JP4610864B2 - 混合装置および混合方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体混合装置および混合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体同士は、多くの工業プロセスにおいて混合されることがある。例えば、化学製品、医薬品、洗剤、塗料、および集積回路等の製品の製造において、液体同士が混合されている。また、液体同士は、水を人間が消費できるように、または製造に使用できるように処理する場合にも混合されている。液体同士は、例えば、他の液体が入れられている容器内に、ある液体をポンプで入れることによって混合されるようになっている。第１の液体に添加されている第２の液体の量を制御することは、困難な場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、受入れ側の流体に添加される添加流体の量を制御することができる混合装置および混合方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
受入れ側の液体と添加流体とを混合する装置には、受入れ側の液体の流れを誘導するチャネルと、添加流体を受入れ側の液体に添加して、受入れ側の液体と添加流体とが混合する複合液体を生成するドロップオンデマンドの流体ディスペンサーが設けられている。
【０００５】
当業者であれば、以下の詳細な説明を図面とともに読めば、本開示の利点および特徴を容易に理解しよう。
【発明の実施の形態】
【０００６】
図１は、本発明の実施の形態に係る混合装置の概略ブロック図を示している。
混合装置には、受入れ側の、すなわちベースの液体１３の流れを入力１１ａから出力１１ｂに向かって誘導する管路、すなわちチャネル１１が設けられている。ドロップオンデマンドの流体添加器、すなわち流体ディスペンサー１５は、チャネル１１の混合ジャンクション１９において、流れているベースの液体１３に添加流体(additive fluid)１７を制御可能に添加しており、これにより、複合液体（composite liquid）１３１が生成されるようになっている。添加流体１７は、複数の成分の添加流体の混合物、すなわち組み合わせであってもよい。
【０００７】
図２は、本発明の別の実施の形態に係る混合装置の概略ブロック図を示している。混合装置には、受入れ側の、すなわちベースの液体１３の流れを入力１１ａから出力１１ｂに向かって誘導する管路、すなわちチャネル１１が設けられている。ドロップオンデマンドの流体添加器、すなわち流体ディスペンサー１５は、チャネル１１の混合ジャンクション１９において、流れているベースの液体１３に添加流体１７を制御可能に添加しており、これにより、複合液体１３１が生成されるようになっている。添加流体１７は、複数の成分の添加流体の混合物、すなわち組み合わせであってもよい。ミキサー２１は、添加流体１７をベースの液体１３内にさらに混合するために用いられている。入力センサ２３は、例えば、混合ジャンクション１９の上流の位置においてベースの液体１３をサンプリングするように設けられており、これによって、入力センサ２３は、添加流体１７の添加前にベースの液体１３の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知するために用いられている。出力センサ２５は、例えば、混合ジャンクション１９の下流の位置において複合液体１３１をサンプリングするように設けられており、これにより、出力センサ２５は、複合液体１３１の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知するために用いられている。
【０００８】
ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作は、コントローラ２７によって制御されている。例えば、ベースの液体１３に添加される添加流体１７の量が、コントローラ２７によって制御されるようになっている。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作は、入力センサ２３の出力および／または出力センサ２５の出力に応答して調整されている。
【０００９】
例えば、入力センサ２３および／または出力センサ２５によって検知することができるパラメータ、すなわち特性は、以下の２つのタイプのうちの一方または両方であってもよい。すなわち、（１）添加流体１７の成分の影響を受けるベースの液体、または複合液体１３１の特性、および／または（２）添加流体１７の成分の濃度を示す複合液体１３１の特性である。検知、すなわち感知することができるパラメータ、すなわち特性の具体例としては、例えば、抵抗率、イオンカウント、ｐＨ、表面張力、バクテリアカウント、および比色法によって求める濃度（colorimetry）がある。また、入力センサ２３および／または出力センサ２５には、混合装置を通過する液体の量を測定する体積（volumetric）センサすなわち流量センサを用いることができる。
【００１０】
図２の装置には、基準物体（object or thing）のパラメータ、すなわち特性を感知する基準検知器、すなわち基準センサ２９が設けられている。その感知したパラメータ、すなわち特性を用いて、ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作が制御されている。例えば、基準センサ２９には、塗料をそれにマッチさせる（paint matched）カラーサンプルの色を感知する比色センサ(colorimetric sensor)が用いられていてもよい。
【００１１】
次に、図３を参照しながら説明する。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態では、添加流体の成分１１７の滴がベースの液体１３内に放出されるようにするための流体滴放出装置（drop emitting device）３０が設けられている。添加流体の成分１１７は、添加流体１７で形成されている。流体滴放出装置３０には、本体３１と、ある量の添加流体１７を保持する本体３１内の搭載流体槽３３と、本体３１に支持または収容されているドロップオンデマンドの流体滴放出器構造(fluid drop emitter structure)３５とが設けられている。ドロップオンデマンドの流体滴放出器構造３５は、コントローラ２７が供給する制御信号によって選択的に制御されて添加流体の成分１１７の滴を放出するための、複数の電気的にアドレスすることができる流体滴生成器(fluid drop generators)で構成されている。流体滴放出器構造３５には、例えば、インクジェットプリンタに用いる熱、または圧電インク滴放出プリントヘッドと同様の熱滴放出器構造(thermal drop emitter structure)、または圧電滴放出器構造(piezoelectric drop emitter structure)が含まれている。
【００１２】
好適なドロップオンデマンドの熱滴放出器構造は、例えば、流体バリアー構造(fluid barrier structure)に取り付けられている。また、熱滴放出器構造には、それに一体化しているオリフィス構造のノズル、すなわち開口部のアレイを設けることもできる。流体バリアー構造は、滴発射ヒータ抵抗器と抵抗器を作動する装置を実施する薄膜下部構造に取り付けられている。流体バリアー構造は、流体流制御構造(fluid flow control structure)、粒子フィルタリング構造(particle filtering structure)、流体通路すなわちチャネル、および流体チャンバが形成されていてもよい。流体チャンバは、関連する流体滴発射抵抗器の上方に配置され、オリフィス構造のノズルは、関連する流体チャンバに整列して配置されている。熱滴生成器は、それぞれ関連するヒータ抵抗器、流体チャンバ、およびノズルで形成されるようになっている。選択したヒータ抵抗器は、流体滴を放出するために通電されるようになっている。そのヒータ抵抗器は熱を生成し、その熱によって、隣接する流体チャンバ内の流体が加熱されることとなる。チャンバ内の流体が気化すると、急速に膨張する蒸気の前部は、流体チャンバ内の流体を、隣接するオリフィスを通過して押し出されるようになっている。熱インクジェットプリントにおいて用いられるドロップオンデマンドの熱滴放出器構造の例は、本願の出願人に譲渡されている米国特許第５，６０４，５１９号において開示されている。
【００１３】
ドロップオンデマンドの流体滴放出器構造を用いることによって、正確な体積の流体を分配して供給することができる。例えば、入力センサ、出力センサ、および／または基準センサが提供する情報にしたがってドロップオンデマンドの流体滴放出器構造の動作が制御される閉ループシステムにおいてすることができる。
【００１４】
図４は、ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の概略ブロック図を示している。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５には、図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの実施形態の流体滴放出装置３０と同様の１つの流体滴放出装置３０が設けられている。流体滴放出装置３０は、流体槽３９から添加流体１７を受け取るようになっている。流体槽３９は、流体滴放出装置３０からずれて(off-axis)、別個に、すなわち離れて配置されており、添加流体１７は、管路３７によって流体滴放出装置３０の搭載流体槽３３に液通されている。ずれた位置の（離れて配置した）流体槽 (off-axis fluid reservoir)３９は、加圧することができ、流体滴放出装置３０とは別個に交換可能にすることができる。
【００１５】
図５は、複数の流体滴放出装置３０が設けられたドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の概略ブロック図を示している。流体滴放出装置３０は、それぞれ図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様のものが設けられている。流体滴放出装置３０は、それぞれ他のすべての流体滴放出装置３０も同じ添加流体の成分１１７の滴を放出するようになっており、異なる添加流体の成分１１７の滴を放出するようになっていてもよい。添加流体の成分１１７同士は、一緒になって添加流体１７（図１）が形成されている。１つまたはそれよりも多くの流体滴放出装置３０は、図４に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様に、それぞれのずれた位置の流体槽３９に液通させることができる。
【００１６】
図６は、図１のドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５として用いることができるマイクロミキサーの実施形態の概略図を示している。マイクロミキサー１５には、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール(fluid drop injection module)５１が設けられている。流体滴注入モジュール５１は、受入れ側の、すなわちキャリア（carrier）の液体５３の流れを、液体源５５から、例えば入力ポンプ５７を経由して受け取るようになっている。キャリアの液体５３には、ベースの液体１３と同じ液体が含まれていてもよい。流体滴注入モジュール５１には、添加流体１７の滴がキャリアの液体５３内に放出されて、液体の混合物５９が形成されるようになっている。出力ポンプ６３は、液体の混合物５９を動かすために用いられ、ミキサー６１は、液体の混合物５９をさらに混合するために用いられるようになっている。マイクロミキサー１５が供給する液体の混合物５９には、添加流体１７（図１）が含まれている。
【００１７】
入力センサ１２３は、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１への入力において、キャリアの液体５３の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知することができるように用いられている。出力センサ１２５は、液体の混合物５９の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知することができるように用いられている。検知、すなわち感知することができるパラメータ、すなわち特性の具体例としては、例えば、抵抗率、イオンカウント、ｐＨ、表面張力、バクテリアカウント、および比色法によって求める濃度がある。また、入力センサ１２３および／または出力センサ１２５には、混合装置を通過する液体の量を測定する体積センサ、すなわち流量センサが使用されていてもよい。入力センサ１２３の出力と出力センサ１２５の出力は、コントローラ２７に送信されるようになっている。コントローラ２７は、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１を制御している。コントローラ２７は、ポンプ５７，６３もまた制御することができる。ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１の動作は、用いてもよい任意の入力センサ２３（図２）、出力センサ２５（図２）、基準センサ２９（図２）、入力センサ１２３、および／または出力センサ１２５の１つ、または複数の出力に応答して調整することができる。
【００１８】
図７は、図６のマイクロミキサー１５の流体滴注入モジュール５１の例示的実施形態の概略図を示している。流体滴注入モジュール５１には、入口７１ａと出口７１ｂとを有するチャネル７１が設けられている。チャネル７１には、キャリアの液体５３の流れが入口７１ａから出口７１ｂの方向へ案内されている。流体滴放出装置３０は、添加流体の成分１１７の滴がチャネル７１内のキャリアの液体５３の液体内に放出されるようになっている。流体滴放出装置３０には、図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの実施形態の流体滴放出装置３０と同じものが使用されている。流体滴放出装置３０は、図４に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様に、ずれた位置の流体槽３９に液通されている。また、図５に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態と同様に、複数の流体滴放出装置３０を用いることもできる。チャネル７１内の液体レベルを制御して、例えばチャネル内の液体と流体滴放出器構造３５との間を所望の間隔に維持してもよい。例えば、液体レベルセンサ７３が信号を生成し、コントローラがその信号を用いて、入力ポンプ５７と出力ポンプ６３のそれぞれの液体移動速度を制御することによって、液体レベルが制御されるようにしてもよい。別の例として、空気抜き７５を経由して、空気を制御可能にチャネル７１内に導入して、またはチャネル７１から制御可能に除去して、チャネル７１内の空気圧レベルによって所望の液体レベルが制御され維持されるようにしてもよい。
【００１９】
本開示による混合装置は、制御された比較的少ない量の添加流体１７が、ベースの、または受入れ側の、すなわちキャリアの液体に添加されるような、さまざまな用途に用いられるようにすることができる。この混合装置は、非常に高い希釈率が要求されている用途、および／または、混合装置および／またはマイクロミキサーを通過する液体の量の関数として添加物を正確に添加しなければならない用途において特に有用となる。
【００２０】
本開示による混合装置が用いられている用途の一例は、塗料の混合である。このような用途において、ベースの液体１３は、塗料のベースであってもよく、添加流体１７には、例えばシアン、イエロー、マゼンタ、レッド、グリーン、ブルー、オレンジ等、１つまたはそれよりも多くの着色剤が含まれている。最終的な色は、複合液体１３１が比色法によってリアルタイムに分析され、添加される添加流体１７の成分の量の制御によって制御されることができる。ある連続した範囲の塗料色を出力することができる。ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を用いることによって、広範囲の塗料色が可能になり、色を正確に制御することができる。
【００２１】
塗料の混合を説明する一例としては、着色剤の添加物をわずかに相違させることによって明暗の度合いを生じさせる、さまざまなホワイト塗料を作成することである。ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を利用することによって、添加するそれぞれの着色剤の量を、例えばピコリットルの量と何ミリリットルもの量との間で、連続的に制御することができる。
【００２２】
塗料の混合の別の例としては、本開示による混合装置を、比色センサを含む塗装システムの塗料吹付器において用いることができる。この比色センサを用いて、合わせる領域の色を検知してもよく、ホワイトのベースの塗料に添加する着色剤をコントローラが適当に調整して、塗料スプレー出力が合うように作り出すようにしてもよい。
【００２３】
本開示による混合装置を用いた別の用途としては、水処理がある。この水処理は、ドロップオンデマンドの流体滴放出装置が水処理の化学薬品、殺生物剤、有益バクテリア、または界面活性剤等の物質の滴を放出するものである。このような水処理は、例えば、流入する供給水の閉ループ監視が重要となる研究所や半導体製造設備の供給水を処理するのに有用であろう。別の例として、開示した混合装置を用いて、飲料水を非常にわずかな量の添加物で処理してもよい。
【００２４】
水処理において殺生物剤を添加すると、希釈率が非常に高くなる可能性がある。例示的な例として、殺生物剤の率は、バクテリアカウントを監視する入力検知器が検知するバクテリアの総数や、バクテリアの総数の傾向に応答して、変化してもよい。別の例として、結果として生じる殺生物剤含有率を監視する出力検知器を用いて、添加する殺生物剤の量を制御してもよい。
【００２５】
水処理において界面活性剤（生物学的に活性の構成物）を添加することには、添加する界面活性剤の量を正確に制御することが含まれる。例えば、所望の表面張力が、表面張力と添加界面活性剤とのグラフの曲線のうちの勾配が急な部分にある場合である。複合液体１３１の表面張力を監視する出力検知器は、添加する界面活性剤の量を制御するのに用いてもよい。
【００２６】
本開示による混合装置を用いる他の用途としては、処理または回収すべき廃水に、放射性その他のトレーサー(tracer)を添加するものがある。水の流れその他の塊において、その痕跡を検知するということは、そのような廃水が混入しているということを示している。このようにして、放射性その他のトレーサーを廃水に添加することを利用して、廃棄物処理規定の遵守を奨励してもよい。開示した混合装置を用いることによって、非常に高い希釈率が可能になる。これは、放射性のトレーサーを用いる場合に特に有用である。コントローラ２７を出力センサおよび／または入力センサとともに用いれば、例えば、液体流量をベースにした計算、トレーサーの存在の測定、またはその両方を照合確認することによって、添加したトレーサーの量を求めることができる。
【００２７】
本開示による混合装置は、また、液体の医薬品の製造においても用いることができる。このような用途においては、ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を利用して、生物学的に活発な物質をベースの液体１３に添加してもよい。
【００２８】
別の例として、本開示による混合装置は、１つまたはそれよりも多くの薬物が液体に添加される静脈送達システム等の薬物送達システムにおいて用いることができる。複数の薬物を同時に送達するとともに、それぞれの薬物の量は広い動的範囲にわたって制御することができる。
【００２９】
より一般的には、本開示による混合装置は、成分流体を混合する用途に用いることができる。成分流体には、例えば、１つまたはそれよりも多くの成分が、所望の複合液体１３１のうちの比較的わずかな部分に含まれている。
【００３０】
上述の実施形態は、本発明の原理を表す本発明の原理を表すことができる可能性のある具体的な実施形態を単に示すのみである、ということが理解される。当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、これらの原理にしたがって、他の配置を容易に工夫することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを用いた混合装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを用いた混合装置の概略ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図６】ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーとして用いることができるマイクロミキサーの実施形態の概略ブロック図である。
【図７】図６のマイクロミキサーのドロップオンデマンドの注入（injection）モジュールの実施形態の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１１ チャネル
１１ａ 入力
１１ｂ 出力
１３ 液体
１５ ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー
１７ 添加流体
１９ 混合ジャンクション
２１ ミキサー
２３ 入力センサ
２５ 出力センサ
２７ コントローラ
２９ 基準センサ
３０ 流体滴放出装置
３１ 本体
３３ 搭載流体槽
３５ 流体滴放出器機構
３９ 流体槽
５１ ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール
５５ 液体源
５７ 入力ポンプ
６１ ミキサー
６３ 出力ポンプ
７１ チャネル
７５ 空気抜き
１１７ 成分
１３１ 複合液体
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体混合装置および混合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体同士は、多くの工業プロセスにおいて混合されることがある。例えば、化学製品、医薬品、洗剤、塗料、および集積回路等の製品の製造において、液体同士が混合されている。また、液体同士は、水を人間が消費できるように、または製造に使用できるように処理する場合にも混合されている。液体同士は、例えば、他の液体が入れられている容器内に、ある液体をポンプで入れることによって混合されるようになっている。第１の液体に添加されている第２の液体の量を制御することは、困難な場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、受入れ側の流体に添加される添加流体の量を制御することができる混合装置および混合方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
受入れ側の液体と添加流体とを混合する装置には、受入れ側の液体の流れを誘導するチャネルと、添加流体を受入れ側の液体に添加して、受入れ側の液体と添加流体とが混合する複合液体を生成するドロップオンデマンドの流体ディスペンサーが設けられている。
【０００５】
当業者であれば、以下の詳細な説明を図面とともに読めば、本開示の利点および特徴を容易に理解しよう。
【発明の実施の形態】
【０００６】
図１は、本発明の実施の形態に係る混合装置の概略ブロック図を示している。
混合装置には、受入れ側の、すなわちベースの液体１３の流れを入力１１ａから出力１１ｂに向かって誘導する管路、すなわちチャネル１１が設けられている。ドロップオンデマンドの流体添加器、すなわち流体ディスペンサー１５は、チャネル１１の混合ジャンクション１９において、流れているベースの液体１３に添加流体(additive fluid)１７を制御可能に添加しており、これにより、複合液体（composite liquid）１３１が生成されるようになっている。添加流体１７は、複数の成分の添加流体の混合物、すなわち組み合わせであってもよい。
【０００７】
図２は、本発明の別の実施の形態に係る混合装置の概略ブロック図を示している。混合装置には、受入れ側の、すなわちベースの液体１３の流れを入力１１ａから出力１１ｂに向かって誘導する管路、すなわちチャネル１１が設けられている。ドロップオンデマンドの流体添加器、すなわち流体ディスペンサー１５は、チャネル１１の混合ジャンクション１９において、流れているベースの液体１３に添加流体１７を制御可能に添加しており、これにより、複合液体１３１が生成されるようになっている。添加流体１７は、複数の成分の添加流体の混合物、すなわち組み合わせであってもよい。ミキサー２１は、添加流体１７をベースの液体１３内にさらに混合するために用いられている。入力センサ２３は、例えば、混合ジャンクション１９の上流の位置においてベースの液体１３をサンプリングするように設けられており、これによって、入力センサ２３は、添加流体１７の添加前にベースの液体１３の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知するために用いられている。出力センサ２５は、例えば、混合ジャンクション１９の下流の位置において複合液体１３１をサンプリングするように設けられており、これにより、出力センサ２５は、複合液体１３１の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知するために用いられている。
【０００８】
ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作は、コントローラ２７によって制御されている。例えば、ベースの液体１３に添加される添加流体１７の量が、コントローラ２７によって制御されるようになっている。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作は、入力センサ２３の出力および／または出力センサ２５の出力に応答して調整されている。
【０００９】
例えば、入力センサ２３および／または出力センサ２５によって検知することができるパラメータ、すなわち特性は、以下の２つのタイプのうちの一方または両方であってもよい。すなわち、（１）添加流体１７の成分の影響を受けるベースの液体、または複合液体１３１の特性、および／または（２）添加流体１７の成分の濃度を示す複合液体１３１の特性である。検知、すなわち感知することができるパラメータ、すなわち特性の具体例としては、例えば、抵抗率、イオンカウント、ｐＨ、表面張力、バクテリアカウント、および比色法によって求める濃度（colorimetry）がある。また、入力センサ２３および／または出力センサ２５には、混合装置を通過する液体の量を測定する体積（volumetric）センサすなわち流量センサを用いることができる。
【００１０】
図２の装置には、基準物体（object or thing）のパラメータ、すなわち特性を感知する基準検知器、すなわち基準センサ２９が設けられている。その感知したパラメータ、すなわち特性を用いて、ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の動作が制御されている。例えば、基準センサ２９には、塗料をそれにマッチさせる（paint matched）カラーサンプルの色を感知する比色センサ(colorimetric sensor)が用いられていてもよい。
【００１１】
次に、図３を参照しながら説明する。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態では、添加流体の成分１１７の滴がベースの液体１３内に放出されるようにするための流体滴放出装置（drop emitting device）３０が設けられている。添加流体の成分１１７は、添加流体１７で形成されている。流体滴放出装置３０には、本体３１と、ある量の添加流体１７を保持する本体３１内の搭載流体槽３３と、本体３１に支持または収容されているドロップオンデマンドの流体滴放出器構造(fluid drop emitter structure)３５とが設けられている。ドロップオンデマンドの流体滴放出器構造３５は、コントローラ２７が供給する制御信号によって選択的に制御されて添加流体の成分１１７の滴を放出するための、複数の電気的にアドレスすることができる流体滴生成器(fluid drop generators)で構成されている。流体滴放出器構造３５には、例えば、インクジェットプリンタに用いる熱、または圧電インク滴放出プリントヘッドと同様の熱滴放出器構造(thermal drop emitter structure)、または圧電滴放出器構造(piezoelectric drop emitter structure)が含まれている。
【００１２】
好適なドロップオンデマンドの熱滴放出器構造は、例えば、流体バリアー構造(fluid barrier structure)に取り付けられている。また、熱滴放出器構造には、それに一体化しているオリフィス構造のノズル、すなわち開口部のアレイを設けることもできる。流体バリアー構造は、滴発射ヒータ抵抗器と抵抗器を作動する装置を実施する薄膜下部構造に取り付けられている。流体バリアー構造は、流体流制御構造(fluid flow control structure)、粒子フィルタリング構造(particle filtering structure)、流体通路すなわちチャネル、および流体チャンバが形成されていてもよい。流体チャンバは、関連する流体滴発射抵抗器の上方に配置され、オリフィス構造のノズルは、関連する流体チャンバに整列して配置されている。熱滴生成器は、それぞれ関連するヒータ抵抗器、流体チャンバ、およびノズルで形成されるようになっている。選択したヒータ抵抗器は、流体滴を放出するために通電されるようになっている。そのヒータ抵抗器は熱を生成し、その熱によって、隣接する流体チャンバ内の流体が加熱されることとなる。チャンバ内の流体が気化すると、急速に膨張する蒸気の前部は、流体チャンバ内の流体を、隣接するオリフィスを通過して押し出されるようになっている。熱インクジェットプリントにおいて用いられるドロップオンデマンドの熱滴放出器構造の例は、本願の出願人に譲渡されている米国特許第５，６０４，５１９号において開示されている。
【００１３】
ドロップオンデマンドの流体滴放出器構造を用いることによって、正確な体積の流体を分配して供給することができる。例えば、入力センサ、出力センサ、および／または基準センサが提供する情報にしたがってドロップオンデマンドの流体滴放出器構造の動作が制御される閉ループシステムにおいてすることができる。
【００１４】
図４は、ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の概略ブロック図を示している。ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５には、図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの実施形態の流体滴放出装置３０と同様の１つの流体滴放出装置３０が設けられている。流体滴放出装置３０は、流体槽３９から添加流体１７を受け取るようになっている。流体槽３９は、流体滴放出装置３０からずれて(off-axis)、別個に、すなわち離れて配置されており、添加流体１７は、管路３７によって流体滴放出装置３０の搭載流体槽３３に液通されている。ずれた位置の（離れて配置した）流体槽 (off-axis fluid reservoir)３９は、加圧することができ、流体滴放出装置３０とは別個に交換可能にすることができる。
【００１５】
図５は、複数の流体滴放出装置３０が設けられたドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の概略ブロック図を示している。流体滴放出装置３０は、それぞれ図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様のものが設けられている。流体滴放出装置３０は、それぞれ他のすべての流体滴放出装置３０も同じ添加流体の成分１１７の滴を放出するようになっており、異なる添加流体の成分１１７の滴を放出するようになっていてもよい。添加流体の成分１１７同士は、一緒になって添加流体１７（図１）が形成されている。１つまたはそれよりも多くの流体滴放出装置３０は、図４に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様に、それぞれのずれた位置の流体槽３９に液通させることができる。
【００１６】
図６は、図１のドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５として用いることができるマイクロミキサーの実施形態の概略図を示している。マイクロミキサー１５には、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール(fluid drop injection module)５１が設けられている。流体滴注入モジュール５１は、受入れ側の、すなわちキャリア（carrier）の液体５３の流れを、液体源５５から、例えば入力ポンプ５７を経由して受け取るようになっている。キャリアの液体５３には、ベースの液体１３と同じ液体が含まれていてもよい。流体滴注入モジュール５１には、添加流体１７の滴がキャリアの液体５３内に放出されて、液体の混合物５９が形成されるようになっている。出力ポンプ６３は、液体の混合物５９を動かすために用いられ、ミキサー６１は、液体の混合物５９をさらに混合するために用いられるようになっている。マイクロミキサー１５が供給する液体の混合物５９には、添加流体１７（図１）が含まれている。
【００１７】
入力センサ１２３は、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１への入力において、キャリアの液体５３の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知することができるように用いられている。出力センサ１２５は、液体の混合物５９の１つまたはそれよりも多くのパラメータ、すなわち特性を感知、すなわち検知することができるように用いられている。検知、すなわち感知することができるパラメータ、すなわち特性の具体例としては、例えば、抵抗率、イオンカウント、ｐＨ、表面張力、バクテリアカウント、および比色法によって求める濃度がある。また、入力センサ１２３および／または出力センサ１２５には、混合装置を通過する液体の量を測定する体積センサ、すなわち流量センサが使用されていてもよい。入力センサ１２３の出力と出力センサ１２５の出力は、コントローラ２７に送信されるようになっている。コントローラ２７は、ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１を制御している。コントローラ２７は、ポンプ５７，６３もまた制御することができる。ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール５１の動作は、用いてもよい任意の入力センサ２３（図２）、出力センサ２５（図２）、基準センサ２９（図２）、入力センサ１２３、および／または出力センサ１２５の１つ、または複数の出力に応答して調整することができる。
【００１８】
図７は、図６のマイクロミキサー１５の流体滴注入モジュール５１の例示的実施形態の概略図を示している。流体滴注入モジュール５１には、入口７１ａと出口７１ｂとを有するチャネル７１が設けられている。チャネル７１には、キャリアの液体５３の流れが入口７１ａから出口７１ｂの方向へ案内されている。流体滴放出装置３０は、添加流体の成分１１７の滴がチャネル７１内のキャリアの液体５３の液体内に放出されるようになっている。流体滴放出装置３０には、図３に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの実施形態の流体滴放出装置３０と同じものが使用されている。流体滴放出装置３０は、図４に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態の流体滴放出装置３０と同様に、ずれた位置の流体槽３９に液通されている。また、図５に示すドロップオンデマンドの流体ディスペンサー１５の実施形態と同様に、複数の流体滴放出装置３０を用いることもできる。チャネル７１内の液体レベルを制御して、例えばチャネル内の液体と流体滴放出器構造３５との間を所望の間隔に維持してもよい。例えば、液体レベルセンサ７３が信号を生成し、コントローラがその信号を用いて、入力ポンプ５７と出力ポンプ６３のそれぞれの液体移動速度を制御することによって、液体レベルが制御されるようにしてもよい。別の例として、空気抜き７５を経由して、空気を制御可能にチャネル７１内に導入して、またはチャネル７１から制御可能に除去して、チャネル７１内の空気圧レベルによって所望の液体レベルが制御され維持されるようにしてもよい。
【００１９】
本開示による混合装置は、制御された比較的少ない量の添加流体１７が、ベースの、または受入れ側の、すなわちキャリアの液体に添加されるような、さまざまな用途に用いられるようにすることができる。この混合装置は、非常に高い希釈率が要求されている用途、および／または、混合装置および／またはマイクロミキサーを通過する液体の量の関数として添加物を正確に添加しなければならない用途において特に有用となる。
【００２０】
本開示による混合装置が用いられている用途の一例は、塗料の混合である。このような用途において、ベースの液体１３は、塗料のベースであってもよく、添加流体１７には、例えばシアン、イエロー、マゼンタ、レッド、グリーン、ブルー、オレンジ等、１つまたはそれよりも多くの着色剤が含まれている。最終的な色は、複合液体１３１が比色法によってリアルタイムに分析され、添加される添加流体１７の成分の量の制御によって制御されることができる。ある連続した範囲の塗料色を出力することができる。ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を用いることによって、広範囲の塗料色が可能になり、色を正確に制御することができる。
【００２１】
塗料の混合を説明する一例としては、着色剤の添加物をわずかに相違させることによって明暗の度合いを生じさせる、さまざまなホワイト塗料を作成することである。ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を利用することによって、添加するそれぞれの着色剤の量を、例えばピコリットルの量と何ミリリットルもの量との間で、連続的に制御することができる。
【００２２】
塗料の混合の別の例としては、本開示による混合装置を、比色センサを含む塗装システムの塗料吹付器において用いることができる。この比色センサを用いて、合わせる領域の色を検知してもよく、ホワイトのベースの塗料に添加する着色剤をコントローラが適当に調整して、塗料スプレー出力が合うように作り出すようにしてもよい。
【００２３】
本開示による混合装置を用いた別の用途としては、水処理がある。この水処理は、ドロップオンデマンドの流体滴放出装置が水処理の化学薬品、殺生物剤、有益バクテリア、または界面活性剤等の物質の滴を放出するものである。このような水処理は、例えば、流入する供給水の閉ループ監視が重要となる研究所や半導体製造設備の供給水を処理するのに有用であろう。別の例として、開示した混合装置を用いて、飲料水を非常にわずかな量の添加物で処理してもよい。
【００２４】
水処理において殺生物剤を添加すると、希釈率が非常に高くなる可能性がある。例示的な例として、殺生物剤の率は、バクテリアカウントを監視する入力検知器が検知するバクテリアの総数や、バクテリアの総数の傾向に応答して、変化してもよい。別の例として、結果として生じる殺生物剤含有率を監視する出力検知器を用いて、添加する殺生物剤の量を制御してもよい。
【００２５】
水処理において界面活性剤（生物学的に活性の構成物）を添加することには、添加する界面活性剤の量を正確に制御することが含まれる。例えば、所望の表面張力が、表面張力と添加界面活性剤とのグラフの曲線のうちの勾配が急な部分にある場合である。複合液体１３１の表面張力を監視する出力検知器は、添加する界面活性剤の量を制御するのに用いてもよい。
【００２６】
本開示による混合装置を用いる他の用途としては、処理または回収すべき廃水に、放射性その他のトレーサー(tracer)を添加するものがある。水の流れその他の塊において、その痕跡を検知するということは、そのような廃水が混入しているということを示している。このようにして、放射性その他のトレーサーを廃水に添加することを利用して、廃棄物処理規定の遵守を奨励してもよい。開示した混合装置を用いることによって、非常に高い希釈率が可能になる。これは、放射性のトレーサーを用いる場合に特に有用である。コントローラ２７を出力センサおよび／または入力センサとともに用いれば、例えば、液体流量をベースにした計算、トレーサーの存在の測定、またはその両方を照合確認することによって、添加したトレーサーの量を求めることができる。
【００２７】
本開示による混合装置は、また、液体の医薬品の製造においても用いることができる。このような用途においては、ドロップオンデマンドの流体滴放出装置を利用して、生物学的に活発な物質をベースの液体１３に添加してもよい。
【００２８】
別の例として、本開示による混合装置は、１つまたはそれよりも多くの薬物が液体に添加される静脈送達システム等の薬物送達システムにおいて用いることができる。複数の薬物を同時に送達するとともに、それぞれの薬物の量は広い動的範囲にわたって制御することができる。
【００２９】
より一般的には、本開示による混合装置は、成分流体を混合する用途に用いることができる。成分流体には、例えば、１つまたはそれよりも多くの成分が、所望の複合液体１３１のうちの比較的わずかな部分に含まれている。
【００３０】
上述の実施形態は、本発明の原理を表す本発明の原理を表すことができる可能性のある具体的な実施形態を単に示すのみである、ということが理解される。当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、これらの原理にしたがって、他の配置を容易に工夫することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを用いた混合装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを用いた混合装置の概略ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係るドロップオンデマンドの流体ディスペンサーの概略ブロック図である。
【図６】ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーとして用いることができるマイクロミキサーの実施形態の概略ブロック図である。
【図７】図６のマイクロミキサーのドロップオンデマンドの注入（injection）モジュールの実施形態の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１１ チャネル
１１ａ 入力
１１ｂ 出力
１３ 液体
１５ ドロップオンデマンドの流体ディスペンサー
１７ 添加流体
１９ 混合ジャンクション
２１ ミキサー
２３ 入力センサ
２５ 出力センサ
２７ コントローラ
２９ 基準センサ
３０ 流体滴放出装置
３１ 本体
３３ 搭載流体槽
３５ 流体滴放出器機構
３９ 流体槽
５１ ドロップオンデマンドの流体滴注入モジュール
５５ 液体源
５７ 入力ポンプ
６１ ミキサー
６３ 出力ポンプ
７１ チャネル
７５ 空気抜き
１１７ 成分
１３１ 複合液体
Claims (19)
- 受入れ側の液体の流れを案内するチャネルと、添加流体の成分の滴を前記チャネル内を流れる前記受入れ側の液体に添加して、該受入れ側の液体と前記添加流体の成分の滴とが混合する複合液体を生成するドロップオンデマンドの流体ディスペンサーとを設け、
該ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーには、前記受入れ側の液体のパラメータと基準物体のパラメータを検知して前記流体ディスペンサーの動作を制御することで、前記添加流体の成分の滴を制御して前記受入れ側の液体内に添加流体の成分の滴を放出して、該受入れ側の液体と前記添加流体の成分の滴とが前記複合液体を形成するように構成されたドロップオンデマンドの流体滴放出装置が設けられたことを特徴とする受入れ側の液体と添加流体の成分の滴とを混合する混合装置。 - 前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーは、熱流体滴生成器を含んでいる請求項１に記載の混合装置。
- 前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーは、圧電流体滴生成器を含んでいる請求項１に記載の混合装置。
- 前記ドロップオンデマンドの流体滴放出装置は、前記添加流体を収容する流体槽を含んでいる請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合装置。
- 前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーは、前記添加流体を収容するずれた位置の槽を含んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載の混合装置。
- 前記複合液体の特性を感知する出力センサと、前記出力センサに応答して前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを制御するコントローラと、をさらに含んでいる請求項１〜５のいずれか１項に記載の混合装置。
- 前記受入れ側の液体の特性を感知する入力センサと、前記入力センサに応答して前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを制御するコントローラと、をさらに含んでいる請求項１〜６のいずれか１項に記載の混合装置。
- 基準の特性を感知する基準センサと、前記基準センサに応答して前記ドロップオンデマンドの流体ディスペンサーを制御するコントローラと、をさらに含んでいる請求項１〜７のいずれか１項に記載の混合装置。
- 受入れ側の液体をチャンネル内に誘導することと、複合液体を形成するためにドロップオンデマンドの流体ディスペンサーから前記受入れ側の液体へ添加流体を添加する複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を設けることと、
前記添加流体を添加し、コントローラが供給する制御信号を使用するによって前記流体滴生成器を選択的に制御して添加流体の成分の滴を放出するために電気的にアドレスすることができる複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を前記流体ディスペンサーに設けることを含む、受入れ側の液体と添加流体との混合方法。 - 前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために前記受入れ側の液体へ前記添加流体を添加して、前記複数のドロップオンデマンドの熱流体滴生成器を制御することを含む請求項９に記載の混合方法。
- 前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために前記受入れ側の液体へ前記添加流体を添加して、前記複数のドロップオンデマンドの圧電流体滴生成器を制御することを含む請求項９に記載の混合方法。
- 離れて配置した槽から前記ドロップオンデマンドの流体滴生成器に前記添加流体を移動させることをさらに含む請求項９〜１１のいずれか１項に記載の混合方法。
- 前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために、
前記受入れ側の液体に対して着色剤が含まれている添加流体の滴を放出して、最終的な色は、前記複合液体が比色法によってリアルタイムに分析され、添加される添加流体の成分の量の制御によって制御されるように、
前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の混合方法。 - 前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために、
前記受入れ側の液体へ生物学的に活性の構成物として界面活性剤の滴を放出して、表面張力と添加界面活性剤とのグラフの曲線から表面張力を監視して、添加する界面活性剤の量を制御するように、
前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の混合方法。 - 前記受入れ側の液体が流れるよう案内することは、水を案内することを含み、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために、
前記水へ水処理の殺生物剤を放出して、バクテリアの総数を検知して殺生物剤の量を制御するように、
前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の混合方法。 - 前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために、
前記受入れ側の液体へトレーサー物質の滴を放出して、水の流れ、その他の塊においてトレーサー物質の痕跡を検知して廃棄物処理規定を遵守する希釈率を可能にするように前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の混合方法。 - 前記複合液体の特性を感知することをさらに含み、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために前記受入れ側の液体へ前記添加流体の滴を放出することによって得られた前記感知した特性に応答して、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９に記載の混合方法。
- 前記受入れ側の液体の特性を感知することをさらに含み、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために前記受入れ側の液体へ前記添加流体の滴を放出することによって得られた前記感知した特性に応答して、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９に記載の混合方法。
- 基準の特性を感知することをさらに含み、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することは、前記複合液体を形成するために前記受入れ側の液体へ前記添加流体の滴を放出することによって得られた前記感知した特性に応答して、前記複数のドロップオンデマンドの流体滴生成器を制御することを含む請求項９に記載の混合方法。
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