NL1015280C2 - Druppel-doseerinrichting en daarmee uitgevoerde druppel-doseerinstallatie. - Google Patents

Description

DRUPPEL-DOSEERINRICHTING EN DAARMEE UITGEVOERDE DRUPPEL-DOSEERINSTALLATIE

De uitvinding heeft betrekking op een druppel-doseerinrichting, omvattende ten minste één bron van een te spuiten medium, ten minste één spuitmondstuk, ten minste één de bron met het spuitmondstuk verbindend 5 kanaal, pompmiddelen voor het van de bron naar het spuitmondstuk brengen van het te spuiten medium. Een dergelijke druppel-doseerinrichting is bekend, en wordt bijvoorbeeld toegepast in printkoppen van afdrukeenheden voor gebruik bij computers. Daarbij kan een aantal 10 druppel-doseerinrichtingen in een bepaald patroon zijn aangebracht op een beweegbare drager of kop, die langs een te bedrukken vel papier wordt geleid. Door het onder besturing van de computer bedienen van de druppel-doseerinrichtingen wordt zo een gewenst patroon, 15 bijvoorbeeld een regel tekst of een afbeelding op het papier gevormd.

Printkoppen van de hiervoor beschreven soort worden niet slechts gebruikt in computerprinters, maar vinden ook in toenemende mate toepassing voor het 20 prepareren van proefplaten voor onderzoek op grote schaal naar biologische of chemische eigenschappen van stoffen, bijvoorbeeld met behulp van zogeheten 'dot blots' of DNA-chips. Door middel van de druppel-doseerinrichtingen kunnen nauwkeurig bepaalde hoeveelheden van allerlei 25 stoffen op een ondergrond worden gedoseerd, waardoor zeer snel mengsels met een bepaalde samenstelling kunnen worden gevormd of stoffen met elkaar in contact worden gebracht om hun reacties te beoordelen.

Voor al deze toepassingen is het van groot 30 belang dat de hoeveelheid door de druppel- doseerinrichting gedoseerde vloeistof zeer nauwkeurig bestuurd kan worden. Problemen die zich daarbij voordoen zijn ondermeer het ontstaan van zogeheten 10 1 5 280 2 satellietdruppels, kleine druppels die uit het spuitmondstuk ontsnappen door resonantie in het vloeistofkanaal, die op zijn beurt het gevolg is van de plotselinge drukopbouw in het kanaal tijdens het doseren 5 van een bepaalde hoeveelheid vloeistof. Daarnaast is een probleem dat voor het bereiken van een optimaal spuitgedrag vaak gecompliceerde en relatief grote inrichtingen nodig zijn, die dan ook relatief kostbaar zijn.

10 De uitvinding heeft nu tot doel een druppel- doseerinrichting van de hiervoor beschreven soort te verschaffen, die een ten opzichte van conventionele druppel-doseerinrichtingen verbeterd doseergedrag vertoont, en waarbij met name het optreden van 15 satellietdruppels kan worden vermeden. Verder heeft de uitvinding tot doel dit verbeterd spuitgedrag te bereiken met een relatief eenvoudige, compacte en tegen geringe kosten te vervaardigen druppel-doseerinrichting.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding 20 wordt dit doel bij een druppel-doseerinrichting van dit type bereikt, door middelen voor het dempen van een door de pompmiddelen opgewekte drukpuls, welke dempingsmiddelen werkzaam verbonden zijn met de pompmiddelen. Door de aanwezigheid van deze 25 dempingsmiddelen wordt een in het kanaal opgewekte drukpuls gedempt voordat er resonanties kunnen optreden, waardoor wordt voorkomen dat er satellietdruppels uit het kanaal geperst worden.

Bij voorkeur omvatten de pompmiddelen ten 30 minste één door een aandrijfelement verplaatsbaar orgaan en zijn de dempingsmiddelen tussen het aandrijfelement en het verplaatsbaar orgaan aangebracht. Volgens een andere uitvoeringsvorm kunnen de dempingsmiddelen ook tussen het aandrijfelement en een vast deel van de pompmiddelen zijn 35 aangebracht.

Een eenvoudige uitvoering wordt verkregen wanneer de dempingsmiddelen een elastomeermateriaal omvatten. Daarbij kan het ten minste ene verplaatsbaar 10 1 5 280 3 orgaan een membraan omvatten en het elastomeermateriaal tegen het membraan aanliggen.

Volgens een tweede aspect verschaft de uitvinding voor het bereiken van de bovengenoemde doelen 5 een druppel-doseerinrichting van de hiervoor beschreven soort die is voorzien van werkzaam met de pompmiddelen verbonden veermiddelen. Door dergelijke veermiddelen wordt het aanspreekgedrag van de pompmiddelen enigszins "verzacht", waardoor het optreden van trillingen in het 10 kanaal verder wordt verminderd.

Daarbij kunnen met voordeel de veermiddelen tussen het aandrijfelement en het verplaatsbaar orgaan zijn aangebracht, maar het is evenzeer denkbaar dat deze tussen het aandrijfelement en een vast deel van de 15 pompmiddelen zijn aangebracht.

Bij voorkeur zijn overigens de veermiddelen en de dempingsmiddelen met elkaar verbonden. Hierdoor wordt een bijzonder doelmatige constructie verkregen, die een zeer goed doseergedrag vertoont.

20 Wanneer de druppel-doseerinrichting voorzien is van pompmiddelen die ten minste één door een piêzo-element aangedreven verplaatsbaar orgaan omvatten, vertoont deze volgens een derde aspect van de uitvinding met het piézo-element verbonden middelen voor het 25 versterken van de werking daarvan. Door dergelijke versterkingsmiddelen kan volstaan worden met een relatief klein piëzo-element, dat bovendien met een relatief geringe spanning kan worden bedreven.

Volgens een eerste variant omvatten daarbij de 30 versterkingsmiddelen een aantal met het piézo-element tot een meerlaags structuur verbonden aanvullende piézo-element en.

Een eenvoudige constructie met een gering energieverbruik wordt verkregen wanneer de 35 versterkingsmiddelen een tussen het piëzo-element en het verplaatsbaar orgaan aangebrachte hefboom omvatten. Met voordeel is daarbij nog de hefboom veerkrachtig buigzaam uitgevoerd en vormt deze onderdeel van de veermiddelen.

<0 1 5 280 4

Zo worden de functies van het veren en het versterken in een enkel onderdeel gecombineerd. Bij voorkeur zijn dan ook de dempingsmiddelen met de hefboom verbonden, bijvoorbeeld doordat de hefboom althans ten dele met het 5 elastomeermateriaal bekleed is, waardoor zelfs drie functies in de hefboom verenigd worden.

De uitvinding heeft ook betrekking op een druppel-doseerinstallatie, die is voorzien van een aantal in een bepaald patroon op een drager aangebrachte 10 druppel-doseerinrichtingen van het hiervoor beschreven type. Bij een dergelijke druppel-doseerinstallatie is bij voorkeur de drager van een chemisch bestendig materiaal, in het bijzonder glas, vervaardigd. Een zeer compacte installatie met een groot aantal druppel-15 doseerinrichtingen kan daarbij worden verkregen wanneer de drager plaatvormig is en de druppel-doseerinrichtingen daarin door etsen gevormd zijn.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij verwezen wordt naar 20 de bijgevoegde tekening, waarin overeenkomstige onderdelen aangeduid zijn met dezelfde verwijzingscijfers, en waarin:

Fig. 1 een schematisch perspectivisch aanzicht is van een deel van een druppel-doseerinrichting volgens 25 een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, geëtst in een glasplaat,

Fig. 2 een met fig. 1 overeenkomend aanzicht is van een aantal tot een druppel-doseerinstallatie verenigde druppel-doseerinrichtingen volgens de 30 uitvinding,

Fig. 3 een schematische weergave is van de belangrijkste onderdelen van de druppel-doseerinrichting en hun onderlinge samenhang,

Fig. 4 een met fig. 3 overeenkomend aanzicht is 35 van een enigszins aangepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding,

Fig. 5 een schematische weergave is van versterkingsmiddelen in de vorm van een hefboom voor £101 5 280 5 toepassing in de pomp van een druppel-doseerinrichting volgens weer een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding,

Fig. 6 een detail op vergrote schaal toont 5 volgens de pijl VI in fig. 5,

Fig. 7 een schematische weergave is van versterkingsmiddelen in de vorm van een meerlaags piëzo-element, en

Fig. 8 een diagram is waarin de excitatie van 10 het aandrijfelement, de daaruit resulterende verplaatsing van het pomporgaan en de zo gedoseerde hoeveelheid vloeistof zijn weergegeven voor zowel een conventionele druppel-doseerinrichting als een druppel-doseerinrichting volgens de uitvinding.

15 Een druppel-doseerinrichting 1 (fig. 3) wordt gevormd door een bron 2 waarin een te spuiten medium 3, bijvoorbeeld inkt of een chemische stof is opgenomen, een kanaal 4 waardoor deze bron 2 verbonden is met een spuitmondstuk 5 en een in het kanaal 4 opgenomen pomp 6, 20 in het getoonde voorbeeld een membraanpomp, waardoor het medium vanuit de bron 2 opgevoerd wordt naar de spuitmond 5 en daar met kracht uitgeperst wordt. Daarbij is het de bedoeling dat bij elke slag van de pomp 6 slechts een enkele druppel 7 de inrichting 1 verlaat en op een 25 ondergrond 8, bijvoorbeeld een vel papier of een proefplaat wordt gespoten.

Een probleem dat zich daarbij voordoet is dat bij elke slag van de pomp 6 een drukpuls in het medium 3 wordt opgewekt, die zich in dit medium voortplant en 30 gereflecteerd wordt door de wanden van het kanaal 4, de bron 2 en het huis.9 van de pomp 6. Hierdoor treedt dus resonantie op in de inrichting 1, waardoor uiteindelijk hetzij nog een kleine hoeveelheid medium 3 uit de spuitmond geperst wordt, de zogeheten satellietdruppels, 35 hetzij het doseren van een volgende druppel nadelig beïnvloed wordt. Deze beide effecten leiden ertoe dat de dosering minder nauwkeurig is dan wenselijk. Om dit probleem op te lossen zijn volgens de onderhavige 10 1 5 280 6 uitvinding dempingsmiddelen 10 aanwezig, die samenwerken met de pomp 6.

In het getoonde voorbeeld is de pomp 6 zoals gezegd een membraanpomp, met een in het huis 9 van de 5 pomp 6 opgenomen membraan 11, dat in beweging gebracht wordt door een aandrijfelement 12, in dit geval een piëzo-element. Bij de getoonde uitvoeringsvorm van de druppel-doseerinrichting 1 zijn nu de dempingsmiddelen 10 aangebracht tussen het piëzo-element 12 en een vast deel 10 13, bijvoorbeeld een bovenwand van het pomphuis 9.

Daarbij zijn de dempingsmiddelen 10 slechts schematisch aangegeven, en het zal de deskundige duidelijk zijn dat de precieze aard van de dempingsmiddelen 10 niet van belang is.

15 Voor het aanspreekgedrag van de pomp 6, dat in hoge mate bepalend is voor de drukopbouw in de druppel-doseerinrichting 1 en daarmee voor de vorm en intensiteit van de drukpuls in het kanaal 4, is het van belang dat er naast dempingsmiddelen 10 ook veermiddelen 14 met de pomp 20 6 verbonden zijn. Door dergelijke veermiddelen 14 wordt de opgaande flank van de drukpuls afgevlakt, waardoor dus een geleidelijker drukopbouw plaats heeft, en het optreden van parasitaire trillingen zoveel mogelijk kan worden vermeden. In het getoonde voorbeeld zijn de 25 veermiddelen 14 schematisch weergegeven als een tussen het piëzo-element 12 en het vaste deel 13 van het pomphuis 9 aangebrachte schroefveer, maar het zal duidelijk zijn dat hiervoor in beginsel ook enigerlei ander geschikt type veer in aanmerking komt.

30 Bij een alternatieve uitvoering van de druppel- doseerinrichting (fig. 4) kunnen de dempingsmiddelen 10 en veermiddelen 14 worden gecombineerd. Deze gecombineerde veer- en dempingsmiddelen kunnen dan gevormd worden door een laag elastomeermateriaal, die 35 hier is aangebracht tussen het piëzo-element 12 en het membraan 11.

De dempingsmiddelen 10 zijn overigens bij voorkeur zodanig gekozen, dat het systeem dat gevormd 10 1 5 280 7 wordt door het aandrijfelement 12, het membraan 11 en het medium 3 in de druppel-doseerinrichting 1 kritisch gedempt wordt, dat wil zeggen dat de trilling in het systeem na een enkele periode uitgedempt is.

5 Om een goede werking van de druppel- doseerinrichting l te kunnen combineren met een compacte uitvoering daarvan, zijn overigens bij voorkeur met het piëzo-element 12 middelen 15 verbonden voor het versterken van de werking ervan. Bij een mogelijke 10 uitvoeringsvorm van de druppel-doseerinrichting 1 worden deze versterkingsmiddelen 15 gevormd door een hefboom 16, die aangebracht is tussen het piëzo-element 12 en het membraan ll, en waardoor de relatief kleine vervormingen van het piëzo=element 12 worden omgezet in grotere 15 uitslagen van het membraan 11 (fig. 5). In het hier schematisch getoonde voorbeeld is een uiteinde 17 van de hefboom 16 bevestigd aan een vast deel van de druppel-doseerinrichting 1, bijvoorbeeld een wand van het pomphuis 9, en grijpt het vrije uiteinde 18 daarvan aan 20 op het membraan 11. Het piëzo-element 12 grijpt tussen deze beide einden 17,18 aan op de hefboom 16, waarbij dus de bereikte versterking afhangt van de lokatie van het element 12 tussen deze einden.

De veermiddelen 14 en dempingsmiddelen 10 zijn 25 in dit voorbeeld geïntegreerd met de versterkingsmiddelen 15, doordat de hefboom 16 bekleed is met een dunne laag elastomeermateriaal 19 (fig. 6), daarnaast enigszins veerkrachtig buigzaam is uitgevoerd, en dus als veermiddel fungeert.

30 Als versterkingsmiddelen kunnen ook een aantal aanvullende piëzo-elementen 12A, 12B, 12C ... 12N fungeren, die met het aandrijfelement 12 tot een meerlaags piëzo-structuur zijn geïntegreerd (fig. 7).

Het effect van de dempingsmiddelen 10 en 35 veermiddelen 14 is weergegeven in de grafieken van fig. 8 waar met getrokken lijnen het gedrag van de druppel-doseerinrichting 1 volgens de uitvinding is weergegeven, terwijl met de stippellijnen het gedrag van een 1015 2 80 8 conventionele druppel-doseerinrichting getoond is. Bij een pulsvormige excitatie 10 van het piëzo-element 12 wordt het membraan 11 vervormd, waarbij de opgaande flank 21 van de vervormingskromme als gevolg van de 5 aanwezigheid van de veermiddelen 14 relatief langzaam stijgt. Dit houdt in dat de druk in het medium relatief geleidelijk wordt verhoogt, waardoor de kans op het optreden van parasitaire trillingen wordt verkleind. Wanneer de excitatiepuls 20 wegvalt, keert het piëzo-10 element 12 terug naar zijn uitgangsvorm, waardoor ook het membraan 11 terugkeert en dus de druk van het medium 3 in de pomp 6 en het kanaal 4 weer afneemt. Door de aanwezigheid van de dempingsmiddelen 10 wordt daarbij voorkomen dat het membraan 11, het element 12 en het 15 medium 3 blijven natrillen. Het resultaat hiervan is dat slechts een druppel 7 wordt gedoseerd, in plaats van enkele kleinere druppels 22 volgens de stand van de techniek.

De druppel-doseerinrichting 1 kan onderdeel 20 vormen van een grotere druppel-doseerinstallatie 23, die bestaat uit een aantal in een regelmatig patroon op een drager 24 aangebrachte druppel-doseerinrichtingen IA, 1B, 1C, ..., IN. Daarbij kan de drager 24 vervaardigd zijn van een chemisch bestendig materiaal zoals glas, waarin 25 delen van de druppel-doseerinrichtingen l, met name de bron of de buffer 2, het pomphuis 9, het kanaal 4 en de spuitmond 5 door etsen zijn gevormd. De overige onderdelen van de druppel-doseerinrichtingen 1, met name de pomp 6 en de (hier niet getoonde) aansluitingen voor 30 de besturing van de druppel-doseerinrichtingen kunnen in de geëtste delen gemonteerd worden, waarvan de zo gevormde inrichtingen worden afgesloten door een tweede plaat.

10 1 5 2 8 0

Claims (18)

1. Druppel-doseerinrichting, omvattende ten minste één bron van een te spuiten medium, ten minste één spuitmondstuk, ten minste één de bron met het spuitmondstuk verbindend kanaal, pompmiddelen voor het 5 van de bron naar het spuitmondstuk brengen van het te spuiten medium, gekenmerkt door middelen voor het dempen van een door de pompmiddelen opgewekte drukpuls, welke dempingsmiddelen werkzaam verbonden zijn met de pompmiddelen.

2. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de pompmiddelen ten minste één door een aandrijfelement verplaatsbaar orgaan omvatten en de dempingsmiddelen tussen het aandrijfelement en het verplaatsbaar orgaan zijn aangebracht.

3. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie l of 2, met het kenmerk, dat de pompmiddelen ten minste één door een aandrijfelement verplaatsbaar orgaan omvatten en de dempingsmiddelen tussen het aandrijfelement en een vast deel van de pompmiddelen zijn aangebracht.

4. Druppel-doseerinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dempingsmiddelen een elastomeermateriaal omvatten.

5. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 2 en 4, met het kenmerk, dat het ten minste ene 25 verplaatsbaar orgaan een membraan omvat en het elastomeermateriaal tegen het membraan aanligt.

6. Druppel-doseerinrichting volgens één der voorgaande conclusies of volgens de aanhef van conclusie 1, gekenmerkt door.werkzaam met de pompmiddelen verbonden 30 veermiddelen.

7. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 2 of 3 en 6, met het kenmerk, dat de veermiddelen tussen het aandrijfelement en het verplaatsbaar orgaan zijn aangebracht.

8. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 3 en 6 of 7, met het kenmerk, dat de veermiddelen tussen 10 1 5 280 het aandrijfelement en een vast deel van de pompmiddelen zijn aangebracht.

9. Druppel-doseerinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de 5 veermiddelen en de dempingsmiddelen met elkaar verbonden zijn.

10. Druppel-doseerinrichting volgens één der voorgaande conclusies of volgens de aanhef van conclusie 1, waarbij, de pompmiddelen ten minste één door een piëzo- 10 element aangedreven verplaatsbaar orgaan omvatten, gekenmerkt door met het piêzo-element verbonden middelen voor het versterken van de werking daarvan.

11. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de versterkingsmiddelen een 15 aantal met het piëzo-element tot een meerlaags structuur verbonden aanvullende piêzo-elementen omvatten.

12. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de versterkingsmiddelen een tussen het piëzo-element en het verplaatsbaar orgaan 20 aangebrachte hefboom omvatten.

13. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 7 en 12, met het kenmerk, dat de hefboom veerkrachtig buigzaam is uitgevoerd en onderdeel vormt van de veermiddelen.

14. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 9 en 13, met het kenmerk, dat de dempingsmiddelen met de hefboom verbonden zijn.

15. Druppel-doseerinrichting volgens conclusie 4 en 14, met het kenmerk, dat de hefboom althans ten dele 30 met het elastomeermateriaal bekleed is.

16. Druppel-doseerinstallatie, omvattende een aantal in een bepaald patroon op een drager aangebrachte druppel-doseerinrichtingen volgens één der voorgaande conclusies.

17. Druppel-doseerinstallatie volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de drager van een chemisch bestendig materiaal, in het bijzonder glas, is vervaardigd. 10 1 5 280

18. Druppel-doseerinstallatie volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de drager plaatvormig is en de druppel-doseerinrichtingen daarin door etsen gevormd zijn. 10 1 5 280