JP2008105308A

JP2008105308A - 液滴吐出観察装置並びに観察具及びヘッドの支持装置

Info

Publication number: JP2008105308A
Application number: JP2006291388A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Horiuchi; 一正堀内
Original assignee: Cluster Technology Co Ltd
Current assignee: Cluster Technology Co Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】液滴がワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能であり、また液滴がワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態と、液滴の飛翔状態との双方の状態を観察可能な液滴吐出観察装置並びに観察具及びヘッドの支持装置を提供すること。
【解決手段】ノズル７から液滴を所定位置へ吐出させるヘッド２及びヘッド支持具２０と、液滴が着弾するワーク３及びワーク支持具３０と、液滴の観察具及び観察具支持具４０とを備える。ワーク３における液滴の着弾する着弾平面Ｐに対し液滴吐出方向Ｆ又は観察具による観察方向Ｗの少なくとも一方が傾斜するようにヘッド２、ワーク３及び観察具の相対位置関係を設定可能であり、観察具は液滴がワーク３へ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出観察装置並びに観察具及びヘッドの支持装置に関する。さらに詳しくは、ノズルから液滴を所定位置へ吐出させるヘッド及びヘッド支持具と、液滴が着弾するワーク及びワーク支持具と、前記液滴の観察具及び観察具支持具とを備えた液滴吐出観察装置、並びに、観察具及びヘッドの支持装置に関する。

上記液滴吐出観察装置並びに観察具及びヘッドの支持装置としては、次の特許文献１，２に記載の如きものが知られている。
特開２００５−０１４４５３号特開２００５−２４６６６９号

特許文献１に記載の技術にあっては、インク液滴の通路を挟んで発光部と受光部とを配置した光学装置を設けている。この装置においては、発光部と受光部とがインク液滴の通路を挟んでおり、インク的の飛翔状態は撮影できるが、ワークへの液滴の着弾直前及び着弾直後の状態を撮影することはできなかった。

これに対し、特許文献２の技術では、記録ヘッド１にインクを吐出するノズルと画像検出センサとを設け、ノズルと画像検出センサとの位置を切り替えて、着弾位置の撮影を行っている。すなわち、ノズルと画像検出センサとの位置を共に入れ替えるため、両者の位置が異なって印刷（着弾位置）のずれが大きくなる虞もあり、さらに着弾直後の状態を撮影することができない。

かかる従来の実情に鑑みて、本発明の第一の目的は、前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能な液滴吐出観察装置並びに観察具及びヘッドの支持装置を提供することにある。

また、本発明の第二の目的は、前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態と、液滴の飛翔状態との双方の状態を観察可能な液滴吐出観察装置等を提供することにある。

上記第一の目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出観察装置の特徴は、ノズルから液滴を所定位置へ吐出させるヘッド及びヘッド支持具と、液滴が着弾するワーク及びワーク支持具と、前記液滴の観察具及び観察具支持具とを備えた構成であって、前記ワークにおける液滴の着弾する着弾平面に対し前記液滴吐出方向又は前記観察具による観察方向の少なくとも一方が傾斜するように前記ヘッド、ワーク及び観察具の相対位置関係を設定可能であり、前記観察具は前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能なことにある。

同特徴によれば、前記ワークにおける液滴の着弾する着弾平面に対し前記液滴吐出方向又は前記観察具による観察方向の少なくとも一方が傾斜するように前記ヘッド、ワーク及び観察具の相対位置関係を設定可能なので、ワークにおける他着弾位置近傍を常時観察することができる。この場合、観察方向に対してワークが傾斜してるときであっても、液滴が微少で観察具による観察又は撮影の拡大率が高いとしても、着弾後の液滴の状態は十分に捉えることができる。また、観察方向に対してワークの着弾平面を直交させれば、ピントが合ってより鮮明な観察が可能となる。

また、上記特徴において、前記ヘッドの先端面下側に設けられた斜面を介して前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能としてもよい。

一方、上記第二の目的を達成するため、上記構成に加え、前記ノズルを挟んで前記観察具の反対側に撮影用ストロボを備えてもよい。この場合、前記観察具支持具は前記観察具の観察方向を変更するように前記観察具を揺動可能とすることが望ましい。

観察とヘッドの操作の便宜のため、観察具支持具及びヘッド支持具が相対位置を保持した状態で前記ワークに対して相対的に上下移動可能とすることが望ましい。

また、前記観察具支持具は前記観察具の観察方向を変更するように前記観察具を揺動可能であり、前記ワーク支持具は前記観察具の揺動面に沿って前記ワークを揺動可能としてもよい。一方、前記観察具支持具は前記観察具の観察方向を変更するように前記観察具を揺動可能であり、前記ヘッド支持具は前記観察具の揺動面に沿って前記ヘッドを揺動可能としてもよい。揺動は可動式とする他、アングルやブロックの入れ替えで固定的な傾斜調整として行うこともできる。

前記観察具支持具及びヘッド支持具は、観察具及びヘッドの相対位置関係を一定に保ったままでワークの表面に沿って観察具及びヘッドを相対移動可能としてもよい。このとき、前記ワーク支持具は前記ワークをワークの表面に沿って移動させるワーク移動機構を有するとよい。

一方、上記特徴に記載の液滴吐出観察装置に使用する観察具及びヘッドの支持装置の特徴構成は、ノズルから液滴を所定位置へ吐出させるヘッドを支持するヘッド支持具と、前記液滴の観察具を支持する観察具支持具とを備え、ワークにおける液滴の着弾する着弾平面が前記液滴吐出方向又は前記観察具による観察方向の少なくとも一方に対し傾斜するように前記ヘッド、ワーク及び観察具の相対位置関係を設定可能であり、前記観察具は前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能としたことにある。

このように、上記本発明に係る特徴によれば、観察方向、吐出方向及びワーク着弾平面の位置関係を上述の如く設定することで、前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態が観察可能となった。その結果、液滴の吐出状態、着弾状態を精細にモニタでき、液滴の制御をより適切に行えるようになった。また、着弾位置近傍の画像を捉えることができるので、着弾位置精度の制御も行うことができ、実験や製造における生産性を向上させることができるようになった。しかも、前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態と、液滴の飛翔状態との双方の状態を観察具支持具の揺動で実現でき、従来のストロボを利用した液滴飛翔状態の観察と、液滴着弾直前及び／又は直後の観察との双方を一つの観察具で達成でき、装置の使用上の便宜をさらに向上させ得るに至った。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

次に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１〜６に示すように、本発明に係る液滴吐出観察装置１は、ノズル７から液滴Ｄを吐出するヘッド２、液滴Ｄが着弾するワーク３、液滴Ｄ又はその着弾位置近傍を観察可能な観察具４，ストロボ光源５を有するストロボ装置及びこれらを支持する支持装置８よりなる。ヘッド２は図示しない圧電素子等の電気駆動素子の駆動により、下面に形成したノズル７から所望の液体を所望条件に基づく液滴Ｄとして吐出する。本液滴吐出観察装置１は、この液滴Ｄのワーク３への着弾前及び着弾後の状態を観察具４により観察するためのものである。支持装置８は、昇降フレーム１３を昇降可能に支持する基礎フレーム１０と、この昇降フレーム１３に取り付けられるヘッド支持具２０、観察具支持具４０及びストロボ支持具５０とを備えている。また、基礎フレーム１０の台座１１上にはワーク３を移動させるワーク支持具３０が載置される。

基礎フレーム１０は、４カ所の脚１１ａにより上面を水平に維持された台座１１に縦フレーム１２を垂直に取り付け、この縦フレーム１２に昇降フレーム１３を昇降自在に支持してなる。縦フレーム１２の下部の固定部１２ａと上部の固定部１２ｂの間に昇降フレーム１３に螺合する昇降ねじ１４ａが支持され、昇降ねじ１４ａをハンドル１４により回転操作することで、昇降フレーム１３を所望の位置に移動でき、昇降フレーム１３は締め付けハンドルの操作により位置固定される。昇降フレーム１３の基部１３ｃには昇降接続部１３ａが固定され、この昇降接続部１３ａにさらにＸ軸方向に張り出す昇降張出部１３ｂ、水平レール１５が固定される。また、基部１３ｃにはＹ軸方向に張り出す第二水平レール１６が固定される。

水平レール１５には図３に示すようにヘッド２をＸＹＺ軸方向に調整移動させるヘッド支持具２０が固定される。このヘッド支持具２０は、Ｘ，Ｚ方向への比較的大幅な移動を第一Ｘ軸調整具２１，第一Ｚ軸調整具２２によって行い、ＸＹＺ方向への移動を第二Ｚ軸調整具２３，Ｙ軸調整具２４，第二Ｘ軸調整具２５によって行う。

第一Ｘ軸調整具２１のスライダー２１ａは水平レール１５に対してスライド可能であり、図示しないねじで固定される。また、第一Ｚ軸調整具２２はスライダー２１ａに固定されるレール２２ａに対し下スライダー２２ｂ、上スライダー２２ｃがスライド可能であり、下固定ねじ２２ｄ、上固定ねじ２２ｅによりそれぞれ位置固定される。下スライダー２２ｂは上スライダー２２ｃに接当して下側から上スライダー２２ｃ及びヘッド２を含む他の部材を位置決め・支持しており、ヘッドクリーニング時のヘッド２の一時待避及び位置決め粗調整の際に使用される。

基礎ブロック２３ａと移動ブロック２３ｂとは調整ねじ２３ｃによってＺ方向に、基礎ブロック２３ａと移動ブロック２４ｂとは調整ねじ２４ｃによってＹ方向に、基礎ブロック２５ａと移動ブロック２５ｂとは調整ねじ２５ｃによってＸ方向にそれぞれ移動される。アングル２３ｄ、アングル２５ｄは移動ブロック２３ｂと基礎ブロック２４ａ，移動ブロック２５ｂと支持ブロック２６とをそれぞれ直交状態で連結する。但し、アングル２３ｄ、アングル２５ｄには直交以外の角度での連結を行う傾斜ブロックを介在させることができ、これによりヘッド２のノズル７からの吐出方向を変更可能である。また、傾斜ブロックの替わりに角度を自在に変更できる揺動部材を介在させてもよい。

図３，４に示すように、支持ブロック２６には取付部２７を介してヘッド２が取り付けられる。この取付部２７は、支持ブロック２６に指示棒２７ａを介して固定され、左右一対の固定片の間にヘッド２を介在させると共に後端もしくは前端を接当部２７ｃに接当させ、固定ねじ２７ｂで上部から押しつけることによりヘッド２を取付部２７に着脱自在に固定している。ヘッド２は樹脂等で形成され、ノズル７の液滴Ｄの状態を観察する観察具４の観察方向Ｗを遮らないように、ノズル７側の下角部に斜面２ａを形成してある。

図１，２，５に示すように、第二水平レール１６には上記ヘッド支持具２０に類似した構成のストロボ支持具５０を介してストロボ光源５が支持されている。ストロボ支持具５０の構成の詳細は省略記載するが、ストロボ光源５をＸＹＺ方向に移動させることが可能であり、また、ストロボ光源５の方向を揺動部５５により微調整可能である。ストロボ光源５は図示しないストロボ制御装置により接続され、ヘッド２の駆動制御装置及び観察具４の制御装置と連動して液滴Ｄの吐出タイミング、ストロボ発光タイミング及び撮影タイミングを同期させる。

図１，２に示すように、観察具支持具４０は、回転固定部４１、支持腕４３、取付部４４を介して昇降フレーム１３に対して観察具４を支持する。回転固定部４１はＸ方向に配向した中心軸周りでＹＺ平面に沿って支持腕４３を揺動回転させると共に固定することの可能な機構であり、基部１３ｃに固定された基礎部４１ａに対し回転部４１ｂが回転可能に固着されている。基礎部４１ａには操作用の摘み４２が固定され、その先端が回転部４１ｂに形成された図示しない歯車状の係合部に係合し、支持腕４３の揺動位置を決定する。また、ハンドルを締め付け操作することで、基礎部４１ａ，回転部４１ｂの位置を固定する。この回転固定部４１により、観察具支持具４０は観察具４の観察方向Ｗを様々な方向に配向でき、液滴Ｄを様々な方向から観察することが可能である。観察具４は電子撮像素子を利用したスチルカメラ、ビデオカメラの他、フィルムカメラや顕微鏡等を用いることも可能である。

ワーク３及びワーク支持具３０は、詳細は省略するが、モーター及び／又はねじ機構によりワーク３をＸＹ方向、望ましくはＸＹＺ方向に移動させることの可能な機構である。台座１１上に汎用品を載置して利用すればよい。このワーク支持具３０はワーク３の着弾平面Ｐを水平に維持するものの他、着弾平面Ｐを傾斜させた状態でその傾斜の表面に沿ってワーク３を移動させる機構のものを用いることができる。なお、ワーク３を固定して、ヘッド２，観察具４，ストロボ光源５の相対位置が変わらないように、これら全体をワーク３の表面に沿って移動させるように移動機構を基礎フレーム１０に設けてもよい。

次に、上記構成の液滴吐出観察装置１の使用方法について説明する。
液滴Ｄのワーク３近傍における吐出状態及び着弾状態を観察するには、例えば図４のような配置とするとよい。ワーク３の着弾平面Ｐはノズル７からの液滴Ｄが吐出する液滴吐出方向Ｆに対しては直交するが、観察具４の観察方向Ｗ（観察方向Ｗ１）に対しては角度Ａをもって傾斜状態で交差する。このように観察方向Ｗを着弾平面Ｐに対し傾斜させることで、ノズル７からの液滴Ｄの吐出と観察具４による観察とを同時に行うことができる。

ストロボ光源５を利用して液滴Ｄを観察するには、ヘッド２とワーク３とを離隔させた状態で、支持腕４３を水平に保ち、図５の如く観察基準点を４ｃ２の位置に設定する。この場合、ストロボ光源５はその基準点５ｃ２が観察方向Ｗ２の延長上にあることが望ましい。さらに、支持腕４３を揺動させ、ストロボ支持具５０の移動と揺動部５５との調整により、図５の如く観察方向Ｗ３，観察方向Ｗ４を適宜調整することが可能である。

一方、ワーク支持具３０に揺動機構又は傾斜ブロックを取り付けて、ＹＺ平面に沿ってワーク３の着弾平面Ｐを水平に対し角度Ａ２だけ傾斜させてもよい。この場合、例えば、観察方向Ｗ１は水平に対し角度Ａ１だけ傾斜するが、着弾平面Ｐに対して直交させることも可能である。このような相対配置とすれば、観察具４はワーク３の液滴Ｄ着弾後の状態を鮮明に撮影することができる。

本発明に係る液滴吐出観察装置１は本発明の趣旨に添う限り様々な改変が可能である。
例えば、図７に示すように、昇降フレーム１３を先の実施形態とは上下異なる向きに縦フレーム１２に取り付け、ヘッド２から上方に向かって液滴Ｄを吐出させるようにしてもよい。この場合、ワーク３は下向きに配向させる。

また、ヘッド２の液滴吐出方向Ｆは上述したとおり垂直に限られるものではなく、例えばＹＺ平面に沿って様々な方向に配向することも可能である。

本発明は、化学実験、バイオテクノロジー実験、医療診断、エレクトロニクス生産等に利用することができる。液体は多種類のものを用いることができる。例えば、ＤＮＡ・蛋白質・菌類等の生体材料、蛍光微粒子、導電体微粒子、樹脂微粒子、セラミック微粒子、顔料染料等、微粒子を含む液体を用いることができる。また、蒸留水等、表面張力の高い液体や、高価な液体を少量用いるのにも適している。印刷により線画等を描く他、例えば、電極形成やマイクロレンズを作成することができる。さらに、液滴を吐出させることで、例えば生体材料チップ等所定の複数箇所に液滴を配置させる他、分注、散布による匂い発生、吐出量調整による配合調整、成膜等に用いることもできる。

本発明に係る液滴吐出観察装置の正面図である。液滴吐出観察装置の平面図である。図１のヘッド支持具の正面図である。図１のヘッド近傍の拡大正面図である。観察方向を水平にした状態のヘッド近傍の拡大正面図である。ワークを傾けた状態を示す図４相当図である。第二の実施形態を示す図１相当図である。

符号の説明

１：液滴吐出観察装置、２：ヘッド、２ａ：斜面、３：ワーク、４：観察具、５：ストロボ光源、７：ノズル、８：支持装置、１０：基礎フレーム、１１：台座、１１ａ：脚、１２：縦フレーム、１２ａ，ｂ：固定部、１３：昇降フレーム、１３ａ：昇降接続部、１３ｂ：昇降張出部、１３ｃ：基部、１４：ハンドル、１４ａ：昇降ねじ、１５：水平レール、１６：第２水平レール、２０：ヘッド支持具、２１：第一Ｘ軸調整具、２１ａ：スライダー、２２：第一Ｚ軸調整具、２２ａ：レール、２２ｂ：下スライダー、２２ｃ：上スライダー、２２ｄ：下固定ねじ、２２ｅ：上固定ねじ、２３：第二Ｚ軸調整具、２３ａ：基礎ブロック、２３ｂ：移動ブロック、２３ｃ調整ねじ：、２３ｄ：アングル、２４：Ｙ軸調整具、２４ａ：基礎ブロック、２４ｂ：移動ブロック、２４ｃ：調整ねじ、２５：第二Ｘ軸調整具、２５ａ：基礎ブロック、２５ｂ：移動ブロック、２５ｃ：調整ねじ、２５ｄ：アングル、２６：支持ブロック、２７：取付部、２７ａ：指示棒、２７ｂ：固定ねじ、２７ｃ：接当部、３０：ワーク支持具、４０：観察具支持具、４１：回転固定部、４１ａ：基礎部、４１ｂ：回転部、４２：摘み、４３：支持腕、４４：取付部、５０：ストロボ支持具、５５：揺動部、Ａ：角度、Ｄ：液滴、Ｆ：液滴吐出方向、Ｐ：着弾平面、Ｗ：観察方向

Claims

ノズルから液滴を所定位置へ吐出させるヘッド及びヘッド支持具と、液滴が着弾するワーク及びワーク支持具と、前記液滴の観察具及び観察具支持具とを備えた液滴吐出観察装置であって、
前記ワークにおける液滴の着弾する着弾平面に対し前記液滴吐出方向又は前記観察具による観察方向の少なくとも一方が傾斜するように前記ヘッド、ワーク及び観察具の相対位置関係を設定可能であり、前記観察具は前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能である液滴吐出観察装置。
前記ヘッドの先端面下側に設けられた斜面を介して前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能である請求項１記載の液滴吐出観察装置。
前記ノズルを挟んで前記観察具の反対側に観察用ストロボを備えた請求項１又は２記載の液滴吐出観察装置。
観察具支持具及びヘッド支持具が相対位置を保持した状態で前記ワークに対して相対的に上下移動可能である請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出観察装置。
前記観察具支持具は前記観察具の観察方向を変更するように前記観察具を揺動可能であり、前記ワーク支持具は前記観察具の揺動面に沿って前記ワークを揺動可能である請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出観察装置。
前記観察具支持具は前記観察具の観察方向を変更するように前記観察具を揺動可能であり、前記ヘッド支持具は前記観察具の揺動面に沿って前記ヘッドを揺動可能である請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出観察装置。
前記観察具支持具及びヘッド支持具は、観察具及びヘッドの相対位置関係を一定に保ったままでワークの表面に沿って観察具及びヘッドを相対移動可能である請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出観察装置。
前記ワーク支持具は前記ワークをワークの表面に沿って移動させるワーク移動機構を有している請求項７記載の液滴吐出観察装置。
請求項１〜８記載の液滴吐出観察装置に使用する観察具及びヘッドの支持装置であって、ノズルから液滴を所定位置へ吐出させるヘッドを支持するヘッド支持具と、前記液滴の観察具を支持する観察具支持具とを備え、
ワークにおける液滴の着弾する着弾平面が前記液滴吐出方向又は前記観察具による観察方向の少なくとも一方に対し傾斜するように前記ヘッド、ワーク及び観察具の相対位置関係を設定可能であり、前記観察具は前記液滴が前記ワークへ着弾する直前及び／又は着弾した直後の状態を観察可能である観察具及びヘッドの支持装置。