten wird.
Während des Ausstoßens der Flüssigkeit 730 mit den feinen Metallpartikeln durch Bewegen des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts 1 auf eine Position, an der das leitfähige Muster gebildet wird, wird das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 auf eine folgende Position des zu bildenden leitfähigen Musters bewegt.
Durch fortlaufendes tropfenweises Ausstoßen der Flüssigkeit auf diese Weise wird das gewünschte leitfähige Muster 720 auf dem Substrat 710 gebildet.
Durch Bilden von zum Beispiel eines Verdrahtungsmusters oder eines Elektrodenmusters auf einem Substrat mit dem Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 ist es möglich, beispielsweise ein sehr feines leitfähiges Muster auf dem Substrat oder Ähnliches auszubilden. Daher ist es möglich, eine Schaltung effizient auf dem Substrat anzubringen.
Da das leitfähige Muster direkt auf dem Substrat gebildet werden kann, wird der Bildungsprozess des leitfähigen Musters vereinfacht, so dass das gewünschte Substrat in einer sehr kurzen Lieferzeit hergestellt werden kann, und damit kann die Zeitspanne der Produktionsausrüstung, -geräte usw., die das Substrat verwenden, verringert werden.
Das Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät 1 der vorliegenden Erfindung kann auch auf diese Weise verwendet werden.
Die oben beschriebene erste bis fünfte Ausführungsform werden offen gelegt, damit die vorliegende Erfindung besser verständlich ist und schränken die vorliegende Erfindung in keiner Weise ein.
Auf diese Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät und ein Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens bereitzustellen, die es ermöglichen, eine Düse (bewegbarer Bereich) einfach auszuwechseln und zu reinigen, ohne dass eine Flüssigkeit hoher Temperatur oder hohem Druck ausgesetzt wird. Das Gerät kann mit geringer Spannung und hoher Frequenz betrieben werden, und das Verfahren erlaubt den Betrieb mit geringer Spannung und hoher Frequenz.
Es ist möglich, verschiedene Geräte und Herstellungsverfahren auszubilden, die die effiziente Herstellung und Fertigung eines gewünschten Produkts in hoher Qualität durch das Ausstoßen von Tropfen der gewünschten Flüssigkeit in Hochgeschwindigkeit und in hoher Genauigkeit durch Einsatz eines Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgeräts oder eines Verfahrens zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens ermöglichen.
Genauer ausgedrückt, ist es möglich, einen Drucker und ein Druckverfahren, einen Testchip-Prozessor und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Testchips, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektrolumineszenten Anzeigeschirms, ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Musters und ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige auszubilden.

Claims

Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1), umfassend: eine Spule (210) zum Erzeugen eines zeitvarianten Magnetfelds basierend auf einem zeitvarianten angelegten Strom; einen bewegbaren Bereich (140), der entlang einer Mittenachsenrichtung der Spule (210) bewegbar ist und ein Element (230) enthält, in dem das durch die Spule (210) erzeugte zeitvariante Magnetfeld einen Strom induziert; eine Ausstoßöffnung (123) zum Ausstoß einer Flüssigkeit durch Änderung des Volumens der Flüssigkeitskammer (130) mit der Flüssigkeit als Folge einer Bewegung des bewegbaren Bereichs (140); dadurch gekennzeichnet, dass das Element (230) des bewegbaren Bereichs (140) ein Umfangselement (230) ist; Mittel (220) zum vertikalen Anlegen eines Magnetfelds auf eine Umfangsfläche des Umfangselements (230) des bewegbaren Bereichs (140) dergestalt ausgebildet sind, dass der bewegbare Bereich (140) durch eine Kraft basierend auf dem angelegten Magnetfeld und dem induzierten Strom bewegt wird; sich die Ausstoßöffnung (123) zusammen mit dem bewegbaren Bereich (140) bewegt, und der bewegbare Bereich (140) entfernbar ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Spule (210) zwei konzentrische Spulenteile (211, 212) mit unterschiedlichen Wickeldurchmesser besitzt, wobei die Wickelrichtungen der Spulenteile (211, 212) gleich sind.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der bewegbare Bereich (140) in Bezug zu einem Fließweg (110) entfernbar angeordnet ist, der einen Teil der Flüssigkeitskammer (130) mit der Flüssigkeit definiert.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Fliessweg (110), der einen Teil der Flüssigkeitskammer (130) definiert, aus der Spule (210) und dem Mittel zum Anlegen des Magnetfelds (220) entfernbar ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Anspreche 1 bis 4, wobei der bewegbare Bereich (140) eine Führung (124) umfasst, um die Bewegung des bewegbaren Bereichs (140) bezüglich des Fließwegs (110) zu ermöglichen, der einen Teil der Flüssigkeitskammer (130) mit der Flüssigkeit definiert.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der bewegbare Abschnitt (140) die Flüssigkeit durch das Hin- und Herbewegen zwischen einer vorab festgelegten Referenzposition (P0) und einer kontrahierten Position (P2) ausstößt, die sich in einer Richtung befindet, in der das Volumen der Flüssigkeitskammer (130) im Bezug zur Referenzposition (P0) verringert ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der bewegbare Abschnitt (140) die Flüssigkeit durch das Hin- und Herbewegen zwischen einer vorab festgelegten Referenzposition (P0) und einer erweiterten Position (P2) ausstößt, die sich in einer Richtung befindet, in der das Volumen der Flüssigkeitskammer (130) in Bezug zur Referenzposition (P0) erhöht ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Anspreche 1 bis 7, wobei das Mittel zum Anlegen des Magnetfelds (220) eine ringförmige Magnetschaltung mit einer Aussparung in einem Teil davon ist und so angeordnet ist, dass das Magnetfeld auf das Umfangselement (230) angelegt wird, wobei die Spule (210) und das Umfangselement (230) in der Aussparung (223) angeordnet sind.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Anspreche 1 bis 8, wobei der bewegbare Bereich (140) eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen (123) zum Ausstoß von Flüssigkeitstropfen durch die Bewegung des bewegbaren Bereichs (140) besitzt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin eine Vielzahl von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfbereiche umfassend, wobei jeder zumindest die Spule (210) und den bewegbaren Bereich (140) enthält.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, eine Vielzahl von Flüssigkeitskammern (130) umfassend, wobei dieselbe Flüssigkeit oder verschiedene Flüssigkeiten in den Flüssigkeitskammern (130) vorgesehen sind.
Flüssigkeits-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung (123) eine Flüssigkeit sein kann wie Tinte, eine Flüssigkeit mit einer biologischen Substanz, eine Flüssigkeit mit einem organischen elektrolumineszenten Material, eine Flüssigkeit mit feinen Metallpartikeln und eine Flüssigkeit, die fein verteilt mit Kohlenstoff-Nanoröhre (Carbon Nanotube) gemischt ist.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens, die Schritte umfassend: Erzeugen eines zeitvarianten Magnetfelds durch Zuführen eines zeitvarianten Stroms zu einer Spule (210); Erzeugen eines induzierten Stroms um das Element (230) eines bewegbaren Bereichs (140), der entlang einer Mittenachsenrichtung der Spule (210) bewegbar ist, durch Anwenden des zeitvarianten Magnetfelds, das durch die Spule (210) für das Element (230) erzeugt wird; Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung (123) durch Änderung des Volumens der Flüssigkeitskammer (130) mit der Flüssigkeit durch Bewegen des bewegbaren Bereichs (140); dadurch gekennzeichnet, dass das Element (230) des bewegbaren Bereichs (140) ein Umfangselement (230) ist; ein Schritt des vertikalen Anlegens des Magnetfelds an eine Umfangsfläche des Umfangselements (230) des bewegbaren Bereichs (140) dergestalt vorgesehen ist, dass das Bewegen des bewegbaren Bereichs (140) durch eine elektromagnetische Kraft bewirkt wird, die auf dem angelegten Magnetfeld und dem generierten induzierten Strom basiert; die Ausstoßöffnung (123) zusammen mit dem bewegbaren Bereich (140) bewegt wird, und der bewegbare Bereich (140) entfernbar ist.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens gemäß Anspruch 13, wobei die Flüssigkeit durch Bewegen des bewegbaren Bereichs (140) dergestalt ausgestoßen wird, dass das Volumen der Flüssigkeitskammer (130) reduziert wird.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens gemäß Anspruch 13, wobei die Flüssigkeit durch Bewegen des bewegbaren Bereichs (140) dergestalt ausgestoßen wird, dass das Volumen der Flüssigkeitskammer (130) erweitert wird.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens gemäß Anspruch 13, 14 oder 15, wobei der bewegbare Bereich (140) eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen (123) zum Ausstoß einer Vielzahl von Flüssigkeitstropfen durch die Bewegung des bewegbaren Bereichs (140) besitzt.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei dieselbe Flüssigkeit oder unterschiedliche Flüssigkeiten in einer Vielzahl von Flüssigkeitskammern (130) vorgesehen sind, um eine Vielzahl von Flüssigkeitstropfen gleichzeitig auszustoßen.
Verfahren zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die auszustoßende Flüssigkeit eine Flüssigkeit sein kann wie Tinte, eine Flüssigkeit mit einer biologischen Substanz, eine Flüssigkeit mit einem organischen elektrolumineszenten Material, eine Flüssigkeit mit feinen Metallpartikeln und eine Flüssigkeit, die fein verteilt mit Kohlenstoff-Nanoröhre (Carbon Nanotube) gemischt ist.
Testchip-Prozessor (300), umfassend: einen Chip-Laufwerksbereich zum Aufnehmen und Bewegen eines Testchips unter einer vorab festgelegten Bedingung; einen Flüssigkeitsausstoß-Kopfbereich zum tropfenweisen Ausstoßen einer zu testenden Flüssigkeit auf vorab festgelegte Stellen des Testchips; und einen Sensor zum Durchführen von Tests durch Bestrahlen der vorab festgelegten Stellen des Testchips mit Licht, wobei der Flüssigkeitsausstoß-Kopfbereich ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Testchip-Prozessor (300) gemäß Anspruch 19, wobei der Testchip ein DNA-Chip mit DNA-Proben ist, die in einer vorab festgelegten Anordnung angeordnet sind, wobei die vorab festgelegten Stellen des Testchips mit den Positionen der DNA-Proben auf dem DNA-Chip übereinstimmen, und wobei ein Zustand einer Bindungsreaktion einer Nukleinsäure in der zu testenden DNA-Probe getestet wird.
Testchip-Prozessor (300) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der Testchip eine Testplatte ist und der Chip-Laufwerkbereich die Testplatte aufnimmt und die Testplatte unter der gewünschten Bedingung rotiert.
Verfahren zum Verarbeiten eines Testchips, die Schritte umfassend: Durchtführen des Tests durch tropfenweises Ausstoßen einer zu testenden Flüssigkeit auf eine vorab festgelegte Stelle des Testchips und Bestrahlen der vorab festgelegten Stelle mit Licht, wobei das Verfahren des Ausstoßens einer Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 eingesetzt wird, um die zu testende Flüssigkeit tropfenweise auszustoßen.
Druckergerät (500) umfassend, einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Flüssigkeitstropfen-Ausstoßgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Ausstoßen von Tinte.
Druckverfahren, wobei das Verfahren des Ausstoßens eines Flüssigkeitstropfens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 zum Ausstoßen von Tinte eingesetzt wird, so dass der gewünschte Druckvorgang ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines organischen elektrolumineszenten Anzeigeschirms, eine lichtausstrahlende Schicht auf einem Substrat umfassend, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: Bilden einer lichtaustrahlenden Schicht durch tropfenweises Ausstoßen einer Flüssigkeit mit lichtausstrahlendem Material auf eine vorab festgelegte Stelle durch einen Flüssigkeitsausstoßkopf, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf die Flüssigkeit nach dem Verfahren des Flüssigkeitstropfenausstoßes gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 ausstößt.
Verfahren zur Bildung eines Leiterbilds, wobei das Verfahren des Flüssigkeittropfenausstoßes gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 verwendet wird, um eine Flüssigkeit mit feinen leitenden Partikeln auszustoßen, so dass das gewünschte Leiterbild auf einem Substrat gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionsanzeige, die Schritte umfassend: Bilden einer Feldemissionskathode durch nacheinanderfolgendes tropfenweises Ausstoßen einer Flüssigkeit, die fein verteilt mit einer Kohlenwasserstoff-Nanoröhre gemischt ist, auf eine vorab festgelegte Stelle durch einen Flüssigkeitsausstoßkopf, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf die Flüssigkeit nach dem Verfahren des Flüssigkeitstropfenausstoßes gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 ausstößt.