JP2005201707A - 液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】注入口11から液溜室12、絞り流路13、加圧室14、供給路15、ノズル流路16、ノズル17までの流体流路(図では液流路)1およびこの流体流路1の加圧室14と異なる面積を有するそれぞれの加圧室14a、14b、14cを有する、互いに独立な3つの液体流路1a、1b、1cとなる流路溝を形成された基板100aと、基板100aの流路溝側の面に接合されて流路溝で液体流路1等を形成し、且つ加圧室14等に対応する位置にそれぞれの加圧室14等に対応して面積の異なる圧電素子3等が貼着されている振動板2とが、接合されて液体吐出ヘッドを形成し、これらの圧電素子3等は、切換手段5で切り換えられて印加される共通の駆動電源4からの信号で駆動される。
【選択図】 図1
Description
このようなDNAチップの製造における微小スポットの形成方法としては、各種の方法が提案されているが、いずれの方法であっても、DNAチップ製造の生産性向上すなわちDNAチップ製造の高速化とDNAチップによる判定精度の向上とが望まれている。判定精度向上のためには、DNAを含む液滴の濃度や量の精度管理が不可欠となる。
従来から、DNAプローブ分子溶液の微小スポットの形成方法の一つとして、インクジェット法を流用した方法が知られている。この方法によるDNAチップの製造は、インクジェットヘッドの微細なノズルから、例えばDNAプローブ分子溶液をDNA基体の所定位置に吐出させ、得られたプローブ溶液の付着スポットに乾燥等の処理を施すことで各スポット内のプローブを基体表面に固定する、という方法で行われる。
更に、図3に示すような、液体流路用の溝を形成された基板100と振動板2とを接合して液体流路(図では液流路)1を形成し、振動板2に貼着された圧電素子3をアクチュエータとするインクジェットヘッドもある。液体流路1は、液体の供給側から注入口11、液溜室12、絞り流路13、加圧室14、供給路15、ノズル流路16、ノズル17の流路要素で構成されており、加圧室14に対応する振動板2の外側表面に圧電素子3が貼着されている。駆動電源4からの駆動信号を切替手段5で切り換えて圧電素子3に印加し、ノズル17からインク滴を吐出させる。
図3に示したインクジェットヘッドの場合は、構成が単純であり、液体流路およびそれに対応する圧電素子からなる液滴吐出手段を多数形成することは容易である。しかし、インクジェットヘッドに使用されるものは、形成される複数の液滴吐出手段のそれぞれの液滴吐出特性ができる限り揃うように作成されているので、これを異なる物性値をもつ複数の液体に適用するためには、図4に示すように、物性値の異なる液体の数に相当する別々の駆動電源、図4の場合には第1〜4の駆動電源4a〜4d、で駆動することが必要となり、装置の構成が複雑になり、コストも高くなる。
この発明による液滴吐出装置は、互いに独立であり且つ液滴吐出特性の異なるものを含む複数の液滴吐出手段を備えているので、組成や物性値の異なる複数の液体を同一ヘッドから容量の揃った液滴として吐出させることができる。
この発明による液滴吐出装置は、加圧室の面積および圧電素子の面積のいずれかまたは両方を違えることによって加圧室における液滴吐出のための変位量および変位力を違えているので、物性値の異なる液体に対しても、その液滴吐出量をほぼ同等にすることができる。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記の異なる液滴吐出特性を、絞り流路、供給路、ノズル流路およびノズルの内のいずれかまたはいくつかの形状の違いによって実現している。
絞り流路、供給路、ノズル流路およびノズルの内のいずれかまたはいくつかの形状を違えることによって、液体流路の流体抵抗を違えることができるので、物性値の異なる液体に対しても、その液滴吐出量をほぼ同等にすることができる。
請求項2の発明においては、加圧室の面積および圧電素子の面積のいずれかまたは両方を違えることによって加圧室における液滴吐出のための変位量および変位力を違えているので、物性値の異なる液体に対しても、その液滴吐出量をほぼ同等にすることができる。
請求項3の発明においては、絞り流路、供給路、ノズル流路およびノズルの内のいずれかまたはいくつかの形状を違えることによって、液体流路の流体抵抗を変えているので、物性値の異なる液体に対しても、その液滴吐出量をほぼ同等にすることができる。
以下において、この発明の最良の形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
図1は、この実施例の構成を示し、(a)は基板100aの平面図、(b)は振動板2および圧電素子3等とその駆動手段の概念図である。なお、図1(a)においては、溝の部分にそれに対応する流路要素の名称を付けている。
この実施例は4つの独立した液体流路(図では液流路)1、1a、1bおよび1cを有しており、それぞれの液体流路1、1a、1bおよび1cは、注入口11から液溜室12、絞り流路13、それぞれの加圧室14、14a、14bおよび14c、供給路15、ノズル流路16およびノズル17までの連通した流路要素で構成されている。この実施例は、液体流路1等のための溝を形成された基板100aと、この基板100aの溝形成面側に接合されて溝を液体流路1等としている振動板2と、液体流路の加圧室に相当する位置の振動板2の表面に貼着されている圧電素子3等と、圧電素子3等を駆動する駆動電源4および切換手段5と、で構成されており、圧電素子3等の駆動によって、不図示の外部の液体供給源から各液体流路1等の注入口11へ供給され液体流路1等の内部に充填された液体をノズル17から液滴として吐出する。この液滴の吐出は、圧電素子3等のパルス駆動による振動板2の急激な撓みに伴う加圧室の急激な容積変化によるものである。すなわち、加圧室を形成している部分の振動板と圧電素子とがアクチュエータを構成している。
この実施例では、図1に示したように、それぞれに異なる面積の加圧室を有する4つの独立した液体流路を有し且つ加圧室の面積に対応した異なる面積の圧電素子を有する液滴吐出装置の場合を説明したが、液体流路の数を4つに限定する必要はなく、基板の両面に液体流路を形成して独立した液体流路の数を大幅に増やすこともできる。また、すべての加圧室や圧電素子の面積を違える必要もなく、吐出対象となる液体の中で物性値が同じものが含まれる場合には、同じ面積の加圧室および同じ面積の圧電素子を有する液滴吐出手段を複数箇所に備えればよい。更に、すべての加圧室の面積を同じにして圧電素子の面積だけで物性値の違いに対応させることもできるし、すべての圧電素子の面積を同じにして加圧室の面積だけで物性値の違いに対応させることもできる。
基板100aの材質は特に限定されないが、微細な溝を精度よく加工でき且つ各種液体に優れた耐性を有し且つ液体を汚染しないという観点から判断すると、プラスチック類よりはシリコンやガラス、金属の方が好ましい。振動板2の材質は基板100aに接合(接着を含む)し易い材質であることが不可欠となる。特に、この発明の目的を達成するという観点から判断すると、基板100aにはシリコンを用い、振動板2には硼珪酸ガラスを用いるという組み合わせが最も望ましい。
図2は、この実施例の基板100bの平面図である。なお、図2においては、図1(a)と同様に溝の部分にそれに対応する流路要素の名称を付けている。
この実施例においては、両側の2つの液体流路(図では液流路)1の絞り流路13の長さに対して内側の2つの液体流路1dの絞り流路13aの長さを短くし、且つ両側の2つの液体流路1のノズル流路16の長さに対して内側の2つの液体流路1dのノズル流路16aの長さを短くしている。液体流路の流体抵抗は、加圧室への供給側では主に絞り流路の流体抵抗で決まり、加圧室からの後の部分では主にノズル流路の流体抵抗で決まる。このため、絞り流路の長さとノズル流路の長さとを短くすることによって、加圧室の両側の流体抵抗が低下し、より高粘度の液体を所定量の液滴として吐出させることができるようになる。図2の場合とは逆に、液体流路1dの絞り流路13aの長さを長くし、且つ液体流路1dのノズル流路16aの長さを長くすれば、より低粘度の液体を所定量の液滴として吐出させることができるようになる。
当然のことながら、供給路やノズルの形状によっても流体抵抗の値は変わるから、これらの形状を変えることで、程度の差はあっても同様の効果を得ることができる。
なお、実施例1と実施例2とを組み合わせることによって、吐出できる液体の物性値の範囲がより広くなる。
11 注入口 12 液溜室
13、13a 絞り流路 14、14a、14b、14c 加圧室
15、15a 供給路 16、16a ノズル流路
17 ノズル
2 振動板
3、3a、3b、3c 圧電素子
4 駆動電源
4a 第1の駆動電源 4b 第2の駆動電源
4c 第3の駆動電源 4d 第4の駆動電源
5 切替手段
Claims (3)
- 注入口から液溜室、絞り流路、加圧室、供給路、ノズル流路、ノズルまでの液体流路を形成するための流路溝を有する基板と、基板の流路溝側の面に接合されて基板の流路溝を液体流路とし且つ前記加圧室に対応する外側の表面に圧電素子を貼着された振動板と、が一体化されて、液体流路およびこれに対応した圧電素子で液滴吐出手段を構成し、前記圧電素子の駆動によって前記注入口から液体流路内に注入された液体を微小液滴として前記ノズルから吐出する液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出手段として、互いに独立であり且つ液滴吐出特性の異なるものを含む複数の液滴吐出手段を備えている、
ことを特徴とする液滴吐出装置。 - 前記の異なる液滴吐出特性を、加圧室の面積および圧電素子の面積のいずれかの違いまたは両方の違いによって実現している、
ことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。 - 前記の異なる液滴吐出特性を、絞り流路、供給路、ノズル流路およびノズルの内のいずれかまたはいくつかの形状の違いによって実現している、
ことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。
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