微小計量装置および液体を計量分注する方法
微小計量装置は、液体容器に結合するための第１端（１０２）と出力穴が設置されている第２端（１０４）とを備えたフレキシブルチューブを有する流体導管（１００）を含む。調整可能なハブを備えた押出器（１０８）を有する作動デバイスが設けられ、フレキシブルチューブの部分の容積を変化させることができ、押出器（１０８）を第１端位置と第２端位置の間で移動させることによって、フレキシブルチューブが第１端位置または第２端位置において部分的に圧縮され、出口穴において液体（１３０）を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる。言い換えれば、微小計量装置は、作動デバイスによって流体導管の断面を変化させることができる部分を有する流体導管（１００）を含み、流体導管の容積変化を生じさせる。作動デバイスの位置と出口穴の間の流体インピーダンスの、流体導管の第１端と作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率は、作動デバイスの位置を変えることにより変化させることができ、出口穴において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小計量装置、液体を計量分注する方法、および、本発明の微小計量装置を用いた際に所望の計量容積範囲を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術によれば、ナノリットル範囲（１０-12ｍ3）の容積は、通常のピペットでは計量されないが、所要の精度を保証する具体的な方法が要求される。
【０００３】
ここで、接触法、通常の分注法、ピン・プリンティング法等に加えて、非接触法は非常に重要である。
【０００４】
周知の方法の種別は、高速切換弁に基づく。それゆえに、大抵は磁気駆動装置または圧電駆動装置に基づく適切な弁が、導管を介して媒質容器に結合され、この媒質容器の中の圧力が確立される。弁を切換時間１ｍｓ未満で高速切換することにより、短期間に非常に大きな流れが発生するので、流体は、表面張力が大きくても、分注位置から離れることができ、自由噴流として基板上に突き当たることができる。計量総量は、圧力および／または弁の切換時間により制御することができる。
【０００５】
圧力を発生させるには異なる手法が存在し、切換弁の上述の概念に含まれる。
【０００６】
図７に、シリンジ・ソレノイド法と称することのできる第１の周知の手法の略図を示す。ここで、流体導管１０は、高速切換マイクロ電磁弁１２を介して、除去可能なシリンジ１４に流体的に結合されている。シリンジ１４の下端には、ノズル穴１６がある。流体導管１０の反対端は、切換弁１８を介してシリンジ・ポンプ２０に結合されている。さらに、流体容器２２もまた、さらなる流体導管２４を介して切換弁１８に結合されている。
【０００７】
切換弁１８は、２つの切換状態を有する。第１の切換状態では、シリンジ・ポンプ２０のポンプ室２６は、流体導管２４を介して流体容器２２に流体的に結合されているので、シリンジ・ポンプのピストン３０を相応に動かし、ポンプ室２６の容積を増やすことにより、液体２８は流体容器からポンプ室２６へ引き寄せられる。このプロセスは、シリンジ・ポンプ２０を充填するのに役立つ。後続の計量プロセスでは、切換弁１８が切換られ、流体導管１０を介してポンプ室２６のマイクロ電磁弁１２への流体接続を生じさせる。ピストン３０を用いることによって、ポンプ室２６内部の液体に圧力が加えられ、マイクロ電磁弁１２を高速切換することにより（切換時間＜１ｍｓ）、シリンジ１４の計量穴１６から液体を分注させることができる。図７に示す型の計量装置は、例えばＣａｒｔｅｓｉａｎ社より販売されている。
【０００８】
図８に、例えばＤｅｌｏ社やＶｅｒｍｅｓ社により実施されている他の原理を示す。この方法では、液体４２を圧力下に収容する圧力容器４０が設けられる。圧力容器４０の出口は、流体導管４４を介して急速に切換可能な弁４６に結合されており、この弁はここでも、流体導管４８を介してノズル穴に結合されている。これを図８の矢印でほんの概略的に示す。この配置では、弁４６の高速切換によって、ノズル穴から液体を自由噴流により分注させることもできる。
【０００９】
他の周知の微小計量装置は、例えば、ＤＥ‐Ａ‐１９８０２３６７、ＤＥ‐Ａ‐１９８０２３６８、ＥＰ‐Ａ‐０７２５２６７に記載されている。それらに記載されている微小計量装置は、フレキシブル膜に当接し、供給管路を介して容器に結合され、排水管を介してノズル穴に結合されているポンプ室を含む。このような微小計量装置の実施例を、図９ａ〜図９ｃを参照して以下に述べる。
【００１０】
図９ａに、静止位置にあるこのような微小計量装置の略断面を示す。計量装置は、計量ヘッド５０と作動デバイス５２とを含む。図示の実施例において、計量ヘッド５０は、相互接続された２つの基板５４、５６により形成されており、これらの基板にはそれぞれ凹部が形成されている。第１の基板５４は、容器結合部５８と、入口路６０と、計量室６２とがこの第１の基板内に形成されるように構造化されている。下部基板５６は、ノズル結合部６４と、ノズル路および出口穴を有するノズル６６と、ノズル６６の出口穴よりもかなり大きい断面を有する出口領域６８とがこの下部基板内に形成されるように構造化されている。
【００１１】
さらに、この上部基板５４の構造化により、上部基板に膜７０が形成されている。
【００１２】
図９ｂに示すように、作動デバイス５２は押出器７２を有し、この押出器により膜７０は下向きに曲げられ、計量室６２の容積を減らすことができる。計量室６２の容積をこのように減らすことにより、一方では、入口路６０および容器結合部５８を通して逆流７４が起こる。他方では、ノズル結合部６４およびノズル６６を通して順流が起こり、ノズル６６の出口端において分注液７６が生ずる。逆流７４と計量された液７６の比率は、容器と計量室の間の流体結合部の流体抵抗の、計量室とノズル６６の出口穴の間の流体抵抗に対する比率に依存する。
【００１３】
計量プロセスの後、押出器７２は、作動デバイス５２を用いて上向きに移動され（図９ｃ参照）、図９ａに示すように、弾性により最終的に元の位置に回復する。このように膜７０が復元されることによって、計量室６２の容積が増し、容器結合部５８および入口路６０を通して容器からの補充流７８が起こる。この段階中、ノズル６６を通る空気の吸い込みを回避するためには、膜７０の復元は充分にゆっくり実行される必要があり、ノズル６６内に液体を維持する毛細管力がこのことにより封じられることはない。
【００１４】
図９ａ〜図９ｃを参照して上述した微小計量装置は、元々は生化学における酵素の計量のために開発された。これらの装置を用いることにより、１ｎＬ〜１０００ｎＬの容積範囲において、１００ｍＰａｓまでの粘性を有する液体を、媒質にはきわめて無関係に、かつ正確に計量することができる。計量される液体は、これにより好ましくはシリコン製の計量チップを自由噴流で計量室から押出すことにより計量される。しかしながら、この方法は比較的複雑なマイクロデバイスを必要とする。
【００１５】
最後に、管状の圧電変換器が流体導管をノズル穴の形成されたノズル板に結合する液滴吐出システムが、ＵＳ‐３６８３２１２により知られている。立上がり時間の短い電圧パルスが変換器に加えられ、変換器の収縮が生ずる。その結果生じる急激な封入容積の減少により、穴板内の穴から少量の流体が吐出される。これにより、液体は無圧下または低圧下に維持される。穴における表面張力は、変換器が作動していないときに液体が流出することを防止する。吐出された液体は、導管内の液体の毛細管順流によって入れ替わる。
【００１６】
ＵＳ‐３６８３２１２によれば、圧電インクジェット法と同様の音響原理の助けによって液滴が発生することがわかっている。ここで、音響圧力波は、堅固な流体導管内、例えば剛性ガラス毛細管内で発生し、その結果、出力位置において局所的に大きな圧力勾配が生じ、これが液滴分離をもたらす。アクチュエータの作動時間は、ここでシステムにおける音響伝播の範囲内であり、通常、数マイクロ秒である。したがって、この状況では、アクチュエータの下流および上流での流体導管の音響インピーダンスは、設計上重要である。したがって、これは少ない容積押出に対して高い音響インパルスが発生するインパルス法である。言い換えれば、圧力最大値および圧力最小値を有する音響波が作動位置と処理位置の間で発生し、分注位置では、対応する圧力により液体の吐出が生ずる。ＵＳ３６８３２１２によれば、流体導管は無視できる程度に変形するだけであり、アクチュエータは主に音響波を送信するのみであり、流体導管の弾性はそれほど重要ではない。
【００１７】
ＤＥ４３１４３４３Ｃ２により、一端が液体容器に結合され、他端が開口した液体供給チューブを有する液体計量装置が知られている。このチューブは接合ソケットに当着され、チューブの接合ソケットに対向する側にハンマーが設けられている。このハンマーはチューブ軸を横断する方向に周期的に振動することができ、チューブの断面全体がハンマーにより圧着され、すなわち流体領域が実質的にゼロとなる。これにより、衝撃力の影響がチューブに働き、個々の液滴が開口端から追い出される。
【００１８】
本発明の目的は、簡単な構造の微小計量装置、さらに好ましくは、分注される計量容積を容易に変化させることのできる装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、液体の計量分注の方法を提供することである。
【発明の開示】
【００１９】
この目的は、請求項１および９による微小計量装置と、請求項２０、２９、３０による方法とにより達成される。
【００２０】
本発明は、液体容器に結合するための第１端と出力穴が設置されている第２端とを備えたフレキシブルチューブ、好ましくはポリマーチューブを有する流体導管と、調整可能なハブを備えた押出器を有し、前記フレキシブルチューブの前記部分の容積を変化させることができ、前記押出器を前記第１端位置と前記第２端位置の間で移動させることにより、前記チューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置で部分的に圧縮され、前記出口穴において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含む微小計量装置を提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、液体容器に結合するための第１端と出力穴が設置されている第２端とを備えた流体導管であって、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の断面を変化させることができる部分を有する流体導管と、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の前記部分に沿った位置に配置され、前記出口穴から液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含み、前記作動デバイスの位置と前記出口穴の間の流体インピーダンスの、前記流体容器と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率は、前記作動デバイスの位置を変えることにより変化させることができ、前記出口穴において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることができる微小計量装置を提供する。
【００２２】
ここで、流体インピーダンスとは、管路の長さおよび流体断面により決定される流体抵抗および流体インダクタンスの組合せを意味する。
【００２３】
したがって、本願は作動デバイスのハブを調整することにより、および／または、その容積を変化させることができる流体導管に沿って作動デバイスの位置を調整することにより、計量容積を調整することを可能とする。
【００２４】
言及した流体抵抗の比率のこのような可変性は、好ましくは、流体導管を、流体容器と吐出穴の間で実質的に線形構造、すなわち、この流体導管が流体容器と吐出穴の間に不規則な断面変化のない断面を有するよう設計することにより達成可能である。最も単純な場合には、これは静止位置において流体容器と吐出穴の間に実質的に一定の断面を有する流体導管により達成することができる。
【００２５】
本発明は、他の液滴発生器において必要となる精密機械部材またはミクロ構造部材を必要とせず、それによって、製造費用を著しく低減でき、また、作業安全性が増大する。さらに、流体運搬部は、単にプラスチック、例えばポリイミドなどの使い捨て部材として製造でき、それによって、媒質を変更する際の高価な掃除が省略される。
【００２６】
さらに、本発明によれば、圧力を発生させるために、制限された圧力室が使用されず、可変の「作用領域」が使用される。これにより、押出器の位置、すなわち、それに沿って流体導管の断面が変動して流体導管の容積変化を生じさせる流体導管の部分に沿った作動デバイスの位置を変化させることにより、種々の流体にとって最適化が可能になる。軸非対称な容積変化により、好ましい方向の流体の流れを、流体導管内で出口穴の方向に発生させることができる。さらに、「作用領域」を増大することによって、例えば、最大計量容積を変化させても流体運搬部での構造変化が必要とならないような、より大きい押出器を使用することによって、最大計量容積の単純な変化を起こすことができる。最終的には、補充中の好ましい方向を確実にしたり、出口穴からの液体の漏出を回避するために、入力穴と出力穴の間の潜在的な圧力差を明確に規定することができる。したがって、流体導管内の毛細管力では移動できない媒質も計量することができる。
【００２７】
さらに、本発明は、液体を計量分注する方法であって、フレキシブルチューブ、好ましくはポリマーチューブを有する流体導管に、計量される液体を充填するステップと、調整可能なハブを備えた押出器によって前記フレキシブルチューブの部分の容積変化を生じさせ、前記押出器を第１端位置と第２端位置の間で移動させることによって、前記チューブが少なくとも第１端位置または第２端位置で部分的に圧縮され、前記流体導管の出口穴において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させるステップとを含む液体を計量分注する方法を提供する。
【００２８】
さらに、本発明は、本発明に係る微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、前記流体導管の前記部分に沿って前記作動デバイスを所定の位置に配置するステップを含み、前記流体導管の容積変化を生じさせるステップにおいて、結果として生ずる流体インピーダンスの比率に起因して、前記出口穴において所望の計量容積を分注させることができる、所望の計量容積を調整する方法を提供する。
【００２９】
さらに、本発明は、本発明に係る微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、前記流体導管の前記部分に関して軸方向長さを有する押出器を選択するステップを含み、前記流体導管の容積変化を生じさせるステップにおいて、所望の計量容積を分注させることができるよう構成されている、所望の計量容積を調整する方法を提供する。
【００３０】
したがって、本発明は、所望の計量容積を調整する際の付加的な自由度を可能にする。一方で、所定のハブを備え、これにより作動デバイスの所定の押出ができれば、上述のステップにより所望の計量容積を調整することができる。ハブと作動デバイスの押出が調整可能である場合には、上述のステップにより所望の計量容積範囲を調整でき、ハブまたは作動デバイスの押出をそれぞれ調整することによって、所望の計量容積範囲内にある計量容積を調整できる
【００３１】
容積押出器システムの特徴的な性質と重要な利点は、本発明によって実現されたように、計量容積は計量される液体の粘性にほとんど無関係であるということである。
【００３２】
そのうえ、本発明によれば、作動デバイスは流体導管と一緒に設計でき、容積押出の極端な事例として、押出器により流体導管を完全に圧着することができる。その場合には、付加的に、弁機能を実装できる。このように、容器と分注位置の間で流体導管を完全に遮断できるということは、周知の方法と比較してさらなる利点を提供することができる。
【００３３】
ＵＳ‐３６８３２１２の教示とは対称的に、本発明に係る微小計量装置においては、連続的な圧力勾配が流体導管全体にわたって確立され、流体は、実際に押出器から開始して、導管から押し出される。押出器と出口穴の間にある全流体は、出口穴の方向に移動する。容積押出は数ミリ秒の時間スケールで実施される（インパルス法によるよりもかなり遅い）ので、音響現象は役割を果たさない。
【００３４】
添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施態様を以下に述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１ａ〜ｃの略図に基づいて、本発明の本質的特徴と本発明に内在する概念とを以下に述べる。
【００３６】
本発明は、主としてナノリットルからピコリットルの範囲において、微小液滴または微小噴流をそれぞれ発生させるためのそれぞれの装置または方法に関する。流体運搬管は、本発明に係る微小計量装置の中心的な要素であり、その入口穴は計量される媒質が置かれている液体容器に結合されている。導管の他端には出口穴があり、これを通して計量される液体が分注される。流体運搬管は、好ましくは主として弾性材料により製造されるので、例えば導管を圧縮してこれを変形させることにより、入口穴と出口穴の間の導管の容積を変化させることができる。
【００３７】
本発明に係る計量装置の計量プロセスの異なる段階における本質的要素を図１ａ〜ｃに示す。
【００３８】
図１ａに示すように、本発明の好ましい実施態様において、弾性ポリマーチューブである流体導管１００は、液体容器に結合するための入口側端１０２と、微小液滴または微小噴流をそれぞれ分注できる出口側端１０４とを含む。出口側端１０４は、したがってノズルと称することもできる。図１ａ〜ｃにおいて、弾性ポリマーチューブ１００の壁１０６をそれぞれ破線で図示する。
【００３９】
押出器形態のアクチュエータ１０８が設けられ、この押出器１０８は、結合部１１０を有し、押出器１０８を駆動するための作動部材に取付ることができる。
【００４０】
図示された実施態様において、弾性ポリマーチューブは、実質的に一定の断面を有し、この断面は、通常はその入力端１０２からその出力端１０４まで円形になる。
【００４１】
このような微小計量装置において、押出器１０８の下に配置された領域１１２は、計量室領域と称することができ、この領域は、弾性ポリマーチューブ１００に関する押出器１０８の位置によって規定される。実質的に押出器１０８の右側端において始まる領域１１４は、押出器領域１１２を出口端１０４に流体的に結合する出口路を表す。図で切り詰めて示され、押出器１０８の左側端から左に向かって延びる領域１１６は、押出器領域１１２を入力端１０２に流体的に結合する入力路を表す。
【００４２】
さらに図１ａに示すように、押出器１０８は、ポリマーチューブ１００の壁１０６に対して斜方向に走る押出器表面１２０を含むことができ、これにより、微小計量装置の動作中、軸非対称な容積変化により、出口穴１０４に向かって好ましい方向の流体の流れを発生させることができる。
【００４３】
以下では、本発明に係る微小計量装置の動作モードについて述べる。
【００４４】
計量システムをスイッチオンした時、流体導管１００は、外部で発生される圧力差または毛細管力のいずれかにより、自動的に充填される。
【００４５】
外部で発生される圧力差は、例えば、流体が圧力下に置かれている流体容器を用いて加えることができる。
【００４６】
出口端に関して正である静圧（過大圧力）を加えるとき、導管１００内の液体によりもたらされる圧力が、液体を導管内に維持する毛細管力よりも高くならないよう考慮しなければならない。さもなければ、微小計量装置の非動作状態において出力端１０４から液体の漏出が生じるであろうからである。
【００４７】
その一方で、毛細管力が過度に弱ければ、非動作状態において出力端からの液体の漏出を回避するために、出力端に関して負である圧力（過小圧力）を加えることができる。この反対の圧力は、補充中には毛細管力によって封じられる必要がある。
【００４８】
計量プロセスの初めに、計量段階と称することのできる第１段階において、入口穴と出口穴の間の導管の容積を低減することにより、液体が導管から押出される。このことは、押出器１０８を下向きに、すなわちポリマーチューブ１００に向かう方向に移動させることにより達成され、押出器領域１１２内にポリマーチューブの圧縮が生じる。この下向きの移動は、図１ｂにおいて矢印１２２で図示されている。したがって、押出器領域１１２は、本発明に係る微小計量装置の作用領域を表す。
【００４９】
流体導管１００のこの容積変化に起因して導管から押出された液体は、導管の端から押圧されるか、または、導管が流体容量を有する場合は導管断面を変化させることにより別の位置に収容される。
【００５０】
押出器１０８の高速移動１２２により引き起こされる流体導管１００の容積変化によって、一方では、矢印１２４で示すように、出口穴１０４に向かって流体の流れが起こり、他方では、矢印１２６で示すように、入力路１１６を通して流体容器への逆流が起こる。順流１２４により、出口穴１０４において微小液滴または微小噴流のそれぞれの形態の流体吐出が起こる。
【００５１】
流体のどの部分を噴流または液滴としてそれぞれ出口穴１０４から分注させるは、容積変化の位置、型、および動力によって決まる。上記で既に言及したように、出口穴１０４に向かう好ましい方向の流れは、押出器１０８と、特に押出器表面１２０によって引き起こされるような軸非対称な容積変化によって影響を受ける。計量段階において出口端１０４で分注される噴流または液滴を発生させるためには、容積変化がかなり高速に生じ、所要のインパルスが流体液滴または流体噴流のそれぞれに伝達されることにより、その流体液滴または流体噴流は出口穴１０４から離れることができる。これにより、流体特性、例えば濃度、粘性、表面張力等も、また、入口穴と出口穴の間に存在し得る圧力差も、重要な役割を果たす。さらに、出口穴１０４と容積変化が行われる作用領域１１２の間の流体抵抗（すなわち出口路１１４の流体インピーダンス）も、作用領域１１２と入口穴１０２の間の導管部の流体インピーダンス（すなわち入口路１１６の流体インピーダンス）も、分注される計量総量（順流１２４）と容器へ戻る流体総量（逆流１２６）の間の比率を決定している。例えば、大きな動力で出口穴（１０４）の近くで容積変化が行われる場合には、良質な計量を達成することができる（例えば１ミリ秒以内で５０ｎＬ）。
【００５２】
押出器を出口穴（１０４）の近くに位置決めすることにより、出口路１１４の流体インピーダンスは入口路１１６の流体インピーダンスに比較して低くなり、押出される流体の大部分が出口穴１０４から吐出される。これにより、入口路１１６の長さが出口路１１４の長さの寸法の少なくとも２倍である場合に、好ましくは少なくとも５倍の大きさである場合に、より好ましくは少なくとも１０倍の大きさである場合に、押出器は出口穴１０４の近くに配置されていると言える。
【００５３】
流体液滴または流体噴流をそれぞれ吐出後、補充段階と称することのできる第２段階では、入口穴１０２と出口穴１０４の間の容積が再び増加される。このことは、押出器１０８を、流体導管１００から離れるように、図１ｃに示すような矢印１３２の方向に移動させることにより達成される。この容積変化に起因して、液体は、図１ｃに矢印１３４で示すように、容器から入口穴１０２および入口路１１６を通して導管へ、特にその作用領域１１２へと流れる。出口穴１０４を通して空気を引き込むことは、導管断面が相応に小さいので毛細管力によって防止される。その一方で、容器から充填するための好ましい方向は、入口穴と出口穴の間の静水圧差により決定することができる。この目的のために、流体容器には、例えば再び圧力を与えることができる。
【００５４】
補充段階の最後に、図１ａに示す状況が再び存在し、計量プロセスが再び実行される。
【００５５】
図２ａ〜ｄは、本発明に係る微小計量装置を用いた液滴発生器を示し、流体導管またはアクチュエータそれぞれのための取付台をそれぞれ有する。図２ａは液滴発生器の側面図を示し、図２ｂはその底面図を示す。図２ｃは図２ｂの線Ａ‐Ａに沿った断面図を示し、図２ｄは、部分Ｂの拡大図を５：１の比率で示す。
【００５６】
図２ａ〜ｄに示す液滴発生器は、ポリイミドチューブ１５０を含み、それは例えば２００μｍの内径を有することができる。ポリイミドチューブ１５０を収容するために、収容ブロック１５２および接合ブロック１５４が設けられている。収容ブロック１５２、および／または、接合ブロック１５４の中には案内溝が設けられ、そこにはポリイミドチューブが挿入され、ポリイミドチューブが収容ブロックと接合ブロックの間で安定した方法で確実に収容される。収容ブロック１５２および接合ブロック１５４は、例えば、取付ねじ１５６を用いて、取付台１６２の取付部１６０に取付られる。さらに、取付台１６２は、接合ブロック１５４に対向するポリイミドチューブ１５０側に押出器１６４を保持するように形成され、この押出器の助けによりチューブをその作用領域で圧縮することができ、それによって入口穴と出口穴の間で本発明に係る容積変化が得られる。そのために、押出器は、押出を電子的に制御でき、アダプタ１６６を介して押出器１６４に結合されている圧電スタック・アクチュエータ（図示せず）により駆動される。ポリイミドチューブ１５０の出口穴のそばで液滴吐出１６８の好ましい方向を生じさせるために、押出器１６４は、ここでもポリイミドチューブに関して斜方向、すなわち、このポリイミドチューブに対して或る角度で延びる押出表面を有する。
【００５７】
さらに、取付台１６２は、圧電スタック・アクチュエータ形態の駆動ユニットのための受け手１７０を含む。さらに、取付台１６２は、例えばバネ継手を使用して、この取付台を貫通して、駆動装置をも含むデバイスに取付ることを可能とする凹部１７２を有することができる。
【００５８】
図２ａ〜ｄに示す構造に関し、プロトタイプが構築され、実験によるテストに成功した。図３は、このプロトタイプにより実施された計量プロセスの種々の段階を示しており、いずれの場合もポリイミドチューブ１５０はその出口端１８０によって示されている。
【００５９】
図４は、これらのプロトタイプを用いた１８００の計量プロセスによる分注された質量をマイクログラムで示す。ここで、計量される液体としては水が使用された。平均液滴質量は２２．５７μｇ、標準偏差σは０．３５μｇであった。ポリイミドチューブは直径が２００μｍであった。図４に示す再現性の重量測定は、少なくとも従来の計量装置の精度に相応し、これより優れてさえいる精度を、本発明の概念で得ることができたことを証明している。
【００６０】
図５ａ、図５ｂ、図６ａ、および図６ｂに関して、本発明に係る微小計量装置において、所望の計量容積あるいは所望の計量容積範囲のそれぞれをどのように調整できるかについて以下に述べる。
【００６１】
図５ａ、図５ｂでは、ポリマーチューブ１００を概略的に示しており、このポリマーチューブの入口穴１０２は液体容器２００に流体的に結合されており、このポリマーチューブの出口端１０４は吐出穴を表す。作用領域１１２は、出口路１１４および入口路１１６と同様に、押出器１０８の位置により規定される。図５ａに示す配置では、入力路１１６および出口路１１４は実質的に同じ長さｘ1、ｘ2を有するので、チューブ１００の断面が一定であるとすると、この入力路および出口路の流体インピーダンスは実質的に同一である。したがって、図示された態様の押出器１０８’において、好ましい流れ方向を生じることはなく、押出器１０８’によって生ずる容積押出は、出口穴１０４および入口穴１０２の方向に同一サイズの流れを引き起こすであろう。したがって、導管１００の流体容量を無視すれば、出口穴１０４より吐出される容積は、押出器１０８’により引き起こされる容積押出の半分と同じ量となろう。
【００６２】
図５ｂによれば、押出器１０８’は出口穴１０４の近くに配置されている。言い換えれば、入口路１１６の長さｘ1は出口路の長さｘ2の約５倍である。したがって、チューブ１００の断面が一定であれば、入口路１１６の流体インピーダンスは出口路１１４の流体インピーダンスの５倍の大きさとなり、押出器１０８’により生ずる容積変化のほとんど大部分が出口穴１０４の方向に流れを生じさせ、したがってこの出口穴を通して吐出を生じさせる。
【００６３】
上述の方法では、流体導管１００に対する押出器の位置を変えることにより、所望の計量容積を調整することができる。さらに、もし、押出器の駆動手段がこの押出器のハブを選択的に調整でき、すなわち、この押出器の移動を流体導管に対して垂直の様々な距離で選択的に調整でき、押出器がその制御に依存して様々な容積変化を生じさせることができるならば、押出器の相応の制御により調整された計量容積範囲内で所望の計量容積の最終調整が行われるときに、上記の位置の調整は所望の計量容積範囲の調整を表わす。
【００６４】
本発明によれば、押出器の位置を変えることによって入口路および出口路からの流体抵抗の比率を有意に変更できる限り、出口穴において分注される計量容積は、押出器の位置を変えることにより調整可能である。ここで、「有意に」とは、出口穴において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることを意味すべきであり、それによって、実際の調整範囲は、押出器の位置をどの範囲にわたって調整できるかに依存することになる。これにより、本発明に係る微小計量装置を使用して押出器の位置を変えることにより、分注される計量容積の５０％以上の変化を実現できる。本発明に係る入口路および出口路の流体抵抗の比率の調節力は、好ましくは、計量室すなわち作用領域と、入口路または出口路それぞれとの間において引き起こされる不規則な断面変化が生じないという本発明によって可能となる。本発明のさらに好ましい実施態様では、流体導管の断面は、静止位置において、押出の区分すなわち作用領域から出口穴まで一定である。さらに、好ましい実施態様では、流体容器と出口穴の間の流体導管全体は、実質的に一定の断面を有する。
【００６５】
本発明により所望の計量容積あるいは所望の計量容積範囲のそれぞれをどのように調整できるかという第２の可能性は、図６ａ、図６ｂから読み取ることができる。図６ａによれば、押出器１０８’はチューブ１００に沿った長さｌ1を有し、一方図６ｂによれば、押出器２０８は管１００に沿った長さｌ2を有する。長さｌ2は長さｌ1よりも長いので、押出器２０８のほうが同一のハブで大きな流体導管１００の容積変化を可能とする。したがって、本発明によれば、ハブを一定にして流体導管に沿った押出器の長さを変えることにより、所望の計量容積、または上述と同様に、所望の計量容積範囲を調整することができる。
【００６６】
したがって、本発明は、計量される媒質が充填された流体導管であって、一端は流体容器に結合することができ、他端には出力穴が設置されている流体導管を、流体導管の或る区分の容積を一時的に変化させることができるアクチュエータとともに有し、この容積変化により、出口穴において流体が自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注される微小計量装置を提供する。本発明によれば、流体導管全体は、フレキシブルポリマーチューブにより形成することができる。その一方で、言及した所定の区分のみがフレキシブルポリマーチューブにより形成され、この区分からの供給および排水は堅固な流体導管により形成されてもよい。
【００６７】
記載したフレキシブルポリマーチューブの変形例として、本発明に係る微小計量装置の流体導管は、膜に覆われた実質的に堅固な担体で形成される流路によって形成することもできる。これにより、流路は不規則な断面変化なしに形成され、好ましくは担体内に一定の断面で形成され、この実施態様でさえも、押出器を相応に位置決めすることにより、入口路および出口路からの流体抵抗を調整でき、これにより出口穴において分注される計量容積の少なくとも１０％の変化を達成することができる。
【００６８】
上記で説明したように、本発明によれば、押出は流体導管の弾性区分において生じる。好ましくは、弾性区分は、流体導管、例えばフレキシブルポリマーチューブまたは膜のそれぞれにおける開始位置を動作後に自動的に回復できるので、押出器は流体導管に固定的に結合される必要がなく、流体導管は単純な使い捨て部材として設計することができる。
【００６９】
本発明は、本発明に係る幾つかの微小計量装置が平行に配置される液滴発生器も含む。このような平行に配置された微小計量装置は個別に制御することができ、異なる液体または同一の液体を計量することができる。その一方で、液滴発生器は幾つかの流体導管を有することができ、押出器によりこれらの流体導管を同時に制御でき、この液滴発生器により同一または異なる液体を計量することができる。この目的のために、異なる流体導管の入口端は、同一または異なる液体容器に結合させることができる。
【００７０】
したがって、本発明に係る微小計量装置は、１つまたは幾つかの微小液滴発生器から構成でき、各々は、計量される媒質が充填された（弾性の）流体導管であって、一端は流体容器に結合された入口穴を有し、他端は出口穴を有し、入口穴と出口穴の間に圧力差が存在できる流体導管と、流体容器と出口穴の間にある導管の容積を一時的に変化させることができる作動デバイスとを有し、第１段階中に、入口穴と出口穴の間の流体容積が有意の速度でその初期容積から少ない容積に減少され、それによって、微小液滴または微小噴流がそれぞれ出口穴を通して吐出され、押出された容積の一部は入口穴に漏出でき、微小液滴または微小噴流のそれぞれの容積に入口穴を通して容器へ退く容積を加えたものは作動デバイスにより引き起こされる容積変化に実質的に相当し、入口穴と出口穴の間の容積が再び増加される第２段階では、圧力または毛細管力によって駆動されて、流体導管は容器から再び充填される。
【００７１】
図２ａ〜ｄに記載された取付台とは別に、自動取付台を設けることができ、これにより、例えば所望の計量容積範囲あるいは所望の計量容積のそれぞれを示す信号に応答して、流体導管に対する押出器の位置を自動調整することができる。
【００７２】
本発明に係る微小計量装置を使用することにより、このように、個々の自由飛散微小液滴が、好ましくは周囲大気に接触する出口穴において発生し、この出口穴おいて流体が自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注される。これにより、本発明は、作動デバイスの１回の動作周期で、もはや液滴を吐出することを可能とし、この周期の間に押出器は流体導管の容積減少を１度生じさせ、これにより液滴を吐出する。
【００７３】
本発明は、作動デバイスのハブを調整することにより、および／または、作動デバイスを流体導管の部分に沿った所定の位置に配置することにより、計量容積を調整することを可能にする。加えて、適合された軸方向長さを有する押出器を選択することができる。
【００７４】
計量容積を調整するための調整可能なハブを使用するとき、作動デバイスまたは押出器それぞれのハブｈは変化させることができ、チューブの直径、すなわち、作動デバイスの押出器の移動方向におけるチューブの断面寸法よりも小さい。
【００７５】
チューブの断面全体が圧着されている場合、すなわち、流体領域が実質的にゼロになる場合には、ＤＥ４３１４３４３Ｃ２で要求されているように、液滴容積はチューブ軸に沿ったハンマーの外延とチューブの直径とにより決定される。チューブを圧着することにより、関連するチューブ部分内の全容積が押出される。おおよそ、これにより液滴容積を有意に決定する押出される容積に関しては―その他の配置が等しければ―、次式が当てはまる。
【数１】
ここで、Ｖは押出される容積、ａは押出器の長さ、ｄはチューブの直径を表す。
【００７６】
これと比較して、調整可能なハブを有する押出器において、その周りを押出器が移動するハブｈが決定的な役割を果たす。ここで、押出される容積は、ハブｈに依存し、横方向に微調整されたシリンダの容積によっておよそ記述される。
【数２】
ここで、ｈはチューブが圧縮されている距離である。
【００７７】
このような押出される容積Ｖのハブｈへの依存と、液滴容積への記述された効果とにより、本発明は、直径の異なるチューブまたは寸法の異なる押出器をそれぞれ結合することなく、計量容積の可変調整を可能にする。
【００７８】
本発明によれば、単一の計量プロセスにおいて、容積押出と液滴発生または液滴容積それぞれとの間には関係があるので、本発明は、非周期的励起によって計量することを可能とする。このことは、例えば、特別な非周期パターンを基板にプリントする場合に有利である。
【００７９】
上述の実施態様において、作動デバイスは、チューブをその非圧着状態から開始して作動させるように設計されている。その一方で、待機モードにおいて、チューブを部分的に、または完全に圧着すなわち圧縮させる実施態様が可能である。このような一実施態様の略断面図を図１０ａに示す。チューブ１００は、その背面において対抗取付台３００に当着されている。チューブ１００の反対側では、圧電アクチュエータ３０２が、作動デバイスの取付台３０４に取付られている。押出器３０６は、圧電アクチュエータ３０２の前方端に配置されている。
【００８０】
図１０ａに示す配置において、チューブ１００は、待機モードにおいて完全に圧着されている。計量周期は、圧電アクチュエータ３０２をゆっくりと引き戻すことから開始し、チューブ１００の断面が部分的に開放される。この段階中、流体は、増加するチューブ容積を補償するため、出口穴１０４に対向する端部１０２においてチューブ１００が結合されている容器から、前に圧着されていた領域に流れる。次に、圧電アクチュエータ３０２を急速に延出してチューブ容積を再び減少させることにより、出口端１０４で液滴生成される実際の計量プロセスが実施される。上述の実施態様におけるように、計量される容積は圧電アクチュエータ３０２の調整移動量により規定され、したがって、作動電圧を変えることにより、または圧電アクチュエータ３０２の充電電流または放電電流の変位により、それぞれ制御することができる。図１０ａに示す構成の利点は、圧着されたチューブは、通常開口しているチューブと比較して、計量される物質の蒸発速度が著しく低いことである。
【００８１】
したがって、この実施態様は一体型閉鎖機構を含む。しかしながら、商業的に入手可能な通常の圧電スタック・アクチュエータでは、圧電アクチュエータの延出状態は電圧が印加された状態であるという欠点がある。電圧を取り除くと、圧電スタック・アクチュエータは短くなった減縮状態になる。したがって、このことが意味するのは、図１０ａに示す一体型閉鎖機構の実施態様は、連続的に、ただし僅かにエネルギー消費をするということである。一体型閉鎖機構の利点を完全に利用するためには、図１０ａに示す実施態様では、計量システムが使用されない場合でも、連続的に電圧を印加するか、または圧電アクチュエータを充電しておくことがそれぞれ有利である。
【００８２】
エネルギー消費を低減した一体型閉鎖機構は、作動デバイスに、押出器をポリマーチューブへと押圧し、待機モードにおいてチューブを部分的または完全に圧着する付勢手段、例えばバネを設けることにより実現することができる。そして、作動デバイスは、好ましくはアクチュエータを有し、付勢手段の力に抗して押出器を移動させ、チューブの断面を部分的または完全に解放するように配置されている。
【００８３】
このような一体型閉鎖機構の一実施態様を図１０ｂに示す。ここでも、チューブ１００は対抗取付台３１０へと当着される。この実施態様において、作動デバイスは、バネ３１２と圧電スタック・アクチュエータ３１４の組合せを含む。さらに、作動デバイスは押出器３１６を含み、この押出器は作動板３１８に堅く連結されている。図１０ｂに、例示的な連結手段として、２つの連結棒３２０と３２２を示す。バネ３１２は、その右側端で取付台３２４に当着され、アクチュエータ３１４の非動作状態において、押出器３１６をチューブ１００に対して押圧してチューブを圧着する。この実施態様は、スイッチオフされた供給電圧でチューブが圧着された計量装置を実現可能であり、この実施態様は連続的なエネルギー消費のない一体型閉鎖機構を持つ。
【００８４】
スイッチオフ状態において、押出器３１６は、チューブが対抗取付台３１０に押圧されて圧着されるように、バネによってチューブ１００の上に押圧される。計量プロセスが実施される場合は、圧電アクチュエータ３１４は電圧を印加することにより延出され、こうして押出器３１６はバネ力に抗してリセットされる。チューブは弛み、計量される液体が、出口穴１０４に対向するチューブの側部１０２に結合された容器から流入する。圧電スタック・アクチュエータ３１８を急速に後退させることにより、チューブ１００は、十分に強力になるように寸法が決められているバネ３１２によって再び圧着される。バネが十分に堅く寸法が決められているので、液体は自由飛散噴流として出口穴１０４から分注される。計量される容積は、圧電アクチュエータの調整移動量により再び規定され、したがって、作動電圧を変えることにより、または、圧電スタック・アクチュエータの充電電流または放電電流をそれぞれ変位させることにより、制御することができる。
【００８５】
ここで、図１０ａ、図１０ｂに関して述べた実施態様は、チューブが完全に圧着しない場合にも機能するということに留意すべきである。
【００８６】
押出器または作動デバイスそれぞれの調整可能なハブを介して計量容積が調整される本発明の実施態様においては、押出器は第１端位置と第２端位置の間で移動され、ポリマーチューブはこの第１端位置および第２端位置において部分的に圧縮される。これにより、第１端位置が第２端位置よりも大きなチューブ容積を規定するので、押出器を第１端位置から第２端位置へと移動することにより、液体が吐出端から注出される。これにより、第１端位置は、チューブの完全弛緩状態、または、チューブの部分圧縮状態を規定することができる。第２端位置は、ポリマーチューブの部分圧縮状態、または完全圧縮状態を含むことができる。言い換えれば、作動デバイスの調整可能なハブによって計量容積を調整可能である本発明に係る実施態様においては、チューブの壁は、作動デバイスまたは押出器それぞれにより、フレキシブルポリマーチューブの光切断面の一部を介して移動する。反対に、非圧着状態から完全圧着状態へチューブを完全に圧着させる場合には、チューブの壁は、チューブの光切断面全体を横断して移動する。
【００８７】
図１０ａ、図１０ｂに示す実施態様は、作動デバイスの位置を変え、これにより出口穴から分注される計量容積を変化させることができるように、実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る計量プロセスの１実施態様を説明するための略断面図である。
【図２】本発明に係る微小計量装置の１実施態様の略図である。
【図３】液滴生成の画像シーケンスを概略的に示す。
【図４】プロトタイプを介して発生する液滴容積を示す線図である。
【図５ａ】本発明に係る微小計量装置において、計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図５ｂ】本発明に係る微小計量装置において、計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図６ａ】別法として、本発明により計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図６ｂ】別法として、本発明により計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図７】周知の微小計量システムの略図である。
【図８】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ａ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ｂ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ｃ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図１０ａ】本発明に係る微小計量装置の変形例の実施態様の略図である。
【図１０ｂ】本発明に係る微小計量装置の他の変形例の実施態様の略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小計量装置、液体を計量分注する方法、および、本発明の微小計量装置を用いた際に所望の計量容積範囲を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術によれば、ナノリットル範囲（１０-12ｍ3）の容積は、通常のピペットでは計量されないが、所要の精度を保証する具体的な方法が要求される。
【０００３】
ここで、接触法、通常の分注法、ピン・プリンティング法等に加えて、非接触法は非常に重要である。
【０００４】
周知の方法の種別は、高速切換弁に基づく。それゆえに、大抵は磁気駆動装置または圧電駆動装置に基づく適切な弁が、導管を介して媒質容器に結合され、この媒質容器の中の圧力が確立される。弁を切換時間１ｍｓ未満で高速切換することにより、短期間に非常に大きな流れが発生するので、流体は、表面張力が大きくても、分注位置から離れることができ、自由噴流として基板上に突き当たることができる。計量総量は、圧力および／または弁の切換時間により制御することができる。
【０００５】
圧力を発生させるには異なる手法が存在し、切換弁の上述の概念に含まれる。
【０００６】
図７に、シリンジ・ソレノイド法と称することのできる第１の周知の手法の略図を示す。ここで、流体導管１０は、高速切換マイクロ電磁弁１２を介して、除去可能なシリンジ１４に流体的に結合されている。シリンジ１４の下端には、ノズル穴１６がある。流体導管１０の反対端は、切換弁１８を介してシリンジ・ポンプ２０に結合されている。さらに、流体容器２２もまた、さらなる流体導管２４を介して切換弁１８に結合されている。
【０００７】
切換弁１８は、２つの切換状態を有する。第１の切換状態では、シリンジ・ポンプ２０のポンプ室２６は、流体導管２４を介して流体容器２２に流体的に結合されているので、シリンジ・ポンプのピストン３０を相応に動かし、ポンプ室２６の容積を増やすことにより、液体２８は流体容器からポンプ室２６へ引き寄せられる。このプロセスは、シリンジ・ポンプ２０を充填するのに役立つ。後続の計量プロセスでは、切換弁１８が切換られ、流体導管１０を介してポンプ室２６のマイクロ電磁弁１２への流体接続を生じさせる。ピストン３０を用いることによって、ポンプ室２６内部の液体に圧力が加えられ、マイクロ電磁弁１２を高速切換することにより（切換時間＜１ｍｓ）、シリンジ１４の計量穴１６から液体を分注させることができる。図７に示す型の計量装置は、例えばＣａｒｔｅｓｉａｎ社より販売されている。
【０００８】
図８に、例えばＤｅｌｏ社やＶｅｒｍｅｓ社により実施されている他の原理を示す。この方法では、液体４２を圧力下に収容する圧力容器４０が設けられる。圧力容器４０の出口は、流体導管４４を介して急速に切換可能な弁４６に結合されており、この弁はここでも、流体導管４８を介してノズル穴に結合されている。これを図８の矢印でほんの概略的に示す。この配置では、弁４６の高速切換によって、ノズル穴から液体を自由噴流により分注させることもできる。
【０００９】
他の周知の微小計量装置は、例えば、ＤＥ‐Ａ‐１９８０２３６７、ＤＥ‐Ａ‐１９８０２３６８、ＥＰ‐Ａ‐０７２５２６７に記載されている。それらに記載されている微小計量装置は、フレキシブル膜に当接し、供給管路を介して容器に結合され、排水管を介してノズル穴に結合されているポンプ室を含む。このような微小計量装置の実施例を、図９ａ〜図９ｃを参照して以下に述べる。
【００１０】
図９ａに、静止位置にあるこのような微小計量装置の略断面を示す。計量装置は、計量ヘッド５０と作動デバイス５２とを含む。図示の実施例において、計量ヘッド５０は、相互接続された２つの基板５４、５６により形成されており、これらの基板にはそれぞれ凹部が形成されている。第１の基板５４は、容器結合部５８と、入口路６０と、計量室６２とがこの第１の基板内に形成されるように構造化されている。下部基板５６は、ノズル結合部６４と、ノズル路および出口穴を有するノズル６６と、ノズル６６の出口穴よりもかなり大きい断面を有する出口領域６８とがこの下部基板内に形成されるように構造化されている。
【００１１】
さらに、この上部基板５４の構造化により、上部基板に膜７０が形成されている。
【００１２】
図９ｂに示すように、作動デバイス５２は押出器７２を有し、この押出器により膜７０は下向きに曲げられ、計量室６２の容積を減らすことができる。計量室６２の容積をこのように減らすことにより、一方では、入口路６０および容器結合部５８を通して逆流７４が起こる。他方では、ノズル結合部６４およびノズル６６を通して順流が起こり、ノズル６６の出口端において分注液７６が生ずる。逆流７４と計量された液７６の比率は、容器と計量室の間の流体結合部の流体抵抗の、計量室とノズル６６の出口穴の間の流体抵抗に対する比率に依存する。
【００１３】
計量プロセスの後、押出器７２は、作動デバイス５２を用いて上向きに移動され（図９ｃ参照）、図９ａに示すように、弾性により最終的に元の位置に回復する。このように膜７０が復元されることによって、計量室６２の容積が増し、容器結合部５８および入口路６０を通して容器からの補充流７８が起こる。この段階中、ノズル６６を通る空気の吸い込みを回避するためには、膜７０の復元は充分にゆっくり実行される必要があり、ノズル６６内に液体を維持する毛細管力がこのことにより封じられることはない。
【００１４】
図９ａ〜図９ｃを参照して上述した微小計量装置は、元々は生化学における酵素の計量のために開発された。これらの装置を用いることにより、１ｎＬ〜１０００ｎＬの容積範囲において、１００ｍＰａｓまでの粘性を有する液体を、媒質にはきわめて無関係に、かつ正確に計量することができる。計量される液体は、これにより好ましくはシリコン製の計量チップを自由噴流で計量室から押出すことにより計量される。しかしながら、この方法は比較的複雑なマイクロデバイスを必要とする。
【００１５】
最後に、管状の圧電変換器が流体導管をノズル穴の形成されたノズル板に結合する液滴吐出システムが、ＵＳ‐３６８３２１２により知られている。立上がり時間の短い電圧パルスが変換器に加えられ、変換器の収縮が生ずる。その結果生じる急激な封入容積の減少により、穴板内の穴から少量の流体が吐出される。これにより、液体は無圧下または低圧下に維持される。穴における表面張力は、変換器が作動していないときに液体が流出することを防止する。吐出された液体は、導管内の液体の毛細管順流によって入れ替わる。
【００１６】
ＵＳ‐３６８３２１２によれば、圧電インクジェット法と同様の音響原理の助けによって液滴が発生することがわかっている。ここで、音響圧力波は、堅固な流体導管内、例えば剛性ガラス毛細管内で発生し、その結果、出力位置において局所的に大きな圧力勾配が生じ、これが液滴分離をもたらす。アクチュエータの作動時間は、ここでシステムにおける音響伝播の範囲内であり、通常、数マイクロ秒である。したがって、この状況では、アクチュエータの下流および上流での流体導管の音響インピーダンスは、設計上重要である。したがって、これは少ない容積押出に対して高い音響インパルスが発生するインパルス法である。言い換えれば、圧力最大値および圧力最小値を有する音響波が作動位置と処理位置の間で発生し、分注位置では、対応する圧力により液体の吐出が生ずる。ＵＳ３６８３２１２によれば、流体導管は無視できる程度に変形するだけであり、アクチュエータは主に音響波を送信するのみであり、流体導管の弾性はそれほど重要ではない。
【００１７】
ＤＥ４３１４３４３Ｃ２により、一端が液体容器に結合され、他端が開口した液体供給チューブを有する液体計量装置が知られている。このチューブは接合ソケットに当着され、チューブの接合ソケットに対向する側にハンマーが設けられている。このハンマーはチューブ軸を横断する方向に周期的に振動することができ、チューブの断面全体がハンマーにより圧着され、すなわち流体領域が実質的にゼロとなる。これにより、衝撃力の影響がチューブに働き、個々の液滴が開口端から追い出される。
【００１８】
本発明の目的は、簡単な構造の微小計量装置、さらに好ましくは、分注される計量容積を容易に変化させることのできる装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、液体の計量分注の方法を提供することである。
【発明の開示】
【００１９】
この目的は、請求項１および９による微小計量装置と、請求項２０、２９、３０による方法とにより達成される。
【００２０】
本発明は、液体容器に結合するための第１端と出力穴が設置されている第２端とを備えたフレキシブルチューブ、好ましくはポリマーチューブを有する流体導管と、調整可能なハブを備えた押出器を有し、前記フレキシブルチューブの前記部分の容積を変化させることができ、前記押出器を前記第１端位置と前記第２端位置の間で移動させることにより、前記チューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置で部分的に圧縮され、前記出口穴において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含む微小計量装置を提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、液体容器に結合するための第１端と出力穴が設置されている第２端とを備えた流体導管であって、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の断面を変化させることができる部分を有する流体導管と、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の前記部分に沿った位置に配置され、前記出口穴から液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含み、前記作動デバイスの位置と前記出口穴の間の流体インピーダンスの、前記流体容器と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率は、前記作動デバイスの位置を変えることにより変化させることができ、前記出口穴において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることができる微小計量装置を提供する。
【００２２】
ここで、流体インピーダンスとは、管路の長さおよび流体断面により決定される流体抵抗および流体インダクタンスの組合せを意味する。
【００２３】
したがって、本願は作動デバイスのハブを調整することにより、および／または、その容積を変化させることができる流体導管に沿って作動デバイスの位置を調整することにより、計量容積を調整することを可能とする。
【００２４】
言及した流体抵抗の比率のこのような可変性は、好ましくは、流体導管を、流体容器と吐出穴の間で実質的に線形構造、すなわち、この流体導管が流体容器と吐出穴の間に不規則な断面変化のない断面を有するよう設計することにより達成可能である。最も単純な場合には、これは静止位置において流体容器と吐出穴の間に実質的に一定の断面を有する流体導管により達成することができる。
【００２５】
本発明は、他の液滴発生器において必要となる精密機械部材またはミクロ構造部材を必要とせず、それによって、製造費用を著しく低減でき、また、作業安全性が増大する。さらに、流体運搬部は、単にプラスチック、例えばポリイミドなどの使い捨て部材として製造でき、それによって、媒質を変更する際の高価な掃除が省略される。
【００２６】
さらに、本発明によれば、圧力を発生させるために、制限された圧力室が使用されず、可変の「作用領域」が使用される。これにより、押出器の位置、すなわち、それに沿って流体導管の断面が変動して流体導管の容積変化を生じさせる流体導管の部分に沿った作動デバイスの位置を変化させることにより、種々の流体にとって最適化が可能になる。軸非対称な容積変化により、好ましい方向の流体の流れを、流体導管内で出口穴の方向に発生させることができる。さらに、「作用領域」を増大することによって、例えば、最大計量容積を変化させても流体運搬部での構造変化が必要とならないような、より大きい押出器を使用することによって、最大計量容積の単純な変化を起こすことができる。最終的には、補充中の好ましい方向を確実にしたり、出口穴からの液体の漏出を回避するために、入力穴と出力穴の間の潜在的な圧力差を明確に規定することができる。したがって、流体導管内の毛細管力では移動できない媒質も計量することができる。
【００２７】
さらに、本発明は、液体を計量分注する方法であって、フレキシブルチューブ、好ましくはポリマーチューブを有する流体導管に、計量される液体を充填するステップと、調整可能なハブを備えた押出器によって前記フレキシブルチューブの部分の容積変化を生じさせ、前記押出器を第１端位置と第２端位置の間で移動させることによって、前記チューブが少なくとも第１端位置または第２端位置で部分的に圧縮され、前記流体導管の出口穴において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させるステップとを含む液体を計量分注する方法を提供する。
【００２８】
さらに、本発明は、本発明に係る微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、前記流体導管の前記部分に沿って前記作動デバイスを所定の位置に配置するステップを含み、前記流体導管の容積変化を生じさせるステップにおいて、結果として生ずる流体インピーダンスの比率に起因して、前記出口穴において所望の計量容積を分注させることができる、所望の計量容積を調整する方法を提供する。
【００２９】
さらに、本発明は、本発明に係る微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、前記流体導管の前記部分に関して軸方向長さを有する押出器を選択するステップを含み、前記流体導管の容積変化を生じさせるステップにおいて、所望の計量容積を分注させることができるよう構成されている、所望の計量容積を調整する方法を提供する。
【００３０】
したがって、本発明は、所望の計量容積を調整する際の付加的な自由度を可能にする。一方で、所定のハブを備え、これにより作動デバイスの所定の押出ができれば、上述のステップにより所望の計量容積を調整することができる。ハブと作動デバイスの押出が調整可能である場合には、上述のステップにより所望の計量容積範囲を調整でき、ハブまたは作動デバイスの押出をそれぞれ調整することによって、所望の計量容積範囲内にある計量容積を調整できる
【００３１】
容積押出器システムの特徴的な性質と重要な利点は、本発明によって実現されたように、計量容積は計量される液体の粘性にほとんど無関係であるということである。
【００３２】
そのうえ、本発明によれば、作動デバイスは流体導管と一緒に設計でき、容積押出の極端な事例として、押出器により流体導管を完全に圧着することができる。その場合には、付加的に、弁機能を実装できる。このように、容器と分注位置の間で流体導管を完全に遮断できるということは、周知の方法と比較してさらなる利点を提供することができる。
【００３３】
ＵＳ‐３６８３２１２の教示とは対称的に、本発明に係る微小計量装置においては、連続的な圧力勾配が流体導管全体にわたって確立され、流体は、実際に押出器から開始して、導管から押し出される。押出器と出口穴の間にある全流体は、出口穴の方向に移動する。容積押出は数ミリ秒の時間スケールで実施される（インパルス法によるよりもかなり遅い）ので、音響現象は役割を果たさない。
【００３４】
添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施態様を以下に述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１ａ〜ｃの略図に基づいて、本発明の本質的特徴と本発明に内在する概念とを以下に述べる。
【００３６】
本発明は、主としてナノリットルからピコリットルの範囲において、微小液滴または微小噴流をそれぞれ発生させるためのそれぞれの装置または方法に関する。流体運搬管は、本発明に係る微小計量装置の中心的な要素であり、その入口穴は計量される媒質が置かれている液体容器に結合されている。導管の他端には出口穴があり、これを通して計量される液体が分注される。流体運搬管は、好ましくは主として弾性材料により製造されるので、例えば導管を圧縮してこれを変形させることにより、入口穴と出口穴の間の導管の容積を変化させることができる。
【００３７】
本発明に係る計量装置の計量プロセスの異なる段階における本質的要素を図１ａ〜ｃに示す。
【００３８】
図１ａに示すように、本発明の好ましい実施態様において、弾性ポリマーチューブである流体導管１００は、液体容器に結合するための入口側端１０２と、微小液滴または微小噴流をそれぞれ分注できる出口側端１０４とを含む。出口側端１０４は、したがってノズルと称することもできる。図１ａ〜ｃにおいて、弾性ポリマーチューブ１００の壁１０６をそれぞれ破線で図示する。
【００３９】
押出器形態のアクチュエータ１０８が設けられ、この押出器１０８は、結合部１１０を有し、押出器１０８を駆動するための作動部材に取付ることができる。
【００４０】
図示された実施態様において、弾性ポリマーチューブは、実質的に一定の断面を有し、この断面は、通常はその入力端１０２からその出力端１０４まで円形になる。
【００４１】
このような微小計量装置において、押出器１０８の下に配置された領域１１２は、計量室領域と称することができ、この領域は、弾性ポリマーチューブ１００に関する押出器１０８の位置によって規定される。実質的に押出器１０８の右側端において始まる領域１１４は、押出器領域１１２を出口端１０４に流体的に結合する出口路を表す。図で切り詰めて示され、押出器１０８の左側端から左に向かって延びる領域１１６は、押出器領域１１２を入力端１０２に流体的に結合する入力路を表す。
【００４２】
さらに図１ａに示すように、押出器１０８は、ポリマーチューブ１００の壁１０６に対して斜方向に走る押出器表面１２０を含むことができ、これにより、微小計量装置の動作中、軸非対称な容積変化により、出口穴１０４に向かって好ましい方向の流体の流れを発生させることができる。
【００４３】
以下では、本発明に係る微小計量装置の動作モードについて述べる。
【００４４】
計量システムをスイッチオンした時、流体導管１００は、外部で発生される圧力差または毛細管力のいずれかにより、自動的に充填される。
【００４５】
外部で発生される圧力差は、例えば、流体が圧力下に置かれている流体容器を用いて加えることができる。
【００４６】
出口端に関して正である静圧（過大圧力）を加えるとき、導管１００内の液体によりもたらされる圧力が、液体を導管内に維持する毛細管力よりも高くならないよう考慮しなければならない。さもなければ、微小計量装置の非動作状態において出力端１０４から液体の漏出が生じるであろうからである。
【００４７】
その一方で、毛細管力が過度に弱ければ、非動作状態において出力端からの液体の漏出を回避するために、出力端に関して負である圧力（過小圧力）を加えることができる。この反対の圧力は、補充中には毛細管力によって封じられる必要がある。
【００４８】
計量プロセスの初めに、計量段階と称することのできる第１段階において、入口穴と出口穴の間の導管の容積を低減することにより、液体が導管から押出される。このことは、押出器１０８を下向きに、すなわちポリマーチューブ１００に向かう方向に移動させることにより達成され、押出器領域１１２内にポリマーチューブの圧縮が生じる。この下向きの移動は、図１ｂにおいて矢印１２２で図示されている。したがって、押出器領域１１２は、本発明に係る微小計量装置の作用領域を表す。
【００４９】
流体導管１００のこの容積変化に起因して導管から押出された液体は、導管の端から押圧されるか、または、導管が流体容量を有する場合は導管断面を変化させることにより別の位置に収容される。
【００５０】
押出器１０８の高速移動１２２により引き起こされる流体導管１００の容積変化によって、一方では、矢印１２４で示すように、出口穴１０４に向かって流体の流れが起こり、他方では、矢印１２６で示すように、入力路１１６を通して流体容器への逆流が起こる。順流１２４により、出口穴１０４において微小液滴または微小噴流のそれぞれの形態の流体吐出が起こる。
【００５１】
流体のどの部分を噴流または液滴としてそれぞれ出口穴１０４から分注させるは、容積変化の位置、型、および動力によって決まる。上記で既に言及したように、出口穴１０４に向かう好ましい方向の流れは、押出器１０８と、特に押出器表面１２０によって引き起こされるような軸非対称な容積変化によって影響を受ける。計量段階において出口端１０４で分注される噴流または液滴を発生させるためには、容積変化がかなり高速に生じ、所要のインパルスが流体液滴または流体噴流のそれぞれに伝達されることにより、その流体液滴または流体噴流は出口穴１０４から離れることができる。これにより、流体特性、例えば濃度、粘性、表面張力等も、また、入口穴と出口穴の間に存在し得る圧力差も、重要な役割を果たす。さらに、出口穴１０４と容積変化が行われる作用領域１１２の間の流体抵抗（すなわち出口路１１４の流体インピーダンス）も、作用領域１１２と入口穴１０２の間の導管部の流体インピーダンス（すなわち入口路１１６の流体インピーダンス）も、分注される計量総量（順流１２４）と容器へ戻る流体総量（逆流１２６）の間の比率を決定している。例えば、大きな動力で出口穴（１０４）の近くで容積変化が行われる場合には、良質な計量を達成することができる（例えば１ミリ秒以内で５０ｎＬ）。
【００５２】
押出器を出口穴（１０４）の近くに位置決めすることにより、出口路１１４の流体インピーダンスは入口路１１６の流体インピーダンスに比較して低くなり、押出される流体の大部分が出口穴１０４から吐出される。これにより、入口路１１６の長さが出口路１１４の長さの寸法の少なくとも２倍である場合に、好ましくは少なくとも５倍の大きさである場合に、より好ましくは少なくとも１０倍の大きさである場合に、押出器は出口穴１０４の近くに配置されていると言える。
【００５３】
流体液滴または流体噴流をそれぞれ吐出後、補充段階と称することのできる第２段階では、入口穴１０２と出口穴１０４の間の容積が再び増加される。このことは、押出器１０８を、流体導管１００から離れるように、図１ｃに示すような矢印１３２の方向に移動させることにより達成される。この容積変化に起因して、液体は、図１ｃに矢印１３４で示すように、容器から入口穴１０２および入口路１１６を通して導管へ、特にその作用領域１１２へと流れる。出口穴１０４を通して空気を引き込むことは、導管断面が相応に小さいので毛細管力によって防止される。その一方で、容器から充填するための好ましい方向は、入口穴と出口穴の間の静水圧差により決定することができる。この目的のために、流体容器には、例えば再び圧力を与えることができる。
【００５４】
補充段階の最後に、図１ａに示す状況が再び存在し、計量プロセスが再び実行される。
【００５５】
図２ａ〜ｄは、本発明に係る微小計量装置を用いた液滴発生器を示し、流体導管またはアクチュエータそれぞれのための取付台をそれぞれ有する。図２ａは液滴発生器の側面図を示し、図２ｂはその底面図を示す。図２ｃは図２ｂの線Ａ‐Ａに沿った断面図を示し、図２ｄは、部分Ｂの拡大図を５：１の比率で示す。
【００５６】
図２ａ〜ｄに示す液滴発生器は、ポリイミドチューブ１５０を含み、それは例えば２００μｍの内径を有することができる。ポリイミドチューブ１５０を収容するために、収容ブロック１５２および接合ブロック１５４が設けられている。収容ブロック１５２、および／または、接合ブロック１５４の中には案内溝が設けられ、そこにはポリイミドチューブが挿入され、ポリイミドチューブが収容ブロックと接合ブロックの間で安定した方法で確実に収容される。収容ブロック１５２および接合ブロック１５４は、例えば、取付ねじ１５６を用いて、取付台１６２の取付部１６０に取付られる。さらに、取付台１６２は、接合ブロック１５４に対向するポリイミドチューブ１５０側に押出器１６４を保持するように形成され、この押出器の助けによりチューブをその作用領域で圧縮することができ、それによって入口穴と出口穴の間で本発明に係る容積変化が得られる。そのために、押出器は、押出を電子的に制御でき、アダプタ１６６を介して押出器１６４に結合されている圧電スタック・アクチュエータ（図示せず）により駆動される。ポリイミドチューブ１５０の出口穴のそばで液滴吐出１６８の好ましい方向を生じさせるために、押出器１６４は、ここでもポリイミドチューブに関して斜方向、すなわち、このポリイミドチューブに対して或る角度で延びる押出表面を有する。
【００５７】
さらに、取付台１６２は、圧電スタック・アクチュエータ形態の駆動ユニットのための受け手１７０を含む。さらに、取付台１６２は、例えばバネ継手を使用して、この取付台を貫通して、駆動装置をも含むデバイスに取付ることを可能とする凹部１７２を有することができる。
【００５８】
図２ａ〜ｄに示す構造に関し、プロトタイプが構築され、実験によるテストに成功した。図３は、このプロトタイプにより実施された計量プロセスの種々の段階を示しており、いずれの場合もポリイミドチューブ１５０はその出口端１８０によって示されている。
【００５９】
図４は、これらのプロトタイプを用いた１８００の計量プロセスによる分注された質量をマイクログラムで示す。ここで、計量される液体としては水が使用された。平均液滴質量は２２．５７μｇ、標準偏差σは０．３５μｇであった。ポリイミドチューブは直径が２００μｍであった。図４に示す再現性の重量測定は、少なくとも従来の計量装置の精度に相応し、これより優れてさえいる精度を、本発明の概念で得ることができたことを証明している。
【００６０】
図５ａ、図５ｂ、図６ａ、および図６ｂに関して、本発明に係る微小計量装置において、所望の計量容積あるいは所望の計量容積範囲のそれぞれをどのように調整できるかについて以下に述べる。
【００６１】
図５ａ、図５ｂでは、ポリマーチューブ１００を概略的に示しており、このポリマーチューブの入口穴１０２は液体容器２００に流体的に結合されており、このポリマーチューブの出口端１０４は吐出穴を表す。作用領域１１２は、出口路１１４および入口路１１６と同様に、押出器１０８の位置により規定される。図５ａに示す配置では、入力路１１６および出口路１１４は実質的に同じ長さｘ1、ｘ2を有するので、チューブ１００の断面が一定であるとすると、この入力路および出口路の流体インピーダンスは実質的に同一である。したがって、図示された態様の押出器１０８’において、好ましい流れ方向を生じることはなく、押出器１０８’によって生ずる容積押出は、出口穴１０４および入口穴１０２の方向に同一サイズの流れを引き起こすであろう。したがって、導管１００の流体容量を無視すれば、出口穴１０４より吐出される容積は、押出器１０８’により引き起こされる容積押出の半分と同じ量となろう。
【００６２】
図５ｂによれば、押出器１０８’は出口穴１０４の近くに配置されている。言い換えれば、入口路１１６の長さｘ1は出口路の長さｘ2の約５倍である。したがって、チューブ１００の断面が一定であれば、入口路１１６の流体インピーダンスは出口路１１４の流体インピーダンスの５倍の大きさとなり、押出器１０８’により生ずる容積変化のほとんど大部分が出口穴１０４の方向に流れを生じさせ、したがってこの出口穴を通して吐出を生じさせる。
【００６３】
上述の方法では、流体導管１００に対する押出器の位置を変えることにより、所望の計量容積を調整することができる。さらに、もし、押出器の駆動手段がこの押出器のハブを選択的に調整でき、すなわち、この押出器の移動を流体導管に対して垂直の様々な距離で選択的に調整でき、押出器がその制御に依存して様々な容積変化を生じさせることができるならば、押出器の相応の制御により調整された計量容積範囲内で所望の計量容積の最終調整が行われるときに、上記の位置の調整は所望の計量容積範囲の調整を表わす。
【００６４】
本発明によれば、押出器の位置を変えることによって入口路および出口路からの流体抵抗の比率を有意に変更できる限り、出口穴において分注される計量容積は、押出器の位置を変えることにより調整可能である。ここで、「有意に」とは、出口穴において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることを意味すべきであり、それによって、実際の調整範囲は、押出器の位置をどの範囲にわたって調整できるかに依存することになる。これにより、本発明に係る微小計量装置を使用して押出器の位置を変えることにより、分注される計量容積の５０％以上の変化を実現できる。本発明に係る入口路および出口路の流体抵抗の比率の調節力は、好ましくは、計量室すなわち作用領域と、入口路または出口路それぞれとの間において引き起こされる不規則な断面変化が生じないという本発明によって可能となる。本発明のさらに好ましい実施態様では、流体導管の断面は、静止位置において、押出の区分すなわち作用領域から出口穴まで一定である。さらに、好ましい実施態様では、流体容器と出口穴の間の流体導管全体は、実質的に一定の断面を有する。
【００６５】
本発明により所望の計量容積あるいは所望の計量容積範囲のそれぞれをどのように調整できるかという第２の可能性は、図６ａ、図６ｂから読み取ることができる。図６ａによれば、押出器１０８’はチューブ１００に沿った長さｌ1を有し、一方図６ｂによれば、押出器２０８は管１００に沿った長さｌ2を有する。長さｌ2は長さｌ1よりも長いので、押出器２０８のほうが同一のハブで大きな流体導管１００の容積変化を可能とする。したがって、本発明によれば、ハブを一定にして流体導管に沿った押出器の長さを変えることにより、所望の計量容積、または上述と同様に、所望の計量容積範囲を調整することができる。
【００６６】
したがって、本発明は、計量される媒質が充填された流体導管であって、一端は流体容器に結合することができ、他端には出力穴が設置されている流体導管を、流体導管の或る区分の容積を一時的に変化させることができるアクチュエータとともに有し、この容積変化により、出口穴において流体が自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注される微小計量装置を提供する。本発明によれば、流体導管全体は、フレキシブルポリマーチューブにより形成することができる。その一方で、言及した所定の区分のみがフレキシブルポリマーチューブにより形成され、この区分からの供給および排水は堅固な流体導管により形成されてもよい。
【００６７】
記載したフレキシブルポリマーチューブの変形例として、本発明に係る微小計量装置の流体導管は、膜に覆われた実質的に堅固な担体で形成される流路によって形成することもできる。これにより、流路は不規則な断面変化なしに形成され、好ましくは担体内に一定の断面で形成され、この実施態様でさえも、押出器を相応に位置決めすることにより、入口路および出口路からの流体抵抗を調整でき、これにより出口穴において分注される計量容積の少なくとも１０％の変化を達成することができる。
【００６８】
上記で説明したように、本発明によれば、押出は流体導管の弾性区分において生じる。好ましくは、弾性区分は、流体導管、例えばフレキシブルポリマーチューブまたは膜のそれぞれにおける開始位置を動作後に自動的に回復できるので、押出器は流体導管に固定的に結合される必要がなく、流体導管は単純な使い捨て部材として設計することができる。
【００６９】
本発明は、本発明に係る幾つかの微小計量装置が平行に配置される液滴発生器も含む。このような平行に配置された微小計量装置は個別に制御することができ、異なる液体または同一の液体を計量することができる。その一方で、液滴発生器は幾つかの流体導管を有することができ、押出器によりこれらの流体導管を同時に制御でき、この液滴発生器により同一または異なる液体を計量することができる。この目的のために、異なる流体導管の入口端は、同一または異なる液体容器に結合させることができる。
【００７０】
したがって、本発明に係る微小計量装置は、１つまたは幾つかの微小液滴発生器から構成でき、各々は、計量される媒質が充填された（弾性の）流体導管であって、一端は流体容器に結合された入口穴を有し、他端は出口穴を有し、入口穴と出口穴の間に圧力差が存在できる流体導管と、流体容器と出口穴の間にある導管の容積を一時的に変化させることができる作動デバイスとを有し、第１段階中に、入口穴と出口穴の間の流体容積が有意の速度でその初期容積から少ない容積に減少され、それによって、微小液滴または微小噴流がそれぞれ出口穴を通して吐出され、押出された容積の一部は入口穴に漏出でき、微小液滴または微小噴流のそれぞれの容積に入口穴を通して容器へ退く容積を加えたものは作動デバイスにより引き起こされる容積変化に実質的に相当し、入口穴と出口穴の間の容積が再び増加される第２段階では、圧力または毛細管力によって駆動されて、流体導管は容器から再び充填される。
【００７１】
図２ａ〜ｄに記載された取付台とは別に、自動取付台を設けることができ、これにより、例えば所望の計量容積範囲あるいは所望の計量容積のそれぞれを示す信号に応答して、流体導管に対する押出器の位置を自動調整することができる。
【００７２】
本発明に係る微小計量装置を使用することにより、このように、個々の自由飛散微小液滴が、好ましくは周囲大気に接触する出口穴において発生し、この出口穴おいて流体が自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注される。これにより、本発明は、作動デバイスの１回の動作周期で、もはや液滴を吐出することを可能とし、この周期の間に押出器は流体導管の容積減少を１度生じさせ、これにより液滴を吐出する。
【００７３】
本発明は、作動デバイスのハブを調整することにより、および／または、作動デバイスを流体導管の部分に沿った所定の位置に配置することにより、計量容積を調整することを可能にする。加えて、適合された軸方向長さを有する押出器を選択することができる。
【００７４】
計量容積を調整するための調整可能なハブを使用するとき、作動デバイスまたは押出器それぞれのハブｈは変化させることができ、チューブの直径、すなわち、作動デバイスの押出器の移動方向におけるチューブの断面寸法よりも小さい。
【００７５】
チューブの断面全体が圧着されている場合、すなわち、流体領域が実質的にゼロになる場合には、ＤＥ４３１４３４３Ｃ２で要求されているように、液滴容積はチューブ軸に沿ったハンマーの外延とチューブの直径とにより決定される。チューブを圧着することにより、関連するチューブ部分内の全容積が押出される。おおよそ、これにより液滴容積を有意に決定する押出される容積に関しては―その他の配置が等しければ―、次式が当てはまる。
【数１】
ここで、Ｖは押出される容積、ａは押出器の長さ、ｄはチューブの直径を表す。
【００７６】
これと比較して、調整可能なハブを有する押出器において、その周りを押出器が移動するハブｈが決定的な役割を果たす。ここで、押出される容積は、ハブｈに依存し、横方向に微調整されたシリンダの容積によっておよそ記述される。
【数２】
ここで、ｈはチューブが圧縮されている距離である。
【００７７】
このような押出される容積Ｖのハブｈへの依存と、液滴容積への記述された効果とにより、本発明は、直径の異なるチューブまたは寸法の異なる押出器をそれぞれ結合することなく、計量容積の可変調整を可能にする。
【００７８】
本発明によれば、単一の計量プロセスにおいて、容積押出と液滴発生または液滴容積それぞれとの間には関係があるので、本発明は、非周期的励起によって計量することを可能とする。このことは、例えば、特別な非周期パターンを基板にプリントする場合に有利である。
【００７９】
上述の実施態様において、作動デバイスは、チューブをその非圧着状態から開始して作動させるように設計されている。その一方で、待機モードにおいて、チューブを部分的に、または完全に圧着すなわち圧縮させる実施態様が可能である。このような一実施態様の略断面図を図１０ａに示す。チューブ１００は、その背面において対抗取付台３００に当着されている。チューブ１００の反対側では、圧電アクチュエータ３０２が、作動デバイスの取付台３０４に取付られている。押出器３０６は、圧電アクチュエータ３０２の前方端に配置されている。
【００８０】
図１０ａに示す配置において、チューブ１００は、待機モードにおいて完全に圧着されている。計量周期は、圧電アクチュエータ３０２をゆっくりと引き戻すことから開始し、チューブ１００の断面が部分的に開放される。この段階中、流体は、増加するチューブ容積を補償するため、出口穴１０４に対向する端部１０２においてチューブ１００が結合されている容器から、前に圧着されていた領域に流れる。次に、圧電アクチュエータ３０２を急速に延出してチューブ容積を再び減少させることにより、出口端１０４で液滴生成される実際の計量プロセスが実施される。上述の実施態様におけるように、計量される容積は圧電アクチュエータ３０２の調整移動量により規定され、したがって、作動電圧を変えることにより、または圧電アクチュエータ３０２の充電電流または放電電流の変位により、それぞれ制御することができる。図１０ａに示す構成の利点は、圧着されたチューブは、通常開口しているチューブと比較して、計量される物質の蒸発速度が著しく低いことである。
【００８１】
したがって、この実施態様は一体型閉鎖機構を含む。しかしながら、商業的に入手可能な通常の圧電スタック・アクチュエータでは、圧電アクチュエータの延出状態は電圧が印加された状態であるという欠点がある。電圧を取り除くと、圧電スタック・アクチュエータは短くなった減縮状態になる。したがって、このことが意味するのは、図１０ａに示す一体型閉鎖機構の実施態様は、連続的に、ただし僅かにエネルギー消費をするということである。一体型閉鎖機構の利点を完全に利用するためには、図１０ａに示す実施態様では、計量システムが使用されない場合でも、連続的に電圧を印加するか、または圧電アクチュエータを充電しておくことがそれぞれ有利である。
【００８２】
エネルギー消費を低減した一体型閉鎖機構は、作動デバイスに、押出器をポリマーチューブへと押圧し、待機モードにおいてチューブを部分的または完全に圧着する付勢手段、例えばバネを設けることにより実現することができる。そして、作動デバイスは、好ましくはアクチュエータを有し、付勢手段の力に抗して押出器を移動させ、チューブの断面を部分的または完全に解放するように配置されている。
【００８３】
このような一体型閉鎖機構の一実施態様を図１０ｂに示す。ここでも、チューブ１００は対抗取付台３１０へと当着される。この実施態様において、作動デバイスは、バネ３１２と圧電スタック・アクチュエータ３１４の組合せを含む。さらに、作動デバイスは押出器３１６を含み、この押出器は作動板３１８に堅く連結されている。図１０ｂに、例示的な連結手段として、２つの連結棒３２０と３２２を示す。バネ３１２は、その右側端で取付台３２４に当着され、アクチュエータ３１４の非動作状態において、押出器３１６をチューブ１００に対して押圧してチューブを圧着する。この実施態様は、スイッチオフされた供給電圧でチューブが圧着された計量装置を実現可能であり、この実施態様は連続的なエネルギー消費のない一体型閉鎖機構を持つ。
【００８４】
スイッチオフ状態において、押出器３１６は、チューブが対抗取付台３１０に押圧されて圧着されるように、バネによってチューブ１００の上に押圧される。計量プロセスが実施される場合は、圧電アクチュエータ３１４は電圧を印加することにより延出され、こうして押出器３１６はバネ力に抗してリセットされる。チューブは弛み、計量される液体が、出口穴１０４に対向するチューブの側部１０２に結合された容器から流入する。圧電スタック・アクチュエータ３１８を急速に後退させることにより、チューブ１００は、十分に強力になるように寸法が決められているバネ３１２によって再び圧着される。バネが十分に堅く寸法が決められているので、液体は自由飛散噴流として出口穴１０４から分注される。計量される容積は、圧電アクチュエータの調整移動量により再び規定され、したがって、作動電圧を変えることにより、または、圧電スタック・アクチュエータの充電電流または放電電流をそれぞれ変位させることにより、制御することができる。
【００８５】
ここで、図１０ａ、図１０ｂに関して述べた実施態様は、チューブが完全に圧着しない場合にも機能するということに留意すべきである。
【００８６】
押出器または作動デバイスそれぞれの調整可能なハブを介して計量容積が調整される本発明の実施態様においては、押出器は第１端位置と第２端位置の間で移動され、ポリマーチューブはこの第１端位置および第２端位置において部分的に圧縮される。これにより、第１端位置が第２端位置よりも大きなチューブ容積を規定するので、押出器を第１端位置から第２端位置へと移動することにより、液体が吐出端から注出される。これにより、第１端位置は、チューブの完全弛緩状態、または、チューブの部分圧縮状態を規定することができる。第２端位置は、ポリマーチューブの部分圧縮状態、または完全圧縮状態を含むことができる。言い換えれば、作動デバイスの調整可能なハブによって計量容積を調整可能である本発明に係る実施態様においては、チューブの壁は、作動デバイスまたは押出器それぞれにより、フレキシブルポリマーチューブの光切断面の一部を介して移動する。反対に、非圧着状態から完全圧着状態へチューブを完全に圧着させる場合には、チューブの壁は、チューブの光切断面全体を横断して移動する。
【００８７】
図１０ａ、図１０ｂに示す実施態様は、作動デバイスの位置を変え、これにより出口穴から分注される計量容積を変化させることができるように、実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る計量プロセスの１実施態様を説明するための略断面図である。
【図２】本発明に係る微小計量装置の１実施態様の略図である。
【図３】液滴生成の画像シーケンスを概略的に示す。
【図４】プロトタイプを介して発生する液滴容積を示す線図である。
【図５ａ】本発明に係る微小計量装置において、計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図５ｂ】本発明に係る微小計量装置において、計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図６ａ】別法として、本発明により計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図６ｂ】別法として、本発明により計量容積範囲がどのように調整可能であるかを表す略図である。
【図７】周知の微小計量システムの略図である。
【図８】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ａ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ｂ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図９ｃ】他の周知の微小計量システムの略図である。
【図１０ａ】本発明に係る微小計量装置の変形例の実施態様の略図である。
【図１０ｂ】本発明に係る微小計量装置の他の変形例の実施態様の略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体容器（２００）に結合するための第１端（１０２）と出口穴（１０４）が設置された第２端とを備えたフレキシブルチューブを有する流体導管（１００；１５０）と、
調整可能なハブを備えた押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を有し、これにより前記フレキシブルチューブの部分の容積を変化させることができ、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を第１端位置と第２端位置の間で移動させることにより、前記チューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置において部分的に圧縮され、前記出口穴（１０４）において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含む、微小計量装置。
【請求項２】
前記フレキシブルチューブは、ポリイミドから成る、請求項１に記載の微小計量装置。
【請求項３】
前記フレキシブルチューブは、不規則な断面変化を有さない少なくとも１つの部分を有し、前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置を前記部分に沿って変えることにより、前記作動デバイスの位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率を変化させることができ、前記出口穴（１０４）における計量容積出力を少なくとも１０％変化させることができる、請求項１または２に記載の微小計量装置。
【請求項４】
前記チューブは、前記チューブの容積変化を生じさせるために、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）によって所定の長さにわたって圧縮される、請求項１〜３のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項５】
前記押出器（１０８）は、前記チューブに関して軸非対称な容積変化を生じさせる形態を有する、請求項４に記載の微小計量装置。
【請求項６】
前記作動デバイスを前記チューブに沿った１つの位置または前記位置にて保持する手段（１５２、１５４、１６２）をさらに有する、請求項１〜５のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項７】
前記押出器（３１６）によって前記チューブを完全圧縮状態または部分圧縮状態へと付勢する付勢手段（３１２）を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項８】
前記作動デバイスは、前記押出器（３１６）を前記付勢手段（３１２）の付勢に抗して移動させるように配置されているアクチュエータ（３１４、３２０、３２２）を有する、請求項７に記載の微小計量装置。
【請求項９】
液体容器（１００）に結合するための第１端（１０２）と出口穴（１０４）が設置されている第２端とを備えた流体導管（１００；１５０）であって、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の断面を変化させることができる部分を有する流体導管（１００；１５０）と、
前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の前記部分に沿った位置に配置され、前記出口穴（１０４）から液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）とを含み、
前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの、前記流体導管（１００；１５０）の前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率は、前記作動デバイスの位置を変えることにより変化させることができ、前記出口穴（１０４）において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることができる、微小計量装置。
【請求項１０】
前記作動デバイスは、前記流体導管（１００；１５０）の前記部分を所定の長さにわたって圧縮させることができ、前記流体導管の前記部分の容積変化を生じさせる押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を有する、請求項９に記載の微小計量装置。
【請求項１１】
前記押出器（１０８）は、前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に関して軸非対称な容積変化を生じさせる形態を有する、請求項１０に記載の微小計量装置。
【請求項１２】
前記作動デバイスを前記流体導管の前記部分に沿った位置に保持する手段（１５２、１５４、１６２）をさらに有する、請求項９〜１１のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１３】
前記流体導管（１００；１５０）は、静止状態において、前記第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）の間に不規則な断面変化を有さない、請求項１〜１２のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１４】
前記流体導管（１００；１５０）は、静止位置において、前記第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）の間に実質的に一定の断面を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１５】
前記流体導管に圧力差をもたらす手段をさらに有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１６】
前記流体導管（１００；１５０）は、計量される液体を前記流体導管を通して毛細管力により移動できる断面領域を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１７】
複数のそれぞれの流体導管を有し、幾つかの等しいまたは異なる液体を同時または逐次に分注できる、請求項１〜１６のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１８】
前記複数の流体導管の容積変化を同時に生じさせる作動デバイスを有する、請求項１７に記載の微小計量装置。
【請求項１９】
前記作動デバイスは、一般的な押出器である、請求項１８に記載の微小計量装置。
【請求項２０】
液体を計量分注する方法であって、
フレキシブルチューブを有する流体導管（１００；１５０）に、計量される液体を充填するステップと、
調整可能なハブを備えた押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）によって前記フレキシブルチューブの部分の容積変化を生じさせ、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を第１端位置と第２端位置の間で移動させることによって、前記フレキシブルチューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置において部分的に圧縮され、前記流体導管（１００；１５０）の出口穴（１０４）において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させるステップとを含む、液体を計量分注する方法。
【請求項２１】
前記フレキシブルチューブに沿った位置に押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を設け、前記チューブを所定の長さにわたって圧縮させることができ、前記チューブの前記部分の容積変化を生じさせるステップをさらに含む、請求項２０記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２２】
前記流体導管（１００；１５０）は、流体容器（２００）に結合されている第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）が設置されている第２端とを有し、
前記押出器の位置を前記チューブに沿って選択し、前記押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの、前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率を調整し、容積変化を生じさせることによって前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注させるステップをさらに含む、請求項２１に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２３】
前記フレキシブルチューブに関して軸方向の長さを有する押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を選択し、前記押出器を用いて容積変化を生じさせ、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注させるステップをさらに含む、請求項２１または２２に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２４】
前記容積変化を生じさせるステップにおいて、前記フレキシブルチューブに関して軸非対称な容積変化が実施され、前記流体導管（１００；１５０）において前記出口穴（１０４）に向かって好ましい方向の流体の流れを生じさせる、請求項２２〜２３のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２５】
前記流体導管（１００；１５０）に静圧をもたらすステップをさらに含む、請求項２０〜２４のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２６】
前記出口端に関する静圧が過大圧力であり、容積変化を生じさせる際、および／または、計量プロセス後に補充を支援する際に、前記流体導管（１００；１５０）において前記出口穴（１０４）に向かって好ましい方向の流体の流れを生じさせる、請求項２５に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２７】
前記出口端に関する静圧が過小圧力であり、容積変化を生じないときに、前記出口端からの液体の漏出を防止する、請求項２５に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２８】
前記容積変化を生じさせるステップの後に前記容積変化を逆転し、前記チューブが初期状態に復帰するステップをさらに含み、このステップの間に前記流体導管（１００；１５０）の毛細管補充が起こる、請求項２０〜２７のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２９】
請求項９に記載の微小計量装置を用いた計量プロセスの間に、所望の計量容積を調整する方法であって、
前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に沿って前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４）を所定の位置に配置するステップを含み、前記流体導管（１００；１５０）の容積変化を生じさせるステップにおいて、結果として生ずる流体インピーダンスの比率に起因して、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注できる、所望の計量容積を調節する方法。
【請求項３０】
請求項１０に記載の微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、所望の計量容積を調整する方法であって、
前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に関して軸方向長さ（ｌ1、ｌ2）の押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を選択するステップを含み、前記流体導管（１００；１５０）の容積変化を生じさせるステップにおいて、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注できるよう構成されている、所望の計量容積を調節する方法。
【請求項１】
液体容器（２００）に結合するための第１端（１０２）と出口穴（１０４）が設置された第２端とを備えたフレキシブルチューブを有する流体導管（１００；１５０）と、
調整可能なハブを備えた押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を有し、これにより前記フレキシブルチューブの部分の容積を変化させることができ、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を第１端位置と第２端位置の間で移動させることにより、前記チューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置において部分的に圧縮され、前記出口穴（１０４）において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイスとを含む、微小計量装置。
【請求項２】
前記フレキシブルチューブは、ポリイミドから成る、請求項１に記載の微小計量装置。
【請求項３】
前記フレキシブルチューブは、不規則な断面変化を有さない少なくとも１つの部分を有し、前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置を前記部分に沿って変えることにより、前記作動デバイスの位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率を変化させることができ、前記出口穴（１０４）における計量容積出力を少なくとも１０％変化させることができる、請求項１または２に記載の微小計量装置。
【請求項４】
前記チューブは、前記チューブの容積変化を生じさせるために、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）によって所定の長さにわたって圧縮される、請求項１〜３のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項５】
前記押出器（１０８）は、前記チューブに関して軸非対称な容積変化を生じさせる形態を有する、請求項４に記載の微小計量装置。
【請求項６】
前記作動デバイスを前記チューブに沿った１つの位置または前記位置にて保持する手段（１５２、１５４、１６２）をさらに有する、請求項１〜５のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項７】
前記押出器（３１６）によって前記チューブを完全圧縮状態または部分圧縮状態へと付勢する付勢手段（３１２）を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項８】
前記作動デバイスは、前記押出器（３１６）を前記付勢手段（３１２）の付勢に抗して移動させるように配置されているアクチュエータ（３１４、３２０、３２２）を有する、請求項７に記載の微小計量装置。
【請求項９】
液体容器（１００）に結合するための第１端（１０２）と出口穴（１０４）が設置されている第２端とを備えた流体導管（１００；１５０）であって、前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の断面を変化させることができる部分を有する流体導管（１００；１５０）と、
前記流体導管の容積変化を生じさせるために、前記流体導管の前記部分に沿った位置に配置され、前記出口穴（１０４）から液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させる作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）とを含み、
前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの、前記流体導管（１００；１５０）の前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率は、前記作動デバイスの位置を変えることにより変化させることができ、前記出口穴（１０４）において分注される計量容積を少なくとも１０％変化させることができる、微小計量装置。
【請求項１０】
前記作動デバイスは、前記流体導管（１００；１５０）の前記部分を所定の長さにわたって圧縮させることができ、前記流体導管の前記部分の容積変化を生じさせる押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を有する、請求項９に記載の微小計量装置。
【請求項１１】
前記押出器（１０８）は、前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に関して軸非対称な容積変化を生じさせる形態を有する、請求項１０に記載の微小計量装置。
【請求項１２】
前記作動デバイスを前記流体導管の前記部分に沿った位置に保持する手段（１５２、１５４、１６２）をさらに有する、請求項９〜１１のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１３】
前記流体導管（１００；１５０）は、静止状態において、前記第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）の間に不規則な断面変化を有さない、請求項１〜１２のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１４】
前記流体導管（１００；１５０）は、静止位置において、前記第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）の間に実質的に一定の断面を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１５】
前記流体導管に圧力差をもたらす手段をさらに有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１６】
前記流体導管（１００；１５０）は、計量される液体を前記流体導管を通して毛細管力により移動できる断面領域を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１７】
複数のそれぞれの流体導管を有し、幾つかの等しいまたは異なる液体を同時または逐次に分注できる、請求項１〜１６のいずれかに記載の微小計量装置。
【請求項１８】
前記複数の流体導管の容積変化を同時に生じさせる作動デバイスを有する、請求項１７に記載の微小計量装置。
【請求項１９】
前記作動デバイスは、一般的な押出器である、請求項１８に記載の微小計量装置。
【請求項２０】
液体を計量分注する方法であって、
フレキシブルチューブを有する流体導管（１００；１５０）に、計量される液体を充填するステップと、
調整可能なハブを備えた押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）によって前記フレキシブルチューブの部分の容積変化を生じさせ、前記押出器（１０８；１０８’；２０８；３０６；３１６）を第１端位置と第２端位置の間で移動させることによって、前記フレキシブルチューブが少なくとも前記第１端位置または前記第２端位置において部分的に圧縮され、前記流体導管（１００；１５０）の出口穴（１０４）において液体を自由飛散液滴または自由飛散噴流として分注させるステップとを含む、液体を計量分注する方法。
【請求項２１】
前記フレキシブルチューブに沿った位置に押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を設け、前記チューブを所定の長さにわたって圧縮させることができ、前記チューブの前記部分の容積変化を生じさせるステップをさらに含む、請求項２０記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２２】
前記流体導管（１００；１５０）は、流体容器（２００）に結合されている第１端（１０２）と前記出口穴（１０４）が設置されている第２端とを有し、
前記押出器の位置を前記チューブに沿って選択し、前記押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）の位置と前記出口穴（１０４）の間の流体インピーダンスの、前記第１端（１０２）と前記作動デバイスの位置の間の流体インピーダンスに対する比率を調整し、容積変化を生じさせることによって前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注させるステップをさらに含む、請求項２１に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２３】
前記フレキシブルチューブに関して軸方向の長さを有する押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を選択し、前記押出器を用いて容積変化を生じさせ、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注させるステップをさらに含む、請求項２１または２２に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２４】
前記容積変化を生じさせるステップにおいて、前記フレキシブルチューブに関して軸非対称な容積変化が実施され、前記流体導管（１００；１５０）において前記出口穴（１０４）に向かって好ましい方向の流体の流れを生じさせる、請求項２２〜２３のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２５】
前記流体導管（１００；１５０）に静圧をもたらすステップをさらに含む、請求項２０〜２４のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２６】
前記出口端に関する静圧が過大圧力であり、容積変化を生じさせる際、および／または、計量プロセス後に補充を支援する際に、前記流体導管（１００；１５０）において前記出口穴（１０４）に向かって好ましい方向の流体の流れを生じさせる、請求項２５に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２７】
前記出口端に関する静圧が過小圧力であり、容積変化を生じないときに、前記出口端からの液体の漏出を防止する、請求項２５に記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２８】
前記容積変化を生じさせるステップの後に前記容積変化を逆転し、前記チューブが初期状態に復帰するステップをさらに含み、このステップの間に前記流体導管（１００；１５０）の毛細管補充が起こる、請求項２０〜２７のいずれかに記載の液体を計量分注する方法。
【請求項２９】
請求項９に記載の微小計量装置を用いた計量プロセスの間に、所望の計量容積を調整する方法であって、
前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に沿って前記作動デバイス（１０８；１０８’；１６４）を所定の位置に配置するステップを含み、前記流体導管（１００；１５０）の容積変化を生じさせるステップにおいて、結果として生ずる流体インピーダンスの比率に起因して、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注できる、所望の計量容積を調節する方法。
【請求項３０】
請求項１０に記載の微小計量装置を用いた計量プロセスにおいて、所望の計量容積を調整する方法であって、
前記流体導管（１００；１５０）の前記部分に関して軸方向長さ（ｌ1、ｌ2）の押出器（１０８；１０８’；１６４；２０８）を選択するステップを含み、前記流体導管（１００；１５０）の容積変化を生じさせるステップにおいて、前記出口穴（１０４）において所望の計量容積を分注できるよう構成されている、所望の計量容積を調節する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【公表番号】特表２００７−５０２３９９（Ｐ２００７−５０２３９９Ａ）
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２２９９１（Ｐ２００６−５２２９９１）
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９０６３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１６５３４
【国際公開日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０６０５１５４４）
【出願人】（５０６０５１５５５）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９０６３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１６５３４
【国際公開日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０６０５１５４４）
【出願人】（５０６０５１５５５）
【Ｆターム（参考）】
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