JP4624133B2 - 液体印刷ピン - Google Patents

Description

本発明は液体サンプルを印刷するのに用いる印刷ピンに関するものである。

遺伝子分析の方法の一つにある塩基配列のものをガラス基板等の上に印刷し、その上に試料を滴下し、塩基どうしの結合の法則を利用し、試料の遺伝子配列を、確認する方法がある。そのような分析の用途に液体試料を滴下するために、数種のものが考案されている。

インクジェット方式を用いるものや、液体の表面張力を利用した塗布棒、あるいは、図３、図４に示すように、ピン先端部１０にテーパ形状のスリット９を形成し、その毛細管効果を利用し、液体を印刷するものなどがある。この毛細管効果を利用したものにおいては、現在は、金属材料で構成され、その先端に円錐部８を形成し、テーパ形状のスリット９を放電加工などにより、形成したものが使用されている。
米国特許登録番号 ６１０１９４６

上記に説明したスリットを有した液体印刷用の印刷ピン１１においては、加工のむずかしさから放電加工が可能な金属により作製されている。

しかし金属製の場合、つねにその印刷ピン１１の先端１３を基板へ接触させながら印刷を行うため、先端１３の磨耗あるいは形状の変化が起こりやすく、その製品寿命に制限がある。

また金属の場合化学反応が起こりやすく、検出に支障を生じる可能性がある。

セラミックなどの材料を利用することにより、このような問題は解決される可能性があるが、そのスリット部９へテーパ形状を形成するための加工が困難であった。

本発明は、上記の問題を解決する耐久性にすぐれ、かつ耐化学反応性にすぐれた液体印刷用印刷ピンを経済的なコストで提供することができる。

本発明の液体印刷ピンは、開口部が形成されたスリーブと、前記開口部に挿嵌されており、かつスリット部が形成された、セラミック製のコアピンと、を備え、前記コアピンの先端部には、算術平均表面粗さが０．２μｍ以上の、液体を拡散させる加工マークが前記スリット部の縁と垂直方向又は交差する方向に研削又は研磨によって形成され、前記スリット部は、前記スリーブによる弾性変形により、前記コアピンの先端部に向かうに従って幅が狭くなるテーパ形状をなし、かつ、前記コアピンの先端部における幅が５μｍ以上である、前記テーパ形状のスリット部の毛細管効果により液体を印刷するものである。

本発明によれば、スリット幅を調整できるため、スリット部にためられた液体を先端から、ガラス基板等へ適量印刷することができる。

またそのコアピンがセラミック製であるため、ガラス基板などとの接触によるコアピン１の先端の磨耗あるいは、変形を軽減でき、耐久性にすぐれかつ、印刷される液体の量を安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。

図１は本発明の液体印刷用印刷ピンの一実施形態を示す図であり、先端部１ｂにむかって円錐状に加工された円錐部８とスリット部５を有するコアピン１にそのコアピン１の外径Ｄ１よりわずかに小さい内径Ｄ２をもつ、スリーブ２に挿入固定されている。

この際、スリット部５は、スリーブ２への挿入により、弾性変形しており、先端部１ｂに向かってスリット幅Ｙが小さくなるテーパ形状になっている。

すなわち先端部１ｂでのスリット幅Ｙはスリット上方部の幅Ｘより小さくなっている。

またコアピン１の外周部１ａには、スリット部５がスリーブ２の内周部１４に接しないようにＤカット部３が２箇所設けられている。これにより、スリット部５に蓄えられた液体６が、スリーブ２の内周に接せず、スリット部５内での良好な液体の流動性を確保している。

またピン先端部１ｂの先端フラット部７は、その研削あるいは研磨による、加工マーク４が、スリット部５の縁７ａと垂直方向、あるいは、交差する方向についており、液体放出時にスリット部５から液体が、先端フラット部７上へ拡散しやすいようになっている。

これは先端フラット部７の表面については、加工マーク４がほとんどない鏡面より、加工マーク４がある研削面のほうが液体の拡散性がよいためであり、その算術平均表面粗さは、液体サンプルの表面張力との関係上Ｒａ０．２μｍ以上であることが好ましい。

次にコアピン１、スリーブ２の作製方法、コアピン１とスリーブ２の組み立て固定方法について説明する。

コアピン１は弾性変形をしやすい材料、特にジルコニアセラミックが好ましいが、金属材料で作製されてもよい。

またスリット部５は、ダイヤモンドホイールなどを用いたダイシング加工により、作製されている。

コアピン１の外周部１ａの円錐部８については、ダイヤモンドホイールなどによる研削により、作製される。

スリーブ２が挿入される外周部１ａは、同じくダイヤモンドホイールなどによる研削または研磨により、高精度に加工されており、またコアピン１の外周部１ａのＤカット部３についても同じくダイヤモンドホイールを用いた研削加工により形成される。

スリーブ２は、その内周部１４が、ダイヤモンド砥粒などを用いた研磨により高精度に加工されており、そしてその内径Ｄ２は、上記コアピン１の外径Ｄ１より、わずかに小さく加工されている。

上記のコアピン１にスリーブ２が先端部１ｂから挿入され、コアピン１のスリット部５を目標とするテーパ形状に弾性変形させ、さらに、接着材等でスリーブ２をコアピン１の外周部に固定してもよい。

上記のコアピン１の外周部１ａへスリーブ２が固定される際、コアピン１の外径Ｄ１とスリーブ２の内径Ｄ２の差が少なすぎると接着材等による固定の際に、スリーブ２の位置が変動し不安定となるため、スリーブ２の内径Ｄ２はコアピン１の外径Ｄ１より、２μｍ以上小さくなるように設定することが望ましい。

またスリット幅Ｙについては小さ過ぎると粘度の高い液体などの場合、流動性を阻害するため、その幅を５μｍ以上に設定することが望ましい。

また、スリーブ２をコアピン１の長手方向に移動し、液体サンプルの導入時はスリット幅Ｙを小さく、液体サンプル放出時はスリット幅Ｙを大きくするような方法を用いた装置に用いることができる。

また図８のように、コアピン１の先端部１ｂを球面形状にすることにより、液体印刷時にその先端球面部１ｃへの荷重を調整することにより、先端球面部１ｃと基板の接触面積を調整し、印刷される液体のスポット径のサイズを選択できる装置に用いることができる。

またその際、先端球面部１ｃの球面半径は先端球面部１ｃの接触面積の安定性を考慮した場合、５０mm以下であり、かつその面粗さは、Ｒa３．２μm以下であることが望ましい。

本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例１として図１に示す液体印刷用印刷ピンを作製した。

図１に示すコアピン１とスリーブ２についてはジルコニアセラミックにて作製した。

押し出し成形により円筒状の成形体を得て、焼成工程において焼き固め、研削工程により、コアピン１を作製した。

コアピン１の外径寸法はダイヤモンド砥石による外径研削により１．５ｍｍ±０．００１ｍｍの寸法に加工した。

スリット部５については、ダイシング加工により幅４０μmの溝をいれて作製した。

スリーブ２については、同じく押し出し成形により円筒体の成形体を得て、焼成工程において焼き固め、内径研磨を施し、１．４９５ｍｍ±０．００１ｍｍの寸法に加工した。

次に、上記で作製したスリーブ２をコアピン１へ挿入し、コアピン１のスリット部5の先端のスリット幅Ｙが１５μｍ〜２０μｍになるようにスリーブ２の位置を調整し、その後、接着固定した。

コアピン1の先端フラット部７の算術平均表面粗さについては、Ｒａ０．８μｍになるように、研削加工にて調整した。

上記のように作製した液体印刷用印刷ピンについて、実際に着色した液体を使用し、図５に示すようなスポッティング試験を行った。

まず図５（ａ）に示すように、着色した生理食塩水に液体印刷用印刷ピンのコアピン１の先端部１ｂを浸し、生理食塩水１６をスリット部５に導入する。

そのあと図５（ｂ)に示すようにガラス基板１５上に液体印刷用印刷ピンの先端フラット部７を接触させることにより、基板上に液体を印刷していく。

その際の印刷された液体の径Ｄ３を測定し、印刷回数とその着色液の径の推移を確認した。

その結果を図６に示す。

図６に示すように、印刷回数２００回を超えても良好な印刷性とスポット径の均一性が保たれている。

一方比較例として図３、図４に示すような印刷ピン１１をステンレスを用い放電加工によりスリット部９を作製した。

この際の先端１３のスリット幅Ｚについては実施例と同様に１５〜２０μｍになるように加工した。

この比較例の印刷ピン１１について同じく図５に示すのと同様の液体の印刷試験を行った結果を図７に示す。

図７に示すように、印刷回数５０回を越えたあたりから、印刷された液体の均一性がみだれているが、これは、印刷ピン１１のガラス基板１５への接触による先端１３の変形、つぶれ等によるものである。

尚、表１に本発明の各パラメータの数値限定理由を示す。

試料１〜７はどれも本発明の実施例である。

試料１はコアピン１の先端フラット部７の磨耗により液体サンプルが拡散しなくなり、印刷回数の劣化が２００回で確認され、また、１００回印刷時のスポット径のバラツキも確認された。

試料４はテーパー角が小さくなってしまうため、液体サンプルの導入動作が不安定となることによるポット径のバラツキが確認された。

試料６はスリット幅が狭いために液体サンプルの流動性が悪くなることによるスポット径のバラツキが確認された。

また本発明の実施例２として、図８に示す先端部１ｂが球面形状をもつ液体印刷用印刷ピンを作製した。先端球面部１ｃ以外は、実施例１と同様とした。先端球面部１ｃの球面形状については、球面研磨加工により先端球面半径が7mmになるように加工した。

上記実施例１と同様に図５に示す方法にて液体の印刷試験を行った。その際に印刷ピン先端球面部１ｃにかかる荷重を５０ｇｆから５００ｇｆまで変化させ、液体のスポット径の変化を確認した結果を図９に示す。図９に示すように、スポット径は、荷重により変化することが確認された。この結果から、先端が球面形状の本発明品では、同じコアピンで先端球面部１ｃにかかる荷重を変化させることにより、ある範囲で任意にスポット径を変化させることができることを確認した。

本発明液体印刷用印刷ピンの断面図である。 本発明液体印刷用印刷ピンの正面図である。 従来の金属製印刷ピンの側面図である。 従来の金属製印刷ピンの先端部の側面拡大図である。 印刷試験方法を示す断面図である。 本実施例１の印刷回数と液体のスポット径の推移のグラフである。 比較例の印刷回数と液体のスポット径の推移のグラフである。 本発明液体印刷用印刷ピンの先端部が球面形状の図である。 実施例２のコアピンの先端部への荷重と液体のスポット径の関係をしめすグラフである。

符号の説明

Ｄ１：外径（コアピン）
Ｄ２：内径（スリーブ）
Ｙ：スリット幅（先端部）
Ｘ：スリット幅（後端部）
Ｚ：スリット幅
１：コアピン
１ａ：外周部
１ｂ：先端部
１ｃ：先端球面部
２：スリーブ
３：Ｄカット部
４：加工マーク
５：スリット部
６：液体
７：先端フラット部
７ａ：縁
８：円錐部
９：スリット部
１０：先端部
１１：印刷ピン
１３：先端
１４：スリーブ内周部

Claims (4)

1. 開口部が形成されたスリーブと、
   前記開口部に挿嵌されており、かつスリット部が形成された、セラミック製のコアピンと、を備え、
   前記コアピンの先端部には、算術平均表面粗さが０．２μｍ以上の、液体を拡散させる加工マークが前記スリット部の縁と垂直方向又は交差する方向に研削又は研磨によって形成され、
   前記スリット部は、前記スリーブによる弾性変形により、前記コアピンの先端部に向かうに従って幅が狭くなるテーパ形状をなし、かつ、前記コアピンの先端部における幅が５μｍ以上である、前記テーパ形状のスリット部の毛細管効果により液体を印刷する液体印刷ピン。
2. 前記スリーブの前記開口部の径は、前記コアピンの外径よりも小さい、請求項１に記載の液体印刷ピン。
3. 前記スリーブの前記開口部の径は、前記コアピンの外径よりも２μｍ以上小さい、請求項２に記載の液体印刷ピン。
4. 前記セラミックは、ジルコニアセラミックである、請求項１〜３のいずれかに記載の液体印刷ピン。
   

Images