JP6150372B2

JP6150372B2 - 非接触液滴分注装置及び非接触液滴分注方法

Info

Publication number: JP6150372B2
Application number: JP2012198319A
Authority: JP
Inventors: 中村　健太郎; 中村　　健太郎; 田中　宏樹; 宏樹田中
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: JP2014052332A

Description

本発明は、超音波により分注対象の液滴を補足して非接触で分注する非接触液滴分注装置及び非接触液滴分注方法に関する。

創薬スクリーニング分野、バイオテクノロジー、物質の生化学的反応などの試験を行う際には、アッセイ系において使用される液体試料や液体試薬を分注装置により試験管やマイクロプレート等の実験用容器へ微量ずつ小分けしている。

従来、液体試料や液体試薬を分注する方式としては、ティップ方式、電磁バルブ方式、及びピエゾ方式等が知られている。これらの従来方式では、分注すべき液体をノズル（ティップ）に吸引しあるいは吐出機構へ導入する必要があることから、液体を供給するためのノズル等が当該液体と接触した状態で分注が行われる方式、すなわち「接触方式」であるため、異なる種類の液体を分注する際には、クロスコンタミネーションの防止を図るためにノズルの洗浄が必要となり、多種多数の液体を分注するには、効率性の観点からは適切ではない。クロスコンタミネーションの防止の観点から、非接触で薬剤等を取り扱う技術が必要とされている（例えば、特許文献１参照）。

本件発明者等は、超音波定在波により液滴などの微小物体を捕捉し、捕捉した微小物体を直線状の非接触搬送路やリング状の非接触搬送路を介して非接触で搬送する技術を先に提案している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２９２６２９号公報特開２０１１−０６２０６８号公報

本発明の目的は、先に提案している超音波定在波により液滴などの微小物体を捕捉し、捕捉した微小物体を直線状の非接触搬送路やリング状の非接触搬送路を介して非接触で搬送する技術を利用して、クロスコンタミネーションの虞のない非接触液滴分注装置及び非接液滴分注方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明は、長尺な平板状に形成され、水平に配置されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して設置された反射板と、上記たわみ振動板を加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の発生状態を制御する制御手段とを備え、上記制御手段で上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴を捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送する非接触搬送路を用いる非接触液滴分注装置であって、上記非接触搬送路の搬送路入口部分において、上記超音波定在波の複数の節部の上方位置に配置され、たわみ振動板の上側に配された反射板に設けられた複数の開口と、上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、上記分注対象の複数の液滴を落下させる複数の分注位置に配置され、たわみ振動板の下側に配された反射板に設けられた複数の開口とを有し、上記制御手段で上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記非接触搬送路の搬送路入口部分の上記複数の開口から落下される分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送し、上記非接触搬送路の搬送路出口部分の複数の開口に対応した分注位置において、上記分注対象の複数の液滴を静止させて配列し、上記複数の開口を介して上記分注対象の液滴を落下させることにより液滴を分注することを特徴とする。

また、本発明は、長尺な平板状に形成され、水平に配置されたたわみ振動板と、上記記たわみ振動板と対向して設置された反射板で挟まれた空間に、上記たわみ振動板を超音波振動させることにより超音波定在波を発生させ、上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴を捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送する非接触搬送路を用いる非接触液滴分注方法であって、上記非接触搬送路の搬送路入口部分において、上記超音波定在波の複数の節部の上方に設けられた複数の開口から分注対象の複数の液滴を落下させることにより、上記分注対象の複数の液滴を上記超音波定在波の複数の節部に捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送し、上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、上記分注対象の複数の液滴をそれぞれ分注位置に静止させて配列し、たわみ振動板の下側に配された反射板の上記分注位置に対応して設けられたそれぞれ分注対象の液滴よりも大きな径の複数の開口を介して、上記分注対象の液滴を落下させることにより液滴を分注することを特徴とする。

本発明では、例えば、上記たわみ振動板の下側面と対応する円筒内面を有する半円筒形状に形成された上記反射板の円筒内面と上記たわみ振動板の下側面との間の空間に発生される超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板の下側面と上記反射板の円筒内面との間の空間を非接触搬送路として、上記分注対象の液滴を非接触搬送して分注するものとすることができる。

本発明では、長尺な平板状に形成され、水平に配置されたたわみ振動板と、上記記たわみ振動板と対向して設置された反射板で挟まれた空間に、上記たわみ振動板を超音波振動させることにより超音波定在波を発生させ、上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴を捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送する非接触搬送路を用いて、上記非接触搬送路の搬送路入口部分において、上記超音波定在波の複数の節部の上方に設けられた複数の開口から分注対象の複数の液滴を落下させることにより、上記分注対象の複数の液滴を上記超音波定在波の複数の節部に捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送し、上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、上記分注対象の複数の液滴をそれぞれ分注位置に静止させて配列し、たわみ振動板の下側に配された反射板の上記分注位置に対応して設けられた複数の開口を介して、上記分注対象の液滴を落下させることにより非接触で液滴を分注することができ、クロスコンタミネーションの虞のない非接触液滴分注装置及び非接触液滴分注方法を提供することができる。

本発明を適用した非接触液滴分注装置の構成を模式的に示す図である。上記非接触液滴分注装置における直線状の非接触搬送路の構造を模式的に示す図である。上記直線状の非接触搬送路おいて、たわみ振動板と反射板により挟まれた直線状の空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉して搬送している状態を模式的に示す図である。上記非接触液滴分注装置におけるリング状の非接触搬送路の構造を模式的に示す図である。上記リング状の非接触搬送路において、たわみ振動板と反射板により挟まれたリング状の空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉して搬送している状態を模式的に示す図である。本発明を適用した平板状のたわみ振動板と半円筒形状の反射板で挟まれた半円筒形状の空間に超音波定在波を発生させる構造とした非接触搬送路を備える非接触液滴分注装置の構成を模式的に示す斜視図である。上記非接触搬送路において、平板状のたわみ振動板と半円筒形状の反射板で挟まれた半円筒形状の空間に発生している音圧を有限要素解析（FEM：Finite Element Method）した結果を示す図（参考図としてカラー図を提出する。）である。上記たわみ振動板と反射板で挟まれた半円筒形状の空間において、エタノールの液滴が１５ｍｍ間隔で水平方向に整列して浮揚している様子を示す図（参考図としてカラー図を提出する。）である。上記たわみ振動板と反射板で挟まれた半円筒形状の空間において、音圧（０−ｐ値）を３．３ｋＰａ、４ｋＰａ、５ｋＰａと変化させたときに浮揚させ得るエタノールの液滴の平均容量を測定した結果を示す図である。上記非接触搬送路において、開口を通してマイクロプレートのウエルに向かってエタノールの液滴が垂直に落下する様子を示す図（参考図としてカラー図を提出する。）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構成の非接触液滴分注装置１００に適用される。

この非接触液滴分注装置１００は、第１乃至第３の非接触搬送路１０，２０，３０と、マイクロプレート８０が載置されたＸＹステージ４０と、これらの動作を制御する制御部５０からなる。

この非接触液滴分注装置１００において、上記第１の非接触搬送路１０は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１１と、上記たわみ振動板１１と対向して設置された反射板１２と、上記たわみ振動板１１を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子１３と、上記複数個の超音波振動子１３を異なる位相の電気信号により励振する駆動部１４からなる。

上記たわみ振動板１１と反射板１２は、これらの間における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置されている。

この第１の非接触搬送路１０は、上記たわみ振動板１１と反射板１２で挟まれた直線状の空間を分注対象の液滴Ｐの非接触搬送路としたもので、上記駆動部１４により上記複数個の超音波振動子１３を励振して上記たわみ振動板１１を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板１１と上記反射板１２により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉し、上記駆動部１４により上記複数個の超音波振動子１３を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板１１の長手方向に搬送する。

この非接触液滴分注装置１００において、上記第１の非接触搬送路１０は、その具体的な構成例を図２に示すように、例えばジュラルミン製のたわみ振動板１１を備え、たわみ振動板１１の長手方向の両端部分にそれぞれ超音波ホーン１１１Ａ，１１１Ｂを介して連結板１１２に設けられた１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂが接続されている。上記超音波ホーン１１１Ａ，１１１Ｂは、上記たわみ振動板１１に対してその長手方向両端部において長手方向と直交する状態で取付けられている。

上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂは、例えば、それぞれ図示しないボルトによって締め付け固定されるリング状のピエゾ素子を備えた所謂ボルト締めランジュバン型振動子が使用されており、駆動用の電気信号が駆動部１４からピエゾ素子に印加されることにより励振されるようになっている。

上記駆動部１４は、駆動用の電気信号として、周波数が２０〜５０ｋＨｚ程度の２相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）を発生する信号発生器１４１と、上記第１の駆動信号cos(ωt)と第２の駆動信号cos(ωt＋θ)を増幅して上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂに供給する２つの電力増幅器１４２Ａ，１４２Ｂと、上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを可変制御する位相制御部１４３からなる。

この第１の非接触搬送路１０では、駆動用の電気信号として、周波数が２０〜５０ｋＨｚ程度の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）が駆動部４０から上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂに供給されることにより励振される上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂの超音波振動がそれぞれ超音波ホーン１１１Ａ，１１１Ｂにより増幅されて上記たわみ振動板１１に印加される。これにより、いくつかの共振周波数で上記たわみ振動板１１にたわみ振動を励振することができる。

ここで、上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂは、上記たわみ振動板１１の自由振動における腹の位置を上記たわみ振動板１１を長手方向の２箇所において加振するようにすると、効率よく上記たわみ振動板１１にたわみ振動を励振することができる。

そして、この第１の非接触搬送路１０では、上記たわみ振動板１１と反射板１２が対向して、これらの間における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に反射板１２が設置されているので、上記駆動部１４により上記１対の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板１１を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板１１と上記反射板１２により挟まれた空間に超音波定在波が形成され、図３に示すように、この超音波定在波の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉することができる。また、上記駆動部１４により上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号、すなわち、周波数が２０〜５０ｋＨｚ程度の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）の位相差を制御することにより、上記たわみ振動板１１を伝搬するたわみ波の進む方向やその強さを制御することができ、この第１の非接触搬送路１０では、上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを位相制御部４３により可変制御することにより、上記たわみ振動板１１と上記反射板１２により挟まれた空間に形成される超音波定在波の節の位置を上記反射板１２の長手方向の一次元上で任意の位置及び方向に変化させ、上記超音波定在波の節部に捕捉されている分注対象の液滴Ｐの空間位置を制御することができ、上記位相制御部１４３により上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを適切に変化させることにより、上記たわみ振動板１０を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板１１の長手方向に非接触搬送することができる。上記たわみ振動板１１と上記反射板１２で挟まれた直線状の空間が上記分注対象の液滴Ｐの搬送路となっている。

この第１の非接触搬送路１０では、１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂを電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１１を長手方向の２箇所において加振することにより超音波振動させ、上記たわみ振動板１１と反射板１２により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉し、上記１対の超音波振動子１３Ａ，１３Ｂを励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板１１を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板１１の長手方向に搬送する。

ここで、上記反射板１２は、音波を十分に反射する材質であればよく、厚さ１ｍｍ程度の一般的なアルミニウム板やアクリル板などを使用することができる。

上記第１の非接触搬送路１０には、上記たわみ振動板１１と反射板１２で挟まれた直線状の非接触搬送路の搬送路入口部分において、分注対象の液滴Ｐを捕捉する超音波定在波の節部の上方に位置し、分注対象の液滴Ｐを超音波定在波の節部に落下させて捕捉させるための複数の開口１５が上記反射板１２に設けられている。上記開口１５は、搬送対象が捕捉される位置、すなわち音響定在波節線上に近い位置とすればよい。

上記開口１５を通って第１の非接触搬送路１０に投入された分注対象の液滴Ｐは、自動的に音響定在波の節の位置に捕捉され、図３に示すように、直線状の搬送路に沿って非接触搬送される。

そして、上記第１の非接触搬送路１０は、捕捉した分注対象の液滴Ｐを非接触搬送して上記第２の非接触搬送路２０に渡す。

上記第１の非接触搬送路１０における分注対象の液滴Ｐの捕捉及び非接触搬送の動作は、上記制御部５０により上記駆動部１４の動作を制御することにより、制御される。

また、この非接触液滴分注装置１００において、上記第２の非接触搬送路２０は、リング状のたわみ振動板２１と、上記たわみ振動板２１と対向してその空間における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板２２と、上記たわみ振動板２１を円周方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子２３と、上記複数個の超音波振動子２３を異なる位相の電気信号により励振する駆動部２４とを備える。

この第２の非接触搬送路２０は、上記たわみ振動板２１と反射板２２で挟まれたリング状の空間を分注対象の液滴Ｐの非接触搬送路としたもので、上記駆動部２４により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板２１を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板２１と上記反射板２２により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉し、上記駆動部２４により上記複数個の超音波振動子２３を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板２１の円周方向に搬送する。

この非接触液滴分注装置１００において、上記第２の非接触搬送路２０は、その具体的な構成例を図４に示すように、例えばそれぞれ所謂ボルト締めランジュバン型振動子を使用した二対の超音波振動子２３Ａ・２３Ｂ、１２３Ａ・１２３Ｂを備える。上記駆動部２４は、周波数が２０〜５０ｋＨｚ程度の４相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋π)、第３の駆動信号sin(ωt)、第４の駆動信号sin(ωt＋π))を駆動用の電気信号とし、上記リング形状のたわみ振動板２１の円周方向の対向する位置において、超音波振動子２３Ａ・２３Ｂを逆位相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋π)）にて励振するとともに、超音波振動子１２３Ａ・１２３Ｂを逆位相の高周波信号（第３の駆動信号sin(ωt)、第４の駆動信号sin(ωt＋π))にて励振することにより、図５に示すように、上記たわみ振動板２１の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記分注対象の液滴Ｐを搬送する。

この第２の非接触搬送路２０は、上記第１の非接触搬送路１０を介して非接触搬送されてきた分注対象の液滴Ｐを受け取って、円周方向に非接触搬送して、第３の非接触搬送路３０に渡す。

すなわち、上記第１の非接触搬送路１０の直線状の搬送路を通って運ばれてきた分注対象の液滴Ｐは、上記第２非接触搬送路２０に超音波定在波によって捕捉されることにより受け渡され、上記第２非接触搬送路２０のリング状の搬送路に沿って非接触搬送され、上記第２非接触搬送路２０から第３の非接触搬送路３０に受け渡される。
上記第２の非接触搬送路２０における分注対象の液滴Ｐの捕捉及び非接触搬送の動作は、上記制御部５０により上記駆動部２４の動作を制御することにより、制御される。

上記第３の非接触搬送路３０は、長尺な平板状に形成され直線状のたわみ振動板３１と、上記たわみ振動板３１と対向してその空間における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板３２と、上記たわみ振動板３１を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子３３と、上記複数個の超音波振動子３３を異なる位相の電気信号により励振する駆動部３４とを備える。

この第３の非接触搬送路３０は、上記たわみ振動板３１と反射板３２で挟まれた直線状の空間を分注対象の液滴Ｐの非接触搬送路としたもので、上記駆動部３４により上記複数個の超音波振動子３３を励振して上記たわみ振動板３１を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板３１と上記反射板３２により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉し、上記駆動部３４により上記複数個の超音波振動子３３を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板３１の長手方向に搬送する。

上記第３の非接触搬送路３０には、上記たわみ振動板３１と反射板３２で挟まれた直線状の非接触搬送路の搬送路出口部分において、分注対象の液滴Ｐを捕捉する超音波定在波の節部の下方に位置し、分注対象の液滴Ｐを超音波定在波の節部から落下させて取り出すための複数の開口３５が上記反射板３２設けられている。

そして、上記第３の非接触搬送路３０を介して非接触搬送された分注対象の液滴Ｐは、上記第３の非接触搬送路３０の搬送路出口部分において、当該分注対象の液滴Ｐを節部に捕捉している超音波定在波の発生を停止させて捕捉をとくことにより、節部の下方に落下させて上記開口３５を介して、マイクロプレート８０の２次元配列された複数のウエルに分注される。

上記第３の非接触搬送路３０における分注対象の液滴Ｐの捕捉、非接触搬送及び分注の動作は、上記制御部５０により上記駆動部３４の動作を制御することにより、制御される。

すなわち、この非接触液滴分注装置１００では、上記制御部５０により上記第３の非接触搬送路３０の駆動部３４の動作を制御することよりに、上記第３の非接触搬送路３０において、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板３１と、上記たわみ振動板３１と対向して設置された反射板３２で挟まれた空間に、上記たわみ振動板３１を超音波振動させることにより超音波定在波を発生させ、上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板３１と上記反射板３２で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴Ｐを捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴Ｐを上記たわみ振動板３１の長手方向に分注位置まで搬送し、上記分注位置において上記分注対象の液滴Ｐを落下させることにより液滴を分注する。

上記ＸＹステージ４０上に載置されたマイクロプレート８０は、上記複数の開口３５の下方位置に配置され、その２次元配列された複数のウエルが列毎に上記複数の開口３５の下方に位置するように、上記ＸＹステージ４０により位置が制御される。
上記ＸＹステージ４０の動作は上記制御部５０により制御される。

なお、上記第１の非接触搬送路１０から上記第２の非接触搬送路２０を介して上記第３の非接触搬送路３０に分注対象の液滴Ｐを確実に受け渡すために、この非接触液滴分注装置１００では、上記第１の非接触搬送路１０の振動板１１及び反射板１２と上記第２の非接触搬送路２０の振動板２１及び反射板２２の一部を重ねて配置してある。この場合、上記第１の非接触搬送路１０における超音波の周波数と上記第２非接触搬送路２０における超音波の周波数とに差を持たせることにより、各々の振動板１１，２１と反射板１２，２２間の距離に差が生じ、振動板１１，２１と反射板１２，２２を重ね合わせる配置とすることができる。同様に、上記第２の非接触搬送路２０の振動板２１及び反射板２２と上記第３の非接触搬送路３０の振動板３１及び反射板３２の一部を重ねて配置してある。

ここで、上記第１の非接触搬送路１０及び第３の非接触搬送路３０は、平板状のたわみ振動板１１，３１と平板状の反射板１２、３２をこれらの間における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置し、平板状のたわみ振動板１１，３１と平板状の反射板１２、３２で挟まれた空間に超音波定在波を発生させる構造としたが、平板状のたわみ振動板１１，３１と半円筒形状の反射板１２、３２で挟まれた半円筒形状の空間に超音波定在波を発生させる構造とすることもできる。

例えば、図６に示す非接触液滴分注装置２００のように、平板状のたわみ振動板１３１と半円筒形状の反射板１３２で挟まれた半円筒形状の空間に超音波定在波を発生させる構造とした非接触搬送路１３０を備えるものとすることができる。

この非接触液滴分注装置２００は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１３１と、上記たわみ振動板１３１と対向して設置された反射板１３２と、上記たわみ振動板を加振する超音波振動子１３３と、上記超音波振動子１３３を電気信号により励振する駆動部１３４と、上記駆動部１３４により上記超音波振動子１３３を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより上記たわみ振動板１３１と上記反射板１３２で挟まれた空間に発生される超音波定在波の発生状態を制御する制御部１３８を備える。

この非接触液滴分注装置２００において、上記たわみ振動板１３１は、長さ（Ｌ）２５０ｍｍ、幅（Ｗ）１５ｍｍ、厚さ（ｔ）２ｍｍのアルミニウム板からなり、水平に配置されている。そして、このたわみ振動板１３１は、一端から１０ｍｍの位置でキャップボルトにより段付きエクポネンシャルホーン１３３Ａの先端に取り付けられ、他端は自由端となっている。上記段付きエクポネンシャルホーン１３３Ａを上部に設けたボルト締めランジュバン振動子１３３の縦振動によって、上記振動板１３１にたわみ振動の定在波が励振される。

また、上記反射板１３２は、内径（Ｄ）１７．５ｍｍのアクリル製半円管からなる。この反射板１３２には、分注用の直径３ｍｍの開口１３５が１５ｍｍ間隔で形成されている。

このような構造の非接触搬送路１３０において、平板状のたわみ振動板１３１と半円筒形状の反射板１３２で挟まれた半円筒形状の空間に発生している音圧を有限要素解析（FEM：Finite Element Method）した結果を図７（参考図としてカラー図を提出する。）に示す。

図７において、赤色領域Ｒや青色領域Ｂは音圧の大きい場所であり、緑色領域Ｇは音圧の小さい場所である。図７内の赤色領域Ｒの音圧ピークからＡ点の間では、液滴に上向きの放射力が働くの、この間に液滴を捕捉することができる。

上記非接触搬送路１３０を備える非接触液滴分注装置２００において、上記平板状のたわみ振動板１３１を２７ｋＨｚで駆動し、エタノールの液滴Ｐが安定して浮揚するように振動板１３１と反射板１３２の間隔を調整したところ、反射板１３２の底部が振動板１３１から１８ｍｍの位置にあるときに最も安定した。この状態で、上記たわみ振動板１３１と反射板１３２で挟まれた半円筒形状の空間において、エタノールの液滴Ｐが１５ｍｍ間隔で水平方向に整列して浮揚している様子を図８（参考図としてカラー図を提出する。）に示す。

上記非接触搬送路１３０では、上記平板状のたわみ振動板１３１を２７ｋＨｚで駆動しているので、励振の容易な管内波長が３０ｍｍである音場モードを利用した。

また、上記非接触搬送路１３０において、上記たわみ振動板１３１と反射板１３２の間に励振された音場の音圧を１／８インチマイクロホンで測定し、音圧（０−ｐ値）を３．３ｋＰａ、４ｋＰａ、５ｋＰａと変化させたときに浮揚させ得るエタノールの液滴Ｐの平均容量を測定した結果を図９に示す。液滴Ｐの平均容量は、１．７μｌであった。

そして、上記非接触搬送路１３０において、分注用の直径３ｍｍの開口１３５の上に液滴Ｐがある状態でたわみ振動板１３１の駆動を停止すると、液滴Ｐは開口１３５を通してマイクロプレートのウエルに向かって垂直に落下する。この様子を図１０（参考図としてカラー図を提出する。）に示す。

図１０において、水色の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、０．０４秒ごとの液滴Ｐの位置を示している。また、桃色の円Ｃは、マイクロプレートのウエルの位置を示している。

１０，２０，３０，１３０非接触搬路、１１，２１，３１，１３１たわみ振動板、１２，２２，３２，１３２反射板、１３，１３Ａ，１３Ｂ，２３，２３Ａ，２３Ｂ，３３，１２３Ａ，１２３Ｂ、１３３超音波振動子、１４，２４，３４，１３４駆動部、５０，１３８制御部、１００，２００非接触液滴分注装置、Ｐ液滴

Claims

長尺な平板状に形成され、水平に配置されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して設置された反射板と、上記たわみ振動板を加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の発生状態を制御する制御手段とを備え、上記制御手段で上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴を捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送する非接触搬送路を用いる非接触液滴分注装置であって、
上記非接触搬送路の搬送路入口部分において、上記超音波定在波の複数の節部の上方位置に配置され、たわみ振動板の上側に配された反射板に設けられた複数の開口と、
上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、上記分注対象の複数の液滴を落下させる複数の分注位置に配置され、たわみ振動板の下側に配された反射板に設けられた複数の開口とを有し、
上記制御手段で上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、
上記非接触搬送路の搬送路入口部分の上記複数の開口から落下される分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に捕捉し、
上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送し、
上記非接触搬送路の搬送路出口部分の複数の開口に対応した分注位置において、上記分注対象の複数の液滴を静止させて配列し、上記複数の開口を介して上記分注対象の液滴を落下させることにより液滴を分注することを特徴とする非接触液滴分注装置。
上記反射板は、上記たわみ振動板の下側面と対応する円筒内面を有する半円筒形状に形成されており、
上記たわみ振動板の下側面と上記反射板の円筒内面との間の空間に発生される超音波定在波の発生状態を上記制御手段で制御することにより、上記たわみ振動板の下側面と上記反射板の円筒内面との間の空間を非接触搬送路として、上記分注対象の液滴を非接触搬送して分注することを特徴とする請求項１に記載の非接触液滴分注装置。
長尺な平板状に形成され、水平に配置されたたわみ振動板と、上記記たわみ振動板と対向して設置された反射板で挟まれた空間に、上記たわみ振動板を超音波振動させることにより超音波定在波を発生させ、上記超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた空間に発生される超音波定在波の複数の節部に分注対象の液滴を捕捉し、上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送する非接触搬送路を用いる非接触液滴分注方法であって、
上記非接触搬送路の搬送路入口部分において、上記超音波定在波の複数の節部の上方に設けられた複数の開口から分注対象の複数の液滴を落下させることにより、上記分注対象の複数の液滴を上記超音波定在波の複数の節部に捕捉し、
上記超音波定在波の複数の節部に捕捉した上記分注対象の複数の液滴を上記たわみ振動板の長手方向に非接触搬送し、
上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、上記分注対象の複数の液滴をそれそれ分注位置に静止させて配列し、たわみ振動板の下側に配された反射板の上記分注位置に対応して設けられたそれぞれ分注対象の液滴よりも大きな径の複数の開口を介して、上記分注対象の液滴を落下させることにより液滴を分注することを特徴とする非接触液滴分注方法。
上記たわみ振動板の下側面と対応する円筒内面を有する半円筒形状に形成された上記反射板の円筒内面と上記たわみ振動板の下側面との間の空間に発生される超音波定在波の発生状態を制御することにより、上記たわみ振動板の下側面と上記反射板の円筒内面との間の空間を非接触搬送路として、上記分注対象の液滴を非接触搬送して分注することを特徴とする請求項３に記載の非接触液滴分注方法。