JP2021179431A

JP2021179431A - 流体吐出ヘッド、デジタル分注デバイスおよび分注方法

Info

Publication number: JP2021179431A
Application number: JP2021079266A
Authority: JP
Inventors: エー．デボード・ブルース; A Deboard Bruce; グレンエデレン・ジョン; Glenn Edelen John; サード・マイケルエー．マーラ; A Marra Michael Iii
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2021-11-18
Also published as: EP4186595A1; EP3909678A3; EP3909678B1; CN113665242A; EP3909678A2; US11090938B1; CN113665242B

Abstract

【課題】基板の目標領域内に１以上の流体を吐出するためのデジタル分注デバイス及び方法。【解決手段】デジタル分注デバイスは、（Ａ）流体吐出器の１以上のアレイを有する、デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドと、（Ｂ）流体吐出ヘッドを基板の目標領域上で第１の方向に移動させるための流体吐出ヘッド並進デバイスであって、流体吐出ヘッド上の流体吐出器の１以上のアレイが第１の方向と平行に配列されている、流体吐出ヘッド並進デバイスと、（Ｃ）１以上の流体吐出器が基板の目標領域と交差するとき、流体吐出器の１以上のアレイ中の１以上の流体吐出器を起動するための、制御デバイスとを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、基板上の正確な領域に入れられたサンプルの分析を実行するため、又は基板上の所定領域に材料の層を築くため、基板の正確な領域上又は領域内に１以上の流体を正確に分注するために用いられる装置及び方法を対象とする。

インクジェットデバイスといったデバイスは、通常、ピコリットルで測定されるインクの非常に小さな液滴を基板上に分注できる。インクジェット印刷の応用において、堆積されるインクのボリュームは比較的少量であり、ボリュームはカラーマッチングや印刷品質といった他の因子ほど重要ではない。典型的なインクジェットプリンタは、約２〜約３μＬ／ｃｍ^２の堆積に制限される。典型的なインクジェットプリントヘッドは、異なるカラー吐出ヘッドに関連付く１以上の流体供給ビアを有し、そこでは吐出ヘッドが図１に示されるような単一の基板上又は複数の基板上に提供される。単一の基板上に吐出ヘッドを位置させることは、吐出ヘッドのコストを低減する利点を有する。インクジェットプリンタのための典型的なプリントヘッド１０は、矢印１４により示されるｘ方向におけるプリントヘッド１０の移動方向に垂直なｙ方向に配列された流体吐出器１２Ａ〜１２Ｄのアレイを有する。

しかし、液体の正確な量を媒体上又は媒体内に分注することを要する他の応用では、流体ボリュームは非常に重要及び／又は重大な因子である。応用によっては、流体のあるボリュームを特定の領域内又は領域上に堆積するよう指定することが好都合である。１つの例は、単一の細胞を含む流体の単一液滴をマイクロウェルプレートのウェル内に分注することである。もう１つの例は、マイクロウェルプレートの３８４個のウェルのそれぞれを満たすといった、多数の流体液滴を小さな領域内に分注することである。従って、マイクロウェルプレートのウェル内に堆積される流体の密度は、２５０μＬ／ｃｍ^２より多い流体を分注することを要する。同様に、ガラススライド上のサンプルを分析するためガラススライド上に流体を堆積させることは、流体の厳密に制御された量がガラススライドの特定領域上に堆積されることを要する。

医療分野では、特に、自動サンプル調製と分析の必要性がある。分析は、比色分析、又は顕微鏡下でサンプルをよりよく観察するためサンプルの染色を要する可能性がある。そのような分析は、薬物サンプル分析、血液サンプル分析等を含む。血液の分析において、例えば、血液は、個人の健康を判断するために用いられるいくつかの異なる因子を提供するために分析される。血液サンプル分析を要する多くの患者が存在する場合、手順は非常に時間を費やすものとなる。また、結果が信頼に足るよう、サンプルの正確な調製の必要性がある。医療分野及び他の分野において、複数サンプルの微量滴定といった、正確且つ再現性のある結果を提供する分析機器を用いることで恩恵を受けることのできるサンプル分析を要する多くの他の状況が存在する。

多くの実験と検査手順にて、マイクロウェルプレート、スライド、その他の基板が使用される。ウェルを充填する処理又はスポッティングは、手作業又は高価な検査機器を用いて行われることが多い。場合によっては、ウェルは手動ピペットで充填される。その他の場合では、マイクロウェルプレートの充填はピペット技術に基づいた高性能自動装置が使用される。そのような自動装置は開放式ウェル分注ヘッドを収容するのみである。開放式ウェル分注ヘッドは、使用前に分注ヘッドの開口内に少量の流体が堆積されなければならない分注ヘッドである。流体は、典型的にピペット又は類似の方法で手動で堆積される。分注ヘッドは、マイクロプレートをＸとＹ方向両方に動かす間、静止して保持される。これら高性能装置は非常に高価である。

マイクロ回路製造の分野では、基板上に回路装置を提供するため、流体を正確な位置に分注することを要する。単位面積毎に分注される流体のボリュームは、典型的に、従来のインクジェット印刷技術によって提供できるものよりもはるかに大きい。場合によっては、結果として得られる材料が所望の回路機能を実行するよう、流体に化学的または物理的変化を提供するため、異なる流体が基板上で一緒に組み合わされる。

マイクロ製造の他の分野でも、基板内又は基板上への流体の正確な堆積を要する可能性がある。このため、基板の単位面積毎に１以上の所定のボリュームを分注するために用いることのできる方法及びデバイスの必要性がある。

図２は、デジタル分注デバイス２０（図４）で用いられるマイクロウェルプレート１８（図３）の単一のウェルを表している。プリントヘッド１０の流体吐出器１２Ａのアレイがプリントヘッド１０の移動方向に垂直に配列されるとき、流体吐出器１２Ａの一部はウェル１６の目標領域２２の外側にあり、このためウェル１６内に流体を吐出するために用いられない。待機中の吐出器アレイ１２Ａ中の流体吐出器は、待機中の流体吐出器に隣接するプリントヘッド１０上で流体が乾燥することにより誤射する可能性がある。また、ウェル１６の側壁に近すぎる吐出器アレイ１２Ａ中の吐出器は、ウェル１６上を吐出器アレイ１２Ａが通過する間に用いられた場合、流体を目標領域の外へ飛び散らせる可能性がある。

従来のプリントヘッド１０の使用は、マイクロウェルプレートのウェル１６を満たす効果的な方法かもしれないが、流体の多量な分注ボリュームを達成するにはプリントヘッド１０の多くの通過を要する。例えば、1インチあたりのドット数（ｄｐｉ）１２００×１２００の解像度で印刷する従来のプリントヘッドの１００個のノズルアレイは、１０，０００滴で正方形を、又は約７，８５３滴で円形を生成できる。１０ピコリットル（ｐＬ）の液滴サイズを用いる場合、正方形は１００，０００ｐＬ（０．１マイクロリットル）を含み、円形は０．０７９マイクロリットルを含む。１マイクロリットルのボリュームを達成するには、正方形でプリントヘッド１０の１０回の繰り返し通過を要し、円形の例ではそれ以上の通過を要する。このため、流体の比較的大きなボリュームを目標領域により正確且つより早く堆積するためのシステム及び方法が必要とされる。

従って、本発明の実施形態は、基板の目標領域内に１以上の流体を吐出するためのデジタル分注デバイスを提供する。デジタル分注デバイスは、（Ａ）流体吐出器の１以上のアレイを有する、デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドと、（Ｂ）流体吐出ヘッドを基板の目標領域上で第１の方向に移動させるための流体吐出ヘッド並進デバイスであって、流体吐出ヘッドの流体吐出器の１以上のアレイが第１の方向と平行に配列されていることと、（Ｃ）１以上の流体吐出器が基板の目標領域を横切るとき、流体吐出器の１以上のアレイ中の１以上の流体吐出器を起動するための、制御装置とを含む。

本発明のもう１つの実施形態は、基板の目標領域内に流体の所定量を分注するための方法を提供する。該方法は、デジタル分注デバイスを提供することを含む。デジタル分注デバイスは、（Ａ）流体吐出器の１以上のアレイを有する、デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドと、（Ｂ）流体吐出ヘッドを基板の目標領域上で第１の方向に移動させるための流体吐出ヘッド並進デバイスであって、流体吐出ヘッドの流体吐出器の１以上のアレイが第１の方向と平行に配列されていることと、（Ｃ）１以上の流体吐出器が基板の目標領域を横切るとき、流体吐出器の１以上のアレイ中の１以上の流体吐出器を起動するための、制御デバイスとを含む。流体吐出ヘッドは、流体の所定量が目標領域に堆積されるまで、流体を目標領域内に吐出するため１以上の流体吐出器を起動させつつ、基板の目標領域上を移動する。

いくつかの実施形態において、流体吐出ヘッドは流体吐出器の２つのアレイを含む。他の実施形態において、流体吐出ヘッドは流体吐出器の３つのアレイを含む。更に他の実施形態において、流体吐出ヘッドは流体吐出器の４つのアレイを含む。

いくつかの実施形態において、流体吐出ヘッドは流体吐出器の４つのアレイを含み、流体吐出器の４つのアレイは２次元マトリックスに配列される。

いくつかの実施形態において、マイクロウェルプレートのウェルの目標領域は、マイクロウェルプレートのウェルの総開口面積よりも５〜５０％小さい。

いくつかの実施形態において、流体吐出器の１以上のアレイの各アレイは、マイクロウェルプレートの１つ以上のウェルにまたがる。他の実施形態において、流体吐出器の１以上のアレイの各アレイは、目標領域よりも大きいスパンを有する。

いくつかの実施形態において、流体分注システムは、基板を第１の方向に垂直な第２の方向に移動するための基板並進機構を含む。他の実施形態において、流体吐出ヘッドが基板を所定回数横切った後、基板は第２の方向にスライド移動(ｉｎｄｅｘ)される。

いくつかの実施形態において、流体は目標領域の中心線に沿ってのみ吐出される。他の実施形態において、１以上の流体吐出器は目標領域の一部においてのみ起動され、これは目標領域の外側への流体の飛び散りを低減する結果となる。

いくつかの実施形態において、流体吐出器の１以上のアレイが目標領域上を通過するとき、流体吐出器の１以上のアレイ中の１以上の流体吐出器の全てが少なくとも１回起動される。

いくつかの実施形態において、目標領域内に流体の最大量を吐出するよう、目標領域上の流体吐出器の動きの最低速度が用いられ、1以上の流体吐出器を起動するための最大周波数が用いられる。

ここで説明されるデバイスと方法は、１以上の流体の正確な量が基板の所定領域に分注される速度を改善する。このため、該システム及び方法は、サンプルの分析を実行するため、及びデジタルデバイスや他のデバイスのマイクロ製造のために用いることができる。

図１は、流体吐出器アレイの配列を示す、先行技術の吐出ヘッドの、縮尺通りではない、平面図である。図２は、基板の目標領域を通過する先行技術の図１の吐出ヘッドの吐出器アレイの、縮尺通りではない、平面図である。図３は、本発明によるデジタル分注デバイスで用いられるためのトレイ内のマイクロウェルプレートの、縮尺通りではない、斜視図である。図４は、本発明によるデジタル分注デバイスの、縮尺通りではない、斜視図である。図５は、流体吐出器アレイの配置を示す、本発明による吐出ヘッドの、縮尺通りではない、平面図である。図６は、本発明による吐出ヘッドのための単一の吐出器アレイの、縮尺通りではない、平面詳細図である。図７は、吐出器がマイクロウェルプレートの単一のウェルを通過するときの図５の吐出ヘッドの吐出器アレイの起動を表す、縮尺通りではない、平面図である。図８は、流体を堆積するための矩形又は円形受け部の目標領域の、縮尺通りではない、概略図である。図９は、基板のいくつかの受け部にまたがる図５の吐出ヘッドの吐出器アレイの、縮尺通りではない、概略図である。図１０は、異なるサイズの目標領域を有する基板のいくつかの矩形受け部にまたがる図５の吐出ヘッドの吐出器アレイの、縮尺通りではない、概略図である。図１１は、異なる流体のためのいくつかの目標領域を有する矩形受け部の、縮尺通りではない、概略図である。図１２は、２つの流体吐出器アレイが受け部の異なる目標領域にまたがる円形受け部の、縮尺通りではない、概略図である。図１３は、２つの流体吐出器アレイが受け部の異なる目標領域にまたがる円形受け部の、縮尺通りではない、概略図である。図１４は、３つの流体吐出器アレイが特定の目標領域を有する２つの異なる円形受け部にまたがる、縮尺通りではない、概略図である。図１５は、図４のデジタル分注デバイス内の流体吐出コントローラの概略図である。

従来のインクジェット印刷デバイスに対し、本発明の実施形態は、以下により詳細に説明される、流体の所定量を目標領域内に分注するためのユニークな流体吐出ヘッドを提供する。流体吐出ヘッドの１つの応用は、デジタル分注デバイス２０を用いて、マイクロウェルプレート１８（図３）のウェル１６内といった、基板上への流体の堆積である。本発明の目的のため、ここで説明される基板はマイクロウェルプレート１８である。ただし、ここで説明されるデバイス及び方法は、ガラススライド、回路基板等を含むがそれらに限定されない適切な基板上への流体の堆積に応用されてよい。

マイクロウェルプレート１８を保持するトレイ３２が並進機構３４により矢印３６により示されるＹ方向にデジタル分注デバイス２０内を移動するとき、本発明の実施形態によると、流体吐出ヘッド３８（図５）はｙ方向に垂直な矢印１４により示されるＸ方向に移動し、流体はマイクロウェルプレート１８の各行４０中のウェル１６内に分注されることができる。図１の従来のプリントヘッドとは異なり、本発明による流体吐出ヘッド３８は、流体吐出ヘッド３８の移動のＸ方向に平行に設けられた吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄを有する。また、吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｃと４２Ｂ〜４２Ｄは、各ウェル１６の中心線に対応する、約４〜約５ｍｍの範囲の距離Ｙで間隔が空けられる。同様に、各吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｂと４２Ｃ〜４２Ｄは約１０００〜約１１００μｍの範囲の距離Ｘで間隔が空けられ、各吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄは約１８００〜約２０００μｍの範囲の長さＬを有する。他の実施形態において、各吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄの長さＬは、各ウェル１６の直径よりも大きくてよい。図６は、流体供給ビア４５の対向する側に設けられた流体吐出ノズル４３Ａと４３Ｂの２つの列を含む吐出器アレイ４２Ａの詳細図である。

流体吐出ヘッド３８の吐出器アレイがウェル１６又は流体堆積のための所定の目標領域よりも大きいとき、吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄのうちの選択部分のみがウェル１６内に流体を堆積するために起動される。図7は、流体吐出ヘッド３８が矢印１４の方向に単一のウェル１６を横切り移動するときの、吐出器アレイ１２ＡにおいてプリミティブＰ１〜Ｐ４により定義された流体吐出器の起動グループのためシーケンスを表す。シーケンスの第１のステップ１において、プリミティブＰ１内の流体吐出器のみがウェル１６内に流体を堆積するため起動される。シーケンスの第２のステップ２において、プリミティブＰ１とＰ２内の流体吐出器が起動される。シーケンスの第３のステップ３において、プリミティブＰ１、Ｐ２、Ｐ３内の流体吐出器が起動される。流体吐出ヘッド３８が矢印１４の方向に移動を継続するにつれ、ステップ４に示されるように、プリミティブＰ２とＰ３内の流体吐出器のみが起動される。シーケンスのステップ５において、プリミティブＰ２、Ｐ３、Ｐ４内の流体吐出器が起動され、ステップ６において、プリミティブＰ３とＰ４内の流体吐出器が起動される。各プリミティブＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各流体吐出器は、流体吐出ヘッド３８が目標領域上を移動するにつれ順に又はランダムに移動されてよい。

所定の目標領域又は基板の受け部内に流体を堆積する精度と速度とを改善するため、流体吐出器の単一のアレイのため以下の仮定を提供する：
１．基板の目標領域内の目標ボリュームはＶ_{ｔａｒｇｅｔ}である。
２．流体吐出ヘッドの速度制限（最低と最高）はＳ_ｍａｘとＳ_ｍｉｎである。
３．吐出器アレイの各流体吐出器により生成される液滴サイズはＶ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}である。
４．吐出器アレイ中の流体吐出器の数はＮである。
５．目標領域における受け部の直径又は受け部の幅はＤ_ｔである。
６．流体吐出器アレイ及び吐出される流体の最大噴射周波数はＦ_ｍａｘである。

流体吐出ヘッド３８が動作中となると、アレイ中の各流体吐出器は目標領域又は受け部を横切る。流体を分注する単一の吐出器アレイについて、アレイは、円形ウェルの場合においてウェル１６の全直径を横切るよう配置される。受け部５０が矩形（図８）の場合、吐出器アレイの配置は重要性が下がるが、矩形受け部５０の中心領域５２を目標とすることがやはり最良の実践である。ただし、吐出器アレイの配置精度、並びに流体噴射のミスディレクション及び潜在的な周辺での流体堆積のため、受け部５０の目標領域５２は実際の受け部５０よりも小さい。目標領域は、デバイス精度並びに吐出器アレイの精度に依存する。同様に、円形受け部５４について、目標領域５６が受け部５４よりも小さい。

吐出器アレイが受け部５０又は５４に相対して移動するとき、上述したプリミティブによる流体吐出器は、「先入先出」方式で、目標領域５２又は５６に１つずつ進入し、その後目標領域を１つずつ離れる。ノズルアレイ中にただ１つの流体吐出器のみであるとすると、流体吐出器が特定の周波数で分注できる流体液滴の数が算出できる。流体吐出器毎の流体液滴の数を算出するため、流体吐出ヘッド３８の速度がＳ_ｍｉｎに設定され、これは流体吐出ヘッド３８の最低速度が流体の最大ボリューム出力を生むためである。噴射周波数は最大周波数Ｆ_ｍａｘに設定され、これも流体の最大ボリューム出力を生むためである。流体吐出器毎の流体液滴の数は次の式により算出される：
ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ＝Ｆ_ｍａｘ×Ｄ_ｔ／Ｓ_ｍｉｎ

例えば、目標直径が４ｍｍ、最大噴射周波数が１８ｋＨｚ、流体吐出ヘッド３８の最低速度が２５．４ｍｍ／秒の場合、吐出器アレイ中の１つの流体吐出器は１８，０００×４／２５．４＝２８３５の流体液滴を分注する。

吐出器アレイ中の各流体吐出器は受け部を横切る同一の経路を取ることから、全吐出器アレイの総流体液滴は次の式により算出できる。

ＴｏｔａｌＦｌｕｉｄＤｒｏｐｌｅｔｓ＝ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ×Ｎ

例えば、各吐出器アレイ中に１００個の流体吐出器が存在する場合、吐出器アレイ毎の総流体液滴は２８３５×１００＝２８３，５００の流体液滴である。

各液滴は流体の特定ボリュームを含み、流体の分注されるボリュームは次の式により算出できる。

ＶｏｌｕｍｅＤｉｓｐｅｎｓｅｄ＝ＴｏｔａｌＦｌｕｉｄＤｒｏｐｌｅｔｓ×Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}

例えば、吐出器アレイ中の各流体吐出器が１０ピコリットル（ｐＬ）の液滴を吐出する場合、分注される総流体液滴は２８３，５００×１０ｐＬ＝２，８３５，０００ｐＬ又は２．８３５（μＬ）の流体である。

（少なくとも今のところ）最適な噴射周波数Ｆ_０が最大周波数でもあると仮定すると、上記計算は流体吐出ヘッド３８の受け部５０又は５４上の１回の通過で分注されることのできる最大流体ボリュームを表す。目標ボリュームが最大ボリュームよりも大きい場合、流体吐出ヘッドが既にデバイスの提供する最低速度で移動していることから、流体吐出ヘッド３８の受け部上の複数の通過を要する。

目標ボリュームが吐出器アレイの最大ボリューム出力よりも低い場合、式による第１の等式を用いた流体吐出ヘッドの最大速度は次のとおりである。

Ｓ_ＯＰＴ＝Ｆ_ｍａｘ×Ｄ_ｔ／ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ

ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒのより低い値について、等式は次のようになる。

ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ＝ＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ）／Ｎ
ここで、
ＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ）＝Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}

このため、変数を置き換えた後、最適な流体吐出ヘッド速度Ｓ_ＯＰＴは次のようになる。

Ｓ_ＯＰＴ＝Ｆ_ｍａｘ×Ｄ_ｔ／（（Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}）／Ｎ）
Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}に対するＶ_ｍａｘの割合のみを用いるより単純な等式を次のように用いることができる：
Ｓ_０＝Ｓ_ｍｉｎ×Ｖ_ｍａｘ／Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}
ここで、Ｓ_０は流体吐出ヘッドの算出された速度である。

前記例の値を１．０μＬ（１００００００ｐＬ）の目標ボリュームと共に用いると：
Ｓ_ＯＰＴ＝１８，０００ｈｚ×４ｍｍ／（（１００００００／１０）／１００）＝７２ｍｍ／ｓｅｃ

又はより単純な等式で：
Ｓ_０＝２５．４ｍｍ／ｓｅｃ×２．８３５μＬ／１．０μＬ＝７２ｍｍ／ｓｅｃ

従って、流体吐出ヘッド又は流体吐出器アレイは７２ｍｍ／秒で移動して、やはり目標ボリュームを達成できる。

ただし、流体吐出ヘッドの算出された速度がＳ_ｍａｘを超過する場合、流体吐出ヘッドのより遅い速度を補償するため、いくつかの事項を行うことができる。先ず、Ｓ_ｍａｘを流体吐出ヘッドの速度として用いて流体吐出周波数を減少させ、最大流体吐出周波数ではなく該流体吐出周波数を等式で用いて再度算出する。ただし、デバイスで動作する流体吐出周波数は、算出された周波数に対する流体吐出周波数の最も近い一致から周波数を選択し、該流体吐出周波数を補償するため速度を改変することにより決定されることが望ましい。

第２の選択肢は、目標直径又は領域を減少させることである。目標直径又は領域を減少させることにより、同一の算出された速度と最適な流体吐出周波数を用いることができ、これにより受け部へ流体の正確なボリュームを届けることができる。

第３の選択肢は、使用されるノズルアレイ中の流体吐出器の数を減少させることである。この第３の選択肢は目標直径又は領域を減少させることなく第２の選択肢に類似の結果を提供する。第３の選択肢の欠点は、いくつかの流体吐出器が待機中となり、このため次の流体吐出ジョブに使用する前に追加的なクリーニング又はメンテナンスを要する可能性があることである。

流体吐出周波数を減少させる等式は、上記のＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ等式を用いて算出でき、新たな周波数の解は次のとおりである：
Ｆ_ｎｅｗ＝ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ×Ｓ_ｍａｘ／Ｄ_ｔ

前記のようにＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒは現在、次の等式により、最大ボリュームではなく目標ボリュームに関連付く値である：
ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ＝ＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ）／Ｎ
ここで、
ＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ）＝Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}
このため、
Ｆ_ｎｅｗ＝（（Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}）／Ｎ）×（Ｓ_ｍａｘ／Ｄ_ｔ）

或いは、同一の答えが、次のように、算出された速度に対する最大速度の割合を用いることにより得ることができる：
Ｆ_ｎｅｗ＝Ｆ_ｍａｘ×Ｓ_ｍａｘ／Ｓ_０
ここで、Ｓ_０は前記の流体吐出ヘッド速度計算からの上限のない算出された流体吐出ヘッド速度である。

減少された目標直径は次の式を用いて算出できる：
Ｄ_ｎｅｗ＝ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ×Ｓ_ｍａｘ／Ｆ_ｍａｘ
ここで、上記のように、ＤｒｏｐｌｅｔｓＰｅｒＦｌｕｉｄＥｊｅｃｔｏｒ＝（Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}）／Ｎである。

既知のボリュームを次の等式において用いることができる：
Ｄ_ｎｅｗ＝（（Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}／Ｖ_{ｄｒｏｐｌｅｔ}）／Ｎ）×Ｓ_ｍａｘ／Ｆ_ｍａｘ

又は、同一の結果を得るため、算出された速度に対する最大速度の割合を次の等式において用いることができる：
Ｄ_ｎｅｗ＝Ｄ_ｔ×Ｓ_ｍａｘ／Ｓ_０

これまでのところ１つの受け部のみを考慮したが、流体で満たす多くの受け部が列に存在し、吐出器アレイ長さＬと受け部直径に基づき、図１０の破線円により示されるような、同時に満たすべき１以上の受け部５０Ａ〜５０Ｃが存在する可能性がある。このシナリオにおいて、流体吐出ヘッド速度は、流体で満たすため最低流体吐出ヘッド速度を要する受け部５０Ａにより制限される。

他の受け部について、流体吐出ヘッド速度における差異のため周波数又は目標直径を変化させるといった方法は、より遅い流体吐出ヘッド速度を補償するために用いることができる。デバイスが各流体吐出器に対し異なる周波数を渡すことが可能な場合、周波数の改変が最も好ましい選択肢である。ただし、個別の流体吐出器に対し流体吐出周波数を変更することが可能でない場合は、図１０に示されるような受け部５０Ａ〜５０Ｃの目標直径を減少させることが、ほとんどの場合でうまくいく適切な選択肢である。

いくつかの実施形態において、流体吐出ヘッド３８は、各吐出器アレイに異なる流体の吐出を提供する吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄのマトリックスを含んでよい。他の実施形態において、デジタル分注デバイス２０は複数の流体カートリッジを含んでよく、各カートリッジは流体吐出ヘッド３８を介し異なる流体を分注する。従って、基板上の各通過で、異なる流体が分注されることができる。流体吐出ヘッド３８がそれぞれ異なる流体を分注する吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄのマトリックスを有し、吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｄの全てが受け部６０（図１１）の目標領域内に収まる実施形態において、異なる流体が受け部の領域６２Ａ〜６２Ｃのそれぞれに分注されてよい。各吐出器アレイが異なる目標ボリュームを有する場合、流体吐出周波数を変更するか、各吐出器アレイに異なる目標ボリュームを指定することにより、目標ボリュームを調整することができる。

ただし、受け部が円形の場合、複数の吐出器アレイを目標領域内に配置することがやや難しくなる。図１２は、２つの異なる流体のための目標領域７２Ａと７２Ｂを有する円形受け部７０を表す。流体吐出器アレイ４２Ｂは、受け部７０の中央部分７２Ｂと並ぶことができる。しかし、吐出器アレイ４２Ａの目標領域７２Ａはそれほど単純ではない。幾何学的に、吐出器アレイ４２ａの流体分注長さは円形受け部の弦により定義される。受け部の直径が既知であり、吐出器アレイ４２Ａと４２Ｂとの間の距離（ｄ）が既知であれば、流体分注長さは次の式により算出できる：
ＦｌｕｉｄＤｉｓｐｅｎｓｅＬｅｎｇｔｈ＝２×√（ｒ^２−ｄ^２）

ここで、ｒは受け部の半径であり、ｄは受け部の中心線と吐出器アレイ４２Ａの中心線との間の距離であり、吐出器アレイ４２Ｂは受け部７０の中心線と整列している。ただし、図１３のような吐出器アレイ４２Ａと４２Ｂの整列を有することがより有利である。図１３において、吐出器アレイ４２Ａと４２Ｂは中心から等しくずらされており、ｄ１＝ｄ２である。

上述したように、吐出器アレイ４２Ａと４２Ｂは１つの受け部よりも大きいスパンを有し、これは吐出器アレイが受け部とどう整列されるかという因子でもありうる。例えば、吐出器アレイ４２Ａ〜４２Ｃは、図１４に示されるように、目標領域８２Ａ、９２Ａ、９２Ｂを満たすため、２つの受け部８０と９０と整列されてよい。

図１５は、吐出ヘッド３８の流体吐出器を制御するために用いられる流体吐出コントローラ１００の概略図である。液滴ボリューム入力データ１１２がデジタル分注デバイス２０に入力される。液滴ボリュームデータ１１２は、流体吐出ヘッド並進デバイス１１８と、基板並進機構１２０と、流体吐出ヘッド３８により分注される流体の量とを制御するためにデバイス２０の中央処理装置１１６により用いられるため、メモリ１１４に格納されてよい。

上記方法は、基板上のプリントヘッドの移動方向に垂直に設けられた吐出器アレイを有する従来のプリントヘッドを超える恩恵を提供する。上記方法は、分注される流体のボリュームを、複数の流体吐出ヘッド通過と、流体吐出ヘッドの吐出器アレイに沿った複数の流体吐出器に分散させるために用いられてよい。これは、欠落した又は性能の劣る流体吐出器による影響を最小化する。所望の分注精度と吐出器が正常に機能しない可能性とにより、使用する吐出器の最低数を特定又は算出することができる。

本明細書および添付の特許請求の範囲では、特に明記しない限り、量、比率又は割合を表す全ての数字及び本明細書及び特許請求の範囲で使用されるその他の数値は、全ての場合に用語「約」によって改変されると理解されるべきである。従って、そうでないと示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示により得ることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、そして請求項の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、述べられた有効数字の数を考慮し、そして通常の丸め手法を適用することにより、解釈されるべきである。

特定の実施形態について説明したが、出願人または他の当業者には、現在予測しない、又は予測できない、代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物が生じうる。従って、添付の提出された特許請求の範囲と修正された特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物を包含することを意図している。

１０：プリントヘッド
１２Ａ〜１２Ｄ：流体吐出器
１４：矢印
１６：ウェル
１８：マイクロウェルプレート
２０：デジタル分注デバイス
２２：目標領域
３２：トレイ
３４：並進機構
３６：矢印
４０：行
４２Ａ〜４２Ｄ：吐出器アレイ
４３Ａ、４３Ｂ：流体吐出ノズル
４５：流体供給ビア
５０、５０Ａ〜５０Ｃ、５４：受け部
５２、５６：目標領域
６０：受け部
６２Ａ〜６２Ｃ：領域
７０：受け部
７２Ａ、７２Ｂ：目標領域
８０、９０：受け部
８２Ａ、９２Ａ、９２Ｂ：目標領域
１１２：液滴ボリューム入力データ
１１４：メモリ
１１６：中央処理装置
１１８：流体吐出ヘッド並進デバイス
１２０：基板並進機構
ｄ、ｄ１、ｄ２：距離
Ｐ１〜Ｐ４：プリミティブ

Claims

基板の目標領域内に１以上の流体を吐出するためのデジタル分注デバイスであって、
Ａ）流体吐出器の１以上のアレイを有する、前記デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドと、
Ｂ）前記流体吐出ヘッドを前記基板の前記目標領域上で第１の方向に移動させるための流体吐出ヘッド並進デバイスであって、前記流体吐出ヘッド上の前記流体吐出器の１以上のアレイが前記第１の方向と平行に配列されている、流体吐出ヘッド並進デバイスと、
Ｃ）１以上の流体吐出器が前記基板の前記目標領域を横切るとき、前記流体吐出器の１以上のアレイ中の前記１以上の流体吐出器を起動するための、制御デバイスと
を含む、
デジタル分注デバイス。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の２つのアレイを含む、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の３つのアレイを含む、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の４つのアレイを含み、流体吐出器の各アレイが流体供給ビアの対向する側に設けられた流体吐出ノズルの２つの列を含む、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記流体吐出器の４つのアレイが２次元マトリックスに配列され、隣接するアレイが前記第１の方向に垂直に約４．５ｍｍの距離で間隔が空けられている、
請求項４に記載のデジタル分注デバイス。
マイクロウェルプレートのウェルの前記目標領域が、前記マイクロウェルプレートの前記ウェルの総開口面積よりも５〜５０％小さい、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記流体吐出器の１以上のアレイの各アレイが、マイクロウェルプレートの１つ以上のウェルにまたがる、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記流体吐出器の１以上のアレイの各アレイが、前記目標領域よりも大きいスパンを有する、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
前記基板を前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動させるための、基板並進機構を更に含む、
請求項１に記載のデジタル分注デバイス。
基板の目標領域内に流体の所定量を分注するための方法であって、
デジタル分注デバイスを提供することであって、前記デジタル分注デバイスが、
Ａ）流体吐出器の１以上のアレイを有する、前記デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドと、
Ｂ）前記流体吐出ヘッドを前記基板の前記目標領域上で第１の方向に移動させるための流体吐出ヘッド並進デバイスであって、前記流体吐出ヘッド上の前記流体吐出器の１以上のアレイは前記第１の方向と平行に配列されている、流体吐出ヘッド並進デバイスと、
Ｃ）１以上の流体吐出器が前記基板の前記目標領域を横切るとき、前記流体吐出器の１以上のアレイ中の前記１以上の流体吐出器を起動するための、制御デバイスと
を含むことと、
前記流体の前記所定量が前記基板に堆積されるまで、前記目標領域内に前記流体を吐出するため前記１以上の流体吐出器を起動しつつ、前記流体吐出ヘッドを前記基板の前記目標領域上で移動させることと
を含む、方法。
前記流体が前記目標領域の中心線に沿ってのみ吐出される、
請求項１０に記載の方法。
前記１以上の流体吐出器が、前記目標領域の外側に飛び散る流体を減少させるため、前記目標領域の１部においてのみ起動される、
請求項１０に記載の方法。
前記流体吐出器の１以上のアレイが前記目標領域を通過するとき、前記流体吐出器の１以上のアレイ中の全ての前記１以上の流体吐出器が少なくとも１回起動される、
請求項１０に記載の方法。
前記デジタル分注デバイスが、前記基板を前記第１の方向と垂直な第２の方向に移動させるための基板並進機構を含み、前記流体吐出ヘッドが前記基板を所定回数横切った後、前記基板を前記第２の方向にスライド移動させることを更に含む、
請求項１０に記載の方法。
前記目標領域上の前記流体吐出ヘッドの移動の最低速度を設定することと、
前記流体吐出器の１以上のアレイを起動するための最大周波数を設定し、これにより前記目標領域内に前記流体の最大量を吐出することと
を更に含む、
請求項１０に記載の方法。
流体吐出器の１以上のアレイを含む、デジタル分注デバイスのための流体吐出ヘッドであって、
前記流体吐出ヘッド上の前記流体吐出器の１以上のアレイが、前記デジタル分注デバイス内の前記流体吐出ヘッドの移動方向に平行に配列されている、
流体吐出ヘッド。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の２つのアレイを含む、
請求項１６に記載の流体吐出ヘッド。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の３つのアレイを含む、
請求項１６に記載の流体吐出ヘッド。
前記流体吐出ヘッドが流体吐出器の４つのアレイを含む、
請求項１６に記載の流体吐出ヘッド。
前記流体吐出器の４つのアレイが、２次元マトリックスに配列されている、
請求項１９に記載の流体吐出ヘッド。