JP2014046226A - Chemical process using an ink jet method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide such a novel process in a technique relating to an ink jet for allowing a liquid droplet having impacted on an object to exhibit a target function without deteriorating the fluidity or discharge of an in-nozzle supply liquid and without depending upon an object and any necessity for performing a preliminary treatment upon the object.SOLUTION: A chemical process using an ink jet method comprises: a discharge step of discharging a first liquid droplet containing a first liquid from a nozzle by an ink jet method; a liquid film passing step of passing the first liquid droplet discharged from the nozzle, through a liquid film containing a second liquid, to change the first liquid droplet into a second liquid droplet containing the first liquid and the second liquid; and a modification step of modifying the second liquid droplet with respect to the first liquid and the second liquid at the liquid film passing time or at the flight time of the second liquid droplet after having passed through the liquid film.

Description

本発明は、インクジェット法を用いた化学プロセスに関する。   The present invention relates to a chemical process using an inkjet method.

インクジェット法は、数十ミクロンの大きさの均一且つ微小な液滴を、1秒間に数千個の頻度でノズルから再現性良く吐出させ、液滴を着弾させる対象物の指定された位置に規則的且つオンデマンドで配置することができる印刷手法として、1980年代に開発され、現在も広く活用されている。インクジェット法は、技術的に既に確立されたものであるため、単に印刷にとどまらず、エッチングを使用しない基板回路の作製、マイクロレンズ、規定の並びのDNAを作製するためのマイクロマニピュレータ、三次元CADで設計された立体構造体の作製、細胞の規則配列による人工組織の構築(バイオファブリケーション)等、多彩な分野へ応用されている。   The inkjet method ejects uniform and minute droplets of a size of several tens of microns from a nozzle at a frequency of several thousand per second with good reproducibility, and places the droplets at a specified position on an object to be landed. It was developed in the 1980s as a printing technique that can be arranged on demand and on demand, and is still widely used today. Since the inkjet method is already established in the technical field, it is not limited to printing, but it is possible to produce a substrate circuit that does not use etching, a microlens, a micromanipulator for producing a specified array of DNA, and a three-dimensional CAD. It has been applied to various fields, such as the production of three-dimensional structures designed in, and the construction of artificial tissues by the regular arrangement of cells (biofabrication).

このような技術として、例えば、特許文献1には、インクジェットから吐出された液滴を、対象物に着弾させるまでの操作ゾーンで電磁波に曝すことにより、基板回路のマスキングパターンの個体性を制御する方法が開示されている。   As such a technique, for example, in Patent Document 1, the individuality of a masking pattern of a substrate circuit is controlled by exposing a droplet discharged from an inkjet to an electromagnetic wave in an operation zone until the droplet is landed on an object. A method is disclosed.

特表2003−506886号公報Special table 2003-506886

「捺染用インクジェットプリントシステム」KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.7(2010)、P138-142"Inkjet printing system for textile printing" KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.7 (2010), P138-142

インクジェット法では、液溜めからノズル出口までの幅数十ミクロンの微小流路を毛管力により供給される液体が、ピエゾ素子等のマイクロハンマーにより滴状に高速(約10m/s)で打ち出され、対象物の規定位置に着弾する。着弾した液滴は、そのまま溶媒成分が蒸発して固化又はゲル化するか、対象物の材料成分と相互作用(付着、反応、結合、混合等)して固化又はゲル化する。このとき、ノズルから供給される液体は、流路内の流動抵抗に加え、ノズル出口における蒸発による成分析出或いは粘度増加により吐出が困難となることがないよう、その組成は予め制限を受ける。すなわち、供給される液体は低粘度を有していなくてはならない。   In the ink jet method, a liquid supplied by capillary force through a micro flow channel having a width of several tens of microns from a liquid reservoir to a nozzle outlet is ejected at high speed (about 10 m / s) by a micro hammer such as a piezo element, Land at the specified position of the object. The landed droplets are solidified or gelled by evaporating the solvent component as they are, or solidified or gelled by interaction (adhesion, reaction, bonding, mixing, etc.) with the material component of the object. At this time, the composition of the liquid supplied from the nozzle is limited in advance so as not to be difficult to discharge due to component precipitation or increase in viscosity due to evaporation at the nozzle outlet in addition to flow resistance in the flow path. That is, the supplied liquid must have a low viscosity.

また、一般に、布帛の印刷に用いられる捺染用インクは、布帛に染み込まないために粘度が高く、そのままではインクジェットでノズルから吐出させることができない。一方、捺染用インクを低粘度にすると、布帛に印刷する場合には、液滴を着弾させた後、乾燥する前に布帛の繊維内部に染みこんで拡散してしまうという問題が生じる。当該問題に対しては、例えば、非特許文献1に開示されている捺染(布帛へのプリント)用インクジェットプリントシステムが知られている。当該捺染用インクジェットプリントシステムは、具体的には、着弾したインク液滴が染み込んで滲まないように、プリント対象となる布帛に予め機能材料成分を塗布している。しかしながら、このような技術では、インク液滴の染み込み防止のために布帛に予め機能材料成分を塗布するという前処理工程が必要となり、製造効率や製造コストの面で問題がある。   In general, textile printing inks used for printing on fabrics have high viscosity because they do not soak into fabrics, and cannot be ejected from nozzles by inkjet as they are. On the other hand, if the ink for textile printing has a low viscosity, when printing on a fabric, there is a problem that after the droplets are landed, the ink penetrates into the fibers of the fabric before drying and diffuses. For this problem, for example, an inkjet printing system for textile printing (printing on a fabric) disclosed in Non-Patent Document 1 is known. Specifically, in the inkjet printing system for textile printing, a functional material component is applied in advance to a fabric to be printed so that the landed ink droplets soak and do not spread. However, such a technique requires a pretreatment step in which a functional material component is previously applied to the fabric in order to prevent ink droplets from penetrating, and there is a problem in terms of manufacturing efficiency and manufacturing cost.

また、近年のインクジェットプリンターに対する多様な需要の増加に伴い、印刷基材の多様性や速乾性が特徴のUV硬化型インク等、新規のインク開発が積極的に行われている。このような背景から、上述のインク液滴の染み込み防止のために布帛に予め機能材料成分を塗布するという前処理工程を除くため、機能材料成分の塗布無しで布帛に染み込まないインクジェット用のインク材料の開発が盛んに行われている。このようなインク材料が開発されれば、吐出する前のインク液滴が既に布帛に染み込まない性質を有しているため、上記前処理工程が不要となる。しかしながら、このような課題を解決するインク材料として満足できるものは未だ開発途上である。   In addition, with the recent increase in various demands for inkjet printers, new ink developments such as UV curable inks that are characterized by the diversity of printing base materials and quick-drying are being actively carried out. From such a background, an ink-jet ink material that does not soak into the fabric without the application of the functional material component is removed in order to eliminate the pretreatment step of previously applying the functional material component to the fabric in order to prevent the ink droplet from penetrating. Is being actively developed. If such an ink material is developed, the pretreatment step is not necessary because ink droplets before being ejected already have the property of not soaking into the fabric. However, satisfactory ink materials for solving such problems are still under development.

このように、対象物に染み込まない高粘度の液体を吐出されるインク液滴に用いる等、供給されるインク液滴の飛翔前に課題を解決するような手段を用いると、ノズルの目詰まりが生じるという別の課題が発生する。一方で、対象物への着弾後に、他の液体と反応させることによって目的とする特性をインク液滴に付与する手段では、ノズルの目詰まりは防止可能であるが、対象物に液体が染み込むという別の課題が生じる。すなわち、供給されるインク液滴の飛翔前、又は、対象物への着弾後に目的となる特性をインク液滴に付与する手段では、一つの課題を解決しようとすれば、別の課題が生じてしまい、いずれにしろ問題が生じてしまう。   In this way, when a means for solving the problem before the supplied ink droplets fly, such as using a high-viscosity liquid that does not soak into the object, is used, the nozzles are clogged. Another issue arises. On the other hand, nozzles can be prevented from being clogged by means for imparting desired properties to ink droplets by reacting with other liquids after landing on the object, but the liquid soaks into the object. Another challenge arises. That is, in the means for imparting the desired characteristics to the ink droplets before the supplied ink droplets fly or after landing on the object, if one problem is to be solved, another problem arises. In any case, a problem arises.

そこで、インクジェットに係る技術において、ノズル内供給液の流動性や吐出性を損なうこと無く、且つ、対象物によらず或いは対象物に前処理を施す必要も無く対象物に着弾した液滴が目的の機能を発揮し得る新規なプロセスが求められている。   Therefore, in the ink jet technology, the target is a droplet that has landed on an object without impairing the fluidity and dischargeability of the supply liquid in the nozzle and without depending on the object or pre-processing the object. There is a need for a new process that can perform these functions.

本発明者は研究を重ねたところ、ノズルから吐出された液滴が対象物に着弾する前に、すなわち、液滴の飛翔中に、当該液滴を他の液体と混合させて変性させることで、液滴が対象物の規定された位置に着弾した際に目的の機能を発揮させることにより上記課題が解決されることを見出した。   As a result of repeated research, the present inventor has made it possible to mix the liquid droplets with other liquids before the liquid droplets discharged from the nozzles land on the object, that is, to denature the liquid droplets. The present inventors have found that the above-described problem can be solved by exerting a target function when a droplet lands on a specified position of an object.

すなわち、本発明は一側面において、第1液体を含む第1液滴をインクジェット法によりノズルから吐出させる吐出工程と、前記ノズルから吐出した第1液滴を、第2液体を含む液膜に通過させて、前記第1液体と前記第2液体とを含む第2液滴とする液膜通過工程と、前記液膜通過時、又は、前記液膜通過後の前記第2液滴の飛翔時に、前記第2液滴を、前記第1液体及び前記第2液体に対して変性させる変性工程とを有するインクジェット法を用いた化学プロセスである。   That is, according to one aspect of the present invention, a discharge step of discharging a first droplet containing a first liquid from a nozzle by an ink jet method, and passing the first droplet discharged from the nozzle through a liquid film containing a second liquid Let the liquid film passing step to be a second droplet containing the first liquid and the second liquid, and when the second droplet fly after passing through the liquid film, It is a chemical process using an inkjet method having a denaturing step for denaturing the second droplet with respect to the first liquid and the second liquid.

本発明に係る化学プロセスは一実施形態において、前記液膜通過工程において、前記ノズルから吐出した第1液滴を、1種又は2種以上の粒子が含まれた第2液体を含む液膜に通過させて、前記第1液体と前記1種又は2種以上の粒子が含まれた前記第2液体とを含む第2液滴とする。   In one embodiment of the chemical process according to the present invention, in the liquid film passage step, the first droplet discharged from the nozzle is converted into a liquid film containing a second liquid containing one kind or two or more kinds of particles. A second droplet containing the first liquid and the second liquid containing one or more kinds of particles is passed through.

本発明に係る化学プロセスは別の一実施形態において、前記変性が、前記第1液体と前記第2液体との化学反応によって生じる。   In another embodiment of the chemical process according to the present invention, the modification is caused by a chemical reaction between the first liquid and the second liquid.

本発明に係る化学プロセスは更に別の一実施形態において、前記第1液体には重合反応の開始剤が含まれており、前記第2液体には重合反応の原料であるモノマーが含まれており、前記化学反応が重合反応である。   In yet another embodiment of the chemical process according to the present invention, the first liquid contains a polymerization reaction initiator, and the second liquid contains a monomer that is a raw material for the polymerization reaction. The chemical reaction is a polymerization reaction.

本発明に係る化学プロセスは更に別の一実施形態において、前記第1液体と前記第2液体が同種の液体である。   In another embodiment of the chemical process according to the present invention, the first liquid and the second liquid are the same kind of liquid.

本発明に係る化学プロセスは更に別の一実施形態において、前記第2液体の濃度が前記第1液体の濃度より低い。   In still another embodiment of the chemical process according to the present invention, the concentration of the second liquid is lower than the concentration of the first liquid.

本発明に係る化学プロセスは更に別の一実施形態において、前記吐出工程において、前記液膜と前記ノズルとの距離を変更することにより、第2液滴における前記第1液体と前記第2液体との混合比を変更する。   In yet another embodiment of the chemical process according to the present invention, in the ejection step, the first liquid and the second liquid in the second liquid droplet are changed by changing a distance between the liquid film and the nozzle. Change the mixing ratio.

本発明に係る化学プロセスは更に別の一実施形態において、前記吐出工程において、前記液膜と前記ノズルとの距離を変更することにより、前記液膜を通過した前記第2液滴の大きさを、前記ノズルから吐出された第1液滴の大きさから変更する。   In yet another embodiment of the chemical process according to the present invention, in the ejection step, the size of the second droplet that has passed through the liquid film is changed by changing a distance between the liquid film and the nozzle. The size of the first droplet ejected from the nozzle is changed.

本発明によれば、微小液滴の化学反応、混合、分散等の他の液体との相互作用の場を提供することができる。さらに、ノズル内供給液の流動性や吐出性を損なうこと無く、且つ、対象物によらず或いは対象物に前処理を施す必要も無く対象物に着弾した液滴が目的の機能を発揮し得る新規な化学プロセスを提供することができる。より具体的には、例えば、本発明ではインクジェット液滴(第1成分)の飛翔中に液膜の液体(第2成分)と混合させ、飛翔中に化学反応等を進行させることで変性させ、液滴が対象物の規定された位置に着弾した際に、目的の機能を発揮し得る。このようなプロセスは、対象物の表面に予め前処理によって塗布しておいた第2成分と、ノズルから吐出された液滴の第1成分とが、対象物表面で初めて化学反応する従来技術では成し得ない作用効果を有する新規なプロセスである。   According to the present invention, it is possible to provide a field of interaction with other liquids such as chemical reaction, mixing, and dispersion of microdroplets. Furthermore, the liquid droplets that have landed on the object can perform the intended function without impairing the fluidity and dischargeability of the supply liquid in the nozzle, and without depending on the object or needing to perform pretreatment on the object. New chemical processes can be provided. More specifically, for example, in the present invention, it is mixed with a liquid film liquid (second component) during the flight of the inkjet droplet (first component), and denatured by causing a chemical reaction or the like to proceed during the flight, The target function can be exhibited when the liquid droplets land on a specified position of the object. In such a process, the second component previously applied to the surface of the object by pretreatment and the first component of the droplets discharged from the nozzle are chemically reacted for the first time on the surface of the object. It is a novel process with operational effects that cannot be achieved.

インクジェットストリッピング装置を示す概略図である。It is the schematic which shows an inkjet stripping apparatus. インクジェットストリッピング装置の液膜保持部とプリントヘッド及び対象面を示す概略図である。It is the schematic which shows the liquid film holding | maintenance part, print head, and object surface of an inkjet stripping apparatus. 液膜保持部の斜視図である。It is a perspective view of a liquid film holding | maintenance part. 液膜保持部の平面図(左図)及び断面図(右図)である。It is a top view (left figure) and sectional drawing (right figure) of a liquid film holding | maintenance part. ノズルから液膜までの距離に対する液滴の総付着面積の液膜なしの場合に対する比の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of ratio with respect to the case where there is no liquid film of the total adhesion area of the droplet with respect to the distance from a nozzle to a liquid film. 液滴の総付着面積に対する液膜から取り込んだ粒子の数の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the number of the particles taken in from the liquid film with respect to the total adhesion area of a droplet.

本発明に係るインクジェット法を用いた化学プロセスの実施形態について説明する。本実施形態に係るインクジェット法を用いた化学プロセスは、第1液体を含む第1液滴をインクジェット法によりノズルから吐出させる吐出工程と、ノズルから吐出した第1液滴を、第2液体を含む液膜に通過させて、第1液体と第2液体とを含む第2液滴とする液膜通過工程と、液膜通過時、又は、液膜通過後の第2液滴の飛翔時に、第2液滴を、第1液体及び第2液体に対して変性させる変性工程とを有する。   An embodiment of a chemical process using the ink jet method according to the present invention will be described. The chemical process using the ink jet method according to the present embodiment includes a discharge step of discharging the first liquid droplet including the first liquid from the nozzle by the ink jet method, and the second liquid including the first liquid droplet discharged from the nozzle. A liquid film passing step for passing through the liquid film to form a second liquid droplet containing the first liquid and the second liquid; and when the second liquid droplet passes through the liquid film, And a denaturing step for denaturing the two droplets with respect to the first liquid and the second liquid.

本実施形態に係る化学プロセスは、インクジェット法を用いているため、第1液滴と第2液滴との微小反応場を提供することができる。さらに、本実施形態に係る化学プロセスは、ノズルから吐出させた第1液滴が、対象物に着弾する前に、すなわち、第1液滴の飛翔中に第2液滴と混合して変性する。このため、ノズルの流路内ではノズルの目詰まりを防止するような粘度の低い液体、さらには粒子を含まない液体としておくことができる。また、対象物に着弾する前には、変性することによって粘性を高め、対象物に着弾した際に染み込まないような液体とすることができる。   Since the chemical process according to the present embodiment uses an ink jet method, a minute reaction field between the first droplet and the second droplet can be provided. Furthermore, in the chemical process according to the present embodiment, the first droplet discharged from the nozzle is denatured by mixing with the second droplet before landing on the object, that is, during the flight of the first droplet. . For this reason, in the flow path of a nozzle, it can be set as the liquid with low viscosity which prevents clogging of a nozzle, and also the liquid which does not contain a particle | grain. Further, before landing on the object, the viscosity can be increased by denaturation so that the liquid does not penetrate when it hits the object.

本発明において、第1液滴が飛翔中に元の性質から変性するが、当該「変性」とは、液体が量的及び/又は質的に変化、或いは、その形態が変化することを示す。例えば、第1液滴の第1液体が第2液体と混合することで、濃度、粘性、密度、誘電率、透磁率、磁化率、導電率、電気抵抗、熱伝導率、比熱、沸点、融点、組成、反応性等の熱的・電気的・機械的・化学的性質が変化すること等が挙げられる。また、第1液体と第2液体とを同種の液体とし、第1液滴の第1液体が第2液体と混合して液膜を通過することで、第1液滴の大きさを大きくすることもできるし、逆に小さくすることもできる。さらに、第1液体と第2液体とを同種の液体とし、第2液体の濃度を第1液体の濃度より低くすることで、ノズルから吐出した液体を薄めて粘度を下げて、分散させることもできる。これらは、後述するように、第1液体と第2液体の組成や濃度を変更したり、第2液体に粒子を含ませたり、ノズルと液膜との間の距離を変更することで、各目的に応じた第2液滴を調整することで達成される。   In the present invention, the first droplet is denatured from its original properties during flight, and the “denaturation” indicates that the liquid changes quantitatively and / or qualitatively or its form changes. For example, when the first liquid of the first droplet is mixed with the second liquid, the concentration, viscosity, density, dielectric constant, magnetic permeability, magnetic susceptibility, electrical conductivity, electrical resistance, thermal conductivity, specific heat, boiling point, melting point And changes in thermal, electrical, mechanical and chemical properties such as composition and reactivity. Further, the first liquid and the second liquid are the same type of liquid, and the first liquid of the first liquid droplet is mixed with the second liquid and passes through the liquid film, thereby increasing the size of the first liquid droplet. Can also be reduced. Furthermore, the first liquid and the second liquid may be the same type of liquid, and the concentration of the second liquid may be lower than the concentration of the first liquid, so that the liquid discharged from the nozzle is thinned to reduce the viscosity and be dispersed. it can. As will be described later, these can be achieved by changing the composition and concentration of the first liquid and the second liquid, including particles in the second liquid, or changing the distance between the nozzle and the liquid film. This is achieved by adjusting the second droplet according to the purpose.

本実施形態に係る化学プロセスは、液膜通過工程において、ノズルから吐出した第1液滴を、1種又は2種以上の粒子が含まれた第2液体を含む液膜に通過させて、第1液体と1種又は2種以上の粒子が含まれた第2液体とを含む第2液滴としてもよい。   In the chemical process according to the present embodiment, in the liquid film passage step, the first droplet discharged from the nozzle is passed through the liquid film containing the second liquid containing one kind or two or more kinds of particles. It is good also as a 2nd droplet containing the 1st liquid and the 2nd liquid containing 1 type, or 2 or more types of particle | grains.

対象物に粒子を含んだ液滴を着弾させたいときに、ノズル内の液滴に粒子を含ませた場合は、その粒子自体が原因で、又は、その粒子と液滴との反応による物性の変化によって、ノズルの目詰まりが生じてしまう。これに対し、上記構成によれば、ノズル内の液滴が粒子を含まない状態とし、そのままノズルから吐出させ、飛翔中に液膜に含まれた粒子を取り込むことで、対象物に着弾する際には目的の粒子を含んだ状態となっている、又は、液滴が粒子と反応して目的の物性となっている。ここで、「粒子」とは、特に限定されず、固体、液体、又は気体のいずれであってもよい。具体的には、バイオファブリケーションに係る利用においては動物細胞であり、第2液滴をマイクロカプセルとする場合はその中心物となるものであってもよい。また、対象物に着弾する際に粘性を上げておくために、第1液体と反応させる種々の化学物質であってもよい。この場合は、例えば、第1液体には重合反応の開始剤が含まれており、第2液体には重合反応の原料であるモノマーが含まれており、これらで重合反応を液膜通過時又は飛翔中に進行させるものであってもよい。   When it is desired to land a droplet containing particles on the object, if the droplet is contained in the droplet in the nozzle, the physical properties of the particle itself or due to the reaction between the particle and the droplet The change causes nozzle clogging. On the other hand, according to the above configuration, when the droplet in the nozzle does not contain particles, it is ejected from the nozzle as it is, and the particles contained in the liquid film are captured during the flight, so that the object is landed. Is in a state containing the target particles, or the droplets react with the particles to have the target physical properties. Here, the “particle” is not particularly limited, and may be solid, liquid, or gas. Specifically, in the use related to biofabrication, it is an animal cell, and when the second droplet is a microcapsule, it may be a central object. In addition, various chemical substances that react with the first liquid may be used in order to increase the viscosity when landing on the object. In this case, for example, the first liquid contains an initiator for the polymerization reaction, and the second liquid contains a monomer that is a raw material for the polymerization reaction. You may make it progress during flight.

本実施形態に係る化学プロセスは、吐出工程において、液膜とノズルとの距離を変更してもよい。このような構成により、第2液滴における第1液体と第2液体との混合比を目的に応じて変更することができる。また、第1液体と前記第2液体とを同種の液体とし、吐出工程において、液膜とノズルとの距離を変更することにより、液膜を通過した第2液滴の大きさを、ノズルから吐出された第1液滴の大きさから変更することで、第1液滴の大きさを大きくすることもできるし、逆に小さくすることもできる。具体的には、液膜とノズルとの距離が近いと、液膜へ飛翔する第1液滴の速度が大きくなり、液膜通過後の巨大な第2液滴となる。一方、液膜とノズルとの距離が遠いと液膜へ飛翔する第1液滴の速度が小さくなり、液膜通過後の第2液滴が小さくなる。   In the chemical process according to the present embodiment, the distance between the liquid film and the nozzle may be changed in the ejection step. With such a configuration, the mixing ratio of the first liquid and the second liquid in the second droplet can be changed according to the purpose. In addition, by changing the distance between the liquid film and the nozzle in the discharging step, the size of the second liquid droplet that has passed through the liquid film is changed from the nozzle by making the first liquid and the second liquid the same type of liquid. By changing from the size of the ejected first droplet, the size of the first droplet can be increased or conversely reduced. Specifically, when the distance between the liquid film and the nozzle is short, the speed of the first droplet flying to the liquid film increases, resulting in a huge second droplet after passing through the liquid film. On the other hand, if the distance between the liquid film and the nozzle is long, the speed of the first droplet flying to the liquid film becomes small, and the second droplet after passing through the liquid film becomes small.

具体的には、ノズルから吐出した第1液滴を、対象物に濃度を下げて分散したい場合、第1液体と第2液体とを同種の液体とし、第2液体の濃度を第1液体の濃度より低くすることで、ノズルから吐出した第1液滴が液膜を通過する際に、第2液体と混合することで濃度が薄まり、液膜の通過後に分散させることができる。   Specifically, when the first droplet discharged from the nozzle is to be dispersed at a reduced concentration on the target, the first liquid and the second liquid are the same type of liquid, and the concentration of the second liquid is the same as that of the first liquid. By making it lower than the concentration, when the first droplet discharged from the nozzle passes through the liquid film, the concentration is reduced by mixing with the second liquid and can be dispersed after passing through the liquid film.

また、ノズルから吐出した第1液滴の大きさを大きくしたい場合、第1液体と第2液体とを同種の液体とし、ノズルと液膜との距離を短くすることで、液膜を通過する際の第1液滴の速度が大きくなり、勢いが増すことで第1液滴が液膜の第2液体をより多く奪って通過することができる。このため、第1液滴の大きさが、吐出時よりも大きくなる。逆に、ノズルから吐出した第1液滴の大きさを小さくしたい場合、第1液体と第2液体とを同種の液体とし、ノズルと液膜との距離を長くすることで、液膜を通過する際の第1液滴の速度が小さくなり、勢いを失うことで第1液滴が液膜の第2液体に一部を奪われて通過する。このため、第1液滴の大きさが、吐出時よりも小さくなる。   Further, when it is desired to increase the size of the first droplet ejected from the nozzle, the first liquid and the second liquid are made of the same kind of liquid, and the distance between the nozzle and the liquid film is shortened to pass through the liquid film. When the speed of the first droplet increases and the momentum increases, the first droplet can take more second liquid in the liquid film and pass through. For this reason, the magnitude | size of a 1st droplet becomes larger than the time of discharge. Conversely, when it is desired to reduce the size of the first droplet discharged from the nozzle, the first liquid and the second liquid are the same kind of liquid, and the distance between the nozzle and the liquid film is increased to pass through the liquid film. The speed of the first droplet at the time is reduced, and when the momentum is lost, the first droplet is partially taken away by the second liquid of the liquid film and passes. For this reason, the size of the first droplet is smaller than that during ejection.

次に、本発明の化学プロセスを行うための装置について説明する。本発明のインクジェット法を用いた化学プロセスは、特に限定されないが、例えば図1に示すようなインクジェットストリッピング装置1によって行うことができる。また、図2に、インクジェットストリッピング装置1の液膜保持部30とプリントヘッド11及び対象面40を示す概略図を示す。図1に示すように、インクジェットストリッピング装置1は、インクジェット吐出装置10と、液膜形成装置20とを主な構成要素として有している。また、対象面40は、綿によって形成された平織りの布である。   Next, an apparatus for performing the chemical process of the present invention will be described. Although the chemical process using the inkjet method of the present invention is not particularly limited, it can be performed by, for example, an inkjet stripping apparatus 1 as shown in FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the liquid film holding unit 30, the print head 11, and the target surface 40 of the inkjet stripping apparatus 1. As shown in FIG. 1, the ink jet stripping apparatus 1 has an ink jet discharge apparatus 10 and a liquid film forming apparatus 20 as main components. The target surface 40 is a plain weave cloth made of cotton.

インクジェット吐出装置10は、通常印字装置に用いられているものであり、サーマル方式と呼ばれる方式を用いている。インクジェット吐出装置10は、インクの詰まった微細管内にインクジェットヒータの矩形パルス加熱により気泡を発生させてインク(液滴)を吐出する装置である。   The inkjet discharge apparatus 10 is normally used in a printing apparatus, and uses a method called a thermal method. The ink jet ejection device 10 is a device that ejects ink (droplets) by generating bubbles by rectangular pulse heating of an ink jet heater in a fine tube filled with ink.

インクジェット吐出装置10は、二軸方向(XY方向)に移動可能なプリントヘッド11、プリントヘッド11に設けられたノズル12、プリントヘッド11の移動を制御するXY軸自動微動装置14を主な構成要素としている。プリントヘッド11にはインクタンク13が設けられている。ノズル12の口径は例えば60μmとすることができる。ノズル12が設けられたプリントヘッド11は、XY軸自動微動装置14に取り付けられており、これにより噴出位置が制御されている。
インクタンク13には第1液体L1が充填されており、ノズル12からは第1液体L1を含む第1液滴D1が吐出されるようになっている。
The inkjet discharge apparatus 10 includes a print head 11 that can move in two axial directions (XY directions), a nozzle 12 provided in the print head 11, and an XY axis automatic fine movement device 14 that controls the movement of the print head 11. It is said. The print head 11 is provided with an ink tank 13. The diameter of the nozzle 12 can be set to 60 μm, for example. The print head 11 provided with the nozzles 12 is attached to an XY-axis automatic fine movement device 14, and the ejection position is controlled thereby.
The ink tank 13 is filled with the first liquid L1, and the first liquid droplet D1 containing the first liquid L1 is ejected from the nozzle 12.

ノズル12は、ノズル12と液膜Fとの距離d1を変更するためのノズル移動機構17を備えている。図2に示すように、インクジェットストリッピング装置1は、液膜保持部30と対象面40との間の空間に紫外線を照射するための紫外線照射装置18を備えている。   The nozzle 12 includes a nozzle moving mechanism 17 for changing the distance d1 between the nozzle 12 and the liquid film F. As shown in FIG. 2, the ink jet stripping apparatus 1 includes an ultraviolet irradiation device 18 for irradiating a space between the liquid film holding unit 30 and the target surface 40 with ultraviolet rays.

また、インクジェット吐出装置10には、矩形パルスを発生させるためのファンクションジェネレータ15、及び矩形パルスを増幅するための高速パワーアンプ16が設けられている。   Further, the inkjet discharge apparatus 10 is provided with a function generator 15 for generating a rectangular pulse and a high-speed power amplifier 16 for amplifying the rectangular pulse.

次に、液膜形成装置20について説明する。液膜形成装置20は、第2液体L2を液膜形成装置20内に循環させるための循環手段を有している。液膜形成装置20は、液膜を形成するための液膜保持部30、第2液体L2を貯留するためのタンク22、タンク22より第2液体L2を吸い上げたり、第2液体L2の流量を調整したりするためのポンプ23a(流入側)、23b(流出側)、バルブ24a(流入側)、24b(流出側)、第2液体L2を循環させるためのチューブ25を主な構成要素としている。   Next, the liquid film forming apparatus 20 will be described. The liquid film forming apparatus 20 has a circulation means for circulating the second liquid L2 into the liquid film forming apparatus 20. The liquid film forming apparatus 20 sucks up the second liquid L2 from the liquid film holding unit 30 for forming the liquid film, the tank 22 for storing the second liquid L2, the tank 22, and the flow rate of the second liquid L2. The main components are a pump 23a (inflow side), 23b (outflow side), a valve 24a (inflow side), 24b (outflow side) for adjusting and a tube 25 for circulating the second liquid L2. .

液膜保持部30は、第2液体L2を流入・排出する、流入管部31及び排出管部32を一体に備えており、この流入管部31と排出管部32との間に液膜Fを形成する構成となっている。流入管部31とタンク22とはチューブ25によって接続されており、当該チューブ25には、バルブ24aとポンプ23aが設けられている。排出管部32とタンク22とはチューブ25によって接続されており、当該チューブ25には、バルブ24bとポンプ23bが設けられている。   The liquid film holding part 30 is integrally provided with an inflow pipe part 31 and a discharge pipe part 32 for inflowing and discharging the second liquid L2, and the liquid film F is interposed between the inflow pipe part 31 and the discharge pipe part 32. It is the structure which forms. The inflow pipe portion 31 and the tank 22 are connected by a tube 25, and the tube 25 is provided with a valve 24a and a pump 23a. The discharge pipe section 32 and the tank 22 are connected by a tube 25, and the tube 25 is provided with a valve 24b and a pump 23b.

図3に液膜保持部30の斜視図を示し、図4に液膜保持部30の平面図(左図)及び断面図(右図)を示す。
図3及び図4に示すように、液膜保持部30は、一面30a、及び他面30bを有する断面矩形の管に開口部33が形成された構成である。液膜保持部30の断面は、偏平形状であり、流路幅Wに対して流路高さHが十分小さくなるように形成されている。開口部33は円形であり、液膜保持部30の一面30aと他面30bとを貫通するように形成されている。また、液膜保持部30の板厚Tは0.1mmである。
この液膜保持部30は、十分に薄い偏平形状の管に第2液体L2を流動させることによって、開口部33に液膜Fを形成する構成である。
FIG. 3 shows a perspective view of the liquid film holding unit 30, and FIG. 4 shows a plan view (left view) and a cross-sectional view (right view) of the liquid film holding unit 30.
As shown in FIGS. 3 and 4, the liquid film holding unit 30 has a configuration in which an opening 33 is formed in a tube having a rectangular cross section having one surface 30 a and another surface 30 b. The cross section of the liquid film holding part 30 has a flat shape and is formed so that the flow path height H is sufficiently smaller than the flow path width W. The opening 33 is circular and is formed so as to penetrate the one surface 30 a and the other surface 30 b of the liquid film holding unit 30. Further, the plate thickness T of the liquid film holding unit 30 is 0.1 mm.
The liquid film holding unit 30 is configured to form the liquid film F in the opening 33 by causing the second liquid L2 to flow through a sufficiently thin flat tube.

液膜保持部30の各寸法値は、液膜厚さが最適になるように定められている。液膜厚さが厚いと、インクジェット吐出装置10から吐出された液滴は、液膜Fを貫通することができない。液膜Fが薄い場合には、液膜表面からの蒸発により、液膜が破断しやすくなると考えられる。   Each dimension value of the liquid film holding | maintenance part 30 is defined so that a liquid film thickness may become optimal. When the liquid film thickness is thick, the liquid droplets ejected from the inkjet ejection device 10 cannot penetrate the liquid film F. When the liquid film F is thin, it is considered that the liquid film is easily broken by evaporation from the surface of the liquid film.

次に、上述したような厚さを有する液膜Fを形成できるように、液膜保持部30の各寸法値を決定した。開口部33の直径Dに関しては、大き過ぎると液膜Fはその中心から薄くなり、液膜Fが短時間で割れやすく、小さ過ぎると液膜Fが十分に薄くならない傾向にあるので、適宜その範囲を選択・設定すればよい。また、流路高さH、及び流路幅Wについても安定して液膜Fが形成される寸法とすればよい。   Next, each dimension value of the liquid film holding | maintenance part 30 was determined so that the liquid film F which has thickness as mentioned above could be formed. As for the diameter D of the opening 33, the liquid film F becomes thinner from the center if it is too large, the liquid film F tends to break in a short time, and if it is too small, the liquid film F tends not to be sufficiently thin. Select and set the range. Further, the flow path height H and the flow path width W may be dimensions that allow the liquid film F to be formed stably.

次に、インクジェットストリッピング装置1を用いて行う本発明の化学プロセスの例について説明する。ここでは、例として、微量の開始剤とモノマーとを反応させる化学プロセスについて説明する。   Next, an example of the chemical process of the present invention performed using the ink jet stripping apparatus 1 will be described. Here, as an example, a chemical process for reacting a small amount of an initiator with a monomer will be described.

第1液体L1には第1物質S1が含まれている。第1物質S1は、高分子を合成する重合反応を開始させるために加えられる化合物である開始剤である。また、第2液体L2には第2物質S2が含まれている。第2物質S2は、重合反応の原料であるモノマーである。   The first liquid L1 contains the first substance S1. The first substance S1 is an initiator that is a compound added to start a polymerization reaction for synthesizing a polymer. Further, the second liquid L2 contains the second substance S2. The second substance S2 is a monomer that is a raw material for the polymerization reaction.

まず、液膜形成装置20のポンプ23aがチューブ25を介してタンク22から第2物質S2を含む第2液体L2を吸い上げる。吸い上げられた第2液体L2は、バルブ24aを介して液膜保持部30に流入する。液膜保持部30に第2液体L2が流入すると、開口部33に液膜Fが形成される。また、液膜形成装置20は循環系となっているため、第2液体L2は流動状態となっている。   First, the pump 23a of the liquid film forming apparatus 20 sucks up the second liquid L2 containing the second substance S2 from the tank 22 through the tube 25. The second liquid L2 sucked up flows into the liquid film holding unit 30 through the valve 24a. When the second liquid L <b> 2 flows into the liquid film holding unit 30, a liquid film F is formed in the opening 33. Moreover, since the liquid film forming apparatus 20 is a circulation system, the second liquid L2 is in a fluid state.

また、第2液体L2の流出量は、ポンプ23b、及びバルブ24bによって制御可能である。このように、流入量、及び流出量を独立に制御可能に構成されていることによって、第2液体L2の流動量を正確に制御することが可能となっている。   Further, the outflow amount of the second liquid L2 can be controlled by the pump 23b and the valve 24b. As described above, the flow amount of the second liquid L2 can be accurately controlled by being configured so that the inflow amount and the outflow amount can be independently controlled.

次いで、液膜Fの形成が確認できたら、吐出工程として、インクジェット法により、インクジェット吐出装置10のノズル12から第1物質S1を含む第1液体L1からなる第1液滴D1を吐出する。第1物質S1を含む第1液体L1は粘度が低い開始剤であるため、ノズル12内の流動性や吐出性が損なわれることはない。第1液滴D1は、液膜Fに向かって吐出される。   Next, when the formation of the liquid film F can be confirmed, as a discharge process, the first droplet D1 composed of the first liquid L1 containing the first substance S1 is discharged from the nozzle 12 of the ink jet discharge apparatus 10 by the ink jet method. Since the first liquid L1 containing the first substance S1 is an initiator having a low viscosity, the fluidity and dischargeability in the nozzle 12 are not impaired. The first droplet D1 is discharged toward the liquid film F.

次いで、液膜通過工程として、第1液滴D1が、液膜Fを貫通するように通過する際に液膜Fの一部を取り込み、第2液体L2を含んだ第2液滴D2となる。次いで、反応工程として、第2液滴D2の飛翔中に第2液滴D2の中で重合反応が開始される。即ち、第1物質S1である開始剤と、第2物質S2であるモノマーとの重合反応が開始される。そして、第2液滴D2の飛翔中に反応が進み、飛翔状態の第2液滴D2を構成する液体の粘度は、第1液滴D1と比較して、粘度が10〜100倍以上に増加する。そして、この第2液滴D2が、対象面40に付着する。この間、第2液滴D2には、紫外線照射装置18によって紫外線が照射し、重合反応を促進させることも可能である。   Next, as the liquid film passing step, when the first droplet D1 passes through the liquid film F, a part of the liquid film F is taken in to become the second droplet D2 containing the second liquid L2. . Next, as a reaction step, a polymerization reaction is started in the second droplet D2 during the flight of the second droplet D2. That is, the polymerization reaction of the initiator that is the first substance S1 and the monomer that is the second substance S2 is started. Then, the reaction proceeds during the flight of the second droplet D2, and the viscosity of the liquid constituting the second droplet D2 in the flying state is increased by 10 to 100 times or more compared to the first droplet D1. To do. Then, the second droplet D2 adheres to the target surface 40. Meanwhile, the second droplet D2 can be irradiated with ultraviolet rays by the ultraviolet irradiation device 18 to promote the polymerization reaction.

また、ノズル移動機構17を用いて、ノズル12と液膜Fとの距離d1(及び、自動的に、液膜Fと対象面40との距離d2)を変化させることによって、第2液滴D2における第1液体L1(第1物質S1)と第2液体L2(第2物質S2)の比率、即ち、第1液体L1と第2液体L2との混合比を変更することができる。即ち、第1液滴D1と液膜Fの相互作用の程度を変更することができる。具体的には、ノズル12と液膜Fをとの距離d1が小さいほど、液膜Fを構成する第2液体L2が第1液滴D1に取り込まれる。   Further, by using the nozzle moving mechanism 17 to change the distance d1 between the nozzle 12 and the liquid film F (and automatically the distance d2 between the liquid film F and the target surface 40), the second droplet D2 is obtained. The ratio of the first liquid L1 (first substance S1) to the second liquid L2 (second substance S2), that is, the mixing ratio of the first liquid L1 and the second liquid L2 can be changed. That is, the degree of interaction between the first droplet D1 and the liquid film F can be changed. Specifically, the second liquid L2 constituting the liquid film F is taken into the first droplet D1 as the distance d1 between the nozzle 12 and the liquid film F is smaller.

ノズル12と液膜Fとの距離d1によって、液膜Fを構成する第2液体L2が第1液滴D1に取り込まれる量が変化する。そこで、ここでは、当該変化の作用の詳細について、実験結果に基づいて説明する。   Depending on the distance d1 between the nozzle 12 and the liquid film F, the amount of the second liquid L2 constituting the liquid film F taken into the first droplet D1 varies. Therefore, here, the details of the effect of the change will be described based on experimental results.

本実験においては、開口径60μmのインクジェットノズルの前方0〜70mmの位置に液膜(ドデシル硫酸ナトリウム(SDS):蒸留水:グリセリン=1:59:40)を配置し、液滴(蒸留水、又は60,70,75wt%グリセリン水溶液)を10滴吐出して液膜を貫通させ、貫通した液滴を液膜から3mmはなれた、シリコンオイルを塗布したスライドガラスに付着させた。   In this experiment, a liquid film (sodium dodecyl sulfate (SDS): distilled water: glycerin = 1: 59: 40) was placed at a position 0 to 70 mm in front of an inkjet nozzle having an opening diameter of 60 μm, and droplets (distilled water, Alternatively, 10 drops of 60, 70, 75 wt% glycerin aqueous solution) were ejected to penetrate the liquid film, and the penetrated liquid droplets were attached to a slide glass coated with silicon oil 3 mm away from the liquid film.

図5は、ノズル12と液膜Fとの距離d1に対する第2液滴D2の総付着面積の液膜なしの場合に対する比の変化を示すグラフである。図中、Single-stage pulseとは通常の吐出力条件、Two-stage pulseとは通常より増強した吐出条件を示す。   FIG. 5 is a graph showing a change in the ratio of the total adhesion area of the second droplet D2 to the distance d1 between the nozzle 12 and the liquid film F with respect to the case without the liquid film. In the figure, single-stage pulse indicates normal discharge force conditions, and two-stage pulse indicates discharge conditions enhanced than usual.

図5に示すように、距離d1が大きくなるにつれて、付着面積の割合が減少しているのがわかる。これは吐出後、液滴の速度が空気抵抗により減少し、液体貫通力が減少するためと考えられる。このとき、液膜に固体の微粒子(粒径30μm)を懸濁させておいたところ、付着液滴中に微粒子が多数取り込まれ、つまり液膜成分の液滴への取り込みが生じていた。   As shown in FIG. 5, it can be seen that as the distance d1 increases, the ratio of the adhesion area decreases. This is presumably because the droplet velocity decreases due to air resistance after discharge, and the liquid penetrating force decreases. At this time, when solid fine particles (particle size 30 μm) were suspended in the liquid film, a large number of fine particles were taken into the attached droplets, that is, the liquid film component was taken into the droplets.

図6は液滴の総付着面積に対する付着液滴中に含まれる微粒子の数を表したもので、付着面積が増加するほど微粒子数の増加は緩やかになる傾向があることがわかる。これは液滴が液膜を貫通する速度が大きいほど、液膜から取り込まれる液量が相対的に少なくなることを表している。   FIG. 6 shows the number of fine particles contained in the attached droplet with respect to the total adhesion area of the droplet, and it can be seen that the increase in the number of fine particles tends to be slower as the adhesion area increases. This indicates that the larger the speed at which the droplet penetrates the liquid film, the smaller the amount of liquid taken from the liquid film.

このことから、ノズルから液膜までの距離を変化させることにより、液滴と液膜の相互作用の程度を変化させることができ、よって液滴に取り込まれる液膜成分の相対的割合を変えつつ、液膜と液滴の成分の混合した液滴を対象物に付着させることが可能と考えられる。   From this, by changing the distance from the nozzle to the liquid film, the degree of interaction between the liquid droplet and the liquid film can be changed, thus changing the relative proportion of liquid film components taken into the liquid droplet It is considered possible to attach a droplet in which a liquid film and droplet components are mixed to an object.

上記実施形態によれば、第2液滴D2の飛翔中に物質を化学反応させることによって、従来のインクジェット法では付与し得なかった機能を飛翔中の液滴に付与することができる。即ち、第1物質S1である開始剤と、第2物質S2であるモノマーとの重合反応によって、従来のインクジェット法では、吐出することのできない高粘度の物質を液滴として飛翔させることができる。このため、対象物に染み込まず、印刷分野で利用する場合には印刷の滲みを良好に抑制することができる。   According to the above-described embodiment, a function that cannot be imparted by the conventional ink jet method can be imparted to the flying droplet by causing a chemical reaction of the substance during the flight of the second droplet D2. That is, a high-viscosity substance that cannot be ejected by the conventional ink jet method can be ejected as droplets by a polymerization reaction between the initiator that is the first substance S1 and the monomer that is the second substance S2. For this reason, when it uses in a printing field | area, it does not penetrate | infiltrate a target object, but it can suppress the blur of printing favorably.

また、インクジェット法を用いて、第1液滴D1を高速、高頻度で吐出し、液膜Fを通過させることで生成された第2液滴D2内で第1物質S1と第2物質S2との少なくとも一方を化学反応させることによって、より容易に微小な化学反応場を形成することができる。   In addition, the first material S1 and the second material S2 are generated in the second droplet D2 generated by ejecting the first droplet D1 at high speed and high frequency and passing through the liquid film F using the inkjet method. By chemically reacting at least one of these, a fine chemical reaction field can be formed more easily.

また、微小、かつ大きさが均一な機能性粒子(マイクロカプセル)を大量に製造することができる。また、インクジェット法を用いて液滴を吐出するため、機能性粒子を規則的に配置することができる。また、第2液体L2にはインクジェットによる熱の影響が及ぼされないため、第2液体L2には熱の影響を受け易い液体を採用することができる。   In addition, a small amount of functional particles (microcapsules) having a uniform size can be produced in large quantities. Further, since the droplets are ejected using the ink jet method, the functional particles can be regularly arranged. In addition, since the second liquid L2 is not affected by heat from the ink jet, a liquid that is easily affected by heat can be used as the second liquid L2.

また、上記重合反応では、第1物質S1を開始剤、第2物質S2をモノマーとし、第2液滴D2の内部で重合体を生じさせることとしたが、第1物質S1をモノマーとし、第2物質S2を開始剤とすることも可能である。また、第1液体L1と第2液体L2との両方にモノマーを含ませることもできる。   In the polymerization reaction, the first substance S1 is used as an initiator, the second substance S2 is used as a monomer, and a polymer is generated inside the second droplet D2. However, the first substance S1 is used as a monomer, It is also possible to use two substances S2 as an initiator. Moreover, a monomer can also be included in both the 1st liquid L1 and the 2nd liquid L2.

また、低分子化合物を生じさせる反応においては、第1物質S1にまたは第2物質S2のいずれか一方を反応基質、他方を触媒とすることで、第2液滴D2の内部で反応基質を反応させて生成物を得ることができる。また、第1物質S1と第2物質S2とに反応基質を採用し、第1物質S1と第2物質S2とを化学反応させ、生成物を得ることとしてもよい。   In the reaction for generating the low molecular weight compound, either the first substance S1 or the second substance S2 is used as a reaction substrate, and the other is used as a catalyst, so that the reaction substrate is reacted inside the second droplet D2. To obtain a product. Alternatively, a reaction substrate may be employed for the first substance S1 and the second substance S2, and the first substance S1 and the second substance S2 may be chemically reacted to obtain a product.

また、イオン結合を生じさせる反応においては、第1物質S1と第2物質S2とのいずれか一方を陽イオン、他方を陰イオンとすることで、第2液滴D2の内部で塩を生じさせることができる。   Further, in the reaction for generating the ionic bond, a salt is generated inside the second droplet D2 by using one of the first substance S1 and the second substance S2 as a cation and the other as an anion. be able to.

また、配位結合を生じさせる反応においては、第1物質S1と第2物質S2とのいずれか一方を配位子、他方を金属イオンとすることで、第2液滴D2の内部で錯体を生じさせることができる。   Further, in the reaction that causes the coordination bond, the complex is formed inside the second droplet D2 by using either one of the first substance S1 and the second substance S2 as a ligand and the other as a metal ion. Can be generated.

インクジェットストリッピング装置1を用いて行う本発明の化学プロセスの、その他の利用例としては、人工組織の構築(バイオファブリケーション)分野での利用が挙げられる。本発明の化学プロセスをバイオファブリケーション分野で利用する場合、目詰まりの原因となる細胞を含まない第1液体L1の第1液滴D1をノズル12から吐出させ、細胞を含む第2液体L2の液膜Fを通過させる。これによって第1液滴D1が飛翔中に細胞を取り込んで第2液滴D2となる。第2液滴D2が対象物に着弾した後、流動しないようにゲル化させるための2種類の反応成分をそれぞれ第1液滴D1の第1液体L1及び対象物に、或いは、液膜Fの第2液体L2及び対象物に含ませておくことで、細胞を含んだ溶液を対象物に規則配置することができる。   As another example of use of the chemical process of the present invention performed using the ink jet stripping apparatus 1, use in the field of artificial tissue construction (biofabrication) can be mentioned. When the chemical process of the present invention is used in the field of biofabrication, the first liquid droplet D1 of the first liquid L1 that does not include cells that cause clogging is ejected from the nozzle 12, and the second liquid L2 that includes cells is discharged. The liquid film F is passed through. As a result, the first droplet D1 takes in cells during flight and becomes the second droplet D2. After the second droplet D2 has landed on the object, two kinds of reaction components for gelation so as not to flow are applied to the first liquid L1 and the object of the first droplet D1 or the liquid film F, respectively. By including in the second liquid L2 and the object, a solution containing cells can be regularly arranged on the object.

さらに、インクジェットストリッピング装置1を用いて行う本発明の化学プロセスの、その他の利用例としては、第1液体L1と第2液体L2とを同種の液体とする利用が挙げられる。これらは、ノズル12から吐出する第1液滴D1を、濃度を下げて分散したい場合、大きさを大きく或いは小さくしたい場合、何らかの粒子を含んだ液滴としたい場合に有効である。   Furthermore, as another example of use of the chemical process of the present invention performed using the ink jet stripping apparatus 1, use of the first liquid L1 and the second liquid L2 as the same kind of liquid can be mentioned. These are effective when the first droplet D1 discharged from the nozzle 12 is desired to be dispersed at a reduced concentration, when the size is desired to be increased or decreased, or when the droplet is desired to contain a certain particle.

具体的には、ノズル12から吐出した第1液滴D1を、対象物に濃度を下げて分散したい場合、第1液体L1と第2液体L2とを同種の液体とし、第2液体L2の濃度を第1液体L1の濃度より低くすることで、ノズル12から吐出した第1液滴D1が液膜Fを通過する際に、第2液体L2と混合することで濃度が薄まり、液膜Fの通過後に分散する。   Specifically, when the first liquid droplet D1 discharged from the nozzle 12 is to be dispersed at a reduced concentration on the target, the first liquid L1 and the second liquid L2 are the same type of liquid, and the concentration of the second liquid L2 Is lower than the concentration of the first liquid L1, and when the first droplet D1 ejected from the nozzle 12 passes through the liquid film F, the concentration is reduced by mixing with the second liquid L2. Disperse after passing.

また、ノズル12から吐出した第1液滴D1の大きさを大きくしたい場合、第1液体L1と第2液体L2とを同種の液体とし、ノズル12と液膜Fとの距離を短くすることで、液膜Fを通過する際の第1液滴D1の速度が大きくなり、勢いが増すことで第1液滴D1が液膜Fの第2液体L2をより多く奪って通過することができる。このため、第1液滴D1の大きさが、吐出時よりも大きくなる。逆に、ノズル12から吐出した第1液滴D1の大きさを小さくしたい場合、第1液体L1と第2液体L2とを同種の液体とし、ノズル12と液膜Fとの距離を長くすることで、液膜Fを通過する際の第1液滴D1の速度が小さくなり、勢いを失うことで第1液滴D1が液膜Fの第2液体L2に一部を奪われて通過する。このため、第1液滴D1の大きさが、吐出時よりも小さくなる。   Further, when it is desired to increase the size of the first droplet D1 discharged from the nozzle 12, the first liquid L1 and the second liquid L2 are made of the same type of liquid, and the distance between the nozzle 12 and the liquid film F is shortened. The speed of the first droplet D1 when passing through the liquid film F increases, and the momentum increases, so that the first droplet D1 can take more second liquid L2 of the liquid film F and pass through. For this reason, the magnitude | size of the 1st droplet D1 becomes larger than the time of discharge. Conversely, when it is desired to reduce the size of the first droplet D1 discharged from the nozzle 12, the first liquid L1 and the second liquid L2 are made of the same type of liquid, and the distance between the nozzle 12 and the liquid film F is increased. Thus, the speed of the first droplet D1 when passing through the liquid film F is reduced, and the first droplet D1 is partially taken away by the second liquid L2 of the liquid film F by losing momentum. For this reason, the size of the first droplet D1 is smaller than that during ejection.

さらに、ノズル12から吐出した第1液滴D1を、何らかの粒子を含んだ液滴としたい場合、第1液体L1と第2液体L2とを同種の液体とし、液膜Fを構成する第2液体D2中に所定の粒子を含ませておく。これにより、液膜Fを通過する際、第1液滴が粒子を奪い、液滴中に包含することで、飛翔中に所定の粒子を含んだ液滴とすることができる。   Further, when the first droplet D1 discharged from the nozzle 12 is desired to be a droplet containing some particles, the first liquid L1 and the second liquid L2 are the same type of liquid, and the second liquid that forms the liquid film F is used. Predetermined particles are included in D2. Thereby, when passing through the liquid film F, the first droplet takes the particles and includes them in the droplets, so that the droplets can include the predetermined particles during the flight.

上述のように種々の利用例を挙げたが、インクジェットストリッピング装置1を用いて行う本発明の化学プロセスは、単に印刷にとどまらず、エッチングを使用しない基板回路の作製、マイクロレンズ、規定の並びのDNAを作製するためのマイクロマニピュレータ、三次元CADで設計された立体構造体の作製、細胞の規則配列による人工組織の構築(バイオファブリケーション)等、多彩な分野で用いることができる。そして、このような種々の分野において、微小液滴の化学反応、混合、分散等の他の液体との相互作用の場を提供することができる。さらに、ノズル内供給液の流動性や吐出性を損なうこと無く、且つ、対象物によらず或いは対象物に前処理を施す必要も無く対象物に着弾した液滴が目的の機能を発揮し得る新規な化学プロセスを提供することができる。   As described above, various application examples have been described. However, the chemical process of the present invention performed using the ink jet stripping apparatus 1 is not limited to printing, but includes the production of a substrate circuit that does not use etching, a microlens, and a prescribed arrangement. It can be used in various fields such as micromanipulators for producing DNA, production of three-dimensional structures designed by three-dimensional CAD, and construction of artificial tissues by regular cell arrangement (biofabrication). In such various fields, it is possible to provide a field of interaction with other liquids such as chemical reaction, mixing, and dispersion of microdroplets. Furthermore, the liquid droplets that have landed on the object can perform the intended function without impairing the fluidity and dischargeability of the supply liquid in the nozzle, and without depending on the object or needing to perform pretreatment on the object. New chemical processes can be provided.

D1 第1液滴
D2 第2液滴
F 液膜
L1 第1液体
L2 第2液体
S1 第1物質(粒子)
S2 第2物質(粒子)
12 ノズル
D1 First droplet D2 Second droplet F Liquid film L1 First liquid L2 Second liquid S1 First substance (particle)
S2 Second substance (particles)
12 nozzles

Claims (8)

第1液体を含む第1液滴をインクジェット法によりノズルから吐出させる吐出工程と、
前記ノズルから吐出した第1液滴を、第2液体を含む液膜に通過させて、前記第1液体と前記第2液体とを含む第2液滴とする液膜通過工程と、
前記液膜通過時、又は、前記液膜通過後の前記第2液滴の飛翔時に、前記第2液滴を、前記第1液体及び前記第2液体に対して変性させる変性工程と、
を有するインクジェット法を用いた化学プロセス。
A discharge step of discharging the first liquid droplet containing the first liquid from the nozzle by an inkjet method;
A liquid film passing step in which the first droplet discharged from the nozzle is passed through a liquid film containing a second liquid to form a second droplet containing the first liquid and the second liquid;
A denaturing step of denaturing the second droplet with respect to the first liquid and the second liquid at the time of passing through the liquid film, or at the time of flight of the second droplet after passing through the liquid film;
A chemical process using an ink jet method.
前記液膜通過工程において、前記ノズルから吐出した第1液滴を、1種又は2種以上の粒子が含まれた第2液体を含む液膜に通過させて、前記第1液体と前記1種又は2種以上の粒子が含まれた前記第2液体とを含む第2液滴とする請求項1に記載の化学プロセス。   In the liquid film passing step, the first liquid discharged from the nozzle is passed through a liquid film containing a second liquid containing one or more kinds of particles, and the first liquid and the first kind The chemical process according to claim 1, wherein the second liquid droplet includes the second liquid containing two or more kinds of particles. 前記変性が、前記第1液体と前記第2液体との化学反応によって生じる請求項1又は2に記載の化学プロセス。   The chemical process according to claim 1 or 2, wherein the denaturation is caused by a chemical reaction between the first liquid and the second liquid. 前記第1液体には重合反応の開始剤が含まれており、前記第2液体には重合反応の原料であるモノマーが含まれており、
前記化学反応が重合反応である請求項3に記載の化学プロセス。
The first liquid contains an initiator for the polymerization reaction, and the second liquid contains a monomer that is a raw material for the polymerization reaction,
The chemical process according to claim 3, wherein the chemical reaction is a polymerization reaction.
前記第1液体と前記第2液体が同種の液体である請求項1又は2に記載の化学プロセス。   The chemical process according to claim 1 or 2, wherein the first liquid and the second liquid are the same kind of liquid. 前記第2液体の濃度が前記第1液体の濃度より低い請求項5に記載の化学プロセス。   The chemical process according to claim 5, wherein the concentration of the second liquid is lower than the concentration of the first liquid. 前記吐出工程において、前記液膜と前記ノズルとの距離を変更することにより、第2液滴における前記第1液体と前記第2液体との混合比を変更する請求項1〜4のいずれかに記載の化学プロセス。   5. The mixing ratio of the first liquid and the second liquid in the second droplet is changed by changing a distance between the liquid film and the nozzle in the discharging step. The described chemical process. 前記吐出工程において、前記液膜と前記ノズルとの距離を変更することにより、前記液膜を通過した前記第2液滴の大きさを、前記ノズルから吐出された第1液滴の大きさから変更する請求項5又は6に記載の化学プロセス。   In the ejection step, by changing the distance between the liquid film and the nozzle, the size of the second droplet that has passed through the liquid film is changed from the size of the first droplet ejected from the nozzle. The chemical process according to claim 5 or 6 to be modified.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104117674A (en) * 2014-07-21 2014-10-29 国家电网公司 Method for manufacturing electric equipment through combination of 3D printing and traditional manufacturing technology and purpose thereof

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