JP2005345345A

JP2005345345A - 分注装置

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Publication number: JP2005345345A
Application number: JP2004167045A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Okumura; 勝弥奥村; Yukio Ozawa; 幸生小澤; Hiroshi Bando; 寛板藤
Original assignee: CKD Corp; Octec Inc
Current assignee: CKD Corp; Octec Inc
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: JP4018670B2

Abstract

【課題】分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して精度よく分注を行うことができる分注装置を提供すること。
【解決手段】外管２と、その外管２に内包された内管３とを含む二重管構造の分注器１を備える。内管３には、分注液が供給され、外管２には、分注液を搬送するエアが供給される。内管３に分注液を供給するための手段として、液配管７、タンク８、第１電磁弁９、エア配管１０及び圧送圧力調整器１１が設けられる。外管２にエアを供給するための手段として、エア配管１２、第２電磁弁１３及び圧力調整器１４が設けられる。内管３の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、分注液を撮像するＣＣＤカメラ２０と、ＣＣＤカメラ２０の撮像データから分注液の体積を算出して、分注液の体積が目標値になるように外管２の吐出口からエアを吐出するタイミングを調整させるべく第２電磁弁１３を制御するコントローラ１５が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の液体を一定微量に小分けしてスポット的に注ぐのに使用される分注装置に関する。例えば、バイオチップ製造等の分野にて好適に用いられるものである。

従来から、薬液等の液体を一定微量ずつ小分けしてスポット的に相手容器等に注ぐ（分注する）のに使用される分注装置として、例えば、下記の非特許文献１に記載されるものがある。この分注装置は、分注器のノズル先端から、「０．１〜２．５μｌ」程度の容量の液体を「０．１μｌ」の精度で吐出して分注するようになっている。

ところが、前記非特許文献１に記載された装置では、「μｌ」レベルの精度の分注が限界であり、それ以上の精度で液体を超微量に分注することが困難であった。これは、前記分注器では、主として「液滴法」が使用され、液体には表面張力と呼ばれる「液体分子間の凝集力」や「管壁に対する付着力」があるためである。一般に、垂直な管の下端から落下する液滴は、その質量分の重力が表面張力等に打ち勝つときに落下することから、落下に必要な最少の液滴量が「μｌ」レベルになってしまうからである。従って、従来の分注装置では、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を行うことができなかった。

この問題を解決した分注装置が特開２００４−１０１４８０号公報に開示されている。ここに開示された分注装置は、先端に吐出口を有する一つの外管と、その外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する少なくとも一つの内管と、外管又は内管に分注液を供給するための分注液供給手段と、分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体を吐出させるために搬送流体供給手段を制御する供給制御手段とを備えたものである。

そして、この分注装置では、分注液供給手段により外管又は内管に分注液が供給されることにより、その管の吐出口へ分注液が導かれる。又、分注液が供給されない管に、搬送流体供給手段により搬送流体が供給されることにより、その管の吐出口へ搬送流体が導かれる。ここで、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、供給制御手段による搬送流体供給手段の制御により、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体が吐出されることにより、その搬送流体が滴下前の分注液に作用し、その表面張力に打ち勝って分注液が液滴として落とされる。したがって、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の液滴が分注される。

アズワン（株）カタログ「研究用総合機器７００００」第５６８頁特開２００４−１０１４８０号公報（第２〜３頁、図１）

しかしながら、特開２００４−１０１４８０号公報に開示された分注装置では、自重で滴下するときの容量より少ない超微量（「ｎｌ」レベル）の液滴を吐出して分注することはできるが、その吐出（分注）量が目標量であるか否かが不明であった。このため、分注を行う条件によって、分注される液滴の体積（分注量）にばらつきが生じるおそれがあった。言い換えると、精度よく分注を行うことができないおそれがあったのである。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して精度よく分注を行うことができる分注装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る分注装置は、先端に吐出口を有する一つの外管と、前記外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する少なくとも一つの内管と、前記外管又は前記内管に分注液を供給するための分注液供給手段と、前記分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、前記分注液が供給される管の吐出口から前記分注液が自重で滴下する以前に、前記分注液が供給されない管の吐出口から前記搬送流体を吐出させるために前記搬送流体供給手段を制御する供給制御手段と、前記吐出口から滴下される分注液を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像データに基づいて画像解析を行い前記滴下される分注液の体積を算出する分注液体積算出手段と、を備えることを特徴とするものである。

この分注装置では、分注液供給手段により外管又は内管に分注液が供給されることにより、その管の吐出口へ分注液が導かれる。また、分注液が供給されない管に、搬送流体供給手段により搬送流体が供給されることにより、その管の吐出口へ搬送流体が導かれる。ここで、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、供給制御手段による搬送流体供給手段の制御により、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体が吐出されることにより、その搬送流体が滴下前の分注液に作用し、その表面張力に打ち勝って分注液が液滴として落とされる。したがって、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の液滴が分注されることになる。

そして、分注された液滴が撮像手段により撮像され、分注液体積算出手段により撮像手段の撮像データが画像解析されて分注液の体積が算出される。具体的には、例えば、分注液を球であると仮定して、撮像データから分注液の断面積を求め、そこから分注液の半径を求めて、分注液の体積を算出する。

このように、この分注装置では、分注液の体積が毎回算出されるので、分注液の体積が目標値から大きくずれた場合には、搬送流体供給手段を調整するなどして、常に目標値通りの体積の液滴を滴下することができる。したがって、分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して精度よく分注を行うことができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る別の分注装置は、先端に吐出口を有する一つの外管と、前記外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する少なくとも一つの内管と、前記外管又は前記内管に分注液を供給するための分注液供給手段と、前記分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、前記分注液が供給される管の吐出口から前記分注液が自重で滴下する以前に、前記分注液が供給されない管の吐出口から前記搬送流体を吐出させるために前記搬送流体供給手段を制御する供給制御手段と、前記吐出口から滴下される分注液の直径を測長する測長手段と、前記測長手段で測長された直径から前記滴下される分注液の体積を算出する分注液体積算出手段と、を備えることを特徴とするものである。

この分注装置でも、分注液供給手段により外管又は内管に分注液が供給されることにより、その管の吐出口へ分注液が導かれる。また、分注液が供給されない管に、搬送流体供給手段により搬送流体が供給されることにより、その管の吐出口へ搬送流体が導かれる。ここで、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、供給制御手段による搬送流体供給手段の制御により、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体が吐出されることにより、その搬送流体が滴下前の分注液に作用し、その表面張力に打ち勝って分注液が液滴として落とされる。したがって、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の液滴が分注されることになる。

そして、分注された液滴の直径が測長手段により計測され、分注液体積算出手段により測定された直径から分注液の体積が算出される。このように、この分注装置でも、分注液の体積が毎回算出されるので、分注液の体積が目標値から大きくずれた場合には、搬送流体供給手段を調整するなどして、常に目標値通りの体積の液滴を滴下することができる。したがって、分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して精度よく分注を行うことができる。

本発明に係る分注装置においては、前記供給制御手段は、前記分注液体積算出手段で算出される体積と分注液の目標体積とが等しくなるように前記搬送流体供給手段を制御することが望ましい。

このように、搬送流体供給手段をフィードバック制御することにより、分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して非常に精度よく分注を行うことができるからである。

また、本発明に係る分注装置においては、前記供給制御手段は、前記分注液供給手段も制御するようにしてもよい。

こうすることにより、吐出口への分注液の供給時間を調整することができ、分注に要する時間を短縮することができるからである。

また、本発明に係る分注装置においては、分注開始前に試し滴下を行い、前記分注液体積算出手段により試し滴下時の分注液の体積を算出することが望ましい。

こうすることにより、１回目の分注から目標量を確実に吐出することができるからである。したがって、より高精度な分注を行うことができる。

また、本発明に係る分注装置においては、分注液供給手段は、タンクに貯留された分注液をピエゾアクチュエータの動作により圧送するものであることが望ましい。

こうすることにより、タンクに貯留された分注液がピエゾアクチュエータの動作により圧送されて、外管又は内管に分注液が供給されるので、例えば、エアにより分注液を圧送するタイプの構成に比べ、エア配管やエア供給の必要性がなく、構成が簡略化されるからである。

また、本発明に係る分注装置においては、分注液が供給される管の吐出口の周囲表面に撥水性処理を施すことが望ましい。

こうすることにより、吐出口からの分注液の切れが促進され、液滴の容量が更に少なくなるからである。

また、本発明に係る分注装置においては、分注液が供給される管の吐出口の周囲を表面張力緩和形状とすることが望ましい。

本発明に係る分注装置によれば、滴下される分注液の体積を算出する分注液体積算出手段を備えているので、分注量を常に把握することができる。このため、常に目標値通りの体積の液滴を滴下することができるので、分注量がばらつくことなく常に目標量で吐出して精度よく分注を行うことができる。

以下、本発明の分注装置を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態について説明する。図１に、この実施の形態の分注装置の概略構成図を示す。この分注装置は、ピペット状の分注器１を備える。この分注器１は、外管２と、その外管２に内包される内管３とを含む二重管構造をなす。分注器１の下方には、分注相手であるバイオチップ等の基板４が配置される。また、後述する吐出口２ａに近傍にＣＣＤカメラ２０が配置される。このＣＣＤカメラ２０は、吐出口から吐出される分注液を水平方向から撮像するものである。

図２に、分注器１の下端部を拡大断面図に示す。図３に、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。外管２は、その先端である下端に吐出口２ａを有する。内管３は、外管２の吐出口２ａの近傍に位置する吐出口３ａを含む。外管２と内管３との間には、隙間通路５が形成される。図２に示すように、内管３の吐出口３ａの周囲の形状は、単に管材をその軸線に垂直に切断しただけの端面形状を有する。この吐出口３ａの周囲表面には、図２に破線で示すように、シリコーン・コーティング剤等を使用しての撥水性処理を施すことにより、撥水性コーティング６が形成される。

図１に示すように、分注器１の内管３には、液配管７が接続される。この液配管７の上流端は、分注液を貯留するタンク８に接続されて分注液の中に配置される。液配管７の途中には、第１電磁弁９が設けられる。タンク８の上部には、液圧送用エアを供給するためのエア配管１０が接続される。このエア配管１０の途中には、液圧送用エアの圧力を調整するための圧送圧力調整器１１が設けられる。そして、タンク８には、圧送圧力調整器１１により圧力調整されたエアが常時供給される。この状態で、第１電磁弁９が開弁することにより、タンク８に貯留された分注液が、内管３に供給される。この実施の形態では、これら液配管７、タンク８、第１電磁弁９、エア配管１０及び圧送圧力調整器１１により、内管３に分注液を供給するための本発明の分注液供給手段が構成される。

図１に示すように、分注器１の外管２には、別のエア配管１２が接続される。このエア配管１２には、搬送流体としてのエアが供給される。エア配管１２の途中には、第２電磁弁１３と、エア圧力を調整するための圧力調整器１４が設けられる。この状態で、第２電磁弁１３が開弁することにより、搬送用エアが、外管２と内管３との間の隙間通路５に供給される。この実施の形態では、これらエア配管１２、第２電磁弁１３及び圧力調整器１４により、外管２と内管３との間の隙間通路５に搬送流体としてのエアを供給するための本発明の搬送流体供給手段が構成される。

図１に示すように、第１電磁弁９及び第２電磁弁１３は、それぞれコントローラ１５に接続される。このコントローラ１５は、分注器１に対する分注液及びエアの供給タイミングを制御するために、第１電磁弁９及び第２電磁弁１３の開弁及び閉弁を制御するものである。この実施の形態で、コントローラ１５は、内管３の吐出口３ａから分注液が自重で滴下する以前に、外管２の吐出口２ａから搬送用エアをパルス的に吐出させるために第２電磁弁１３を制御するものであり、本発明の供給制御手段に相当する。

また、コントローラ１５にはＣＣＤカメラ２０が接続される。そして、コントローラ１５は、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき画像解析を行って分注液の体積を算出するものでもある。つまり、この実施の形態で、コントローラ１５は、本発明の分注液体積算出手段にも相当する。そして、コントローラ１５は、算出した分注液の体積が目標値になるように、第１電磁弁９及び第２電磁弁１３の開弁及び閉弁のタイミングを制御するようになっている。

ここで、コントローラ１５での分注液の体積算出方法について説明する。吐出口１２ａから吐出される分注液はほぼ球になる。したがって、分注液の断面積（投影面積）をＳとすると、画像解析により断面積Ｓを算出することができる。これにより、分注液の半径Ｒは、
Ｒ＝√（Ｓ／π）
となる。したがって、分注液の理想体積Ｖ’は、
Ｖ’＝４・π・Ｒ³／３
となる。

ところが、実際には分注液は完全な球にはならないので補正係数をＫとすると、分注液の体積Ｖは、
Ｖ＝Ｋ・Ｖ’
となる。なお、補正係数Ｋは、分注液として使用する液体の性状により決定されるものであり、実験などにより予め求めておけばよい。

図４に、コントローラ１５が制御する第１電磁弁９及び第２電磁弁１３の開閉タイミングの一例をタイムチャートに示す。この実施の形態では、基本的には図４(a)，(b)に示すように、第１電磁弁９の開弁から少し遅れて第２電磁弁１３が開弁され、その後に所定時間が経過すると、両電磁弁９，１３が同時に閉弁されるようになっている。

そして、コントローラ１５により、ＣＣＤカメラ２０の撮像データから算出される分注液の体積に基づき、第２電磁弁１３の開弁タイミングが制御される。例えば、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき算出される分注液の体積が目標値よりも大きい場合には、第２電磁弁１３の開弁タイミングが早められる。一方、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき算出される分注液の体積が目標値よりも小さい場合には、第２電磁弁１３の開弁タイミングが遅らされる。これにより、常に一定量の分注液を吐出することができる。

この実施の形態では、搬送用エアの圧力が「０．５ＭＰａＧ」に設定される。また、分注液の圧送圧力は「０．０１ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ」の範囲で可変となっている。そして、分注液の圧送圧力は、コントローラ１５により調整される。つまり、コントローラ１５によって圧送圧力調整器１１の設定値を変更して分注液の圧送圧力を可変させる。例えば、分注液の圧送圧力を大きくすることにより、分注に要する時間を短縮することができる。また、内管３の内径は「φ５０μｍ」に、外管２の外径は「φ１００μｍ」に設定される。

図５に、細管２１の下端開口２１ａから液滴２２が落下する際の力学的関係を概念図に示す。液滴２２の質量を「ｍ」とすると、液滴２２を下に引く力は重力「ｍｇ」である。一方、液滴２２を上に引き上げる力は「２πｒα」である。ここで、「α」は「表面張力」であり、「ｒ」は開口２１ａの「外半径」である。従って、液滴２２が落下するには、「ｍｇ＞２πｒα」の関係が成立するまで、液滴２２が成長してその質量が増大する必要がある。

以上説明したこの実施の形態の分注装置によれば、第１電磁弁９が開弁されてタンク８から内管３に分注液が供給されると、内管３の吐出口３ａへ分注液が導かれる。又、第２電磁弁１３が開弁されて外管２に搬送用エアが供給されると、外管２の吐出口２ａへ搬送用エアが導かれる。

ここで、内管３の吐出口３ａから分注液が自重で滴下する以前に、ＣＣＤカメラ２０で分注液を撮像し、コントローラ１５がその撮像データから分注液の体積を算出し、分注液の体積が目標値になるように第２電磁弁１３を制御することにより、外管２の吐出口２ａから搬送用エアが吐出される。このとき、図６に示すように、分注液が、その外周に作用する搬送用エアにより、表面張力等に打ち勝って吹き落とされる。このときの分注液の体積は、ほぼ目標値となっている。従って、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の分注液が基板４に分注される。このため、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を高精度に行うことができるようになる。

また、この実施の形態の分注装置では、分注開始前に試し滴下が行われる。この試し滴下においても、ＣＣＤカメラ２０によって分注液が撮像され、コントローラ１５によってこの撮像データから分注液の体積が算出される。そして、このとき算出された分注液の体積と目標値との差に基づいて、第２電磁弁１３の開弁タイミングの調整が行われる。その後、正規の分注が開始される。これにより、最初の分注から目標量を確実に吐出することができるため、より高精度な分注を行うことができる。

この実施の形態によれば、分注液が供給される内管３の吐出口３ａの周囲表面に撥水性コーティング６が形成されるので、その吐出口３ａからの分注液の切れが促進され、滴下する分注液の容量が更に少なくなる。この意味で、分注される液滴の超微量化を促進することができ、分注の精密度を高めることができる。

ここで、変形例について図７を参照しながら説明する。図７は、第１の実施の形態に係る分注装置の変形例を示す概略構成図である。この変形例には、ＣＣＤカメラ２０の代わりに、測長手段を構成する投光器２１と受光器２２とが備わっている。そして、これら投光器２１と受光器２２がそれぞれコントローラ１５に接続されている。投光器２１は、シート状のレーザ光を照射するものであり、そのレーザ光が分注液の中心を通過するように配置されている。また、受光器２２は、投光器２１から照射されたレーザ光を受光するものであり、そのレーザ光を受光できるように配置されている。そして、分注液を通過したレーザ光の波長は、他の部分と波長が異なるから、投光器２１で検出される波長差から分注液の直径を測定することができるようになっている。

このようにして分注液の直径が測定されると、コントローラ１５によって分注液の体積が算出される。そして、コントローラ１５により、分注液の体積が目標値になるように第２電磁弁１３が制御されて、外管２の吐出口２ａから搬送用エアが吐出される。したがって、この変形例でも、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を高精度に行うことができる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の分注装置を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態において、前記第１の実施の形態と同等の構成については、同一の符合を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。

図８に、この実施の形態の分注装置の概略構成図を示す。この分注装置は、ピペット状の分注器３１を備える。図９に、分注器３１の下端部を拡大断面図に示す。図１０に、図９のＢ−Ｂ線断面図を示す。図８〜図１０に示すように、この分注器３１は、外管３２と、その外管３２に内包される二重をなす第１内管３３及び第２内管３４とを含む三重管構造をなす。外管３２及び両内管３３，３４は、その先端である下端に吐出口３２ａ，３３ａ，３４ａを有する。第１内管３３の吐出口３３ａの周囲表面には、図９に破線で示すように、撥水性コーティング６が形成される。

この実施の形態では、図８に示すように、搬送用エアを供給するエア配管１２から、別の分岐エア配管３５が設けられ、その配管３５の途中に第３電磁弁３６が設けられる。第３電磁弁３６の開弁及び閉弁は、コントローラ１５により制御される。この実施の形態で、エア配管１２の先端は中心の第２内管３４に接続される。分岐エア配管３５の先端は、外管３２に接続される。液配管７の先端は、第１内管３３に接続される。

図１１に、コントローラ１５が制御する第１電磁弁９、第２電磁弁１３及び第３電磁弁３６の開閉タイミングをタイムチャートに示す。この実施の形態では、図１１(a),(b),(c)に示すように、第１電磁弁９の開弁から少し遅れて第２電磁弁１３が開弁され、第２電磁弁１３の開弁から少し遅れて第３電磁弁３６が開弁され、その後に所定時間が経過すると、全ての電磁弁９，１３，３６が同時に閉弁されるようになっている。

そして、コントローラ１５により、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき算出される分注液の体積に基づき、第２電磁弁１３と第３電磁弁３６の開弁タイミングが制御される。例えば、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき算出される分注液の体積が目標値よりも大きい場合には、第２電磁弁１３および第３電磁弁３６の開弁タイミングが早められる。一方、ＣＣＤカメラ２０の撮像データに基づき算出される分注液の体積が目標値よりも小さい場合には、第２電磁弁１３および第３電磁弁３６の開弁タイミングが遅らされる。これにより、常に一定量の分注液を吐出することができる。

以上説明したこの実施の形態の分注装置によれば、第１電磁弁９が開弁されてタンク８から第１内管３３に分注液が供給されると、その内管３３の吐出口３３ａへ分注液が導かれる。又、第２電磁弁１３が開弁されて第２内管３４に搬送用エアが供給されると、同内管３４の吐出口３４ａへ搬送用エアが導かれる。更に、第３電磁弁３６が開弁されて外管３２に搬送用エアが供給されると、外管３２の吐出口３２ａへ搬送用エアが導かれる。

ここで、第１内管３３の吐出口３３ａから分注液が自重で滴下する以前に、ＣＣＤカメラ２０で分注液を撮像し、コントローラ１５がその撮像データから分注液の体積を算出し、分注液の体積が目標値になるように第２電磁弁１３及び第３電磁弁３６を制御することにより、第２内管３４及び外管３２の吐出口３４ａ，３２ａから順次搬送用エアが吐出される。このとき、図１２に示すように、分注液が、その中心に作用する搬送用エアと、その外周に作用する搬送用エアとにより、表面張力等に打ち勝って吹き落とされる。従って、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の分注液が基板４に分注される。このため、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を高精度に行うことができるようになる。

また、この実施の形態の分注装置では、分注開始前に試し滴下が行われる。この試し滴下においても、ＣＣＤカメラ２０によって分注液が撮像され、コントローラ１５によってこの撮像データから分注液の体積が算出される。そして、このとき算出された分注液の体積と目標値との差に基づいて、第２電磁弁１３および第３電磁弁３６の開弁タイミングの調整が行われる。その後、正規の分注が開始される。これにより、最初の分注から目標量を確実に吐出することができるため、より高精度な分注を行うことができる。

この実施の形態では、第２内管３４及び外管３２の吐出口３４ａ，３２ａから順次搬送用エアが吐出されることから、第１の実施の形態で外管２からの搬送用エアの吐出のみにより分注液を吹き落とす分注装置に比べ、より効率良く分注液を吹き落とすことができる。これにより、分注される液滴の超微量化を更に促進して、分注の精密度を更に高めることができる。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の分注装置を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１３に、この実施の形態の分注装置の概略構成図を示す。この分注装置は、分注器１の内管３に分注液を供給するための分注液供給手段の構成の点で、第１の実施の形態の分注装置と構成が異なる。

この実施の形態では、第１の実施の形態におけるエア配管１０、圧送圧力調整器１１及び液圧送用エアの供給が削除され、それに代わって、タンク８にピエゾアクチュエータ１６が設けられる。ここで、タンク８は分注液により満たされる。このタンク８は、ピエゾアクチュエータ１６に対応する部分が可撓部材により構成される。この可撓部材の部分が、ピエゾアクチュエータ１６の歪み動作に基づいて変形することにより、タンク８に貯留された分注液が液配管７へ圧送されて内管３に供給されるようになっている。

ピエゾアクチュエータ１６は、第１及び第２の電磁弁９，１３と同様、コントローラ１５に接続される。コントローラ１５は、分注器１に対する分注液及びエアの供給タイミングを制御するために、第１電磁弁９及び第２電磁弁１３の開弁及び閉弁、並びに、ピエゾアクチュエータ１６の動作を制御するようになっている。

即ち、コントローラ１５は、第１電磁弁９を開弁させ、その状態でピエゾアクチュエータ１６を歪み動作させることにより、内管３に分注液を供給するようになっている。この実施の形態でも、コントローラ１５は、内管３の吐出口３ａから分注液が自重で滴下する以前に、分注液がＣＣＤカメラ２０で撮像され、コントローラ１５によりその撮像データから算出される分注液の体積に基づき、第２電磁弁１３の開弁タイミングが制御される。

以上説明した本実施の形態の分注装置でも、内管３の吐出口３ａから分注液が自重で滴下する以前に、ＣＣＤカメラ２０で分注液を撮像し、コントローラ１５がその撮像データから分注液の体積を算出し、分注液の体積が目標値になるように第２電磁弁１３を制御することにより、外管２の吐出口２ａから搬送用エアが吐出されるので、内管３の吐出口３ａに導かれた分注液が、その外周に作用する搬送用エアにより、表面張力等に打ち勝って吹き落とされる。従って、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の分注液が基板４に分注される。このため、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を高精度に行うことができるようになる。

しかも、この実施の形態では、タンク８に貯留された分注液をピエゾアクチュエータ８の歪み動作により液配管７を通じて圧送することにより、内管３に分注液が供給される。従って、エアにより分注液を圧送するタイプの第１の実施の形態における分注装置に比べ、エア配管１０、圧送圧力調整器１１及び液圧送用エアの供給が除かれた分だけ装置の構成が簡略化される。このため、分注装置をコンパクトなものにすることができる。

尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。

（１）前記第１及び第２の実施の形態では、図２、図９に示すように、分注液が供給される内管３及び第１内管３３の吐出口３ａ，３３ａの周囲表面に撥水性コーティング６を形成する撥水性処理を施したが、この撥水性処理を省略することもできる。

（２）前記第１及び第２の実施の形態では、図２、図９に示すように、分注液が供給される内管３及び第１内管３３の吐出口３ａ，３３ａの周囲の形状は、単に管材をその軸線に垂直に切断しただけの端面形状を有する。
これに対して、分注液が供給される管の吐出口の周囲を所定の表面張力緩和形状としてもよい。例えば、表面張力緩和形状として、図１４〜図１８に示すような形状を上げることができる。

即ち、図１４に示すように、分注液が供給される管４１の吐出口４１ａの外面をテーパ状に面取りしたり、図１５に示すように、分注液が供給される管４１の吐出口４１ａの内面をテーパ状に面取りしたり、図１６に示すように、分注液が供給される管４１の吐出口４１ａの外面及び内面を共にテーパ状に面取りしたり、図１７に示すように、分注液が供給される管４１の吐出口４１ａの先端を曲面状に面取りしたり、図１８に示すように、分注液が供給される管４１の吐出口４１ａの先端にフランジ４１ｂを設けたりしてもよい。このように構成することにより、吐出口４１ａからの分注液の切れが促進され、液滴の容量が更に少なくなる。この結果、分注される液滴の超微量化を更に促進して、分注の精密度を更に高めることができる。
又、図１４〜図１８に示す管４１の吐出口４１ａの周囲表面に設けられる撥水性コーティング６を省略してもよい。

（３）前記第２の実施の形態では、分注器３１を、外管３２、第１内管３３及び第２内管３４を同軸上に配置した三重管構造とし、外管３２と第２内管３４にエアを供給し、第１内管３３に分注液を供給するように構成した。
これに対して、図１９に示すように、外管４２、第１内管４３及び第２内管４４を同軸上に配置した三重管構造とし、第１内管４３と第２内管４４にエア（図において「エア」と示す。以下同様。）を供給し、外管４２に分注液（図において「液」と示す。以下同様。）を供給するように構成してもよい。

（４）前記第１の実施の形態では、分注器１を、外管２及び内管３を同軸上に配置した二重管構造とし、外管２にエアを供給し、内管３に分注液を供給するように構成した。又、前記第２の実施の形態では、分注器３１を、外管３２、第１内管３３及び第２内管３４を同軸上に配置した三重管構造とし、外管３２と第２内管３４にエアを供給し、第１内管３３に分注液を供給するように構成した。
これに対して、分注器の配管構造や、分注液及びエアの供給を適宜変更することもできる。例えば、図２０〜図２２に示すように構成することもできる。

即ち、図２０に示すように、二重管構造の外管４２と内管４３を偏心して配置し、その外管４２に分注液を供給し、内管４３にエアを供給するようにしてもよい。或いは、図２１に示すように、外管４２の中に同径の内管４５を４本平行に配置し、外管４２に分注液を供給し、各内管４５にエアを供給したり、その反対に、外管４２にエアを供給し、各内管４５に分注液を供給したりしてもよい。或いは、図２２に示すように、外管４２及び内管４３を同軸上に配置した二重管構造とし、その内管４３の中に同径の内管４６を４本平行に配置し、外管４２にエアを供給し、各内管４６に分注液を供給するようにしてもよい。

（５）前記各実施の形態では、分注液やエアの供給を制御するために電磁弁９，１３，３６を使用したが、電磁弁以外の流量制御弁を使用してもよい。

（６）前記各実施の形態では、分注液をその表面張力等に打ち勝って吹き落とすために、搬送流体としてエアを使用したが、搬送流体として所定の液体を使用することもできる。

（７）前記第２および第３の実施の形態では、ＣＣＤカメラ２０を利用して分注液の体積を算出しているが、前記第１の実施の変形例のように、投光器２１と受光器２２を利用して分注液の体積を算出することもできる。

第１の実施の形態に係る分注装置を示す概略構成図である。分注器の下端部を示す拡大断面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。第１及び第２の電磁弁の開閉タイミングを示すタイムチャートである。細管から液滴が落下する際の力学的関係を示す概念図である。分注器から分注液が吹き落とされる作用を示す説明図である。第１の実施の形態に係る分注装置の変形例を示す概略構成図である。第２の実施の形態に係る分注装置を示す概略構成図である。分注器の下端部を示す拡大断面図である。図９のＢ−Ｂ線断面図である。第１〜第３の電磁弁の開閉タイミングを示すタイムチャートである。分注器から分注液が吹き落とされる作用を示す説明図である。第３の実施の形態に係る分注装置を示す概略構成図である。別の実施の形態に係り、管の吐出口の周囲形状を示す断面図である。別の実施の形態に係り、管の吐出口の周囲形状を示す断面図である。別の実施の形態に係り、管の吐出口の周囲形状を示す断面図である。別の実施の形態に係り、管の吐出口の周囲形状を示す断面図である。別の実施の形態に係り、管の吐出口の周囲形状を示す断面図である。別の実施の形態に係り、分注器の外管と内管の配置構造等を示す図である。別の実施の形態に係り、分注器の外管と内管の配置構造等を示す図である。別の実施の形態に係り、分注器の外管と内管の配置構造等を示す図である。別の実施の形態に係り、分注器の外管と内管の配置構造等を示す図である。

符号の説明

１分注器
２外管
２ａ吐出口
３内管
３ａ吐出口
７液配管
８タンク
９第１電磁弁
１０エア配管
１１圧送圧力調整器
１２エア配管
１３第２電磁弁
１４圧力調整器
１５コントローラ
１６ピエゾアクチュエータ
２０ＣＣＤカメラ
３１分注器
３２外管
３２ａ吐出口
３３第１内管
３３ａ吐出口
３４第２内管
３４ａ吐出口
３５分岐エア配管
３６第３電磁弁
４１管
４１ａ吐出口
４１ｂフランジ
４２外管
４３内管
４４内管
４５内管
４６内管

Claims

先端に吐出口を有する一つの外管と、
前記外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する少なくとも一つの内管と、
前記外管又は前記内管に分注液を供給するための分注液供給手段と、
前記分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、
前記分注液が供給される管の吐出口から前記分注液が自重で滴下する以前に、前記分注液が供給されない管の吐出口から前記搬送流体を吐出させるために前記搬送流体供給手段を制御する供給制御手段と、
前記吐出口から滴下される分注液を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像データを画像解析して前記滴下される分注液の体積を算出する分注液体積算出手段と、
を備えることを特徴とする分注装置。
先端に吐出口を有する一つの外管と、
前記外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する少なくとも一つの内管と、
前記外管又は前記内管に分注液を供給するための分注液供給手段と、
前記分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、
前記分注液が供給される管の吐出口から前記分注液が自重で滴下する以前に、前記分注液が供給されない管の吐出口から前記搬送流体を吐出させるために前記搬送流体供給手段を制御する供給制御手段と、
前記吐出口から滴下される分注液の直径を測長する測長手段と、
前記測長手段で測長された直径から前記滴下される分注液の体積を算出する分注液体積算出手段と、
を備えることを特徴とする分注装置。
請求項１または請求項２に記載する分注装置において、
前記供給制御手段は、前記分注液体積算出手段で算出される体積と分注液の目標体積とが等しくなるように前記搬送流体供給手段を制御することを特徴とする分注装置。
請求項３に記載する分注装置において、
前記供給制御手段は、前記分注液供給手段も制御することを特徴とする分注装置。
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの分注装置において、
分注開始前に試し滴下を行い、前記分注液体積算出手段により試し滴下時の分注液の体積を算出することを特徴とする分注装置。
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの分注装置において、
前記分注液供給手段は、タンクに貯留された分注液をピエゾアクチュエータの動作により圧送するものであることを特徴とする分注装置。
請求項１から請求項６に記載するいずれか１つの分注装置において、
前記分注液が供給される管の吐出口の周囲表面に撥水性処理を施したことを特徴とする分注装置。
請求項１から請求項７に記載するいずれか１つの分注装置において、
前記分注液が供給される管の吐出口の周囲を表面張力緩和形状としたことを特徴とする分注装置。