JP4566552B2 - 液体を並行して配量するための装置 - Google Patents

Description

本発明は液体の並行配量装置に関する。該装置はその目的のために第１の本体を有するが、そこには主管路、従管路、流入口および排出口が設けられている。主管路は流入口に、また従管路はそれぞれ１つの排出口に接続されている。さらに、従管路は主管路に接続されている。第１本体は配量された液体を排出するために、第１の圧力媒体の圧力衝撃を第１の室から従管路へ伝達するための手段を有する。これらの伝達手段のそれぞれは、従管路の１つに接続されている。

このような装置は、特許文献１から公知である。該文献において開示された冒頭に挙げた形式の液体並行配量装置は、装置を空にするために配量された液体量に加えられる圧力衝撃を伝達するための伝達手段として、従管路に接続する小さな管路を有する。これらの伝達手段として構成されたすべての管路は、圧力衝撃収集管路に開口している。この収集管路には、液体並行配量装置の外側にある圧力衝撃発生装置によって圧力衝撃が加えられる。圧力衝撃は収集管路によって吸収され、伝達手段として形成された管路を経て従管路および配量された液体へ伝えられる。その際にとりわけ収集管路の圧力手段接続部までの伝達手段の距離が異なるために、配量された液体に対する圧力衝撃の作用の時間的差異が生じ得る。それによって、第１の従管路つまり排出口および従管路からなる第１の従管路装置は既に空になっているが、その他の管路にはまだ配量された液体が残留している。これは望ましい場合もあるが、第１従管路つまり第１従管路装置が既に空になっていると、収集管路は伝達手段として形成された管路および従管路によって排出口に対して排気される。そのため、圧力衝撃はその他の従管路装置に対してもはや作用することができない。それらの中に残留している配量された液体は押し出されない。そのような装置を有効に使用するためには、収集管路における圧力衝撃の分配を特に考慮および算定することが不可欠である。

特許文献２から印刷装置用インク流の排出装置が公知であるが、該装置ではインク流が排出口から排出できる。これらの排出口には、主管路に接続されている従管路を介してインクが供給される。インクの排出は圧電素子形式の多数の圧力発生手段によって行われる、各排出口に対してそのような圧電素子が設けられる。各排出口に対して圧電素子を設けることが必要なのは、種々の印刷画像を生成するために排出口は互いに個別に制御可能でなければならないからである。

しかし、圧電素子を排出口のそれぞれに設けることによって、前記印刷文献に記載された装置は技術的に複雑なものとなる。

さらに特許文献３から公知の装置では、二次元格子に設けられた排出口があり、液滴は該排出口を通って排出できる。格子形に設けられた排出口は、従管路を介して主管路に接続されている。主管路の壁に対しては、たとえば機械的圧力によって圧力衝撃が主管路の側壁へ、またそこから従管路へ伝達できるのであり、該圧力衝撃は主管路および複数の従管路内に充填された液滴を排出口から排出する。その際に排出口はそれらを開閉できる圧電素子を有するため、排出口のそれぞれは液滴を排出するために個別に調整できる。これは本発明に基づく装置を、たとえばインク流印刷装置用印刷ヘッドとして用いて種々の印刷画像を生成し得るために必要である。

液体を主管路の側壁へ排出するために用いられる圧力は、従管路の長手方向に、また主管路の主展開方向に対して垂直に作用する。側壁は、少なくとも一端において支持されている。同時に、側壁に作用する圧力は側壁の長さにわたって均等である。側壁に作用する力の一部は側壁の支持部によって吸収されるが、力の他の部分は側壁を偏向させる。それによって、側壁は各区間において偏向度が異なるため、主管路では局所的に異なる圧力波が生じる。したがって、主管路および従管路内での圧力分布には差異があり、それによって排出口から排出される量が異なる。たとえば特許文献１から公知であるような十分な精度による配量は、特許文献３に基づく装置では不可能である。

最終的に従来技術から公知なのは、特許文献４である。この特許文献４は、微流動システムからの液体の調合用微流動装置を開示している。この特許文献４は、液体を管路内で前進させる多数のいわゆるぜん動ポンプを開示している。その際に、順次の個所において経時的に圧力衝撃が管路壁に作用するが、それによって管路内の液体が管路の両長手方向へ移動する。時間的に調整された圧力衝撃によって、液体は優先的な長手方向へ前進できる。特許文献４の図８ａおよび図８ｂに示された装置では、複数の管路が並置されており、それらは同時に管路内で液体を前進させるために並行して圧力衝撃を受ける。この装置では、配量は不可能である。

国際公開第９９／４２８０５号パンフレット 米国特許第６１９６６６４号明細書 米国特許出願公開第２００１／００３８４０２号明細書 国際公開第０２／０６０５８２号パンフレット

したがって、本発明の目的は冒頭に挙げた形式の液体を並行して配量する装置、すなわち圧力衝撃が時間的に異なる遅延を以て従管路つまり従管路装置に作用する場合でも、すべての従管路装置の均等な排出が可能である配量装置を提供することである。

別の目的は、技術的に複雑な構造でなく、また小さな液量の並行配量が十分な精度で可能である装置を提供することである。

さらに本発明の目的は、取り扱いやすく、自動化装置による操作に適しており、製造コストが低廉であり、さらに使い捨て製品として適している装置を提供することである。

これらの目的は、本発明に従えば、請求項１に基づく液体の並行配量装置によって達成される。そのような形式の装置では、室との従管路の流れの結合を阻止するための少なくとも１つの手段が伝達手段および従管路装置に対して設けられる。つまり流れの結合を阻止するこの手段は、対応する従管路が各排出口を介して空になった後に、圧力衝撃の伝達手段による装置の脱気を阻止する。それによって、従管路装置が時間的にも順次に空にされ、その中に含まれる配量された液体が放出できることが保証される。排出を行う圧力衝撃は１つの圧力衝撃発生手段によって発生させることが可能であり、これによって配量された液体を装置から排出させる。

本発明に基づく装置は、流れの分離を行うための制御可能な手段（分離手段）を主管路内に有する。これらの分離手段は、流入口と従管路のいずれかとの主管路の第１接続部の間に配置することができる。この配置の変更として、あるいはそれに加えて、主管路の全接続部と従管路のいずれかとの間に分離手段を主管路内に配置することができる。流入口と従管路のいずれかとの主管路の第１接続部の間の主管路内の分離手段によって、従管路装置は流入口から流れを分離することができる。その際に分離は、圧力波が従管路装置から、主管路を介して流入口に伝達されることはないという作用を果たす。いずれにしても、圧力波は極めて著しく減衰された流入口に伝達されることが想定できる。従管路のシステムからの圧力波が極めて減衰された状態でのみ主管路へ伝達される、あるいは全く伝達されないためには、たとえば分離手段によって主管路における流動抵抗を著しく高めることで十分である。

それに対して分離手段が各従管路間にも配置されるならば、従管路内を進行する圧力波は他の従管路、とりわけ隣接する従管路には伝達されない、というのはこれは分離手段によって阻止されるからである。

流入口と従管路のいずれかとの主管路の第１接続部の間および／または主管路の全接続部と従管路のいずれかとの間の分離手段は、配量装置から排出すべき液体のより正確な配量を可能にする。これは、特に特許文献２の背景に対して明らかとなる。この印刷文献において開示された実施例では、配量特に開示された装置による正確な配量は不可能である。

その理由は先行技術文献に記載された装置の以下のような特徴にある。圧電素子およびそれに対応する排出口は、従管路の側壁における従管路の対向側に設けられている。インクを前記排出口から噴出させ、また圧電素子によって発生される圧力衝撃は従管路において圧力波に作用するが、該圧力波は一方ではインクを噴出するために従管路の主展開方向に対して垂直に、また他方では従管路の長手方向に進行する。従管路の長手方向に拡散する圧力波および従管路の主管路を介する以後の従管路への接続によって、インクは従管路から戻って主管路内へ送られ、そこから状況によっては別の従管路に到達する。これはインクの一部を別の従管路へ移動させ得るため、排出口から噴出されるインクの正確な配量を不可能にする。したがって、前記先行技術文献において開示された装置はインクの並行排出を行うが、排出された液量の十分な精度での配量は該装置では不可能である。
本発明に従えば分離手段は、弁とすることができる。

本発明に基づく阻止手段は、弾性を有するかつ少なくともほぼ液密の第１フォイルとすることができる。このフォイルは、伝達手段を介して他の装置へ到る従管路間の流れの接続を阻止する。本発明に基づくフォイルとしては、プラスチックフォイル、エラストマーフォイル、あるいはシリコンフォイルが対象となり得る。

本発明における主管路および従管路としては、第１本体の第１外面に設けられる溝とすることができる。主管路および／または従管路は、本発明に従えば少なくとも切片的な毛細管が対象となり得る。これによって、主管路または従管路の一定区間において外力によらない液体の搬送が可能となる、あるいは阻止される。主管路に隣接する従管路区間が毛細管である場合には、特に有利となる。毛細管における搬送が可能となるのは、たとえば作用する毛細管現象が管路境界面の湿潤後に管路内の液体を推進する場合である。そのためには、管路は脱気されなければならない。脱気が可能でなければ、毛細管における搬送は不可能である。つまり本発明に基づく装置において特に脱気されない従管路区間があるならば、当該従管路区間における液体搬送は不可能である。

伝達手段は好ましくは第１空所として構成されているが、これらの第１空所は各従管路の第１の端部に配置することができ、また排出口は各従管路の第２の端部に配置されている。第１空所は少なくとも従管路が第１空所に進入する領域に側面の境界面を有しており、該境界面は第１空所が設けられる第１本体の外面に対してできるかぎり垂直に位置する。

本発明に従えば、第１フォイルは、第１本体の第１外面上に位置することができる。第１フォイルは、接着によって第１本体に固定できる。第１フォイルは少なくとも第１空所を覆い、それによって第１空所を介して他の装置へ到る従管路からの流れの接続を防止することができる。本発明に従えば、第１フォイルは第１空所の領域において接着によって本体に固定できるため、該フォイルは空所縁に接続する領域において第１本体と堅く結合されている。

本発明に基づく装置は第２本体を有してもよい。第２本体は第１フォイル上に位置できるが、第２本体と第１フォイルは少なくとも第１室を包囲することが好ましい。その場合には、第１室は流れに関して圧力衝撃発生手段と接続可能である。該室は基本的に任意の形状とすることが可能であり、該室内に突出する要素も設けることができる。しかし、室の個別領域は相互に接続すべきである。

本発明に従えば、第１室は、第１フォイルを介在させて、圧力衝撃を伝達するための伝達手段に接続することができる。第２本体は、好ましくは室内に突き出る微細構造要素を備えることができる。これらの微細構造要素は、たとえば第１フォイルを第１本体に固定する機能を果たすことができる。したがって、第１フォイルは微細構造要素と第１本体との間に把持されるであろう。それによって、たとえば第１フォイルを第１空所の領域において第１本体に固定することが可能である。

従管路の第１空所への進入領域において第１空所が垂直に位置することによって、第１フォイルが圧力を受けて第１空所内へ湾曲し、従管路が第１空所へ進入できなくなることが阻止されている。したがって、圧力衝撃を従管路内へ伝達することができる。

第１室を充填している第１圧力媒体は、第１の値を有すると共に第１フォイルが第１本体に固定されていることを確保する圧力下に存在し得る。この圧力媒体の圧力が上げられ、特に第２の値に達したならば、たとえば分離手段を形成する弁を閉じることができる。そのためには、第１室も弁を覆わなければならない。圧力が圧力衝撃によって第３の値まで上昇したならば、この圧力衝撃は第１フォイルを介して第１伝達手段へ伝えられ、該手段は装置からの液体の排出を惹起する。

本発明に基づく装置の第１室の高さは、０．１ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。
本発明に従えば、装置自体が圧力衝撃発生手段を備えてもよい。圧力衝撃は、直接的にも機械的または電気機械的手段によってフォイルへ伝達できる。圧力衝撃発生手段としては、たとえば圧電素子、電磁石、他の電気機械的または機械的手段などが考えられる。

第１室は好適には第２本体によって形成された壁を備えることができるが、該壁は圧力衝撃発生手段の作用下で第１室内部へ転向可能であり、それによって圧力衝撃が室内で発生される。

従管路には、液体を配量するための手段（配量手段）を設けることができる。該配量手段は、好ましくは排出口と対応の従管路および主管路間の接続部との間に配置される。装置は、配量手段として、本体の第１外面または別の外面における第２空所を有することができる。第２空所は、膜、第２フォイルまたはカバーによって覆うことができる。

本発明に基づく装置の弁は、第３の空所と１つのフォイル、すなわち第１、または第２または第３フォイルのいずれかによって構成され得る。さらに想定できるのは、従管路内の弁も設けられることである。

本発明に従えば、第１室は第２空所および第３空所の領域において第１、第２または第３フォイルを覆うことができる。しかし、第２本体および第１本体は、第３空所の領域において第１、第２または第３フォイルを覆う第２室も包囲できる。第２室は第２の圧力媒体を含み得るが、該液は第３空所に対応する第１、第２または第３フォイルの区間に対して作用する。
本発明に従えば、第１室と第２室は個別に制御可能とすることができる。

本発明に従えば、第３空所は、少なくとも縁の部分から底部へ平坦に下降する側面の境界面を有することができる。したがって、該空所は圧力衝撃の作用時に第３空所内に湾曲するフォイルの形状を構成できる。それによって、フォイルは弁の流動抵抗を顕著に高める、あるいは弁による接続を不可能とすることが達成される。その際に、平坦に下降する側面の境界面は５度から４５度までの角度で傾斜可能である。

第３空所は、たとえば球面状あるいは非球面状をなし得る凹状湾曲を有することができる。この湾曲は、さらに円筒状とすることもできる。

本発明に基づく装置は、第３空所の少なくとも一部への主管路区間の２つの進入開口の間に、第１の縁から側面の境界面および底部を経て第２の縁へ延伸するリッジを有することができる。このリッジは第３空所を覆うフォイルの方向へ突出するため、フォイルが対応する圧力負荷時に転向すると、フォイルはリッジに置かれ、主管路区間の進入開口は互いに流動的に分離される。

本発明の装置の第３空所は、主管路の深さの０．９〜１．５倍に相当する深さを有することができる。第３空所が主管路の深さの０．９〜１．５倍に相当する深さを有すると、主管路区間の両進入開口が空所の底部あるいは側面の境界面の溝を介して接続されることができる。

配量すべき液体は装置に充填するために毛細管作用によって主管路および従管路内へ上昇することができる、あるいは圧力差が液体を押す、つまり液体を主管路および従管路内へ吸引する。

配量手段および／または従管路および／または主管路の容量によって、配量可能な液量の大きさが決定できるが、それによって液体余剰が最小化できる。液体用排出口を適切なメッシュサイズ（たとえば４．５または２．２５ｍｍ）に適合させることによって、液体を精密に、たとえばマイクロ滴定板に調合することができる。

本発明に基づく装置では、圧力衝撃を発生させるための圧力衝撃発生中央手段を設けることが可能である。しかし、各従管路に対して、個別に制御可能な圧力衝撃発生手段を設けてもよい。管路に含まれる空気が退避できるように、排出口は主管路および従管路への液体の充填時に開放しておくことができる。充填後に、これらの排出口は閉じられる。そのために、排出口の閉鎖手段を設けることができる。該手段としては、たとえば弾性マットが使用できる。

本発明に基づく装置においては、予め試薬を装入することができる。試薬は、特に伝達手段の領域において、排出口および従管路付近に、弁または配量手段において装入できる。それによって、既に該装置内でたとえば分析用反応を実行することが可能である。試薬としては、たとえば化学品、オリゴヌクレオチド、いわゆる磁石球、色素、ペプチド、プロテイン、油脂、その他が挙げられる。反応は、装置自体において、あるいは装置から出た後にたとえばマイクロ滴定板において実施できる。

本発明に基づく装置の別の実施形態において、種々の工程を実施することができる。その際の対象としては、たとえば結合または吸着された物質あるいはいわゆる磁石球の洗浄が挙げられる。該装置において実施された反応の評価は、装置内で、あるいは排出口からの（部分的）排出後に装置外で行うことができる。

さらに、温度調整手段を設けることができるが、該手段は少なくとも装置部分の温度を反応前、反応中あるいは反応後に調整する。

本発明に従えば、従管路装置あたり供給できる液量は、ピコリットルからミリリットルの範囲とすることができる。但し、好適には液量はナノリットルからマイクロリットルの範囲とされる。

さらに想定できるのは、個々の空所、毛細管ストップ、および／または弁が個別かつ適切に制御されることである。これは、たとえば空所の形状はそれが異なる閾値において膜のいずれかに対する圧力によって予め定められた順序で閉鎖ないし操作されるように構成されている（アスペクト比）ことによって、実現することができる。

本発明に従えば、第１本体は、プラスチック（たとえば成形、エンボス加工、フライス加工または鋳造による）、金属、ワックス、ゴム、シリコン、ガラス、セラミック、または類似材料）から製造できる。さらにまた、管路および空所からなるシステムを第１本体の２面上に設けてもよい。それによって、小空間において配量可能な液量の個数が増加できる。

さらに詳しくは、本発明は、液体を並行して配量するための装置において、
第１本体を有し、
第１本体は主管路、従管路、流入口および排出口を有し、
主管路は流入口に接続され、
従管路はそれぞれ１つの排出口に接続され、
従管路は主管路に接続され、
前記装置は、第１圧力媒体を含む少なくとも第１室を備え、
第１本体は、第１室から従管路に到る第１圧力媒体の圧力衝撃を伝達するための伝達手段を有し、
各伝達手段は従管路に接続され、
伝達手段には、従管路と第１室との間の流れの接続を阻止するための阻止手段が少なくとも設けられ、
前記装置は主管路において流れを分離するための制御可能な分離手段を有することを特徴とする液体を並行して配量するための装置である。

本発明において、前記分離手段は、流入口と、主管路の従管路のいずれかとの第１接続部との間に、および主管路と従管路のいずれかとの全接続部の間の少なくともいずれか一方に配置されていることを特徴とする。
本発明において、分離手段は弁であることを特徴とする。

本発明において、前記阻止手段は弾性を有するかつ少なくともほぼ液密の第１フォイルの区間であることを特徴とする。
本発明において、前記フォイルはエラストマーであることを特徴とする。

本発明において、主管路および従管路は第１本体の第１外面における溝として設けられていることを特徴とする。

本発明において、主管路および従管路の少なくともいずれか一方は少なくとも区間ごとの毛細管であることを特徴とする。

本発明において、主管路に接続する従管路の区間は毛細管であることを特徴とする。
本発明において、前記伝達手段は第１空所として構成されていることを特徴とする。

本発明において、第１空所は各従管路の第１の端部に設けられ、また排出口は各従管路の第２の端部に設けられていることを特徴とする。
本発明において、第１フォイルは第１外面上に設けられることを特徴とする。

本発明において、第１フォイルは接着によって第１本体に固定されることを特徴とする。
本発明において、第１フォイルは少なくとも第１空所を覆うことを特徴とする。

本発明において、第１フォイルは第１空所の領域において接着によって第１本体に固定されることを特徴とする。
本発明において、前記装置は第２本体を有することを特徴とする。

本発明において、第２本体は第１フォイル上にあり、第２本体および第１フォイルは少なくとも第１室を包囲することを特徴とする。

本発明において、第１室は第１フォイルを介して伝達手段に接続していることを特徴とする。

本発明において、第１圧力媒体は、第１の値に達した圧力であって、第１フォイルを第１本体に確実に固定する圧力下にあることを特徴とする。

本発明において、従管路の区間には、液体を配量するための配量手段が設けられていることを特徴とする。

本発明において、配量手段は排出口と、対応する従管路と主管路との接続部との間に設けられることを特徴とする。

本発明において、配量手段は第１本体の第１外面における第２空所であることを特徴とする。

本発明において、第２空所は第１フォイルによって覆われていることを特徴とする。
本発明において、第２空所は第２のフォイルによって覆われていることを特徴とする。

本発明において、弁は各第３空所と第１フォイルまたは第２フォイルまたは第３フォイルとによって形成されていることを特徴とする。

本発明において、第１室は、第３空所の領域において、第１、第２または第３フォイルを覆うことを特徴とする。

本発明において、第２本体および第１本体は、第３空所の領域において第１、第２または第３フォイルを覆う第２室を包囲することを特徴とする。

本発明において、第２室は第２の圧力媒体を含むことを特徴とする。

本発明において、第１室は０．１ｍｍ〜３ｍｍの高さを有することを特徴とする。
本発明において、第２室は０．１ｍｍ〜３ｍｍの高さを有することを特徴とする。

本発明において、前記装置は圧力衝撃発生手段を有することを特徴とする。
本発明において、第１室および第２室の少なくともいずれか一方は圧力衝撃を発生するための圧力衝撃発生手段に接続可能であることを特徴とする。

本発明において、第１室および第２室の少なくともいずれか一方は第２本体の一部によって形成された壁面を有しており、該壁面は圧力衝撃発生手段の作用下で室の内部へ転向可能であることを特徴とする。

本発明において、前記圧力衝撃発生手段は圧電素子であることを特徴とする。
本発明において、第１室および第２室は個別に制御可能であることを特徴とする。

本発明において、第３空所は縁の少なくとも一部から底部へ平坦に下降する側面の境界面を有することを特徴とする。

本発明において、平坦に下降する側面の境界面は５度〜４５度の角度で傾斜していることを特徴とする。

本発明において、第３空所は凹状湾曲を有することを特徴とする。
本発明において、前記湾曲は球面状であることを特徴とする。

本発明において、前記湾曲は非球面状であることを特徴とする。
本発明において、前記湾曲は円筒状であることを特徴とする。

本発明において、第３空所の少なくとも一部への主管路区間の２つの進入開口間において、第１の縁から側面の境界面および底部を経て第２の縁までリッジが延びていることを特徴とする。

本発明において、第３空所は主管路の深さの０．９〜１．５倍に相当する深さを有することを特徴とする。

本発明において、第３空所は主管路の深さの０．９〜１倍に相当する深さを有しており、主管路区間の２つの進入開口は溝を介して互いに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、以上のような構成にすることによって、圧力衝撃が時間的に異なる遅延を以て従管路装置に作用する場合でも、すべての従管路装置の均等な排出が可能になり、技術的に複雑な構造でなく、また小さな液量の並行配量が十分な精度で可能になり、取り扱いやすく、自動化装置による操作に適しており、製造コストが低廉であり、さらに使い捨て製品として適している装置を提供することができる。

本発明に基づく装置の実施例は、図面に基づいて以下に詳しく説明される。
液体の並行配量および液体をたとえばミクロ滴定板へ供給するための本発明に基づく装置の図１および図２に示された第１本体２０は、配量すべき液体用流入口１と複数の排出口６を有する。流入口１および排出口６は、管路システムによって互いに接続されている。この管路システムは主管路８および従管路９，１０，１１，１２からなり、各従管路９，１０，１１，１２に対して１つの排出口６が設けられている（従管路装置）。この管路システムには、さらに廃液捕集部７に通じる管路１３が属している。

従管路９，１０，１１，１２は、いくつかの管路区間９，１０，１１，１２に区分されている。両管路区間１０，１１は、主管路８から直接的に逆方向に主管路８から直角に分岐している。

各従管路９，１０，１１，１２の管路区間１０は第１の（概略図示された）毛細管ストップ３に開口しており、そこから各従管路９，１０，１１，１２が従管路区間９によって第１空所２まで延びている。

各従管路９，１０，１１，１２の管路区間１１は第２の（概略図示された）空所４に開口しており、この第２空所４から各従管路９，１０，１１，１２の管路区間１２が毛細管ストップ５に通じている。この第２毛細管ストップ５には、それぞれ排出口６が接続している。

廃液捕集部７は別の（概略表示された）空所７によって形成されており、該空所は図示されていない管路によって脱気される。

第１空所２、第２空所４、別の空所７、主管路８並びに従管路区間９，１０，１１，１２も、第１本体２０ａの１つの面に配置されている。すなわち、空所２，４，７、主管路８および従管路区間９，１０，１１，１２は、上方に向けて開放されている。ここで、従管路区間９，１０，１１，１２と主管路８は第１本体２０ａの表面における溝として設けられる。基本的には、これらの空所および管路を第１本体２０ａの種々の面に配置することも可能である。

第１毛細管ストップ３および第２毛細管ストップ５も、空所として第１本体２０ａの面に配置されている。

空所２、従管路区間９，１０，１１、主管路８並びに第１毛細管ストップ３が開口している第１本体２０ａ は、図２において線影で示されたように、フォイル２１によって覆われている。このフォイル２１には、同様に図２において線影で示されたように、第２の本体２２が接続される。それに対し、該本体の面における他の空所４，５，７，１２は第２本体２２によって直接的に覆われている。その際に、第１空所２および第１毛細管ストップ３の上方ではフォイル２１と第２本体２２との間に室２３が形成される。該室２３は、図２に示されたように、好ましくは第２本体２２内の対応した大きな空所によって形成される。

主管路８の第１空所２、第１毛細管ストップ３および従管路区間９，１０，１１をフォイル２１によって覆うことは、前記の第１空所２、主管路８、従管路区間９，１０，１１並びに毛細管ストップ３が上方に向けて、すなわち第１本体２０ａの外側に向けて、制限される結果をもたらす。それに対して、他の空所は第２本体２２によって制限されている。それによって、流入口１を介して管路および管路内またはそれらの端部に設けられた空所および毛細管ストップのシステム内に到達する液体が、排出口６および廃液捕集部７を介してのみ、第１本体２０ａ、フォイル２１および第２本体２２からなる装置から再び排出できることが達成される。

空所２は、フォイル２１が外部からの圧力負荷時に空所２によって形成された空所に進入できるように、構成されている。

毛細管ストップは、たとえば管路の単純な拡大によって形成できる。しかし、毛細管ストップは変更形態として、液体が毛細管ストップを貫流することを阻止する疎水性被層を備えることができる。

前記空所へのフォイル２１の進入深さは、空所の形状およびサイズ、特にいわゆるアスペクト比によって調整できる。ここで、アスペクト比とは空所の深さと幅の比に他ならない。管路すなわち主管路８および従管路区間９，１０，１１，１２のアスペクト比も、外部からのフォイル２１の圧力負荷時にフォイル２１が管路を閉じないように設定してもよい。

第２空所４は、第１本体２０ａにおいて流入口１を経て第１本体２０ａに供給される液体の配量手段として設けられている。すなわち、空所４の容積は基本的に配量すべき、かつ排出口６から排出すべき体積に合致する。ここで考慮しなければならないのは、従管路区間１０，１１，１２内にも液体が含まれ得ることであり、該液体はほぼ間違いなく同様に各排出口６から排出されることになるであろう。その際に第１本体２０ａでは、各従管路内の管路区間９と１０との間の毛細管ストップ３が管路区間９およびさらに第１空所２への液体の流入を阻止する。

第１空所２は、圧力衝撃の伝達手段として設けられている。外部からは、該伝達手段を介して圧力衝撃が従管路９，１０，１１，１２のそれぞれに加えられるが、該圧力衝撃は次に従管路区間１０，１１，１２および配量手段つまり第２空所４に含まれる液体を、各排出口６を経て配量装置から完全または部分的に押し出す。

従管路装置において圧力衝撃を発生させるために配量装置内に設けられた圧力発生手段または外部の圧力発生用手段によって、圧力衝撃がフォイル２１と第２本体２２との間に設けられた室２３内へ送られる。この圧力衝撃は、フォイル２１を経て第１空所２へ伝播される。そのため圧力パルスの伝達手段と呼ばれるこれらの第１空所２から、圧力衝撃は従管路を経て排出口６まで伝播され、その際に従管路区間１０，１１，１２および配量手段内に存在する液量を第１本体２０ａから押し出す。

第１本体２０ａ内に含まれる配量された液量を従管路区間１０，１１，１２および配量手段（第２空所４）からなる従管路装置のいずれかから押し出す際に、フォイル２１はさらに膜２１と第２本体２２との間の空所内で生じた圧力がこれらの従管路装置によって放出されることを阻止する。そうでなければ、フォイル２１と第２本体２２との間の空所内に十分な圧力がもはや存在しないため、装置の他の従管路装置も空にならない、すなわち、配量された液量はこれらの従管路装置から押し出されない。

本発明に基づく装置に送り込まれた液体が排出口６から配量されて押し出される前に、主管路８内に含まれる液体が排出できる。そのために、１つには主管路８内に含まれる液量を管路１３を経て廃液捕集部７へ押し出す過圧を流入口１に与える、あるいは管路１３を経て液体を主管路８から吸引する負圧を廃液捕集部７に与える。搬送は、毛細管力の作用によっても行うことができる。

このような主管路８の排出は、たとえば図３および図４に基づく第１本体２０ｂを備えた装置において弁１４が主管路８に配置された場合が好ましい。図３および図４に概略的に示されたこれらの弁１４は、主管路８と従管路との間の接続個所の前後にそれぞれ設けられている。それによって、個別の従管路装置が互いに分離できる。したがって、弁１４は分離手段を構成している。弁１４が遮断されると同時に、主管路８を介する２つの従管路装置間の接続が不可能となる。弁１４は、好ましくは第３空所と第１フォイル２１の組み合わせとして構成される。第２本体は、弁１４を覆っており、第２室３４を形成する空所を有する。弁１４、第３空所およびこれらの第３空所を覆う第１フォイルの区間においても、フォイル２１が液体による弁１４の第３空所の貫流を阻止する圧力を決定するのはアスペクト比である。それによって、排出口の個別制御が可能となる。

主管路８の排出はこれらの弁１４においては弁１４の作動前が有効である、というのは、そうでなければ空所内の空間が圧縮できない液体によって占められるからである。該液体はフォイル２１の圧力負荷時にフォイル２１による空所の閉鎖を困難にする、あるいは弁１４の作動時に液体は、流入口１、廃液捕集部７や第１空所２へ押し出される。

弁１４による従管路装置の分離によって、圧力パルスの伝達手段の適切な設定および負荷において従管路装置を互いに分離して制御することが可能である。次に第１従管路装置が空になった後に、ここでもフォイル２１が阻止手段として従管路区間９および第１空所２からフォイル２１の反対側に位置する配量手段部分に到る流れの接続を阻止する。それによって、フォイル２１と第２本体２２との間に形成されている室は、最初に空となった従管路装置によっては脱気することができない。

図５および図６において拡大された弁の実施例は第３空所３０を有するが、該空所は回転楕円切片の形状を持つ凹状湾曲からなる。該弁から延びる主管路８の区間は進入開口３５を経て第３空所３０に開口する。空所３０とそれに接続する主管路８の区間は、第１フォイル２１で覆われている。空所３０の縁３１から、側面の境界面３３は平坦に空所底部３２まで下降する。側面の境界面３３と弁の領域における第１フォイル２１に接続する第１本体の外面との間の角度は、４５度よりも小さい。

図５および図６に示された弁を作動させるために、第３空所３０を覆う第２室３４に含まれる圧力媒体には、空所３０の領域のフォイル２１を内側に押し込む圧力を加圧する。それによって、主管路８の領域の両進入開口３５間の流動抵抗が増大する。第３空所３０の領域における第１フォイル２１に対する圧力が十分な強さであれば、第１フォイル２１は底部３２および側壁３３に密着するので、両進入開口３５間の流れの接続は不可能である。図５および図６に示された第１弁の変更形態が、図７および図８に示された第２弁である。両弁の違いは、図７および図８に示すように第２弁では第３空所３０の深さが主管路の深さに比べて小さいことにある。それによって、溝形状の主管路８は第３空所３０を貫通して延びる。第３空所３０を通る底部３２の溝の効果は、弁を開いた場合に、主管路８および弁を貫流したい液体の進入時に弁の底部３２における少なくとも溝の湿潤が外力の作用なしに行われ得ることである。したがって、液体の湾曲液面は弁による毛細管力のみに基づいて、一方の進入開口３５から弁を通して他方の進入開口３５まで移動できる。

図９および図１０に示された弁は、図５および図６に基づく弁とほぼ同様な構成を有している。空所３０は、図５および図６に基づく弁とは異なり、球面状に湾曲している。したがって、空所３０は平面図では円形に見える。空所３０はリッジ３６によって、主管路８の区間の両進入開口３５にそれぞれ向いた２つの部分に区分される。リッジ３６は、空所の第１縁３１ａから対向縁３１ｂまで延びている。弁を閉じると、第１フォイルの下面が、第１フォイル１に作用する圧力のために、リッジ３６の上方角部上に置かれる。それによって、第１フォイル２１の下面３７とリッジ３６との間に密閉的閉鎖が形成される。そのため、リッジ３６の両側に位置する空所３０の両部分間の流れの接続はもはや不可能となる。したがって、液体は弁を貫流することができなくなる。

第１の実施例の第１本体の平面図であり、個別要素は部分的に概略表示されている。 図１に基づく第１本体のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、個別要素は部分的に概略表示されている。 第２の実施例の第１本体の平面図であり、個別要素は部分的に概略表示されている。 図２に基づく第１本体の折曲げ線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図であり、個別要素は部分的に概略表示されている。 実際仕様における弁の平面図である。 図５に基づく弁のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 実際仕様における第２の弁の平面図である。 図７に基づく弁のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 実際使用における第３の弁の平面図である。 図９に基づく弁のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 流入口
２ 第１空所／伝達手段
３ 第１毛細管ストップ
４ 第２空所／配量手段
５ 第２毛細管ストップ
６ 排出口
７ 廃液捕集部
８ 主管路
９ 従管路区間
１０ 従管路区間
１１ 従管路区間
１２ 従管路区間
１３ 廃液捕集部用管路
１４ 弁
２０ａ 第１本体
２０ｂ 第１本体
２１ 膜／阻止手段
２２ 第２本体
２３ （第１）室
３０ 第３空所
３１，３１ａ，３１ｂ 第３空所縁
３２ 底部
３３ 側面の境界面
３４ 第２室
３５ 進入開口
３６ リッジ
３７ 弁作動時のフォイル下面
α 角度

Claims (43)

1. 液体を並行して配量するための装置において、
   第１本体（２０ａ，２０ｂ）を有し、
   第１本体（２０ａ，２０ｂ）は主管路（８）、従管路（９，１０，１１，１２）、流入口（１）および排出口（６）を有し、
   主管路（８）は流入口（１）に接続され、
   従管路（９，１０，１１，１２）はそれぞれ１つの排出口に接続され、
   従管路（９，１０，１１，１２）は主管路（８）に接続され、
   前記装置は、第１圧力媒体を含む少なくとも第１室を備え、
   第１本体（２０ａ，２０ｂ）は、第１室から従管路に到る第１圧力媒体の圧力衝撃を伝達するための伝達手段（２）を有し、
   各伝達手段（２）は従管路（９，１０，１１，１２）に接続され、
   伝達手段（２）には、従管路（９，１０，１１，１２）と第１室との間の流れの接続を阻止するための阻止手段（２１）が少なくとも設けられ、
   前記装置は主管路（８）において流れを分離するための制御可能な分離手段（１４）を有することを特徴とする液体を並行して配量するための装置。
2. 前記分離手段（１４）は、流入口（１）と、主管路（８）の従管路（９，１０，１１，１２）のいずれかとの第１接続部との間、および主管路（８）と従管路（９，１０，１１，１２）のいずれかとの全接続部の間の少なくともいずれか一方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 分離手段（１４）は弁であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記阻止手段は弾性を有するかつ少なくともほぼ液密の第１フォイル（２１）の区間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記フォイルはエラストマーであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 主管路（８）および従管路（９，１０，１１，１２）は第１本体（２０ａ，２０ｂ）の第１外面における溝として設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 主管路（８）および従管路（９，１０，１１，１２）の少なくともいずれか一方は少なくとも区間ごとの毛細管であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 主管路（８）に接続する従管路（９，１０，１１，１２）の区間（１０，１１）は毛細管であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記伝達手段は第１空所（２）として構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 第１空所（２）は各従管路（９，１０，１１，１２）の第１の端部に設けられ、また排出口（６）は各従管路（９，１０，１１，１２）の第２の端部に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 第１フォイル（２１）は第１外面上に設けられることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 第１フォイルは接着によって第１本体（２０ａ，２０ｂ）に固定されることを特徴とする請求項４〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 第１フォイル（２１）は少なくとも第１空所（２）を覆うことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 第１フォイルは第１空所（２）の領域において接着によって第１本体（２０ａ，２０ｂ）に固定されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記装置は第２本体（２２）を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 第２本体（２２）は第１フォイル（２１）上にあり、第２本体（２２）および第１フォイル（２１）は少なくとも第１室（２３）を包囲することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 第１室は第１フォイルを介して伝達手段に接続していることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 第１圧力媒体は、第１の値に達した圧力であって、第１フォイル（２１）を第１本体（２０ａ，２０ｂ）に確実に固定する圧力下にあることを特徴とする請求項４〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 従管路の区間（１０，１１，１２）には、液体を配量するための配量手段（４）が設けられていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 配量手段（４）は排出口（６）と、対応する従管路（９，１０，１１，１２）と主管路（８）との接続部との間に設けられることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 配量手段は第１本体（２０ａ，２０ｂ）の第１外面における第２空所（４）であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 第２空所（４）は第１フォイル（２１）によって覆われていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 第２空所（４）は第２のフォイルによって覆われていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
24. 弁（１４）は各第３空所（３０）と第１フォイル（２１）または第２フォイルまたは第３フォイルとによって形成されていることを特徴とする請求項３〜２３のいずれか１項に記載の装置。
25. 第１室（２３）は、第３空所（３０）の領域において、第１、第２または第３フォイルを覆うことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 第２本体および第１本体（２０ａ，２０ｂ）は、第３空所（３０）の領域において第１、第２または第３フォイル（３５）を覆う第２室（３４）を包囲することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
27. 第２室（３４）は第２の圧力媒体を含むことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
28. 第１室は０．１ｍｍ〜３ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の装置。
29. 第２室は０．１ｍｍ〜３ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 前記装置は圧力衝撃発生手段を有することを特徴とする請求項１〜２９のいずれか１項に記載の装置。
31. 第１室および第２室の少なくともいずれか一方は圧力衝撃を発生するための圧力衝撃発生手段に接続可能であることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
32. 第１室および第２室の少なくともいずれか一方は第２本体（２２）の一部によって形成された壁面を有しており、該壁面は圧力衝撃発生手段の作用下で室（２３）の内部へ転向可能であることを特徴とする請求項３０または３１に記載の装置。
33. 前記圧力衝撃発生手段は圧電素子であることを特徴とする請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の装置。
34. 第１室（２３）および第２室（３４）は個別に制御可能であることを特徴とする請求項２６〜３３のいずれか１項に記載の装置。
35. 第３空所（３０）は縁（３１）の少なくとも一部から底部（３２）へ平坦に下降する側面の境界面（３３）を有することを特徴とする請求項２４〜３４のいずれか１項に記載の装置。
36. 平坦に下降する側面の境界面（３３）は５度〜４５度の角度（α）で傾斜していることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
37. 第３空所（３０）は凹状湾曲を有することを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか１項に記載の装置。
38. 前記湾曲は球面状であることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
39. 前記湾曲は非球面状であることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
40. 前記湾曲は円筒状であることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
41. 第３空所（３０）の少なくとも一部への主管路（８）区間の２つの進入開口（３５）間において、第１の縁（３１ａ）から側面の境界面（３３）および底部（３２）を経て第２の縁（３１ｂ）までリッジ（３６）が延びていることを特徴とする請求項３５〜４０のいずれか１項に記載の装置。
42. 第３空所（３０）は主管路（８）の深さの０．９〜１．５倍に相当する深さを有することを特徴とする請求項２４〜４１のいずれか１項に記載の装置。
43. 第３空所（３０）は主管路（８）の深さの０．９〜１倍に相当する深さを有しており、主管路（８）区間の２つの進入開口（３５）は溝（３６）を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項２４〜４２のいずれか１項に記載の装置。

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