JP2010164502A - Droplet spouting head - Google Patents

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JP2010164502A JP2009008522A JP2009008522A JP2010164502A JP 2010164502 A JP2010164502 A JP 2010164502A JP 2009008522 A JP2009008522 A JP 2009008522A JP 2009008522 A JP2009008522 A JP 2009008522A JP 2010164502 A JP2010164502 A JP 2010164502A
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Yukihiro Hanaoka
幸弘 花岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost droplet spouting head which can precisely spit or dispense a fine droplet by using a piezoelectric element and which is suitable for being disposable. <P>SOLUTION: In the droplet spouting head 1, a cavity aperture 53 of an elastic cavity plate 50 is sealed by a pressurizing face 63a of a pressure plate 60 and the back plane 47 of a nozzle plate 40, thereby forming a cavity 53A. The cavity 53A is in its compressed state by a preload of a preloading mechanism 6. When the piezoelectric element 5 is made contracted, the preload is temporarily released, and the cavity 53A is expanded; and if the piezoelectric element 5 is brought to extend at a prescribed timing, the cavity 53A of the cavity plate 50 is compressed and varied in a direction in which its internal pressure increases, and a fine droplet is spouted from a nozzle 43, which is communicating with the cavity 53A. Since the compression amount of the cavity 53A is regulated to be a fixed amount by a displacement regulating plate 48, a specific amount of droplets can be spouted correctly at any time. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子を用いてノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに関する。さらに詳しくは、生物系材料、試薬、接着剤などの液体を、精度良く微小量ずつ吐出あるいは分注可能な液滴吐出ヘッドに関する。   The present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets from a nozzle using a piezoelectric element. More specifically, the present invention relates to a droplet discharge head capable of accurately discharging or dispensing a liquid such as a biological material, a reagent, or an adhesive minutely.

微小液滴の非接触分注技術として工業用、医療用などの分野では吸引式ピペット、加圧式のディスペンサが使用されており、微小液滴からなる画素形成技術として印刷の分野ではインクジェットヘッドが広く普及している。近年、医療分野における試薬などの分注、工業分野における接着剤塗布などにおいては、数百ピコリットルから数ナノリットルレベルの微小液滴を精度良く分注あるいは塗布可能な液滴分注用具あるいは液滴吐出用具が要求されている。この要求に応えるためにはインクジェットヘッドを利用することが望ましい。たとえば、特許文献1、2に開示のインクジェットヘッドを用いることが考えられる。これらの文献に開示のインクジェットヘッドでは、圧電素子とインクキャビティの間に弾性変形可能な変形層を形成した構成となっている。   Suction-type pipettes and pressure-type dispensers are used as non-contact dispensing technology for fine droplets in industrial and medical fields, and inkjet heads are widely used in the field of printing as pixel forming technology consisting of fine droplets. It is popular. In recent years, in the dispensing of reagents in the medical field and the application of adhesives in the industrial field, droplet dispensing tools or liquids that can accurately dispense or apply several hundred picoliter to several nanoliter level liquid droplets. There is a need for a drop ejection tool. In order to meet this requirement, it is desirable to use an inkjet head. For example, it is conceivable to use the inkjet head disclosed in Patent Documents 1 and 2. Ink jet heads disclosed in these documents have a configuration in which a deformable layer capable of elastic deformation is formed between a piezoelectric element and an ink cavity.

ここで、試薬、検体などを分注する場合には、それらのコンタミネーションを防止するために分注具を使い捨てとすることが望ましいが、一般にインクジェットヘッドは高価であり使い捨て用途には向かない。また、圧電素子などには鉛などの有害物質も含まれているのでそのまま廃棄することができない。   Here, when dispensing reagents, specimens, etc., it is desirable to make the dispensing tool disposable in order to prevent such contamination, but in general, the inkjet head is expensive and not suitable for disposable use. In addition, since the piezoelectric element and the like contain harmful substances such as lead, it cannot be discarded as it is.

そこで、本願人は特許文献3において、圧電素子を備えた駆動ユニットに対して、ノズル、インクキャビティを備えた流路ユニットを着脱可能としたインクジェット式の液滴吐出ヘッドを提案している。この液滴吐出ヘッドでは、安価な流路ユニットのみを使い捨てにできるので、試薬などの分注に用いるのに適している。
特開平07−290705号公報 特開平09−226120号公報 特開2008−114569号公報
In view of this, the present applicant has proposed an ink jet type droplet discharge head in Patent Document 3 in which a flow path unit including a nozzle and an ink cavity is detachable from a drive unit including a piezoelectric element. In this droplet discharge head, only an inexpensive flow path unit can be disposable, which is suitable for dispensing reagents and the like.
JP 07-290705 A JP 09-226120 A JP 2008-114569 A

特許文献1、2に開示されている形式のインクジェットヘッドを、試薬、検体などを分注するための液滴吐出ヘッドとして利用する場合には、次のような課題がある。すなわち、弾性変形可能な変形層が変化することによってインクキャビティの容積変化が起き、これによりインクノズルからインク液滴が吐出するので、変形層の変形量を精度良く管理できないと、吐出する液滴の量が変動し、精度よく微小液滴の吐出を行うことができない。   When an ink jet head of the type disclosed in Patent Documents 1 and 2 is used as a droplet discharge head for dispensing reagents, specimens, and the like, there are the following problems. In other words, the volume of the ink cavity changes due to the change of the elastically deformable deformation layer, which causes ink droplets to be ejected from the ink nozzles. Therefore, if the deformation amount of the deformation layer cannot be managed accurately, the ejected droplets The amount of liquid droplets fluctuates, and it is not possible to accurately discharge micro droplets.

また、吐出特性を変更するために、例えば、変形層を弾性特性の異なるもの等に変更すればよい場合がある。しかしながら、変形層は他の部材に接着固定されているので、このような一部の部品のみの交換作業を行うことが出来ず、あるいは、交換作業が困難であり、全体を交換しなければならない場合が多く、経済的でない。   Further, in order to change the ejection characteristics, for example, the deformation layer may be changed to one having different elastic characteristics. However, since the deformable layer is bonded and fixed to another member, it is not possible to exchange only some of these parts, or it is difficult to exchange, and the whole must be replaced. Many cases are not economical.

本発明の課題は、このような点に鑑みて、圧電素子を用いてインクキャビティを弾性変形させて精度良く微小液滴を吐出あるいは分注することができる液滴吐出ヘッドを提案することにある。   In view of the above, an object of the present invention is to propose a droplet discharge head capable of accurately discharging or dispensing minute droplets by elastically deforming an ink cavity using a piezoelectric element. .

また、本発明の課題は、部品交換を容易にすることにより、使い捨てに適した安価な液滴吐出ヘッドを提案することにある。   Another object of the present invention is to propose an inexpensive droplet discharge head suitable for disposable use by facilitating replacement of parts.

上記の課題を解決するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、
ノズル板と、
前記ノズル板に積層されたキャビティ板と、
前記ノズル板との間に前記キャビティ板を挟む状態となるように当該キャビティ板に積層された加圧板と、
前記ノズル板および前記加圧板の間に配置された変位規制部材と、
前記加圧板を、前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板の積層方向に加圧して変位させる圧電素子と、
前記圧電素子を前記加圧板に押し付け、前記加圧板、前記キャビティ板および前記ノズル板を圧接状態に保持する予圧機構とを有し、
前記キャビティ板は前記積層方向に弾性変形可能な素材からなり、前記積層方向に貫通するキャビティ用開口部が形成されており、
前記ノズル板には、液滴吐出用のノズルと、当該ノズルに液体を供給する液体供給路と、前記キャビティ用開口部を前記積層方向の一方の側から封鎖するノズル板側封鎖面と、前記変位規制部材に対して前記積層方向の一方の側から当接可能なノズル板側当接面とが形成されており、
前記加圧板には、前記キャビティ用開口部を前記積層方向の他方の側から封鎖する加圧板側封鎖面と、前記変位規制部材に対して前記積層方向の他方の側から当接可能な加圧板側当接面とが形成されており、
前記キャビティ板は、前記予圧機構の予圧力によって前記積層方向に圧縮変形しており、
当該キャビティ板の圧縮量は、前記変位規制部材と、前記ノズル板側当接面および前記加圧板側当接面との当接によって規制されることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the droplet discharge head of the present invention is
A nozzle plate;
A cavity plate laminated on the nozzle plate;
A pressure plate laminated on the cavity plate so as to sandwich the cavity plate with the nozzle plate;
A displacement regulating member disposed between the nozzle plate and the pressure plate;
A piezoelectric element that pressurizes and displaces the pressure plate in the stacking direction of the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate;
A preload mechanism that presses the piezoelectric element against the pressure plate and holds the pressure plate, the cavity plate, and the nozzle plate in a pressure contact state;
The cavity plate is made of a material that is elastically deformable in the laminating direction, and an opening for a cavity penetrating in the laminating direction is formed.
The nozzle plate includes a droplet discharge nozzle, a liquid supply path for supplying a liquid to the nozzle, a nozzle plate-side sealing surface for sealing the cavity opening from one side in the stacking direction, A nozzle plate-side contact surface capable of contacting the displacement regulating member from one side in the stacking direction is formed;
The pressure plate includes a pressure plate side sealing surface that seals the cavity opening from the other side in the stacking direction, and a pressure plate that can contact the displacement regulating member from the other side in the stacking direction. Side contact surface is formed,
The cavity plate is compressively deformed in the stacking direction by the preload of the preload mechanism,
The amount of compression of the cavity plate is regulated by contact between the displacement regulating member, the nozzle plate-side contact surface, and the pressure plate-side contact surface.

本発明の液滴吐出ヘッドでは、ノズル板と加圧板の間に挟まれている弾性素材からなるキャビティ板にキャビティ用開口部が形成されており、当該キャビティ用開口部はノズル板側封鎖面および加圧板側封鎖面によって封鎖され、ノズルから吐出される液体を貯留するためのキャビティが形成されている。また、当該キャビティは、予圧機構による予圧力によって積層方向に圧縮変形した状態に保持されている。   In the liquid droplet ejection head of the present invention, a cavity opening is formed in a cavity plate made of an elastic material sandwiched between a nozzle plate and a pressure plate, and the cavity opening is formed on the nozzle plate side sealing surface and the additional surface. A cavity is formed for storing the liquid discharged from the nozzle and sealed by the pressure plate side sealing surface. In addition, the cavity is held in a state of being compressed and deformed in the stacking direction by the preload by the preload mechanism.

圧電素子を駆動して積層方向に収縮させると、圧電素子が加圧板から後退して予圧力が一時的に低下して、キャビティ板の弾性復帰力によってキャビティが積層方向に拡張し、その内容積が増加して液体供給路を経由して当該キャビティ内に液体が流れ込む。所定のタイミングで圧電素子を逆方向に駆動して積層方向に伸長させると、圧電素子によって加圧板が積層方向に押し出され、キャビティ板が弾性変形してキャビティが積層方向に圧縮してその内圧が増加する方向に変化する。キャビティ板の両側の加圧板およびノズル板が、それらの間に配置されている変位規制板に両側から当たると、キャビティの圧縮が阻止される。これに伴うキャビティ内圧変動によって、ノズル開口に形成されている液体のメニスカスから微小液滴が分離して吐出する。このように、キャビティの圧縮量は変位規制部材によって一定となるように規制されるので、液滴吐出時のキャビティの圧縮量(排除体積)を一定にすることができ、常に一定量の微小液滴を正確に吐出することができる。   When the piezoelectric element is driven and contracted in the laminating direction, the piezoelectric element retreats from the pressure plate and the preload temporarily decreases, and the cavity expands in the laminating direction due to the elastic restoring force of the cavity plate, and its internal volume Increases and the liquid flows into the cavity via the liquid supply path. When the piezoelectric element is driven in the reverse direction at a predetermined timing and extended in the stacking direction, the pressure plate is pushed out in the stacking direction by the piezoelectric element, the cavity plate is elastically deformed, the cavity is compressed in the stacking direction, and the internal pressure is reduced. It changes in an increasing direction. When the pressure plate and the nozzle plate on both sides of the cavity plate come into contact with the displacement regulating plate disposed therebetween from both sides, the cavity is prevented from being compressed. Due to the change in the internal pressure of the cavity, micro droplets are separated and discharged from the liquid meniscus formed in the nozzle opening. As described above, since the amount of compression of the cavity is regulated to be constant by the displacement regulating member, the amount of compression (exclusion volume) of the cavity during droplet discharge can be made constant, and a constant amount of micro liquid is always obtained. Drops can be discharged accurately.

ここで、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板が、前記積層方向に分離自在であり、前記予圧力によって積層圧接状態に保持されていることを特徴としている。   Here, the droplet discharge head of the present invention is characterized in that the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate are separable in the stacking direction and are held in a stacked pressure contact state by the pre-pressure. Yes.

ノズル板側封鎖面および加圧板側封鎖面と、これらが圧接するキャビティ板の側の面との間を、圧接によって液密状態にシールできるようにしておけば、これらの三部材を単に積層して予圧機構による予圧力によって圧接状態にするだけで液密状態のキャビティが形成される。したがって、これらの三部材を接着あるいは接合しておく必要がない。したがって、異なる種類の液体を分注する場合などにおいては、これら三部材のみを交換すればよいので、高価な圧電素子の側はそのまま使用でき、使い捨てに適した液滴吐出ヘッドを実現できる。また、三部材を接合するための接着剤によってキャビティ内の試薬などが汚染するおそれも無い。さらに、三部材のそれぞれの交換が簡単であるので、三部材の組み合わせを変えて必要とされる特性の液滴吐出ヘッドを得ることが容易であり、一部の部品を交換するために三部材の全体を交換しなくてもよいので、経済的である。   If the nozzle plate side sealing surface and the pressure plate side sealing surface and the cavity plate side surface to which they are pressed can be sealed in a liquid-tight state by pressing, these three members are simply laminated. Thus, a liquid-tight cavity can be formed simply by making the pressure contact state by the preload by the preload mechanism. Therefore, there is no need to bond or join these three members. Therefore, when dispensing different types of liquids, etc., only these three members need to be replaced. Therefore, the expensive piezoelectric element side can be used as it is, and a droplet discharge head suitable for disposable use can be realized. Further, there is no possibility that the reagent in the cavity is contaminated by the adhesive for joining the three members. Furthermore, since the replacement of each of the three members is simple, it is easy to obtain a droplet discharge head having the required characteristics by changing the combination of the three members. It is economical because it is not necessary to exchange the whole.

次に、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記キャビティ板に前記積層方向に貫通した少なくとも一つの貫通穴を形成し、この貫通穴内に少なくとも一つの前記変位規制部材を配置することができる。   Next, in the droplet discharge head of the present invention, at least one through hole penetrating in the stacking direction may be formed in the cavity plate, and at least one displacement regulating member may be disposed in the through hole.

この場合には、前記加圧板側当接面および前記加圧板側封鎖面を同一面とし、前記ノズル板側当面および前記ノズル板側封鎖面を同一面とすることができる。   In this case, the pressure plate side contact surface and the pressure plate side sealing surface can be the same surface, and the nozzle plate side contact surface and the nozzle plate side sealing surface can be the same surface.

また、この場合には、前記変位規制部材は、前記ノズル板側当接面および前記加圧板側当接面のうち、少なくとも一方の側に一体形成しておくことができる。双方にそれぞれ変位規制板を形成しておくことも可能である。   In this case, the displacement regulating member can be integrally formed on at least one of the nozzle plate side contact surface and the pressure plate side contact surface. It is also possible to form a displacement restricting plate on both sides.

前記予圧機構は、前記圧電素子を前記加圧板に付勢している付勢部材と、当該付勢部材による付勢力を調整するための調整部材とを備えた構成とすることができる。   The preload mechanism may include a biasing member that biases the piezoelectric element against the pressure plate, and an adjustment member for adjusting a biasing force by the biasing member.

次に、本発明の液滴吐出ヘッドは、駆動ユニットと、この駆動ユニットに着脱可能な状態で装着される流路ユニットとを有し、前記駆動ユニットは、前記圧電素子および前記予圧機構を備えており、前記流路ユニットは、前記ノズル板、前記キャビティ板、前記加圧板および前記変位規制部材を備えていることを特徴としている。このように、流路ユニットを着脱式にしておけば、流路ユニットの交換を簡単に行うことができる。   Next, the liquid droplet ejection head of the present invention includes a drive unit and a flow path unit that is detachably attached to the drive unit, and the drive unit includes the piezoelectric element and the preload mechanism. The flow path unit includes the nozzle plate, the cavity plate, the pressure plate, and the displacement regulating member. In this way, if the flow path unit is detachable, the flow path unit can be easily replaced.

この場合には、前記流路ユニットに、前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板を積層状態で保持している保持ケースを配置し、前記駆動ユニットには、前記保持ケースが着脱可能な状態で装着されている装着部を配置し、前記流路ユニットを前記装着部に装着すると、前記圧電素子の変位面が前記流路ユニットの前記加圧板に対峙し、前記予圧機構による予圧力を前記変位面から前記加圧板に加えることができるようにすればよい。   In this case, a holding case that holds the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate in a stacked state is disposed in the flow path unit, and the holding case is detachable from the drive unit. When the mounting portion mounted at the position is disposed and the flow path unit is mounted on the mounting portion, the displacement surface of the piezoelectric element faces the pressure plate of the flow path unit, and the preload by the preload mechanism is What is necessary is just to enable it to add to the said pressurization board from a displacement surface.

本発明の液滴吐出ヘッドでは、変位規制部材と、ノズル板側当接面および加圧板側当接面との当接によって、キャビティの圧縮量を精度良く規制している。したがって、常に一定量の微小液滴を精度良く吐出することができる。   In the liquid droplet ejection head of the present invention, the compression amount of the cavity is regulated with high accuracy by the contact of the displacement regulating member with the nozzle plate side contact surface and the pressure plate side contact surface. Therefore, it is possible to always discharge a certain amount of minute droplets with high accuracy.

また、本発明において、ノズル板、キャビティ板および加圧板の三部材を分離自在な状態で積層状態に保持した場合には、これらを接合するための接着剤などが不要になり、接着剤によってキャビティ内に貯留した液体が汚染されるなどの弊害も起きない。また、三部材の交換作業が簡単であるので、ノズル詰まりが発生した場合のノズル板の交換作業が容易になり、三部材の組み合わせを変えて所望の液滴吐出特性のヘッドを得ることも簡単かつ廉価に行うことができる。   Further, in the present invention, when the three members of the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate are held in a laminated state in a separable state, an adhesive or the like for joining them becomes unnecessary, and the cavity is formed by the adhesive. There is no adverse effect such as contamination of the liquid stored inside. In addition, since the replacement work of the three members is simple, it is easy to replace the nozzle plate when nozzle clogging occurs, and it is easy to obtain a head with desired droplet discharge characteristics by changing the combination of the three members. And it can be done inexpensively.

さらに、本発明において、三部材を備えた流路ユニットを圧電素子を備えた駆動ユニットに対して着脱可能にした場合には、安価な流路ユニットのみを使い捨てにすることができる。よって、検体、試薬などを分注するための使い捨て式の分注具として用いるのに適した液滴吐出ヘッドが得られる。   Furthermore, in the present invention, when the flow path unit including the three members is detachable from the drive unit including the piezoelectric element, only an inexpensive flow path unit can be made disposable. Therefore, a droplet discharge head suitable for use as a disposable dispensing tool for dispensing specimens, reagents, and the like can be obtained.

以下に、図面を参照して、本発明を適用した液滴吐出ヘッドの実施の形態を説明する。   Embodiments of a droplet discharge head to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

図1は本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを示す斜視図であり、図2は液滴吐出ヘッドを図1のII−II線で切断した場合の縦断面図であり、図3は流路ユニットを取り外した状態での液滴吐出ヘッドを示す斜視図である。液滴吐出ヘッド1は、駆動ユニット2、および、この駆動ユニット2に着脱可能に装着されている流路ユニット3から構成されている。   FIG. 1 is a perspective view showing a droplet discharge head according to the present embodiment, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the droplet discharge head taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. It is a perspective view which shows the droplet discharge head in the state which removed the path unit. The droplet discharge head 1 includes a drive unit 2 and a flow path unit 3 that is detachably attached to the drive unit 2.

(駆動ユニット)
駆動ユニット2は、ユニットケース4と、このユニットケース4に収納されている積層形の圧電素子5と、この圧電素子5を予圧するための予圧機構6とを備えている。ユニットケース4は、一定の間隔で平行に延びる細長い矩形形状をした一対の端板7、8と、これらの端板7、8の後端の間を繋ぐ矩形の背面板9とを備えている。
(Drive unit)
The drive unit 2 includes a unit case 4, a stacked piezoelectric element 5 housed in the unit case 4, and a preload mechanism 6 for preloading the piezoelectric element 5. The unit case 4 includes a pair of end plates 7 and 8 each having an elongated rectangular shape extending in parallel at regular intervals, and a rectangular back plate 9 connecting between the rear ends of the end plates 7 and 8. .

ユニットケース4の端板7、8の間には、前後方向に延びる状態に矩形断面の保持筒10が取り付けられている。この保持筒10の前端および後端には、それぞれ、外方に直角に延びる矩形枠状の前フランジ10aおよび後フランジ10bが形成されており、これら前フランジ10aおよび後フランジ10bが端板7、8に固定されている。この保持筒10の内部には直方体形状の積層形の圧電素子5が同軸状態に収納されている。圧電素子5の変位方向は前後方向であり、その矩形の前端変位面5aが保持筒10の前端開口10cから前方に露出しており、その矩形の後端面5bも保持筒10の後端開口10dから後方に露出している。   A holding cylinder 10 having a rectangular cross section is attached between the end plates 7 and 8 of the unit case 4 so as to extend in the front-rear direction. The front end and the rear end of the holding cylinder 10 are respectively formed with a rectangular frame-shaped front flange 10a and a rear flange 10b extending at right angles outward, and the front flange 10a and the rear flange 10b are connected to the end plate 7, 8 is fixed. A rectangular parallelepiped laminated piezoelectric element 5 is accommodated in the holding cylinder 10 in a coaxial state. The displacement direction of the piezoelectric element 5 is the front-rear direction, the rectangular front end displacement surface 5 a is exposed forward from the front end opening 10 c of the holding cylinder 10, and the rectangular rear end face 5 b is also the rear end opening 10 d of the holding cylinder 10. It is exposed from the back.

ここで、圧電素子5は非駆動状態における前後方向の長さが保持筒10よりも僅かに長い。したがって、図2、3から分かるように、その後端面5bが保持筒10の後端に一致している状態では、その前端変位面5aが前端開口10cから前方に僅かに突出する。なお、保持筒10の左右の側面には前後方向に長い長円形の配線穴10e、10fが形成されており、これらを介して圧電素子5を駆動するための配線11a、11bが配置されている。   Here, the length in the front-rear direction of the piezoelectric element 5 in a non-driven state is slightly longer than that of the holding cylinder 10. Therefore, as can be seen from FIGS. 2 and 3, in a state where the rear end surface 5b coincides with the rear end of the holding cylinder 10, the front end displacement surface 5a slightly protrudes forward from the front end opening 10c. In addition, oblong wiring holes 10e and 10f that are long in the front-rear direction are formed on the left and right side surfaces of the holding cylinder 10, and wirings 11a and 11b for driving the piezoelectric element 5 are disposed through these holes. .

保持筒10に収納された圧電素子5の後側には、当該圧電素子5を前方に予圧するための予圧機構6が取り付けられている。予圧機構6は、端板7、8の間において前後方向にスライド可能に配置されたスライドブロック12を備えている。スライドブロック12は、両端にスライドピン12a、12bが取り付けられており、これらのスライドピン12a、12bは、端板7、8に形成した前後方向に延びるスライド溝7a、8aにスライド可能な状態で差し込まれている。したがって、スライドブロック12はスライド溝7a、8aに沿って、保持筒10の後フランジ10bの後端面10gに当接した位置から後側にスライド可能である。スライドブロック12の前端面に圧電素子5の後端面5bが接合されており、圧電素子5は全体としてスライドブロック12と共に前後にスライドするようになっている。   A preload mechanism 6 for preloading the piezoelectric element 5 forward is attached to the rear side of the piezoelectric element 5 housed in the holding cylinder 10. The preload mechanism 6 includes a slide block 12 disposed between the end plates 7 and 8 so as to be slidable in the front-rear direction. The slide block 12 has slide pins 12a and 12b attached to both ends. The slide pins 12a and 12b are slidable in slide grooves 7a and 8a formed in the end plates 7 and 8 and extending in the front-rear direction. Plugged in. Therefore, the slide block 12 can be slid along the slide grooves 7a and 8a from the position where the slide block 12 contacts the rear end surface 10g of the rear flange 10b of the holding cylinder 10 to the rear side. The rear end face 5b of the piezoelectric element 5 is joined to the front end face of the slide block 12, and the piezoelectric element 5 slides back and forth with the slide block 12 as a whole.

スライドブロック12の後側には、前方に開く状態に折り曲げた板ばね13が配置されている。この板ばね13は後側から予圧調整ねじ14によって前側のスライドブロック12に押し付けられている。予圧調整ねじ14のねじ込み量を増やすと、板ばね13がそれに応じて前後方向に押し潰され、より大きな予圧力がスライドブロック12に作用する。   A leaf spring 13 is disposed on the rear side of the slide block 12 and is bent so as to open forward. The leaf spring 13 is pressed against the front slide block 12 by a preload adjusting screw 14 from the rear side. When the screwing amount of the preload adjusting screw 14 is increased, the leaf spring 13 is crushed in the front-rear direction accordingly, and a larger preload acts on the slide block 12.

一方、ユニットケース4の端板7、8は保持筒10の前端よりも前方に延びている前端部7b、8bを備えており、これらの前端部7b、8bの前端には相互に接近する方向に直角に折れ曲がった装着ガイド7c、8cが形成されている。これら前端部7b、8b、装着ガイド7c、8cおよび保持筒10の前端面10hによって、流路ユニット3の装着部15が形成されている。この装着部15には、左右方向から装着ガイド7c、8cに沿って流路ユニット3を装着可能である。   On the other hand, the end plates 7 and 8 of the unit case 4 are provided with front end portions 7b and 8b extending forward from the front end of the holding cylinder 10, and the front ends of these front end portions 7b and 8b approach each other. The mounting guides 7c and 8c bent at right angles to each other are formed. The front end portions 7b and 8b, the mounting guides 7c and 8c, and the front end surface 10h of the holding cylinder 10 form a mounting portion 15 of the flow path unit 3. The flow path unit 3 can be mounted on the mounting portion 15 along the mounting guides 7c and 8c from the left-right direction.

(流路ユニット)
次に、図4は、駆動ユニット2から取り外した流路ユニット3を分解した状態で示す分解斜視図である。図5(a)は流路ユニット3の部分を縦断面で示す斜視図であり、図5(b)は図5(a)の縦断面状態の流路ユニット3の分解斜視図である。これらの図も参照して、装着部15に着脱可能な状態で装着される流路ユニット3の構造を説明する。
(Flow path unit)
Next, FIG. 4 is an exploded perspective view showing the flow path unit 3 removed from the drive unit 2 in an exploded state. FIG. 5A is a perspective view showing a portion of the flow path unit 3 in a vertical cross section, and FIG. 5B is an exploded perspective view of the flow path unit 3 in the vertical cross sectional state of FIG. With reference to these drawings, the structure of the flow path unit 3 mounted in a detachable state on the mounting portion 15 will be described.

流路ユニット3は、矩形皿状の保持ケース30を備えており、この保持ケース30に、同一大きさの矩形輪郭をしているノズル板40、キャビティ板50および加圧板60が、それらの厚さ方向に積層された状態で収納されている。加圧板60には左右一対のガイドピン61、62が垂直に固定されており、これらのガイドピン61、62は、ノズル板40およびキャビティ板50に形成した位置決め用のガイド穴41、42、51、52にスライド可能な状態で差し通されている。ノズル板40、キャビティ板50および加圧板60はガイドピン61、62によって位置決めされた状態で積層されているのみであり、接着剤などによって相互に接合されていない。したがって、これら三部材を積層方向に沿って簡単に分離することが可能である。   The flow path unit 3 includes a rectangular dish-shaped holding case 30, and a nozzle plate 40, a cavity plate 50, and a pressure plate 60 having a rectangular outline of the same size are provided in the holding case 30. It is stored in a stacked state in the vertical direction. A pair of left and right guide pins 61, 62 are vertically fixed to the pressure plate 60, and these guide pins 61, 62 are guide holes 41, 42, 51 for positioning formed in the nozzle plate 40 and the cavity plate 50. , 52 in a slidable state. The nozzle plate 40, the cavity plate 50, and the pressure plate 60 are only stacked while being positioned by the guide pins 61 and 62, and are not joined to each other by an adhesive or the like. Therefore, these three members can be easily separated along the stacking direction.

保持ケース30は、矩形の底板部分31と、この底板部分31の両側の端から直角に起立している端板部分32、33と、底板部分31の左右の端から直角に起立している側板部分34、35とを備えている。底板部分31には、ガイドピン61、62に対峙する部位に貫通穴31a、31bが形成されており、これらの間には、左右に長い長穴31cが形成されている。また、両側の端板部分32、33の先端部は相互に離れる方向に直角に折れ曲がった装着用フランジ32a、33aが形成されている。これらの装着用フランジ32a、33aは、駆動ユニット2の装着部15に対して、横方から装着ガイド7c、8cに沿って差し込み可能な寸法に設定されている。   The holding case 30 includes a rectangular bottom plate portion 31, end plate portions 32 and 33 erected at right angles from both ends of the bottom plate portion 31, and side plates erected at right angles from left and right ends of the bottom plate portion 31. Parts 34 and 35. The bottom plate portion 31 is formed with through holes 31a, 31b at portions facing the guide pins 61, 62, and a long hole 31c is formed between them. Further, the front end portions of the end plate portions 32, 33 on both sides are formed with mounting flanges 32a, 33a bent at a right angle in a direction away from each other. These mounting flanges 32 a and 33 a are set to dimensions that can be inserted along the mounting guides 7 c and 8 c from the side with respect to the mounting portion 15 of the drive unit 2.

ノズル板40は、プラスチック板、ステンレススチールなどの金属板、半導体基板などからなる一定の厚さの剛性矩形板である。ノズル板40には液滴吐出用のノズル43が厚さ方向に貫通する状態に形成されており、そのノズル開口43aがノズル板40の前面44に位置している。このノズル開口43aは、保持ケース30の底板部分31の長穴31cを介して前方に露出している。また、ノズル43から離れた位置には液体供給路45が形成されている。液体供給路45は、ノズル板40を厚さ方向に貫通している液体供給穴45aと、ノズル板40の前面44に沿って形成した連通路45bとを備えており、連通路45bには前側から液体供給管46が装着固定されている。液体供給管46は、保持ケース30の底板部分31に形成した長穴31cから前方に突出しており、ここに不図示の液体供給チューブが接続されるようになっている。   The nozzle plate 40 is a rigid rectangular plate having a certain thickness made of a plastic plate, a metal plate such as stainless steel, a semiconductor substrate, or the like. The nozzle plate 40 is formed with a droplet discharge nozzle 43 penetrating in the thickness direction, and the nozzle opening 43 a is located on the front surface 44 of the nozzle plate 40. The nozzle opening 43 a is exposed forward through the long hole 31 c of the bottom plate portion 31 of the holding case 30. A liquid supply path 45 is formed at a position away from the nozzle 43. The liquid supply path 45 includes a liquid supply hole 45a penetrating the nozzle plate 40 in the thickness direction, and a communication path 45b formed along the front surface 44 of the nozzle plate 40. The communication path 45b includes a front side. The liquid supply pipe 46 is mounted and fixed. The liquid supply pipe 46 protrudes forward from a long hole 31c formed in the bottom plate portion 31 of the holding case 30, and a liquid supply tube (not shown) is connected thereto.

ここで、図6は積層状態のノズル板40およびキャビティ板50を取り出して示す斜視図である。この図から分かるように、ノズル板40の平坦な裏面47(ノズル板側封鎖面、ノズル板側当接面)には4個の変位規制板48が一体形成されている。これらの変位規制板48は、裏面47から垂直に起立した一定長さ、一定幅、および一定高さの板である。これらの変位規制板48は左右方向に平行に延びており、点対称に配置されている。   Here, FIG. 6 is a perspective view showing the nozzle plate 40 and the cavity plate 50 in a stacked state. As can be seen from this figure, four displacement regulating plates 48 are integrally formed on the flat back surface 47 (nozzle plate side blocking surface, nozzle plate side contact surface) of the nozzle plate 40. These displacement regulating plates 48 are plates of a certain length, a certain width, and a certain height that stand vertically from the back surface 47. These displacement restricting plates 48 extend in parallel in the left-right direction and are arranged point-symmetrically.

次に、図4〜図6を参照して、キャビティ板50および加圧板60について説明する。まず、キャビティ板50は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)等の弾性特性を備えたシリコーンゴム、弾性を有するエラストマーなどからなる一定厚さの弾性矩形板である。キャビティ板50には、その中央部分に左右方向に延びる細長いキャビティ用開口部53が厚さ方向(積層方向)に貫通する状態に形成されている。このキャビティ用開口部53は左右方向の一方の端部分がノズル板40のノズル43に連通しており、他方の端部分が液体供給穴45aに連通している。   Next, the cavity plate 50 and the pressure plate 60 will be described with reference to FIGS. First, the cavity plate 50 is an elastic rectangular plate having a certain thickness made of silicone rubber having elasticity characteristics such as PDMS (polydimethylsiloxane), an elastomer having elasticity, or the like. In the cavity plate 50, an elongated cavity opening 53 extending in the left-right direction is formed in the central portion so as to penetrate in the thickness direction (stacking direction). The cavity opening 53 has one end portion in the left-right direction communicating with the nozzle 43 of the nozzle plate 40, and the other end portion communicating with the liquid supply hole 45a.

また、キャビティ板50には、キャビティ用開口部53を取り囲む状態に、4個の貫通穴54が形成されている。本例の貫通穴54は一定幅のL形状の貫通穴であり、各貫通穴54における左右方向に延びる貫通穴部分には、ノズル板40に積層した状態において、当該ノズル板40の各変位規制板48が遊びのある状態で差し込まれるようになっている。また、ノズル板40の厚さは、変位規制板48の高さよりも僅かに大きな寸法に設定されている。   Further, four through holes 54 are formed in the cavity plate 50 so as to surround the cavity opening 53. The through hole 54 in this example is an L-shaped through hole having a constant width, and each through hole 54 extending in the left-right direction has a displacement restriction for each nozzle plate 40 in a state of being stacked on the nozzle plate 40. The plate 48 is inserted with play. Further, the thickness of the nozzle plate 40 is set to be slightly larger than the height of the displacement regulating plate 48.

キャビティ板50の平坦な裏面55に積載されている加圧板60は、プラスチック板、ステンレススチールなどの金属板、半導体基板などからなる剛性矩形板である。加圧板60の前面63には、その中央部分に僅かに前方に突出した平坦な矩形の加圧面63a(加圧板側封鎖面、加圧板側当接面)が形成されており、その四隅にも同一高さの平坦な当接面63bが形成されている。これら加圧面63aおよび当接面63bがキャビティ板50の平坦な裏面55に当接している。加圧板60の裏面64は平坦面からなり、後側から駆動ユニット2の圧電素子5の前端変位面5aが所定の予圧力で押し付けられるようになっている。   The pressure plate 60 loaded on the flat back surface 55 of the cavity plate 50 is a rigid rectangular plate made of a plastic plate, a metal plate such as stainless steel, a semiconductor substrate, or the like. On the front surface 63 of the pressure plate 60, a flat rectangular pressure surface 63a (pressure plate side blocking surface, pressure plate side contact surface) projecting slightly forward is formed at the center portion thereof, and at the four corners thereof. A flat contact surface 63b having the same height is formed. The pressure surface 63 a and the contact surface 63 b are in contact with the flat back surface 55 of the cavity plate 50. The back surface 64 of the pressure plate 60 is a flat surface, and the front end displacement surface 5a of the piezoelectric element 5 of the drive unit 2 is pressed with a predetermined pre-pressure from the rear side.

(流路ユニットの装着および液滴吐出動作)
図7は流路ユニット3を駆動ユニット2の装着部15に装着する前の状態を示す模式図であり、理解を容易にするためにキャビティ53Aと、貫通穴54および変位規制板48とを横に並べた状態で示してある。装着前の流路ユニット3においては、弾性素材からなる中央のキャビティ板50はその本来の厚さt1のままである。変位規制板48の高さhは厚さt1よりも小さい。したがって、ノズル板40の変位規制板48の先端面48aと、加圧板60の加圧面63a(加圧板側当接面)とは離れており、これらの間には所定の隙間Δtが形成されている。
(Installation of flow path unit and droplet discharge operation)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state before the flow path unit 3 is mounted on the mounting portion 15 of the drive unit 2, and the cavity 53 </ b> A, the through hole 54, and the displacement regulating plate 48 are laterally arranged for easy understanding. Are shown in a line. In the flow path unit 3 before mounting, the central cavity plate 50 made of an elastic material remains at its original thickness t1. The height h of the displacement regulating plate 48 is smaller than the thickness t1. Therefore, the front end surface 48a of the displacement regulating plate 48 of the nozzle plate 40 and the pressure surface 63a (pressure plate side contact surface) of the pressure plate 60 are separated from each other, and a predetermined gap Δt is formed between them. Yes.

次に、流路ユニット3の装着時には、駆動ユニット2の予圧機構6の予圧調整ねじ14を緩め、圧電素子5に対する予圧を解除する。この結果、圧電素子5を後方に押し込むことが可能となる。装着部15に突出している圧電素子5の前端変位面5aを後方に退避させ、この状態で、図3に矢印で示すように、流路ユニット3を横から装着部15に装着することができる。   Next, when the flow path unit 3 is mounted, the preload adjusting screw 14 of the preload mechanism 6 of the drive unit 2 is loosened to release the preload on the piezoelectric element 5. As a result, the piezoelectric element 5 can be pushed backward. The front end displacement surface 5a of the piezoelectric element 5 protruding from the mounting portion 15 is retracted rearward, and in this state, the flow path unit 3 can be mounted to the mounting portion 15 from the side as indicated by an arrow in FIG. .

流路ユニット3を装着部15に装着した後は、駆動ユニット2の予圧機構6の予圧調整ねじ14を締め付ける。この結果、圧電素子5が全体として前方に押し出され、その前端変位面5aによって流路ユニット3の加圧板60が後側から前方に押し出され、所定の予圧が作用した状態が形成される。   After the flow path unit 3 is mounted on the mounting portion 15, the preload adjusting screw 14 of the preload mechanism 6 of the drive unit 2 is tightened. As a result, the piezoelectric element 5 is pushed forward as a whole, and the pressure plate 60 of the flow path unit 3 is pushed forward from the rear side by the front end displacement surface 5a to form a state in which a predetermined preload acts.

図8(a)は駆動ユニット2の装着部15に装着されて予圧が付与された状態の流路ユニット3を示す模式図であり、図7の場合と同様にキャビティ53Aと変位規制板48を並列配置した状態で示してある。この図に示すように、予圧機構6によって前方に僅かに押し出された圧電素子5によって、加圧板60が前方に押し出されている。この結果、三部材、60、50、40は、圧電素子5の前端変位面5aと、ユニットケース4の端板7、8の前端部7b、8bの装着ガイド7c、8cとの間において圧接状態になり、弾性素材からなるキャビティ板50が厚さt2まで積層方向に押し潰される。例えば、加圧板60の加圧面63a(加圧板側当接面)が変位規制板48の先端面48aに当接する位置までキャビティ板50が押し潰される。   FIG. 8A is a schematic diagram showing the flow path unit 3 that is mounted on the mounting portion 15 of the drive unit 2 and applied with a preload. As in the case of FIG. Shown in parallel. As shown in this figure, the pressure plate 60 is pushed forward by the piezoelectric element 5 slightly pushed forward by the preload mechanism 6. As a result, the three members 60, 50, 40 are in a pressure contact state between the front end displacement surface 5a of the piezoelectric element 5 and the mounting guides 7c, 8c of the front end portions 7b, 8b of the end plates 7, 8 of the unit case 4. Then, the cavity plate 50 made of an elastic material is crushed in the stacking direction to the thickness t2. For example, the cavity plate 50 is crushed to a position where the pressure surface 63 a (pressure plate side contact surface) of the pressure plate 60 contacts the tip surface 48 a of the displacement regulating plate 48.

この状態では、キャビティ用開口部53の裏面側に加圧板60の加圧面63a(加圧板側封鎖面)が液密状態に圧接し、その前面側にノズル板40の裏面47(ノズル板側封鎖面)が液密状態に圧接しており、これにより、キャビティ用開口部53の前後が確実に封鎖されて、液体貯留用のキャビティ53Aが形成されている。装着状態が形成された後は、液体をキャビティ53A内に供給する液体供給チューブ49を接続し、キャビティ53A内に液体を充填する。   In this state, the pressure surface 63a (pressure plate side sealing surface) of the pressure plate 60 is pressed in a liquid-tight state on the back surface side of the cavity opening 53, and the back surface 47 (nozzle plate side sealing) of the nozzle plate 40 on the front surface side. The surface) is in pressure-contact with the liquid-tight state, so that the front and back of the cavity opening 53 are surely sealed to form a liquid storage cavity 53A. After the mounting state is formed, the liquid supply tube 49 for supplying the liquid into the cavity 53A is connected, and the cavity 53A is filled with the liquid.

図8(b)に示すように、液体を充填した後に圧電素子5を駆動して前後方向(積層方向)に収縮させると、圧電素子5の前端変位面5aが加圧板60から後退して予圧が一時的に低下する。この結果、キャビティ板50の弾性復帰力によってキャビティ53Aが積層方向に拡張し、その内容積が増加して液体供給路45を経由して当該キャビティ53A内に液体が流れ込む。   As shown in FIG. 8B, when the piezoelectric element 5 is driven and contracted in the front-rear direction (stacking direction) after filling with the liquid, the front end displacement surface 5a of the piezoelectric element 5 moves backward from the pressure plate 60 and preloads. Decreases temporarily. As a result, the cavity 53 </ b> A expands in the stacking direction due to the elastic restoring force of the cavity plate 50, the inner volume thereof increases, and the liquid flows into the cavity 53 </ b> A via the liquid supply path 45.

この後は、図8(c)に示すように、所定のタイミングで圧電素子5を逆方向に駆動して積層方向に伸長すると、圧電素子5によって加圧板60が積層方向の前方に押し出される。この結果、キャビティ板50が押し潰されてキャビティ53Aが積層方向に圧縮してその内圧が増加する方向に変化する。ここで、加圧板60の加圧面63aが、ノズル板の側の変位規制板48の先端面48aに当たるまでキャビティ板50が圧縮され、加圧面63aが変位規制板48に当たることによるキャビティの内圧変動によって、ノズル開口43aに形成されている液体のメニスカスから微小液滴dが分離して前方に吐出する。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, when the piezoelectric element 5 is driven in the reverse direction at a predetermined timing and extended in the stacking direction, the pressure plate 60 is pushed forward by the piezoelectric element 5 in the stacking direction. As a result, the cavity plate 50 is crushed and the cavities 53A are compressed in the stacking direction so that the internal pressure increases. Here, the cavity plate 50 is compressed until the pressurizing surface 63a of the pressurizing plate 60 contacts the tip end surface 48a of the displacement regulating plate 48 on the nozzle plate side, and the internal pressure of the cavity due to the pressurizing surface 63a hitting the displacement regulating plate 48 The fine liquid droplet d is separated from the liquid meniscus formed in the nozzle opening 43a and ejected forward.

このように、キャビティ53Aの圧縮量は変位規制板48によって一定となるように規制される。したがって、液滴吐出時のキャビティ53Aの体積減少量を常に一定にすることができるので、常に一定量の微小液滴を正確に吐出することができる。   In this way, the amount of compression of the cavity 53A is regulated to be constant by the displacement regulating plate 48. Accordingly, the volume reduction amount of the cavity 53A when droplets are discharged can always be made constant, so that a constant amount of minute droplets can always be accurately discharged.

また、圧電素子5を予圧している予圧機構6による予圧力を調整することにより、圧電素子5の変位量を制御することができる。例えば、予圧力を小さくしておけば、圧電素子5の伸長時に予圧力に逆らって圧電素子5は後方にも伸長するので、その前端変位面5aによって押し出される加圧板60の移動量が少なくなる。この結果、弾性素材からなるキャビティ板50の圧縮量が少なくなり、圧縮時のキャビティ53Aの排除体積が少なくなるので、ノズル43からの液滴吐出量を少なくすることができる。したがって、駆動波形を変えることなく、液滴吐出量を機械的に変更することができる。   Further, the amount of displacement of the piezoelectric element 5 can be controlled by adjusting the preload by the preload mechanism 6 that preloads the piezoelectric element 5. For example, if the preload is reduced, the piezoelectric element 5 extends backward against the preload when the piezoelectric element 5 extends, so that the amount of movement of the pressure plate 60 pushed out by the front end displacement surface 5a decreases. . As a result, the amount of compression of the cavity plate 50 made of an elastic material is reduced, and the excluded volume of the cavity 53A at the time of compression is reduced, so that the amount of droplets discharged from the nozzle 43 can be reduced. Therefore, the droplet discharge amount can be mechanically changed without changing the drive waveform.

なお、圧電素子5による液滴の吐出駆動モードとしては、上述した引き打ちモードと呼ばれるモードと、押し打ちモードと呼ばれるものがインクジェットヘッドの分野において知られている。本例の液滴吐出ヘッド1においても、圧電素子5の収縮後の伸長タイミングを調整することにより、いずれかのモードで液滴を吐出させることができる。押し打ちモードの場合には、圧電素子5の収縮後にキャビティ53A内の圧力変動が収束するのに必要な時間が経過した後のタイミングで圧電素子5の伸長を開始すればよく、引き打ちモードの場合には押し打ちモードに比べてより短い時間間隔で圧電素子を伸長させればよい。引き打ちモードは押し打ちモードに比べてより微小量の液滴を吐出させることができる。   In addition, as the droplet ejection drive mode by the piezoelectric element 5, the mode called the strike mode and the mode called the push mode are known in the field of the inkjet head. Also in the droplet discharge head 1 of this example, the droplets can be discharged in any mode by adjusting the expansion timing after the piezoelectric element 5 contracts. In the pushing mode, the expansion of the piezoelectric element 5 may be started at a timing after the time required for the pressure fluctuation in the cavity 53A to converge after the piezoelectric element 5 contracts. In this case, the piezoelectric element may be extended at a shorter time interval than in the pushing mode. The pulling mode can discharge a smaller amount of liquid droplets than the pushing mode.

(作用効果)
以上説明したように、液滴吐出ヘッド1では、変位規制板48によって弾性素材からなるキャビティ板50の圧縮量、すなわち、キャビティ53Aの圧縮量が一定となるように規制される。よって、圧電素子5の変位によるキャビティ53Aの排除体積を常に一定に保持できるので、液滴の吐出量のバラツキを抑制できる。
(Function and effect)
As described above, in the droplet discharge head 1, the displacement regulating plate 48 regulates the compression amount of the cavity plate 50 made of an elastic material, that is, the compression amount of the cavity 53A. Therefore, since the excluded volume of the cavity 53A due to the displacement of the piezoelectric element 5 can always be kept constant, variations in the droplet discharge amount can be suppressed.

また、圧電素子5を備えた駆動ユニット2に、流路ユニット3を着脱可能な状態で装着した構成となっている。したがって、液滴吐出ヘッド1を検体などの分注ヘッドなどとして用いる場合には、流路ユニット3のみを交換することにより異なる種類の検体などを分注することができる。また、使用済の安価な流路ユニット3のみを廃棄すればよいので、使い捨て式の分注ヘッドなどとして用いるのに適している。   In addition, the flow path unit 3 is detachably attached to the drive unit 2 including the piezoelectric element 5. Therefore, when the droplet discharge head 1 is used as a dispensing head for a sample or the like, different types of samples or the like can be dispensed by replacing only the flow path unit 3. Further, since only the used inexpensive flow path unit 3 has to be discarded, it is suitable for use as a disposable dispensing head or the like.

さらに、キャビティ板50は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)からなる弾性板を用いており、ノズル板40および加圧板60との圧接により液密状態にシールされたキャビティ53Aが形成される。よって、積層した三部材を相互に接着、接合する必要がないので、接着剤などによってキャビティ53A内の液体が汚染されることもない。   Further, the cavity plate 50 uses an elastic plate made of PDMS (polydimethylsiloxane), and a cavity 53A sealed in a liquid-tight state is formed by pressure contact with the nozzle plate 40 and the pressure plate 60. Therefore, there is no need to bond and bond the three stacked members to each other, so that the liquid in the cavity 53A is not contaminated by an adhesive or the like.

三部材の接合が不要なので、必要に応じて各部材を適宜組み合わせることで、特性の異なる各種の液滴吐出ヘッドを簡単に得ることができるので便利である。また、接着、接合が不要なので、接着剤による接着性などを考慮する必要がないので三部材に用いる素材の選択の自由度が高まるという利点もある。   Since the joining of the three members is unnecessary, it is convenient because various droplet discharge heads having different characteristics can be easily obtained by appropriately combining the members as necessary. In addition, since there is no need for adhesion and bonding, there is an advantage that the degree of freedom in selecting the materials used for the three members is increased because there is no need to consider adhesiveness due to the adhesive.

なお、液滴吐出ヘッド1は、血液などの検体の分注作業、短時間で目詰まりするような接着剤などの液体の塗布あるいは分注作業、細胞の三次元造形作業などに用いることができる。   The droplet discharge head 1 can be used for dispensing a specimen such as blood, applying or dispensing a liquid such as an adhesive that clogs in a short time, or a three-dimensional modeling work of a cell. .

また、上記の実施の形態では、変位規制板48をノズル板40の裏面47に一体形成してあるが、変位規制板48を加圧板60の加圧面63aに一体形成しておくことも可能である。この場合には、変位規制板48がノズル板40の裏面47(ノズル板側当接面)に当たることにより、キャビティ板50の圧縮量が規制される。ノズル板40および加圧板60の双方に一体形成しておくことも可能である、また、変位規制板48を、ノズル板40、加圧板60とは別個の部材として製造し、キャビティ板50に形成した貫通穴54内に配置しておくことも可能である。この場合には、ノズル板40の裏面47(ノズル部材側当接面)および加圧板60の加圧面63a(加圧部材側当接面)が積層方向から変位規制板48に当接することにより、キャビティ53Aの圧縮量が規制される。   In the above embodiment, the displacement restricting plate 48 is integrally formed on the back surface 47 of the nozzle plate 40. However, the displacement restricting plate 48 may be integrally formed on the pressure surface 63a of the pressure plate 60. is there. In this case, the amount of compression of the cavity plate 50 is restricted by the displacement restricting plate 48 coming into contact with the back surface 47 (nozzle plate side contact surface) of the nozzle plate 40. It is possible to integrally form both the nozzle plate 40 and the pressure plate 60, and the displacement regulating plate 48 is manufactured as a separate member from the nozzle plate 40 and the pressure plate 60 and formed on the cavity plate 50. It is also possible to arrange in the through hole 54 formed. In this case, the back surface 47 (nozzle member side contact surface) of the nozzle plate 40 and the pressure surface 63a (pressure member side contact surface) of the pressure plate 60 abut on the displacement regulating plate 48 from the stacking direction. The amount of compression of the cavity 53A is regulated.

次に、弾性素材からなるキャビティ板50の表面、キャビティ板50に圧接する加圧板60の加圧面63a、ノズル板40の裏面47には、シール性を確保できるような表面処理を施すようにしてもよい。また、キャビティ板50のキャビティ用開口部53の内周面などに撥水加工あるいは親水加工などの表面処理を適切な場所に行って、所望の液滴吐出特性が得られるようにしてもよい。   Next, the surface of the cavity plate 50 made of an elastic material, the pressure surface 63a of the pressure plate 60 in pressure contact with the cavity plate 50, and the back surface 47 of the nozzle plate 40 are subjected to surface treatment so as to ensure sealing performance. Also good. In addition, surface treatment such as water repellent processing or hydrophilic processing may be performed on the inner peripheral surface of the cavity opening 53 of the cavity plate 50 in an appropriate place so that desired droplet discharge characteristics can be obtained.

本発明を適用した液滴吐出ヘッドの斜視図である。It is a perspective view of a droplet discharge head to which the present invention is applied. 図1の液滴吐出ヘッドの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the droplet discharge head of FIG. 図1の液滴吐出ヘッドを、流路ユニットを外した状態で示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the droplet discharge head of FIG. 1 in the state which removed the flow path unit. 図3の液滴吐出ヘッドの流路ユニットを分解した状態で示す分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view showing a state in which a flow path unit of the droplet discharge head of FIG. 3 is disassembled. 図1の液滴吐出ヘッドの流路ユニットを縦断面状態で示す部分斜視図、および、その分解斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view showing the flow path unit of the droplet discharge head of FIG. 1 in a vertical cross-sectional state, and an exploded perspective view thereof. 流路ユニットのノズル板とキャビティ板を取り出して示す斜視図である。It is a perspective view which takes out and shows the nozzle plate and cavity plate of a flow path unit. 図1の液滴吐出ヘッドの流路ユニットの装着前後の状態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a state before and after mounting of a flow path unit of the droplet discharge head of FIG. 1. 図1の液滴吐出ヘッドの動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation of the droplet discharge head of FIG.

1 液滴吐出ヘッド、2 駆動ユニット、3 流路ユニット、4 ユニットケース、5 圧電素子、5a 前端変位面、5b 後端面、6 予圧機構、7,8 端板、7a,8a スライド溝、7b,8b 前端部、7c,8c 装着ガイド、9 背面板、10 保持筒、10a 前フランジ、10b 後フランジ、10c 前端開口、10d 後端開口、10e,10f 配線穴、10g 後端面、10h 前端面、11a,11b 配線、12 スライドブロック、12a,12b スライドピン、13 板ばね、14 予圧調整ねじ、15 装着部、30 保持ケース、31 底板部分、31a,31b 貫通穴、31c 長穴、32,33 端板部分、32a,33a 装着用フランジ、34,35 側板部分、40 ノズル板、41,42 ガイド穴、43 ノズル、43a ノズル開口、44 前面、45 液体供給路、45a 液体供給穴、45b 連通路、46 液体供給管、47 裏面、48 変位規制板、48a 先端面、49 液体供給チューブ、50 キャビティ板、51,52 ガイド穴、53 キャビティ用開口部、53A キャビティ、54 貫通穴、55 裏面、60 加圧板、61,62 ガイドピン、63 前面、63a 加圧面、63b 当接面、64 裏面、t1 キャビティ板の本来の厚さ、t2 圧縮されたキャビティ板の厚さ、h 変位規制板の高さ、Δt 隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Droplet discharge head, 2 Drive unit, 3 Flow path unit, 4 Unit case, 5 Piezoelectric element, 5a Front end displacement surface, 5b Rear end surface, 6 Preload mechanism, 7, 8 End plate, 7a, 8a Slide groove, 7b, 8b Front end, 7c, 8c Mounting guide, 9 Back plate, 10 Holding cylinder, 10a Front flange, 10b Rear flange, 10c Front end opening, 10d Rear end opening, 10e, 10f Wiring hole, 10g Rear end surface, 10h Front end surface, 11a , 11b Wiring, 12 Slide block, 12a, 12b Slide pin, 13 Leaf spring, 14 Preload adjusting screw, 15 Mounting part, 30 Holding case, 31 Bottom plate part, 31a, 31b Through hole, 31c Long hole, 32, 33 End plate Part, 32a, 33a Mounting flange, 34, 35 Side plate part, 40 Nozzle plate, 41, 42 Guide hole, 43 Nozzle, 43a Nozzle opening, 44 Front face, 45 Liquid supply path, 45a Liquid supply hole, 45b Communication path, 46 Liquid supply pipe, 47 Back face, 48 Displacement restricting plate, 48a Tip face, 49 Liquid supply tube, 50 Cavity plate, 51 , 52 Guide hole, 53 cavity opening, 53A cavity, 54 through hole, 55 back surface, 60 pressure plate, 61, 62 guide pin, 63 front surface, 63a pressure surface, 63b contact surface, 64 back surface, t1 of cavity plate Original thickness, thickness of t2 compressed cavity plate, h height of displacement regulating plate, Δt clearance

Claims (8)

ノズル板と、
前記ノズル板に積層されたキャビティ板と、
前記ノズル板との間に前記キャビティ板を挟む状態となるように当該キャビティ板に積層された加圧板と、
前記ノズル板および前記加圧板の間に配置された変位規制部材と、
前記加圧板を、前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板の積層方向に加圧して変位させる圧電素子と、
前記圧電素子を前記加圧板に押し付け、前記加圧板、前記キャビティ板および前記ノズル板を圧接状態に保持する予圧機構とを有し、
前記キャビティ板は前記積層方向に弾性変形可能な素材からなり、前記積層方向に貫通するキャビティ用開口部が形成されており、
前記ノズル板には、液滴吐出用のノズルと、当該ノズルに液体を供給する液体供給路と、前記キャビティ用開口部を前記積層方向の一方の側から封鎖するノズル板側封鎖面と、前記変位規制部材に対して前記積層方向の一方の側から当接可能なノズル板側当接面とが形成されており、
前記加圧板には、前記キャビティ用開口部を前記積層方向の他方の側から封鎖する加圧板側封鎖面と、前記変位規制部材に対して前記積層方向の他方の側から当接可能な加圧板側当接面とが形成されており、
前記キャビティ板は、前記予圧機構の予圧力によって前記積層方向に圧縮変形しており、
当該キャビティ板の圧縮量は、前記変位規制部材と、前記ノズル板側当接面および前記加圧板側当接面との当接によって規制されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A nozzle plate;
A cavity plate laminated on the nozzle plate;
A pressure plate laminated on the cavity plate so as to sandwich the cavity plate with the nozzle plate;
A displacement regulating member disposed between the nozzle plate and the pressure plate;
A piezoelectric element that pressurizes and displaces the pressure plate in the stacking direction of the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate;
A preload mechanism that presses the piezoelectric element against the pressure plate and holds the pressure plate, the cavity plate, and the nozzle plate in a pressure contact state;
The cavity plate is made of a material that is elastically deformable in the laminating direction, and an opening for a cavity penetrating in the laminating direction is formed.
The nozzle plate includes a droplet discharge nozzle, a liquid supply path for supplying a liquid to the nozzle, a nozzle plate-side sealing surface for sealing the cavity opening from one side in the stacking direction, A nozzle plate-side contact surface capable of contacting the displacement regulating member from one side in the stacking direction is formed;
The pressure plate includes a pressure plate side sealing surface that seals the cavity opening from the other side in the stacking direction, and a pressure plate that can contact the displacement regulating member from the other side in the stacking direction. Side contact surface is formed,
The cavity plate is compressively deformed in the stacking direction by the preload of the preload mechanism,
The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the amount of compression of the cavity plate is regulated by contact between the displacement regulating member, the nozzle plate-side contact surface, and the pressure plate-side contact surface.
請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板は、前記積層方向に分離自在であり、前記予圧力によって積層圧接状態に保持されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1,
The droplet ejection head, wherein the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate are separable in the laminating direction and are held in a laminating pressure contact state by the pre-pressure.
請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記キャビティ板は前記積層方向に貫通した少なくとも一つの貫通穴を備え、
前記貫通穴内に少なくとも一つの前記変位規制部材が配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1 or 2,
The cavity plate includes at least one through hole penetrating in the stacking direction,
At least one displacement restricting member is disposed in the through hole.
請求項3に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記加圧板側当接面および前記加圧板側封鎖面は同一面であり、
前記ノズル板側当面および前記ノズル板側封鎖面は同一面であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 3,
The pressure plate side contact surface and the pressure plate side sealing surface are the same surface,
The droplet ejection head, wherein the nozzle plate side contact surface and the nozzle plate side sealing surface are the same surface.
請求項4に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記変位規制部材は、前記ノズル板側当接面および前記加圧板側当接面のうち、少なくとも一方の側に一体形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 4,
The liquid droplet ejection head, wherein the displacement regulating member is integrally formed on at least one of the nozzle plate side contact surface and the pressure plate side contact surface.
請求項1ないし5のうちのいずれかの項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記予圧機構は、前記圧電素子を前記加圧板に付勢している付勢部材と、当該付勢部材による付勢力を調整するための調整部材とを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
In the liquid droplet ejection head according to any one of claims 1 to 5,
The preload mechanism includes a biasing member that biases the piezoelectric element against the pressure plate, and an adjustment member for adjusting a biasing force by the biasing member. head.
請求項1ないし6のうちのいずれかの項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
駆動ユニットと、
前記駆動ユニットに着脱可能な状態で装着されている流路ユニットとを有し、
前記駆動ユニットは、前記圧電素子および前記予圧機構を備えており、
前記流路ユニットは、前記ノズル板、前記キャビティ板、前記加圧板および前記変位規制部材を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
In the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6,
A drive unit;
A flow path unit mounted in a removable state on the drive unit;
The drive unit includes the piezoelectric element and the preload mechanism,
The liquid droplet ejection head, wherein the flow path unit includes the nozzle plate, the cavity plate, the pressure plate, and the displacement regulating member.
請求項7に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記流路ユニットは、前記ノズル板、前記キャビティ板および前記加圧板を積層状態で保持している保持ケースを備え、
前記駆動ユニットは、前記保持ケースが着脱可能な状態で装着される装着部を備え、
前記流路ユニットが前記装着部に装着された状態では、前記圧電素子の変位面が前記流路ユニットの前記加圧板に対峙し、前記予圧機構による予圧力を前記圧電素子を介して前記加圧板に加えることが可能な状態になることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
In the droplet discharge head according to claim 7,
The flow path unit includes a holding case that holds the nozzle plate, the cavity plate, and the pressure plate in a stacked state,
The drive unit includes a mounting portion that is mounted in a state where the holding case is detachable,
In a state where the flow path unit is mounted on the mounting portion, the displacement surface of the piezoelectric element faces the pressure plate of the flow path unit, and the preload by the preload mechanism is applied to the pressure plate via the piezoelectric element. A droplet discharge head, which is in a state where it can be added to the liquid.
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