JP3187489B2

JP3187489B2 - 微小物体搬送装置

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Publication number: JP3187489B2
Application number: JP31809191A
Authority: JP
Inventors: 俊彦辻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH05146658A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中に分散された微
小物体を搬送する微小物体搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロメカニクス分野における微小量
の液体を混合しあるいは分岐させる液体混合／分岐装置
として、また液体に分散された微小な物体を搬送する微
小物体搬送装置として、従来、歯車などの回転運動によ
る駆動部を有するものや、ピエゾ素子などの直線運動に
よる駆動部を有するものが考えられている。また、微小
量の液体を搬送して搬送路の端部にある吐出口から吐出
させる方法として、例えば特開昭５５−６７４７４号公
報にあるように、搬送路に複数の発熱体を設け、この発
熱体を順次発熱させて液体の一部を発泡させかつ発泡点
の位置を移動させ、この発泡の圧力によって液体を搬送
・吐出させるものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の液体混
合／分岐装置あるいは微小物体搬送装置では、機械的駆
動部があるために機構が複雑化し、耐久性が低下すると
いう問題点があり、特に歯車を有する場合には高速回転
する歯車の軸受部の摩耗を無視できないという問題点が
ある。

【０００４】本発明の目的は、機械的駆動部を持たず
に、液体中に分散された微小物体を搬送する微小物体搬
送装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の微小物体搬送装
置は、微小な断面積を有する搬送路と、前記搬送路の長
手方向に相互に近接して設けられた複数個の発熱部と、
前記発熱部のそれぞれを前記搬送路の長手方向に２回以
上にわたって順次駆動するパルス駆動回路とを有し、前
記発熱部を順次駆動させることによって液体中に離隔し
た２以上の気泡を発生させて前記各気泡を見かけ上移動
させ、前記各気泡によって区切られた領域内の液体に含
まれる前記微小物体を前記各気泡の移動に伴って搬送す
る。

【０００６】

【作用】搬送路は微小な断面積であるので、圧力を特に
印加しない条件下では、搬送対象の液体は移動すること
ができない。ここで、搬送路に設けた発熱部を駆動する
と搬送対象の液体が加熱され、この液体の一部が発泡
し、発生した気泡が搬送路の断面いっぱいに拡がる。搬
送路には複数個の発熱部が相互に近接して設けられてい
るから、隣接する発熱部を次々と駆動すると、見かけ上
気泡が順次移動し、発泡時の圧力により、結果として液
体が搬送されることになる。各発熱部の駆動のタイミン
グを変えることにより、気泡の移動速度が変化し、液体
の流量（搬送量）を調整することができる。微小物体を
分散させた液体であれば、２個の気泡によってこの微小
物体とその周囲の液体とを挟むようにしておけば、液体
の搬送に伴ってこの微小物体も搬送されることになる。

【０００７】３本以上の搬送路の一端が共通に接続され
ていれば、このうちの１本以上の搬送路において液体を
共通接続点の方へ搬送し、残りの搬送路において共通接
続点の方から液体を搬送するようにすることにより、液
体の混合および／または分岐が行なわれることになる。
この場合、上述のようにして各搬送路での液体の流量を
変えることにより、任意の比率での混合／分岐が可能と
なる。

【０００８】搬送路に設ける発熱部としては、通電する
ことによって発熱する電気熱変換体を用いるとよい。ま
た、レーザ光を照射することによりこのレーザ光を吸収
して発熱するようなものであってもよい。このような発
熱部を駆動するため、各搬送路ごとに、当該搬送路に含
まれる発熱部のそれぞれを当該搬送路の長手方向に関し
順次駆動するパルス駆動回路を設けるようにするとよ
い。また、気泡の移動速度すなわち液体の流量を自由に
設定できるようにするため、このパルス駆動回路は、隣
接する２個の発熱部の駆動の時間差を外部からの指令に
よって変化させることのできるものであるようにすると
よい。さらに、搬送路内に生じた気泡が消滅することな
く移動できるようにするため、隣接する２個の発熱部の
それぞれの駆動時間の一部が重なり合うようにすること
が望ましい。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。本発明の微小物体搬送装置の実施例を説明
する前に、液体の搬送原理を説明するために、参考例と
して、液体混合／分岐装置について説明する。図１は第
１の参考例の液体混合／分岐装置の構成を示す説明図、
図２は液体の搬送原理を説明する図、図３は発熱素子の
駆動パルスのタイミングチャート、図４は別の駆動パタ
ーンによる発熱素子の駆動パルスのタイミングチャート
である。

【００１０】この液体混合／分岐装置は、微細な断面の
第１、第２および第３の液体搬送路１〜３を有し、第１
および第２の液体搬送路１,２からの液体を任意の割合
で混合し、それを第３の搬送路３から排出するためのも
のである。これら各液体搬送路１〜３はそれぞれその一
端が共通に接続されている。この共通に接続された場所
を接続点１０とする。また各液体搬送路１〜３の断面は
微細であるので、通常生じ得る液面の高低による圧力差
では、液体がこれら各液体搬送路１〜３を流れることは
ない。

【００１１】第１の液体搬送路１の他端には搬送される
べき液体を一時的に貯える第１の液室１１が設けられ、
第１の液体搬送路１の底面には、第１の液体搬送路１中
の液体に熱エネルギーを作用させるためのｎ個の発熱素
子４₁〜４_nが、第１の液体搬送路１の長手方向に一列に
かつわずかの間隔をあけて設けられている。これらｎ個
の発熱素子４₁〜４_nは、パルス駆動回路７のｎ個の出力
端子Ｘ₁〜Ｘ_nにそれぞれ接続されている。このパルス駆
動回路７は、出力端子Ｘ₁〜Ｘ_nのほかに流量調節端子Ｓ
とトリガ入力端子Ｔとを有し、トリガ入力端子Ｔに入力
されるトリガ信号２１によって起動され、各出力端子Ｘ
₁〜Ｘ_nを介して各発熱素子４₁〜４_nを順番にパルス駆動
するものである。この場合、隣接する発熱素子への駆動
パルス２２は、一定の時間、重なり合うようになってい
る。この重なり合う時間のことを位相差Δと定義する
と、位相差Δは、流量調節端子Ｓへの入力によって変化
できるようになっている。トリガ入力端子Ｔへの入力
（トリガ信号２１）と各出力端子Ｘ₁〜Ｘ_nからの駆動パ
ルス２２との関係が、図３に示されている。

【００１２】同様に、第２の液体搬送路２も他端が第２
の液室１２に接続され、第２の液体搬送路２の底面に
は、ｎ'個の発熱素子５₁〜５_n'がわずかの間隔をあけて
一列に並ぶように設けられている。このｎ'個の発熱素
子５₁〜５_n'も第１の液体搬送路１の場合と同じよう
に、パルス駆動回路８によって駆動されるようになって
いる。ただしこのパルス駆動回路８は、出力端子Ｘ₁〜
Ｘ_n'の数がｎ'個である点で、上述のパルス駆動回路７
とは異なっている。

【００１３】一方、第３の液体搬送路３の他端は開放さ
れ、この他端から混合された液体が排出されるようにな
っている。この第３の液体搬送路３の断面積は、第１お
よび第２の液体搬送路１,２の断面積よりも大きくして
おくことが望ましい。第３の液体搬送路３の底面には、
第１および第２の液体搬送路１,２と同様に、ｍ個の発
熱素子６₁〜６_mがわずかの間隔をあけて一列に設けられ
ている。このｍ個の発熱素子６₁〜６_mは、パルス駆動回
路９によって順次駆動されるようになっている。このパ
ルス駆動回路９は、上述のパルス駆動回路７,８と比
べ、出力端子Ｘ₁〜Ｘ_mの数がｍ個であることが異なって
いる。

【００１４】各液体搬送路１〜３や各発熱素子４₁〜
４_n,５₁〜５_n',６₁〜６_mは、例えば半導体製造プロセス
を用いて、シリコン基板など上に作成することができ
る。すなわち、シリコン基板上に各発熱素子４₁〜４_n,
５₁〜５_n',６₁〜６_mを形成し、そののち各液体搬送路１
〜３の壁面となる部分をフォトリソグラフィ技術を用い
てフォトレジストなどによって形成すればよい。

【００１５】ここで、この参考例における液体の搬送原
理について、図２を用いて説明する。図２は第１の液体
搬送路１での場合を示すものであるが、他の液体搬送路
２,３においても同様であることはいうまでもない。

【００１６】予め第１の液体搬送路１には、搬送対象で
あって適当な温度で沸騰する液体が満たされているとす
る。パルス駆動回路７のトリガ入力端子Ｔにトリガ信号
２１が入力すると、図３に示したように、Ｘ個の出力端
子Ｘ₁〜Ｘ_nに駆動パルス２２が順次出力され、各発熱素
子４₁〜４_nが順次駆動されて発熱する。発熱素子が発熱
すると、この発熱素子に接している部分の液体が沸騰
し、この発熱素子を中心として気泡２０が成長する。こ
の気泡２０は、発熱素子の発熱が終了すると速やかに収
縮して消滅するものであるが、発熱素子４₁〜４_nを順次
駆動しているので、見かけ上、気泡２０が駆動されてい
る発熱素子に対応して移動することになる。

【００１７】すなわち、トリガ信号２１が入力すると１
番目（図示左端）の発熱素子４₁が発熱し、この発熱素
子４₁に接触している部分の液体が加熱され、発泡が始
まる。そして、位相差Δをおいて２番目の発熱素子４₂
が駆動される。このとき、１番目と２番目の発熱素子４
₁,４₂が同時に駆動される時間が設けられるようになっ
ているから、１番目の発熱素子４₁に生じた気泡２０が
収縮を開始しないうちに２番目の発熱素子４₂の部分に
気泡２０を生じさせることができる。続いて、３番目の
発熱素子４₃が駆動されることになるが、このときは１
番目の発熱素子４₁は駆動されておらず、２番目と３番
目の発熱素子４₂,４₃により液体が加熱されることとな
って、結果として生成された気泡２０が図示矢印方向に
移動する。このとき、気泡２０が常に液体搬送路１の断
面を実質的にふさぐようになっていれば、気泡２０の移
動は液体の移動ということになる。以下、次々と発熱素
子を駆動することにより、気泡２０はｎ番目すなわち第
１の液体搬送路１の図示右端の発熱素子４_nのところま
で移動し、液体搬送の１サイクルが終了する。トリガ信
号２１を周期的にパルス駆動回路７に入力させることに
より、連続的に液体を搬送させることが可能である。

【００１８】ここで、隣接する発熱素子が同時に駆動さ
れる時間を設けることにより、液体搬送路１内に発生す
る気泡の大きさを十分大きくし、これにより気泡の左右
で液体を完全に分断し、気泡を移動させることによって
生じる圧力で液体を良好に搬送させることが可能とな
る。また、位相差Δを短くすることによって気泡の移動
速度が大きくなり、位相差Δを長くすることによって気
泡の移動速度が小さくなり、位相差Δを変化させること
によって液体の流量を変化できることが分かる。

【００１９】次に、この参考例の動作について説明す
る。

【００２０】まず、第１および第２の液室１１,１２に
異なる液体を満たし、圧力を加えてこれら液体を第１お
よび第２の液体搬送路１,２の内部まで進入させる。続
いて、パルス駆動回路７,８のトリガ入力端子Ｔにトリ
ガ信号２１を加え、第１および第２の液体搬送路１,２
の底面にそれぞれ設けられた発熱素子４₁〜４_n,５₁〜５
_n'を各液体搬送路１,２ごとに、各液室１１,１２側から
接続点１０側に向けて順次駆動する。その結果、上述の
ようにして、液体が各液室１１,１２から接続点１０に
向けて搬送されることになる。このとき、各液体搬送路
１,２ごとにパルス駆動回路７,８の流量調節端子Ｓの入
力を変化させることにより、第１および第２の液体搬送
路１,２における液体の流量を変化させることができ、
接続点１０においてこれらの液体が前記流量の比に応じ
て混合し第３の液体搬送路３に送り込まれることにな
る。流量の比は自由に変化させることができるから、第
１の液室１１と第２の液室１２に貯えられたそれぞれの
液体を任意の割合で混合できることになる。第３の液体
搬送路３においても同様に発熱素子６₁〜６_mを順次駆動
することにより、混合された液体が第３の液体搬送路３
内を図示右方向に搬送され、第３の液体搬送路３の他端
から排出される。

【００２１】以上、この参考例の動作を説明したが、各
液体搬送路１〜３での液体の搬送性能を向上させるた
め、パルス駆動回路を変更して、１つの液体搬送路内に
離隔した複数の気泡が発生するようにすることもでき
る。図４はこの場合の駆動パルス２２のタイミングチャ
ートである。ここでは、トリガ信号２１が入力すると１
番目とｊ番目（ｊ＞４）の出力端子Ｘ₁,Ｘ_jから同時に
駆動パルス２２が出力され、位相差Δに相当する時間の
経過後に、２番目とｊ＋１番目の出力端子Ｘ₂,Ｘ_j+1か
ら駆動パルス２２が出力され、以下順次各出力端子から
駆動パルス２２が出力される。このようにすることによ
り、トリガ信号２１の入力から（ｊ−１）×Δに相当す
る時間の経過後以降には、液体搬送路の中を２つの気泡
が同時に移動することになる。ここで述べた液体の搬送
方法では、気泡が成長するときの圧力によって液体が搬
送されるので、液体搬送路内を離隔した２個の気泡が同
時に移動すれば、１個の気泡が移動する場合に比べ搬送
性能が向上することになる。さらに３個あるいはそれ以
上の気泡が同時に移動するようにしてもよい。

【００２２】次に、第２の参考例の液体混合／分岐装置
について説明する。この液体混合／分岐装置は、シア
ン、マゼンタ、イエローなどの相異なる色を有する３種
の液体（インク）を任意の割合で混合して搬送あるいは
吐出を行なうものである。図５はこの第２の実施例にお
ける液体混合／分岐装置の構成を示す説明図である。

【００２３】この液体混合／分岐装置は、３個の液室３
１₁〜３１₃と、一端が各液室３１₁〜３１₃にそれぞれ接
続された微細な断面の３本の液体搬送路３２₁〜３２
₃と、各液体搬送路３２₁〜３２₃ごとに複数個設けられ
た発熱素子３３と、一端が各液体搬送路３２₁〜３２₃の
他端に共通に接続された微細な断面の共通液体搬送路３
４と、共通液体搬送路３４に複数個設けられた発熱素子
３５とからなっている。共通液体搬送路３４の他端は開
放されている。各液体搬送路３２₁〜３２₃に設けられた
発熱素子３３は、各液体搬送路３２₁〜３２₃ごとに、そ
の長手方向に沿ってその底面に、隣接するものが相互に
近接して一列に並ぶように配置されている。また、共通
液体搬送路３５に設けられらた発熱素子３５も、共通液
体搬送路３５の長手方向に沿ってその底面に、相互に近
接して一列に並ぶように設けられている。これら各発熱
素子３３,３５は、上述の第１の参考例と同様に、各液
体搬送路３２₁〜３２₃あるいは共通液体搬送路３４ごと
に、図示しないパルス駆動回路によって順次駆動される
ようになっている。

【００２４】次に、この参考例の動作を説明する。上述
の第１の参考例と同様に各液体搬送路３２₁〜３２₃にお
ける流量を独立に制御できるから、３個の液室３１₁〜
３１₃に異なる３色のインクを充填しておくことによ
り、各発熱素子３３,３５をパルス駆動回路（不図示）
で順次駆動することによって、これらインクを任意の割
合で混合したものが共通液体搬送路３５の開放端から得
られることになる。

【００２５】次に、第３の参考例の液体混合／分岐装置
について説明する。この液体混合／分岐装置は、第１の
参考例の液体混合／分岐装置を逆方向に作動させて液体
の分岐を行なわせたものと同等のものである。図６はこ
の液体混合／分岐装置の構成を示す説明図である。

【００２６】この液体混合／分岐装置は、分岐対象の液
体を一時的に貯える液室４１と、一端が液室４１に接続
された微細な断面の共通液体搬送路４２と、それぞれ一
端が共通液体搬送路４２の他端に接続された微細な断面
の２本の液体搬送路４４₁,４４₂からなり、共通液体搬
送路４２にはｍ個、一方の液体搬送路４４₁にはｎ個、
他方の液体搬送路４４₂にはｎ'個の発熱素子４３が、上
述の各参考例と同様に、それぞれ配置されている。共通
液体搬送路４２の断面積は、各液体搬送路４４₁,４４₂
の断面積よりも大きくなるようにされている。また、各
液体搬送路４４₁,４４₂の他端は開放されている。さら
に、これら発熱素子４３を駆動するためのパルス駆動回
路４５が、共通液体搬送路４２、各液体搬送路４４₁,４
４₂のそれぞれに対応して設けられている。このパルス
駆動回路は、第１の参考例におけるパルス駆動回路７〜
９（図１）と同様のものである。

【００２７】次にこの参考例の動作について説明する。
まず、液室４１内の液体を２本の液体搬送路４４₁,４４
₂のうちのいずれか１つのみに分岐させる場合を説明す
る。ここでは説明のため、一方の液体搬送路４４₁に液
体を分岐させる場合について説明する。他方の液体搬送
路４４₂に分岐させる場合もこれと同様であることはい
うまでもない。この場合の分岐のさせ方としては、各液
体搬送路４４₁,４４₂における流路抵抗などによって、
２通りの方法がある。

【００２８】第１の方法を説明する。まず液室４１
に分岐対象の液体を供給し、この液体を共通液体搬送路
４２、各液体搬送路４４₁,４４₂内に進入させる。次い
で、パルス駆動回路４５によって共通液体搬送路４２内
の発熱素子４３を順次駆動し、共通液体搬送路４２内に
気泡を発生させてこの気泡が図示右方向すなわち各液体
搬送路４４₁,４４₂の方向に移動するようにする。これ
と同時に、他方の液体搬送路４４₂において、パルス駆
動回路４５によって発熱素子４３を順次駆動して気泡を
発生させ、この気泡を共通液体搬送路４２の方向に移動
するようにする。その結果、共通液体搬送路４２では各
液体搬送路４４₁,４４₂に向けて液体が押し出されるよ
うに搬送され、他方の液体搬送路４４₂では共通液体搬
送路４２および一方の液体搬送路４４₁に向けて液体が
押し出されるように搬送されることになるので、結局、
発熱素子４３が駆動されていないために抑制力のかかっ
ていない一方の液体搬送路４４₁に液体が流れ込み、こ
の液体が一方の液体搬送路４４₁の開放端から排出され
ることになる。このとき、各パルス駆動回路４５の流量
調節端子Ｓへの入力を制御して、共通液体搬送路４２に
おける流量が他方の液体搬送路４４₂における流量を大
幅に上回るようにすることにより、実質的に、液室４１
内の液体を一方の液体搬送路４４₁の開放端からのみ排
出されるようにすることができ、この液体を選択的に一
方の液体搬送路４４₁の方に分岐して搬送したことにな
る。

【００２９】次に、第２の方法を説明する。上述の
第１の方法で他方の液体搬送路４４₂内の発熱素子４３
を順次駆動する代わりに、一方の液体搬送路４４₁にお
いて、パルス駆動回路４５によって発熱素子４３を順次
駆動して気泡を発生させ、この気泡を一方の液体搬送路
４４₁の開放端の方に移動させる。この結果、共通液体
搬送路４２と各液体搬送路４４₁,４４₂との接続点にお
いて、一方の液体搬送路４４₁からの吸引力が働くよう
になり、共通液体搬送路４２から搬送されてきた液体
は、そのまま一方の液体搬送路４４₁を搬送されて一方
の液体搬送路４４₁の開放端から排出されることとな
り、液室４１内の液体が選択的に一方の液体搬送路４４
₁の方に分岐して搬送されたことになる。この場合、各
パルス駆動回路４５の流量調節端子Ｓへの入力を制御し
て、共通液体搬送路４２における流量と一方の液体搬送
路４４₁における流量が実質的に等しくなるようにする
とよい。

【００３０】次に、液室４１内の液体を２本の液体搬送
路４４₁,４４₂の両方に、任意の割合ｘ：ｙ（ただしｘ
×ｙ≠０）で分岐させる場合について説明する。まず液
室４１に分岐対象の液体を供給し、この液体を共通液体
搬送路４２、各液体搬送路４４₁,４４₂内に進入させ
る。次いで、パルス駆動回路４５によって共通液体搬送
路４２内の発熱素子４３を順次駆動し、共通液体搬送路
４２内に気泡を発生させてこの気泡が図示右方向すなわ
ち各液体搬送路４４₁,４４₂の方向に移動するようにす
る。これと同時に、各液体搬送路４４₁,４４₂ におい
て、パルス駆動回路４５によって発熱素子４３を順次駆
動して気泡を発生させ、これら気泡をそれぞれ当該液体
搬送路４４₁,４４₂の開放端の方向に移動するようにす
る。その結果、共通液体搬送路４２では各液体搬送路４
４₁,４４₂に向けて液体が押し出されるように搬送さ
れ、各液体搬送路４４₁,４４₂ではその開放端に向けて
液体が押し出されるように搬送されることになる。この
とき、各パルス駆動回路４５の流量調節端子Ｓへの入力
を制御して、一方の液体搬送路４４₁における流量と他
方の液体搬送路４４₂ における流量が比がｘ：ｙになる
ようにすれば、液室４１内の液体を各液体搬送路４４₁,
４４₂のそれぞれに、ｘ：ｙの流量比で分岐して搬送し
たことになる。

【００３１】次に、第４の参考例の液体混合／分岐装置
について説明する。この液体混合／分岐装置は、複数本
の入力側搬送路からの液体を混合し、任意の割合でこの
混合された液体を複数本の出力側搬送路に分岐するため
のものである。図７はこの液体混合／分岐装置の構成を
示す説明図である。

【００３２】この液体混合／分岐装置は、ｍ本（ｍ＞
１）の微小な断面の入力側搬送路５１₁〜５１_mと、ｎ本
の（ｎ＞１）の微小な断面の出力側搬送路５２₁〜５２_n
と、混合室５３とからなり、さらに各入力側搬送路５１
₁〜５１_mおよび各出力側搬送路５２₁〜５２_nには、上述
の各参考例における液体搬送路と同様に、それぞれ複数
個の発熱素子５４が、わずかな間隔をあけて一列に並ぶ
ように配置されている。各入力側搬送路５１₁〜５１_mお
よび各出力側搬送路５２₁〜５２_nの一端は、それぞれ混
合室５３に接続されている。また、各発熱素子５４は、
各入力側搬送路５１₁〜５１_mおよび各出力側搬送路５２
₁〜５２_nのそれぞれに対応して設けられた図示しないパ
ルス駆動回路により、当該搬送路ごとに順次駆動される
ようになっている。これらパルス駆動回路は、上述の参
考例で説明した各パルス駆動回路と同様のものである。

【００３３】次に、この参考例の動作について説明す
る。

【００３４】まず、各入力側搬送路５１₁〜５１_mの他端
をそれぞれ液体供給源（不図示）に接続し、各入力側搬
送路５１₁〜５１_mにこれら液体供給源からの液体を進入
させる。続いて、混合しようとする液体に対応する入力
側搬送路において、不図示のパルス駆動回路によって発
熱素子５４を順次駆動し、それらの入力側搬送路内に気
泡を発生させ、この気泡を混合室５３に向けて移動させ
る。これにより、混合しようとする液体が、該当する入
力側搬送路から混合室５３に押し出されるように搬送さ
れ、混合室５３においてこれら液体が混合することにな
る。上述の各参考例と同様に、パルス駆動回路（不図
示）の流量調節端子の入力を変化させることにより、各
入力側搬送路における流量を変化させることができるか
ら、任意の割合で液体を混合できることになる。もちろ
ん、混合させたくない液体に対応する入力側搬送路にお
いては、発熱素子５４を駆動しないことにより、あるい
は気泡を混合室５３から遠ざかる方向に移動させること
により、この混合させたくない液体が混合室５３に供給
されることを防ぐことができる。

【００３５】そして、各出力側搬送路５２₁〜５２_nのう
ち上記の混合された液体を分岐させたいものにおいて、
不図示のパルス駆動回路によって発熱素子５４を順次駆
動し、それらの出力側搬送路内に気泡を発生させ、この
気泡を混合室５３から遠ざける方向に移動させる。これ
により、上記混合された液体が混合室５３から該当する
出力側搬送路に分岐して搬送されることになる。上述の
第３の参考例と同様に、パルス駆動回路（不図示）の流
量調節端子の入力を変化させることにより、各出力側搬
送路の流量比を変化させることができるから、任意の割
合で液体を分岐できることになる。特定の１本の出力側
搬送路のみに分岐させたい場合には、その出力側搬送路
のみで気泡を混合室５３から遠ざけるように移動させれ
ばよい。また、上述の第３の参考例で示したように、分
岐させたくない出力側搬送路において気泡を発生させ、
この気泡を混合室５３の方向に移動させるようにするこ
とも可能である。

【００３６】以上、第１ないし第４の参考例を説明した
が、本発明においては、搬送される液体として微小物体
を分散させた液体を使用することができ、また、本発明
における液体の搬送原理を利用して、このように分散さ
れた微小物体を搬送することができる。そこで、本発明
の実施例の微小物体搬送装置について説明する。微小物
体の例として、例えば、微小カプセル、各種のミセル粒
子やコロイド粒子、細胞、酵母などが挙げられる。図８
はこの微小物体搬送装置の構成を示す模式断面図であ
る。

【００３７】この微小物体搬送装置は、上述の各参考例
における個々の液体搬送路と同様の構成である。すなわ
ち、微小な断面の搬送路６１と、前記搬送路６１の底面
に設けられた多数の発熱素子６２₁〜６２_nと、これら各
発熱素子６２₁〜６２_nを駆動するためのパルス駆動回路
６３とからなっている。各発熱素子６２₁〜６２_nは、搬
送路６１の長手方向に一列にかつわずかの間隔をあけて
配置され、これら発熱素子６２₁〜６２_nは、パルス駆動
回路６３の出力端子Ｘ₁〜Ｘ_nにそれぞれ接続されてい
る。このパルス駆動回路６３は、出力端子Ｘ₁〜Ｘ_nのほ
かに流量調節端子Ｓとトリガ入力端子Ｔとを有し、トリ
ガ入力端子Ｔにトリガ信号２１（図４）が入力すること
により、上述の第１の参考例において図４を用いて説明
したような駆動パルス２２を発生するものである。した
がって、トリガ信号２１の入力から所定の時間が経過し
た後は、搬送路６１内に離隔した２つの気泡６４₁,６４
₂が形成され、図示矢印方向に移動することになる。

【００３８】次に、この実施例の動作について説明す
る。

【００３９】まず、搬送対象の微小物体６５を搬送媒体
である液体に分散させ、この液体を搬送路６１内に進入
させる。次いでパルス駆動回路６３のトリガ入力端子Ｔ
にトリガ信号２１を入力すると、出力端子Ｘ₁〜Ｘ_nから
駆動パルス２２が順次出力され、発熱素子６２₁〜６２_n
が順次駆動される。この結果、１番目の発熱素子６２₁
がまず発熱してその近傍の液体が沸騰し、最初の気泡６
４₁が生成する。この気泡６４₁は各発熱素子６２₁〜６
２_nの順次の駆動に伴って図示右方向に移動し、所定の
時間の経過後に再び１番目の発熱素子６２₁が駆動さ
れ、２番目の気泡６４₂が発生し、この気泡６４₂も図示
右方向に移動する。このとき、両方の気泡６４₁,６４₂
は同時に搬送路６１内に存在し、図８に示した例では、
最初の気泡６４₁は、２番目の気泡６４₂に対し、発熱素
子の９個分だけ先行している。このとき、適当なタイミ
ングで微小物体６５を搬送路６１内に送り込むことによ
り、この微小物体６５は２個の気泡６４₁,６４₂に挟ま
れた部分の液体に囲まれるようになり、この微小物体６
５は、両方の気泡６４₁,６４₂の移動による前記挟まれ
た部分の液体の搬送に伴って、搬送路６１内を図示右方
向に移動するようになる。この場合、この微小物体６５
の搬送は、気泡６４₁,６４₂の発泡力を原動力として行
なわれることになる。したがって、微小物体６５の搬送
速度は、駆動パルス２２（図４）の位相差Δを制御する
こと、すなわちパルス駆動回路６４の流量調節端子Ｓへ
の入力を制御することによって、変化させることができ
る。また、この搬送路６１の出口端に他の搬送路を接続
して上述の各参考例のように構成することにより、液体
に分散された微小物体の混合および分岐を行なうことが
できることはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、搬送路に
複数個の発熱部を相互に近接するように設けることによ
り、この発熱部を順次駆動すれば、搬送路内に気泡が発
生してこの気泡が見かけ上搬送路内を移動することにな
るので、この気泡の移動に伴って微小量の液体が搬送す
ることとなり、微小物体がこの液体に分散されていれ
ば、機械的駆動部を設けることなくこの微小物体の搬送
を行なうことができるようになるという効果がある。さ
らに本発明は、装置全体を非常にコンパクトにまとめる
ことができ、装置の信頼性を高めることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の参考例の液体混合／分岐装置の構成を示
す説明図である。

【図２】液体の搬送原理を説明する図である。

【図３】発熱素子の駆動パルスの一例を示すタイミング
チャートである。

【図４】発熱素子の駆動パルスの別の例を示すタイミン
グチャートである。

【図５】第２の参考例の液体混合／分岐装置の構成を示
す説明図である。

【図６】第３の参考例の液体混合／分岐装置の構成を示
す説明図である。

【図７】第４の参考例の液体混合／分岐装置の構成を示
す説明図である。

【図８】本発明の実施例の微小物体搬送装置の構成を示
す模式断面図である。

【符号の説明】

１第１の液体搬送路２第２の液体搬送路３第３の液体搬送路４₁〜４_n,５₁〜５_n',６₁〜６_m 発熱素子７〜９パルス駆動回路１０接続点１１,１２液室２０気泡２１トリガ信号２２駆動パルス３１₁〜３１₃,４１液室３２₁〜３２₃,４４₁,４４₂ 液体搬送路３３,３５,４３,５４,６２₁〜６２_n 発熱素子３４,４２共通液体搬送路４４,６３パルス駆動回路５１₁〜５１_m 入力側搬送路５２₁〜５２_n 出力側搬送路５３混合室６１搬送路６４₁,６４₂ 気泡６５微小物体Ｓ流量調節端子Ｔトリガ入力端子Ｘ₁〜Ｘ_n,Ｘ_n',Ｘ_m 出力端子 Δ 位相差

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中に分散された微小物体を搬送する
微小物体搬送装置であって、微小な断面積を有する搬送路と、前記搬送路の長手方向に相互に近接して設けられた複数
個の発熱部と、前記発熱部のそれぞれを前記搬送路の長手方向に２回以
上にわたって順次駆動するパルス駆動回路とを有し、前記発熱部を順次駆動させることによって前記液体中に
離隔した２以上の気泡を発生させて前記各気泡を見かけ
上移動させ、前記各気泡によって区切られた領域内の液
体に含まれる前記微小物体を前記各気泡の移動に伴って
搬送する微小物体搬送装置。
【請求項２】パルス駆動回路は、隣接する２個の発熱
部の駆動の時間差を外部からの指令によって変化させる
ことができるものである、請求項１記載の微小物体搬送
装置。