JP2002162404A - 液体分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出ユニット内部の流路を試料吐出時に大気
圧に復帰させることにより液体を正確に定量吐出し得る
ようにした液体分注装置を提供する。 【解決手段】 液体を微小量分注する液体分注装置５０
は、試料６５を吸引する液体吸引部材を構成する、シリ
ンジピストン部６６、ピストン６８，ラック６９，ステ
ップモータ７０と、吸引された試料６５を内部の流路に
保持して吐出口より微小液滴として吐出する吐出ヘッド
部６７とを内蔵する吐出ユニット５５と、吐出ユニット
５５の内部に形成された流路を液体試料吐出時に大気圧
に復帰させる電磁弁６２とを具備して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小量の液体を分
注する医療用途の液体分注装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微小量の液体を分注する液体分注装置の
従来例としては、例えば、特開平１０−１１４３９４号
公報に記載されている、圧電変換器を適用したマイクロ
ディスペンサを搭載した微量流体処理装置がある。以
下、その概略構成を図１５を用いて説明する。

【０００３】図１５に示す微量流体処理装置２１０は、
ガラス毛細管に取り付けられた圧電変換器を使用するマ
イクロディスペンサ２１６と、マイクロディスペンサ２
１６に移送流体２２４を充填し、マイクロディスペンサ
２１６から移送流体２２４を吸引し、システム流体２２
０の圧力を制御するとともに移送と移送との間にマイク
ロディスペンサ２１６を洗浄する容積式ポンプ２１２
と、システム流体２２０の圧力を測定するとともに対応
する電気信号を発するピエゾ抵抗圧力センサ２１４とを
具備している。ピエゾ抵抗圧力センサ２１４により測定
された圧力信号は、分配される移送流体２２４の体積を
点検および測定するため、ならびにマイクロディスペン
サ２１６の自動化された調整および診断を行うために使
用される。すなわち、ピエゾ抵抗圧力センサ２１４によ
り測定された圧力に対応する電気信号は制御回路に送出
され、それを受けた制御回路は、電気信号をデジタル形
式に変換するとともに分配される移送流体２２４の対応
する体積を示す指示値を発生する。この従来例の微量流
体処理装置は、リアルタイム動作中に分配された流体の
微少量を検査するように構成されている。

【０００４】この従来例では、システム流体２２０と移
送流体２２４とを用いており、移送流体２２４は、シス
テム流体２２０内の圧力の小さな変化の測定を容易にす
るため、分配される移送流体２２４の体積と関連する公
知の量の空気２２２（エアーギャップ）によってシステ
ム流体２２０から分離されている。移送流体２２４は、
微量分配範囲の液滴が分配される毎に、毛細管作用によ
ってマイクロディスペンサ２１６の内部の以前の位置へ
と戻るため、エアーギャップ２２２の所定の体積は、分
配される移送流体２２４の量に対応して増加することに
なる。このエアーギャップ体積の増加は、感度の高いピ
エゾ抵抗圧力センサ２１４によって測定されるシステム
流体２２０ライン内の圧力を低下させることになる。

【０００５】また、上記微量流体処理装置２１０では、
極少量の移送流体２２４を分配するために、アナログ電
圧パルスがマイクロディスペンサ２１６に送出され、そ
れにより液滴２２６が発生する。その後、移送流体２２
４に作用する毛細管力によって、マイクロディスペンサ
２１６から供給された所定量の移送流体２２４が管２１
８から供給される液体と置き換えられる。しかしなが
ら、移送流体２２４・エアーギャップ２２２・システム
流体２２０という構成の液柱が容積式ポンプ２１２内の
閉塞端にて終端となっているため、エアーギャップ２２
２が膨張するにつれてシステム液体２２０のライン内の
圧力が低下する。すなわち、上記公報には、５００ナノ
リットルの極少量の分配を行う間に測定される圧力プロ
ファイルが例示されるとともに、上記圧力低下の程度は
エアーギャップ２２２の寸法および分配される液体量の
関数となることが記載されている。

【０００６】上記エアーギャップ２２２の容積が既知で
ある場合、圧力センサ２１４により検出される圧力変化
は、分配される量に関係する。このため、制御論理は、
圧力センサ２１４により測定された圧力変化を基にして
分配された移送流体２２４の量を判断するようになって
いる。また、上記従来例の好適な実施の形態の記載によ
れば、移送流体２２４の特性に対応して、外気圧よりも
約３０〜４０ミリバール以上圧力が低下しないようにす
ることが好ましいので、エアーギャップ２２２の寸法
は、外気圧よりも３０〜４０ミリバール以上低い圧力低
下の発生を防止するために、所望の分配量に基づいて選
択するようになっている。また、マイクロディスペンサ
２１６が移送流体２２４を分配している間にプランジャ
を前進させ、これによりマイクロディスペンサ２１６が
連続的に作用し得るようにシステム液体２２０の管圧を
再設定し得るようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、液滴吐
出量に応じて容積式ポンプのプランジャを動作させるこ
とにより、システム系管内の圧力を常に安定吐出可能な
圧力範囲内（外気圧よりも３０〜４０ミリバール以上低
い圧力）に維持することにより、リアルタイム動作中に
分配された流体の微少量を確実に検査することを意図し
ている。

【０００８】ここで、医療用途（生化学・バイオ遺伝子
分野）での液体分注について考察すると、分注する液体
は多種に亘っており、各種液体の液体物理定数（粘度、
表面張力、比重、接触角）が異なる値となる毎に、飛翔
する液滴の量や飛翔速度は異なるものとなる。一般に、
微小量の液体を取り扱う場合には通常の液体流れの関係
が成立せず、液体流れの関係に粘性や表面張力等が大き
く影響することになり、極微小量領域に進むにつれてそ
の影響が激しくなり、さらに、液滴の飛翔する空気抵抗
さえも無視できなくなる。したがって、上記従来例のよ
うにシステム管内での圧力を制御して一定値に管圧を維
持したとしても、各種液体の液体物理定数の相違に応じ
て吐出口での液体のメニスカス形状が異なってしまうた
め、飛翔する液滴の量や飛翔速度が異なるものとなり、
さらには、サテライト（メインドロップ以外の飛翔ドロ
ップ）の発生頻度も異なってくる。特に、血清等の人血
または異種のＤＮＡ含有溶液を扱う場合には、個人差ま
たは含有ＤＮＡ塩基長に応じて僅かに液体物理定数が異
なるものとなるため、飛翔する液滴の量や飛翔速度をシ
ステム管内の圧力のみによって制御しようとしても、所
望の液滴吐出状態を実現するのは極めて困難である。

【０００９】さらに、複数の吐出ヘッドを使用する構成
とした場合には、吐出ヘッドの製造上の組立誤差や吐出
ヘッド自体の吐出特性の個体差（例えば圧電素子の特性
差）により吐出ヘッド毎に吐出口位置や液滴の飛行角度
がばらつくため、液滴の着弾位置にずれが生じることが
ある。この場合、上記従来例では、吐出ヘッドの加工精
度および組立精度を支障のないレベル（例えばμｍレベ
ル）まで向上させる対策を講じないと上記不具合に解消
することができず、上記対策を講じた場合には装置の高
価格化を招いてしまう。

【００１０】本発明は、液体を正確に定量吐出し得る液
体分注装置を提供することを第１の目的とする。本発明
は、液体を正確な吐出位置に吐出し得る液体分注装置を
提供することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の第１発明は、液体を微小量分
注する液体分注装置において、液体試料を吸引する液体
吸引部材と、吸引された液体試料を内部の流路に保持し
て吐出口より微小液滴として吐出する液体吐出部材とを
内蔵する吸引吐出ユニットと、該吸引吐出ユニットの内
部に形成された流路を液体試料吐出時に大気圧に復帰さ
せる圧力切換部材とを具備して成ることを特徴とする。

【００１２】上記第２の目的を達成するため、請求項２
に記載の第２発明は、液体を微小量分注する液体分注装
置において、液体試料を吐出口より吸引して吐出口より
微小液滴として吐出する、整列配置された複数の吸引吐
出ユニットと、該複数の吸引吐出ユニットにより吐出さ
れた微小液滴が着弾される液滴保持部材と、該液滴保持
部材に着弾された微小液滴の着弾位置を観察測定する観
察部材と、該観察部材により測定した微小液滴の着弾位
置に基づいて次回吐出する微小液滴の着弾位置を補正す
る補正手段とを具備して成ることを特徴とする。

【００１３】請求項３に記載の第３発明は、前記圧力切
換部材は、吸引開始時から所定時間が経過したときに、
前記吸引吐出ユニットの内部に形成された流路を大気圧
に復帰させることを特徴とする。

【００１４】請求項４に記載の第４発明は、前記吸引吐
出ユニットは、液体試料吸引時には流路内が空気で満た
されていることを特徴とする。

【００１５】請求項５に記載の第５発明は、前記吸引吐
出ユニットは、液体試料内に気泡を発生させない流路内
圧力を維持した状態で液体試料を吸引することを特徴と
する。

【００１６】

【発明の効果】第１発明によれば、圧力切換部材以外に
特別な補正機構を必要としない構成でありながら、吸引
吐出ユニットからの液体試料吐出時には、圧力切換部材
の作動により吸引吐出ユニットの内部に形成された流路
が常に大気圧に復帰しているので、多数回の吐出を行っ
ても流路が常に大気圧に復帰するため流路内のメニスカ
スの形状が安定することになり、安定した吐出が可能に
なる。したがって、液体を正確に定量吐出し得る液体分
注装置を提供することができる。

【００１７】第２発明によれば、整列配置された複数の
吸引吐出ユニットにより吐出されて液滴保持部材に着弾
した微小液滴の着弾位置を観察部材が観察測定し、該観
察部材により測定した微小液滴の着弾位置に基づいて補
正手段が次回吐出する微小液滴の着弾位置を補正するか
ら、複数の吸引吐出ユニットを組立・設置する際のばら
つきおよび個体差によるばらつきに起因する液滴試料の
着弾位置のずれを考慮して次回に吐出する微小液滴の着
弾位置を補正することができ、所望の着弾位置精度で微
小液滴を正確に着弾させることができる。したがって、
液体を正確な吐出位置に吐出し得る液体分注装置を提供
することができる。

【００１８】第３発明によれば、前記圧力切換部材は、
吸引開始時から所定時間が経過したときに、前記吸引吐
出ユニットの内部に形成された流路を大気圧に復帰させ
るので、前記所定時間を例えば流路内最大負圧圧力に対
して流路内圧力が１／２〜１／１０程度に小さくなるま
でに要する時間に設定しておくことにより、負圧になっ
た流路の圧力が自然に大気圧に復帰するまで待つ場合に
比べて、流路を大気圧に復帰させる時間を大幅に短縮さ
せることができる。したがって、吸引時間を短縮するこ
とができる。

【００１９】第４発明によれば、前記吸引吐出ユニット
は、液体試料吸引時には流路内が空気で満たされている
ので、同一液体試料を微小液滴として連続的に多数回吐
出させた場合には、吸引吐出ユニットの流路内の空気に
より生じるダンピング効果により、吐出量の体積減少に
対する圧力変化は流路内が液体で満たされている場合よ
りも鈍感になり、流路の吐出口のメニスカス形状をより
一層一定形状に維持することができる。したがって、流
路内が液体で満たされている場合に比べて数倍の吐出回
数を液体の補給動作無しで実現することができる。

【００２０】第５発明によれば、前記吸引吐出ユニット
は、液体試料内に気泡を発生させない流路内圧力（例え
ば低負圧）を維持した状態で液体試料を吸引するので、
液体試料内に気泡が発生することはない。したがって、
液体吐出の圧力波動を気泡が吸収して吐出量が不安定に
なることが防止され、正確な吐出量の液体を安定吐出す
ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態
の液体分注装置の構成を示す斜視図であり、図２は第１
実施形態の洗浄槽の洗浄時の状態を示す断面図であり、
図３は第１実施形態の洗浄槽の乾燥時の状態を示す断面
図であり、図４（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態の吐出ヘ
ッドユニットの圧電素子変形状態を説明するための図で
あり、図５は第１実施形態の吐出ヘッドユニットの試料
吸引時の状態を示す断面図であり、図６（ａ）〜（ｃ）
は第１実施形態の圧力検出部材の検出波形例を説明する
ための図であり、図７は第１実施形態のヘッドチップ５
７の液体吸引時の状態を示す断面図であり、図８（ａ）
〜（ｄ）は第１実施形態の吐出ヘッドユニットの変形例
の圧電素子変形状態を説明するための図である。

【００２２】まず、本実施形態の液体分注装置の概略構
成を図１により説明する。本実施形態の液体分注装置５
０は、図示しない３軸（ＸＹＺ軸）可動搬送部材に支持
されており、試料が多穴に収納されたウェルプレート５
２と、洗浄槽５１と、検査プレート５３とが配置されて
いる。この液体分注装置５０は、テフロン（登録商標）
製の柔軟性のある配管５９により、洗浄槽５１と、洗浄
水供給タンク５４と、吐出ヘッドユニット５５と、エア
供給ポンプ６０と、洗浄水供給ポンプ６１と、電磁弁６
２とを接続しており、エアまたは洗浄水を吐出ヘッドユ
ニット５５に導入するようになっている。なお、上記テ
フロン製の配管５９の途中には、メンブレンフィルタ等
のゴミとり用のフィルタ６３がそれぞれ設置されてい
る。

【００２３】ウェルプレート５２は、樹脂製の９６穴ま
たは３８４穴の規格化された多穴の試料貯蔵部６４を有
しており、９６穴ウェルプレートの場合は９ｍｍ間隔の
穴が形成され、３８４穴ウェルプレートの場合は４．５
ｍｍ間隔の穴が形成され、同一試料または異なる試料が
貯蔵されている。試料６５としては、血清、ＤＮＡ含有
溶液、試薬等の、多種類の生化学液体が貯蔵されてい
る。一般的に、試料温度による反応の影響を除去するた
めに、ウェルプレート５２は温度管理された筺体内に収
納されているため、必要に応じて、吐出ヘッドユニット
５５の吸引位置に移動されるようにしてもよい。

【００２４】検査プレート５３は、試料６５を微小液滴
として着弾付着されるものであり、スライドガラスを始
めとして、化学反応処理膜が形成されたスライドガラス
やセラミック等のメンブレンフィルタ等のプレート形状
のものや、吐出液体を捕獲するための側壁を有する反応
容器のようなものまで多種類のものが使用可能であり、
検査手段、測定手段および検査方法に応じて前記多種類
の中から選択した所望のものを用いることができる。

【００２５】吐出ヘッドユニット５５は、シリンジピス
トンポンプ部６６および吐出ヘッド部６７により構成さ
れている。シリンジピストンポンプ部６６のピストン６
８は金属製材料で形成されており、ピストン６８の一方
の円筒側面外周にはラック６９が形成されている。この
ラック６９はステッピングモータ７０の軸に取り付けら
れた歯車７１と噛み合っており、ステッピングモータ７
０の回転角に応じてピストン６８が図示矢印の如くＺ軸
方向に微小ストロークだけ往復運動するように構成され
ている。このステッピングモータ７０は、マイクロステ
ップ駆動方式により０．０１度／１ステップ以下の分解
能で駆動することができるので、ピストン６８をμｍオ
ーダーで正確に移動制御することが可能である。

【００２６】シリンジピストンポンプ部６６には、図４
（ｂ）に示すように、透明な樹脂材料製（例えばアクリ
ル樹脂製）のシリンジ７２が形成されており、このシリ
ンジ７２には、ピストン６８の外径に一致する穴または
ピストン６８の外径よりも小径の穴を有する弾性Ｏリン
グ７３が複数（図示例では２個）配置されているためピ
ストン６８の摺動部で外気とシリンジ７２内部との気密
性が保たれている。この構成では、ピストン６８の往復
直線移動に応じてシリンジ７２内の流路および吐出ヘッ
ド部６７に液体やエアが吸引／排出されることになる。
ピストン６８は、排出時には吐出ヘッド部６７側に移動
し、吸引時には弾性Ｏリング７３側に移動するようにな
っている。なお、上記シリンジ７２内の流路は、吐出ヘ
ッド部６７内の流路および電磁弁６２方向へ向かう配管
継手７４に連通するように形成されている。

【００２７】シリンジ７２の吐出ヘッド部６７の近傍の
部位には、シリンジ７２内に貫通する穴７５が形成され
ており、この穴７５の内部には圧力検出部材５６が設置
されている。圧力検出部材５６としては、例えば、エッ
チングにより形成されたシリコンダイヤフラム上の抵抗
体の圧力による変化値を検出する圧力センサや、薄板の
圧電素子の圧力による変化値を検出する圧力センサを用
いるものとする。なお、圧力検出部材５６は図示しない
圧力検出回路に接続されており、圧力値を定量測定する
ようになっている。

【００２８】吐出ヘッド部６７は、図４（ａ）に示すよ
うな円筒形状の圧電素子７６と、ヘッドチップ５７とに
より構成されている。この圧電素子７６は、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）の材料より成り、例えば外径１．
３ｍｍ、内径０．７ｍｍ、長さ２０ｍｍの形状をなして
いる。圧電素子７６の一方の端面はシリンジ７２と接合
されており、他方の端面にはヘッドチップ５７が接合さ
れている。この圧電素子７６の内周面にはニッケル等の
材質のマイナス電極７７がメッキ処理により形成されて
おり、このマイナス電極７７はシリンジ７２側端面にて
折り返されて外周面に引き出されている。上記圧電素子
７６の外周面にはマイナス電極７７から一定間隔を隔て
てプラス電極７８が形成され、肉厚方向に分極処理され
ている。また、圧電素子７６は、その内面にＳｉＯ_２
等の親水性を有する皮膜が形成されるとともに、その外
周面にフッ素系の撥水性を有する皮膜が形成されてい
る。なお、圧電素子７６の外周に形成されたマイナス電
極７７およびプラス電極７８間には、図示しない駆動回
路から所定波形の電圧を印加することになる。

【００２９】圧電素子７６の一方の端面に接合されたヘ
ッドチップ５７は、耐食性・耐薬品性に優れたステンレ
ス材料製で円錐型の形状をなしており、φ５０μｍ程度
の吐出口７９がその頂点に開口している。ヘッドチップ
５７の内周面は、ほぼ圧電素子７６の内径からほぼ吐出
口７９の径に至るまで径が変化するような所定角度のテ
ーパー形状をなしており、その内面にはＳｉＯ_２ 等の
親水性を有する皮膜が形成され、外周面にはフッ素系の
撥水性を有する皮膜が形成されている。なお、吐出口７
９は、微細放電加工やマイクロプレス加工により加工す
ることができ、ストレート形状の穴または内部から吐出
口出口に向かうにつれて径が小さくなるテーパー穴とな
っている。

【００３０】ヘッドチップ５７と圧電素子７６の内面の
マイナス電極７７とは電気的に導通し、図示しない液面
検知回路に接続されている。液面検知技術には様々な手
法があるが、例えば、空気接触時と液面接触時との静電
容量の変化を検出して液面に接触したことを検知する液
面検知技術を用いれば十分である。

【００３１】図１の洗浄水供給タンク５４内には、洗浄
水８０となる水または脱気されたイオン交換水が収容さ
れており、洗浄水供給ポンプ６１を作動させることによ
り配管５９、電磁弁６２、吐出ヘッドユニット５５およ
び洗浄槽５１に洗浄水８０が充填供給される。また、エ
ア供給ポンプ６０を作動させることにより、配管５９、
電磁弁６２、吐出ヘッドユニット５５および洗浄槽５１
にエア８１が充填供給される。配管５９の途中に設置さ
れた電磁弁６２は、吐出ヘッドユニット５５に洗浄水８
０またはエア８１を供給するための切り換えを行うとと
もに、吐出ヘッドユニット５５内の流路を大気に連通さ
せるための切り換えを行う。

【００３２】洗浄槽５１には、洗浄水８０を供給する洗
浄水供給管８２およびエア８１を供給するエア供給管８
３が設置されており、洗浄槽５１の底部には排水管８４
が設置されている。この排水管８４の排水口８５は、図
２に示すように洗浄槽５１の内径よりも小さな径に形成
されている。浄水供給管８２を介して供給した洗浄水８
０は、図２に示すように洗浄槽５１内に貯液された後、
排水口８５から排液されて図３に示す状態となる。

【００３３】次に、本実施形態の液体分注装置の各種動
作について説明する。まず、洗浄動作のため、吐出ヘッ
ドユニット５５を洗浄槽５１の上方に移動させてから、
吐出ヘッド部６７を所定長さだけ洗浄槽５１内に浸積さ
せる。次に、電磁弁６２を開放して洗浄水供給側に切り
換えてから洗浄水供給ポンプ６１を駆動する。これによ
り、洗浄水供給タンク５４内の洗浄水８０が吐出ヘッド
部６７の吐出口７９から放出されると同時に、洗浄槽５
１の洗浄水供給管８２からも洗浄水８０が放出される。
よって、洗浄槽５１内に浸積された吐出ヘッド部６７の
外周面および内周面、シリンジピストン部６６の流路、
ならびにピストン６８が洗浄水８０にて洗浄されること
になる。

【００３４】上記洗浄水８０の送液の間にピストン６８
がストローク上点（弾性Ｏリング７３側）およびストロ
ーク下点（吐出ヘッド部６７側）間の移動を数回繰り返
すことにより、シリンジ７２の流路内が洗浄水８０にて
完全に充填される。その後、電磁弁６２を閉じてから洗
浄水供給ポンプ６１を停止させる。このとき、ピストン
６８は、ストローク下点（吐出ヘッド部６７側）にて停
止した状態となる。以上により、吐出ヘッドユニット５
５内の流路は吐出口７９を除いて密閉され、洗浄水８０
にて流路内が完全に満たされた状態となる。

【００３５】続いて、吐出ヘッドユニット５５を洗浄槽
５１から引き上げる途中でヘッドチップ５７をエア供給
管８３付近の位置に一旦停止させたとき、エア供給ポン
プ６０を作動させてエア供給管８３よりエア８１を噴出
し、吐出ヘッド部６７およびヘッドチップ５７の外周に
付着した洗浄水８０を吹き飛ばしたり乾燥したりする。
その際、図示しないヒータ等により暖められたエア８１
を噴出するようにすれば、乾燥効率を高められることは
言うまでもない。

【００３６】その後、吐出ヘッドユニット５５を洗浄槽
５１から完全に上方に移動させてから水平移動させ、試
料６５が入ったウェルプレート５２の上方に搬送する。
この搬送の途中でピストン６８が上方（弾性Ｏリング７
３側）に所定量移動することによりエア８１がヘッドチ
ップ５７の吐出口７９から吸引され、吐出ヘッドユニッ
ト５５内に所定容量（例えば０．５〜３μＬ）のエア層
８６（図５参照）が形成される。

【００３７】上記エア層８６が形成された後、吐出ヘッ
ドユニット５５をウェルプレート５２の上方から下降さ
せ、図示しない液面検知回路にて液面を検出した後に吐
出ヘッド部６７の所定長さの部分をウェルプレート５２
に入っている試料６５内に浸積する。この状態でピスト
ン６８を弾性Ｏリング７３側に所定量移動させることに
より、吐出ヘッド部６７内に試料６５が所定量（例えば
数μＬ程度）吸引される。その際、吸引された試料６５
と洗浄水８０とは、図５に示すようにエア層８６により
分離されるので、試料６５が洗浄水８０により薄まるこ
とはない。ここで、試料６５がシリンジ７２内の圧力検
出部材５６の設置位置まで確実に吸引されるように上記
所定量を設定しておくことにより、圧力検出部材５６に
は吸引された試料５６が確実に接液することになる。

【００３８】上記試料吸引動作中の圧力検出部材５６の
検出電圧は、例えば図６（ｂ）に示すようになる。すな
わち、図６（ａ）のような吸引動作によりピストン６８
が移動することにより、吐出ヘッドユニット５５内の圧
力は図６（ｂ）のように所定負圧まで下降した後、緩や
かに大気圧まで戻ろうとする。このときの大気圧に戻る
までの時間（吸引完了時間）８７は各試料６５の液体物
理定数に依存する固有の値となるため、時間８７を計測
することにより、各試料６５の液体物理定数を把握する
ことが可能である。よって、得られた検出結果から、後
に吐出動作を実施する際の圧電素子７６の印加電圧の諸
条件を補正することにより、異なる液体物理定数の試料
６５を用いる場合であっても、吐出される液滴の大きさ
を一定に維持することができる。なお、上記吸引完了時
間８７を正確に計測するために、吐出口７９の穴径加工
精度およびピストン６８の移動量制御精度は、正確に加
工または制御することが重要である。

【００３９】上記において、圧力検出部材５６により粘
度が高い試料６５の吸引完了時間を測定する場合には、
吸引完了までに長時間を要するため、実用上好ましくな
い。この対策として、吸引動作開始時から所定時間が経
過したときに電磁弁６２を大気圧に開放し、それにより
吐出ヘッドユニット５５内の圧力を大気圧に戻すように
すると、吸引完了時間の短縮を図ることができる。

【００４０】具体的には、例えば図６（ｃ）に示すよう
に、吸引動作開始後、流路内最大負圧圧力に対して流路
内圧力が１／２〜１／１０程度に小さくなった時点に吐
出ヘッドユニット５５内の流路を大気圧に復帰させる方
法を用いればよい。この方法は、吸引時の圧力変化では
最初に急激に負圧となって最大負圧に到達した後、緩や
かな圧力傾斜曲線となり、大気圧付近に近付くとその圧
力傾斜曲線はさらに緩やかになることを考慮したもので
あり、最大負圧に対して１／２〜１／１０程度の負圧値
になる復帰時間８７（図６（ｃ）参照）を予め設定して
おき、その復帰時間が経過した時点で吐出ヘッドユニッ
ト５５内の流路を大気圧に開放することにより、吸引時
間を短縮することができる。

【００４１】なお、上記の場合、試料６５の液体物理定
数を検出するために、電磁弁６２を大気圧に開放する直
前の圧力値８８（図６（ｃ）参照）をモニタするように
すれば、該圧力値８８を用いて上記と同様に液滴の大き
さを一定に維持する補正が可能である。言い換えれば、
圧力値８８に達した時点で電磁弁６２を大気圧に開放す
ることにより、異なる液体を吸引する場合であっても、
確実に一定吸引量の試料を吐出ヘッドユニット５５内に
保持することができるようになる。

【００４２】ところで、吐出口７９は数十μｍ程度の穴
であるため、吸引するためにピストン６８を弾性Ｏリン
グ７３側へ急速に移動させると、吐出ヘッドユニット５
５内の圧力が急速に低下し、吸引された試料６５を脱気
するようになる。その結果、微細な気泡が試料内に発生
し、吐出ヘッドユニット５５から液滴を吐出させるため
の圧力波動をこれらの気泡が吸収してしまうため、安定
した液滴吐出ができなくなる場合がある。この対策とし
て、本実施形態では、十分に低い速度でピストン６８を
移動させることにより、試料６５内の気泡発生を防止す
るようにしているが、圧力検出部材５６により吐出ヘッ
ドユニット５５内の圧力を吸引時にモニタしておき、試
料６５内に気泡が発生しないような吐出ヘッドユニット
５５内圧力管理の下で、ピストン６８を移動させるよう
に制御してもよい。

【００４３】一般に、気泡発生条件は吸引する試料６５
の溶存空気濃度にも左右されるが、−１．５〜−１０Ｎ
ｍｍ^２ の負圧状態で気泡が発生する場合があるので、
少なくとも−１．５Ｎｍｍ^２ の負圧を下回らないよう
に試料６５を吸引すれば、気泡発生を防止することが可
能となる。例えば、水に近い液体物理定数を有する試料
６５を吐出ヘッドユニット５５の約Φ２ｍｍのピストン
により吸引する場合においては、ピストン６８の移動速
度を約１ｍｍ／ｓｅｃ程度以下の速度で移動させること
により、気泡発生を防止することができる。なお、予め
脱気装置にて脱気された試料６５をウェルプレート５２
に収納して用いるようにすれば、気泡が発生する負圧が
大きくなるため、この分ピストン６８の移動速度を早め
ることができることは言うまでもない。

【００４４】上記のようにして吸引時に試料６５の液体
物理定数を測定した後、ウェルプレート５２から吐出ヘ
ッドユニット５５を上昇させてから水平移動させ、検査
プレート５３上に搬送する。ここで、検査プレート５３
上に搬送する前に、一旦、洗浄槽５１に搬送し、吐出ヘ
ッド部６７およびヘッドチップ５７の外周に付着した試
料６５を吹き飛ばしたり乾燥したりするようにエア供給
管８３からエア８１を噴出し、図７に示すような吐出口
７９の試料６５のメニスカス８９を一定形状に確保して
から検査プレート５３上に搬送するようにしてもよい。

【００４５】その後、ヘッドチップ５７および検査プレ
ート５３間のギャップが数ｍｍとなるように吐出ヘッド
ユニット５５を下降させ、このとき、吐出ヘッドユニッ
ト５５内の流路を電磁弁６２により大気圧に開放する。
この場合、流路を大気圧に開放しても吐出口７９は微小
な径であるため、内部の試料６５は表面張力による圧力
差により支持されることになり、漏れ出ることはない。

【００４６】ここで、圧電素子７６に所定波形の電圧
（例えば矩形波のパルス電圧）を印加して、吐出口７９
より所定量の液滴を飛翔吐出させる。図４（ｅ）のよう
な波形の電圧を印加した場合、圧電素子７６は図４
（ｂ）〜（ｄ）のように変形する挙動を示す。すなわ
ち、電圧を印加しない場合に図４（ｂ）に示す状態にな
っている圧電素子７６は、マイナス電圧を印加すると図
４（ｃ）のように径方向に膨むとともに長さ方向に縮む
ことになる。その後、プラス電圧を印加すると、図４
（ｄ）のように径方向に縮むとともに長さ方向に延び、
それにより液滴が吐出される。実際には、圧電素子７６
は径方向にサブμｍ、長さ方向に数μｍ程度しか変形し
ないが、吐出ヘッド部６７の圧電素子７６の急速変形
（流路断面積の変形）により、内部の試料６５には各試
料６５の液体物理定数および試料６５の吸引液柱形状に
固有な急峻な圧力波動が発生するので、ヘッドチップ５
７の内部のテーパーにより吐出口７９に向かう急速な流
れが発生する。この流れにより、吐出口７９のメニスカ
ス８９に発生している表面張力による圧力差を打ち破っ
て試料６５の液滴が吐出されることになる。

【００４７】その際、圧電素子７６と試料６５との間に
は親水性の膜以外のものが存在しないので、圧電素子７
６の変形により発生する力を直接試料６５に作用させる
ことができ、圧電素子７６の効率的な駆動が可能とな
る。例えば、本実施形態の形状の吐出ヘッドユニット５
５では、圧電素子７６への印加電圧を十数Ｖまで低下さ
せても数ｐＬ〜数十ｎＬ程度の液滴を吐出できるので、
駆動回路の小型化を図るとともに連続吐出時の圧電素子
７６の発熱を低減することができる。

【００４８】さらに、上記吸引時に検出した圧力検出部
材５６からの検出電圧に基づく補正値を用いて圧電素子
７６への印加電圧の諸条件（電圧値、印加時間、波形
等）を制御することにより、異なる液体物理定数の試料
６５を用いる場合であっても、所定の液滴量を正確に定
量吐出することができる。その結果、検査プレート５３
（例えばスライドガラス）上に、正確な吐出量で異なる
試料６５の液滴を着弾付着させることが可能になり、例
えば、格子状に整列配置された異種試料６５によるドッ
トを形成した検査プレート５３を製作することできる。

【００４９】図８（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態におい
て慣性力吐出ヘッドユニットを用いる変形例の圧電素子
変形状態を説明するための図である。この変形例は、上
記吐出ヘッドユニット５５の代わりに慣性力吐出ヘッド
ユニット５８を用いており、それ以外の部分は上記と同
様に構成するものとする。

【００５０】慣性力吐出ヘッドユニット５８には、図８
（ｂ）に示すように、図４（ｂ）の吐出ヘッドユニット
５５の場合と同様な円筒形状の圧電素子７６と、シリン
ジピストン部９０とが設置されている。圧電素子７６の
一方の端面は図示しない可動搬送部材に接続された支持
部材９１に固定されており、他方の端面にはシリンジピ
ストン部９０が固定されている。そして、ここでは図示
を省略したステッピングモータ７０の歯車７１と噛み合
ったラック６９（図１参照）と一体に形成されたピスト
ン６８が、圧電素子７６の内部を貫通するように配置さ
れている。

【００５１】シリンジピストン部９０の圧電素子７６固
定部の内部には、複数の弾性Ｏリング７３が設置されて
おり、それによりピストン６８の摺動部の気密性が確保
されている。シリンジピストン部９０の先端（図示下
端）にはヘッドチップ５７が連結され、シリンジピスト
ン部９０の側面外周には圧力検出部材５６および電磁弁
６２の方向へ向かう配管継手７４が設けられており、配
管継手７４内の流路はシリンジピストン部９０内の流路
に連通している。また、シリンジピストン部９０の側面
には貫通した穴７５が設置されており、この穴７５によ
って圧力検出部材５６がシリンジピストン部９０の流路
内に供給される試料６５と接触するようになっている。
なお、圧力検出部材５６は、極力、ヘッドチップ５７に
接近した位置に配置するものとする。

【００５２】この第１実施形態の変形例の液体分注装置
の圧電素子７６は、電圧を印加しないときは図８（ａ）
に示す状態になっているが、図４（ｅ）のような電圧を
印加すると図８（ｂ）〜（ｃ）のように圧電素子７６が
変形し、シリンジピストン部９０内の試料６５に圧電素
子７６の急速変形による加速度が付与され、それにより
ヘッドチップ５７の先端の吐出口７９より試料６５が液
滴として飛翔吐出されることになる。

【００５３】このような慣性力吐出ヘッドユニット５８
においては、上述した吐出ヘッドユニット５５を用いる
場合に比べて試料６５の吸引量が少なくて済むので、吸
引完了時間８７の短縮および試料６５の使用量の削減を
実現することができる。また、圧電素子７６が洗浄水８
０や試料６５に接触しないため、電気的な安全性を向上
させることができる。

【００５４】この慣性力吐出ヘッドユニット５８は、上
述した吐出ヘッドユニット５５に対して、流路形状を変
形させないで液滴を吐出する異なる吐出原理を適用した
ヘッドユニットであるが、圧力検出部材５６の検出電圧
により求めた吸引完了時間８７に基づく吐出液滴量の補
正は、上述した吐出ヘッドユニット５５の場合と同様に
実現できることは言うまでもない。また、上述した吐出
ヘッドユニット５５の場合と同様に、吸引完了時間を短
縮するために電磁弁６２を大気圧に開放したり、圧力値
８８を用いて液滴の大きさを一定に維持する補正を行う
ことも可能である。

【００５５】なお、同一試料６５の液滴を多数回吐出さ
せた場合、吐出ヘッドユニット５５、５８の内部流路の
圧力が負圧になり、吐出口７９の試料のメニスカス８９
の表面張力による圧力がこの負圧に対して維持できなく
なると、メニスカス８９の位置が吐出口７９の奥側（流
路側）に引き込まれて徐々に液滴の大きさが小さくな
り、最終的には吐出ができなくなる。この対策として、
本実施形態では、吐出時は電磁弁６２を最初から大気に
開放（連通）しておき、吐出ヘッドユニット５５、５８
内の圧力を大気圧に維持するようにしている。

【００５６】また、吐出口７９の径に対して電磁弁６２
内の流路径は数十倍以上も大きく、それぞれの液面のメ
ニスカスに発生する表面張力は径が小さいほど大きくな
るため、結果として、吐出口７９のメニスカス８９の形
状は一定形状に維持されることになり、電磁弁６２の流
路内のメニスカスがシリンジピストン部６７、９０側に
引き込まれる。つまり、同一試料６５を多数回吐出させ
た場合であっても、吐出口７９は常に一定のメニスカス
形状を維持するので、安定吐出を継続できる。よって、
吐出した量に相当する負圧を軽減するためにピストンを
微小量動かす必要が無くなり、装置構造の複雑化や動作
の複雑化を軽減することができる。

【００５７】上述した吐出時に吐出ヘッドユニット５
５、５８の流路を大気圧に開放することによりメニスカ
スを安定させる技術は、吐出原理に左右されるものでは
なく、どのような原理の吐出方法に対しても有効であ
る。例えば、吐出口付近の微細流路内に設置したヒータ
を加熱して、試料を瞬時に蒸発させるときの作用力によ
り吐出口から試料を液滴吐出する吐出原理に対しても有
効である。

【００５８】以上説明したように、第１実施形態によれ
ば、試料内の気泡の発生を防止するとともに、圧力検出
部材５６の検出電圧を用いて吐出量を吐出前に補正にす
るから、試料の液体物理定数に依存せずに正確な吐出量
の液滴を初回から吐出することができる。そのため、検
査プレートに構成される液滴の着弾径は均一なものとな
り、例えばＤＮＡの蛍光検査時にクロストークの少ない
正確な測定値を得ることができる。また、連続して同一
の試料を正確に吐出し続けることが可能であるので、吸
引時間の短縮、検査プレートの大量生産および量産効率
の向上が実現されるので、分注に関わるランニングコス
トを低減することができる。なお、本実施形態は様々な
液滴吐出方式に適用できるものであるため、正確な量を
分注する必要がある血液検査等の生化学血液分析装置等
にも適用することができ、その場合、検査精度を向上さ
せることができる。

【００５９】図９は本発明の第２実施形態における吐出
ヘッドユニットの試料吸引時の状態を示す断面図であ
り、図１０は第２実施形態の慣性力吐出ヘッドユニット
の試料吸引時の状態を示す断面図であり、図１１
（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第２実施形態における圧電
素子への印加電圧および圧力検出部材の検出信号を説明
するための図である。本実施形態の液体分注装置は、上
記第１実施形態およびその変形例と同様な構成を用いて
いるが、各構成部材の動作（作用）および効果のみが相
違している。以下に、上記第１実施形態とは異なる本実
施形態の動作を、吐出ヘッドユニット５５を用いる構成
の場合について説明する。なお、本実施形態において慣
性力吐出ヘッドユニット５８を用いる構成の場合も動作
は同様であるので、説明を省略する。

【００６０】図２において、洗浄槽５１内に吐出ヘッド
ユニット５５を下降させて、シリンジピストン部６６お
よび吐出ヘッド部６７を洗浄する場合には、洗浄水供給
ポンプ６１およびエア供給ポンプ６０を同時に動作させ
て、一定間隔をおいて電磁弁６２を洗浄水供給側および
エア供給側に交互に切り換え、シリンジピストン部６６
および吐出ヘッド部６７に洗浄水８０およびエア８１を
交互に流入させる。これにより、エアバブルによる付着
物を剥離洗浄する効果が発生し、より良好な洗浄性を発
揮させることができる。この場合、超音波洗浄等の付加
物を必要としないため、安価な方法で高い洗浄効果を得
ることができる。

【００６１】所定回数の電磁弁６２の切り換えが完了し
た後、洗浄水供給ポンプ６１のみを停止させる。その
後、電磁弁６２をエア供給側に切り換えてから、図３の
ようにしてエア８１をシリンジピストン部６６およびび
吐出ヘッド部６７に充填する。これにより、流路内の洗
浄水８０は完全に排出除去されることになる。なおここ
で、電磁弁６２として３方弁や２方弁を複数組み合わせ
ることにより、上記切換動作を実現するようにしてもよ
い。その後、電磁弁６２を閉じることにより、吐出口７
９を除いてシリンジピストン部６６を密閉する。

【００６２】洗浄槽５１から吐出ヘッドユニット５５を
上昇させる過程では、吐出ヘッド部６７の外周側面に付
着した洗浄水８０をエア供給管８３からのエア８１によ
り吹き飛ばすか、あるいは乾燥する。その際、流路内は
全てエア８１で充填されているため、エア層を吸引する
過程は必要とせず、その分だけ分注動作時間を短縮する
ことができる。

【００６３】その後、試料吸引のために吐出ヘッドユニ
ット５５をウェルプレート５２の上部に搬送してから、
図９に示すように吐出ヘッド部６７の先端をウェルプレ
ート５２の試料６５内に所定長さ浸積する。この状態で
ピストン６８を弾性Ｏリング７３側に移動して、吐出ヘ
ッド部６７内に試料６５を吸引する。その際、試料６５
は圧力検出部材５６の設置位置まで吸引するものとす
る。

【００６４】吐出ヘッド部６７の先端がウェルプレート
５２内の試料６５に浸積され、吐出ヘッド部６７の内部
に試料６５が保持されている図９の状態で、図１１
（ａ）のような矩形波パルス電圧を圧電素子７６に印加
すると、圧力検出部材５６から図１１（ｂ）のような検
出信号が得られる。この検出信号は、試料６５の液体物
理定数および試料６５の液柱形状に固有の波形（圧力波
動）となるので、この圧力波動波形に基づいて試料６５
の種類を判別することができる。そして、判別された試
料６５の種類に応じて、後の吐出動作時に圧電素子７６
へ印加する電圧の諸条件を補正することにより、試料６
５の種類に拘わらず一定量を液滴として吐出することが
できる。

【００６５】上記において、吸引した試料６５の液柱形
状は、圧力波動の周期の影響を受けるため、ピストン６
８を高精度に駆動して液柱高さを一定に維持することが
必要であることは言うまでもなく、本実施形態のように
ステッピングモータ７０をマイクロステップ駆動するこ
とによってピストン６８を数μｍオーダーで移動制御す
れば、液柱高さを正確に管理することが可能となる。

【００６６】なお、同一試料６５の液滴を多数回吐出さ
せた場合、吐出ヘッドユニット５５および慣性力吐出ヘ
ッドユニット５８の内部流路の圧力が負圧になり、吐出
口７９の試料のメニスカス８９の表面張力による圧力が
この負圧に対して維持できなくなると、メニスカス８９
の位置が吐出口７９の奥側（流路側）に引き込まれて徐
々に液滴の大きさが小さくなり、最終的には吐出ができ
なくなる。この対策として、本実施形態では、吐出ヘッ
ドユニットおよびその内部の流路を洗浄水８０で満たす
代わりにエア８１を充填することにより、電磁弁６２と
吐出口７９との間の流路にエア８１によるダンピング効
果を発生させるようにしている。これにより、吐出量の
体積減少に対する圧力変化が鈍感になるため、吐出口の
メニスカス形状をより一層一定形状に維持することで
き、液体が充填されている場合に比べて数倍の吐出回数
を補給動作無しで実現することができる。

【００６７】例えば、本実施形態において、水に近い液
体物理定数を有する試料６５を１回につき約１ｎＬ液滴
吐出させる場合、約１０００点の連続吐出の間、吐出量
の変化が発生しないようにすることができる。よって、
吐出した量に相当する負圧を軽減するためにピストンを
微小量動かす必要が無くなり、装置構造の複雑化や動作
の複雑化を軽減することができる。また、エア８１の充
填に代えて洗浄水８０で満たした場合であっても、エア
層８６の大きさを吸引試料６５の量に対して大きく形成
することにより、上記と同様な作用効果が得られること
は言うまでもない。

【００６８】なお、吐出ヘッドユニット５５または慣性
力吐出ヘッドユニット５８内に吸引された試料６５に気
泡が発生していると、圧力検出部材５６の検出信号の振
幅値が極端に小さくなるので、検出信号の振幅値が所定
値よりも小さくなったか否かにより気泡発生の有無を検
出することができ、検出信号の振幅が所定値よりも小さ
くなった場合には、洗浄を行ってから試料６５を再吸引
するものとする。

【００６９】以上説明したように、第２実施形態によれ
ば、エアバブルによる付着物を剥離洗浄する効果により
洗浄効率が向上するので、流路内の全域に亘り洗浄ムラ
の無い洗浄を実現することでき、コンタミネーションや
キャリーオーバ等の洗浄不良に起因する問題を排除する
ことができる。よって、装置の信頼性が向上するととも
に、高精度の検査結果・測定結果を得ることができる。
また、連続吐出時のエア層形成による吐出量精度低下を
防止することができ、しかも、連続吐出回数を向上させ
ることができるため、信頼性が高くかつ大量吐出効率が
高い液体分注装置を実現することができる。

【００７０】図１２は本発明の第３実施形態の液体分注
装置の構成を示す斜視図であり、図１３は第３実施形態
の液体分注装置のウェルプレート、検査プレートおよび
吐出ヘッドユニットの位置関係を表す平面図であり、図
１４は第３実施形態における検査プレート上の試料着弾
状態を示す図である。

【００７１】本実施形態の液体分注装置１００は、図１
２に示すように複数（図示例では４台）の吐出ヘッドユ
ニット９９を直線状に整列配置されており、これら吐出
ヘッドユニット９９としては、上述した吐出ヘッドユニ
ット５５または慣性力吐出ヘッドユニット５８を用いる
ものとする。液体分注装置１００内の複数の吐出ヘッド
ユニット９９は、図示しない直線３軸（ＸＹＺ軸）およ
び回転１軸（θｚ軸）の可動搬送部材上に電磁弁６２と
ともに設置され、該可動搬送部材に支持されている。液
体分注装置１００は、吐出ヘッドユニット９９の他、試
料６５を多穴６４に収納したウェルプレート５２と、洗
浄槽１０１と、検査プレート５３と、顕微鏡観察部材１
０２等を具備している。吐出ヘッドユニット９９の設置
間隔はウェルプレート５２の試料６５を収納した多数の
穴６４の間隔と同一寸法に形成されている。

【００７２】この液体分注装置１００は、テフロン製の
柔軟性のある配管５９により、洗浄水供給タンク５４
と、エア供給ポンプ６０と、洗浄水供給ポンプ６１と、
電磁弁６２と、吐出ヘッドユニット９９と、洗浄槽１０
１とを接続しており、エアまたは洗浄水を吐出ヘッドユ
ニット９９に導入するようになっている。なお、上記テ
フロン製の配管５９の途中には、メンブレンフィルタ等
のゴミとり用のフィルタ６３がそれぞれ設置されてい
る。

【００７３】各吐出ヘッドユニット９９の電磁弁６２の
方向へ向かう配管継手７４はそれぞれ、途中で統合連結
されている。また、試料６５の液体を吐出される検査プ
レート５３は、ＸＹ軸に動作する図示しないプレート搬
送部材上に設置されている。このプレート搬送部材は、
吐出位置にてＸＹ方向の走査を行い、吐出後は検査プレ
ート５３をＣＣＤカメラを有する顕微鏡観察部材１０２
の下方の観察位置に搬送し、そこで検査プレート５３に
着弾した試料６５の液体の観察測定を行う。この顕微鏡
観察部材１０２には、投下落射照明が付加されている。

【００７４】次に、本実施形態の液体分注装置の各種動
作について説明する。なお、この説明では、吐出ヘッド
ユニット９９として上記吐出ヘッドユニット５５を用い
た場合の符号を使用している。まず、洗浄動作のため、
各吐出ヘッドユニット９９を洗浄槽１０１の上方に移動
させてから、吐出ヘッドユニット９９の吐出口周辺を所
定長さだけ洗浄槽１０１内に浸積させる。次に、電磁弁
６２を開放して洗浄水供給側に切り換えてから洗浄水供
給ポンプ６１を駆動する。これにより、洗浄水供給タン
ク５４内の洗浄水８０が吐出ヘッドユニット９９の吐出
口から放出されると同時に、洗浄槽１０１の洗浄水供給
管８２からも洗浄水８０が放出される。よって、洗浄槽
１０１内に浸積された吐出ヘッドユニット９９の吐出口
近傍の外周面および内周面ならびにピストン６８が洗浄
水８０にて洗浄されることになる。

【００７５】上記洗浄水８０の送液の間にピストン６８
がストローク上点（弾性Ｏリング７３側）およびストロ
ーク下点（吐出ヘッド部６７側）間の移動を数回繰り返
すことにより、シリンジ７２の流路内が洗浄水８０にて
完全に充填される。次に、電磁弁６２を閉じてから洗浄
水供給ポンプ６１を停止させる。その後、吐出ヘッドユ
ニット９９内にエアを供給する。このとき、ピストン６
８は、ストローク下点（吐出ヘッド部６７側）にて停止
した状態となっている。以上により、吐出ヘッドユニッ
ト９９内の流路は吐出口７９を除いて密閉され、エアに
て流路内が完全に満たされた状態となる。

【００７６】続いて、吐出ヘッドユニット９９を洗浄槽
１０１から引き上げる途中でヘッドチップ５７をエア供
給管８３付近の位置に一旦停止させたとき、エア供給ポ
ンプ６０を作動させてエア供給管８３よりエア８１を噴
出し、吐出ヘッド部６７およびヘッドチップ５７の外周
に付着した洗浄水８０を吹き飛ばしたり乾燥したりす
る。その際、図示しないヒータ等により暖められたエア
８１を噴出するようにすれば、乾燥効率を高められるこ
とは言うまでもない。

【００７７】その後、吐出ヘッドユニット９９を洗浄槽
１０１から完全に上方に移動させてから水平移動させ、
試料６５が入ったウェルプレート５２の上方に搬送す
る。続いて、各吐出ヘッドユニット９９を同時にウェル
プレート５２の上方から下降させ、一番最後に液面検知
した吐出ヘッドユニット９９の下降位置に基づいて各吐
出ヘッドユニット９９の先端の所定長さの部分をウェル
プレート５２に収納した試料６５内に浸積する。この状
態でピストン６８を弾性Ｏリング７３側に所定量移動さ
せることにより、吐出ヘッドユニット９９内に試料６５
が所定量（例えば数μＬ程度）吸引される。このような
吸引過程において、上記第１実施形態または第２実施形
態と同様にして、試料６５の液体物理定数を液体吐出ヘ
ッド９９毎にそれぞれ測定する。

【００７８】その後、ウェルプレート５２より吐出ヘッ
ドユニット９９を上昇させてから水平移動させ、検査プ
レート５３の上方に搬送する。ここで、検査プレート５
３上に搬送する前に、一旦、洗浄槽１０１に搬送して、
吐出ヘッド部およびヘッドチップ５７の外周に付着した
試料６５を吹き飛ばしたり乾燥したりするようにエア供
給管８３からエアを噴出し、上記第２実施形態と同様に
して吐出口７９の試料のメニスカスを一定形状に確保し
た後に検査プレート５３上に搬送するようにしてもよ
い。

【００７９】その後、ヘッドチップ５７および検査プレ
ート５３間のギャップが数ｍｍとなるように、吐出ヘッ
ドユニット９９を下降させる。次に、図１３に示すよう
に、予め設定された角度１０３となるまでθｚ軸を回転
させ、検査プレート５３のＸ軸に対して吐出ヘッドユニ
ット９９の整列直線が所定角度１０３を有するように検
査プレート５３を回転移動させる。この回転角度１０３
は、後に説明するが、検査プレート５３上の各吐出ヘッ
ドユニット９９からの着弾試料６５のＹ軸着弾間隔に相
当する長さの決定に用いられることになる。

【００８０】その後、上記プレート搬送部材をＸ軸方向
に所定量移動させ、そのときの位置情報に基づいて、予
め設定された吐出ヘッドユニット９９より試料６５の液
滴を吐出する。その際、吐出ヘッドユニット９９の整列
直線と検査プレート５３の走査Ｘ軸とのなす角度１０３
に基づいて、検査プレート５３に着弾して隣り合う液滴
のＹ軸着弾間隔が決定されることになる。言い換えれ
ば、θｚ軸の回転角度１０３によりＹ軸着弾間隔を任意
に設定可能である。

【００８１】検査プレート５３の端に達するまでＸ軸方
向の走査を完了させた後、プレート搬送部材をＹ軸方向
に所定量（整列配置された吐出ヘッドユニット９９のＹ
軸吐出間隔幅分、あるいは、整列配置された吐出ヘッド
ユニットのＹ軸吐出全幅分）だけ移動させる。その後、
図１３に示すようにＸ軸において上記と逆方向の走査を
開始し、所定の位置で所定の吐出ヘッドユニット９９よ
り試料６５を吐出する。このような動作を繰り返すこと
により、検査プレート５３上の任意の位置に、任意の試
料６５を整列着弾させることが可能である。

【００８２】なお、本実施形態では、４本の吐出ヘッド
ユニット９９によりウェルプレートの多穴６４の４個所
からそれぞれの試料６５を吸引するので、吐出動作完了
後に洗浄を行ってから、ウェルプレート５２の多穴６４
の別の４個所の試料６５を吸引し、同様に吐出を行う動
作を複数回繰り返すことにより、結果としてウェルプレ
ート５２上の全試料６５を検査プレート５３に吐出する
ことができる。よって、吐出ヘッドユニット９９の設置
台数は４台に限定されるものではなく、設置台数を増加
させた場合には、分注動作に要する作業時間を短縮でき
ることは言うまでもない。

【００８３】上記各吐出ヘッドユニット９９で吸引した
試料６５の特性は、吐出ヘッドユニット毎に吸引過程に
おいて測定しておくため、その情報に基づいて、吐出時
の圧電素子への印加電圧の諸条件を事前に補正すること
ができるので、異なる試料６５であっても一定量の液滴
（着弾径）の吐出を維持することができる。

【００８４】ところで、本実施形態では、整列配置され
た４台の吐出ヘッドユニット９９の全体を回転させるの
で、吐出時のプレート搬送部材のＹ軸動作回数が減少
し、分注に要する時間を短縮することができる。しか
し、図１４（ａ）に示すようにして、複数の吐出ヘッド
ユニット９９を用いて吸引吐出を行った場合、吐出ヘッ
ドユニット９９の組み立て誤差、取り付け設置誤差や吐
出ヘッドユニット９９自体の吐出特性の個体差により、
検査プレート５３上での試料６５の液滴の着弾位置にば
らつき（ずれ１０４）が生じる場合がある。

【００８５】この対策として、本実施形態では、検査プ
レート５３に１個所だけ予備的な吐出を行った後に顕微
鏡観察部材１０２の下方に検査プレート５３を搬送し、
そこで着弾状態画像をＣＣＤカメラにて撮影した後、２
値化等の画像処理にて着弾径および着弾座標位置（着弾
した液滴の重心位置）を計測し、計測結果から着弾径お
よび着弾位置の目標値と計測値との間の誤差を算出する
ようにしている。そのため、得られた誤差に基づいて、
ずれ１０４をキャンセルするように検査プレート５３の
ＸＹ軸のプレート搬送部材の送り量を補正したり、吐出
時の各吐出ヘッドユニット９９の圧電素子への印加電圧
の諸条件を補正することにより、図１４（ｂ）に示すよ
うに所望の位置に試料６５を着弾させることができる。
この場合、吐出ヘッドユニット９９の加工精度・組立精
度や高精度化したり圧電素子の特性値ばらつきを厳密に
管理したりする必要が無いため、装置の低価格化を図る
ことができる。

【００８６】なお、上記においてはプレート搬送部材を
ＸＹ方向に走査することにより検査プレート５３に着弾
される位置を補正するようにしたが、代わりに、吐出ヘ
ッドユニット９９を支持しているＸＹＺθｚ軸の各搬送
部材を用いて、吐出ヘッドユニット９９自体を補正量分
移動させるようにしてもよく、この場合、プレート搬送
部材を省略することができる。

【００８７】また、吐出する試料６５としては、ほとん
ど透明のものが用いられるが、投下照明と落射照明との
光量バランスを適切に設定することにより、曲率を有す
る着弾時の液滴の輪郭部で発生する反射光に基づいて液
滴の輪郭を検出することができる。よって、輪郭画像を
２値化した後の画像処理時に穴埋め処理等を併用するこ
とにより、着弾径および着弾座標位置を容易に算出する
ことができる。なお、セラミックス等のメンブレンフィ
ルタに試料を吐出した場合には、着弾時に液滴が基材に
吸収されるため曲率が形成されず、輪郭検出が困難にな
るが、その場合には検査反応時に影響を与えない色素を
事前に試料６５に投入したり、微量の蛍光試料を試料６
５に投入しておくことにより、そして、特定波長光の照
明光を照射することにより、着弾状態を検出することが
可能になる。

【００８８】以上説明したように、第３実施形態によれ
ば、複数個所の吐出ヘッドユニットから試料を吐出する
液体分注装置において所望の着弾位置精度を確保するこ
とができる。また、検査プレートに様々なパターンにて
異種の試料を所望の位置に正確に形成することができる
ので、検査用途のバリエーションを増加させるともに高
速分注を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の液体分注装置の構成
を示す斜視図である。

【図２】 第１実施形態の洗浄槽の洗浄時の状態を示す
断面図である。

【図３】 第１実施形態の洗浄槽の乾燥時の状態を示す
断面図である。

【図４】 （ａ）〜（ｅ）は第１実施形態の吐出ヘッド
ユニットの圧電素子変形状態を説明するための図であ
る。

【図５】 第１実施形態の吐出ヘッドユニットの試料吸
引時の状態を示す断面図である。

【図６】 （ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の圧力検出部
材の検出波形例を説明するための図である。

【図７】 第１実施形態のヘッドチップ５７の液体吸引
時の状態を示す断面図である。

【図８】 （ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の吐出ヘッド
ユニットの変形例の圧電素子変形状態を説明するための
図である。

【図９】 本発明の第２実施形態における吐出ヘッドユ
ニットの試料吸引時の状態を示す断面図である。

【図１０】 第２実施形態の慣性力吐出ヘッドユニット
の試料吸引時の状態を示す断面図である。

【図１１】 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、第２実施形態
における圧電素子への印加電圧および圧力検出部材の検
出信号を説明するための図である。

【図１２】 本発明の第３実施形態の液体分注装置の構
成を示す斜視図である。

【図１３】 第３実施形態の液体分注装置のウェルプレ
ート、検査プレートおよび吐出ヘッドユニットの位置関
係を表す平面図である。

【図１４】 第３実施形態における検査プレート上の試
料着弾状態を示す図である。

【図１５】 従来の液体分注装置の構成を例示する図で
ある。

【符号の説明】

５０ 液体分注装置 ５１ 洗浄槽 ５２ ウェルプレート ５３ 検査プレート ５４ 洗浄水供給タンク ５５ 吐出ヘッドユニット ５６ 圧力検出部材 ５７ ヘッドチップ ５８ 慣性力吐出ヘッドユニット ５９ 配管 ６０ エア供給ポンプ ６１ 洗浄水供給ポンプ ６２ 電磁弁 ６３ フィルタ ６４ 多穴（貯蔵部） ６５ 試料 ６６ シリンジピストン部 ６７ 吐出ヘッド部 ６８ ピストン ６９ ラック ７０ ステッピングモータ ７１ 歯車 ７２ シリンジ ７３ 弾性Ｏリング ７４ 配管継手 ７５ 貫通穴 ７６ 圧電素子 ７７ マイナス電極 ７８ プラス電極 ７９ 吐出口 ８０ 洗浄水 ８１ エア ８２ 洗浄水供給管 ８３ エア供給管 ８４ 排水管 ８５ 排水口 ８６ エア層 ８７ 吸引完了時間 ８８ 圧力値 ８９ メニスカス ９０ シリンジピストン部 ９１ 支持部材 ９９ 吐出ヘッドユニット １００ 液体分注装置 １０１ 洗浄槽 １０２ 顕微鏡観察部材 １０３ 所定角度 １０４ ズレ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 誠也 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 芝崎 尊己 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 村木 香由 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G058 BB02 BB06 CA01 CC09 CF11 EA11 EB01 EB05 ED02 ED17 FB05 FB06 FB07 FB11 FB12 FB19 FB24 FB25 GA02 GB04 GB10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を微小量分注する液体分注装置にお
   いて、 液体試料を吸引する液体吸引部材と、吸引された液体試
   料を内部の流路に保持して吐出口より微小液滴として吐
   出する液体吐出部材とを内蔵する吸引吐出ユニットと、 該吸引吐出ユニットの内部に形成された流路を液体試料
   吐出時に大気圧に復帰させる圧力切換部材とを具備して
   成ることを特徴とする液体分注装置。
2. 【請求項２】 液体を微小量分注する液体分注装置にお
   いて、 液体試料を吐出口より吸引して吐出口より微小液滴とし
   て吐出する、整列配置された複数の吸引吐出ユニット
   と、 該複数の吸引吐出ユニットにより吐出された微小液滴が
   着弾される液滴保持部材と、 該液滴保持部材に着弾された微小液滴の着弾位置を観察
   測定する観察部材と、 該観察部材により測定した微小液滴の着弾位置に基づい
   て次回吐出する微小液滴の着弾位置を補正する補正手段
   とを具備して成ることを特徴とする液体分注装置。
3. 【請求項３】 前記圧力切換部材は、吸引開始時から所
   定時間が経過したときに、前記吸引吐出ユニットの内部
   に形成された流路を大気圧に復帰させることを特徴とす
   る請求項１記載の液体分注装置。
4. 【請求項４】 前記吸引吐出ユニットは、液体試料吸引
   時には流路内が空気で満たされていることを特徴とする
   請求項１または２記載の液体分注装置。
5. 【請求項５】 前記吸引吐出ユニットは、液体試料内に
   気泡を発生させない流路内圧力を維持した状態で液体試
   料を吸引することを特徴とする請求項１または２記載の
   液体分注装置。