CN108215498A - 药液吐出装置和药液滴下装置 - Google Patents
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Abstract
实施方式的课题是提供环境负荷小、一次性用途的药液吐出装置和药液滴下装置。实施方式的药液吐出装置具有压力室结构体、药液保持容器以及致动器。压力室结构体形成与吐出药液的喷嘴连通并在内部填充上述药液的压力室，并具有将上述药液从上述喷嘴吐出的侧的第一面和向上述压力室供应上述药液的侧的第二面。药液保持容器装配于上述第二面，具有承接上述药液的药液承接口和与上述压力室内连通的药液出口。致动器使上述压力室内的压力变化，使上述压力室内的上述药液从上述喷嘴吐出。上述致动器由用不含有铅成分的无铅材料制作的压电元件构成。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及药液吐出装置和药液滴下装置。
背景技术
在生物学、药学等领域的研究开发或医疗诊断或检查、农业试验中，有时进行将从皮升(pL)到微升(μL)的液体分注的操作。
这些操作一般被称为剂量反应实验，为了决定化合物的有效浓度，在微孔板的孔等容器内制作大量不同浓度的化合物。存在用于这种用途的药液滴下装置。该药液滴下装置具有能装拆的药液吐出装置。
在剂量反应实验中使用多种药液。此外，在医疗、生物用途中，为了防止污染，药液吐出装置是一次性的。因而，出现大量一次性部件。
作为不同于药液滴下装置的喷墨打印机的致动器的代表性的构成要素的压电元件的压电材料，一般是PZT(Pb(Zr,Ti)O3：锆钛酸铅)。
在以使用多种药液的剂量反应实验为代表的医疗、生物类用途中，在一天内进行多次对药液滴下装置装拆药液吐出装置而进行更换的操作，因此，产生大量需要进行废弃处理的药液吐出装置。因此，在药液滴下装置中与喷墨打印机同样地在致动器中使用包含铅的材料的情况下，使用后的废弃处理的环境负荷与喷墨打印机的情况相比格外大。
发明内容
发明要解决的课题
本实施方式的课题在于提供环境负荷小、一次性用途的药液吐出装置和药液滴下装置。
用于解决课题的手段
实施方式的药液吐出装置具有压力室结构体、药液保持容器以及致动器。压力室结构体形成与吐出药液的喷嘴连通并在内部填充上述药液的压力室，并具有将上述药液从上述喷嘴吐出的侧的第一面和向上述压力室供应上述药液的侧的第二面。药液保持容器装配于上述第二面，并具有承接上述药液的药液承接口和与上述压力室内连通的药液出口。致动器使上述压力室内的压力变化并将上述压力室内的上述药液从上述喷嘴吐出。上述致动器由用不含有铅成分的无铅材料制作的压电元件构成。
附图说明
图1是示出搭载第一实施方式的药液吐出装置的药液滴下装置的整体的概略构成的立体图。
图2是示出第一实施方式的药液吐出装置的上面(药液保持容器侧)的俯视图。
图3是示出第一实施方式的药液吐出装置的下面(药液吐出侧)的俯视图。
图4是图2的F4-F4线截面图。
图5是示出第一实施方式的药液吐出装置的药液吐出阵列的俯视图。
图6是图5的F6-F6线截面图。
图7是示出第一实施方式的药液吐出装置的喷嘴的周边结构的纵截面图。
图8是示出第一实施方式的药液吐出装置的致动器的无铅材料的一例的图。
图9是示出第一实施方式的药液吐出装置的致动器的无铅材料的另一例的图。
图10是示出第一实施方式的药液吐出装置的致动器的无铅材料的另一例的图。
符号说明
1：药液滴下装置、2：药液吐出装置、15：模块主体、21：基座构件、21a：药液保持容器用凹陷部、21b：电装基板用凹陷部、21d：药液吐出阵列部开口、22：药液保持容器、27：药液吐出阵列、100：喷嘴板、130：驱动元件、170：致动器、200：压力室结构体。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。此外，各图是用于促进对实施方式的理解的示意图，其形状或尺寸、比例等存在与实际的不同的地方，但这些内容能适当地进行设计变更。
(第一实施方式)
参照图1至图7说明第一实施方式的药液吐出装置的一例。图1是示出药液滴下装置1所使用的第一实施方式的药液吐出装置2的使用例的立体图。图2是药液吐出装置2的俯视图，图3示出药液吐出装置2的作为吐出液滴的面的仰视图。图4示出图2的F4-F4线截面图。图5是示出第一实施方式的药液吐出装置2的药液吐出阵列27的俯视图。图6是图5的F6-F6线截面图。图7是示出第一实施方式的药液吐出装置2的喷嘴110的周边结构的纵截面图。
药液滴下装置1具有矩形平板状的基台3和装配药液吐出装置的装配模块5。在本实施方式中，说明向1536个孔的微孔板4滴下药液的实施方式。在此，将基台3的前后方向称为X方向，将基台3的左右方向称为Y方向。X方向与Y方向正交。
微孔板4固定于基台3的中央位置。在基台3上，在微孔板4的两侧具有在X方向上延伸设置的左右一对X方向导轨6a、6b。各X方向导轨6a、6b的两端部固定于在基台3上突出设置的固定台7a、7b。
在X方向导轨6a、6b之间架设有在Y方向上延伸设置的Y方向导轨8。Y方向导轨8的两端分别固定于X方向移动台9，X方向移动台9能沿着X方向导轨6a、6b在X方向上滑动。
在Y方向导轨8设有装配模块5能沿着Y方向导轨8在Y方向上移动的Y方向移动台10。在该Y方向移动台10装配有装配模块5。该装配模块5固定有本实施方式的药液吐出装置2。由此，通过Y方向移动台10沿着Y方向导轨8在Y方向上移动的动作与X方向移动台9沿着X方向导轨6a、6b在X方向上移动的动作的组合，药液吐出装置2被支撑为能移动到正交的XY方向的任意的位置。
第一实施方式的药液吐出装置2具有作为矩形板状的板体的平板状的基座构件21。如图2所示，在该基座构件21的表面侧，多个药液保持容器22在Y方向上按一列排列设置。虽然在本实施方式中以8个药液保持容器22进行说明，但是个数不限于8个。药液保持容器22如图4所示是上面开口的有底圆筒形状的容器。在基座构件21的表面侧的与各药液保持容器22对应的位置形成有圆筒形状的药液保持容器用凹陷部21a。
药液保持容器22的底部粘接固定于该药液保持容器用凹陷部21a。而且，在药液保持容器22的底部的中心位置形成有成为药液出口的开口部22a。药液保持容器22的上面开口部22b的开口面积比药液出口的开口部22a的开口面积大。
此外，在基座构件21的两端分别形成有用于向装配模块5装配固定的装配固定用切口(卡合凹部)28。该基座构件21的两个切口28形成为半长圆形的切口形状。装配固定用切口28也可以是半圆形、半椭圆形、三角形的切口形状等。在本实施方式中，使两个切口28的形状不同。由此，基座构件21的左右的形状不同，易于进行基座构件21的姿态的确认。
如图3所示，在基座构件21的里面侧，与药液保持容器22数量相同的电装基板23在Y方向上按一列排列设置。电装基板23是矩形形状的平板构件。在基座构件21的里面侧如图4所示形成有电装基板23的装配用的矩形形状的电装基板用凹陷部21b和与该电装基板用凹陷部21b连通的药液吐出阵列部开口21d。电装基板用凹陷部21b的基端部在基座构件21的图3中延伸设置到上端部附近位置(在图4中为右端部附近位置)。电装基板用凹陷部21b的顶端部如图4所示延伸设置到与药液保持容器22的一部分重叠的位置。电装基板23粘接固定于电装基板用凹陷部21b。
在电装基板23的与电装基板用凹陷部21b粘接固定的面相反的一侧的面中图案化形成有电装基板配线24。在该电装基板配线24形成有与后述的下部电极131的端子部131c(参照图5)和上部电极133的端子部133c(参照图5)分别连接的两个配线图案24a、24b。
在电装基板配线24的一端部形成有用于输入来自外部的控制信号的控制信号输入端子25。在电装基板配线24的另一端部具备电极端子连接部26。电极端子连接部26是用于与如图5所示的后述的药液吐出阵列27中形成的下部电极端子部131c和上部电极端子部133c连接的连接部。
此外，在基座构件21设有药液吐出阵列部开口21d的贯通孔。药液吐出阵列部开口21d如图3所示是矩形形状的开口部，在基座构件21的里面侧形成于与凹陷部21a重叠的位置。
在药液保持容器22的下面，在覆盖药液保持容器22的开口部22a的状态下粘接固定有图5所示的药液吐出阵列27。该药液吐出阵列27配置于与基座构件21的药液吐出阵列部开口21d对应的位置。
如图6所示，药液吐出阵列27是喷嘴板100与压力室结构体200层叠而形成的。喷嘴板100具备：喷嘴110，其吐出药液；振动板120；作为驱动部的驱动元件130；作为保护层的保护膜150；以及疏液膜160。由振动板120和驱动元件130构成致动器170。在本实施方式中，致动器170包括用不含有铅成分的无铅材料(非铅材料)制作的压电元件。如图5所示，多个喷嘴110例如按3×3列排列。本实施方式的多个喷嘴110位于药液保持容器22的药液出口的开口部22a的内侧。
振动板120例如与压力室结构体200一体地形成。当在氧气环境中对用于制造压力室结构体200的硅晶片201进行加热处理时，在硅晶片201的表面形成SiO2(氧化硅)膜。振动板120使用在氧气环境中进行加热处理而形成的硅晶片201的表面的SiO2(氧化硅)膜。振动板120可以在硅晶片201的表面通过CVD法(化学气相成膜法)形成SiO2(氧化硅)膜而形成。
优选振动板120的膜厚是1μm～30μm的范围。振动板120也能代替SiO2(氧化硅)膜而使用SiN(氮化硅)等半导体材料或Al2O3(氧化铝)等。
驱动元件130按各喷嘴110的每一个形成。驱动元件130是包围喷嘴110的圆环状的形状。驱动元件130的形状没有限定，也可以是例如将圆环的一部分切去的C字状。如图7所示，驱动元件130隔着作为压电体的压电体膜132具备下部电极131的电极部131a和上部电极133的电极部133a。电极部131a、压电体膜132以及电极部133a与喷嘴110同轴，是大小相同的圆形图案。
下部电极131分别具备与圆形的多个喷嘴110同轴的圆形的多个电极部131a。在图5中作为驱动元件130示出下部电极131的电极部131a与上部电极133的电极部133a重叠的状态。如图5所示，下部电极131具备将多个电极部131a连接的配线部131b，在配线部131b的端部具备端子部131c。
驱动元件130在下部电极131的电极部131a上具备作为压电材料的压电体膜132。压电体膜132使用了KNN(KNbO3与NaNbO3的化合物)。
压电体膜132是由不含有铅成分的无铅材料制作的。该无铅材料例如是钙钛矿结构、或复合钙钛矿结构、钛铁矿结构、钨青铜结构的氧化物、A2B2O7钙钛矿板结构、层状结构氧化物和铋层状结构强电介质中的任一个结构体、ZnO、AlN。图8的[1-1]、[1-2]、[1-3]、[1-4]、[1-5]、[1-6]、[1-7]以及图9的[1-8]、[1-9]、[1-10]、[1-11]、[1-12]、[1-13]示出钙钛矿结构或复合钙钛矿结构的结构体。其包括：BaTiO3、(Ba,Sr)(Ti,Al)O3、BaTiO3-BiMnO3、BaTiO3-BiFeO3、BaTiO3-BiScO3[BaTiO3-(Bi2O3-Sc2O3)]、BaTiO3-SrTiO3、0.92BaTiO3-0.08CaTiO3、(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)、(Bi0.5K0.5)TiO3(BKT)、(Bi0.5Ag0.5)TiO3(BAT)、(Bi0.5Li0.5)TiO3(BLiT)、0.7BaTiO3-0.3BaZrO3(BTZ)、0.95BaTiO3-0.05BaZrO3(BTZ)、BaTi0.91(Hf0.5Zr0.5)0.0903、0.84(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.16(Bi0.5K0.5)TiO3、(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3、0.97(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.03NaNbO3、(Bi0.51Na0.49)(Sc0.02Ti0.98)O3、0.995(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.005BiFeO3、(Bi0.45Na0.42Ba0.13)(Ti0.97Fe0.03)O3、(Bi0.5Na0.5)0.945Ba0.055TiO3、Ca1-xLa2x/3TiO3、Ca1-xNd2x/3TiO3、(Ca0.25Cu0.75)TiO3、CaTiO3、CdTiO3、SrTiO3、La2/3TiO3、(La0.5Li0.5)TiO3、(Nd0.5Li0.5)TiO3、(Dy1/3Nd1/3)TiO3、ScTiO3、CeTiO3、GdTiO3、YTiO3、(Nd1/2Na1/2)TiO3、(Y1/2Na1/2)TiO3、(Er1/2Na1/2)TiO3、(Tm1/2Na1/2)TiO3、(Yb1/2Na1/2)TiO3、ScMnO3、YMnO3、InMnO3、HoMnO3、ErMnO3、TmMnO3、YbMnO3、LuMnO3、LaMnO3、CeMnO3、PrMnO3、NdMnO3、SmMnO3、EuMnO3、GdMnO3、TbMnO3、DyMnO3、KNbO3、K(Ta0.55Nb0.45)O3、NaNbO3、(Na0.5K0.5)NbO3、BaNbO3、SrNbO3、Gd1/3NbO3、AgNbO3、(Bi0.5Ag0.5)NbO3、AgTaO3、Ag(Ta0.5Nb0.5)O3、KTaO3、(Li0.85Ca0.15)(Ta0.85Ti0.15)O3(0.85LiTaO3-0.15CaTiO3)、NaTaO3、(K0.5Na0.5)TaO3、BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、BaSnO3、BaMoO3、BaPrO3、BaHfO3、BaBiO3、BaBiO2.8、Ba0.6K0.4BiO3、BaCeO3、Ba(Na1/2Re1/2)O3、Ba(Ni1/2W1/2)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Li1/4Nb3/4)O3、BaZnO3、Ba(ZnxNb1-x)O3、BiCrO3、BiFeO3、BiMnO3、BiScO3、BiGaO3、BiInO3、BiDyO3、BiErO3、BiEuO3、BiGdO3、BiHoO3、BiSmO3、BiYO3、BiAlO3、Bi(Zn0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg0.5Ti0.5)O3、Bi(Ni0.5Ti0.5)O3、Bi(Fe0.5Ti0.5)O3、Bi(Fe0.5Ta0.5)O3、Bi(Mn0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg0.5Zr0.5)O3、Bi(Zn0.5Zr0.5)O3、Bi(Mn0.5Zr0.5)O3、Bi(Ni0.5Zr0.5)O3、(La1-xBix)(Mg0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg2/3Nb1/3)O3、Bi(Ni2/3Nb1/3)O3、Bi(Zn1/3Nb2/3)O3、LaAlO3、LaAlO3-SrTiO3、LaErO3、LaFeO3、LaGaO3、LaScO3、LaInO3、LaLuO3、LaNiO3、La2/3TiO3、LaVO3、LaCrO3、La(Zn0.5Ti0.5)O3、La(Mg0.5Ti0.5)O3、La(Mn0.5Ti0.5)O3、La(Mn0.5Zr0.5)O3、Ca(Al1/2Nb1/2)O3、Ca(Al1/2Ta1/2)O3、Ca(Li1/2Re1/2)O3、Ca(Li1/4Nb3/4)O3、CaFeO3、CaSnO3、Sr(Fe1/2Ta1/2)O3、Sr(La1/2Ta1/2)O3、Sr(Li1/4Nb3/4)O3、Sr(Fe2/3W1/3)O3、SrSnO3、SrCeO3、Ba2BiNbO6、Ba2BiTaO6、Ba3Bi2WO9、Ba3Bi2MoO9、Ce(Mn0.5Ti0.5)O3、Ce(Mn0.5Zr0.5)O3、DyScO3、NdAlO3、PrGaO3、SmAlO3、Tl(Co0.5Ti0.5)O3、Tl(Co0.5Zr0.5)O3。
图10的[2]示出钛铁矿结构的结构体。其包括：LiNbO3、(Na0.86Li0.14)NbO3、(Na0.5Li0.5)NbO3、(Na0.08Li0.92)NbO3、LiTaO3、HSbO3、LiSbO3、NaSbO3、KSbO3、AgSbO3、LiBiO3、NaBiO3、AgBiO3。图10的[3]包括Ba4Na2Nb10O30、Ba2NaNb5O15＝NaNbO3+BaNb2O6、Ba2NaTa5O15、Ba2KNb5O15、Sr2KNb5O15、Sr2NaNb5O15、K0.8Na0.2Ba2Nb5O15、(Ba1-xSrx)2NaNb5O15、Sr2- xCaxNaNb5O15、K3Li2Nb5O15、K2BiNb5O15、(Sr1-xBax)Nb2O6、(Sr0.3Ba0.7)Nb2O6、Ba5SmTi3Nb7O30、Ba5SmTi2ZrNb7O30、Ba5SmTiZr2Nb7O30、Ba5SmZr3Nb7O30。图10的[4]示出A2B2O7钙钛矿板结构的结构体。其包括：Sr2Nb2O7、Sr2Ta2O7、Sr2(Nb1-xTax)2O7、La2Ti2O7。图10的[5]示出层状结构氧化物的结构体。其包括：BaNbn+3mO3n+3m[(BaNbO3)n(NbO)3m]、Ba2Nb5O9、BaNb4O6、BaNb7O9、Sr2Nb5O9、Sr2Nb8O12、SrNbn+3mO3n+3m[(SrNbO3)n(NbO)3m]、CaNbn+3mO3n+3m[(CaNbO3)n(NbO)3m]。图10的[6-1]、[6-2]、[6-3]、[6-4]、[6-5]、[6-6]、[6-7]、[6-8]示出铋层状结构强电介质的结构体。其包括：Ba2Bi4Ti5O18、BaBi2Nb2O9、BaBi2Ta2O9、BaBi4Ti4O15＝BaTiO3+Bi4Ti3O12、Bi3TiNbO9、Bi3TiTaO9、Bi4Ti3O12、Bi5Ti3GaO15、(Bi,La)4Ti3O12、Bi7Ti4NbO21、Ca2Bi4Ti5O18、CaBi2Nb2O9、CaBi2Ta2O9、CaBi4Ti4O15＝CaTiO3+Bi4Ti3O12、K0.5Bi2.5Nb2O9、K0.5Bi2.5Ta2O9、K0.5Bi4.5Ti4O15、KBi5Ti5O18＝2K0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Li0.5Bi2.5Nb2O9、Li0.5Bi2.5Ta2O9、Li0.5Bi4.5Ti4O15＝Li0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、LiBi5Ti5O18＝CaTiO3+Bi4Ti3O12、Na0.5Bi2.5Nb2O9、Na0.5Bi2.5Ta2O9、Na0.5Bi4.5Ti4O15、NaBi5Ti5O18＝2Na0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti5O18、SrBi2(Nb,Ta)2O9、SrBi2(V,Nb)2O9、SrBi2Nb2O9、SrBi2Ta2O9、SrBi4Ti4O15＝SrTiO3+Bi4Ti3O12、AgBi5Ti5O18＝2Ag0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Bi2WO6、Cu0.5Bi4.5Ti4O15＝Cu0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Rb0.5Bi4.5Ti4O15＝Rb0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、RbBi5Ti5O18＝2Rb0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、(Sr0.2Ca0.8)1-xNd2x/3Bi2Ta2O9、(Sr1-xBax)Bi2Ta2O9、ThBi2Ti2O9、Tl0.5Bi4.5Ti4O15＝Tl0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、TlBi5Ti5O18＝2Tl0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12。此外，还包括将上述材料的组成比改变后的化合物、两个以上的上述材料的化合物、在上述材料或两个以上的上述材料的化合物中添加了微量的元素的复合组成化合物。
压电体膜132在厚度方向上产生极化。当对压电体膜132施加与极化相同方向的电场时，压电体膜132在与电场方向正交的方向上伸缩。换句话说，压电体膜132在相对于膜厚正交的方向上收缩或者伸长。
驱动元件130的上部电极133是在压电体膜132上与喷嘴110同轴并且与压电体膜132为同一形状的圆环状的形状。如图7所示，上部电极133具备将多个电极部133a连接的配线部133b，在配线部133b的端部具备两个端子部133c(参照图5)。在将上部电极133按一定电压连接的情况下，向下部电极131施加电压控制信号。
下部电极131例如通过溅射法将Ti(钛)与Pt(铂)层叠而形成为厚度0.5μm。下部电极131的膜厚成为大致0.01μm～1μm的范围。下部电极131能使用Ni(镍)、Cu(铜)、Al(铝)、Ti(钛)、W(钨)、Mo(钼)、Au(金)、SrRuO3(锶钌氧化物)等其它材料。下部电极131还能将各种金属层叠后使用。
上部电极133用Pt薄膜形成。作为上部电极133的其它电极材料，还能使用Ni、Cu、Al、Ti、W、Mo、Au、SrRuO3等。作为其它成膜法，还能使用蒸镀、镀金。上部电极133也能将各种金属层叠后使用。
喷嘴板100具备将下部电极131与上部电极133绝缘的绝缘膜140。绝缘膜140将驱动元件130的区域中的电极部131a和压电体膜132及电极部133a的周缘覆盖。绝缘膜140将下部电极131的配线部131b覆盖。绝缘膜140在上部电极133的配线部133b的区域中将振动板120覆盖。绝缘膜140具备将上部电极133的电极部133a与配线部133b电连接的接触部140a。
喷嘴板100具备保护膜150。保护膜150具备与振动板120的喷嘴110连通的圆筒状的药液通过部141。
喷嘴板100具备覆盖保护膜150的疏液膜160。疏液膜160是对有疏药液的特性的例如有机硅系树脂进行旋转涂布而形成的。疏液膜160也能用含氟树脂等具有疏药液的特性的材料形成。
压力室结构体200在与振动板120相反的一侧的面中具备作为翘曲降低层的翘曲降低膜220。压力室结构体200具备将翘曲降低膜220贯通后到达振动板120的位置并与喷嘴110连通的压力室210。压力室210例如形成为位于与喷嘴110同轴上的圆形。
不过，如第一实施方式所示，压力室210具备与药液保持容器22的开口部22a连通的开口部。优选压力室210的开口部的深度方向的尺寸L大于宽度方向的尺寸D。设为深度方向的尺寸L＞宽度方向的尺寸D，从而使施加到压力室210内的药液的压力由于喷嘴板100的振动板120的振动而延迟向药液保持容器22逃逸。
压力室结构体200将压力室210的配置振动板120的一侧设为第一面200a，将配置翘曲降低膜220的一侧设为第二面200b。在压力室结构体200的翘曲降低膜220侧通过例如环氧系粘接剂粘接有药液保持容器22。压力室结构体200的压力室210通过翘曲降低膜220侧的开口部与药液保持容器22的开口部22a连通。药液保持容器22的开口部22a的开口面积比与形成于药液吐出阵列27的所有压力室210的药液保持容器22的开口部22a连通的开口部的开口面积大。因此，形成于药液吐出阵列27的所有压力室210与药液保持容器22的开口部22a连通。
振动板120由于面状的驱动元件130的动作而在厚度方向上变形。药液吐出装置根据由于振动板120的变形而在压力室结构体200的压力室210内产生的压力变化吐出对喷嘴110供应的药液。
接着，说明上述构成的作用。本实施方式的药液吐出装置2固定于药液滴下装置1的装配模块5来使用。当进行将该药液吐出装置2安装于装配模块5的操作时，药液吐出装置2从模块主体15的狭缝32的前面开口部侧插入模块主体15的狭缝32的内部。
当使用药液吐出装置2时，首先，通过图中没有示出的吸液管等将药液从药液保持容器22的上面开口部22b按规定量供应到药液保持容器22。药液被保持在药液保持容器22的内面。药液保持容器22的底部的开口部22a与药液吐出阵列27连通。被药液保持容器22保持的药液经由药液保持容器22的底面的开口部22a向药液吐出阵列27的各压力室210填充。
在药液吐出装置2内被保持的药液含有例如低分子化合物、荧光试剂、蛋白质、抗体、核酸、血浆、细菌、血细胞、细胞中的任意一种。药液的主溶剂(不过是重量比或体积比高的物质)一般是水、甘油、二甲基亚砜。
在这样设置的状态下，电压控制信号输入到电装基板配线24的控制信号输入端子25。电压控制信号从电装基板配线24的电极端子连接部26向下部电极131的端子部131c和上部电极133的端子部133c输送。此时，与向驱动元件130施加电压控制信号对应地，振动板120发生变形而使压力室210的容积变化，由此，药液作为药液滴从药液吐出阵列27的喷嘴110吐出。并且，从喷嘴110向微孔板4的各孔开口300滴下规定量的液体。
作为控制压力室210的压力的致动器的代表性方式，有热喷射方式和压电喷射方式。本实施方式的致动器170是压电喷射方式。
在热喷射方式的致动器的情况下，利用从作为致动器的薄膜传热加热器产生的热能加热药液使其沸腾，通过其压力进行药液的吐出。此时，薄膜传热加热器成为300℃以上，因此优选药液所含有的低分子化合物、荧光试剂、蛋白质、抗体、核酸、血浆、细菌、血细胞、细胞是即使成为300℃以上也不会变质的耐热性高的物质。
另一方面，在压电喷射方式的情况下，致动器包括作为压电元件的驱动元件130和振动板120。振动板120由于通过电压控制信号变形的压电元件而发生变形。由此，通过控制压力室210内的药液的压力来吐出药液。因此，药液能不被加热地吐出。
当使用药液吐出装置2时从喷嘴110吐出的1滴的液量是2到5皮升。因此，能通过控制滴下次数来对向微孔板4的各孔开口300滴下pL到μL的量级的液体进行控制。在此，由微孔板4的各孔开口300保持的药液是含有细胞、血细胞、细菌、血浆、抗体、DNA、核酸、蛋白质的溶液中的任意一种。
此外，在本实施方式中，致动器170包括用不含有铅成分的无铅材料制作的压电元件。用该无铅材料制作的压电元件与包含铅成分的例如PZT(Pb(Zr,Ti)O3：钛酸锆酸铅)的压电元件相比压电特性较低。因此，在用无铅材料制作的压电元件的情况下，驱动时的振动板120的移位量与用PZT制作的压电元件相比较小，因此1滴的液量较小。
因此，在本实施方式中，如图5所示，相对于微孔板4的一个孔开口300配置有多个喷嘴110(在本实施方式中为9个)。这样相对于一个孔开口300配置多个喷嘴110，从而即使是压电特性低的压电元件，也能在短时间内完成需要量的药液的滴下。因此，针对如1536个孔的微孔板4那样孔数多的微孔板4的所有孔开口300，也能在短时间内完成需要量的药液的滴下。此外，使用完毕的药液吐出装置2的主体是被废弃的一次性部件。
因而，在上述构成的第一实施方式的药液吐出装置2中，使用完毕的药液吐出装置2的主体原样被废弃。在此，药液吐出装置2的致动器170包括用不含有铅成分的无铅材料制作的压电元件，因此当进行废弃使用完毕的药液吐出装置2的主体的处理时，环境负荷小。
此外，在医疗、生物类用途中，药液吐出装置2的装拆更换在1天内进行多次，使用期间非常短。因此，即使在致动器170中使用的无铅材料的压电元件的耐久性与PZT(Pb(Zr,Ti)O3：钛酸锆酸铅)相比较低，也能充分地满足作为环境负荷小的一次性用途的药液吐出装置2的性能。
在以上说明的实施方式中，虽然将作为驱动部的驱动元件130设为圆形，但是不限定驱动部的形状。驱动部的形状例如可以是菱形或椭圆等。此外，压力室210的形状也不限于圆形，可以是菱形或椭圆形以及矩形等。
此外，在实施方式中，在驱动元件130的中心配置了喷嘴110，但若能吐出压力室210的药液，则不限定喷嘴110的位置。例如可以将喷嘴110不形成于驱动元件130的区域内而形成于驱动元件130的外侧。在将喷嘴110配置于驱动元件130的外侧的情况下，无需将驱动元件130的多个膜材料贯通而对喷嘴110进行图案化。因此，驱动元件130的多个膜材料无需与喷嘴110对应的位置的开口图案，喷嘴110能仅通过对振动板120和保护膜150进行图案化而形成，图案化变得容易。
根据以上说明的至少一个实施方式，能提供环境负荷小、一次性用途的药液吐出装置和药液滴下装置。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
Claims (10)
1.一种药液吐出装置，其特征在于，具有：
压力室结构体，其形成与吐出药液的喷嘴连通并在内部填充所述药液的压力室，并具有将所述药液从所述喷嘴吐出的侧的第一面和向所述压力室供应所述药液的侧的第二面；
药液保持容器，其装配于所述第二面，并具有承接所述药液的药液承接口和与所述压力室内连通的药液出口；以及
致动器，其使所述压力室内的压力变化，并使用将所述压力室内的所述药液从所述喷嘴吐出的、用不含有铅成分的无铅材料制作的压电元件而构成。
2.根据权利要求1所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述药液吐出装置是使用完毕的所述药液吐出装置的主体被废弃的一次性部件。
3.根据权利要求1或2所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述药液吐出装置针对承接从所述压力室结构体吐出的所述药液的承接部的一个开口部配置多个喷嘴。
4.根据权利要求1所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述无铅材料是钙钛矿结构、复合钙钛矿结构、钛铁矿结构、钨青铜结构的氧化物、A2B2O7钙钛矿板结构、层状结构氧化物和铋层状结构强电介质中的任一个结构体、ZnO或AlN。
5.根据权利要求1所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述压力室的与所述药液出口连通的开口部的深度方向的尺寸L大于宽度方向的尺寸D。
6.根据权利要求1所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述药液出口的开口面积比所述压力室的与所述药液出口连通的开口部的开口面积大。
7.一种药液滴下装置，其特征在于，具有：
权利要求1至3中的任一项所述的药液吐出装置；以及
药液吐出装置装配模块，其具有将所述药液吐出装置卡合的卡合部，并且能沿着导轨移动。
8.根据权利要求7所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述无铅材料是钙钛矿结构、复合钙钛矿结构、钛铁矿结构、钨青铜结构的氧化物、A2B2O7钙钛矿板结构、层状结构氧化物和铋层状结构强电介质中的任一个结构体、ZnO或AlN。
9.根据权利要求7所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述压力室的与所述药液出口连通的开口部的深度方向的尺寸L大于宽度方向的尺寸D。
10.根据权利要求7所述的药液吐出装置，其特征在于，
所述药液出口的开口面积比所述压力室的与所述药液出口连通的开口部的开口面积大。
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