JP2010509049A - 極少量液体の混合装置及びその混合方法 - Google Patents

極少量液体の混合装置及びその混合方法 Download PDF

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Abstract

本発明の極少量液体混合装置は、多様な流体を使用することができ、ソレノイドバルブの開閉時間を調節することによって最小数百nl/sの混合速度を有し、極少量の液体を効果的に混合し、高費用の液体を使用する臨床医療機器のような分野で反応時間を減らす。この極少量液体混合装置は、圧送される混合対象液体を内蔵する複数の圧力容器、前記複数の圧力容器それぞれに連結されて前記圧力容器から圧送される前記混合対象液体を混合容器に分注する複数のソレノイドバルブ及び前記ソレノイドバルブを少なくとも同時開放する制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する制御部を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は極少量液体の混合装置及びその混合方法に関し、より詳しくは高速で作動するソレノイドバルブまたは商用化されたインクジェットノズルを利用して極少量の液体を混合する極少量液体の混合装置及びその混合方法に関するものである。
極少量の液体を分注する分注装置は大きく3種類に分けることができる。分注装置は注射器(syringe)の駆動によったもの、ソレノイドバルブによるもの及び圧電素子(piezoelectricmaterial)や熱変形(thermal deformation)を利用したインクジェットノズルによるものを含む。
注射器駆動による分注装置は1回分注量で最小1nlまで処理できるが、一般に非接触式分注(noncontactdispensing)を難しくする。したがって、この分注装置を液体混合用として使用する場合、分注装置の汚染可能性が高い。そして、最少分注量が他の分注装置に比べて相対的に大きいので、その適用が制約的である。
例えば、ソレノイドバルブは分注用として使用する場合、非接触式分注が可能である。しかし、このソレノイドバルブを利用する分注装置はインクジェットノズルを使用する分注装置に比べて最少分注量が数nl程度で、最少分注量においてさらに多い。
本発明の目的は、多様な流体に使用することができ、ソレノイドバルブの開閉時間を調節することによって最低数百nl/sの混合速度を有するか、インクジェットノズルの駆動周波数を調節して最高数μl/sの混合速度を有し、極少量の液体を効果的に混合し、高費用の液体を使用する臨床医療機器のような分野で反応時間を減らす極少量液体の混合装置及びその混合方法を提供することにある。
1.本発明の1実施例による極少量液体の混合装置は、圧送する混合対象液体を内蔵する複数の圧力容器、前記複数の圧力容器それぞれに連結されて前記圧力容器から圧送される前記混合対象液体を混合容器に分注する複数のソレノイドバルブ及び前記ソレノイドバルブを少なくとも同時開放する制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する制御部を含むことができる。
前記複数のソレノイドバルブは各端に備えられるノズルを含み、前記複数のノズルは前記混合容器の上方に傾斜して配置することができる。
前記ソレノイドバルブは前記混合容器の上方一側に配置される第1ソレノイドバルブと、前記第1ソレノイドバルブと対向し、前記混合容器上方の他側に配置される第2ソレノイドバルブを含むことができる。
前記第1ソレノイドバルブに備えられる第1ノズルと前記第2ソレノイドバルブに備えられる第2ノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、前記混合容器の垂直上方一点で接することができる。
また、第1ソレノイドバルブに備えられる第1ノズルと前記第2ソレノイドバルブに備えられる第2ノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、前記混合容器内の一点で接することができる。
また、本発明の1実施例による極少量液体混合装置は、前記圧力容器それぞれに連結される整圧器及び前記整圧器に連結される空気圧縮器を含むことができる。
また、本発明の1実施例による極少量液体の混合方法は、複数の圧力容器に内蔵された混合対象液体を圧送する第10段階及び前記第10段階で圧送される混合対象液体を混合容器に分注するように各圧力容器に連結されたソレノイドバルブを少なくとも同時に開放する制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する第20段階を含むことができる。
前記第20段階は、前記ソレノイドバルブを同時に開放制御する第21段階及び前記ソレノイドバルブの各端に備えられるノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させる第22段階を含むことができる。
前記混合対象液体は第1、第2混合液体を含み、前記ソレノイドバルブは前記第1混合対象液体を分注する第1ソレノイドバルブと前記第2混合対象液体を分注する第2ソレノイドバルブを含み、前記第1、第2ソレノイドバルブの各端に備えられる第1、第2ノズルを含み、前記第21段階は前記第1、第2ソレノイドバルブを同時に開放制御し、前記第22段階は前記第1、第2ノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体それぞれの第1、第2液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させることができる。
前記第21段階は、前記第1、第2ソレノイドバルブの閉鎖時間を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることができる。
前記第20段階は、前記複数のソレノイドバルブを交互に開閉制御する第221段階及び前記複数のソレノイドバルブの各端に備えられるノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させる第222段階を含むことができる。
前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、前記複数のソレノイドバルブは前記第1混合対象液体を分注する第1ソレノイドバルブと前記第2混合対象液体を分注する第2ソレノイドバルブを含み、前記第1、第2ソレノイドバルブの各端に備えられる第1、第2ノズルを含み、前記第221段階は前記第1、第2ソレノイドバルブを交互に開閉制御し、前記第222段階は前記第1、第2ノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体の第1、第2液滴を前記混合容器内の従来に分注された混合液体に交互に衝突混合させることができる。
前記第221段階は前記第1、第2ソレノイドバルブの開閉時間を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることができる。
また、本発明の1実施例による極少量液体の混合装置は、混合対象液体を内蔵して圧送する複数のディスペンサー、前記複数のディスペンサーそれぞれに連結されて圧送される前記混合対象液体を混合容器に分注する複数のインクジェットノズル及び前記複数のインクジェットノズルを少なくとも同時駆動制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する制御部を含むことができる。
前記複数のインクジェットノズルは前記混合容器の上方に傾斜して配置することができる。
前記複数のインクジェットノズルは、前記混合容器の上方一側に配置される第1インクジェットノズルと、前記第1インクジェットノズルと対向して前記混合容器上方の他側に配置される第2インクジェットノズルを含むことができる。
前記第1インクジェットノズルと前記第2インクジェットノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、前記混合容器の垂直上方一点で接することができる。
前記第1インクジェットノズルと前記第2インクジェットノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、前記混合容器内の一点で接することができる。
また、本発明の1実施例による極少量液体の混合方法は、複数のディスペンサーに内蔵された混合対象液体を圧送する第310段階及び前記第310段階で圧送される混合対象液体を混合容器に分注するように各ディスペンサーに連結されたインクジェットノズルの駆動電圧及び周波数を調節しながら、前記複数のインクジェットノズルを少なくとも同時に駆動する制御及び交互に駆動する制御の中である1つに制御する第320段階を含むことができる。
前記第320段階は、前記複数のインクジェットノズルを同時に駆動制御する第321段階及び前記複数のインクジェットノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させる第322段階を含むことができる。
前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、前記複数のインクジェットノズルは前記第1混合対象液体を分注する第1インクジェットノズルと前記第2混合対象液体を分注する第2インクジェットノズルを含み、前記第321段階は前記第1、第2インクジェットノズルを同時に駆動制御し、前記第322段階は前記第1、第2インクジェットノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体それぞれの第1、第2液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させることができる。
前記第321段階は前記第1、第2インクジェットノズルの駆動電圧及び周波数を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることができる。
前記第320段階は前記複数のインクジェットノズルを交互に駆動制御する第421段階及び前記複数のインクジェットノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させる第422段階を含むことができる。
前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、前記複数のインクジェットノズルは前記第1混合対象液体を分注する第1インクジェットノズルと、前記第2混合対象液体を分注する第2インクジェットノズルを含み、前記第421段階は前記第1、第2インクジェットノズルを交互に駆動制御し、前記第422段階は前記第1、第2インクジェットノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させることができる。
前記第421段階は前記第1、第2インクジェットノズルの駆動電圧及び周波数を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることができる。
以上のように、本発明の1実施例によると複数の圧力容器にそれぞれ連結する複数のソレノイドバルブを少なくとも同時に開放制御したり交互に開閉制御して、各ソレノイドバルブに備えられたノズルで混合対象液体を分注して混合液体を形成する効果がある。この時、複数のソレノイドバルブの開閉時間調節に応じて迅速な混合速度を有し、極少量の液体を混合し、混合液体の混合比を調節する効果がある。また、高費用の液体を使用する臨床医療機器のような分野に適用する場合には反応時間を減らす効果がある。
また、本発明の1実施例によると、複数のインクジェットノズルを同時に駆動したり交互に駆動制御して、混合対象液体を分注して混合液体を形成する効果がある。この時、複数のインクジェットノズルの駆動電圧及び周波数を調節することによって迅速な混合速度を有し、極少量の液体を混合し、混合液体の混合比を調節する効果がある。
図1は本発明の第1実施例による極少量液体の混合装置の構成図である。 図2は本発明の第1実施例による極少量液体の混合方法の流れ図である。 図3は第1実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、同時に分注して液滴の衝突を誘発して液滴を混合する状態を示す状態図である。 図4は第1実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、同時に分注して液滴間の衝突を誘発して液滴を混合させるようにソレノイドバルブを駆動させるタイムチャートである。 図5は一定の気体圧力が維持される時、ソレノイドバルブの駆動時間と分注量との関係を示すグラフである。 図6は本発明の第2実施例による極少量液体の混合方法の流れ図である。 図7は第2実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、交互に分注して混合容器内の多層構造の液体と液滴間の衝突を誘発して液滴を混合する状態を示す状態図である。 図8は第2実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、交互に分注して混合容器内の多層構造の液体と液滴間の衝突を誘発して多層構造の液体と液滴を混合させるようにソレノイドバルブを駆動させるタイムチャートである。 図9は交互に分注する混合方法によって多層構造の液体と液滴の衝突によって、多層構造の液体が巻付けられる前と後の状態を示す断面図である。 図10は本発明の第2実施例による極少量液体の混合装置の構成図である。 図11は圧電方式(piezoelectrictype)インクジェットノズルの概略的な断面図である。 図12はサーマル(thermal)方式インクジェットノズルの概略的な断面図である。 図13は第3実施例による極少量液体の混合方法の流れ図である。 図14は第3実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、同時に分注して液滴の間の衝突を誘発して液滴を混合する状態を示す状態図である。 図15は第3実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、同時に分注して液滴間の衝突を誘発して液滴を混合させるようにインクジェットノズルを駆動させるタイムチャートである。 図16は本発明の第4実施例による極少量液体の混合方法の流れ図である。 図17は第4実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、交互に分注して混合容器内の多層構造の液体と液滴間の衝突を誘発して液滴を混合する状態を示す状態図である。 図18は第4実施例による極少量液体の混合方法を適用する時、交互に分注して混合容器内の多層構造の液体と液滴間の衝突を誘発して多層構造の液体と液滴を混合させるようにインクジェットノズルを駆動させるタイムチャートである。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多用で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限られない。図面で本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けた。
図1は本発明の第1実施例による極少量液体の混合装置の構成図である。この図面を参照すると、極少量液体の混合装置は複数種類の混合対象液体をそれぞれ極少量で分注して迅速に混合できるように構成される。便宜上、本実施例に例示される極少量液体混合装置は2種類の混合対象液体を、例えば、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を混合するように構成されている。
この極少量液体の混合装置は複数の圧力容器、例えば、第1、第2圧力容器(11、12)と、複数のソレノイドバルブ、例えば、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)及び制御部30を含む。また、この極少量液体の混合装置は整圧器41と空気圧縮器42を含む。
空気圧縮器42は圧縮空気を発生して、その出口に圧縮空気を供給する。整圧器41は空気圧縮器42に第1ライン43で連結されて空気圧縮器42で生成された圧縮空気を正圧に制御する。
第1、第2圧力容器(11、12)は第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)をそれぞれ内蔵している。この第1、第2圧力容器(11、12)は第2ライン44を通じてそれぞれ整圧器41に連結される。この整圧器41の制御によって第1、第2圧力容器(11、12)は内部に正圧を維持する。この圧力によって、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)にそれぞれ供給される。
このために、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は第3、第4ライン(45、46)を通じて第1、第2圧力容器(11、12)にそれぞれ連結される。したがって、第1、第2圧力容器(11、12)に内蔵された第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は第3、第4ライン(45、46)を通じて第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)に供給される。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)をそれぞれ分注するように各端部に第1、第2ノズル(23、24)をそれぞれ備える。この第1、第2ノズル(23、24)は混合容器51に向かい、この混合容器51は第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を混合して形成される混合液体LQ3を内蔵する。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)はこの混合容器51の上方に傾斜して配置される。したがって、第1ソレノイドバルブ21と第1ノズル23は第1延長線EL1を形成し、第2ソレノイドバルブ23と第2ノズル24は第2延長線EL2を形成する(図3参照)。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は混合容器51の上方に配置されるが、互いに対向する位置に配置される。つまり、図1の上方から下に向かってみる時、平面状態で第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は180度角度を維持して配置される。第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の配置を互いに対向する対称構造で形成することによって、第1、第2ノズル(23、24)から分注される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の各第1、第2液滴(DL1、DL2)はより均一に混合することができる。前記ソレノイドバルブの配置角度は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)のように2つである場合には180度で形成され、ソレノイドバルブが3個、4個またはそれ以上の場合にはそれぞれ120度、90度またはこれより小さい角度でそれぞれ形成される。つまり、ソレノイドバルブは等角で配置される。
図2及び図3を参照すると、第1、第2ノズル(23、24)の第1、第2延長線(EL1、EL2)は混合容器51の垂直上方に形成される第1点P1で接する。これによって、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を同時に開放制御する時、第1、第2ノズル(23、24)で分注される極少量の第1、第2液滴(DL1、DL2)は前記第1点P1で互いに衝突して混合されて第3混合液滴DL3を形成する。
この衝突による衝突エネルギーによって、第1、第2液滴(DL1、DL2)は第3混合液滴DL3を形成しながら一次に混合され、次いで、第3混合液滴DL3は混合容器51に落ちながら重力エネルギーによって2次に混合されて前記混合液体LQ3を形成する。
この時、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は少なくとも同時に開放制御され、同時に閉鎖制御されることができる。この場合、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は1:1の比率で混合液体LQ3を形成する。
図2及び図4を参照すると、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)が同時に開放制御された後、第1ソレノイドバルブ21が先に閉鎖制御され、第2ソレノイドバルブ22が後に閉鎖制御される。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、23)の駆動電圧が同一でありながら、その開放時間(T1、T2)に差(T1<T2)があるので、混合液体LQ3は第1混合対象液体LQ1の量に比べてより多くの量の第2混合対象液体LQ2を含む(LQ1<LQ2)。つまり、図4は混合液体LQ3で第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の混合比が1:1以外の比率を有して形成できることを示す。
これをより具体的に説明すると、開放期間が長くなると第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は多量の第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)をそれぞれ分注する(図5参照)。反対に、開放時間が短くなると第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は少量の第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)をそれぞれ分注する。したがって、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を所定の混合比で分注するために、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の開放時間を互いに異ならせることができる。
制御部30は前記のように多様な駆動信号を生成して第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を制御するように構成される。例えば、制御部30はTTL(TransistorTransistor Logic)信号に基づいて多様な駆動信号を生成する制御回路に形成される。
以上の図2乃至図4は第1実施例による極少量液体混合方法を説明するための混合装置の構成を示している。
以下の図6乃至図9は第2実施例による極少量液体混合方法を説明するための混合装置の構成を示す。
第1、第2実施例の極少量液体混合方法を実現する極少量液体の混合装置は全体的に類似乃至同一な構成を有するので、このような部分についての説明は省略する。
図6及び図7を参照すると、第1、第2ノズル(23、24)の第1、第2延長線(EL21、EL22)は混合容器51内の第2点P2で接する。これによって、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を交互に開放制御する時、第1、第2ノズル(23、24)から交互に分注される極少量の第1、第2液滴(DL21、DL22)は混合容器51内の混合液体LQ3に形成される第2点P2に交互に衝突混合されて前記混合液体LQ3を形成する。第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の配置によって、第2点P2の位置は混合容器51内で一致することもあるが、互いに外れることもある。図7は第2点P2の位置が互いに外れた場合を示す。
この時、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は交互に開放制御されて、交互に閉鎖制御可能にすることができる。また、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は1:1の比率で混合液体LQ3を形成する。
図6及び図8を参照すると、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)が交互に開放及び閉鎖制御され、また、第1ソレノイドバルブ21の開放時間より第2ソレノイドバルブ22の開放時間がさらに長く制御される。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、23)の駆動電圧が同一でありながら、その開放時間(T21、T22)に差(T21<T22)があるので、混合液体LQ3は第1混合対象液体LQ1の量に比べてより多くの量の第2混合対象液体LQ2の含む(LQ1<LQ2)。つまり、図7は混合液体LQ3で第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の混合比が1:1以外の比率を有して形成されることを示す。
また、図9は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)が第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を交互に分注して混合させる場合、多層構造の混合液体LQ4と第1、第2液滴(DL21、DL21)の衝突によって、多層構造の混合液体LQ4が巻付いた状態を示す。
このように第1、第2液滴(DL21、DL22)は混合容器51内の混合液体LQ4に衝突しながら、この混合液体LQ4を巻付けて混合液体LQ3を形成する。
以上では極少量液体混合装置について説明したが、以下、この混合装置を利用する極少量液体混合方法について具体的に説明する。
図1乃至図4を参照すると、第1実施例による極少量液体の混合方法を大雑把に見て第10、第20及び第30段階(ST10、ST20、ST30)を含む。
第10段階ST10は第1、第2圧力容器(11、12)に内蔵された第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)にそれぞれ圧送する。
第20段階ST20は圧送される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を第1、第2圧力容器(11、12)に連結して、第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を所定の駆動電圧で同時に開放制御して、混合容器51に分注する。
第20段階ST20は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を所定の駆動電圧で制御する第21段階ST21、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL1、DL2)を混合容器51の上方第1点P1で互いに衝突混合させる第22段階ST22及び、この衝突混合された第1、第2液滴(DL1、DL2)で第3混合液滴DL3を形成する段階ST23を含む(図3参照)。
第21段階ST21は少なくとも第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を同時に開放制御する。したがって、第21段階ST21は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を開放制御した後、閉鎖制御は同時(T1=T2)にまたは時差(T1≠T2)をおいて行われてもよい。同時に閉鎖制御される場合(T1=T2)、混合比は1:1になり、時差をおいて閉鎖制御される場合(T1≠T2)の混合比は1:1以外になり得る。
したがって、第21段階ST21は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の閉鎖時間(T1、T2)を異ならせて(T1≠T2、図4参照)第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)で形成される混合液体LQ3の混合比を1:1でない比率に決める段階をさらに含むことができる。
第22段階ST22は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の各端に備えられる第1、第2ノズル(23、24)を通過した第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL1、DL2)を混合容器51の上方第1点P1で互いに衝突混合させる。
第23段階ST23は第1、第2液滴(DL1、DL2)の衝突エネルギーによって第1、第2液滴(DL1、DL2)を互いに混合して第3混合液滴DL3を形成する。
第30段階ST30は第23段階ST23で形成された第3混合液滴DL3が混合容器51内に落ちることによって、前記混合比率を有する混合液体LD3を形成する。
一方、図6乃至図8を参照すると、第2実施例による極少量液体の混合方法は全体的に前記第1実施例と類似乃至同一である。したがって、第2実施例では同一な部分についての説明を省略し、互いに異なる部分について説明する。
第2実施例による極少量液体の混合方法は大きく第10、第220及び第230段階(ST10、ST220、ST230)を含む。
第220段階ST220は圧送される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を混合容器51に分注する。このために、第1、第2圧力容器(11、12)に連結された第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)は所定の駆動電圧で交互に開閉制御される。
第220段階ST220は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を所定の駆動電圧で制御する第221段階ST221と、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL21、DL22)を混合液体LQ23内の第2点P2に交互に衝突混合させる第222段階ST22を含む(図7参照)。
第221段階ST221は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)を所定の駆動電圧で交互に開閉制御する。また、第221段階ST221は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の開閉時間(T21、T22)を異ならせて(図8参照)制御することができる。開閉時間が同一である場合(T21=T22)に混合比は1:1になり、開閉時間が異なる場合(T21≠T22)の混合比は1:1以外になり得る。
したがって、第221段階ST221は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の開閉時間を異ならせて(T21≠T22、図8参照)、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)で形成される混合液体LQ3の混合比を1:1でない比率に決める段階をさらに含むことができる。
第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の開閉時間(T21、T22)は混合比を決める第1、第2液滴(DL21、DL22)の大きさと間隔(C1、C2)を決める(図7参照)。
第222段階ST222は第1、第2ソレノイドバルブ(21、22)の各端に備えられる第1、第2ノズル(23、24)を通過した第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL21、DL22)を混合容器51内の混合液体LQ3に交互に衝突混合させる。
第230段階ST230は第222段階ST222で交互に分注される第1、第2液滴(DL1、DL2)が混合容器51内に落ちることによって、前記混合比率を有する混合液体LQ3を形成する。
図10は本発明の第2実施例による極少量液体の混合装置の構成図である。全体的な構成において、第2実施例の極少量液体混合装置は第1実施例の極少量液体混合装置と類似乃至対応構造で形成される。したがって、ここでは第1実施例と同一な部分についての説明を省略し、第1実施例と異なる部分について説明する。
第2実施例による極少量液体の混合装置は複数のディスペンサー、例えば、第1、第2ディスペンサー(311、312)と、複数のインクジェットノズル、例えば、第1、第2インクジェットノズル(323、324)及び制御部30を含む。
第1、第2ディスペンサー(311、312)は第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)をそれぞれ内蔵し、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を第1、第2インクジェットノズル(323、324)にそれぞれ圧送する。
第1、第2ディスペンサー(311、312)は第3、第4ライン(345、346)によって第1、第2インクジェットノズル(323、324)にそれぞれ連結される。したがって、第1、第2ディスペンサー(311、312)の作動によって第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は第1、第2インクジェットノズル(323、324)にそれぞれ供給される。例えば、第1、第2ディスペンサー(311、312)は注射器で形成されることができる。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)は図11に示されているように、圧電方式(Piezoelectrictype)で形成されても、図12に示されているようにサーマル(thermal)方式で形成されてもよい。
図11及び図12を参照して第1、第2インクジェットノズル(323、324)をより詳しく説明する。便宜上、第1インクジェットノズル323は圧電方式で形成され、第2インクジェットノズル324はサーマル方式で形成される。
図11の圧電方式の第1インクジェットノズル323は圧電素子10による圧力でインクIを押し出すように構成される。図11のサーマル方式の第2インクジェットノズル324はヒーター20の加熱による熱でインクIを排出するように構成される。
圧電素子10またはヒーター20による第1、第2インクジェットノズル(323、324)は1回分注量として最少plからnl単位まで可能である。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)は最大数十kHzまで反応することが可能であるので、数μl/sの分注速度を有することができる。この分注速度はソレノイドバルブまたは注射器を利用する方式より遅い。しかし、1回分注量がソレノイドバルブまたは注射器を利用する方式より小さいので少ないので、小さい滴の第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を効果的に混合することができる。
第1、第2インクジェットノズル(323、423)は第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を混合して形成される混合液体LQ3を内蔵する混合容器51に向かう。つまり、第1、第2インクジェットノズル(323、324)は混合容器51の上方に傾斜して配置される。したがって、第1インクジェットノズル323は第1延長線EL31を形成し、第2インクジェットノズル324は第2延長線EL32を形成する(図14参照)。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)は混合容器51の上方に配置されるが、互いに対向する位置に配置される。したがって、第1、第2インクジェットノズル(323、324)から分注される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の各第1、第2液滴(DL31、DL32)はより均一に混合することができる。
図13及び図14を参照すると、第1、第2インクジェットノズル(323、324)の第1、第2延長線(EL31、EL32)は混合容器51の垂直上方に形成される第1点P1で接する。これによって、第1、第2インクジェットノズル(323、324)を同時に駆動制御する時、第1、第2インクジェットノズル(323、324)から分注される極少量の第1、第2液滴(DL31、DL32)は前記第1点P1で互いに衝突して第3混合液滴DL33を形成する。
この衝突による衝突エネルギーによって、第1、第2液滴(DL31、DL32)は第3液滴DL33を形成しながら一次に混合され、次いで、第3混合液滴DL33が混合容器51に落ちながら重力エネルギーによって2次に混合されて混合液体LQ3を形成する。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)が同一な駆動電圧(V1=V2)及び周波数によって同時に駆動制御されることができる。この場合、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は1:1の比率で混合液体LQ3を形成する。
図15を参照すると、第1、第2のインクジェットノズル(323、324)は同時に駆動制御されるが、駆動電圧(V1、V2)に差が(V1<V2)がある。
この駆動電圧の差(V1<V2)に応じて圧電物質の体積変化が変わる。例えば、サーマル方式の場合、発生するバブルB(図12参照)の大きさが変わる。混合液体LQ3は第1混合対象液体LQ31の量に比べてより多くの量の第2混合対象液体LQ2を含む(LQ31<LQ32)。つまり、図15は混合液体LQ3で第1、第2混合対象液体(LQ31、LQ32)の混合比が1:1以外の比率になることを示す。また、圧電物質を使用する第1、第2インクジェットノズル(323、324)は前記1:1以外の比率で混合液体LQ3を形成することができる。
以上の図11乃至図15は第3実施例による極少量液体混合方法を説明するための混合装置の構成を示す。
以下の図16乃至図18は第4実施例による極少量液体混合方法を説明するための混合装置の構成を示す。
図16及び図17を参照すると、第1、第2インクジェットノズル(323、324)の第1、第2延長線(EL41、EL42)は混合容器51内の第2点P2で接する。これによって、第1、第2インクジェットノズル(323、324)を交互に駆動制御する時、第1、第2インクジェットノズル(323、324)から交互に分注される極少量の第1、第2液滴(DL41、DL42)は混合容器51内の混合液体LQ3に形成される第2点P2に交互に衝突して混合液体LQ3を形成する。この時、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は1:1の比率で混合液体LQ3を形成する。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)が同一な駆動電圧(V1=V2)及び周波数で同時に駆動制御される場合、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)は1:1の比率で混合液体LQ3を形成する。
図16及び図18を参照すると、第1、第2インクジェットノズル(323、324)が交互に駆動され、第1インクジェットノズル323の駆動電圧V1より第2インクジェットノズル324の駆動電圧V2がさらに高い。
図18を参照すると、第1、第2のインクジェットノズル(323、324)は同時に駆動制御され、駆動電圧(V1、V2)は差(V1<V2)を有する。混合液体LQ3は第1混合対象液体LQ31の量に比べてより多くの量の第2混合対象液体LQ2を含む(LQ31<LQ32)。つまり、図18は混合液体LQ3で第1、第2混合対象液体(LQ31、LQ32)の混合比が1:1以外の比率で形成されるということを示す。
以上では第1、第2インクジェットノズル(323、324)を使用した極少量液体混合装置について説明したが、以下ではこの混合装置を利用する極少量液体混合方法について具体的に説明する。
図13乃至図15を参照すると、第3実施例による極少量液体の混合方法は大雑把に見て、第310、第320及び第330段階(ST310、ST320、ST330)を含む。
第310段階ST310は第1、第2ディスペンサー(311、312)に内蔵された第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を第1、第2インクジェットノズル(323、324)にそれぞれ圧送する。
第310段階ST310は第1、第2ディスペンサー(311、312)の圧送または毛細管現象を利用して第1、第2インクジェットノズル(323、324)の内部に第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を圧送する。
第320段階ST320は圧送される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を第1、第2ディスペンサー(311、312)に連結された第1、第2インクジェットノズル(323、324)を所定の駆動電圧(V1、V2)及び周波数で同時に駆動制御して第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を混合容器51に分注する。
第320段階ST320は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を所定の駆動電圧及び周波数で同時に駆動制御する第321段階ST321、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL31、DL32)を混合容器51の上方第1点P1で互いに衝突混合させる第322段階ST322及び、この衝突混合された第1、第2液滴(DL31、DL32)で第3混合液滴DL33を形成する段階ST323を含む(図14参照)。
第321段階ST321は少なくとも第1、第2インクジェットノズル(323、324)を同時に駆動制御する。同一な駆動電圧(V1=V2)及び周波数を用いる場合に1:1の混合比が形成され、駆動電圧を異ならせる場合には1:1以外の混合比を有する混合液体が形成される。また、1回分注量が異なるインクジェットノズル(例えば、圧電物質の体積変化差を有するインクジェットノズル)を使用する場合にも図1:1以外の混合比を有する混合液体が形成される。第321段階ST321は前記のような方法で第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)で形成される混合液体LQ3の混合比を1:1でない他の比率に決める段階をさらに含むことができる。
第322段階ST322は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を通過した第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL31、DL32)を混合容器51の上方第1点P1で互いに衝突混合させる。
第323段階ST323は第1、第2液滴(DL1、DL2)の衝突エネルギーによって第1、第2液滴(DL31、DL32)を互いに混合して第3混合液滴DL3を形成する。
第330段階ST330は第323段階ST323で形成された第3混合液滴DL33が混合容器51内に落ちることによって前記混合比率を有する混合液体LQ3を形成する。混合容器51に混合された液体が落ちて混合容器51に対する衝突によって混合の性能が増加する。
一方、図16乃至図18を参照すると、第4実施例による極少量液体の混合方法は全体的に前記第3実施例と類似乃至同一である。したがって、第4実施例では同一な部分についての説明を省略し、互いに異なる部分について説明する。
第4実施例による極少量液体の混合方法は大きく第310、第420、及び第430段階(ST310、ST420、ST430)を含む。
第420段階ST420は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を所定の駆動電圧(V1、V2)及び周波数で交互に駆動を制御して、第1、第2ディスペンサー(311、312)に連結されて圧送される第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)を交互に混合容器51に分注する。
第420段階ST420は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を所定の駆動電圧(V1、V2)及び周波数で制御する第421段階ST421と、第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL421、DL422)を混合液体LQ43内の第2点P2に交互に衝突混合させる第422段階ST422を含む(図17参照)。
第421段階ST421は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を所定の駆動電圧及び周波数で交互に駆動制御する。同一な駆動電圧(V1=V2)を使用する場合に1:1の混合比が形成され、駆動電圧を異ならせる場合には、1:1以外の混合比を有する混合液体が形成される。第421段階ST421は前記のような方法で第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)で形成される混合液体LQ3の混合比を1:1でない他の比率に決める段階をさらに含むことができる。
第422段階ST422は第1、第2インクジェットノズル(323、324)を通過した第1、第2混合対象液体(LQ1、LQ2)の第1、第2液滴(DL41、DL42)を混合容器51内の混合液体LQ3に交互に衝突混合させる(図示せず、図9参照)。
第430段階ST430は第422段階ST422で交互に分注される第1、第2液滴(DL41、DL42)が混合容器51内に落ちることによって前記混合比率を有する混合液体LQ3を形成する。
第1、第2インクジェットノズル(323、324)を制御する駆動電圧及び周波数に対して整理すると次の通りである。図15の第3実施例は駆動電圧が互いに異なって駆動電圧の周波数が互いに同一であることを例示する。図18の第4実施例は駆動電圧が互いに異なって駆動電圧の周波数が互いに同一であることを例示する。これに加えて、図15の第3実施例と図18の第4実施例を比較すると、駆動電圧の周波数が互いに異なることが分かる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明がこれに限定されるわけではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形または変更して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属するのは当然のことである。
11、12 第1、第2圧力容器
21、22 第1、第2ソレノイドバルブ
23、24 第1、第2ノズル
30 制御部
41 整圧器
42 空気圧縮器
43 第1ライン
44 第2ライン
45、46 第3、第4ライン
51 混合容器
DLi、DLj 第i、第j液滴(i,j=自然数)
EL1、EL2 第1、第2延長線
LQ1、LQ2 第2混合対象液体
LQ3 混合液体
LQ4 多層構造の混合液体
P1 第1点
P2 第2点

Claims (25)

  1. 圧送する混合対象液体を内蔵する複数の圧力容器;
    前記複数の圧力容器それぞれに連結されて前記圧力容器から圧送される前記混合対象液体を混合容器に分注する複数のソレノイドバルブ;及び
    前記ソレノイドバルブを少なくとも同時開放する制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する制御部を含むことを特徴とする極少量液体の混合装置。
  2. 前記複数のソレノイドバルブは各端に備えられるノズルを含み、
    前記ノズルは前記混合容器の上方に傾斜して配置されることを特徴とする、請求項1に記載の極少量液体の混合装置。
  3. 前記ソレノイドバルブは、
    前記混合容器の上方一側に配置される第1ソレノイドバルブと、
    前記第1ソレノイドバルブと対向して前記混合容器上方の他側に配置される第2ソレノイドバルブを含むことを特徴とする、請求項2に記載の極少量液体の混合装置。
  4. 前記第1ソレノイドバルブに備えられる第1ノズルと前記第2ソレノイドバルブに備えられる第2ノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、
    前記混合容器の垂直上方一点で会う極少量液体の混合装置。
  5. 前記第1ソレノイドバルブに備えられる第1ノズルと前記第2ソレノイドバルブに備えられる第2ノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、
    前記混合容器内の一点で接することを特徴とする、請求項3に記載の極少量液体の混合装置。
  6. 前記複数の圧力容器それぞれに連結される整圧器;及び
    前記整圧器に連結される空気圧縮器を含むことを特徴とする、請求項3に記載の極少量液体の混合装置。
  7. 複数の圧力容器に内蔵された混合対象液体を圧送する第10段階;及び
    前記第10段階で圧送される混合対象液体を混合容器に分注するように各圧力容器に連結されたソレノイドバルブを少なくとも同時に開放する制御及び交互に開閉する制御の中である1つに制御する第20段階を含むことを特徴とする極少量液体の混合方法。
  8. 前記第20段階は、
    前記複数のソレノイドバルブが同時に開放制御される第21段階、及び
    前記複数のソレノイドバルブの各端に備えられるノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させる第22段階を含むことを特徴とする、請求項7に記載の極少量液体の混合方法。
  9. 前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、
    前記複数のソレノイドバルブは、
    前記第1混合対象液体を分注する第1ソレノイドバルブと
    前記第2混合対象液体を分注する第2ソレノイドバルブを含み、
    前記第1、第2ソレノイドバルブ各端に備えられる第1、第2ノズルを含み、
    前記第21段階は、前記第1、第2ソレノイドバルブを同時に開放制御し、
    前記第22段階は、前記第1、第2ノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体それぞれの第1、第2液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させることを特徴とする、請求項8に記載の極少量液体の混合方法。
  10. 前記第21段階は、
    前記第1、第2ソレノイドバルブの閉鎖時間を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることを特徴とする、請求項9に記載の極少量液体の混合方法。
  11. 前記第20段階は、
    前記複数のソレノイドバルブは交互に開閉制御する第221段階、及び
    前記ソレノイドバルブの各端に備えられるノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させる第222段階を含むことを特徴とする、請求項7に記載の極少量液体の混合方法。
  12. 前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、
    前記複数のソレノイドバルブは、
    前記第1混合対象液体を分注する第1ソレノイドバルブと
    前記第2混合対象液体を分注する第2ソレノイドバルブを含み、
    前記第1、第2ソレノイドバルブの各端に備えられる第1、第2ノズルを含み、
    前記第221段階は、前記第1、第2ソレノイドバルブを交互に開閉制御し、
    前記第222段階は、前記第1、第2ノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体の第1、第2液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させることを特徴とする、請求項11に記載の極少量液体の混合方法。
  13. 前記第221段階は、
    前記第1、第2ソレノイドバルブの開閉時間を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることを特徴とする、請求項12に記載の極少量液体の混合方法。
  14. 混合対象液体を内蔵して圧送する複数のディスペンサー;
    前記複数のディスペンサーそれぞれに連結されて圧送される前記混合対象液体を混合容器に分注する複数のインクジェットノズル;及び
    前記複数のインクジェットノズルを少なくとも同時駆動する制御及び交互に駆動する制御の中である1つに制御する制御部を含むことを特徴とする極少量液体の混合装置。
  15. 前記複数のインクジェットノズルは前記混合容器の上方に傾斜して配置されることを特徴とする、請求項14に記載の極少量液体の混合装置。
  16. 前記複数のインクジェットノズルは、
    前記混合容器の上方一側に配置される第1インクジェットノズルと、
    前記第1インクジェットノズルと対向し、前記混合容器上方の他側に配置される第2インクジェットノズルを含むことを特徴とする、請求項15に記載の極少量液体の混合装置。
  17. 前記第1インクジェットノズルと前記第2インクジェットノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、
    前記混合容器の垂直上方一点で接することを特徴とする、請求項16に記載の極少量液体の混合装置。
  18. 前記第1インクジェットノズルと前記第2インクジェットノズルそれぞれの直線方向第1、第2延長線は、
    前記混合容器内の一点で接することを特徴とする、請求項16に記載の極少量液体の混合装置。
  19. 複数のディスペンサーに内蔵された混合対象液体を圧送する第310段階;及び
    前記第310段階で圧送される混合対象液体を混合容器に分注するように各ディスペンサーに連結されたインクジェットノズルの駆動電圧及び周波数を調節しながら、前記複数のインクジェットノズルを少なくとも同時駆動する制御及び交互に駆動する制御の中である1つに制御する第320段階を含む極少量液体の混合方法。
  20. 前記第320段階は、
    前記複数のインクジェットノズルを同時に駆動制御する第321段階、及び
    前記複数のインクジェットノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させる第322段階を含むことを特徴とする、請求項19に記載の極少量液体の混合方法。
  21. 前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、
    前記複数のインクジェットノズルは、
    前記第1混合対象液体を分注する第1インクジェットノズルと、
    前記第2混合対象液体を分注する第2インクジェットノズルを含み、
    前記第321段階は、前記第1、第2インクジェットノズルを同時に駆動制御し、
    前記第322段階は、前記第1、第2インクジェットノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体それぞれの第1、第2液滴を前記混合容器の上方で互いに衝突混合させることを特徴とする、請求項20に記載の極少量液体の混合方法。
  22. 前記第321段階は、
    前記第1、第2インクジェットノズルの駆動電圧の周波数を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることを特徴とする、請求項21に記載の極少量液体の混合方法。
  23. 前記第320段階は、
    前記複数のインクジェットノズルを交互に駆動制御する第421段階、及び
    前記複数のインクジェットノズルを通過した前記混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させる第422段階を含むことを特徴とする、請求項19に記載の極少量液体の混合方法。
  24. 前記混合対象液体は第1、第2混合対象液体を含み、
    前記複数のインクジェットノズルは、
    前記第1混合対象液体を分注する第1インクジェットノズルと、
    前記第2混合対象液体を分注する第2インクジェットノズルを含み、
    前記第421段階は、前記第1、第2インクジェットノズルを交互に開閉制御し、
    前記第422段階は、前記第1、第2インクジェットノズルを通過した前記第1、第2混合対象液体の液滴を前記混合容器内の混合液体に交互に衝突混合させることを特徴とする、請求項23に記載の極少量液体の液体混合方法。
  25. 前記第421段階は、
    前記第1、第2インクジェットノズルの駆動電圧の周波数を異ならせて前記第1、第2混合対象液体で形成される混合液体の混合比を決めることを特徴とする、請求項24に記載の極少量液体の混合装置。
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