(57)【要約】【課題】吐出チップの周辺の流路内のよどみ領域を減らす特徴を有する流体分注装置を提供する。【解決手段】流体分注装置は、筐体、吐出チップ、および撹拌子を含む。筐体は、外壁およびチャンバを有する。外壁は、第１平面を定義するチップ取り付け面を有し、且つ開口を有する。チャンバは、内部空間を定義し、且つ開口と流体連通して結合されたポートを有する。吐出チップは、外壁のチップ取り付け面に取り付けられる。吐出チップの平面範囲は、第１平面に沿って配向され、吐出チップは、開口と流体連通しており、吐出チップの流体吐出方向は、第１平面に対して実質的に直交する。撹拌子は、チャンバ内に設置される。撹拌子は、回転軸を有し、撹拌子の回転軸は、流体吐出方向に対して実質的に垂直であるか、または吐出チップの平面範囲に対して平行である。【選択図】図１
2017222167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面を定義するチップ取り付け面を有し、且つ開口を有する外壁、および内部空間を定義し、且つ前記開口と流体連通して結合されたポートを有するチャンバを有する筐体と、
前記外壁の前記チップ取り付け面に取り付けられ、前記第１平面に沿って配向される平面範囲を有し、前記開口と流体連通しており、前記第１平面に対して実質的に直交する流体吐出方向が構成された吐出チップと、
前記チャンバ内に設置され、実質的に前記流体吐出方向に対して垂直であるか、または前記吐出チップの前記平面範囲に対して平行である回転軸を有する撹拌子と、
を含む流体分注装置。
【請求項２】
所定の配向で前記チャンバの前記内部空間の所定の部分に前記撹拌子を閉じ込めるガイド部を含む
請求項１に記載の流体分注装置。
【請求項３】
前記所定の部分が、前記ポートに最も近い前記チャンバの前記内部空間の１／３容積を構成する
請求項２に記載の流体分注装置。
【請求項４】
前記撹拌子の前記回転軸が、前記流体吐出方向に対して、±４５度、垂直の角度範囲内に配向されるか、または前記吐出チップの前記平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲内に配向された
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項５】
前記チャンバが、丸い角を有する内周壁を有し、前記撹拌子が、前記内周壁によって定義された境界内に設置された
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項６】
前記筐体が、ベース壁および前記ベース壁と隣接する外周壁を有する本体、および蓋を有し、前記外周壁が、前記ベース壁と前記蓋の間に狭持され、前記外壁が、前記外周壁の一部であり、前記ベース壁が、前記第１平面に対して実質的に直交する第２平面に沿って配向され、
前記チャンバが、前記外周壁によって定義された境界内に設置され、丸い角を有する内周壁を有し、前記撹拌子が前記内周壁によって定義された境界内に設置された
請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項７】
前記チャンバの前記内周壁が、前記ベース壁と隣接する近位端、および前記チャンバの側面開口において周縁端面を定義する遠心端によって区切られた範囲を有し、
前記蓋と前記内周壁の前記周縁端面の間に配置され、前記周縁端面とシール係合の状態で係合され、前記チャンバと組み合わせて可変容量を有する流体リザーバを定義し、前記撹拌子が前記可変容量内に存在するダイヤフラム
をさらに含む請求項６に記載の流体分注装置。
【請求項８】
前記流体リザーバの前記可変容積が、連続１／３容積部および連続２／３容積部を有し、前記連続１／３容積部が、前記連続２／３容積部よりも前記吐出チップの近くに設置され、前記撹拌子の前記回転軸が、前記吐出チップに近い前記連続１／３容積部の中に設置された
請求項７に記載の流体分注装置。
【請求項９】
前記チャンバが、前記吐出チップの前記平面範囲に対して実質的に直交する第２平面に沿って配向されたベース壁を有し、前記ガイド部が、前記撹拌子の前記回転軸を前記吐出チップの前記平面範囲に対して実質的に平行な、および前記ベース壁の前記第２平面に対して実質的に垂直な配向に維持する
請求項２〜８のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項１０】
前記チャンバが、前記外壁に対して実質的に直交するベース壁を有し、
前記ガイド部が、
環状閉じ込め面を定義する開口を有し、前記開口が中心軸を有し、前記環状閉じ込め面が前記中心軸に対して前記撹拌子の半径方向運動を制限する環状部材と、
前記環状部材に結合されるとともに、前記中心軸に対して第１軸方向に向かって前記環状部材から延伸するよう配置され、前記チャンバの前記ベース壁を係合して、前記ベース壁から前記環状部材のアキシャルオフセットを確立する自由端をそれぞれ有する複数のオフセット部材と、
前記第１軸方向とは反対の第２軸方向に向かって前記環状部材から軸方向に配置された軸拘束部を有し、前記軸拘束部が、前記環状部材内の前記開口の少なくとも一部の上に配置され、前記第２軸方向における前記中心軸に対する前記撹拌子の軸方向運動を制限する籠構造と、
を含む請求項２〜９のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項１１】
前記撹拌子が、前記環状部材の前記開口内、および前記籠構造の前記軸拘束部と前記チャンバの前記ベース壁の間において遊動自在である
請求項１０に記載の流体分注装置。
【請求項１２】
前記環状部材が、第１環状面、および前記第１環状面の反対側にある第２環状面を有し、前記第１環状面が、前記環状閉じ込め面によって前記第２環状面から分離され、前記複数のオフセット部材が、前記第１環状面に結合され、前記籠構造が、前記第２環状面に結合された複数のオフセット脚部を有する
請求項１０または１１に記載の流体分注装置。
【請求項１３】
前記ガイド部が、前記筐体内に着脱可能に配置されたインサート部であり、前記ガイド部が、第１保持特徴部を含み、前記筐体が、第２保持特徴部を含み、前記第１保持特徴部が、前記第２保持特徴部と係合されて、前記ガイド部を前記筐体に取り付ける
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項１４】
前記チャンバの前記ポートが、吸入口であり、前記チャンバが、さらに、排出口を含み、前記吸入口が、前記排出口から少し離れており、
前記吸入口を前記排出口に接続する前記筐体内に形成され、前記外壁の前記開口と流体連通している流路と、
前記吸入口に隣接して配置された分流特徴部、および前記排出口に隣接して配置された再結合流特徴部を有し、前記複数のオフセット部材のうちの１つとして形成された流動制御部と、
をさらに含む請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【請求項１５】
前記チャンバの前記ポートが、吸入口であり、前記チャンバが、さらに、排出口を含み、前記吸入口が、前記排出口から少し離れており、
前記吸入口を前記排出口に接続する前記筐体内に形成され、前記外壁の前記開口と流体連通している流路と、
前記吸入口に隣接して配置された分流特徴部、および前記排出口に隣接して配置された再結合流特徴部を有し、前記ガイド部および前記筐体のうちの１つに合体された流動制御部と、
をさらに含む請求項２〜１４のいずれか１項に記載の流体分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分注装置に関するものであり、特に、微小流体分注装置等のよどみ領域を減らす特徴を有する流体分注装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小流体分注装置（例えば、インクジェットプリントヘッド等）は、背圧（back pressure）をコントロールするためのフォームやフェルト等の毛細管部材を含むよう設計される。この種のプリントヘッドは、フィルタと吐出装置の間に遊離液体のみが存在する。流体の沈殿や分離が発生した場合、毛細管部材に収容された流体を再混合することは、ほぼ不可能である。
【０００３】
別の種類のプリントヘッドは、本分野において、遊離液体型プリントヘッドと称され、バネ式の可動壁を有し、プリントヘッドのノズルにおける背圧を維持する。一種のバネ式可動壁は、撓み変形可能なブラダ（bladder）を使用して、一体成形のバネおよび壁を作成する。ヒューレット・パッカード社（Hewlett-Packard Company）による初期のプリントヘッド設計は、蓋とインクを含む本体の間に配置された指貫形（thimble shaped）のブラダの形状をした円形の変形可能なゴム部分を使用する。指貫形のブラダの撓みは、それ自体の上にのしかかる。指貫形のブラダは、プリントヘッドチップにインクを運ぶ時にブラダ材料を変形することによって、背圧を維持する。
【０００４】
流体および微粒子の分離が発生する可能性のある流体タンク内で、流体の混合を提供することが望ましい。例えば、顔料流体内の微粒子は、粒子サイズ、特定の比重差、および流体粘性により沈殿する傾向がある。米国出願公開第２００６／０２６８０８０号は、流体吐出装置から離れて設置されたインクタンクを有するシステムを開示しており、インクタンクは、外部回転板によって回転する磁石ロータ（magnetic rotor）を含み、遠隔インクタンク内にバルク混合（bulk mixing）を提供する。
【０００５】
しかしながら、流体リザーバと内蔵流体吐出チップの両方を含む小型設計の微流体分注装置は、遠隔タンク内の簡単な撹拌が言及しないという特別な難題を提供すると認識されている。例えば、流体吐出チップ付近の領域が沈殿した微粒子で詰まるのを防ぐため、流体リザーバのバルク領域において流体を再混合する必要があるだけでなく、吐出チップ領域において再混合するのが望ましく、時には、そうする必要があると判断されている。
【０００６】
さらに、再混合しても、流体分注装置の流路によどみ領域が生成される可能性があると認識されており、沈殿した微粒子は、流路を流れる流体に影響されない、および／あるいは、流路を流れる流体は、予期せぬ微粒子の堆積をもたらす可能性がある。このようなよどみ領域は、例えば、表面特徴に突然の変化がある流路内の位置、例えば、直交平面表面によって定義される角に生成される。
【０００７】
吐出チップの周辺の流路内のよどみ領域を減らす特徴を有する流体分注装置が本分野において必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、吐出チップの周辺の流路内のよどみ領域を減らす特徴を有する流体分注装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１つの形態において、筐体、吐出チップ、および撹拌子を含む液体分注装置を提供する。筐体は、外壁およびチャンバを有する。外壁は、第１平面を定義するチップ取り付け面を有し、且つ開口を有する。チャンバは、内部空間を定義し、且つ開口と流体連通して結合されたポート（port）を有する。また、吐出チップは、外壁のチップ取り付け面に取り付けられる。吐出チップの平面範囲（planar extent）は、第１平面に沿って配向され、吐出チップは、開口と流体連通しており、吐出チップの流体吐出方向は、第１平面に対して実質的に直交する。撹拌子は、チャンバ内に設置される。撹拌子は、回転軸を有し、撹拌子の回転軸は、流体吐出方向に対して実質的に垂直であるか、または吐出チップの平面範囲に対して平行である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、吐出チップの周辺の流路内のよどみ領域を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【図１】外部磁場発生装置を含む環境において、本発明に係る微小流体分注装置の１つの実施形態の斜視図である。
【図２】図１の微小流体分注装置の別の斜視図である。
【図３】図１および図２の微小流体分注装置の平面正射図である。
【図４】図１および図２の微小流体分注装置の側面正射図である。
【図５】図１および図２の微小流体分注装置の端面正射図である。
【図６】吐出チップに向かう方向に本体のチャンバを見るために配向された図１および図２の微小流体分注装置の拡大斜視図である。
【図７】吐出チップから離れる方向に見るために配向された図１および図２の微小流体分注装置の別の拡大斜視図である。
【図８】図５の線８−８に沿った図１の微小流体分注装置の断面図である。
【図９】図５の線９−９に沿った図１の微小流体分注装置の断面図である。
【図１０】本体／ダイヤフラムアセンブリを露出するためにエンドキャップおよび蓋を取り除いた図１の微小流体分注装置の斜視図である。
【図１１】第１および第２平面、および流体吐出方向に関して、本体に含まれるガイド部および撹拌子を露出するためにダイヤフラムを取り除いた図１０の図説の斜視図である。
【図１２】本体のベース壁に向かってチャンバの本体への方向に見た時の図１１の本体／ガイド部／撹拌子の配置の正射図である。
【図１３】外壁および本体の開口に向かう方向に見た時のガイド部および撹拌子を含む図１１の本体の正射端面図である。
【図１４】図１３の線１４−１４に沿った図１２および図１３の本体／ガイド部／撹拌子の配置の断面図である。
【図１５】図１３の線１５−１５に沿った図１２および図１３の本体／ガイド部／撹拌子の配置の拡大断面図である。
【図１６】本体のチャンバ内に存在する撹拌子を露出するためにガイド部を取り除いた図１２の記述の拡大図である。
【図１７】本発明に係る微小流体分注装置の別の実施形態の上面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８に沿った図１７の微小流体分注装置の断面図である。
【図１９】吐出チップに向かう方向に本体のチャンバを見るために配向された図１７の微小流体分注装置の拡大斜視図である。
【図２０】本体に含まれるガイド部および撹拌子を露出するためにエンドキャップ、蓋、およびダイヤフラムを取り除き、第１および第２平面、および流体吐出方向に関して示した図１７の微小流体分注装置の別の斜視図である。
【図２１】ガイド部および撹拌子を含むチャンバを有する本体を示す図２０の斜視図に対応する正射上面図である。
【図２２】本体がガイド部と撹拌子を含む図１７の微小流体分注装置の本体の側面正射図である。
【図２３】図２２の線２３−２３に沿った断面図である。
【図２４】図１８〜図２１および図２３においてさらに示した図１７の微小流体分注装置の撹拌子の実施形態の斜視図である。
【図２５】図２４の撹拌子の上面図である。
【図２６】図２４の撹拌子の側面図である。
【図２７】図２５の線２７−２７に沿った撹拌子の断面図である。
【図２８】図１７の微小流体分注装置に使用するのに適した撹拌子の別の実施形態の斜視図である。
【図２９】図２８の撹拌子の上面図である。
【図３０】図２８の撹拌子の側面図である。
【図３１】図２９の線３１−３１に沿った撹拌子の断面図である。
【図３２】図１７の微小流体分注装置に使用するのに適した撹拌子の別の実施形態の拡大斜視図である。
【図３３】図３２の撹拌子の上面図である。
【図３４】図３２の撹拌子の側面図である。
【図３５】図３３の線３５−３５に沿った撹拌子の断面図である。
【図３６】図１７の微小流体分注装置に使用するのに適した撹拌子の別の実施形態の拡大斜視図である。
【図３７】図３６の撹拌子の上面図である。
【図３８】図３６の撹拌子の側面図である。
【図３９】図３７の線３９−３９に沿った撹拌子の断面図である。
【図４０】図１７の微小流体分注装置に使用するのに適した撹拌子の別の実施形態の拡大斜視図である。
【図４１】図４０の撹拌子の上面図である。
【図４２】図４０の撹拌子の側面図である。
【図４３】図４１の線４３−４３に沿った撹拌子の断面図である。
【図４４】図１７の微小流体分注装置に使用するのに適した撹拌子の別の実施形態の上面図である。
【図４５】図４４の撹拌子の側面図である。
【図４６】図４４の線４６−４６に沿った撹拌子の断面図である。
【図４７】図４７は、垂直軸に沿って配置された筐体の縦方向範囲を有する図１７〜図２３に基づいて構成された微小流体分注装置のＸ線画像であり、流体リザーバノ重力低領域における沈殿した微粒子の堆積を示したものである。
【図４８】図４８は、垂直軸から軸外に傾斜し、沈殿した微粒子が向きの変化に基づいていかにして流体リザーバの新しい重力低領域に移動するかを示した図４７の微小流体分注装置のＸ線画像である。
【図４９】図４９は、最悪の場合の向きに配向され、吐出チップが垂直下向きに面し、沈殿した微粒子が流体を吐出チップに供給する流路のチャネル入口およびチャネル出口に堆積した図１７〜図２３に基づいて構成された微小流体分注装置のＸ線画像である。
【図５０】図５０は、流体リザーバ内の流体を再混合する本発明の方法を実施した後の微粒子浮遊を示した図１７〜図２３に基づいて構成された微小流体分注装置のＸ線画像である。
【図５１】図５１は、本発明の１つの側面に基づく微小流体分注装置内の流体を再混合する方法のフローチャートである。
【図５２】図５２は、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸を有する直交座標空間において、筐体の縦方向範囲を正のＺ軸に、筐体の横方向範囲をＸ−Ｙ平面に示した図１７〜図２３の微小流体分注装置の斜視図である。
【図５３】図５３は、流体吐出方向が１３５度上向きを指す向きにあり、ダイヤフラムのドーム部の外観が上向きに面し、底壁の外観が下向きに面した図１８の微小流体分注装置を示したものである。
【図５４】図５４は、流体吐出方向が４５度の向きにあり、ダイヤフラムのドーム部の外観が垂直から４５度下向きに面し、底壁の外観が垂直から４５度の角度上向きに面した図１８の微小流体分注装置を示したものである。
【図５５】図５５は、本発明の様々な実施形態における撹拌子を回転するために使用される外部磁場発生装置のブロック図である。
【００１２】
図面のいくつかの図にわたり、対応する参照符号は、対応する構成要素を示す。ここに記載されている例証は、本発明の実施形態を示すものであり、このような例証は、いかなる方法によっても本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、図面を参照すると、より具体的には、図１〜図１６は、流体分注装置を示したものであり、本例においては、本発明の１つの実施形態に係る微小流体分注装置１１０を示したものである。
【００１４】
図１〜図５を参照すると、微小流体分注装置１１０は、通常、筐体１１２と、テープ自動ボンディング（tape automated bonding, TAB）回路１１４とを含む。微小流体分注装置１１０は、流体含有粒子材料等の流体の供給を含むよう構成され、ＴＡＢ回路１１４は、筐体１１２からの流体の吐出を容易にするよう構成される。流体は、例えば、化粧品、潤滑剤、ペンキ、インク等であってもよい。
【００１５】
また、図６および図７を参照すると、ＴＡＢ回路１１４は、吐出チップ１１８が機械的および電気的に接続されたフレックス（flex）回路１１６を含む。フレックス回路１１６は、インクジェットプリンタ等の電気ドライバ装置（図示せず）に電気接続を提供し、吐出チップ１１８を操作して筐体１１２内に収容された流体を吐出するよう構成される。本実施形態において、吐出チップ１１８は、通常、本分野において周知のノズルプレート層およびシリコン層として形成される平面範囲（planar extent）を有する板状構造として構成される。吐出チップ１１８のノズルプレート層は、流体吐出方向１２０−１が吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に直交するよう配向された複数の吐出ノズル１２０を有する。吐出チップ１１８のシリコン層において、各吐出ノズル１２０と関連するものは、電気ヒーター（熱）または圧電（電気機械）装置等の吐出機構である。このような吐出チップ１１８およびドライバの操作は、インクジェット印刷等の微小流体吐出分野において周知である。
【００１６】
ここで使用したように、実質的に直交する、および実質的に垂直なという用語は、それぞれ２つの素子間の角度関係が９０度±１０度であることを意味するものと定義される。実質的に平行なという用語は、２つの素子間の角度関係が０度±１０度であることを意味するものと定義される。
【００１７】
図６および図７に最も良く示すように、筐体１１２は、本体１２２と、蓋１２４と、エンドキャップ（end cap）１２６と、注入栓１２８（例えば、ボール）とを含む。筐体１１２内には、ダイヤフラム（diaphragm）１３０、撹拌子１３２、およびガイド部１３４が収容される。筐体１１２の構成部品、撹拌子１３２、およびガイド部１３４のそれぞれは、成形工程を使用して、プラスチックで作られる。ダイヤフラム１３０は、成形工程を使用して、ゴムで作られる。また、本実施形態において、注入栓１２８は、ステンレス鋼ボールベアリング（ball bearing）の形状であってもよい。
【００１８】
また、図８および図９を参照すると、一般的に、流体（図示せず）は、本体１２２内の充填孔（fill hole）１２２−１（図６を参照）を介して密封領域、すなわち、本体１２２とダイヤフラム１３０の間にある流体リザーバ１３６に運ばれる。流体リザーバ１３６内の背圧を設定した後、注入栓１２８を充填孔１２２−１に挿入する、例えば、押圧することによって背圧を維持し、空気が流体リザーバ１３６に浸み込む、あるいは流体リザーバ１３６から漏れ出るのを防ぐ。その後、エンドキャップ１２６を吐出チップ１１８の反対側にある本体１２２／蓋１２４の結合の端部に配置する。撹拌子１３２は、流体を収容する本体１２２とダイヤフラム１３０の間の密封された流体リザーバ１３６内に存在する。撹拌子１３２を回転させて流体リザーバ１３６内に内部流体流動を生成することによって、流体リザーバ１３６の密封領域内に流体混合および微粒子の再配分を提供することができる。
【００１９】
また、図１０〜図１６を参照すると、筐体１１２の本体１２２は、ベース壁１３８、およびベース壁１３８と隣接する外周壁１４０を有する。外周壁１４０は、ベース壁１３８からベース壁１３８に対して実質的に直交する方向に延伸するよう配向される。蓋１２４は、外周壁１４０を係合するよう構成される。そのため、外周壁１４０は、ベース壁１３８と蓋１２４の間に挟まれ、蓋１２４は、溶接、接着、またはスナップフィット（snap fit）やネジユニオン（threaded union）等の他の締結機構により、外周壁１４０の開放自由端に取り付けられる。蓋１２４は、本体１２２内にダイヤフラム１３０、撹拌子１３２、およびガイド部１３４を設置した後、本体１２２に取り付けられる。
【００２０】
本体１２２の外周壁１４０は、外周壁１４０の隣接部分である外壁１４０−１を含む。外壁１４０−１は、平面１４２（図１１および図１２を参照）を定義するチップ取り付け面１４０−２を有し、且つ外壁１４０−１の厚さを通過するチップ取り付け面１４０−２に隣接する流体開口１４０−３を有する。吐出チップ１１８は、例えば、粘着シールストリップ１４４（図６および図７を参照）によりチップ取り付け面１４０−２に取り付けられ、外壁１４０−１の流体開口１４０−３（図１３を参照）と流体連通している。そのため、吐出チップ１１８の平面範囲は、平面１４２に沿って配向され、複数の吐出ノズル１２０は、流体吐出方向１２０−１が平面１４２に対して実質的に直交するよう配向される。ベース壁１３８は、外壁１４０−１の平面１４２に対して実質的に直交する平面１４６（図１１を参照）に沿って配向される。図６、図１５、および図１６に最も良く示すように、ベース壁１３８は、撹拌子１３２の所望の位置の周辺に、円形凹部領域１３８−１を含んでもよい。
【００２１】
図１１〜図１６を参照すると、筐体１１２の本体１２２は、また、外周壁１４０により定義される境界内に設置されたチャンバ１４８を含む。チャンバ１４８は、流体リザーバ１３６の一部を形成し、内部空間を定義するよう構成され、具体的には、ベース壁１３８を含み、丸い角を有するよう構成された内周壁１５０を有するため、チャンバ１４８内の流体流動を促進する。チャンバ１４８の内周壁１５０は、近位端１５０−１および遠心端１５０−２により区切られた範囲を有する。近位端１５０−１は、ベース壁１３８と隣接し、且つベース壁１３８と推移径（transition radius）を形成することができる。このような刃半径（edge radius）は、鋭い角の数を減らすことによって、混合効力に役に立つ。遠心端１５０−２は、チャンバ１４８の側面開口１４８−１において周縁端面１５０−３を定義するよう構成される。周縁端面１５０−３は、複数の周縁リブまたはうねり（undulation）を含み、ダイヤフラム１３０と係合するための有効な密封面を提供してもよい。チャンバ１４８の内周壁１５０の範囲は、ベース壁１３８に対して実質的に直交し、且つ外周壁１４０（図６を参照）の対応する範囲に対して実質的に平行である。
【００２２】
図１５および図１６に最も良く示すように、チャンバ１４８は、流体吸入口１５２および流体排出口１５４を有し、それぞれ内周壁１５０の一部の中に形成される。「入口（inlet）」および「出口（outlet）」という用語は、本実施形態の複数のポート間の区別に使用する場合に便利な用語であり、撹拌子１３２の特定の回転方向と相互に関係がある。しかしながら、理解すべきこととして、特定のポートが吸入口として機能するか、排出口として機能するかを決定するのは、撹拌子１３２の回転方向であり、撹拌子１３２の回転方向を反転し、それゆえにチャンバ１４８内の各ポートの役割が逆になることは、本発明の範囲内である。
【００２３】
流体吸入口１５２は、内周壁１５０の一部に沿って流体排出口１５４から少し離れる。図１５および図１６に最も良く示すように、合わせて考慮すると、筐体１１２の本体１２２は、チャンバ１４８の内周壁１５０の一部と吐出チップ１１８を運ぶ外周壁１４０の外壁１４０−１の間に挟まれた流路１５６を含む。
【００２４】
流路１５６は、吐出チップ１１８の流域内の微粒子の沈殿を最小化するよう構成される。流路１５６は、例えば、経験的データを用いて、所望の流動率を提供し、同時に、流路１５６を流れる流体混合に対して許容範囲の流量速度（fluid velocity）を維持する大きさに形成される。
【００２５】
本実施形態において、図１５を参照すると、流路１５６は、チャネル入口１５６−１およびチャネル出口１５６−２を有するＵ字型に延長した通路として構成される。流路１５６の大きさ、例えば、高さと幅、および形状は、流体流動と流量速度の所望の組み合わせを提供して、チャネル内撹拌を容易にするために選択される。
【００２６】
流路１５６は、チャンバ１４８の流体排出口１５４と流体連通しているチャンバ１４８の流体吸入口１５２を接続し、且つチャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４の両方と流体連通している外周壁１４０の外壁１４０−１の流体開口１４０−３も接続するよう構成される。具体的には、流路１５６のチャネル入口１５６−１は、チャンバ１４８の流体吸入口１５２に隣接して設置され、流路１５６のチャネル出口１５６−２は、チャンバ１４８の流体排出口１５４に隣接して設置される。本実施形態において、チャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４の構造は、対称である。
【００２７】
流路１５６は、チャネル入口１５６−１とチャネル出口１５６−２の間に配置された凸状弓形壁１５６−３を有し、流路１５６は、チャネル中心点１５８に関して対称である。同様に、流路１５６の凸状弓形壁１５６−３は、チャンバ１４８の内部空間から内周壁１５０の反対側にあるチャンバ１４８の流体吸入口１５２と流体排出口１５４の間に配置され、凸状弓形壁１５６−３は、外壁１４０−１の流体開口１４０−３および吐出チップ１１８に面するよう配置される。
【００２８】
凸状弓形壁１５６−３は、吐出チップ１１８に対して実質的に平行な流路１５６を流れる流体流動を生成するよう構成される。本実施形態において、凸状弓形壁１５６−３の縦方向範囲（longitudinal extent）は、流体開口１４０−３に面し、且つ吐出チップ１１８に対して実質的に平行な半径を有し、チャネル入口１５６−１およびチャネル出口１５６−２にそれぞれ隣接して設置された推移径１５６−４、１５６−５を有する。凸状弓形壁１５６−３の半径および推移径１５６−４、１５６−５は、流体流動効率に役に立つ。凸状弓形壁１５６−３と吐出チップ１１８の間の距離は、チャネル中心点１５８において最も狭く、吐出チップ１１８の縦方向範囲の中心点と一致し、同様に、外壁１４０−１の流体開口１４０−３の縦方向範囲の中心点と一致する。
【００２９】
チャンバ１４８の流体吸入口１５２および流体排出口１５４のそれぞれは、流体吸入口１５２および流体排出口１５４のそれぞれが流路１５６に向かう各方向に集まるよう構成された傾斜ランプ構造を有する。具体的に説明すると、チャンバ１４８の流体吸入口１５２は、流体吸入口１５２が流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かう方向に集まる、すなわち細くなる傾斜入口ランプ１５２−１を有し、チャンバ１４８の流体排出口１５４は、流路１５６のチャネル出口１５６−２から離れる方向に広がる、すなわち広くなる傾斜出口ランプ１５４−１を有する。
【００３０】
図６〜図１０を再度参照すると、ダイヤフラム１３０は、蓋１２４とチャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３の間に配置される。蓋１２４を本体１２２に取り付けてダイヤフラム１３０の周辺を圧縮することにより、ダイヤフラム１３０と本体１２２の間に連続シール（continuous seal）を形成する。さらに具体的に説明すると、ダイヤフラム１３０は、流体リザーバ１３６を形成する際に、チャンバ１４８の内周壁１５０の周縁端面１５０−３とシール係合するよう構成される。そのため、チャンバ１４８とダイヤフラム１３０を組み合わせて、可変容量を有する流体リザーバ１３６を定義する。
【００３１】
特に、図６、図８、および図９を参照すると、ダイヤフラム１３０の外表面は、蓋１２４の中に設置された通気口１２４−１を介して大気に通気されるため、制御された負圧を流体リザーバ１３６内で維持することができる。ダイヤフラム１３０は、ゴムで作られ、微小流体分注装置１１０から流体を使い果たした時にベース壁１３８に向かってしぼむよう構成されたドーム部１３０−１を含み、チャンバ１４８内で所望の負圧を維持するため、流体リザーバ１３６の可変容量の有効体積を変化させる。
【００３２】
図８および図９を参照すると、さらなる説明の目的で、以下、流体リザーバ１３６の可変容量（ここでは、バルク領域とも称す）は、近位連続１／３容積部１３６−１、および中心連続１／３容積部１３６−２および遠位連続１／３容積部１３６−３から形成された連続２／３容積部１３６−４を有するとみなされ、中心連続１／３容積部１３６−２は、近位連続１／３容積部１３６−１を遠位連続１／３容積部１３６−３から分離する。近位連続１／３容積部１３６−１は、中心連続１／３容積部１３６−２および遠位連続１／３容積部１３６−３から形成された連続２／３容積部１３６−４よりも吐出チップ１１８の近くに設置される。
【００３３】
図６〜図９、および図１６を参照すると、撹拌子１３２は、流体リザーバ１３６の可変容積およびチャンバ１４８の中に存在し、チャンバ１４８の内周壁１５０によって定義される境界内に設置される。撹拌子１３２は、回転軸１６０、および回転軸１６０から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４を有する。撹拌子１３２は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子１３２を駆動して回転軸１６０の周りを回転させるよう構成された磁石１６２（図８を参照）、例えば、永久磁石を有する。撹拌子１３２の回転原理は、外部磁場発生装置１６４により生成された十分強い外部磁場に磁石１６２を並べてから、制御された方式で外部磁場発生装置１６４により生成された外部磁場を回転させて、撹拌子１３２を回転するという原理である。外部磁場発生装置１６４により生成された外部磁場は、ステッパモータ（stepper motor）の操作と同様に電気的に回転させてもよく、あるいは回転シャフトを介して回転させてもよい。そのため、撹拌子１３２は、回転軸１６０を回る撹拌子１３２の回転によって、流体リザーバ１３６に流体混合を提供する効力がある。
【００３４】
バルク領域における流体混合は、撹拌子１３２の回転によって生じる流量速度に依存し、微粒子の沈殿した境界層において剪断応力（shear stress）を生成する。剪断応力が臨界剪断応力（経験的に決定される）よりも大きく、粒子移動を開始した時、沈殿した粒子が移動中の流体内に分配されるため、再混合が起こる。剪断応力は、粘度、粒子サイズ、および密度等の流体パラメータと、容器の形状、撹拌子１３２の幾何学的配置、移動中の表面と静止した表面の間の流体厚、および回転速度等の機械的設計要因の両方に依拠する。
【００３５】
また、流体領域内で、例えば、吐出チップ１１８と関連する近位連続１／３容積部１３６−１および流路１５６内で、撹拌子１３２を回転させて流体流動を生成することによって、混合されたバルク流体が吐出チップ１１８に提供されてノズル吐出を行うことを確実にするとともに、吐出チップ１１８に隣接する流体を流体リザーバ１３６のバルク領域に移動させて、流路１５６を流れるチャネル流体が流体リザーバ１３６のバルク流体と混合することを確実にすることにより、より均一な混合をもたらす。この流動は、主に、天然分布であるが、流量速度が臨界値以上の剪断応力を生成するのに十分である場合は、多少の混合が生じる。
【００３６】
撹拌子１３２は、主に、部分的トロイダル流れパターンのように中心リターンパス（return  pass）を持ついくつかの軸流によって、撹拌子１３２の回転軸１６０と関連する中心領域を回る流体の旋回流を引き起こす。
【００３７】
図１６を参照すると、撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４の各パドルは、各自由端頂点１３２−５を有する。回転抗力を減らすため、各パドルは、上下対称対の面取り面（chamfered surface）を含み、撹拌子１３２の回転方向１６０−１に対して先頭傾斜面１３２−６および後端傾斜面１３２−７を形成してもよい。撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれが錠剤または円筒形状を有することも考慮される。本実施形態において、撹拌子１３２は、２対の正反対向きのパドルを有し、正反対向きのパドルのうちの第１パドルは、第１自由端頂点１３２−５を有し、正反対向きのパドルのうちの第２パドルは、第２自由端頂点１３２−５を有する。
【００３８】
本実施形態において、２対の正反対向きのパドルを形成する４つのパドルは、回転軸１６０の周りを９０度単位で均等に間隔をあける。しかしながら、撹拌子１３２のパドルの実際の数は、２つ、またはそれ以上であり、好ましくは、３つまたは４つであり、さらに好ましくは、４つであり、各隣接する対のパドルは、回転軸１６０の周りに同じ角度間隔を有する。例えば、３つのパドルを有する撹拌子１３２の形状は、１２０度のパドル間隔を有し、４つのパドルを有するものは、９０度のパドル間隔を有する。
【００３９】
本実施形態において、流体リザーバ１３６の可変容積は、上述した近位連続１／３容積部１３６−１と連続２／３容積部１３６−４に分割され、近位連続１／３容積部１３６−１は、連続２／３容積部１３６−４よりも吐出チップ１１８の近くに設置されるため、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８に近い近位連続１／３容積部１３６−１の中に設置されてもよい。言い換えれば、ガイド部１３４は、流体開口１４０−３に最も近いチャンバ１４８の内部空間の容積の１／３を構成するチャンバ１４８の内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。
【００４０】
図１１を再度参照すると、撹拌子１３２の回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して、±４５度、垂直の角度範囲内に配向される。言い換えれば、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８の平面範囲（例えば、平面１４２）に対して、±４５度、平行の角度範囲内に配向される。組み合わせると、撹拌子１３２の回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して、±４５度、垂直の角度範囲と、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲の両方に配向される。
【００４１】
より好ましくは、回転軸１６０は、流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向性を有するため、撹拌子１３２の回転軸１６０は、吐出チップ１１８の平面１４２、すなわち、平面範囲に対して実質的に平行であり、且つベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直な配向性を有する。また、本実施形態において、撹拌子１３２の回転軸１６０は、回転軸１６０の周りの全ての配向においてベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直であり、且つ流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向性を有する。
【００４２】
図６〜図９、図１１および図１２を参照すると、撹拌子１３２の配向は、上述したように、ガイド部１３４により達成され、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６（図８および図９を参照）の可変容積内のチャンバ１４８内に設置され、より具体的には、チャンバ１４８の内周壁１５０によって定義される境界内に設置される。ガイド部１３４は、所定の配向でチャンバ１４８の内部空間の所定の部分に撹拌子１３２を閉じ込め、同時に、流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かって撹拌子１３２から回転流体流動を分裂させて向け直すよう構成される。返流側において、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６のバルク領域にある流路１５６のチャネル出口１５６−２から受け取った旋回流を再結合するのに役立つ。
【００４３】
例えば、ガイド部１３４は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲内で撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。より好ましくは、ガイド部１３４は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行な撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成される。本実施形態において、ガイド部１３４は、撹拌子１３２の回転軸１６０の配向が吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行に、且つ回転軸１６０を回る全ての配向においてベース壁１３８の平面１４６に対して実質的に垂直になるように配置および維持するよう構成される。
【００４４】
ガイド部１３４は、環状部材１６６と、複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２と、オフセット部材１７０、１７２と、籠構造１７４とを含む。複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２は、オフセット部材１７０、１７２から環状部材１６６の反対側に配置され、且つダイヤフラム１３０によって係合されるよう配置されるため、オフセット部材１７０、１７２をベース壁１３８と接触した状態に保つ。オフセット部材１７０、１７２は、流体リザーバ１３６内にガイド部１３４の軸位置（撹拌子１３２の回転軸１６０に対する）を維持する。オフセット部材１７２は、本体１２２を係合する保持特徴部１７２−１を含み、流体リザーバ１３６内のガイド部１３４の横方向へのずれを防ぐ。
【００４５】
図６および図７を再度参照すると、ガイド部１３４の環状部材１６６は、第１環状面１６６−１と、第２環状面１６６−２と、環状閉じ込め面１６６−４を定義する開口１６６−３とを含む。環状部材１６６の開口１６６−３は、中心軸１７６を有する。環状閉じ込め面１６６−４は、中心軸１７６に対して撹拌子１３２の半径方向運動を制限するよう構成される。第２環状面１６６−２は、第１環状面１６６−１の反対側にあり、第１環状面１６６−１は、環状閉じ込め面１６６−４によって第２環状面１６６−２から分離される。また、図９を参照すると、環状部材１６６の第１環状面１６６−１は、流体入口１５２および流体出口１５４の上とこれらの間において、連続シーリング（continuous ceiling）としても機能する。複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１に結合される。複数のオフセット部材１７０、１７２は、中心軸１７６に対して第１軸方向に向かって環状部材１６６から延伸するよう配置される。複数のオフセット部材１７０、１７２のそれぞれは、チャンバ１４８のベース壁１３８を係合するよう構成された自由端を有し、ベース壁１３８から環状部材１６６のアキシャルオフセット（axial offset）を確立する。オフセット部材１７２は、また、流路１５６の流量バイパスを防ぐ目的で配置および構成される。
【００４６】
複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、複数のオフセット部材１７０、１７２は、環状部材１６６の第２環状面１６６−２に結合される。複数のオフセット部材１７０、１７２は、中心軸１７６に対して第１軸方向とは反対の第２軸方向に向かって環状部材１６６から延伸するよう配置される。
【００４７】
そのため、組み立てた時、複数の位置決め特徴１６８−１、１６８−２のそれぞれは、ダイヤフラム１３０の周辺部を係合する自由端を有し、複数のオフセット部材１７０、１７２のそれぞれは、ベース壁１３８を係合する自由端を有する。
【００４８】
ガイド部１３４の籠構造１７４は、複数のオフセット部材１７０、１７２の反対側にある環状部材１６６に結合され、さらに具体的に説明すると、籠構造１７４は、環状部材１６６の第２環状面１６６−２に結合された複数のオフセット脚部１７８を有する。籠構造１７４は、第１軸方向とは反対の第２軸方向に向かって環状部材１６６から複数のオフセット脚部１７８（３つを図示する）により軸方向に配置された軸拘束部１８０を有する。図１２に示すように、軸拘束部１８０は、環状部材１６６内の開口１６６−３の少なくとも一部の上に配置され、第２軸方向における中心軸１７６に対する撹拌子１３２の軸方向運動を制限する。
【００４９】
このように、本実施形態において、撹拌子１３２は、環状部材１６６の開口１６６−３および環状閉じ込め面１６６−４によって定義される領域内に、且つ籠構造１７４の軸拘束部１８０とチャンバ１４８のベース壁１３８の間に、遊動自在（free-floating）に閉じ込められる。撹拌子１３２が遊動自在な範囲は、径方向の環状閉じ込め面１６６−４と撹拌子１３２の間に提供される半径方向公差（radial tolerance）、およびベース壁１３８と軸拘束部１８０の組み合わせにより提供される撹拌子１３２と軸方向リミット（axial limit）の間の軸方向交差（axial tolerance）により決定される。例えば、ガイド部１３４により提供される半径方向および軸方向の交差が厳しいほど、ベース壁１３８に対する垂線からの撹拌子１３２の回転軸１６０の変動が少なく、且つ流体リザーバ１３６内の撹拌子１３２の左右の動きが少ない。
【００５０】
本実施形態において、ガイド部１３４は、筐体１１２に着脱可能に取り付けられた一体インサート部材（unitary insert member）として構成される。ガイド部１３４は、第１保持特徴部１７２−１を含み、筐体１１２の本体１２２は、第２保持特徴部１８２を含む。第１保持特徴部１７２−１は、第２保持特徴部１８２と係合され、筐体１１２と固定の関係でガイド部１３４を筐体１１２の本体１２２に取り付ける。第１保持特徴部１７２−１／第２保持特徴部１８２はそれぞれ、例えば、タブ／スロット配置、あるいは、スロット／タブ配置の形式であってもよい。
【００５１】
図７および図１５を参照すると、ガイド部１３４は、さらに、流動制御部１８４を含んでもよく、本実施形態では、オフセット１７２としても使用される。図１５を参照すると、流動制御部１８４は、分流特徴部１８４−１と、再結合流特徴部１８４−２と、凹型円弧状表面１８４−３とを含む。凹型円弧状表面１８４−３は、分流特徴部１８４−１および再結合流特徴部１８４−２のそれぞれと同一の範囲を持ち、且つこれらの間に延伸する。分流特徴部１８４−１および再結合流特徴部１８４−２のそれぞれは、角のある、すなわち、傾斜した壁によって定義される。分流特徴部１８４−１は、流体入口１５２に隣接して配置され、再結合流特徴部１８４−２は、流体出口１５４に隣接して配置される。
【００５２】
チャンバ１４８の流体入口１５２に隣接して配置された分流特徴部１８４−１の傾斜壁は、チャンバ１４８の流体入口１５２の傾斜入口ランプ１５２−１と協働して、流路１５６のチャネル入口１５６−１に向かって流体を案内する。分流特徴部１８４−１は、流体の直接バイパスをチャネル出口１５６−２から出る流出口に入れる代わりに、旋回流をチャネル入口１５６−１に向かって導くよう構成される。また、図９および図１４を参照すると、反対側に配置された傾斜入口ランプ１５２−１は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１により提供される流体シーリグ（fluid ceiling）である。分流特徴部１８４−１は、環状部材１６６の連続シーリングおよびチャンバ１４８の流体入口１５２の傾斜入口ランプ１５２−１によって提供される傾斜ランプ壁と結合して、流体流動を流路１５６のチャネル入口１５６−１に導くのに役立つ。
【００５３】
同様に、図９、図１４、および図１５を参照すると、チャンバ１４８の流体出口１５４に隣接して配置された結合流特徴部１８４−２の傾斜壁は、流体出口１５４の傾斜出口ランプ１５４−２と協働して、流路１５６チャネル出口１５６−２から流体を遠ざけるよう案内する。反対側に配置された傾斜出口ランプ１５４−１は、環状部材１６６の第１環状面１６６−１により提供される流体シーリグである。
【００５４】
本実施形態において、流動制御部１８４は、ガイド部１３４のオフセット部材１７２として形成された一体構造である。あるいは、流動制御部１８４の全てまたは一部を筐体１１２の本体１２２のチャンバ１４８の内周壁１５０に合体させてもよい。
【００５５】
本実施形態において、図１５および図１６に最も良く示すように、撹拌子１３２が回転軸１６０の周りを回転した時、撹拌子１３２は、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４が流動制御部１８４の凹型円弧状表面１８４−３に周期的に面するように向けられる。撹拌子１３２は、回転軸１６０から各パドルの自由端頂点１３２−５に向かう撹拌子半径を有する。撹拌子半径対自由端頂点１３２−５と流動制御部１８４の間の空間距離の比率は、５：２〜５：０．０２５であってもよい。さらに具体的に説明すると、ガイド部１３４は、チャンバ１４８の内部空間の所定の部分に撹拌子１３２を閉じ込めるよう構成される。本例において、各自由端頂点１３２−５が凹型円弧状表面１８４−３に面している時、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４の各自由端頂点１３２−５と流動制御部１８４の凹型円弧状表面１８４−３の間の距離は、２．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内であり、より好ましくは、１．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内である。また、撹拌子１３２を吐出チップ１１８のできるだけ近くに配置して、流路１５６を流れる流動を最大限度にするのが好ましいこともわかっている。
【００５６】
また、ガイド部１３４は、流体リザーバ１３６の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、撹拌子１３２の複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれの自由端頂点１３２−５は、吐出チップ１１８に比較的近い近位連続１／３容積部１３６−１に回転して進入し、退出する。言い換えると、ガイド部１３４は、内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、複数のパドル１３２−１、１３２−２、１３２−３、１３２−４のそれぞれの自由端頂点１３２−５は、流体入口１５２および流体出口１５４を含むチャンバ１４８の内部空間の近位連続１／３容積部１３６−１に回転して進入し、退出する。
【００５７】
さらに具体的に説明すると、本実施形態において、撹拌子１３２は、４つのパドルを有し、ガイド部１３４は、内部空間の一部に撹拌子１３２の回転軸１６０を配置するよう構成されるため、２対の正反対向きのパドル１３２−１、１３２−３および１３２−２、１３２−４のそれぞれの第１および第２自由端頂点１３２−５は、流体入口１５２および流体出口１５４を含むチャンバ１４８の内部空間の近位連続１／３容積部１３６−１内に、および吐出チップ１１８から最も遠い内部空間の遠位連続１／３容積部１３６−３を有する連続２／３容積部１３６−４内に、交互にそれぞれ配置される。
【００５８】
図１７〜図２７は、本発明の別の実施形態を示したものであり、本例では、微小流体分注装置２１０の形態で示したものである。微小流体分注装置１１０と微小流体分注装置２１０の両方に共通の素子は、同じ素子番号を使用して示し、簡潔にするため、詳細については説明を省略する。
【００５９】
微小流体分注装置２１０は、通常、筐体２１２と、ＴＡＢ回路１１４とを含み、微小流体分注装置２１０は、微粒子搬送流体等の流体の供給を含むよう構成され、ＴＡＢ回路１１４は、筐体２１２から流体の吐出を容易にするよう構成される。
【００６０】
図１７〜図１９に最も良く示すように、筐体２１２は、本体２１４と、蓋２１６と、エンドキャップ２１８と、注入栓２２０（例えば、ボール）とを含む。筐体２１２内には、ダイヤフラム２２２、撹拌子２２４、およびガイド部２２６が収容される。筐体２１２の構成部品、撹拌子２２４、およびガイド部２２６のそれぞれは、成形工程を使用して、プラスチックで作られる。ダイヤフラム２２２は、成形工程を使用して、ゴムで作られる。また、本実施形態において、注入栓２２０は、ステンレス鋼ボールベアリングの形状であってもよい。
【００６１】
図１８を参照すると、一般的に、流体（図示せず）は、本体２１４内の充填孔２１４−１（図６を参照）を介して密封領域、すなわち、本体２１４とダイヤフラム２２２の間の流体リザーバ２２８に運ばれる。流体リザーバ２２８内の背圧を設定した後、注入栓２２０を充填孔２１４−１に挿入する、例えば、押圧することによって背圧を維持し、空気が流体リザーバ２２８に浸み込む、あるいは流体リザーバ２２８から漏れ出るのを防ぐ。その後、エンドキャップ２１８を吐出チップ１１８の反対側にある本体２１４／蓋２１６の結合部分の端部に配置する。撹拌子２２４は、流体を含む本体２１４とダイヤフラム２２２の間の密封された流体リザーバ２２８内に存在する。撹拌子２２４を回転させて流体リザーバ２２８内で内部流体流動を生成することによって、流体リザーバ２２８の密封領域内に流体混合および微粒子の再配分を提供することができる。
【００６２】
また、図２０および図２１を参照すると、筐体２１２の本体２１４は、ベース壁２３０、およびベース壁２３０と隣接する外周壁２３２を有する。外周壁２３２は、ベース壁２３０からベース壁２３０に対して実質的に直交する方向に向かって延伸するよう配向される。図１９を参照すると、蓋２１６は、外周壁２３２を係合するよう構成される。そのため、外周壁２３２は、ベース壁２３０と蓋２１６の間に挟まれ、蓋２１６は、溶接、接着、またはスナップフィットやネジユニオン等の他の締結機構により、外周壁２３２の開放自由端に取り付けられる。
【００６３】
また、図１８、図２２、および図２３を参照すると、本体２１４の外周壁２３２は、外周壁２３２の連続部分である内壁２３２−１を含む。外壁２３２−１は、チップ取り付け面２３２−２、および外壁２３２−１の厚さを通過するチップ取り付け面２３２−２に隣接する流体開口２３２−３を有する。
【００６４】
また、図２０を再度参照すると、チップ取り付け面２３２−２は、平面２３４を定義する。吐出チップ１１８は、チップ取り付け面２３２−２に取り付けられ、外壁２３２−１の流体開口２３２−３と流体連通している。吐出チップ１１８下方に分配された接着剤および導線を保護する封止剤が硬化される間、粘着シールストリップ１４４は、吐出チップ１１８およびＴＡＢ回路１１４を定位置に保持する。硬化サイクルの後、吐出チップ１１８とチップ取り付け面２３２−２の間の液体シールは、ダイボンド（die bond）接着剤である。
【００６５】
吐出チップ１１８の平面範囲は、平面２３４に沿って配向され、複数の吐出ノズル１２０（図１を参照）は、流体吐出方向１２０−１が平面２３４に対して実質的に直交するよう配向される。ベース壁２３０は、外壁２３２−１の平面２３４に対して実質的に直交し、且つ流体吐出方向１２０−１に対して実質的に平行な平面２３６に沿って配向される。
【００６６】
図２０に最も良く示すように、筐体２１２の本体２１４は、外周壁２３２によって定義される境界内に設置されたチャンバ２３８を含む。チャンバ２３８は、流体リザーバ２２８の一部を形成し、内部空間を定義するよう構成され、具体的には、ベース壁２３０を含み、丸い角を有するよう構成された内周壁２４０を有するため、チャンバ１２８内の流体流動を促進する。図１９を参照すると、チャンバ２３８の内周壁２４０は、近位端２４０−１および遠心端２４０−２により区切られた範囲を有する。近位端２４０−１は、ベース壁２３０と隣接し、好ましくは、ベース壁２３０と推移径を形成する。遠心端２４０−２は、チャンバ２３８の側面開口２３８−１において周縁端面２４０−３を定義するよう構成される。周縁端面２４０−３は、複数の周縁リブまたはうねりを含み、ダイヤフラム２２２と係合するための有効な密封面を提供してもよい。チャンバ２３８の内周壁２４０の範囲は、ベース壁２３０に対して実質的に直交し、且つ外周壁２３２の対応する範囲に対して実質的に平行である。
【００６７】
図１９に最も良く示すように、チャンバ２３８は、流体吸入口２４２および流体排出口２４４を有し、それぞれ内周壁２４０の一部の中に形成される。流体吸入口２４２は、内周壁２４０の一部に沿って流体排出口２４４から少し離れる。「入口」および「出口」という用語は、本実施形態の複数のポート間の区別に使用する場合に便利な用語であり、撹拌子２２４の特定の回転方向２５０−１と相互に関係がある。しかしながら、理解すべきこととして、特定のポートが吸入口として機能するか、排出口として機能するかを決定するのは、撹拌子２２４の回転方向であり、撹拌子２２４の回転方向を反転し、それゆえにチャンバ２３８内の各ポートの役割が逆になることは、本発明の範囲内である。
【００６８】
図２３に最も良く示すように、筐体２１２の本体２１４は、チャンバ２３８の内周壁２４０の一部と吐出チップ１１８を運ぶ外周壁２３２の外壁２３２−１の間に挟まれた流路２４６を含む。流路２４６は、流体開口２３２−３、および同様に、吐出チップ１１８の領域に沈殿する微粒子を最小化するよう構成される。
【００６９】
本実施形態において、流路２４６は、チャネル入口２４６−１およびチャネル出口２４６−２を有するＵ字型に延長した通路として構成される。流路２４６の大きさ、例えば、高さと幅、および形状は、流体流動と流量速度の所望の組み合わせを提供して、チャネル内撹拌を容易にするために選択される。
【００７０】
流路２４６は、チャンバ２３８の流体出口２４４と流体連通しているチャンバ２３８の流体入口２４２を接続し、また、チャンバ２３８の流体入口２４２と流体出口２４４の両方と流体連通している外周壁２３２の外壁２３２−１の流体開口２３２−３も接続するよう構成される。具体的に説明すると、流路２４６のチャネル入口２４６−１は、チャンバ２３８の流体入口２４２に隣接して設置され、流路２４６のチャネル出口２４６−２は、チャンバ２３８の流体出口２４４に隣接して設置される。本実施形態において、チャンバ２３８の流体入口２４２および流体出口２４４の構造は、対称である。
【００７１】
流路２４６は、チャネル入口２４６−１とチャネル出口２４６−２の間に配置された凸状弓形壁２４６−３を有し、流路２４６は、チャネル中心点２４８に対して対称である。同様に、流路２４６の凸状弓形壁２４６−３は、チャンバ２３８の内部空間から内周壁２４０の反対側にあるチャンバ２３８の流体吸入口２４２と流体排出口２４４の間に配置され、凸状弓形壁２４６−３は、外壁２３２−１の流体開口２３２−３および流体吐出チップ１１８に面するよう配置される。
【００７２】
凸状弓形壁２４６−３は、吐出チップ１１８に対して実質的に平行な流体流動を生成するよう構成される。本実施形態において、凸状弓形壁２４６−３の縦方向範囲は、流体開口２３２−３に面し、且つ吐出チップ１１８に対して実質的に平行な半径を有し、且つチャネル入口２４６−１およびチャネル出口２４６−２の平面にそれぞれ隣接して設置された推移径２４６−４、２４６−５を有する。凸状弓形壁２４６−３の半径および推移径は、流体流動効率に役に立つ。凸状弓形壁２４６−３と流体吐出チップ１１８の間の距離は、チャネル中心点２４８において最も狭く、流体吐出チップ１１８の縦方向範囲の中心点と一致し、同様に、外壁２３２−１の流体開口２３２−３の縦方向範囲の中心点と一致する。
【００７３】
また、図１９を再度参照すると、チャンバ２３８の流体吸入口２４２および流体排出口２４４のそれぞれは、流体吸入口２４２および流体排出口２４４のそれぞれが流路２４６に向かう各方向に集まるよう構成された傾斜ランプ構造を有する。具体的に説明すると、チャンバ２３８の流体吸入口２４２は、流体吸入口２４２が流路２４６のチャネル入口２４６−１に向かう方向に集まる、すなわち細くなる傾斜入口ランプ２４２−１を有し、チャンバ２３８の流体排出口２４４は、流路２４６のチャネル出口２４６−２から離れる方向に広がる、すなわち広くなる傾斜出口ランプ２４４−１を有する。
【００７４】
図１８を再度参照すると、ダイヤフラム２２２は、蓋２１６とチャンバ２３８の内周壁２４０の周縁端面２４０−３の間に配置される。蓋２１６を本体２１４に取り付けてダイヤフラム２２２の周辺を圧縮することにより、ダイヤフラム２２２と本体１２２の間に連続シールを形成する。さらに具体的に説明すると、ダイヤフラム２２２は、流体リザーバ２２８を形成する時に、チャンバ２３８の内周壁２４０の周縁端面２４０−３とシール係合するよう構成される。そのため、チャンバ２３８とダイヤフラム２２２を組み合わせて、可変容量を有する流体リザーバ２２８を定義する。
【００７５】
特に、図１８および図１９を参照すると、ダイヤフラム２２２の外表面は、蓋２１６の中に設置された通気口２１６−１を介して大気に通気されるため、制御された負圧を流体リザーバ２２８内で維持することができる。ダイヤフラム２２２は、ゴムで作られ、微小流体分注装置２１０から流体を使い果たした時にベース壁２３０に向かってしぼむよう構成されたドーム部２２２−１を含み、チャンバ２３８内で所望の負圧を維持するため、流体リザーバ２２８の可変容量の有効体積を変化させる。
【００７６】
図１８を参照すると、さらなる説明の目的で、以下、流体リザーバ２２８の可変容量（ここでは、バルク領域とも称す）は、近位連続１／３容積部２２８−１、中心連続１／３容積部２２８−２、および遠位連続１／３容積部２２８−３を有するとみなされ、中心連続１／３容積部２２８−２は、近位連続１／３容積部２２８−１を遠位連続１／３容積部２２８−３から分離する。近位連続１／３容積部２２８−１は、中心連続１／３容積部２２８−２および遠位連続１／３容積部２２８−３のいずれか１つよりも吐出チップ１１８の近くに設置される。
【００７７】
図１８および図１９を参照すると、撹拌子２２４は、流体リザーバ２２８の可変容積およびチャンバ２３８の中に存在し、チャンバ２３８の内周壁２４０によって定義される境界内に設置される。また、図２４〜図２７を参照すると、撹拌子２２４は、回転軸２５０、および回転軸２５０から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８を有する。撹拌子２２４は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子２２４を駆動して回転軸２５０の周りを回転させるよう構成された磁石２６２（図１８、図２３、および図２７を参照）、例えば、永久磁石を有する。本実施形態において、撹拌子２２４は、回転軸２５０の周りを９０度単位で均等に間隔をあけた２対の正反対向きのパドルを有する。しかしながら、撹拌子２２４のパドルの実際の数は、２つ、またはそれ以上であり、好ましくは、３つまたは４つであり、さらに好ましくは、４つであり、各隣接する対のパドルは、回転軸２５０の周りに同じ角度間隔を有する。例えば、３つのパドルを有する撹拌子２２４の形状は、１２０度のパドル間隔を有し、４つのパドルを有するものは、９０度のパドル間隔を有する。
【００７８】
本実施形態において、図２４〜図２７に示すように、撹拌子２２４は、所望の特性（穏やか、短い、低軸抗力、優れた回転速度移動、および微粒子沈殿物で撹拌子２２４により混合を開始することができる）を提供することのできる面取り面を有する階段状の、すなわち、二層構造の交差パターンに構成される。具体的には、図２６を参照すると、撹拌子２２４の複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれは、第１階層部２６４および第２階層部２６６を有する軸方向範囲（axial extent）２６２を有する。また、図２５を参照すると、第１階層部２６４は、第１遠位端頂点２７０で終わる第１径方向範囲（radial extent）２６８を有する。第２階層部２６６は、第２遠位端頂点２７４で終わる第２径方向範囲２７２を有する。第１径方向範囲２６８は、第２径方向範囲２７２よりも大きいため、第１階層部２６４の第１遠位端頂点２７０の第１回転速度は、第２階層部２６６の第２遠位端頂点２７４の第２回転速度よりも速い。
【００７９】
また、本実施形態において、第１径方向範囲２６８は、前の実施形態のように籠状格納構造（cage containment structure）により制限されないため、第１遠位端頂点２７０は、チャンバ２３８の内周壁２４０の周辺部の近く、具体的には、中心連続１／３容積部２２８−２および遠位連続１／３容積部２２８−３の中に配置されてもよい。第１遠位端頂点２７０とチャンバ２３８の内周壁２４０の間の隙間を減らすことによって、混合効力が向上する。撹拌子２２４は、回転軸２５０から各パドルの第１階層部２６４の第１遠位端頂点２７０に向かう撹拌子半径（第１径方向範囲２６８）を有する。撹拌子半径対第１遠位端頂点２７０と内周壁２４０に最も接近する所の間の空間距離の比率は、５：２〜５：０．０２５であってもよい。本例において、最も接近する所の各隙間は、２．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内であってもよく、より好ましくは、１．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内である。
【００８０】
第１階層部２６４は、第１遠位端頂点２７０を含む第１頂点部２７０−１を有する。第１頂点部２７０−１は、回転軸２５０から第１遠位端頂点２７０の方向に向かって細くなってもよい。第１階層部２６４の第１頂点部２７０−１は、対称の上表面と下表面を有し、それぞれ傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する。第１頂点部２７０−１の傾斜先頭面および傾斜後端面は、第１遠位端頂点２７０に集まるよう構成される。
【００８１】
また、本実施形態において、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれの第１階層部２６４は、まとめて凸面２７６を形成する。図１８に示すように、凸面２７６は、チャンバ２３８のベース壁２３０と接触するよう配置された抗力減少半径（drug-reducing radius）を有する。抗力減少半径は、例えば、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれの第１階層部２６４の第１径方向範囲２６８よりも少なくとも３倍大きくてもよい。
【００８２】
図２６を再度参照すると、第２階層部２６６は、第２遠位端頂点２７４を含む第２頂点部２７４−１を有する。第２遠位端頂点２７４は、放射状の鈍端面（radial blunt end surface）を有してもよい。複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれの第２階層部２６６は、傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する上表面を有する。
【００８３】
図１９〜図２７を参照すると、撹拌子２２４の回転軸２５０は、流体吐出方向１２０−１に対して、±４５度、垂直の角度範囲内に配向される。言い換えれば、撹拌子２２４の回転軸２５０は、吐出チップ１１８の平面範囲（例えば、平面２３４）に対して、±４５度、平行の角度範囲内に配向される。また、撹拌子２２４の回転軸２５０は、ベース壁２３０の平面範囲に対して、±４５度、垂直の角度範囲内に配向される。組み合わせると、撹拌子２２４の回転軸２５０は、流体吐出方向１２０−１および／またはベース壁２３０の平面範囲に対して、±４５度、垂直の角度範囲と、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲の両方に配向される。
【００８４】
より好ましくは、回転軸２５０は、流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向、吐出チップ１１８の平面２３４、すなわち、平面範囲に対して実質的に平行な配向、およびベース壁２３０の平面２３６に対して実質的に垂直な配向を有する。本実施形態において、撹拌子２２４の回転軸２５０は、回転軸２５０を回る全ての配向においてベース壁２３０の平面２３６に対して実質的に垂直な、および／または回転軸２５０を回る全ての配向において流体吐出方向１２０−１に対して実質的に垂直な配向性を有する。
【００８５】
撹拌子２２４の配向は、上述したように、ガイド部２２６により達成され、ガイド部２２６は、流体リザーバ２２８の可変容積内のチャンバ２３８内に設置されてもよく、より具体的には、チャンバ２３８の内周壁２４０によって定義される境界内に設置される。ガイド部２２６は、上述したように、所定の配向のうちの１つでチャンバ２３８の内部空間の所定の部分に撹拌子２２４を閉じ込め、配置するよう構成される。
【００８６】
図１８〜図２１を参照すると、例えば、ガイド部２２６は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して、±４５度、平行の角度範囲内で撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成される。より好ましくは、ガイド部２２６は、吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行な撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成される。本実施形態において、ガイド部２２６は、撹拌子２２４の回転軸２５０の配向が回転軸２５０を回る全ての配向においてベース壁２３０の平面２３６に対して実質的に垂直に、且つ回転軸２５０を回る全ての配向において吐出チップ１１８の平面範囲に対して実質的に平行に配置および維持するよう構成される。
【００８７】
図１９〜図２１、および図２３を参照すると、ガイド部２２６は、環状部材２７８と、環状部材２７８に結合された複数の取り付けアーム２８０−１、２８０−２、２８０−３、２８０−４とを含む。環状部材２７８は、環状閉じ込め面２７８−２を定義する開口２７８−１を含む。開口２７８−１は、中心軸２８２を有する。撹拌子２２４の第２階層部２６６は、環状部材２７８の開口２７８−１内で受け取られる。環状閉じ込め面２７８−２は、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８の第２階層部２６６の径方向範囲と接触し、中心軸２８２に対して撹拌子２２４の半径方向運動を制限するよう構成される。図１８〜図２０、および図２３を参照すると、環状部材２７８は、チャンバ２３８のベース壁２３０から軸方向にオフセットされるよう配置された軸拘束面２７８−３を有し、撹拌子２２４の第１階層部２６４と軸方向係合する。
【００８８】
図２０および図２１を参照すると、複数の取り付けアーム２８０−１、２８０−２、２８０−３、２８０−４は、筐体２１２を係合して、チャンバ２３８のベース壁２３０から分離されたチャンバ２３８の内部空間に環状部材２７８をぶら下げるよう構成され、軸拘束面２７８−３は、チャンバ２３８のベース壁２３０に面し、そこから軸方向にオフセットされるよう配置される。取り付けアーム２８０−１、２８０−２、２８０−３、２８０−４のそれぞれの遠位端は、ダイヤフラム２２２の周辺部を係合するための自由端を有する各位置決め特徴２８０−５、２８０−６、２８０−７、２８０−８を含む。
【００８９】
本実施形態において、ベース壁２３０は、第１軸方向において中心軸２８２に対して撹拌子２２４の軸方向運動を制限し、環状部材２７８の軸拘束面２７８−３は、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８の第１階層部２６４の少なくとも一部を軸方向に係合するよう設置され、第１軸方向とは反対の第２軸方向において中心軸２８２に対して撹拌子２２４の軸方向運動を制限する。
【００９０】
このように、本実施形態において、撹拌子２２４は、環状部材２７８の開口２７８−１および環状閉じ込め面２７８−２によって定義される領域内に、且つ環状部材２７８の軸拘束面２７８−１とチャンバ２７８のベース壁２３０の間に、遊動自在に閉じ込められる。撹拌子２２４が遊動自在な範囲は、径方向において環状閉じ込め面２７８−２と撹拌子２２４の間に提供される半径方向公差、およびベース壁２３０と環状部材２７８の軸拘束面２３８−３の組み合わせにより提供される撹拌子２２４と軸方向リミットの間の軸方向交差により決定される。例えば、ガイド部２２６により提供される半径方向および軸方向の交差が厳しいほど、ベース壁２３０に対する垂線からの撹拌子２２４の回転軸２５０の変動が少なく、且つ流体リザーバ２２８内の撹拌子２２４の左右の動きが少ない。
【００９１】
本実施形態において、ガイド部２２６は、筐体２１２に着脱可能に取り付けられた一体インサート部材として構成される。図２３を参照すると、ガイド部２２６は、第１保持特徴部２８４を含み、筐体２１２の本体２１４は、第２保持特徴部２１４−２を含む。第１保持特徴部２８４は、第２保持特徴部２１４−２と係合され、筐体２１２と固定の関係でガイド部２２６を筐体２１２の本体２１４に取り付ける。第１保持特徴部２８４／第２保持特徴部２１４−２はそれぞれ、例えば、タブ／スロット配置、あるいは、スロット／タブ配置の形式であってもよい。
【００９２】
図１９に関して、図２３に最も良く示すように、ガイド部２２６は、さらに、分流特徴部２８６−１、再結合流特徴部２８６−２、および凹型円弧状表面２８６−３を有する流動制御部２８６を含んでもよい。流動制御部２８６は、流体入口２４２および流体出口２４４の領域内に軸拘束面２７８−３とベース壁２３０の間の軸方向空間を提供する。凹型円弧状表面２８６−３は、分流特徴部２８６−１および再結合流特徴部２８６−２のそれぞれと同一の範囲を持ち、且つこれらの間に延伸する。分流特徴部２８６−１は、流体入口２４２に隣接して配置され、再結合流特徴部２８６−２は、流体出口２４４に隣接して配置される。分流特徴部２８６−１は、チャンバ２３８の流体入口２４２の傾斜入口ランプ２４２−１（図１９を参照）と共同する傾斜壁を有し、流路２４６のチャネル入口２４６−１に向かって流体を案内する。同様に、再結合流特徴部２８６−２は、流体出口２４４の傾斜出口ランプ２４４−１（図１９を参照）と共同する傾斜壁を有し、流路２４６のチャネル出口２４６−２から離れるよう流体を案内する。
【００９３】
流体制御部２８６の全て、または一部を筐体２１２の本体２１４のチャンバ２３８の内周壁２４０に合体させることも考慮される。
【００９４】
本実施形態において、図２３に最も良く示すように、撹拌子２２４が回転軸２５０の周りを回転した時、撹拌子２２４は、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８が流動制御部２８６の凹型円弧状表面２８６−３に周期的に面するように配向される。撹拌子半径対各パドルの第１階層部２６４の第１遠位端頂点２７０と流動制御部２８６の間の空間距離の比率は、５：２〜５：０．０２５であってもよい。さらに具体的に説明すると、ガイド部２２６は、チャンバ２３８の内部空間の所定の部分に撹拌子２２４を閉じ込めるよう構成される。本例において、第１遠位端頂点２７０と流動制御部２８６の凹型円弧状表面２８６−３の間の距離は、２．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内であり、より好ましくは、１．０ミリメートル〜０．１ミリメートルの範囲内である。
【００９５】
また、図１８を参照すると、ガイド部２２６は、流体リザーバ２２８の一部に撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成されるため、撹拌子２２４の複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれの第１遠位端頂点２７０は、吐出チップ１１８に比較的近い流体リザーバ２２８の近位連続１／３容積部２２８−１に回転して進入し、退出する。言い換えると、ガイド部２２６は、内部空間の一部に撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成されるため、複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８のそれぞれの第１遠位端頂点２７０は、流体入口２４２および流体出口２４４を含むチャンバ２３８の内部空間の近位連続１／３容積部２２８−１に回転して進入し、退出する。
【００９６】
さらに具体的に説明すると、本実施形態において、撹拌子２２４は、４つのパドルを有し、ガイド部２２６は、チャンバ２３８の内部空間の一部に撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成されるため、２対の正反対向きのパドルのそれぞれの第１遠位端頂点２７０は、流体入口２４２および流体出口２４４を含むチャンバ２３８の内部空間の近位連続１／３容積部２２８−１に、および吐出チップ１１８から最も遠い内部空間の遠位連続１／３容積部２２８−３に、交互にそれぞれ配置される。さらに具体的に説明すると、本実施形態において、撹拌子２２４は、２組の正反対向きのパドルを有し、ガイド部２２６は、チャンバ２３８の内部空間の一部に撹拌子２２４の回転軸２５０を配置するよう構成されるため、２対の正反対向きのパドル、例えば、２５２、２５６、または２５４、２５８（図２３に示す）のそれぞれの第１遠位端頂点２７０は、撹拌子２２４が回転した時、近位連続１／３容積部２２８−１および遠位連続１／３容積部２２８−３に交互にそれぞれ配置される。
【００９７】
図２８〜図３１は、撹拌子３００の構成を示したものであり、ガイド部２２６と使用する図１７〜図２７の実施形態に関して上述した微小流体分注装置２１０の撹拌子２２４と置き換えられる。
【００９８】
撹拌子３００は、回転軸３５０、および回転軸３５０から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル３５２、３５４、３５６、３５８を有する。撹拌子３００は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子３００を駆動して回転軸３５０の周りを回転させるよう構成された磁石３６０（図３１を参照）、例えば、永久磁石を有する。本実施形態において、撹拌子３００は、回転軸３５０の周りを９０度単位で均等に間隔をあけた２対の正反対向きのパドルを有する。
【００９９】
本実施形態において、示すように、撹拌子３００は、面取り面を有する階段状の、すなわち、二層構造の交差パターンに構成される。具体的に説明すると、撹拌子３００の複数のパドル３５２、３５４、３５６、３５８は、第１階層部３６４および第２階層部３６６を有する軸方向範囲３６２を有する。第１階層部３６４は、第１遠位端頂点３７０で終わる第１径方向範囲３６８を有する。第２階層部３６６は、第２遠位端頂点３７４で終わる第２径方向範囲３７２を有する。第１径方向範囲３６８は、第２径方向範囲３７２よりも大きいため、撹拌子３００の第１階層部３６４の第１遠位端頂点３７０の第１回転速度は、撹拌子３００の第２階層部３６６の第２遠位端頂点３７４の第２回転速度よりも速い。
【０１００】
第１階層部３６４は、第１遠位端頂点３７０を含む第１頂点部３７０−１を有する。第１頂点部３７０−１は、回転軸３５０から第１遠位端頂点３７０の方向に向かって細くなってもよい。第１階層部３６４の第１頂点部３７０−１は、対称の上表面と下表面を有し、それぞれ傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する。第１頂点部３７０−１の傾斜先頭面および傾斜後端面は、第１遠位端頂点３７０に集まるよう構成される。また、本実施形態において、複数のパドル３５２、３５４、３５６、３５８のそれぞれの第１階層部３６４は、まとめてベース壁２３０を係合する平面３７６を形成する。
【０１０１】
第２階層部３６６は、第２遠位端頂点３７４を含む第２頂点部３７４−１を有する。第２遠位端頂点３７４は、放射状の鈍端面を有してもよい。第２階層部３６６は、正反対の２対の上表面を有し、それぞれ、傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する。しかしながら、本実施形態において、正反対の２対は、異なる構成を有し、正反対の対のパドル３５２、３５６の上傾斜先頭面および上傾斜後端面の面積は、正反対の対のパドル３５４、３５８の上傾斜先頭面および上傾斜後端面の面積よりも大きい。そのため、隣接して角度をなして離間した対の複数のパドル３５２、３５４、３５６、３５８は、それぞれ流体リザーバ２２８内の流体のより少なくより積極的な撹拌を交互に提供する。
【０１０２】
図３２〜図３５は、撹拌子４００の構成を示したものであり、ガイド部２２６と使用する図１７〜図２７の実施形態に関して説明した微小流体分注装置２１０の撹拌子２２４と置き換えられる。
【０１０３】
撹拌子４００は、回転軸４５０、および回転軸４５０から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル４５２、４５４、４５６、４５８を有する。撹拌子４００は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子４００を駆動して回転軸４５０の周りを回転させるよう構成された磁石４６０（図３２および図３５を参照）、例えば、永久磁石を有する。本実施形態において、撹拌子４００は、回転軸４５０の周りを９０度単位で均等に間隔をあけた２対の正反対向きのパドルを有する。
【０１０４】
本実施形態において、示すように、撹拌子４００は、階段状の、すなわち、二層構造の交差パターンに構成される。具体的に説明すると、撹拌子４００の複数のパドル４５２、４５４、４５６、４５８は、第１階層部４６４および第２階層部４６６を有する軸方向範囲４６２を有する。第１階層部４６４は、第１遠位端頂点４７０で終わる第１径方向範囲４６８を有する。第２階層部４６６は、第２遠位端頂点４７４で終わる第２径方向範囲４７２を有する。第１径方向範囲４６８は、第２径方向範囲４７２よりも大きいため、撹拌子４００の第１階層部４６４の第１遠位端頂点４７０の第１回転速度は、撹拌子４００の第２階層部４６６の第２遠位端頂点４７４の第２回転速度よりも速い。
【０１０５】
第１階層部４６４は、第１遠位端頂点４７０を含む第１頂点部４７０−１を有する。第１頂点部４７０−１は、回転軸４５０から第１遠位端頂点４７０の方向に向かって細くなってもよい。第１階層部４６４の第１頂点部４７０−１は、対称の上表面と下表面を有し、それぞれ傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する。第１頂点部４７０−１の傾斜先頭面および傾斜後端面は、第１遠位端頂点４７０に集まるよう構成される。また、本実施形態において、複数のパドル４５２、４５４、４５６、４５８のそれぞれの第１階層部４６４は、まとめてベース壁２３０を係合する平面４７６を形成する。
【０１０６】
第２階層部４６６は、第２遠位端頂点４７４を含む第２頂点部４７４−１を有する。第２頂点部４７４−１は、放射状の鈍端面を有する。第２階層部４６６は、正反対の２対の上表面を有する。しかしながら、本実施形態において、正反対の２対は異なる構成を有し、正反対の対のパドル４５２、４５６は上傾斜先頭面および上傾斜後端面を有するが、正反対の対のパドル４５４、４５８はこれらを有さない、すなわち、回転軸４５０に対して実質的に平行な鈍横面（blunt lateral surface）を提供する。
【０１０７】
図３２〜図３５を参照すると、撹拌子４００は、回転軸４５０を放射状に交差するくぼみ（void）４７８を含み、くぼみ４７８は、正反対の対のパドル４５４、４５８の中に設置される。磁石４６０は、回転軸４５０に対して正反対向きの北極磁石４６０および南極磁石４６０とともに、くぼみ４７８の中に配置される。フィルムシール４８０は、例えば、超音波溶接、熱かしめ（heat staking）、レーザー溶接等により撹拌子４００に取り付けられ、くぼみ４７８の上を覆う。フィルムシール４８０は、撹拌子４００の材料と化学的に相溶性のあるシール層材料を有するのが好ましい。フィルムシール４８０は、正反対の対のパドル４５４、４５８の第２階層部４６６の上表面の形状に一致する形状を有する。インサート成形は、インサート成形プロセス加熱から磁石をわずかに消磁するため、この構成は、磁石の周りに成形される撹拌子挿入以上の利点を有する。
【０１０８】
図３６〜図３９は、撹拌子４００−１の構成を示したものであり、図３２〜図３５に関して上述した撹拌子４００と実質的に同じ構成を有し、唯一の違いは、くぼみ４７８を密封するために使用されるフィルムシールの形状である。撹拌子４００−１は、円形のフィルムシール４８０−１を有し、複数のパドル４５２、４５４、４５６、４５８の隣接する対の間のアーチウェブ（arcuate web）を形成する直径を有する。ウェブ特徴は、撹拌子４００−１とダイヤフラム２２２の間の領域、および複数のパドル４５２、４５４、４５６、４５８の隣接する対の間の領域のバルク混合流を分離するために使用される。
【０１０９】
図４０〜図４３は、撹拌子５００の構成を示したものであり、ガイド部２２６と使用する図１７〜図２７の実施形態に関して上述した微小流体分注装置２１０の撹拌子２２４と置き換えられる。
【０１１０】
撹拌子５００は、円筒状ハブ（cylindrical hub）５０２から離れる方向に放射状に延伸する複数のパドル５５２、５５４、５５６、５５８を有する。撹拌子５００は、外部磁場発生装置１６４（図１を参照）との相互作用により撹拌子５００を駆動して回転軸５５０の周りを回転させるよう構成された磁石５６０（図４０および図４３を参照）、例えば、永久磁石を有する。
【０１１１】
本実施形態において、示すように、撹拌子５００の複数のパドル５５２、５５４、５５６、５５８は、面取り面を有する階段状の、すなわち、二層構造の交差パターンに構成される。具体的に説明すると、撹拌子５００の複数のパドル５５２、５５４、５５６、５５８は、第１階層部５６４および第２階層部５６６を有する軸方向範囲５６２を有する。第１階層部５６４は、第１遠位端頂点５７０で終わる第１径方向範囲５６８を有する。第２階層部５６６は、第２遠位端頂点５７４で終わる第２径方向範囲５７２を有する。
【０１１２】
第１階層部５６４は、第１遠位端頂点５７０を含む第１頂点部５７０−１を有する。第１頂点部５７０−１は、回転軸５５０から第１遠位端頂点５７０の方向に向かって細くなってもよい。第１階層部５６４の第１頂点部５７０−１は、対称の上表面と下表面を有し、それぞれ傾斜した、すなわち面取りした先頭面および傾斜した後端面を有する。第１頂点部５７０−１の傾斜先頭面および傾斜後端面は、第１遠位端頂点５７０に集まるよう構成される。複数のパドル５５２、５５４、５５６、５５８のそれぞれの第１階層部５６４および円筒状ハブ５０２は、まとめてベース壁２３０を係合する凸状曲面５７６を形成する。
【０１１３】
第２階層部５６６は、第２遠位端頂点５７４を含む第２頂点部５７４−１を有する。第２遠位端頂点５７４は、放射状の鈍端面を有してもよい。第２階層部５６６は、面取り先頭面および面取り後端面を有する上表面を有する。
【０１１４】
図４０および図４３を再度参照すると、撹拌子５００は、回転軸５５０を放射状に交差するくぼみ５７８を含み、くぼみ５７８は、円筒状ハブ５０２の中に設置される。磁石５６０は、回転軸５５０に対して正反対向きの北極磁石５６０および南極磁石５６０とともに、くぼみ５７８の中に配置される。フィルムシール５８０は、例えば、超音波溶接、熱かしめ、レーザー溶接等により撹拌子５００の円筒状ハブ５０２の上表面に取り付けられ、くぼみ５７８の上を覆う。フィルムシール５８０は、撹拌子５００の材料と化学的に相溶性のあるシール層材料を有するのが好ましい。
【０１１５】
図４４〜図４６は、撹拌子５００−１の構成を示したものであり、図４０〜図４３に関して上述した撹拌子５００と実質的に同じ構成を有し、唯一の違いは、くぼみ５７８を密封するために使用するフィルムシール５８０を永久カバー５８０−１に置き換えたことである。本実施形態において、永久カバー５８０−１は、インサート成形プロセスの間に磁石５６０の周りに形成される撹拌子本体と一体である。
【０１１６】
図２４〜図４６の撹拌子の実施形態は、ガイド部２２６を有する微小流体分注装置２１０とともに使用すると説明したが、当業者であれば認識できるように、ガイド部１３４を有する微小流体分注装置１１０に関して上述した撹拌子１３２は、ガイド部１３４と使用する二層構造の撹拌子パドル設計も含むように変更されてもよい。
【０１１７】
各流体分注装置、例えば、流体分注装置２１０に流体が最初に導入された時、流体は、混合密度を有する所望の微粒子浮遊状態にある。しかしながら、経時的に、流体の微粒子部分は、流体のバルク液体部分から分離する傾向にある。吐出された流体の被覆均一性を達成するために、流体再混合操作を行うことにより、流体液体において流体を所望の微粒子浮遊状態に維持することが望ましい。
【０１１８】
経時的に、微粒子部分は、粒子の沈殿層として形成された沈殿した微粒子部分として堆積する傾向がある。流体のバルク流体液体部分の密度は、沈殿した微粒子部分の密度よりも小さいことが観察されている。また、沈殿した微粒子部分の密集した沈殿層は、所望の混合流体の粘度よりも粘度が大きい。沈殿した微粒子部分の密度が高ければ高いほど、撹拌子の回転運動を抑制する傾向にあるため、分離した流体は、再混合の課題が生じる。図４７〜図５０において、流体の再混合を行う望ましさ（desirability）が示されている。
【０１１９】
図４７は、垂直軸６００に沿って配置された筐体２１２の縦方向範囲を有する図１７〜図２３の微小流体分注装置２１０のＸ線画像であり、筐体２１２は、吐出チップ１１８が垂直上向きに面するよう配向され、吐出チップ１１８の平面範囲は、垂直軸６００に対して実質的に垂直である。筐体２１２には、磁石５６０を有する撹拌子５００が含まれる。微小流体分注装置２１０の流体リザーバ２２８は、流体リザーバ２２８の重力低領域６０６において沈殿した微粒子６０４を含む流体６０２を収容するために示される。この向きにおいて、吐出チップ１１８は、垂直上向きに面しており、沈殿した微粒子６０４は、吐出チップ１１８に対して筐体２１２の反対端にある流体リザーバ２２８の重力低領域６０６に堆積する。
【０１２０】
図４８は、垂直軸６００から約２０〜２５度の角度量６０８で軸外に傾斜した微小流体分注装置２１０の実施例のＸ線画像であり、垂直軸６００に対する筐体２１２の向きの変化に基づいて、沈殿した微粒子６０４がいかにして流体リザーバ２２８の新しい重力低領域６１０に移動するかを示したものである。また、流体リザーバ２２８の壁に隣接する粒子層が微小流体分注装置２１０の向きの変化によって移動しやすい傾向がないこともわかる。
【０１２１】
図４９は、最悪の場合の向きを示した微小流体分注装置２１０（磁石２６０を有する撹拌子２２４を含む；図１８および図２３も参照）の実施例のＸ線画像であり、筐体２１２は、吐出チップ１１８が垂直下向きに面するよう配向され、吐出チップ１１８の平面範囲は、垂直軸６００に対して実質的に垂直である。図示したように、沈殿した微粒子６０４は、筐体２１２の向きの変化に基づいて、流体リザーバ２２８の新しい重力低領域６１２に移動するため、沈殿した微粒子６０４は、流路２４６のチャネル入口２４６−１およびチャネル出口２４６−２に堆積する。そのため、流体６０２を十分に混合しなくても、沈殿した微粒子６０４は、微小流体分注装置２１０を操作不可能にし、流路２４６を完全に遮断することによって、今度は、流体が吐出チップ１１８に到達するのを防ぐ。
【０１２２】
図５０は、本発明の１つの側面に基づいて流体６０２の再混合方法を実行した後の図１７〜図２３の微小流体分注装置２１０の実施例のＸ線画像であり、以下にさらに詳しく説明する。図５０は、浮遊した微粒子成分を有する流体６０２を示すが、図４７〜図４８のような沈殿した微粒子６０４の堆積はない。
【０１２３】
本発明は、複数の混合モード、つまり、初期起動および保存回復モード（Initial Startup and Storage Recovery Mode）および使用間メンテナンスモード（Between Use Maintenance Mode）を含む。モード名が示すように、初期起動および保存回復モードは、初期起動に使用する微小流体分注装置を準備するために、あるいは微小流体分注装置が長期保存された後に使用する微小流体分注装置を準備するために使用される。使用間メンテナンスモードは、微小流体分注装置の使用間に使用され、使用間の時間の長さは、初期起動および保存回復モードに基づく回復を必要としない。
【０１２４】
初期起動および保存回復モードは、著しい微粒子の沈殿が発生した時、例えば、長期間不使用中、すなわち、店における保管寿命（shelf-time）中や、長期間にわたり不使用で保管している間、および／または不使用中の微小流体分注装置２１０の好ましくない向きを考慮して、例えば、図４９に示した向きにおいて使用される。使用間メンテナンスモードは、流体における所望の微粒子浮遊状態に流体を維持するために、例えば、頻繁な印刷ジョブ間や、ページ間等に使用される。
【０１２５】
初期起動および保存回復モードを必要とする実際の保存時間量、または使用間メンテナンスモード中の混合頻度は、微粒子の沈殿速度、および不使用中のカートリッジの向きによって決まる。微粒子の沈殿速度は、流体の液体粘度、微粒子の粒子サイズ、および流体の液体部分と流体の微粒子部分の間の密度差によって決まる。例えば、図４９に示すように、筐体の向きが垂直で流路２４６の領域において微粒子沈殿が生じている時に撹拌子を回転させて流体を再混合する必要のある時間量は、図４７のように、筐体の向きが垂直で吐出チップ１１８および流路２４６が垂直上向きに面している時に流体を再混合する必要のある時間量よりも多いことが観察されている。これは、再混合により流路２４６を再度開かなければならなくなるためである。
【０１２６】
このように、本発明において、所望の微粒子浮遊状態、すなわち、流体の目標粘度を達成するための実際の時間量および／または再混合に必要な混合頻度は、例えば、Ｘ線観察によるデータを収集することによって、初期起動および保存回復モードおよび使用間メンテナンスモードのそれぞれに対して経験的に決定される（図４７〜図５０を参照）。
【０１２７】
Ｘ線の他に、混合流体固体パーセントと初期充填流体固体パーセントを比較することによって、流体の十分な混合を確保するための試験を行うことができる。別の方法は、混合Ｌ*ａ*ｂ測定と初期充填Ｌ*ａ*ｂ測定を比較して、流体の十分な混合を確保する方法である。別の方法は、混合を行なった後にノズルの正常性を調べる方法である。これらの最後の２つの方法は、吐出チップ吐出試料に行うことができ、必要なメンテナンスパラメータの決定に使用するよりも速いことがある。
【０１２８】
一般的な観察として、微小流体分注装置の使用間、または微小流体分注装置内の再混合間の時間が長ければ長いほど、微粒子浮遊の許容量、例えば、好ましくは、微小流体分注装置の初期充填の許容範囲のレベルを達成するために微小流体分注装置内の流体を再混合するのに必要な混合時間が長くなる。例えば、所望の沈殿の向き想定すると、例えば、図５３に示すように、特定の模範的流体製法により、１日後の沈殿は、３０秒未満再混合すればよく；しかしながら、１週間後、混合時間は１分近くであってもよい。２週間後、適切な混合時間は、約２分であってもよい。最速の起動に使用するためには、使用間メンテナンスモードを実施し、数時間毎に数秒間混合することにより、微小流体分注装置を最短可能時間でいつでも使用できるようにすることができる。
【０１２９】
また、撹拌子の回転を始める前に、微小流体分注装置の向きを変えて重力を使用し、微粒子を移動させて沈殿した微粒子６０４によって形成された層を破壊すると、流体の再混合に必要な時間量に影響を与える可能性がある。例えば、微小流体分注装置２１０の向きを図４９の吐出チップが下の向きから図４７の吐出チップが上の向きに逆転させて沈殿した微粒子６０４を完全に移動させるには、半日またはそれ以上かかるが、向きの変更は、流体の再混合時間を全体的に減らす利点がある。
【０１３０】
混合中（すなわち、撹拌子を回転させている間）に微小流体分注装置を振動させて、吐出チップ領域から微粒子の密集した沈殿層を除去する速度を速めることにより、さらなる利点を得ることができる。触振動（haptic vibration）は、流路、例えば、流路２４６（図４９）を洗浄するのに役立つ。触振動の頻度および強度は、経験的に決定され、少なくともある程度は、流体内の微粒子の量によって決まる。例えば、一般的に、流体リザーバに形成された沈殿した微粒子層を除去して分散させることによって、積極的な振動が数時間または数十分から数分または数秒にまでも混合時間を減らす手助けになることがわかっている。微小流体分注装置の本体に接触モータを取り付けることによって、触振動を微小流体分注装置に導入することができる。
【０１３１】
撹拌子の制御は、ステップモータを駆動することに等しい。そのため、撹拌子のトルクが高い場合、加速度を減らさなければ、運動は、駆動信号により「位相を中断する（break phase）」。撹拌子を複数の回転速度の変化により遅い加速度で駆動し、撹拌子の停止時間の延長を防ぐことによって撹拌子がよく混合することを確保することが、初期インストールで可能である。いくつかの公式（formulations）を使用する応用において、重い沈殿物は、初期振動運動を行って、撹拌子の回転操作を免除する、あるいは非常に低い初期速度で起動する。
【０１３２】
吐出チップ角度が浅いと、輸送状態中の流路を含む吐出チップ領域内に沈殿した動いている沈殿物の中では重力を効果的に使用することができないが、使用間メンテナンスモード中の使用間の混合には使用することができる。
【０１３３】
図５１は、微小流体分注装置２１０内の流体を再混合する方法のフローチャートである。図１７〜図２７の実施形態を参照して、この方法について説明する。
【０１３４】
ステップＳ１００において、微小流体分注装置２１０を所定の向きに配置する。このような位置決めは、本発明の複数の混合モードのうちの所望の混合モードの予測、またはメンテナンスステーションによって提供された所定の向きに基づいて行われる。また、微小流体分注装置２１０が本発明の再混合方法を実行する前にあった（例えば、保存中または使用中の）向きの反対方向になるよう位置決めを行なってもよい。
【０１３５】
図５２を参照すると、微小流体分注装置２１０をＸ、Ｙ、およびＺ軸を有する直交座標空間に示す。筐体２１２の縦方向範囲は、正のＺ軸にあり、筐体２１２の横方向範囲は、Ｘ−Ｙ平面にある。Ｘ−Ｚ平面において、正のＸ軸は、０度を示し、Ｚ軸は、垂直を示し上部Ｚ軸（正）は、９０度で表示され、上述した垂直軸６００に対応する。そして、Ｘ軸（負）は、１８０度を示す。微小流体分注装置２１０の筐体２１２の縦方向範囲の向きは、流体吐出方向１２０−１で示され、吐出チップ１１８および流路２４６が面している方向も示す。
【０１３６】
混合の準備において、微小流体分注装置２１０は、流体吐出方向１２０−１が下方に面さないように配置される。用語「下方に面さない」とは、流体吐出方向１２０−１の矢印がＸ−Ｙ平面の下に向かない、すなわち、水平よりも小さくならないことを意味する。そのため、本実施例の向きでは、垂直上向きに（９０度でＺ＋）±９０度、すなわち、流体吐出方向１２０−１が下向きにならずに水平に対して垂直上向きの範囲で、微小流体分注装置２１０をＸ−Ｚ平面上でＹ軸を軸にして回転させることができる。
【０１３７】
言及すべきこととして、吐出チップ１１８の平面範囲は、実質的に、流体吐出方向１２０−１の周りの全ての向きにおいて流体吐出方向１２０−１に対して垂直であり、微小流体分注装置２１０の筐体２１２の底壁２３０の平面範囲は、実質的に、流体吐出方向１２０−１に対して垂直である。そのため、Ｘ−Ｚ平面（例えば、底壁２３０が上向きに面する、または下向きに面する）における筐体２１２（Ｘ＋またはＸ−）の傾斜方向は、微粒子の沈殿が撹拌子２２４の周りに堆積する範囲を決定することができる。
【０１３８】
初期起動および保存回復モードは、著しい微粒子沈殿が生じた、または生じる可能性がある時、例えば、長期間不使用中、すなわち、店における保管寿命（shelf-time）中や、長期にわたり不使用で保管している間等に使用される。図５３を参照すると、初期起動および保存回復モードを使用する流体の初期混合および回復混合では、垂直上向きに近い吐出チップ１１８を配置する、すなわち、流体吐出方向１２０−１が上（Ｚ＋）に向くことによって、全体の再混合時間を減らすことができる。初期起動および保存回復モードにおける流体混合は、流体吐出方向１２０−１の向きが９０度（垂直上向き）±５０度の範囲にある時に、満足な結果を達成することができる。
【０１３９】
例えば、図５３の図面は、流体吐出方向１２０−１が１３５度上向きに向いた（すなわち、９０度（垂直上向き）から正に４５度ずれた）微小流体分注装置２１０を示したものであり、微小流体分注装置２１０は、ダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１の外観２２２−２が上向きに面し、底壁２３０の外観２３０−１が下向きに面するよう配向される。ダイヤフラム２２２の外観２２２−２および底壁２３０の外観２３０−１のそれぞれが面していると考えられる角度は、撹拌子２２４の回転軸２５０がＺ軸の垂直上向きの部分と交差する角度と一致するが、撹拌子２２４の回転軸２５０がＺ軸に対して平行な時は、例外である。図５３の例において、ダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１の外観２２２−２は、４５度上向きに面し、底壁２３０の外観２３０−１は、４５度下向きに面している。図５３に示した流体吐出方向１２０−１の１３５度の向きにおいて、底壁２３０に沿って沈殿した、または沈殿している微粒子は、流体リザーバ２２８の重力低点に向かって、および撹拌子２２４から離れるように移動し始める（図４８を参照）。
【０１４０】
図５４を参照すると、代わりに、初期起動および保存回復モードにおける流体混合は、流体吐出方向１２０−１の向きが４０度〜９０度の範囲内であり、向きが垂直でない時、すなわち、９０度でない時、底壁２３０の外観２３０−１は、上向きに面するよう配置され、ダイヤフラム２２２の外観２２２−２は、下向きに面するよう配置される。図５４の具体例において、微小流体分注装置２１０の向きは、吐出チップ１１８のノズルが上向きの利点を有するが、垂直から４５度下向きに面するよう切り替えられたダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１の外観２２２−２を有するため、底壁２３０の外観２３０−１、およびそれに対応して、底壁２３０に接触する撹拌子２２４の凸面２７６は、この時、垂直から４５度の角度上向きに面する。微小流体分注装置２１０の４５度の向きは、依然として微粒子を吐出チップ１１８および流路２４６から離れるように移動させるだけでなく、微粒子を撹拌子２２４の複数のパドル２５２、２５４、２５６、２５８（図２４を参照）から離れた領域に、且つダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１に向かって沈殿させる。しかしながら、撹拌子２２４が回転できる場合、すなわち、微粒子沈殿物によって回転が阻止されていない場合、図５３に示した向きでは、撹拌子２２４の先端速度が高くなれば高くなるほど図５４の向きよりも沈殿した微粒子に近くなるため、図５４に示した向きよりも図５３に示した向きが好ましい。 
【０１４１】
そのため、初期起動および保存回復モードの目的では、流体吐出方向１２０−１で示された微小流体分注装置２１０の筐体２１２の縦方向範囲の向きが垂直（９０度）±５０度である時、より好ましくは、９０度〜１４０度の範囲において（例えば、図５３を参照）、底壁２３０の外観２３０−１が下向きに面し、ダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１の外観２２２−２が上向きに面している時に、満足な結果を達成することができる。
【０１４２】
使用間メンテナンスモードは、著しい微粒子の沈殿が生じる前、すなわち、使用時間を大体知っている時、例えば、流体リザーバ２２８内で微粒子層の生成を促進する長期の不使用期間がない印刷ジョブ間やページ間などに使用される。使用間メンテナンスモードの目的では、垂直な向きは粒子の沈殿が生じにくいため、それほど重要ではない。しかしながら、依然として、流体吐出方向１２０−１、および流路２４６も下向きに面さないことが望ましい。使用間メンテナンスモードは、流体吐出方向１２０−１で示された微小流体分注装置２１０の筐体２１２の縦方向範囲の向きが垂直（９０度）±９０度（水平）である時に、満足な結果を達成することができる。また、微小流体分注装置２１０の向きは、底壁２３０の外観２３０−１が下向きに面し、それにより、ダイヤフラム２２２のドーム部２２２−１の外観２２２−２が上向きに面しているのがさらに好ましく、９０度（垂直）〜１８０度の位置の範囲で示される（例えば、図５３を参照）。
【０１４３】
ステップＳ１０２において、外部磁場発生装置１６４の操作により撹拌子２２４を回転させる。詳しく説明すると、本発明の複数の混合モードのうちの所望の混合モードに基づいて、撹拌子２２４を回転させる。
【０１４４】
図５５を参照すると、外部磁場発生装置１６４のブロック図を示したものである。外部磁場発生装置１６４は、マイクロコントローラ１６４−１、電磁場回転子１６４−２、および電磁場発生装置１６４−３を含む。マイクロコントローラ１６４−１は、本分野において周知のマイクロプロセッサ、オンボード（on-board）の非一時的（non-transitory）電子記憶装置、およびインターフェース回路を含む。マイクロコントローラ１６４−１は、プログラム命令を実行して、撹拌子２２４の回転を制御するよう構成される。
【０１４５】
さらに詳しく説明すると、電磁場発生装置１６４−３は、撹拌子２２４の磁石２６０に結合された電磁場を生成する。マイクロコントローラ１６４−１は、電磁場発生装置１６４−３によって生成された電磁場の回転速度および回転方向を制御し、今度は、撹拌子２２４の回転速度および回転方向を制御するよう電磁場回転子１６４−２に供給される制御信号を生成するためのプログラム命令を実行する。上述したように、外部磁場発生装置１６４によって生成された外部磁場は、ステッパモータの操作と同様に、電源を選択的にオンオフして電磁場の仮想回転を生成し、方向を切り替えることのできる不連続に配置された電磁石によって電子的に回転させてもよく、あるいは、回転可能なモータ軸に接続された磁気板、例えば、永久磁石により物理的に回転させてもよい。
【０１４６】
本実施形態において、撹拌子２２４の回転の制御は、ステッパモータを駆動することと等しい。そのため、撹拌子２２４のトルクが高い時、例えば、撹拌子２２４が沈殿した微粒子中で沈殿している場合、初期開始速度から撹拌子２２４の加速度を減らさなければ、回転運動は、電磁場回転子１６４−２および電磁場発生装置１６４−３によって提供された回転中の電磁場により「位相を中断する」。
【０１４７】
撹拌子２２４に用いる実際の回転制御曲線は、複数の混合モードのうちどの混合モードを選択するか、例えば、初期起動および保存回復モードか使用間メンテナンスモードのうちの１つによって決まる。
【０１４８】
初期起動および保存回復モードは、長期保存後、および／または微小流体分注装置の向きが潜在的に未知の状態の後に使用される。本実施形態において、例えば、撹拌子２２４は、第１回転速度で第１回転方向に回転され、例えば、まず、遅い回転速度（経験的に決定される）で始まり、回転速度は、第１加速度曲線（経験的に決定される）に基づいて、第２、例えば、ピークの回転速度（経験的に決定される）まで徐々に増加する。あるいは、いくつかの応用において、第１回転速度がゼロであってもよく、第１回転方向は、回転を生じさせる所定の方向である。すなわち、第１加速度曲線は、ゼロ回転速度で始まる。第１加速度曲線は、例えば、線状加速度曲線であってもよく、および／または回転速度において段階的増加を有してもよい。撹拌子は、第１所定期間（経験的に決定される）の間、第２、例えば、ピークの回転速度で回転する。撹拌子２２４は、その後、停止した後、撹拌子２２４は、第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転し、第１回転速度で始まり、所定の加速度加速度曲線、例えば、第１加速度曲線に基づいて、第２、例えば、ピークの回転速度まで回転速度を徐々に増加させる。撹拌子は、第２所定期間（経験的に決定される）の間、第２、例えば、ピークの回転速度で回転するため、第２所定期間は、第１所定期間と等しくてもよい。第１および第２回転方向は、それぞれの回転速度および加速度曲線が同じであってもよく、あるいは、第１および第２回転方向に対して異なる値を有してもよい。必要であれば、撹拌子２２４の逆の回転方向を複数回実行してもよい。
【０１４９】
撹拌子２２４の回転を開始する時の回転速度が遅ければ、密集した沈殿層が撹拌子２２４の下に位置する場合、撹拌子２２４の初期回転により磁石２６０を外部電磁場発生装置１６４によって生成された回転中の磁場と同調して、ロックされたままにすることができる。撹拌子２２４の回転速度が上がるにつれて、外部電磁場発生装置１６４の回転撹拌位相が撹拌子２２４の磁石２６０にとって速すぎてついていけなくなった場合、撹拌子２２４は、位相を中断し、効果的に混合せずに無秩序に（chaotically）移動する傾向がある。ピーク回移転速度において、撹拌子の高い先端速度は、吐出チップ１１８の隣の流路２４６の流れを良くするとともに、高いせん断速度を引き起こして沈殿層を混合する。
【０１５０】
使用間メンテナンスモードは、時間および向きの状態が知られている適用（使用）間に使用され、初期起動および保存回復モードを認可する時間よりも短い。これらの時間は、経験的に決定され、少なくともある程度は、流体の微粒子含有量に基づいて決定される。撹拌子２２４は、第１回転方向に回転し、まず、遅い回転速度で始まってから、回転速度は、第２加速度曲線（経験的に決定される）に基づいて、第２、例えば、ピークの回転速度まで急速に増加する。第２加速度曲線は、初期起動および保存回復モードの第１加速度曲線よりも急な勾配を有するため、初期起動および保存回復モードよりも早いピーク回転速度を達成する。
【０１５１】
選択的に、撹拌子２２４を停止し、その後、混合頻度スケジュールに基づいて、１回または２回再起動してもよい。最も速い再混合を達成するために、２秒〜１０秒の範囲の期間、２時間〜４時間毎の頻度で繰り返し混合する、すなわち、撹拌子２２４を回転して、微小流体分注装置２１０を使える状態に維持することにより、明らかな微粒子の分離や微小流体分注装置２１０の使用間の沈殿が生じないようにすることができる。
【０１５２】
また、選択的に、再起動した時、必要であれば、第２加速度曲線または異なる加速度曲線に基づいて、第１回転方向とは逆の第２回転方向に撹拌子２２４を回転してもよい。
【０１５３】
そのため、使用間において、撹拌子２２４を使用した混合は、比較的速く、且つ良い流体流動を提供してバルク流体を混合するとともに、混合流体を吐出できるよう混合流体を流路２４６中に通す。インクジェット印刷分野において周知の初期メンテナンスジェッティング（Initial maintenance jetting）を使用して、流路２４６における希薄な流体および／または微粒子の凝縮を除去することにより、所望の再混合流を吐出チップ１１８に迅速に回復させることができる。
【０１５４】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【０１５５】
１１０，２１０  微小流体分注装置
１１２，２１２  筐体
１１４，２１４  ＴＡＢ回路
１２２  本体
１３２，２２４，３００，４００，５００  攪拌子
１３４，２２６  ガイド部
１４８，２３８  チャンバ
１５２，２４２  流体吸入口
１５４，２４４  流体排出口
１５６  流路
１７４  籠構造
２２８  流体リザーバ
２６４  第１階層部
２６６  第２階層部
２５２，２５４，２５６，２５８，３５２，３５４，３５６，３５８，４５２，４５４，４５６，４５８，５５２，５５４，５５６，５５８  パドル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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