JP2006327058A

JP2006327058A - 液体吐出装置

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Publication number: JP2006327058A
Application number: JP2005154825A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Ito; 達巳伊藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP4797448B2

Abstract

【課題】
多種類の液体を、コンタミネーションの発生がないように吐出できる構成を備える液体吐出装置を提供すること。
【解決手段】
本発明で提供する液体吐出装置は、液体導入口と、該液体導入口から送り込まれてきた液体が通過するオリフィスと、該オリフィスに連通する貯留部と、該貯留部に連通し、かつ、外部に開口する吐出部と、を有する液路形成部を備える。そして、前記貯留部に存在する前記液体に吐出力を発生させる吐出力発生部を備える。そして、前記液路形成部と前記吐出力発生部が、着脱自在に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。より詳しくは、液路形成部と吐出力発生部を着脱自在に形成した新規な液体吐出装置に関する。

正確な容量の微少量の液体を、正確な位置へ非接触状態で吐出できるインクジェット装置が、主にプリンター分野で開発が進展し、実用化が図られてきた。現在、このインクジェット技術は、プリンター分野に留まらず多方面で応用が進んでおり、例えば、ＤＮＡチップなどのセンサーチップの所定の基板部位に対して、微量のサンプル物質を吐出する技術にも利用され始めている。

このインクジェット装置としては、例えば、圧電式インクジェット方式、バブルジェット（登録商標）方式などが知られている。まず、「圧電式インクジェット方式」は、ピエゾ素子などの圧電体にパルスを印加することによって生じる変位で液体を圧縮し圧力を発生させ、この圧力によって液滴を飛ばす方法である。次に、「バブルジェット（登録商標）方式」は、一般に熱方式であって、貯留部（圧力室）のヒーターを熱して発生させた気泡の圧力によって液滴を飛ばす方式である。貯留部がヒーターを形成したシリコン基板と接し、１０^８℃／ｓ程度で約３００℃へ急速加熱して一様な気泡を作成し、液滴を押し出す。

ＤＮＡチップなどのセンサーチップに利用されるインクジェットノズルは、まさにインクジェットプリンティング技術を利用したものであり、ＸＹＺ作動制御システムによって位置制御された小さなジェットノズルから、試料物質を含む溶液を微小な反応領域へ正確に噴射できる。

特に、ＤＮＡチップの製作工程では、多種類のプローブＤＮＡを基板上の正確な位置へ多数固定する必要があることから、インクジェット方式の吐出装置が広く利用されている。例えば、特許文献１には、インクジェットプリンティング方式によって、ＤＮＡなどを吐出して配列する技術が開示されている。
特開２００３−２３１２５１号公報。

今後、インクジェット方式の液体吐出装置は、様々な分野で応用されていくと考えられるが、生体物質試料などを扱うような特定の分野では、多種類の液体をコンタミネーションがないように滴下できることが厳格に要求される。特に、ＤＮＡチップの製作工程では、異種のＤＮＡ溶液間のコンタミネーションは、絶対に避けなければならない。

このような要求に応える場合、種類の異なる液体毎に、インクジェットヘッドを用意し、都度取り替えて使用する方法を採用できるが、該方法では作業が面倒であり、また、コスト高になるという問題がある。また、インクジェットヘッドへ一度充填した液体を除去し、洗浄後再度別の種類の液体を充填して使用することも可能であるが、インクジェットヘッドのオリフィス，圧力室，ノズルで構成される液路は、複雑な形状をしているので、洗浄液を流しただけでは、確実に洗浄することが難しいという技術的課題もある。

そこで、本発明は、多種類の液体を、コンタミネーションの発生がないように吐出できる構成を備える液体吐出装置を提供することを主な目的とする。

本発明では、まず、液体導入口と、該液体導入口から送り込まれてきた液体が通過するオリフィスと、該オリフィスに連通する貯留部と、該貯留部に連通し、かつ、外部に開口する吐出部と、を有する液路形成部を備えており、かつ、前記貯留部に存在する前記液体に吐出力を発生させる吐出力発生部と、を備え、前記液路形成部と前記吐出力発生部が、着脱自在に形成されている液体吐出装置を提供する。

即ち、本装置では、液路形成部と吐出力発生部が別体に形成され、必要に応じて、両者を接合したり、分離したりすることが自由にできる構成となっている。このような液路形成部と吐出力発生部を着脱自在とした構成では、吐出液体のコンタミネーションを厳格に排除するために流路形成部を使い捨てすべきである用途にも対応できる。なお、本発明において吐出力を発生させる手段は、特に限定されない。例えば、加圧、加熱などの手段を用いて、導入された液体に吐出力を発生させることができる。

液路形成部と吐出力発生部の着脱方法としては、例えば、前記吐出力発生部に、前記液路形成部に対向する面に開口する気体流路を形成し、この気体流路を介した負圧の発生と解除によって、前記液路形成部と前記吐出力発生部を着脱させる構成を提案する。例えば、前記吐出力発生部に気体流路を設けたピエゾ圧電素子を設けておき、該ピエゾ圧電素子の伸縮両方向の変位を前記貯留部へ伝達する構成であってもよい。

また、本発明に係る液体吐出装置では、前記液路形成部と前記吐出力発生部が、自己吸着性部材を介して接合するような構成が好適であり、この自己吸着性部材を、例えば、シリコーンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成することができる。ポリジメチルシロキサン（PDMS）の化学構造を次の「化学式１」に示す。

自己吸着性部材を前記液路形成部に一体化させるか、液路形成部に一体化させるか、その選択は自由であって、あるいは、前記液路形成部全体を自己吸着性の材料で形成することも自由である。本発明に係る液体吐出装置では、吐出力発生部で発生する吐出力を、液路形成部と吐出力発生部の間に介在する振動板を通じて液体に伝える構成を採用し得るが、このような構成では、この振動板を自己吸着性の材料で形成してもよい。

また、本発明では、液路形成部が吐出力発生部から脱離した状態において、液路形成部のオリフィスと貯留部が外部に開口するように工夫してもよい。このような構成では、液路形成部のオリフィスや貯留部、さらには、これらに連通する液体導入口や吐出口の洗浄作業がし易くなるという利点がある。

さらに、本装置の液路形成部に前記吐出力発生部と接していない外部開放面を設けておき、この該外部開放面に前記液体導入口を形成する構成や液路形成部の側面に液体導入口を形成する構成も推奨できる。

例えば、液路形成部の下面（吐出対象面に対向する面）から液体を導入する構成では、液路形成部の下面と吐出対象面が近接して配置される場合、吐出対象の液体や洗浄液の導入を行い難くなるが、これに対して、本発明で推奨する前記構成では、液体導入口の周囲に障害物がないので、吐出対象の液体や洗浄液の導入を行い易いという利点がある。

本発明に係る液体吐出装置は、液路形成部と吐出力発生部が着脱自在に構成されているので、液路形成部のみの使い捨てが可能となり、このためノズルヘッド全体の交換に比べて低コストである。また、前記構成のため、液路形成部の洗浄作用が容易であり、洗浄もより確実に実施できるので、多種類の液体を、コンタミネーションの発生がないように吐出させることができる。

以下、本発明を実施するための好適な形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

特に、液体吐出の原理は、圧電方式に限定されることなく、加熱式（バブルジェット（登録商標）方式）などの他のインクジェット方法も採用できる。また、本発明で扱う「液体」についても、狭く限定されず、種々の液体が取り扱い対象であり、吐出可能な流動性のある媒体でればよい。例えば、ゲル成分を含む液体や、ＤＮＡやたんぱく質その他の生体高分子を含有する液体サンプルであってもよい。

図１は、本発明に係る液体吐出装置の第１実施形態の基本構成を示す図である。なお、図１の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図、（III）は液路形成部を上方から視た平面図である。

図１に符号１０で示す装置（ノズルヘッド）は、本発明に係る液体吐出装置の第１実施形態であり、吐出力発生部２０と、該吐出力発生部２０に接合する液路形成部３０と、を備えている。

本装置１０の液路形成部３０には、高価なピエゾ圧電素子のような吐出力発生部材が含まれていないので、異種液体のコンタミネーションを避けるために液路に係る部品の使い捨てを行う場合や部品交換を行う場合でも、コスト的に有利である。なお、この有利点は、以下に説明するすべての実施形態に共通しているので、都度の説明は以後割愛する。

本装置１０の吐出力発生部２０は、ステンレスやアクリル樹脂などを機械加工等することによって形成されたベース部２０１を備えている（他の実施形態の吐出力発生部でも同様）。このベース部材２０１には、この計３本の気体流路２０２ａ〜２０２ｃがそれぞれ上下方向に貫通して延設されている。即ち、気体流路２０２ａ〜２０２ｃは、それぞれ吐出力発生部２０の下面（液路形成部３０に対向する面）２０３に開口するとともに、該吐出力発生部２０の上面２０４にも開口している。

また、吐出力発生部２０には、その下面２０３側に開口する所定容積の穴Ｈ内にピエゾ圧電素子Ｅが固定配置されている。このピエゾ圧電素子Ｅは、外部から駆動パルス信号が入力されると、矢印Ｘ方向に伸縮して変位する。この変位が液体の吐出力を生み出すエネルギーとなる。

吐出力発生部２０の上面２０４側の開口部２０２１のそれぞれは、外部の三方向弁を有するエアーバルブＶによって接続された分岐チューブＴと連通しており、前記エアーバルブＶは、負圧発生用のポンプＰに連結されている。このエアーバルブＶの切換え操作によって（図１参照）、気体流路２０２ａ〜２０２ｃに負圧を発生させたり、当該負圧の発生を停止（解除）したりすることが可能となっている。

負圧発生時は、吐出力発生部２０がこれに近接して存在する液路形成部３０を吸引して接合（吸着）し、負圧停止時は、前記吸引力がなくなるので、液路形成部３０は吐出力発生部２０（の下面２０３）から脱離する。このような手順に従って、液体吐出装置１０は、吐出力発生部２０と液路形成部３０が着脱自在とされていることが特徴である。

次に、液路形成部３０は、所定形状の振動板３０１と、該振動板３０１の下側に配置され、圧力室として機能する液体貯留部３０２１などが設けられた液路プレート３０２と、該液路プレート３０２の下側に配置された吐出用プレート３０３と、を備えている。これらの振動板３０１、液路プレート３０２、吐出用プレート３０３は、例えば、接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）により積層一体化することができる。

振動板３０１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を電鋳加工等することで形成され、上方に位置する（吐出力発生部２０の）ピエゾ圧電素子Ｅの伸縮による矢印Ｘ方向（図１参照、他図も同様）への変位を、溝部３０１１で囲まれている伝達部３０１２を介して、液路プレート３０２の貯留部（圧力室）３０２１に伝達する役割を担う。なお、振動板の役割については以下同様である。

ここで、ピエゾ圧電素子Ｅ部分の振動板３０１に対する吸着それ自体がなくても吐出動作は行うことができるが、この場合は、ピエゾ圧電素子Ｅと振動板３０１とのギャップの距離を高精度に決定し、これを維持する必要がある。また、液体吐出時に駆動パルス信号でピエゾ圧電素子Ｅの伸縮を制御するときに、ピエゾ圧電素子Ｅと振動板３０１が吸着していないと、振動板３０１の変位はピエゾ圧電素子Ｅが伸びる方向（押す方向）だけ追従し、縮む方向（引く方向）は振動板３０１などの構造物のバネ定数と流体抵抗で決まる固有振動数によって決定されてしまう。

そこで、本実施形態では、ピエゾ圧電素子Ｅ部分にも気体流路２０２ｂを介して、該ピエゾ圧電素子Ｅを振動板３０１に対して負圧吸着させることによって、ピエゾ圧電素子Ｅが縮む方向（引く方向）への振動板３０１の変位が追従することが可能なように工夫している。これにより安定した吐出動作を行うことができる。

次に、液路プレート３０２は、貯留部（圧力室）３０２１に連通するオリフィス３０２２と、吐出用プレート３０３に開口形成された液体導入口３０３１に連通する液体導入路３０２３と、吐出路３０２４と、が形成されている。なお、図１中の矢印Ｙは、液体導入方向を示している（以下、同様）。

吐出用プレート３０３には、既述した液体導入口３０３１とともに、上方の液路プレート３０２の貯留部３０２１に連通して開口する吐出口３０３２が設けられている。なお、図１に示す矢印Ｚは、液体の吐出方向を示している（以下、同様）。

本実施形態の液路プレート３０２の製作方法は特に限定されないが、例えば、ガラスに対してマイクロブラスト法で液路を形成することもできる。この液路プレート３０２には、Ｎｉ電鋳で作製した振動板３０１や吐出用プレート３０３を陽極接合で接着一体化することができる。

続いて、図２は、本発明に係る液体吐出装置の第２実施形態の基本構成を示す図である。なお、図２の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図、（III）は液路形成部の部品ごとに分解した縦断面図である。

符号１１で示された第２実施形態である液体吐出装置は、上記装置１０同様に、吐出力発生部２１と液路形成部３１が着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本装置１１を構成する吐出力発生部２１は、下方に開口する所定容積の穴Ｈ内に、ピエゾ圧電素子Ｅが固定配置されているが、装置１０の吐出力発生部１１のような気体流路２０２（図１参照）は設けられていない（この点、後続の実施形態でも同様）。

一方の液路形成部３１は、計３枚のプレート（板）が接着積層されている（図２の（III）を特に参照）。より詳しくは、液路形成部３１は、自己接着性を有する材料、好適には、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成され、吐出力発生部２１に対向する振動板３１１と、該振動板３１１の下側に配置される液路プレート３１２と、液体導入口３１３１と液体吐出口３１３２とを備える吐出用プレート３１３と、から構成されている。

なお、シリコーンゴムの一種である前記ポリジメチルシロキサン（PDMS）は、モールディング技術を利用すると、容易に所望の液路を形成できることができる。例えば、Ｓｉ（ケイ素）基板上にフォトリソグラフィー技術を利用して形成したフォトレジストパターンをモールディングする際の鋳型を利用して、非常に繊細な形状を低コストで製造することができる。

ポリジメチルシロキサン（PDMS）は、平坦な面に対して吸着する性質を持つので、接着剤を介さなくてもシーリングすることが可能であり（即ち、自己接着性）、また、自己接着後の剥離や再自己接着も自在である。例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ケイ素、ポリジメチルシロキサン（PDMS）自身などに対して自己接着する。さらには、ポリジメチルシロキサン（PDMS）はその接着面に対してＯ_２プラズマ処理を施すことにより該接着面を活性化できるので、ＳｉＯ_２面などに対して実用上問題がない程度の接着強度が得られる。即ち、ポリジメチルシロキサン（PDMS）は、必要に応じて、永久接着性にも転換できる。

振動板３１１には、上記装置１０で用いられた振動板３０１と同様の形態構成を有し、溝部３１１１で囲まれている伝達部３１１２を備える。この伝達部３１１２は、ピエゾ圧電素子Ｅに接する構成や一定のギャップを持って位置する構成のいずれでもでもよいが、自己接着する構成がより望ましい。

液路形成プレート３１２は、上記装置１０（第１実施形態）の液路形成プレート３０２と同様の液路配置構成であって、圧力室として機能する貯留部３１２１と、これに連通するオリフィス３１２２と、液体導入路３１２３と、貯留部３１２１から下方に延びる吐出路３１２４と、を備える。

また、吐出用プレート３１３には、前記液体導入路３１２３に連通する液体導入口３１３１と、前記吐出路３１２４に連通する吐出口３１３２が形成されている。なお、本実施形態の液路形成プレート３１２と吐出用プレートは、その加工方法は限定されないが、例えば、ステンレスを機械加工等することによって形成できる。

図３は、吐出力発生部２１と液路形成部３１が接合した状態の第２実施形態の装置１１を示す図である。この図３に示すように、吐出力発生部２１と液路形成部３１は、自己接着性の振動板３１１を介して接合されている。

図４は、本発明に係る液体吐出装置の第３実施形態の基本構成を示す図である。なお、図４の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図、（III）は液路形成部を上方から視た平面図である。

符号１２で示された第３実施形態である液体吐出装置は、上記装置１０（第１実施形態）や装置１１（第２実施形態）と同様に、吐出力発生部２２と液路形成部３２が、着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本実施形態に係わる装置１２の吐出力発生部２２は、ピエゾ圧電素子Ｅを有するベース部材２２１と、該ベース部２２１材に接着一体化された振動板２２２と、から構成されている。一方の液路形成部３２は、液路プレート３２１と吐出用プレート３２２が接着されて上下に積層されており、液路プレート３２１と吐出用プレート３２２は、両方ともポリジメチルシロキサン（PDMS）のような自己接着性の材料で形成されている。

なお、変形形態として、液路プレート３２１を自己接着性の材料で形成し、吐出用プレート３２２を自己接着性のない材料で形成してもよい。例えば、吐出用プレート３２２をＮｉ電鋳で製造し、これにＳｉＯ_２膜をスパッタリングにより成膜し、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成した液路プレート３２１と永久接着してもよい。

図４に示されているように、吐出力発生部２２から脱離された状態の液路形成部３２は、振動板２２２に覆われてはいないので（図４の（II）を特に参照）、貯留部３２１１、オリフィス３２１２、液体導入路３２１３などが上方に開口している（特に、図４の（III）参照）。

このような形態構成のため、液路形成部３２の再利用が可能な利用形態では、貯留部３２１１、オリフィス３２１２、液体導入路３２１３、吐出路３２１４、液体導入口３２２１、吐出口３２２２からなる液路を洗浄する作業を容易に実施できる。より詳しくは、液路形成部３２の上面は、平坦であるので、図示しないローラを接触させながらふき取る洗浄方法や洗浄液を流し込む方法、あるいは洗浄液に浸漬する方法、超音波洗浄する方法などを自由簡単に実施でき、洗浄精度も高い。

なお、本装置１２の吐出用プレート３２２には、液体導入路３２１３に連通する液体導入口３２２１と、液路形成部３２において貯留部３２１１から下方に延びる吐出路３２１４に連通する吐出口３２２２が所定間隔で開口形成されている。

図５は、本発明に係る液体吐出装置の第４実施形態の基本構成を示す図である。なお、図５の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図である。

符号１３で示された第４実施形態である液体吐出装置は、上記装置１０〜１２と同様に、吐出力発生部２３と液路形成部３３が、着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本実施形態に係わる装置１３の吐出力発生部２３は、下方に開口する所定容積の穴Ｈにピエゾ圧電素子Ｅが固定配置されているが、振動板は一体化されていない。符号３３１で示す振動板は、液路形成部３３の最上層に位置している。

液路形成部３３は、前記振動板３３１と、該振動板３３１の下方に接着配置されている液路プレート３３２と、その下方の吐出用プレート３３３と、から構成され、これらが接着一体化されている（図５参照）。

これらの振動板３３１、液路プレート３３２、吐出用プレート３３３は、いずれもポリジメチルシロキサン（PDMS）のような自己接着性の材料で形成されている。即ち、液路形成部３３全体が自己接着性の材料で形成されている。なお、本実施形態の液路形成部３３を上方から視た場合は、図１の（III）と略同様の外観形態となる（図１参照）。

自己接着性の振動板３３１は、上記装置１０で用いられた振動板３０１と同様の形態構成を有し、溝部３３１１で囲まれている伝達部３３１２を備える。伝達部３３１２は、ピエゾ圧電素子Ｅに対向している。そして、この振動板３３１は、液路形成部３３を吐出力発生部２３の下面２３１に接合（自己接着）させる役割を担っている。

自己接着性の液路プレート３３２は、上記した他の実施形態と同様の配置構成であって、圧力室として機能する貯留部３３２１と、これに連通するオリフィス３３２２と、液体導入路３３２３と、前記貯留部３１２１から下方に延びる吐出路３３２４と、を備える。自己接着性の吐出用プレート３３３には、液体導入路３３２３に連通する液体導入口３３３１と、吐出路３３２４に連通する吐出口３３３２と、が形成されている。

図６は、本発明に係る液体吐出装置の第５実施形態の基本構成を示す図である。なお、図６の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図である。

符号１４で示された第５実施形態である液体吐出装置は、上記した装置１０〜１３と同様に、吐出力発生部２４と液路形成部３４が、着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本実施形態に係わる装置１４の吐出力発生部２４は、ピエゾ圧電素子Ｅを有するベース部材２４１と、該ベース部材２４１に接着一体化された自己接着性の振動板２４２と、から構成されている。

一方の液路形成部３４は、液路プレート３４１と吐出用プレート３４２が接着されて上下に積層されており、液路プレート３４１と吐出用プレート３４２は両方とも、例えばステンレスで形成されている。本実施形態において液路形成部３４は、吐出力発生部２４に一体化された振動板２４２の下面２４２１に対して、該振動板２４２の自己接着性により接合する。

図６に示されているように、吐出力発生部２４から脱離された状態の液路形成部３４は、振動板２４２に覆われてはいないため、図４に示した第３実施形態と同様に、貯留部３４１１、オリフィス３４１２、液体導入路３４１３などが上方に開口している。

このような構成であるので、貯留部３４１１、オリフィス３４１２、液体導入路３４１３などの液路を洗浄する作業を容易に実施できる。なお、吐出用プレート３４２には、液体導入路３４１３に連通する液体導入口３３４２１と、液路形成部３４において貯留部３４１１から下方に延びる吐出路３４１４に連通する吐出口３４２２が所定間隔で開口形成されている。

図７は、本発明に係る液体吐出装置の第６実施形態の基本構成を示す図である。図８は、同装置の吐出力発生部と液路形成部が接合した状態の構成を示す断面図である。なお、図７の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図、（III）は液路形成部を上方から視た平面図である。

図７、図８において、符号１５で示された第６実施形態である液体吐出装置は、上記した装置１０〜１４と同様に、吐出力発生部２５と液路形成部３５が着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本装置１５を構成する吐出力発生部２５は、下方に開口する穴Ｈ内に、ピエゾ圧電素子Ｅが固定配置されている。なお、装置１０の吐出力発生部１１のような気体流路２０２（図１参照）は設けられていない。

また、この吐出力発生部２５は、その下面２５ａの面積が、液路形成部３５の上面３５ａの面積よりも狭小であるため（図７参照）、吐出力発生部２５と液路形成部３５が接合したときに（図８参照）、吐出力発生部２５と接していない外部開放面３５１３が形成されることになる。

本実施形態では、前記外部開放面３５１３のスペースを利用して、この場所に液体導入口３５１４を形成することができる。より詳しくは、液体導入口３５１４は、液路形成部３５の最上層に位置する自己接着性の振動板３５１の外部開放面３５１３の所定箇所に形成されている。即ち、この振動板３５には、溝３５１１や接点３５１２の他に、液体導入口３５１４が形成されている（特に、図７の（II）を参照）。

本第６実施形態の液路形成部３５は、計３枚のプレート（板）が接着積層されている。詳しくは、液路形成部３５は、自己接着性を有する材料、好適には、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成され、吐出力発生部２５に対向する振動板３５１と、該振動板３５１の下側に配置される液路プレート３５２と、液体吐出口３５３１のみを備える吐出用プレート３５３と、から構成されている。

最上層の振動板３５１の上記液体導入口３５１４から導入された液体は、液体導入路３５２３からオリフィス３５２２を通過して貯留部３５２１に至り、この貯留部３５２１においてピエゾ圧電素子Ｅから圧力が加えられて吐出力を得、吐出路３５２４を通過し、吐出口３５３１から外部へ吐出される。

ここで、本第６実施形態では、液路形成部３５の前記吐出力発生部２５と接していない外部開放面３５１３に液体導入口３５１４を形成したので、液体導入口３５１４の周囲に障害物がないため、吐出対象の液体や洗浄液の導入を行い易いという利点がある。また、液路形成部３５を吐出力発生部２５に接合した状態のままで、吐出対象の液体や洗浄液の導入を簡単に行なうことができる。

次に、図９は、本発明に係る液体吐出装置の第７実施形態の基本構成を示す図である。図１０は、同装置の吐出力発生部と液路形成部が接合した状態の構成を示す図である。なお、図１０の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図、（III）は液路形成部を上方から視た平面図である。

図９、図１０において、符号１６で示された第７実施形態である液体吐出装置は、上記装置１０〜１５と同様に、吐出力発生部２６と液路形成部３６が着脱自在に別体に形成されている。この実施形態においても、吐出原理は、ピエゾ圧電素子Ｅを利用する圧電式が代表例として採用されている。

本装置１６を構成する吐出力発生部２６は、その下方に開口する所定容積に設計された穴Ｈ内に、ピエゾ圧電素子Ｅが固定配置されている。本第７実施形態において、吐出力発生部２６と液路形成部３６は、液路形成部３６の最上層に配置された振動板３６１の自己接着性を利用して接合される構成が採用されている。

本第７実施形態の液路形成部３６は、計３枚のプレート（板）が接着積層されている。詳しくは、液路形成部３５は、自己接着性を有する材料、好適には、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成され、吐出力発生部２６に対向する振動板３６１と、該振動板３６１の下側に配置される液路プレート３６２と、液体吐出口３３１のみを備える吐出用プレート３６３と、から構成されている。

ここで、液体導入口３６２３は、液路プレート３６２の側面に開口しており、その上方は振動板３６１で閉塞されている。この液体導入口３６２３を介して側方からから導入された液体は、液体導入路３６２３に続いてオリフィス３６２２を通過して貯留部３６２１に至る。この貯留部３６２１においてピエゾ圧電素子Ｅから圧力が加えられて吐出力を得、吐出路３６２４を通過し、最後に吐出用プレート３６３の吐出口３６３１から外部へ吐出される。

ここで、この第７実施形態では、液体導入口３６２３を液路プレート３６２の側面に開口するように形成したため、この液体導入口３６２３の周囲には障害物がなく、吐出対象の液体や洗浄液の導入を行い易いという利点がある。また、液路形成部３６を吐出力発生部２６に接合した状態のままで、吐出対象の液体や洗浄液の導入を簡単に行なうことができる。

液体の供給は。使用する液体が多量であれば図示していないチューブを液体導入口３６２３へ接続し、該チューブのもう一方の端に接続したタンク（図示せず）に貯蔵した液体を圧送もしくは毛管力により導入し、吐出動作時はタンクからチューブを介して補給を行うこともできる。また液体が少量の場合はピペット等から直接液体を液体導入口３６２３へ滴下し、流路内に貯蔵された液体のみで吐出動作を行うことも可能である．

図１１は、本発明に係る液体吐出装置の第８実施形態の基本構成を示す図である。なお、図１１の（Ｉ）は吐出力発生部の縦断面図、（II）は液路形成部の縦断面図である。この第８実施形態では、バブルジェット（登録商標）方式の吐出手段が採用されている。この例で示すように、本発明では吐出方式を選択、置換することは容易である。

図１１において、符号１７で示された第８実施形態である液体吐出装置は、上記装置１０〜１６と同様に、吐出力発生部２７と液路形成部３７が着脱自在に別体に形成されている。

吐出力発生部２７には、ベース部材２７１に形成された穴Ｈに薄膜ヒーター２７２が配置されている。液路形成部３７は、計２枚のプレート（板）が接着積層されている。詳しくは、この液路形成部３７は、自己接着性を有する材料、好適には、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成されており、吐出力発生部２７に対向する液路プレート３７１と、該液路プレート３７１の下側に配置される吐出用プレート３７２と、から構成されている。

液路プレート３７１には、吐出力発生部２７と接合された時に、上記薄膜ヒーター２７２が臨むようになる貯留部３７１１と、この貯留部３７１１に連通するオリフィス３７１２と、該オリフィス３７１２に連通する液体導入路３７１３と、が形成され、各部３７１１〜３７１３は、吐出力発生部２７と脱離している時には、上方に開口する。

吐出用プレート３７２は、液路プレート３７１に接着固定されており、前記液体導入路３７１３に連通する液体導入口３７２１と、貯留部３７１１の下方に設けられた吐出路３７１４に連通する吐出口３７２２が設けられている。

液体導入口３７２１から導入された液体は、液体導入路３７１３からオリフィス３７１２を通過して貯留部３７１１に至り、この貯留部３７１１において加熱沸騰され、発生した気泡の膨張圧によって吐出力を得、吐出路３７１４を通過し、吐出口３７２２から外部へ吐出される。

本第８実施形態では、特に図示しないが、液路形成部３７全体を自己接着性の材料で形成してもよい。また、液路プレート３７１を予め吐出力発生部２７に固定一体化することは自由であるが、この構成では、図１１に示された構成に比して、液路の洗浄がし難いなどの不利な点がある。さらに、本実施形態でも、図７及び図８に示した構成や、図９及び図１０に示した形態構成のように工夫して、液体の導入位置を工夫するのは自由である。

以上では、各液体吐出装置１０〜１７に対して、一対の液体導入口と吐出口を持つ実施形態を開示したが、本発明はこれに狭く限定されず、このような単位構成を複数配置した、いわゆるマルチノズル、あるいは複数の液体導入口と一つの吐出口を持つ形態、一つの液体導入口に対して複数の吐出口を持つ形態、複数の液体導入口と複数の吐出口を持つ形態も本発明の範囲である。

本発明に係る液体吐出装置は、多種類の液体を、コンタミネーションの発生がないように吐出する必要がある技術分野に特に好適である。例えば、ＤＮＡチップなどのセンサーチップの作製工程や利用工程のように、多種類の生体分子試料溶液を吐出しなければならない場合に、特に有用である。

本発明に係る液体吐出装置の第１実施形態の基本構成を示す図である。同液体吐出装置の第２実施形態の基本構成を示す図である。出力力発生部（２１）と液路形成部（３１）が接合した状態の第２実施形態の構成を示す図である。本発明に係る液体吐出装置の第３実施形態の基本構成を示す図である。同液体吐出装置の第４実施形態の基本構成を示す図である。同液体吐出装置の第５実施形態の基本構成を示す図である。同液体吐出装置の第６実施形態の基本構成を示す図である。出力力発生部（２５）と液路形成部（３５）が接合した状態の第６実施形態の構成を示す図である。本発明に係る液体吐出装置の第７実施形態の基本構成を示す図である。吐出力発生部（２６）と液路形成部（３６）が接合した状態の第７実施形態の構成を示す図である。本発明に係る液体吐出装置の第８実施形態の基本構成を示す図である。

符号の説明

１０〜１７液体吐出装置
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７吐出力発生部
３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７液路形成部
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ気体流路
２２２，２４２，３０１，３１１，３３１，３５１，３６１振動板
３０２，３１２，３２１，３３２，３４１，３５２，３６２，３７１液路プレート
３０３，３１３，３２２，３３３，３４２，３５３，３６３，３７２吐出用プレート
３０２１，３１２１，３２１１，３３２１，３４１１，３５２１，３６２１，３７１１貯留部（圧力室）
３０２２，３１２２，３２１２，３３２２，３４１２，３５２２，３６２２，３７１２オリフィス
３０３１，３１３１，３２２１，３３３１，３４２１，３５１４，３６２３，３７２１液体導入口
３０３２，３１３２，３２２２，３３３２，３４２２，３５３１，３６３１，３７２２吐出口
Ｅピエゾ圧電素子
Ｐポンプ
Ｔチューブ
Ｘピエゾ圧電素子の伸縮方向
Ｙ液体導入方向
Ｚ液体吐出方向

Claims

液体導入口と、該液体導入口から送り込まれてきた液体が通過するオリフィスと、該オリフィスに連通する貯留部と、該貯留部に連通し、かつ、外部に開口する吐出部と、を有する液路形成部と、
前記貯留部に存在する前記液体に吐出力を発生させる吐出力発生部と、を備え、
前記液路形成部と前記吐出力発生部が、着脱自在に形成されている液体吐出装置。
前記吐出力発生部は、前記液路形成部に対向する面に開口する気体流路を備え、該気体流路を介した負圧の発生と解除によって、前記液路形成部と前記吐出力発生部が着脱する構成であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記吐出力発生部に気体流路を設けたピエゾ圧電素子を備え、該ピエゾ圧電素子の伸縮両方向の変位を前記貯留部へ伝達することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記液路形成部と前記吐出力発生部が、自己吸着性部材を介して接合することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記自己吸着性部材は、ポリジメチルシロキサン（PDMS）で形成されていることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
前記自己吸着性部材は、前記液路形成部に一体化されていることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
前記液路形成部全体が自己吸着性の材料で形成されていることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
前記自己吸着性部材は、前記吐出力発生部に一体化されていることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
前記自己吸着性部材は、吐出力発生部からの圧力を液体に伝える振動板であることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
前記液路形成部が前記吐出力発生部から脱離されたときに、前記オリフィスと前記貯留部が外部に開口することを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記液路形成部は、前記吐出力発生部と接していない外部開放面を備え、該開放面に前記液体導入口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記液路形成部の側面に前記液体導入口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。