JP2011522168A - 空圧ディスペンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、微細粒子が含まれている液体を正確な量で吐出する空圧ディスペンサに関するものである。
【解決手段】本発明の空圧ディスペンサ（１）は、液体供給部（１１）、前記液体供給部（１１）に連結される第１チャンバ（Ｃ１）、及び前記第１チャンバ（Ｃ１）に連結される液体吐出部（１２）を含む第１プレート（１０）、少なくとも前記第１プレート（１０）の前記第１チャンバ（Ｃ１）上に設置されて、前記第１チャンバ（Ｃ１）の一側を設定する柔軟駆動膜（２０）、前記柔軟駆動膜（２０）を介在して前記第１プレート（１０）と互いに対向し、前記第１チャンバ（Ｃ１）の反対側に第２チャンバ（Ｃ２）を形成する第２プレート（３０）、並びに前記液体供給部（１１）を前記柔軟駆動膜（２０）側に突出形成するバンプ（４０）を含む。
【解決手段】本発明の空圧ディスペンサ（１）は、液体供給部（１１）、前記液体供給部（１１）に連結される第１チャンバ（Ｃ１）、及び前記第１チャンバ（Ｃ１）に連結される液体吐出部（１２）を含む第１プレート（１０）、少なくとも前記第１プレート（１０）の前記第１チャンバ（Ｃ１）上に設置されて、前記第１チャンバ（Ｃ１）の一側を設定する柔軟駆動膜（２０）、前記柔軟駆動膜（２０）を介在して前記第１プレート（１０）と互いに対向し、前記第１チャンバ（Ｃ１）の反対側に第２チャンバ（Ｃ２）を形成する第２プレート（３０）、並びに前記液体供給部（１１）を前記柔軟駆動膜（２０）側に突出形成するバンプ（４０）を含む。
Description
本発明は、空圧ディスペンサに関し、より詳しくは、バンプを適用して液体吐出時の逆流を制限する空圧ディスペンサに関する。
液体を吐出するディスペンサの一例としてインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドはサーマルバブルタイプ（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｂｂｌｅ ｔｙｐｅ）と圧電素子タイプ（ｐｉｅｚｏ ｔｙｐｅ）に区分される。
サーマルバブルタイプのインクジェットヘッドにおいて、ヒータにバブルが形成される時、液体吐出口（例えば、インクジェットヘッドのノズル）の反対方向にバブルが逆流する現象が発生する。
圧電素子タイプのインクジェットヘッドにおいて、チャンバと連結された薄膜を加圧する方式においても、液体吐出口の反対方向に液体が逆流する現象が発生する。
圧電素子タイプのインクジェットヘッドにおいて、チャンバと連結された薄膜を加圧する方式においても、液体吐出口の反対方向に液体が逆流する現象が発生する。
液体を吐出するディスペンサ、例えば、インクジェットヘッドはバブルの逆流または液体の逆流現象を減らすために、液体供給部に連結される流路に流れ制限装置（ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒｏｒ ｎｅｃｋ）を備える。
例えば、流れ制限装置は液体の吐出方向に比べて、逆流方向の流路の断面積を相対的に小さく形成して、逆流方向の流動抵抗を増加させることで、液体の逆流を減らす。
例えば、流れ制限装置は液体の吐出方向に比べて、逆流方向の流路の断面積を相対的に小さく形成して、逆流方向の流動抵抗を増加させることで、液体の逆流を減らす。
このように流路の断面積を小さく形成する流れ制限装置を適用する場合、ディスペンサは吐出対象の液体の中に含まれる微細粒子または細胞の大きさにより制限的に使用される。即ち、ディスペンサにおいて、微細粒子は液体供給部と加圧チャンバとの間が塞がる恐れがある。
本発明の一実施例は、微細粒子が含まれている液体を正確な量で吐出する空圧ディスペンサを供給することを目的とする。
また、本発明の一実施例は、簡単で、安価で、大量生産が可能な空圧ディスペンサを提供することを目的とする。
また、本発明の一実施例は、簡単で、安価で、大量生産が可能な空圧ディスペンサを提供することを目的とする。
本発明の一実施例に係る空圧ディスペンサは、液体供給部、前記液体供給部に連結される第１チャンバ、及び前記第１チャンバに連結される液体吐出部を含む第１プレート、少なくとも前記第１プレートの前記第１チャンバ上に設置されて、前記第１チャンバの一側を設定する柔軟駆動膜、前記柔軟駆動膜を介在して前記第１プレートと互いに対向し、前記第１チャンバの反対側に第２チャンバを形成する第２プレート、並びに前記液体供給部を前記柔軟駆動膜側に突出形成するバンプを含むことができる。
前記柔軟駆動膜は、前記第１プレートと前記第２プレートに対応して形成することができる。
前記柔軟駆動膜は、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に固定される固定部と、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間でポンピング作用する駆動部とを含むことができる。
前記柔軟駆動膜はＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）で形成することができる。
前記駆動部の一側である前記第１チャンバは、液体を供給して吐出する液体チャンバを形成し、前記駆動部の他の一側である前記第２チャンバは、負圧と正圧を形成する空圧チャンバを形成することができる。
前記第１チャンバと前記第２チャンバは同一中心線上で同一大きさの面積に形成することができる。
前記第１チャンバは円筒形の溝に形成し、前記バンプは前記柔軟駆動膜の中心に対応して円筒形に突出形成することができる。
前記第１チャンバの底を基準として、前記バンプの突出高さは前記第１チャンバの溝高さより低く形成することができる。
前記液体供給部は前記第１チャンバ内に連結される引入口を含み、前記バンプは前記第１チャンバの底から前記柔軟駆動膜側に突出形成されて、前記引入口を前記柔軟駆動膜側に延長することができる。
前記液体吐出部は前記第１チャンバに連結される吐出口を含み、前記第１チャンバは前記吐出口に連結する流路をさらに含むことができる。
このように本発明の一実施例によれば、バンプが液体供給部を駆動流動膜側に突出形成して、液体吐出時、柔軟駆動膜で液体供給部を遮断して液体の逆流を防止した状態で、柔軟駆動膜の二次的な変形によって液体を吐出するので、微細粒子が含まれている液体も定量的に吐出可能にする効果がある。
また、一実施例の空圧ディスペンサは、電気的な装置を使用せずに第２チャンバに空圧（負圧と正圧）を作用させるので、構造が簡単で、安価であり、かつ大量生産を可能にする効果がある。
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細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施例に限られない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付けた。
図１は、本発明の一実施例に係る空圧ディスペンサの斜視図であり、図２は、図１の空圧ディスペンサの分解斜視図である。
図１及び図２を参照すると、空圧ディスペンサ１は、液体及び微細粒子または細胞が含まれている液体を定量的に吐出できるように構成される。例えば、空圧ディスペンサ１は、第１プレート１０、柔軟駆動膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）２０、第２プレート３０、及びバンプ４０を含む。
図１及び図２を参照すると、空圧ディスペンサ１は、液体及び微細粒子または細胞が含まれている液体を定量的に吐出できるように構成される。例えば、空圧ディスペンサ１は、第１プレート１０、柔軟駆動膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）２０、第２プレート３０、及びバンプ４０を含む。
第１プレート１０と第２プレート３０は柔軟駆動膜２０を介在して互いに接合される。第１プレート１０は液体を供給して吐出するように形成される。第２プレート３０は柔軟駆動膜２０に空圧（負圧及び正圧）を作用させるように形成される。
例えば、第１プレート１０は、液体供給部１１、第１チャンバＣ１、及び液体吐出部１２を含み、空圧ディスペンサ１のボディーを形成する。第２プレート３０は第１チャンバＣ１に対応する第２チャンバＣ２を形成する。
柔軟駆動膜２０は第１プレート１０上に設置されて、第１チャンバＣ１の一側を設定する。柔軟駆動膜２０は少なくとも第１チャンバＣ１上に対応して設置される。
本実施例において、柔軟駆動膜２０は第１プレート１０と第２プレート３０に対応して形成される。即ち、柔軟駆動膜２０は組立状態で第１プレート１０及び第２プレート３０と同一大きさの面積に形成される。
柔軟駆動膜２０は固定部２１と駆動部２２を含む。固定部２１は互いに対向する第１プレート１０と第２プレート３０との間に固定される。駆動部２２は第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２との間に配置されて、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２側に作動しながらポンピング作用する。
例えば、柔軟駆動膜２０は、シリコンベース有機ポリマー（ＰＤＭＳ；Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）で形成することができる。
柔軟駆動膜２０は、第１プレート１０と第２プレート３０との間で、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２の対向側をそれぞれ設定する。駆動部２２と、その一側である第１チャンバＣ１は、液体を供給して吐出する液体チャンバを形成する。駆動部２２と、その他の一側である第２チャンバＣ２は、負圧と正圧を形成する空圧チャンバを形成する。
図３は、第１プレートにおける第１チャンバの平面図であり、図４は、第１プレートにおける第１チャンバに連結される流路の部分斜視図であり、図５は、第１チェンバにおけるバンプと引入口の拡大平面図である。
図３乃至図５を参照すると、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２は同一中心線上に配置される円筒形の溝に形成され、互いに同一大きさの面積に形成される。したがって、第２チャンバＣ２に作用する負圧及び正圧が、柔軟駆動膜２０の駆動部２２を通じて第１チャンバＣ１に効果的に作用する。
図３乃至図５を参照すると、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２は同一中心線上に配置される円筒形の溝に形成され、互いに同一大きさの面積に形成される。したがって、第２チャンバＣ２に作用する負圧及び正圧が、柔軟駆動膜２０の駆動部２２を通じて第１チャンバＣ１に効果的に作用する。
バンプ４０は、第１プレート１０と第２プレート３０との間で柔軟駆動膜２０が液体吐出部１２に液体を吐出する時、吐出される液体が液体供給部１１に逆流することを防止する。例えば、バンプ４０は液体供給部１１を柔軟駆動膜２０側に突出して形成する。
第１チャンバＣ１は円筒形の溝に形成され、バンプ４０は柔軟駆動膜２０の中心に対応して第１チャンバＣ１内で円筒形に突出形成される。第１チャンバＣ１の底を基準とする時、バンプ４０の突出高さＨ４０は第１チャンバＣ１の溝高さＨＣ１より低く形成される。
第１チャンバＣ１に連結する液体供給部１１は引入口１１ａを含む。引入口１１ａはバンプ４０の内部に形成される。即ち、バンプ４０は第１チャンバＣ１の底から柔軟駆動膜２０側に突出形成されるので、液体供給部１１の引入口１１ａは柔軟駆動膜２０側に延長される。液体吐出時、柔軟駆動膜２０は引入口１１ａを塞いだ後、さらに加圧される。
図６は、第１プレートにおける液体吐出部の斜視図である。
図６を参照すると、第１プレート１０において、液体吐出部１２は第１チャンバＣ１に連結される吐出口１２ａを含む。第１チャンバＣ１と吐出口１２ａとは流路１３を通じて連結される。
図６を参照すると、第１プレート１０において、液体吐出部１２は第１チャンバＣ１に連結される吐出口１２ａを含む。第１チャンバＣ１と吐出口１２ａとは流路１３を通じて連結される。
流路１３は、第１チャンバＣ１の溝高さＨＣ１と同一に形成される。したがって、バンプ４０の突出高さＨ４０は流路１３の溝高さＨＣ１よりさらに低く形成される。流路１３の一側は柔軟駆動膜２０によって設定される。
以下、空圧ディスペンサ１の製作工程について説明する。例えば、シリコン乾式エッチング方法によって、第１プレート１０に液体供給部１１、液体吐出部１２、及び流路１３を形成する。
即ち、２段階のシリコン乾式エッチング方法によって第１チャンバＣ１、流路１３、及びバンプ４０を形成する。バンプ４０は１段階のエッチングによって形成され、第１チャンバＣ１と流路１３は１段階に加えて行われる２段階のエッチングによって形成される。
したがって、第１チャンバＣ１及び流路１３の溝高さＨＣ１と、第１チャンバＣ１に突出形成されるバンプ４０の突出高さＨ４０とは、互いに異なるように形成される。例えば、バンプ４０は、流路１３及び第１チャンバＣ１と約２０μｍの高さ差を有することができる。
流路１３及び第１チャンバＣ１の高さＨＣ１がバンプ４０の高さＨ４０よりさらに高いため、第１プレート１０に柔軟駆動膜２０が接触する時、柔軟駆動膜２０はバンプ４０につかない。
第１チャンバＣ１、流路１３、及びバンプ４０を形成した後、第１プレート１０の第１チャンバＣ１の反対側面を第１チャンバＣ１面に整列して、パターニングした後、シリコン乾式エッチング方法によって液体供給部１１の引入口１１ａ及び液体吐出部１２の吐出口１２ａを形成する。
柔軟駆動膜２０はＰＤＭＳを用いて形成される。例えば、第２プレート３０の内面にＰＤＭＳを数十〜数百μｍにコーティングして、約７０℃で硬化することにより、第２プレート３０の内面にＰＤＭＳを製作する。
製作されたＰＤＭＳの表面に酸素プラズマを約３０秒間処理して、柔軟駆動膜２０が形成された第２プレート３０を第１プレート１０に接合する。これにより、第１プレート１０と第２プレート３０との間に柔軟駆動膜２０が具備される。
そして、第１チャンバＣ１に対応する第２プレート３０にホールを形成して第２チャンバＣ２を形成する。第２チャンバＣ２を第１チャンバＣ１の直径と同一大きさに形成する。第２チャンバは空圧、即ち、負圧または正圧が作用して柔軟駆動膜２０の駆動部２２を作動させる。
図７乃至図９は、図１の空圧ディスペンサの作動状態図である。図７〜図９を参照して、空圧ディスペンサ１の作動について説明する。
図７を参照すると、第２チャンバＣ２に負圧が作用すれば、柔軟駆動膜２０の駆動部２２は第１チャンバＣ１から第２チャンバＣ２側に引張されながら、第１チャンバＣ１に負圧を形成する。
負圧によって液体供給部１１の引入口１１ａを通じて、第１チャンバＣ１及び流路１３に液体が引き込まれる。
負圧によって液体供給部１１の引入口１１ａを通じて、第１チャンバＣ１及び流路１３に液体が引き込まれる。
図８を参照すると、第２チャンバＣ２に負圧が解除されて、正圧が作用すれば、柔軟駆動膜２０の駆動部２２は第２チャンバＣ２から第１チャンバＣ１側に加圧されてバンプ４０に密着し、引入口１１ａを遮断する。
引入口１１ａの遮断により、第１チャンバＣ１及び流路１３内の液体は柔軟駆動膜２０の加圧にもかかわらず、液体供給部１１の引入口１１ａを通じて逆流せずに、遮断状態を維持する。
引入口１１ａの遮断により、第１チャンバＣ１及び流路１３内の液体は柔軟駆動膜２０の加圧にもかかわらず、液体供給部１１の引入口１１ａを通じて逆流せずに、遮断状態を維持する。
図９を参照すると、第２チャンバＣ２に正圧がさらに大きく作用すれば、柔軟駆動膜２０の駆動部２２はバンプ４０に密着して引入口１１ａを遮断した状態を維持しながら、第２チャンバＣ２から第１チャンバＣ１側にさらに加圧されて第１チャンバＣ１の内部を加圧する。
引入口１１ａを遮断した状態で第１チャンバＣ１を加圧するので、第１チャンバＣ１及び流路１３内の液体は液体吐出部１２の吐出口１２ａを通じて吐出される。
この時、第２チャンバＣ２に作用する正圧の大きさ及び作動時間を制御することにより、吐出口１２ａに吐出される液体を定量的に制御することができる。
引入口１１ａを遮断した状態で第１チャンバＣ１を加圧するので、第１チャンバＣ１及び流路１３内の液体は液体吐出部１２の吐出口１２ａを通じて吐出される。
この時、第２チャンバＣ２に作用する正圧の大きさ及び作動時間を制御することにより、吐出口１２ａに吐出される液体を定量的に制御することができる。
このように、本実施例の空圧ディスペンサ１は、柔軟駆動膜２０がバンプ４０に密着して引入口１１ａを完全に遮断した状態で、直径をそのまま維持する吐出口１２ａに液体を吐出する。
したがって、一実施例の空圧ディスペンサ１は、多様な微細粒子及び細胞が含まれている液体を定量的に吐出することができ、このような必要性がある分野、例えば、バイオ関連実験装置に多く応用することができる。
また、一実施例の空圧ディスペンサ１は、電気的な構造を含まずに、空圧で作動する簡単な構造を有するので、安価で、多様な方法によって製作できる。
また、一実施例の空圧ディスペンサ１は、電気的な構造を含まずに、空圧で作動する簡単な構造を有するので、安価で、多様な方法によって製作できる。
したがって、一実施例の空圧ディスペンサ１は、液体の吐出が必要なシステムへの適用が容易であるので、統合システム開発、例えば、ラボオンチップ（Ｌａｂ-Ｏｎ-Ａ-Ｃｈｉｐ）形態のシステム開発に助力することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、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して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。
１ 空圧ディスペンサ
１０ 第１プレート
１１ａ 引入口
１２ａ 吐出口
１２ 液体吐出部
１３ 流路
２０ 柔軟駆動膜
２２ 柔軟駆動膜の駆動部
３０ 第２プレート
４０ バンプ
Ｃ１、Ｃ２ 第１、２チャンバ
１０ 第１プレート
１１ａ 引入口
１２ａ 吐出口
１２ 液体吐出部
１３ 流路
２０ 柔軟駆動膜
２２ 柔軟駆動膜の駆動部
３０ 第２プレート
４０ バンプ
Ｃ１、Ｃ２ 第１、２チャンバ
Claims (10)
- 液体供給部、前記液体供給部に連結される第１チャンバ、及び前記第１チャンバに連結される液体吐出部を含む第１プレート；
少なくとも前記第１プレートの前記第１チャンバ上に設置されて、前記第１チャンバの一側を設定する柔軟駆動膜；
前記柔軟駆動膜を介在して前記第１プレートと互いに対向し、前記第１チャンバの反対側に第２チャンバを形成する第２プレート；及び
前記液体供給部を前記柔軟駆動膜側に突出形成するバンプを含む空圧ディスペンサ。 - 前記柔軟駆動膜は前記第１プレートと前記第２プレートに対応して形成される、請求項１に記載の空圧ディスペンサ。
- 前記柔軟駆動膜は、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間に固定される固定部と、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間でポンピング作用する駆動部とを含む、請求項２に記載の空圧ディスペンサ。 - 前記柔軟駆動膜はＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）で形成される、請求項３に記載の空圧ディスペンサ。
- 前記駆動部の一側である前記第１チャンバは、液体を供給して吐出する液体チャンバを形成し、
前記駆動部の他の一側である前記第２チャンバは、負圧と正圧を形成する空圧チャンバを形成する、請求項３に記載の空圧ディスペンサ。 - 前記第１チャンバと前記第２チャンバは同一中心線上で同一大きさの面積に形成される、請求項５に記載の空圧ディスペンサ。
- 前記第１チャンバは円筒形の溝に形成され、
前記バンプは、前記柔軟駆動膜の中心に対応して円筒形に突出形成される、請求項６に記載の空圧ディスペンサ。 - 前記第１チャンバの底を基準として、
前記バンプの突出高さは前記第１チャンバの溝高さより低く形成される、請求項７に記載の空圧ディスペンサ。 - 前記液体供給部は前記第１チャンバ内に連結される引入口を含み、
前記バンプは、前記第１チャンバの底から前記柔軟駆動膜側に突出形成されて、前記引入口を前記柔軟駆動膜側に延長する、請求項１に記載の空圧ディスペンサ。 - 前記液体吐出部は前記第１チャンバに連結される吐出口を含み、
前記第１チャンバは前記吐出口に連結される流路をさらに含む、請求項９に記載の空圧ディスペンサ。
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