JP4059149B2 - 液滴吐出方法、及び液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における遺伝子構造の解析方法の進歩にはめざましいものがあり、ヒトの遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドグラス等の基板上に数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片をスポットとして整列固定させて被検査体とし、これを顕微鏡等で観察するなどの方法が採られている。
【０００３】
しかし、このような被検査体の作製のように、数千以上のものを作製する場合、その操作を全て人手で行うのでは極めて効率が悪く、従って、自動化が望まれている。
自動化を行うための一つの手法として、試薬等の液状体を吐出して被検査体に充填する液滴吐出装置を用いることが考えられる。液状体を吐出する液滴吐出装置としては、例えば従来よりプリンターなどに用いられているインクジェット装置（例えば、特許文献１参照。）と称される液滴吐出装置がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４５０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の液滴吐出装置は、その吐出ヘッドの後方に液溜めタンクを設置し、ここから液状体を吐出ヘッドに供給して吐出ヘッドのノズルより液滴（液状体）を吐出するのが一般的である。
ところが、前述したようなＤＮＡ断片を用いる被検査体などの作製では、使用するＤＮＡ等の検体が希少であり、また使用する試薬も高価な場合が多い。従って、試料となる液状体を液溜めタンク、及び液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に多量に貯留し、これを吐出ヘッドに供給し、吐出するのは困難である。
【０００６】
なぜなら、前述したように液溜めタンクを設けた場合では、この液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に液状体を満たさなければならず、しかも混入した空気（気泡）を取り除くため試しの液状体吐出を行わなければならず、従って、多量の液状体（試料）を必要とするとともに、多くを無駄にしてしまうことになり、コスト的に不利になり、また希少である液状体には基本的に適用できないからである。
【０００７】
これに対し、上記の希少な液状体を取り扱う場合の困難性を回避するべく、液状体を吐出ヘッドのノズルから必要な分だけ吸引し、吐出ヘッドに充填する方法が提案されている。この方法によれば、液溜めタンク等に液状体を貯留する必要がなく、コスト的に有利になる。
【０００８】
しかしながら、この方法においては、液状体をノズルから吸引することにより気泡が発生し、気泡が吐出ヘッド内に残留してしまうだけでなく、ノズル径よりも小径の微粒子等のゴミが残留してしまうという問題がある。更には、残留した気泡や微粒子等を取り除くには、より多くの液状体を吸引する必要があり、結果として液状体に無駄が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高価な試薬や希少な検体等についてもこれを容易にかつ確実に充填することができると共に、液状体中への気泡や微粒子等の残留を抑制することが可能となる、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の液滴吐出方法は、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを用いて液状体を所望箇所に吐出する液滴吐出方法であって、予め用意した液状体に前記吐出ヘッドの前記ノズルを接触させ、該ノズルから液状体を吸引し、吸引した液状体を前記キャビティ内に貯留する工程と、前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記液状体を吸引する吸引手段により前記液状体を吸引した場合、前記フィルタ部材の少なくとも一部が前記吸引手段側に変位して前記吐出ヘッド側に設けられた流入／流出口と前記吸引手段側に設けられた流入／流出口とが連通状態となり、前記吐出ヘッド側の流入／流出口から前記フィルタ部材よりも前記吸引手段側の流入／流出口に向かって前記液状体が流動した後、前記吸引手段側の流入／流出口から前記吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって前記液状体を流動させ前記フィルタ部材によって液状体を濾過する濾過手段により当該液状体を濾過する工程と、前記キャビティ内に貯留した前記液状体を吐出手段によって前記ノズルより吐出させる工程と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
この液滴吐出方法によれば、ノズルから液状体を吸引してキャビティ内に貯留し、その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにしたので、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
また、濾過手段は、液状体を吸引する吸引手段により液状体を吸引した場合、フィルタ部材の少なくとも一部が吸引手段側に変位して吐出ヘッド側に設けられた流入／流出口と吸引手段側に設けられた流入／流出口とが連通状態となる。そして、吐出ヘッド側の流入／流出口からフィルタ部材よりも吸引手段側の流入／流出口に向かって液状体を吸引する。その後、吸引手段側の流入／流出口から吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって液状体を流動させフィルタ部材によって液状体を濾過する。したがって、フィルタ部材が吸引手段側に変位するため、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まる。これにより、濾過手段によって、ノズルから液状体を吸引した場合等で生じる気泡や、液状体に混入した小径の微粒子等が濾過されるので、これらが吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【００１２】
また、前記液滴吐出方法においては、前記液状体を濾過する工程を前記液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドへ流動する方向で行うのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動する際に、前記濾過手段が液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１３】
また、前記液滴吐出方法においては、前記濾過手段は、前記フィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持し、前記液状体を吸引する場合には前記フィルタ部材を前記吸引手段側に変位することを特徴とするのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体がフィルタ部材によって濾過されずに吸引手段側に移送されるので、気泡や微粒子等が前記フィルム部材の吐出ヘッド側に付着することない。従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の液滴吐出装置では、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを備えてなる液滴吐出装置であって、前記液状体と前記ノズルとを接触させて前記吐出ヘッドのノズルに前記液状体を供給する液状体供給部と、前記吐出ヘッドのキャビティ側に接続し、該キャビティを介して前記ノズルより吸引することで前記液状体供給部から供給された液状体をキャビティ内に吸引する吸引手段と、前記吐出ヘッドと前記吸引手段との間に配置され、前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記フィルタ部材の少なくとも一部を前記吸引手段側に変位可能に保持し、前記吸引手段による前記液状体の流動に伴って前記フィルタ部材が変位する濾過手段と、を具備することを特徴としている。
【００１５】
この液滴吐出装置によれば、液状体供給部と吸引手段とを備えたことにより、前述したように吸引手段によって液状体供給部から供給された液状体をノズルで吸引してキャビティ内に貯留し、その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにすれば、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
また、濾過手段のフィルタ部材の少なくとも一部が変位可能に保持され、吸引手段による液状体の流動に伴ってフィルタ部材が変位する。そして、吐出ヘッド側の流入／流出口から吸引手段側の流入／流出口に向かって液状体を吸引する。その後、吸引手段側の流入／流出口から吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって液状体を流動させることにより、フィルタ部材によって液状体を濾過する。したがって、フィルタ部材が変位可能に保持されているため、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まる。これにより、濾過手段によって、ノズルから液状体を吸引した場合等で生じる気泡や、液状体に混入した小径の微粒子等が濾過されるので、これらが吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【００１６】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段はフィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持し、吸引手段による液状体の流動に伴ってフィルタ部材が変位するのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動することにより、フィルタ部材の少なくとも一部が前記吐出ヘッド側に変位し、液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１７】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段はフィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持すると共に、当該フィルタ部材の位置を変位させる駆動機構を具備し、当該駆動機構の駆動に伴って前記フィルタ部材が変位するのが好ましい。
このようにすれば、駆動機構が前記フィルタ部材を変位させると共に、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動することにより、液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１８】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段は前記フィルタ部材よりも大径の流路を備え、前記吸引手段により吸引された前記液状体が前記流路を流動するのが好ましい。
このようにすれば、前記吸引手段の吸引に伴って、前記液状体が前記フィルタ部材によって濾過されることなく前記流路を流動する。これにより、当該液状体に含まれた気泡や微粒子等は、前記フィルタ部材によって濾過されずに前記吸引手段側に移送されるので、当該気泡や微粒子等が前記フィルム部材の吐出ヘッド側に付着することない。従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の液滴吐出装置の一例を示す図であり、図１（ａ）中符号１は液滴吐出装置である。この液滴吐出装置１は、吐出ヘッド２と、吐出するための液状体を貯留する容器３と、液状体を濾過するための濾過手段を備えたフィルタ機構部４と、吐出ヘッド２内に液状体を吸引するための吸引手段を備えた圧力コントローラ５とを備えて構成されたものである。
【００２０】
吐出ヘッド２は、図２（ａ）に示すように例えばステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものである。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数のキャビティ１５…とリザーバ１６とが形成されており、これらキャビティ１５…とリザーバ１６とは流路１７を介して連通している。
【００２１】
各キャビティ１５とリザーバ１６の内部とは液状体で満たされるようになっており、これらの間の流路１７はリザーバ１６からキャビティ１５に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート１２には、キャビティ１５から液状体を噴射するための孔状のノズル１８が縦横に整列した状態で複数形成されている。一方、振動板１３には、リザーバ１６内に開口する孔１９が形成されており、この孔１９には前記フィルタ機構部４が接続されている。
【００２２】
また、振動板１３のキャビティ１５に向く面と反対の側の面上には、図２（ｂ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１、２１間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
【００２３】
このような構成のもとに圧電素子２０が接合された振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ１５の容積を増大させる。すると、キャビティ１５内とリザーバ１６内とが連通しており、リザーバ１６内に液状体が充填されている場合には、キャビティ１５内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ１６から流路１７を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ１５も元の容積に戻ることから、キャビティ１５内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル１８から液状体の液滴２２が吐出される。
【００２４】
また、前記流路１７には、これの開閉をなすための電磁弁２３が設けられている。従って、電磁弁２３が閉じられると、キャビティ１５とリザーバ１６との間が閉じられ、これによりキャビティ１５内の液状体の、リザーバ１６側への逆流が確実に防止される。すなわち、後述するように液状体を少量しか吸引できない場合、リザーバ１６に液状体が十分満たされないことがあるが、そのような状態でノズル１８から液状体を吐出させる場合に、電磁弁２３によってキャビティ１５とリザーバ１６との間の流路１７を閉じておくことにより、液状体をリザーバ１６側に逆流させることなくノズル１８側から吐出させることができるようになっているのである。
【００２５】
なお、吐出ヘッド２の吐出手段としては、前記の圧電素子（ピエゾ素子）２０を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、更にはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【００２６】
容器３は、本発明における液状体供給部となるもので、図１（ａ）に示したようにその内部に液状体Ｌを貯留するものである。この容器３としては、その内部に前記吐出ヘッド２を入れて貯留した液状体中に吐出ヘッドを浸漬することができる形状・大きさであれば、特に限定されることなくいずれのものも使用可能であり、例えばビーカーやシャーレ、更には試薬を入れるガラス瓶などが用いられる。ただし、特にその材質については、用いる液状体の種類に応じて、この液状体を変質させないものを用いる必要があるのはもちろんである。
【００２７】
フィルタ機構部４は、図３（ａ）に示すように例えばステンレス製のケース４０と、液状体を濾過するフィルタ部材４１と、フィルタ部材４１を矢印Ａの方向に変位可能とする軸体４２と、フィルタ部材４１の変位を制限する凸部４３と、液状体が流入及び流出する流入／流出口４４、４５とを備えている。流入／流出口４４は吐出ヘッド２の孔１９に接続されており、流入／流出口４５はチューブ２４（図１（ａ）参照）を介して圧力コントローラ５に接続されている。
【００２８】
フィルタ部材４１は、メンブランフィルタやＳＵＳフィルタ等のように微細な高分子繊維や金属繊維が緻密に重なり合ったメッシュ構造を有したもの、焼結合金、セラミクス、高分子樹脂からなる多孔質構造を有したもの等からなる。その材料としては、液状体の種類に応じて好適なものが採用され、例えば、酸性の液状体を用いる場合には耐酸性に優れたＳｉＣやＳｉＯ等のセラミクスが採用され、また、有機系材料や染料インクからなる液状体を用いる場合には、一般にＳＵＳが採用される。更に、上記のメッシュ構造及び多孔質構造の孔径は、吐出ヘッド２のノズル１８の径よりも小さく、好ましくは液状体に混入している泡（不純物）や微粒子（不純物）等の大きさに応じて決定される。本実施形態では５μｍの孔径を有するフィルタ部材を採用した。なお、フィルタ部材４１の周囲に、例えば枠等の部材を設けて、上記のメッシュ構造及び多孔質構造を保持するような構成としてもよい。
【００２９】
圧力コントローラ５は、フィルタ機構部４の流入／流出口４５にチューブ２４を介して接続されたもので、チューブ２４に接続されたバッファ槽２５と、このバッファ槽２５にチューブ２６を介して接続された圧発生器２７と、バッファ槽２５にチューブ２８を介して接続された圧力センサ２９と、圧発生器２７を制御する制御部３０とを備えてなるものである。
【００３０】
圧発生器２７は、本例における吸引手段、更には加圧手段として機能するもので、チューブ２６を介して接続されたバッファ槽２５内を減圧し、あるいは加圧することにより、吐出ヘッド２のリザーバ１６内を減圧しあるいは加圧するものである。この圧発生器２７としては、減圧ポンプ（真空ポンプ）や加圧ポンプ（送気ポンプ）を備えて三方弁などで減圧・加圧を切り換える機構のものや、ポンプ以外の手段、例えば水頭などを用いた負圧源・正圧源を用いる機構などが採用される。なお、本例においては減圧・加圧を行えるものとするが、この圧発生器２７は必ずしも減圧・加圧の両方を行える必要はなく、少なくとも後述するような吐出ヘッド２を介しての吸引が行えるだけの減圧が行えれば十分である。
【００３１】
圧力センサ２９は、圧発生器２７によって変圧されたバッファ槽２５内の圧力を検出し、得られた電圧値を信号として制御部３０に送るもので、市販されている従来公知の圧力センサからなるものである。
制御部３０は、圧発生器２７を制御してバッファ槽２５内を設定した圧となるようにするもので、前記圧力センサ２９で検出されたバッファ槽２５内の圧力によって減圧度を変え、あるいは加圧度を変えるように圧発生器２７を制御するものである。また、この制御部３０は、圧発生器２７によって形成するバッファ槽２５の内圧を予め設定できるようになっており、更に、前記吐出ヘッド２の流路１７に設けられた電磁弁２３の開閉も制御するようになっている。
【００３２】
なお、このような構成の液滴吐出装置１については、前記吐出ヘッド２を移動させる移動機構を備えることにより、液状体を吐出ヘッド２によって所望位置に自動的に吐出することが可能となる。ここで、移動機構は、液滴吐出装置１の吐出ヘッド２をＸ方向に移動させるＸ方向移送体と、Ｙ方向に移動させるＹ方向移送体と、Ｚ方向（高さ方向）移送体とを有したもので、これら移送体がリニアモータ等の駆動手段によって例えば１μｍ単位で移動することにより、吐出ヘッド２を水平方向であるＸＹ方向と高さ方向（垂直方向）であるＺ方向に精度よく移動させることができるようになっている。
また、吐出ヘッド２は前記移動機構に対して着脱可能になっており、これによって手動で液状体の吐出・分滴を行いたいような場合にもその操作が行えるようになっている。
【００３３】
次に、前記構成の液滴吐出装置１の使用方法に基づき、本発明の液滴吐出方法を説明する。
まず、吐出ヘッド２に液状体Ｌを充填する工程について説明する。
即ち、充填目的とする液状体Ｌを用意し、これを容器３に入れる。ここで、本発明は特に高価な試薬や希少な検体などを充填するのに好適に用いられるものであり、従って、液状体Ｌとしても充填する最少限の量しかないものとする。なお、このような液状体Ｌに対しては、予め脱気しておくのが好ましい。
【００３４】
次に、吐出ヘッド２の電磁弁２３が閉じた状態で、容器３内に吐出ヘッド２を入れて液状体Ｌ内に浸漬する。
更に、圧力コントローラ５の圧発生器２７の減圧側の機構を作動させ、バッファ槽２５内を予め設定した所定圧力にまで減圧する。ここで、吐出ヘッド２内のリザーバ１６はチューブ２４とフィルタ機構部４を介してバッファ槽２５に接続されているので、リザーバ１６内もバッファ槽２５と同じ圧にまで減圧される。
【００３５】
このようにしてバッファ槽２５を所定圧まで減圧したら、電磁弁２３を開く。すると、流路１７が開通してキャビティ１５がリザーバ１６に連通し、即ち、このキャビティ１５はリザーバ１６、フィルタ機構部４、チューブ２４を介してバッファ槽２５に連通した状態となり、キャビティ１５内は減圧される。
【００３６】
従って、キャビティ１５内が減圧されることにより、液状体Ｌはノズル１８から吸引され、キャビティ１５、リザーバ１６、流入／流出口４４を経てケース４０内に流入する。更に、図３（ｂ）に示すように液状体Ｌのケース４０内への流入に伴って、流入／流出口４４側の圧力が流入／流出口４５側よりも高くなり、フィルタ部材４１は軸体４２を中心に矢印Ａの方向に変位する。当該フィルタ部材４１の変位に伴ってフィルタ部材４１とケース４０との間に流路Ｂが形成され、液状体Ｌが流路Ｂを流動し、流入／流出口４５の近傍まで液状体Ｌが充填される。ここで、液状体Ｌには、液状体Ｌがノズル１８やキャビティ１５内を流動することにより生じた気泡Ｃや、予め含まれているゴミ等の微粒子Ｄが混入している。
【００３７】
次に、液滴吐出工程について説明すると共に、当該液滴吐出工程内における気泡Ｃや微粒子Ｄを除去する方法について説明する。
上記のようにケース４内に液状体Ｌが充填した後に電磁弁２３を閉じる。又は、圧発生器２７の加圧側の機構を作動させてバッファ槽２５内を大気圧、あるいはこれより僅かに高い圧力にまで加圧する。すると、ノズル１８からの吸引が停止する。次いで、吐出ヘッド２を容器３から引き上げ、必要に応じて吐出ヘッド２のノズル１８形成面に付着した液状体Ｌを拭き取る。
【００３８】
次に、液状体Ｌの吐出に先立って、吐出ヘッド２を所定の位置に配置する。ここで、液状体Ｌを吐出する場合には、吐出ヘッド２の圧電素子２０を作動することによって、液状体Ｌがキャビティからノズル１８を介して吐出され、また、ケース４０からリザーバ１６を介してキャビティ１５に流動する。これに伴って、ケース４０内の流入／流出口４５側の圧力が流入／流出口４４側よりも高くなり、図３（ｃ）に示すようにケース４０内の液状体Ｌが流入／流出口４４に流動する。このような液状体Ｌの流動に伴って、フィルタ部材４１は軸体４２を中心に矢印Ａ'の方向に変位すると共に凸部４３と接触した状態になる。この状態で液状体Ｌがフィルタ部材４１内を流動することにより、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ４１によって濾過される。濾過された液状体Ｌは、リザーバ１６、流路１７及びキャビティ１５を介してノズル１８から液滴２２として吐出される。
なお、吐出ヘッド２を移動させる移動機構を液滴吐出装置１に設けた場合には、移動機構を適宜に動作させることによって吐出ヘッド２を所望位置にまで移動させ、そこで液滴（液状体Ｌ）の吐出を行わせるようにする。
【００３９】
このような液滴吐出方法にあっては、ノズル１８から液状体Ｌを吸引してキャビティ１５内に貯留し、その後、貯留した液状体Ｌを圧電素子２０によってノズル１８より吐出させるようにしたので、例えば吐出するのに必要な最少限の量だけを吐出ヘッド２に吸引することができる。従って、液状体Ｌが高価であったり希少である場合にも、液状体Ｌを無駄にすることなく少量の吐出を行うことができる。
また、液状体Ｌを充填する際には、液状体Ｌの流動に伴って、フィルタ部材４１が変位し、液状体Ｌが濾過されずにケース４０内に充填されるので、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルム部材４１の吐出ヘッド２側に付着することない。従って、液状体Ｌを吐出する場合には、キャビティ１５に貯留される液状体Ｌに気泡Ｃや微粒子Ｄ等が混入するのを防止することができる。
また、更に液状体Ｌを吐出する際には、液状体Ｌが吐出ヘッド２に向かって流動することにより、液状体Ｌに含まれる気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ部材４１によって濾過され、また、フィルタ部材４１に付着した気泡Ｃや微粒子Ｃ等は、吐出ヘッド２側に流動することなく留まるので、キャビティ１５に貯留される液状体Ｌに気泡Ｃや微粒子Ｄ等が混入するのを防止することができる。
【００４０】
なお、前記例のフィルタ機構部４では、液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１を変位させて液状体Ｌをケース４０内に充填し、液状体Ｌの吐出により気泡Ｃや微粒子Ｄ等をフィルタ部材４１で濾過したが、本発明はこれに限定されることなく、種々の構成を採用することができる。
【００４１】
次に、フィルタ機構部４の他の形態について図４及び図５を参照して説明する。ここでは、先に記載したフィルタ機構部４の異なる部分のみを説明し、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図４（ａ）は、フィルタ機構部の他の形態を示す断面図である。
フィルタ機構部５０は、フィルタ部材４１よりも大径の断面を有する流路５１と、パッキン５２と、隙間部材５３とを備えた構成となっている。パッキン５２は、ゴム等の弾性体からなり、フィルタ部材４１がパッキン５２と接触することで、フィルタ部材４１の周辺から流入／流出口４４が漏れない状態となる。また、隙間部材５３とフィルタ部材４１とが接触することで、隙間部材５３の周辺と流路５１とが連通状態となる。また、フィルタ部材４１は、パッキン５２と隙間部材５３との間で、矢印Ｅの方向で自在に変位可能となっている。
【００４３】
次に、フィルタ機構部５０を備えた液滴吐出装置の液状体Ｌの充填方法及び吐出方法について説明する。
まず、吐出ヘッド２に液状体Ｌを充填する工程について説明する。
即ち、充填目的とする液状体Ｌを用意し、これを容器３に入れる。更に、圧力コントローラ５を作動することにより、液状体Ｌが吐出ヘッド２からケース４０内に流入する。これに伴って、図４（ｂ）に示すように、流入／流出口４４側の圧力が流入／流出口４５側よりも高くなり、液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１は隙間部材５３と接触する。隙間部材５３の周辺は、流入／流出口４５側と流路５１とが連通状態になるので、液状体Ｌは、気泡Ｃや微粒子Ｄ等と共に矢印Ｆに示す方向に流動し、流路５１を経て、流入／流出口４５側に流動する。
【００４４】
次に、液滴吐出工程について説明すると共に、当該液滴吐出工程内における気泡Ｃや微粒子Ｄを除去する方法について説明する。ここで、電磁弁２３を閉じる動作、及び圧発生器２７の加圧側の機構を作動させる動作、及び吐出ヘッド２を所定の位置に配置する動作については、先に記載した液滴吐出工程と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
吐出ヘッド２の圧電素子２０を作動することにより、図４（ｃ）に示すように、液状体Ｌがケース４０内から吐出ヘッド２に流動することにより、流入／流出口４５側の圧力が流入／流出口４４側よりも高くなり、流入／流出口４４側への液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１はパッキン５２と接触する。この状態においては、液状体Ｌはパッキン５２とフィルタ部材４１との隙間から漏れないので、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ部材４１に濾過されると共に、液状体Ｌがフィルタ部材４１を通過し、流入／流出口４４側に流動する。
このような構成を備えたフィルタ機構部５０においても、先の記載したフィルタ機構部４と同様の効果が得られる。
【００４６】
図５は、フィルタ機構部の他の形態を示す断面図である。
フィルタ機構部６０は、上記フィルタ機構部５０に付加したフィルタ駆動部（駆動機構）６１と、フィルタ部材４１の外周に設けた磁性体４１ａとを備えた構成となっている。フィルタ駆動部６１は所謂電磁石を備えており、当該電磁石は圧力コントローラ５等の制御部３０から供給される駆動電流によって駆動制御される。磁性体４１ａは、鉄・酸化物等の磁性体をフィルタ部材４１の一部に接着、蒸着等により接合されたものである。
このような構成を備えたフィルタ機構部６０においては、制御部３０の駆動電流をフィルタ駆動部６１に供給することにより、磁性体４１ａの周辺の磁界の作用により電磁力が生じ、フィルタ部材４１の位置が変位する。即ち、液状体Ｌの充填及び吐出に先立って、フィルタ部材４１をパッキン５２側及び隙間部材５３側に変位させることが可能となる。従って、先の記載したフィルタ機構部５０と同様の効果が得られると共に、液状体Ｌの流動に伴う流入／流出口４４、４５間の圧力差に関係なく、気泡Ｃ及び微粒子Ｄの吐出ヘッド２への混入を防止することができる。
【００４７】
なお、上述した液滴吐出方法においては、液状体Ｌが貯留された容器３内に吐出ヘッド２を浸漬しているが、吐出ヘッド２のノズル１８形成面が上に向くように上下を逆にして、ディスペンサ（液状体供給部）等によってノズル１８形成面上に液状体Ｌを供給してもよい。また、ノズル１８形成面を下に向くようにしてもよい。
このようにすれば、液状体Ｌを配する量を必要最少限の量としてこれを吐出ヘッド２のノズル１８形成面上に配することにより、液状体の無駄をなくすことができる。
【００４８】
なお、前記例では、充填目的とする吐出用の液状体として、高価な試薬や希少な検体などとしたが、これらに限定されることなく、有機ＥＬ素子の形成材料や金属配線の材料となる金属コロイド、更にはマイクロレンズ材料やカラーフィルタ材料、液晶材料などの各種の材料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の液滴吐出装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は吐出ヘッドの概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はフィルタ機構部を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は他のフィルタ機構部を説明するための図である。
【図５】 他のフィルタ機構部を説明するための図である。
【符号の説明】
１…液滴吐出装置、２…吐出ヘッド、３…容器（液状体供給部）、４…フィルタ機構部（濾過手段）、５…圧力コントローラ（吸引手段）、１５…キャビティ、１８…ノズル、２０…圧電素子（吐出手段）、４１…フィルタ部材、５１…流路、６１…駆動機構、Ｃ…気泡（不純物）、Ｄ…微粒子（不純物）、Ｌ…液状体
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における遺伝子構造の解析方法の進歩にはめざましいものがあり、ヒトの遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドグラス等の基板上に数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片をスポットとして整列固定させて被検査体とし、これを顕微鏡等で観察するなどの方法が採られている。
【０００３】
しかし、このような被検査体の作製のように、数千以上のものを作製する場合、その操作を全て人手で行うのでは極めて効率が悪く、従って、自動化が望まれている。
自動化を行うための一つの手法として、試薬等の液状体を吐出して被検査体に充填する液滴吐出装置を用いることが考えられる。液状体を吐出する液滴吐出装置としては、例えば従来よりプリンターなどに用いられているインクジェット装置（例えば、特許文献１参照。）と称される液滴吐出装置がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４５０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の液滴吐出装置は、その吐出ヘッドの後方に液溜めタンクを設置し、ここから液状体を吐出ヘッドに供給して吐出ヘッドのノズルより液滴（液状体）を吐出するのが一般的である。
ところが、前述したようなＤＮＡ断片を用いる被検査体などの作製では、使用するＤＮＡ等の検体が希少であり、また使用する試薬も高価な場合が多い。従って、試料となる液状体を液溜めタンク、及び液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に多量に貯留し、これを吐出ヘッドに供給し、吐出するのは困難である。
【０００６】
なぜなら、前述したように液溜めタンクを設けた場合では、この液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に液状体を満たさなければならず、しかも混入した空気（気泡）を取り除くため試しの液状体吐出を行わなければならず、従って、多量の液状体（試料）を必要とするとともに、多くを無駄にしてしまうことになり、コスト的に不利になり、また希少である液状体には基本的に適用できないからである。
【０００７】
これに対し、上記の希少な液状体を取り扱う場合の困難性を回避するべく、液状体を吐出ヘッドのノズルから必要な分だけ吸引し、吐出ヘッドに充填する方法が提案されている。この方法によれば、液溜めタンク等に液状体を貯留する必要がなく、コスト的に有利になる。
【０００８】
しかしながら、この方法においては、液状体をノズルから吸引することにより気泡が発生し、気泡が吐出ヘッド内に残留してしまうだけでなく、ノズル径よりも小径の微粒子等のゴミが残留してしまうという問題がある。更には、残留した気泡や微粒子等を取り除くには、より多くの液状体を吸引する必要があり、結果として液状体に無駄が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高価な試薬や希少な検体等についてもこれを容易にかつ確実に充填することができると共に、液状体中への気泡や微粒子等の残留を抑制することが可能となる、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の液滴吐出方法は、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを用いて液状体を所望箇所に吐出する液滴吐出方法であって、予め用意した液状体に前記吐出ヘッドの前記ノズルを接触させ、該ノズルから液状体を吸引し、吸引した液状体を前記キャビティ内に貯留する工程と、前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記液状体を吸引する吸引手段により前記液状体を吸引した場合、前記フィルタ部材の少なくとも一部が前記吸引手段側に変位して前記吐出ヘッド側に設けられた流入／流出口と前記吸引手段側に設けられた流入／流出口とが連通状態となり、前記吐出ヘッド側の流入／流出口から前記フィルタ部材よりも前記吸引手段側の流入／流出口に向かって前記液状体が流動した後、前記吸引手段側の流入／流出口から前記吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって前記液状体を流動させ前記フィルタ部材によって液状体を濾過する濾過手段により当該液状体を濾過する工程と、前記キャビティ内に貯留した前記液状体を吐出手段によって前記ノズルより吐出させる工程と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
この液滴吐出方法によれば、ノズルから液状体を吸引してキャビティ内に貯留し、その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにしたので、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
また、濾過手段は、液状体を吸引する吸引手段により液状体を吸引した場合、フィルタ部材の少なくとも一部が吸引手段側に変位して吐出ヘッド側に設けられた流入／流出口と吸引手段側に設けられた流入／流出口とが連通状態となる。そして、吐出ヘッド側の流入／流出口からフィルタ部材よりも吸引手段側の流入／流出口に向かって液状体を吸引する。その後、吸引手段側の流入／流出口から吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって液状体を流動させフィルタ部材によって液状体を濾過する。したがって、フィルタ部材が吸引手段側に変位するため、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まる。これにより、濾過手段によって、ノズルから液状体を吸引した場合等で生じる気泡や、液状体に混入した小径の微粒子等が濾過されるので、これらが吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【００１２】
また、前記液滴吐出方法においては、前記液状体を濾過する工程を前記液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドへ流動する方向で行うのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動する際に、前記濾過手段が液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１３】
また、前記液滴吐出方法においては、前記濾過手段は、前記フィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持し、前記液状体を吸引する場合には前記フィルタ部材を前記吸引手段側に変位することを特徴とするのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体がフィルタ部材によって濾過されずに吸引手段側に移送されるので、気泡や微粒子等が前記フィルム部材の吐出ヘッド側に付着することない。従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の液滴吐出装置では、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを備えてなる液滴吐出装置であって、前記液状体と前記ノズルとを接触させて前記吐出ヘッドのノズルに前記液状体を供給する液状体供給部と、前記吐出ヘッドのキャビティ側に接続し、該キャビティを介して前記ノズルより吸引することで前記液状体供給部から供給された液状体をキャビティ内に吸引する吸引手段と、前記吐出ヘッドと前記吸引手段との間に配置され、前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記フィルタ部材の少なくとも一部を前記吸引手段側に変位可能に保持し、前記吸引手段による前記液状体の流動に伴って前記フィルタ部材が変位する濾過手段と、を具備することを特徴としている。
【００１５】
この液滴吐出装置によれば、液状体供給部と吸引手段とを備えたことにより、前述したように吸引手段によって液状体供給部から供給された液状体をノズルで吸引してキャビティ内に貯留し、その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにすれば、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
また、濾過手段のフィルタ部材の少なくとも一部が変位可能に保持され、吸引手段による液状体の流動に伴ってフィルタ部材が変位する。そして、吐出ヘッド側の流入／流出口から吸引手段側の流入／流出口に向かって液状体を吸引する。その後、吸引手段側の流入／流出口から吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって液状体を流動させることにより、フィルタ部材によって液状体を濾過する。したがって、フィルタ部材が変位可能に保持されているため、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まる。これにより、濾過手段によって、ノズルから液状体を吸引した場合等で生じる気泡や、液状体に混入した小径の微粒子等が濾過されるので、これらが吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【００１６】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段はフィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持し、吸引手段による液状体の流動に伴ってフィルタ部材が変位するのが好ましい。
このようにすれば、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動することにより、フィルタ部材の少なくとも一部が前記吐出ヘッド側に変位し、液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１７】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段はフィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持すると共に、当該フィルタ部材の位置を変位させる駆動機構を具備し、当該駆動機構の駆動に伴って前記フィルタ部材が変位するのが好ましい。
このようにすれば、駆動機構が前記フィルタ部材を変位させると共に、前記液状体の吐出に伴って当該液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドに向かって流動することにより、液状体に含まれる気泡や微粒子等がフィルタ部材によって濾過される。また、フィルタ部材に付着した気泡や微粒子等は、吐出ヘッド側に流動することなく留まるので、従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１８】
また、前記液滴吐出装置においては、濾過手段は前記フィルタ部材よりも大径の流路を備え、前記吸引手段により吸引された前記液状体が前記流路を流動するのが好ましい。
このようにすれば、前記吸引手段の吸引に伴って、前記液状体が前記フィルタ部材によって濾過されることなく前記流路を流動する。これにより、当該液状体に含まれた気泡や微粒子等は、前記フィルタ部材によって濾過されずに前記吸引手段側に移送されるので、当該気泡や微粒子等が前記フィルム部材の吐出ヘッド側に付着することない。従って、液状体を吐出する場合には、キャビティに貯留される液状体に気泡や微粒子等が混入するのを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の液滴吐出装置の一例を示す図であり、図１（ａ）中符号１は液滴吐出装置である。この液滴吐出装置１は、吐出ヘッド２と、吐出するための液状体を貯留する容器３と、液状体を濾過するための濾過手段を備えたフィルタ機構部４と、吐出ヘッド２内に液状体を吸引するための吸引手段を備えた圧力コントローラ５とを備えて構成されたものである。
【００２０】
吐出ヘッド２は、図２（ａ）に示すように例えばステンレス製のノズルプレート１２と振動板１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１４を介して接合したものである。ノズルプレート１２と振動板１３との間には、仕切部材１４によって複数のキャビティ１５…とリザーバ１６とが形成されており、これらキャビティ１５…とリザーバ１６とは流路１７を介して連通している。
【００２１】
各キャビティ１５とリザーバ１６の内部とは液状体で満たされるようになっており、これらの間の流路１７はリザーバ１６からキャビティ１５に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート１２には、キャビティ１５から液状体を噴射するための孔状のノズル１８が縦横に整列した状態で複数形成されている。一方、振動板１３には、リザーバ１６内に開口する孔１９が形成されており、この孔１９には前記フィルタ機構部４が接続されている。
【００２２】
また、振動板１３のキャビティ１５に向く面と反対の側の面上には、図２（ｂ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）２０が接合されている。この圧電素子２０は、一対の電極２１、２１間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
【００２３】
このような構成のもとに圧電素子２０が接合された振動板１３は、圧電素子２０と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ１５の容積を増大させる。すると、キャビティ１５内とリザーバ１６内とが連通しており、リザーバ１６内に液状体が充填されている場合には、キャビティ１５内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ１６から流路１７を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子２０への通電を解除すると、圧電素子２０と振動板１３はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ１５も元の容積に戻ることから、キャビティ１５内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル１８から液状体の液滴２２が吐出される。
【００２４】
また、前記流路１７には、これの開閉をなすための電磁弁２３が設けられている。従って、電磁弁２３が閉じられると、キャビティ１５とリザーバ１６との間が閉じられ、これによりキャビティ１５内の液状体の、リザーバ１６側への逆流が確実に防止される。すなわち、後述するように液状体を少量しか吸引できない場合、リザーバ１６に液状体が十分満たされないことがあるが、そのような状態でノズル１８から液状体を吐出させる場合に、電磁弁２３によってキャビティ１５とリザーバ１６との間の流路１７を閉じておくことにより、液状体をリザーバ１６側に逆流させることなくノズル１８側から吐出させることができるようになっているのである。
【００２５】
なお、吐出ヘッド２の吐出手段としては、前記の圧電素子（ピエゾ素子）２０を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、更にはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【００２６】
容器３は、本発明における液状体供給部となるもので、図１（ａ）に示したようにその内部に液状体Ｌを貯留するものである。この容器３としては、その内部に前記吐出ヘッド２を入れて貯留した液状体中に吐出ヘッドを浸漬することができる形状・大きさであれば、特に限定されることなくいずれのものも使用可能であり、例えばビーカーやシャーレ、更には試薬を入れるガラス瓶などが用いられる。ただし、特にその材質については、用いる液状体の種類に応じて、この液状体を変質させないものを用いる必要があるのはもちろんである。
【００２７】
フィルタ機構部４は、図３（ａ）に示すように例えばステンレス製のケース４０と、液状体を濾過するフィルタ部材４１と、フィルタ部材４１を矢印Ａの方向に変位可能とする軸体４２と、フィルタ部材４１の変位を制限する凸部４３と、液状体が流入及び流出する流入／流出口４４、４５とを備えている。流入／流出口４４は吐出ヘッド２の孔１９に接続されており、流入／流出口４５はチューブ２４（図１（ａ）参照）を介して圧力コントローラ５に接続されている。
【００２８】
フィルタ部材４１は、メンブランフィルタやＳＵＳフィルタ等のように微細な高分子繊維や金属繊維が緻密に重なり合ったメッシュ構造を有したもの、焼結合金、セラミクス、高分子樹脂からなる多孔質構造を有したもの等からなる。その材料としては、液状体の種類に応じて好適なものが採用され、例えば、酸性の液状体を用いる場合には耐酸性に優れたＳｉＣやＳｉＯ等のセラミクスが採用され、また、有機系材料や染料インクからなる液状体を用いる場合には、一般にＳＵＳが採用される。更に、上記のメッシュ構造及び多孔質構造の孔径は、吐出ヘッド２のノズル１８の径よりも小さく、好ましくは液状体に混入している泡（不純物）や微粒子（不純物）等の大きさに応じて決定される。本実施形態では５μｍの孔径を有するフィルタ部材を採用した。なお、フィルタ部材４１の周囲に、例えば枠等の部材を設けて、上記のメッシュ構造及び多孔質構造を保持するような構成としてもよい。
【００２９】
圧力コントローラ５は、フィルタ機構部４の流入／流出口４５にチューブ２４を介して接続されたもので、チューブ２４に接続されたバッファ槽２５と、このバッファ槽２５にチューブ２６を介して接続された圧発生器２７と、バッファ槽２５にチューブ２８を介して接続された圧力センサ２９と、圧発生器２７を制御する制御部３０とを備えてなるものである。
【００３０】
圧発生器２７は、本例における吸引手段、更には加圧手段として機能するもので、チューブ２６を介して接続されたバッファ槽２５内を減圧し、あるいは加圧することにより、吐出ヘッド２のリザーバ１６内を減圧しあるいは加圧するものである。この圧発生器２７としては、減圧ポンプ（真空ポンプ）や加圧ポンプ（送気ポンプ）を備えて三方弁などで減圧・加圧を切り換える機構のものや、ポンプ以外の手段、例えば水頭などを用いた負圧源・正圧源を用いる機構などが採用される。なお、本例においては減圧・加圧を行えるものとするが、この圧発生器２７は必ずしも減圧・加圧の両方を行える必要はなく、少なくとも後述するような吐出ヘッド２を介しての吸引が行えるだけの減圧が行えれば十分である。
【００３１】
圧力センサ２９は、圧発生器２７によって変圧されたバッファ槽２５内の圧力を検出し、得られた電圧値を信号として制御部３０に送るもので、市販されている従来公知の圧力センサからなるものである。
制御部３０は、圧発生器２７を制御してバッファ槽２５内を設定した圧となるようにするもので、前記圧力センサ２９で検出されたバッファ槽２５内の圧力によって減圧度を変え、あるいは加圧度を変えるように圧発生器２７を制御するものである。また、この制御部３０は、圧発生器２７によって形成するバッファ槽２５の内圧を予め設定できるようになっており、更に、前記吐出ヘッド２の流路１７に設けられた電磁弁２３の開閉も制御するようになっている。
【００３２】
なお、このような構成の液滴吐出装置１については、前記吐出ヘッド２を移動させる移動機構を備えることにより、液状体を吐出ヘッド２によって所望位置に自動的に吐出することが可能となる。ここで、移動機構は、液滴吐出装置１の吐出ヘッド２をＸ方向に移動させるＸ方向移送体と、Ｙ方向に移動させるＹ方向移送体と、Ｚ方向（高さ方向）移送体とを有したもので、これら移送体がリニアモータ等の駆動手段によって例えば１μｍ単位で移動することにより、吐出ヘッド２を水平方向であるＸＹ方向と高さ方向（垂直方向）であるＺ方向に精度よく移動させることができるようになっている。
また、吐出ヘッド２は前記移動機構に対して着脱可能になっており、これによって手動で液状体の吐出・分滴を行いたいような場合にもその操作が行えるようになっている。
【００３３】
次に、前記構成の液滴吐出装置１の使用方法に基づき、本発明の液滴吐出方法を説明する。
まず、吐出ヘッド２に液状体Ｌを充填する工程について説明する。
即ち、充填目的とする液状体Ｌを用意し、これを容器３に入れる。ここで、本発明は特に高価な試薬や希少な検体などを充填するのに好適に用いられるものであり、従って、液状体Ｌとしても充填する最少限の量しかないものとする。なお、このような液状体Ｌに対しては、予め脱気しておくのが好ましい。
【００３４】
次に、吐出ヘッド２の電磁弁２３が閉じた状態で、容器３内に吐出ヘッド２を入れて液状体Ｌ内に浸漬する。
更に、圧力コントローラ５の圧発生器２７の減圧側の機構を作動させ、バッファ槽２５内を予め設定した所定圧力にまで減圧する。ここで、吐出ヘッド２内のリザーバ１６はチューブ２４とフィルタ機構部４を介してバッファ槽２５に接続されているので、リザーバ１６内もバッファ槽２５と同じ圧にまで減圧される。
【００３５】
このようにしてバッファ槽２５を所定圧まで減圧したら、電磁弁２３を開く。すると、流路１７が開通してキャビティ１５がリザーバ１６に連通し、即ち、このキャビティ１５はリザーバ１６、フィルタ機構部４、チューブ２４を介してバッファ槽２５に連通した状態となり、キャビティ１５内は減圧される。
【００３６】
従って、キャビティ１５内が減圧されることにより、液状体Ｌはノズル１８から吸引され、キャビティ１５、リザーバ１６、流入／流出口４４を経てケース４０内に流入する。更に、図３（ｂ）に示すように液状体Ｌのケース４０内への流入に伴って、流入／流出口４４側の圧力が流入／流出口４５側よりも高くなり、フィルタ部材４１は軸体４２を中心に矢印Ａの方向に変位する。当該フィルタ部材４１の変位に伴ってフィルタ部材４１とケース４０との間に流路Ｂが形成され、液状体Ｌが流路Ｂを流動し、流入／流出口４５の近傍まで液状体Ｌが充填される。ここで、液状体Ｌには、液状体Ｌがノズル１８やキャビティ１５内を流動することにより生じた気泡Ｃや、予め含まれているゴミ等の微粒子Ｄが混入している。
【００３７】
次に、液滴吐出工程について説明すると共に、当該液滴吐出工程内における気泡Ｃや微粒子Ｄを除去する方法について説明する。
上記のようにケース４内に液状体Ｌが充填した後に電磁弁２３を閉じる。又は、圧発生器２７の加圧側の機構を作動させてバッファ槽２５内を大気圧、あるいはこれより僅かに高い圧力にまで加圧する。すると、ノズル１８からの吸引が停止する。次いで、吐出ヘッド２を容器３から引き上げ、必要に応じて吐出ヘッド２のノズル１８形成面に付着した液状体Ｌを拭き取る。
【００３８】
次に、液状体Ｌの吐出に先立って、吐出ヘッド２を所定の位置に配置する。ここで、液状体Ｌを吐出する場合には、吐出ヘッド２の圧電素子２０を作動することによって、液状体Ｌがキャビティからノズル１８を介して吐出され、また、ケース４０からリザーバ１６を介してキャビティ１５に流動する。これに伴って、ケース４０内の流入／流出口４５側の圧力が流入／流出口４４側よりも高くなり、図３（ｃ）に示すようにケース４０内の液状体Ｌが流入／流出口４４に流動する。このような液状体Ｌの流動に伴って、フィルタ部材４１は軸体４２を中心に矢印Ａ'の方向に変位すると共に凸部４３と接触した状態になる。この状態で液状体Ｌがフィルタ部材４１内を流動することにより、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ４１によって濾過される。濾過された液状体Ｌは、リザーバ１６、流路１７及びキャビティ１５を介してノズル１８から液滴２２として吐出される。
なお、吐出ヘッド２を移動させる移動機構を液滴吐出装置１に設けた場合には、移動機構を適宜に動作させることによって吐出ヘッド２を所望位置にまで移動させ、そこで液滴（液状体Ｌ）の吐出を行わせるようにする。
【００３９】
このような液滴吐出方法にあっては、ノズル１８から液状体Ｌを吸引してキャビティ１５内に貯留し、その後、貯留した液状体Ｌを圧電素子２０によってノズル１８より吐出させるようにしたので、例えば吐出するのに必要な最少限の量だけを吐出ヘッド２に吸引することができる。従って、液状体Ｌが高価であったり希少である場合にも、液状体Ｌを無駄にすることなく少量の吐出を行うことができる。
また、液状体Ｌを充填する際には、液状体Ｌの流動に伴って、フィルタ部材４１が変位し、液状体Ｌが濾過されずにケース４０内に充填されるので、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルム部材４１の吐出ヘッド２側に付着することない。従って、液状体Ｌを吐出する場合には、キャビティ１５に貯留される液状体Ｌに気泡Ｃや微粒子Ｄ等が混入するのを防止することができる。
また、更に液状体Ｌを吐出する際には、液状体Ｌが吐出ヘッド２に向かって流動することにより、液状体Ｌに含まれる気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ部材４１によって濾過され、また、フィルタ部材４１に付着した気泡Ｃや微粒子Ｃ等は、吐出ヘッド２側に流動することなく留まるので、キャビティ１５に貯留される液状体Ｌに気泡Ｃや微粒子Ｄ等が混入するのを防止することができる。
【００４０】
なお、前記例のフィルタ機構部４では、液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１を変位させて液状体Ｌをケース４０内に充填し、液状体Ｌの吐出により気泡Ｃや微粒子Ｄ等をフィルタ部材４１で濾過したが、本発明はこれに限定されることなく、種々の構成を採用することができる。
【００４１】
次に、フィルタ機構部４の他の形態について図４及び図５を参照して説明する。ここでは、先に記載したフィルタ機構部４の異なる部分のみを説明し、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図４（ａ）は、フィルタ機構部の他の形態を示す断面図である。
フィルタ機構部５０は、フィルタ部材４１よりも大径の断面を有する流路５１と、パッキン５２と、隙間部材５３とを備えた構成となっている。パッキン５２は、ゴム等の弾性体からなり、フィルタ部材４１がパッキン５２と接触することで、フィルタ部材４１の周辺から流入／流出口４４が漏れない状態となる。また、隙間部材５３とフィルタ部材４１とが接触することで、隙間部材５３の周辺と流路５１とが連通状態となる。また、フィルタ部材４１は、パッキン５２と隙間部材５３との間で、矢印Ｅの方向で自在に変位可能となっている。
【００４３】
次に、フィルタ機構部５０を備えた液滴吐出装置の液状体Ｌの充填方法及び吐出方法について説明する。
まず、吐出ヘッド２に液状体Ｌを充填する工程について説明する。
即ち、充填目的とする液状体Ｌを用意し、これを容器３に入れる。更に、圧力コントローラ５を作動することにより、液状体Ｌが吐出ヘッド２からケース４０内に流入する。これに伴って、図４（ｂ）に示すように、流入／流出口４４側の圧力が流入／流出口４５側よりも高くなり、液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１は隙間部材５３と接触する。隙間部材５３の周辺は、流入／流出口４５側と流路５１とが連通状態になるので、液状体Ｌは、気泡Ｃや微粒子Ｄ等と共に矢印Ｆに示す方向に流動し、流路５１を経て、流入／流出口４５側に流動する。
【００４４】
次に、液滴吐出工程について説明すると共に、当該液滴吐出工程内における気泡Ｃや微粒子Ｄを除去する方法について説明する。ここで、電磁弁２３を閉じる動作、及び圧発生器２７の加圧側の機構を作動させる動作、及び吐出ヘッド２を所定の位置に配置する動作については、先に記載した液滴吐出工程と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
吐出ヘッド２の圧電素子２０を作動することにより、図４（ｃ）に示すように、液状体Ｌがケース４０内から吐出ヘッド２に流動することにより、流入／流出口４５側の圧力が流入／流出口４４側よりも高くなり、流入／流出口４４側への液状体Ｌの流動に伴ってフィルタ部材４１はパッキン５２と接触する。この状態においては、液状体Ｌはパッキン５２とフィルタ部材４１との隙間から漏れないので、気泡Ｃや微粒子Ｄ等がフィルタ部材４１に濾過されると共に、液状体Ｌがフィルタ部材４１を通過し、流入／流出口４４側に流動する。
このような構成を備えたフィルタ機構部５０においても、先の記載したフィルタ機構部４と同様の効果が得られる。
【００４６】
図５は、フィルタ機構部の他の形態を示す断面図である。
フィルタ機構部６０は、上記フィルタ機構部５０に付加したフィルタ駆動部（駆動機構）６１と、フィルタ部材４１の外周に設けた磁性体４１ａとを備えた構成となっている。フィルタ駆動部６１は所謂電磁石を備えており、当該電磁石は圧力コントローラ５等の制御部３０から供給される駆動電流によって駆動制御される。磁性体４１ａは、鉄・酸化物等の磁性体をフィルタ部材４１の一部に接着、蒸着等により接合されたものである。
このような構成を備えたフィルタ機構部６０においては、制御部３０の駆動電流をフィルタ駆動部６１に供給することにより、磁性体４１ａの周辺の磁界の作用により電磁力が生じ、フィルタ部材４１の位置が変位する。即ち、液状体Ｌの充填及び吐出に先立って、フィルタ部材４１をパッキン５２側及び隙間部材５３側に変位させることが可能となる。従って、先の記載したフィルタ機構部５０と同様の効果が得られると共に、液状体Ｌの流動に伴う流入／流出口４４、４５間の圧力差に関係なく、気泡Ｃ及び微粒子Ｄの吐出ヘッド２への混入を防止することができる。
【００４７】
なお、上述した液滴吐出方法においては、液状体Ｌが貯留された容器３内に吐出ヘッド２を浸漬しているが、吐出ヘッド２のノズル１８形成面が上に向くように上下を逆にして、ディスペンサ（液状体供給部）等によってノズル１８形成面上に液状体Ｌを供給してもよい。また、ノズル１８形成面を下に向くようにしてもよい。
このようにすれば、液状体Ｌを配する量を必要最少限の量としてこれを吐出ヘッド２のノズル１８形成面上に配することにより、液状体の無駄をなくすことができる。
【００４８】
なお、前記例では、充填目的とする吐出用の液状体として、高価な試薬や希少な検体などとしたが、これらに限定されることなく、有機ＥＬ素子の形成材料や金属配線の材料となる金属コロイド、更にはマイクロレンズ材料やカラーフィルタ材料、液晶材料などの各種の材料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の液滴吐出装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は吐出ヘッドの概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はフィルタ機構部を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は他のフィルタ機構部を説明するための図である。
【図５】 他のフィルタ機構部を説明するための図である。
【符号の説明】
１…液滴吐出装置、２…吐出ヘッド、３…容器（液状体供給部）、４…フィルタ機構部（濾過手段）、５…圧力コントローラ（吸引手段）、１５…キャビティ、１８…ノズル、２０…圧電素子（吐出手段）、４１…フィルタ部材、５１…流路、６１…駆動機構、Ｃ…気泡（不純物）、Ｄ…微粒子（不純物）、Ｌ…液状体
Claims (5)
- 液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを用いて液状体を所望箇所に吐出する液滴吐出方法であって、
予め用意した液状体に前記吐出ヘッドの前記ノズルを接触させ、該ノズルから液状体を吸引し、吸引した液状体を前記キャビティ内に貯留する工程と、
前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記液状体を吸引する吸引手段により前記液状体を吸引した場合、前記フィルタ部材の少なくとも一部が前記吸引手段側に変位して前記吐出ヘッド側に設けられた流入／流出口と前記吸引手段側に設けられた流入／流出口とが連通状態となり、前記吐出ヘッド側の流入／流出口から前記フィルタ部材よりも前記吸引手段側の流入／流出口に向かって前記液状体が流動した後、前記吸引手段側の流入／流出口から前記吐出ヘッド側の流入／流出口に向かって前記液状体を流動させ前記フィルタ部材によって液状体を濾過する濾過手段により当該液状体を濾過する工程と、
前記キャビティ内に貯留した前記液状体を吐出手段によって前記ノズルより吐出させる工程と、
を具備することを特徴とする液滴吐出方法。 - 前記液状体を濾過する工程は、前記液状体が前記濾過手段から前記吐出ヘッドへ流動する方向で行うことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出方法。
- 液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを備えてなる液滴吐出装置であって、
前記液状体と前記ノズルとを接触させて前記吐出ヘッドのノズルに前記液状体を供給する液状体供給部と、
前記吐出ヘッドのキャビティ側に接続し、該キャビティを介して前記ノズルより吸引することで前記液状体供給部から供給された液状体をキャビティ内に吸引する吸引手段と、
前記吐出ヘッドと前記吸引手段との間に配置され、前記液状体に含まれる不純物を濾過するフィルタ部材を備え、前記フィルタ部材の少なくとも一部を前記吸引手段側に変位可能に保持し、前記吸引手段による前記液状体の流動に伴って前記フィルタ部材が変位する濾過手段と、
を具備することを特徴とする記載の液滴吐出装置。 - 前記濾過手段は、前記フィルタ部材の少なくとも一部を変位可能に保持すると共に、当該フィルタ部材の位置を変位させる駆動機構を具備し、
当該駆動機構の駆動に伴って前記フィルタ部材が変位することを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。 - 前記濾過手段は、前記フィルタ部材よりも大径の流路を備え、前記吸引手段により吸引された前記液状体が前記流路を流動することを特徴とする請求項３または請求項４のうちいずれかに記載の液滴吐出装置。
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